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KR100554253B1 - 리소그래피 장치, 디바이스 제조방법, 및 그것에 의해제조된 디바이스 - Google Patents

리소그래피 장치, 디바이스 제조방법, 및 그것에 의해제조된 디바이스 Download PDF

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KR100554253B1
KR100554253B1 KR1020010039611A KR20010039611A KR100554253B1 KR 100554253 B1 KR100554253 B1 KR 100554253B1 KR 1020010039611 A KR1020010039611 A KR 1020010039611A KR 20010039611 A KR20010039611 A KR 20010039611A KR 100554253 B1 KR100554253 B1 KR 100554253B1
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KR
South Korea
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projection
radiation
pupil
optical element
projection beam
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KR1020010039611A
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크리케얀야프
유를링스마르쿠스프란시스쿠스안토니우스
회게얀
판데르벤파울
Original Assignee
에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

리소그패피 투영장치는 상기 투영장치의 퓨필내의 투영빔의 타원성 대칭 강도 비정상성을 변화시키는 조명 시스템에 제공된 광학요소를 갖고, 상기 광학 요소는, 그에 의해 도입된 강도 비정상성의 변화가 상기 투영빔에 존재하거나 상기 투영빔이 통과하는 또다른 광학 요소에 의해 도입되는 타원성 대칭 강도 비정상성을 상쇄시키도록, 상기 투영장치의 광학축을 중심으로 회전된다.

Description

리소그래피 장치, 디바이스 제조방법, 및 그것에 의해 제조된 디바이스 {LITHOGRAPHIC APPARATUS, DEVICE MANUFACTURING METHOD, AND DEVICE MANUFACTURED THEREBY}
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 제1실시예의 조명 시스템의 더욱 상세한 도면,
도 3a 및 도 3b는 회절광학요소에서 마이크로렌즈의 회전효과를 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 제2실시예에서 조명 시스템 부분을 나타내는 도면,
도 5는 투영빔의 단면, 상기 단면에 대한 좌표계, 및 상기 단면내의 세장된 부분(elongated section)을 나타내는 도면,
도 6은 제3실시예의 부분 투과 방사선 필터, 상기 필터에 대한 좌표계, 및 상기 필터내에 포함된 세장된 부분을 나타내는 도면,
도 7은 상기 투영빔의 단면 및 두 개의 부분 투과 방사선 필터에 대한 좌표계를 나타내는 도면,
도 8은 본 발명의 제4실시예의 조명 시스템의 부분을 나타내는 도면,
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예의 조정가능한 판 요소의 효과를 나타내는 도면,
도 10a 내지 도 10c는 도 9a 및 도 9b에서 본 발명의 실시예의 조정가능한 판요소의 조정에 의해 달성 가능한 상이한 효과를 나타내는 도면이다.
본 발명은,
-방사 투영빔을 제공하는 방사시스템으로서, 상기 투영빔의 각도와 공간 에너지 분포를 조정하고 조명 시스템의 퓨필내에 상기 투영빔의 미리 선택된 강도 분포를 제공하는 상기 조명 시스템을 포함하는 상기 방사시스템,
- 소정 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝(patterning)하는 패터닝 수단을 지지하는 지지구조체,
-기판을 유지하고 장치에서 정의된 X,Y 좌표계의 X 및 Y 방향을 따라 이동가능한 기판테이블,
-상기 기판의 목표영역위에 패터닝된 빔을 투영하고 투영 시스템의 퓨필상에 상기 강도 분포를 투영하는 투영 시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치내의 조명 시스템의 개선에 관한 것이다.
"패터닝 수단" 이라는 용어는 상기 기판의 목표영역에 생성될 패턴에 대응하는 패터닝된 단면을 포함하는 입사 방사빔을 제공하기 위해 사용될 수 있는 수단을 가리키는 것으로 널리 해석되어야 한다; "라이트 밸브" 라는 용어 역시 마찬가지 맥락으로 사용되었다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적 회로 또는 다른 장치(아래의 설명을 참조)와 같은 목표영역에 생성되는 디바이스내의 특정 기능층에 대응할 것이다. 이러한 패터닝 수단의 예시는 다음과 같은 것을 포함한다.
- 마스크. 마스크의 개념은 리소그래피 기술에 잘 알려져 있고, 다양한 하이브리드 마스크 형태 뿐만 아니라 이진, 교번 위상 시프트, 및 감쇠 위상 시프트등의 마스크 형태를 포함한다. 방사빔내의 마스크 배치는 마스크상의 패턴에 따라 마스크상에 부딪히는 방사선의 선택적 투과(투과형 마스크의 경우) 또는 반사(반사형 마스크인 경우)를 일으킨다. 마스크의 경우에 지지구조체는 일반적으로 상기 마스크가 입사 방사빔내의 소정 위치에 고정될 수 있고, 원한다면 상기 빔에 대하여 상대적으로 이동할 수 있는 것을 보장하는 마스크테이블이 된다.
- 프로그램가능한 미러 어레이. 이러한 장치의 예시는 점탄성 제어층을 갖는 매트릭스-어드레서블 표면과 반사 표면이다. 상기 장치의 기본 원리는, (예를 들어) 반사 표면의 어드레스된 영역이 입사 광선을 회절된 광선으로서 반사시키는 반면, 비어드레스된 영역은 입사된 광선을 비회절된 광선으로서 반사한다. 적절한 필터를 사용하면, 상기 비회절된 광선은 반사된 빔으로부터 필터링되고 상기 회절된 광선만 남게 할 수 있다. 이러한 방법으로 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 의해 상기 빔이 패터닝된다. 적당한 전자 수단을 사용하여 필요한 매트릭스 어드레싱이 실시될 수 있다. 상기 미러 어레이에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제 5,296,891호 및 제 5,523,193호로부터 얻어질 수 있다. 프로그램 가능한 미러 어레이의 경우에, 상기 지지구조체는 요구되는 바와 같이 고정 또는 이동 가능할 수 있는 프레임 또는 테이블로 구현될 수 있다.
- 프로그램가능한 LCD 어레이. 이러한 구성의 예시는 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제 5,229,872호에 나타나 있다. 상술된 바와 같이, 이러한 경우에 상기 지지구조체는 요구되는 바와 같이 고정 또는 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블로 구현될 수 있다.
간략화를 위해서, 본 명세서의 나머지 부분에서는 마스크와 마스크 테이블과 관련된 예시를 상세히 나타낼 것이다. 그러나, 본 예시에 나타난 일반적인 원리는 상술된 바와 같은 패터닝 수단의 더욱 넓은 의미로 이해되어야 한다.
리소그래피 투영장치는 예를 들어 집적 회로(ICs)의 제조에서 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 패터닝 수단은 집적 회로의 개별층에 대응하는 회로 패턴을 생성시킬 수 있고, 이 패턴은, 방사선 감지물질(레지스트)층으로 도포된 기판(실리콘 웨이퍼)상의 (하나 이상의 다이로 이루어진)목표영역상에 묘화될 수 있다. 일반적으로 단일 웨이퍼는 투영 시스템을 통해 한번에 하나씩 연속적으로 조사되는 인접 목표영역들의 전체적인 연결망을 포함할 것이다. 마스크 테이블상의 마스크에 의한 패터닝을 사용하는 현 장치에서 두 가지 상이한 기계 형태 사이에서 구별이 행해질 수 있다. 일 형태의 리소그래피 투영 장치에 있어서, 목표영역상으로 전체 마스크 패턴을 한번에 노광시킴으로써 각각의 목표영역이 조사된다. 상기 장치를 통상 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라 칭한다. 통상 스텝-및-스캔 장치로 불리워지는 대체적인 장치에서는 투영빔하에서 소정의 기준 방향(Y 방향 또는 "스캐닝 방향")으로 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하면서 상기 스캔 방향에 평행 또는 평행하지 않게 기판 테이블을 동기적으로 스캐닝함으로써 각 목표영역이 조사된다. 일반적으로 투영 시스템은, 배율 인자(magnification factor:M)(일반적으로<1)를 가지므로 기판 테이블이 스캐닝되는 속도(V)는 마스크 테이블이 스캐닝되는 속도의 M배가 된다. 여기서 서술된 리소그래피 장치에 관련된 보다 상세한 정보는 예를 들어 본 명세서에서 참조로 포함한 미국 특허 제 6,046,792호에서 얻을 수 있다.
리소그래피 투영 장치를 사용하는 제조 공정에서, 패턴(예를 들어, 마스크에서)은 방사선 감지물질(레지스트)층이 적어도 부분적으로 도포된 기판상에 묘화(imaging)된다. 이러한 묘화단계(imaging step)에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트 도포 및 소프트 베이크와 같은 다양한 절차를 거칠 수 있다. 노광후, 기판은 노광후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 묘화된 피처의 측정/검사와 같은 또다른 절차를 거칠 것이다. 이러한 일련의 절차는 예를 들어 IC인 디바이스의 개별층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 이렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온 주입(도핑), 금속화, 산화, 화학 기계적 폴리싱등과 같은 개별층을 마무리하기 위한 다양한 모든 공정을 거친다. 여러 층이 요구된다면, 새로운 각 층마다 전체 공정 또는 그것의 변형 공정이 반복되어져야만 할 것이다. 종국에는, 디바이스의 배열이 기판(웨이퍼)상에 존재하게 될 것이다. 그 후, 이들 디바이스는 다이싱 또는 소잉등의 기술에 의해 서로에 대해 분리되어, 개별의 디바이스가 캐리어상에 탑재되고 핀 등에 접속될 수 있다. 이와 같은 공정에 관한 추가 정보는 예를 들어, "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing"(3판, Peter van Zant 저, McGrawHill 출판사, 1997, ISBN 0-07-067250-4)으로부터 얻을 수 있다.
설명을 간단히 하기 위해, 상기 투영 시스템은 이후에서 "렌즈"로 언급될 것이다. 그러나, 이러한 용어는 예를 들어 굴절 광학, 반사 광학, 카타디옵트릭 (catadioptric)시스템을 포함하는 다양한 형태의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 상기 방사 시스템은 또한 방사 투영빔을 지향, 성형 또는 제어하기 위해 이러한 설계 형태들 중 하나에 따라 동작하는 구성요소를 포함하고, 이후의 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈" 라 언급할 것이다. 또한, 여기서, 본 발명은 직각인 X, Y 및 Z 방향의 기준좌표를 사용하여 설명된다. 또한, 문맥이 이와 다르게 요구되지 않는다면, 본 명세서에 사용된 용어 "수직"은, 상기 장치의 어떤 특정 배향을 내포하기보다는 기판 또는 (상기 패터닝 수단에 의해 제공된) 패턴을 포함하는 평면에 직각인 방향 또는 광학 시스템의 광학축에 평행인 방향을 지칭하는 것으로 의도된다. 유사하게, 용어 "수평" 은 기판표면 또는 패터닝 수단에 의해 발생된 패턴표면에 평행인 방향 또는 광학축에 수직인 방향을 지칭하며 따라서 "수직" 방향에 직각을 이룬다. 특히, 상기 스캐닝 방향에 대응하는 수평방향은 Y방향으로 언급될 것이다.
또한, 리소그래피 장치는 2이상의 기판 테이블(및/또는 2이상의 마스크 테이블)을 갖는 형태가 될 것이다. 이러한 "다중 스테이지" 장치에서, 1이상의 테이블이 노광을 위해 사용되는 동안 부가 테이블이 병렬로 사용될 수 있거나 예비단계가 1이상의 테이블상에서 수행될 수 있다. 트윈 스테이지 리소그래피 장치는 본 명세서에서 참조로 채용하고 있는 미국 특허 제 5,969,441호 및 WO 98/40791에서 설명된다.
리소그래피 투영장치에서 패터닝 수단에 의해 생성된 패턴의 정확한 묘화(imaging)는 패터닝 수단의 정확한 조명(illumination)을 요구한다; 특히, 패터닝 수단에 의해 발생된 패턴 평면에 가까운 또는 상기 패턴 평면에 켤레(conjugate)인 평면에 가까운 조명의 강도가 노광 필드의 전 영역에 걸쳐 균일하다는 것이 중요하다. 또한, 분해능(resolution)을 개선시키기 위해서 예를 들어, 환형(annular), 4극 또는 2극 조명 등의 다양한 모드에서 오프-액시스 조명(off-axis illumination)으로 패터닝 수단이 조명될 수 있는 것이 일반적으로 요구된다. 이러한 조명 모드의 사용에 대한 더욱 상세한 정보를 위해서, 예를 들어 본 명세서에서 참조로 포함된 유럽특허 제 1 091 252호를 참조하라. 예를 들어, 상기 조명모드는 조명 시스템의 퓨필내에 미리 선택된 대응하는 강도 분포를 제공함으로써 얻어진다. 상술된 필요조건을 충족시키기 위해서, 리소그래피 투영 시스템의 조명 시스템은 일반적으로 상당히 복잡하다. 전형적인 조명 시스템은 고압 Hg 램프 또는 엑시머 레이저일 수 있는 광원에 의해 빔 출력의 강도를 조정하는 셔터와 감쇠기; 예를 들어, 방사빔 발산(divergence)을 낮추기 위해 엑시머 레이저 방사빔과 함께 사용하는 빔 익스팬더(beam expander) 등의 빔성형 요소; 조명모드와 파라미터를 설정하는 줌 가능한 액시콘쌍 및 줌렌즈(집합적으로 줌-액시콘으로 지칭됨); 빔의 강도 분포를 더욱 균일하게 만드는 석영막대(quartz rod) 등의 인티그레이터(integrator); 조명영역을 한정하는 마스킹 블레이드; 패터닝 수단상으로 인티그레이터의 출구의 이미지를 투영하는 묘화광학기기(imaging optics)을 포함한다. 간단히 말하자면, 패터닝 수단에 의해 발생된 패턴 평면과 방사 시스템과 투영 시스템에서 이 평면에 켤레인 평면은 이하에서 "이미지(image)" 평면들로 지칭될 것이다. 상기 조명 시스템은 또한 이미지 평면에서 또는 그 근처에서 조명빔의 비균일성을 보정하는 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명 시스템은 인티그레이터 막대(integrator rod)의 입구면에 가까운 투영빔 단면과 상기 입구면의 형상의 매칭(matching)을 개선시키기 위한 회절 광학 요소를 포함할 수 있다. 일반적으로 회절 광학 요소는 프레넬 렌즈 또는 프레넬 영역판(Freswnel zone plate)일 수 있는 마이크로렌즈의 어레이로 구성된다. 상기 매칭을 개선시키는 것은 패터닝된 층에 발생하는 리소그래피 에러에 따른 필드 문제를 완화시킨다. 이하에서 상기 매칭은 인티그레이터 입구면의 "필링(filling)"으로 언급될 수 있다. 회절 광학 요소는, 예를 들어 엑시머 레이저빔으로 제공된 방사의 각도 분포를 요구되는 조명 모드를 발생시키기 위한 미리 선택된 방사선의 각도 분포로 변형시키기 위해, 예를 들어 줌-액시콘 등의 빔 성형 요소 앞에 위치될 수 있다. 상술된 바와 같이, 조명 시스템등에 대한 더 많은 정보는 본 명세서에서 참조로 채용된 유럽 특허 제 0747772호 및 미국 특허 제 5,675,401호를 참조하라.
또한, 예를 들어, 조명 시스템은, 공간상의 강도 변화를 감소시키기 위해 패턴 평면 바로 앞에, 미리 선택된 투과율의 공간 분포를 갖는, 투영빔의 방사선에 부분적 투과성인 필터를 포함한다.
그러나, 공지된 조명 시스템은 여전히 여러가지 문제점을 갖는다.
특히, 회절광학요소와 석영막대 인티그레이터에 사용되는 다양한 요소들은 방사 시스템 또는 투영 시스템의 광학축에 수직인 평면에 강도 분포의 비정상성(anomaly)을 일으킬 수 있다. 예를 들어, 방사 시스템 또는 투영 시스템의 퓨필에 가까운 평면에서 투영빔의 단면은 원형이라기보다 오히려 타원형이 될 수 있고, 또는 예를 들어, 투영빔 단면내의 투영빔 강도분포는 원형 대칭이라기보다 오히려 타원형 대칭이 될 수 있다. 에러의 두 형태 모두는 "투영빔의 타원성(ellipticity of the projection beam)" 또는 간단히 "타원성 에러(ellipticity error)"라 언급되며, 일반적으로 상기 패터닝된 층에 특정 리소그래피 에러를 초래한다. 특히, X 와 Y 방향에 평행한 방향으로 생겨나는 패터닝된 피처는, 노광 및 처리시, 투영빔의 타원성에 의해, 상이한 크기를 나타낼 것이다. 이러한 리소그래피 에러는 일반적으로 H-V 차(H-V difference)로 언급될 것이다. 또한, 인티그레이터의 필링을 개선시키기 위해 사용되는 회절광학요소는 일반적으로 줌-액시콘의 하나의 세팅을 위해서만 최적화된다. 다른 세팅을 위해서는, 인티그레이터 입구면이 언더-필링(under-filling)될 수 있는데(투영빔 단면이 인티그레이터 입구면보다 작음), 이는 상당한 필드 종속 H-V 차를 초래한다. 또 다른 세팅을 위해서는, 인티그레이터 입구면이 또한 오버-필링(over-filling)될 수도 있는데, 이는 에너지 낭비를 초래한다. 또한, 157nm 엑시머 레이저와 다른 엑시머 레이저는 X 및 Y 방향에서 거대한 발산차(divergence difference)를 갖는 경향이 있는데, 이는 빔 익스팬더 렌즈를 사용하여 완전히 해결될 수는 없지만 수용가능한 크기내로 빔의 형상을 유지할 수는 있다.
본 발명의 목적은 리소그래피 투영장치에서 사용하는 개선된 조명 시스템을 제공하는 것이고, 특히, 투영빔의 타원성이 제어 또는 감소될 수 있고 인티그레이터 입구면의 필링이 제어되어 H-V 차의 문제를 완화시킬 수 있는 조명 시스템에 관한 것이다.
상기 및 기타의 목적은 본 발명에 따라,
-실질적으로 상이한 강도를 가지고 각각 X 및 Y 방향을 따라 분포된 2개의 세장된 부분(elongated section)을 포함하는 강도 분포의 강도 비정상성을 보정하는 보정수단을 더 포함하고,
-상기 보정수단이 상기 투영장치의 광학축을 중심으로 회전가능한 광학요소를 포함하는 것을 특징으로 하는, 서두에서 상술된 바와 같은 리소그래피 장치에서 달성된다.
투영빔의 타원성을 발생시키는 광학요소는, 상기 투영빔이 통과하는 다른 요소에 의해 발생된 임의의 타원성을 상쇄시키기 위해, 상기 광학요소를 포함하는 시스템의 광학축을 중심으로 회전될 수 있다.
예를 들어, 조명시스템에 제공된 회절광학요소에 의해 투영빔의 타원성이 보정될 수 있다. 물론 조명 시스템은 1이상의 회절광학요소를 포함한다. 방사원과 투영빔에 있어서의 타원성의 정도에 따라, 회절광학요소는 임의의 고유의 타원성을 이용하기 위해 적절한 각도로 회전될 수 있거나, 예를 들어, 각각의 마이크로렌즈를 어레이 비대칭이 되게 함으로써 특정 정도의 타원성을 가지도록 제조될 수 있다. 바람직하게는, 회절광학요소는 타원성을 완전히 제거하거나 그것을 수용가능한 레벨로 감소시킨다. 따라서, 본 발명은 회절광학요소의 회전위치가 타원성 에러를 상쇄하도록 위치되는 리소그래피 투영장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 또다른 측면은, 상기 투영빔이 통과하는 상이한 광학요소에 의해 발생된 타원성 에러를 상쇄시키는 투과율 분포를 갖도록, 상기 투영빔 방사선에 부분적으로 투과성인 방사선필터를 제공하는 것이다. 통상, 이러한 방사선필터는 타원형으로 대칭되는 고유의 투과율 분포를 가질 것이다. 특히, 이러한 부분 투과 방사필터가 상기 투영장치의 광학축을 중심으로 역시 회전가능한 보충 부분 투과 방사선필터와 일렬로 배치되면, 상기 다른 광학 요소들에 의해 발생된 타원성을 보상하는데 필요한 만큼 타원성을 상쇄시키는 양을 발생 및 조정하기 위한 수단으로서 사용될 수 있다.
또한 본 발명은,
-방사 투영빔을 제공하는 방사 시스템으로서, 상기 투영빔의 각도 및 공간 에너지 분포를 조정하고 조명 시스템의 퓨필내에 상기 투영빔의 미리 선택된 강도 분포를 제공하는 상기 조명 시스템을 포함하는 상기 방사 시스템;
-소정 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하는 패터닝 수단을 지지하는 지지구조체;
-기판을 고정하고 상기 장치에서 정의된 X,Y 좌표계에서의 X 및 Y 방향으로 이동 가능한 기판 테이블;
-상기 기판의 목표영역상으로 패터닝된 빔을 투영하고 상기 투영 시스템의 퓨필상에 상기 강도분포를 투영하는 투영시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치로서,
상기 조명 시스템은 인티그레이터를 포함하고, 마이크로렌즈의 초점을 포함하는 초점면을 갖는 마이크로렌즈의 어레이를 포함하고 상기 인티그레이터 앞에 위치되는 회절광학요소와, 상기 마이크로렌즈의 어레이의 상기 초점면에 가깝게 위치되고 상기 마이크로렌즈의 어레이와 실질적으로 동일한 피치로 사인곡선형으로 변하는 굴절력(refractive force)을 갖는, 실질적으로 평행인 서로 가까운 한 쌍의 평행판을 포함하는 회절판 요소를 포함하는 것을 특징으로 한다.
회절판 요소는, 상이한 줌-액시콘 세팅을 위해서 적어도 조명 시스템의 광학 축에 실질적으로 수직인 일방향을 따라 서로 가까운 상기 평행판들의 위치를 조정함으로써 인티그레이터 입구면의 필링을 제어하는데 사용될 수 있고 이것에 의해 언더필링 또는 오버필링을 막을 수 있다. 서로 가깝고 실질적으로 투명하고 평행한 평행판들은 석영(quartz)으로 만들어질 수 있고 사인 곡선의 굴절력은, 상기 판의 반대면에 1 또는 2개의 직교 방향으로의 사인 곡선의 프로파일을 주므로써 제공될 수 있다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면,
-방사투영빔을 제공하는 방사시스템으로서, 상기 투영빔의 각도 및 공간 에너지 분포를 조정하고 조명 시스템의 퓨필내에 상기 투영빔의 미리 선택된 강도 분포를 제공하는 상기 조명 시스템을 포함하는 상기 방사 시스템;
-소정 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하는 패터닝 수단을 지지하는 지지구조체;
-기판을 고정하고 상기 장치에서 정의된 X,Y 좌표계에서의 X 및 Y 방향으로 이동 가능한 기판 테이블;
-상기 기판의 목표영역상으로 패터닝된 빔을 투영하고 상기 투영 시스템의 퓨필상으로 상기 강도 분포를 투영하는 투영시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치를 구성(setting up)하는 방법으로서,
실질적으로 상이한 강도를 갖고 각각 상기 X 및 Y 방향을 따라 분포된 두 개의 세장 부분을 포함하는 강도 분포의 강도 비정상성을 보정하는 보정수단을 제공하는 단계, 및 상기 투영장치의 광학축을 중심으로 회전가능하고 상기 보정수단에 포함된 적어도 하나의 광학 요소의 회전 위치를 조절하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면,
-방사선 감지재료층에 의해 적어도 부분적으로 도포된 기판을 제공하는 단 계;
-방사 시스템을 사용하여 방사 투영빔을 제공하는 단계;
-패터닝 수단을 사용하여 상기 투영빔에 그 단면 패턴을 제공하는 단계;
-상기 방사선 감지재료층의 목표영역상으로 패터닝된 방사빔을 투영하는 단계를 포함하는, 리소그래피 투영장치를 사용하는 디바이스 제조방법으로서, 상기 방사 시스템의 퓨필과 상기 투영 시스템의 퓨필을 포함하는 퓨필 그룹으로부터 선택된 퓨필에 가까운 투영빔의 단면내의 강도 분포의 강도 비정상성을 보정하는 보정 수단을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 강도 비정상성은, 각각 실질적으로 상이한 강도를 갖는 두 개의 서로 수직인 방향을 따라 분포된 두개의 세장 부분을 포함하고, 상기 투영 장치의 광학축을 중심으로 회전가능하고 상기 보정 수단에 포함된 하나 이상의 광학 요소의 회전 위치는, 상기 비정상성이 실질적으로 보상되도록 배향되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 방법 및 장치를 사용하는데 있어 본 명세서에서는 집적회로의 제조에 대해서만 언급하였으나, 이러한 장치가 다른 여러 응용례를 가지고 있음은 명백히 이해될 것이다. 예를 들어, 상기 장치는 집적 광학 시스템, 자기영역 메모리용 유도 및 검출 패턴, 액정표시패널, 박막 자기헤드 등의 제조에도 이용될 수 있다. 당업자라면, 전술한 기타 응용분야들을 고려할 때, 본 명세서에서 사용된 "레티클", "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어가 "마스크", "기판" 및 "목표 영역" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어로 각각 대체될 수 있음이 이해될 것이다.
본 명세서에서, 용어 "방사선"과 "빔"은 자외선 방사선(예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126nm) 및 EUV(예를 들어, 5-20nm의 범위에서 파장을 갖는 극자외선 방사선)를 포함하는 전자기 방사선의 모든 형태를 포함하도록 사용된다.
실시예1
도 1은 본 발명의 특정의 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 개략적으로 도시하고 있다. 이 장치는,
- 방사 투영빔(PB)(예를 들어 UV 방사선)를 공급하는 방사 시스템 (Ex,IL). 이러한 특정의 경우에, 방사 시스템은 또한 방사원(LA)을 포함한다.
- 마스크(MA)(예를 들어 레티클)를 고정시키기 위해서 마스크 홀더가 제공되고, 아이템 PL에 대하여 마스크를 정확히 위치 결정시키기 위해 제 1 위치결정 수단과 연결된 제 1 대물 테이블(마스크 테이블)(MT);
- 기판(W)(예를 들어 레지스트 코팅된 실리콘웨이퍼)을 고정시키기 위한 기판 홀더부가 제공되고, 아이템 PL에 대하여 기판을 정확히 위치 결정시키는 제2위치결정 수단과 연결된 제 2 대물 테이블(기판 테이블)(WT);
- 기판(W)의 목표 영역(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함)(C)위의 마스크 (MA)의 조사된 부분(irradiated portion)을 묘화(imaging)하는 투영시스템("렌즈")(PL) (예를 들어, 석영 및/또는 CaF2 렌즈 시스템 또는 이러한 재료들로부터 만들어진 렌즈요소들 포함하는 카타디옵트릭 시스템 또는 미러 시스템)을 포함하여 이루어진다. 도시된 바와 같이 본 장치는 투과형이다(즉, 투과 마스크를 포함한다.) 그러나, 일반적으로, 예를 들어 반사형일 수도 있다(반사 마스크를 포함). 대안적으로, 상기 장치는 프로그램가능한 미러 어레이 형태 등의 또다른 상술된 종래의 패터닝수단을 이용할 수 있다.
방사원(LA)(예를 들어, 수은램프, 엑시머 레이저, 레이저 또는 방전 플라즈마원, 또는 방사빔을 발생시키는 싱크로트론 또는 저장링(storage ring)내 전자빔의 궤도 주위에 제공된 언듈레이터)은 방사빔을 발생시킨다. 이 빔은 직접 또는 예를 들어 빔 익스팬더(EX) 등의 컨디셔닝 수단을 통과한 후 조명 시스템(조명기)(IL)으로 공급된다. 조명기(IL)는 빔내의 강도 분포의 외부 및/또는 내부 방사상 범위(일반적으로 σ-외부 및 σ-내부라 칭함)를 설정하는 조정 수단(AM)을 포함한다. σ-외부 및 σ-내부의 설정("시그마 설정")은, 예를 들어 기판에서의 상기 투영빔에 의해 전달된 방사 에너지의 각도 분포에 영향을 미친다. 또한, 그것은 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO) 등의 여러가지 다른 구성 요소를 포함한다. 이러한 방식으로, 마스크(MA)에 부딪히는 빔(PB)은 그 단면에서 소정의 균일성 및 강도 분포를 갖는다.
도 1에 있어서, 방사원(LA)은 (예를 들어, 방사원(LA)이 수은 램프인 경우에서와 같이) 리소그래피 투영 장치의 하우징내에 있을 수 있지만, 리소그래피 투영 장치로부터 멀리 떨어질 수 있고, 그것이 생성하는 방사빔은(예를 들어 적절한 지향 미러를 사용하여) 상기 장치로 유도될 수 있다는 것에 주의해야 한다. 이 후자의 방법은 방사원(LA)이 엑시머 레이저인 경우이다. 본 발명과 청구 범위는 이들 두 방법을 포함한다.
빔(PB)은 마스크 테이블(MT)위에 고정되어 있는 마스크(MA)를 거친다. 마스크(MA)를 통과한 빔(PB)은 기판(W)상의 목표 영역(C)위에 빔(PB)을 포커싱하는 렌즈(PL)를 통과한다. 제2위치결정수단(간섭계 측정 수단(IF))에 의해, 기판 테이블(WT)은 정확하게 움직일 수 있고, 예를 들면, 빔(PB)의 궤도를 상이한 목표 영역(C)으로 위치시킬 수 있다. 이와 유사하게, 예를 들면 마스크 라이브러리로부터 마스크(MA)를 기계적으로 회수한 후, 또는 스캔동안 빔(PB)의 궤도에 대해 마스크(MA)를 정확하게 위치시키기 위해 제 1 위치결정수단이 사용될 수 있다. 일반적으로, 대물 테이블(MT,WT)의 이동은 도 1에는 정확히 도시되지는 않았지만 (대강의 위치결정을 하는) 긴 행정 모듈과 (미세한 위치결정을 하는) 짧은 행정 모듈의 도움으로 이루어진다. 그러나, (스텝-및-스캔 장치와는 반대로) 웨이터 스테퍼의 경우에는, 마스크 테이블(MT)은 짧은 행정 액추에이터에만 연결될 수 있고, 고정될 수도 있다.
도시된 장치는 두 가지 다른 모드로 이용된다.
1. 스텝 모드에서는, 마스크 테이블(MT)은 기본적으로 고정되어 있으며, 전체 마스크 이미지는 목표 영역(C) 위에 한번에(즉, 단일의 "플래쉬"로) 투영된다. 그 후 기판 테이블(WT)이 X-축 및/또는 Y-축 방향으로 시프트되어 다른 목표 영역(C)이 빔(PB)에 조사될 수 있도록 한다;
2. 스캔 모드에서는, 근본적으로 스텝모드와 똑같은 방법이 제공되나 주어진 목표영역(C)이 단일의 "플래쉬"로 노광되지 않는 대신에 마스크 테이블(MT)이 주어진 방향(예를 들면 Y 방향과 같은 "스캔 방향")으로 속도 v 로 이동이 가능하여 투영빔(PB)이 마스크의 이미지를 스캔할 수 있도록 한다. 이와 동시에, 기판 테이블 (WT)은 V=Mv의 속도로 동일 혹은 반대 방향으로 동기적으로 이동하는데, 이때의 (M)은 렌즈(PL)의 배율(일반적으로, M=1/4 또는 1/5)이다. 이러한 방식으로, 상대적으로 큰 목표 영역(C)이 분해능에 영향을 미치지 않고 노광될 수 있다.
조명 시스템(IL)에서, 투영빔(PB)의 일부분은 빔 스플리터(BS)에 의해 에너지 센서(ES)로 방향을 바꾼다. 빔 스플리터(BS)는 석영위에 알루미늄을 퇴적(deposit)시킴으로써 형성되고 투영빔이 알맞은 위치로 폴딩(folding)되도록 사용되는 반사기일 수 있다. 작은 구멍의 패턴은 알루미늄 층으로 에칭되어, 공지된 (상대적으로 작은) 에너지 비율, 예를 들어 1% 가 에너지 센서로 전달된다. 에너지 센서의 출력은 노광 중에 전달된 도즈(dose)를 제어하는데 사용된다.
특히, 파장이 157nm 이하의 방사선이 사용되는 경우에, 상기 장치의 전체 광학 경로는 투영빔에 사용되는 방사선에 투명한 가스, 예를 들어, 건식 N2 (dry N2)로 플러싱(flushing)된 1 이상의 케이싱(CA)으로 둘러싸인다. 플러싱 또는 퍼징(purging)된 가스는, 예를 들어 공기를 정화(scrubbing) 및 건조시키는 청정 가스의 컨테이너 또는 플랜트(plant)인 가스 공급기(GS)로부터 공급된다.
도 2는 방사원(LA)으로부터 마스크(MA)까지 투영빔의 광학 경로를 더욱 상세히 도시한다. 이 실시예에서 방사원(LA)은, 출력 방사선을 수용하기 위한 타원형 반사기가 제공된 고압 Hg 램프이지만 레이저일 수도 있다. 두 개의 셔터들이 램프의 출력을 조절하기 위해 제공된다: 즉, 코일(11a)에 의해 개방을 유지하고 장치 케이싱의 임의의 패널들이 개방된다면 자동적으로 폐쇄되도록 배치된 안전셔터(11); 및 각 노광을 위해 모터(12a)에 의해 구동되는 회전식 셔터(12). 모터(13a)로 구동되고 셔터 어퍼처(shutter aperture)내에 빛 감쇠 필터(light attenuating filter)를 갖는 제2회전식 셔터(13)가 저-도즈(low-dose) 노광을 위해 제공될 수 있다.
빔 성형은 원칙적으로 각각의 서보 시스템(15a, 16a)에 의해 구동되는 조정가능한 광학 요소인 액시콘(15)과 줌렌즈(16)로 행해진다. 이러한 구성요소들은 집합적으로 줌액시콘으로 언급된다. 액시콘(15)은 그 간격이 조정될 수 있는 오목형 원뿔렌즈 및 상보 볼록형 원뿔렌즈를 포함한다. 액시콘(15)의 두 가지 요소들을 함께 세팅하는 것은 종래의 원형 조명을 제공하는 반면, 그것들이 분리되도록 이동시키는 것은 환상의 조명 분포(annular illumination distribution)를 생성한다. 줌렌즈(16)는 조명빔 또는 환상의 조명모드의 외부 반경의 크기를 결정한다. 퓨필 성형 수단(도시 안됨)은, 예를 들어 4중극 또는 다른 조명 모드를 제공하기 위해 줌-액시콘 모듈의 출구 퓨필(22)에 삽입될 수 있다.
제1회절광학요소(DOE)(14)는 액시콘(15)을 고르게 필링하기 위해 제공된다. 회절광학요소(14)는, 예를 들어 퓨필(22)에서 퓨필 형상을 형성하는 것을 돕고 빔을 확장하는, 확대도에 나타난 (예를 들어, 6각형인) 마이크로렌즈(14b)의 밀접하게 채워진(packed) 어레이를 포함한다. DOE의 대안형태들은 빔단면내에 소정 퓨필형상과 소정 에너지 분포를 형성하기 위해 위상 시프트를 사용하는 홀로그래피 DOE를 포함한다. 회절광학요소는 교환기(exchanger)(14a)에 의해 선택적으로 빔에 내삽될 수 있는(interposable) 복수의 요소들 중 하나가 될 것이다. 교환기(14a)는 빔(PB)내의 회절요소의 위치와 방향을 조정하기 위해 배치될 수 있다.
이러한 경우에 인티그레이터(IN)는, 빔 에너지의 공지된 작은 비율을 통과시켜 에너지 센서(ES)에 이르도록 부분적으로 은도금된 빗면(hypotenuse surface)을 갖는 직각 프리즘(17a)에 결합된 두 개의 세장 석영막대(elongate quartz rod)(17)를 포함한다. 투영빔(PB)은 석영막대(17)에서 다중의 내부 반사를 겪고, 그것을 통하여 뒤돌아볼 때 복수의 이격된 가상의 방사원이 보이고, 따라서 투영빔의 강도 분포가 고르게 된다. 그러나 석영막대의 측면들은 광학축에 평행하므로, 조명 시스템의 유효 개구수가 유지되면 환상, 4중극, 2중극 조명 모드에서의 한정된 조명각은 유지된다.
제2회절광학요소(18)와 커플링 광학기기(18b)는 줌액시콘으로부터의 빛을 석영막대(17)안으로 커플링하는데 사용되고 액시콘의 필링을 개선시키는데 사용된다. 제2회절광학요소(18)는 또한 적절한 형상인(예를 들어, 직사각형) 마이크로 렌즈의 어레이 또는 홀로그램일 수 있고 교환기(18a)의 조정하에 조정 또는 교환가능할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제2DOE(18)는, 예를 들어 퓨필(22) 등의 퓨필에 가깝게 위치된다.
조명영역, 즉 조명될 레티클 영역을 형성하는데 사용되는 레티클 마스킹 블레이드(19)가 인티그레이터(IN)의 출구 뒤 가까운 곳에 있다. 서보 시스템(19a)에 의해 개별적으로 구동되는 4개의 개별적인 레티클 마스킹 블레이드(19)들이 존재한다. 상기 4개의 블레이드들은 금속이고 떠돌이 빛(stray light)을 레티클 마스킹 오리피스(reticle masking orifice)로부터 멀어지도록 지향시키기 위해 웨지형상의 리딩 에지(wedge-shaped leading edge)를 갖는다.
콘덴서(CO)는 중간 퓨필(23)을 경유하여 레티클 마스킹 오리피스를 레티클(마스크)상에 묘화하는 대물렌즈를 형성한다. 폴딩 미러(folding mirror)(20)는 장치의 조명 시스템의 적절한 위치에 포함되고, 구배 필터(gradient filter)(21)는 공지된 강도 변화를 보정하기 위해 포함된다.
이것을 피하기 위한 모든 노력에도 불구하고, 조명 시스템의 다양한 광학 요 소들은 투영빔(PB)내에서 타원성 에러를 일으킬 수 있다. 상술된 바와 같이 예를 들어 타원성 에러는 H-V 차로 알려진 리소그래피 에러를 발생시킨다. 본 발명에 따라서, 다음에서 설명된 바와 같이 제1 및 제2회절광학요소(14,18)는 광학 시스템 내의 다른 광학요소에 의해 발생된 타원성 에러를 보상하기 위해 회전할 수 있고/및 또는 제어된 타원성이 제공된다.
도 3a는 퓨필(23)에서의 강도 분포를 나타내고, 6각형 마이크로렌즈를 갖는 종래의 회절광학요소(14)를 사용할 때의 퓨필(23)형상을 나타낸다. 회절광학요소는 광학축을 중심으로 X 방향에 대해 각각 15°회전된 6각형 마이크로렌즈의 6각형 어레이를 포함하여 타원성이 0인 별형상 퓨필 형태(star-shaped pupil form)를 제공한다. 원칙적으로, 퓨필(23)에서의 강도 분포는 두 개의 실질적으로 일정한 강도 분포의 합계인데, 이들 각각의 분포는 6각형 형상이고, 인티그레이터 막대(17)의 반사로 인해 하나 분포는 X 방향에 대하여 시계방향으로 15°회전하고 다른 하나의 분포는 반시계 방향으로 15°회전한다. 그 결과, 생성된 강도 분포의 X 및 Y축들을 따라 연장하는 반지름방향의 범위는 실질적으로 같고, 따라서 DOE(14)에 의해서는 어떠한 타원성 에러도 발생하지 않는다. 그러나, 도 3b에 나타난 바와 같이, 전체 회절광학요소를 회전시킴으로써 퓨필(23)에서의 퓨필형상의 타원성이 변화될 수 있다. 도 3b에서, 회절광학요소의 X축에 대한 회전각은 상술된 종래의 15°방향에 대하여 5°정도 증가하면(그 결과 X 방향에 대하여 20°회전하면), 뚜렷한 타원성이 초래된다. 대략 0.3 - 0.4 % 의 타원성 오프셋(offset)은 회절광학요소의 1°증가된 회전에 의하여 초래된다.
그러므로 이에 따라, 전체로서의 조명광학시스템 및 회절광학요소(14)에 의해 발생된 타원성 에러가 측정되고 회절광학요소는 보상하기 위하여 회전된다. 회절광학요소의 90°또는 90°의 배수만큼의 회전은 타원성의 크기에 어떠한 영향을 미치지 않아야 하지만, 실질적으로 타원성에 주목할만한 변화가 생길 수도 있다. 아포디세이션(apodisa tion)으로 알려진 이러한 변화는 본 발명에서 이용될 수 있고, 따라서 본 발명은 작은 각도 범위에서의 회전 뿐만 아니라 90°배수만큼의 회전을 포함한다.
본 발명의 제1실시예의 변형예에서 회절광학요소는, 다른 요소들에 의해 도입된 타원성 에러를 보정하기 위해 미리 결정된 타원성 에러를 도입시키는 일축을 따라 스트레칭(stretched)된 불규칙 6각형 마이크로렌즈로 제조될 수 있다.
회절광학요소가 홀로그램렌즈인 경우, 다른 구성요소들에 의해 도입된 타원성 에러를 보정하기 위한 타원성 효과를 의도적으로 도입할 수 있다. 요구되는 보정과 홀로그램 렌즈(들)의 필요 형태는 컴퓨터로 연산될 수 있다. 예를 들어, 홀로그램 렌즈는, 투영빔이 통과하는 다른 요소에 의해 발생된 타원성 에러를 보상하기 위해 원형의 형상 및 타원형 대칭 강도 비정상성을 갖는 강도분포를 발생시킬 수 있다.
원칙적으로는, 소위 "2중극 수(dipole number)" 만을 보정하는 것으로 충분하다. 2중극 수는, 퓨필평면에서 Y 방향을 따르는 사분면(quadrant)내의 방사 에너지에 대하여 X방향을 따르는 사분면내의 방사에너지의 비를 나타낸다. 100% 라는 값은 사분면들의 각 세트에서 에너지가 같다는 것을 나타낸다. 타원성 에러를 도입하는 광학 요소들은 또한 상기 2중극 수에 영향을 미치고 따라서, 본 발명에 따라 상기 2중극수를 보정하기 위해 사용될 수 있다.
제2실시예
본 발명의 제2실시예에서는 이하에서 설명되는 바와 같이, 레이저 광원이 사용된다는 것을 제외하고 제1실시예와 동일하다. 도 4는 제2실시예의 조명 시스템의 제1의 소수의 구성요소들을 도시한다.
레이저(31)는 제1실시예에서와 같이 셔터(11,12,13)를 통과하는 상대적으로 폭이 좁은 시준빔(collimated beam)을 출력한다. 그 다음, 상기 빔을, 알맞은 크기, 예를 들어, 단면을 30mm x 30mm인 크기로 확대하는 빔 익스팬더(32)를 통과한다. 이론상, 빔 익스팬더(32)는 시준빔을 출력해야 한다; 하지만, 빔의 에지에서는 X 와 Y 방향(Z 방향이 빔의 광학 축인 경우) 사이에서 15 mrad 정도의 발산차가 발생할 수 있다. 제 2실시예에서, 빔 익스팬더는 일방향, 예를 들어, Y 방향으로의 정확한 발산을 제공하고 다른 방향, 예를 들어, X 방향으로 발산 에러를 집중시켜, 회절광학요소(33)에 의해 보정되도록 배치된다.
예를 들어, 회절광학요소(33)는 너비가 0.25mm 이고 반경이 2.6mm인 포지티브 6각형 요소의 어레이로, 도 2 및 도 3a에 나타난 바와 같이, X축에 대하여 15°로 배향되어 있다. 다음, 이 기본 구성은 레이저빔의 발산차를 보정하기 위해 변경된다. 이것을 샐행하는데 필요한 변경은, 본 발명이 사용되는 특정한 장치와 특히 조명 시스템의 나머지 특성에 따를 것이다. 제2실시예의 일 예시에서, X 발산은 다음에서와 같이 X 방향으로의 6각형 마이크로렌즈의 너비를 감소시킴으로써 보정될 수 있다.
X발산(mrad) X크기(mm)
0 0.250
3 0.249
6 0.248
9 0.246
12 0.242
제1실시예에서와 같이, 본 발명의 제2실시예에서는, 2중극 수를 보정하는 것만으로 충분할 수 있다. 회절광학요소(33)의 구성요소들의 형상을 변화시키는 것은 줌액시콘(15,16)에 대한 입구의 빔단면 형상에 영향을 미칠 수 있지만, 이러한 변화는 발산값이 크다해도 매우 작아서 무시될 수 있다.
회절광학요소(33)가 교환기(33a)상에 장착되어 다른 요소들은 상이한 효과를 위해 빔내에 삽입될 수 있고, 이러한 요소의 배향은 본 발명에 따른 보정에 영향을 미치도록 조정될 수 있다.
제3실시예
제3실시예에서, 투영빔의 상기 타원성 에러는 투영빔의 방사선에 부분적으로 투과성인 필터를 투영빔의 경로에 제공함으로써 보정될 수 있는데, 상기 부분 투과 필터는 상기 타원성 에러를 상쇄시키는 투과율 분포(transmittance distribution)를 갖는다.
원칙적으로, 투영장치(예를 들어 도 2에서 평면(22 또는 23) 등)의 퓨필평면에 가까운 단일 부분 투과 필터는 필요한 상쇄 효과를 제공할 수 있다. 원칙적으로 타원성 에러를 나타내는 강도 분포(I)는
Figure 112001016412290-pat00040
로 나타날 수 있다.
여기서 I0 는 퓨필에서의 평균 강도이고, Iacos(2θ)는 강도분포의 강도 비정상성이다. 이 비정상성은 도 5에 나타난 바와 같이, Y 축에 대한 방향을 정의하는 각도(θ)(라디안)에 따라 변화하고, Ia는 편차의 미소한 진폭(dimensionless amplitude)이다. 일반적으로, Ia 는 몇 퍼센트 정도에 해당된다. 예를 들어, Ia는 0.03이 될 수 있다. 도 5에서, 아이템 50은 X 및 Y 방향에 평행한 퓨필 평면에서 투영장치의 광학축에 대하여 중심이 맞춰진 투영빔의 단면이다. 강도분포는, 실질적으로 상이한 강도를 갖고 Y 및 X 방향을 각각 따라 분포된 두 개의 세장부분(52 및 51)을 포함한다; 식(1)에 따라, 이들의 상이한 강도는 θ= 0 및 θ= π/2 에서의 강도와 실질적으로 동일하며, 세장부분(52)에서의 강도는 근사값으로 I 0 (1 + Ia)이 되고, 세장부분(51)에서의 강도는 근사값으로 I 0 (1 - Ia)이 된다. 유사하게, 광학축에 중심이 맞춰지고 대응하는 복수의 각(θ)에 의해 정의되는 대응하는 복수의 방향을 따라 분포된 복수의 세장부분(53)에서의 강도는 식(1)에 의해 주어지는 근사값이 된다.
상기 타원성 에러를 완화시키기 위한(및 따라서, 상기 H-V 차를 완화시키기 위한) 상쇄 효과를 제공하는 부분 투과 방사선의 투과율 분포는, 방사선필터(60)에 대하여 고정되어 있는 것으로 간주되는 직교 U,V 좌표계(도 6참조)에 관하여 정의된다. 예를 들어 투과율 분포는
Figure 112001016412290-pat00041
로 주어질 것이다.
여기서, T O 는 U방향을 따르는 제1세장부분(61)에서의 (최대) 제1투과율이고, 여기서 T O (1 - 2Ia)는 V 방향을 따르는 제2세장부분(62)에서의 (최소) 제2투과율이다. 투과율은 V축에 대한 방향을 정의하는 각도(α)(라디안)에 따라 변화한다; 도 6참조. 식(2)로 주어진 투과율 분포를 갖는 부분 투과 방사선 필터는, 예를 들어, 실질적으로 빛을 통과시키는 패터닝된 판(patterned plate)으로서 투영빔 궤도에 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 패터닝된 판의 패턴은, 식(2)에 따라 변하는 공간 밀도로 표면위에 분포된 (투영빔의 방사선을 차단하는) 회색톤으로 떨리는 불투명 점(greytone dithered opaque dot)들을 포함한다. 이러한 방사선필터는 X,Y좌표계 갖는 단면(50)의 평면에 위치될 수 있고, U,V 좌표계는 기재상(in registry) 병치(juxtapose)될 수 있다. 결과적인 부분 투과 방사선필터를 통과할 때 생성된 투영빔의 강도 분포는 이하에서 Ir 로 정의된다. 본 실시예에서, Ir 은
Figure 112001016412290-pat00042
로 나타난다.
여기서, Ia의 2차항은 1에 비하여 무시될 수 있고, 생성된 강도 분포는 실질적으로 각(θ)에 독립적이다(즉, 타원성 에러는 보정된다):
Figure 112001016412290-pat00066
일반적으로, 타원성 에러는, 예를 들어 광학 요소의 점진적인 오염 또는, 예를 들어 광학 요소의 재료와 투영빔의 방사선 사이의 점진적인 역행불가의 상호작용(irreversible interaction)으로 인해 시간에 따라 변경될 수 있다. 일반적으로 이러한 상호작용은 상당수의 노광이 일어난 후에만 공차를 초과하는 타원성 에러의 증가를 이끌 수 있지만, 타원성 에러의 드리프트를 보정할 수 있도록 상기 부분 투과 방사선 필터의 투과율 분포를 조정할 수단을 갖는 투영장치를 제공하는 것이 바람직하다. 상기 수단의 바람직한 실시예는 상술된 바와 같이 제1부분 투과 방사선 필터와 보충의(supplementary) 제2 부분 투과 방사선 필터를 포함하고, 이 2개의 부분 투과 방사선 필터는 상기 투영장치의 광학축을 중심으로 회전가능하고, 투영빔의 궤도에 일렬로 배치된다. 예를 들어 각각의 필터의 투과율 분포는
Figure 112001016412290-pat00044
로 주어질 수 있고, U1,V1 좌표계와 U2,V2 좌표계 각각에서, 각 좌표계는 대응하는 부분 투과 방사선 필터에 대하여 고정되어 있다. 여기서, T o 는 제1필터용 U1 방향과 제2필터용 U2 방향을 따르는 제1 세장부분에서의 (최소) 제1투과율이고 상술된 필터와 유사하게 제1 및 제2필터의 투과율은 V1 과 V2 축에 대하여 각각의 방향을 정의하는 각도(
Figure 112003039505212-pat00006
과
Figure 112003039505212-pat00010
)(라디안)에 따라 변경된다. 빔단면(50)에서 X,Y 좌표계에 대한 제1 및 제2필터의 회전 방향은 각각 회전각(
Figure 112003039505212-pat00011
과
Figure 112003039505212-pat00012
)에 의해 정의된다; 도 7참조. 각각의 상기 제1 및 제2필터용 X,Y 좌표계에 대하여 생성된 투과율 분포(T1 및 T2)는
Figure 112001016412290-pat00045
및
Figure 112001016412290-pat00046
로 주어진다.
필터에 (
Figure 112003039505212-pat00068
과
Figure 112003039505212-pat00069
만큼의)회전을 인가하는 하나 이상의 모터들이 제공될 수 있다. 일반적으로,
Figure 112001016412290-pat00048
을 만족시키는 의미에서 회전각도(
Figure 112003039505212-pat00016
)를 회전각도(
Figure 112003039505212-pat00017
)에 커플링하는 것은 바람직하다. 따라서, 제1필터가 시계방향으로 회전할 때, 제2필터는 반시계방향으로 회전한다. 이러한 커플링은 투과 기어 조립체(transmission gear assembly)에 의해 용이하게 제공될 수 있다. 두 필터들의 직렬 투과율 분포(T12)는 T1 과 T2를 곱하여 나타난다.
Figure 112001016412290-pat00049
여기서, 식(6), (7) 및 (8)이 고려되고 Ia의 2차항은 1에 비하여 무시할 수 있다. 다음 등식
Figure 112001016412290-pat00050
으로 설명되는 바와 같이 회전 위치를 설정함으로써, 결과적인 투과율(T12)은 T12 =T 0 2 (1-Ia)로 나타난다. 따라서, 그것은 θ에 독립적이고, 회전위치의 이러한 설정은 타원성 에러가 없을 때 적당하다.
Figure 112003039505212-pat00019
로 설명되는 바와 같이 회전 위치를 설정하는 것은, 근사적(즉,Ia의 2차 이상의 항의 영향 무시)으로 식(1)에 설명된 강도분포에서처럼 미소한 진폭(Ia)을 갖는 강도분포의 보정을 가능하게 한다. 유사하게 다른 세팅들은 미소한 크기(
Figure 112003039505212-pat00051
)를 갖는 강도 비정상성의 보정을 가능하게 하여,
Figure 112003039505212-pat00021
의 튜닝은 타원성 에러를 튜닝하게 된다.
상술된 바와 같이 부분 투과 방사선 필터들의 반대 방향(
Figure 112003039505212-pat00022
= -
Figure 112003039505212-pat00023
)으로의 회전 이외에도, 회전은 예를 들어 동일한 회전 방향으로의 회전을 포함한다. 이것은 모두 광학축을 중심으로 하는 제1 및 제2 세장부분의 X, Y 평면에서의 회전 배향을 변화시키고, T12 의 투과율 분포는 각각 최대 및 최소 투과율을 갖는다.
바람직하게는, 두 개의 필터들은 도 2의 콘덴서(CO)의 퓨필(23)에 가깝게 위치되어, 예를 들어 인티그레이터(17)에 의해 발생된 타원성 에러를 상쇄시킬 수 있다. 타원성 에러는 조명설정에 종속될 수 있고 이 종속성은 측정될 수 있다.
Figure 112003039505212-pat00024
과
Figure 112003039505212-pat00025
에 대한 최적의 회전설정의 대응표는 연산 및 저장 수단에 저장될 수 있고 타원성 에러에 대한 적절한 보정은 리소그래피 투영 장치의 작동시 적용될 수 있다.
실시예 4
본 발명의 제4실시예는, 이하에서 설명되는 줌액시콘 (15,16)의 상이한 설정에 대해 인티그레이터(17)의 입구면의 최적 필링을 가능하게 하도록 조정가능한 판요소(40)가 도입된다는 것을 제외하고는 제1, 제2 또는 제3실시예와 동일하다. 도 8은 제 4 실시예의 조명 시스템 부분을 나타내는 반면, 도 9a, 9b, 10a, 10b 및 10c는 조정가능한 판 요소(40)의 효과를 나타내는데 사용된다.
도 8에 나타난 바와 같이, 조정가능한 판 요소(40)는 회절광학요소(18)와 상기 회절광학요소의 초점면에 가까운 (줌액시콘(15,16)의 출력을 석영막대(17)에 커플링시키기 위해 사용되는) 커플링 광학기(18b)사이에 위치될 수 있다. 조정가능한 판 요소(40)는 도 9b에 나타난 바와 같이, 예를 들어 석영으로 이루어진 두 개의 실질적으로 빛을 통과시키는 판(41,42)을 포함한다. 상기 판(41,42)의 대향면(41a ,42a)은 상보적인 사인곡선의 프로파일을 갖는다. 두 면 사이의 간격(43)은 작고, 제1판(41)의 표면(41a)을 떠나는 광선은, 방사선의 전파 방향에 수직인 방향으로부터의 무시할 수 있는 변위를 갖고 제2판(42)의 제2표면(42a)에 입사한다.
상기 광선은 상기 표면(41a 및 42a)에서 굴절될 것이다. 이것은, 조정가능한 판요소의 영향이 도 9a에 나타난 조정가능한 판요소(40)가 없는 위치와 비교하여 초점을 이동시키는 것을 알 수 있는 도 9b에 나타나 있다. 조정가능한 판의 일부분만이 포지티브 렌즈의 효과를 갖는다는 것에 주의해야 하는데, 그 때문에 네거티브 렌즈 효과를 갖는 조정가능한 판의 일부분이 사용되지 않도록 조정가능한 판요소가 제2회절광학요소(18)의 초점면 근처에 위치된다.
조정가능한 판 요소의 두 표면에서의 굴절이 증가 또는 상쇄되는 것은, 투영빔의 전파 방향에 실질적으로 수직인 "수평" 방향을 따르는 두 판(41,42)의 상대 위치에 의존한다. 도 10a 에 나타난 바와 같이 판(41,42)이 정렬된다면, 두 굴절은 동일한 의미로 작용하고 상기 판들이 최대 효과를 갖도록 결합한다. 도 10b에 나타난 바와 같이, 상기 판(41,42)을 주기의 절반만큼 오정렬(misalingn)된다면, 투영빔에 어떠한 영향도 남기지 않고 굴절이 상쇄된다. 도 10c는 주기의 절반 미만 만큼 상기 판들이 오정렬되고 따라서 보다 작은 수렴 효과를 갖는 중간 위치를 도시한다. 도 10a, 10b, 및 10c 에서, 조정가능한 판 요소위로 입사하는 광선은 평행하게 도시되고 굴절 효과는 명료성을 위해 과장된다.
조정가능한 판 요소(40)에 의해 초래되는 각도 변화의 위치 의존도는 다음에서 얻어질 수 있다.
각 상기 판(41 및 42)에 의해 초래된 각도 변화
Figure 112003039505212-pat00026
및
Figure 112003039505212-pat00027
는 다음과 같이 나타날 수 있다.
Figure 112001016412290-pat00028
Figure 112001016412290-pat00029
상기 식에서,
Figure 112003039505212-pat00067
는 투영빔의 전파방향에 실질적으로 수직인 방향을 따르는 위치를 나타내고,
Figure 112003039505212-pat00032
및
Figure 112003039505212-pat00033
는 투영빔의 전파방향에 실질적으로 수직인 방향을 따르는 좌표들이고 각각 구성요소(41 및 42)의 위치를 나타낸다.
Figure 112003039505212-pat00034
,
Figure 112003039505212-pat00035
및
Figure 112003039505212-pat00036
의 정의는 도 10c에서 상세히 도시된다. 또한, p는 표면(41a 및 42a)의 사인곡선 프로파일의 주기를 나타내고
Figure 112003039505212-pat00037
는 상기 판(41,42)의 굴절률과 사인곡선 프로파일의 진폭에 의해 결정된 최대 각도 변화이다.
두 판들이 충분히 가깝게 있어 광선이 상기 간격(43)의 미소한 양만큼 변위되었다고 가정할 때, 전체 각도 변화
Figure 112003039505212-pat00038
는
Figure 112001016412290-pat00039
로 유도될 수 있다.
서로에 대한 상기 판들(41,42)의 위치와 회절광학요소(18)의 위치를 결정하기 위해서, 서보제어 위치결정시스템(40a)이 제공된다. 이것은, 두 판의 상대 위치들이 정확하게 결정될 수 있도록 두 판위에 제공된 정렬 표시를 검출하는 센서를 포함한다.
상기 판의 제조는 다중 노광/에칭 단계의 파 간섭(wave interference) 또는 그레이스케일 리소그래피(greyscale lithography) 등의 공지된 기술을 사용하여 이루어질 수 있다.
2차원에서의 필링을 제어하기 위해, 상기 판들(41,42)에는 2차원적인 사인곡선형으로 변하는 프로파일이 제공될 수 있고, 상기 판들은 2차원적으로 이동가능할 것이다. 대안적으로, 1차원으로 조정가능한 판 구성요소들이 두 개 제공될 수 있는데, 그 중 하나는 제2회절요소(18)의 초점면 앞에 있고, 다른 하나는 제2회절요소의 초점면 뒤에 있을 수 있다.
본 발명의 특정 실시예가 상술되고 있지만, 본 발명은 상술된 바와 다르게 실시될 수 있다. 상기 기술은 본 발명에 제한되지 않는다.
본 발명에 따르면, 리소그래피 투영장치에서 사용하는 개선된 조명 시스템을 제공할 수 있고, 특히, 투영빔의 타원성이 제어 또는 감소될 수 있고 인티그레이터 입구면의 필링이 제어되어 H-V 차의 문제를 완화시킬 수 있는 조명 시스템을 제공할 수 있다.

Claims (24)

  1. 방사투영빔을 제공하는 방사 시스템으로서, 상기 투영빔의 각도 및 공간 에너지 분포를 조정하고 조명 시스템의 퓨필내에 상기 투영빔의 미리 선택된 강도 분포를 제공하는 상기 조명 시스템을 포함하는 상기 방사 시스템;
    소정 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하는 패터닝 수단을 지지하는 지지구조체;
    기판을 고정하고 장치에서 정의된 X,Y 좌표계에서의 X 및 Y 방향으로 이동 가능한 기판 테이블;
    상기 기판의 목표영역상으로 패터닝된 빔을 투영하고 투영 시스템의 퓨필상으로 상기 강도 분포를 투영하는 상기 투영시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치에 있어서,
    상기 강도 분포의 강도 비정상성을 보정하는 보정 수단을 더 포함하고,
    상기 강도 비정상성은 실질적으로 상이한 강도를 갖고 각각 X 및 Y 방향을 따라 분포된 2개의 세장부분을 포함하고,
    상기 보정 수단은 상기 투영장치의 광학축을 중심으로 회전가능한 광학 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학요소는 투과성 또는 반사성 중 어느 하나로 작동하는 회절광학요소인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회절광학요소는 마이크로렌즈의 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈의 라인결합중심들(line joining centers)이 상기 어레이의 광학축에 수직인 기준 방향에 대해 15.5°부터 20°까지의 각도 범위에서 경사지도록 상기 마이크로렌즈의 어레이가 회전하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    각각의 상기 마이크로렌즈는 그것의 중심축을 중심으로 회전시 원형 대칭(circularly symmetric)이 아닌 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  6. 제5항에 있어서,
    각각의 상기 마이크로렌즈는 상기 광학축에 수직인 두 직교 방향중 하나의 방향으로 소정 크기가 다른 직교방향으로의 크기의 94 %부터 99% 까지의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 시스템은 상기 미리 선택된 강도 분포를 형성하는 조정가능한 빔 성형 요소를 포함하고, 상기 회절 광학 요소는 상기 조정가능한 빔 성형 요소 앞에 위치되는 것을 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사 시스템은 레이저에 의해 출력된 빔을 확대하는 빔 익스팬더를 포함하고, 상기 회절 광학 요소는 상기 빔 익스팬더 뒤에 배치되고 상이한 방향으로의 상기 빔의 발산 각도의 차를 보정하도록 크기가 정해지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 방사투영빔을 제공하는 방사 시스템으로서, 상기 투영빔의 각도 및 공간 에너지 분포를 조정하고 조명 시스템의 퓨필내에 상기 투영빔의 미리 선택된 강도 분포를 제공하는 상기 조명 시스템을 포함하는 상기 방사 시스템;
    소정 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하는 패터닝 수단을 지지하는 지지구조체;
    기판을 고정하고 장치에서 정의된 X,Y 좌표계에서의 X 및 Y 방향으로 이동 가능한 기판 테이블;
    상기 기판의 목표영역상으로 패터닝된 빔을 투영하고 투영 시스템의 퓨필상으로 상기 강도 분포를 투영하는 상기 투영시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치에 있어서,
    상기 조명 시스템은 인티그레이터를 포함하고,
    상기 인티그레이터 앞에 위치되고 마이크로렌즈의 어레이를 포함하는 회절광학요소로서, 상기 마이크로렌즈의 어레이는 상기 마이크로렌즈의 초점을 포함하는 초점면을 갖는 상기 회절광학요소, 및
    상기 마이크로렌즈의 어레이의 상기 초점면에 가깝게 위치되고 서로 가까운 한 쌍의 실질적으로 평행한 평행판을 포함하는 회절판 요소로서, 상기 평행판은 상기 마이크로렌즈의 어레이와 실질적으로 동일한 피치에서 사인곡선형으로 변하는 굴절력을 갖는 상기 회절판요소를 특징으로 하는 리소그패피 투영장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 한쌍의 평행판의 상기 굴절력은 상기 조명 시스템의 상기 광학축에 수직인 두 직교 방향에서 사인곡선형으로 변하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈의 어레이의 초점면에 가깝게 위치되고 서로 가까운 한 쌍의 실질적으로 평행판을 포함하는 제2회절판 요소를 더욱 포함하고, 상기 제2회절판 요소의 평행판은 상기 마이크로렌즈의 어레이와 실질적으로 동일한 피치에서 사인곡선형으로 변화하는 굴절력을 갖고, 상기 제2회절판 요소의 굴절력은 상기 회절판 요소의 굴절력의 변화 방향에 직교하는 방향으로 변하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 시스템의 광학축에 실질적으로 수직인 적어도 일방향을 따라 상기 서로 가까운 평행판들의 위치를 조정하는 위치결정수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  19. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평행판의 대향하는 면이 상기 사인곡선형으로 변하는 굴절력을 제공하도록 사인곡선형으로 변하는 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 방사 투영빔을 제공하는 방사 시스템으로서, 상기 투영빔의 각도 및 공간 에너지 분포를 조정하고 조명 시스템의 퓨필에서 상기 투영빔의 미리 선택된 강도 분포를 제공하는 상기 조명 시스템을 포함하는 상기 방사 시스템;
    소정 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하는 패터닝 수단을 지지하는 지지구조체;
    기판을 고정하고 장치에서 정의된 X,Y 좌표계에서의 X 및 Y 방향으로 이동 가능한 기판 테이블;
    상기 기판의 목표영역상으로 패터닝된 빔을 투영하고 투영시스템의 퓨필상으로 상기 강도 분포를 투영하는 상기 투영 시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치를 구성(setting up)하는 방법에 있어서,
    상기 강도분포의 강도 비정상성을 보정하는 보정수단을 제공하여, 실질적으로 상이한 강도를 갖고 상기 X 및 Y 방향 각각을 따라 분포된 2개의 세장부분을 포함하는 상기 강도 비정상성을 보정하는 단계,
    및 상기 투영장치의 광학축을 중심으로 회전가능하고 상기 보정수단내에 포함되는 하나 이상의 광학 요소의 회전 위치를 조절하여, 상기 비정상성이 실질적으로 상쇄되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그패피 투영장치의 구성방법.
  23. 방사선 감지재료층에 의해 적어도 부분적으로 도포된 기판을 제공하는 단계;
    방사 시스템을 사용하여 방사 투영빔을 제공하는 단계;
    상기 투영빔에 그 단면 패턴을 제공하도록 패터닝 수단을 사용하는 단계;
    상기 방사선 감지 재료층의 목표영역상으로 패터닝된 방사빔을 투영하는 단계를 포함하는, 리소그래피 투영장치를 사용하는 디바이스 제조방법에 있어서,
    상기 방사 시스템의 퓨필과 상기 투영 시스템의 퓨필을 포함하는 퓨필 그룹으로부터 선택된 퓨필에 가까운 투영빔의 단면내에 강도 분포의 강도 비정상성을 보정하는 보정 수단을 제공하는 단계로서, 상기 강도 비정상성은 각각 실질적으로 상이한 강도를 갖고 2 개의 서로 수직인 방향을 따라 분포된 2개의 세장부분을 포함하고, 상기 투영 장치의 광학축을 중심으로 회전가능하고 상기 보정 수단에 포함된 하나 이상의 광학 요소의 회전 위치가 상기 비정상성이 실질적으로 상쇄되도록 배향되는 단계를 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
  24. 삭제
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