KR960006824B1 - Adjuster of stepper - Google Patents

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문승찬
원태경
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현대전자산업주식회사
김주용
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20Exposure; Apparatus therefor

Abstract

Light interception and transmission regions of the diaphragm are in a grid repeated to convert the light transmitted through fly eye lens into diffracted light. The size of the grid is several mm. Using the stepper, the resolution of the lens can be enhanced by about 15%, even if the NA value of the lens is low.

Description

스테퍼의 조리개Stepper aperture

제1도는스테퍼의 구성도.1 is a block diagram of a stepper.

제2도는 종래 스테퍼의 조리개 형상을 도시한 평면도.2 is a plan view showing the aperture shape of a conventional stepper.

제3도는 본 발명에 의해 격자상의 조리개 형상을 도시한 평면도.3 is a plan view showing a lattice stop shape according to the present invention.

제4도는 격자상 조리개를 투과하여 회질광이 발생된 것을 도시한 도면.4 is a diagram showing gray light generated through the lattice aperture.

제5도(a)와 (b)는 경사입사와 수직 입사된 광이 마스크와 투명렌즈를 통과하는 것을 도시한 도면.5 (a) and (b) show that the incident light and the vertically incident light pass through the mask and the transparent lens.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 원반사경 2 : 수은램프1: disc mirror 2: mercury lamp

3 : 반사경 4 : 파리눈 렌즈3: reflector 4: fly-eye lens

5 : 조리개 6 : 반사경5: aperture 6: reflector

7 : 콘덴서 렌즈 8 : 마스크7: condenser lens 8: mask

9 : 투명렌즈 10 : 웨이퍼9: transparent lens 10: wafer

본 발명은 반도체 제조공정에서 패턴을 형성하는데 사용되는 노광장비인 스테퍼 조리개에 관한 것이다.The present invention relates to a stepper aperture which is an exposure apparatus used to form a pattern in a semiconductor manufacturing process.

광 리소그라피 공정기술에 있어서 해상도를 향상시키기 위한 노광기술은 렌즈의 NA(Numerical Aperture)를 증가시키고, 노광빛의 파장(λ)을 감소시키는 방향에서 계속 발전해 왔다. 따라서 이에 대한 관계를 다음 Rayleigh 수식으로 나타낼 수 있다.In the photolithography process technology, exposure technology for improving the resolution has been continuously developed in the direction of increasing the NA (Numerical Aperture) of the lens and reducing the wavelength (λ) of the exposure light. Therefore, the relation can be expressed by the following Rayleigh equation.

종래에 일반적 노광기술은 노광장비인 스테퍼를 이용하는데 제1도를 참조하여 스테퍼의 구성과 동작을 설명하면 다음과 같다.Conventionally, the exposure technique uses a stepper as an exposure apparatus. Referring to FIG. 1, the configuration and operation of the stepper will be described below.

수은램프(2)에서 발광한 가시광선을 원반사경(1)과 반사경(3)에 의해 반사시켜 접속시킨 다음, 필터에 의해서 특정한 파장을 갖는 빛을 투과시키고 균일도 향상을 위하여 광 파이버 또는 석영 봉 다발로 구성된 파리눈 렌즈(4)를 투과한 후 불필요한 인접주위의 회절광을 차단시키기 위하여 파리눈 렌즈(4)의 촛점 위치에 원형의 조리개(5)를 설치한다. 조리개(5)를 투과한 빛은 반사경(6)에 의해 콘덴서 렌즈(7)에 집속되어 마스크(8)를 거쳐 투명렌즈(9)에 전달되고 전달된 광선을 웨이퍼(10)에 평행하게 조사한다. 이때 마스크상에 존재하는 격자형상의 패턴에 의하여 고조파 성분을 갖는 회절광을 발생시키며, 이중에 최소한 0차광, +1차광 및 -1차광이 투영렌즈의 입사동공에 집속 투과되므로서 마스크 패턴에 대한 공간 이미지 형상 전달이 가능해진다. 이때 0차광은 광 강도에 영향을 미치며 ±1차광이 광 콘트라스트를 결정하여 이미지 형성을 가능하게 하며 ±2차, ±3차 등 고조파 성분이 많이 집속될 수 있도록 웨이퍼상에서 마스크 패턴에 대한 이미지 충실도는 향상된다.Visible light emitted from the mercury lamp (2) is reflected by the original mirror (1) and the reflector (3), and then connected, and then a bundle of optical fibers or quartz rods is used to transmit light having a specific wavelength by the filter and improve uniformity. The circular diaphragm 5 is installed at the focal position of the fly's eye lens 4 in order to block the diffracted light around the adjacent vicinity after passing through the fly's eye lens 4 composed of The light transmitted through the diaphragm 5 is focused on the condenser lens 7 by the reflector 6, transmitted through the mask 8 to the transparent lens 9, and irradiates the transmitted light beam on the wafer 10 in parallel. . At this time, the diffraction light having harmonic components is generated by the lattice pattern present on the mask, of which at least zero order light, +1 order light and -1 order light are focused through the incident pupil of the projection lens, Spatial image shape transfer is possible. At this time, the 0th order light affects the light intensity, and the ± 1st order light determines the light contrast, enabling image formation, and the image fidelity of the mask pattern on the wafer so that a large number of harmonic components such as ± 2nd order and ± 3rd order can be focused. Is improved.

광축을 기준을 했을 때 ±1차광의 회절각은로서 표시되며 노광파장의 증가 및 마스크상의 그레이팅 패턴 크기(P)의 감소와 더불어 증가한다.Based on the optical axis, the diffraction angle of ± 1st order And increases with increasing exposure wavelength and decreasing grating pattern size P on the mask.

따라서 작은 패턴 크기를 투과한 0차광 및 ±1차광을 동시에 집속시키기 위해서는 매우 큰 렌즈 NA의제작이 필요하게 된다.Therefore, very large lens NA needs to be manufactured to simultaneously focus the 0th order light and the ± 1th order light that have passed through the small pattern size.

NA의 증가를 촛점 여유도를 급격히 감소시킬 뿐만 아니라, 제작상에도 여러가지 기술적 제한이 있기 때문에, 실용적인 렌즈 NA의 한계는 G, I선의 경우는 0.60, DUV 스테퍼 렌즈는 약 0.50 정도로 검토 보고되고 있다.In addition to increasing the NA sharply reducing the focus margin, there are also various technical limitations in manufacturing, so the practical lens NA has been reported to be about 0.60 for the G and I lines, and about 0.50 for the DUV stepper lens.

종래의 조리개 형성은 제2도에 도시한 바와 같다. 종래에는 주로 원형구조(a)가 사용되었으나 빛이 투과하는 중앙부분을 차단하고 가장자리부분을 투과시키는 조리개의 구조가 (b), (c), (d)와 같이 개량되었으나 상기한 종래의 조리개 구조는 빛의 균일도 분포에 문제가 발생된다.The conventional aperture formation is as shown in FIG. Conventionally, the circular structure (a) is mainly used, but the structure of the diaphragm that blocks the central portion through which light passes and transmits the edge portion is improved as shown in (b), (c), and (d). The problem arises in the uniformity distribution of light.

따라서, 본 발명을 상기의 빛의 균일도 분포문제를 해결하기 위하여 스테퍼의 조리개를 격자상 조리개 형상으로 만들되 파리눈 렌즈의 크기 및 형상을 고려하여 설계제작함으로써 균일한 광 강도를 얻을 뿐 아니라 높은 광 강도를 얻을 수 있도록 한 스테퍼의 조리개를 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, in order to solve the problem of the uniformity distribution of light, the stepper aperture is formed into a lattice diaphragm shape in consideration of the size and shape of the fly's eye lens to obtain uniform light intensity and high light intensity. The purpose is to provide an aperture of a stepper to obtain a.

이하에서 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

제3도는 본 발명에 의해 스테퍼의 조리개를 격자상 조리개로 제조한 것을 도시한 것이다. 이러한 격자상 조리개를 투과할 때 제4도에 도시한 바와 같이 무수한 고조파 성분을 갖는 회절광이 발생된다.3 shows the manufacture of a stepper stop by a lattice stop according to the present invention. When passing through the lattice aperture, diffraction light having a myriad of harmonic components is generated as shown in FIG.

제5도의 (a)는 마스크(8)에 ±1차 회절광이 경사입사하게 될 경우에 투명렌즈(9)를 통해 집속되는 광을 도시한 것으로서, 마스크 패턴상의 ±1차 회절광이 경사 입사하게 되면 이 회절광은 마스크 상면을 기준으로 할 때 0차광의 역활을 하게 된다. 마스크 상면을 기준으로 하여 경사 입사된 ±1차광을 0차광으로 정의하면, 마스크 투과시 발생된 ±1차광과 0차광이 입사 방향에 따라서 별도로 투명렌즈의 입사동공에 집속되므로서 마스크 패턴에 대한 이미지 형상 전달이 가능하여진다. 이때 격자상의 조리개를 통과한 원래의 0차광은 마스크 패턴 투과시 광 강도에는 영향을 미치게 되지만, 이미지 콘트라스트 개선에는 도움을 주지 못하게 된다. 이와 같이 빛이 경사 입사시 0차광과 +1차광, 또는 0차광과 -차광 두 광속만을 사용하므로서 작은 NA값을 갖는 렌즈에 의해서도 회절광에 대한 집속능력이 가능하기 때문에 해상도가 개선되어 고 NA효과를 갖게 되며, 해상되는 패턴에 대해서는 실제로 작은 NA렌즈를 사용하므로서 촛점 여유도가 개선되는효과를 얻게 된다.FIG. 5 (a) shows light focused through the transparent lens 9 when ± 1st diffraction light enters the mask 8 inclinedly, and ± 1st diffraction light on the mask pattern is obliquely incident In this case, the diffracted light plays the role of zero-order light based on the mask upper surface. When the inclined incident ± 1 order light is defined as 0 order light, the ± 1 order light and 0 order light generated when the mask is transmitted are focused on the incident pupil of the transparent lens separately according to the incident direction. Shape transfer is possible. At this time, the original zero-order light passing through the lattice aperture affects the light intensity when passing through the mask pattern, but does not help to improve the image contrast. As the light uses only two light beams, 0th and + 1st, or 0th and -2nd, when the incidence of light is inclined, the lens has a small NA value, so that the diffraction light can be focused and the resolution is improved. For the resolved pattern, a small NA lens is actually used, thereby improving the focus margin.

제5도의 (b)에 도시한 바와 같이 종래의 수직 입사 방식에 있어서는 마스크(8)투과시 발생되는 ±1차 회절광에 대한 각도가 광축을 중심으로 sinθ=λ/P로 주어지게 된다. 여기에서 sinθ는 ±1차 회절광의 각도, λ는 입사광의 파장, 그리고 P는 마스크상 패턴의 피치 크기이다.As shown in FIG. 5B, in the conventional vertical incidence method, an angle with respect to the ± first-order diffracted light generated when the mask 8 is transmitted is given as sin θ = λ / P around the optical axis. Where sin θ is the angle of the first order diffracted light, λ is the wavelength of the incident light, and P is the pitch size of the mask image pattern.

즉, 마스크상의 패턴 크기(P)가 작을수록 회절광의 각도는 증가한다. 따라서 0차광과 ±1차광을 동시에 집속시키므로서 이미지 형성 전달을 가능하게 하는 종래의 노광 방법에 있어서는 형성해야할 마스크상의 패턴 크기가 감소함에 따라서 더욱 더 큰 고NA의 렌즈가 요구된다.That is, as the pattern size P on the mask is smaller, the angle of the diffracted light increases. Therefore, in the conventional exposure method which enables image formation transfer by focusing the zero-order light and the ± 1-order light simultaneously, a larger high NA lens is required as the pattern size on the mask to be formed is reduced.

조리개의 제작 방법은 조사광의 투과율이 높은 석영(Qz), CaF2, LiF2등의 기판에 크롬(Cr)등의 차광제를 위치시키므로서 가능하며, 또한 알루미늄 및 동판 등 얇은 금속판에 빛이 투과할 수 있는 구멍을 형성시키므로서 가능하다.The manufacturing method of the iris is possible by placing a light shielding agent such as chromium (Cr) on a substrate of quartz (Qz), CaF 2 , LiF 2 and the like having a high transmittance of irradiated light. It is possible by forming a hole to be made.

빛이 투과하는 영역의 형상은 원형, 4각형, 6각형 및 타원형등 어느 형상도 가능하다. 해상해야할 패턴의크기 및 공정의 특성에 따라서 상호간의 거리 및 빛 투과 구멍의 크기가 최적화 될 수 있다. 격자 모양으로 차광 및 투과영역을 설정하므로서 광 강도 분포 균일도를 개선시킬 수 있으며, 격자 크기를 조절하므로서 ±1차 회절광의 각도를 조절할 수 있어서 마스크상의 패턴 크기에 따른 입사각도를 자유롭게 조절할 수 있다.The shape of the region through which light transmits may be any shape, such as a circle, a hexagon, a hexagon, and an oval. Depending on the size of the pattern to be resolved and the characteristics of the process, the distance between each other and the size of the light transmitting hole may be optimized. Uniformity of light intensity distribution can be improved by setting the light shielding and transmission region in a lattice shape, and the angle of ± 1st order diffracted light can be adjusted by adjusting the grating size, so that the incident angle according to the pattern size on the mask can be freely adjusted.

본 발명에 의하면 종래의 수직 입사 방식 대신에 경사 입사시키므로서 두개의 빛만으로 이미지 형성 전달이 가능하기 때문에 낮은 NA값을 갖는 렌즈에 의해서도 종래 방식에 비하여 해상도가 15% 이상 증가 개선된다. 따라서 노광장치의 공정 능력 연장이 경사 입사 방식에 의해서 가능하게 되며, 고전적인 마스크를 이용하여 위상 반전 마스크와 같은 경향의 공정 개선 효과를 기대할 수 있다.According to the present invention, since the image formation can be transmitted using only two lights by inclined incidence instead of the conventional vertical incidence method, the resolution having a low NA value is improved by 15% or more compared with the conventional method. Therefore, the process capability of the exposure apparatus can be extended by the oblique incidence method, and the process improvement effect of the same trend as the phase inversion mask can be expected by using the classical mask.

Claims (2)

스테퍼의 조리개에 있어서, 파리눈 렌즈를 통해 전달된 빛이 회절광이 헝성되도록 광차단 및 투과영역을 반복시킨 격자상으로 형성된 것을 특징으로 하는 스테퍼의 조리개.The stopper of the stepper, the step of the stepper, characterized in that the light transmitted through the fly-eye lens is formed in a lattice shape of the light blocking and the transmission region is repeated so that the diffracted light is formed. 제1항에 있어서, 상기 격자상은 수mm 크기로 형성된 것을 특징으로 하는 스테퍼의 조리개.According to claim 1, wherein the lattice is a stepper aperture, characterized in that formed in a few mm size.
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