KR100187348B1

KR100187348B1 - 주사투영노광장치 및 마이크로디바이스의 제조방법

Info

Publication number: KR100187348B1
Application number: KR1019950009495A
Authority: KR
Inventors: 야수유키 운노
Original assignee: 미타라이 하지메; 캐논 가부시기가이샤
Priority date: 1994-04-22
Filing date: 1995-04-22
Publication date: 1999-04-15
Also published as: EP0678768B2; US5805273A; EP0678768A3; DE69531644T3; EP0678768B1; JPH088178A; EP0678768A2; JP3368091B2; DE69531644D1; DE69531644T2; KR950030216A

Abstract

본 발명의 주사투영노광장치는, 제1물체의 패턴을 제2물체에 투영하는 투영광학계와, 노광처리에 의해 투영광학계에 생성되는 투영광학계의 광학특성의 회전비대칭을 실질적으로 보정하는 보정수단을 구비하고 있다.

Description

주사투영노광장치 및 마이크로디바이스의 제조방법

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 투영노광장치의 주요부의 개략도.

제2도는 제1도의 온도제어수단을 설명하는 개략도.

제3도는 제1도의 렌즈의 온도분포의 예를 설명하는 도면.

제4도는 제1도의 렌즈의 단면형상을 설명하는 개략도.

제5도는 제1도의 렌즈의 단면형상을 설명하는 개략도.

제6도는 제1도의 렌즈의 온도분포의 예를 설명하는 도면.

제7도는 제1도의 렌즈의 단면형상을 설명하는 개략도.

제8도는 제1도의 렌즈의 단면형상을 설명하는 개략도.

제9도는 제1도의 온도제어수단을 설명하는 개략도.

제10a 내지 10c는 제1도의 파면수차의 설명도.

제11도는 본 발명의 변형실시예를 설명하는 개략도.

제12도는 본 발명의 제2실시예에 따른 투영노광장치의 주요부의 개략도.

제13도는 제12도의 일부의 개략도.

제14도는 제12도의 일부변형실시예의 개략도.

제15도는 유한요소법모델(ilnite element method model)을 설명하는 개략도.

제16도는 제12도의 렌즈의 온도분포의 예를 설명하는 도면.

제17도는 제12도의 렌즈의 단면형상을 설명하는 개략도.

제18도는 제12도의 렌즈의 단면형상을 설명하는 개략도.

제19도는 제12도의 렌즈의 온도분포의 예를 설명하는 도면.

제20도는 제12도의 렌즈의 단면형상을 설명하는 개략도.

제21도는 제12도의 렌즈의 단면형상을 설명하는 개략도.

제22도는 본 발명의 제3실시예에 따른 투영노광장치의 주요부의 개략도.

제23도는 제22도의 일부개략도.

제24도는 렌즈의 투광부를 설명하는 개략도.

제25도는 보정되지 않은 렌즈의 온도분포도.

제26도는 보정된 렌즈의 온도분포도.

제27도는 본 발명의 제4실시예에 따른 투명노광장치의 개략도.

제28도는 조명계의 개구부재의 개략도.

제29도는 조명계의 개구부재의 개략도.

제30도는 렌즈의 투광부를 설명하는 개략도.

제31도는 보정되지 않은 렌즈의 온도분포도.

제32도는 렌즈의 투광부를 설명하는 개략도.

제33도는 보정되지 않은 렌즈의 온도분포를 설명하는 도면.

제34도는 본 발명의 실시예에 따른 디바이스제조방법의 흐름도.

제35도는 제34도의 흐름도의 일부의 상세를 설명하는 흐름도.

제36도는 공지된 스텝 앤드 스캔노광장치(step-and-scan exposure apparatus)의 개략도.

제37도(A)와 제37도 b는 스텝퍼 및 스텝 앤드 스캔노광장치에 의해 형성된 노광영역를 설명하는 개략도.

제38도는 스텝 앤드 스캔방식의 노광장치의 투영광학계렌즈의 투광영역을 설명하는 개략도.

제39도는 평행평면판 또는 거울 및 경사수단을 포함하는 투영노광장치의 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

8, 201, 303 : 레티클 9, 202, 304 : 투영광학계

10, 203, 305 : 스테이지 204 : 조사광

205 : 슬릿상개구부 7, 206 : 구멍부재

208 : 광축 221, 222 : 가열수단

본 발명은 예를 들면 반도체디바이스(즉, IC, LSI), 촬상디바이스(즉, CCD), 표시디바이스(즉, 액정패널) 또는 자기헤드등의 디바이스를 제조하는 공정중에서 예를 들면 리소그래피공정에 적합하게 사용할 수 있는 주사투영노광장치 및 마이크로 디바이스의 제조방법에 관한 것이다.

IC, LSI등의 반도체디바이스의 고집적화가 증가함에 따라, 반도체웨이퍼의 미세가공기술도 상당히 진전되었다. 미세가공기술로서는, 기판을 스텝 앤 리피트법(step-and-repeat method)으로 노광시키면서 마스크(레티클)의 회로패턴의 상(image)이 투영노광장치를 통해 감광성기판위에 형성되는 여러형태의 축소투영노광 장치가 제안되어 있다.

이 스텝퍼에서는, 소정의 축소배율을 가지는 투영광학계를 통하여 웨이퍼면 위의 특정위치에 레티클의 회로패턴을 투영함으로써 패턴전사공정을 행한다. 1회의 패턴투영 및 전사작업을 완료한 후, 웨이퍼가 놓여있는 스테이지를 소정의 량인 양만큼 이동시키고 패턴전사를 반복하여 웨이퍼위의 다른 위치에 패턴을 인쇄한다. 이 작업을 반복하여 전체웨이퍼면의 노광을 행한다.

일반적으로, 투영광학계를 가진 스텝퍼에 의해 미세회로패턴을 전사하는 경우, 투영광학계를 구성하는 롄즈는 노광공정에 사용된 일부의 자외선광을 흡수하므로, 렌즈는 열적으로 팽창하여 표면형상에 변화를 일으키거나, 또는 렌즈내의 온도 분포가 불균일하게 되어 렌즈내에 불균일한 굴절율분포를 일으킨다. 이것은 투영광학계의 결상특성에 변화를 준다.

특히, 렌즈의 열흡수는 다음과 같은 심각한 문제점을 일으킨다. 즉,

(a) 투영광학계의 초점위치를 변동시킨다.

(b) 투영광학계의 결상배율을 변동시킨다.

이중, 문제점(a)에 대해서는, 초점위치의 변동에 따라 스테이지를 광축방향으로 변위시키는 것에 의해 대응하고 있고, 문제점(b)에 대해서는, 투영광학계의 1개이상의 광학소자를 이동시켜 결상배율의 변동을 보상하는 것에 의해 각각 대응하고 있다.

또, 본 출원인에 의한 일본특허공개 제347239/1993호에는, 광이 통과하는 렌즈의 중심부에 비교하여 주변부의 온도가 저하되는 것을 방지하기 위해 렌즈의 주변부를 가열함으로써, 렌즈내부의 온도분포를 균일하게 유지하여 투영광학계의 광학특성의 변동을 최소한으로 하는 방법이 제안되어 있다.

한편, LSI의 칩면적의 확대에 대응하여, 통상의 스텝퍼보다도 노광영역(화면사이즈)을 확대할 수 있는 소위 스텝 앤드 스캔방식의 노광장치의 투영노광장치에 대해 여러가지가 제안되어 왔다.

이와 같은 스탭 앤드 스캔방식의 투영노광장치에서는, 슬릿형상의 노광영역이 형성되어, 1개의 쇼트(쇼트면적)노광은, 투영광학계에 대해 레티클과 웨이퍼를 주사함으로써 행해진다. 1개의 쇼트의 주사노광이 종료하면, 웨이퍼가 놓인 스테이지를 소정량 이동시킨다음 웨이퍼의 다음의 쇼트의 주사노광을 행한다. 이 작업을 반복하여, 전체웨이퍼면의 노광을 행한다. 36도는 종래의 스텝 앤드 리피트방식의 투영노광장치의 주요부의 개략적인 사시도이다. 도면에서, (101)은 회로패턴이 형성되는 레티클, (102)는 투영렌즈, (103)은 웨이퍼W가 놓인 가동스테이지이며, (106)은, 슬릿개구부(105)를 가지고, 레티클(101)에 근접하여 배치된 구멍부재이며, (104)는 조사광이다.

조사광(104)에 의해 조사된 레티클(101)의 회로패턴을, 투영렌즈(102)를 사용하여, 스테이지(103)상의 웨이퍼W에 투영전사할때, 슬릿개구부(105)를 가진 구멍부재(106)는, 슬릿형상의 조사광을 형성하도록 작용하고 이에의해 레티클(101)이 조사된다. 즉, 레티클(101)중에서 슬릿형상의 조사광이 닿은 부분의 회로패턴만이 웨이퍼(W)면위에 투영전사된다.

다음에, 제36도에 도시한 바와같이, 레티클(101)을 화살표(107)방향으로 소정속도로 주사이동하는 동시에, 레티클(101)의 주사속도와 투영렌즈(102)의 결상배율을 곱한 속도로 스테이지(103)를 화살표(108)방향으로 주사이동함으로써, 레티클(101)의 전체회로패턴을 웨이퍼W에 투영전사한다.

제36도에 도시한 노광장치에 있어서, 좌표축을 (109)로 나타낸 바와같이 설정하면, 투영렌즈(102)의 광축(110)은 Z축방향, 슬릿개구부(105)의 길이방향은 Y축방향, 레티클(101) 및 스테이지(103)의 주사방향은 X축방향으로 된다. 웨이퍼의 한개의 쇼트로 레티클(101)의 전체회로패턴을 전사시킨 후에, 스테이지(103)를 소정의 양만큼 이동시키고(즉, 계단식으로 이동시키고), 패턴전사작업을 반복하여 웨이퍼W의 다른 쇼트상에 레티클(101)의 회로패턴을 상기 방법으로 인쇄시킨다.

여기서, 제37도(A)와 제37도(B)를 참조하면서, 스텝퍼방식(주사를 행하지 않는 방식)에 비교하여 스텝 앤드 스캔방식이 노광영역을 확대할 수 있는 이유에 대해 설명한다.

노광영역은 투영렌즈의 수차가 양호하게 보정된 범위내로 제한된다. 여기서, 제37도(A)의 원(121)(반경 : r)은 투영렌즈의 수차가 양호하게 보정되고 있는 범위를 표시하고, 회로패턴이 정방형내에 수용되도록 형성되어 있는 것으로 가정한다. 다음에, 노광영역은 원(121)에 내접하는 최대의 정방형, 즉, 제 37(A)도중의 선분(122)와 같이, 한변의 길이가의 정방형으로 된다. 이 정방형의 면적 2r²은 통상의 스텝퍼에서 노광영역에 대응한다. 여기서, 좌표축(123)의 X, Y축은, 도시한 바와 같이, 정방형(122)에 직교하는 2개의 변방향으로 대응하도록 배치된다.

한편, 제37(B)도에 도시한 바와 같이, 수차보정된 범위에서 원(121)에 내접하는 정방형의 형상을 장방형으로 변형시키면, 장방형(124)의 긴변의 길이(Y축방향 길이)는 2r에 근접하게 된다. 여기서, 장방형(124)으로 X축방향을 따라서 회로패턴을 주사하여 회로패턴전체를 전사하면, 이 경우에 노광영역은 면적 2rs(s는 주사 가능한 길이)로 결정되어 면적 2r²보다 크게 된다. 즉, 스텝 앤드 스캔방식에서 노광영역은 이 방법으로 확대될 수 있다.

스텝 앤드 스캔방식에서는 상기한 바와 같이 슬릿형상의 조사광을 사용하여 투영노광처리를 행하고 있으므로, 투영렌즈(102)를 통과하는 광은 광축(110)에 대하여 회전대칭적으로는 되지 않는다. 전형적인 예로서는, 제38도에 도시한 바와 같이 Y축방향으로 신장되어 있는 온도분포가 생성된다. 제38도는 투영렌즈(102)를 구성하는 광학소자의 일부를 X-Y평면내에 도시하고, 사선부는 실제로 광이 통과하는 범위를 개략적으로 나타낸 것이다.

이전에 설명한 바와 같이, 투영렌즈가 노광의 일부를 흡수하면 열적변화에 의해 광학특성이 바람직하지 않게 변화한다. 특히, 투영렌즈의 광축에 대해 회전 비대칭인 열흡수(온도분포)가 있는 경우, 렌즈의 파면수차가 회전비대칭으로 되어, 초점위치 및/ 또는 결상배율등의 광학특성이 회전비대칭으로 된다. 따라서, 비점수차등의 회전비대칭적인 수차가 발생하여, 예를들면, 투영렌즈의 해상력이 저하한다.

본 발명의 목적은 해상력의 저하를 방지 또는 감소시기는 주사투영노광장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 해상력의 저하를 방지 또는 감소시키는 디바이스의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일측면에 의하면, 제1물체의 패턴을 제2물체상에 투영하는 투영광학계와, 노광처리에 의해 상기 투영광학계에 발생되는 상기 투영광학계의 광학특성의 회전비대칭성을 실질적으로 보정하는 보정수단을 구비한 주사투영노광장치를 제공한다.

보정수단은 투영광학계의 광학특성의 회전비대칭성을 제거하거나 또는 감소시켜서 해상도의 저하를 방지하거나 또는 감소시키는데 효과적이다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기한 바와 같은 투영노광장치를 사용하여 기판에 디바이스패턴을 인쇄하는 공정으로 이루어진 마이크로디바이스의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 상기 목적, 기타 목적, 특징 및 이점은, 첨부한 도면과 관련하여 취해진 본 발명의 바람직한 실시예의 다음의 설명을 고려하면 한층 더 명백하게 될 것이다.

제1도는 본 발명을 스텝 앤드 스캔방식의 투영노광장치에 적용한 것을 특징으로 하는 본 발명의 제1실시예의 주요부의 개략도이다.

본 실시예 및 이후에 설명될 실시예에 대해서 설명을 용이하게 하기위해, X, Z축은 도면의 지면내에 놓여 있고, Y축은 도면의 지면과 직교하는 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 도면에서 좌표계가 (1)로 표시되어 있는 것으로 가정한다.

본 실시예의 구성은, 주로, 2부분, 즉, 스텝 앤드 스캔방식의 투영노광장치의 본체부분과, 투영노광장치의 투영광학계에 발생하는 파면수차를 측정하는 측정 부분으로 이루어진다.

투영노광장치의 본체부분의 각 요소에 대해 설명한다.

(2)는 자외광을 발생하는 노광용 광원, (3)은 광원(2)으로부터의 광을 온/오프 제어하는 셔터, (4)는 입사된 광을 직선편광(예를들면, 도면의 지면내에 놓인 편광면을 가짐)으로 변환하는 편광판, (5)는 해프미러(half mirror), (6)은 조사렌즈, (7)은 Y방향으로 연장된 슬릿형상의 개구부를 가진 구멍부재, (8)은 회로패턴이 형성된 레티클(제1물체), (9)는 축소투영렌즈(투영광학계), (10)은 웨이퍼(W) (제2물체)가 놓여있는 스테이지이다.

광원(2)으로부터의 광은, 셔터(3), 편광판(4)을 이 순서대로 통과하여 직선편광으로 되고, 해프미러(5)에 의해 반사되어 조사렌즈(6)에서 집광되며, 구멍부재(7)를 통하여 레티클(8)위의 회로패턴을 조사한다. 레티클(8)과 스톄이지(10)는 X-Y평면에 평행하게 배치되어 있고, 레티클(8)을 화살표(11)방향으로 주사하는 동시에, 레티클(8)의 주사속도와 투영광학계의 투영배율을 곱한 것에 대응하는 속도비로 스테이지(10)를 화살표(12)방향으로 주사함으로써, 레티클(8)의 회로패턴전체를 스테이지(10)에 놓인 웨이퍼(W)위에 투영전사한다. 다음에, 이 웨이퍼(W)를 처리하여(즉, 공지의 현상처리공정으로 처리하여), 반도체장치를 제조한다.

제1도에서는, 슬릿형상의 개구부를 가진 구멍부재(7)를 레티클(8)바로 앞에 배치하고 있으나, Y방향으로 연장된 슬릿형상의 조사광을 레티클(8)위에 닿게하면 되고, 조사광로를 따라 레티클(8)과 광학적으로 공역인 위치에 구멍부재(7)를 배치하여도 된다.

본 실시예의 투영렌즈(9)는 투영렌즈(9)의 주변부에 배치된 온도제어장치(13), (14)를 구비하고 있고, 이들의 온도제어장치는 후술하는 바와 같이 제어수단(15)과 상호작용하여 투영렌즈(9)를 구성하는 렌즈의 내부온도분포를 조정한다. 또, 스테이지(10)에는 제어수단(15)으로부터의 신호에 응답하여 작동가능한 포커스 조정장치(16)가 설치되어서 투영렌즈(9)의 포커스위치변화(즉, 포커스에러 )에 대해 웨이퍼면의 레벨 즉 높이를 조정한다.

이하, 장치의 파면수차측정부분의 구조에 대해 설명한다.

(20)은 간섭성의 광을 발생하는 레이저 등의 광원, (21)은 광원(20)으로부터의 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이터렌즈, (22)는 광원(20)으로부터의 광을 온/오프 제어하는 셔터, (23)은 해프미러, (24)는 평면경으로 기준광을 얻는다. (25)는 입사된 광을 직선편광(도면과 수직방향으로 편광면을 가지는 직선편광)으로 변형시기는 편광판, (26)은 CCD카메라(27)위에 간섭줄무늬를 형성하는 결상용렌즈, (28)은 CCD카메라(27)로부터의 신호를 사용하여, 후술하는 바와같이, 투영렌즈(9)의 파면수차를 구하는 연산수단이다.

본 실시예에서는, 광원(20)에서 방출된 광은 콜리메이터기렌즈(21)에 의해 평행광으로 변환되고, 셔터(22)를 통하여 화살표(30)방향으로 해프미러(23)에 투영된다. 이 광의 절반정도는 해프미러(23)에 의해 반사되고 화살표(31)방향으로 편향된 다음, 화살표(32)방향으로 평면경(24)에 의해 반사되고 해프미러(23)에 다시 투영된다. 이와 같이 투영된 광중에서, 화살표(33)로 표시한 바와같이 해프미러(23)를 통과한 광은 결상렌즈(26)에 의해 집광되어 CCD카메라(27)에 투영된다. 즉, 상기한 경로를 따라서 진행한 광은 간섭법에 의해 투영렌즈(9)의 파면수차를 측정하는 동안 기준광으로 된다.

한편, 셔터(22)로부터 해프미러(23)에 입사한 광중에서 나머지절반은 해프미러(23)를 투과하여 화살표(34)방향으로 진행하고, 편광판(25)에 의해 직선편광으로 변환된 후 해프미러(5)를 통과하여 조사렌즈(6), 구멍부재(7)를 통하여 투영렌즈(9)로 진행한다. 광은 투영렌즈(9)를 투과한 다음에, 스테이지(10)위에 놓인 웨이퍼W의 표면 Wa에 의해 반사되고, 다시 투영렌즈(9)를 투과한 광은 화살표(35)로 나타낸 바와 같이 다음의 경로를 따라 되돌아 간다. 광은 해프미러(23)에서 반사되고, 화살표(36)로 표시한 바와 같이 편향된 다음에 결상렌즈(26)로 집광되어 CCD카메라(27)에 투영된다. 상기한 경로를 따라서, 진행한 광은 투영렌즈(9)의 파면수차에 관련된 정보를 포함하고 있고, 이 광은 화살표(33)방향으로 진행하는 기준광과 CCD카메라(27)의 표면에서 간섭된다. 생성된 간섭줄무늬를 CCD카메라(27)에 의해 생성된 관측함으로써, 투영렌즈(9)에서 생성한 파면수차의 양을 검출한다.

즉, 본 실시예에서는, 투영렌즈(9)는 트와이만 그린형 간섭 계(Twymnan-Green ty pe interferometer)의 일부로서 장치에 일체화되어, 투영렌즈(9)의 파면수차를 측정한다. 간섭줄무늬는 CCD카메라(27)에 의해 화상데이터로 변환되고, 연산수단(28)에 의해 파면수차의 비대칭성 및 크기등을 산출한다. 이와 같이 산출된 파면수차에 관한 데이터를 제어수단(15)에 공급하고, 제어수단(15)은 보정수단(즉, 온도제어장치(13), (14) 및/또는 포커스제어수단(16))을 제어하도록 작동하여 파면수차를 작게한다.

이하, 본 실시예에 사용된 편광판(4) 및 편광판(25)의 작용에 대해 설명한다.

노광용광원(2)에서 방출된 광은 이전에 설명한 바와 같이 레티클(8)을 조사하고, 투영렌즈(9)를 통과한 후에 스테이지(10)에 놓인 웨이퍼W에 입사한다. 이 광에 의해 웨이퍼(W)의 표면(Wa)에 도포된 레지스트물질은 감광되고, 일부의 광이 웨이퍼표면Wa에 의해 반사된 다음에, 역방향으로 투영렌즈(9)를 관통한다. 이 광의 일부는 해프미러(5)를 통과하여 노이즈광으로 되고, 파면수차측정용 CCD카메라(27)에 도달한다. 이와 같이 불필요한 광은 파면수차의 측정시에 측정정밀도를 열화시기는 원인으로 된다.

이점을 고려하여, 본 실시예에서는 노광공정에 사용된 광은, 편광판(4)에 의해, 예를들면 도면의 지면에 놓이는 편광면을 가지는 직선편광으로 변환한다. 또한 파면수차측정용의 레이저광에 대해 도면의 지면과 수직방향으로 놓인 편광면을 가지는 선형편광만을 투과시키는 편광판(25)을 설치하고 있다. 이 구성에 의해, 광원(2)에서 방출되어 웨이퍼표면(Wa)에서 반사된 광중에서 파면수차측정용 CCD카메라(27)로 진행하는 성분은 편광판(25)에 의해 차광된다.

이하, 본 실시예에 사용된 온도제어장치(13), (14)에 대해 상세히 설명한다.

온도제어장치(13), (14)는 광축에 대해 투영렌즈(9)의 렌즈소자내에서 온도분포가 비대칭적인 온도분포를 방지하기 위해 설치되어 있고, 그렇지 않으면 상기 렌즈소자에 의해 노광을 흡수함으로써 발생되는 비대칭적인 온도분포를 방지하기 위해 설치되어 있다. 제1방법으로서, 온도가 낮은 렌즈소자의 주변부분에 외부의 열을 가함으로써, 렌즈전체의 온도분포를 광축에 대해 회전대칭적으로 형성된다. 제2방법으로서, 온도가 높은 렌즈소자의 주변부분을 외부로부터 냉각함으로써, 전체 온도분포가 광축에 대해 회전대칭적으로 형성된다.

이들 두 방법에 대해 한층 더 상세하게 설명한다. 여기서, 제1방법에서의 온도조정장치를 가열수단으로 칭하고, 제2방법에서의 온도조정장치를 냉각수단으로 칭한다.

본 실시예의 다음 설명은 주로 온도조정수단으로서 가열수단을 사용한 경우에 관한 것이다.

제2도는 제1도의 투영렌즈(9)를 구성하는 광학소자중에서 한 광학소자를 X-Y평면을 따라서 취한 단면에, 도시한 것으로, 좌표축은 (1)로 나타낸다. (41)은 렌즈이며, 사선영역은 광이 렌즈를 통과하는 범위를 나타낸다.

본 실시예에서는, 이전에 설명한 바와같이, Y축방향으로 연장되어 있는 슬릿 형상의 광을 사용하여 패턴을 조명한다. 따라서, 투영렌즈(9)를 통과하는 광은, 투영렌즈(9)의 광축을 포함하는 X-Z평면(제2도에서 점선(43))과 광축을 포함하는 X-Z평면(제2도에서 점선(44))에 대해 대칭적이다. 그러나, 광축에 대해서 회전대칭성을 가지지 않는다. 즉, 전형적인 예로서, 제2도에서, 사선부(42)로 나타낸바와 같은 분포를 가진다. 이 경우, 열흡수에 의해, X측 및 Y축방향에 대해 비대칭적인 비대칭온도분포가 형성된다. 이에 의해 비점수차를 초래한다.

이와 같은 비대칭온도분포를 피하기 위해서는, 본 실시예에서는, 온도상승이 낮은 부분을 가열하기 위해 가열수단(온도조정수단)을 설치함으로써, 렌즈내부의 온도분포를 보정하여 광축에 대해 회전대칭이 된다. 특히, 본 실시예에서는, 가열장치는 렌즈주변부중에서 점선(43), (44)에 대해서 대칭적인 위치에 설치되어도 된다. 렌즈주변부에 2개의 가열수단(13), (14)을 설치하여야 하는 경우에는 상승온도가 작고 또한 상기한 바와 같이 대칭성을 가지는 위치, 즉, 제2도에 나타낸 위치에 상기 가열수단을 배치하여도 된다.

여기서, 렌즈(41)에 의한 열흡수의 결과로서 형성되는 온도분포와 렌즈의 형상 및 가열수단(13), (14)에 의해 보정된 온도분포와 렌즈의 형상에 대해서 설명한다.

제2도에 사선부(42)로 나타낸 영역을 광이 통과하면, 광의 일부가 흡수되어 제3도에 도시한바와 같은 온도분포가 형성된다. 제3도는 등온선을 개략적으로 나타낸것으로, 중심부에 가까울수록 고온으로 된다.

제4도 및 5도는 상기의 온도분포에 기인하여 열적으로 변형된 렌즈의 단면 형상을 각각 나타낸 것이다. 제4도는 렌즈(41)의 중심축(50)을 포함한 단면중에서, 좌표축(1)의 X-Z평면에 놓인 단면을 나타낸것이다. 제4도의 (52)는 변형전의 렌즈의 형상이며, 사선부(53), (54)는 열에 기인하여 팽창된 부분을 나타낸다. 제5도는 제4도의 렌즈와 동일한 렌즈를 좌표축(1)의 Y-Z평면을 따르는 단면으로 나타낸 것으로, 사선부(56), (57)는 열에 의해 팽창한 부분으로, 제4도와 비교하면, 팽창부(56), (57)는 횡방향으로 넓게 연장되어 있다.

가열장치(13), (14)에 의해 조정된 온도분포 및 렌즈형상에 대해 설명한다. 본 실시예에는, 제3도에 도시한 바와 같은 온도분포를 가진 렌즈(41)에 대해, 온도가 낮은 렌즈(41)의 주변부에 설치한 가열장치(13), (14)에 의한 가열량을 최적으로 제어함으로써, 렌즈(41)의 온도분포를 제6도에 도시한 바와 같이 중심에 대해 대칭으로 되게 한다.

제7도 및 제8도는 온도가 보정된 렌즈(41)의 단면형상을 나타낸다. 제7도는 제4도와 같이, X-Z평면에 따른 렌즈(41)의 단면형상을 나타낸다. 사선부(60), (61)는 열에 의한 팽창부이다. 한편, 반면에, 제8도는 제5도와 같이 Y-Z 평면에 따른 렌즈(41)의 단면형상을 나타낸다. 사선부(62), (63)는 열에 의한 팽창부를 나타낸다. 이경우, 각각의 온도분포 및 렌즈형상변형에 대해서 X방향 및 Y방향에 비대칭성이 나타나지 않는다. 따라서, 파면수차가 회전대칭으로 되고, 이에 의해 비점수차는 발생하지 않는다. 또한, 결상위치나 X, Y방향간의 배율의 어긋남도 발생하지 않는다.

각각의 가열장치는 니켈크롬선등의 발열소자가 적절한 열저항을 가진 물질을 개재하여 렌즈소자와 접촉하는 특정한 구성으로 되어 있어, 발열소자에 공급되는 전압 또는 전류를 변동시킴으로써 가열을 제어한다.

광축에 대한 결상위치 또는 배율의 회전비대칭성을 가열장치수단에 의해 보정할 수 있으나, 소정의 위치나 값으로 부터 이와같은 광학특성의 어긋남이 여전히 존재한다. 따라서, 결상위치의 이와 같은 어긋남에 대해서는, 웨이퍼스테이지를 광축방향으로 이동하여 보정한다. 또한, 배율의 어긋남에 대해서는, 투영렌즈의 광학소자가 광축의 방향을 따라 이동시키거나, 또는 대안으로 광축방향을 따라 레티클을 이동시킴으로서 어긋남을 보정한다.

다음에, 온도제어장치(13), (14)로서 냉각수단을 사용한 경우에 대하여 제9도를 참조하면서 설명한다.

제9도는 제2도와 유사하며, 노광이 렌즈(41)의 사선부(42)를 통과하는 방법을 도시한다. 여기서, 선행의 경우와 같이 Y방향으로 연장된 범위에서 온도상승이 발생한다. 온도제어수단으로서 2개의 냉각장치(13'), (14')를 렌즈(41)의 주변부에, 특히, 제9도에 도시한 위치에 배치한다. 이들부분의 온도를 제어함으로써 렌즈(41)의 온도분포는, 제6도를 참조하면서 설명한 바와같이, 중심에 대해 대칭적으로 된다.

각각의 냉각장치는 특정구조를 가지고 있고, 냉각수단(13') 또는 (14')이 설치되고 렌즈주변부에 있는 위치에 냉각기체를 불어넣고, 그 기체의 온도 및 양을 제어수단(15)으로 제어한다.

다음에, 본 실시예의 온도제어장치(13), (14)(13', 14') 및 포커스제어장치(16)의 제어방법에 대해 설명한다.

제10도A, 10도B 및 10도C는 투영렌즈(9)에서 발생된 파면수차에 각각 대응하고 또한 CCD카메라(27)를 통해 각각 관측되는 간섭무늬의 예를 나타낸다. 제10도A는 슬릿형상의 조사광을 사용한 노광공정의 결과로서 투영렌즈(9)에 비점수차가 발생한 상태를 나타낸다. 제10도B는 온도제어장치(13), (14), (13', 14')가 동작함으로써, 회전비대칭파면수차를 광축에 대해 회전대칭으로 되도록 보정을 행한 상태를 나타낸다. 제10도B에 도시한 상태에서는, 구면수차가 작게 발생하고 또한 투영렌즈(9)의 최량의 포커스위치가 변동된다. 따라서, 포커스제어장치(16)를 사용함으로써, 스테이지(10)의 수직위치를 미세조정한다. 이와 같은 포커스조정에 의해, CCD카메라(27)에서 출력된 간섭줄무늬를 제10도C에 도시한 상태로 되고, 즉 수차가 거의 없고 또한 간섭줄무늬가 거의 나타나지 않는다.

CCD카메라(27)를 통해서 얻은 간섭줄무늬데이터는 연산수단(28)에 공급되고, 또한 연산수단은 간섭줄무늬의 회전비대칭성과 크기등을 표시하는 데이터를 생성하여, 예를들면 제어수단(15)에 공급한다. 이에 응답하여, 제어수단(15)은 파면수차의 회전비대칭성 및 그 크기에 관련된 데이터에 의거하여, 예를들면 이것을 감소시키도록 온도제어장치(13),(14),(13', 14') 및/또는 포커스제어수단(16)을 제어한다. 상기와 같이 제어함으로써, 수차의 회전비대칭성, 투영렌즈(9)의 결상배율과 결상위치를 보정한다.

제어수단(15)에 의해 제어한 후에, 파면수차는 다시 측정되고, 이와 같이 얻어진 파면수차데이터는 마찬가지 방식으로 처리되어 제어수단(15)의 제어시에 피드백된다. 즉, 제어계는 투영렌즈(9)의 회전비대칭파면수차가 매우 정밀하게 보정되는 피드백계(feedback system)로 이루어진다.

이상의 각 실시예에서는 굴절렌즈만으로 이루어지는 광학계를 설명하였으나, 본 발명은 굴절렌즈계, 비임스플릿터 및 반사경계를 조합한 반사굴절광학계로 이루어진 투영광학계에도 적용할 수 있어, 본 발명의 개념을 마찬가지 방식으로 굴절렌즈부분, 비임스플릿터부 및/또는 반사경부에 적용할 수 있다.

제39도는 예를 들면 경사각도를 변경함으로써 투영광학계의 광축에 대해서 평행평면판 또는 거울(101)을 어긋나게 하는 경사수단(100) 및 평행평면판 또는 거울(101)을 포함한 투영노광장치의 개략도이다.

상기한 실시예에서는 2개의 온도조정장치를 렌즈소자의 주변부에 사용하고 있으나, 그 개수가 2개에 한정된 것은 아니다. 투영광학계가 복수개의 광학소자로 구성되어 있는 경우, 본 발명을 적용하는 것은 1개의 광학소자에 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 2개이상의 광학소자에 동시에 적용할 수 있어, 이들 광학소자에 적용한 온도조정장치를 서로 독립적으로 제어할 수있다.

상기한 실시예에서는, 편광판(4), (25)과 해프미러(5)를 사용함으로써, 회로 패턴인쇄를 위한 노광공정과 투영렌즈의 파면수차를 측정하기 위한 측정공정을 동시에 실행할 수 있다. 그러나, 광을 효율적으로 사용하기 위해, 노광공정 및 파면수차의 측정공정을 순차적으로 반복할수도 있다.

보다 상세하게는, 해프미러(5)대신에 통상의 거울(5a)을 사용하여 광원(2)으로부터의 광을 조사렌즈(6)로 향하게 하면서 노광을 행한다. 이 공정에서 셔터(22)는 폐쇄된다. 셔터(3)는 폐쇄되고, 거울(5a)은 제거된다. 다음에, 셔터(22)를 개방하여 광원(20)으로부터의 광을 투영렌즈(9)에 입사시켜, 투영렌즈의 파면수차를 실행한다. 다음에, 거울(5a)은 다시 삽입된다. 또한, 셔터(3)를 개방하는 동시에, 셔터(22)를 폐쇄하여 노광공정을 개시한다.

상기한 조작을 반복하여 투영렌즈(9)의 파면수차를 보정하고, 노광공정과 파면수차의 측정공정을 동시에 행하는 경우 동일한 정밀도를 얻을 수 있다. 또한, 이 경우, 편광판(4), (25)의 사용은 불필요하다.

상기한 실시예에서는, 비대칭온도분포, 또는 비대칭형상을 가지고 또한 광축에 대해 회전비대칭인 렌즈는 그 주변부가 가열 혹은 냉각됨으로써, 광축에 대한 렌즈형상 이나 온도분포의 회전비대칭성이 보정된다. 가열에 의한 보정 및 냉각에 의한 보정을 조합할 수도 있다.

한편, 회전비대칭적인 렌즈형상만을 보정하기 위한 보정수단으로서, 렌즈에 동적인 힘을 부여할수 있다. 예를들면, 제11도에서 사선영역(42)으로 표시한 바와 같은 형상을 가지는 광이 렌즈(41)에 도입되는 경우, 이전에 설명한 렌즈는 X방향 및 Y방향에서 상기한 형상을 가진다. 여기서, 렌즈내부의 굴절율분포의 회전비대칭성이 무시될 수 있는 경우, 도면에서 화살표(70), (71)방향으로 렌즈에 동적인 힘을 부여하여, 렌즈(41)의 형상을 광이 투과하는 렌즈의 중심부근에서 Z축에 대해서 렌즈(41)의 형상이 대략 회전대칭으로 해도 된다.

제12도는 본 발명의 제2실시예의 주요부의 개략도로서, 본 발명은 스텝앤드 스캔방식의 투영노광장치에 적용된다.

(201)은 회로패턴이 형성되는 레티클 또는 마스크(제1물체)이고, (202)는 축소투영렌즈(투영광학계)이고, (203)은 웨이퍼W(제2물체)가 놓여 있는 가동스테이지이고, (204)는 도시하지 않은 조명계에서 공급된 조사광이다.

(206)은 그 일부에 슬릿형상의 개구부(205)가 형성되어 있는 구멍부재이다. 구멍부재(206)는 레티클(201)에 근접하여 배치되어 있다. 구멍부재(206)(슬릿형상의 개구부(205))를 레티클(201)의 직전에 배치되는 경우에는, 조사광학계(도시하지 않음)에 즉 레티클(201)과 광학적으로 공역인 위치에 배치되어도 되며, (207)은 X, Y, Z축을 나타내는 좌표축이다.

(221), (222)는 예를 들면 가열선으로 이루어진 가열수단이다. 이 가열수단은 투영렌즈(202)의 소정의 렌즈(광학소자)주변부에 설치된다. (223)은 메모리(224)로부터 공급된 정보에 의거하여 가열수단(221), (222)에 의해 가열을 제어하는 제어기(제어수단)이다. (211)∼(214)는 레티클(201)의 회로패턴으로부터의 굴절광이 스테이지(203)위에 놓인 웨이퍼(W)에 도달하는 것을 개략적으로 나타낸 광선이다.

본 실시예에서는, 슬릿형상의 조사광(204)으로 조사된 레티클(201)표면상의 회로패턴은 투영렌즈(202)에 의해 웨이퍼(W)위에 투영됨으로써 회로패턴이 인쇄된다. 본 실시예에서는, 투영광학계(202)의 광축(208)은 Z축방향을 따라 연장되어 있는 반면에, 슬릿형상의 개구부(205)의 길이방향은 Y축방향으로 연장되어 있다.

여기서, 레티클(201)과 스테이지(203)는 모두 X-Y평면에 평행하게 배치되어 있다. 제1도의 실시예에서 행한것과 마찬가지 방식으로, 레티클(201)은 가동스테이지(도시되지 않음)위에 놓인 레티클(201)을 X축방향으로 주사하는 동시에, 레티클(201)의 주사속도와 투영광학계의 투영배율을 곱한 속도로 스테이지(203)를 X축방향으로 주사함으로써, 레티클(201)의 회로패턴전체를 스테이지(203)의 놓인 웨이퍼(W)에 투영하여 전사한다. 다음에, 웨이퍼W에 공지된 현상처리를 행하고, 반도체장치를 제조한다.

슬릿형상의 광을 사용하는 투영노광공정에 의해 투영렌즈계(202)의 렌즈는 노광을 흡수하고, 광학특성이 변한다. 본 실시예에서는, 렌즈에 투영된 슬릿형상의 광의 상태를 고려하여, 렌즈의 주변부의 소정의 위치에 가열장치(221), (222)를 배치한다. 이들의 가열장치에 의한 가열은 메모리(224)로부터 얻은 정보(데이터)에 의거하여 제어기(223)로 제어되어, 균일한 온도분포가 형성됨으로써, 렌즈의 광학특성의 변화가 효율적으로 방지된다.

본 실시예의 가열장치(221), (222)에 대해 상세히 설명한다.

제13도는 투영렌즈(202)의 광학소자의 일부를 X-Y평면의 단면으로 나타낸 개략도이다. (231)은 렌즈이고, 사선부(232)는 투영노광의 공정시에 광이 렌즈를 통과한 범위를 나타낸다.

본 실시예에서는, 레티클(201)표면상의 회로패턴은 제12도에 도시한 좌표축의 Y방향을 따라서 연장되어 있는 슬릿형상의 광으로 조명된다. 따라서, 투영렌즈(202)를 통과한 광은 광축(208)을 포함한 X-Z평면(제13도에서 점선(233))과 광축(208)을 포함한 Y-Z평면(제13도에서 점선(234))에 대해 대칭성을 가진다. 그러나, 광축(208)에 대해서는 회전대칭성을 가지지 않는다. 즉, 전형적인 예로서, 상기 광은 제13도에 도시한 사선부(232)로 표시한 바와 같은 분포를 가진다.

이 경우에는, 열흡수에 기인하여 X축 및 Y축방향에 대해서 비대칭적인 회전비대칭 온도분포가 생성된다. 이것은 투영광학계의 결상위치 및/또는 배율의 회전비대칭을 초래한다. 특히, 회전비대칭온도분포에 기인하여 큰 비점수차를 초래한다. 이것을 고려하여, 본 실시예에서는 제13도에 도시한 바와 같이 렌즈표면의 비대칭온도분포를 보정한다. 즉, 온도상승이 낮은 슬릿형상의 개구부(205)의 짧은 쪽 방향(폭방향)(슬릿형상의 개구부의 세로방향에 직교하는 방향)을 따라서 복수의 가열수단(221), (222)을 설치하여, 렌즈내부의 온도분포가 광축(208)에 대해서 회전대칭으로 되는 것을 확보한다. 특히, 본 실시예에서는, 렌즈의 주변부중에서 점선(233), (234)에 대해 대칭적인 위치에 가열수단(221), (222)을 설치한다.

제13도의 경우와 같이 렌즈의 주변부에 2개의 가열장치를 설치하는 경우, 온도상승이 작고 또한 상기한 바와같이 대칭성을 가지는 위치, 즉, 제13도에 도시한 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 제14도는 다수의 가열수단(221a)∼(221c), (222a)∼(222c)을 사용하여 정밀도가 높은 온도제어를 행하는 예를 도시한다. 또한, 이 경우에도, 이들의 가열수단(221a)∼(221c), (222a)∼(222c)은 상기한 바와 같이 대칭의 조건을 만족시키는 위치에 배치한다.

다음에, 본 발명의 가열수단(221), (222)의 가열제어방법에 대해 설명한다.

본 실시예에서는, 가열제어를 위해, 가열을 행함이 없이 형성될 온도분포를 정확하게 검출한 다음에, 분포의 비대칭성을 보정하기위해 가장 적합한 최적의 가열량을 결정한다. 렌즈가 노광을 흡수하는 것에 기인한 렌즈의 온도상승 및/또는 변형을 실험에 의거하여 측정하고, 측정값에 따라 가열수단(221), (222)을 제어한다. 그러나, 본 실시예에서는, 제13도의 사선부(232)로 표시한바와 같이 회전비대칭적인 열흡수에 응답하여 렌즈에 생성될 온도분포와 형상의 변화를 시뮬레이션에 의해 구한다. 온도분포와 형상의 변화는 예를들면, 투영노광공정의 개시후의 시간과 렌즈를 통과하는 광의 총에너지의 함수로서 결정될 수 있다.

일반적으로, 물체에 의한 열의 흡수에 응답하여 온도가 상승하고, 온도의 상승에 따라 물체의 형상이 변화한다고 하는 과정은, 유한요소법(finite element meethod)에 따라서 정밀하게 시뮬레이션 될 수 있는 것이 잘 알려져있다. 제15도는 상기 유한요소법에 의거한 해석모델을 나타낸 것이다.

제13도의 열흡수는 점선(233) 및 점선(234)에 대해 대칭성을 가지므로, 해석모델은

제13도의 렌즈(232)면적의 1/4부분, 즉, 제15도에 도시한 부분을 생각하면 된다. 제15도는 렌즈(232)의 면적중에서 1/4부분을 유한요소법분석을 위해 메시로 분할한 상태를 개략적으로 도시한다. 이 도면은, 사선영역(242)에서 열의 흡수가 발생하는 것을 도시한다.

제15도에서, (208)은 제12도에 도시한 투영광학계의 광축이다. 적절한 경계조건을 설정하면서 유한요소법을 해석함으로써, 상기와 같은 열의 흡수가 발생될 온도분포는, 예를들면, 제16도에 도시한 바와같이 결정된다.

제16도에 있어서, (231)는 렌즈다. 색의 밀도(색조)가 온도에 대응하고 있다. 렌즈의 중심부에서 주변부로부터 향해 온도가 감소하며, 분포형상이 Y축방향으로 연장되어 있는 것을 제16도로부터 알 수 있다.

제17도 및 18도는 상기한 온도분포에 기인하여 열적으로 변형된 렌즈의 단면형상을 각각 도시한 것이다.

제17도는 광축(208)을 포함한 X-Z평면에 따른 단면을 나타낸다. 제17도에 있어서, (241)은 변형전의 렌즈의 형상이다. 사선부(242), (243)는 열에 의해 팽창한 부분이다. 마찬가지로, 제18도는 Y-Z평면에 따른 단면을 나타내며, 사선부(244), (245)는 열에 의해 팽창한 부분이다. 상기한 방식으로, 가열수단(221), (222)을 동작시킴이 없이 생성된 렌즈의 온도분포와 변형이 결정된다. 다음에, 제16도 내지 제18도를 참조하면서 설명한 비대칭적인 온도 및/또는 렌즈형상을 방지하기 위해 가열수단(221), (222)에 의해 렌즈에 가해지는 열량이 결정된다. 여기서, 유한요소법에 의한 시뮬레이션으로 가해지는 최적의 열량은 시행착오에 의해 결정된다. 이와같이 결정된 데이터는 메모리(224)(제12도)에 기억되고, 또한 노광처리중에는 제어기(223)는 메모리(224)로부터 판독된 데이터에 따라서 가열수단(221), (222)을 제어한다.

각각의 가열수단은, 구체적으로, 니켈크롬선등의 발열체를 적절한 열저항을 지닌 재료를 개재하여, 렌즈소자에 접촉시키는 특정한 구성으로 이루어지고, 발열체에 공급될 전압이나 전류를 변화시킴으로써 가열을 제어한다.

다음에, 본 발명의 가열제어수단에 따른 가열수단(221), (222)에 의해 가열제어를 행함으로써 형성되는 렌즈의 온도분포 및 형상변화에 대해 설명한다.

제19도는 가열수단(도시되지 않음)에 의해 렌즈(251)에 최적의 열량을 인가하는 제어의 결과로서 형성되는 온도분포의 예를 나타낸다. 가열수단(221), (222)에 의해 렌즈(251)중에서 열의 흡수에 기인한 온도상승이 작은 부분에 열을 가함으로써, 제19도에 도시한 바와 같이 X축과 Y축방향에 대해 대략 대칭적인 온도분포가 형성된다. 제20도는 광축(208)을 포함하는 X-Z평면의 단면에서 본 렌즈(251)의 형상변화를 나타낸다. (252)는 변형전의 렌즈의 형상이며, 사선영역(253), (254)은 열에 의해 팽창한 부분이다.

마찬가지로, 제21도는 광축(208)을 포함하는 Y-Z평면의 단면에 본 렌즈(252)의 형상변화를 나타낸다. (252)는 변형전의 렌즈형상이며, 사선부(255), (256)는 열에 의해 팽창한 부분이다. 이 경우, 각각의 온도분포 및 렌즈형상의 변형에 대해서 X방향 및 Y방향에 비대칭성이 나타나지 않는다. 따라서, 비점수차가 발생하지 않는다.

또, 제9도를 참조하면서 설명한 바와 같은 냉각수단은 본 실시예의 가열수단 대신에 또는 본 실시예의 가열수단과 조합하여 사용할수 있다.

제22도는 본 발명의 제3실시예의 주요부의 개략도로서, 소위 스텝퍼타입의 투영노광장치에 본 발명을 적용한다. 다음의 설명을 간단하게 하기 위해, 좌표축은(301)과 같이 한다.

(302)는 도시하지 않은 조사광학계에서 방출된 조사광이고, (303)은 회로패턴이 형성된 레티클이고, (304)는 축소투영렌즈이고, (305)는 웨이퍼가 놓여있는 스테이지이다. 여기서, 레티클(303)과 스테이지(305)는 모두 X-Y평면에 평행하게 배치되어 있고, 투영렌즈(304)의 광축은 Z축에 평행하게 놓여있다.

조사광(302)은 레티클(303)위의 회로패턴을 조사하고, 또한 도면에서(306), (307)로 표시한 회절광이 생성된다. 이들의 회절광(306), (307)은 투영렌즈(304)를 개재하여 각각 상 공간(image space)의 광(308)(309)으로 변환된 다음에, 스테이지(305)위에 놓인 반도체웨이퍼(W)에 결상된다. 이에 의해, 레티클의 회로패턴이 웨이퍼위에 결상된다. 조사광(302)의 파장으로 조사되는 것에 응답하여 화학변화를 일으키는 레지스트물질이 웨이퍼 도포되어 있고, 따라서 레티클(303)의 회로패턴이 웨이퍼위에 전사되어 인쇄된다.

도면에서, (310), (311), (312), (313)은 본 발명의 실시예에 의한 온도제어장치이고, 이것은 투영렌즈(304)의 렌즈소자주변부에 설치되어 있다. 이들의 온도제어장치(310)∼(313)는 메모리(315)에 기억된 정보에 따라서 제어기(314)에 의해 제어된다.

본 실시예를 설명하기 위해, 레티클(303)로서, 제23도에 도시한 예에 대해서 설명한다. 제23도는 레티클(303)을 좌표축(301)의 X-Y평면에 나타낸다. 레티클의 주변부는 조사광(302)을 완전히 차단하는데 효과적이다. 설명을 간단하게 하기위해, 레티클(303)은 2개의 영역(322), (323)을 형성하고, 영역(322)은 차광부와 이 차광부보다도 넓은 영역의 투광부의 조합에 의해 형성된 패턴을 가지는 반면에, 영역(323)은 투광부와 이 투광부보다도 넓은 영역의 차광부의 조합에 의해 형성된 패턴을 가진다.

이 때문에, 영역(322), (323)을 서로 비교하면, 투과된 광량은 영역(322)쪽이 영역(323)보다도 많게 되어 있다. 따라서, 영역(322)과 (323)은 레티클의 상기 부분을 통과한 광량과 투과하여 투영렌즈(304)에 입사하는 광량사이의 차이를 나타내고 있다.

제22도에서, 회절광(306), (307)을 상이한 개수의 선으로 표시하고 있다. 이것은, 회절광(306), (307)이 각각 제23도중의 상이한 영역(322), (323)의 패턴으로부터 나오는 회절광인 것을 분명하게 하는 데 있다.

제24도는 영역(322), (323)에 있는 패턴으로부터의 회절광이 투영렌즈(304)에 입사하는 방식을 설명한 개략도이다. 제24도에 있어서, (326)은 X-Y평면에 나타낸 투영렌즈(304)의 1개의 렌즈소자이다. 설명을 간단하게 하기위하여, 레티클(303)에 근접하고 또한 투영렌즈(304)내에 있는 부분에 렌즈소자(326)를 배치한 것으로 가정한다. 이 경우, 이 렌즈소자에 입사하는 광은 레티클(322)의 영역에 대응하는 부분에서는 크지만, 레티클의 영역(323)에 대응하는 부분에서는 작게 된다. 따라서, 광의 입사는 제24도중의 사선영역(327)에 의해 개략적으로 나타낼 수 있다.

이전에 설명한 바와 같이, 렌즈에 의한 광로에 응답하여, 유리재료는 광학특성의 변동을 발생하는 열을 흡수한다. 제24도에서 (327)로 표시한 부분에 광이 투영되어 열이 흡수되면 제25도에 도시한 바와 같은 온도분포가 형성된다.

제25도에서, (301)은 제24도의 좌측축(301)과 마찬가지의 좌표축이다. 렌즈소자(326)의 온도분포는 색조차이로 나타낸다. 중앙의 색이 어두울수록 온도가 높은 것을 나타낸다. 온도분포는 제25도에 나타낸것과 같이 광축에 대해 회전비대칭으로 됨으로써, 이전에 설명한 바와 같이 파면수차(결상위치, 배율)에 대해 문제를 초래한다.

본 발명은 제22도에 도시한 온도제어장치(310)∼(313)를 사용하여 제25도에 도시한 바와 같은 회전비대칭 온도분포를 보정한다. 여기서, 본 실시예에서는 렌즈소자(326)를 레티클(303)에 가까운 위치에 배치하고 있으므로, 온도제어장치(310)를 사용하여 렌즈소자(326)의 온도제어를 행한다.

제25도에서 (332)∼(339)는 각각의 온도를 독립적으로 제어할 수 있는 가열장치이다. 이들의 가열장치는 조합으로 온도제어장치(310)를 구성하고 있다. 가열장치(332)∼(339)는 렌즈소자(326)의 주변부에 밀착한 상태에서 등간격으로 배치된다. 각각의 가열장치는 내부에 배치된 니켈크롬선등의 저항체를 구비하고, 저항체에 흐르는 전류를 제어함으로써 온도의 조정을 행한다.

제25도에 도시한 실시예에서는, 렌즈소자(326)의 주변부에 배치된 가열장치 중에서 가열장치(332), (333), (335), (336)의 온도를 주로 상승시킴으로써, 제26도에 도시한바와 같이, 광축에 대해 대칭적인 형상을 가진 온도분포로 변환시킬 수 있다. 여기서, 가열수단(332)∼(339)에 인가될 전류의 양은, 제22도의 제어기(314)에 의해 제어된다.

투영렌즈(304)중의 나머지의 렌즈소자에 대해서도, 마찬가지의 구성을 가진 온도제어장치(311)∼(313)를 사용함으로써 광축에 대하여 비대칭적인 온도분포를 보정할 수 있다. 온도제어장치를 사용하여도 광축에 대하여 회전비대칭인 온도분포나 형상변화로부터 초래되는 광학특성의 변화를 보정하는데 충분하지 않다. 그러나, 이와 같은 광학특성의 변화는, 이전에 설명한 바와 같이 스테이지 및/또는 광학계를 구성하는 한 개 이상의 광학소자를 이동시킴으로써, 보정될 수 있다. 또한, 온도제어장치는 수는 4개(장치(310)∼(313)의 개수)에만 한정되는 것은 아니다.

제22도에 도시한 메모리(315)는, 예를 들면 레티클(303)의 회로패턴에 관한 정보, 회로패턴으로부터의 회절광에 의해 투영렌즈(304)의 각각의 렌즈소자에서 발생하는 온도분포에 관한 정보 및/또는 온도분포를 보정하기 위해 온도제어장치(310)∼(313)에 가해지는 가열의 양에 관한 정보가 기억되어 있다. 이와 같은 정보에 따라서, 제어기(314)는 온도제어장치(310)∼(313)를 제어한다.

본 실시예에서는 온도제어수단은, 온도가 낮은 부분의 온도를 상승시키도록 동작가능한 제25도의 가열수단(332)∼(339)을 구성하고 있지만, 제9도를 참조하면서 설명한 바와 같이 온도가 높은 부분의 온도를 저하시기는 냉각수단을 사용하여도 실질적으로 마찬가지의 유익한 결과가 얻어진다.

제27도는 본 발명의 제4실시예의 주요부의 개략도로서, 스텝퍼로 칭하는 타입의 노광장치에 본 발명을 적용한 것이다.

도면에서, (341)은 설명의 편의를 위해 형성한 좌표축이다. (342)는 광원을 포함하는 조상광학계이고, (343), (344)는 조사광이고, (345)는 회로패턴이 형성되어 있는 레티클이다. (346)은 축소투영렌즈이고, (347)은 웨이퍼(도시되지 않음)가 놓인 스테이지이다. 레티클(345)의 회로패턴은 이전에 설명한 제3실시예에서와 같이 투영렌즈(346)를 개재하여 웨이퍼(W)에 전사된다.

본 실시예의 중요한 특징으로서, 조사를 위한 광을 제한하도록 조사광학계에 구멍부재(348)가 삽입되어 있고, 조사렌즈(349)를 통해 2개의 조사광(343), (344)이 비스듬하게 투명된다. 통상의 경우, 구멍부재(348)는 조사광학계의 유효광원면, 즉, 레티클(345)의 표면과 광학적으로 푸리에 변환관계로 배치된다. 한편, 투영렌즈(346)의 동공위치(도면중 사선(350)으로 표시된 부분)와는 광학적으로 공역인 관계로 되는 위치에 배치된다.

구멍부재(348)는 제28도에 도시된 것을 포함하여도 된다. 제28도에서, (341)은 좌표축이며, 구멍부재(348)는 X-Y평면에 평행하게 배치되어 있다. 구멍부재(348)는 2개의 개구부(363), (364)로 형성되어 있다. 이들의 개구부를 각각 통과한 광은 조사렌즈(349)를 통과하고, 따라서 2개의 조사광(343), (344)이 형성되고, 다음에 레티클(345)의 회로패턴을 조사하도록 대칭적인 광로를 따라서 비스듬하게 투영된다. 이와같은 조사방법은 레티클(345)위에서 X방향으로 반복주기를 가지는 주기패턴의 해상도를 향상하는데 효율적이다.

이와 같은 조사방법을 진행시키고, 4개의 개구(346)∼(347)를 가지는 제29도의 구멍부재(348)를 사용할 수 있다. 이것은 레티클(345)위에서 X방향으로 반복주기를 가지는 패턴과 Y방향으로 반복주기를 가지는 패턴의 해상도를 향상시키는데 효과적이다.

이와 같이 변형된 조사방법에 의해 해상도가 향상되는 이유에 대해서는, 예를들면, Proc, SPIE No. 1674, Optica1/Laser Microlithography V. P. 92(1992)''등에 상세히 기재되어 있으므로, 이에 대한 설명은 생략한다.

구멍 부재(348)는, 상기한 바와같이 투영렌즈(346)의 동공위치(350)와 광학적으로 공역인 위치에 배치되어 있으므로, 구멍부재(348)의 개구부의 상이 투영렌즈(346)내부의 동공위치(350)부근에 형성된다. 이 효과에 대하여 제30도를 참조하면서 설명한다.

제30도에서, (341)은 좌표축이고, (372)는 동공위치(350)에 근접하여 배치된 렌즈소자중의 하나이다. 제28도에 도시한 바와 같은 구멍부재(343)를 사용하면, 렌즈소자(372)에는 사선영역(374), (375)으로 표시한 바와 같은 위치에 광선이 집중적으로 입사한다. 그 결과, 렌즈소자(372)의 온도분포가 제31도에 도시한바와 같이 광축에 대해 회전비대칭적으로 되게 된다.

제31도에서, 어두운 부분일수록 제25도 및 26도의 경우와 같이 온도가 높은 것을 표시한다. 제31도에서 (381)∼(388)은, 제3실시예를 참조하면서 관련하여 설명한 (332)∼(339)와 마찬가지의 가열수단이다. 설명된 예에서는, 가열장치(381), (385)의 온도가 주로 상승함으로써, 렌즈소자(372)의 온도분포를 회전대칭적인 형상으로 보정할 수 있다.

제29도에 도시한 구멍부재(348)를 사용하는 경우, 렌즈소자(372)위에서, 제32도의 사선부(391)∼(394)로 표시한 바와 같은 위치에 광선이 집중적으로 입사된다. 따라서, 제33도에서 도시한 바와 같이 렌즈소자(372)의 온도분포를 생성한다. 설명된 예에서는, 주로 가열장치(381), (383), (385), (387)의 온도가 상승함으로써, 렌즈소자(372)의 온도분포를 제26도에 도시한 바와 같이 대칭적인 형상으로 보정할 수 있다.

제31도 또는 제33도에 도시한 가열장치(381)∼(388)는 제27도의 온도제어수단(351)을 조합으로 구성하고 있다. 온도제어수단(351)은 제3실시예와 동일한 방식으로 메모리(353)로부터의 정보에 따라 제어기(352)에 의해 제어되므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예에서는 온도제어수단은, 온도가 낮은 부분의 온도를 상승시키는 가열수단을 사용하나, 제9도에 도시한 바와 같이 온도가 높은 부분의 온도를 저하시키는 냉각수단을 사용하여도 실질적으로 마찬가지의 유익한 결과를 얻을 수 있음은 물론이다.

본 실시예에서는, 광축에 대해 대칭인 온도분포와 형상변화로부터 초래되는 광학특성의 변화는 공지의 방식으로 광학계를 구성하는 한 개 이상의 광학소자 또는 스테이지를 변위시켜서 보정할수 있다.

본 발명의 상기 설명은 광학계가 굴절렌즈만으로 구성되어 있는 경우에 대한 것이나, 투영광학계로서 굴절렌즈, 비임스플릿터, 반사경을 조합시킨 반사굴절광학계에도 적용할 수 있어, 본 발명의 개념을 굴절렌즈부분, 비임스플릿터부분 및/또는 반사경부분에 마찬가지의 방식으로 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 반사경계만으로 구성되는 투영광학계에도 적용할 수 있다.

또, 투영광학계가 복수개의 광학소자로 구성되어 있는 경우, 본 발명은 1개의 광학소자에 한정되지는 않는다. 본 발명은, 2개이상의 광학소자에 대해 동시에 적용할 수 있다. 이때, 이들 광학소자에 적용된 온도제어장치는 서로 독립적으로 제어되어도 되고, 대안으로 병렬로 제어되어 해도 된다.

이전에 설명한 실시예에서는, 가열수단 대신에 냉각수단을 사용하여도 된다. 이와 같은 냉각수단은, 예를들면, 냉각공기, 액체질소 또는 액체산소등의 냉각매체를 공급하는 냉각수단으로 이루어진다.

또한, 광축에 대하여 회전비대칭인 표면수차를 보정하여 회전대칭인 파면(수차)를 제공하는 보정수단은, 투영광학계의 렌즈나 거울을 광축에 대해서 어긋나게 하는 수단으로 이루어져도 된다. 대안으로, 이와 같은 보정수단은 투영광학계내에 배치된 투명평행평면판 및 평행평면판을 광축에 대해 소정의 각도로 경사지게 하는 제어수단으로 이루어져도 된다.

또, 다른 대안의 상기 보정수단은, 예를 들면 액츄에이터를 사용하여 반사경의 배면을 밀거나 당김으로써, 투영광학계에 포함된 오목거울, 볼록거울 또는 평면경의 반사면을 변형시키는 액츄에이터를 가지는 변형수단을 구비한다. 또 다른 대안으로서, 예를 들면 액츄에이터를 사용하여 투영광학계에 배치된 투명평행평면판을 변형하는 수단을 구비한다.

다음에, 이전에 설명한 투영노광장치중의 어느 하나를 사용하는 디바이스의 제조방법의 실시예에 대하여 설명한다.

제34도는 반도체칩(즉, IC, LSI), 액정패널 또는 CCD등의 마이크로디바이스의 흐름도이다. 스텝 1은, 반도체디바이스의 회로를 설계하는 회로설계공정이고, 스텝 2는, 회로패턴설계에 의거하여 마스크를 제작하는 공정이고, 스텝 3은 실리콘 등의 재료를 사용하여 웨이퍼를 제조하는 공정이고, 스텝 4는 상기 제작한 마스크와 웨이퍼를 사용하여 리소그래피에 의해 회로를 실제로 형성하는 전공정으로 칭하는 웨이퍼공정이고, 스텝 5는, 스텝 4에 의해 가공된 웨이퍼를 반도체칩으로 형성하는 후공정으로 칭하는 조립공정이다. 이 공정은 조립(다이싱 및 본딩)과 패키징(칩시일)을 포함하다. 스텝 6은 스텝 5에서 생산된 반도체장치의 동작확인테스트, 내구성테스트등의 검사를 행하는 검사공정이다. 이들의 공정에 의해, 반도체디바이스를 완성하여 출하한다(스텝 7).

제35도는 상기 웨이퍼공정의 상세를 나타내는 흐름도이다. 스텝 11은 웨이퍼의 표면을 산화시키는 산화공정이고, 스텝 12는 웨이퍼표면에 절연막을 형성하는 CVD공정이고, 스텝 13은 웨이퍼위에 증착으로 전극을 형성하는 전극형성공정이고, 스텝 14는 웨이퍼에 이온을 주입하는 이온주입공정이고, 스텝15는 웨이퍼에 레지스트(감광성물질)를 도포하는 공정이고, 스텝 16은 상기한 노광장치의 노광에 의해 웨이퍼위에 마스크의 회로패턴을 인쇄하는 노광공정이고, 스텝 17은 노광된 웨이퍼를 현상하는 공정이고, 스텝 18은 현상된 레지스트상(developed reslst image) 이외의 부분을 제거하는 에칭공정이고, 스텝 19는 에칭처리후 웨이퍼에 잔존하는 레지스트물질을 박리하는 레지스트박리공정이다. 이들의 공정을 반복함으로써, 회로패턴이 웨이퍼위에 중첩해서 형성된다.

본 발명은 본 명세서에 개시된 구조를 참조하면서 설명하였지만, 본 발명은 본 명세서에서 설명한 상세에 제한되지 않고, 본 출원은 다음의 클레임의 범위나 개선의 목적의 범위내에 있는 수정이나 변형을 포함하고자 의도되어 있다.

Claims

슬릿형상의 단면형상을 가지는 노광에 의해 제1물체를 조사하는 조사수단과;

제1물체의 패턴을 제2물체에 투영하는 투영광학계와;

상기 노광과 상기 투영광학계에 관계되는 주사방향으로 제1, 제2물체를 상대적으로 주사하는 주사수단과;

주사노광시에 상기 투영광학계에 관련하여 발생되는 광학특성사이의 차이로서, 주사방향을 포함하는 단면의 광학특성과 주사방향에 수직인 방향을 포함하는 단면의 광학특성사이의 차이를 실질적으로 보정하는 보정수단

을 구비한 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치.
제1항에 있어서,

상기 광학특성은 상기 투영광학계의 광축방향에 대해서 패턴의 결상위치를 포함하는 것을 특징으로 주사하는 주사투영노광장치.
제1항에 있어서,

상기 광학특성은 상기 패턴의 결상배율을 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 투영노광장치.
제3항에 있어서,

상기 광학특성은 상기 투영광학계의 광축방향에 대해서 상기 패턴의 결상위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치.
제1항에 있어서,

상기 광학특성은 상기 투영광학계의 파면수차를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치.
제5항에 있어서,

상기 투영광학계의 파면수차를 측정하는 측정수단을 부가하여 포함하는 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치.
제1항에 있어서,

상기 보정수단은 노광처리에 의해 상기 투영광학계의 광학소자에 형성되고 또한 상기 투영광학계의 광축에 대해서 회전비대칭인 온도분포를, 대략 회전대칭인 온도분포로, 변환하는 온도분포 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 주사투영 노광장치.
제7항에 있어서,

상기 온도분포제어수단은 상기 광학소자의 소정부분에 열을 가하는 가열수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치.
제7항에 있어서,

상기 온도분포제어수단은 상기 광학소자의 소정부분을 냉각하는 냉각수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치.
제7항에 있어서,

상기 온도분포제어수단은 상기 투영광학계의 복수의 광학소자의 온도분포를 제어하는 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치.
제7항에 있어서,

상기 주사투영노광장치는, 노광처리에 의해 상기 광학소자의 온도분포의 변화에 관한 제어데이터를 기억하는 메모리수단을 부가하여 구비하고, 상기 온도분포 제어수단은 노광시간, 노광에너지 및 제어데이터에 의거하여 상기 광학소자의 온도분포를 제어하는 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치.
제1항에 있어서,

상기 보정수단은, 상기 투영광학계의 광학소자를 상기 투영광학계의 광축에 대해 벗어나게 하는 광학소자구동수단을 구비한 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치
제12항에 있어서,

상기 광학소자는 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치.
제12항에 있어서,

상기 광학소자는 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치.
제1항에 있어서,

상기 보정수단은 상기 투영광학계의 광학소자의 면형상을 변경시키는 면형상 변경수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치.
제15항에 있어서,

상기 광학소자는 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치.
제15항에 있어서,

상기 광학소자는 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치.
제15항에 있어서,

상기 광학소자는 평행평면판을 포함하는 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치.
제15항에 있어서,

상기 면형상 변경수단은, 노광처리에 의해 생성된 상기 광학소자의 면형상의 회전비대칭을 보정하는 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치.
제1항에 있어서,

상기 투영광학계는 투명한 평행평면판을 포함하고, 상기 보정수단은 상기 투영광학계의 광축에 대해서 상기 평행평면판의 경사각을 변경하는 경사각 변경수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치.
제1항에 있어서,

상기 보정수단은, 상기 노광공정에 의해 생성한 패턴의 결상위치가 상기 투영광학계의 광축방향에 대해서 회전비대칭인 것을 보정하고, 상기 주사투영노광장치는, 상기 회전비대칭이 보정된 상기 투영광학계의 결상위치를 상기 제2물체의 표면에 일치시키는 포커싱수단을 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치.
제1항에 있어서,

상기 보정수단은, 상기 노광처리에 의해 생성한 패턴이 상기 투영광학계에 의해 결상배율의 회전비대칭으로 된 것을 보정하고, 상기 주사투영노광장치는, 상기 회전비대칭이 보정된 상기 투영광학계의 결상배율을 소정의 결상배율로 조정하는 배율조정수단을 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치.
제1항에 있어서,

상기 보정수단은, 상기 노광처리에 의해 생성한 패턴의 결상위치와 결상배율이 상기 투영광학계의 광축방향에 대해서 회전비대칭성인 것을 보정하고, 상기 주사투영노광장치는, (ⅰ)상기 회전비대칭이 보정된 상기 투영광학계의 결상위치를 제2물체의 표면에 일치시키는 포커싱수단과, (ⅱ)상기 회전비대칭이 보정된 상기 투영광학계의 결상배율을 소정의 결상배율로 조정하는 배율조정수단을 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치.
제1항에 있어서,

상기 보정수단은 회전비대칭구조를 가지는 것을 특징으로 하는 주사형투영노광장치.
제1항에 있어서,

광축으로부터 떨어져서 개구부를 가지는 조리개를 통하여 제1물체를 조사하는 조사수단을 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치.
제1항에 있어서,

제1물체의 패턴은 다른 위치에서 밀도가 상이한 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치.
슬릿형상의 단면형상을 가지는 노광에 의해 제1물체를 조사하는 조사수단과, 제1물체의 패턴을 제2물체에 투영하는 투영광학계와, 상기 노광과 상기 투영광학계에 관계되는 주사방향으로 제1, 제2물체를 상대적으로 주사하는 주사수단과, 주사노광시에 상기 투영광학계에 관련하여 발생되는 광학특성사이의 차이로서, 주사방향을 포함하는 단면의 광학특성과 주사방향에 수직인 방향을 포함하는 단면의 광학특성사이의 차이를 실질적으로 보정하는 보정수단을 구비하고, 또한 제1항 내지 제12항, 제14항, 제15항, 제17항, 제19항 내지 제26항중에서 어느 한 항에 기재된 주사투영노광장치를 사용하여, 디바이스패턴을 기판상에 인쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로디바이스의 제조방법.
슬릿형상의 단면형상을 가지는 노광에 의해 제1물체를 조사하는 조사수단과,

제1물체의 패턴을 제2물체에 투영하는 투영광학계와;

상기 노광과 상기 투영광학계에 관계되는 주사방향으로 제1, 제2물체를 상대적으로 주사하는 주사수단을 구비한 주사투영노광장치에 있어서,

상기 조사수단, 주사방향으로만 배열되고 또한 노광을 형성하는 복수의 조사수단으로 이루어지고, 경사방향으로 제1물체를 조사하는 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치.
제28항에 있어서,

상기 조사수단은 광축으로부터 떨어진 위치에서 주사방향으로 두개의 구멍이 배열된 조리개수단(stop means)을 구비한 것을 특징으로 하는 주사투영노광장치.