KR20080015368A - 노광장치 및 디바이스의 제조방법 - Google Patents

Abstract

노광장치는 조명광학계와 투영광학계를 구비하고 있다. 조명광학계는 출사면으로부터 복수의 광속을 방출하도록 구성된 광학 인티그레이터, 상기 광학 인티그레이터의 입시면에 소정의 광강도 분포를 형성하도록 구성된 회절광학소자 및 상기 입사광의 편광상태를 조정하도록 구성된 편광광학소자를 포함하고 있다. 편광광학소자는 상기 편광광학소자가 복굴절요소로서 기능하는 패턴이 있고, 상기 패턴은 제1 방향과 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향 사이에서 다른 밀도를 가지고, 광원으로부터 광의 파장보다 크지 않은 주기를 가진 미세파장 구조를 가지며, 상기 편광광학소자는 상기 회절광학소자가 광강도 분포를 형성하는 입사면의 부근에 배치된다.

Description

노광장치 및 디바이스의 제조방법{EXPOSURE APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 마스크의 패턴을 투영광학계를 통하여 기판 위에 투영하고, 상기 기판을 노광하는 노광장치 및 디바이스의 제조방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 제조를 위한 리소그래피공정에 있어서, 투영노광장치가 이용된다. 리소그래피공정은 반도체 디바이스의 회로패턴을 감광제가 도포된 기판(실리콘기판 또는 유리기판 등)에 전사하는 공정을 포함한다.

최근, 반도체 디바이스의 미세화가 0.15㎛ 이하의 선폭을 가지는 패턴이 전사되는 정도까지 진행되어 있다. 이 진행에 의해 반도체 디바이스의 집적도가 향상하여 저전력소비로 고성능인 반도체 디바이스를 달성하였다. 한층 더 미세화를 위해서는, 투영노광장치의 해상도의 향상이 요구된다.

해상도 R(전사 가능한 라인 앤드 스페이스의 피치)와, 투영광학계의 개구수NA와, 노광 파장 λ사이의 관계는, 계수 k1을 이용하여, 이하의(1)의 식으로 나타내진다.

R = k1 ·λ / NA ...(1) 식

(1) 식으로부터 명백한 바와 같이, 해상도를 올리려면(R을 작게 한다), 노광 파장λ을 작게 하거나, 또는 투영광학계의 개구수NA를 크게하면 된다. 그 때문에, 종래부터, 투영광학계의 고NA화와 노광파장의 단파장화가 진행되고 있다.

불행하게도, 최근의 연구에 의해 고NA화는 레지스트 내에서 P편광성분(기판의 표면에 입사하는 광의 전기장 벡터가 광과 기판의 수선을 포함한 평면에 있는 광의 성분)이 간섭무늬의 콘트라스트를 저하시키는 문제를 내포하고 있는 것이 밝혀졌다. 상기 환경하에서, NA를 증가시켜서 해상도를 향상하기 위해서는, NA를 증가시키는 것뿐만 아니라, P편광성분을 제거함으로써 S편광성분(P편광과 전기장벡터가 직교하는 광의 성분)에 의해 마스크를 조명하는 편광조명을 실현해야할 필요가 있다.

도 8은 편광조명을 형성하는 광학계를 구비한 종래의 투영노광장치의 구성을 나타낸다. 광원(l)은 조명광(노광광)을 방출한다. 광원(l)은 통상 엑시머 레이져를 사용한다. 반(半)파장판(2)은 수정 또는 불화마그슘 등의 복굴절을 가지는 유리재료로 이루어진다. 상기 반파장판(2)에 의해 광원(l)으로부터 인가된 편광을 전기장벡터가 소정의 방향에 있는 편광으로 변환한다. 반파장판(2)를 이동시켜서 피조명면을 X편광에 의해 조명하는 모드와 Y편광에 의해 조명하는 모드를 절환할 수 있다. 여기서, X편광은 노광장치의 X방향으로 전기장 벡터를 가지는 직선 편광으로 마스크를 조명하는 모드를 나타낸다. Y편광은 노광장치의 Y방향으로 전기장 벡터를 가지는 직선 편광으로 마스크를 조명하는 모드를 나타낸다. ND 필터(netural density filter; 감광필터)(3)는 기판(17)에 도포된 감광제의 감도에 따라 조명광 의 조도를 변경하기 위해 절환 가능하게 구성되어 있다.

마이크로렌즈어레이(4)는 광원(l)으로부터 광을 안내하여 광이 마루 진동이나 노광장치의 진동에 의해 조명광학계의 광축으로부터 어긋나는 경우에도, 마이크로렌즈어레이(4) 이후의 광학계에 인가되는 광의 특성이 변화하지 않도록 특정의 각도 분포로 광을 출사한다. 제1 콘덴서렌즈(5)는 마이크로렌즈어레이(4)로부터의 광을 CGH(computer generated hologram; 계산기 홀로그램)(61)에 투영한다. CGH(61)는 회절광을 발생하고 제2 콘덴서 렌즈(7)을 통하여, 설계에 의거하여 광분포를 A면에 형성한다.

마이크로렌즈어레이(62)는 CGH(61)와 교환 가능하게 구성되어 있고, 광로에 삽입되었을 경우에는, 제2 콘덴서렌즈(7)를 통하여 균일한 광분포를 A면에 형성한다. 변배 릴레이렌즈(8)는 A면에 형성된 광분포를 확대/축소하고, 파리의 눈렌즈(10)에 투영한다.

파리의 눈렌즈(10)는 예를 들면, 로드 렌즈(rod lens)의 군이어도 되고, 또는 일체로 형성된 마이크로렌즈어레이어도 된다. 제3 콘덴서렌즈(11)는 파리의 눈렌즈(10)에 의해 파면분할된 광빔을 중첩하여 맞추어 대약 균일한 광분포를 B면에 형성한다. 하프미러(12)는 노광량 제어를 위한 센서(13)에 광의 일부를 반사한다. 릴레이광학계(14)는 B면에 형성된 대략 균일한 광분포를 마스크(레티클)(15)에 투영한다.

투영광학계(16)에 의해 마스크(15)의 회로패턴을 감광제가 도포된 기판(17)에 투영한다. 기판(17)을 기판스테이지(19)에 의해 위치맞춤한다. 기판스테이 지(19)는 예를 들면, 기판(17)을 주사 노광하기 위해서 스캔 구동되고 노광 대상의 쇼트 영역을 변경하기 위해서 스텝 구동될 수 있다. 기판스테이지(19) 위에는 조도계(18)가 탑재되어 있다. 조도계(18)는 기판스테이지(19)를 구동함으로써 노광영역내에 위치 결정되고 노광영역 내의 조도를 계측하기 위해서 사용된다. 제어장치(20)는 센서(13)로부터의 출력에 의거하여 노광량이 소망한 양이 되도록 광원(l)을 제어한다.

상기의 예는 이하의 방법으로 편광조명을 달성한다. 즉, 광원(l)에 의해 출사되는 광의 편광상태를 반파장판(2)에 의해 소망한 편광 상태가 되도록 조정한다. 이후의 광학계는 유리재료의 복굴절을 작게 억제하여 주어진 편광도를 유지하면서 상기 광을 안내하여 기판(17)에 조사한다.

편광조명을 실현하기 위한 다른 방법으로서 상기의 예 이외에도 직선편광필터를 사용하여 조명광으로부터 특정의 편광성분을 추출하는 방법이 있다.

직선편광필터는 예를 들면, 선글라스에 이용되며, 소정의 직선편광만을 투과하는 필터이다. 직선편광필터는 예를 들면, 플라스틱으로 이루어지므로, 노광장치의 광원으로서 사용되는 자외광에 대하여 빈약한 투과율을 가진다. 따라서, 직선편광필터를 노광장치에 있어서 편광조명을 형성하기 위해서 사용하는 것은 비현실적이다.

편광필터로서 입사광의 파장 이하의 주기를 가지는 SWS(Sub Wavelength Structure)를 이용하는 방법도 있다. 예를 들면, 입사광의 파장 이하의 주기를 가지는 미세한 라인-앤드-스페이스 패턴이 형성된 SWS를 상정한다. SWS는 라인-앤드- 스페이스 패턴이 신장하는 방향으로 전기장 벡터를 가지는 편광성분을 투과하여, 전자의 방향과 직교하는 전기장 벡터를 가지는 편광성분을 반사한다. 즉, 이러한 SWS는 편광필터로서의 특성을 가진다. SWS를 편광필터로서 이용함으로써, 자외광에서 사용할 수 없다고 하는 상기와 같은 편광필터의 과제는 해결된다. 그러나, 조명광의 전체성분 중, SWS는 소망한 편광성분 이외의 어떤 성분도 반사해서 소모시켜서, 상면조도를 저하시키고, 결국은 스루풋의 저하를 초래한다.

파장판을 이용하여 편광조명을 실시할 때, 파장판은 정확한 위상차를 생성하도록 제작하여야 한다. 도 1을 참조하면서, 복굴절 유리재료로 제작된 반파장판(101)을 설명한다. 파장판의 두께를 d, 유리재료의 복굴절량을 △N, 노광광의 파장을 λ로 놓는다. 그리고, 반파장판(101)는 위상차 δΦ = m + 1/2를 만족시키도록 제작해야 한다. 파장판의 두께d가 수㎛ 만큼만 어긋나는 경우에도, 위상차가 크게 변화하기 때문에, 상기 두께 d를 정확하게 제어해야 한다. 이에 의해 매우 고가로 되는 결과를 초래한다.

또, 복굴절유리재료로 제작된 파장판을 사용하여 정확한 위상차이를 생성하기 위해서는, 입사각도의 범위를 작게 할 필요가 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 수직광에 대해서, 소정의 위상을 적용하는 파장판에 대해서 각도θ로 광이 입사하면, 광이 파장판에 수직으로 입사하는 경우보다 파장판에서의 광로의 길이가 길어진다. 이 때문에, 출사광은 △의 위상오차를 가져서 소망한 위상차의 생성에 실패를 초래한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 복굴절 유리재료로 이루어진 한 쌍의 파장판(0 오 더 반파장판)(201)에 대해서 각도를 가진 광을 입사시킨 것을 상정한다. 이 경우에, 파장판(201)의 두께를 변화시킴으로써, 편광순도의 시뮬레이션 계산에 의해 도 3의 결과를 얻을 수 있다.

지면에 수직인 방향으로 진동하는 광성분의 강도를 Ix, 지면에 평행한 방향으로 진동하는 광성분의 강도를 Iy로 놓으면, 편광순도는 Ix / (Ix + Iy)로 정의된다. 도 3은 파장판의 두께 d(mm)와 편광순도 간의 관계를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 횡축 및 종축은 입사광의 파장판에 대한 x방향 및 y방향의 입사각도를 나타내고, 색으로 편광순도의 변화를 나타낸다. 백색부분은 편광도가 높은 상태를 나타내고, 흑색부분은 편광도가 낮은 상태를 나타낸다. 이 결과는 위상차(Δ)는 파장판의 두께에 의존하는 것을 나타낸다. 파장판의 두께가 두꺼워질수록, 입사각도에 대한 편광순도의 변화가 커진다. 이 때문에, 노광장치에 있어서 두꺼운 파장판을 사용하는 것에 의해 피조사면의 편광순도가 저하하고 상의 콘트라스트의 저하를 초래한다. 이에 의해 ED윈도우(Exposure Defocus Window)가 축소하여 칩의 수율을 악화시킨다. 노광장치는 복굴절 유리재료로 제조한 파장판으로서 얇은(바람직하게는 0.5mm 이하) 파장판을 사용하는 것이 바람직하다.

향후에는 노광장치의 고NA화가 점진적으로 진행될 것으로 생각된다. 조명광학계내의 광의 각도 분포범위도 넓어질 것으로 예측된다. 한편, 복굴절 유리재료로 제작된 파장판은 상기의 이유 때문에, 정밀한 편광조명을 실현하기 위해서 각도분포 가 상대적으로 균일한 장소에 배치하지 않으면 안 된다. 이에 의해, 파장판의 설치 장소가 한정되어서, 편광순도가 높은 편광조명을 형성하는 광학계의 설계가 실현 곤란하게 될 수도 있다.

특정의 마스크 패턴에 대해서 적절한 상을 얻기 위한 또 다른 요구에 대처하기 위해서, 조명광의 동공 내의 복수의 영역 사이에서 편광상태가 변화하는 조명광을 피조사면에 조사하는 커스텀 편광조명이 되는 것이 바람직하다. 상기의 복굴절 유리재료로 제조한 파장판을 이용하여 커스텀 편광조명을 실현하기 위해서는, 조명광학계의 동공면, 조명광학계의 동공면에 공역인 면, 또는 그것들에 준하는 면에, 여러 방향으로 진상축을 가진 파장판의 조합을 설치할 필요가 있다. 복굴절 유리재료의 진상축은 유리재료 고유의 방향을 가지고 있으므로, 하나의 파장판은 한 방향의 진상축을 가지고 있다. 그 때문에, 복굴절 유리재료로 제작한 복수개의 파장판 의 조합을 스테인드 그라스(stained glass) 상에 설치할 필요가 있다. 그러나, 복잡한 편광상태를 형성하기 위해서는, 복수의 파장판을 필요로 하고, 유지부재에 의한 차폐에 의한 조도저하를 무시할 수 없게 된다. 또, 파장판 대해서 상술한 입사각도의 제한 때문에, 동공면에 공역인 위치에서의 각도분포를 균일하게 할 필요가 있어서, 설계상의 큰 제약이 된다. 따라서, 상기의 기술에서는 복잡한 편광 조명을 구성하는 것이 매우 어렵다.

본 발명은, 상기의 과제를 고려하여 이루어진 것이며, 예를 들면, 광원으로부터 인가되는 광의 편광상태를 저 광량손실로 임의의 편광상태로 변경하는 기능을 가지는 노광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 측면은, 광원으로부터의 광에 의해 마스크를 조명하도록 구성된 조명광학계, 및 상기 조명광학계에 의해 조명된 상기 마스크의 패턴을 기판 위에 투영하도록 구성된 투영광학계를 구비한 노광장치에 관한 것이다. 상기 조명광학계는, 출사면으로부터 복수의 광속을 방출하도록 구성된 옵티컬 인티그레이터, 상기 옵티컬 인티그레이터의 입사면에 소정의 광강도 분포를 형성하도록 구성된 회절광학소자, 및 입사광의 편광상태를 조정하도록 구성된 편광광학소자를 포함하고 있다. 상기 편광광학소자는 상기 편광광학소자가 복굴절 소자로서 기능하는 패턴을 가지고, 상기 패턴은 제1 방향과 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향 사이에서 다른 밀도를 가지고, 또한 상기 광원으로부터의 광의 파장 이하의 주기를 가지는 미세주기 구조를 가지고, 상기 편광광학소자는 상기 회절광학소자에 의해 상기 광강도 분포가 형성되는 상기 입사면에 또는 그 부근에 배치되어 있다.

본 발명의 제2 측면은, 디바이스의 제조방법에 관한 것이다. 상기 방법은 상술된 노광장치를 사용하여, 감광제가 도포된 기판을 노광하는 공정, 및 노광된 상기 기판을 현상하는 공정을 포함하고 있다.

본 발명에 의하면, 예를 들면, 광원으로부터 인가된 광의 편광상태를 저광량존실로 임의의 편광상태로 변경하는 기능을 가진 노광장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 특징은, 첨부되는 도면을 참조한 이하의 전형적인 실시형태의 설명으로부터 명백해질 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 예를 들면, 에칭에 의해 미세 주기구조를 형성한 편광광학소자를 이용하여 커스텀 편광조명을 실현한다. 상기 미세주기구조는 제1 방향과 제1 방향에 직교하는 제2 방향 사이에서 밀도가 변화하는 패턴 을 가지고, 또한 사용되는 광의 파장 이하의 주기를 가진다. 상기 미세 주기구조의 주기는, 입사 광의 파장을 굴절률로 나누어 얻은 값보다 작게 설정하여, 임의의 방향으로 밀도 패턴을 형성한다.

종래예로서 SWS를 편광필터로서 이용하는 방법을 소개하였다. 이에 대해서, 본 발명에서는, SWS의 다른 측면, 즉, 굴절률을 자유롭게 변화시킬 수 있는 특성을 이용한다.

도 4A, 도 4B 및 도 4C는, 유리기판의 표면을 에칭함으로써 밀도패턴으로 형 성된 편광광학소자를 나타내는 도면이다. 유리기판(401)에 형성된 밀도패턴(402)은2개의 직교하는 방향 사이에서 밀도차이를 가진다. 2개의 직교하는 방향 중, 한쪽을 x-축, 다른 쪽을 y-축으로 정의한다. 도 4A, 도 4B 및 도 4C에서는, 간단화를 위해서, y방향으로 소장하는 미세격자를 예시하고 있다.

유리기판(401)에 형성된 패턴의 밀도에 따라서, 각 전기장 방향에 있어서의 편광성분은 서로 다른 굴절률을 경험한다. 이것은 이하의 방법으로 이해될 수 있다. 즉, 미세 주기구조의 주기가 파장에 비해서 작기 때문에, 광은 미세 주기구조를 마치 속이 빈 것 같이 느끼지 못한다. 따라서, 상기 광은 낮은 유리밀도 및 굴절률을 경험한다. 즉, 유리기판의 굴절률을 N으로 하면, 미세 주기구조가 형성되어 있지 않은 영역(깊이 D보다 깊은 장소)에서 x방향 및 y방향으로 전기장벡터를 가지는 양쪽의 편광성분은, 동일하게 N의 굴절률을 가진다. 한편, 미세 주기구조가 형성된 영역에서는 x방향으로 전기장 벡터를 가지는 편광성분은, 낮은 유리 밀도를 경험하고, 따라서, 유리의 굴절률보다 낮은 굴절률 Nx를 가진다. 또한, 미세 주기구조가 형성된 영역에서는 y방향으로 전기장 벡터를 가지는 편광성분은, y방향의 유리의 밀도가 x방향의 유리밀도와 상이하므로, 굴절률 Nx와는 다른 굴절률 Ny를 경험한다. 도 4A, 도 4B, 및 도 4C를 참조하면, y방향에는 패턴이 없어서, 굴절률 Ny는 패턴이 형성되어 있지 않은 유리의 굴절률 N과 동일하다. 2개의 방향 사이에서 밀도패턴의 밀도가 변화할 때, 굴절률 Nx와 굴절률 Ny의 사이에서 차이를 가지게 할 수 있다. y축방향에 있어서의 패턴의 밀도가 x축방향에 있어서의 패턴의 밀도보다 낮다고 하면, 패턴을 가지지 않는 유리기판의 굴절률 N과의 관계는

N > Nx, N ≥ Ny, Nx < Ny

의 식으로 주어진다.

이와 같이, 미세 주기구조가 에칭된 편광광학소자(400)는, 복굴절소자로서 기능한다. 굴절률이 낮은 방향(x방향)으로 전기장 벡터를 가진 광성분은, 굴절률이높은 방향(y방향)으로 전기장 벡터를 가진 광성분의 위상보다 빠른 위상을 가진다. 이 때문에, 편광광학소자(400)는 x방향으로 진상축을 가진 복굴절소자로서 기능한다. 이 작용을 이용함으로써, 광의 파장 이하의 주기에서 미세 가공된 광학소자를 효율적으로 임의의 편광을 형성하는 파장판으로서 이용할 수 있다.

도 11A 및 도 11B에 도시된 바와 같이, 미세 주기구조가 피라미드 구조를 포함한 경우, 굴절률이 기판의 굴절률로부터 공기의 굴절률까지 연속적으로 변화한다. 이 경우에, 편광광학소자(400)에는 반사방지소자의 특성이 주어진다. 미세 주기구조를 이용한 반사방지소자는, 통상의 반사방지막 보다 주파수 특성과 각도 특성의 양쪽 모두에 더 우수하다.

상기 광학소자를 사용함으로써, 광원으로부터의 광의 편광상태를 소정의 편광상태로 변환한다. 이에 의해, 높은 조도 및 낮은 광량손실로 피조사면을 조명할 수 있다.

도 4A, 도 4B 및 도 4C에 예시된 구성에서는, 깊이(D)에 상당하는 부분만이위상차를 발생한다. 따라서, 도 4A, 도 4B 및 도 4C에 예시된 구성을 가지고, 복굴절 유리재료로 이루어진 파장판을 NA가 큰 광이 입사했을 경우에도, 상기 파장판이 매우 얇은 경우에서와 마찬가지로, 높은 편광순도를 얻을 수 있다.

임의의 편광조명을 형성하기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시형태에서는 유리기판의 표면을 에칭함으로써 목표로 하는 편광광학소자를 얻을 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 복수의 편광필터 또는 파장판을 조합한 광학소자 에 의해 편광상태를 제어하는 방법과 비교해서, 보다 용이하게 복수의 영역에서 임의의 진상축방향을 가진 파장판을 형성해서, 임의의 편광조명을 실현할 수 있다.

또한, 미세 주기구조를 사용한 반사방지소자는, 통상의 다층반사막 보다 각도 특성도 우수하므로, 각종 장소에 설치하기에 적합하다.

이러한 편광광학소자는 광원으로부터 인가되는 광으로 조명광학계에 의해 마스크를 조명하고, 상기 마스크의 패턴을 투영광학계를 통하여 기판에 투영하는 것

에 의해 상기 기판을 노광하는 노광장치의 구성요소로서 적합하다. 편광광학소자는 상기 광원으로부터 상기 기판까지의 광로 중에 삽입되어서, 광의 편광상태를 제어하도록 기능할 수 있다.

이하, 본 발명의 대표적인 실시형태를 설명한다.

[제1 실시 형태]

도 5A, 도 5B 및 도 5C는 커스텀 편광조명에 있어서 편광상태를 예시하는 도면이다. 본 발명의 제1 실시형태는, 편광광학소자를 구비한 노광장치에 관한 것이다. 도 5A, 도 5B 및 도 5C에 예시된 바와 같은 편광상태를 나타내는 광강도 분포를 조명광학계의 동공면에서 형성 가능한 구성을 제공한다. 도 5A, 도 5B, 및 도 5C를 참조하면, 백색 부분은 밝은 영역이며, 화살표는, 이 영역에 있어서의 편광 방향(전기장벡터의 방향)을 나타낸다. 도 6은, 본 발명의 제1 실시형태에 의한 노광장치의 개략구성을 나타내는 도면이다. 도 6에서 도 8과 동일한 부호는 도 8의 구성요소와 동일한 구성요소를 나타내고, 그 설명을 생략한다. 이후에, 마스크(15)를 조명하기 위해서 광원(l)과 마스크(15) 사이에 배치된 광학소자에 의해 구성된 광학계를 조명광학계라고 부른다. 그러나, 도 6을 참조하면, 광원(l)과 마스크(15) 사이에 배치된 모든 광학소자가 조명광학계의 필수 요소는 아니다. 조명광학계는 복굴절 유리재료로 제작된 파장판, 또는 편광필터를 구성요소로서 포함할 수 있다.

조명광학계에는 도 4A, 도 4B 및 도 4C를 참조하여 예시적으로 설명한 편광 광학소자(21), 즉 (21a) 또는 (21b)가 내장된다. 편광광학소자(21)는 광빔의 입사각도가 1° 이상이 되는 영역에 삽입될 수 있다.

편광광학소자(21)는 광원(l)이 방출하는 노광광의 파장 이하의 주기를 가지는 미세 주기구조를 가진다. 편광광학소자(21)는 2개 이상의 편광광학소자(21a) 또는 (21b)로부터 선택되어 조명광학계의 광로에 삽입되는 것이 바람직하다. 미세 주기 구조를 가지는 편광광학소자(21)는 도 5A, 도 5B 및 도 5C에 예시된 바와 같은 편광상태를 나타내는 광강도 분포가 투영광학계(16)의 동공면에 유효광원으로서 형성되면, 조명광학계 내의 어느 위치에 배치되어도 된다. 단, 편광광학소자(21)는 조명광학계의 동공면에 또는 그 근처에 배치되는 것이 바람직하다. 도 6을 참조하면, 편광광학 소자(21)는 조명광학계의 동공면에 그 출사면을 가지는 파리의 눈렌즈(10)의 입사면 근처에 배치되어 있다. 광원(l)으로부터 인가되는 광이 지면에 수직인 방향, 즉 X방향으로 전기장 벡터를 가지는 편광이라고 상정한다. 이 경우에, 편광광학소자 (21)는 지면에 수직인 방향으로 전기장 벡터를 가지는 편광을 수광한다.

도 5A에 도시된 바와 같이, 조명광학계의 동공면의 2개의 영역에서 Y방향(도 6에서 지면에 평행인 방향)으로 편광방향인 편광조명을 실현하기 위해서는, 2개의 영역에서, X-Y방향(X축에 대해서 45°방향)으로 진상축을 가지는 반파장판을 사용하여 X편광성분을 Y편광성분으로 변환하면 충분하다. X편광성분을 Y편광성분으로 변환하기 위한 편광광학소자는, 도 7A에 도시된 바와 같이, 45°방향(또는 135°방향)으로 확장하고 파장 이하의 주기를 갖는 미세 주기구조를 가지기만 하면 된다(흑색부분은 에칭에 의해 형성된 골부분을 나타낸다). 도 7A에 도시된 미세 주기구조를 가지는 편광광학소자는 45°방향으로 진상축을 가지는 반파장판으로서 작용하여서, X편광성분을 Y편광성분으로 변환하는 것이 가능하다. 이러한 편광광학소자를 사용함으로써, 조명광학계의 동공면에 대해 도 5A에 도시된 바와 같이 편광상태를 얻을 수 있다.

도 5B에 도시된 바와 같이, 조명광학계의 동공면의 4개의 영역, 보다 상세하게는, X축을 포함한 2개의 영역 및 Y축을 포함한 2개의 영역에서 편광상태를 제어하는 편광조명을 상정한다. 도 7B에 도시된 바와 같이, 이러한 편광조명을 실현하 기 위해서는, 이하의 구조를 가지는 편광광학소자를 사용하면 충분하다. 즉, X축을 포함한 2개의 영역에는 45°방향으로 연장하는 미세 주기구조가 형성되고, 노광광의 편광상태를 변환할 필요가 없는 Y축을 포함한 2개의 영역에는 미세 주기구조가 형성되지 않는다.

도 5C에 도시된 바와 같이, 조명광학계의 동공면의 8개의 영역의 편광상태를 제어하는 편광조명을 상정한다. 이러한 편광조명을 실현하기 위해서는, 도 7C에 도시된 바와 같이, X-편광 변환영역에는 어떠한 미세 주기구조도 형성하지 않고, Y-편광 변환영역이 45°방향으로 진상축을 가진 반파장판 특성을 나타내도록 45° 방 향으로 연장하는 미세 주기구조를 형성하면 충분하다. 또, 원형편광 변환영역이 45°방향으로 진상축을 가진 쿼터파장판 특성을 나타내도록 45°방향으로 연장하는미세 주기구조를 형성하면 충분하다. 쿼터파장판 특성을 부여하기 위해서는, 반파장판의 영역에 비해, 미세 주기구조의 깊이 또는 밀도를 변경하면 충분하다.

편광광학소자의 미세 주기구조는 편광광학소자의 입사광의 편광방향과 편광 광학소자로부터의 출사광의 편광방향 사이의 중간(등 각 2 등분선)의 방향과 상기 중간 방향에 직교하는 방향 사이에서 밀도가 변화하도록 결정하기만 하면 된다.

[제2 실시 형태]

본 발명에 의한 미세 주기구조를 가지는 편광광학소자는, 입사각도가 큰 경우에도, 소망한 파장판으로서의 특성을 나타낸다. 이에 의해, 종래의 복굴절 유리재료로 이루어진 파장판에서는 설치할 수 없었던 장소에 파장판 효과를 가지는 편광광학소자를 설치할 수 있다.

도 9는 본 발명의 제2 실시형태에 의한 노광장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 도 9에서 도 8과 동일한 부호는 도 8의 구성요소와 동일한 구성요소를 나타내고, 그 설명을 생략한다. 제2 실시형태에서는 투영광학계(16)의 동공면 근처에, 도 4A, 도 4B 및 도 4C를 참조하면서 예시적으로 설명한 미세 주기구조를 가지는 편광광학소자(22)가 배치되어 있다. 기판(17)을 S편광성분으로 노광하기 위해서는, 투영광학계(16)의 동공면의 각 장소에 대해 편광방향이 접선방향인 도 10에 도시된 편광상태가 실현되는 편광광학소자(22)를 설치하는 것이 바람직하다.

[제3 실시 형태]

본 발명에 의한 미세 주기구조를 가지는 편광광학소자는, CGH에 적용할 수도 있다. 도 12는 본 발명의 제3 실시형태에 의한 노광장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 도 12에서 도 8과 동일한 부호는 도 8의 구성요소와 동일한 구성요소를 나타내고, 그 설명을 생략한다. 제3 실시형태에서는 미세 주기구조를 가지는 편광 광학소자가 CGH에 부가되어 있다.

제3 실시형태에서는, CGH(61)(도 8) 대신에, 도 4A, 도 4B 및 도 4C를 참조하면서 예시적으로 설명한 미세 주기구조를 가지는 편광광학소자가 부가된 홀로그램 (231)을 이용한다. 도 13A, 도 13B, 도 13C 및 도 13D는, 미세 주기구조를 가지는 편광광학소자가 부가된 홀로그램(231)을 설명하기 위한 도면이다. 도 13B에 도시된 바와 같은, 유효광원분포를 조명광학계의 동공에 형성하는 경우를 상정한다. 도 13B는 각 영역에서의 전기장벡터의 방향이 분포의 접선방향인 4중극조명을 나타내고 있다. 이 경우의 편광광학소자가 부가된 홀로그램(231)을 광축방향에서 본 것이 도 13A에 예시되어 있다. 도 13A에 도시된 바와 같이, CGH의 패턴은 몇 개의 영역으로 나눌 수 있다(도 13A에서는 사선영역과 백색영역으로 표시되었음). 편광광학소자가 부가된 홀로그램(231)에 x편광의 광성분이 조사된다.

사선영역에는 CGH의 패턴만이 형성되고, 편광광학소자는 형성되어 있지 않다. 사선영역에 입사한 광은, 도 13C에 도시된 바와 같이, 4중극의 4개 영역중 수직으로 정렬된 2개의 영역에, 입사편광과 같은 x방향으로 전기장 벡터를 가지는 분포를 형성한다. 백색영역에는, CGH 패턴과 미세 주기구조를 가지는 편광광학소자가 형성되어 있다. 미세 주기구조는 x-y방향(45°방향)으로 진상축을 가지는 반판장판 특성을 나타낸다. 백색영역에 입사한 광은, 도 13D에 도시한 바와 같이, 4중극의 4개의 영역중 횡으로 정렬된 2개의 영역에, y방향으로 전기장 벡터를 가지는 분포를 형성한다.

편광광학소자는 CGH 패턴상에 형성되어도 되고, CGH 패턴의 저면에 대응하는 영역에 형성되어도 된다.

또 다른 CGH 패턴과 편광광학특성을 가지는 편광광학소자(232)가 홀로그램(편광 광학 소자)(231)과 교환 가능하게 배치되어 있는 것이 바람직하다.

[제4 실시 형태]

미세 주기구조를 가지는 편광광학소자의 제조방법을 예시적으로 설명한다. 유리기판 상에 예를 들면, Cr로 이루어진 하드마스크를 형성한다. 상기 하드마스크 상에 감광제를 도포한다. 상기 감광제에 투영노광장치를 이용하여 미세 패턴을 전사하고, 상기 미세패턴을 현상한다. 에처에 의해 미세 패턴의 개구부를 통하여 하드마스크를 에칭하고, 패턴화 한다. 패턴화된 하드마스크를 마스크로해서 유리기판을 에처에 의해 에칭한다.

에칭방식은 에칭깊이가 깊어지는 만큼 적합화가 어려워진다. 미세 주기구조를 가지는 편광광학소자는, 깊이에 의해 위상차를 발생한다. 깊게하는 것을 실패하면, 소망한 위상차를 발생하는 편광광학소자를 제작할 수 없게 된다. 이 문제를 방지하기 위해서, 미세 주기구조를 가지는 하나의 편광광학소자에 의해 발생된 위상차가 소망한 양보다 작은 경우에는, 복수의 편광광학소자를 직렬로 배열하여 소망한 위상차를 얻어도 된다. 예를 들면, 편광광학소자는 반파장판을 필요로 하지만, 에칭의 난이도로 인해 미세 주기구조를 가지는 편광광학소자가 상대적으로 고가인 것으로 한다. 이 경우에, 에칭깊이가 얕고 염가의 2매의 쿼터파장판을 서로 중첩하여 이들을 반파장판으로서 작용시킬 수 있다

도 14에 도시된 바와 같이, 제1 실시형태에 의한 편광광학소자 (21a) 또는 (21b)를 광로에 따라서 직렬로 배치한 한 쌍의 편광광학소자 (21a') 또는 (21b')로 대용할 수 있다.

이상과 같이, 미세 주기구조를 가지는 복수의 편광광학소자를 조합함으로써, 임의의 편광조명을 용이하고, 염가이며 효율적으로 실현할 수 있다.

[응용예]

다음에 상기의 노광장치를 사용한 디바이스의 제조방법을 설명한다. 도 15는 반도체 디바이스의 전체적인 제조프로세스의 순서를 나타내는 흐름도이다. 스텝 1(회로설계)에서는 반도체 디바이스의 회로를 설계한다. 스텝 2(레티클 제작)에서는 설계된 회로패턴에 의거하여 마스크(레티클 또는 원판이라고도 함)를 제작한다. 스텝 3(웨이퍼 제조)에서는 실리콘 등의 재료를 사용하여 웨이퍼(기판이라고도 함)를 제조한다. 전공정으로 부르는 스텝 4(웨이퍼 프로세스)에서는 상기의 레티클과 웨이퍼를 사용하여 리소그래피기술에 의해 웨이퍼 상에 실제의 회로를 형성한다. 후공정으로 부르는 스텝 5(조립)에서는 스텝 4에 에서 제작된 웨이퍼를 사용하여 반도체칩을 형성하는 공정이며, 어셈블리공정(다이싱, 본딩) 및 패키징공정(칩 밀봉) 등의 공정을 포함한다. 스텝 6(검사)에서는 스텝 5에서 제작된 반도체 디바이스의 동작확인 테스트 및 내구성 테스트를 포함한 검사를 행한다. 이들 공정을 거 쳐서 반도체 디바이스가 완성되고, 스텝 7에서 출하한다.

도 16은 상기 웨이퍼 프로세스의 상세한 순서를 나타내는 흐름도이다. 스텝 11(산화)에서는 웨이퍼의 표면을 산화시킨다. 스텝 12(CVD)에서는 웨이퍼 표면에 절연막을 형성한다. 스텝 13(전극 형성)에서는 웨이퍼 상에 전극을 증착에 의해 형성한다. 스텝 14(이온 주입)에서는 웨이퍼에 이온을 주입한다. 스텝 15.(레지스트 처리)에서는 웨이퍼에 감광제를 도포한다. 스텝 16(노광)에서는 상기의 노광장치를 사용하여 회로패턴이 형성된 마스크를 개재하여 감광제가 도포된 웨이퍼를 노광함으로써 레지스트에 잠상패턴을 형성한다. 스텝 17(현상)에서는 웨이퍼에 전사된 레지스트를 현상하여 레지스트 패턴을 형성한다. 스텝 18(에칭)에서는 레지스트 패턴이 개구한 부분을 통하여 레지스트 패턴 아래에 있는 층 또는 기판을 에칭한다. 스텝 19(레지스트 박리)에서는 에칭이 끝나 불필요해진 레지스트를 제거한다. 이들 스텝을 반복함으로써, 웨이퍼 상에 다층구조의 회로패턴을 형성한다.

이 경우에, 디바이스는 예를 들면, 반도체 디바이스, 액정표시 디바이스, 촬상디바이스(CCD 등) 또는 박막 자기헤드 등이 포함할 수 있다.

본 발명은 전형적인 실시형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 상기 개시된 전형적인 실시형태에 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다음의 특허청구범위는이러한 모든 변경 및 등가의 구성 및 기능을 망라하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.

도 1은 종래의 파장판을 나타내는 도면;

도 2는 종래의 파장판에 의한 편광순도의 계산에 관한 모식도;

도 3은 종래의 파장판을 이용했을 경우의 편광순도의 계산결과를 나타내는 도면;

도 4A, 도 4B 및 도 4C는 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 복굴절구조의 광학소자를 나타내는 도면;

도 5A, 도 5B 및 도 5C는 본 발명의 제1 실시형태에 의한 편광조명을 예시하는 도면;

도 6은 본 발명의 제1 실시형태에 의한 노광장치의 개략구성을 나타내는 도면;

도 7A, 도 7B 및 도 7C는 본 발명에 의한 제1 실시형태에 의한 편광광학소자를 모식적으로 나타내는 도면;

도 8은 편광조명을 형성하는 광학계를 구비한 종래의 투영노광장치의 구성을 나타내는 도면;

도 9는 본 발명의 제2 실시형태에 의한 노광장치의 개략구성을 나타내는 도면;

도 10은 투영광학계의 동공면에 있어서의 바람직한 편광상태를 나타내는 도면;

도 11A 및 도 11B는 본 발명의 바람직한 실시형태의 편광광학소자를 모식적 으로 나타내는 도면;

도 12는 본 발명의 제3 실시형태에 의한 노광장치의 개략구성을 나타내는 도면;

도 13A, 도 13B, 도 13C 및 도 13D는 본 발명의 제3 실시형태에 의한 편광광학소자를 부가한 홀로그램의 설명도;

도 14는 본 발명의 제4 실시형태에 의한 노광장치의 개략구성을 나타내는 도면;

도 15는 반도체 디바이스의 전체적인 제조프로세스의 순서를 나타내는 흐름 도;

도 16은 웨이퍼 프로세스의 상세한 순서를 나타내는 흐름도.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1: 광원 2: 반파장판

3: ND 필터 4: 마이크로렌즈어레이

5: 제1 콘덴서렌즈 7: 제2 콘덴서렌즈

8: 변배 릴레이렌즈 10: 파리의 눈렌즈

11: 제3 콘덴서렌즈 12: 하프미러

13: 센서 14: 릴레이광학계

15: 마스크 16: 투영광학계

17: 기판 18: 조도계

19: 기판스테이지 20: 제어장치

21: 편광광학소자 61: CGH

Claims (6)

1. 광원으로부터의 광에 의해 마스크를 조명하도록 구성된 조명광학계; 및

   상기 조명광학계에 의해 조명된 상기 마스크의 패턴을 기판 위에 투영하도록 구성된 투영광학계를 구비한 노광장치로서,

   상기 조명광학계는, 출사면으로부터 복수의 광속을 방출하도록 구성된 옵티컬 인티그레이터와, 상기 옵티컬 인티그레이터의 입사면에 소정의 광강도 분포를 형성하도록 구성된 회절광학소자 및 입사광의 편광상태를 조정하도록 구성된 편광광학소자를 포함하고,

   상기 편광광학소자는, 상기 편광광학소자가 복굴절 소자로서 기능하는 패턴을 가지고, 상기 패턴은 제1 방향과 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향 사이에서 다른 밀도를 가지고, 또한 상기 광원으로부터의 광의 파장 이하의 주기를 가지는 미세주기구조를 가지고,

   상기 편광광학소자는, 상기 회절광학소자에 의해 상기 광강도 분포가 형성되는 상기 입사면에 또는 그 부근에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
2. 제1 항에 있어서,

   복수의 상기 편광광학소자가 상기 광원으로부터 상기 마스크까지의 광로에 따라서 직렬로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
3. 제2 항에 있어서,

   상기 복수의 편광광학소자는 반파장판으로서 기능하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 미세 주기구조가 피라미드구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
5. 광원으로부터의 광에 의해 마스크를 조명하도록 구성된 조명광학계;

   상기 조명광학계에 의해 조명된 상기 마스크의 패턴을 기판에 투영하도록 구성된 투영광학계; 및

   상기 투영광학계에 내장되고, 입사광의 편광상태를 조정하도록 구성된 편광광학소자

   를 구비하는 노광장치로서

   상기 편광광학소자는 상기 편광광학소자가 복굴절 소자로서 기능하는 패턴을 가지고, 상기 패턴이, 제1 방향과 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향 사이에서 다른 밀도를 가지고, 또한 상기 광원으로부터의 광의 파장 이하의 주기를 가지는 미세 주기구조를 가지는 것을 특징으로 하는 노광장치.
6. 제1 항에 기재된 노광장치를 사용하여, 감광제가 도포된 기판을 노광하는 공 정 및

   노광된 상기 기판을 현상하는 공정

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.

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