KR100484457B1 - 반도체노광장치및노광방법,회로패턴제조방법,마이크로장치제조방법및노광장치제조방법 - Google Patents

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Abstract

단순화된 구조로 스페클을 발생하지 않고 레이저광의 코히어런시를 적당한 값으로 저감시키는 반도체 노광 장치를 제공한다. 반도체 노광 장치는 자외광 발생 장치, 광로 길이 차를 유도하는 작용을 갖는 균일 조명 장치 및 균일 조명 장치로부터 레이저광을 투영하는 투영 장치를 포함한다. 자외광 발생 장치는 종단 모드(longitudinal single mode)로 발진되는 파장 1064 nm의 Nd:YAG Q-스위치 레이저 유닛, 복수의 주파수 성분을 갖는 전압 신호로 Nd:YAG Q-스위치 레이저 유닛으로부터 출사되는 기본 레이저광을 위상 변조하는 위상 변조 유닛, 및 상기 위상 변조 유닛에 의해 위상 변조된 기본 레이저광의 파장을 제5 고조파로서의 파장 213nm의 자외선 레이저광으로 변환하는 파장 변환 유닛을 포함한다.

Description

반도체 노광 장치 및 노광 방법, 회로 패턴 제조 방법, 마이크로 장치 제조 방법 및 노광 장치 제조 방법
본 발명은 반도체 장치의 미세 가공시에 이용되는 스테퍼 등에 적용되는 반도체 노광 장치, 이 반도체 노광 장치에 적용되는 투영 노광 장치 및 투영 노광 장치가 적용되는 회로 패턴 제조 방법에 관한 것이다.
이제까지, 반도체 장치의 마이크로리소그래픽 가공에 이용되는 노광 장치의 광원의 단파장화에 대한 연구가 행해져 왔다.
파장 213nm의 레이저 빔을 발생하는 니오듐:이트륨 알루미늄 가네트(Nd:YAG) 레이저의 파장 213nm의 레이저 빔인 제5 고조파(harmonics)는 고 에너지 피크 강도를 갖고 소형이며 값싸기 때문에, 차세대 노광 장치의 레이저광원으로서 매우 유망하다. 또한, 스펙트럼 폭이 좁아 색수차가 발생하기 어려운 특징이 있다.
그러나, Nd:YAG 레이저에 의한 발진에 의해 생성되는 레이저 빔의 파장 변환으로 얻어진 자외선 레이저빔은 단색성이 높아 스펙트럼 폭이 좁기 때문에, 높은 코히어런시(coherency)을 나타낸다. 코히어런시는 거리와 시간에 대하여 빔이 위상 관계를 유지하면서 전파되어 서로 간섭하는 것을 나타내는 지표임에 유의해야 한다.
코히어런시가 높으면, 산란광과 같은 전파 거리가 다른 미광(stray light)과 간섭하여, 상호 불규칙한 위상 관계를 갖는 광빔의 간섭에 의해 야기되는 간섭 패턴에 의한 노이즈, 또는 소위 스페클(speckle)(스페클 노이즈)를 자주 발생하게 된다. 이들 스페클은 특히 고 균일성의 조명 시스템이 요구되는 장치에 있어서의 그 성능을 열화시키기 때문에, 반도체 노광 장치에의 레이저광원의 응용을 방해하게 된다.
먼저, 레이저광의 스펙트럼과 코히어런시 간의 관계가 설명된다.
레이저광의 코히어런시는 선명도 V라고 하는 값으로 나타내진다. 이 선명도는 레이저광을 두 개의 광빔으로 분할하고, 이들 광빔중 하나를 지연시켜, 두 개의 광빔의 진행 시간이 시간 τ(서로 τ=L/C, L은 광로 길이 차, C는 광속) 만큼 달라지게 하고, 그후 이 광빔들을 합성하여 형성되는 간섭 프린지(fringe)의 콘트라스트(contrast)이다. 선명도 V는 다음 식(1)으로 나타낸다:
여기에서 Imax와 Imin는 간섭 프린지의 강도의 최대값과 최소값을 각각 나타낸다. V=1인 광원은 코히어런시가 최대인 완전 코히어런트(coherent) 광원이다. V=0인 광원은 코히어런시가 최소인 완전 인코히어런트(incoherent) 광원이다. 이 경우, 간섭 프린지가 형성되지 않는다. 코히어런시의 거리 또는 코히어런트 길이 Lc는 선명도 V가 충분히 낮고 간섭 프린지를 거의 형성할 수 없는 두 개의 광빔의 광로 차를 나타낸다. 코히어런트 길이 Lc는 다음 식(2)으로 나타낸다:
한편, 선명도(1)는 식(3)에 의해 나타낸 바와 같이, 레이저광의 전계 E(t)의 자기 상관 함수와 일치한다.
Wiener-Khintchine의 이론으로부터, 자기 상관 함수는 레이저광의 파워 스펙트럼 S(f)의 퓨리에 변환(fourier transform)과 일치하므로, 선명도와 파워 스펙트럼은 다음 식(4)에 의해 서로 관련되게 된다:
파워 스펙트럼 S(f)은 로렌즈형 곡선을 나타내고 파워 스펙트럼은 다음 식(5)으로 나타내는 것으로 가정된다:
여기에서 f0과 Δf는 중심 주파수와 중간값의 전체 폭을 각각 나타낸다.
이 때에, 선명도 V는 다음 식(6)으로 나타낸 바와 같이 지수 함수적으로 감소된다:
선명도 V가 충분히 작아지게 되는 거리를 코히어런트 길이 Lc라 하고 다음 식으로 나타내진다:
도 1A는 파워 스펙트럼 S(f)이 반값 전체폭(half value full width) Δf=4G(Hz)을 갖는 로렌즈형 곡선을 예시적으로 나타내고 있다. 도 1B는 이 경우 광로 길이 차 L(mm)와 선명도 V 사이의 관계를 나타낸다. 도 1B에서, 횡축은 L=τC로 정의된 두 광빔 사이의 광로 길이 차 L를 나타낸다. 코히어런트 길이 Lc는 75mm 정도이다.
식(7)로부터, 레이저광의 코히어런시와 단색성은 스펙트럼 폭이 좁은 고 단색성의 광원은 코히어런시가 높고 스페클이 생기기 쉽도록 서로 호환의 관계에 있는 반면, 단색성이 낮은 광원은 코히어런시가 낮지만 스펙트럼 폭이 넓어, 색수차가 자외선 광원에서 특히 문제를 일으키는 경향이 있다.
따라서, 예를 들어, 자외선 노광 장치에 레이저를 응용하기 위해서, 레이저 광의 스펙트럼 폭을 적당한 값으로 제어하여 색수차와 스페클에 있어서 문제를 발생시키지 않게 하는 것이 중요하다.
레이저광의 단색성과 코히어런시를 저하시키기 위한 여러 가지 방법이 이제까지 제안되어 왔다.
반도체 노광 장치에서는, 스펙트럼 선폭이 크고 코히어런시가 낮은 KrF 엑시머 레이저나 ArF 엑시머 레이저를 광원으로서 이용하는 시도가 이루어져 왔다.
그러나, 엑시머 레이저는 독성이 강한 가스가 사용되어야 하고, 유지 비용이 많이 들고 넓은 설치 공간이 필요하게 되는 등 문제점이 있었다.
또한 레이저광의 스펙트럼 선 폭이 크기 때문에, 색수차가 발생하기 쉬어, 발진 스펙트럼의 협대역화로 색수차가 발생하지 않게 하는 것이 필요하게 된다는 어려움이 있다. 발진 스펙트럼의 폭을 협대역화하면, 코히어런시가 증가하게 되어 코히어런시를 다시 저하시킬 필요가 생기게 된다.
또한 복수의 모드로 발진되는 고체 레이저를 이용하여, 파형 변환으로 자외선광을 발생하는 방법이 공지되어 있다.
그러나, 이 경우, 모드 수나 모드 간격은 레이저 자체의 구조에 의해, 즉, 예를 들어, 레이저 재료의 물리적 특성에 의해 결정된다. 따라서, 노광 장치가 응용된 특정 장치에 맞는 바람직한 코히어런트 길이나 스펙트럼 폭을 실현하는 것이 어렵다.
따라서, 종래의 기술로는, 반도체 노광 장치의 코히어런시를 불편함 없이 저하하는 것이 어렵다.
따라서 본 발명의 목적은 단순화된 구조에 의해 레이저광의 코히어런시를 적당한 값으로 저하하여 스페클을 발생시키지 않는 반도체 노광 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 반도체 노광 장치에 대한 방법에 적용되는 투영 노광 장치와 이 투영 노광 장치를 이용하는 회로 패턴을 제조하는 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명은 자외선 레이저광 발생 장치, 광로 길이 차를 발생하는 작용을 갖는 균일 조명 장치, 및 상기 균일 조명 장치로부터 출사되는 레이저광을 이용하여 미리 설정된 이미지를 기판상에 투영하기 위한 투영 장치를 포함하는 반도체 노광 장치를 제공한다. 상기 자외선 레이저광 발생 장치는, 종단(longitudinal single) 모드로의 발진을 위한 Q-스위치 레이저광원, 상기 레이저광원으로부터 출사되는 상기 기본 레이저광을 복수의 주파수 성분으로 이루어지는 전압 신호로 위상 변조하기 위한 위상 변조 장치, 및 상기 위상 변조 장치에 의해 위상 변조된 상기 기본 레이저광의 파장을 상기 자외선 광의 파장으로 변환하기 위한 파장 변환 장치를 포함하는 반도체 노광 장치를 제공하고 있다.
상술된 반도체 노광 장치에 의하면, 예를 들어, Q-스위치 레이저광원으로부터 출사되는 기본 레이저광은 스펙트럼 폭을 넓히기 위해 복수의 주파수 성분으로 위상 변조 장치에 의해 위상 변조된다. 위상 변조된 레이저광은 스펙트럼 폭을 더욱 넓히기 위해 비선형 광학 효과를 이용하여 파장 변환 장치에 의해 파장 변환된다. 균일 조명 장치는 파장 변환된 레이저광의 광로 길이 차를 유도하고 투영 장치는 원하는 위치에서 레이저광을 노출시킨다. 파장 변환전의 위상 변조와 파장 변환의 조합으로, 저 전압을 위상 변조 장치에 인가하는 것만으로 간단히 파장 변환된 레이저광의 스펙트럼 폭이 넓혀질 수 있다. 균일한 조명 장치가 스페클을 더욱 감소시킨다.
본 발명은 또한 종단 모드로 발진하도록 구성된 펄스 레이저광원으로부터 출사되는 기본 레이저광이 상기 기본 레이저광의 파장의 1/n인 중심 파장을 갖는 자외선 레이저광을 발생하기 위한 파장 변환 장치에 입사되게 한 다음에, 상기 발생된 자외선 레이저광을 마스크상에 조명하여 투영 광학계를 통해 상기 마스크의 패턴을 감광성 기판상에 전사시키는 투영 노광 장치를 제공하고 있다. 이 투영 노광 장치는 상기 파장 변환 장치와 상기 마스크 사이에 설치되어 상기 마스크를 조명하는 자외선 레이저광의 코히어런시에 응답하여 상기 감광성 기판에 발생된 상기 간섭 노이즈의 선명도를 감소시키는 간섭성 저감 장치, 상기 자외선 레이저광의 코히어런트 길이를 제어하기 위해 복수의 주파수 성분을 포함하는 전기 신호에 응답하여 상기 파장 변환 장치에 입사되는 상기 기본 레이저광을 위상 변조하기 위한 위상 변조 장치를 포함한다. 상기 파장 변환 장치로부터 출사되는 상기 자외선 레이저광의 코히어런트 길이가 상기 패턴의 전사시에 허용되는 상기 투영 광학계의 최대 색수차를 생성하는 파장 폭에 대응하는 최소 코히어런트 길이와 상기 간섭성 저감 장치에 의해 간섭 노이즈의 선명도를 미리 설정된 허용 범위내로 감소시킬 수 있는 최대 코히어런트 길이 사이로 설정되도록 상기 전기 신호에 포함되는 복수의 주파수 성분을 설정하여, 상기 설정된 주파수 성분을 상기 위상 변조 장치에 공급하는 구동 신호 발생 회로를 더 포함하고 있다.
본 발명은 또한 종단 모드로 발진하도록 구성된 펄스 레이저광원으로부터 출사되는 기본 레이저광이 상기 기본 레이저광의 파장의 1/n(n은 2 이상인 자연수)인 중심 파장을 갖는 자외선 레이저광을 발생하기 위한 파장 변환 장치에 입사되게 한 다음에, 상기 발생된 자외선 레이저광을 마스크상에 조명하여 투영 광학계를 통해 상기 마스크의 패턴을 감광성 기판에 전사시키는 회로 패턴 제조 방법를 제공한다. 이 방법은 상기 투영 광학계에 의해 허용되는 색수차양에 연관된 상기 자외선 레이저광의 파장 폭을 Δλ로 할 때, 상기 파장 변환 장치에 입사되는 상기 기본 레이저광의 실효적인 스펙트럼 폭이 약 n·Δλ이 되도록 상기 기본 레이저광을 전기 광학 위상 변조 장치로 위상 변조하는 단계, 및 상기 광 투영 장치의 투영 광학계를 구성하는 렌즈군이 단일 종류의 유리 재료로 형성되면, 상기 자외선 레이저광의 파장 폭 Δλ에 대응하는 코히어런트 길이가 거의 80mm 이상이도록 상기 위상 변조 장치를 구동하는 신호의 주파수 성분을 설정하고, 상기 투영 광학계가 복수 종류의 유리 재료로 형성된 무색 투영(achromatic projection) 렌즈로 또는 투과 광학 렌즈와 반사 광학 소자의 조합으로 형성되면, 상기 자외선 레이저광의 파장 폭 Δλ에 대응하는 코히어런트 길이가 약 80mm 이하가 되도록 상기 위상 변조 장치를 구동하는 상기 신호의 주파수 성분을 설정하는 단계를 포함한다.
반도체 노광 장치를 상세히 설명하기 이전에, 전기 광학적 위상 변조의 원리와 이 원리에 기초하여 위상 변조에 의한 파워 스펙트럼의 변화에 대하여 설명된다.
먼저, 주기 함수 Φ(t)의 신호 전압을 전기 광학적 위상 변조의 원리에 따라 구성된 전기 광학적 변조 장치에 인가하면, 레이저광의 전계는 다음 식(8)에 의해 나타낸 바와 같이 위상 변조된다:
여기에서 Φ(t)는 변조 장치에 인가된 전압에 비례하는 위상 변조 함수이다. 특히, 식(9)에 의해 나타낸 바와 같이, Φ(t)가 진폭 m과 주파수 fm을 갖는 사인파이면:
전계 E(t)는 베셀 함수 Jk(m)을 이용하여 다음 식(10)에 의해 나타낸 바와 같이 전개될 수 있다.
여기에서 f0은 레이저 주파수이다.
이 경우, 도 2B에서 나타낸 바와 같이, 파워 스펙트럼 S(f)은 강도 Jk 2(m)과 주파수 (f0+kfm)의 스펙트럼의 총합으로 나타낼 수 있고, k는 정수이다.
복수의 주파수에서의 위상 변조의 경우, 다음 식(11)에서 나타낸 바와 같이, 각 주파수에서의 위상 변조가 주파수에서 부가적으로, 강도에서는 곱으로 각각 작용한다.
즉, 진폭 m1과 주파수 fm1에서의 위상 변조에 의해 발생된 강도 Jk(m1)2과 주파수 (f0+kfm1)의 스펙트럼은 다른 주파수 fm2에서의 위상 변조에 의해 도 2C에서 나타낸 바와 같이, 강도 Jk(m1)2Jk(m2)2와 주파수 (f0+kfm1+lm2)의 스펙트럼으로 스플릿된다. 여기에서, k와 l은 정수이다.
도 2A, 2B, 및 2C로부터, 복수의 주파수에서의 위상 변조는 다수의 스펙트럼 성분으로 분리되는 것을 볼 수 있다. 더구나, 두 개의 주파수의 최소 공배수가 충분히 클 때, 스펙트럼 성분의 갯수는 약 m1xm2개가 된다.
상기 위상 변조의 과정에서, 더 많은 개수의 스펙트럼 성분으로 분리된 결과로서 확장된 것은 레이저의 스펙트럼 선 폭이 아니라 스펙트럼의 전체 폭이다. 스펙트럼 성분의 세트의 엔벨로프의 폭은 여기에서 스펙트럼의 전체 폭인 것으로 정의된다. 코히어런트 길이는 스펙트럼의 전체 폭의 확장에 의해 더 짧아진다.
상술한 바에 기초하여, 본 발명에 따른 반도체 노광 장치의 특정 실시예가 도면 및 예시적인 숫자값을 참조하여 수치 예를 들어 설명된다.
도 3을 참조하여, 반도체 노광 장치는 하나의 종단 모드로 발진하는 펄스 레이저광원의 예로서, 인젝션(injection)과 같은 기법에 의해 파장 1064nm에서 Q- 스위치 모드에 의한 종단 모드로 발진하기 위한 니오듐:이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG)과, Nd:YAG Q-스위치 레이저 장치(2)로부터의 레이저광을 변조하기 위한 위상 변조 장치(1)을 갖는다. 반도체 노광 장치는 또한 붕산 리튬 LiB3O5(LBO) 또는 β-붕산 바륨 β-BaN2O4(β-BBO)로 형성되며, 위상 변조 장치(1)에 의해 위상 변조된 중심 파장 1064nm을 갖는 레이저광을 5배의 주파수를 나타내는 중심 파장 213nm을 갖는 자외선 레이저광으로 변환시키기 위해 사용된 파장 변환 장치(3)를 포함한다. 위상 변조 장치(1)로부터 파장 변환 장치(3)까지의 유닛은 자외선 레이저광발생 장치를 구성한다. 반도체 노광 장치는 또한 광로 차를 발생하기 위한 균일조명 장치(7)와 균일 조명 장치(7)로부터의 레이저광을 이용하여 기판상에 미리 설정된 패턴을 투영하기 위한 투영 장치(8)를 포함한다.
반도체 노광 장치는 위상 변조 장치(1)에 출력된 고주파수를 발생하기 위한 고주파수 신호 발생기(4)와 고주파수 신호 발생기(4)에 의해 발생된 고주파수를 증폭하기 위한 고주파수 증폭기(5)를 더 포함한다.
본 발명에 따른 투영 노광 장치는 종단 모드로 발진하기 위한 펄스 레이저광원으로서 Q-스위치 Nd:YAG 레이저 발진 장치(2)로부터 출력된 기본 레이저광이 파장 변환 장치(3)에 입사되어 기본 레이저광의 파장의 1/n(n은 2 이상의 정수)인 중심 파장을 갖는 자외선 레이저광을 발생하고, 발생된 자외선 레이저광이 마스크로서의 레티클(201)상에 조명되어 투영 광학계를 통해 마스크의 패턴을 감광성 기판으로서의 반도체 기판(203)상에 전사하기 위한 장치이다. 투영 노광 장치는 파장 변환 장치와 마스크 사이에 설치되어 마스크를 조명하는 자외선 레이저광의 코히어런시에 응답하여 감광성 기판상에 발생된 간섭 노이즈의 선명도를 감소시키기 위한 간섭성 저감 장치로서의 균일 조명 장치(7)와, 자외선 레이저광의 코히어런트 길이를 제어하기 위해서 복수의 주파수 성분을 포함하는 전기 신호에 응답하여 파장 변환 장치상에 입사되는 기본 레이저광을 위상 변조하기 위한 위상 변조 장치(1)를 포함한다. 투영 노광 장치는 파장 변환 장치로부터 출사되는 자외선 레이저광의 코히어런트 길이가 패턴의 전사시에 허용되는 투영 광학계의 최대 색수차를 생성하는 파장 폭에 대응하는 최소 코히어런트 길이 L1와 미리 설정된 허용 범위 내로 간섭성 저감 장치에 의해 간섭 노이즈의 선명도를 감소시킬 수 있는 최대 코히어런트 길이 L2사이로 설정되도록 전기 신호에 포함된 복수의 주파수 성분을 설정하고, 설정된 주파수 성분을 위상 변조 장치에 공급하기 위한 구동 신호 발생 회로로서의 고주파수 신호 발생기(4)를 포함한다.
Nd:YAG Q-스위치 레이저 장치(2)로부터 출사된 파장 1064 nm의 레이저광이 위상 변조 장치(1)에 입사된다. Nd:YAG Q-스위치 레이저 장치(2)로부터의 레이저광은 기본 레이저광으로서 이하 언급된다. 복수의 주파수 성분을 갖는 고주파수 증폭기(4)로부터의 전압 신호는 증폭을 위해 고주파수 증폭기(5)에 송신된다. 증폭된 신호는 위상 변조 장치(1)에 인가된다.
위상 변조 장치(1)에서, 기본 레이저광은 뒤이어 설명되는 바와 같이 고주파수 증폭기(5)에 의해 증폭된 전압 신호에 따라 위상 변조된다. 이 위상 변조에 의해, 파장 1064 nm의 기본 레이저광의 전체 스펙트럼 폭은, 예를 들어, Δfw로 확장된다. 위상 변조에 의해 전체 스펙트럼 폭으로 확장된 레이저광은 파장 변환 장치(3)에 보내진다.
파장 변환 장치(3)는 예를 들어 도 3에서 나타낸 바와 같이, 복수의 비선형 광학 결정을 포함한다. 위상 변조 장치(1)로부터 출사된 레이저광은 비선형 광학 결정으로서의 LBO(111)을 통해 투과된다. 이 때에, 파장 532nm의 레이저광은 제2 고조파로서 발생된다. LBO(111)로부터 출사되는 레이저광은 파장 1064 nm의 광과 파장 532nm의 광을 포함한다. LBO(111)로부터 출사된 레이저광은 색분리 미러(101)상에 입사되어, 파장 1064nm의 레이저광은 투과되며, 파장 532nm의 레이저광은 반사되고 광축이 90°굽어지게 된다.
파장 532nm의 레이저광은 전반사 미러(102)에 의해 더 반사되어 비선형 광학 결정으로서의 β-BBO(112)를 통해 투과되어, 제4 고조파로서의 파장 266nm의 레이저광을 발생한다. 파장 266nm의 레이저광은 전반사 미러(103)와 색분리 미러(104)에 의해 반사되어 β-BBO(113)로 인도된다.
색분리 미러(113)을 통해 투과된 파장 1064nm의 레이저광은 색분리 미러(104)를 통해 투과되어 β-BBO(113)로 인도된다.
β-BBO(113)에서는, 파장 1064nm의 레이저광과 파장 532nm의 레이저광이, 후술하는 바와 같이, 화조파 혼합(additive frequency mixing)에 의해 혼합되어 기본 레이저광의 제5 고조파로서 파장 213nm의 레이저광을 발생한다. 파장 213nm의 레이저광은 파장 변환 장치(3)로부터 출사된다. 이 때, 파장 변환 후의 자외선 레이저광의 스펙트럼 폭 Δf5w은 변환 이전의 스펙트럼 폭의 5배(Δf5w=5Δfw)로 확장된다. 출사되는 레이저광은 파장 213nm의 레이저광 이외에, 파장 1064nm인 성분 또는 파장 532nm의 성분인 그것의 제2 고조파 등의 다양한 파장 성분의 광을 포함한다.
화조파 혼합에 대하여 이하 설명된다.
먼저, 레이저광이 비선형 광학 결정에 입사할 때, 외부로부터 인가된 레이저광의 전계의 진폭에 비례하지 않는 비선형 분극이 발생된다. 비선형 분극이 생기고, 2차 비선형 감수률(second-order susceptibility)이 0이 아닌 경우, 예를 들어, 주파수 fa의 광과 주파수 fb의 광인 두 개의 광이 동시에 입사되면, 주파수 fc=fa+fb인 비선형 분극이 결정에서 유도된다. 이러한 분극은 주파수 fc의 광의 방출을 초래한다. 이것은 화조파 혼합의 원리를 나타낸다. 특히, 파장 λa의 입사 레이저광과 파장 λb의 입사 레이저광에서, 화조파의 파장 λc는 1/λc=1/λa+1/λb의 관계에 의해 파장 λa와 λb과 관계된다. 화조파 혼합을 위한 비선형 광학 결정은 화조파의 발생의 최대 효율에 대응하는 방향으로 레이저광을 전파하기 위해 가공된다.
프리즘(6)은 파장 변환 장치(3)에 의해 출사되는 레이저광을 각 파장 성분으로 분리하고 파장 213nm의 레이저광만을 슬릿(9)을 통해 균일 조명 장치(7)로 보낸다.
균일 조명 장치(7)는 중심 주파수 213nm의 입사 레이저광을 분리하여, 광로차를 생성하고 다시 이 분리된 성분을 합성하는 작용을 갖는다. 이렇게 처리된 조명광은 스페클이 없는 공간적으로 균일한 광이 된다. 조명광은 투영 장치(8)로 출사된다.
투영 장치(8)는 레티클(201), 투영 렌즈(202), 및 반도체 웨이퍼(203)로 이루어진다. 레티클(201)은 반도체 웨이퍼(203)상에의 투영을 위한 패턴을 갖는 소위 포토마스크이다. 투영 렌즈(202)는 후에 설명되는 바와 같이, 반도체 웨이퍼(203)상에 레티클(201)를 통해 투과된 광을 축소된 크기로 투영하는 렌즈이다. 반도체 웨이퍼(203)는 레지스트가 피복되어 있어 레티클(201)에서 가공된 패턴이 레지스트의 감광 작용에 의해 포토레지스트상으로 전사된다.
일반적으로, 코히어런트 길이는 이전에 설명된 바와 같이, 스펙트럼 선 폭을 확장함으로써 짧아지게 된다.
기본 레이저광을 위상 변조하고, 파장 변환 장치(3)에서의 처리에 의해 위상 변조된 기본 레이저광의 스펙트럼 폭을 원래의 스펙트럼 선 폭의 5배로 확장함으로써, 생성된 자외선 레이저광은 스펙트럼 폭이 충분히 확장되고 코히어런트 길이는 충분히 짧아지게 된다.
코히어런트 길이가 충분히 짧아진 자외선 레이저광은 균일 조명 장치(7)에 의해 분할되고, 코히어런트 길이보다 긴 광로 차가 분할된 레이저광에 주어진다. 레이저광은 다음에 다시 코히어런시가 전혀 없는 인코히어런트 레이저광을 형성하도록 다시 합성되어 투영 장치(8)에 입사되도록 출력된다.
반도체 노광 장치에 요구되는 코히어런트 길이가 설명된다. 원하는 코히어런트 길이는 색수차의 허용 범위와 스페클이 제거될 수 있는 조건으로부터 결정된다.
일반적으로, 코히어런트 길이가 짧은 광원은 스펙트럼 폭이 넓고 단색성이 낮다. 이 경우,색수차가 발생하기 쉽다. 특히, 단일 종류의 유리 재료를 사용하여 투영 렌즈(202)를 형성하면, 색수차를 정정하는 작용인 렌즈의 소색성(achromatism)이 얻어질 수 없다. 따라서, 충분한 결상 성능을 실현하기 위해서는, 렌즈의 실질적인 값 NA와 배율을 고려하여, 80nm 이상의 코히어런트 길이가 필요하다.
한편, 투영 렌즈(202)가 복수 종류의 유리 재료를 사용하여 구성되고, 색수차가 제거되게 되면, 스펙트럼 폭의 제약이 더 완화되게 된다. 예를 들어, 0.6 이상의 NA 값을 갖는 투영 렌즈가 실제 유리 재료로부터 생성되면, 30nm 이상의 코히어런트 길이는 충분한 결상 성능을 부여할 수 있다.
스페클을 제거하기 위해서는 코히어런트 길이가 짧은 것이 바람직하다. 실질적으로는 180mm 이하인 코히어런트 길이가 바람직하다. 복수 종류의 유리 재료를 이용하여 투영 렌즈를 제조하는 것이 가능하면 30mm 이상과 80mm 이하의 코히어런트 길이가 바람직하다고 말할 수 있다.
일반적으로 이러한 종류의 투영 노광 장치에 사용되는 투영 광학계로서 투영렌즈(202)는 매우 높은 해상도를 가지면서, 그 화상면 내의 다양한 왜곡이 최소로 억제될 수 있다. 투영 렌즈(202)의 해상도는 반도체 웨이퍼(203) 측에서의 개구수 NA와 노광을 위해 사용되는 조명 광의 중심 파장(파장 폭이 또한 관련 인자이지만)에 기초하여 정의된다. 예를 들어, 개구수 NA 0.65인 투영 광학계가 중심 파장 213nm인 조명광 하에서 사용되면, 선 폭에 있어서 약 0.1 내지 0.2㎛의 해상도는, 투영 광학계가 굴절 광학 요소만으로 구성되는지 또는 굴절 광학계와 반사 광학계의 결합으로 구성되는지에 대한 차이, 또는 노광 시스템이 정지 방식(still type)의 노광 시스템인지 주사 방식의 노광 시스템인지에 대한 차이를 고려하는 것으로도 성취된다고 예측된다.
이들 성능을 실현하기 위해서, 투영 광학계는 실제 노광 필드가 유지되고, 축방향 색수차와 배율 색수차가 충분히 낮은 값으로 억제되고 중심 파장 213nm에서 충분한 투과율을 갖는 석영(SiO2)만이 렌즈의 유리 재료로 이용된 조건으로 설계된 경우, 투영 노광 동안 레티클에 조명된 자외선 레이저광의 코히어런트 길이는 약 126mm로 연산된다. 이것은 약 0.35pm의 파장 폭으로서 스펙트럼의 전체 폭의 반값이 된다. 한편, 복수의 석영 렌즈와 몇개의 형석(CaF2) 렌즈가 결합되어 사용되어 약한 색수차 보정을 실시하면, 자외선 레이저광의 코히어런트 길이는 약 45mm로 연산되게 된다. 이것은 약 1.0pm의 파장폭으로서 스펙트럼의 전체 폭의 반값과 같다.
이들 예시적인 수치 예는 투영 광학계의 NA 뿐만 아니라, 노광 필드 크기, 투영 배율, 및 색수차의 정정량으로도 변하게 된다. 상한치가 균일 조명 장치(7)의 코히어런시 저감 성능에 따라서 단일 종류의 유리 재료로 형성된 렌즈 소자로 구성되는 투영 광학계에 부과되어도, 약 80mm 이상의 자외선 레이저광의 코히어런트 길이가 필요하게 된다. 하나의 유리 재료로 형성된 렌즈 소자 또는 굴절 소자와 반사 소자의 결합에 의해 구성되는 투영 광학계에서는 색수차의 정정 정도에 따라서 하한값이 제한되지만, 약 80mm 이하의 자외선 레이저광의 코히어런트 길이는 타당한 값인 것으로 생각된다.
실제적으로 이용하고 있는 투영 노광 장치로서, 렌즈용 유리 재료로서 석영으로 전체가 형성된 개구수 NA 0.6을 갖는 투영 광학계가 이용되는 것을 전제로 하여, 중심 파장 248nm과 파장 폭 Δλa(전체 폭의 반값:FWHM)이 0.8pm인 레이저광을 발생하는 엑시머 레이저광원을 이용하는 것이 제안되고 있다. 투영 광학계와 레이저광의 파장 조건에 기초하여, 파장 213nm의 자외선 레이저광에 필요한 파장 폭과 코히어런트 길이는 다음과 같이 하여 연산될 수 있다:
먼저, 파장에 따른 석영 유리의 분산치를 구하기 위해서, I.M.Malitson에 의한 분산식이 이용된다. n을 굴절률로 λ을 nm의 파장으로 하면 식은 다음과 같다:
예시적인 예로서, A1=0.6961663, λ1=0.0684043, A2=0.4079462, λ2=0.1162414, A3=0.8974794 및 λ3=9.896161의 값이 이용된다.
식(12)를 파장에 관련하여 미분하면, 다음을 얻는다:
식(13)에서, λa=248nm에 대한 굴절률 n이 1.50855이면, dn/dλa=-0,56/1000이된다. 한편, λb에 대한 굴절률 n이 1.53518이면, dn/dλb=-1.02/1000이 된다.
전체가 석영 유리로 형성되는 NA 0.65의 투영 광학계를 이용할 때 요구되는 중심 파장 213nm의 레이저광의 파장폭 Δλb(반값 전체 폭)을 연산하면, Δλb=Δλax(0.6/0.65)(0.6/0.65)×(213/248)(0.56/1.02)=Δλa×0.4=0.32pm이 된다. 코히어런트 길이를 정의하는 식 (λbXλb)/Δλb으로부터, 이 값은 약 142mm의 코히어런트 길이에 대응한다.
투영 광학계의 개구수 NA가 유사한 조건하에서 약 0.7로 설정되면, 코히어런트 길이는 약 180mm가 된다.
상기 코히어런트 길이를 실현하는 자외선 광의 파워 스펙트럼에 대해서 이하 간단히 설명한다.
본 실시예의 레이저광원이 투영 장치(8)의 광원으로 이용될 때, 코히어런트 길이 이상의 광로 차로 코히어런시가 충분히 제거되는 것이 바람직하다. 한편, 선명도 V(τ)와 파워 스펙트럼 S(f)이 퓨리에 변환에 의해 서로 관련되기 때문에 선명도는 파워 스펙트럼이 로렌즈 분산을 따르게 되면 지수 함수적으로 감소되게 된다. 예를 들어, 광원이 스펙트럼 반값 전체 폭이 Δf=4GHz인 로렌즈 스펙트럼 타입으로 되어 있으면, 코히어런시는 거의 75mm 이상인 코히어런트 길이 Lc의 거리에 대해 실질적으로 무시될 수 있다. 코히어런트 길이 30〈Lc〈180mm인 조건을 만족하기 위해서는, 스펙트럼 반값 전체 폭이 2〈Δf〈10GHz인 것이 필요하다.
더구나, 위상 변조가 개별적인 스펙트럼의 폭을 확장하지 않으면서 스펙트럼을 복수의 스펙트럼으로 분리되게 하기 때문에, 도 1에서 나타낸 바와 같이, 실제로 완전한 로렌즈 타입 스펙트럼을 위상 변조에 의해 사실상 성취할 수 없다.
따라서, 실현 가능하며 이상 스펙트럼에 가장 근접한 스펙트럼은 전체로서의 스펙트럼 선 폭이 예를 들어 스펙트럼 선 폭 Δf=4GHz인 로렌즈 분산 타입의 엔벨로프를 이루도록 하는 형상으로 되어 있다. 도 4A에서는, 주파수 간격 fs=100MHz과 폭 40MHz의 협대역 스펙트럼은 전체가 Δf=4GHz인 로렌즈 분산 타입 스펙트럼을 구성한다.
도 4A에서 나타낸 스펙트럼의 선명도를 광로 차의 함수로 연산하면, 선명도 V는 도 4B, 4C에서 나타낸 바와 같이, Lc=C/Δf(C는 광속)에 의해 결정된 코히어런트 길이 Lc=75mm 정도로 충분히 적어지게 되어, 코히어런시가 75mm이상의 거리에서는 실질적으로 무시될 수 있게 된다. 그러나, 이 코히어런시는 스펙트럼 성분의 주파수 간격으로 결정된 거리 Ls=C/fs의 정수배, 예를 들면 fs=100MHz에 대하여 Ls=3mm, 6mm …에서 다시 나타나게 된다. 일반적으로, 코히어런시의 재출현은 불이익한 것으로 보인다. 본 예시적인 실시예에서는, 실제로 어떠한 문제도 발생하지 않는 것으로 나타난다.
본 예시적인 실시예에서는, 트랜스폼-리미티드(transform-limited) Q-스위치 펄스 레이저가 Nd:YAG Q-스위치 레이저 장치(2)로 이용된다. 213mm로의 파장 변환 후에, 이 Q-스위치 펄스 레이저는 약 10ns의 펄스폭을 갖는다. 펄스폭에 광속을 곱하여, 펄스의 길이 Lp=3m가 연산된다. 광로 길이 차 Lp 또는 그 이상을 갖는 두 개의 광빔의 간섭 현상에서는, 간섭이 다른 펄스 사이의 것이기 때문에 코히어런시가 나타나지 않게 된다. 본 실시예에서는, 코히어런시가 광로 길이 차 3m, 6m, … 로 다시 나타나게 되면, 발진에 의해 발생된 레이저광은 펄스 광이고 각 펄스는 약 3m의 길이를 가지고, 코히어런시는 3m 이상의 광로차에서는 나타나지 않는다.
따라서, 코히어런트 길이 Lc=75mm는 위상 변조를 이용하여 4GHz까지 스펙트럼 폭을 확장하여 실현될 수 있다. 더구나, 코히어런시가 재발생하게 되는 거리는 스펙트럼 성분 사이의 간격을 단축하여 거의 3m까지 충분히 증가될 수 있다. 부가하여, Q-스위치 레이저광의 펄스폭이 약 10ns이기 때문에 코히어런시는 3m 이상의 광로 차에서는 나타나지 않는다. 따라서, 코히어런트 길이 Lc 이상에서의 코히어런시는 무시할 수 있다.
위상 변조를 이용하여 도 4A에서 나타낸 바와 같이, 예를 들어 Δf=4GHz의 넓은 주파수 폭에 걸쳐 주파수 간격 fs=100MHz에서 조밀하게 분포되는 스펙트럼 성분을 발생하는 방법이 이하 설명된다.
본 발명에서는, 상술된 스펙트럼 성분은 크게 두 개의 개별적인 발생 장치를 조합하여 발생된다. 장치중 하나는 파장 변환 이전에 기본 레이저광을 위상 변조하고, 다른 것은 복수의 주파수를 이용하여 위상 변조를 실행하는 것이다.
기본 레이저광을 위상 변조하는 효과가 먼저 설명된다.
상술된 바와 같이, 자외선 광만이 직접 위상 변조되면, 도 4A에서 나타낸 바와 같이, 스펙트럼 선 폭 4GHz을 갖는 넓은 범위에 걸쳐 스펙트럼 성분을 발생하는 것이 매우 어렵게 된다.
위상 변조가 식(9)에 의해 예로서 나타낸 위상 변조 함수 Φ(t)로 실행되면.
약 2m의 스펙트럼 성분이 새로 발생하여, 위상 변조된 스펙트럼 성분은 약 Δf=2mfm의 주파수 폭으로 확산되게 된다. 따라서, Δf=2mfm=4GHz를 실현하기 위해서, 위상 변조가 예를 들어 fm = 200MHz에서 행해지면, 변조 진폭 m=10이 필요하게 되어, 충분한 고전압을 위상 변조 장치에 인가하여야 한다. 더구나, 자외선 광을 투과할 수 있는 전기 광학적 결정이 제한되어 있어, 인산 이수소 칼륨(KH2PO4), 인산 이수소 암모늄(NH4H2PO4) 또는 β-붕산 바륨(β-BBO)과 같은 전기 광학계 효과가 적은 결정만이 사용될 수 있게 된다. 따라서, 변조 진폭 m=10을 실현하기 위해서, 5kV 이상의 진폭의 전압이 위상 변조 장치에 일반적으로 인가되어야 하기 때문에 이 변조 진폭을 실현하기가 어렵다. 위상 변조가 고주파수, 예를 들어 주파수 fm=1GHz에서 실행되는 경우, m=2 정도가 충분하다. 그러나, 고주파수와 큰 진폭의 전압이 필요하기 때문에 위상 변조를 실현하기가 어렵다.
상술된 바와 같이, 자외선 광을 간단히 직접 위상 변조함으로써 스펙트럼 선폭을 확장하기 위해 4GHz의 넓은 범위에 걸친 자외선 광의 변조는 고전압이 필요하기 때문에 실현될 수 없다.
본 발명은 파장 1064nm을 갖는 파장 변환 이전에 기본 레이저광을 위상 변조함으로써 이 문제의 해결책을 제공한다. 이것은 다음의 두 효과를 들 수 있다:
첫째로, 기본 레이저광의 파장 변환에 의한 제5 고조파를 발생함으로써, 스펙트럼 폭을 5배의 스펙트럼 폭으로 확장할 수 있다. 그 이유는 진폭 m의 기본 레이저광의 위상 변조가 식(14)에 의해 나타낸 바와 같이, 제5 고조파에서는 진폭 5m 에서의 위상 변조와 동일하기 때문이다:
둘째로, 티탄산 인산 포타슘(KTiOPO4:KTP), 티탄산 비산 포타슘(KTiOAsO4), 티탄산 비산 루비듐(RbTiOAsO4), 티탄산 비산 세슘(CsTiOAsO4), 니오브산 리튬(LiNoO3), 또는 탄탈산 리튬(LiTaO3)이 고전기 광학적 결정으로 사용될 수 있다.
이하에서는, 이들 결정이 자외선 광을 투과할 수 없기 때문에, 이들 결정은 제5 고조파를 변조하는 데에 사용될 수 없다. 예를 들어, KTiOPO4는 β-BBO의 것보다 20배 높은 전기 광학적 변조 효율을 나타내고 있다. 따라서, 인가되는 전압은 동일한 크기의 결정을 이용할 때의 것의 12분의 1보다 더 크지 않다.
상기 두 효과에 의해서, 파장 213nm를 갖는 제5 고조파의 스펙트럼 폭은 파장 변조 이전에 예를 들어 파장 1064nm의 기본 레이저광의 위상 변조에 의해 확장될 수 있다. 예를 들어, 스펙트럼 폭을 제5 고조파에서는 4GHz로 확장하기 위해서, 800MHz의 스펙트럼 폭으로 기본 레이저광의 폭을 증가시키는 것이 좋다. 이것은 변조 주파수가 fm=200MHz이고 변조 지수 m이 2 정도에서 기본 레이저광을 위상변조하여 실현될 수 있다. 이 변조 지수는 위상 변조 장치(1)의 재료를 KTP로 하여, 레이저광이 결정 내를 통과하는 길이가 60mm이고 전극 대 전극 길이가 1mm인 경우, 약 50V의 진폭과 200MHz의 주파수의 전압 신호를 위상 변조 장치(1)에 인가하여 실현할 수 있다.
복수의 주파수를 이용한 위상 변조 효과가 이하 설명된다.
위상 변조가 단일 주파수로 실행되면, 분리로 인한 스펙트럼 성분의 강도는 베셀 함수의 2승에 비례하여, 스펙트럼의 전체 형상은 제한되게 된다. 더구나, 코히어런시의 재출현의 거리 Ls를 길게 하기 위해서, 주파수 간격 fs를 단축하고 스펙트럼을 확장해야 하므로, 변조 지수 m의 값이 더 클 것이 필요하다. 예를 들어, fs=100MHz에서 스펙트럼 폭이 Δf=800MHz로 확장되면, 변조 지수 m=4 정도가 되고, 상술한 KTP를 이용한 위상 변조 장치의 예에서는 Vp-p=100V이 되는 보다 고전압이 필요하게 되고, 더욱 이 때의 스펙트럼의 형상은 로렌즈형으로부터 실질적으로 벗어나게 된다.
따라서, 본 발명에 있어서는, 복수의 주파수를 사용하여 동시에 위상 변조를 행함으로써 상기 문제를 해결한다. 또, 주파수 간격 fs을 감소시키고, 스펙트럼 폭을 충분히 확장하고, 또한 로렌즈형에 근접한 스펙트럼 형상을 실현하는 것이 가능하게 된다.
복수의 주파수를 사용하여 동시에 위상 변조한 경우, 임의의 주파수 성분에서 위상 변조에 의해 발생된 스펙트럼 성분은 더 많은 스펙트럼 선을 발생하기 위해 다른 주파수 성분에 의해 더 분할된다. 예를 들어, 위상 변조가 fm1=200MHz이고 m1=0.2 정도에서 실행되고, 위상 변조가 fm2=97MHz이고 m2=1.4 정도에서 실행되면, 도 2C에서 나타낸 바와 같은 스펙트럼 형상으로 스펙트럼 간격 fs이 97MHz이고 전체 스펙트럼 폭 Δf가 800MHz인 스펙트럼이 생기게 된다. 발생된 스펙트럼 성분이 중첩되어 서로 상쇄되지 않게 하기 위해 두 주파수의 최소 공배수를 충분히 증가시키기 위해 주파수 간격 fs=97MHz가 사용된다. 따라서 스펙트럼 폭이 100MHz의 주파수만을 사용하여 Δf=800MHz 까지 확장될 때의 것과 비교 가능한 효과가 절반 위상 변조 지수로 성취될 수 있다. 부가하여, 많은 개수의 주파수 성분의 신호에 적당한 진폭을 인가하여, 로렌즈형의 것에 더 가까운 스펙트럼 형상을 성취할 수 있다.
복수의 주파수를 이용하여 위상 변조를 실행하기 위해서, 서로 다른 주파수의 전압을 직렬로 배열된 복수의 위상 변조 장치에 인가하는 방법, 또는 복수의 주파수를 갖는 신호를 하나의 위상 변조 장치에 인가하는 방법이 사용될 수 있다.
이들 두 방법이 결합되면, 복수의 주파수를 갖는 기본 레이저광의 위상 변조에 의해 저전압에서 넓은 스펙트럼 폭에 걸쳐 조밀하게 스펙트럼 성분을 발생하는 것이 가능하게 된다. 위상 변조된 기본 레이저광이 제5 고조파로 변환되면, 스펙트럼 폭은 5배의 값으로 확장될 수 있다. 더구나, 각 주파수 성분의 위상 변조 지수를 최적화하여, 제5 고조파의 엔벨로프를 최적의 로렌즈형의 것에 근접시킬 수 있다. 이 스펙트럼을 발생함으로써, 코히어런트 길이가 약 765mm로 짧아질 수 있다.
도 5는 로렌즈형의 것에 가까운 스펙트럼이 복수의 주파수를 인가하여 발생되게 되는 예를 나타낸다. 상기 실시예에서의 코히어런트 길이와 스펙트럼 폭은 각각 75mm와 4GHz이지만, 코히어런트 길이는 변조 지수와 전압을 적당하게 하여 30 내지 180mm로 조정될 수 있다.
위상 변조 장치의 재료는 이전에 설명된 바와 같이, 적외선 광 근처를 투과시킬 수 있는 전기 광학 결정 어느 것이어도 된다.
KTP로서는, 일 예로서, 펄스당 20J/㎠가 KTP의 Q-스위치 펄스 레이저에 의한 레이저 손상의 임계치로 기록된다. 한편, 상술된 자외선 노장 장치의 광원으로 사용되는 Nd:YAG Q-스위치 레이저 발진 장치의 펄스 강도는 1mJ 정도이다. 빔의 직경이 0.3mm이면, 파워 밀도가 1.4J/cm2이 되어, 이것은 레이저 손상의 임계치의 약 1/15으로서, 레이저 손상의 발생이 방지될 수 있다.
위상 변조 장치의 개구가 1mm×1mm이면, 어떠한 회절 손실도 생기지 않는다. 위상 변조 지수 m는 KTP의 전기 광학 변조 상수를 r, KTP의 굴절률을 n, 이용된 파장을 λ, 전극간의 거리를 d, 결정 길이를 l 및 인가 전압을 V로 할 때, 다음 식 (15)로 나타낸다.
λ=106mm, r=35pm/V, n=1.83 및 d=1mm로 대체하고, 결정 길이 l=60mm로 설정하면, 위상 변조 지수 m=2가 인가 전압 V=50V 정도로 실현될 수 있다.
부가하여, KTP는 조해성(潮解性, delinquency)를 나타내지 않아 화학적으로 안정적인 이점이 있다.
도 6은 상술한 크기의 KTP로 형성된 위상 변조 장치의 구조를 설명하고 있다.
도 6에서, 전기 광학 결정 소자로서 한쌍의 KTP(11)는 마운트(12)상에서 미리 설정된 위치에 배치된다. 축 b을 KTP(11)의 길이 방향으로 하고, 축 c을 축 b에 대해 수직으로 또한 KTP(11)의 장착면에 수직으로 하고, 축 a을 축 b와 축 c에 대해 수직으로 하면, 각 KTP(11)의 한 쌍의 면은 축 a와 축 c을 포함하는 a-c면에 평행하게 된다.
각 KTP(11)의 축 a와 b에 의해 형성된 a-b면에 평행한 한쌍의 면에 형성된 전극중 한 쪽에, 후에 설명되는 전압 증폭기(15)로부터의 전압 신호가 커넥터(13)를 거쳐 인가되고, 대향측 전극은 접지되어 있다. 전압 발생기(14)는 위상 변조 주파수를 발생하며 이 발생된 전압 신호를 전압 증폭기(15)에 출력한다. 전압 증폭기(15)는 전압 발생기(14)에 의해 발생된 전압 신호를 증폭하여 출력한다.
도 6에서 나타낸 위상 변조 장치에서, 길이 방향으로 크기가 60mm인 하나의 결정이 KTP로서 사용되고 있지 않다. 대신에, 길이 방향으로 크기가 30mm인 2개의 결정이 가공시에 용이하게 서로 직렬 배열된다. 그 길이 방향에 수직인 KTP의 표면은 각 측이 1mm의 길이인 사각형상으로 되어 있다.
도 6에서는, 기본 레이저광은 사각형 측면중 한 측면이며 외향으로 향하는 측면 h1로부터 입사되는 기본 레이저광이다. 입사된 기본 레이저광은 전압 변조기(14)에 의해 출력된 위상 변조 주파수로 위상 변조된다. 위상 변조 레이저광은 대향측 사각형 표면 h2에서 외측으로 출력된다.
상술된 실시예에서는, Q-스위치 Nd:YAG 레이저의 높은 코히어런트 제5 고조파의 코히어런트 길이는 기본 레이저광의 위상 변조와 복수의 주파수에서의 위상 변조에 의해 투영 장치에 대해 바람직한 약 30 내지 180mm로 감소될 수 있다. 결과는 더욱 소형이면서 독성이 거의 없고, 종래의 엑시머 레이저보다 취급이 더욱 용이하며 더 적은 에너지를 소비하는 Q-스위치 Nd:YAG 레이저가 자외선 노광 장치에 적용될 수 있다. KTP 또는 그 유도체의 결정을 이용한 위상 변조 장치가 이용될 수 있다.
도 3은 균일한 조명 장치에 이용되는 레이저빔을 출사하는 광원으로서, Q-스위치 레이저광원, 위상 변조 장치, 및 파장 변환 장치로 구성된 자외선 레이저 발생 장치를 이용한 반도체 노광 장치를 나타내고 있다.
상술된 자외선 레이저광 발생 장치에서, Nd:YAG로 형성되며 단일 모드에서의 발진을 위해 설계된 Q-스위치 레이저광원이 기본 광원으로서 사용된다. 기본 레이저광은 복수의 주파수 성분으로 위상 변조 장치에 의해 변조되며 파장 변환 장치에 의해 제5 고조파로 파장 변환된다.
따라서, 스펙트럼 폭이 충분히 확장될 수 있으며 코히어런시는 소진폭의 사인파를 위상 변조시에 인가하여도 충분히 저하될 수 있다. 더구나, 자외선 레이저 광 발생 장치와 균일 조명 장치의 결합에 의해 스페클이 제거될 수 있다.
스페클(간섭 노이즈)은 또한 균일 조명 장치(7)의 구조에 따라서 선명도의 정도가 다르다. 노광을 위한 자외선 레이저광으로 이용되는 레티클(201)상에서의 조명 영역이 장방형 또는 슬릿 형상이고 그 조명 영역에서의 강도 분포의 균일성을 수 % 미만으로 하는 광학계로서, 2차 광원 표면이 플라이-아이(fly-eye) 렌즈 적분기에 의해 생성되게 되고, 여기에서 많은 개수의 2차 광원(점광원)이 평면 내에 분포되어 있다.
이 경우, 미리 설정된 거리내에서 여러 2차 점 광원 중에서 서로 근접하여 위치된 점광원으로부터 진행하는 광선이 광학 적분기에 입사되는 자외선 레이저광의 코히어런트 길이에 따라서 서로 간섭하게 되는 경우가 있다. 이 간섭에 의해, 광학 적분기에 의해 형성된 여러 2차 광원의 배열 방향과 관련되는 1차 또는 2차 간섭 프린지가 레티클(201)상에 또는 웨이퍼(203)상에 나타난다. 간섭 프린지의 선명도는 자외선 레이저광의 코히어런트 길이에 따라 다르다.
이들 간섭 프린지는 주기적이어서 본래의 랜덤한 간섭 현상을 나타내는 스페클과는 구별된다. 그러나, 넓게 보면, 둘 다 간섭 현상을 나타내고, 레이저광의 코히어런트 길이가 최대로 긴 경우, 랜덤 스페클 패턴과 주기적인 코히어런트 길이는 모두 높은 선명도로 나타난다. 코히어런트 길이 저하로, 랜덤 스페클 패턴의 선명도는 허용값보다 더 낮은 수준으로 떨어져 제로로 감소되게 된다. 코히어런트 길이가 더욱 저하하면, 주기 간섭 프린지의 선명도도 또한 허용값 이하로 떨어져 제로로 감소되게 된다.
실제의 노광 장치에서는, 간섭 프린지의 콘트라스트가 몇 퍼센트 정도일 때에도 레티클(201)의 회로 패턴을 반도체 웨이퍼(203)에 전사할 때에 이미지 품질의 저하를 일으킬 수 있다. 이 경우, 광학 적분기에 입사되는 자외선 레이저광의 입사각을 예를 들면 발진 미러에 의한 펄스 발진과 함께 미소 변화시켜, 다수의 2차 광원의 사이에 위상차(광로 길이차)를 부여하여 레티클이나 반도체 웨이퍼상의 간섭 프린지를 그 피치 방향으로 1/2 주기의 정수배에 걸쳐 변위시킴으로써 반도체 웨이퍼상의 노광량 분포를 적산적으로 균일화하는 방법을 이용할 수 있다.
또한, 광학 적분기를 이용하는 반도체 웨이퍼상에 생긴 간섭 프린지는 적분기 앞에 설치되어 랜덤한 방향으로 자외선 레이저광을 투과 분산시키는 원형의 확산판(레몬 스킨 등)의 노광 작용 동안에 고속 회전에 의해 감소된다. 이 경우, 노광양 분포는 펄스 광 마다 랜덤한 방향으로 발생되는 다수의 간섭 프린지의 중첩 적산에 의해 평균화된다. 노광 장치에서는, 반도체 웨이퍼상에의 산발적인 조명이 최고로 균일화되는 것, 즉 목표의 노광양이 반도체 웨이퍼상에서 임의의 샷 영역의 어느 지점에서도 ±1% 이내의 정밀도로 주어지게 되는 것이 중요하다. 따라서, 발진 미러나 원형 확산판에 의해 동적 간섭성 저감 장치가 균일 조명 장치(7)에 설치되면, 자외선 레이저광의 코히어런트 길이는 동적 간섭 발생 장치의 성능을 감소시키는 간섭 노이즈도 고려하여 결정된다.
물론, 균일 조명 장치(7)로서, 상기한 동적 간섭성 저감 장치는 파장 변환 장치(3)로부터의 자외선 레이저광 빔을 복수의 광빔으로 분할하여 이 분할된 빔에 다른 광로 차를 부여한 후 하나의 광빔으로 재합성하는, 코히어런시를 저감하는 정적 간섭성 저감 장치와 결합하여 사용될 수 있다.
이 경우, 노광 조명계는 구조가 복잡하게 되고 실질적인 조명 광로가 또한 연장되어, 광량의 손실을 약간 증가시킨다. 그러나, 파장 변환 장치(3)로부터의 자외 레이저광의 코히어런트 길이가 꽤 긴 범위(예를 들어 500mm 정도 까지)가 되어도 대응 가능하게 되는 큰 이점이 있다 이와 같은 큰 값의 코히어런트 길이 까지 허용된다는 것은, 고주파수 발생기(4)에서 발생된 위상 변조를 위한 고주파수 신호의 실질적인 주파수 스펙트럼의 폭(복수의 주파수의 분포폭)이 저감되어 고주파수 신호 발생기(4)의 구조를 간단화할 수 있는 것을 의미한다.
마지막으로, 상기한 반도체 노광 장치를 이용한 회로 패턴을 제조하는 방법이 설명된다.
회로 패턴을 제공하는 방법은 종단 모드로의 발진을 위해 설계된 펄스 레이저광원으로부터 나오는 기본 레이저광이 기본 레이저광의 파장의 1/n(n은 2 이상인 자연수)인 중심 파장을 갖는 자외선 레이저광을 발생하기 위한 파장 변환 장치에 입사되게 하고, 이렇게 발생된 자외선 레이저광은 감광성 기판상에서 투영 광학계를 거쳐 마스크의 패턴을 투사하기 위해 마스크상에 조명되는 방법이다. 이 방법은 전자 광학적 위상 변조 장치에 의해 기본 레이저광을 위상 변조하여, Δλ이 투영 광학계에 의해 허용되는 색수차량과 관련되는 자외선 레이저광의 파장폭일 때, 파장 변환 장치상에 입사되는 기본 레이저광의 실질적인 스펙트럼 폭은 거의 n·Δλ이 되게 하는 단계와, 위상 변조 장치를 구동하는 신호의 주파수 성분를 설정하여 광 투영 장치의 투영 광학계를 구성하는 렌즈군이 단일 종류의 유리 재료로 구성되면, 자외선 레이저광의 파장 폭 Δλ에 대응한 코히어런트 길이가 거의 80mm 이상이 되게 하고, 위상 변조 장치를 구동하는 신호의 주파수 성분을 설정하여 투영 광학계가 복수 종류의 유리 재료로 형성된 무색 투영 렌즈, 또는 투과 광학 렌즈와 반사 광학 소자의 조합에 의해 형성되면, 자외선 레이저광의 파장폭 Δλ에 대응하는 코히어런트 길이가 거의 80mm 이하가 되게 하는 단계를 포함한다.
단순화된 구조가 자외선 레이저광 발생 장치의 광원의 외측에 부가되는 반도체 노광 장치의 상술된 구조에서는, 자외선 레이저광 발생 장치로부터 출사되는 레이저광은 광원의 다중 모드 발진을 일으키거나 자외광 발생 장치의 구조를 변형할 필요 없이 스페클을 제거하기 위해 코히어런시가 감소될 수 있다.
자외선 레이저광 발생 장치의 광원으로서 적외선 근처의 레이저광을 이용하고, 또한 전용 위상 변조 장치에 의해 레이저광을 위상 변조함으로써, 이용될 수 있는 전기 광학 결정은 자외광의 스펙트럼 폭을 확장하기 위해 직접 위상 변조되게 되는 경우에 비교하여 다양해질 수 있다.
도 1A는 로렌즈 타입 스펙트럼을 나타내는 그래프
도 1B는 로렌즈 타입 스펙트럼에 의해 나타낸 광로 길이 차와 선명도(visibility) 사이의 관계를 나타내는 그래프.
도 2A, 2B, 및 2C는 본 발명을 구현하는 반도체 노광 장치를 구성하는 레이저광 발생 장치의 위상 변조 장치에 의해 복수의 주파수로 위상 변조된 파워 스펙트럼을 설명하는 그래프.
도 3은 노광 장치의 도식적인 구조의 예를 나타내는 블럭도.
도 4A는 위상 변조 장치로 실현 가능한 로렌즈 타입 엔벨로프(envelope)의 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 4B 및 4C는 엔벨로프의 스펙트럼에 의해 나타내는 광로 길이 차와 선명도 사이의 관계를 설명하는 그래프.
도 5는 위상 변조 장치에 의한 위상 변조시 얻어지는 엔벨로프의 예시도.
도 6은 KTP를 전기 광학적 결정으로서 이용하는 위상 변조 장치의 구체적 구성도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 위상 변조 장치
2 : (Nd:YAG) Q-스위치 레이저 장치
3 : 파장 변환 장치
4 : 고주파수 신호 발생기
5 : 고주파수 증폭기
7 : 균일 조명 장치
8 : 투영 장치
9 : 슬릿

Claims (64)

  1. 반도체 노광 장치에 있어서,
    자외선 레이저광 발생 장치;
    광로 차를 발생하는 작용을 갖는 균일 조명 장치(uniform illumination device); 및
    상기 균일 조명 장치로부터 출사되는 레이저광을 이용하여 미리 설정된 패턴을 기판상에 투영하기 위한 투영 장치(projection device)를 포함하고,
    상기 자외선 레이저광 발생 장치는,
    종단(longitudinal single) 모드로 발진되는 펄스 레이저광원;
    상기 펄스 레이저광원으로부터 출사되는 상기 기본 레이저광을 복수의 주파수 성분으로 이루어지는 전압 신호로 위상 변조하기 위한 위상 변조 장치; 및
    상기 위상 변조 장치에 의해 위상 변조된 상기 기본 레이저광의 파장을 상기 자외선의 파장으로 변환하기 위한 파장 변환 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 노광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 펄스 레이저광원은 Q-스위칭 방법에 의해 발진되도록 구성되는 Nd:YAG 레이저이고, 상기 파장 변환 장치는 펄스 레이저광원으로부터 출사되는 레이저광의 파장을 제5고조파로 변환하는 것을 특징으로 하는 반도체 노광장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광 투영 장치의 투영 광학계를 구성하는 렌즈군은 단일 종류의 유리 재료로 형성되고 상기 자외선 레이저광 발생원으로부터 출사되는 자외선 레이저광은 코히어런트 길이(coherent length)가 80mm 이상 180mm 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 노광 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 투영 장치는 복수 종류의 유리 재료로 형성된 무색 투영(achromatic projection) 렌즈를 갖고 상기 자외선 레이저광 발생원으로부터 출사되는 자외선 레이저광은 코히어런트 길이가 30mm이상 80nm이하인 것을 특징으로 하는 반도체 노광 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 투영 장치는 복수 종류의 유리 재료로 형성된 무색 투영 렌즈 또는 투과 광학 렌즈(transmitting optical lens)와 반사 광학 소자의 조합에 의해 형성되고, 상기 구동 신호 발생 회로에 의해 생성된 상기 복수의 주파수 성분은 상기 자외선 레이저광의 최소 코히어런트 길이가 30mm이고 최대 코히어런트 길이가 80mm이도록 설정되는 것을 특징으로 하는 반도체 노광 장치.
  6. 종단 모드로 발진하도록 구성된 펄스 레이저광원으로부터 출사되는 기본 레이저광이 상기 기본 레이저광의 파장의 1/n(n은 2 이상인 자연수)인 중심 파장을 갖는 자외선 레이저광을 발생하기 위한 파장 변환 장치에 입사되게 한 다음에, 발생된 상기 자외선 레이저광을 마스크상에 조명하여 투영 광학계를 통해 상기 마스크의 패턴을 감광성 기판상에 전사시키는 투영 노광 장치에 있어서,
    상기 파장 변환 장치와 상기 마스크 사이에 설치되어 상기 마스크를 조명하는 자외선 레이저광의 코히어런시(coherency)에 응답하여 상기 감광성 기판상에 발생된 상기 간섭 노이즈의 선명도(visibility)를 감소시키는 간섭성 저감 장치;
    상기 자외선 레이저광의 코히어런트 길이를 제어하기 위해 복수의 주파수 성분을 포함하는 전기 신호에 응답하여 상기 파장 변환 장치에 입사되는 상기 기본 레이저광을 위상 변조하기 위한 위상 변조 장치; 및
    상기 파장 변환 장치로부터 출사되는 상기 자외선 레이저광의 상기 코히어런트 길이가 상기 패턴의 전사시에 허용되는 상기 투영 광학계의 최대 색수차를 생성하는 파장 폭에 대응하는 최소 코히어런트 길이와 상기 간섭성 저감 장치에 의해 간섭 노이즈의 선명도를 미리 설정된 허용 범위내로 감소시킬 수 있는 최대 코히어런트 길이 사이로 설정되도록 상기 전기 신호에 포함되는 복수의 주파수 성분을 설정하여, 상기 설정된 주파수 성분을 상기 위상 변조 장치에 공급하는 구동 신호 발생 회로를 포함하는 투영 노광 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 펄스 레이저광원은 Q-스위칭 방법에 의해 발진되게 구성된 Nd:YAG 레이저이고, 상기 파장 변환 장치는 상기 펄스 레이저광원으로부터 출사되는 레이저광의 파장의 1/5인 중심 파장을 갖는 자외선 레이저광을 발생하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 광 투영 장치의 투영 광학계를 구성하는 렌즈군은 단일 종류의 유리 재료로 형성되고, 상기 구동 신호 발생 회로에 의해 발생되는 복수의 주파수 성분은 상기 자외선 레이저광의 최소 코히어런트 길이가 30mm이고 최대 코히어런트 길이가 80mm이도록 설정되는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  9. 종단 모드로 발진하도록 구성된 펄스 레이저광원으로부터 출사되는 기본 레이저광이 상기 기본 레이저광의 파장의 1/n(n은 2 이상인 자연수)인 중심 파장을 갖는 자외선 레이저광을 발생하기 위한 파장 변환 장치에 입사되게 한 다음에, 발생된 상기 자외선 레이저광을 마스크상에 조명하여 투영 광학계를 통해 상기 마스크의 패턴을 감광성 기판상에 전사시키는 회로 패턴 제조 방법에 있어서,
    상기 투영 광학계에 의해 허용되는 색수차량에 연관된 상기 자외선 레이저광의 파장 폭을 Δλ으로 할 때, 상기 파장 변환 장치에 입사되는 상기 기본 레이저광의 실효적인 스펙트럼 폭이 n·Δλ이 되도록 상기 기본 레이저광을 전기 광학 위상 변조 장치로 위상 변조하는 단계; 및
    상기 광 투영 장치의 투영 광학계를 구성하는 렌즈군이 단일 종류의 유리 재료로 형성되면, 상기 자외선 레이저광의 파장 폭 Δλ에 대응하는 코히어런트 길이가 거의 80mm 이상이도록 상기 위상 변조 장치를 구동하는 신호의 주파수 성분을 설정하고, 상기 투영 광학계가 복수 종류의 유리 재료로 형성된 무색 투영 렌즈 또는 투과 광학 렌즈와 반사 광학 소자의 조합으로 형성되면, 상기 자외선 레이저광의 파장 폭 Δλ에 대응하는 코히어런트 길이가 80mm 이하가 되도록 상기 위상 변조 장치를 구동하는 상기 신호의 주파수 성분을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 패턴 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 펄스 레이저광원은 Q-스위칭 방법에 의해 발진되는 Nd:YAG 레이저이고, 상기 파장 변환 장치는 펄스 레이저광원으로부터 출사되는 레이저광의 파장의 1/5인 중심 파장을 갖는 자외선 레이저광을 발생하는 것을 특징으로 하는 회로 패턴 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서, 자외선 레이저광을 입사시켜, 상기 자외선 레이저광의 코히어런시에 따라서 발생되는 감광성 기판상의 간섭 노이즈의 선명도를 감소시키는 간섭성 저감 장치를 동시에 이용하는 단계;
    상기 투영 광학계를 구성하는 렌즈군이 단일 종류의 유리 재료로 형성될 때, 상기 간섭성 저감 장치의 성능에 따라서 상기 자외선 레이저광의 코히어런트 길이의 상한값을 결정하는 단계; 및
    상기 투영 광학계가 복수 종류의 유리 재료로 형성되는 무색 투영 렌즈 또는 투과 광학 렌즈와 반사 광학 소자의 조합으로 형성되면, 상기 감광성 기판을 노광하는 투영시에 허용되는 최대 색수차와 관련되는 최대 파장 폭에 따라서 자외선 레이저광의 코히어런트 길이의 하한값을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 패턴 생성 방법.
  12. 노광 방법에 있어서,
    (a) 위상 변조된 레이저광을 제공하기 위해 복수의 주파수를 동시에 사용하여 레이저광원에 의해 발생된 기본 파장 레이저광을 위상 변조하는 단계; 및
    (b) 상기 위상 변조된 레이저광을 사용하여 기판에 소정의 패턴을 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 복수의 주파수에 의한 위상 변조는 복수의 주파수 성분을 갖는 신호에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 복수의 주파수에 의한 위상 변조는 서로 다른 주파수를 갖는 신호들에 의해 연속적으로 실행되는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  15. 제12항에 있어서, 단계 (a) 이후 및 단계 (b) 이전에,
    (c) 상기 위상 변조된 기본 파장 레이저광의 파장을 미리 설정된 파장으로 변환시키는 단계; 및
    (d) 상기 파장 변환된 레이저광을 개별적인 파장 성분으로 분리하여 상기 미리 설정된 파장만을 추출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  16. 제15항에 있어서, 단계 (d) 이후 및 단계 (b) 이전에,
    (e) 상기 추출된 레이저광의 코히어런트 길이에 따라 기판에 발생되는 간섭 노이즈의 선명도를 저감시키는 작용을 상기 레이저광에 실행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  17. 제16항에 있어서, 단계 (e)는 상기 추출된 레이저광을 분리하여 광 로 길이차를 제공하고 다음에 상기 레이저광을 재결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 광로 길이 차는 상기 레이저광의 코히어런트 길이보다 더 긴 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  19. 제16항에 있어서, 단계 (a)는 펄스 레이저광원의 펄스 발진과 함께 광학 적분기 상에서 상기 추출된 레이저광의 입사 각도를 미세하게 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  20. 제16항에 있어서, 단계 (e)는 상기 추출된 레이저광을 임의의 방향으로 투과(transmit) 및 확산(diffuse)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  21. 제15항에 있어서, 상기 레이저광원은 Q-스위칭 방법으로 발진하는 Nd:YAG 레이저를 포함하고, 상기 파장 변환은 상기 레이저광의 파장을 제5 고조파(harmonics)로 변환하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  22. 제15항에 있어서, 상기 미리 설정된 파장은 자외선 파장을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  23. 제12항에 있어서, 상기 레이저광원은 종단모드로 발진하는 펄스 레이저광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  24. 제12항에 있어서, 상기 패턴은 마스크 상에 형성되고, 상기 패턴은 투영 광학계를 통해 상기 기판에 투영되는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 투영 광학계는 단일 유리 재료로 이루어지고 상기 레이저광은 80 내지 180mm의 코히어런트 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  26. 제24항에 있어서, 상기 투영 광학계는 복수 종류의 유리 재료로 이루어지고 상기 레이저광은 30 내지 80mm의 코히어런트 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  27. 제12항에 있어서, 단계 (a)는 자외선 광을 투과시키지 않는 전기 광학적 결정을 사용하여 상기 기본 파장 레이저광을 위상 변조시키는 것을 포함하고, 단계(b)는 상기 위상 변조된 레이저광을 자외선의 파장으로 변환시킨 후 상기 마스크 상의 상기 패턴을 상기 파장 변환된 레이저광으로 조명하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 전기 광학적 결정은 티탄산 인산 포타슘 (KTiOP4::KTP), 티탄산 비산 포타슘(KTiOAsOP4:KTP), 티탄산 비산 루비듐(RbTiOAsO4), 티탄산 비산 세슘(CsTiOAsO4), 니오브산 리튬(LiNbO3) 또는 탄탈산 리튬(LiTaO3)중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  29. 제12항에 있어서, 단계 (a)는 자외선 광을 투과시키지 않는 전기 광학적 결정을 사용하여 상기 기본 파장 레이저광을 위상 변조시키는 것을 포함하고, 단계 (b)는 상기 위상 변조된 레이저광을 제5 고조파로 변환시킨 후 상기 마스크 상에 형성된 상기 패턴을 상기 제5 고조파로 조명하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 전기 광학적 결정은 KTiOP4, KTiOAsOP4, RbTiOAsO4, CsTiOAsO4, LiNbO3 또는 LiTaO3중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  31. 마이크로 장치를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    위상 변조된 레이저광을 제공하기 위해 복수의 주파수를 동시에 사용하여 레이저광원에 의해 발생된 기본 파장 레이저광을 위상 변조하는 단계; 및
    마스크 상의 회로 패턴을 상기 위상 변조된 레이저광으로 조명하여 상기 회로 패턴을 기판에 노출시킴으로써 상기 마스크 상의 상기 회로 패턴을 상기 기판으로 전사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 장치 제조방법.
  32. 마스크 상에 형성된 패턴을 기판에 노광하는 노광 장비를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    기본 파장 레이저광을 발생하는 레이저광원을 구비하는 단계; 및
    상기 레이저광원과 상기 마스크 사이에 위상 변조 시스템 - 상기 위상 변조 시스템은 복수의 주파수를 동시에 사용하여, 레이저광원에 의해 발생된 상기 기본 파장 레이저광을 위상 변조시킴 -을 구비하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장비 제조 방법.
  33. 제32항에 있어서, 복수의 주파수 성분을 갖는 신호는 상기 위상 변조 시스템에 인가되는 것을 특징으로 하는 노광 장비 제조방법.
  34. 제32항에 있어서, 상기 위상 변조 시스템은 직렬로 연결된 복수의 위상 변조 장치를 포함하고, 각각 서로 다른 주파수를 갖는 신호는 상기 위상 변조 장치에 인가되는 것을 특징으로 하는 노광 장비 제조방법.
  35. 제32항에 있어서, 상기 위상 변조 시스템과 상기 마스크 사이에 파장 변환 장치 - 상기 파장 변환 장치는 상기 위상 변조된 기본 파장 레이저광의 파장을 미리 설정된 파장으로 변환함 - 를 구비하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장비 제조방법.
  36. 제35항에 있어서, 상기 파장 변환 장치와 상기 마스크 사이에 간섭성 저감 장치 - 상기 간섭성 저감 장치는 상기 레이저광의 코히어런트 길이에 따라 상기 기판에 발생하는 간섭성 노이즈의 선명도를 감소시킴 - 를 구비하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장비 제조방법.
  37. 제32항에 있어서, 상기 마스크와 상기 기판 사이에서 상기 마스크 상의 패턴을 상기 기판에 투영하기 위한 투영 광학계를 구비하는 단계를 포함하고, 상기 투영 광학계는 단일 종류의 유리 재료로 형성되고, 상기 레이저광은 80 내지 180mm의 코히어런트 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 노광 장비 제조방법.
  38. 제32항에 있어서, 상기 마스크와 상기 기판 사이에서 상기 마스크 상의 패턴을 상기 기판에 투영하기 위한 투영 광학계를 구비하는 단계를 포함하고, 상기 투영 광학계는 복수 종류의 유리 재료로 형성되고, 상기 레이저광은 30 내지 80mm의 코히어런트 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 노광 장비 제조방법.
  39. 제32항에 있어서, 상기 위상 변조 시스템은 자외선 광을 투과시키지 않는 전기 광학적 결정 - 상기 전기 광학적 결정은 상기 레이저광원과 상기 마스크 사이에 배치되고 상기 기본 파장 레이저광을 위상 변조함 - 을 포함하고,
    상기 방법은 상기 전기 광학적 결정과 상기 마스크 사이에 배치된 파장 변환 장치 - 상기 파장 변환 장치는 상기 위상 변조된 레이저광을 자외선광의 파장으로 변환함 - 를 구비하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장비 제조방법.
  40. 제39항에 있어서, 상기 전기 광학적 결정은 KTiOPO4, KTiOAsO4, RbTiOAsO4, CsTiOAsO4, LiNbO3 또는 LiTaO3중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장비 제조방법.
  41. 제32항에 있어서, 상기 위상 변조 시스템은, 자외선 광을 투과시키지 않는 전기 광학적 결정 - 상기 전기 광학적 결정은 상기 레이저광원과 상기 마스크 사이에 배치되고 상기 기본 파장 레이저광을 위상 변조함 - 을 포함하고,
    상기 방법은 상기 전기 광학적 결정과 상기 마스크 사이에 배치된 파장 변환 장치 - 상기 파장 변환 장치는 상기 위상 변조된 레이저광을 제5 고조파로 변환함 - 를 구비하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장비 제조방법.
  42. 제41항에 있어서, 상기 전기 광학적 결정은 KTiOPO4, KTiOAsO4, RbTiOAsO4, CsTiOAsO4, LiNbO3 또는 LiTaO3중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장비 제조방법.
  43. 노광 방법에 있어서,
    레이저광원에 의해 발생되는 기본파 레이저광을 위상 변조하는 단계; 및
    상기 위상 변조된 레이저광을 파장 변환하는 단계를 포함하고,
    상기 위상 변조는 상기 파장 변환 이후의 상기 레이저광의 코히어런트 길이가 30mm 이상이 되도록 실행되는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  44. 제43항에 있어서, 상기 위상 변조는 상기 파장 변환 이후의 상기 레이저광의 코히어런트 길이가 30mm 이상 180mm 이하가 되도록 실행되는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  45. 제44항에 있어서, 상기 파장 변환 이후의 상기 레이저광을 사용하여, 복수 종류의 유리 재료로 형성된 투영 광학계를 통해 마스크 상에 형성된 소정의 패턴을 기판으로 전사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  46. 제43항에 있어서, 상기 위상 변조는 복수의 주파수를 사용하여 상기 기본 파장 레이저광에 대해 실행되는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  47. 제43항에 있어서, 상기 위상 변조는 자외선을 투과시키지 않는 전기 광학적 결정을 사용하여 실행되고, 상기 파장 변환시 상기 위상 변조된 레이저광은 자외선 파장의 광 또는 제5 고조파로 변환되는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  48. 마이크로 장치를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    제43항에 따른 노광 방법을 사용하여 마스크 상에 형성된 회로 패턴을 기판에 전사함으로써 마이크로 장치를 제조하는 것을 특징으로 하는 마이크로 장치 제조방법.
  49. 노광 방법에 있어서,
    레이저광원에 의해 발생되는 기본 파장 레이저광을 위상 변조하는 단계; 및
    상기 위상 변조된 레이저광을 파장 변환하는 단계를 포함하고,
    위상 변조는 파장 변환 이후의 레이저광의 코히어런트 길이가 180mm이하가 되도록 실행되는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  50. 제49항에 있어서, 상기 위상 변조는 파장 변환 이후의 상기 레이저광의 코히어런트 길이가 80mm 이상 및 180mm 이하가 되도록 실행되는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  51. 제50항에 있어서, 상기 파장 변환 이후의 상기 레이저광을 사용하여, 단일 종류의 유리 재료로 형성된 투영 광학계를 통해 마스크 상에 형성된 소정의 패턴을 기판으로 전사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  52. 제49항에 있어서, 상기 위상 변조는 복수의 주파수를 사용하여 상기 기본 파장 레이저광에 대해 실행되는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  53. 제49항에 있어서, 상기 위상 변조는 자외선을 투과시키지 않는 전기 광학적 결정을 사용하여 실행되고, 상기 파장 변환시 상기 위상 변조된 레이저광은 자외선 파장의 광 또는 제5 고조파로 변환되는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  54. 노광 방법을 사용하여 마스크 상에 형성된 회로 패턴을 기판에 전사시킴으로써 마이크로 장치를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    레이저광원에 의해 발생되는 기본 파장 레이저광을 위상 변조하는 단계; 및
    상기 위상 변조된 레이저광을 파장 변환하는 단계를 포함하고,
    위상 변조는 파장 변환 이후의 레이저광의 코히어런트 길이가 180mm이하가 되도록 실행되는 것을 특징으로 하는 마이크로 장치 제조방법.
  55. 마스크 상의 패턴을 기판에 노출하는데 사용되는 노광 장치를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    기본 파장 레이저광을 발생하는 레이저광원을 구비하는 단계;
    상기 레이저광원과 상기 마스크 사이에서 상기 레이저광원으로부터 발생되는 기본 파장 레이저광에 대해 위상 변조를 실행하는 위상 변조 시스템을 구비하는 단계;
    상기 위상 변조 시스템과 상기 마스크 사이에서 상기 위상 변조 시스템에 의해 위상 변조되는 상기 레이저광의 파장을 변환시키는 파장 변환 시스템을 구비하는 단계; 및
    상기 파장 변환 시스템에 의한 파장 변환 이후의 상기 레이저광의 코히어런트 길이는 30mm 이상이 되도록 상기 위상 변조 시스템으로 위상 변조를 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치 제조방법.
  56. 제55항에 있어서, 상기 위상 변조 시스템은 파장 변환 이후의 상기 레이저광의 코히어런트 길이는 30mm 이상 및 80mm이하가 되도록 위상 변조를 실행하는 것을 특징으로 하는 노광 장치 제조방법.
  57. 제56항에 있어서, 상기 마스크와 상기 기판 사이에 복수 종류의 유리 재료로 형성된 투영 광학계를 구비하는 단계를 더 포함하고, 상기 투영 광학계는 상기 패턴을 상기 기판에 투영하는 것을 특징으로 하는 노광 장치 제조방법.
  58. 제55항에 있어서, 상기 위상 변조 시스템은 복수의 주파수를 사용하여 위상 변조를 실행하는 것을 특징으로 하는 노광 장치 제조방법.
  59. 제55항에 있어서, 상기 위상 변조 시스템은 자외선을 투과시키지 않는 전기광학적 결정을 포함하고, 상기 파장 변환시 상기 위상 변조된 레이저광은 자외선 파장의 광 또는 제5 고조파로 변환되는 것을 특징으로 하는 노광 장치 제조방법.
  60. 마스크 상의 패턴을 기판에 노출하는데 사용되는 노광 장치를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    기본 파장 레이저광을 발생하는 레이저광원을 구비하는 단계;
    상기 레이저광원과 상기 마스크 사이에서 상기 레이저광원으로부터 발생되는 기본 파장 레이저광에 대해 위상 변조를 실행하는 위상 변조 시스템을 구비하는 단계;
    상기 위상 변조 시스템과 상기 마스크 사이에서 상기 위상 변조 시스템에 의해 위상 변조되는 상기 레이저광의 파장을 변환시키는 파장 변환 시스템을 구비하는 단계; 및
    상기 파장 변환 시스템에 의한 파장 변환 이후의 상기 레이저광의 코히어런트 길이는 180mm 이하가 되도록 상기 위상 변조 시스템으로 위상 변조를 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치 제조방법.
  61. 제60항에 있어서, 상기 위상 변조 시스템은 파장 변환 이후의 상기 레이저광의 코히어런트 길이가 80mm 이상 및 180mm이하가 되도록 위상 변조를 실행하는 것을 특징으로 하는 노광 장치 제조방법.
  62. 제61항에 있어서, 상기 마스크와 상기 기판 사이에서 단일 종류의 유리 재료로 형성된 투영 광학계를 구비하는 단계를 더 포함하고, 상기 투명 광학계는 상기 마스크 상의 상기 패턴을 상기 기판에 투영하는 것을 특징으로 하는 노광 장치 제조방법.
  63. 제60항에 있어서, 상기 위상 변조는 복수의 주파수를 사용하여 상기 기본 파장 레이저광에 대해 상기 위상 변조 시스템에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 노광 장치 제조방법.
  64. 제60항에 있어서, 상기 위상 변조 시스템은 자외선을 투과시키지 않는 전기 광학적 결정을 포함하고, 상기 위상 변조 시스템은 레이저광을 자외선 광의 파장 또는 제5 고조파로 변환시키는 것을 특징으로 하는 노광 장치 제조방법.
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