KR20090066218A - 노광장치, 노광 방법 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

노광장치, 노광 방법 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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KR20090066218A
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노부히코 야부
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은, 레티클의 패턴을 기판에 투영하도록 구성된 투영 광학계와, 상기 레티클의 패턴 및 상기 투영 광학계의 동공면에 있어서의 유효광원의 형상에 의거하여 상기 투영 광학계의 동공면 내의 제1 영역을 특정하도록 구성된 특정부와, 상기 투영 광학계의 수차를 조정하도록 구성된 조정부를 구비하고, 상기 조정부는, 상기 특정부에 의해 특정된 상기 제1 영역에 있어서의 수차가 상기 제1 영역과는 다른 상기 투영 광학계의 동공면 내의 제2 영역에 있어서의 수차보다도 작아지도록 상기 투영 광학계의 수차를 조정하는 것을 특징으로 하는 노광장치를 제공한다.
노광장치, 투영 광학계, 수차, 동공면, 레티클

Description

노광장치, 노광 방법 및 디바이스 제조 방법{EXPOSURE APPARATUS, EXPOSURE METHOD, AND DEVICE FABRICATION METHOD}
본 발명은, 노광장치, 노광 방법 및 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
포토리소그래피 기술을 사용해서 LSI나 VLSI 등의 미세한 반도체 디바이스를 제조할 때에, 종래부터 투영 노광장치가 사용되고 있다. 투영 노광장치는, 레티클(마스크)에 형성된 패턴을, 투영 광학계를 통해서 웨이퍼 등의 기판에 투영한다.
최근에는, 반도체 디바이스의 미세화에의 요구가 높아짐에 따라서, 노광장치의 투영 광학계에는, 높은 해상력이 필요하게 되고 있다. 이 때문에, 투영 광학계에 필요한 해상력을 만족시키는 관점에서 무시할 수 없는 수차가 발생하는 경우, 이러한 수차(즉, 투영 광학계를 통과하는 빛의 결상 상태)를 보정해야만 한다. 이 기술의 상세한 것에 대해서는 일본국 공개특허공보 특개2006-173305호 참조.
투영 광학계 내에 있어서의 특정한 광학소자(예를 들면, 렌즈나 미러 등)의 위치, 자세 및 형상 등을 제어함으로써, 투영 광학계의 동공면에서의 파면(수차)을 조정하는 노광장치가 일본국 공개특허공보 특개평4-30411호에 제안되어 있다. 특 히, 일본국 공개특허공보 특개평4-30411호에는, 투영 광학계의 적어도 1개의 렌즈계를 광축방향으로 구동하는 구동부와, 레티클을 조명하는 빛의 발진 파장을 변화시키는 파장 가변부를 구비하고, 투영 광학계의 배율 및 왜곡 수차를 조정할 수 있는 노광장치가 개시되어 있다.
종래기술에서는, 레티클의 패턴 및 투영 광학계의 동공면에 형성되는 유효광원의 형상을 고려하지 않고, 투영 광학계의 동공면 내의 전체 영역을 수차조정의 대상영역으로 하여 수차를 조정하고 있었다. 그렇지만, 본 발명의 발명자는, 2중극 형상이나 4중극 형상 등의 유효광원을 사용한 변형 조명을 행할 경우에는, 투영 광학계의 동공면 내의 전체 영역이 아니라, 결상에 높게 기여하는 부분적인 영역을 수차조정의 대상영역으로 하여 수차를 조정하는 것이 바람직하다는 것을 찾아냈다. 특히, 투영 광학계의 동공면 내의 전체 영역을 수차조정의 대상영역으로 하여 수차를 조정하는 것으로 한다. 이 경우에는, 특히 결상에 높게 기여하는 부분적인 영역에 있어서, 2θ-, 3θ-, 4θ- 대칭 수차 성분 등의 광축에 관해서 회전 비대칭한 복수의 수차 성분을 필요한 정밀도까지 조정하는 것이 불가능한 경우가 있다.
본 발명은, 투영 광학계의 동공면 내의 부분적인 영역에 있어서, 투영 광학계를 통과하는 빛의 결상상태(예를 들면, 수차 등)를 고정밀도로 조정해서 뛰어난 결상특성을 실현하는 노광장치를 제공한다.
본 발명의 제 1의 측면에 의하면, 레티클의 패턴을 기판에 투영하도록 구성된 투영 광학계와, 상기 레티클의 패턴 및 상기 투영 광학계의 동공면에 있어서의 유효광원의 형상에 의거하여 상기 투영 광학계의 동공면 내의 제1 영역을 특정하도록 구성된 특정부와, 상기 투영 광학계의 수차를 조정하도록 구성된 조정부를 구비하는 노광장치가 제공되고, 상기 조정부는, 상기 특정부에 의해 특정된 상기 제1 영역에 있어서의 수차가 상기 제1 영역과는 다른 상기 투영 광학계의 동공면 내의 제2 영역에 있어서의 수차보다도 작아지도록 상기 투영 광학계의 수차를 조정한다.
본 발명의 제 2의 측면에 의하면, 레티클의 패턴을 기판에 투영하는 투영 광학계를 포함하는 노광장치를 사용한 노광방법이 제공되는데, 이 노광방법은, 상기 레티클의 패턴 및 상기 투영 광학계의 동공면에 있어서의 유효광원의 형상에 의거하여 상기 투영 광학계의 동공면 내의 제1 영역을 특정하는 특정스텝과, 상기 투영 광학계의 수차를 조정하는 조정스텝을 포함하고, 상기 조정 스텝에서는, 상기 특정스텝에서 특정된 상기 제1 영역에 있어서의 수차가 상기 제1 영역과는 다른 상기 투영 광학계의 동공면 내의 제2 영역에 있어서의 수차보다도 작아지도록 상기 투영 광학계의 수차를 조정한다.
본 발명의 제 3의 측면에 의하면, 상술한 노광장치를 이용해서 기판을 노광하는 스텝과, 노광된 기판에 대해서 현상 처리를 수행하는 스텝을 포함하는 디바이스 제조방법이 제공된다.
본 발명의 그 외의 특징들은 첨부도면을 참조하면서 이하의 예시적인 실시 예의 설명으로부터 밝혀질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명 한다. 또한, 각 도면에 있어서, 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조번호를 부착하고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 1은, 본 발명의 일측면에 따른 노광장치(1)의 구성을 나타내는 개략 블럭도다. 노광장치(1)는, 본 실시 예에서는 스텝 앤드 스캔 방식으로 레티클(20)의 패턴을 웨이퍼(40)에 투영함으로써, 웨이퍼(40)를 노광하는 투영 노광장치다. 단, 노광장치(1)는, 스텝·앤드·리피트 방식이나 그 밖의 노광 방식도 적용할 수 있다.
노광장치(1)는, 조명장치(10)와, 레티클(20)을 탑재하는 레티클 스테이지와, 투영 광학계(30)와, 웨이퍼(40)를 탑재하는 웨이퍼 스테이지(50)와, 측정부(60)과, 렌즈 구동부(70)를 구비한다. 또한, 노광장치(1)는, 광원 제어부(80)와, 조명계 제어부(90)와, 투영계 제어부(100)와, 스테이지 제어부(110)와, 주제어부(120)를 구비한다.
조명장치(10)는, 전사용의 패턴이 형성된 레티클(20)을 조명하고, 광원(12)과 조명 광학계(14)를 갖는다.
광원(12)은, 본 실시 예에서는 파장 약193nm의 광(자외광)을 발광하는 ArF 엑시머 레이저를 사용한다. 단, 광원(12)은, ArF 엑시머 레이저에 한정하는 것이 아니라, KrF 엑시머 레이저, F2 레이저, 초고압 수은램프 등을 사용해도 된다.
조명 광학계(14)는, 광원(12)으로부터의 빛을 사용해서 레티클(20)을 조명하고, 렌즈, 미러, 옵티컬 인테그레이터, 편광 조정부, 광량 조정부 등을 포함한다. 조명 광학계(14)는, 후술하는 바와 같이, 4중극 조명과 2중극 조명 등의 다양한 변 형 조명을 실현하는 것이 가능하다. 본 실시 예에서는 조명 광학계(14)는 투영 광학계(30)의 동공면에 형성되는 유효광원과 대략 공역한 위치에 개구 조리개(142)를 갖는다. 개구 조리개(142)의 개구 형상은, 투영 광학계(30)의 동공면에 있어서의 광강도 분포(즉, 유효광원의 형상)에 해당한다. 단, 조명 광학계(14)는, 개구 조리개(142) 대신에, 회절광학소자(CGH 등)나 프리즘 등을 사용해서 유효광원을 형성해도 된다.
레티클(20)은, 전사용의 패턴을 갖고, (도면에 나타나 있지 않은) 레티클 스테이지에 의해 지지 및 구동된다. 레티클(20)의 패턴으로부터의 회절광은, 투영 광학계(30)를 통해서, 웨이퍼(40)에 투영된다. 레티클(20)과 웨이퍼(40)는, 광학적으로 공역의 관계로 배치된다. 노광장치(1)는, 스텝 앤드 스캔 방식의 노광장치이기 때문, 레티클(20)과 웨이퍼(40)를 주사함으로써, 레티클(20)의 패턴을 웨이퍼(40)에 전사한다.
투영 광학계(30)는, 레티클(20)의 패턴을 웨이퍼(40)에 투영하는 광학계다.투영 광학계(30)는, 복수의 광학소자(렌즈나 미러 등)를 포함하지만, 도 1에서는, 1개 광학소자(302)만을 도시하고 있다.
웨이퍼(40)는, 레티클(20)의 패턴이 투영(전사)되는 기판이다. 단, 웨이퍼(40) 대신에 유리 플레이트나 그 밖의 기판을 사용할 수도 있다. 웨이퍼(40)에는, 포토레지스트(감광제)가 도포되어 있다.
웨이퍼 스테이지(50)는, 웨이퍼(40)를 지지하고, 리니어 모터 등의 스테이지 구동부(502)에 접속되어 있다. 웨이퍼 스테이지(50)는, 스테이지 구동부(502)에 의 해, 3차원방향(즉, 투영 광학계(30)의 광축방향(Z방향) 및 투영 광학계(30)의 광축에 직교하는 면 내(XY면))에서 구동된다. 또한 웨이퍼 스테이지(50)에는, 레이저 간섭계(506)로 검출가능한 미러(504)가 배치(고정)되어 있다.
측정부(60)는, 예를 들면 점 회절 간섭계(PDI), 선회절 간섭계(LDI), 및 시어링(shearing) 간섭계 등을 사용하여, 투영 광학계(30)의 수차(투영 광학계(30)의 광축에 관해서 회전 대칭 및 회전 비대칭한 수차)를 측정한다. 측정부(60)는, 측정 결과(즉, 투영 광학계(30)의 수차)를 주제어부(120)에 송신한다. 단, 투영 광학계(30)의 수차는, 소정의 패턴을 웨이퍼에 전사하고, 이러한 웨이퍼에 전사된 소정의 패턴을 SEM 등으로 관측함으로써 취득되어도 되고, 투영 광학계(30)의 설계값 및 노광 조건 등에 근거한 시뮬레이션으로 취득되어도 된다.
렌즈 구동부(70)는, 투영계 제어부(100)의 제어 하에 투영 광학계(30)를 구성하는 광학소자(본 실시 예에서는 광학소자(302))를 구동한다. 구체적으로는, 렌즈 구동부(70)는, 공기압이나 압전소자 등을 사용하여, 광학소자(302)를 투영 광학계(30)의 광축방향으로 구동하거나, 광학소자(302)를 투영 광학계(30)의 광축에 수직한 평면에 대하여 경사시키거나, 광학소자(302)를 변형시키거나 한다.
광원 제어부(80)는, 광원(12)을 제어하여 광원(12)으로부터 발광되는 빛의 파장을 안정화시킨다.
조명계 제어부(90)는, 조명 광학계(14)를 제어한다. 조명계 제어부(90)는, 본 실시 예에서는 개구 조리개(142)의 개구 형상 및 개구 형상이 다른 개구 조리개(142) 간의 전환을 제어하여, 원하는 유효광원을 형성한다. 또한, 조명계 제어 부(90)는, (도면에 나타나 있지 않은) 편광 조정부를 제어해서 원하는 편광상태를 형성하거나, (도면에 나타나 있지 않은) 광량 조정부를 제어해서 광량(노광량)을 조정하거나 한다.
투영계 제어부(100)는, 투영 광학계(30)를 제어한다. 투영계 제어부(100)는, 본 실시 예에서는 렌즈 구동부(70)를 통해서, 투영 광학계(30)의 광학소자(302)의 구동량을 제어한다. 또한, 광학소자(302)의 구동량은, 광학소자(302)를 투영 광학계(30)의 광축방향으로 구동할 때의 구동량, 광학소자(302)를 투영 광학계(30)의 광축에 수직한 평면에 대하여 경사시킬 때의 경사량, 광학소자(302)를 변형시킬 때의 변형량을 포함한다. 또한, 투영계 제어부(100)는, 투영 광학계(30)의 동공면에 배치되는 (도면에 나타나 있지 않은) 개구 조리개의 개구경을 제어하여, 투영 광학계(30)의 개구수(NA)를 조정한다.
스테이지 제어부(110)는, 웨이퍼 스테이지(50)를 제어한다. 구체적으로는, 스테이지 제어부(110)는, 레이저 간섭계(506)의 검출 결과(레이저 간섭계(506)와 미러(504)와의 사이의 거리)로부터 웨이퍼 스테이지(50)의 위치(XY면내)를 산출한다. 그리고, 스테이지 제어부(110)는, 이러한 산출 결과에 의거하여 스테이지 구동부(502)를 제어해서 웨이퍼 스테이지(50)를 소정의 위치에 구동한다.
주제어부(120)는, 광원 제어부(80), 조명계 제어부(90), 투영계 제어부(100) 및 스테이지 제어부(110) 등을 통해서, 노광장치(1)의 전체(노광장치(1)의 동작)를 제어한다. 또한, 주제어부(120)는, 광원 제어부(80), 조명계 제어부(90), 투영계 제어부(100) 및 스테이지 제어부(110)의 기능을 갖추고 있어도 된다. 바꾸어 말하 면, 광원 제어부(80), 조명계 제어부(90), 투영계 제어부(100) 및 스테이지 제어부(110)는, 주제어부(120)와 일체로 구성되어 있어도 된다.
주제어부(120)는, 본 실시 예에서는 투영계 제어부(100)를 통해서, 투영 광학계(30)의 광학소자(302)를 구동함으로써, 투영 광학계(30)의 수차를 소정의 상태로 조정한다. 주제어부(120)는, 후술하는 바와 같이, 특정부로서 기능하고, 레티클(20)의 패턴 및 투영 광학계(30)의 동공면에 있어서의 유효광원의 형상에 의거하여 투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역을 수차 조정의 대상영역으로서 특정한다. 구체적으로는, 주제어부(120)는, 레티클(20)의 패턴 및 투영 광학계(30)의 동공면에 있어서의 유효광원의 형상과 투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역과의 대응을 나타내는 테이블을 갖고, 이러한 테이블을 참조하는 것으로 부분적인 영역을 특정한다. 또한, 레티클(20)의 패턴 및 투영 광학계(30)의 동공면에 있어서의 유효광원의 형상과 투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역과의 대응을 나타내는 테이블은, 광학 시뮬레이터나 유저의 경험 등에 의해 작성하는 것이 가능하다. 그리고, 주제어부(120)는, 투영계 제어부(100) 및 렌즈 구동부(70)와 공동해서 조정부로서 기능하고, 특정한 투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역에 있어서의 투영 광학계(30)의 수차를 조정한다.
주제어부(120)에 의해 특정된 부분적인 영역은, 투영 광학계(30)를 통과하는 빛의 결상상태에 영향을 끼치는 영역(즉, 결상에 높게 기여하는 영역)이다. 이 부분적인 영역의 예는, 레티클(20)의 패턴으로부터의 회절광이 조사되는 영역이다. 이러한 부분적인 영역은, 점영역, 선영역, 면영역, 및, 그것들의 조합(예를 들면 밴드(band)형상 영역) 중의 하나이다.
이하, 도 2를 참조하여, 주제어부(120)에 의한 투영 광학계(30)의 수차의 조정에 관하여 설명한다. 도 2는, 노광장치(1)에 있어서의 투영 광학계(30)의 수차의 조정을 설명하기 위한 플로차트다. 또한, 본 실시 예에서는 투영 광학계(30)의 수차를 Zernike 다항식으로 표현한 것이라는 점에 유념한다. 또한, 주제어부(120)가 조정가능한 투영 광학계(30)의 수차 성분은, 투영 광학계(30)의 광축에 관해서 회전 대칭한 수차 성분이며, 예를 들면 도 3 및 도 4에 나타나 있는 바와 같은 Zernike 다항식에 있어서의 Zernike 계수의 4항 및 9항에 해당하는 수차 성분만이다. 도 3은, Zernike 다항식에 있어서의 Zernike 계수의 4항으로 나타낸 수차 성분을 도시한 차트이다.
도 4는, Zernike 다항식에 있어서의 Zernike 계수의 9항으로 나타낸 수차 성분을 도시한 차트이다. 본 실시 예에 있어서의 노광장치는 Zernike계수의 4항 및 9항만을 조정하지만, Zernike 계수의 다른 항을 조정 가능한 노광장치에 본 실시 예의 기술을 적용할 수도 있다. 이에 따라 노광장치의 수차조정의 자유도를 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 예에 있어서, 조명 광학계(14)는, 도 5에 나타나 있는 바와 같은 유효광원(유효광원의 형상)을 투영 광학계(30)의 동공면에 형성한다. 도 5에 나타내는 유효광원은, 투영 광학계(30)의 동공면 내의 제1의 축상(X축상)의 서로 분리된 2개 영역 및 제1의 축에 직교하는 제2의 축상(Y축상)의 서로 분리된 2개 영역에 광강도 분포 LID를 갖는 4중극 형상을 갖는다. 또한, 도 5에 나타낸 유효광원 은, σ = 0.85 및 윤대비(annular ratio)=4/5로 정의된 윤대 존(annular zone)을 추출(extraction)각=30°에서 추출함으로써 얻어진다. 여기에서, 도 5는, 조명 광학계(14)가 형성하는 유효광원의 형상의 일례를 도시한 도면이다. 또한, 제1의 축(X축)은, 투영 광학계(30)의 동공의 중심(광축)을 통과하고, 노광장치(1)의 스캔 방향에 직교하는 직선에 해당한다.
또한, 본 실시 예에서는, 도 6에 나타나 있는 바와 같이, X축에 평행한 패턴 PTx1과, Y축에 평행한 패턴 PTy1을 포함한 메인 패턴 PT1과, 메인 패턴 PT1의 양측에 배치된 보조 패턴 AP1을 갖는 레티클(20)을 사용한다. 레티클(20)의 메인 패턴 PT1은, 상기한 바와 같이, X축에 평행한 패턴 PTx1 및 Y축에 평행한 패턴 PTy1이 혼재하고 있기 때문에, 레티클(20)(메인 패턴 PT1)로부터의 회절광은, X축방향 및 Y축방향으로 회절한다. 여기에서, 도 6은, 레티클(20)의 패턴의 일례를 도시한 도면이다.
우선, 주제어부(120)는, 레티클(20)의 패턴 및 투영 광학계(30)의 동공면에 있어서의 유효광원의 형상에 의거하여 수차 보정의 대상영역이 되는 투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역을 특정한다(스텝 S1002). 본 실시 예에서는, 주제어부(120)는, 도 6에 나타낸 레티클(20)의 패턴 및 도 5에 나타낸 유효광원의 형상에 의거하여, 도 7에 나타나 있는 바와 같이 투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역 CA1을 특정한다. 부분적인 영역 CA1은, 투영 광학계(30)의 동공면에 있어서, 도 5에 나타낸 레티클(20)의 메인 패턴 PT1로부터의 회절광이 조사되는 영 역이다. 도 5에 나타낸 레티클(20)의 메인 패턴 PT1로부터의 회절광은, 투영 광학계(30)의 동공면의 X축상 및 Y축상의 근방에 분포된다. 이렇게, 주제어부(120)는, 부분적인 영역 CA1로서, X축의 방향으로 연장되고, 또한, 광강도 분포 LID가 존재하는 2개의 영역을 포함한 밴드 형상의 영역과, Y축의 방향으로 연장되고, 또한, 광강도 분포 LID가 존재하는 2개의 영역을 포함한 밴드 형상의 영역을 특정한다. 여기에서, 도 7은, 도 6에 나타낸 레티클(20)의 패턴 및 도 5에 나타낸 유효광원의 형상으로부터 특정되는 투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역 CA1을 도시한 도면이다.
다음에, 주제어부(120)는, 측정부(60)를 제어해서 투영 광학계(30)의 수차(파면수차)W(ρ,θ)을 측정하여, 투영 광학계(30)에 발생하고 있는 수차 W(ρ, θ)을 취득한다(스텝 S1004). 또한, ρ은, 투영 광학계(30)의 동공의 반경을 1로 하여 규격화한 규격화 동공 반경이며, θ는, 사출 동공면 상에 설정된 극좌표의 반경 벡터의 각이다.
다음에, 주제어부(120)는, 스텝 S1004에서 취득한 수차 W(ρ,θ)를 Zernike의 직교 원통 함수계 Zn(ρ,θ)로 피팅(fit)하여, 각 항의 전개 계수(Zernike 계수)Cn를 산출한다(스텝 S1006). 여기에서, Zernike 계수 Cn, Zernike의 직교 원통 함수계 Zn(ρ,θ), 및 수차 W(ρ,θ)는, 이하의 식(1)을 충족한다.
W(ρ,θ) = ∑(Cn·Zn(ρ,θ)) ...(1)
단, ∑은, 자연수 n에 대한 합을 나타낸다.
Zernike의 직교 원통 함수계 Zn(ρ,θ)를 이하에 나타낸다.
Z1(ρ,θ) = 1
Z2(ρ,θ) = ρcosθ
Z3(ρ,θ) = ρsinθ
Z4(ρ,θ) = 2ρ2 - 1
Z5(ρ,θ) = ρ2cosθ
Z6(ρ,θ) = ρ2sinθ
Z7(ρ,θ) = (3ρ3 - 2ρ)cosθ
Z8(ρ,θ) = (3ρ3 - 2ρ)sinθ
Z9(ρ,θ) = 6ρ4 - 6ρ2 + 1
Z10(ρ,θ) = ρ3cos3θ
Z11(ρ,θ) = ρ3sin3θ
Z12(ρ,θ) = (4ρ4 - 3ρ2)cos2θ
Z13(ρ,θ) = (4ρ4 - 3ρ2)sin2θ
Z14(ρ,θ) = (10ρ5 - 12ρ3 + 3ρ)cosθ
Z15(ρ,θ) = (10ρ5 - 12ρ3 + 3ρ)sinθ
Z16(ρ,θ) = 20ρ6 - 30ρ4 + 12ρ2 - 1
Z17(ρ,θ) = ρ4cos4θ
Z18(ρ,θ) = ρ4sin4θ
Z19(ρ,θ) = (5ρ5 - 4ρ3)cos3θ
Z20(ρ,θ) = (5ρ5 - 4ρ3)sin3θ
Z21(ρ,θ) = (15ρ6 - 20ρ4 + 6ρ2)cos2θ
Z22(ρ,θ) = (15ρ6 - 20ρ4 + 6ρ2)sin2θ
Z23(ρ,θ) = (35ρ7 - 60ρ5 + 30ρ3 - 4ρ)cosθ
Z24(ρ,θ) = (35ρ7 - 60ρ5 + 30ρ3 - 4ρ)sinθ
Z25(ρ,θ) = 70ρ8 - 140ρ6+ 90ρ4 - 20ρ2 + 1
Z26(ρ,θ) = ρ5cos5θ
Z27(ρ,θ) = ρ5sin5θ
Z28(ρ,θ) = (6ρ6 - 5ρ4)cos4θ
Z29(ρ,θ) = 6ρ6 - 5ρ4)sin4θ
Z30(ρ,θ) = (21ρ7 - 30ρ5 + 10ρ3)cos3θ
Z31(ρ,θ) = (21ρ7 - 30ρ5 + 10ρ3)sin3θ
Z32(ρ,θ) = (56ρ8 - 104ρ6+ 60ρ4 - 10ρ2)cos2θ
Z33(ρ,θ) = (56ρ8 - 104ρ6+ 60ρ4 - 10ρ2)sin2θ
Z34(ρ,θ) = (126ρ9 - 280ρ7+ 210ρ5 - 60ρ3 + 5ρ)cosθ
Z35(ρ,θ) = (126ρ9 - 280ρ7+ 210ρ5 - 60ρ3 + 5ρ)sinθ
Z36(ρ,θ) = 252ρ10 - 630ρ8+ 560ρ6 - 210ρ4 + 30ρ2 - 1
여기에서 37항(Z37) 이후는 생략하고 있다.
또한, 이하에서는, Zernike의 직교 원통 함수계 Zn(ρ,θ)로 나타낸 투영 광학계(30)의 수차 성분을 간단히 "n항"이라고 칭한다.
주제어부(120)는, 스텝 S1002에서 특정한 투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역 CA1에 있어서, 투영 광학계(30)의 수차를 보정한다(스텝 S1008).
이하, 스텝 S1008의 투영 광학계(30)의 수차의 보정에 대해서 구체적으로 설명한다.
본 실시 예에서는, 상기한 바와 같이, 레티클(20)의 패턴(도 6 참조)으로부터의 회절광은, 투영 광학계(30)의 동공면의 X축상 및 Y축상의 근방(부분적인 영역CA1)에 분포된다(도 7 참조). 따라서, 결상에 높게 기여하는(투영 광학계(30)를 통과하는 빛의 결상상태에 영향을 끼친다) 투영 광학계(30)의 동공면 내의 영역은 영역 CA1만이다. 이 때문에, 영역 CA1만에 있어서의 수차를 조정(최적화)함으로써, 투영 광학계(30)의 수차를 실질적으로 보정할 수 있다.
본 실시 예에서는, 상기한 바와 같이, 4중극 형상의 유효광원(예를 들면 도 5와 같은 유효광원의 형상)을 형성하는 것이 가능한 조명(4중극 조명)을 사용한다. 이 경우, 투영 광학계(30)에 있어서는, 일반적으로, 노광에 의한 렌즈의 발열로 인 해, 큰 4θ계의 수차 성분(Zernike 계수의 17항(C17) 및 28항(C28)등)이 발생한다. 단, 본 실시 예의 노광장치에 있어서의 수차보정기구에서는, Zernike 계수의 17항(C17) 및 28항(C28) 등으로 나타낸 수차 성분(투영 광학계(30)의 광축에 관해서 회전 비대칭한 수차)를 보정(저감)시킬 수 없다. 이 문제를 해결하기 위해서, 본 실시 예에서는, 투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역 CA1에 있어서, Zernike 계수의 17항(C17) 및 28항(C28)으로 나타내는 수차를, Zernike 계수의 4항(C4)및 9항(C9)으로 나타낸 수차로 보정한다.
도 8은, 스텝 S1004에서 취득한 투영 광학계(30)의 수차(즉, 수차를 보정하기 전의 투영 광학계(30)의 수차) W(ρ,θ)을 도시한 차트다. 여기에서, 투영 광학계(30)의 수차 W(ρ,θ)은, 이하의 식(2)으로 나타낸다.
W(ρ,θ) = C17·Z17(ρ,θ) + C28·Z28(ρ,θ) =
C17·ρ4cos4θ + C28(6ρ6-5ρ4)cos4θ ·‥ (2）
Zernike 계수의 17항(C17) 및 28항(C28)으로 나타낸 수차 성분을 보정하기 위해서, Zernike 계수의 4항 및 9항으로 나타낸 수차 성분(보정량)C'4 및 C'9가 주어진다. 그러면, 투영 광학계(30)의 파면 수차 W'(ρ,θ)은, 이하의 식(3)으로 나타낸다.
W'(ρ,θ) = C17·ρ4cos4θ + C28(6ρ6-5ρ4)cos4θ +
C'4(2ρ2)+ C'9(6ρ4-6ρ2) ·‥ (3)
단, 정수항은 투영 광학계(30)를 통과하는 빛의 결상상태에 영향을 주지 않기 때문에 무시한다.
투영 광학계(30)의 동공면의 X축상 및 Y축상(θ=0, π/2, π, 3π/2)에 있어서의 수차 W'XY-Axis(ρ)은, 이하의 식(4)으로 나타낸다.
W'XY-Axis(ρ) = C17·ρ4 + C28(6ρ6-5ρ4) + C'4(2ρ2) + C'9(6ρ4-6ρ2) ·‥ (4)
또한, 식(4)을 규격화 동공 반경 ρ의 다항식으로서 고쳐 쓰면, 이하의 식(5)을 얻는다.
W'XY-Axis(ρ) = 6C28ρ6 + (6C'9 + C17 - 5C28)ρ4 + (2C'4 - 6C'9)ρ2+ (-C'4 + 6C'9) ·‥ (5)
본 실시 예에서는, 평가 범위(투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역 CA1)에 있어서의 투영 광학계(30)의 수차 W'의 RMS값을 최소화하는 보정량 C'4 및 C'9값을 산출한다. 여기에서는, 투영 광학계(30)의 동공면의 X축상 및 Y축상의 영역만을 보정해도, 영역 CA1 전체를 보정했을 경우와 같다고 가정한다. 영역 CA1은 X축 및 Y축 근방의 영역이기 때문에, 이렇게 가정함으로써, 계산을 용이하게 할 수 있다. 구체적으로는, 투영 광학계(30)의 동공면의 X축상에 있어서 동일한 간격으로 얼라인된 n점에서의 수차의 RMS값을 FRMS으로 나타내면, 이하의 식(6)으로 나타낸 RMS값 FRMS를 최소화하는 보정량 C'4 및 C'9을 산출하면 된다.
FRMS 2(C'4, C'9) = ∑(W'XY-Axis(ρi))2=∑(6C28ρi 6 + (6C'9 + C17 - 5C28)ρi 4 +(2C'4 - 6C'9)ρi 2)2 ...(6)
단, ρi = (i-1)/(n-1), i=1, 2, ·‥, n(n은 1보다 큰 자연수)이고, ∑은, i에 대한 합을 나타낸다.
예를 들면, n = 21로서, RMS값 FRMS을 최소화하는 보정값 C'4 및 C'9을 이하의 식(7) 및 식(8)로 산출한다.
C'4 = -(1/2) × C17 - 0.29 × C28 ·‥ (7）
C'9 = -(1/6) × C17 - 0.58 × C28 ·‥ (8)
주제어부(120)는, 식(7) 및 식(8)으로 나타낸 보정값 C'4 및 C'9을 얻는데 필요한 투영 광학계(30)의 광학소자(302)의 구동량을 산출한다. 이 산출된 구동량에 따라, 주제어부(120)는 투영계 제어부(100) 및 렌즈 구동부(70)를 통해서, 광학소자(302)를 구동한다. 또한, 주제어부(120)는, 예를 들면 보정값 C'4 및 C'9과, 이러 한 보정값 C'4 및 C'9을 얻기 위해서 필요한 투영 광학계(30)의 광학소자(302)의 구동량과의 관계를 나타내는 정보를 메모리에 갖는다. 따라서, 주제어부(120)는, 이러한 정보를 참조함으로써 광학소자(302)의 구동량을 산출할 수 있다.
도 9는, 스텝 S1008에서 수차를 보정한 후의 투영 광학계(30)의 수차 W'(ρ,θ)를 도시한 차트이다. 도 10은, 도 8에 나타내는 투영 광학계(30)의 수차 W(ρ,θ) 및 도 9에 나타내는 투영 광학계(30)의 수차 W'(ρ,θ)의 X축상에서의 단면을 도시한 그래프다. 도 10에서는, 종축에 투영 광학계(30)의 수차를 나타내고, 횡축에 규격화 동공 반경 ρ을 나타내고 있다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 투영 광학계(30)의 동공면의 X축상에 있어서의 수차 성분이 양호하게 보정되어 있다는(즉, 파면이 평탄화되어 있다) 것이 이해될 것이다. 또한, 도 9에 나타낸 투영 광학계(30)의 수차 W'(ρ,θ)의 Y축상에서의 단면도 도 10과 마찬가지이기 때문에, 여기에서의 상세한 설명은 생략한다.
도 11은, 도 6에 나타낸 레티클(20)을 노광했을 경우의 메인 패턴 PT1의 선폭 변동 △CD을 도시한 그래프이다. 도 11에서는, 종축에 선폭 변동 △CD을 나타내고, 횡축에 디포커스를 나타내고 있다. 도 11에는, 무수차의 투영 광학계(30)를 사용했을 경우와, 본 실시 예에 있어서의 수차를 보정하기 전의 투영 광학계(30)를 사용했을 경우와, 본 실시 예에 있어서의 수차를 보정한 후의 투영 광학계(30)를 사용했을 경우를 나타내고 있다. 도 11을 참조하면, 본 실시 예에 있어서의 수차를 보정한 후의 투영 광학계(30)를 사용했을 경우에는, 수차를 보정하기 전의 투영 광 학계(30)를 사용했을 경우와 비교하여, 선폭 변동 △CD이 경감되어 있다는 것이 이해될 것이다.
이렇게, 본 실시 예의 노광장치(1)에 의하면, 투영 광학계(30)를 통과하는 빛의 결상상태(예를 들면 수차 등)를 고정밀도로 조정해서 뛰어난 결상특성을 실현할 수 있다.
또한, Zernike 계수의 17항(C17) 및 28항(C28)으로 나타내는 수차 성분을 동시에 보정하도록 보정값 C'4 및 C'9을 주는 대신에, Zernike 계수의 17항(C17)으로 나타내는 수차 성분만을 보정하도록, 보정값 C'4 및 C'9을 주는 것도 가능하다. 이하, 투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역 CA1에 있어서, Zernike 계수의 17항(C17)으로 나타내는 수차 성분만을 보정하는 경우에 관하여 설명한다.
도 12는, 수차를 보정하기 전의 투영 광학계(30)의 수차 W(ρ,θ)을 도시한 차트이다. 단, 도 12에서는, Zernike 계수의 17항(C17)으로 나타내는 수차 성분을 1로 하여 규격화하고 있다. 여기에서, 투영 광학계(30)의 수차 W(ρ,θ)은, 이하의 식(9)으로 나타낸다.
W(ρ,θ) = C17·Z17(ρ,θ) = C17·ρ4cos4θ ...(9）
Zernike 계수의 17항(C17)으로 나타낸 수차 성분을 보정하기 위해서, Zernike 계수의 4항 및 9항으로 나타낸 수차 성분(보정량) C'4 및 C'9가 주어진다. 그러면, 투영 광학계(30)의 파면 수차 W'(ρ,θ)은, 이하의 식(10)으로 나타낸다.
W'(ρ,θ) = C17·ρ4cos4θ + C'4(2ρ2)+ C'9(6ρ4-6ρ2) ···(10)
단, 정수항은 투영 광학계(30)를 통과하는 빛의 결상상태에 영향을 주지 않기 때문에 무시한다.
투영 광학계(30)의 동공면의 X축상 및 Y축상(θ=0, π/2, π, 3π/2)에 있어서의 수차 W'XY-Axis(ρ)은, 이하의 식(11)으로 나타낸다.
W'XY-Axis(ρ)=C17·ρ4 + C'4(2ρ2) + C'9(6ρ4 - 6ρ2) ···(11)
또한, 식(11)을 규격화 동공 반경 ρ의 다항식으로서 고쳐 쓰면, 이하의 식(12)을 얻는다.
W'XY-Axis(ρ) = (6C'9 + C17)ρ4 + (2C'4 - 6C'9)ρ2 + (-C'4 + 6C'9) ·‥ (12)
여기에서는, 규격화 동공반경 ρ의 4차 및 2차의 항이 0이 되는 조건에 의거하여, 보정량 C'4 및 C'9을 산출하면, 이하의 식(13) 및 식(14)으로 나타낸 식을 취득할 수 있다.
C'4 = -(1/2) × C17 ·‥ (13)
C'9 = - (1/6) × C17 ·‥ (14)
주제어부(120)는, 식(13) 및 식(14)로 나타낸 보정값 C'4 및 C'9을 취득하기 위해서 필요한 투영 광학계(30)의 광학소자(302)의 구동량을 산출한다. 이 산출된 구동량에 따라, 주제어부(120)는 투영계 제어부(100) 및 렌즈 구동부(70)를 통해서, 광학소자(302)를 구동한다.
도 13은, 투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역 CA1에 있어서, 수차를 보정한 후의 투영 광학계(30)의 수차 W'(ρ,θ)을 도시한 차트다. 도 13을 참조하면, 투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역 CA1에 있어서의 수차는, 도 12에 나타낸 수차를 보정하기 전의 투영 광학계(30)의 수차 W(ρ,θ)와 비교하여, 감소한다는 것이 이해될 것이다.
또한, 본 실시 예에서는 조명 광학계(14)가 형성하는 유효광원(유효광원의 형상) 및 레티클(20)의 패턴을 한정하지 않는다. 예를 들면, 조명 광학계(14)는, 도 14에 나타나 있는 바와 같은 유효광원(유효광원의 형상)을 투영 광학계(30)의 동공면에 형성해도 된다. 도 14에 나타낸 유효광원은, 투영 광학계(30)의 동공면 내의 제1의 축상(X축상)의 서로 분리된 2개의 영역에 광강도 분포 LID를 갖는 2중극 형상을 갖는다. 또한, 도 14에 나타낸 유효광원은, σ = 0.90 및 윤대비=4/5으로 정의된 윤대 존을, 추출각 = 30°에서 추출함으로써 취득된다. 여기에서, 도 14는, 조명 광학계(14)가 형성하는 유효광원의 형상의 일례를 도시한 도면이다.
도 15는, 도 14에 나타낸 유효광원(의 형상)에 대하여 사용되는 레티클(20)의 패턴을 도시한 도면이다. 도 15에 나타낸 레티클(20)은, Y축에 평행한 메인 패턴 PT2과, 메인 패턴 PT2의 양측에 배치된 보조 패턴 AP2을 갖는다. 레티클(20)의 메인 패턴 PT2은, 상기한 바와 같이, Y축과 평행하기 때문에, 레티클(20)(메인 패턴 PT2)로부터의 회절광은, X축방향으로 회절한다.
이러한 경우, 주제어부(120)는, 도 15에 나타낸 레티클(20)의 패턴 및 도 14에 나타낸 유효광원의 형상에 의거하여 도 16에 나타나 있는 바와 같이 투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역 CA2을 특정한다. 부분적인 영역 CA2은, 투영 광학계(30)의 동공면에 있어서, 도 15에 나타낸 레티클(20)의 메인 패턴 PT2로부터의 회절광이 조사되는 영역이다. 도 15에 나타낸 레티클(20)의 메인 패턴 PT2로부터의 회절광은, 투영 광학계(30)의 동공면의 X축상의 근방에 분포된다. 이렇게, 주제어부(120)는, 부분적인 영역 CA2로서, X축의 방향으로 연장되고, 또한, 광강도 분포LID가 형성되는 2개의 영역을 포함한 밴드 형상의 영역을 특정한다. 여기에서, 도 16은, 도 15에 나타낸 레티클(20)의 패턴 및 도 14에 나타낸 유효광원의 형상으로부터 특정되는 투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역 CA2을 도시한 도면이다.
도 16에 나타나 있는 바와 같이, 레티클(20)로부터의 회절광의 분포가 X축방향과 Y축방향으로 비대칭이 될 경우에는, 투영 광학계(30)에 있어서, 노광에 의한 발열 때문에, 큰 2θ계의 수차 성분(Zernike 계수의 5항(C5) 및 12항(C12)등)이 발생한다. 단, 본 실시 예의 노광장치에 있어서의 수차보정기구에서는, Zernike 계수 의 5항(C5) 및 12항(C12) 등으로 나타낸 수차 성분(투영 광학계(30)의 광축에 관해서 회전 비대칭한 수차)를 보정(감소)시킬 수 없다. 이 문제를 해결하기 위해서, 본 실시 예에서는, 투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역 CA2에 있어서, Zernike 계수의 5항(C5) 및 12항(C12)으로 나타낸 수차 성분을, Zernike 계수의 4항(C4)및 9항(C9)으로 나타낸 수차 성분으로 보정한다.
이하, 투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역 CA2에 있어서, Zernike계수의 12항(C12)으로 나타낸 수차 성분을 보정할 경우에 관하여 설명한다. 여기에서는, 투영 광학계(30)의 동공면의 X축상의 영역만을 보정해도, 영역 CA2 전체를 보정했을 경우와 같다고 가정한다. 영역 CA2은 X축 근방의 영역이기 때문에, 이러한 가정을 확립할 수 있어, 계산을 용이하게 할 수 있다.
도 17은, 수차를 보정하기 전의 투영 광학계(30)의 수차 W(ρ,θ)을 도시한 차트다. 단, 도 17에서는, Zernike 계수의 12항(C12)으로 나타낸 수차를 1로 하여 규격화하고 있다. 여기에서, 투영 광학계(30)의 수차 W(ρ,θ)은, 이하의 식(15)으로 나타낸다.
W(ρ,θ) = C12·Z12(ρ,θ) = C12(4ρ4-3ρ2)cos2θ ...(15)
Zernike 계수의 12항(C12)으로 나타낸 수차를 보정하기 위해서, Zernike 계 수의 4항 및 9항으로 나타낸 수차 성분(보정량) C'4 및 C'9가 주어진다. 투영 광학계(30)의 파면 W'(ρ,θ)은, 이하의 식(16)으로 나타낸다.
W'(ρ,θ) = C12(4ρ4-3ρ2)cos2θ + C'4(2ρ2) + C'9(6ρ4-6ρ2) ·‥ (16)
단, 정수항은 투영 광학계(30)를 통과하는 빛의 결상상태에 영향을 주지 않기 때문에 무시한다.
투영 광학계(30)의 동공면의 X축상(θ=0,π)에 있어서의 수차 W'X-Axis(ρ)은, 이하의 식(17)으로 나타낸다.
W'X-Axis(ρ) = C12(4ρ4- 3ρ2) + C'4(2ρ2) + C'9(6ρ4- 6ρ2) ···(17)
또한, 식(17)을 규격화 동공반경 ρ의 다항식으로서 고쳐 쓰면, 이하의 식(18)을 얻는다.
W'X-Axis(ρ) = (6C'9 + 4C12)ρ4 + (2C'4 - 6C'9 - 3C12)ρ2 + (-C'4 + 6C'9) ·‥ (18)
여기에서는, 규격화 동공반경 ρ의 4차 및 2차의 항이 0이 되는 조건에 의거하여 보정량 C'4 및 C'9을 산출하면, 이하의 식(19) 및 식(20)으로 나타낸 식을 얻을 수 있다.
C'4 = - (1/2) × C12 ·‥ (19）
C'9 = - (2/3) × C12 ·‥ (20)
그리고, 주제어부(120)는, 식(19) 및 식(20)으로 나타낸 보정값 C'4 및 C'9을 얻기 위해서 필요한 투영 광학계(30)의 광학소자(302)의 구동량을 산출한다. 산출한 구동량에 따라, 주제어부(120)는 투영계 제어부(100) 및 렌즈 구동부(70)를 통해서, 광학소자(302)를 구동한다.
도 18은, 투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역 CA2에 있어서, 수차를 보정한 후의 투영 광학계(30)의 수차 W'(ρ,θ)을 도시한 차트다. 도 18을 참조하면, 투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역 CA2에 있어서의 수차는, 도 17에 나타낸 수차를 보정하기 전의 투영 광학계(30)의 수차 W(ρ,θ)와 비교하여, 감소한다는 것이 이해될 것이다.
또한, 도 14에 나타낸 유효광원(의 형상)은, 도 19에 나타낸 유효광원(의 형상)으로 치환할 수도 있다. 도 19에 나타낸 유효광원은, 투영 광학계(30)의 동공면 내의 제1의 축상(X축상)의 서로 분리된 2개의 영역에 광강도 분포 LID를 갖는 2중극 형상을 갖는다. 또한, 도 19에 나타낸 유효광원은, σ=0.90 및 윤대비=4/5로 정의된 윤대 존을, 추출각=90°에서 추출함으로써 취득된다. 여기에서, 도 19는, 조명 광학계(14)가 형성하는 유효광원의 형상의 일례를 도시한 도면이다.
도 19에 나타낸 유효광원이 도 15에 나타낸 레티클(20)을 조명했을 경우, 레티클(20)(메인 패턴 PT2)로부터의 회절광은, X축방향으로 회절한다. 단, 도 19에 나 타낸 유효광원은, 도 14에 나타낸 유효광원보다도 추출각이 크기 때문에, 레티클(20)로부터의 회절광은, Y축방향으로도 갈라진다.
이러한 경우, 주제어부(120)는, 도 15에 나타낸 레티클(20)의 패턴 및 도 19에 나타낸 유효광원의 형상에 의거하여 도 20에 나타나 있는 바와 같이 투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역 CA3을 특정한다. 부분적인 영역 CA3은, 투영 광학계(30)의 동공면에 있어서, 도 15에 나타낸 레티클(20)의 메인 패턴 PT2로부터의 회절광이 조사되는 영역이다. 이 경우, 주제어부(120)는, 부분적인 영역 CA3로서, X축의 방향으로 연장되고, 또한, 광강도 분포 LID가 형성되는 2개의 영역을 포함한 밴드 형상의 영역을 특정한다. 여기에서, 도 20은, 도 15에 나타낸 레티클(20)의 패턴 및 도 19에 나타낸 유효광원의 형상으로부터 특정되는 투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역 CA3을 도시한 도면이다.
도 20에 나타나 있는 바와 같이, 투영 광학계(30)의 동공면에 있어서, 가장 X축으로부터 벗어나 있는 유효광원 상의 점으로서의 Y좌표 Yd는, 이하의 식(21)으로 나타낸다.
Yd = σ × sinα ·‥ (21)
본 실시 예에서는, Y좌표 Yd는, 0.9×1／√2≒ 0.64이다. 따라서, 레티클(20)(메인 패턴 PT2)로부터의 회절광은, 투영 광학계(30)의 동공면의 X축으로부터 ±Yd의 범위를 가로질러 갈라지면서 분포된다. 상기한 바와 같이, 투영 광학계(30)의 동공면의 X축상에 있어서, 투영 광학계(30)의 수차를 보정해도 좋지만, 보정의 효과가 작아지는 것이 예상된다. 이 점에서, 투영 광학계(30)의 동공면의 X축상으로부터 ±Yd의 범위를 가로지르는 부분적인 영역 CA3에 있어서, 투영 광학계(30)의 수차를 보정하는 것이 바람직하다.
이하, 투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역 CA3에 있어서, 투영 광학계(30)의 수차를 보정하는 경우에 관하여 설명한다.
Zernike 계수의 4항 및 9항으로 나타낸 수차 성분(보정량) C'4 및 C'9이 주어진다. 그러면, 투영 광학계(30)의 파면 W'(ρ,θ)은, 수차를 보정하기 전의 투영 광학계(30)의 수차 W(ρ,θ)을 사용하여, 이하의 식(22)으로 나타낸다.
W'(ρ,θ) = W(ρ,θ) + C'4(2ρ2) + C'9(6ρ4 - 6ρ2) ...(22)
단, 정수항은 투영 광학계(30)를 통과하는 빛의 결상상태에 영향을 주지 않기 때문에 무시한다.
본 실시 예에서는, 이하의 식(23)으로 나타낸 RMS값 FRMS를 최소화하는 보정량 C'4 및 C'9을 산출한다.
FRMS 2 (C'4, C'9) = ∑(W'(ρi, θi))2 ·‥ (23)
단, (ρi, θi)은, 투영 광학계의 동공면 내의 부분적인 영역 CA3에 포함되는 임의의 점이며, i=1, 2, ···, n(n은 1보다 큰 자연수)이고, ∑은, i에 대한 합을 나타낸다.
여기에서, RMS값 FRMS는, 투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역 CA3에 포함되는 n개의 대표 점에서 산출한 수차의 RMS값이다.
주제어부(120)는, 식(23)에 의해 주어진 보정값 C'4 및 C'9을 얻기 위해서 필요한 투영 광학계(30)의 광학소자(302)의 구동량을 산출한다. 이 산출된 구동량에 따라, 주제어부(120)는 투영계 제어부(100) 및 렌즈 구동부(70)를 통해서, 광학소자(302)를 구동한다.
또한, 본 실시 예에서는 투영 광학계(30)에 있어서, 노광에 의한 렌즈의 발열 때문에 발생하는 수차의 보정에 관하여 설명했지만, 그 밖의 수차에 관해서도 본 발명을 적용할 수 있다. 예를 들면, 투영 광학계(30)의 동공면상의 어떤 영역 S에 있어서, 투영 광학계(30)의 파면수차 W(ρ,θ)을, Zernike 계수의 4항 내지 36항으로 나타낸 수차를 주는 것으로 보정하는 경우를 생각한다. 이 경우, 각 항의 보정값은, 이하의 식(24)으로 나타낸 RMS값 FRMS를 최소화하는 보정량 C'k(k=4 내지 36)의 세트로서 산출될 수 있다.
Figure 112008085238727-PAT00001
...(24)
단, Zk(ρ, θ)은, Zernike의 직교 원통 함수계의 k항, C'k은, Zernike 계수 의 k항의 보정값이고, (ρi, θi)은, 영역 S에 포함되는 i번째의 평가점 좌표(i=1, 2, ···, n)를 나타낸다.
노광에 있어서, 광원(12)으로부터의 빛은, 조명 광학계(14)를 통해서 레티클(20)을 조명한다. 레티클(20)의 패턴의 정보를 반영하는 빛은, 투영 광학계(30)에 의해 웨이퍼(40) 위에 결상한다. 노광장치(1)가 사용하는 투영 광학계(30)의 수차는, 투영 광학계(30)의 동공면 내의 부분적인 영역에 있어서, 고정밀도로 조정(보정)되고 있어, 뛰어난 결상성능을 실현한다. 따라서, 노광장치(1)는, 높은 스루풋과 양호한 경제성 효율을 지닌 고품질의 디바이스(반도체 디바이스, 액정 디바이스 등)를 제공할 수 있다. 또한, 디바이스는, 노광장치(1)를 사용해서 포토레지스트(감광제)가 도포된 기판(웨이퍼, 유리 플레이트 등)을 노광하는 공정과, 노광된 기판을 현상하는 공정과, 그 밖의 주지의 공정을 통해서 제조된다.
본 발명은 예시적인 실시 예를 참조하면서 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 이 개시한 예시적인 실시 예에 한정되는 것이 아니라는 것을 이해할 것이다. 이하의 특허청구범위는 모든 변형과 균등 구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 국면에 따른 노광장치의 구성을 나타내는 개략적인 블럭도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 노광장치에 있어서의 투영 광학계의 수차의 조정을 설명하기 위한 플로차트다.
도 3은, Zernike 다항식에 있어서의 Zernike 계수의 4항으로 나타낸 수차 성분을 도시한 차트다.
도 4는, Zernike 다항식에 있어서의 Zernike 계수의 9항으로 나타낸 수차 성분을 도시한 차트다.
도 5는, 도 1에 나타낸 노광장치의 조명 광학계가 형성하는 유효광원의 형상의 일례를 도시한 도면이다.
도 6은, 도 1에 나타낸 노광장치의 레티클의 패턴의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은, 도 6에 나타낸 레티클의 패턴 및 도 5에 나타낸 유효광원의 형상으로부터 특정되는 투영 광학계의 동공면 내의 부분적인 영역을 도시한 도면이다.
도 8은, 도 2의 스텝 S1004에서 취득한 투영 광학계의 수차를 도시한 차트이다.
도 9는, 도 2의 스텝 S1008에서 수차를 보정한 후의 투영 광학계의 수차를 도시한 차트다.
도 10은, 도 8 및 도 9에 나타낸 투영 광학계의 수차의 X축상에서의 단면을 도시한 그래프다.
도 11은, 도 6에 나타낸 레티클을 노광했을 경우의 메인 패턴의 선폭 변동 △CD을 도시한 그래프다.
도 12는, 도 1에 나타낸 노광장치에 있어서, 수차를 보정하기 전의 투영 광학계의 수차를 도시한 차트다.
도 13은, 도 1에 나타낸 노광장치에 있어서, 투영 광학계의 동공면 내의 부분적인 영역의 수차를 보정한 후의 투영 광학계의 수차를 도시한 도면이다.
도 14는, 도 1에 나타낸 노광장치의 조명 광학계가 형성하는 유효광원의 형상의 일례를 도시한 도면이다.
도 15는, 도 14에 나타낸 유효광원에 대하여 사용되는 레티클의 패턴을 도시한 도면이다.
도 16은, 도 15에 나타낸 레티클의 패턴 및 도 14에 나타낸 유효광원의 형상으로부터 특정되는 투영 광학계의 동공면 내의 부분적인 영역을 도시한 도면이다.
도 17은, 도 1에 나타낸 노광장치에 있어서, 수차를 보정하기 전의 투영 광학계의 수차를 도시한 차트이다.
도 18은, 도 1에 나타낸 노광장치에 있어서, 투영 광학계의 동공면 내의 부분적인 영역의 수차를 보정한 후의 투영 광학계의 수차를 도시한 차트다.
도 19는, 도 1에 나타낸 노광장치의 조명 광학계가 형성하는 유효광원의 형상의 일례를 도시한 도면이다.
도 20은, 도 15에 나타낸 레티클의 패턴 및 도 19에 나타낸 유효광원의 형상 으로부터 특정되는 투영 광학계의 동공면 내의 부분적인 영역을 도시한 도면이다.

Claims (12)

  1. 레티클의 패턴을 기판에 투영하도록 구성된 투영 광학계와,
    상기 레티클의 패턴 및 상기 투영 광학계의 동공면에 있어서의 유효광원의 형상에 의거하여 상기 투영 광학계의 동공면 내의 제1 영역을 특정하도록 구성된 특정부와,
    상기 투영 광학계의 수차를 조정하도록 구성된 조정부를 구비하고,
    상기 조정부는, 상기 특정부에 의해 특정된 상기 제1 영역에 있어서의 수차가 상기 제1 영역과는 다른 상기 투영 광학계의 동공면 내의 제2 영역에 있어서의 수차보다도 작아지도록 상기 투영 광학계의 수차를 조정하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 영역은, 상기 레티클의 패턴으로부터의 회절광이 조사되는 영역인 것을 특징으로 하는 노광장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 영역은, 점영역, 선영역, 면영역, 및 그것들의 조합 중 하나인 것 을 특징으로 하는 노광장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 특정부는, 상기 유효광원이 상기 투영 광학계의 동공면 내의 제1의 축상의 분리된 2개의 영역에 광강도 분포를 갖는 2중극 형상을 갖는 경우에, 상기 제1 영역으로서, 상기 제1의 축의 방향으로 연장되고, 또한 상기 2개의 영역을 포함하는 밴드 영역을 특정하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 특정부는, 상기 유효광원이 상기 투영 광학계의 동공면 내의 제1의 축상의 분리된 2개의 영역 및 상기 제1의 축에 직교하는 제2의 축상의 분리된 2개의 영역에 광강도 분포를 갖는 4중극 형상을 갖는 경우에, 상기 제1 영역으로서, 상기 제1의 축의 방향으로 연장되고, 또한 상기 제1의 축상의 분리된 2개의 영역을 포함한 밴드 영역과, 상기 제2의 축의 방향으로 연장되고, 또한 상기 제2의 축상의 분리된 2개의 영역을 포함하는 밴드 영역을 특정하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 투영 광학계를 구성하는 광학소자를 구동해서 상기 투영 광학계의 수차를 조정하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 조정부에 의한 상기 광학소자의 구동은, 상기 광학소자를 상기 투영 광학계의 광축방향으로 구동하는 것과, 상기 광학소자를 상기 투영 광학계의 광축에 수직한 평면에 대하여 경사시키는 것과, 상기 광학소자를 변형시키는 것 중 하나를 포함한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 투영 광학계의 수차 중, 상기 투영 광학계의 광축에 관해서 회전 대칭한 수차 성분을 조정하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 투영 광학계의 수차를 Zernike 다항식으로 표현했을 경우에, Zernike 계수의 4항 및 9항에 해당하는 수차 성분을 조정하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 특정부는, 상기 레티클의 패턴과 상기 투영 광학계의 동공면에 있어서의 유효광원의 형상과의 대응을 나타내는 테이블을 포함하고,
    상기 특정부는, 상기 테이블을 참조함으로써 상기 제1 영역을 특정하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  11. 레티클의 패턴을 기판에 투영하는 투영 광학계를 포함하는 노광장치를 사용한 노광방법으로서,
    상기 레티클의 패턴 및 상기 투영 광학계의 동공면에 있어서의 유효광원의 형상에 의거하여 상기 투영 광학계의 동공면 내의 제1 영역을 특정하는 특정스텝과,
    상기 투영 광학계의 수차를 조정하는 조정스텝을 포함하고,
    상기 조정 스텝에서는, 상기 특정스텝에서 특정된 상기 제1 영역에 있어서의 수차가 상기 제1 영역과는 다른 상기 투영 광학계의 동공면 내의 제2 영역에 있어서의 수차보다도 작아지도록 상기 투영 광학계의 수차를 조정하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  12. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 기재된 노광장치를 이용해서 기판을 노광하는 스텝과,
    노광된 기판에 대해서 현상 처리를 수행하는 스텝을 포함한 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
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