KR20040026099A

KR20040026099A - 마이크로리소그래피에서 사용하기 위한 개선된 조명 시스템

Info

Publication number: KR20040026099A
Application number: KR1020030037509A
Authority: KR
Inventors: 마크 오스코츠키; 레브 리즈히코브; 스코트 코스톤; 제임스 차코예아네스; 월터 아우구스틴
Original assignee: 에이에스엠엘 홀딩 엔.브이.
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2004-03-27
Also published as: JP5529698B2; TW200403542A; US20040263821A1; EP1372034A2; US20070146674A1; JP2004031949A; SG107150A1; CN1474235A; US20030227609A1; EP1372034A3; US6813003B2; CN100407053C; JP2011009780A; KR100818320B1; US7187430B2; TWI317855B

Abstract

마이크로리소그래피용 시스템은, 조명원; 대물측으로부터 (a) 조명원으로부터 조명을 받는 제1 회절 광학 소자, (b) 줌 렌즈, (c) 제2 회절 광학 소자, (d) 컨덴서 렌즈, (e) 릴레이 렌즈, (f) 레티클을 순서대로 포함하는 조명 광학 시스템; 및 레티클을 기판 상에 결상시키는 투영 광학 시스템을 포함하고, 줌 가능한 개구수를 제공한다.

Description

마이크로리소그래피에서 사용하기 위한 개선된 조명 시스템{ADVANCED ILLUMINATION SYSTEM FOR USE IN MICROLITHOGRAPHY}

본 발명은 마이크로리소그래피(microlithography)에 관한 것으로, 더 상세하게는 높은 개구수를 갖는 마이크로리소그래피 장비용 조명 시스템에 관한 것이다.

포토리소그래피("마이크로리소그래피"로도 칭해짐)는 반도체 디바이스의 제조에 이용된다. 포토리소그래피는 자외선(UV), 원자외선(deep UV) 또는 가시광과 같은 전자기 방사(radiation)를 이용하여, 반도체 디바이스 설계에서 미세 패턴을생성한다. 다이오드, 트랜지스터 및 집적 회로와 같은 많은 유형의 반도체 디바이스는 포토리소그래피 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 반도체 제조에서, 노광 시스템 또는 기구는 포토리소그래피 기술을 구현하는 데에 이용된다. 노광 시스템은 전형적으로 조명 시스템, 회로 패턴을 포함하는 레티클("마스크"로도 칭해짐), 투영 시스템, 및 감광 레지스트가 도포된 반도체 웨이퍼를 정렬하기 위한 웨이퍼 정렬 스테이지를 포함한다. 조명 시스템은 바람직하게는 직사각형 슬롯 조명 필드를 갖는 레티클의 한 영역을 조명한다. 투영 시스템은 레티클 회로 패턴의 조명된 영역의 이미지를 웨이퍼 상으로 투영한다.

반도체 디바이스 제조 기술이 진보함에 따라, 반도체 디바이스를 제조하는 데에 이용되는 포토리소그래피 시스템의 각 구성 요소에 대한 요구도 계속 증가하고 있다. 이는 레티클을 조명하는 데에 이용되는 조명 시스템을 포함한다. 예를 들어, 균일한 방사도를 갖는 조명 필드로 레티클을 조명할 필요가 있다. 스텝-앤드-스캔 포토리소그래피(step-and-scan photolithography)에서는, 조명 필드의 크기가 다양한 응용예 및 반도체 다이 치수에 맞도록 조명 필드의 크기를 변경시킬 필요가 있다.

몇몇 조명 시스템은 레티클 전방에 배치된 어레이(array) 또는 회절성의 분산 광학 소자(diffractive scattering optical element)를 포함한다. 분산 광학 소자는 원하는 각도의 광 분포(light distribution)를 생성하며, 그 다음 그 광 분포는 레티클에 결상 또는 릴레이된다.

한편, 통상적으로 이용되는 다이 치수는 26 ×5㎜, 17 ×5㎜, 11 ×5㎜이다.따라서, 표준 줌 렌즈는 조명 필드의 크기 편차를 수용할 필요가 있다. 그러나, 반도체 기판 상에 형성되어야 하는 다양한 피처(feature)로 인해 노광 광학계의 부분에서 변경 가능한 부분 간섭(variable partial coherence)이 필요하게 되는 마이크로리소그래피 분야에 있어서는, 특별한 문제점이 발생한다. 특히, 마이크로리소그래피에서, 통상적으로 조명 광학계의 개구수와 투영 시스템의 개구수의 비로 정의되는 부분 간섭(σ)은 반도체 기판 상에 형성되는 피처의 성질에 따라 변경될 필요가 있다. 예를 들어, 트렌치 형성시의 σ는 라인 형성시의 σ와 다를 수 있다.

따라서, 부분 간섭 파라미터를 광범하게 변경할 수 있는 동시에, 다양한 필드 크기를 수용할 수 있는 간단한 마이크로리소그래피 시스템이 필요하게 되었다.

본 발명은 변경 가능한 부분 간섭 및 필드 크기를 갖는 마이크로리소그래피 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 한 이점은 연속적으로 조절 가능한 부분 간섭 및 불연속적으로 조절 가능한 필드 크기를 갖는 마이크로리소그래피 시스템을 제공할 수 있는 것이다.

본 발명의 다른 이점은 부분 간섭 및 필드 크기를 둘 다 연속적으로 변경할 수 있는 마이크로리소그래피 시스템을 제공할 수 있는 것이다.

본 발명의 다른 이점은 단순한 광학계를 이용하여 상기 목적들을 달성할 수 있는 마이크로리소그래피 시스템을 제공할 수 있는 것이다.

본 발명의 다른 특징 및 이점들은 이하의 상세한 설명에 기술될 것이고, 부분적으로는 상세한 설명으로부터 분명하게 예측할 수 있고, 또는 본 발명의 실시에의해 알게 될 것이다. 본 발명의 목적 및 다른 이점들은 상세한 설명 및 청구항은 물론 첨부된 도면에 특별히 지적된 구성에 의해 실현 및 달성될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 개략도.

도 2는 렌즈 배열을 나타내는 도 1의 실시예의 다른 도면.

도 3은 본 발명의 다른 실시예의 개략도.

도 4a-4c는 본 발명의 일 실시예에서 이용되는 컨덴서 렌즈를 나타내는 광선 추적도.

도 5a-5b는 본 발명의 일 실시예에서 이용되는 릴레이 렌즈를 나타내는 광선 추적도.

도 6a-6b는 본 발명의 일 실시예에서 이용되는 줌 렌즈를 나타내는 광선 추적도.

도 7은 도 1에 도시된 것과 같은 조명 시스템의 전체 디자인을 나타낸 도면.

도 8은 회절 광학 소자용 체인저 기구를 나타낸 사진.

도 9는 도 7의 실시예에서 이용되는 동적으로 조절 가능한 슬릿을 나타낸 사진.

도 10은 도 7의 실시예에서 이용되는 필드 프레이밍 어셈블리를 나타낸 사진.

<도면의 부호의 설명>

101 : 제1 회절 광학 소자

102 : 줌 렌즈

103 : 미러

104 : 엑시콘

105 : 제2 회절 광학 소자

106 : 컨덴서 렌즈

107 : 구획자

108 : 릴레이 렌즈

109 : 레티클

110 : 폴드

111 : 스톱

본 발명의 목적에 따른 이러한 이점 및 그 이외의 이점들을 달성하기 위해 구현되고 광범하게 기술되는 바와 같은 본 발명은, 조명원; 대물측으로부터 (a) 조명원으로부터 조명을 받는 제1 회절 광학 소자, (b) 줌 렌즈, (c) 제2 회절 광학 소자, (d) 컨덴서 렌즈, (e) 릴레이 렌즈, (f) 레티클을 순서대로 포함하는 조명 광학 시스템; 및 레티클을 기판 상에 결상시키는 투영 광학 시스템을 포함하며, 줌 가능한 개구수를 제공하는 마이크로리소그래피용 시스템이 제공된다.

본 발명의 다른 형태에서는, 조명원; 조명원으로부터 조명을 받는 조명 광학 시스템; 및 조명 광학 시스템으로부터 조명을 받는 투영 광학 시스템을 포함하고, 조명 광학 시스템의 개구수와 투영 광학 시스템의 개구수는 연속적으로 변경 가능한 한편, 필드 크기는 불연속적으로 변경 가능한 마이크로리소그래피용 시스템이 제공된다.

본 발명의 다른 형태에서는, 대물측으로부터 제1 회절 광학 소자, 줌 렌즈, 직사각형 개구수를 갖는 제2 회절 광학 소자, 컨덴서 렌즈 및 릴레이 렌즈를 순서대로 포함하는 마이크로리소그래피용 조명 시스템이 제공된다.

본 발명의 다른 형태에서는, 대물측으로부터 (a) 제1 면 상에 제1 회절 광학 소자를 갖고 제2 면 상에 제2 회절 광학 소자를 갖는 줌 렌즈, (b) 컨덴서 렌즈, (c) 릴레이 렌즈를 순서대로 포함하는 조명 시스템; 및 투영 광학 시스템을 포함하며, 조명 시스템의 개구수와 투영 광학 시스템의 개구수의 비가 연속적으로 변경 가능한 마이크로리소그래피용 시스템이 제공된다.

상기의 일반적인 설명 및 이하의 상세한 설명은 예시적인 것이고 설명을 위한 것이며, 특허청구범위에 청구된 본 발명에 대해 더 설명하기 위해 제공된 것임을 알아야 한다.

(실시예)

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명할 것이며, 그 예는 첨부 도면에 도시한다.

최근, 디바이스의 피처의 크기가 감소함에 따라, 반도체 디바이스 제조에서 이용되는 포토리소그래피는 점점 더 짧은 파장을 이용하게 되고 있다. 피처 크기가 마이크론 이하, 0.1μ이하 범위로 감소함에 따라, 반도체 제조자들은 자외선, 일부 경우에서는 소프트 X-레이 리소그래피(또는 원자외선)의 이용으로 이동해야만 했다. 예를 들어, 248, 193, 157㎚ 범위의 광을 방출하는 엑시머 레이저가 반도체 디바이스 제조에 이용되는 경우가 증가하고 있다. 전술한 바와 같이, 현재의 마이크로리소그래피 장비 내의 조명원은 전형적으로 가시광 레이저, 엑시머 레이저 혹은 소프트 X-레이 소스이다 (이하에서, "광" 및 "조명"이라는 용어는 포토레지스트 노광에 이용되는 임의의 전자기 방사를 칭하는 데에 상호교환 가능하게 이용됨). 이러한 파장의 이용은 반도체 제조 장비, 특히 엑시머 레이저로부터의 빔을 집광 및 성형하는 데에 이용되는 광학계의 설계자들에게 특별한 도전을 제시한다. 본발명에서, 빔을 효과적으로 집광 및 성형하기 위해, 용융된 실리카 글래스는 248 및 193㎚ 소스에 바람직하며, 157㎚ 소스는 전형적으로 불화 칼슘 또는 불화 바륨으로 이루어진 광학 소자를 필요로 한다.

설명되는 실시예들은 굴절 및 반사 광학 소자 양자 모두를 이용한다. 그러나, 본 기술 분야의 숙련된 기술자라면, 반사면의 이용은 본 발명의 기본적인 원리보다는, 엔지니어링 및 설계상의 관계에 의해 종종 설명된다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 이하의 설명에서, 반사(폴딩) 광학 소자의 이용은 엄밀히 엔지니어링 설계 선택에 의해 요구되며, 본 발명을 실시하기 위해 그 이용이 요구되는 것은 아님을 알아야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예의 기본 구성을 도시하고 있다. 이하의 도면에서, 대체로 치수는 밀리미터 단위이다.

도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 본 실시예는 조명원(도시되지 않음)에 의해 조명되는 회절 광학 소자(101, DOE1)를 포함한다.

제1 회절 광학 소자(101)는 2-D 어레이의 구면 마이크로렌즈, 프레넬 렌즈, 회절 격자 등과 같이, 회절을 발생시키는 데에 통상적으로 이용되는 임의의 소자일 수 있다.

도 1에 도시된 것과 같은 시스템 투시도로부터, 제1 회절 광학 소자(101) 이후의 빔의 개구수는 약 0.065이다.

또한, 도 1로부터 볼 수 있는 바와 같이, 빔은 제1 회절 광학 소자(101)를 통과한 후, 줌 렌즈(102)를 조명한다. 본 실시예에서, 줌 렌즈(102)는 221.5-1107.7㎜의 초점 거리를 갖는 5×줌 구면 렌즈이다. 이 지점에서의 빔의 직경은 180㎜이다. 줌 렌즈(102)는 도 6에 더 자세히 도시된다. 본 기술 분야의 숙련된 기술자라면, 줌 렌즈(102)는 필요에 따라 더 많거나 더 적은 소자를 이용할 수 있음을 알 것이다. 일례(6 소자 설계)가 아래의 사양에 의해 나타난다(CODE V 출력).

사양 데이터

굴절률

줌 데이터

도 1에 도시된 바와 같이, 광 경로를 굴곡(folding)시킴으로써 전체 기구 크기를 관리 및 감소시키기 위해, 본 실시예에서는 폴드(fold, 미러)(103)가 이용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 미러(103)의 이용은 선택적이며, 일반적으로 엔지니어링/설계 상의 선택에 의해 정해진다.

폴드 미러(103)로부터 반사된 후, 빔은 엑시콘(104, axicon: 작업 직경 170㎜)을 조명한다. 빔은 엑시콘(104)을 통과한 후, Y 차원은 0.046-0.009, X 차원은 0.053-0.011인 직사각형 개구수(rectangular numerical aperture)를 갖는다.

빔은 엑시콘(104)을 통과한 후, 제2 회절 소자(105, DOE2)를 통과한다. 제2회절 소자(105)는 2진 회절 어레이(binary diffractive array)인 것이 바람직하다. 일례로는 원통형 마이크로렌즈의 어레이가 있다. 제2 회절 광학 소자(105)의 사양은 다음과 같을 수 있다.

간섭 길이(㎜), X & Y :

248㎚ temporal-no specs. spatial 0.35 x 0.15

193㎚ temporal-3, spatial 0.6 x 0.085

X & Y 빔 분산(mrad)

248㎚ +/-3.5 x +/-3.5

193㎚ +/-1 x +/-1.75

빔 크기(㎚), X & Y ; 6x16; 20x20; 12x32

제2 회절 어레이(105)를 통과한 후, 빔의 개구수는 약 0.165 ×0.04이다.

그 다음, 빔은 구면 컨덴서 렌즈(106)를 통과한다. 본 실시예에서 이용 가능한 컨덴서 렌즈(106)는 다음과 같은 특성을 가질 수 있다.

본 실시예에서, 컨덴서 렌즈(106)는 340㎜의 초점 길이를 갖고 [일반적으로,컨덴서 렌즈(106)는 300-400㎜의 초점 길이를 가질 것으로 기대됨], 조명 직경은 150-30㎜이다.

빔은 구면 컨덴서 렌즈를 통과한 후, 0.2125-0.043의 줌 가능한 원형 개구수(zoomable circular numerical aperture)를 갖는다. 그 다음, 빔은 구획자(107, delimiter: 즉, 스톱)를 만나서, 112 ×24㎜의 조명 필드가 108 ×22㎜로 된다. 구획자(107)는 릴레이 렌즈(108, 예를 들어 1X 릴레이 또는 3X-4X 릴레이)의 이용을 통해 레티클(109)과 광학적으로 결합된다. 설계 목적을 위해, 폴드(110)는 릴레이(108) 내에 위치될 수 있다. 스톱(111)은 텔레센트릭(telecentric) 조명 시스템을 위해 릴레이 렌즈(108)의 중심에 배치될 수 있다.

릴레이 렌즈(108)는 구획자(107)의 평면을 레티클(109)의 평면에 결합시키는 데에 이용된다. 1X 릴레이 렌즈(108) 사양의 일례가 아래에 나타나 있다(여기서는, 10-소자 설계).

투영 광학 시스템(도시되지 않음)은 레티클을 반도체 웨이퍼 상에 결상시킨다(전형적으로 이미지 크기를 4배 감소시켜, 26 ×5㎜, 17 ×5㎜, 11 ×5㎜로 함).

본 기술 분야의 숙련된 기술자라면, 이러한 시스템 내에서 엑시콘(104)을 사용하면 시스템의 광학 특성이 개선됨을 알 수 있겠으나, 본 발명은 그것을 이용하지 않고서도 구현될 수 있다. 또한, 본 기술 분야의 숙련된 기술자라면, 현재로서는 도 1에 도시된 배열이 바람직한 것으로 생각되지만, 엑시콘(104) 및 제2 회절 소자(105)의 위치는 반대로 될 수 있음[즉, 엑시콘(104)이 제2 회절 소자(105)보다 하측에 있을 수 있음]을 알 것이다.

도 2는 조명 시스템의 광학 소자의 배열을 보다 상세하게 도시하고 있다. 특히, 도 2는 줌 렌즈(102, 5-소자 설계로서 도시됨) 및 그 구성 요소(102a, 102b, 102c, 102d, 102e)를 나타내고 있다. 또한, 도 2는 컨덴서 렌즈(106, 여기에서는 8-소자 설계로서 도시됨), 및 1x 릴레이(108, 여기에서는 8-소자 설계로서 도시됨)의 구성 요소를 나타내고 있다. 또한, λ/4 판, 및 릴레이 렌즈(108)를 통해 구획자(107)의 평면에 광학적으로 결합된 레티클(109, 마스크)의 위치도 나타내고 있다.

도 7은 도 1의 실시예의 다른 도면으로서, 실제 마이크로리소그래피 시스템에서 공통적으로 발견되는 추가 소자들을 나타내고 있다. 도 1에 도시된 모든 광학 소자들은 동일한 참조 번호를 이용하여 도 7에 나타내고 있다. 또한, 도 7은 제2 회절 광학 소자(105)용 체인저 유닛(701)도 나타내고 있다(도 8 참조). 상이한 필드 크기들을 얻기 위해, 상이한 개구수를 갖는 상이한 회절 광학 소자가 이용될 필요가 있음이 예상된다. 따라서, 도 7 및 8에 도시된 체인저 유닛(107)이 그 목적을 위해 사용될 수 있다. 또한, 필요한 경우, 제1 회절 광학 소자(101)에 대해서도 유사한 체인저 유닛이 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

또한, 도 7은 구획자(107) 어셈블리의 부분인 동적 조절 가능 슬릿(702)을 도시하고 있다(도 9 참조). 조절 가능 슬릿(702)은 미국 특허 제5,966,202호에 더개시되어 있으며, 그 내용이 본 명세서에 참조로서 포함된다. 이는, 필드 프레이밍 어셈블리(704)와 함께, 레티클 평면에 광학적으로 결합된 구획자 평면에 적합한 빔 크기의 존재를 보장하기 위해 이용된다.

도 7은 또한 릴레이 렌즈의 중심에서 텔레센트릭 스톱(telecentric stop)으로서 이용되는 클린업 개구 어셈블리(703)도 도시하고 있다 (도 10 및 미국 특허 제6,307,619호 참조. 그 내용이 본 명세서에 참조로서 포함됨).

도 7은 또한 레티클(108)의 평면 위, 그리고 릴레이 렌즈(108)의 최종 광학 소자(렌즈)의 아래에 있는 λ/4 판(112)의 위치를 나타내고 있다.

본 발명의 바람직한 실시예는 불연속의 필드 크기(26 ×5㎜, 17 ×5㎜, 11 ×5㎜)에 대하여 설명되었지만, 연속적으로 변경 가능한 필드 크기를 갖게 할 수도 있을 것으로 예상된다. 이것은 제2 회절 광학 소자(105)와 마찬가지로 광 경로 내에 다른 회절 광학 소자들을 추가하는 것에 의해 달성될 수 있다. 컨덴서 렌즈와 제2 회절 광학 소자 사이에 배치될 수 있는 이러한 하나 또는 두개의 소자들(예를 들어 추가의 2진 회절 어레이 또는 원통형 마이크로렌즈 어레이)을 추가하는 것에 의해 또한 광축을 따라 그 위치를 조절하는 것에 의해, 웨이퍼에서 연속적으로 변경 가능한 부분 간섭 및 연속적으로 변경 가능한 필드 크기를 모두 갖는 마이크로리소그래피 시스템을 얻을 수 있다.

투영 광학 시스템(도면에는 도시되지 않음)의 이용은 본 기술 분야에 공지되어 있으며, 전형적으로 레티클 이미지를 웨이퍼 상으로 축소시키는 4x 렌즈이다.

이하의 다른 실시예에 대한 설명 및 대응 도면들에서, 도 1의 실시예에서와동일한 소자들에는 동일한 참조 번호가 부여된다.

도 3은 본 발명의 다른 바람직한 실시예의 기본 구성을 도시하고 있다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 본 실시예는 조명원(도시되지 않음)에 의해 조명되는 회절 광학 소자(101)를 포함한다.

제1 회절 광학 소자(101, DOE1)는 구면 마이크로렌즈 어레이, 프레넬 렌즈, 회절 격자 등과 같이, 회절을 발생시키는 데에 통상적으로 이용되는 임의의 굴절 또는 반사 소자일 수 있다. 제1 회절 광학 소자(101) 이후에서의 빔의 개구수는 약 0.065(원형)이다.

"102"로부터도 볼 수 있는 바와 같이, 광은 DOE1(101)를 통과한 후, 줌 렌즈(102)를 조명한다. 본 실시예에서, 줌 렌즈(102)는 196-982㎜의 초점 거리를 갖는 5x 줌 구면 렌즈이다. 이 지점에서의 빔의 직경은 135㎜이다. 본 실시예에서, 줌 렌즈(102)는 5-소자 렌즈이다.

빔은 줌 렌즈(102)를 통과하고 폴드 미러(103)로부터 반사된 후, 엑시콘(104)을 조명한다. 빔은 엑시콘(104)을 통과한 후, Y 차원으로는 0.46-0.009, X 차원으로는 0.053-0.011의 직사각형 개구수를 갖는다.

빔은 엑시콘(104)을 통과한 후, 제2 회절 소자(105, DOE2; 빔 직경은 135㎜임)를 통과한다. 제2 회절 소자(105)는 2진 회절 어레이인 것이 바람직하다. 일례로는 원통형 마이크로렌즈의 어레이가 있다. 제2 회절 소자(105)를 통과한 후, 빔의 개구수는 0.2 ×0.04가 된다.

그 다음, 빔은 컨덴서 렌즈(106)를 통과한다. 본 실시예에서, 컨덴서렌즈(106)는 300㎜의 초점 길이를 가지며, 조명된 직경은 120-25㎜이다.

빔은 구면 컨덴서 렌즈를 통과한 후, 0.2125-0.043의 줌 가능한 원형 개구수를 갖는다. 그 다음 빔은 구획자(107, 즉 스톱)를 만남으로써, 120 ×24㎜의 조명된 필드가 108 ×20㎜이 된다. 구획자(107)는 릴레이 렌즈(108)의 이용을 통해 레티클(111)과 광학적으로 결합된다. 릴레이 렌즈(108)는 구획자(107)의 평면을 레티클의 평면과 결합하는 데에 이용된다. 설계의 목적을 위해, 폴드(110)는 릴레이 렌즈(108) 내에 배치될 수 있다. 스톱(109)은 텔레센트릭 조명 시스템을 위해 릴레이 렌즈의 중심에 배치된다.

투영 광학 시스템(도시되지 않음)은 레티클(111)을 반도체 웨이퍼 상으로 하향 결상시킨다(전형적으로 이미지 크기를 4배 축소시킴).

본 기술 분야의 숙련된 기술자라면, 레티클과 구획자의 광학적 평면이 서로 결합되기 때문에, 본 발명을 실시하기 위해 릴레이 렌즈가 항상 필요한 것은 아님을 알 것이다. 그러나, 대부분의 실제 시스템에서, 기계적인 제한으로 인해, 레티클 평면에서의 필드의 적절한 크기를 보장하기 위해 릴레이 렌즈가 이용된다.

또한, 전술한 바와 같은 제2 회절 소자(105)의 특성과 마찬가지로, 필드 크기도 부가적인 제2 회절 소자를 사용함으로써 연속적으로 될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 이와 달리, 보다 복잡한 줌 렌즈 또는 제2 줌 렌즈가 동일한 목적을 달성하기 위해 사용될 수 있다.

또한, 본 발명은, 필요에 따라, 훨씬 낮은 부분 간섭 σ, 예를 들어 0.001의 이용을 허용함을 알 수 있을 것이다. 이를 위해서는 보다 복잡한 줌 렌즈(또는 복수의 줌 렌즈)가 요구될 것이다.

본 기술 분야의 숙련된 기술자라면, 본 발명의 취지 또는 범위를 벗어나지 않고서도 본 발명에 대한 다양한 수정 또는 변경이 이루어질 수 있음을 알 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 청구항들 및 그 등가물의 범위 내에 드는 한도 내에서 본 발명의 수정 및 변경을 포함하도록 의도된 것이다.

본 발명에 따르면, 부분 간섭 파라미터를 광범하게 변경할 수 있는 동시에, 다양한 필드 크기를 수용할 수 있는 간단한 마이크로리소그래피 시스템을 얻을 수 있다.

Claims

조명원;

조명 광학 시스템

- 상기 조명 광학 시스템은, 대물측(objective side)으로부터

(a) 상기 조명원으로부터 조명을 받는 제1 회절 광학 소자,

(b) 줌 렌즈,

(c) 제2 회절 광학 소자,

(d) 컨덴서 렌즈(condenser lens),

(e) 릴레이 렌즈(relay lens),

(f) 레티클

을 순서대로 포함함 - ; 및

상기 레티클을 기판 상에 결상시키는 투영 광학 시스템

을 포함하고,

줌 가능한 개구수(zoomable numerical aperture)를 제공하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제1항에 있어서, 필드 크기(field size)는 불연속적으로 변경 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제1항에 있어서, 필드 크기는 불연속적으로 변경 가능하고, 상기 조명 광학 시스템의 개구수와 상기 투영 광학 시스템의 개구수의 비는 연속적으로 변경 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제1항에 있어서, 필드 크기는 연속적으로 변경 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2 회절 광학 소자와 상기 컨덴서 렌즈 사이에 제3 회절 광학 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제5항에 있어서, 상기 제3 회절 광학 소자의 위치는 필드 크기를 연속적으로 조절하도록 조절 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제1항에 있어서, 상기 조명 시스템의 개구수와 상기 투영 광학 시스템의 개구수의 비는 연속적으로 변경 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제7항에 있어서, 상기 비는 약 0.2와 1 사이에서 연속적으로 변경 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제1항에 있어서, 상기 조명원은 엑시머 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 회절 광학 소자는 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 회절 광학 소자는 프레넬 렌즈(Fresnel lens)를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 회절 광학 소자는 회절 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제1항에 있어서, 상기 조명 광학 시스템은 상기 줌 렌즈와 상기 제2 회절 소자 사이에 엑시콘(axicon)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제1항에 있어서, 상기 조명 광학 시스템은 상기 제2 회절 소자와 상기 컨덴서 렌즈 사이에 엑시콘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2 회절 광학 소자는 직사각형의 개구수(rectangular numerical aperture)를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2 회절 광학 소자는 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제16항에 있어서, 상기 제2 회절 광학 소자의 상기 마이크로렌즈 어레이는 원통형 렌즈의 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제1항에 있어서, 상기 조명 광학 시스템은 상기 컨덴서 렌즈와 상기 릴레이 렌즈 사이에 구획자(delimeter)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제1항에 있어서, 상기 조명 광학 시스템은 상기 릴레이 렌즈 내의 중심에 텔레센트릭 스톱(telecentric stop)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
조명원;

상기 조명원으로부터 조명을 받는 조명 광학 시스템; 및

상기 조명 시스템으로부터 조명을 받는 투영 광학 시스템

을 포함하고,

상기 조명 광학 시스템의 개구수와 상기 투영 광학 시스템의 개구수의 비는 연속적으로 변경 가능한 한편, 필드 크기는 불연속적으로 변경 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제20항에 있어서, 상기 조명 광학 시스템은 상기 조명원으로부터 조명을 받는 제1 회절 광학 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제21항에 있어서, 상기 제1 회절 광학 소자는 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제21항에 있어서, 상기 제1 회절 광학 소자는 프레넬 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제21항에 있어서, 상기 제1 회절 광학 소자는 회절 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제21항에 있어서, 상기 조명 광학 시스템은 상기 제1 회절 소자로부터 조명을 받는 줌 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제25항에 있어서, 상기 조명 광학 시스템은 상기 줌 렌즈로부터 조명을 받는 엑시콘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제26항에 있어서, 상기 조명 광학 시스템은 상기 엑시콘으로부터 조명을 받는 제2 회절 광학 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제27항에 있어서, 상기 제2 회절 광학 소자는 직사각형 개구수를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제27항에 있어서, 상기 제2 회절 광학 소자는 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제27항에 있어서, 상기 제2 회절 광학 소자는 원통형 렌즈의 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제27항에 있어서, 상기 조명 광학 시스템은 상기 제2 회절 광학 소자로부터 조명을 받는 컨덴서 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용시스템.
제27항에 있어서, 상기 조명 광학 시스템은 상기 제2 회절 소자로부터 조명을 받는 컨덴서 렌즈 및 상기 컨덴서 렌즈로부터 조명을 받는 릴레이 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제31항에 있어서, 상기 조명 광학 시스템은 상기 컨덴서 렌즈와 상기 릴레이 렌즈 사이에 구획자를 더 포함하는 마이크로리소그래피 시스템
대물측으로부터,

제1 회절 광학 소자;

줌 렌즈;

직사각형 개구수를 갖는 제2 회절 광학 소자;

컨덴서 렌즈; 및

릴레이 렌즈

를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 조명 시스템.
제34항에 있어서, 필드 크기는 불연속적으로 변경 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 조명 시스템.
제34항에 있어서, 투영 광학 시스템을 더 포함하고, 필드 크기 및 부분 간섭(partial coherence)은 둘 다 변경 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 조명 시스템.
제36항에 있어서, 상기 부분 간섭은 약 0.2와 1 사이에서 연속적으로 변경 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 조명 시스템.
제34항에 있어서, 상기 줌 렌즈와 상기 제2 회절 소자 사이에 엑시콘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 조명 시스템.
제34항에 있어서, 상기 제2 회절 광학 소자와 상기 줌 렌즈 사이에 엑시콘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 조명 시스템.
제34항에 있어서, 상기 제2 회절 광학 소자는 직사각형 개구수를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 조명 시스템.
제34항에 있어서, 상기 제2 회절 광학 소자는 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 조명 시스템.
제34항에 있어서, 상기 제2 회절 광학 소자는 원통형 렌즈의 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 조명 시스템.
조명 시스템

- 상기 조명 시스템은 대물측으로부터,

(a) 제1 면 상에 제1 회절 광학 소자를 갖고 제2 면 상에 제2 회절 광학 소자를 갖는 줌 렌즈,

(b) 컨덴서 렌즈,

(c) 릴레이 렌즈

를 순서대로 포함함 - ; 및

투영 광학 시스템

을 포함하고, 부분 간섭은 연속적으로 변경 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제43항에 있어서, 필드 크기는 불연속적으로 변경 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제43항에 있어서, 필드 크기는 연속적으로 변경 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제43항에 있어서, 상기 부분 간섭은 약 0.2와 1 사이에서 연속적으로 변경가능한 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제43항에 있어서, 상기 조명 시스템은 상기 줌 렌즈와 상기 컨덴서 렌즈 사이에 엑시콘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제43항에 있어서, 상기 제2 회절 광학 소자는 직사각형 개구수를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제43항에 있어서, 상기 제2 회절 광학 소자는 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제43항에 있어서, 상기 제2 회절 광학 소자는 원통형 렌즈의 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
제43항에 있어서, 상기 조명 시스템은 상기 콘덴서 렌즈와 상기 릴레이 렌즈 사이에, 상기 릴레이 렌즈로부터 조명을 받는 구획자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 시스템.
조명 광학 시스템을 조명하는 단계

- 상기 조명 광학 시스템은, 대물측으로부터

(a) 상기 조명원으로부터 조명을 받는 제1 회절 광학 소자,

(b) 줌 렌즈,

(c) 제2 회절 광학 소자,

(d) 컨덴서 렌즈,

(e) 릴레이 렌즈,

(f) 레티클

을 순서대로 포함함- ;

상기 레티클의 평면에 줌 가능한 개구수의 빔을 형성하는 단계; 및

상기 레티클의 평면 상에 형성된 빔을 투영 광학 시스템을 통해 기판 상에 투영시키는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제52항에 있어서, 상기 조명 광학 시스템의 필드 크기를 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제52항에 있어서, 상기 조명 광학 시스템의 필드 크기를 불연속적으로 변경하고, 상기 투영 광학 시스템의 개구수를 연속적으로 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제52항에 있어서, 상기 조명 광학 시스템의 필드 크기를 연속적으로 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제52항에 있어서, 상기 조명 단계는, 상기 제2 회절 광학 소자와 상기 컨덴서 렌즈 사이에 배치된 제3 회절 광학 소자를 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제56항에 있어서, 필드 크기를 연속적으로 조절하기 위해 상기 제3 회절 광학 소자의 위치를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제52항에 있어서, 상기 조명 시스템의 개구수와 상기 투영 광학 시스템의 개구수의 비를 약 0.2와 1 사이에서 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제52항에 있어서, 상기 조명 단계는 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 상기 제1 회절 광학 소자를 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제52항에 있어서, 상기 조명 단계는 프레넬 렌즈를 포함하는 상기 제1 회절 광학 소자를 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제52항에 있어서, 상기 조명 단계는 회절 격자를 포함하는 상기 제1 회절 광학 소자를 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제52항에 있어서, 상기 조명 단계는 상기 줌 렌즈와 상기 제2 회절 소자 사이에 배치된 엑시콘을 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제52항에 있어서, 상기 조명 단계는 상기 제2 회절 소자와 상기 컨덴서 렌즈 사이에 배치된 엑시콘을 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제52항에 있어서, 상기 조명 단계는 직사각형 개구수를 갖는 상기 제2 회절 광학 소자를 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제52항에 있어서, 상기 조명 단계는 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 상기 제2 회절 광학 소자를 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제52항에 있어서, 상기 조명 단계는 원통형 렌즈의 어레이를 포함하는 상기제2 회절 광학 소자를 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
조명 시스템을 조명하는 단계

-상기 조명 시스템은, 대물측으로부터

(a) 제1 면 상에 제1 회절 광학 소자를 갖고 제2 면 상에 제2 회절 광학 소자를 갖는 줌 렌즈,

(b) 컨덴서 렌즈,

(c) 릴레이 렌즈

를 순서대로 포함함- ;

상기 릴레이 렌즈에 의해 형성된 빔을 투영 광학 시스템을 사용하여 웨이퍼 상에 투영시키는 단계; 및

조명 광학 시스템과 투영 광학 시스템의 조합의 부분 간섭을 연속적으로 변경하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제67항에 있어서, 상기 조명 광학 시스템의 필드 크기를 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제67항에 있어서, 상기 조명 광학 시스템의 필드 크기를 불연속적으로 변경하고 상기 투영 광학 시스템의 개구수를 연속적으로 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제67항에 있어서, 상기 조명 광학 시스템의 필드 크기를 연속적으로 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제67항에 있어서, 상기 조명 단계는 상기 제2 회절 광학 소자와 상기 컨덴서 렌즈 사이에 배치된 제3 회절 광학 소자를 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제71항에 있어서, 상기 시스템의 필드 크기를 조절하기 위해 상기 제3 회절 광학 소자의 위치를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제67항에 있어서, 상기 조명 시스템의 개구수와 상기 투영 광학 시스템의 개구수의 비를 약 0.2와 1 사이에서 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제67항에 있어서, 상기 조명 단계는 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 상기 제1 회절 광학 소자를 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제67항에 있어서, 상기 조명 단계는 프레넬 렌즈를 포함하는 상기 제1 회절 광학 소자를 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제67항에 있어서, 상기 조명 단계는 회절 격자를 포함하는 상기 제1 회절 광학 소자를 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제67항에 있어서, 상기 조명 단계는 상기 줌 렌즈와 상기 제2 회절 광학 소자 사이에 배치된 엑시콘을 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제67항에 있어서, 상기 조명 단계는 상기 제2 회절 광학 소자와 상기 컨덴서 렌즈 사이에 배치된 엑시콘을 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제67항에 있어서, 상기 조명 단계는 직사각형 개구수를 갖는 상기 제2 회절 광학 소자를 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제67항에 있어서, 상기 조명 단계는 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 상기제2 회절 광학 소자를 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.
제67항에 있어서, 상기 조명 단계는 원통형 렌즈의 어레이를 포함하는 상기 제2 회절 광학 소자를 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 노광 방법.