KR100257402B1 - Photolithography apparatus - Google Patents

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    • G03F7/70216—Mask projection systems
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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

PURPOSE: A photolithography device is provided to precisely align the position of a concave lens and a concave mirror without moving a jig which is used for optically adjusting the position of the concave lens and the concave mirror. CONSTITUTION: A photolithography device comprises a light source. An illuminating optical unit are provided to pass/shut off the light generated from the light source. A mask has a pattern for selectively transmitting an incident light. A projection lens unit is installed at a light route so as to focus the incident light on a substrate. The projection lens unit includes a prism for converting the route of the incident light, concave and convex lenses(53',55') for focusing or emitting the incident light and a concave mirror(57') for reflecting the incident light. The concave lens(53') and the concave mirror(57') are positioned in such a manner that the auto collimation points of the concave lens(53') and the concave mirror(57') are matched with each other at a point of an optical axis.

Description

포토리소그래피장치Photolithography Device

본 발명은 박막 트랜지스터 액정표시소자(TFT-LCD) 또는 반도체소자의 제조에 사용되는 포토리소그래피(Photolithography)장치에 관한 것으로서, 상세하게는 투사렌즈유니트의 구조를 개선한 포토리소그래피장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photolithography apparatus for use in the manufacture of thin film transistor liquid crystal display (TFT-LCD) or semiconductor devices, and more particularly, to a photolithography apparatus having an improved structure of a projection lens unit.

일반적으로, 포토리소그래피(Photolithography)장치는 마스크의 패턴을 일정 배율로 확대 또는 축소시켜 기판에 전사하는 장치이다.In general, a photolithography apparatus is an apparatus for transferring a pattern of a mask to a substrate by enlarging or reducing a pattern of a mask at a predetermined magnification.

도 1은 일반적인 포토리소그래피장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 구성도이다. 도시된 바와 같이, 포토리소그래피장치는 광원(10)과, 입사광을 선택적으로 투과시키도록 소정 패턴을 갖는 마스크(40)와, 광 경로 상에 배치되어 입사광을 기판(1) 상에 집속시키는 투사렌즈유니트(50)를 포함하여 구성된다. 상기 광원(10)은 램프(11)와, 이 램프(11)를 감싸는 반사경(13)을 포함한다. 상기 램프(11)와 상기 마스크(40) 사이의 광경로 상에는 광의 진행 경로를 변환시킴과 아울러 적외선 광은 투과시키고 다른 파장영역의 광은 반사시키는 콜드미러(20)와, 상기 광원(10)에서 조사된 광의 사이즈 조절 및 광을 투과/차단 시키는 조명광학유니트(30)가 배치된다.1 is a schematic configuration diagram showing an optical arrangement of a general photolithography apparatus. As shown, the photolithographic apparatus includes a light source 10, a mask 40 having a predetermined pattern to selectively transmit incident light, and a projection lens disposed on an optical path to focus incident light on the substrate 1. It comprises a unit 50. The light source 10 includes a lamp 11 and a reflector 13 surrounding the lamp 11. On the optical path between the lamp 11 and the mask 40, the cold mirror 20 for converting the traveling path of the light, and transmits infrared light and reflects light in a different wavelength region, and in the light source 10 An illumination optical unit 30 for adjusting the size of the irradiated light and transmitting / blocking the light is disposed.

상기 투사렌즈유니트(50)는 상기 마스크(40)에 형성된 패턴을 기판(1) 상에 정확히 전달할 수 있도록 된 것으로, 광학계의 구성에 따라 굴절방식과 반사굴절(catadioptric)방식으로 구분된다.The projection lens unit 50 is able to accurately transfer the pattern formed on the mask 40 on the substrate 1, and is divided into a refractive method and a catadioptric method according to the configuration of the optical system.

굴절방식의 투사렌즈 유니트는 광을 굴절 투과시키는 다수 매의 렌즈들을 배치시켜 입사광을 굴절 투과시킴에 의해 입사광 전달하는 방식으로 광학계의 크기를 작게할 수 있는 이점이 있지만, 수차를 고려하여 다수 매의 렌즈를 사용하므로 광효율이 저하되는 문제와 왜곡 보정이 어렵다는 단점이 있다.The refraction type projection lens unit has an advantage in that the size of the optical system can be reduced by arranging a plurality of lenses that refractively transmit light to transmit incident light by refracting and transmitting incident light. Since the lens is used, there are disadvantages in that light efficiency is lowered and distortion correction is difficult.

한편, 반사굴절방식의 투사렌즈 유니트는 광학계 전체의 크기 및 렌즈의 크기가 커지는 단점이 있는 반면, 반사경 표면에서 입사광을 반사시키므로 색수차 등이 근본적으로 발생되지 않고, 매질에 의한 흡수가 없다. 따라서, 이 반사굴절식 투사렌즈유니트는 자외선 영역에서 많이 쓰인다.On the other hand, the reflection-refraction type projection lens unit has a disadvantage in that the size of the entire optical system and the size of the lens is increased, but since the incident light is reflected from the reflector surface, chromatic aberration does not occur fundamentally, and there is no absorption by the medium. Therefore, this refraction type projection lens unit is widely used in the ultraviolet region.

도 2를 참조하면, 종래의 반사굴절방식의 투사렌즈유니트는 입사광의 진행경로를 변환하는 프리즘(51)과, 이 프리즘(51)쪽으로부터 순차로 입사광을 발산 및 집속시키는 일매의 오목렌즈(53) 및 일매의 볼록렌즈(55)와, 입사광을 반사시키는 오목경(57)으로 구성된다.Referring to FIG. 2, the conventional reflective refraction type projection lens unit includes a prism 51 that converts a traveling path of incident light, and a concave lens 53 that diverges and focuses incident light sequentially from the prism 51 side. And a convex lens 55 and a concave mirror 57 reflecting incident light.

이 투사렌즈유니트에 있어서, 화살표 A방향으로 광원쪽에서 입사된 광은 상기 프리즘(51)의 제1반사면(51a)에서 반사되고, 오목렌즈(53) 및 볼록렌즈(55)를 투과하여 오목경(57)에 입사된다. 오목경(57)에서 반사된 광은 볼록렌즈(55) 및 오목렌즈(53)를 투과한 후, 프리즘(51)의 제2반사면(51b)에서 반사되어 화살표 A방향으로 진행한다.In this projection lens unit, light incident from the light source side in the direction of the arrow A is reflected by the first reflecting surface 51a of the prism 51, and passes through the concave lens 53 and the convex lens 55 to concave mirrors. Incident on (57). The light reflected by the concave mirror 57 passes through the convex lens 55 and the concave lens 53, and is then reflected by the second reflecting surface 51b of the prism 51 to travel in the arrow A direction.

여기서, 상기 오목렌즈(53)는 입사면의 곡률 반경이 RL 인 평 오목렌즈로 그 곡률중심이 광축상에 위치되어야 한다. 또한, 상기 오목경(57)은 그 곡률 반경이 RM 로 그 곡률 중심이 광축 상에 위치된다.Here, the concave lens 53 is the radius of curvature of the incident surface R L In-plane concave lens whose center of curvature should be located on the optical axis. In addition, the concave diameter 57 has a radius of curvature. R M The center of curvature of the logs is located on the optical axis.

광축상의 소정 위치에 설치된 점광원에서 방출된 광이 각 렌즈의 표면에 수직으로 입사되는 경우가 있다. 이 경우, 상기한 소정 위치가 자동콜리메이션 포인트(Lp)(Mp)로 정의된다.Light emitted from a point light source provided at a predetermined position on the optical axis may be incident perpendicularly to the surface of each lens. In this case, the above predetermined position is defined as the autocollimation point Lp (Mp).

여기서, 상기 오목렌즈(53)의 자동콜리메이션 포인트(Lp)와, 상기 오목경(57)의 자동콜리메이션 포인트(Mp)가 광축 상의 서로 다른 지점에 위치하였다.Here, the auto collimation point Lp of the concave lens 53 and the auto collimation point Mp of the concave mirror 57 are located at different points on the optical axis.

한편, 상기한 바와 같이 구성된 투사렌즈유니트는 광원(61)과, 빔스프리터(63), 대물렌즈(66), 레티클(65) 및 광검출기(69)를 포함하여 구성된 지그(60)를 이용하여 광학적 정렬을 실시한다.On the other hand, the projection lens unit configured as described above using a jig 60 composed of a light source 61, a beam splitter 63, an objective lens 66, a reticle 65 and a photodetector 69. Perform optical alignment.

즉, 상기 오목렌즈(53)의 광학적 정렬시에는 상기 지그(60)를 이동시켜, 상기 레티클(65)이 상기 오목렌즈(53)의 자동콜리메이션 포인트(Lp)가 위치될 지점에 놓은 후, 상기 광원(61)에서 조사되고 상기 대물렌즈(66)에 의해 상기 자동콜리메이션 포인트(Lp)에 집속되고 상기 오목렌즈(53)에서 반사된 광을 상기 광검출기(69)를 통해 수광하면서 상기 오목렌즈(53)를 이동시켜 상기 자동콜리메이션 포인트(Lp)를 상기 지그(60)의 레티클(65)에 맞추었다.That is, when optically aligning the concave lens 53, the jig 60 is moved to place the reticle 65 at a point where the auto collimation point Lp of the concave lens 53 is to be positioned. The concave while receiving the light emitted from the light source 61 and focused by the objective lens 66 at the auto collimation point Lp and reflected by the concave lens 53 through the photodetector 69. The lens 53 was moved to fit the autocollimation point Lp to the reticle 65 of the jig 60.

한편, 상기 오목경(57)의 광학적 정렬시에는 상기 지그(60)를 다른 위치 즉, 상기 레티클(65)이 상기 오목경(57)의 자동콜리메이션 포인트(Mp)가 위치될 지점에 놓은 후, 상기 오목경(53)을 이동시켜 그 자동콜리메이션 포인트(Mp)를 상기 레티클(65)에 맞추었다.In the optical alignment of the concave mirror 57, the jig 60 is placed at another position, that is, the reticle 65 is positioned at the point where the auto collimation point Mp of the concave mirror 57 is to be positioned. The concave mirror 53 was moved to fit the autocollimation point Mp to the reticle 65.

따라서, 종래의 반사굴절방식의 투사렌즈유니트를 포함하는 포토리소그래피장치는 투사렌즈유니트의 광학적 정렬시 사용되는 지그를 광축을 따라 이동시켜야 하므로 지그 이동시 발생되는 광축 조정오차에 의해, 상기 오목렌즈와 오목경의 광축 및 위치 오차가 발생될 우려가 있다.Therefore, the photolithography apparatus including the projection lens unit of the conventional reflection refraction method has to move the jig used for optical alignment of the projection lens unit along the optical axis, so that the concave lens and the concave by the optical axis adjustment error generated during the jig movement. There exists a possibility that the optical axis and position error of a mirror may generate | occur | produce.

본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 오목렌즈와 오목경의 광학적 조정시 이용되는 지그의 위치이동 없이 오목렌즈와 오목경의 위치를 정렬 할 수 있도록 된 포토리소그래피장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and provides a photolithography apparatus capable of aligning the positions of the concave lens and the concave mirror without shifting the jig used for optical adjustment of the concave lens and the concave mirror. There is this.

도 1은 일반적인 포토리소그래피장치의 광학적 배치를 보인 도면.1 shows an optical arrangement of a typical photolithographic apparatus.

도 2는 반사굴절식 투사렌즈유니트의 광학적 배치를 보인 도면.2 is a view showing an optical arrangement of a refracting projection lens unit;

도 3은 종래의 반사굴절식 투사렌즈유니트의 광학적 위치 및 위치정렬용 지그를 보인 도면.3 is a view showing the optical position and the alignment jig of the conventional reflective refractive lens unit.

도 4은 본 발명에 따른 포토리소그래피장치의 실시예에 따른 투사렌즈유니트의 광학적 위치 및 위치정렬용 지그를 보인 도면.4 is a view showing an optical position and a alignment jig of a projection lens unit according to an embodiment of a photolithographic apparatus according to the present invention.

도 5a 및 도 5b 각각은 본 발명에 따른 포토리소그래피장치의 오목렌즈 및 오목경의 위치정렬이 되지 않은 경우와, 위치정렬이 완료된 경우를 보인 도면.5A and 5B are views showing a case where the alignment of the concave lens and the concave mirror of the photolithographic apparatus according to the present invention is not aligned, and a case where the alignment is completed.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

10...광원 30...조명광학유니트10.Light source 30.Lighting optical unit

40...마스크 50...투사렌즈유니트40 ... mask 50 ... projection lens unit

51...프리즘 53,53'...오목렌즈51 ... prism 53,53 '... concave lens

55,55'...볼록렌즈 57,57'...오목경55,55 '... convex lens 57,57' ...

60...지그60 ... Jig

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광원과, 상기 광원에서 조사된 광의 사이즈 조절 및 광을 투과/차단 시키는 조명광학유니트와, 입사광을 선택적으로 투과시키도록 소정 패턴을 갖는 마스크와, 광 경로 상에 배치되어 입사광을 기판 상에 집속시키는 반사굴절 방식의 투사렌즈 유니트를 포함하는 포토리소그래피장치에 있어서, 상기 투사렌즈유니트는, 입사광의 진행경로를 변환하는 프리즘과, 이 프리즘쪽으로부터 순차로 입사광을 발산 및 집속시키는 오목렌즈 및 볼록렌즈와, 입사광을 반사시키는 오목경을 포함하고, 상기 오목렌즈의 자동콜리메이션 포인트와 상기 오목경의 자동콜리메이션 포인트가 광축 상의 어느 한 점에 일치되도록 상기 오목렌즈와 상기 오목경이 배치된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a light source, an illumination optical unit for adjusting the size of the light irradiated from the light source and transmitting / blocking light, a mask having a predetermined pattern to selectively transmit incident light, and an optical path A photolithography apparatus comprising a projection refraction type projection lens unit disposed on and focusing incident light on a substrate, wherein the projection lens unit includes a prism for converting a traveling path of incident light, and incident light sequentially from the prism side. And a concave lens and a convex lens for emitting and focusing the concave lens, and a concave mirror for reflecting incident light, wherein the concave lens and the auto collimation point of the concave mirror coincide with any one point on the optical axis. And the concave diameter is disposed.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 포토리소그래피장치를 상세히 설명한다.Hereinafter, a photolithography apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 실시예에 따른 포토리소그래피장치는 앞서 설명된 도 1에 도시된 바와 같이, 광원(10)과, 입사광을 선택적으로 투과시키도록 소정 패턴을 갖는 마스크(40)와, 광 경로 상에 배치되어 입사광을 기판(1) 상에 집속시키는 투사렌즈유니트(50)를 포함하여 구성된다. 상기 투사렌즈유니트(50)로 반사굴절(catadioptric)방식의 투사렌즈유니트가 채용된다.As shown in FIG. 1 described above, the photolithography apparatus according to the present embodiment includes a light source 10, a mask 40 having a predetermined pattern to selectively transmit incident light, and an incident light disposed on an optical path. And a projection lens unit 50 for focusing the light on the substrate 1. As the projection lens unit 50, a projection lens unit of a catadioptric type is employed.

상기 반사굴절방식의 투사렌즈유니트는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 입사광의 진행경로를 변환하는 프리즘(51)과, 이 프리즘(51)쪽으로부터 순차로 입사광을 발산 및 집속시키는 오목렌즈(53') 및 볼록렌즈(55')와, 입사광을 반사시키는 오목경(57')으로 구성된다. 화살표 A방향으로 광원(도 1의 10)쪽에서 입사된 광은 상기 프리즘(51)의 제1반사면(51a)에서 반사되고, 오목렌즈(53') 및 볼록렌즈(55')를 투과하여 오목경(57')에 입사된다. 오목경(57')에서 반사된 광은 볼록렌즈(55') 및 오목렌즈(53')를 투과한 후, 프리즘(51)의 제2반사면(51b)에서 반사되어 화살표 A방향으로 진행한다. 여기서, 상기 오목렌즈(53')는 입사면의 곡률 반경이 RL′ 인 평 오목렌즈이고, 상기 오목경(57')은 그 곡률 반경이 RM′ 으로 그 곡률 반경이 광축 상에 동일 위치에 놓이도록 배치된다. 즉, 상기 오목렌즈(53')의 자동콜리메이션포인트(Lp')와, 상기 오목경(57')의 자동콜리메이션포인트(Lm')이 일치한다.As shown in Figs. 2 and 4, the reflective refraction type projection lens unit includes a prism 51 for converting a traveling path of incident light, and a concave lens for diverging and converging incident light sequentially from the prism 51 side. 53 'and the convex lens 55', and the concave mirror 57 'which reflects incident light. Light incident from the light source (10 in FIG. 1) in the direction of arrow A is reflected by the first reflecting surface 51a of the prism 51, and passes through the concave lens 53 'and the convex lens 55'. Incident on the mirror 57 '. The light reflected by the concave mirror 57 'passes through the convex lens 55' and the concave lens 53 ', and is then reflected by the second reflecting surface 51b of the prism 51 to travel in the arrow A direction. . Here, the concave lens 53 'is the radius of curvature of the incident surface R L ′ Is a flat concave lens, and the concave mirror 57 'has a radius of curvature R M ′ The radius of curvature is arranged to lie in the same position on the optical axis. That is, the auto collimation point Lp 'of the concave lens 53' and the auto collimation point Lm 'of the concave mirror 57' coincide with each other.

따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 지그(60)를 이용하여 상기 투사렌즈유니트(50)의 광학적 정렬시, 상기 지그(60)를 일 광축 위치에 고정시킨후, 상기 오목렌즈(53')와, 오목경(57') 각각의 자동콜리메이션포인트(Lp')(Mp')가 레티클(65)에 위치되도록 정렬함으로써 상기 투사렌즈유니트의 위치를 조정할 수 있다. 즉, 상기 오목렌즈(53')와 오목경(57')의 위치조정이 되지 않은 경우에는,Therefore, as shown in FIG. 4, when the projection lens unit 50 is optically aligned using the jig 60, the jig 60 is fixed at one optical axis position, and then the concave lens 53 ′ is fixed. The position of the projection lens unit can be adjusted by aligning so that the auto collimation points Lp 'and Mp' of each of the concave mirrors 57 'are positioned on the reticle 65. That is, when the position of the concave lens 53 'and the concave mirror 57' is not adjusted,

도 5a에 도시된 바와 같이, 오목렌즈(53')와 오목경(57') 각각에 의한 마크(80)(85)가 상호 불일치한다.As shown in Fig. 5A, the marks 80 and 85 due to the concave lens 53 'and the concave mirror 57' are inconsistent with each other.

이후, 상기 지그(60)의 광검출기(69)를 이용하여 상기 위치조정 여부를 관찰하면서,도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 오목렌즈(53')와, 상기 오목경(57')의 마크(80)(85)를 일치시킴과 아울러 자동콜리메이션포인트(Lp')(Mp')이 상기 레티클(65)에 위치되도록 함에 의하여 위치정렬 할 수 있다.Subsequently, while observing whether the position is adjusted using the photodetector 69 of the jig 60, as shown in FIG. 5B, the concave lens 53 'and the marks of the concave mirror 57' are shown. The alignment may be performed by matching the 80 and 85 with the automatic collimation point Lp 'and Mp' to be positioned on the reticle 65.

상기한 바와 같이, 구성된 본 발명에 따른 포토리소그래피장치는 투사렌즈유니트의 오목렌즈와 오목경의 자동콜리메이션포인트를 일치시키는 구조를 갖도록 함으로써, 광축 정렬에 이용되는 지그를 일 위치에 고정시킨 채로 오목렌즈와 오목경의 위치를 조정함으로써, 지그 이동에 따른 광축조정 오차를 근본적으로 방지할 수 있다.As described above, the photolithography apparatus according to the present invention has a structure in which the concave lens of the projection lens unit and the auto collimation point of the concave mirror are aligned, so that the concave lens is fixed while fixing the jig used for optical axis alignment in one position. By adjusting the position of the recess and the concave mirror, it is possible to fundamentally prevent the optical axis adjustment error due to the jig movement.

Claims (1)

광원과, 상기 광원에서 조사된 광의 사이즈 조절 및 광을 투과/차단 시키는 조명광학유니트와, 입사광을 선택적으로 투과시키도록 소정 패턴을 갖는 마스크와, 광 경로 상에 배치되어 입사광을 기판 상에 집속시키는 반사굴절 방식의 투사렌즈 유니트를 포함하는 포토리소그래피장치에 있어서,A light source, an illumination optical unit for adjusting the size of the light emitted from the light source and transmitting / blocking the light, a mask having a predetermined pattern to selectively transmit the incident light, and a light path arranged to focus the incident light on the substrate. A photolithographic apparatus comprising a projection lens unit of a refraction type, 상기 투사렌즈유니트는,The projection lens unit, 입사광의 진행경로를 변환하는 프리즘과, 이 프리즘쪽으로부터 순차로 입사광을 발산 및 집속시키는 오목렌즈 및 볼록렌즈와, 입사광을 반사시키는 오목경을 포함하고, 상기 오목렌즈의 자동콜리메이션 포인트와 상기 오목경의 자동콜리메이션 포인트가 광축 상의 어느 한 점에 일치되도록 상기 오목렌즈와 상기 오목경이 배치된 것을 특징으로 하는 포토리소그래피장치.A prism for converting the advancing path of incident light, a concave lens and a convex lens for emitting and converging incident light sequentially from the prism side, and a concave mirror for reflecting the incident light, wherein the auto-collimation point of the concave lens and the concave And the concave lens and the concave mirror are arranged so that the auto collimation point of the mirror coincides with any point on the optical axis.
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