KR100284906B1 - Semiconductor exposure system - Google Patents
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Abstract
목적 : 본 발명은 투사렌즈와 실리콘웨이퍼 사이의 거리 변화에 영향받지 않는 반도체의 노광 시스템을 제공함에 그 목적을 두고 있다.Object: The present invention aims to provide an exposure system of a semiconductor which is not affected by the change in distance between the projection lens and the silicon wafer.
구성 : 본 발명은 노광에 필요한 광을 발진하는 레이저 방사기와, 방사되는 레이저광을 발산/집속하여 국부적으로 균일한 광량을 가지는 광으로 변환시키는렌즈군과, 레이저광의 진로를 변경시키는 복수개의 미러와, 미러를 통해 경로 변환된 빛을 동일한 광량을 가지는 광속으로 분할하는 복안렌즈와, 상기 복안렌즈를 통과하여 분할된 광속을 집속하는 집광렌즈와, 집광렌즈를 통과한 레이저광에 투영되는 마스크와, 이 마스크의 패턴이 투영된 레이저광을 실리콘웨이퍼에 투사시키는 투사렌즈와, 이 투사렌즈에서 조사된 레이저광을 평행광으로 변환시키는 보정렌즈를 갖춘 구성으로 된다.Composition: The present invention provides a laser emitter for oscillating light for exposure, a lens group for diverting / converging the emitted laser light into light having a locally uniform light quantity, a plurality of mirrors for changing the course of the laser light, A binocular lens for dividing the light converted through the mirror into a light beam having the same amount of light, a condensing lens for condensing the light beam split through the binocular lens, a mask projected onto the laser beam passing through the condensing lens, A projection lens for projecting the laser light projected onto the mask pattern onto the silicon wafer and a correction lens for converting the laser light emitted from the projection lens into parallel light are provided.
효과 : 본 발명은 투사렌즈를 통과한 레이저광이 보정렌즈를 통과하고부터는 평행하게 조사되기 때문에, 그 이후에 놓여지는 실리콘웨이퍼의 표면에 대하여 직각으로 레이저광이 조사되어 상기 투사렌즈와 실리콘웨이퍼 사이의 간격을 조절하지 않아도 포커스의 변화가 나타나지 않아 노광이 일정하게 된다.Effect: In the present invention, since the laser beam passing through the projection lens is irradiated in parallel after passing through the correction lens, the laser beam is irradiated at right angles to the surface of the silicon wafer placed thereafter, so that the projection lens and the silicon wafer are separated. Even if the intervals between the two regions are not adjusted, the change in focus does not appear and the exposure is constant.
Description
본 발명은 반도체 공정의 실리콘웨이퍼의 표면 노광에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼의 막질 두께 또는 렌즈와의 거리등에 관계없이 동일한 상의 패턴을 투사하여 포커스 마진의 확장을 꾀하는 반도체의 노광 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to surface exposure of a silicon wafer in a semiconductor process, and more particularly, to an exposure system of a semiconductor for projecting an expansion of a focus margin by projecting a pattern of the same image regardless of a film thickness of a wafer, a distance from a lens, or the like. .
집적회로 소자로 대표되고 있는 반도체의 제조는 실리카나 실리케이트에서 성장시켜 얻어낸 실리콘웨이퍼를 세정하고 그 표면을 산화, 확산, 에피택셜 성장, 절연막 형성, 전기 형성, 이온 주입 등의 공정을 거친 다음, 다시 포토 레지스트 도포, 프리 베이킹, 마스크 정착, 노광, 현상, 포스트 베이킹, 에칭, 레지스트 제거 등으로 진행되고, 하나의 소자가 완성되려면 상술한 공정을 200 ∼ 300 단계를 거쳐야 한다.The semiconductor, which is represented by an integrated circuit device, is washed with a silicon wafer obtained by growing from silica or silicate, and then subjected to a process such as oxidation, diffusion, epitaxial growth, insulating film formation, electricity formation, ion implantation, etc. Photoresist coating, prebaking, mask fixing, exposure, development, postbaking, etching, resist removal, and the like, and the above-described process must be performed in steps 200 to 300 to complete one device.
상기와 같은 제조 단계에서 반도체 소자의 수율은 모든 공정을 통해 영향을 받지만 특별하게 감광막 공정과 깊은 관계가 있다.The yield of the semiconductor device in the manufacturing step as described above is influenced through all processes, but in particular has a deep relationship with the photoresist process.
만일 감광막 공정이 최적의 균일도와 고도로 집적화된 미세 선 폭을 가능케 하는 고해상력, 그리고 식각 후에도 동일한 식각 선 폭을 나타내는 최적화된 상태일 경우에는 반도체 소자의 수율은 높아진다.If the photoresist process is in an optimized state with optimal uniformity, high resolution to enable highly integrated fine line widths, and the same etch line width after etching, the yield of semiconductor devices is high.
또한, 고집적화된 반도체 소자에서는 상술한 감광막 공정 외에도 패턴을 형성하는 노광 공정에서의 마진 여부가 제품의 불량률에 상당한 영향을 끼치기도 한다.In addition, in the highly integrated semiconductor device, in addition to the above-described photosensitive film process, the margin in the exposure process of forming the pattern may significantly affect the defective rate of the product.
반도체 제조분야에서는 감광막 공정에 관련된 제조 기술은 상당 수준까지 확보되어 있으나 포토 리소그라피 공정에서의 노광 단계는 아직도 개선되어야 할 여지가 많이 남아 있다.In the semiconductor manufacturing field, the manufacturing technology related to the photoresist process is secured to a considerable level, but the exposure step in the photolithography process still has much room for improvement.
노광 단계는 감광액이 코팅된 실리콘웨이퍼의 표면으로 원하는 패턴을 갖춘 마스크를 정착하고, 상기 마스크 위로 자외선, 초자외선, 레이저, X선 등을 조사시켜 감광액이 선택적으로 감광 되도록 하는 방법, 또는 전자빔을 직접 상기 감광액 위로 스캐닝 하여 소망의 패턴으로 노광 되게 하는 방법으로 행해지며, 일반적으로 이용하는 방법은 앞에 설명한 방법이다.In the exposing step, a mask having a desired pattern is fixed to the surface of the silicon wafer coated with the photoresist, and the photoresist is selectively irradiated by irradiating ultraviolet, ultra-ultraviolet, laser, X-ray, etc. onto the mask, or the electron beam is directly Scanning is performed on the photoresist to expose it in a desired pattern, and the method generally used is the method described above.
또, 마스크를 통해 상기 감광액이 노광 되게 하는 방법은 상기 마스크를 실리콘웨이퍼에 직접 접촉시킨 상태로 행하는 콘택트형, 마스크와 실리콘웨이퍼 사이를 수십㎛ 떼어놓고 노광 하는 근접형, 정교한 광학렌즈와 거울을 이용하고 마스크와 실리콘웨이퍼 사이를 상당히 떼어놓고 행하는 투사형, 그리고 광학렌즈를 통해 확대된 마스크 패턴을 일정 배율로 축소시키고 이를 실리콘웨이퍼에 주사시켜 행하는 스텝퍼형이 알려져 있다.In addition, a method of exposing the photoresist through a mask is performed by using a contact type in which the mask is in direct contact with a silicon wafer, and a close-type, sophisticated optical lens and a mirror that exposes a few tens of micrometers between the mask and the silicon wafer. And a projection type that performs a significant separation between the mask and the silicon wafer, and a stepper type that reduces the mask pattern enlarged through an optical lens at a predetermined magnification and scans the silicon wafer to a silicon wafer.
도 1은 종래의 스텝퍼형 노광 시스템에 관한 일 예를 도시하고 있으며, 이 시스템의 특징은 레이저 방사기(2)에서 주사되는 레이저광이 렌즈군(4)을 통과하면서 확산과 집속 과정을 거쳐 균일한 광으로 분포된 다음, 2개의 미러(6)(8)에서 굴절되어 경로를 변환하고 복안(複眼)렌즈(10)에 의해 균일한 광량을 가지는 광속(光束)으로 분할되고, 다시 집광렌즈(12)를 통과하면서 분할된 광속의 집광이 이루어진 다음에 마스크(14)로 조사되게 하는 데에 있다.FIG. 1 shows an example of a conventional stepper type exposure system, which is characterized in that the laser beam scanned by the laser emitter 2 is uniform through the diffusion and focusing process while passing through the lens group 4. After being distributed into light, it is refracted by the two mirrors 6 and 8 to convert the path, and is divided into a light beam having a uniform amount of light by the compound eye lens 10, and then the condenser lens 12 The light beam is focused on the light beam, and the light beam is focused on the beam 14 after the light beam is collected.
여기서 조사된 레이저광은 다시 투사렌즈(16)를 경유하여 실리콘웨이퍼(18)로 조사되어 일정의 패턴을 노광 시키게 된다.The irradiated laser light is again irradiated to the silicon wafer 18 via the projection lens 16 to expose a predetermined pattern.
이와 같이 실리콘웨이퍼에 2차 또는 그 이상의 광을 집속하는 이유는 실리콘웨이퍼의 위치를 조절하여 포커스 마진이 나타나게 할 수 있기 때문이다.The reason why the second or more light is focused on the silicon wafer is because the focus margin can be displayed by adjusting the position of the silicon wafer.
포커스 마진은 패턴과 패턴 사이의 공백으로서 이것이 클수록 노광 단계에서의 불량은 줄어들게 된다.The focus margin is the gap between the pattern and the pattern, so that the larger this is, the less defects are in the exposure step.
그렇지만 바람직한 포커스 마진은 도 2a로 나타낸 바와 같이 투사렌즈(16)와 실리콘웨이퍼(18) 사이의 포커스가 일치되어 있을 때에 얻을 수 있는 것일 뿐, 도 2b의 도시와 같이 실리콘웨이퍼(18)를 지나 포커싱되는 오버 포커스일 때, 혹은 도 2c의 도시와 같이 실리콘웨이퍼(18)의 표면에 이르기 전에 포커싱되는 언더 포커스일 때는 포커스 마진이 줄어들어 노광 단계의 불량률이 높아지게 된다.However, the preferred focus margin is only obtained when the focus between the projection lens 16 and the silicon wafer 18 is matched, as shown in FIG. 2A, and focuses past the silicon wafer 18 as shown in FIG. 2B. In the case of overfocus, or underfocus focused before reaching the surface of the silicon wafer 18 as shown in FIG. 2C, the focus margin is reduced to increase the defective rate of the exposure step.
이와 같이 종래의 노광 시스템에서는 투사렌즈와 실리콘웨이퍼와의 거리 조절에 따라 패턴의 양부가 결정되어 실리콘웨이퍼의 생산 수율에 큰 영향을 주고 있다.As described above, in the conventional exposure system, the quantity of the pattern is determined by adjusting the distance between the projection lens and the silicon wafer, thereby greatly affecting the production yield of the silicon wafer.
따라서 본 발명은 상술한 종래의 노광 시스템에서 볼 수 있는 문제점을 해결하기 위하여 투사렌즈와 실리콘웨이퍼 사이의 거리 변화에 영향받지 않는 반도체의 노광 시스템을 제공함에 그 목적을 두고 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an exposure system of a semiconductor which is not affected by the distance change between the projection lens and the silicon wafer in order to solve the problems seen in the above-described conventional exposure system.
상기의 목적에 따라, 본 발명은 노광에 필요한 광을 발진하는 레이저 방사기와, 방사되는 레이저광을 발산/집속하여 국부적으로 균일한 광량을 가지는 광으로 변환시키는 렌즈군과, 레이저광의 진로를 변경시키는 복수개의 미러와, 미러를 통해 경로 변환된 빛을 동일한 광량을 가지는 광속으로 분할하는 복안렌즈와, 상기 복안렌즈를 통과하여 분할된 광속을 집속하는 집광렌즈와, 집광렌즈를 통과한 레이저광에 투영되는 마스크와, 이 마스크의 패턴이 투영된 레이저광을 실리콘웨이퍼에 투사시키는 투사렌즈와, 이 투사렌즈에서 조사된 레이저광을 평행광으로 변환시키는 보정렌즈를 갖춘 구성으로 된다.In accordance with the above object, the present invention provides a laser emitter for oscillating light required for exposure, a lens group for diverting / converging the emitted laser light into light having a locally uniform light amount, and changing the course of the laser light. A plurality of mirrors, a binocular lens for dividing the path converted through the mirror into light beams having the same amount of light, a condensing lens for focusing the light beams split through the binocular lens, and a laser beam passing through the condensing lens And a projection lens for projecting the laser beam projected on the silicon wafer onto the silicon wafer, and a correction lens for converting the laser beam irradiated from the projection lens into parallel light.
상술한 구성에서 보정렌즈는 플라즈넬렌즈, 오목렌즈, 원통형렌즈, 비구면렌즈 등에서 하나 또는 그 이상이 선택될 수 있다.In the above-described configuration, one or more correction lenses may be selected from a Plasnel lens, a concave lens, a cylindrical lens, an aspherical lens, or the like.
보정렌즈의 바람직한 예는 플라즈넬렌즈와 오목렌즈 및 비구면렌즈의 복합체이다.Preferred examples of the correcting lens are a composite of a Plasnel lens, a concave lens and an aspherical lens.
본 발명은 투사렌즈를 통과한 레이저광이 보정렌즈를 통과하고부터는 평행하게 조사되기 때문에, 레이저광은 그 이후에 놓여지는 실리콘웨이퍼의 표면에 대하여 직각으로 조사되는 결과를 낳아 상기 투사렌즈와 실리콘웨이퍼 사이의 간격 변화에 관계없이 일정 패턴이 실리콘웨이퍼에 투사되므로 항상 확장된 포커스 마진을 갖추게 되는 것이다.According to the present invention, since the laser beam passing through the projection lens is irradiated in parallel after passing through the correction lens, the laser beam is irradiated at right angles to the surface of the silicon wafer placed thereafter, resulting in the projection lens and the silicon wafer. Regardless of the change in spacing between them, a certain pattern is projected onto the silicon wafer, so there is always an extended focus margin.
도 1은 종래의 노광 시스템에 관한 일 예를 도시하는 개략 구성도.1 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional exposure system.
도 2a는 도 1의 시스템에서 적정 포커스인 때의 노광 상태를 나타내는 도면.FIG. 2A is a diagram illustrating an exposure state at the proper focus in the system of FIG. 1. FIG.
도 2b는 도 1의 시스템에서 오버 포커스인 때의 노광 상태를 나타내는 도면.FIG. 2B illustrates an exposure state when overfocused in the system of FIG. 1. FIG.
도 2c는 도 1의 시스템에서 언더 포커스인 때의 노광 상태를 나타내는 도면.FIG. 2C illustrates an exposure state when under focus in the system of FIG. 1. FIG.
도 3은 본 발명에 관련된 노광 시스템의 개략 구성도.3 is a schematic configuration diagram of an exposure system according to the present invention.
도 4는 본 발명에 의한 노광상태를 나타내는 도면.4 is a view showing an exposure state according to the present invention;
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
20 : 레이저 방사기 22 :렌즈군20: laser emitter 22: lens group
24, 26 : 미러 28 : 복안렌즈24, 26: mirror 28: binocular lens
30 : 집광렌즈 32 : 마스크30 condenser lens 32 mask
34 : 투사렌즈 36 : 실리콘웨이퍼34: projection lens 36: silicon wafer
38 : 보정렌즈38: Correction lens
상술한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면 도 3 및 도 4에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.The preferred embodiments of the present invention described above will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4 as follows.
도 3에는 본 발명에 관련된 노광 시스템의 개략적 구성이 도시되어 있다.3 shows a schematic configuration of an exposure system according to the present invention.
노광에 필요한 광은 레이저 방사기(20)를 통해 발진되며, 본 발명에서는 KrF 엑시머 레이저가 적용되고 있다. 상기 레이저 방사기(20)에서 방사되는 레이저광은 렌즈군(22)의 오목렌즈와 볼록렌즈를 통과하여 발산/집속되고 출력단으로는 국부적으로 균일한 광량을 가지는 레이저광으로 변화되어서 조사된다. 이렇게 균일화된 레이저광은 미러(24)(26)를 통해 굴절되면서 경로 변환된 다음 복안렌즈(28)를 거치게 된다.Light necessary for exposure is oscillated through the laser emitter 20, and the KrF excimer laser is applied in the present invention. The laser light radiated from the laser emitter 20 is diverged / converged through the concave lens and the convex lens of the lens group 22, and is converted into a laser light having a locally uniform light amount at the output end and irradiated. The uniform laser light is refracted through the mirrors 24 and 26 and converted into a path, and then passes through the compound eye lens 28.
복안렌즈(28)는 투과되는 빛을 광속화(光束化)하여 분할되게 하는 것이며, 분할된 광속은 서로 동일한 광량을 가지게 된다. 이렇게 분할된 광속은 다시 집광렌즈(30)를 통과하여 집속되면서 마스크(32)를 통과하게 된다. 마스크(32)는 자신이 갖추고 있는 소정의 패턴을 상기 집광렌즈(30)에서 조사되는 광속에 투영시켜 주게 되며, 이렇게 소정의 패턴이 투영된 광속은 다시 투사렌즈(34)를 경유하여 투사된다.The compound eye lens 28 causes light to be transmitted to be split by luminous flux, and the divided luminous fluxes have the same amount of light. The split light beam passes through the mask 32 while focusing again through the condenser lens 30. The mask 32 projects a predetermined pattern of the mask 32 onto the light beam irradiated from the condenser lens 30, and the light beam on which the predetermined pattern is projected is projected again through the projection lens 34.
투사되는 레이저광은 실리콘웨이퍼(36)로 조사되는 것이나, 그 도중에 보정렌즈(38)를 최종적으로 거치게 된다.The projected laser light is irradiated onto the silicon wafer 36, but finally passes through the correction lens 38 in the middle.
상기 보정렌즈(38)는 투사렌즈(34)를 통과한 광속이 서로 평행하게 조사되도록 하여 주는 것이며, 이러한 기능을 충족하는 렌즈로는 플라즈넬렌즈, 오목렌즈, 원통렌즈, 비구면렌즈 등이 있다.The correction lens 38 allows the light beams passing through the projection lens 34 to be irradiated in parallel with each other. A lens that satisfies this function may be a Plasnel lens, a concave lens, a cylindrical lens, an aspherical lens, or the like.
또, 플라즈넬렌즈, 오목렌즈, 원통렌즈, 비구면렌즈는 단독으로 혹은 둘 이상의 조합으로 선택적으로 적용될 수 있다.In addition, the Plasnel lens, the concave lens, the cylindrical lens, the aspherical lens may be selectively applied alone or in combination of two or more.
광의 평행화에 가장 효과적이고 설계하기가 용이한 것으로는 플라즈넬렌즈이나 이것은 수차가 크다.The most effective and easy to design for parallelization of light is a Plasnel lens, but it has a large aberration.
또 비구면렌즈는 최소의 수차를 가지게 설계할 수 있지만 가공이 까다롭다. 오목렌즈와 원통형렌즈는 적용하기가 무난한 편이지만 완벽하게 평행한 광속을 얻기가 어렵다.Aspheric lenses can also be designed with minimal aberrations, but are difficult to machine. Concave and cylindrical lenses are easy to apply, but it is difficult to obtain perfectly parallel luminous flux.
이러한 이유로서 본 발명에서는 둘 이상의 렌즈를 조합하여 적용하는 것이 바람직하며, 최적의 실시예로서 플라즈넬렌즈와 비구면렌즈, 그리고 그 사이로 오목렌즈를 조합시킨 구조를 들 수 있다.For this reason, in the present invention, it is preferable to apply a combination of two or more lenses, and an optimal embodiment may include a structure in which a Plasnel lens, an aspherical lens, and a concave lens are combined therebetween.
이 구조는 플라즈넬렌즈로부터 발생되는 수차를 오목렌즈가 보상하여 주고, 비구면렌즈는 오목렌즈에 의해 포함되는 비평행 성분의 광을 평행하게 수정하여 주는 역할을 하여 본 발명에 적합하게 이용될 수 있는 광원을 제공한다.This structure compensates for the aberration generated from the Plasnel lens, and the aspherical lens serves to correct the light of non-parallel components included by the concave lens in parallel, which can be suitably used in the present invention. Provide a light source.
본 발명의 시스템에 의하면, 도 4로 도시한 바와 같이 투사렌즈(34)에서 조사되는 광속이 보정렌즈(38)의 중심점을 지향하는 비평행상으로 입사된 다음, 상기 보정렌즈(38)를 통과하여 상호 평행하게 수정된 광속으로 되어서 실리콘웨이퍼(36)로 조사된다.According to the system of the present invention, as shown in FIG. 4, the light beam irradiated from the projection lens 34 is incident in a non-parallel direction directed to the center point of the correction lens 38, and then passes through the correction lens 38. The light beams are modified in parallel to each other and irradiated onto the silicon wafer 36.
이에 따라 보정렌즈(38)를 거친 광속은 항상 확장된 포커스 마진을 이루면서 실리콘웨이퍼(36)로 투사되고, 또한 상기 실리콘웨이퍼(36)와 투사렌즈(34) 사이의 거리를 조절하여도 투사되는 패턴이 전혀 변화를 일으키지 않는 것이므로 상기 실리콘웨이퍼(36)의 표면으로 투영된 패턴의 노광은 매회 균질한 것으로 나타나게 된다.Accordingly, the light beam passing through the correction lens 38 is always projected onto the silicon wafer 36 while achieving an extended focus margin, and the pattern is projected even by adjusting the distance between the silicon wafer 36 and the projection lens 34. Since this does not cause any change at all, the exposure of the pattern projected onto the surface of the silicon wafer 36 appears to be homogeneous each time.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 실리콘웨이퍼와 투사렌즈 사이의 거리에 관계없이 항상 일정한 포커스 마진을 가지는 패턴이 상기 실리콘웨이퍼의 표면으로 투사되게 한 구성이기 때문에, 종래의 노광 시스템에서 실리콘웨이퍼와 투사렌즈 사이의 거리를 오조절하여 나타나는 언더 포커싱 또는 오버 포커싱에 의한 문제를 근본적으로 해결할 수 있고, 항상 균질하게 노광된 실리콘웨이퍼를 얻음에 따라 노광 단계에서의 불량률이 현저하게 저하되어 생산성의 향상과 시스템 관리의 간편화 등의 효과를 갖추고 있는 것이다.As described above, the present invention is a configuration in which a pattern having a constant focus margin is projected onto the surface of the silicon wafer, regardless of the distance between the silicon wafer and the projection lens, and thus, between the silicon wafer and the projection lens in a conventional exposure system. The problem caused by under focusing or over focusing, which is caused by incorrectly adjusting the distance, can be fundamentally solved.Since a uniformly exposed silicon wafer is always obtained, the defective rate in the exposure step is significantly lowered, resulting in improved productivity and system management. It has the effect of simplification.
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