KR20080015143A - 다용도 프로젝션 시스템 - Google Patents

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KR20080015143A
KR20080015143A KR1020087000666A KR20087000666A KR20080015143A KR 20080015143 A KR20080015143 A KR 20080015143A KR 1020087000666 A KR1020087000666 A KR 1020087000666A KR 20087000666 A KR20087000666 A KR 20087000666A KR 20080015143 A KR20080015143 A KR 20080015143A
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projection objective
exposure
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KR1020087000666A
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빈프리트 카이저
빌헬름 울리히
하이코 펠트만
아우렐리안 도독
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칼 짜이스 에스엠테 아게
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Abstract

투사 대물렌즈의 상면 영역에 배열된 것으로, 투사 대물렌즈의 물체면 영역에 배열된 마스크의 적어도 하나의 패턴의 이미지를 갖는 기판들을 노광하는 투사 노광 방법에 있어서, 제1이미지필드크기가 IFS1인 제1이미지필드에서 제1상측개구수 NA1이 주어진 기판을 노광하기 위해 제1노광배치가 선택적으로 설정되고, 상기 제1이미지필드크기와 다른 제2이미지필드크기 IFS2를 가지는 제2이미지필드에서, 상기 제1상측개구수 NA1과 다른 제2상측개구수NA2가 주어진 기판을 노광하기 위한 제2노광배치가 선택적으로 설정된다.

Description

다용도 프로젝션 시스템{Multiple-use projection system}
본 발명은 투사 대물렌즈의 상면 영역에 배열되며 투사 대물렌즈의 물체면 영역에 배열된 마스크의 적어도 하나의 패턴의 이미지를 갖는 기판들을 노광하는 투사 노광 방법, 상기 투사 노광 방법에 사용될 수 있는 투사 대물렌즈 및 상기 투사 노광방법에 사용될 수 있는 투사 대물렌즈를 제조하는 방법에 관한 것이다.
마이크로 리소그라피 투사 노광 방법 및 투사 노광 장치는 미세한 구조의 반도체 부품들과 기타 미세 구조의 서브 어셈블리들, 예를 들어, 액정 표시장치 또는 초소형 기계 부품을 위한 서브 어셈블리들을 제조하기 위해 사용된다. 투사 노광 장치는 포토마스크 또는 레티클-이하에서는 일반적으로 마스크 또는 레티클로 명명함-의 패턴을 광에 민감한 층이 코팅된 기판, 예를 들어 포토리지스트가 코팅된 반도체 웨이퍼 위로 높은 해상도와 작은 스케일로 투사하기 위한 목적으로 사용된다.
마이크로 리소그라피 투사 노광 장치는 조명 방사로 마스크를 조명하는 조명 시스템과 마스크 다음에 배치된 투사 대물렌즈를 포함하며, 상기 투사 대물렌즈의 도움으로 마스크의 패턴의 상이 투사 대물렌즈의 상면에 형성된다. 이 경우, 마스크에 의해 변하는 방사가 투사 대물렌즈를 관통하며, 이는 기판을 향하는 투사 방사를 형성한다. 상기 방사는 투사 대물렌즈의 상측 개구수 NA에 영향을 받을 수 있 는 각 대역폭(angular bandwidth)을 가지며 투사 대물렌즈의 이미지 필드 영역에서 기판에 충돌한다. 현재 통상 사용되는 스캐너 시스템은 정방형이 아닌 직사각형 이미지 필드 또는 활 모양의 이미지 필드(환형 필드)를 형성한다.
효과적으로 사용되는 이미지 필드 내부에서, 투사 대물렌즈가 이미지 필드의 전 영역에서 수차가 충분히 없는 레티클 패턴의 상을 평평한 기판위에 형성할 수 있기 위하여 투사 대물렌즈는 마이크로 리소그라피 이미징을 충족시키는 수차의 보정 상태(correction state)를 가져야 한다. 새로운 디자인을 개발하기 전에 이미지 필드 크기(형상과 치수)가 광학 설계자에게 규정된 이미지 필드 외부에서 보정 상태는 급격히 나빠져 이미지 필드의 외부에는 실제로 상을 형성하기 위해 사용될 수 있는 투사 방사가 존재하지 않는다. 유용한 이미지 필드 영역과 이미지 필드 외부에 놓인 영역 사이에서 뚜렷한 변화를 확보하기 위해서, 이미지 필드의 크기와 형상을 결정하고 투사 대물렌즈의 물체면 상류에 존재하고 물체면과 광학적으로 켤레를 이루는 조명 시스템의 필드면 영역에 종종 배치되는 필드 조리개(field stop)을 투사 노광 장치에 마련하는 것이 일반적이다.
고집적 반도체 부품을 제조할 때, 100nm 또는 이보다 작은 크기 정도의 매우 미세한 구조를 달성하기 위해서, 적어도 몇 층의 3차원 구조의 반도체 부품이자외선 영역에서 선택된 동작 파장 λ와 연계되어 요구되는 해상도 R=k1(λ/NA)(k1은 실험적으로 공정에 의존하는 상수)를 달성하기에 충족되는 상측 개구수 NA를 가지는 투사 대물렌즈의 도움으로 제조될 것이 일반적으로 요구된다. 개구수가 증가함에 따라 큰 이미지 필드에 대하여 이미지 품질을 보정하는 것이 더 어렵기 때문에 큰 개구수를 가지는 투사 대물렌즈는 일반적으로 작은 개구수를 가지는 투사 대물렌즈에 비해 작은 이미지 필드를 갖는다.
그러나, 달성 가능한 해상도는 투사 노광 방법을 설계할 때 고려되는 수치 기준들 중 하나일 뿐이다. 경제적인 이유로 단위 시간당 노광해야 할 기판의 수, 즉, 투사 노광 방법의 생산량을 최대화하는 것이 요구된다. 이 목적을 위하여, 특히, 각 노광 단계에서 최대로 가능한 노광 영역을 제공하기 위한 노력이 행해지며, 가능한 최대의 유효 이미지 필드를 가지는 투사 대물렌즈를 사용하는 것이 일반적으로 요구된다. 그러나, 일반적으로, 이미지 필드 크기의 증가는 최대 달성가능한 해상도의 감소라는 희생이 있어야 얻어질 수 있다.
결론적으로, 구조적 크기의 미세한 정도가 다른 영역들을 가지는 미세 구조의 서브 어셈블리들을 제조할 때, 상대적으로 성긴 구조를 형성하기 위해 사용되는 상대적으로 큰 이미지필드와 상대적으로 작은 개구수를 가지는 투사 노광 장치와 매우 미세한 구조를 형성하기 위해 사용되는 상대적으로 큰 해상도를 가지며 그러나 상대적으로 작은 이미지 필드를 가지는 다른 투사 노광 장치 등, 두 개 이상의 투사 노광 장치가 빈번히 사용된다
본 발명은 투사 노광 방법과 상기 방법을 수행하기에 적합한 투사 노광장치 및 이 경우에 사용될 수 있는 투사 대물렌즈를 제공하는 것을 목적으로 하며, 이들은 모두 서로 다른 구조적 크기를 가지는 미세 구조의 서브 어셈블리들을 경제적으로 제조하는 것을 가능하게 한다.
이 목적과 기타의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 예에 따르면 투사 대물렌즈의 상면 영역에 배열된 것으로, 투사 대물렌즈의 물체면 영역에 배열된 마스크의 적어도 하나의 패턴의 이미지를 갖는 기판들을 노광하기 위해 사용되는 투사 노광 방법을 제공하며, 상기 방법은, 조명장치의 조명방사로 상기 패턴을 조명하는 단계; 상기 투사 대물렌즈의 상측 개구수 NA에 영향을 받는 각 밴드폭(angular bandwidth)을 가지며 상기 투사 대물렌즈의 이미지 필드 영역의 기판에 입사하는 노광 방사를 형성하기 위해 투사 대물렌즈를 transirradiating 하는 단계; 제1이미지필드 크기가 IFS1인 제1이미지필드에서 제1상측개구수 NA1이 주어진 기판을 노광하기 위해 제1노광배치를 설정하는 단계; 상기 제1노광배치에 따라 적어도 하나의 기판을 노광하는 단계; 상기 제1이미지필드크기와 다른 제2이미지필드크기 IFS2를 가지는 제2이미지필드에서, 상기 제1상측개구수 NA1과 다른 제2상측개구수 NA2에 주어진 기판을 노광하기 위한 제2노광배치를 설정하기 위해 이미지 필드 크기와 상측 개구수를 대등하게 반대로 변화시키는 단계; 상기 제2노광배치에 따라적어도 하나의 기판을 노광하는 단계;를 포함한다.
이 방법에서, 투사 조광 장치는 두 개 (또는 그 이상)의 다른 노광 형태들 안에서 동작된다. 각 노광 형태는 투사 노광 장치의 특정 동작 상태나 동작 모드를 나타낸다. 이 경우, 한 노광배치에서 다른 노광배치로 넘어갈 때, 사용된 이미지 필드 크기와 상측 개구수 NA는 모두 변한다. 그 결과, 이미지 필드 크기와 개구수(또는 해상도) 모두와 관련하여 다른 공정 파라미터들을 가지는 노광 공정들을 수행하기 위해 한 개의 투사 노광 장치가 사용될 수 있다. 이미지 필드 크기와 유용한 상측 개구수 모두가 변할 수 있으므로, 이에 의해 다용도 투사 시스템이 제공된다.
예를 들어, 미세 구조의 반도체 부품들 또는 액정 표시장치 또는 초소형 기계 부품과 같은 미세 구조의 기타 서브 어셈블리의 마이크로 리소그라피 제조를 위한 제조 설비에서 제1노광배치와 제2노광배치 사이의 전환이 투사 노광 장치가 사용되는 곳에서 일어날 수 있다.
투사 노광 장치는 바람직하게는 스캐너 시스템으로 설계될 수 있다. 스캐너 시스템에서, 상대적으로 큰 폭(스캐닝 방향에 수직)과 높이(스캐닝 방향)의 종횡비, 예를 들어 2보다 크거나, 또는 3보다 크거나, 또는 4보다 큰 이미지 필드 폭과 이미지 필드 높이 사이의 종횡비 AR를 가지는 이미지 필드를 사용하는 것이 일반적이다. 스캐너 동작에 의해 큰 개구수와 따라서 큰 해상도로 상대적으로 큰, 기판의 노광될 영역이 효과적으로 노광된다. 상기 방법의 변형예에서는 이 목적을 위하여, 제1노광배치로 제1기판을 스캐닝 하는 단계; 제1 및 제2 노광배치 사이에서 투사 노광 장치를 전환하는 단계; 제2노광배치로 제2기판을 스캐닝 하는 단계;가 수행된다.
여기서, 동일한 투사 노광 장치의 도움으로 하나의 같은 기판이 노광되는 것이 이론적으로 가능하며, 이것은 시간적으로 연속되는 두 노광 배치 안에서 행해진다. 일반적으로, 제1노광배치를 위한 제1투사노광장치를 구성하고, 제2노광배치를 위하여, 바람직하게 실질적으로 동일한 디자인의 제2투사노광장치를 구성하고, 제1 및 제2투사노광 장치로부터 제1노광동작과 제2노광동작 사이에서 기판을 운송하는 것이 제공된다.
제1노광배치와 제2노광배치 사이에서 투사 노광 장치를 전환하는 것이 어떤 경우에는 광학 소자의 조작 없이 행해질 수 있다. 다른 실시예들에서는, 전환, 에 연계하여 적어도 하나의 조작, 특히, 광학 소자의 상대적 축방향 이동에 의해 달성되는 광학 소자들간의 간격 변화, 광축에 대해 상대적으로 하나 이상의 광학 소자를 중심에서 벗어나게 하거나 및/또는 광학 소자들을 광축을 가로지르는 틸트 축에 대해 틸트시키는 조작이 제공된다. 투사 대물렌즈에 대한 어떤 실시예들은 이 목적을 위하여 적절한 조작 디바이스를 갖는다. 사용되는 곳에서 투사 대물렌즈의 미세 조절이 적어도 하나의 이러한 조작의 방법에 의해 각 노광 형태를 위하여 수행된다.
일 실시예에서, 제1노광배치는 제1개구수 NA1이 제2개구수 NA2보다 크고 제1이미지 필드 크기 IFS1이 제2 이미지 필드 크기 IFS2보다 작은 경우에 해상도-최적화된 형태이고, 제2노광배치는 제2개구수 NA2가 제1개구수 NA1보다 작고 제2이미지 필드 크기 IFS2가 제1이미지 필드 크기 IFS1보다 큰 경우에 생산량- 최적화된 형태이다. 해상도-최적화된 형태에서, 한편으로는 제1개구수 NA1이 공정을 위해 요구되는 해상도를 가능하게 하면서, 다른 한편으로 노광된 기판들에 대한 만족스러운 생산량을 가능하게 하도록 제1이미지 필드 크기 IFS1이 여전히 충분히 크도록, 투사 노광장치가 조절된다. 생산량-최적화된 형태는 높은 생산량을 가능하게 하기 위하여 상대적으로 큰 이미지 필드 크기에 집중한다. 이 경우에, 제조될 기판에 대하여 충분한 해상도를 달성할 수 있는 한에서만 개구수 NA2는 감소한다. 본 발명에 의한 투사 노광 장치들은 융통성있게 사용될 수 있고, 따라서, 본 발명의 투사 노광 방법을 구성하는 것에 대한 가능성이 있고 또는 최적화된 생산량이나 최적화된 해상도가 선택될 수 있도록 적합한 투사 노광 장치이기 때문에 높은 사용자 이점을 가진다.
가능한 넓은 사용 분야를 달성하기 위해, ΔNA=|NA1-NA2|는 0.05 이상이며, 특히, 다른 해상도의 큰 밴드폭을 사용할 수 있도록 0.1 이상인 것이 바람직하다. 보다 큰 이미지 필드 크기 IFS2와 관련된 이미지 필드 영역이 보다 작은 이미지 필드 크기 IFS1과 관련된 이미지 필드 영역의 적어도 20% 또는 적어도 30% 또는 적어도 40% 또는 적어도 50% 이상이 되도록, 다른 이미지 필드 크기의 범위가 정해지는 것이 바람직하다.
상기 방법을 수행하기에 적합한 투사 노광 장치는 조명 방사로 패턴을 조명하기 위한 조명 시스템; 상기 기판 위를 향하는 노광 방사의 도움으로 상면 영역에 상기 패턴의 이미지를 형성하기 위한 투사 대물렌즈; 상기 투사 대물렌즈의 동공면(pupil surface) 영역에 배치된 것으로, 상기 투사 대물렌즈의 사용되는 상측 개구수를 다양하게 설정하기 위한 조절 가능한 개구 조리개(aperture stop); 상기 투사 대물렌즈의 물체면 영역 또는 상기 투사 대물렌즈의 물체면과 광학적으로 켤레를 이루는 상기 투사 노광 장치의 필드면 영역에 배치된 조절 가능한 필드 조리개(field stop); 상기 조절 가능한 개구 조리개와 상기 조절 가능한 필드 조리개의 대등한 제어를 위한 것으로, 상기 투사 노광 장치가 제1노광배치 또는 적어도 하나의 제2노광배치에서 선택적으로 동작하도록 구성되는 제어 장치;를 포함하며, 상기 제1노광배치에서 제1 상측 개구수 NA1은 제1 이미지 필드크기 IFS1을 가지는 제1이미지 필드에 주어지고, 상기 제2노광배치에서 상기 제1상측개구수 NA1과 다른 제2상측개구수 NA2가 상기 제1이미지필드크기와 다른 제2이미지필드크기 IFS2를 가지는 제2이미지필드에 주어진다.
상기 조절 가능한 필드 조리개는 이미지 필드 모서리에서 불충분하게 해상된 노광 방사를 가지는 "그레이 존(gray zone)"의 발생을 피하기 위해 이미지 필드의 모서리를 뚜렷하게 정의하기 위한 목적을 갖는다. 결과적으로, 상기 필드 조리개는 필드면에 직접 또는 그 바로 근방에 형성된다. 패턴을 가지는 레티클이 이미 위치해 있기 때문에 투사 대물렌즈의 물체면 영역에 배치하는 것이 어려울 수 있으므로, 물체면과 광학적으로 켤레를 이루는 투사 노광 장치의 필드면 또는 그 근방에 배치하는 것이 일반적으로 선호된다. 광의 진행 방향에서 물체면 상류인, 조명시스템 내부의 자유롭게 이용할 수 있는 필드 면이 여기에 특히 적당하다. 투사 대물렌즈의 내부 또는 상측 출구 끝단 영역의 필드 조리개도 마찬가지로 가능하다. 만약 투사 대물렌즈가 적어도 하나의 자유롭게 이용할 수 있는 실 중간 상을 형성하고 후자가 충분히 보정된다면, 상기 조리개는 이 중간 상에 위치될 수 있다. 다양하게 설정될 수 있는, 투사 대물렌즈의 최대 유용 개구수를 결정하는 조리개 직경을 가지는 조절 가능한 개구 조리개는 투사 대물렌즈의 동공면(pupil surface) 영역에 배치된다. 제1노광배치에서 제2노광배치로 또는 역으로의 전환이 일어날 때, 조절 가능한 필드 조리개와 조절 가능한 개구 조리개는 제어 장치의 수단에 의해 대등한 형태로 조절된다. 시간적으로 동시에 또는 다른 시간에 상기 조절이 행해질 수 있다. 이 경우 필드 조리개의 개구를 줄이는(stopping down) 것은 개구수를 증가시키기 위해 개구 조리개의 개구를 늘이는(stopping up) 것과 관련되고, 필드 조리개의 개구를 늘이는 것은 개구 조리개의 개구를 줄이는 것과 관련된다.
상기 방법을 수행하기 위해 사용될 수 있는 투사 대물렌즈들은 이미지 필드 전 영역에서 제1노광배치와 제2노광배치 모두에서 마이크로 리소그라피 이미징에 충분한 보정 상태를 가져야 한다. 이것은 예를 들어 투사 대물렌즈의 광학 소자들이 최대로 요구되는 이미지 필드 크기의 경우에 최대로 요구되는 상측 개구수가 구현되도록 하는 유형과 구조를 참조하여 설계된 경우에 가능하다. 이 경우, 이미지 필드 크기와 상측 개구수의 요구되는 조합들은 각각 조절 가능한 필드 조리개와 조절 가능한 개구 조리개의 수단에 의한 다른 노광배치 안에서 설정된다. 그러나, 이 해결방법은 투사 대물렌즈가 매우 높은 기술적 비용에 의해서만 제공될 수 있으며 투사 대물렌즈의 실제로 요구되는 동작 동안에 포텐셜(이미지 필드 크기 및/또는 달성될 수 있는 개구수와 관련한)의 일부가 각각 활용되지 못한다는 단점이 있다.
투사 대물렌즈는 본 발명에 따라 투사 노광 장치의 사용을 위하여 특정하게 설계되고 산출될 수 있고, 이에 의해 실질적으로 더 적은 기술적 비용으로도 요구되는 기능을 수행하는 것이 가능해진다. 이는 투사 대물렌즈의 광학소자들이 투사 대물렌즈가 기본적으로 제1노광배치와 제1노광배치와 다른 적어도 하나의 제2노광배치에서만 각 이미지 필드에서 충분한 보정 상태를 제공하도록 설계됨에 의해 달성될 수 있다. 정확하게는, 상기 방법을 수행하는 것은 가능한 최대의 이미지 필드안에서 가능한 최대의 개구수를 제공할 것을 필요로 하지 않는다. 오히려, 중요한 것은 다른 노광배치 안에서 개구수와 이미지 필드 크기의 고유한 조합, 특히, 한 노광배치(생산량-최적화된)에서는 상대적으로 큰 이미지 필드가 상대적으로 낮은 개구수와 결합되고 다른 노광배치(해상도-최적화된)에서는 상대적으로 큰 개구수와 실질적으로 작은 이미지필드가 결합되는 조합이다. 따라서, 투사 대물렌즈가 다른 개구수와 이미지 필드 크기의 불필요한 조합 내에서 마이크로 리소그라피 이미징을 위해 충분한 보정상태를 또 가져야 할 필요가 없다.
결과적으로, 복수의 광학소자를 가지는 투사 대물렌즈를 제조하는 방법을 제공하는 본 발명의 방법은, 복수의 파라미터를 사용하여 광학 소자들의 유형과 배치를 결정하는 광학 설계 과정을 수행하는 단계를 가지며, 상기 파라미터는 적어도 하나의 고정 파라미터와 적어도 하나의 자유 파라미터를 포함하며, 제1노광배치와 적어도 하나의 제2노광배치에서 투사 대물렌즈가 이미지 필드에서의 마이크로 리소그라피 이미징에 충분한 보정상태를 갖도록 선택된 가치 함수(merit function)에 기초하여 상기 적어도 하나의 자유 파라미터에 대한 최적의 값이 수행되고, 상기 제1노광배치에서는 제1이미지필드 크기 IFS1을 가지는 제1이미지필드에 제1상측개구수 NA1이 주어지고, 상기 제2노광배치에서는 상기 제1이미지필드 크기와 다른 제2이미지필드 크기 IFS2를 가지는 제2이미지 필드에 상기 제1상측개구수 NA1과 다른 제2상측개구수 NA2가 주어진다.
최적화의 특정 유형이 광학 설계를 위한 상용의 소프트웨어(예를 들어, 상표 "CODE V®의 소프트 웨어)를 사용하여 제공될 수 있다. 받아들일 만한 기술적 비용으로 생산될 수 있고 노광 파라미터의 특정 조합에 대해서만 최적화된 투사 대물렌즈를 제공하기 위하여 실제로 불필요한 다른 파라미터 조합들은 고려하지 않고 남겨두는 것이 가능하다. 이렇게 함으로써, 특히, 한 노광 배치에서는 적절한 해상도와 연계하여 높은 기판 생산량이 가능하고, 다른 노광 배치에서는 실질적으로 더 높은 해상도와 연계하여 매우 높지는 않으나 여전히 충분한 생산량을 가능하게 하는 투사 대물렌즈를 제공하는 것이 가능하다.
바람직한 투사 대물렌즈들이 스캐너 동작을 사용함으로써 설계되며, 따라서, 이미지 필드 폭(스캐닝 방향을 가로지르는)과 이미지 필드 높이(스캐닝 방향) 사이의 종횡비 AR이 상대적으로 높은 슬릿 형상의 이미지 필드가 설계된다. 종횡비 AR은 적어도 한 노광 배치의 경우에 예를 들어 2 또는 2.5 또는 3 또는 4 보다 클 수 있다. 이미지 필드는 예를 들어 직사각형 또는 활 모양이 될 수 있다. 바람직하게는, 제1노광배치와 제2노광배치 모두에서 스캐닝 동작이 가능하도록, 투사 대물렌즈는 스캐닝 동작에 적합한 슬릿 형상의 이미지 필드에 적합화된다.
어떤 실시예들에서, 투사 대물렌즈는 투사 대물렌즈의 물체면에 배열된 패턴의 상을 투사 대물렌즈의 상측 끝단 영역에 배열될 수 있는 침지 매질(immersion medium)의 도움으로 투사 대물렌즈의 상면에 형성하기 위해 사용되는 침지 대물렌즈로 설계된다. 예를 들어, 투사 대물렌즈는 상측 마지막 광학면과 상면 또는 거기에 마련되어 노광될 기판의 입력면 사이에서의 동작 동안 마련되는 고굴절률의 침지액을 사용하는 이미징에 적합화 될 수 있다. 근접장 리소그라피를 위한 투사 대물렌즈가 또한 연관될 수 있으며, 이 경우, 노광 파장의 크기 정도 또는 그 이하의 상측 작동 거리를 설정하는 것이 일반적이다. 상측 마지막 광학 소자는 고체 침지 렌즈(SIL, solid immersion lens)가 될 수 있으며, 적절하다면, 이것은 노광된 기판과 접촉할 수 있다. 효율적으로 사용되는 동작 파장을 줄이고 확장된 깊이의 초점의 이점들은 침지 시스템과 함께 사용될 수 있다. 또한, NA≥1인 상측 개수수 NA가 가능하다. 다른 실시예들의 경우에 NA1≥1, NA2≥1의 조건이 만족된다.
이들과 본 발명의 바람직한 실시예들의 심화된 특징들은 특허 청구 범위 그리고 마찬가지로 상세한 설명 및 도면들로부터 명백해지며, 개개의 특징들은 이익이 있고 그 자체로 보호될만하며 여기서 보호범위로 청구되는 설계를 구성하기 위해, 단독으로 실시되거나 또는 한 실시예에서 서브 조합의 형태로 복수개로 실시되는 것이 가능하다.
도 1은 조명장치에는 조절 가능한 필드 조리개가 투사 대물렌즈에는 조절 가능한 개구 조리개가 제공된 경우의 본 발명에 의한 마이크로 리소그라피 투사 노광 장치의 실시예를 도식적으로 보인다.
도 2는 두 노광 배치에서 굴절력있는 마이크로 리소그라피 투사 대물렌즈의 실시예를 통한 렌즈 단면으로, (a) 큰 개구수와 작은 이미지 필드를 갖는 제1노광 배치를 보이며, (b)작은 개구수와 큰 이미지 필드를 갖는 제2노광배치를 보인다.
도 3은 마이크로 리소그라피 반사 굴절 투사 대물렌즈의 실시예를 통한 렌즈 단면으로, (a) 큰 개구수와 작은 이미지 필드를 갖는 제1노광 배치를 보이며, (b)작은 개구수와 큰 이미지 필드를 갖는 제2노광배치를 보인다.
도 4는 마이크로 리소그라피 반사 굴절 투사 대물렌즈의 다른 실시예를 통한 렌즈 단면으로, (a) 큰 개구수와 작은 이미지 필드를 갖는 제1노광 배치를 보이며, (b)작은 개구수와 큰 이미지 필드를 갖는 제2노광배치를 보인다.
도 1은 집적 회로 및 다른 미세 구조 부품의 1㎛의 수분의 1 정도의 해상도의 경우의 마이크로 리소그라피 제조를 위한 투사 노광 장치(100)의 실시예를 보인다. 투사 노광 장치는 조명 시스템(110)과 투사 대물렌즈(130)을 포함하며, 상기 조명 시스템(110)은 출구 또는 조명시스템(110)의 상면(120)에 놓인 포토마스크(레티클)(125)를 조명하기 위한 것이고, 투사 대물렌즈(130)는 투사 대물렌즈(130)의 물체면(120)에 배치된 포토 마스크(125)의 패턴의 상을 투사 대물렌즈의 상면(140)에 축소 스케일로 형성하기 위한 것이다. 예시를 통해, 광민감성 층이 코팅된 반도체 웨이퍼(145)가 상면(140)에 배치되어 있다. 심 자외선(deep ultraviolet, DUV) 영역에서 사용될 수 있는 동작 파장 248nm의 엑시머(excimer) 레이저가 조명 시스템(110)의 광원(111)으로 채용되며, 예를 들어, 파장 193nm 또는 157nm의 레이저가 다른 실시예들의 경우에 채용될 수 있다. 하류의 광학 디바이스들의 그룹(112)은 주 광원(111)으로부터의 광의 형태를 바꾸고, 조명 시스템의 중간 필드면(115)에 크게 균일하게 형성된 조명광 강도 분포를 가지는 직사각형 조명 필드(116)가 형성되도록 균일화하기 위한 것이다. 광학 디바이스들의 그룹(112)은 레이저의 하류에 마련되어 코히어런스를 감소시키고 빔을 직사각형 빔 단면을 갖는 형태로 만드는 빔확장기를 포함한다. 빔 형성기의 하류에는 조명 시스템이 다양한 조명 모드사이에서 예를 들어, 다양한 차수의 코히어런스를 가지는 일반적인 조명과 다이폴 또는 쿼드러폴 조명 사이에서 전환되도록 하는 광학 디바이스들이 마련된다. 또한, 실시예에 따라, 조명 필드에서 조명 강도 분포를 균일화하기 위한 수단들이 제공되며, 상기 수단들은 예를 들어 벌집형 집광렌즈(honeycomb condenser) 및/또는 막대형 광 인티그레이터 및/또는 스탑 소자(stop elements) 및/또는 광 혼합 기능을 가지는 기타 필드 정의 소자와 같은 광 혼합 소자들을 포함한다. 중간 필드면(115)에는 조절 가능한 필드 조리개(117)가 마련되며, 이는 또한 레티클 마스킹 시스템(REMA)라고도 명명된다. 레티클 마스킹 시스템(117)의 직사각형 조리개 개구는 레티클 위의 조명 필드의 요구되는 필드 형상에 정확하게 적합화되어 있다. 예에서는, x 방향의 폭은 y 방향의 높이의 수배(도 1의 상세도 참조)이다. 하류의 REMA 대물렌즈라고도 명명되는 이미징 대물렌즈(118)는 복수의 렌즈 그룹과 편향 미러를 가지며 레티클 마스킹 시스템의 중간 필드면(115)의 상을 레티클(125)에 형성하는 역할을 한다.
웨이퍼 스테퍼(stepper)에서, 전체 구조 면, 일반적으로, 칩에 대응하여 임의로 요구되는 높이와 폭 사이의 종횡비, 예를 들어 1:1에서 1:2의 종횡비를 가지는 직사각형이 가능한 균일하게 그리고 가능한 많은 모서리 선명도를 가지며 레티클(125)에 조명된다. 도시된 유형의 웨이퍼 스캐너의 경우에, 좁은 스트립(stsrip), 예를 들어, 이미지 필드 폭(스캐닝 방향에 수직)과 이미지 필드 높이 (스캐닝 방향) 사이의 종횡비 AR이 일반적으로 2:1에서 8:1인 직사각형이 레티클(125)에 조명되고, 칩의 전체 구조 필드가 조명 시스템의 y 방향에 대응하는 일 방향(스캐닝방향)에서 순차적으로 조명된다.
마스크(125)를 지지하고 조작하는 디바이스(155)가 조명 시스템과 투사 대물렌즈 사이에, 상기 투사 대물렌즈와 마주하는 마스크의 후면에 마련된 패턴이 물체면(12)에 놓이도록 마련되고, 상기 디바이스(155)는 스캐닝 구동 수단에 의해 스캐닝 방향(y 방향)에서 스캐너를 작동시키기 위해 이 면에서 움직여질 수 있다.
광 진행 방향을 따라 마스크의 하류에는 투사 대물렌즈(130)이 마련되며, 투사 대물렌즈(130)는 축소 대물렌즈의 역할을 하고, 마스크 상에 배열된 패턴의 상을 감소된 스케일, 예를 들어 1:4 또는 1:5로 포토리지스트가 코팅되고 코팅된 면이 투사 대물렌즈의 상면(140)에 배치되는 웨이퍼(145)에 형성한다. 다른 감소 스케일, 예를 들어 1:20 또는 1:200의 높은 감소율도 가능하다. 웨이퍼(145)를 마스크(125)와 동시에 움직이기 위한 스캐너 구동부를 포함하며 웨이퍼(145)와 나란한 디바이스(156)에 의해 웨이퍼(145)가 지지된다.
투사 대물렌즈(130)의 동공면(135)은 투사 대물렌즈(130)의 물체면(120)과 상면(140) 사이에 마련된다. 이 동공면(135) 영역에는 조절 가능한 개구 조리개(165)가 배치되며, 이에 의해 투사 대물렌즈의 요구되는 상측 개구수 NA가 설정된다.
조절 가능한 필드 조리개(117)가 마련된 중간 필드면(115)은 상 형성될 패턴이 위치한 투사 대물렌즈(130)의 물체면(120)과 광학적으로 켤레를 이룬다. 결과적 으로, 포토마스크의 노출된 영역의 형상과 크기는 필드 조리개의 개구 조리개의 형상과 크기에 의해 결정된다. 투사 대물렌즈(130)의 물체면(120)은 노광된 기판(웨이퍼(145))이 위치한 투사 대물렌즈(130)의 상면(140)과 광학적으로 켤레를 이룬다. 결과적으로, 조절 가능한 필드 조리개는 형상과 크기를 참조하여 기판(145) 위에 투사 노광 장치의 효과적인 이미지 필드 IF의 이미지 필드 크기를 설정하기 위해 사용될 수 있다. 이 예의 경우에, y 방향(스캐닝 방향)의 높이와 x 방향의 폭 모두가 서로 독립적으로 조절될 수 있다. 투사 노광 장치의 제어 장치(170)에 의해 생성되고 필드 조리개(117)의 조절 구동부(171)에 전해지는 조절 신호에 의해 이 목적이 수행된다.
조절 가능한 개구 조리개(165)는 개구 조리개(165)를 위해 조절 구동부(172)에 적절한 제어신호를 출력하는 제어 장치(170)에 의해 마찬가지로 구동된다.개구 조리개(165)은 노광 동안에 각각 사용될 수 있고 이미지 필드 IF의 영역에서 기판에 입사하는 방사의 각 밴드폭(angular bandwidth)을 결정하고 범위를 정하는 개구수를 설정하기 위해 사용된다.
이 실시예에서, 제어 장치(170)는 두 동작 상태 또는 투사 노광 장치의 노광 배치가 가능하도록 구성된다. 투사 노광 장치가 가능한 최대의 노광 기판의 생갼량을 갖는 것을 가능하게 하는 제1노광배치에서, 투사 노광 장치는 필드 조리개(117)를 스탑 업하고(stopping up, 직경을 넓힘) 개구 조리개(165)를 스탑 다운(stopping down, 직경을 줄임)함으로써, 상대적으로 큰 이미지 필드와 상대적으로 작은 해상도(NA에 의해 결정되는)를 갖도록 작동된다. 이 동작 상태에서, 상대 적으로 넓은 노광 영역이 비교적 성긴 구조를 갖는 기판 위에 노광된다. 상대적으로 큰 이미지 필드 IF는 각 노광 동작 동안 조명될 수 있으므로 노광된 기판의 생산량이 최적화되고, 대응하는 구조적 크기에 요구되는 개구수와 해상도 만으로부터 사용이 이루어진다. 만약, 상대적으로 미세한 구조를 노광하는 것이 목적이라면, 상기 장치는 가능한 최대의 개구수 또는 상대적으로 작은 이미지 필드 IF로 상을 형성하는 것이 가능한 해상도-최적화된 배치로 빠르고 간단하게 전환될 수 있다. 이 목적을 위하여, 제어 장치(170)는, 필드 조리개(117)와 개구 조리개(165)를 조화롭게 움직이고 필드 조리개(117)를 스탑 다운(stopping down, 적어도 한 방향에서의 직경을 줄임)하고 개구 조리개(165)를 스탑 업(stopping up, 직경을 넓힘)함으로써 유효한 이미지 필드 크기가 감소되고 이와 대조적으로 개구수 따라서 해상도가 증가되도록 이들을 반대로 구동하기 위해 사용된다. 이 해상도-최적화된 배치에서, 동일한 투사 노광 장치를 사용하여 감소된 생산량과 함께 매우 미세한 구조를 노광하는 것이 가능하다.
제어 장치(170)는 이미지 필드 크기와 상측 개구수의 단지 특정 조합만이, 특히 다른 노광 배치 사이에서 전환될 때 이미지 필드 크기와 상측 개구수가 대등하게 반대로 변하는 목적을 위해서, 설정될 수 있도록 구성된다. 통상의 투사 노광 장치와 비교할 때, 본 발명의 투사 노광 장치는 다른 투사 공정에 쉽게 적합화 될 수 있으므로, 이미지 필드 크기와 개구수의 특정 조합의 조건은 확장된 사용 가능성을 생기게 한다. 결과적으로, 다른 구조적 크기들을 가지는 구조를 포함하는 부품들을 보다 융통성 있고 따라서 보다 비용 효과적으로 제조하는 공정이 가능해진 다.
제어 장치(170)의 기술된 구성의 경우에, 최대 개구수는 특정의 최대 이미지 필드 크기와 연관된다. 상기 관련성은 제어 프로그램의 적절한 부분에 의해 유효해 질 수 있다. 제어 장치(170)은 또한 다른 제어 가능성들을 허용한다. 예를 들어, 다른 배치에서, 원형의 개구 조리개(165)를 직사각형 필드 조리개의 조절과 독립적으로 조절하는 것이, 예를 들어, 변하지 않는 필드 크기와 연계하여 개구 조리개의 반경 따라서 상측 개구수를 줄이거나 늘이기 위해, 가능하다. 다른 배치에서, 필드 조리개의 반경을 조절하는 것만에 연계하여, 개구 조리개의 반경을 증가시키는 것이 가능하다.
도 2 내지 도 4는 적어도 두 이미지 필드 크기와 적어도 두 개구수를 가지고 동작될 수 있는 투사 노광 장치에서 특정하게 사용되도록 적합화된 투사 대물렌즈의 다양한 실시예들을 기술하기 위해 사용된다. 도 2 내지 도 4 각각에서, dn위쪽 도면 (a)는 투사 대물렌즈가 상대적으로 작은 이미지 필드 IF와 최대의 개구수 NA를 가지고 동작되는 경우의 해상도-최적화된 배치에서의 투사 대물렌즈 내부에서의 빔 경로를 보이며, 아래쪽 도면 (b)는 동일한 투사 대물렌즈에 대하여, 이미지 필드 IF는 해상도-최적화된 배치의 경우보다 크고 개구수는 작아진 생산량-최적화된 배치에서의 빔 경로를 보인다. 해상도-최적화된 배치는 모드 "R"로 명명되고, R은 해상도(resoultion)을 나타낸다. 생산량-최적화된 배치는 모드 "T"로 명명되고, T는 생산량(throughput)을 나타낸다. 물체 필드 OF의 크기 및 투사 대물렌즈의 감소율을 통해 필드 크기와 연관되는 이미지 필드 IF의 크기는 조명 시스템(도 1 참조) 의 상류 내부의 조절 가능한 필드 조리개를 설정함으로써 결정된다. 사용되는 개구수는 투사 대물렌즈의 개구 조리개 AS의 다양한 반경을 통해 각각 설정된다.
투사 대물렌즈의 다양한 바람직한 실시예에 대한 이하의 기술에서, "광축"이라는 용어는 각각의 광학 소자의 곡률 중심을 지나는 직선을 가리킨다. 방향과 거리는 상면 또는 상면에 놓인 노광될 기판의 방향을 향할 때 '상측' 또는 '상을 향하여'로 기술되고, 광축에 대하여 물체를 향하는 방향일 때 '물체측' 또는 '물체를 향하여'라고 기술된다.
도면에 나타난 실시예를 기술하는 표일 때, 관련된 도면들과 동일한 번호로 명명된다.
도 2는 물체면(201)에 배치된 레티클 또는 기타의 패턴의 상을 상면(202)에 실질적으로 균일한 침지(immersion)와 연계하여(감소율 β=0.25) 감소된 스케일로 형성하기 위한 침지 대물렌즈로 설계된 순수 굴절 투사 대물렌즈(200)의 예를 보인다. 이것은 물체면과 상면에 수직인 광축 AX를 따라 배열된 다섯 개의 연속되는 렌즈 그룹을 가지는 회전 대칭적인 원-웨이스트(one-waist) 시스템 또는 투-벨리(two belly) 시스템이다. 물체면(201)의 바로 하류에 배치된 제1렌즈그룹(LG1)은 음의 굴절력을 갖는다. 이의 바로 하류에 배치된 제2렌즈그룹(LG2)은 양의 굴절력을 갖는다. 이의 바로 하류에 배치된 제3렌즈그룹(LG3)은 음의 굴절력을 갖는다. 이의 바로 하류에 배치된 제4렌즈그룹(LG4)은 양의 굴절력을 갖는다. 이의 바로 하류에 배치된 제5렌즈그룹(LG5)은 양의 굴절력을 갖는다. 상면은 제5렌즈그룹(LG5)의 바로 하류에 있고, 투사 대물렌즈는 따라서 제1 내지 제5렌즈그룹과 별도로 다른 렌 즈나 렌즈그룹을 갖지 않는다. 이 굴절력 분포는 물체측 제1벨리(210)와 상측 제2벨리(220)와 이들 사이에 배치되고 최소 직경의 압축점 X가 놓인 웨이스트(230)을 가지는 투-벨리 시스템을 형성한다. 조절 가능한 조리개 AS는 제4렌즈그룹에서 제5렌즈그룹으로의 전이 영역에 최대 빔 직경을 가지는 영역에 놓여 있다.
투사 대물렌즈는 동작 파장 248nm을 위해 설계되고 스캐너 동작은 대략 8mm의 물체측 작동 거리와 동작하는 동안 침지액 IL에 의해 채워질 수 있는 대략 2mm의 상측 작동거리를 갖는다. 상기 시스템은 탈이온수(굴절률 nH2O=1.378) 또는 유사한 굴절률을 갖는 다른 적당한 투명 액체가 침지액으로 사용될 수 있도록 설계된다.
설계 세부 사항은 표 2에 요약되어 있다. 여기서, 컬럼 1은 굴절면의 번호를 표시하며 컬럼 2는 상기 면의 반경을 나타내며(mm), 컬럼 3은 상기 면의 하류 면으로부터의 거리 d를 두께로 표시하여 나타내며(mm), 컬럼 4는 광학 소자의 재질을 나타내며, 컬럼 5는 동작 파장에서의 관련 굴절률을 나타낸다. 각 모드에서 사용된 광학 소자의 자유 반경 또는 자유 직경의 반은 컬럼 6 및 7에 나타난다. 여기서, 컬럼 6은 해상도-최적화된 모드 R에 대한 값이고, 컬럼 7은 생산량-최적화된 모드 T에 대한 값을 나타낸다.
각각의 광학면에서, 실제로 사용된 직경들 또는 반경들은 다른 동작 상태에서 다르므로, 투사 대물렌즈는 각각의 광학면에서 나타나는 직경 또는 반경의 최대값을 이용할 수 있도록 제조되어야 한다.
실시예에서, 열 개의 면, 구체적으로, 면 2, 5, 6, 13, 21, 23, 26, 31, 35 및 39가 비구면이다. 표 2a는 대응하는 비구면 데이터이며, 다음 규칙을 사용하여 비구면이 계산된다.
p(h)=[((1/r)h2)/(1+SQRT(1-(1+K)(1/r)2h2))]+C1*h4+C2*h6+...
여기서, 반경의 역수(1/r)은 면의 곡률을 나타내며, h는 광축으로부터 면의 점까지의 거리(즉, 빔의 높이)이다. 따라서, p(h)는 소위 새지터(sagitta), 즉, 면의 정점으로부터 z 방향, 즉, 광축 방향으로 상기 점까지의 거리를 나타낸다. 상수 K,C1,C2,...은 표 2a에 나타난다.
해상도-최적화된 배치에서(모드 R, 도 2a), 크기 18×8mm2의 이미지 필드가 상측 개구수 NA=1.05와 연계하여 얻어지고, 이미지 필드 내부에서 보정 상태(correction state)는 1.65mλ이다. 생산량-최적화된 배치에서(모드 T, 도 2b)크기 26×10.5mm2의 이미지 필드(이미지 원 직경 28.04mm(T) 또는 19.7mm(R))가 상측 개구수 NA=0.94와 연계하여 노광되며, 보정상태는 1.6mλ이다. 보정 상태를 나타내는 값은 투사 대물렌즈의 출사동에 걸치는 다양한 빔들의 광경로 편차의 평균값을 나타낸다(단색수차).
두 동작 상태에서 우수한 보정 상태는, 특히, 필드 조리개 또는 개구 조리개의 직경을 줄이는 것이 각 모드에서 투사 대물렌즈의 상 형성 품질에 특별히 강하게 간섭하는 상기 수차들을 정확히 억제하거나 줄일 수 있는 환경에 근거를 둔다. 생산량-최적화된 배치의 경우, 경사 구면 수차(obliquely spherical aberration)와 원형 코마(coma)의 높은 차수들은 개구 조리개의 직경을 줄임으로써 효과적으로 제거된다. 해상도-최적화된 배치의 경우, 필드 크기를 감소시킴으로써 제거되는 것은 주로 상면 만곡과 비점수차의 높은 차수들이다. 타원 코마(coma)는 각 조리개의 개구를 줄임으로써 두 모드에서 마찬가지로 감소한다.
해상도-최적화된 모드 "R"의 경우, 상측 제2벨리(220)에서 생산량-최적화된 배치에서보다 실질적으로 더 큰 최대 렌즈 직경이 필요한 것을 볼 수 있다. 대조적으로, 생산량-최적화된 배치 "T"의 경우, 제1벨리에서 사용된 최대 렌즈 직경은 해상도-최적화된 배치의 경우에서보다 크다. 동작 상태들 사이에서의 전환 동안, 광학적으로 사용된 직경들은 웨이스트 영역에서 실질적으로 변하지 않는다.
종래의 투사 대물렌즈에 비해 본 발명의 투사 대물렌즈의 한 이점은 보다 간단한 시스템 설계가 필적할만한 광학 성능과 연계하여, 예를 들어, 보정 수단에 대한 필요가 적으므로, 렌즈의 개수 및/또는 비구면의 개수를 줄임으로써 가능하다는 사실에 있다. 따라서, 렌즈들을 제조하기 위해 요구되는 전반적 크기(overall blank mass)를 줄이고 및/또는 제조를 간단하게 하는 것이 가능하다. NA=1.05이고 필드 크기는 26mm×10.5mm로 나타나는 유형의 굴절력있는 투-벨리(two belly) 시스템에서, 예를 들어, 동일한 NA와 필드크기를 가지는 종래의 시스템에 비하여 15%에서 20%의 크기 이득(gain in mass)이 예상된다. 가능한 절약은 설정될 수 있는 시스템 범위의 변화에 의존한다.
도 3a 및 도 3b는 굴절 광학 투사 대물렌즈(300)의 실시예를 각각 해상도-최적화된 배치 "R" 및 생산량-최적화된 배치 "T"에서 보인다. 물(n=1.436)을 침지 액(immersion liquid)으로 하는 193nm에서의 액침 리소그라피를 위해 설계된 투사 대물렌즈는 물체면(301)에 위치한 물체 필드의 상이 상면(302)에 놓인 이미지 필드 IF에 형성되고, 두 개의 실 중간상 IMI1과 IMI2와 감소율(β=0.25)을 가지도록 구성된다. 굴절력있는 제1대물렌즈부(310)는 물체 필드 OF의 상을 제1중간상 IMI1에 형성한다. 순수 반사의(catoptric, purely reflective) 제2대물렌즈부(320)는 제1중간상 IMI1의 상을 제2중간상 IMI2에 형성한다. 순수 굴절력의 제3대물렌즈부(330)는 제2중간상 IMI2의 상을 이미지 필드 IF에 형성한다. 강한 축소 작용을 하는 제3대물렌즈부(330) 내부에, 조절 가능한 개구 조리개 AS는 최대 직경의 렌즈와 상면 사이의 최대 빔 직경의 영역에 배치된다. 제2대물렌즈부(320)는 물체면을 향하는 오목 반사면을 가지는 제1오목미러(CM1)와 상면을 향하는 오목 반사면을 가지는 제2오목미러(CM2)를 갖는다. 두 오목 미러의 반사면들은 연속적이거나 또는 방해물이 없고, 즉, 구멍(hole)이나 틈(bore)이 없다. 상호 마주하는 반사면들은 오목 반사면에 의해 정의되는 곡면들로 둘러싸인 미러 공간(mirror interspace)을 형성한다. 중간상 IMI1과 IMI2(적어도 근축 중간상)는 실질적으로 이 미러 공간의 내부에 놓인다.
오목 미러의 각 반사면은 물리적 미러의 모서리 너머로 연장되고 상기 반사면을 포함하는 수학적 면으로 정의되는 곡면을 정의한다. 제1 및 제2 오목 미러는 투사 대물렌즈의 광축(AX)과 일치하는 회전 대칭의 공통 축을 갖는 회전 대칭의 곡면의 부분이 된다. 제1 및 제3대물렌즈부분의 렌즈들은 또한 투사 대물렌즈가 하나의, 직선의, 겹치지 않는(unfolded) 광축(AX)을 갖도록 이 축에 대해 중심에 있다. 오목 미러들은 상대적으로 작은 직경을 가지며 따라서 서로 상대적으로 가까이, 각각 중간상에 광학적으로 근접하여, 즉, 근접장(near-field) 형태로 배치될 수 있다. 광축 외부에 광축과 마주하는 측에 놓인 오목 미러들은 extra-axial 형태로 조명된다. 광축과 마주하는 측에 놓인 오목 미러들에 의해 각각 통과된 빔은 오목 미러에 의해 횡단되지 않으며, 따라서 비네팅(vignetting) 없는 상 형성이 가능하다. 반사면들은 전 조명 영역에 걸쳐 연속적이므로 동공 흐림(pupil obscuration)이 없는 상이 형성된다.
투사 대물렌즈는 세 개의 동공면(pupil surface)를 가지며, 각각마다에서 광학적 상을 형성하는 주 광선이 광축을 자른다. 이러한 설계 유형의 고유한 특징은 두 오목 미러들이 상형성의 동공면으로부터 광학적으로 거리를 두고 놓이며 이 경우 이들이 다음 동공면보다 다음 필드 면(중간 상)에 광학적으로 더 가까이 놓인다는데 있다. 이 배치는 시스템의 컴팩트하고 슬림한 설계 및 작은 미러 크기에 알맞다. 그럼에도 불구하고 이 배치는 액침 리소그라피의 경우의 NA>1의 범위에 있는가장 높은 상측 개구수를 가능하게 한다.
이러한 설계 유형의 투사 대물렌즈들은 미국 가출원 60/536,248 (출원일 2004.1.14), 60/587,504 (출원일 2004.7.14), 60/617,674 (출원일 2004.10.13), 60/591,775(출원일 2004.7.27) 및 60/612,823(출원일 2004.9.24)에 개시되어 있다. 이 출원들에 개시된 내용은 이 명세서에 참조로 편입된다.
투사 대물렌즈(300)의 고유한 특징은, 한편으로는 큰 개구수와 상대적으로 작은 이미지 필드를 가지는 해상도-최적화된 동작 상태에서, 다른 한편으로는 상대 적으로 작은 개구수와 따라서 큰 이미지 필드를 가지는 생산량-최적화된 동작상태에서 투사 리소그라피에 충분한 보정 상태를 가지며, 이 보정 상태가 없으면 가능한 가장 높은 개구수와 가능한 가장 큰 이미지 필드를 갖는 경우에 있게 되도록 구체적으로 최적화되어 있다는 데 있다.
투사 대물렌즈의 세부 사항이 표 3과 3a(비구면상수)에 주어진다.
해상도-최적화된 배치(모드 "R", 도 3a)에서, 18×8mm2(이미지 원 직경 29.01mm) 크기의 이미지 필드가 상측 개구수 NA=1.25와 연계하여 달성되고, 보정 조건은 이미지 필드 내에서 3.0mλ이다. 생산량-최적화된 배치(모드 "T", 도 3b)에서, 26×6mm2(이미지 원 직경 33.0mm) 크기의 이미지 필드가 상측 개구수 NA=1.15와 연계하여 달성되고, 보정 조건은 2.5mλ이다.
최대값에 해당하는 개구수 NA=1.25와 최대값에 해당하는 이미지 필드 크기 26×6mm2를 가지는 이 유형의 종래의 투사 대물렌즈와 비교하면, 이 변형에 따라 5%와 10% 사이의 크기 이득(gain in mass)이 예상된다.
도 3의 투사 대물렌즈는 각각이 중간상을 통해 연결되는 이미징시스템으로 구성된 복수의 대물렌즈부를 갖는 "사슬형으로 연결된(concatenated)" 투사 시스템의 예로서, 광경로 상류의 이미징 시스템에 의해 형성된 상(중간상)은, 광경로 하류에 위치하여 다른 중간상을 형성할 수 있거나 또는 상면에 이미지 필드 IF를 형성하는 투사 대물렌즈의 최종 이미징 시스템이 되는 이미징 시스템에 대한 물체(object) 역할을 한다. 이 순서를 따라, 투사대물렌즈(300)는 제1중간상 IMI1을 형성하는 굴절 대물렌즈부, 제2중간상 IMI2를 형성하는 반사 대물렌즈부 및 제2중간상의 상을 상면에 형성하는 하류의 굴절 대물렌즈부를 갖는다. 이 유형의 시스템은 R-C-R 시스템이라고도 불리며, R은 굴절(refractive) 이미징 시스템을 나타내며, C는 반사굴절(catadioptric) 또는 반사(catoptric) 이미징 시스템을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예로서 R-C-R 유형의 반사굴절 투사 대물렌즈의 예를 보이며, 반사굴절 대물렌즈부는 한 개의 오목 미러를 가지며 동공 근처에 있는 굴절 대물렌즈부와 이에 바로 근접한 음의 메니스커스 렌즈 사이에 배치되어 있다. 이 유형의 투사 대물렌즈는 예를 들어 특허 출원 EP 1 191 378 A1, WO 2004/019128 A, WO 03/036361 A1 또는 US 2003/019746 A1에 개시된다. 이러한 설계의 투사 대물렌즈는 또한 출원인의 출원일 2004.5.17.자 미국 가출원 60/571,533에도 개시된다. 이 특허 출원의 내용은 이 명세서에 참조로 편입된다.
굴절 대물렌즈부(410)는 반사굴절의 제2대물렌즈부(420)에 의해 제2중간상 IMI2로 상 형성될 제1중간상 IMI1을 형성한다. 상기 제2중간상은 굴절의 제3대물렌즈부(430)에 의해 이미지 필드 IF에 이미징되며, 축소 효과를 갖는다.
해상도-최적화된 배치(모드 "R", 도 4a)에서, 18×8mm2(이미지 원 직경 25.8mm) 크기의 이미지 필드가 상측 개구수 NA=1.2와 연계하여 달성되고, 보정 조건은 이미지 필드 내에서 2.80mλ이다. 생산량-최적화된 배치(모드 "T", 도 4b)에서, 26×6mm2(이미지 원 직경 33.0mm) 크기의 이미지 필드가 상측 개구수 NA=1.15와 연계하여 달성되고, 보정 조건은 1.87mλ이다.
이러한 시스템 유형의 경우, 달성될 수 있는 최대값의 개구수 NA=1.2와 설정할 수 있는 최대값의 이미지 필드 크기 26×5mm2를 가지는 종래의 투사 대물렌즈와 비교하여 사용할 때, 예상되는 크기 이득은 약 10%와 15% 사이이다.
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Claims (26)

  1. 투사 대물렌즈의 상면 영역에 배열된 것으로, 투사 대물렌즈의 물체면 영역에 배열된 마스크의 적어도 하나의 패턴의 상을 갖는 기판들을 노광하는 투사 노광 방법에 있어서,
    조명장치의 조명방사로 상기 패턴을 조명하는 단계;
    상기 투사 대물렌즈의 상측 개구수 NA에 영향을 받는 각 밴드폭을 가지며 상기 투사 대물렌즈의 이미지 필드 영역의 기판에 입사하는 노광 방사를 형성하기 위해 투사 대물렌즈를 통과하는 광을 조명하는 단계;
    제1이미지필드크기가 IFS1인 제1이미지필드에 제1상측개구수 NA1이 주어진 기판을 노광하기 위해 제1노광배치를 설정하는 단계;
    상기 제1노광배치로 적어도 하나의 기판을 노광하는 단계;
    상기 제1이미지필드크기와 다른 제2이미지필드크기 IFS2를 가지는 제2이미지필드에, 상기 제1상측개구수 NA1과 다른 제2상측개구수 NA2가 주어진 기판을 노광하기 위한 제2노광배치를 설정하기 위해, 이미지 필드 크기와 상측 개구수를 대등하게 반대로 변화시키는 단계;
    상기 제2노광배치로 적어도 하나의 기판을 노광하는 단계;를 포함하는 투사 노광 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1노광배치는 제1개구수 NA1이 제2개구수 NA2보다 크고 제1이미지필드크기 IFS1이 제2이미지필드크기 IFS2보다 작은 경우에 해상도-최적화된 배치이고,
    상기 제2노광배치는 제2개구수 NA2가 제1개구수 NA1보다 작고 제2이미지필드크기 IFS2가 제1이미지필드크기 IFS1보다 큰 경우에 생산량-최적화된 배치인 것을 특징으로 하는 투사 노광 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    ΔNA=|NA1-NA2|는 적어도 0.05인 것이 사용되는 투사 노광 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    큰 이미지 필드 크기 IFS2와 관련된 이미지 필드 영역은 작은 이미지 필드 크기 IFS1과 관련된 이미지 필드 영역보다 적어도 20% 큰 것을 특징으로 하는 투사 노광 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    NA1≥1이고 NA2≥1인 것을 특징으로 하는 투사 노광 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    투사 노광 장치가 사용되는 곳에서 상기 제1노광배치 및 상기 제2노광배치 사이의 전환이 일어나는 것을 특징으로 하는 투사 노광 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    제1노광배치로 제1기판을 스캐닝하는 단계;
    상기 제1 및 제2노광배치 사이에서 투사 노광 장치를 전환하는 단계; 및
    상기 제2노광배치로 제2기판을 스캐닝하는 단계;가 수행되는 것을 특징으로 하는 투사 노광 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1노광배치와 상기 제2노광배치 사이에서 전환이 일어날 때 상기 투사 대물렌즈의 광학 소자들에 대한 적어도 하나의 조작이 수행되며,
    상기 조작은,
    광학 소자들 간의 간격을 변화시키기 위해 광학 소자의 상대적 축방향 이동; 광축에 대해 하나 이상의 광학 소자를 중심에서 벗어나게 하는 디센터링; 광학 소자들을 광축을 가로지르는 틸트 축에 대해 기울임;으로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 투사 노광 방법.
  9. 물체면에 배열된 물체 필드의 상을 상면에 배열된 이미지 필드에 형성하기 위한 투사 대물렌즈에 있어서,
    복수의 광학 소자;
    상기 투사 대물렌즈의 동공면 영역에 마련되어 상기 투사 대물렌즈의 사용된 상측 개구수 NA를 다양하게 설정하기 위한, 조절 가능한 개구 조리개;을 포함하며,
    상기 복수의 광학 소자는 제1노광배치와 상기 제1노광배치와 다른 적어도 하나의 제2노광배치에서 상기 투사 대물렌즈가 노광을 위해 제공된 이미지 필드에 마이크로 리소그라피 상을 형성하기에 충분한 보정 상태를 갖도록 설계되고,
    상기 제1노광배치에는서 제1상측개구수 NA1은 제1이미지필드크기 IFS1을 가지는 제1이미지필드에 주어지고, 제2노광배치에서 상기 제1상측개구수 NA1과 다른 제2상측개구수 NA2는 상기 제1이미지필드크기와 다른 제2이미지필드크기 IFS2를 가지는 제2이미지필드에 주어진 것을 특징으로 하는 투사 대물렌즈.
  10. 제9항에 있어서,
    ΔNA=|NA1-NA2|는 적어도 0.05인 것을 특징으로 하는 투사 대물렌즈.
  11. 제9항에 있어서,
    큰 이미지 필드 크기 IFS2와 관련된 이미지 필드 영역은 작은 이미지 필드 크기 IFS1과 관련된 이미지 필드 영역보다 적어도 20% 큰 것을 특징으로 하는 투사 대물렌즈.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 이미지 필드의 크기를 다양하게 설정하기 위한, 조절 가능한 필드 조리개가 할당되고,
    상기 조절 가능한 필드 조리개는, 상기 투사 대물렌즈의 물체면 영역 또는 상기 투사 대물렌즈의 물체면과 광학적으로 켤레를 이루는, 상기 투사 대물렌즈를 포함하는 투사 노광 장치의 필드면 영역에 배열된 것을 특징으로 하는 투사 대물렌즈.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 투사 대물렌즈는 광학 소자의 조작을 수행하기 위한 적어도 하나의 조작 장치를 포함하며,
    상기 조작은,
    광학 소자들 간의 간격을 변화시키기 위해 광학 소자의 상대적 축방향 이동; 광축에 대해 하나 이상의 광학 소자를 중심에서 벗어나게 하는 디센터링; 광학 소자들을 광축을 가로지르는 틸트 축에 대해 기울임;으로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 투사 대물렌즈.
  14. 제9항에 있어서,
    스캐너 동작에 사용되기 위해 설계되고,
    스캐닝 방향을 가로지르는 이미지 필드 폭과 스캐닝 방향으로의 높이 사이의 종횡비 AR이 적어도 한 노광 배치에서 AR>3인 슬릿 형상의 이미지 필드에 적합화된 것을 특징으로 하는 투사 대물렌즈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1노광배치와 상기 제2노광배치 모두에서의 스캐닝 동작을 위해 설계된 것을 특징으로 하는 투사 대물렌즈.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 투사 대물렌즈의 물체면에 배열된 패턴의 상을 침지 매질의 도움으로 상기 투사 대물렌즈의 상면에 형성하기 위한 침지 대물렌즈로 설계된 것을 특징으로 하는 투사 대물렌즈.
  17. 제9항에 있어서,
    NA1≥1이고 NA2≥1인 것을 특징으로 하는 투사 대물렌즈.
  18. 투사 대물렌즈의 상면 영역에 배열된 것으로, 투사 대물렌즈의 물체면 영역에 배열된 마스크의 적어도 하나의 패턴의 상을 갖는 기판들을 노광하는 투사 노광 장치에 있어서,
    조명 방사로 상기 패턴을 조명하기 위한 조명 시스템;
    상기 기판 위를 향하는 노광 방사의 도움으로 상면 영역에 상기 패턴의 이미지를 형성하기 위한 투사 대물렌즈;
    상기 투사 대물렌즈의 동공면 영역에 배치된 것으로, 상기 투사 대물렌즈의 사용되는 상측 개구수를 다양하게 설정하기 위한, 조절 가능한 개구 조리개;
    상기 투사 대물렌즈의 물체면 영역 또는 상기 투사 대물렌즈의 물체면과 광학적으로 켤레를 이루는 상기 투사 노광 장치의 필드면 영역에 배치된 조절 가능한 필드 조리개;
    상기 조절 가능한 필드 조리개와 상기 조절 가능한 개구 조리개의 대등한 제어를 위한 것으로, 상기 투사 노광 장치가 제1노광배치 또는 적어도 하나의 제2노광배치에서 선택적으로 동작하도록 구성되는 제어 장치;를 포함하며,
    상기 제1노광배치에서 제1상측개구수 NA1은 제1이미지필드크기 IFS1을 가지는 제1이미지필드에 주어지고, 상기 제2노광배치에서 상기 제1상측개구수 NA1과 다른 제2상측개구수 NA2는 상기 제1이미지필드크기와 다른 제2이미지필드크기 IFS2를 가지는 제2이미지필드에 주어진 것을 특징으로 하는 투사 노광 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 투사 대물렌즈가 상기 제1노광배치 및 상기 제2노광배치 모두에서 수캐닝 모드로 동작되도록 하는 스캐닝 동작을 위해 구성된 것을 특징으로 투사 노광 장치.
  20. 물체면 영역에 배치된 물체 필드의 상을 상면 영역에 배치된 이미지 필드에 형성하기 위한 것으로 복수의 광학 소자를 포함하는 투사 대물렌즈를 제조하는 방법에 있어서,
    복수의 파라미터를 사용하여 광학 소자들의 유형과 배치를 결정하는 광학 설계 과정을 수행하는 단계;를 포함하며,
    상기 파라미터는 적어도 하나의 고정 파라미터와 적어도 하나의 자유 파라미터를 포함하며, 제1노광배치와 적어도 하나의 제2노광배치에서 투사 대물렌즈가 이미지 필드에 마이크로 리소그라피 상을 형성하기에 충분한 보정 상태를 갖도록 선택된 가치 함수(merit function)에 기초하여 상기 적어도 하나의 자유 파라미터에 대한 최적의 값이 수행되고,
    상기 제1노광배치에서 제1이미지필드크기 IFS1을 가지는 제1이미지필드에 제1상측개구수 NA1이 주어지고, 상기 제2노광배치에서 상기 제1이미지필크기와 다른 제2이미지필드크기 IFS2를 가지는 제2이미지필드에 상기 제1상측개구수 NA1과 다른 제2상측개구수 NA2가 주어진 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 투사 대물렌즈는
    스캐너 동작에 사용되기 위해 설계되고,
    스캐닝 방향을 가로지르는 이미지 필드 폭과 스캐닝 방향으로의 높이 사이의 종횡비 AR이 적어도 한 노광 배치에서 AR>3인 슬릿 형상의 이미지 필드에 적합화된 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 투사 대물렌즈가 상기 제1노광배치 및 상기 제2노광배치 모두에서 수캐 닝 모드로 동작되도록 하는 스캐닝 동작을 위해 구성된 것을 특징으로 방법.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 투사 대물렌즈는 상기 투사 대물렌즈의 물체면에 배열된 패턴의 상을 침지 매질의 도움으로 상기 투사 대물렌즈의 상면에 형성하기 위한 침지 대물렌즈로 설계된 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제20항에 있어서,
    NA1≥1이고 NA2≥1인 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제20항에 있어서,
    ΔNA=|NA1-NA2|는 적어도 0.05인 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제20항에 있어서,
    큰 이미지 필드 크기 IFS2와 관련된 이미지 필드 영역은 작은 이미지 필드 크기 IFS1과 관련된 이미지 필드 영역보다 적어도 20% 큰 것을 특징으로 하는 방법.
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