KR20180008302A - 포토리소그라피 노광 시스템을 위한 광원 배열 및 포토리소그라피 노광 시스템 - Google Patents

포토리소그라피 노광 시스템을 위한 광원 배열 및 포토리소그라피 노광 시스템 Download PDF

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Abstract

포토리소그라피 노광 시스템(10)을 위한 광원 배열(12)은 상이한 파장을 갖는 적어도 3개의 광원(18, 20, 22)과, 적어도 3개의 입력, 하나의 출력 및 적어도 2개의 반사면을 포함하는 빔 분할 유닛(16)을 포함한다. 입력이 각각의 광원(18, 20, 22)과 각각의 반사면에 할당된다. 반사면은, 그 대응하는 입력에 할당되는 광원(20, 22)으로부터 방출되는 광을 출력에 반사한다. 3개의 광원(18, 20, 22)은 빔 분할 유닛(16) 주위의 3개의 상이한 측 상에 배열된다.
또한, 포토리소그라피 노광 시스템(10)을 기재한다.

Description

포토리소그라피 노광 시스템을 위한 광원 배열 및 포토리소그라피 노광 시스템{LIGHT SOURCE ARRANGEMENT FOR A PHOTOLITHOGRAPHY EXPOSURE SYSTEM AND PHOTOLITHOGRAPHY EXPOSURE SYSTEM}
본 발명은 포토리소그라피 노광 시스템을 위한 광원 배열 및 포토리소그라피 노광 시스템에 관한 것이다.
웨이퍼 상에 퇴적되는 포토레지스트를 포토리소그라피 방법으로 노광시키는 포토리소그라피 노광 시스템은 보통 광원과, 광원에 의해 생성되는 광을 포토마스크와 웨이퍼 상에 반사하는 광학기기를 포함하며, 웨이퍼는 가능한 균일한 세기로 노광될 것이다.
게다가, 포토리소그라피 노광 시스템은 이제 더욱 콤팩트한 방식으로 설계되는 경향이 있다. 그에 따라 LED가 광원으로서 사용될 수 있어서, 종래에 사용되는 비교적 큰 가스 방전 램프를 대체한다. 그러나 발광 다이오드(LEDs)로부터의 광속은 가스 방전 램프의 광속보다 상당히 낮으며, 그에 따라 필적할 만한 조명 세기를 달성하기 위해서는 다수의 LED가 필요하다. 이것은 다시 더 큰 LED 배열을 초래하여, 빈 공간은 LED들에 의해 감소할 것이다.
본 발명의 목적은, 작은 풋프린트만을 필요로 하며 또한 큰 조명 세기를 제공하는 포토리소그라피 노광 시스템 및 광원 배열을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 포토리소그라피 노광 시스템을 위한 광원 배열로서, 상이한 파장을 갖는 적어도 3개의 광원과, 적어도 3개의 입력, 1개의 출력 및 적어도 2개의 반사면을 포함하는 빔 분할 유닛을 포함하며, 입력이 각각의 광원과 각각의 반사면에 할당되고, 반사면은, 그 대응하는 입력에 할당되는 광원에 의해 방출되는 광을 출력에 반사하며, 3개의 광원은 빔 분할 유닛 주위의 3개의 상이한 측 상에 배열되는, 광원 배열에 의해 달성된다. 여기서, 이들 입력은, 출력의 광학 축과 상이한 광학 축을 갖는 반사면이 할당된다. 여기서 "상이한 파장"은 상이한 파장 사이의 차이가 적어도 20nm인 것을 의미한다.
본 발명은, 가스 방전 램프의 완전한 방출 스펙트럼이 LED에 의해 생성되어야 하는 것이 아니라, LED가, 사용된 포토레지스트가 적응된 파장으로, 즉 포토레지스트를 노광하는 파장으로 광을 방출하게 하면 완전히 충분하다는 이해를 기초로 한다. LED는 물론 하나의 파장으로 단색광을 방출하는 것이 아니라, 중심 파장 주위로 몇 나노미터의 대역으로 가우스 분포를 갖는 광을 방출한다. 용이한 이해를 위해, 그러나 용어, "파장"은 다음에서 대응 스펙트럼을 갖는 중심 파장을 나타내는데 사용할 것이다. 이때, 3개의 상이한 LED 스펙트럼의 세기가 빔 분할 유닛에 의해 더해질 수 있다. 그리하여, 가스 방전 램프의 세기와 동일한 조명 세기를 관련 파장 범위에서 달성할 수 있다.
3개의 입력과 1개의 출력을 갖는 빔 분할 유닛은, 3개의 광원으로부터의 광을 서로와 결합시켜 동일한 방향으로 출력하게 하는 종류의 광학 조립체를 참조한다. 예컨대, 스펙트럼에 관해 선택적이지 않은 빔 분할판은 2개의 입력과 2개의 출력을 포함한다.
바람직하게도, 광원은 500nm보다 작은 파장, 특히 450nm보다 작은 파장으로 광을 방출하여, 광원 배열은 기존의 포토레지스트와 사용될 수 있다.
예컨대, 광의 파장은, 수은 증기 램프의 방출 스펙트럼의 i-라인, h-라인 또는 g-라인의 광원 중 적어도 하나에 대응하여, 수은 증기 램프의 유효 스펙트럼을 모방한다. i-라인은 대략 365nm의 파장에 대응하고, h-라인은 대략 405nm의 파장에 대응하며, g-라인은 대략 436nm의 파장에 대응한다.
물론 다른 파장을 갖는, 특히 UV 범위의 LED를 사용할 수 있다. LED의 파장은 서로로부터 충분히 멀리 이격되어야 하며, 그에 따라 반사면은 각 LED의 광만을 반사하거나 각각 통과하게 할 수 있다. 반사면 및 LED의 파장의 선택은 특히 노광될 포토레지스트에 의존한다.
본 발명의 일 실시예에서, 광원은 하나 이상의 LED 및/또는 LED 어레이를 포함한다. 이런 식으로 공간 절약의 효율적인 광원을 제공할 수 있다. 여기서, 별도의 시준기를 각각의 LED에 할당할 수 있거나, 완전한 시준 광학기기를 광원의 LED 모두에 제공한다.
본 발명의 일 예시적인 실시예에서, 빔 분할 유닛은 2개의 빔 분할판을 포함하며, 이러한 빔 분할판은 서로 수직으로 배열되고, 광원의 광학 축과 특히 대략 45°의 각도를 형성하여, 3개의 입력과 1개의 출력을 갖는 빔 분할 유닛은 간단히 달성할 수 있다.
바람직하게도, 각 빔 분할판의 적어도 하나의 표면은 빔 분할 유닛의 반사면을 형성하며, 이 표면은 대응하는 입력과 출력 둘 모두에 면하거나 반대쪽에 있어서(facing or opposite to), 출력의 광학 축과 상이한 광학 축을 갖는 입력에 반사면이 할당된다.
이 표면에는 예컨대 파장 선택적 반사 코팅이 제공되며, 이러한 코팅은 대응하는 광원의 광을 적어도 50%까지, 바람직하게는 적어도 75%까지, 더욱 바람직하게는 적어도 90%까지 반사하며, 다른 광원으로부터 방출되는 광은 기본적으로 투과한다. 파장 선택적 반사 코팅에 의해, 빔 분할 유닛에 의해 투과되는 남은 광원의 세기에 상당히 영향을 미치지 않고도 임의의 광원의 광을 출력에 반사할 수 있다. 여기서, 남은 광원의 광 세기의 손실의 양은 남은 광원의 광의 각 파장에 대한 빔 분할판의 투과도에 의존한다.
일 변형 실시예에서, 빔 분할 유닛은 X-큐브에 의해 형성하여, 고품질의 표현을 달성한다.
빔 분할 유닛은 예컨대 4개의 프리즘의 배열에 의해 형성하여, 흡수 손실을 감소시킬 수 있다.
바람직하게도, 완전한 배열은 직사각형 횡단면을 갖는다. 이 배열은 그에 따라 취급이 더 쉬워진다.
프리즘의 표면에는 파장 선택적 반사 코팅이 제공될 수 있어서, 노광 품질을 더 향상시킨다.
본 발명의 일 실시예에서, 대향하는 입력의 광학 축은 동축이며 및/또는 출력 및 그 대향하는 입력의 광학 축은 동축이어서, 빔 분할 유닛의 특히 콤팩트한 설계를 보장한다.
게다가, 이러한 목적은 기재한 바와 같은 광원 배열을 포함하는 포토리소그라피 노광 시스템에 의해 해결한다.
바람직하게도, 포토리소그라피 노광 시스템은, 빔 분할 유닛의 출력 측 상에 배열되는 인테그레이터 광학기기를 포함하며, 이러한 인테그레이터 광학기기는, 단 하나의 인테그레이터 광학기기가 필요하다는 점으로 인해, 포토리소그라피 노광 시스템의 콤팩트하고 비용-효율적인 제조를 가능케 한다.
예컨대, 포토리소그라피 노광 시스템은 광원 중 하나와 빔 분할 유닛 사이에 각각 배열되는 적어도 3개의 인테그레이터 광학기기를 포함할 수 있으며, 포토리소그라피 노광 시스템의 조명 세기에 관한 더욱 높은 효율을 달성할 수 있다.
또한 본 발명의 특성과 장점은, 참조할 수반하는 도면과 다음의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
도 1은, 본 발명에 따른 포토리소그라피 노광 시스템의 개략적인 부분도를 도시한다.
도 2는, 본 발명에 따른 광원 배열의 개략도를 도시한다.
도 3의 a) 내지 도 3의 c)는 도 2에 따른 광원 배열의 상이한 광원의 광 경로를 도시한다.
도 4는, 본 발명에 따른 포토리소그라피 노광 시스템의 제2 실시예의 개략적인 부분도를 도시한다.
도 1에서, 광원 배열(12)과 광학기기(14)(여기서는 광학기기(14)의 제1 구성요소로 상징적으로 도시함)를 포함하는 노광 시스템(10)을 부분적으로 개략적으로 도시한다. 노광 시스템(10)은 포토리소그라피 노광 시스템이다.
도 2에서, 광원 배열(12)과 광학기기(14)의 입력 요소를 확대하여 도시한다.
광원 배열(12)은 빔 분할 유닛(16)과 인테그레이터 광학기기(17)를 포함하며, 이 광학기기(17)는 빔 분할 유닛과 광학기기(14) 사이에 배열되며 빔 분할 유닛(16)의 출력 측 상에 위치한다.
게다가, 광원 배열(12)은, 빔 분할 유닛(16) 주위의 3개의 상이한 측 상에 배열되는 3개의 광원(18, 20, 22)을 포함한다.
도시한 예시적인 실시예에서, 광원(18, 20, 22)은, LED 어레이로 배열되는 다수의 LED(24)를 포함한다. 별도의 시준기, 예컨대 LED(24)에 의해 방출되는 광을 거의 평행한 광선 빔으로 시준하는 비구면(26)을 각각의 LED(24)에 할당할 수 있다.
물론, 광원(18, 20, 22)의 완전한 광을 각각 시준하는 시준 광학기기도 가능하다.
단일 LED(24)의 시준된 광빔이 각각의 광원(18, 20, 22)의 빔을 형성하며, 여기서 이러한 광빔의 중간 축이 광원(18, 20, 22)의 광학 축으로 간주된다.
광원(20, 22)은 빔 분할 유닛(16)의 대향하는 측 상에 배열되며 각각 빔 분할 유닛(16)을 향해 배향되며, 즉 이들에 의해 방출된 광은 빔 분할 유닛(16)을 향해 전파된다. 도시한 실시예에서, 광원(20 및 22)의 광학 축은 동축이다.
광원(18)의 LED는 예컨대 수은 증기 램프의 방출 스펙트럼의 h-라인과 동일한 대략 405nm의 파장의 광을 방출하고, 광원(20)의 LED(24)는 i-라인과 동일한 대략 365nm의 파장의 광을 방출하며, 광원(22)의 LED(24)는 g-라인과 동일한 대략 436nm의 파장의 광을 방출한다.
빔 분할 유닛(16)은 2개의 빔 분할판(28 및 30)을 포함하며, 이러한 빔 분할판은 서로에 수직으로 배열되며 각각 광원(18, 20 및 22)의 광학 축과 일정 각도를 형성한다. 도시한 예시적인 실시예에서, 이것은 45°의 각도이다.
빔 분할판(28 및 30)은, 그에 따라 도 2 및 도 3의 a) 내지 도 3의 c)에 도시한 바와 같이 위로부터 광학 축 사이에 한정된 평면 상으로의 평면도로 볼 때 X를 형성하도록 배치할 수 있다.
그에 따라 4개의 V자형 부분이 빔 분할판(28 및 30) 사이에 형성되어, 각각 광원(18, 20, 22) 또는 광학기기(14) 중 하나를 향해 개방된다.
광원(18, 20 또는 22)을 향해 개방되는 빔 분할 유닛(16)의 부분은 입력(E18, E20 또는 E22)을 형성하며, 이들 입력은 각각 광원(18, 20 또는 22) 중 하나에 할당된다. 광학기기(14)에 면하는 부분은 빔 분할 유닛(16)의 출력(A)을 형성한다.
입력(E18, E20 또는 E22)의 광학 축은 그에 할당되는 광원(18, 20 또는 22)의 광학 축에 동축이다. 출력(A)의 광학 축은 광학기기(14)의 광학 축과 동축이다.
게다가, 도시한 실시예에서, 서로 대향하는 입력(E20 및 E22)의 광학 축은 동축이다. 게다가, 출력(A) 및 이 출력에 대향하는 입력(E18)의 광학 축은 동축이다.
빔 분할판(28 및 30) 각각은 반사면(R20 또는 R22)을 포함한다. 여기서 반사면(R20)은 입력(E20) 및 그에 따라 광원(20)에 할당되며, 반사면(R22)은 입력(E22) 및 광원(22)에 할당된다.
여기서, 반사면(R20 및 R22)은 예컨대 빔 분할판(28, 30)의 표면 상에 코팅을 제공함으로써 형성하며, 특정 파장의 광을 적어도 50%까지, 바람직하게는 적어도 75%까지 그리고 더욱 바람직하게는 적어도 90%까지 반사한다. 그러나 반사면은 이 파장과 상이한 광은 기본적으로 투과한다.
파장 선택적 반사 코팅은 각각 빔 분할판(28, 30) 각각의 표면 중 하나 상에 제공된다.
도시한 실시예에서, 파장 선택적 반사 코팅은, 관련된 입력(E20 또는 E22) - 및 그에 따라 대응하는 광원(20 또는 22) - 및 또한 출력(A) 모두에 면하는 빔 분할판(28 또는 30)의 표면 상에 제공된다. 이 표면은 그 후 반사면(R20 및 R22)을 형성한다.
파장 선택적 반사 코팅이 관련 입력 - 및 그에 따른 대응하는 광원 - 및 출력 모두에 반대쪽에 있는 표면에 퇴적되며, 그러한 표면은 그에 따라 반사면을 형성함도 생각해 볼 수 있다.
빔 분할판(28) 및 그 코팅의 원하는 반사도 및 투과도를 서로와 정렬하기 위해, 빔 분할판(28)의 반사면(R20)은 고역 통과 필터로 구현되고, 빔 분할판(30)의 반사면(R22)은 저역 통과 필터로 구현되며, 반사면(R20, R22) 둘 모두는 광원(18)의 광을 투과한다.
반사면(R20)은 그에 따라 광원(20)의 광을 반사하며, 광원(18 및 22)의 광은 대부분 투과한다. 대조적으로, 반사면(R22)은 광원(22)의 광은 반사하며, 광원(18 및 20)의 광은 대부분 투과한다.
광원 배열이 동작할 때, 단일 LED(24)에 의해 방출되는 광은 비구면(26)에 의해 시준되며 입력(E18, E20, E22) 중 하나를 통해 빔 분할 유닛(16)에 전파된다.
광원(18)으로부터 입력(E18)을 통해 입사되는 광은 거의 완벽하게 투과되며, 출력(A)을 통과한다(도 3의 a) 참조).
입력(E20 및 E22)을 통해 입사하는 광은, 도 3의 b) 및 도 3의 c)에 나타낸 빔 경로에 의해 도시한 바와 같이, 반사면(R20 또는 R22)에 의해 출력(A)을 향해 반사된다.
마지막으로, 출력(A)에서, 3개의 광원(18, 20, 22)의 광은 중첩되며, 그에 따라 3색의 광, 즉 3개의 상이한 파장의 광이 빔 분할 유닛(16)에서 출사된다.
후속하여, 광은, 광학기기(14)의 제1 요소에 도달하기 전 인테그레이터 광학기기(17)를 통과하며, 마지막으로 노광될 포토레지스트(미도시)와 부딪친다.
이때, 포토레지스트는, 적응된 파장의 광, 즉 365nm, 405nm 또는 436nm의 파장을 포함하는 광을 흡수한다.
도 4에서, 노광 시스템(10)의 제2 실시예를 도시한다. 이것은 기본적으로 제1 실시예의 시스템과 동일하며, 동일하며 기능적으로 동일한 부분은 동일한 참조번호로 기재한다.
도 1에 따른 실시예의 노광 시스템에 대한 차이점은, 인테그레이터 광학기기가 빔 분할 유닛(16)과 광학기기(14) 사이에 배치되는 것이 아니라, 3개의 상이한 인테그레이터 광학기기(17.1, 17.2 및 17.3)가 제공된다는 점이다.
이러한 인테그레이터 광학기기(17.1, 17.2 및 17.3) 각각은 광원(18, 20 및 22) 중 하나와 빔 분할 유닛(16) 사이에 배열된다.
광원 배열을 1개 또는 2개의 광원으로 확대하는 것도 생각해 볼 수 있다. 도면의 도면 평면에 관련하여, 이러한 광원은 빔 분할 유닛(16)의 아래나 위에 도면 평면 너머로 배열된다. 이 경우, 빔 분할 유닛(16)은 빔 분할판을 더 포함하며, 이러한 빔 분할판은 또한 추가 광원의 광을 출력(A)에 반사한다. 빔 분할 유닛(16)의 기능은 제1 실시예의 기능에 대응하지만, 5개의 입력과 1개의 출력을 포함한다.
빔 분할 유닛(16)이 X-큐브에 의해 형성됨도 물론 생각해 볼 수 있다. X-큐브는 예컨대 4개의 프리즘의 배열이며, 이러한 배열은 완전한 배열이 직사각형 횡단면을 갖도록 배열된다. 물론, 빔 분할판의 표면에 대응하게, 프리즘의 표면에는 파장 선택적 반사 코팅이 제공되어야 한다.
앞서 기재한 파장과 상이한 파장의 LED가 사용됨도 물론 생각해 볼 수 있다. LED의 파장은 서로 충분히 멀리 이격되어야 하며, 그에 따라 각 빔 분할판 즉 빔 분할판의 코팅은 각각 1개의 LED의 광만을 반사한다.

Claims (15)

  1. 포토리소그라피 노광 시스템을 위한 광원 배열로서,
    상이한 파장들의 적어도 3개의 광원들(18, 20, 22)과, 적어도 3개의 입력들(E18, E20, E22), 출력(A) 및 적어도 2개의 반사면들(R20, R22)을 포함하는 빔 분할 유닛(16)을 포함하며, 입력(E18, E20, E22)이 각각의 광원(18, 20, 22)과 각각의 반사면(R20, R22)에 할당되고, 상기 반사면(R20, R22)은, 그 대응하는 상기 입력(E20, E22)에 할당되는 상기 광원(20, 22)으로부터 방출되는 광을 상기 출력(A)에 반사하며, 상기 3개의 광원들(18, 20, 22)은 상기 빔 분할 유닛(16) 주위의 3개의 상이한 측들 상에 배열되는, 광원 배열.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 광원들(18, 20, 22)이 500nm보다 작은 파장, 특히 450nm보다 작은 파장을 갖는 광을 방출하는 것을 특징으로 하는, 광원 배열.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 광원들(18, 20, 22) 중 적어도 하나의 파장이, 수은 증기 램프의 방출 스펙트럼의 i-라인, h-라인 또는 g-라인에 대응하는 것을 특징으로 하는, 광원 배열.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 광원들(18, 20, 22)이 하나 이상의 LED 및/또는 LED 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광원 배열.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 빔 분할 유닛(16)이 2개의 빔 분할판들(28, 30)을 포함하며, 상기 빔 분할판들은 서로 수직으로 배열되고, 상기 광원들(18, 20, 22)의 광학 축들과 특히 대략 45°의 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는, 광원 배열.
  6. 청구항 5에 있어서, 각 빔 분할판(28, 30)의 적어도 하나의 표면이 상기 빔 분할 유닛(16)의 반사면(R20, R22)을 형성하며, 상기 표면이 대응하는 상기 입력(E20, E22)과 상기 출력(A)에 면하거나 반대쪽에 있는(facing or is opposite to) 것을 특징으로 하는, 광원 배열.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서, 표면에는 파장 선택적 반사 코팅이 제공되며, 상기 반사 코팅은 대응하는 상기 광원(20, 22)의 광을 적어도 50%까지, 바람직하게는 적어도 75%까지, 더욱 바람직하게는 적어도 90%까지 반사하며, 다른 광원들(18, 20, 22)로부터 방출되는 광을 기본적으로 투과하는 것을 특징으로 하는, 광원 배열.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 빔 분할 유닛(16)은 X-큐브에 의해 형성되는, 광원 배열.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 빔 분할 유닛(16)은 4개의 프리즘들의 배열에 의해 형성되는, 광원 배열.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 프리즘들은, 전체 배열이 직사각형 횡단면을 갖는 방식으로 배열되는, 광원 배열.
  11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서, 상기 프리즘들의 표면들에는 파장 선택적 반사 코팅이 제공되는, 광원 배열.
  12. 청구항 1에 있어서, 대향하는 입력들(E20, E22)의 광학 축들이 동축이고 및/또는 상기 출력(A) 및 그에 대향하는 입력(E16)의 광학 축이 동축인 것을 특징으로 하는, 광원 배열.
  13. 청구항 1에 기재되는 광원 배열(12)을 포함하는 포토리소그라피 노광 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 포토리소그라피 노광 시스템(10)이, 상기 빔 분할 유닛(16)의 출력 측 상에 배열되는 인테그레이터 광학기기(17)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 포토리소그라피 노광 시스템.
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 포토리소그라피 노광 시스템(10)이 적어도 3개의 인테그레이터 광학기기들(17.1, 17.2, 17.3)을 포함하며, 상기 인테그레이터 광학기기들이 상기 광원(18, 20, 22) 중 하나와 상기 빔 분할 유닛(16) 사이에 각각 배열되는 것을 특징으로 하는, 포토리소그라피 노광 시스템.
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