KR20060032731A

KR20060032731A - 레티클 이머젼 리소그래피용 노광 장치

Info

Publication number: KR20060032731A
Application number: KR1020040081672A
Authority: KR
Inventors: 양기호
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2004-10-13
Filing date: 2004-10-13
Publication date: 2006-04-18

Abstract

본 발명은 레티클 이머젼 리소그래피용 노광 장치에 관한 것으로서, 특히 노광 광원을 집광해주는 콘덴서 렌즈와, 콘덴서 렌즈의 하부에 웨이퍼로 광을 집광해주는 프로젝션 렌즈와, 콘덴서 렌즈와 프로젝션 렌즈 사이에 웨이퍼를 패터닝하기 위한 패턴을 갖는 레티클과, 콘덴서 렌즈와 프로젝션 렌즈 사이에서 레티클을 광 굴절율이 1보다 큰 이머젼 물질층으로 감싼 용기를 구비한다. 그러므로 본 발명은 콘덴서 렌즈와 프로젝션 렌즈 사이에서 레티클 패턴과 맞닿도록 이머젼 물질층이 채워진 용기를 추가함으로써 레티클의 미세 패턴을 통해 회절된 고차광의 회절 각도를 이머젼 물질층에 의해 줄여 프로젝션 렌즈 크기를 증가시키지 않고서도 웨이퍼로 집광되는 광을 충분하게 하여 노광 공정의 해상력을 높일 수 있다.

이머젼 리소그래피, 레티클, 웨이퍼, 프로젝션 렌즈, 이머젼 물질층

Description

레티클 이머젼 리소그래피용 노광 장치{Exposure device for reticle immersion lithography}

도 1은 종래 기술에 의한 이머젼 리소그래피용 노광 장치의 개략적인 구조를 나타낸 도면,

도 2는 레티클과 프로젝션 렌즈 사이에서 발생하는 고차광 회절 현상을 나타낸 도면,

도 3은 본 발명에 따른 레티클 이머젼 리소그래피용 노광 장치의 개략적인 구조를 나타낸 도면,

도 4는 본 발명에 따른 레티클 이머젼 리소그래피용 노광 장치에 구성된 이머젼 물질층이 담긴 용기를 상세하게 나타낸 도면,

도 5는 본 발명에 따라 레티클 이머젼 리소그래피용 노광 장치를 이용했을 때 고차광의 회절 현상이 줄어드는 것을 설명하기 위한 도면,

도 6은 광 굴절률을 설명하기 위한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 노광 장치 12 : 광원

14 : 콘덴서 렌즈 16 : 레티클

17, 22 : 패턴 18 : 이머젼 물질층이 담긴 용기

19 : 프로젝션 렌즈 20 : 웨이퍼

30 : 웨이퍼 스테이지

본 발명은 리소그래피용 노광 장치에 관한 것으로서, 특히 해상력 및 공정 마아진을 향상시킬 수 있는 레티클 이머젼 리소그래피(reticle immersion lithography)용 노광 장치에 관한 것이다.

반도체 장치의 고집적화, 고밀도화 추세에 따라 좀더 미세한 패턴을 형성하기 위하여 높은 해상력을 구현하는 포토리소그래피 기술이 연구, 개발되고 있다. k1을 프로세스에 대응한 정수, 노광 빛의 파장을 ??, 노광 장치의 렌즈 개구수를 NA라고 할 경우 다음 수학식 1과 같이 노광 장치의 해상력(R)이 정의된다.

R=k1 CDOT {lambda over NA}

상기 수학식 1에서 알 수 있듯이 높은 해상력을 얻기 위해서는 노광 장치의 렌즈 개구수 NA가 높아져야 하고 노광 광원의 파장이 짧아져야 한다. 이로 인해 실제 노광 장치에 사용되는 노광 빛의 파장이 I선(365nm)에서부터 KrF 엑시머 레이저(248nm), ArF 엑시머 레이저(193nm) 등으로 점차 단파장화 되고 있다.

그런데, 반도체 소자의 고집적화에 따라 미세화되고 있는 패턴의 임계 치수(CD)를 정확하게 구현하기 위한 기술로서 이머젼 리소그래피 기술이 등장하게 되었다.

이머젼 리소그래피는 노광 광원인 레이저광 파장에 대한 굴절률이 공기 또는 진공 상태의 굴절률 1보다 큰 이머젼 물질층을 웨이퍼 상부에 형성함으로써 프로젝션 렌즈를 통하여 입사되는 빛이 웨이퍼에 도달하기 전에 이머젼 물질층을 통과하면서 굴절되어 입사각이 줄어드는 원리를 이용하여 웨이퍼 상의 초점 심도(DOF) 및 해상력을 증가시키는 기술이다. 이때 이머젼 물질층은 물이나 PETE와 같은 액상 물질을 이용하는데, 통상적으로 물의 굴절률이 1.3, 그리고 PETE의 굴절률이 1.5정도이다.

도 1은 종래 기술에 의한 이머젼 리소그래피용 노광 장치의 개략적인 구조를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 노광 장치(100)는 노광 광원(102)인 레이저광(120)을 집광해주는 콘덴서 렌즈(condenser lens)(104)와, 콘덴서 렌즈(104)의 하부에 웨이퍼(130)로 광을 집광해주는 프로젝션 렌즈(projection lens)(108)와, 콘덴서 렌즈(104)와 프로젝션 렌즈(108) 사이에서 웨이퍼(130)의 레지스트(132)를 패터닝하기 위한 패턴(107)을 갖는 레티클(106)을 포함하며, 웨이퍼(130) 상부에 광 굴절율이 1보다 큰 이머젼 물질층(110)이 노광 공정시 공급된다. 미설명된 도면 부호 140은 웨이퍼(130)가 안착되어 이동하는 웨이퍼 스테이지를 나타낸 것이다.

이와 같이 구성된 종래 기술의 노광 장치는 노광 광원(102)인 레이저광(120)이 콘덴서 렌즈(104)를 거쳐 집광되어 레티클(106)을 통과한 후에 프로젝션 렌즈(108)와 이머젼 물질층(110)을 통하여 레지스트(132)가 도포된 웨이퍼(130)에 조사되므로 레티클(106)의 패턴(107)이 웨이퍼(130) 상의 레지스트(132)에 그대로 투영된다.

도 2는 레티클과 프로젝션 렌즈 사이에서 발생하는 고차광 회절 현상을 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 노광 공정을 진행하게 되면, 레티클(106)을 통과하여 프로젝션 렌즈(108)로 입사되는 레이저 광은 회절 성분에 의하여 0차 및 고차광(예컨대 ㅁ1차, ㅁ3차 등)으로 회절된다. 이렇게 회절된 레이저 광의 0차광은 빛의 세기(intensity)를 나타내며 나머지 고차광(ㅁ1차, ㅁ3차 등)은 레티클(106) 패턴의 정보를 가지게 되는데, 고차광이 프로젝션 렌즈(108)에 충분히 집광되어야만 웨이퍼 상에 원하는 패턴을 정확하게 구현할 수 있다.

그런데, 종래와 같이 이머젼 리소그래피용 노광 장치를 이용하게 되면 해상력이 좋아지므로 레티클의 작은 패턴까지 웨이퍼 상에 구현할 수 있지만 레티클 상의 패턴 또는 그 사이의 간격이 작아질수록 고차광의 회절각도는 커지게 된다. 이에 따라 크게 회절된 고차광을 웨이퍼로 집광하기 위해서는 프로젝션 렌즈를 크게 디자인해야하므로 제조 단가가 비싸지는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 콘덴서 렌즈와 프로젝션 렌즈 사이의 레티클을 이머젼 물질층으로 감싼 용기를 구비함으로써 레티클의 미세 패턴을 통해 회절된 고차광의 회절 각도를 이머젼 물질층으로 줄여 렌즈 크기를 증가시키지 않고서도 노광 공정의 해상력을 증가시킬 수 있는 레티클 이머젼 리소그래피용 노광 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 노광 장치에 있어서, 노광 광원을 집광해주는 콘덴서 렌즈와, 콘덴서 렌즈의 하부에 웨이퍼로 광을 집광해주는 프로젝션 렌즈와, 콘덴서 렌즈와 프로젝션 렌즈 사이에 웨이퍼를 패터닝하기 위한 패턴을 갖는 레티클과, 콘덴서 렌즈와 프로젝션 렌즈 사이에서 레티클을 광 굴절율이 1보다 큰 이머젼 물질층으로 감싼 용기를 구비한다.

본 발명에 따르면, 콘덴서 렌즈와 프로젝션 렌즈 사이의 레티클을 이머젼 물질층으로 감싼 용기를 구비함으로써 레티클의 미세 패턴을 통해 회절된 고차광의 회절 각도를 이머젼 물질층으로 줄여 렌즈 크기를 증가시키지 않고서도 노광 공정의 해상력을 증가시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명에 따른 레티클 이머젼 리소그래피용 노광 장치의 개략적인 구조를 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레티클 이머젼 리소그래피용 노광 장치(10)는 노광 광원(12)인 레이저광을 집광해주는 콘덴서 렌즈(14)와, 콘덴서 렌즈(14)의 하부에 웨이퍼(20)로 광을 집광해주는 프로젝션 렌즈(19)와, 콘덴서 렌즈(14)와 프로젝션 렌즈(19) 사이에서 웨이퍼(20)의 레지스트(22)를 패터닝하기 위한 패턴(17)을 갖는 레티클(16)과, 콘덴서 렌즈(14)와 프로젝션 렌즈(19) 사이에서 레티클(16)을 광 굴절율이 1보다 큰 이머젼 물질층(미도시됨)으로 감싼 용기(18)를 포함한다. 미설명된 도면 부호 30은 웨이퍼(20)가 안착되어 이동하는 웨이퍼 스테이지를 나타낸 것이다. 이때 이머젼 물질층은 광 굴절률이 1.3인 물이나 1.5인 PETE와 같은 액체 물질을 이용한다.

용기(18)는 광 투과율이 100% 유리로 이루어지며 용기(18)에 채워진 이머젼 물질층에 의해 레티클(16)의 미세 패턴(17)을 통해 회절된 고차광(예컨대 ㅁ1차, ㅁ3차 등)의 회절 각도가 줄어들게 되어 프로젝션 렌즈(19) 크기를 증가시키지 않고서도 웨이퍼(20)로 집광되는 레이저광의 입사 각도를 줄일 수 있어 노광 공정의 해상력을 증가시킬 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 노광 장치는 노광 광원(12)인 레이저광이 콘덴서 렌즈(14)를 거쳐 집광되어 용기(18)에 채워진 이머젼 물질층내 레티클(16)을 통과한 후에 프로젝션 렌즈(19)를 통하여 레지스트(22)가 도포된 웨이퍼(20)에 조사되므로 레티클(16)의 패턴(17)이 웨이퍼(20) 상의 레지스트(22)에 그대로 투영된다.

도 4는 본 발명에 따른 레티클 이머젼 리소그래피용 노광 장치에 구성된 이머젼 물질층이 담긴 용기를 상세하게 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 레티클 이머젼 리소그래피용 노광 장치는 프로젝션 렌즈(19) 상부에 이머젼 물질층(182)이 채워진 용기(18)가 구비되어 있으며, 상기 용기(18)에는 이머젼 물질층(182)에 레티클(16)의 패턴이 맞닿도록 레티클(16)을 고정하는 레티클 스테이지(15)와, 레티클 스테이지(15)를 이동하는 레티클 구동부(13)가 더 포함된다.

도 5는 본 발명에 따라 레티클 이머젼 리소그래피용 노광 장치를 이용했을 때 고차광의 회절 현상이 줄어드는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 노광 장치는 프로젝션 렌즈(19) 상부에 설치된 용기(18)에서 레티클(16)의 패턴과 맞닿은 이머젼 물질층(182)에 의해 입사된 레이저광중에서 고차광(예컨대 1차광)으로 회절된 각도(b)가 종래 이머젼 물질층을 추가하지 않았을 때의 회절 각도(a)보다 줄어든다. 이에 따라 본 발명은 프로젝션 렌즈(19) 크기를 증가시키지 않고서도 프로젝션 렌즈(19)를 통해 웨이퍼(20)로 집광되는 레이저광의 입사 각도를 줄일 수 있어 노광 공정의 해상력을 증가시킬 수 있다.

도 6은 광 굴절률을 설명하기 위한 도면으로서, 도 6을 참조하면 본 발명의 이머젼 물질층은 스넬 법칙(snell's law)인 n1 sin theta_1 =n2 sin theta_2 ~ (n1n2) 에 의해 대기중 굴절률 n1보다 굴절률이 큰 액체 물질 n2에 의해 대기중 sin theta_1 가 sin theta_2 로 굴절 각도가 줄어들게 된다. 이러한 스넬 법에 의해 굴절률이 큰 이머젼 물질층의 굴절 각도가 줄어들게 되면 결국 프로젝션 렌즈로 입사되는 고차광의 회절 각도가 줄어들기 때문에 기존의 렌즈 사이즈로도 충분히 광을 웨이퍼로 집광할 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 콘덴서 렌즈와 프로젝션 렌즈 사이에서 레티클 패턴과 맞닿도록 이머젼 물질층이 채워진 용기를 추가함으로써 레티클의 미세 패턴을 통해 회절된 고차광의 회절 각도를 이머젼 물질층에 의해 줄여 프로젝션 렌즈 크기를 증가시키지 않고서도 웨이퍼로 집광되는 광을 충분하게 하여 노광 공정의 해상력을 높일 수 있다. 또한 프로젝션 렌즈의 중앙 부위에 광의 집속이 이루어지기 때문에 웨이퍼 상에 투영되는 패턴 이미지의 왜곡 현상을 줄일 수 있다.

Claims

노광 장치에 있어서,

노광 광원을 집광해주는 콘덴서 렌즈;

상기 콘덴서 렌즈의 하부에 웨이퍼로 광을 집광해주는 프로젝션 렌즈;

상기 콘덴서 렌즈와 상기 프로젝션 렌즈 사이에 웨이퍼를 패터닝하기 위한 패턴을 갖는 레티클; 및

상기 콘덴서 렌즈와 프로젝션 렌즈 사이에서 상기 레티클을 광 굴절율이 1보다 큰 이머젼 물질층으로 감싼 용기를 구비하는 것을 특징으로 하는 레티클 이머젼 리소그래피용 노광 장치.
제 1항에 있어서, 상기 용기는 광 투과율이 100%인 것을 특징으로 하는 레티클 이머젼 리소그래피용 노광 장치.
제 2항에 있어서, 상기 용기는 유리로 이루어진 것을 특징으로 하는 레티클 이머젼 리소그래피용 노광 장치.
제 1항에 있어서, 상기 장치는, 상기 레티클을 고정하는 레티클 스테이지와, 상기 레티클 스테이지를 이동하는 레티클 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레티클 이머젼 리소그래피용 노광 장치.