KR20040090734A

KR20040090734A - 리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법

Info

Publication number: KR20040090734A
Application number: KR1020040026101A
Authority: KR
Inventors: 쿨렌아르만드유겐알베르트; 크놀스에드빈빌헬무스마리에; 마울만프레드
Original assignee: 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.; 칼 짜이스 에스엠테 아게
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2004-10-26
Also published as: SG115671A1; TW200426540A; US20040257547A1; TWI240152B; EP1469347A1; JP2004349686A; CN1542552A

Abstract

본 발명은,

방사선 투영빔을 제공하는 방사원;

원하는 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;

기판을 잡아주는 기판테이블;

상기 패터닝된 빔을 상기 기판의 타겟부상으로 투영하는 투영시스템을 포함하고,

상기 방사원이,

상기 패터닝수단을 조명할 수 있도록 콘디셔닝된 방사선 빔을 제공하기 위하여 상기 방사선 빔을 콘디셔닝하며 상기 방사선 빔이 상기 조명시스템으로 들어가는 입사평면을 한정하는 조명시스템; 및

방사원으로부터 상기 조명시스템으로 상기 투영빔을 지향 및 전달하는 재지향요소를 포함하는 리소그래피 투영장치에 관한 것이다.

상기 리소그래피 투영장치는, 상기 빔전달시스템이 상기 입사평면으로부터 상기 입사평면 또는 그 부근에 위치한 묘화평면까지의 일정 거리에 위치한 대물평면으로부터 상기 방사선 빔을 묘화하는 묘화시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 방식으로 상기 입구에서의 빔 위치 및 포인팅 드리프트 둘 모두에 있어서의 레이저 포인팅 드리프트의 영향이 크게 줄어든다.

Description

리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법{Lithographic Apparatus and Device Manufacturing Method}

본 발명은,

- 방사선 투영빔을 제공하는 방사원;

- 원하는 패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;

- 기판을 잡아주는 기판테이블;

- 패터닝된 빔을 기판의 타겟부상으로 투영하는 투영시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치로서,

상기 방사원이,

- 상기 패터닝수단을 조명할 수 있도록 콘디셔닝된 방사선 빔을 제공하기 위하여 상기 방사선 빔을 콘디셔닝하며 상기 방사선 빔이 상기 조명시스템으로 들어가는 입사평면을 한정하는 조명시스템; 및

- 방사원으로부터 상기 조명시스템으로 상기 투영빔을 지향 및 전달하는 재지향시스템을 포함하는 빔전달시스템을 더 포함하는 상기 리소그래피 투영장치에 관한 것이다.

"패터닝수단(patterning means)"이라는 용어는 기판의 타겟부에 형성되어야 할 패턴에 대응하는 패터닝된 단면을 입사하는 방사빔에 부여하도록 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 하며, 본 명세서에서는 "광 밸브(light valve)"라는 용어로도 사용된다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적회로 또는 기타 디바이스와 같이 타겟부에 형성될 디바이스 내의 특정기능층에 해당할 것이다(이하 참조). 그러한 패터닝수단의 예로는 다음과 같은 것들이 포함된다.

- 마스크. 이 마스크의 개념은 리소그래피분야에서 이미 잘 알려져 있고, 바이너리(binary)형, 교번위상-시프트(alternating phase-shift)형 및 감쇠위상-시프트형과 같은 마스크형식과 다양한 하이브리드 마스크형식을 포함한다. 방사빔내에 이러한 마스크가 놓이면, 마스크의 패턴에 따라 마스크로 입사되는 방사선의 선택적인 투과(투과형 마스크의 경우) 또는 반사(반사형 마스크의 경우)가 이루어진다.마스크의 경우에는, 일반적으로 마스크테이블이 지지구조체가 되고, 상기 마스크테이블은 입사되는 투영빔내의 소정위치에 마스크가 고정될 수 있게 하며, 필요한 경우에는 마스크를 상기 빔에 대하여 상대적으로 이동시킬 수 있도록 한다.

- 프로그램가능한 거울배열. 이러한 장치의 예로는, 점탄성 제어층 (viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면이 있다. 이러한 장치의 기본원리는, (예를 들어)반사면의 어드레스된 영역(addressed area)에서는 입사광이 회절광으로 반사되는 반면, 어드레스되지 않은 영역에서는 입사광이 비회절광으로 반사되는 것이다. 적절한 필터를 사용하면, 상기 비회절광을 필터링하여 회절광만 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 빔은 상기 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 프로그램가능한 거울배열의 대안적인 실시예는 작은 거울의 매트릭스 배치를 채택하는 것인데, 상기 각각의 작은 거울은 적당하게 국부적으로 치우친 전기장을 가하거나 또는 압전작동수단(piezoelectric actuation means)을 채택하여 축에 대하여 개별적으로 기울어질 수 있다. 또한, 상기 거울은 매트릭스-어드레서블이고, 이러한 어드레싱된 거울은 입사하는 방사빔을 어드레싱되지 않은 거울에 대하여 다른 방향으로 반사할 것이다. 이러한 방식으로, 반사된 빔은 매트릭스-어드레서블 거울의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이때 요구되는 매트릭스 어드레싱은 적당한 전자수단을 사용하여 수행될 수 있다. 상술된 두가지 상황 모두에 있어서, 패터닝수단은 1이상의 프로그램가능한 거울배열로 이루어질 수 있다. 이러한 거울배열에 관한 보다 상세한 정보는, 예를 들어 본 명세서에서 참고자료로 채택되고 있는 미국특허 US5,296,891호 및 US 5,523,193호와 PCT 특허출원 WO 98/38597호 및 WO 98/33096호로부터 얻을 수 있다. 프로그램가능한 거울배열의 경우에, 상기 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 또는 이동할 수 있는, 예를 들어, 프레임 또는 테이블로 구현될 수 있다.

- 프로그램가능한 LCD 배열. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 참고자료로 채택되고 있는 미국특허 US 5,229,872호에 개시되어 있다. 상술된 바와 같이, 이러한 경우에서의 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 또는 이동할 수 있는, 예를 들어, 프레임 또는 테이블로 구현될 수 있다.

설명을 간단히 하기 위하여, 본 명세서의 나머지 부분 중 어느 곳에서는 그 자체가 마스크와 마스크테이블을 포함하는 예시적인 용어로서 특정적으로 지칭될 수도 있다. 하지만, 그러한 예시에서 논의된 일반적인 원리는 상술한 바와 같은 패터닝수단의 광의의 개념으로 이해되어야 한다.

예를 들어, 리소그래피 투영장치는 집적회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다.이 경우에, 패터닝수단은 IC의 각각의 층에 대응되는 회로패턴을 형성할 수 있으며, 이 패턴은 이후에 방사선 감응재(레지스트)층으로 도포된 기판(실리콘 웨이퍼)상의 타겟부(1이상의 다이로 구성되는)상으로 묘화될 수 있다. 일반적으로, 단일 웨이퍼는 인접해 있는 타겟부들의 전체적인 네트워크를 포함하고, 이들 타겟부는 투영시스템에 의하여 한번에 하나씩 연속적으로 조사된다. 현재 통용되는 장치에서, 마스크테이블상의 마스크에 의한 패터닝을 채택하는 데에는, 두 가지 상이한 형식의 기계로 구분될 수 있다. 어느 한 형식의 리소그래피 투영장치에서는 타겟부상으로 전체 마스크 패턴을 한번에 노광함으로써 각 타겟부가 조사되는데, 이러한 장치를 통상적으로 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라고 한다. 통상, 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)라고 불리워지는 대체 장치에서는 소정의 기준 방향("스캐닝 방향")으로 투영빔 하의 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 한편, 상기 스캐닝 방향과 같은 방향 또는 반대 방향으로 기판테이블을 동기적으로 스캐닝함으로써 각 타겟부가 조사된다. 일반적으로, 투영시스템은 배율인자 M(일반적으로 < 1)을 가지므로 기판테이블이 스캐닝되는 속도 V는 마스크테이블이 스캐닝되는 속도의 인자 M배가 된다. 본 명세서에 참고자료로 채택되고, 여기서 서술된 리소그래피 장치에 관한 보다 상세한 정보는, 예를 들어 미국특허 US 6,046,792호에서 찾을 수 있다.

리소그래피 투영장치를 사용하는 제조공정에서, (예를 들어, 마스크의) 패턴은 방사선 감응재(레지스트)층에 의하여 적어도 부분적으로 도포되는 기판상으로 묘화된다. 이 묘화 단계에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트 코팅 및 소프트 베이크와 같은 여러가지 과정을 거칠 수 있다. 노광 후에는, 노광후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 묘화된 형상의 측정/검사와 같은 또 다른 과정을 거치게 된다. 이러한 일련의 과정은, 예를 들어 IC의 각각의 층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 이렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 폴리싱 등과 같은, 각각의 층을 가공하기 위한 여러 공정을 거친다. 여러 개의 층이 요구된다면, 새로운 층마다 전체공정 또는 그것의 변형된 공정이 반복되어져야만 할 것이다. 그 결과로, 기판(웨이퍼)상에는 집적회로 디바이스의배열이 존재하게 될 것이다. 이들 집적회로 디바이스는 다이싱 또는 소잉 등의 기술에 의하여 서로 분리되고, 이들 각각의 집적회로 디바이스는 캐리어에 장착되고 핀 등에 접속될 수 있다. 본 명세서에서 참고자료로 채택되고 있는 이와 같은 공정에 관한 추가정보는 예를 들어, "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing "(3판, Peter van Zant 저, McGraw Hill출판사, 1997, ISBN 0-07-067250-4)으로부터 얻을 수 있다.

설명을 간단히 하기 위하여, 상기 투영시스템은 이후에 "렌즈"라고 언급 될 것이다. 하지만 이 용어는 예를 들어, 굴절광학기, 반사광학기, 카타디옵트릭 (catadioptric) 시스템을 포함하는 다양한 형태의 투영시스템을 내포하는 것으로서 폭 넓게 해석되어야 한다. 또한 상기 방사선시스템은 방사선투영빔의 지향, 성형 또는 제어하는 이들 설계형식 중의 어느 하나에 따라 동작하는 구성요소를 포함할 수 있고, 이후에 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 언급할 것이다. 나아가, 상기 리소그래피 장치는 2이상의 기판테이블 (및/또는 2이상의 마스크테이블)을 구비하는 형태가 될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 장치에서, 추가테이블이 병행으로 사용될 수 있으며, 1이상의 스테이지가 노광에 사용되고 있는 동안, 1이상의 다른 스테이지에서는 준비작업단계가 수행될 수 있다. 본 명세서에서 참고자료로 채택되는 듀얼스테이지 리소그래피 장치는, 예를 들어, 미국특허 US 5,969,441호 및 국제특허출원 WO 98/40791호에 개시되어 있다.

본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서의 본 발명에 따른 장치의 사용례에 대하여 언급하였으나, 이러한 장치가 다른 여러 가능한 응용례를 가지고 있음이 명백히 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 상기 장치는 집적 광학시스템, 자기영역메모리용 유도 및 검출패턴, 액정표시패널, 박막자기헤드 등의 제조에도 이용될 수 있다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "레티클", "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어가 각각 "마스크", "기판" 및 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어로 대체되고 있음을 이해할 수 있다.

본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚ 인) 자외선과 EUV(예를 들어, 파장이 5 내지 20㎚ 범위인 극자외선) 및 이온빔 또는 전자빔과 같은 입자빔을 포함하는 모든 형태의 전자기방사선을 포괄하여 사용된다.

종래기술의 포토리소그래피 시스템은 대체로 실제 투영시스템으로부터 일정 거리에 배치된 방사원을 포함한다. 대부분의 셋업에 있어, 레이저 시스템 등과 같은 방사선 생성기들은 다른 위치, 때때로 빌딩내 상이한 플로어상에 자리할 수 있다. 상기 리소그래피 시스템에 대한 정상적 셋업은 빌딩의 한 플로어상에 배치되는 레이저와, 또 다른 플로어상에 배치되는 조명 및 투영시스템이다. 작거나 큰, 상기 기하학적 거리는, 방사원으로부터 나온 빔을, 입사 방사선이 포토리소그래피 공정에서 실제로 사용되는 위치, 즉 상기 방사선 빔이 최적의 조명 특성들을 제공하기 위하여 1차로 콘디셔닝되는 조명시스템으로 이송 및 전달한 다음, 마스크와 같은 패터닝수단으로부터의 리소그래피 패턴을 타겟 재료로 이송시키기 위하여 상기 빔을 투영시키는 빔전달시스템에 대한 필요성을 낳는다. 종래의 빔전달시스템은 하나의 거울은 조명시스템 부근에 배치되고 하나의 거울은 조명시스템과 일정 거리를두고 배치되는, 대체로 2이상의 경사조정가능한 각 거울들의 세트를 포함한다. 상기 종래기술의 빔제어에 대한 예시적 셋업이, 예를 들어 도 2에 도시되어 있다.

분명히, 상기 경사조정가능한 거울(조향거울이라고도 함)의 방사선 빔의 반사는 빔의 포인팅 방향과 상기 빔이 조명시스템으로 들어가는 위치 둘 모두에 영향을 미친다. 특히, 상기 조명시스템으로부터 비교적 먼 거리에 위치한 경사조정가능한 거울에 의하여 반사되는 빔은, 그것의 경사에 따라 상기 빔의 포인팅 방향으로의 편향이 비교적 작게 유지되는 조명시스템안쪽으로의 변위된 위치에서 입사된다. 이와는 반대로, 상기 조명시스템으로부터 비교적 가까운 거리에 위치한 경사조정가능한 거울에 의하여 반사되는 빔은 그것의 회전에 따라 상기 빔의 포인팅이 상당히 크게 변하는 거의 변화가 없는 곳에서 입사된다. 따라서, 두 조향거울 모두의 경사를 조정함으로써, 빔의 제어된 포인팅 방향과 입사위치를 얻을 수 있으며, 여기서 두 매개변수 모두는 최적의 셋팅으로 튜닝될 수 있다.

상기 매개변수들은, 기능중의 포토리소그래피의 셋업에 있어 특히 방사선 빔의 입사 위치 및 상기 입사평면이나 그 부근에서의 상기 빔의 포인팅에 관한 정확한 요건들이 충족될 수 있도록 상기 방사선 빔이 상기 조명시스템으로 들어가는 입사평면에 대하여 제어되는 것이 보통이다. 상기 특징들은 현재의 시스템에서 생성되는 바람직한 정밀도(minuteness)의 패턴을 얻기 위한 최적의 조명 특성들을 부여하는 방사선 빔을 제공하는데 있어 매우 본질적인 부분이다.

하지만, 종래기술의 포토리소그래피 투영시스템의 조향 미러시스템에 의한 포인팅과 위치제어의 상기 커플링은, 어떤 자유도의 한가지 교정이 또 다른 자유도의 방사선의 변화를 유발시킨다는 것을 고려해야 하는 비교적 섬세한 교정방법을 필요로 한다. 또한, 현재의 방사원은, 예를 들어 상기 방사원 자체의 레이저 프로세스에 의하여 야기되는 방사선의 위치 및 방향 출력에 있어 고유한 시간 변화들을 겪는다. 예를 들어, 레이저 포인팅의 드리프트는 빔의 위치에 상대적으로 큰 드리프트를 야기한다. 상기 변화는 또한 폐쇄루프 제어로 검출 및 제어될 필요가 있다. 상기 변화들에 대한 시간프레임은 조분의 수초로부터 수초(picoseconds to seconds), 또는 그 이상까지의 범위를 가질 수 있기 때문에, 모든 오차를 제어하는데는 큰 밴드 폭이 필요하다. 따라서, 상기 효과들에 대한 강력한 폐쇄 루프의 교정을 하는 것이 매우 어렵다. 그러므로, 상기 방향 및 위치 변화의 커플링 및 방사원의 결함에 대해 그다지 민감하지 않은 리소그래피 투영장치를 제공할 필요가 있다.

또한, 현재의 시스템들에서는, 위치의 변화, 즉 가로방향으로의 빔의 트랜스래이션이 레티클 레벨상의 빔의 균일성 및 각도분포와 같은 관련 조명 매개변수에 상대적으로 큰 영향을 발휘한다는 것이 알려져 왔다. 따라서, 빔의 입사 위치를 최대로 제어하는 것이 바람직하다.

그러므로, 본 발명의 목적은 방사원의 변화가 상기 매개변수에 덜 심각한 효과를 가지며 궁극적으로 상기 방사선 빔 매개변수의 위치 및 포인팅 매개변수들 사이의 커플링이 없는 리소그래피 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따르면, 서문의 특징들에 따른 포토리소그래피 시스템은 빔 전달시스템이 상기 입사평면으로부터 상기 입사평면 또는 그 부근에 위치한 묘화평면까지의 일정 거리에 위치한 대물평면으로부터 상기 방사선 빔을 묘화하는 묘화시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 방식으로, 조명시스템의 어떤 물리적 거리에 위치한 경우라도 빔의 포인팅 방향으로의 변화에 의한 전형적 효과는, 대물평면으로부터 묘화평면으로 빔의 포인팅 및 위치 속성을 효과적으로 전달 및 묘화시키는 묘화시스템에 의하여 없어진다. 따라서, 대물평면이 묘화되고 트랜스래이션이 발생하지 않기 때문에 대물평면의 빔의 경사가 입사평면 부근에서 트랜스래이션을 야기하지 않는다. 묘화시스템 매개변수의 적절한 조합에 의하여, 묘화평면까지의 대물의 거리 및 대물 빔의 배율이 분명하게 제어될 수 있다. 상기 묘화시스템은 1X 묘화시스템이 바람직하다.

상기 묘화시스템은 1쌍의 렌즈를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 렌즈 쌍의 각 렌즈들은 상기 대물평면으로부터 상기 묘화평면까지의 상기 거리의 1/4배의 초점거리를 갖는다. 상기 묘화시스템은 1의 배율을 가져온다. 상기 묘화시스템의 배열에 의하여, 아래에 설명되는 바와 같이 상기 빔의 포인팅 방향 및 위치의 완전한 언커플링이 가능하다.

본 발명에 따른 포토리소그래피 시스템에 의하여, 경사 및 트랜스래이션의 완전한 언커플링은 경사조정가능한 거울이 상기 묘화시스템의 대물평면내에 위치하는 경우에 발생된다. 이 때, 경사조정가능한 거울에 의하여, 즉 상기 빔전달시스템이 빔 방향에 대해 가로방향인 1이상의 방향으로 상기 투영빔을 이송하는 1이상의 경사조정가능 거울을 포함하는 시스템내에서 빔의 위치를 제어하는 것이 가능하다.

상기 빔의 포인팅 방향은 그들 각각이 상이한 회전축선을 중심으로 한 회전을 상이하게 제어하는 복수의 경사조정가능 거울에 의하여 제어될 수도 있으나, 상기 거울을 상이한 두 방향으로 경사조정하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 거울은 상기 빔의 위치를 제어하기 위하여 1이상의 빔의 이동 방향을 제어하도록 트랜스래이트될 수도 있다.

또한, 본 발명은, 적어도 부분적으로 방사선 감응재의 층으로 덮힌 기판을 제공하는 단계; 방사원을 사용하는 방사선의 투영빔을 제공하는 단계; 상기 투영빔을 상기 방사원으로부터 상기 조명시스템으로 전달하는 단계; 상기 방사선 빔이 상기 조명시스템으로 들어가는 입사평면을 한정하는 상기 조명시스템을 사용하여 상기 투영빔을 콘디셔닝하는 단계; 패터닝수단을 사용하여 상기 콘디셔닝된 투영빔의 단면에 일정 패턴을 부여하는 단계; 및 방사선의 상기 패터닝된 빔을 방사선 감응재 층의 타겟부상으로 투영하는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 방법은, 상기 입사평면으로부터 상기 입사평면 또는 그 부근까지의 일정 거리에 위치한 대물평면으로부터 상기 방사선 빔을 묘화하는 단계를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 방법은 입사평면에서 상기 빔의 포인팅 방향을 제어할 수 있도록 상기 방사선 빔의 대물평면내에 경사조정가능한 거울을 배치시키는 단계를 포함하며, 입사평면에서 빔의 위치를 제어할 수 있도록 경사조정가능한 거울로 상기 방사선 빔을 반사시키는 단계를 더 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 투영장치의 도;

도 2는 종래기술에 따른 빔전달시스템의 도;

도 3은 본 발명에 따른 빔전달시스템의 도;

도 4는 대물평면으로부터 묘화평면까지 경사진 광빔을 묘화시키는 것에 대한 상세도;

도 5는 트랜스래이터블 거울을 나타내는 제1거울구조의 개략적 사시도;

도 6은 트랜스래이터블 거울을 나타내는 제2거울구조의 개략적 사시도이다.

제1실시예

도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는,

· 방사선(예를 들어, 강렬한 극 자외선 영역의 광)의 투영빔(PB)을 공급하는 방사원(Ex,BD,IL), (이 경우에는 상기 방사원이 특별히 방사원(LA)도 포함한다);

· 마스크(MA)(예를 들어, 레티클)를 잡아주는 마스크홀더가 마련되어 있고, 아이템(PL)에 대하여 마스크를 정확히 위치시키는 제1위치설정수단에 연결된 제1대물테이블(마스크테이블)(MT);

· 기판(W)(예를 들어, 레지스트 코팅된 실리콘 웨이퍼)을 잡아주는 기판홀더가 마련되어 있고, 아이템(PL)에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제2위치설정수단에 연결된 제2대물테이블(기판테이블)(WT);

· 기판(W)의 (예를 들어, 1이상의 다이를 포함하는)타겟부(C)에 마스크(MA)의 조사된 부분을 묘화(imaging)하는 투영시스템 ("렌즈")(PL)을 포함하여 이루어진다.

도시된 바와 같이, 상기 장치는 (투과마스크를 구비한) 투과형이다. 하지만, 일반적으로는, 예를 들어 (반사마스크를 구비한) 반사형일 수도 있다. 대안적으로, 상기 장치는 상술된 바와 같은 형식의 프로그램가능한 거울배열과 같은 그 밖의 다른 종류의 패터닝수단을 채택할 수도 있다.

방사원(LA)(예를 들어, 엑시머레이저)은 방사선의 빔을 생성한다. 상기 빔은 맞바로 조명시스템(일루미네이터)(IL)에 들어 가거나, 예를 들어 빔 익스펜더(Ex)와 같은 컨디셔닝 수단을 거친 다음에 조명시스템으로 들어간다. 상기 일루미네이터(IL)는 빔내의 세기 분포의 외반경 및/또는 내반경 크기(통상 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)를 설정하는 조정수단(AM)을 포함하여 이루어진다. 또한 이것은 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 여타의 다양한 구성요소들을 포함하고 있다. 이러한 방식으로, 마스크(MA)에 도달하는 빔(PB)은 그 단면에 소정의 균일성과 세기 분포를 갖게 된다.

도 1과 관련하여, 상기 방사원(LA)은 리소그패피 투영장치의 하우징내에 놓이지만(흔히 예를 들어, 방사원(LA)이 수은램프인 경우에서 처럼), 그것이 리소그래피 투영장치로부터 멀리 떨어져 있어서 그것이 만들어 낸 방사선빔이 (가령, 적절한 지향 거울에 의해) 장치 내부로 들어오게 할 수도 있다. 후자의 시나리오는 방사원(LA)이 대개 엑시머레이저인 경우이다. 본 발명과 청구 범위는 이들 시나리오를 모두 포함하고 있다.

이후, 상기 빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 잡혀 있는 마스크(MA)를 통과한다. 마스크(MA)를 지난 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)위에 빔(PB)을 포커싱한다. 제2위치설정수단(및 간섭계측정수단(IF))에 의하여, 기판테이블(WT)은, 예를 들어 빔(PB)의 경로내에 상이한 타겟부(C)를 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제1위치설정수단은 예를 들어, 마스크 라이브러리로부터 마스크(MA)를 기계적으로 회수한 후에, 또는 스캔하는 동안에, 빔(PB)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시키도록 사용될 수 있다. 일반적으로 대물테이블(MT, WT)의 이동은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 장행정모듈(long-stroke module)(개략 위치설정) 및 단행정모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이다. 하지만, (스텝-앤드-스캔 장치와는 대조적으로) 웨이퍼스테퍼의 경우에 마스크테이블(MT)이 단행정액추에이터에만 연결되거나 또는 고정될 수도 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬마크(M1,M2) 및 기판 정렬마크(P1,P2)를 이용하여 정렬될 수도 있다.

도시된 장치는 두가지 상이한 모드로 사용될 수 있다.

1. 스텝 모드에서는, 마스크테이블(MT)은 기본적으로 정지상태로 유지되며, 전체 마스크 이미지는 한번에(즉, 단일 "섬광"으로) 타겟부(C)에 투영된다. 그 후 기판테이블(WT)이 x 및/또는 y 방향으로 쉬프트되어 다른 타겟부(C)가 빔(PB)에 의하여 조사될 수 있다.

2. 스캔 모드에서는, 소정 타겟부(C)가 단일 "섬광"으로 노광되지 않는 것을 제외하고는 기본적으로 동일한 시나리오가 적용된다. 그 대신에, 마스크테이블(MT)이v의 속도로 소정 방향(소위 "스캔방향", 예를 들어 y 방향)으로 이동 가능해서, 투영빔(PB)이 마스크 이미지의 모든 부분을 스캐닝하도록 되고, 이와 함께 기판테이블(WT)은 속도V=Mv로, 동일한 방향 또는 그 반대 방향으로 동시에 이동하는데, 이 때M은 렌즈(PL)의 배율(통상M=1/4 또는M=1/5)이다. 이러한 방식으로, 해상도를 떨어뜨리지 않고도 비교적 넓은 타겟부(C)가 노광될 수 있다.

도 2는 방사원(2)이 다중 거울 및 여타 광 안내요소에 의해 도 1의 IL로서 나타낸 조명시스템의 입사평면(5)으로 안내되는 레이저빔(3)을 발생시키는, 빔 전달시스템(BD)을 위한 통상적인 종래기술의 셋업을 나타낸다.

실제로, 상기 입사평면은 상당히 기계적인 구성으로서, 어떠한 평면이라도 입사평면을 형성할 수 있으며, 심지어는 조명시스템으로부터 일정 거리에 배치된 평면이나 조명시스템에 배치된 평면 또는 조명시스템을 지난 후의 평면도 입사평면을 구성할 수 있다. 상기 입사평면은 제로-베이스 평면을 한정하는 한편 관련 묘화 매개변수의 근접 제어를 유지시키는 기준평면으로서의 역할을 할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 목적과 관련하여, 상기 평면은, 비록 다양한 다른 위치에 배치될 수 있기는 하지만 일반적으로 "입사평면"이라 칭한다.

일반적인 셋업에 있어서나 바람직한 실시예로서, 상기 입사평면은 통상적으로 도 1의 조명시스템(IL)의 일부이며 광학요소인 소위 DOE-요소와 일반적으로 일치하거나 거의 일치한다. 상기 DOE-레벨에 근접하여, 빔 측정시스템(예시 안됨)은 특히 빔 위치 및 그것의 포인팅 방향을 측정한다. 이 정보는 일정 규칙을 기판으로 거울(7, 8)을 교정하는데 필요하다. 현재의 시스템에서, 상기 교정은 2개의 웨이퍼의 순차적 노광 사이에서 수행된다. 또한, 거울(2)의 조향 제어에 있어 포인팅 및 위치의 레이저 드리프트가 측정 및 포함될 수도 있다.

도 2에서, 점선은 "빔 로테이션 브레이크"의 존재를 나타내며, 상기 빔 로테이션 브레이크는 상기 브레이크 이전의 섹션, 즉 레이저(2)로부터 브레이크(6)으로의 섹션이 브레이크(6)로부터 입사평면(5)까지의 섹션과는 상이한 방향으로 배향될 수 있다는 것을 의미한다. 일반적으로, 상기 방향은 편광 및 레이저 빔(3) 방향 둘 모두에 있어서 90°의 차이를 가져온다.

도 1의 조향거울은 도 2에 도시된 "위치설정" 조향거울(7) 및 "포인팅" 조향거울(8)로 이루어진다. 본 예시에서는 거울로서 예시된 두 거울 모두는 2개의 방향으로 회전가능하여 빔 방향에 대해 2개의 횡방향이 경사를 제공된다. 명백히, 위치설정 거울(7)의 로테이션 또는 경사는 입사평면(5)에서 빔(3)의 트랜스래이션을 가져오고, 이와는 달리 포인팅 거울(8)의 로테이션은 입사평면(5) 또는 그 부근에서 빔의 포인팅방향으로의 변화를 가져온다. 분명히, 위치설정 거울은 빔의 포인팅 방향으로의 약간의 변화를 가져오고, 포인팅 거울은 빔의 약간의 트랜스래이션을 가져오기 때문에 거울(7,8)의 트랜스래이션 및 포인팅 효과가 커플링된다.

레티클 레벨상의 균일성 및 각도 분포 할당(budget)과 관련된 지배적인 인자는 레이저 포인팅 드리프트로 인한 것이라는 점이 발견되어 왔다. 이러한 점에서, 균일성은 레티클 레벨에서 방사선의 공간적 분포와 관련된 것이다. 하지만, 조명기 입구에서 레이저 빔의 원치 않는 위치 시프트는 방사선의 각도 분포에 원치 않는 변화를 초래하고 원치 않는 빔의 각도 분포로부터 상기 분포에 차이를 발생시킨다. 따라서, DOE-레벨로부터 떨어진 거리에서의 레이저의 포인팅 방향으로의 작은 변화(Δα)는 레이저와 Doe 사이의 거리(L)에 의하여 확대된다(즉 빔(3)의 가로방향으로 크기 LΔα의 트랜스래이션이 발생한다). 분명히, 상기 트랜스래이션은 무시할 수 없고, 상기 드리프트가 발생되는 시간 스케일에 따라 폐쇄루프의 빔 조향 셋업으로 상기 효과를 보상하기가 상당히 어렵다(여기서는 빔측정유닛이 편향을 측정하고, 교정신호가 상기 편향을 보상하기 위하여 조향거울(7,8)을 제어하도록 구성된다).

도 3의 셋업에 있어서, 기하학적 거리는 바뀌지 않은 채 유지되나, 레이저빔(3)이 레이저로부터 조명시스템으로 이동하는 광학적 거리는 빔전달경로내에 조명시스템(9)을 도입시킴으로써 줄어든다. 당업자는 묘화시스템이 다양한 대안들을 포함할 수 있음을 이해하겠지만, 기본적 솔루션은 도 3에 도시된 실시예에로서 설명된다. 이 실시예는 묘화거리(F) 및 확대인자(M)에 물체를 도입시키는 2개의 포지티브 렌즈를 포함한다. 따라서, 광학적 거리는 묘화시스템의 거리(F)만큼 줄고, 기하학적 거리는 변하지 않는다.

상기 실시예에는, 레이저(2)가 도시되어 있다. 레이저(2) 다음에는, 레이저 빔의 적절한 형상을 한정하기 위하여 빔 익스팬더 유닛(10)이 배치된다. 이 예시에서, 상기 유닛(10)은 종래의 빔 익스팬더 광학시스템을 포함한다. 빔 익스팬더 유닛(10) 다음에는 트랜스래이터블 거울(11)이 상기 빔 방향과 45°각도로 배치된다. 따라서, 상기 빔은 섹션 브레이크(6)를 향하여 90°의 각도로 반사된다. 브레이크(6) 다음에는 상기 시스템이 기준 좌표계에서 나타나는 바와 같이 Y 축선을 따라 배향된다.

브레이크(6) 이전의 섹션은, 설명의 편의를 위해 Y방향으로 놓여 있는 것처럼 도시되었으나 Z방향으로 배향된다.

이러한 구성에서, Z방향으로의 거울(11)의 트랜스래이션은 Z방향으로의 트랜스래이션을 가져온다. 레이저 빔(3)은 빔 방향과 45°각도로 배향된 제2의 트랜스래이터블 거울(12)에서 반사되고, 다시 상기 빔이 Y방향으로 90° 각도로 반사된다. 여기서 X방향으로의 거울(12)의 작은 트랜스래이션은 X방향으로의 트랜스래이션을 가져온다. 따라서, 두 거울(11,12)의 트랜스래이션의 조합은 방향(Y)에 대해대체로 수직한 X-Z평면으로 상기 빔을 이동시킨다. 또한, 상기 빔은, 바람직하게는 본 실시예에서 트랜스래이터블하기도 한 거울(12)인 경사조정가능한 거울에 의해 반사될 수도 있다. 이러한 방식으로, 빔의 방향으로의 작은 편향은 거울을 회전시킴으로써 보상될 수 있다. 물론, 거울이 묘화시스템의 대물평면 부근에 배치되지 않는 경우에는, 상기 회전 또한 도 2를 기준으로 설명한 바와 같이 빔의 트랜스래이션을 가져올 수도 있다.

도 4에는, 본 발명에서 사용하기 바람직한 1X 묘화시스템(9)의 묘화 특징들에 대한 상세한 설명이 주어진다.

바람직한 실시예의 묘화시스템(9)은 초점거리 f를 가지며 2f의 간격으로 이격된 동일한 1쌍의 포지티브 렌즈(13)를 포함한다.

이 시스템에서, 렌즈(13) 전방으로 거리 f에 배치된 대물평면(15)은 렌즈(14) 다음의 거리 f에서 묘화된다. 따라서, 빔의 광학적 거리는 4f의 양만큼 줄어든다. 1X 묘화는 두 렌즈가 거리 2f만큼 떨어져 있다면 상기 두 렌즈의 정확한 위치에 대해 상대적으로 민감하다.

따라서, 도 4의 시스템(9)은 대물평면(15)의 광빔의 위치 및 포인팅을 묘화평면(16)의 정확히 역전된 위치 및 포인팅방향으로 이동시킨다. 그러므로, 대물평면의 방향에 있어서의 변화가 묘화평면의 위치에 있어서의 변화를 가져오지 않고 레이저 빔(4)의 포인팅 및 위치의 특성들을 유효하게 언커플링한다. 여기서 레이저의 포인팅 드리프트에 의하여 유발된 상대적으로 작은 편향은, 상기 편향이 매우 작으며 궁극적으로 입사평면 부근에서는 트랜스래션을 가져오지 않기 때문에 상기시스템에 의하여 실질적으로 제거된다는 것에 유의해야 한다. 따라서, 포인팅 편향이 묘화시스템(9)의 대물평면상에 투영될 수 있다면 상기 편향은 트랜스래이션을 가져오지 않기 때문에 포인팅 편향의 교정에 대한 필요성은 훨씬 더 작다.

대물이 있는 묘화시스템(9)을 F=4f인 묘화거리 및 배율 M=1에 도입하면, 포인팅 편향(Δα)은의 트랜스래이션을 가져온다.

대물에서 묘화거리까지가 기하학적 거리 L과 같다면, 조명유닛의 입사평면 부근에는 전형적이 편향이 나타나지 않는다는 것을 이해해야 한다. 상기 경우에, 빔 위치- 및 포인팅 제어가 완전하게 언커플링될 수 있다. 그러므로, 빔 포인팅과 포인트의 조향 및 제어가 상당히 단순화되고 레이저 포인팅 드리프트로 인한 위치 오차가 크게 감소하여 레티클 레벨상의 방사선 빔의 균일성과 각도 분포 둘 모두에 대한 안정성이 커진다.

도 5 및 6은 트랜스미터블 거울(11,12)을 나타내는 도 3에 도시된 거울 구조에 대한 2개의 상이한 사시도이다.

도 5에서, (레이저 소스로부터 나온) 입력 빔이 빔전달시스템의 나머지 부분과는 상이한 방향으로 포인팅되기 때문에 상기 트랜스미터블 거울 구조를 포함하는 시스템은 직교 밴드를 나타낸다. 대체로 길이방향으로 배향되는 시스템에 도달하도록, 도 6은 추가 거울(17)이 원하는 길이방향으로 빔을 반사시키는 구조를 나타낸다. 두 솔루션은 레이저 빔의 형태 및 그것의 편광 둘 모두를 로테이션 시키며, 이들은 필요할 경우 잘 알려진 방식으로 거꾸로 로테이션 시킬 수 있다.

본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였으나, 본 발명은 상술된 것과는 달리 실행될 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 상기 실시예들에 있어 묘화시스템은 1X 묘화시스템이다. 그러나, 다른 배율들 역시 도입될 수 있으며, 조명유닛으로 들어가기 이전에 여타의 빔 형상 및 조건이 도입될 수 있다.

본 발명에 따르면, 방사원의 변화가 상기 매개변수에 덜 심각한 효과를 가지며 궁극적으로 상기 방사선 빔 매개변수의 위치 및 포인팅 매개변수들 사이의 커플링이 없는 리소그래피 시스템을 얻을 수 있다.

Claims

리소그래피 투영장치에 있어서,

- 방사선 투영빔을 제공하는 방사원;

- 원하는 패턴에 따라 상기 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;

- 기판을 잡아주는 기판테이블;

- 상기 패터닝된 빔을 상기 기판의 타겟부상으로 투영하는 투영시스템을 포함하고,

상기 방사원이,

ㆍ 상기 패터닝수단을 조명할 수 있도록 콘디셔닝된 방사선 빔을 제공 하기 위하여 상기 방사선 빔을 콘디셔닝하며 상기 방사선 빔이 상기 조명시스템으로 들어가는 입사평면을 한정하는 조명시스템; 및

ㆍ 방사원으로부터 상기 조명시스템으로 상기 투영빔을 지향 및 전달 하는 재지향요소를 포함하는 빔전달시스템을 더 포함하며,

- 상기 빔전달시스템은, 상기 입사평면으로부터 상기 입사평면 또는 그 부근에 위치한 묘화평면까지의 일정 거리에 위치한 대물평면으로부터 상기 방사선 빔을 묘화하는 묘화시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
제1항에 있어서,

상기 묘화시스템은 1X 묘화시스템인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
제2항에 있어서,

상기 묘화시스템은 1쌍의 렌즈를 포함하며, 상기 렌즈 쌍의 각 렌즈는 상기 대물평면으로부터 상기 묘화평면까지의 상기 거리의 1/4배의 초점거리를 갖는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 빔전달시스템은 빔 방향에 대해 가로방향인 1이상의 방향으로 상기 투영빔을 이송시키는 1이상의 트랜스미터블 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
제4항에 있어서,

상기 빔전달 경로의 연속하는 위치에 2개의 트랜스미터블 거울이 위치하고, 제1거울이 제1방향으로 상기 빔을 트랜스래이트하고, 제2빔이 제2방향으로 상기 빔을 트랜스래이트하며, 상기 제1 및 제2방향은 서로에 대하여, 그리고 상기 빔의 방향에 대하여 가로방향인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
제4항 또는 제5항에 있어서,

상기 트랜스미터블 거울은 상기 대물평면내에 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 묘화시스템의 대물평면에 경사조정가능한 거울이 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
제7항에 있어서,

상기 경사조정가능한 거울은 상이한 두 방향으로 회전가능한 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
제7항 또는 제8항에 있어서,

상기 경사조정가능한 거울은 트랜스래이트가능한 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
디바이스 제조방법에 있어서,

- 적어도 부분적으로 방사선 감응재의 층으로 덮힌 기판을 제공하는 단계;

- 방사원을 사용하는 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;

- 상기 투영빔을 상기 방사원으로부터 상기 조명시스템으로 전달하는 단계;

- 상기 방사선 빔이 상기 조명시스템으로 들어가는 입사평면을 한정하는 상기 조명시스템을 사용하여 상기 투영빔을 콘디셔닝하는 단계;

- 패터닝수단을 사용하여 상기 콘디셔닝된 투영빔의 단면에 일정 패턴을 부여하는 단계; 및

- 방사선의 상기 패터닝된 빔을 상기 방사선 감응재 층의 타겟부상으로 투영하는 단계를 포함하며,

- 상기 입사평면으로부터 상기 입사평면 또는 그 부근까지의 일정 거리에 위치한 대물평면으로부터 상기 방사선 빔을 묘화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제10항에 있어서,

상기 방법은, 입사평면에서 상기 빔의 포인팅 방향을 제어할 수 있도록 상기 방사선 빔의 대물평면내에 경사조정가능한 거울을 배치시키는 단계를 포함하며,

입사평면에서 빔의 위치를 제어할 수 있도록 경사조정가능한 거울로 상기 방사선 빔을 반사시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.