KR102056795B1 - 투영 리소그래피용 투영 노광 장치 - Google Patents

투영 리소그래피용 투영 노광 장치 Download PDF

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Abstract

투영 리소그래피용 투영 노광 장치(1)는 조명 광(4)을 생성하기 위한 광원(3)을 포함한다. 조명 광학 유닛(5)은 조명 광(4)을 오브젝트 필드(14)에 가이드한다. 적어도 하나의 곡선형 미러를 갖는 반사 굴절식 투영 광학 유닛(11)은 오브젝트 필드(14)의 오브젝트(7)를 이미지 필드(14a)의 기판(13) 상으로 이미징한다. 오브젝트 변위 드라이브(7b) 및 기판 변위 드라이브(13b)는 오브젝트(7) 및 기판(13)을 변위하는 역할을 한다. 보상 장치(43, 44)는 그룹으로부터의 상기 필드 중 적어도 하나의 곡률에 의해 초래된 상기 투영 광학 유닛(11)의 수차를 보상한다. 보상 장치(43, 44)는 상기 투영 노광 동안 상기 조명 광(4)의 파장을 조작하기 위한 파장 조작 장치(44)를 포함한다. 이것의 결과는 투영 노광 장치이고, 여기서 투영 광학 유닛의 이미징 품질이 특히 필드 곡률을 고려하여 최적화된다.

Description

투영 리소그래피용 투영 노광 장치{PROJECTION EXPOSURE APPARATUS FOR PROJECTION LITHOGRAPHY}
독일 특허 출원(10 2012 211 256.1)의 내용은 참조에 의해 본 명세서에서 통합된다.
본 발명은 투영 리소그래피용 투영 노광 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 투영 노광 장치를 사용하는 구조화된 구성요소를 제조하기 위한 방법 및 이러한 방법에 따라 제조된 마이크로구조화된 또는 나노구조화된 구성요소에 관한 것이다.
투영 리소그래피용 투영 노광 장치는 US 4,811,055 A, WO 2009/030 444 A2, WO 2006/013 100 A2, WO 2009/018911 A1, US 2003/0 133 087 Al 및 US 2010/0 201 962 A1로부터 알려진다. US 2008/0 204 682 A1는 노광 방법 및 노광 장치 및 장치 제조 방법을 개시한다. US 4,883,352는 심자외선 리소그래피에 관한 것이다.
반사 굴절식 투영 광학 유닛은 투영 노광 동안 요구되는 고품질 오브젝트 이미징을 가능하게 한다. 여기서, 특히 DUV(심자외선) 범위의 파장, 즉, 300nm 미만, 250nm 미만, 200nm 미만, 예컨대 193nm 미만 또는 더 짧은 파장을 갖는 조명 광이 사용된다.
이러한 투영 광학 유닛의 이미징 품질은 상당히 높아서, 외부 영향, 예컨대, 이미징될 오브젝트의 형상 상에서 또는 이미징이 발생되어야 하는 기판상에서의 중력의 영향은 무시될 수 없다. 투영 광학 유닛의 수직 설계 및 오브젝트 필드 및/또는 이미지 필드의 상응하는 수평 위치의 경우에 특히, 오브젝트 및/또는 그 자체가 바람직하지 않은 기판의 아칭이 중력 유도 새깅(sagging)으로 인해 발생할 수 있다. 이러한 새깅은 실제로 곡선형 오브젝트 필드가 이미징되어야 하고 및/또는 이미징이 곡선형 이미지 필드 상에 발생할 필요가 있는 조건을 야기한다.
중력에 의해 영향을 받지 않되 오브젝트 또는 기판상에서 발생할 수 있는 토폴로지컬 효과는 또한 이미징 품질을 손상시키는 평면 상태로부터 오브젝트 필드 또는 이미지 필드의 편차를 야기한다.
본 발명의 목적은 투영 광학 유닛의 이미징 품질이 특히 필드 곡률을 고려하여 최적화되는 방식으로 투영 노광 장치를 발달시키는 것이다.
본 발명에 있어서, 이러한 목적은 투영 리소그래피용 투영 노광 장치에 의해 성취되고, 상기 투영 노광 장치는,
- 조명 광을 생성하기 위한 광원을 갖고,
- 상기 조명 광을 오브젝트 필드에 가이드하기 위한 조명 광학 유닛을 갖고,
- 상기 오브젝트 필드에 배열되는 오브젝트를 이미지 필드에 배열되는 기판 상으로 이미징하기 위한 적어도 하나의 곡선형 미러를 갖는 반사 굴절식 투영 광학 유닛을 갖고,
- 상기 오브젝트를 홀드하기 위한 오브젝트 홀더를 갖고,
- 상기 오브젝트의 투영 노광 동안 상기 오브젝트 필드를 통해 상기 오브젝트를 변위하기 위한 오브젝트 변위 드라이브를 갖고,
- 상기 기판을 홀드하기 위한 기판 홀더를 갖고,
- 상기 투영 노광 동안 상기 이미지 필드를 통해 상기 기판을 변위하기 위한 기판 변위 드라이브를 갖고,
- 오브젝트 필드 및 이미지 필드를 포함하는 그룹으로부터의 상기 필드 중 적어도 하나의 곡률에 의해 초래된 상기 투영 광학 유닛의 수차를 보상하기 위한 보상 장치를 가지며,
- 상기 보상 장치는 상기 투영 노광 동안 상기 조명 광의 파장을 조작하기 위한 파장 조작 장치를 포함한다.
본 발명에 있어서, 오브젝트 필드 곡률 또는 이미지 필드 곡률에 의해 그리고 특히 오브젝트 또는 기판의 아칭에 의해 유발된 수차가 사용된 광원의 변형 또는 조작을 기반으로 한 보상에 의해 보상될 수 있음이 입증되었다. 이러한 공정에서, 투영 노광 장치가 동작하여, 이미징 동안의 필드 곡률은 동작 동안 변형되고, 투영 광학 유닛의 이미징 능력은 이미징될 오브젝트 및 이미징이 발생할 기판의 현재 형태에 적응된다. 적어도 하나의 곡선형 미러를 갖는 반사 굴절식 투영 광학 유닛에서의 조명 강의 파장의 조작은 페츠발 합계(Petzval sum)에서의 변화를 야기한다. 우수한 근사치를 위하여, 이하의 식이 적용된다:
Figure 112014124421429-pct00001
여기서, P는 이하의 식이 적용되는 반사 굴절식 투영 광학 유닛의 페츠발 합계이다:
Figure 112014124421429-pct00002
λ는 조명 광(4)의 파장이고,
nG는 반사 굴절식 투영광학 유닛의 렌즈 소자 물질의 굴절률이고,
nL은 투영 광학 유닛의 광학 구성요소들 사이의 굴절률이고,
r1 및 r2는 반사 굴절식 투영 광학 유닛의 개별적인 렌즈 소자의 입사 표면과 출사 표면의 꼭지점 반경이며,
r은 반사 굴절식 투영 광학 유닛의 개별적인 미러의 곡률의 꼭지점 반경이다.
상기 공식은 단일 물질 시스템에 있어서 예시적인 방식으로 상기 제시되고, 즉, 모든 렌즈 소자가 굴절률(nG)을 갖는 동일한 물질로 만들어지는 것으로 가정한다. 물론, 대안적으로, 다수의 상이한 렌즈 소자 물질을 갖는 반사 굴절식 투영 렌즈 설계에서 본 발명을 사용하는 것 또한 가능하다.
글라스의 굴절률(nG(λ))은 분산의 결과로서 조명 광의 파장에 의존하므로, 파장 조작은 페츠발 합계의 현재 값 그리고 필드 곡률에 대한 영향에 접근할 수 있다. 그러므로, 특히 중력에 의해 유발되는 아칭의 결과로서 평면 상태로부터의 오브젝트 또는 기판의 편차로 인한 필드 곡률은 파장 조작에 의해 보상될 수 있다.
이하의 맥락에서, "아칭"은 이미징될 오브젝트의 베이스 표면 또는 웨이퍼의 베이스 표면의 광학 축 방향으로의 임의의 편차를 의미하는 것으로 이해되고, 상기 표면상에서 이미징이 발생해야 한다. 여기서, "오브젝트의 베이스 표면"은 이미징될 구조를 운반하는 표면을 의미하도록 이해된다.
원칙적으로, 보상 장치의 도움으로, 투영 과학 유닛의 적어도 하나의 광학 구성요소의 형태의 변화를 보상하는 것이 또한 가능하고, 이러한 형태의 변화는 필드 곡률에 대한 영향을 갖는다. 예시로서, 형태의 이러한 변화는 조명 광의 잔여 흡수의 결과로서 투영 광학 유닛의 굴절 또는 굴절 광학 구성요소의 가열에 의해 유발될 수 있다. 이런 경우에, 보상 장치는 또한 보상될 효과의 시간 상수에 일치하는 더 긴 시간 상수를 갖고 동작할 수 있다.
반사 굴절식 투영 광학 유닛은 광학적 구성요소 등, 대안적으로 폴딩된 투영 광학 유닛, 특히 동공에 인접하게 위치된 정확히 하나의 미러를 갖는 선형 배열이 될 수 있다. 예시로서, 이러한 투영 광학 유닛은 US 2003/0234912 A1로부터 알려진다.
0.1nm 미만의 영역에서 파장을 동조하는 것이 가능한 파장 조작 장치의 일 실시예는 실질적인 요건에 충분한 것으로 알려진다. 이러한 동조가능성은 여전히 DUV 투영 리소그래피를 위해 통상적으로 사용되는 가스 레이저의 자연 방사 대역폭에 여전히 놓인다.
파장 조작이 1s 미만의 기간 내에 발생하는 파장 조작 장치의 일 실시예는 투영 노광의 스캐닝 공정 동안의 보상을 가능하게 한다. 예시로서, 제 1 사용된 광 파장은 스캐닝 공정의 시작에서 설정될 수 있고, 이것은 파장 조작 장치에 의하여 스캐닝 공정 동안 미리 결정된 방식으로 변형된다. 파장 조작의 시간 상수는 1s 미만, 예컨대 0.5s, 0.1s 또는 그보다 더 짧을 수 있다. 보상 장치가 열적 효과의 보상에 사용될 정도로, 시간 상수는 1s 보다 훨씬 길 수 있고 예컨대 1분 또는 그 이상의 영역에 놓일 수 있다.
광원의 부분으로서 파장 조작 장치의 또는 파장 가변 레이저 공진기를 포함하는 실시예는 현재 사용된 광원을 기반으로 실현될 수 있다. 가변 레이저 공진기의 파장 가변성은 레이저 공진기에서 하우징되는 스펙트럼 선택 구성요소, 예컨대 필터 또는 그레이팅에 의해 실현될 수 있다. 대안적으로, 파라메틱 주파수 변환에 의해 파장 가변 레이저 공진기를 실현하는 것이 가능하다.
광원으로부터 분리되게 배열된 적어도 하나의 유닛을 포함하는 파장 조작 장치는 스펙트럼 선택 구성요소, 예컨대 격자 또는 필터에 의해 마찬가지로 실현될 수 있다. 대안으로, 파라메틱 주파수 변환 또한 이러한 경우에 가능하다.
광원은 가스 레이저 또는 고체 상태 레이저가 될 수 있다. 고체 상태 레이저의 경우에, 이것은 다이오드 펌핑된 고체 상태 레이저가 될 수 있다. 투영 노광 동안 사용된 광에 대하여 파장 동조 유닛을 변위시키기 위하여 적어도 하나의 변위 드라이브를 갖는 파장 조작 장치의 실시예의 결과로서, 적응적 주파수 변환이 파장 조작 장치에 의해 실현될 수 있다. 상이한 미리 결정된 사용된 광 파장은 변위 드라이브에 의해 미리 결정된 파장 조작 장치의 위치에 의존하여 생성된다.
파장 조작 장치에 더하여, 보상 장치는 투영 노광 동안,
- 오브젝트,
- 기판,
- 투영 광학 유닛의 적어도 하나의 광학 구성요소를 포함하는 그룹으로부터의 적어도 하나의 광학 구성요소를 변위시키기 위한 적어도 하나의 변위 조작기를 포함할 수 있다. 적절한 변위 조작기에 의해 오브젝트 또는 기판을 변위하는 것 또한 가능하다. 특히, 다수의 변위 조작기가 제공될 수 있다. 변위 조작기의 통상적인 변위 경로는 50㎛ 미만이 될 수 있다. 상응하는 변위 조작기는 예컨대 압전 액추에이터에 의해 실현될 수 있다.
광학 축만을 따르는 변위 - 변위 조작기는 투영 광학 유닛의 광학 축만을 따르는 개별적인 구성요소를 변위하도록 구성됨 - 는 필드 아칭 의존 수차를 보상하는데 특히 적절한 것으로 알려졌다.
투영 광학 유닛의 오브젝트 필드가 탈축 배열된 결과, 즉, 미러 표면의 형상을 기재하기 위해 사용될 기준 축이 오브젝트 필드를 통과하지 않는 결과, 경사지지 않은 원래 위치로부터 이미지 필드의 경사를 미리 결정하는 것이 또한 가능하다. 이것은 마찬가지로 탈축인 이미지 필드의 중심에 대하여 대칭 필드 아칭을 실현할 수 있다.
투영 광학 유닛의 굴절 광학 구성요소가 변위 조작기를 갖는 변위 조작기의 배열이 특히 적절한 것으로 알려져 있다.
오브젝트 필드에 배열되는 오브젝트를 이미지필드에 배열되는 기판상에 이미징하기 위한 적어도 하나의 곡선형 미러를 갖는 반사 굴절식 투영 광학 유닛 - 본 발명에 따른 투영 노광 장치에서의 용도에 적함함 - 은 필드 곡률 보상을 가능하게 하지 않는 기존의 투영 광학 유닛에 대한 교체 투영 광학 유닛으로서 사용될 수 있다. 투영 광학 유닛은 투영 노광 동안 투영 광학 유닛의 적어도 하나의 광학 구성요소를 변위하기 위한 적어도 하나의 변위 조작기를 갖는 보상 장치를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 변위 조작기는 본 발명에 따른 투영 노광 장치의 맥락에서 상기 언급된 바와 같이 구성될 수 있다. 투영 광학 유닛의 굴절 광학 구성요소만이 변위 조작기를 가질 수 있다.
구조화된 구성요소를 제조하는 방법은:
- 레티클 및 웨이퍼를 제공하는 단계,
- 본 발명에 따른 투영 노광 장치의 도움으로 상기 웨이퍼의 감광성 층 상으로 상기 레티클 상의 구조를 투영하는 단계,
- 상기 오브젝트 변위 드라이브와 기판 변위 드라이브의 상응하는 구동의 도움으로 상기 투영 노광 동안 상기 레티클 및 상기 웨이퍼를 동기화 스캐닝하는 단계,
- 상기 보상 장치의 도움으로 스캐닝 동안 상기 투영 노광 장치를 재조정하는 단계, 및
- 상기 웨이퍼 상에 마이크로구조 및/또는 나노구조를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 구조화된 구성요소를 제조하는 방법 및 이러한 방법에 따라 제조된 마이크로구조화된 또는 나노구조화된 구성요소의 장점은 본 발명에 따른 투영 노광 장치를 참조하여 상기 기재된 장점과 상응한다.
본 발명의 예시적인 실시예는 도면을 기초로 이하에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1은 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치의 광학적 주요 그룹의 자오 단면을 개략적으로 도시한다.
도 2는 투영 노광 장치의 즉, 렌즈 소자 및 미러를 갖는 반사 굴절식 투영 광학 유닛의 더욱 상세한 자오 단면을 도시한다.
도 3은 투영 광학 유닛의 오브젝트 필드의 영역의 레티클의 형태인 오브젝트의 도면을 도시하고, 여기서, 오브젝트의 아칭(arching)이 확대된 방식으로 도시된다.
도 4는 도 2에 따른 투영 광학 유닛의 이미지 필드의 상당히 확대된 평면도를 도시한다.
도 5는 2개의 사용된 방사 대역폭(emission bandwidth)을 갖는 투영 노광 장치의 광원의 자연적인 방사 대역폭을 도시하고, 이것은, 예시적인 방식으로 도시되며 2개의 상이한 중심 파장(λ1; λ2)에 대하여 선택적으로 조절될 수 있다.
도 6은 인트라 캐비티에 배열된, 즉, 공진기 내에 배열된 파장 동조 유닛을 갖는 가변 레이저 공진기의 형태의 광원의 실시예를 도시한다.
도 7은 사용된 방사 파장을 동조하기 위한 외부 파장 동조 유닛을 갖는 레이저 공진기의 형태와 마찬가지로, 도 6의 도시와 유사하게 광원의 추가 실시예를 도시한다.
도 8은 프린지 분류를 사용하는 제르니케 단항식의 확장으로 도시되는, 도 2에 따른 투영 광학 유닛의 잔여 수차의 히스토그램 도면을 도시하고, 여기서, 히스토그램 바 높이는 개별적인 제르니케 단항식의 기여의 상대적인 측정을 도시한다.
광학적 주요 그룹에 있어서, 투영 광학 장치(1)는 도 1에서 자오 단면으로 개략적으로 도시된다. 이러한 개략적인 도면은 굴절 광학 소자로서 광학 주요 그룹을 도시한다. 그러나, 광학 주요 그룹은 회절 또는 굴절 구성요소 또는 광학 구성요소의 굴절/회절/반사 세트의 결합 또는 하위 결합으로써 쉽게 구현될 수 있다.
위치 관계의 도시를 간략화하기 위하여 xyz 좌표계가 아래에서 하단에서 사용된다. 도 1에서, x-축은 도면의 평면에 수직으로 그리고 도면의 뒤쪽으로 연장한다. y-축은 도 1에서 상부로 연장한다. 도 1에서, z-축은 우측으로 그리고 투영 노광 장치(1)의 광학 축(2)에 평행하게 연장한다. 필요할 경우 광학 축(2)은 또한 여러 번 접힐 수 있다.
투영 노광 장치(1)는 조명 또는 이미징 빔(4)의 형태인 사용된 광을 생성하는 광 또는 방사선원(3)을 포함한다. 사용된 광(4)은 예컨대 100nm에서 200nm 사이의, 예컨대 193nm의 심자외선 범위(DUV)의 파장을 갖는다.
투영 노광 장치(1)의 조명 광학 유닛(5)은 투영 노광 장치(1)의 방사선원(3)으로부터 오브젝트 평면(6)에 사용된 광(4)을 가이드한다. 투영 노광 장치(1)에 의해 이미징될 레티클(7)의 형태인 오브젝트는 오브젝트 평면(6)에서 배열된다. 도 1에서, 레티클(7)은 점선 방식으로 도시된다. 레티클(7)은 오브젝트 홀더의 형태인 홀딩 장치(7a)(도 2와 비교)에 의해 홀드된다. 오브젝트 홀더(7a)는 오브젝트 변위 드라이브(7b)(도 2와 비교)에 기계적으로 연결된다. 오브젝트 변위 드라이브(7b)에 의해, 레티클(7)은 레티클(7) 상에서 오브젝트 또는 레티클 섹션의 투영 노광 동안 오브젝트 평면(6)에서 변위된다. 그러므로, 제어된 스캐닝 변위는 오브젝트 변위 드라이브(7b)에 의해 가능하다.
제 1 광학적 주요 그룹으로서, 조명 광학 유닛(5)은 동공 형성 광학 유닛(8)을 먼저 포함한다. 후자는 다운스트림 동공 평면(9)에서 사용된 광(4)의 한정된 강도 분포를 생성하는 역할을 한다. 더욱이, 동공 형성 광학 유닛(8)은 상이한 조명 세팅을 규정(prescribing)하기 위한 설정 장치로서 역할을 한다. 예컨대 조절가능한 광학 구성요소 또는 교환가능한 스탑을 포함하는 상응하는 세팅 장치가 당업자에게 알려진다. 동공 형성 광학 유닛(8)은 동공 평면(9)에서 복수의 제 2 광원의 방사선원(3)을 이미징한다. 동공 형성 광학 유닛(8)은 필드 형성 기능을 추가적으로 또한 가질 수 있다. 패싯 소자, 허니콤 소자 및/또는 회절 광학 소자는 동공 형성 유닛(8)에서 사용될 수 있다. 동공 평면(9)은 투영 노광 장치(1)의 투영 렌즈(11)의 추가 동공 평면(10)에 광학적으로 켤레이다. 투영 렌즈(11)는 오브젝트 평면(6)과 이미지 평면(12) 사이의 조명 광학 유닛(5)의 다운스트림에 배열된다. 기판 또는 웨이퍼(13)는 이미지 필드(12)에서 배열되고 도 1에서 점선 방식으로 도시된다. 웨이퍼(13)는 기판 홀더의 형태인 홀딩 장치(13a)에 의해 홀드된다. 기판 홀더(13a)는 기판 변위 드라이브(13b)에 연결된다. 후자에 의해, 오브젝트 변위 드라이브(7b)에 의한 오브젝트 변위에 동기화되는, 웨이퍼(13)의 제어된 스캐닝 변위가 결국 가능하다.
오브젝트 평면(6)의 오브젝트 필드(14)는 이미지 평면(12)의 이미지 필드(14a)의 투영 렌즈(11)에 의해 이미징된다. 투영 노광 동안, 노광될 레티클(7)의 개별적인 섹션은 오브젝트 필드(14)를 통해 변위되고 노광될 웨이퍼(13)의 개별적인 섹션은 이미지 필드(14a)를 통해 변위된다.
오브젝트 필드(14)와 이미지 필드(14a)는 탈축으로 배열된다. 그러므로, 광학 축(2)은 오브젝트 필드(14) 또는 이미지 필드(14a)와 교차하지 않는다.
도 4는 도 2에 비해 상당히 확대된 평면도로 이미지 필드(14a)를 도시한다. 이미지 필드(14a)가 도시된, 광학축(2) 주변의 원형(E)가 또한 설명된다. 도 4는 이미지 필드(14a)의 탈축 배열을 명확하게 한다. x-방향으로, 이미지 필드(14a)는 26mm의 크기를 갖는다. y-방향으로, 이미지 필드(14a)는 5.5mm의 크기를 갖는다. 원형(E)은 16mm의 반경(R)을 갖는다.
이미지 필드(14a)는 직사각형이다.
조명 광학 유닛(5)의 추가 광학적 주요 그룹으로서 필드 렌즈 소자 그룹(15)은 동공 형성 광학 유닛(8)에 배열된 동공 평면(9)의 다운스트림에 배열된다. 오브젝트 평면(6)에 켤레인 중간 이미지 평면(16)은 필드 렌즈 소자 그룹(15) 뒤에 배열된다. 그러므로, 필드 렌즈 소자 그룹(15)은 콘덴서 그룹이 된다. 오브젝트 필드(14)의 주변 리미트를 미리한정하기 위한 스탑(17)은 중간 이미지 평면(16)에 놓인다. 스탑(17)은 또한 REMA(레티클 마스킹) 스탑(레티클(7)을 스탑다운하기 위한 시스템)으로 지칭된다.
중간 이미지 평면(16)은 REMA 렌즈 소자 그룹으로도 지칭되는 렌즈 그룹(18)에 의해 오브젝트 평면(6)내로 이미징된다. 렌즈 그룹(18)은 조명 광학 유닛(5)의 추가 광학 주요 그룹이 된다.
도 2는 보다 상세하게 투영 광학 유닛(11)의 반사 굴절식 설계를 도시한다. 도 1을 참조하여 상기 기재되는 구성요소에 상응하는 구성요소는 동일한 참조 부호로 표시되고 다시 상세하게 기재되지 않을 것이다. 도 2는 상부 주면 필드 지점 및 하부 주변 필드 지점으로부터 나아가는 사용된 광(4)의 이미징 빔 경로를 도시하며, 주 광선(19) 및 코마 또는 주면 광선(20)은 각각의 경우에 도시된다.
사용된 광(4)의 이미징 빔 경로에서, 3개의 렌즈 소자(21, 22 및 23)는 오브젝트 필드(14)의 다운스트림에 먼저 배열된다. 3개의 렌즈 소자의 각각은 z-축을 따라, 즉, 광학 축(2)를 따라 렌즈 소자를 변위시키기 위한 변위 조작기(24, 25, 26)를 갖는다. 오브젝트 변위 드라이브(7b)는 z-축을 따라 레티클(7)의 변위를 가능하게 한다. 기판 변위 드라이브(13b)는 z-축을 따른 기판(13)의 변위를 가능하게 한다.
평면 평행 플레이트(27)는 사용된 광(4)의 이미징 빔 경로의 렌즈 소자(23)의 다운스트림에 배열되고, 이러한 평면 평행 플레이트는 오브젝트 평면(6) 뒤에서 투영 노광 유닛(11)의 제 1 동공 평면의 영역에 배열된다. 2개의 추가 렌즈 소자(28, 29)는 사용된 광(4)의 이미징 빔 경로의 평면 평행 플레이트(27)의 다운스트림에 배열된다. 결국, 렌즈 소자(28)는 z-변위 조작기(30)에 연결된다.
2개의 미러(M1, M2)를 갖는 미러 그룹은 투영 광학 유닛(11)의 렌즈 소자(29)의 다운스트림에 배열되고, 이러한 미러는 이미징 빔 경로의 시퀀스에 따라 넘버링되며, 이러한 시퀀스에서 충돌된다. 2개의 미러(M1 및 M2)는 오목 미러이다.
투영 광학 유닛(11)의 중간 이미지 평면은 미러 그룹의 정면의 마지막 렌즈 소자(29)와 미러(M1) 사이의 빔 경로에 놓인다. 투영 광학 유닛(11)의 추가 동공 평면은 2개의 미러(M1 및 M2) 사이의 빔 경로에 놓인다. 투영 광학 유닛(11)의 추가 중간 이미지 평면은 사용된 광(4)의 빔 경로의 미러(M2)의 다운스트림에 배열된다.
투영 광학 유닛(11)의 추가 렌즈 소자(31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 및 39)는 이러한 추가 중간 이미지 평면의 다운스트림의 사용된 광(4)의 이미징 빔 경로에 배열된다. 투영 광학 유닛(11)의 추가 동공 평면(40)은 렌즈 소자(36 및 37) 사이의 빔 경로에 배열된다. 투영 광학 유닛(11)의 추가 동공 평면(40)은 렌즈 소자들(36 및 37) 사이의 빔 경로에 배열된다. 여기서, 스탑(40a)은 주변 동공 리미트를 보장한다.
렌즈 소자(31 및 36)는 결국 z-변위 조작기(41, 42)에 개별적으로 연결된다.
이미지 필드(14a)의 앞에 있는 마지막 렌즈 소자(39)는 침지 렌즈 소자이다. 액체의 층, 예컨대, 물의 층은 이러한 마지막 렌즈(39)의 출구 표면과 웨이퍼(13) 사이에 배열된다.
투영 광학 유닛(11)의 이미지 필드 측 개구수는 1.35이다. 이미징 치수는 β=-0.25이다. 그러므로, 투영 광학 유닛(11)은 4의 인수만큼의 감소를 제공한다.
이하의 표는 도 2에 도시되는 투영 노광장치의 설계 데이터를 도시한다. 오브젝트 평면(6)에서 시작하여, 표 1은, 제 1 "표면"열에서, 투영 광학 유닛(11)의 광학 표면, 즉, 렌즈 소자(21 내지 23)의 광학 표면, 평면 평행 플레이트(27)의 광학 표면(표면 7 및 8), 렌즈 소자(28 및 29)의 광학 표면, 미러(M1 및 M2)의 광학 표면(표면 13 및 표면 14) 및 렌즈 소자(31 내지 39)의 광학 표면을 도시하고, 좌측에서 우측으로 넘버링된다. 표면(27)은 렌즈 소자(36 및 37) 사이의 동공 평면(40)의 위치를 나타낸다. 표면(0 및 34)은 오브젝트 평면(6) 및 이미지 평면(12)을 표시한다.
"반경(radii)"열은 개별적인 광학 표면의 곡률의 반경을 재현한다. "두께"열은 후속하는 광학 표면에 대한 개별적인 광학 표면의 거리를 재현한다.
"물질"열은 활용된 렌즈 소자 물질에 관한 정보 및 광학 구성요소 사이를 충전하는 퍼지 가스에 관한 정보를 제공한다. 퍼지 가스는 대기압에서 질소이다. 렌즈 소자(39)의 출사 표면(표면 33)과 이미지 평면(12)(표면 34)사이에서, 물(H2O)은 침지 액체로서 제시된다.
"인덱스"열은 사용된 광(4)의 다수의 파장에 대한 물질의 굴절률을 명시한다. 이러한 파장은 193.380nm(인덱스 1), 193.280nm(인덱스 2) 및 193.480nm(인덱스 3)이다.
"반경(radius)"열은 개별적인 광학 구성요소의 명확한 직경의 절반을 재현한다.
[표 1]
Figure 112014124421429-pct00003
렌즈 소자(21)의 출사 표면(표면 2), 렌즈 소자(22)의 입사 및 출사 표면(표면 3 및 4), 렌즈 소자(23)의 출사 표면(표면 6), 렌즈 소자(28)의 입사 표면(표면 9), 렌즈 소자(29)의 입사 및 출사 표면(표면 11 및 12), 미러 표면(표면 13 및 14), 렌즈 소자(31)의 입사 및 출사 표면(표면 15 및 16), 렌즈 소자(32)의 입사 표면(표면 17), 렌즈 소자(23)의 출사 표면(표면 20), 렌즈 소자(34 및 35)의 입사 및 출사 표면(표면 21 내지 24), 렌즈 소자(36)의 출사 표면(표면 26), 렌즈 소자(37)의 출사 표면 (표면 29) 및 렌즈 소자(38)의 출사 표면(표면 31)은 비구면 렌즈 소자 방정식에 따라 비구면 표면으로 구현된다:
Figure 112014124421429-pct00004
여기서, ρ=1/r은 비구면 렌즈 소자의 꼭지점의 표면의 곡률이다. h는 z-방향으로 연장하는, 광학 축으로도 불리는 광학 표면의 회전 대칭의 축으로부터 비구면 렌즈 소자의 광학 표면상의 지점의 거리이다. p(h)는, 회전 대칭의 축으로부터 비구면 렌즈의 광학 표면의 꼭지점까지의 거리(h(h2=x2+y2)에 의해 관찰된 지점, 즉, 광학 표면상의 지점 사이의 z-거리이고, h=0이다. 계수(C4 이하)는 h4로부터 시작하고 이를 포함하는 h의 추가 전력에 속한다.
이하의 표는 계수(K 및 C4 내지 C18)를 도시하고, 이들은 각각의 비구면 광학 표면을 얻도록 이러한 비구면 렌즈 소자 방정식에 개별적으로 삽입된다.
[표면 2]
Figure 112014124421429-pct00005
[표면 3]
Figure 112014124421429-pct00006
[표면 4]
Figure 112014124421429-pct00007
[표면 6]
Figure 112014124421429-pct00008
[표면 9]
Figure 112014124421429-pct00009
[표면 11]
Figure 112014124421429-pct00010
[표면 12]
Figure 112014124421429-pct00011
[표면 13]
Figure 112014124421429-pct00012
[표면 14]
Figure 112014124421429-pct00013
[표면 15]
Figure 112014124421429-pct00014
[표면 16]
Figure 112014124421429-pct00015
[표면 17]
Figure 112014124421429-pct00016
[표면 20]
Figure 112014124421429-pct00017
[표면 21]
Figure 112014124421429-pct00018
[표면 22]
Figure 112014124421429-pct00019
[표면 23]
Figure 112014124421429-pct00020
[표면 24]
Figure 112014124421429-pct00021
[표면 26]
Figure 112014124421429-pct00022
[표면 29]
Figure 112014124421429-pct00023
[표면 31]
Figure 112014124421429-pct00024
실제로, 투영 광학 유닛(11)은 z-축이 수직 방향으로 연장하는 방식으로 투영 노광 장치(1)에 하우징될 수 있다. 여기서, 이미지 평면(12)은 오브젝트 평면(6) 아래에 일반적으로 위치된다. 이러한 경우에, 레티클(7) 또는 웨이퍼(13)가 중력의 결과로 늘어질 수 있고(d), 이것은 레티클(7)에 있어서 도 3에서 훨씬 확대된 방식으로 개략적으로 도시된다.
새깅 효과(sagging effect)에 대한 대안으로서, 또는 그에 더하여, 원하는 평면 결과로부터 레티클 또는 웨이퍼 연마의 편차의 결과로서 레티클(7) 또는 웨이퍼(13)의 아칭 또는 요철(unevenness)이 존재할 수 있다. 웨이퍼의 이러한 연마 요철은 이미지 필드(14a)의 경사 및 곡률(아칭)에 의해 주로 주목될 수 있다. 웨이퍼(13)의 경사는 홀딩 장치(13a)를 경사지게 함으로써 보상될 수 있다.
오브젝트 변위 드라이브(7b) 및 기판 변위 드라이브(13b)의 z-조작기 및 z-변위 조작기(24, 25, 26, 30, 41 및 42)는 레티클(7) 또는 웨이퍼(13)의 아칭에 의해 유발된, 즉, 예컨대 중력의 영향의 결과인 새그(d)의 결과인 수차를 보상하기 위한 보상 장치의 변위 보상 모듈(43)의 구성요소이다.
더욱이, 보상 장치는 투영 노광, 즉, 스캐닝 공정 - 레티클(7) 및 웨이퍼(13)의 섹션은 오브젝트 필드(14) 및 이미지 필드(14a)를 통해 개별적으로 스캐닝됨 - 동안 사용된 노광(4)의 파장을 조작하기 위한 파장 조작 장치를 포함하고, 이 공정 동안, 레티클(7)의 개별적으로 노광된 섹션 상의 구조는 웨이퍼(13) 상으로 전달된다. 파장 조작 장치(44)는 0.1nm의 영역에서의 사용된 광 또는 조명 광(4)의 파장의 가변성이 제공되는 방식으로 구성된다. 파장 조작 장치(44)는 사용된 광(4)의 파장의 조절가능성이 1s의 기간 또는 그보다 더 빠르게 발생할 수 있도록 구성된다.
도 5는 레이저로서 구현되는 광원(3)의 자연 방사선 대역폭(45)을 예시적인 방식으로 도시한다. 이것은 이러한 경우에 가스 레이저가 된다. 개별적으로 활용되는 사용된 광(4)의 파장은 스펙트럼 선택에 의해, 예컨대, 필터 또는 그레이팅에 의해 자연적인 방사선 대역폭(45) 내에서 선택된다. 도 5는 스펙트럼 선택을 통한 자연적인 방사선 대역폭(45) 내에서 선택될 수 있는 2개의 상이한 파장(λ1 및 λ2)에 집중된 2개의 광학적으로 사용가능한 방사선 대역폭(46, 47)을 예시적인 방식으로 도시한다. 스펙트럼 선택은, 사용된 광 파장의 연속적인 선택이 자연적인 방사선 대역폭(45) 내에서 가능한 방식으로 구성될 수 있다.
도 6 및 도 7은 파장 조작 장치(44)의 구성요소로서 동조 유닛에 대한 2개의 예시를 도시한다. 2개의 공진기 미러(48, 49) 및 레이저 활성 매체(50)는 광원(3)의 구성요소로서 개별적으로 도시된다. 도 6 및 도 7의 우측 공진기 미러(49)는 사용된 광 파장에 대한 부분적으로 투과성인 미러로서 구현되므로 사용된 광(4)은 이러한 공진기 미러(49)를 통과한다.
도 6에 따른 실시예에서, 필터 또는 그레이팅으로서 예컨대 설계될 수 있는 파장 조작 장치(44)의 동조 유닛(51)은 캐비티 사이에서, 즉, 공진기 미러들(48 및 49) 사이의 빔 경로에서 배열된다.
인트라 캐비티 동조 유닛(51)은 변위 드라이브(52)의 도움으로 변위될 수 있다. 인트라 캐비티 동조 유닛(51)의 위치에 따라, 후자는 레이저 활성 매체(50)의 자연적인 방사선 대역폭(45) 내의 상이한 사용된 광 파장을 선택한다. 이것은 사용된 광(4)에 대한 파장 디스크립션(description)을 생성한다.
도 7에 따른 실시예에서, 파장 조작 장치(44)의 동조 유닛(53)은 캐비티 밖에, 즉, 공진기 미러(48, 49)의 외부에 배열된다. 그러므로, 레이저 방출 광은 자연적인 방사 대역폭(45)을 갖는 부분적으로 투과성인 공진기 미러(49)를 먼저 통과한다. 사용된 광 파장은 동조 유닛(53)의 위치에 따라, 변위 드라이브(54)에 결국 연결된 엑스트라 캐비티 동조 유닛(53)에 의해 자연적인 방사 대역폭(45)으로부터 선택될 수 있다. 선택된 사용된 광 파장을 갖는 사용된 광(4)은 동조 유닛(53)의 방출 광 다운스트림의 빔 경로에서 이용가능하다.
파장 조작 장치(44), 즉, 예컨대, 변위 드라이브(52 및 54)와 같이, z-변위 조작기(7b, 24, 25, 26, 30, 41, 42 및 13b)는 더 상세히 도시되지 않는 방식으로 중앙 제어 장치(55; 도 2를 비교)에 신호 연결된다. 여기서, z-변위 조작기(7b, 24, 25, 26, 30, 41, 42 및 13b) 및 파장 조작 장치(44)는 동시에 이동되고 표적화된 방식으로 필드 곡률에 영향을 줄 수 있도록 서로에 대하여 고정되고 미리 결정된 관계를 갖는다.
투영 광학 유닛의 기타 실시예에서, 기타 광학 구성요소에는, 변위 조작기, 예컨대 렌즈 소자(21, 22, 23, 28, 31 및 36)를 제외한 나머지 렌즈 소자 및 특히 또한 미러(M1 및 M2)가 장착되는 것 또한 가능하다.
이하의 맥락에서, 파장 조작 장치(44) 및 변위 보상 모듈(43)을 갖는 보상 장치를 동작하기 위한 예시적인 데이터가 기재된다. 특히 레티클(7) 또는 웨이퍼(13) 새깅의 결과, 즉, 기재된 예시적인 실시예에서 z-방향으로의 레티클(7)의 새그(d)의 결과인, 중력으로 인한 필드 아칭은 스캐닝 노광 동안 이하의 조작을 수행함으로써 보상된다:
Figure 112014124421429-pct00025
변위 값은 양의 z-방향의 변위에 관한 것이다. 변위 값의 결과, 이미지 필드(14a)는 원형(E)에 놓인 이미지 필드(14a)의 코너가 이미지 평면(12)을 통한 광학 축(2)의 관통 지점의 이미지 위치에 관하여 128nm에 의해 z-방향으로 디포커싱되는 방식으로 곡선형이 된다. 그러므로, 조명 광(4)의 파장은 스캐닝 노광 동안 0.01396만큼 변화한다. 예시로서, 중심 파장은 193.380nm 내지 193.39396nm의 스캐닝 노광 동안 증가한다.
특히 새그(d)는 투영 노광 동안 수행될 y-방향의 스캐닝 경로에 걸쳐서 변화하는 레티클(7)의 곡률을 야기하고, 실제 팩트에서 이미징될 오브젝트 섹션은 그러므로 이미지 곡률로 상응하게 이어지는 시간 변화 오브젝트 곡률을 갖는다. 변위 보상 모듈(43) 및 파장 조작 장치(44)를 갖는 보상 장치는 레티클(7)의 개별적인 스캐닝 위치에 따라 적응적인 교정에 의해 변화하는 오브젝트 곡률의 이러한 영향을 보상하는 역할을 한다. 이것은 페츠발 교정에 의해 성취되고 여기서 반사 굴절식 투영 광학 유닛에서의 페츠발 합계의 파장 의존도는 파장 조작을 통해 사용된다.
상기 기재된 파장 및 변위 조작에 의해, 필드 곡률이 조작되고, 웨이퍼(13)의 영역의 필드는 이미지 필드(14a)의 최외측 코너에서의 z-방향으로 128nm씩 오프셋되게 놓인다.
도 8은 필드 곡률 없이 방해받지 않는 변형에 대한 차이점으로서 도시된 투영 광학 유닛(11)의 파면의 최대 잔여 오류를 도시한다. 각각의 경우에 개별적인 필드 지점에 대한 프린지 제르니케 다항식에 따른 확장의 최대값이 도시된다. 개별적인 제르니케 단항식의 실제 수학적인 형태와 축약된 버전(ZX)(예컨대 Z3, Z11) 사이의 관련은 예컨대 코드 V, 10.4 버전, 참조 메뉴얼, C-6 페이지에서 명시된다. 3nm 미만에서 개별적으로 놓인 잔여 오류는 10배 이상으로 필드 곡률에 의해 초래되는 z-오프셋보다 작으며, 이러한 z-오프셋은 상기 도시된 바와 같이 128nm이다.
파장 조작 장치(44)를 갖는 광원(3)의 추가 실시예는, 고체 상태 레이저, 예컨대 티타늄 사파이어 레이저 또는 네오디뮴 기반 고체 상태 레이저(예컨대, Nd:YAG) 또는 Ce-도핑된 레이저 물질(예컨대, Ce:LISAF)을 함유할 수 있고, 여기서, 투영 노광을 위해 요구되는 파장 범위를 위한 동조 유닛은 파라미터 주파수 변환에 의해 성취된다. 여기서, 고체 상태 레이저의 레이저 기반 주파수는 특히 주파수의 2배, 주파수의 3배 또는 주파수의 4배가 될 수 있다. 더 큰 동조 범위는 광학적 파라미터 합계 주파수 생성, 광학적 파라미터 차이 주파수 생성 또는 광학적 파라미터 오실레이터에 의해 성취될 수 있다. 파라미터 주파수 변환을 위한 물질은 광학 축으로도 지칭되는 구분되는 결정 축에 의존하는 상이한 굴절률을 갖는 비선형 결정이다. 당업자는, 축약어 BBO(베타 붕산 바륨; beta barium borate), LBO(붕산 리튬; lithium borate), KTP(포타시움 티타닐 포스페이트; potassium titanyl phosphate) LiNbO3(니오브산 리튬; lithium niobate)를 적절한 결정으로 알고 있다.
레티클(7)의 적어도 일부는 마이크로구조화된 또는 나노구조화된 구성요소의 리소그래피 제조를 위하여 웨이퍼(13) 상의 감광성 층의 영역 상에, 투영 노광 장치(1)의 도움으로 이미징된다. 여기서, 스캐너 동작 동안, 레티클(7) 및 웨이퍼(13)는 시간 동기화된 방식으로 y-방향으로 동시에 변위된다.

Claims (14)

  1. 투영 리소그래피용 투영 노광 장치(1)로서,
    - 조명 광(4)을 생성하기 위한 광원(3)을 갖고,
    - 상기 조명 광(4)을 오브젝트 필드(14)에 가이드하기 위한 조명 광학 유닛(5)을 갖고,
    - 상기 오브젝트 필드(14)에 배열되는 오브젝트(7)를 이미지 필드(14a)에 배열되는 기판(13) 상으로 이미징하기 위한 적어도 하나의 곡선형 미러(M1, M2)를 갖는 반사 굴절식(catadioptic) 투영 광학 유닛(11)을 갖고,
    - 상기 오브젝트(7)를 홀드하기 위한 오브젝트 홀더(7a)를 갖고,
    - 상기 오브젝트(7)의 투영 노광 동안 상기 오브젝트 필드(14)를 통해 상기 오브젝트(7)를 변위하기 위한 오브젝트 변위 드라이브(7b)를 갖고,
    - 상기 기판(13)을 홀드하기 위한 기판 홀더(13a)를 갖고,
    - 상기 투영 노광 동안 상기 이미지 필드(14a)를 통해 상기 기판(13)을 변위하기 위한 기판 변위 드라이브(13b)를 갖고,
    - 오브젝트 필드(14) 및 이미지 필드(14a)를 포함하는 그룹으로부터의 필드 중 적어도 하나의 곡률에 의해 초래되는 상기 투영 광학 유닛(11)의 수차를 보상하기 위한 보상 장치(43, 44)를 갖고,
    - 상기 보상 장치(43, 44)는 상기 투영 노광 동안 상기 조명 광(4)의 파장을 조작하기 위한 파장 조작 장치(44)를 포함하며,
    - 상기 파장 조작 장치(44)는 상기 반사 굴절식 투영 광학 유닛(11)의 페츠발 합계(Petzval sum)의 변화를 성취하는 역할을 하는, 투영 노광 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 파장 조작 장치(44)는, 상기 파장이 0.1nm 미만의 영역에서 동조(tune)될 수 있는 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 파장 조작 장치(44)는, 파장 조작의 시간 상수가 최대 1분인 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 파장 조작 장치(44)는 파장 조작이 1s 미만의 기간 내에 발생하는 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 파장 조작 장치(44)는 상기 광원(3)의 부분인 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 파장 조작 장치(44)는 파장 가변(tunable) 레이저 공진기(48, 49)를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 파장 조작 장치(44)는 상기 광원(3)으로부터 분리되어 배열된 적어도 하나의 유닛(53, 54)을 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  8. 청구항 5에 있어서, 상기 파장 조작 장치는 상기 투영 노광 동안 사용된 광(4)에 대하여 파장 동조 유닛(51; 53)을 변위하기 위하여 적어도 하나의 변위 드라이브(52; 54)를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 보상 장치(43, 44)는 상기 투영 노광 동안,
    - 상기 오브젝트(7),
    - 상기 기판(13),
    - 상기 투영 광학 유닛(11)의 적어도 하나의 광학 구성요소(21, 22, 23, 28, 31, 36)를 포함하는 그룹으로부터의 적어도 하나의 광학 구성요소를 변위시키기 위한 적어도 하나의 변위 조작기(7b, 24, 25, 26, 30, 41, 42, 13b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 변위 조작기(7b, 24, 25, 26, 30, 41, 42, 13b)는 상기 투영 광학 유닛(11)의 광학 축(2)만을 따라 각각의 구성요소(7, 13, 21, 22, 23, 28, 31, 36)를 변위시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 투영 광학 유닛(11)의 굴절 광학 구성요소(21, 22, 23, 28, 31, 36)만이 변위 조작기(24, 25, 26, 30, 41, 42)를 갖는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
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