KR100500771B1

KR100500771B1 - 스캐닝-슬릿노광장치

Info

Publication number: KR100500771B1
Application number: KR1019970708591A
Authority: KR
Inventors: 요하네스 크리스티안 마리아 야스퍼; 알렉산더 스트라이져
Original assignee: 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Priority date: 1996-04-01
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 2005-12-30
Also published as: DE69708560T2; EP0829035B1; EP0829035A1; KR19990022112A; WO1997037282A1; JPH11507145A; US5889580A; DE69708560D1; TW449052U; JP3813634B2

Abstract

스캐닝-슬릿노광장치에 출구윈도우(2)를 통해 방사선펄스를 방출하는 방사선소스(1)가 제공된다. 묘화시스템(3)은 출구윈도우를 상기 방사선에 의해서 조명될 표면(4)위에 묘화시킨다. 상기 표면은 스캔방향에서 출구윈도우이미지에 대하여 스캔된다. 노광시에 발생하는 밴딩형태의 비균일성을 피하기 위해서, 상기 장치는 단지 스캔방향에서만 출구윈도우 이미지의 블러링을 발생시키는 산란요소(12)를 포함한다. 상기 산란요소는 묘화시스템(3)의 입구 퓨필(entrance pupil)내에 배치된다.

Description

스캐닝-슬릿노광장치{SCANNING-SLIT EXPOSURE DEVICE}

본 발명은 표면을 조사시키기 위해서, 출구윈도우에 방사선펄스를 제공하는 상기 출구윈도우를 가진 방사선소스, 상기 표면위에 상기 출구윈도우를 묘화시키는묘화시스템과, 상기 표면 및 상기 출구윈도우의 이미지를 서로에 대해 스캔방향으로 스캔닝하는 스캐닝수단을 포함하는 스캐닝-슬릿 노광장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 스캐닝-슬릿 노광장치를 포함하는 리소그래피 투영장치에 관한 것이다.

광학 스캐닝 리소그래피시스템에서, 노광선량 제어(exposure dose control)는 스캔방향을 따른 노광 균일성 제어(exposure uniformity control)와 밀접하게 관련되어 있다. 엑시머레이저 (excimer lasers)와 같은 펄스화된 방사선소스는 펄스 대 펄스 요동(pulse to - pulse fluctuations)이 없는 경우에, 노광시 소위 밴딩형태 (banding type)의 비균일성을 쉽게 초래할 수 있다. 날카롭게 묘화된 슬릿형태의 순간필드스톱(instantaneous field stop)에서, 예를 들어, 출구윈도우 형태에서, 비균일성은 각 레이저 펄스에 대한 슬릿에지(slit edges)의 위치에서 노광불연속성의 형태를 가지게 된다.

1988년 간행된 SPIE의 발표문집 제992권의 437-443쪽에 실려 있으며, D.H. Tracy 와 F.Y.Wu에 의해서 쓰여진 논문 "Exposure Dose Control Techniques for Eximer laser Lithography" 은 그 서문에 노광의 불연속성이 감소되는 스캐닝-슬릿노광장치를 개재하고 있다. 이러한 공지된 장치는 정상적인 슬릿의 디포커스된 이미지(defocused image)를 순간필드스톱으로 사용하고 있다. 생성된 디포커스 블러(resulting defocus blur)는 날카롭게 묘화된 슬릿에 공통적으로 나타나는 높은 공간주파수들을 피하며, 밴딩(banding)에 대한 노광장치의 감도를 감소시킨다. 공지된 장치의 단점은 유도된 디포커스의 양이 출구윈도우에 있는 방사선분포(radiation distribution)에 의존한다는 것이다. 따라서, 조정가능한 방사선분포를 가지는 장치들은 조정가능한 디포커스를 가져야만 된다.

도 1은 본 발명에 따른 리소그래피 스캐닝 투영장치의 일실시예를 도시한 도면,

도 2는 산란요소 뒤의 방사선의 각도 분포 및 출구윈도우 이미지의 에지세기를 도시한 도면,

도 3은 산란요소의 일실시예를 도시한 도면이다.

본 발명의 목적은 출구윈도우에서의 방사선분포에 대한 유도된 블러의 의존도를 감소시키는 스캐닝-슬릿 노광장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 방사펄스들의 경로내에 출구윈도우 이미지의 블러를 유발시키는 산란요소가 배치되는 것을 특징으로 하는 서두에 언급된 장치에 의해서 달성된다. 산란요소를 사용하게 되면, 블러는 출구윈도우에서의 방사선분포에 덜 의존하게 된다. 이것은, 많은 개구수를 가지는 투영렌즈의 필드의 깊이를 증가시키기 위한, 오프-축(off-axis) 또는 가변 코히어런스(coherence) 조명를 사용할 경우에 특히 유리하다.

기존의 장치에서의 디포커싱(defocusing)은 스캐닝방향뿐만 아니라 상기 스캐닝방향에 수직인 방향으로 방사선에너지의 확산을 야기한다. 후자의 방향에서의 노광의 비균일성은 일련의 후속되는 방사선펄스의 집적효과(integrating effect)에 의해서 제거되지 않는다. 게다가, 이 방향에서의 확산은 밴딩형태의 비균일성을 감소시키는데 유용하지 않다. 기존장치의 결과적인 방사선 에너지손실은 표면위에 필요한 방사선에너지 선량(dose)을 축적시키는데 필요한 시간을 증가시키고, 따라서 상기 장치에 의해서 제조된 집적회로들의 제조시간을 증가시킨다. 따라서, 본 발명에 따른 산란요소는 스캔방향에서먼 블러를 발생시키는 것이 바람직하다. 스캔방향에서 순간필드스톱의 스미어링 효과는(smearing effect)는 밴딩형태의 비균일성을 감소시킨다. 산란요소가 스캔방향과 수직인 방향에서는 블러를 일으키지 않으므로, 노광될 표면상의 슬릿 이미지는 상기 방향에서 날카로운 형태로 남는다.

상기 표면상의 에너지의 분포의, 출구윈도우에서의 방사선 각분포(angular distribution) 및 상기 산란요소 상의 방사선의 입사각에 대한 의존도를 더욱 감소시키기 위해서, 상기 산란요소가 실질적으로 묘화시스템의 퓨필(pupil)내에 배치되는 것이 바람직하다. 이것은 이미 언급한 오프-축 또는 가변 코히어런스 조명을 이용할 때에 장점이 된다. 이 퓨필은 묘화시스템의 출구퓨필 또는 입력퓨필일 수 있다.

산란요소는, 출구각도들에 대한 방사선에너지가 실질적으로 가우시안 분포(Gaussian distribution)를 가지도록, 하나의 입력각도를 따라 상기 요소로 들어오는 방사선을 출구각도들에 대해 분포시킨다. 묘화시스템은 출구윈도우 이미지를 갖는 컨볼루션(convolution)에 의해 출구각도에 대한 방사선의 가우시안 분포를 필드 스톱내의 에러함수형 세기분포로 변환시켜, 밴딩형태의 노광 비균일성을 매우 효과적으로 억제한다.

본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예에서, 산란요소가 홈(groove) 패턴을 가지는 투과판(transparent plate)을 포함한다. 이 홈 패턴은 단지 한 방향으로의 입사방사의 필요한 각확산(angular spreading)을 제공하는 일련의 평행한 홈들을 포함한다. 이러한 투과판은 예를 들어, 그레이팅 제조분야의 복제기술 또는 기타기술에 의해서, 비교적 싼 제조원가로 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 노광장치는, 패턴을 가지는 마스크표면을 조사시키기 위하여 출구윈도우에 방사선펄스를 제공하는 상기 출구윈도우를 가지는 방사선소스, 상기 표면위에 출구윈도우를 묘화시키는 제1묘화시스템, 스캔방향에서 마스크 표면 및 출구윈도우의 이미지를 서로에 대하여 스캐닝하는 스캐닝수단, 방사선 감지층이 제공된 기판, 및 상기 기판위체 패턴을 묘화시키는 투영렌즈시스템을 포함하는 리소그래피 스캐닝 투영장치에서 유익하게 사용될 수 있다. 이러한 투용장치는 출구윈도우 마스크(mask)사이에서 방사선펄스의 경로내에 출구윈도우 이미지의 블러를 발생시키는 산란요소가 배치되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른다.

본 발명에 따른 도 1은, 예를 들어, 반도체 디바이스, 액정 디바이스 또는 자기 헤드들과 같은 마이크로장치들의 제조에 사용되는 본 발명에 따른 리소그래피 스캐닝 투영장치를 개략적으로 도시하고 있다. 상기 장치는 출구윈도우(2)에서 방사선 펄스를 방출하는 예를 들어, 엑시머 레이저와 같은, 방사선소스(1)를 포함한다. 출구윈도우는 상기 출구윈도우에 걸쳐 균일한 세기분포를 형성하는 광학 인테그레이터 (integrator), 예를 들면, 수정막대의 출구면(exit plane)일 수 있다. 출구윈도우는 길고 가느다란 형태(enlongate shape)를 가지는 것이 바람직하다. 도면에 도시된 묘화시스템(3)은 세 개의 렌즈들(3', 3", 3''')을 포함하며, 출구윈도우(2)를 패턴을 가지는 마스크 또는 레티클(5)의 표면(4) 위에 묘화시킨다. 상기 묘화시스템(3)은 망원경 시스템(telescopic system)일 수 있다. 스캐닝수단(6), 예를 들면, 리니어액추에이터(linear actuator)는, 상기 마스크 표면(4)상에 제공된 전체 패턴이 조명되는 방식으로 마스크(5)를 스캔한다. 대안적으로, 마스크(5)가 고정되고 출구윈도우(2)가 스캔될 수 있다. 마스크 상으로의 출구윈도우 이미지의 긴 방향은 스캔방향, 즉 펄스화된 방사선에 노광되는 동안 스캐닝수단(6)이 마스크(5)를 변위시키는 방향에 대하여 수직이다. 도면부호 1 내지 6의 요소들은 스캐닝-슬릿 노광장치를 형성한다.

단일구성요소로 상기 도면에서 개략적으로 도시된 투영 렌즈 시스템(7)은 기판(9)위에 배치된 방사선 감지층(8) 상으로 마스크(5)의 조명된 부분을 묘화시킨다. 기판은 반도체 웨이퍼가 될 수 있다. 투영렌즈시스템(7)은 바람직하게는 파워 확대율 1/4을 가진다. 마스크(5)의 표면(4)위에 제공된 일련의 인접한 패턴의 이미지를 기판위에 형성시키기 위하여, 기판(9)은 마스크(5)와 동기상태(synchronism)에서 제2스캐닝수단(10)에 의하여 스캐닝된다. 가능한 스캐닝 시퀀스(scanning sequence)는 저널 "Semiconductor international "의 1986년 5월호, 137-142 페이지에 게재되어 있는, D.A. Markle 에 의해 쓰여진 논문 "Sub-micron 1:1 Optical Lithography" 에 서술되어 있다. 상기 장치의 광학 경로는 노광장치내의 미러(11)에 사용함으로써 꺽이게 된다.

본 발명에 따르면, 산란요소(12)는 출구윈도우(2)와 마스크(5)사이에서 방사선펄스의 경로내에, 바람직하게는 묘화시스템(3)의 입구 또는 출구 퓨필에 배치된다. 상기 요소는 마스크의 노광시에 밴딩형태의 비균일성을 감소시킨다. 산란요소(12)는 단지 스캔방향에서만 출구윈도우 이미지의 블러를 유발시킨다. 마스크(5)의 스캔방향이 도면의 평면내에 있다면, 산란요소(12)는 도면의 평면내에서도 블러를 유발한다. 산란요소는 상기 산란요소상의 패턴이 상기 마스크 표면(4) 위에 묘화되지 않을 정도로 퓨필들 중의 하나에 충분히 가까워야 한다. 산란요소와 퓨필의 위치간의 거리는 상기 산란요소상의 방사선 입사각과 실직적으로 독립적인 마스크표면(4)위의 세기분포를 얻기 위하여 출구윈도우(2)와 표면(4)간의 거리의 2% 미만이 되는 것이 바람직하다.

도 2는 산란요소(12)를 지난 바로 다음의 각도함수로서 산란요소에 입사하는 조준빔에 의하여 발생되는 스캔방향에서의 방사선 세기 분포 그래프를 나타낸다(곡선a). 정규화된 방사선 세기(In)가 그래프의 수직축과, 렌즈들(3'', 3''')의 초점길이(focal length : f)와 산란판의 입사 및 출구각 간의 차이(α)의 곱을 따라 도시되어 있다. 상기 분포는 어떠한 일정한 형태를 가질 수 있으나, 가우시안 형태를 가지는 것이 바람직하다. 가우시안 각도 분포는, 산란요소가 사용되지 않을 때에 나타나는 이미지의 날카로운 에지와는 대조적으로, 에러함수형태를 가지는 마스크표면(4)상의 출구윈도우 이미지의 에지세기를 만들게 된다. 에지세기는 방사선감지층(8)위의 출구윈도우 이미지를 대해 도 2에 곡선 b로 나타난다. 수평축은 이러한 곡선에 대해서 산란요소가 없는 경우 이미지의 에지의 위치로부터 측정된 스캔방향으로의 위치 x를 나타낸다. 이미지의 에러함수 형상의 에지(error-function-shaped edges of the image)는 상기 방사선감지층(8)의 노광에서 밴딩형태의 비균일성을 매우 양호하게 억제하는 결과를 초래한다. 적절한 억제를 위해서, 세기분포의 에지폭은 블러가 없는 스캔방향에서의 출력윈도우 이미지 폭의 15% 보다 커야 한다. 도2에 곡선 b에 도시된 에러함수의 폭은 0.001 내지 0.999의 함수값으로부터 얻어진다. 곡선 b의 에지세기는 8mm 폭을 가진 출력윈도우 이미지에 사용될 수 있다.

산란요소(12)는 방사선의 파장 및 수 마이크로미터의 깊이보다 큰 주기로 에칭되거나 잘려진 홈(etched or cut grooves)이 있는 투과기판 또는 반사기판을 포함한다. 산란요소(12)의 주기적인 홈 구조 때문에, 홈에 수직인 평면에서만 각도 범위에 걸쳐 빛이 분포된다. 도 3은 산란요소(12)의 일실시예를 도시하고 있다. 상기 산란요소는 원통형렌즈(16)형태로된 홈의 어레이가 제공된, 예를 들어, 유리 또는 석영으로 만들어진 투과기판(15)을 포함한다. 제조를 용이하게 하기 위해서 상기 렌즈의 주기(P)가 0.1㎜ 내지 0.5㎜ 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 원통형렌즈 단면의 바람직한 형태는 렌즈 주기의 절반에 대한 높이(f)를 구하는 다음 수학식에 의해서 결정된다.

[수학식 1]

여기서, x는 홈 방향에 수직인 산란요소의 평면내에서의 거리를 의미하며, A는 렌즈의 피크값 높이의 절반을 나타내며, P는 홈 구조의 주기를 나타낸다. 1.3㎛의 높이(A)와 0.2㎛의 주기(P)는 대략 2도(degree)의 최대세기의 절반에서 폭을 가지는 방사선의 각도분포를 초래한다. 상기 각도에 걸쳐 나타나는 결과적인 세기분포는 실제적으로 가우시안 형태를 띠고 있다.

Claims

표면을 조사시키기 위해서, 출구윈도우에 방사선펄스(radiation pulses)를 제공하는 상기 출구윈도우(exit window)를 가지는 방사선소스, 상기 출구윈도우를 상기 표면위에 묘화시키는 묘화시스템, 및 스캔방향에서 상기 표면 및 상기 출구윈도우의 이미지를 서로에 대하여 스캐닝하는 스캐닝수단을 포함하는 스캐닝-슬릿노광장치에서,

상기 방사선펄스의 경로내에 상기 출구윈도우 이미지의 블러를 일으키는 산란요소는 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 스캐닝-슬릿노광장치.
제1항에 있어서,

상기 산란요소는 스캔방향에서만 출구윈도우 이미지의 블러를 발생시키는 것을 특징으로 하는 스캐닝-슬릿노광장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 산란요소는 실직적으로 묘화시스템의 퓨필에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 스캐닝-슬릿노광장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 산란요소는 출구각도들에 대한 방사선에너지가 실질적으로 가우시안 분포를 갖도록 하나의 입력각도를 따라 상기 산란요소로 들어오는 방사선을 출구각도들에 대해 분포시키는 것을 특징으로 하는 스케닝-슬릿노광장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 산란요소는 홈패턴(groove pattern)을 가지는 투과판을 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝-슬릿노광장치.
패턴을 가지는 마스크의 표면을 조사하기 위해서 출구윈도우에 방사선펄스를 제공하는 상기 출구윈도우를 가진 방사선소스, 상기 출구윈도우를 상기 표면위에 묘화시키는 제1묘화시스템, 스캔방향에서 상기 마스크의 표면 및 상기 출구윈도우의 이미지를 서로에 대하여 스캐닝하는 스캐닝수단, 방사선감지층이 제공되는 기판 및 상기 패턴을 상기 방사선감지층위에 묘화시키는 투영렌즈시스템을 포함하여 이루어지는 리소그래피 스캐닝 투영장치에서,

상기 출구윈도우와 상기 마스크 사이에서 방사선펄스의 경로내에 상기 출구 윈도우 이미지의 블러를 일으키는 산란요소가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 스캐닝 투영장치.