KR890001264B1 - X-선 석판 인쇄 시스템 - Google Patents

X-선 석판 인쇄 시스템 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

X-선 석판 인쇄 시스템
제1도는 본 발명에 따른 X-선 석판인쇄 시스템의 실시예를 나타내며,
제2도는 싱크로트론(synchrotron)방사비임을 사용한 노출시스템을 개략적으로 나타내며,
제3도는 종래 X-선 노출시스템을 나타내며,
제4a 및 4b도는 X-선 비임의 수평 및 수직분포를 나타내며,
제5도는 마스크 및 반도체 웨이퍼의 배치를 개략적으로 나타내며,
제6도는 5㎝×5㎝ 크기로 된 마스크의 정면도,
제7도는 제3도에 도시한 종래 X-선 노출시스템에 있어서 베릴륨, 윈도우, 마스크 및 웨이퍼의 배치를 나타내며,
제8a도는 제1도에 도시한 본 발명에 따른 X-선 노출시스템에 있어서, 베릴륨윈도우, 마스크 및 웨이퍼의 배치를 나타내며,
제8b도는 제8a도에서 선(B-B)을 따라 취한 베릴륨 윈도우의 정면도,
제9도는 정지 및 재시동(stop and repeat)공정에 의해 웨이퍼에 형성된 다수의 X-선 노출 쇼트(shot)를 나타낸다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
14 : X-선비임 15 : 주사거울
16 : 베릴륨윈도우 20 : 진공실
22, 23 : 선형모터 30 : 윈도우홀더
34 : 제어기 35 : 주름상자
본 발명은 X-선 노출시스템에 관한 것으로, 특히 싱크로트론(synchrotron)방사원으로 부터 X-선이 베릴륨 윈도우를 통해 차폐된 반도체 웨이퍼위에 조사되는 X-선 석판인쇄(lithography)시스템에 관한 것이다.
석판인쇄시스템에 있어서, 절연도료(resist)로 입혀진 반도체웨이퍼 또는 칩은 방사비임에 노출된다. 최근 그러한 석판인쇄 방사(radiation)에 있어서, 싱크로트론 방사로부터 얻은 X-선 비임이 사용되어 왔는데, J. Vac. Sci. Technol. B 1(4), Oct.-Dec. 1983, 페이지(1262-1266)에 개시된 것처럼 싱크로트론 방사원으로 부터의 X-선은 베릴륨윈도우를 통해 차폐된 반도체 웨이퍼위에 조사된다.
베릴륨윈도우는 X-선비임전송용 진공실과 웨이퍼 수용용 대기노출실 사이에 설치되며, 이후에 상세히 언급되는 것처럼 압력에 영향을 받는다. 따라서 베릴륨윈도우는 압력에 견디도록 충분한 기구강도를 가져야하며, 반면에 만약 베릴륨윈도우의 두께가 감소될 경우, 역시 이후에 상세히 언급되는 것처럼 그것을 통해 전송된 X-선비임의 강도는 증가된다. 따라서 베릴륨윈도우의 두께가 감소되면 유리하다.
본 발명의 목적은 관련기술을 참조로하여 상기에 언급된 결점을 극복할 수 있는 싱크로트론 방사를 사용한 X-선 석판인쇄시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 베릴륨윈도우의 두께가 감소되지만 큰 크기의 웨이퍼위에 X-선노출이 안전하게 행해지는, 싱크로트론 방사를 사용한 X-선 석판인쇄시스템을 제공하는데 있다.
본 발명에 따르면, 싱크로트론 방사 비임으로부터 X-선비임을 분리시키기 위한 수단을 포함하는 X-선 발생원 ; X-선 비임의 통로를 한정하기 위한 진공실 ; X-선 비임을 반사시키기 위해 진공실의 일부에 배치된 주사 거울 ; 반사된 X-선비임을 수직으로 주사하도록 주사거울을 진동시키는 수단 ; X-선 방사에 노출 되도록 공정이 설정된 노출실내에 조사되는 X-선 비임이 통과하는 진공실의 일부로 한정된 베릴륨윈도우 ; 및 베릴륨윈도우가 베릴륨윈도우의 위치에서 X-선 비임의 주사 동작과 동기로 위아래로 이동되는 방식으로 베릴륨윈도우를 수직으로 진동시키는 수단으로 구성되는 X-선 석판인쇄시스템을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 베릴륨윈도우는 예를들어 50mm×5mm의 크기로 수평방향으로는 비교적 넓으나 수직방향으로는 좁으며, 그 두께는 예를들어 10μm정도로 비교적 얇다.
본 발명에 따르면, 비교적 얇은 두께로 된 베릴륨윈도우가 사용될 수 있으므로 베릴륨윈도우를 통해 전송된 X-선 비임의 강도를 증가시키는 것이 가능하며, 따라서 X-선 비임의 감소나 손실이 종래 공지된 X-선 석판인쇄시스템에 있는 베릴륨윈도우와 비교할때 상대적으로 적다. 게다가 X-선 비임의 주사동작으로 인해, 넓은 노출영역이 유지될 수 있다.
본 발명의 실시예를 설명하기 전에 싱크로트론 방사의 원리를 간략히 서술한다. 싱크로트론 방사비임은 자계의 도움으로 높게 여자된 전자의 운동방향을 휘게함으로써 얻어진다. 즉 저장링(storage ring)에 의해 가속된 전자는 자석의 자게에 공급된다. 전자는 예를들어 2내지 10시간 동안 자석에 의해 형성된 자계주위를 움직이며 X-선에 적외선을 형성하는 비임의 상대적인 효과에 기인하여 얻어질 수 있으며 접선방향으로 방사된다. 그래서 비임이 자계 및 광자 에너지의 강도에 따라 얻어진다. X-선 석판인쇄시스템에서, 비임으로부터 분리된 X-선만이 얻어져 사용된다.
제2도는 싱크로트론 방사비임을 사용한 노출시스템을 개략적으로 나타낸다.
X-선 발생원(11)에서, 전자(e-)는 예를들어 10m의 직경으로 된 원형 궤도를 따라 움직인다. 각각 U-형교차부를 갖는 몇몇 코일자석(12)이 원형궤도의 통로를 따라 배치되며, 전자(e-)의 통로는 전자가 자석(12)의 자계를 통해 지나갈때 전환되며, 방사비임은 접선방향으로 조사된다. 그다음 분리된 X-선(14)은 거울(15)이 반사되어 고 X-선 전송특성을 갖는 베릴륨으로 만들어진 윈도우(16)을 통해 노출실(17)내로 유도된다.
제3도(종래기술)는 J. Vac. Sct. Technol. B 1(4), Oct.-Dec. 1983, 페이지 1262-1266에 개시된것과 같은 종래의 공지된 노출시스템을 나타낸다. 이 시스템에 있어서, X-선 발생원(11)은 약 10-9Torr의 진공속에 있으며, 주사거울(15)이 배치된 실(chamber)(18)은 약 10-10Torr의 초진공속에 있다. 거울(15)의 표면은 수정 또는 탄화실리콘으로 만들어져 0.02μm의 거칠기(평활도)로 마무리된다. 거울실(18)의 압력은 이온 펌프(19)에 의해 상술한 진공을 유지하도록 감소된다. 그러한 초진공은 거울실 (18)에 존재하는 임의의 물질을 제거하기 위한 것으로써, 만약 그러한 물질이 실(18)에 존재할 경우 X-선에 의해 거울표면에 고착되기 때문이다. X-선 발생원(11)에서 거울실(18)에 이르는 거리는 약 3m이며, 거울실(18)에서 베릴륨윈도우(16)까지의 거리는 약 7m이다. 이 7m의 거리내에 있는 실 부(20)는 다수의 터어빈펌프(21)에 의해 약 10-6Torr의 진공으로 된다. 주사거울(15)은 수평평면에 대하여 1°만큼 경사져 있으며, 실(18) 바깥에 위치하여 거울(15)에 연결된 선형모터(도시되지 않음)에 의해 구동되며, 거울(15)은 X-선 비임의 수직주사를 실행하도록 수평축에 대하여 ±3밀리라디안 만큼 진동한다.
제3도에서 23은 비임셔터 ; 24는 진공밸브 ; 25는 평평한 터널 ; 및 26은 거울상자를 표시한다.
그렇게하여 얻어진 X-선 비임은 제4a 및 4b도에 도시한 것처럼 수평방향으로 넓고 규칙적인 분포를 가지나 수직방향으로는 좁은 분포를 가진다.
제5도는 마스크와 반도체웨이퍼의 배치를 나타내는데, 27은 마스크 ; 28은 마스크홀더 ; 29는 반도체 웨이퍼 ; 30은 웨이퍼(29)의 표면에 입혀진 절연도료 ; 및 31은 그위에 웨이퍼(29)를 고정하기 위한 스테이지를 표시한다.
제6도는 5㎝×5㎝ 장방형의 크기를 가지고 패턴(32)(그 일부분만이 제6도에 개략적으로 표시된다)이 제공된 마스크(27)의 정면도이다. 수평적으로는 넓으나 수직적으로 짧은 교차-부를 가진 X-선 비임이 화살표로 표시한 것처럼 마스크(27)위에 수직적으로 주사되며 그동안 거울은 상술한 것처럼 진동한다.
일반적으로 큰 크기의 웨이퍼의 수요가 최근 급증하였다. 그래서 웨이퍼의 크기가 예를들어 직경 6인치(150mm)에서 8인치(200mm)로 증대되었다. 반대로 X-선비임의 수직분포는 예를들어 5mm로 작게 유지된다. 그러므로 거울(15)주사제한으로 인해 각각 5㎝×5㎝의 노출영역을 갖는 (제3도)다수의 쇼트는 상술한 것처럼 웨이퍼(29)의 표면전부에 걸쳐 노출이 안전하게 행해지는 것이 필요하다. 그러므로 웨이퍼(29)는 스테이지(31)에 고정되어 소위 정지 및 재시동시스템에 의해 그것과 함께 매쇼트마다 움직이며, 따라서 웨이퍼(29)의 표면은 제9도에 도시한 것처럼 다수의 쇼트, 예를 들어 9쇼트에 의해 X-선비임에 노출된다. 즉 웨이퍼(29) 표면의 단일부(5㎝×5㎝)는 X-선 비임의 주사동작에 의해 매쇼트에 노출되고, 그다음 웨이퍼(29)는 그다음부가 노출될 수 있도록 움직이며, 결국 웨이퍼(29)의 모든 표면이 예를들어 9쇼트에 의해 커버된다.
상술한 X-선 노출시스템에서, 노출실(17)은 거의 대기압력(760Torr)을 유지하여 실(17)에 웨이퍼의 삽입과 제거를 용이하게 한다. 게다가, 마스크(27)와 웨이퍼 (29)사이의 갭은 약 50μm이다. X-선 석판인쇄용으로 적절한 비임의 파장은 7ű2Å이다. 만약 X-선 비임의 파장이 너무 길 경우, 절연도료(30)위에 노출된 패턴은 프레스넬(Fresnel)효과에 의해 흐릿해질 것이다. 반면에, 만약 X-선 비임의 파장이 1Å정도로 너무 짧을 경우, X-선 에너지가 너무 높게 되므로, 2차전자 또한 절연도료 (30)위에 노출된 패턴을 희미하게 하도록 발생된다.
그러므로 파장범위(7ű2Å)에 있는 X-선 비임이 사용된다. 발명자의 실험에 따르면, X-선비임의 파장 사이의 관계에서 베릴륨윈도우(16)의 두께 및 X-선 비임의 강도는 다음표에 도시한 것처럼 확인되었다.
[표]
Figure kpo00001
제7도(종래기술)는 베릴륨윈도우(16), 마스크(27) 및 웨이퍼(19)의 배치를 나타내는데, 이때 상술한 것처럼 베릴륨윈도우(16)와 마스크(27)사이의 거리는 1내지 2mm이며, 마스크(27)와 웨이퍼(29)사이의 갭은 약 50μm이다. 베릴륨윈도우(16)의 두께는 일반적으로 약 25내지 50μm이며 직경은 약 70mm이다. 실(20)은 10-6Torr의 진공에 있으나, 반면에 마스크(27)는 대기환경에 설치된다. 그래서 베릴륨윈도우(16)는 화살표로 표시한 것처럼 압력에 영향을 받기 쉬우며, 따라서 그위에 미치는 압력에 견디기에 충분한 기구강도를 가져야 한다. 반면에 만약 베릴륨윈도우의 두께가 예를들어 종래 시스템에서 처럼 25μm에서 10μm로 감소될 경우, 베릴륨윈도우(16)에 의해 전송된 X-선 비임의 강도는 2.5배 증가된다. 그러므로 베릴륨윈도우의 두께를 감소시키는 것이 유리하다.
제1도는 본 발명에 따른 X-선 노출시스템의 실시예를 나타낸다. 제1도에서, X-선 발생원 즉, 저장링(11)(제3도)으로부터 전송된 X-선비임(14)은 수평면에 대하여 1°만큼 경사져있는 주사거울(15)에 의해 진공실(20)을 통해 베릴륨윈도우(16)에 전송된다.
본 발명에 따르면 베릴륨윈도우(16)는 제8도 및 9도에 도시한 것처럼 10μm의 두께와 5mm(수직)×50mm(수평)의 크기를 갖는다. 베릴륨윈도우(16)는 진공실(20)의 가요성 주름상자(bellows)(35)의 끝에 부착된 윈도우 홀더(30)에 한정되며 진공실 (20)의 단벽을 한정한다. 윈도우 홀더(30)는 화살표(B)로 표시한 것처럼 베릴륨윈도우(16)가 수직으로 진동하는 방식으로 선형모터(33)에 결합된다. 주름상자 부(35)는 윈도우 홀더(30)의 수직진동을 보장한다.
반면에 주사거울(15)은 거울실(18)의 외부에 위치하는 선형모터(22)에 결합되어 구동되며, 따라서 거울(15)은 제3도에 도시한 시스템과 같은 방식으로 X-선비임의 수직주사를 수행하도록 수평 축(15a)에 대하여 ±3 밀리라디안만큼 화살표(A)로 표시한 것처럼 진동한다.
선형모터(22)와 같이 선형모터(33)는 제어기(34)에 전기적으로 각각 연결되어, 베릴륨윈도우(16)가 1쇼트와 함께 단일부(5㎝×5㎝)의 영역을 포함하도록 X-선비임(14)의 주사동작과 동기로 상호간 상하로 이동되는 방식으로 선형모터(22,23)는 서로 동기적으로 동작하도록 제어된다. 즉, 베릴륨윈도우(16)의 수직행정은 베릴륨윈도우(16)에서 주사거울(15)의 ±3 밀리라디안 진동에 의해 한정되는 X-선 비임(14)의 수직주사폭과 정확하게 동일하다. 게다가 제4a 및 4b에 도시한 것처럼 수평방향으로 넓은 분포를 가지나 수직방향으로는 좁은 분포를 갖는 X-선 비임은 그것을 통해 통과할때 5mm×50mm크기의 베릴륨윈도우(16)와 정확하게 매치하며, 따라서 5mm×50mm영역을 갖는 X-선 노출이 항상 얻어진다.
발명자의 실험에 따르면, 예를들어 10μm의 두께를 갖는 베릴륨윈도우(16)를 통해 전송된 X-선 비임의 강도는 상술한 종래 공지된 X-선 석판인쇄시스템의 강도와 비교하여 2.5 내지 5.0배 증가된다는 것이 확인되었다.
주사거울(15)을 구동하기 위한 선형모터(22)와 유사한 임의의 공지된 선형모터가 베릴륨윈도우(16)를 구동하기 위한 선형모터(33)로서 사용될 수 있다. 또한 이들 2선형 모터(22,23)의 구동코일은 이들 2모터(22,33)의 동기동작을 얻기 위해 공지된 방식으로 제어기(34)에 연결될 수 있다. 주름상자부(35) 또한 공지기술에 의해 진공실 (20)의 끝에 짜맞추어 부착될 수 있다.
다른 부분들은 종래 시스템과 동일하며, 따라서 본 발명은 제3도에 나타낸 공지의 X-선 석판인쇄 시스템을 비교적 간단하게 수정함에 의해 실현될 수 있다.

Claims (4)

  1. 싱크로트론 방사비임으로 부터 X-선 비임을 분리하기 위한 수단을 포함하는 X-선 발생원 ; X-선 비임의 통로를 한정하기 위한 진공실 ; X-선 비임을 반사하기 위해 상기 진공실의 일부에 배치된 주사거울 ; 반사된 X-선 비임을 수직으로 주사하도록 상기 주사거울을 진동시키기 위한 수단 ; X-선 방사에 노출되도록 공정이 설정된 노출실내에 조사되는 X-선 비임이 통과하는 상기 진공실의 일부로 한정된 베릴륨윈도우 ; 및 베릴륨윈도우가 상기 베릴륨윈도우의 위치에서 X-선 비임의 주사동작과 동기로 상하로 이동하는 방식으로 상기 베릴륨윈도우를 수직으로 진동시키기 위한 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 X-선 석판인쇄 시스템.
  2. 제1항에 있어서 상기 베릴륨윈도우는 수평방향으로는 비교적 넓으나 수직방향으로는 좁고, 상기 베릴륨윈도우의 두께는 비교적 얇은 것을 특징으로 하는 X-선 석판인쇄 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 베릴륨윈도우는 수평방향으로는 비교적 넓으나 수직방향으로는 좁은 50mm×5mm의 크기를 가지며, 두께는 비교적 얇은 10μm인 것을 특징으로 하는 X-선 석판인쇄 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 양 거울 및 윈도우를 위한 진동수단은 각각 제어기에 연결된 선형모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 X-선 석판인쇄 시스템.
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