KR20000022951A - 투영노광장치 및 투영노광방법과 조명 광학계 - Google Patents

투영노광장치 및 투영노광방법과 조명 광학계 Download PDF

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KR20000022951A
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모리다까시
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오노 시게오
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Abstract

반사형 마스크를 이용한 투영노광장치에 있어서, 해상력을 저하시킴이 없이 양호한 영상을 얻을 수 있는 투영노광장치를 제공한다.
본 발명에 따른 투영노광장치는 방사 광선을 공급하는 광원과, 사전 설정된 패턴이 형성된 반사형 마스크로 상기 방사 광선을 향하게 하는 조명 광학계와, 상기 반사형 마스크에서 반사된 상기 방사 광선을 노광된 기판 위로 향하게 하고, 그 노광된 기판 위에 상기 사전 설정된 패턴의 영상을 형성하는 투영 광학계와, 상기 반사형 마스크와 상기 노광된 기판과의 적어도 한쪽을 상대적으로 이동시키는 스캐닝 구동기를 포함하여 구성되며, 상기 조명계는 상기 반사형 마스크와 짝을 이루는 위치 부근에 배치되는 시야 조리개를 구비한다.

Description

투영노광장치 및 투영노광방법과 조명 광학계{PROJECTION EXPOSURE APPARATUS AND METHOD, AND ILLUMINATION OPTICAL SYSTEM THEREOF}
본 발명은 집적회로, 영상소자, 액정 디스플레이, 또는 박막 자기 기록 헤드 등의 소자를 구성하기 위한 웨이퍼에 마스크 또는 망선 등의 폼(form)을 투영하는 석판인쇄기술에서 사용되는 투영노광장치 및 그 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 EUVL(Extreme Ultra Violet Lithography: 극자외선 석판인쇄기술)로 불리는 연성의 x-선을 이용한 투영노광장치 및 그 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 투영노광장치에 사용될 수 있는 조명 광학계 및 그 방법에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명은 상기 장치 및 방법을 이용하여 상기 소자를 구성하는 방법에 관한 것이다.
마스크 및 망선 등의 폼을 연성 x-선(EUV 방사)을 이용하여 웨이퍼에 투영하는 투영노광장치는 1993년에 발간된 OSA Proceedings on Soft X-Ray Projection Lithography 제18권에 실린 스위트, 윌리엄 씨. (Sweatt, William C.)의 "High-Efficiency Condenser Design for Illuminating a Ring Fiels" 및 미국특허 제 5,315,629 호에 개시되어 있다.
이들 투영노광장치에 있어서, 반사형 마스크는 폼으로서 사용되며, 폼이 투영 광학계에 대해 이동하는 동안 노광이 수행된다. 다시 말해서, 스캐닝 노광 방법은 공작물 위의 결상 영역에 폼의 전체 패턴을 투영하는데 사용된다. 이 방법은 폼의 일부의 영상인 노광 영역이 공작물 위에서 스캐닝되는 동안 노광을 수행한다.
상기한 종래의 연성 x-선을 사용하는 투영노광장치에 있어서는, 마스크 위의 특정 패턴이 노광을 수행할 수 있도록 하기 위해서 노광 영역은 제한되어야 한다.
스캐닝 노광을 수행할 때, 누적 노광이 결상 영역에서의 어떤 지점에서도 동일하게 하기 위해서는, 노광 영역 내의 스캐닝 방향에 따른 슬릿의 폭이 스캐닝 방향과 직교하는 방향에 따른 어느 지점에서도 같게 할 필요가 있다.
스캐닝 노광을 수행할 때, 노광 영역을 제한하는 방법으로 슬릿을 반사형 마스크 부근에 두는 방법과 슬릿을 공작물 부근에 두는 방법이 있다. 첫번째 방법에 있어서는, 노광이 수행되는 동안 슬릿이 반사형 마스크에 대해 상대운동을 하여야 한다. 두번째 방법에 있어서는, 노광이 수행되는 동안 슬릿이 공작물에 대해 상대운동을 하여야 한다. 따라서, 슬릿과 반사형 마스크 또는 공작물 간의 직접적인 접촉을 피하기 위해서는, 슬릿과 반사형 마스크 또는 공작물 사이에 공간이 존재하여야 한다.
이렇게 슬릿과 반사형 마스크 또는 슬릿과 공작물 간에 거리를 두고 배치한 경우를 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5A 내지 도 5C는 반사형 마스크(9)에 도달한 광속과 슬릿(S) 사이의 관계를 보인 것이다. 도 5A는 광속이 노광 영역의 중심((A)에 도달한 경우를 보인 것이다. 도 5B 및 도 5C는 광속이 노광 영역의 모서리(9B, 9C)에 도달한 경우를 보인 것이다. 노광 영역의 중심에 도달한 광속은, 도 5A에 도시된 바와 같이, 흐린 형태를 생성하지 않기 때문에, 투영 광학계의 구경의 형상은 도 5D에 도시한 바와 같이 원형으로 된다. 한편, 9B, 9C에 도달한 광속은 도 5B, 5C에 해칭 부분으로 도시된 바와 같이 흐린 형태를 생성하기 때문에, 투영 광학계의 구경의 형상은 도 5E, 도 5F에 도시한 바와 같이 원의 일부가 잘려져 나간 형태로 이루어진다.
광학계의 해상력은 다음의 식으로 표시된다.
LW = k·λ/NA
여기서, LW는 해상한계의 라인 폭을 나타내고, k는 상수이고, λ는 파장을 나타내며, NA는 투영 광학계의 구경의 수를 나타낸다. 위의 식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 해상한계의 라인 폭은 투영 광학계의 구경의 수에 반비례한다. 해상력은 웨이퍼 면에서의 위치 또는 패턴 방향(수직, 수평 또는 경사 방향)에 상관없이 일정하여야 한다.
슬릿(S)이 반사형 마스크 부근에 놓이거나 공작물 부근에 놓이면, 슬릿(S)의 가장자리 부근의 노광 영역에서의 광속의 일부에 흐린 형태가 생성된다. 해상력은 패턴의 방향에 따라 변하기 때문에, 더이상은 좋은 영상을 얻을 수 없다. 스캐닝 노광 방법에 있어서는, 스캐닝 노광이 좋지 않은 영상이 형성되는 영역을 포함하여 수행되기 때문에, 전체 조명의 영상이 나빠진다는 문제점이 있다.
노광 영역 또는 조명 영역의 크기나 형상을 바꾸고자 할 경우, 슬릿 자체를 움직일 필요가 있다. 이 경우, 이하에서 설명하는 문제점으로 인해 양호한 영상을 투영하는 것은 불가능하다. 슬릿(S)의 이동 기구와 반사형 마스크 또는 공작물 간의 간섭을 피하기 위해서는, 슬릿(S)과 반사형 마스크 또는 슬릿(S)과 공작물 사이의 거리는 멀어지게 된다. 그리고, 슬릿(S)의 이동 기구로부터 먼지가 또한 생성된다.
따라서, 본 발명의 목적은 반사형 마스크가 사용되는 경우에도 양호한 영상을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 투영노광장치는
방사 광선을 제공하는 광원과,
사전 설정된 패턴이 형성되는 반사형 마스크로 상기 방사 광선을 향하게 하는 조명 광학계와,
상기 반사형 마스크에 의해 반사된 상기 방사 광선을 노광된 기판(공작물)으로 향하게 하여 상기 노광된 기판 위에 사전 설정된 패턴의 영상을 형성하는 투영 광학계와,
상기 반사형 마스크 및 상기 노광된 기판중 적어도 하나를 상대운동시키는 스캐닝 구동기를 포함하여 구성되며,
상기 조명 광학계는 상기 반사형 마스크와 사실상 짝을 이루는 위치에 근접 배치되는 시야 조리개를 포함한다.
그리고, 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 투영 노광 장치는
사전 설정된 패턴이 형성되는 반사형 마스크로 방사 광선을 향하게 하고, 상기 반사형 마스크에 의해 반사된 상기 방사 광선에 의해 공작물 위에 사전 설정된 패턴의 영상을 투영하기 위하여,
방사 광원과,
상기 방사 광원 및 상기 반사형 마스크 사이에 배치되며, 상기 방사 광선으로부터 공급된 상기 방사 광선을 상기 반사형 마스크로 향하게 하는 조명 광학계와,
상기 반사형 마스크 및 상기 공작물 사이에 배치되며, 상기 반사형 마스크에 의해 반사된 상기 방사 광선을 노광된 기판으로 향하게 하고, 상기 노광된 기판 위에 사전 설정된 패턴의 영상을 형성하는 투영 광학계와,
상기 반사형 마스크와 상기 공작물 그리고 상기 투영 광학계 사이의 위치 관계를 상대적으로 변경하는 스캐닝 구동기와,
상기 반사형 마스크와 쌍을 이루는 위치에 근접 배치된 시야 조리개를 포함하여 구성된다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 조명 장치는
사진석판 장치에서 사용하여 사전 설정된 패턴이 형성되는 반사형 마스크의 영상을 공작물 위에 형성하기 위하여,
방사 광선과,
상기 방사 광원 및 상기 반사형 마스크 사이에 배치되어 상기 방사 광원으로부터 공급되는 상기 방사 광선을 상기 반사형 마스크 위의 사전 설정된 조명 영역으로 향하게 하는 조명 광학계를 포함하여 구성되며,
상기 조명 광학 시스템은 시야 조리개와, 상기 시야 조리개의 영상을 상기 사전 설정된 조명 영역으로서의 상기 반사형 마스크 위에 형성하는 릴레이 광학계를 포함한다.
상기한 실시예에서는, 상기 릴레이 광학계가 반사계인 것이 바람직하다. 상기한 실시예의 경우, 상기 방사 광원은 50 nm보다 짧은 파장을 갖는 방사 광선을 공급하는 것이 바람직하다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 투영노광장치는
사전 설정된 패턴이 형성된 반사형 마스크로 방상 광선을 향하게 하고, 상기 반사형 마스크에 의해 반사된 방사 광선에 의해 공작물 위에 사전 설정된 패턴의 영상을 투영하기 위하여,
방사 광원과,
상기 방사 광원과 상기 반사형 마스크 사이에 배치되어, 상기 방사 광선으로부터 공급된 상기 방사 광선을 상기 반사형 마스크로 향하게 하는 조명 광학계와,
상기 반사형 마스크와 상기 공작물 사이에 배치되어, 상기 반사형 마스크에 의해 반사된 방사 광선을 노광된 기판으로 향하게 하고, 상기 사전 설정된 패턴의 영상을 상기 노광된 기판 위에 형성하는 투영 광학계를 포함하여 구성되며,
상기 조명 광학계 내의 상기 방사 광선의 광학 경로를 따라 배치된 반사형 광학 요소중 적어도 어느 하나의 위치는 상기 노광 영역 위의 상기 방사 광선의 조도 분포의 조정이 이루어질 수 있도록 조절된다.
그리고, 상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 투영노광방법은 반사형 마스크 위에 형성된 사전 설정된 패턴을 공작물 위에 투영하여 노광하는 방법으로서,
방사 광원을 제공하고,
조명 광학계에 의해 상기 방사 광선으로 사전 설정된 패턴이 형성된 반사형 마스크를 조명하고,
상기 반사형 마스크로부터 반사된 광선에 기초하여 공작물 위에 상기 반사형 마스크의 패턴을 투영하고,
상기 반사형 마스크 및 상기 공작물중 적어도 하나를 상호 상대운동시키는 단계로 구성되며,
상기 조명 단계는 상기 조명 광학계 내에 배치된 시야 조리개의 영상을 상기 반사형 마스크 위에 형성하는 단계를 또한 포함하여 구성된다.
그리고, 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 투영노광방법은 반사형 마스크 위에 형성된 사전 설정된 패턴을 공작물 위에 투영하고 노광하는 방법으로서,
방사 광원을 제공하고,
조명 광학계에 의해 상기 방사 광원으로 사전 설정된 패턴이 형성된 반사형 마스크를 조명하고,
상기 반사형 마스크로부터 반사된 광선에 기초하여 공작물 위에 상기 반사형 마스크의 패턴을 투영하고,
상기 공작물 위의 노광 영역 내에서의 조도 분포를 변경하기 위하여 상기 방사 광선이 상기 시야 조리개로 향하는 광학 경로를 따라 배치되는 적어도 하나의 광학 요소의 위치를 조정하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 있어서, 방사 광선은 심층 자외선 영역, 진공 자외선 영역, 연성 x-선 영역, 경성 x-선 영역을 포함하는 전자기파를 의미한다.
도 1은 본 발명에 따른 투영노광장치의 광학적인 구성을 보인 개략도이다.
도 2는 스캐닝 노광의 상태를 보인 개략도이다.
도 3은 본 발명의 변형예에 따른 시야 조리개의 구성을 보인 개략도로,
도 3A는 단면도이고,
도 3B는 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 시야 조리개의 이동을 보인 개략도로,
도 4A 내지 도 4E는 고정 시야 조리개와 이동 시야 조리개 사이의 상대위치를 보인 평면도이고,
도 4F 내지 도 4J는 웨이퍼 위의 결상 영역과 노광 영역 사이의 상대위치를 보인 평면도이다.
도 5는 종래의 투영노광장치에서의 문제점을 보인 개략도로,
도 5A 내지 도 5C는 시야 조리개에 의해 광속이 흐려진 상태를 보인 평면도이고,
도 5D 내지 도 5F는 광속이 흐려져서 생성된 구경의 형상을 보인 개략도이다.
이하, 도 1에 도시한 실시예에 따라 본 발명을 설명하기로 한다. 레이저 소오스(100)는 적외선 영역에서 가시광선 영역까지의 파장을 갖는 레이저 광선을 발생시킨다. 예를 들어, 야그 레이저가 레이저 소오스(100)로 사용될 수 있다. 레이저 소오스(100)에 의해 발생된 레이저 광선은 집광 광학계(101)에 의해 집광 위치(3)에 집광된다. 물체 소오스(2)에서 떨어진 물체(EUV 광선 발생 물체)는 집광 위치(3)에서 높은 조도의 레이저 광선으로 조명된다. 물체의 중심부는 플라즈마화되고, 여기에서부터 연성 x-선이 발생된다. 후속하는 물체는 물방울, 얼음입자, 수용액 방울, Xe 가스, Kr 가스, 또는 테이프나 와이어 형상의 Cu 또는 Ta (탄탈) 등의 EUV 광선 발생 물체(목표물)로서 사용된다.
연성 x-선의 파장의 경우, 50 nm 보다 짧은 파장을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 13 nm의 방사 광원을 사용하는 것이 좋다. 공기에 대한 연성 x-선의 투과율이 낮기 때문에, 전체 장치는 진공실(1) 내에 놓인다.
집광 위치(3)에서 발생된 연성 x-선은 평면 거울 및 오목 거울로 이루어진 광학계(4, 5, 6)에 의해 사전 설정된 영역의 개구를 갖는 시야 조리개(구경)(7)로 향한다. 이 실시예에서, 연성 x-선 영역의 자기 저항을 증가시키는 반사 증가 막이 광학계(4, 5, 6)의 반사면에 피복되어 있다. 반사 증가 막의 재료로서, Mo와 Si 또는 Mo와 Be 등으로 이루어진 재료가 사용될 수 있다. 상기 재료는 교대로 피복되어 수십개의 층을 형성한다.
시야 조리개(7)의 경우에는, 연성 x-선을 차단하는 재료가 이러한 목적에 맞는다.
이 실시예에서는, 레이저 플라즈마 x-선 소오스가 광원으로서 사용되지만, 싱크로트론 궤도 방사기(SOR) 내에 장착된 파동기가 광원으로서 사용될 수 있다. 이 실시예에서는, SOR로부터 발생되는 13 nm의 파장이 사용되지만, SOR에서 발생되는 26 nm 및 39 nm의 파장은 물론 1 nm의 경성 x-선이 또한 사용될 수 있다.
시야 조리개(7)의 개구를 통과한 방사 광선은 반사 광학계로 구성된 릴레이 광학계(8)를 통해 반사형 마스크(9)로 향하게 된다. 일부는 연성 x-선을 반사하고 일부는 연성 x-선을 반사하지 않는 패턴이 반사형 마스크(9)의 표면 위에 형성된다. 광학계(4, 5, 6, 8)는 반사형 마스크(9)를 조명하는 조명 광학계를 구성한다.
시야 조리개(7)는 릴레이 광학계(8)에 대해 반사형 마스크(9)와 광학적으로 짝을 이루며, 시야 조리개(7)의 영상은 반사형 마스크(9) 위에 투영된다. 시야 조리개(7)의 개구의 영상은 반사형 마스크(9) 위의 조명된 영역과 일치한다.
반사형 마스크(9)에 의해 선택적으로 반사된 방사 광선은 사전 설정된 감소 확대를 갖는 투영 광학계(10)에 의해 기판 스테이지(ST2)위에 놓인, 노광된 기판(공작물)로서의, 웨이퍼(11)로 향한다. 그런 다음, 반사형 마스크(9) 위의 조명된 영역 내의 패턴이 웨이퍼(11) 위에 투영된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 노광 영역(IE)은 웨이퍼(11) 위에 형성된다. 노광 영역(IE)은 시야 조리개(7)의 개구와 유사한 반사형 마스크(9) 위에 조명된 영역과 유사한 형상을 갖는다. 반사형 마스크(9) 위의 조명된 영역의 패턴의 영상은 노광 영역(IE) 내에 형성된다.
도 1을 다시 참조하면, 마스크 스테이지(ST1)와 기판 스테이지(ST2)는 각각 구동기(MT1, MT2)에 연결되어 있다. 이들 구동기(MT1, MT2)는 주 제어기(MCU)에 연결되어 있다.
노광이 수행되는 동안, 반사형 마스크(9) 및 웨이퍼(노광된 기판)(11)는 이들 구동기(MT1, MT2)에 의해 도 1에 도시된 화살표로 나타낸 방향으로 투영 광학계(10)에 대해 상대적으로 이동한다. 이 실시예에서는, 실(1)의 내부가 진공이기 때문에, 이들 구동기(Mt1, MT2)로서 선형 모터 따위의 액추에이터와 함께 자기 부양식 선형 액추에이터 또는 차동 배기식 공기 베어링을 사용하는 것이 바람직하다. 마스크 스테이지(ST1) 및 기판 스테이지(ST2)에서 척킹 기구로 정전 척을 사용하는 것이 또한 바람직하다.
도 2에 도시한 바와 같이, 노광 영역(IE)은 공작물(노광된 기판)로서의 웨이퍼(11) 위에, 도면에서 화살표로 도시한, 스캐닝 방향을 따라 스위핑된다. 따라서, 웨이퍼(11) 위의 노광 영역은 노광 영역(IE)의 스위핑 위치에 대응하고, 노광 영역은 웨이퍼(11)의 단일 결상 영역(SA)에 대응한다.
이 실시예에서, 시야 조리개(7)는 릴레이 광학 시스템(8)에 대해 반사형 마스크(9)와 광학적으로 짝을 이룬다. 시야 조리개(7)는 릴레이 광학계(8), 반사형 마스크(9), 및 투영 광학계(10)에 대해 웨이퍼(11)와 광학적으로 짝을 이룬다. 광학적으로 반사형 마스크(9) 위에 시야 조리개(7)를 배치시키는 것에 상당하기 때문에, 조명된 영역은 (또는 노광 영역은) 제한될 수 있다. 이러한 구성에 있어서는, 시야 조리개(7)가 반사형 마스크(9)의 부근에는 존재하지 않기 때문에, 노광 영역의 어느 지점에서도 시야 조리개(7)에 의해 흐린 형태가 생성되지 않고, 따라서 전체 노광 영역에서 걸쳐 양호한 해상도를 얻을 수 있게 된다.
반사형 마스크(9)의 중간 영상이 투영 광학계(10) 내에서 형성되면, 시야 조리개(7)는 중간 영상 위치에 배치될 수 있다.
6개 미만의 반사면을 갖는 반사형 광학계로 투영 광학계를 구성하는 것이 바람직하다.
도 1에 도시한 실시예에서는 단지 한개의 시야 조리개(7)가 사용되고 있지만, 시야 조리개는 한개로 한정되지는 않는다. 스위핑 방향으로 폭을 제한하는 블레이드와 함께 스위핑 방향에 직교하는 방향으로 폭을 제한하는 블레이드로 다수의 요소를 구성할 수 있다.
시야 조리개의 변형례를 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3A는 고정 시야 조리개(71) 및 가변 시야 조리개(72A, 72B)로 구성된 시야 조리개(70)를 보인 단면도이다. 도 3B는 고정 시야 조리개(71) 및 가변 시야 조리개(72A, 72B)의 상대 위치를 보인 평면도이다.
도 3A 및 도 3B에서, 시야 조리개는 고정 시야 조리개(71) 및 이동 시야 조리개(72A, 72B)를 구비하고 있다. 시야 조리개는 원호상 개구(71a)를 갖추고 있고, 이동 시야 조리개는 반사형 마스크(9) (또는 웨이퍼 11) 위의 조명 영역(또는 노광 영역)의 스위핑 방향으로의 폭을 한정하는 두개의 블레이드(72A, 72B)를 갖추고 있다. 도 3A 및 도 3B에 도시한 고정 시야 조리개(71)는 도 1에 도시한 시야 조리개(7)에 상당한다.
이동 시야 조리개의 스위핑 방향으로의 폭을 한정하는 각각의 블레이드(72A, 72B)는, 각각의 블레이드(72A, 72B)가 스위핑 방향으로 각각의 블레이드를 독립적으로 구동하는 구동 유니트(73A, 73B)를 갖추도록, 이동가능하게 고정된다. 여기서, 스위핑 방향은 릴레이 광학계(8)에 의해 (또는 투영 광학계 10와 조합된 릴레이 광학계 8에 의해) 시야 조리개(7) 위의 반사형 마스크(9) (또는 웨이퍼 11)의 투영 영상이 스위핑되는 방향에 대응한다. 도 3에 도시한 변형예에서, 방사 광선은 이동 시야 조리개(72A, 72B)에 의해 한정되는 사전 설정된 영역을 조명한다. 상기 영역은 고정 시야 조리개(71)에 의해 한정된 반사형 마스크(9) (또는 웨이퍼 11) 위의 원호상 조명 영역의 범위에 속한다.
상기한 주 제어기(MCU)는 이동 블레이드 구동 유니트(73A, 73B)를 제어한다. 제어 시스템의 일례를 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하기로 한다. 도 4A 내지 도 4E는 고정 시야 조리개(71)의 개구 및 이동 시야 조리개의 블레이드(72A, 72B) 사이의 상대위치를 보인 평면도이다. 도 4F 내지 도 4J는 웨이퍼(11) 위의 단일 결상 영역에 대한 노광 영역의 위치를 보인 평면도이다. 도 4F는 이동 시야 조리개의 위치가 도 4A에 도시된 위치에 있는 경우의 노광 영역(IE) 및 결상 영역(SA) 사이의 상대위치를 보여주고 있다. 마찬가지로, 도 4G는 도 4B에 대응하고, 도 4H는 도 4C에 대응하고, 도 4I는 도 4D에 대응하고, 도 4J는 도 4E에 대응한다. 결상 영역(SA) 및 노광 영역(IE) 사이의 상대위치를 보인 도 4F 내지 도 4J에서, 해칭 영역은 방사 광선이 실제로 웨이퍼(11) 위에 조명되고 있을 때의 영역이다.
도 3에 도시한 주 제어기(MCU)는 구동기(MT1, MT2)에 의해 마스크 스테이지(ST1)와 기판 스테이지(ST2)를 구동하여, 도 4F에 도시한 결상 영역(SA)의 왼쪽에 노광 영역(IE)을 위치시킨다. 이 때, 이동 시야 조리개의 블레이드(72A, 72B)는 도 4A에 도시한 바와 같이 폐쇄되어 있기 때문에, 방사 광선은 노광 영역(IE)에 미치지 못한다 (노광 영역 IE은 형성되지 않는다).
그런 다음, 주 제어기(MCU)는 구동 유니트(MT1, MT2)에 의해 투영 광학계의 확대에 의해 결정되는 속도로 스위핑 방향을 따라 마스크 스테이지(ST1) 및 기판 스테이지(ST2)를 구동한다. 동시에, 주 제어기(MCU)는 이동 블레이드 구동 유니트(73B)에 의해 상기 스위핑 방향을 따라 블레이드(72B)를 구동한다. 이 때에, 블레이드(72B)의 에지 영상이 사실상 결상 영역(SA)의 에지와 일치하도록, 스테이지(ST1, ST2)를 따라 블레이드(72B)가 구동된다.
블레이드(72A, 72B)가 도 4C에 도시한 바와 같이 열려 있을 때, 방사 광선은 고정 시야 조리개(71)의 개구의 전체 영역을 통과한다. 그 결과, 고정 시야 조리개(71)의 개구의 영상에 따른 노광 영역(IE)은 도 4H에 도시한 웨이퍼(11) 위의 결상 영역(SA) 내에 형성된다. 이 경우, 스테이지(ST1, ST2)는 여전히 스위핑 방향을 따라 구동되고 있기 때문에, 노광 영역(IE)은 결상 영역(SA)을 스위핑한다. 노광 영역(IE)이 도 4I에 도시한 결상 영역(SA)의 에지에 접근할 때, 주 제어기(MCU)는,도 4D에 도시한 바와 같이, 이동 블레이드 구동 유니트(73A)에 의해 스위핑 방향에 따른 방향을 따라 블레이드(72A)를 구동한다. 따라서, 결상 영역(SA)에서 흘러 넘쳐서 노광 영역(IE)을 향하는 방사 광선은 블레이드(72A)에 의해 차단된다. 이 때, 블레이드(72A)는, 블레이드(72A)의 에지의 영상이 스테이지(ST1, ST2)를 따라 결상 영역(SA)의 에지와 사실상 일치하도록, 구동된다.
그런 다음, 노광 영역(IE)이 도 4J에 도시한 바와 같이 결상 영역(SA)을 넘어서는 경우, 블레이드(72A, 72B)는 폐쇄되고, 방사 광선은 더 이상 노광 영역(IE)을 향하지 않게 된다 (노광 영역 IE은 더 이상 형성되지 않는다).
상기한 일련의 운동으로부터, 반사형 마스크(9) 위의 패턴은 웨이퍼(11) 위의 단일 결상 영역 내에 투영된다. 그런 다음, 주 제어기(MCU)가 구동 유니트(MT2)에 의해 기판 스테이지(ST2)를 구동하고, 노광 영역(IE)은 또다른 결상 영역(전형적으로는, 이전의 결상 영역 SA의 다음에 오는 영역)에 놓인다. 그런 다음, 상기한 일련의 운동이 반복된다.
도 3 및 도 4를 통해 설명한 일행정 스캐닝 노광 운동으로 단일 결상 영역 내에 패턴이 투영되지만, 다행정 스캐닝 노광 운동으로 단일 결상 영역 내에 패턴이 투영되는 소위 "스캐닝 및 스티칭 노광"이 사용될 수 있다. 스캐닝 및 스티칭 노광이 사용될 때, 투영 광학계(10)에는 폭 넓은 노광 영역이 필요하지 않기 때문에, 투영 광학계의 제조가 쉬워지고, 투영 광학계의 영상 품질이 향상되는 이점이 있다. 이러한 유형의 스캐닝 및 스티칭 노광 장치가 스즈키를 발명자로 하여 출원된 미국 특허 출원 제 08/654,747 호(1996. 5. 29)에 개시되어 있다. 상기 특허 출원은 본 명세서에서 참조자료로서 인용된다.
도 1에 도시한 실시예에서는, 본 발명의 공동 발명자중의 한사람인 고마쓰다를 발명자로 하여 출원된 미국 특허 출원 제 09/359,137 호(1999. 2. 26)에 개시된 조명 광학계를 사용할 수 있다. 상기 특허 출원은 본 명세서에서 참조자료로서 인용된다.
미국 특허 출원 제 09/359,137 호가 본 발명에 적용되는 경우에 대해 간략하게 설명하기로 한다. 미국 특허 출원 제 09/359,137 호에 개시된 조명 광학계에서는, 광원(54)에서 공급된 방사 광선이 반사형 광학 적분기로 향하고, 사전 설정된 형상을 갖춘 제 2의 소오스를 형성하고, 콘덴서 광학계(64)를 통해 마스크(M)를 조명하게 된다. 도 1에 도시한 본 발명에 따른 광학계(4, 5, 6) 대신에 조명 광학계(54, 56, 64)를 사용할 수 있다. 시야 조리개(7)를 조명하기 위하여 조명 광학계(54, 56, 64)를 사용하는 경우, 시야 조리개(7)의 영상은 도 1에 도시한 릴레이 광학 시스템(8)에 의해 반사형 마스크(9)에 투영된다.
반사형 마스크(9) 또는 웨이퍼(11) 위의 조도 분포는 조명 광학계를 구성하는 광학 요소중 적어도 하나의 요소의 위치를 조정하거나, 공간적인 반사율 분포를 갖는 반사 요소를 조명 광학계에 삽입함으로써 변경할 수 있다. 반사형 마스크(9) 또는 웨이퍼(11)(공작물로서의 노광된 기판) 위의 조도 분포를 변경함으로써, 일정한 (또는 소정의) 조도 분포를 얻을 수 있다. 이 경우, 조정을 행하는 광학 요소의 위치가 시야 조리개(7) 및 방사 광원 사이의 광학 경로 내에 위치하는 것이 바람직하다.
도 1에 도시한 조명 광학 시스템에서는, 평면 거울(5)의 경사를 조정하거나, 광학 축을 따라 위치를 변경하거나, 오목 거울(6)의 광학 축에 직교하도록 위치를 변경하거나, 오목 거울(6)의 경사를 약간 변경하는 등의 절차에 의해 시야 조리개(7)를 조명하는 광학 요소 내의 (등방성 또는 이방성) 뒤틀림을 변경할 수 있다. 그 결과, 시야 조리개(7)의 조도 분포는 변경될 수 있으며, 최종적으로는 반사형 마스크(9) 또는 웨이퍼(11) 위의 조도 분포가 변경될 수 있다.
적어도 하나의 광학 요소를 이동시키는 동안, 뒤틀림 (예를 들어, 중심 이격) 이외의 광학 특성이 변경될 가능성이 있다. 이 경우, 상기한 적어도 하나의 광학 요소 이외의 광학 요소의 위치를 이동시키면, 조정이 행해질 수 있다.
이 때, 아래에 설명하는 이유로 인하여 시야 조리개(7) 및 반사형 마스크(9) 사이에 놓이며, 릴레이 광학계(8)로 이루어지는 광학계가 위치 조정을 위해 이동하는 것은 바람직하지 않다. 그 이유는 방사 광선의 휘도 분포의 변경뿐만 아니라 시야 조리개(7)의 개구의 형상 변경도 야기하기 때문이다. 다른 한편으로, 공간적인 반사율 분포를 갖는 반사 요소가 삽입되는 위치에 대한 제약은 없다.
상기한 실시예에서는, 원호상 조명 영역이 반사형 마스크(9) 위에 형성되는 경우에 대하여 설명이 이루어졌지만, 본 발명은 원호상의 형상으로 제한되지는 않는다. 장방형 노광 영역을 형성하기 위한 투영 광학계를 구성하는 경우, 본 발명에 따른 조명 광학계는 장방형 형상 영역을 조명할 수 있도록 쉽게 변형될 수 있다. 구체적으로, 원호상에서 장방형으로 시야 조리개의 개구의 형상을 변경함으로써 소기의 목적을 달성할 수 있다.
투영 광학계의 경우, 유니트 확대 및 팽창 확대와 축소 확대를 갖는 시스템이 사용될 수 있다. 또한 본 발명은 마스크 및 웨이퍼가 몸체 내에서 x-선으로 조명되는 원호상 조명 영역에 대해 이동하는 x-선 노광 장치 따위의 근접형 스캐닝 노광 장치에 적용될 수 있다.
본 발명은 반도체를 제조하는 투영노광장치뿐만 아니라 유리판에 소자 패턴을 투영하여 액정 디스플레이를 포함하는 디스플레이 소자를 제조하는 투영노광장치에도 적용될 수 있다. 그리고, 본 발명은 세라믹 웨이퍼 위에 소자 패턴을 투영함으로써 박막 자기 헤드를 제조하는 투영노광장치 및 (CCD 등의) 영상 검출기를 제조하는 투영노광장치에 또한 적용될 수 있다. 그리고, 본 발명은 유리 기판 또는 실리콘 웨이퍼 위에 소자 패턴을 투영함으로써 망선이나 마스크를 제조하는 투영노광장치에 또한 적용될 수 있다.
위에서 설명한 실시예는 본 발명의 기술 사상을 명확히 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 개시된 형태에 의해 본 발명이 제한되지는 않는다. 상기한 기술 사상에 기초하여 여러가지로 변형 및 변경이 가능하다. 실시예는 본 발명의 원리를 최상의 형태로 설명하기 위해 선택되고 기술된 것으로서, 이에 의해 이 기술분야의 당업자라면 특정 용도에 맞게 여러가지 실시예 또는 변형예로 본 발명을 활용할 수 있으리라 본다.
본 발명에 따르면, 반사형 마스크를 이용하는 경우에도 해상력을 저하시킴이 없이 양호한 영상을 얻을 수 있다.

Claims (19)

  1. 방사 광선을 제공하는 광원과,
    사전 설정된 패턴이 형성되는 반사형 마스크로 상기 방사 광선을 향하게 하는 조명 광학계와,
    상기 반사형 마스크에 의해 반사된 상기 방사 광선을 노광된 기판(공작물)으로 향하게 하여 상기 노광된 기판 위에 사전 설정된 패턴의 영상을 형성하는 투영 광학계와,
    상기 반사형 마스크 및 상기 노광된 기판중 적어도 하나를 상대운동시키는 스캐닝 구동기를 포함하여 구성되며,
    상기 조명 광학계는 상기 반사형 마스크와 사실상 짝을 이루는 위치에 근접 배치되는 시야 조리개를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 조명 광학계는 상기 시야 조리개가 상기 반사형 마스크와 사실상 짝을 이루도록 하는 릴레이 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 릴레이 광학계는 반사계인 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광원은 50 nm보다 짧은 파장을 갖는 방사 광선을 공급하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 반사형 마스크 또는 상기 공작물 위의 조도 분포를 변경하기 위하여 상기 광원 및 상기 시야 조리개 사이에 배치된 적어도 하나의 광학 요소의 위치를 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  6. 사전 설정된 패턴이 형성되는 반사형 마스크로 방사 광선을 향하게 하고, 상기 반사형 마스크에 의해 반사된 상기 방사 광선에 의해 공작물 위에 사전 설정된 패턴의 영상을 투영하기 위한 투영노광장치로서,
    방사 광원과,
    상기 방사 광원 및 상기 반사형 마스크 사이에 배치되며, 상기 방사 광선으로부터 공급된 상기 방사 광선을 상기 반사형 마스크로 향하게 하는 조명 광학계와,
    상기 반사형 마스크 및 상기 공작물 사이에 배치되며, 상기 반사형 마스크에 의해 반사된 상기 방사 광선을 노광된 기판으로 향하게 하고, 상기 노광된 기판 위에 사전 설정된 패턴의 영상을 형성하는 투영 광학계와,
    상기 반사형 마스크와 상기 공작물 그리고 상기 투영 광학계 사이의 위치 관계를 상대적으로 변경하는 스캐닝 구동기와,
    상기 반사형 마스크와 쌍을 이루는 위치에 근접 배치된 시야 조리개를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 시야 조리개는 상기 조명 광학계 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 조명 광학계는 상기 시야 조리개 및 상기 반사형 마스크 사이에 배치되어 상기 반사형 마스크 위에 상기 시야 조리개의 영상을 투영하는 릴레이 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 방사 광원은 50 nm보다 짧은 파장을 갖는 방사 광선을 공급하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  10. 사진석판 장치에서 사용하여 사전 설정된 패턴이 형성되는 반사형 마스크의 영상을 공작물 위에 형성하기 위한 조명 장치로서,
    방사 광선과,
    상기 방사 광원 및 상기 반사형 마스크 사이에 배치되어 상기 방사 광원으로부터 공급되는 상기 방사 광선을 상기 반사형 마스크 위의 사전 설정된 조명 영역으로 향하게 하는 조명 광학계를 포함하여 구성되며,
    상기 조명 광학 시스템은 시야 조리개와, 상기 시야 조리개의 영상을 상기 사전 설정된 조명 영역으로서의 상기 반사형 마스크 위에 형성하는 릴레이 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 방사 광원은 50 nm보다 짧은 파장을 갖는 방사 광선을 공급하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 릴레이 광학계는 반사계인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  13. 반사형 마스크 위에 형성된 사전 설정된 패턴을 공작물 위에 투영하여 노광하는 방법으로서,
    방사 광원을 제공하고,
    조명 광학계에 의해 상기 방사 광선으로 사전 설정된 패턴이 형성된 반사형 마스크를 조명하고,
    상기 반사형 마스크로부터 반사된 광선에 기초하여 공작물 위에 상기 반사형 마스크의 패턴을 투영하고,
    상기 반사형 마스크 및 상기 공작물중 적어도 하나를 상호 상대운동시키는 단계로 구성되며,
    상기 조명 단계는 상기 조명 광학계 내에 배치된 시야 조리개의 영상을 상기 반사형 마스크 위에 형성하는 단계를 또한 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 방사 광원을 제공하는 단계에서 50 nm보다 짧은 파장을 갖는 방사 광선을 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 반사형 마스크 또는 상기 공작물 위의 조도 분포를 변경하기 위하여 상기 방사 광선이 상기 시야 조리개를 향하는 광학 경로를 따라 배치된 적어도 하나의 광학 요소의 위치를 조정하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 사전 설정된 패턴이 형성된 반사형 마스크로 방상 광선을 향하게 하고, 상기 반사형 마스크에 의해 반사된 방사 광선에 의해 공작물 위에 사전 설정된 패턴의 영상을 투영하기 위한 투영노광장치로서,
    방사 광원과,
    상기 방사 광원과 상기 반사형 마스크 사이에 배치되어, 상기 방사 광선으로부터 공급된 상기 방사 광선을 상기 반사형 마스크로 향하게 하는 조명 광학계와,
    상기 반사형 마스크와 상기 공작물 사이에 배치되어, 상기 반사형 마스크에 의해 반사된 방사 광선을 노광된 기판으로 향하게 하고, 상기 사전 설정된 패턴의 영상을 상기 노광된 기판 위에 형성하는 투영 광학계를 포함하여 구성되며,
    상기 조명 광학계 내의 상기 방사 광선의 광학 경로를 따라 배치된 반사형 광학 요소중 적어도 어느 하나의 위치는 상기 노광 영역 위의 상기 방사 광선의 조도 분포의 조정이 이루어질 수 있도록 조절되는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 방사 광원은 50 nm보다 짧은 파장을 갖는 방사 광선을 공급하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  18. 반사형 마스크 위에 형성된 사전 설정된 패턴을 공작물 위에 투영하고 노광하는 방법으로서,
    방사 광원을 제공하고,
    조명 광학계에 의해 상기 방사 광원으로 사전 설정된 패턴이 형성된 반사형 마스크를 조명하고,
    상기 반사형 마스크로부터 반사된 광선에 기초하여 공작물 위에 상기 반사형 마스크의 패턴을 투영하고,
    상기 공작물 위의 노광 영역 내에서의 조도 분포를 변경하기 위하여 상기 방사 광선이 상기 시야 조리개로 향하는 광학 경로를 따라 배치되는 적어도 하나의 광학 요소의 위치를 조정하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 방사 광원은 50 nm보다 짧은 파장을 갖는 방사 광선을 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
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