KR20060076459A - Apparatus of exposure for semiconductor fabrication - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미세회로 패턴을 형성하는 스테퍼(Stepper) 장치를 효율적으로 냉각시킴과 아울러 렌즈의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 반도체 제조용 노광장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor, which can efficiently cool a stepper device forming a fine circuit pattern and improve the performance of a lens.
본 발명에 따른 반도체 제조용 노광장치는 광을 발생하는 광원과, 상기 광원으로부터 조사되는 상기 광을 일정한 크기로 집속시키는 복수의 렌즈를 가지는 렌즈 모듈과, 상기 렌즈 모듈로부터의 조사되는 광에 의해 노광되는 기판과, 상기 렌즈 모듈의 내부에 워터(Water)를 공급하기 위한 적어도 2개의 워터 컨트롤러를 구비하는 것을 특징으로 한다.An exposure apparatus for manufacturing a semiconductor according to the present invention includes a lens module having a light source for generating light, a plurality of lenses for condensing the light irradiated from the light source to a predetermined size, and an exposure light emitted from the lens module. And a substrate and at least two water controllers for supplying water into the lens module.
이러한 구성에 의하여 본 발명은 워터(Water)를 순환시켜 스테퍼 렌즈의 냉각시킴으로써 각 렌즈의 고정 및 각 렌즈의 초점변화를 최소할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 렌즈의 고정 및 초점변화의 최소화로 인하여 기판간의 패턴 사이즈의 차이가 발생하지 않으며, 패턴의 임계치수를 균일하게 하여 반도체 소자의 특성을 향상시킬 수 있다.By such a configuration, the present invention can minimize the change in the focus of each lens and fixation of each lens by circulating water to cool the stepper lens. Accordingly, the present invention does not cause a difference in the pattern size between the substrates due to the fixing of the lens and the minimization of the focus change, and it is possible to improve the characteristics of the semiconductor device by uniformizing the critical dimension of the pattern.
스테퍼, 렌즈, 워터, 질소, 초점, 냉각Stepper, lens, water, nitrogen, focus, cooling
Description
도 1은 일반적인 반도체 제조용 노광장치를 나타내는 도면.1 is a view showing an exposure apparatus for manufacturing a general semiconductor.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조용 노광장치를 도면.2 illustrates an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor according to an embodiment of the present invention.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
10, 110 : 광원 12, 112 : 광10, 110:
20, 120 : 렌즈 모듈 22, 122 : 렌즈20, 120:
30, 130 : 기판 40 : 질소 가스 컨트롤러30, 130: substrate 40: nitrogen gas controller
140 : 워터 순환 시스템 142, 144 : 워터 컨트롤러140:
본 발명은 반도체 제조용 노광장치에 관한 것으로, 특히 미세회로 패턴을 형성하는 스테퍼(Stepper) 장치를 효율적으로 냉각시킴과 아울러 렌즈의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 반도체 제조용 노광장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure apparatus for semiconductor manufacturing, and more particularly, to an exposure apparatus for semiconductor manufacturing which enables to efficiently cool a stepper device forming a fine circuit pattern and to improve the performance of a lens.
일반적으로, 반도체 소자는 다양한 형태의 막(예를 들어, 실리콘막, 산화막, 필드 산화막, 폴리 실리콘막, 금속 배선막 등)이 다층 구조로 적층되는 형태를 갖 는다. 이러한 다층 구조의 반도체 소자는 증착공정, 산화 공정, 포토 리소그라피 공정(포토 레지스트막 도포, 노광, 현상 공정 등) 또는 패터닝 공정, 에칭 공정, 세정 공정, 린스 공정 등과 같은 여러 가지 공정들에 의해 제조된다. 이때, 임의의 막에 대한 패터닝은 임의의 막 위에 스핀 코팅 등의 방법을 통해 포토 레지스트(감광막)를 도포하고, 이를 노광한 후 현상함으로써 임의의 막 위에 원하는 형상의 마스크 패턴을 형성하며, 이와 같이 형성된 마스크 패턴을 이용하여 하부의 막을 선택적으로 제거(식각)함으로써 수행된다. 이러한 패터닝 과정을 위해 필요한 반도체 제조 장비 중의 하나가 노광 장치이다.In general, semiconductor devices have a form in which various types of films (for example, a silicon film, an oxide film, a field oxide film, a polysilicon film, a metal wiring film, etc.) are stacked in a multilayer structure. Such a multilayer semiconductor device is manufactured by various processes such as a deposition process, an oxidation process, a photolithography process (photoresist film coating, exposure, development process, etc.) or a patterning process, an etching process, a cleaning process, a rinsing process, and the like. . At this time, the patterning of any film is formed by applying a photoresist (photosensitive film) on the film by spin coating or the like, and then exposing and developing a mask pattern having a desired shape on the film. It is performed by selectively removing (etching) the underlying film using the formed mask pattern. One of the semiconductor manufacturing equipment required for such a patterning process is an exposure apparatus.
최근 들어, 반도체 소자가 고집적화 되어 가면서 회로 선폭이 0.13㎛, 0.09㎛ 이하로 미세화 되어 가고 있으며, 이러한 미세 라인의 해상력을 얻기 위해 불화 아르곤(ArF) 레이저를 사용하는 노광 장치를 사용하게 된다.In recent years, as semiconductor devices have been highly integrated, circuit line widths have been miniaturized to 0.13 μm and 0.09 μm or less, and an exposure apparatus using an argon fluoride (ArF) laser is used to obtain the resolution of such fine lines.
이러한, 반도체 소자의 제조공정에서 미세회로 선폭을 구현하기 위한 포토 장치는 기판에 포토 레지스트를 도포하고 현상하는 트랙 장치와, 기판에 미세회로 패턴을 노광시키는 스테퍼 장치가 있다.A photo device for realizing a fine circuit line width in a semiconductor device manufacturing process includes a track device for coating and developing a photoresist on a substrate, and a stepper device for exposing a micro circuit pattern on a substrate.
스테퍼 장치는 반도체의 생산장치 중 미세회로를 노광하고 이를 패턴으로 만들어 기판 위에 집적회로를 패터닝한다. 이러한, 스테퍼 장치는 반도체의 세대를 구분할 정도로 중요하고 또한 그만큼 정밀한 장치이다.The stepper device exposes a microcircuit in a semiconductor production apparatus and patterns it to pattern an integrated circuit on a substrate. Such a stepper device is a device which is important enough to distinguish generations of semiconductors and is so precise.
스테퍼 장치는 각종 렌즈를 사용하여 원하는 패턴을 형성하기 위해 마스크라는 원판에 빛을 투과하여 선별적으로 투과된 빛에 의해 기판이 노광된 후 현상이라는 공정을 거쳐 최종적으로 기판 위에 반도체의 미세회로를 형성하게 된다.In order to form a desired pattern using various lenses, a stepper device transmits light to a disk called a mask and exposes the substrate by selectively transmitted light, and then forms a semiconductor microcircuit on the substrate through a process called development. Done.
도 1은 종래의 반도체 제조용 노광장치의 스테퍼 장치를 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing a stepper device of a conventional exposure apparatus for semiconductor manufacturing.
도 1을 참조하면, 종래의 반도체 제조용 노광장치의 스테퍼 장치는 광(12)을 발생하는 광원(10)과, 광원(10)으로부터 조사되는 광(12)을 일정한 크기로 집속시키는 렌즈 모듈(20)과, 렌즈 모듈(20)로부터의 조사되는 광에 의해 노광되는 기판(30)과, 렌즈 모듈(20)에 질소 가스를 순환시키기 위한 질소 가스 컨트롤러(40)를 구비한다.Referring to FIG. 1, a stepper apparatus of a conventional exposure apparatus for manufacturing a semiconductor includes a
광원(10)은 UV로서 할로겐 및 레이저 등의 광(12)을 발생하여 렌즈 모듈(20)에 조사한다.The
렌즈 모듈(20)은 광원(10)으로부터 조사되는 광(12)을 일정한 크기로 집속시키기 위한 복수의 렌즈(22)와, 렌즈(22) 사이의 공간에 채워져 순환되는 질소(N2) 가스로 구성된다.The
질소(N2) 가스는 질소 가스 컨트롤러(40)에 의해 주입 및 배출되어 렌즈 모듈(20) 내에 설치된 복수의 렌즈(22)간의 간격을 일정하게 유지시키게 된다.Nitrogen (N2) gas is injected and discharged by the
복수의 렌즈(22) 각각은 입사되는 광(12)의 크기를 일정한 크기로 집속시켜 기판(30) 상에 조사하는 역할을 한다.Each of the plurality of
질소 가스 컨트롤러(40)는 각 렌즈(22)에 광(12)이 통과할 때 가열되어 렌즈(22)가 변형되는 것을 방지하기 위해 질소(N2) 가스를 순환시키게 된다.The
이와 같은, 종래의 반도체 제조용 노광장치의 스테퍼 장치에서 사용되는 광원(12)은 UV로서 할로겐 및 레이저를 사용하며 도시하지 않은 마스크를 통과하여 각종 렌즈(22)를 거치면서 기판(30) 위에 도달하게 된다. 이때, 광(12)의 세기가 강하여 700 ~ 800℃의 고온으로 렌즈(22)가 가열되어 렌즈(22) 사이에 있는 질소(N2) 가스가 팽창하게 되고 정밀하게 고정된 각 렌즈(22)가 틀어지는 현상이 발생한다.The
이를 방지하기 위해 각 렌즈(22) 사이에 질소(N2) 가스를 넣었다 뺏다 하면서 정밀하게 컨트롤하여 고온으로 가열되어도 각 렌즈(22)가 틀어져서 패턴을 제대로 형성하지 못하게 되는 것을 방지한다.In order to prevent this, the nitrogen (N2) gas is inserted between each
그러나, 종래의 스테퍼 장치에서는 각 렌즈(22) 사이의 질소(N2) 중의 오염원이 각 렌즈(22)에 부착되어 장시간 사용할 경우 각 렌즈(22) 표면에 막이 형성되어 원하는 광(12)의 투과성을 저해하게 되는 요인도 있다. 그리고, 종래의 스테퍼 장치에서 각 렌즈(22) 사이의 질소(N2) 컨트롤을 제대로 하지 못할 경우 공정을 진행하게 되면 온도가 점차로 높아지면서 각 렌즈(22)의 초점이 틀어지게 되어 원하는 패턴의 모양을 기판(30) 위에 노광할 수 없게 된다. 결과적으로, 종래의 스테퍼 장치에서는 렌즈 모듈(20)을 효율적으로 냉각시키지 못하여 렌즈의 성능이 감소함으로써 실제 기판(30)의 노광 시 미세하게 광(12)의 초점이 벗어나 노광된 기판(30)에서 패턴의 사이즈가 변하게 되는 문제점이 있다.However, in the conventional stepper device, a source of contamination in nitrogen (N2) between each
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 미세회로 패턴을 형성하는 스테퍼(Stepper) 장치를 효율적으로 냉각시킴과 아울러 렌즈의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 반도체 제조용 노광장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the problems of the prior art, the semiconductor manufacturing for improving the performance of the lens while cooling the stepper device forming a fine circuit pattern efficiently It is to provide an exposure apparatus.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조용 노광장치는 광을 발생하는 광원과, 상기 광원으로부터 조사되는 상기 광을 일정한 크기로 집속시키는 복수의 렌즈를 가지는 렌즈 모듈과, 상기 렌즈 모듈로부터의 조사되는 광에 의해 노광되는 기판과, 상기 렌즈 모듈의 내부에 워터(Water)를 공급하기 위한 적어도 2개의 워터 컨트롤러를 구비하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor according to an embodiment of the present invention comprises a lens module having a light source for generating light, a plurality of lenses to focus the light irradiated from the light source to a predetermined size; And a substrate exposed by the light emitted from the lens module, and at least two water controllers for supplying water into the lens module.
상기 반도체 제조용 노광장치에서 상기 각 렌즈는 상기 워터 컨트롤러로부터 순환되는 상기 워터에 의해 일정한 간격을 가지도록 고정되며 상기 워터에 의해 냉각되는 것을 특징으로 한다.In the exposure apparatus for semiconductor manufacturing, each lens is fixed to have a predetermined interval by the water circulated from the water controller and is cooled by the water.
상기 반도체 제조용 노광장치는 상기 워터의 온도를 조절하고, 상기 워터가 상기 렌즈 모듈 및 상기 워터 컨트롤러들간에 순환되도록 상기 각 워터 컨트롤러를 제어하는 순환 시스템을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.The exposure apparatus for manufacturing a semiconductor may further include a circulation system configured to adjust the temperature of the water and to control the respective water controllers so that the water is circulated between the lens module and the water controllers.
이하 발명의 바람직한 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조용 노광장치의 스테퍼 장치를 나타내는 도면이다.2 is a diagram illustrating a stepper device of an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor according to an embodiment of the present disclosure.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조용 노광장치의 스테퍼 장치는 광(112)을 발생하는 광원(110)과, 광원(110)으로부터 조사되는 광(112)을 일정한 크기로 집속시키는 렌즈 모듈(120)과, 렌즈 모듈(120)로부터의 조사되는 광에 의해 노광되는 기판(130)과, 렌즈 모듈(120)에 워터(Water)를 공급하기 위한 제 1 및 제 2 워터 컨트롤러(142, 144)와, 워터(Water)의 온도를 조절하여 제 1 및 제 2 워터 컨트롤러(142, 144)로 순환시키기 위한 워터 순환 시스템(140)을 구비한다.Referring to FIG. 2, a stepper device of an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor according to an embodiment of the present invention focuses a
광원(110)은 UV로서 할로겐 및 레이저 등의 광(112)을 발생하여 렌즈 모듈(120)에 조사한다.The
렌즈 모듈(120)은 광원(110)으로부터 조사되는 광(112)을 일정한 크기로 집속시키기 위한 복수의 렌즈(122)와, 렌즈(122) 사이의 공간에 채워져 순환되는 워터(Water)로 구성된다.The
복수의 렌즈(122) 각각은 입사되는 광(112)의 크기를 일정한 크기로 집속시켜 기판(130) 상에 조사하는 역할을 한다.Each of the plurality of
워터(Water)는 제 1 및 제 워터 컨트롤러(142, 144)에 의해 주입 및 배출되어 렌즈 모듈(120) 내에 설치된 복수의 렌즈(122)간의 간격을 일정하게 유지시키게 된다.Water is injected and discharged by the first and
제 1 및 제 2 워터 컨트롤러(142, 144)는 각 렌즈(122)에 광(112)이 통과할 때 가열되어 렌즈(122)가 변형되는 것을 방지하기 위하여, 워터 순환 시스템(140)로부터 공급되는 워터(Water)를 렌즈 모듈(120) 내에서 순환시키는 역할을 한다.The first and
워터 순환 시스템(140)은 외부로부터 공급되는 워터(Water)의 온도를 조절하여 제 1 및 제 2 워터 컨트롤러(142, 144)에 공급한다. 또한, 워터 순환 시스템(140)은 온도가 조절된 워터(Water)를 제 1 워터 컨트롤러(142)와 렌즈 모듈(120) 및 제 2 워터 컨트롤러(144)로 순환되도록 제 1 및 제 2 워터 컨트롤러(142, 144) 를 제어한다.The
이와 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조용 노광장치의 스테퍼 장치에서 사용되는 광원(112)은 UV로서 할로겐 및 레이저를 사용하며 도시하지 않은 마스크를 통과하여 각종 렌즈(122)를 거치면서 기판(130) 위에 도달하게 된다. 이때, 광(112)의 세기가 강하여 700 ~ 800℃의 고온으로 렌즈(122)가 가열되어 렌즈(122) 사이에 있는 워터(Water)가 각 렌즈(122)의 온도를 냉각시켜 각 렌즈(122)가 틀어져서 초점이 변화는 것을 방지하게 된다.As such, the
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조용 노광장치의 스테퍼 장치는 렌즈(122)를 냉각시키기 위하여 워터(Water)를 사용하여 렌즈 모듈(120)의 각 렌즈(122)를 고정시켜 렌즈(122)의 초점변화가 일어나지 않도록 하고, 온도의 변화에도 덜 민감한 워터(Water)를 순환시켜서 렌즈 모듈(120) 내의 온도를 일정하게 유지시키게 된다. 이에 따라, 렌즈(122)의 초점이 틀어질 확률이 적어 원하는 형상의 패턴을 기판(130) 상에 형성하여 처음 노광공정이 진행된 기판(130)과 나중에 노광공정이 진행된 기판(130)간의 패턴 사이즈 차이가 발생하지 않는다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조용 노광장치의 스테퍼 장치는 렌즈(122)의 표면을 오염시키는 오염원이 발생하지 않는 워터(Water)를 사용함으로써 렌즈(122)에 오염원이 흡착되지 않아 오래도록 렌즈(122)를 보호할 수 있다.That is, the stepper device of the exposure apparatus for semiconductor manufacturing according to the embodiment of the present invention fixes the
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조용 노광장치는 워터(Water)과 대기중과는 다른 굴절률을 가지므로 각 렌즈(122)의 설계방식을 변경하여 좀더 나은 성능의 렌즈 특성을 기대할 수 있다.Meanwhile, since the exposure apparatus for manufacturing a semiconductor according to the embodiment of the present invention has a refractive index different from that of water and air, it is possible to expect better lens characteristics by changing the design method of each
이상의 설명에서와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 제조용 노광장치는 워터(Water)를 순환시켜 스테퍼 렌즈의 냉각시킴으로써 각 렌즈의 고정 및 각 렌즈의 초점변화를 최소할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 렌즈의 고정 및 초점변화의 최소화로 인하여 기판간의 패턴 사이즈의 차이가 발생하지 않으며, 패턴의 임계치수를 균일하게 하여 반도체 소자의 특성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 본 발명은 굴절률 차이에 의한 렌즈의 재설계로 효율적인 스테퍼 장치를 개발할 수 있다.As described above, the exposure apparatus for manufacturing a semiconductor according to the embodiment of the present invention can minimize the fixation of each lens and the focus change of each lens by circulating water to cool the stepper lens. Accordingly, the present invention does not cause a difference in the pattern size between the substrates due to the fixing of the lens and the minimization of the focus change, and it is possible to improve the characteristics of the semiconductor device by uniformizing the critical dimension of the pattern. In addition, the present invention can develop an efficient stepper device by redesigning the lens due to the refractive index difference.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시 예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.
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