KR20090096473A - 기울어진 편향 미러를 갖는 반사굴절식 투영 대물렌즈, 투영 노광 장치, 투영 노광 방법 및 미러 - Google Patents
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Abstract
반사굴절식 투영 대물렌즈는 투영 대물렌즈의 물체 표면에 배치된 패턴을 투영 대물렌즈의 이미지 표면 위로 결상시키기 위하여 광축을 따라 배열된 다수의 광학 소자들을 갖는다. 상기 광학 소자들은 오목 미러; 물체 표면으로부터의 광을 상기 오목 미러를 향해 편향시키거나 또는 상기 오목 미러로부터의 광을 이미지 표면을 향해 편향시키기 위하여 제 1 틸트축을 중심으로 제 1 틸트각 t1만큼 광축에 대해 기울어지는 제 1 편향 미러; 및 제 2 틸트축을 중심으로 제 2 틸트각 t2만큼 광축에 대해 기울어지는 제 2 편향 미러를 포함한다. 제 1 편향 미러는, (t1-Δα1) ≤ α1 < (t1+Δα-1)에 따른 입사각의 제 1 범위로부터 제 1 입사각 αi로 상기 제 1 편향 미러에 입사하는 p-편광된 광에 대해 반사도 Rp 1(α1)을 가지며 s-편광된 광에 대해 반사도 Rs 1(α1)을 갖는 제 1 반사 코팅을 갖는다. 제 2 편향 미러는, (t2-Δα2) ≤ α2 < (t2+Δα2)에 따른 입사각의 제 2 범위로부터 제 2 입사각 α2로 상기 제 2 편향 미러에 입사하는 p-편광된 광에 대해 반사도 Rp 2(α2)을 가지며 s-편광된 광에 대해 반사도 Rs 2(α2)을 갖는 제 2 반사 코팅을 갖는다. 제 1 및 제 2 편향 미러들 상에서의 반사시에 축적되는 극 에지 광선들의 s-편광된 광에 대한 제 1 반사도 합 Rs PE는 상기 제 1 및 제 2 편향 미러들 상에서의 반사시에 축적되는 적도 에지 광선들의 p-편광된 광에 대한 제 2 반사도 합 Rp E과 실질적으로 같다.
Description
본 발명은 투영 대물렌즈의 물체 표면에 배치된 패턴을 투영 대물렌즈의 이미지 표면 위로 결상시키도록 배열된 다수의 광학 소자들을 포함하는 반사굴절식 투영 대물렌즈에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 투영 대물렌즈를 채용하는 투영 노광 방법, 투영 노광 장치, 및 미러에 관한 것이다.
마이크로리소그래피 공정은 집적회로(IC), 액정 소자, 미세 패턴 부재 및 미세 기계 부품들과 같은 반도체소자의 제조에서 공통적으로 사용된다.
포토리소그래피에 사용되는 투영 노광 장치는 일반적으로, 광원으로부터의 기본 광을 조명 광으로 변환하도록 구성된 조명 시스템 및 투영 대물렌즈를 포함한다. 조명 시스템으로부터의 광은 주어진 패턴을 갖는 레티클(또는 마스크)를 조명하며, 투영 대물렌즈는 상기 패턴의 이미지를 투영 대물렌즈의 이미지 표면에 배치된 감광성 기판의 영역 위로 전사한다. 투영은 레티클 패턴의 축소된 이미지를 기판 위에 만들기 위하여 축소된 스케일로 높은 해상도로 통상적으로 수행된다.
광학 리소그래피에서, 상대적으로 큰, 실질적으로 평평한 이미지 필드에 대해 높은 해상도와 색수차 및 다른 수차들의 우수한 보정 상태가 얻어져야 한다. 수차 보정 및 이미지 평탄화의 문제들을 해결하는데 도움을 주기 위하여 오목 미러들이 얼마 동안 사용되어왔다. 오목 미러는 포지티브 렌즈와 같이 양의 굴절력을 갖지만, 반대 부호의 페츠발 곡률(Petzval curvature)을 갖는다. 또한, 오목 미러들은 색수차를 개입시키지 않는다. 그러므로, 자외선 광을 사용하는 마이크로리소그래피용 고해상도 투영 대물렌즈에 대해 굴절 소자와 반사 소자, 특히 렌즈들과 적어도 하나의 오목 미러를 결합한 반사굴절식 시스템이 종종 채용된다.
불행하게도, 광이 그가 온 방향으로 바로 되돌아가기 때문에, 오목 미러는 광학 설계 내에 통합시키기가 어렵다. 오목 미러들을 통합시키는 지능적인 설계가 요구된다.
높은 이미지측 개구수 NA 및 우수한 보정 상태를 허용하는 몇몇 반사굴절식 투영 대물렌즈들은 두 개 이상의 직렬 연결된(또는 연쇄 연결된) 결상 대물렌즈부 및 하나 이상의 중간상(intermediate image)들을 포함한다. 비네팅(vignetting) 및 암흑화(obscuration)가 없는 이미지를 얻도록 비축 필드(off-axis field)를 갖는 사용을 위해 설계된 연쇄 연결 시스템들 중 한 분류는, 반사굴절식 대물렌즈부의 동공 표면에 또는 그에 광학적으로 가까이에 위치하는 단일한 오목 미러와 함께 축상 색수차(axial chromatic aberration; CHL) 및 페츠발 합(Petzval sum)을 보정하기 위해 상기 오목 미러의 전방에 배치된 하나의 이상의 네가티브 렌즈들를 사용한다. 통상적으로, 그러한 투영 대물렌즈들은 광축에 대해 상대적으로 기울어진 제 1 편향 미러를 갖는데, 상기 미러는 물체 표면으로부터 오는 광을 오목 미러를 향해 편향시키기 위해 또는 오목 미러에 의해 반사된 광을 하류측의 대물렌즈부를 향해 편향시키기 위해 사용된다. 물체 평면과 이미지 평면을 평행하게 만들기 위하여 상기 제 1 편향 미러에 대해 직각으로 배향된 제 2 편향 미러가 제공될 수도 있다.
단일 오목 미러와 함께 평평한 편향 미러들을 사용하는 폴딩식 반사굴절 투영 대물렌즈들의 대표적인 예들이, 예컨대, US 2006/0077366 A1, US 2003/0234912 A1, US 2005/0248856 A1, US 2004/0233405 A1 또는 WO 2005/111689 A2에 개시되어 있다.
편향 미러들이 높은 반사도를 가질 것을 보장하기 위하여, 상기 미러들은 다중 유전체층(유전체 복층 적층물)으로서 또는 금속층과 유전체층의 조합으로서 주로 설계된 반사 코팅으로 통상적으로 코팅된다. 유전체층들이 높은 입사각에서 사용된다면, 그러한 미러들에 입사하여 반사되는 광에 대한 반사도는 통상적으로 편광-의존적인 방식으로 영향을 받는다. 또한, 투영 대물렌즈의 이미지측 개구수 NA가 증가할수록, 편향 미러에 입사하는 광의 입사각들의 범위(입사각들의 스펙트럼으로도 불린다)가 증가할 수 있다. 예를 들어, NA > 1인 액침(immersion) 리소그래피용으로 설계된 투영 대물렌즈에 있어서, 광축에 45°만큼 기울어진 편향 미러에 대해 주어진 입사각들은 약 30°로부터 약 60°까지의 범위에 있을 수 있다.
편향 미러에서 발생하는 모든 입사각들에 대해 실질적으로 일정한 높은 반사도(예를 들어 90% 또는 그 이상) 및 무시할 만한 편광-의존성의 반사도를 갖는 반사 코팅들을 갖는 편향 미러들을 구비하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 "이상적 인" 반사 코팅을 사용하는 것은 그러한 반사굴절식 시스템에서 투영 빔 내의 광의 세기 분포 및 편광 분포에 대한 편향 미러들의 부정적인 영향을 제거할 수 있을 것이다. 그러나, 그러한 "이상적인" 반사 코팅들은 현재 입수할 수 없다.
그러한 반사굴절식 시스템에서의 어떤 결상 조건들 하에서, 결상될 패턴 내에 담겨진 상이한 배향을 갖는 구조 라인들이 상이한 효율로 투영된다는 것이 발견되었다. 다양한 구조 방향들에 대한 이러한 배향-의존적인 차이들은 H-V 차(수평-수직 차)들로 불리거나 또는 임계 치수(critical dimension)에 있어서의 변화(CD 변화)들로도 불리며, 상이한 구조 방향들에 대해 포토레지스트에서의 선폭들을 다르게 하는 것으로서 관찰될 수 있다.
그러한 방향-의존적인 차이들을 회피하기 위한 다양한 제안들이 제기되어 왔다.
본 출원인에 의해 출원된 WO 2004/025370 A1(미국 특허 출원 제11/066,923호에 대응한다)으로서 공개된 국제 특허 출원은 제 1 틸트각(tilt angle)만큼 광축에 대해 기울어진 제 1 편향 미러 및 제 2 틸트각만큼 광축에 대해 기울어진 제 2 편향 미러를 갖는 빔 편향 장치와 오목 미러를 구비하는 반사굴절식 투영 대물렌즈를 개시하고 있는데, 여기서 두 편향각들은 45° 또는 그 근방일 수 있다. s-편광된 광에 대한 편향 미러의 반사도 Rs와 p-편광된 광에 대한 편향 미러의 반사도 Rp 사이의 비 Rsp는 그 편향 미러에 할당된 틸트각을 포함하는 입사각의 범위 내에서 편향 미러들 중 하나에 대한 비보다 크고 다른 편향 미러에 대한 비보다 작다. 그러 한 배치는 제 1 편향 미러에 의해 영향을 받는 s- 및 p-편광에 대한 반사 세기들의 비에 있어서의 변화들을 적어도 부분적으로 보상하기 위해 제 2 편향 미러에서의 반사를 이용하는 것을 허용한다. 그러므로, 편향 미러들의 반사 코팅의 상기 설계는 상기 편향 미러들에서 반사된 광에 대한 편향 미러들의 편광-의존적인 영향이 상대적으로 작게 유지하는 것을 보장한다.
두 개의 편향 미러들 및 상기 편향 미러들을 통과하는 광의 편광 상태에 영향을 주도록 의도된 반사 코팅들을 사용하는 다른 반사굴절식 투영 대물렌즈는 WO 2005/124420 A1으로서 공개된 국제 특허 출원에 개시되어 있다.
어떤 마이크로리소그래피 기술에서, 마스크의 패턴은 특정 조명 모드에 대응하는 조명 시스템의 동공 평면에서의 세기 분포에 의해 형성된 유효 광원으로부터의 광으로 조명된다. 상기 조명 모드들은 가변의 가간섭성도(예컨대 파라미터 σ에 의해 정의되는)를 갖는 통상적인 조명 모드들 및 비축 조명을 적용시킨 통상적이지 않은 조명 모드들을 포함한다. 비축 조명 모드들은, 특정 리소그래피 공정에 대해 설계된 임계 치수들이 노광 시스템의 이론적인 해상도 한계에 매우 근접하게 될 때 바람직할 수 있다. 비축 조명의 경우, 패턴을 제공하는 마스크가 경사진(수직이 아닌) 각도로 조명되며, 이는 해상도를 향상시킬 수 있으며, 특히 초점 심도(DOF) 및/또는 콘트라스트를 증가시킴으로써 공정 관용도를 향상시킨다. 공지된 한 비축 조명 모드는 환형인데, 여기서 통상적인 광축 상의 0차 스폿은 링-형태의 세기 분포로 변형된다. 다른 모드는 다중극(multipole) 조명인데, 여기서 유효 광원을 형성하는 조명 시스템의 동공 평면에서의 세기 분포는 광축 상에 있지 않은(비축의) 다 수의 극들에 의해 특징지어진다. 이중극(dipole) 조명은 하나의 지배적인 주기 방향을 갖는 프린팅 패턴들에 종종 사용된다. 네 개의 비축 조명 극들을 사용하는 사중극(quadrupole) 조명은, 한 패턴이 상호 수직한 방향들을 따라 직교하는 라인들(때때로 수평 및 수직 라인들로 표시된다)의 서브-패턴들을 가질 때 사용될 수 있다.
조명 광의 편광 상태를 제어함으로써 추가적인 향상들을 얻을 수 있다.
본 발명은 한 목적은, 서브-패턴들의 배향의 차이들로 인한 선폭 변화들이 크기 회피되도록, 다양한 방향들로 배향된 서브-패턴들을 포함하는 패턴들을 결상시킬 수 있는 기울어진 편향 미러들을 구비하는 반사굴절식 투영 대물렌즈를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 서브-패턴들의 배향의 차이들로 인한 콘트라스트 변화들이 크게 회피되도록, 다양한 방향들로 배향된 서브-패턴들을 포함하는 패턴들을 결상시킬 수 있는 기울어진 편향 미러들을 구비하는 반사굴절식 투영 대물렌즈를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 투영 대물렌즈의 동공 표면에서 조명 극들 내의 세기 분포에 대해 부정적인 영향을 실질적으로 주지 않는 기울어진 편향 미러들을 구비하는 반사굴절식 투영 대물렌즈를 제공하는 것이다.
상기 반사굴절식 투영 대물렌즈는 심자외선(DUV) 또는 최심자외선(very deep ultraviolet; VUV) 영역으로부터의 자외선광을 사용하는 투영 노광 장치에서 마이크로리소그래피 공정을 수행하는데 사용될 수 있다.
상기 목적들 및 다른 목적들에 대한 해결책으로서, 본 발명은 계통적으로, 투영 대물렌즈의 물체 표면에 배치된 패턴을 상기 투영 대물렌즈의 이미지 표면 위로 결상시키기 위하여 광축을 따라 배열된 다수의 광학 소자들을 포함하는 반사굴절식 투영 대물렌즈를 제공하는데, 상기 광학 소자들은:
오목 미러;
물체 표면으로부터의 광을 상기 오목 미러를 향해 편향시키거나 또는 상기 오목 미러로부터의 광을 이미지 표면을 향해 편향시키기 위하여 제 1 틸트축을 중심으로 제 1 틸트각 t1만큼 광축에 대해 기울어진 제 1 편향 미러;
제 2 틸트축을 중심으로 제 2 틸트각 t2만큼 광축에 대해 기울어진 제 2 편향 미러를 포함하며;
상기 제 1 편향 미러는, (t1-Δα1) ≤ α1 ≤ (t1+Δα1)에 따른 입사각의 제 1 범위로부터 제 1 입사각 α1로 상기 제 1 편향 미러에 입사하는 p-편광된 광에 대해 반사도 Rp 1(α1)를 가지며 s-편광된 광에 대해 반사도 Rs 1(α1)를 갖는 제 1 반사 코팅을 갖고;
상기 제 2 편향 미러는, (t2-Δα2) ≤ α2 ≤ (t2+Δα2)에 따른 입사각의 제 2 범위로부터 제 2 입사각 α2로 상기 제 2 편향 미러에 입사하는 p-편광된 광에 대해 반사도 Rp 2(α2)를 가지며 s-편광된 광에 대해 반사도 Rs 2(α2)를 갖는 제 2 반사 코팅을 가지며;
여기서 상기 제 1 및 제 2 편향 미러들 상에서의 반사시에 축적되는 극 에지 광선들의 s-편광된 광에 대한 제 1 반사도 합 Rs PE는 상기 제 1 및 제 2 편향 미러들 상에서의 반사시에 축적되는 적도 에지 광선들의 p-편광된 광에 대한 제 2 반사도 합 Rp E과 실질적으로 같다.
일반적으로, 제 1 및 제 2 편향 미러들의 각각의 반사도 R은 상기 미러에 입사하는 광 성분들의 편향 방향(예컨대, s-편광 또는 p-편광)에 의존하며 또한 상기 미러에 입사하는 광선들의 입사각(α)에 의존한다. 이러한 의존성들은 파라미터들 Rs 1(α), Rs 2(α), Rp 1(α) 및 Rp 2(α)로 각각 주어지는데, 여기서 표시 1 및 2는 각각의 편향 미러를 나타낸다. 입사빔이 (각각의 편향 미러의 위치에서의 상기 빔의 개구수에 의해 결정되는) 유한한 개구각(opening angle)을 갖는 경우에, 편향 미러 상에 떨어지는 입사각들의 스펙트럼은 상기 대응하는 편향 미러의 틸트각에 대응하는 입사각을 중심으로 실질적으로 중심 배치된다. 각각의 편향 미러 상의 입사각들의 범위는 각도차 Δα만큼 중심값(α = 틸트각 t)으로부터 차이가 나는 최소 입사각(αMIN)과 최대 입사각(αMAX) 사이에서 연장되는데, 상기 값은 일반적으로 투영 대물렌즈의 물체측 개구수 NAOBJ, 각각의 편향 미러에 가장 가까운 필드 평면과 투영 대물렌즈의 물체 표면 사이의 배율 βx, 및 Δα = asin(σㆍNAOBJ/βx)에 따른 각각의 조명 모드에 의해 정의되는 파라미터 σ에 의존한다.
편향 미러가 물체 표면에 광학적으로 가까이 위치하는 경우에, βx = 1이다. 마찬가지로, 편향 미러가 약 1:1의 배율을 갖는 중계 시스템에 의해 형성되는 중간상(intermediate image)에 가까운 경우에, βx가 1과 같거나 그와 가깝다. 파라미터 σ의 값은 조명 시스템의 동공의 반경에 대한 조명 설정 내의 조명 세기 디스크의 반경의 비로서 통상적으로 어림잡으며, 따라서 0과 1 사이의 값을 취한다.
일반적으로, 1인 또는 1에 가까운 σ의 값(예컨대, σ ≥ 0.7 및/또는 σ ≥ 0.8)들은 조명 시스템의 동공의 에지에 있는 또는 그와 매우 가까운 동공 위치들에 대응한다. 동공 에지에 가까운 그러한 영역들에 대응하는 경사 조명 방향들은 리소그래피 공정에서 높은 해상도 및 콘트라스트를 얻기 위해 채용될 수 있다. 동공의 에지에 가까운 좁은 영역으로부터 기원하는 광선들은 본 출원에서 "동공 에지 광선"으로 표시된다. "동공 에지 광선"은, 기울어진 편향 미러의 틸트축의 방향에 대한 상기 동공 에지 광선들의 원점의 위치 및 각각의 편향 미러의 배향에 의존하는 최대 또는 최소 입사각에 가까운 입사각들로 각각의 편향 미러들에 입사할 수 있다. 특히, 상기 편향 미러의 틸트축에 수직한 방향을 중심으로 중심 배치된 위치들로부터 동공 에지 광선들이 기원하는 경우에, 높은 입사각들이 발생할 수 있다. 편향 미러의 틸트축에 수직한 방향을 중심으로 중심 배치된 위치들로부터 기원하는 그러한 동공 에지 광선들은 본 출원에서 "극 에지 광선(polar edge ray)"으로 표시된다.
반면에, 광축을 포함하며 편향 미러의 틸트축에 평행한 방향으로 연장되는 동공의 좁은 영역으로부터 기원하는 광선들은 각각의 틸트각 또는 그에 가까운 입사각으로 편향 미러에 입사할 수 있다. 편향 미러의 틸트축에 평행한 방향으로 연장되는 동공의 좁은 영역은 본 출원에서 "적도 구역(equatorial zone)"으로 불린다. 상기 적도 구역으로부터 기원하는 광선들은 본 출원에서 "적도 광선"으로 불린다. 예를 들어, 틸트각이 45°인 경우에, 적도 광선들은 예를 들어 45°± 5° 또는 45°± 3°의 영역에 있는 입사각들을 가질 수 있다. 적도 구역으로부터 기원하는 동공 에지 광선들은 본 출원에서 "적도 에지 광선"이라고 불린다. 광축에 있는 또는 그에 가까운 동공 위치의 적도 구역으로부터 기원하는 광선들은 본 출원에서 "동공 중심 광선"이라고 불린다. 그러한 동공 중심 광선들은 통상적으로, 예를 들어 σ < 0.2 및/또는 σ < 0.3의 작은 σ 값을 갖는 중심 영역으로부터 기원한다.
상기 용어 "편향 미러"는 소정의 각도 또는 각도들의 범위를 중심으로 방사광(radiation)을 편향시키도록 설계된 반사성 광학 소자를 나타낸다. "편향 미러"는 평평한 미러일 수도 있는데, 이 경우에 상기 편향 미러는 반사된 광선들에 다른 효과들을 주지 않고 광축을 절곡시키는데 효과적이다. 평평한 편향 미러는 광학적 굴절력을 갖지 않는다. 편향 미러는 평면으로부터 상당히 벗어난 표면 형태를 가질 수도 있다. 예를 들어 편향 미러의 표면은 반사된 광선들에 대해 보정 효과를 주기 위해 구면 또는 비구면의 방식으로 만곡될 수도 있다.
편향 미러들의 반사도가 본 발명의 유형에 따라 조절되는 경우에, 제 1 및 제 2 편향 미러에서의 광빔의 후속하는 반사들이, 각각의 틸트각 또는 그에 가까운 각도, 예컨대 45° 또는 그에 가까운 각도의 입사각들로만 상기 편향 미러들에 입사하는 광선들, 예컨대 적도 구역으로부터 기원하는 광선들과 동공의 극 에지 영역으로부터 기원하는 광선들(극 에지 광선들)사이의 세기에 있어서 심각한 차이를 초래하지 않는다는 것은 상기 편향 미러들의 반사 코팅의 구조 및 반사도 특징들에 의해 보장된다.
제 1 반사도 합 Rs PE는 편향 미러들에 대해 각각 가장 큰 입사각과 가장 작은 입사각을 갖는 광선들에 의해 경험되는 반사도 손실을 나타낸다. 그러한 광선들은 높은 콘트라스트와 해상도를 얻기 위해 2-빔 간섭 상황에서 채용된다. 또한, 상기 극단값들로부터 5° 또는 4° 또는 3° 또는 2° 또는 그 이하와 같이 단지 작은 정도만 벗어나는 광선들은 통상적으로 결상 과정에 대한 충분한 세기를 얻기 위해 채용된다. 그러한 광선들은 Rs PE의 계산 내에 포함될 수도 있다. 제 2 반사도 합 Rp E는 각각의 틸트각 또는 그에 가까운 입사각들에 의해 그리고 편향 미러들에 입사하는 광선들에 의해 겪는 반사도 손실을 나타낸다. 일반적으로, 그러한 광선들은 각각의 편향 미러의 틸트축과 광축에 의해 정의되는 평면에 대해 작은 각도로 진행하는 광선들을 포함한다. 편차는 예를 들어 5° 또는 4° 또는 3° 또는 2°보다 작을 수 있다. 그러한 광선들은 적도 에지 광선들을 포함할 수 있으며 광축에 대해 작은 각도로 진행하는 광선들을 포함할 수 있다.
광선들의 그러한 선택된 그룹들의 반사도들이 위에서 설명된 바와 같이 실질적으로 균형을 이룬다면, 편향 미러의 광학적으로 하류측에서 그러한 광선들의 세기 불균질성이 각각의 리소그래피 공정에 대해 요구되는 정도까지 회피될 수 있다. 이에 관련하여, 용어 "실질적으로 같다"는 상대적으로 좁은 각도 범위들에 대한 평균적인 값들이 통상적으로 고려된다는 사실을 설명하는 것이며 일반적으로 제 1 및 제 2 반사도 합이 정확하게 동일할 필요가 있다는 것은 아니다. 반사도 합들 사이의 허용 가능한 편차량은 동공 내의 세기 불균질성에 대한 각각의 리소그래피 공정의 민감도에 통상적으로 의존할 것인데, 3% 또는 그 이하 정도의 반사도 합들 사이의 편차가 허용될 수도 있다.
일반적으로, 본 출원에서 부호 "%"는 "퍼센트 포인트"로서 이해되어야 한다. 예를 들어, 반사도 R = 90%와 R = 91%는 1퍼센트 포인트, 즉 1%만큼 차이가 있다. 비록 상대적인 차이는 더 크지만, 동일한 내용이 R = 50%와 R = 51%에도 적용된다.
일 실시에에서, ΔR = Rs PE - Rp E에 따른 상기 제 1 반사도 합 Rs PE과 상기 제 2 반사도 합 Rp E 사이의 차로서 정의되는 유효 반사도 분리(effective reflectivity splitting), ΔR은 2%보다 작다. 여기서:
이고
상기 유효 반사도 분리 ΔR은 일부 실시예들에서 1.5% 이하 및/또는 1% 이하일 수도 있다.
일반적으로, 유한한 양의 반사도 분리가 대부분의 경우에 발생할 것이다. 좁은 스펙트럼의 광선들만이 고려된다면, ΔR = 0에 가까운 작은 값들이 얻어질 수 있다. 예를 들어, 예컨대 σ ≥ 0.98인 투영 대물렌즈의 동공 에지의 직근방에 회절 차수들이 위치하는 패턴들의 가장 임계적인 주기성들에 대응하는 입사각들의 쌍 αmax 및 αmin에 대해 반사도 분리가 ΔR = 0이도록 반사 코팅들이 설계될 수 있다. 중심값(예컨대, α = t) 또는 그에 가까운 값들과 극단값들(각각 αmax 및 αmin) 사이의 모든 입사각들의 범위가 고려된다면, 그러한 불균일한 세기 분포에 의해 초래되는 세기 타원율(intensity ellipticity) 및 대응하는 CD 변화들이 패턴 내의 더 큰 스펙트럼의 주기성들에 대해 회피될 수 있다는 것이 발견되었다. 일 실시예에 따르면, 각각의 편향 미러에 입사하는 입사각들의 범위 내에 있는 모든 입사각들 α에 대해 다음의 조건:
이 유지되도록, 제 1 및 제 2 편향 미러들 중 적어도 하나에 대해 입사각 α를 갖는 s-편광된 광에 대한 반사도의 변화 Rs(α)가 상기 편향 미러의 틸트각에 대응하 는 입사각에서의 반사도 값 Rs(t)에 대해 실질적으로 점대칭인 것이 가능하며, 여기서 δα는 틸트각 t과 각각의 입사각 α 사이의 차이다. 수학적인 의미에서 점대칭으로부터의 허용 가능한 편차는, 예컨대 ±4% 및/또는 ±0.3% 및/또는 ±0.2%로 더 작을 수 있다(부호 "%"는 각각 퍼센트 포인트를 나타낸다).
수학식(1) 내지 (3)에 의해 표현된 조건들은 동공의 에지에 있는 또는 그에 가까운 영역들에서의, 예를 들어 0.7 < α ≤ 1인 영역에서의 접선 방향 편광에 대응하는 조명 모드들에 대해 우수한 성능을 확보하기 위한 최소한의 요구조건들로서 여겨질 수 있다. 실질적으로 편광되지 않은 광을 사용하는 노광 장치를 동작시킬 것이 요망된다면, 수학식(1) 및 (2)의 조건들에 추가하여 조건
이 만족되어야 한다. 이러한 조건들을 따른다면, 반경 방향 편광(동공의 반경 방향으로의 선호 편광 방향)에 대해서 뿐만 아니라 접선 방향 편광에 대해서도 세기 타원율을 실질적으로 회피할 수 있으며 여기서 무편광된 광(선호 편광 방향이 실질적으로 없는 광)이 사용된다.
편향 미러의 반사도 특징들에 대해 다음의 조건
이 만족되는 경우에, 편광된 광이 사용될 때에 설명된 바와 같이 반사도 비균질성 을 개입시키지 않으면서 틸트각 t로 기울어진 편향 미러로서 단일 미러가 사용될 수 있다. 그러한 미러는 "균형잡힌" 미러로서 표시될 수도 있다. 동일한 코팅 구조를 갖는 두 개의 "균형잡힌" 편향 미러들을 구비하는 편향 장치가 사용될 수도 있다.
노광 공정을 위해 무편광된 광(선호 편광 방향이 없는 광)을 사용하는 것이 요구된다면, 균형잡힌 미러가 요구되는 경우에 조건(5)에 추가하여 직교하는 편광 방향과 관련된 다음의 조건
이 만족되어야 한다. 그러므로, 조건(5) 및 (6)을 따르는 것은 접선 방향 편광 또는 반경 방향 편광 또는 무편광된 광을 사용하는 것을 허용한다.
조건(5)에 추가하여 다음의 조건
을 만족하는 코팅들은, 동공 에지에서 접선 방향의 편광을 사용할 수 있거나 또는 동공의 중심 근처에서(광축 가까이에서) 무편광된 광을 사용할 수 있도록 한다.
따라서, 본 발명은 미러 기판 및 상기 기판 위에 코팅된 반사 코팅을 갖는 미러에도 관련되어 있는데, 여기서 상기 반사 코팅의 반사도 특징들은 수학식(5) 또는 수학식(5)와 (6) 또는 수학식(5)와 (7)에 따른다. 상기 미러는 광축을 절곡시키기 위하여 광학적 굴절력 없는 편향 미러로서 사용되기에 적당한 평평한 미러일 수 있다.
위에서 기술된 조건들은 리소그래피 공정들의 소망하는 범위에 대한 조건들의 미리 규정된 설정의 관점에서 편향 미러들에 사용될 반사 코팅들의 구조를 설계하고 최적화하기 위한 목표 함수(target function)로서 활용될 수 있다. 예를 들어, 접선 방향 편광과 같은 특정 선호 편광 조건들과 함께 이중극 조명 또는 사중극 조명과 같은 조명 모드들의 제한된 설정을 위해 한 세트의 반사 코팅들이 최적화될 수 있다. 다른 조명 설정들이 사용되는 경우에, 상기 편향 미러들의 하류측에서 세기 분포의 미리 규정된 편차가 발생할 수 있다. 만약 요구된다면, 그러한 편차들은 추가적인 수단들로 보상될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 조명 시스템 내의 유효 광원의 세기 분포는, 세기 타원율이 실질적으로 없는 상대적으로 균일한 세기 분포를 상기 편향 미러들의 하류측에서 얻도록, 상기 편향 미러들 상의 반사도들의 불균일한 효과에 적합화된 불균일한 세기 분포를 제공하기 위한 목표 방식으로 영향을 받는다. 조명 시스템의 동공에서의 세기 분포를 국소적으로 변화하는 방식으로 조절하기 위한 적절한 수단은 조명 시스템의 동공 표면의 영역 내에서 가변 투과율 필터를 사용하는 것, 조명 동공의 상이한 영역들에 대해 상이한 회절 효율을 제공하는 회절 광학 소자들을 사용하는 것, US 2005/0152046 A1에 도시된 것과 같은 다수의 평평한 반사 표면들의 배열을 사용하는 것, 또는 조명 시스템이 동공 표면에서의 균일하지 않은 공간 세기 분포를 목표화된 방식으로 규정하기 위한 유사한 능력을 갖는 다른 수단들을 사용하는 것을 포함할 수 있다.
다른 유형에 따르면, 본 발명은:
규정된 파장을 갖는 자외선광으로 마스크를 조명하는 단계;
위에서 또는 아래에서 기술되는 것과 같은 반사굴절식 투영 대물렌즈를 사용하여 감광성 기판 위로 패턴의 이미지를 투영시키는 단계를 포함하는, 반사굴절식 투영 대물렌즈를 활용하여 반도체소자 및 다른 타입의 미세 소자들을 제조하는 방법에 관한 것이다.
마스크 상의 원래 구조들과 기판 상의 결상된 구조들 사이의 높은 충실성을 갖는 미세구조 소자들을 얻을 수 있다.
본 발명은 또한:
기본광을 생성하는 광원;
패턴을 담고 있는 마스크 상에 입사하는 조명광을 생성하기 위하여 기본광을 형성시키는 조명 시스템; 및
감광성 기판 위로 상기 패턴의 이미지를 투영시키는 것으로, 위에서 또는 아래에서 기술되는 것과 같이 실질적으로 구성되는 투영 대물렌즈를 포함하는, 투영 노광 장치에 관한 것이다.
바람직하게는 193nm 또는 157nm와 같이, 260nm와 100nm 사이 범위의 파장으로부터의 자외선 기본광이 사용될 수 있다.
본 발명은 특히 NA ≥ 1인 액침 리소그래피용 투영 대물렌즈에서 뿐만 아니라 NA < 1인 건식 리소그래피용 투영 대물렌즈에서 구현될 수 있는 것을 의도한다. 실시예들은 예를 들어 NA ≥ 0.8 및/또는 NA ≥ 0.9 및/또는 NA ≥ 1.0을 가질 수 있다.
이상의 특성들 및 다른 특성들은 청구범위에서 뿐만 아니라 명세서 및 도면들에서도 알 수 있으며, 여기서 개별적인 특징들은 본 발명의 일 실시예로서 및 다른 영역들에서 독자적으로 또는 부조합으로 사용될 수 있으며 유리하고 특허 가능한 실시예들을 개별적으로 나타낼 수 있다.
도 1a는 조명 시스템 및 투영 대물렌즈를 구비하는 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치의 일 실시예의 개략적인 도면을 도시하며; 도 1b 및 도 1c는 접선 방향 편광을 갖는 사중극 조명 모드에 따른 조명 시스템의 동공 표면에서 유효 광원의 세기 분포를 축 방향의 도면으로 도시하며, 도 1d는 광축 및 그 근방에서 추가적인 무편광된 세기를 갖는 도 1b 및 도 1c의 조명 모드를 도시한다.
도 2는 단일한 오목 미러 및 상기 오목 미러를 향하는 광 및 상기 오목 미러로부터의 광을 안내하는 두 개의 편향 미러들을 구비하는 반사굴절식 투영 대물렌즈의 단면의 개략적인 세부를 도시한다.
도 3은 종래의 반사 코팅으로 코팅된 편향 미러에서 입사각 α에 대해, s-편광된 광 및 p-편광된 광에 대한 각각의 반사도 Rs 및 Rp의 의존성을 도시하는 도표이다.
도 4는 반사 코팅의 제 1 실시예에 따른 반사 코팅으로 코팅된 편향 미러에서 입사각 α에 대해, s-편광된 광 및 p-편광된 광에 대한 각각의 반사도 Rs 및 Rp의 의존성을 도시하는 도표이다.
도 5는, 도 5b에 개략적으로 도시된 테스트 패턴들이 사용될 때의 본 발명의 제 1 실시예(EMB1) 및 참조 시스템(REF)에 의해 생성된 상이한 라인 주기성(피치)들에서의 H-V-차들에 관한 결상 시뮬레이션의 결과들을 갖는 비교 도표를 도 5a에서 도시한다.
도 6은 반사 코팅의 제 2 실시예에 따른 반사 코팅으로 코팅된 편향 미러에서 입사각 α에 대해, s-편광된 광 및 p-편광된 광에 대한 각각의 반사도 Rs 및 Rp의 의존성을 도시하는 도표이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 편향 미러들을 포함하는 반사굴절식 투영 대물렌즈의 제 1 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 편향 미러들을 포함하는 반사굴절식 투영 대물렌즈의 제 2 실시예를 개략적으로 도시한다.
바람직한 실시예들의 이하의 설명에서, 관련된 물체는 집적회로의 층의 패턴 또는 몇몇 다른 패턴, 예를 들어 격자 패턴을 담고 있는 마스크(레티클)이다. 물체의 이미지는 감광성층으로 코팅된 기판(비록 액정 디스플레이의 부품들과 같은 다른 타입의 기판들 또는 광학 격자용 기판들이 역시 가능할 수도 있지만)으로서 역할을 하는 웨이퍼 위로 투영된다.
도면들에서 대응하는 특징들은 이해를 용이하게 하기 위하여 유사한 또는 동일한 식별 부호로 표시된다.
도 1은, 스텝-앤드-스캔 모드(step-and-scan mode)로 대규모 집적화된 반도체 부품들을 제조하기 위하여 제공되는 웨이퍼 스캐너(WS)의 형태인 마이크로리소그래피 투영 노광 장치를 개략적으로 도시하고 있다. 상기 투영 노광 장치는 광원으로서 약 193nm의 동작 파장을 갖는 ArF 엑시머 레이저(L)를 포함한다. 다른 실시예들에서 248nm 또는 157nm와 같은 다른 동작 파장들도 역시 가능하다. 하류측의 조명 시스템(ILL)은 그 하류측의 반사굴절식 투영 대물렌즈(PO)의 텔레센트릭 요구조건들에 적합화된, 크고 예리하게 경계 지어지며 균질하게 조명되는 조명 필드를 그의 출사면(ES)에 형성한다. 상기 조명 시스템(ILL)은 조명 모드를 선택하기 위한 장치들을 구비하며, 예를 들어, 가변의 가간섭성도(σ)를 갖는 통상적인 축상 조명과 비축 조명, 특히 (조명 시스템의 동공 표면에서 링의 형태로 조명되는 영역을 갖는) 환형 조명 및 이중극 조명 또는 사중극 조명 사이에서 전환될 수 있다.
조명 시스템의 하류측에 배치된 것은, 마스크 상에 형성된 패턴이 투영 대물렌즈(PO)의 물체 표면(OS)과 일치하는 조명 시스템의 출사면(ES) 내에 놓여 있으며 상기 조명 시스템과 투영 대물렌즈에 공통인 광축(AX)(즉, Z-방향)에 수직한 스캐닝 방향(Y-방향)으로의 스캐닝 동작을 위해 상기 평면 내에서 이동할 수 있는 방식으로 마스크(M)를 고정시키고 조작하기 위한 장치(RS)(레티클 스테이지)이다.
상기 축소 투영 대물렌즈(PO)는 마스크에 의해 제공된 패턴의 이미지를 4:1의 축소된 스케일(|β| = 0.25의 배율)로 포토레지스트층으로 코팅된 웨이퍼(W) 위에 NA > 1의 이미지측 개구수로 결상시키도록 설계되어 있다. 감광성 기판으로서 역할을 하는 상기 웨이퍼(W)는, 감광성층을 갖는 평평한 기판 표면(SS)이 투영 대 물렌즈의 평평한 이미지 표면(IS)과 실질적으로 일치하도록 하는 방식으로 배치되어 있다. 웨이퍼는, 마스크(M)와 동기하여 상기 마스크와 평행하게 상기 웨이퍼를 이동시키기 위한 스캐너 구동기를 포함하는 장치(WS)(웨이퍼 스테이지)에 의해 고정되어 있다. 상기 장치(WS)는 또한, 광축에 평행한 Z 방향으로 및 상기 축에 수직한 X 및 Y 방향으로 모두 웨이퍼를 이동시키기 위한 조작기들을 포함한다. 광축에 수직하게 진행하는 적어도 하나의 틸트축을 갖는 틸팅 장치(tilting device)가 일체화되어 있다.
상기 투영 대물렌즈(PO)는 이미지 표면(IS)에 가장 가까운 마지막 광학 소자로서 평볼록 마지막 렌즈(LL)를 가지며, 상기 마지막 렌즈의 평평한 출사면은 투영 대물렌즈(PO)의 마지막 광학 표면(출사면)이다.
상기 노광 장치는 NA > 1의 액침 리소그래피용으로 구성되며, 노광시에 액침 액체가 웨이퍼의 기판 표면(SS)을 적어도 그 영역 내에서 완전히 커버하고 투영 대물렌즈의 출사측 말단 영역이 액침 액체 내에 잠겨 있는 동안 유한한 이미지측 작업 거리가 정확하게 설정되도록, 순수한 물 또는 첨가물을 갖는 물과 같은 투명한 고굴절률 액침 액체(IL)를 투영 대물렌즈의 출사면과 기판 사이의 작은 간격 내에 안내하기 위한 액침 매질 안내 시스템(도시되지 않음)을 포함한다. 전체 시스템은 중앙 컴퓨터(COMP)에 의해 제어된다.
조명 시스템(ILL)은, 상기 조명 시스템의 동공 평면(PILL)에서의 미리 규정된 세기 분포에 의해 형성되는 유효 광원(effective light source)(EFF)을 생성하도록 구성된 동공 성형 유닛(PSU)를 포함한다. 동공 평면(PILL)은 투영 대물렌즈(PO)의 물체 표면에 대한 푸리에 변환 표면이며, 여기서 마스크(M)가 위치한다. 그러므로, 유효 광원(EFF)의 광 세기의 공간적인 분포는 마스크(M)에 입사하는 조명광의 각도 분포를 결정한다. 푸리에 변환을 수행하기 위해 집광 시스템(CS)이 제공된다.
투영 대물렌즈(PO)의 출사측 동공 표면(PPO)은 조명 시스템의 동공 표면(PILL)에 대해 광학적으로 공액이다. 따라서, 마스크의 부재시에, 유효 광원(EFF)에서의 세기 분포와 동등한 공간적 세기 분포가 투영 대물렌즈의 동공 표면(PPO)에 형성될 수 있다. 패턴을 담고 있는 마스크가 조명 시스템과 투영 대물렌즈 사이에 삽입되는 경우, 투영 대물렌즈의 동공 표면(PPO)에서의 세기 분포는 또한 상기 마스크 패턴의 특성들에 대응하는 회절 정보를 포함한다.
도 1에 도시된 상황에서, 동공 성형 유닛(PSU)의 가변 광학 소자들은 유효 광원(EFF)의 미리 규정된 세기 분포가 네 개의 비축 극(PX1, PX2, PY1, PY2)들에 의해 특징지어지는 사중극 조명 모드가 되도록 조절되는데, 각각의 극들은 링의 세그먼트 형태를 가지며 동공의 에지에 가까이 위치한다(도 1b 내지 도 1d 참조). 여기서 사용된 바와 같이, 상기 용어 "극(pole)"은 광 세기가 없거나 거의 없는 영역들에 의해 둘러싸이는 상대적으로 높은 광 세기를 갖는 주어진 형태와 크기의 영역을 나타낸다. 상기 극들은 내측 σ값 σi와 1에 가까운 외측 σ값 σo 사이의 σ 범위 Δσ 내에서 반경 방향으로 연장된다. 상기 값 σi와 σo들은 동공의 반경에 대 한 극들의 내측 반경 및 외측 반경의 비율이다. 투영 시스템의 총 해상력을 이용하도록 적합화된 조명 모드들에서, σ는 통상적으로 예를 들어 약 σi = 0.7과 σo = 0.98 사이의 범위에 있다. 본 실시예에서, 상기 극들은 약 30° 내지 40°, 예컨대 약 35°만큼씩 방위각 방향(둘레 방향)으로 연장된다.
동공의 에지에 가까운 좁은 영역(예컨대, σ ≥ 0.7 및/또는 σ ≥ 0.8인 또는 그에 가까운 σ의 값들)으로부터 기원하는 광선들은 "동공 에지 광선들"이라고 표시된다. "동공 에지 광선들"은 기울어진 편향 미러의 틸트축의 방향에 대해 상기 동공 에지 광선들의 원점의 위치와 각각의 편향 미러의 배향에 의존하여 최대 또는 최소 입사각에 가까운 입사각으로 상기 각각의 편향 미러들에 입사할 수 있다. 편향 미러의 틸트축에 수직한 방향(y-방향)을 중심으로 중심 배치된 위치들로부터 기원하는 동공 에지 광선들은 본 출원에서 "극 에지 광선들"이라고 표시된다. 따라서, y-극(PY1 및 PY2)들은 극 에지 광선들에 대응한다. 결과적으로, 이러한 극들은 또한 "극의 극(polar pole)"이라고도 불린다.
반면에, 편향 미러의 틸티축에 평행한(즉, x-방향에 평행한) 방향으로 연장되며 광축(AX)을 포함하는 동공의 "적도 구역"(EZ)으로부터 기원하는 광선들은 각각의 틸트각 또는 그에 가까운 입사각들로 상기 편향 미러들에 입사할 수 있다. 적도 구역(EZ)으로부터 기원하는 상기 광선들은 "적도 광선들"이라고 불린다. 적도 구역으로부터 기원하는 동공 에지 광선들(예컨대, σ ≥ 0.7 및/또는 σ ≥ 0.8)은 "적도 에지 광선들"이라고 불린다. 따라서, x-극(PX1 및 PX2)들은 상기 적도 에지 광선들에 대응한다. 결과적으로, 이러한 극들은 또한 "적도 극(euqatorial pole)"이라고도 불린다.
광축에 있는 또는 그에 가까운 동공 위치들에서 상기 적도 구역으로부터 기원하는 광선들은 본 출원에서 "동공 중심 광선들"이라고 불린다(예컨대, 도 1d의 동공 중심 광선(PCR)들을 참조). 그러한 동공 중심 광선들은, 예컨대 σ < 0.2 및/또는 σ < 0.3의 작은 σ값을 갖는 중심 영역으로부터 통상적으로 기원한다.
x-방향을 따라 일반적으로 위치한 극(PX1, PX2)("x-극" 또는 "적도 극"으로도 또한 불린다)들로부터 나오는 광은 y-방향으로 일반적으로 연장되는 마스크의 서브-패턴들을 결상시키는데 주로 효과적이다. 이러한 패턴들은 때때로 "수직 라인" 및 "수직 극"으로서 대응하는 x-극이라고도 불린다. y-방향을 따라 놓여 있는 극(PY1 및 PY2)("y-극" 또는 "수평 극" 또는 "극의 극"이라고도 불린다)들로부터 나오는 광은 x-방향으로 지배적인 특징들을 갖는 서브-패턴들(때때로 "수평 라인들"이라고 불린다)을 결상시키는데 주로 효과적이다.
조명 시스템은 유효 광원(EFF) 내의 광의 편광 상태를 조절할 수 있도록 하는 편광 영향 배열(polarization influencing arrangement)을 구비한다. 본 실시예에서, 전기장 벡터의 진동의 선호 방향이 양방향 화살표로 표시된 바와 같이 일반적으로 접선 방향(반경 방향에 수직인 방향)으로 있는 "접선 방향 편광"을 얻도록 편광 상태가 조절된다. 접선 방향 편광이 사용되는 경우에, 선호 편광 방향은 광축에 의해 정의되는 평면에 그리고 비축 극들로부터 기원하는 광의 진행 방향에 일반적으로 수직하며, 그럼으로써 액침 동작에서 얻을 수 있는 NA > 1과 같은 높은 이 미지측 NA에서 특히 효과적인 간섭을 얻는다.
극(PY1)의 외측 에지로부터 나오는 제 1 동공 에지 광선(PER1)과 극(PY2)의 다른 에지로부터 나오는 제 2 동공 에지 광선(PER2)의 위치들이 도 1b에 표시되어 있다. 상기 동공 에지 광선(PER1 및 PER2)들은, 패턴의 임계 구조들, 즉 투영 대물렌즈의 해상도 한계의 리소그래피에 요구되는 가장 작은 주기성 길이를 갖는 구조들의 이미지를 얻는데 2-빔 간섭이 요구될 때, 리소그래피 공정에서 활용되는 조명 방향들을 나타낸다.
도 2는 투영 대물렌즈의 동공 표면에 위치하는 단일 오목 미러(CM)를 갖는 반사굴절식 투영 대물렌즈의 단면의 세부를 개략적으로 도시하고 있다. 물체 표면으로부터 오는 광을 상기 오목 미러를 향해 편향시키기 위하여, x 방향에 평행한 제 1 틸트축을 중심으로 제 1 틸트각 t1 = 45°만큼 광축(AX)에 대해 기울어지는 평평한 제 1 편향 미러(M1)가 제공된다. 상기 오목 미러로부터 오는 광을 이미지 표면을 향해 편향시키기 위하여, 제 1 틸트축에 평행한(즉, x-방향에 평행한) 제 2 틸트축을 중심으로 제 2 틸트각 t2 = 45°만큼 광축에 대해 기울어지는 제 2 편향 미러가 제공된다. 상기 편향 미러들의 평평한 반사면들은, 물체 표면과 이미지 표면이 서로 평행하도록 서로에 대해 수직하게 배향된다.
여기서 사용된 바와 같이, 편향 미러의 상기 "틸트각(tilt angle)"은 상기 편향 미러에 있는 광축과 평평한 반사 미러면의 표면에 대한 법선 사이의 각도로서 정의된다. 입사각은 상기 편향 미러에 입사하는 광의 방향과 상기 표면의 법선 사 이의 각도로서 정의된다. 따라서 광축에 평행하게 입사하는 광에 대해, 입사각은 편향 미러의 틸트각에 대응한다. s-편광을 갖는 광에 대해, 전기장 벡터는 상기 편향 미러의 표면에 대한 법선과 상기 입사 방향을 포함하는 입사 평면에 수직하게 진동하는 반면, p-편광된 광에 대해 전기장 벡터는 상기 입사 평면에 평행하게 진동한다.
물체 표면으로부터 및/또는 편향 미러들의 상류측에 있는 중간상(IMI1)으로부터 오는 광은, 입사하는 광선들에 대한 편향 미러들의 배향에 의해 그리고 편향 미러들의 영역 내의 광빔의 개구수에 의해 정의되는 입사각들의 범위에 걸쳐 상기 편향 미러(M1, M2)들 각각에 입사한다. 각각의 경우에서 가장 큰 입사각과 가장 작은 입사각은 조명 동공의 에지에 있는 또는 그에 가까이 있는 영역에서의 유효 광원(EFF)의 최외측 에지로부터 기원하는 광선들에 대응한다. 도 2로부터 명백하듯이, 파선(broken line)으로 도시된 동공 에지 광선(PER1)은 틸트각보다 더 작은 상대적으로 작은 입사각 αMIN 1으로, 예컨대 약 31°로 제 1 반사 미러(M1)에 입사한다. 제 1 편향 미러(M1)와 오목 미러에서의 반사 후에, 상기 광선(PER1)은, 예컨대 약 59°일 수도 있는, 틸트각보다 더 큰 상대적으로 큰 입사각 αMAX 2으로 제 2 편향 미러(M2)에 입사한다. 동공의 반대쪽 위치로부터 기원하는 동공 에지 광선(PER2)은 상대적으로 큰 입사각 αMAX 1 > t1으로, 예컨대 약 59°로 상기 제 1 편향 미러(M1) 에 먼저 입사하는 반면, 상기 제 2 편향 미러(M2)에서 대응하는 입사각 αMIN 2은 제 2 틸트각 t2(예컨대, 약 31°)보다 작다.
한편, x-극(PX1 및 PX2)들로부터 기원하는 광선들(즉, 적도 에지 광선들)은 편향 미러들의 틸트각을 중심으로 상대적으로 작은 입사각 범위로 두 편향 미러들에 입사한다. 실시예들에서, 이들 광선들의 입사각 범위는, 예를 들어 45°± 5° 및/또는 45°± 4° 및/또는 45°± 3° 및/또는 45°± 2°일 수 있다.
접선 방향의 편광(도 1b)에서 극들로부터의 광의 선호 편광 방향들은 동공 에지 광선(PER1 및 PER2)들의 전기장의 진동 방향이 입사 평면에 수직하게 되도록, 예를 들어 편향 미러들에의 반사시에 광이 s-편광된 광이 되도록 작용한다. 반면에, x-극(PX1, PX2)(적도 극)들로부터의 광은, 전기장 벡터가 실질적으로 입사 평면 내에서 진동하기 때문에 편향 미러들에서의 반사시에 p-편광된 광으로서 효과가 있다.
이제, 제 1 및 제 2 편향 미러들에서의 후속하는 반사시에 다양한 광선들에 대해 축적된 전체적인 반사 손실을 고려한다. 각각의 광선에 대해, 축적된 반사 손실은 상기 제 1 및 제 2 편향 미러 상에서의 상기 광선들에 대한 각각의 반사도의 합에 의해 결정된다. 결과적인 반사 손실을 설명하기 위하여, 도 3은 종래기술의 시스템(WO 2005/124420 A1 참조)에 대한 입사각과 편광-의존적인 반사도의 변화의 전형적인 예를 도시하고 있다. 그러한 종래의 반사 코팅들에 있어서, s-편광에 대한 반사도 RS는 일반적으로 p-편광에 대한 것보다 실질적으로 더 크다. 통상적으로, p-편광에 대한 반사도 RP는 입사각이 증가할수록 감소하며 50°와 60° 사이의 입사각 영역에서 전형적으로 발견되는 브루스터 각(Brewster angle)에서 국소적인 최소에 도달한다.
두 편향 미러들상의 반사 코팅들이 유사한 반사도 특성들을 갖는다고 가정하면, 일련의 반사는 후속하는 반사시에 받는 전체적인 감쇠에 거의 또는 전혀 영향을 주지 않기 때문에, 두 동공 에지 광선들은 실질적으로 동일한 방식으로 감쇠될 것이다. 상기 동공 에지 광선들의 반사 손실은, 도 2와 함께 설명된 바와 같이,
에 따른 제 1 반사도 합 RS PE에 의해 기술될 수 있다. 동공 에지 광선(PER1, PER2)들의 반사는 최소값에 가까운 입사각 영역(예컨대, 31° 와 29° 사이)에서 또는 최대 입사각의 영역(예컨대, 57° 와 59° 사이)에서 발생한다. 30°< α < 35°의 영역에서, 평균 반사도 RS는 약 90%이다. 따라서, 위의 정의에 따른 제 1 반사도 합의 1/4은 약 91%인데, 이는 도 3에서 해칭된 영역으로 표시되어 있다. 한편,
으로서 정의된 제 2 반사도 합 RS E의 1/4은, t1 = t2 = 45°이고 RP(45°) = 87%이기 때문에, 약 87%이다. 그 결과, 유효 반사도 분리 ΔR = RS PE - RP C는 도 3에 도시된 종래기술의 시스템에서 약 4% 포인트이다.
도 1b의 네 개의 극으로부터 나오는 상이한 광선들에 대한 축적된 광 손실에 있어서, 다음의 상황이 일어날 수 있을 것이다. y-극(PY1, PY2)(극의 극)들로부터 나오는 광은 상대적으로 높은 입사각(약 60°에 가까운)에서의 반사도 및 상대적으로 낮은 입사각(약 30°에 가까운)에 따라 반사도 손실을 축적할 것이다. 축적된 광 손실은 제 1 반사도 합 RS PE의 값으로 표현된다. 적도 구역에서 x-방향을 중심으로 중심 배치된 x-극(PX1, PX2)(적도 극)들로부터 나오는 광선들에 대한 광 손실은, 상기 광 손실이 45° 근처의 p-편광된 광에 대한 반사도의 값 RP(45°)에 의해 일반적으로 결정되기 때문에, 상당히 다르다. 그 결과로서, (조명 시스템의 동공 평면(PILL)에 대해 광학적으로 공액인) 투영 대물렌즈 내의 동공 평면(PPO)에서의 세기 분포는 y-방향 주위에 놓인 극들과 x-방향 주위에 놓인 극들에서 상이한 세기를 갖는데, 여기서 x-방향으로의 극들은 편향 미러들 상에서의 후속하는 반사시에 더 큰 광 손실로 인하여 더 작은 평균 세기를 보인다.
x-극(수직 극, x-방향으로의 극, 적도 극)들과 y-극(수평 극, y-방향으로의 극, 극의 극)들 사이의 세기 차이는 "세기 타원율(intensity ellipticity)"로서 이하에서 표시된다. 세기 타원율은 수평 극들에 대한 약 45°에서의 반사도 Rp와 y-방향으로의 동공 위치들에 대응하는 입사각들에 대한 반사도의 평균값에 있어서의 차이와 상관된다. 상기 세기 타원율은, 상이한 극들 사이의 세기 차이가 허용 가능한 문턱값(이 값은 특정한 리소그래피 공정에 의존할 수 있다)보다 더 크다면, 방향- 의존적인 선폭 차이(CD 변화로도 표현되는)를 초래하거나 그에 기여할 것이다.
편향 미러들 상의 불균일한 반사 손실에 의해 초래되는 세기 타원율은, 위에서 언급된 효과들을 고려하여 반사도의 각도 의존성을 갖는 반사 코팅을 편향 미러들에 제공함으로써 회피될 수 있다. 제 1 및 제 2 편향 미러 모두에서 사용될 수 있는 반사 코팅의 일 실시예의 반사 특성들이 도 4와 함께 이제 설명된다. 복층 반사 코팅의 구조가 이하의 표 1에 주어져 있다.
표 1에서, 첫번째 열은 기판측(층(0))으로부터 반사층(23)의 자유 표면을 향하는 반사 코팅의 각각의 층의 번호를 나타낸다. 다른 열들은 층들의 기하학적 두께 d[nm], 각각의 재료, 상기 재료의 복소 굴절률 N = n - ik를 정의하는 파라미터 n 및 k를 보이며, 여기서 n은 상기 복소 굴절률의 실수부이고 k는 복소 굴절률의 허수부이다. 때때로 소멸 계수(extinction coefficient)라고도 불리는 무차원의 흡수 계수 k는 차원이 있는 흡수 계수 α[1/cm]와 k = (αλ)/4π의 관계를 가지며, 여기서 λ는 광의 대응하는 파장을 나타낸다.
복층 반사 코팅의 기판측 층을 형성하는 알루미늄 재료는 상대적으로 높은 반사도와 함께 고에너지 자외선광의 열화시키는 영향에 대항하여 충분한 안정성을 결합시킨다. 예를 들어 마그네슘, 이리듐, 주석, 베릴륨 또는 루테늄과, 또는 이들의 합금들과 같은 다른 금속들도 역시 가능하다. 층(1 내지 23)들은 저굴절률 재료(여기서는 키올리스(Chiolith))와 고굴절률 재료(여기서는 Al2O3)의 교호하는 층들을 갖는 유전체 복층 스택을 형성한다. 예를 들어, 불화마그네슘(MgF2), 불화알루미늄(AlF3), 키올라이트(chiolite), 빙정석(cryolite), 불화가돌리늄(GdF3), 이산화규소(SiO2), 불화란탄(LaF3) 또는 불화에르븀(ErF3)을 포함하는 다른 재료들 또는 재료 조합들이 사용될 수도 있다.
s-편광된 광에 대한 입사각에 따른 반사도 RS의 변화는, α = 45°에서의, 예컨대 편향 미러의 틸트각 t에 대응하는 입사각에서의 반사도 값 RS에 대해 실질적으로 점대칭이다. 여기서, RS(45°) ~ 93%이다. 입사각이 더 높은 입사각을 향해 상기 틸트각 값으로부터 벗어날수록, 반사도는 약 α = 54°에서 약 RS = 91.5%까지 대략 선형적으로 감소하는데(즉 입사각의 도 당 약 0.2% 반사도의 평균적인 기울기량), 여기에서 반사도의 국소적인 최소가 발생한다. α = 60°에서 약 92%까지 반사도 RS의 약간의 증가가 상기 국소적인 최소값 위로 발생한다. 반면, 입사각이 상기 값 45°에서부터 더 작은 값으로 벗어나면 반사도 RS은 약 α = 34°에서 약 94.3%까지 대략적인 선형적 증가를 가지며 증가하는데, 여기에서 s-편광된 광에 대한 반사도의 국소적인 최대가 발생한다. 일반적으로, 0°부터 15°까지의 δα에 대해 아래의 조건:
을 따른다.
p-편광된 광에 대한 반사도 RP는 α = 45° 근방의 영역에서 s-편광된 광에 대한 반사도 RS와 대응하는데, 통상적인 값 RP(45°)는 대략 93%이다. 입사각이 틸트각 값으로부터 점점 더 벗어날수록, RP에 대한 값은 가장 작은 입사각(α = 30°)에 대해 약 91%의 상대적으로 작은 값을 향해 급격히 감소하며 60°까지의 높은 입사각에서 실질적으로 90% 이하의 더 작은 값을 향해 급격히 감소한다. (여기서 논의되는 비축 조명 설정들에서는 가장 높은 입사각과 가장 낮은 입사각에서 p-편광된 광이 사용되지 않기 때문에 이들 작은 값들이 허용될 수도 있다는 점을 유의한다. 이는 코팅 설계에 대한 추가적인 자유도를 허용하며 RS(α)에 대해 최적화된 성능을 맞추는 것을 용이하게 한다.)
이들 반사도 특징들은 편향 미러들 상의 후속하는 반사에 의해 초래되는 세기 타원율을 실용적으로 회피하는 것을 가능하게 한다. 위에서 설명한 바와 같이, 제 1 반사도 합 RS PE는 y-방향 주위의 y-극(PY1, PY2)들로부터 기원하는 광에 의해 부과된 축적된 세기 손실을 결정한다. 29°와 31° 사이의 가장 낮은 입사각들에 대한 평균적인 반사도가 약 94%인데 반하여, 약 57° 내지 59°에 있는 각도 스펙트럼의 높은 각도 끝단에 대한 반사도는 약 92%이다. 평균적으로, 도 4에서 해칭된 영역에 의해 표시된 바와 같이, 제 1 반사도 합 RS PE의 1/4은 약 93%이다. 두 편향 미러들 상의 적도 구역에서 x-방향 주위의 x-극(PX1, PX2)들로부터 기원하는 광에 대해 동일한 양의 반사도 손실이 발생한다. 따라서, 어떠한 유효 반사도 분리도 실질적으로 없다. 예컨대, ΔR = 0이다. 이러한 조건들 하에서, 투영 대물렌즈의 동공 표면(PPO)에서의 광 세기 극들은, 조명 시스템의 동공(PILL)에서의 대응하는 극들이 동일한 세기를 갖고 세기 분포에 영향을 주는 어떠한 효과도 발생하지 않는다면, 동일한 세기들을 갖는다. 그 결과, 상기 편향 미러들에 의해 어떠한 세기 타원율도 초래되지 않는다.
도 4에 도시된 일반적인 특징들을 갖는 반사 코팅들은 세기 타원율을 초래하지 않으면서 다른 조명 모드들과도 사용될 수 있다. s-편광에 대한 반사도 RS에 대한 특징이 편향 미러의 틸트각 t = 45°에 대해 기본적으로 점대칭이기 때문에, 반사도 손실의 보상은 광축(α=45°)과 동공의 에지 사이의 모든 σ 값에 대해 y-방향으로 얻어진다(수학식(3)의 조건 참조).
더욱이, 도 4의 반사 코팅에 대해 α = 45°에서 RS = RS이다. 그 결과, 상기 반사 코팅은 세기 타원율을 초래하지 않으면서 무편광된 광과도 함께 사용될 수도 있다.
도 4와 관련하여 논의된 반사 코팅과 함께 사용될 수 있는 또 다른 조명 모드는, 접선 방향 편광을 갖는 네 개의 극들을 갖는 도 1b 또는 도 1c에 일반적으로 따르는 사중극 설정이 사용되는 조명 모드 및 유효 광원이 광축 주위에서, 즉 동공의 중심 영역에서 상당한 세기의 무편광된 광을 포함하는(도 1d 참조) 조명 모드이다. 광축 주위의 세기는, 조건 RP(45°) = RS(45°)이 만족되기 때문에, 심각한 타원율을 초래하지 않는다. 이러한 조명 모드는, 작은 주기성을 가지며 밀집하여 이격된 다수의 라인들에 추가하여 고립된 라인들(예컨대, 칩 설계에 있어서 주변부의 도관(conduit)들을 위한)이 존재하는 패턴들을 인쇄하는데 유용할 수 있다.
도 4와 관련하여 제공된 바와 같은 반사도 특징들을 갖는 반사 코팅을 구비하는 두 개의 편향 미러들이 제공된 광학 시스템의 향상된 성능의 증거가 도 5를 참조하여 이하에서 제공된다. EP 1 767 978 A1(WO 2005/124420 A1과 대응)의 도 12에 개시된 종래기술의 시스템으로부터 취한 두 개의 평평한 편향 미러를 갖는 참조 시스템(REF)의 광학적 성능이, 종래기술과 동일한 시스템의 광학적 설계를 가지며 단지 상기 두 개의 평평한 편향 미러의 반사 코팅의 구조에 있어서만 다른 제 1 실시예(EMB1)와 비교된다. 참조 시스템(REF)의 편향 미러들이 EP 1 767 978 A1의 도 12 및 그에 대응하는 설명에 개시된 것과 같은 층 구조 Al/MgF2/LaF3/MgF2를 갖는 반사 코팅을 구비하는 반면, 제 1 실시예(EMB1)의 편향 미러들은 위의 표 1에 개시된 것과 같은 복층 구조 및 도 4와 관련되어 개시된 것과 같은 반사도 특성들을 갖는 반사 코팅을 구비한다.
결상(imaging) 시뮬레이션은 공정 개발 및 최적화를 위해 광학 마이크로리소그래피의 분야에서 널리 사용되는 Synopsys Inc.(Mountain View, CA 94043, USA)에 의해 제공된 상업적인 결상 시뮬레이션 소프트웨어인 SOLID E®을 사용하여 수행되었다. 더욱 상세한 내용에 대해서는 예컨대 http://www.synnopsys.com/products/ tcad/acqnr/sgmc/solide.html을 참조한다. SOLID E®는 광학 마이크로리소그래피에 연관된 모든 공정 및 기술들을 시뮬레이션하고 모델링 하기 위한 윈도우 기반의 소트프웨어 패키지이다. 상기 소프트웨어 패키지는 마이크로리소그래피 공정에서 다양한 위상들 전체에 대해 집적회로 소자 내의 3차원 지형적인 특징들의 전개를 시뮬레이션 할 수 있다.
상호 수직한 방향(즉 x-방향 및 y-방향)들로 진행하는 평행한 라인(LI)들의 서브-패턴들을 갖는 테스트 패턴들이 사용되었다. 모든 시뮬레이션에서 모든 테스트 패턴들에 대해 LW = 45nm의 선폭이 사용되었다. 시뮬레이션 마스크는 상기 라인(LI)들 사이의 공간들에서 완전 투과율(100%)을 갖고 상기 라인들 내에서 6%의 잔여 투과율을 갖는 감쇠 위상 시프트 마스크였다. 다양한 구조 방향들에 대한 배향-의존적인 차(H-V 차로도 불린다)들을 정량적으로 평가하기 위하여, 동일한 선폭(45nm)과 상이한 피치(pitch)를 각각 갖는 다양한 패턴들에 대해 인쇄가 시뮬레이션 되었는데, 상기 피치는 주기적인 서브-패턴들에서 대응하는 구조들에 대한 주기성 길이를 나타낸다(도 5b 참조). H-V 차들을 정량화하기 위하여 상이한 피치 값들 115nm, 125nm, 130nm, 140nm, 150nm, 180nm, 270nm, 315nm 및 1000nm가 사용되었다. 여기서 사용된 바와 같은 상기 H-V 차 ΔHV[nm]는 상호 수직한 방향들 내에 있는 동일한 주기성 길이(또는 피치)의 라인들 사이의 인쇄된 선폭의 차이다.
ΔHV에 대한 값들은 먼저 x 방향으로 배향된 평행한 라인들을 갖는 주어진 구조(패턴)에 대해 결상 공정을 시뮬레이션 하고 다음으로 y 방향으로 배향된 평행한 라인들을 갖는 주어진 구조(패턴)에 대해 결상 공정을 시뮬레이션 함으로써 계산되었다. 모든 시뮬레이션에 대해 동일한 조명 노광량을 사용하면, 각각의 선폭들은 주어진 감광성 재료(예컨대, 레지스트)에서 동일한 세기 문턱값을 적용하여 공중상(aerial image)으로부터 결정될 수 있다. x-방향으로 인쇄된 선폭이 LWx이고 y-방향으로 인쇄된 선폭이 LWy라고 한다면, ΔHV = LWx - LWy이다.
조명은 (조명 시스템의 동공 표면에서 링-형태의 유효 광원을 갖는) 환형 설정을 사용함으로써 시뮬레이션 되었으며, 여기서 상기 링-형태의 유효 광원의 내측 에지와 외측 에지의 상대적인 반경 위치는 σi = 0.82 및 σo = 0.97로 특징지어진다(예컨대, σ값의 정의에 대한 도 1b 또는 도 1c를 비교한다). 도 1b에 도시된 사중극 설정과는 달리, 시뮬레이션의 환형 설정은 네 개의 세그먼트들로 재분할되어 있지 않으며, 방위각 방향으로 중단이 없는 완전한 폐링(closed ring)의 조명으로 특징지어진다. 투영 대물렌즈의 이미지측 개구수 NA는 NA = 1.3으로 설정되었다. 조명 방사광의 편광 특성들은, 조명 동공이 x-축과 y-축을 중심으로 각각 중심 배치된 네 개의 90° 웨지-형태의 섹터들로 재분할되어 있으며 인접한 섹터들 사이의 경계가 x-축과 y-축 사이에서 대칭적으로 45°로 진행하도록 되어 있다는 사실에 의해 특징지어진 "xy 편광 상태"에 대응하도록 설정되었다. 각각의 섹터들에서, 도 1c에 도시된 것과 유사한 타입인 실질적으로 접선 방향의 편광을 제공하기 위해 각각의 섹터의 중간축에 수직하게 진동하는 전기장 벡터를 갖는 선형 편광을 상기 방사광이 갖는 것으로 시뮬레이션 되었다.
도 5a는 x-축에서 서브-패턴들의 피치[nm]를 갖고 y-축에서 그에 대응하는 수평-수직 차 ΔHV[nm]를 갖는 도표로 시뮬레이션 결과를 도시하고 있는데, 여기서 점선 곡선(REF)은 참조 시스템에 대한 값들에 대응하고 실선 곡선(EMB1)은 제 1 실시예(도 4에 도시된 것과 같은 반사 코팅)의 값들에 대응한다. 두 곡선들은 모두 100nm 피치에서 ΔHV = 0을 갖도록 정규화되어 있다. 예를 들어, 100nm와 200 내지 400nm 사이의 작은 피치 값에 의해 특징지어진 임계 미세 구조들의 영역에서 ΔHV가 피치에 대해 큰 변화를 특히 보인다는 것이 명백하다. ΔHV의 변화의 절대값은 예를 들어 100nm와 200nm 사이의 피치에서 약 1.2nm이다. 이러한 상대적으로 큰 값은, 주로 조명 동공의 외측 에지 영역으로부터의 조명을 사용하여 인쇄되는 미세하게 이격된 패턴들에서 특히 상당한 선폭 차이를 가져온다.
도 4에 있는 표 1의 실시예에 따른 반사 코팅이 사용될 때 ΔHV의 상당한 향상을 얻는다. 작은 피치 값들의 영역에서 피치에 대한 ΔHV의 변화가 크게 작기 때문에, 예컨대 ΔHV는 약 100nm 피치와 400nm 피치 사이에서 단지 약 0.2nm만큼만 변화하는데, 이는 본 발명의 실시예들에서 밀집하여 이격된 라인들이 x-방향과 y-방향 모두에서 매우 유사한 선폭을 갖는다는 것을 나타낸다. 일반적으로 약 100nm와 1000nm 사이의 피치 체계에서 ΔHV의 변화는 1.2nm 또는 그 이하(또는 1nm 이하, 또는 0.8nm 이하, 또는 0.5nm 이하)일 수 있다.
광학 시스템 내의 하나 또는 그 이상의 편향 미러들 상에 사용될 수 있는 균형 잡힌(balanced) 반사 코팅의 제 2 실시예가 아래의 표 2 및 도 6을 참조하여 이하에서 설명될 것이다. 복층 반사 코팅의 본 실시예의 구조는 표 2에 주어져 있는데, 여기에서 층 번호 #, 두께 d, 재료, 및 복소 굴절률 N = n -ik를 정의하는 파라미터 n과 k의 의미는 표 1에서와 동일하다. 본 실시예는 53개의 단일 층들을 갖는 저굴절률 재료(여기서는 키올리스(Chiolith))와 고굴절률 재료(여기서는 Al2O3)의 교호하는 층들로 된 유전체 복층 스택에 의해 형성된 순수한 유전체 복층 시스템이다. 기판 표면 위에 직접적으로 형성된 제 1 층(1)은 저굴절률층이며, 외부 환경과 접하는 외곽층(53)도 역시 저굴절률 키올리스이다.
도 6에서 알 수 있듯이, 입사각에 따른 s-편광된 광에 대한 반사도 RS의 변화는 상기 편향 미러의 틸트각 t에 대응하는 α = 45°에서의 반사도 값 RS에 대해 실질적으로 점대칭이다. 여기서 RS(45°) ~ 89%이다. 입사각이 더 작은 값을 향해 상기 틸트각으로부터 벗어날수록, 반사도는 α = 40° 및 그보다 작은 각도까지 대략적으로 선형적으로 증가하는 반면, 약 α = 50°에서 약 83%까지 반사도는 대략 동일한 양만큼 아래로 감소하여 약 α = 51°에서 국소적인 최소를 갖는다. 일반적으로, 약 0°부터 약 10°까지의 δα에 대해 아래의 조건:
을 따른다.
두드러지게는, p-편광된 광에 대한 반사도 RP는 약 α = 45°에서 RP ~ RS를 갖는 실질적으로 반대되는 점대칭 행동을 갖는다. 입사각이 더 작은 값을 향해 감소할수록, α = 40°에서 약 83%까지 RP가 감소한다. 반면, α = 50°에서 약 RP ~ 92%까지 RP는 선형적으로 증가하여, 0°부터 10°까지의 δα에 대해 아래의 조건:
을 따르게 된다.
그러므로, 이러한 반사 코팅의 반사 특성들은 s-편광된 광에 대해서 뿐만 아니라 p-편광된 광에 대해서도 반사도 값 Rs(t) = 45°에 대해 실질적으로 점대칭이다. 특히, 적어도 약 40°와 약 50° 사이의 입사각들(t=45°에 대해 Δα=5°)에 대해, 수학식(1) 내지 (3) 및 수학식(5)에 존재하는 조건들에 추가하여 수학식(4), (6) 및 (7)에 존재하는 조건들, 즉
을 따른다. 그 결과, 이러한 타입의 코팅은 반경 방향 편광뿐만 아니라 접선 방향 편광에도 또는 무편광된 광에도 사용될 수 있으며, 상술한 편광 상태들 중 하나에 세기 타원율을 개입시키지 않는다.
편향 미러의 실시예들은 다양한 타입의 반사굴절식 투영 대물렌즈들에서 사용될 수 있다. 도 7 및 도 8은, 세 개의 직렬 연결된(또는 연쇄 연결된) 결상 대물렌즈부와 정확하게 두 개의 중간상들을 사용하여 물체 표면(OS)으로부터의 패턴을 그에 광학적으로 공액인 이미지 표면(IS) 위로 결상시키도록 설계된 R-C-R 타입 투영 대물렌즈들의 제 1 및 제 2 실시예를 개략적으로 도시하고 있다. 제 1 굴절식 대물렌즈부(약자 "R")는 패턴의 제 1 중간실상(real intermediate image)(IMI1)을 생성한다. 오목 미러를 포함하는 제 2 반사굴절식 대물렌즈부(약자 "C")는 상기 제 1 중간상으로부터 제 2 중간실상(IMI2)을 생성한다. 제 3 굴절식 대물렌즈부(약자 "R")는 상기 제 2 중간상을 이미지 표면으로 결상시킨다. 통상적으로, 제 1 굴절식 대물렌즈부는 1:1에 가까운 배율을 가지며, 후속하는 결상 단계들을 위해 제 1 중간상의 크기, 위치 및 보정 상태를 적절히 정의하기 위한 "중계" 시스템으로서 역할을 한다. 비네팅(vignetting)과 암흑화(obscuration)가 없는 이미지를 얻기 위해 비축 필드(off-axis field)를 활용하는 두 실시예들은, 제 2 대물렌즈부의 동공 표면에 또는 그에 광학적으로 가깝게 위치한 단일한 오목 미러(CM) 및 축방향 색수차(CHL) 및 페츠발 합을 보정하기 위하여 상기 오목 미러의 전방에 배치된 하나 이상의 네가티브 렌즈들과의 조합을 사용한다. 제 3 대물렌즈부는 통상적으로 축소 배율 및 소망하는 이미지측 NA의 대부분을 얻기 위해 밀집하여 꾸려진 렌즈들을 갖는 포커싱 그룹으로서 최적화된다.
도 7의 투영 대물렌즈(500)에 있어서, 제 1 평평한 편향 미러(M1)는 물체 표면(OS) 및 제 1 중간상(IMI1)으로부터 오는 광을 오목 미러(CM)를 향해 편향시키도록 배치된 반면, 제 2 평평한 편향 미러(M2)는 제 2 중간상(IMI2)에 광학적으로 가깝게 배치되며 상기 오목 미러로부터 반사된 광을 이미지 표면을 향해 안내한다. 이러한 일반적인 구성의 예는, 예를 들어, WO 2005/111689 A2, WO 2005/124420 A1 또는 WO 2005/124420 A1에서 발견된다.
도 8의 투영 대물렌즈(600)에 있어서, 물체 표면으로부터 제 1 중간상(IMI1)을 통해 오는 광은 평평한 제 1 편향 미러(M1)에 도달하기에 앞서 오목 미러(CM)에 입사하며, 상기 제 1 편향 미러는 상기 오목 미러로부터 오는 광을 이미지 표면을 향해 편향시킨다. 광학적으로 제 2 중간상의 하류측에 배치되어 있으며 상기 제 1 편향 미러에 수직하게 배향된 제 2 평평한 편향 미러(M2)는 이미지 표면(IS)이 물체 표면에 평행하게 배향되도록 한다. 이러한 일반적인 구성의 실시예들은, 예를 들어 US 2004/0233405 A1에 개시되어 있다.
본 발명의 상이한 실시예들에 따른 투영 대물렌즈들은 WO 2004/025370 A1이나 US 2006/0077366 A1에 도시된 바와 같이 단지 하나의 중간상만을 가질 수도 있으며, 또는 예컨대 WO 2005/040890 A1이나 US 2005/0185269 A1에 개시된 바와 같이 두 개 이상의 중간상들을 가질 수도 있다.
바람직한 실시예들에 대한 상술한 설명은 예시의 방법으로 주어졌다. 주어진 개시 내용으로부터, 본 기술분야의 당업자는 본 발명 및 그에 수반하는 이점들을 이해할 뿐만 아니라, 개시된 구조 및 방법들에 대한 명백히 다양한 변화 및 변형들을 발견할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위에 의해 정의된 것과 같은 발명의 정신과 범위 및 그의 등가물 내에 있는 것으로 모든 변화와 변형들을 커버할 것이 추구된다.
청구의 범위의 모든 내용은 참조에 의해 본 설명의 일부가 된다.
Claims (28)
- 투영 대물렌즈의 물체 표면에 배치된 패턴을 투영 대물렌즈의 이미지 표면 위로 결상시키기 위하여 광축을 따라 배열된 다수의 광학 소자들을 포함하는 반사굴절식 투영 대물렌즈에 있어서,상기 광학 소자들은:오목 미러;물체 표면으로부터의 광을 상기 오목 미러를 향해 편향시키거나 또는 상기 오목 미러로부터의 광을 이미지 표면을 향해 편향시키기 위하여 제 1 틸트축을 중심으로 제 1 틸트각 t1만큼 광축에 대해 기울어진 제 1 편향 미러;제 2 틸트축을 중심으로 제 2 틸트각 t2만큼 광축에 대해 기울어진 제 2 편향 미러를 포함하며;상기 제 1 편향 미러는, (t1-Δα1) ≤ α1 ≤ (t1+Δα1)에 따른 입사각들의 제 1 범위로부터 제 1 입사각 α1으로 상기 제 1 편향 미러에 입사하는 p-편광된 광에 대해 반사도 Rp 1(α1)를 가지며 s-편광된 광에 대해 반사도 Rs 1(α1)를 갖는 제 1 반사 코팅을 갖고;상기 제 2 편향 미러는, (t2-Δα2) ≤ α2 ≤ (t2+Δα2)에 따른 입사각의 제 2 범위로부터 제 2 입사각 α2로 상기 제 2 편향 미러에 입사하는 p-편광된 광에 대해 반사도 Rp 2(α2)를 가지며 s-편광된 광에 대해 반사도 Rs 2(α2)를 갖는 제 2 반사 코팅을 가지며;여기서 상기 제 1 및 제 2 편향 미러들 상에서의 반사시에 축적되는 극 에지 광선들의 s-편광된 광에 대한 제 1 반사도 합 Rs PE는 상기 제 1 및 제 2 편향 미러들 상에서의 반사시에 축적되는 적도 에지 광선들의 p-편광된 광에 대한 제 2 반사도 합 Rp E과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 반사굴절식 투영 대물렌즈.
- 제 1 항에 있어서,ΔR = Rs PE - Rp E에 따른, 상기 제 1 반사도 합 Rs PE과 제 2 반사도 합 Rp E 사이의 차로서 정의되는 유효 반사도 분리 ΔR은 2%보다 작으며, 여기서:이고
인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,각각의 편향 미러에 입사하는 입사각들의 범위 내에 있는 모든 입사각들 α에 대해 다음의 조건:
이 유지되도록, 상기 제 1 및 제 2 편향 미러들 중 적어도 하나에 대해 입사각 α를 갖는 s-편광된 광에 대한 반사도의 변화 Rs(α)가 상기 편향 미러의 틸트각에 대응하는 입사각에서의 반사도 값 Rs(t)에 대해 실질적으로 점대칭이며, 여기서 δα는 틸트각 t과 각각의 입사각 α 사이의 차이인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,다음의 조건:
이 추가적으로 만족되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 편향 미러의 반사도 특징들에 대해 다음의 조건:
이 만족되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈. - 제 5 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 편향 미러의 반사도 특징들에 대해 다음의 조건:
이 만족되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈. - 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 편향 미러의 반사도 특징들에 대해 다음의 조건:
이 만족되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,40°≤ t1 ≤50°이고 40°≤ t2 ≤50°이며, 상기 물체 표면은 이미지 표면과 평행한 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
- 제 8 항에 있어서,t1 = 45°이고 t2 = 45°인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 반사 코팅과 제 2 반사 코팅은 동일한 코팅 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 반사 코팅과 제 2 반사 코팅은 260nm와 100nm 사이의 파장 범위에 있는 자외선광에 대해 효과적인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 투영 대물렌즈는 두 개 이상의 직렬 연결된 결상 대물렌즈부와 하나 이상의 중간상들을 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 투영 대물렌즈는 반사굴절식 대물렌즈부의 동공 표면에 또는 그에 광학적으로 가깝게 위치한 단일한 오목 미러 및 상기 오목 미러의 전방에 배치된 하나 이상의 네가티브 렌즈들과의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
- 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 투영 대물렌즈는:상기 패턴의 제 1 중간실상을 생성하는 제 1 굴절식 대물렌즈부;상기 제 1 중간상으로부터 제 2 중간실상을 생성하는 오목 미러를 포함하는 제 2 반사굴절식 대물렌즈부; 및상기 제 2 중간상을 이미지 표면으로 결상시키는 제 3 굴절식 대물렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
- 제 14 항에 있어서,상기 제 1 편향 미러는 물체 표면으로부터 오는 광을 상기 오목 미러를 향해 편향시키도록 상기 제 1 중간상에 광학적으로 가깝게 배치되며; 상기 제 2 편향 미러는 상기 오목 미러로부터 반사된 광을 이미지 표면을 향해 편향시키도록 상기 제 2 중간상에 광학적으로 가깝게 배치되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
- 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,물체 표면으로부터 상기 제 1 중간상을 통해 오는 광은 상기 제 1 편향 미러에 도달하기에 앞서 상기 오목 미러에 입사하며, 상기 제 1 편향 미러는 상기 오목 미러로부터 오는 광을 이미지 표면을 향해 편향시키고; 상기 제 2 편향 미러는 광학적으로 상기 제 2 중간상의 하류측에 배치되어 있으며 이미지 표면이 물체 표면에 평행하게 배향되도록 상기 제 1 편향 미러에 수직하게 배향되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
- 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 투영 대물렌즈는 NA > 1의 이미지측 개구수로 동작하도록 구성된 액침 투영 대물렌즈인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
- 미러 기판;상기 기판 위에 코팅된 반사 코팅을 포함하며,상기 반사 코팅은 (t-Δα) ≤ α ≤ (t+Δα)에 따른 입사각들의 범위로부터 입사각 α로 미러에 입사하는 p-편광된 광에 대해 반사도 Rp(α)를 가지며 s-편광된 광에 대해 반사도 Rs(α)를 갖고, 다음의 조건:
를 만족하는 것을 특징으로 하는 미러. - 제 18 항에 있어서,다음의 조건:
을 만족하는 것을 특징으로 하는 미러. - 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,다음의 조건:
을 만족하는 것을 특징으로 하는 미러. - 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,40°≤ t ≤50°이고 Δα > 10°인 것을 특징으로 하는 미러.
- 제 18 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 반사 코팅은 260nm와 100nm 사이의 파장 범위에 있는 자외선광에 대해 효과적인 것을 특징으로 하는 미러.
- 제 18 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 미러는 평평한 반사면을 갖는 평평한 미러인 것을 특징으로 하는 미러.
- 소정의 파장을 갖는 자외선 조명광으로 마스크를 조명하는 단계;제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 반사굴절식 투영 대물렌즈를 사용하여 패턴의 이미지를 감광성 기판 위로 투영시키는 단계를 포함하는, 반사굴절식 투영 대물렌즈를 사용하여 반도체소자 및 다른 종류의 미세 소자들을 제조하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 24 항에 있어서,상기 마스크의 패턴은, 네 개의 비축 조명 극들을 포함하는 비축 조명 모드에 대응하는 조명 시스템의 동공 평면에서의 세기 분포에 의해 형성된 유효 광원으로부터의 조명광으로 조명되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 25 항에 있어서,상기 조명광은 조명 극들에서 접선 방향 편광을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 26 항에 있어서,상기 조명 시스템의 동공 평면에서의 세기 분포는 광축 상의 중심 극을 포함하며, 상기 중심 극에서의 조명광은 실질적으로 편광되지 않은 것을 특징으로 하는 방법.
- 기본광을 생성하는 광원;패턴을 담고 있는 마스크에 입사하는 조명광을 생성하기 위하여 기본광을 형성시키는 조명 시스템; 및감광성 기판 위로 상기 패턴의 이미지를 투영시키는 것으로, 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따라 구성된 투영 대물렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
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