KR20060076846A - 반도체 소자의 노광 장치 - Google Patents

반도체 소자의 노광 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 노광 장치에 관한 것으로, 미세 패턴을 노광하는데 있어서, 노광 렌즈의 크기가 더 커지고 이로 인한 장비의 제조 단가가 증가한다는 문제를 극복하기 위하여 노광 장치의 레티클 스테이지(Reticle Stage)와 투영 렌즈부(Projection Lens) 사이에 이멀젼부(Immersion Apparatus)를 더 포함시킴으로써 렌즈의 크기를 최소화 할 수 있는 반도체 소자의 노광 장치에 관한 것이다.

Description

반도체 소자의 노광 장치{APPARATUS FOR LITHOGRAPHY OF SEMICONDUCTOR DEVICE}
도 1은 종래의 기술에 따른 이멀젼 노광 장치를 도시한 단면도.
도 2는 마스크의 패턴 크기에 따른 광원의 노광 범위를 도시한 단면도.
도 3은 일반적인 노광장치를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 노광 장치의 개념도.
도 5는 본 발명에 따른 노광 원리를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 노광 장치의 이멀젼부를 도시한 단면도.
도 7은 일반적인 노광 시의 분해능과 이멀젼 노광시의 분해능 차이를 도시한 그래프.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
15, 115 : 레티클 20, 120 : 투영 렌즈부
25, 125 : 렌즈 30, 130 : 웨이퍼 스테이지
35 : 이멀젼 액체 공급부 40, 140 : 이멀젼부
45 : 이멀젼 액체 배출부 100 : 소스부
110 : 레티클 스테이지
본 발명은 반도체 소자의 노광 장치에 관한 것으로써, 특히 미세 패턴을 노광하는데 있어서, 노광 렌즈의 크기가 더 커지고 이로 인한 장비의 제조 단가가 증가한다는 문제를 극복하기 위하여 레티클 스테이지(Reticle Stage)와 투영 렌즈부(Projection Lens) 사이에 이멀젼부(Immersion Apparatus)를 더 포함시킴으로써 렌즈의 크기를 최소화 할 수 있는 반도체 소자의 노광 장치에 관한 것이다.
반도체 소자의 노광 장치에 있어서, 이멀젼 노광 방법은 투영 렌즈부부의 최종 렌즈와 웨이퍼 스테이지 사이에 임의의 액체를 채움으로써, 그 액체의 굴절률만큼 광학계의 개구수(Numerical Aperture: 이하 NA)를 증가시켜 분해능(Resolution)을 개선시키는 기술이다. 액체에서 전파해 나가는 광원은 그 실제 파장이 공기 중에서의 파장을 해당 매질의 굴절률로 나눈 값에 해당한다. 193nm의 광원(ArF 레이저빔)을 사용할 때, 물을 매질로 선택할 경우 물의 굴절률이 1.44이므로 실제 물을 거쳐간 ArF 레이저빔의 파장은 193nm에서 134nm로 감소한다. 이는 분해능을 증가시키기 위하여 F2 레이저(157nm)와 같은 파장이 짧은 광원을 사용하는 것과 동일한 효과를 가져온다.
도 1은 종래의 기술에 따른 이멀젼 노광 장치를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 노광 장치의 이멀젼부(40)를 중심으로한 일부분을 도시한 단면도 이다. 투영 렌즈부(20)와 웨이퍼 스테이지(30) 사이에 이멀젼부(40)를 구비하고 있으며, 이멀젼부(40)는 액체 공급부(35) 및 액체 배출부(45)를 각각 더 포함 하고 있다.
상기 액체가 포함된 이멀젼부를 투과하는 광원은 대기중을 투과하는 광원보다 적은 입사각 및 짧은 파장으로 마스크상의 이미지를 웨이퍼에 전사한다. 따라서, DOF(Depth Of Focus) 마진 및 분해능을 향상시킬 수 있다.
상기 이멀젼 노광 장치를 이용하면 분해능이 좋아지므로 일반적인 노광 장치에서 구현할 수 없었던 미세 패턴을 구현 할 수 있게 된다. 그러나, 노광원이 일정할 때 패턴이 미세해지면 그만큼 미세 패턴을 투과한 광원의 회절각이 증가하게 된다.
도 2는 마스크의 패턴 크기에 따른 광원의 노광 범위를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 마스 패턴의 투광영역이 A 에서 a로 감소할 경우 노광원이 회절되는 각도가 증가하게 된다.
프라운호퍼(Fraunhofer)의 단일 슬릿 회절(Single Slit Diffraction)에 의하면 회절각 sinθ는 슬릿의 크기 d 에 반비례한다. (Reference : Introduction to optics second edition, P324, Frank L. Perdrotti) 따라서, 마스크 패턴의 크기가 감소할 수록 회절각은 더 증가하게 된다.
이와 같이 회절각이 증가하게 되면, 노광 장치의 렌즈 크기도 증가시켜야 하는 문제가 있다. 특히, 노광 장치에 있어서 렌즈부는 가장 큰 가격비를 차지하는 부분이므로 이는 장비의 제조단가를 증가시키는 문제가 된다.
상술한 바와 같이 이멀젼 노강 장치는 주어진 파장을 가진 광원으로 분해능을 향상시킬 수 있는 효과적인 기술이다. 그러나 이멀젼 노광 장치는 미세 패턴을 형성 시 회절각이 증가하는 것에 대비하여, 노광 장치의 렌즈 크기도 증가시켜야 하므로 장치의 제조단가를 증가시키는 문제가 된다. 따라서, 실질적으로 대량 생산라인에 적용할 수 있도록 설계하는 데에는 기술적인 문제점을 갖고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 레티클 스테이지와 투영 렌즈부 사이에 이멀젼부를 더 포함시킴으로써 투영 렌즈부의 렌즈의 크기를 최소화하고 노광 장치의 제조 단가를 감소시킬 수 있는 반도체 소자의 노광 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 반도체 소자의 노광 장치는,
노광원을 조사하는 소스부, 레티클 스테이지, 투영 렌즈부 및 웨이퍼 스테이지를 포함하는 반도체 소자의 노광장치에 있어서,
상기 레티클 스테이지 및 투영 렌즈부 사이에 액체를 포함하는 이멀젼부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 노광 장치에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 일반적인 노광장치를 도시한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 일반 적인 노광장치로 상부에서부터 빛이 조사되는 방향을 따라 다음과 같은 장치들을 포함하고 있다.
먼저, 조명 시스템(Illumination System)에서 만들어진 노광원을 조사하는 소스부(100)와,
마스크 패턴이 구비된 레티클을 고정시킬 수 있는 레티클 스테이지(110)와,
조사된 광원을 집속하고, 배율을 조절하여 다시 웨이퍼에 조사하는 투영 렌즈부(120) 및
웨이퍼를 고정하는 웨이퍼 스테이지(130)가 구비되어 있다. 이때, 레티클 스테이지(110)에서 노광원이 회절되어 투영 렌즈부(120)를 투과하게 된다. 따라서, 본 발명은 레티클 스테이지(110)와 투영 렌즈부(120) 사이에 이멀젼부를 포함시킴으로써, 회절각을 감소시킨다. 따라서, 렌즈의 크기를 크게 만들지 않아도 충분히 미세 패턴을 투과한 노광원을 집속할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 이멀젼 노광 방법은 스캐너(Scanner) 또는 스테퍼(Stepper) 방식에 적용 가능하고, G-Line(436nm), I-Line(365nm), DUV KrF(248nm), DUV ArF(193nm) 또는 DUV F2(157nm)의 광원을 이용한 노광 방식에 사용 가능하다.
도 4는 본 발명에 따른 노광 장치의 개념도이다.
노광원이 레티클(115)을 투과하였을 때 공기중에서의 회절각 및 이멀젼 액체가 채워져 있는 경우의 회절각을 도시한 것으로, 이멀젼 액체에 의해서 회절각을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 노광 원리를 도시한 단면도이다.
스넬의 법칙(Snell's law)에 의해 대기중 굴절률을 n1이라 하고 액체의 굴절률 n2라 할때 n1 보다 n2가 더 크므로 sinθ2 은 감소하게 되며 노광원의 회절각이 감소하게 된다.
n1 sinθ1 = n2 sinθ2
도 6은 본 발명에 따른 노광 장치의 이멀젼부를 도시한 단면도이다.
레티클 스테이지(110)와 투영 렌즈부(120)의 최초 렌즈(125) 사이에 이멀젼부(140)가 구비되어 있다. 이때, 레티클 스테이지(110) 하부에 레티클(115)이 고정되며, 이멀젼부(140)에 포함되는 액체는 DI수(Deionized Water), PFPE(Perfluorinated Polyethers), 아크릴-COMA(Acrylic Cyclo-Olefin-Maleic-Anhydride) 또는 이종아크릴-COMA(Hybrid Cyclo-Olefin-Maleic-Anhydride)인 것이 바람직하다.
또한, 이멀젼부(140)는 액체 공급부 및 배출구(미도시)를 포함하고 있으며, 액체의 높이를 조절할 수 있는 장치(미도시)를 더 구비할 수 있다. 이때, 레티클(115)을 투과한 광원의 회절각을 이멀젼 액체 높이를 조절함으로써 제어할 수 있게 된다.
도 7은 일반적인 노광 시의 분해능과 이멀젼 노광시의 분해능 차이를 도시한 그래프이다.
도 7을 참조하면, 레티클(115)을 투과한 노광원 렌즈(125)를 통과하여 웨이퍼에 도달한 강도를 측정한 것인데, 이멀젼 노광 방법을 사용했을 때 강도가 높고 이미지 패턴 영역이 확실하게 구분 되므로, 분해능이 매우 향상된 것을 볼 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 레티클 스테이지와 투영 렌즈부 사이에 이멀젼부를 더 포함시킴으로써, 투영 렌즈부의 렌즈의 크기를 최소화하고 노광 장치의 제조 단가를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 미세 패턴을 형성할 수 있는 분해능도 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 노광원을 조사하는 소스부, 레티클 스테이지, 투영 렌즈부 및 웨이퍼 스테이지를 포함하는 반도체 소자의 노광장치에 있어서,
    상기 레티클 스테이지 및 투영 렌즈부 사이에 액체를 포함하는 이멀젼부를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 노광 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 이멀젼부에 포함되는 액체는 DI수, PFPE, 아크릴-COMA 또는 이종아크릴-COMA인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 노광 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 이멀젼부는 액체 높이 조절 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 노광 장치.
KR1020040115456A 2004-12-29 2004-12-29 반도체 소자의 노광 장치 KR20060076846A (ko)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20120171625A1 (en) * 2011-01-03 2012-07-05 Tah-Te Shih Immersion exposure apparatus and method of operating thereof

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