KR100611399B1 - Structure of exposure device on the photo lithography - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 리소그래피 노광 장치의 구조에 관한 것으로서, 어퍼쳐를 통과한 광원의 광을 집광하는 콘덴서 렌즈와, 콘덴서 렌즈의 하부에 있는 웨이퍼로 광을 집광하는 프로젝션 렌즈와, 콘덴서 렌즈와 프로젝션 렌즈 사이에서 웨이퍼를 패터닝하기 위한 마스크 패턴과, 웨이퍼로 입사되는 광을 TE, 선형 x, 선형 y 중에서 어느 한 편광 성분으로 변환하는 편광기를 구비한다. 그러므로 본 발명은 광 리소그래피 노광 장치에 있어서 입사 각도에 상관없이 웨이퍼에 집광되는 광을 TE, 선형 x, 또는 선형 y 편광 성분으로 변환하여 모든 방향의 패턴에 대해 웨이퍼에 결상되는 패턴의 이미지 조도, 해상력 및 초점 심도를 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a structure of an optical lithography exposure apparatus, comprising: a condenser lens for condensing light from a light source passing through an aperture, a projection lens for condensing light onto a wafer under the condenser lens, and a condenser lens and a projection lens. And a mask pattern for patterning the wafer, and a polarizer for converting light incident on the wafer into any one of TE, linear x, and linear y. Therefore, in the optical lithography exposure apparatus, the image illuminance and resolution of a pattern formed on the wafer for patterns in all directions by converting light focused on the wafer into a TE, linear x, or linear y polarization component regardless of the incident angle And depth of focus.

노광 장치, 프로젝션 렌즈, 편광기, TEExposure device, projection lens, polarizer, TE

Description

광 리소그래피 노광 장치의 구조{Structure of exposure device on the photo lithography} Structure of exposure device on the photo lithography             

도 1은 종래 기술에 의한 광 리소그래피 노광 장치의 구조를 나타낸 구성도,1 is a block diagram showing the structure of a conventional lithographic exposure apparatus;

도 2a 및 도 2b는 노광 장치의 마스크 패턴의 피치에 따른 광의 회절을 나타낸 도면들,2A and 2B are diagrams illustrating diffraction of light according to a pitch of a mask pattern of an exposure apparatus;

도 3a 및 도 3b는 광 입사 각도에 따른 편향 효과를 나타낸 도면들,3a and 3b are views showing a deflection effect according to the light incident angle,

도 4a 및 도 4b는 넓은 광 입사 각도에서의 TE 및 TM 편향에 따른 이미지 조도를 나타낸 도면들,4A and 4B show image illuminance according to TE and TM deflection at a wide light incident angle,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 리소그래피 노광 장치의 구조를 나타낸 구성도,5 is a configuration diagram showing a structure of an optical lithography exposure apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 리소그래피 노광 장치에서 외곽 부분의 광을 TE 성분으로 편향시켜 웨이퍼에 조사하는 것을 설명하기 위한 도면.FIG. 6 is a diagram for explaining irradiation of a wafer by deflecting light of an outer portion to a TE component in an optical lithography exposure apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG.

- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 - -Explanation of symbols for the main parts of the drawing-

100 : 광원 104 : 에퍼쳐100: light source 104: aperture

108 : 콘덴서 렌즈 110 : 마스크 패턴108: condenser lens 110: mask pattern

112 : 집광 렌즈 114 : 편광기112: condenser lens 114: polarizer

116 : 웨이퍼116: Wafer

본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로서, 특히 반도체 소자의 패턴을 형성하기 위한 노광 공정시 광의 편광(polarization) 현상을 이용하여 해상력 및 초점 심도를 향상시킬 수 있는 광 리소그래피 노광 장치의 구조에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly, to a structure of an optical lithography exposure apparatus that can improve resolution and depth of focus by using a polarization phenomenon of light during an exposure process for forming a pattern of a semiconductor device.

도 1은 종래 기술에 의한 광 리소그래피 노광 장치의 구조를 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram showing the structure of an optical lithography exposure apparatus according to the prior art.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 광 리소그래피 노광 장치는 노광 광을 발생하는 광원(10)과, 광을 제한하는 어퍼쳐(aperture)(14)와, 어퍼쳐(14)를 통과한 광을 집광하는 콘덴서 렌즈(condenser lens)(18)와, 콘덴서 렌즈(18)의 하부에 웨이퍼(24)로 광을 집광하는 프로젝션 렌즈(22)와, 콘덴서 렌즈(18)와 프로젝션 렌즈(22) 사이에서 웨이퍼(24)를 패터닝하기 위한 레티클(reticle)인 마스크 패턴(20)을 포함한다. 여기서 도면 부호 12, 16은 광 경로를 변경하기 위한 미러이다.As shown in FIG. 1, a conventional optical lithography exposure apparatus focuses a light source 10 generating exposure light, an aperture 14 for limiting light, and light passing through the aperture 14. A condenser lens 18, a projection lens 22 for condensing light onto the wafer 24 under the condenser lens 18, and a wafer between the condenser lens 18 and the projection lens 22. Mask pattern 20 that is a reticle for patterning 24. Reference numerals 12 and 16 denote mirrors for changing the optical path.

이와 같은 노광 장치를 이용한 노광 공정을 진행하게 되면, 콘텐서 렌즈(18)와 마스크 패턴(20)을 통과하는 광이 회절 성분에 의하여 0차 및 고차광(예컨대 ㅁ1차, ㅁ3차 등)으로 회절된다. 이렇게 회절된 광에서 0차광은 광의 세기 (intensity)를 나타내며 나머지 고차광(ㅁ1차, ㅁ3차 등)은 마스크 패턴의 정보를 가지고 있다. 그런데 회절된 광에서 고차광은 프로젝션 렌즈(22)에 집광되어야만 웨이퍼(24)의 레지스트에 원하는 형태로 마스크 패턴(20)을 구현할 수 있다.When the exposure process using such an exposure apparatus is performed, the light passing through the condenser lens 18 and the mask pattern 20 is zero-order and high-order light (e.g., 1st order, 3rd order, etc.) by the diffraction component. Is diffracted. In the diffracted light, the 0th order light indicates the intensity of light and the remaining high order light (1st order, 3rd order, etc.) have information of a mask pattern. However, the high light shielding in the diffracted light may be focused on the projection lens 22 to implement the mask pattern 20 in a desired shape in the resist of the wafer 24.

도 2a 및 도 2b는 노광 장치의 마스크 패턴의 피치에 따른 광의 회절을 나타낸 도면들이다.2A and 2B are diagrams illustrating diffraction of light according to a pitch of a mask pattern of an exposure apparatus.

도 2a에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴의 피치 간격이 좁을(20a) 경우 회절된 고차광의 회절 입사각 ??의 크기는 넓어지게 된다. 이에 따라 프로젝션 렌즈(22)의 외곽 부분을 통해 웨이퍼(24)에 큰 각도로 입사하게 된다. As shown in FIG. 2A, when the pitch interval of the mask pattern is 20a, the size of the diffraction incidence angle ?? of the diffracted high light beam becomes wider. Accordingly, incident to the wafer 24 at a large angle through the outer portion of the projection lens 22.

그리고 도 2b에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴의 피치 간격이 넓을(20b) 경우 회절된 고차광의 회절 입사각 ??의 크기는 좁아지게 된다. 이에 따라 프로젝션 렌즈(22)의 중앙 부분을 통하여 웨이퍼(24)에 작은 각도로 입사하게 된다.As shown in FIG. 2B, when the pitch pattern of the mask pattern is wide (20b), the size of the diffraction incidence angle ?? of the diffracted high light beam becomes narrow. Accordingly, incident to the wafer 24 through the central portion of the projection lens 22 at a small angle.

한편 광 리소그래피의 노광 장치에서 웨이퍼에 투영되는 이미지 조도(image contrast)는 입사 광의 TE 또는 TM 간섭에 의해 의존하는데, 노광 장치의 렌즈 개구수(NA : Numerical Aperture)가 작은 경우에는 입사하는 광의 각도가 작은 관계로 광의 편향에 거의 무관한 이미지 조도를 가지게 된다. 즉 도 3a와 같이 입사 광이 TE로 편향되는 경우 입사하는 각도에 관계없이 그 오버레이 정도가 크기 때문에 도 4a와 같이 높은 이미지 조도를 가지게 된다.On the other hand, the image contrast projected on the wafer in the optical lithography exposure apparatus depends on the TE or TM interference of the incident light. When the numerical aperture (NA: numerical aperture) of the exposure apparatus is small, the angle of the incident light is In a small relationship, image illumination is almost independent of light deflection. That is, when the incident light is deflected to TE as shown in FIG. 3A, since the overlay degree is large regardless of the incident angle, the image has high image roughness as shown in FIG. 4A.

하지만 노광 장치의 렌즈 개구수가 증가하여 입사하는 광의 각도가 커져 도 3b와 같이 입사 광이 TM이 되는 경우 입사하는 광 각도에 따라 오버레이 정도가 감소하게 되고 이로 인해 도 4b와 같이 낮은 이미지 조도를 가지게 된다. 이에 따라 종래 노광 장치의 해상력 및 초점 심도를 저하시키게 된다.However, as the lens numerical aperture of the exposure apparatus increases, the angle of incident light increases, so that when the incident light becomes TM, as shown in FIG. 3B, the degree of overlay decreases according to the incident light angle, thereby resulting in low image roughness as shown in FIG. 4B. . This reduces the resolution and the depth of focus of the conventional exposure apparatus.

따라서 노광 장치의 렌즈 개구수가 증가하여 입사하는 광의 각도가 커질 경우 프로젝션 렌즈(22)를 통해 웨이퍼에 결상되는 패턴의 해상력 및 초점 심도가 나빠지는 문제점이 있었다.Therefore, when the lens numerical aperture of the exposure apparatus is increased and the angle of incident light increases, the resolution and focus depth of the pattern formed on the wafer through the projection lens 22 are deteriorated.

이를 위하여 마스크 패턴으로 입사되는 광 자체를 편향시켜 TE 성분, 선형 x(linear-x) 또는 선형 y(linear-y) 편광으로 웨이퍼에 입사시키는 경우 패턴의 방향성에 따라 한쪽 방향의 패턴에 대한 이미지 조도는 좋아지나 다른 방향에 대한 이미지 조도는 저하되는 문제점이 있었다. For this purpose, when the light itself incident on the mask pattern is deflected and incident on the wafer with TE component, linear x (linear-x) or linear y (linear-y) polarization, the image roughness of the pattern in one direction depends on the direction of the pattern. Is better, but image illuminance in other directions is deteriorated.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 입사 각도에 상관없이 광을 TE, 선형 x, 또는 선형 y 편광 성분으로 변환하여 모든 방향의 패턴에 대해 웨이퍼에 결상되는 패턴의 이미지 조도, 해상력 및 초점 심도를 향상시킬 수 있는 광 리소그래피 노광 장치의 구조를 제공하는데 있다.
An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, by converting light into a TE, linear x, or linear y polarization component irrespective of the angle of incidence, the image roughness of the pattern formed on the wafer for the pattern in all directions. In addition, the present invention provides a structure of an optical lithography exposure apparatus capable of improving resolution and depth of focus.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광 리소그래피 노광 장치에 있어서, 어퍼쳐를 통과한 광원의 광을 집광하는 콘덴서 렌즈와, 콘덴서 렌즈의 하부에 있는 웨이퍼로 광을 집광하는 프로젝션 렌즈와, 콘덴서 렌즈와 프로젝션 렌즈 사이에서 웨이퍼를 패터닝하기 위한 마스크 패턴과, 웨이퍼로 입사되는 광을 TE, 선형 x, 선 형 y 중에서 어느 한 편광 성분으로 변환하는 편광기를 구비한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an optical lithography exposure apparatus comprising: a condenser lens for condensing light of a light source passing through an aperture; a projection lens for condensing light onto a wafer under the condenser lens; A mask pattern for patterning a wafer between projection lenses and a polarizer for converting light incident on the wafer into any polarization component among TE, linear x, and linear y.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 리소그래피 노광 장치의 구조를 나타낸 구성도이다.5 is a block diagram showing the structure of an optical lithography exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 리소그래피 노광 장치는 노광 광을 발생하는 광원(100)과, 광을 제한하는 어퍼쳐(104)와, 어퍼쳐(104)를 통과한 광을 집광하는 콘덴서 렌즈(108)와, 콘덴서 렌즈(108)의 하부에 웨이퍼(116)로 광을 집광하는 프로젝션 렌즈(112)와, 콘덴서 렌즈(108)와 프로젝션 렌즈(112) 사이에서 웨이퍼(116)를 패터닝하기 위한 레티클인 마스크 패턴(110)과, 프로젝션 렌즈(112) 하부의 외곽 부분에 설치되어 웨이퍼(116)로 입사되는 광을 TE, 선형 x, 선형 y 중에서 어느 한 편광 성분으로 변환하는 편광기(114)를 포함한다. 여기서 도면 부호 102, 106은 광 경로를 변경하기 위한 미러이다.As shown in FIG. 5, an optical lithography exposure apparatus according to an embodiment of the present invention passes through a light source 100 for generating exposure light, an aperture 104 for limiting light, and an aperture 104. A condenser lens 108 for condensing a light, a projection lens 112 for condensing light onto the wafer 116 under the condenser lens 108, and a wafer between the condenser lens 108 and the projection lens 112. The mask pattern 110, which is a reticle for patterning the 116, and the light incident on the outer portion of the lower portion of the projection lens 112 and incident on the wafer 116 are used as a polarization component of any one of TE, linear x, and linear y. Converting polarizer 114. Reference numerals 102 and 106 denote mirrors for changing the optical path.

본 발명에 사용된 편광기(114)는 전기석, 자수정, 헤라파타이트, 및 방해석 중에서 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.The polarizer 114 used in the present invention is preferably made of any one of tourmaline, amethyst, hepatite, and calcite.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 광 리소그래피 노광 장치의 노광 공정을 진행하게 되면, 어퍼쳐(104)를 통과한 광원(100)의 광을 콘덴서 렌즈(108)에서 집광한다. 그리고 콘덴서 렌즈(108)를 투과한 광을 마스크 패턴(110)을 통해서 프로젝션 렌즈(112)를 통해서 웨이퍼(116)의 레지스트로 집광한다.When the exposure process of the optical lithography exposure apparatus according to the embodiment of the present invention configured as described above is performed, the light of the light source 100 passing through the aperture 104 is condensed by the condenser lens 108. Then, the light transmitted through the condenser lens 108 is focused through the projection lens 112 through the mask pattern 110 to the resist of the wafer 116.

이때 본 발명의 편광기(114)는 프로젝션 렌즈(112) 하부의 외곽 부분에 설치되어 있기 때문에 프로젝션 렌즈(112)에 회절되어 입사하는 고차광(ㅁ1차, ㅁ3차 등)의 각도가 커지더라도 해당 렌즈 외곽 부분의 광을 TE, 선형 x, 선형 y 중에서 어느 한 편광 성분으로 변환하여 웨이퍼(116)에 조사한다.At this time, since the polarizer 114 of the present invention is installed in the outer portion of the lower portion of the projection lens 112, even if the angle of the high-order light (wh1, 1, 3, etc.) diffracted by the projection lens 112 increases. The light of the lens outer portion is converted into any polarization component among TE, linear x, and linear y and irradiated to the wafer 116.

그러므로 본 발명에 따른 광 리소그래피 노광 장치는 렌즈 개구수(NA)가 증가하여 웨이퍼(116)에 입사하는 회절 광의 각도가 커지더라도 프로젝션 렌즈(112) 하부 외곽 부분에 설치된 편광기(114)에서 입사 광을 높은 이미지 조도를 갖는 TE, 선형 x, 선형 y 중에서 어느 한 편광으로 변형하기 때문에 웨이퍼에 결상되는 패턴의 이미지 조도가 좋아지면서 이로 인해 해상력 및 초점 심도또한 향상된다.Therefore, in the optical lithography exposure apparatus according to the present invention, even if the lens numerical aperture NA is increased and the angle of the diffracted light incident on the wafer 116 increases, the optical lithography exposure apparatus receives incident light from the polarizer 114 provided at the lower outer portion of the projection lens 112. Deformation into any one of TE, linear x, and linear y having high image roughness improves image roughness of a pattern formed on a wafer, thereby improving resolution and depth of focus.

그리고 본 발명은 마스크 패턴의 피치 간격이 좁을 경우 회절된 고차광의 회절 입사각 ??의 크기가 넓어져 프로젝션 렌즈(112)를 통해 웨이퍼(116)에 큰 각도로 광이 입사하게 되더라도 편광기(114)에 의해 고차광을 이미지 조도가 좋아지는 TE, 선형 x, 또는 선형 y 편광 성분으로 변형된다.In the present invention, when the pitch interval of the mask pattern is narrow, the size of the diffraction incident angle ?? of the diffracted high light beam becomes wider so that light may be incident on the wafer 116 through the projection lens 112 at a large angle. The high light shielding is transformed into a TE, linear x, or linear y polarized light component of which image illuminance is improved.

또한 본 발명은 마스크 패턴의 피치 간격이 넓을 경우 회절된 고차광의 회절 입사각 ??의 크기가 좁아져 프로젝션 렌즈(112)를 통해 웨이퍼(116)에 작은 각도로 광이 입사하게 될 경우 프로젝션 렌즈의 편광기(114)를 통하지 않고 고차광이 웨이퍼(116)에 집광된다.In addition, when the pitch pattern of the mask pattern is wide, the diffraction incident angle ?? of the diffracted high light beam is narrowed so that light is incident on the wafer 116 through the projection lens 112 at a small angle. High light blocking is focused on the wafer 116 without passing through the polarizer 114.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 리소그래피 노광 장치에서 외곽 부분의 광을 TE 성분으로 편향시켜 웨이퍼에 조사하는 것을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6 is a view for explaining irradiation of a wafer by deflecting light of an outer portion to a TE component in an optical lithography exposure apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 실시예의 광 리소그래피 노광 장치는 수평 패턴(110a) 을 갖는 마스크 패턴을 통과하는 광이 회절 성분에 의하여 0차 및 고차광(예컨대 ㅁ1차, ㅁ3차 등)으로 회절되어 프로젝션 렌즈(112)에 전달되는데, 이때 고차광은 프로젝션 렌즈(112)의 외곽 부분에 입사되는 고차광이 프로젝센 렌즈(112) 하부 외곽 부분에 있는 편광기(114)에 의해 TE 편광 성분으로 변환되어 웨이퍼(116)에 집광된다.Referring to FIG. 6, in the optical lithography exposure apparatus of this embodiment, light passing through a mask pattern having a horizontal pattern 110a is diffracted by 0th order and high order light (eg, 1st order, 3rd order, etc.) by a diffraction component. The high light is converted into the TE polarization component by the polarizer 114 at the lower part of the lower part of the projection lens 112. The high light is incident on the outer part of the projection lens 112. And light is collected on the wafer 116.

따라서 본 발명은 마스크 패턴의 수평 패턴(110a)으로 입사되는 광을 프로젝션 렌즈(112) 하부 외곽 부분에 설치된 편향기(114)에서 TE 성분, 선형 x, 또는 선형 y 편광 성분으로 변형하기 때문에 마스크 패턴의 패턴의 방향성에 상관없이 웨이퍼(116)에 결상되는 패턴의 이미지 조도를 향상시킬 수 있다.Therefore, the present invention transforms the light incident on the horizontal pattern 110a of the mask pattern into a TE component, a linear x, or a linear y polarization component in the deflector 114 installed at the lower outer portion of the projection lens 112. Irrespective of the direction of the pattern, the image roughness of the pattern formed on the wafer 116 can be improved.

한편 본 발명의 다른 실시예에서는 광 리소그래피 노광 장치에서 프로젝션 렌즈 하부 외곽에 편향기를 설치하지 않고 편향기를 어퍼쳐 앞단의 일루미네이션 렌즈의 외곽 부분, 또는 마스크 패턴의 외곽 부분에 설치할 수도 있다. 즉, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.Meanwhile, in another embodiment of the present invention, the deflector may be installed in the outer portion of the illumination lens at the front end or in the outer portion of the mask pattern in the optical lithography exposure apparatus without installing the deflector at the outer edge of the projection lens. That is, the present invention is not limited to the above-described embodiments, but various modifications are possible by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention described in the claims below.

상기한 바와 같이, 본 발명은 광 리소그래피 노광 장치에 있어서 입사 각도에 상관없이 웨이퍼에 집광되는 광을 TE, 선형 x, 또는 선형 y 편광 성분으로 변환하여 모든 방향의 패턴에 대해 웨이퍼에 결상되는 패턴의 이미지 조도, 해상력 및 초점 심도를 향상시킬 수 있다.As described above, the present invention converts light collected on a wafer into a TE, linear x, or linear y polarization component irrespective of the angle of incidence in an optical lithography exposure apparatus. Image roughness, resolution and depth of focus can be improved.

Claims (5)

광 리소그래피 노광 장치에 있어서,In an optical lithography exposure apparatus, 어퍼쳐를 통과한 광원의 광을 집광하는 콘덴서 렌즈;A condenser lens for condensing light of the light source passing through the aperture; 상기 콘덴서 렌즈의 하부에 있는 웨이퍼로 광을 집광하는 프로젝션 렌즈;A projection lens for condensing light onto a wafer under the condenser lens; 상기 콘덴서 렌즈와 상기 프로젝션 렌즈 사이에서 상기 웨이퍼를 패터닝하기 위한 마스크 패턴; 및A mask pattern for patterning the wafer between the condenser lens and the projection lens; And 상기 웨이퍼로 입사되는 광을 TE, 선형 x, 선형 y 중에서 어느 한 편광 성분으로 변환하면서, 상기 프로젝션 렌즈 하부의 외곽 부분, 상기 어퍼쳐 앞단의 일루미네이션 렌즈의 외곽 부분 또는 상기 마스크 패턴의 외곽 부분에 설치되어 있는 편광기를 구비한 것을 특징으로 하는 광 리소그래피 노광 장치의 구조.The light incident on the wafer is converted into any one of TE, linear x, and linear y, and is installed on an outer portion of the lower portion of the projection lens, an outer portion of the illumination lens of the aperture front end, or an outer portion of the mask pattern. The structure of the optical lithographic exposure apparatus characterized by including the polarizer provided. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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CN111756971A (en) * 2020-06-30 2020-10-09 重庆大学 Unmanned vehicle vision enhancement device and method in extreme environment
CN111756971B (en) * 2020-06-30 2021-06-29 重庆大学 Unmanned vehicle vision enhancement device and method in extreme environment

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