KR19990072662A - 투영노광장치및디바이스제조방법 - Google Patents

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Abstract

노광광으로 조명되는 마스크의 패턴을, 투영광학계를 통하여, 기판위로 투영하는 투영노광장치에 있어서, 노광광의 파장을 변화시키는 파장변화디바이스는, 대기압의 변화에 기인한 투영광학계의 광학특성의 변화를 저감하도록 구비되고, 투영광학계는 둘 또는 그 이상의 유리재료를 사용하여 이루어진 복수의 굴절광학소자를 가지고, 굴절광학소자들 사이의 공간은 대기압과 동일하거나 또는 대략 동일한 가스유체로 채워져 있고, 적어도 하나의 공간내의 가스유체의 굴절률은 나머지 공간중의 적어도 한 공간내의 가스유체의 굴절률과 상이한 것을 특징으로 하는 투영노광장치가 개시되어 있다.

Description

투영노광장치 및 디바이스 제조방법{PROJECTION EXPOSURE APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 투영노광장치 및 디바이스 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 대기압의 변화에 기인한 투영광학계의 광학특성의 변화를 보정하거나 저감하는 기능을 가지는 투영노광장치 및 예를 들면, 상기 투영노광장치를 사용하여 반도체칩, 액정디바이스, 촬상디바이스 또는 자기센서 등의 디바이스를 제조하는 디바이스 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 투영노광장치의 투영광학계는 전형적으로 렌즈 등의 굴절광학소자를 포함한다. 대기압의 변화로부터 일어나는 투영광학계의 광학소자들 사이의 대기압의 변화에 기인하여, 공기자체의 굴절률이 변화함으로써 유리재료와 공기의 상대 굴절률의 변화를 야기한다. 이 결과 예를 들면, 초점위치, 투영배율, 왜곡수차, 구면수차, 코마콤마수차, 비점수차 또는 계의 곡률 등의 투영광학계의 광학특성의 변화를 야기한다.
일본 공개특허공보 제 123238/1998호와 제 305034/1996호는, 투영광학계에서 사용되는 굴절광학소자가 모두 동일한 유리재료(용융실리카)로 이루어지고, KrF엑시머레이저 노광광의 파장(248㎚의 파장)을 변화시킴으로써, 대기압의 변화에 기인한 유리재료와 공기의 상대굴절률의 변화를 보정하도록 유리재료의 굴절률이 변화되고, 이에 의해, 상기한 바와 같이광학특성이 모두 보정되는 것을 특징으로 하는 투영노광장치를 개시하고 있다.
그러나, ArF엑시머레이저(파장 193㎚)를 가지는 투영노광장치와 같이, 매우 미세한 디바이스패턴이 기판의 레지스트위에 투영되어야 하고, 이 때문에, 용융실리카와 플루오라이트 등의 둘 또는 그 이상의 상이한 유리재료가 색수차의 보정을 위해 투영광학계의 굴절광학소자로 사용되는 경우 이들의 유리재료가 상이한 굴절률과 분산성을 가지고, 유리재료의 굴절률을 변화시키기 위해 레이저광의 파장을 변화시키는 것은, 사용되는 모든 유리재료에 대해서, 대기압의 변화에 기인한 유리재료와 공기 사이의 상대굴절률의 변화의 보정에 기여하지 않는다. 따라서, 상기 기재한 것 등의 광학특성의 변화의 양호한 보정은 결국 실패한다. 상기 언급한 일본 공개특허공보 제 305034/1996호는 둘 또는 그 이상의 유리재료를 가지는 투영광학계를 개시하고 있다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 의한 투영노광장치의 주요부분의 개략도
도 2는 도 1의 실시예의 투영광학계(105)의 제 1예를 도시하는 렌즈단면도
도 3은 도 2와 표 1에 도시된 투영광학계의 세로 수차를 도시하는 도면
도 4A 및 도 4B는 각각 도 2와 표 1에 도시된 바와 같은 투영광학계의 유리한 효과를 분명히 하기 위해 설계된 투영광학계의 비교예의 렌즈단면도, 여기서 도 4A는 제 1비교예의 렌즈단면도, 도 4B는 제 2비교예의 렌즈단면도
도 5A 및 도 5B는 도 4A 및 도 4B의 제 1 및 제 2비교예의 세로 수차를 도시하는 도면, 여기서 도 5A는 제 1비교예의 세로 수차를 도시하는 도면, 도 5B는 제 2비교예의 세로수차를 도시하는 도면
도 6은 반도체디바이스 제조공정의 흐름도
도 7은 도 6의 순서에서 웨이퍼공정의 흐름도
<도면의 주요부분에 대한 설명>
101: 마스크102: 마스크스테이지
103: 웨이퍼104: 웨이퍼스테이지
105: 투영광학계111∼115: 렌즈
121∼124: 에어스페이싱(air spacing)
131, 133: 가스통132, 134: 가변밸브
141∼146: 파이프
본 발명의 목적은, 대기압의 변화에 기인하여, 둘 또는 그 이상의 유리재료의 굴절광학소자를 가지는 투영광학계의 광학특성의 변화를 감소시킬 수 있는 투영노광장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 투영노광장치를 사용한 디바이스 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또다른 목적은, 대기압의 변화에 기인하여, 둘 또는 그 이상의 유리재료의 굴절광학소자를 가지는 투영광학계의 광학특성의 변화를 실질적으로 보정할 수 있는, 즉 이에 의해 패턴행상도가 영향받지 않는 0 또는 낮은 정도로 감소할 수 있는 투영노광장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 상기한 바와 같은 투영노광장치를 사용한 디바이스제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 제 1측면에 의하면, 노광광으로 조명된 마스크의 패턴을, 투영광학계를 통하여, 기판위로 투영하는 투영노광장치에 있어서, 대기압의 변화에 기인한 투영광학계의 광학특성의 변화를 저감하기 위해 노광광의 파장을 변화시키는 수단을 구비하고; 상기 투영광학계는 둘 또는 그 이상의 유리재료를 사용하여 이루어진 복수의 굴절광학소자를 가지고; 굴절광학소자들 사이의 공간은 대기압과 동일하거나 또는 대략 동일한 압력의 가스유체로 채워져 있고; 적어도 하나의 공간내의 가스유체의 굴절률은 나머지 공간중의 적어도 한 공간내의 가스유체의 굴절률과 상이한 것을 특징으로 하는 투영노광장치가 제공된다.
본 발명의 제 2측면에 의하면, 노광광으로 조명된 마스크의 패턴을, 투영광학계를 통하여, 기판위로 투영하는 투영노광장치에 있어서, 대기압의 변화에 기인한 투영광학계의 광학특성의 변화를 실질적으로 보정하기 위해 노광광의 파장을 변화시키는 수단을 구비하고; 상기 투영광학계는 둘 또는 그 이상의 유리재료를 사용하여 이루어진 복수의 굴절광학소자를 가지고; 굴절광학소자들 사이의 공간은 대기압과 동일하거나 또는 대략 동일한 압력의 가스유체로 채워져 있고; 적어도 하나의 공간내의 가스유체의 굴절률은 나머지 공간중의 적어도 한 공간내의 가스유체의 굴절률과 상이한 것을 특징으로 하는 투영노광장치가 제공된다.
본 발명의 제 3측면에 의하면, 노광광으로 조명된 마스크의 패턴을, 투영광학계를 통하여, 기판위로 투영하는 투영노광장치에 있어서, 대기압의 변화를 검출하는 검출수단과, 상기 검출수단의 출력에 따라서 노광광의 파장을 변화시키는 파장변화수단을 구비하고; 상기 투영광학계는 둘 또는 그 이상의 유리재료를 사용하여 이루어진 복수의 굴절광학소자를 가지고; 굴절광학소자들 사이의 공간은 대기압과 동일하거나 또는 대략 동일한 압력의 가스유체로 채워져 있고; 적어도 하나의 공간내의 가스유체의 굴절류은 나머지 공간중의 적어도 한 공간내의 가스유체의 굴절률과 상이한 것을 특징으로 하는 투영노광장치가 제공된다.
본 발명의 제 4측면에 의하면, 노광광으로 조명된 마스크의 패턴을, 투영광학계를 통하여, 기판위로 투영하는 투영노광장치에 있어서, 대기압의 변화에 기인한 투영광학계의 광학특성의 변화를 저감하기 위해 노광광의 파장을 변화시키는 수단을 구비하고; 상기 투영광학계는 둘 또는 그 이상의 유리재료를 사용하여 이루어진 복수의 굴절광학소자를 가지고; 굴절광학소자들 사이의 공간은 대기압과 동일하거나 또는 대략 동일한 압력의 불활성가스유체로 채워져 있고; 적어도 하나의 공간 내의 가스유체의 굴절률은 나머지 공간중의 적어도 한 공간내의 가스유체의 굴절률과 상이한 것을 특징으로 하는 투영노광장치가 제공된다.
본 발명의 제 5측면에 의하면, 노광광으로 조명된 마스크의 패턴을, 투영광학계를 통하여, 기판위로 투영하는 투영노광장치에 있어서, 대기압의 변화에 기인한 투영광학계의 광학특성의 변화를 실질적으로 보정하기 위해 노광광의 파장을 변화시키는 수단을 구비하고; 상기 투영광학계는 둘 또는 그 이상의 유리재료를 사용하여 이루어진 복수의 렌즈소자를 가지고; 렌즈소자들 사이의 공간은 대기압과 동일하거나 또는 대략 동일한 압력의 가스유체로 채워져 있고; 적어도 하나의 공간 내의 가스유체의 굴절률은 나머지 공간중의 적어도 한 공간내의 가스유체의 굴절률과 상이한 것을 특징으로 하는 투영노광장치가 제공된다.
본 발명의 제 6측면에 의하면, 노광광으로 조명된 마스크의 패턴을, 투영광학계를 통하여, 기판위로 투영하는 투영노광장치에 있어서, 대기압의 변화를 검출하는 검출수단과, 상기 검출수단의 출력에 따라서 노광광의 파장을 변화시키는 파장변화수단을 구비하고; 상기 투영광학계는 둘 또는 그 이상의 유리재료를 사용하여 이루어진 복수의 렌즈소자를 가지고; 렌즈소자들 사이의 공간은 대기압과 동일하거나 또는 대략 동일한 압력의 불활성가스유체로 채워져 있고; 적어도 하나의 공간내의 가스유체의 굴절률은 나머지 공간중의 적어도 한 공간내의 가스유체의 굴절률과 상이한 것을 특징으로 하는 투영노광장치가 제공된다.
본 발명의 제 7측면에 의하면, 웨이퍼로 레지스트를 도포하는 스텝과; 상기 기재된 노광장치 중 임의의 하나를 사용하여 디바이스패턴의 이미지에 의해 웨이퍼 레지스트를 노광하는 스텝과; 디바이스패턴 이미지에 의해 감광되었던 레지스트를 현상하는 스텝으로 이루어진 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법이 제공된다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부도면과 함께 취해진 본 발명의 바람직한 실시예의 이하 설명을 고려하면 더욱 명백해진다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 개략도이다.
도 1에서, 마크 또는 레티클(101)(이제부터는, "마스크(101)"로 칭함)위에 형성된 반도체칩(IC 또는 LSI)회로의 원화(이후부터는, "회로패턴"으로 칭함)는 조명계(도시되지 않음)로부터 ArF엑시머 레이저광(파장193㎚)에 의해 균일한 조명분포로 조명된다. 회로패턴의 이미지는 레지스트로 고팅된 웨이퍼(103)위로 투영광학계(105)에 의해 투영된다. 회로패턴 이미지는 0.2마이크론 이하의 매우 미세한 라인폭의 패턴이미지를 포함한다. 웨이퍼(103)는 투영광학계(105)의 광축방향을 따라서, 또한 광축방향에 수직인 소망의 방향으로 이동가능하다.
도 1의 조명계(도시되지 않음)는 ArF엑시머 레이저의 파장을 변화시키도록 배열된다. 앞서 언급한 일본 공개특허공보 제 123238/1989호와 제 305034/1996호에 개시된 것과 기본적으로 동일한 가변파장 조명계와 이를 위한 제어계를 포함할 수도 있다. 따라서, 상세한 설명은 여기서 생략된다.
ArF엑시머 레이저광의 파장은 예를 들면, 레이저공진기, 에탈론(etalon)이나 프리즘 등의 스펙트럼소자 또는 공진기거울 내에서 회절격자를 회전시킴으로써, 변화될 수 있다. 회전각은 대기압의 변화를 검출하는 기압계의 출력에 따라 컴퓨터와 소정의 프로그램에 의해 결정될 수 있다.
도 1에서, 투영광학계(105)는 복수의 렌즈(굴절광학계)를 포함한다. 이들 렌즈사이의 공간은, 적어도 하나의 공간내의 가스가 나머지 공간중의 적어도 한 공간내의 가스와 형태 또는 굴절률에 관해서 상이한 방식으로, 헬륨가스 또는 질소가스에 의해 채워져 있다. 투영광학계(105)는 용융실리카와 플루오라이트의 2개의 유리재료를 사용하여 형성된다.
더욱 상세하게는, 도 1의 투영광학계(105)에서, 렌즈(111-113)사이의 공간(즉, 에어스페이싱(121)과 에어스페이싱(122))은 각각 헬륨가스로 채워져 있다. 렌즈(113-114) 사이의 공간(즉, 에어스페이싱(123))은 질소가스로 채워져 있다. 렌즈(114-115) 사이의 공간(즉, 에어스페이싱(124))은 헬륨가스로 채워져 있다.
렌즈사이의 공간을 채우는 2가지 종류의 가스(가스유체) 즉, 헬륨가스와 질소가스는, ArF엑시머 레이저광(노광광)에 의한 불필요한 화학반응을 피하기 위해, 특히 이들은 투영광학계의 광학특성의 변화를 레이저광의 파장을 변화시킴으로써 충분히 작게 보정하거나 저감시킬 수 있도록, 굴절률이 상호간에 큰 차이를 가지고, 비교적 저렴하기 때문에, 비교적 안정한 불활성가스로부터 선택된다.
도 1에서, 헬륨가스는 가스통(131)으로부터 공급되고, 이것의 흐름속도는 가변밸브(132)에 의해 제어된다. 다음에, 이것은 파이프(141)를 통하여 에어스페이싱(121)의 공간내로 도입된다. 에어스페이싱(121)의 공간과 에어스페이싱(122)의 공간은 파이프(142)에 의해 서로 연결되어 에어 스페이싱(121)내의 헬륨가스가 파이프(142)를 통하여 에어스페이싱(122)의 공간내로 도입된다.
또한, 에어스페이싱(122)의 공간과 에어스페이싱(124)의 공간은 파이프 (143)에 의해 서로 연결되어, 에어스페이싱(122)의 공간내의 헬륨가스가 파이프(143)를 통하여 에어스페이싱(124)의 공간내로 도입된다. 에어스페이싱 (121),(122) 및 (124)의 공간은 파이프(144)에 의해 결국 외부공기 즉, 대기로 열려, 에어 스페이싱(121),(122) 및 (124)의 내부공간 뿐만 아니라 파이프(142), (143)내의 헬륨가스도 대기압과 동일한 압력으로 유지된다. 따라서, 대기압의 변화는 이들의 압력의 변화를 야기한다.
질소가스는 가스통(133)으로부터 공급되고, 이것의 흐름속도는 가변 밸브(134)에 의해 제어된다. 다음에, 이것은 파이프(145)를 통하여 에어스페이싱 (123)의 공간내로 도입된다. 에어스페이싱(123)의 공간은 파이프(146)에 의해 결국 외부공기 즉, 대기로 열려, 에어스페이싱(123)의 내부공간 뿐만 아니라, 파이프(145)내의 질소가스도 대기압과 동일한 압력으로 유지된다. 따라서, 대기압의 변화는 이들의 압력의 변화를 야기한다.
상기 설명한 바와 같이, 투영광학계의 렌즈의 에어스페이싱을 채우는 불활성가스는 대기압과 동일한 압력이나 대략 동일한 압력으로 일정하게 유지된다. 따라서, 복잡하고 보강된 통구조의 필요없이, 통은 불활성가스로 채워질 수 있다.
상기 설명한 투영노광장치의 구조에 의하면, 투영광학계(105)가 용융실리카와 플루오라이트의 2가지 유리재료를 사용하여 이루어진 복수의 렌즈를 포함하는 경우에도, 대기압의 변화(불활성가스의 압력변화)에 기인한 투영광학계(105)의 광학특성의 변화는, 기압계의 출력(대기압변화)에 응해서 엑시머 레이저광의 파장을 변화시킴으로써, 보정하거나 충분히 작게 감소시킬 수 있다.
도 2는 투영광학계(105)의 일례를 도시하는 렌즈 단면도이다. 이 예의 투영광학계는 193㎚의 설계파장, 1/4의 투영배율, 0.60의 개구수 및 ø20㎜의 이미지평면크기를 가진다. 플루오라이트와 용융실리카의 2가지 유리재료는 색수차의 보정을 위해 상기 계에 사용된다.
도 2의 투영광학계는 본 발명에 따라서 설계되고, 최적의 이미지 성능은, 마스크의 패턴표면으로부터 제 1렌즈까지의 공간은 공기로 채워지고; 제 1 내지 제 13렌즈 사이의 공간은 헬륨가스로 채워지고; 제 13 내지 제 14렌즈 사이의 공간은 질소가스로 채워지고; 제 14 내지 제 21렌즈 사이의 공간은 헬륨가스로 채워지고; 제 21렌즈로부터 웨이퍼표면까지의 공간은 공기에 의해 채워지는 조건하에서 달성될 수 있다.
표 1은 도 2의 투영광학계의 렌즈데이터를 도시한다.
표 1에 도시된 바와 같이, 투영광학계, 제 5 내지 제 10렌즈 및 제 14 내지 제 19렌즈 뿐만 아니라 제 21렌즈는 플루오라이트로 이루어진다. 제 1 내지 제 4렌즈와 제 11 내지 제 13렌즈뿐만 아니라 제 20렌즈는 용융실리카로 이루어진다. 제 13렌즈의 실리카렌즈와 제 14렌즈의 플루오라이트렌즈 사이의 에어스페이싱의 공간은 질소가스로 채워져 있고, 한편 나머지 에어스페이싱은 모두 헬륨가스로 채워져 있다.
도 3A는 이 투영광학계의 결상 성능을 설명하는 세로수차를 도시한다.
표 2는 대기압의 변화와 파장의 변화에 관하여 투영광학계의 렌즈의 굴절률을 도시한다. 표 2의 작성시에, 파장이 충분히 작은 양만큼 변화하므로 렌즈(유리재료)의 굴절률의 변화는 파장의 변화에 비례한다는 가정에서 계산은 행해졌다. 헬륨가스와 질소가스의 굴절률이 파장의 변화에 응해서 변화하지 않는 이유는 굴절률의 변화량이 매우 작아 유효숫자보다 작기 때문이다.
본 실시예의 이점을 설명하기 위해, 투영광학계의 에어스페이싱의 공간이 헬륨가스와 질소가스로 채워져 (또는 제거되어) 있는 것을 특징으로 하는 2개의 비교예에 대해 이하 설명한다.
제 1비교예는 투영광학계내의 에어스페이싱의 공간이 모두 질소가스로 채워져(제거되어) 있는 것이고, 제 2비교예는 투영광학계내의 에어스페이싱의 공간이 모두 헬륨가스로 채워져(제거되어) 있는 것이다. 투영광학계의 모든 에어스페이싱의 공간이 헬륨가스로 채워져서 형성되는 것은 일본 공개특허공보 제 38388/1994호에 개시되어 있다.
제 1 및 제 2비교예 모두에서, 투영광학계는 본 실시예의 투영광학계와 대략 동일한 구조를 가지고, 설계파장에 관하여 이것의 결상성능 또한 본 실시예의 투영광학계의 성능과 동일하다.
제 1비교예에 관해서, 도 4A는 이것의 렌즈단면도이고, 표 3A는 이것의 렌즈데이터를 도시한다. 도 5A는 이것의 세로수차를 도시한다. 제 2비교예에 관해서, 도 4B는 이것의 렌즈단면도이고 표 3B는 이것의 설계값이다. 도 5B는 이것의 세로수차를 도시한다.
한편, 이 실시예의 이점은 표 4에 가장 잘 도시되어 있다. 표 4는, 대기압의 변화가 없는 투영광학계의 수차와, 대기압이 +50hPa만큼 변화하는 경우 발생되는 수차를 보정하기 위해 레이저광의 파장을 변화시키는 결과로서 일어나는 수차와, 상기 두 수차 사이의 차에 대응하고, 대기압이 +50hPa만큼 변화할 때 대기압의 변화에 기인한 수차의 변화가 레이저광의 파장을 변화시킴으로써 보정되는 경우 남게되는 남아있는 수차를 도시한다.
표 4의 계산예에서, 이 실시예에서는, 대기압의 변화에 기인한 수차의 변화를 보정하기 위해 파장을 변화시키는 양은, 대기압 변화의 결과로서 일어나는 구면수차를 보정하도록 즉, 이것의 변화를 0으로 감소시키도록 결정된다.
표 4로부터, 모든 에어스페이싱의 공간이 질소가스로 퍼지(purge)된 투영광학계(제 1비교예)의 코머수차의 보정나머지는 -0.264λ인 반면, 모든 에어스페이싱의 공간이 헬륨가스로 퍼지된 투영광학계(제 2비교예)의 코머수차의 보정나머지는 제 1비교예와 비교해서 약 1/4로 감소된 -0.066λ임을 알 수 있다.
그러나, 값 0.066λ의 코머수차의 변동량은, 도 1의 투영노광장치에서와 같이, 0.2마이크론 또는 그 이하의 미세한 이미지의 투영에는 바람직하지 않다.
한편, 이 실시예에서 코머수차의 보정나머지는 제 1비교예와 비교해서 약 1/12로 감소되고, 제 2비교예와 비교해서 약 1/3로 감소된 겨우 -0.022λ이다. 또한, 이 실시예에 의하면, 예를 들면, 배율 등의 보정나머지와 계의 곡률은 제 1 및 제 2비교예와 비교해서 상당히 감소된다.
이 실시예에서, 대기압의 변화에 기인한 광학특성의 변화를 보정하기 위해 노광광의 파장을 변화시키는 양은, 구면수차의 변화를 완전히 0으로 보정하도록 설정된다(0으로 되지는 않겠지만). 그러나, 파장을 변화시키는 양은, 구면수차 이외의 광학특성의 변화(예를 들면, 코머, 계의 곡률, 비점 또는 왜곡 등의 다른 수차의 변화)를 보정하거나 또는 충분히 작게 하도록, 설정될 수 있다. 대안으로, 파장의 변화량은 구면수차, 코머, 계의 곡률, 비점수차 및 왜곡 사이의 복수의 수차의 변화를 보정하거나 감소시키도록 설정될 수 있다.
즉, 파장을 변화시키는 양은 단 하나의 특수한 광학특성의 변화량을 충분히 보정하거나 감소시키도록 설정될 수는 없다. 예를 들면, 복수의 수차 등의 복수의 광학특성의 변화를 보정하거나 충분히 작게 하기 위해 최적의 파장변화량은 선택될 수 있다.
이 실시예에서, 불활성가스로 채워지는 투영광학계의 에어스페이싱의 선택과 에어스페이싱을 채우는 불활성가스에 대한 재료의 선택은 수차보정나머지를 전체적으로 최소화하도록 결정된다. 그러나, 특수한 수차 또는 수차들을 보정하기 위해 독립된 수차보정수단이 사용되는 경우, 불활성가스의 재료의 결정과 가스로 채워지는 공간의 결정은 독립된 수차보정수단에 의해 보정되는 특수한 수차의 보정 나머지를 고려에 넣지 않고 행해질 수 있다. 이들은 독립된 수차보정수단에 의해 보정되지 않는 수차 또는 수차들의 보정나머지를 고려에 넣지 않고 행해질 수 있다.
예를 들면, 투영노광장치에 투영광학계의 구면수차를 보정하는 보정광학계를 설치한 경우(일본 공개특허공보 제 92424/1995호), 투영노광장치에 투영광학계의 투영배율과 왜곡을 보정하는 보정광학계를 설치한 경우(일본 공개특허공보 제 81019/1990호 또는 제 88317/1992호), 투영노광장치에 투영광학계의 온-축 및 오프-축 비점수차를 보정하는 보정광학계를 설치한 경우(일본 공개특허공보 제 27743/1998호 또는 제 242048/1998호), 투영노광장치에 투영광학계의 코머수차를 보정하는 보정광학계를 설치한 경우(일본 공개특허공보 제 22951/1996호), 또는 투영노광장치에 투영광학계의 계의 곡률을 보정하는 보정광학계를 설치한 경우(일본 공개특허공보 제 242048호/1998호)와 같이 함으로써 상기 보정광학계에 대응하는 수차가 보정될 수 있다. 따라서, 대기압의 변화 또는 레이저광 파장의 변화가, 사용되는 보정광학계에 관계된 광학특성의 변화를 야기하는 경우에도, 문제는 발생하지 않는다. 따라서, 불활성가스의 선택과 가스로 채워지는 공간의 선택은, 보정광학계에 의해 보상되지 않는 다른 광학특성(수차)의 보정나머지를 감소시키도록 행해질 수 있다.
이 실시예에서, 헬륨과 질소의 2가지의 상이한 불활성가스는 투영광학계의 상이한 에어스페이싱의 공간을 채우는 가스유체로서 사용된다. 그러나, 이들 가스 이외의 2가지의 불활성가스가 사용되어도 된다. 대안적으로, 셋 또는 그 이상의 상이한 불활성가스가 사용되어도 된다. 또다른 대안으로, 공기와 하나 또는 그 이상의 상이한 불활성가스가 사용되어도 된다.
에어스페이싱을 채우는 가스유체는 단일의 가스재료로 제한되지는 않는다. 헬륨과 질소의 혼합가스 등의 상이한 가스유체의 혼합된 가스이어도 된다.
이 실시예의 투영광학계에서, 하나의 에어스페이싱의 공간은 질소가스로 채워지는 한편, 나머지 에어스페이싱의 공간은 모두 헬륨가스로 채워진다. 그러나, 광학계는 복수의 에어스페이싱이 질소가스로 채워지도록 변경되어도 된다.
이 실시예의 투영광학계는 복수의 렌즈로 이루어진 광학계로 제한되지는 않는다. 렌즈와 하나의 오목거울을 가지는 광학계로 이루어져도 된다.
앞서 설명된 본 발명의 실시예에서, 광원은 ArF엑시머 레이저로 이루어진다. 그러나, KrF엑시머레이저(약 248㎚의 파장)등의 파장이 250㎚ 또는 그 이하인 노광광을 제공하는 광원이 사용되어도 된다. 본 발명은 상기 광원의 파장에 대하여 설정된 노광광의 셀계파장을 가지는 투영광학계에 또한 적용가능하다.
이 실시예의 투영노광장치는 스텝앤드리피트형 또는 스텝앤드스캔형 스텝퍼에 적용가능하다.
도 6은 반도체디바이스 제조공정을 도시하는 흐름도이고, 도 7은 도 6의 공정에서 웨이퍼공정을 설명하는 흐름도이다. 상기 설명한 실시예 중 임의의 하나에 의한 투영노광장치는 도 7의 "노광"스텝에서 사용될 수 있다. 이에 의해, 대기압이 변화되어도, 디바이스패턴 이미지의 0.2마이크론 또는 그 이하의 매우 작은 라인폭의 패턴이미지도 만족스럽게 용해될 수 있고, 따라서 매우 큰 집적도의 반도체디바이스가 얻어질 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 실시예에 의하면, 대기압의 변화에 기인한 투영광학계의 광학특성의 변화는 저감되거나 실질적으로 보정될 수 있다. 따라서, 본 발명은 투영노광장치 또는 디바이스 제조방법을 제공하는 것으로, 대기압의 변화에 관계없이, 디바이스패턴 이미지의 0.2마이크론 또는 그 이하의 매우 작은 라인폭의 패턴이미지도 만족스럽게 용해될 수 있다.
한편, 본 발명은 여기에 개시된 구조를 참조하면서 설명했지만, 설명한 상세에 제한되지 않고, 이 출원은 개선의 목적 또는 이하의 청구항의 범위내에 포함되는 어떠한 수정 또는 변형도 포함하도록 의도된다.

Claims (24)

  1. 노광광으로 조명된 마스크의 패턴을, 투영광학계를 통하여, 기판위로 투영시키는 투영노광장치에 있어서, 대기압의 변화에 기인한 투영광학계의 광학특성의 변화를 저감하기 위해 노광광의 파장을 변화시키는 수단을 구비하고; 상기 투영광학계는 둘 또는 그 이상의 유리재료를 사용하여 이루어진 복수의 굴절광학소자를 가지고; 굴절광학소자들 사이의 공간은 대기압과 동일하거나 또는 대략 동일한 압력의 가스유체로 채워져 있고; 적어도 하나의 공간내의 가스유체의 굴절률은 나머지 공간중의 적어도 한 공간내의 가스유체의 굴절률과 상이한 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  2. 노광광으로 조명된 마스크의 패턴을, 투영광학계를 통하여, 기판위로 투영시키는 투영노광장치에 있어서, 대기압의 변화에 기인한 투영광학계의 광학특성의 변화를 실질적으로 보정하기 위해 노광광의 파장을 변화시키는 수단을 구비하고; 상기 투영광학계는 둘 또는 그 이상의 유리재료를 사용하여 이루어진 복수의 굴절광학소자를 가지고; 굴절광학소자들 사이의 공간은 대기압과 동일하거나 또는 대략 동일한 압력의 가스유체로 채워져 있고; 적어도 하나의 공간내의 가스유체의 굴절률은 나머지 공간중의 적어도 한 공간내의 가스유체의 굴절률과 상이한 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  3. 노광광으로 조명된 마스크의 패턴을, 투영광학계를 통하여, 기판위로 투영시키는 투영노광장치에 있어서, 대기압의 변화를 검출하는 검출수단과, 상기 검출수단의 출력에 따라서 노광광의 파장을 변화시키는 파장변화수단을 구비하고; 상기 투영광학계는 둘 또는 그 이상의 유리재료를 사용하여 이루어진 복수의 굴절광학소자를 가지고; 굴절광학소자들 사이의 공간은 대기압과 동일하거나 또는 대략 동일한 압력의 가스유체로 채워져 있고; 적어도 하나의 공간내의 가스유체의 굴절률은 나머지 공간중의 적어도 한 공간내의 가스유체의 굴절률과 상이한 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  4. 노광광으로 조명된 마스크의 패턴을, 투영광학계를 통하여, 기판위로 투영시키는 투영노광장치에 있어서, 대기압의 변화에 기인한 투영광학계의 광학특성의 변화를 저감하기 위해 노광광의 파장을 변화시키는 수단을 구비하고; 상기 투영광학계는 둘 또는 그 이상의 유리재료를 사용하여 이루어진 복수의 굴절광학소자를 가지고; 굴절광학소자들 사이의 공간은 대기압과 동일하거나 또는 대략 동일한 압력의 불활성가스유체로 채워져 있고; 적어도 하나의 공간내의 가스유체의 굴절률은 나머지 공간중의 적어도 한 공간내의 가스유체의 굴절률과 상이한 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  5. 노광광으로 조명된 마스크의 패턴을, 투영광학계를 통하여, 기판위로 투영시키는 투영노광장치에 있어서, 대기압의 변화에 기인한 투영광학계의 광학특성의 변화를 실질적으로 보정하기 위해 노광광의 파장을 변화시키는 수단을 구비하고; 상기 투영광학계는 둘 또는 그 이상의 유리재료를 사용하여 이루어진 복수의 렌즈소자를 가지고; 렌즈소자들 사이의 공간은 대기압과 동일하거나 또는 대략 동일한 압력의 가스유체로 채워져 있고; 적어도 하나의 공간내의 가스유체의 굴절률은 나머지 공간중의 적어도 한 공간내의 가스유체의 굴절률과 상이한 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  6. 노광광으로 조명된 마스크의 패턴을, 투영광학계를 통하여, 기판위로 투영시키는 투영노광장치에 있어서, 대기압의 변화를 검출하는 검출수단과, 상기 검출수단의 출력에 따라서 노광광의 파장을 변화시키는 파장변화수단을 구비하고; 상기 투영광학계는 둘 또는 그 이상의 유리재료를 사용하여 이루어진 복수의 렌즈소자를 가지고; 렌즈소자들 사이의 공간은 대기압과 동일하거나 또는 대략 동일한 압력의 불활성가스유체로 채워져 있고; 적어도 하나의 공간내의 가스유체의 굴절률은 나머지 공간중의 적어도 한 공간내의 가스유체의 굴절률과 상이한 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 광학특성은 구면수차, 코머수차, 왜곡수차, 비점수차 및 계의 곡률중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 노광광의 파장은 250㎚이하인 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 노광광의 파장은 200㎚이하인 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  10. 제 9항에 있어서,상이한 굴절률의 가스유체는 상이한 유리재료로 이루어진 두개의 굴절광학소자 사이의 공간을 채우는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  11. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상이한 굴절률의 가스유체는 약 1의 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  12. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상이한 굴절률의 가스유체는 헬륨과 질소를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  13. 제 1항 내지 제 3항 및 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상이한 굴절률의 가스유체는 각각 불활성가스로 이루어진 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  14. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상이한 굴절률의 각각의 가스유체는 단일의 가스 또는 상이한 가스의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  15. 제 9항에 있어서, 상기 투영광학계의 광학소자들 사이의 공간은 모두 대기압과 동일한 압력 또는 대략 동일한 압력의 가스유체로 채워져 있고, 조리개에 인접한 공간 중 하나는 질소가스로 채워져 있고 한편 나머지 공간은 모두 헬륨가스로 채워져 있는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  16. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 대기압의 변화에 의해 변화될 수 있는, 광학특성중의 구면수차를 보정하는 보정광학계를 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  17. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 대기압의 변화에 의해 변화될 수 있는, 광학특성 중의 초점위치를 실질적으로 보정하도록 상기 투영광학계의 광축방향으로 기판을 이동시키는 구동기구를 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  18. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 대기압의 변화에 의해 변화될 수 있는, 광학특성 중의 투영배율을 보정하는 보정광학계를 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  19. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 대기압의 변화에 의해 변화될 수 있는, 광학특성 중의 왜곡수차를 보정하는 보정광학계를 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  20. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 대기압의 변화에 의해 변화될 수 있는, 광학특성 중의 비점수차를 보정하는 보정광학계를 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  21. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 대기압의 변화에 의해 변화될 수 있는, 광학특성 중의 계의 곡률을 보정하는 보정광학계를 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  22. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 대기압의 변화에 의해 변화될 수 있는, 광학특성 중의 코머수차를 보정하는 보정광학계를 부가하여 구비한 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  23. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상이한 굴절률의 가스유체는 상이한 압력을 가지는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  24. 웨이퍼에 레지스트를 도포하는 스텝과;
    제 1항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 기재된 노광장치를 사용하여 디바이스패턴의 이미지에 의해 웨이퍼레지스트를 노광하는 스텝과;
    디바이스패턴의 이미지에 의해 감광되었던 레지스트를 현상하는 스텝으로 이루어진 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
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