KR101009076B1

KR101009076B1 - 조명광학장치, 릴레이 광학계, 노광장치 및 디바이스제조방법

Info

Publication number: KR101009076B1
Application number: KR1020080035405A
Authority: KR
Inventors: 히로미 스다
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2007-04-20
Filing date: 2008-04-17
Publication date: 2011-01-18
Also published as: TW200907603A; US8436980B2; JP2008270571A; US20080259450A1; KR20080094579A

Abstract

조명광학장치는 광원으로부터 사출된 광속을 조명 대상으로 도광한다. 상기 조명광학장치는 상기 광원과 상기 조명 대상 사이에 배치된 확대 광학계; 및 상기 확대 광학계와 상기 조명 대상 사이에 배치된 축소 광학계를 포함한다. 상기 확대 광학계는 상기 광원과 상기 조명 대상 사이에 상면이 배치되도록 구성되어 있다.

Description

조명광학장치, 릴레이 광학계, 노광장치 및 디바이스 제조방법{ILLUMINATION OPTICAL APPARATUS, RELAY OPTICAL SYSTEM, EXPOSURE APPARATUS, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 조명광학장치, 릴레이 광학계, 노광장치 및 디바이스 제조방법에 관한 것이다.

포토리소그래피(프린팅) 기술을 이용해서 예를 들어 반도체 메모리 또는 논리 회로 등의 미세한 반도체 디바이스를 제조하는 데는 투영 노광장치가 종래부터 사용되어 왔다. 투영 노광장치는 레티클(마스크)에 묘화된 회로 패턴을 투영 광학계에 의해서 예를 들어 웨이퍼에 투영해서 회로 패턴을 전사한다.

투영 노광장치에 의해 전사될 수 있는 최소의 치수(해상도)는 노광에 이용하는 노광광의 파장에 비례하고, 투영 광학계의 개구수(NA)에 반비례한다. 따라서, 근년의 반도체 디바이스의 미세화에 대한 요구에 수반해서, 노광광의 단파장화가 진행되어, KrF 엑시머 레이저(파장 약 248 ㎚)나 ArF 엑시머 레이저(파장 약 193 ㎚) 등의 엑시머 레이저가 노광 광원으로서 이용되고 있다.

노광장치의 본체부(조명 광학계나 투영 광학계 등)와 광원 장치(노광 광원으 로서 엑시머 레이저를 포함함)는 모두 크다. (이 광원 장치는 이하 "엑시머 레이저 광원 장치"라고 칭한다.) 따라서, 노광장치의 본체부와 엑시머 레이저 광원 장치가 설치되는 경우, 이들은 서로 소정의 거리만큼 떨어져서 배치되는 경우가 많다. 그 결과, 엑시머 레이저 광원 장치로부터 공급되는 대략 평행 광속을 노광장치의 본체부의 입구(입사 위치)까지 도광하는 광학계(이하, "릴레이 광학계"라고 칭함)를 가지는 조명광학장치가 필요하다.

릴레이 광학계는 크게 공액 광 전송 릴레이계와 평행 광 전송 릴레이계로 나뉜다. 공액 광 전송 릴레이계는 엑시머 레이저 광원의 레이저 사출면(출력부)과 노광장치의 본체부의 입구를 광학적으로 대략 공액으로 배치하는 등배(×1) 릴레이 광학계를 포함한다. 또, 평행 광 전송 릴레이계는 엑시머 레이저 광원의 레이저 사출면과 광학 장치의 본체부의 입구 간의 광학적으로 대략 공액인 관계에 관계없이 레이저 사출면으로부터의 대략 평행 광속을 노광장치의 본체부의 입구까지 그대로 도광시킨다. 이들 기술은 일본국 공개특허 제2005－203760호 공보에 개시되어 있다.

그러나, 종래의 공액 광 전송 릴레이계인 등배 릴레이 광학계에서는, 레이저 사출면과 노광장치의 본체부의 입구 간의 거리가 변화하면, 등배 릴레이 광학계를 재설계함으로써 렌즈의 초점 거리를 변경하지 않으면 안된다. 그 때문에, 노광장치의 본체부와 엑시머 레이저 광원 장치의 레이아웃(이하, "장치 레이아웃"이라 칭함)에 대한 설계의 자유도가 현저하게 낮다.

한편, 평행 광 전송 릴레이계에서는, 엑시머 레이저 광원 장치로부터 공급되 는 광속이 약간의 발산각에 의해서 퍼지므로, 광속을 도광하기 위한 거리(도광 거리)가 길어질수록, 노광장치의 본체부의 입구에 도달하는 광속의 단면 직경이 커진다. 따라서, 도광 거리가 긴 장치 레이아웃에 대해서는, 노광장치의 본체부의 입구에 있어서의 광속의 일부가 흐려짐으로써, 조도가 저하되어 버린다.

또, 평행 광 전송 릴레이계에 있어서는 헬름홀츠-라그랑지(Helmholtz-Lagrange)의 불변량의 크기가 증대된다. 예를 들어, 이하의 기술이 제안되어 있다. 즉, 이 기술에서는, 조명 광학계의 광로에 복수의 회절 광학 소자를 교체가능하게 배치하고, 피노광면(웨이퍼면)의 푸리에 변환 위치에 소정의 광강도 분포(고리띠 형상이나 사중극 형상을 지님)를 형성한다. 단, 상기 광강도 분포는 회절 광학 소자에 입사하는 광속의 입사각도 분포의 크기에 따라 상의 위치 어긋남에 의해 초래되는 상의 흐려짐을 일으킨다. 따라서, 소정의 광강도 분포를 고정밀도로 형성하기 위해서는, 다수의 회절 광학 소자를 교체가능하게 배치함과 동시에, 이러한 회절 광학 소자에 입사하는 광속의 직경을 파손이 일어나지 않는 범위 내에서 가능한 한 작게 하고, 또한, 입사각도를 작게 하는 것이 바람직하다. 그렇지만, 평행 광 전송 릴레이계에서는, 노광장치의 본체부의 입구까지 광속을 도광하는 동안 광속의 직경이 확대되어 버리기 때문에, 회절 광학 소자가 커짐으로써, 교체가능하게 배치할 수 있는 회절 광학 소자의 수가 적게 되어 버린다. 또, 회절 광학 소자의 상류측에 광속의 직경을 축소하는 광학계를 배치했다고 해도, 공액 광 전송 릴레이계와 비교해서, 회절 광학 소자에 입사하는 광속의 입사각도가 커진다. 이것에 의해 피노광면의 푸리에 변환 위치에 소정의 광강도 분포를 고정밀도로 형성하는 것 이 현저하게 곤란해진다.

따라서, 평행 광 전송 릴레이계는 장치 레이아웃을 제한하는 많은 요소를 이용하므로, 종래의 공액 광 전송 릴레이계와 마찬가지로, 장치 레이아웃에 대한 설계 자유도가 낮다.

본 발명은 장치 레이아웃에 대해서 높은 자유도를 가지는 조명광학장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1측면에 따르면, 광원으로부터 사출된 광속을 조명 대상으로 도광하는 조명광학장치에 있어서, 상기 광원과 상기 조명 대상 사이에 배치된 확대 광학계; 및 상기 확대 광학계와 상기 조명 대상 사이에 배치된 축소 광학계를 포함하되, 상기 확대 광학계는 상기 광원과 상기 조명 대상 사이에 상면(image plane)이 배치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조명광학장치가 제공된다.

본 발명의 제2측면에 따르면, 광원으로부터 사출된 광속을 조명 대상으로 도광하는 조명광학장치에 있어서, 확대 광학계와 축소 광학계를 포함하되, 상기 확대 광학계는 상기 광원과 소정면이 광학적으로 공액인 관계로 배치되고, 상기 소정면은 상기 광원과 상기 조명 대상 사이에 배치되며, 또한, 상기 확대 광학계는 상기 광원으로부터 사출되는 광속을 확대하여 상기 소정면에 결상하며, 상기 축소 광학계는 상기 확대 광학계에 의해서 상기 소정면에 결상하는 데 이용되는 광속의 크기를 축소하고, 그 크기가 축소된 상기 광속을 상기 조명 대상으로 도광하는 것을 특징으로 하는 조명광학장치가 제공된다.

본 발명의 제3측면에 따르면, 광원으로부터 사출되는 광속을 조명 대상으로 도광하는 릴레이 광학계에 있어서, 상기 광원과 상기 조명 대상 사이에 배치된 확 대 광학계를 포함하되, 상기 확대 광학계는 상기 광원과 상기 조명 대상 사이에 상면이 배치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 릴레이 광학계가 제공된다.

본 발명의 제4측면에 따르면, 광원으로부터의 광속을 이용해서 레티클을 조명하는 조명 광학계; 상기 레티클의 패턴을 기판에 투영하는 투영 광학계; 및 상기 광원으로부터의 광속을 상기 조명 광학계에 도광하는 릴레이 광학계를 포함하되, 상기 릴레이 광학계는 상기 광원과 상기 조명 광학계 사이에 배치된 확대 광학계; 및 상기 확대 광학계와 상기 조명 광학계 사이에 배치된 축소 광학계를 포함하며, 상기 확대 광학계는 상기 광원과 상기 조명 광학계 사이에 상면이 배치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 노광장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징과 이점은 첨부 도면과 관련하여 취한 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이고, 도면에 있어서 동일한 참조 부호는 도면 전체를 통해서 동일 또는 유사한 부분을 나타낸다.

명세서에 포함되어 그 일부를 구성하는 첨부도면은, 본 발명의 실시예를 예시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.

이상, 본 발명에 의하면, 장치 레이아웃에 대해서 높은 자유도를 가지는 조명광학장치 또는 릴레이 광학계를 제공할 수 있다. 또, 본 발명의 노광장치의 릴레이 광학계는 일정한 크기의 직경을 가지는 광속을 안정적으로 조명 광학계에 도광할 수 있다. 따라서, 상기 노광장치에 있어서, 조명 광학계는 레티클의 패턴에 응한 광강도 분포를 고정밀도로 형성할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 노광장치는 우수한 노광 성능을 실현한다. 이것에 의해, 상기 노광장치는 높은 쓰루풋과 고품위를 지닌 디바이스(반도체소자, 액정 표시(LCD) 소자, 촬상 소자(전하결합 소자(CCD)를 포함함) 또는 박막 자기 헤드를 포함함)를 제공할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태에 대해 상세히 설명한다.

각 도면에 있어서, 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조 번호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 노광장치(1)의 구성의 개략 사시도이다. 노광장치(1)는 본 실시형태에서는 스텝-앤드-스캔 방식을 이용해서 레티클(50)의 패턴을 웨이퍼(70)에 노광에 의해 형성하는 투영 노광장치이다. 그러나, 노광장치(1)는 스텝-앤드-리피트 방식도 이용할 수 있다.

노광장치(1)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 광원(10), 릴레이 광학계(20), 챔버(30), 조명 광학계(40), 레티클 스테이지(도시 생략), 투영 광학계(60) 및 웨이퍼 스테이지(도시 생략)를 포함한다. 레티클(50)은 상기 레티클 스테이지 위에 탑재되고, 웨이퍼(70)는 상기 웨이퍼 스테이지 위에 탑재된다. 또한, 릴레이 광학계(20) 및 조명 광학계(40)는 광원(10)으로부터의 광속을 조명 대상(예컨대, 레티클(50))으로 도광하는 조명광학장치를 구성한다.

광원(10)은 예를 들어 KrF 엑시머 레이저(파장 약 248 ㎚) 또는 ArF 엑시머 레이저(파장 약 193 ㎚) 등의 엑시머 레이저를 사용한다. 그러나, 광원(10)은 엑 시머 레이저로 한정되지 않고, 예를 들면, 파장 약 157 ㎚의 F₂ 레이저 등을 사용해도 무방하다. 광원(10)은 본 실시형태에서는 대략 평행한 광속을 사출면(10a)으로부터 ＋Y방향에 따라서 사출한다.

릴레이 광학계(20)는 광원(10)의 사출면(10a)으로부터 사출되는 광속을 조명 광학계(40)에 도광한다. 릴레이 광학계(20)는 본 실시형태에서는 확대 결상 광학계(220), 축소 광학계(240) 및 복수의 미러(MR1) 내지 (MR4)를 포함한다.

릴레이 광학계(20)에 있어서, 광원(10)으로부터의 광속은 미러(MR1)에서 -Z방향으로 편향되어 확대 결상 광학계(확대 광학계)(220)에 입사한다. 확대 결상 광학계(220)를 통과한 광속은 미러(MR2)에서 -X방향으로 반사되어 미러(MR3)에 입사한다. 미러(MR3)에서 ＋Y방향으로 편향된 광속은 챔버(30)의 개구부(32)에 도광된다.

챔버(30)의 개구부(32)에 도광된 광속은 미러(MR4)에서 ＋Z방향으로 반사되어 축소 광학계(240)에 입사한다. 축소 광학계(240)는 챔버(30)의 개구부(32)를 통해서 입사한 광속을 조명 광학계(40)의 입구(42)에 도광한다. 조명 광학계(40)의 입구(42)에 도광된 광속은 조명 광학계(40)에 입사된다.

여기서, 릴레이 광학계(20)의 확대 결상 광학계(220) 및 축소 광학계(240)에 대해 상세히 설명한다. 도 2는 확대 결상 광학계(220) 및 축소 광학계(240)의 구성의 일례를 나타내는 개략 단면도이다. 도 2에서는, 미러(MR1) 내지 (MR4)는 도시되어 있지 않다.

도 2를 참조하면, 릴레이 광학계(20)에 있어서, 광원(10)의 사출면(10a) 쪽으로부터 차례로 확대 결상 광학계(220) 및 축소 광학계(240)가 배치되어 있다. 확대 결상 광학계(220)는 광원(10)과 조명 광학계(40) 사이에 상면이 형성되도록 구성된다. 즉, 확대 결상 광학계(220)는 광원(10)(사출면(10a))과 릴레이 광학계(20)의 광로 내(즉, 광원(10)과 조명 광학계(40)의 입구(42) 사이)의 소정면(PS)을 광학적으로 공역 관계로 배치시킨다. 또한, 상기 소정면(PS)은 개구부(32)에 또는 개구부(32) 근방에 위치된다. 또, 확대 결상 광학계(220)는 렌즈(222) 및 렌즈(224)를 포함하고, 광원(10)으로부터의 광속을 확대해서 소정면(PS)에 결상한다. 확대 결상 광학계(220)는 1배보다 큰 배율을 가지며, 특히, 2.5배 이상의 배율을 가지는 것이 바람직하다.

예를 들어, 릴레이 광학계(20)가 등배 결상 광학계이고, 광원(10)(사출면(10a))과 챔버(30)의 개구부(32) 간의 거리가 변화하는 경우, 이러한 결상 광학계의 설계를 변경함으로써 초점거리를 변화시킬 필요가 있다. 따라서, 장치 레이아웃을 변경할 때마다, 광학계의 설계를 변경하지 않으면 안되어, 장치 레이아웃에 대한 자유도가 낮아진다. 본 실시형태에서는, 이 문제를 해소하기 위해서, 확대 결상 광학계(220)가 1배보다 큰 배율, 바람직하게는 2.5배 이상의 배율을 가지게 함으로써, 장치 레이아웃에 대한 자유도를 증가시키고 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 장치 레이아웃이란 광원(10)과 챔버(30)의 레이아웃을 의미한다.

각도 α2 및 광속의 직경 D2는 이하의 수식 [1] 및 수식 [2]로 표현된다:

α2 = α1/m1 ....[1]

D2 = m1·D1 ....[2]

식 중, D1은 광원(10)(사출면(10a))으로부터의 광속의 직경이고, α1은 광원(10)으로부터의 광속 중 최대 발산각을 가지는 광선 부분과 광축이 이루는 각도이며, m1은 확대 결상 광학계(220)의 배율이고, α2는 최대 발산각을 가지는 광선이 확대 결상 광학계(220)에 의해서 편향되었을 때에 해당 최대 발산각을 가지는 광선 부분과 광축이 이루는 각도이며, D2는 릴레이 광학계(20)의 광로 내의 소정면(PS)에 있어서의 광속의 직경이다.

1종류의 릴레이 광학계를 이용해서 다수의 장치 레이아웃에 대응하기 위해서는, 조명 효율이나 내구성의 문제로부터, 장치 레이아웃의 변화 ΔL(즉, 릴레이 광학계의 광로 길이의 변화)에 대해서 광속의 직경이 10% 정도 밖에 변화하지 않을 것이 요구된다. 광속의 직경이 크게 변화하면, 챔버(30)의 개구부(32)를 작게 설정했을 경우에, 릴레이 광학계(20)의 광로 길이(광원(10)으로부터의 광속을 챔버(30)까지 도광하는 거리)가 길어짐에 따라 조명 효율이 저하되어 버린다. 한편, 조명 효율이 저하하지 않도록 챔버(30)의 개구부(32)를 증대시킬 경우에는 광속의 중심부의 에너지 밀도가 증가한다. 따라서, 이러한 광속이 입사하는 광학 소자의 내구성은 충분히 크지 않게 된다.

노광장치의 광원으로서 사용되는 레이저는 일반적으로 직경 15㎜ 정도, 최대 발산각 2 mrad 정도이다. 따라서, 확대 결상 광학계의 배율이 등배인 경우, 광속의 직경이 10% 정도 밖에 변화하지 않기 위한 ΔL의 허용치는 이하의 수식 [3]으로 나타내는 바와 같이 0.75 m이다.

1.5 ÷ 0.002 = 0.75m ...[3].

또한, ΔL의 허용치를 ±5 m(범위: 10 m)로 하기 위해서는, 이하의 수식 [4] 및 수식 [5]의 조건을 충족시킬 필요가 있다. 따라서, 확대 결상 광학계(220)의 배율 m1은 2.5배 이상이 된다.

(ΔL·tanα2)/D2 ≤ 0.1 ....[4]

(ΔL·tan(α1/m1))/(m1·D1) ≤ 0.1 ....[5]

릴레이 광학계(20)에 있어서, 광속의 직경이 150 ㎜ 이상이 되면, 광속의 직경이 너무 크므로 실용적인 직경이 아니다. 따라서, 예를 들어, 광속의 직경은 미러의 근소한 움직임에 대해서 민감하게 된다. 그 결과, 릴레이 광학계(20)의 배율 m1은 10배 이하인 것이 바람직하다. 광원(10)으로부터 사출되는 광속의 직경은 반드시 전술한 값을 가질 필요는 없다. 단, ΔL의 허용치를 가능한 한 크게 하는 동시에 광원(10)으로부터 챔버(30)까지 현실적으로 광속을 도광하기 위해서는, 확대 결상 광학계(220)의 배율은 2.5배 이상 10배 이하인 것이 바람직하다. 즉, 릴레이 광학계(20)는 40 ㎜ 이상 150 ㎜ 이하의 범위의 직경을 가진 광속을 도광하는 것이 바람직하다.

확대 결상 광학계(220)에 있어서, 렌즈(222) 및 렌즈(224)는 확대 결상 광학계(220)의 광축 방향으로 구동 가능하도록 구성되어 있다. 즉, 렌즈(222)와 렌즈(224) 간의 간격이 가변되도록, 확대 결상 광학계(220)가 구성되어 있다. 렌즈(222)와 렌즈(224) 간의 간격을 변경함으로써, 확대 결상 광학계(220)로부터 사출되는 광속의 텔레센트리시티(telecentricity)(즉, 도 2에 있어서의 각도 α2)를 조정하는 것이 가능해진다. 따라서, 렌즈(222) 및 렌즈(224)는 광속의 텔레센트리시티를 조정하는 텔레센트리시티 조정 광학계로서 기능한다. 이러한 기능은 광원(10)으로부터의 광속이 텔레센트릭이 아닌 경우 또는 챔버(30)의 개구부(32)에 있어서의 광속의 직경을 변화시킬 경우에 효과적이다.

또한, 확대 결상 광학계(220)는 도 3A 및 도 3B에 나타낸 바와 같이 원통형 오목 렌즈(228a)와 원통형 볼록 렌즈(228b)를 포함하는 빔 확대기(beam expander)(228)를 포함하고 있어도 무방하다. 확대 결상 광학계(220)에 있어서, 원통형 오목 렌즈(228a) 및 원통형 볼록 렌즈(228b)는 광원(10)과 렌즈(224) 사이에 배치되어 확대 결상 광학계(220)의 광축 방향으로 구동 가능하게 되어 있다. 즉, 원통형 오목 렌즈(228a)와 원통형 볼록 렌즈(228b) 간의 간격이 가변되도록 빔 확대기(228)가 구성되어 있다. 여기서, 도 3A 및 도 3B는 확대 결상 광학계(220) 및 축소 광학계(240)의 구성의 다른 예를 나타내는 도면으로, 도 3A은 YZ 평면에 있어서의 그의 개략 단면도이고, 도 3B는 XZ 평면에 있어서의 그의 개략 단면도이다.

빔 확대기(228)는 광원(10)(사출면(10a))으로부터 사출된 광속의 단면 형상을 조정하는 단면 조정 광학계로서 기능한다. 빔 확대기(228)는, 본 실시형태에서는 광원(10)으로부터 사출된 광속의 직사각형 형상(X방향으로 뻗은 한 변 및 Y방향으로 뻗은 다른 변을 가짐)의 단면을 포함하는 대략 평행 광속을 Y방향으로만 확대하여, 해당 광속을 대략 직사각형 형상의 단면을 가지는 것으로 정형한다. 빔 확대기(228)로부터 사출된 광속은 렌즈(222) 및 렌즈(224)에 의해서 X방향 및 Y방향 으로 확대되어 챔버(30)의 개구부(32)에 입사한다.

또, 빔 확대기(228)는 원통형 오목 렌즈(228a)와 원통형 볼록 렌즈(228b) 간의 간격을 변경함으로써, 챔버(30)의 개구부(32)에 있어서의 광속의 종횡비를 조정할 수 있다. 단, 챔버(30)의 개구부(32)에 있어서의 광속의 종횡비를 조정하는 수단은 원통형 오목 렌즈(228a) 및 원통형 볼록 렌즈(228b)로 한정되지 않고, 프리즘이나 미러여도 무방하다. 예를 들어, 프리즘이나 미러에 의해서 광속의 각도를 변화시키고, 이러한 광속의 위치 및 각도를 다시 프리즘이나 미러에 의해서 보정함으로써 챔버(30)의 개구부(32)에 있어서의 광속의 종횡비를 조정할 수 있다.

축소 광학계(240)는 확대 결상 광학계(220)와 조명 광학계(40) 사이에 배치되어, 1배 미만의 배율을 가지며, 또한, 렌즈(242)와 렌즈(244)를 포함한다. 축소 광학계(240)는 확대 결상 광학계(220)에 의해서 소정면(PS)에 결상하는 데 이용된 광속을 축소하고, 이 광속을 조명 광학계(40)에 도광한다. 또, 축소 광학계(240)는 본 실시형태에서는 챔버(30)에 수납되어 챔버(30)의 개구부(32)로부터 입사한 광속의 크기를 축소하고, 그 얻어진 광속을 조명 광학계(40)의 입구(42)에 도광한다.

이와 같이, 릴레이 광학계(20)는 장치 레이아웃(즉, 릴레이 광학계(20)의 광로 길이)이 변경되더라도 광학계의 설계를 변경하는 일없이 조명 광학계(40)의 입구(42)에 일정한 직경을 가지는 광속을 안정적으로 도광할 수 있다. 즉, 릴레이 광학계(20)는 광원(10)(사출면(10a))과 챔버(30)의 개구부(32) 간의 거리에 민감하지 않으므로, 장치 레이아웃에 대한 자유도가 높다.

챔버(30)는 노광장치(1)의 본체부, 본 실시형태에서는 조명 광학계(40), 레티클 스테이지(레티클(50)을 탑재함), 투영 광학계(60) 및 웨이퍼 스테이지(웨이퍼(70)를 탑재함)를 수용한다. 챔버(30)는 광원(10)과 노광장치(1)의 본체부를 서로 격리한다. 챔버(30)에는 광원(10)으로부터 릴레이 광학계(20)(확대 결상 광학계(220))를 통해서 도광되는 광속을 투과시키기 위한 개구부(32)(즉, 노광장치의 본체부의 입구)가 형성되어 있다. 또, 개구부(32)에는 예를 들어 광원(10)으로부터의 광속을 투과시키는 시일(seal) 유리나 평행 평판 렌즈가 배치되어 있다. 챔버(30)의 내부는 실질적으로 밀봉 공간으로 되고 있는 것은 물론이다.

조명 광학계(40)는 광원(10)으로부터의 광속을 이용해서 레티클(50)을 조명한다. 또, 광원(10)으로부터 사출한 광속은 전술한 것처럼 릴레이 광학계(20)를 통해서 조명 광학계(40)의 입구(42)로부터 조명 광학계(40)에 입사한다. 조명 광학계(40)는 본 실시형태에서는 도 4에 나타낸 바와 같이 빔 변환 광학계(401), 회절 광학 소자(402), 집광 광학계(403), 프리즘(404), 줌 광학계(405) 및 다광속 발생부(406)를 포함한다. 또한, 조명 광학계(40)는 콜리메이터 렌즈(407), 마스킹 블레이드(408), 결상 광학계(409) 및 결상 광학계(410)를 포함한다. 여기서, 조명 광학계(40)의 구성의 일례를 도 4에 나타낸다.

빔 변환 광학계(401)는 조명 광학계(40)의 입구(42)로부터 입사한 광속을 소정의 발산각을 가진 광속으로 변환한다. 빔 변환 광학계(401)는 예를 들어 파리의 눈렌즈 및 마이크로 렌즈를 포함하고, 광속의 입사각도에 관계없이, 광속의 사출 각도를 일정치로 고정하는 기능을 가진다.

회절 광학 소자(402)는 집광 광학계(403)를 통해서 피조명면(IS)의 위치에 소정의 광강도 분포(예를 들어, 고리띠 형상이나 사중극 형상)를 형성한다. 회절 광학 소자(402)에 대해서는 예를 들어 계산기 홀로그램(진폭 분포 홀로그램이나 위상 분포 홀로그램) 또는 키노폼(kinoform) 등을 사용한다. 본 실시형태에서는, 릴레이 광학계(20)에 의해서 일정한 직경을 가지는 광속을 조명 광학계(40)에 도광할 수 있으므로, 회절 광학 소자(402)에 입사하는 광속의 직경은 해당 광속의 가리워짐이 일어나지 않는 범위에서 가능한 한 작게 할 수 있고, 또한, 입사각도를 작게 할 수 있다. 또, 광원(10)으로부터의 광속을 도광하고 있는 동안에, 회절 광학 소자(402)에 입사하는 광속의 직경이 증대되지 않으므로, 회절 광학 소자(402)의 대형화를 방지할 수 있어, 다수의 회절 광학 소자(402)를 교체가능하게 구성할 수 있다. 따라서, 회절 광학 소자(402)는 레티클(50)의 패턴에 따라서 최적인 광강도 분포를 고정밀도로 형성할 수 있다. 덧붙여, 피조명면(IS)은 레티클(50)이 배치되는 면 또는 레티클(50)과 공액인 면이다. 따라서, 피조명면(IS)은 도 4에 나타낸 위치로 한정되는 것은 아니다.

집광 광학계(403)는 회절 광학 소자(402)의 사출면과 피조명면(IS)이 푸리에 변환 관계로 되도록 구성된다. 회절 광학 소자(402)에 입사하는 광속의 각도 분포는, 광원(10)으로부터의 광속이 변동한 경우에도, 빔 변환 광학계(401)에 의해서 항상 일정한 각도 분포로 유지된다. 따라서, 피조명면(IS)의 위치에 형성되는 광강도 분포를 항상 일정한 광강도 분포로 유지할 수 있다.

프리즘(404)은 본 실시형태에서는 원추 오목면과 원추 볼록면을 가지는 주밍 가능한 1쌍의 프리즘으로 구성된다. 프리즘(404)은 예를 들어 피조명면(IS)의 위치에 형성되는 고리띠 형상의 광강도 분포의 고리띠율(annular rate)을 변화시킨다.

줌 광학계(405)는 피조명면(IS)에 형성된 광강도 분포(광패턴)를 투영, 즉, 다광속 발생부(406)의 광입사면에 여러 가지의 배율로 결상한다.

다광속 발생부(406)는 피조명면(IS)에 형성된 광강도 분포에 대응한 광원상을 그의 사출면 위에 형성한다. 다광속 발생부(406)는 예를 들어 파리의 눈렌즈(복수의 미소 렌즈로 구성됨)나 섬유다발로 구성된다. 복수의 점광원으로 구성되는 면광원이 상기 다광속 발생부(406)의 사출면에 형성된다.

콜리메이터 렌즈(407)는, (다광속 발생부(406)에서 형성된) 복수의 점광원을 2차 광원으로서 이용해서, 마스킹 블레이드(408), 결상 광학계(409) 및 결상 광학계(410)를 통해 레티클(50)을 조명한다.

마스킹 블레이드(408)는 예를 들어 독립적으로 구동되는 4개의 차광판으로 구성되어, 레티클(50)의 조명 영역을 제한한다.

결상 광학계(409) 및 (410)는 마스킹 블레이드(408)와 레티클(50)을 광학적으로 공액인 관계로 하고 있다.

레티클(50)은 회로 패턴을 가지며, 레티클 스테이지(도시 생략)에 지지 및 구동된다. 레티클(50)로부터 발사된 회절광은 투영 광학계(60)를 통해서 웨이퍼(70) 위에 투영된다. 노광장치(1)는 스텝-앤드-스캔 방식의 노광장치이므로, 레티클(50)과 웨이퍼(70)를 주사함으로써, 레티클(50)의 패턴을 웨이퍼(70)에 전사한 다.

투영 광학계(60)는 레티클(50)의 패턴을 웨이퍼(70)에 투영한다. 또, 투영 광학계(60)는 굴절형, 반사 굴절형 혹은 반사형을 사용할 수 있다. 또한, 투영 광학계(60)는 그의 동공면에 조리개를 구비하고 있고, 해당 조리개는 투영 광학계의 개구수를 제어한다.

웨이퍼(70)는 레티클(50)의 패턴이 투영(전사)되는 기판이며, 웨이퍼 스테이지(도시 생략)에 의해 지지 및 구동된다. 단, 웨이퍼(70) 대신에 유리판 등의 기타 기판을 이용할 수도 있다. 웨이퍼(70)에는 레지스트가 도포되어 있다.

노광 동안, 광원(10)으로부터 발사된 광속은 릴레이 광학계(20)를 통해서 조명 광학계(40)에 도광된다. 조명 광학계(40)에 도광된 광속은 레티클(50)을 조명한다. 투영 광학계(60)는 레티클(50)을 통과한 광속으로 레티클(50)의 패턴의 상을 웨이퍼(50)에 결상시킨다.

본 실시형태에 의하면, 장치 레이아웃에 대해서 높은 자유도를 가지는 조명광학장치 또는 릴레이 광학계를 제공할 수 있다. 또, 노광장치(1)의 릴레이 광학계(20)는 전술한 것처럼 일정한 직경을 가지는 광속을 안정적으로 조명 광학계(40)에 도광할 수 있다. 따라서, 노광장치(1)에 있어서, 조명 광학계(40)는 레티클(50)의 패턴에 응한 광강도 분포를 고정밀도로 형성할 수 있다. 따라서, 노광장치(1)는 우수한 노광 성능을 실현한다. 이것에 의해, 노광장치(1)는 높은 쓰루풋과 고품위를 지닌 디바이스(반도체소자, 액정 표시(LCD) 소자, 촬상 소자(전하 결합 소자(CCD)를 포함함) 또는 박막 자기 헤드를 포함함)를 제공할 수 있다.

다음에, 도 5 및 도 6을 참조하여, 노광장치(1)를 이용한 디바이스 제조방법의 실시예를 설명한다. 도 5는 디바이스(반도체 디바이스나 액정 디바이스)의 제조방법을 설명하는 순서도이다. 여기에서는, 반도체 디바이스의 제조방법을 일례로서 취한다. 스텝 1에서는 디바이스의 회로를 설계한다. 다음에, 스텝 2에서는 설계한 회로 패턴이 상부에 형성된 레티클을 제작한다. 스텝 3에서는 실리콘 등의 재료를 이용해서 웨이퍼를 제조한다. 스텝 4(웨이퍼 프로세스 또는 전공정)에서는 레티클과 웨이퍼를 이용해서 리소그래피 기술에 의해서 웨이퍼 위에 실제의 회로를 형성한다. 이어서, 스텝 5(조립 공정 또는 후공정)에서는 스텝 4에 의해서 작성된 웨이퍼를 반도체 칩으로 형성하는 공정이며, 이때, 어셈블리(다이싱, 본딩) 및 패키징(칩 밀봉)이 수행된다. 스텝 6에서는 스텝 5에서 작성된 반도체 디바이스에 대해서 동작 확인 테스트 및 내구성 테스트를 실시함으로써 검사를 행한다. 이들 스텝 후에, 반도체 디바이스가 완성되어, 스텝 7에서 출하된다.

도 6은 스텝 4의 상기 웨이퍼 프로세스를 나타낸 순서도이다. 스텝 11에서는 웨이퍼의 표면을 산화시킨다. 스텝 12(화학적 증착(CVD) 공정)에서는 웨이퍼 표면에 절연막을 형성한다. 스텝 13에서는 웨이퍼 위에 전극을 예를 들어 증착에 의해서 형성한다. 스텝 14에서는 웨이퍼에 이온을 주입한다. 스텝 15(레지스트 처리 공정)에서는 웨이퍼에 감광제를 도포한다. 스텝 16에서는 노광장치(1)를 이용해서 레티클의 회로 패턴을 웨이퍼 위에 노광에 의해 형성한다. 스텝 17에서는 노광한 웨이퍼를 현상한다. 스텝 18에서는 현상한 레지스트 상 이외의 부분을 에칭한다. 스텝 19(레지스트 박리 스텝)에서는 에칭 후 불필요해진 레지스트를 웨이 퍼로부터 제거한다. 상기 스텝을 반복함으로써 웨이퍼 위에 다중의 회로 패턴이 형성된다. 이 디바이스 제조방법에 의하면, 종래의 디바이스보다 고품위의 디바이스를 제조할 수 있다. 따라서, 노광장치(1)를 사용하는 디바이스 제조방법, 및 결과물로서의 디바이스도 본 발명의 측면들을 구성한다.

이상, 본 발명은 예시적인 실시형태를 참조해서 설명하였지만, 본 발명은 이러한 개시된 예시적인 실시형태로 한정되지 않는 것임을 이해할 필요가 있다. 또, 본 발명의 요지 범위 내에서 각종 변형과 변경을 행할 수 있다. 본 발명은 그의 정신과 범위로부터 일탈하는 일없이 명백하게 광범위하게 상이한 실시형태를 구현할 수 있으므로, 본 발명은 청구범위에 규정된 이외에 그의 특정 실시형태로 제한되는 것이 아님을 이해할 필요가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 노광장치의 구성의 개략 사시도;

도 2는 도 1에 나타낸 노광장치에 있어서의 릴레이 광학계의 확대 결상 광학계 및 축소 광학계의 구성의 예시적인 구성의 개략 단면도;

도 3A 및 도 3B는 도 1에 나타낸 릴레이 광학계의 확대 결상 광학계 및 축소 광학계의 다른 예시적인 구성을 나타낸 것으로, 도 3A는 YZ 평면에 있어서의 그의 개략 단면도이고, 도 3B는 XZ 평면에 있어서의 그의 개략 단면도;

도 4는 도 1에 나타낸 노광장치의 광학계의 예시적인 구성을 나타낸 도면;

도 5는 디바이스의 제조를 설명하기 위한 순서도;

도 6은 도 5에 나타낸 스텝 4의 웨이퍼 프로세스의 상세한 순서도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 노광장치 10: 광원

20: 릴레이 광학계 30: 챔버

40: 조명 광학계 50: 레티클

60: 투영 광학계 70: 웨이퍼

220: 확대 결상 광학계(확대 광학계)

240: 축소 광학계

Claims

광원으로부터 사출된 광속을 조명 대상으로 도광하는 조명광학장치에 있어서,

상기 광원과 상기 조명 대상 사이에 배치된 확대 광학계; 및

상기 확대 광학계와 상기 조명 대상 사이에 배치된 축소 광학계를 포함하되,

상기 확대 광학계는 상기 광원과 상기 조명 대상 사이에 상면(image plane)이 배치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조명광학장치.
광원으로부터 사출된 광속을 조명 대상으로 도광하는 조명광학장치에 있어서,

상기 광원과 상기 조명 대상 사이에 배치된 소정면과 상기 광원을 광학적으로 공액인 관계로 배치시키는 동시에 상기 광원으로부터 사출되는 광속을 확대해서 상기 소정면에 결상하는 확대 광학계; 및

상기 확대 광학계에 의해서 상기 소정면에 결상하기 위해 이용되는 광속의 크기를 축소하고, 그 크기가 축소된 상기 광속을 상기 조명 대상으로 도광하는 축소 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명광학장치.
제1항에 있어서, 상기 확대 광학계의 배율은 2.5배 이상인 것을 특징으로 하는 조명광학장치.
제1항에 있어서, 상기 확대 광학계는 광속의 텔레센트리시티(telecentricity)를 조정하는 텔레센트리시티 조정 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명광학장치.
제2항에 있어서, 상기 확대 광학계는 상기 소정면에 있어서의 광속의 단면 형상을 조정하는 단면 조정 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명광학장치.
제5항에 있어서, 상기 단면 조정 광학계는 상기 소정면에 있어서의 광속의 종횡비를 조정하는 것을 특징으로 하는 조명광학장치.
광원으로부터 사출되는 광속을 조명 대상으로 도광하는 릴레이 광학계에 있어서,

상기 광원과 상기 조명 대상 사이에 배치된 확대 광학계를 포함하되,

상기 확대 광학계는 상기 광원과 상기 조명 대상 사이에 상면이 배치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 릴레이 광학계.
광원으로부터의 광속을 이용해서 레티클을 조명하는 조명 광학계;

상기 레티클의 패턴을 기판에 투영하는 투영 광학계; 및

상기 광원으로부터의 광속을 상기 조명 광학계에 도광하는 릴레이 광학계를 포함하되,

상기 릴레이 광학계는

상기 광원과 상기 조명 광학계 사이에 배치된 확대 광학계; 및

상기 확대 광학계와 상기 조명 광학계 사이에 배치된 축소 광학계를 포함하며,

상기 확대 광학계는 상기 광원과 상기 조명 광학계 사이에 상면이 배치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제8항의 노광장치를 이용해서 기판을 노광하는 단계; 및

노광된 상기 기판을 현상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.