KR0130383B1 - Semiconductor lithography apparatus - Google Patents

Semiconductor lithography apparatus

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KR0130383B1
KR0130383B1 KR1019930023894A KR930023894A KR0130383B1 KR 0130383 B1 KR0130383 B1 KR 0130383B1 KR 1019930023894 A KR1019930023894 A KR 1019930023894A KR 930023894 A KR930023894 A KR 930023894A KR 0130383 B1 KR0130383 B1 KR 0130383B1
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems
    • G03F7/70191Optical correction elements, filters or phase plates for controlling intensity, wavelength, polarisation, phase or the like

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

A semiconductor exposing system is provided to improve a resolution using O/2 wavelength as an exposure source. The exposure apparatus comprises: a KDP(Potassium Dihydrogen Phospate) crystal(2) for outputting O/2 wavelength; a prism(3) for splitting O and O/2 wavelengths; a filter(4) for outputting only O/2 wavelength; a first and second mirrors(5,7) for converting paths of laser light; a condense lens(8) to condense the laser light; and a reticle(9) formed in patterns for selective passing the laser light. Thereby, it is possible to increase the resolution at two times and decrease the effective focusing depth at two times.

Description

반도체 노광장치Semiconductor exposure equipment

제1도는 종래의 반도체 노광장치.1 is a conventional semiconductor exposure apparatus.

제2도는 본 발명의 반도체 노광장치.2 is a semiconductor exposure apparatus of the present invention.

제3도(a)는 비선형광학 경우에 대한 시간의 함수로서의 편광과 전기장을 나타낸 그래프.Figure 3 (a) is a graph showing the polarization and the electric field as a function of time for the nonlinear optical case.

제3도(b)는 기본파와 2차조화진동에서 편광의 분해를 나타낸 그래프.Figure 3 (b) is a graph showing the decomposition of polarization in the fundamental wave and the second harmonic vibration.

제4도는 제2도의 KDP결정에서의 정규광선과 비정규광선을 4상한으로 나타낸 그래프.4 is a graph showing the upper limit of normal light and irregular light in the KDP crystal of FIG.

제5도는 결정질에서의 광의굴절을 나타낸 개략도.5 is a schematic diagram showing the refraction of light in crystalline form.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 레이저장치 2 : KDP결정1: laser device 2: KDP crystal

3 : 프리즘 4 : 필터3: Prism 4: Filter

5 : 제 1 반사경 6 : 파리눈렌즈5: first reflector 6: fly-eye lens

7 : 제 2 반사경 8 : 집속렌즈7: second reflector 8: focusing lens

9 : 레티클 10 : 투영렌즈9: Reticle 10: Projection Lens

20 : 웨이퍼20: wafer

본 발명은 반도체 노광장치에 있어서, 특히 레이저의 파장을 변조하여 해상력을 증가시키는데 적당하도록 한 반도체 노광장치에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래기술을 설명하면 다음과 같다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor exposure apparatus, in particular, which is adapted to increase the resolution by modulating the wavelength of a laser. Hereinafter, the prior art will be described with reference to the accompanying drawings.

제1도는 종래의 반도체 노광장치의 구성도를 나타낸 것으로써, 반도체 노광용 파장 λ 의 레이저광을 출력하는 레이저장치(1)와, 레이저장치(1)로부터 입사된 레이저광의 경로를 바꾸어 주는 제1반사경(5)과, 제1반사경(5)으로부터 입사된 레이저광을 분할하여 출력하는 파리눈렌즈(6)와, 파리눈렌즈(6)으로부터 분광되어 입사되는 다수개의 레이저광의 경로를 바꾸어 주는 제2반사경(7)과, 제2반사경(7)으로부터 복수개의 레이저광을 집속하여 출력하는 집속렌즈(8)과, 표면상에 일정한 패턴이 형성되어 집속렌즈(8)로부터 입사되는 레이저광을 선택적으로 통과시켜 일정한 형상을 출력하는 레티클(9)과, 레티클(9)을 통과한 레이저광을 받아 웨이퍼(30)상에 굴절없이 조사되도록 하는 투영렌즈(10)로 구성된다.1 is a block diagram of a conventional semiconductor exposure apparatus, and includes a laser device 1 for outputting laser light having a wavelength? For semiconductor exposure and a first reflector for changing the path of the laser light incident from the laser device 1. (5), the fly-eye lens 6 for dividing and outputting the laser light incident from the first reflector 5, and the second for changing the paths of a plurality of laser light that are spectroscopically incident from the fly-eye lens 6; A reflector 7, a focusing lens 8 for focusing and outputting a plurality of laser lights from the second reflecting mirror 7, and a laser beam incident from the focusing lens 8 by forming a predetermined pattern on the surface selectively A reticle 9 which passes through and outputs a constant shape, and a projection lens 10 which receives laser light passing through the reticle 9 and irradiates it on the wafer 30 without refraction.

상기와 같은 구성을 갖는 종래의 반도체 노광장치는 레이저장치(1)로부터 출력된 레이저광을 각 렌즈를 차례로 통과시켜 노광에 적절한 광으로 만들어 웨이퍼(20)상에 조사함으로써 노광공정을 수행하게 된다.In the conventional semiconductor exposure apparatus having the above configuration, the laser light output from the laser device 1 is sequentially passed through each lens to make light suitable for exposure, and then irradiated onto the wafer 20 to perform the exposure process.

이때, 노광장치의 해상력은At this time, the resolution of the exposure apparatus

식 ①과 같이 나타낼 수 있으며:비례상수, λ :파장, NA : 렌즈의 개구수를 나타낸다.Can be expressed as : Proportional constant, λ: wavelength, NA: numerical aperture of the lens.

그런데 현재 개발된 KrF레이저의 파장(λ)은 848mm로서 행상력(R : Resolution)은 0.35㎛정도이다. 따라서, 상기와 같은 종래의 노광장치는 반도체소자의 고집적화 추세에 대응할 수 없어 해상력이 높은 노광장치가 필요하다. 이를 위해 렌즈의 개구수를 증가시키거나, 단파장의 레이저 개발이 요구되나, 현재로서는 멕시머용 대구경렌즈의 개발이 어렵고, 단파장 엑시머레이저의 제작이 어려워 해상력을 증가시키기가 어려운 문제점이 있었다.By the way, the wavelength (λ) of the currently developed KrF laser is 848mm and the in-phase force (R) is about 0.35㎛. Therefore, the conventional exposure apparatus as described above cannot cope with the trend of high integration of semiconductor devices, and thus requires an exposure apparatus having high resolution. To this end, it is necessary to increase the numerical aperture of the lens or to develop a short wavelength laser, but at present, it is difficult to develop a large diameter lens for mexamer, and it is difficult to manufacture a short wavelength excimer laser, thereby increasing the resolution.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 레이저의 파장중의 파장을 노광원으로 사용하여 노광장치의 해상력을 증가시키는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, the wavelength of the laser The purpose is to increase the resolution of the exposure apparatus by using the wavelength of as the exposure source.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 레이저의 파장중의 파장을 선택적으로 추출하여 노광원으로 사용함이 특징이다.The present invention for realizing the above object is the wavelength of the laser It is characterized by selectively extracting the wavelength of and using it as the exposure source.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

제2도는 본 발명의 반도체 노광장치의 구성도를 나타낸 것으로써, 파장이 λ인 레이저광을 출력하는 KrF레이저 또는 ArF레이저로서의 레이저장치(1)와, 상기 레이저장치(1)로부터 출력되는 레이저광의 기본파와 2차 조화진동의 광속도가 일치되도록 입사각로 설치되어 파장 λ의를 갖는 레이저광을 출력하는 KDP(potassium dihydrogen phospate)결정(또는 수정)(2)과, 상기 KDP결정(또는 수정)(2)을 통과하여 입사된 레이저광에서 파장 λ와로 분리하는 프리즘(3)과, 상기 프리즘(3)을 통과하여 파장 λ와로 분리된 레이저광 중 파장만을 통과시키는 필터(4)와, 상기 필터(4)를 통과한의 파장을 갖는 레이저광의 경로를 바꾸어 주는 제1반사경(5)과, 상기 제1반사경(5)으로부터 입사된 레이저광을 다수개의 레이저광으로 분할하여 출력하는 파리눈렌즈(6)와, 상기 파리눈렌즈(6)로부터 입사된 다수개의 레이저광의 경로를 바꾸어 주는 제2반사경(7)과, 상기 제2반사경(7)으로부터 입사된 레이저광을 집속하여 출력하는 집속렌즈(8)와, 표면상에 일정한 패턴이 형성되어 상기 집속렌즈(8)로부터 출력되는 레이저광을 선택적으로 차단하여 통과시켜 일정한 형상을 출력하는 레티클(포토마스크)(9)와, 상기 레티클(9)을 통과한 레이저광을 웨이퍼(20)에 조사시키는 투영렌즈(10)로 구성된다.2 shows a schematic diagram of the semiconductor exposure apparatus of the present invention, wherein the laser apparatus 1 as a KrF laser or an ArF laser that outputs a laser beam having a wavelength of λ, and the laser light output from the laser apparatus 1 Incident angle so that the light velocity of fundamental wave and 2nd harmonic vibration match Installed with a wavelength of λ A wavelength (λ) of the KDP (potassium dihydrogen phospate) crystal (or crystal) (2) that outputs a laser beam having A prism 3 separated by, and a wavelength λ and Wavelength among laser beams separated by The filter 4 passing through the bay and the filter 4 A first reflector 5 for changing the path of the laser light having a wavelength of 5, a fly-eye lens 6 for splitting and outputting the laser light incident from the first reflector 5 into a plurality of laser lights, and the fly A second reflector 7 for changing the path of the plurality of laser beams incident from the eye lens 6, a focusing lens 8 for focusing and outputting the laser beam incident from the second reflector 7, and a surface image A reticle (photomask) 9 for outputting a constant shape by selectively blocking and passing a laser light output from the focusing lens 8 and a laser beam having passed through the reticle 9 The projection lens 10 irradiates the wafer 20.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 반도체 노광장치에 대해 제2도 내지 제5도로부터 설명하면 다음과 같다.The semiconductor exposure apparatus of the present invention having the above configuration will be described below with reference to FIGS. 2 to 5.

제2도의 레이저장치(1)로부터 출력되는 레이저광에 의한 해상력로 표시되며, 레이저광의 파장(λ) 및 진동수(υ)는 식 ②,③과 같이 나타낼 수 있다.Resolution power by laser light output from laser device 1 of FIG. The wavelength λ and the frequency υ of the laser light may be expressed as Equation (2) and (3).

식 ②,③에서,In equations ② and ③,

U : 원상속도U: nominal speed

T : 주기T: cycle

k : 각 파동수k: angular wave number

w : 각 진동수w: angular frequency

를 나타낸다.Indicates.

상기 식 ②를 식 ③에 대입하면 식 ④와 같이 레이저광의 파장을 나타낼 수 있다.Substituting Equation (2) into Equation (3) above can represent the wavelength of the laser beam as in Equation (4).

제2도의 KDP결정(2)을 통과하는 레이저광이 비선형광학인 경우 제3도(a)와 같이 전기장(E)과 편광(P)의 위상은 동일하며, 진폭이 다르다. 또한 KDP결정(2)에 의해 편광이 기본파(P(ω))와 2차조화진동(P(2ω))으로 분해될 경우에는 제3도(b)와 같이 두파간에 위상차가 발생하게 된다. 이때 제2도의 레이저장치(1)로부터 출력된 파장 λ의 레이저광은 KDP결정(2)를 통과할 때 제4도와 같이 X방향의 광선속도(Ux)와 Y방향의 광선속도(Uy)를 X, Y축으로 한 4상한으로 나타내면 원형의 정규광선 U(ω)과 Y축이 장축인 특별정규광선 U(2ω)로 나타낼 수 있으며 상기 X방향의 광선속도(Ux)와 Y방향의 광선속도(Uy)의 백터합으로서 광선속도의 방향을 나타낼 수 있다.When the laser light passing through the KDP crystal 2 of FIG. 2 is nonlinear optical, the phases of the electric field E and the polarization P are the same as in FIG. In addition, when polarized light is decomposed into fundamental waves P (ω) and secondary harmonic vibrations P (2ω) by the KDP crystal 2, a phase difference occurs between two waves as shown in FIG. . At this time, the laser beam of wavelength λ output from the laser device 1 of FIG. 2 passes through the KDP crystal 2, and the light beam speed Ux in the X direction and the light beam speed Uy in the Y direction are shown as in FIG. , The upper quadrant of the Y axis can be represented by the circular normal beam U (ω) and the special regular beam U (2ω) with the Y axis as the long axis, and the beam speed in the X direction (Ux) and the beam speed in the Y direction ( As the vector sum of Uy), the direction of the beam speed can be indicated.

따라서, 레이저광이 KDP결정(2)을 통과할 때 편광Therefore, polarization when laser light passes through the KDP crystal 2

로 표시되며 이때,: 정규자화율텐서, E : 전기장,고차의 자화율텐서를 나타내고, 식 ⑤에서, Where : Normal susceptibility tensor, E: electric field, Represents a higher order susceptibility tensor,

식 ⑥과 같이 나타낼 수 있으며, 윗식에서It can be expressed as Equation ⑥

선형평광 Linear

비선형평광 Nonlinear

로 나타낼 수 있다.It can be represented as.

식 ⑦에서 전기장 E가 각 진동수 w의 파로 표시되면 2차조화편광If the electric field E is expressed as a wave of each frequency w in equation ⑦, the second harmonic polarization

성분으로 표시되며 KDP결정(2)과 같은 압전결정은 레이저광의 2차조화진동을 생성하는데 유용하다.Piezoelectric crystals, such as KDP crystals (2), are represented as components and are useful for generating secondary harmonic vibrations of laser light.

2차조화진동의 세기는로 표시되며인 경우 결정두께의 제곱에 비례하고, 최대세기는 결정두께에 비례한다. 또한, 결정질은 전기적으로 비등방성이므로 주어진 전파방향에 대해 위상속도는 가능한 2가지 값을 갖는다.The intensity of the second harmonic vibration Is indicated by Is proportional to the square of the crystal thickness, and the maximum strength is the crystal thickness. Proportional to In addition, because the crystalline is electrically anisotropic, the phase velocity has two possible values for a given propagation direction.

이러한 2가지 값은 광의 직교편광과 관계가 있는데 이러한 결정은 이중굴절(Doubly Reflecting)을 갖는다.These two values are related to the orthogonal polarization of light, which has double reflecting.

전기장에서 편광의존성은Polarization dependence in the electric field

로 표시되며 간단히로 나타낸다.And simply Represented by

일반적인 파동방정식로 주어지며 전류밀도가 없는 경우 Common Wave Equation If there is no current density

단색평면에서 파동은 ei(k.r-wt)의 형태를 취하므로In monochromatic plane, the wave takes the form of e i (kr-wt)

의 방정식을 만족한다.Satisfies the equation.

보다 일반적으로 주축굴절지수 n1, n2, n3More generally, the principal refractive index n 1 , n 2 , n 3

로 표시된다. 따라서, 상기와 같은 이유로 빛이 결정질을 통과할 때 제5도에 나타낸 바와 같이 입사각 θ에서 내부표면에 대해서는 θ1의 굴절각을 나타내고 외부표면에 대해서는 θ2의 굴절각을 나타낸다. 즉,이므로 k에 의해 파장 λ가 변한다. 따라서 광속의 속도와 방향을 결합시키면 파장이 λ와인 광원을 형성할 수 있다.Is displayed. Thus, for the same reason as above, when light passes through the crystalline phase, as shown in FIG. Regarding the surface, it exhibits a refraction angle of θ 1 Regarding the surface, a refractive angle of θ 2 is shown. In other words, Therefore, wavelength? Changes by k. Therefore, if you combine the speed and direction of the light flux, the wavelength Phosphorus light source can be formed.

이와 같이 레이저광의 파장 λ를로 변조시켜 노광원으로 사용함으로써 해상력을 2배로 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기와 같은 본 발명은 해상력식에서 노광원의 파장이이므로 식에서 해상력이 2배 증가되고, 노광장치 유효촛점심도(Depth of Focus)에서 렌즈의 개구수(NA)를 2배로 증가시킬 경우가 되고, 파장은로 할 경우가 되어 유효촛점심도가 2배로 감소되는 효과가 있다.Thus, the wavelength λ of the laser light It is possible to improve the resolution twice by using the modulation as an exposure source. Therefore, the present invention as described above has a resolution Where the wavelength of the exposure source Because of Resolution is doubled in the equation, and the depth of focus of the exposure apparatus To double the numerical aperture (NA) of the lens Becomes the wavelength If you do The effective depth of focus is reduced by 2 times.

Claims (3)

파장 λ의 레이저광을 출력하는 레이저장치와, 상기 레이저장치로부터 입사된 레이저광의 속도와 방향을 결합시켜 파장이 λ와인 광원을 출력하는 KDP결정과, 상기 KDP결정을 거쳐 입사된 레이저광에서 파장 λ와로 분할하는 프리즘과, 상기 프리즘에서 분할된의 파장만을 통과시키는 필터와, 상기 필터를 거쳐 입사된 레이저광의 경로를 바꾸어 주는 제1반사경과, 상기 제1반사경으로부터 입사된 레이저광을 다수개의 레이저광으로 분할하여 출력하는 파리눈렌즈와, 상기 파리눈렌즈로부터 입사된 다수개의 레이저광의 경로를 바꾸어 주는 제2반사경과, 상기 제2반사경으로부터 입사된 레이저광을 집속하는 집속렌즈와, 상기 집속렌즈로부터 출력되는 레이저광을 선택적으로 통과시키는 패턴이 형성된 레티클과, 상기 레티클을 통과한 레이저광을 웨이퍼상에 굴절없이 조사되도록 하는 투영렌즈로 구성됨을 특징으로 하는 반도체 노광장치.A laser device that outputs a laser light having a wavelength?, And a wavelength and? A KDP crystal that outputs a phosphorus light source, and a wavelength? And A prism divided by and divided by the prism A filter for passing only a wavelength of?, A first reflector for changing a path of the laser light incident through the filter, a fly-eye lens for splitting and outputting the laser light incident from the first reflector into a plurality of laser lights; A second reflecting mirror for changing the path of the plurality of laser light incident from the fly's eye lens, a focusing lens for focusing the laser light incident from the second reflecting mirror, and a pattern for selectively passing the laser light output from the focusing lens And a projection lens configured to irradiate the laser light passing through the reticle on the wafer without refraction. 제1항에 있어서, 레이저장치는 KrF 또는 ArF레이저임을 특징으로 하는 반도체 노광장치.The semiconductor exposure apparatus according to claim 1, wherein the laser apparatus is a KrF or ArF laser. 제1항에 있어서, KDP결정 이외에 수정을 사용함을 특징으로 하는 반도체 노광장치.The semiconductor exposure apparatus according to claim 1, wherein a crystal is used in addition to the KDP crystal.
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