KR20060126682A - 마이크로리소그래픽 투사 노출 장치를 위한 조명 시스템 - Google Patents

마이크로리소그래픽 투사 노출 장치를 위한 조명 시스템 Download PDF

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KR20060126682A
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optical raster
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볼프강 징거
요하네스 반글러
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칼 짜이스 에스엠테 아게
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Abstract

마이크로리소그래픽 투사 노출 장치를 위한 조명 시스템은 제 1 평면(24)으로 또는 이에 근접하게 배치된 광원(14)과 제 1 광학 래스터 요소(18; 118; 218)를 가진다. 제 1 평면은 퓨리에 변환에 의해 조명 시스템(10)의 동공 평면(28)에 결합된다. 제 2 광학 래스터(30; 130; 230)요소는 동공 평면(28)에 또는 이에 근접하게 배치된다. 제 3 광학 래스터요소(36; 136; 236) 또한 퓨리에 변환에 의해 동공 평면(28)에 결합되는 제 2 평면(34)에 또는 이에 근접하게 배치된다. 회절 광학 요소일 수 있는 제 3 광학 래스터 요소(36; 136; 236)는 투사광 다발의 각도 분포를 변경하기 위해 부가적인 정도의 설계자유도를 도입한다.
마이크로리소그래픽 투사 노출 장치, 편광

Description

마이크로리소그래픽 투사 노출 장치를 위한 조명 시스템{ILLUMINATION SYSTEM FOR A MICROLITHOGRAPHIC PROJECTION EXPOSURE APPARATUS}
본 발명은 일반적으로 마이크로리소그래픽 투사 노출 장치를 위한 조명 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 조명 시스템에 의해 발생하는 투사 광의 각도 분포를 조정하기 위한 회절 또는 다른 래스터 광학 요소를 포함하는 조명 시스템에 관한 것이다.
마이크로리소그래피(또한 포토 리소그래피로 불림)는 집적 회로, 액정 디스플레이와 다른 마이크로구조 장치의 제작을 위한 기술이다. 특히, 마이크로리소그래피는 에칭공정과 관련하여 기질, 예를 들면 실리콘 웨이퍼 상에서 형성되는 박막 스택에서의 특징을 패턴화하기 위해 사용된다. 각 층의 제작시, 웨이퍼는 먼저, 극자외선(DUV) 빛과 같은 방사선을 감지하는 물질인 포토레지스트로 코팅된다. 다음에, 상부에 포토레지스트가 있는 웨이퍼는 스테이지 및 스캔 툴과 같은 투사 노출 장치의 레티클(마스크)을 통해 투사광에 노출된다. 레티클은 포토레지스트에 투사되는 회로 패턴을 포함한다. 노출 이후 포토레지스트는 레티클에 포함된 회로 패턴과 일치하는 이미지를 만들기 위해 현상된다. 그 후, 에칭 공정은 회로패턴을 웨이퍼상의 박막 스택으로 변환한다. 마지막으로, 포토레지스트가 제거된다.
투사 노출 장치는 통상 조명시스템, 투사 렌즈 및 포토레지스트로 코팅된 웨이퍼를 정렬하기 위한 웨이퍼 정렬스테이지를 포함한다. 조명 시스템은 L자 형상의 연장된 직사각형 슬릿을 가지는 조명 영역과 함께 레티클 영역을 조명한다. 마이크로구조 장치를 제작하기 위한 기술이 진보함에 따라, 조명시스템에 대한 요구도 증가하게 되었다. 예를들어, 균일한 조도를 가지는 조명영역과 더불어 레티클을 조명할 필요가 있다.
조명 시스템의 또 다른 중요한 특징은 레티클 위로 향하는 투사광 다발의 각도 분포를 조작하는 능력이다. 더 정교한 조명 시스템에서 레티클에 투사되는 패턴 종류에 투사광의 각도 분포를 적용시킬 수 있다. 예를 들어, 비교적 큰 크기 특징은 작은 크기 특징과 다른 각도 분포를 필요로 할 수 있다. 대부분 일반적으로 사용되는 투사광의 각도 분포는 종래의 각도 , 쌍극 및 4극 조명 세팅을 참조한다. 상기 용어는 조명 시스템의 동공 평면(pupil plane)내의 밀도 분포에 관련된다. 각도 조명 세팅과 함께 예를 들면 각도 영역이 동공 평면내에서만 조명되고, 따라서 투사광의 각도 분표내에 오직 작은 범위의 각도만이 존재하게 되어 모든 광빔이 유사한 각도로 레티클에 사선으로 충돌하게 된다.
레이저가 조명시스템에서 통상 광원으로 사용되기 때문에, 광원에 의해 방출된 투사광 다발은 보통 작은 단면과 낮은 발산을 가진다. 따라서 광 전도 값으로 불리는 기하광학 플럭스는 작다. 광 다발이 다른 굴절의 지수를 가지는 매체들 사이의 인터페이스를 가로지를 때, 기하 광학 플럭스가 바꾸지 않기 때문에 상기 기하 광학 플럭스는 렌즈와 같은 종래의 굴절 광학 요소로 교체될 수 없다. 그러므로 대부분의 조명 시스템은 요소의 각 지점에 대해 상기 지점을 통과하는 빛의 발산을 증가하는 광학 요소를 포함한다. 상기와 같은 특징을 가지는 것은 다음에서 일반적으로 광학 래스터 요소로 참조된다.
US 6 295 443호로부터 조명 시스템은 제 1 광학 래스터 요소가 조명 시스템내의 대물렌즈의 대상평면 내에 위치한다. 제 2 광학 래스터 요소는 대물렌즈의 출구 동공 평면에 배치된다. 상기 배치의 결과로, 제 1 광학 래스터 요소는 출구 동공 평면로의 밀도 분포를 결정하고, 따라서 빛의 각도 분포를 수정한다. 동시에 투사광의 기하 광학 플럭스가 증가한다. 제 2 광학 래스터 요소는 레티클 상의 조명되는 영역의 크기와 형상을 수정하고 또한 투사 광 다발의 기하 광학 플럭스를 증가시킨다. 줌 렌즈와 액시콘(Axicon) 렌즈 쌍은 동공 평면내의 밀도 분포를 수정하도록 하여 따라서 투사 광 다발의 각도 분포를 수정하도록 한다. EP 1 211 651 Al호에서는 레이저에 의해 방출된 투사광이 회절 요소를 통과하고, 제 1 플라이 아이 렌즈가 영역 평면에 위치하며 마지막으로 제 2 플라이 아이 렌즈가 동공 평면에 위치하는 조명 시스템이 공지되어 있다.
본 발명의 목적은 다양한 복수의 매개변수 및 특히 투사광 다발의 각도 분포의 세팅에 대한 증가된 유연성을 가지는 조명 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적은 광원, 퓨리에(Fourier) 변환에 의해 조명 시스템의 동공 평면에 결합되는 제 1 평면 내 또는 이에 근접하여 위치하는 제 1 광학 래스터 요소 및 동공평면 내 또는 이에 근접하게 위치하는 제 2 광학 래스터 요소를 포함하는 마이크로리소그래픽 투사 장치를 위한 조명 시스템으로 달성된다. 제 3 광학 래스터 요소는 퓨리에 변환에 의해 동공 평면에 결합되는 제 2 평면 내 또는 이에 근접하게 배치된다.
제 3 광학 래스터 요소는 따라서 조명 시스템의 영역 평면에 배치되고, 투사 광 다발의 각도 분포의 수정이 자유로운 새로운 설계를 도입한다. 또한 세 광학 래스터 요소가 있기 때문에, 기하 광학 플럭스는 두 단계 대신 세 단계로 증가된다. 이것은 만일 제 3 광학 래스터 요소 앞에서 광학 축을 따라 보여지는 경우 모든 광학 요소의 설계를 상당히 단순화한다. 이와는 별도로, 영역 평면내의 제 3 광학 래스터 요소는 조명 영역내의 각 지점d[ 대해 별도로 빛의 각도 분포를 수정하도록 한다. 이것은 다른 조명 세팅이 웨이퍼로 투사되는 레티클 상의 다른 영역에 적용될 수 있다는 것을 의미한다.
레티클에 충돌하는 광 다발의 결과적인 각도분포가 동공 평면내의 제 1 및 제 3 광 래스터 요소에 의해 발생되는 밀도 분포의 회선상태로 서술될 수 있기 때문에 각도 분포는 많은 점에서 개선될 수 있다. 예를 들면, 대부분의 광학 래스터 요소가 그들의 래스터 구조로 인해 균일하지 않고 분리된 분절형태로 동공 평면을 조명하기 때문에 간유리(frosted glass) 플레이트 또는 유사한 산란 플레이트 형태의 제 3 광학 래스터 요소가 동공평면내의 인접하는 조명된 분절사이에서 부드럽게 진행할 수 있다.
각 광학 래스터 요소는 비제한적인 예시로써 회절 구조의 이차원 배치, 굴절 마이크로 렌즈 층 또는 위상 단계나 그레이 톤 프레넬 렌즈 층으로 구성될 수 있다. 광학 래스터 요소의 가능한 형상에 대한 다른 예시는 참조로 본원에 통합되는 US 6 285 443호에 서술된다.
광학 래스터 요소는 제 1 평면, 동공 평면 및 제 2 평면에 각각 가능한 한 근접하게 배치되어야 한다. 그러나, 가끔 다른 광학 요소들이 상기 평면에 배치되거나 근접하게 배치되어야 한다. 따라서, 평면 내에서 광학 래스터 요소가 광축을 따라 이상적인 위치 밖으로 약간 이동할 필요가 있으나, 이상적인 위치로부터 약간 벗어나는 것이 광학 래스트 요소의 기능을 현저하게 악화시키지는 않는다. 광학 래스터 요소가 광학적 특성을 악화시키지 않느 s방법으로 이동할 수 있는 양은 조명 시스템의 특정 배치, 특히 조명시스템의 많은 구멍에 좌우된다.
제 1 광학 래스터 요소는 제 1 대물 렌즈의 대상 평면내에 또는 그에 근접하게 배치될 수 있고, 제 2 광학 래스터 요소는 제 1 대물 렌즈의 출구 동공 평면 내 또는 그에 근접하게 위치될 수 있다. 제 2 광학 래스터 요소는 그 후 제 2 대물 렌즈의 입사 동공 평면내 또는 그에 근접하게 위치될 수 있고 제 3 광학 래스터 요소는 제 2 대물 렌즈의 이미지 평면 내 또는 그에 근접하게 위치될 수 있다. 상기 용어 "대물 렌즈"는 단일 광학 요소 또는 이미징 광학 시스템을 구성하는 광학 요소의 조합을 나타내도록 문맥에서 사용된다.
제 1 대물 렌즈는 제 광학 래스터 요소에 의해 생성된 동공 평면내의 밀도 분포의 크기를 바꾸기 위한 광학 줌 유닛을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대신에, 상기 제 1 대물 렌즈는 원형 조명 세팅을 발생하기 위해 특히 유용한 한 쌍의 액시콘 렌즈를 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 제 1 또는 제 3 래스터 요소를 교대로 고정하기 위해 홀더가 제공될 수 있다. 이것은 래스터 요소를 쉽게 교환하도록 하고 따라서 투사광 다발의 각도 분포를 수정하도록 한다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 제 3 광학 래스터 요소가 복수의 광학 하부요소, 예를 들어 래스터 요소의 영역에 비균일한 분포를 가지는 회절 구조를 포함한다. 상기와 같이 영역 평면내 또는 그에 근접하게 위치하는 광학 래스터 요소는 레티클상의 조명되는 영역내의 각 지점에 대해 개별적으로 의도하는 각도 분포를 조절하도록 한다. 단계 및 스캔 투사 노출 장치에서 제 3 광학 래스터 요소는 제 3 광학 래스터 요소가 위치하는 영역 평면내의 지점들과 레티클상의 상응하는 지점들사이의 상호관계를 유지하기 위해 레티클과 함께 동시에 이동하여야 한다.
제 3 광학 래스터 요소는 동공 평면이 단일 구역에 의해 오직 부분적으로만 조명되도록, 회절광이 각각 적용되는 복수의 연속되는 회절 영역을 포함하는 회절 광학 요소일 수 있다. 상기 구역으로 조명되는 동공 평면내의 영역은 중첩되지 않는 것이 바람직하다. 제 3 광학 래스터 요소가 움직이지 않으나 레티클의 스캔 운동시 고정되면, 레티클 상의 지점은 다른 각도 분포를 가지는 투사광에 의해 연속적으로 조명된다. 정확성을 위해, 스캔 방향내의 구역의 연장이 제 3 광학 래스터 영역이 위치하는 영역 평면내의 조명영역보다 작은 경우, 그후 둘이상의 다른 구역이 레티클의 조명에 기여하는 영역보다 작다. 적어도 두 구역이 다른 각도 분포를 가지는 투사광을 발생하는 경우 레티클의 각 지점은 상기 각도 분포와 다른 투사광에 연속적으로 노출된다. 참고문헌으로 통합된 US 5 920 380호에 으로부터 유사한 개념이 공개되어 있다.
제 3 광학 래스터 요소의 구역은 투사 노출 장치의 스캔 방향에 수직으로 배치된 세로 축을 가지는 긴 직사각형 형태를 가지는 것이 바람직하다. 빛이 구역에 의해 회절되는 회절 각은 스캔 방향과 평행한 방향을 따라 증가할 수 있다.
제 3 광학 래스터 요소가 조명되는 영역위로 연장되고 배치되어 스캔 방향을 따라 실질적으로 움직일 수 있다면 상기 실시예는 더 개선될 수 있다. 스캔 방향을 따라 제 3 광학 래스터 요소를 움직임으로써 레티클에 따른 각도 분포는 준 연속적(quasi continuously)으로 수정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 편광 조작기(polarization manipulator)가 제 3 광학 래스터 요소에 부근에 인접하여 위치된다. 이것은 투사광 다발의 편광 상태를 조작하도록 한다. 상기 편광 조작기는 예를들어 파장판(waveplate)과 같은 선형 편광자 또는 편광 회전장치일 수 있다.
바람직한 실시예에서, 편광 조작기는 제 3 광학 래스터 요소 바로 앞에 위치한다. 이것은 투사광이 제 3 광학 래스터 요소로 들어가기 전에 의도하는 편광 상태를 가지는 장점이 있다. 따라서 편광 조작기에 의해 생성된 편광 상태를 광학 래스터 요소의 특징에 적용시킬 수 있다. 예를 들면, 제 3 광학 래스터 요소가 선형 회절 격자라면, 편광 상태는 편광 조작기를 통과하는 투사광이 그후 그루브의 격자 방향을 따라 선형으로 편광되도록 조작될 수 있다. 이것은 차례로 투사광 다발의 접선 편광(tangential polarizationngen)을 초래한다. 접선 편광은 포토레지스트상의 콘트라스트를 개선하기 때문에 특히 바람직하게 발견된다.
만일 편광 조작기 위로 충돌하는 투사광의 편광 상태가 선형이면, 편광 조작기는 의도하는 편광 방향을 회전하는 파장판과 같은 편광 회전 장치로 달성될 수 있다. 이것은 편광 조작기 내에서 어떠한 빛도 손실되지 않는 장점을 가진다. 투사광이 안전히 또는 부분적으로 비편광이 되면, 편광 조작기는 선형 편광자로 달성될 수 있다.
제 3 광학 래스터 요소가 래스터 요소의 영역 위로 비균일한 분포를 가지는 복수의 광학적 부요소(subelements)를 포함하면, 실제로 변하는 편광 조작특성 예를들어 선택된 편광을 가지는 빛만을 전달하거나 편광방향을 회전시키는 능력을 가지는 편광 조작기를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 편광 조작기는 따라서 제 3 광학 래스터 요소에 국지적으로 적용될 수 있다. 본 발명은 도면을 참조로 하기에 더욱 상세히 서술된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 다른 조명 시스템의 경선 단면도.
도 2는 동공 평면내의 두 밀도 분포의 회선상태.
도 3은 동공 평면 내의 두 다른 밀도 분포의 회선상태.
도 4는 도 1과 유사한 본 발명의 제 2 실시예에 다른 조명 시스템의 부분.
도 5는 도 4에 도시된 조명 시스템의 영역 평면내에 위치되는 회절 광학 요소의 개략적 평면도.
도 6은 도 1과 유사한 본 발명의 제 3 실시예에 따른 조명 시스템의 부분.
도 7은 도 6에 도시된 조명 시스템의 영역 평면내에 위치되는 회절 광학 요소의 부분 확대도.
도 8은 도 7에 도시된 조명 시스템에 의해 조명되는 레티클을 가진 단계 스캔 기구의 분해 사시도.
도 9는 스캔 방향에 수직인 방향의 회절 조명 각도 분포를 초래하는 도 7에 도시된 회절 광학 요소의 선택적인 실시예.
도 10은 도 8에 도시된 기구와 유사하나 도 9에 도시된 회절 광학 요소를 가지는 단계 스캔 기구의 분해 사시도.
도 1은 투사 노출 장치에서 사용되는 본 발명에 따른 조명 시스템의 경선 단면도이다. 명료성을 위해, 도 1은 상당히 단순화되며, 실제 크기가 아니다. 참조 번호 10으로 표시된 조명 시스템은 도시된 실시예에서 엑시머 레이저(14)로 달성된 광원을 포함한다. 엑시머 레이저(14)는 극자외선 스펙트럼(DUV)범위의 파장을 가지는 투사광을 방출한다. 레이저(14)의 출구 패싯으로부터 나타나는 투사광은 작은 단면과 낮은 분기를 가지는 결맞는(coherent) 광 다발을 형성한다. 따라서 광 다발의 기하 광학 플럭스는 레이저(14)에 의해 발출됨에 따라 작다.
광 다발은 그 후 광 다발이 퍼지는 광선 전개 장치(16)로 들어간다. 도 1에서, 상기 전개는 광 다발의 광선(17)으로 나타난다. 광선(18)이 굴절 인터페이스에서 전환되기 때문에, 광 다발의 단면은 다발의 기하 광학 플럭스를 바꾸지 않고 증가된다.
이것은 기하 광학 플럭스가 다른 굴절 지수를 가지는 광 매체사이의 인터페이스에서 굴절되는 광 다발의 양이 변하지 않는다는 사실 때문이다. 빔 전개 유 닛(16)을 통과한 후 투사광 다발은 도시된 실시예에서 굴절 광학 요소(18)인 제 1 광학 래스터 요소에 충돌한다. 제 1 회절 광학 요소(18)는 분기가 도입되도록 각 충동하는 광선을 편향하는 하나 이상의 회절 격자를 포함한다. 도 1에서 이것은 두 분기하는 광선(20, 22)으로 나누어지는 축상 광선에 대해 개략적으로 도시된다.
제 1 회절 광학 요소(18)는 따라서 투사 광 다발의 각도 분포를 수정하고 또한 그 기하 광학 플럭스를 확장한다. 이 목적에 알맞은 상기와 같은 종류의 회절 광학 요소가 종래에 예를들어 US 6 285 443호와 같이 알려져 있기 때문에, 제 1 회절 광학 요소는 하기에 더 상세히 설명되지 않는다.
제 1 회절 광학 요소(18)는 또한 예를들어 마이크로 렌즈가 프레넬 구역 플레이트로 형성되는 마이크로 렌즈 층과 같은 다른 종류의 광학 래스터 요소로 교체될 수 있다. 상기 목적에 적합한 광학 래스터 요소의 다른 예시는 상술한 US 6 285 443호에서 주어진다. 제 1 회절 광학 요소(18)는 단일 포지티브 렌즈로 도 1에 나타난 제 1 대물 렌즈(26)의 대상 평면에 위치된다. 참조 번호 28은 제 1 대물렌즈(26)의 출구 동공 평면을 나타낸다. 만일 제 1 회절 광학 요소가 존재하지 않으면, 광선(18)은 동공 평면(28)내의 조명 시스템(10)의 광학 축(29)을 가로지르는 주 광선이 된다. 도 1에서 상기와 같은 가상 광선이 점선(31)으로 표시된다. 제 2 회절 광학 요소(30)는 제 1 대물 렌즈(26)의 동공 평면(28)에 배치된다. 제 2 회절 광학 요소(30)는 다시 각 지점을 위한 분기를 도입하고 따라서 투사 광 다발의 기하 광학 플럭스를 두 번째로 확장한다. 다시, 회절 광학 요소(30)는 상술한 바와 같은 종류의 광학 래스터 요소일 수 있다. 제 2 회절 광학 요소(30)에 의해 도입된 분기는 도1에서 충돌하는 광선(20, 22)를 위한 분기 광선(20a, 20b, 22a)으로 개략적으로 표시된다.
분기하는 광선(20a, 20b 및 22a, 22b)은 단일 콘덴서 렌즈(32)로 도 1에 도시된 제 2 대물 렌즈(32)로 들어온다. 제 2 대물 렌즈(32)는 그 입구 동공 평면이 제 1 대물 렌즈(26)의 출구 동공 평면(28)과 일치하도록 하기 위해 조명 시스템(10) 내에 배치된다. 제 2 대물렌즈(32)의 이미지 평면(34)은 제 3 회절 광학 요소(36)와 레티클 마스킹(REMA) 유닛(38)이 위치되는 영역 평면이다. 제 3 회절 광학 요소(36)는 다시 추가적인 분기를 도입하고, 따라서 투사광 다발의 기하 광학 플럭스를 증가시킨다.
상기 레티클 마스킹 유닛(38)은 두 쌍의 대향된 블레이드를 포함한다. 상기 블레이드는 투사광 다발이 최종적으로 통과하는 레티클(40)상의 조명되는 영역의 형상을 결정하는 구멍 스톱을 형성한다. 이 때문에, 제 2 대물렌즈의 이미지 평면(34)과 일치하는 대상 평면을 가지는 제 2 대물렌즈(42)는 조명 시스템의 광학 축(29)을 따라 배치된다. 또한 REMA 대물 렌즈로 불리는 제 3 대물 렌즈(42)의 이미지 평면(46)에, 상기 레티클(40)이 배치된다.
기하 광학 플럭스가 비교적 작은 정도로 제 1 회절 광학 요소(18)에 의해 증가되기 때문에, 제 1 대물렌즈(26)가 예를들어 매우 큰 직경을 가지는 비구면 렌즈 또는 렌즈를 통합할 필요없이 매우 단순한 방법으로 설계될 수 있다. 상기 이유 때문에, 제 1 대물 렌즈(32)를 나타내는 렌즈는 제 2 대물렌즈를 나타내는 렌즈보다 작게 도시되었다. 그러나, 또한 제 2 대물 렌즈(32)는 최대 기하 광학 플럭스가 제 3 회절 광학 요소(36) 뒤에서만 달성될 수 있기 때문에 적당한 비용으로 달성될 수 있다.
조명 시스템의 기능은 다음에서 제 1 및 제 2 회절 광학 요소(18, 36)에 의해 각각 발생하는 동공 평면내의 두 밀도 분포의 회선을 도시하는 도 2를 참조로 더욱 상세히 설명된다. 도 2에서 동공 평면(28)은 빛이 동공 평면(28)으로 진행하지 않는 영역내에 점선이 그어진 디스크로 도시된다. 제 1 회절 광학 요소(18)는 단지 작은 원형 영역(48)이 동공 평면(28)내에 조명되는 방법으로 구성된다. 이미지 평면(34)이 동공 평면(28)에 퓨리에 변환에 의해 결합되기 때문에, 특정 입사각으로 이미지 평면에 입사하는 모든 광선은 광학축(29)으로부터 동일한 방사상 거리로 동공 평면(28)을 가로지른다. 따라서, 동공 평면(28)의 밀도 분포는 투사광 다발이 제 3 회절 광학 요소(36)에 부딪치기 전에 이미지 평면(34)내의 투사 광 다발의 각도 분포를 결정한다.
제 1 및 제 2 대물렌즈(42)는 기하 광학 플럭스를 바꾸지 않기 때문에, 투사 광 다발의 각도 분포는 퓨리에 변환에 의해 동공 평면(28)에 결합되는 평면에 또는 이에 근접하게 배치된 제 1 및 제 3 회절 광학 요소(18, 36)에 의해서만 결정된다. 동공 평면(28)에 배치된 제 2 회절 광학 요소는 각도 분포를 바꾸지 않으나, 차례로 이미지 평면(34)내 및 이에따른 레티클(40)상의 투사광 다발의 공간적 분포를 결정한다.
수학적으로, 투사광 다발의 각도 분포에 대한 제 1 및 제 3 광학요소의 분포는 각 회절 광학 요소(18, 36)에 의해 발생되는 동공 평면내의 밀도 분포의 회선으 로 서술될 수 있다. 도 1 및 2에 도시된 실시예에서, 제 1 회절 광학 요소(36)는 동공 평면내에 센터링된 단일 원형 스팟으로 충돌하는 평행 광의 다발이 향하는 방법으로 결합된다. 제 3 회절 광학 요소(36)는 충돌하는 평행 광의 다발이 가상 동공 평면(28')위로 분포된 작은 내게의 스팟(48')으로 향하는 방법으로 구성된다고 가정한다.
제 1 및 제 3 회절 광학 요소(18, 36) 둘 다에 의해 조명되는 동공 평면내의 밀도 분포를 결정하기 위해, 동공 평면(28, 28')내의 밀도 분포는 기호 52로 도 2에 표시되는 바와 같이 회선되어야 한다. 회선의 결과는 도 2에서 각 스팟(48")이 동공 평면(28)내에 조명되는 영역의 크기를 가지는 동공 평면(28')내의 스팟(48')과 다르게 네 개의 스팟(48")이 조명되는 동공 평면(28")을 도시하는 우측면에 도시된다. 그 결과, 제 3 회절 광학 요소(36)로부터 나오는 투사 광 다발은 도 2의 우측면에 도시되는 밀도 분포에 의해 결합된 동공평면(28")에서 나타날 수 있는 각도 분포를 가진다. 상기 특별한 밀도 분포는 통상 4중극 조명으로 불린다. 퓨리에 변환에 의해 동공 평면(28)에 결합되는 평면에 두 회절 광학 요소(18, 36)를 제공함에 따라 투사 광 다발을 위해 매우 다양한 다른 각도 분포를 발생할 수 있다.
도 3에 도시된 실시예에 서, 회절 광학 요소(18, 36)는 도 2에 도시된 실시예와 다른 방법으로 형성된다. 제 1 회절 광학 요소(18)는 동공 평면(28)에서 도 2에 도시된 영역(48)에 비해 더 큰 직경을 가지는 영역(148)을 조명한다. 또한, 영역(148)은 균일하게 조명되지 않으나 격자와 같은 방법으로 배치되는 복수의 부 영역(149)에 의해 구성된다. 상기 부 영역(149)은 약간 이격되어 상기 영역(148)이 투사광으로 조명되지 않는 격자를 포함한다. 상기 영역(148)내의 비조명된 부분의 격자는 의도하는 효과가 있는 레티클(40)에 충돌하는 투사광 다발내의 조명 각도를 벗어나는 곳에 해당한다. 격자의 형태는 단순성을 위해 도 3에서 과장되어 도시되며 실제로는 부영역(149)과 조명되지 않는 격자의 형태가 다를 수 있다. 일반적으로 상기 형태는 대물렌즈 평면(24)에 배치된 래스터 요소의 종류에 좌우된다.
도 3에 도시된 실시예에서, 제 3 회절 광학 요소(36)는 작은 산란 각도 범위 내의 임의의 방향에서 충돌하는 빛을 산란하는 산란판의 형태로 래스터 요소로 교체된다. 따라서, 작은 스팟(148')은 가상 동공 평면(128')내의 투사광으로 거의 균일하게 채워진다. 동공 평면(28, 28')내의 두 밀도 분포의 회선에 따라 동공 평면(28)내의 영역(148)의 형상을 가지는 영역(148'")이 산란판에 의해 산란되는 투사광으로 조명되는 밀도 분포가 발생한다.
도 4는 도 1과 유사한 조명 시스템의 다른 실시예이나 레이저(14), 제 3 대물렌즈(42) 및 레티클(40)을 가지지 않는다. 전체적으로 참조번호 100으로 표시되는 조명시스템의 실시예에서, 제 1 및 제 3 회절 광학 요소(118, 136)는 다른 광학 래스터 요소로 회절 광학 요소(118, 136)를 쉽게 교체하도록 하는 홀더(50, 52)내에 각각 수용된다. 따라서, 간단히 하나 또는 두 개의 상기 요소를 교체함으로써 투사광의 각도 분포를 변경할 수 있다.
또한, 조명 시스템(100)은 종래의 줌 유닛(54)을 포함하는 제 1 및 제 2 회절 광학 요소(118, 130)사이에 제 1 대물렌즈(126)를 포함한다. 화살표 56으로 표시된 방향을 따라 줌 유닛(54)의 하나 또는 그 이상의 렌즈를 움직임으로써 동공 평면(28)내에 조명되는 영역의 크기를 바꿀 수 있다. 이것은 투사 광 다발의 각도 분포를 조작하는데 부가적인 자유도를 도입한다.
제 3 회절 광학 요소(136)는 각각 다른 회절 격자를 포함하는 5개의 구역(58a, 58b, 58c, 58d, 58e)을 포함한다. 상기 구역(58a-58e)은 도 5에서 평면도로 도시된다. 제 3 회절 광학 요소(136)가 제 3 대물렌즈(42)에 의해 36이 레티클(40)에 상을 이루기 때문에 회절 광학 요소(136)상의 각 지점은 레티클(40)상의 한 지점에 정확하게 일치한다. 물론, 이 것은 레티클(40)이 노출되는 동안 움직이지 않는 스테퍼 도구내에서만 유효하다. 스텝 및 스캔 도구의 경우, 제 3 회절 광학 요소(136)는 한편으로 제 3 회절 광학 요소(136)상의 지점들과 다른 한편으로 레티클(40)상의 지점들 사이에서 상호관계를 유지시키기 위해 평면(34)내에서 동시에 움직여야 한다.
다른 구역(58a-58e)이 다른 각도 분포를 생성하는 경우, 레티클(40)상의 특정 지점에 충돌하는 투사광의 각도 분포는 영역 평면(34)내의 해당 지점이 위치하는 구역에 좌우된다. 제 3 회절 광학 요소(136)는 따라서 레티클(40)상의 각 지점에 대해 선택적으로 투사광의 각도 분포를 조작하도록 한다. 이것은 레티클(40)에 포함되는 패턴이 다른 크기의 구조 영역을 포함하는 경우 특히 유용할 수 있다. 제 3 회절 광학 요소(136)상의 구역(58a-58e)을 정의함으로써, 레티클상의 다르게 패턴화된 영역에 대해 개별적으로 최적화된 각도 분포를 가지는 투사광 다발을 발생할 수 있다.
도 6은 참조번호 200으로 전체적으로 표시되는 조명 시스템의 다른 실시예를 도시한다. 제 1 및 제 2 회절 광학 요소(218, 230) 사이의 제 1 대물 렌즈(226)는 줌 유닛(254)을 포함하고, 또한 광학 축(29) 방향으로 이격된 한 쌍의 액시콘(axicon) 렌즈 또는 프리즘은 광학 축(29)을 따라 하나 또는 두 액시콘 렌즈를 움직임으로써 교체될 수 있다.(화살표 62 참조) 액시콘 렌즈 쌍(60)은 특히 동공 렌즈(28)내의 원형 밀도 분포를 발생시키는데 절절하다. 상기와 같은 액시콘 렌즈는 빛의 각도 분포를 변경하기 위해 종래에 공지되어 있기 때문에, 액시콘 렌즈 쌍(60)은 하기에 상세히 설명되지 않는다.
제 2 대물 렌즈(32)의 이미지 평면(34)에서, 제 3 회절 광학 요소(236)는 다른 방향으로 들어오는 빛을 회절하는 회절 격자를 각각 포함하는 구역(641, 642,..., 64n)을 포함도록 배치된다. 명료성을 위하여, 오직 5개의 구역(641-645)만이 도 6에 도시된다. 다른 광학 요소(236)는 상당히 더 많은 구역 예를들어 수백개의 구역을 포함할 수 있다. 유사한 회절 광학 요소에 대한 그 이상의 상세한 설명은 참조로 통합된 US 5 920 380호에 서술되어 있다.
도 7은 구역(641-64n)의 형상과 배치를 도시하는 제 3 회절 광학 요소(236)의 평면도이다. 구역(641-64n)은 각각 다른 회절 격자를 포함하는 연장된 직사각형 스트라이프 형태를 가진다. 구역(641-64n)은 레티클(40)이 제 3 대물렌즈(42)의 이미지 평면 내의 스테이지위로 이동하는 스캔 방향에 수직하게 인접한 구역의 세로 측면이 경사지는 방법으로 배치된다. 스캔 방향은 도 6 및 7에서 화살표 66으로 표시된다. 각 구역(641-64n)내에 포함된 회절 격자는 회절각이 스캔 방향(66)을 따라 0°에서 최대 편향각 αmax까지 증가하도록 형성된다. 도 7에서 상기 회절 격자의 특징은 각 구역(641-64n) 내에서 다른 해칭선으로 표시된다. 도 6에서 상기 특징은 다른 각도에서 구역(641-645)에서 나오는 광선(661-665) 쌍으로 표시된다.
도 6의 단순화된 표시에서, 투사광 다발은 오직 세 인접 구역(641, 642, 643)만을 가로지른다. 레티클(40)이 제 3 대물렌즈(42)의 이미지 평면(46)에 고정된다고 가정하면, 다른 각도 분포를 가진 투사광이 충돌하는 레티클(40)에 세 다른 영역이 있게된다. 따라서, 도 4에 도시된 조명 시스템을 참조하기 전에 설명된 것과 유사한 상황이 된다.
그러나 레티클(40)과 제 3 회절 요소(236)사이의 관련 운동이 스캔 방향(66)을 따라 존재한다면, 레티클(40)위의 각 지점은 다른 각도 분포를 가지는 투사광에 연속적으로 노출된다. 이것은 레티클(40)에 포함되는 패턴이 포토레지스트로 커버되는 웨이퍼(69) 위에 투사 렌즈(68)로 상을 이루는 방법에 대한 개략적인 사시도인 도 8에 도시된다. 레티클(40)이 스캔 방향(66)을 따라 옮겨지는 동안, 직사각형 슬릿 형태의 조명 필드(70)는 레티클(40)상의 패턴화된 영역(72)을 스캔한다. 필드(70)를 조명하는 투사 광 다발이 제 3 회절 광학 요소(236)의 세 다른 구역을 가로지르기 때문에, 충돌하는 투사광(25)의 각도 분포에 대해서 다른 조명된 필드(70)내에 상응하는 수의 구역이 존재한다.
도 8에서 이것은 도 6에 도시된 광선(661-663)에 해당하는 광선(661'663')로 표시된다. 레티클(40)이 스캔 방향(66)을 따라 옮겨지는 동안 패턴화된 영역(72)내의 각 지점은 다른 각도 분포를 가지는 투사광에 연속적으로 노출된다. 결과적으로, 다른 각도 분포는 스캔 과정동안 시간 스케일에서 통합되어 패턴화된 영역(72) 의 각 지점에는 제 3 회절 광학 요소(236)의 구역(641-643)에 의해 발생되는 모든 각도 분포의 투사광이 지나간다.
도 6에 도시된 바에 따라, 제 3 회절 광학 요소(236)의 스캔 방향(66) 연장은 상기 방향의 투사 광 다발의 연장보다 상당히 크다. 제 3 회절 광학 요소(236)를 스캔 방향(66)을 제거함으로써, 투사 광 다발이 제 3 회절 광학 요소(236)의 다른 섹션을 통과할 수 있다. 예를 들어, 제 3 회절 광학 요소(236)가 도 6에서 하부로 옮겨지면, 더 큰 회절 각을 이루게되는 다른 격자를 포함하는 구역(644, 645)이 조명된 필드로 연속적으로 이동된다. 동시에 구역(641, 642)은 조명된 필드로부터 제거된다.
스캔 방향(66)으로 제 3 회절 광학 요소(236)를 이동함으로써 노출하는 동안 패턴화된 영역(72)상의 각지점에 충돌하는 투사광의 결과적인 각도 분포를 준연속적으로 바꿀 수 있다. 구역(641-64n)내의 회절 격자의 회절 각도가 상술한 바와 같이 연속적으로 증가한다면, 0°와 αmax사이의 조명각도가 존재하는 종래의 세팅으로부터 α1≠0와 α2사이의 값만이 존재하는 원형 조명세팅으로 바꿀 수 있다. 액시콘 렌즈 쌍(60)은 그후 필요없게 될 수 있다. 인접하는 구역의 회절각사이의 차이가 더 작을수록 스캔 방향(66)내의 제 3 회절 광학 요소(236)를 움직임으로써 달성될 수 있는 다른 조명 세팅사이의 이행이 더 연속적이다. 구역(641-64n)이 다른 순서로 즉 연속적으로 증가하는 회절 각도를 가지지 않고 스캔 방향(66)을 따라 배치되면, 종래 및 원형 세팅과는 다른 조명 세팅사이의 준 연속적인 이행이 달성될 수 있다.
선택적으로 파장판(74)이 제 3 회절 광학 요소(236) 앞에서 즉시 배치될 수 있다. 파장판(74)은 구역(641-64n)내에 포함된 회절 격자에 충돌하는 투사광이 격자의 그루브의 세로방향을 따라 선형으로 극성화되는 방법으로 형성된다. 레이저(14)가 선형으로 극성화된 빛을 방출하기 때문에, 상술한 조건이 충족되도록 편광 방향을 회전시키는데 충분하다. 투사광이 선형으로 극성화되지 않고 완전히 또는 부분적으로 비극성화되면 예를들어 파장판(74)은 선형 편광기로 교체되어야 한다.
상기 상태는 레티클(40)을 지나 결국 포토레지스트에서 모이는 투사광이 편광되는 투사광의 접선 편광(tangential polarizationngen)을 초래하여 모드 광선에 대해 입사각과 방위각(azimuth angle)에 관계없이 상기 빛이 입사평면에 수직하게 편광되도록 한다.(s-편광). 따라서, 접선편광이 투사 렌즈의 이미지 평면내의 완전한 구성 및 파괴 간섭을 가능하게 하기 때문에 콘트라스트가 개선된다.
구역(641-64n)의 회절 격자 내의 그루브의 방향이 다르면, 제 3 회절 광학 요소(236)에 충돌하는 투사광의 편광상태는 이에따라 조작되어야 한다. 따라서 파장판(54)은 다른 각도로 편광상태를 회전해야될 수 있다. 이것은 그 영역을 가로지르는 다양한 두께를 가지는 파장판(740을 제공함으로서 달성될 수 있다. 따라서, 제 3 편광 광학 요소(236) 앞에 파장판(74) 또는 다른 편광 조작기를 공급하는 것은 편광 상태가 조명 각도에 좌우되는 투사광을 생성하도록 한다. 이것은 특히 레티클이 예를들어 지원 특성 또는 위상 목적과 같은 매우 복잡한 패턴을 포함하는 경우 바람직하다. 또한 상기 레티클에서 회절로 유발되는 의도하지 않은 편광 의존 효과가 방지될 수 있다.
도 9는 도 7에 도시된 것과 유사하고 도 6 및 8의 조명 시스템(200)에서 사용될 수 있는 제 3 회절 광학 요소를 위한 선택적인 실시예를 도시한다. 도 7의 제 3 회절 광학 요소(236)와는 대조적으로 도 9의 제 3 회절 광학 요소(336)는 각각 참조번호 641a-64na 및 641b-64nb로 표시된 회절 구역의 하나 뿐만 아니라 두 열을 포함한다. 양쪽 열은 스캔 운동 동안 스캔 방향(66) 평행하게 정렬되고 투사광의 다른 통합 각도 분포를 생성한다. 따라서 도 8에 상응하는 도 10에 도시된 바에 따라, 웨이퍼(69) 위의 노출된 영역은 이들이 스캔 이동 동안 완전하게 노출되는 각도 분포에 대해 다른 두 스트라이프(71, 73)로 분리된다.
도 8에서, 구역(641b-64nb)에 해당하는 스트라이프(73)의 각도 분표는 스트라이프(71)내의 분포와 유사하나 더 작은 각도로 대체된다. 이것은 패턴화된 영역(72)에 충돌하는 고아선(661"-663")으로 도시된다.
따라서 구역 641a-64na 및 641b-64nb의 각 열은 도 4 및 5에 도시된 바와 같은 제 3 굴절 광학 요소(136)의 단일 구역(58a-58e)과 비교될 수 있다. 유일한 실질적인 차이는 상기 열이 상술한 통합 효과를 달성하기 위해 스캔 방향(66)을 따라 보조 구역으로 세분된다는 것이다. 물론, 도 9의 실시예는 웨이퍼상의 다른 각도 분포의 평행한 스트라이프만을 생성할 수 있는 반면, 도 4 및 5의 제 3 광학 회절 요소는 다른 각도 분포에 노출되는 임의의 패턴을 생성하도록 한다.

Claims (25)

  1. a) 광원(14)
    b) 퓨리에 변환에 의해 조명 시스템(10)의 동공 평면(28)에 결합되는 제 1 평면(24)에 또는 이에 인접하여 위치되는 제 1 광학 래스터 요소(18; 118; 218),
    c) 동공 평면(28)에 또는 이에 인접하여 위치되는 제 1 광학 래스터 요소(30; 130; 230)를 포함하는 마이크로리소그래픽 투사 노출 장치를 위한 조명시스템에 있어서,
    d) 퓨리에 변환에 의해 동공 평면(28)에 결합되는 제 2 평면(34)에 또는 이에 인접하여 위치되는 제 3 광학 래스터 요소(36; 136; 236)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 투사 노출 장치를 위한 조명시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 제 1 광학 래스터 요소(18; 118; 218)가 제 1 대물렌즈(26, 126, 226)의 대상 평면(24)에 또는 이에 인접하여 위치되고, 제 2 광학 래스터 요소(30; 130; 230)가 제 1 대물렌즈(26, 126, 226)의 출구 동공 평면(28)에 또는 이에 인접하여 위치되는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 제 2 광학 래스터 요소(30; 130; 230)가 입구 동공 평면(28)에 또는 이에 인접하여 위치되고, 제 3 광학 래스터 요소(36; 136; 236)가 제 2 대물렌즈(32)의 이미지 평면(34)에 또는 이에 인접하여 위치되는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  4. 제 2항에 있어서, 제 1 대물렌즈(126, 226)가 제 1 광학 래스터 요소(118; 218)에 의해 발생되는 동공평면(28)내의 밀도 분포의 크기를 바꾸기 위한 광학 줌 유닛(54; 254)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  5. 제 2항 또는 4항에 있어서, 상기 제 1 대물렌즈(226)가 제 1 광학 래스터 요소(218)에 의해 발생되는 동공평면(28)내의 밀도 분포의 크기를 바꾸기 위한 액시콘 렌즈 쌍(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  6. 전항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 광학 래스터 요소(218)를 상호교환가능하게 고정하는 홀더(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  7. 전항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 3 광학 래스터 요소(136)를 상호교환가능하게 고정하는 홀더(52)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  8. 전항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 광학 래스터 요소(30; 130; 230)가 회절 광학 요소 또는 마이크로 렌즈 층인 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  9. 전항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1(18; 118; 218) 및 제 3(36; 136; 236) 광학 레스터 요소가 회절 광학 요소인 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  10. 제 1항 내지 8항중 어느 한 항에 있어서, 제 3 광학 레스터 요소가 산란 스크린인 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  11. 전항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 3 광학 레스터 요소(136)가 상기 제 3 레스터 요소(136)의 영역위로 비균일한 분포를 가지는 복수의 광학 부요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  12. 제 11항에 있어서, 제 3 광학 레스터 요소(236)가 회절 광을 위해 각각 적용되는 복수의 인접한 회절 구역(641, 642, ..., 64n)을 포함하는 회절 광학 요소여서, 동공 평면이 특히 단일 구역에 의해서만 조명되는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 구역(641, 642, ..., 64n)이 투사 노출 장치의 스캔 방향(66)에 수직으로 배치되는 세로축을 가지는 연장된 직사각형 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  14. 제 13항에 있어서, 빛이 구역(641, 642, ..., 64n)에 의해 회절되는 다른 각도(661-665)가 스캔 방향(66)에 평행한 방향을 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  15. 제 13항 또는 14항에 있어서, 제 3 광학 레스터 요소(236)가 조명되는 필드 너머로 연장되고 스캔 방향(66)을 따라 이동가능하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  16. 전항중 어느 한항에 있어서, 편광 조작기(74)가 상기 제 3 광학 레스터 요소(236)에 또는 그에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  17. 제 16항에 있어서, 편광 조작기(74)가 상기 제 3 광학 레스터 요소(236)의 바로 전면에 위치되는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  18. 제 16항 또는 17항에 있어서, 제 3 광학 레스터 요소(236)가 세로 방향을 따라 연장되는 그루브를 가지는 회절 격자이고 편광 조작기는 편광조작기(74)를 가로지르는 빛이 그루브의 세로방향을 따라 선형으로 분극되도록 적용되는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  19. 제 16항 내지 18항에 있어서, 상기 편광 조작기가 선형 편광기인 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  20. 제 16항 내지 18항에 있어서, 상기 편광 조작기가 편광 회전 장치(74)인 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  21. 제 16항 내지 18항에 있어서, 상기 편광 조작기가 국지적으로 변하는 편광 조작 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  22. 제 20항 및 21항에 있어서, 편광 조작기가 그 영역을 가로질러 국지적으로 변하는 두께 분포를 가지는 파장판(74)인 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  23. 전항중 어느 한 항에 따른 조명 시스템을 포함하는 투사 노출 장치.
  24. 마이크로 구조 장치를 제조하는 마이크로리소그래픽 방법에 있어서,
    a) 광 감지층을 지지하는 기질(69)을 제공하고,
    b) 광 감지층으로 상을 이루는 구조를 포함하는 레티클(40)을 제공하고,
    c) 제 1항 내지 22항중 한 항에 따른 조명시스템(10)을 제공하고,
    d) 투사렌즈에 의해 광 감지층으로 케티클(40)의 부분을 투사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조 장치를 제조하는 마이크로리소그래픽 방법.
  25. 제 24항에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 장치
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