KR100563124B1

KR100563124B1 - 리소그래피 장치

Info

Publication number: KR100563124B1
Application number: KR1019990011844A
Authority: KR
Inventors: 물켄스요하네스카타리누스후베르투스; 리더가빈찰스; 텐카트잔비에체리콜트
Original assignee: 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Priority date: 1998-04-08
Filing date: 1999-04-06
Publication date: 2006-03-21
Also published as: TW419422B; DE69931690D1; DE69931690T2; KR19990082951A; US20010046038A1; JP2000058441A; US7061583B2; US6452662B2; US20040051858A1; US20020167653A1; JP3993335B2

Abstract

본 발명에 의하면, 조정가능한 액시콘, 가변형 줌 소자 및 다중극 조명 모드 생성소자를 포함하며 마이크로 리소그래피(microlithographic) 노광장치(exposure appratus)에 사용되는 조명계가 제공된다. 광학 소자를 제어함으로써, 조명 모드가 통상 모드, 환상 모드 및 다중극 모드 사이에서 변경될 수 있다.

Description

리소그래피 장치{LITHOGRAPHY APPARATUS}

도 1 및 도 2는 종래의 조명계(illumination systems)를 나타내고,

도 3은 종래의 시스템에서 얻을 수 있는 조명 세기 분포(illumination intensity distribution)를 나타내고,

도 4는 본 발명에 사용되는 조명계를 나타내고,

도 5a는 도 4의 시스템의 다중극 모드 생성 소자의 일실시예를 나타내고,

도 5b는 도 5a의 실시예로 얻어지는 조명세기 분포를 나타내고,

도 6 및 도 7은 도 5a의 대안적인 실시예를 나타내고,

도 8은 본 발명에 사용되는 조명계의 다른 실시예의 단면과 최종적인 조명세기 분포를 나타내고,

도 9는 광 원뿔(light cone) 상에서 쐐기형 광학 소자의 효과를 나타내고,

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 석영봉의 입구 윈도우 평면상의 피라미드형 블록을 나타내고,

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 석영봉의 입구 윈도우에 위치하는 이중 쐐기소자를 나타내고,

도 12는 일반적인 또는 환상 조명 프로파일에 대한 프레넬 렌즈(Fresnel lenses)의 배열을 나타내고,

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 사중극 조명에 대한 프레넬 렌즈 조각의 배열을 나타내고,

도 14, 도 15, 및 도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 세그먼트의 또 따른 배열을 나타내고,

도 17은 사중극 조명모드 세기 분포의 예를 나타내고,

도 18은 석영봉을 통과하여 투과된 후의 조명 세기 분포를 나타내고,

도 19는 석영봉의 방위에 대해 회전되는 사중극 모드 생성 소자를 나타내고,

도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명계에서 석영봉을 통과하여 투과되기 전의 조명세기 분포를 나타내고,

도 21은 도 20에 나타낸 입사 분포의 석영봉을 통과하여 투과된 후의 최종적인 조명세기 분포를 나타내고,

도 22는 다른 조명 모드에 대해 해상도에 대한 초점 깊이의 플롯을 나타내고,

도 23(a) 및 도 23(b)는 온-액시스 조명 모드 및 오프-액시스 조명 모드에 대한 회절빔을 나타내고,

도 24는 온-액시스 조명 모드에 대한 보다 큰 피처들의 회절빔을 나타내고,

도 25(a) 및 도 26(b)는 비교적 작거나 보다 큰 피처에 대한 혼합 조명모드 세기 분포를 각각 나타내고,

도 26은 본 발명이 구현될 수 있는, 기판상에 마스크를 묘화시키는 장치를 나타낸다.

본 발명은 조명 시스템(illumination system)에 관한 것으로, 특히 조명 모드의 변경이 가능한 마이크로리소그래피 노광장치에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은, 방사선 투영빔을 공급하는 방사선계, 마스크를 지지하는 마스크홀더가 제공되고 제 1위치설정수단에 접속된 제 1대물테이블, 기판을 지지하는 기판홀더가 제공되고 제 2위치설정수단에 접속된 제 2대물테이블, 기판의 목표부 상에 마스크의 조사부를 묘하시키는 투영계를 포함하는 리소그래피 투영장치에 상기와 같은 조명 시스템의 적용에 관련된다.

본 명세서에서는 설명을 간단하게 하기 위해, 이하의 설명에 있어 투영계(projection system)를 단지 "렌즈"로 지칭하나, 이하의 설명에서 사용된 "렌즈"라는 용어는 예를 들어, 굴절 광학기기(refractive optics), 반사 광학기기(reflective optics) 및 카타디옵트릭계(catadioptric systems)를 포함하는 다양한 형태의 투영계를 모두 포함하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선계(radiation system) 역시, 상기 원리 중 어느 하나를 따라 방사선 투영빔의 방향을 결정하거나, 성형(shaping)하거나 또는 제어하도록 작동하는 소자를 포함하고, 이러한 소자는 이하에서 집합적으로 또는 단독적으로 "렌즈"라 지칭될 것이다. 방사선계 또는 조명계에 있어서 어떠한 굴절 소자, 반사 소자, 또는 카타디옵트릭 소자도 유리 또는 기타 적정 재료의 기판을 기초로 할 수 있고, 요청에 따라 단일 또는 다중층 코팅이 제공될 수 있다. 또한,제 1 및 제 2대물테이블은 각각 "마스크테이블" 및 "기판테이블"로 지칭될 수 있다. 나아가, 리소그래피 장치는 둘 이상의 마스크테이블 및/또는 둘 이상의 기판테이블을 갖는 형태일 수 있다. 이러한 "다중 스테이지"장치에서는 부가적인 테이블들이 병렬로 사용되거나, 하나 이상의 스테이지(stage)가 노광에 사용되는 동안 하나 이상의 다른 스테이지 상에서 준비단계가 수행될 수 있다. 트윈 스테이지(twin stage) 리소그래피 장치는 국제특허출원 WO98/28665 및 WO98/40791에 개시되어 있다.

리소그래피 투영장치는 예를 들면 집적회로의 제작에 사용될 수 있다. 집적회로의 제작에 사용되는 경우, 마스크(레티클)는 집적회로의 각 층에 대응하는 회로패턴을 포함하며, 이 패턴은 감광물질(레지스트)층으로 코팅된 기판(실리콘 웨이퍼)상의 목표 영역(다이)에 묘화될 수 있다. 일반적으로 하나의 웨이퍼는 레티클을 통해 한번에 하나씩 연속적으로 조사되는 서로 인접한 다이들의 전체 연결망을 갖는다. 일 형태의 리소그래피 투영장치에서, 각 다이는 전체 레티클 패턴을 다이상에 한번에 노광함으로써 조사되는데, 이러한 장치를 통상 웨이퍼스테퍼(waferstepper)라 칭한다. 이와 달리, 통상 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)로 불리는 장치에서는, 투영빔 하에서 소정 기준방향("주사"방향)으로 레티클 패턴을 점진적으로 주사하면서 상기 주사방향에 평행 또는 평행하지 않게 웨이퍼테이블을 동기적으로 주사함으로써 각 다이가 조사된다. 일반적으로 투영계는 배율인자(magnification factor:Μ)(대개<1)를 가지므로 웨이퍼테이블이 주사되는 속도(ν)는 레티클테이블이 주사되는 속도의 Μ배가 된다. 여기에서 설명되는 리소그래피 장치에 관한 상세한 정보는 국제특허출원 WO97/33205에서 찾을 수 있다.

마이크로 리소그래피의 일 형태에서, 피처(feature)를 결정하는 마스크는 특정 조명 모드에 대응하는 퓨필 평면(pupil plane)에서의 세기 분포(intensity distribution)를 갖는 유효 방사선원으로부터의 방사선에 의해 조명된다. 조명된 마스크의 이미지는 레지스트가 코팅된 반도체 웨이퍼 위로 투영된다.

광학적 리소그래피에서 피처의 크기를 줄이는, 즉 해상도를 증가시키는 한 방법이 오프-액시스(off-axis) 조명이다. 이 기술을 사용하면, 마스크가 비직각 각도 (non- perpendicular angle)으로 조명될 수 있어 해상도를 개선할 수 있으며, 특히 개선되는 부분은 초점 깊이 및/또는 콘트라스트(contrast)를 증가시킴으로써 프로세스 관용도(process latitude)가 양호해진다는 점이다. 공지의 일 조명 모드로는, 광축 상에서 종래의 영차 스폿(zero order spot)이 링 형상의 세기 분포로 변환되는 환상 모드(annular mode)가 있다. 다른 모드는 광축 상에 있지 않는 여러 스폿 또는 빔이 생성되는 다중극 조명모드(multipole illumination mode)이다. 퓨필 평면에서의 공간적인 세기 분포는 마스크 평면에서 각도 분포로 변환된다.

선행 기술에서의 문제점은, 고정된 조명 모드만을 가져 조명계의 유연성이 없다는 점, 또는 모드의 범위가 제한된다는 점, 또는 원하는 모드를 선택하거나 조합하는 것이 어렵다는 점 등을 포함한다. 또한 종래의 시스템중 몇몇은 조명 방사의 일부가 차단됨에 따라 에너지 손실이 크다는 문제점도 갖고 있다.

상기 문제점중 적어도 몇몇을 최소한 부분적으로나마 경감하고자 하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명에 의하면, 상기 및 기타 목적들이 서두에 설명된 리소그래피 투영장치내에서 달성되는데, 방사선계는 조정가능한 액시콘(axicon) 및 가변형 줌(zoom) 소자를 포함하는 조명계를 포함하고, 다중극 조명 모드를 생성하는 조정가능한 소자를 더 포함하여, 상기 다중극 조명 모드중 적어도 하나의 공간적 변수가 연속적으로 변경될 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 조명계는 통상 모드(conventional mode), 환상 모드(annular mode) 및 사중극 모드(quadrupole mode)를 포함하는 일련의 조명 모드를 생성할 수 있게 한다. 액시콘, 줌 및 다중극 생성소자는 조명 모드의 공간적 세기 분포가 연속적으로 변화될 수 있게 한다. 공간적 세기 분포는, 레티클에 대해 각을 두고 혹은 기울어지게 조명할 수 있게 하여, 리소그래피 노광 장치의 프로세스 관용도(process latitude)를 개선한다.

본 발명에 따른 장치의 사용에 대해 여기서는 집적회로의 제조에 대해서만 언급하였으나, 이러한 장치가 다른 곳에 적용될 수도 있음은 명백히 이해될 것이다. 예를 들어, 상기 장치는 집적 광학계, 자기영역 기억장치의 유도 및 검출패턴, 액정표시패널, 박막 자기헤드 등의 제작에도 채용될 수 있다. 당업자는, 전술한 기타 응용분야들을 고려할 때, 본 명세서에서 사용된 "레티클", "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어가 "마스크", "기판" 및 "목표위치"등과 같은 좀 더 일반적인 용어로 대체될 수 있음이 이해될 것이다.

종래의 조명계중 두가지가 도 1 및 도 2에서 개략적으로 도시되었다. 도 1 및 도 2를 참조하면 이들 시스템은, 광 집속/시준 광학기기(light collecting/collimating optics)(10), 액시콘/줌 모듈(axicon/zoom module)(12), 그리고 광 인티그레이팅 및 투영 광학기기(light integrating and projecting optics)(14)를 갖는다. 이러한 시스템은 광축(16), 퓨필 평면(18), 및 레티클 평면(20)을 형성한다. 액시콘/줌 모듈(12)은, 하나는 볼록하고 하나는 오목하게 된 한 쌍의 액시콘(22)을 포함하고, 이들의 간격은 변경될 수 있다. 모듈(12)은 줌 렌즈(24)도 포함한다.

원추형 액시콘의 경우에 대해 퓨필 평면(18)에서 얻을 수 있는 조명 세기 분포의 몇몇 예를 도 3에 나타내었다. 스폿 크기(spot size)는 줌 렌즈의 위치를 변화시킴으로써 A 상태와 B상태 사이에서 변경될 수 있다. 유사하게, 액시콘 개구(axicon opening)(액시콘들 사이의 간격)를 변경함으로써 A상태와 C상태 사이에서 환상성(annularity)이 변경될 수 있다.

조명의 균질성을 개선하기 위해 광학 인티그레이터(optical integrator)가 사용된다. 도 1에서는 이 광학 인티그레이터가 유리, 칼슘 플루오르 또는 석영봉(quartz rod)과 같은 광 파이프(26)의 형태를 취한다. 커플러(28)는 퓨필 평면(18)에서의 조명을 봉(26)내로 결합하고, 봉 출구 묘화 광학기기(rod exit imaging optics)(30) 또한 제공된다. 도 2에서는 플라이 아이 소자(fly's eye element)(32)가 인티그레이터의 역할을 한다. 플라이 아이 소자(32)는 소형 렌즈의 배열 또는 벌집형상(honeycomb)으로 된 복합렌즈이다. 또한, 대물렌즈(34, 36)는 투영 광학기기를 완성한다.

이러한 조명계에 대한 상세한 정보는 EP-A-687956호에 개시되어 있다. 본 발명은 상술한 조명계로 구현될 수 있으며, 후술하는 설명에서는 동일한 아이템에 대해 동일한 참조번호가 붙여진다.

후술하는 본 발명의 실시예는 다중극 조명의 특정 실시예로서 사중극 조명모드(quadrupole illumination mode)에 관한 것이다. 쌍극(dipole)과 같은 기타의 모드 역시 본 발명으로 실현가능하다.

본 발명의 제 1실시예를 도 4에 나타내었다. 이 조명계는 광 집속/시준 광학기기(10), 액시콘/줌 모듈(12), 다중극 모드 생성소자(38), 및 광 인티그레이팅/투영 광학기기(14)를 갖는다. 구성요소들은 광축(16)을 따라 위치하고, 투영계(역시 도시되지 않음)를 거쳐, 웨이퍼(도시되지 않음)상의 식각 레지스트(etch resist)에 노광패턴을 생성하는, 레티클 평면(20)에 위치한 레티클(도시되지 않음)을 조명하는데 사용된다. 도 4에 예시된 시스템은 석영봉 광 인티그레이터(26)를 포함하나, 도 2에 예시된 것과 같은 다른 시스템에서도 본 발명이 구현될 수 있다. 도 4는 시스템의 퓨필 평면(18)에서 액시콘/줌 모듈(12)과 인티그레이팅/투영 광학기기(14) 사이에 위치하는 다중극 모드 생성소자(38)를 보여준다. 후술하는 몇몇 실시예에 있어서는 이 소자가 시스템의 다른 장소에 위치된 경우에 대하여, 예를 들어 액시콘/줌 모듈(12)의 앞에, 또는 액시콘/줌 모듈(12) 내에 삽입(interposable)되거나 봉(26)의 입구 윈도우에 위치하는 경우에 대하여 설명될 것이다. 이후의 실시예에서 설명되는 바와 같이, 상기 위치는 사용되는 특정 다중 모드 생성소자(38)와 관련된다. 도 4에 나타낸 광학축(16)은 좀 더 소형인 조명계를 생성하기 위해 물론 폴딩(folding)될 수 있다.

다중 모드 생성소자(38)의 일 실시예를 도 5a에 나타내었다. 이 소자(38)는 퓨필 평면에서 빔 경로 내로 삽입가능한 네 개의 삼각형 블레이드(41, 42, 43, 44)를 가지며, 이 블레이드는 여기서 몰타 개구 블레이드(Maltese Aperture Blade:MAB)로 언급되는 몰타 십자(Maltese cross)(40)를 형성한다. 각각의 블레이드는 정점각(apex angle)(β)을 갖는다. 도 5b는 액시콘/줌 모듈과 MAB로 인해 생성되는 환상 조명 모드의 조합으로 인한 조명세기 분포를 보여준다. 상기 분포는 네 개의 광 빔 또는 극(45)을 갖는다. 이 실시예는 연속적으로 변화될 수 있는 사중극 조명 모드의 생성을 가능하게 한다. 각 극의 반경위치(radial position)는 액시콘 광학기기를 조정함으로써 변경가능하고, 각 극의 반경 폭(radial width)은 줌 렌즈를 조정함으로써 변경가능하고, 접하는 극 폭(tangential pole width)은 도 6의 몰타십자(40)와 같이 다른 정점각(β)을 갖는 다른 쌍의 블레이드를 삽입하여 변경될 수 있다. 블레이드를 모두 제거함으로써 조명계는 통상 모드 및/또는 환상 모드로 사용될 수 있으며, 이 역시 연속적으로 변화된다.

다른 각(β)의 블레이드를 삽입함으로써, 접하는 극 폭은 이산적인 스텝(discrete step)으로 변화될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면 접하는 극 폭은, 시스템의 광학축(블레이드들의 정점이 위치함)에 대해 상호 회전가능한 n개의 블레이드 스택(stack)을 포함하는 몰타 십자의 개개의 암(arm)에 의해 연속적으로 변경가능하다. 각각의 개별적인 블레이드의 각이 β이면, 전체적인 세그멘트 각은 β에서 nβ로 연속적으로 변경될 수 있고, 따라서 각 극의 접하는 폭은 π/2-β와 π/2-nβ의 각도 사이에서 변경될 수 있다. 몰타 십자의 각 암의 유효폭을 변경하기 위해 블레이드를 회전시키는 작업은 자동화될 수 있다. 도 7에 나타낸 간단한 실시예에서 각 스택(stack)은 두 개의 블레이드로 구성된다. 도 7은 각 스택의 블레이드가 펼쳐진 것을 보여준다. 블레이드가 정렬된 때는 몰타 십자(40)가 도 6에 나타낸 것과 같이 보이게 된다. 다른 변형으로는 블레이드들이 반경축에 대해 회전가능하게 하여 블레이드의 유효폭이 변경되도록 허용하는 것이 있는데, 예를 들면 두 개의 블레이드가 나비모양으로 힌지(hinge)된다.

또 다른 실시예에 의하면, 도 4의 조명계에 나타낸 것과 같이, 직사각형의 석영봉(26)과 같은 광 파이프를 포함하는 광학계에서 다중극 모드 생성소자(38)로서 단지 두 개의 블레이드만이 사용된다. 블레이드중 하나는 광 파이프 직각단면의 짧은 측에 평행하게 방위되고 다른 블레이드는 긴 측에 평행하다. 파이프내에서의 다중 반사에 기인하여, 결과적인 조명 모드는 환상과 사중극이 혼합된 형태가 된다. 2개의 블레이드 시스템은 광빔을 차단하는 블레이드의 수가 적기 때문에 몰타 십자 구조보다 에너지 손실이 적은 사중극 성분을 갖는 조명모드를 생성할 수 있다. 일예로서, 블레이드는 삼각형이며 도 5a에 나타낸 블레이드(41, 42)와 같은 몰타 십자의 두 직각 암과 유사하다. 본 실시예에서, 블레이드의 일측 또는 양측은 상술한 바와 같은 보다 작은 회전 블레이드의 스택으로 이루어진 복합 블레이드일 수도 있다.

대개 블레이드는 레티클상에서 직교하는 선에 대응하는 방향을 따라 위치하여, 상기 직교하는 선으로부터 45°각도에 중심을 갖는 각각의 사분면에 광 극이 위치한다. 이러한 방위는 특히 DRAM 같은 조밀한 구조에 대한 라인(line)의 최적 투영을 생성할 수 있다. 이러한 직교하는 선은 대개 수평선 및 수직선이라 불린다.

블레이드를 사용하는 상기 실시예에 대한 다른 변형으로서는, 조명계의 광축에 대해 모든 블레이드를 회전가능하게 함으로써 극의 위치가 회전되도록 하는 것이다.

본 발명의 다음 실시예는 다중모드 생성소자로서 피라미드형 프리즘을 갖는 액시콘/줌 모듈을 구비한다. 이는 또한 일반 모드와 환상 모드 및 사중극 조명 모드가 서로 연속적으로 변환될 수 있게 한다. 도 8은 액시콘/줌 모듈의 광학 구성요소를 보여준다. 도 8의 오른쪽 열(column)은 액시콘 쌍(22a, 22b)과 줌 렌즈(24)의 다양한 위치에 대한 퓨필 평면(18)에서의 조명 세기 분포를 보여준다. 액시콘 쌍(22)은 원형 및 환상의 조명 패턴을 생성하도록 원뿔형 표면(conical surface)을 갖는 한 쌍의 소자(하나는 오목형(22a)이며 하나는 볼록형(22b))를 포함한다. 도 8의 네 번째 행(row)은 소자(22b)로부터 피라미드 형상의 프리즘(50)을 분리하는 경우에 얻어지는 효과를 보여준다. 피라미드(50)와 면하는 소자(22b)의 측부(side)는 피라미드(50)를 수용하는 오목한 피라미드 형태이다. 소자(22b)와 피라미드(50)는 피라미드형 액시콘 또는 피라미돈(pyramidon)으로 알려진 제 2의 액시콘 역시 포함한다. 피라미드형 프리즘(50)은, 도 8의 오른쪽 열 최하부에 도시된 네개의 스폿과 같이 결과적으로 사중극 모드 조명 패턴을 생성하는 사변형 베이스(four-sided base)를 갖는다.

도 8의 조명계는 조명모드가 일반 모드로부터 환상 모드 또는 사중극 모드까지 연속적으로 변경될 수 있는, 대단히 다용도의(versatile) 조명계이다. 줌 렌즈(24)는 스폿 크기(spot size) 또는 국부 코히어런스 계수(local coherence factor)를 설정하고, 액시콘(22)은 환상도(annularity)를 결정하고, 피라미돈(50)은 사중극성을 결정한다. 또한, 광 플럭스(light flux)가 차단되지 않고 재분배되므로, 사실상 광 손실이 없어 스루풋(throughout)이 높게 유지될 수 있다.

도 1의 시스템을 참조하면, 전술한 바와 같이 퓨필 평면(18)에서의 공간적인 세기 분포는 석영봉(26)의 입구 및 출구 평면에서의 각도 분포에 대응한다. 레티클에서의 각이 진 조명(angular illuminatiion) 또는 오프-액시스 조명은 프로세스 관용도를 개선시킬 수 있다. 도 9는 쐐기형(wedge-shaped) 광학소자를 사용하여 조명의 각도 분포를 변경하는 한 방법을 보여준다. 광학축에 대해 비스듬하게 광 원뿔(light cone)이 기울어짐에 따라, 상기 광학축에 평행한 축을 갖는 한 쌍의 입사 광 원뿔(52)이 쐐기(51)로부터 나타난다.

도 10은 이러한 원리를 채용하는 본 발명의 일실시예를 보여준다. 피라미드형 소자(54)는 봉(26)의 입구 평면 상에 위치한다. 피라미드의 경사면은 쐐기형 굴절소자로 작용한다. 피라미드로 입사되는 광은 네 방향으로 굴절되어 사중극 같은 조명이 형성된다. 도 11은, 봉(26)의 출구 윈도우 전면에 일렬로 위치하는 한 쌍의 쐐기형 소자(56)를 포함하는 실시예를 보여준다. 상기 쐐기형 소자(56)는 입사광을 두 방향으로 경사지게 하기 위해 상호 90°로 회전되어, 후에 봉(26)안에서의 다중 반사로 사중극 같은 조명을 생성한다. 이와 같이 광 원뿔을 단지 직교하는 두 방향으로 경사지게 하는 것으로도 역시 사중극 조명을 생성할 수 있다. 이 경우에 있어서도, 광 플럭스가 차단되지 않고 재분배되므로 사실상 광 손실이 없어 스루풋이 높게 유지될 수 있다.

상기 피라미드 및 쐐기형 실시예에 대한 변형으로서는, 단일의 대형 피라미드나 쐐기 대신에 다수의 작은 피라미드 또는 쐐기의 배열을 사용하는 것이다. 작은 소자에 대한 광 편차(deviation)는 굴절효과뿐 아니라 회절효과로도 얻을 수 있다. 쐐기의 배열을 사용하는 경우, 쐐기 쌍을 쌓아올리지 않고도 배열내에서 쐐기 면의 방위를 변경할 수 있다.

소망하는 조명모드를 생성하는 두가지 다른 방법을 도 12 및 도 13에 나타내었다. 일반 조명 및 환상 조명에는 도 12에 나타낸 마이크로렌즈 배열이 사용될 수 있다. 육각형 배열(59)의 각 소자는 프레넬 렌즈 또는 굴절 렌즈를 포함한다. 유연한 사중극 조명에는 도 13에 나타낸 실시예가 사용될 수 있다. 마이크로렌즈의 사각 배열(61)의 각 소자는 프레넬 렌즈(60)의 세그멘트 또는 사분면을 포함한다. 렌즈(60)의 네 사분면을 배열하는 한 방법이 도 13에 예시되었다. 네 개의 렌즈 사분면은 퓨필 평면에서 네 개의 조명 극을 형성한다. 이 경우에 있어서도, 광 플럭스는 차단되지 않고 재분배되므로 사실상 광 손실이 없어 스루풋이 높게 유지될 수 있다.

다중극 조명 모드 생성소자의 또 다른 바람직한 실시예가 도 14, 도 15, 및 도 16을 참조하여 예시되었다. 소자는 렌즈 세그멘트의 배열이다. 빔의 어느 부분도 차단하지 않으면서 다중극 모드가 생성되므로 강도 손실이 없고 스루풋이 유지되므로 이는 특히 효율적이다. 도 14는, N, S, E 및 W로 이름붙여진 네 개의 렌즈 세그먼트 각각이 실제로 하나의 완전한 렌즈의 어느 부분에서 얻어지는지를 보여준다. 렌즈 세그멘트와 이러한 렌즈 세그멘트의 절반이 모자이크 맞춤(tessellate)되어, 도 15에 나타낸 바와 같이 직사각형을 형성할 수 있다. 하나의 완전한 표면이, 도 16에 보인 바와 같이 바람직하게 직사각형을 형성하고 엇갈린(staggered) 패턴으로 타일(tile)되는 렌즈 세그먼트로 덮혀질 수 있다.

실제로 렌즈 배열은 석영 기판의 표면상에 형성될 수 있다. 렌즈 세그먼트는 프레넬 렌즈의 세그먼트를 제공하기 위해 표면에서 식각된 홈(groove)으로 형성된다. 홈의 폭과 깊이는 대개 마이크로미터 급의 크기이며, 각 렌즈 세그먼트는 밀리미터 급의 크기이고, 배열의 치수(dimension)는 센티미터 급이다.

프레넬 렌즈는 단지 예로써 사용되었다. 다른 타입의 렌즈 또는 회절 광학 소자도 사용될 수 있다. 종래의 회절 렌즈 또는 렌즈 세그먼트를 배열에 사용하여 동일한 또는 더 나은 성과를 이룰 수 있다. 하지만, 제작의 관점에서는 프레넬 렌즈가 바람직하다.

렌즈 세그먼트의 형상은 극의 형상(pole shape)을 결정한다. 도 17은 렌즈 퓨필에서의 극 패턴의 예를 보여준다. 이 경우, 각각의 극은 환상(annulus)의 세그먼트이다. 각 극의 각도(α)는 렌즈 세그먼트의 각으로 결정된다. 반경(σ_i, σ_o)은 액시콘/줌 모듈로 조정가능하다. α의 바람직한 값은 30°이다. 다른 α값 및 쌍극(dipole) 등의 극 패턴은, 몇몇 상호교환가능한 다른 렌즈 배열 또는 회절 광학소자를 제공함으로써 성취될 수 있다. 조명계내에서 이러한 서로 다른 다중극 모드 생성소자 사이를 전환(swap)하기 위해 자동 교환기(automatic changer)가 사용될 수 있다.

상술한 광학 소자들은, 예를 들어 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이 봉 입구에 위치할 수도 있으나, 봉의 어느 정도 중간 단면에 위치하는 것이 유리하다. 이러한 중간위치는 광학 굴절 또는 회절 소자에 들어갈 때 입사하는 광 원뿔이 좀 더 균일한 각도로 분포되도록 한다. 프레넬 렌즈 배열은 특히 엑시머레이저 조명계에 적당하고, 예를 들어 광이 액시콘/줌 모듈로 들어가기 전에 시준된 레이저 빔내에 위치할 수 있다.

사중극 조명을 생성하는 상기 시스템에 의한 세기 분포 패턴은 x 및 y축 주위에 광이 거의 존재하지 않는다. 네 개의 극은 직교 좌표계에서 양의 x축으로부터 ±45°및 ±135°에 위치한다. z축은 시스템의 광학축을 따라 위치하며, x축 및 y축은 광학축에 직각인 평면에 존재한다. 집적 석영봉을 포함하는 시스템(예를 들면, 도 1)에서 x축은 통상 석영봉의 직각 단면의 긴 측에 직교하고, y축은 짧은 측에 직교한다. 석영봉을 통해 투과된 후에, 각각의 네 극은 석영봉을 따르는 이산적인 수의 내부 반사에 의한 다수의 작은 점(dot)을 포함한다. 도 18은 이산적인 개수의 광 스폿을 포함하는 각각의 극을 개략적으로 나타낸다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 사중극 모드와 환상 모드가 혼합된 새로운 조명 모드가 생성될 수 있다. 이는, 광 세기(light intensity)가 존재하지 않는 영역이 더 이상 x와 y축 상의 중앙에 오지 않도록 사중극 모드 생성소자를 방위시킴으로써 달성된다. 예를 들어, 몰타 십자 개구의 블레이드는 도 19에 나타낸 바와 같이 적당한 각도로 z축에 대해 회전한다. 도 20은, 액시콘/줌 모듈 뒤 석영봉에 진입하기 전에 퓨필 평면에서의 결과적인 조명세기 분포의 예를 나타낸다. 석영봉을 투과한 후에는 석영봉에서의 다중 내부 반사에 의하여 x와 y축에 대해 세기 분포가 대칭을 이루게 되어, 도 21에 나타낸 것과 같은 세기 분포 패턴을 생성한다. 도 21에서 나타낸 바와 같이, 45°사선방향을 따라 광점 밀도가 높은 영역이 각 사분면마다 하나씩 생기게 된다. 이들의 사이에는 x와 y축 주위에 광점 밀도가 낮은 영역이 존재한다. 광점의 밀도는 네 입사점의 위치, 즉 사중극 소자의 방위와, 조명계의 기타 파라미터, 예를 들면 사중극 소자의 유형, 액시콘과 줌의 위치 등에 따라 다르다.

실험결과에 의하면, 수평 또는 수직 피처를 노광시킴에 있어서 사중극 조명이 환상 조명보다 큰 초점 깊이를 생성한다. 이는 특히 조밀한 주기적 피처의 경우에 더욱 그러하다. 하지만, x 및 y축에 대해 약 45°의 방위로 된 동등한 피처에 대해 사중극 조명의 묘화 능력(imaging capability)은 환상 조명보다 열등하다. 도 22에는 해상도(λ/NA)에 대한 마이크로미터의 초점깊이(DOF)가 (a) 통상의 원형 조명, (b) 환상 조명, (c) 수평/수직 피처에 대한 사중극 조명, (d) 45°피처/선에 대한 사중극 조명의 경우에 대하여 개략적으로 플롯되어 있다. 초점깊이가 개선된 점을 유용하게 하기 위해서는, 당연히 사중극 변수가 묘화되는 패턴의 주기성(periodicity)에 따라 선택되어야 한다.

도 21에 나타낸 종류의 세기 분포를 "소프트 사중극(soft-quadrupole)"이라 칭하고, 반대로 도 17과 같이 x와 y축의 부근에 조명이 존재하지 않는 것을 "하드 사중극(hard-quadrupole)"이라 한다. 연구결과에 의하면, 스프트 사중극 조명은 환상 조명상에서 수직 및 수평 피처를 개선하고, 하드 사중극 조명상에서 사선 피처(diagonal feature)를 개선하는 절충을 제공하는 것을 나타낸다. 모의 실험에서, 스프트 사중극 조명은 환상 단면부에서 x 및 y축 상의 상대 세기가 0.5, 사선상에서의 상대 세기가 1.0 이었다.

사중극 조명은 미세하게 이격된 주기적 배열의 초점깊이와 이미지 선명도(image definition)를 개선할 수 있다. 사중극 조명은 비주기적이고 넓게 이격된(고립된) 구조체에 사용하기에 매우 적합한 것으로 여겨지지 않았다. 그러나 이러한 구조가 조밀한 주기적 배열(가장자리 선, 접촉 패드에 이르는(leading) 도체, 혼합된 로직 및 메모리 회로 등)과 조합되어 사용되는 곳에서는 사중극 조명 환경과 통상적인 조명환경 사이에서 절충이 이루어져야 한다. 대개 이는, 소프트 가장자리 조명 극(soft-edged illumination pole)을 사용하거나 극을 확장함으로써, 또는 배경에 조명을 첨가함으로써 사중극이 "소프트화(soften)"되는 것을 의미한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는 고립 구조(isolated structure)에 대하여는 통상 조명을 조밀한 주기 구조에 대해서는 사중극 조명을 사용하여, 1회의 노광에 두 종류의 조명을 조합하였다. 사중극은 주로 렌즈의 회절 한계 또는 부근에 있는 구조체를 개선하도록 조율(tune)되므로 일반 조명은 그러한 피처를 분해(resolve) 시킬 수 없다. 그 이유는 회절 차수(+1, -1 등)가 퓨필(70) 외부에 떨어지기 때문이며, 이는 도 23(b)에서는 오프-액시스 조명(예를 들면 사중극)에 대하여, 반면에 도 23(a)에서는 일반적인 온-액시스 조명에 대하여 도시되어 있다.

그러나 고립된 피처에 대해서는, 오프-액시스 조명을 보충하기 위한 광 세기를 부가하면 이들 피처의 인쇄(printing)를 도울 수 있다. 일반적인 배경 조명은 오프-액시스 조명을 압도하므로 오프-액시스과 통상 조명의 비율이 조정될 필요가 있다. 예를 들어, 다중극 회절 광학 소자를 사용하면, 잘 규정된 좁은 온-액시스 광빔과 오프-액시스 조명을 고정된 비율로 혼합시킬 수 있다.

더욱이, 이미지 필드내의 대형 피처들은, 도 24에 나타낸 바와 같이 퓨필 외부에 떨어지지 않는 제 1 차의 회절 구성요소를 갖는 종래의 광 조명 구성요소로 완전하게 묘화될 수 있다. 분리된 조명원은 코히어런트하지 않으므로 이미지는 서로 간섭되지 않고 단지 서로 더해지기만 한다. 소형 피처 및 대형 피처에 대한 극 패턴의 예가 도 25(a) 및 (b)에 각각 예시되었다.

고립 피처를 강화하기 위해 위상 천이 마스크(phase shift mask)가 사용될 수 있다. 이러한 마스크를 사용하기 위해, 조명을 저 시그마(low sigma)(높은 코히어런트성(highly coherent), 수직 입사에 가까움)로 설정한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 조밀한 배열을 강화하는 사중극 조명(고립 피처는 강화하지는 않는)과, 고립 피처의 강화를 위한 강한 저 시그마 중앙 극(intense low-sigma central pole) (위상 천이 마스크와 조합됨)을 조합하여 사용하면, 모든 피처에 대한 초점깊이의 전반적인 개선을 가져올 수 있다.

본 발명의 장치는 특히 유연하여 광의 손실이 적다. 상술한 본 발명의 실시예는, 예를 들어 수은 아크 램프 또는 엑시머레이저를 광원으로 하는 자외선 조명으로 작동하는 리소그래피계에 적당하다. 대개 수은 아크 램프는 365nm의 파장인 "i-선" 방사선의 생성에 사용되고, 엑시머레이저는 248nm, 193nm, 및 157nm 의 파장에서 깊은 자외선(deep ultraviolat radiation)의 생성에 사용된다.

예시된 예에서는 조명 방사선이 줌 렌즈에 앞서 액시콘을 통과하도록 되어있으나, 이들 소자의 순서가 바뀔 수도 있다. 이는 설계상의 선택사항이고 사용되는 방사원에 의존한다.

이하에서는 도 26을 참조하여, 상술한 바와 같은 조명계가 기판(W)(예를 들어 레지스트 코팅된 웨이퍼)위에 마스크(M)(예를 들어 레티클)의 반복적인묘화(imaging)을 위하여 본 발명을 구현하는데 사용되는 리소그래피 장치가 설명될 것이다. 여기서 나타내는 특정 장치는 투과적이지만, 예를 들어 반사적 또는 카타디옵트릭(catadioptric)일 수도 있다.

상기 장치는, 조명 빔(IB)을 공급하는 본 발명에 따른 조명계와 방사원을 포함하는 조명 하우징(LH)을 포함한다. 이 빔은 다이어프램(DR)을 통과한 후, 위치조정이 가능한 마스크테이블(MT)상에 놓여있는 마스크(M)위로 입사된다. 마스크테이블(MT)은, 복수의 렌즈소자(이들 중 L₁과 L₂ 단 둘만이 도 26에 나타나 있음)를 포함하는 투영 렌즈계(PL)와 통합되는 투영 컬럼(PC)의 일 부분을 형성한다. 상기 투영계는 포토레지스트층(도시되지 않음)이 제공되는 기판(W)위로 마스크(M)를 묘화시킨다. 기판테이블(WT)의 일부를 형성하는 기판홀더(WC)(예를 들어 에어 베어링) 위에 기판이 제공된다. 투영 렌즈계는 예를 들어 배율 M = 1/5, 개구수 NA > 0.48, 그리고 예를 들어 22mm의 직경인 회절 제한 이미지 필드를 갖는다. 기판테이블(WT)은, 예를 들어 그의 하부측에서 투영 컬럼(PC)과 인접하는 그래나이트(granite) 베이스 플레이트(BP)에 의해 지지된다.

기판테이블의 도움으로 기판을 x, y 및 z 방향으로 변위시킬 수 있으며, 또한 예를 들면 z축에 대해 기판이 회전될 수 있다. 이러한 조정은, 예를 들어 기판 홀더와 협력하는 x, y, φ_z 간섭계 시스템, 마스크 마크가 기판 마크에 대해 정렬될 수 있도록 하는 정렬 시스템 등의 초점 서보시스템과 같은 다양한 서보시스템에 의해 제어된다. 도 26에는 이들 서보시스템이 나타나 있지 않다. 정렬 시스템의 정렬 빔(주요 광선 AB₁, AB₂와 더불어)만을 나타내었다.
기판상에서 형성되는 집적회로의 수에 따라, 매번 기판의 다른 목표 영역상에, 마스크가 묘화되어야 한다.

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상술한 장치는 두 개의 다른 모드에서 사용될 수 있다. 스텝모드(step moｄe)에서, 마스크테이블(MT)는 본질적으로 정지되어 있고, 전체 마스크 이미지가 목표영역 상에 한번에(즉, 단일 "섬광"으로) 투영된다. 그런 다음에는 기판스테이지(WT)가 X 및/또는 Y 방향으로 이동하여 다른 목표 영역이 빔(IB)에 의해 조사될 수 있다.

스캔모드(scan moｄe)에서도 기본적으로 동일한 시나리오가 적용되나, 소정 목표영역이 단일 "섬광"에 노광되지 않는 점이 다르다. 대신에, 마스크 스테이지(MT)가 소정 방향(소위 "주사방향", 예를 들면 X방향)으로 ν의 속도로 이동하여, 투영빔(IB)으로 하여금 마스크이미지를 주사하도록 하고, 이와 동시에 기판스테이지(WT)는 동일한 방향 또는 반대 방향으로 Ｖ = Μν의 속도로 이동한다.(Μ은 렌즈(PL)의 배율:대개 Μ = 1/5이다) 상기한 방법으로, 해상도를 떨어뜨리지 않으면서도 비교적 큰 목표영역이 노광될 수 있다.

이러한 과정은 기판의 모든 영역이 조명될 때 까지 반복된다.

이상의 설명에서는 본 발명의 구체적 구현예에 대해 서술되었으나, 본 발명은 전술한 바와 다르게 실시될 수도 있음은 물론이다.

본 발명에 의한 조명계는 통상 모드(conventional mode), 환상 모드(annular mode) 및 사중극 모드(quadrupole mode)를 포함하는 일련의 조명 모드를 생성할 수 있게 한다. 액시콘, 줌 및 다중극 생성소자는 조명 모드의 공간적 세기 분포가 연속적으로 변화할 수 있게 한다. 공간적 세기 분포는, 레티클에 대해 각을 두고 혹은 기울어지게 조명할 수 있게 하여, 리소그래피 노광 장치의 프로세스 관용도(process latitude)를 개선한다.

Claims

리소그래피 장치에 있어서,

방사선 투영 빔을 공급하는 방사선계;

마스크를 지지하는 마스크홀더가 제공되고 제1위치설정수단에 접속된 제1대물테이블;

기판을 지지하는 기판홀더가 제공되고 제2위치설정수단에 접속된 제2대물테이블;

상기 기판의 목표부 위에 마스크의 조사부를 묘화시키는 투영계를 포함하여 이루어지고,

상기 방사선계는,

조정가능한 액시콘; 및

가변 줌 소자를 포함하는 조명계를 포함하고,

다중극 조명 모드를 생성하는 하나 이상의 렌즈 또는 회절 광학 소자들의 배열을 더 포함하여, 상기 다중극 조명 모드 중 하나 이상의 공간적 변수는 연속적으로 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
제 1항에 있어서,

상기 조명 모드가 사중극(quadrupole)인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
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제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 구성요소는 하나 이상의 피라미드형 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
삭제
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 구성요소는 피라미드형 블록들의 배열인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 구성요소는 하나 이상의 쐐기형 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 구성요소는 직교하는 방향으로 된 최소 한 쌍의 쐐기형 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
제 13항에 있어서,

상기 최소 한 쌍의 쐐기형 블록들 중 두 블록은 빔 경로에서 일렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
제 13항에 있어서,

상기 최소 한 쌍의 쐐기형 블록의 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
삭제
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 하나 이상의 배열은 프레넬 렌즈 세그멘트들의 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
제 1항에 있어서,

방사선 경로에서 상호교환이 가능하게 위치할 수 있는 복수의 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 다중극 조명 모드 생성소자는 상기 계의 주요 광학축에 평행한 축에 대해 회전가능한 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

사변형 단면을 갖는 광 파이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
제 20항에 있어서,

상기 다중극 조명 모드 생성소자는 상기 광 파이프 입구에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
제 20항에 있어서,

상기 다중극 조명 모드 생성소자는 상기 광 파이프를 따라 중간 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
제 20항에 있어서,

상기 광 파이프는 유리, 석영 또는 칼슘 플루오르 봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
제 20항에 있어서,

상기 다중극 조명 모드 생성소자의 주요 횡단 축이 상기 광 파이프의 주요 횡단 축에 대해 각을 이루어 배치된 방향들을 따라 위치하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 방사선계는 엑시머레이저원을 더 포함하고, 상기 조정가능한 다중극 조명 모드 생성소자는 광원의 시준된 빔 경로에 위치할 수 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 다중극 조명 모드는 온-액시스 극(on-axis pole)과 하나 이상의 오프-액시스 극(off-axis pole)을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
디바이스 제조방법에 있어서,

에너지 반응 물질의 층에 의해 적어도 일부분이 코팅된 기판을 제공하는 단계;

패턴을 가지는 마스크를 제공하는 단계;

방사선 빔을 사용하여 상기 에너지 반응 물질 층의 목표영역 상으로 적어도 마스크 패턴의 부분을 투영하는 단계를 포함하여 이루어지고,

투영전에 상기 방사선으로부터 다중극 조명 모드를 생성하고, 조정가능한 액시콘, 가변 줌 소자, 및 하나 이상의 렌즈 또는 회절 광학 소자들의 배열을 사용하여, 상기 다중극 조명의 하나 이상의 공간적 변수가 연속적으로 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
제 27항에 있어서,

상기 다중극 조명 모드의 오프-액시스 극들에 부가하여 온-액시스 조명 극을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
제 27항 또는 제 28항에 따라 제조된 디바이스.