KR0183727B1 - 변형 어퍼쳐 및 이를 이용한 투영노광장치 - Google Patents

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Abstract

사입사 조명용 어퍼쳐 및 이를 이용한 투영노광장치에 대해 기재되어 있다.
이는, 차광영역과 광 투과영역을 구비하는 사입사 조명용 어퍼쳐에 있어서, 광 투과영역이 입사광을 콘덴서렌즈의 가장자리로 회절시키는 프리즘형태인 것을 특징으로 한다.
따라서, 광 투과영역의 면적이 넓어져 광 강도를 높일 수 있으므로, 노광시간을 짧게 할 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

변형 어퍼쳐 및 이를 이용한 투영노광장치
제1도는 종래의 사입사 조명에 사용되는 투영노광장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
제2도는 종래의 일반적인 조명에 사용되는 어퍼쳐를 도시한 평면도이다.
제3a도는 종래의 사입사 조명에 시용되는 4극형 어퍼쳐를 도시한 평면도.
제3b도는 종래의 사입사 조명에 사용되는 고리형 어퍼쳐를 도시한 평면도이다.
제4a도 내지 제4c도는 본 발명의 일 실시예에 의한 변형 어퍼쳐의 평면도 및 단면도이다.
제5a도 및 제5b도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 변형 어퍼쳐의 평면도 및 단면도이다.
제6도는 본 발명에 의한 변형 어퍼쳐를 구비하는 투영노광장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명
40 : 차광영역 42 : 광 투과영역
50 : 변형 어퍼쳐 52 : 콘덴서렌즈
54 : 포토마스크 56 : 대물렌즈
58 : 웨이퍼
본 발명은 어퍼쳐(aperture) 및 이를 이용한 투영노광장치에 관한 것으로, 특히 광 강도를 향상시킨 변형 어퍼쳐 및 이를 이용한 투영노광장치에 관한 것이다.
반도체 집적회로의 제조에 있어서, 실리콘 기판의 미세한 영역으로 주입되는 불순물의 양을 정밀하게 조절하고, 동시에 이 영역들이 상호 연결되어야 한다. 이 영역들을 한정하는 패턴들은 사진식각 기술에 의해 형성된다는 것은 널리 알려져 있다.
사진식각 기술에 의하면, 반도체 기판상의 절연막이나 도전성막 등 패턴을 형성하여야 할 막 위에, 자외선이나, 전자 또는 X선 등과 같은 광선의 조사에 의해 그 용해도가 변화하는 감광막을 형성하고, 이 감광막의 소정 부위를 광선에 노출시킨 후, 현상액에 대하여 용해도가 큰 부분을 제거함으로써 감광막 패턴을 형성하고, 패턴을 형성하여야 할 막의 노출된 부분을 에칭에 의해 제거하여 배선이나 전극 등 각종 패턴을 형성한다.
KrF 엑시머(eximer) 레이저(laser)를 이용한 사진식각술에 적용되는 사입사 조명(off-axis illumination)은 256M급 디램(Dynamic Random Access Memory; DRAM) 및 그 이하의 집적회로의 제조를 위해 유력한 기술로 대두되고 있다.
제1도는 종래의 사입사 조명방법을 설명하기 위한 개략도로서, 참조부호 10은 어퍼쳐를, 12는 콘덴서렌즈를, 14는 포토마스크를, 16은 대물렌즈를, 그리고 18은 웨이퍼를 각각 나타낸다.
광원에서 조사된 빛은 사입사 조명용 어퍼쳐(10)에서 중앙부분의 빛은 차단되고, 외곽부분이 빛만 입사됨으로써 콘덴서렌즈(12)를 투과한 빛이 일정한 각도를 가지고 포토마스크(14)에 입사하게 되는데, 유효하지 않은 회절광(+1차 회절광)은 빠져나가고 유효한 성분의 빛(0차 및 -1차 회절광)만 대물렌즈(16)에서 집속되어 웨이퍼(18) 상에 투영된다.
상기한 사입사 조명방법은 유효하지 않은 성분의 회절광을 집속하지 않으므로 해상도(resolution)가 좋고 촛점심도(Depth of Focus)가 큰 장점이 된다. 그러나, 상기 사입사 조명방법은 직진성분을 제거하기 위하여 어퍼쳐의 중앙부분이 막혀 있으므로, 통상의 조명방법에 비해 집속되는 빛의 양이 적어 노광시간이 늘어나거나 빛의 세기를 크게 해야 하는 등 생산성 측면에서 떨어지는 문제점이 있다.
상기 종래의 사입사 조명방법에 사용되는 어퍼쳐와 통상의 조명방법에 사용되는 어퍼쳐를 비교하여 설명한다.
제2도는 통상의 조명방법에 사용되는 어퍼쳐를 도시한 평면도 및 단면도이다.
구체적으로, 빛을 투과시키는 부분(20)과 빛을 차단하는 부분(22)으로 구성되어 있는데, 상기 빛을 투과시키는 부분(20)에는 통상적으로 아무 것도 없다. 일반적으로 링(ring) 모양을 하고 있으며, 조사되는 빛중 불필요한 성분들을 차단해 주는 역할을 한다.
제3a도 및 제3b도는 종래의 사입사 조명방법에 사용되는 어퍼쳐를 도시한 평면도들이다.
제3a도는 4극형 어퍼쳐(Quadrupole aperture)를 도시한 평면도로서, 통상의 어퍼쳐에, 빛을 투과시키기 위한 4개의 홀(hole; 30)들이 대칭적으로 배치되어 있고, 입사되는 광 중에서 사입사 성분만을 얻기 위하여, 직진 성분이 주어지는 중앙 부분은 차광물질로 막혀 있다.
제3b도는 고리형 어퍼쳐(annular aperture)를 도시한 평면도로서, 빛을 투과시키는 부분(32)이 둥근 고리모양을 하고 있으며, 중앙부분(34)은 빛을 차단하는 구조로 되어 있다.
일반적으로 고리형 어퍼쳐는 상기 4극형 어퍼쳐보다 사입사 조명 효과가 좋다.
통상 투영노광 장치에 사용되는 어퍼쳐의 광 투과영역(제2도의 참조부호 20)의 반경(σ1)을 1로 보았을 때, 상기 종래의 사입사 조명에 사용되는 어퍼쳐는 광 차단영역(제3b도의 참조부호 34)의 반경(σ2)이 전체 반경(σ1)의 0.8배 정도되는 면적이 빛을 차단하도록 되어 있다. 이때, 빛을 차단하는 면적의 반경을 총 반경의 0.8배로 하는 이유는, 실험적으로 가장 큰 효과를 얻은 어퍼쳐의 구조가 빛을 차단하는 면적의 반경이 총 반경의 0.8배 정도라는 것이 밝혀졌기 때문이다.
빛의 강도를 알아보기 위하여 빛이 투과되는 영역의 면적을 계산하면, 통상의 투영노광장치에 사용되는 어퍼쳐의 반경이 1이므로, 그 면적은 πσ2으로 계산되어,
πσ2= π × 1 × 1 = π
가 되고, 종래의 사입사 조명에 사용되는 어퍼쳐에 있어서, 빛을 차단하는 중앙부(제3b도의 참조부호 34)의 면적은,
πσ2= π × 0.8 × 0.8 = 0.64π
가 된다. 따라서, 실제로 빛을 투과할 수 있는 영역(제3b도의 참조부호 32)의 면적은,
π - 0.64π = 0.34π
가 되므로, 통상의 어퍼쳐에 비해 34%의 빛 투과량, 즉 광강도를 갖는다. 4극형 어퍼쳐 역시 상기 고리형 어퍼쳐와 같은 원리로 빛의 강도의 저하를 감수해야 한다. 따라서, 종래의 사입사 조명에 사용되는 4극형 및 고리형 어퍼쳐는 중앙부가 빛을 차단하므로, 빛의 강도가 낮아 노광시간이 길어질 수밖에 없으며, 생산성을 고려해야 하는 양산적용에는 난점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 상기 종래의 사입사 조명의 문제점을 해결하기 위하여, 빛의 강도의 손실이 적은 변형 어퍼쳐를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 변형 어퍼쳐를 이용한 투영노광장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 차광영역과 광 투과영역을 구비하는 사입사 조명용 어퍼쳐에 있어서, 상기 광 투과영역이 입사광을 콘덴서렌즈의 가장자리로 회절시키는 프리즘형태인 것을 특징으로 하는 사입사 조명용 어퍼쳐를 제공한다.
본 발명에 의한 상기 어퍼쳐는, 입사되는 광 중에서 0차 광을 차단하기 위한 중앙의 제1 차광영역과, 상기 제1 차광영역을 둘러싸는 고리 모양을 하고 있으며, 입사광을 중심부로 회절시키는 프리즘형태의 광 투과영역 및 상기 광 투과영역을 둘러싸는 제2 차광영역을 구비하는 고리형 어퍼쳐인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 상기 어퍼쳐에 있어서, 상기 광 투과영역의 일부 또는 전부가 프리즘형태인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 상기 어퍼쳐에 있어서, 상기 제1 차광영역의 두께가 제2 차광영역의 두께보다 두꺼운 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 상기 어퍼쳐에 있어서, 상기 제1 차광영역의 두께와 제2 차광영역의 두께가 같은 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 상기 어퍼쳐는 4극형 어퍼쳐 또는 쉬링크(Shrinc)인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 상기 어퍼쳐는 석영기판 또는 마스크로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 입사광을 콘덴서렌즈의 가장자리로 회절시키는 프리즘형태의 광투과영역을 포함하는 어퍼쳐를 구비하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치를 제공한다.
본 발명의 투영노광 장치에 있어서, 상기 어퍼쳐는 고리형, 4극형 또는 쉬링크인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 광 투과영역의 면적을 넓게 하여 광 강도를 높이고, 노광시간을 짧게 할 수 있으며, 생산성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
[어퍼쳐]
본 발명에 의한 어퍼쳐는 차광영역과 광 투과영역을 구비하는 사입사 조명용 어퍼쳐에 있어서, 상기 광 투과영역이 입사광을 콘덴서렌즈의 가장자리로 회절시키는 프리즘형태인 것이 특징이다.
[제1실시예]
제4a도는 본 발명의 제1 실시예에 의한 고리형 어퍼쳐를 도시한 평면도이다.
제4a도에 따르면, 본 발명의 제1 실시예에 의한 어퍼쳐는, 입사되는 광 중에서 직진성분을 차단하기 위한 중앙의 제1 차광영역(40)과, 상기 제1 차광영역을 둘러싸는 고리 모양을 하고 있으며, 입사광을 콘덴서렌즈의 가장자리로 회절시키는 프리즘형태의 광투과영역(42) 및 상기 광 투과영역을 둘러싸는 제2 차광영역(44)을 구비하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 본 발명에 의한 어퍼쳐는 고리형 어퍼쳐에서 0차광 차단영역의 크기를 줄여 광 강도를 높이고, 이로 인해 상대적으로 약해진 사입사 효과를 높이기 위해 광 투과영역(42)에서 빛이 굴절되도록 하는 구조로 되어 있다. 즉, 어퍼쳐 중앙의 0차 광 차단영역(40)의 사이즈(σ2)를 종래의 고리형 어퍼쳐보다 작게 하고, 광 투과영역(42)의 사이즈(σ1)를 크게 하였다. 또한, 광 투과부위를 프리즘(prizm) 형태로 제작함으로써 입사광의 사입사 각도를 조절하여 입사된 광이 중심부로 향하게 한다.
광 차단영역의 면적은, 중앙의 광 차단영역의 반경이 전체 어퍼쳐의 0.57배 정도 되므로 그 면적은,
0.57 × 0.57 × π = 0.325π
가 되므로, 실제로 빛을 투과할 수 있는 영역(제4a도의 참조부호 42)의 면적은,
π - 0.325π = 0.675π
가 된다.
즉, 0.68% 정도의 광 강도를 가지게 되므로, 종래의 34% 정도의 광 강도에 비하여 약 두 배의 광 강도의 증가를 얻을 수 있다.
상기 광투과영역(42)의 크기는 적용 소자의 디자인 룰에 따라 적절하게 조절할 수 있다.
제4b도 및 제4c도는 상기 본 발명에 의한 고리형 어퍼쳐의 단면도이다.
도시된 바와 같이, 광 투과부위(42)의 입사각도가 콘덴서렌즈의 가장자리 부위로 회절되도록 프리즘형태로 만들어져 있다.
상기 제1 차광영역(40)의 두께가 제2 차광영역(44)의 두께보다 두껍거나(제4b도), 제1 차광영역(40)의 두께와 제2 차광영역(44)의 두께가 같은 것이 바람직하다(제4c도).
상기 어퍼쳐는 석영기판 또는 마스크로 형성되는 것이 바람직하다.
[제2실시예]
제5a도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 어퍼쳐를 도시한 평면도이고, 제5b도는 상기 어퍼쳐의 단면도이다.
제5a도의 평면도를 참조하면, 종래의 광 사입사영역(도면 참조부호 A) 외에, 추가로 광 회절영역(도면 참조부호 B)이 형성되어 있는 이중 고리(double annular)를 이루고 있다. 이로 인한 광 강도의 증가는 상기 제1 실시예에서와 마찬가지로 통상의 사입사 조명보다 2배 이상 향상된다.
제5b도의 단면도를 참조하면, 광 투과영역이 일부가 프리즘형태로 되어 있어, 종래의 사입사영역에 입사된 광(참조부호 A)은 그대로 투과되고, 광 회절영역에 입사된 광(참조부호 B)은 상기 프리즘에 의해 일정한 각도로 회절되어 콘덴서렌즈의 가장자리로 향하게 된다.
본 발명의 제1 및 제2 실시예에 있어서, 상기 어퍼쳐는 고리형 어퍼쳐 뿐만 아니라, 4극형, 쉬링크(shrinc) 등 모든 형의 어퍼쳐에 적용할 수 있다.
상기 어퍼쳐의 재질로는 석영(Quartz) 기판 또는 마스크를 활용할 수 있다.
[투영 노광 장치]
제6도는 본 발명에 의한 프리즘을 구비하는 어퍼쳐를 사용한 투영노광 장치를 도시한 개략도로서, 입사광을 콘덴서렌즈의 가장자리로 회절시키는 프리즘형태의 광 투과영역을 포함하는 어퍼쳐를 구비한다.
도면 참조부호 50은 프리즘을 구비하는 어퍼쳐를, 52는 콘덴서렌즈를, 54는 포토마스크를, 56은 대물렌즈를, 그리고 58은 웨이퍼를 각각 나타낸다.
구체적으로 광원에서 조사된 빛은 본 발명에 의한 어퍼쳐(50)를 지나면서 회절되어 콘덴서렌즈(52)의 가장자리에 입사되는데, 이 콘덴서렌즈를 통해 포토마스크로 사입사되는 빛은 종래에 비해 그 밀도가 매우 높다. 상기 사입사된 빛은 포토마스크(54)를 투과하여 대물렌즈(56)에서 집속된 후, 웨이퍼(58)에 전사된다.
상기 어퍼쳐의 프리즘에 의해 종래에 비해 광 강도가 높아지는 것은 물론 사입사 조명의 효과를 얻을 수 있다.
상기 어퍼쳐는 고리형 어퍼쳐, 4극형 어퍼쳐 또는 쉬링크를 사용할 수 있다.
상술한 본 발명에 의한 어퍼쳐 및 투영노광장치에 따르면, 광투과영역의 면적이 넓어진 어퍼쳐로 인해 종래의 어퍼쳐보다 광 강도를 높일 수 있으므로, 종래의 사입사 조명의 가장 큰 단점인 광 강도의 저하를 보상하여 노광시간을 짧게 할 수 있으므로, 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술적 사상내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (10)

  1. 차광영역과 광 투과영역을 구비하는 사입사 조명용 어퍼쳐에 있어서, 상기 광 투과영역이 입사광을 소정 각도로 회절시키는 프리즘형태인 것을 특징으로 하는 사입사 조명용 어퍼쳐.
  2. 제1항에 있어서, 상기 어퍼쳐는, 입사되는 광 중에서 0차 광을 차단하기 위한 중앙의 제1 차광영역과, 상기 제1 차광영역을 둘러싸는 고리 모양을 하고 있으며, 입사광을 콘덴서렌즈의 가장자리로 회절시키는 프리즘형태의 광 투과영역, 및 상기 광 투과영역을 둘러싸는 제2 차광영역을 구비하는 고리형 어퍼쳐임을 특징으로 하는 사입사 조명용 어퍼쳐.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 차광영역의 두께가 제2 차광영역의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 사입사 조명용 어퍼쳐.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 차광영역의 두께와 제2 차광영역의 두께가 같은 것을 특징으로 하는 사입사 조명용 어퍼쳐.
  5. 제2항에 있어서, 상기 광 투과영역은 일부 또는 전부가 프리즘형태인 것을 특징으로 하는 사입사 조명용 어퍼쳐.
  6. 제1항에 있어서, 상기 어퍼쳐는 4극형 또는 쉬링크(Shrinc)인 것을 특징으로 하는 사입사 조명용 어퍼쳐.
  7. 제1항에 있어서, 상기 어퍼쳐는 석영기판 또는 마스크로 형성되는 것을 특징으로 하는 사입사 조명용 어퍼쳐.
  8. 광원; 상기 광원으로부터 조사된 입사광을 소정 각도로 회절시키는 프리즘형태의 광 투과영역을 포함하는 어퍼쳐; 상기 어퍼쳐의 광 투과영역을 투과하여 입사된 광을 집속하기 위한 콘덴서렌즈; 및 상기 콘덴서렌즈를 투과한 광에 의해 웨이퍼 상에 전사될 패턴이 형성된 포토마스크를 구비하는 것을 특징으로 하는 투영노광 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 어퍼쳐를 투과하여 형성된 광원의 모양이 이중 고리(double - annular)의 형태를 만드는 것을 특징으로 하는 투영노광 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 어퍼쳐는 고리형, 4극형 또는 쉬링크인 것을 특징으로 하는 투영노광 장치.
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