KR20090033816A - 조명 광학계, 노광 장치 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

조명 광학계, 노광 장치 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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KR20090033816A
KR20090033816A KR1020080096430A KR20080096430A KR20090033816A KR 20090033816 A KR20090033816 A KR 20090033816A KR 1020080096430 A KR1020080096430 A KR 1020080096430A KR 20080096430 A KR20080096430 A KR 20080096430A KR 20090033816 A KR20090033816 A KR 20090033816A
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

조명 광학계는, 광원과 상기 조명 광학계의 동공과의 사이에 배치되는 제1편광제어 유닛과, 상기 제1편광제어 유닛과 상기 동공과의 사이에 배치되는 제2편광제어 유닛을 구비하고, 상기 동공에 있어서의 영역은, 복수의 부분 영역을 포함하고, 상기 복수의 부분 영역은, 가장 면적이 큰 부분 영역을 포함한 제1그룹과, 상기 가장 면적이 큰 부분 영역과는 다른 부분 영역을 포함한 제2그룹으로 분류되고, 상기 제2편광제어 유닛은, 상기 제2그룹에만 속하는 상기 부분 영역에 있어서의 편광상태를 제어한다.
Figure P1020080096430
조명 광학계, 노광 장치, 편광 제어 유닛, 동공, 부분 영역.

Description

조명 광학계, 노광 장치 및 디바이스 제조 방법{Illumination optical system, exposure apparatus, and device manufacturing method}
본 발명은, 조명 광학계, 노광 장치 및 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스 등의 디바이스는, 리소그래피 공정으로 제조될 수 있다. 이 리소그래피 공정에 있어서, 투영 노광 장치를 사용할 수 있다. 리소그래피 공정은, 회로 패턴을 감광제가 도포된 기판(예를 들면, 실리콘 기판 또는 유리 기판) 위에 투영해서 상기 감광제에 전사하는 공정을 포함한다.
최근, 반도체소자의 미세화가 진행함에 따라, 0.15㎛이하의 선폭을 갖는 패턴이 기판에 전사된다. 반도체소자의 미세화가 진행하는 것에 의해, 집적도가 향상하여, 저전력 또한 고성능 반도체 디바이스의 제조가 가능하게 된다. 그 상황하에서, 더욱 반도체소자의 미세화에의 요구가 높아지고 있다. 이러한 요구에 따라, 투영 노광 장치에 대한 해상력 향상에의 요구도 높아지고 있다.
해상력 R(전사 가능한 라인 및 스페이스의 피치)과, 투영 광학계의 개구수 NA와, 노광 광의 파장λ의 관계는, (1)식으로 나타낸다:
R= kl × λ/NA ···(1)
여기서, kl은 계수이다.
(1)식으로부터 분명하게 나타나 있는 바와 같이, 해상력을 상승시키기 위해서(R의 값을 작게 하기 위해서), 노광 광치의 파장λ을 짧게 하거나, 투영 광학계의 개구수 NA를 증가시키는 것이 필요할 뿐이다. 이 때문에, 종래부터, 노광 장치의 NA가 증가하고 있고, 노광 광의 파장이 짧아지고 있다.
그러나, 최근의 연구에 밝혀진 것은, 고 NA화에 따라, 레지스트내에서 p편광(기판에 입사하는 광의 전장 벡터가, 광 성분과 상기 기판에 대한 법선을 포함하는 평면에 있는 광 성분)이 간섭무늬의 콘트라스트를 하강시킨다고 하는 것이다. 이 때문에, NA를 크게 해서 해상력을 향상하기 위해서는, 고NA화와 함께, p편광을 제거하여서 s편광(p편광과 전장 벡터가 직교하는 광 성분)만으로 조명하는 편광조명을 실현할 필요가 있다.
이것은, 레지스트가 광의 전장성분의 강도에 따라 노광되기 때문이다. P 편광의 전장 벡터가 고NA가 되면 간섭무늬를 발생하지 않아, 장소에 관계없이 균일한 강도를 갖는 강도분포가 된다.
2개의 회절광 E+과 E-간의 간섭으로 간섭무늬를 형성하는 도 2에 나타낸 것과 같은 좌표계라고 가정한다. 또한, 본 명세서에서는, Z방향을 광축방향이라고 하고, z축을 x-y평면에 대한 법선이라고 한다. 이때, 광축이 미러에 의해 구부려지는 경우에는, Z방향도 구부려진다. 즉, 본 명세서에서는, x, y 및 z방향은, 광축방향을 기준으로서 사용하는 상대적 좌표계에 있어서 정의된다.
도 2에 있어서, 회절광 E+과 E-은, 각각 전장 벡터가 기판 W에 평행한 s편광(진폭: Es)과, s편광에 직교하는 p편광(진폭: Ep)을 포함한다.
회절광 E+과 E-은, 아래식과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112008068973533-PAT00001
...(2)
Figure 112008068973533-PAT00002
...(3)
여기서, υ는 진동수를, λ는 파장이다. 간략화를 위해서, 회절광 E+과 E-을, s편광과 p편광의 광의 위상이 갖추어지고 있는, 45°의 직선편광이라고 한다.
회절광 E+과 E-의 합은 간섭무늬의 진폭이며, 아래의 식으로 표현된다.
Figure 112008068973533-PAT00003
...(4)
이 진폭의 절대치의 제곱은 상기 간섭무늬의 강도이고, 아래의 식으로 나타 내어진다.
Figure 112008068973533-PAT00004
...(5)
상기 식(5)에서,
Figure 112008068973533-PAT00005
...(6)
항은, 간섭무늬의 진동의 폭을 나타낸다. 이 경우에, 라인 앤드 스페이스 패턴의 강도분포는, x방향으로 주기λ/sinθ를 갖는다.
고NA의 투영 광학계를 사용해서 미세 패턴의 투영을 행하면, z축과 회절광 사이의 각도 θ가 통상의 것이 사용되는 경우보다 커진다. 예를 들면, 도 3은 ArF레이저 광 파장λ=193nm를 사용하여, 주기Lnm의 라인 앤드 스페이스 패턴이 투영영되는 경우 감광제내(레지스트내 굴절률: 1.7)에서 z축과 회절광 사이의 각도 θ를 나타낸다. 상기 주기가 대략 160nm이하에 속하는 경우 z축과 회절광 사이의 각도 θ는 45°가 된다.
각도 θ가 45°가 되면, (6)식으로 나타내는 항의 계수내의 cos2θ가 0이 되므로, (6)식으로 나타내는 항이 0이 된다. 이 때문에, p편광의 진폭Ep는, 간섭무늬 의 진동 폭의 항에는 전혀 반영되지 않지만, x방향으로 진동하지 않는 간섭무늬를 나타내는 sin2θ에만 반영된다. 상술한 사실로 입증된 것은, p편광은, 단지 간섭무늬의 콘트라스트를 하강시킬뿐이다는 것이다.
회절광이 p편광인지 s편광인지는, 회절광과 기판의 관계로 결정된다. 즉, 상기의 설명에서는, y방향으로 연장되고, x방향으로 주기성을 갖는 패턴에 관한 s편광 및 p편광으로 하여 나타내므로, s편광은 y방향으로 전장 벡터가 향하고 있는 Y편광 성분이고, p편광은 x방향으로 전장 벡터가 향하고 있는 Ⅹ편광 성분이다. 반대로, x방향으로 연장되고, y 방향으로 주기성을 갖는 패턴을 사용하는 경우에, 회절광은 y방향으로 발생된다. 이 경우에, s편광은 x방향으로 전장 벡터가 향하고 있는 Ⅹ편광이고, p편광은 s편광에 직교하는 Y편광이다. 즉, x방향으로 주기성을 갖는 패턴에 대해 s편광된 입사광은, y방향으로 주기성을 갖는 패턴에 대해 p편광된 입사광으로 된다. 이때, 편광상태는, 기준면과 광선의 입사방향에 따라 변한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 고NA의 투영 광학계를 구비한 노광 장치에서, p편광은 상(image)의 콘트라스트를 저감시킨다. 높은 콘트라스트의 상을 얻기 위해서는, 상대적으로 작은 양의 p편광과 상대적으로 큰 양의 s편광을 포함한 노광 광을 사용하여 노광을 행하는 것이 효과적이다. 이 때문에, 마스크를 소정의 편광상태에서 조명하는 편광조명을 제공하는 조명계는, 금후의 고 NA 리소그래피에 중요하다.
편광조명을 제공하는 조명계의 동공면에서의 편광상태를 도 4에 나타낸다. Y 편광된 로우(low)-σ 조명은, Alt-PSM과 함께 사용함으로써, x방향으로 반복 패턴을 전사할 때에 유효하다. 이때, σ는, 조명 광학계의 사출측 NA를 투영 광학계의 입사측 NA으로 나눈 코히어런스 팩터라고 불린다. Ⅹ편광된 로우-σ 조명은, Alt-PSM과 함께 사용함으로써, y방향으로 반복패턴을 전사할 때에 유효하다. Y 편광된 Ⅹ 다이폴 조명은, 이진 마스크나 하프톤 마스크(Att-PSM이라고도 부른다)와 함께 사용함으로써, x방향으로 반복패턴을 전사할 때에 유리하다. Ⅹ편광된 Y 다이폴 조명은, 이진 마스크나 Att-PSM과 함께 사용함으로써, y방향으로 반복패턴을 전사할 때에 유효하다. 탄젠셜 편광 크로스폴 조명은, 이진 마스크나 Att-PSM과 함께 사용함으로써, x방향 및 y방향의 양쪽의 반복 패턴이 혼재하는 패턴을 전사할 때에 유효하다. 탄젠셜 편광 환형 조명은, 이진 마스크나 Att-PSM과 함께 사용함으로써, 여러 가지 방향으로 반복 패턴이 혼재하는 패턴을 전사할 때에 유효하다. 탄젠셜 편광이란, 조명계의 동공의 각 점에 있어서 광축중심방향과 대략 직교하는 방향으로 전장 벡터가 향하고 있는 편광상태를 말한다. 레이디얼 편광 45°사중극 조명은, Cr-less PSM과 함께 사용함으로써, 컨택트홀 패턴을 전사할 때에 유효하다. 레이디얼 편광이란, 조명계의 동공내의 각 점에 있어서 광축중심방향으로 전장 벡터가 향하고 있는 편광상태를 말한다.
도 5는 원판을 편광으로 조명하는 조명 광학계를 구비한 투영 노광 장치의 구성 예를 도시한 도면이다. 이러한 투영 노광 장치의 예는, 예를 들면, PCT(WO) 2004/051717호에 기재되어 있다.
광원(1)은, 조명 광학계에 광을 제공한다. 광원(1)은, 예를 들면 엑시머레이 저이다. 파장판(편광제어 유닛)(2)은, 예를 들면 수정 또는 불화 마그네슘 등의 복굴절 유리로 제작된 광학소자이다. 상기 파장판(2)은, 광원(1)에서 제공된 편광 광을 소정의 편광상태의 편광 광으로 일괄적으로 변환한다.
감광필터(ND)(3)는, 기판(17) 위에 도포된 감광제의 감도에 따라 조명 광의 조도를 바꾸기 위해서 사용된다.
마이크로렌즈 어레이(4)는, 광원(1)으로부터의 광이 바닥진동이나 노광 장치의 진동에 의해 조명 광학계의 광축에 대하여 벗어나거나 편심하거나 해도 마이크로렌즈 어레이(4)의 후단에 배치된 광학계에 입사하는 광의 특성이 동일하도록, 특정한 각도 분포로 그 입사광을 출사한다. 콘덴서 렌즈(5)는, 마이크로렌즈 어레이(4)로부터 출사된 광을 CGH(컴퓨터를 이용한 홀로그램)(61)에 투영한다. CGH(61)는, 임의의 회절광을 발생하고, 콘덴서 렌즈(7)를 통하여, A면에 원하는 광분포를 형성한다. 마이크로렌즈 어레이(62)는, CGH(61)와 교환 가능하게 배치되어 있다. 마이크로렌즈 어레이(62)가 광로에 삽입되는 경우에, 콘덴서 렌즈(7)를 통하여, A면에 균일한 광분포를 형성한다. 변배 릴레이 렌즈(8)는, A면에 형성된 분포를 확대 또는 축소하고, 옵티컬 인티그레이터(10)에 투영한다.
편광제어 유닛(9)은, 복수의 파장판을 배열해서 구성되고, 복수의 편광상태를 갖는 유효광원을 조명 광학계의 동공면에 형성하기 위해서 사용된다. 도 4는 복수의 편광상태를 갖는 유효광원을 예시하는 도면이다.
도 9는 편광제어 유닛(9)의 구성 예를 도시한 도면이다. 도 9는 광축방향에서 본 편광제어 유닛(9)을 도시한다. 동공에 있어서의 영역을 8개의 부분 영역으로 분할된다. 각 부분 영역에, 형성해야 할 편광상태에 적합한 파장판이 배치되어 있다.
옵티컬 인티그레이터(10)는, 조명 광학계의 동공의 위치(옵티컬 인티그레이터(10)의 출사면)에 복수의 2차 광원을 형성한다. 옵티컬 인티그레이터(10)는, 예를 들면, 파리의 눈 렌즈 또는 마이크로렌즈 어레이로서 구성될 수 있다.
콘덴서 렌즈(11)는, 옵티컬 인티그레이터(10)에 의한 입사광의 파면분할된 광속을 중첩하여 B면에 대략 균일한 강도분포를 형성한다. 반투명경(12)은, 노광량을 제어하기 위한 노광량 센서(13)에 광을 분할한다. 릴레이 광학계(14)는, 상기 B면에 형성된 대략 균일한 강도분포의 광을 원판(레티클)(15)에 투영한다.
투영 광학계(16)는, 원판(15)에 묘화된 회로 패턴을 감광제가 도포된 기판(웨이퍼)(17)에 투영한다. 기판 스테이지(19)는, 기판(17)을 정렬한다. 기판 스테이지(19)는, 예를 들면 주사 노광을 위해 기판(17)을 주사 구동하거나, 숏(shot) 영역을 바꾸기 위해서 기판(17)을 스텝단위로 이동시킨다. 기판 스테이지(19)에는, 조도계(18)가 탑재되어 있다. 조도계(18)는, 임의의 타이밍에서 기판 스테이지(19)를 구동하여, 노광 영역내에 삽입되어, 이에 따라 노광 영역내의 조도가 계측된다. 제어장치(20)는, 노광량 센서(13)로부터의 출력에 의거하여, 기판(17)의 노광량이 목표 노광량이 되도록 광원(1)을 제어한다.
파장판에 의해 광의 편광상태를 제어해서 편광조명을 행하기 위해서는, 정확한 위상차를 발생하도록 파장판을 제작하지 않으면 안된다. 이러한 제작에 관한 상세 내용을 도 6을 참조해서 설명한다. 복굴절 유리재로 이루어지는 1/2파장판(101) 은, 기판의 두께를 d, 복굴절 유리재의 복굴절량을 ΔN으로 하고, 파장λ의 광에 대하여 위상차δφ가 (180+360×m)도(m: 자연수)가 되도록 제작해야 한다. 파장판(101)의 두께d가 수 마이크로미터만큼만 목표값으로부터 벗어나는 경우에도 위상차가 크게 변화되어 버려서, 그 두께d를 정확하게 제어해야 한다.
복굴절 유리재로 이루어진 파장판(101)에 의해 정확한 위상차를 발생하기 위해서는, 파장판(101)에 대해 입사하는 각도 범위를 상대적으로 좁게 해야하는 것도 필요하다. 도 6과 같이, 수직 입사광에 대하여 각도 θ에서 광이 파장판(101)에 입사하면, 광이 파장판(101)에 수직하게 입사할 경우 보다도, 파장판(101)을 지나는 광로길이는 길어진다. 그 때문에, 파장판(101)으로부터의 사출 광에는, Δ도의 위상오차가 발생한다.
도 7과 같은 복굴절 유리재로 이루어진 한 쌍의 파장판(0오더 1/2파장판)에 특정 각도로 광이 입사되는 경우를 생각한다. 도 8은, 파장판의 두께를 변화시키면서 편광 순도를 시뮬레이션한 결과를 도시한 것이다.
x방향으로 진동하는 광의 강도를 Ix, y방향으로 진동하는 광의 강도를 Iy로 하고, 편광순도를 Ix/(Ix+Iy)로서 정의한다. 파장판에 입사하는 광의 편광상태는 Y편광(Iy=1, Ix=0)이며, 파장판 각각은, Ⅹ축에 대하여 45°의 방향으로 진상축이 있는 1/2파장판이다. 입사각이 0°의 입사광(Y편광)은, 1/2파장판에 의해 Ⅹ편광이 X편광으로 변환되므로, 편광순도는 1이다.
도 8은, 파장판의 두께d(mm)와 편광순도의 관계를 나타낸 것이다. 세로축 및 가로축은, 입사광의 파장판에 대한 x방향과 y방향의 입사각도를 나타내고, 색밀도 는 편광순도의 변화를 나타낸다. 백색은 고 편광순도를 나타내고, 흑색은 저 편광순도를 나타낸다. 도 8에 나타낸 결과에 의해, 출사 광의 편광순도가, 파장판의 두께와 입사각도에 의존한다는 것이 밝혀졌다. 파장판의 두께가 두꺼울수록 또한 입사각도가 커질수록, 편광순도의 변화가 크다.
상술한 사실에 의해 밝혀진 것은, 투영 노광 장치에 있어서 두꺼운 파장판을 사용하면, 또한 입사각도 분포가 큰 입사각도를 나타낸 위치에 파장판을 배치하면, 피조사면에 있어서의 편광순도가 저하하는 것이다. 이 경우에, 상의 콘트라스트가 저하하므로, ED윈도우가 축소하여, 칩의 수율이 악화한다. 따라서, 복굴절 유리재로 제조한 파장판을 노광 장치에 사용할 경우에는, 얇은 파장판(바람직하게는, 0.5mm이하의 두께)을 입사각이 작은 장소(바람직하게는, ±3°이하)에 배치하는 것이 바람직하다.
한편, 수정이나 불화 마그네슘 등의 복굴절 유리재 각각은, 복굴절 유리재를 결정성장 시키기 위해 로(furnace)와 연관된 제약의 관점으로부터 제작가능한 외경의 한계를 갖는다. 일반적으로, 제작가능한 수정의 결정은, 직경이 70mm정도까지다. 그 값보다 큰 수정의 결정은, 결정성장에 시간이 걸리는 것과, 그 결정에 포함된 불순물의 제어가 어렵다. 이들 때문에, 상기 결정은, 대단히 고가이므로, 안정하게 공급하는 것이 어렵다. 상업적으로 제조된 수정으로 이루어진 파장판을 사용하기 위해서는, 파장판의 광선유효경을 70mm이하로 설정할 필요가 있다.
광로내에 있어서, 입사각과 광선지름은 상반 관계에 있다. 이것은, 일반적인 광학의 원리로서 알려져 있고, 예를 들면 "광학의 원리I" 토카이대학 출판회 Max Born 및 Emil Wolf, 토루 쿠사카와 및 히데츠구 요코타 번역의 225페이지로부터 228페이지에 있어서 Smith-Helmholtz의 공식으로서 소개되어 있다.
양호한 편광순도를 얻기 위해서는, 입사각이 작은 위치에 파장판을 배치해야 한다. 그렇지만, 입사각이 작은 위치에서, 광선지름이 크고, 필요한 파장판의 크기가 커져버린다. 파장판의 크기는, 상기한 바와 같이, 복굴절 유리재의 제조상의 제약에 의해 제한된다. 이러한 점에서, 종래는, 도 9의 우측 도면에 나타나 있는 바와 같이, 복굴절 유리재의 외경 제한을 만족하고, 또한 가장 큰 형상이 되도록, 편광제어 유닛(9)을 배치하는 위치가 정해져 있었다.
그러나, 최근, 개별의 노광 조건에 대하여 최적의 편광상태, 예를 들면 도 10과 같은 특수한 편광상태를 실현하는 것이 요구되고 있다.
조명 광학계의 동공에 분포되는 상대적으로 큰 부분 영역에 있어서의 편광상태를 상기 동공의 근방에 배치된 파장판으로 제어하는 경우, 요구되는 파장판의 외형은 복굴절 유리재의 외형 제한을 초과해버린다. 한편, 파장판의 제작을 가능하게 하기 위한, 광선유효경이 작은 위치에 파장판을 배치하면, 파장판에 대한 입사각도는 커진다. 이것에 의해, 양호한 편광순도를 얻을 수 없다.
본 발명은, 상기의 과제를 고려하고, 예를 들면 목표 편광상태를 높은 편광순도로 얻기 위해서 유리한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1의 국면은, 광원에서 제공되는 광을 사용해서 피조명 영역을 조명하는 조명 광학계를 제공한다. 상기 조명 광학계는, 상기 광원과 상기 조명 광학계의 동공과의 사이에 배치되어서 광의 편광상태를 제어하는 제1편광제어 유닛과, 상기 제1편광제어 유닛과 상기 동공과의 사이에 배치되어서 광의 편광상태를 제어하는 제2편광제어 유닛을 구비한다. 상기 동공에 있어서의 영역은, 복수의 부분 영역을 포함하고, 상기 복수의 부분 영역은, 가장 면적이 큰 부분 영역을 포함한 제1그룹과, 상기 가장 면적이 큰 부분 영역과는 다른 부분 영역을 포함한 제2그룹으로 분류된다. 상기 제2편광제어 유닛은, 상기 제2그룹에만 속하는 부분 영역에 있어서의 편광상태를 제어한다.
본 발명의 제2의 국면은, 원판의 패턴을 기판에 투영해서 상기 기판을 노광하는 노광 장치를 제공한다. 상기 노광 장치는, 상기 원판의 피조명 영역을 조명하는 상기의 조명 광학계와, 상기 원판의 패턴의 상을 상기 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비한다.
본 발명의 제 1 국면은, 광의 편광상태를 제어하도록 구성되고, 광원과 상기 광원에서 제공된 광으로 피조명 영역을 조명하는 조명 광학계의 동공과의 사이에 사용되는 편광 제어 유닛을 제공하고, 상기 동공의 영역은 복수의 부분영역을 포함하고, 상기 복수의 부분영역은 가장 면적이 큰 부분 영역을 포함한 제1그룹과, 상기 가장 면적이 큰 부분 영역과는 다른 부분 영역을 포함한 제2그룹으로 분류되고, 상기 편광 제어 유닛은 상기 제2그룹에만 속하는 부분 영역에 있어서의 편광상태를 제어하도록 구성되고, 상기 조명 광학계는, 광원과 상기 편광 제어유닛 사이에 배치되고 광의 편광 상태를 제어하도록 구성된 또 다른 편광 제어유닛을 구비한다.
본 발명의 제3의 국면은, 디바이스 제조 방법을 제공한다. 상기 디바이스 제조 방법은, 상기의 노광 장치를 사용해서 기판을 노광하는 공정과, 상기 기판을 현상하는 공정을 포함한다.
본 발명에 의하면, 예를 들면 목표 편광상태를 높은 편광순도로 얻기 위해서 유리한 기술을 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징은, 첨부도면을 참조하여 아래의 예시적 실시예들로부터 명백해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시예를 설명한다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예의 노광 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 도 5와 동일한 참조번호는, 도 13의 동일한 구성요소를 나타내고, 그 설명은 반복하지 않겠다. 도 13에 나타내는 노광 장치는, 도 5에 나타내는 노광 장치의 조명 광학계에 있어서의 파장판(2)과 편광제어 유닛(9)을 각각 제1편광제어 유닛(2′) 및 제2편광제어 유닛(9′)으로 각각 바꿔 놓은 구성을 갖는다.
본 발명의 적합한 실시예의 노광 장치는, 광원(1)에서 제공되는 광을 사용해서 피조명 영역으로서의 원판(레티클 또는 마스크라고도 불린다)(15) 또는 그 일부를 조명하는 조명 광학계IL과, 원판(15)의 패턴을 기판(17)에 투영하는 투영 광학계(16)를 구비할 수 있다.
조명 광학계IL은, 도 13에 나타내는 예에서는, 참조부호 2′, 3, M, 4, 5, 61, 7, 8, 9′, 10, 11, 12, 13, 14로 나타낸 구성요소로 구성될 수 있다. 조명 광학계IL은, 특징적인 구성요소로서, 제1편광제어 유닛(2′)과 제2편광제어 유닛(9′)을 구비한다. 제1편광제어 유닛(2′)은, 광로내에 있어서, 광원(1)과 조명 광학계IL의 동공(옵티컬 인티그레이터(10)의 출사면)과의 사이에 배치되어서, 광의 편광상태를 제어한다. 제2편광제어 유닛(9')은, 광로내에 있어서, 제1편광제어 유닛(2′)과 상기 동공과의 사이에 배치되고, 또한 광의 편광상태를 제어한다. 제2편광제어 유닛(9′)은, 제1편광제어 유닛(2')과 상기 동공의 근방의 동공 사이에 삽입되는 것이 바람직하다.
제1편광제어 유닛(2′)은, 전형적으로는, 1장의 파장판으로 구성될 수 있다. 복수의 제1편광제어 유닛(2′)을 준비해두어, 이것들로부터 임의의 제1편광제어 유닛(2′)을 선택해서 광로에 삽입할 수 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따라, 예를 들면 도 1에 예시되는 것 같은 복수의 조명 모드로부터 임의의 조명 모드를 선택할 수 있다. 복수의 제1편광제어 유닛(2′)은, 예를 들면 회전판에 배열되고, 상기 회전판을 회전시키는 것에 의해 임의의 조명 모드가 선택적으로 사용된다. 복수의 제1편광제어 유닛(2′)은, 예를 들면 광원(1)에서 제공되는 편광광을 Ⅹ편광으로 변환하는 제1편광제어 유닛과, 광원(1)에서 제공되는 편광광을 Y편광으로 변환하는 제1편광제어 유닛을 들 수 있다.
제2편광제어 유닛(9′)은, 복수의 파장판을 배열해서 구성되고, 복수의 편광상태를 갖는 유효광원을 조명 광학계의 동공면에 형성하기 위해서 사용된다. 복수의 제2편광제어 유닛(9′)을 준비해두어, 이것들로부터 임의의 제2편광제어 유닛(9 ′)을 선택해서 광로에 삽입할 수 있는 것이 바람직하다. 이러한 동작에 따라, 예를 들면 도 1에 예시되는 것과 같은 복수의 조명 모드 중 임의의 조명 모드가 선택적으로 사용된다.
도 1은, 제1편광제어 유닛(2′) 및 제2편광제어 유닛(9′)의 기능, 및, 조명 광학계IL의 동공에 있어서의 편광상태를 예시하는 도면이다. 도 1에 있어서, 각 화살표는, 편광 방향을 나타낸다. 또한, 도 1에 있어서, "동공에 있어서의 편광상태"는, 조명 광학계IL의 동공에 있어서의 서로 다른 편광상태를 예시하고 있다. 또한, 도 1에 있어서, "제2편광제어 유닛의 입사면에 있어서의 편광상태"는, 제2편광제어 유닛(9′)의 입사면에 있어서의 서로 다른 편광상태를 예시하고 있다. 이 편광상태는, 제1편광제어 유닛(2')에 의해서 결정된다. 또한, 도 1에 있어서, "제2편광제어 유닛의 구성"은, 제2편광제어 유닛(9′)의 서로 다른 구성을 예시하고 있다. 해칭된 부분과 가운데가 빈 부분 각각은 광이 통과하는 부분이다. 이때, 각 해칭된 영역은, 1/2파장판이 배치된 영역이다. 가운데가 빈 각 부분은, 개구나, 편광상태를 변화시키지 않는 광학소자(예를 들면, 복굴절을 갖지 않는 유리재로 제작된 평판)를 나타낸다. 조명 광학계IL의 동공에 있어서의 편광상태는, 제1편광제어 유닛(2') 및 제2편광제어 유닛(9′)에 의해 결정된다. 제1편광제어 유닛(2′)은, 전형적으로는, 조명 광학계IL의 동공에 있어서의 영역의 전체의 편광상태를 일괄적으로 제어할 수 있는 위치, 예를 들면 광원(1)과 마이크로렌즈 어레이(4)와의 사이의 위치에 배치된다.
조명 광학계IL의 동공에 있어서의 영역은, 복수의 부분 영역을 포함한다. 상 기 복수의 부분 영역은, 가장 면적이 큰 부분 영역을 포함한 제1그룹과, 상기 가장 면적이 큰 부분 영역과는 다른 부분 영역을 포함한 제2그룹으로 분류된다. 제2편광제어 유닛(9')은, 제1그룹 및 제2그룹 중 제2그룹에 속하는 부분 영역에 있어서의 편광상태를 제어한다. 즉, 조명 광학계IL의 동공에 있어서 가장 면적이 큰 부분 영역에 대해서는, 제1편광제어 유닛(2′) 및 제2편광제어 유닛(9')중 제1편광제어 유닛(2′)에 의해 편광상태가 결정된다. 또한, 조명 광학계IL의 동공에 있어서, 가장 면적이 큰 부분 영역과는 다른 부분 영역에 대해서는, 제1편광제어 유닛(2′) 및 제2편광제어 유닛(9′)의 쌍방에 의해 편광상태가 결정된다. 또한, 복수의 부분 영역의 모두가 동일한 면적을 가질 경우에는, 그것들 중 적어도 하나는 가장 면적이 큰 부분 영역으로서 결정되는데만 필요하다.
"비대칭 탄젠셜 편광 크로스폴1"에 대해서는, 동공에 있어서의 영역은, 복수의 부분 영역(201∼204)을 포함한다. 복수의 부분 영역(201∼204)은, 가장 면적이 큰 부분 영역(201 및 202)을 포함한 제1그룹과, 부분 영역(201 및 202)과는 다른 부분 영역(203 및 204)을 포함한 제2그룹으로 분류된다. 제1편광제어 유닛(2′)은, 제2편광제어 유닛(9′)의 입사면에, 편광방향이 y방향을 따라 배향된 편광상태를 형성한다. 제2편광제어 유닛(9′)은, 제1그룹 및 제2그룹 중 제2그룹에 속하는 부분 영역(203 및 204)에 있어서의 편광상태를 제어한다. 구체적으로는, 제2편광제어 유닛(9')은, 부분 영역(203 및 204)에 입사하는 편광의 편광 방향이 x방향을 따라 배향되도록 1/2파장판에 의해 편광방향을 회전시킨다. 그렇지만, 제2편광제어 유닛(9')은, 부분 영역(201 및 202)에 입사하는 편광에 대해서는, 편광상태를 변화시 키지 않는다.
"비대칭 탄젠셜 편광 크로스폴2"에 대해서는, 동공에 있어서의 영역은, 복수의 부분 영역(211∼214)을 포함한다. 복수의 부분 영역(211∼214)은, 가장 면적이 큰 부분 영역(211 및 212)을 포함한 제1그룹과, 부분 영역(211 및 212)과는 다른 부분 영역(213 및 214)을 포함한 제2그룹으로 분류된다. 제1편광제어 유닛(2′)은, 제2편광제어 유닛(9′)의 입사면에, 편광방향이 x방향을 따라 배향된 편광상태를 형성한다. 제2편광제어 유닛(9')은, 제1그룹 및 제2그룹 중 제2그룹에 속하는 부분 영역(213 및 214)에 있어서의 편광상태를 제어한다. 구체적으로는, 제2편광제어 유닛(9′)은, 부분 영역(213 및 214)에 입사하는 편광의 편광방향이 y방향을 따라 배향되도록 1/2파장판에 의해 편광방향을 회전시킨다. 그렇지만, 제2편광제어 유닛(9′)은, 부분 영역(211 및 212)에 입사하는 편광의 편광상태를 변화시키지 않는다.
"비대칭 탄젠셜 편광된 6중극 1"에 대해서는, 동공에 있어서의 영역은, 복수의 부분 영역(221∼224)을 포함한다. 복수의 부분 영역(221∼214)은, 가장 면적이 큰 부분 영역(221 및 222)을 포함한 제1그룹과, 부분 영역(221 및 222)과는 다른 부분 영역(223 및 224)을 포함한 제2그룹으로 분류된다. 상기 부분 영역221은 동일한 편광상태를 갖는 2개의 근접한 극을 포함하고, 부분 영역222는 동일한 편광상태를 갖는 2개의 근접한 극을 포함한다. 제1편광제어 유닛(2′)은, 제2편광제어 유닛(9′)의 입사면에, 편광방향이 x방향을 따라 배향된 편광상태를 형성한다. 제2편광제어 유닛(9′)은, 제1그룹 및 제2그룹 중 제2그룹에 속하는 부분 영역(223 및 224)에 있어서의 편광상태를 제어한다. 구체적으로는, 제2편광제어 유닛(9′)은, 부분 영역(223 및 224)에 입사하는 편광의 방향이 y방향을 따라 배향되도록 1/2파장판에 의해 편광방향을 회전시킨다. 그렇지만, 제2편광제어 유닛(9′)은, 부분 영역(221 및 222)에 입사하는 편광의 편광상태를 변화시키지 않는다.
"비대칭 탄젠셜 편광된 6중극 2"에 대해서는, 동공에 있어서의 영역은, 복수의 부분 영역(231∼234)을 포함한다. 복수의 부분 영역(231∼234)은, 가장 면적이 큰 부분 영역(231 및 232)을 포함한 제1그룹과, 부분 영역(231 및 232)과는 다른 부분 영역(233 및 234)을 포함한 제2그룹으로 분류된다. 상기 부분 영역231은, 동일한 편광상태를 갖는 2개의 근접한 극을 포함하고, 부분 영역232는 동일한 편광상태를 갖는 2개의 근접한 극을 포함한다. 제1편광제어 유닛(2′)은, 제2편광제어 유닛(9′)의 입사면에, 편광방향이 y방향을 따라 배향된 편광상태를 형성한다. 제2편광제어 유닛(9′)은, 제1그룹 및 제2그룹 중 제2그룹에 속하는 부분 영역(233 및 234)에 있어서의 편광상태를 제어한다. 구체적으로는, 제2편광제어 유닛(9′)은, 부분 영역(233 및 234)에 입사하는 편광의 방향이 x방향을 따라 배향되도록 1/2파장판에 의해 편광방향을 회전시킨다. 그렇지만, 제2편광제어 유닛(9′)은, 부분 영역(231 및 232)에 입사하는 편광의 편광상태를 변화시키지 않는다.
이상에서는, 조명 광학계IL의 동공에 있어서 2개의 편광상태만이 형성되는 경우에 관하여 예시했지만, 본 발명은, 도 11에 예시하는 것 같은 3개 이상의 편광상태가 형성되는 경우에도 적용할 수 있다. 또한, 이상에서는, 직선 편광 상태가 형성되는 경우를 예시했지만, 도 12에 도시된 것처럼, 원편광, 랜덤 편광(무편광), 및 타원편광이 형성된다. 이 경우에, 1/4파장판, 무편광판 및 n파장판(n: 실수)을 원편광 영역, 무편광 영역 및 타원 편광영역에 각각 배치되는데만 필요하다.
도 12의 우단에 나타나 있는 바와 같이 원편광의 부분 영역의 면적이 가장 클 경우, 제1편광제어 유닛 및 제2편광제어 유닛으로서 각각 광의 편광상태를 일괄적으로 원편광으로 변환하는 1/4파장판을 배치하는데만 필요하다.
이상과 같이, 본 발명의 적합한 실시예에 의하면, 제2편광제어 유닛(9′)은, 제1그룹 및 제2그룹 중 제2그룹에 속하는 부분 영역에 있어서의 편광상태를 제어하고, 제1그룹에 속하는 부분 영역에 있어서의 편광상태를 제어하지 않는다. 따라서, 본 발명의 적합한 실시예는, 목표 편광상태를 높은 편광순도로 얻는데 유리하다.
본 발명의 적합한 실시예에 따른 디바이스 제조 방법은, 예를 들면 반도체 디바이스 및 액정 디바이스의 제조에 적합하다. 이러한 방법은, 기판에 도포된 감광제에 상기의 노광 장치를 사용해서 원판의 패턴을 전사하는 공정과, 상기 감광제를 현상하는 공정을 포함할 수 있다. 이들 공정 후에, 다른 주지의 공정(예를 들면, 에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 패키징)을 수행하여서 디바이스가 제조된다.
본 발명을 예시적 실시예들을 참조하여 설명했지만, 본 발명은 이것들의 예시적 실시예들에 한정되지 않는 것을 알 수 있다. 아래의 청구범위는, 모든 변경, 동등한 구성, 및 기능을 포함하도록 가장 넓게 해석해야한다.
도 1은 제1편광제어 유닛 및 제2편광제어 유닛의 기능, 및, 조명 광학계의 동공에 있어서의 편광상태를 예시하는 도면이고,
도 2는 편광 상태에 따라서 콘트라스트가 변화되는 사실을 설명하는 도면이고,
도 3은 LS 주기와 레지스트내의 회절광 각도를 도시한 그래프이고,
도 4는 조명 광학계의 동공위치에 있어서의 편광상태를 예시하는 도면이고,
도 5는 투영 노광 장치의 구성을 도시한 도면이고,
도 6은 파장판의 두께 및 발생하는 위상차를 설명하는 도면이고,
도 7은 입사각도/판두께와 편광순도의 계산 조건을 설명하는 도면이고,
도 8은 입사각도/판두께와 편광순도의 관계를 도시한 차트이고,
도 9는 편광제어 유닛의 구성을 나타낸 도면이며,
도 10은 편광상태를 예시하는 도면이고,
도 11은 편광상태를 예시하는 도면이고,
도 12는 편광상태를 예시하는 도면이고,
도 13은 본 발명의 적합한 실시예의 투영 노광 장치의 구성을 도시한 개략도 이다.

Claims (9)

  1. 광원에서 제공되는 광을 사용해서 피조명 영역을 조명하는 조명 광학계로서,
    상기 광원과 상기 조명 광학계의 동공과의 사이에 배치되어서 광의 편광상태를 제어하는 제1편광제어 유닛과,
    상기 제1편광제어 유닛과 상기 동공과의 사이에 배치되어서 광의 편광상태를 제어하는 제2편광제어 유닛을 구비하고,
    상기 동공에 있어서의 영역은, 복수의 부분 영역을 포함하고, 상기 복수의 부분 영역은, 가장 면적이 큰 부분 영역을 포함한 제1그룹과, 상기 가장 면적이 큰 부분 영역과는 다른 부분 영역을 포함한 제2그룹으로 분류되고,
    상기 제2편광제어 유닛은, 상기 제2그룹에만 속하는 상기 부분 영역에 있어서의 편광상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2편광제어 유닛은, 상기동공의 근방에 배치되고, 상기 제1편광제어 유닛과 상기 동공과의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2편광제어 유닛은, 상기 제1그룹에 속하는 부분 영역에 입사되는 광이 통과하는 부분에 개구를 포함한 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2편광제어 유닛은, 상기 제1그룹에 속하는 상기 부분 영역에 입사되는 광이 통과하는 부분에, 광의 편광상태를 변화시키지 않는 광학소자를 구비한 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  5. 제 1 항에 있어서,
    선택적으로 사용될 수 있는 복수의 제1편광제어 유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  6. 제 1 항에 있어서,
    선택적으로 사용될 수 있는 복수의 제2편광제어 유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  7. 원판의 패턴을 기판에 투영해서 상기 기판을 노광하는 노광 장치로서,
    상기 원판의 피조명 영역을 조명하도록 구성된 청구항 1에 기재된 조명 광학계와,
    상기 원판의 패턴 상을 상기 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비한 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  8. 청구항 7에 기재된 노광 장치를 사용해서 기판을 노광하는 공정과,
    상기 기판을 현상하는 공정을 포함한 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
  9. 광의 편광상태를 제어하도록 구성되고, 광원과 상기 광원에서 제공된 광으로 피조명 영역을 조명하는 조명 광학계의 동공과의 사이에 사용되는 편광 제어 유닛으로서,
    상기 동공의 영역은 복수의 부분영역을 포함하고, 상기 복수의 부분영역은 가장 면적이 큰 부분 영역을 포함한 제1그룹과, 상기 가장 면적이 큰 부분 영역과는 다른 부분 영역을 포함한 제2그룹으로 분류되고,
    상기 편광 제어 유닛은 상기 제2그룹에만 속하는 부분 영역에 있어서의 편광상태를 제어하도록 구성되고,
    상기 조명 광학계는, 광원과 상기 편광 제어유닛 사이에 배치되고, 광의 편광 상태를 제어하도록 구성된 또 다른 편광 제어유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 편광 제어 유닛.
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