KrF 엑시머 레이저를 이용한 웨이퍼 스텝퍼의 제작 및 성능분석

This paper describes the design and development of a KrF excimer laser stepper and discusses the detailed system parameters and characterization data obtained from the performance test. We have developed a deep UV step-and-repeat system, operating at 248 nm, by retrofitting a commercial modules such as KrF excimer laser, precision wafer stage and fused silica illumination and 5X projection optics of numerical aperture 0.42. What we have developed, to the basic structure, are wafer alignment optics, reticle alignment system, autofocusing/leveling mechanisms and environment chamber. Finally, all these subsystem were integrated under the control of microprocessor-based controllers and computer. The wafer alignment system comprises the OFF-AXIS and the TTL alignment. The OFF-AXIS alignment system was realized with two kinds of optics. One is the magnification system with the image processing technique and the other is He-Ne laser diffraction type system using the alignment grating on the wafer. 'The TTL alignment system employs a dual beam inteferometric method, which takes advantages of higher diffraction efficiency compared with other TTL type alignment systems. As the results, alignment accuracy for OFF-AXIS and TTL alignment system were obtained within 0.1 $\mu\textrm{m}$/ 3 $\sigma$ for the various substrate on the wafers. The wafer focusing and leveling system is modified version of the conventional systems using position sensitive detectors (PSD). This type of detection method showed focusing and leveling accuracies of about $\pm$ 0.1 $\mu\textrm{m}$ and $\pm$ 0.5 arcsec, respectively. From the CD measurement, we obtained 0.4 $\mu\textrm{m}$ resolution features over the full field with routine use, and 0.3 $\mu\textrm{m}$ resolution was attainable under more strict conditions.

본 연구에서는 설계제작된 KrF 엑시머 레이저 스텝퍼는 광원인 KrF엑시머 레이저, 조명광학계, 축소트영광학계, 정밀구동 웨이퍼 스테이지, 정렬시스템 및 이들을 제어하기 위한 제어계로 구성되어 있다. 본 실험에서 사용한 KrFdprtlaj 레이저는 밴드폭 3pm, 반복주파수 200Hz, 평균축력 3W이고, 5:1 투영렌즈는 N.A. 0.42, 전체 필드영역 $\varphi$21.2mm, 왜곡수차 최대 60nm 이하이다. 또한 정밀구동 웨이퍼 스테이지의 재현성과 해상도는 각각 $\pm$0.08$\mu\textrm{m}$/200mm(3 sigma), 100mm 반경에서 0.05 $\mu\textrm{m}$이다. 자동 초점 시스템은 $\pm$50$\mu\textrm{m}$범위에서 0.1$\mu\textrm{m}$의 해상도를 나타냈으며, 자동수평시스템은 120 arcsec 범위에서 larcsec의 해상도를 나타냈다. OFF-AXIS 정렬방식에서는 0.2$\mu\textrm{m}$의 해상도를 가지며, 두빔의 간섭을 이용한 새로운 TTL 정렬은 0.1$\mu\textrm{m}$의 해상도를 나타냈다. 스텝퍼 패턴 실험결과 SAL603레지스트를 사용하였을 때 웨이퍼의 노광후 열처리 $105^{\circ}C$, 60초에서 0.3$\mu\textrm{m}$ Lines and Spaces(L/S)까지 해상되었으며, 0.34$\mu\textrm{m}$ L/S에서 1$\mu\textrm{m}$의 초점심도를 얻을 수 있었다. 마스크 패턴과 레지스트 패턴의 선형성은 0.4$\mu\textrm{m}$ L/S가지 유지 되었다. 또한 XP-89131레지스트의 경우 노광후 열처리 $110^{\circ}C$, 60초에서 0.34$\mu\textrm{m}$ L/S까지 해상됨을 알수 있었다.