KR0139138B1 - 조도가 높은 환상 조명 광을 위한 환상 조면 시스템을 갖춘 얼라이너 - Google Patents

조도가 높은 환상 조명 광을 위한 환상 조면 시스템을 갖춘 얼라이너

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KR0139138B1 KR1019940029755A KR19940029755A KR0139138B1 KR 0139138 B1 KR0139138 B1 KR 0139138B1 KR 1019940029755 A KR1019940029755 A KR 1019940029755A KR 19940029755 A KR19940029755 A KR 19940029755A KR 0139138 B1 KR0139138 B1 KR 0139138B1
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Abstract

축소 투영 얼라이너는 조도를 증가시키기 위해 레이저 빔(LT4)로부터 환상 조명 광(LT5)를 미리 형성하고, 환상 조명 광은 레티클의 패턴 영상이 고해상도로 포토레지스트 층 상에 신속하게 프린트되도록 레티클(13)상에 경사지게 입사된다.

Description

조도가 높은 환상 조명 광을 위한 환상 조면 시스템을 갖춘 얼라이너
제 1도는 표준적인 축소 투영 얼라이너를 도시한 개략도.
제 2A도는 표준적인 축소 투영 얼라이너에 내장된 원형 애퍼추어를 갖는 스풋을 도시한 평면도.
제 2B도는 종래 기술의 환상 조명 시스템에 내장된 환상 애퍼추어를 갖는 스풋을 도시한 평면도.
제 3A도는 종래 기술의 환상 조면 시스템을 도시한 개략도.
제 3B도는 표준적인 축소 투영 얼라이너에 내장된 종래 기술의 조명 시스템을 도시한 개략도.
제 4도는 다른 종래 기술의 환상 조명 시스템을 도시한 개략도.
제 5도는 본 발명에 따른 얼라이너를 도시한 개략도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
11 : 광원 섹션 12 : 레티클 홀더
13 : 레티클 14a : 집광 수단
14b : 경사 조명 수단 15 : 스테이지
17 : 감광층 18 : 투영 렌즈 유니트
본 발명은 패턴을 감광층에 전사하기 위한 리소그래픽 공정에 사용된 얼라이너에 관한 것으로, 특히 환상(環狀)조명 시스템을 갖춘 얼라이너에 관한 것이다.
종래, 축소 투영 얼라이너는 1미크론 이하의 라인 폭을 갖는 패턴을 전사하기 위해 반도체 기판 상에 집적회로를 제조하는 공정에 사용되었다.
축소 투영 얼라이너의 전형적인 예는 계류중인 일본국 특허 공개 제2-309626호 공보에 개시되어 있으며, 제 1도는 표준적인 축소 투영 얼라이너를 도시한 것이다. 종래 기술의 표준적인 축소 투영 얼라이너는 포토레지스트 층(3)으로 덮인 반도체 기판(2)를 장착하기 위한 이동가능한 스테이지(1), 및 레티클(5)의 패턴을 포트레지스트 층(3)에 전사하기 위한 투영 시스템(4)를 포함한다.
투영시스템(4)는 광 빔(6a)를 방사하는 수은등(4a), 빔 성형 광학 시스템(4b), 평행 광선을 발생시키는 플라이 아이(fly eye)렌즈 유니트(4c), 광량을 조절하는 스톱(4d), 레티클(5)를 조명하는 집광 렌즈(4e), 및 포토레지스트 층(3)에 패턴을 이미징하는 투영 렌즈 유니트(4f)를 포함한다. 평행 광선은 플라이 아이 렌즈(4c)상에 균일하게 입사된다.
표준적인 축소 투영 얼라이너의 해상도를 향상시키기 위해, Keiichiro Tounai 등은 SPIE Vol. 1674 Optical/Lase Microlithography V(1992), 753 내지 764페이지, Resolution improvement with annular illumination에 축소 투영 얼라이너를 보고하고, 또한 Delmer L. Fehrs 등은 KTI Microelectronics seminar(1989), 217 내지 230페이지, ILLUMINATOR MODIFICATION OF AN OPTICAL ALIGNER에 환상 광을 보고하였다.
표준적인 축소 투영 얼라이너에 있어서, 스풋(4d)는 제2A도에 도시된 바와 같이 원형 애퍼추어(4g)를 갖는다. 한편, 환상 조명 시스템은 SPIE 보고서의 제1도에 도시된 바와 같은 스폿(4d)대신에 플라이 아이 렌즈 아래에 스풋(7)을 갖추고 있으며, 환상 애퍼추어(7a)는 스풋(7)내에 형성된다.
환상 애퍼추어(7a)는 평행 광선을 환상 조명의 형태로 하고, 레티클(5)상에 수직으로 입사된 0차 광 성분은 투과된 광으로부터 제거된다. 경사 입사 0차 광성분(ORO)은 패턴 전사에 이용할 수 있고, 경사 입사 0차 광 성분과 1창 광 성분(OR1)/-1차 광성분(-OR1)상이의 회절 각도(AG1)은 너무 커서, 결상면 상의 각도(AG2)는 수직 입사 0차 광 성분(ORO'), 1차 광 성분(OR1')및 1차 광 성분(-OR1')으로 인해 원형 애퍼추어(4g)를 갖는 조명 시스템에서의 각도 (AG3)보다 크다(제4B도 참조). 이 결과 해상도, 콘트라스트 및 촛점 심도가 향상된다.
다른 종래 기술의 환상 조명 시스템은 계류중인 일본국 특허 공개 제 62-2618호 공보에 개시되어 있으며, 제4도는 종래 기술의 환상 조명 시스템을 도시한 것이다. 제 4도에서, 초고압 수은등(8)은 타원면 반사경(9)의 제 1촛점에 배치되고, 광 섬유 다발(10)의 입사단(10a)는 타원면 반사경(9)의 제 2촛점에 배치된다. 광 섬유 다발(10)의 출사단(10b)는 원호를 형성하는 방식으로 펴져 나와, 광선을 레티클(11)에 방사한다.
초고압 수은등(9)는 광을 방사하고, 이 광은 광섬유 다발(10)의 입사단에 상에 집속된다. 광 섬유는 광을 가이드하고, 방사된 광선은 원호를 형성한다.
환상 조명 시스템은 상술된 바와 같이 표준적인 축소 투영 얼라이너의 원형 조명 시스템보다 바람직하다. 그러나, 제3A도에 도시된 종래 기술의 환상 조명 시스템은 레티클(5)를 조명하는 광량의 문제에 봉착한다. 즉, 플라이 아이 렌즈로부터의 평행 광선은 스폿(7)의 전체면을 조명하고, 평행 광선의 일부만이 환상 애퍼추어(7a)를 통해 통과한다. 소량의 광은 레티클에서 포토레지스트 층(3)으로 패턴을 신속하게 전사할 수 없고, 환상 조명 시스템을 갖춘 종래 기술의 얼라이너는 스루풋이 저하한다는 문제가 있다.
한편, 제 4도에 도시된 다른 종래 기술의 환상 조명 시스템은 제3A도에 도시된 종래 기술의 얼라이너보다 높은 스루풋을 달성하는데, 그 이유는 원호 광이 레티클(11)을 직접 조명하기 때문이다. 그러나, 출사단(10b)로부터 방사된 광은 레티클(11)을 수직으로 방사하고, 패턴은 수직 입사 0차 광 성분에 의해 투과된다.
그러므로, 환상 조명 시스템이 구비된 종래 기술의 얼라이너는 해상도가 낮으며, 콘트라스트가 낮고, 촛점의 심도가 불충분하다는 문제가 있다.
그러므로, 본 발명의 중요한 목적은 스루풋을 희생시키지 않고 해상도, 콘트라스트 및 촛점심도를 향상시키는 얼라이너를 제공하기 위한 것이다.
이 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 환상 애퍼추어를 통해 통과하기 전에 환상 조명을 형성하는 것을 제안한다.
본 발명에 따르면, 얼라이너는 광을 방사하는 광원섹션; 투명 패턴을 갖고 있는 레티클을 보유하는 레티클 홀더; 광원과 레티클 사이에 설치되고, 광을 환상 조명 광으로 집광시키도록 동작하는 집광 수단을 갖고 있는 환상 조명 섹션; 환상 조명 광의 경사 입사 0차 광 성분이 레티클의 투명 패턴의 패턴 영상을 전사하도록 하기 위해 레티클을 환상 조명 광으로 경사지게 조명하는 경사 조명 수단; 및 투명 패턴이 전사되는 감광층을 장착하는 이동가능한 스테이지를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 얼라이너의 특징 및 장점에 대해 상세하기 설명하겠다.
제 5도를 참조하면, 본 발명을 구현하는 축소 투영 얼라이너는 크게 레이저광(LT1)을 방사하는 광원 섹션(11), 투명 팬턴을 갖고 있는 레티클(13)를 보유하는 레티클 홀더(12), 환상 광의 경사 입사 0차 광 성분이 레티클(13)을 통해 투명패턴의 영상을 전사하게 하기 위해 레이저 광(LT1)로부터 환상 조명 광(LT2)를 발생시키도록 동작하는 환상 조명 섹션(14), 포토레지스트 층(17)로 덮인 반도체 웨이퍼(16)을 장착하는 이동가능한 스테이지(15), 및 패턴 전달 광(LT3)을 포토레지스트 층(17)상에 집속시키는 투영 렌즈 유니트(18)을 포함한다.
광원섹션(11)은 248nm의 파장을 갖는 레이저 광(LT1)을 방사하는 엑시머레이저 광원(11a), 및 레이저 광(LT1)으로 부터 레이저 빔(LT4)를 형성하기 위한 집광 렌즈 유니트(11b)를 포함한다. 레이저 빔(LT4)는 환상 조명 섹션(14)에 방사된다.
환상조명섹션(14)는 레이저 빔(LT4)로부터 예비 환상 조명 광(LT5)를 형성 하기 위한 집광 서브 섹션(14a), 및 레티클(13)을 경사지게 조명하기 위한 경사 조명 서브 섹션(14b)로 부터 분류된다. 집광 서브섹션(14a)는 원추형 방사경(14c), 링형(ring-shaped)반사경(14d)및 플라이 아이 렌즈(14e)의 결합으로 수행되고, 원추형 반사경(14c)는 링형 반사경(14d)의 원형 애퍼추어(14f)아래에 배치된다.
레이저 빔(LT4)는 원형 애퍼추어(14f)를 통해 통과하고, 원추형 반사경(14c)의 외부면 상에 반사된다. 반사된 레이저 빔(LT4)는 링형 반사경(14d)의 내부면 상에 입사되어 플라이 아이 렌즈(14e)를 향해 반사된다. 원추형 반사경(14c)및 링형반사경(14d)가 레이저 빔(LT4)를 반사하는 동안, 레이저 빔(LT4)의 조도가 증가되어 예비 환상 조명 광(LT5)의 형태가 된다. 플라이 아이 렌즈(14e)는 예비 환상 조명 광(LT5)를 평행 광선의 형태로 하여, 예비 환상 조명 광을 광 성분 선택 서브 섹션(14d)쪽으로 방사한다.
경사 조명 서브 섹션(14d)는 환상 애퍼추어(14h)또는 환상 투명 영역을 갖는 플레이트 부재(14g), 및 집광 렌즈(14i)또는 조명 렌즈를 포함한다. 환상 조명 광은 환상 애퍼추어(14h)를 통해 통과하여 조명 렌즈(14i)상에 경사지게 입사된다. 조명 렌즈(14i)는 환상 조명 광을 집광하여 환상 조명 광이 레티클(13)상에 경사지게 입사되게 한다.
환상 조명 광(LT2)가 레티클(13)의 투명 패턴을 통해 통과하며, 레티클(13)상에 수직으로 입사된 0차 광 성분은 환상 조명 광(LT2)로부터 제거되고, 레티클(13)상에 경사지게 입사된 0차 광 성분이 패턴에 의해 정해진 패턴 영상을 전달할 수 있게 한다. 패턴 전달 광(LT3)은 투영 렌즈 유니트(18)상에 입사되어 포토레지스트(17)상으로 하강한다.
패턴 전달 광(LT3)은 경사 입사 0차 광 성분, 경사 입사 +1 차 광 성분 및 경사 입사 -1차 광 성분을 포함하여, 효과적으로 간섭이 제한된다. 그 결과, 해상도, 콘트라스트 및 촛점 심도가 제 4도에 도시된 종래 기술의 환상 조명 시스템보다 확실히 향상된다. 더우기, 원추형 반사경(14c)및 링형 반사경(14d)의 결합이 예비 환상 조명 광(LT5)의 조도를 증가시키고, 따라서, 환상 조명 광(LT2)및 패턴 전달 광을 증가시키고, 패턴은 포토레지스트 층(17)에 신속하게 프린트된다. 그 결과, 신속한 프린팅은 얼라이너의 스루풋을 향상시킨다.
상기 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 집광 서브 섹션(14a)는 레이저 짐(LT4)로부터 환상 조명 광(LT5)를 미리 형성하여 조도를 향상시킨다. 그러므로, 패턴 전달 광(LT3)은 포토레지스트 층(17)을 신속하게 프린트하고, 본 발명에 따른 얼라이너는 스루풋이 향상된다. 더우기, 환상 애퍼추어(14h)및 조명 렌즈(14i)는 환상 조명 광이 레티클(13)상에 수직으로 입사되게 하여, 레티클(13)이 환상 조명 광(LT5)로부터 수직 입사 0차 광 성분을 제거할 수 있게 된다. 그 결과, 경사 입사 0차 광 성분은 패턴 영상을 포토레지스트 층(17)에 전사한다. 이 결과, 스루풋을 희생시키지 않고 해상도, 콘트라스트 및 촛점 심도를 향상시킨다.
본 발명의 특정 실시예에 대해 설명되었지만, 본 분야에 숙련된 기술자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 본 발명을 여러가지로 변형 및 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 소정 형태의 얼라이너, 예를 들어 1:1 투영 얼라이너와 같은 얼라이너에 응용할 수 있고, 광의 파장은 응용가능한 얼라이너에 제한을 주지 않는다. 광 성분 선택 수단은 환상 조명 광이 레티클 상에 경사지게 입사되게 할 수도 있다. 이러한 이유로, 원형 애퍼추어를 갖는 플레이트 부재는 다른 얼라이너에 내장될 수 있고, 또는 플레이트 부재는 환상 조명 광이 레티클상에 경사지게 입사되는 한은 얼라이너로부터 제거될 수 있다.

Claims (5)

  1. 광(LT4)를 방사하는 광원섹션(11),
    투명 패턴을 갖고 있는 레티클(13)을 보유하는 레티클 홀더(12),
    감광층(17)을 장착하는 스테이지(15)및,
    상기 투명 패턴의 패턴 영상을 상기 감광층 상에 프린트하기 위해 상기 광원 섹션과 상기 레티클 사이에 설치된 조명 섹션을 포함하는 얼라이너에 있어서,
    상기 조명 섹션이
    상기 광(LT4)를 환상(環狀)조명 광(LT5)로 집광시키도록 동작하는 집광 수단(14a),및
    상기 환상 조명 광의 경사 입사 0차 광 성분이 상기 레티클 내에 형성된 상기 투명 패턴의 상기 패턴 영상을 상기 감광층(17)에 전사하게 하도록 하기 위해 상기 레티클(13)을 상기 환상 조명 광(LT2)로 경사지게 조명하는 경사 조명 수단(14b)를 갖는 것을 특징으로 하는 얼라이너.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 집광 수단(14a)가
    상기 광(LT4)의 광로(光路)에 배치되고 상기 광을 반사하기 위한 외부면을 갖고 있는 콘형(cone-shaped)반사경(14c), 상기 환상 조명 광(LT5)를 생성하기 위해, 상기 콘형 반사경(14c)의 상기 외부면에 상기 광을 전사하기 위한 애퍼추어(14f) 및 상기 콘형 반사경의 상기 외부면에 상에서 반사된 광을 반사하는 내부면을 갖고 있는 링형 반사경(14d), 및
    상기 환상 조명 광을 평행 광선의 형태로 하기 위한 플라이 아이 렌즈(14e)를 포함하는 것을 특징으로 하는 얼라이너.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 콘형 반사경(14c)는 원추형(circular cone-shaped)구성을 갖는 것을 특징으로 하는 얼라이너.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 경사 조명 수단(14b)가
    상기 환상 조명 광이 투명 환상 영역을 통해 경사지게 통과할 수 있도록 하는 투명 환상 영역(14h)를 갖고 있는 플레이트 부재(14g)및
    상기 투명 환상 영역을 통해 통과하는 상기 환상 조명 광이 상기 레티클(13)상에 경사지게 입사되게 하는 조명 렌즈(14i)를 포함하는 것을 특징으로 하는 얼라이너.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 레티클(13)과 상기 감광층(17)사이에 설치된 투영 렌즈 유니트(18)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 얼라이너.
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