KR100236712B1 - 반도체 스테퍼설비의 조명계장치 - Google Patents

반도체 스테퍼설비의 조명계장치 Download PDF

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Abstract

스테퍼설비 내부에 설치된 렌즈, 반사거울, 광필터 등의 광학부재 표면을 오염시키는 단파장 화학선을 미연에 차단하도록 하여 광학부재의 손상 및 오염을 방지하도록 하는 반도체 스테퍼설비의 조명계장치에 관한 것이다.
본 발명은 노광공정에 필요한 광을 제공하는 램프와, 상기 램프로부터 공급되는 광을 집광 유도하는 집광거울이 설치된 제 1 챔버를 포함하여 구성된 반도체 스테퍼설비의 조명계장치에 있어서, 상기 집광거울에 의해 집광 유도되는 전방 제 1 챔버 내에 화학선 필터가 설치됨을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면 집광거울 전방에 단파장 화학선을 제거하는 화학선 필터를 설치함으로써 이후에 설치되는 광학부재는 단파장 화학선에 의한 손상 및 오염을 예방하게 되어 웨이퍼 스테이지에 조사되는 시간을 일정하게 유지할 수 있을 뿐 아니라 본체부로 이동하는 광의 반사율과 투과율 및 웨이퍼상에 조사되는 조도가 일정하게 유지되는 효과가 있다.

Description

반도체 스테퍼설비의 조명계장치
본 발명은 반도체 스테퍼설비의 조명계장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스테퍼설비 내부에 설치된 렌즈, 반사거울, 광필터 등의 광학부재 표면을 오염시키는 단파장 화학선을 미연에 차단하도록 하여 광학부재의 손상 및 오염을 방지하도록 하는 반도체 스테퍼설비의 조명계장치에 관한 것이다.
통상적으로 웨이퍼는 사진, 확산, 식각, 화학기상증착 및 금속배선 등의 공정을 반복 수행함에 따라 반도체장치로 제작되고, 이들 반도체장치 제조공정중 빈번히 이루어지는 공정의 하나가 포토리소그래피 ( Photo Lithography ) 공정이다.
상기 포토리소그래피 공정은 웨이퍼상에 소정 패턴을 형성시키기 위한 공정으로서, 먼저 PR (Photoresist)층이 균일하게 도포 형성된 웨이퍼 상면에 소정 레이아웃으로 형성된 레티클(Reticle)을 위치시켜 조도가 높은 파장의 광을 조사하고, 이후 조사에 따른 불필요한 PR 층을 분리 세정함으로써 웨이퍼상에 요구되는 패턴을 형성하는 것이다.
이러한 포토리소그래피 공정 중 웨이퍼상에 소정 파장을 갖는 광을 조사하여 노광공정을 수행하는 스테퍼설비의 종래 기술에 대하여 도1과 도2를 참조하여 설명하기로 한다.
도1은 종래의 반도체 스테퍼설비의 조명계장치가 본체부에 설치된 상태를 나타낸 사시도이고, 도2는 도1의 조명계장치 내에 각종 광학부재가 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도1을 참조하여 설명하면, 통상 스테퍼설비(10)는 크게 노광공정에 필요한 광을 형성 공급하는 조명계장치(12)와 이 조명계장치(12)로부터 유도 공급되는 광을 웨이퍼상에 조사하는 본체부(14)로 구분되어 진다.
여기서 노광공정에 필요한 광을 형성 공급하는 조명계장치(12)에 대하여 도2를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
상술한 스테퍼설비(10)의 조명계장치(12)는 도2에 도시된 바와 같이 노광공정에 사용되는 광을 공급하고 일 방향으로 집광 유도하는 제 1 챔버(16)와, 제 1 챔버(16)로부터 유도 투입되는 광을 다른 일 방향으로 유도함과 동시에 선택적으로 차단하는 제 2 챔버(18)와, 제 2 챔버(18)로부터 유도된 광에서 불필요한 파장의 광을 제거하여 조사에 필요한 광으로 형성 유도하는 제 3 챔버(20) 및 제 3 챔버(20)로부터 형성 유도된 광을 본체부(14)에서 사용하기 용이하게 형성 유도하는 제 4 챔버(22)로 구성되어 있다.
상술한 제 1 챔버(16)에는 노광공정에 필요한 광을 제공하는 램프(24)와, 이 램프(24)로부터 공급되는 광을 일 방향으로 집광 유도하여 제 2 챔버(18) 방향으로 유도하는 집광거울(26)이 설치되어 있다.
이러한 집광거울(26)의 설치 관계를 보다 자세히 설명하면, 도2에 도시된 바와 같이 제 1 챔버(16)의 측벽을 따라 돌출 형성된 돌기(28) 상면에 올려진 형상으로 돌기(28)의 지지를 받아 설치된 것이다.
상술한 제 2 챔버(18)에는 제 1 챔버(16)로부터 집광 유도되어 투입되는 광을 다른 일 방향으로 반사 유도함과 동시에 약 400㎚ 이상의 장파장의 광을 제거하는 제 1 반사거울(30)과, 제 1 반사거울(30)로부터 반사된 광을 본체부(14)에 놓인 웨이퍼의 스테이지(stage) 이동에 따라 선택적으로 차단하는 셔터(32)가 설치되어 있으며, 이 셔터(32)가 개폐된 상태에서 유도 이동하게 되는 광은 연이어 형성된 제 3 챔버(20)로 이동하게 된다.
그리고, 제 3 챔버(20)에는 제 2 챔버(18)로부터 이동하여 투입되는 광을 평행광으로 형성하는 볼록렌즈(34)가 설치되어 있으며, 이 볼록렌즈(34)를 통과하여 평행광으로 형성된 광은 노광공정에 불필요한 파장의 광을 제거하도록 형성된 여러 종류의 광필터(36a, 36b)를 통과하게 됨으로써 요구되는 특정 파장의 광으로 형성된다.
이렇게 광필터(36a, 36b)를 통과한 광은 노광공정에 필요한 광으로 형성되어 광필터(36a, 36b) 이후에 설치된 각종 렌즈 및 제 2 반사거울(40)에 의해 반사 유도되어 제 4 챔버(22)로 이동하게 된다.
그리고, 제 4 챔버(22)에는 제 3 챔버(20) 내의 광학부재를 통과한 광을 보다 사용하기 용이하게 형성하는 각종 렌즈들이 설치되어 있으며, 이들 렌즈를 통과한 광은 제 3 반사거울(46)에 의해 유도 반사되어 각종 렌즈 등의 광학부재를 통해 본체부(14)로 이동하게 된다.
한편, 상술한 바와 같이 본체부(14)로 투입된 광은 다시 본체부(14) 내에 설치된 여러 종류의 광학부재에 의해 레티클(도시 안됨) 상측에서 웨이퍼상에 조사되어진다.
이러한 구성의 조명계장치(12)에 있어 광의 이동 과정을 설명하면, 제 1 챔버(16)에 설치된 램프(24)에 의해 공급된 광은 집광거울(26)에 의해 집광 유도되어 제 2 챔버(18)의 제 1 반사거울(30)로 이동하게 된다.
이렇게 제 1 반사거울(30)로 이동하는 광은 제 1 반사거울에 의해 약 400㎚ 이상의 장파장의 광이 제거되며, 나머지 400㎚ 이하 파장의 광은 제 1 반사거울(30)이 유도하는 방향으로 이동하여 광의 이동 경로 내에 설치된 셔터(32)에 의해 선택적으로 차단되어 제 3 챔버(20)로 이동하게 된다.
한편, 제 3 챔버(20)로 이동하여 투입된 광은 볼록렌즈(34)를 통과하며 평행광으로 변환 이동하게 되고, 이 볼록렌즈(34) 이후에 설치된 여러 종류의 광필터(36a, 36b)들을 통과하며 노광공정에 필요한 파장을 갖는 광으로 형성된다.
여기서, 상술한 노광공정에 필요시 되는 광은 통상적으로 초정밀 패턴 구현이 가능한 365㎚의 파장을 갖는 I-Line과 G-Line 등을 말하며, 이들 광은 각종 광학부재를 통과하여 제 2 반사거울(40)에 의해 제 4 챔버(22)로 이동하게 된다.
이렇게 제 4 챔버(22)로 이동하여 투입된 광은 다시 제 4 챔버(22)에 설치된 각종 광학부재를 통과하여 보다 사용하기 용이한 광으로 형성되고, 이어 제 3 반사거울(46)에 반사 유도되어 본체부(14) 내부로 이동하게 된다.
이렇게 본체부(14) 내부로 이동한 광은 본체부(14) 내부에 설치된 각종 광학부재에 의해 유도되어 레티클(도시 안됨) 상측에서 웨이퍼상에 조사된다.
그러나, 램프에서 공급되어 여러 종류의 광필터를 통과하기까지의 광은 단파장 즉, 약 180∼300㎚ 파장을 갖는 화학선 대역이 포함되어 있으며, 이들 단파장 중 184.9㎚의 파장과 253.7㎚ 파장의 광은 스테퍼설비 내에 산재하는 Ｏ2와 반응하여 Ｏ2를 Ｏ3또는 Ｏ+으로 형성하게 되고, 이들 Ｏ3과 Ｏ+는 스테퍼설비 내의 각종 유기가스 및 ＮＨ3, ＳＯ4, ＮＯ 등의 이온과 반응하여 렌즈, 반사거울, 광필터 등의 코팅된 표면을 손상시키거나 상기 표면상에서 오염막을 형성하게 된다.
따라서, 상술한 바와 같이 손상 및 오염된 렌즈, 반사거울, 광필터 등의 광학부재는 공급되는 광의 반사율과 투과율 및 웨이퍼상에 조사되는 조도를 저하시키게 됨에 따라 셔터에 의한 조사 시간이 연장되는 문제점이 있었다.
또한, 손상 및 오염된 상태의 광학부재를 장시간 사용하게 되면 계속적으로 공급되는 불필요한 광에 의해 광학부재 표면을 가열시키게 되고, 이에 따라 광학부재의 표면 손상 및 오염 정도를 가속시키게 되며, 광의 반사율 및 투과율을 더욱 저하시켜 자주 광학부재를 교체해야 하는 번거로움과 고가의 광학부재의 설치 비용 및 설치에 소요되는 시간 손실이 있는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 광학부재를 손상 또는 오염시키는 단파장 화학선을 먼저 제거하여 렌즈, 반사거울 및 광필터 등의 광학부재의 손상과 오염을 방지하고, 조사 시간을 유지하도록 하며, 광학부재의 교체 주기를 연장시켜 광학부재의 설치 비용 및 시간 손실을 줄일 수 있는 반도체 스테퍼설비의 조명계장치를 제공함에 있다.
도1은 종래의 반도체 스테퍼설비의 조명계장치가 본체부에 설치된 상태를 나타낸 사시도이다.
도2는 도1의 조명계장치 내에 각종 광학부재가 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명계장치 내에 각종 광학부재가 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도4는 도3의 화학선 필터를 나타낸 부분 단면 사시도이다.
도5는 도3의 보조블록을 나타낸 단면 사시도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 스테퍼설비 12, 52: 조명계장치
14: 본체부 16, 54: 제 1 챔버
18: 제 2 챔버 20: 제 3 챔버
22: 제 4 챔버 24, 56: 램프
26, 58: 집광거울 28: 돌기
30: 제 1 반사거울 32: 셔터
34: 볼록렌즈 36a, 36b: 광필터
40: 제 2 반사거울 46: 제 3 반사거울
60: 보조블록 62: 화학선 필터
64a, 64b: 가스 공급노즐
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 노광공정에 필요한 광을 제공하는 램프와, 상기 램프로부터 공급되는 광을 집광 유도하는 집광거울이 설치된 제 1 챔버를 포함하여 구성된 반도체 스테퍼설비의 조명계장치에 있어서, 상기 집광거울에 의해 집광 유도되는 전방 제 1 챔버 내부에 화학선 필터가 설치됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 화학선 필터는 320㎚ 이하 파장의 광을 차단하는 것을 사용함이 바람직하다.
또한, 상기 화학선 필터의 표면에 공급되는 광과 화학반응을 하는 각종 유기가스 및 이온 등의 근접을 방지하도록 세정 가스를 공급하는 가스 공급노즐을 부가 설치함이 효과적이다.
그리고, 상기 가스 공급노즐은 상기 집광거울에 대향하는 상기 화학선 필터의 전면과 그 후면 표면에 세정 가스를 고르게 분사 공급하도록 함이 바람직하다.
또한, 상기 세정 가스는 반응성이 약한 질소 가스 또는 헬륨 가스를 사용함이 바람직하고, 상기 세정 가스는 광학부재 표면의 가열 현상을 방지하도록 상온 이하의 온도로 공급함이 바람직하다.
한편, 상기 집광거울에 의해 집광 유도되는 광이 상기 화학선 필터에 의해 초점 거리가 하측 소정 위치에 형성되는 것을 보상하도록 제 1 챔버 측벽에 상기 집광거울을 지지하도록 돌출 형성된 돌기 상측으로 링 형상의 보조블록을 부가 설치함이 바람직하다.
그리고, 상기 보조블록은 변경된 초점 거리와 동일한 두께로 형성함이 바람직하다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명계장치 내에 각종 광학부재가 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도4는 도3의 화학선 필터를 나타낸 부분 단면 사시도이며, 도5는 도3의 보조블록을 나타낸 사시도로서, 종래와 동일한 부분에 대해서 동일한 부호를 부여하고 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도3 내지 도5를 참조하여 설명하면, 조명계장치(52)의 제 1 챔버(54)에는 노광공정에 필요한 광을 제공하는 램프(56)와, 이 램프(56)로부터 공급되는 광을 일 방향으로 집광 유도하여 제 2 챔버(18) 방향으로 유도하는 집광거울(58)이 설치되어 있다.
이러한 집광거울(58)의 설치 관계를 보다 자세히 설명하면, 도3에 도시된 바와 같이 제 1 챔버(54)의 측벽을 따라 돌출 형성된 돌기(28) 상면에 소정 두께를 갖는 링 형상의 보조블록(60)이 올려지고, 이 보조블록(60)의 상측으로 상술한 집광거울(58)의 일단부가 올려져 지지를 받는 형상으로 설치되어 있다.
그리고, 집광거울(58)에 의해 집광 유도되는 광은 도3에 도시된 바와 같이 제 1 챔버(54)의 측벽 즉, 집광거울(58)의 전방 부위에 집광거울(58)과 대향하는 형상으로 설치된 화학선 필터(62)를 통과하게 되며, 이때 화학선 필터(62)는 광 내에 함유된 약 320㎚ 이하 파장의 광을 제거하게 되고, 나머지 광은 화학선 필터(62)를 통과하여 제 2 챔버(18)로 이동하게 된다.
한편, 상기 화학선 필터(62)가 설치된 제 1 챔버(16)의 측벽에는 집광거울(58)에 대향하는 화학선 필터(62)의 전면과 후면에 대해 세정 가스를 공급하도록 형성된 가스 공급노즐(64a, 64b)이 설치 형성되어 있고, 이렇게 사용되는 세정 가스로는 반응성이 약한 질소 가스를 사용하게 된다.
이러한 구성의 작용 관계에 대하여 설명하면, 제 1 챔버(54)에 설치된 램프(24)를 통해 공급된 광은 집광거울(58)에 의해 집광 유도되어 화학선 필터(62)를 통과하여 제 2 챔버(18)로 이동하게 된다.
상술한 바와 같이 공급 유도되는 광이 화학선 필터(62)를 통과하게 됨에 따라 집광거울(58)에 의한 초점 위치는 화학선 필터(62)를 설치하지 않은 상태 보다 비교적 하측으로 이격된 위치에 있게 된다.
이러한 초점 거리의 차이는 제 3 챔버(20)에 설치된 볼록렌즈(34)의 평행광 형성에 영향을 주게 됨으로 이것을 보상하기 위해 이격된 초점 거리와 동일한 간격의 두께를 갖는 링 형상의 보조블록(60)을 제 1 챔버(16)의 측벽에 돌출 형성된 돌기(28)의 상면에 올려 놓고 이 보조블록(60)의 상측에 집광거울(58)을 설치한다.
또한, 램프(56)는 램프 간격 조절장치(도시 안됨)를 사용하여 보조블록의 두께 만큼 상측으로 이동시킴으로써 광의 초점 거리를 소정 위치로 맞추게 된다.
한편, 화학선 필터(62)는 램프(56)에 의해 공급되는 광으로부터 직접적으로 노출됨에 따라 공급되는 광에 함유된 여러 종류의 파장 중 단파장 화학선이 상기 화학선 필터(62) 표면에서 각종 유기가스 및 이온들과 화학 반응을 일으켜 화학선 필터(62)의 표면을 손상시키거나 또는 오염시키게 된다.
이것을 방지하기 위해 제 1 챔버(54) 측벽에 화학선 필터(62)의 양측 표면에 대해 가스 공급노즐(64a, 64b)이 설치되어 있고, 이 가스 공급노즐(64a, 64b)을 통해 공급되는 세정 가스는 상기 각종 유기가스 및 이온이 상기 화학선 필터(62) 양측 표면에 근접되는 것을 방지하게 됨으로 화학선 필터(62)의 표면에서 공급되는 광과 각종 유기가스의 화학 반응이 일어나지 않게 된다.
또한, 이렇게 공급되는 세정 가스는 질소 가스 또는 헬륨 가스 등의 반응성이 약한 가스가 사용되며, 통상 생산라인 내에서 쉽게 공급 받을 수 있는 질소 가스가 사용된다.
또한, 세정 가스는 상온 이하의 온도로 유지되어 상기 화학선 필터(62)의 표면에 공급됨으로써 따라 계속적으로 공급되는 광에 의해 가열되는 화학선 필터(62) 표면을 냉각시키는 역할을 하게 된다.
이후, 이렇게 화학선 필터(62)를 통과한 광은 다른 광학부재에 영향을 주지 않으며 요구되는 광으로 형성 유도되어 본체부(14)로 이동하게 되고, 이어 레티클 상측에서 웨이퍼상에 조사된다.
따라서, 본 발명에 의하면 집광거울 전방에 단파장 화학선을 제거하는 화학선 필터를 설치함으로써 이후에 설치되는 광학부재는 단파장 화학선에 의한 손상 및 오염을 예방하게 되어 웨이퍼 스테이지에 조사되는 시간을 일정하게 유지할 수 있을 뿐 아니라 본체부로 이동하는 광의 반사율과 투과율 및 웨이퍼상에 조사되는 조도가 일정하게 유지되는 효과가 있다.
또한, 광학부재의 손상 및 오염을 예방함에 의해 광학부재의 교체 주기가 연장되고, 고가의 광학부재의 설치 비용 및 설치에 소요되는 시간을 단축하게 되는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (8)

  1. 노광공정에 필요한 광(光)을 제공하는 램프와, 상기 램프로부터 공급되는 광을 집광 유도하는 집광거울이 설치된 제1챔버와 상기 제1챔버와 순차적으로 연결되어 상기 제1챔버에서 주사된 광을 노광용 광으로 변형하는 복수의 쳄버와 상기 제 1챔버에서 주사된 광에서 노광파장 이하의 파장을 가진 광으로 차단하도록 상기 복수의 챔버 중에서 어느 하나의 챔버에 설치된 필터링 수단을 수비하는 반도체 스테퍼설비의 조명계장치에 있어서, 상기 집광거울에서 집광된 상기 광이 통과하는 상기 제1챔버의 소정부에 상기 램프에서 제공된 광에서 노광파장 이하의 파장으로 가진 광을 차단하는 화학선 필터가 더 설치되고, 상기 화학선 필터와 근접하여 상기 화학선 필터상에 세정가스를 공급할 수 있는 가스 공급노즐이 더 설치된 것을 특징으로하는 반도체 스테퍼설비의 조명계장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 화학선 필터는 320㎚이하 파장의 광을 차단하는 것임을 특징으로 하는 상기 반도체 스테퍼설비의 조명계장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가스 공급노즐은 상기 집광거울에 대향하는 상기 화학선 필터의 전면과 그 후면 표면에 대해 각각 설치됨을 특징으로 하는 상기 반도체 스테퍼설빙의 조명계장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 세정 가스는 상기 화학선 필터 표면의 가열 현상을 방지하도록 상온 이하의 온도로 공급됨을 특징으로 하는 상기 반도체 스테퍼설비의 조명계장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 세정 가스는 질소 가스임을 특징으로 하는 상기 반도체 스테퍼설비의 조명계장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 세정 가스는 헬륨가스임을 특징으로 하는 상기 반도체 스테퍼설비의 조명계장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 집광거울에 의해 집광 유도되는 광이 상기 화학선 필터에 의해 초점 거리가 하측 소정 위치에 형성되는 것으로 보상하도록 제1챔버 측벽에 상기 집광거울을 지지하도록 돌출 형성된 돌기와 상기 집광거울의 일단부 사이에 소정 두께를 갖는 링 형상의 보조블록이 부가 설치됨을 특징으로 하는 상기 반도체 스테퍼설비의 조명계장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 보조블록은 상기 화학선 필터에 의해 변경된 초점 거리와 동일한 두께로 형성됨으로 특징으로 하는 상기 반도체 스테퍼설비의 조명계장치.
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