KR100550715B1 - 투영광학계 - Google Patents

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KR100550715B1
KR100550715B1 KR1020040034129A KR20040034129A KR100550715B1 KR 100550715 B1 KR100550715 B1 KR 100550715B1 KR 1020040034129 A KR1020040034129 A KR 1020040034129A KR 20040034129 A KR20040034129 A KR 20040034129A KR 100550715 B1 KR100550715 B1 KR 100550715B1
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카와시마하루나
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

제 1표면 위의 패턴을 제 2표면 위에 투영하고, 0.85 이상의 개구수를 가진 투영 광학계는, 광학부재와 상기 광학부재가 도포된 반사 방지막과, 복수의 층을 포함한 상기 반사 방지 막과 굴절률이 tan{sin-1(NA)}(여기서, NA는 상기 투영 광학계의 개구수임) 이상인 층을 포함한다.

Description

투영광학계{PROJECTION OPTICAL SYSTEM}
도 1은 본 발명에 의한 일 측면의 반사방지 막의 개략 단면도
도 2는 광이 공기 층으로부터 최종층에 입사한 경우, P 편광의 반사방지막에서 최종막의 반사율을 도시하는 그래프
도 3은 광의 상이한 파장에 대한 반사방지 막(A, B)의 반사율 특성을 도시한 그래프
도 4는 반사방지 막(A, B)에서 P 편광 및 S 편광의 평균반사율의 입사각 의존성을 도시하는 그래프
도 5는 투영광학계에서, 웨이퍼에 가장 근접한 최종면 위의 광투과 광학부재의 개략 단면도
도 6은 도 3에 도시된 반사방지 막(A, B)에 입사한 P 편광의 반사율의 입사각 의존성을 도시한 그래프
도 7은 도 3에 도시된 반사방지 막(A, B)에 입사한 S 편광의 반사율의 입사각 의존성을 도시한 그래프
도 8은 광이 공기(매질 X)로부터 굴절률 1.45인 매질(Y)에 입사한 경우, P 편광 및 S 편광의 반사율을 도시하는 그래프
도 9는 광이 저굴절률층으로부터 고굴절률층으로 입사하는 경우, 경계면의 반사율을 도시한 그래프
도 10은 고굴절률층으로부터 저굴절률층에 광이 입사하는 경우의 경계면의 반사율을 도시한 그래프
도 11은 저굴절률층으로부터 렌즈 기판에 광이 입사하는 경우의 경계면의 반사율을 도시한 그래프
도 12는 고굴절률층으로부터 렌즈 기판에 광이 입사하는 경우의 경계면의 반사율을 도시한 그래프
도 13은 포토레지스트가 도포된 웨이퍼에 입사하는 광에 대해 반사율의 입사각도 의존성을 도시한 그래프
도 14는 본 발명의 일 측면으로서 포토레지스트의 개략 단면도
도 15는 본 발명의 일 측면으로서 노광장치의 개략 구성도
도 16은 디바이스(IC나 LSI 등의 반도체 칩, LCD, CCD 등)의 제조를 설명하기 위한 흐름도
도 17은 도 16에 도시된 스텝 4로서 웨이퍼 프로세스의 상세한 흐름도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 반사 방지막 110: 다층막
112: 최종 층 200: 포토레지스트
210: 반사 방지층 220: 레지스트 층
230: 최상 층 500: 노광 장치
510: 조명 장치 520: 레티클
530: 투영 광학계 545: 웨이퍼 스테이지
OM: 투과 광학부재 WP: 웨이퍼
Ar: 공기층
본 출원은 2003년 5월 14일자 일본국 특허 출원번호 2003-135578호 의거한 우선권을 주장하며, 본 명세서에 자세히 설명된 바와 같이 본 발명의 우선권을 전체적으로 참조함으로써 구체화된다.
본 발명은, 일반적으로는, 투영광학계, 보다 상세하게는, 반도체 웨이퍼용의 단결정 기판, 액정 디스플레이(LCD) 용 유리 기판 등의 피처리체를 노광하여 사용되는 높은 수의 개구("NA")를 구비한 투영광학계에 관한 것이다.
미세 반도체 소자 예를들면, 포토리도그래피 기술의 반도체 메모리 및 논리회로 등을 제조하기 위하여 제 1표면으로서 레티클(또는 마스크)위의 회로 패턴을 제 2표면으로서 웨이퍼 등 위에 투영하여 전사하는 투영광학계를 이용하는 축소투영 노광장치가 종래부터 이용되었다. 소위 해상도라고도 칭하는, 상기 투영노광 장치에 의해 전사될 최소 임계 치수("CD")는 노광용 광의 파장에 비례하고, 상기 투영광학계의 NA에 역비례한다. 상기 해상도의 품질은 단파장에서 한층 더 양호하다.
한층 더 미세한 반도체 디바이스에 대한 최근의 요구에 대처하기 위하여 노광광의 파장을 감소시키고, 상기 투영광학계의 NA를 증가시키는 것이 촉진되어 왔다. 초기의 노광장치는, 광원으로서 약 436nm의 파장을가진 g-선 초고압 수은램프를 사용하고 약 0.3NA의 투영광학계를 포함한 g선 스텝퍼의 개발과, 다음에 광원으로서 약 365nm의 파장을 가진 i-선 초고압 수은램프를 사용하는 i-선 스텝퍼의 개발과, 약248nm 의 파장을 가진 Krf 엑시머 레이저를 사용하고 약 0.65의 NA를 가진 투영광학계의 개발에 의해 시작되었다. 현재 널리 보급되어 있는 투영광학계는 이들 스텝퍼들을 광원으로서 대략 193nm의 파장을 가진 Krf 엑시머 레이저 및 Arf 엑시머 레이저를 사용하고 고 NA투영광학계를 포함할 수 있는 스케너로 대체하고 있다. 현재 구입가능한 최고 NA의 투영광학계는 NA가 0.8이다. 상기 스텝퍼는 상기 웨이퍼 상에 셀 투영의 쇼트마다 다음의 쇼트에 대한 노광영역에 스텝방향으로 웨이퍼를 이동시키는 스텝-앤-리피트(step and repeat) 노광장치이다. 상기 스캐너는 마스크에 관련이 있는 웨이퍼를 연속적으로 스캐닝하고, 노광쇼트 후에 쇼트될 다음 노광영역에 스텝 방향으로 웨이퍼를 이동시킴으로써 마스크 패턴을 상기 웨이퍼상에 노광시키는 스텝-앤-리피트 노광장치이다.
광원으로서 Krf 엑시머 레이저 및 Arf 엑시머 레이저 뿐만 아니라 대략 157nm의 파장을 가진 F2 레이저를 사용하고 NA가 0.85인 투영광학계를 포함한 스케너가 광범위하게 연구되고 있다. NA 0.90의 투영광학계의 개발에 대한 요구가 있다.
이러한 상기 투영광학계의 개발에 의해, 상기 투영광학계에서 광학부재의 적용을 위하여 반사방지막이 개발되었다. 종래 카메라 등에 이용된 가시광선을 위해 상기 적용된 반사방지막 기술은, 광원으로서 g-선 초고압 수은램프를 사용하는 노광장치에 대해 어떠한 큰 문제없이 반사방지 막을 개발할 수 있다. g-선 초고압 수은램프를 사용하는 노광장치를 위한 반사방지 막의 설계는 광 흡수에 의해 일부의 막 재료가 반사방지 막에 적절하지 못한 것도 있지만 i-선 초고압 수은램프를 사용하는 노광장치에 대해 대체로 적용가능하다.
광원으로서 Krf 엑시머 레이저 및 Arf 엑시머 레이저를 사용하는 노광장치를 위한 300nm이하의 파장을 가지거나 또는 양호한 투과율을 가진 광에 대한 우수한 투과 특성을 가진 약 2.0 이상의 굴절률을 가진 고굴절율 재료는 제안되지 않았다.
따라서, SiO2 및 MgF2 등의 1.4 내지 1.45의 굴절률을 가진 저굴절률 재료 와 Al2 O3 및 LaF3 등의 약 1.6의 굴절률을 가진 중굴절률 재료에 한정된다. 상기 막의 설계의 문제점에 기인하여 반사방지 막을 개발하여 상기 막의 두께를 제어하는 것을 상당히 어렵다.
컴퓨터 개발과 관련하여 상기 반사방지 막에 대한 개선된 다층 설계기술에 의해 상기 막 설계 문제점을 해결하였고, 저굴절률 재료 및 중굴절률 재료로 이루어진 반사방지 막에 대한 종래와 같이 수용 가능한 설계값을 제공하였다. 이 구성에 의해 원래의 고굴절 재료로 이루어질 막층을, 저굴절재료 및 중굴절 재료로 이루어진 막층으로 대체하여 균등한 막층을 형성하였으므로, 상기 설계된 막 두께는 광원으로서 g-선 및 i-선을 사용하는 노광장치에서 상기 반사 방지막의 두께 보다 얇다.
상기 막 두께를 제어하는 문제점의 한가지 해결책에 의해 종래에 사용된 막 두께의 광학 모니터링에 더하여 수정 공진기를 사용한 막 두께의 모니터링이 새롭게 제안 되었다. 막 두께 및 균일한 막품질의 제어시에 진공 증발 막형성보다 우수한 스퍼터링 막 형성이 확립되었다.
현재, NA=0.8까지의 우수한 반사율특성을 가진 반사방지 막을 설계하여 제조할 수 있다(참조, 예를 들면, 일본국 공개특허 2001-4803호 공보 및 일본국 공개특허 2000-357654 공보).
그러나, F2 레이저를 광원으로 하는 노광 장치는, 산소가 파장 157nm부근의 광을 강하게 흡수하므로 막 물질로서 산화물을 이용하지 못하고, 예를 들면, MgF2, AlF23 등(굴절률 1.4 내지 1.55 정도)의 저굴절률 재료 및 GdF3, LaF3 등(굴절률 1.70 내지 1.75 정도)의 중굴절률 재료의 막물질이 한정되어, 반사 방지막의 설계 및 제조가 복잡해진다.
또, ArF 엑시머 레이져(excimer laser) 및 F2 레이저의 파장영역에서는, 반사 방지막에 의한 광흡수에 기인하여 투과 손실이 커지거나 또는 투과율이 저하된다. 막층내에서 종래는 무시된 투과손실이 F2 레이저의 파장영역에서는 광의 산란에 의한 문제가 되어, 처리량(throughput)의 저하시키거나 해상도를 열화시킨다.
상술한 바와 같이, NA=0.80인 투영 광학계의 개발에 대해 반사 방지막의 설계 및 제조가 문제가 되지 않는 반면에, NA=0.85이상이 되면 우수한 반사특성을 가 진 반사 방지막의 설계 및 제조가 어려워진다. 그 결과, 우수한 광학 성능을 가진 NA=0.85이상의 투영 광학계를 구성할 수 없다.
따라서, 본 발명의 하나의 대표적인 목적은 처리량(throughput) 및 해상도 등의 우수한 광학성능을 가진 새롭고 고 NA인 투영광학계를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 의한 투영 광학계는, 제 1표면 위의 패턴을 제 2표면 위에 투영하고, 0.85 이상의 개구수를 가지고, 상기 투영광학계는 광학부재와 상기 광학부재에 도포되고, 복수의 층을 포함하고, 최종층이 tan{sin-1(NA)}(여기서, NA는 상기 투영광학계의 개구수임) 이상의 굴절률을 가진 반사 방지막을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 의한 투영 광학계는, 제 1표면 위의 패턴을 제 2표면 위에 투영하고, 0.85 이상의 개구수를 가지고, 제 2 표면에 가장 근접하는 최종 광학부재를 포함한 복수의 광학부재와; 상기 최종 광학부재에 도포되고, 입사 P 편광 및 S 편광의 평균반사율이 2.5% 이하인 반사 방지막을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 의한 투영 광학계는, 제 1표면 위의 패턴을 제 2표면 위에 투영하고, 0.90 이상의 개구수를 가지고, 제 2표면에 가장 근접하는 최종 광학부재를 포함한 복수의 광학부재와; 상기 최종 광학부재에 도포되고, 입사 P 편광 및 S 편광의 평균반사율이 3.5% 이하인 반사 방지막을 포함한다.
상기 굴절률은, 예를 들면, 1.6 이상이다. 상기 광학 부재는, 예를 들면, 렌즈, 회절 격자, 프리즘, 씨일 중의 하나인 광투과 부재이다. 상기 광학 부재는, 상 기 투영 광학계를 구성하는 복수의 광학 부재중에, 상기 제 2표면 측에 가장 근접하 여 있어도 된다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 의한 노광장치는 상기 투영 광학계를 포함하고, 상기 투영광학계를 개재하여 광을 피처리체 위에 조사함으로써, 상기 피처리체를 노광한다. 상기 광은, 예를 들면, 250nm 이하의 파장을 가질 수 있다.
0.85 이상의 개구수를 가진 투영광학계를 포함한 노광장치를 이용하여 피처리체를 노광하는 본 발명의 또 다른 측면에 의한 노광 방법은, 포토레지스트 층을 포함하고, 굴절률이 tan{sin-1(NA)} 이상인 최상층을 가진 다층 또는 입사 P 편광 및 S 편광의 평균굴절률이 10% 이하인 최상층을 가진 다층을 피처리체 위에 형성하는 공정과, 상기 노광장치를 이용하여 상기 피처리체를 노광하는 공정을 포함한다. 상기 최상층은, 예를 들면, 상기 레지스트층 또는 광 투과층이다.
본 발명의 또 다른 측면에 의한 디바이스 제조방법은, 상기 노광 장치를 이용하여 상기 기판을 노광하는 공정과 상기 노광된 피처리체를 소정의 처리를 행하는 공정을 포함한다. 상기 노광장치의 작용과 같은 작용을 행하는 디바이스 제조 방법의 청구항은, 중간 및 최종 결과물인 디바이스 자체에도 그 효력이 미친다. 이러한 디바이스는, LSI나 VLSI 등의 반도체 칩, CCD, LCD, 자기 센서, 박막 자기 헤드 등을 포함한다.
본 발명의 기타 목적 또는 부가되는 특징은, 이하, 첨부 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예에 의해서 용이하게 자명해질 것이다.
<바람직한 실시 형태의 상세한 설명>
<실시예>
첨부 도면을 참조하면서, 본 발명에 의한 대표적인 일 측면의 반사 방지막과 포토레지스트를 설명한다. 각 도면에서, 동일한 부재에 대해서는, 동일한 참조 번호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명자는, 처리량(throughput)이나 해상도 등의 광학 성능이 우수한 새로운 고 NA의 투영 광학계를 제공하기 위해 반사 방지막에 대해 검토한 결과, CAD 기술에 의해 반사 방지막의 층수를 늘리는 경우에도, 반사 방지막의 입사각도의 의존성 때문에, 입사각도 55°근처로부터 급격하게 반사율이 증가한다는 것을 발견했다.
도 3은 반사 방지막(A) 및 반사 방지막(B)의 광의 상이한 파장에 대한 반사율 특성을 도시한다. 도 3에서는, 횡축은 광의 파장이고, 종축은 반사율이다. 반사 방지막(A)은 도 3에 도시된 바와 같이, 광의 입사각도 0°부근에서의 반사율을 약 0.2% 낮게 억제하는 예를 들면 3층인 다층막을 일반적으로 가진다. 그러나, 반사 방지막(A)은 광의 큰 입사각도에서의 반사율을 고려하지 않는다. 반사 방지막(B)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 광의 입사각도 0°도 근방에서의 반사율을 약 0.5% 로 완화하지만, 반사율 1% 이하의 파장폭을 70nm로 넓게 확보함으로써 큰 입사각도에서 반사율의 증가를 억제하기 위해 예를 들면 6층인 일반적인 다층이다.
도 4는 도 3에 도시된 반사 방지막(A) 및 반사 방지막(B)에 입사한 P 편광 및 S 편광의 평균 반사율의 입사각도 의존성을 도시한다. 도 4에서는, 횡축은 광의 입사각이고, 종축은 P편광의 반사율과 S 편광의 반사율간의 평균이다. 반사 방지막(B)은, 입사각도 0°의 반사율과 큰 입사각도에서의 반사율과의 차분을 반사 방지막(A)보다 작게 유지하고 있지만, 입사각도가 55°이상에서 반사 방지막(A) 및 반사 방지막(B) 양자 모두 마차가지로 반사율이 증가한다. 상기 반사 방지막(B)의 반사율은, 예를 들면, 입사각도 0°(NA=0에 상당)에서 0.2%, 입사각도 40°(NA=0.65에 상당) 이하에서 0.5% 미만, 입사각도 53°(NA=0.80에 상당)에서 1.8% 미만, 입사각도 58°(NA=0.85에 상당)에서 3.2%, 입사각도 64°(NA=0.90에 상당)에서 5.5%가 된다. 이 결과는 큰 입사각도에서도 반사율을 낮게 유지하도록 설계된 반사 방지막(B)은 그 목적을 달성하지 못한 것이 증명된다.
반사 방지막의 반사율이 입사각도 55°이상에서 급속히 증가하는 문제점을 예시하기 위하여 64°에 대응하는, NA=0.90 의 투영 광학계를 사용한 일예를 이하 설명한다. 상기 투영 광학계는, 제 1표면으로서 레티클(또는 마스크)의 패턴을 제 2표면으로서 피처리체(또는 웨이퍼 등의 기판)에 투영하고, 예를 들면, 20매 내지 30매의 복수의 렌즈와 밀러를 포함한다. 상기 투영 광학계는 복수의 렌즈만을 포함하는 디옵트릭광학계 또는 복수의 렌즈와 적어도 한 장의 밀러를 가지는 카타디옵트릭광학계 이어도 된다.
투영 광학계는 축소 배율이 4배 내지 5배가 일반적이고, 패턴을 전사하는 웨이퍼측에서, 예를 들면, 0.90의 고 NA를 가진다. 따라서, 투영 광학계의 웨이퍼측에서 복수의 렌즈를 통과하는 광의 입사각도 또는 출사 각도는 NA=0.90 (64°)로 균등 이상으로 되어야 한다.
도 5는, 투영 광학계내에 있어서의 웨이퍼측의 최종면을 형성하는 가장 웨이퍼측에 근접한 광투과 광학부재(OM)의 개략 단면도를 도시한다. 도 5에 대해서는, 설명을 간략화하기 위해서 광학 부재(OM)는 평행 평면판인 밀봉유리가 된다. 도 5를 참조하면, 광투과 광학부재(0M)의 양면에 반사 방지막(B)이 도포되고 웨이퍼 (WP)상에는 포토레지스트(PR)가 도포된다. 광선 "a"은, 웨이퍼(WP)에의 입사각도가 O°인 광선이며, 광선 "b", 광선 "c", 광선 "d" 및 광선 "e"는, 각각 웨이퍼(WP)에의 입사각도가 40°, 53°, 58° 및 60°인 광선이다. 이들 광선 "b", 광선 "c", 광선 "d" 및 광선 "e"는, 각각 NA=0.65, 0.80, 0.85및 0.90의 최대 입사각도를 가 진 광선이다.
투영 광학계가 렌즈 등의 광투과 부재만을 포함하는 디옵트릭계인 경우, 일반적으로, 웨이퍼(WP)측에서 입사각도 0°(또는 NA=0)의 광선 "a"는, 투영 광학계의 모든 렌즈의 중심을 통과한다. 이에 반해서, 웨이퍼 WP측에서 입사각도 64°(또는 NA=0.90)의 광선 "e"는, 투영 광학계의 웨이퍼(WP)측의 복수매의 렌즈를 통과할 경우의 입사각도 또는 출사 각도가 64°(또는 NA=0.90)와 동등하거나 또는 그 이상이 된다.
설명의 편의상, 웨이퍼(WP)측에서 입사각도 64°(또는 NA=0.90)의 광선 "e"는 투영 광학계의 웨이퍼(WP)측의 복수(6면)의 렌즈면을 입사각도 혹은 출사각도 64°(또는 NA=0.90)으로 통과한다. 마찬가지로, 웨이퍼(WP)측에서 입사각도 58° (또는 NA=0.85)의 광선 "d", 입사각도 53°(또는 NA=0.80)의 광선 "c", 입사각도 40°(또는 NA=0.65)의 광선 "b"도 투영 광학계의 복수의 렌즈면(6면)을 각각 입사 각도 또는 출사각도 58°, 입사각도 또는 출사 각도 53°, 입사각도 또는 출사 각도 40°로 통과한다.
광선 "a"내지 광선 "e"에 대한 이들 렌즈면(전체적으로 6면)의 투과율은 100에서 상기 반사율(%)를 감산하여 산출한다. 도 4를 참조하여 상술한 반사 방지막(B)의 반사율에 의하면, 웨이퍼(WP) 측에서 입사각도 0°(또는 NA=0)의 광선 "a"에 대한 상기 6면으로부터의 합계 투과율은, 렌즈 1면 당 투과율이 99.8%이므로 약 99%가 된다. 마찬가지로, 입사각도 40°(또는 NA=0.65)의 광선 "b"에 대한 상기 6면으로부터의 합계 투과율은 렌즈 1면 당 투과율이 99.5%이므로 약 97%가 되고, 입사각도 53°(또는 NA=0.80)의 광선 "c"에 대한 6면으로부터의 합계 투과율은 렌즈 1면 당 투과율이 98.2%이므로 약 90%가 돠며, 입사각도 58°(또는 NA=0.85)의 광선 "d"에 대한 6면으로부터 합계 투과율은 렌즈 1면 당 투과율이 96.8%이므로 약 80%가 되고, 입사각도 64°(또는NA=0. 90)의 광선"e" 에 대한 6면으로부터의 합계 6면의 투과율은 렌즈 1면 당 투과율이 94.5%이므로 약 70%가 된다.
이상 설명한 바와 같이, 반사 방지막의 반사율이 입사 각도 또는 출사 각도 55°(NA= 0.82)이상으로 급속히 증가하는 경우에, 64°에 상당하는 NA=0.90를 가진 투영 광학계의 상이한 NA에서 상이한 투과율을 나타내는 불리한점이 있다.
레지스트가 도포된 웨이퍼상에 상이한 피치를 가진 레틸클 위의 2가지 타입의 패턴을 동시에 전사하기 위해 NA 값에 따라 다른 투과율을 가지는 투영광학계를사용하는 경우에, 패턴 피치에 따라서 회절된 광의 방향 또는 각도가 다르게 되기 때문에, 패턴 피치에 따라서 투영광학계의 투과율이 다르다. 이에 의해, 레지스트에 대한 노광량에 패턴의 피치에 따라서 차가 발생하여, CD(임계 치수)의 균일성을 악화시킨다.
패턴 피치가 동일한 경우에도, 반복 패턴의 중심부와 주변부는 상이한 방향으로 회절광이 발생하고 중심부와 주변부사이에 레지스트의 최적 노광량에 차이를 초래하여 CD 균일성을 악화시키게 된다.
상기 설명은 투영 광학계의 축상광(투영된 화면의 중심을 통과한 것)만을 검토한 것이다. 이하 축외광(투영된 화면의 주변을 통과한것)을 설명한다. 도 5에 도시된 입사각도 64°(NA=0.90에 상당)의 광선 "e"와 입사각도 -64°(NA=0.90)의 광선"e"은 투영 광학계의 웨이퍼(WP)측의 복수매의 렌즈를 통과하는 경우의 입사각도 및 출사각도가 상이하여, 투영 광학계의 투과율에 차이가 발생하게 된다. 환언하면, 도 5에 도시된 입사각도 64°(NA=0.90에 상당)의 광선 "e"와 입사각도 -64° (NA=0.90에 상당)의 광선 "e" 사이의 레지스트에 도달하는 광의 강도의 차이가 나서 전사되는 패턴에 마치 코마 수차와 같은 비대칭성을 가진다.
투영 광학계의 NA에 대한 투과율의 차이는, 레티클 패턴에 따라서 다른 것만이 아니고, 레티클 패턴탄을 조명하는 조명광의 간섭성 팩터(coherene factor) (σ)에 따라서 다르다. 조명광의 간섭성 팩터(σ)가 예를 들면, σ=0.85로 큰 경우, 회절광은 패턴 피치에 의해 결정되는 방향 또는 각도를 중심으로 조명광의 간섭성 팩터(σ)에 상당하는 양으로 넓게 퍼진다. 따라서, 조명광의 간섭성 팩터(σ)가 크면, 투영 광학계의 NA에 의한 투과율의 차이의 영향을 평활화하여 완화할 수 있다.
한편, 조명광의 간섭성 팩터(σ)가 예를 들면, σ=0.3로 작은 경우 또는 조 명광이 예를 들면, 환형조명, 4중극조명 및 2중극조명 등의 변형 조명의 경우, 회절광은 좁게 퍼지고, 투영 광학계의 NA에 의한 투과율의 차이가 나게된다.
소위 포토리도그래피의 한계인 NA=0.85 이상의 투영 광학계는, 임계 해상력의 향상을 위해서 변형 조명기술 이나 위상 시프트 마스크 및 하프톤 마스크 기술 (작은σ의 조명광을 가짐)을 이용하는 것이 필수이다. 따라서, NA=0.85 이상의 투영 광학계에서는, NA에 의한 투과율의 차이가 한층 더 큰 문제가 된다. 큰 σ의 조명 조건에서는 CD 차이가 저하되고 패턴 비대칭이 수 % 정도로 떨어진다고 해도, 작은 σ 및 변형 조명의 조명 조건에서는 CD 차이 및 패턴 비대칭에 20% 정도의 영향이 생길 가능성이 있다.
따라서, 본 발명자는 우선, 반사 방지막의 입사각도 의존성의 입사각도 55°로부터 급속히 반사율이 증가하는이유를 검토하였다. 도 6에셔, 도 3에 도시된 반사 방지막(A) 및 반사 방지막(B)의 입사각도에 대한 P편광의 반사율의 입사각도 의존성을 도시한다. 도 7은 도 3에 도시된 반사 방지막(A) 및 반사 방지막 (B)의 입사각도에 대한 S 편광의 반사율의 입사각도 의존성을 나타낸다. 도 6에서, 횡축은 광의 입사각도이며, 종축은 P 편광의 반사율이다. 도 7에서, 횡축은 광의 입사각도이며, 종축은 S 편광의 반사율이다.
도 6을 참조하면, P 편광이 입사각도 0°인 경우, 반사 방지막(A)는 0.2% 정도, 반사 방지막(B)는 0.5% 정도의 반사율을 가진다. 입사각도가 증가함에 따라, 입사각도 0°에서 반사율에 비해 상기 반사율은 저허되는 경향이 있다. 예를 들면, 반사 방지막(A)은 입사각도 35°부근에서 반사율이 0%인 반면에, 반사 방지막(B)은 입사각도 45°부근에서 반사율이 0%이다.
입사각도를 더욱 증가시킴에 따라, 반사율도 증가된다. 예를 들면, 반사 방지막(A)은 입사각도 55°부근에서 반사율이 1%이고, 반사 방지막(B)은 입사각도 58°부근에서 반사율이 1%이다. 입사각도 64°(NA=0.90에 상당)의 부근에서 상기 반사율은 급속하게 증가한다. 에를 들면, 반사 방지막(A) 및 반사 방지막(B)은 각각 반사율이 4%, 반사율 3%가 된다.
이에 반해서, 도 7을 참조하면, S 편광이 입사각도 0°인 경우, 반사 방지막 (A)은 0.2% 정도, 반사 방지막(B)은 0.5% 정도의 반사율을 가진다. 상기 입사각도가 증가함에 따라, 반사 방지막(A) 및 반사 방지막(B)의 반사율은 단순히 증가하는 경향이 있다: 반사 방지막(A)은 입사각도 42°부근에서 반사율이 1% 인 반면에, 반사 방지막(B)는 입사각도 30°부근에서 반사율이 1% 이다. 상기 입사각을 입사각도 64°(NA=0.90에 상당)까지 더욱 증가시키면, 상기 반사율은 한층 더 커지는 경향을 나타낸다: 반사 방지막(A) 및 반사 방지막(B) 양자 모두 반사율이 9% 정도가 된다.
상기 결과에 따라서, S 편광의 입사각도의 증가에 대한 반사율의 변화는 특징적으로 단순한 증가를 따르며, P 편광의 입사각도의 반사율보다 상기 입사각의 반사율이 더크다. 한편, P 편광의 입사각도의 증가에 대한 반사율의 변화는 특징적으로 처음 감소하고 최소값을 초과하면 현저하게 증가한다. P 편광의 반사율은 S 편광의 반사율 보다 최소값을 초과하면 한층 더 크게 증가한다.
이후에, P 편광이 입사각도의 변화에 대한 반사율의 최소값에 대해 검토한 다. 도 8은 공기(매질 X)중으로부터 굴절률 1.45의 매질(매질 Y)에 광이 입사하는 경우의 P 편광의 반사율 및 S 편광의 반사율을 나타낸다. 도 8은, 횡축은 공기층으로부터 저굴절률층에의 광의 입사각도이며, 종축은 공기층과 저굴절률층과의 계면의 반사율이다.
도 8을 참조하면, 입사각도의 증가에 대한 반사율의 움직임은, 도 6 및 도 7에 도시된 입사각도의 증가에 대한 반사율의 움직임과 마찬가지이다. P 편광의 반사율이 O도가 되는 경우의 입사각도는 브루스터각(Brewster angle) 또는 편광각으로 칭한다.
브루스터각(θ)은, 매질 X 및 매질 Y의 굴절률을 n1 및 n2로 놓으면
θ=tan-1(n2 / nl) (1)
의 식으로 나타난다.
식 1로부터 매질 X 및 매질 Y 사이의 굴절률의 비가 작아지는 만큼 브루스터각(θ)이 작아지는 것을 알 수 있다.
다음에, 공기(매질 X)중으로부터 굴절률 1.45의 매질(매질 Y)까지의 브루스터 각이 유일하게 결정되지만, 도 6에 도시된 반사 방지막(A) 및 반사 방지막(B)은 최소값(P 편광의 반사율의 각도)이 동일하지 않은 이유를 설명한다.
상기 반사 방지막은, SiO2 및 CaF2 등의 기판 유리 위에 수개의 층으로 형성되는 박막층이다. 간략화하기 위해, 단층막의 반사 방지막을 예에 설명한다. 공기와 단층막과의 경계면에서 발생하는 반사와 단층막과 기판 유리와의 경계면에서 발 생하는 반사가, 단층막의 광로길이에 의해, 어느 입사 각도에서는 서로 상쇄하여 반사율이 0% 부근까지 감소되고, 다른 각도에서는 완전하게 서로 상쇄하지 않아서 반사율이, 예를 들면, 1% 정도 남긴다. 반사 방지막(A) 및 반사 방지막(B)은 상이한 광로길이를 가지며, 따라서 도 6에 도시된 P 편광의 반사율은 다른각도에서 0°도가 되는 것으로 이해된다.
따라서, 반사 방지막(A) 및 반사 방지막(B)의 두께의 변경에 의해, 임의의 입사각에 대한 P 편광의 반사율의 최소값을 설정할 수 있는 것으로 이해된다. 따라서, 얼마 만큼의 최소값을 큰 입사각도에 대해 시프트할 수 있는 가를 검토한다.
상술한 바와같이, KrF 엑시머 레이져(파장 약 248nm), ArF 엑시머 레이져(파장 약 193nm) 및 F2 레이저(파장 약 157nm)의 파장영역에서 반사 방지막의 재료로서 저굴절률 재료(굴절률은 1.4 내지 1.55 정도) 및 중굴절률 재료(굴절률 1.60 내지 1.75 정도)를 이용한다. 이하의 설명에서는, 저굴절률 재료로부터 형성되는 박막층을 저굴절률층, 중굴절률 재료로부터 형성되는 박막층을 고굴절률층이라고 부르기로 한다.
종래의 반사 방지막의 설계는, 최종층(또는 최상층, 즉, 공기와 접하는 층)을 저굴절률층으로 형성하는 것이 일반적이다. 이 구성에 의해 상기 반사 방지막의 설계가 비교적 용이하다. 예를 들면, 저굴절률 최종층은 최종층과 공기 사이의 경계면에서 반사를 감소시킬 수 있고, 넓은 입사각도에서 적은 맥수의 층을 가진 막에 의해 반사율을 줄일 수 있다. 따라서, 종래의 반사 방지막은, 반사 방지막과 공 기 사이의 경계면 외에 이하의 4종류의 경계면을 가진다.
도 9 내지 도 12에 반사 방지막의 4종류의 경계면의 P 편광 및 S 편광의 반사율을 도시한다. 반사 방지막에 NA=0.90의 광(입사각도 64°)이 입사한 경우, 각 경계면에서의 입사각도 각 경계면에서 결정되는 브루스터 각을 산출하였으며, 여기서, 저굴절률, 고굴절률, 렌즈 기판을 각각 1.45, 1.75, 1.50으로 설정한다.
도 9는 저굴절률층으로부터 고굴절률층으로 광이 입사하는 경우의 경계면의 반사율을 도시한다. 도 9에서는, 횡축은 저굴절률층으로부터 고굴절률층에 입사하는 광의 입사각도이며, 종축은 경계면에서의 반사율이다. 도 9를 참조하면, 경계면에서의 최대 입사각도는 38.4°, 브루스터 각은 50.4°이다.
도 10은 고굴절률층으로부터 저굴절률층에 광이 입사하는 경우의 경계면의 반사율을 도실한다. 도 10에서, 횡축은 고굴절률층으로부터 저굴절률층에 입사하는 광의 입사각도이며 종축은 경계면에서의 반사율이다. 도 10을 참조면, 경계면에서의 최대 입사각도는 30.9°, 브루스터 각은 39. 6°이다.
도 11은 저굴절률층으로부터 렌즈 기판에 광이 입사하는 경우의 경계면의 반사율을 도시한다. 도 11에서, 횡축은 저굴절률층으로부터 렌즈 기판에 입사하는 광의 입사각도이며, 종축은 경계면에서의 반사율 이다. 도 11을 참조면, 경계면에서의 최대 입사각도는 38.4°, 브루스터 각은 46.9°이다.
도 12는 고굴절률층으로부터 렌즈 기판에 광이 입사 하는경우의 경계면의 반사율을 도시한다. 도 12에서, 횡축은 고굴절률층으로부터 렌즈기판에 입사하는 광의 입사각도이며, 종축은 경계면에서의 반사율이다. 도 12를 참조하면, 경계면에서 의 최대 입사각도는 30.9°, 브루스터 각은 41.5°이다.
상기 반사 방지막에서 이들 경계면의 4 종류 전체는 NA=0.90의 광의 최대 입사 각도가 브루스터 각 보다 작은 것을 나타낸다. 반사 방지막의 최종층과 공기사이의 경계면만이, NA=0.90인 광의 최대 입사각도가 브루스터 각 보다 큰것을 나타낸다. 비교할 목적으로, NA=0.65(입사각도 40°에 상당)의 광이 반사 방지막에 입사한 경우의 각 경계면에서의 입사각도를 산출한다. 공기로부터 저굴절률층에 광이 입사하는 경우의 경계면에서의 최대 입사각도는 40°가 된다. 저굴절률층에서 고굴절률층에 광이 입사하는 경우의 경계면에서의 최대 입사각도는 26.3°가 된다. 고굴절률층으로부터 저굴절률층에 광이 입사하는 경우의 경계면에서의 최대 입사 각도는 21.5°가 된다. 저굴절률층으로부터 렌즈기판에 광이 입사하는 경우의 경계면에서의 최대 입사각도는 26.3°가 된다. 저굴절률층으로부터 렌즈기판에 광이 입사하는 경우의 최대 입사각도는 21.5°가 된다.
광선이 NA=0.65의 최대 입사각도를 가지고, 도 8에 도시된 바와 같이, 공기로부터 저굴절률층에 입사하는 경우, 경계면에서의 P 편광의 반사율은 입사각도 0°와 40°사이의 범위에서 단순히 감소한다. 마찬가지로, 도 9 및 도 11에 도시된 바와 같이, 저굴절률층으로부터 고굴절률층 또는 렌즈기판에 광선이 입사 하는 경우, 계면에서의 P 편광의 반사율은 입사각도 0°와 26.3°사이의 범위에서 단순히 감소한다. 도 10 및 도 12에 도시된 바와 같이, 고굴절률층으로부터 저굴절률층 또는 렌즈기판에 광선이 입사하는 경우, 경계면에서의 P 편광의 반사율은 입사각도 0°와 21.5°사이의 범위에서 단조 감소의 경향을 나타낸다.
환언하면, NA=0.65의 투영 광학계에 이용되는 반사 방지막은, 각 경계면에서의 P편광의 반사율은 단순 감소하고, 각 경계면에서의 S 편광의 반사율은 단순 증가한다. 상기 경계면의 반사 특성으로부터, 다층막의 층수 및 각층의 두께를 최적화함으로써, 입사각도 O°로부터 각계면에서의 최대 입사각도의 범위에서상기 반사방지 막은 P 편광 및 S 편광의 반사율을 낮게 유지할 수 있다.
한편, NA=0.90의 투영 광학계에 이용되는 반사 방지막은, 각 경계면에서의 S 편광의 반사율이 단순 증가하고, P 편광에 대한 반사율이 공기와 최종층 사이 이외의 경계면에서 단순 감소한다. P 편광의 최종층의 반사율은 브루스터각까지는 단순히 감소하지만, 브루스터각을 초과하면 현저하게 증가한다. 경계면에서의 이러한 반사 특성에 대해서, 다층막에서 상기 층의 수 및 각 층의 두께를 최적화하는 경우에도, 브루스터각을 초과한 입사각도의 범위에서 최종층에 대한 반사율을 낮게 유지할 수 없다.
이상 설명된 바와 같이, 예를 들면, NA=0.90의 투영 광학계에 이용하는 반사 방지막의 반사 특성을, NA=0.65의 투영 광학계에 이용하는 반사 방지막의 반사 특성과 균등하게 하기 위해서는, 고굴절률이고, 브루스터 각이 NA=0.90 이상인 최종층을 제공하는 것이 필수 조건이라는 것을 알았다.
여기서, 도 4에 도시된 반사 방지막(A) 및 반사 방지막(B)의 입사각도에 대한 P 편광 및 S 편광의 평균 반사율을 설명한다. 상기 반사 방지막(A) 및 반사 방지막(B)은 최종층이 저굴절률층(n=1.45)을 형성하고, 따라서 최종층의 브루스터각은 55.4°가 된다.
반사 방지막(A) 및 반사 방지막(B)은 최종층의 굴절률이 n=1.45으로 동일하므로, 브루스터각 55.4°에서의 반사 방지막(A)의 P 편광 및 S 편광의 평균 반사율은 각각 대략 마찬가지인 2.2% 및 2.5% 가 된다. 또한, 반사 방지막(A) 및 반사 방지막(B)은, 막의 설계값에 상관없이, 브루스터각 55.4°를 초과하여 P 편광 및 S 편광의 평균 반사율이 급격하게 증가한다.
상술한 바와 같이, 반사 방지막의 구성에 대해서는, 최종층을 저굴절률층으로 되도록 하는 것이 잘 알려져 있다. 저굴절률층은 약 1.40 과 약 1.55 사이의 굴절률을 가진다. KrF 엑시머 레이져(파장 약 248nm), ArF 엑시머 레이져(파장 약 193nm) 및 F2 레이저(파장 약 157nm)의 파장영역에서는, 최종층을 저굴절률층으로 형성함으로써 결정되는 브루스터각은 약 55°내지 57°가 된다.
따라서, 입사각이 상기 브루스터각을 초과하지 않으므로, NA=0.8(최대 입사각도 53°)까지의 투영 광학계를 포함한 노광장치에 어떠한 문제점도 없이, 최종층을 저굴절률층으로 형성하는 종래의 반사 방지막의 설계를 적용 가능한 것으로 이해된다. 그러나, 0.80 내지 0.85의 NA의 투영 광학계를 포함한 노광 장치에서는, 입사각이 브루스터각을 초과할 가능성이 있다. 특히, NA=0.85 (최대 입사각도 58°에 상당)이상의 투영 광학계를 포함한 노광장치에서는, 입사각이 상술한 바와 같이 브루스터각을 초과할 수 있고, 종래의 반사 방지막의 설계를 적용할 수 없다. 종래의 설계방법을 적용할 경우에는, CD 균일성의 악화 및 비대칭적인 전사 패턴으로 인한 해상도의 열화를 일으키게 된다.
따라서, 본 발명의 반사 방지막(100)은, NA=0.85 이상의 고 NA의 투영 광학계에서 도 1에 도시된 바와 같이, 다층(110)의 최종층(112)의 굴절률(n)과 투영 광학계의 NA와의 사이에, 이하에 나타내는 수식 2의 관계를 만족하도록 광학부재 (0M)에 도포된다. 상기 광학부재(0M)는, 렌즈, 회절 격자, 프리즘, 밀봉 유리 등의 광투과 부재이다. 최종층(112)은, 공기 이외에도, O2, CO2, N2, He, H2 O 등을 함유할 수 있는, 공기층(Ar)과 접하고 있는 층이다. 여기서, 도 1은, 본 발명에 의한 일 측면의 반사 방지막(100)의 개략 단면도이다.
tan{ sin-1 (0.85) } ≤ n (2)
환언하면, 반사 방지막(100)을 구성하는 다층막(110)의 최종층(112)의 굴절률(n)은
1.6 ≤ n (3)
의 수식 (3)이 적용된다.
NA=0.85 이상의 고 NA의 투영 광학계에서 고굴절률 재료를 반사 방지막(100)의 재료에 사용할 수 있는 경우는, 상기 다층(110)의 최종층(112)의 굴절률(n)과 투영 광학계의 NA와의 사이에, 이하의
tan{ sin-1(NA) } ≤ n 0.85 ≤ NA (4)
의 수식 (4)가 적용되는 것이 바람직하다.
도 2는 공기층(Ar)으로부터 반사 방지막(100)의 최종층(112)에 광이 입사하는 경우의 P 편광의 최종층(112)의 반사율을 도시한다. 도 2에서, 횡축은 공기층 (Ar)로부터 반사 방지막(100)의 최종층(112)에 입사하는 광의 입사각도이며, 종축 은 최종층(112)위의 반사율이다. 또, 도 2는, 각 굴절률 마다의 브루스터 각과 브루스터 각에 대응하는 투영 광학계의 NA의 값도 도시한다. 본 실시예에서는, 반사 방지막(100)의 최종층(112)의 굴절률을 1.60, 1.75 및 2.05로 설정한다.
도 4에 도시된 반사 방지막은, 최종층의 굴절률이 1.45이다. 광이 공기층으로부터 최종층에 입사하는 경우의 브루스터 각은 55.4°이다. 이 최종층에 의해 결정되는 브루스터 각 약 55도에서의 PS평균 반사율은 약 2.5% 이하로 유지된다. 따라서, 최종층의 굴절률이 도 2에 도시된바와 같이 1.6, 1.75 및 2.05이 되도록 반사 방지막이 설계된 경우, 각각의 최종층의 굴절률에 대응하는 브루스터각 58°, 60°및 64°부근에서의 PS 평균 반사율을 2.5% 이하로 유지하는 것이 가능하다.
0.85, 0.87 및 0.90의 NA 값에 대응하는 최대 입사각도는, 각각 58°, 60°, 및 64°이므로, 반사 방지막(100)의 최종층의 굴절률을, 투영 광학계의 NA에 따라서 선택하면, NA=0.85이상의 투영 광학계에 반사 방지막(100)을 이용한 경우에 최대 NA까지 반사율을 적게 유지할 수 있다.
환언하면, 최종층의 최적화된 반사율 의해 0.85, 0.87 및 0.90ㅇ의 NA값을 가진 각각의 투영 광학계에 0.82의 NA의 값을 가지고 종래의 광학 박막을 이용한 투영 광학계와 같은 반사 방지막 특성을 제공할 수 있다.
그러나, F2, ArF의 파장에서는 굴절률 2이상의 고굴절 재료가 존재하지 않아서 투영 광학계의 NA에 의한 최종층의 굴절률을 최적화 하는 것이 불가능할 수 도 있다. 이 경우는, 그 파장으로 이용 가능한 최대 굴절률 예를 들면, 1.6 과 2.0 사 이의 굴절률을 가진 박막 물질을 이용할 수 있다.
NA=0.9(입사각도 64°)의 투영 광학계를 예로서 사용하고 또한, 최종층은 굴절률 1.75의 박막 물질을 이용하는 경우, 브루스터각은 60°가 되며, NA=0.9의 최대 입사각도 64°와의 차이는 4°이다. 여기서, 도 4에서 최종층의 굴절률이 1.45인 브루스터각은 55°이므로, 도 4에서 59°에서의 PS 평균반사율 3.5%는 굴절률 1.75의 경우의 입사각도 64°의 PS 평균 반사율에 상당하게 된다. 본 발명을 이용하는 경우, NA=0.9의 투영 광학계는 NA=0.86이고 종래의 광학 박막을 이용한 투영 광학계와 동등한 반사 방지막 특성을 얻을 수 있다.
NA=0.85 이상의 고 NA의 투영 광학계를 위해 본 발명의 반사 방지막(100)을 에 이용하는 경우, 모든 광학 부재의 광투과면에 도포할 필요는 없다. 오히려, 광학부재에 광의 최대 입사각도가 NA=0.85 (87°)를 초과하는 표면에만 반사 방지막 (100)을 도포하여도 된다. 단층막을 적용할 수 있다. 공기층(Ar)이, N2, He 및 다른 가스에 의해서 치환되는 경우에도 반사 방지막(100)은 같은 효과를 나타낸다.
상기 설명은 고 NA의 투영 광학계의 광학 부재에 이용하는 반사 방지막(또는 광학 박막)에 대해 검토하였지만, 본 발명은 패턴을 전사하는 포토레지스트에 대해서도 유효하다.
도 13은 토레지스트가 도포된 웨이퍼에 입사하는 광에 대한 반사율의 입사각도 의존성을 도시한다. 도 13에서, 횡축은 포토레지스트에 입사하는 광의 입사각도이며, 종축은 반사율 이다. 상기 포토레지스트 도포 처리는 일반적으로, 웨이퍼 기 판으로부터의 반사를 억제하기 위해서, 웨이퍼상에 반사 방지층을 도포한 다음 레지스트층을 도포한다. 포지티브형 작업 레지스트는, 일반적으로, 1.73정도(도 13에서는, 포토레지스트의 굴절률을 1.71로 함)의 높은 굴절률을 갖기 때문에, 브루스터각은 60°정도가 된다. 따라서, 입사각도 0°와 60°사이의 넓은 범위에서 P 편광 및 S편광의 평균 반사율을 10% 이하로 감소시키는 것이 가능하다. 반사 방지층이 없이, 포토레지스트의 막 두께에 따라서 P 편광 및 S 편광의 평균 반사율이 40% 정도에 도달할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 포토레지스트(200)는, 투영 광학계의 NA가 0.85 (최대 입사각도 58°에 상당)이상이 되었을 경우에 유효하다. 포토레지스트(200)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 포토레지스트(200)의 굴절률 n'와 투영 광학계의 NA와의 사이에, 이하의 수식(5)를 만족하도록 웨이퍼(WP)상에 도포된다. 여기서, 도 14는, 본 발명의 다른 측면의 포토레지스트(200)의 개략 단면도이다.
tan {sin-1(0. 85) } ≤ n' (5)
환언하면, 포토레지스트(200)의 굴절률 n'는, 이하
1.6 ≤ n' (6)
의 수식(6)의 관계를 만족시킨다.
도 14a는, 웨이퍼(WP) 위에, 직접 포토레지스트(200)를 도포하고, 포토레지스트(200)가 수식(5) 및 수식(6)를 만족하다.
도 14b는, 웨이퍼(WP) 위에, 반사 방지층(210)을 도포한 다음에 레지스트 (220)를 도포하여 포토레지스트(200)을 형성한다. 이 경우에, 레지스트층 (220)의 최상층(광의 가장 입사 측에 배치되어 있는 층이고, 공기층(Ar)과 접하고 있는 층)이 수식 (5) 및 수식 (6)을 만족시킨다.
또는, 도 14c에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(WP) 위에, 반사 방지층(210)을 도포한 후에 레지스트층(220)을 도포하고, 수식 (5) 및 수식 (6)를 만족하는 최상층(230)을 형성해도 된다. 이 경우에, 상기 최상층(230)은, 레지스트 특성을 나타내지 않고, 고굴절률의 투과층이어도 된다. 노광 후에, 고굴절률의 최상층(230)을 박리하고, 레지스트층(220) 대해서 통상의 현상 처리를 행한다. 물론, 최상층(230)이 통상의 현상기에서 용해하는 것이면, 최상층(230)을 박리 할 필요는 없다. 이 경우는 웨이퍼 (WP)상에 도포된 포토레지스트(200)위에 공기층(Ar)과 접하는 최상층(230)이 수식(5) 및 수식(6)을 만족시켜야 한다. 공기층(Ar)이 N2, He등의 가스에 의해서 치환되는 경우에도 포토레지스트(200)는 마찬가지의 효과를 나타낸다.
고굴절률 재료를 포토레지스트(200)에 사용할 수 있는 경우에, 포토레지스트 (200)의 공기층(Ar)과 접촉하는 층의 굴절률 n'과 NA=0.85 이상의 고 NA의 투영 광학계의 NA와의 사이에, 이하
tan{ sin-1 (NA)} ≤ n' 0.85 ≤ NA (7)
의 수식 (7)을 만족시키는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명의 반사 방지막(100) 및/또는 포토레지스트(200)는 NA= 0.85이상의 반사 방지 특성을 구비한 투영 광학계를 제공할 수 있으며, CD 균일성 및 패턴의 대칭성을 개선한 노광 장치를 실현한다.
이하, 도 15를 참조하면, 본 발명의 반사 방지막(100)이 도포된 광학부재를 가지는 투영광학계(530)를 포함하는 노광 장치(500)에 대해 설명한다. 도 15는 본 발명의 일 측면의 노광 장치(500)의 개략 구성도이다. 노광 장치(500)는, 도 15에 도시된 바와같이, 조명 장치(510)와 조명된 레티클 패턴으로부터 발생하는 회절광을 웨이퍼(WP)에 투영하는 투영 광학계(530)와 웨이퍼(WP)를 지지하는 웨이퍼 스테이지(545)를 포함한다.
상기 노광장치(500)는, 예를 들면, 스텝-앤드-리피트 방식이나 스텝-앤드-스캔 방식으로 레티클(520) 위의 회로 패턴을 웨이퍼(WP)에 노광하는 투영 노광 장치이다. 이러한 노광장치는, 서브 미크론 또는 쿼터-미크론 리도소그래피 공정에 적합하고, 이하, 본 실시예에서는 스텝-앤드-스캔 방식의 노광 장치("스캐너"로도 칭함)를 예시적으로 설명한다.
조명 장치(510)는 전사될 회로 패턴을 형성하는 레티클(520)을 조명하고, 광원유닛(512)과 조명 광학계(514)를 포함한다.
광원유닛(512)은, 예를 들면, 광원으로서 파장 약 193nm의 ArF 엑시머 레이져, 파장 약 248nm의 KrF 엑시머 레이져 등을 사용할 수 있다. 광원의 종류는 상기 엑시머 레이져에 한정되지 않고, 예를 들면, 파장 약 153nm의 F2 엑시머 레이저를 사용할 수 있다. 레이져 유닛의 개수는 한정되지 않는다. 얼룩을 저감하기 위해 광학계는 선형적 또는 회전적으로 진동 시켜도 된다. 광원유닛(512)이 레이저를 사용하는 경우, 레이저 원으로부터의 평행 광속을 소망한 빔 형상으로 형성하는 빔 형 성 광학계와 간섭성(coherent) 레이저 빔을 비간섭성(incoherent) 레이저 빔으로 변하게 하는 비간섭적으로 변하는 광학계를 사용하는 것이 바람직하다. 광원유닛 (512)에 사용 가능한 광원은 레이저로 한정되는 것이 아니고, 복수의 수은 램프나 크세논램프 등의 램프도 사용 가능하다.
조명 광학계(514)는, 레티클(520)을 조명 하는 광학계이며, 렌즈, 밀러, 광적분기(optical integrator), 조리개 등을 포함하고, 예를 들면, 콘덴서 렌즈, 플라이 아이 렌즈(fly eye lens), 개구 조리개, 콘덴서 렌즈, 슬릿, 결상 광학계의 순서로 배치된다. 조명 광학계(514)는, 그것이 축상광이든지 축외광이든지 어떤 광도 사용할 수 있다. 광적분기는, 플라이 아이 렌즈 또는 2셋트의 실린드리칼 렌즈 어레이 판(또는 렌티큘라 렌즈)을 적층함으로써 구성되는 적분기를 포함하고, 광학 라드(opticcal rod)나 회절 소자로 대체되어도 된다.
레티클(520)은, 수정으로 형성되고, 예를 들면, 전사될 회로 패턴(또는 상)이 형성되어 레티클 스테이지(도시되지 않음)에 의해 지지 및 구동된다. 레티클(220)로부터 방출된 회절광은, 투영 광학계(530)를 통하여 통과하고 웨이퍼 (WP)상에 투영 된다. 레티클(520)과 웨이퍼(WP)는, 광학적으로 공역의 관계의 위치된다. 본 실시예의 노광 장치(500)는 스캐너이기 때문에, 레티클(520)과 웨이퍼 (WP)를 투영 광학계(530)의 축소 배율비의 속도비로 스캔 하고, 따라서 레티클 (520)의 패턴을 웨이퍼(WP)상에 전사한다. 축소 투영형 노광장치( "스텝퍼"로 칭함)의 경우는, 레티클(520)과 웨이퍼(WP)를 정지시킨 상태로 노광을 한다.
투영 광학계(530)는 피처리체 표면인 레티클(520)상의 패턴을 반사하는 광을 상면인 웨이퍼(WP)상에 투영하고, NA가 0.85이다. 색수차의 필요한 보정 어떤 것에 의해서도, 서로 분산치(압베값)가 다른 유리재로부터 형성되는 복수의 렌즈 소자를 사용하거나 회절 광학 소자를 렌즈 소자와 역방향의 분산이 생기도록 배치할 수 있다.
투영 광학계(530)의 렌즈로서 광학 부재에 본 발명의 반사 방지막(100)을 도포한다. 상기 반사방지막(100)에 의해 NA가 0.85이상이어도, 투영 광학계(530)내의 투과율의 산포를 저감하여 CD 균일성 및 패턴 대칭성이 우수한 해상도를 제공할 수 있다.
웨이퍼(WP)는, 액정 기판 및 그 외의 노광될 피처리체가 될 수 있다. 포토레지스트는 웨이퍼(WP)에 도포되어 있다. 이 포토레지스트는 본 발명의 포토레지스트 (200)을 사용할 수 있고, 이에 의해, 웨이퍼(WP)상의 노광광의 반사를 저감하여, 우수한 해상도로 레티클(520)의 패턴을 전사할 수 있다.
웨이퍼 스테이지(545)는 웨이퍼(WP)를 지지한다. 웨이퍼 스테이지(545)는 당업계에서 공지된 어떠한 구성도 이용할 수 있어서, 그 구조 및 동작의 상세한 설명 은 생략 한다. 예를 들면, 상기 스테이지(545)는, 리니어 모터를 이용하여 XY 방향으로 웨이퍼(WP)를 이동시킬 수 있다. 레티클(520)과 웨이퍼(WP)는, 예를 들면, 동기 주사되고 웨이퍼 스테이지(545)와 레티클 스테이지(도시되지 않음)의 위치는, 예를 들면, 레이저 간섭계 등에 의해 감시되므로 양자는 일정한 속도 비율로 구동된다. 웨이퍼 스테이지(545)는, 예를 들면, 댐퍼를 개재하여 플로어 등 위에 지지되는 스테이지 정반상에 설치된다. 레티클 스테이지 및 투영 광학계(530)는 예를 들면, 플로어에 배치된 베이스 프레임상에 대해 댐퍼를 개재하여 지지를 받는 도시하지 않는 경통정반(lens barrel stool)위에 설치된다.
노광에서, 광원유닛(512)으로부터 방출된 광은 조명 광학계(514)에 의해 레티클(520)을, 예를 들면, 쾰러조명(Koehler-illuminates)한다. 레티클(520)을 통과하여 레티클 패턴을 반사하는 광은, 투영 광학계(530)에 의해 웨이퍼(WP)에 결상 된다. 노광 장치(500)에서 투영 광학계(530)의 광학 부재에 도포되는 반사 방지막에 대해서 수식(4)를 만족시키는 재료가 선택되고, 재료를 노광광의 가장 근접한 입사 측에 배치된다. 따라서, 노광 장치(500)는 반도체소자, LCD 소자, CCD 등의 촬상 소자 등의 고품질의 디바이스, 박막 자기헤드 등을 제공할 수 있다. 마찬가지로, 노광장치(500)의 웨이퍼(WP)에 도포되는 포토레지스트에 대해서 수식(7)을 만족시키는 재료가 선택되어, 노광광의 가장 근접한 입사 측에 배치된다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 상기 노광 장치(500)를 이용한 디바이스 제조 방법의 실시예를 설명한다. 도 16은, 디바이스 예를 들면, IC 및 LSI 등의 반도체 칩, LCD, CCD 등의 제조를 설명하기 위한 흐름도이다. 반도체 칩의 제조를 예로서 설명한다. 스텝 1(회로설계)에서는 반도체 디바이스의 회로를 설계한다. 스텝 2(마스크 제작)에서는 설계한 회로 패턴을 가진 마스크를 형성한다. 스텝 3(웨이퍼 제조)에서는 실리콘 등의 재료를 이용하여 웨이퍼를 제조한다. 스텝 4(웨이퍼 프로세스)에서는 전 공정으로 칭하는 마스크와 웨이퍼를 이용하여 포토리도그래피 기술에 의해 웨이퍼상에 실제의 회로를 형성한다. 스텝 5(조립)에서는 후속 공정으로 칭하는 스텝 4에 의해 작성된 웨이퍼를 이용하여 반도체 칩화하는 공정이며, 어셈블리 공정(예를 들면, 다이싱, 본딩), 패키징 스텝(칩 밀봉) 등의 공정을 포함한다. 스텝 6(검사)에서는 스텝 5에서 제작된 반도체 디바이스의 타당성 테스트, 내구성 테스트 등의 검사를 실시한다. 이러한 공정을 거쳐 반도체 디바이스가 완성되고 이것이 출하(스텝 7)된다.
도 17은, 도 16의 스텝 4에서 웨이퍼 프로세스의 상세한 흐름도이다. 스텝 11(산화)에서는 웨이퍼의 표면을 산화시킨다. 스텝 12(CVD)에서는 웨이퍼의 표면에 절연막을 형성한다. 스텝 13(전극 형성)에서는 웨이퍼상에 전극을 증착 등에 의해 형성한다. 스텝 14(이온주입)에서는 웨이퍼에 이온을 주입한다. 스텝 15(노광)에서는 웨이퍼에 감광제를 도포하고, 노광 장치(500)에 의해 마스크의 회로패턴을 웨이퍼에 노광한다. 스텝 16(현상)에서는 노광한 웨이퍼를 현상한다. 스텝 18(에칭)에서는 현상한 레지스트 상 이외의 부분을 에칭한다. 스텝 19(레지스트 박리)에서는 에칭후에 사용하지 않는 레지스트를 제거한다. 이러한 스텝을 반복하고 웨이퍼상에 다층회로 패턴이 형성된다. 이 디바이스 제조방법에 의하면, 종래보다 고품질의 디바이스를 제조할 수 있다. 이와 같이, 노광 장치(500)를 사용하는 디바이스 제조방법 및 결과물로서의 디바이스도 본 발명의 일 측면을 구성한다.
또한, 본 발명은 이러한 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 정신과 범위를 일탈함이 없이 여러 가지의 변형 및 변경이 가능하다. 예를 들면, 본 발명의 반사 방지막은 NA가 0.85 이상의 조명 광학계의 광학 부재에 적용할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 처리량 또는 해상도 등의 광학 성능이 우수한 신규의 고 NA인 투영 광학계를 제공할 수 있다.

Claims (16)

  1. 제 1표면 위의 패턴을 제 2표면 위에 투영하고, 0.85 이상의 개구수를 가진 투영광학계로서,
    광학부재와;
    상기 광학부재에 도포되고, 복수의 층을 포함하고, 최종층이 tan{sin-1(NA)} (여기서, NA는 상기 투영광학계의 개구수임) 이상의 굴절률을 가진 반사 방지막
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 굴절률이 1.6 이상인 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 광학부재는 광투과 부재인 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 광학부재는 렌즈, 회절격자, 프리즘 및 밀봉 유리 중의 하나인 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 광학부재는 상기 투영광학계의 제 2표면에 가장 근접하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  6. 제 1표면 위의 패턴을 제 2표면 위에 투영하고, 0.85 이상의 개구수를 가진 투영광학계로서,
    제 2표면에 가장 근접하는 최종 광학부재를 포함한 복수의 광학부재와;
    상기 최종 광학부재에 도포되고, 입사 P 편광 및 S 편광의 평균반사율이 2.5% 이하인 반사 방지막
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  7. 제 1표면 위의 패턴을 제 2표면 위에 투영하고, 0.90 이상의 개구수를 가진 투영광학계로서,
    제 2표면에 가장 근접하는 최종 광학부재를 포함한 복수의 광학부재와;
    상기 최종 광학부재에 도포되고, 입사 P 편광 및 S 편광의 평균반사율이 3.5% 이하인 반사 방지막
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  8. 제 1항 또는 제 6항 또는 제 7항 중의 어느한 항에 기재된 투영 광학계를 포함하고, 상기 노광장치는 상기 투영광학계를 개재하여 광을 피처리체 위에 조사함 으로써 상기 피처리체를 노광하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 광은 250nm이하의 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  10. 개구수가 0.85 이상인 투영광학계를 포함한 노광장치를 이용하여 피처리체를 노광하는 노광방법으로서,
    포토레지스트 층을 포함하는 다층으로서, 굴절률이 tan{sin-1(NA)} 이상인 최상층을 가진 다층을 피처리체위에 형성하는 공정과;
    상기 노광장치를 이용하여 상기 피처리체를 노광하는 공정
    을 포함하는것을 특징으로 하는 노광방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 최상층은 레지스트층인 것을 특징으로 하는 노광방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 최상층은 광투과층인 것을 특징으로 하는 노광방법.
  13. 개구수가 0.85 이상인 투영광학계를 포함한 노광장치를 이용하여 피처리체를 노광하는 노광방법으로서,
    포토레지스트 층을 포함하고, 입사 P 편광 및 S 편광의 평균굴절률이 10% 이하인 최상층을 가진 다층을 피처리체 위에 형성하는 공정과;
    상기 노광장치를 이용하여 상기 피처리체를 노광하는 공정
    을 포함하는것을 특징으로 하는 노광방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 최상층은 레지스트층인 것을 특징으로 하는 노광방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 최상층은 광투과층인 것을 특징으로 하는 노광방법.
  16. 제 8항에 기재된 노광장치를 이용하여 피처리체를 노광하는 공정과;
    노광된 상기 피처리체를 현상하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
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