KR100922656B1 - 반도체 노광장비 렌즈의 온도조절장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 노광장비에서 온도변화에 따라 발생하는 렌즈의 팽창과 수축을 방지하기 위해 렌즈의 주변에 설치되는 냉각용 배관 구조를 변경하여 냉각수와 렌즈간의 원활한 열전달로 온도변화에 따른 렌즈의 변형을 최소화시킬 수 있도록 하는 반도체 노광장비 렌즈의 온도조절장치에 관한 것이다. 이를 실현하기 위한 본 발명은, 램프와 타원경으로 이루어진 광원부와, 상기 램프의 광원을 반사하여 광로를 변경시키는 다수의 반사렌즈와, 상기 다수의 반사렌즈 사이의 광로 상에 구비되어 광원을 노광조건에 맞도록 확대 또는 축소시키는 다수의 보조렌즈 및 상기 광원이 통과하면서 레티클 상의 회로패턴을 축소하여 웨이퍼에 구현할 수 있도록 하는 메인렌즈를 포함하여 이루어진 노광장비에 있어서, 상기 메인렌즈를 둘러싸는 밀폐부와, 상기 밀폐부의 외측면에 매입되어 상기 메인렌즈를 소정의 온도로 냉각시키는 냉각수가 내부를 순환하는 냉각용 배관을 포함하여 이루어지되, 상기 냉각용 배관의 내부에 흐르는 냉각수는 상기 밀폐부의 일측단에 단일의 라인으로 유입된 후 다수의 라인으로 분기되어 상기 밀폐부의 표면을 따라 순환한 후에 상기 밀폐부의 타측단에서 단일의 라인으로 취합되는 것을 특징으로 한다.

노광장비, 렌즈, 냉각, 밀폐부, 온도센서.

Description

반도체 노광장비 렌즈의 온도조절장치{Temperature control device for lenses of semiconductor exposure apparatus}

본 발명은 반도체 노광장비 렌즈의 온도조절장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 노광장비에서 온도변화에 따라 발생하는 렌즈의 팽창과 수축을 방지하기 위해 렌즈의 주변에 설치되는 냉각용 배관 구조를 변경함에 따른 냉각수와 렌즈간의 원활한 열전달이 이루어지도록 하여 온도변화에 따른 렌즈의 변형을 최소화시킬 수 있도록 하는 반도체 노광장비 렌즈의 온도조절장치에 관한 것이다.

반도체 제조 공정에 있어서, 노광공정은 사진기술과 화학적 부식법을 병용하여 웨이퍼 표면에 일정한 패턴을 형성하는 공성으로서, 웨이퍼 상에 감광제(photoresist)를 도포한 후, 원하는 방향의 광원만 통과시키도록 패턴 정보가 담겨져 있는 레티클(reticle)을 투과한 광원에 상기 웨이퍼를 노출시키면, 상기 감광제는 레티클에 담겨진 패턴에 따라 원하는 영역에서만 감광하게 되므로, 감광된 영역의 감광제를 제거함으로써, 웨이퍼 표면에 원하는 패턴이 형성될 수 있는 것이다.

도 1은 종래 반도체 노광장비의 구조를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2 는 종래 반도체 노광장비 렌즈의 온도조절장치의 구성도이며, 도 3은 종래 노광장비 렌즈 냉각용 배관의 구조를 나타낸 단면도이다.

위와 같은 노광공정을 수행하는 노광장비는, 도 1에 도시된 바와 같이, 램프(10)와 상기 램프(10)를 둘러싸며 조사된 광원을 집중시키는 타원경(11)으로 이루어진 광원부와, 상기 램프(10)의 광원을 반사하여 광로를 변경시키는 다수의 반사렌즈(20; 20a,20b,20c,20d)와, 상기 다수의 반사렌즈(20) 사이의 광로 상에 구비되어 상기 광원을 노광조건에 맞도록 확대 또는 축소시키는 다수의 보조렌즈(30; 30a,30b,30c,30d)와, 상기 광원이 통과하면서 레티클 상의 회로패턴을 1/5 또는 1/4로 축소하여 웨이퍼(1)에 구현할 수 있도록 하는 메인렌즈(50)로 구성된다.

상기 램프(10)의 광원은 불화크립톤(KrF)이 주로 사용되고 있으며, 램프(10)에서 조사된 광원은 레티클(40)로 입사된다. 상기 레티클(40)에 입사된 광원은 레티클(40)의 회절 격자를 통과하면서 0차광, 1차광, 2차광, 3차광 등으로 회절되어 레티클(40)에 담겨진 패턴에 따른 이미지를 형성하고, 이러한 이미지는 메인렌즈(50)에서 축소된 후 웨이퍼(1) 위에 형성된 감광막에 입사된다. 이 때 웨이퍼(1)가 안착되는 스테이지(5)는 웨이퍼(1)를 가로, 세로 방향으로 일정한 간격으로 이송시켜 웨이퍼(1) 위에 형성된 감광막에 전체적으로 레티클(40)의 패턴이 형성될 수 있도록 한다. 또한, 상기 램프(10)에서 조사되는 광원은 제어부(100)에서 제어하게 된다.

위와 같이 웨이퍼(1) 상에 일정한 패턴을 형성하는 것과 관련된 노광공정에 있어서, 노광장치의 해상도는 광원으로 사용되는 빛의 파장, 메인렌즈(50)를 포함한 보조렌즈(30)와 반사렌즈(20)의 물리적 상태와 수차(aberration) 등과 밀접한 관계가 있다. 즉, 파장이 짧을수록 회절이 용이하게 일어나므로 해상도를 높일 수 있지만, 이를 보장받기 위해서는 상기 렌즈의 물리적 상태 변화를 최소화하고 렌즈의 수차를 제거하여 빛이 웨이퍼(1) 상의 원하는 지점에 정확하게 조사되도록 함으로써 이미지가 본래의 이미지와 달리 왜곡되지 않도록 해야한다.

렌즈의 물리적 상태 변화는 특히, 렌즈의 온도에 의하여 많은 영향을 받게 된다. 따라서 렌즈의 온도를 일정한 상태로 유지하기 위하여, 종래부터 반도체 노광장비에는 렌즈의 온도조절장치가 구비되어 있다.

종래 노광장비 렌즈의 온도조절장치는 상기 광원의 열에 의한 렌즈의 팽창과 수축을 방지하기 위하여 렌즈의 열을 일정 수준까지는 낮추는 기능이 있으나, 상기 렌즈의 온도조절장치가 모든 렌즈에 장착되어 있는 것은 아니며, 주로 메인렌즈(50)에만 장착되어 있는 구조로 되어 있다.

도 2를 참조하면, 종래의 렌즈 온도조절장치는 메인렌즈(50)를 둘러싸는 밀폐부(55)를 설치하고, 상기 밀폐부(55) 외측면의 상부와 하부에 각각 제1 냉각용 배관(60)과 제2 냉각용 배관(70)이 권취되도록 매입하여, 각 유입구(60a,70a)를 통하여 유입된 냉각수가 밀폐부(55)의 외측면을 따라 순환하면서 메인렌즈(50)의 열을 흡수한 후에 각 유출구(60b,70b)로 유출되도록 구성된다. 또한, 상기 제1,제2 냉각용 배관(60,70) 상에는 제1,제2 온도센서(81,82)를 설치하여 감지된 온도를 기준으로 하여 제어부(100)에서 램프(10)의 광량을 조절하게 된다.

도 3을 참조하면, 상기 제1,제2 냉각용 배관(60,70)은, 내부 중앙에 HFE 로 이루어진 냉각액(61,71)이 흐르고, 상기 냉각액(61,71)을 둘러싸고 PCW(process cooling water, 62,72)가 흐르며, 상기 제1,제2 냉각용 배관(60,70)라인 상에는 저온 상태의 금속으로 구성된 열교환기(110)가 설치되어, 메인렌즈(50)의 열을 흡수한 냉각액(61,71)의 열을 PCW(62,72)가 흡수하고, 상기 열교환기(110)에서는 PCW(62,72)의 온도 상승을 억제하게 된다.

한편, 상기 메인렌즈(50)는 다수의 렌즈로 구성되며, 상기 제1,제2 냉각용 배관(60,70)은 각각 단일 라인으로 구성되어 상기 메인렌즈(50)의 측방향 주변에 권취된 구조이므로 상기 메인렌즈(50)를 구성하는 다수의 렌즈 모두를 냉각시키는데 일정한 한계가 있는 문제점이 있다.

또한, 종래의 렌즈 온도조절장치는 상기한 바와 같이 메인렌즈(50)만을 대상으로 하여 온도를 조절하는 방식으로 되어 있고, 반사렌즈(20)나 보조렌즈(30)를 대상으로 하고 있지 않은 구조이므로, 광원의 열에 의하여 노광장비 내의 렌즈들의 온도가 점차 상승하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 반도체 노광장비에서 광원이 렌즈를 통과할 때 발생하는 열에 의해 가열된 렌즈를 냉각시키는 렌즈 냉각용 배관의 구조를 개선하여 냉각수와 렌즈간에 열전달이 원활하게 이루어져 렌즈의 온도변화에 따른 영향을 최소화시킬 수 있도록 하는 반도체 노광장비 렌즈의 온도조절장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 반도체 노광장비 렌즈의 온도조절장치는, 램프와 타원경으로 이루어진 광원부와, 상기 램프의 광원을 반사하여 광로를 변경시키는 다수의 반사렌즈와, 상기 다수의 반사렌즈 사이의 광로 상에 구비되어 광원을 노광조건에 맞도록 확대 또는 축소시키는 다수의 보조렌즈 및 상기 광원이 통과하면서 레티클 상의 회로패턴을 축소하여 웨이퍼에 구현할 수 있도록 하는 메인렌즈를 포함하여 이루어진 노광장비에 있어서, 상기 메인렌즈를 둘러싸는 밀폐부와, 상기 밀폐부의 외측면에 매입되어 상기 광원에 의해 가열된 메인렌즈를 소정의 온도로 냉각시키는 냉각수가 내부를 순환하는 냉각용 배관을 포함하여 이루어지되, 상기 냉각용 배관의 내부에 흐르는 냉각수는 상기 밀폐부의 일측단에 단일의 라인으로 유입된 후 다수의 라인으로 분기되어 상기 밀폐부의 표면을 따라 순환한 후에 상기 밀폐부의 타측단에서 단일의 라인으로 취합되는 것을 특징으 로 한다.

상기 밀폐부는 상기 메인렌즈를 둘러싸는 밀폐부 이외에, 상기 다수의 반사렌즈와 상기 다수의 보조렌즈 중 선택적으로 분류되는 그룹을 둘러싸는 밀폐부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 다수의 라인은 상기 밀폐부의 내부에 수납된 다수의 렌즈의 주변부를 모두 경유하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 메인렌즈를 둘러싸는 밀폐부는 완전 밀폐되어 개봉되지 않도록 이루어지고, 상기 메인렌즈 이외의 그룹을 둘러싸는 밀폐부는 개봉 가능하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 냉각용 배관 상에는 온도센서가 구비되고, 상기 온도센서에서 감지된 냉각수의 온도를 기준으로 하여 상기 광원부에서 방사되는 광량을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 반도체 노광장비 렌즈의 온도조절장치에 의하면, 반도체 노광장비 렌즈의 온도 상승을 억제하여 렌즈의 팽창과 수축에 따른 변화를 최소화함으로써 노광장비의 해상력을 향상시킴과 아울러 웨이퍼의 생산수율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 반도체 노광장비의 구조를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 노광장비 렌즈의 온도조절장치의 구성도이다.

본 발명에 따른 노광장비는, 도 1에 도시된 종래의 노광장비와 비교하면, 램프(10)와 상기 램프(10)를 둘러싸며 조사된 광원을 집중시키는 타원경(11)으로 이루어진 광원부와, 상기 램프(10)의 광원을 반사하여 광로를 변경시키는 다수의 반사렌즈(20; 20a,20b,20c,20d)와, 상기 다수의 반사렌즈(20) 사이의 광로 상에 구비되어 상기 광원을 노광조건에 맞도록 확대 또는 축소시키는 다수의 보조렌즈(30; 30a,30b,30c,30d)와, 상기 광원이 통과하면서 레티클 상의 회로패턴을 1/5 또는 1/4로 축소하여 웨이퍼(1)에 구현할 수 있도록 하는 메인렌즈(50)의 구성요소를 포함하는 것은 동일하다.

그러나, 본 발명에 있어서는 종래 장치와 달리, 메인렌즈(50) 이외에 반사렌즈(20; 20a,20b,20c,20d)와 보조렌즈(30; 30a,30b,30c,30d)에 대한 온도조절이 함께 이루어짐에 특징이 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 메인렌즈(50)를 둘러싸는 밀폐부(155a) 이외에, 다수의 반사렌즈(20; 20a,20b,20c,20d)와 보조렌즈(30; 30a,30b,30c,30d) 중 선택적으로 분류되는 그룹을 둘러싸는 밀폐부(155b,155c,155d)가 추가로 설치된다.

이 때, 상기 그룹의 분류는 노광장비 내에 상기 반사렌즈(20; 20a,20b,20c,20d)와 보조렌즈(30; 30a,30b,30c,30d)가 설치되는 위치를 고려하여 적절한 그룹으로 나누어 분류할 수 있으며, 냉각 효율을 고려하여 각 그룹의 내부에는 렌즈의 개수가 2 ~ 3개가 포함되도록 구성함이 바람직하며, 도 4에 도시된 그 룹지정은 그 일례에 불과한 것이며, 기타의 그룹 형태로 분류 가능하다.

상기 밀폐부(155; 155a,155b,155c,155d)는 내부에 포함되는 렌즈를 보호하는 역할과 아울러, 상기 밀폐부(155)의 외측면에 냉각용 배관(160)이 매입되어 상기 배관(160)의 내부로 냉각수가 순환되는 과정에서 가열된 렌즈의 열이 흡수되도록 하고, 상기 밀폐부(155)의 외부로부터 광원에 의해 발생하는 열이 렌즈로 전달되는 것을 차단시키는 역할을 한다.

상기 밀폐부(155) 중, 메인렌즈(50)를 둘러싸는 밀폐부(155a)는 완전히 밀폐된 상태가 되도록 하여 개봉할 수 없도록 구성하고, 상기 메인렌즈(50) 이외의 반사렌즈(20)와 보조렌즈(30)를 둘러싸는 밀폐부(155b,155c,155d)는 내부에 포함된 렌즈의 교환이 가능하도록 외부에서 밀폐를 해제하여 개방할 수 있도록 구성한다.

상기 메인렌즈(50)의 교환시에는 밀폐부(155a)를 포함한 일체를 교환한다.

도 5를 참조하면, 본 발명에서의 렌즈 냉각용 배관(160) 구조는, 종래 단일 라인으로 구성되는 것과는 달리, 밀폐부(155c)의 일측단(160a)으로 냉각수가 유입된 후, 다수의 라인으로 분기되어 상기 밀폐부(155c)의 외측 표면을 따라 순환한 후에 상기 밀폐부(155c)의 타측단(160b)에서 단일의 라인으로 다시 취합되어 배출되는 구조로 되어 있다.

또한, 상기 냉각수가 분지되어 흐르는 다수의 라인은 상기 밀폐부(155c) 내부에 포함된 보조렌즈(30b,30c)와 반사렌즈(20b)가 위치하는 부분을 모두 경유하여 순환하도록 구성함으로써 냉각수로부터 냉각수와 상기 렌즈들 간의 열전달이 원활히 이루어지도록 한다.

상기 밀폐부(155c)를 경유한 후의 냉각용 배관 상에는 온도센서(180)가 설치되어 냉각수의 온도를 감지하게 되며, 상기 온도센서(180)는 제어부(200)에 연결되어, 상기 온도센서(180)에서 감지한 온도를 기준으로 하여 램프(10)에서 조사되는 광량을 제어하게 된다.

도 5에서는 도 4에 도시된 그룹 중 하나의 밀폐부(155c)에 대한 냉각용 배관(160)의 구조를 도시한 것이지만, 동일한 기술적 사상이 미치는 범위 내에서 기타의 밀폐부(150a,150b,150d)에도 동일하게 적용된다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

도 1은 종래 반도체 노광장비의 구조를 개략적으로 나타낸 구성도,

도 2는 종래 반도체 노광장비 렌즈의 온도조절장치의 구성도,

도 3은 종래 노광장비 렌즈 냉각용 배관의 구조를 나타낸 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 반도체 노광장비의 구조를 개략적으로 나타낸 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 노광장비 렌즈의 온도조절장치의 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 웨이퍼 5 : 스테이지

10 : 램프 11 : 타원경

20 : 반사렌즈 30 : 보조렌즈

40 : 레티클 50 : 메인렌즈

55,155 : 밀폐부 60,70,160 : 냉각용 배관

81,82,180 : 온도센서 100,200 : 제어부

Claims (5)

1. 램프와 타원경으로 이루어진 광원부와, 상기 램프의 광원을 반사하여 광로를 변경시키는 다수의 반사렌즈와, 상기 다수의 반사렌즈 사이의 광로 상에 구비되어 광원을 노광조건에 맞도록 확대 또는 축소시키는 다수의 보조렌즈 및 상기 광원이 통과하면서 레티클 상의 회로패턴을 축소하여 웨이퍼에 구현할 수 있도록 하는 메인렌즈를 포함하여 이루어진 노광장비에 있어서,

   상기 메인렌즈를 둘러싸는 밀폐부와, 상기 밀폐부의 외측면에 매입되어 상기 광원에 의해 가열된 메인렌즈를 소정의 온도로 냉각시키는 냉각수가 내부를 순환하는 냉각용 배관과, 상기 냉각용 배관 상에 구비되어 냉각수의 온도를 감지하는 온도센서와, 상기 온도센서에서 감지된 냉각수의 온도를 기준으로 하여 상기 광원부에서 방사되는 광량을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지되, 상기 냉각용 배관의 내부에 흐르는 냉각수는 상기 밀폐부의 일측단에 단일의 라인으로 유입된 후 다수의 라인으로 분기되어 상기 밀폐부의 표면을 따라 순환한 후에 상기 밀폐부의 타측단에서 단일의 라인으로 취합되는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장비 렌즈의 온도조절장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 밀폐부는 상기 메인렌즈를 둘러싸는 밀폐부 이외에, 상기 다수의 반사렌즈와 상기 다수의 보조렌즈 중 선택적으로 분류되는 그룹을 둘러싸는 밀폐부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장비 렌즈의 온도조절장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 라인은 상기 밀폐부의 내부에 수납된 다수의 렌즈의 주변부를 모두 경유하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장비 렌즈의 온도조절장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 메인렌즈를 둘러싸는 밀폐부는 완전 밀폐되어 개봉되지 않도록 이루어지고, 상기 메인렌즈 이외의 그룹을 둘러싸는 밀폐부는 개봉 가능하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 노광장비 렌즈의 온도조절장치.
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