KR20050028793A

KR20050028793A - 조명광학계 및 노광장치

Info

Publication number: KR20050028793A
Application number: KR1020040074099A
Authority: KR
Inventors: 쯔지도시히코
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2005-03-23
Also published as: EP1517338A2; JP2005093692A; TW200512804A; JP4378140B2; EP1517338A3; KR100626264B1; TWI247338B

Abstract

본 발명은 종래보다 마스크를 조명하는 광의 각도분포가 균일한 조명광학계 및 이것을 이용한 노광장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로, 상기 피처리체면을 조명하는 조명광학계는, 광원부로부터의 광을 대략 평행한 광으로 변환하는 광학계를 구비하고, 상기 광학계는 제 1미러와 제 2미러를 가지며, 상기 제 1미러는 상기 제 2미러로 반사하는 광이 통과하는 개구부를 가진 것을 특징으로 하는 구성으로 하였다.

Description

조명광학계 및 노광장치{ILLUMINATION OPTICAL SYSTEM AND EXPOSURE APPARATUS}

본 발명은 조명광학계 및 그것을 이용한 노광장치에 관한 것으로, 특히 광원으로서 파장 10㎚~200㎚의 극단 자외선영역(EUV) 또는 X선영역의 발광광원을 이용하는 조명광학계 및, 그것을 이용해서 반도체 웨이퍼용의 단결정기판, 액정 디스플레이(LCD)용의 유리기판 등의 피처리체를 노광하는 노광장치에 관한 것이다.

미세패턴을 가지는 반도체회로 소자 등을 제조하는 방법 중 하나로서, 예를 들면 EUV광 또는 X선을 이용한 축소투영 노광방법이 제안되어 있다(예를 들면, 일본국 특개평 10-70058호 공보(또는 그 대응 미국특허공보 제 6,504,896Bl호), 동 특개 2003-045774호 공보(대응 미국공개특허공보(U.S. Patent Application Publication No.) 제 2003031017A1호), 동 특개 2003-045784호 공보(대응 미국공개특허공보(U.S. Pantent Application Pubication No.) 제 2003031017A1호 참조).

이 방법에서는, 회로패턴이 형성된 마스크(레티클)를 EUV광을 사용해서 조명하여, 마스크상의 패턴의 상을 웨이퍼면에 축소투영하고, 웨이퍼 표면의 포토레지스트를 노광해서 패턴을 전사한다.

종래의 EUV 축소투영 노광장치(1000)의 주요부 개략을 도 11에 나타낸다. 도 11에 있어서, (1001)은 EUV광의 발광점, (1002)는 EUV광, (1003)은 필터, (1004)는 제 1회전 포물면 미러, (1005)는 반사형 인티그레이터, (1006)은 제 2회전 포물면 미러, (1007)은 반사형 마스크, (1008)은 투영광학계를 구성하는 복수의 미러, (1009)는 웨이퍼, (1010)은 마스크 스테이지, (1011)은 웨이퍼 스테이지, (1012)는 원호형상 애퍼쳐(aperture), (1013)은 레이저광원, (1014)는 레이저집광광학계, (1017)은 진공용기이다. 또 도 13은, 마스크(1007)상의 조명영역(1015)과 노광이 행해지는 원호형상 영역(1016)사이의 관계를 나타내는 평면도이다.

이와 같이 노광장치(1000)은, EUV광을 생성하는 광원부(1013), (1014), 조명광학계(즉, 제 1회전 포물면 미러(1004), 반사형 인티그레이터(1005), 제 2회전 포물면 미러(1006)), 반사형 마스크(1007), 투영광학계(1008), 웨이퍼(1009), 마스크를 탑재한 스테이지(1010), 웨이퍼를 탑재한 스테이지(1011), 마스크와 웨이퍼의 위치를 정밀하게 얼라이먼트하는 얼라이먼트 기구(도시하지 않음), EUV광의 감쇠를 저감시키기 위해서 광학계 전체를 진공으로 유지하는 진공용기(1017) 및 배기 장치(도시하지 않음)로 이루어진다. 조명광학계는, 발광점(1001)으로부터의 EUV광(1002)를 제 1회전 포물면 미러(1004)를 이용해서 반사형 인티그레이터(1005)에 집광하여 2차광원을 형성하고, 이들 2차광원으로부터의 EUV광을 제 2회전 포물면 미러(1006)를 이용해서 중첩, 집광하여 마스크(1007)을 균일하게 조명한다.

반사형 마스크(1007)은 다층미러 위에 EUV흡수체로 이루어진 비반사부를 이용해서 전사패턴을 형성한다. 반사형 마스크(1007)에 의해 반사된, 회로패턴의 정보를 가진 EUV광은 투영광학계(1008)에 의해 웨이퍼(1009)상에 결상한다.

투영광학계(1008)은 축외의 가는 원호형상의 영역(즉, 광축중심으로부터 떨어진 영역)에서 우수한 결상성능을 가지도록 구성되어 있다. 웨이퍼(1009) 바로 앞에는 원호형상의 개구부(opening)를 가진 애퍼쳐(aperture)(1012)가 형성되어 있다. 그리고 반사형 마스크(1007)와 웨이퍼(1009)를 동시에 스캔해서 노광하여, 구형(矩型)형상을 한 마스크전체면의 쇼트(shot)를 전사한다.

여기서 투영광학계(1008)은 복수의 다층미러에 의해 구성되고, 마스크(1007)상의 패턴을 웨이퍼(1009) 표면에 축소투영하는 구성으로 되어 있다. 통상, 투영광학계(1008)는 상측 텔레센트릭계가 이용되고 있고. 또, 물체측(반사형 마스크측)은 반사형 마스크(1007)에 입사하는 조명광과의 물리적 간섭을 피하기 위해서 통상 비텔레센트릭한 구성으로 되어 있다.

레이저광원(1013)으로부터의 레이저광은 레이저집광광학계(1014)에 의해 발광점(1001)의 위치에 있는 타겟(도시하지 않음)에 집광되고, 고온의 플라즈마 광원(1001)을 생성한다. 이 플라즈마 광원으로부터 열복사에 의해 방사된 EUV광(1002)는 제 1회전 포물면 미러(1004)에서 반사되어 평행한 EUV광으로 된다. 이 광은 반사형 인티그레이터(1005)에서 반사되어, 다수의 2차광원을 형성한다.

이들 2차광원으로부터의 EUV광은 제 2회전 포물면 미러(1006)에서 반사되어 반사형 마스크(1007)을 조명한다. 여기서 상기 2차광원으로부터 제 2회전 포물면 미러(1006)까지의 거리 및 제 2회전 포물면 미러(1006)로부터 반사형 마스크(1007)까지의 거리는, 제 2회전 포물면 미러(1006)의 촛점거리와 동일하게 설정되고 있다.

2차광원의 위치에 제 2회전 포물면 미러(1006)의 초점이 위치하고 있기 때문에, 2차광원으로부터 나온 EUV광은 반사형 마스크(1007)을 평행광으로 조사한다. 투영광학계(1008)은 2차광원의 상을 입사동공면에 투영하도록 설계되고 있고, 이에 의해 쾰러(Kohler)의 조명조건을 만족하고 있다. 즉 반사형 마스크(1007)상의 어느 1점을 조명하는 EUV광은 모든 2차광원으로부터 나온 EUV광이 겹친 것이다.

마스크 면상의 조명영역(1015)는, 도 12에 도시한 바와 같이, 반사형 인티그레이터(1005)의 구성요소인 볼록 또는 오목면미러의 반사면의 평면형상과 같으며, 실제로 노광이 행해지는 원호영역(1016)을 포함하는 대략 구형(矩型)형상의 영역이다. 투영광학계(1008)은 2차광원의 상을 그의 동공면에 투영하도록 설계되고 있다.

그렇지만, 종래의 EUV축소투영 노광장치는, 광원(1001)으로부터 등방적으로 발생한 EUV광(1002)의 광축에 대해서 회전포물면 미러(1004)의 반사면이 대칭은 아니므로 반사형 인티그레이터(1005)를 균일하게 조명 할 수 없다고 하는 결점을 가지고 있었다. 그 결과, 마스크(1007)을 조명하는 광의 각도분포가 불균일하게 되고, 그 결과, 패턴의 해상성능이 악화하고 있었다.

그래서, 상기 종래기술의 문제점에 비추어서, 본 발명의 예시적인 목적은, 종래보다 마스크를 조명하는 광의 각도분포가 균일한 조명광학계 및 이것을 이용한 노광장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 피처리체의 면을 조명하는 본 발명의 1측면으로서의 조명광학계는, 광원부로부터의 광을 대략 평행한 광으로 변환하는 광학계를 구비하고, 이 광학계는 제 1미러와 제 2미러를 가지고, 상기 제1미러는 상기 제 2미러로 반사하는 광이 통과하는 개구부를 가진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 유첨도면을 참조한 다음의 설명으로부터 명백해 질 것이며, 상기 도면에서 같은 참조문자는 도면전체에 걸쳐서 동일 또는 유사한 구성요소를 나타내고 있다.

명세서의 일부에 포함되어 명세서의 일부를 구성하는 유첨도면은 본 발명의 실시예를 설명하는 것이며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예를 유첨도면에 의거해서 이하 상세하게 설명한다.

(제 1실시예)

도 1은 본 발명에 따른 제 1실시예의 개략도이다. 동 도면에 있어서, (1)은 여기레이저광, (2)는 플라즈마 발광점, (3a)는 플라즈마 생성의 타겟으로 되는 액체방울을 분사하는 노즐, (3b)는 여기레이저광이 조사되지 않은 액체방울을 회수하고 재이용하기 위한 액체방울 회수부, (4)는 플라즈마 발광점으로부터 방사되는 광을 수광하는 집광미러, (6a)는 플라즈마로부터의 비산입자(또는 부스러기)를 제거하는 필터, (6b)는 EUV광 이외의 파장의 광을 제거하는 파장필터, (7)은 집광미러(4)의 집광점에 또는 집광점 근방에 배치된 핀홀형상의 애퍼쳐(aperture), (8)은 플라즈마 광원을 수용하는 진공용기이고, 이들이 광원부를 구성하고 있다. 또 (5)는 미러(4)에 의해 집광된 EUV광이고, (9)는 노광장치 본체와 플라즈마 광원부를 진공상태에서 접속하기 위한 접속부이다.

다음에, (10a) 및 (10b)는 애퍼쳐(7)을 통과한 EUV광을 수광하고, 평행광으로 변환하며, 오목면 미러와 볼록면 미러로 이루어진 평행변환 광학계이다. (11a)는 복수의 원통형상미러를 가지는 인티그레이터이고, (11b) 및 (11c)는 인티그레이터(11a)로부터의 광을 원호형상으로 집광하기 위한 회전 포물면 미러를 포함한 광학계이다. (12)는 원호형상의 개구부를 가지고, 그 폭을 부분적으로 가변할 수 있는 원호조리개, (13)은 소망한 노광영역으로 조명광을 제한하기 위한 마스킹블레이드, (14)는 마스킹 결상계이며, 마스킹블레이드(13)을 물체측, 반사형 마스크(16)를 상측으로해서 소망의 배율로 결상하고, 원호조명영역을 반사형 마스크상에 형성한다. (14a), (14b), (14c), (14d)는 각각 마스킹 결상계(14)에 있어서의 곡면 미러, (14e)는 마스킹 결상계(14)의 상측광(14')를, 반사형 마스크(16)에 소정의 각도로 입사하도록 반사하는 평면미러, (15)는 마스킹 결상계(14)의 동공면에 배치된 개구 조리개이며, 이들이 광원부로부터의 광으로 반사형 마스크(16)을 조명하는 조명광학계를 구성한다.

(17)은 반사형 마스크(16)을 유지하는 마스크 스테이지, (18)은 복수매의 미러에 의해 구성되는 투영광학계, (19)는 감광재가 도포된 웨이퍼, (20)은 웨이퍼 (19)를 유지하는 웨이퍼 스테이지, (21)은 EUV광의 감쇠를 저감시키기 위해서 광학계 전체를 진공분위기에서 유지하기 위한 진공용기이다.

(도시하지 않은)여기레이저광원 및 집광광학계로 이루어진 여기레이저부로부터 방사된 고출력의 여기펄스 레이저광(1)은, 발광점(2)의 위치에서 집광하도록 구성되어 있고, 플라즈마 광원부를 형성하고 있다. Xe와 같은 레이저 플라즈마 광원의 타겟으로 되는 액체방울은, 노즐(3a)로부터 일정한 시간간격으로 연속적으로 분사되어 집광점(2)를 통과하도록 구성되어 있다. 그리고 상기와 같이 분사된 액체방울이, (2)의 위치에 왔을 때에, 여기펄스 레이저광(1)이 그 액체방울을 조사하는 것에 의해 고온의 플라즈마를 발광점(2)으로부터 생성하고, 이 플라즈마로부터의 열복사에 의해 EUV광이 발생한다.

또, 본 실시예에서는 타겟으로서 Xe의 액체방울을 사용하고 있지만, 타겟으로서는 노즐로부터 진공중에 분사한 Xe가스, 단열팽창에 의해 생기는 클러스터, Xe가스를 금속표면에서 냉각해서 고체화한 것, Cu 등의 금속테이프를 선택해서 사용해도 된다. 혹은, EUV광원으로서는, 언듈레이터(undulator)를 사용하거나,또는 Z핀치방식, 플라즈마 포커스, 캐필러리 방전, 중공음극 트리거 Z핀치 등의 소위 방전방식에 의한 광원을 사용해도 된다.

플라즈마 발광점(2)로부터 방사된 EUV광은, 회전 타원미러 등의 집광미러(4)에 의해 집광되어 EUV광으로서 꺼내지고, 필터(6a)에 의해 플라즈마 및 그 주변으로부터 직접 전방으로 비행하는 비산입자(또는 부스러기)가 제거되며, 또 필요에 따라서 필터(6b)에 의해 EUV노광에 불필요한 파장성분이 제거된다. 다음에, 광은 플라즈마 광원을 수용하는 진공용기(8)과, 노광장치 본체를 수용하는 진공용기(21)의 경계면에 설치된 핀홀형상의 애퍼쳐(7)의 위치에 집광된다. 광원을 수용하는 진공용기(8)와 노광장치 본체를 수용하는 진공용기(21)는, 접속부(9)에 의해 접속되어 있다.

상기 애퍼쳐(7)을 통과한 EUV광(5)는, 중심에 개구부를 가지는 오목면 미러(1Oa)와, 이 오목면 미러와 비교해서 직경이 보다 작은 볼록면 미러(1Ob)로 이루어진 평행변환 광학계에 의해 대략 평행한 광(1O')으로 변환된다. 여기서, 오목면 미러(1Oa)는 볼록면 미러(1Ob)에 의해 반사된 광이 통과하기 위한 개구부를 가지고, 이 개구부는 광원부의 집광미러의 광축(회전 대칭축) 상에 배치되어 있다. 또, 이들 미러(1Oa), 및 (1Ob)는, 대략 회전 대칭으로 되는 반사면을 가지고 있고, 그 광축(또는 회전대칭축)과 집광미러의 광축은 대략 일치하고 있다. 따라서, 평행변환 광학계의 광축상 혹은 그 근방에 EUV의 발광점(2)가 위치한다.

상기의 집광미러(4)와 미러(10a) 및 (10b)는 EUV광을 효율 좋게 반사하기 위한 반사다층막을 성막하고, 고온의 플라즈마(2)로부터의 방사 에너지를 흡수하기 때문에, 노광중에 고온이 된다. 그 때문에 이들의 재질로서는 열전도성이 높은 금속 등의 재료를 이용하는 것과 동시에, 수냉 등의 냉각수단(도시하지 않음)을 가지고 있어서 노광중은 항상 냉각되어 있다. 이하에서는 이 평행변환 광학계에 대해서 다른 도면을 이용해서 상세하게 설명한다.

도 9는 상기 평행변환 광학계의 주요부의 개략도이다.

동 도면에 있어서, 미러(10a)는 그 이면에 수냉의 냉각기구(2003)이 배치되어 일체화하고 있고, 냉각수 순환계(도시하지 않음)에 의해 이 냉각기구내를 물이 순환할 때, 미러(10a)는 이면으로부터 냉각된다. 또, 미러(10a)는 유지기구(2002)에 의해 미러경통내에서 유지되고 있으며, 이 유지기구(2002)는, 압전소자로 구성된 평행 링크기구 등의 위치 미조정기구를 포함하고 있고, 이것에 의해 미러(1Oa)의 자세를 고정밀도로 제어하고 있다.

마찬가지로 미러(10b)는 이면에 냉각기구(2006)가 배치되어 일체화하고 있다. 그리고 이 미러(10b)는 2개 이상의 로드(rod)(2004)에 의해 유지되고 있다. 그리고 이 로드(2004)는, 미러(10a)와 같은 유지기구(2005)에 의해 경통과 접속되는 것에 의해, 미러(10b)는 미러경통내에서 이 로드(2004)에 의해서 유지되고 또한 그 자세가 정밀하게 제어된다.

상기 로드(2004)에 의한 유지의 구성에 대해서는, 예를 들면 로드를 4개 이용해서 이것들을 서로 직교하도록 배치하고, 그 십자의 중심부에 미러(1Ob)가 고정되도록 해도 된다. 또는, 3개의 로드를 서로 120˚의 각도가 되도록 배치하고, 그 중심부에 미러(1Ob)가 고정되도록 해도 된다. 중심부 주위에 로드를 회전대칭으로 배치하면, EUV광(5)에 대해서 로드가 EUV광(5)을 부분적으로 차단해도, 광의 진행방향에 대해서 광의 분포가 회전대칭을 유지하기 때문에 양호한 조명을 유지한다.

상기 로드(2004)는 강성이 높은 재질, 예를 들면 금속이 이용되고 있고, 그 중 적어도 2개는 중공으로 이루어져서 내부를 냉각수가 흐르도록 되어 있다. 그리고 이 냉각수는 냉각수 순환계(도시하지 않음)의 작용에 의해 미러(10b)의 냉각기구(2006)내를 순환하는 구성으로 되어 있다.

도 10은, 미러(10b)와 일체화하고 있는 냉각기구(2006)내에서 냉각수가 흐르는 유로의 실시예를 나타내는 도면이다. 본 실시예에서는, 소망한 두께의 금속판에 홈을 파서 유로를 (2101)과 같이 형성하고 있다. 유로의 시점(2102)과 종점(2103)에는 지면에 수직방향으로 구멍이 관통하고 있고, 금속판의 이면에 냉각수를 흘리기 위한 플러그가 상기 구멍에 장착되어 중공의 로드와 접속하고 있다.

이 냉각기구(2006)을 미러(10b)의 이면과 밀착시켜 일체화하는 것에 의해 유로(2101)에서 시점(2102)로부터 종점(2103)으로 냉각수가 흐르는 동안에 물이 유로외로 누출하지 않는다. 상술한 바와같이, 냉각수 순환계(2006)(도시하지 않음)가 냉각기구(2006)에 (중공의)로드를 개재해서 냉각수를 공급할 때에 미러(1Ob)는 필요에 따라서 냉각되고 있다.

또, 이하에서는 특히 명시하지는 않았지만, 광학계에 사용되고 있는 각 미러의 반사면에는, EUV광을 효율 좋게 반사하기 위한 반사다층막이 성막되어 있고, 필요에 따라서 미러는 열전도성이 높은 금속 등의 재료를 이용할 수 있다.

대략 평행한 광으로 변환된 EUV광(10')는, 복수의 반사형 원통면미러를 가지는 인티그레이터(11a)에 입사하고, 각 원통면에 의해 분할되어 발산하는 광이, 평면 미러(11b)와 회전포물면 미러(11c)에 의해 원호형상으로 집광되고, 이에 의해 원호 조리개(12)의 개구부에 균일한 광강도(光强度) 분포를 가지는 원호형상의 조명영역을 형성한다.

이하, 인티그레이터(11a)에 의해 원호영역을 균일하게 조명하는 원리에 대해 다른 도면을 이용해서 상세하게 설명한다.

도 3A는 복수의 볼록원통면을 가진 반사형 볼록원통면 인티그레이터(11a)에 평행광이 입사했을 경우의 모식적 사시도이며, 상기 대략 평행한 EUV광(10')는 도시한 방향으로 입사한다. 또 도 3B는, 도 3A와 같은 효과를 가지는 복수의 오목원통면을 가진 반사형 오목원통면 인티그레이터의 모식적 사시도이다. 도 1의 인티그레이터(11a)는, 도 3A에 도시한 바와 같이 반사형 볼록원통면 인티그레이터이지만, 도 3B에 도시한 바와 같은 반사형 오목원통면 인티그레이터, 또는 볼록 및 오목의 조합이어도 된다.

도 4는 반사형 볼록원통면 인티그레이터의 모식적 단면도, 도 5는 반사형 볼록원통면 인티그레이터의 원통면에서의 EUV광반사의 설명도, 도 6은 반사형 볼록원통면 인티그레이터의 원통면에서 반사한 EUV광의 각도분포도이다. 각 도면에서, (11a)는 반사형 볼록원통면 인티그레이터를 나타내고 있다.

도 3A에 도시한 바와 같이, 복수의 원통면을 가진 인티그레이터(11a)에 대략 평행한 EUV광 (11)이 입사하면, 이 인티그레이터의 표면근방에 2차광원이 형성됨과 동시에, 이 2차광원으로부터 방사되는 EUV광은 원추형상의 각도분포로 된다. 다음에 이 2차광원의 위치를 초점으로 하는 미러에서 상기 EUV광을 반사해서 반사마스크 또는 반사마스크와 공액인 면을 조명하는 것에 의해, 원호형상의 조명이 가능해진다.

복수의 원통면을 가진 반사형 인티그레이터의 작용을 설명하기 위해서, 1개의 원통면 미러에 평행광이 입사했을 경우의 반사광의 행동에 대해 도 5를 참조해서 설명한다. 지금 1개의 원통면에 그 중심축에 수직인 면에 대해서 θ의 각도로 평행광이 입사하는 경우를 생각한다.

평행한 입사광의 광선벡터를 P1 = (O, -cosθ, sinθ), 원통면형상의 반사면에서 법선벡터를 n = (-sinα, cosα, O)로 하면, 반사광의 광선벡터는

P2 = (-cosθ×sin2α, cosθ×cos2α, sinθ)

로 된다. 이 때 반사광의 광선벡터를 위상공간에서 플롯하면, 도 6에 나타낸 바와 같이 xy평면상에서 반경 cosθ의 원으로 된다. 즉, 반사광은 원추면형상의 발산광으로 되고, 이 원추면의 정점에 2차광원이 존재하게 된다. 이 인티그레이터(11a)의 원통면이 오목면이면, 이 2차광원은 반사면의 외부에 실상으로서 존재하고, 볼록면이면, 이 2차광원은 반사면의 내부에 허상으로서 존재하게 된다. 또 도 4에 나타낸 바와같이, 반사면이 원통면의 일부로 한정되어 있고, 그 중심각이 2Ø인 경우는, 도 6에 나타낸 바와 같이 반사광의 광선벡터 P2의 존재범위는 xy평면상에서 중심각 4Ø의 원호(601)로 된다.

다음에, 상술한 원통면 반사미러에 평행광이 입사해서 형성되는 2차광원의 위치 근방에 초점을 가지는, 촛점거리 f의 회전 포물면 미러와, 또 상기 반사미러로부터 거리 f만큼 떨어진 위치에 피조사면을 배치했을 경우를 생각한다. 2차광원에서 나온 광은 원추면형상의 발산광으로 되고, 촛점거리 f의 반사미러에서 반사된 후, 평행광으로 변환된다. 이 때의 반사광은 반경 f×cosθ이고, 중심각 4Ø의 원호형상 단면의 시트 빔이 된다. 따라서 도 6에 도시한 바와 같이, 피조사 면상의 반경 f×cosθ, 중심각 2Ø의 원호형상 영역(601)만이 조명된다.

지금까지는 1개의 원통면 미러에 대해 설명해 왔지만, 다음에, 다수의 원통면을 평행하게 넓은 면적에 배열한 인티그레이터(1la)에, 어느 광직경을 가지는 평행광(1O')가 도 1에 도시한 방향으로 입사했을 경우에 대해, 도 2를 이용해서 설명한다.

도 2에 있어서, (11a)는 상술한 인티그레이터, (11b)는 평면미러, (11c)는 회전 포물면 미러, (12)는 원호형상의 개구부를 가지는 원호조리개이다. 회전 포물면 미러(11c)는, 축(20lAX)를 중심 대칭축으로 하고, 점(202)를 초점으로 하는 포물면을, 축(201AX)를 회전축으로해서 회전시켜 형성되는 면의 일부를 반사면으로 하는 미러이며, 초점(202)과 미러면유효부 중심점(204)사이의 거리가 촛점거리 f로 된다. 또, 점(204)과 원호 조리개(12)사이의 거리는, 대략 촛점거리 f와 동일해지도록 설정되고 있다.

그리고 회전 포물면 미러(11c)는, 그 회전축(20lAX)가 인티그레이터(11a)의 반사면근방에, 반사면과 평행하게 배치되고, 또한 원통면과 정렬되도록 배치되어 있다. 도시된 바와 같이, 회전 포물면 미러(11c)상의 유효부 중심점(204)과 초점( 202)의 사이에는, 평면 미러(1lb)가 배치되어 있고, 미러(1lb)의 반사면에 대해서 촛점(202)에 대칭인 점(202')은 인티그레이터(1la)상의 반사면 유효부의 대략 중심위치에 배치할 수 있다. 즉, 위치(204)로부터 위치(202')까지의 광로길이는 촛점거리 f와 동일하다.

이러한 배치로 했을 경우, 위치(202')와 원호 조리개(12)는, 회전 포물면 미러(11b)로부터 촛점거리 f만큼 떨어진 관계, 또는 푸리에 변환면의 관계로 된다. 따라서, 대략 평행한 EUV광(10')은 도시된 바와 같이 인티그레이터(11a)에 입사했을 경우는 원호 조리개(12)의 개구부 근방에 집광된다.

이 때, 회전 포물면 미러(11c)에의 EUV광은 1차광선의 입사각 ε가 0°와 45°의 사이이고, 보다 구체적으로는 20˚로 낮다. 이에 의해 디포커스량이 원호슬릿(12)에의 집광시에 저하하고, 입사각이 큰 경우보다 원호 개구부 근방에서 집광효율이 향상한다. 이에 의해, 차단에 의한 광의 손실을 억제하고, 조명계의 효율을 향상시킬 수가 있다.

복수의 원통면을 평행하게 배열한 미러에서 반사된 광은 상기한 것과 동일한 각도 분포를 가지기 때문에, 인티그레이터(1la)에의 광 입사각을 ε로 하면, 원호 조리개(12)의 근방에는 반경 f×cosε의 원호형상 영역이 조명되게 된다. 또, 원호 조리개(12) 근방의 일점에 입사하는 광은, 복수의 원통면을 평행하게 배열한 반사경의 전체 조사영역으로부터 도달하기 때문에, 대략 평행한 EUV광(10')의 광직경을 D로 하면, 그 각도 범위 Y, 즉 집광 NA'는 γ= D/f로 된다.

이 때, 원호조명영역은, 인티그레이터(1la)상의 다수의 원통면이 광을 중첩시키기 때문에 균일한 광강도를 유지하고 있다. 즉, 이에 의해 효율적이고 균일한 원호조명을 달성할 수 있다.

여기서 도 1로 돌아가서, 본 실시예의 노광장치에 대해 설명한다. 동 도면에 있어서, 원호 조리개(12)의 개구부 근방에 형성된 원호조명영역은, 마스킹블레이드(13)에 의해 그 영역의 일부가 제한되고, 마스킹 결상계(14)는 원호조명영역을 소망의 배율로 확대 또는 축소한다. 그 결과, 마스크 스테이지(17)에 유지된 반사형 마스크(16)에, 소망의 입사각도로 원호조명영역을 형성하는 것에 의해 반사형 마스크(16)에 대해서 원호형상의 조명을 행한다. 또한 이 원호형상의 조명영역의 곡률 중심은, 투영광학계(18)의 광축(18AX)과 일치하고 있다.

이 원호형상으로 조명된 반사형 마스크(16)으로부터의 회로패턴정보를 가지는 EUV 반사광은, 투영광학계(18)에 의해 노광에 적합한 배율로, 감광재가 도포된 웨이퍼(19)에 투영되는 것에 의해 회로패턴의 노광이 행해진다.

상기 웨이퍼(19)는 웨이퍼 스테이지(20)에 고정되어 있고, 이 웨이퍼 스테이지(20)는 레이저간섭계(도시하지 않음)와 같은 거리 측정장비의 제어하에 지면상에서 상하, 전후로 평행이동하는 기능을 가진다. 전체면에서의 주사이동은, 투영광학계(18)의 배율을 M으로 하면, 예를 들면 반사형 마스크(16)을 지면에 평행한 방향으로 속도 v로 주사함과 동시에, 웨이퍼(19)를 지면에 평행한 방향으로 속도 v/M으로 동기주사하는 것을 필요로 한다.

상기 투영광학계(18)은 복수의 다층막 반사미러에 의해 구성되고, 축외의 가는 원호형상의 영역에서 양호한 결상성능을 가진다. 그리고 상기 투영광학계(18)는 반사형 마스크(16)상의 패턴을 웨이퍼(19)표면에 축소, 투영해서 상측(또는, 웨이퍼측) 텔레센트릭계를 형성하도록 구성되어 있다. 그리고 투영광학계(1008)는 물체측(또는 반사형 마스크측)을, 반사형 마스크(16)에 입사하는 조명광과의 물리적 간섭을 피하기 위해서, 비텔레센트릭한 구성으로 하고 있고, 예를 들면 본 실시예에 있어서는, 상측 주광선은 마스크(16)의 법선방향에 대해서 약 6°기울고 있다.

이하에서는, (1) 원호조명에 의한 스캔노광, (2) 원호 조리개(12)에 의한 불균일한 노광의 보정방법, (3) 마스킹 결상계의 구성에 대해서 순서대로 상세하게 설명한다.

도 7A 및 도 7B는, 각각 웨이퍼면에 있어서의 스캔노광 개시 및 종료상태를 나타내는 도면이다. 동 도면에 있어서, (701)은 웨이퍼 면상의 원호조명영역, (702)는 노광대상으로 되는 노광영역이다. 이 도면에서는, 노광영역(702)는 웨이퍼 스테이지의 구동시에 지면의 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하고, 원호조명영역(701)은 상대적으로 노광영역(702)를 주사하도록 구성되어 있다. 노광개시 및 종료의 단계에서 원호조명영역(701)이 노광영역(702) 이외의 부분을 조명하는 것을 방지하도록 마스킹 블레이드가 작용한다. 이것에 대해서는 후의 마스킹블레이드의 동작의 설명 부분에서 기술한다. 또한 상기한 바는 본 실시예에서의 주사방향에 대해서 상대적으로 역방향으로 주사해서 노광을 행하는 경우에 적용가능하다.

상기의 스캔 노광에 있어서, 원호 조리개(12)에 의해 불균일한 노광을 보정하는 방법에 대해서 설명한다. 동 도면에 있어서, (810)은 원호 조리개(12)의 슬릿(811)을 부분적으로 변경하기 위한 다수의 가동 에지부를 나타내고, (811)은 원호조명영역을 형성하기 위한 슬릿개구부, (812)는 상술한 인티그레이터 (11a)와 미러계(1lb) 및 (11c)에 의해 형성된 원호조명영역이며, 이 조명영역은 슬릿개구부(811)을 통과하는 광을 규정하고 있다.

여기서 스캔 노광에 의해, 반사형 마스크(16)의 회로패턴을 웨이퍼(19)에 축소해서 전사할 때에, 원호 슬릿내에 불균일한 광강도가 있으면, 불균일한 노광이 발생한다. 이 문제에 대한 하나의 해결방법은, 원호 슬릿내에서 광강도가 상대적으로 강한 부분의 슬릿폭만을, 가동 에지부(810)을 구동계(도시하지 않음)로 움직이는 것에 의해 좁게해서, 소망의 양만큼 스캔 노광의 광량을 감소시키는 것이다. 노광면의 전체 면에서 적산의 결과로써 균일한 강도로 노광하는 것이 가능해진다.

또 마스킹블레이드(13)은, 4매의 차광판(801), (802), (803), (804)에 의해 구성되어 있고, 상하의 차광판(803), (804)는, 원호 슬릿 개구부(811)에 있어서의 원호조명영역(812)의 양단에서 차광하는 것에 의해, 도 7A에 나타낸 노광영역(702)의 상하폭(스캔폭)을 결정하고 있다.

차광판(801) 및 (802)는 스캔 노광에 있어서 1쇼트(one-shot)의 노광개시로부터 종료까지의 사이에, 각각 좌우방향으로 이동해서 개구부를 개폐하는 것에 의해, 노광영역(702)의 좌우폭 또는(스캔 길이)을 결정하고 있다.

다음에, 도 1에 도시한 바와같이 마스킹 결상계(14)는, 상기 마스킹블레이드 (13)을 물체면, 반사형 마스크(16)(도면에서는 위치(102))를 상면으로 하고, 반사다층막으로 구성되는 결상광학계이다. 이 결상계는, 축(10A)을 거의 중심부에 배치한 물체측의 원호영역에 대해서 소망한 배율을 걸어서 투영광학계(18)에 대해서 적합한 원호조명영역을 형성하도록 결상하는 기능을 가진다. 결상면은 상측의 디포커스를 양호하게 보정하고, 상면에서의 스폿직경은 5mm이하, 바람직하게는 1mm이하가 되도록 설계되고 있다.

동 도면에 있어서, (14a), (14b), (14c), (14d)는 각각 중심축(10AX)를 회전 대칭축으로 하는, 오목면 또는 볼록면의 구면 또는 비구면으로 이루어진 미러이며, 본 실시예에 있어서는 (14a)로부터 차례로 凹凹凸凹의 형상으로 되어 있다. 또 마스킹결상계(14)의 동공면은 미러(14b)의 반사면근방에 있고, 여기에 개구 조리개(15)를 배치하고 있다. 이 개구 조리개(15)의 개구패턴을 바꾸는 것에 의해, 반사형 마스크측의 조명광의 수속각(또는, 소위 코히런스 팩터(coherencd factor))를 바꾸거나 변형조명을 한다.

평면미러(14e)가 도 1에서 도시한 마스킹 결상계(14)의 상측광(14')을 반사해서 반사형 마스크(16)를 향하게할 때에는 광(14')이 형성하는 원호조명영역의 원호의 방향은 반전하고, 또한 그 원호의 중심은 투영계(18)의 중심축(18AX)과 반사형 마스크 사이의 교점과 일치하고 있다. 그리고, 상기 광(14')의 주광선은 반사형 마스크의 반사면에 대해서 투영광학계(18)의 물체측 광(18')의 주광선과 일치하도록 배치되어 있다.

본 실시예의 조명장치를 사용하는 것에 의해, (1) 고효율이고, 또한 균일한 원호조명을 행해서 불균일한 광강도를 작게 하고, (2) 마스크 면상에서 촛점이 잘 맞는 원호조명을 실현하며, (3) 불균일한 광강도를 양호하게 보정하고, (4) 코히런스 팩터 σ의 변환이나 변형조명을 행한다.

따라서 본 실시예는, 노광장치에 적합한 조명광학계를 제공한다.

(제 2실시예)

다음에, 제 1실시예의 노광장치를 이용한 디바이스 제조방법의 실시예를 설명한다. 도 14는 디바이스(즉, IC나 LSI 등의 반도체 칩, LCD, CCD 등)의 제조를 설명하는 제조 플로우를 나타낸다. 여기에서는 반도체 칩의 제조를 예로해서 설명한다. 스텝 1(회로설계)에서는 반도체 디바이스의 회로설계를 행한다. 스텝 2(마스크 제작)에서는 설계한 회로패턴을 형성한 마스크를 제작한다. 스텝 3(웨이퍼 제조)에서는 실리콘 등의 재료를 이용해서 웨이퍼를 제조한다. 스텝 4(웨이퍼 프로세스)는 전공정으로 불리우고, 상기 마스크와 웨이퍼를 이용해서 포토리소그래피기술에 의해 웨이퍼상에 실제의 회로를 형성한다. 스텝 5(조립)는 후공정으로 불리우고, 스텝 4에서 작성된 웨이퍼를 이용해서 반도체칩화하는 공정이며, 어셈블리공정(예를 들면, 다이싱, 본딩), 패키징공정(칩 봉입) 등의 공정을 포함한다. 스텝 6 (검사)에서는 스텝 5에서 작성된 반도체 디바이스에 대해 동작 확인 테스트, 내구성 테스트 등의 검사를 행한다. 이들 공정을 거쳐서 반도체 디바이스가 완성되고 출하(스텝 7)된다.

도 15는 상기 웨이퍼 프로세스의 상세한 플로우를 나타낸다. 스텝 11(산화)에서는 웨이퍼의 표면을 산화시킨다. 스텝 12(CVD)에서는 웨이퍼의 표면상에 절연막을 형성한다. 스텝 13(전극형성)에서는 웨이퍼상에 전극을 증착 등에 의해 형성한다. 스텝 14(이온주입)에서는 웨이퍼에 이온을 주입한다. 스텝 15(레지스터 처리)에서는 웨이퍼상에 감광재를 도포한다. 스텝 16(노광)에서는 제 1실시예의 노광장치를 이용해서 마스크의 회로패턴을 웨이퍼에 노광한다. 스텝 17(현상)에서는 노광한 웨이퍼를 현상한다. 스텝 18(에칭)에서는 현상한 레지스터상 이외의 부분을 에칭한다. 스텝 19(레지스터 박리)에서는 에칭이 끝나 불필요해진 레지스트를 제거한다. 이들 스텝을 반복해서 행하는 것에 의해 웨이퍼상에 회로패턴이 형성된다.

본 실시예의 제조방법을 사용하는 것에 의해, 종래는 제조하기 어려웠던 고집적도의 디바이스를 제조하는 것이 가능하다.

또, 상술한 실시예는, 13.5nm의 EUV광을 이용하는 조명계에 대해 설명했지만, 본 발명은 그 외의 광, 예를 들면, 파장 10nm~200nm의 EUV 또는 E-선 영역의 광을 이용하는 다른 조명광학계에도 적용할 수가 있다. 또, 파장 20nm~50nm의 광에 대해서는 렌즈로서 초재를 사용할 수 없고, 광학계를 미러만으로 구성해야 하기 때문에, 상기 영역의 광을 이용하는 조명광학계에는 본 발명을 유효하게 적용할 수 있다.

본 발명의 명백히 다른 많은 실시예가 그 정신 및 범위로부터 일탈하지 않고 이루어질 수 있기 때문에, 본 발명은 청구범위에서 규정된 것을 제외하고 그 특정 실시예에 한정되는 것은 아니다.

상술한 바와같이 본 발명에 의하면 종래보다도 성능이 좋은 조명광학계를 제공할 수가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예의 개략도

도 2는 평행한 광이 입사하는 인티그레이터의 도면

도 3A는 복수의 볼록원통면을 가진 반사 인티그레이터의 개략도

도 3B는 복수의 오목원통면을 가진 반사 인티그레이터의 개략도

도 4는 인티그레이터의 단면형상을 나타내는 도면

도 5는 원통면에서 반사되는 광의 각도분포를 설명하는 도면

도 6은 원통면에서 반사된 광에 의해 형성되는 원호영역을 나타내는 도면

도 7A는 주사노광개시상태의 도면

도 7B는 주사노광종료상태의 도면

도 8은 가변원호조리개 및 마스킹 블레이드의 개략도

도 9는 평행변환광학계의 개략도

도 10은 냉각기구의 유로를 나타내는 도면

도 11은 종래기술의 예를 나타내는 도면

도 12는 종래 반사인티그레이터의 개략적 사시도

도 13은 종래의 조명영역 및 노광에 사용되는 원호영역의 도면

도 14는 다바이스(IC, LSI 등의 반도체칩, LCD, CCD 등)를 제조하는 방법을 설명하기 위한 플로우챠트

도 15는 도 14에 도시한 웨이퍼 프로세스의 스텝 4에 대한 상세한 플로우챠트

〈 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 〉

1: 여기레이저광 2: 플라즈마발광점

4: 집광미러 8: 진공용기

10a: 평행변환광학계 10b: 평행변환광학계

11a: 인티그레이터 12: 가변원호조리개

13: 마스킹 블레이드 14: 마스킹결상계

15: 개구 조리개 16: 반사형 마스크

17: 마스크 스테이지 18: 투영광학계

19: 웨이퍼 20: 웨이퍼 스테이지

21: 진공용기

Claims

피처리체의 면을 조명하는 조명광학계로써,

상기 조명광학계는, 광원부로부터의 광을 대략 평행한 광으로 변환하는 광학계를 구비하고, 상기 광학계는 제 1미러와 제 2미러를 가지며,

상기 제 1미러는 상기 제 2미러에 의해 반사된 광이 통과하는 개구부를 가진 것을 특징으로 하는 조명광학계.
제 1항에 있어서, 상기 광학계로부터의 광을 이용해서 복수의 2차광원을 형성하는 반사 인티그레이터와, 상기 복수의 2차광원으로부터의 광을 상기 피처리체의 면에 중첩시키는 미러계를 또 구비한 것을 특징으로 하는 조명광학계.
제 1항에 있어서, 상기 개구부는 상기 제 1미러의 중앙에 위치하는 것을 특징으로 하는 조명광학계.
제 1항에 있어서, 상기 개구부는 상기 광학계의 광로상에 있는 것을 특징으로 하는 조명광학계.
제 1항에 있어서, 상기 광원부는 집광미러를 가지고, 상기 개구부는 상기 집광미러의 광축상에 의치하는 것을 특징으로 하는 조명광학계.
제 1항에 있어서, 상기 제 1미러는 오목면 미러이며, 상기 제 2미러는 볼록면 미러인 것을 특징으로 하는 조명광학계.
제 2항에 있어서, 상기 인티그레이터는 복수의 볼록면 원통면, 복수의 오목면 원통면, 또는 그 조합의 반사면을 가진 것을 특징으로 하는 조명광학계.
제 1항에 있어서, 상기 제 1, 제 2미러는 냉각기구를 가지고, 이 냉각기구는 냉각수가 흐르는 유로를 가진 것을 특징으로 하는 조명광학계.
제 6항에 있어서, 상기 볼록면미러를 고정하는 2개 이상의 로드를 또 구비하고, 상기 로드중 적어도 2개는 냉각수가 흐르는 유로를 가진 것을 특징으로 하는 조명광학계.
제 2항에 있어서, 상기 미러계는 상기 2차광원으로부터의 광속을 집광해서 원호형상의 조명영역을 형성하는 원호형성 광학계를 가진 것을 특징으로 하는 조명광학계.
제 10항에 있어서, 상기 원호형성 광학계는 상기 인티그레이터의 반사면근방에 촛점을 가지는 곡면미러와 적어도 1개의 미러를 가지고, 상기 곡면미러에 입사하는 광의 각도는 45°이하인 것을 특징으로 하는 조명광학계.
제 11항에 있어서, 상기 곡면미러는 회전포물면 미러인 것을 특징으로 하는 조명광학계.
제 11항에 있어서, 상기 각도는 20˚이하인 것을 특징으로 하는 조명광학계.
제 10항에 있어서, 상기 미러계는, 상기 원호형상의 조명영역이 형성되는 표면 또는 표면 근방에 배치된 원호형상의 개구부를 가지는 원호 조리개와, 마스킹블레이드와, 상기 원호형상의 개구부를 소정의 배율로 확대 또는 축소하고, 상기 피처리체의 면에 원호형상의 개구부를 결상하는 마스킹 결상계를 가진 것을 것을 특징으로 하는 조명광학계.
제 1항에 있어서, 상기 광원부는 집광미러를 가지고, 상기 조명광학계는 또 상기 광원부의 집광미러의 집광점 근방에 배치된, 핀홀을 가지는 애퍼쳐를 가진 것을 특징으로 하는 조명광학계.
광원부로부터의 광을 대략 평행한 광으로 변환하고, 복수의 미러와 광축을 포함하는 광학계를 구비한 조명광학계로써,

상기 광원부는 집광미러를 가지고, 상기 광축은 집광미러의 광축과 일치하는 것을 특징으로 하는 조명광학계.
광원부로부터의 광을 대략 평행한 광으로 변환하고, 복수의 미러와 광축을 포함하는 광학계를 구비한 조명광학계로써, 상기 광원부의 발광점은 상기 광축상 또는 그 근방에 있는 것을 특징으로 하는 조명광학계.
패턴을 형성한 마스크를 조명하고, 광원부로부터의 광을 대략 평행한 광으로 변환하며 제 1미러와 제 2미러를 가진 광학계를 포함하는 조명광학계와, 마스크상의 패턴을 기판에 투영하는 투영광학계로 이루어지고,

상기 제 1미러는 상기 제 2미러에 의해 반사되는 광이 통과하는 개구부를 가진 것을 특징으로 하는 노광장치.
패턴을 형성한 마스크를 조명하고, 광원부로부터의 광을 대략 평행한 광으로 변환하며, 복수의 미러와 광축을 가진 광학계를 포함하는 조명광학계와, 마스크상의 패턴을 기판에 투영하는 투영광학계로 이루어지고,

상기 광원부는 집광미러를 가지고 상기 광축은 상기 집광미러의 광축과 일치하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
패턴을 형상하는 마스크를 조명하고, 광원부로부터의 광을 대략 평행한 광으로 변환하며, 복수의 미러와 광축을 가진 광학계를 포함하는 조명광학계와, 마스크상의 패턴을 기판에 투영하는 투영광학계로 이루어지고,

상기 광원부의 발광점은 광축상 또는 그 근방에 위치하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
노광장치를 이용해서 피처리체를 노광하는 공정과, 노광된 피처리체를 현상하는 공정을 구비한 디바이스제조방법으로써,

상기 노광장치는, 패턴을 형성한 마스크를 조명하고, 광원부로부터의 광을 대략 평행한 광으로 변환하며, 제 1미러와 제 2미러를 포함하고, 상기 제 1미러는 제 2미러에 의해 반사된 광이 통과하는 개구부를 가진 것을 특징으로하는 광학계를 포함하는 조명광학계와, 마스크상의 패턴을 기판에 투영하는 투영광학계로 이루어진 것을 특징으로 하는 노광장치.
노광장치를 이용해서 피처리체를 노광하는 공정과, 노광된 피처리체를 현상하는 공정으로 이루어진 디바이스 제조방법으로써,

상기 노광장치는, 패턴을 형성한 마스크를 조명하고, 광원부로부터의 광을 대략 평행한 광으로 변환하며, 복수의 미러와 광축을 포함하며, 상기 광원부는 집광미러를 가지고, 상기 광축은 집광미러의 광축과 일치하는 것을 특징으로 하는 광학계를 포함하는 조명광학계와, 마스크상의 패턴을 기판에 투영하는 투영광학계로 이루어진 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
노광장치를 이용해서 피처리체를 노광하는 공정과, 노광된 피처리체를 현상하는 공정으로 이루어진 디바이스 제조방법으로써,

상기 노광장치는, 패턴을 형성한 마스크를 조명하고, 광원부로부터의 광을 대략 평행한 광으로 변환하며, 복수의 미러와 광축을 포함하고, 상기 광원부의 발광점은 광축상 또는 그 근방에 있는 것을 특징으로 하는 광학계를 포함하는 조명광학계와, 마스크상의 패턴을 기판에 투영하는 투영광학계로 이루어진 것을 특징으로 하는 노광장치.