KR100850329B1 - 조명 시스템 및 포토리소그래피 장치 - Google Patents

조명 시스템 및 포토리소그래피 장치 Download PDF

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어드밴스드 마스크 테크놀로지 센터 게엠바하 운트 코 카게
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Abstract

본 발명은 조명 시스템과, 이 조명 시스템을 이용하는 포토리소그래피 장치에 관한 것이다.
조명 시스템은, 조명 분포부를 생성하는 장치를 포함하며, 상기 조명 분포부(6)는 중심점(32)을 둘러싸면서 형성된 제1 불투명부(34)와, 외부 엣지(33)에 인접하여 형성된 제2 불투명부(35)와, 상기 제1 불투명부(34)와 제2 불투명부(35) 사이에 배치되어 있는 방사선 투과부(36)를 포함한다. 상기 조명 시스템은 편광 장치(23)를 더 포함한다. 편광 장치(23)는 국부적으로 변하는 편광 방향(311a, 311b, 311c, 311d)을 갖는 선형 편광된 전자기 방사선을 생성하고, 따라서 적어도 제1 편광 방향(311a) 및 제2 편광 방향(311b)이 생성되고, 상기 제1 편광 방향(311a)은 상기 제2 편광 방향(311b)와 상이하고, 조명 분포부의 광 투과부의 적어도 두 개의 상이한 지점에서의 편광 방향은 이 지점과 조명 분포부의 중심점(32)을 연결하는 라인과 평행한다.
조명 시스템, 포토리소그래피, 편광자, 조리개

Description

조명 시스템 및 포토리소그래피 장치{AN ILLUMINATION SYSTEM AND A PHOTOLITHOGRAPHY APPARATUS}
도 1은 포토리소그래피 장치의 예를 나타내는 도면.
도 2는 사입사 조명(off axis illumination)에 의해 일반적으로 이미지를 비추는 예를 나타내는 도면.
도 3은 편광으로 이미지를 비추는 예를 나타내는 도면.
도 4는 일반적인 조명 분포부를 나타내는 도면.
도 5a는 AltPSM 마스크로 패턴을 이미지화하는 예를 나타내는 도면.
도 5b는 축 조명을 구현하기 위한 일반적인 조리개 소자의 예를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 포토리소그래피 장치의 예시도.
도 7은 본 발명의 조명 시스템에 의해 생성된 조명 분포부를 나타내는 도면.
도 8a는 본 발명의 조명 시스템에 의해 생성된 조명 분포부를 나타내는 또 다른 실시예의 도면.
도 8b는 본 발명의 조명 시스템에 의해 생성된 조명 분포부에 대한 또 다른 실시예의 도면.
도 9a는 본 발명의 조명 시스템에 의해 생성된 조명 분포부에 대한 또 다른 실시예의 도면.
도 9b는 본 발명의 조명 시스템에 의해 생성된 조명 분포부에 대한 또 다른 실시예의 도면.
도 10은 광학 투영 시스템의 입구 동공의 평면에서 회절된 광선의 위치를 예시적으로 나타내는 도면.
도 11은 본 발명의 조명 시스템에 의해 생성된 조명 분포부를 추가로 나타내는 도면.
도 12는 광학 투영 시스템의 입구 동공의 평면에서 회절된 광선의 위치를 추가로 보여주는 도면.
[도면의 주요 부호에 대한 설명]
1: 포토리소그래피 장치 11: 광학 투영 시스템
111: 입구 동공 12: 간섭 패턴
13: 빛 131: 제1 회절 광선
132: 제2 회절 광선 133: 선형 편광
14: 편광 방향 141: 제1 편광 방향
142: 제2 편광 방향 20: 조명 시스템
21: 조명 광원 22: 컨덴서 렌즈
23: 편광 장치 231: 편광자
232: 프리즘 시스템 233a, 233b: 회전자
24: 축 광선 25: 사입사 광선
3: 조리개 소자 30a, 30b, 30c, 30d: 폴
311a: 편광 방향 311b, 311c, 311d: 편광 방향
31a, 31b, 31c, 31d: 폴 301a, 301b, 301c, 301d: 편광 방향
32: 중심점 33: 외부 엣지
34: 제1 불투명부 35: 제2 불투명부
36: 방사 투과부 37: 투명부
38: 불투명부 4: 레티클
41: 패턴 42: 동공의 테두리
43: +1차 회절 차수, 수직 44: -1차 회절 차수, 수직
45: ±1차 회절 차수, 점선 5: 반도체 웨이퍼
51: 웨이퍼 스테이지 6: 조명 분포부
본 발명은 포토리소그래피 장치에서 사용하기에 적합한 조명 시스템 및 조명 시스템을 포함하는 포토리소그래피 장치에 관한 것이다.
반도체 장치를 제조하는 중에, 반도체 장치의 소자들은 실리콘 웨이퍼에 증착되는 패턴 층(patterning layers)에 의해 형성된다. 보통 이러한 층의 패턴은, 패턴화되어야 하는 층에 저항 물질을 가함으로써, 그리고 이어서 노출 파장에 민감한 저항 층의 미리 정해진 부분을 노출시킴으로써, 이루어진다. 그 후, 방사선으로 비추어진 (또는 비추어지지 않은) 영역이 현상(develop)되고, 이어서 방사선이 비추어진 또는 비추어지지 않은 부분이 제거된다. 그 결과, 상기 층의 부분들은, 에칭(etching) 단계 또는 주입(implantation) 단계와 같이 잇따르는 처리 단계가 이루어지는 동안, 생성된 포토레지스트(photoresist) 패턴에 의해 마스크로 피복된다. 밑에 있는 층의 노출된 부분을 처리한 후, 저항 마스크는 제거된다.
현재의 포토리소그래피의 일반적인 작업은 더 작은 패턴 크기 뿐만 아니라 일정한 노출 파장을 갖는 더 크게 허용될 수 있는 초점 깊이(DOF)에 이르는 것이다. 이러한 작업은 새로운 마스크, 특히 위상 이동 마스크를 이용하여, 또한 다른 방법으로 사입사 조명(off-axis illumination)을 이용하여 이루어질 수 있다.
사입사 조명의 효과는 예를 들어 도 1을 보면 알 수 있다. 도 1은 레티클(4)에 형성된 패턴을 기판, 특히 패턴화되는 반도체 웨이퍼 위에 상을 비추기 위한 포토리소그래피 장치(1) 또는 광학적 투영도를 개략적으로 나타낸 도면이다. 조명 광원(21)은 미리 정해진 파장 범위로 전자기 방사선을 방출한다. 광학 투영 장치는 컨덴서 렌즈(22)와, 조명 분배기(3) 및 레티클(4)을 더 포함한다. 패턴(41)이 레티클(4) 상에 형성된다. 레티클(4)의 패턴(41)은 투영 시스템(11)에 의해 웨이퍼(5) 위에 상이 형성된다. 광학적 투영장치(1)의 조명 동공 평면 내에 임의의 조명 분포를 형성하도록, 조명 분포부를 생성하는 장치(3)가 형성될 수 있다. 조명 분포부를 발생시키는 장치(3)는 도 1에 표시된 것처럼 예를 들어 조리개 소자(3)일 수 있다. 이 예에서, 조리개 소자(3)는 레티클(4) 상에 수직으로 작용하는 축 광선(24)을 제공하도록 형성될 수 있다. 이 경우, 조리개 소자는 예를 들어 중앙부에서 들어오는 방사선을 100% 통과시키는 개구를 구비하고 있다. 또는, 조리개 소자(3)는 사입사 광선(25)이 생성되도록 중심 외부에 위치된 개구를 또한 구비할 수 있다. 축 광선(24)이 레티클(4) 위에서 패턴(41)에 의해 회절될 때, 구조적인 모양의 크기에 따라, 0차 회절 광선만이 투영 시스템(11)의 입구 동공 영역(111) 내에 위치된다. 그러나, 사입사 광선(25)이 레티클의 패턴(41)에 의해 회절된다면, 0차 및 +1차 회절이 투영 시스템(11)의 입구 동공 영역(111) 내에 위치된다. 사입사 광선(25)의 회절 차수는 점선으로 표시되며, 반면에 축 광선(24)의 회절 차수는 실선으로 표시된다. 일반적으로, 이미지 패턴의 품질이 더 좋으면 좋을수록, 더 많은 회절 차수가 렌즈 조립체(11)의 입구 동공 영역(111) 내에 위치된다. 따라서, 도 1로부터 명확히 알 수 있듯이, 사입사 조명을 사용하여, 적어도 두 개의 간섭하는 회절 차수가 생성될 수 있다.
도 2는 회절된 사입사 광선(25)의 0차 회절 차수 및 +1차 회절 차수를 겹쳐놓음으로써 형성되는 간섭 패턴(12)을 예를 들어 보여준다. 예를 들어, 유리(COG), 하프톤 변위 마스크(HTPSM), 또는 크롬 위상 리소그래피(CPL) 마스크 위에 크롬이 있는 상태에서, 사입사 조명이 사용될 수 있다.
일정한 라인/공간 패턴으로 프린트된 라인과 프린트되지 않은 라인의 콘트라스트(contrast)를 더 증가시키기 위해서, 조명의 편광 방향의 영향이 연구되어왔다. 특히, 도 3a에 도시된 바와 같이, 입사광이 마스크 패턴(41)의 방향에 대하여 수직인 편광 방향을 갖는 경우, 이미지 콘트라스트의 손실, 따라서 웨이퍼(5) 상에 투영된 이미지 품질의 손실이 유발된다. 특히, 도 3a로부터 알 수 있듯이, 제1 및 제2 회절 광선(131, 132)과 관련된 전기장(141, 142)은 서로 간섭하고, 따라서 웨이퍼(5) 위의 이미지의 품질이 저하된다.
반대로, 입사 광선(13)의 편광 방향(14)이 레티클(4)의 패턴(41)의 방향에 대해 평행하는 경우에는, 관련된 전기장이 광선(131, 132)의 전파 방향에 평행하고, 따라서, 회절된 광선(131, 132)과 관련된 전기장(141, 142)은 서로 평행하고, 따라서, 이미지의 콘트라스트가 증가된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 광선(131, 132)의 편광 방향(141, 142)은 도면의 평면에 대해 수직이다. 구체적으로, 관찰자 쪽으로 페이지로부터 밖으로 나오는 방향이다.
예를 들어 미국특허 US 6,970,233 B2로부터 알수 있듯이 편광 조명을 사용하여 조명 분재를 구현함으로써 상술한 문제점들이 해결되었다. 보다 구체적으로는, 도 4에 도시된 바와 같이, 조명을 분배하는 장치가 포토리소그래피 장치의 조명 동공 내에 조명 분포부(6)를 생성한다. 사입사 조명을 구현하는 조명 분포부(6)는 네 개의 폴(30a, 30b, 30c, 30d)을 포함하고, 여기에서 각 폴에 있어서의 편광 방향은 조명 분포부(60)의 중심지점(도시 안됨)의 주위에 도시된 원과 평행을 이룬다.
이 편광은 방위각의 편광 또는 접선 편광이라 불린다. 즉, 전기장이 동공 내의 동심 순환부와 평행한다. 특별한 편광 구성과 결합된 도시된 조명 분포부(60)에 의하여, 높은 콘트라스트로 수평 및 수직 라인을 프린트할 수 있다.
도 4에 도시된 폴 또는 조명 폴은 예를 들어 조명 동공 영역의 일부분을 나 타내며, 이 일부분은 조명 폴을 둘러싸는 조명 동공부의 나머지 부분 보다 더 센 빛의 세기를 갖는다.
하나 이상의 폴을 포함하는 조명 분포부는 예를 들어 적합한 조리개 소자, 회절 소자, 또는 적절한 렌즈 시스템을 사용함으로써 생성될 수 있다.
교대 변위 마스크(AltPSM)에서, 마스크의 투명한 기판은 변위 영역을 제공하도록 패턴화된다. 구체적으로, 인접하는 투명한 영역은 180도 만큼 변위된 위상을 초래한다. 또한, 선택적으로 크롬 패턴이 마스크 표면에 형성될 수 있다. 교대 변위 마스크 또는 크롬이 없는 변위 마스크의 장점은 마스크 에러 증강 인자(MEEF)가 낮다는 것이다. 구체적으로, 낮은 마스크 에러 증강 인자에 의해, 마스크 내의 결함이 있는 구조는 웨이퍼 위에서의 이미지의 결함에 약간의 영향만을 미치게 된다. 또한, 이러한 마스크 유형에 의해 초점 깊이(DOF)가 증가되거나 해상도가 높아질 수 있다.
AltPSM 마스크의 리소그래피 작동 원리는 앞서 설명한 사입사 구성과 기본적으로 상이하다. 예를 들어 도 5a로부터 알 수 있듯이, 오직 축 조명만이 사용된다. 도면에 의하면, 0차 회절 차수가 최소화되고, 짙은 실선과 공간을 이미지로 나타내기 위해 +1차 및 -1차 차수가 사용된다. 즉, 방사 광원으로부터 방사되는 빛은 +1차 및 -1차 회절 차수 광선(132, 131)을 생성하기 위해 패턴(41)에 의해 AltPSM 마스크(4)에서 회절된다. +1차 및 -1차 회절 차수 광선(132, 131)은 간섭 패턴(12)을 생성하도록 간섭한다. 축 광선을 생성하기 위해, 도 5b에 도시된 것과 비슷한 조리개 소자가 사용될 수 있다. 알 수 있듯이, 조리개 소자(3)는 투명부(37)를 그 중앙 에 포함하고 있는 반면, 조리개 소자는 엣지부에 인접한 불투명부(38)를 구비하고 있다. 특히, 도 5b에 도시된 조리개 소자(3)에 의해 생성되는 조명 분포부는 중앙 폴을 갖고 있고, 이 중앙 폴은 그 세기가 조명 분포부의 엣지에 비하여 매우 높다. AltPSM 마스크를 사용할 때, 또한 편광 빛을 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 한 쪽 방향으로만 뻗어나가는 라인/공간 패턴을 전달하기 위해서, 선형으로 편광된 빛을 사용하는 것이 바람직하며, 여기에서 편광 방향은 라인/공간 패턴의 방향에 평행한다. 결과적으로, 콘트라스트가 개선된다. 그러나, x 방향 및 y 방향으로 향하는 라인/공간 패턴을 포함하는 패턴이 전달되어야 하는 경우에는, 아직까지 적절한 조명 구성이 알려지지 않았다.
도 5b로부터 알 수 있듯이, 도 4의 편광 구성을 적용하는 것은 오직 하나의 단일 폴(36)로 구성되어 있기 때문에 이러한 유형의 조리개 소자에 쉽게 적용될 수 없다.
상기와 같은 내용의 견지에서, 본 발명은 이미지 콘트라스트와 기판에 전송된 패턴의 이미지 품질이 현저히 개선될 수 있는 조명 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 목적은 상기의 조명 시스템을 포함하는 포토리소그래피 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 상기의 목적은 조명 시스템에 의해 달성되며, 이 조명 시 스템은 포토리소그래피 장치에서 사용되기에 적합하고, 상기 조명 시스템은 전자기 방사선을 방출하는 조명 광원)과, 편광 장치와, 조명 분포부를 생성하는 장치를 포함하고, 상기 조명 분포부는 중심점과 외부 엣지를 갖는 장치에 의해 생성되고, 상기 조명 분포부는, 중심점을 둘러싸면서 형성되고 각 지점의 중심점으로부터 떨어진 거리가 rin 보다 가까운 제1 불투명부와, 외부엣지에 인접하여 형성되고 중심점으로부터 떨어진 거리가 rout 보다 더 먼 제2 불투명부와, 상기 제1 불투명부와 제2 불투명부 사이에 배치되어 있는 방사선 투과부를 포함하고, 상기 편광 장치는 조명 광원과 조명 분포부를 생성하기 위한 장치 사이에 배치되어 있고, 상기 편광 장치는 국부적으로 변하는 편광 방향을 갖는 선형 편광된 전자기 방사선을 생성하도록 되어, 적어도 제1 편광 방향 및 제2 편광 방향이 생성되고, 상기 제1 편광 방향은 상기 제2 편광 방향과 상이하고, 조명 분포부의 광 투과부의 적어도 두 개의 상이한 지점에서의 편광 방향은 이 지점과 조명 분포부의 중심점을 연결하는 라인과 평행한다.
바람직하게, 상기 방사선 투과부는 제1 폴, 제2 폴, 제3 폴, 제4 폴을 포함하고, 상기 제1 폴 및 제2 폴은 제1 방향을 따라 배열되고, 제3 폴 및 제4 폴은 제2 방향을 따라 배열되고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직하고, 각각의 상기 폴 내에서의 전송되는 방사선의 세기는 방사선 투과부의 다른 부분 보다 세고, 제1 폴과 제2 폴에 의해 전송되는 전자기 방사선의 편광 방향은 제1 방향과 평행하고, 제3 폴과 제4 폴에 의해 전송되는 전자기 방사선의 편광 방향은 제2 방향과 평행한 다.
구체적으로, 상기 폴 각각은 원형일 수 있다.
또는, 상기 폴 중 하나 이상의 폴은 타원형일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 폴 중 하나 이상의 폴은 링의 세그먼트 모양일 수 있다. 구체적으로, 링은 방사선 투과부의 윤곽선에 의해 형성될 수 있다. 세그먼트의 경계부, 즉 방사선 투과부의 윤곽선을 횡단하는 경계부가 조명 분포부를 생성하기 위한 장치의 중심부로부터 나오는 반경방향을 가지도록 상기 세그먼트들이 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 제1 폴, 제2 폴, 제3 폴, 제4 폴의 각각의 직경은 rout과 rin의 차이값과 동일하다. 그러나, 제1 폴, 제2 폴, 제3 폴, 제4 폴의 각각의 직경은 서로에 대해서는 다를 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 방사선 투과부는 고리모양일 수 있고, 전자기 방사선의 전송된 세기는 방사선 투과부 내에서 일정하다.
본 발명은 패턴화되는 기판과, 레티클과, 앞서 정의된 조명 시스템과, 기판에 레티클의 이미지를 투영하기 위한 광학 투영 시스템을 포함하는 포토리소그래피 장치를 더 포함하며, 상기 레티클은 기판에 전송될 다수의 패턴을 구비하며, 상기 레티클은 제1 방향으로 뻗어나가고 패턴 크기 dx를 갖는 하나 이상의 패턴을 포함하며, 상기 광학 투영 시스템은 수차(NA)를 갖는다.
구체적으로, 제2 불투명부의 반경 rout은 레티클의 패턴 크기 dx와 광학 투영 시스템의 수차(NA)에 의하여 측정될 수 있고, 따라서 ±1차 회절 차수에 대하여, 방사선 투과부를 갖는 조명부에 의한 빛의 부분이 광학 투영 시스템의 수차 외부에 놓인다. 따라서, 조명 분포부를 생성하는 장치의 매개변수는 리소그래피 장치 및 기판에 전송되는 패턴에 따라 설정된다. 보다 구체적으로 말하면, 매개변수인 패턴 크기 dx와 광학 투영 시스템의 수차(NA)는 고정되어 있다. 조명 분포부를 생성하는 장치의 매개변수는 이러한 매개변수에 대응하여 선택되고, 따라서 ±1차 회절 차수에 대하여, 방사선 투과부를 갖는 조명에 기인하는 빛의 부분은 광학 투영 시스템의 수차 외부에 놓여 잇다.
구체적으로, 상기 제2 불투명부의 반경 rout은 레티클의 패턴 크기 dx와 광학 투영 시스템의 수차(NA)에 의존하여 측정되어, +1차 회절 차수에 대해, 제1 폴을 갖는 조명에 의한 빛은 광학 투영 시스템의 수차 외부에 놓이고, -1차 회절 차수에 대해, 제2 폴을 갖는 조명에 의한 빛은 광학 투영 시스템의 수차 외부에 놓이는 것이 바람직하다.
결과적으로, 패턴화될 기판에서 높은 콘트라스트를 가지고, x 방향의 배향을 갖는 라인/공간 패턴과 y 방향의 배향을 갖는 라인/공간 패턴을 전송할 수 있게 된다.
또한, 상기 제2 불투명부의 반경 rout은 레티클의 패턴 크기 dx와 광학 투영 시스템의 수차(NA)에 의존하여 측정되어, +1차 회절 차수에 대해, 제3 폴을 갖는 조명에 의한 빛은 광학 투영 시스템의 수차 외부에 놓이고, -1차 회절 차수에 대 해, 제4 폴을 갖는 조명에 의한 빛은 광학 투영 시스템의 수차 외부에 놓인다.
포토리소그래피 장치는 구체적으로 교대 위상 변위 마스크(AltPSM) 또는 다른 포토마스크일 수 있는 레티클을 포함하며, 여기에서 패턴은 이미지 방사선의 ±1차 회절 차수의 간섭에 의해 생성된다.
조명 분포부를 생성하는 장치는 적절한 조리개 소자, 또는 회절 소자, 또는 적절한 렌즈 시스템, 또는 이러한 소자들을 적절히 조합한 것을 포함한다.
아래에서, 본 발명은 첨부된 도면을 참고로 보다 상세히 설명될 것이다.
도 6은 본 발명에 따르는 포토리소그래피 장치의 예를 나타내고 있다. 포토리소그래피 장치는 조명 광원(21)을 포함하는 조명 시스템(24)을 포함한다. 조명 광원은 광원 또는 다른 장치 또는 포토리소그래피 이미지를 생성하는데 사용되는 빛을 생성할 수 있는 장치를 조합한 것이라면 어느 것이라도 될 수 있다. 이 문서를 통해 사용되는 용어 "빛(광)"은 가시광선 스펙트럼 뿐만 아니라 눈으로 볼 수 없는 스펙트럼으로 된 전자기 방사선을 지칭하며, 이는 제한없이 가시광선, 자외선, X-선을 포함한다. 예를 들어, 조명 광원(21)은 아르곤 플루오르화물 레이저, 플루오르 고에너지 준위 이합체 레이저, 또는 헬륨 네온 레이저와 같은 레이저를 포함할 수 있다. 조명 시스템(24)은 편광 장치(23) 및 조명 분포부를 발생시키는 장치(3)를 더 포함한다. 편광 장치는 조명 광원과 조명 분포부를 발생시키는 장치(3) 사이에 배치되어 있다. 편광 장치는 아래에서 설명하는 바와 같이 국부적으 로 바뀌는 편광 방향을 갖는 선형으로 편광된 전자기 방사선을 생성하도록 되어 있다. 특히, 편광 장치(23)의 구조는 조명 분포부를 생성하는 장치(3)에 의해 생성되는 조명 분포부에 대해 설명한 후에 설명될 것이다.
레티클(4)의 패턴(41)은, 조명 시스템(24)에 의해 생성된 조명 분포부를 가지고 레티클에 빛을 비춤으로써, 레티클(4)로부터 웨이퍼(5)로 전달된다. 구체적으로, 패턴(4)은 투영 시스템(11)에 의해 웨이퍼에 이미지가 형성된다. 레티클(4)은 보통 스테이지(도시 안됨)에 의해 고정된다. 게다가, 웨이퍼(5)는 웨이퍼 스테이지(51)에 의해 고정된다.
본 발명의 제1 실시예에 의한 조명 시스템에 의해 생성된 조명 분포부를 나타내는 도 7에 도시된 것처럼, 조명 분포부는 중앙에 중심점을 갖고 있다. 제1 불투명 영역은 중심점 주위에 형성되고, 제2 불투명 영역은 외부 엣지에 인접하여 형성된다. 제1 불투명부(34)에 있는 각각의 점들은 중심점으로부터 떨어져 있는데 이 떨어져 있는 거리는 rin 보다 작다. 제2 불투명부(35)에 있는 각각의 점들은 중심점으로부터 떨어져 있으며, 이 떨어져 있는 거리는 rout 보다 크다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 불투명부(34)는 중심점(32) 주위에서 원 모양을 갖는다. 그럼에도 불구하고, 제1 불투명부는 원 모양에서 벗어난 모양을 가질 수도 있다는 것을 이해할 수 있다. 구체적으로는, 제1 불투명부는 타원형일 수 있다.
조명 분포부(6)는 광 투과부(36)를 더 포함하며, 이 광 투과부는 제1 불투명부(34)와 제2 불투명부(35) 사이에 위치되어 있다. 광 투과부(36)는 높은 광 세기 를 갖는 영역을 포함하는 부분이다. 예를 들어, 광 투과부(36)는 전체적으로 조명을 받거나 또는 미리 정해진 수로, 예를 들어 네 개의 조명 폴(31a, 31b, 31c, 31d)을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 수의 폴이 사용될 수 있다는 것을 명백히 이해할 수 있다. 예를 들어 6개 또는 8개의 폴이 사용될 수도 있다. 편광 장치는 국부적으로 상이한 빛의 편광 방향을 제공하도록 되어 있을 수 있다. 예를 들어, 폴(31a, 31b, 31c, 31d) 안에 있는 화살표에 의해 표시된 것처럼, 각각의 폴 내의 편광 방향은 폴의 중심점을 조명 분포부(6)의 중심점(32)과 연결시키는 방향과 평행한다. 예를 들어, 도 7에 도시된 것처럼, 폴(31a, 31c)의 편광 방향은 y-방향을 따라가는 반면, 폴(31b, 31d)의 방향은 x-방향을 따라간다.
유사하게, 도 7에 도시된 조명 분포부(6)는 8개의 폴을 포함할 수 있고, 여기에서 폴(31a)과 폴(31b) 사이에 배치되어 있는 폴에 의해 전달되는 빛의 편광 방향은 y-방향에 대하여 45도 만큼 회전되고, 폴(31b)과 폴(31c) 사이에 배치되어 있는 폴에 의해 전달되는 빛의 편광 방향은 x-방향에 대하여 45도 만큼 회전된다. 또는, 조명 분포부(6)는 8개의 폴을 포함할 수 있고, 여기에서 폴(31a)과 폴(31b) 사이에 배치된 폴에 의해 전달되는 빛의 편광 방향은 y-방향 또는 x-방향에 평행한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예를 나타내고 있는데, 여기에서 조명 분포부(6)의 광 투과부(36)는 고리모양이다. 도시된 것처럼, 광 투과부(36)의 편광 방향은 방사상 방향을 가질 수 있다. 즉, 중심점(32)을 둘러싸는 고리 모양의 링의 각 점에서 편광 방향은 중심점(32)과 연결된 지점의 방향과 평행하는 방향을 갖는다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 편광 방향의 이러한 분포는 단순화될 수 있다. 예를 들어, 조명 분포부(6)의 외부 엣지(33)와 중심점(32) 사이의 각도 범위에서, 편광 방향은 y-방향을 따라가는 반면, x-방향에 대하여 외부 엣지(33)와 중심점(32) 사이의 또 다른 각도 범위에서 편광 방향은 x-방향을 따라간다. y-방향 및 x-방향을 따라서 형성된 편광 방향에 대한 각도 범위는 시스템이 요구하는 바에 따라 임의로 선택될 수 있다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 것처럼, 본 발명의 추가 실시예에 따라, 조명 분포부(6)의 광 투과부(36)는 링의 세그먼트를 포함한다. 특히, 네 개의 조명 폴(31a, 31b, 31c, 31d)은 원형 또는 타원형이 아니라 링의 세그먼트 모양이다. 도 9a에 도시된 것처럼, 각각의 폴의 편광 방향은 방사상 방향을 가질 수 있다. 즉, 폴의 각 지점에서의 편광 방향은 중심점(32)에 연결된 이 지점의 방향에 평행하는 방향을 갖는다. 도 9b에 도시된 것처럼, 편광 방향의 이러한 분포는 단순화될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 것과 비슷한 방식으로, 폴(31a, 31c)은 y-방향에 평행하는 편광 방향을 가질 수 있는 반면, 폴(31b, 31d)은 x-방향에 평행하는 편광 방향을 갖는다. 각도(σ1, σ2)는 시스템의 요구사항에 따라 임의로 선택될 수 있다.
입사광선의 국부적으로 변하는 편광 방향은 여러가지 방법으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 편광 장치는 선형으로 편광된 빛(133)을 생성하는 편광자(231)를 포함할 수 있다. 도시된 도면에서 별개의 장치로 도시되어 있지만, 편광자(231)는 광원(21)와 일체로 형성될 수 있다는 것을 명확히 알 수 있다. 편광 장치(23)는 프리즘 시스템(232)을 더 포함한다. 프리즘 시스템(232)은 선형으로 편광된 광선(133)을 국부적으로 서로 분리되어 있는 하나 이상의 광선으로 분할하도록 되어 있다. 편광 장치(23)는 두 개의 편광 회전 소자(233a, 233b)를 더 포함할 수 있고, 상기 편광 회전 소자는 입사하는 광선의 편광 방향을 90도로 회전시킨다. 비슷한 방법으로, 더 분할된 광선을 얻도록 프리즘이 추가로 제공될 수 있다. 또한, 적절한 편광 회전 소자(233a, 233b)를 제공함으로써 편광 방향은 원하는 각도만큼 회전될 수 있다. 추가적인 선택사항으로서, 편광 장치(23)는 예를 들어 소위 와이어 그리드 편광자라고 불리는 조리개 소자(3)와 일체로 형성될 수 있으며, 이 조리개 소자는 미리 정해진 방향으로 그리드를 포함한다. 편광 방향이 앞서 언급한 것처럼 조리개 소자(3)의 투과부에 대해서 달성되도록 와이어 그리드 편광자의 방향이 선택된다.
도 10의 상부는, 도 7에 도시된 조명 분포부와 도 10의 하부에 표시된 것처럼 레티클(4) 위의 패턴(41)을 이용할 때 투영 시스템(11)의 입구 동공(111) 내에서 +1차 및 -1차 회절된 광선의 위치를 보여준다. 구체적으로, 도 10은 패턴(41)에 의해 회절될 때 폴(31a, 31b, 31c, 31d)의 위치를 나타낸다. 본 발명에 의하면, 조명 분포부를 생성하기 위한 장치(3)의 기하학적 치수가 패턴(41)의 피치와 기판(5) 위에 패턴의 이미지를 형성하기 위한 투영 시스템(11)의 수차(numerical aperture; NA)에 의존하여 측정되는 경우, 특별한 효과를 얻을 수 있다. 도 10으로부터 볼 수 있듯이, 폴(31b)이 차단되어 +1차 회절 차수가 되고 폴(31d)이 차단되어 -1차 회절 차수가 되도록, 조명 분포부(6)의 광 투과부의 크기가 선택된다. 그 결과, 포토 마 스크로부터 패턴(41)을 기판 위에 이미지를 형성할 때, TM 편광된 방사선이 감소되고, 따라서 간섭량이 감소하게 된다. 폴(31a, 31c)이 입구 동공(111) 내에 유지되기 때문에, 이러한 부분들은 서로 방해하게 될 것이고, 그 결과 콘트라스트가 증가하게 된다.
도 10에서, +1차 및 -1차 회절 차수의 위치는 전송되는 패턴의 패턴 크기 dx에 따라 달라진다. 따라서, 패턴이 작으면 작을수록, rin의 값은 더 작아진다. 도 10에 도시된 패턴에 대해 90도로 회전되는 수평 패턴(41)을 이미지화하기 위해, 동일한 방법이 적용된다. 보다 구체적으로, 회절 격자가 90도로 회전하면, +1차 -1차 회절 차수가 도 10에 도시된 중심점의 위아래에 위치된다. 이 경우, 폴(31a)은 차단되어 +1차 회절 차수가 되는 반면, 폴(31c)은 차단되어 -1차 회절 차수가 된다. 어떤 경우든, 패턴과 관련하여 이미지에 대해 파괴적인 간섭을 유발하게 될 편광 방향을 갖는 빛을 포함하고 있는 하나의 폴이 투영 시스템(11)의 입구 동공(111)으로부터 차단되도록, 동공의 테두리가 이루어진다. 다르게 말하면, 폴(31b)을 갖는 조명에 의한 +1차 차수의 회절된 광선은 동공에 의해 포획되지 않는다. 마찬가지로, 폴(31d)을 갖는 조명에 의한 -1차 차수의 회절된 광선도 동공에 의해 포획되지 않는다. 결과적으로, 이미지의 콘트라스트는 매우 증가하게 된다. 따라서, 이미지의 품질이 개선된다.
수평 라인/공간 패턴 뿐만아니라 수직 라인/공간 패턴을 포함하는 패턴을 이미지화하기 위해, +1차 및 -1차 회절 차수가 시스템의 x-축 및 y-축에 배치된다. 만일 수직 패턴의 크기 dx가 수평 패턴의 크기 dy와 다른 경우에는, x-축 상의 폴의 크기는 y-축 상의 폴의 크기와 다르다. 즉, 이 경우, 제1 및 제2 폴의 직경은 제3 및 제4 폴의 직경과 상이하다.
도 11은 x-방향으로 뻗어나가면서 패턴 크기 dx를 갖는 제1 패턴과, y-방향으로 뻗어나가면서 패턴 크기 dy를 갖는 제2 패턴이 이미지가 되는 경우의 조명 분포부를 예시적으로 나타내고 있다. 도 11의 하부에 도시된 것처럼, y-방향으로 뻗어나가는 패턴의 패턴 크기 dy는 x-방향으로 뻗어나가는 패턴의 패턴 크기 dx보다 작다. 이 실시예에서, 광 투과부(36)는 고리모양의 타원형이며, 여기에서 x-방향으로 측정되는 외부 반경 rout ,x는 y-방향으로 측정되는 외부 반경 rout ,y 보다 더 크다. 또한, x-방향으로 측정되는 내부 반경 rin ,x는 y-방향으로 측정되는 내부 반경 rin ,y 보다 더 크다. 명확히 이해할 수 있듯이, 이 경우 광 투과부(36)는 임의의 형상을 갖는 조명 폴을 포함할 수 있다. 구체적으로, 폴은 원형이거나 타원형일 수 있고, 또는 링의 세그먼트를 형성할 수도 있다. 또는, 광 투과부(36)는 고리모양일 수도 있다.
포토리소그래피 장치는 라인/공간 패턴으로 제한되는 것만은 아니다. 비슷하게 다른 종류의 패턴에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 접촉 홀 패턴이 전송되어야 하는 경우, 비슷한 조명 구성이 사용될 수 있다. 이 경우, 도 12는 ±1차 회절 차수를 보여준다. 도 12에 도시된 것처럼, 도 7에 도시된 조명 분포부(6) 때문에 회절된 광선은 시스템의 대각선에 배치되어 있다. 이 경우, 다시, 회절 이미지의 하 나의 폴이 동공(111)으로부터 제거될 수 있도록 조명 분포부의 치수가 선택된다. 도 12의 하부에 도시된 것과 같이 접촉 홀 패턴의 경우에, 조명 분포부의 가장 먼 폴에 의해 전송되고 x-방향 또는 y-방향에 대해 45도 회전되는 편광 방향을 갖는 광선은 파괴적일 것이다. 따라서, 이 경우 본 발명의 조명 시스템의 일부를 형성하는 조명 분포부를 생성하는 장치도 사용될 수 있다. 결과적으로, 가장 먼 폴에 의해 전송되는 광선이 차단되어 투영 시스템(11)의 동공이 되고, 따라서, 향상된 콘트라스트를 갖는 패턴이 웨이퍼 위에 전송된다.
상술한 바와 같이, 본원 발명의 구성에 의하면, 이미지 콘트라스트와 기판에 전송된 패턴의 이미지 품질이 현저히 개선될 수 있는 조명 시스템을 제공할 수 있다. 또한, 이러한 조명 시스템을 포함하는 포토리소그래피 장치를 제공할 수 있다.

Claims (14)

  1. 패턴화되는 기판(5)과;
    상기 기판(5) 위로 전송될 다수의 패턴(41)을 구비하고, 제1 방향으로 뻗어나가고 패턴 크기 dy를 갖는 하나 이상의 패턴을 포함하는, 레티클(4)과;
    조명 시스템(20); 및,
    상기 기판(5) 위에 레티클의 이미지를 투영하고, 수차(NA)를 갖는, 광학 투영 시스템(11);을 포함하고,
    상기 조명 시스템(20)은,
    - 전자기 방사선을 방출하는 조명 광원(21)과,
    - 편광 장치(23)와,
    - 조명 분포부(6)를 생성하는 장치(3)를 포함하고,
    중심점(32)과 외부 엣지(33)를 갖는 장치(3)에 의해 생성되는 상기 조명 분포부(6)는, 중심점(32)을 둘러싸면서 형성되고 각 지점의 중심점(32)으로부터 떨어진 거리가 rin 보다 가까운 제1 불투명부(34)와, 외부 엣지(33)에 인접하여 형성되고 중심점(32)으로부터 떨어진 거리가 rout 보다 더 먼 제2 불투명부(35)와, 상기 제1 불투명부(34)와 상기 제2 불투명부(35) 사이에 배치되어 있는 방사선 투과부(36)를 포함하고,
    상기 편광 장치(23)는 조명 광원(21)과 조명 분포부를 생성하기 위한 장 치(3) 사이에 배치되어 있고, 상기 편광 장치(23)는 국부적으로 변하는 편광 방향(311a, 311b, 311c, 311d)을 갖는 선형 편광된 전자기 방사선을 생성하도록 되어, 적어도 제1 편광 방향(311a) 및 제2 편광 방향(311b)이 생성되고, 상기 제1 편광 방향(311a)은 상기 제2 편광 방향(311b)와 상이하고, 조명 분포부의 광 투과부의 적어도 두 개의 상이한 지점에서의 편광 방향은 이 지점과 조명 분포부의 중심점(32)을 연결하는 라인과 평행하고,
    상기 제2 불투명부(35)의 반경 rout은 레티클(4)의 패턴 크기 dy와 광학 투영 시스템(11)의 수차(NA)에 의존하여 측정되어, ±1차 회절 차수에 대해, 방사선 투과부(36)를 갖는 조명에 의한 빛의 부분이 광학 투영 시스템(11)의 수차 외부에 놓이는, 포토리소그래피 장치(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 투과부(36)는 제1폴(31a), 제2폴(31c), 제3폴(31b), 및 제4 폴(31d)을 포함하고,
    상기 제1 폴(31a) 및 제2 폴(31c)은 제1 방향을 따라 배열되고, 제3 폴(31b) 및 제4 폴(31d)은 제2 방향을 따라 배열되고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직하고, 각각의 상기 폴 내에서의 전송되는 방사선의 세기는 방사선 투과부(36)의 다른 부분 보다 세고,
    제1 폴(31a)과 제2 폴(31c)에 의해 전송되는 전자기 방사선의 편광 방향은 제1 방향과 평행하고, 제3 폴(31b)과 제4 폴(31d)에 의해 전송되는 전자기 방사선의 편광 방향은 제2 방향과 평행하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 장치(1).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 폴 각각은 원형인 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 장치(1).
  4. 제2항에 있어서,
    상기 폴 중 하나 이상의 폴은 타원형인 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 장치(1).
  5. 제2항에 있어서,
    상기 폴 중 하나 이상의 폴은 링의 세그먼트 모양인 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 장치(1).
  6. 제3항에 있어서,
    제1 폴, 제2 폴, 제3 폴, 제4 폴의 각각의 직경은 rout과 rin의 차이값과 동일한 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 장치(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반경 rin은 일정한 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 장치(1).
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반경 rout은 일정한 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 장치(1).
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 방향으로 측정되는 반경 rin,y는 제2 방향으로 측정되는 반경 rin,x와 상이한 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 장치(1).
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 방향으로 측정되는 반경 rout,y는 제2 방향으로 측정되는 반경 rout,x와 상이한 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 장치(1).
  11. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 투과부는 고리모양이고, 전자기 방사선의 전송된 세기는 방사선 투과부 내에서 일정한 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 장치(1).
  12. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 불투명부(35)의 반경 rout은 레티클(4)의 패턴 크기 dy와 광학 투영 시스템(11)의 수차(NA)에 의존하여 측정되어, +1차 회절 차수에 대해, 제1 폴(31a)을 갖는 조명에 의한 빛은 광학 투영 시스템(11)의 수차 외부에 놓이고, -1차 회절 차수에 대해, 제2 폴(31c)을 갖는 조명에 의한 빛은 광학 투영 시스템(11)의 수차 외부에 놓이는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 장치(1).
  13. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 불투명부(35)의 반경 rout은 레티클(4)의 패턴 크기 dy와 광학 투영 시스템(11)의 수차(NA)에 의존하여 측정되어, +1차 회절 차수에 대해, 제3 폴(31b)을 갖는 조명에 의한 빛은 광학 투영 시스템(11)의 수차 외부에 놓이고, -1차 회절 차수에 대해, 제4 폴(31d)을 갖는 조명에 의한 빛은 광학 투영 시스템(11)의 수차 외부에 놓이는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 장치(1).
  14. 제1항 내지 제6항 또는 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레티클(4)은 제2 방향으로 뻗어나가고 패턴 크기 dx를 갖는 패턴(41)을 더 포함하고;
    제1 방향으로 뻗어나가는 제2 불투명부(35)의 반경 rout,y는 레티클(4)의 패턴 크기 dy와 광학 투영 시스템(11)의 수차(NA)에 의존하여 측정되고, 제2 방향으로 뻗어나가는 제2 불투명부(35)의 반경 rout,x는 레티클(4)의 패턴 크기 dx와 광학 투영 시스템(11)의 수차(NA)에 의존하여 측정되고, 따라서 ±1차 회절 차수에 대해, 방사선 투과부(36)를 갖는 조명에 의한 빛의 부분은 광학 투영 시스템(11)의 수차 외부에 놓이는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 장치(1).
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