KR920001171B1 - X선 노출 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

X선 노출 장치

제1도는 X선 리도그래피의 구성을 설명하기 위한 모식도.

제2도는 볼록렌즈에 의한 방사선속의 확대 방법을 표시한 모식도.

제3도는 전자 싱크로트론 방사광의 파장 특성을 표시한 곡선도.

제4도는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 모식도.

제5도는 종래의 장치에 의해서 만들어진 방사선속의 휘도 분포를 표시한 도면.

제6도와 제7도는 각각 본 발명의 효과를 표시한 곡선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

51 : 볼록 거울 52 : 축

53 : 슬릿 54 : 싱크로트론 방사광

55 : 반사광 56 : 웨이퍼

본 발명은 X선 노출 장치에 관하여, 특히 큰 면적의 마스크 패턴을 높은 정밀도로 균일하게 전사할 수 있는 X선 노출 장치에 관한 것이다.

X선 리드그래피는 제1도에 도시한 바와같이, X선(1)을 마스크(2)에 조사하고, X선 투과성 재료(3)와 X선 흡수성 재료(4)로 구성되는 마스크 패턴을 마스크 뒷쪽에 있는 방사선 감지 레지스트막(5)에 전사하는 방법이다. X선을 통상 전자선 여기형의 회전 음극 X선관의 점 X선원으로 부터 얻어지는 것이 이용됐지만, 휘도가 낮으며, 또 발선 X선속에 기인하는 반영 흐림에 의한 해상도가 저하한다는 문제점이 있다. 이에 대해, 싱크로트론 방사광은 점 X선원에 비해 약 10³배의 고휘도이며, 평행성이 좋은 방사광이 얻어지기 때문에, 서브미크론 치수의 패턴 전사를 할 때에 가장 좋은 X선원의 한가지이다.

싱크로트론 방사선속의 단면적은 싱크로트론의 규모에 따라서 약간 다르지만, 싱크로트론 궤도에서 10m정도 떨어진 위치에서 대략 짧은 지름 20~30mm, 긴 지름 40~60mm 정도의 타원형상이다. 그러나, 싱크로트론 궤도면에 수직인 방향으로 휘도 분포가 있으므로, 레지스트막을 실효적으로 균일하게 노출할 수 있는 면적은 수 mm폭의 띠상태의 면적에 면적에 불과하며, 구경이 큰 실리콘 웨이퍼를 노출하는 데는 문제가 있었다.

이를 해결하기 위하여, 마스크와 웨이퍼의 탑재대를 싱크로트론 방사광에 따라 이동시켜, 등가적으로 마스크와 웨이퍼 위를 그 방사광으로 주사시키는 것이 고려되지만, 마스크와 웨이퍼의 위치 맞춤 기구와 상기 마스크 웨이퍼의 탑재대를 이동시키는 기구가 별도로 필요하게 되어, 장치구조가 복잡하게 된다. 노출중에는 상기 이동 기구의 작동에 의해 마스크와 웨이퍼가 진동해서, 정밀한 패턴 전사를 할 수 없다는 등의 새로운 문제가 생긴다.

또한, 상기 문제를 피할 목적으로 제2도에 도시한 것과 같이 볼록거울(31)에 의해 싱크로트론 방사광(32)를 반사시켜서 방사광속의 단면적을 확대하는 방법이 제안되고 있다(IBM Research Report, RC8220, 1990).

그러나, 싱크로트론 방사광은 제3도에 도시한 것과 같이 연속 스펙트럼이며, 이 방법에 의하면, 제2도중의 광속 A의 상기 거울(31)에 대한 입사각 θ_A보다 작은 전반사 임계각을 갖는 파장 성분은 반사율이 매우 낮은 수치로 되기 때문에 시료면 S_A에는 거의 반사되지 않는다. 한편, 거울에 대한 광속 B의 입사각 θ_B는 θ_B〈θ_A이며, 시료면 S_B에는 S_A에 비해 보다 짧은 파장의 방사선속이 보다 많이 조사된다. 따라서 시료면에 조사되는 방사광에 파장 분포가 생겨 균일한 노출을 할 수 없게 되는 것이다.

또한, 상기 볼록 거울을 이용하는 방법에 있어서, 단일 파장화한 방사광을 사용하여 시료면에 조사된 방사광의 상기 파장 분포를 경감시킬 때도 광속 A,B에서 동일 광속폭 Δ의 반사광의 광속폭 확대율이 다르다. 또한, 전반사 임계각내에서도 반사율에는 입사각 의존성이 있으므로, 시료면에 조사되는 반사광에 강도분포가 생겨 시료 전체면에 걸쳐서 균일한 노출이 될 수 없게 된다.

본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하고, 면적이 큰 마스크 패턴을 불균일한 노출없이 고정밀도로 반도체 웨이퍼에 전사할 수 있는 X선 노출 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 원통형 또는 원호형상의 볼록거울, 상기 볼록 거울의 중심축과 평행이며 또한 편심한 축을 회전축으로서 상기 볼록거울을 회전 또는 회전 진동시키는 기구로 되는 방사선 단면적 확대 기구를 구비하고 있다.

즉, 입사 방사선을 상기 볼록거울에 의해서 반사시키는 것으로 인하여 방사선속의 단면적을 확대함과 동시에, 상기 볼록 거울을 볼록 거울의 중심축과 평행이며 또한 편심한 축을 회전축으로 하여 회전 또는 회전진동 시키는 것으로 인하여 상기 단면적이 확대된 방사선속을 진동시켜서, 피조사 웨이퍼 면위에 형성된 방사선 감지 레지스트막을, 마스크를 거쳐 반복해서 주사하고, 이로인해서 노출 면적을 더욱 확대함과 동시에 반사 방사선속내에 있어서의 방사선 밀도와 파장 분포를 실효적으로 경감시키는 것이다.

[실시예 1]

본 발명의 1 실시예를 제4도에 의해 설명한다. 제4도에 있어서, (51)은 본 발명에서 사용된 원호형상의 볼록거울을 표시하고, 곡률 반경 R=2m의 원호형상의 석영판 위에 Au층을 30~50nm의 두께로 형성한 것을 사용하였다.

폭 W=5mm의 슬릿(53)을 사용해서, 싱크로트론 방사광(54)중에서 레지스트막을 실효적으로 균일하게 노출할 수 있는 부분(54′)를 선택적으로 통과시켜, 이것을 정지 상태에 있는 상기 거울(51)에 입사하였다. 그리고, 싱크로트론의 전자 가속 에너지 E는 1.0GeV(10⁹eV), 전자 편광 자속 강도 M=1T, 가속 전류값 I=100mA로 하였다.

상기 방사광(54′)의 거울(51)로의 입사각은 반사광(54′)의 상단부(54′a)가 거울(51)의 접선이 되도록 거울의 위치를 설정하였다. 이때에, 방사광(54′)의 하단부(54′b)의 거울(51)로의 입사각은 대략 70mrad이며, 파장 λ=1nm의 방사선의 임계 입사각 θ_C에 해당하기 때문에, 이것보다 짧은 파장의 방사광의 반사율은 급격하게 저하한다. 웨이퍼(56) 상에서 이 반사광(55)의 휘도분포를 제5도에 도시한다. 그리고, 거울(51)에서 웨이퍼(56)까지의 거리는 1m로 하였다.

제5도에서 명백한 바와같이, 볼록거울(51)이 정지하고 있으면, 웨이퍼(56)의 하단부 X₀에서의 거리 X의 증대에 따라서, 반사된 방사선(55)의 상대 휘도의 저하는 각 파장과 함께 현저하며, 웨이퍼(56)의 전면을 균일하게 조사하는 것은 분명히 불가능하다.

이에 대해, 제6도는 상기 조건에 있어서 거울(51)을 방사광속(54′a)상에 있는 축(52)의 주위에 화살표(57)로 표시한 것과 같이 진폭 ±100marad로 회전 진동시켰을 때와 같은 휘도 분포를 표시한 것이다.

제6도에서 명확한 바와같이, 볼록거울(51)을 상기와 같이 회전 진동시키면, 반사 방사광(55)에 의해서 균일하게 조사되는 범위는 매우 크게 확대되어 파장λ가 1nm이상의 방사광에 의해서 대략 50mm의 범위까지 균일하게 조사되는 것이 확인되었다.

입사광(54′)의 폭 W는 상기와 같이 5nm이므로, 본 발명에 의해서, 조사되는 범위가 대략 10배로 확대되었다.

더우기 제6도에 도시된 바와 같이, 파장이 5mm의 반사 방사광은 폭 10cm이상의 범위내를 매우 균일하게 조사할 수가 있어, 균일하게 조사되는 면적의 확대에 본 발명이 유효하다는 것을 알 수 있다.

그리고, 상기 실시예에 있어서의 거울(51)의 회전축이 입사광속(54′)로 부터 떨어졌을 때에는 균일한 노출 휘도를 얻는 면적이 감소하기 때문에 양쪽을 가능한한 근접해서 직교시키는 것이 바람직하다.

[실시예 2]

상기 실시예 1에 있어서, 사용한 방사광속 반사 거울 기구에 의해 면적이 확대된 방사광을 1μm두께의 PMMA(Polymethy1 Methacrylate)레지스트막에 조사하고, 현상한 후의 레지스트 잔존 막두께의 광속 확대 방향의 분포를 조사한 결과를 제7도에 도시한다. 균일한 잔존 막두께가 될 수 있는 범위가 약 80mm폭으로, 제6도에 도시한 λ =1nm보다도 매우 크게 되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은 상기 PMMA레지스트가 매우 넓은 파장 영역에 걸쳐서 감도를 갖기 때문에, 반사 방사광중에 포함되는 긴파장 성분의 영향에 의해서 매우 높은 균일성이 넓은 범위에 걸쳐서 얻어진 것이라고 추정된다.

그리고, 상기 실시예는 단면이 이 원호형상의 볼록 거울을 회전 진동하였으나, 상기 원호형상의 볼록거울을 회전하여도 좋다는 것은 말할 것도 없다.

또한, 원통형상의 볼록거울을 사용하여, 이것을 같은 방법으로 회전 또는 회전 진동하여도, 조사·강도가 균일한 영역을 확대하는 것이 가능하며, X선 리도그래피의 실시예 매우 유용하다.

상기와 같이, 본 발명은 볼록거울을 회전 또는 회전 진동시킴으로 인하여, 조사 강도의 균일성을 향상시키는 것이다.

상기 회전 또는 회전 진동은 볼록 거울의 중심축(원호 형상 또는 원통 형상의 볼록 거울의 중심축)과 평행이며 또한 중심에서 편심한 축을 회전축으로 해서 행하여 진다.

이로인해서, 볼록 거울로 부터의 방사광은 마치 주사하는 것과 같이 마스크나 레지스트막에 조사되고, 그 결과 매우 균일한 조사 강도 분포가 넓은 범위에서 걸쳐서 얻어지게 되는 것이다. 볼록 거울을 상하 또는 경사 방향으로 진동시켜도, 상기 조사 강도분포의 균일성을 향상시킬 수 있고, 실시는 가능하다.

그러나, 원하는 회전축의 주위에 회전 또는 회전 진동 시키는 쪽이 용이한 편이 많으므로, 통상 볼록거울을 회전 또는 진동시키는 일이 많다.

본 발명에 의하면, 균일하게 노출될 수 있는 면적을 크게 증대할 수 있으며, 큰 면적의 웨이퍼를 처리하기에 매우 유용하다. 본 발명에서 사용되는 볼록거울의 방사선의 반사율은, 예를 들면 X선 리도그래피에 유효한 파장영역 1~5nm의 초단파장에 있어서 대략 10%정도이지만, 싱크로트론 방사광의 강도가 쿠울리지관 방식등 종래의 X선원에 비해서 대략 3자리가 높기 때문에 소요 노출 시간은 마스크와 웨이퍼를 배열하는데 필요한 시간에 비해서 무시할 수 있는 정도이다. 그 결과 스루풋(throughput)이 현저하게 향상되었다. 그 외에, 상술한 마스크나 웨이퍼를 이동시킴으로 인하여 노출면적을 확대하는 방식에 비해 진동이 크게 경감되기 때문에 서브 미크론 패턴의 전사 정밀도와 향상되는 효과가 얻어진다. 볼록 거울의 회전에 의해 발생되는 진동은 종래 방식보다도 적게 할 수가 있고, 또한 거울 기구부와, 마스크와 웨이퍼를 배열하는 기구부는 진공 벨로우즈등을 거침으로서 유연한 결합으로 할 수가 있기 때문에 진동을 더욱 적게 하는 것이 가능하다.

더우기 볼록거울 곡률반경 또는 회전 진동 진폭을 선정함으로 인하여, 방사선의 입사각을 바라는 수치로 할 수가 있기 때문에 피조사 웨이퍼의 특성 열화를 일으키는 짧은 파장의 방사선을 차단할 수가 있다.

그리고, 본 발명에 있어서, 볼록거울의 뒷면의 형상은 본 발명의 작용 효과와는 관계가 없으므로 단면이 원형 또는 원호형상의 것일뿐 아니라, 예를들면 제2도에 도시한 바와 같이 여러가지 단면 형상을 가진 볼록 거울을 사용할 수도 있다.

또한, 상기 본 발명의 효과는 싱크로트론 방사광을 사용할 때에 한정된 것이 아니며, 단결정에 입사한 전자를 발생시키는 소위 랩톤 채널(lepton channeling)방사광(응용물리, 제49권, 제10호, 1980)이나 레이저광등 지향성이 강하고, 선속 단면적이 적은 광원에 대해서도 유효하다.

Claims (4)

1. 원하는 광지름을 가진 싱크로트론 방사선속을 볼록거울(51)에 입사하는 수단(53), 상기 볼록 거울에서 반사된 광을 원하는 패턴을 가진 마스크(2)를 거쳐서 방사선 감지 레지스트막(5)에 조사하는 수단을 구비한 X선 노출 장치에 있어서, 상기 볼록거울을 상기 볼록거울의 중심축과 평행이며 또한 편심한 축을 회전축(52)로서 회전 또는 회전 진동시키는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 X선 노출 장치.
2. 특허 청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 볼록 거울의 단면은 원호형상 또는 원형인 X선 노출 장치.
3. 특허 청구의 범위 제2항에 있어서, 상기 볼록거울의 회전축은 상기 볼록거울에 입사되는 싱크로트론 방사선속의 광축과 직교하는 X선 노출 장치.
4. 특허 청구의 범위 제3항에 있어서, 상기 볼록 거울의 회전축은 상기 싱크로트론 방사선속 내에 위치하며, 또한 상기 볼록거울의 반사면 쪽에 있는 방사선속 쪽 끝에 일치 또는 접근하는 X선 노출 장치.

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