KR100476819B1 - A photolithography apparatus and mask for nano meter scale patterning of some arbitrary shapes - Google Patents
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Abstract
본 발명은 임의형상을 나노미터급으로 패터닝하기 위한 노광장치에 관한 것으로, 새로운 회로를 제작할 때 해당 마스크만 바꿔주면 되므로 반도체 공정 시 칩의 단가를 혁신적으로 낮출 수 있을 뿐만 아니라 나노미터 가공이 필요한 전 분야에서 연구와 생산을 용이하게 할 수 있는 임의형상을 나노미터급으로 패터닝하기 위한 노광장치 및 프리어변환된 패턴이 형성된 마스크 제작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an exposure apparatus for patterning an arbitrary shape to nanometer-class, and since only the mask needs to be changed when fabricating a new circuit, it is possible to innovatively lower the unit cost of the chip during the semiconductor process and also require nanometer processing. The present invention relates to an exposure apparatus for patterning an arbitrary shape to a nanometer level that can facilitate research and production in the field, and a method of manufacturing a mask in which a freer transformed pattern is formed.
특히 임의형상을 원점대칭의 형태로 만들어 프리어변환을 한 뒤 음수를 제거하는 방법으로 프리어변환된 패턴이 형성된 마스크를 만들어 노광장치에 특별한 추가사항 없이 임의형상을 나노미터급으로 패터닝 할 수 있다.In particular, it is possible to pattern arbitrary shapes to nanometer level without any special additions to the exposure apparatus by making masks with freer transformed patterns by freer transforming by removing the negative numbers after making arbitrary shapes in the form of origin symmetry. .
본 발명의 임의형상을 나노미터급으로 패터닝하기 위한 노광장치는 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 임의형상을 나노미터급으로 패터닝하기 위한 노광장치는 광원을 제공하는 램프를 구비한 광원부, 상기 광원의 광이 통과하고 프리어변환된 패턴이 형성된 마스크를 장착하는 마스크부, 상기 마스크부를 지난 광을 프리어변환 시키기 위한 적어도 하나의 렌즈로 구성된 렌즈부, 및 photoresistor가 증착된 웨이퍼가 장착되는 PR부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 프리어변환된 패턴이 형성된 마스크를 이용하는 노광장치를 제공한다.An exposure apparatus for patterning an arbitrary shape of the present invention to a nanometer class, the exposure apparatus for patterning an arbitrary shape of the present invention to a nanometer class for achieving the above object is a light source unit having a lamp for providing a light source, the A mask unit for mounting a mask on which light of a light source passes and formed with a pre-converted pattern, a lens unit including at least one lens for freer converting light past the mask unit, and a PR on which a photoresistor is deposited Provided is an exposure apparatus using a mask formed with a free-conversion pattern characterized in that it comprises a portion.
또한, 본 발명은 일정한 크기의 단위 픽셀을 이용하여 임의의 형상을 제작하는 단계, 상기 제작된 임의의 형상 부분과 그 이외의 부분을 수치화 하여 상기 임의의 형상에 대한 파일을 제작하는 단계, 상기 임의의 형상 파일의 원점 대칭 또는 원점, 상하 및 좌우 대칭에 해당되는 임의의 형상 파일을 포함하는 대칭의 임의의 형상파일을 제작하는 단계, 상기 대칭의 임의의 형상파일을 프리어변환하는 단계, 및 상기 프리어 변환된 파일의 음수부분을 제거하는 단계를 포함하여 제작되는 것을 특징으로 하는 프리어변환된 패턴의 제작방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of manufacturing an arbitrary shape using a unit pixel of a constant size, the step of producing a file for the arbitrary shape by digitizing the fabricated arbitrary shape portion and other portions, the arbitrary Fabricating an arbitrary shape file of symmetry including an origin symmetry of the shape file of the file or any shape file corresponding to the origin, top, bottom, and left and right symmetry; It provides a method of producing a pre-transformed pattern, characterized in that it comprises the step of removing the negative portion of the pre-transformed file.
Description
본 발명은 임의형상을 나노미터급으로 패터닝하기 위한 노광장치 및 프리어변환된 패턴이 형성된 마스크의 제작방법에 관한 것으로, 특히 임의형상을 원점대칭의 형태로 만들어 프리어변환을 한 뒤 음수를 제거하는 방법으로 프리어변환된(이하 "FT"라 한다.) 패턴이 형성된 마스크를 제작하고 이를 이용하여 노광장치에 특별한 추가사항 없이 임의형상을 나노미터급으로 패터닝 할 수 있어서 장비의 가격이 싸고 조작이 용이하며 새로운 회로를 제작할 때 해당 프리어변환된 패턴으로 바꿔주면 되므로, 반도체 공정 시 칩의 단가를 혁신적으로 낮출 수 있을 뿐만 아니라 나노미터 가공이 필요한 전 분야에서 연구와 생산을 용이하게 할 수 있도록 한 임의형상을 나노미터급으로 패터닝하기 위한 노광장치 및 마스크의 제작방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure apparatus for patterning arbitrary shapes to nanometer-class and a method of fabricating a mask having a freer transformed pattern. Particularly, the negative shape is removed after freer transforming by forming an arbitrary shape in the form of origin symmetry. In this method, a mask having a pattern formed by freer conversion (hereinafter referred to as "FT") is fabricated, and by using this, an arbitrary shape can be patterned to nanometer level without any special addition to the exposure apparatus, so that the equipment is inexpensive and operated. It is easy to change the pattern of the freer when manufacturing a new circuit, so that not only can the chip cost be lowered in the semiconductor process, but also the research and production in all fields requiring nanometer processing can be facilitated. A method of manufacturing an exposure apparatus and a mask for patterning an arbitrary shape at a nanometer scale.
현대사회는 매일 새로운 기술이 나올 정도로 급변하는 시대이다. 새로운 기술이 등장하면 그 기술은 새로운 수요를 창출하게 되며, 이러한 수요는 더욱 새로운 기술을 요구하게 된다. 한 예로 DRAM 경우 집적도가 매년 50%씩 증가하였으며, 마이크로프로세서 경우는 매년 35%씩 증가하여왔다. 이로 인해 칩을 만드는 수율(yield)이 계속 증가되어 칩 하나에 해당하는 경비는 계속 인하되고 있는 실정이다. 이러한 LSI와 system-on-a-chip을 제작하는데 필요한 노광기술은 계속 개발 되어 왔으며 그중 가장 활발하게 개발된 것은 노광기술이다.Modern society is a time of rapid change, with new technologies emerging every day. As new technologies emerge, they create new demands, which in turn require newer technologies. For example, the density of DRAM has increased by 50% every year, and the microprocessor has increased by 35% every year. As a result, the yield for making chips continues to increase, and the cost corresponding to one chip continues to be lowered. The exposure technology necessary to manufacture such LSI and system-on-a-chip has been developed continuously, and the most actively developed is the exposure technology.
좋은 노광 장치는 회절 현상 없이 상이 그대로 유지되면서 크기만 축소되어 최소선폭으로 PR(photoresist)위에 새겨지는 것이다. 상기 회절 현상이란 빛이 마스크의 경계면 근처를 통과할 때 떨어진 거리에 따라 경로를 바꿔 입사방향과 다른 방향으로 진행하는 것을 말하며 최소선폭이란 실리콘 칩 위에 그릴 수 있는 선의 최소폭을 말한다. 그러나 파장은 짧아질수록 상기 회절현상을 피할 수 없으며 최소선폭 또한 제한되어 있는 실정이다. 종래 노광 장치를 도 1을 참조하여 설명한다.A good exposure device is one whose size is reduced while the image remains intact without diffraction, and is engraved on the PR (photoresist) at the minimum line width. The diffraction phenomenon means that the light travels in a direction different from the incident direction by changing the path according to the distance away when the light passes near the interface of the mask, and the minimum line width is the minimum width of the line that can be drawn on the silicon chip. However, as the wavelength becomes shorter, the diffraction phenomenon cannot be avoided, and the minimum line width is also limited. A conventional exposure apparatus will be described with reference to FIG.
도 1은 종래 노광장치의 광학 계통도이다.1 is an optical system diagram of a conventional exposure apparatus.
도 1에 도시한 바와 같이 종래 노광 장치는 G-line, H-line, F2 레이저 및 극자외선과 같은 광학계 광원이나 전자빔, 이온빔 및 X-선과 같은 비광학계 광원 중 하나로서 패터닝을 하기 위해 필요한 광원(11), 광원(11)으로 PR이 입혀지는 실리콘웨이퍼(16), 광원(11)으로 실리콘웨이퍼(16) 위에 새기고자 하는 형상인 일반 마스크(13), 광원(11)을 마스크(13)로 모아주기 위한 콘덴서(12), 콘덴서(12)에 의해 모아진 빛으로 만들어진 마스크(13)의 형상을 실리콘웨이퍼(16)에 세기기 위한 투사렌즈(14, 15), 및 광학계를 사용할 때 피할 수 없는 회절현상을 상쇄시켜주기 위한 부가장치이며 최소선폭 향상을 시키기 위한 한 수단 필터(미도시)로 이루어져 있다.As shown in FIG. 1, a conventional exposure apparatus is a light source required for patterning as one of an optical light source such as a G-line, an H-line, an F 2 laser, and extreme ultraviolet light or a non-optical light source such as an electron beam, an ion beam, and an X-ray. (11), a silicon wafer 16 coated with PR as the light source 11, a general mask 13 and a light source 11 having a shape to be engraved on the silicon wafer 16 with the light source 11 as a mask 13 Condenser 12 for collecting the light into the silicon wafer 16, and projection lenses 14 and 15 for converging the shape of the mask 13 made of the light collected by the condenser 12, and the optical system. It is an additional device for canceling out the diffraction phenomenon, and it is composed of one means filter (not shown) to improve the minimum line width.
전술한 구성에서 필터는 사용할 수도 있고 사용하지 않을 수도 있으며 그 위치는 투사렌즈(14, 15) 사이에 위치한다.In the above-described configuration, the filter may or may not be used and its position is located between the projection lenses 14 and 15.
이러한 종래 노광장치는 비광학계를 사용한 노광장치와 광학계를 사용한 노광장치로 구분할 수 있는데, 비광학계 노광장치에는 전자빔 노광장치, 이온빔 노광장치, X-선 노광장치, 신크로트론(synchrotron)과 같은 가속기를 이용한 노광장치 등이 있다.Such conventional exposure apparatus may be classified into an exposure apparatus using a non-optical system and an exposure apparatus using an optical system. The non-optical exposure apparatus includes an electron beam exposure apparatus, an ion beam exposure apparatus, an X-ray exposure apparatus, an accelerator such as a synchrotron. Used exposure apparatuses;
상기 전자빔 노광기술은 음극에서 방출된 전자를 전자기장에 의해 집속, 가속 및 편향시켜 웨이퍼 위에 조사하는 전자의 운동에너지를 이용하여 레이지스터를 감광시키는 방법이다. 전자빔의 파장은 수 옹스트롬 정도가 되어 높은 해상력을 구현할 수 있으나 이는 전자빔의 경로를 제어하여 직접 패턴을 형성하므로(direct writing) 생산성이 현저하게 감소하는 단점을 갖는다.The electron beam exposure technique is a method of exposing a resistor using kinetic energy of electrons irradiated on a wafer by focusing, accelerating and deflecting electrons emitted from a cathode by an electromagnetic field. The wavelength of the electron beam may be about several angstroms to implement a high resolution, but this has a disadvantage in that productivity is significantly reduced since direct writing is performed by controlling the path of the electron beam.
다음으로 이온빔을 이용한 노광장치는 전자빔 노광 및 X-선 노광과 비교하여 초미세 패턴형성용 노광기술로서 우수한 특성을 보이나 상기 전자빔 노광과 동일한 단점을 갖고 있으며, 이외에도 이온이 비교적 무겁기 때문에 기판이 손상을 입을 수 있는 단점이 있다.Next, an exposure apparatus using an ion beam exhibits excellent characteristics as an ultrafine pattern forming exposure technique compared to electron beam exposure and X-ray exposure, but has the same disadvantages as the electron beam exposure. In addition, since the ion is relatively heavy, the substrate is damaged. There are disadvantages to wear.
다음으로 X-선 광원은 연X-선(Soft X-ray)로 알려진 4-50 Å의 파장으로서 먼지의 주성분인 탄소에 대한 투과성이 우수하므로 마스크 상에 존재하는 먼지나 유기오염물에 의한 결함 발생을 최소화할 수 있다는 장점이 있으나 유기물을 주성분으로 하는 레지스터에 대해 감도가 낮고, 광의 세기에 비하여 노광시간이 길어 생산성이 떨어진다.Next, the X-ray light source is a wavelength of 4-50 알려진 known as soft X-ray and has excellent permeability to carbon, which is the main component of dust, so that defects caused by dust or organic contaminants present on the mask are generated. Although there is an advantage that can be minimized, the sensitivity of the organic-based resistor is low, the exposure time is long compared to the light intensity, the productivity is low.
마지막으로 신크로트론 방사광 가속기는 원형운동을 하는 전자가 원운동 접선 방향으로 방출된 전자기파(파장은 1 nm 정도)로 노광시키는 장치인데 원운동의 접선방향으로 방향성과 높은 휘도를 갖고 있어 노광용 광원으로 가장 적합하지만 방사광 가속기의 가격이 너무 비싸다는 단점이 있다.Finally, the Cyntrontron Radiation Accelerator is a device that exposes electrons in circular motion to electromagnetic waves emitted in the tangential direction of circular motion (wavelength is about 1 nm) .It has directionality and high brightness in the tangential direction of circular motion. It is suitable but has the disadvantage that the radiation accelerator is too expensive.
이와 같이 비광학계 노광장치는 최소선폭이 매우 작다는 장점에도 불구하고 장비의 가격이 비싸고, 생산수율이 낮다는 단점이 있어 대량생산에는 부적합하다.As described above, the non-optical exposure apparatus is not suitable for mass production because of the disadvantage that the equipment is expensive and the production yield is low despite the advantage that the minimum line width is very small.
다음으로 광학계를 이용한 노광장치에 대하여 설명한다.Next, an exposure apparatus using an optical system will be described.
도 2는 광학계 광원의 사용파장에 대한 최소선폭 향상 추이의 연도별 그래프이다.2 is a graph for each year of the minimum line width improvement trend with respect to the wavelength of use of the optical system light source.
도 2에 도시된 광원은 광학계 노광장치의 광원이며 수은의 불연속 스펙트럼과 레이저의 파장을 연도순으로 나타낸 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이 최소선폭을 향상시키기 위하여 보통광원에서 레이저로, 긴 파장에서 짧은 파장으로 개발 되고 있는 추세이다. 레이저를 사용하는 이유는 보통광원보다 밝은 빛을 얻을 수 있는 장점 때문이다. 그러나 약한 빛에서 노광이 되는 재료의 경우 훨씬 파장 선택폭이 넓은 보통광원을 사용하기도 한다. 100 nm 이하의 최소선폭을 목적으로 하면 200 nm 이하의 파장을 갖는 광원을 사용하여야 하며 현재까지의 축소추세로 보면 2010년경에는 60 nm 최소선폭에서 더 이상 진전이 없게 된다. 종래기술의 최소선폭은 100 nm이하이며 최소선폭 R은 파장과The light source shown in FIG. 2 is a light source of an optical exposure apparatus, and shows the discontinuous spectrum of mercury and the wavelength of the laser in chronological order. As shown in FIG. 2, in order to improve the minimum line width, a trend is being developed from a normal light source to a laser and from a long wavelength to a short wavelength. The reason for using a laser is because of the advantage of bright light than a normal light source. However, in the case of materials exposed to weak light, a common light source having a much wider wavelength selection may be used. In order to achieve a minimum line width of less than 100 nm, a light source with a wavelength of less than 200 nm should be used. As a result of the current trend, there is no further progress at the 60 nm minimum line width. The minimum line width of the prior art is 100 nm or less and the minimum line width R is the wavelength and
(1) (One)
의 관계에 있다. 따라서 노광장치에서 파장이 짧은 광원일수록 최소선폭을 갖는다는 것을 알 수 있으며 현재는 레이저가 연구 중에 있다. 더욱이 파장이 11~13 nm인 극자외선(EUV;Extreme Ultra-Violet)은 연엑스레이(soft X-ray)보다 약간 긴 영역으로써 70 nm 이하의 최소선폭을 위하여 사용될 수 있는 노광기술로 각광받고 있다. 이러한 극자외선의 경우에는 반사형태의 광학계 노광장치를 사용하여야 하며 보통 거울은 반사율이 너무 떨어져 부적절하므로 굴절률이 상대적으로 크고 다중 필름 형태로 증착한 거울을 사용하여 반사율을 높이는 것이 바람직하다. 또한 광학계 노광장치를 구성할 때 가능하면 거울의 수는 6개 이하로 줄이고, 비구면 거울을 사용하되 그 표면의 거칠기(surface roughness)는 대략 0.1~0.2 nm 정도 하는 것이 바람직하다.Is in a relationship. Therefore, it can be seen that the shorter the light source in the exposure apparatus has the minimum line width, and the laser is currently being studied. Furthermore, Extreme Ultra-Violet (EUV) with a wavelength of 11-13 nm is a slightly longer area than soft X-rays and has been spotlighted as an exposure technology that can be used for a minimum line width of 70 nm or less. In the case of such extreme ultraviolet rays, a reflection type optical exposure apparatus should be used, and since the mirror is too inadequate in reflectance, it is preferable to increase the reflectance by using a mirror having a relatively large refractive index and deposited in a multiple film form. When the optical exposure apparatus is configured, the number of mirrors should be reduced to 6 or less if possible, and an aspherical mirror should be used, but the surface roughness of the surface should be about 0.1 to 0.2 nm.
그러나 극자외선을 이용한 노광장치는 최소선폭을 줄일 수 있으며, 노광 장치 전체 제품의 크기를 작게 만들 수 있지만 가격이 비싸다는 단점이 있어 널리 보급되지는 못하고 있다.However, the exposure apparatus using the extreme ultraviolet rays can reduce the minimum line width, and can make the size of the entire product of the exposure apparatus small, but the price is expensive, so it is not widely used.
일반적인 광학계 노광장치의 최소선폭 R(resolution)과 초점깊이 DOF(depth of focus)는 다음과 같이 표현할 수 있다.The minimum line width R (resolution) and depth of focus (DOF) of a general optical system exposure apparatus may be expressed as follows.
(2) (2)
초점깊이는 종방향으로 초점이 맺히는 길이에 해당되며 한 번 노출로 노광시킬려면 PR의 두께는 초점깊이보다 얇아야 한다. 식 2에서 는 광원의 파장이며 NA는 투사 렌즈계(projection lens system)의 수치구경(numerical aperture)이다. 상기 와 NA는 렌즈 또는 광섬유 등과 같이 빛이 일정한 율로 수렴하거나 확산되는 경우에 정의할 수 있는 유용한 변수이다.The depth of focus corresponds to the length of the focal length in the longitudinal direction. In order to expose a single exposure, the PR thickness must be thinner than the depth of focus. In equation 2 Is the wavelength of the light source and NA is the numerical aperture of the projection lens system. remind And NA are useful parameters that can be defined when light converges or diffuses at a constant rate, such as lenses or optical fibers.
도 3은 렌즈의 수치구경 계산식을 설명하기 위한 도이다.3 is a view for explaining a numerical aperture calculation formula of the lens.
도 3에서 렌즈의 직경은 D, 초점길이를 f, 렌즈 주위의 물질의 굴절률을 n이라 하면 수치구경은 다음과 같이 정의된다.In FIG. 3, when the diameter of the lens is D, the focal length is f, and the refractive index of the material around the lens is n, the numerical aperture is defined as follows.
(3) (3)
여기서 각 α는 빛이 퍼지는 각도의 절반에 해당된다. 한편 렌즈의 수는 이다.Where α corresponds to half the angle at which light spreads. Meanwhile the number of lenses to be.
식 2에서 k1과 k2는 PR의 물질과 노광처리기술과 최소선폭을 향상시키기 위한 상형성기술에 의존하는 값이므로 실험적으로 결정 되어야 하는 값이다. 일반적으로 사용되는 상형성기술은 위상쉬프팅 마스크 사용, off-axis illumination, optical proximity correction, degree of coherence, intensity distribution in the aperture plane, lens aberration, geometrical shapes(or spatial frequencies)이 있다.In Equation 2, k 1 and k 2 are values that need to be determined experimentally because they depend on the material of the PR, the exposure treatment technique, and the image forming technique to improve the minimum line width. Commonly used imaging techniques include phase shift masking, off-axis illumination, optical proximity correction, degree of coherence, intensity distribution in the aperture plane, lens aberration, and geometrical shapes (or spatial frequencies).
k1은 이론적으로 최하 0.25를 가지며 최상의 시스템에서는 0.8 정도 되는 것으로 알려져 있다. noncoherence source를 사용하는 이상적인 경우 이 되고, 인 경우와 ,인경우 이 된다.k 1 is theoretically at least 0.25 and is known to be about 0.8 in the best system. Ideal case for using noncoherence sources Become, If and , If Becomes
노광장치에서 가장 이상적인 조건으로는 최소선폭 R은 작아지고, 초점깊이 DOF는 증가하는 경우이다. 왜냐하면 초점깊이가 커지면 PR의 평면의 평편도가 좋지 않아도 되고, 투사렌즈에서 PR까지의 거리가 그리 엄격히 지켜지지 않아도 되기 때문이다.The most ideal condition in the exposure apparatus is that the minimum line width R is small and the depth of focus DOF is increased. This is because the greater the depth of focus, the flatness of the plane of the PR does not have to be good, and the distance from the projection lens to the PR does not have to be strictly observed.
식 2에서 최소선폭을 줄이는 방법은 광원의 파장을 줄이거나 투사렌즈계의 수치구경을 크게 하거나 필터와 같은 기술을 도입하여 k1을 줄이면 된다. 수치구경을 줄이면 최소선폭은 줄어들지만 초점깊이는 더욱 많이 줄어들게 되어 노광물질을 도포하는 세밀한 공정이 요구되므로 렌즈와 노광물질 사이에 정확도가 높아져야 한다. 파장을 줄인다는 것은 가시광선에서 자외선, 극자외선 그리고 엑스레이 광원을 노광에 사용한다는 의미이므로 이 경우 원리에 의해 최소선폭은 눈에 띄게 줄어들지만 이에 따른 노광장비의 가격은 기하급수적으로 증가한다. 특히 F2 레이저 경우에는 파장이 공기중의 산소나 수분에 의해 흡수되기 때문에 기본적으로 진공챔버 속에 모든 노광장비가 들어가야 한다. 이러한 엄청난 부피의 진공을 만들고 유지하기 위해서는 상당한 경비를 요하게 되므로 실제로 사용하기엔 부적합하다. 식 2의 최소선폭으로 초점깊이를 표현해 보면 다음과 같다.In Equation 2, the minimum line width can be reduced by reducing the wavelength of the light source, increasing the numerical aperture of the projection lens system, or reducing the k 1 by introducing a technique such as a filter. Reducing the numerical aperture decreases the minimum line width, but reduces the depth of focus even more, requiring a finer process of applying the exposure material, and thus increasing the accuracy between the lens and the exposure material. Reducing the wavelength means that ultraviolet, extreme and X-ray light sources are used for exposure to visible light. By principle, the minimum line width is noticeably reduced, but the cost of exposure equipment increases exponentially. Especially in the case of F2 laser, all the exposure equipment should be basically put in the vacuum chamber because the wavelength is absorbed by oxygen or moisture in the air. Creating and maintaining this enormous volume of vacuum would be costly, making it unsuitable for practical use. The depth of focal length is expressed as the minimum line width of Equation 2 as follows.
(4) (4)
식 4를 보고 초점깊이를 증가시키는 방법을 생각해보면 파장을 줄이거나 혹은 위상쉬프트 필터를 써서 k1을 줄이면 가능 하겠지만 k1 을 줄이는 방법에는 한계가 존재한다.Looking at Equation 4 and thinking about how to increase the depth of focus, it would be possible to reduce the wavelength or reduce k 1 using a phase shift filter, but there are limits to how to reduce k 1 .
종래 노광장치에 대하여 발표된 논문 중 상당부분은 k1 을 줄이는 기술에 관한 것이고, 이 기술은 도 1의 광학계 성분 중 광원을 조정하는 기술과 투사렌즈계 속에 필터를 이용하는 기술로 구분될 수 있다.Many of the articles published on the conventional exposure apparatus relate to a technique of reducing k 1 , which can be divided into a technique of adjusting a light source among the optical components of FIG. 1 and a technique of using a filter in the projection lens system.
만일 초점깊이가 최소한으로 요구되는 노광두께보다 두껍다면, 문제가 발생하지 않지만 초점깊이가 이보다 짧으면 문제가 발생할 수 있다. 노광두께는 에칭과정에서 견딜 수 있어야 하며, 본래 PR의 기능을 하기 위해서는 정해진 최소한의 두께 이상이어야 한다.If the depth of focus is thicker than the minimum required exposure thickness, no problem occurs, but if the depth of focus is shorter than this, problems may occur. The exposure thickness must be able to withstand the etching process, and in order to function as an original PR, the exposure thickness must be at least a predetermined minimum thickness.
이와 같은 종래의 기술에는 이중 공간 주파수 시스템으로 주기가 1/2이 되는 그레이팅을 제작하여 +1과 -1 회절된 빔을 간섭시켜 그 해상도를 증가시켜 해상도를 2배 정도 증가시킨 조명광학계(대한민국 특허등록번호 10-0049064-0000), 위상 쉬프트 마스크를 사용하여 노광장치의 MTF 특성과 이미지 콘트라스트가 향상되게 하는 장치(대한민국 특허등록번호 10-0114334-0000) 및 새기고자 하는 마스크의 형태를 마스크에 놓고 마스크 이외의 필터를 사용하는 방법 등이 있으며, 최소선폭을 줄이기 위해서는 차세대 노광장치로 EUV, 전자빔, 이온빔, X-선 노광장치 및 방사광 가속기를 이용한 노광장치를 사용하여야 하지만 이와 같은 방법들은 모두 고가의 장비를 필요로 하므로 가격부담이 크며 생산수율이 낮다는 단점이 있어 대량생산에는 적합하지 않다는 문제점이 있다.In the prior art, an illumination optical system in which a grating having a period of 1/2 is manufactured by a dual spatial frequency system, which interferes with +1 and -1 diffracted beams, increases its resolution and doubles the resolution. Registration number 10-0049064-0000), using a phase shift mask to improve the MTF characteristics and image contrast of the exposure apparatus (Korean Patent Registration No. 10-0114334-0000) and the shape of the mask to be etched on the mask. There is a method using a filter other than a mask, and in order to reduce the minimum line width, an exposure apparatus using EUV, electron beam, ion beam, X-ray exposure apparatus, and radiation accelerator should be used as next-generation exposure apparatus. It is not suitable for mass production because of the disadvantage of high cost and low production yield because it requires equipment. There is a problem.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 필터를 추가하지 않고도 마스크 한 개로 나노미터급 패턴이 가능하며, 단순하여 조작이 용이할 뿐만 아니라, 저렴한 임의형상을 나노미터급으로 패터닝하기 위한 노광장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is possible to pattern nanometers with a single mask without adding a filter, and is simple and easy to operate. Its purpose is to provide an exposure apparatus.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 임의형상을 나노미터급으로 패터닝하기 위한 노광장치는 광원을 제공하는 램프를 구비한 광원부, 상기 광원의 광이 통과하고 프리어변환된 패턴이 형성된 마스크를 장착하는 마스크부, 상기 마스크부를 지난 광을 프리어변환 시키기 위한 적어도 하나의 렌즈로 구성된 렌즈부, 및 photoresistor가 증착된 웨이퍼가 장착되는 PR부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 프리어변환된 패턴이 형성된 마스크를 이용하는 노광장치를 제공한다. An exposure apparatus for patterning an arbitrary shape of the present invention to a nanometer level for achieving the above object is equipped with a light source unit having a lamp for providing a light source, a mask formed with a pattern through which the light of the light source passes and free-converted A mask unit including a mask unit including at least one lens for pre-converting light passing through the mask unit, and a PR unit on which a wafer on which a photoresistor is deposited is mounted; An exposure apparatus to be used is provided.
또한, 본 발명은 일정한 크기의 단위 픽셀을 이용하여 임의의 형상을 제작하는 단계, 상기 제작된 임의의 형상 부분과 그 이외의 부분을 수치화 하여 상기 임의의 형상에 대한 파일을 제작하는 단계, 상기 임의의 형상 파일의 원점 대칭 또는 원점, 상하 및 좌우 대칭에 해당되는 임의의 형상 파일을 포함하는 대칭의 임의의 형상파일을 제작하는 단계, 상기 대칭의 임의의 형상파일을 프리어변환하는 단계, 및 상기 프리어 변환된 파일의 음수부분을 제거하는 단계를 포함하여 제작되는 것을 특징으로 하는 프리어변환된 패턴의 제작방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of manufacturing an arbitrary shape using a unit pixel of a constant size, the step of producing a file for the arbitrary shape by digitizing the fabricated arbitrary shape portion and other portions, the arbitrary Fabricating an arbitrary shape file of symmetry including an origin symmetry of the shape file of the file or any shape file corresponding to the origin, top, bottom, and left and right symmetry; It provides a method of producing a pre-transformed pattern, characterized in that it comprises the step of removing the negative portion of the pre-transformed file.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 임의형상을 나노미터급으로 패터닝하기 위한 노광장치에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the exposure apparatus for patterning an arbitrary shape according to a preferred embodiment of the present invention in nanometer class.
본 발명은 프리어광학과 관련된 것으로 그 구조로 보면 노광장치에 속하며 프리어광학(Fourier optics)이란 프리어변환과 그 역변환을 이용하여 마스크의 상을 맺히는 일체의 과정을 의미한다. 여러 개의 렌즈를 사용한 프리어광학은 렌즈 사이의 떨어진 거리 등 그 배치에 따라 이차위상연산, 스케일링연산, 프리어변환연산 및 자유공간전달연산형태 등 4개의 기본적인 연산자를 필요로 하며, 이들 연산자들을 결합하여 프리어광학을 묘사하는 방법을 나자라드(Nazarathy)와 샤미르(Shamir) 방법이라 한다.The present invention relates to freer optics, and in terms of its structure, it belongs to an exposure apparatus. Fourier optics means an integral process of forming a mask image using freer transform and its inverse transform. Freer optics using multiple lenses require four basic operators: quadratic phase calculation, scaling operation, freer transform operation, and free-space transfer operation, depending on their distance, such as distance between lenses. The method of describing freer optics is called the Nazarad and Shamir methods.
이차원 함수의 프리어변환 은 아래와 같이 주어진다.Two-dimensional function Freer Transformation of Is given by
(5) (5)
이 식에서 는 프리어변환을 의미하고 와 는 공간주파수(spatial frequency)라 불리며, 공간좌표 x와 y는 대응되는 프리어쌍(Fourier pair)이다. 식5는 이차원 함수 를 알고 있을 때 그 프리어변환 을 구하는 경우에 사용하며 그 반대가 되면 역프리어변환(inverse Fourier transform)을 사용하여야 한다.In this expression Means freer transformation Wow Is called a spatial frequency, and the spatial coordinates x and y are corresponding Fourier pairs. Equation 5 is a two-dimensional function When you know that freer transformation It is used in the case of, and vice versa, an inverse Fourier transform should be used.
(6) (6)
식 6에서 는 역프리어변환을 의미한다. 식 5와 식 6을 결합하면 프리어변환에서 유용한 7가지의 정리를 얻을 수 있으며 대표적인 것으로는 와 두 연산을 연속적으로 적용한 것이다.In Equation 6 Means an inverse freer transform. Combining Equations 5 and 6 yields seven theorems useful in freer transforms. Wow The two operations are applied successively.
(7) (7)
식 7의 의미는 연속적으로 프리어변환과 역프리어변환을 취하면 본래 함수의 원점에 대하여 대칭인 함수를 얻는 것이다. 광학에서 식 7과 같은 프리어변환기의 역할을 하는 것은 볼록렌즈이다.The meaning of Equation 7 is to take a freer transform and an inverse freer transform in succession to obtain a function that is symmetric about the origin of the original function. In optics, it is convex that acts as a freer transducer like Equation 7.
도 4는 프리어변환기로 사용된 볼록렌즈의 원리를 설명하기 위한 도이다.4 is a view for explaining the principle of a convex lens used as a freer converter.
도 4에서 렌즈의 광축방향은 z, 렌즈가 놓여있는 평면은 xy-plane, 볼록렌즈의 두께를 및 볼록렌즈를 구성하는 매질의 굴절률을 n 이라하고, 렌즈 두께에 따른 위상변화를 고려할 때 렌즈의 중심으로부터 (x,y)로 입사하는 광선은 다음과 같은 위상변화를 얻는다.In FIG. 4, the optical axis direction of the lens is z, and the plane on which the lens is placed is xy-plane, and the thickness of the convex lens is shown. And the refractive index of the medium constituting the convex lens is n, and considering the phase change according to the lens thickness, the light incident from the center of the lens to (x, y) obtains the following phase change.
(8) (8)
윗식에서 k는 파수를 의미하며 이고, f는 볼록렌즈의 초점이다. 식8에 의해서 주어진 위상변화는 렌즈로 광선이 들어가고 나오는 뒷 평면과 앞 평면 사이의 위상차가 되며 식 8과 4개의 기본적인 연산자를 결합하여 볼록렌즈의 초점 위치에서 최종적인 결과식을 쓰면 다음과 같다.In the above equation, k means wave number And f is the focus of the convex lens. The phase change given by Eq. 8 is the phase difference between the back plane and the front plane of the light entering and exiting the lens. Combining Equation 8 and the four basic operators gives the final result at the focal position of the convex lens.
(9) (9)
식 9에서 적분식은 식 5와 비교하여 변수를 적당히 대입하면 프리어변환 되는 것을 알 수 있다. 식 9는 평행광이 렌즈로 들어오는 경우 렌즈의 뒷평면은 초점평면에서 정확히 프리어변환이 된다.In Equation 9, the integral expression is compared with Equation 5, and it can be seen that if the variable is properly substituted, it is freer transformed. Equation 9 shows that when parallel light enters the lens, the back plane of the lens is exactly freer transformed from the focal plane.
이제 볼록렌즈를 통하여 프리어변환 된 예를 살펴보자.Now let's look at an example of freer conversion through convex lenses.
도 5는 초점 위치에서 프리어변환된 빛의 세기 분포를 시뮬레이션한 3차원 그래프이고,5 is a three-dimensional graph simulating the intensity distribution of the freer transformed light at the focus position,
도 6은 초점거리와 렌즈의 절반이 되는 거리에서 프리어변환된 빛의 세기 분포를 시뮬레이션한 3차원 그래프이다.FIG. 6 is a three-dimensional graph simulating the distribution of intensity of freer transformed light at a distance that is half the focal length and the lens.
크기가 500 nm x 800 nm인 직사각형 모양의 구경(aperture)을 렌즈를 통하여 프리어변환시킨 결과 마스크의 모양이 파장과 비슷한 정도가 되면 렌즈로부터 떨어진 위치에 따라 빛의 세기 분포가 달라진다는 것을 알 수 있다.The result of freer conversion of a rectangular aperture of 500 nm x 800 nm through the lens shows that the distribution of light intensity varies with the position away from the lens when the shape of the mask is close to the wavelength. have.
그러면 지금부터 도 7을 참조하여 본 발명의 일실시 예를 상세히 설명한다.Now, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 7.
도 7은 본 발명의 노광장치의 개략적인 광학 계통도이다.7 is a schematic optical system diagram of an exposure apparatus of the present invention.
본 발명에 의한 노광장치는 광학계 광원을 제공하는 램프를 구비한 광원부(20), 공기의 플라즈마 현상을 최소화시키기 위한 진공펌프(34), 진공펌프(34)와 연결되는 진공펌프구(39)와 몇 개의 렌즈(36) 및 공간필터(37)로 구성되며, 렌즈(36)의 초점과 공간필터(37)의 위치를 미세하게 조정하여 소정 크기의 단면적을 가진 광원을 만들어내기 위한 광원 확대부(30), 광원 확대부(30)를 지난 광선의 진폭 또는 위상을 제어하며 만들고자하는 상의 프리어변환된 마스크를 포함하고 있는 마스크부(40), 마스크부(40)를 지난 광선의 프리어변환을 위한 렌즈가 있는 렌즈부(50), PR(photoresistor)가 증착된 웨이퍼 및 웨이퍼에 노광과 관계없는 빛을 차단시켜주기 위한 차단장치를 구비한 PR부(60)로 이루어진다. 또한 광원부(20), 광원 확대부(30), 마스크부(40), 렌즈부(50) 및 PR부(60)를 상하, 좌우, 전후로 미세하게 조절할 수 있는 조절장치를 구비하며, 광원부(20), 광원 확대부(30), 마스크부(40), 레즈부(50) 및 PR부(60)를 지지하기 위한 각각의 지지대(22, 32, 42, 52, 62) 및 상기 모든 지지대(22, 32, 42, 52, 62)와 연결되어 외부 충격 및 내부 진동에 쉽게 지지대의 위치와 높이가 변하지 않도록 하기 위한 광학벤치(70)를 포함하여 이루어진다. 더욱이 광학벤치(70)는 광학벤치(70)를 안정적으로 올려놓을 수 있으며 외부로부터의 진동을 방지하기 위한 광학테이블(72)위에 올려져있다. 그러나 광섬유를 통하여 광원확대부(30)에 연결되는 고펄스레이저를 광원으로 사용할 경우 광학테이블(72)은 불필요하게 된다.The exposure apparatus according to the present invention includes a light source unit 20 having a lamp that provides an optical light source, a vacuum pump 34 for minimizing plasma phenomenon of air, a vacuum pump port 39 connected to the vacuum pump 34, and It consists of several lenses 36 and the spatial filter 37, and finely adjusts the focus of the lens 36 and the position of the spatial filter 37 to produce a light source having a cross-sectional area of a predetermined size ( 30), the mask unit 40 including the freer transformed mask of the image to be made while controlling the amplitude or phase of the light beam passing through the light source enlargement unit 30, and the freer conversion of the light beam passing through the mask unit 40. The lens unit 50 includes a lens unit 50 having a lens, a PR unit 60 having a photoresistor (PR) on which the photoresistor is deposited, and a blocking device for blocking light irrelevant to exposure to the wafer. In addition, the light source unit 20, the light source expansion unit 30, the mask unit 40, the lens unit 50 and the PR unit 60 is provided with an adjustment device for finely adjusting up, down, left and right, and the light source unit 20 ), Each support 22, 32, 42, 52, 62 and all the supports 22 for supporting the light source enlarged portion 30, the mask portion 40, the red portion 50, and the PR portion 60. , 32, 42, 52, 62 is made to include an optical bench 70 to prevent the position and height of the support is easily changed to external shock and internal vibration. Furthermore, the optical bench 70 can stably mount the optical bench 70 and is mounted on the optical table 72 to prevent vibration from the outside. However, the optical table 72 becomes unnecessary when a high pulse laser connected to the light source expanding unit 30 through the optical fiber is used as the light source.
이후 노광장치의 각부를 자세히 설명한다.Hereinafter, each part of the exposure apparatus will be described in detail.
먼저 광원부(20)는 광원이 어떤것이냐에 따라 그 구조가 달라질 수 있다. 단색광원을 사용할 경우 램프로부터 단색광을 뽑아내기 위한 칼라필터와 광원을 평행광으로 만들기 위한 렌즈 및 구경이 있어야 하는 반면 레이저 광원을 사용할 경우에는 램프만 있어도 된다.First, the light source unit 20 may have a different structure depending on what the light source is. If a monochromatic light source is used, a color filter for extracting monochromatic light from the lamp and a lens and aperture for parallelizing the light source are required, whereas a laser light source may be used only.
다음으로 광원 확대부(30)는 광원부(20)로부터 거의 평행광의 형태로 방출된 빛이 들어오며, 광원 확대부(30)를 지난 광선은 반드시 평행광이 될 필요는 없다. 따라서 상황에 따라 퍼져나가는 광선이 될 수도 있고, 수렴하는 광선이 될 수도 있다. 또한 광원 확대부(30)는 공기의 플라즈마 현상을 최소화시키기 위해 진공펌프(34)를 사용하며, 플라즈마란 레이저의 평행광이 광원 확대부로 들어가 렌즈시스템을 지나 그 경로에서 반드시 한 번 이상은 초점을 맺혀야 하는데 이때 공기 중의 기체를 레이저빔이 플라즈마하여 백색섬광이 초점근방에서 나타나게 되는 것을 말한다. 이렇게 나타난 백색섬광이 최종적인 나노미터급 상형성에 지나치게 왜곡된 상을 형성시키며, 이러한 플라즈마 현상을 제거하기위한 진공펌프에 의한 진동은 펄스레이저를 사용하면 노출시간이 굉장히 짧기 때문에 문제가 되지 않을 것이지만 완벽한 노광을 위하여 진공펌프의 높은 진동수를 제거하면 더욱 효율적인 노광이 될 것이다. 진동을 제거하는 방법으로는 광원 확대부 지지대(32)를 사용하는 것이 바람직하다. 더욱이 전체 노광장치를 진공챔버에 넣고 빛을 충분히 차단시키면 어떤 환경에서도 사용할 수 있는 노광장치가 될 수 있을 것이다.Next, the light source expansion unit 30 receives light emitted from the light source unit 20 in the form of substantially parallel light, and the light rays passing through the light source expansion unit 30 do not necessarily have to be parallel light. Thus, depending on the situation, it may be a light that spreads out or a light that converges. In addition, the light source enlargement unit 30 uses the vacuum pump 34 to minimize the plasma phenomenon of air, and the plasma is parallel light of the laser enters the light source enlargement unit and passes through the lens system to focus at least once in the path. In this case, the laser beam plasmas the gas in the air so that white flashes appear near the focal point. The white flashes thus formed form an image that is excessively distorted in the final nanometer image formation, and the vibration by the vacuum pump to remove the plasma phenomenon will not be a problem because the exposure time is very short using the pulse laser. Removing the high frequency of the vacuum pump for perfect exposure will result in more efficient exposure. It is preferable to use the light source enlargement support stand 32 as a method of removing a vibration. Furthermore, if the entire exposure apparatus is placed in a vacuum chamber and the light is sufficiently blocked, the exposure apparatus can be used in any environment.
다음으로 마스크부(40)는 최종적으로 만들고자 하는 상의 형태를 가지고있는 프리어변환된 패턴이 형성된 마스크를 장착할 수 있으며, 상기 마스크부(40)는 렌즈부(50) 내부에 포함될 수도 있다.Next, the mask unit 40 may mount a mask on which a freer transformed pattern having a shape of a shape to be finally formed is formed, and the mask unit 40 may be included in the lens unit 50.
다음으로 렌즈부(50)는 내부에 한 개의 렌즈 또는 여러 개의 렌즈로 구성될 수 있으며 렌즈(54)는 볼록렌즈, 오목렌즈, 볼록거울 및 오목거울이 때에 따라 적절히 사용된다. 렌즈(54)의 개수는 원하는 분해능에 따라 선택되게 되며, 분해능에 대한 것은 이후 본 발명에 의한 노광장치의 작동원리에서 자세히 설명한다.Next, the lens unit 50 may be composed of one lens or several lenses therein, and the lens 54 may be appropriately used as the convex lens, the concave lens, the convex mirror, and the concave mirror. The number of lenses 54 is selected according to the desired resolution, which will be described in detail later in the operating principle of the exposure apparatus according to the present invention.
본 발명에 의한 노광장치를 사용하여 패터닝하기 위해서는 먼저 마스크부에 장착되는 프리어변환된 패턴이 형성된 마스크가 필요하므로 프리어변환된 패턴이 형성된 마스크의 제작방법에 대하여 설명한다.In order to pattern using the exposure apparatus according to the present invention, since a mask on which a freer converted pattern is first mounted on the mask part is required, a method of manufacturing a mask on which a freer converted pattern is formed will be described.
프리어변환된 패턴은 모두 여섯 단계를 거쳐 만들어지게 되며 그 첫 번째는 본 발명의 노광장치를 사용하여 만들고자 하는 상의 모양을 그림으로 그리는 단계이다.The freer-converted pattern is made through six steps, and the first step is to draw a shape of an image to be made using the exposure apparatus of the present invention.
도 8은 본 발명의 노광장치로 최종적으로 만들고자하는 형상이라 가정하자.8 is a shape to be finally made by the exposure apparatus of the present invention.
도 8의 그림은 그림을 그리는 도구 즉, 종이와 연필 또는 컴퓨터 등을 사용 하여 그린 후 컴퓨터에 저장한 그림파일의 형태로 존재하며, 그 모양은 도 8에 도시된 바와 같이 대칭의 형태 일수도 있지만 어떤 방향으로도 대칭이 되지 않는 임의형상(arbitrary shape) 일수도 있다. 도 8의 바둑판 모양의 작은 조각은 픽셀(pixel)을 나타낸 것이며, 그림 안에 서로 다른 선폭이 몇 종류인가에 따라 최소선폭(minimum feature size)의 픽셀 개수가 결정된다.The figure of FIG. 8 exists in the form of a picture file stored in a computer after drawing using a drawing tool, that is, paper and pencil or a computer, and the shape may be symmetrical as shown in FIG. It may be an arbitrary shape that is not symmetric in any direction. The small pieces of the checkerboard of FIG. 8 represent pixels, and the number of pixels of the minimum feature size is determined by the number of different line widths in the picture.
두 번째는 상기 그림을 수치화 하는 단계이다.The second step is to digitize the picture.
도 9는 도 8을 0과 1로 수치화한 변환데이타를 나타낸 도이다.FIG. 9 is a diagram illustrating conversion data obtained by digitizing FIG. 8 to 0 and 1. FIG.
도 8은 도 9와 같이 0과 1로 표현될 수 있다. 도 8에서 PR(photoresist)이 음각 또는 양각과 같은 물질종류에 따라 또는 그림을 어떻게 그리느냐에 따라 흰 픽셀을 1, 어두운 픽셀을 0이라 할 수도 있고 반대로 흰 픽셀을 0, 어두운 픽셀을 1이라 할 수도 있다. 도 9와 같이 도 8을 수치화하는 것은 일반적인 변환프로그램을 사용하여 쉽게 파일로 만들 수 있다.8 may be represented by 0 and 1 as shown in FIG. 9. In FIG. 8, a white pixel may be referred to as 1, a dark pixel may be referred to as 0, and a dark pixel may be referred to as 1 according to a material type such as PR or intaglio or how the picture is drawn. have. As shown in FIG. 9, the numerical value of FIG. 8 can be easily made into a file using a general conversion program.
세 번째는 수치화한 데이터를 원점대칭으로 만드는 단계이다. 원점대칭을 하는 방법은 도 10과 도 11을 참조하여 설명한다.The third step is to make the quantized data origin-symmetric. The method of origin symmetry will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
도 10a 와 도 10b는 수치화한 데이터를 원점대칭하는 방법을 설명하기위한 마주보는 두개의 물체를 나타낸 도이고,10A and 10B are diagrams illustrating two opposing objects for explaining a method of performing origin symmetry on digitized data.
도 11a 와 도 11b는 수치화한 데이터를 원점대칭하는 방법을 설명하기위한 마주보는 네개의 물체를 나타낸 도이다.11A and 11B are diagrams illustrating four facing objects for explaining a method of performing origin symmetry on digitized data.
도 10a과 같이 원점 대칭의 형태가 아닌 임의형상을 프리어변환하는 경우 마스크에 형성시킬 수 없으므로 프리어변환하기전에 임의 형상을 원점대칭의 형태로 만들어야 한다.As in FIG. 10A, when a freer transform of an arbitrary shape that is not in the form of origin symmetry cannot be formed in a mask, an arbitrary shape must be made in the form of origin symmetry before freer conversion.
웨이퍼 위에 새기고자 하는 마스크를 도 10a 형태라 가정할 때 이를 수식으로 쓰면Assuming that the mask to be etched on the wafer is in the form of Fig. 10a,
(10) 10
이된다. 만약 도 10b처럼 원점에 대칭으로 마스크를 놓으면 1사분면에 있는 마스크는 로 표현되고, 3사분면에 있는 마스크는 로 표현된다. 따라서 이것을 식 10에 대입하여 정리하면 다음과 같다.Become. If you put the mask symmetrically at the origin as in Figure 10b, the mask in the first quadrant Represented by, the mask in the third quadrant It is expressed as Thus, substituting this into Eq. 10 yields:
(11) (11)
도 10b처럼 마스크를 대칭형태로 놓으면 식 11과 같이 된다. 도 11a와 도 11b 역시 같은 접근방법으로 원점대칭형태를 만들 수 있다.If the mask is placed in a symmetrical form as shown in Fig. 10b, it becomes as in Equation 11. 11A and 11B can also create origin symmetry using the same approach.
도 11b의 모양에 대하여 프리어변환한 결과는 다음과 같다.The result of freer transformation on the shape of FIG. 11B is as follows.
(12) (12)
식 11과 식 12는 거의 유사한 형태가 되며, 실제적으로 식 12를 적용하는 경우는 대칭이 어느 한쪽으로 가능한 경우에 적용된다.Equations 11 and 12 become almost similar forms, and in practice, Equation 12 is applied when symmetry is possible.
네 번째는 프리어변환하는 단계이다. 프리어변환은 마스크의 전기장 성분과 상의 전기장 성분 사이의 관계이다. 그런데 우리가 측정하는 것은 전기장의 크기에 제곱과 비례하는 빛의 세기가 된다. 그렇다면 빛의 세기 형태로 마스크를 제작하여 사용할 경우 어떤 문제가 생길 수 있는지 살펴보자. 식 5와 식 6에서 사용한 두 함수 와 는 각기 마스크평면과 상평면에서 전기장의 성분으로 표현한 것이다. 만약에 빛의 세기를 프리어변환시키면 다음과 같이 쓸 수 있다.The fourth step is freer conversion. The freer transformation is the relationship between the electric field component of the mask and the electric field component of the phase. But what we measure is the intensity of light that is proportional to the square of the magnitude of the electric field. So let's see what can happen if you create and use a mask in the form of light intensity. Two Functions Used in Equations 5 and 6 Wow Is expressed as a component of the electric field in the mask plane and the image plane, respectively. If we change the intensity of light to freer we can write
(13) (13)
식 13에서 는 회선(convolution)을 나타내는 기호이며 마스크의 빛의 세기 를 프리어변환시키면 전기장 성분을 프리어변환시킨 결과를 서로 회선시킨 결과가 된다는 의미이다. 즉, 빛의 세기를 프리어변환시키면 우리가 원하는 결과를 회선시킨 결과를 얻게 된다.In Equation 13 Is a symbol for convolution and the light intensity of the mask Freer conversion means that the result of freer-converting electric field components is the result of linking each other. In other words, if we freer transform the intensity of the light, we get the result of converting the result we want.
만약 프리어변환하는 함수 가 원점에 대하여 대칭이라면 즉, 일 경우 식 5와 식 6에 의하여 다음과 같이 쓸 수 있다.Freer transform function If is symmetric about the origin, In the case of Eq. 5 and Eq. 6, we can write
(14) (14)
따라서 프리어변환시키는 어떤 함수가 원점에 대하여 대칭이라면 역프리어변환시킨 결과와 같은 결과를 얻는다. 만약 원점에 대하여 대칭인 상을 볼록렌즈로 프리어변환 시키면 역프리어변환시킨 결과와 같다.Thus, if a function to freer transform is symmetric about the origin, the result is the same as the result of inverse freer transform. If the image symmetric with respect to the origin is freer transformed into a convex lens, it is the same as the result of inverse freer transformed.
따라서 원점에 대하여 대칭으로 만든 식을 프리어변환하면 도 12의 형태가 된다.Therefore, if the equation made symmetrically with respect to the origin is freer transformed, the shape of FIG.
도 12는 도 5의 측면도이다.12 is a side view of FIG. 5.
다섯 번째는 프리어변환된 결과 값에서 음수를 제거하는 단계이다. 마스크는 기본적으로 빛의 투과률로 수를 표시할 수 있기 때문에 음수를 표현할 수 없다. 따라서 도 12에 도시된 음수를 제거해야한다.The fifth step is to remove negative numbers from the result of freezing. Masks can't represent negative numbers because they can display numbers in terms of light transmission. Therefore, the negative numbers shown in FIG. 12 should be removed.
이와 같은 개념으로 위상마스크도 원하는 마스크의 프리어변환된 결과를 위상으로 표현하기 위하여 마스크를 제작할 수 있다.With this concept, a phase mask can also be manufactured to express the result of the pre-transformation of a desired mask as a phase.
마지막은 상기 음수가 제거된 프리어변환된 패턴을 이용하여 마스크를 제작하는 단계이다. 마스크는 필름, 글라스 등의 투명 평판상에 제작할 수 있다. 예를 들어, 필름에 상기 패턴을 형성하여 마스크를 제작하는 필름 마스크 제작 단계에 대하여 설명한다. 상기 프리어변환하여 음수를 제거한 파일을 마스크로 제작하는데 있어서, 가장 이상적인 조건은 흑백등급으로 표현할 수 있는 등급의 수가 굉장히 많고, 필름의 공간분해능 즉, 인접한 점 사이의 가장 짧은 거리가 가능하면서 큰 필름이다. 마스크를 이용하는데 있어서 최소선폭 못지않게 넓은 면적을 노광시킬 수 있는 능력이 중요하며, 이에 영향을 미치는 요소가 바로 공간분해능과 흑백등급의 개수이다.Lastly, a mask is fabricated using the pre-transformed pattern from which the negative number is removed. A mask can be produced on transparent flat plates, such as a film and glass. For example, the film mask preparation step of forming the mask by forming the pattern on the film will be described. In making the mask with negative numbers removed by the freer conversion, the most ideal condition is that the number of grades that can be expressed in black and white grade is very large, and that the spatial resolution of the film, that is, the shortest distance between adjacent points, is large. to be. In using a mask, the ability to expose a large area no less than the minimum line width is important. The factors affecting this are the spatial resolution and the number of black and white grades.
도 13는 흑백 또는 칼라 등급에 따른 패턴의 모습을 설명하기위한 도이다.13 is a view for explaining the appearance of the pattern according to the black and white or color grade.
흑백등급의 개수에 따라 도 13에 도시한 바와 같이 최종적으로 얻으려는 패턴 모양이 달라지며, 흑백등급의 개수가 증가할수록 코너의 모양이 날카로워진다.According to the number of black and white grades, the shape of the pattern to be finally obtained differs as shown in FIG. 13, and as the number of black and white grades increases, the shape of the corner becomes sharper.
또한 몇 개의 pixel로 그려야 할지를 결정하는 것도 중요하다. 예를 들면 2인치 렌즈를 사용한 광학계와 3 cm크기를 갖는 마스크를 사용하며, 3000개의 pixel을 정한다면 pixel 사이의 간격은 10마이크론이 되는 것이다. 그러나 픽셀의 크기는 필름의 아사(ASA) 수와 관련이 있고 무한히 작게 할 수는 없으므로 픽셀 사이의 간격은 대략 필름에서 grain의 크기와 거의 같은 order로 하며, 광학계에서 픽셀의 크기는 얼마나 큰 상을 구현할 수 있느냐와 직접 관련된다.It is also important to determine how many pixels to draw. For example, an optical system using a 2 inch lens and a mask having a size of 3 cm are used. If 3000 pixels are selected, the distance between the pixels is 10 microns. However, because the size of the pixel is related to the number of asa (ASA) of the film and cannot be infinitely small, the spacing between the pixels is approximately the same order of grain size as the film, and how large the size of the pixel is in the optical system. It is directly related to whether it can be implemented.
이와 같은 필름제작에 사용되는 장치로는 필름리코더와 홀로그램 기록장치 등이 사용될 수 있다.As a device used for producing such a film, a film recorder, a hologram recording device, or the like may be used.
전술한 여섯 단계의 과정을 거쳐 만들어진 프리어변환된 패턴과 원본 물체를 비교하면 다음과 같다.Comparing the pre-converted pattern made through the above six steps and the original object is as follows.
도 14은 물체의 모양이다.14 is the shape of an object.
도 15는 프리어변환된 패턴도이다.15 is a pattern diagram obtained by freezing.
이상은 본 발명의 노광장치에 사용되는 프리어변환된 패턴을 제작하는 과정이었고 이후 전술한 마스크를 사용한 노광장치의 동작원리는 도 16과 도 17을 참조하여 설명한다.The above has been a process of fabricating the freer transformed pattern used in the exposure apparatus of the present invention, and the operation principle of the exposure apparatus using the mask described above will be described with reference to FIGS. 16 and 17.
도 16은 본 발명의 한 개의 렌즈로 이루어진 노광장치를 설명하기 위한 도이다.Fig. 16 is a view for explaining an exposure apparatus composed of one lens of the present invention.
한 개의 렌즈를 사용할 경우 프리어변환된 패턴(82)과 렌즈(83)의 거리는 d이고, 렌즈(83)의 초점거리는 f이고, 렌즈(83)로 입사하는 광선(81)은 평행광이 아니며, 점광원(미도시)은 프리어변환된 패턴(82)으로부터 거리 z1 만큼 떨어져있다. 렌즈(83)를 통하여 프리어변환된 결과는 다음과 같다.When one lens is used, the distance between the pre-converted pattern 82 and the lens 83 is d, the focal length of the lens 83 is f, and the light ray 81 incident on the lens 83 is not parallel light. , The point light source (not shown) is separated by the distance z 1 from the freer transformed pattern 82. The result of freer conversion through the lens 83 is as follows.
(15) (15)
다음으로 두 개의 렌즈계를 사용한 경우는 초점거리 f1 인 렌즈가 놓여있고 이 렌즈 뒤에 거리 d 만큼 떨어진 위치에 프리어변환된 패턴을 놓는다. 이 프리어변환된 패턴으로부터 거리 z1 이 되는 위치에 점광원이 놓여있다. 초점거리 f2 인 두 번째 렌즈는 첫 번째 렌즈로부터 거리 z2 만큼 떨어져 있으며 두 번째 렌즈로부터 거리 z3 만큼 떨어진 위치에서 프리어변환이 된다. 프리어변환된 상의 모양은 다음과 같다.Next, in case of using two lens systems, a lens having a focal length f 1 is placed, and a freer transformed pattern is placed at a position separated by the distance d behind the lens. The point light source lies at a position which becomes a distance z 1 from this freer transformed pattern. The second lens having a focal length f 2 is freer transformed at a distance z 2 away from the first lens and a distance z 3 away from the second lens. The shape of the freer transformed phase is as follows.
(16) (16)
(17) (17)
식 17는 식 16에서 사용한 변수들이다.Equation 17 is the variables used in Equation 16.
이제 세 개의 렌즈를 사용한 경우를 생각해 보자.Now consider the case of using three lenses.
도 17은 본 발명의 세 개의 렌즈로 이루어진 노광장치를 설명하기 위한 도이다.17 is a view for explaining an exposure apparatus consisting of three lenses of the present invention.
광원으로 부터 나온 광선(91)은 프리어변환된 패턴(92)를 통과하여 초점거리가 f1인 첫 번째 렌즈(93)를 통과하고 이어 초점거리가 f2인 두 번째 렌즈(94)와 초점거리가 f3 일때 세 번째 렌즈(95)를 통과하여 평면(96)에 상이 맺히게 된다. 그리고 광원(미도시)에서 프리어변환된 패턴(92)까지의 거리는 z1이고 첫 번째 렌즈(93)과 두 번째 렌즈(94)사이의 거리는 z2이고 두 번째 렌즈(94)와 세 번째 렌즈(95)의 떨어진 거리는 z3 이며 세 번째 렌즈(95)로부터 프리어평면(96)의 거리가 z4가 된다. 세 개의 렌즈를 사용하는 경우도 전술한 한 개의 렌즈와 두 개의 렌즈를 사용하여 얻은 결과와 마찬가지로 프리어변환된 상이 맺히게 된다. 도 17에서는 편의상 입사광선을 평행광이라 놓았고, 마스크와 첫 번째 렌즈 사이의 떨어진 거리d는 0이다.Light rays 91 from the light source pass through the freer transformed pattern 92 and pass through the first lens 93 having a focal length of f1, followed by a focal length of the second lens 94 with a focal length of f2. At f3, the image passes through the third lens 95 and forms an image on the plane 96. The distance from the light source (not shown) to the free-converted pattern 92 is z 1 , the distance between the first lens 93 and the second lens 94 is z 2, and the second lens 94 and the third lens are The distance of 95 is z 3 and the distance of the free plane 96 from the third lens 95 is z 4 . In the case of using three lenses, a freer transformed image is formed in the same manner as the result obtained by using one lens and two lenses. In FIG. 17, incident light is referred to as parallel light, and a distance d between the mask and the first lens is 0. FIG.
지금까지 세 개까지의 렌즈로 이루어진 노광계를 살펴보았지만 이보다 더 많은 렌즈를 사용한 노광계가 있을 수 있으며 렌즈의 개수에 따라 프리어평면에서 분해능이 달라진다. 다음은 분해능 계산법을 나타내며 이 계산은 마스크의 이차원 평면 (xy-평면) 중에서 x-축 방향의 크기만을 생각했다. y-축 방향의 크기도 동일한 방법으로 생각하면 되기 때문이다.Up to now, the exposure system consisting of up to three lenses has been described, but there may be an exposure system using more lenses than this, and the resolution in the freer plane varies depending on the number of lenses. The following shows the resolution calculation method, which considers only the size in the x-axis direction in the two-dimensional plane (xy-plane) of the mask. This is because the magnitude in the y-axis direction can be considered in the same way.
(18) (18)
식 18에서 사용된 는 직사각형 모양의 구경을 프리어변환했을 때 x-축 방향으로의 첫 번째 0이 나오는 길이를 의미한다.Used in Equation 18 Is the length of the first zero in the x-axis direction when freer transforming a rectangular aperture.
도 18 도 8의 z1에 따른 x축 방향의 선폭 그래프이다.18 is a graph of a line width in the x-axis direction according to z 1 in FIG. 8.
만약 평행광이 마스크에 입사하면 가 되며 도 10에서 x-축 방향의 폭은 20 가 된다는 것을 알 수 있다.If parallel light enters the mask In FIG. 10, the width in the x-axis direction is 20 It can be seen that
이상으로 프리어변환에 대하여 정리하면 다음과 같다.The freer transform is as follows.
프리어변환된 패턴과 PR 위의 상은 프리어변환 관계 이며, 렌즈부(50)가 프리어변환을 시켜준다. 그리고 프리어변환된 패턴과 PR 위의 상은 프리어변환 관계로부터 다음과 같은 특성이 있음을 알 수 있다. 프리어변환된 패턴에서 크게 표현 한 것은 PR 위의 상에서 작게 표현되며 마스크에서 작게 표현 한 것은 PR 위의 상에서 크게 표현된다. 이 사실로 마스크에서 pixel 사이의 간격을 작은 크기로 하면 PR 위에서 큰 상으로 표현되며, 마스크에서 pixel 사이의 간격을 큰 크기로 하면 PR 위에서 작은 상으로 표현된다. 따라서 흑백등급과 pixel 간격은 본 발명에서 매우 중요한 변수이며 이에 대한 적당한 값의 범위는 컴퓨터 시뮬레이션으로부터 얻을 수 있다.The freer transformed pattern and the image on the PR have a freer conversion relationship, and the lens unit 50 performs freer conversion. The freer transformed pattern and the phase on the PR have the following characteristics from the freer transform relationship. Larger representations on the freer transformed patterns are smaller on the image on the PR and smaller representations on the PR image are on the image on the PR. As a result, if the spacing between pixels in the mask is small, it is represented as a large image on the PR. If the spacing between pixels in the mask is large, the image is represented as a small image on the PR. Therefore, black and white grades and pixel spacing are very important variables in the present invention and a suitable range of values can be obtained from computer simulation.
본 발명의 임의형상을 나노미터급으로 패터닝하기 위한 노광장치 및 프리어 변환된 패턴이 형성된 마스크의 제작방법은 전술한 실시예에 국한 되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.An exposure apparatus for patterning an arbitrary shape of the present invention to a nanometer level and a method of manufacturing a mask on which a freer transformed pattern is formed are not limited to the above-described embodiments, and various modifications are made within the range allowed by the technical idea of the present invention. You can do it.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 임의형상을 나노미터급으로 패터닝하기 위한 노광장치 및 프리어변환된 패턴이 형성된 마스크 제작방법에 따르면, 임의형상을 원점대칭의 형태로 만들어 프리어변환을 한 뒤 음수를 제거하는 방법으로 프리어변환된 패턴이 형성된 마스크를 이용하여, 종래의 노광장치에 프리어 변환을 위한 렌즈의 배열을 변형하면 임의형상을 나노미터급으로 패터닝 할 수 있어서 장비의 가격이 싸고 조작이 용이하며 새로운 회로를 제작할 때 해당 프리어변환된 패턴만 바꿔주면 되므로, 반도체 공정 시 칩의 단가를 혁신적으로 낮출 수 있을 뿐만 아니라 나노미터 가공이 필요한 전 분야에서 연구와 생산을 용이하게 할 수 있도록 한 임의형상을 나노미터급으로 패터닝하기 위한 노광장치 및 프리어변환된 패턴이 형성된 마스크 제작방법을 제공한다.According to an exposure apparatus for patterning an arbitrary shape of the present invention as described above and a mask forming method with a freer transformed pattern, the random shape is formed in the form of origin symmetry and the negative shape is performed after the freer conversion. By using a mask in which a pattern formed by freer conversion is removed by using a mask, a lens array for freer conversion is deformed in a conventional exposure apparatus, so that arbitrary shapes can be patterned to nanometer level, so that the equipment is inexpensive and operated. It is easy to change the pre-converted pattern only when manufacturing a new circuit, which not only lowers the cost of the chip during semiconductor processing but also facilitates research and production in all fields requiring nanometer processing. A mask formed with an exposure apparatus and a free-formed pattern for patterning an arbitrary shape to nanometer scale They provide a production method.
도 1은 종래 노광장치의 광학 계통도,1 is an optical system diagram of a conventional exposure apparatus;
도 2는 광학계 광원의 사용파장에 대한 최소선폭 향상 추이의 연도별 그래프,2 is a yearly graph of the trend of improving the minimum line width with respect to the wavelength of use of the optical system light source,
도 3은 렌즈의 수치구경 계산식을 설명하기 위한 도,3 is a view for explaining a numerical aperture calculation formula of a lens;
도 4는 프리어변환기로 사용된 볼록렌즈의 원리를 설명하기 위한 도,4 is a diagram for explaining the principle of a convex lens used as a freer converter;
도 5는 초점 위치에서 프리어변환된 빛의 세기 분포를 시뮬레이션한 3차원 그래프,5 is a three-dimensional graph simulating the intensity distribution of the light free-converted at the focus position,
도 6은 초점거리와 렌즈의 절반이 되는 거리에서 프리어변환된 빛의 세기 분포를 시뮬레이션한 3차원 그래프,FIG. 6 is a three-dimensional graph simulating the distribution of intensity of freer transformed light at a distance that is half the focal length and the lens;
도 7은 본 발명의 노광장치의 개략적인 광학 계통도,7 is a schematic optical system diagram of an exposure apparatus of the present invention;
도 8은 본 발명의 노광장치로 최종적으로 만들고자하는 형상의 그림,8 is a figure of the shape to be finally made with the exposure apparatus of the present invention,
도 9는 도 8을 0과 1로 수치화한 변환데이타를 나타낸 도,FIG. 9 is a diagram illustrating conversion data obtained by digitizing FIG. 8 to 0 and 1;
도 10a 와 도 10b는 수치화한 데이터를 원점대칭하는 방법을 설명하기위한 마주보는 두개의 물체를 나타낸 도이고,10A and 10B are diagrams illustrating two opposing objects for explaining a method of performing origin symmetry on digitized data.
도 11a 와 도 11b는 수치화한 데이터를 원점대칭하는 방법을 설명하기위한 마주보는 네 개의 물체를 나타낸 도,11A and 11B are diagrams illustrating four facing objects for explaining a method of performing origin symmetry on digitized data;
도 12a와 도 12b는 본 발명의 노광장치에서 프리어변환된 결과에서 두개의 마스크를 사용하여 허수를 제거하는 방법을 설명하기위한 도,12A and 12B are diagrams for explaining a method of removing an imaginary number using two masks in the result of freer conversion in the exposure apparatus of the present invention;
도 13은 흑백 또는 칼라 등급에 따른 패턴의 모습을 설명하기위한 도,13 is a view for explaining the appearance of the pattern according to the black and white or color grade;
도 14는 물체의 모양,14 is the shape of an object,
도 15는 프리어변환된 패턴도,15 is a pattern diagram free-transformed,
도 16은 본 발명의 한 개의 렌즈로 이루어진 노광장치를 설명하기 위한 도Fig. 16 is a view for explaining an exposure apparatus composed of one lens of the present invention.
도 17은 본 발명의 세 개의 렌즈로 이루어진 노광장치를 설명하기 위한 도,17 is a view for explaining an exposure apparatus consisting of three lenses of the present invention;
도 18은 도 8의 z1에 따른 x축 방향의 선폭 그래프이다.FIG. 18 is a line width graph in the x-axis direction according to z 1 of FIG. 8.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***
11 : 광원 12 : 콘덴서11 light source 12 condenser
13 : 마스크 14 : 전면 투사렌즈13: mask 14: front projection lens
15 : 후면 투사렌즈 16 :실리콘 웨이퍼15: rear projection lens 16: silicon wafer
20 : 광원부 22 : 광원부 지지대20: light source unit 22: light source unit support
30 : 광원 확대부 32 : 광원 확대부 지지대30: light source expansion unit 32: light source expansion unit support
34 : 진공펌프 36 : 렌즈34: vacuum pump 36: lens
37 : 공간필터 39 : 진공펌프구37: space filter 39: vacuum pump port
40 : 마스크부 42 : 마스크부 지지대40: mask portion 42: mask portion support
50 : 렌즈부 52 : 렌즈부 지지대50 lens unit 52 lens unit support
54 : 렌즈 60 : PR부54 lens 60 PR part
62 : PR부 지지대 70 : 광학벤치62: PR support base 70: optical bench
72 : 광학테이블 81 : 광선72: optical table 81: light beam
82 : 프리어변환된 패턴 83 : 렌즈82: freer transformed pattern 83: lens
84 : 평면 91 : 광선84: plane 91: rays
92 : 프리어변환된 패턴 93 : 첫 번째 렌즈92: Freer transformed pattern 93: First lens
94 : 두 번째 렌즈 95 : 세 번째 렌즈94: second lens 95: third lens
96 : 평면96: flat
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