KR100218074B1 - 투영 석판 인쇄 시스템 및 전반사용 광학 소자 이용방법 - Google Patents

투영 석판 인쇄 시스템 및 전반사용 광학 소자 이용방법 Download PDF

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Abstract

투영 석판인쇄 시스템은 스펙트럼의 진공 자외선영역에 대해 짙은 자외선내에서 작동하고 석판인쇄 마스크의 감소된 상을 반도체 웨이퍼상으로 투영시키기 위해 전반사용 광학장치를 사용한다. 상기 전반사용 광학장치는 각 반사면들이 비구면 렌즈인, 여석개 내지 여덟 개의 반사면들을 가진다. 상기 반사면들은 보통 광축을 따라 배치되고, 석판인쇄 마스크로부터 반도체 웨이퍼로 광이 이동할 때 광 경로에 의해 차단되지 않도록 배열된다.

Description

투영 석판인쇄 시스템 및 전반사용 광학소자 이용방법
본 발명은 투영 석판인쇄 시스템(a projection lithography system) 및 집적회로의 석판인쇄 패턴방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 투영 석판인쇄 시스템 및 전반사 광학장치를 이용하는 방법에 관한 것이다.
VLSI산업에 있어서, 반도체 칩 제조에 사용되는 일반적인 투영 석판인쇄 시스템은 리지스트(resist) 코팅 반도체 웨이퍼에 상(image)을 투영시키는 리덕션 카메라(reduction camera)를 이용한다. 상기 투영된 패턴은 리지스트가 발생되었을 때 반도체 웨이퍼상으로 전사된다. 반도체 디자인의 증진에 따라, 반도체 제조자들은 반도체 웨이퍼의 보다 큰 영역에 항상 미세성분이 형성된다는 문제점에 직면하게 되었다. 반도체 웨이퍼의 점진적으로 보다 큰 영역에 대한 미세성분 형성은 그제조 목적에 상충됨을 나타낸다. 전형적으로, 반도체 웨이퍼상의 미세성분의 형성은 석판인쇄의 패턴닝동안 광의 보다 짧은 파장을 이용하여 실행되어진다. 그결과, 현재 투영 석판인쇄 시스템은 다수의 구경을 갖는 투영 카메라에 청색광, 자외선광 및 짙은 자외선광이 종종 이용된다. 그러나, 다수의 구경을 갖는 투영 카메라의 이용은 반도체 웨이퍼의 큰 영역의 노출을 어렵게 만든다. 상기 문제점을 언급함에 있어, 투영 카메라의 크기가 커짐으로써, 투영 카메라의 노출영역은 반도체 웨이퍼상의 원하는 영역을 덮을 수 있을 만큼의 충분한 크기가 된다. 현대의 반도체 산업분야에서 투영 카메라의 대형화 경향에 따라 투영 카메라에 수용되는 렌즈는 날카로운 초점으로 보다 큰 노출영역을 유지하기 위해 더욱 복잡하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위한 시도로서, 반도체 제조업자들은 석판인쇄 패턴닝동안 248nm 의 KrF 레이저 소스와 193nm 의 ArF 레이저 소스를 이용해 왔다. 이러한 파장의 범위에서는 실리카(SiO2)만이 투영 카메라의 광학장치에 사용될 수 있다. 렌즈 디자인에 있어서, 다른 굴절률을 가진 렌즈소자들은 광학 시스템에서의 다양한 수차를 감소시키는 데 이용된다. 그러나, 한 개의 유리만이 적용될 수 있는 석판인쇄 패턴닝 적용에 있어서, 수많은 렌즈들은 똑같은 동일한 수차 보정도를 성취하기 위해 광학 시스템에 이용되어야 한다. 한 개의 유리 형태만이 이용되는 전반사용 광학 시스템에 있어서, 렌즈들은 무색으로 제조될 수 없다. 이에따라, 색수차를 감소시키기 위해, 레이저광 소스는 일반적으로 0.01A로 좁아지게 된다. 상기 레이저광 소스는 실리카 유리 소자를 전시간에 걸쳐 손상시키게 된다. 상기 손상된 렌즈소자는 투영 카메라의 마지막 상을 뒤틀리게 함으써, 투영 카메라도 실행하는 석판인쇄 패턴닝중에 흠집이 발생하게 된다.
유리 렌즈를 사용함에 따른 문제점을 해결하기 위한 시도로, 석판인쇄 시스템은 렌즈를 사용하기보다는 석판인쇄 패턴을 발생시키도록 반사면을 이용하는 것을 발전시켜 왔다. 이러한 종래의 석판인쇄 시스템은 제웰(Jewell) 등에 허여된 명칭이 환형 영역 석판인쇄(RINGFIELD LITHOGRAPHY)인 미국특허 제5,315,629호에, 공지되어 있다. 상기 특허에 따르면, 약한 X선 소스는 반도체 웨이퍼상에 석판인쇄 패턴을 형성시키는 데 이용된다. 약한 X선 소스는 수많은 반사면을 이용하여 초점 형성된다. 그러나, 석판인쇄의 패턴닝의 약한 X선의 사용은 많은 제조상의 문제점들을 야기시킨다. 약한 X선을 이용하는 것은 제조공정중에 작업자의 노출을 방지하기 위해 특수형 차폐벽을 필요로 한다. 또한 석판인쇄 패턴닝에 요구되는 조작상의 특성을 갖는 약한 X선 소스는 그 가격이 너무 비싸서, 상업적으로 이용하기에 어려움이 따른다. 상기 제웰의 특허에서 약한 X선의 방사선은 반도체 기판에 방사선이 충돌하기 전에 네 개의 소자들로부터 떨어져 반사된다. 약한 X선의 방사선을 정확하게 반사시킬 수 있는 면은 매우 비효율적이다. 단지 몇 개의 반사면만이 디자인의 고유 손실로 인하여 디자인할 수 없기 전에 디자인에 이용될 수 있다. 약한 X선 시스템에 이용될 수 있는 수많은 반사면은 제한되어지기 때문에, 상기 시스템용으로 선택하는 설계, 또한, 제한되어진다.
약한 X선용 석판인쇄 투영 시스템의 또다른 단점은 상기 반사면이 약한 X선의 방사선을 정확하게 반사시키기 위해 복잡한 코팅을 포함한다는 것이다. 또한,약한 X선의 방사선의 짧은 파장과 석판인쇄 투영 시스템에 사용되는 제한된 반사면수로 인해, 상기 반사면들은 거의 종래의 제조기술 및 장치를 이용하여 얻을 수 없는 내성을 가지도록 제조되야 한다. 결과적으로, 약한 X선용 석판인쇄 투영 시스템에서 반사면의 발생은 그 가격이 너무 비싸고, 직업강도 및 작업시간을 증가시킨다.
그러므로, 전반사용 광학 디자인에 이용하는 석판인쇄 투영 시스템이 아직까지 약한 X선의 파장보다 긴 파장에서 작동되는 기술의 필요성이 존재하며, 이용될 수 있는 상업용 레이저광 소스 및 일반적인 반사체, 그리고, 이용이 가능한 수많은 반사체의 개수는 제한되지 않는다.
본 발명은 스펙트럼의 짙은 자외선 영역에 진공의 자외선내에서 가동되고, 반도체 웨이퍼상으로 석판인쇄 마스크의 감소된 상을 투영시키기 위한 전반사용 광학장치를 이용하는 투영 석판인쇄 시스템이다. 상기 전반사용 광학장치는 각 반사면이 비구면 렌즈인 6 내지 8 개의 반사면을 갖는다. 상기 반사면들은 공통의 광축을 따라 배치되고, 광이 석판인쇄 마스크로부터 반도체 웨이퍼로 투영될 때 광의 경로로 간섭이 발생되지 않기 위해 배열된다.
광학장치의 마지막 두 개의 반사면은 반도체 웨이퍼상의 마지막 상에 결합되는 중간상을 발생시키는 오프-축 카세그레인 릴레이(Cassegrain relay)를 형성한다. 오프-축 카세그레인 릴레이의 존재로 인하여, 시스템의 다른부분이 저속 광선팬으로 가동될 수 있으므로, 수차를 감소시킬 수 있다. 또한, 중간상의 결합지점의 필드 스톱을 위치시킴으로써, 표유광선은 차단되어지고 시스템의 실행은 향상되어진다.
제1도는 여덟 개의 반사 광학소자를 갖는 본 발명의 투영 석판인쇄 시스템의 제1실시예를 나타내는 개략적인 도면.
제2도는 여섯 개의 반사용 광학소자를 갖는 본 발명의 투영 석판인쇄 시스템의 제2실시예를 나타내는 개략적인 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 투영 석판인쇄 시스템 11 : 광축
12,14,16,18,20,22,24,26,102,104,106,108,110,112 : 반사면
13,126 : 구경 스톱 30 : 반도체 웨이퍼
32 : 필드 스톱
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
투영 석판인쇄 시스템에 있어서, 상기 시스템내의 광학장치의 결과치는 다음과 같은 관계식으로 표시된다.
Figure kpo00002
여기서, W는 발생하는 최소의 상 크기, K는 포토리지스트 변수에 따른 경험상의 결정계수, λ는 노출파장, NA는 절대 구경(numerical aperture)이다. 상기 절대 구경(NA)은 투영 석판인쇄 시스템을 위한 상의 수용각을 측정한 양이다. 상기 절대 구경(NA)은 다음과 같은 관계식으로 나타낸다.
Figure kpo00003
여기서, N은 상 공간에서의 굴절률이고, θ는 투영 석판인쇄 시스템에 의해 수용된 광선의 최대 원추각이다.
본 발명의 투영 석판인쇄 시스템은 짙은 자외선과 스펙트럼의 진공자외선 영역사이의 노출파장 즉, 약 100nm 내지 300nm 에서 최적으로 가동될 수 있도록 디자인된다. 광을 상기 주파수 범위내에서 방출하는 레이저 소스가 점차 상용화되고 있다. 투영 석판인쇄 시스템은 반도체 웨이퍼에 석판인쇄 마스크를 재상(reimage)시키기 위해 노출파장을 이용한 여섯 개 내지 여덟 개의 반사면을 갖는다. 투영 석판 인쇄 시스템에 포함되는 각 반사면들은, 이용된 노출파장에 따라, 90% 부근 가능하게는 98% 만큼의 높은 효율로 노출파장을 반사시킨다.
예로서, 제1도에 도시된 투영 석판인쇄 시스템은 126nm의 노출파장과 0.5의 절대 구경(NA)을 갖는 8개 거울의 전반사 5:1 리덕션 이미징 시스템이다. 식 1로부터, K = 0.7인 경우, 투영 석판인쇄 시스템은 0.18㎛의 상을 이미징시킬 수 있다. K = 0.5인 경우에는 투영 석판인쇄 시스템은 0.13㎛의 상을 이미징시킬 수 있다.
제2도에 도시된 투영 석판인쇄 시스템은 126nm의 노출파장과 0.45의 절대 구경(NA)을 갖는 여섯 개의 거울로 된, 전반사용 5:1 리덕션 이미징 시스템이다. 식1로부터, K = 0.7인 경우, 투영 석판인쇄 시스템은 0.20㎛의 상을 이미징시킬 수 있다. K = 0.5인 경우, 투영 석판인쇄 시스템은 0.14㎛의 상을 이미징시킬 수 있다. 상술한 것은 단지 전형적인 예로서 하나의 실시예이고, 거울수, 리덕션 비율, 도출파장, 절대구경 및 K 요소의 변화에 의해 본 발명의 범위안에서 많은 다른 실시예들이 발생될 수 있다. 126nm의 광 소스가 2개의 전형적인 실시예에서 이용된다하더라도, 다수의 레이저광 소스가 100nm 내지 300nm 사이에서 이용될 수 있다. 예를들면, 126nm의 레이저광 소스에 부가하여, 선택된 최소치에서 상업용 레이저광 소스는 146nm, 157nm, 172nm, 193nm등으로 이용된다.
제1도를 참조하면, 제1실시예의 투영석판인쇄 시스템(10)이 본 발명에 따라 도시되어 있다. 투영 석판인쇄 시스템(10)은 석판인쇄 마스크(28)와 반도체 웨이퍼(30)사이에서 배치되는 여덟 개의 반사면(12,14,16,18,20,22,24,26)들을 포함한다. 여덟 개의 반사면(12,14,16,18,20,22,24,26)들은 반도체 웨이퍼(30)의 지점에서 마스크 상을 5:1로 감소시킨다. 도시된 투영 석판인쇄 시스템(10)은 반도체 웨이퍼(30)상의 노출영역이 노출 슬릿(slit)의 크기에 의해 결정되는 스캐닝 시스템(scanning)이다. 전형적인 실시예에서, 노출 슬릿은 26mm의 길이와 1mm의 넓이를 갖는다. 스캐닝 시스템에 따르면, 반도체 웨이퍼(30)와 석판인쇄 마스크(28)는 동시에 스캐닝된다는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 도시된 실시예는 5:1 리덕션 시스템이기 때문에, 석판인쇄 마스크(28)는 정상적인 투영 상을 보장하고 위치상의 동시성을 제공하기 위해 반도체 웨이퍼(30)만큼 빠르게 다섯 번 이동하게 된다. 석판인쇄 마스크(28)와 반도체 웨이퍼(30) 모두 이동하기 때문에, 투영 석판인쇄 시스템(10)의 다양한 광학소자들은 모두 석판인쇄 마스크(28)와 반도체 웨이퍼(30)사이에 전적으로 포함되어 있고, 그래서, 상기 광학소자는 스캐닝 동안 반도체 웨이퍼(30)와 석판인쇄 마스크(28)의 필요한 이동에 의해 간섭되지 않는다는 것은 중요하다.
투영 석판인쇄 시스템(10)에는, 여덟 개의 반사면(12,14,16,18,20,22,24,26)들이 배열되어 있고, 그래서, 상기 반사면들중 어느 것도 광이 석판인쇄 마스크(28)로부터 반도체 웨이퍼(30)로 이동할 때 다른 반사면으로부터 반사된 광의 경로를 차단하지 않는다. 또한, 여덟 개의 반사면(12,14,16,18,20,22,24,26)들의 각각은 약간 크게 되어 있다. 각각 여덟 개의 반사면(12,14,16,18,20,22,24,26)들에 충돌하는 광은 각 반사면의 외부림으로부터 예정거리에 위치한다. 그러므로, 여덟 개의 반사면(12,14,16,18,20,22,24,26)들은 반사면의 외부림에 우측으로 정확하게 제조될 필요는 없다. 그래서 여덟 개의 반사면(12,14,16,18,20,22,24,26)들을 제조하는 데 있어서 실용성이 크게 증가된다.
전형적인 실시예에서는, 126nm의 노출파장이 이용되었다. 각 반사면(12,14,16,18,20,22,24,26)들은 노출파장이 이용됨으로써 크게 반사되는 물질로 코팅된다. 현재의 기술에 따르면, 126nm의 파장을 위한 반사면들은 상기 파장을 90%에 가까운 효유로 정확하게 반사되는 것을 이용한다. 상기 반사면의 효율은 약한 X선용으로 이용되는 반사면, 즉 60%에 가까운 효율로 반사시키는 반사면보다 훨씬 더 멀다. 각 반사면(12,14,16,18,20,22,24,26)들의 반사효율이 90% 근처이기 때문에, 여덟 개의 반사면들은 수용레벨아래에서 광의 강도를 감소시키지 않고도 손쉽게 이용될 수 있다. 최소한 여덟 개의 반사면들이 이용됨에 따라, 이용가능한 다수의 광학 디자인은 반사 손실로 인해 오직 네 개의 반사면까지만 이용할 수 있는 약한 X선 투영 석판인쇄 시스템의 수만큼 거의 제한되지 않는다.
제1도의 실시예에 따르면, 여덟 개의 반사면(12,14,16,18,20,22,24,26)들은 모두 비구면이다. 또한, 각 여덟 개의 반사면(12,14,16,18,20,22,24,26)이 공통 광출(11)을 따라 배치되므로, 투영 석판인쇄 시스템(10)의 조립이 단순화될 수 있다. 각 반사면은 코닉 플러스(conic plus)에 의해 10차 다항식의 오버레이를 설명할 수 있는 비구면을 가진다. 상기 10차 다항식은 다음과 같이 식 3에 의해 표현된다.
Figure kpo00004
여기서, Z는 Z축에 평행한 비구면 렌즈의 휨을 나타내고, Y는 Z축으로부터 반경거리이고, K는 정점 곡률이고, CC는 원추형 계수이고, AD,AE,AF 및 AG는 각각 4차,6차,8차 및 10차의 뒤틀림계수이다. 여덟 개의 반사면(12,14,16,18,20,22,24,26)의 광학기준치들은 다음과 같이 표 1과 표 2에 나타냈다.
Figure kpo00005
Figure kpo00006
표 1과 표 2에 있는 데이터로부터, 석판인쇄 마스크(28)에서 방출되는 광은 제1반사면(12)으로 거리 D1 만큼 이동한다. 제1반사면(12)은 오목하고 광을 제2반사면(14)으로 방출시킨다. 구경 스톱(13)은 제1반사면(12)과 제2반사면(14)사이에 배치된다. 구경 스톱(13)이 또한 제2반사면(14)과 제3반사면(16)사이에 위치한다하더라도, 상기 구경 스톱(13)의 위치는 제1반사면(12)과 제2반사면(14)사이에 있는 것이 바람직하다. 상기 위치는 구경 스톱(13)이 완전히 접근 가능하기 때문에, 즉, 어떠한 반사면이나 광 경로도 구경 스톱(13)이 완전히 접근 가능하기 때문에, 즉, 어떠한 반사면이나 광 경로도 구경 스톱(13)의 수용영역에 의해 간섭되지 않는다는 점에서 바로 상기 위치는 바람직하다.
광이 구경 스톱(13)을 통과한 후, 광은 제2반사면(14)에 충돌하게 된다. 제2반사면(14)은 광을 제3반사면(16)으로 반사시키는 블록면이다. 제3반사면(16)은 광을 제4반사면(18)으로 반사시키는 볼록면이다. 제4반사면(18)은 광을 제5반사면(20)으로 반사시키는 볼록면이다. 제5반사면(20)은 광을 제5반사면(22)으로 반사시키는 볼록면이다. 제5반사면(20)과 제6반사면(22)사이인 지점 P1에서는 비교적 날카로운 중간 초점을 형성시킨다. 임의 필드 스톱(32)은 분산광 및 표유광으로부터 전 광학설계를 보호하는 보호물을 만들기 위해 P1 지점에 근접 배치된다. 제6반사면(22)은 제7반사면(24)으로 광을 반사시키는 볼록면이다. 제7반사면(24)은 제8반사면(26)으로 광을 반사시키는 볼록면이다. 마지막으로, 제8반사면(26)은 반도체 웨이퍼(30)로 광을 반사시키는 볼록면이다. 여러개의 반사면들은 제8반사면(26)으로부터 반도체 웨이퍼(30)에 충돌하는 광은 전파중심상(telecentric)에 있도록 배열된다. 그결과, 제8반사면(26)으로부터 반사되는 광선의 팬으로부터의 중심 혹은 주 선(35)은 반도체 웨이퍼(30)의 평면상에 대해 수진이다. 이는 날카로운 초점을 반도체 웨이퍼(30)상의 노출영역을 통해 얻을수 있게 한다.
제1도에서, 여덟 개의 반사면(12,14,16,18,20,22,24,26)들은 네 개의 서브 시스템에 배열된다는 것을 알 수 있다. 반도체 웨이퍼(30)로부터 후방에서 작업을 함에 따라, 제8반사면(26)과 제7반사면(24)는 오프-축으로부터 떨어진 카세그레인 릴레이 서브 시스템을 만들어낸다. 큰 오목형의 제8반사면926)은 반사면(24,26)이 두 개 이상의 요소에 의해, 광선 끝을, 또한, 변화시키는 광의 경로에 의해 간섭하지 않는 서브 시스템을 만들기 위해 상대적으로 작은 볼록형의 제7반사면(24)과 결합하여 작동한다. 이에 의해, 제7 및 제8반사면(24,26)을 갖는 카세그레인 릴레이 서브 시스템은 투영 석판인쇄 시스템(10)의 나머지부를, 수차를 감소시키는 매우 저속의 광선 팬에 의해 가동할 수 있도록 하고, 반사면이 광의 경로에 의해 간섭되지 않도록 매우 쉽게 설계할 수 있도록 한다. 또한, 제7 및 제8반사면(24,26)을 갖는 카세그레인 릴레이 서브 시스템은 여덟 개의 반사면(12,14,16,18,20,22,24,26)들에 의해 차지한 영역이상 한 지점에서 반도체 웨이퍼(30)의 초점을 위치시키기 위해 작동한다. 이러한 이유 때문에, 커다란 오목형 반사면과 반도체 웨이퍼(30)의 바로 앞에 있는 아주 작은 볼록형 반사면을 갖는 카세그레인 릴레이 서브 시스템은 본 실시예가 여섯 개, 일곱 개, 여덟 개의 반사면을 갖는 것에 관계없이, 본 발명의 모든 실시예에 포함되는 상이 있다.
도시된 실시예에 따르면, 제7 및 제8반사면(24,26)을 갖는 카세그레인 릴레이 서브 시스템은 반도체 웨이퍼(30)상의 마지막 상과 결합하는 P1 지점에서의 중간상을 만들어낸다. P1 지점에서 중간상에 근접하게 위치하는 제5 및 제 6반사면(20,22)은 필드 거울로서 작용한다. P1 지점에서의 중간상은 제5 및 제6반사면(20,22)의 전방, 중간, 후방에 위치하게 되지만, 도시된 바와 같이, 제5 및 제6반사면(20,22)사이에 위치하는 것이 바람직하다. 제7 또는 제8반사면을 갖는 투영 석판인쇄 시스템의 또다른 실시예에 따르면, 한 개 또는 두 개의 필드 거울들은 전체의 설계를 통해 제거된다. 상기 또다른 실시예에서 필드 거울의 광학적 효과는 반사면이 존재함으로써 실현된다.
또한 제3 및 제4반사면(16,18)과 제1 및 제2반사면(12,14)은 축으로부터 떨어진 카세그레인 릴레이 서브 시스템을 만들어 낸다. 각 서브 시스템에는 제1 및 커다란 오목형 반사면인 제1 및 제4반사면(12,18), 작은 볼록형 반사면인 제2 및 제3반사면(14,16)이 있다. 본 발명인 투영 석판인쇄 시스템(10)의 양호한 실시예는, 3개 이상의 오프축 카세그레인 릴레이 서브 시스템들이 포함되어 있고, 여기에서 각 서브 시스템은 커다란 오목형 반사면과 작은 볼록형 반사면을 포함한다. 축으로부터 떨어진 카세그레인 릴레이 서브 시스템은 여섯 개, 일곱 개 또는 여덟 개의 반사면을 갖는 투영 석판인쇄 시스템을 만들기 위해 다수의 필드 거울에 의해 결합되어질 수 있다.
상술된 바와같이, 전형적인 실시예에 사용되는 각 여덟 개의 반사면(12,14,16,18,20,22,24,26)은 비구면 렌즈이다. 각 반사면은 기본 코닉 플러스에 의해 10차 다항식의 오버레이를 나타내는 비구면 렌즈면을 가진다. 상기 실시예에서, 어떤 반사면의 최악의 비구면 렌즈의 디파춰(departure)는 +/- 75u 아래에서 유지된다. 상기 경우처럼, 반사면은 종래의 투영 석판인쇄 시스템에서 렌즈용으로 사용된 반사면보다 거의 4배나 강한 내구성을 가지고 있다. 그래서, 종래의 투영 석판인쇄 시스템에는, 오직 여섯 개 내지 여덟 개의 반사면들이 있다. 이 경우, 본 발명의 투영 석판인쇄 시스템의 전체 내구성은 실제상으로 렌즈를 갖는 종래의 투영 석판인쇄 시스템보다 훨씬 덜 강하다.
반사효율이 90%이상을 갖는 여덟 개의 반사면(12,14,16,18,20,22,24,26)으로 된 광학 시스템을 사용함으로써, 최소한 43%의 초기광 강도는 반도체 웨이퍼(30)에 의해 얻게 된다. 이러한 것은 60%의 반사효율로 오직 네 개의 반사면만을 갖는 약한 X선 투영 석판인쇄 시스템의 강도보다 2.5배 이상이다.
제2도를 참조하면, 본 발명에 따른 제2실시예인 투영 석판인쇄 시스템(100)을 도시한 것이다. 상기 투영 석판인쇄 시스템(100)은 반도체 웨이퍼(30)와 석판인쇄 마스크(28)사이에 배치되는, 여덟 개의 반사면(102,104,105,108,110,112)들을 포함한다. 여덟 개의 반사면(102,104,105,108,110,112)들은 반도체 웨이퍼(30)의 지점에서의 마스크상이 5:1 리덕션을 발생시킨다. 전형적인 실시예에 따르면, 노출 슬릿은 25mm의 길이와 1mm의 넓이를 가진다.
투영 석판인쇄 시스템(100)내에서, 여섯 개의 반사면(102,104,105,108,110, 112)들은 어느 반사면도 석판인쇄 마스크(28)로부터 반도체 웨이퍼(30)로 광이 이동할 때 어떤 다른 반사면으로부터 반사되는 광의 경로를 차단하지 못하도록 배열된다. 또한, 제1실시예에처럼, 각 여섯 개의 반사면(102,104,105,108,110, 112)들은 약간 크게 되어 있다. 그결과 각 여섯 개의 반사면(102,104,105, 108,110,112)에 충돌하는 광은 각 반사면의 외부림으로부터 예정 거리로 멈추게 된다.
전형적인 실시예에 있어서는, 126nm의 노출파장이 이용된다. 각 반사면(102,104,105,108,110,112)들은 노출파장으로 이용하여 크게 반사되는 물질로 코팅된다. 도시된 실시예는 오직 여섯 개의 반사면(102,104,105,108,110,112)만을 이용하기 때문에, 상기 반사면들은 여덟 개의 반사면을 가지는 초기 실시예의 반사면만큼 반사될 필요는 없다.
제2도의 실시예에 따르면, 여섯 개의 반사면(102, 104, 105, 108, 110, 112)들은 모두 비구면 렌즈이다. 더욱이, 각 여섯 개의 반사면(102, 104, 105, 108,들 110, 112)은 보통 광축(114)을 따라 배치되고, 이에 의해, 투영 석판인쇄 시스템(100)의 조립을 단순화할 수 있다. 각 반사면은 식 3에 의해 표현된 것처럼, 기본 원추플러스에 의해 10차 다항식의 오버레이를 표현하는 비구면 렌즈상을 갖는다. 여섯 개의 반사면(102,104,105,108,110,112)의 광학기준치들은 다음과 같이 표 3과 표 4로 표현된다.
Figure kpo00007
Figure kpo00008
표 3과 표 4의 데이터로부터, 광은 석판인쇄 마스크(28)으로부터 제1반사면(102)로 이동한다는 것을 보여준다. 제1반사면(102)은 볼록하고 제2반사면(104)으로 광을 투영시킨다. 구경 스톱(103)은 제1반사면(102)과 제2반사면(104)사이에 배치된다. 상기 위치는 구경 스톱(103)이 완전히 접근가능한 지점에 있기 때문에, 어떠한 반사면이나 광 경로도 구경 스톱(103)의 수용영역으로 인해 차단되지 않는 것이 바람직하다.
광이 구경 스톱(103)을 통과한 후, 광은 제2반사면(104)에 충돌한다. 제2반사면(104)은 제3반사면(106)으로 광을 투영시키는 오목한 면이다. 제3반사면(106)은 제4반사면(108)으로 광을 투영시키는 볼록한 면이다. 제4반사면(108)은 제5반사면(110)으로 광을 투영시키는 오목한 면이다. 제5반사면(110)은 제6반사면(112)으로 광을 투영시키는 볼록한 면이다. 마지막으로, 제6반사면(112)은 반도체 웨이퍼(30)로 광을 투영시키는 오목한 면이다. 제4반사면(110)과 제5반사면(112) 사이의 P2 지점에서는 비교적 날카로운 중간 초점이 형성된다. 임의 필드 스톱(126)은 표유광 및 분산광으로부터 전체의 광학적 설계를 보호하는 방해물을 만들기 위해, P2 지점에 배치된다. 많은 반사면들이 제8반사면(26)으로부터 반도체 웨이퍼(30)에 충돌하는 광이 전파중심상(telecentric)에 있도록 배치된다. 그결과, 선 팬으로부터의 중심 혹은 주 선(128)은 반도체 웨이퍼(30)의 평면상에 대해 수직적이다. 이러한 것은 반도체 웨이퍼(30)상의 노출영역을 통해 날카로운 촛점을 얻을 수 있게 한다.
제2도에 따르면, 여섯 개의 반사면(102,104,105,108,110,112)들은 세 개의 서브 시스템에 배열된다. 반도체 웨이퍼(30)로부터 후방에서 작업을 함에 따라, 제5반사면(110)과 제6반사면(112)들은 오프-축으로부터 떨어진 카세그레인 릴레이 서브 시스템을 만들어 낸다는 것을 알 수 있다. 대형 오목형상의 제6반사면(112)은 아직까지 광 경로로 차단되지 않는 반사면(110,112)들이 또한 광선의 속도를 원추형으로 변화시키는 서브 시스템을 만들기 위해 상대적으로 작은 볼록형상의 제5반사면(110)에 결합하여 작동한다. 이에 의해, 제5 및 제6반사면(110,112)을 갖는 카세그레인 릴레이 서브 시스템은 투영 석판인쇄 시스템(110)의 나머지부를, 수차를 감소시키는 매우 저속의 광선 팬들에 의해 가동시킬 수 있고, 반사면들이 광 경로에 의해 차단되지 않도록 하는 설계를 훨씬 쉽게 할 수 있다. 또한, 제5 및 제6반사면9110,112)을 갖는 카세그레인 릴레이 서브 시스템은 여섯 개의 반사면(102,104,105,108,110,112)들의 수용영역 밖인 한 지점에서 반도체 웨이퍼(30)의 초점을 형성시키기 위해 작동한다.
또한, 제3 및 제4반사면(106,108)과 제1 및 제2반사면(102,104)들은 오프-축 카세그레인 릴레이 서브 시스템을 만들어낸다. 각 서브 시스템에는, 볼록형 반사면인, 즉 제1 및 제3반사면(102,106)들이 있고, 대형 오목형 반사면인, 즉 제2 및 제4반사면(104,108)들이 있다.
상술된 바와같이 본 실시예에 사용된 여덟 개의 반사면(12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26) 들은 비구면 렌즈이다. 각 반사면은 기본 코닉 플러스에 의해 10차 다항식의 오버레이를 나타내는 비구면 렌즈를 가진다. 실시예에서, 어떤 반사면의 최악의 비구면상 렌즈의 디파춰는 +/- 50u 아래에 위치한다.
여섯개의 반사면(102,104,105,108,110,112)들을 갖는 광학 시스템을 이용함에 따라, 각 반사면이 80%의 반사효율을 가진다 하더라도, 전체 시스템은 60%의 반사효율로 오직 네 개의 반사면만을 갖는 약한 X선 투영 석판인쇄 시스템보다 효율성면에서 2배 이상이 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 여덟 개의 반사면 및 여섯 개의 반사면을 갖는 시스템의 전형적 실시예들을 나타내고 있지만, 반사면들을 갖는 광학 시스템도 가능한 것으로 이해된다. 본 발명의 투영 석판인쇄 시스템은 기능적으로 등가 소자 및 회로들을 사용하는 기술에서 본 기술분야의 기술자에 의해 변형되어질 수 있다. 예를 들면, 노출파장, 절대구경, 반사면 개수, 반도체 웨이퍼형상의 크기, 노출영역 및 노출슬롯 크기등의 변수들이 만들어지는 경우, 본 실시예에 따라 변형은 가능하게 된다. 상기 모든 변형 및 또다른 실시예들은 첨부된 청구범위로 한정되듯이 본 발명의 범위안에 포함되는 것으로 이해된다.

Claims (20)

  1. 석판인쇄 마스크로부터의 상이 노출파장을 이용하여 반도체 웨이퍼로 투영되는 투영 석판인쇄에 사용되는 광학 시스템에 있어서, 석판인쇄 마스크와 반도체 웨이퍼사이에 배치되고, 각각이 비구면렌즈인 6개 이상의 반사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각 반사면은 90% 이상의 효율로 노출파장을 반사시키는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 노출파장은 100nm 이상인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 6개의 반사면은 상기 반도체 웨이퍼 앞에 있는 마지막 반사면과 마지막 반사면에서 두 번째인 면을 포함하며, 상기 마지막 반사면은 오목면이고 상기 마지막 반사면에서 두 번째인 면은 보다 작은 볼록면인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 반사면은 노출파장이 보다 작은 볼록면에 충돌하기 전의 한 지점에서 상의 결합을 발생시키는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 오목면은 반도체 웨이퍼에 전파중심적으로 결합하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 상기 오면면과 보다 작은 볼록면은 오프-축 카세그레인 릴레이를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 6개의 이상의 반사면은 제1, 제2 및 제3 서브 시스템을 포함하며, 각 서브 시스템은 반사 오목면과 보다 작은 반사 볼록면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 6개 이상의 반사면의 각각은 공통 광축을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 노출파장은 석판인쇄 마스크로부터 반도체 웨이퍼로로 광 경로를 따라 이동하고, 상기 반사면은 광 경로에 간섭되지 않도록 위치되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 노출파장은 126nm, 145nm, 157nm, 193nm으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 6개 이상의 반사면은 여덟 개의 반사면을 포함하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  13. 제5항에 있어서, 결합하는 상에 근접하도록 배치된 필드 스톱을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 6개 이상의 반사면은 제1 및 제2반사면을 가지며, 제1반사면과 제2반사면 사이에 배치되는 구경 스톱을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  15. 석판 인쇄 마스크의 감소된 상을 노출파장을 이용하여 반도체 웨이퍼에 투영시키는 투영 방법에 있어서, 각각 노출파장을 반사시킬 수 있는 6개 이상의 비구면 렌즈 반사면을 석판인쇄 마스크와 반도체 웨이퍼 사이에 위치 설정시키는 단계와, 감소된 상을 반도체 웨이퍼에 발생시키는 6개 이상의 비구면 렌즈 반사면으로부터 노출파장을 반사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영방법.
  16. 제15항에 있어서, 6개 이상의 비구면 렌즈 반사면의 각각은 80% 이상의 효율로 노출파장을 반사시키는 것을 특징으로 하는 투영방법.
  17. 제15항에 있어서, 6개 이상의 반사면은 반도체 웨이퍼 앞에 있는 마지막 반사면과 마지막 반사면에서 두 번째인 반사면들을 포함하고, 상기 6개 이상의 반사면은 마지막 반사면에서 두 번째인 반사면 앞에서 상의 결합을 발생시키기 위해 배열되는 것을 특징으로 하는 투영방법.
  18. 제17항에 있어서, 결합하는 상에 구경 스톱을 제공하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 투영방법.
  19. 제15항에 있어서, 노출파장은 진공 자외선과 은 자외선사잉 있는 것을 특징으로 하는 투영방법.
  20. 제17항에 있어서, 마지막 반사면은 오목면이고 마지막 반사면에서 두 번째인 반사면은 보다 작은 볼록면인 것을 특징으로 하는 투영방법.
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