KR101362497B1 - 투영 노광 시스템 및 그 이용 - Google Patents

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롤프 프레이맨
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칼 짜이스 에스엠티 게엠베하
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Abstract

리소그래피 방법이 제안된다. 본 발명의 리소그래피 방법은, 결상 광 경로 상에 위상 마스크가 형성된 반사경을 포함하는 반사식 결상 광학계를 가지는 투영 노광 시스템이 적용된다. 위상 마스크가 형성된 반사경은 유전층이 형성된 연속된 영역이 마련된다. 본 발명은 이미지 광 경로 상에 위상 마스크가 형성되며, 유전층이 연속적으로 적층된 영역이 마련된 반사경을 포함하는 반사식 결상 광학계를 가지는 투영 노광 시스템의 리소그래피 방법을 제안한다. 바람직하게는, 위상 마스크가 형성된 반사경의 영역은 결상되는 포인트(DOF)의 이미지가 축 방향으로는 증가되고(또는 증가되거나), 결상되는 포인트의 이미지가 폭 방향으로는 감소되도록 한다. 또한, 바람직하게는, 동일한 발광 감도를 가진 기판에 대한 복수회의 노광을 통하여 해상도는 증가시키고 생산되는 투사 구조(61, 61')의 크기는 상대적으로 축소시킨다.

Description

투영 노광 시스템 및 그 이용{Projection Exposure System and Use thereof}
본 발명은 오브젝트 면(object plane)에 정렬된 오브젝트 필드(object field)에서 이미지 면(image plane)의 이미지 필드(image field)로 결상을 위한 투영 노광 시스템 및 그 시스템을 이용하는 리소그래피 방법에 관한 것이다.
소형화된 구조물 또는 구성요소를 생산하기 위하여 리소그패피 방법이 통상적으로 사용된다. 소형화된 구조물 또는 구성요소는 집적회로, 액정 구조, 마이크로기계 요소 등을 포함한다. 여기서, 마스크(mask)에 미리 마련된 패턴 및 각각의 구조는, 결상 노광 시스템의 결상 광학계에 의하여 노광 민감층(resist)이 마련된 웨이퍼와 같은 방사 민감 기판으로 결상된다. 노광된 방사 민감층(radiation sensitive layer)은 현상되고, 노광된 부분은 하부 웨이퍼(wafer)에서 제거되고 노광되지 않은 부분은 남게 된다. 층이 제거되지 않은 영역이 그렇지 못한데 반하여, 층이 제거된 웨이퍼의 표면은 일련의 공정에 의한 처리가 가능하게 된다. 일련의 공정에 의한 처리는 에칭, 산화, 이온주입, 또 다른 층의 적층 등을 예로 들 수 있다.
요소들의 소형화를 요구하는 추세는 결상의 품질 측면 뿐만 아니라, 상술한 공정의 선명도(defintion) 및 재현도(reproducibility) 측면에서 점점 더 큰 수요를 창출하고 있다.
리소그래피 방법을 통하여 생산할 수 있는 가장 작은 구조의 싸이즈는 k*λ/NA 로 결정된다.
NA : 결상 광학계의 개구수(numerical aperture, 開口數)
λ : 결상을 위해 사용되는 빛의 파장
k : 공정에 의해서 결정되는 파라미터
통상적으로, 큰 개구수를 가지는 결상 광학계가 개발되고 있으며, 결상되는 해상도를 높이기 위하여 보다 작은 파장을 적용하고 있다.
본 발명의 제1 양상은 오브젝트 면에 정렬된 오브잭트 필드에서 이미지 면의 이미지 필드로 결상하는 투영 노광 시스템을 제안한다. 여기서, 투영 노광 시스템은 오브젝트 면의 다수의 마스크 중에서 어느 하나를 선택적으로 지지하기 위한 마스크 홀더 및 오브젝트 면에 정렬된 마스크에 의하여 형성된 패턴을 결상 광학계의 이미지 면으로 전송하기 위하여 다수개의 반사경이 마련된 반사식 결상 광학계를 포함한다. 투영 노광 시스템은 적어도 하나의 반사경에 위상 마스크가 형성되는 특징이 있으며, 위상 마스크가 형성된 반사경은 다수개의 유전층이 적층된 기판을 포함한다. 기판의 표면은 유전층이 적층된 방향과 나란하게 연장된 연속된 영역을 포함하며, 연속된 영역의 상호 인접한 부분은 유전층의 적층된 방향과 상이하게 연장된 표면 영역에 의하여 분리된다.
반사식 결상 광학계는 빛을 사용하여 오브젝트를 결상하는 반사경들 만을 포함한다. 반사식 결상 광학계는 결상을 위하여 사용되는 빛이 자외선이나 극자외선(EUV)과 같이 매우 짧은 파장을 가지고 있을 때 특히 유리한 면이 있다. 이와 같이 짧은 파장을 가지는 빛은 광학 요소에 의하여 흡수되는 성질이 강한 동시에, 굴절되는 성질이 약하다. 반도체에서 마스크를 결상하기 위한 결상 광학계를 가지는 리소그래피 시스템에서는, 긴 파장의 빛을 사용하는 경우에 비하여 매우 짧은 파장의 빛을 사용하는 것이 가장 작은 구조물 크기를 실현하기 위하여 유리하다. 위상 마스크가 형성된 반사경이 포함된 본 발명의 제1 양상에 의한 반사식 결상 광학계에 의하면, 개구수에 의하여 제한되는 해상도가 좁아질 수 있다.
본 발명에서 사용되는 위상 마스크는 상호작용에 의하여 결상 방사의 위상에 상이한 영향을 미치는 서로 다른 소영역(subregion)들을 갖는 구조를 의미한다. 그러나 다른 소영역과의 상호작용에 의하여 결상 방사를 증가시키는 경우를 배제하지는 않는다. 각각의 소영역에 의하여 방사되는 위상이 영향을 받게 됨과 함께 결상 방사의 증가에 의하여 전체적인 결상의 결과가 보다 향상되도록 구성하는 것 또한 가능하다. 이와 같은 점은, 특히나, 일 지점에서의 이미지의 축 방향 신장이 보다 증가되거나(혹은 증가되고), 일 지점에서의 이미지의 폭 방향이 축소되도록 한다.
그 구조가 간단하여, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자가 통상적은 리소그래픽 기술을 사용하여 위상 마스크가 형성된 반사경을 생산할 수 있다.
본 발명의 제1 양상에 의한 실시예에 의하면, 위상 마스크가 형성된 적어도 하나의 반사경 기판의 표면에 마련된 복수개의 연속된 영역에 동일한 개수의 유전층이 마련된다. 기판의 표면에 마련된 연속된 영역에 마련된 층의 개수가 동일함으로 인하여, 기판의 표면에 마련된 연속된 영역 구조가 이루어진다.
본 발명의 제1 양상에 의한 실시예에 의하면, 위상 마스크가 형성된 적어도 하나의 반사경의 표면 영역은 기판에서 돌출된 부분과 함몰된 부분이 교번적으로 마련된다. 본 출원에서, 표면의 함몰 부분은 기판의 평균적인 부분에서 돌출된 적어도 수개의 부분에 의하여 부분적으로 둘러싸야진 부분으로 이해할 수 있다. 돌출 부분은 함몰된 부분과 상보적이다. 이와 같은 배치에 의하여 단순한 구조를 얻을 수 있다.
제2 양상에 의하면, 본 발명은 오브젝트 면에 정렬된 오브젝트 필드에서 이미지 면의 이미지 필드로 결상을 하기 위한 투영 노광 시스템을 제안한다. 투영 노광 시스템은 오브젝트 면의 복수갱의 마스크들에서 어느 하나의 마스크를 선택적으로 지지하기 위한 마스크 홀더 및 오브젝트 면에 정렬된 마스크에 의하여 형성된 패턴을 결상 광학계의 이미지 면으로 전송하는 복수개의 반사경이 마련된 반사식 결상 광학계를 포함한다. 투영 노광 시스템은 적어도 하나의 반사경이 위상 마스크가 형성된 반사경임을 특징으로 한다. 위상 마스크가 형성된 반사경은 복수개의 유전층이 표면에 마련된 기판을 포함한다. 기판에 마련된 유전층의 개수는 인접한 연속된 영역과 상이하다.
결상의 정확성에 관한 본 발명의 제1 양상에 따른 장점은 본 발명의 제2 양상에도 역시 적용된다. 그러나 본 발명의 제1 양상의 경우와는 상이하게, 위상 마스크가 형성된 적어도 하나의 반사경은 구조화되지 않은 기판에 유전층의 개수를 상이하게 형성함으로써 구조화된 반사 표면이 획득된다. 이는 위상 마스크가 형성된 반사경을 보다 용이하게 생성할 수 있게 할 것이다.
본 발명의 제2 양상에 따른 실시예에 따르면, 위상 마스크가 형성된 적어도 하나의 반사경의 상호 인접한 영역에는 기판에 마련된 유전층의 개수가 크거나 작게 된다. 그에 의하여, 간단한 반사 회절 요소(reflective diffractive element)가 리소그래피 방법에 의하여 생산된다.
본 발명의 제1, 2 양상에 의한 실시예에 의하면, 위상 마스크가 형성된 반사경의 영역은 연장된 띠 형상을 보인다. 이들 영역은 결상 광학계의 광학 축의 주위에 환상선(circular line, 環狀線)을 형성한다. 당해 실시예는 회전 대칭되는 결상광학계에 적용하는 적이 적절하다.
반사경의 상기 상이한 영역의 개수는 50보다 크며, 특히 100보다 클 수 있다.
본 발명의 제 1, 2 양상에 의한 적절한 실시예에 의하면, 위상 마스크가 형성된 적어도 하나의 반사경 유전층의 재료는 MoSi 층을 포함한다. 본 출원에서 MoSi 층은 Mo, Si, MOSi2, MOSi3 층을 포함한다. 이들 층은 교번적으로 적층될 수 있음은 물론, 다른 층을 더 포함할 수도 있다. B, C, N, O, F 가 첨가된 No와 Si가 2원 합성(binary composition)된 보호 또는 접속 층으로 적용가능하며, 특히나 C, N, O를 사용하는 것이 가능하다. 접속층(interface layer)으로서는 특히 C를 적용할 수 있다.
본 발명의 제 1, 2 양상에 의한 적절한 실시예에 의하면, 위상 마스크가 마련된 상기 반사경의 상기 영역은, 상기 결상 광학계의 상기 결상 포인트(DOF)에서 이미지가 축 방향으로 신장 되거나(혹은 되고), 위상 마스크가 마련된 상기 반사경의 상기 영역은, 상기 결상 광학계의 상기 결상 포인트에서 이미지가 폭 방향으로 축소되도록 한다. 일 지점 확산 기능(point spread function)의 측면 최대치를 특정 정도만큼 감소시키는 것은 위상 마스크가 형성된 반사경을 적절히 조절함으로써 가능하게 된다. 상기 특정 정도는, 위상 마스크가 형성된 반사경이 삽입된 경우에 레지스트의 노출 한계치가 주 최대치 영역을 다소간 초과하는 정도이며, 그 정도는 구경(aperture)에 의하여 제한되는 해상도에 의한 최대치 보다 작다. 결과적으로, 위상 마스크가 형성된 적절한 반사경은 리소그래피 공정에 의한 해상도를 증가시키는 것이 가능하다.
본 발명의 제 1, 2 양상에 의한 실시예에 따른 위상 마스크가 형성된 반사경은 결상 광학계 퓨필(pupil)에 근접하도록 정렬된다. 본 발명에서, “퓨필에 근접”한다는 함은, 퓨필과 위상 마스크가 형성된 반사경 사이의 광 경로를 따른 거리가 퓨필과 퓨필에 근접하게 배치된 필드 면 사이의 거리의 0.3 배, 특히 0.2배 보다 작음을 의미한다.
이에 의하여, “광 경로에 따른 거리(distance along the beam path)”는 반사경의 전, 후방으로 이동하는 광 경로를 일 방형으로 진행하는 펼쳐진 광 경로(unfolded beam path)로 직선화 시킨 거리를 의미한다. 펼쳐진 광 경로에서, 시스템의 요소들 사이의 거리는 측정될 수 있다. 위상 마스크가 형성된 반사경과 퓨필에 근접된 위치에서, 광 경로의 빛(ray)은 위상 마스크가 형성된 반사경에 실질적으로 나란한 방향으로 충돌한다. 따라서, 위상 마스크가 형성된 반사경은 실질적으로 오브젝트 필드에서 충돌되는 지점의 위치가 각각의 이미지 필드에 대하여 실질적으로 독립적인 효과를 가지게 된다.
본 발명의 또다른 양상에 의하면, 전술한 투영 노광 시스템을 사용하는 리소그래피 방법이 제안된다. 여기서는, 복수개의 서로 다른 설정된 방사 강도 분포(radiation intensity distribution)를 기판에 노출하기 위하여 복수개의 마스크가 사용된다. 위상 마스크가 형성된 복수개의 다른 반사경들이 제공되는 것과 같이, 위상 마스크가 형성된 반사경과 모든 마스크가 상호간 대응된다. 따라서, 설정된 제1 방사 강도 분포로 기판에 노출하기 위하여 제1 마스크에 조명을 가하는 동안에는 결상 광 경로 상에 위상 마스크가 형성된 제1 반사경에 삽입되고, 설정된 제2 방사 강도 분포로 기판에 노출하기 위하여 제2 마스크에 조명을 가하는 동안에는 결상 광 경로 상에 위상 마스크가 형성된 제2 반사경이 삽입된다. 마스크와 위상 마스크가 형성된 반사경 간의 대응으로 인하여, 각 마스크에 의한 특성이 원하는 방사 강도 분포 결과를 나타내는 위상 마스크가 형성된 각각의 반사경을 최적의 방법으로 형성하는 것이 가능하다.
서로 다른 설정된 방사 강도 분포에 의한 노출은 기판의 동일한 방사 민감층(radiation sensitive layer, resist)에 대하여 발생할 수 있으며, 이는 서로 다른 설정된 방사 강도 분포를 가지는 방사 민감층에 복수의 노출이 실행될 수 있음을 의미한다.
역으로, 리소그래피 방법의 연속적인 공정 단계에서 서로 다른 방사 강도 분포가 서로 다른 방사 민감층에 노출될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 의하면, 기판의 동일한 방사 민감층이 실질적으로 서로 다른 방사 강도 분포에 노출되는 전술한 투영 노출 시스템 중 어느 하나를 사용하는 리소그래피 방법이 제안된다. 즉, 복수의 노출이 수행된다. 여기서, 서로 다른 마스크가 오브젝트 면에 정렬된다. 그러나 모든 노출에서, 위상 마스크가 형성된 동일한 반사경이 결상 광 경로 상에 정렬된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 동일한 방사 민감층에 대하여 연속적으로 한 번, 두 번 또는 그 이상의 회수로 다른 방사 강도 분포로 노광된다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 광학 요소인 반사경을 포함하는 투영노광시스템의 일 실시예에 대한 개략도이다.
도 2는 페이스 마스크가 형성된 반사경을 포함하는 도 1의 투영노광시스템의 일 실시예에 대한 개략적인 부분도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 투영노광시스템의 페이스 마스크가 형성된 반사경의 일 실시예에 대한 개략도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제1 양상에 따른 투영노광시스템에서 페이스 마스크를 반사경에 형성하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제2 양상에 따른 투영노광시스템에서 페이스 마스크를 반사경에 형성하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 방법에 의하여 다중 노광에 의해 서로 상이한 방사강도분포를 보이는 두 가지 경우를 도시한 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 방법에 의하여 다중 노광에 의해 서로 상이한 방사강도분포를 보이는 세 가지 경우를 도시한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 대하여 각 도면을 참조하여 설명하도록 한다.
도 1은 결상(結像,imaging)을 위한 투영노광시스템(projection exposure system, 1)의 개략적인 도면이다. 상의 축소를 위하여, 반도체 웨이퍼(13)의 표면(15)이 위치하는 결상 면(image plane, 5)에 대응되는 마스크(mask, 7)가 오브젝트 면(object plane, 3)에 정렬된다. 마스크(7)는 마스크(7)의 패턴 형성 구조가 오브젝트 면(3)에 대하여 정렬되도록 마스크 홀더(mask holder, 9)에 의하여 고정 된다. 웨이퍼 테이블(wafer table, 11)에 위치하는 반도체 웨이퍼(13)는, 레지스트(resist, radiation sensitive layer)가 마련된 웨이퍼의 표면(15)이 결상 면(5)에 정렬되도록 고정된다.
반사 결상 광학계(catoptric imaging optics, 17)는, 도 1에 3개의 광(21)으로 예시적으로 도시된 바와 같이, 결상을 위한 광 경로를 형성하기 위하여 다수개의 반사경을 포함한다. 광은 오브젝트 면(3)의 예시적으로 도시된 일 지점(23)에서 서로 다른 각도로 방출되며, 일 지점(23)에서 결상 면(5)의 타 지점(25)으로 이미지를 형성한다. 반사 결상 광학계(17)의 퓨필 면(pupil plane)은 도 1에서 도면부호 27로 표시하였다.
반사 결상 광학계(17)는 마스크(7)에 의하여 형성된 패턴을 오브젝트 면(3)에서 결상 면(5)으로 투영하여 결상하기 위해 광 경로(21)를 수회 반사시키는 6개의 반사경(M1 내지 M6)을 포함한다.
반사 결상 광학계(17)는 오브젝트 면(30)에서 결상 면(5)의 사이에 중간 결상이 발생되도록 배열된다. 중간 결상은 도 1에서 예시적으로 일 지점(41)으로 표시된 중간 결상 면에 위치된다.
반사경(M1 내지 M6)의 반사면은 각각이 광축(43)을 중심으로 하여 대칭적으 로 배치되나, 광 경로 자체가 광축(43)에 대하여 회전되며 형성되는 것은 아니다. 즉, 각각의 반사경은 광 경로가 굴절되거나 광 경로가 방해되지 않도록 모서리 부분이 가공된 축이탈반사경(off-axis-mirror)이다.
도 2는 반사경(M2)의 단면도를 포함하는 도 1 투영노광시스템의 개략적인 부분도이다. 반사경(M2)은 위상 마스크(33)가 형성된 반사경이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 위상 마스크가 형성된 반사경(M2)은, 서로 다른 광 경로가 형성되도록 함으로써 상이한 광 경로 길이가 발생되도록 하는 상호 인접하여 형성된 반사영역을 포함한다. 따라서 위상 마스크에 의하여 반사경(M2)의 상이한 영역에 반사된 광은 각각에 대하여 위상 변화가 발생된다. 반사경(M2)의 위상 마스크(33)는 퓨필 면(27)에 인접하게 배치된다. 결상 광 경로의 방향에서 보여지는 바와 같이, 위상 마스크가 형성된 반사경(M2)은, 오브젝트 면(3) 또는 중간 결상 면(41)에서 퓨필 면(27)에 이르는 거리에 비하여 오브젝트 면(3)과 중간 결상 면(41)과의 사이에 위치한 퓨필 면(27)에 보다 가깝게 배치된다. 이와 같은 사실은, 퓨필 면과 위상 마스크가 형성된 반사경 사이의 거리인 d가 광 경로(21)에 따른 퓨필 면(27)에서 오브젝트 면(3)까지의 거리(도 2의 S1과 S2 거리의 합)보다 작다는 점을 고려할 때 명백하다.
도 2를 참조하면, 반사경(M2)의 반사경 표면(45)은 광축(43)을 중심으로하여 회전 대칭형상으로 마련된다. 그러나 반사경(M2)은 광 경로를 차단하지 않기 위하 여 모서리(47) 부분이 가공된 형상으로 마련된다. 광 경로는 반사경 표면(45)의 일 영역(49)에 충돌되어 반사된다. 도 2에서 개략적으로 도시한 바와 같이, 일 영역(49)에서 위상 마스크(33)는 반사경 표면(45)에 마련된다. 반사경(M2)에 정렬된 위상 마스크(33)가 광 경로 상에 존재함으로 인하여 특정 포인트에서 이미지를 축 방향으로 확장시키며, 축 방향으로 확장되는 정도는 광 경로 상에 위상 마스크가 존재하지 않는 경우에 비하여 크다. 추가적 또는 선택적으로, 위상 마스크가 광 경로 상에 존재함으로 인하여 특정 포인트에서 이미지를 폭 방향으로 축소시킬 수 있으며, 폭 방향으로 축소되는 정도는 광 경로 상에 위상 마스크가 존재하지 않는 경우보다 보다 많이 되도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 투영노광시스템의 페이스 마스크가 형성된 반사경을 광축(43) 방향에서 바라본 평면도이다. 당해 실시예에서, 충돌된 빛이 서로 다른 광 경로 길이가 되도록 비스듬하게 된 후에 반사될 수 있도록 하는 연속 영역(69, 71)은 상호간에 서로 인접한 띠 형상으로 배열된다. 즉, 일 영역은 광축(43)을 중심으로 한 동심원들에 의하여 확장된다.
위상 마스크가 형성된 반사경을 디자인하기 위한 컴퓨팅 방법 및 위상 마스크가 형성된 반사경을 생산하기 위한 생산 방법은 광학장치에 관한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려져 있으므로, 광학장치에 관한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 출원 내용을 실시할 수 있다. 또한, 본 출원을 실시하기에 적절한 위상 마스크가 형성된 반사경은 리소그래피 광학계의 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 본 출원 내용에 기초하여 실시할 수 있다. 이와 같은 점은, 미국 특허출원 US 2003/0,081,316 A1과 미국 특허 US 5,917,854 뿐 아니라, V.F. Canales 등의 "분해적으로 디자인된 위상 마스크에 의한 초점 광의 강도 분포 제어(Three-dimensional control of the focal light intensity distribution by analytically designed phase maskes)"(Optics Communicaionts지 247호 (2005), 11-18)에 의하여서도 예시적으로 참조된다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제1 양상에 따른 투영노광시스템에서 페이스 마스크를 반사경에 형성하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
이들 도면에는 위상 마스크가 형성된 반사경(M2)의 측면도가 도시되어 있다. 이는, 투영노광시스템에서 도 4a 내지 도 4d가 도시된 평면의 빛이 충돌되는 라인들의 방향으로 반사경(M2)이 사용됨을 의미한다.
도 4a에서, 레지스트(66)는 패턴에 따라서 기판(65)에 부착된다. 다음 과정이 도시된 도 4b와 같이, 레지스트(66)에 의하여 커버되지 못한 기판(65)의 일 부분은 기판(65)의 표면에 특정 영역(71)을 형성하기 위하여 제거된다. 따라서 표면 영역(75)에 의하여 인접한 영역(71)이 분리된다. 그 다음에는, 도 4c에 도시한 바와 같이, 레지스트 패턴이 제거된다. 도 4d에 도시된 마지막 단계와 같이, 다수개 의 멀티플레이어(multiplayer, 73)들이 기판 표면의 영역(71)들에 부착된다.
예시적으로 도시된 바와 같이, 유전층(73)은 서로 다른 절연율(dielectric property)을 가짐으로 인하여 서로 다른 반사율을 가진 두 개의 물질(73a, 73b)을 포함한다. 따라서 유전층(73)은 기판(65)의 표면의 영역(71)에 서로 다른 물질을 교번적으로 부착하며 형성된다. 즉, 서로 다른 유전율을 가지는 Mo, Si, MOSi2, MOSi3 가 사용될 수 있다. Si 대신에 Y 또는 Be가 적용될 수도 있다. 이와 같은 층들은 다른 방법으로 배열되거나 다른 층들을 더 포함할 수도 있다. B, C, N, O, F 가 첨가된 No와 Si가 2원 합성(binary composition)된 보호 또는 접속 층으로 적용가능하며, 특히나 C, N, O를 사용하는 것이 가능하다. 접속층으로서는 특히 C를 적용할 수 있다. 40개 층이 순서대로 적층되며, 각 층은 3 내지 4 nm 이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제2 양상에 따른 투영노광시스템에서 페이스 마스크가 형성된 반사경(M2')를 형성하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다. 반사경(M2')의 방향은 도 4a 내지 도 4d의 반사경(M2)과 같다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 멀티플레이어(67)를 기판(65)의 표면(65a)에 적층시킨다. 멀티플레이어(67)는 서로 다른 절연율을 가진 두 물질의 유전층(67a, 67b)을 교번적으로 척층하여 마련된다. 도 5b는 멀티플레이어(67)에 레지스트(66)를 부착시킨 이후의 단계를 보인다. 도 5c는 레지스트(66)에 의하여 커버되지 못한 멀티플레이어의 영역이 멀티플레이어(67)에서 부분적으로 제거된 상태를 도시하고 있다. 레지스트가 제거된 이후에 위상 마스크가 형성된 반사경(M2')이 얻어진다. 반사경(M2')은 기판(65)에 부착된 다수의 유전층(67)의 개수와는 다른 인접하게 정렬된 영역(69)들을 보여주고 있다. 유전층의 재질과 두께는 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 설명한 실시예의 경우와 같이 선택될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 반사경의 표면(45)에 정렬된 위상 마스크(33)에 추가하거나 대체하여, 위상 마스크는 중간 결상 면(41)과 결상 면(5)의 사이에서 퓨필 면에 가까이 위치된 제 5반사경(M5)의 표면에도 부착될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 방법에 대한 설명을 위하여 제공된다. 도 6a에서 실선(51)으로 표시된 부분은 리소그래피 시스템의 오브젝트 면에 정렬된 마스크 구조의 상측 다이어그램(diagram)을 개략적인 모습을 보인다. 선택된 예에 대한 그래프에서, 마스크의 트랜스미션(transmission, T)은 세로축에 표시되고, 마스크의 수평 위치 좌표는 가로축에 표현된다. 마스크는 흡수 마스크(absorption mask)로 형성된다. 이와 같이, 마스크는 대응되는 코스와 같은 위상 변이(φ)를 형성하는 위상 마스크로 형성될 수 있다.
도 6a 중단의 그래프에는 광 경로 상에 위상 마스크가 있지 않은 반사경이 위치할 때 오브젝트 면에서의 방사강도 코스가 점선(53)을 사용하여 도시되어 있다. 한편, 굵은 실선(55)은 광 경로상에 위상 마스크가 형성된 반사경이 위치할 경우의 오브젝트 면에서의 방사강도 코스 결과이다. 도 6a에서, 오브젝트 면에서 결상 면으로의 이미지의 축소는, 실질적으로는, 보다 명확한 그림으로서 설명되지 않는다. 따라서 결상의 각각에 대응되는 오브젝트 면과 결상 면의 포인트들은, 도 4a에서와 같이, 각각이 서로 수직하게 배치된다.
도 6a의 중간의 그래프의 기준선(57)은 웨이퍼 표면에 부착된 레지스트의 노출 경계치를 나타낸다. 방사 강도가 기준선(57)을 넘어서면 레지스트가 완전히 노출된다. 주어진 노출시간 동안 노출 강도(55)가 기준선(57)을 넘어서는 경우의 영역의 폭이, 반사경의 광 경로상에 위상 마스크가 존재하고 있지 않은 경우의 노출 넓이(53)보다 주목할 만큼 줄어든다는 점은 명확하다. 결과적으로, 도 6a의 하단에 굵은 실선(61)으로 상징적으로 나타낸 것과 같이, 반사경에 정렬된 위상 마스크를 사용하여 웨이퍼에 노출을 가한 굵은 실선(61)의 경우가, 반사경에 위상 마스크를 사용하지 않은 점선(63)의 경우보다 주목할 만큼 작은 구조를 생산할 수 있게 된다.
따라서 광학계에 정렬된 위상 마스크에 의한 노출은 주어진 마스크로 가장 작은 구조(61)의 생산이 가능하게 된다. 주어진 마스크 구조(51)에 있어서, 인접한 구조(61) 사이의 거리를 보다 감소시키는 것은 가능하지 않다. 그러나 제1 노출에 의하여 마련된 구조(61)의 사이에 새로운 구조(61`)를 삽입한 마스크 구조(51)와 다른 마스크 구조(51`)에서 제2 노출을 하는 경우에는 가능하다. 이는 도 6b에서 개략적으로 도시하였다. 가장 위에 도시된 그래프의 실선(51`)은 구조(51)와 비교할 때 수평방향으로 일정거리 이격된 제2 마스크 구조를 도시한다. 마스크 구조(51`)는, 도 6b의 중간 그래프에 도시된 바와 같이, 강도 분포(55`)가 최대 기준선(57)을 넘어서는 오브젝트 면의 강도 분포(55`)를 형성한다. 따라서 웨이퍼의 대응되는 위치에는 도 6a에 도시된 제1 노출에 의하여 생성된 종래의 구조(61) 사이에 새로운 구조(61`)가 생성될 수 있다.
따라서 광 경로 상에 위상 마스크가 형성된 반사경과 두 단계의 노출을 통하여 상대적으로 구조물은 감소시키면서도 주목할 만큼 해상도를 증가시킬 수 있게 된다.
이 방법은 서로 다른 마스크에 대한 연속적인 노출을 수행하는 것에 제한되지 않는다. 도 6a 및 도 6b와 유사하게 도 7a, 7b 및 7c에 개략적으로 도시한 바와 같이, 동일한 레지스트에 대하여 연속적인 3번의 리소그래피 방법을 적용함에 있어서 밀도가 증가된 구조를 형성할 수 있다.
본 발명은 이미지 광 경로 상에 위상 마스크가 형성되며, 유전층이 연속적으로 적층된 영역이 마련된 반사경을 포함하는 반사식 결상 광학계를 가지는 투영 노광 시스템의 리소그래피 방법을 제안한다. 바람직하게는, 위상 마스크가 형성된 반사경의 영역은 결상되는 포인트(DOF)의 이미지가 축 방향으로는 증가되고(또는 증가되거나), 결상되는 포인트의 이미지가 폭 방향으로는 감소되도록 한다. 또한, 바람직하게는, 동일한 발광 감도를 가진 기판에 대한 복수회의 노광을 통하여 해상도는 증가시키고 생산되는 투사 구조(trace structure)의 크기는 상대적으로 축소시킨다.

Claims (18)

  1. 오브젝트 면(object plane)에 배치된 오브젝트 필드(object field)를 이미지 면(image plane)에 배치된 이미지 필드(image field)로 결상하는 투영 노광 시스템(projection expose system)으로서,
    오브젝트 면에 마스크(mask)를 지지하기 위한 마스크 지지부, 및
    상기 오브젝트 면에 배치된 상기 마스크에 의해 한정되는 패턴을 복수개의 반사경(mirror)을 포함하는 결상 광학계의 이미지 면에 전사하기 위한 반사식 결상 광학계(catoptric imaging optics)를 포함하고,
    상기 반사경 중 적어도 하나는 위상 마스크(phase mask)로서 형성된 반사경이고,
    위상 마스크로서 형성된 상기 반사경은 복수의 유전층(dielectric layer)이 마련된 표면을 갖는 기판(substrate)을 포함하며, 상기 기판의 표면은 그 위에 제공되는 상기 유전층의 층 방향과 평행하게 연장하는 연속 영역을 포함하며, 직접적으로 인접하는 인접 영역은 상기 층 방향을 가로질러 연장하는 표면 부분에 의해 서로 분리되고,
    상기 복수의 유전층은 상기 직접적으로 인접하는 인접 영역들 각각의 위에 마련되는 것을 특징으로 하는 투영 노광 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 표면의 복수개의 상기 연속 영역에 동일한 개수의 유전층이 마련된, 투영 노광 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 표면의 영역은 교대로 상기 기판에서 돌출된 영역과 함몰된 영역인, 투영 노광 시스템.
  4. 오브젝트 면에 배치된 오브젝트 필드를 이미지 면의 이미지 필드로 결상하기 위한 투영 노광 시스템으로서,
    오브젝트 면에 마스크를 지지하기 위한 마스크 지지부, 및
    상기 오브젝트 면에 배치된 상기 마스크에 의해 한정되는 패턴을 복수개의 반사경을 포함하는 결상 광학계의 이미지 면에 전사하기 위한 반사식 결상 광학계를 포함하고,
    상기 반사경 중 적어도 하나는 위상 마스크로서 형성된 반사경이고,
    위상 마스크로서 형성된 상기 반사경은 복수의 유전층이 마련된 표면을 갖는 기판을 포함하며, 상기 반사경은 상기 기판 상에 마련된 복수의 유전층에 대해 상이한, 인접하게 배치된 50개 이상의 연속 영역들을 나타내는 것을 특징으로 하는 투영 노광 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    인접하게 배치된 상기 영역들은 교대로 상기 기판 상에 마련된 더 많은 수와 더 적은 수의 유전층을 포함하고, 상기 유전층은 상기 기판 상에 연속적으로 부착되어 있는, 투영 노광 시스템.
  6. 청구항 1 또는 4에 있어서,
    상기 영역들은 연장된 띠 형상을 나타내는, 투영 노광 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 영역들은 상기 결상 광학계의 광학 축을 중심으로 환상선(circular line, 環狀線)을 따라 연장하는, 투영 노광 시스템.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 반사경의 상이한 영역의 개수는 50보다 큰 투영 노광 시스템.
  9. 청구항 1 또는 4에 있어서,
    상기 유전층의 재료는 MoSi 층을 포함하는 투영 노광 시스템.
  10. 청구항 1 또는 4에 있어서,
    위상 마스크로서 형성된 상기 반사경의 영역들은 상기 결상 광학계의 상기 결상 포인트(DOF)에서 이미지의 축 방향의 신장을 증가하도록 구성되는, 투영 노광 시스템.
  11. 청구항 1 또는 4에 있어서,
    위상 마스크로서 형성된 상기 반사경의 영역들은 상기 결상 광학계의 상기 결상 포인트에서 이미지의 폭 방향의 신장을 감소하도록 구성되는, 투영 노광 시스템.
  12. 청구항 1 또는 4에 있어서,
    위상 마스크로서 형성된 상기 반사경은, 퓨필(pupil)면에 근접하여 배치되며, 상기 퓨필면과 퓨필면에 가장 인접하게 배치된 필드 면 사이 거리의 0.3배 보다 작은 상기 결상 시스템의 광학 축을 따른 상기 결상 광 경로의 퓨필면으로부터의 거리를 갖는, 투영 노광 시스템.
  13. 소정의 방사 강도 분포로 기판을 노광하는 리소그래피 방법에 있어서,
    청구항 1 또는 4에 기재된 투영 노광 시스템을 사용하는 단계,
    제1 마스크를 선택하여, 상기 제1 마스크를 오브젝트 면에 배치하는 단계,
    상기 제1 마스크와 관련되는 위상 마스크로서 형성된 제1 반사경을 선택하여, 위상 마스크로서 형성된 상기 제1 반사경을 결상 광 경로 상에 배치하는 단계,
    소정의 제1 방사 강도 분포(radiation intensity distribution)로 상기 기판을 노광하기 위하여 상기 제1 마스크를 조명하는 단계를 포함하되,
    상기 방법은:
    상기 제1 마스크와는 상이한 제2 마스크를 선택하여, 상기 제2 마스크를 상기 오브젝트 면에 배치하는 단계,
    위상 마스크로서 형성된 상기 제1 반사경과는 상이하고 상기 제2 마스크와 관련되는 위상 마스크로서 형성된 제2 반사경을 선택하여, 위상 마스크로서 형성된 상기 제2 반사경을 상기 결상 광 경로 상에 배치하는 단계,
    소정의 제2 방사 강도 분포로 상기 기판을 노광하기 위하여 상기 제2 마스크를 조명하는 단계를 순차적으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 방사 강도 분포로 노광한 후 상기 기판의 노광된 방사 민감층(exposed radiation sensitive layer)을 현상(developing)하고, 상기 기판을 처리(processing)하고, 상기 제2 방사 강도 분포로 노광하기 전에 상기 기판에 다른 방사 민감층을 부착하는 단계를 더 포함하는 리소그래피 방법.
  15. 소정의 방사 강도 분포로 기판을 노광하는 리소그래피 방법에 있어서,
    청구항 1 또는 청구항 4에 기재된 투영 노광 시스템을 사용하는 단계,
    제1 마스크를 선택하여, 상기 제1 마스크를 오브젝트 면에 배치하는 단계,
    소정의 제1 방사 강도 분포로 상기 기판을 노광하기 위하여 상기 제1 마스크를 조명하는 단계를 포함하되,
    상기 방법은:
    상기 제1 마스크와 상이한 제2 마스크를 선택하여, 상기 제2 마스크를 상기 오브젝트 면에 배치하는 단계, 및
    소정의 제2 방사 강도 분포로 상기 기판을 노광하기 위하여 상기 제2 마스크를 조명하는 단계 - 상기 기판의 동일한 방사 민감층이 상기 제1 방사 강도 분포와 상기 제2 방사 강도 분포로 노광됨 -
    를 순차적으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 리소그래피 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    복수개의 마스크들로부터 상기 제1 마스크 및 상기 제2 마스크와 상이한 제3 마스크를 선택하여, 상기 제3 마스크를 상기 오브젝트 면에 배치하는 단계, 및
    상기 기판의 상기 동일한 방사 민감층을 제3 방사 강도 분포로 더 노광하도록 상기 제3 마스크를 조명하는 단계를 더 포함하는, 리소그래피 방법.
  17. 청구항 6에 있어서,
    상기 반사경의 상이한 영역의 개수는 100보다 큰 투영 노광 시스템.
  18. 청구항 1 또는 4에 있어서,
    위상 마스크로서 형성된 상기 반사경은, 퓨필(pupil)에 근접하여 배치되며, 퓨필면과 상기 퓨필면에 가장 인접하게 배치된 필드 면 사이 거리의 0.2배 보다 작은 상기 결상 시스템의 광학 축을 따른 상기 결상 광 경로의 퓨필면으로부터의 거리를 갖는, 투영 노광 시스템.
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