KR100514063B1 - 투영광학계와 노광장치 - Google Patents

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Abstract

물체면 위의 패턴을 축소된 크기로 화상면에 투영하고 화상면으로부터 광경로를 따라서 제 1미러와, 제 2미러와, 제 3미러 및 제 4미러를 포함하는 캐터옵트릭형 투영광학계(cataoptric projection optical system)로서, 상기 제 3미러와 제 4미러는 상기 제 1미러와 제 2미러 사이에 배치된다.

Description

투영광학계와 노광장치{PROJECTION OPTICAL SYSTEM AND EXPOSURE APPARATUS}
본 발명은, 일반적으로 리소그래피를 사용하는 투영광학계와 노광장치에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 자외선("UV")과 극자외선("EUV")광을 사용하여 반도체 웨이퍼용 단결정 기판과, 액정디스플레이("LCD")용 유리기판 등의 피사체를 투영노광하는 캐터옵트릭형 또는 반사형 투영광학계(cataoptric or reflection type projection optical system)와, 노광장치 및 디바이스의 제조방법에 관한 것이다.
전자기기의 소형화 및 박형화에 대한 최근의 수요에 따라서, 이들 전자기기에 장착되는 미세한 반도체소자가 더욱 더 요구되고 있다. 예를 들면, 마스크 패턴에 대한 설계법칙은 라인과 스페이스("L & S")가 0.1㎛ 이하의 크기를 가지는 화상이 광범위하게 형성하는 것을 요구하고, 특히 향후에 80nm 이하의 회로패턴의 형성으로 이행하게 되는 것이다. L & S는, 노광에 있어서 동일한 라인과 스페이스폭을 가지는 웨이퍼에 투영된 화상을 나타내고, 노광 해상도의 척도로서 기능한다.
반도체소자를 제조하는 대표적인 노광장치인 투영노광장치는, 마스크(레티클) 위에 묘화된 패턴을 웨이퍼에 투영노광하는 투영광학계를 포함한다. 투영노광장치의 해상도 R(화상의 정밀한 전사가 가능한 최대크기)는, 하기 식:
과 같이, 광원의 파장 λ과 투영광학계의 개구수(NA)를 이용함으로써 주어질 수 있다.
파장을 짧게 하면 할수록 또한 NA가 증가하면 할수록, 해상도가 향상된다. 최근의 경향은, 해상도가 더욱 작은 값이 되도록 요구되고 있으나, 증가된 NA만을 사용하여서는 이러한 요구를 만족하기가 곤란하고, 단파장을 사용하여 해상도가 향상되기를 기대하고 있다. 현재, 노광 광원은 KrF 엑시머 레이저(대략 248nm의 파장을 가짐)와 ArF 엑시머 레이저(대략 193nm의 파장을 가짐)로부터 F2 엑시머 레이저(대략 157nm의 파장을 가짐)로 이행되고 있다. 광원으로서 EUV광의 실용화가 진행되고 있다.
광의 단파장은 광이 투과하는 유리재가 사용가능하므로, 반사소자, 즉 많은 굴절소자, 즉, 렌즈를 사용하는 대신에 미러를 사용하는 것이 투영광학계에 유리하다. 노광광으로서 EUV광이 제안되는 적용가능한 유리재가 존재하지 않아서, 투영광학계는 어떠한 렌즈도 포함할 수 없다. 따라서, 미러만을 가지는 캐터옵트릭형 투영광학계를 형성하는 것이 제안되고 있다.
캐터옵트릭형 투영광학계의 미러는, 반사된 광을 강화하고 반사율을 증가시키기 위해 다층막을 형성하고 있지만, 광학계 전체의 반사율을 증가시키기 위해서는 더욱 적은 수의 미러가 바람직하다. 또한, 상기 투영광학계는, 공동에 대해서 마스크와 웨이퍼를 반대측에 배치함으로써 마스크와 웨이퍼 사이의 기계적 간섭을 방지하도록 짝수개의 미러를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 종래의 3개 또는 4개의 미러계가 파면수차를 감소하는데 곤란함이 있더라도, EUV노광장치에 요구되는 임계치수(또는 해상도)는 종래의 값보다 작으므로, 13.5nm의 파장에 대하여 NA=0.2와 같은 더욱 높은 고NA화가 요구된다. 따라서, 파면수차에 대한 보정의 자유도를 증가시키기 위하여, 대략 6개의 미러의 수로 미러를 비구면으로 형성하는 것이 필요하고(본 출원에서는 "6개의 미러계"로 칭할 수 있음), 이러한 종류의 6개의 미러계가 많이 제안되고 있다(일본국 특허공개 제 2000-100694호공보 및 동 2000-235144호공보).
통상적으로, 노광장치는 물체면에 패턴의 원판형태로서 마스크를 배치한다. 이러한 마스크는 교환되어야 하고 패턴을 노광시에 주사하여야 하므로, 상기 6개의 미러계가 실제의 노광장치에 적용되어야 할 때, 마스크 부근의 충분히 넓은 공간에 스테이지 기기를 배치하여야 한다.
노광장치가 통상적으로 무균실에 수용되므로, 그 전체 크기는 설비제약에 의해서 제한되므로 광학계의 전장이 제한된다. EUV광을 사용하는 노광시에는, 공기 안으로 흡수되어 광경로는 진공을 이루어야 한다. 따라서, 광학계의 크기는 진공드로잉효율로부터 제한된다. 따라서, 광학계의 전장(물체면으로부터 화상면까지의 거리)과 유효직경을 증대시키는 일없이 물체면과 물체면에 가장 근접한 미러(의 반사면) 사이에 충분한 간격이 있어야 한다.
일본국 특허공개 제 2000-100694호공보의 캐터옵트릭형 투영광학계는, 0.14의 NA와 0.16의 NA를 가지는 6개의 미러계를 사용하는 2가지 실시예를 개시하고 있고, 0.14의 NA를 가지는 제 1실시예는, 제 4미러(M4)가 평면미러이기 때문에 대략 5개의 미러계이고, 그것은 NA를 증가시키는데 곤란함이 있다. 또한, 0.16의 NA를 가지는 제 2실시예는 제 4미러(M4)에 대하여 구면미러를 사용하여 설계 자유도를 증가시키지만, 물체면으로부터 화상면까지의 거리는 2m 이상이 요구되고, 실현하는데 곤란함이 있다. 또한, 미러의 최대유효직경은 대략 450mm이고, NA가 높아짐에 따라 증가된다.
어느 쪽의 실시예이더라도 제 2미러(M2)와 제 3미러(M3) 사이에 중간화상을 형성하고, 중간화상으로부터 화상면까지 4개의 미러를 배치한다. 따라서, 광속의 폭은 더욱 높은 고NA화에 의해 더욱 넓어지고, 광속은 특히 중간화상으로부터 화상면까지 확대되어, 소망한 광속 이외의 광속으로부터 미러를 분리하여 배치하는데 어려움이 있다. 따라서, 제 1실시예와 제 2실시예의 어느 것도 0.16 이상의 고NA화를 달성할 수 없다. 미러를 배치하려는 강제적인 시도는 최대유효직경이 확대되는 또 다른 문제를 일으킬 수 있다.
또한, 물체면과 상기 물체면에 가장 근접한 미러(M2) 사이의 거리는 20mm 내지 30mm로서 매우 짧다. 예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이, 제 2미러(M2)와 마스크(R) 사이의 거리는 매우 길다. 일본국 특허공개 제 2000-100694호공보에 개시되어 있는 2가지 광학계를 실제의 노광장치에 적용하는 것은 곤란하다는 것을 이해하여야 한다.
한편, 일본국 특허공개 제 2000-235144호공보는 또한, 0.2, 0.28 및 0.30의 높은 NA를 가지는 6개의 미러 실시예로서 캐터옵트릭형 투영광학계를 개시하고 있다. 그러나, 마찬가지로, 물체면과 상기 물체면에 가장 근접한 상기 미러(M2) 사이의 거리가 80mm 내지 85mm로서 매우 짧으므로, 물체면에 배치된 마스크를 주사하기 위한 스테이지 기구를 배치하는 것이 곤란하다. 또한, 어느 쪽의 실시예에서도 최대유효직경을 가지는 것은 제 4미러(M4)이고, 상기 직경은 0.2의 NA에 대하여 540mm 이상으로 매우 크다. 가장 큰 유효직경은 0.28의 NA에 대하여 650mm보다 큰 직경이고, 미러의 최대유효직경은 고NA화와 동시에 증가한다.
따라서, 본 발명의 대표적인 목적은 EUV 리소그래피에 적용가능하고, 높은 NA를 가지는 6개의 미러계를 달성하고, 미러의 최대유효직경뿐만 아니라 광학계의 전장을 감소시키며, 양호한 결상성능을 실현할 수 있는 투영광학계와 노광장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 의한 제 1측면의 캐터옵트릭형 투영광학계는, 물체 위의 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하고, 화상면으로부터 광경로를 따라서 제 1미러와, 제 2미러와, 제 3미러 및 제 4미러를 포함하는 캐터옵트릭형 투영광학계로서, 상기 제 3미러와 제 4미러는 상기 제 1미러와 제 2미러 사이에 위치한다.
상기 캐터옵트릭형 투영광학계는 6개 이상의 미러를 포함한다. 상기 캐터옵트릭형 투영광학계는 화상면으로부터 광경로를 따라서 상기 제 2미러와 제 4미러 사이에 중간화상을 형성한다. 상기 캐터옵트릭형 투영광학계는 화상면으로부터 광경로를 따라서 상기 제 3미러에 중간화상을 형성한다. 상기 화상면으로부터 광경로를 따라서 상기 제 4미러는 최대유효직경을 가진다. 각각의 미러에서 광축으로부터 본 광경로를 따라서 화상면으로부터 상기 제 4미러에서 상기 제 1미러까지의 주광선의 변위 높이방향은, 화상면으로부터 광경로를 따라서 물체면에서 상기 제 4미러까지의 주광선의 변위 높이방향의 역방향일 수 있다. 상기 캐터옵트릭형 투영광학계의 미러 전체는, EUV광을 반사하는 다층막을 가지는 비구면 미러일 수 있다. 상기 캐터옵트릭형 투영광학계는 화상면 위에 캐터옵트릭형 마스크를 배치할 수 있다.
상기 캐터옵트릭형 투영광학계는 물체면측을 비텔레센트릭하게 형성할 수 있다. 물체면으로부터 방출된 광은 물체면으로부터 광경로를 따라서 5°내지 10°의 입사각으로 제 1미러에 입사될 수 있다. 화상면의 측의 노광영역은 0.8mm 이상의 슬릿폭을 가질 수 있다. 상기 캐터옵트릭형 투영광학계는, 화상면으로부터 물체면의 순서로, 제 2미러와, 제 4미러와, 제 3미러 및 제 1미러를 포함할 수 있고, 상기 캐터옵트릭형 투영광학계는 상기 제 3미러와 제 4미러 사이에 중간화상을 형성한다.
본 발명에 의한 다른 측면의 노광장치는, 상기 캐터옵트릭형 투영광학계와, 패턴을 형성하는 마스크를 유지하고 물체면의 패턴을 위치결정하는 마스크 스테이지와, 감광층을 가진 피노광체를 유지하고 화상면 위에 상기 감광층을 위치결정하는 웨이퍼 스테이지와, EUV광이 마스크를 조명할 때 마스크 스테이지와 웨이퍼 스테이지를 동시에 주사하는 주사기기구와를 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 다른 측면의 노광장치는, 광원으로부터의 광을 이용하여 패턴을 조명하는 조명광학계와, 상기 캐터옵트릭형 투영광학계와를 포함한다. 상기 캐터옵트릭형 투영광학계는 상기 패턴으로부터 반사된 광을 화상면 위에 투영한다.
본 발명에 의한 다른 측면의 캐터옵트릭형 투영광학계는, 레티클 위에 형성된 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하고, 광을 반사하는 6개의 미러를 포함하고, 상기 6개의 미러는, 레티클로부터 화상면의 순서로, 오목형상의 제 1미러(M1), 제 2미러(M2), 오목형상의 제 3미러(M3), 볼록형상의 제 4미러(M4), 볼록형상의 제 5미러(M5) 및 오목형상의 제 6미러(M6)를 포함하는 캐터옵트릭형 투영광학계로서, 제 3미러(M3)와 제 5미러(M5) 사이에 중간화상이 형성되고, 6개의 미러 중의 적어도 1개는 비구면 미러이고, 상기 캐터옵트릭형 투영광학계는 화상면의 측에서 0.2 이상의 개구수를 가지고, 바람직하게는, 0.25 이상이 개구수를 가지고, 6개의 미러의 각각의 유효직경은 550mm 이하이고, 바람직하게는 500mm 이하이다.
본 발명에 의한 다른 측면의 캐터옵트릭형 투영광학계는, 레티클 위의 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하고, 광을 반사하는 6개의 미러를 포함하고, 상기 6개의 미러는, 레티클로부터 화상면의 순서로, 오목형상의 제 1미러(M1), 제 2미러(M2), 오목형상의 제 3미러(M3), 볼록형상의 제 4미러(M4), 볼록형상의 제 5미러(M5) 및 오목형상의 제 6미러(M6)을 포함하는 캐터옵트릭형 투영광학계로서, 제 3미러(M3)와 제 5미러(M5) 사이에 중간화상이 형성되고, 6개의 미러 중의 적어도 1개는 비구면 미러이고, 6개의 미러에 대한 광의 최대입사각은 25°이내이다.
본 발명에 의한 다른 측면의 캐터옵트릭형 투영광학계는, 레티클 위의 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하고, 광을 반사하는 6개의 미러를 포함하고, 상기 6개의 미러는, 레티클로부터 화상면의 순서로, 오목형상의 제 1미러(M1), 제 2미러(M2), 오목형상의 제 3미러(M3), 볼록형상의 제 4미러(M4), 볼록형상의 제 5미러(M5) 및 오목형상의 제 6미러(M6)를 포함하는 캐터옵트릭형 투영광학계로서, 상기 제 3미러(M3)와 제 5미러(M5) 사이에 중간화상이 형성되고, 6개의 미러 중의 적어도 1개는 비구면 미러이고, 물체면으로부터 제 1미러(M1)에 입사하는 광은 5°이상의 각도를 가지는 비텔레센트릭이고, 상기 화상면의 측은 텔레센트릭을 유지한다.
본 발명에 의한 다른 측면의 노광장치는, 상기 캐터옵트릭형 투영광학계와, 상기 레티클을 조명하는 조명광학계와를 포함한다.
본 발명의 다른 측면으로서 디바이스의 제조방법은, 상기 노광장치를 사용함하여 상기 물체를 노광하는 공정과, 상기와 같이 투영노광된 물체에 대하여 소정의 처리를 행하는 공정과를 포함한다. 상기 노광장치와 마찬가지인 동작을 행하는 디바이스의 제조방법에 대한 청구항은 중간과 최종 제품으로서의 디바이스를 포함한다. 그러한 디바이스는 LSI와 VLSI와 같은 반도체 칩, CCD, LCD, 자기센서, 박막자기헤드 등을 포함한다.
본 발명의 기타 목적과 그 이상의 특징은 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시예의 다음의 설명으로부터 용이하게 명백해진다.
첨부도면을 참조하여 본 발명의 제 1측면으로서 캐터옵트릭형 투영광학계와 노광장치(200)를 지금 설명한다. 각 도면의 동일한 참조기호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 여기서, 도 1은, 본 발명에 의한 제 1실시예의 캐터옵트릭형 축소 투영광학계(100)와 그 광경로를 도시한 개략적 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 캐터옵트릭형 투영광학계(100)는, 물체면(MS)(예를 들면, 마스크면) 위의 패턴을 축소된 크기로 화상면(W)(예를 들면, 기판 등의 피노광체면) 위에 투영하는 광학계로서, 특히 EUV광(예를 들면, 13.4nm 내지 13.5nm의 파장)에 적합한 광학계이다.
상기 캐터옵트릭형 투영광학계(100)는, 6개의 미러를 포함하고, 기본적으로, 물체면(WS)측으로부터의 광을 반사하는 순서로, 미러(오목형상)(M1), 미러(볼록형상)(M2), 미러(오목형상)(M3), 미러(볼록형상)(M4), 미러(볼록형상)(M5) 및 미러(오목형상)(M6)을 포함하고, 제 1미러(M1) 내지 제 3미러(M3)를 포함하는 3개의 미러를 통해서 제 4미러(M4) 부근에 중간화상(MI)을 형성하고, 제 5미러와 제 6미러(M6)을 포함하는 2개의 미러를 통해서 화상면(W) 위에 중간화상(MI)을 재결상한다.
본 발명의 캐터옵트릭형 투영광학계(100)의 6개의 미러 중에서, 최대유효직경을 가지는 것은 제 3미러(M3)(화상면(W)으로부터 광경로를 따라서 4번째의 반사면)이지만, 최대유효직경이 작은 것이 특징이다. 또한, 제 3미러(M3)와 제 4미러(M4)(화상면(W)으로부터 광경로를 따라서 2번째의 반사면)은 제 5미러(M5)(화상면(W)으로부터 광경로를 따라서 2번째의 반사면)와 제 6미러(M6)(화상면(W)으로부터 광경로를 따라서 1번째의 반사면) 사이에 배치되는 것이 특징이다.
그 결과로서, 이러한 배치는 제 3미러(M3)의 유효직경을 감소시킬 수 있고, 제 4미러(M4)로부터의 광을 분리할 수 있다. 제 3미러(M3)의 유효직경은, 제 2미러(M2)로부터 또는 화상면(W)으로부터의 거리가 증가함에 따라 증가한다. 그럼에도 불구하고, 제 3미러(M3)를 물체면(WS)에 근접하게 배치하면, 제 4미러(M4)는 광을 간섭한다. 따라서, 제 3미러(M3)는 제 5미러(M5)와 제 6미러(M6) 사이에 배치되는 것이 바람직하다.
제 6미러(M6)에 대한 광의 입사각을 감소시키기 위하여, 제 6미러(M6)와 제 5미러(M5) 사이의 간격을 크게 하여야 한다. 제 6미러(M6)와 화상면(W) 사이의 간격이 증가됨에 따라 광학성능이 용이하게 확보될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 제 6미러(M6)의 유효직경을 감소시키고 제 4미러(M4)와 광 사이의 간섭을 방지하기 위하여, 제 4미러(M4)는 제 6미러(M6)보다 화상면(W)에 근접하게 배치되어야 한다. 따라서, 제 3미러(M3)와 제 4미러(M4)는 제 5미러(M5)와 제 6미러(M6) 사이에 배치된다. 이것은, 캐터옵트릭형 투영광학계(100)의 미러의 개수를 6개로 한정하지 않고, 캐터옵트릭형 투영광학계(100)는 6개 이상의 미러를 가질 수 있다. 화상면(W)으로부터 광경로를 따라서 제 4미러가 상기 관계를 만족하면, 최대유효직경이 감소될 수 있다.
캐터옵트릭형 투영광학계(100)는, 물체면(MS)으로부터 제 1미러(M1)까지의 광이 5°이상의 각도를 가지는 이른바 비텔레센트릭이고, 화상면(W)측으로의 사출광은 텔레센트릭인 것이 특징이다. 예를 들면, 조명광학계가 물체면(MS)의 마스크와 화상면(W)의 웨이퍼 위에 형성된 화상를 조명할 수 있도록, 물체면(MS)측에 대한 특정의 입사각으로 입사각이 결정되는 것이 필수적이다. 한편, 화상면(W)측은, 예를 들면, 화상면(W)의 웨이퍼가 광축 방향으로 이동할 때 배율의 변화를 감소시키기 위하여 텔레센트릭인 것이 바람직하다.
기본적으로, 캐터옵트릭형 투영광학계(100)는, 1개의 광축의 둘레에 축대칭인 동축광학계이고, 광축의 둘레에 링 형상의 화상면영역에서 수차를 보정하는 이점을 가진다. 그러나, 케터옵트릭형 광학계(100)의 6개의 미러를 완전 동축계로서 배치할 필요가 없어서, 약간의 편심을 행하여 수차를 개선하고 배치 자유도를 향상시킨다.
캐터옵트릭형 투영광학계는, EUV광에 대해 필수불가결한 광학계라고 생각되고, 고NA화에 대하여 가능한 한 완전하게 화상면(W)측의 광차단을 제거해야 한다. 본 실시예에서는, 광과 미러 사이의 간섭을 방지하기 위하여, 중간화상(MI)은 제 3미러(M3)와 제 5미러(M5) 사이에 형성된다. 중간화상(MI)을 제 4미러(M4) 부근에 형성하여 광과 미러 사이의 간섭을 용이하게 제거하는 것이 바람직하다.
캐터옵트릭형 투영광학계(100)의 제 1미러(M1)는, 물체면(MS)으로부터 방출된 주광선을 반사하고 광축방향으로 접근하기 위해서 오목형상의 미러인 것이 바람직하다. 제 3미러(M3)는 제 2미러(M2)에 의해 반사된 광이 광축방향을 향하도록 오목형상의 미러인 것이 바람직하다. 제 2미러(M2)와 제 4미러(M4)는 비교적 파워배치(power arrangement)에서 자유도를 가지지만, r1 내지 r6이 제 1미러(M1) 내지 제 6미러(M6)의 곡률반경인 경우, 하기 식(2)와 식(3)에서 나타내는 페츠발 항의 합은 거의 제로 또는 바람직하게는 제로가 되어야 한다. 페츠발의 항의 이들 합계를 고려하면, 제 4미러(M4)는 제 3미러(M3)가 오목형상의 미러이기 때문에 볼록형상의 미러이고, 이에 의해 제 2미러(M2)는 자유로운 파워배치를 취할 수 있다.
캐터옵트릭형 투영광학계(100)의 6개의 미러 중의 적어도 1개는 비구면 표면을 가지고, 상기 비구면 표면의 형상은 일반적인 비구면 표면을 나타내는 식(4)에 의해 주어진다. 그러나, 비구면 표면의 미러를 구성하는 것은, 수차를 보정하는데 있어서 바람직하고, 비구면 표면은 가능한 한 많은 미러(또는, 바람직하게는 6개의 미러 전체)에 형성된다. 본 발명의 캐터옵트릭형 투영광학계(100)는 6개의 미러계에 한정하지 않고, 고성능과 고NA화를 위해서 6개 이상의 미러를 사용할 수 있다.
식(4)에서, Z는 광축방향의 좌표이고, "c"는 곡률(곡률반경의 역수)이고, "h"는 광축으로부터의 높이이고, "k"는 원추계수이고, A, B, C, D, E, F, G는 각각 4차, 6차, 8차, 10차, 12차, 14차, 16차 비구면 계수이다.
상기 캐터옵트릭형 광학계(100)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 개구조리개를 제 2미러(M2) 위에 배치하지만, 제 1미러(M1) 위에 또는 제 1미러(M1)와 제 2미러(M2) 사이에 배치할 수 있다. 상기 개구조리개의 직경은 고정이거나 가변될 수 있다. 가변 직경의 경우, 개구조리개의 직경의 변화가 깊은 초점심도를 제공하는 이점이 있고, 이에 의해 화상을 안정시킬 수 있다.
EUV광을 반사하는 다층막은 제 1미러(M1) 내지 제 6미러(M6) 위에 도포되고, 상기 다층막은 광을 강하게 하는 효과를 가진다. 20nm보다 작은 파장을 가지는 EUV광을 반사할 수 있는 다층막은, 예를 들면, Mo와 Si층을 교대로 적층한 몰리브덴(Mo)/실리콘(Si) 다층막 또는 Mo와 Be층을 교대로 적층한 몰리브덴(Mo)/베릴륨(Be) 다층막이고, 최적의 재료는 사용파장의 관점에서 선택한다. 물론, 본 발명은 다층막을 상기 재료에 한정하지 않고, 상기와 마찬가지의 동작 또는 효과를 가지는 어떠한 다층막이라도 사용될 수 있다.
[제 1실시예]
지금 도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 제 1실시예의 상기 캐터옵트릭형 투영계(100)를 사용하여 조명테스트의 결과를 설명한다. 도 1에서, MS는, 물체면 위치에 배치된 마스크이고, W는, 화상면 위치에 배치된 웨이퍼이다.
캐터옵트릭형 투영광학계(100)는, 13.4nm 부근의 파장을 가지는 EUV광을 방출하는 조명계(도시하지 않음)에 의해 마스크(MS)를 조명하고, 상기 마스크(MS)로부터의 반사된 EUV광은 제 1미러(오목형상)(M1), 제 2미러(M2), 제 3미러(오목형상)(M3), 제 4미러(볼록형상)(M4), 제 5미러(볼록형상)(M5) 및 제 6미러(오목형상)(M6)의 순서로 반사하고, 화상면 위치에 배치된 웨이퍼(W) 위의 마스크 패턴의 축소된 크기를 형성한다.
구조적으로, 캐터옵트릭형 투영광학계(100)는 3개의 미러 또는 제 1미러(M1) 내지 제 3미러(M3)를 통해서 중간화상(MI)을 형성하고, 나머지 미러는 웨이퍼(W) 위에 중간화상(MI)을 재결상한다. 제 1실시예는 볼록형상의 미러인 제 2미러(M2)를 구성하고, 제 4미러(M4) 부근에 중간화상(MI)을 형성한다.
도 1에 도시한 캐터옵트릭형 투영광학계(100)는, 0.26의 화상측의 개구수 NA와, 1/4배의 축소배율과, 122mm 내지 126mm의 물체높이에 대한 4mm의 폭을 가지는 원호형상의 슬릿을 가진다. 표 1은, 도 1에 도시한 캐터옵트릭형 투영광학계(100)의 수치값(곡률반경, 격자면간격 및 비구면계수 등)을 나타낸다.
표 2는, 각각의 시야각에 대하여 도 1에 도시한 캐터옵트릭형 투영광학계(100)의 제조오차를 포함하지 않는 수차를 나타낸다.
표 2를 참조하면, ｜최대왜곡｜= 2.87nm 이다.
물체면(MS)과 반사면 사이의 최소거리(또는 물체면(MS)과 제 2미러(M2) 사이의 거리)는 419.4mm이고, 물체면(MS)의 스테이지 기구와 조명계와의 간섭을 회피하기에 충분한 거리이다. 제 3미러(M3)는 비교적 작은 496.4mm의 최대유효직경을 가진다. 물체면(MS)로부터 제 1미러(M1)까지의 주광선의 경사도는, 조명계를 통하여 물체면 위치 위에 배치된 마스크(MS)를 조명하고, 또한 화상면 위치에 배치된 웨이퍼(W) 위에 화상을 형성하기에 충분한 대략 7°이다.
[제 2실시예]
지금 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 제 2실시예로서 캐터옵트릭형 투영계(100A)를 사용하여 조명테스트의 결과를 설명한다. 도 2는, 제 1실시예의 캐터옵트릭형 투영광학계(100A)와 그 광경로를 도시한 개략적 단면도이다. 도 2에서, MS는, 물체면 이치에 배치된 캐터옵트릭형 마스크이고, W는, 화상면 위치에 배치된 웨이퍼이다.
캐터옵트릭형 투영광학계(100A)는, 13.4nm 부근의 파장을 가지는 EUV광을 방출하는 조명계(도시하지 않음)에 의해 마스크(MS)를 조명하고, 상기 마스크(MS)로부터의 반사된 EUV광은 제 1미러(오목형상)(M1), 제 2미러(M2), 제 3미러(오목형상)(M3), 제 4미러(볼록형상)(M4), 제 5미러(볼록형상)(M5) 및 제 6미러(오목형상)(M6)의 순서로 반사하고, 화상면 위치에 배치된 웨이퍼(W) 위의 마스크 패턴의 축소된 크기를 형성한다.
구조적으로, 캐터옵트릭형 투영광학계(100A)는 3개의 미러 또는 제 1미러(M1) 내지 제 3미러(M3)를 통해서 중간화상(MI)을 형성하고, 나머지 미러는 웨이퍼(W) 위에 중간화상(MI)을 재결상한다. 제 2실시예는 오목형상의 미러인 제 2미러(M2)를 구성하고, 제 3미러(M3)와 제 4미러(M4) 사이에 중간화상(MI)을 형성한다.
도 2에 도시한 캐터옵트릭형 투영광학계(100A)는, 0.2의 화상측의 개구수 NA와, 1/4배의 축소배율과, 118mm 내지 122mm의 물체높이에 대한 4mm의 폭을 가지는 원호형상의 슬릿을 가진다. 표 3은, 도 2에 도시한 캐터옵트릭형 투영광학계(100A)의 수치값(곡률반경, 격자면간격 및 비구면계수 등)을 나타낸다.
표 4는, 각각의 시야각에 대하여 도 2에 도시한 캐터옵트릭형 투영광학계(100A)의 제조오차를 포함하지 않는 수차를 나타낸다.
표 4를 참조하면, ｜최대왜곡｜= 17.8nm 이다.
물체면(MS)과 반사면 사이의 최소거리(또는 물체면(MS)과 제 2미러(M2) 사이의 거리)는 294.258mm이고, 물체면(MS)의 스테이지 기구와 조명계와의 간섭을 회피하기에 충분한 거리이다. 제 3미러(M3)는 비교적 작은 413.12mm의 최대유효직경을 가진다. 물체면(MS)로부터 제 1미러(M1)까지의 주광선의 경사도는, 대략 7.6°이고, 조명계를 통하여 물체면 위치 위에 배치된 마스크(MS)를 조명하고, 또한 화상면 위치에 배치된 웨이퍼(W) 위에 화상을 형성하기에 충분하다.
도 3에 도시한 투영광학계는 6개의 미러를 가지고, 기본적으로 물체면(WS)측으로부터 광을 반사하는 순서로, 미러(오목형상)(M1), 미러(오목형상)(M2), 미러(오목형상)(M3), 미러(볼록형상)(M4), 미러(볼록형상)(M5) 및 미러(오목형상)(M6)를 포함하고, 제 1미러(M1) 내지 제 4미러(M4)를 포함하는 4개의 미러를 통하여 중간화상(MI)을 형성하고, 제 5미러(M5)와 제 6미러(M6)를 포함하는 2개의 미러를 통하여 화상면(W) 위에 상기 중간화상(MI)을 재결상한다.
본 발명은, 제 2미러(M2)의 파워와 중간화상의 위치의 다양한 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 도 3과 도 7에 도시한 제 3실시예와 제 7실시예는, 오목형상의 미러인 제 2미러(M2)를 구성하고, 제 4미러(M4)와 제 5미러(M5) 사이에 중간화상을 형성한다. 도 4에 도시한 제 4실시예는, 오목형상의 미러인 제 2미러(M2)를 구성하고, 제 3미러(M3)와 제 4미러(M4) 사이에 중간화상을 형성한다. 도 5에 도시한 제 5실시예는, 볼록형상의 미러인 제 2미러(M2)를 구성하고, 제 4미러(M4)와 제 5미러(M5) 사이에 중간화상을 형성한다. 도 6에 도시한 제 6실시예는, 비구면 평면미러인 제 2미러(M2)를 구성하고, 제 4미러(M4)와 제 5미러(M5) 사이에 중간화상을 형성한다.
도 3과 도 7에 도시한 각각의 실시예에서는, 본 발명의 캐터옵트릭형 투영광학계(100)의 6개의 미러 중에서, 최대유효직경을 가진 것은 제 3미러(M3)이지만, 그 최대유효직경이 작은 것이 특징이다. 또한, 최대입사각을 가지는 것은 제 4미러(M4)이고, 그 최대입사각이 작은 것이 특징이다. 나중에 상세한 값을 설명한다.
각각의 실시예의 투영광학계는, 물체면(MS)로부터 제 1미러(M1)까지의 광은 5°이상의 각도를 가지는 비텔레센트릭이다. 이러한 특징은, 물체면(MS)의 캐터옵트릭형 마스크와 이 레티클로부터의 반사광을 사용하여 화상면(W)의 웨이퍼 표면 위에 형성되는 회로패턴를 조명광학계(도시하지 않음)가 조명하도록, 물체측이 물체면에 비스듬하게 입사된 광의 입사각을 가지는 것을 의미한다. 한편, 화상면(W)측은, 화상면(W)의 웨이퍼가 광축방향으로 이동할 때 배율의 변화를 감소시키기 위하여 텔레센트릭인 것이 바람직하다.
여기서, 바람직한 광학계는, 제 3미러(M3)와 제 5미러(M5) 사이에 중간화상을 배치하고 제 5미러(M5)와 제 6미러(M6)의 파워를 증가시킴으로써, 미러로부터 광을 분리하도록 제작될 수 있다. 또한, 큰 화상측 개구수 NA와 소망한 거리의 역초점으로 결상하기 위하여 오목형상의 미러인 제 5미러(M5)와 볼록형상의 미러인 제 6미러(M6)를 구성하는 것이 바람직하다.
도 3 내지 도 6에 도시한 제 3실시예 내지 제 6실시예는 제 1미러(M1)와 제 2미러(M2) 사이에 개구조리개를 배치하지만, 제 1미러(M1) 또는 제 2미러(M2)와 동일한 거리에 개구조리개를 배치할 수 있다. 또한, 도 7에 도시한 제 7실시예에 도시한 바와 같이, 원형의 개구조리개는 조리개 위치의 상하에 광차단없이 배치될 수 있다. 상기 조리개직경은 고정되거나 가변될 수 있다. 가변 조리개의 경우, 개구조리개의 직경의 변화는 광학계의 NA를 변화시킬 수 있다.
[제 3실시예]
도 3 내지 도 7에 도시한 제 3실시예 내지 제 7실시예를 상세하게 설명한다. 표 5는, 도 3에 도시한 제 3실시예의 캐터옵트릭형 투영계에 대한 상세(설계 데이터)를 나타낸다.
제 3실시예의 광학계는, 0.26의 화상측의 개구수 NA와, 1/4배의 배율과, 112mm 내지 116mm의 물체높이에 대한 1mm의 폭을 가지는 원호형상의 슬릿을 가진다. 제조오차를 포함하지 않는 상기 광학계의 수차(화상높이의 몇몇 점에서 계산함)는, 0.016λrms의 파면수차와 0.9nm의 최대왜곡이다. 물체면(MS)과 반사면 사이의 최소거리(또는 물체면(MS)과 제 2미러(M2) 사이의 거리)는 195.5mm이고, 물체면(MS)의 스테이지 기구와 조명계와의 간섭을 회피하는데 충분하다. 제 3미러(M3)는 비교적 작은 491.6mm의 최대유효직경을 가진다. 광의 최대입사각을 가진 것은 제 4미러(M4)이고, 그 광의 최대입사각은 24.3°이다. 상기 미러(M4)에 입사하는 광의 최대입사각은 27°이하가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 25°이하이고, 예를 들면 21°이다. 과도하게 큰 입사각은 반사특성을 열화시킬 수 있다고 생각할 수 있고, 모든 미러의 입사각 전체를 가능한 한 작게 하는 것이 중요하다. 물체면(MS)으로부터 제 1미러(M1)까지의 광축(AX)에 대한 주광선의 경사도(θ)는 7.1256°이고, 그것은 조명계를 통하여 물체면(MS) 위치 위에 배치된 캐터옵트릭형 마스크(MS)에 원호형상의 EUV광을 조사하고, 또한 화상면 위치에 배치된 웨이퍼(W) 위에 화상을 형성하는데 충분한 구성이다. 여기서, 광축(AX)은, 실질적으로 각각의 미러면의 곡률반경의 중심을 연결한 직선 또는 각각의 미러면의 회전중심축이다. 물론, 미러가 편심되는 경우, 각각의 미러는 약간 시프트된 곡률반경의 중심을 가진다. 물체면(MS)으로부터 제 1미러(M1)의 광축(AX)에 대한 주광선의 경사도(θ)는 5°내지 10°가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 6°내지 8.5°이고, 6.8°이상 및/또는 7.5°미만이 가장 바람직하다.
[제 4실시예]
표 6은, 도 4에 도시한 제 4실시예의 캐터옵트릭형 투영계에 대한 상세(설계 데이터)를 나타낸다. 이 광학계는, 0.26의 화상측의 개구수 NA와, 1/4배의 배율과, 112mm 내지 116mm의 물체높이에 대한 1mm의 폭을 가지는 원호형상의 슬릿을 가진다. 제조오차를 포함하지 않는 상기 광학계의 수차(화상높이의 몇몇 점에서 계산함)는, 0.028λrms의 파면수차와 0.6nm의 최대왜곡이다. 물체면(MS)과 반사면 사이의 최소거리(또는 물체면(MS)과 제 2미러(M2) 사이의 거리)는 213.5mm이고, 물체면(MS)의 스테이지 기구와 조명계와의 간섭을 회피하는데 충분한 거리이다. 제 3미러(M3)는 비교적 작은 417.8mm의 최대유효직경을 가진다. 광의 최대입사각을 가진 것은 제 4미러(M4)이고, 그 광의 최대입사각은 22.3°이다. 과도하게 큰 입사각은 반사특성을 열화시킬 수 있다고 생각할 수 있고, 모든 미러의 입사각 전체를 가능한 한 작게 하는 것이 중요하다. 물체면(MS)으로부터 제 1미러(M1)까지의 주광선의 경사도(θ)는 7.1491°이고, 그것은 조명계를 통하여 물체면(MS) 위치 위에 배치된 캐터옵트릭형 마스크(MS)에 원호형상의 EUV광을 조사하고, 또한 화상면 위치에 배치된 웨이퍼(W) 위에 화상을 형성하는데 충분한 구성이다.
[제 5실시예]
표 7은, 도 5에 도시한 제 5실시예의 캐터옵트릭형 투영계에 대한 상세(설계 데이터)를 나타낸다. 이 광학계는, 0.26의 화상측의 개구수 NA와, 1/4배의 배율과, 112mm 내지 116mm의 물체높이에 대한 1mm의 폭을 가지는 원호형상의 슬릿을 가진다. 제조오차를 포함하지 않는 상기 광학계의 수차(화상높이의 몇몇 점에서 계산함)는, 0.023λrms의 파면수차와 1.9nm의 최대왜곡이다. 물체면(MS)과 반사면 사이의 최소거리(또는 물체면(MS)과 제 2미러(M2) 사이의 거리)는 295.2mm이고, 물체면(MS)의 스테이지 기구와 조명계와의 간섭을 회피하는데 충분한 거리이다. 제 3미러(M3)는 비교적 작은 474.4mm의 최대유효직경을 가진다. 광의 최대입사각을 가진 것은 제 4미러(M4)이고, 그 광의 최대입사각은 24.6°이다. 과도하게 큰 입사각은 반사특성을 열화시킬 수 있다고 생각할 수 있고, 모든 미러의 입사각 전체를 가능한 한 작게 하는 것이 중요하다. 물체면(MS)으로부터 제 1미러(M1)까지의 주광선의 경사도(θ)는 7.13054°이고, 그것은 조명계를 통하여 물체면(MS) 위치 위에 배치된 캐터옵트릭형 마스크(MS)에 원호형상의 EUV광을 조사하고, 또한 화상면 위치에 배치된 웨이퍼(W) 위에 화상을 형성하는데 충분한 구성이다.
[제 6실시예]
표 8은, 도 6에 도시한 제 6실시예의 캐터옵트릭형 투영계에 대한 상세(설계 데이터)를 나타낸다. 이 광학계는, 0.26의 화상측의 개구수 NA와, 1/4배의 배율과, 112mm 내지 116mm의 물체높이에 대한 1mm의 폭을 가지는 원호형상의 슬릿을 가진다. 제조오차를 포함하지 않는 상기 광학계의 수차(화상높이의 몇몇 점에서 계산함)는, 0.017λrms의 파면수차와 0.8nm의 최대왜곡이다. 물체면(MS)과 반사면 사이의 최소거리(또는 물체면(MS)과 제 2미러(M2) 사이의 거리)는 266.8mm이고, 물체면(MS)의 스테이지 기구와 조명계와의 간섭을 회피하는데 충분한 거리이다. 제 3미러(M3)는 비교적 작은 489.3mm의 최대유효직경을 가진다. 광의 최대입사각을 가진 것은 제 4미러(M4)이고, 그 광의 최대입사각은 24.9°이다. 과도하게 큰 입사각은 반사특성을 열화시킬 수 있다고 생각할 수 있고, 모든 미러의 입사각 전체를 가능한 한 작게 하는 것이 중요하다. 물체면(MS)으로부터 제 1미러(M1)까지의 주광선의 경사도(θ)는 7.1271°이고, 그것은 조명계를 통하여 물체면(MS) 위치 위에 배치된 캐터옵트릭형 마스크(MS)에 원호형상의 EUV광을 조사하고, 또한 화상면 위치에 배치된 웨이퍼(W) 위에 화상을 형성하는데 충분한 구성이다.
[제 7실시예]
표 9는, 도 7에 도시한 제 7실시예의 캐터옵트릭형 투영계에 대한 상세(설계 데이터)를 나타낸다. 이 광학계는, 0.26의 화상측의 개구수 NA와, 1/4배의 배율과, 130mm 내지 134mm의 물체높이에 대한 1mm의 폭을 가지는 원호형상의 슬릿을 가진다. 제조오차를 포함하지 않는 상기 광학계의 수차(화상높이의 몇몇 점에서 계산함)는, 0.032λrms의 파면수차와 6.7nm의 최대왜곡이다. 제 7실시예는, 제 3실시예와 같이, 파워배치 등의 동일한 기본구성을 가지고, 그에 의해 제 3실시예와 마찬가지의 효과가 있다.
상기 설명한 바와 같이, 본 발명의 투영광학계는 EUV파장범위에서 NA가 0.2보다 크게 될 수 있고(바람직하게는, 0.25보다 큼), 높은 NA에 관계없이 미러의 최대유효직경과 광학계의 전장을 감소시킬 수 있다. 물체면(MS)과 미러 사이의 최소거리를 충분히 확보할 수 있고, 물체면(MS)의 스테이지 기구와 조명계 사이의 간섭을 방지할 수 있다. 물체면(MS)측은, 물체면(MS)에 위치한 마스크를 조명하고 화상면(W) 위에 화상을 형성하기에 충분한 비텔레센트릭이고, 양호한 결상성능을 제공한다.
지금 도 8을 참조하면, 본 발명의 캐터옵트릭형 투영광학계(100)가 적용된 노광장치(200)를 설명한다. 도 8은, 캐터옵트릭형 투영계를 가지는 대표적인 노광장치의 개략적 도면이다. 본 발명의 노광장치(200)는, 조명광으로서 스텝앤드스캔 방식으로 EUV광(예를 들면, 13.4nm의 파장)을 이용하는 투영노광장치이다.
도 8을 참조하면, 노광장치(200)는, 조명장치(210)와, 마스크(MS)와, 상기 마스크(MS)에 장착된 마스크 스테이지(220)와, 캐터옵트릭형 투영광학계(100)와, 피노광체(W)와, 상기 물체(W)에 장착된 웨이퍼 스테이지(230) 및 제어부(240)를 포함한다. 상기 제어부(240)는, 조명장치(210), 마스크 스테이지(220) 및 웨이퍼 스테이지(230)를 제어할 수 있도록 접속된다.
도 8에 도시하지 않았지만, EUV광은 대기에 대하여 낮은 투과율을 가지므로 광경로는 적어도 상기 EUV가 통과하는 진공분위기를 가지는 것이 바람직하다. 도 8에서, X, Y, Z는, 3차원 공간을 나타내고, XY평면의 법선방향은 Z방향이도록 한다.
조명장치(210)는, 캐터옵트릭형 투영광학계(100)의 원호형상의 시야에 대응하는 원호형상의 EUV광(예를 들면, 13.4nm의 파장)을 사용하여 마스크(MS)를 조명하는 조명장치이고, 광원(도시하지 않음)과 조명광학계로 구성된다. 조명장치(210)의 광원과 조명광학계에 어떠한 공지의 기술도 적용할 수 있고, 그 상세한 설명은 본 명세서에서 생략한다. 예를 들면, 조명광학계는 집광광학계, 광학적분기, 개구조리개, 블레이드 등을 포함하고, 이 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자가 알고 있는 어떠한 기술이라도 적용가능하다.
마스크(MS)는, 전사되는 회로패턴(또는 화상)이 형성되고 마스크 스테이지(220)에 의해 지지되어 구동되는 캐터옵트릭형 또는 투과형 마스크이다. 마스크(MS)로부터의 회절된 광은, 투영광학계(100) 위에 반사되어 물체(W)에 투영된다. 마스크(MS)와 피사체판(W)은 광학적으로 공액의 관계에 배치된다. 제 7실시예의 노광장치(200)가 스텝앤드스캔형 노광장치이므로, 마스크(MS)와 물체(W)의 주사는 마스크(MS) 위의 패턴을 물체(W) 위에 전사한다.
마스크 스테이지(220)는 마스크(MS)를 지지하고, 운송기구(도시하지 않음)에 접속된다. 이 기술분야에서 공지의 어떠한 구조도 마스크 스테이지(220)에 적용가능하다. 운송기구는 선형 모터에 의해 구성될 수 있고, 제어부(240)의 제어 아래에서 적어도 Y방향으로 마스크 스테이지(220)를 구동함으로써 마스크(MS)를 이동시킬 수 있다. 노광장치(200)는 마스크(MS)와 물체(W)를 제어부(240)에 의해 동기화된 상태에서 주사한다.
캐터옵트릭형 투영광학계(100)는 마스크(MS) 위에 패턴의 축소된 크기를 화상면 위에 투영한다. 상기 설명한 바와 같이 어떠한 구조도 캐터옵트릭형 투영광학계(100)에 적용가능하고, 그 상세한 설명은 생략한다. 도 8은, 도 1에 도시한 캐터옵트릭형 투영광학계(100)를 사용하지만, 그러한 구성은 전형적이어서 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 투영광학계(100A)를 사용할 수 있다.
제 7실시예의 물체(W)는 웨이퍼이지만, 액정기판 및 그 외의 물체를 폭넓게 포함할 수 있다. 포토레지스트는 물체(W) 위에 도포된다.
웨이퍼 스테이지(230)는 물체(W)를 지지한다. 상기 스테이지(230)는, 예를 들면, XYZ방향으로 물체(W)를 이동하도록 선형모터를 이용한다. 마스크 스테이지(220)와 웨이퍼 스테이지(230)의 위치는, 예를 들면, 레이저 간섭계 등에 의해 감시되어, 양쪽 모두는 일정한 속도비율로 구동된다.
제어부(240)는, CPU와 메모리(도시하지 않음)를 포함하고, 노광장치(200)의 동작을 제어한다. 제어부(240)는, 조명장치(210)와, 마스크 스테이지(220)(즉, 마스크 스테이지(220)의 운송기구(도시하지 않음)), 및 웨이퍼 스테이지(230)(즉, 웨이퍼 스테이지(230)의 운송기구(도시하지 않음))에 전기적으로 접속된다. 상기 CPU는 MPS 등 명칭에 관계없이 어떠한 종류의 프로세서도 포함하고, 그에 의해 각 부의 동작을 제어한다. 상기 메모리는, 노광장치(210)를 동작시키기 위해 펌웨어를 저장하는 ROM과 RAM을 포함한다.
노광에 있어서, 조명장치(210)로부터 방출된 EUV광은, 마스크(MS)를 조명하고, 마스크(MS) 위의 패턴화상을 물체(W)의 표면 위에 형성한다. 제 7실시예에서, 화상면은 원호형상(링형상)의 화상면이고, 마스크의 전체 영역은 마스크와 웨이퍼를 축소비율의 속도비율로 주사함으로써 노광될 수 있다.
도 9와 도 10을 참조하면, 상기 언급한 노광장치(200)를 이용한 디바이스의 제조방법의 실시예를 지금 설명한다. 도 9는, 디바이스(즉, IC와 LSI 등의 반도체 칩, LCD, CCD 등)의 제조를 설명하는 순서도이다. 여기서, 일예로서 반도체 칩의 제조를 설명한다. 공정 1(회로설계)은, 반도체 디바이스회로를 설계한다. 공정 2(마스크 제작)는, 설계된 회로패턴을 가지는 마스크를 형성한다. 공정 3(웨이퍼 제조)은, 실리콘 등의 재료를 이용하여 웨이퍼를 제조한다. 공정 4(웨이퍼 처리)는, 전처리로서 칭하고, 마스크와 웨이퍼를 사용하여 포토리소그래피를 통하여 웨이퍼 위에 실제의 회로를 형성한다. 공정 5(조립)는, 후처리로도 칭하고, 상기 공정 4에서 형성된 웨이퍼를 반도체 칩에 형성하고, 조립 공정(예를 들면, 디싱, 본딩)과 패키징 공정(칩 밀봉) 등을 포함한다. 공정 6(검사)은 공정 5에서 형성된 반도체 디바이스에 대해, 유효성 테스트와 내구성 테스트 등의 다양한 테스트를 행한다. 이들 공정을 통하여, 반도체 디바이스가 완성되어 출하된다(공정 7).
도 10은, 공정 9의 웨이퍼 프로세스의 상세 순서도이다. 공정 11(산화)은, 웨이퍼 표면을 산화한다. 공정 12(CVD)는, 웨이퍼 표면 위에 절연막을 형성한다. 공정 13(전극형성)은, 증기증착 등에 의해 웨이퍼 위에 전극을 형성한다. 공정 14(이온주입)는, 이온을 웨이퍼에 주입한다. 공정 15(레지스트 처리)는, 감광재를 웨이퍼에 도포한다. 공정 16(노광)은, 노광장치(200)를 사용하여 마스크 위의 회로패턴을 웨이퍼에 노광한다. 공정 17(현상)은, 노광된 웨이퍼를 현상한다. 공정 18(에칭)은, 현상된 레지스크 화상 이외의 부분을 에칭한다. 공정 19(레지스트 박리)는, 에칭 후 불필요한 레지스트를 제거한다. 이들 공정을 반복하여, 다층의 회로패턴을 웨이퍼 위에 형성한다. 이 디바이스의 제조방법은 종래의 것보다 고품질의 디바이스를 제조할 수 있다. 이와 같이, 노광장치(200)를 사용한 디바이스의 제조방법과 결과물로서의 디바이스는 본 발명의 다른 측면으로서 기능한다.
또한, 본 발명은 상기 바람직한 실시예에 한정하지 않고, 본 발명이 범위에서 일탈함이 없이 다양한 변경과 변형이 이루어질 수 있다. 예를 들면, 본 발명은, 큰 화면을 주사하고 노광하거나 주사없이 노광하는 노광장치뿐만 아니라, ArF 엑시머 레이저와 F2 엑시머 레이저 등 200nm 이하의 파장을 가지는 비EUV자외선광을 사용하는 캐터옵트릭형 투영광학계에 적용가능하다.
따라서, 본 발명은, EUV 리소그래피에 적용가능하고, 높은 NA를 가지는 6개의 미러계를 달성할 수 있으며, 미러의 최대유효직경뿐만 아니라 광학계의 전장을 감소시킬 수 있어 양호한 결상성능을 실현할 수 있는 투영광학계와 노광장치를 제공할 수 있다.
도 1은, 제 1실시예의 캐터옵트릭형 투영광학계(cataoptric projection optical system)와 그 광경로를 도시한 개략적 단면도.
도 2는, 제 2실시예의 캐터옵트릭형 투영광학계와 그 광경로를 도시한 개략적 단면도.
도 3은, 제 3실시예의 캐터옵트릭형 투영광학계와 그 광경로를 도시한 개략적 단면도.
도 4는, 제 4실시예의 캐터옵트릭형 투영광학계와 그 광경로를 도시한 개략적 단면도.
도 5는, 제 5실시예의 캐터옵트릭형 투영광학계와 그 광경로를 도시한 개략적 단면도.
도 6은, 제 6실시예의 캐터옵트릭형 투영광학계와 그 광경로를 도시한 개략적 단면도.
도 7은, 제 7실시예의 캐터옵트릭형 투영광학계와 그 광경로를 도시한 개략적 단면도.
도 8은, 캐터옵트릭형 투영계를 가지는 대표적인 노광장치의 개략적 구성도.
도 9는, 디바이스(IC와 LSI 등의 반도체 칩, LCD, CCD 등)를 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 10은, 도 9에 도시한 웨이퍼 처리인 공정 4의 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100, 100A: 캐터옵트릭형 투영광학계 200: 노광장치
210: 조명장치 220: 마스크 스테이지
230: 웨이퍼 스테이지 240: 제어부

Claims (28)

  1. 물체면 위의 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하고, 또한 화상면으로부터 광경로를 따라서 제 1미러와, 제 2미러와, 제 3미러 및 제 4미러를 포함하는 캐터옵트릭형 투영광학계(cataoptric projection optical system)로서,
    상기 제 3미러와 제 4미러는 상기 제 1미러와 제 2미러 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 캐터옵트릭형 투영광학계.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 캐터옵트릭형 투영광학계는 6개 이상의 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐터옵트릭형 투영광학계.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 캐터옵트릭형 투영광학계는 화상면으로부터 광경로를 따라서 상기 제 2미러와 제 4미러 사이에 중간화상을 형성하는 것을 특징으로 하는 캐터옵트릭형 투영광학계.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 캐터옵트릭형 투영광학계는 화상면으로부터 광경로를 따라서 상기 제 3미러에 중간화상을 형성하는 것을 특징으로 하는 캐터옵트릭형 투영광학계.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 화상면으로부터 광경로를 따라서 상기 제 4미러는 최대유효직경을 가지는 것을 특징으로 하는 캐터옵트릭형 투영광학계.
  6. 제 1항에 있어서,
    각각의 미러에서 광축으로부터 본 광경로를 따라서 화상면으로부터 상기 제 4미러에서 상기 제 1미러까지의 주광선의 변위 높이방향은, 화상면으로부터 광경로를 따라서 물체면에서 상기 제 4미러까지의 주광선의 변위 높이방향의 역방향인 것을 특징으로 하는 캐터옵트릭형 투영광학계.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 캐터옵트릭형 투영광학계의 미러 전체는, EUV광을 반사하는 다층막을 가지는 비구면 미러인 것을 특징으로 하는 캐터옵트릭형 투영광학계.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 캐터옵트릭형 투영광학계는 화상면 위에 캐터옵트릭형 마스크를 배치하는 것을 특징으로 하는 캐터옵트릭형 투영광학계.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 캐터옵트릭형 투영광학계는 물체면측을 비텔레센트릭하게 형성하는 것을 특징으로 하는 캐터옵트릭형 투영광학계.
  10. 제 9항에 있어서,
    물체면으로부터 방출된 광은 물체면으로부터 광경로를 따라서 5°내지 10°의 입사각으로 제 1미러에 입사되는 것을 특징으로 하는 캐터옵트릭형 투영광학계.
  11. 제 1항에 있어서,
    화상면의 측의 노광영역은 0.8mm 이상의 슬릿폭을 가지는 것을 특징으로 하는 캐터옵트릭형 투영광학계.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 캐터옵트릭형 투영광학계는, 화상면으로부터 물체면까지의 순서로, 제 2미러와, 제 4미러와, 제 3미러 및 제 1미러를 포함하고, 상기 제 3미러와 제 4미러 사이에 중간화상을 형성하는 것을 특징으로 하는 캐터옵트릭형 투영광학계.
  13. 물체면 위의 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하는 캐터옵트릭형 투영광학계와;
    패턴을 형성하는 마스크를 유지하고 물체면의 패턴을 위치결정하는 마스크 스테이지와;
    감광층을 가진 피노광체를 유지하고 화상면 위에 상기 감광층을 위치결정하는 웨이퍼 스테이지와;
    EUV광이 마스크를 조명할 때 마스크 스테이지와 웨이퍼 스테이지를 동시에 주사하는 주사기기구와;
    를 포함하는 노광장치로서,
    상기 캐터옵트릭형 투영광학계는, 화상면으로부터 광경로를 따라서 제 1미러와, 제 2미러와, 제 3미러 및 제 4미러를 포함하고, 상기 제 3미러와 제 4미러는 상기 제 1미러와 제 2미러 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  14. 광원으로부터의 광을 이용하여 패턴을 조명하는 조명광학계와;
    물체면의 패턴의 축소된 크기를 화상면 위에 투영하는 캐터옵트릭형 투영광학계와;
    를 포함하는 노광장치로서,
    상기 캐터옵트릭형 투영광학계는, 화상면으로부터 광경로를 따라서 제 1미러와, 제 2미러와, 제 3미러 및 제 4미러를 포함하고, 상기 제 3미러와 제 4미러는 상기 제 1미러와 제 2미러 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 캐터옵트릭형 투영광학계는 상기 패턴으로부터 반사된 광을 화상면 위에 투영하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  16. 레티클 위에 형성된 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하고, 광을 반사하는 6개의 미러를 포함하고, 상기 6개의 미러는, 레티클로부터 화상면까지의 순서로, 오목형상의 제 1미러(M1), 제 2미러(M2), 오목형상의 제 3미러(M3), 볼록형상의 제 4미러(M4), 볼록형상의 제 5미러(M5) 및 오목형상의 제 6미러(M6)를 포함하는 캐터옵트릭형 투영광학계로서,
    제 3미러(M3)와 제 5미러(M5) 사이에 중간화상이 형성되고, 6개의 미러 중의 적어도 1개는 비구면 미러이고, 상기 캐터옵트릭형 투영광학계는 화상면의 측에서 0.2 이상의 개구수를 가지고, 6개의 미러의 각각의 유효직경은 550mm 이하인 것을 특징으로 하는 캐터옵트릭형 투영광학계.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 캐터옵트릭형 투영광학계는 화상면의 측에서 0.25 이상의 개구수를 가지는 것을 특징으로 하는 캐터옵트릭형 투영광학계.
  18. 제 16항에 있어서, 6개의 미러의 각각의 유효직경은 500mm 이하인 것을 특징으로 하는 캐터옵트릭형 투영광학계.
  19. 레티클 위의 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하고, 광을 반사하는 6개의 미러를 포함하고, 상기 6개의 미러는, 레티클로부터 화상면까지의 순서로, 오목형상의 제 1미러(M1), 제 2미러(M2), 오목형상의 제 3미러(M3), 볼록형상의 제 4미러(M4), 볼록형상의 제 5미러(M5) 및 오목형상의 제 6미러(M6)을 포함하는 캐터옵트릭형 투영광학계로서,
    제 3미러(M3)와 제 5미러(M5) 사이에 중간화상이 형성되고, 6개의 미러 중의 적어도 1개는 비구면 미러이고, 6개의 미러에 대한 광의 최대입사각은 25°이내인 것을 특징으로 하는 캐터옵트릭형 투영광학계.
  20. 레티클 위의 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하고, 광을 반사하는 6개의 미러를 포함하고, 상기 6개의 미러는, 레티클로부터 화상면까지의 순서로, 오목형상의 제 1미러(M1), 제 2미러(M2), 오목형상의 제 3미러(M3), 볼록형상의 제 4미러(M4), 볼록형상의 제 5미러(M5) 및 오목형상의 제 6미러(M6)를 포함하는 캐터옵트릭형 투영광학계로서,
    상기 제 3미러(M3)와 제 5미러(M5) 사이에 중간화상이 형성되고, 6개의 미러 중의 적어도 1개는 비구면 미러이고, 물체면으로부터 제 1미러(M1)에 입사하는 광은 5°이상의 각도를 가지는 비텔레센트릭이고, 상기 화상면의 측은 텔레센트릭을 유지하는 것을 특징으로 하는 캐터옵트릭형 투영광학계.
  21. 레티클 위에 형성된 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하고, 광을 반사하는 6개의 미러를 포함하고, 상기 6개의 미러는, 레티클로부터 화상면까지의 순서로, 오목형상의 제 1미러(M1), 제 2미러(M2), 오목형상의 제 3미러(M3), 볼록형상의 제 4미러(M4), 볼록형상의 제 5미러(M5) 및 오목형상의 제 6미러(M6)를 포함하는 캐터옵트릭형 투영광학계와;
    상기 레티클을 조명하는 조명광학계와;
    를 포함하는 노광장치로서,
    제 3미러(M3)와 제 5미러(M5) 사이에 중간화상이 형성되고, 6개의 미러 중의 적어도 1개는 비구면 미러이고, 상기 캐터옵트릭형 투영광학계는 화상면의 측에서 0.2 이상의 개구수를 가지고, 6개의 미러의 각각의 유효직경은 550mm 이하인 것을 특징으로 하는 노광장치.
  22. 레티클 위의 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하고, 광을 반사하는 6개의 미러를 포함하고, 상기 6개의 미러는, 레티클로부터 화상면까지의 순서로, 오목형상의 제 1미러(M1), 제 2미러(M2), 오목형상의 제 3미러(M3), 볼록형상의 제 4미러(M4), 볼록형상의 제 5미러(M5) 및 오목형상의 제 6미러(M6)를 포함하는 캐터옵트릭형 투영광학계와;
    상기 레티클을 조명하는 조명광학계와;
    를 포함하는 노광장치로서,
    제 3미러(M3)와 제 5미러(M5) 사이에 중간화상이 형성되고, 6개의 미러 중의 적어도 1개는 비구면 미러이고, 6개의 미러에 대한 광의 최대입사각은 25°이내인 것을 특징으로 하는 노광장치.
  23. 레티클 위의 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하고, 광을 반사하는 6개의 미러를 포함하고, 상기 6개의 미러는, 레티클로부터 화상면까지의 순서로, 오목형상의 제 1미러(M1), 제 2미러(M2), 오목형상의 제 3미러(M3), 볼록형상의 제 4미러(M4), 볼록형상의 제 5미러(M5) 및 오목형상의 제 6미러(M6)를 포함하는 캐터옵트릭형 투영광학계와;
    상기 레티클을 조명하는 조명광학계와;
    를 포함하는 노광장치로서,
    제 3미러(M3)와 제 5미러(M5) 사이에 중간화상이 형성되고, 6개의 미러 중의 적어도 1개는 비구면 미러이고, 물체면으로부터 제 1미러(M1)에 입사하는 광은 5°이상의 각도를 가지는 비텔레센트릭이고, 화상면의 측은 텔레센트릭을 유지하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  24. 물체면 위의 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하는 캐터옵트릭형 투영광학계와, 패턴을 형성하는 마스크를 유지하고 물체면에서 패턴을 위치결정하는 마스크 스테이지와, 감광층을 가진 피노광체를 유지하고 화상면 위에 감광층을 위치결정하는 웨이퍼 스테이지와, EUV광이 마스크를 조명할 때 마스크 스테이지와 웨이퍼 스테이지를 동시에 주사하는 주사기기구와를 포함하는 노광장치를 사용함으로써, 물체를 노광하는 공정과;
    노광된 물체에 대하여 소정의 처리를 행하는 공정과;
    를 포함하는 디바이스의 제조방법으로서,
    상기 캐터옵트릭형 투영광학계는, 화상면으로부터 광경로를 따라서 제 1미러, 제 2미러, 제 3미러 및 제 4미러를 포함하고, 상기 제 3미러와 제 4미러는 상기 제 1미러와 제 2미러 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
  25. 광원으로부터의 광을 이용하여 패턴을 조명하는 조명광학계와, 물체면 위의 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하는 캐터옵트릭형 투영광학계와를 포함하는 노광장치를 사용함으로써 물체를 노광하는 공정과;
    노광된 물체에 대하여 소정의 처리를 행하는 공정과;
    를 포함하는 디바이스의 제조방법으로서,
    상기 캐터옵트릭형 투영광학계는, 화상면으로부터 광경로를 따라서 제 1미러, 제 2미러, 제 3미러 및 제 4미러를 포함하고, 상기 제 3미러와 제 4미러는 상기 제 1미러와 제 2미러 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
  26. 레티클 위의 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하고, 광을 반사하는 6개의 미러를 포함하고, 상기 6개의 미러는, 레티클로부터 화상면까지의 순서로, 오목형상의 제 1미러(M1), 제 2미러(M2), 오목형상의 제 3미러(M3), 볼록형상의 제 4미러(M4), 볼록형상의 제 5미러(M5) 및 오목형상의 제 6미러(M6)를 포함하는 캐터옵트릭형 투영광학계와, 레티클을 조명하는 조명광학계를 포함하는 노광장치를 사용함으로써 물체를 노광하는 공정과;
    노광된 물체에 대하여 소정의 처리를 행하는 공정과;
    를 포함하는 디바이스의 제조방법으로서.
    상기 제 3미러(M3)와 제 5미러(M5) 사이에 중간화상이 형성되고, 6개의 미러 중의 적어도 1개는 비구면 미러이고, 화상면의 측에서 0.2 이상의 개구수를 가지고, 6개의 미러의 각각의 유효직경은 550mm 이하인 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
  27. 레티클 위의 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하고, 광을 반사하는 6개의 미러를 포함하고, 상기 6개의 미러는, 레티클로부터 화상면까지의 순서로, 오목형상의 제 1미러(M1), 제 2미러(M2), 오목형상의 제 3미러(M3), 볼록형상의 제 4미러(M4), 볼록형상의 제 5미러(M5) 및 오목형상의 제 6미러(M6)를 포함하는 캐터옵트릭형 투영광학계와, 레티클을 조명하는 조명광학계와를 포함하는 노광장치를 사용함으로써 물체를 노광하는 공정과;
    노광된 물체에 대하여 소정의 처리를 행하는 공정과;
    를 포함하는 디바이스의 제조방법으로서.
    상기 제 3미러(M3)와 제 5미러(M5) 사이에 중간화상이 형성되고, 6개의 미러 중의 적어도 1개는 비구면 미러이고, 6개의 미러에 대한 광의 최대입사각은 25°이내인 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
  28. 레티클 위의 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하고, 광을 반사하는 6개의 미러를 포함하고, 상기 6개의 미러는, 레티클로부터 화상면까지의 순서로, 오목형상의 제 1미러(M1), 제 2미러(M2), 오목형상의 제 3미러(M3), 볼록형상의 제 4미러(M4), 볼록형상의 제 5미러(M5) 및 오목형상의 제 6미러(M6)를 포함하는 캐터옵트릭형 투영광학계와, 레티클을 조명하는 조명광학계와를 포함하는 노광장치를 사용함으로써 물체를 노광하는 공정과;
    노광된 물체에 대하여 소정의 처리를 행하는 공정과;
    를 포함하는 디바이스의 제조방법으로서,
    상기 제 3미러(M3)과 제 5미러(M5) 사이에 중간화상이 형성되고, 6개의 미러 중의 적어도 1개는 비구면 미러이고, 물체면으로부터 제 1미러(M1)에 입사하는 광은 5°이상의 각도를 가지는 비텔레센트릭이고, 화상면의 측은 텔레센트릭을 유지하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
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