KR20010089153A - 극자외선 리소그래피 콘덴서의 회절 소자 - Google Patents

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KR20010089153A
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KR1020017001529A
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스웨트윌리암씨.
레이-챠우두리아비지트케이.
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추후보정
이유브이 리미티드 라이어빌러티 코포레이션
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Abstract

극자외선을 사용하는 투사 리소그래피에서 회절 격자가 있는 거울(60)을 가진 콘덴서(30,40,50,60)는 임계 치수 제어를 상당히 향상시킨다. 회절 격자는 최소의 광 손실로 카메라의 입사동에서 조명을 고르게 하는 효과를 가진다. 모델링은 100 nm 피처의 임계 치수 제어가 3 nm 부터 약 0.5 nm 미만까지 향상될 수 있음을 제시한다.

Description

극자외선 리소그래피 콘덴서의 회절 소자{Diffractive element in extreme-UV lithography condenser}
일반적으로, 리소그래피는 다양한 매체간에 패턴 전송을 위한 프로세스를 말한다. 리소그래픽 코팅은 일반적으로 대상(subject) 패턴의 투사된 이미지를 받는데 적합한 레디에이션 감광 코팅이다.
일단 이미지가 투사되면, 그것은 코팅 내에 지워지지 않도록 형성된다. 투사된 이미지는 대상 패턴의 음각 또는 양각일 수도 있다. 전형적으로, 대상 패턴의 "투명도(transparency)"는 "투사" 레디에이션에 대해 선택적으로 투명하거나, 불투명하거나, 반사하거나, 비반사하는 영역들을 가짐으로써 만들어진다. 투명도에 의한코팅의 노출은 이미지 영역이 선택적으로 교차 결합(crosslinked)하게 되어 결과적으로 특정 용매 현상액에 더 잘 또는 덜 용해(코팅에 따라)되게 된다. 덜 용해되는 교차 결합 폴리머(polymer)상태로 코팅내의 패턴 이미지가 남도록 더 잘 용해(즉, 교차결합 되지 않은)되는 영역은 현상 단계에서 제거된다.
투사 리소그래피는 마이크로일렉트로닉스 프로세싱을 위한 강력하고 본질적인 도구이다. 피처 크기(feature size)가 점점 작게 운영됨에 따라, 광 시스템은 광 레디에이션의 파장에 의해 야기되는 그 한계에 접근하고 있다. "파장이 길거나" 또는 "소프트(soft)" 엑스레이(알려진 대로 극자외선)(파장범위가 λ=100 에서 200 Å인)는 현재 소망하는 더 작은 피처 크기를 달성하기 위한 노력에 있어 연구의 선두에 있다. 그러나, 소프트 엑스레이 레디에이션은 그 자체에 문제가 있다. 종래 투사 리소그래피에서 사용되는 복잡하고 정밀한 광 렌즈 시스템은 여러 가지 이유로 잘 작동하지 않는다. 그 중 가장 주된 이유는 소프트 엑스레이를 위한 투명, 비흡수 렌즈 물질이 없다는 사실이며 그리고 대부분의 엑스레이 반사기는 약 70 %의 효율만을 가지고 있고, 그것은 본질적으로 극소수의 표면을 가지는 매우 간단한 빔 가이딩 옵틱스를 나타낸다.
소수의 표면만을 사용하고 좁은 아크 또는 링필드를 따라서만 예민성(즉, 감각 인식력의 날카로움)을 가지고 이미지화할 수 있는 카메라를 개발하는 하나의 시도가 있어 왔다. 그런 카메라는 링필드를 가로질러 반사 마스크를 스캔하고 그 이미지를 프로세싱하기 위해 스캔된 웨이퍼로 진행시킨다. 비록 카메라가 링필드 스캐닝을 위해 디자인되었다고 하더라도(예를 들어, 쥬엘(Jewell) 등의 미국 특허 제 5,315,629 호 및 오프너(Offner)의 미국 특허. 제 3,748,015 호), 광을 싱크로트론 소스로부터 이런 종류의 카메라에 요구되는 링필드까지 효율적으로 결합할 수 있는 이용할 수 있는 콘덴서는 완전히 개발되지 않고 있다. 더욱이, 링필드 이미징에 반대되는 것으로, 풀필드 이미징은 카메라내에 엄격하게 비구면 거울을 필요로 한다. 그런 거울은 현재의 기술로는 요구되는 파장에서의 사용을 위해서 필요한 허용 한계까지 제조될 수 없다.
"VLSI(Very Large Scale Integration)"의 현재의 기술 상태는 0.25 μm의 디자인 룰로 조립된 회로와 칩을 관련시킨다. 보다 더 소형화하기 위한 노력은 현재 사용되는 자외선("UV") 딜리니에이팅(delineating) 레디에이션의 분해능을 더 완전하게 이용하는 최초의 형태를 취하고 있다. "디프(deep) UV"(λ=0.3 μm 내지 0.1 μm의 파장 범위)는, 위상 마스킹, 비축(off-axis) 조명, 그리고 단계반복(step-and-repeat)과 같은 기술로, 0.18 μm 또는 약간 더 작은 디자인 룰(최소 피처 또는 간격 치수)을 허용할 수도 있다.
더 작은 디자인 룰을 달성하기 위해, 파장 관련 분해능 한계를 피하도록 다른 형태의 딜리니에이팅 레디에이션이 요구된다. 하나의 연구 방향은 전자나 다른 하전입자 레디에이션을 이용하는 것이다. 이 목적을 위한 전자기 레디에이션의 사용은 엑스레이 파장을 요구할 것이다.
두 가지 엑스레이 레디에이션 소스가 고려중에 있다. 하나의 소스는, 플라즈마 엑스레이 소스로, 고전력, 펄스 레이저(예를 들어, 이트륨 알루미늄 가닛 ("YAG") 레이저), 또는 엑시머 레이저에 의존하는데, 이들은 50 μm 내지 250 μm 스폿에 500 내지 1,000와트의 파워를 전달하고, 그렇게 함으로써, 예를 들어 250,000 ℃까지 소스 물질을 가열하여, 결과물인 플라즈마로부터 엑스레이 레디에이션을 방사한다. 플라즈마 소스는 컴팩트하고, 하나의 단일 생산 라인에 제공(고장이 전체 공장을 폐쇄시키지 않도록)될 수도 있다. 다른 소스는, 전자 저장 링 싱크로트론으로, 수년간 사용되어 왔고 진일보된 개발 단계에 있다. 싱크로트론은 매우 안정되고 명확한 엑스레이 소스를 제공하기 때문에 특히 유망한 리소그래피용 엑스레이 소스이다.
전자는, 상대론적인 속도까지 가속되면, 싱크로트론의 진공관 내에 자기장 속박 궤도를 따르고 그것의 이동경로를 한정하기 위해 사용되는 자기장에 의해 그것이 휘게 될 때 전자기 레디에이션을 방사한다. 레디에이션은, 리소그래피를 위한 중요한 파장범위 내에서, 신뢰할 수 있을 정도로 생성된다. 싱크로트론은 극도로 정교한 실험을 위한 요구를 충족시키도록 정밀하게 한정된 레디에이션을 생성한다. 전자에 의해 방사된 전자기 레디에이션은 전자의 이동 방향을 변화시킴에 따른 필연적 결과이고 싱크로트론 레디에이션으로 전형적으로 불린다. 싱크로트론 레디에이션은, 광속에 가까운 속도로 싱크로트론 내에서 이동하는 전자 또는 양전자 입자들이, 자기장에 의해 그 궤도에서 편향될 때 방사되는 매우 강한 방향성을 갖는 전자기파를 구비하여 이루어진다.
싱크로트론 레디에이션은 연속 스펙트럼 또는 싱크로트론 방사 광선으로 불리며, 스펙트럼을 통하여 전파와 적외선 파장이상까지 걸쳐, 다른 소스 등과 관련하여 강하고 좁은 피크없는 팬 형상의 "광선"으로 방사된다. 싱크로트론 방사 광선은 빔 강도가 높고, 발산이 적어서 두껍게 부착된 레지스트에 포토리소그래픽 마스크 패턴을 정확하게 그리고 깊게 감광하는 것이 가능한 특성을 가진다. 일반적으로, 모든 싱크로트론은 그 스펙트럼들을 한정하는 써리나(Cerrina)등.(미국 특허 제 5,371,774 호)의 제 1도에서 도시된 형상에 유사한 스펙트럼 곡선을 가진다. 특별한 강도와 임계 광자 에너지는 서로 다른 싱크로트론들 사이에서 기계 파라미터에 따라 변화할 것이다.
싱크로트론 레디에이션 소스의 크기를 기술하는 파라미터와 소스로부터 발산하는 비율은 중요하다. 전자는 싱크로트론 레디에이션의 소스이므로, 전자빔의 횡단면은 소스의 횡단면을 정한다. 궤도면내에서, 광선은 넓고, 연속적인 팬 형상으로 방사되고, 그것은 전자의 경로에 접한다.
전자빔의 상대적으로 작은 높이와 폭으로 인해, 그 길이상의 어떤 점도 레디에이션의 포인트 소스로 작용하며, 링으로부터 전형적으로 8 미터 또는 그 이상 떨어진 노출면에 뚜렷한 이미지를 제공한다. 그러나 8 미터 떨어진 거리에서, 1 인치 폭의 노출 필드는 이용할 수 있는 레디에이션의 3.2 밀리라디안("mrad")만을 전형적으로 집광한다. 포토레지스트에 입사하는 파워를 향상시키는 두 가지 방법이 있다 : 빔라인을 줄이거나 포커싱 소자를 설치하는 것이다. 포커싱 소자를 사용하는 것은 매우 넓은 개구로부터 엑스레이를 집광하고 매우 작은 수직 높이를 가진 넓은 이미지를 제공하는 잠재적인 장점이 있다. 그러나, 포커싱 소자의 사용은 엑스레이의 저반사율 때문에 각 소자에서 파워의 손실이라는 결과를 가져오고 수차를 유발한다. 싱크로트론 레디에이션은 수평 팬 형상으로 방사된다. 싱크로트론 레디에이션의 작은 수직 발산은 넓은 수평 거울, 또는 복수의 더 작은 평행 시스템이 큰 팬 형상의 광선을 수광할 수 있고, 그 출사광이 마스크 면에 함께 더해진다는 것을 암시한다.
다양한 엑스레이 패턴닝 접근법이 연구중에 있다. 아마도 엑스레이 리소그래피의 가장 발전된 형태는 근접 인화(proximity printing)일 것이다. 근접 인화에서는, 물체 : 이미지 크기비가 필연적으로 1 : 1 비로 한정되고 사진 접촉 인화 방식으로 많이 생성된다. 미세한 박막 마스크가 웨이퍼로부터 일 또는 수 마이크론 정도 떨어져 유지되는데 (즉, 웨이퍼와 접촉하지 않고, 그래서, "근접"이란 용어를 사용한), 이것은 마스크 손상의 가능성을 줄였으나 그것을 제거하지는 못했다. 깨지기 쉬운 박막에 완벽한 마스크를 만드는 것은 계속 주요한 문제이다. 마스크와 웨이퍼 사이에 옵틱스의 필요한 부존재는 입사 레디에이션의 고도의 평행성(또는 콜리메이션)을 필요로 한다. 파장 λ16 Å인 엑스레이 레디에이션은 마스크 상의 피처 에지에서 회절을 제한하도록 0.25 μm 또는 이보다 더 작은 패터닝에 요구된다.
근접 인화에서는 싱크로트론 소스를 사용해왔다. 전통적으로, 많이 요구하는, 과학적 사용법과 일치되어, 근접 인화는 통상적인 소형 집광 아크에 기초해 왔다. 10 mrad에서 20 mrad의 아크 집광으로부터 생기는 상대적으로 작은 파워는, 고종횡비(high-aspect)의 싱크로트론 방사 광선과 함께, 고종횡비의 스캐닝 조명 필드(풀필드 이미징 필드의 사용보다)를 사용하도록 이끌어 왔다.
투사 리소그래피는 근접 인화에 비해 자연적 이점을 가지고 있다. 하나의 이점은 마스크 손상 가능성이 줄어드는 것이고, 이것이 현재 더 커져가는 피처 마스크의 단가를 감소시킨다. 마스크와 웨이퍼 사이의 이미징 또는 카메라 옵틱스는 에지 산란을 보상하고, 그래서, 더 장파인 레디에이션의 사용을 가능하게 한다. 극자외선 레디에이션(알려진 대로 소프트 엑스레이)의 사용은 글레이싱 앵글(glacing-angle) 옵틱스의 입사 허용각도를 증가시킨다. 결과적인 시스템은 극자외선("EUVL")리소그래피 (알려진 대로 소프트 엑스레이 투사 리소그래피("SXPL"))로 알려져 있다.
EUVL의 바람직한 형태는 링필드 스캐닝이다. 모든 링필드 광학적 형태는 길고 좁은 조명 필드 또는 시스템의 광축으로부터 떨어진 환상의 보정 영역(축에 대해 회전 대칭인 일정한 반지름 영역)을 만들도록 수차의 방사상 의존성에 기초하여 낮은 차수의 수차, 즉 3차 수차를, 더 높은 차수의 수차와 균형을 맞추는 기술을 사용한다. 결과적으로, 보정 영역의 형상은 직선형 스트립이기보다 아치형 또는 곡선형 스트립이다. 아치형 스트립은 회전 중심이 카메라의 광축에 있는 원형 링의 세그먼트이다. 폭, W, 그리고 길이, L,로 정의되고 광축과 아치형 슬릿의 중심으로부터 잰 거리인 반지름 크기 R로 정의되는 링필드의 일부분으로 서술되는 아치형 슬릿의 전형적인 개략적 설명으로서 미국 특허. 제 5,315,629 호의 제 4도를 참조하라. 스트립 폭은, 더 큰 분해능을 위해서 더 중요성이 있는 디자인 반지름보다 더 크거나 작은 거리에서 잔류 비점수차, 왜곡 수차, 그리고 페쯔발 만곡수차가 증가함에 따라 인화되는 최소 피처의 작용이다. 그런 아치형 필드의 사용은 이미지에 있어서 반지름에 의존하는 이미지 수차의 최소화를 가능하게 한다. 물체 : 이미지 크기 축소, 예를 들어 5 : 1 축소의 사용은 현재, 확대된 피처 마스크의 상당한 단가 감소를 생기게 한다.
EUVL에 전자 저장 링 싱크로트론 소스의 적용을 위한 노력은 계속될 것으로 본다. 0.25 μm 또는 더 작은 디자인 룰 장치의 경제적인 고 작업 처리량(high-throughput)제작은 싱크로트론 유도 엑스레이 딜리니에이팅 레디에이션의 사용에 의해 가능해진다. 적어도 100 mrad 이상의 큰 각도의 집광은 장치 제작에 중요할 것이다. 싱크로트론 광선 방사 패턴과 링필드 스캔 라인 패턴 사이의 심각한 불일치에 의해 콘덴서용 집광과 프로세싱 옵틱스의 디자인이 복잡해진다.
스웨트(Sweatt), 미국 특허. 제 5,512,759 호는 싱크로트론 소스로부터의 조명을 집광 및 프로세싱하고 포토리소그래피를 위해 디자인된 링필드 카메라로 조명을 향하게 하는 콘덴서를 개시한다. 콘덴서는 상대적으로 간단하고 저렴한 디자인을 채용하고, 그것은 쉽게 제조되는 구면 및 평면 거울을 사용한다. 콘덴서는 복수의 광학 거울 및 렌즈를 채용하며, 이것은 집광, 프로세싱, 그리고 이미징 옵틱스를 형성하여 이 목적을 달성한다.
스웨트(Sweatt), 미국 특허. 제 5,361,292 호는 소형의, 비간섭성 레디에이션 소스의 일측에 한 시리즈의 비구면 거울을 포함하는 콘덴서를 개시한다. 만약 거울들이 페어런트 거울과 연속적으로 연결되어 있다면, 그것들은 준(quasi) 포인트 소스를 상당한 거리, 여기서는 수 미터의 거리에서, 수십 센티미터의 지름을 가진 링 이미지로 이미지화 할 것이다. 링 이미지의 상대적으로 작은 아크(약 60도)만이 카메라에 필요하므로, 가장 효율적인 해법은 약 5개의 60o빔을 가지는 것이고, 이것들 모두가 카메라에 필요한 동일한 아크상에 떨어지도록 모든 빔이 조작된다. 또한, 모든 빔은 카메라의 허입사동을 통과하도록 조준되어야 한다. 이러한 조건들은 두 단계로 충족된다.
첫 번째로, 빔은 필요한대로 거울을 사용하여 이것들이 서로 간섭없이 링필드에서 부분적으로 겹치고 실입사동을 통과하도록, 개별적으로 회전되고 진행된다. 두 번째 단계는 파워드(powered) 이미징 거울을 사용하여 이 실입사동을 카메라의 허입사동으로 이미지화하는 것이다. 이것은 거울의 보정되고, 조합된 이미지를 카메라에 의한 사용을 위해 적절한 위치로 배치한다. 이 시스템은 다양한 방식으로 배열될 수 있다.
투사 리소그래피를 위한 콘덴서 디자인의 이점에도 불구하고, 임계 치수(CD)제어를 향상시키는 기술이 연구중에 있다.
스웨트(Sweatt)에 의해 개시된 것들과 같은 콘덴서 디자인은, 그것이 소형의 포인트 비간섭성 소스로부터 광선 약 1 스테라디안정도 또는 싱크로트론으로부터 20o또는 30o정도 집광하고 그것을 링필드를 지나 입사동까지 통과시킨다는 점에서 아주 효율적이다. 그러나, 입사동에서의 조명 패턴은 균일하지 않아 큰 CD 에러를 야기한다.
현재 기술을 사용하여 100 nm 피처에서 전형적으로 얻어지는 CD 에러는 상당히 크고 이런 예상되는 에러를 제거하도록 마스크가 디자인되고 수정되는 것을 요구한다. 이 마스크 수정 단계는 마스크 지오메트리 보정이 산정되고 그런 다음 보정된 마스크가 모형화되야 하는 반복적 과정이다. 이 단계는 심지어 새로운 마스크세트의 재디자인과 제작을 요구할 수 있어 완성된 칩의 작용에 비용과 불확실성을 더한다.
특히, 마스크 설계자가 본질적으로 정확히 마스크의 피처를 웨이퍼에 있는 대로 마스크상에 설계할 수 있도록 콘덴서 개발이 이루어져야 한다. 이것은 마스크 설계 단가를 낮출 것이고 극자외선 리소그래피를 더 흥미롭게 만들 것이다.
본 발명은 레디에이션을 집광하여 그것을 링필드(ring field)로 전달하는 콘덴서에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 콘덴서는 소형의 비간섭성 소스 또는 싱크로트론 소스로부터의 레디에이션, 여기서는 소프트 엑스레이를 집광하고 그것을 투사 리소그래피용으로 디자인된 카메라의 링필드에 결합시킨다.
도 1a 와 1b는 그 표면에 회절 격자를 가진 보정 거울의 부분 횡단면도이다.
도 2a-2e 와 3a-3d는 회절 격자를 제작하는 방법을 도시한 것이다.
도 4는 시스템의 중심선 위로 가로지르는 이미지와 함께 링필드로의 포인트 소스의 리이미징을 도시하는, 보정 거울이 없는 콘덴서 시스템의 일 실시예의 측면도이다.
도 5는 거울의 지오메트리와 본 실시예에 대한 더 상세한 빔을 도시하는 또 다른 측면도이다.
도 6a는 카메라와 빔의 상호작용을 보여주는 보정 거울 세트를 통과하는 빔을 도시하는 시스템의 실시예에 대한 사시도이다.
도 6b는 회절 격자를 가진 거울을 도시한 것이다.
도 7 과 8은 각각 카메라의 동공상에 형성되는 6 채널과 18 채널 조명을 도시한 것이다; 그리고
도 9a 와 9b는 각각 종래 콘덴서를 사용한 경우와 회절 격자가 있는 거울을 가진 콘덴서를 사용한 경우의 시뮬레이션 결과로부터 유도되는 수평선과 수직선의 CD(100 nm 공칭 선)대 간격의 그래프이다.
본 발명은 투사 리소그래피에서 회절 격자가 있는 보정 거울을 가진 콘덴서를 채용하는 것이 입사동내의 조명의 균일성을 상당히 증가시키고 그래서 임계 치수 제어를 강화시킨다는 발견에 부분적으로 기초하고 있다. 회절 격자는 최소의 광 손실로 카메라의 입사동에서 조명을 고르게 하는 효과를 가진다. 모델링은 100 nm 피처의 임계 치수 제어가 3 nm에서 약 0.5 nm미만까지 향상될 수 있음을 제시한다.
따라서, 한 편으로는, 본 발명은 소스 이미지를 형성하는 레디에이션 소스로부터 극자외선 레디에이션을 집광하기 위한 거울 세트를 가지고, 상기의 거울 세트로부터의 하나 또는 둘 이상의 빔을 직행시키거나 회전시킬 수 있는, 또는 양쪽을 다 할 수 있고, 그리고 상기의 거울 세트로부터 하나 또는 둘 이상의 빔의 수렴 및/또는 소스 이미지의 크기를 수정할 수 있는 보정 거울을 가지며, 여기에서 보정 거울 중 적어도 하나는 그 표면에 회절 격자를 가지는 콘덴서 시스템을 지향한다.
다른 한 편으로는, 본 발명은 링필드 카메라를 위해서 사용될 콘덴서 시스템으로서:
작은 지름의 레디에이션 소스;
각각이 레디에이션 소스에 하나의 초점과 링필드의 반지름에 카메라의 물체 필드을 채우는 라인 초점을 가지고 각각이 레디에이션의 빔을 생성하는, 실질적으로 동일한 페어런트 비구면 거울의 적어도 두 개의 방사상 세그먼트; 그리고
레디에이션의 모든 빔이 카메라의 실입사동을 통과하여 링필드 반지름에 일치된 곡선(또는 아크) 이미지를 형성하도록, 직행시키거나 회전시킬 수 있는, 또는 양쪽을 다 할 수 있는 대응하는 개수의 보정 거울 수단 세트로서, 여기에서 레디에이션이 방사되는 각 보정 거울 세트 중 하나, 또는 바람직하게는 모든 세트에 공통되는 하나의 거울이 그 표면에 회절 격자를 가지는, 대응하는 개수의 보정 거울 수단 세트;
를 포함하는 콘텐서 시스템을 지향한다.
또 다른 한 편으로는, 본 발명은 소스면내의 팬 형상의 싱크로트론 방사 광선을 방사하는 싱크로트론 소스로부터 싱크로트론 레디에이션을 집광하기 위한 그리고 카메라의 링필드를 조명하기 위한 콘덴서 시스템으로서 :
팬 형상의 싱크로트론 방사 광선으로부터 방사되는 복수의 싱크로트론 광선 빔을 집광하기 위한 그리고 복수의 싱크로트론 광선 빔을 복수의 아크형상의 광선 빔의 각각이 아크형상의 횡단면을 가지는, 복수의 아크형상의 광선 빔으로 변형하기 위한, 싱크로트론 소스의 주변에 위치된 집광 수단;
카메라의 실입사동을 향하여 복수의 아크형상의 광선 빔을 회전시키고 직진시키기 위한 그리고 복수의 실질적으로 평행한 아크형상의 광선 빔을 카메라의 실입사동에 위치시키기 위한, 상기 집광 수단에 후속되는, 프로세싱 수단 ; 그리고
실질적으로 평행한 아크형상의 광선 빔을 수렴하기 위한, 복수의 실질적으로 평행한 아크형상의 광선 빔을 반사 마스크로 전송한 다음 카메라의 허입사동으로 전송하기 위한, 그리고 카메라의 링필드를 조명하기 위한 것으로서, 여기에서 그 표면에 회절 격자를 가진 적어도 하나의 거울을 구비하여 이루어진, 상기 프로세싱 수단에 후속되는 이미징 수단 ;
을 포함하는 콘덴서 시스템을 지향한다.
또 다른 한 편으로는, 본 발명은 발명의 회절 격자를 가진 콘덴서 시스템을 채용하는 투사 리소그래피에 의해 치수 0.25 μm를 가지는 적어도 하나의 소자를 포함하는 집적 장치를 제작하기 위한 방법을 지향한다.
일 실시예에서, 회절 격자는 금속 코팅되고 거의 실린더형이며 그리고 평균 80o의 입사각을 가진 거울상에 만들어진다. 이 거울은 약 200 mm 정도 마스크 면에 앞서 있다. 바람직하게는, 회절 격자는 50 % 듀티 사이클을 갖는 본질적으로 균일한 주파수, 두 레벨, 위상만의, 반사 이진 광학 소자를 구비하여 이루어진다. 13.4 nm의 파장을 가진 EUV를 위해, 격자 주기는 바람직하게는 약 4.5 마이크론이고 계단 높이는 약 12.2 nm이다. 80o입사각을 고려하여, 계단 높이는 계단과 격자내의 간격 또는 그루브 사이에 약 0.31 λ의 위상 계단을 도입한다. 이것은 0차(그 거울의 반사)에서 파워의 약 30 %를 남기고, 각각의 1 차(±1)에서 약 28 % 회절하고 그리고 더 고차의 경우 약 14 %를 남긴다. 4.5 마이크론 격자 주기는 카메라의 입사동 내에서 측방향으로 각각의 1차 회절 빔을 움직인다. 이 이동은 입사동 반지름의 약 12 %에 상당한다. 이 콘덴서는 전형적으로 약 0.07에서 0.3까지 그리고 바람직하게는 약 0.10에서 0.20까지 범위의 개구수를 가진 카메라와 결합된다.
다음 기술 용어들은 본 발명의 설명과 논의를 제공하기 전에 정의된다.
A. 기술 용어
싱크로트론 소스 : 자기장에 의해 반복적인 궤도 경로에 속박된 상대성의 전자 또는 양전자를 제공하는 저장 링으로부터 만들어지는 엑스레이 레디에이션 소스
조명 레디에이션 : 각각의 광자가 마스크에 수반되는 포토레지스트를 노출시킬 수 있고 마스크에 조명 필드를 생성할 수 있는 에너지를 가진, 광자의 집합. 조명 필드는 그것의 강도, 방향, 발산 그리고 스펙트럼 폭에 의해 특징 지워진다.
EUV : 소프트 엑스레이로도 알려져 있는, 파장이 50에서 700 Å의 범위를 가지는, 극자외선 레디에이션.
1X 카메라 : 미국 특허.제 3,748,015 호에서 개시된 류의 카메라.
5X 카메라 : 미국 특허. 제 5,315,629 호에서 개시된 류의 카메라.
구면 거울 : 오목하거나 볼록한, 그 표면이 구의 일부를 형성하는 거울. 비록 본 발명이 편리함과 경제적인 이유로 구면 거울을 채용하지만, 허용되는 공업 규격 내(사소한 결점 또는 수차가 있는 것들을 포함한)에서 구면거울을 대치할 수 있는 토로이드형 그리고 콘형 단면(예를 들어 포물선, 쌍곡선, 일반적인 비구면, 타원, 실린더형 등)거울 등과 같은 다른 거울들이 본 발명에 포함됨은 물론이다.
평면 거울 : 제조 허용 한계 내에서 그 표면이 거의 평평한 거울. 비록 본 발명이 평면 거울의 사용을 채용하지만, 본 발명은 이 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자에 의해 용이하게 변형되어 다음 논의에서 평면거울이 개시된 곳에 다른 형상의 거울의 사용을 채용하도록 함은 물론이다.
발산 : 그 자체로 사용되는 대로, 이 용어는 이미지 포인트로부터 발산되는 콘형 광선을 말한다.
수렴 : 그 자체로 사용되는 대로, 이 용어는 집속으로 알려진 바와 같이 이미지 포인트를 향해 수렴하는 콘형 광선을 말한다.
콘덴서 : 링필드 조명 필드를 생성하기 위해 소스 레디에이션을 프로세싱하도록 그리고 마스크를 조명하도록 소스 레디에이션을 집광하는 광 시스템.
집광 옵틱스(또는 집광기) : 소스 레디에이션을 집광해야 하는 콘덴서내의 옵틱스. 집광기는 초점을 가진다.
프로세싱 옵틱스 : 집광된 빔의 방향을 결정하고 위치를 정하며, 그것의 수렴을 수정해야 하는 콘텐서 내의 옵틱스.
이진 광학 소자(BOE(binary optical element)) : 리소그래픽 프로세스에 의해 제작되는 회절 구조. 이것들은 전형적으로 "위상만(phase-only)"인데, 이것은 격자는 강도가 아닌, 단지 입사 광선의 위상에만 영향을 미친다는 것을 의미한다. BOEs는 각각 1, 2, 3 또는 4 마스크들 또는 라이트 사이클을 필요로 하는 2, 4, 8, 또는 16 레벨들을 전형적으로 가진다.
이미징 옵틱스(또는 카메라 옵틱스) : 집광 및 프로세싱 옵틱스에 더하여, 마스크 모듈레이트된 레디에이션을 웨이퍼에 전달해야 하는, 콘덴서와 마스크 다음의 옵틱스, 즉, 카메라 옵틱스.
카메라 동공 : 어떤 물체 포인트로부터의 소스 레디에이션이 카메라로 들어가야 하는 입구를 정하는 실개구 또는 허개구. 그것의 물리적인 크기는 카메라의 실상을 제한하는 개구의 이미지의 크기이다.
개구 조리개 : 주 광선이 교차하는 포인트; 조리개는 물체 필드의 어떤 포인트로부터 이미지를 향해 수렴하는 광선 다발의 콘 앵글의 크기를 제한하는데 제공된다.
렌즈 : 이 용어는 본 명세서에서는 레디에이션이 수렴하거나 발산하도록 하는 어떠한 광학 소자를 정의하기 위해 사용된다. 소프트 엑스레이 또는 EUV 시스템내의 "렌즈들"은 일반적으로 반사시키고 때때로 "거울들"로 칭해진다. 예상되는 렌즈는 다면이거나 비면, 즉 연속적인, 예를 들어, 타원형이거나 다른 곡률을 가진 렌즈일 수 있다. 수렴 또는 발산은 전송 광학 렌즈의 작용과 유사한 작용의 결과이다.
풀필드 노출 : 이미지 필드의 모든 서브 에어리어의 동시(연속적이라기 보다)노출. 이로부터 도출한다면, 이 용어는 일반적으로 전체 칩의 서킷 패턴 같은 완전한 서킷 패턴을 말한다. 본 명세서에서는, 이것은 전체 패턴이든 부분 패턴이든 저종횡비(low-aspect) 직선 패턴 영역을 말하는데 사용된다. 예상되는 부분 패턴들은 전체 패턴을 구성하도록 단계반복에 의해 함께 결합될 수도 있다.
회절 격자 : 회절이란 빛의 파동성에 기인하는 산란 현상이고 전파 필드내의 작은 교란이다. 회절 격자는 전형적으로 거울 표면에 배열된 거칠기(roughness)이다. 상기의 거칠기에 의해 생성된 산란은 거칠기를 배열함으로써 조절될 수 있다. 예를 들어, 만약 거칠기가 평행선 세트(마루, 그루브, 또는 2차원의 횡단면을 가진다른 구조들)로 만들어진다면, 회절 또는 산란은 그 라인에 수직일 것이고, 만약 라인들이 모두 같고 등간격이라면, 레디에이션은 몇 개의 불연속적인 각도에서만 회절될 것이다. 이것은 보통 선형 회절 격자로 알려져 있다.
B.발명
도 1a는 EUV 레디에이션이 향하는 표면에 두 레벨 회절 격자를 가진 보정 거울(100)의 부분 횡단면도이다. 비록 거울 기판이 전체적으로 평평한 것으로 보이지만, 거울이 굽은 반사 표면을 가질 수 있는 것은 물론이다. 사실, 일 실시예에서, 거울은 본질적으로 실린더형의 표면을 가진다. 격자는 각 메사가 바람직하게는 본질적으로 수직면을 가지는 복수의 메사같은(mesa-like) 구조(110)를 포함한다. 바람직하게는, 메사는 (1)약 1.4 nm 에서 약 5 nm 까지의, 더욱 바람직하게는 약 1.8 nm 에서 약 2.4 nm 까지의 계단 높이 d1,(2)약 0.5 μm에서 약 11 μm까지의, 더 바람직하게는 약 1 μm 에서 약 3.5 μm 까지의 계단 폭 d2, (3)약 1 μm 에서 14 μm 까지의, 더욱 바람직하게는 약 2 μm 에서 약 7 μm 까지의 주기 d3를 갖는다. 보이는 대로, 회절 격자는 d1 ,d2,d3의 각각의 치수가 변하도록 만들어질 수 있다. 그러나, 전형적으로 회절 격자는 거울 표면의 복수의 메사같은 구조 사이에서 d1 ,d2,d3의 각각의 치수가 일정하도록 구성될 것이다. 바람직한 실시예에서, 회절 격자는 주기 d3가 본질적으로 일정한 것을 의미하는, 본질적으로 균일한 진동수를 갖는 것으로 특징지워진다.
회절 격자는 적어도 0.5 cm2그리고 바람직하게는 약 4 cm2에서 30 cm2까지의 명확한 개구 표면적을 갖는 거울 표면에 전형적으로 만들어진다. 도 1a를 참조하면, 거울 기판의 폭 W는 일반적으로 약 3 cm 에서 15 cm까지 그리고 바람직하게는 약 10 cm 에서 13 cm 까지의 범위이다.
바람직한 배열은, 위상 격자로의 13.4 nm 파장의 EUV 레디에이션의 입사각이 약 80o일 때, 위상 격자가 주기 약 4.5 μm 를 갖고 계단 높이가 약 12 nm인 것으로 특징지워진다. 바람직한 격자 피처를 표현하는 추가적인 방법은, 약 90o에서 126o(0.25λ에서 0.35λ) 그리고 바람직하게는 약 112o(0.31λ)의 위상 변화(메사의 그라운드 레벨과 탑(top) 표면사이)를 유발하는, 약 25 %에서 약 75 % 의 그리고 더 바람직하게는 약 50 %의 듀티 사이클을 가지는, 원 스텝(이진의) 위상 격자이다.
위에서 나타낸 계단 높이, 메사 폭 그리고 주기의 값은 거울 법선에 가깝게 거울에 입사하는 광선에 기초한다; 즉, 각의 코사인이 약 1이 되도록 법선의 약 15o이내로 한다. 이 기술 분야의 기술자는 입사각이 이 범위 밖일 때 쉽게 이 한계치를 수정할 수 있다.
또 다르게는, 회절 격자는 d3가 균일하지 않다는 것을 의미하는 불균일 간격을 가질 수 있으며 및/또는 회절 격자는 d1이 전체적으로 균일하지 않다는 것을 의미하는 하나보다 큰 레벨을 가질 수 있다. 게다가, 회절 격자는 도 1b에서 도시한 바와 같이 연속적이거나 변하는 프로파일을 보여줄 수 있는데, 본 예에서는, 보정 거울(220)의 메사(120)는 파동치는, 부드러운 윤곽을 가진 표면을 형성한다. 이 구조를 가진 회절 격자는 더 넓은 산란, 즉, 그렇게 함으로써 도 1a의 것보다 더 고차의 사이드밴드를 생성하는 산란을 생성하는 경향이 있다.
EUV 레디에이션이 표면으로 입사하는 보정 거울 표면의 적어도 한 부분을 덮는 등폭, 등간격의, 평행한 메사 시리즈로 보정 거울이 구비하여 이루어져 있다는 점에서 회절 격자는 전형적으로 선형이다. 바람직한 실시예에서는, 실질적인 실린더형 거울은 격자내의 "라인들"이 실린더의 축과 거의 평행한 선형 회절 격자를 가진다. 회절 격자가 균일할 필요가 없다는 것, 즉, 위상 계단이 변할 수 있고 주기와 듀티 사이클이 실린더의 표면을 가로질러 양쪽 다 변할 수 있다는 것은 물론이다.
보정 거울(100)은 저팽창계수(low expansion coefficient)와 고온 전도성(high thermal conductivity)을 갖는 물질로 만들어지는 기판(120)을 바람직하게는 포함한다. 특히 적합한 물질은 CERVITTM그리고 ULETM같은 상업적으로 이용할 수 있는 저 팽창 유리이다.
다양한 기술이 격자를 제작하기 위해 채용될 수 있다. 어떤 제작 시나리오에서는, 콘덴서 적용을 위해 형성된 그리고 두 방향의 적절한 반지름(예를 들어, r1 600 mm 그리고 r2 9000 mm 오목면)을 가진 표면 연마된 거울 또는 기판으로 시작하는 것이 특히 바람직하다.
도 2a-2e는 거울에 회절 격자를 제작하는 방법을 도시한다. (보이는 대로 메사의 크기는 설명을 위한 목적으로 확대되어 있다.) 도 2a를 참조하면, 포토레지스트 층(80)은 노출되기 전에 거울 기판(88) 상에 부착되고 도 2b에 도시된 바와 같이 포토레지스트 패턴(82)을 형성하기 위하여 종래 기술을 사용하여 현상된다. 이어서, 적합한 물질의 등각 층(84)은 도 2c에서 도시된 바와 같이 포토레지스트 패턴 상에 증착된다. 적합한 물질은 비정질 형태로 증착되는 경향이 있고 만약 메사 층이 20 nm 두께보다 작으면 매끄러운 탑 표면을 생성할 수 있다. 예를 들어, Si, SiO, Mo, Be, Rh, Ru, 그리고 그것의 합성물이 채용될 수 있다.
애싱(ashing)에 의한 포토레지스트 물질의 제거는 도 2d에서 도시된 바와 같은 메사 구조(86)를 생성한다. 끝으로, 반사 코팅(87)이 도 2e에서 도시된 바와 같이 발명의 회절 격자를 생성하기 위해 전체 구조에 증착된다. 반사 물질은 바람직하게는 적어도 65 % 그리고 더 바람직하게는 적어도 70 % 반사를 달성한다. 예를 들어, Rh, Ru, 그리고 Si/Mo 그리고 Be/Mo 다층은 예상되는 입사각에 따라 채용될 수 있다. Rh 와 Ru 는, 예를 들어 약 80o보다 큰 대입사각에 특히 적합하고 Si/Mo 그리고 Be/Mo 다층은, 예를 들어 약 60o보다 작은 소입사각에 특히 적합하다.
그레이징 입사에 사용되는 회절 격자를 제작하기 위한 다른 방법에서는, 반사층(92)이 도 3a에서 도시한 바와 같이 포토레지스트 층(94)이 반사층 상에 부착되기 전에 거울 기판(99) 상에 처음 형성된다. 특히 바람직한 반사 물질은, 예를 들어, 약 80o의 입사각에 약 90 %의 반사를 달성할 수 있는 Rh 그리고 Ru를 포함한다. 그 후, 포토레지스트 층은 도 3b에서 도시한 바와 같이 포토레지스트 패턴(95)을 형성하기 위해 노출되어 현상된다. 이어서, 층(92)와 동일한 물질을 바람직하게는 구비하여 이루어지는 반사 물질의 층(96)은, 도 3c에서 도시한 바와 같이 기판 상에 형성된다. 끝으로, 잔류 포토레지스트의 제거는 도 3d에서 도시한 바와 같이 메사(98)를 가진 회절 격자를 생성한다.
격자를 제작하는 또 다른 방법은 메사 사이의 골을 에칭하거나 침식하도록 이온빔을 집속시켜, 거울 표면에 메사 구조를 만드는 것이다. 요구되는 평평한 바닥을 만들기 위해서 여러 개의 이온빔의 통과가 요구될 수 있다. 또 다른 방법은 표면에 포토레지스트 층 또는 레지스트 층을 스핀코팅하고 그 후 레이저 라이팅, 투사 이미징, 또는 홀로그래피에 의해 격자에 대응하는 레지스트 위에 원하는 패턴을 만드는 것이다. 회전하는 웨이퍼 상에서 레지스트를 밖으로 움직이는 원심력이 스핀축으로부터 거리에 따라 증가하기 때문에, 레지스트를 사용하는 것은 거울이 오목면인 경우에 특히 적합하다. 그래서, 레지스트가 중력을 이겨야 하는 웨이퍼의 에지 근처에서 레지스트를 방사상으로 밀어내려는 더 큰 원심력이 있어야 한다. 레지스트 스피너는 거울의 두께(20 mm)가 대부분의 웨이퍼(1 mm에서 1.5 mm 두께)보다 크기 때문에 수정되어야 할 수 있다.
일단 레지스트가 거울 표면에 코팅되면, 선형 격자에 대응하는 레지스트 상의 패턴이 홀로그래피를 사용하여 레디에이션에 선택적 노출을 함으로써 형성될 수 있다. 하나의 방법은 레이저 광선의 두 포인트 소스에 간섭을 일으키는 것이다. 또 다른 방법은 두 개의 간섭하는 구면 빔 또는 그와 같은 종류의 것을 사용하여 격자를 노출시키는 것이다. 이것은 콘덴서 옵틱스를 위하여 주어진 것으로서, 더 큰 허용 한계가 가능할 수 있다. 격자 진동수의 허용 한계(tolerance)는 공칭 진동수의 1 %에서 2 %로 산정된다. 더욱이, 프린지는 적은 밀리라디안의 허용한계에 병행할 필요가 있고, 끝으로, 듀티 사이클은 대략 50 %±3 %의 허용한계를 가져야 하고, 그것은 거울의 표면상에서 이로부터 조금 변할 수 있다.
패턴(예를 들어, 50 % 듀티 사이클 패턴)을 형성하기 위한 레지스트의 노출과 현상에 이어, 메사는 만들어진 패턴 안에 SiO 또는 실리콘, 크롬, 또는 금과 같은 다른 적합한 물질을 증착하여 만들어진다. 레지스트는 메사를 남긴 채 벗겨지고, 그런 다음, 다층 반사 코팅, 예를 들어 Si/Mo가 회절 격자를 가진 보정 거울을 형성하도록 전체 기판 상에 증착되거나, Rh 또는 Ru 금속 코팅이 증착된다.
본 발명의 회절 격자를 가진 콘덴서는 치수0.25 μm를 가진 적어도 하나의 소자를 구비하여 이루어지는 집적 장치를 제작하기 위한 투사 리소그래피에서의 사용에 특히 적합하다. 프로세스는 제작되어지는 장치 상에 대응하는 패턴 이미지를 생성하도록 조명되는 마스크 패턴을 사용하는 리소그래픽 딜리니에이션에 의해 복수의 연속적인 레벨의 구조를 구비하여 이루어지며, 궁극적으로 패턴 이미지 영역 내에서 물질을 제거 또는 추가하는 결과를 가져온다. 전형적으로, 리소그래픽 딜리니에이션이 투사에 의한 경우, 집광된 레디에이션이 투사 카메라의 이미징 옵틱스와 스캔과 크로스스캔 방향에서 실질적으로 동일하고 인접한 라인 사이의 간격이 변함에 따라 점진적으로 변하는 이미지 질을 조정하도록 프로세스된다. 바람직한 실시예에 있어, 투사는 투사 마스크의 직선형 또는 아치형 영역의 조명을 구비하여 이루어지는 링필드 스캐닝을 구비하여 이루어진다. 또 다른 바람직한 실시예에서는, 투사가 축소 링필드 스캐닝을 구비하여 이루어지며 스캐닝에 따라 이미지화된 패턴이 마스크 영역에 비해 크기가 축소되도록 이미지 면 상에 이미지화된 아치형 영역이 대상 아치형 영역의 크기에 비해 축소된 크기가 된다.
본 발명의 회절 격자는 링필드 카메라 조명하기 위해 소프트 엑스레이를 집광하는 어떤 콘덴서에도 채용될 수 있다. 레디에이션 소스는 소형의, 비간섭성 소스(예를 들어, 플라즈마 소스) 또는 싱크로트론 소스일 수도 있다. 플라즈마와 싱크로트론 소스로부터의 소프트 엑스레이를 집광하기에 적합한 콘덴서가 미국 특허 제5,361,292 호 및 제 5,512,759 호에 각각 기술되어 있는데, 그것은 여기에서 참고로 편입된다. 본 발명이 플라즈마 소스를 채용하는 시스템과 관련하여 기술될 것이지만, 회절 격자는 다른 콘덴서 디자인에도 적용되는 것은 물론이다. 여기에서 설명되어지는 콘덴서의 진보 중 하나는, 입사동에 라인 또는 준 포인트 소스로부터의 광선을 여러 개의 분리된 라인으로 분리하거나 링필드 반지름에서 서로 중첩되는 포인트 초점들을 변형하는 능력으로, 콘덴서의 집광 효율을 극대화하고 소스 옵틱스 내의 어떤 불균일성을 완화한다.
도 4에서 도시한 바와 같이, 조명기나 집광 거울은, 소스와 페어런트 거울의 중심에 의해 정해지는 시스템 축 또는 중심선(11)을 교차하는 6개의 빔을 생성하는, 각각 50도 폭의, 비구면 거울의 6개의 비축 세그먼트를 구비하여 이루어진다. 페어런트 비구면 거울(10)은 "포인트" 소스(12)를 링 이미지(14)로 이미지화 한다. 그러므로, r-z 면의 횡단면은 초점 중 하나가 플라즈마 소스에 있고 다른 하나는 링필드 반지름에 있는 타원이다. 50도 거울 세그먼트의 각각은 소스를 링 이미지의 50도 세그먼트로 이미지화 한다.
도 5는 최소 빔 횡단면을 갖는 빔의 영역을 통과하는 라인(25)에 대한 측면도에 대해 회전된 등척도와 함께, 비구면 거울의 한 세그먼트(20)로부터의 빔의 측면도와 등척도 모두를 도시한다. 그것은 집광 거울(20)의 형상, 아크 이미지(22), 그리고 축의 라인 초점의 중심에 위치한 나비 넥타이 형상의 최소 빔 횡단면(24)을 도시한다. 이 디자인은 아크(22)의 길이를 따라 균일한 조명을 준다.
이 시스템의 전체 설계는 도 6a에서 도시한다. 레디에이션은 집합적으로 40과 50으로서 도시된 루프(roof) 거울 쌍에 의해 차례로 회전되는 아크 이미지를 형성하는 거울 세그먼트(30)에 의해 소스(22)로부터 집광된다. 거울(50)로부터 반사된 레디에이션 빔은 반사 마스크(70)상에 6개의 부분적으로 겹치는 링필드 세그먼트를 전달하도록 토릭(toric) 거울(60)에 의해 반사된다. 페어런트 거울(30)의 적어도 두 세그먼트가 채용된다. 페어런트 거울은 2 내지 12개의 세그먼트로, 바람직하게는 5 내지 8 개의 세그먼트로 전형적으로 분할될 수 있다.
회절 격자는 바람직하게는 거울(60)에 위치되나, 마스크(70)의 상단에 위치한 또 다른 거울에 위치될 수도 있다. 콘덴서 동공을 정의하는 거울군(50)으로부터 격자까지 거리는 격자로부터 마스크까지 거리의 3 내지 10배이어야 한다. 소스의아치형 이미지(71)는 격자에 의해 다소 흐려진다. 이 흐려짐은 전술한 거리의 비가 커질 때(10에 가깝게) 최소화된다.
만약 도 6a에 도시된 콘덴서가 거울(60)상에 격자가 없이 제조된다면, 그것은 마스크 상에 중첩될 6개의 아크 이미지를 만들 것이다. 비록 세 개의 부분들이 전술한 강도 프로파일에 비해 감소될 것이지만, 격자의 도입은 아크 이미지용 강도 프로파일을, 모두가 전술한 강도 프로파일과 동일한 형상을 갖는 세 개의 부분으로 나눈다. 예를 들어, +1, 0, 그리고 -1 차는 전체 파워의 28 %, 30 %, 그리고 28 %를 포함할 수 있다. +1과 -1 차와 관련된 이미지는, 회절되지 않는 0 차에 비해 소량으로 스캔 방향에 수직으로, 측방향으로 전위되고, 이 세 가지는 회절되지 않은 아크의 약간 흐려진 이미지를 형성한다.
그러므로, 만약 여섯 개의 아크 이미지의 합이 격자없이 균일하고 부드러운 강도 프로파일을 갖는다면, 격자가 있을 경우도 부드럽고 균일할 것이다(아크 이미지의 가장 끝을 제외하고). 대조적으로, 각면 거울 또는 맥도웰(McDowell), 미국 특허 제 5,439,781 호에서 기술되는 것과 같은 거시단위로 변하는 거울은 이 응용법에는 적절하지 않다. 다면체는 만약 산란판이 마스크에 가까이 장착되면 마스크에서 강도내 국소적인 변화를 만들거나, 만약 각면 거울이 실입사동에 더 가까이 장착되면, 아크 이미지는 심하게 흐려진다.
예시가 되는 아크(71)가 마스크(70)상에 도시되어 있다. 이 시스템은 상기 레디에이션을 이용하여 웨이퍼(78)상에 마스크를 이미지화하는 한 세트의 거울을 가진 링필드 카메라(77)를 더 포함한다. 보이는 대로, 회절 격자는 실입사동에 후속된다.
거울 세트(40과 50)는 6 채널들내의 아크들을 회전시키고 진행시켜 아크가 부분적으로 겹치는 루프 거울 쌍으로 작용한다. 일 예로서, 거울(31)은 아크 이미지를 만들고 루프 거울 쌍(41과 51)은 아크 이미지를 회전시켜 슬릿 이미지에 맞추고 그것을 적절한 위치로 진행시킨다. 거울 조합(32, 42, 그리고 52, 등등)에 의해 유사한 아크 이미지들이 만들어지고 프로세스된다. 거울들(41, 42, 그리고 43)은 다르고 유일한 채널들의 부분이다; 그리고 거울들(44, 45, 그리고 46)은 각각 거울들(41, 42, 그리고 43)의 거울 이미지이다.
도 6b는 실린더형(또는 타원형) 기판의 축에 대략적으로 평행한 복수의 메사(64)를 포함하는 회절 격자를 가진 토로이드 형상의 거울(61)을 도시한다. 명확히 말하면, 콘덴서로부터의 빔 횡단면(62)은 움직이는 마스크(70)상의 굽은 슬릿 조명(63)을 형성하도록 거울(61)의 표면으로부터 반사된다. 빔(75)은 마스크로부터 카메라로 전파된다. ±1차는 빔 자국(63)의 길이를 따라 회절(대략적으로)되고 자국의 길이를 약 1 % 까지 증가시킨다.
시스템의 효율은 소스의 크기와 거울의 반사율의 함수이다. 집광 효율은 전체 광 시스템의 엉떵뒤(Entendu)에 의존한다. 에너지 보존 법칙으로부터 유도되는 엉떵뒤(Entendu) 또는 라그랑지(Lagrange) 불변은, 선명한(unvignetted) 광선속에 대해, 이미지 높이와 개구수의 곱은 시스템의 모든 면에서 동일하다는 것을 나타낸다. 이것은 소스 파라미터(지름과 집광 각도)와 카메라 파라미터(링필드 폭과 개구수)사이의 등가성을 이끌어 낸다. 만약 오직 하나의 빔만으로 링 필드를 조명한다면, 그것에 대해 전 개구수를 사용할 수 있을 것이다. 그러나, 여섯 개의 빔을 가지고는 각 빔에 입사동 영역의 약 육분의 일만을 사용할 수 있다. 그리하여, 150 μm 소스 크기를 가진 카메라 파라미터는 빔의 집광 각을 정면도에서 약 40도로 제한시킨다(그리고 방위각에서 6×50도= 300도로). 이것은 반구체에 레디에이션 전체 집광 효율의 약 40 % 의 결과를 가져온다.
빔 라인의 전송 효율은 거울의 반사율에 의존한다. 14 nm에서, 이론적으로 완벽한 반사율은 약 55 %, 90 %, 65 %, 그리고 90 %인데, 여기서 첫 번째 숫자는 비구면 집광기의 평균 반사율이고, 다음은 그레이징 입사 평면의 것이고, 다음은 실입사동에서의 거울의 것이고, 그리고 마지막은 리이미징 구의 것이다. 이들 이상적인 반사율의 곱은 약 30 %인데, 이것은 이론적으로, 소스로부터의 소프트 엑스레이의 20 %가 마스크로 전달될 수 있다는 것을 의미한다. 실제의 반사율에서는, EUV 레디에티드의 11 % 이상이 반구체로 전달된다는 것을 예측할 수 있다.
페어런트 거울의 각 세그먼트는, 다른 원주의 초점면과 접선의 초점면을 가진 비점수차가 있다. 원주의 이미지는 도 5에서 도시한대로 축 상 라인 초점(13)이다. 이 라인은, 링 필드를 따라 콜러(Kohler) 조명을 본질적으로 주면서, 실입사동내에 집중된다. 접선의 이미지(22)(r-z 면내에서)는 임계 조명을 주면서, 링 필드에 위치된다. 보통의 논스캐닝 시스템에서 이것은 방사상 방향으로 강도와 이미지 질 변화를 줄 것이다. 그러나, 스캐닝은 이들 방사상 변화를 통합한다. 그래서, 논스캔드(non-scanned) 시스템에서 2차원 콜러(Kohler) 조명만으로 달성될 수 있는 균일한 이미지 질을 남기게 된다.
조명에서 부분적 간섭성은 이미지 질에 영향을 미친다. 비간섭성 조명 광 시스템 내에서는, 진폭 전달 함수(MTF(modulation transfer fuction))의 감쇠때문에 작은 피처들은 감소된다. 이런 감소에 대항하기 위해 부분적 간섭성이 조명에 도입될 수 있다. 콜러 조명으로 시스템 내 입사동을 불충분하게 채움(underfill)으로써 이것이 정상적으로 이루어진다. 다른 방법으로는, 소스(일반적으로 디스크인)가 입사동을 향해 이미지화 되고, 이 이미지는 동공보다 σ0.6의 인자정도 더 작다. 이 σ값은 작은 피처들을 확대하고 더 큰 피처들에 대해서는 너무 많은 "환형(ringing)"을 더하지 않는 합당한 절충물이다.
발명의 회절격자가 있는 동공내에서 조명 채널의 수를 증가시키는 효과를 증명하기 위해, 텍사스주의 오스틴에 있는 파인리 테크날러지 주식회사(FINLE Technologies Inc.,Austin, TX)의 리소그래피 시뮬레이션 패키지인, 프로리쓰/쓰리디(PROLITH/3D)가 사용되었다. 본 시뮬레이션에 있어서, 엑스레이 소스는 약 14 nm 파장을 가지는 소프트 엑스레이를 방사하는 레이저 플라즈마로 한다. 소스의 지름과 높이는 약 150 μm이다. 시스템의 다른 끝에 있는 카메라는 4 X 축소에서 웨이퍼 상에 60도, 125 mm 길이, 5 mm 폭의 링필드로 이미지화한다. 입사동은 반사 물체 마스크 뒤 3.6 m이고, 카메라의 개구수는 웨이퍼에서 n.a.=0.10이고 마스크에서 0.025이다. 시뮬레이션을 위해 사용되는 시스템은 도 6a 그리고 6b에 도시되고 위에서 기술되었다. 회절 격자는 0 차에서 파워의 30 %를 남기고 각각의 일차(+1 과 -1차수)로는 30 % 회절하는 50 % 듀티 사이클을 가진 두 레벨의 반사 (이진의) 위상 격자이다.
공간 이미지 계산은 100 nm 라인 피처의 공칭 임계 치수에 대해서만 하였다. 인접 라인사이의 간격은 100 nm 에서 800 nm 까지 변하였다. 포스트프로세싱 소프트웨어는 고정 노출에 대한 선폭을 도출하도록 쓰여졌다. 선폭은 수평 및 수직 피처에 대해 계산되었다. 800 nm 간격에서의 공칭 CD를 부여하는 노출은 모든 피처에 대해 이용되었다.
도 7은 회절 격자가 없는 콘덴서 시스템을 위한 카메라 동공에서의 6 채널 조명을 도시한다. 원은 σ=0.7의 컨벤션 조명의 경계를 나타낸다. 도 8은 회절 격자가 있는 콘덴서 시스템용 카메라 동공에서 조명으로 18 채널 근사를 도시한다. 보이는 대로, 회절 격자의 효과는 여섯 빔의 각각이 동공 채움양(fill)이 종래 조명을 더 잘 대신하도록 하는 18 빔들을 형성하여 0 그리고 두 1 차 회절 사이드밴드로 분리되는 것이다. 빔은 동공 지름의 대략 70 %(σ=0.7)를 채운다. 플럭스의 적은 퍼센티지는 3차, 5차, 그리고 더 고차의 사이드밴드로 회절될 것을 주목하라.
도 9a는, 다른 라인 간격에 100 nm 수평선과 수직선을 이미지화할 때, 격자(6 채널)가 없는 콘덴서 시스템을 사용한 시뮬레이션 결과를 도시한다. 간격이 조정될 때, 4.0 nm 만큼의 CD 변화가 수평선과 수직선사이에서 관찰된다. 이 차이는 직각 방향에서의 간섭성의 큰 차이 때문이다.
도 9b는, 다른 라인 간격에 100 nm의 수평선과 수직선을 이미지화 할 때, 격자(18 채널)가 있는 콘덴서 시스템을 사용한 시뮬레이션 결과를 도시한다. 보이는 대로, 효과적으로 채널수를 증가시키고 직각 방향에서의 간섭성 변화를 줄이도록 위상 격자를 이용함으로써 수평선과 수직선 사이의 CD 변화가 감소된다. 채널들의위치는 균일한 종래 조명을 대신한다는 점에서 중요하다. 도 6a의 거울(60)에 적용되는 격자 피치는 바람직하게는 종래 조명을 대신하는 동공 내에 18 채널들의 분배를 제공하도록 조정된다. 최대 CD 변화는 현재 1 nm보다 적게 감소된다.
실시예에 많은 수정을 하는 것이 가능하다. 이것들은, 예를 들어, 회절 격자의 형상을 변화시키는 것과 조명 채널의 수를 변화시키는 것을 포함한다. 특히, 도 8로부터 회절 패턴의 대부분의 에너지는 만약 디스크가 대부분 채워진다면 약 45D 높이 그리고 약 0.15D 에서 0.25D 사이의 폭을 가진 직사각형으로 남는 것이 명백하다. 간단한, 두 위상 레벨의, 균일한 진동수의 직접 격자에서는 바람직한 실시예에서 기술한 대로 0 차와1 차에서 근사적으로 에너지의 90 %를 유지할 수 있다.
더욱이, (a)불균일 간격,(b) 하나보다 많은 레벨을 갖는 격자 및/또는 (c)연속적인 프로파일을 가진 회절 격자에서 각 예마다 대략적으로 동일한 양의 파워를 사용하면서, 예를 들어, 0,1,2 그리고3차에서, 전술한 직사각형을 더 균일하게 채울 수 있다. 만약 회절 홀로그램이 도 8의 양쪽 수평 방향으로 변한다면, 절차는 라인 초점들을 고르게 할 수 있다; 그러나, 메사의 높이를 증가시키는 것은 파워를 낭비할 수 있다. 더하여, 예컨대 16 위상 레벨을 가진 더 복잡한 이진 광학 소자는 만들기가 더 어려울 것이고 빛을 산란시키게 될 더 많은 계단 에지를 갖게 될 것이다. 더욱이, 표면 연마된 기판은 모든 위상 레벨에서 유지되기가 더욱 어렵다.
게다가, 환상 조명을 시뮬레이트하도록, 직사각형의 높이를 약 0.20D에서0.30D로 축소하고 폭을 대략 동일한 값으로 맞출 수 있다. 더욱이, 가정 0.8D의 평균 지름을 갖는 환상 내에 대략적으로 배열되는, 예를 들어 여덟 개의 직사각형을 생성하도록 더 많은 집광 채널을 사용할 수 있다.
끝으로, 사극형(quadrapole) 조명은, 예를 들어, 4, 8, 또는 12 채널로 달성될 수 있다. 4 채널에서는, 직사각형이 약 0.2D에서 0.3D 까지의 높이를 갖는 거의 정사각형이어야 한다. 이러한 정사각형들은 입사동의 상부 좌측, 상부 우측 그리고 하부 좌측 및 우측에 위치될 수 있을 것이다. 8 채널에서는, 2개의 직사각형이 각 정사각형을 만들 것이다.
또 다른 바람직한 시스템은 소스의 지름과 높이가 약 150 μm인 소프트 엑스레이를 방사하는 레이저 플라즈마 소스를 채용한다. 시스템의 다른 끝에 있는 카메라는 4 X 축소에서 웨이퍼상에 50도, 100 mm 길이, 4 mm 폭의 링필드를 이미지화 한다. 입사동은 반사 물체 마스크의 3.6 m 뒤에 있고, 카메라의 개구수는 웨이퍼에서 n.a.= 0.10이고 마스크에서 0.025이다.
비록 발명의 바람직한 실시예만이 위에서 상세히 공개되고 기술되었지만, 발명의 정신과 의도된 범위를 벗어나지 않고 상기 가르침의 관점과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에서 본 발명의 많은 수정과 변화가 가능하다.

Claims (47)

  1. 소스 이미지를 형성하는 레디에이션 소스로부터 극자외선 레디에이션을 집광하기 위한 거울 세트를 가지고, 상기 거울 세트로부터 하나 또는 둘 이상의 빔을 진행시키거나 회전시킬 수 있는, 또는 양쪽을 다 할 수 있고, 그리고 하나 또는 둘 이상의 빔의 수렴 또는 소스 이미지의 크기를 수정할 수 있거나, 또는 양쪽을 다 수정할 수 있는 보정 거울을 가지며, 여기에서 상기 보정 거울 중 적어도 하나는 그 표면에 회절 격자를 가지는 콘덴서 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 거울 세트에 공통된 거울이 그 표면에 회절 격자를 가지는 콘덴서 시스템.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 회절 격자가 불균일 간격을 가지는 콘덴서 시스템.
  4. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 회절 격자가 하나보다 큰 레벨을 가지는 콘덴서 시스템.
  5. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 회절 격자가 연속적인 프로파일을 가지는 콘덴서 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 회절격자가 본질적으로 균일한 진동수, 선형, 두 레벨, 위상만의 반사 이진 광학 소자를 구비하여 이루어진 콘덴서 시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 회절 격자가 약 50 % 듀티 사이클을 가지는 콘덴서 시스템.
  8. 제 6항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서, 회절 격자가 격자의 라인과 간격사이에 약 90o에서 126o사이의 위상 계단을 도입하는 계단 높이를 가지는 콘덴서 시스템.
  9. 제 6항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 위상 격자가 약 1 μm에서 14 μm의 주기와 약 1.4 nm 에서 5 nm의 계단 높이로 특징지워지는 콘덴서 시스템.
  10. 제 6항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서, 위상 격자가 약 4.5 μm의 주기와 약 12 nm의 계단 높이로 특징지워지는 콘덴서 시스템.
  11. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 레디에이션 소스가 작은 지름의 레디에이션 소스인 콘덴서 시스템.
  12. 제 1항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서, 레디에이션 소스가 싱크로트론 소스인 콘덴서 시스템.
  13. 링필드 카메라를 위해서 사용될 콘덴서 시스템으로서,
    작은 지름의 레디에이션 소스;
    각각이 레디에이션 소스에 하나의 초점과 링필드의 반지름에 카메라의 물체 필드을 채우는 라인 초점을 가지고 각각이 레디에이션의 빔을 생성하는, 실질적으로 동일한 페어런트 비구면 거울의 적어도 두 개의 방사상 세그먼트; 그리고
    레디에이션의 모든 빔이 카메라의 실입사동을 통과하여 링필드 반지름에 일치된 아크 이미지를 형성하도록, 진행시키거나 회전시킬 수 있는, 또는 양쪽을 다 할 수 있는 대응하는 개수의 보정 거울 수단 세트로서, 레디에이션이 방사되는 각 보정 거울 세트 중 하나, 또는 상기 거울 세트에 공통되는 하나의 거울이 그 표면에 회절 격자를 가지는, 대응하는 개수의 보정 거울 수단 세트;
    를 구비하여 이루어진 콘덴서 시스템.
  14. 제 13항에 있어서, 회절 격자가 불균일 간격을 가지는 콘덴서 시스템.
  15. 제 13항 또는 14항 중 어느 한 항에 있어서, 회절 격자가 하나보다 큰 레벨 을 가지는 콘덴서 시스템.
  16. 제 13항 내지 15항 중 어느 한 항에 있어서, 회절 격자가 연속적인 프로파일을 가지는 콘덴서 시스템.
  17. 제 13항에 있어서, 회절 격자가 본질적으로 균일한 진동수, 선형, 두 레벨, 위상만의 반사 이진 광학 소자를 구비하여 이루어진 콘덴서 시스템.
  18. 제 17항에 있어서, 회절 격자가 약 50 % 듀티 사이클을 가지는 콘덴서 시스템.
  19. 제 17항 내지 18항 중 어느 한 항에 있어서, 회절 격자가 격자의 라인과 간격사이에 약 90o에서 126o사이의 위상 계단을 도입하는 계단 높이를 가지는 콘덴서 시스템.
  20. 제 17항 내지 19항 중 어느 한 항에 있어서, 위상 격자가 약 1μm에서 14μm의 주기와 약 1.4 nm에서 5 nm의 계단 높이로 특징지워지는 콘덴서 시스템.
  21. 제 17항 내지 20항 중 어느 한 항에 있어서, 위상 격자가 약 4.5 μm의 주기와 약 12 nm의 계단 높이로 특징지워지는 콘덴서 시스템.
  22. 제 13항 내지 21항 중 어느 한 항에 있어서, 레디에이션 소스가 작은 지름의 레디에이션 소스인 콘덴서 시스템.
  23. 제 13항 내지 21항 중 어느 한 항에 있어서, 레디에이션 소스가 싱크로트론 소스인 콘덴서 시스템.
  24. 소스면내의 팬 형상의 싱크로트론 방사 광선을 방사하는 싱크로트론 소스로부터 싱크로트론 레디에이션을 집광하기 위한 그리고 카메라의 링필드를 조명하기 위한 콘덴서 시스템으로서,
    팬 형상의 싱크로트론 방사 광선으로부터 방사되는 복수의 싱크로트론 광선 빔을 집광하기 위한 그리고 복수의 싱크로트론 광선 빔을 복수의 아크형상의 광선 빔의 각각이 아크형상의 횡단면을 가지는 복수의 아크형상의 광선 빔으로 변형하기 위한, 싱크로트론 소스의 주변에 위치된, 집광 수단 ;
    카메라의 실입사동을 향하여 복수의 아크형상의 광선 빔을 회전시키고 직진시키기 위한 그리고 복수의 실질적으로 평행한 아크형상의 광선 빔을 카메라의 실입사동에 위치시키기 위한, 상기 집광 수단에 후속되는, 프로세싱 수단 ; 그리고
    실질적으로 평행한 아크형상의 광선 빔을 수렴하기 위한, 복수의 실질적으로 평행한 아크형상의 광선 빔을 반사 마스크로 전송한 다음 카메라의 허입사동으로 전송하기 위한, 그리고 카메라의 링필드를 조명하기 위한 것으로서, 그 표면에 한회절 격자를 가진 적어도 하나의 거울을 구비하여 이루어진, 상기 프로세싱 수단에 후속되는 이미징 수단;
    을 구비하여 이루어진 콘덴서 시스템.
  25. 제 24항에 있어서 :
    상기 집광 수단은 적어도 두 개의 구면 거울을 구비하여 이루어지고, 여기에서 적어도 두 개의 구면 거울 중 하나는 오목하고 적어도 두 개의 구면 거울 중 하나는 볼록하며 ;
    상기 프로세싱 수단은 적어도 두 개의 구면 거울에 후속되는 적어도 하나의 보정 거울을 구비하여 이루어지고, 복수의 평면 거울은 카메라의 실입사동에 위치하며 실입사동내에 대칭적인 패턴으로 배열되는 ; 그리고
    상기 이미징 수단은 오목한 구면 거울을 구비하여 이루어진;
    콘덴서 시스템.
  26. 제 24항 내지 25항 중 어느 한 항에 있어서, 회절 격자가 불균일 간격을 가지는 콘덴서 시스템.
  27. 제 24항 내지 26항 중 어느 한 항에 있어서, 회절 격자가 하나보다 큰 레벨 을 가지는 콘덴서 시스템.
  28. 제 24항 내지 27항 중 어느 한 항에 있어서, 회절 격자가 연속적인 프로파일을 가지는 콘덴서 시스템.
  29. 제 24항에 있어서, 회절 격자가 본질적으로 균일한 진동수, 선형, 두 레벨, 위상만의 반사 광학 소자를 구비하여 이루어지는 콘덴서 시스템.
  30. 제 29항에 있어서, 회절 격자가 약 50 % 듀티 사이클을 가지는 콘덴서 시스템.
  31. 제 29항 내지 30항 중 어느 한 항에 있어서, 회절 격자가 격자의 라인과 간격사이에 약 90o에서 126o사이의 위상 계단을 도입하는 계단 높이를 가지는 콘덴서 시스템.
  32. 제 29항 내지 31항 중 어느 한 항에 있어서, 위상 격자가 약 1μm에서 14μm의 주기와 약 1.4 nm에서 5 nm의 계단 높이로 특징지워지는 콘덴서 시스템.
  33. 제 29항 내지 32항 중 어느 한 항에 있어서, 위상 격자가 약 4.5 μm의 주기와 약 12 nm의 계단 높이로 특징지워지는 콘덴서 시스템.
  34. 치수0.25 μm를 가지는 적어도 하나의 소자를 구비하여 이루어지는 장치의 제작을 위한 방법으로서, 이 방법은 복수의 연속적인 레벨의 제작 단계를 구비하여 이루어지며, 각 레벨의 제작은 리소그래픽 딜리니에이션을 구비하여 이루어지고, 그것에 따라 궁극적으로, 패턴 이미지 영역 내에 물질을 제거 또는 추가하는 결과를 가져오도록, 대상 마스크 패턴이 제작되어지는 장치 상에 대응하는 패턴 이미지를 생성하도록 조명되며, 여기서 적어도 한 레벨의 제작에 사용되는 조명이 극자외선 레디에이션인 방법에 있어서,
    레디에이션 소스로부터 극자외선 레디에이션을 집광하기 위한 거울 세트를 가지고 상기 거울 세트로부터의 하나 또는 둘 이상의 빔을 진행시키거나 회전시킬 수 있는, 또는 양쪽을 다 할 수 있는 보정 거울을 가지며, 여기에서 보정 거울 중 적어도 하나, 또는 모든 세트에 공통되는 하나의 거울이, 그 표면에 회절 격자를 가지는 콘덴서 시스템을 채용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제 34항에 있어서, 회절 격자는 불균일 간격을 가지는 방법.
  36. 제 34항 내지 35항 중 어느 한 항에 있어서, 회절 격자가 하나보다 큰 레벨 을 가지는 방법.
  37. 제 34항 내지 36항 중 어느 한 항에 있어서, 회절 격자가 연속적인 프로파일을 가지는 방법.
  38. 제 34항에 있어서. 회절 격자가 본질적으로 균일한 진동수, 선형, 두 레벨, 위상만의 반사 이진 광학 소자를 구비하여 이루어지는 방법.
  39. 제 38항에 있어서, 회절 격자가 약 50 % 듀티 사이클을 가지는 방법.
  40. 제 38항 내지 39항 중 어느 한 항에 있어서, 회절 격자가 격자의 라인과 간격사이에 약 90o에서 126o사이의 위상 계단을 도입하는 계단 높이를 가지는 콘덴서 시스템.
  41. 제 38항 내지 40항 중 어느 한 항에 있어서, 위상 격자가 약 1μm에서 14μm의 주기와 약 1.4 nm에서 5 nm의 계단 높이로 특징지워지는 콘덴서 시스템.
  42. 제 38항 내지 41항 중 어느 한 항에 있어서, 위상 격자가 약 4.5 μm의 주기와 약 12 nm의 계단 높이로 특징지워지는 콘덴서 시스템.
  43. 제 34항 내지 42항 중 어느 한 항에 있어서, 레디에이션 소스가 작은 지름의 레디에이션 소스인 방법.
  44. 제 34항 내지 42항 중 어느 한 항에 있어서, 레디에이션 소스가 싱크로트론 소스인 방법.
  45. 제 34항 내지 44항 중 어느 한 항에 있어서, 리소그래픽 딜리니에이션이 투사에 의하고, 집광된 레디에이션이 투사 카메라의 이미징 옵틱스와 스캔과 크로스스캔 방향에서 실질적으로 동일하고, 인접하는 라인사이의 간격이 변함에 따라 점진적으로 변하는 이미지 질을 조정하도록 프로세스되는 방법.
  46. 제 45항에 있어서, 투사가 링필드 스캐닝을 구비하여 이루어지며 스캐닝은 투사 마스크의 직선 또는 아치형 영역의 조명을 구비하여 이루어지는 방법.
  47. 제 45항에 있어서, 투사가 축소 링필드 스캐닝을 구비하여 이루어지며 스캐닝에 따라 이미지화된 패턴이 마스크 영역에 비해 크기가 축소되도록 이미지 면상에 이미지화된 아치형 영역이 대상 아치형 영역의 크기에 비해 축소된 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
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