KR20050024260A - 투영광학계, 노광장치 및 디바이스의 제조방법 - Google Patents

투영광학계, 노광장치 및 디바이스의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의하면, 물체면위의 패턴을 상면상에 축소투영하는 투영광학계가 제공된다. 상기 투영광학계는, 물체면으로부터 광을 반사하는 순으로, 제 1반사면, 제 2볼록반사면, 제 3볼록반사면, 제 4반사면, 제 5반사면 및 제 6반사면을 포함하는 6개의 반사면과, 상기 제 1반사면과 제 2반사면사이의 광로를 따라 배치된 개구조리개를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

투영광학계, 노광장치 및 디바이스의 제조방법{PROJECTION OPTICAL SYSTEM, EXPOSURE APPARATUS AND DEVICE FABRICATING METHOD}
본 발명은, 노광장치에 관한 것으로, 특히, 반사형 투영광학계, 노광장치 및 이것을 이용한 디바이스의 제조방법에 관한 것이다. 반사형 투영광학계는, 자외선("UV")이나 원자외선("EUV")광을 이용해서 반도체웨이퍼용의 단결정 기판이나, 액정표시소자("LCD")용의 유리판 등의 물체를 투영노광한다.
최근의 전자소자의 소형·경량화의 요청에 따라, 이들 전자소자상에 탑재되는 반도체 소자의 미세화의 요구도 점점 높아지고 있다. 예를 들면, 마스크패턴용의 설계룰은, 0.1㎛미만의 라인 앤드 스페이스("L & S")의 크기가 광범위하게 형성될 것이 요구되고 있고, 가까운 장래에 80nm미만의 회로패턴이 요구될 것으로 예상된다. 상기 L & S는, 동일한 선폭과 공간폭으로 웨이퍼에 투영노광되는 상을 나타내며, 노광해상도의 지표로서 기능한다.
반도체 디바이스 제조용의 전형적인 노광장치로서의 투영노광장치는, 마스크 혹은 레티클(이들 용어는 본 출원 명세서에 있어서 교환가능하게 사용됨)위의 패턴을 웨이퍼상에 투영노광하는 투영광학계를 포함한다. 투영노광장치의 해상도(R)(즉, 정확하게 상전사를 하기 위한 최소크기)는, 이하의 식과 같이 투영광학계의 개구수("NA")와 광원파장 λ를 이용해서 정의된다:
.
파장이 짧아지고, NA가 커질수록, 해상도는 좋아진다. 해상도가 보다 작은 값으로 되는 것을 요구하는 것이 최근의 경향이다. 그러나, 증가된 NA만을 이용해서 이러한 요구를 만족하는 것은 곤란하고, 증가된 해상도는 단파장의 이용을 기대하고 있다. 노광광원은, 최근, KrF엑시머레이저(파장 약 248nm) 및 ArF엑시머레이저(파장 약 193nm)로부터 F2엑시머레이터(파장 약 157nm)로 이행되고 있다. 이러한 EUV광의 실용은, 광원으로서 장려되고 있다.
광의 단파장화가 이용가능한 광투과용의 유리재료를 제한함에 따라, 투영광학계에 대해서는, 다수의 굴절소자, 즉, 렌즈를 사용하는 대신에 반사소자, 즉, 미러(mirror)를 이용하는 것이 유리하다. 노광광으로서의 EUV광에 대해서는 이용가능한 유리재료가 제안되어 있지 않고, 투영광학계는 어떠한 렌즈도 포함할 수 없었다. 따라서, 미러만을 지닌 반사형 축소투영광학계를 형성하는 것이 제안되게 되었다.
반사형 축소투영광학계에 있어서의 미러는, 반사광을 증강시키는 동시에 반사율을 증가시키기 위해 다층피막을 형성하나, 전체 광학계의 반사율을 증대시키는 데는 보다 적은 매수의 미러가 바람직하다. 또한, 투영광학계는, 동공에 대해서 마스크와 웨이퍼간의 기계적 간섭을 피하기 위해 짝수 매수의 미러를 사용하는 것이 바람직하다. EUV노광장치용의 임계치수(또는 해상도)가 종래의 것보다도 작은 것은 큰 NA를 필요로 하지만(예를 들면, 파장 13.5nm에 대해서 NA는 0.2), 종래의 3 내지 4매의 미러로는 파수차를 저감시키기가 곤란하다. 파수차 보정시의 자유도를 증가시키기 위해서는, 미러를 비구면으로 하는 것 뿐만 아니라 미러의 매수를 증가시킬 필요가 있다. 그 결과, 투영광학계는, 6매의 미러를 필요로 하게 된다(본 출원에서는 그러한 광학계를 6미러계라 칭함). 이러한 6미러계는, 예를 들면, 미국특허 제 6,033,079호 공보 및 WO 92/48796호 공보에 개시되어 있다.
상기 미국특허 제 6,033,079호 공보에는, 그 실시예에 있어서 2종의 6미러 반사성의 EUV투영광학계가 개시되어 있다. 이들 투영광학계는, 물체면으로부터 광을 수광해서, 4매의 미러, 즉, 오목면 형상의 제 1반사면, 오목면 혹은 볼록면 형상의 제 2반사면, 볼록면 형상의 제 3반사면 및 오목면 형상의 제 4반사면을 통해서 중간상을 형성(즉, 결상)하고, 볼록면 형상의 제 5반사면 및 오목면 형상의 제 6반사면을 통해서 상기 중간상을 상면상에 재결상한다. 이들 두 실시예는 모두 제 2반사면상에 개구조리개가 배치되어 있다.
국제특허 WO 02/48796호 공보에는, 그의 실시예에서 3개의 전형적인 6미러 반사형 EUV투영광학계가 개시되어 있다. 이들 투영광학계는, 오목면 형상의 제 1반사면과 오목면 형상의 제 2반사면을 통해 중간상을 결상하고, 볼록면 형상의 제 3반사면, 오목면 형상의 제 4반사면, 오목면 형상의 제 5반사면 및 오목면 형상의 제 6반사면을 통해서 상기 중간상을 상면상에 재결상한다. 이들 3개의 실시예의 각각은, 제 1반사면과 제 2반사면사이에 광축을 따라 개구조리개를 구비하고 있다.
마찬가지 광학계를 개시한 다른 종래예로서는, 일본 공개특허 제 2003-15040호 공보, 일본 공개특허 제 2001-185480호 공보, 일본 공개특허 제 2002-6221호 공보, 미국특허 출원 제 2003/0076483호 및 미국특허 제 6,172,825호 공보를 들 수 있다.
그러나, 미국특허 제 6,033,079호 공보에 개시된 형태는, 제 2반사면상에 개구조리개가 위치되어 제 4반사면의 유효직경을 증대시키므로, 바람직하지 않다. 구체적으로는, EUV투영광학계는, 반사율을 증대시키도록 미러면상에 다층피막을 도포하고, 광선의 감소된 입사각, 즉, 광선과 반사면의 법선사이의 각은, 다층피막의 특성에 적합하다. EUV투영광학계는, NA의 증대와 해상도의 향상을 위해 제 6반사면의 유효직경을 증대시키므로, 제 4반사면은, 차광을 방지하기 위해 광축으로부터 떨어져 배치해야만 한다. 미국 특허 제 6,033,079호 공보에 있어서의 실시예에서는, 제 2반사면상에 개구조리개가 배치되어 있으므로, 제 3반사면만이, 광축으로부터 떨어진 제 4반사면에 광을 도입한다. 설명한 바와 같이 입사각을 감소시키기 위해서는, 제 3반사면과 제 4반사면사이의 거리를 크게 해야만 한다. 이 큰 거리때문에, 물체와 제 4반사면사이의 거리가 작게 되어, 미러 또는 다른 어떤 것을 놓기 위한 공간을 만드는 것이 곤란하게 된다. 또한, 이것은 제 4반사면상에의 광의 발산을 증대시켜, 700㎜의 극도로 큰 최대유효직경을 필요로 하여, 시스템의 마무리 정밀도의 계측을 곤란하게 한다.
상기 WO 02/48796호 공보에 개시된 구성에서는, 제 1반사면과 제 2반사면의 양쪽에 대해서 오목면 형상을 이용하고, 물체면에 가까운 면에 광을 집광시키는 경향이 있므로, 제 3반사면 근처에 중간상이 결상되고, 제 3반사면상에서 발산하게 된다. 따라서, 가공과정에서 형성되는 미러면상의 파문(즉, 잔물결모양)과 미러재질중의 기포가 직접 결상성능을 열화시키므로 바람직하지 않다. 또한, 에너지집중에 의한 반사면에서의 온도상승이 미러형상을 변형시키고, 미러면상의 먼지가 웨이퍼상으로 전사된다. 또한, 제 2 및 제 3반사면이 개구조리개로부터 광축과는 떨어진 제 4반사면에 광을 도입하는 한편, 제 2반사면으로부터 제 3반사면까지의 광은, 제 2반사면의 오목면 형상에 의해 광축에 접근하여, 해당 광축과는 떨어진 제 4반사면에 도입되기 어렵다. 이 문제를 해결하기 위해, 제 1반사면과 제 2반사면사이의 거리는 크게 해야만 하므로, 물체면과 제 2면사이의 거리가 작아지게 된다. 따라서, 미러 혹은 다른 어떤 것을 놓기 위한 공간을 만들기가 곤란해지게 된다.
물체면위의 패턴을 상면상에 축소투영하는 본 발명의 일측면에 의한 투영광학계는, 물체면으로부터 광을 반사하는 순으로, 제 1반사면, 제 2볼록반사면, 제 3볼록반사면, 제 4반사면, 제 5반사면 및 제 6반사면을 포함하는 6개의 반사면과, 상기 제 1반사면과 제 2반사면사이의 광로를 따라 배치된 개구조리개를 구비하고 있다.
본 발명의 다른 측면에 의한 노광장치는, 광원으로부터의 광을 이용해서 물체면위의 패턴을 조명하는 조명광학계와, 상기 물체면위의 패턴을 상면상에 축소투영하기 위한 상기 투영광학계를 구비하고 있다.
본 발명의 또다른 측면에 의한 디바이스의 제조방법은, 상기 노광장치를 이용해서 피노광물체를 노광하는 공정과, 상기 노광된 물체를 현상하는 공정을 구비하고 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 상세히 설명한다.
물체면위의 패턴을 상면상에 축소투영하는 투영광학계는, 물체면으로부터 광을 반사하는 순으로, 제 1반사면, 제 2볼록반사면, 제 3볼록반사면, 제 4반사면, 제 5반사면 및 제 6반사면을 포함하는 6개의 반사면과, 상기 제 1반사면과 제 2반사면사이의 광로를 따라 배치된 개구조리개를 구비하고 있다. 상기 제 1반사면은 오목면 형상을 지니는 것이 바람직하다. 또, 상기 제 4반사면은 오목면 형상을 지니는 것이 바람직다. 또한, 상기 제 4반사면으로부터 제 5반사면까지의 광로를 따라 중간상이 결상되는 것이 바람직하다.
상기 6개의 반사면중 광입사각의 가장 최대치를 지니는 반사면에 대한 최대입사각을 θmax, 상기 6개의 반사면중 광입사각의 가장 최대치를 지니는 반사면에 대한 입사각분포폭을 Δθ라 할 때, 25° < θmax + Δθ < 35°를 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 28° < θmax + Δθ 및/또는 θmax + Δθ < 32°또는 θmax + Δθ < 30°를 만족하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 6개의 반사면은, 이들 6개의 반사면의 곡률 반경이 소정의 광축과 실질적으로 일치하도록 배열된다. 상기 6개의 반사면의 각각에 대해서, 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 중심으로서 정의되는 중심 및 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 반경으로서 정의되는 반경을 지니는 대략 구면과 광축과의 교점중, 해당 6개의 반사면의 각각에 대한 광의 반사점에 가장 근접한 교점을 면 정점으로 정의한다. 또, 물체면(여기서 사용하는 바와 같이, 물체가 위치되어 있는 면을 의미함)과 해당 물체면에 가장 가까운 면 정점사이의 간격을 L1(단, L1은, 보다 구체적으로는, 물체면과 광축사이의 교점과, 상기 물체면에 가장 가까운 면정점간의 거리임), 제 1반사면의 면 정점과 상기 물체면에 가장 가까운 면 정점사이의 간격을 L2라 할 때, 이하의 조건:
을 만족하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 6개의 반사면의 어느 것도, 그들의 광입사영역에 있어서, 광의 통과를 허용해서 해당 광을 흡수하거나 투과시키는 영역을 지니지 않는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 제 2반사면으로부터 제 3반사면까지의 광로는, 제 4반사면으로부터 제 5반사면까지의 광로와 교차하지 않는다. 또, 바람직하게는, 상기 6개의 반사면은, 이들 6개의 반사면의 곡률 반경이 소정의 광축과 대략 일치하도록 배열되어 있다.
바람직하게는, 물체면상의 원호형상의 조명영역으로부터의 광이 입사할 때의 광입사영역과, 상기 물체면상의 원호형상의 조명영역의 현의 중심점과 광축을 포함하는 평면사이에 형성되는 교선상의 Lmin + 0.3×(Lmax - Lmin)과 Lmax사이의 영역에서 해당 교선상의 각 점에서의 최대입사각의 극대가 있고, 상기 광입사영역은, 상기 6개의 반사면중 광입사각의 가장 최대치를 지니는 반사면상에 위치하며, 여기서, Lmin은 광축에서부터 교선상의 각 점까지의 거리의 최소치이고, Lmax는 광축에서부터 교선상의 각 점까지의 거리의 최대치이다. 각 점에서의 최대입사각은, 교선상의 (Lmax + Lmin)/2 ± 0.2×(Lmax - Lmin)사이의 영역에 있어서 교선상의 극대치를 지니는 것이 바람직하다.
상기 제 3반사면은 상기 6개의 반사면중 최대 광입사각을 지니는 반사면인 것이 바람직하다.
상기 6개의 반사면중 광입사각의 가장 최대치를 지니는 반사면은, 수렴광을 수광하는 볼록면 형상을 지니고, 또한, 발산광을 반사하는 것이 바람직하다.
상기 물체면상의 원호형상의 조명영역의 중심(예를 들면, 중력의 중심)과 광축을 포함하는 평면과 상기 조명영역사이에 형성되는 교선의 중심으로부터 사출된 광이 입사할 때, 상기 제 4반사면상의 광입사영역과 광축사이의 최대거리와 최소거리간의 차는, 바람직하게는, 30㎜이상, 보다 바람직하게는, 40㎜이상이다.
상기 6개의 반사면의 각각에 대해서, 광축과 대략 구면사이의 교점중, 해당 6개의 반사면의 각각에 대한 광의 반서점에 가장 근접한 교점이 면 정점으로 정의되는 것으로 가정한다. 또한, 상기 대략 구면은, 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 중심(반사면이 구면일 때의 반사면의 곡률 중심을 의미하고, 반사면이 비구면인 경우 반사면으로부터 비구면성분이 제거된 후의 구면의 곡률 중심을 의미함)으로서 정의되는 중심과, 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 반경(각 반사면이 비구면인 경우 각 반사면으로부터 비구면성분이 제거된 후의 구면의 곡률 반경을 의미함)으로서 정의되는 반경을 지닌다. 또한, 바람직하게는, 상기 6개의 반사면의 면 정점은, 물체면으로부터 상면까지 광축을 따라 순차로, 제 4반사면, 제 2반사면, 제 3반사면, 제 1반사면, 제 6반사면 및 제 5반사면의 순으로 배치되어 있다.
또, 상기 6개의 반사면의 각각에 대해서, 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 중심으로서 정의되는 중심 및 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 반경으로서 정의되는 반경을 지니는 대략 구면과 광축과의 교점중, 해당 6개의 반사면의 각각에 대한 광의 반사점에 가장 근접한 교점을 면 정점으로 정의할 때, 상기 물체면과 상기 6개의 반사면의 면 정점중 해당 물체면에 가장 근접한 면 정점과의 거리는, 바람직하게는, 250㎜이상, 보다 바람직하게는, 310㎜이상이다.
상기 6개의 반사면의 각각에 대해서, 대략 구면과 광축과의 교점중, 해당 6개의 반사면의 각각에 대한 광의 반사점에 가장 근접한 교점을 면 정점으로 정의할 때, 상기 제 2반사면의 면 정점과 제 4반사면의 면 정점간의 광축을 따른 거리는, 바람직하게는, 5㎜이상, 보다 바람직하게는, 10㎜이상, 더욱 바람직하게는, 15㎜이상이다.
상기 6개의 반사면의 각각에 대해서, 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 중심으로서 정의되는 중심 및 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 반경으로서 정의되는 반경을 지니는 대략 구면과 광축과의 교점중, 해당 6개의 반사면의 각각에 대한 광의 반사점에 가장 근접한 교점을 면 정점으로 정의하고, 상기 제 2반사면의 면 정점과 제 4반사면의 면 정점사이의 간격을 L24, 상기 물체면과 상면사이의 상기 광축을 따른 거리를 La11이라 할 때, 바람직하게는, La11/200 < L24 < La11/10, 보다 바람직하게는, La11/100 < L24 및/또는 L24 < La11/18을 만족하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 6개의 반사면의 각각에 대해서, 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 중심으로서 정의되는 중심 및 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 반경으로서 정의되는 반경을 지니는 대략 구면과 광축과의 교점중, 해당 6개의 반사면의 각각에 대한 광의 반사점에 가장 근접한 교점을 면 정점으로 정의하고, 제 6반사면의 면 정점과 제 6반사면의 가장 가까운 면 정점사이의 광축을 따른 간격이 100㎜이상인 것을 특징으로 한다. 또, 제 6반사면의 면 정점과 상기 반사면의 가장 가까운 면 정점사이의 광축을 따른 간격은, 바람직하게는, 110㎜이상, 보다 바람직하게는, 115㎜이상이다.
상기 6개의 반사면의 각각에 대해서, 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 중심으로서 정의되는 중심 및 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 반경으로서 정의되는 반경을 지니는 대략 구면과 광축과의 교점중, 해당 6개의 반사면의 각각에 대한 광의 반사점에 가장 근접한 교점을 면 정점으로 정의하고, 상기 제 6반사면의 면 정점과 해당 제 6반사면에 가장 가까운 반사면의 면정점사이의 간격을 L6, 상기 물체면과 상면사이의 상기 광축을 따른 거리를 La11이라 할 때, 바람직하게는, La11/20 < L6 < La11/6, 보다 바람직하게는, La11/12 < L6 및/또는 L6 < La11/9를 만족하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 6개의 반사면의 각각에 대해서, 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 중심으로서 정의되는 중심 및 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 반경으로서 정의되는 반경을 지니는 대략 구면과 광축과의 교점중, 해당 6개의 반사면의 각각에 대한 광의 반사점에 가장 근접한 교점을 면 정점으로 정의하고, 상기 제 3반사면의 면 정점은, 상기 제 6반사면의 면 정점보다도 물체면에 가깝게 위치되어 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 3반사면은 상기 제 6반사면보다도 광로를 따라 물체면에 가깝게 위치되어 있다.
제 2반사면의 곡률 반경의 절대치는, 바람직하게는, 1800㎜이하, 보다 바람직하게는, 1600㎜이하이다.
바람직하게는, 상기 6개의 반사면의 어느 것과도 일치하지 않는 위치에 상기 패턴의 중간상이 결상된다.
상기 물체면위의 패턴의 중간상은, 상기 6개의 반사면간의 광의 광로를 따른 인접하는 2개의 반사면사이에 형성되어 있고, 상기 인접하는 2개의 반사면의 각각으로부터, 바람직하게는, Lim ×0.35이상, 보다 바람직하게는, Lim ×0.4이상 떨어져 있고, 여기서, Lim은 상기 인접하는 2개의 반사면간의 광로길이이다.
바람직하게는, 상기 개구조리개의 위치는, 광로를 따른 거리에 대해서 6개의 반사면중 제 2반사면에 가장 가깝다.
상기 개구조리개는, 상기 제 1반사면과 상기 제 2반사면사이에, 해당 제 1반사면과 제 2반사면의 각각으로부터, 바람직하게는, Lst/10이상, 보다 바람직하게는, Lst/5이상 떨어져서 배치되고, 여기서, Lst는 상기 제 1반사면과 제 2반사면사이의 광로길이이다.
바람직하게는, 상기 개구조리개는, 상기 제 1반사면과 제 2반사면간의 광로상에 배치된다.
바람직하게는, 상기 6개의 반사면은, 상기 물체면과 상면사이에 배치된다(또는 6개의 반사면은, 물체면 또는 이 물체면을 포함하는 물체쪽 평면과 상면을 포함하는 상면쪽 평면의 상면사이에 배치된다).
바람직하게는, 광학파워를 지닌 광학소자는 모두, 반사형 투영광학계에 있어서 물체면과 상면사이에 배치된다.
바람직하게는, 6개의 반사면중의 적어도 1개는, EUV광을 반사하기 위해 다층피막을 지닌 비구면 미러이다.
바람직하게는, 6개의 반사면은 모두, EUV광을 반사하기 위해 다층피막을 각각 지닌 비구면 미러이다.
또, 투영광학계에 사용된 광은, 바람직하게는, 10nm 내지 20nm, 보다 바람직하게는, 13nm 내지 14nm사이의 파장을 지닌 EUV광이다.
바람직하게는, 물체면쪽에서의 광학계는, 비텔레센트릭(non-telecentric)하다. 보다 바람직하게는, 상면쪽에서의 광학계는, 실제로 텔레센트릭하다.
본 실시형태의 노광장치는, 광원으로부터의 광을 이용해서 물체면위의 패턴을 조명하는 조명광학계와, 상기 물체면위의 패턴을 상면상에 축소투영하기 위한 상기 설명한 투영광학계중의 하나를 포함한다. 반사형 마스크는, 바람직하게는, 물체면상에 위치되어 있다. 또한, 물체면을 EUV광으로 조명하면서, 물체면을 지지하는 마스크 스테이지와 상면을 지지하는 웨이퍼 스테이지를 동기 주사시키는 수단을 또 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 일실시형태의 디바이스의 제조방법은, 상기 노광장치를 이용해서 물체를 노광하는 공정과, 해당 노광완료된 물체를 현상하는 공정을 구비하고 있다.
이상의 사상에 의거해서, 본 발명의 일측면에 의한 반사형 축소투영광학계에 대해서, 첨부도면을 참조해서, 이하 설명한다. 그러나, 본 발명은, 이들 실시형태로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 목적을 달성하는 범위내에서 각 구성요소를 다른 구성요소로 대체가능하다.
여기서, 도 1 내지 도 3은, 본 발명의 반사형 축소투영광학계 및 그의 광로의 개략도이다. 본 발명의 반사형 축소투영광학계는, 물체면(MS)(예를 들면, 마스크면)위의 패턴을, 상면(W)(예를 들면, 기판 등의 피노광물체의 표면)상에 축소투영하는 반사형 축소투영광학계이며, EUV광(10nm 내지 15nm, 바람직하게는, 13.4nm 내지 13.5nm의 파장을 지님)에 적합하다.
반사 축소투영광학계는, 6매의 미러, 즉, 기본적으로는, 물체면(MS)쪽으로부터 광을 반사하는 순으로, 제 1(오목)미러(M1), 제 2(볼록)미러(M2), 제 3(볼록)미러(M3), 제 4(오목)미러(M4), 제 5(볼록)미러(M5) 및 제 6(오목)미러(M6)를 포함하며, 제 1반사면과 제 2반사면사이에 개구조리개를 배열한다. 이들 6매의 미러의 이들 6개의 반사면에 있어서 곡률의 각 중심을 연결하는 선을 광축이라 칭한다. 그러나, 6매의 미러에 있어서의 곡률 중심은, 항상 일직선으로 배열되지 않고, 수차보정 등을 목적으로 해서 소정의 미러의 곡률 중심이 광축으로부터 약간(또는 미러의 곡률 반경의 1%이내) 어긋나 있는 것으로 상정할 수 있다. 미러의 곡률 중심이란, 미러가 구면이 아니고 비구면인 경우 비구면의 베이스으로서의 구면의 곡률 중심을 의미한다. 마찬가지로, 미러의 곡률 반경이란, 미러가 구면이 아니고 비구면인 경우 비구면의 베이스으로서의 구면의 곡률 반경을 의미한다.
레티클의 패턴면(물체면)으로부터 상면까지의 광의 광로는, 제 2반사면으로부터 제 3반사면까지의 광로가 제 4반사면으로부터 제 5반사면까지의 광로와 교차하지 않도록 구성된다. 따라서, 광학소자와 유효직경이 큰 2개이상의 면과의 복합구성을 피할 수 있다. 이것에 의하면, 광로를 복잡화하여, 각각 유효직경이 큰 부재 혹은 2개이상의 면을 공존시켜 배열하는 것이 곤란해지는 것이 방지된다.
가공과 계측을 용이하게 하기 위해, 제 2반사면의 곡률 반경의 절대치는, 1800㎜이하, 보다 바람직하게는, 1600㎜이하로 한다.
중간상은, 제 4반사면과 제 5반사면사이에 결상된다. 이 구성은, 유효직경이 큰 제 6반사면 근방의 광을 협소하게 해서, 차광을 효과적으로 방지한다. 패턴의 중간상은, 6개의 반사면의 어느 것과도 일치하지 않는 위치에 결상된다. 물체면위의 패턴의 중간상은, 6개의 반사면중 광의 광로를 따라 인접하는 2개의 반사면사이에 결상되고, 해당 중간상은, 해당 인접하는 2개의 반사면의 각각으로부터 Lim ×0.35이상, 보다 바람직하게는, Lim ×0.4이상 떨어져서 위치되고, 여기서, Lim은 상기 인접하는 2개의 반사면간의 광로길이이다. 이 구성에 의하면, 반사면상의 광의 적절한 발산을 유지할 수 있고, 또한, 먼지나 파문, 미러재질중의 기포 등에 기인한 반사면에서의 결상성능의 열화를 감소시킬 수 있다.
제 1반사면, 제 2반사면, 제 3반사면, 제 4반사면, 제 5반사면 및 제 6반사면과 같은 6개의 반사면은, 이들 6개의 반사면의 곡률 반경이 소정의 광축과 대략 일치하도록 배열된다. 여기서 사용되는 곡률 중심이란, 반사면이 대략 구면인 경우 해당 반사면의 곡률 중심을, 그리고, 반사면이 비구면인 경우에는, 해당 반사면으로부터 비구면성분을 제거한 후의 구면의 곡률 중심을 의미한다. 즉, 곡률 중심이란, 반사면의 회전중심축 근방의 곡률에 의거한 것이다(반사면이 구면인 경우 구면의 중심을 통과하는 선의 어느 하나를 의미하고, 또는 반사면이 비구면인 경우에는, 해당 반사면을 포함하는 회전대칭비구면의 회전중심축을 의미함).
특징적으로는, 물체면(MS)으로부터 제 1미러(M1)까지의 광은 비텔레센트릭하고, 상면쪽에서의 출사광은, 텔레센트릭하다. 부가적으로 설치된 조명광학계가 물체면(MS)상의 반사형 마스크를 조명하므로, 소정의 입사각은 물체쪽에서 중요하다. 한편, 상면쪽은, 상면상에 배열된 웨이퍼(W)가 광축방향을 따라 이동할 때에도 배율변동을 감소하도록 텔레센트릭한 것이 바람직하다.
본 발명의 반사형 축소투영광학계는, 실제로, 하나의 광축을 중심으로 축대칭인 공축광학계로서 배열되어, 해당 광축을 중심으로 한 원호형상 상면에 대해서만 수차보정하는 이점을 지닌다. 그러나, 반사형 축소투영광학계에 있어서의 6매의 미러는, 수차보정 혹은 조정을 위해 완전히 공축으로 배열할 필요는 없다. 예를 들면, 수차향상을 위해 중심을 약간 이동시키거나 배열의 자유도를 향상시켜도 된다.
바람직하게는, 제 5미러(M5) 및 제 6미러(M6)는, 각각, 백포커스(back focus)를 유지하면서 고NA로 결상하기 위해 볼록미러 및 오목미러이다. 여기서, "백포커스"란, 상면에 가장 근접한 면과 상면(W)사이의 간격을 의미한다. 바람직하게는, 제 1반사면은, 마스크로부터의 발산광을 수렴하기 위해 오목면 형상을 지니므로, 마스크로부터 웨이퍼까지 광을 안내하는 것이 용이하다. 또한, 제 4반사면은 오목면 형상을 지니므로, 광축에 가까운 제 5반사면으로 광을 도입해서, 제 6반사면이 유효직경이 커지는 것을 피하는 것도 바람직하다.
또한, 반사면은 모두, 물체면과 상면사이에 배치해서, 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지를 용이하게 배치시킬 수 있다.
일반적으로, 제 4반사면은, 직경이 큰 제 6반사면에서 차광을 피하도록 광축으로부터 떨어진 위치에 배치할 필요가 있다. 본 실시형태에서는, 제 1반사면과 제 2반사면사이에 개구조리개가 위치되고, 제 2반사면과 제 3반사면은 볼록면 형상을 지닌다. 이 구성에 의하면, 개구조리개로부터 제 4반사면까지 광을 도입하고자 시도할 때, 제 3반사면과 제 4반사면간의 거리가 매우 커지는 것을 방지하도록 2개의 반사면, 즉, 제 2반사면과 제 3반사면을 통해서 제 4반사면에 광을 도입할 수 있다. 이것에 의해, 비교적 최대유효직경이 작은 계가 제공되고, 또한, 입사각을 작게 유지하면서 제 4반사면의 확대를 감소시킬 수 있다. 게다가, 적절하게 확대된 프론트 포커스(본 실시형태에 있어서 물체면으로부터 제 4반사면까지의 거리임)는 광학소자의 배열을 용이하게 한다.
입사각이 비교적 작고, 최대유효직경이 비교적 작고 또한 프론트 포커스가 충분한 계를 형성하기 위해서는, 물체면과 해당 물체면에 가장 가까운 반사면간의 간격(본 실시형태에서는 물체면과 제 4반사면사이의 거리이지만 이것으로 한정되는 것은 아니며, 물체면과 제 2반사면사이의 거리 혹은 물체면과 제 2 및 제 4반사면이외의 반사면사이의 거리이어도 됨)을 L1, 물체면에 가장 가까운 반사면과 제 1반사면사이의 간격을 L2라 할 때, 0.75 < L1/L2 < 1.25, 보다 바람직하게는, 0.87 < L1/L2 < 0.97을 만족하는 것이 바람직하다.
물체쪽에서 텔레센트리서티(telecentricity)가 작을 경우에는, 레티클상에의 경사입사의 영향에 기인된 결상성능의 열화의 문제를 제거할 필요가 있다. 이 경우, 제 2반사면이 개구조리개면과 일치하면, 물체면으로부터 제 1반사면상에의 광입사가 제 2반사면쪽에서 차폐된다. 본 광학계에서는, 제 1반사면과 제 2반사면사이에 개구조리개를 배치하여, 상기 문제를 방지하고 있다.
반사면상에의 광의 발산이 작을 경우, 가공시에 일어나는 미러면상의 파문 및 미러재질중의 기포는 결상성능에 직접 악영향을 주므로 바람직하지 않다. 또한, 에너지집중은, 미러를 변형시키고 먼지를 전사시킨다. 이러한 문제에 대한 하나의 해결책으로서는, 물체면상의 원호형상의 조명영역의 중심(즉, 원호형상의 원주방향에 있어서의 중심선상의 중심점 혹은 중력의 중심)과 광축을 포함하는 평면과 상기 조명영역사이에 형성되는 교선의 중심으로부터 방출된 광이 입사할 때, 광축과 제 4반사면상의 광입사영역사이의 최대거리와 최소거리간의 차가, 바람직하게는, 30㎜이상, 보다 바람직하게는, 40㎜이상(단, 극단적으로 큰 값은 처리계측을 불가능하게 함)인 것이 바람직하다. 본 광학계에서는, 상기 설명한 바와 같이 제 3반사면과 제 4반사면사이의 거리를 비교적 감소시키고, 제 4반사면에서의 발산광을 협소하게 하는 한편, 제 2반사면과 제 3반사면의 볼록면 형상에 의해, 각 반사면에 입사되는 광을 적절하게 분산시키는 것이 가능한 동시에, 제 4반사면에서의 광의 적절한 발산을 유지한다.
각 미러의 곡률 반경을 r1 내지 r6이라 하면, 페츠발항의 총합은, 하기 방정식에 있어서 0 또는 거의 0으로 되게 된다:
본 발명의 반사형 축소투영광학계는 6매의 미러를 포함하나, 적어도 1매이상의 미러가 비구면이면 된다. 하기 방정식은 일반적인 비구면 형상을 정의한 것이고, 또, 비구면을 지닌 미러는 수차보정을 유리하게 용이하게 하므로, 비구면은 많은 가능한(바람직하게는, 6매) 미러에 적용하는 것이 바람직하다:
(식중, "Z"는 광축방향의 좌표, "c"는 곡률(즉, 곡률 반경 r의 역수), "h"는 광축으로부터의 높이, "k"는 원추정수, "A" 내지 "J"는 각각 제 4차, 제 6차, 제 8차, 제 10차, 제 12차, 제 14차, 제 16차, 제 18차, 제 20차의 비구면 계수임).
EUV광을 반사하는 다층피막은, 각각의 미러에 도포하여, 광을 강화시킨다. 20nm이하의 EUV광을 반사하기 위해 이용가능한 다층피막으로서는, 예를 들면, 몰리브덴(Mo)층과 실리콘(Si)층을 교대로 적층시킴으로써 생성한 Mo/Si 다층피막 또는 몰리브덴(Mo)층과 베릴륨(Be)층을 교대로 적층시킴으로써 생성한 Mo/Be 다층피막을 들 수 있다. 광학재료는, 사용되는 파장에 따라 선택된다. 물론, 본 발명은, 상기 재료의 다층피막으로 한정되는 것은 아니고, 상기와 마찬가지의 작용 혹은 효과를 지닌 다층피막이면 어느 것을 사용해도 된다.
일반적으로, 다층피막의 특성을 감안해서, 입사광의 비교적 작은 분포폭은, 입사광의 최대치가 작을 때 입사광의 비교적 큰 분포폭이 허용가능하다고 하더라도, 입사광의 최대치가 큰 경우, 반사율을 증대시킬 필요가 있다. 이것은, 본 광학계에 있어서 6매의 반사면중 가장 큰 입사각을 지닌 제 3반사면이다. 이 제 3반사면은, 비교적 작은 입사각에도 불구하도 반사율을 감소시킬 수 있을 것으로 생각된다. 본 광학계에서는, 다층피막의 특성을 고려해서, 제 3반사면에의 입사각특성이 이하의 식을 만족하도록 요구함으로써 성능의 열화를 방지하고 있다:
25° < θmax + Δθ < 35°
(여기서, θmax는, 제 3반사면에 대한 최대입사각, Δθ는 제 3반사면에 대한 최대입사각과 최소입사각간의 차, 또는 입사각분포폭임). 보다 바람직하게는, 28° < θmax + Δθ 및/또는 θmax + Δθ < 32°또는 θmax + Δθ < 30을 만족한다.
6개의 반사면의 어느 것도, 그들의 광입사영역에 있어서, 광의 통과를 허용해서, 광을 흡수 혹은 투과시키는 영역을 지니지 않는다. 일실시형태에 있어서, 각 반사면상의 광입사영역은, 개구부 등을 지니지 않는다. 피노광물체(즉, 웨이퍼)에의 광 또는 제 6반사면에서부터 물체면으로의 광에 대해서, 광을 포함하지 않는 영역은, 광축과 직교하는 단면상에서 외주로부터 제거된다. 일반적으로, 동공이 차폐되면, 결상성능은 현저하게 영향을 받는다. 이러한 구성은 이 문제를 극복한다.
수렴광은 제 2반사면으로부터 볼록한 제 3반사면으로 입사하고, 발산광은 볼록한 제 3반사면으로부터 제 4반사면으로 입사한다. 본 실시형태에서는, 제 3반사면상의 반경방향(광축에 직교함)에 있어서의 각 지점에서의 광입사유효영역내의 최대입사각이 해당 유효영역에서 최대값을 지님으로써, 입사각분포폭을 비교적 작게 하여 다층피막의 성능의 열화를 방지하는 특성을 제공한다. 보다 구체적으로는, 제 3반사면에 대해서, 교선상의 Lmin + 0.3×(Lmax - Lmin)과 Lmax사이의 영역에서의 교선상의 각 점에서 최대입사각의 극대가 있고, 상기 교선은, 물체면상의 원호형상의 조명영역으로부터의 광이 입사할 때의 광입사영역과, 상기 물체면상의 원호형상의 조명영역의 현의 중심점과 광축을 포함하는 평면사이에 형성되며, 상기 광입사영역은, 상기 6개의 반사면중의 광입사각의 가장 최대치를 반사면상에 위치하며, 상기 식에서 Lmin은 광축에서부터 교선상의 각 점까지의 거리의 최소치이고, Lmax는 광축에서부터 교선상의 각 점까지의 거리의 최대치이다. 각 점에서의 최대입사각은, 교선상의 (Lmax + Lmin)/2 ± 0.2×(Lmax - Lmin)사이의 영역에 있어서 교선상의 극대치를 지니는 것이 더욱 바람직하다.
바람직하게는, 상기 6개의 반사면의 각각에 대해서, 해당 6개의 반사면의 각각에 대한 광의 반사점에 가장 근접한, 광축과 대략 구면사이의 교점중의 하나로서, 면 정점이 정의되고, 상기 대략 구면은, 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 중심(반사면이 구면일 때의 반사면의 곡률 중심과, 반사면이 비구면인 경우 반사면으로부터 비구면성분이 제거된 후의 구면의 곡률 중심 또는 비구면을 포함하는 회전대칭비구면의 회전대칭축근방의 곡률에 의거한 곡률중심을 의미함)으로서 정의되는 중심과, 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 반경(각 반사면이 구면인 경우 6개의 반사면의 각각의 곡률 반경, 그리고, 반사면이 비구면인 경우 해당 반사면으로부터 비구면성분이 제거된 후의 구면의 곡률 반경 또는 비구면을 포함하는 회전대칭비구면의 회전대칭축 근방의 곡률에 의거한 곡률 반경을 의미함)으로서 정의되는 반경을 지며, 상기 6개의 반사면의 면 정점은, 물체면으로부터 상면까지 광축을 따라 순차로, 제 4반사면, 제 2반사면, 제 3반사면, 제 1반사면, 제 6반사면 및 제 5반사면의 순으로 배치되어 있다.
면 간격이 작을 경우에는, 미러를 두껍게 하고, 유지기구 및 냉각기구 등의 부재를 배열하는 것이 곤란하다. 이 사실을 고려해서, 물체면과, 상기 6개의 반사면의 면 정점중 해당 물체면에 가장 가까운 것과의 거리는 250㎜, 보다 바람직하게는, 310㎜이상으로 한다.
제 2반사면의 면 정점과 제 4반사면의 면 정점사이의 광축을 따른 거리는, 5㎜이상, 바람직하게는, 10㎜이상, 보다 바람직하게는, 15㎜이상이다.
바람직하게는, 상기 투영광학계의 전체 길이 또는 상기 6개의 반사면의 각각에 관해서, 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 중심으로서 정의되는 중심 및 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 반경으로서 정의되는 반경을 지니는 대략 구면과 광축과의 교점중, 해당 6개의 반사면의 각각에 대한 광의 반사점에 가장 근접한 교점을 면 정점으로 정의하고, 상기 제 2반사면의 면 정점과 제 4반사면의 면 정점사이의 간격을 L24, 상기 물체면과 상면사이의 상기 광축을 따른 거리를 La11이라 할 때, La11/200 < L24 < La11/10, 보다 바람직하게는, La11/100 < L24 및/또는 L24 < La11/18을 만족하는 것을 특징으로 한다.
일반적으로, 유효직경이 큰 제 6반사면은 큰 두께를 지닌다. 따라서, 제 6반사면의 면 정점과 제 6반사면의 가장 가까운 면 정점사이의 광축을 따른 간격은 100㎜이상, 바람직하게는, 110㎜이상, 보다 바람직하게는, 115㎜이상이다. 본 광학계는, 상기 조건을 만족하여 용이하게 구성된 계를 제공한다.
바람직하게는, 전술한 바와 같이, 상기 제 6반사면의 면 정점과 해당 제 6반사면에 가장 가까운 반사면의 면 정점사이의 간격을 L6, 투영광학계의 전체길이를 La11이라 할 때, La11/20 < L6 < La11/6, 보다 바람직하게는, La11/12 < L6 및/또는 L6 < La11/9를 만족한다.
바람직하게는, 상기 6개의 반사면의 각각에 대해서, 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 중심으로서 정의되는 중심 및 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 반경으로서 정의되는 반경을 지니는 대략 구면과 광축과의 교점중, 해당 6개의 반사면의 각각에 대한 광의 반사점에 가장 근접한 교점을 면 정점으로 정의하고, 상기 제 3반사면의 면 정점은, 상기 제 6반사면의 면 정점보다도 물체면에 가깝게 위치되어 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 제 3반사면은, 제 6반사면보다도 광로를 따라 물체면쪽에 가깝게 위치된다.
바람직하게는, 개구조리개는, 상기 제 1반사면과 상기 제 2반사면사이에, 해당 제 1반사면과 제 2반사면의 각각으로부터 Lst/10이상, 보다 바람직하게는, Lst/5이상(여기서, Lst는 상기 제 1반사면과 제 2반사면사이의 광로길이임) 떨어져서 위치된다. 이러한 구성에 의하면, 광로로부터 떨어져서 위치된 제 4반사면에 광을 도입하는 수단으로서 제 2반사면을 이용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 6개의 반사면은, 상기 물체면과 상면사이에 위치된다(또는 6개의 반사면은, 물체면 또는 이 물체면을 포함하는 물체쪽 평면과 상면을 포함하는 상면쪽 평면의 상면사이에 위치된다). 또한, 광학파워를 지닌 광학소자는 모두, 반사형 투영광학계에 있어서 물체면과 상면사이에 위치된다.
또, 6개의 반사면중의 적어도 1개는, EUV광을 반사하는 다층피막을 지닌 비구면 미러이다. 바람직하게는, 6개의 반사면은 모두, EUV광을 반사하는 다층피막을 각각 지닌 비구면 미러이다.
바람직하게는, 투영광학계에 사용된 광은, 10nm 내지 20nm, 보다 바람직하게는, 13nm 내지 14nm사이의 파장을 지닌 EUV광이다.
바람직하게는, 물체면쪽에서의 광학계는, 비텔레센트릭하다. 보다 바람직하게는, 상면쪽에서의 광학계는, 실질적으로 텔레센트릭하다.
본 발명의 노광장치는, 광원으로부터의 광을 이용해서 물체면위의 패턴을 조명하는 조명광학계와, 상기 물체면위의 패턴을 상면상에 축소투영하기 위한 상기 투영광학계와, 물체면상에 위치되어 있는 반사형 마스크를 포함하고, 마스크 스테이지와 웨이퍼 스테이지를 동기 주사시키는 주사노광장치이다.
이하, 본 발명의 반사형 투영광학계의 실시예에 대해서 도 1 내지 도 3을 참조해서 설명한다.
제 1실시예
이하, 본 발명의 제 1실시예에 대해서 도 1 및 표 1을 참조해서 설명한다.
제 1실시예의 반사형 투영광학계는, 물체면(MS)으로부터 광을 반사하는 순으로, 제 1오목반사면(M1), 제 2볼록반사면(M2), 제 3볼록반사면(M3), 제 4오목반사면(M4), 제 5볼록반사면(M5) 및 제 6오목반사면(M6)을 포함하는 6매의 미러를 포함한다. 상기 투영광학계는, (M4)와 (M5)사이의 광로를 따라 중간상(IM)을 결상하고, 나머지 면을 이용해서 해당 중간상(IM)을 상면(W)상에 재결상한다.
도 1에 있어서, 일점 쇄선은, 광축을 나타내고, 제 1 내지 제 6반사면의 곡률 중심을 연결하는 선으로서도 정의할 수 있다. 각 반사면은, 수차를 보정할 목적으로 중심을 이탈시켜(즉, 편심시켜) 경사지게 할 수 있으므로, 반사면의 곡률중심은, 항상 일치하는 것은 아니고, 광축으로부터 약간 벗어날 수 있다.
물체면과 상면사이의 광축을 따른 거리는, 제 1실시예에 있어서는 전체 길이로서 칭하며, 약 1230.428㎜이다.
(MS)는, 물체면 위치에 배치된 반사형 마스크이고, (W)는 상면 위치에 배치된 웨이퍼이다. 본 발명의 반사형 투영광학계는, 조명광학계에 의해 조명된 반사형 마스크를 상면으로서의 웨이퍼상에 투영한다.
표 1은, 도 1에 표시한 광학계의 상세를 나타낸다. 상쪽의 개구수(NA)는, 0.26, 배율은 1/4, 물점(object point)은 126 내지 134㎜(상쪽은 폭 2㎜의 원호형상 시야를 지님)이다. 파면 수차(wave front aberration)는 7.2mλ의 RMS를 지니고, 정적 왜곡범위는 2.2nm이다.
전술한 바와 같이, (M1)과 (M2)사이의 개구조리개의 배치는, 물체쪽 텔레센트리서티가 103mrad로 작더라도, 물체면으로부터 (M1)로의 광의 차광을 방지하고 있다. (M2)와 (M3)은, 개구조리개로부터 광축과는 떨어진 (M4)로 광을 도입하므로, (M2)와 (M3)간의 거리는, 최대입사각이 26.5°로 유지되더라도 비교적 짧게 할 수 있다. 이 거리 및 볼록면 형상을 지닌 제 2반사면은, 제 4반사면(M4)에 대해 광의 적절한 발산을 제공한다. 보다 구체적으로는, 130㎜의 물점으로부터 도입된 광의 제 4면에서의 광의 발산, 또는 광축으로부터 제 4반사면상의 광입사영역에 대한 거리의 최대치와 최소치의 차가 40.8㎜이다. 이러한 구성에 의하면, 미러면의 파문, 미러재질중의 기포, 미러의 변형, 먼지의 전사 등의 영향이 저감되어, 결상성능의 열화가 방지된다. 따라서, (M4)에서의 광의 발산은, 적절하게 되는 한편, 최대유효직경은 560㎜로 유지된다.
개구조리개는, 제 1반사면(M1)과 제 2반사면(M2)으로부터 적절한 거리만큼 떨어져서 위치되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 개구조리개는, 제 1반사면(M1)으로부터 0.668Lst만큼 떨어져 위치되고, 제 2반사면(M2)으로부터는 0.332Lst만큼 떨어져 위치되고, 여기서, Lst는 제 1반사면과 제 2반사면간의 광로길이이다.
제 3반사면은, 6개의 반사면중 광입사각이 가장 큰, 즉, 26.5°인 면이다. 입사각분포폭은 2.5°이다. 특히 입사각분포가 작으면, 다층피막에 의한 반사의 감소가 방지된다.
물체면과 해당 물체면에 가장 가까운 반사면으로서의 제 4반사면의 면 정점간의 거리는 333.7㎜로, 충분한 프론트 포커스를 제공한다.
제 2반사면의 면 정점과 제 4반사면의 면 정점간의 간격은 46.1㎜이고, 제 6반사면의 면 정점과 해당 제 6반사면에 가장 가까운 반사면으로서의 제 1반사면의 면 정점간의 거리는 120㎜이다. 이러한 구성에 의하면, 공간을 유지하여, 구동기구 및 냉각기구 등의 각종 기구의 배치를 용이하게 한다. L1/L2는 0.92로, 감소된 입사각과 충분한 프론트 포커스를 제공하는 데 충분하며, 여기서, L1은, 물체면과 해당 물체면에 가장 가까운 반사면인 (M4)의 면 정점과의 간격이고, L2는 물체면에 가장 가까운 반사면인 (M4)의 면 정점과, 제 1반사면의 면 정점과의 간격이다.
(M2)와 (M3)의 볼록면에 의해, 미러로부터 떨어진 위치에 중간상을 형성하는 것이 가능하고, 미러면상에서의 광의 적절한 발산이 제공된다. 이와 같이 함으로써, 이러한 구성에 의하면, 미러면의 파문, 미러재질중의 기포, 미러의 변형, 먼지의 전사 등의 영향을 저감시켜, 결상성능의 열화가 방지된다. 이 중간상은, 0.4×Lim과 0.6×Lim사이에 결상되며, 여기서, Lm은 제 4반사면과 제 5반사면사이의 광로길이이다.
제 2실시예
이하, 본 발명의 제 2실시예에 대해서 도 2 및 표 2를 참조해서 설명한다. 다른 언급이 없는 한, 본 실시예는 제 1실시예와 마찬가지이다.
제 2실시예의 전체 길이는, 약 1211.432㎜이다. 상쪽의 개구수(NA)는, 0.26, 배율은 1/4, 물점은 126 내지 134㎜(상쪽은 폭 2㎜의 원호형상 시야를 지님)이다. 파면 수차는 13mλ의 RMS를 지니고, 정적 왜곡범위는 2.7nm이다.
(M1)과 (M2)사이의 개구조리개의 배치는, 물체쪽 텔레센트리서티가 106.5mrad로 작더라도, 물체면으로부터 (M1)로의 광의 차광을 방지하고 있다. (M2)와 (M3)은, 개구조리개로부터 광축과는 떨어진 (M4)로 광을 도입하므로, (M3)과 (M4)간의 거리는, 최대입사각이 25.4°로 유지되더라도 비교적 짧게 할 수 있다. 이 거리 및 볼록면 형상을 지닌 제 2반사면은, 제 4반사면(M4)에 대해 광의 적절한 발산을 제공한다.
보다 구체적으로는, 130㎜의 물점으로부터 도입된 광의 제 4면에서의 발산은, 60.3㎜이다. 이러한 구성에 의하면, 미러면의 파문, 미러재질중의 기포, 미러의 변형, 먼지의 전사 등의 영향이 저감되어, 결상성능의 열화가 방지된다. 따라서, (M4)에서의 광의 발산은, 적절하게 되는 한편, 최대유효직경은 560㎜로 유지된다.
개구조리개는, 제 1반사면(M1)과 제 2반사면(M2)으로부터 적절한 거리만큼 떨어져서 위치되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 개구조리개는, 제 1반사면(M1)으로부터 0.685Lst만큼 떨어져 위치되고, 제 2반사면(M2)으로부터는 0.315Lst만큼 떨어져 위치되고, 여기서, Lst는 제 1반사면과 제 2반사면간의 광로길이이다.
제 3반사면은, 6개의 반사면중 광입사각이 가장 큰, 즉, 25.4°인 면이다. 입사각분포폭은 3.3°이다. 특히 입사각분포가 작으면, 다층피막에 의한 반사의 감소가 방지된다.
물체면과 해당 물체면에 가장 가까운 반사면으로서의 제 4반사면의 면 정점간의 거리는 329.2㎜로, 충분한 프론트 포커스를 제공한다.
제 2반사면의 면 정점과 제 4반사면의 면 정점간의 간격은 30.5㎜이고, 제 6반사면의 면 정점과 해당 제 6반사면에 가장 가까운 반사면으로서의 제 1반사면의 면 정점간의 거리는 120㎜이다. 이러한 구성에 의하면, 공간을 유지하여, 구동기구 및 냉각기구 등의 각종 기구의 배치를 용이하게 한다. L1/L2는 0.92로, 감소된 입사각과 충분한 프론트 포커스를 제공하는 데 충분하며, 여기서, L1은, 물체면과 해당 물체면에 가장 가까운 반사면인 (M4)의 면 정점과의 간격이고, L2는 물체면에 가장 가까운 반사면인 (M4)의 면 정점과 제 1반사면의 면 정점과의 간격이다.
(M2)와 (M3)의 볼록면에 의해, 미러로부터 떨어진 위치에 중간상을 결상하는 것이 가능하고, 미러면에 대한 광의 적절한 발산이 제공된다. 이와 같이 함으로써, 이러한 구성에 의하면, 미러면의 파문, 미러재중의 기포, 미러의 변형, 먼지의 전사 등의 영향을 저감시켜, 결상성능의 열화가 방지된다. 이 중간상은, 0.4 ×Lim과 0.6 ×Lim사이에 형성되며, 여기서, Lm은 제 4반사면과 제 5반사면사이의 광로길이이다.
제 3실시예
이하, 본 발명의 제 3실시예에 대해서 도 3 및 표 3을 참조해서 설명한다. 다른 언급이 없는 한, 본 실시예는 제 1실시예 및 제 2실시예와 마찬가지이다.
제 3실시예의 전체 길이는, 약 1206.092㎜이다. 상쪽의 개구수(NA)는, 0.27, 배율은 1/4, 물점은 126 내지 134㎜(상쪽은 폭 2㎜의 원호형상 시야를 지님)이다. 파면 수차는 14.4mλ의 RMS를 지니고, 정적 왜곡범위는 2.3nm이다.
(M1)과 (M2)사이의 개구조리개의 배치는, 물체쪽 텔레센트리서티가 103mrad로 작더라도, 물체면으로부터 (M1)로의 광의 차광을 방지하고 있다. (M2)와 (M3)은, 개구조리개로부터 광축과는 떨어진 (M4)로 광을 도입하므로, (M3)과 (M4)간의 거리는, 최대입사각이 26.5°로 유지되더라도 비교적 짧게 할 수 있다. 이 거리 및 볼록면 형상을 지닌 제 2반사면은, 제 4반사면(M4)에 대해 광의 적절한 발산을 제공한다.
보다 구체적으로는, 130㎜의 물점으로부터 도입된 광의 제 4면에서의 발산은, 60.3㎜이다. 이러한 구성에 의하면, 미러면의 파문, 미러재질중의 기포, 미러의 변형, 먼지의 전사 등의 영향이 저감되어, 결상성능의 열화가 방지된다. 따라서, (M4)에서의 광의 발산은, 적절하게 되는 한편, 최대유효직경은 560㎜로 유지된다.
개구조리개는, 제 1반사면(M1)과 제 2반사면(M2)으로부터 적절한 거리만큼 떨어져서 위치되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 개구조리개는, 제 1반사면(M1)으로부터 0.657Lst만큼 떨어져 위치되고, 제 2반사면(M2)으로부터는 0.343Lst만큼 떨어져 위치되고, 여기서, Lst는 제 1반사면과 제 2반사면간의 광로길이이다.
제 3반사면은, 6개의 반사면중 광입사각이 가장 큰, 즉, 26.5°인 면이다. 입사각분포폭은 2.2°이다. 특히 입사각분포가 작으면, 다층피막에 의한 반사의 감소가 방지된다.
물체면과 해당 물체면에 가장 가까운 반사면으로서의 제 4반사면의 면 정점간의 거리는 341.5㎜로, 충분한 프론트 포커스를 제공한다. 제 2반사면의 면 정점과 제 4반사면의 면 정점간의 간격은 20㎜이고, 제 6반사면의 면 정점과 해당 제 6반사면에 가장 가까운 반사면으로서의 제 1반사면의 면 정점간의 거리는 120㎜이다. 이러한 구성에 의하면, 공간을 유지하여, 구동기구 및 냉각기구 등의 각종 기구의 배치를 용이하게 한다. L1/L2는 0.97로, 감소된 입사각과 충분한 프론트 포커스를 제공하는 데 충분하며, 여기서, L1은, 물체면과 해당 물체면에 가장 가까운 반사면인 (M4)의 면 정점과의 간격이고, L2는 물체면에 가장 가까운 반사면인 (M4)의 면 정점과 제 1반사면의 면 정점과의 간격이다.
(M2)와 (M3)의 볼록면에 의해, 미러로부터 떨어진 위치에 중간상을 결상하는 것이 가능하고, 미러면에 대한 광의 적절한 발산이 제공된다. 이와 같이 함으로써, 이러한 구성에 의하면, 미러면의 파문, 미러재질중의 기포, 미러의 변형, 먼지의 전사 등의 영향을 저감시켜, 결상성능의 열화가 방지된다. 이 중간상은, 0.4 ×Lim과 0.6 ×Lim사이에 형성되며, 여기서, Lm은 제 4반사면과 제 5반사면사이의 광로길이이다.
제 4실시예
이하, 본 발명의 제 4실시예에 대해서 도 4 및 표 4를 참조해서 설명한다. 다른 언급이 없는 한, 본 실시예는 제 1, 제 2 및 제 3실시예와 마찬가지이다.
제 4실시예의 전체 길이는, 약 1252.384㎜이다. 상쪽의 개구수(NA)는, 0.25, 배율은 1/4, 물점은 119 내지 139㎜(상쪽은 폭 5㎜의 원호형상 시야를 지님)이다. 파면 수차는 17.4mλ의 RMS를 지니고, 정적 왜곡범위는 2.7nm이다.
(M1)과 (M2)사이의 개구조리개의 배치는, 물체쪽 텔레센트리서티가 103mrad로 작더라도, 물체면으로부터 (M1)로의 광의 차광을 방지하고 있다. (M2)와 (M3)은, 개구조리개로부터 광축과는 떨어진 (M4)로 광을 도입하므로, (M3)과 (M4)간의 거리는, 최대입사각이 27°로 유지되더라도 비교적 짧게 할 수 있다. 이 거리 및 볼록면 형상을 지닌 제 2반사면은, 제 4반사면(M4)에 대해 광의 적절한 발산을 제공한다.
보다 구체적으로는, 129㎜의 물점으로부터 도입된 광의 제 4면에서의 발산은, 45.2㎜이다. 이러한 구성에 의하면, 미러면의 파문, 미러재질중의 기포, 미러의 변형, 먼지의 전사 등의 영향이 저감되어, 결상성능의 열화가 방지된다. 따라서, (M4)에서의 광의 발산은, 적절하게 되는 한편, 최대유효직경은 585㎜로 유지한다.
개구조리개는, 제 1반사면(M1)과 제 2반사면(M2)으로부터 적절한 거리만큼 떨어져서 위치되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 개구조리개는, 제 1반사면(M1)으로부터 0.654Lst만큼 떨어져 위치되고, 제 2반사면(M2)으로부터는 0.346Lst만큼 떨어져 위치되고, 여기서, Lst는 제 1반사면과 제 2반사면간의 광로길이이다.
제 3반사면은, 6개의 반사면중 광입사각이 가장 큰, 즉, 27°인 면이다. 입사각분포폭은 4.4°이다. 특히 입사각분포가 작으면, 다층피막에 의한 반사의 감소가 방지된다.
물체면과 해당 물체면에 가장 가까운 반사면으로서의 제 4반사면의 면 정점간의 거리는 321.9㎜로 충분한 프론트 포커스를 제공한다. 제 2반사면의 면 정점과 제 4반사면의 면 정점간의 간격은 61.4㎜이고, 제 6반사면의 면 정점과 해당 제 6반사면에 가장 가까운 반사면으로서의 제 1반사면의 면 정점간의 거리는 116㎜이다. 이러한 구성에 의하면, 공간을 유지하여, 구동기구 및 냉각기구 등의 각종 기구의 배치를 용이하게 한다. L1/L2는 0.830으로, 감소된 입사각과 충분한 프론트 포커스를 제공하는 데 충분하며, 여기서, L1은, 물체면과 해당 물체면에 가장 가까운 반사면인 (M4)의 면 정점과의 간격이고, L2는 물체면에 가장 가까운 반사면인 (M4)의 면 정점과 제 1반사면의 면 정점과의 간격이다.
(M2)와 (M3)의 볼록면에 의해, 미러로부터 떨어진 위치에 중간상을 결상하는 것이 가능하고, 미러면에 대한 광의 적절한 발산이 제공된다. 이와 같이 함으로써, 이러한 구성에 의하면, 미러면의 파문, 미러재질중의 기포, 미러의 변형, 먼지의 전사 등의 영향을 저감시켜, 결상성능의 열화가 방지된다. 이 중간상은, 0.4 ×Lim과 0.6 ×Lim사이에 형성되며, 여기서, Lm은 제 4반사면과 제 5반사면사이의 광로길이이다.
제 5실시예
이하, 본 발명의 제 5실시예에 대해서 도 5 및 표 5를 참조해서 설명한다. 다른 언급이 없는 한, 본 실시예는 제 1 내지 제 4실시예와 마찬가지이다.
제 5실시예의 전체 길이는, 약 1267.046㎜이다. 상쪽의 개구수(NA)는, 0.237, 배율은 1/4, 물점은 117.5 내지 140.5㎜(상쪽은 폭 5.75㎜의 원호형상 시야를 지님)이다. 파면 수차는 17.6mλ의 RMS를 지니고, 정적 왜곡 범위는 1.5nm이다.
(M1)과 (M2)사이의 개구조리개의 배치는, 물체쪽 텔레센트리서티가 103mrad로 작더라도, 물체면으로부터 (M1)로의 광의 차광을 방지하고 있다. (M2)와 (M3)은, 개구조리개로부터 광축과는 떨어진 (M4)로 광을 도입하므로, (M3)과 (M4)간의 거리는, 최대입사각이 27°로 유지되더라도 비교적 짧게 할 수 있다. 이 거리 및 볼록면 형상을 지닌 제 2반사면은, 제 4반사면(M4)에 대해 광의 적절한 발산을 제공한다.
보다 구체적으로는, 129㎜의 물점으로부터 도입된 광의 제 4면에서의 발산은, 45.5㎜이다. 이러한 구성에 의하면, 미러면의 파문, 미러재질중의 기포, 미러의 변형, 먼지의 전사 등의 영향이 저감되어, 결상성능의 열화가 방지된다. 따라서, (M4)에서의 광의 발산은, 적절하게 되는 한편, 최대유효직경은 585㎜로 유지한다.
개구조리개는, 제 1반사면(M1)과 제 2반사면(M2)으로부터 적절한 거리만큼 떨어져서 위치되어 있는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 개구조리개는, 제 1반사면(M1)으로부터 0.656Lst만큼 떨어져 위치되고, 제 2반사면(M2)으로부터는 0.344Lst만큼 떨어져 위치되고, 여기서, Lst는 제 1반사면과 제 2반사면간의 광로길이이다.
제 3반사면은, 6개의 반사면중 광입사각이 가장 큰, 즉, 27°인 면이다. 입사각분포폭은 4.8°이다. 특히 입사각분포가 작으면, 다층피막에 의한 반사의 감소가 방지된다.
물체면과 해당 물체면에 가장 가까운 반사면으로서의 제 4반사면의 면 정점간의 거리는 336.6㎜로, 충분한 프론트 포커스를 제공한다. 제 2반사면의 면 정점과 제 4반사면의 면 정점간의 간격은 52.6㎜이고, 제 6반사면의 면 정점과 해당 제 6반사면에 가장 가까운 반사면으로서의 제 1반사면의 면 정점간의 거리는 116㎜이다. 이러한 구성에 의하면, 공간을 유지하여, 구동기구 및 냉각기구 등의 각종 기구의 배치를 용이하게 한다. L1/L2는 0.888로, 감소된 입사각과 충분한 프론트 포커스를 제공하는 데 충분하며, 여기서, L1은, 물체면과 해당 물체면에 가장 가까운 반사면인 (M4)의 면 정점과의 간격이고, L2는 물체면에 가장 가까운 반사면인 (M4)의 면 정점과 제 1반사면의 면 정점과의 간격이다.
(M2)와 (M3)의 볼록면에 의해, 미러로부터 떨어진 위치에 중간상을 결상하는 것이 가능하고, 미러면에 대한 광의 적절한 발산이 제공된다. 이와 같이 함으로써, 이러한 구성에 의하면, 미러면의 파문, 미러재질중의 기포, 미러의 변형, 먼지의 전사 등의 영향을 저감시켜, 결상성능의 열화가 방지된다. 이 중간상은, 0.4 ×Lim과 0.6 ×Lim사이에 형성되며, 여기서, Lm은 제 4반사면과 제 5반사면사이의 광로길이이다.
제 6실시예
이하, 본 발명의 제 6실시예에 대해서 도 6 및 표 6을 참조해서 설명한다. 다른 언급이 없는 한, 본 실시예는 제 1 내지 제 5실시예와 마찬가지이다.
제 6실시예의 전체 길이는, 약 1268.513㎜이다. 상쪽의 개구수(NA)는, 0.23, 배율은 1/4, 물점은 117 내지 141㎜(상쪽은 폭 6㎜의 원호형상 시야를 지님)이다. 파면 수차는 17.0mλ의 RMS를 지니고, 정적 왜곡 범위는 3.0nm이다.
(M1)과 (M2)사이의 개구조리개의 배치는, 물체쪽 텔레센트리서티가 103mrad로 작더라도, 물체면으로부터 (M1)로의 광의 차광을 방지하고 있다. (M2)와 (M3)은, 개구조리개로부터 광축과는 떨어진 (M4)로 광을 도입하므로, (M3)과 (M4)간의 거리는, 최대입사각이 27°로 유지되더라도 비교적 짧게 할 수 있다. 이 거리 및 볼록면 형상을 지닌 제 2반사면은, 제 4반사면(M4)에 대해 광의 적절한 발산을 제공한다.
보다 구체적으로는, 129㎜의 물점으로부터 도입된 광의 제 4면에서의 발산은, 45.0㎜이다. 이러한 구성에 의하면, 미러면의 파문, 미러재질중의 기포, 미러의 변형, 먼지의 전사 등의 영향이 저감되어, 결상성능의 열화가 방지된다. 따라서, (M4)에서의 광의 발산은, 적절하게 되는 한편, 최대유효직경은 585㎜로 유지한다.
개구조리개는, 제 1반사면(M1)과 제 2반사면(M2)으로부터 적절한 거리만큼 떨어져서 위치되어 있는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 개구조리개는, 제 1반사면(M1)으로부터 0.659Lst만큼 떨어져 위치되고, 제 2반사면(M2)으로부터는 0.341Lst만큼 떨어져 위치되고, 여기서, Lst는 제 1반사면과 제 2반사면간의 광로길이이다.
제 3반사면은, 6개의 반사면중 광입사각이 가장 큰, 즉, 27°인 면이다. 입사각분포폭은 4.9°이다. 특히 입사각분포가 작으면, 다층피막에 의한 반사의 감소가 방지된다.
물체면과 해당 물체면에 가장 가까운 반사면으로서의 제 4반사면의 면 정점간의 거리는 340.8㎜로, 충분한 프론트 포커스를 제공한다. 제 2반사면의 면 정점과 제 4반사면의 면 정점간의 간격은 50.7㎜이고, 제 6반사면의 면 정점과 해당 제 6반사면에 가장 가까운 반사면으로서의 제 1반사면의 면 정점간의 거리는 116㎜이다. 이러한 구성에 의하면, 공간을 유지하여, 구동기구 및 냉각기구 등의 각종 기구의 배치를 용이하게 한다. L1/L2는 0.907로, 감소된 입사각과 충분한 프론트 포커스를 제공하는 데 충분하며, 여기서, L1은, 물체면과 해당 물체면에 가장 가까운 반사면인 (M4)의 면 정점과의 간격이고, L2는 물체면에 가장 가까운 반사면인 (M4)의 면 정점과, 제 1반사면의 면 정점과의 간격이다.
(M2)와 (M3)의 볼록면에 의해, 미러로부터 떨어진 위치에 중간상을 결상하는 것이 가능하고, 미러면에 대한 광의 적절한 발산이 제공된다. 이와 같이 함으로써, 이러한 구성에 의하면, 미러면의 파문, 미러재질중의 기포, 미러의 변형, 먼지의 전사 등의 영향을 저감시켜, 결상성능의 열화가 방지된다. 이 중간상은, 0.4 ×Lim과 0.6 ×Lim사이에 형성되며, 여기서, Lm은 제 4반사면과 제 5반사면사이의 광로길이이다.
제 7실시예
이하, 도 7을 참조해서, 제 1 내지 제 6실시예의 투영광학계(100), (100A), (100B), (100C), (100D) 또는 (100E)를 포함하는 노광장치에 대해 설명한다. 여기서, 도 7은, 본 발명의 일측면에 의한 노광장치(200)의 개략구성도이다.
노광장치(200)는, 노광용의 조명광으로서 EUV광(예를 들면, 13.5nm의 파장을 지님)을 이용해서, 예를 들면, 스텝-앤드-스캔방식 또는 스텝-앤드-리피트방식으로 마스크(220)상에 형성된 회로패턴을 판, 즉, 피노광물체(240)상으로 노광한다. 이 노광장치는, 서브미크론 혹은 쿼터미크론이하의 리소그라피공정에 적합하며, 본 발명은, 스텝-앤드-스캔방식의 노광장치("스캐너"라고도 칭함)를 일례로서 이용한다. 여기서 이용하는 "스텝-앤드-스캔방식"이란, 마스크에 대해서 웨이퍼를 연속적으로 주사해서 마스크 패턴을 웨이퍼에 노광하고, 1쇼트(shot)의 노광후 웨이퍼를 스텝이동해서, 다음의 쇼트로 되는 노광영역으로 이동하는 노광방법이다. 또, "스텝-앤드-리피트 방식"이란, 웨이퍼의 일괄노광시마다 웨이퍼를 스텝이동해서 다음의 쇼트의 노광영역으로 이동하는 노광방법의 다른 방식이다.
도 7을 참조하면, 노광장치(200)는, 광원으로부터의 광을 이용해서 마스크(220)를 조명하기 위한 조명장치(210)와, 마스크(220)를 지지하는 마스크 스테이지(225)와, 마스크(220)로부터의 광을 피노광물체(240)에 도입하기 위한 투영광학계(230)((100) 등)와, 물체(240)를 지지하는 웨이퍼 스테이지(245)와, 얼라인먼트 검출기구(250)와, 초점위치 검출기구(260)를 포함한다. 도 7은, 간략하게 하기 위해 마스크로부터 물체(웨이퍼)까지의 4미러의 반사형 투영광학계를 표시하였으나, 반사형 투영광학계에 있어서의 반사면의 수는, 상기 제 1 내지 제 6실시예에서와 마찬가지로 6개가 바람직하다. 물론, 미러의 수는 본 발명의 범위내에서 변경가능함은 말할 것도 없다.
도 7에는 표시하고 있지는 않지만, EUV광이 공기에 대한 투과율이 낮고 잔류 가스(고분자 유기가스 등)가 오염을 일으키므로, 적어도 EUV광이 진행하는 광로는, 진공 분위기(VC)를 유지하는 것이 바람직하다.
조명장치(210)는, 투영광학계(230)의 원호형상 시야에 대응하는 원호형상의 EUV광(예를 들면, 파장 13.4nm)을 사용해서 마스크(220)를 조명하고, EUV광원(212)과 조명광학계(214)를 포함한다.
EUV광원(212)은, 예를 들면, 레이저 플라즈마 광원이 이용된다. 레이저 플라즈마 광원은, 진공중에 놓인 타겟재료에 대해 고강도의 펄스레이저빔을 조사해서, 고온플라즈마를 발생시켜, 이것으로부터 방사된 약 13nm파장의 EUV광으로서 이용한다. 타겟재료로서는, 금속성 박막, 불활성 기체, 액적 등을 이용해도 된다. 펄스레이저는, 방출된 EUV광의 평균강도를 증대시키기 위해 높은 반복주파수, 예를 들면, 통상, 수㎑ 를 지니는 것이 바람직하다.
조명광학계(214)는, 집광미러(214a)와 옵티컬 인티그레이터(optical integrator)(214b)를 포함한다. 집광미러(214a)는, 레이저 플라즈마로부터 등방적으로 방사되는 EUV광을 집광하는 역할을 한다. 옵티컬 인티그레이터(214b)는, 소정의 NA로 마스크(220)를 균일하게 조명하는 역할을 한다. 조명광학계(214)는, 또한, 마스크(220)와 켤레(conjugate)인 위치에서 원호형상으로 조명영역을 한정하도록 개구(214c)를 포함한다. 조명광학계(214)는, 또한, 집광미러(214a)와 옵티컬 인티그레이터(214b) 등의 광학소자를 냉각하는 냉각장치를 포함해도 된다. 냉각장치는, 집광미러(214a)와 옵티컬 인티그레이터(214b)를 냉각시켜, 열팽창에 의한 변형을 방지하여, 우수한 결상성능을 발휘시키는 것이 가능하다.
마스크(220)는, 그 위에 전사될 회로패턴 혹은 상이 형성되고, 마스크 스테이지(225)에 의해 지지 및 구동되는 반사형 마스크이다. 마스크(220)로부터의 회절광은, 제 1 내지 제 6실시예에서 설명한 투영광학계(230)((100) 등)에 의해 반사되어 물체(240)상에 투영된다. 마스크(220)와 물체(240)는, 서로 광학적으로 켤레상태로 배치된다. 노광장치(200)는, 스텝-앤드-스캔방식의 노광장치이며, 마스크(200)와 물체(240)를 주사함으로써 마스크(220)위의 패턴을 물체(240)상에 축소투영한다.
마스크 스테이지(225)는 마스크(220)를 지지하고, 이동기구(도시생략)에 접속되어 있다. 마스크 스테이지(225)는 종래 공지된 어떠한 구성을 이용해도 된다. 이동기구(도시생략)로서는, 선형 모터 등을 들 수 있고, 적어도 X방향으로 마스크 스테이지(225)를 구동해서 마스크(220)를 이동시킨다. 노광장치(200)는, 마스크와 물체(240)를 동기주사한다.
투영광학계(230)는, 복수의 다층미러(230a)를 사용해서 마스크(220)위에 형성된 패턴을 물체(240)상에 축소투영한다. 미러(230a)의 수는, 6매 이상이다. 적은 매수의 미러에 의해 넓은 노광영역을 실현하기 위해서는, 마스크(220)와 물체(240)를 동기주사시켜 광축으로부터 소정 거리 떨어진 원호형상 영역 혹은 고리형상 영역인 넓은 영역을 이동시킨다. 투영광학계(230)의 NA는 0.2 내지 0.3정도이다. 냉각장치는, 미러(230a) 등의 투영광학계(230)내의 광학소자를 냉각시킬 수 있다. 냉각장치에 의해 미러(230a)를 냉각하여, 열팽창에 의한 변형을 방지해서, 우수한 결상성능을 발휘하는 것이 가능하다.
본 실시예는, 피노광물체(240)로서 웨이퍼를 이용하였으나, 액정기판 등의 기타 피노광체를 광범위하게 포함한다. 또, 상기 물체(240)에는 포토레지스트가 도포되어 있다.
웨이퍼 스테이지(245)는, 웨이퍼척(245a)에 의해 물체(240)를 유지하고, 해당 물체(240)를, 예를 들면, XYZ방향으로 선형 스테이지를 이용해서 이동시킨다. 마스크(220)와 물체(240)는, 동기 주사된다. 마스크 스테이지(225)와 웨이퍼 스테이지(245)는, 예를 들면, 레이저 간섭계에 의해 감시되고, 일정속도비율로 구동된다.
얼라인먼트 검출기구(250)는, 마스크(220)의 위치와 투영광학계(230)의 광축간의 위치관계와, 물체(240)의 위치와 투영광학계(230)의 광축간의 위치관계를 계측하여, 마스크(220)의 투영상이 물체(240)상의 정위치에 위치결정될 수 있도록 마스크 스테이지(225)와 웨이퍼 스테이지(245)의 위치와 각도를 설정한다.
초점위치 검출기구(260)는 물체(240) 표면상에서 초점위치를 계측하고, 웨이퍼 스테이지(245)의 위치와 각도를 제어함으로써, 노광중에, 항상 물체(240)면을 투영광학계(230)의 결상위치에 유지시킨다.
노광시, 조명장치(210)로부터 사출된 EUV광은, 마스크(220)를 조명하고, 해당 마스크(220)위에 형성된 패턴을 물체(240)상에 결상시킨다. 본 실시예에서는, 원호 혹은 고리형상의 상면을 이용해서, 마스크(220)와 물체(240)를 축소비율의 속도비로 주사함으로써, 마스크(220)의 전체면을 노광한다.
광학성능은, 노광장치중의 투영광학계내의 광학소자의 면형상에 민감하므로, 냉각장치는, 투영광학계내의 광학소자, 특히, 많은 광강도를 수광하는 마스크쪽의 광학소자를 냉각하는데 이용할 경우가 있다. 물론, 조명광학계에 이용해도 되는 것은 말할 것도 없다. 특히, 광원에 가장 가까운 반사광학소자는, 광학소자중 많은 광량을 수광하여, 필연적으로 많은 흡열값(즉, 열량)을 발생하므로, 이 열량이, 광학소자의 형상을 변형시키게 된다. 이들 문제를 방지하기 위해, 상기 냉각장치에 의해, 다량의 광의 흡수에 의한 온도상승을 방지하여, 광학소자의 온도차를 저감해서 형상변화를 억제하는 것이 가능하다.
다음에, 도 8 및 도 9를 참조해서, 상기 노광장치(200)를 이용한 실시형태의 디바이스의 제조방법을 설명한다. 도 8은, 디바이스(예를 들면, IC나 LSI 등의 반도체칩, LCD, CCD 등)의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다. 여기에서는, 반도체칩의 제조를 일례로서 설명한다. 스텝 1(회로설계)에서는 반도체 디바이스의 회로를 설계한다. 스텝 2(마스크제작)에서는 설계한 회로패턴에 의거해서 마스크를 제작하고, 스텝 3(웨이퍼제조)에서는, 실리콘 등의 재료를 이용해서 웨이퍼를 제조한다. 스텝 4(웨이퍼처리)는, 전(前)공정이라고도 불리며, 이와 같이 해서 준비한 마스크와 웨이퍼를 이용해서 포토리소그라피기술에 의해 웨이퍼상에 실제의 회로를 형성한다. 스텝 5(조립)는, 후공정이라고도 불리며, 스텝 4에서 형성된 웨이퍼를 반도체칩으로 형성하고, 어셈블리(예를 들면, 다이싱 및 본딩)공정, 패키징(칩봉인)공정 등을 포함한다. 스텝 6(검사)에서는, 스텝 5에서 작성된 반도체 디바이스의 타당성 시험, 내구성 시험 등의 각종 시험을 수행한다. 이들 공정에 의해 반도체 디바이스가 완성되어 출하된다(스텝 7).
도 9는 스텝 4의 웨이퍼처리공정의 상세한 순서도이다. 스텝 11(산화)에서는 웨이퍼의 표면을 산화하고, 스텝 12(CVD)에서는 웨이퍼 표면에 절연막을 형성하고, 스텝 13(전극형성)에서는 증착법 등에 의해 웨이퍼상에 전극을 형성한다. 스텝 14(이온주입)에서는 웨이퍼에 이온을 주입하고, 스텝 15(레지스트처리)에서는 웨이퍼에 감광재를 도포한다. 스텝 16(노광)에서는 노광장치(200)를 이용해서 웨이퍼상에 마스크의 회로패턴을 노광하고, 스텝 17(현상)에서는 노광한 웨이퍼를 현상하고, 스텝 18(에칭)에서는 현상한 레지스트상이외의 부분을 에칭하고, 스텝 19(레지스트박리)에서는 에칭공정후 불필요하게 된 레지스트재를 제거한다. 이들 공정을 반복함으로써, 웨이퍼상에 다중으로 회로패턴이 형성된다. 본 실시예의 제조방법에 의하면, 종래보다도 고품위의 디바이스를 제조하는 것이 가능하다. 이와 같이, 상기 노광장치(200)를 사용하는 디바이스의 제조방법, 및 결과물로서의 디바이스도 본 발명의 일측면을 구성한다.
또, 본 발명은 이들 바람직한 실시형태로 한정되지 않고, 본 발명의 정신으로부터 벗어남이 없이 각종 변형이나 변경이 가능하다. 예를 들면, 냉각장치는, ArF엑시머레이저, F2엑시머레이저 등의 파장이 200nm이하인 자외광, 비EUV광용의 마스크나 웨이퍼를 포함하는 광학소자에 적용가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 의하면, 감수된 입사각과 감소된 미러의 최대유효직경을 지니고 미러에 대해 광의 적절한 발산을 유지하는 투영광학계와, 해당 투영광학계를 지닌 노광장치, 그리고, 이러한 노광장치를 이용한 디바이스의 제조방법을 제공하는 것이 가능하다.
본 출원은, 본 명세서에 참고로 병합되어 있는 2003년 9월 2일자로 출원된 일본 특허출원 제 2003-310118호에 의거한 외국의 우선권을 주장하여 청구된 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 의한 도면
도 2는 본 발명의 제 2실시예에 의한 도면
도 3은 본 발명의 제 3실시예에 의한 도면
도 4는 본 발명의 제 4실시예에 의한 도면
도 5는 본 발명의 제 5실시예에 의한 도면
도 6은 본 발명의 제 6실시예에 의한 도면
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 노광장치의 개략구성도
도 8은 디바이스(IC, LSI 등의 반도체 칩, LCD, CCD 등)의 제조방법을 설명하는 순서도
도 9는 도 8에 표시한 웨이퍼처리의 스텝 4의 상세순서도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
IM: 중간상
M1: 제 1(오목)미러 또는 제 1(오목)반사면
M2: 제 2(볼록)미러 또는 제 2(볼록)반사면
M3: 제 3(볼록)미러 또는 제 3(볼록)반사면
M4: 제 4(오목)미러 또는 제 4(오목)반사면
M5: 제 5(볼록)미러 또는 제 5(볼록)반사면
M6: 제 6(오목)미러 또는 제 6(오목)반사면
MS: 물체면 W: 상면 또는 웨이퍼
100, 100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 230: 투영광학계
200: 노광장치 210: 조명장치
212: EUV광원 214: 조명광학계
220: 마스크 240: 물체(웨이퍼)
250: 얼라인먼트 검출기구
260: 초점위치 검출기구

Claims (20)

  1. 물체면위의 패턴을 상면상에 축소투영하는 투영광학계에 있어서,
    물체면으로부터 광을 반사하는 순으로, 제 1반사면, 제 2볼록반사면, 제 3볼록반사면, 제 4반사면, 제 5반사면 및 제 6반사면을 포함하는 6개의 반사면과, 상기 제 1반사면과 제 2반사면사이의 광로를 따라 배치된 개구조리개를 구비한 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1반사면이 오목면 형상을 지닌 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 4반사면이 오목면 형상을 지닌 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 4반사면으로부터 제 5반사면까지의 광로를 따라 중간상을 형성하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 6개의 반사면중의 하나에 대한 최대입사각을 θmax, 상기 6개의 반사면중의 하나에 대한 입사각분포폭을 Δθ라 하고, 상기 6개의 반사면중의 하나가 광입사각의 가장 최대치를 지닐 때, 25° < θmax + Δθ < 35°를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  6. 제 5항에 있어서, θmax + Δθ < 32°를 만족하는 상기 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 물체면상의 원호형상의 조명영역으로부터의 광이 입사할 때의 광입사영역과, 상기 물체면상의 원호형상의 조명영역의 현의 중심점과 광축을 포함하는 평면사이에 형성되는 교선상의 각 점에서의 최대입사각이 해당 교선상의 Lmin + 0.3×(Lmax - Lmin)과 Lmax사이의 영역에서 극대를 지니고(여기서, Lmin은 광축에서부터 교선상의 각 점까지의 거리의 최소치이고, Lmax는 광축에서부터 교선상의 각 점까지의 거리의 최대치임), 상기 광입사영역은, 상기 6개의 반사면중 광입사각의 가장 최대치를 지니는 반사면에 위치하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 6개의 반사면중 광입사각의 가장 최대치를 지니는 반사면은, 수렴광을 수광하는 볼록면 형상을 지녀, 발산광을 반사하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 물체면상의 원호형상의 조명영역의 중심과 광축을 포함하는 평면과 상기 조명영역사이에 형성되는 교선의 중심으로부터 사출된 광이 입사할 때, 상기 제 4반사면상의 광입사영역과 광축사이의 최대거리와 최소거리간의 차가 30㎜이상인 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 6개의 반사면의 각각에 대해서, 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 중심으로서 정의되는 중심 및 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 반경으로서 정의되는 반경을 지니는 대략 구면과 광축과의 교점중, 해당 6개의 반사면의 각각에 대한 광의 반사점에 가장 근접한 교점을 면 정점으로 정의하고,
    상기 6개의 반사면의 면 정점은, 물체면으로부터 상면까지 광축을 따라 순차로, 제 4반사면, 제 2반사면, 제 3반사면, 제 1반사면, 제 6반사면 및 제 5반사면의 순으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 6개의 반사면의 각각에 대해서, 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 중심으로서 정의되는 중심 및 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 반경으로서 정의되는 반경을 지니는 대략 구면과 광축과의 교점중, 해당 6개의 반사면의 각각에 대한 광의 반사점에 가장 근접한 교점을 면 정점으로 정의하고,
    상기 6개의 반사면의 면 정점중 상기 물체면에 가장 근접한 반사면의 면 정점과 상기 물체면과의 거리가 250㎜이상인 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 6개의 반사면의 각각에 대해서, 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 중심으로서 정의되는 중심 및 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 반경으로서 정의되는 반경을 지니는 대략 구면과 광축과의 교점중, 해당 6개의 반사면의 각각에 대한 광의 반사점에 가장 근접한 교점을 면 정점으로 정의하고,
    상기 제 2반사면의 면 정점과 제 4반사면의 면 정점사이의 간격을 L24, 상기 물체면과 상면사이의 상기 광축을 따른 거리를 La11이라 할 때, La11/200 < L24 < La11/10을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 6개의 반사면의 각각에 대해서, 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 중심으로서 정의되는 중심 및 상기 6개의 반사면의 각각의 곡률 반경으로서 정의되는 반경을 지니는 대략 구면과 광축과의 교점중, 해당 6개의 반사면의 각각에 대한 광의 반사점에 가장 근접한 교점을 면 정점으로 정의하고,
    상기 제 6반사면의 면 정점과 해당 제 6반사면에 가장 가까운 반사면의 면 정점사이의 간격을 L6, 상기 물체면과 상면사이의 상기 광축을 따른 거리를 La11이라 할 때, La11/20 < L6 < La11/6을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 제 2반사면의 곡률 반경의 절대치가 1800㎜이하인 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 물체면위의 패턴의 중간상은, 상기 6개의 반사면중 상기 광의 광로를 따라 인접하는 2개의 반사면사이에 형성되어 있고, 상기 인접하는 2개의 반사면의 각각으로부터 Lim ×0.35이상(여기서, Lim은 상기 인접하는 2개의 반사면간의 광로길이임) 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 개구조리개는, 상기 제 1반사면과 상기 제 2반사면사이에 형성되어 있고, 해당 제 1반사면과 제 2반사면의 각각으로부터 Lst/10이상(여기서, Lst는 상기 제 1반사면과 제 2반사면사이의 광로길이임) 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 개구조리개는, 상기 제 1반사면과 제 2반사면간의 광로상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  18. 제 1항에 있어서, 상기 6개의 반사면은, 상기 물체면과 상면사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  19. 광원으로부터의 광을 이용해서 물체면위의 패턴을 조명하는 조명광학계; 및
    상기 물체면위의 패턴을 상면상에 축소투영하기 위한 상기 제 1항에 의한 투영광학계를 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  20. 노광장치를 이용해서 물체를 노광하는 공정; 및
    노광된 물체를 현상하는 공정을 구비하고,
    상기 노광장치가,
    광원으로부터의 광을 이용해서 물체면위의 패턴을 조명하는 조명광학계; 및
    상기 물체면위의 패턴을 상면상에 축소투영하기 위한 상기 제 1항에 의한 투영광학계를 구비한 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
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