KR100939423B1 - 투영노광장치 - Google Patents

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KR100939423B1
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베른아르트 크니르
게랄트 리히터
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칼 짜이스 에스엠테 아게
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Abstract

마이크로리소그래피에 사용하기 위한 투영노광장치는 이미지 평면에서 물체평면에 배열된 마스크(2) 이미지를 발생시키기 위해 사용된다. 투영노광장치는 투영광을 방출시키는 광원, 마스크(2) 및 이미지(36) 사이에 정렬된 투영광학계(1)를 갖는다. 투영광학계의 광로에는 마스크(2)에서부터 시작하여 전체가 양성 굴절능을 갖는 광학요소의 제 1 그룹(LG1), 전체가 음성 굴절능을 갖는 광학요소의 제 2 그룹(LG2), 전체가 양성 굴절능을 갖는 광학요소의 제 3 그룹(LG3), 전체가 음성 굴절능을 갖는 광학요소의 제 4 그룹(LG4), 전체가 양성 굴절능을 갖는 광학요소의 제 5 그룹(LG5;LG5,LG6)은 투영광학계의 광로에 배열된다. 최소한 세 개의 광학 소그룹(2,8,9,17; 6,8,9,17; 2,8,9,17,31; 2,8,9,17,23,31; 6,8,9,17,23,31)은 투영광학계(1)의 광학축을 따라 이동할 수 있는 최소한 하나의 광학요소를 갖는다. 제 1 광학 소그룹은 마스크(2) 또는 광학요소의 제 1 그룹(LG1)으로부터 최소한 하나의 광학요소(6)를 포함한다. 제 2 광학 소그룹은 광학요소의 제 3 그룹(LG3) 혹은 제 2 그룹(LG2)으로부터 최소한 하나의 광학요소(8,9)를 포함한다. 제 3 광학 소그룹은 광학요소의 제 4 그룹(LG4) 혹은 제 3 그룹(LG3)으로부터 최소한 하나의 광학요소(17)를 포함한다. 이러한 소그룹으로 투영광학계(1)의 이미지 오차를 효과적으로 보정하는 것이 가능하다.

Description

투영노광장치{PROJECTION ILLUMINATION SYSTEM}
도 1은 투영노광장치의 투영 대물렌즈의 렌즈부분을 도시하는 도면.
도 2는 선택적인 투영 대물렌즈의 도 1과 비슷한 렌즈부분을 도시하는 도면.
도 3은 다른 투영 대물렌즈의 도 1과 비슷한 렌즈부분을 도시하는 도면.
* 부호설명 *
1,101,201 : 투영대물렌즈 2,102,202 : 마스크
3~35 : 렌즈 137~165 : 렌즈
266-295 : 렌즈
본 발명은 마이크로리소그래피를 위한 투영노광장치에 관한 것으로, 특히 이미지 평면에 투영광을 방출시키는 광원 및 이미지와 마스크 사이에 있는 투영광학계로 물체평면에 있는 마스크의 이미지를 발생시키기 위한 시스템에 관련되며, 다음 사항은 투영 광학계의 광로에 정렬되며, 마스크를 기점으로 한다.
a) 전체가 양성 굴절능을 갖는 광학요소의 제 1 그룹(LG1)
b) 전체가 음성 굴절능을 갖는 광학요소의 제 2 그룹(LG2)
c) 전체가 양성 굴절능을 갖는 광학요소의 제 3 그룹(LG3)
d) 전체가 음성 굴절능을 갖는 광학요소의 제 4 그룹(LG4)
e) 전체가 양성 굴절능을 갖는 광학요소의 제 5 그룹(LG5;LG5,LG6)
이러한 투영 광학계는 본 출원인의 이름으로 DE 198 55 108 A 및 DE 199 42 281 A에 공지되어 있다. DUV 파장범위에 있는 투영광 파장으로 사용되기에 적합하다. 전체가 양성 굴절능을 갖는 광학요소의 제 5 그룹 대신에, 이러한 문건들은 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 전체가 양성 굴절능을 갖는 광학요소의 제 5 그룹으로 조합된다 지라도 제 5 및 제 6 그룹에 대해서 언급한다.
일반적으로 이러한 형식의 투영광학계가 갖는 매우 숫자가 높은 구경으로 인해서, 잔여 이미지 오차가 발생하는데 예를 들어, 온도와 공기압력 같은 대기변수가 변하기 때문이다.
본 발명의 목적은 다음과 같은 사실로 인해 본 발명을 달성시키는 것이다
f) 투영 광학계의 광학축을 따라 이동할 수 있는 최소한 하나의 광학요소를 갖는 최소한 세 개의 광학 소그룹에 있어서,
g) 제 1 광학 소그룹은 마스크 혹은 광학요소의 제 1 그룹으로부터 최소한 하나의 광학요소를 포함하며,
g) 제 2 광학 소그룹은 광학 요소의 제 1 그룹으로부터 최소한 하나의 광학요소 혹은 마스크를 포함하고,
h) 제 2 광학 소그룹은 광학요소의 제 3 그룹 혹은 제 2 그룹으로부터 최소한 하나의 광학요소를 포함하고,
i) 제 3 광학그룹은 광학 요소의 제 4 그룹 혹은 제 3 그룹으로부터 최소한 하나의 광학요소를 포함한다.
본 발명을 따르면 전술된 선택사항을 따라 투영광학계의 이미지 오차를 보정하기 위해 광학축을 따라 이동할 수 있는 최소한 3개의 광학 소그룹이 사용되는 장치로 선택된다면, 눈금, 왜곡 및 상면만곡 같이 통상적으로 발생하는 이미지 오차를 효과적으로 보정한다. 이러한 경우 개별의 소그룹은 각각의 경우에서 하나의 이미지 오차에 대해서 선택적으로 영향을 줄 필요는 없고 원하는 보정 효과를 얻기 위해 세 개의 소그룹 조합한 것에 영향을 주는 것만으로도 충분하다. 각각의 소그룹을 최적으로 조절하는 것은 이미 알려진 광학설계 프로그램의 도움으로 결정될 수 있다.
선호적으로 제 2 광학 소그룹은 광학요소의 제 1 그룹 바로 다음에 배열된다. 이러한 경우 최소한 두 개의 이동 가능한 소그룹은 부분적으로 가까이에 위치하여 투영 광학계의 설계를 단순화시킬 수 있도록 한다.
제 2 광학 소그룹은 광학요소의 제 3 및 제 4 그룹 사이의 이동하는 영역에 배열된다. 전술된 형식의 투영광학계의 대부분의 형태는 통상적으로 발생하는 이미지 오차를 효율적일 보정하게 된다.
광학축을 따르는 변위가 서로 필연적으로 결합되는 한 쌍의 광학요소는 제 2 광학 소그룹과 같이 제공된다. 이러한 한 쌍의 요소는 광학 연산으로 보여지듯이 광학보정에 효율적인 것으로 판명되었다.
선호적으로 양쪽의 광학요소를 함께 보관유지하고 투영광학계의 광학축을 따라 이동할 수 있는 지지체가 제공된다. 이로 인해서 함께 이동할 수 있는 광학요소에 대한 기계적인 구조가 간단해진다.
파장을 조절하기 위한 장치가 더 제공된다. 본 발명에 따른 파장 조절 장치는 광학요소의 추가적인 이동가능한 소그룹의 보정기능을 수행할 수 있다. 대부분의 경우 파장조절장치는 추가적인 이동 가능한 소그룹에서 보다 더 쉽게 보정기능을 수행할 수 있다.
선호적으로 조절장치는 빛의 방출파장이 변할 수 있는 방식으로 설계된다. 이러한 조절장치는 에너지 효율적이다.
선택적으로 혹은 추가적으로 조절장치는 빛이 빠져나온 다음 투영광 파장이 변할 수 있도록 설계된다. 이러한 조절장치는 칼라필터 같은 것으로 쉽게 만들 수 있다.
선호적인 정밀도에 대해서 최소한 하나의 광학요소를 갖는 추가적인 광학 소그룹이 광학축을 따라 이동할 수 있도록 제공되고 광학요소의 제 5 그룹으로부터 최소한 하나의 광학요소로 구성된다. 이러한 추가적인 광학 소그룹으로 통상적으로 코마나 구면수차 같은 것이 발생하는 다른 이미지 오차를 감소시키는 것이 가능하다.
추가적인 광학 소그룹은 바로 두 개의 광학요소로 구성된다. 비교적 적은 기계설비비용을 가지는 상술한 바와 같은 실시예는 광학 연산에서 보여진 것처럼 이미지 오차의 발생을 효율적으로 감소시킨다.
광학요소는 굴절요소처럼 설계된다. 굴절 광학요소로 비교적 적은 기계적인 소비를 갖는 도입부에 설명된 형식의 투영광학계를 만드는 것이 가능하다. 그러나 마찬가지로 굴절요소로써 투영 광학계를 구현하는 것이 가능하다.
렌즈와 함께 아래 설명된 투영물체는 마스크 위에 있는 구조물의 이미지가 웨이퍼에 형성되도록 하기 위해 마이크로리소그래피 투영노광 범위 내에서 사용되며, 구조물의 이미지는 투영대물렌즈의 보정된 상면(image field)에 놓인다. 도시된 투영 대물렌즈는 굴절시스템이고 사용된 모든 렌즈는 석영유리(qartz glass)로 만들어진다. 투영 대물렌즈는 248nm의 KrF 엑시머 레이저의 파장으로 작동하도록 설계된다. 물점(object point)으로부터 각각 시작되는 두개의 광선속(pencil of ray)의 대물렌즈를 통한 광선의 경로는 설명을 위해 다음과 같이 묘사되었다.
도 1에 참조번호(1)로 표시된 투영대물렌즈의 제 1 실시예가 도시되었는데, 렌즈 데이터는 DE 198 55 109 A1의 표 3에 공개되었고, 마스크(2)는 투영 대물렌즈의 객체평면에 배열된다.
다섯 개의 렌즈(3,4,5,6,7)로 구성된 전체적으로 양성 굴절능을 갖는 제 1 렌즈그룹(LG1)은 투영광 광선속(projection light pencil)의 광선방향으로 마스크(2) 위에 배열된다.
투영 광선방향으로 전체적으로 양성굴절능을 갖는 제 1 렌즈 그룹(LG1)은 전체가 마찬가지로 5개의 렌즈(8,9,10,11,12)로 구성된 음성 굴절능을 갖는 제 2 렌즈 그룹(LG2)에 접해 있다. 제 2 렌즈 그룹(LG2)은 6개의 렌즈(13,14,15,16,17,18)로 구성된 전체가 양성 굴절능을 갖는 제 3 렌즈 그룹(LG3)이 그 다음에 온다. 이것은 전체가 음성 굴절능이고 두 개의 렌즈(19,20)로 된 제 4 렌즈그룹(LG4)과 접해 있다. 투영 대물렌즈(1)의 나머지 광학요소(optical component)는 전체가 양성 굴절능을 갖는 제 5 렌즈 그룹(LG5)에 결합될 수 있다. 이것은 투영광선 방향으로 우선 3개의 렌즈(21,22,23)를 갖는데 평행한 평면 플레이트(24) 다음에 온다. 계속에서 투영광선 방향으로 10개의 렌즈(25,26,27,28,29,30,31,32,33,34)가 온다. 투영 대물렌즈(1)는 평행한 평면 플레이트(35)에 의해 투영 대물렌즈의 이미지 평면에 놓은 웨이퍼(36) 쪽으로 종단된다.
도 1의 렌즈설계를 참고로 이러한 렌즈 설계를 갖는 여러 가지 투영 대물렌즈의 실시예가 아래 설명될 것이며, 각각의 경우는 이미지의 오차를 보정하기 위해 장치를 여러 가지로 조합한다. 보정요소는 여러개의 광학 요소들의 하부 그룹들로구성되는데, 각각은 최소한 하나의 광학요소로 구성되는데 광학축 방향으로 이동할 수 있다.
이러한 모든 예시적인 실시예과 도면을 참고로 도시된 보정장치를 갖는 투영광학계의 실시예는 다음과 같은 공통적인 구조를 갖는다.
제 1 렌즈 그룹(LG1)으로부터 최소한 하나의 렌즈 혹은 마스크(2)를 고정시키는 십자선(reticle)은 광학축 방향으로 옮겨질 수 있다. 그러므로 렌즈 그룹(LG1)의 마스크(2) 및 렌즈는 광학 요소의 제 1 소그룹에 속하는 것을 간주된다.
이와는 별도로 제 2 혹은 제 3 렌즈 그룹(LG2,LG3)에서 최소한 하나의 렌즈는 광학축 방향으로 옮겨질 수 있다. 그러므로 제 2 혹은 제 3 렌즈 그룹(LG2,LG3)으로부터 이러한 렌즈들은 광학요소의 제 2 소그룹에 속한 것으로 간주된다.
마지막으로, 제 2 혹은 제 4 렌즈 그룹(LG3,LG4)은 광학축 방향으로 옮겨질 수 있다. 그러므로 제 3 혹은 제 4 렌즈 그룹(LG3,LG4)에서 이러한 렌즈들은 광학요소의 제 3 소그룹에 속한 것으로 간주된다.
모든 예시적인 실시예에 공통적인 보정장치로 이미지 눈금의 오차, 왜곡, 상면만곡을 보정하는 것이 가능하며, 하기에 상당부분 설명될 것이다.
상기 보정장치에 추가하여, 예시적인 실시예에 따라 한편으로는 상기 이미지 오차 보정을 최적화하기 위해 사용되고, 다른 한편으로는 코마(coma)나 구면수차(spherical aberration)의 이미지 오차에 영향을 줄 수 있는 보정장치를 제공하는 것이 가능하다. 광학요소들을 광학축 방향으로 조작하고 투영광의 파장을 변형하는 것이 실행 가능한 원리이다.
개별의 예시적인 실시예의 효율성은 상면지점에 대해서 합해진 저나이크 계수(Zernike coefficient) 제곱의 합에서 얻어진 장점함수(merit function)로 설명될 것이다. 이러한 장점 함수는 광학설계 시스템의 도움으로 평가될 수 있다.
효율성을 평가하기 위해, 특별한 이미지 오차의 조합이 지정되며, 개별의 예시적인 실시예를 따라 지정된 보정장치의 도움으로 보정이 가능한 범위는 양적으로 결정된다.
제 2 예시적인 실시예에서, 마스크(2), 렌즈(8,9) 및 렌즈(17)를 고정시키는 십자선은 투영 대물렌즈(1)의 광학축 방향으로 옮겨질 수 있다. 렌즈(8,9)는 서로에 대해서 독립적으로 옮겨지진 않지만, 그룹으로 함께 옮겨진다. 결국 렌즈(8,9)는 광학축을 따라 옮겨질 수 있도록 배열된 지지체(도시 안됨)에서 함께 옮겨진다.
제 1 예시적인 실시예를 따르는 보정장치에 대해서 다음 이미지 오차값이 보정을 하기 위핸 시작값으로 사용된다. 눈금에 대해서 50ppm, 왜곡에 대해서 50nm, 100nm의 비점수차에 대해서 1:1 눈금으로 결합된 상면만곡에 대해서 100nm인데, 이러한 이미지 오차가 Z 머니퓰레이터(manipulator)로 동시에 보정될 수 있기 때문이다. 제 1 실시예를 따르는 보정장치의 도움으로 장점 함수 값은 절대값이 시작값의 1.9%만 되는 최종값으로 줄어들 수 있다.
제 1 실시예의 보정장치로 상기 세 가지의 시작 이미지 오차를 보정한 후에 잔여 이미지 오차에 대한 통계적인 합은 명세서 맨 끝에 있는 표식(1)의 첫 번째 열에 나타나 있다. 기하학적인 이미지 오차로써 왜곡 값(Disto), 초점 평면 편향(focal plane deviation-FPD), 비점수차(AST) 뿐만 아니라 저나이크 계수(Z7,Z9,Z10,Z12,Z14,Z16,Z17,Z25) 같은 매우 중요한 파면오차가 표시되었다. 잔여 이미지 오차는 상면에서 왜곡 같은 이미지 오차의 최대값이다. 잔여 이미지 오차는 모델 이미지 오차 프로파일에 대한 보정에 대해서 결정된다. 보정을 통해 얻어진 개별의 잔여 이미지 오차 제곱의 합에 대한 근(root)은 통계적인 합이 계산되는 동안 얻어진다.
제 2 실시예에서, 투영 대물렌즈(1)는 보정장치로써 광학축 방향으로 옮겨질 수 있는 렌즈(6,8,9,17)를 갖는다. 십자선(2)은 옮겨질 수 없다. 렌즈(8,9)는 서로 에 대해서 독립적으로 광학축 방향으로 옮겨질 수 없지만 그룹으로 옮겨질 수 있다. 제 1 실시예와 관련하여 상기 언급된 것과 비슷하게, 보정후의 잔여 이미지 오차 뿐만 아니라 장점 함수 값의 감소는 눈금, 왜곡, 상면만곡의 이미지 오차에 대한 동일한 시작값의 도움으로 연산된다. 장점 함수는 시작값의 1.7%로 감소된다.
잔여 이미지 오차에 대한 값은 표 1의 두 번째 열에 나타나 있다. 특히 왜곡 값은 제 1 실시예와 관련되어 현저히 줄어든다.
제 3 실시예에서, 다음 보정장치가 투영 대물렌즈(1)에 이용된다. 마스크(2)를 고정시키는 십자선은 광학축 방향으로 옮겨질 수 있고, 렌즈(8,9,17,31)는 투영광의 파장을 조절하는 장치뿐만 아니라 광학축 방향으로 이동할 수 있다. 렌즈(8,9)는 서로 독립적으로 움직이지 않고 그룹으로 이동할 수 있다.
상기 실시예에서, 제 5 렌즈 그룹(LG5)에서 하나의 렌즈는 추가적인 이동이 가능하다. 그러므로 제 5 렌즈 그룹(LG5)의 렌즈들은 광학요소의 소그룹에 속한 것으로 간주된다.
투영광의 파장을 조절하기 위해서 광원의 방출파장이 변한다. 레이저의 경우 예를 들어 공명기 내부에서 분산 광학요소를 이용하여 이것이 수행된다. 선택적으로 광원을 빠져나온 후에 투영광의 파장을 변화시키는 것이 가능하다. 예를 들어 마찬가지로 고절 가능한 분산 광학요소, 광원에 대해 외부에 배열된 회전격자 혹은 프리즘을 이용하여 이루어진다. 파장을 변화시키기 위해 칼라필터를 이용하는 것이 가능하다.
만약 코마(coma)의 오차값(10nm Z7)과 구면수차(10nm Z9)를 추정한다면, 눈 금에 대한 시작이미지 오차값에 추가하여 왜곡 및 상면만곡(제 1 실시예에서와 같이)이 제 2 실시예의 보정장치로 보정된 후에 장점함수의 시작값을 감소시켜 시작값에 대해서 0.78%만 얻어진다. 최종 잔여 이미지오차는 표 1의 세 번째 열에 나타나있다. 제 1 및 제 2 실시예와 비교해 볼 때, 기하학적인 이미지 오차는 현저히 줄어든다. 높은 저나이크 계수의 경우, 절대값이 약간 증가하며 코마 및 구면수차에 대해 추가된 오차값 탓이다.
제 4 실시예에서, 다음사항은 투영광에서 보정장치로써 제공된다. 광학축 방향으로 옮겨질 수 있는 마스크(2)를 고정시키는 십자선, 이동이 가능 렌즈(8,9,17,31)가 제공된다. 렌즈(8,9)는 서로 독립적으로 움직이지 않고 그룹으로 이동할 수 있다. 만약 제 3 실시예와 같이 동일한 시작 이미지 오차를 가정한다면, 시작값의 0.67%로 장점함수가 감소된다. 잔여 이미지오차 데이터는 표 1의 네 번째 열에 있다. 특히 높은 저나이크 계수의 경우에서 제 3 실시예에 대한 절대값이 감소된다.
제 5 실시예에서, 다음 보정장치는 투영 대물렌즈(1)에 제공되는데, 광학축 방향으로 이동할 수 있는 렌즈(6,8,9,17,13)가 제공된다. 십자선(2)은 이동할 수 없다. 렌즈(8,9)는 서로 독립적으로 움직이지 않고 그룹으로 이동할 수 있다. 시작값의 0.6%로 장점함수가 감소된다. 잔여 이미지오차 데이터는 표 1의 다섯 번째 열에 있다. 상이 데이터는 제 4 실시예의 것과 거의 일치한다.
제 2 투영 대물렌즈(101)가 도 2에 도시되었다. 도 1에 대해서 설명된 것과 일치하는 요소가 100으로 증가된 참조번호가 부여되었으며 자세히 설명되지 않을 것이다.
투영 대물렌즈(101)에 대한 렌즈 데이터는 DE 199 42 281 A, 표 4에 나와있다.
제 1 렌즈 그룹(LG1)은 투영대물렌즈(101)에서 5개의 렌즈(137,138,138,140,141)로 구성된다. 제 2 렌즈 그룹(LG2)은 제 4 렌즈(142,143,144,145)로 구성된다. 제 3 렌즈 그룹(LG3)은 4개의 렌즈(146,147,148,149)를 갖는다. 제 4 렌즈 그룹(LG4)은 4개의 렌즈(150,151,152,153)로 구성된다.
투영 대물렌즈(1)와는 렌즈그룹(LG4) 다음에 오는 렌즈들은 두 개의 렌즈 그룹으로 분할된다. 렌즈 그룹(LG4)은 전체가 양성 굴절능을 갖는 렌즈 그룹(LG5) 다음에 투영 광선 방향에 있다. 전체가 10개의 렌즈(154,155,156,157,158,159,160,161,162,163)를 갖는다. 렌즈(157,18) 사이에 구경차광판(aperture diaphragm-AP)이 투영 대물렌즈(101)의 동공평면에 배열된다.
렌즈그룹(LG5)은 투영 광선 방향으로 렌즈 그룹(LG) 다음에 있으며 마찬가지로 전체가 양성 굴절능을 갖는다. 마지막 두 개의 렌즈그룹(LG5,LG6)은 전체가 양성 굴절능을 갖는 하나의 렌즈그룹으로 생각될 수 있다.
렌즈(165)는 웨이퍼(136) 다음에 있다.
보정장치의 조합에 대한 제 6 실시예에서, 도 2의 투영 대물렌즈(101)는 다음 보정장치를 갖는다. 마스크(102)를 고정시키는 광학 축 방향으로 이동 가능한 십자선 및 렌즈(141,142,249)를 갖는다. 렌즈(141,142)는 서로 독립적으로 움직이 지 않고 그룹으로 이동한다.
보정장치의 효율을 평가하기 위해서 이전의 제 1 실시예에서와 같이 눈금, 왜곡, 상면만곡에 대한 동일한 시작 이미지 오차가 가정된다. 제 6 실시예에서, 장점함수는 시작값의 3.3%로 줄어든다. 잔여 이미지 오차 데이터는 표 1의 여섯 번째 열에 있다.
제 7 실시예에서, 다음 보정장치가 투영 대물렌즈(101)에 제공된다. 광학축 방향으로 이동할 수 있 렌즈(140,141,142,149)가 제공된다. 십자선(102)은 이동할 수 없다. 렌즈(141,142)는 서로 독립적으로 움직이지 않고 그룹으로 이동한다. 제 1 실시예를 따라 시작 이미지 오차를 가정하여 시작값의 2.7%로 장점함수가 감소한다. 잔여 이미지 오차데이터는 표 1의 일곱 번째 열에 있다.
제 8 실시예에서, 다음 보정장치는 투영 대물렌즈(101)에 제공된다. 마스크(102)를 고정시키는 광학축으로 이동이 가능한 십자선과, 이동이 가능한 렌즈(140,141,142,149), 파장을 조절하기 위한 장치가 제공된다. 렌즈(141,142)는 서로 독립적으로 움직이지 않고 그룹으로 이동한다.
제 3-5 실시예에서와 같이 눈금, 왜곡, 상면만곡에 추가하여 코마(10nm Z7) 및 구면수차(10nm Z9)에 대한 시작 이미지오차가 가정된다. 제 8 실시예에서 시작값의 1.5%로 시작 이미지 오차에 대해 계산된 장점함수의 감소는 보정장치를 사용한 후에 얻어진다. 잔여 이미지 오차데이터는 표 1의 여덟 번째 열에 있다.
제 9 실시예에서, 투영 대물렌즈(101)는 다음과 같은 보정장치를 갖는다. 광학축 방향으로 이동할 수 있고 마스크(102)를 고정시키는 십자선, 광학축 방향으로 이동이 가능한 렌즈(140,141,142,143,149,157)를 갖는다. 이러한 경우 렌즈(141,142)는 서로 독립적으로 움직이지 않고 그룹으로 이동한다. 제 8 실시예에서와 같이 동일한 시작 이미지 오차를 가정하여 시작값의 1.4%로 장점함수가 감소된다. 잔여 이미지 오차데이터는 표 1의 아홉 번째 열에 있다.
제 10 실시예에서, 다음 보정장치가 투영 대물렌즈(101)에 제공된다. 광학 축 방향으로 옮겨질 수 있는 렌즈(140,141,142,149,157,159)가 제공된다. 십자선(102)은 이동이 불가능하다. 렌즈(141,142)는 서로 독립적으로 움직이지 않고 그룹으로 이동한다. 제 8 실시예와 같이 시작 이미지오차를 가정하여, 시작값의 1.4%로 장점함수가 감소된다. 잔여 이미지 오차데이터는 표 1의 열 번째 열에 있다.
제 3 투영 대물렌즈(201)가 도 2에 도시되었다. 도 1에 대해서 설명된 것과 일치하는 요소가 200으로 증가된 참조번호가 부여되었으며 자세히 설명되지 않을 것이다.
투영 대물렌즈(201)에 대한 렌즈 데이터는 DE 199 42 281 A, 표 1에 나와있다.
투영대물렌즈(201)의 제 1 렌즈 그룹(LG1)은 5개의 렌즈(266,267,268,269,270)로 구성된다. 투영대물렌즈(201)의 제 2 렌즈 그룹(LG2)은 5개의 렌즈(271,272,273,274,275)로 구성된다. 투영대물렌즈(201)의 제 3 렌즈 그룹(LG3)은 4개의 렌즈(276,277,278,279)를 갖는다. 투영대물렌즈(201)의 제 4 렌즈 그룹(LG4)은 4개의 렌즈(280,281,282,283)로 구성된다.
도 3의 투영 대물렌즈(201)는 렌즈 그룹(LG5,LG6)에 대해서 도 2의 투영 대물렌즈(101)와 비슷한 구조를 갖는다. 투영 대물렌즈(201)의 제 5 렌즈 그룹은 8개의 렌즈(284,285,286,287,288,289,290,291)로 구성된다. 렌즈(286,287)들 사이에 구경 차광판(AP)이 투영 대물렌즈(201)의 동공평면(pupil plane) 근처에 제공된다. 투영 대물렌즈(201)의 제 6 렌즈 그룹(LG6) 투영광선 방향으로 세 개의 렌즈(292,293,294) 뿐만 아니라 웨이퍼(236)의 방향으로 투영 대물렌즈(201)를 종단시키는 평행한 평면 플레이트(295)로 구성된다.
제 11 실시예에서, 다음 보정장치가 도 3의 투영 대물렌즈(201)에 제공된다. 광학축 방향으로 이동이 가능한 렌즈(271,272) 및 광학축 방향으로 이동할 수 있고 마스크(202)를 고정시키는 십자선이 제공된다. 렌즈(271,2742)는 서로 독립적으로 움직이지 않고 그룹으로 이동한다.
제 1 실시예를 따라 눈금, 왜곡, 상면만곡에 대한 시작 이미지 오차로 보정장치로 보정한 후에 시작값의 2.1% 장점함수가 감소된다. 보정된 후의 잔여 이미지 오차 데이터는 표 1의 11번째 열에 나와 있다.
제 12 실시예에서, 투영 대물렌즈(101)는 다음과 같은 보정장치를 갖는다. 광학축 방향으로 이동이 가능한 렌즈(269,271,272,280)를 갖는다. 십자선(202)은 이동이 불가능하다. 렌즈(271,272)는 서로 독립적으로 움직이지 않고 그룹으로 이동한다. 제 1 실시예를 따르는 시작 이미지 오차로 시작값의 1.9%로 장점함수가 감소된다. 잔여 이미지 오차데이터는 표 1의 열두 번째 열에 있다.
제 13 실시예에서, 다음 보정장치가 도 3의 투영 대물렌즈(201)에 제공된다. 광학축 방향으로 이동이 가능한 렌즈(269,271,272,279) 및 마스크(202)를 고정시키는 십자선, 그리고 파장을 조절하기 위한 장치가 제공된다. 렌즈(271,272)는 서로 독립적으로 움직이지 않고 그룹으로 이동한다. 제 13 실시예에서, 구면수차(10nm Z9) 및 코마(10nm Z7)에 대한 시작 이미지 오차는 눈금, 왜곡, 상면만곡에 대해 전술된 것 외에도 시작 이미지 오차로 가정된다. 제 13 실시예의 보정장치로 시작값의 1.02%로 장점함수가 감소된다. 관련된 잔여 이미지 오차데이터는 표 1의 열세 번째 열에 있다.
제 14 실시예에서, 투영 대물렌즈(101)는 다음과 같은 보정장치를 갖는다. 광학축 방향으로 독립적으로 이동이 가능한 렌즈(271,280,286) 및 광학축 방향으로 이동이 가능하고 마스크(202)를 고정시키는 십자선을 갖는다. 제 13 실시예를 따라 시작 이미지 오차를 가정하여 시작값의 0.82%로 장점함수가 감소한다. 잔여 이미지 오차데이터는 표 1의 열네 번째 열에 있다.
제 15 실시예에서, 다음 보정장치가 도 3의 투영 대물렌즈(201)에 제공된다. 광학축 방향으로 독립적으로 이동이 가능한 렌즈(268,271,280,286,290) 이 제공된다. 십자선(202)은 이동이 불가능하다. 제 13 실시예를 따라 시작 이미지 오차를 가정하여 시작값의 0.68%로 장점함수가 감소한다. 잔여 이미지 오차데이터는 표 1의 열다섯 번째 열에 있다.
제 16 실시예에서 다음 보정장치가 도 3의 투영 대물렌즈(201)에 제공된다. 광학축 방향으로 이동이 가능한 렌즈(271,272,280,284) 및 광학축 방향으로 이동이 가능하고 마스크(202)를 고정시키는 십자선이 제공된다. 렌즈(271,272)는 서로 독 립적으로 움직이지 않고 그룹으로 이동한다.
제 16 실시예에서, 다른 시작 이미지 오차가 가정된다. 30ppm 눈금, 30nm 3차 왜곡, 0.25㎛ 평균 상면만곡이다. 제 16 실시예의 보정장치로 보정을 한 후에, 다음 잔여 이미지 오차가 기하학적인 종방향 수차로 얻어진다. 최대 100nm 필드에지의 코마, 최대 61nm의 필드존(field zone)에서의 코마, 최대 154nm의 필드에지에서의 구경 영역에 있는 코마, 최대 85nm의 상면에 있는 구면수차의 변화이다.
제 17 실시예에서, 다음 보정장치가 도 3의 투영 대물렌즈(201)에 제공된다. 광학축 방향으로 독립적으로 이동이 가능한 렌즈(271,278,280,284) 및 광학축 방향으로 이동이 가능하고 마스크(202)를 고정시키는 십자선을 갖는다. 제 16 실시예와 같이 동일한 시작 이미지 오차를 가정하여 다음 잔여 이미지 오차가 기하학적인 종방향 수차로 얻어진다. 최대 15nm 필드영역에서의 코마, 최대 122nm의 필드에지에서의 코마, 최대 48nm의 상면에서의 구면수차의 변화이다.
제 18 실시예에서, 다음 보정장치가 도 3의 투영 대물렌즈(201)에 제공된다. 광학축 방향으로 독립적으로 이동이 가능한 렌즈(271,280,284) 및 광학축 방향으로 이동이 가능하고 마스크(202)를 고정시키는 십자선 뿐만 아니라 파장을 조절하기 위한 장치가 제공된다. 제 16 실시예와 같이 동일한 시작 이미지 오차를 가정하여 다음 잔여 이미지 오차가 기하학적인 종방향 수차로 얻어진다. 최대 7nm 필드영역에서의 코마, 최대 112nm의 필드에지의 구경영역에서의 코마, 최대 123nm의 상면에서의 구면수차의 변화이다.
제 11 실시예 혹은 제 1 실시예의 변형체와 같이, 제 19 실시예에서, 최대 직경을 갖는 제 2 렌즈 그룹(LG3)의 렌즈는 제 3 및 제 4 렌즈그룹(LG3,LG4) 사이의 근처에 있는 렌즈 대신에, 이동이 가능한 개별의 렌즈로 제공된다. 이것은 렌즈(15)가 제 1 실시예의 렌즈(17) 대신에 움직이며, 렌즈(278)는 제 11 실시예의 렌즈(280) 대신이 이동할 수 있다는 것을 의미한다.
제 18 실시예의 변형체와 같이 제 20 실시예에서 제 2 및 제 3 렌즈그룹(LG2,LG3)(예를 들어 광학축 방향의 렌즈(276) 같은) 근처에 있는 렌즈는 제 1 및 제 2 렌즈 그룹(LG1,LG2)(제 18 실시예의 렌즈(271) 사이 근처에 있는 렌즈 대신 이송이 가능하도록 설계된다.
제 18 실시예의 변형체와 같이, 이동이 가능한 렌즈(271,280,284) 대신에 다름 렌즈들은 제 21 실시예에서 광학축 방향으로 이동이 가능하다. 렌즈(278,279) 같은 제 3 렌즈그룹(LG3)의 최대 직경 근처에 있는 두 개의 렌즈, 렌즈(280)와 같이 제 3 및 제 4 렌즈 그룹(LG3,LG4) 사이에 근처에 있는 하나의 렌즈이다.
이미지 오차보정에 대한 개별의 보정장치의 최적 위치는 다음과 같이 결정된다.
특정한 시작 이미지 오차를 고려하고 보정장치의 조정에 대한 모든 가능성을조합한 것이 장점함수의 이미지 오차 평가내용으로 광학설계 시스템의 도움에 의해 분석된다. 조합된 보정장치들은 잔여 이미지오차는 특정한 상한선을 초과하고, 보정장치는 최대 조절범위를 벗어나거나 보정장치 조정을 변화시켜 특정한 상한선 이상인 이미지오차 변화가 발생시킬 때 무시된다. 이미지 오차 변화는 보정장치의 제 한된 조절 정밀성을 고려한다.
Figure 112002028733212-pat00001

Claims (11)

  1. 물체평면에 배치된 마스크의 이미지를 이미지 평면에 생성하는 마이크로 리소그래피를 위한 투영노광장치에 있어서,
    광원 및 이미지와 마스크 사이에 투영광학계를 가지고,
    상기 투영광학계의 광로에는
    마스크를 기점으로,
    a) 전체가 양성 굴절능을 갖는 광학요소의 제 1 그룹(LG1);
    b) 전체가 음성 굴절능을 갖는 광학요소의 제 2 그룹(LG2);
    c) 전체가 양성 굴절능을 갖는 광학요소의 제 3 그룹(LG3);
    d) 전체가 음성 굴절능을 갖는 광학요소의 제 4 그룹(LG4); 및
    e) 전체가 양성 굴절능을 갖는 광학요소의 제 5 그룹(LG5;LG5,LG6)이 정렬되도록 구성되고,
    f) 하나이상의 광학요소를 가지는 세 개의 광학 소그룹(2,8,9,17; 6,8,9,17; 2,8,9,17,31; 2,8,9,17,23,31; 6,8,9,17,23,31; 102,141,142,149; 140,141,142,149; 102,140,141,142,149; 102,140,141,142,149,157; 140,141,142,149,157,159; 202,271,272,280; 269,271,272,280; 202,269,271,272,279; 202,271,280,286,290; 268,271,280,286,290; 202,271,272,280,284; 202,271,278,280,284; 202,271,280,284; 202,271,272,278; 202,276,280,284; 202,278,279,280)이 투영 광학계(1; 101; 201)의 광학축을 따라 이동이 가능하고,
    g) 제 1 광학 소그룹은 마스크(2; 102; 202) 혹은 광학요소의 제 1 그룹(LG1)으로부터 하나이상의 광학요소(6; 14,141; 268,269)를 포함하며,
    h) 제 2 광학 소그룹은 광학요소의 제 2(LG2) 혹은 제 3(LG3) 그룹으로부터 하나이상의 광학요소(8,9; 142; 271,272,276,278,279)를 포함하고,
    i) 제 3 광학 소그룹은 광학요소의 제 3(LG3) 혹은 제 4(LG4) 그룹으로부터 하나이상의 광학요소(17; 149; 278,279,280)를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 2 광학 소그룹(8,9;141,142;271,272)이 제 1 그룹(LG1)의 광학요소에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 3 광학 소그룹(17; 149; 279,280)이 광학요소의 제 3(LG3) 및 제 4(LG4) 그룹 사이의 이동영역에 배열되는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  4. 제 1항, 제 2항 또는 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 광학 소그룹으로서, 광학축을 따라 변위되는 한 쌍의 광학요소(8,9; 141,142; 271,272)가 설치되는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 양쪽의 광학요소(8,9; 141,142; 271,272)를 함께 보관유지하고, 투영광학계(1; 101; 201)의 광학축을 따라 이동할 수 있는 지지체가 설치되는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 파장 조절 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 파장 조절장치는 광원의 방출파장이 변경될 수 있는 파장 조절장치인 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 파장 조절장치는 광원을 빠져나온 후 투영광 파장이 변할 수 있도록 하는 파장조절장치인 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 투영 광학계(1; 101; 201)의 광학축을 따라 이동할 수 있고, 광학요소의 제 5 그룹(LG5; LG5,LG6)으로부터 하나이상의 광학요소(31; 23,31; 157,159; 286, 290; 284)를 포함하는 하나이상의 광학요소를 더 가지는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 투영광학계의 광학축을 따라 이동할 수 있는 두 개의 추가적인 광학 소그룹(23,32; 157,159; 286,290)을 가지는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 광학요소(3~35; 137~165; 266~295)는 굴절요소(refractive components)로 설계되는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
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