KR101134174B1

KR101134174B1 - 투사 노광 방법 및 이를 위한 투사 노광 시스템

Info

Publication number: KR101134174B1
Application number: KR1020077023558A
Authority: KR
Inventors: 악셀 괴너마이어
Original assignee: 칼 짜이스 에스엠티 게엠베하
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2012-04-09
Also published as: US8081295B2; EP1866700A1; US9110383B2; WO2006097135A1; US20090053618A1; KR20070116104A; JP2008533728A; US20120069318A1

Abstract

투사 대물렌즈의 오브젝트면 영역에 배치된 마스크에 대한 적어도 하나의 패턴 이미지를 가지며 투사 대물렌즈의 상면 영역에 배치된 방사에 민감한 기판을 노광하는 투사 노광 방법이 개시된다. 마스크는 투사 대물렌즈의 오브젝트면 영역에, 제1서브패턴을 가지는 제1패턴영역과 상기 제1패턴영역으로부터 측면으로 오프셋되어 마련되고 제2서브패턴을 가지는 제2패턴영역을 가지도록 배치된다. 마스크는 초기에는 상기 제1서브패턴에, 그 다음에는 상기 제2패턴에, 상기 조명 필드의 조명 방사가 조사되도록 스캐닝된다. 제1서브패턴은 상기 제1서브패턴에 채택된, 제1서브패턴에 조사되는 조명방사의 제1각분포가 설정되도록 제1조명시간간격동안 조명된다. 그 다음에, 제2서브패턴은 제2서브패턴에 채택된, 제2서브패턴에 조사되는 상기 조명 방사의 제2각분포가 상기 제1각분포와 다르게 설정되도록 조명된다.

Description

투사 노광 방법 및 이를 위한 투사 노광 시스템{Projection exposure method and projection exposure system therefor}

본 발명은 투사 대물렌즈의 상면 영역에 마련되고 상기 투사 대물렌즈의 오브젝트면 영역에 배치된 적어도 하나의 마스크 패턴 이미지를 가지는 방사에 민감한 기판을 노광하는 투사 노광 방법 및 상기 방법을 수행하기에 적합한 투사 노광 시스템에 관한 것이다.

현재, 마이크로 리소그라피 투사 노광 방법은 반도체 부품들과 다른 미세 구조의 부품을 제조하기 위해 널리 사용되고 있다. 이미지로 형성될 구조의 패턴, 예를 들어, 반도체 부품의 라인 패턴 레이어를 가지는 마스크(레티클)를 이용한다. 마스크는 조명 시스템과 투사 대물렌즈의 오브젝트면 영역에 놓인 투사 대물렌즈 사이의 투사 노광 시스템 내에 위치하며, 조명 장치에 의해 제공되는 조명광(illumination radiation)에 의해 조명된다. 마스크와 패턴에 의해 변하는 방사는 투사 대물렌즈를 통하여 투사 방사의 역할을 하며, 이는 보통 방사 민감층(포토리지스트)를 가지는 노광될 기판 위에 마스크의 패턴을 형성한다.

리소그라피 공정이 설계될 때, 최적의 조명을 사용하여 투사 대물렌즈의 도움으로 이미징한 후에 광민감층에서 원하는 형상 크기가 노광되도록 선폭이 레티클에 적합화된다. 이 공정에서 마스크의 동일한 형상들은 기판 상에서의 위치와 관계없이 포토리지스트에서 스트레이트하게 이미징되어야 하는 것이 중요하다. 그렇지 않으면, 가격을 낮추는 속도의 손실 또는 최악의 경우, 기능상의 손실까지 반도체 부품에 발생할 수 있다.

포토리지스트에서 형상의 폭은 포토리지스트에 함유된 방사에너지에 의해 결정된다. 통상 근사적으로, 포토리지스트는 특정량의 함유된 방사에너지 이상에서 노광되고, 그 이하에서는 노광되지 않은 것이 가정된다. 또한, 방사 에너지량에 대한 한계치는 '리지스트 스레스홀드(resist threshold)'라 불린다. 포토리지스트에서 특정 위치에 함유된 방사에너지의 크기는 특히, 투사 대물렌즈의 특유한 광학 수차, 노광 방사의 편광 상태, 그리고 산란광과 이중 반사의 영향에 의존한다. 여기서 결정적인 것은 총 노광 시간동안 기판 상의 한 위치에 집적되는 방사강도이다.

리소그라피 공정은 공정내에서 또는 상을 형성하는 동안 극도로 작은 변화에도 민감하게 반응한다는 것이 알려져 왔다. 따라서, 오염이나 품질저하와 같은 서비스 라이프 효과(service life effect)가 형상의 폭(feature width)이 주변 상수에 더 강하게 또는 덜 강하게 의존하게 변하도록 야기할 수 있다. 매우 다른 형상들을 가지는 마스크가 패턴 변화내에서 사용될 때 특수한 문제가 더 생길 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 밀도가 높은 형상들을 가지는 패턴 영역들이, 패턴 내에서 고립된 형상을 가지는 패턴 영역들의 다음에 존재하는 경우가 항상 이러한 경우에 해당한다.

상기한 서비스 라이프 효과들을 피하기 위해, 노광 주기 및/또는 노광 에너 지를 조절함으로써 형상 폭의 전체적인 오프셋을 소거하는 것이 시도된다. 다른 환경에서 선폭의 변화가 지나치게 크다면, 일반적으로 패턴을 위한 새로운 레이아웃, 즉, 새로운 레티클을 개발할 필요가 있다. 레이아웃 변화와 관련하여, 일반적으로 조명이 패턴 내에 존재하는 모든 형상에 대해 받아들여질 만한 상의 형성을 허용하는 절충물을 구성하도록 공정이 선택된다. 이것이 가능하지 않은 경우에, 종종 표준화되기 쉬운 형상을 번갈아 포함하는 두 개 이상의 개별 패턴으로 패턴이 나뉘어진다. 계속해서, 기판의 이중 또는 다중 노광이 수행되며, 초기에는 제1패턴이 완전히 전사되고, 그에 따라 제2패턴이, 그리고 적절한 경우, 그 이상의 패턴이 연속적으로 전사된다. 다중 노광을 행하는 방법의 경우에, 노출 기판의 수율이 매우 낮은 단점이 있다. 더욱이 순차적으로 행해지는 노광의 경우 올바르게 위치하는 중첩된 노광(overlay)을 위한 요구사항이 매우 높아, 결과적으로 이러한 공정은 더욱 비싸진다.

위치에 따른 선폭 변화를 피하기 위하여 여러 가지 안들이 제안되었다. 이들은 이하에서 "임계 치수(critical dimension)의 변화" 또는 "CD 변화"라고 한다. 결과적으로, 필드에 걸쳐 형성된 상의 동일한 형상의 균일한 폭, 소위 "CD 균일성(CDU)"은 리소그라피 공정의 중요한 품질 기준이 된다.

미국 특허 US 6,049,374는 마이크로 리소그라피를 위한 투사 노광 시스템에 대해 기술하며, 이에 의하면, 위치에 의존하도록 설정될 수 있는 투과 함수를 가지는 투과 필터가 조명시스템 내에 배치된다. 투사 대물렌즈의 상면에서의 조명 강도 분포에 대한 위치에 의존하는 측정에 기초하여, 형성된 상의 형상의 선폭이 위치에 의존하는 형태로 제어되는 방식으로, 투과 필터의 적절한 위치 의존성 투과율을 설정하는 것의 도움으로 조명 강도는 위치 선정 함수가 될 수 있다. 웨이퍼 스테퍼의 조명강도는 이 경우 상이 형성될 필드 또는 상으로 형성될 형상에 걸쳐 통계적으로 변한다. 또한, 필드 면 영역에서 적절한 중립 밀도 필터를 통하여, 있을 수 있는 조사량 변동을 보정하는 것이 가능하다.

미국 특허 US 6,608,665 B1은 마이크로 리소그라피를 위한 투사 노광 시스템에 대해 기술하며, 이에 의하면, 마스크의 패턴은 스캐닝에 의해 연속적으로 기판 위에 이미징된다. 이 과정에서, 조명 방사는 슬릿 형상의 조명 필드에 있는 마스크 위로 조사되며, 마스크의 전체 패턴이 마스크에 동기하여 움직이는 기판 위에 전사될 때까지 마스크는 조명 필드에 대하여 상대적으로 이동된다. 조명시스템의 내부 또는 조명시스템의 필드면 근방에 배치된 직사각형 조리개 및 이 조리개의 근방에 배치되고 스캐닝 방향의 어퍼쳐 폭이 스캐닝 동안 변하는 근접장 조리개에 의한 스캐닝 과정동안 조명 필드의 슬릿 폭은 변할 수 있다. 이에 의해 마스크의 다른 영역에 대하여 노광 주기를 다르게 설정하는 것이 가능해진다. 각 스캐닝 과정에 대한 다른 조명 셋팅이 조명 시스템 내의 교체 가능한 퓨필 필터(pupil filter)에 의해 설치될 수 있다.

미국특허 US 5,933,219는 마이크로 리소그라피를 위한 투사 노광 시스템을 기술하며, 이에 의하면, 마스크의 패턴은 스캐닝 공정으로 기판 위에 연속적으로 전사된다. 조명시스템은 편광된 광을 가지고 동작한다. 측면의 오프셋 영역에서 마스크는 다른 방향으로 연장된 마스크 패턴들을 갖는다. 조명광의 편광 방향은 개별 적인 마스크 영역들이 각각, 각 서브패턴의 길이 방향으로 편광된 광으로 조명되도록 스캐닝 과정동안 변한다.

WO 02/05029는 마이크로 리소그라피를 위한 노광 방법을 기술하며, 이에 의하면, 원형 퓨필 내에 네 개의 각 조명 스팟(angular illumination spots, chevrons)을 가지는 조명 강도 분포가 조명 시스템의 퓨필 형상면에 설치되어 있다. 이 조명은 라인들이 상호 수직인 방향으로 있는 형상들을 위해 최적화된 것이다.

미국 특허 US 6,433,854 B2는 조명 방사의 강도의 균일성이 조명 시스템 내부의 필터들에 의해 개선된 투사 노광 시스템의 조명 시스템을 기술한다.

또한, 마이크로 리소크라피 투사 노광 시스템의 조명 시스템의 퓨필 형상면에서 국부적인 조명 강도의 분포에 영향을 주기 위한 방법들이 미국 특허 US 2002/0126267 A1과 US 6,583,855 B2에서 개시된다.

투사 방사에서 강도 분포의 제어는 다른 여러 문헌들에서 다루어진다. WO 03/023832는 스캐너 시스템의 스캐닝 방향에 수직인 조명의 균일성에 대한 단기 변화를 수정하기 위해 골(trough) 형상의 전송 프로파일을 가지는 회전 프로파일 필터들을 구비하는 투사 노광 시스템을 개시한다. 미국 특허 출원 US 2002/0055103 A1은 웨이퍼 스캐너를 위한 투사 노광 시스템을 개시하며, 이 경우, 라인 패턴을 가지는 두 개의 필터가 스캐닝동안에 서로 반대 방향으로 이동된다. 세 번째 필터는 coarse 보정의 목적을 수행한다. 평행 이동은 조명의 균일성을 향상시키기 위한 것인 반면, 수직 이동은 텔레센트릭성을 개선하기 위한 것이다. 필터들은 필드와 퓨필 사이에 있는 조명 시스템의 필드면 바깥쪽에 배치된다. 미국 특허 US 6,396,567은 투사 노광 시스템을 개시하며, 이에 의하면, 웨이퍼 위로 조사되는 방사 조사량을 제어하기 위하여 부분 투명 물질 또는 부분 반사 물질을 가지는 환형의 감쇠 필터가 제공된다.

미국 특허 출원 US 2003/0038225 A1 또는 아직 공개되지 않은 본 출원인의 독일 특허 출원 DE 103 43 333.3은 마이크로 리소그라피를 위한 조명 시스템을 개시하며, 이에 의하면, 주광원의 수광과 조명시스템의 퓨필 형상면에 다양하게 형성될 수 있는 2차원 강도 분포를 형성하기 위한 광분포 디바이스는 퓨필 형상면에서 노광을 시작하기 전에 원하는 조명 강도 분포를 형성할 수 있도록, 미러 요소 위로 조사되는 방사의 각 분포를 특정하게 변화시킬 수 있는 개별 가동 미러들을 가지는 마이크로미러 배열을 포함한다.

본 발명의 목적은 종래 시스템에 비하여 필드 의존성 형상 폭 변화를 감소 또는 회피하는 것을 가능하게 하는 투사 노광 방법 및 투사 노광 시스템을 제공하는 것이다. 특히, 레이아웃 변화를 가지는 마스크가 개선된 이미지 충실성으로 이미지될 수 있는 투사 노광 방법 및 투사 노광 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 또 다른 목적은 기판에 생성되는 선폭이 스캐너 시스템을 사용할 때 위치의 함수로 제어되는 것이 가능한 투사 노광 방법 및 투사 노광 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 예에 따르면, 본 발명은 상기 목적들을 달성하는 방법으로서 투사 대물렌즈의 오브젝트면 영역에 배치된 마스크에 대한 적어도 하나의 패턴 이미지를 가지며 투사 대물렌즈의 상면 영역에 배치된 방사에 민감한 기판을 노광하는 투사 노광 방법을 제공하며,

투사 대물렌즈의 오브젝트면 영역에, 제1서브패턴을 가지는 제1패턴영역과 상기 제1패턴영역으로부터 측면으로 오프셋되어 마련되고 제2서브패턴을 가지는 제2패턴영역을 가지는 마스크를 배치하는 단계;

상기 마스크에 의해 변하는 투사 방사를 생성하기 위해, 조명 시스템의 조명 필드로부터의 조명방사에 의해 상기 마스크를 조명하는 단계;

정의된 국소의, 조명 방사의 조명 강도 분포가 상기 조명 시스템의 퓨필 형상면에 설정되는 단계;

상기 제1서브패턴에 채택된, 상기 제1패턴에 조사되는 상기 조명방사의 제1각분포가 설정되도록 제1조명시간간격동안 상기 제1서브패턴을 조명하는 단계;

상기 제2서브패턴에 채택된, 상기 제2패턴에 조사되는 상기 조명 방사의 제2각분포가 상기 제1각분포와 다르게 설정되도록, 계속해서 제2조명신간격동안 상기 제2서브패턴을 조명하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서 고려되는 타입의 투사 노광 방법에서, 마스크는, 주광원의 광, 특히 레이저, 상기 마스크 위를 향하고 특정한 조명 파라미터에 의해 정의되는 조명 방사로부터 구성되는 조명 시스템에 의해 조명된다. 조명 필드(정의된 모양과 크기의 면)내의 조명 방사는 마스크에 영향을 주며, 상기 조명 필드의 모양과 크기는 일반적으로 일정하며, 즉, 변수가 아니다. 예를 들어, 상기 조명 필드 내에서 일반적으로 목적은 가능한 균일한 강도 분포이며, 이러한 목적에 의해 균일화 디바이스, 예를 들면, 플라이 아이 콘덴서 및/또는 로드 인티그레이터와 같은 광 혼합 소자들을 상기 조명시스템에 제공하는 것이 가능하다. 더욱이, 이미지될 형상의 타입에 따라 상기 조명시스템의 퓨필 형상 면에서 다른 공간 강도 분포에 의해 특징지워지는 다른 조명 모드가 빈번히 요구된다. 이와 관련되는 것은, 일반적인 조명 장치의 경우, 예를 들면, 조명 시스템의 광축 주위에 중심을 두고, 다른 반경을 가지는 원형의 조명 스팟들이고, 일반적이지 않은 축외 조명의 경우, 예를 들면, 다이폴(dipole) 또는 쿼드러폴(quadropole) 조명과 같은 polar 강도 분포의 환형 조명이다. 퓨필 형상 면에서 국소 또는 공간(2차원) 조명 강도 분포 각각은 퓨필 형상면이 푸리어 변환에 의해 마스크 면으로 변환되는 면 영역 또는 이와 대응한 영역에 있는 한, 마스크의 위치에서의 방사의 각(angular) 분포에 대응한다. 이 각분포는 본질적으로 마스크와 상호작용한 후의 투사 방사, 마스크의 패턴에서의 회절에 의해 생성된 정보를 더 포함하는 투사 방사의 각분포를 결정한다. 투사 방사는 투사 대물렌즈를 관통하고 이에 의해 마스크의 패턴 이미지를 생성하기 위해 투사 대물렌즈의 상면(image surface)에 있는 광민감성 기판 위로 전해진다.

초기에는 제1서브패턴이 다음에는 제2서브패턴이 조명 필드의 조명 방사에 의해 조사되도록, 예를 들어, 마스크와 조명 시스템의 조명필드 사이에서 상대적인 이동에 의해, 마스크의 스캐닝이 수행된다면, 다른 장소의 다른 순간에, 또는 마스크의 다른 영역에서 최적 노광조건을 설정하는 것이 가능해진다. 물론, 총 노광시간동안 세 개 이상의 조명 시간 간격 내에서 두 개 이상의 서로 다른 노광 조건을 수행하는 것도 가능하다.

마스크의 전체 패턴을 기판 위에 이미지하기 위해 요구되는 노광 시간을 여기서는 "총 노광 시간" 이라 한다. 스캐너 시스템에서, 조명 필드는 일방향(스캐닝방향)에서 마스크의 패턴보다 작으며, 서로 측면으로 오프셋되어 있는 패턴 영역들에 시간에 따라 연속적으로 상이 형성되도록 마스크가 상기 일방향으로 스캔된다. 본 발명에 따른 투사 노광 방법이 경우, 총 노광시간은 적어도 두 조명 시간 간격으로 나누어 지며, 상기 두 조명 시간 간격은 서로 바로 이어질수도 있고, 아닐수도 있으며, 각각은 총 노광시간보다 짧다. 제1노광시간간격동안 패턴 위로 조사되는 조명 방사의 제1각분포가 설정되고, 이는, 예를 들어, 퓨필 형상 면에서의 관련된 조명 강도 분포에 의해 실질적으로 결정될 수 있다. 다음의 제2노광시간간격 동안 패턴 위로 조사되는 조명방사의 제1각분포와는 다른 제2각분포가 설정되며, 이는 일반적으로, 반드시 그런 것은 아니나, 퓨필 형상면에서의 다른 조명 강도 분포와 관련된다. 제1서브패턴의 상이 최적 또는 사실상 최적으로 형성되고, 반면, 적절한 경우, 제2서브패턴의 상을 형성하기에는 최적이 되지 않는 방법으로, 제1각분포는 제1서브패턴에 적합화될 수 있다. 반대로, 제2각분포는, 제2서브패턴의 상이 최적 또는 사실상 최적으로 형성되고, 반면, 적절한 경우, 제1서브패턴의 상을 형성하기에는 상대적으로 바람직하지 않게 되는 방법으로, 제2서브패턴에 적합화 될 수 있다. 따라서, 서로 다른 이미지 조건을 가지는 조명 시간 간격의 개수의 일시적 병렬배치는 소정 시간에 대해, 마스크의 각각의 서브패턴에 대한 최적 이미지 조건을 설정하는 것을 가능하게 하고, 즉, 총 노광 시간이 지난 후에, 모든 서브패턴들의 상이 각각에 최적인 이미지 조건하에서 형성되게 된다.

바람직한 변형예에 의하면, 본 발명의 투사 노광 방법은,

제1서브패턴에 적합화 된 제1조명강도분포를 조명 시스템의 퓨필 형상면에 설정하는 단계;

제1조명시간간격 내에 상기 제1조명강도분포에 따라 상기 제1서브패턴을 조명하는 단계;

상기 제1조명강도분포와 다른 제2조명강도분포를 생성하기 위해 상기 퓨필 형상면에서 조명강도분포를 변화시키는 단계; 및

상기 제1조명시간각격 다음의 제2조명시간간격 내에 상기 제2조명강도분포에 따라 상기 제2서브패턴을 조명하는 단계;를 포함한다.

이에 따라, 개별 마스크에 대한 조명 작용 동안에 조명 퓨필의 동적인 조작을 수행하는 것이 제공된다. 여기서, "조명 퓨필"이라는 용어는, 정의된, 조명시스템의 퓨필 형상면에서 조명 방사의 국소적(공간적) 조명 강도 분포를 나타낸다. 특히, 레티클의 각각의 패턴 영역에 대하여 스캐닝 할 때 현재 노광되는 대응 서브패턴들의 형상들에 대해 연속하여 최적 노광 조건을 설정하기 위해, 노광 시간 동안 조명 퓨필을 동적으로 적합화하는 것이 가능하다.

따라서, 다른 순간 또는 다른 시간 간격에서, 마스크의 다른 위치를 다른 조명 셋팅으로 조명하는 것이 가능하다.

마스크에 제공된 총 노광시간 내에서 조명 셋팅을 바꾸기 위해, 일반적인 조명 시스템에 대해 통상적으로 행해진 것보다 빠르게 조명 셋팅들 사이에서의 변화가 이루어져야 한다. 광원으로 사용되는 펄스 레이저의 클락 주파수의 크기 정도의 변화율이 유리할 수 있다. 통상의 조명 시스템의 경우, 조명 셋팅은 일반적으로 노광전에 행해지고 노광하는 동안에는 더 이상 변하지 않으므로, 통상의 투사 노광 시스템은 이와 같이 빠른 셋팅 변화를 위한 설계가 필요하지 않다. 예를 들면, 회절 및/또는 굴절 광학 소자와 함께 줌 엑시콘 시스템(zoom axicon system)에 의해 각 경우의 노광 전에 조명 퓨필이 설정되고, 그 다음에는 총 노광 시간 동안 일정하게 유지된다. 총 노광 시간 동안 다양한 조명 셋팅 사이의 빠른 변화를 가능하게 하기 위해, 본 발명의 바람직한 변형예에 의한 투사 노광 방법은,

조명시스템의 퓨필 형상면에, 실질적으로 제1 및 제2 조명강도분포의 중첩으로 이루어지는 기본 조명강도분포를 설정하는 단계;

상기 제1조명강도분포를 생성하기 위해 상기 기본 조명강도분포 중에서 상기 제2조명강도분포에 대응하는 부분을 가리는 단계; 및

상기 제2조명강도분포를 생성하기 위해 상기 기본 조명강도분포 중에서 상기 제1조명강도분포에 대응하는 부분을 가리는 단계;를 포함한다.

기본 조명강도분포는 통상의 방법, 예를 들어, 굴절 및/또는 회절광학소자와 결합한 줌 엑시콘 시스템(zoom axicon system)을 이용하여 설정될 수 있다. 이는 예를 들어, 기본적으로, 다른 크기 및/또는 광축으로부터 다른 반경 방향 거리 및/또는 광축에 대해 다른 회전 위치에 있는 폴(pole)들을 갖는 두 개의 다른 다이폴 조명의 합에 의해 구현될 수 있다. 선택적으로 처음에 한 조명 스팟을 가리고 다음 다른 조명 스팟을 가리는 것에 의해, 마스크 패턴 내에서 다르게 배열된 라인 형상 및/또는 다른 주기의 라인 형상에 각각 적합화 된, 두 개 이상의 다른 다이폴 조명을 연속적으로 수행하는 것이 가능하다.

기본 조명강도분포의 부분을 빠르게 가리기 위해, 예를 들면, 공간에 따라 다른 전송 함수를 가지는 적절한 전송 필터 디바이스를 사용하는 것이 가능하다. 선택적으로 또는 이에 더하여, 공간적으로 다른 반사함수를 가지는 적어도 하나의 반사 필터 디바이스를 사용하는 것이 가능하다. 위치에 의존하여 변할 수 있는 전송 기능을 수행하기 위해 개별적으로 가동되는 개별 소자를 가지는 필터어레이가, 예를 들어 LCD소자 또는 다른 제어가능한 개별소자에 의하여 충족될 수 있다. 반사 필터 디바이스는 예를 들어 마이크로미러 어레이에 의해 충족될 수 있다. 필터 디바이스와 주어진 제어 디바이스는 총 노광 시간 내에 필터 함수가 적어도 한번 변할 수 있도록 설계되어야 한다.

본 발명의 다른 예에 의하면, 한 개 이상의 이동 가능한 조리개 디바이스, 예를 들어, 광축에 대해 회전하는 조리개로 설계될 수 있는 조리개 디바이스를 이용하여 기본 조명강도분포의 일부를 가리는 것이 제시된다. 기본 조명강도분포에 대해 상대적으로 이동할 수 있는 조리개 개구는, 이 경우, 조리개 디바이스가 이동하는 동안, 예를 들어 조리개가 광축에 대해 회전하는 동안, 처음에는 제2조명강도분포에 대응하는 부분이 가려지고 제1조명강도분포에 대응하는 부분만이 지나가고, 반면 다음 회전 위치에서는 제1조명강도분포에 대응하는 기본 조명강도분포의 부분이 가려지고 제2조명강도분포와 관련된 부분이 지나가도록 움직인다. 총 노광시간 내에 있는 다른 순간에 기본 조명강도분포로부터 다른 조명 셋팅을 제거하는 이와 같은 조리개는 바람직하게는 상기 회전이 예를 들면 펄스레이저 광원의 펄스 인스턴트와 펄스 주파수에 일치하도록 구동된다.

제1조명시간간격과 제2조명시간간격을 포함하는 총 노광 시간동안 주광원의 광을 수광하고 조명 시스템의 퓨필면에서 다양하게 셋팅될 수 있는 국소 조명강도분포를 생성하기 위해 다양하게 가동되는 광분포 디바이스가 사용될 수 있다. 처음에는 제1각분포에 대응하는 제1조명강도분포를 설정하기 위해, 그 다음에는 제2각분포에 대응하는 제2조명강도분포를 설정하기 위해 상기 광분포디바이스가 사용될 수 있다.

이 목적은 특정 총 노광 시간의 일부 내에서 다른 조명 셋팅으로 빠르게 전환될 수 있는 다양하게 가동되는 광분포 디바이스를 필요로 한다. 바람직한 예에서 광분포디바이스는 거리 도메인 및/또는 각 도메인에서 입사광의 강도분포를 다양하게 제어할 수 있는 적어도 하나의 광조작디바이스를 포함하며, 총 노광시간동안 이 광조작디바이스는 제1구성 및 이와 다른 제2구성 사이에서 적어도 한번 스위치된다.

본 발명에서, 광변조디바이스는 조사되는 방사의 각분포를 변화시키기 위해 개별적으로 제어되는 개별 미러들의 필드로 이루어진 미러 배열을 가진다. 마이크로 미러 어레이와 같은 개별 미러들은 1차원 또는 2차원 필드에서 래스터(raster)처럼 배열될 수 있다. 다른 예에 따르면, 광변조디바이스는 전환 가능한 회절 격자의 1차원 또는 2차원 필드 어레이를 포함하는 적어도 하나의 전기광학소자, 또는 같은 배열의 음향 광학 소자를 갖는다. 래스터처럼 배열되어 래스터 소자라 불리는 이 개별소자들 각각은 래스터 소자의 위치에 입사 방사의 빔 편향, 즉, 일반적으로 도입되는 진행방향에서의 변화에 해당하는 출사 방사의 특정 각 또는 특정 각 분포를 도입한다. 예를 들면, 개별소자들을 전기적으로 구동함으로써 제1조명시간간격과 제2조명시간간격 사이에서의 회절특성 변화에 영향을 주기 위해 출사 방사의 각분포를 설정하는 것이 가능하다.

일 실시예에서, 광변조디바이스는 회절각 분포를 변화시키기 위해, 방사를 회절시키는 회절 구조를 가지며 외부 구동원에 의해 단기적으로 구동될 수 있는 적어도 하나의 회절광학소자를 갖는다. 예를 들어, 투명물질로 만들어지고 테두리의 한 점 또는 여러 점에 압전 소자들이 부착된 평행면 플레이트가 제공될 수 있고, 상기 압전소자들에 의해 상기 플레이트에 음파가 커플될 수 있다. 여기(excitation) 주파수를 특정하게 조정함으로써 정상 종파가 플레이트에 생성되고, 그 결과 상기 플레이트는 상기 플레이트를 관통해 지나가는 광에 대한 위상 격자의 역할을 한다. 주파수를 조절하여 회절각 또는 회절각 분포를 변화시키는 것이 가능하다. 진폭을 변화시킴으로써 여기의 정도가 0차 회절에 적합하도록 할 수 있다. 예를 들어, 다르게 정렬된 라인 격자의 형태로 웨이브 패턴들이 생성되는 경우, 이에 의해 다르게 정렬된 폴(pole)들을 갖는 다이폴 조명을 생성하는 것이 가능하다.

선택적으로 또는 조명시스템의 퓨필 형상면에서 정의된 국소 조명 강도 분포를 변화시키는 것에 더하여, 제1조명시간간격과 제2조명시간간격 사이에서 조명 방사의 각분포를 변화시키는 것이 조명방사의 각 의존성 변화가 조명될 패턴의 빔 경로 상류에 있는 투사시스템의 필드 면 영역에 도입된다는 사실에 의해 가능하다. 일 실시예에서, 공간적으로 변하는 반사방지 코팅은 이 목적을 위해 조명 시스템과 마주하는 마스크의 후면에 제공된다. 반사 방지 코팅은 제1서브패턴영역에서는 반사 감소 작용에 대한 제1각의존성을 가지며, 제2서브패턴영역에서는 이와 다른 제2각의존성을 갖는다. 따라서, 각 경우에 모든 서브패턴들에 대한 최적의 광 이미지 조건을 얻기 위해, 주어진 서브패턴들의 구성의 함수로서 특정 조명각 범위가 보다 큰 정도로 또는 보다 적은 정도로 감쇠되는 것이 가능하다. 이러한 반사 방지 코팅은 예를 들어, 레티클의 후면 근방에 교환 가능한 별개 요소로 제공될 수 있다.

스캐너 시스템에서, 기술된 타입의 공간적으로 변하는 레이어를 가지는 마스크는 다르게 작동하는 코팅 영역들이 조명필드에 의해 일시적으로 연속하여 커버되도록 스캐닝 방향에 대하여 배열된다. 선택적으로 또는 이에 더하여, 스캐닝 방향에 가로지르는 방향, 특히, 스캐닝방향에 수직인 방향으로 측면으로 치우쳐 배열된 패턴영역들을 제공하는 것이 가능하다. 서브패턴의 분포에 적합하게 레이어가 주어지고 서브패턴에 주어진 영역에 따라 공간적으로 변하는 광파워를 가지는 적어도 두 개의 측면 오프셋 된 서브패턴들이 마련된 마스크는 웨이퍼 스테퍼와 함께 사용될 수 있고, 따라서, 병렬 배치된 서브패턴들에 대하여 동시에 다른 조명 강도 분포 및/또는 다른 편광분포를 생성하는 것이 가능하다.

투사 대물렌즈로부터 나와 기판 위로 향한 출사된 방사의 편광상태, 소위 "출력 편광 상태"는 마찬가지로 개구수의 증가에 따라 점점 중요한 역할을 하는 이미지 품질에 영향을 준다는 것이 알려져 있다. 이러한 배경에서, 상을 형성하는 전기장의 벡터 특성은 예를 들어, NA=0.85 또는 그 이상의 높은 개구수의 경우에 점점 더 주목할만해 지고 있다. 예를 들어, 전기장의 S 편광성분은 더 효과적으로 간섭하며, S편광과 수직으로 진동하는 P 편광성분에 비해 나은 콘트라스트를 생성한다. 이와 반대로, P 편광의 빛은 포토리지스트에 보다 효과적으로 결합한다. 결과적으로, 출력 편광 상태는 상의 형성에 영향을 주는 조종자의 역할을 한다.

본 발명에서는 적어도 하나의 편광조작디바이스를 이용하여 투사 노광 시스템에서 출력 편광 상태의 다양한 설정을 수행하는 것을 제공하며, 상기 편광조작디바이스는 제1서브패턴은 제1출력편광상태로 이미지되고 상기 제2서브패턴은 제1출력편광상태와 다른 제2편광출력상태로 이미지되도록 총 노광시간내에 제1구성 및 제2구성 사이에서 적어도 한번 스위치된다. 특히, 이 목적을 위하여, 레티클 위를 향하는 조명 방사의 편광 특성을 바꾸는 것이 행해지며, 이 경우 편광 상태는 총 노광 시간동안 서브 패턴 타입의 함수로 적어도 한번 변한다. 예를 들면, 조명시스템 내부에 동적인, 즉, 전환 가능한 편광자가 구비되는 것이 가능하며, 이 경우, 특히, 금속 기판 위에 압전소자 등을 통해 주기가 조명 방사의 파장보다 짧고 (서브파장 구조) 여기 주파수에 의해 그 주기가 변화될 수 있는 표면파가 생성된다. 회전 편광 필터 또는 회전 지연 소자가 선택적으로 또는 이에 더하여 구비될 수 있다. 회전 편광자는 입사하는 비편광의 광을 소정의 바람직한 편광방향, 상기 소자가 광축에 대해 회전하는 방향과 마찬가지로 광축에 대해 회전하는 방향으로 편광된 광으로 바꾸어 출사하기 위해 사용될 수 있다. 두 서브패턴이 다르게 정렬된 다른 바람직한 편광방향에 따라 노광되도록, 회전속도는 펄스 레이저 광원의 펄스 위상각 또는 위상과 일치할 수 있다. 원편광의 광이 입사광으로 사용되는 경우는 1/4파장판을 회전시킴으로써, 선형 편광된 광이 입사광으로 사용되는 경우 1/2파장판을 회전시킴으로써, 상응하는 효과를 얻을 수있다. 각 경우에 노광에 대한 시간 간격은 복굴절작용에 결정적인 지연소자의 결정학적 주축이 원하는 방향을 향하도록 설정한다.

특허청구범위로부터 분명해지는 것에 더하여, 상기 특징들과 그 이상의 것들이 상세한 설명과 도면으로부터 더욱 분명해질 수 있으며, 각 경우 개별 특징들은 각각 고유하게 또는 한 실시예에서의 부분 조합 형태의 복수개로 수행될 수 있으며, 다른 분야에서, 유리하며 본질적으로 보호할 수 있는 실시예를 구성할 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예들이 도면에 도시되고 이하에서 보다 상세히 기술된다.

도 1은 본 발명에 의한 마이크로 리소그라피 투사 노광 시스템의 모식적인 측면도이다.

도 2는 본 발명의 투사 노광 시스템의 모식적인 투영도이고, 이에 의하면 서로 다른 서브패턴을 가지는 마스크가 일시적으로 연속적인 조명 시간 간격에서 조명 폴이 서로 다르게 정렬된 다이폴 조명으로 조명된다.

도 3은 스캐닝 동작동안 다른 형상 타입을 가지며 퓨필 형상면에서 주어진 조명 강도 분포가 다른 세 개의 병렬 배치된 패턴 영역을 가지는 마스크의 모식도이며, 상기 세 개의 패턴영역은 다른 형상 타입을 가지며 스캐닝 동작동안 퓨필 형 상면에서 조명강도분포가 다르게 할당된다.

도 4는 레이저 광원의 펄스의 펄스 시퀀스와 펄스 위치와 상응하여 회전하는 회전 조리개로서 설계된 퓨필 필터를 가지는 조명 시스템으로부터의 모식적인 단면도이다.

도 5는 서로 다른 서브패턴을 가지며 병렬 배치된 마스크 영역을 가지는 마스크의 실시예를 보이는 단면도이며, 각 서브패턴에는 투과율에 대한 각 의존성이 공간적으로 변하는 반사 방지 코팅이 마련되어 있다.

도 6은 도 5로부터 반사 방지 코팅이 병렬 배치된 영역에서 투과율에 대한 각 의존성을 모식적으로 보인다.

도 7a는 다른 서브 패턴을 가지며 병렬 배치된 패턴 영역들을 가지는 마스크에 대한 다른 실시예를 모식적으로 보이며, 각 서브패턴에는 서브 파장 구조의 투명 코팅 영역이 마련되어 있다.

도 7b는 위치에 따라 변하는 서브 파장 구조의 투명 코팅을 가지는 플레이트형상의 소자가 마련된 다른 서브패턴을 가지는 마스크를 보인다.

도 8a는 음향 광학 소자로 설계된 회절 광학 소자를 통한 모식적인 단면도를 보이며, 이에 의하면, 방사 회절 구조가 압전적으로 생성된 음파에 의해 형성된다.

도 8b는 도 8a에서 음향 광학 소자 내부의 정상파의 다른 패턴을 보인다.

도 9는 투사 노광 시스템의 실시예를 보이며, 이에 의하면, 조명시스템은 개별적으로 가동되며, 스캐닝 시스템의 신호의 함수로 가동되는 개별 미러의 필드로 된 광 변조 디바이스를 가지고 있다.

도 10은 총 노광시간 동안 연속적인 형태로 설정될 수 있는 다이폴 특성의 두 조명 퓨필을 모식적으로 보이며, 각 경우, 설정된 조명 방사는 조명 방사의 입사면에 대해 S 편광을 나타낸다.

도 1은 반도체 부품과 다른 미세 구조 부품을 제조하는데 사용될 수 있고 마이크로미터 이하에 이르는 해상도를 달성하기 위해 진공 자외선(VUV) 영역으로부터의 광을 가지고 작동되는 마이크로 리소그라피 투사 노광 시스템(100)의 제1실시예이다. 광원(102)으로는, 대략 193nm의 동작 파장을 가지며 그 선편광된 빔이 조명 시스템의 광축(103)과 동축으로 정렬되는 ArF 엑시머(excimer) 레이저가 사용된다. 다른 자외선 광원, 예를 들어, 157nm의 동작 파장을 가지는 F₂ 레이저, 248nm의 동작 파장을 가지는 KrF 엑시머 레이저, 368nm 또는 436nm의 동작 파장을 가지는 수은등이 157nm이하의 파장을 가지는 광원과 마찬가지로 가능하다. 광원(102)에서의 선편광된 광은, 예를 들어, DE 41 24 311과 같이 미러 배열 형태를 가질 수 있고 코히어런스를 줄이고 빔 단면을 크게 하기 위해 사용되는 빔 확장기(104)에 처음으로 입사된다. 빔 경로의 하류로 배치된 편광 회전자(105)는 보다 상세히 후술한다. 빔정형소자로 사용되는 제1회절광학래스터소자(106)는 빔 경로상에서 이의 하류에 배치된 대물렌즈(108)의 오브젝트면(7)에 마련되어 있고, 퓨필 형상 유닛(155)의 가변되게 설치될 수 있는 부분으로서 설계되어 있으며, 이에 의해, 조명 방사의 소정의, 공간(2차원) 조명 강도 분포가 대물렌즈(108)의 빔 경로 하류에 위치된 조명 시스템의 퓨필 형상면(110)에서 설정될 수 있다. 퓨필 형상면(110)은 대물렌즈(108)의 출사동(exit pupil)과 일치한다. 출사동(110)의 바로 근방에 빔 정형 소자로 더 사용되는 제2광학래스터소자(109)가 마련되어 있다. 조명 시스템의 퓨필 면인 퓨필 형상면(110)에는 회전 조리개(115)가 마련되어 있다. 회전 조리개(115)는 가변되는 퓨필 필터로 사용되며, 그 디자인과 기능에 대해 자세한 것은 후술한다. 그 뒤에 광을 중간 필드 플레인(122)으로 투과시키는 입사 광학계(120)가 마련되며, 중간 필드 플레인(121)에는 조절 가능한 필드 조리개로 사용되는 레티클/마스킹 시스템(reticle/masking system, REMA) (122)이 마련되어 있다. 이 실시예에서, 조명 방사는 조리개 유닛에 의해 균질화되며, 조리개 유닛은 중간 필드면(121)의 근방에 위치하고, Rema 시스템(122)으로부터 축이 오프셋되어 있으며, 후술되는 스캐닝 프로세스의 통합작용과 협력하여 레티클(마스크)(150)에 광범위하게 균질한 조명이 가능하도록 광분포의 특정 모서리영역을 차단하도록 설치되어 있거나, 설치될 수 있다. 이 목적에 적합한 디바이스이며, 필드에 서로 동적, 독립적으로 측면 삽입될 수 있는 막대 형상의 '손가락 조리개'가 유럽 특허 출원 EP 1 020 769 A2에 개시되어 있으며, 상기 문헌에 기재된 내용은 이 설명에 참조될 수 있다.

하류 이미징 대물렌즈(130)은 마스킹 시스템(122)에 의해 중간 필드면(121)의 상을 예를 들어, 2:1과 1:5 사이 실시예에서는 대략 1:1의 스케일로 레티클(마스크, 리소그라피 마스터 150)에 형성한다. 이미지 형성은 중간 이미지 없이 그리고 매우 정확하게 수행되며, 조명시스템의 출사면(140)에 대해 푸리어 변환된 하나의 퓨필 면(135)이 이미징 대물렌즈(130)의 오브젝트면에 대응하는 중간 필드면(121) 및 조명시스템의 출사면에 대응하며 동시에 하류 투사 대물렌즈(160)의 오브젝트면에 대응하는 이미징 대물렌즈의 상면(140) 사이에 놓인다. 편향 미러(136)는 상기 퓨필 면(135)과 상기 상면(140) 사이에 배치되며 광축(103)에 대해 45°기울어져, 상대적으로 큰 수 미터 길이의 조명 시스템이 수평적으로 설치되고 레티클(150)을 수평하게 지지하는 것을 가능하게 한다.

레티클 면(140)의 다음 하류에는 마스크(150) 위에 배치된 패턴(151)의 이미지를 웨이퍼(190) 위로, 예를 들어 1:4 또는 1:5의 감소된 스케일로 투사하는 투사 대물렌즈(160)가 마련되어 있으며, 상기 웨이퍼(190)는 포토리지스트층으로 코팅되어 있고 웨이퍼(190)의 광민감성 표면이 투사 대물렌즈(160)의 상면(165)에 놓인다. 굴절, 굴절반사(catadioptric) 및 반사(catoptric) 투사 노광 대물렌즈들이 가능하다. 다른 감소 스케일, 예를 들어, 1:20 또는 1:200에 이르는 더 강한 축소도 가능하다.

예시된 경우의 반도체 웨이퍼(190)가 될 수 있는, 노광될 기판은 레티클(150)과 동기하여 웨이퍼를 광축에 수직인 방향으로 움직이기 위한 스캐너 구동원(174)을 포함하는 디바이스(173)에 의해 지지된다. 투사 대물렌즈(160)의 설계에 의존하여 상기 움직임은 평행 또는 반평행하게 수행될 수 있다. "웨이퍼 스테이지"라고도 불리는 상기 디바이스(173)와 "레티클 스테이지"라고도 불리는 디바이스(171)은 스캔 제어 디바이스(175)에 의해 제어되는 스캐너 디바이스(170)의 구성원이다.

다양하게 설정될 수 있는 조명시스템의 상기 구성요소들은 정보를 전송하기 위해 스캔 제어 디바이스(173)에 연결된 조명 시스템 제어 디바이스(180)에 의해 레티클(150)의 조명 타입이 스캐닝 과정과 상응하도록 구동된다. 광원 제어 유닛(181)은 레이저(102)를, 특히, 펄스 레이저의 펄스 시퀀스, 펄스의 일시적 위치 또는 펄스 순서, 즉, 말하자면 위상을, 적절한 경우라면 스캔 제어 디바이스(173)의 신호의 함수로 설정하기 위해, 구동할 목적으로 구성된다. 편광 제어 유닛(182)는 편광 회전자(105)를 구동하기 위해 사용된다. 대물렌즈 제어 유닛(184)은 대물렌즈(108) 내부에서 이동가능하게 지지되는 광학 부품들의 구동을 제어하기 위해 사용되며, 대물렌즈(108)은 예시된 경우 줌 엑시콘 시스템(zoom axicon system)을 포함한다. 퓨필 필터 제어 유닛(185)는 가변되는 퓨필 필터(115)를 구동할 목적으로 설계되며, 특히, 상기 구동이 스캐너 디바이스(170) 및 펄스레이저(102)의 제어와 상응하게 수행되도록 되어 있다.

퓨필 형상 유닛(155)의 구성요소들은 조명시스템의 퓨필 형상면(110)에서 조명 방사에 대한 소정의 공간 조명 강도 분포를 설정하는 목적을 수행한다. 이 경우, 퓨필 형상면(110)의 상류에 위치한 광학 소자들은 공간 해상력있는 퓨필 필터(115)의 설계에 의해 더 수정될 수 있는 기본 조명 강도 분포를 생성하며, 이것으로부터의 결과로, 이하 "조명동"이라고도 불리는 면(110)이 생겨난다.

퓨필 형상면은 바로 다음의 퓨필면(135) 및 투사 대물렌즈(160)의 상측 퓨필 면(161)과 광학적으로 켤레를 이루는 위치 또는 그 근방에 놓인다. 투사 대물렌즈의 퓨필(161)에서 공간적(국소적) 광분포는 따라서, 조명 시스템의 퓨필 형상면의 공간적(국소적) 광분포에 의해 결정된다. 각 경우에, 퓨필면(110,135,161)들 사이에는 광빔경로에서 각각의 퓨필면에 대해 푸리어 변환된 면인 필드 면이 놓여 있다. 이것은 특히 퓨필 형상면(110)에서 조명강도의 정의된 국소적 분포가 필드면(121)의 하류영역에서의 조명방사의 특정한 각분포를 산출하는 것을 의미하며, in turn, 이는 레티클(150) 위로 조사되는 조명방사의 특정 각분포에 해당한다.

조명시스템의 고유한 특징은 조명 퓨필이 개별 마스크에 대한 조명 작용 동안, 즉 마스크가 스캐닝되는 동안, 동적으로 조작될 수 있다는데 있다. 이것은 도 2의 모식적인 사시도를 참조하여 더 상세히 설명된다. 조명시스템으로부터 각각 퓨필 형상면(110)과 이미징 대물렌즈(Rema objective,130)의 출사측이 나타나며, 레티클(150) 위를 향한 조명방사가 출사측으로부터 출사된다. 각 경우 레티클 하류의 광경로에는 마스크 패턴의 축소된 상을 웨이퍼 스테이지(173)에 의해 지지되는 웨이퍼(190)의 서브영역위로 형성하는 투사 대물렌즈(160)가 보여진다. 마스크(150)와 기판(웨이퍼,190)은 총 노광시간동안 스캐닝 디바이스에 의해 광축(Z축)에 수직인 반평행 방향으로 이동되며, 조명시스템에 의해 생성되고 직사각형 슬릿 형상의 조명 필드(135)는 레티클(150)에 있는 전체 패턴에 걸쳐 움직이고, 상기 패턴은 동시에 연속적으로 반평행하게 움직이는 기판위로 전사된다. 모식도에서는 도시의 편의상 전체 웨이펴 면이 스캐닝되는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 칩들이 제조될 때는, 웨이퍼 면의 작은 서브영역만이 패턴되고 결과적으로 스캔되는 각 경우에 해당한다는 것이 알려져 있다.

레티클의 패턴은 실질적인 "레이아웃 변화", 즉, 패턴 내에서 심하게 다른 구조들을 갖는다. 예시된 경우에서는 제1서브패턴(151A)를 가지는 제1패턴영역과, 이로부터 스캐닝방향(Y방향)으로 오프셋 된 제2서브패턴(151B)를 가지는 제2패턴영 역이 레티클 위에 서로 인접하여 있다. 양 서브패턴들은 라인 패턴이고, 제1서브패턴(151A)의 라인은 스캐닝 방향과 실질적으로 나란한 반면, 제2서브패턴(151B)의 라인은 스배닝 방향에 수직으로 되어 있다. 이러한 조건 하에서, 일반적인 투사 시스템에서는, 다르게 정렬된 구조적 형상들의 상이 동등한 이미지 품질로 형성되도록 조명시스템에서 조명 방사를 설정하는 것이 가능하지 않다는 사실 때문에, 실질적인 필드 의존성 형상 폭 변화(CD 변화)가 초래된다. 이 문제는 실시예의 경우, 퓨필 면(110)에서 조명 강도의 공간적 분포가 스캐닝 동작 동안, 즉, 총 노광시간 내에, 각 서브 패턴의 경우에 대한 최적의 노광조건이 보급되도록 변하는 것에 의해 해결된다. 도 2a에 도시된 바와 같이 스캐닝 동작이 시작되는 t₁인 순간에, 제1서브패턴 151A는 조명 필드(135)의 영역에 배열되고, 투과된다. 조명 퓨필(111A)는 이 서브패턴에 대하여 설치되고, 두 조명 스팟(조명 강도의 최대값)(112A,113A)이 x 방향으로 광축(103)에 벗어나서 직경을 따라 서로 마주하는 다이폴 조명에 대응한다. 제1서브패턴(151A)의 위치에서, 이는 조명 방사의 각분포를 이끌어 내며, 상기 각분포는 기울어진 조명이 주로 구조 형상들의 정렬 방향과 수직인 방향(즉, X축과 수직인 방향)으로부터 구조 형상들에 조사되게 하기 위한 것이다. 따라서, 이 구조적 방향에 대한 최적 해상도가 가능하다.

스캐닝 움직임이 진행됨에 따라, 조명필드(135)가 제2서브패턴(151B)을 제2조명시간간격동안 지나가도록, 레티클은 조명 필드(135)에 대해 스캐닝 방향으로 연속적으로 이동된다. 이는 제2조명시간간격 내에 있는 한 시점인 t₂에 대한 도 2b 에 나타난다. 이 순간에, 퓨필 형상면(11)의 조명 퓨필에서의 동적인 변화는, 축에서 벗어나 배치된 조명 스팟들이 이제는 각 경우에 광축(103)으로부터 Y방향(스캐닝 방향)으로 오프셋 되는 다이폴 분포에 해당하는 조명 강도 분포를 설정한다. 이 경우, 마찬가지로, 조명 필드(135)에서의 조명 방사는, 따라서, 주로 구조 형상들의 세로 방향에 수직인 방향으로부터 상기 구조에 조사된다. 이에 의해, 조명 강도의 최적 각분포가 제2서브패턴(151B)에도 설정되며, 이 서브패턴의 상이 최적의 이미지 품질로 형성된다.

본 발명은 총 노광 시간 동안 조명 퓨필에서 한 번의 변화가 있는 것에 제한되는 것은 아니다. 스캐닝 동작 동안에 두 개 이상의 다른 조명 강도 분포를 설정하는 것도 가능하다. 이와 관련하여, 도 3은 서로 인접 배치되고 서브패턴(351A,251B,351C)들을 가지는 세 패턴 영역을 가지는 레티클(350)을 모식적으로 보인다. 연관된 조명 퓨필(111A,111B,111C)들은 이에 대해 모식적으로 도시된다. 구조 방향이 서로 수직이고, 각 경우 스캐닝 동작에서 처음 및 마지막에 광이 조사되며, 스캐닝 방향에서 볼 때 레티클의 바깥쪽 변두리에 배치되어 있는, 라인 패턴(351A,351B)은 각각 다른 정렬을 갖는 다이폴 조명들에 의해 최적으로 조명된다. 반면, 이들 사이에 배치되고, X 방향과 Y 방향의 구조 치수가 거의 같으며, 구조형상들 간의 거리가 대략 동일한, 독립된 구조 형상들을 가지는 서브패턴(351C)의 경우, 최적 조명이 서로 수직으로 정렬된 두 다이폴 조명의 중첩 또는 조합으로 기술될 수 있는 4극 조명(조명퓨필 111C)이다.

퓨필 형상면에서 다른 조명 강도의 공간적 분포 사이의 스위치 동작이 일어 나는 동안, 즉, 다른 조명 퓨필 사이의 변화가 일어나는 동안의 시간 순간에 의해 특유한 역할이 수행된다. 광원으로 펄스 레이저를 가지는 특징의 스캐너 시스템은 예를 들어, 기판 필드의 한 점이 한 번의 노광 동안 레이저 100 펄스에 부닥치도록 설계될 수 있다. 킬로헤르쯔(kHz) 크기 단위의, 주어진 펄스 주파수에 대해 이는 각 필드 점의 노광 시간이 수분의 1초인 것에 해당한다(예를 들면, 주어진 펄스 비가 4kHz인 경우 1/40초). 만약 조명 필드의 슬릭 폭이 스캐닝 방향을 따라 측정할 때 예를 들어 40nm의 특정 값으로 설정된다면, 1m/s로 부터 10m/s 또는 그 이상의 스캐닝 속도(예시된 경우에서는 대략 1.6m/s)의 경우에 요구되는 노광 시간을 달성하는 것이 가능하다. 결과적으로, 통상적인 마스크 크기가 주어진 경우, 스캐닝 과정동안 마스크의 전체 패턴이 한 번 커버되기 위한 총 노광 시간은 겨우 수분의 일초에 달하는 정도이다. 다른 조명 퓨필들 간의 전환은 이 총 노광 시간 내에 적어도 한번의 변화를 가능하게 하여야 하고, 따라서 매우 빠른 전환이 요구된다. 모범이 되는 전환 시간은 통상적인 시스템에서 가능한 전환 시간보다 한 차수 정도 짧아야 하며, 예를 들어, 이 정도는, 줌 엑시콘 시스템(zoom axicon system) 내부의 광학소자들을 교환하는 것에 의해 일반적인 조명과 축외조명 사이 및/또는 다른 일반적인 조명 셋팅들 사이의 전환이 이루어지는 정도이다.

도 1에 따른 실시예에서 수행되는 경우에, 유효한 조명 퓨필에서 빠른 전환을 달성할 수 있는 가능성에 대해 도 4를 참조하여 설명한다. 이 목적을 위해 광축(403)에 대해 회전하는 조리개의 형태를 갖는 가변 퓨필 필터(415)가 사용되고 있다. 조리개(415)는 네 개의 90°섹터들로 분할되어 있고, 두 조리개 섹터 들(415O)는 서로 반경을 따라 마주하게 놓이고 불투명하며, 이들과 90° 오프셋 된 섹터들(415T)은 투명하다. 상기 조리개는 퓨필 형상 면(110)의 바로 하류의 빔 방향에 배치되며, 퓨필 형상 면(110)에는 상류 광학 소자들에 의해 광축(403) 바깥에 배치된 주변부에 각각 90°로 오프셋 되어 배치된 네 개의 조명 스팟(411X1, 411X2, 411X3, 411X4)을 가지는 쿼드러폴 분포 형태의 기본 광 분포가 마련된다. 조명 강도는 이 축외 조명 면에서 각 레이저 펄스와 함께 존재한다. 회전 조리개(415)는, 각 순간의 레이저 펄스에 대하여 회전 퓨필 필터(415)(회전 속도=0.5 펄스 주파수)의 동일한 각 위치(회전 위치)가 형성 되도록, 레이저의 펄스 주파수로 조절된 회전 속도로 연속적으로 회전한다. 레이저 펄스와 회전 조리개의 위상이, 불투명 섹터(415O)가 각 경우 X 방향으로 배치된 조명 스팟(411X1,411X2) 하류의 빔 경로에 놓이도록 서로 조절되는 경우, 상기 스팟(411X1,411X2)들은 회전 조리개에 의해 가려지고 조명 스팟(411Y1,411Y2)에 존재하는 조명 강도만이 Y 방향에서 "유효 조명 퓨필"로 존재한다. 이 결과는 조명 폴들이 Y 방향에서 오프셋 된 다이폴 조명에 해당하는 도 2b와 유사한 유효 조명 퓨필이다. 결과로서, X방향과 나란하게 연장된 라인 패턴들은 특히 바람직한 방법으로 조명될 수 있다. 이 다이폴 조명 및 이와 90° 오프셋 된 다이폴 조명 사이에서, X 방향에 놓인 조명 스팟(411X1,411X2)만이 유효 조명 퓨필로 기여하도록 변화를 달성하기 위해, 레이저 펄스의 시퀀스는 광원 제어 유닛(181)에 의해 단기적으로 펄스 주파수의 1/4만큼 지연된다. 이 위상 지연에 의해, 각 다음의 레이저 펄스와 함께, Y 방향에서 오프셋된 조명 스팟(411Y1,411Y2)의 조명 강도는 불투명 섹터(415O)에 의해 가려지며, 반면, X 방향으로 놓인 조명 스팟(411X1,411X2)은 투명 섹터(415T)의 영역을 지나간다. 이것은 도 2a에 도시한 유효 조명 퓨필(111A)이다. 따라서, 다른 방향을 향하는 다이폴 조명들 사이의 빠른 변화가 단순히 레이저 펄스 시퀀스의 위상을 간단하게 지연시킴으로써 가능해진다. 이는 요구되는 속도로 수행될 수 있다. 다른 조명 셋팅 사이에서의 변화를 위해 조명 시스템에서 어떤 종류의 기계적 조작을 할 필요가 없다.

회전 퓨필 필터(415)는 고체 조리개로 설계될 수 있고, 이 경우, 불투명 섹터는 예를 들어, 적절한 형태의 금속판에 의해 형성된다. 또한, 퓨필 필터는 투명 물질로 이루어진 디스크에 의해 형성될 수 있고, 이 경우 불투명 섹터는 예를 들어, 금속 물질로부터 만들어지는, 적절한 불투명 코팅에 의해 형성될 수 있다.

예시적으로 설명된 여기서 기술된 원리는 특정 영역을 일시적으로 가리는 것과, 퓨필 형상 면에 존재하고 총 노광 시간 동안 변해서는 안되는 기본 조명 강도 분포로부터의 빠른 변화와 함께 이루어진다. 또한, 이 목적을 위하여, 공간적으로 변하는 투과 함수를 가지며 적절히 빠르게 전환될 수 있는 투과 필터 디바이스를 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 투과율이 전기적 구동 원리에 따라 픽셀단위로(pixelwise) 변하는, 적당한 디지털 필터를 사용하는 것이 가능하다. 가리는 동작(masking out)은 빠르게 스위치되는 반사 필터를 사용함으로써 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 1과 같이 편향 미러(136)가 퓨필 면(135)에 충분히 가까이 배치되어 퓨필 필터링의 공간적 해상이 가능한 경우, 편향 미러가 마이크로미러 배열(도 9와 관련된 설명과 비교)로 설계되는 것에 의해 조명 강도의 부분들을 선택적으로 가리 는 것이 가능해진다.

또한, 이 방법들은 조절되는 필드 스탑(122, REMA 블레이드)의 조리개 요소의 움직임과 상응됨으로써 변이 영역을 더욱 명확하게 정의하는 것이 가능해진다. 예를 들어, 제1조명셋팅은 처음에, 열린 필드 스탑(122)에 노출될 수 있다. 그 다음에, 상기 스탑(122)은 닫히고 조명 퓨필의 변화가 행해진다. 계속적으로, 노광 동작이 계속되도록, REMA 블레이드가 다시 열린다. 스캐닝 방향에 수직인 변화에 대하여, 필터는 X 방향으로 움직일 수 있는 REMA 블레이드에 더 커플되거나 또는 대물렌즈(130)의 줌 시스템을 경유할 수 있다. 임계치수를 보다 잘 제어하기 위하여(CD 제어), 상기 방법은, 구현 가능한 임계치수(CD 성능)에 대한 도즈 맵퍼(dose mapper)를 사용함으로써 개선될 수 있다.

상술한 예들은 조명 시스템의 퓨필 면에서의 투과율을 스캐닝 동작에 상응하여 변화시킴에 의해 병렬 배치된 마스크의 구조 영역에, 다른, 최적 조명을 제공하는 것이 가능함을 보이고 있다. 마스크 구조 상류의 필드 면 영역에서 투과율의 각분포 변화가, 마스크 상의 다른 패턴 영역이 일시적으로 연속하여 조명 방사의 다른 각분포에 노광되도록 도입되는 경우, 유사한 효과가 달성될 수 있다. 이 목적에 적합한 특정 마스크의 실시예가 마스크(550)의 단면을 모식적으로 보이는 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명된다. 예를 들어, 합성 실리카 글래스(synthetic silica glass) 또는 칼슘 플루오라이드(calcium fluoride)로 이루어진, 평행면 플레이트 형태의 투명 기판(555)이 도시되어 있다. 설치된 상태에서 조명시스템을 마주하는, 기판(555)의 광 입사측에, 유전물질로 된 반사방지 코팅(556)이 형성되어 있다. 이 측은 "레티클 후면"이라고도 불린다. 마스크의 패턴, 즉, 마스크 구조는 크롬 등과 같은 물질로 형성되어 기판의 광출사측에 마련되어 있다. 도시된 마스크는 상대적으로 서로 가깝게 배치된 구조 형상들의 제1서브구조를 갖는 제1마스크영역에 더하여, 보다 성긴 구조가 되도록 서로 더 떨어진 구조 형상들의 제2서브구조를 갖는 제2마스크영역을 가지는 형태로 레이아웃 변화를 갖는다. 반사방지코팅(556)은 다른 광 파워를 가지며 병렬 배치된 복수의 영역을 가지며, 반사방지코팅 AR_A의 제1코팅영역은 제1서브패턴(551A)의 맞은편에 마련되고, AR_A와 다른 반사방지코팅 AR_B의 제2코팅영역은 보다 성긴 제2서브패턴(551B)의 맞은편에 마련되어 있다.

다른 광 파워는 레이어 두께 및/또는 유전물질의 다층 적층된 구조에서의 각 층의 물질에 의해 영향받는다. 반사방지코팅(556)의 다른 영역들의 광 특성을 반사방지코팅의 투과율 T를 입사 조명 방사의 입사각 α의 함수로 나타낸 모식적인 다이어그램인 도 6을 참조하여 설명한다. 보다 미세한 구조(551A)에 주어진 코팅 AR_A는 한계 입사각 α_A근방까지에서 좋은 투과특성을 나타내며, 더 큰 입사각에서는 투과되는 방사가 거의 없다. 반대로, 보다 성긴 구조(551B)에 주어진 코팅 AR_B는 투과율은 보다 작은 입사각에서 급격이 낮아지며, α_B<α_A인 한계입사각에서는 더 이상 투과량이 나타나지 않는다. 반사방지코팅의 투과율의 공간적 변화는 보다 미세한 구조(551A)가, 이에 인접하여 배치된 보다 성긴 구조(551B)보다 넓은 각 스펙트럼으로 조명되도록 영향을 준다. 보다 미세한 구조(551A)에는 조명 방사의 넓은 각 스펙트럼을 사용할 수 있는 반면, 보다 성긴 구조(551B)의 영역에서는, 이러한 구조의 상을 형성하는 어떤 경우에도 요구되지 않고 이미지의 간섭을 일으킬 수 있는 상대적으로 큰 각은 컷 오프 된다. 여기서, 마찬가지로, 마스크의 병렬된 서브영역들은 다른 조명 방사의 다른 각 분포로 조명된다. 여기서, 복수의 서브영역들이 다른 효과를 가지는 코팅 영역들로 커버되도록 조명필드의 치수가 형성될 때, 다른 각분포는 공간적으로 병렬 배치된 영역에서 동시에 형성될 수 있다. 스캐닝 움직임의 조합도 마찬가지로 가능하다.

스캐닝방향에 수직으로 조명 각 분포의 변화를 수행하기 위한 이러한 코팅을 이용하는 것이 가능하다. 이러한 타입으로 코팅된 마스크는 또한 웨이퍼 스테퍼에서 유리하게 사용될 수 있다.

도 7a는 투사 대물렌즈의 오브젝트면에 배치되고, 마찬가지로 다른 서브패턴(751A,751B)을 레티클의 전면에 가지는 레티클의 변형을 보인다. 투명 기판(755)의 광 입사측 위에는 제1서브구조(751A)에 대하여는 서브-λ 구조 SUB_A로, 제2서브구조(751B)에 대하여는 서브-λ 구조 SUB_B로 다르게 설계된 병렬된 영역들을 갖는 투명레이어(756)가 마련되어 있다. 회절 구조의 주기성 길이가 사용되는 동작 파장에 대하여 짧을 때, 회절 구조는 특별히 구조적 복굴절이라 불리는 현상을 일으킨다. 이와 같은 서브-λ구조의 경우, 간섭하는 높은 회절차수는 생성되지 않는다. 상황에 따라, 이러한 레이어는 반사방지 효과를 동시에 나타낼 수 있다. 서브-λ구조 SUB_A와SUB_B는, 침투하는 방사에 충돌된 위치에 의존하여 광 경로의 차이를 일으키는, 다른 격자 상수 및/또는 형상 폭을 가지는 선형 격자로 설계될 수 있다. 서브파장 구조를 갖는 각 서브영역들은, 개별 층들이 중복되고 상기 개별 층들의 일부 또는 전부가 침투하는 방사의 동작 파장에 대하여 작은 광학적 레이어 두께를 가지는 멀티레이어 시스템에 의해 형성될 수 있다. 이에 의해, 소위, 형상 복굴절이 발생하는 것이 가능하다. 편광에 미치는 영향이 방사의 충돌 위치에 의존하는, 위치에 따라 변하는 편광에 대한 영향력을 갖는, 편광 감응 소자(polarization-influencing element)가 예를 들어, 본 출원인의 국제 특허 출원 PDT/EP03/11977에 개시되어 있으며, 이에 기재된 내용은 이와 관련하여 본 설명에 참조될 수 있다.

도 7b는 다른 광 파워를 가지는 병렬된 영역들을 가지는 투명 레이어를 이미지로 형성될 패턴의 바로 근방에 제공하는 다른 가능성을 보인다. 도 7a에 따라 예시로 설명된 것과 같이, 마스크 배열(750')의 서브패턴(751A',751B')은 투명 기판(755')의 광출사면(전면)에 배열되어 있다. 다른 방향을 향한 서브파장 구조 SUB_A'와SUB_B'을 가지는, 위치에 따라 변하는 레이어(756')가 기판(755')과 별개로 된 평행면 플레이트(760)에 적용되고 마운트(770)에 마스크 기판(755')와 함께 고정되어 있다. 플레이트(760)는, 적절한 경우 마운트가 필요하지 않을 수 있도록 기판(755') 위로 압착(wring)될 수 있다. 이러한 타입의 분리된 광학 소자에는 또한, 예를 들어 도 5와 관련하여 기술한 바와 같이, 위치에 따라 변하는 반사방지코팅이 채용될 수 있다. 이와 같은 타입의 교환 가능한 광학소자는 마스크의 제조를 단순화하고 다른 코팅 요구사항에 쉽게 적응하는 것을 돕는다.

도 1에 도시된 타입의 조명 시스템의 경우, 퓨필 형상 디바이스(155)가 퓨필 형상면(110)에서 스캐닝 동작에 요구되는 총 노광 시간 동안 변하지 않는 기본 조명 강도 분포를 형성하기 위해 사용된다. 가변 퓨필 필터(115)는 다른 마스크 영역에 대하여 다른 효과를 갖는 조명 셋팅을 수행하기 위해, 스캐닝 동작에 동기되는 스텝으로 기본 조명 강도 분포의 단기적(동적) 수정을 위해 사용된다. 가변 퓨필 필터들을 사용하지 않을 수 있도록 기본 조명 강도 분포를 빠르게 바꾸는 것을 수행하기 위한 가능성들에 대해 이하에서 설명한다.

도 1의 조명 시스템의 경우, 침투하는 레이저 방사의 에텐듀를 조금 증가시키고 광분포 형상을 예를 들어 근사적으로 원형 분포, 환형 분포 또는 쿼드러폴 분포로 바꾸기 위해 재1회절래스터소자가 제공된다. 이들 조명 모드간을 변화시키기 위해 제1래스터소자를 교환하는 것이 제공된다. 대물렌즈(108)의 출사동에 위치한 제2래스터소자(109)는 적절한 광분포로 조명되고 중간 필드면(121)에서 기대되는 직사각형 형상의 조명 필드의 직사각형 광분포를 형성한다. 조명이 환형인 정도와 조명된 영역의 크기는 대물렌즈(108) 내부의 줌 엑시콘을 조절함으로써 조절된다. 이러한 기본 기능들을 가지는 시스템들은, 예를 들어 출원인의 EP 0 747 772에 개시되어 있다.

이러한 시스템은, 조명 모드의 빠른 변환을 위해, 제1래스터소자(106)를 공간 도메인 및/또는 각 도메인에서 입사광의 광분포의 제어 가능한 변화를 총 노광시간의 수분의 일 내에서 가능하게 하는 광 조작 디바이스로 교체하는 것에 의해 수정될 수 있다.

도 8은 유효 함수의 빠른 변환을 위해 설계된 것으로, 회절 각 분포의 변화를 가져오기 위해 외부 구동에 의해 단기적으로 변할 수 있는 방사-회절 구조를 가지는 회절 광학 소자(DOE)의 형태를 가지는 광 변조 디바이스(806)에 대한 실시예를 보인다. 광 변조 디바이스는, 투명물질로 이루어지고 입사면(821)과 출사면(822)이 설치된 상태에서 조명시스템의 광축에 대해 서로 수직인 평행면 플레이트(820)를 포함한다.

압전소자 P_Y는 정사각형 플레이트의 측면에 Y 방향에 수직인 방향으로 정렬되어 있고, 압전소자 P_X는 이웃하는 측면에 X 방향에 수직인 방향으로 정렬되어 있다. 제어 디바이스는 압전소자 P_X, P_Y에 서로 독립적으로 AC 전압을 인가할 수 있다. 결과적으로, 음파가 압전소자의 도움으로 플레이트(820)에 커플된다. 여기 주파수를 특정하게 조절함으로써 정상 종파가 플레이트에 생겨나고, 플레이트가 침투광에 대해 위상 격자의 역할을 하게 된다. 이에 의해, 광축에 나란하게 입사되는 광빔(810)은 광축(803)에 대해 같은 회절각을 가지며 직경 방향으로 연장된 두 회절빔(811,812)의 회절에 의해 스트립된다. 이에 의해, 다이폴 광분포는 퓨필 형상면에 생성될 수 있으며, 회절각은 광축과 회절 성분의 빔에 의해 형성된 조명 스팟 사이의 반경방향 거리를 결정하게 된다. 회절각은 주파수를 조절함으로써 바뀔수 있다. 진폭을 바꿈으로써 여기의 정도를 0차 회절에 적합하게 할 수 있고, 따라서, 회절 차수 내에서 광분포의 재분포를 제어하는 것이 가능하다.

제1조명시간간격동안, 압전소자 P_Y가 활성화되는 경우, X방향으로 연장되고 웨이브 벡터가 Y 방향의 진행방향을 나타내는 종파가 플레이트에 생겨난다(도 8b 윗부분). 이에 의해 Y방향에서 광축으로부터 오프셋 된 조명 폴들이 생겨나는 것이 가능하다. 다른 압전소자 P_X는 이 경우 활성화되어 있지 않다. 반대로, P_X가 활성화되고 P_Y는 활성화되어 있지 않은 경우, 웨이브는 Y 방향으로 연장되고, 회절빔들은 X 방향에서 광축으로부터 오프셋 된다.

다른 진폭 및/또는 주파수에 대해 적절한 경우, 양 압전소자들을 동시에 활성화시킴으로써 다른 조명 강도 분포를 형성하는 것도 가능하다.

도 9는 퓨필 형상 유닛(950)이 가변 퓨필 필터링을 요구함이 없이 퓨필 면(910)에서 다른 퓨필들 간의 매우 빠른 변화를 가능하게 하는 조명 시스템의 실시예를 보인다. 광원(902), 빔확장기(904), 대물렌즈(908) 및 제2래스터소자(909)에 대해서는 도 1의 조명시스템의 설계에 대응하므로, 이 범위에서는 전술된 기재로 설명을 대신한다. 퓨필 형상면(910)의 하류에 마련된 입사 광학계(920)는 강도 분포의 광을 막대 형상의 로드 인티그레이터(945)의 직사각형 입사면(944) 위를 향하도록 투과시키며, 로드 인티그레이터(945)는 합성 실리카 글래스 또는 칼슘 플루오라이드로 만들어지고 중복 전반사에 의해 출사광을 섞어 균질화한다. 퓨필 형상 면(910)은 입사면(944)의 푸리어 변환된 면이고, 따라서, 퓨필 형상면에서의 공간 강도 분포는 입사면(944)에서의 각 분포로 변환된다. 로드 인티그레이터(945)의 출사면(946)에는 바로 중간 필드면(921)이 놓이며, 이는 도 1의 중간 필드면(121)에 대응하며, 레티클 마스킹 시스템(922)가 이 면에 제공된다. 하류 이미지 대물렌즈(930), 투사 대물렌즈(960), 스캐닝 시스템(970)의 형상과 기능은 도 1의 구성과 대응하므로, 전술된 기재를 참조하기로 한다.

빔확장기(904)의 하류에는, 빔확장기(914)로부터 규칙적으로 배열되고 서로 평행하며 각각 측부 간격을 가지는 빔(917)을 생성하는 망원 렌즈 시스템(916)의 2차원 래스터 배열(915)이 마련되어 있다.

복수의 빔(917)으로 나뉘어진 광 또는 각각의 빔(917)은, 위치에 따라 변하는 광 변조 디바이스의 역할을 수행하고 거시적으로 광축(903)과 대략 45°의 각으로 정렬되어 있으며 편향 미러의 방식으로 평균적으로 광축을 90°로 접는 효과를 가지는 미러 배열(920) 위로 침투한다. 다른 각 위치 및 편향각도 또한 가능하다. 미러 배열(920)은 중복된 개별의 작은 미러들을 포함하며, 예시된 경우에서는 매우 작은 간격을 가져 서로 직접적으로 경계에 접하고 미러 배열(920)에 작은 면을 이루는 반사면을 제공하는 플랫 개별 미러(921)들을 포함한다. 마이크로 미러 어레이(920)의 각 개별 미러는 서로 수직인 두 틸트 축에 대해 다른 개별 미러들에 독립적으로 틸트될 수 있다. 개별 미러들의 틸트 움직임은 개별 미러의 개별 구동원에 전기적 신호를 인가함으로써 제어 디바이스(922)에 의해 제어된다. 미러 배열(920)은 퓨필 형상 유닛(950)의 본질적인 구성요소이고, 미러 배열에 침투하는 방사의 각분포를 공간 해상 방식으로 변화시키기 위해 특정하게 사용된다. 미러 배열에 의해 발생된 방사의 각분포를 퓨필 형상면(910)에서의 공간 분포로 바꾸는 대물렌즈(908)의 오브젝트면 영역에 미러 배열이 배치되어 있다.

미러 제어 디바이스(922)는, 레티클의 각 패턴 영역의 퓨필 형상면(910)에서 최적의 조명 강도 분포를 설정할 수 있게 개별 미러들의 위치가 스캐닝 동작동안 스캐닝 움직임에 상응하여 변하도록, 웨이퍼 스캐너 위에서 스캔 제어 디바이스(975)에 결합되어 있다. 상기 방법은 막대 형상의 광 인티그레이터를 구비하지 않는, 예를 들어 도 1의 조명시스템의 경우에도 적용될 수 있다.

스캐닝 동안에 조명 강도 퓨필을 동적으로 조절하는 것에 더하여, 도 1의 조명 시스템은 또한, 마스크에 조사되는 조명 방사의 초기 편광 상태가, 스캐닝 동안에 다양하게 병렬된 마스크 패턴의 서브영역들이 다른 편광상태의 조명광으로 조사되도록, 바뀌도록 한다. 이 효과는 도 10에 의해 설명된다. 스캐닝 동작의 함수로 편광 제어 디바이스에 의해 구동되는 편광 회전자(105)는 광축에 대해 회전할 수 있는 1/4파장판을 구비한다. 빔확장기(104)와 편광 회전자 사이에는 레이저(102)로부터 선형 편광되어 입사하는 광을 원형 편광된 광으로 바꾸어 1/4파장판에 입사되도록 하는 지연자 디바이스가 더 마련될 수 있다. 1/4파장판의 회전속도는 퓨필 필터(115)의 속도에 상응하도록 설정된다. 1/4파장판(105)의 하류에 선형 편광된 방사의 바람직한 편광 방향은, 따라서, 광축에 대해 1/4파장판의 회전 속도의 두 배로 회전한다. 이 회전의 초기 위상은 이 경우 회전 퓨필 필터의 회전의 초기 위상으로 조절되어, 편광 필터(415)가 Y 방향에 놓인(도 4와 비교) 조명 스팟(411Y₁,411Y₂)의 조명 강도를 지날 때에는 언제나 바람직한 편광 방향이 정확히 X방향(도 10a와 비교)으로 정렬되도록 하고, X-폴(411X₁,411X₂)의 강도를 지날 때에는 본질적으로 Y방향(도 10b와 비교)에 평행하게 정렬되도록 한다. 이 상황은 도 10에 모식적으로 도시되어 있으며, 두 개의 화살표 각각은 바람직한 편광방향, 즉, 편광된 방사의 전기장 벡터의 진동 방향을 나타낸다. 생성된 다이폴 조명은 각 경우, 조명광의 입사면에 수직인 바람직한 편광 방향, 즉, S 편광으로 수행되는 것이 보여진다. 이것은 특히, 콘트라스트가 실질적으로 두 빔의 간섭을 통해 나타나는, 높은 개구수를 갖는 투사시스템 경우 매우 유리하다는 것이 검증되었다.

도 1의 실시예에서 1/4파장판(105')과 편광 회전자(105)가 빔확장기(104)와 제1회절광학래스터소자(106)사이에 확장된 빔단면의 영역에서 서로 가까이 배열되어 있다. 래스터소자(106)의 하류에서 출사면(140)에 이르기까지, 조명시스템은, 예를 들면 도 9에 도시된 타입의 로드 인티그레이터와 같이, 실질적으로 편광 변환 작용을 가지는 광학소자를 구비하고 있지 않다. 이러한 편광 보존 시스템의 경우, 방사의 편광 상태를 레이저 광원의 바로 근방에서 방해하는 것이 가능하다. 결과적으로, 1/4파장판과 편광 회전자를 레이저광원과 빔확장기(104)사이의 작은 빔 직경과 작은 빔 발산을 갖는 영역에 배치하는 다른 실시예가 제공된다. 이러한 광학소자들은 이 경우 더 작게 설계될 수 있으며, 따라서 질량이 줄어들어, 빠른 움직임을 위해 선호된다. 평행 빔 경로에서의 배치는 편광 광학 소자들의 작용에 의한 각 의존성으로부터 초래되는 영향들을 피하기 위해 일반적으로 선호된다.

회전 1/4파장판에 대한 대안으로, 예를 들어 빔스플리터를 회전시키는 방법과 같이, 편광 회전자가 또한 형성될 수 있으며, 이러한 변형을 고려하는 것은 주로 광 손실에 대한 허용 마진을 크게 하기 위한 것이다. 또한, 외부적으로 구동될 수 있고 광학 활성화되는 액체를 구비하는 액정 디스플레이(LCD) 타입의 전환 가능 한 편광 회전자를 채용할 수 있다.

본 발명은 마스크를 이용하여 설명되었으며, 상기 마스크의 도움으로,상으로 형성될 패턴이, 예를 들어 투명 기판 위에 구현된 크롬 레이어와 같은 형태로 영구히 규정되는 구조로 존재하게 된다. "마스크"라는 용어에는 예를 들어, 전자적 디바이스에 의해, 변할 수 있는 패턴을 형성하기 위해 조절가능한 디바이들에 의해 형성되는 마스크들을 모두 포함하는 확장된 의미가 의도되어 있다. 예를 들면, 마스크는 LCD 요소들(LCD 어레이)의 필드에 의해 형성될 수 있고, 또는, 소위, "마스크없는 리소그라피(maskless lithography)"로 불리는 경우에 사용되는 것과 같이, 마이크로미러의 2차원 필드(마이크로미러 어레이)에 의해 형성될 수도 있다. 이 경우, 마스크의 "스캐닝"은 마찬가지로, 마스크와 조명 시스템의 조명 필드사이에서의 상대적 움직임에 의해 수행될 수 있다. 선택적으로, 패턴을 형성하는 디바이스는 전체적으로 움직이지 않게 유지되고, 반면, 패턴을 형성하기 위해, 상기 디바이스의 개별소자(예를 들어 LCD 셀 또는 마이크로미러)들을 적절히 구동함으로써 마스크 배열의 표면을 지나는 패턴이 형성되게 하는 것에 의해 스캐닝 과정을 수행하는 것도 가능하다. 이 경우, 조명 방사의 다른 각분포가 조명 필드의 패턴 타입에 의존하여, 적절한 방법으로 형성된다. 예를 들면, 도 3을 참조하여 설명된 바와 같이, 패턴은 두 개 이상의 서브패턴, 예컨대, 세 개, 네 개, 다섯 개, 여섯 개,일곱 개, 여덟 개, 아홉 개, 열 개 또는 그 이상의 서브패턴으로 나뉘어질 수 있다.

Claims

투사 대물렌즈의 오브젝트면 영역에 배치된 마스크의 패턴의 적어도 하나의 이미지를 가지며, 투사 대물렌즈의 상면(image surface) 영역에 배치된, 방사에 민감한 기판을 노광하는 투사 노광 방법에 있어서,

투사 대물렌즈(160)의 오브젝트면 영역에, 제1서브패턴(151A)을 가지는 제1패턴영역과 상기 제1패턴영역으로부터 측면으로 오프셋되어 배치되고 제2서브패턴(151B)을 가지는 적어도 하나의 제2패턴영역을 가지는 마스크(150)를 배치하는 단계;

상기 마스크에 의해 변하는 투사 방사를 생성하기 위해, 조명 시스템(130)의 조명 필드(135)로부터의 조명방사에 의해 상기 마스크를 조명하는 단계;

규정된, 조명 방사의 국소 조명 강도 분포가 상기 조명 시스템의 퓨필 형상면(110)에 설정되는 단계;

초기에는 상기 제1서브패턴에, 그 다음에는 상기 제2서브패턴에, 상기 조명 필드의 조명 방사가 조사되도록 상기 마스크를 스캐닝하는 단계;

제1조명시간간격동안 상기 제1서브패턴을 조명하는 단계로서, 상기 제1서브패턴에 적응된, 상기 제1서브패턴에 조사되는 상기 조명방사의 제1 각분포가 상기 제1조명시간간격동안 설정되는 단계;

다음에, 제2조명시간간격동안 상기 제2서브패턴을 조명하는 단계로서, 상기 제2서브패턴에 적응된, 상기 제2서브패턴에 조사되는 상기 조명방사의 제2 각분포가 상기 제2조명시간간격동안 설정되고, 상기 제2 각분포가 상기 제1 각분포와 상이한, 단계;

상기 제1서브패턴에 적응된 제1조명강도분포(111A)를 상기 조명 시스템의 상기 퓨필 형상면에 설정하는 단계;

상기 제1조명시간간격 내에 상기 제1조명강도분포에 의해 상기 제1서브패턴을 조명하는 단계;

상기 제1조명강도분포와 상이한 제2조명강도분포(111B, 111C)를 생성하기 위해 상기 퓨필 형상면에서 조명강도분포를 변화시키는 단계; 및

상기 제1조명시간간격 다음의 제2조명시간간격 내에 상기 제2조명강도분포에 의해 상기 제2서브패턴을 조명하는 단계를 포함하는, 투사 노광 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 조명시스템의 상기 퓨필 형상면(110)에, 상기 제1 및 제2 조명강도분포가 중첩된 것인 기본 조명강도분포를 설정하는 단계;

상기 제1조명강도분포를 생성하기 위해 상기 기본 조명강도분포 중에서 상기 제2조명강도분포에 대응하는 부분을 마스크 아웃하는 단계; 및

상기 제2조명강도분포를 생성하기 위해 상기 기본 조명강도분포 중에서 상기 제1조명강도분포에 대응하는 부분을 상기 기본 조명 강도분포로부터 마스크 아웃하는 단계;를 포함하는, 투사 노광 방법.
청구항 2에 있어서,

공간적으로 변하는 투과함수를 가지는 적어도 하나의 투과 필터 디바이스(415)가 상기 기본 조명 강도분포의 일부를 마스크 아웃하기 위해 사용되는, 투사 노광 방법.
청구항 2 또는 3에 있어서,

공간적으로 변하는 반사함수를 가지는 적어도 하나의 반사필터 디바이스가 상기 초기 조명강도분포의 일부를 마스크 아웃하기 위해 사용되는, 투사 노광 방법.
청구항 2 또는 3에 있어서,

상기 기본 조명강도분포의 일부를 마스크 아웃하는 단계는, 상기 기본조명강도분포에 대해 상대적으로 이동할 수 있고, 조리개 디바이스가 움직이는 동안, 초기에는 상기 제2조명강도분포에 대응하는 상기 조명강도의 부분이, 그 다음에는 상기 제1조명강도분포에 대응하는 부분이 기본 조명강도분포로부터 마스킹 아웃되도록 이동되는 적어도 하나의 조리개 개구(415T)를 가지는 적어도 하나의 이동 조리개 디바이스(415)에 의해 실행되는, 투사 노광 방법.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1조명시간간격과 상기 제2조명시간간격을 포함하는 총 노광 시간 동안에,

처음에 상기 제1각분포에 대응하는 제1조명강도분포를 설정하고 그 다음에 상기 제2각분포에 대응하는 제2조명강도분포를 설정하기 위해, 주광원(902)의 광을 수광하고 상기 조명 시스템(900)의 상기 퓨필 형상면(910)에 가변으로 설정할 수 있는 국소 조명강도분포를 생성하기 위해 다양하게 구동할 수 있는 퓨필 형상 유닛(950)이 사용되는, 투사 노광 방법.
청구항 6에 있어서,

상기 퓨필 형상 유닛(950)은 입사광의 강도분포를 제어 가능하게 변화시키는 적어도 하나의 광 조작 디바이스(920)를 포함하며, 상기 총 노광 시간 동안 상기 광 조작 디바이스는 제1 구성 및 이와 다른 제2 구성 사이에서 적어도 한번 스위치되는, 투사 노광 방법.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 조명 시스템의 상기 조명 필드는 상기 제1 조명시간간격과 상기 제2 조명시간간격을 포함하는 총 노광 시간 동안 형상 또는 크기에 대해 일정하게 유지되는, 투사 노광 방법.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 조명 방사의 각에 의존하는 변화가 패턴 상류의 투사 시스템의 필드면 영역에서 상기 제1 및 제2 조명시간간격 사이에 도입되는, 투사 노광 방법.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 서브패턴은 제1 출력편광상태로 이미지되고 상기 제2 서브패턴은 제1 출력편광상태와 상이한 제2 출력편광상태로 이미지되도록 총 노광시간내에 제1 구성 및 제 2구성 사이에서 적어도 한번 스위치되는 적어도 하나의 편광 조작 디바이스(105)에 의해 출력 편광 상태의 가변 설정이 수행되는, 투사 노광 방법.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,

광축으로부터 제1방향으로 2개의 조명 강도 최대 오프셋을 갖는 제1다이폴 조명이 상기 제1조명시간간격에 설정되고,

각이 상기 제1다이폴조명으로부터 오프셋되고 광축에 대해 제2방향으로 두 개의 조명강도 최대 오프셋을 가지는 제2다이폴조명이 제2조명시간간격에 설정되고,

상기 각각의 다이폴 조명에 대하여 상기 조명 방사의 바람직한 편광 방향이 상기 다이폴 조명의 조명 강도 최대값을 연결하는 직선에 수직하게 정렬되도록 출력편광상태가 설정되는(S 편광), 투사 노광 방법.
투사 대물렌즈(160)의 오브젝트면 영역에 배치된 마스크(150)의 패턴의 적어도 하나의 이미지를 가지며, 투사 대물렌즈의 상면 영역에 배치된, 방사에 민감한 기판을 노광하는 투사 노광 시스템에 있어서,

조명 필드로부터의 조명 방사에 의해 상기 패턴을 조명하는 조명 시스템으로서, 주광원(102)의 광을 수광하고, 상기 조명시스템의 퓨필 형상 면(110)에 규정된 공간 조명 강도 분포를 생성하기 위한 퓨필 형상 유닛(155)을 포함하는 조명 시스템;

상기 투사대물렌즈의 상기 상면 영역(165)에 상기 패턴의 이미지를 생성하는 투사 대물렌즈(160);

총 노광 시간동안, 처음에는 제1서브패턴을 가지는 상기 마스크의 제1패턴영역에, 그 다음에는 상기 제1패턴영역으로부터 측면으로 오프셋되어 배치되고, 제2서브패턴을 가지는 상기 마스크의 적어도 하나의 제2패턴영역에 상기 조명필드의 상기 조명방사가 조사되도록 상기 마스크를 스캔하는 스캐닝 디바이스;를 포함하며,

상기 조명시스템은, 상기 제1서브패턴에 적응된, 상기 조명 방사의 제1 각 분포를 가지고 제1 조명시간 간격 동안 상기 제1서브패턴이 조사되고, 상기 제2서브패턴에 적응된, 상기 제1 각 분포와 다른 상기 조명 방사의 제2 각 분포를 가지고 제1 조명시간 간격 다음의 제2 조명 시간 간격 동안 상기 제2서브패턴이 조사되도록 설정되고,

상기 퓨필 형상 유닛(155)은 상기 제1조명시간간격과 상기 제2조명시간간격 사이에 상기 퓨필 형상 면(110)에서 조명 강도 분포를 변화시키도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 투사 노광 시스템.
청구항 12에 있어서,

상기 퓨필 형상면의 영역 또는 상기 퓨필 형상면과 광학적으로 켤레를 이루는 상기 조명 시스템의 퓨필 면 영역에서 상기 조명 강도 분포의 가변의 공간-해상 강도 필터링을 위해 퓨필 필터링 디바이스(115, 415)가 상기 퓨필 형상 유닛에 할당되고,

상기 총 노광 시간 내에서 상기 퓨필 필터링 디바이스의 공간 해상 필터링 기능을 바꿈으로써 상기 마스크 위에 오는 상기 조명 방사의 상기 각 분포가 적어도 한번 변할수 있도록 상기 스캐닝 디바이스의 기능으로서 퓨필 필터링 제어 유닛에 의해 상기 퓨필 필터링 디바이스를 구동하는 것이 가능한, 투사 노광 시스템.
청구항 13에 있어서,

상기 퓨필 필터링 디바이스는, 상기 조명시스템의 광축에 대해 회전하고 기본 조명 강도 분포에 대해 이동할 수 있는 적어도 하나의 조리개 개구(415T)를 가지는 적어도 하나의 조리개(415)를 포함하며,

상기 조리개는, 제1조명시간간격동안 상기 조리개 장치가 움직이는 경우에는 제1 조명강도분포에 대응하는 상기 기본 조명강도분포의 일부만이 통과하고, 뒤이은 제2 조명시간간격동안에는 제2조명강도분포에 대응하는 상기 기본 조명강도분포의 일부만이 통과하도록 설계되는, 투사 노광 시스템.
청구항 12 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,

상기 주광원(102)은 규정될 수 있는 펄스 주파수와 규정될 수 있는 펄스 인스턴트를 가지는 레이저 펄스를 출사하는 펄스 레이저이고, 상기 레이저는 상기 펄스 레이저의 레이저 방사를 위해 퓨필 형상 유닛의 투과 상태를 나타내는 신호의 함수로서 제어되는, 투사 노광 시스템.
청구항 12 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,

상기 퓨필 형상 유닛(155)은, 상기 제1각분포에 대응하는 제1조명강도가 상기 제1조명시간간격동안 설정되고 그 다음에 상기 제2각분포에 대응하는 제2조명강도분포가 상기 제2조명시간간격동안 설정될 수 있도록, 총 노광시간 내에 적어도 한번 스위치될 수 있도록 구성되는, 투사 노광 시스템.
청구항 12 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,

상기 퓨필 형상 유닛(155)은,

입사광의 강도 분포를 제어 가능하게 조절하기 위한 적어도 하나의 광 조작 디바이스를 포함하며,

상기 광 조작 디바이스의 제어 디바이스는, 총 노광 시간동안 상기 광 조작 디바이스가 제1구성 및 상기 제1 구성과 다른 제2구성사이에서, 적어도 한 번 스위칭될 수 있도록, 상기 조명시스템의 상기 조명필드에 대한 상기 마스크의 위치의 함수로서 구성되는, 투사 노광 시스템.
청구항 17에 있어서,

상기 광 조작 디바이스는, 조사되는 방사의 각분포를 변화시키기 위해 개별적으로 제어 가능한 개별 미러들의 필드를 가지는 미러 배열(920)을 포함하는, 투사 노광 시스템.
청구항 17에 있어서,

상기 광 조작 디바이스는 적어도 하나의 전기 광학 소자를 포함하는, 투사 노광 시스템.
청구항 19에 있어서,

상기 전기 광학 소자는 전환 가능한 회절 격자들의 1차원 또는 2차원 필드 배열이나, 음향 광학 소자들의 1차원 또는 2차원 필드를 포함하는, 투사 노광 시스템.
청구항 17에 있어서,

상기 광 조작 디바이스는 동적으로 구동할 수 있는 적어도 하나의 회절 광학 소자(806)를 포함하며, 상기 회절 광학 소자는 방사를 회절시키는 회절 구조가 외부 구동에 의해 상기 회절 광학 소자에서 생성 또는 변화될 수 있도록 설계되는, 투사 노광 시스템.
청구항 21에 있어서,

상기 회절 광학 소자는 투명 물질로 만들어진 평행면 플레이트(820)를 포함하며,

상기 평행면 플레이트를 통해 투과되는 방사의 회절각 분포에 영향을 주는 플레이트 음파에 결합하는 것이 가능한 방식으로, 적어도 하나의 압전 소자(Py)가 상기 평행면 플레이트에 음향 전도 방식으로 결합되는, 투사 노광 시스템.
청구항 12 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,

필드 플레인 내의 필드 위치의 함수로서 상기 조명 방사의 각 의존성 변화를 위한 디바이스가, 조명되는 상기 패턴 상류의 빔 경로에 있는 필드 면 영역에 제공되는, 투사 노광 시스템.
청구항 12 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,

출력 편광 상태를 다양하게 설정하기 위한 적어도 하나의 편광 조작 디바이스(105)를 가지며,

상기 편광 조작 디바이스는, 상기 제1서브패턴이 제1출력편광상태로 이미지되고 상기 제2서브패턴이 제1출력편광상태와 다른 제2편광출력상태로 이미지될 수 있도록 총 노광시간내에 제1구성 및 제2구성 사이에서 적어도 한번 스위치될 수 있는, 투사 노광 시스템.
청구항 24에 있어서,

상기 편광 조작 디바이스(105)는 동적으로 스위치될 수 있는 적어도 하나의 편광자를 포함하는, 투사 노광 시스템.
청구항 24에 있어서,

상기 편광 조작 디바이스는 적어도 하나의 회전 편광 필터를 포함하는, 투사 노광 시스템.
청구항 24에 있어서,

상기 편광 조작 디바이스(105)는 적어도 하나의 회전 지연 소자를 포함하는, 투사 노광 시스템.
청구항 24에 있어서,

상기 편광 조작 디바이스(105)는 상기 제1서브패턴과 상기 제2서브패턴이 상기 조명 방사의 바람직한 편광방향의 상이한 배열로 노광되도록 스캐닝 시스템의 스캐닝 레이트로 조정되는 회전속도로 회전하는 적어도 하나의 회전 편광 소자를 포함하는, 투사 노광 시스템.
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