KR100991049B1 - 프로젝션 노광 장치 - Google Patents

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요하네스 반글레르
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Abstract

본 발명은 193㎚ 이하의 파장을 사용하는 프로젝션 노광 장치에 관한 것이다. 프로젝션 노광 장치는 광원 및 상기 광원으로부터 필드가 조명되는 평면까지의 광 경로 상에 위치하고 동공 래스터 부재를 갖는 광학 부재를 포함한다. 상기 동공 래스터 부재 및 상기 평면 사이의 광 경로에는 광학 부품이 더 배치되지 않거나, 어떠한 영상화 광학 부품도 배치되지 않는다. 이에 따라, 프로젝션 노광 장치의 사이즈가 축소되고, 종래의 프로젝션 노광 장치에 비하여 광학 부재의 수가 감소된다.

Description

프로젝션 노광 장치{PROJECTION EXPOSURE APPARATUS}
본 발명은 프로젝션 대물렌즈 및 193㎚ 이하의 파장을 이용하는 프로젝션 노광 장치에 관한 것이다.
서브마이크론 단위의 전자 부품들의 구조적인 폭을 보다 감소시키기 위하여, 마이크로 식각 공정에 이용되는 광의 파장을 감소시킬 것이 요구된다. 이른바 진공 자외선(vacuum ultraviolet: VUV) 식각으로도 일컬어지는 원자외선(deep UV) 복사를 이용하는 식각 공정 또는 극자외선(extreme UV: EUV) 식각으로도 일컬어지는 무른 X선 복사를 이용하는 식각 공정에는, 예를 들면, 193㎚ 보다 작은 파장의 광을 고려할 수 있다.
미국특허 제5,353,322호에는 X선 복사 소스, 웨이퍼 및 상기 웨이퍼 상에 영상화되는 마스크를 구비하는 X선 프로젝션 식각 카메라를 위한 렌즈 시스템이 개시되어 있다. 상기 미국특허 제5,353,322호에 따르면, 상기 마스크 상에 입사되는 복사의 주광으로 불리는 주광선은 상기 소스로부터 상기 마스크를 향하는 방향을 따라 상기 렌즈 시스템의 광축으로부터 경사지게 된다. 상기 미국특허 제5,353,322호 에 제시된 프로젝션 렌즈는 3개의 미러들을 갖는 프로젝션 대물렌즈이다. 상기 미국특허 제5,353,322호에 개시된 프로젝션 대물렌즈는 작은 수치 구경을 가진다는 단점이 있다.
미국특허 제5,686,728호에는 6개의 미러들을 갖는 프로젝션 대물렌즈가 개시되어 있다. 이러한 프로젝션 대물렌즈는 100 내지 300㎚의 파장을 갖는 자외선을 위해서만 사용된다. 이와 같은 프로젝션 대물렌즈의 미러들은 ±50㎛ 정도의 매우 높은 비구면성(asphericity)을 가질 뿐만 아니라 대략 38° 정도의 매우 큰 입사 각도를 가진다. 이러한 비구면성 및 입사 각도는 EUV에 적용하기에는 용이하지 않다. 상기 미국특허 제5,686,728호에 개시된 6개의 미러들을 갖는 대물렌즈의 구경 제한판은 제2 미러와 제3 미러 사이에 위치한다. 제1 미러와 제2 미러 사이의 200.525㎜ 정도의 작은 간격으로 인하여 상기 구경 제한판은 상기 제1 및 제2 미러들 사이의 위치에서 매우 작은 범위로만 변화될 수 있다. 이에 따라, 원심성(telecentricity) 오차의 보정과 상기 구경 제한판의 위치를 이동함에 따른 코마(coma) 또는 비점수차소거(astigmatism)가 매우 작은 범위로만 가능해진다.
전술한 특허들은 참조 문헌으로 포함되어 있다.
상술한 종래 기술을 설명한 참조 문헌들 가운데 어떠한 것에도 넓은 범위에서 원심성 오차뿐만 아니라 코마 및 비점수차소거를 보정할 수 있는 프로젝션 대물 렌즈에 대해서는 기재되어 있지 않다. 또한, 전술한 문헌들 중 어떠한 것도 영상 평면 내의 필드의 균일한 조명을 구비하며, 그로 입사되는 광 강도의 높은 투과율을 갖는 프로젝션 노광 장치에 대해서는 도시하고 있지 않다.
본 발명의 목적은 넓은 범위에 걸쳐 원심성 오차뿐만 아니라 코마 및 비점수차소거를 보정할 수 있는 프로젝션 대물렌즈를 제공하는 것이다. 이와 같은 목적은 자유롭게 접근 가능한 구경 제한판 및 프로젝션 대물렌즈의 광축을 따라 배치될 수 있는 구경 제한판을 구비하는 프로젝션 대물렌즈를 통하여 구현된다. 2개의 인접하는 미러들, 예를 들면 제1 및 제2 미러들 또는 제2 및 제3 미러들 사이의 긴 거리 또는 소위 긴 유동부로 인하여, 이러한 인접하는 미러들 사이의 구경 제한판은 큰 간격으로 배치될 수 있다. 제1 위치에 상기 구경 제한판을 큰 간격으로 배치함에 따라, 원심성이 보정될 수 있다. 제2 위치에서는, 코마 및 비점수차소거가 보정될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 구경 제한판은 미러 표면상에 또는 근접하여 위치하지 않는다. 이러한 실시예에 있어서, 상기 구경 제한판을 통하여 물체 평면으로부터 영상 평면으로 진행하는 광속이 한 번만 통과한다. 예를 들면, 상기 프로젝션 대물렌즈의 물체 평면 내에 상기 프로젝션 대물렌즈에 의해 영 상 평면 내로 영상화되는 마스크가 위치하며, 상기 프로젝션 대물렌즈의 영상 평면 내에 감광성 기판이 위치한다. 상기 구경 제한판을 1회만 통과함으로써, 상기 구경 제한판에 의한 비네팅 효과(vignetting effect)가 방지될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 프로젝션 대물렌즈는 광축을 중심으로 정렬된 제1 미러, 제2 미러, 제3 미러, 제4 미러, 제5 미러 및 제6 미러 등의 6개의 미러들을 구비한다.
이 경우에 상기 미러들의 모든 표면들은 공통 광축 주위에 회전 대칭이 된다. 상기 공통 광축은 주광축(PA)으로도 일컬어진다.
이 경우에 미러의 표면의 정점은 상기 주광축(PA)과 상기 미러 표면의 교차점으로 정의된다.
각 미러는 미러 표면을 가진다. 상기 미러 표면은 상기 물체 평면으로부터 상기 영상 평면까지 상기 대물렌즈들 통하여 진행하는 광속이 조사되는 물리적인 표면에 해당된다. 상기 물리적인 미러 표면 또는 미러의 사용된 영역은 상기 주광축에 대하여 축선을 벗어나거나 축선 상의 일부분일 수 있다.
접근 가능한 구경 제한판을 갖는 축소된 디자인을 제공하는 동시에 상기 물 체 평면으로부터 상기 영상 평면으로 진행하는 모호하지 않은 광속의 광 경로를 구현하기 위하여, 상기 프로젝션 대물렌즈는 상기물체 평면 내에 위치하는 대상물의 중간 영상이 형성되도록 설계된다. 상기 물체 평면 내에 위치하는 상기 대상물은, 예를 들면, 패턴을 갖는 마스크에 해당된다. 이러한 대상물은 상기 프로젝션 대물렌즈에 의해 상기 영상 평면 내의 웨이퍼와 같은 감광성 기판 상으로 영상화된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 프로젝션 대물렌즈는 제1, 제2, 제4 및 제4 미러들을 포함하는 제1 하위 시스템과 제1 및 제6 미러들을 포함하는 제2 하위 시스템으로 구분된다. 상기 제1 하위 시스템은 대상물, 특히 물체 평면 내에 위치한 패턴을 갖는 마스크를 실제 중간 영상으로 영상화한다. 상기 제2 하위 시스템은 상기 중간 영상을 상기 영상 평면 내의 영상으로 영상화시킨다. 바람직하게는, 상기 프로젝션 대물렌즈는 예를 들면 제2 및 제3 미러들의 정점들 사이에 자유롭게 접근 가능한 구경 제한판을 구비한다.
본 발명의 제1 실시예에 있어서, 상기 구경 제한판은 상기 제2 미러 표면의 정점 상에 또는 근접하여 위치한다. 이러한 실시예에 있어서, 상기 구경 제한판은 상기 제2 미러의 표면에 인접하여 위치하여야 하며, 이에 따라 상기 구경 제한판을 2회 통과함에 따른 비네팅 효과가 최소화된다. 상기 구경 제한판을 상기 제2 미러의 표면에 인접하여 위치시킴에 따라, 식각 공정의 임계 치수(critical dimension: CD)의 원하지 않는 변화를 유발시키는 비네팅 효과가 최소화된다. 식각 공정의 임계 치수(CD)는 상기 프로젝션 대물렌즈에 의해 해상되어야 하는 최소 구조 사이즈 에 해당된다. 프로젝션 대물렌즈의 임계 치수는, 예를 들면, 50㎚ 정도의 선폭에 해당된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 구경 제한판은, 상기 제2 미러의 표면의 정점과 상기 제3 미러의 표면의 정점 사이의 상기 물체 평면으로부터 상기 영상 평면까지 진행하는 광 경로 상에 위치한다.
본 발명의 가장 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1 미러는 상기 제6 미러의 표면의 정점과 상기 영상 평면 사이에 구조적으로 위치한다. 이러한 배열은 상기 제1 하위 시스템에서 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 미러들의 미러 표면들 및 상기 마스크 상으로 조사되는 광선들의 입사 각도를 매우 낮게 구현할 수 있는 이점이 있다.
상기 프로젝션 대물렌즈 외에 본 발명은 대물렌즈를 구비하는 프로젝션 노광 장치를 제공한다.
이러한 프로젝션 노광 장치는, 일차 광원과 상기 프로젝션 대물렌즈의 영상 평면과 일치하는 영상 평면 및 상기 일차 광원으로부터 광을 수용하기 위한 복수 개의 래스터 부재들을 구비하는 조명 시스템, 그리고 상기 조명 시스템의 상기 영상 평면 내에 위치하는 패턴을 갖는 마스크를 위한 프로젝션 렌즈를 포함한다. 상기 조명 시스템은 상기 복수 개의 래스터 부재들로부터의 광을 이용하여 상기 영상 평면 내에 복수 개의 필드 점들을 갖는 필드를 형성하고, 상기 복수 개의 필드 점들에 각기 연계된 주광선을 포함하여 복수 개의 주광선들을 정의한다. 상기 패턴을 갖는 마스크는 상기 프로젝션 대물렌즈의 영상 평면 내의 감광성 대상물 상의 상기 프로젝션 대물렌즈의 물체 평면에 부합된다. 상기 프로젝션 대물렌즈는 본 실시예에서 주광축(PA)으로 표시되는 광축을 포함한다. 본 실시예에 있어서, 상기 일차 광원으로부터 상기 조명 시스템의 상기 영상 평면 내의 패턴을 갖는 마스크를 향하는 방향을 따라 상기 패턴을 갖는 마스크에 조사되는 복수 개의 주광선들은 상기 프로젝션 대물렌즈의 광축 또는 소위 주광축으로부터 경사진다.
또한, 193㎚ 이하의 파장을 사용하는 미세가공을 위한 프로젝션 노광 장치는, 광원 및 상기 광원으로부터 필드가 조명되는 영상 평면까지의 광 경로 상에 위치하고, 동공 래스터 부재를 갖는 광학 부재를 포함하고, 상기 동공 래스터 부재와 상기 영상 평면 사이의 상기 광 경로에는 광학 부품(optical component)이 더 배치되지 않는다. 또한, 193㎚ 이하의 파장을 사용하는 미세가공을 위한 프로젝션 노광 장치는, 광원 및 상기 광원으로부터 필드가 조명되는 영상 평면까지의 광 경로 상에 위치하고, 동공 래스터 부재를 갖는 광학 부재를 포함하고, 상기 동공 래스터 부재와 상기 영상 평면 사이의 상기 광 경로에는 어떠한 영상화 광학 부품(imaging optical component)도 배치되지 않는다.
전술한 프로젝션 노광 장치는 상기 패턴을 갖는 마스크에 균일한 조명을 확보할 수 있으며, 가능한 한 적은 수의 광학적 부품들을 구비한다는 장점을 가진다.
EUV 식각 공정에 있어서, 각 광학적 부품들의 광 손실은 10 내지 40% 정도의 범위에 이르기 때문에, 가능한 한 적은 수의 광학적 부재들을 갖는 프로젝션 대물렌즈를 구비하는 프로젝션 노광 장치와 같은 시스템은 그를 향하여 입사되는 광의 투과율을 크게 향상시킬 수 있으며, 또한, 크게 축소된 사이즈를 가질 수 있다. 즉, 광선 경로의 부피가 감소된다. EUV 식각 시스템에 있어서 전체 광선의 경로가 진공 내에 위치하여야 하기 때문에 이와 같은 장점은 특히 유리하다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명에 따른 프로젝션 대물렌즈의 영상 평면 내의 프로젝션 노광 장치의 대물 필드(1100)가 도시되어 있다. 상기 영상 평면 내의 대상물은, 감광성 기판, 예를 들면, 상기 프로젝션 대물렌즈의 영상 평면 내에 정렬된 감광성 물질을 구비하는 웨이퍼 상의 프로젝션 대물렌즈에 의해 영상화된다. 상기 영상 평면 내의 상기 영상 필드는 물체 평면 내의 대물 필드와 동일한 형상을 갖지만, 배율에 따라 감소된 사이즈를 가진다. 상기 물체 평면 또는 영상 평면(1100)은 고리형 필드의 일부분의 구성을 가지며, 상기 고리형 필드는 대칭축(1200)을 구비한다.
또한, 도 1에는 상기 영상 평면으로 연장되는 대칭축(1200), X축 및 Y축이 도시되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 고리형 필드의 대칭축(1200)은 상기 Y축 방향을 따라 연장된다. 상기 Y축은 고리형 필드 스캐너로 설계된 프로젝션 노광 장치의 스캐닝 방향과 일치한다. 따라서, 상기 X축은 상기 영상 평면 내에서 상기 스캐닝 방향과 직교한다. 상기 고리형 필드는, 프로젝션 대물렌즈의 주축(PA)으로부터의 상기 대물 필드의 중앙 필드점(1500)의 거리에 의해 정의되는 소위 고 리형 필드 반경(R)을 가진다. 상기 물체 평면 및 상기 영상 평면 내의 아크 형상의 필드는 스캐닝 또는 Y축 방향 및 분할 길이(SL)를 따라 상기 필드가 연장되는 아크형 필드 폭(W)을 가진다.
도 2, 도 3, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따라 6개의 미러들을 구비하는 프로젝션 대물렌즈들의 배열이 도시되어 있다.
본 발명의 모든 실시예들에 있어서, 동일한 부재들에 대해서는 다음과 같은 동일한 참조 부호를 사용한다.
제1 미러(S1), 제2 미러(S2), 제3 미러(S3), 제4 미러(S4), 제5 미러(S5) 및 제6 미러(S6).
도 2 내지 도 5에 도시한 모든 실시예들에 있어서, 프로젝션 대물렌즈의 물체 평면(2)(즉, 레티클 평면)으로부터 프로젝션 대물렌즈의 영상 평면(4)(즉, 웨이퍼 평면)까지의 광 경로와 함께 제1 미러(S1), 제2 미러(S2), 제3 미러(S3), 제4 미러(S4), 제5 미러(S5) 및 제6 미러(S6)의 6개의 미러들을 갖는 프로젝션 대물렌즈가 도시되어 있다. 도 2 내지 도 5에 도시한 모든 실시예들은 제1 하위 시스템 및 제2 하위 시스템으로 구분된다. 상기 제1 하위 시스템은 제1 미러(S1), 제2 미러(S2), 제3 미러(S4) 및 제4 미러(S4)로부터 형성되는 4개의 미러 시스템이다. 상 기 제1 하위 시스템은 중간 영상(Z)으로서 상기 영상 평면 내의 대상물의 축소된 실상을 생성 및 제공한다. 결국, 2개의 미러들을 갖는 시스템(S5, S6)이 원심성(telecentricity)의 요건을 유지하면서 웨이퍼 평면(4) 내의 중간 영상(Z)을 영상화한다. 4개의 미러들을 갖는 시스템 및 2개의 미러들을 갖는 시스템의 수차들은 서로에 대하여 균형이 유지되어 전체 시스템은 집적 회로 조립에서 높은 광 효율을 가진다.
또한, 도 2 내지 도 5에 도시한 본 발명의 모든 실시예들에 있어서, 프로젝션 대물렌즈들은 주축(PA)으로 표시된 광축을 구비한다. 본 발명에 따르면, 프로젝션 대물렌즈의 영상 평면(2) 내에 위치하는 패턴을 갖는 마스크에 작용할 경우, 복수 개의 주광선들은 프로젝션 대물렌즈의 상기 광축 또는 소위 주축(PA)으로부터 경사지게 된다.
상기 광축으로부터 상기 주광선들이 경사짐에 따라, 프로젝션 대물렌즈가 긴 유동부를 구비하고, 상기 마스크 및 6개의 미러들(S1∼S6) 상으로 낮은 입사 각도를 갖도록 설계하는 것이 가능해진다. 이러한 유동부는 2개의 연속되는 미러들의 정점들 사이의 광학적 거리를 의미한다. 상기 광학적 거리는 하나의 미러로부터 인접하는 미러까지, 즉 상기 제4 미러로부터 상기 제5 미러까지의 광 경로 내의 거리에 해당된다.
상기 주광선들은 다음과 같이 정의된다.
상기 프로젝션 대물렌즈의 영상 평면 내의 필드의 각 점으로부터 광속(light bundle)이 출사된다. 각 광속은 복수 개의 광선을 포함한다. 상기 광속의 주광선(CR)은, 프로젝션 대물렌즈의 구경 제한판이 위치하는 평면 내의 프로젝션 대물렌즈의 상기 광축을 가로지르는 상기 복수 개의 광선으로부터 이탈되는 광선에 해당된다.
도 3 내이 도 5에 도시한 실시예들에 있어서, 프로젝션 대물렌즈의 상기 주축(PA)에 대한 상기 주광선들의 각도(α)들은 6° 미만이 된다. 도 2에 도시한 실시예에 있어서, 상기 각도(α)는 7° 미만이다. 전술한 바와 같이, 주광선(CR)은 예를 들면 도 1에 도시한 대물 필드와 같은 상기 대물 필드의 각 필드 점들에 연계된다.
도 2에 도시한 실시예에 있어서, 물리적 구경 제한판(B)은 제2 미러(S2) 상에 정렬된다. 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 구경 제한판은 접근 가능하다. 도 2에 도시한 실시예에 있어서, 제1 미러(S1)의 정점(V1)은 영상 평면(4)에 근접하여 위치한다. 이에 따라, 상기 마스크와 상기 제1 미러 사이 및 제1 미러(S1)와 상기 제2 미러(S2) 사이에 긴 유동부가 제공되며, 상기 마스크와 상기 미러들(S1, S2)에 영향을 미치는 광선들의 낮은 입사 각도가 확보된다. 본 실시예에 있어서, 구경 제 한판(B)은 상기 제2 미러의 정점(V2) 상에 또는 근접하여 위치한다. 상기 2개의 인접하는 미러들, 예들 들면, 제1 미러(S1)와 제2 미러(S2) 사이에 상기 구경을 자유롭게 접근할 수 있도록 위치시키기 위하여 상기 마스크와 상기 제1 미러 사이 및 상기 제1 미러와 상기 제2 미러 사이의 긴 유동부에 대한 약간 상이한 설계도 가능할 것이다.
또한, 도 2에 도시한 실시예에 있어서, 상기 주광선이 상기 광축으로부터 경사져 있기 때문에, 프로젝션 대물렌즈의 제1 미러(S1)는 제6 미러(S6)와 영상 평면(4) 사이에 물리적으로 위치한다. 상기 영상 평면 내에 감광성 기판, 예를 들면, 웨이퍼가 위치한다. 이에 따라, 프로젝션 대물렌즈의 사이즈를 축소할 수 있으며, 각 미러(S1∼S6)에 영향을 미치는 광선들의 낮은 입사 각도를 제공할 수 있으므로 광학적인 오차를 감소시킬 수 있다. 특히, 이러한 설계에 따라 입사 각도에 의존하는 코팅 유도 위상 오차를 최소화할 수 있다. 도 2에 도시한 실시예에 따른 코드-V-데이터를 표 1에 나타낸다. 대상물은 상기 레티클이 위치하는 물체 평면(2)을 정의하며, 영상은 상기 감광성 기판, 즉 상기 웨이퍼가 위치하는 영상 평면(4)을 정의한다. 참조 부호 S1, S2, S3, S4, S5 및 S6은 각기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 미러들 나타낸다.
[표 1]도 2에 도시한 프로젝션 대물렌즈의 코드-V-데이터
조립 데이터
실시예 1
Figure 112009061583950-pat00001
도 3 내지 도 5에는 본 발명의 다른 실시예들이 도시되어 있다. 상기 제2 실시예, 제3 실시예 및 제4 실시예에 따른 데이터를 표 2 내지 표 4에 나타낸다. 모든 실시예들에 있어서, 구경 제한판(B)은 제2 미러(S2)와 제3 미러(S3) 사이에 자유롭게 접근 가능하게 위치한다.
이러한 실시예들에 있어서, 상기 구경 제한부가 2개의 인접하는 미러들 사이에 위치하기 때문에, 상기 영상 평면으로부터 상기 물체 평면까지 진행하는 광속이 한 번만 상기 구경 제한판을 통과하게 된다. 상기 구경 제한판을 1회만 통과함으로써, 비네팅 효과(vignetting effect)를 방지할 수 있다. 또한, 구경 제한판(B)은 상기 제1 미러와 상기 제3 미러 사이의 다양한 위치에 위치할 수 있으며, 이에 따라 원심성 오차(제1 위치에서)와 코마(coma) 및 비점수차소거(astigmatism)(제2 위치에서)를 용이하게 보정할 수 있다. 도 3 내지 도 5에 도시한 모든 디자인들은 중간 영상(Z)을 구비한다. 코드-V-포맷의 광학적 데이터를 다음 표 2 내지 표 4에 나타낸다. 여기서, 모든 수차는 표 1의 수차와 동일하다.
[표 2]도 3에 도시한 프로젝션 대물렌즈의 코드-V-데이터
조립 데이터
실시예 2
Figure 112009061583950-pat00002
[표 3]도 4에 도시한 프로젝션 대물렌즈의 코드-V-데이터
조립 데이터
실시예 3
Figure 112009061583950-pat00003
[표 4]도 5에 도시한 프로젝션 대물렌즈의 코드-V-데이터
조립 데이터
실시예 4
Figure 112009061583950-pat00004
도 6a 및 도 6b에는 상술한 실시예들과 같이 사용된 직경(D)이 도시되어 있다. 제1 예로서, 도 6a의 미러 상의 조명된 필드(100)는 사각형 필드이다. 상기 조명된 필드는 영상 평면(2)으로부터 물체 평면(4)까지 상기 대물렌즈를 통과한 광선 다발이 조사되는 미러 상의 영역에 해당된다. 도 6a에 따라 사용된 직경(D)은 사각형(100)의 모서리들(104)이 포락원(envelope circle)(102) 상에 위치하는 사각 형(100)을 둘러싸는 포락원(102)의 직경에 해당된다. 보다 실제적인 예는 도 6b에 도시되어 있다. 조명된 필드(100)는, 상기 영상 평면 내의 필드 및 상기 물체 평면 내의 필드가 도 1에 도시한 바와 같이 아크 형상일 경우에 상기 미러들(S1∼S6)의 물리적 미러 표면들을 또는 상기 미러들(S1∼S6)의 소위 사용된 영역들을 예정하는 콩팥 형상을 가진다. 포락원(102)은 상기 콩팥 형상을 완전히 둘러싸며, 2개의 점들(106, 108)에서 상기 콩팥 형상의 에지(110)에 일치된다. 상기 미러들(S1∼S6)의 사용된 영역 또는 물리적인 미러 표면들의 사용된 직경(D)은 포락원(102)의 직경으로 표시된다.
도 7 내지 도 9에는 본 발명의 바람직한 실시예들에 따라 높은 투과율을 가지며 프로젝션 대물렌즈를 구비하는 프로젝션 노광 장치가 도시되어 있다. 모든 시스템들은 광축과 상기 일차 광원으로부터 상기 레티클을 향하는 방향을 따라 상기 레티클 상에 조사되는 복수 개의 주요한 광선들 또는 소위 주광선들을 갖는 프로젝션 대물렌즈를 구비한다, 본 발명에 따르면, 상기 주광선들은 반사되는 경우에 상기 광축으로부터 경사지게 된다. 도 7 내지 도 9에 도시한 프로젝션 노광 장치의 프로젝션 대물렌즈의 상기 입사 동공은 상기 레티클 전에 상기 일차 광원으로부터 상기 레티클을 향해 진행하는 광의 광 경로 상에 위치한다.
도 7에는 본 발명에 따른 프로젝션 노광 장치의 제1 실시예가 도시되어 있다.
상기 제1 실시예에 따른 프로젝션 노광 장치는 일차 광원(8501) 및 콜렉터(8503)라고 불리는 집광 광학 부재를 구비한다. 콜렉터(8503)는, 예를 들면, WO 02/27400 A2에 개시한 바와 같이 둥지형 스침 입사(grazing incidence) 콜렉터이다. 상기 복사는 구경 제한판(8504)과 함께 격자 부재(8502)에 의해 분광 필터링된다. 상기 격자 부재는 상기 격자 부재 상에 조사되는 광을 상이한 굴절율, 예를 들면, -1의 굴절율로 굴절시킨다. 구경 제한판(8504)은 상기 -1의 굴절율로 상기 일차 광원의 중간 영상(8506) 내에 또는 근접하여 위치한다. 상기 프로젝션 노광 장치는 제1 또는 소위 필드 래스터(raster) 부재(8509)를 갖는 제1 광학 부재 그리고 제2 또는 소위 동공 래스터 부재(8515)를 갖는 제2 광학 부재를 포함하는 제1 광학 요소를 더 구비한다. 필드 래스터 부재들을 포함하는 상기 제1 광학 부재는 일차 광원(8501)의 방향으로부터 필드 래스터 부재들(8509)을 갖는 상기 플레이트 상으로 조사되는 복수 개의 광속들로부터 상기 광속을 분해한다. 각 광속은 집광되며, 동공 래스터 부재들(8515)을 갖는 상기 플레이트가 위치한 지점에서 이차 광원을 형성한다. 도 7에 도시한 프로젝션 노광 장치의 상기 조명 시스템은 제2 광학 요소를 더 포함한다. 상기 제2 광학 요소는, 레티클(8567)이 위치하는 영상 평면(8529) 내에 상기 아크형 필드를 형성하기 위한 제1 필드 미러(8525)를 포함한다. 영상 평면(8529) 내의 상기 아크형 필드의 각 점에 주요한 광선 또는 소위 주광선이 연계되어 복수 개의 주광선들을 형성한다. 도 7에 있어서, 영상 평면(8529) 내의 상기 아크형 필드의 중심 필드 점(0, 0)을 위한 주광선만이 참조부호 8527로 표시되었 다.
레티클(8567)은지지 시스템(8569)에 의해 위치된다. 상기 프로젝션 시스템의 상기 물체 평면에 부합되는 상기 조명 시스템의 영상 평면(8529) 내의 레티클(8529)은지지 시스템(8575)에 의해 위치하는 감광성 기판, 예를 들면, 웨이퍼(8573) 상의 프로젝션 대물렌즈(8571)에 의해 영상화된다. 본 실시예에 따른 프로젝션 대물렌즈(8571)는, 도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 미러(8591), 제2 미러(8592), 제3 미러(8593), 제4 미러(8594), 제5 미러(8595) 및 제6 미러(8596)와 같이 6개의 미러들을 구비한다. 프로젝션 대물렌즈(8571)의 상기 6개의 미러들(8591, 8592, 8593, 8594, 8595, 8596)은 공통 직선 광축(8547)을 중심으로 위치한다. 상기 프로젝션 대물렌즈는 제4 미러(8594)와 제5 미러(8595) 사이에 중간 영상(8599)을 가진다. 그러나, 본 발명이 6개의 미러를 갖는 프로젝션 대물렌즈에 국한되는 것은 아니다. 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 193㎚ 이하의 파장을 위한 모든 다른 프로젝션 대물렌즈들, 예를 들면, 미국특허 제6,244,717호에 개시된 4개의 미러들을 갖는 대물렌즈를 본 발명에 적용할 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 일차 광원(8501)으로부터 레티클(8567)을 향하는 방향을 따라 레티클(8567) 상에 조사되는 광속에 연계된 상기 중심 필드 점의 주광선(8597)은 상기 프로젝션 대물렌즈에 의해 정의되는 광축(8547)으로부터 경사진다.
도 7에 도시한 실시예의 레티클(8547)은 반사 마스크이다. 따라서, 복수 개의 주광선들이 상기 반사 마스크로부터 반사되어 프로젝션 대물렌즈(8571) 내로 분산된다.
복수 개의 주광선들은 각기 프로젝션 대물렌즈의 광축(8547) 상에서 또는 근접하여 상기 프로젝션 대물렌즈의 입사 동공 평면을 가로지른다. 본 발명에 따르면, 상기 프로젝션 대물렌즈 내로 분산되는 복수 개의 주광선들을 위한 상기 입사 동공은 영상 평면(8529) 전에 일차 광원(8501)으로부터 레티클(8567)까지의 광 경로 상에 위치한다. 상기 프로젝션 대물렌즈는, 도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이 예를 들면 6개의 미러들을 갖는 프로젝션 대물렌즈에 해당된다. 그러나, 상기 프로젝션 대물렌즈가 6개의 미러들을 갖는 프로젝션 대물렌즈에 국한되는 것은 아니다. 또한, 적어도 4개의 미러들을 갖는 다른 반사형 프로젝션 대물렌즈들도 적용 가능하다.
도 7에 도시한 실시예의 경우와 같이 필드 미러가 필드 형성 부재로 사용될 경우, 상기 입사 동공은 가상적인 입사 동공이 된다. 이러한 점은 도 8로부터 명백해진다.
도 8은 도 7에 도시한 시스템의 입사 동공의 구성을 도시한 것이다. 도 7에 대응하는 부재들에 대해서는 100을 더한 참조 부호를 사용한다. 제1 필드 미러(8625)로부터의 광속은 레티클(8667)에 의해 반사되어 도시하지는 않았으나 프로젝션 대물렌즈 내로 분산된다. 도 8에 있어서, 중심 필드 점에 연계되는 주광선은 참조 부호 8697로 표시하였다. 상기 입사 동공을 구성하기 위하여, 상기 레티클에서 상기 프로젝션 대물렌즈 내로 반사되는 상기 중심 필드 점의 주요 광선 또는 소위 주광선(8697)은 상기 반사 레티클(8667) 후방의 방향을 따라 진행하여, 상기 프로젝션 대물렌즈의 광축(8647)과 함께 교차점(8698)을 형성하지만 도시되지는 않았다. 이러한 교차점(8698)은 상기 프로젝션 대물렌즈의 입사 동공(8688)의 위치를 정의한다. 레티클(8667)에서 광선의 경로의 반사로 인하여 상기 입사 동공의 위치는 상기 레티클에서 영상화되어 레티클(8667)을 넘어서 상기 입사 동공의 영상, 이른 바 가상적인 입사 동공(8689)을 형성한다. 본 발명에 따르면, 상술한 바에 따라 구성된 입사 동공은 상기 레티클 전의 상기 일차 광원으로부터 상기 레티클까지의 광 경로 상에 위치한다.
도 9에는 본 발명의 제2 실시예가 도시되어 있다. 도 7과 대응하는 부재들에 대해서는 200을 증가시킨 참조 부호를 사용한다. 도 7에 도시한 실시예와 도 9에 도시한 실시예의 차이점은 영상 평면 내에서 아크 형상의 필드를 형성하는 필드에 있다. 도 9에 도시한 실시예에 따르면, 어떠한 필드 형성 미러도 더 이상 요구되지 않는다. 이에 따라, 도 9에 도시된 시스템은 가장 축소된 사이즈를 가진다. 즉, 상기 시스템은 미국특허 제6,198,793호에 개시된 종래의 프로젝션 노광 장치에 비하 여 크게 감소된 광학적 부재들을 포함한다.
도 9에 도시된 실시예에 따른 필드는 영상 평면(8729) 내에서 조명되는 필드의 형상을 갖는 제1 래스터 부재들(8709)에 의해 형성된다. 영상 평면(8729) 내의 아크형 필드를 위하여, 상기 필드 래스터 부재들 또는 제1 래스터 부재들은 아치 형상을 가진다.
상기 시스템의 실제 입사 동공(8788)은 상기 조명 시스템의 영상 평면 내의 각 필드 점에 연계된 복수 개의 주광선들의 교차점(8798)과 상기 프로젝션 대물렌즈의 광축(8747)에 의해 정의된다. 도 9에 있어서, 중심 필드 점(0,0)을 위한 주광선(8797)은 참조 부호 8797로 표시하였다. 본 발명에 따르면, 전술한 방법으로 정의된 상기 입사 동공은 레티클(8767) 전의 일차 광원(8701)으로부터 레티클(8767)까지의 광 경로 상에 위치한다. 상기 입사 동공에 의해 정의되는 평면 내에 제2 광학적 부재가 동공 래스터 부재들(8715)과 함께 직접 위치할 수 있다. 도 9에 도시한 장치는, 예를 들면 미국특허 제6,198,793호에 개시된 장치와 같이, 이차 광원을 형성하기 위한 영상화 광학 부재 또는 상기 프로젝션 대물렌즈의 입사 동공(8798) 내의 각 이차 광원에 연계된 동공 래스터 부재들(8715)을 요구하지 않는다.
따라서, 종래의 경우에 비하여 광학 부재들의 수가 현저하게 감소된다.
도 7 내지 도 9에 도시한 상기 레티클 전에 상기 일차 광원으로부터 상기 레티클까지의 광 경로 상에 위치하는 입사 동공을 구비하는 프로젝션 노광 장치를 도시하였지만, 상기 프로젝션 노광 장치는 제2 또는 제3 필드 미러와 같은 광학적 구성 요소들을 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 이러한 제1 또는 제3 필드 미러를 구비하는 시스템은 상기 레티클 전에 상기 일차 광원으로부터 상기 레티클까지의 광 경로 상에 위치하는 입사 동공을 포함할 수 있다.
상기 시스템은 상기 물체 평면 내의 상기 레티클에서 예를 들면, 0.0625 정도의 수치 구경(ＮＡret)을 가진다. 이상적인 시스템에 있어서, 모든 필드 점들의 주광선들은 상기 입사 동공 내에서 상기 광축을 가로지른다. 비 이상적인 시스템에 있어서는, 상기 주광선은 상기 입사 동공 내에서 상기 광축으로부터 소정의 거리로 이격된다. 이러한 거리는 작지만, 바람직한 최대 허용 가능한 구경의 편차가 존재한다. 바람직한 최대 허용 가능한 편차는 다음 수학식으로 표현된다.
[수학식]
△ＮＡret/ＮＡ＜2％
본 발명에 있어서, "에 또는 근접하여" 및 "내에 또는 근접하여"는 상기 수치 구경(ＮＡret)의 허용 가능한 편차(△ＮＡret)로 정의되며, 상기 허용 가능한 편차(△ＮＡret)는 △ＮＡret/ＮＡ＜2％로 정의된다. 예를 들면, "광축 내에 또는 근접하여"는 상기 광축으로부터의 최대 거리가 전술한 관계에 따라 상기 허용 가능한 편차(△ＮＡret)에 의해 정의됨을 의미한다.
상술한 바와 같이, 본 방명에 따른 프로젝션 대물렌즈는 넓은 범위에 걸쳐 원심성 오차뿐만 아니라 코마 및 비점수차소거를 보정할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 프로젝션 노광 장치는 패턴을 갖는 마스크에 균일한 조명을 확보할 수 있으며 가능한 한 적은 수의 광학적 부품들을 구비한다. 본 발명에 따라 가능한 한 적은 수의 광학적 부재들을 갖는 프로젝션 대물렌즈를 구비하는 프로젝션 노광 장치와 같은 시스템은 그를 향하여 입사되는 광의 투과율을 크게 향상시킬 수 있으며, 또한, 크게 축소된 사이즈를 가질 수 있다.
도 1은 대물렌즈의 물체 평면 내의 고리형 필드를 도시한 도면이다.
도 2는 중간 영상, 제2 미러 상의 자유롭게 허용 가능한 구경 제한판 그리고 제6 미러와 영상 평면, 즉 웨이퍼 평면 사이에 위치하는 제1 미러를 구비하는 본 발명의 제1 실시예를 도시한 것이다.
도 3은 제2 미러와 제3 미러 사이에 구경 제한판이 구비된 본 발명의 제2 실시예를 도시한 것이다.
도 4는 제2 미러와 제3 미러 사이에 구경 제한판이 구비된 본 발명의 제3 실시예를 도시한 것이다.
도 5는 제2 미러와 제3 미러 사이에 구경 제한판이 구비된 갖는 본 발명의 제4 실시예를 도시한 것이다.
도 6a 및 도 6b는 상이한 물리적인 미러 표면들의 사용 직경 또는 미러의 사용 면적을 나타내는 도면들이다.
도 7은 프로젝션 대물렌즈를 구비하는 프로젝션 노광 장치의 제1 실시예에 따른 구성도이다.
도 8은 도 7에 도시한 시스템의 입사 동공의 구성도이다.
도 9는 프로젝션 대물렌즈를 구비하는 프로젝션 노광 장치의 제2 실시예에 따른 구성도이다.

Claims (18)

193㎚ 이하의 파장을 사용하는 미세가공을 위한 프로젝션 노광 장치에 있어서,
광원; 및
상기 광원으로부터 필드가 조명되는 영상 평면까지의 광 경로 상에 위치하고, 동공 래스터 부재를 갖는 광학 부재를 포함하고,
상기 동공 래스터 부재와 상기 영상 평면 사이의 상기 광 경로에는 광학 부품(optical component)이 더 배치되지 않는 것을 특징으로 하는 프로젝션 노광 장치.
제1항에 있어서, 상기 광학 부재는 복수 개의 동공 래스터 부재들을 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝션 노광 장치.
제1항에 있어서, 상기 동공 래스터 부재를 갖는 상기 광학 부재 앞에 위치하며 필드 래스터 부재를 갖는 광학 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 노광 장치.
제3항에 있어서, 상기 필드 래스터 부재를 갖는 상기 광학 부재는 복수 개의 필드 래스터 부재들을 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝션 노광 장치.
제3항에 있어서, 상기 필드 래스터 부재는 상기 필드의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝션 노광 장치.
제3항에 있어서, 상기 필드 래스터 부재는 아치 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝션 노광 장치.
제1항에 있어서, 프로젝션 대물렌즈를 더 포함하는 프로젝션 노광 장치.
제7항에 있어서, 상기 프로젝션 대물렌즈는 적어도 네 개의 미러들을 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 노광 장치.
제1항에 따른 프로젝션 노광 장치를 채용하여 마이크로 전자 부품을 제조하는 방법.
193㎚ 이하의 파장을 사용하는 미세가공을 위한 프로젝션 노광 장치에 있어서,
광원; 및
상기 광원으로부터 필드가 조명되는 영상 평면까지의 광 경로 상에 위치하고, 동공 래스터 부재를 갖는 광학 부재를 포함하고,
상기 동공 래스터 부재와 상기 영상 평면 사이의 상기 광 경로에는 어떠한 영상화 광학 부품(imaging optical component)도 배치되지 않는 것을 특징으로 하는 프로젝션 노광 장치.
제10항에 있어서, 상기 광학 부재는 복수 개의 동공 래스터 부재들을 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝션 노광 장치.
제10항에 있어서, 상기 동공 래스터 부재를 갖는 상기 광학 부재 앞에 위치하며 필드 래스터 부재를 갖는 광학 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 노광 장치.
제12항에 있어서, 상기 필드 래스터 부재를 갖는 상기 광학 부재는 복수 개의 필드 래스터 부재들을 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝션 노광 장치.
제12항에 있어서, 상기 필드 래스터 부재는 상기 필드의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝션 노광 장치.
제12항에 있어서, 상기 필드 래스터 부재는 아치 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝션 노광 장치.
제10항에 있어서, 프로젝션 대물렌즈를 더 포함하는 프로젝션 노광 장치.
제16항에 있어서, 상기 프로젝션 대물렌즈는 적어도 네 개의 미러들을 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 노광 장치.
제16항에 따른 프로젝션 노광 장치를 채용하여 마이크로 전자 부품을 제조하는 방법.
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