KR100749015B1 - 마이크로리소그래피용 투영 대물렌즈 및 투영 노광 장치 - Google Patents

마이크로리소그래피용 투영 대물렌즈 및 투영 노광 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제 1 미러(S1), 제 2 미러(S2), 제 3 미러(S3), 제 4 미러(S4) 및 제 5 미러(S5)를 구비하는, 바람직하게는 100 nm 미만의 단파장 마이크로리소그래피에서 사용하는 투영 대물렌즈에 관한 것이다. 본 발명은, 이미지측 개구수가 NA ≥0.10 이며, 조사될 물체, 바람직하게는 웨이퍼에 가장 가까운 미러는,
이미지측 광학적 자유 동작거리가 상기 웨이퍼에 가장 가까운 미러의 사용 직경(D)에 적어도 대응하고, 및/또는
이미지측 광학적 자유 동작거리가 적어도 상기 미러의 상기 사용 직경(D)의 1/3 과 20 mm 내지 30 mm 의 길이의 합이고, 및/또는
이미지측 광학적 자유 동작거리가 적어도 50 mm, 바람직하게는 60 mm 이도록 배열되어 있다.
투영 대물렌즈

Description

마이크로리소그래피용 투영 대물렌즈 및 투영 노광 장치 {MICROLITHOGRAPHY PROJECTION OBJECTIVE AND PROJECTION EXPOSURE APPARATUS}
도 1 은 제 1 및 제 2 서브시스템 사이에 중간 실상을 갖는 본 발명의 제 1 실시예이다.
도 2 는 조리개가 제 1 및 제 2 미러 사이에 놓이는 본 발명의 제 2 실시예이다.
도 3a 및 3b 는 상이하게 조사된 광 필드에 사용 직경을 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
2 : 레티클 평면 4 : 웨이퍼 평면
S1 : 제 1 미러 S2 : 제 2 미러
S3 : 제 3 미러 S4 : 제 4 미러
S5 : 제 5 미러 B : 조리개
본 발명은, 마이크로리소그래피 대물렌즈, 상기 대물렌즈를 포함하는 투영 노광장치, 및 이를 사용하여 집적회로를 제조하는 방법에 관한 것이다.
130 nm 분해능 이하의 구조물을 결상하는 데 193 nm 이하의 파장으로 동작하는 리소그래피 시스템을 사용하는 것이 제안되었다. 사실, 이러한 리소그래피시스템은 λ= 11 nm 또는 λ= 13 nm 의 파장을 갖는 EUV(extreme ultraviolet) 범위에서 100 nm 이하의 구조물을 생성하도록 제안되었다. 리소그래피 시스템의 분해능은 다음 식으로 표현된다:
RES = k1 λ/NA,
여기서 k1 은 리소그래피 프로세스의 특정 파라미터이고, λ는 입사광의 파장이고, NA 는 시스템의 이미지측 개구수이다. 예를 들어, 개구수가 0.2 라고 하면, 13 nm 방사를 갖는 50 nm 구조물을 결상하는 데는 k1 = 0.77 을 갖는 프로세스를 요구한다. k1 = 0.64 에서는, 35 nm 구조물의 결상이 11 nm 방사로 가능하다.
EUV 영역에서 시스템을 결상하기 위해, 실질적으로 다층 코팅을 갖는 반사 시스템이 광학 구성요소로서 활용될 수 있다. Mo/Be 의 다층이 λ= 11 nm 에서 동작하는 시스템에 대한 다층 코팅 시스템으로서 사용되고, λ= 13 nm 에 대해 Mo/Si 시스템이 사용되는 것이 바람직하다. 다층 코팅의 반사율이 거의 70 % 에 근사하므로, 충분한 광강도를 달성하기 위해서는 EUV 투영 대물렌즈 리소그래피와 같은 응용에 광학 구성요소로서 거의 사용하지 않는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 높은 광강도를 얻고 결상 오차를 수정하기 위해, 6 개의 미러를 갖고 개구수(NA) = 0.20 인 시스템이 사용되었다.
마이크로리소그래피용 6-미러 시스템은 US 5,686,728, EP 779,528 및 US 5,815,310 호에 주지되어 있다. US 5,686,728 호에 따른 투영 리소그래피 시스탬은 6 개의 미러를 갖는 투영 대물렌즈를 가지며, 각각의 반사 미러 표면은 비구면이다. 공통 광학축을 따라 암흑화없는 광경로가 형성되도록 배치되어 있다. US 5,686,728 호에 공지된 투영 대물렌즈는 100-300 nm 의 파장을 갖는 UV 광에만 사용되므로, 이 투영 대물렌즈의 미러들은 대략 ±50 ㎛ 의 매우 높은 비구면도를 가질 뿐만 아니라 대략 38°의 매우 큰 입사각을 갖는다. 개구수를 NA = 0.2 로 줄인 후에도, 입사각이 약간 감소된 채로, 피크에서 밸리까지 25 ㎛ 의 비구면도가 남는다. 이러한 비구면도와 입사각은 현재의 기술 상태에 따르면 EUV 영역에서 실용적일 수 없는 데, 그 이유는 이들 후자의 시스템에 있어서 미러의 표면 품질과 반사도에 대한 더 높은 요구 때문이다.
EUV 마이크로리소그래피에 바람직한 11 nm 와 13 nm 파장과 같은 100 nm 이하의 파장을 사용하는 것을 배제하는 US 5,686,728 호에 개시된 대물렌즈의 다른 단점은 웨이퍼와 상기 웨이퍼에 가장 가깝게 놓이는 미러 사이의 거리가 짧다는 것이다. 거리가 짧기 때문에 US 5,868,728 호 장치에서는 얇은 미러만을 사용할 수 있다. 11 nm 와 13 nm 파장에 적합한 다층 시스템의 코팅에 가해지는 극도의 응력 때문에, 이러한 얇은 미러는 매우 불안정하다.
13 nm 와 11 nm 의 파장에서도, EUV 리소그래피에 사용하기 위한 6 미러를 갖는 투영 대물렌즈가 EP 779,528 호에 공지되어 있다. 그러나, 상기 투영 대물렌즈도, 6 개의 미러 중 적어도 2 개가 26 ㎛ 와 18.5 ㎛ 의 매우 높은 비구면도를 갖는다는 단점이 있다. 또한, EP 779,528 호 배열에서는, 웨이퍼 옆의 미러와 웨이퍼 사이의 광학적 자유 동작거리가 너무 작아서 불안정하거나 또는 음의 기계적 자유 동작거리가 얻어진다.
4-미러 투영 대물렌즈는 다음 공보에 공지되어 있다:
* US 5,315,629
* EP 480,617
* US 5,063,586
* EP 422,853.
US 5,315,629 호에는, NA = 0.1, 4x, 31.25 ×0.5 mm2 를 갖는 4-미러 투영 대물렌즈가 청구되어 있다. EP 480,617 로부터, 2 개의 NA = 0.1, 5x, 25 ×2 mm2 시스템이 공지된다. US 5,063,586 호와 EP 422,853 호에 따른 시스템은 적어도 5 ×5 mm2 의 직사각형 이미지 필드를 갖는다. 이들 일반적으로 디센터된 시스템은 매우 높은 비틀림값을 나타낸다. 그러므로, 상기 대물렌즈는 레티클에 대한 비틀립 수정을 갖는 스테퍼에만 사용될 수 있다. 그러나, 비틀림 레벨이 높아서 이러한 대물렌즈는 100 nm 이하의 파장에서 실용적이지 않다.
US5,153,898 호로부터, 전체적인 임의의 3 내지 5-다층 미러 시스템이 공지되어 있다. 그러나, 개시된 실시예들은 모두 직사각형 필드와 작은 개구수 (NA < 0.04)를 갖는 3-미러 시스템을 개시하고 있다. 그러므로, 개시되어 있는 시스템은 길이 0.25 ㎛ 이상의 구조물만을 결상할 수 있다. 대부분 실시예의 비틀림은 ㎛ 범위이다.
또한, T. Jewell: "Optical system design issues in development of projection camera for EUV lithography", Proc. SPIE 237(1995) 과 여기에 주어진 인용이 참조로 포함된다.
따라서, 상술된 종래기술의 단점을 갖지 않으며, 가능한 적은 광학 구성요소를 갖고, 개구수가 충분히 크고, 짧은 파장, 바람직하게는 100 nm 미만의 파장의 리소그래피에 적합한 투영 대물렌즈를 제공하는 것이 소망된다.
본 발명에 따르면, 5 개의 미러를 갖는 투영 대물렌즈를 사용함으로써 종래의 단점이 극복된다. 주지의 6-미러 시스템으로부터 미러 하나를 제거함으로써, 본 발명의 5-미러 시스템에 따르면, 70 % 의 다층 코팅 시스템의 반사도가 이러한 방사에 대해 가정되는 경우, EUV 영역의 파장에서 적어도 30 % 더 높은 투과도를 달성할 수 있다. 게다가, NA > 0.10 인 애퍼처가 실현될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 5-미러 대물렌즈는 고분해능, 저제조비용, 및 고생산량을 특징으로 한다.
본 발명의 제 1 실시예에서는, 웨이퍼에 가장 가까운 미러가 이미지측 개구수 NA ≥0.10 이도록 배열된다. 또한, 웨이퍼에 가장 가까운 미러는, (1) 이미지측 광학적 자유 동작거리가 웨이퍼에 가장 가까운 미러의 사용 직경에 적어도 대응하고, (2) 이미지측 광학적 자유 동작거리가 적어도 웨이퍼에 가장 가까운 미러의 사용 직경의 1/3 과 20 내지 30 mm 범위의 길이의 합이고, 및/또는 (3) 이미지측 광학적 자유 동작거리가 적어도 50 mm, 바람직하게는 60 mm 이도록 배열된다.
본 발명의 제 2 실시예에서는, 이미지측 개구수는 NA > 0.10 이고, 웨이퍼에서 환형 필드 폭 W 는 1.0 mm ≤W 의 범위이고, 비구면의 피크-대-밸리 편차 A 는 모든 미러상의 사용 영역에서 최적의 구면에 대해 다음으로 제한된다:
A ≤24 ㎛ - 129 ㎛ (0.20 - NA) - 2.1 ㎛/mm (2 mm -W).
바람직한 실시예에서, 모든 미러상의 비구면의 피크-대-밸리 편차 A 는 다음으로 제한된다:
A ≤9 ㎛ - 50 ㎛ (0.20 - NA) - 0.4 ㎛/mm (2 mm - W).
본 발명의 제 3 실시예에서, 개구수 NA ≥0.10 이고 환형 필드의 이미지측 폭 W ≥1 mm 이고, 주어진 미러의 표면의 수직에 대해, 모든 미러에 대한 입사각 AOI 는 다음으로 제한된다:
AOI ≤22°- 2°(0.20 - NA) - 0.3°/mm (2 mm - W).
상술된 것의 조합도 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 예를 들어, 바람직한 실시예에서, 3 가지 모든 조건이 충족된다, 즉, 광학적 자유 동작거리는, NA > 0.10 와 위에서 정의된 영역에서 비구면의 피크-대-밸리 편차 뿐만 아니라 입사각에서 50 mm 이상이다.
여기서 비구면도는 사용 영역에서 최적의 구면에 대한 비구면 표면의 피크-대-밸리(PV) 편차(A)를 일컫는다. 상기 비구면 표면은 실시예들에서, 미러의 형상 축 정점에서 중심을 갖고 자오선 단면을 따라 사용 영역의 상부 끝점과 하부 끝점에서 비구면과 교차하는 구면을 사용함으로써 근사화될 수 있다. 입사각에 대한 데이터는 항상 입사 레이와 입사점에서의 표면에 대한 수직 사이의 각도를 일컫는다. 임의의 미러에서 발생하는 입사광선의 최대각이 항상 주어진다, 즉, 번들 제한 레이(bundle-limiting ray)의 각도이다. 사용 직경은 사용된 영역의 포락선(envelope) 원 직경으로 정의되며, 상기 사용된 영역은 일반적으로 원이 아니다.
바람직하게, 웨이퍼 측 광학적 자유 동작거리는 60 mm 이다.
상기 대물렌즈는, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고, EUV 뿐만 아니라 다른 파장에서도 사용될 수 있다. 어떤 면에서, 그러나, 이미지 품질의 저하, 특히 중심 쉐이딩(shading)에 의한 저하를 회피하기 위해, 투영 대물렌즈의 미러는 광경로에 암흑화가 없도록 배열되어야 한다. 또한, 시스템을 용이하게 설치하고 조정하기 위해, 미러 표면은 주축(PA)에 대해 회전 대칭을 나타내도록 설계된다. 게다가, 접근가능한 조리개를 갖는 컴팩트 디자인을 갖고, 암흑화없는 경로를 설정하기 위해, 상기 투영 대물렌즈 장치는 중간상을 생성하도록 설계된다. 시스템이 제 1 및 제 2 서브시스템을 구비하여, 제 1 서브시스템(β< 0)에 의해 중간 실상이 생성되고 제 2 서브시스템이 웨이퍼 평면에서 상기 중간 실상을 시스템 실상으로 결상하는 것이 바람직하다. 이러한 구조에서는, 결상될 물체용 평면이 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 및 제 5 미러를 포함하는 전체 미러 시스템의 구조 공간내에 위치되게 할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 조리개(B)가 제 1 미러에 놓인다. 대안적으로, 자유롭게 접근가능한 조리개는 제 2 및 제 3 미러 사이에 광학적으로 그리고 물리적으로 놓일 수 있다.
5-미러 시스템에서 결상 오차에 대해 필요한 수정을 할 수 있기 위해, 바람직한 실시예에서는, 5 개의 모든 미러는 비구면이다. 그러나, 기껏해야 4 개의 미러가 비구면이고, 따라서 제조 프로세스를 단순화하는 대안 실시예가 달성될 수 있다. 적어도 하나의 미러, 바람직하게는 가장 큰 미러를 구면으로 만들 수 있다.
적어도 50 nm 의 분해능에 도달하기 위해, 시스템의 rms 파면(wave front) 부분의 디자인 부분은 기껏해야 0.07 λ, 바람직하게는 0.03 λ이어야 한다.
본 발명의 실시예에서는, 대물렌즈가 이미지측이 텔레센트릭하게 항상 디자인되는 것이 바람직하다. 반사 마스크로 동작되는 투영 시스템에서는, 물체측의 텔레센트릭 빔 경로는, 예를 들어, JP-A-95 28 31 16 에 공지된 바와 같은 투과율을 강하게 감소시키는 빔 스플리터에 의한 조사없이 가능하지 않다. 그러므로, 레티클 상의 주광선(chief ray) 각도는 비네팅-프리(vignetting-free) 조사가 가능하도록 선택된다. 대안적으로, 투과 마스크를 갖는 시스템에서는, 투영 대물렌즈는 물체측이 텔레센트릭일 수 있다. 전반적으로, 웨이퍼상의 텔레센트리시티 오차는 10 mrad 를 초과하지 않아야 하고, 통상적으로 5 mrad 와 2 mrad 이며, 2 mrad 가 바람직하다. 이것이 결상 비율의 변화가 초점에 대해 허용가능 한계내에 있는 것을 보장한다.
본 발명의 제 2 실시예에서, 투영 대물렌즈는 2 개의 서브시스템으로 분할된다. 제 1 서브시스템은 -0.5 > β> -1.0 인 3-미러 축소 시스템이고, 제 2 서브시스템은 2-미러 서브시스템이다.
투영 대물렌즈에 부가하여, 본 발명은 또한 적어도 하나의 투과 대물렌즈를 포함하는 투영 노광장치를 제공한다. 제 1 실시예에서, 투영 노광장치는 반사 마스크를 갖지만, 대안 실시예에서는 투과 마스크를 갖는다.
또한, 바람직한 실시예에서, 투영 노광장치는 아크 형상 필드 스캐너로서, 오프-축(off-axis) 아크 형상 필드를 조사하는 조사장치를 포함한다. 스캔 슬릿의 시컨트 길이는 적어도 26 mm 이고 아크 폭이 0.5 mm 보다 커서, 균일한 조명이 가능하게 되는 것이 바람직하다.
도면을 참조하여 본 발명을 아래에 설명한다.
도 1 및 2 에는, 본 발명에 따른 5-미러 투영 대물렌즈의 바람직한 배치가 도시되어 있다. 각각은, 조사될(to be illuminated) 웨이퍼 또는 물체에 가장 근접한 미러의 사용 직경에 적어도 대응하는 광학적 자유 동작거리를 갖는다. 아래의 모든 실시예에서는, 다음의 용어가 사용된 동일 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용한다:
제 1 미러(S1), 제 2 미러(S2), 제 3 미러(S3), 제 4 미러(S4), 및 제 5 미러(S5).
특히, 도 1 은 레티클 평면(2)으로부터 웨이퍼 평면(4)까지의 빔 경로를 갖는 5-미러 투영 대물렌즈를 나타낸다. 본 실시예는, (1) S1, S2 및 S3 로 구성되어 물체의 축소된 실상을 중간상 Z 로서 생성하는 3-미러 시스템 및 (2) 텔레센트리시티 요구를 유지하면서 상기 중간상 Z 을 웨이퍼 평면(4)에 결상하는 2-미러 시스템 S4, S5 을 갖는 직렬 회로로 간주될 수 있다. 서브시스템의 수차는, 전체 시스템이 충분한 적용 성능을 갖도록 서로에 대해 균형을 이룬다.
물리적인 조리개(B)가 제 1 미러(S1)에 배치되어 있다. 조리개(B) 위로 통과하는 광을 차단하기 위해, 좁은 링이 사용되어 S1 으로부터 S2 를 향하여 반사되는 광을 차단한다. 도 1 에 도시된 실시예에서, 애퍼처는 S1 미러에서 개구로서 실현될 수 있다. 상기 조리개는 또한 제 1 미러(S1)와 제 2 미러(S2) 사이에 위치될 수도 있다.
도 1 에 따른 실시예에서는, 웨이퍼 평면(4) 옆의 미러, 본 실시예에서 제 4 미러(S4)와 웨이퍼 평면(4) 사이의 광학적 자유 동작거리(D)는 미러(S4)의 사용 직경 보다 크다, 즉, 다음 조건이 충족된다:
S4 로부터 웨이퍼 평면(4)까지의 광학거리 > S4 의 사용 직경
다른 거리 조건들이 가능하다, 예를 들어, 광학적 자유 동작거리가 웨이퍼 평면(4)에 가장 가까운 미러(S4)의 사용 직경의 1/3 더하기 20 mm 보다 크거나 또는 광학적 자유 동작거리가 50 mm 보다 클 수 있다. 도 1 의 실시예에서, 광학적 자유 동작거리는 60 mm 이다. 이러한 광학적 자유 동작거리는 0 보다 큰 충분한 기계적 자유 동작거리를 보장하며, 또한 100 nm 보다 작은 파장, 바람직하게는 11 또는 13 nm 의 파장에서 사용될 충분한 강도 특성을 갖는 광학 구성요소의 사용을 보장한다.
λ= 13 nm 와 λ= 11 nm 의 파장용 광학 구성요소는 예를 들어, Mo/Si 와 Mo/Be 다층 코팅 시스템을 각각 포함하며, 여기서 통상적인 λ= 13 nm 용 다층 코팅 시스템은 40 Mo/Si 층 페어이고 λ= 11 nm 에 적합한 Mo/Be 시스템은 대략 70 층 페어를 갖는다. 이러한 시스템의 반사율은 대략 70 % 범위이다. 다층 코팅 시스템에서는, 350 MPa 이상의 층 응력(layer stress)이 발생할 수 있다. 이러한 응력값은, 특히 미러의 에지 영역에서 표면 변형을 유발할 수 있다.
본 발명에 따른 시스템은, 도 1 에 도시된 바와 같이, 다음을 만족한다:
RES = k1λ/NA.
이것은 k1 = 0.57 과 λ= 13 nm 및 k1 = 0.47 과 λ= 11 nm 각각에 대해 NA = 0.15 의 최소 개구수에서 적어도 50 nm 와 35 nm 의 공칭 분해도를 가지며, 여기서 k1 은 리소그래피 프로세스에 대한 특정 파라미터이다.
게다가, 도 1 에 도시된 대물렌즈의 빔 경로에는 암흑화가 없다. 예를 들어, 26 ×34 mm2 또는 26 ×52 mm2 의 이미지 포맷을 생성하기 위해, 본 발명에 따른 투영 대물렌즈는 아크 형상의 필드 스캔 투영 노광장치에 사용되는 것이 바람직하며, 스캔 슬릿의 시컨트 길이(secant length)는 적어도 26 mm 이다.
투과 마스크, 스텐실 마스크 및 반사 마스크를 포함하는 다양한 종류의 마스크가 투영 노광장치에 사용될 수 있고, 이미지측에 텔레센트릭인 시스템은 물체측에 테렐센트릭일 수 있거나 또는 텔레센트릭이 아닐 수 있다. 예를 들어, 물체측에 텔레센트릭 빔 경로를 형성하기 위해, 반사 마스크를 사용하는 경우, 투과 축소 빔 스플리터가 채용될 수 있다. 빔 경로가 물체측에 텔레센트릭이 아니면, 마스크의 비평평성에 의해 이미지의 스케일 오차가 생기지 않는다. 레티클 평면(2)에서 메인 빔 각도는 그러므로 10°이하인 것이 바람직하고, 따라서 레티클 평평성에 대한 요구는 기술적으로 실현가능한 범위에 놓인다. 또한, 도 1 에 따른 시스템은 0.15 개구수에서 3 ±0.1 mrad 의 웨이퍼 평면(4) 상에서의 이미지측 텔레센터링 오차를 갖는다.
도시된 실시예에서, 모든 미러(S1-S5)는 비구면이고, 사용된 영역에서 최대 비구면도는 14 ㎛ 이다. 상기 최대 비구면도는 미러(S3) 상에서 발생한다. 다층 미러의 표면을 형성할 때의 기술적 어려움이 비구면 편차와 비구면의 그래디언트의 증가에 따라 증가하므로, 제조 관점에서 낮은 비구면도의 구성이 바람직하다.
도 1 의 배열에서 최고 입사각은 S2 에서 18.9°이다. 상기 배열의 파면 오차는 λ= 13 nm 에서 2 mm 폭의 아크 형상 필드에서 0.023 λ보다 좋다.
도 1 과 2 에 도시된 실시예에 있어서, 홀수개의 미러를 갖는 미러 시스템의 단점, 즉, 스트렛치(stretched) 구조의 레티클 투영 광학 웨이퍼가 더 이상 실현될 수 없는 단점이 극복된다. 이러한 단점은, 레티클 평면과 웨이퍼 평면이 특히 거의 수직 입사를 갖는 시스템의 경우에 동일 방향으로부터 조사되는 것으로부터 기인한다. 이러한 상태에 의해 상기 레티클 평면과 웨이퍼 평면은 대물렌즈의 동일 측에 놓인다.
도 1 과 2 에 따르면, 레티클 평면(2)은 투영 시스템 내에 위치된다. 미러 배치는, 광학축 방향으로, 투영 시스템 내에서, 레티클 스테이지에 형성된 구조적인 공간이 가능한 한 크게, 바람직하게는 400 mm 이도록 선택된다. 게다가, 물체, 즉 레티클의 평면은 대물렌즈에서 진행하는(traveling) 광속(light bundle)에 대해 충분히 큰 거리를 갖는다. 따라서, 환형 필드 스캐닝 동작에서 충분히 큰 물체 즉, 레티클이 스캔될 수 있다. 바람직한 실시예에서는, 대략 200 mm 가 레티클에 대해 스캔될 수 있으며, 웨이퍼에 대한 50 mm 에 대응한다.
도 1 에 도시된 실시예에서, 2-미러 서브시스템(S4, S5)의 2 개의 미러는 몇 퍼센트 내에서 거의 동일한 반경 R 을 가지며, 2-편타원 미러 두 개 사이의 거리는 대략
Figure 112005008212046-pat00009
이다. 레티클 평면(2)에 가까운 3-미러 서브시스템은 제 1 미러(S1)와 제 3 미러(S3) 가 유사한 반경을 갖는 3 개의 거의 동심 미러(S1, S2, S3)로 이루어진다. 레티클 평면(2)에 가까운 서브시스템은, 제 1 미러상의 조리개(B)의 위치와 레티클에 대한 비-텔레센트릭 빔 경로에 의해 주로 교란된 오프너(Offner) 시스템과 다르다.
중간 실상(Z)이 2 개의 서브시스템 사이에 생성된다. 레티클 평면(2)에 대해 기울어진 주광선(chief-ray) 각도는 반사 마스크의 비네팅-프리(vignetting-free) 조사를 허용한다. 또한, 도 1 과 2 에 따른 실시예에서, 미러 사이의 거리는 미러가 충분히 두꺼워서 요구되는 강도 특성이 응력이 발생하는 고층에서 여전히 얻어지는 값을 갖도록 선택된다.
도 1 에 도시된 시스템들의 파라미터가 표 1 에 Code V(TM) 용어로 주어져 있다. 대물렌즈는 26 ×2 mm2 아크 형상 필드 및 0.15 의 개구수 NA 를 갖는 4×시스템이다. 시스템의 평균 이미지측 반경은 대략 26 mm 이다.
Figure 112000004714347-pat00002
도 2 는 조리개(B)가 제 1 미러와 제 2 미러 사이에 있는 5-미러 시스템의 대안 실시예를 나타낸다. 도 1 에서와 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호가 주어진다.
본 실시예에서 웨이퍼 평면(4)의 광학적 자유 동작거리는 대략 60 mm 이고, 따라서 웨이퍼 평면(4)에 가장 가까운 미러(S4)의 사용 직경 보다 크다. 도 1 에 따른 실시예와 대조적으로, 도 2 에서는, 조리개(B)가 자유롭게 접근할 수 있도록 제 1 미러와 제 2 미러 사이에 물리적으로 위치되어 있다. 파면 오차는 λ= 13 nm 에서 1.7 mm 폭 아크 형상 필드 이내에 0.024 λ이다.
표 2 는 도2 에 따른 4×대물렌즈의 구성 데이터를 Code V(TM) 용어로 나타낸다. 26 ×1.7 mm2 의 평균 반경은 다시 26 mm 이고 개구수는 NA = 0.15 이다.
Figure 112000004714347-pat00003
도 3a 와 3b 는 본 출원에서 사용 직경(D)의 의미를 나타낸다. 예로서, 도 3a 에서 미러상의 조사된 필드(100)가 직사각형 필드라고 하자. 사용 직경(D)은 직사각형(100)을 둘러싸는 포락선 원(102)의 직경이며, 직사각형(100)의 코너(104)가 포락선 원(102) 상에 놓여 있다.
도 3b 는 제 2 예를 나타낸다. 조사된 필드(100)는, 마이크로리소그래피 투영 노광장치에서 본 발명에 따른 대물렌즈를 사용할 때 유용한 범위로 기재한 바와 같이, 신장 형상을 갖는다. 포락선 원(102)이 신장 형상을 완전히 둘러싸며 2 지점(106, 108)에서 신장 형상의 에지(110)와 일치한다. 사용 직경(D)은 포락선 원(102)의 직경이다.
따라서, 본 발명에 있어서, 5-미러 투영 대물렌즈가 EUV 아크 형상 투영 시스템에서 바람직한 사용을 위해 바람직하게 4×, 5× 또한 6×의 결상 스케일과 함께 처음에 주어진다. 비구면이 충분히 완만하기 때문에, 투영 대물렌즈는 요구되는 이미지 필드에 필요한 분해능을 가지며 기능적인 구조 설계를 가능하게 하는 조건을 제공하며, 각도들이 층들에 대해 충분히 작고 미러 캐리어용 구조 공간이 충분히 크다.

Claims (43)

  1. 제 1 미러(S1), 제 2 미러(S2), 제 3 미러(S3), 제 4 미러(S4) 및 제 5 미러(S5)를 구비하는, 물체를 웨이퍼 평면에 결상시키기 위한 단파장 마이크로리소그래피용 투영 대물렌즈에 있어서,
    이미지측 개구수가 NA ≥0.10 이며, 웨이퍼 평면에 가장 가까운 미러가:
    - 이미지측 광학적 자유 동작거리가 적어도 상기 웨이퍼 평면에 가장 가까운 미러의 사용 직경(D)에 해당하고;
    - 이미지측 광학적 자유 동작거리가 적어도 상기 웨이퍼 평면에 가장 가까운 미러의 사용 직경(D)의 1/3 과 20 mm 내지 30 mm 의 길이와의 합이고;
    - 이미지측 광학적 자유 동작거리가 적어도 50 mm 인 상기 조건들 중 적어도 하나를 만족하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  2. 제 1 미러(S1), 제 2 미러(S2), 제 3 미러(S3), 제 4 미러(S4) 및 제 5 미러(S5)를 구비하는, 물체를 웨이퍼 평면에 결상시키기 위한 단파장 마이크로리소그래피용 투영 대물렌즈에 있어서,
    이미지측 개구수는 NA ≥0.10 이고 5 개의 미러 중 적어도 4 개는 비구면인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  3. 물체를 웨이퍼 평면에 결상시키기 위한 단파장 마이크로리소그래피용 투영 대물렌즈에 있어서,
    마이크로리소그래피 투영 대물렌즈가 제 1 및 제 2 서브시스템을 구비하도록 제 1 미러(S1), 제 2 미러(S2), 제 3 미러(S3), 제 4 미러(S4) 및 제 5 미러(S5)를 구비하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 서브시스템은 물체 평면 근처에 배치된 3-미러 시스템이고 상기 제 2 서브시스템은 웨이퍼 평면 근처에 배치된 2-미러 시스템인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  5. 물체를 웨이퍼 평면에 결상시키기 위한 단파장 마이크로리소그래피용 투영 대물렌즈에 있어서,
    이미지측 개구수(NA)가 NA > 0.10 이고,
    웨이퍼 평면에서 아크 형상 필드의 폭 W 가 W ≥1.0 mm 의 범위이며,
    사용 영역에서 최적의 구면에 대한 비구면의 피크-대-밸리 편차 A 가 모든 미러상에서,
    A ≤24 ㎛ - 129 ㎛ (0.20 - NA) - 2.1 [㎛/mm](2 mm - W)
    로 제한되도록 제 1 미러(S1), 제 2 미러(S2), 제 3 미러(S3), 제 4 미러(S4) 및 제 5 미러(S5)를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피 투영 대물렌즈.
  6. 물체를 웨이퍼 평면에 결상시키기 위한 단파장 마이크로리소그래피용 투영 대물렌즈에 있어서,
    이미지측 개구수 (NA) 가 NA > 0.10 이고,
    아크 형상 필드의 이미지측 폭 W 가 W ≥1.0 mm 이며,
    표면의 법선에 대한 입사각(AOI)이 모든 미러 상의 모든 빔에 대해,
    AOI ≤22°- 2°(0.20 - NA) - [0.3°/mm](2 mm- W)
    로 제한되도록 제 1 미러(S1), 제 2 미러(S2), 제 3 미러(S3), 제 4 미러(S4) 및 제 5 미러(S5)를 구비하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  7. 물체를 웨이퍼 평면에 결상시키기 위한 마이크로리소그래피용 투영 대물렌즈로서,
    이미지측 개구수가 NA > 0.10 이도록 제 1 미러(S1), 제 2 미러(S2), 제 3 미러(S3), 제 4 미러(S4) 및 제 5 미러(S5)를 구비하며,
    결상될 물체용 평면이 제 1, 제 2, 제 3 제 4 및 제 5 미러로 이루어지는 미러 시스템의 구조적인 공간 내에 위치되도록 상기 미러들이 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 결상될 물체의 평면은 레티클 평면인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 레티클 평면의 영역에서, 상기 레티클의 스캐닝을 위한 측면의 구조 공간이 충분하여 `흑화없는 빔 경로가 달성되도록 상기 미러들이 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 레티클 평면의 영역에서, 상기 레티클에 대해 충분한 축방향의 구조 공간이 제공되어, 암흑화없는 빔 경로가 달성되도록 상기 미러들이 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  11. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 물체는 상기 제 1, 제 2 및 제 3 미러(S1, S2, S3)로 이루어지는 상기 제 1 서브시스템에 의해 β< 0 을 갖는 중간 실상(Z)으로 결상되고, 상기 제 4 및 제 5 미러(S4, S5)로 형성된 상기 제 2 서브시스템이 상기 중간 실상을 시스템 실상으로 웨이퍼 평면에 결상시키는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  12. 제 11 항에 있어서, 이미지측 개구수는 NA ≥0.10 이고, 결상될 물체용 평면이 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 및 제 5 미러로 이루어지는 미러 시스템의 구조 공간 내에 위치되도록 상기 미러들이 배열되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 결상될 물체의 평면은 레티클 평면인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 레티클 평면의 영역에서, 상기 레티클의 스캐닝을 위한 측면의 구조 공간이 충분하여 암흑화없는 빔 경로가 달성되도록 상기 미러들이 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 레티클 평면의 영역에서, 상기 레티클에 대해 충분한 축방향의 구조 공간이 제공되어, 암흑화없는 빔 경로가 달성되도록 상기 미러들이 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  16. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 서브시스템의 미러들은 동일한 반경 R 을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제 2 서브시스템의 2 개의 미러의 거리는
    Figure 112006071630423-pat00010
    인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  18. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 서브시스템은 상기 물체 또는 레티클 평면 근처에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 제 1 서브시스템의 상기 제 1 미러(S1)와 상기 제 3 미러(S3)는 동일한 반경을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  20. 제 3 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 웨이퍼 평면에 가장 가까운 미러가:
    - 이미지측 광학적 자유 동작거리가 적어도 상기 웨이퍼 평면에 가장 가까운 미러의 사용 직경(D)에 해당하고;
    - 이미지측 광학적 자유 동작거리가 적어도 상기 미러의 사용 직경(D)의 1/3 과 20 mm 내지 30 mm 의 길이와의 합이고;
    - 이미지측 광학적 자유 동작거리가 적어도 50 mm 인 상기 조건들 중 적어도 하나를 만족하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  21. 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이미지측 개구수(NA)가 NA > 0.10 이고,
    웨이퍼 평면에서 아크 형상 필드의 폭 W 가 W ≥1.0 mm 의 범위이며,
    사용 영역에서 최적의 구면에 대한 비구면의 피크-대-밸리 편차 A 가 모든 미러상에서,
    A ≤24 ㎛ - 129 ㎛ (0.20 - NA) - 2.1 [㎛/mm](2 mm - W)
    로 제한되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  22. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 미러면들은 주축(PA)에 대해 회전 대칭인 표면상에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  23. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 미러(S2)와 제 3 미러(S3) 사이의 빔 경로의 조리개(B)가 상기 제 1 미러(S1)의 몸체상에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 조리개가 상기 제 2 미러와 상기 제 3 미러 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  25. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이미지측 개구수(NA)가 NA ≥0.10 이고, 웨이퍼 평면에서 아크 형상 필드의 폭이 W ≥1 mm 이고, 사용 영역에서 최적의 구면에 대한 비구면의 피크-대-밸리 편차 A 가 모든 미러상에서,
    A ≤9 ㎛ - 50 ㎛ (0.20 - NA) - 0.4 [㎛/mm](2 mm - W)
    로 제한되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  26. 제 3 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 4 개의 미러가 비구면인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  27. 제 26 항에 있어서, 모든 미러가 비구면인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  28. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 미러(S1), 제 2 미러(S2) 및 제 3 미러(S3)로 이루어지는 상기 제 1 서브시스템의 결상 스케일이 음(-) 인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  29. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 및 제 5 미러로 이루어지는 미러 시스템의 rms 파면 오차가 전체 이미지 필드에 대해 0.07 λ 이하인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 이미지 필드의 폭은 적어도 1.0 mm 인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  31. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 이미지측이 텔레센트릭인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  32. 제 31 항에 있어서, 물체측이 텔레센트릭인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  33. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물체에서 주광선은 광축을 향하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  34. 반사 마스크를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 마이크로리소그래피 투영 대물렌즈를 갖는 투영 노광장치.
  35. 투과 마스크를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 마이크로리소그래피 투영 대물렌즈를 갖는 투영 노광장치.
  36. 제 34 항에 있어서, 아크 형상의 필드를 조사하는 조사 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 투영 노광장치.
  37. 제 34 항에 따른 투영 노광장치로 집적회로를 제조하는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제 35 항에 있어서, 아크 형상의 필드를 조사하는 조사 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 투영 노광장치.
  39. 제 35 항에 따른 투영 노광장치로 집적회로를 제조하는 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 제 1 항에 있어서, 이미지측 광학적 자유 동작거리가 적어도 60 mm 인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  41. 제 20 항에 있어서, 이미지측 광학적 자유 동작거리가 적어도 60 mm 인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  42. 제 28 항에 있어서, 상기 제 1 미러(S1), 제 2 미러(S2) 및 제 3 미러(S3)로 이루어지는 상기 제 1 서브시스템의 결상 스케일이 -0.5 > β > -1.0 인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  43. 제 29 항에 있어서, 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 및 제 5 미러로 이루어지는 미러 시스템의 rms 파면 오차가 전체 이미지 필드에 대해 0.03 λ 이하인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
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