KR100274371B1 - 투영 노광 장치, 투영 노광 방법, 진폭 수차 평가용 마스크패턴, 진폭 수차량 평가 방법 및 진폭 수차 제거 필터 - Google Patents

투영 노광 장치, 투영 노광 방법, 진폭 수차 평가용 마스크패턴, 진폭 수차량 평가 방법 및 진폭 수차 제거 필터 Download PDF

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Abstract

투영 광학계에서의 투과율 분포를 보상할 수 있고, 또한 입체 장해나 결상 특성의 열화가 없는 투영 노광 장치를 제공한다.
램프 하우스(11)로부터의 조명광에 의해 포토마스크(20)가 조명되고, 포토마스크(20)로부터의 회절광을 투영 광학계(6)에 의해 피 노광 기판(21)상에 결상시켜 회로 패턴을 투영하는 투영 노광 장치에 있어서, 투영 광학계(6)는, 제1 하프 미러 및 제2 하프 미러(1, 3)와 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울(2, 4)을 갖고 있다. 제1 하프 미러 및 제2 하프 미러(1, 3)는, 제1 하프 미러(1)로부터 제2 하프 미러(3)로 향하는 회절광의 광축의 축선에 대해 대칭 혹은 상사 대칭이 되도록 배치되어 있다.

Description

투영 노광 장치, 투영 노광 방법, 진폭 수차 평가용 마스크 패턴, 진폭 수차량 평가 방법 및 진폭 수차 제거 필터
본 발명은, LSI(Large Scale Integrated Circuit) 제조 공정에서 사용되는 투영 노광 장치, 투영 노광 방법, 진폭 수차(收差) 평가용 마스크 패턴, 진폭 수차량 평가 방법 및 진폭 수차 제거 필터에 관한 것이다.
우선, 종래의 노광 장치에 대해 설명한다.
도 22는, 종래의 투영 노광 장치의 구성을 도시한 개략도이다. 도 22를 참조하면, 이 투영 노광 장치(110)에서는 램프 하우스(11)의 전방에 미러(12)를 통해 플라이아이(fly-eye) 렌즈(13)가 배치되고, 플라이아이 렌즈(13)의 전방에 개구(14)가 위치되어 있다. 개구(14)의 전방에는, 집광 렌즈(15)를 통해 블라인드(16)가 배치되고, 또한 집광 렌즈(17), 미러(18) 및 집광 렌즈(19)를 통해, 원하는 회로 패턴이 형성된 포토마스크(20)가 배치되어 있다. 이 포토마스크(20)의 전방에는 투영 광학계(106)를 통해 웨이퍼(21)가 배치되어 있다.
투영 광학계(106)에서는, 포토마스크(20)의 전방에 집광 렌즈(101)와 동공면(瞳孔面)(105)과 집광 렌즈(102)가 배치되어 있다.
일반적으로, 축소 노광 방법을 이용한 포토 리소그래피 기술에서의 해상 한계 R(㎚)은,
R = k1·λ/(NA)
로 나타내어진다. 여기서, λ는 사용되는 빛의 파장(㎚), NA는 렌즈의 개구수, k1은 레지스트 프로세스에 의존하는 상수이다.
상기 식으로부터 알 수 있듯이, 해상 한계 R의 향상을 도모하기 위해서는, 즉 미세 패턴을 얻기 위해서는, k1과 λ의 값을 작게 하고, NA의 값을 크게 하는 방법을 생각할 수 있다. 즉, 레지스트 프로세스에 의존하는 상수를 작게 함과 동시에, 단파장화나 고 NA화를 진행시키면 된다.
그러나, 단파장화 및 고 NA화를 진행시킴에 따라, 빛의 촛점 심도 δ[δ = k2·λ/(NA)2]가 얕아지고, 따라서 해상도의 저하를 초래하기 때문에, 이 방법으로는 한계가 있다. 또한, 노광광의 단파장화에는 전사(轉寫) 프로세스를 대폭 개조할 필요가 있다. 특히 170㎚이하의 노광 파장으로는 자외선의 장시간 조사에 의해 초재(硝材)의 내부에 컬러 센터와 같은 점형의 격자 결점이 발생한다. 이 컬러 센터의 발생에 의해, 렌즈에 투과율이나 굴절율의 불균일이 생기고, 이에 따라 실질적으로 렌즈계의 수명이 결정되어 버리기 때문에, 렌즈를 이용한 광학계에서는 고해상도의 실현은 서서히 어려워지기 시작했다.
그래서, 투영 광학계의 일부에 미러를 사용함으로써 이 곤란함을 완화하는 시도 이루어지고 있다. 투영 광학계의 일부에 미러를 이용한 예에 관해서는, 예를 들면 일본 특허 공개 공보 평6-181162호, 일본 특허 공개 공보 평6-181163호 등에 자세히 기술되고 있다. 이하, 일본 특허 공개 공보 평6-181162호에 기재된 투영 광학계에 대해 설명한다.
도 23은, 상기 공보에 개시된 투영 노광 장치의 투영 광학계를 도시한 개략도이다. 도 23을 참조하면, 이 투영 노광 장치는 포토마스크(20)의 전방에, 포지티브 굴절율을 갖는 제1 렌즈군(201, 202)과, 빔 스플리터(203)와, 네거티브 굴절율을 갖는 제2 렌즈군(204)과, 오목 거울(205)과, 포지티브 굴절율을 갖는 제3 렌즈군(206)을 갖고 있다.
이 노광 장치에서는, 포토마스크(20)로부터의 회절광은, 제1 렌즈군(201, 202)을 투과한 후, 빔 스플리터(203)를 투과하고, 또한 제2 렌즈군(204)을 투과하여 오목 거울(205)로 반사된다. 오목 거울(205)로 반사된 회절광은, 다시 제2 렌즈군(204)을 투과한 후, 빔 스플리터(203)로 반사되고, 제3 렌즈군(206)을 투과하여 웨이퍼(21)의 피 노광면 위에 결상된다.
상기한 투영 노광 장치에서는, 투영 광학계의 일부에 미러를 이용하고 있다고는 해도, 아직 많은 렌즈(201, 202, 204, 206)가 이용되고 있다. 이 때문에, 이 노광 장치는, 상술한 노광광의 단파장화에 따른 초재 열화에 수반하는 투과율의 불균일을 해소할 수 있는 것으로서 완전하다고는 할 수 없다. 또한, 빔 스플리터(203)와 같은 하프 미러에서도, 노광 파장이 170㎚이하로 되면, 상술한 렌즈와 마찬가지로 컬러 센터가 발생하고, 그에 수반하는 초재 열화에 의해 투과율 분포(투과율의 불균일)가 발생해 버린다.
한편, 완전히 렌즈를 없앤 예로서는, 일본 특허 공개 공보 평8-54738호에 개시된 광학계도 있다. 이하, 이 공보에 표시된 투영 광학계에 대해 설명한다.
도 24는, 상기 공보에 개시된 투영 노광 장치의 투영 광학계의 구성을 도시한 개략도이다. 도 24를 참조하면, 이 투영 노광 장치는 개구(301), 볼록 거울(302) 및 오목 거울(303)을 갖고 있다.
이 노광 장치에서는, 포토마스크(20)로부터의 회절광은, 개구(301)를 투과한 후, 볼록 거울(302)로 반사되고, 다시 오목 거울(303)로 반사되어 피 노광 기판(21)에 결상된다.
이 투영 노광 장치에서는, 렌즈를 이용하지 않기 때문에 렌즈의 초재 열화에 따른 투과율의 불균일은 생기지 않는다. 그러나, 예를 들면 0차 회절광과 같이 도면 바로 위로부터 볼록 거울(302)에 입사된 빛은 그대로 바로 위로 반사되기 때문에 피 노광 기판(21)에 조사할 수 없는, 소위 입체 장해가 생긴다고 하는 문제점이 있었다.
또한, 가령 0차 회절광이 피 노광 기판(21)에 조사된다고 해도, 0차 회절광의 좌측과 우측에서 회절광의 거동이 다르고, 양호한 결상 특성을 얻을 수 없다고 하는 문제점도 있었다. 예를 들면 0차 회절광이 볼록 거울(302)로 반사된 후, 오목 거울(303)의 도면 중 우측 부분에서 반사되어 피 노광 기판(21)에 조사된다고 한다. 이 경우, +1차 회절광이 오목 거울(303)의 도면 중 우측 부분에서의 반사에 의해, 또한 -1차 회절광이 오목 거울(303)의 도면 중 좌측 부분에서의 반사에 의해 피 노광 기판(21)에 조사되면, 0차 회절광에 대한 +1차 회절광과 -1차 회절광의 입사각이 다르고, 양호한 결상 특성을 얻을 수 없게 된다.
또한 상술한 회절광의 거동 등에 의해, 포토마스크(20)의 세로 패턴과 가로 패턴의 피 노광 기판(21)에의 결상 조건도 다르고, 이에 따라 세로 패턴과 가로 패턴의 양호한 결상 특성을 얻을 수 없다고 하는 문제점도 있었다.
또한 일반적으로, 미러계는 파면 수차를 제거하는 것이 어렵기 때문에, 파면 수차가 적은 부분을 선택하여 사용할 필요가 있다고 하는 문제점도 있었다.
또, 대표적인 파면 수차로서는 구면 수차, 비점 수차, 상면(像面) 만곡, 왜곡 수차, 코마 수차가 있다. 이들 수차는, 동공면상의 파면 수차로 환산하면, 각각 도 25의 a 내지 도 25의 e와 같이 표현할 수 있는 것이 알려져 있다. 여기서, 도 25에서 도 25의 a는 구면 수차, 도 25의 b는 비점 수차, 도 25의 c는 상면 만곡, 도 25의 d는 왜곡 수차, 도 25의 e는 코마 수차를 각각 도시하고 있다. 도면에서 φ는 동공면에서의 파면의 편차량, ρ은 동공면(ηξ면) 위에서의 반경, θ은 η축에 대한 회전각, y0은 웨이퍼면 상의 좌표, B 내지 F는 각각 상수를 나타내고 있다. 이들 수차론에 대해서는, 예를 들면 문헌「광학의 원리 I∼III」(일본 동해 대학 출판)에 그 상세한 내용이 기술되어 있다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 투영 광학계에서 투과율 분포를 보상할 수 있고, 또한 입체 장해나 결상 특성의 열화가 없는 투영 노광 장치 및 투영 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 광학계가 수반하는 진폭 수차를 평가하기 위한 진폭 수차 평가용 마스크 패턴, 및 이 진폭 수차 평가용 마스크 패턴을 이용하여 진폭 수차량을 평가하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
또한, 본 발명은 광학계가 수반하는 진폭 수차를 보상하기 위한 진폭 수차 제거 필터를 제공하는 것도 목적으로 하고 있다.
본 발명의 투영 노광 장치는, 광원으로부터의 조명광에 의해 포토마스크를 조명하고, 조명된 포토마스크로부터의 회절광을 투영 광학계에 의해 피 노광 기판상에 결상시켜 회로 패턴을 투영하는 투영 노광 장치에 있어서, 그 투영 광학계는 제1 하프 미러와, 제1 하프 미러의 반사광 혹은 투과광을 반사시키기 위한 제1 오목 거울과, 제1 하프 미러와 별개로 독립하여 설치된 제2 하프 미러와, 제2 하프 미러의 반사광 혹은 투과광을 반사시키기 위한 제2 오목 거울을 갖고 있다.
본 발명의 투영 노광 방법은, 이하의 공정을 구비하고 있다.
우선 광원으로부터의 조명광에 의해 포토마스크가 조명된다. 그리고 포토마스크로부터의 회절광이 제1 하프 미러를 통해 제1 오목 거울에 의해서 반사된다. 그리고 제1 오목 거울에 의해서 반사된 회절광이 제1 하프 미러와 제2 하프 미러를 통해 제2 오목 거울에 의해서 반사된다. 그리고 제2 오목 거울에 의해서 반사된 회절광이 제2 하프 미러를 통해 피 노광 기판상에 결상된다.
본 발명의 진폭 수차 평가용 마스크 패턴은, 투명 기판과 미세 패턴과 대(大) 패턴을 구비하고 있다. 미세 패턴은, 투명 기판상에 선택적으로 형성되어 있고, 실질적으로 해상 한계의 치수를 갖고 있다. 대(大) 패턴은, 투명 기판상에 선택적으로 형성되어 있고, 노광 파장의 5배 이상의 치수를 갖고 있다. 각 미세 패턴과 대 패턴이 상호 조를 이뤄 투명 기판상에 복수개 배치되어 있다.
본 발명의 진폭 수차량 평가 방법은 이하의 공정을 구비하고 있다.
우선 상기한 진폭 수차 평가용 마스크 패턴을 노광하여 전사 패턴이 형성된다. 그리고 전사 패턴을 관찰함으로써, 미세 패턴의 콘트라스트 및 적정 노광량 중 적어도 어느 하나의 변동량과, 대 패턴의 콘트라스트 및 적정 노광량 중 적어도 어느 한 변동량이 각각 추출된다. 그리고 추출된 미세 패턴 및 대 패턴의 콘트라스트 및 적정 노광량 중 적어도 어느 한 변동량으로부터 진폭 수차량이 예상된다.
본 발명의 진폭 수차 제거 필터는, 포토마스크로부터의 회절광을 피 노광 기판상에 결상시키기 위한 투영 광학계내에 배치되는 진폭 수차 제거 필터에 있어서, 주표면을 갖는 투명 기판과, 투명 기판의 주표면상에 형성된 진폭 수차를 제거할 수 있는 형상을 갖는 반투명 다층막을 구비하고 있다. 반투명 다층막을 구성하는 각 층의 두께는, λ를 회절광의 파장으로 하고, n을 정수로 할 때, n×λ이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에서의 투영 노광 장치의 구성을 도시한 개략도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에서의 투영 노광 장치에서의 투과율 분포 및 파면 편차가 보상되는 것을 설명하기 위한 도면.
도 3은 하프 미러와 오목 거울의 다른 배치를 도시한 개략도.
도 4는 도 1에 도시한 투영 노광 장치에 공간 필터를 구비한 구성을 도시한 개략도.
도 5는 본 발명의 제8 실시예에서의 투영 노광 방법을 도시한 플로우차트.
도 6은 본 발명의 제9 실시예에 있어서의 진폭 수차 평가용 마스크 패턴을 도시한 것으로서, 도 6의 a는 마스크 패턴의 평면도, 도 6의 b는 도 6의 a의 마스크 패턴을 노광했을 때의 전사 패턴을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 제10 실시예에 있어서의 구면 진폭 수차의 평가 방법을 도시한 것으로서, 도 7의 a는 미세 패턴의 콘트라스트를 도시한 도면, 도 7의 b는 대 패턴의 콘트라스트를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 제11 실시예에 있어서의 비점 진폭 수차의 평가 방법을 도시한 것으로서, 도 8의 a는 가로 방향의 패턴 요소의 콘트라스트의 변동량을 도시한 도면, 도 8의 b는 세로 방향의 패턴 요소의 콘트라스트의 변동량을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 제12 실시예에 있어서의 대 패턴의 콘트라스트의 변동량을 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 제13 실시예에 있어서의 코마 진폭 수차 평가 방법을 도시한 것으로서, 도 10의 a는 미세 패턴의 적정 노광량의 변동량, 도 10의 b는 대 패턴의 적정 노광량의 변동량을 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 제14 실시예에 있어서의 왜곡 진폭 수차의 평가 방법을 도시한 것으로서, 대 패턴의 적정 노광량의 변동량을 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 제15 실시예에 있어서의 포지티브 구면 진폭 수차를 보상하는 진폭 수차 제거 필터를 도시한 것으로서, 도 12의 a는 단면도이고, 도 12의 b는 사시도.
도 13는 본 발명의 제16 실시예에 있어서의 네거티브 구면 진폭 수차를 보상하는 진폭 수차 제거 필터를 도시한 것으로서, 도 13의 a는 단면도이고, 도 13의 b는 사시도.
도 14는 본 발명의 제17 실시예에 있어서의 포지티브 비점 진폭 수차를 보상하는 진폭 수차 제거 필터를 도시한 것으로서, 도 14의 a는 단면도이고, 도 14의 b는 사시도.
도 15는 본 발명의 제18 실시예에 있어서의 네거티브 비점 진폭 수차를 보상하는 진폭 수차 제거 필터를 도시한 것으로서, 도 15의 a는 단면도이고, 도 15의 b는 사시도.
도 16은 본 발명의 제19 실시예에 있어서의 포지티브 진폭 상면 만곡을 보상하는 진폭 수차 제거 필터를 도시한 것으로서, 도 16의 a는 단면도이고, 도 16의 b는 사시도.
도 17은 본 발명의 제20 실시예에 있어서의 네거티브 진폭 상면 만곡을 보상하는 진폭 수차 제거 필터를 도시한 것으로서, 도 17의 a는 단면도이고, 도 17의 b는 사시도.
도 18은 본 발명의 제21 실시예에 있어서의 왜곡 진폭 수차를 보상하는 진폭 수차 제거 필터를 도시한 것으로서, 도 18의 a는 단면도이고, 도 18의 b는 사시도.
도 19는 본 발명의 제22 실시예에 있어서의 코마 진폭 수차를 보상하는 진폭 수차 제거 필터를 도시한 것으로서, 도 19의 a는 단면도이고, 도 19의 b는 사시도.
도 20은 본 발명의 제23 실시예에 있어서의 진폭 수차 제거 필터를 도시한 것으로서, 도 20의 a는 단면도이고, 도 20의 b는 사시도.
도 21은 본 발명의 제24 실시예에 있어서 각종 진폭 수차를 합성한 경우의 파면 편차를 도시한 사시도.
도 22는 종래의 투영 노광 장치의 구성을 도시한 개략도.
도 23은 종래의 투영 노광 장치의 구성을 도시한 개략도.
도 24는 종래의 투영 노광 장치의 구성을 도시한 개략도.
도 25는 대표적인 동공상의 파면 수차를 도시한 도면으로서, 도 25의 a는 구면 수차, 도 25의 b는 비점 수차, 도 25의 c는 상면 만곡, 도 25의 d는 왜곡 수차, 도 25의 e는 코마 수차를 도시한 도면.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1, 3 : 하프 미러
2, 4 : 오목 거울
5 : 동공면
6 : 투영 광학계
10 : 투영 노광 장치
11 : 램프 하우스
20 : 포토마스크
21, 22, 23 : 파면 수차 제거 필터 혹은 진폭 수차 제거 필터
이하, 본 발명의 실시예에 대해 도면에 기초하여 설명한다.
제1 실시예
도 1은 본 발명의 제1 실시예에서의 투영 노광 장치의 구성을 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 투영 노광 장치(10)에서는, 램프 하우스(11)의 전방에 미러(12)를 통해 플라이아이 렌즈(13)가 배치되고, 플라이아이 렌즈(13)의 전방에 개구(14)가 위치되어 있다. 개구(14)의 전방에는, 집광 렌즈(15)를 통해 블라인드(16)가 배치되고, 또한 집광 렌즈(17), 미러(18) 및 집광 렌즈(19)를 통해, 원하는 회로 패턴이 형성된 포토마스크(20)가 배치되어 있다.
이 포토마스크(20)의 전방에는, 투영 광학계(6)를 통해 피 노광 기판이 되는 웨이퍼(21)가 배치되어 있다.
투영 광학계(6)는, 제1 하프 미러(1)와, 제1 오목 거울(2)과, 동공면(5)과, 제2 하프 미러(3)와, 제2 오목 거울(4)을 갖고 있다. 제1 하프 미러(1)는 포토마스크(20)의 전방에 위치되어 있고, 제1 오목 거울(2)은 제1 하프 미러(1)의 투과광을 제1 하프 미러(1)측으로 반사 가능하도록 배치되어 있다. 동공면(5)은, 제1 하프 미러(1)에서의 반사광이 통과 가능하도록 배치되어 있고, 제2 하프 미러(3)는, 동공면(5)의 통과광이 입사 가능하도록 배치되어 있다. 제2 오목 거울(4)은, 제2 하프 미러(3)에서의 반사광을 제2 하프 미러(3)측으로 반사 가능하도록 배치되어 있다. 그리고 제2 오목 거울(4)로 반사된 회절광은 제2 하프 미러(3)를 투과한 후, 피 노광 기판(21)상에 결상된다.
특히 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 하프 미러(1)의 반사면과 제2 하프 미러(3)의 반사면은, 제1 하프 미러(1)로부터 제2 하프 미러(3)로 향하는 회절광의 광축 OA의 수선 P-P에 대해 대칭(즉 선대칭)인 가상선 A-A와 A'-A'의 선상에 따르도록 배치되어 있다. 가상선 A-A가 수선 P-P와 이루는 각도 θ1은, 가상선 A'-A'과 수선 P-P가 이루는 각도 θ2와 실질적으로 같다. 또한 제1 오목 거울(2)의 제1 하프 미러(1)에 대한 배치 방향(D1)과, 제2 오목 거울(4)의 제2 하프 미러(3)에 대한 배치 방향(D2)이, 수선 P-P에 대해 대칭이 되도록 제1 및 제2 오목 거울(2, 4)이 배치되어 있다.
또한, 동공면(5)에서 광원상(光源像)을 형성하는 점을 통과하는 광축 OA의 수선 Q-Q에 대해, 제1 및 제2 하프 미러(1, 3)가 대칭 혹은 상사(相似) 대칭이 되도록 배치되어 있다. 또한 수선 Q-Q에 대해, 회절광의 광로가 대칭 혹은 상사 대칭으로 되도록 제1 및 제2 하프 미러(1, 3)와 제1 및 제2 오목 거울(2, 4)이 배치되어 있다. 여기서 상사 대칭이란, 수선 Q-Q의 도면 중 좌측의 하프 미러 혹은 광로 궤적이, 도면 중 우측의 하프 미러 혹은 광로 궤적의 선대칭 형상을 상사(相似) 형상으로 한 것을 의미한다.
또, 제1 및 제2 하프 미러(1, 3)는 상호 동일 혹은 상사 형상을 갖고 있고, 또한 제1 및 제2 오목 거울(2, 4)도 동일 혹은 상사 형상을 갖고 있다.
다음에, 이 투영 노광 장치를 이용한 노광 방법에 대해 설명한다.
도 1을 참조하면, 우선 수은 램프나 엑시머 레이저(11)로부터의 자외선은, 미러(12)로 반사된 후, 플라이아이 렌즈(13)에 의해 독립된 점광원으로 분할되고, 다시 개구(14)에 의해 성형되어 2차 광원면을 형성한다. 그리고, 집광 렌즈(15)를 통과한 후, 블라인드(16)로 노광 영역이 설정되고, 집광 렌즈(17), 미러(18) 및 집광 렌즈(19)를 통해 포토마스크(20)가 조명된다. 포토마스크(20)를 통과한 빛은, 마스크 패턴에 의해 회절되어, 회절광을 발생된다. 도 1에는, 그 대표로서 ±1차 회절광만을 도시하고 있지만, 물론 고차 회절광도 실제적으로는 존재한다.
포토마스크(20)로부터의 회절광은, 제1 하프 미러(1)에 의해 투과광과 반사광으로 분할된 후, 그 투과광이 제1 오목 거울(2)에 의해 반사되고, 다시 제1 하프 미러(1)에 의해 평면 반사되어, 동공면(5)에 광원상을 형성한다. 그 후, 동공면(5)을 투과할 수 있던 회절광은 제2 하프 미러(3)에 의해 평면 반사되고, 제2 오목 거울(4)에 의해 반사된다. 제2 오목 거울(4)로 반사된 회절광은 제2 하프 미러(3)를 투과하여 피 노광 기판(21)상에 결상된다. 그리고 얻어진 광학상에 기초하여 피 노광 기판(21)이 가공된다.
본 실시예의 투영 노광 장치 및 투영 노광 방법에서는, 노광 파장이 170㎚보다 짧아진 경우라도, 투영 광학계에서의 투과율 분포를 보상할 수 있고, 또한 입체 장해나 결상 특성의 열화가 생기지 않는다. 이하, 그에 대해 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 제1 하프 미러(1)내의 해칭(빗금) 영역 R1은, 제1 하프 미러(1)를 투과하는 빛, 오목 거울(2)로 반사한 빛 및 제1 하프 미러(1)의 반사면에서 반사된 빛이 3중으로 중첩되는 영역이다. 또한 제2 하프 미러(3)내의 해칭 영역 R2도, 제1 하프 미러(1)로부터 제2 하프 미러(3)로 입사된 빛, 제2 하프 미러(3)의 반사면에서 반사된 빛 및 오목 거울(4)로 반사된 빛이 3중으로 중첩되는 영역이다. 노광 파장이 170㎚보다 작을 때 초재에 생기는 컬러 센터의 수는 빛의 강도가 높을수록 증가한다. 이 때문에, 이 해칭 영역 R1및 R2는 특히 컬러 센터가 다수 생기고, 투과율이 낮아지는 영역이다. 이와 같이 제1 및 제2 하프 미러(1, 3)내에는, 상대적으로 투과율이 낮은 영역과 높은 영역이 존재하게 되므로, 투과율 분포가 불균일해진다.
여기서 도면 중 실선으로 도시된 빛의 각각을 +1차 회절광 및 -1차 회절광으로 한 경우에, 하프 미러(1)내에서 +1차 회절광은 광로 P11이고, -1차 회절광은 광로 P12로 각각 해칭 영역 R1을 통과한다. 여기서, 광로 P11과 P12의 광로 길이가 다른 경우에는, +1차 회절광 및 -1차 회절광의 투과량이 달라진다. 구체적으로는, 광로 P11이 광로 P12보다도 긴 경우에는, +1차 회절광의 투과량은 -1차 회절광의 투과량보다도 낮아진다.
그런데, 하프 미러(3) 내에서는, -1차 회절광은 광로 P21로, +1차 회절광은 광로 P22로 각각 해칭 영역 R2를 통과한다. 여기서, 해칭 영역 R2의 광로 P21은 해칭 영역 R1의 광로 P11에 대응하고, 광로 P22는 광로 P12에 대응한다. 이 때문에, 광로 P11이 광로 P12보다도 길 때는, 광로 P21은 광로 P22보다도 길어지고, +1차 회절광이 광로 P22를 지남에 따른 투과량의 저하는, -1차 회절광이 광로 P21을 지남에 따른 투과량의 저하보다도 작아진다.
이와 같이, 회절광은 제1 하프 미러(1)로 부여된 투과율 분포와 역특성의 투과율 분포를 제2 하프 미러(3)에 의해 부여되게 된다. 이에 의해, 제1 및 제2 하프 미러(1, 2)의 투과율 분포는 상호 보상되어 제1 및 제2 하프 미러(1, 3)의 전체로서 투과율 분포의 균일화를 도모할 수 있고, 투과율의 불균일에 따른 렌즈계의 수명의 단축화를 방지할 수 있다.
또한 투과율 분포에 한하지 않고, 하프 미러(1)로 부여되는 파면 편차에 대해서도, 하프 미러(3)에 의해 하프 미러(1)로 부여되는 파면 편차와 역특성의 파면 편차를 부여할 수 있기 때문에, 하프 미러(1, 3) 전체로서 볼 때에 파면 편차는 상호 상쇄된다.
또한, 종래예와 같이 완전히 렌즈를 없앤 미러계가 아니기 때문에 입체 장해는 생기지 않고, 또한 0차 회절광의 좌측과 우측에서 회절광의 거동이 다른 일도 없고, 또한 세로선과 가로선의 결상 조건이 다른 일도 없기 때문에 양호한 결상 특성을 얻을 수 있다.
그런데, 수차라고 하면 일반적으로는 파면 수차에 관한 것을 가리키지만, 본원에서는 더 넓게 광학상(光學像)의 상질(像質)의 열화를 초래하는 원인이 되는 것으로 정의하기로 한다. 파면 수차와 그 평가 방법이나 제거 방법 등은, 일본 특허 출원 평7-325988호에 상세히 기술되어 있다. 파면 외에 상질을 열화시키는 원인이 되는 것으로서는, 초재의 투과율 분포가 있다. 예를 들면, 진폭 0.5의 0차 회절광과 진폭 0.6의 1차 회절광에 의한 간섭으로 결상되는 시스템이 있었다고 한 경우, 만일 진폭 수차가 0이면 그대로 2개의 회절광의 간섭으로 결상하면 된다.
그러나, 초재의 일부에 컬러 센터가 발생하여 투과율의 분포가 발생하거나, 또는 렌즈 표면의 반사 방지막의 효율이 분포하고 있기 때문에 0차 회절광의 투과율이 1.0, 1차 회절광의 투과율이 0.9가 되었다고 하면, 0차 회절광의 진폭 0.5(=0.5×1.0)와 1차 회절광의 진폭 0.54(=0.6×0.9)에 의한 간섭으로 결상되게 된다. 여기서 빛의 강도는 진폭의 제곱에 대응하기 때문에, 진폭이 적정치로부터 벗어나면, 광학상의 콘트라스트가 변화한다(일반적으로는 열화함).
파면 분포의 흐트러짐에 기인하는 상질의 열화를 파면 수차라고 부르는데 반해, 이와 같이 진폭 분포가 흐트러짐에 기인하는 상질의 열화를 본원에서는 진폭 수차라고 부르기로 한다. 가령, 렌즈의 투과율의 분포가 동심원 형태의 사차 함수적일 때, 파면 수차의 구면 수차에 비교하여 구면 진폭 수차라고 부른다. 또한, 렌즈의 투과율의 분포가 xy에 대해 다를 때에는, 비점 수차나 코마 수차에 비교하여 비점 진폭 수차나 코마 진폭 수차라고 부른다. 또한, 결상면내에 적정 노광량의 분포가 보인 경우에는, 상면 만곡이나 왜곡 수차에 비교하여 진폭 상면 만곡이나 왜곡 진폭 수차라고 부른다.
본 실시예에서는, 제1 하프 미러(1)에서 발생한 진폭 분포는, 상술한 바와 같이, 제2 하프 미러(3)로 역특성의 진폭 분포를 부여하기 때문에 상쇄된다.
또, 본 실시예에서는 제1 및 제2 하프 미러(1, 3)와 제1 및 제2 오목 거울(2, 4)을 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같은 투과 및 반사의 관계로 배치하였지만, 도 3에 도시한 바와 같은 투과 및 반사의 관계로 배치되어도 된다.
즉 도 3을 참조하면, 제1 하프 미러(1)는 포토마스크(20)의 전방에 위치하고 있고, 제1 오목 거울(2)은 제1 하프 미러(1)의 반사광을 제1 하프 미러(1)측으로 반사 가능하도록 배치되어 있다. 동공면(5)은, 제1 하프 미러(1)의 투과광이 통과 가능하도록 배치되어 있고, 제2 하프 미러(3)는, 동공면(5)의 통과광이 입사 가능하도록 배치되어 있다. 제2 오목 거울(4)은, 제2 하프 미러(3)의 투과광을 제2 하프 미러(3)측으로 반사 가능하도록 배치되어 있다. 그리고 제2 오목 거울(4)로 반사된 회절광은 제2 하프 미러(3)로 반사되어 피 노광 기판(21)상에 결상된다.
이와 같이 각 부재를 배치한 경우에도, 상술한 바와 같이, 제1 하프 미러(1)로 부여되는 투과율 분포와 역특성의 투과율 분포를 제2 하프 미러(3)로 부여할 수 있기 때문에, 전체적으로 투과율 분포의 균일화를 도모할 수 있다.
또한 파면 편차에 대해서도, 제1 하프 미러(1)에서 부여되는 파면 편차와 역특성의 파면 편차를 제2 하프 미러(3)에 의해 부여할 수 있기 때문에, 파면 편차는 서로 상쇄된다.
또한, 제1 하프 미러(1)로 발생한 진폭 분포도, 상술한 바와 같이, 제2 하프 미러(3)에서 역특성의 진폭 분포가 부여되기 때문에 상쇄된다.
제2 실시예
도 4는, 도 1에 도시한 투영 노광 장치에 공간 필터를 구비한 상태를 도시한 개략도이다. 도 4를 참조하면, 제1 실시예에서의 투영 노광 장치에서, 투영 광학계(6)의 동공면(21)에 파면 수차를 제거하는 공간 필터(21)를 구비하면, 주로 구면수차, 비점 수차, 코마 수차를 제거할 수 있어 양호한 상질을 얻을 수 있다.
제3 실시예
도 4를 참조하면, 또한 제1 실시예에서의 투영 노광 장치에서 투영 광학계(6)의 제1 하프 미러(1)에 파면 수차를 제거하는 공간 필터(22)를 구비하면, 주로 상면 만곡, 왜곡 수차를 제거할 수 있어 양호한 상질을 얻을 수 있다.
제4 실시예
도 4를 참조하면, 또한 제1 실시예에서의 투영 노광 장치에서 투영 광학계(6)의 제2 하프 미러(3)에 파면 수차를 제거하는 공간 필터(23)를 구비하면, 주로 상면 만곡, 왜곡 수차를 제거할 수 있어 양호한 상질을 얻을 수 있다.
또, 제2 실시예 내지 제4 실시예에 기재된 파면 수차를 제거하는 공간 필터(21, 22, 23)는, 예를 들면 투명 기판과, 그 투명 기판상에 형성된 투명 다층막을 갖고 있고, 상술한 일본 특허 출원 평7-325988호에 그 상세한 내용이 기재되어 있다.
제5 실시예
도 4를 참조하면, 제1 실시예에서의 투영 노광 장치에서, 투영 광학계(6)의 동공면(5)에 진폭 수차를 제거하는 공간 필터(21)를 구비하면, 주로 구면 진폭 수차, 비점 진폭 수차, 코마 진폭 수차를 제거할 수 있어 양호한 상질을 얻을 수 있다.
제6 실시예
도 4를 참조하면, 제1 실시예에서의 투영 노광 장치에서 투영 광학계(6)의 제1 하프 미러(1)에 진폭 수차를 제거하는 공간 필터(22)를 구비하면, 주로 진폭 상면 만곡, 왜곡 진폭 수차를 제거할 수 있어 양호한 상질을 얻을 수 있다.
제7 실시예
도 4를 참조하면, 제1 실시예에서의 투영 노광 장치에서 투영 광학계(6)의 제2 하프 미러(3)에 진폭 수차를 제거하는 공간 필터(23)를 구비하면, 주로 진폭 상면 만곡, 왜곡 진폭 수차를 제거할 수 있어 양호한 상질을 얻을 수 있다.
제8 실시예
도 5는, 본 발명의 제8 실시예에서의 투영 노광 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 5를 참조하면, 우선 진폭 수차 평가용 마스크 패턴을 노광하고(단계 31), 이 노광에 의해 얻어진 현상 패턴을 SEM (주사형 전자 현미경)으로 관찰하고(단계 32), 그 관찰의 결과 어떤 진폭 수차의 조합인지를 분류한다(단계 33). 또한, 렌즈의 개체에 지배적인 진폭 수차를 결정하고(단계 34), 계속해서 지배적인 진폭 수차를 보상하는 진폭 수차 제거 필터를 선택한다(단계 35). 이와 같이 함으로써 선택된 진폭 수차 제거 필터(동공 필터)를, 예를 들면 동공면에 삽입하여 회로 패턴의 노광을 행한다(단계 36).
이러한 노광 방법을 채용함으로써, 렌즈 개체에 지배적인 진폭 수차를 선택적으로 제거하여 양호한 결상 특성을 얻을 수 있다.
제9 실시예
도 6의 a는, 제8 실시예에서 이용한 진폭 수차 평가용 마스크 패턴의 구성을 도시한 평면도이다. 도 6의 a를 참조하면, 투명 기판(33)상에 세로 5열, 가로 5열로 배열된 총 25개의 구형 대 패턴(31)이 형성되어 있고, 각 대 패턴(31)의 내부에는, 세로 3열, 가로 3열로 배열된 총 9개의 미세 패턴(32)이 각각 형성되어 있다. 대 패턴(31)은 노광 파장의 5배 이상, 예를 들면 10배 정도의 치수를 갖고 있다. 또한 미세 패턴(32)은, 투영 노광 장치의 해상 한계와 실질적으로 동일한 치수를 갖고 있다.
이 진폭 수차 평가용 마스크 패턴(30)을 수차가 없는 렌즈로 노광하면, 회절때문에 각의 부분이 둥글게 되고, 도 6의 b에 도시한 바와 같은 대 패턴(31a)과 미세 패턴(32a)을 갖는 전사 패턴을 얻을 수 있다. 일반적으로, 미세한 패턴은 수차에 대해 민감하고, 큰 패턴은 수차에 대해 둔감하기 때문에 전사 패턴에서의 대 패턴(31a)과 미세 패턴(32a)을 관찰함으로써, 용이하고 또한 명확하게 5종류의 진폭 수차를 분류할 수 있다.
동공상의 광량 분포를 생각하면, 0차 회절 광원상의 위치(중심 부근)의 광량이 압도적으로 높아, 진폭 수차를 평가하기 위해서는 동공의 중심 부근에 회절광을 발생시키는 패턴이 필요하다. 이것은, 대강 노광 파장λ의 5배 이상의 크기의 마스크 패턴에 상당한다. 바꿔 말하면, 대 패턴(21)을 노광 파장λ의 5배 이상의 치수로 함으로써, 진폭 수차의 평가가 가능해진다. 따라서, 본 실시예의 마스크 패턴을 이용하면 진폭 수차의 평가가 가능해진다.
제10 실시예
도 6의 a에 도시한 진폭 수차 평가용 마스크 패턴(30)을 이용하여 구면 진폭 수차를 평가하는 방법에 대해 설명한다. 우선, 도 6의 a에 도시한 진폭 수차 평가용 마스크 패턴(30)을 노광하고, 도 6의 b와 같이 완성된 25조의 전사 패턴을 SEM 등에 의해 관찰한다. 이에 따라, 도 7의 a와 같이 미세 패턴(32)의 콘트라스트를 25점의 각각에서 구함과 동시에, 도 7의 b와 같이 대 패턴(31)의 콘트라스트를 25점의 각각에서 구한다.
또 도 7의 a 및 도 7의 b에서 화살표의 크기는 콘트라스트의 크기를 나타내고 있다.
이 때, 도 7의 a 및 도 7의 b에 도시한 바와 같이 미세 패턴(32)과 대 패턴(31)에서, 이상 광학상(理想 光學像)의 콘트라스트와의 차가 사차 함수적으로 관측되면 이 광학계에 구면 진폭 수차가 존재하고 있음을 알 수 있다. 그리고 미세 패턴(32)과 대 패턴(31) 사이의 콘트라스트의 변동량으로부터 구면 진폭 수차량을 예상할 수 있다.
제11 실시예
도 6의 a에 도시한 진폭 수차 평가용 마스크 패턴(30)을 이용하여 비점 진폭 수차를 평가하는 방법에 대해 설명한다. 우선, 도 6의 a에 도시한 진폭 수차 평가용 마스크 패턴(30)을 노광하고, 도 6의 b와 같이 완성된 25조의 전사 패턴을 SEM 등에 의해 관찰한다. 이에 따라, 도 8의 a와 같이 각 패턴의 가로 방향(x 방향)의 패턴 요소(변)의 콘트라스트를 25점의 각각에서 구함과 동시에, 도 8의 b와 같이 각 패턴의 세로 방향(y 방향)의 패턴 요소(변)의 콘트라스트를 25점의 각각에서 구한다.
이 때, 도 8의 a 및 도 8의 b에 도시한 바와 같이 가로 방향의 패턴 요소와 세로 방향의 패턴 요소 사이에서, 콘트라스트가 변동하는 것이 관측되면 노광 광학계에 비점 진폭 수차가 존재하고 있음을 알 수 있다. 그리고 가로 방향의 패턴 요소와 세로 방향의 패턴 요소 사이의 콘트라스트의 변동량으로부터 비점 진폭 수차량을 예상할 수 있다.
제12 실시예
도 6의 a에 도시한 진폭 수차 평가용 마스크 패턴(30)을 이용하여 진폭 상면 만곡을 평가하는 방법에 대해 설명한다. 우선, 도 6의 a에 도시한 진폭 수차 평가용 마스크 패턴(30)을 노광하고, 도 6의 b와 같이 완성된 25조의 전사 패턴을 SEM 등에 의해 관찰된다. 이에 따라, 도 9와 같이 대 패턴(31)의 콘트라스트를 25점의 각각에서 요구한다.
이 때, 도 9에 도시한 바와 같이 대 패턴(31)의 콘트라스트가 이차 함수적으로 관측되면, 노광 광학계에 진폭 상면 만곡이 존재하고 있음을 알 수 있다. 그리고 대 패턴(31)의 콘트라스트의 변동량으로부터 진폭 상면 만곡량을 예상할 수 있다.
제13 실시예
도 6의 a에 도시한 진폭 수차 평가용 마스크 패턴(30)을 이용하여 코마 진폭 수차를 평가하는 방법에 대해 설명한다. 우선, 도 6의 a에 도시한 진폭 수차 평가용 마스크 패턴(30)을 노광량 조건을 변경하면서 노광하고, 도 6의 b와 같이 완성된 25조의 전사 패턴을 SEM 등에 의해 관찰한다. 이에 따라, 도 10의 a와 같이 미세 패턴(32)의 적정 노광량을 25점의 각각에서 구함과 동시에, 도 10의 b와 같이 대 패턴(31)의 적정 노광량을 25점의 각각에서 요구한다.
또 도 10의 a, 도 10의 b에 도시한 화살표의 크기는 적정 노광량의 크기를 나타내고 있다.
이 때, 도 10의 a 및 도 10의 b에 도시한 바와 같이 미세 패턴(32)과 대 패턴(31)에서 적정 노광량이 상대적으로 변동하고 있는 것이 관측되면, 이 노광 광학계에 코마 진폭 수차가 존재하고 있음을 알 수 있다. 그리고 미세 패턴(32)과 대 패턴(31)과의 적정 노광량의 상대적인 변동량으로부터 코마 진폭 수차량을 예상할 수 있다.
제14 실시예
도 6의 a에 도시한 진폭 수차 평가용 마스크 패턴(30)을 이용하여 왜곡 진폭 수차를 평가하는 방법에 대해 설명한다. 우선 도 6의 a에 도시한 진폭 수차 평가용 마스크 패턴(30)을 노광하고, 도 6의 b와 같이 완성된 25조의 전사 패턴을 SEM 등에 의해 관찰한다. 이에 따라, 도 11과 같이 미세 패턴(32)의 적정 노광량을 25점의 각각에서 구함과 동시에, 도 11과 같이 대 패턴(31)의 적정 노광량을 25점의 각각에서 구한다.
이 때, 도 11에 도시된 바와 같이 미세 패턴(32)과 대 패턴(31)에서 적정 노광량이 상대적으로 동일하고, 노광된 위치에 의존하여 적정 노광량이 변동하고 있는 것이 관측되면, 이 노광 광학계에 왜곡 진폭 수차가 존재함을 알 수 있다. 그리고 미세 패턴(32)과 대 패턴(31)에서 노광된 위치에 의존한 적정 노광량의 변동량으로부터 왜곡 진폭 수차량을 예상할 수 있다.
제15 실시예
본 발명의 제15 실시예에서의 포지티브 구면 진폭 수차 제거 필터의 단면도를 도 12의 a에, 사시도를 도 12의 b에 도시한다. 포지티브 구면 진폭 수차 제거 필터(40)는, 투명 기판(41)과, 그 투명 기판(41)의 표면상에 형성된 반투명 다층막(42)을 갖고 있다. 반투명 다층막(42)의 각 층의 막 두께는, n을 정수로 하고, λ를 노광 파장으로 할 때, n×λ이다.
도 25의 a에 도시한 바와 같이, 구면 수차를 동공면상의 파면 수차로 환산하면, 파면의 편차량(φ)은, φ = -Bρ4/4로 나타내어진다. 이 때문에, 광학계의 지배적인 진폭 수차가 포지티브 구면 진폭 수차인 경우, 포지티브 구면 진폭 수차를 보상하기 위한 반투명 다층막(42)은 동심원 형태로 돔형의 네거티브 사차 함수적인 단면 형상을 갖고 있다. 이 진폭 수차 제거 필터(40)를 투영 광학계의 동공면에 삽입함으로써, 포지티브 구면 진폭 수차를 제거할 수 있어 결상 성능이 향상한다.
제16 실시예
본 발명의 제16 실시예에서의 네거티브 구면 진폭 수차 제거 필터의 단면도를 도 13의 a에, 사시도를 도 13의 b에 도시한다. 네거티브 구면 진폭 수차 제거 필터(40)는, 투명 기판(41)과, 그 투명 기판(41)의 표면상에 형성된 반투명 다층막(42)을 갖고 있다. 반투명 다층막(42)의 각 층의 막 두께는, 제15 실시예에서 설명한 바와 마찬가지로 n×λ이다.
도 25의 a에 도시한 바와 같이, 구면 수차를 동공면상의 파면 수차로 환산하면, 파면의 편차량(φ)은, φ = -Bρ4/4로 나타내어진다. 이 때문에, 광학계의 지배적인 진폭 수차가 네거티브 구면 진폭 수차인 경우, 네거티브 구면 진폭 수차를 보상하기 위한 반투명 다층막(42)은 동심원 형태로 계단식 포지티브 사차 함수적인 단면 형상을 갖고 있다. 이 진폭 수차 제거 필터(40)를 투영 광학계의 동공면에 삽입함으로써, 네거티브 구면 진폭 수차를 제거할 수 있어 결상 성능이 향상한다.
제17 실시예
본 발명의 제17 실시예에서의 포지티브 비점 진폭 수차 제거 필터의 단면도를 도 14의 a에, 사시도를 도 14의 b에 도시한다. 포지티브 비점 진폭 수차 제거 필터(40)는, 투명 기판(41)과, 그 투명 기판(41)의 표면상에 형성된 반투명 다층막(42)을 갖고 있다. 반투명 다층막(42)의 각 층의 막 두께는, 제15 실시예에서 설명한 바와 마찬가지로 n×λ이다.
도 25의 b에 도시한 바와 같이, 비점 수차를 동공면상의 파면 수차로 환산하면, 파면의 편차량(φ)은, φ = -Cy0 2ρ2cos2θ로 나타내어진다. 이 때문에, 노광 광학계의 지배적인 진폭 수차가 포지티브 비점 진폭 수차인 경우, 포지티브 비점 진폭 수차를 보상하기 위한 반투명 다층막(42)은 한 방향으로만 돔형의 네거티브 이차 함수적인 단면 형상, 즉 안장 형상을 갖고 있다. 이 진폭 수차 제거 필터(40)를 투영 광학계의 동공면에 삽입함으로써, 포지티브 비점 진폭 수차를 제거할 수 있어 결상 성능이 향상된다.
제18 실시예
본 발명의 제18 실시예에서의 네거티브 비점 진폭 수차 제거 필터의 단면도를 도 15의 a에, 사시도를 도 15의 b에 도시한다. 네거티브 비점 진폭 수차 제거 필터(40)는, 투명 기판(41)과, 그 투명 기판(41)의 표면상에 형성된 반투명 다층막(42)을 갖고 있다. 반투명 다층막(42)의 각 층의 막 두께는, 제15 실시예에서 설명한 바와 마찬가지로 n×λ이다.
도 25의 b에 도시한 바와 같이, 비점 수차를 동공면상의 파면 수차로 환산하면, 파면의 편차량(φ)은, φ = -Cy0 2ρ2cos2θ로 나타내어진다. 이 때문에, 노광 광학계의 지배적인 진폭 수차가 네거티브 비점 진폭 수차인 경우, 네거티브 비점 진폭 수차를 보상하기 위한 반투명 다층막(42)은 한 방향으로만 계단식의 포지티브 이차 함수적인 단면 형상을 갖고 있다. 이 진폭 수차 제거 필터(40)를 투영 광학계의 동공면에 삽입함으로써, 네거티브 비점 진폭 수차를 제거할 수 있어 결상 성능이 향상된다.
제19 실시예
본 발명의 제19 실시예에서의 포지티브 진폭 상면 만곡 제거 필터의 단면도를 도 16의 a에, 사시도를 도 16의 b에 도시한다. 포지티브 진폭 상면 만곡 제거 필터(40)는, 투명 기판(41)과, 그 투명 기판(41)의 표면상에 형성된 반투명 다층막(42)을 갖게 된다. 반투명 다층막(42)의 각 층의 막 두께는, 제15 실시예에서 설명한 바와 마찬가지로 n×λ이다.
도 25의 c에 도시된 바와 같이, 상면 만곡을 동공면상의 파면 수차로 환산하면, 파면의 편차량(φ)은, φ = -Dy0 2ρ2/2로 나타내어진다. 이 때문에, 노광 광학계의 지배적인 진폭 수차가 포지티브 진폭 상면 만곡인 경우, 포지티브 진폭 상면 만곡을 보상하기 위한 반투명 다층막(42)은, 동심 원형으로 돔형의 네거티브 이차 함수적인 단면 형상을 갖고 있다. 이 진폭 수차 제거 필터(40)를 투영 광학계의 동공면에 삽입함으로써, 포지티브 진폭 상면 만곡을 제거할 수 있어 결상 성능이 향상된다.
제20 실시예
본 발명의 제20 실시예에서의 네거티브 진폭 상면 만곡 제거 필터의 단면도를 도 17의 a에, 사시도를 도 17의 b에 도시한다. 네거티브 진폭 상면 만곡 제거 필터(40)는, 투명 기판(41)과, 그 투명 기판(41)의 표면상에 형성된 반투명 다층막(42)을 갖고 있다. 반투명 다층막(42)의 각 층의 막 두께는, 제15 실시예에서 설명한 바와 마찬가지로 n×λ이다.
도 25의 c에 도시한 바와 같이, 상면 만곡을 동공면상의 파면 수차로 환산하면, 파면의 편차량(φ)은 φ = -Dy0 2ρ2/2로 나타내어진다. 이 때문에, 노광 광학계의 지배적인 진폭 수차가 네거티브 진폭 상면 만곡인 경우, 네거티브 진폭 상면 만곡을 보상하기 위한 반투명 다층막(42)은 동심원 형태로 계단식의 포지티브 이차 함수적인 단면 형상을 갖고 있다. 이 진폭 수차 제거 필터(40)를 투영 광학계의 동공면에 삽입함으로써, 네거티브 진폭 상면 만곡을 제거할 수 있어 결상 성능이 향상된다.
제21 실시예
본 발명의 제21 실시예에서의 왜곡 진폭 수차 제거 필터의 단면도를 도 18의 a에, 사시도를 도 18의 b에 도시한다. 왜곡 진폭 수차 제거 필터(40)는, 투명 기판(41)과, 그 투명 기판(41)의 표면상에 형성된 반투명 다층막(42)을 갖고 있다. 반투명 다층막(42)의 각 층의 막 두께는, 제15 실시예에서 설명한 바와 마찬가지로 n×λ이다.
도 25의 d에 도시한 바와 같이, 왜곡 수차를 동공면상의 파면 수차로 환산하면, 파면의 편차량(φ)은, φ = Ey0 3ρcosθ로 나타내어진다. 이 때문에, 노광 광학계의 지배적인 수차가 왜곡 진폭 수차인 경우, 왜곡 진폭 수차를 제거하기 위한 반투명 다층막(42)은, 1방향으로 일차 함수적인 사면(斜面)형의 단면 형상을 갖고 있다. 이 진폭 수차 제거 필터(40)를 투영 광학계의 동공면에 삽입함으로써, 왜곡 진폭 수차를 제거할 수 있어 결상 성능이 향상한다.
제22 실시예
본 발명의 제22 실시예에서의 코마 진폭 수차 제거 필터의 단면도를 도 19의 a에, 사시도를 도 19의 b에 도시한다. 코마 진폭 수차 제거 필터(40)는, 투명 기판(41)과, 그 투명 기판(41)의 표면상에 형성된 반투명 다층막(42)을 갖고 있다. 반투명 다층막(42)의 각 층의 막 두께는, 제15 실시예와 마찬가지로 n×λ이다.
도 25의 e에 도시한 바와 같이, 코마 수차를 동공면상의 파면 수차로 환산하면, 파면의 편차량(φ)은, φ = Fy0ρ3으로 나타내어진다. 이 때문에, 노광 광학계의 지배적인 수차가 코마 진폭 수차인 경우, 코마 진폭 수차를 보상하기 위한 반투명 다층막(42)은, 한 방향으로 삼차 함수적인 사면형의 단면 형상을 갖고 있다. 이 진폭 수차 제거 필터(40)를 투영 광학계의 동공면에 삽입함으로써, 코마 진폭 수차를 제거할 수 있어 결상 성능이 향상된다.
제23 실시예
복수 종류의 진폭 수차가 공존하고 있는 경우에는, 제15 실시예 내지 제22 실시예에 도시한 진폭 수차 제거 필터를 적절하게 조합하여 이용해도 좋다. 예를 들면, 도 20의 a 및 도 20의 b에 도시한 바와 같이, 제19 실시예에서의 네거티브 진폭 상면 만곡을 보상하기 위한 진폭 수차 제거 필터(도 16)와 제22 실시예에 도시한 코마 진폭 수차를 보상하기 위한 진폭 수차 제거 필터(도 19)가 조합되면, 포지티브 진폭 상면 만곡과 코마 진폭 수차를 동시에 보상할 수 있다. 실제의 광학계에서는, 일반적으로 각종 진폭 수차가 공존하고 있으므로, 제15 실시예 내지 제22 실시예에 도시한 진폭 수차 제거 필터를 적절하게 조합함으로써, 각종 진폭 수차가 전부 제거되어 결상 성능이 보다 한층 향상한다.
제24 실시예
제10 실시예 내지 제14 실시예의 진폭 수차량 평가 방법에 의해 각각 평가된 각종 진폭 수차량을, 도 21과 같이 합성하여 그 합성된 진폭 수차를 보상하는 특성의 복합 진폭 수차 제거 필터를 제조할 수도 있다. 예를 들면, 도 21에 도시된 바와 같은 합성된 진폭 수차에 대응하는 단면 형상을 갖는 반투명 다층막을 투명 기판상에 형성함으로써 진폭 수차 제거 필터가 제조된다.
이 복합의 진폭 수차 제거 필터를 도입함으로써, 각종 진폭 수차가 전부 제거되어 결상 성능이 보다 한층 향상된다.
이상 개시된 실시예는 모든 점에서 예시적인 것으로서 제한적으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 특허 청구 범위에 의해 정해지며, 특허 청구 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.
본 발명의 투영 노광 장치에서는, 투영 광학계가 제1 하프 미러와, 제1 하프 미러의 반사광 혹은 투과광을 반사시키기 위한 제1 오목 거울과, 제1 하프 미러와 별개 독립적으로 설치된 제2 하프 미러와, 제2 하프 미러의 반사광 혹은 투과광을 반사시키기 위한 제2 오목 거울을 갖고 있다.
이와 같이, 하프 미러와 오목 거울을 2조씩 가짐으로써, 한 쪽 하프 미러에서 생긴 투과율 분포나 파면 편차에, 다른 쪽의 하프 미러로 역특성의 투과율 분포나 파면 편차를 부여할 수 있다. 이 때문에, 투영 광학계에서 투과율 분포나 파면 편차는 상호 상쇄되고, 컬러 센터의 발생에 따르는 투과율의 불균일 분포를 균일화할 수 있으며, 또한 파면 편차도 제거할 수 있다.
또한, 렌즈를 완전히 없앤 미러계의 종래예와 같이 입체 장해가 생기는 것도 방지할 수 있고, 0차 회절광의 좌측과 우측에서 회절광의 거동이 다르지 않으며, 또한 세로선과 가로선에서 결상 조건이 다르지 않아, 우수한 결상 특성을 얻을 수 있다.
본 발명의 투영 노광 방법에서는, 포토마스크로부터의 회절광이 제1 하프 미러를 통해 제1 오목 거울에 의해서 반사된 후, 제1 하프 미러와 제2 하프 미러를 통해 제2 오목 거울에 의해서 반사되고, 다시 제2 하프 미러를 통해 피 노광 기판상에 결상된다.
회절광이 이러한 경로를 찾아가도록 노광함으로써, 한 쪽의 하프 미러로 생긴 투과율 분포나 파면 편차에, 다른 쪽의 하프 미러로 역특성의 투과율 분포나 파면 편차를 부여할 수 있다. 이 때문에, 한 쪽의 하프 미러로 생긴 투과율 분포나 파면 편차는 다른 쪽의 하프 미러로 생긴 투과율 분포나 파면 편차에 의해 상쇄된다. 따라서, 컬러 센터의 발생에 따르는 투과율 분포의 불균일 분포를 균일화할 수 있고, 또 파면 편차도 없앨 수 있다.
또한, 렌즈를 완전히 없앤 미러 등의 종래예와 같이 입체 장해가 생기는 것도 방지할 수 있고, 0차 회절광의 좌측과 우측에서 회절광의 거동이 다르지 않으며, 또한 세로선과 가로선에서 결상 조건이 다르지 않아 우수한 결상 특성을 얻을 수 있다.
본 발명의 진폭 수차 평가용 마스크 패턴은, 실질적으로 해상 한계의 치수를 갖는 미세 패턴과, 노광 파장의 5배 이상의 치수를 갖는 대 패턴을 갖고 있고, 각 미세 패턴과 대 패턴이 상호 조를 이루어 투명 기판상에 복수개 배치되어 있다.
이 진폭 수차 평가용 마스크를 이용하여 피 노광 기판상에 전사 패턴을 형성하고, 그 전사 패턴을 관찰함으로써 각종 진폭 수차의 양을 예상할 수 있다. 동공상의 광량 분포를 생각하면, 0차 회절 광원상의 위치(중심 부근)의 광량이 압도적으로 높아 진폭 수차를 평가하기 위해서는, 동공의 중심 부근에 회절광을 생기게 하는 패턴이 필요하다. 이것은, 대강 노광 파장λ의 5배 이상인 크기의 마스크 패턴에 상당한다. 바꿔 말하면, 대 패턴의 치수를 노광 파장λ의 5배 이상으로 함으로써, 진폭 수차의 평가가 가능해진다.
본 발명의 진폭 수차량 평가 방법에서는, 상기한 진폭 수차 평가용 마스크 패턴을 노광하여 전사 패턴을 형성하는 공정과, 전사 패턴을 관찰함으로써 미세 패턴의 콘트라스트 및 적정 노광량 중 적어도 어느 하나의 변동과, 대 패턴의 콘트라스트 및 적정 노광량 중 적어도 어느 하나의 변동을 각각 추출하는 공정과, 그 추출된 미세 패턴 및 대 패턴의 콘트라스트 및 적정 노광량 중 적어도 어느 하나의 변동량으로부터 진폭 수차량을 예상하는 공정을 구비하고 있다.
본 발명의 진폭 수차량 평가 방법에서는, 각종 진폭 수차량을 정확히 예상할 수 있다.
본 발명의 진폭 수차 제거 필터는, 투명 기판과 그 투명 기판상에 형성된 진폭 수차를 제거할 수 있는 형상을 갖는 반투명 다층막을 구비하고 있고, 그 반투명 다층막을 구성하는 각 막의 두께는, λ를 회절광의 파장으로 하고, n을 정수로 할 때, n×λ이다.
본 발명의 진폭 수차 제거 필터에서는, 반투명 다층막을 각종 진폭 수차에 따른 형상으로 함으로써 각종 진폭 수차를 제거할 수 있다.

Claims (5)

  1. 광원으로부터의 조명광에 의해 포토마스크를 조명하고, 조명된 상기 포토마스크로부터의 회절광을 투영 광학계에 의해 피 노광 기판상에 결상시켜 회로 패턴을 투영하는 투영 노광 장치에 있어서,
    상기 투영 광학계는,
    제1 하프 미러,
    상기 제1 하프 미러의 반사광 혹은 투과광을 반사시키기 위한 제1 오목 거울,
    상기 제1 하프 미러와 별개로 독립하여 설치된 제2 하프 미러, 및
    상기 제2 하프 미러의 반사광 혹은 투과광을 반사시키기 위한 제2 오목 거울
    을 갖고 있는 투영 노광 장치.
  2. 광원으로부터의 조명광에 의해 포토마스크를 조명하는 공정,
    상기 포토마스크로부터의 회절광을 상기 제1 하프 미러를 통해 상기 제1 오목 거울에 의해서 반사시키는 공정,
    상기 제1 오목 거울에 의해서 반사된 상기 회절광을 상기 제1 하프 미러와 상기 제2 하프 미러를 통해 제2 오목 거울에 의해서 반사시키는 공정, 및
    상기 제2 오목 거울에 의해서 반사된 상기 회절광을 상기 제2 하프 미러를 통해 피 노광 기판상에 결상시키는 공정
    을 구비한 투영 노광 방법.
  3. 투명 기판,
    상기 투명 기판상에 선택적으로 형성된 실질적으로 해상 한계의 치수를 갖는 미세 패턴, 및
    상기 투명 기판상에 선택적으로 형성된 노광 파장의 5배 이상의 치수를 갖는 대(大) 패턴
    을 구비하고,
    각각의 상기 미세 패턴과 상기 대 패턴이 상호 조를 이뤄 상기 투명 기판상에 복수개 배치되는
    것을 특징으로 하는 진폭 수차(收差) 평가용 마스크 패턴.
  4. 제3항에 기재한 진폭 수차 평가용 마스크 패턴을 노광하여 전사 패턴을 형성하는 공정,
    상기 전사 패턴을 관찰함으로써 상기 미세 패턴의 콘트라스트 및 적정 노광량 중 적어도 어느 하나의 변동과 상기 대 패턴의 콘트라스트 및 적정 노광량 중 적어도 어느 하나의 변동을 각각 추출하는 공정, 및
    추출된 상기 미세 패턴 및 상기 대 패턴의 상기 콘트라스트 및 상기 적정 노광량 중 적어도 어느 하나의 변동량으로부터 진폭 수차량을 예상하는 공정
    을 구비한 진폭 수차량 평가 방법.
  5. 포토마스크로부터의 회절광을 피 노광 기판상에 결상시키기 위한 투영 광학계내에 배치되는 진폭 수차 제거 필터에 있어서,
    주표면을 갖는 투명 기판, 및
    상기 투명 기판의 주표면상에 형성된 진폭 수차를 제거할 수 있는 형상을 갖는 반투명 다층막
    을 구비하고,
    상기 반투명 다층막을 구성하는 각 층의 두께는, λ을 상기 회절광의 파장으로 하고, n을 정수로 할 때, n×λ인
    진폭 수차 제거 필터.
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