KR20100084526A - 스펙트럼 필터, 이러한 스펙트럼 필터를 포함한 리소그래피 장치, 디바이스 제조 방법, 및 이에 의해 제조된 디바이스 - Google Patents

스펙트럼 필터, 이러한 스펙트럼 필터를 포함한 리소그래피 장치, 디바이스 제조 방법, 및 이에 의해 제조된 디바이스 Download PDF

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마르텐 마리누스 요한네스 빌헬무스 반 헤르펜스
바딤 예프겐예비치 바니네
보우터 안톤 소어
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

광학 축선을 따라 연속한 위치들에 배치된 제 1 및 제 2 필터 요소를 포함하는 리소그래피 스펙트럼 임퓨리티 필터가 개시된다. 제 1 필터 요소는 제 1 방향으로 배치된 슬릿을 갖는다. 제 2 필터 요소는 제 1 방향을 가로지르는 제 2 방향으로 배치된 슬릿을 갖는다. 상기 스펙트럼 필터는 제 1 파장의 방사선을 반사시키고 제 2 파장의 방사선의 투과를 허용함으로써 방사선 빔의 스펙트럼 순도를 향상시키도록 구성되며, 제 1 파장은 제 2 파장보다 더 크다.

Description

스펙트럼 필터, 이러한 스펙트럼 필터를 포함한 리소그래피 장치, 디바이스 제조 방법, 및 이에 의해 제조된 디바이스{SPECTRAL FILTER, LITHOGRAPHIC APPARATUS INCLUDING SUCH A SPECTRAL FILTER, DEVICE MANUFACTURING METHOD, AND DEVICE MANUFACTURED THEREBY}
본 발명은 스펙트럼 필터(spectral filter), 이러한 스펙트럼 필터를 포함한 리소그래피 장치, 디바이스 제조 방법, 및 이에 의해 제조된 디바이스에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 그 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 한 개 또는 수 개의 다이의 부분을 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 알려진 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는 소위 스테퍼, 및 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"-방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향(같은 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
리소그래피를 이용하여 구성된 피처들의 치수들이 더 작아짐에 따라, 리소그래피는 소형 IC 또는 다른 디바이스들 및/또는 구조체들이 제조될 수 있게 하는데 더 결정적인 인자(critical factor)가 되고 있다.
패턴 프린팅의 한계들의 이론적 추정은 수학식(1)에 나타낸 바와 같은 분해능에 대한 레일리 기준(Rayleigh criterion)에 의해 설명될 수 있다:
Figure pct00001
이때, λ는 사용되는 방사선의 파장이고, NAPS는 패턴을 프린트하는데 사용되는 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)이며, k1은 레일리 상수라고도 칭하는 공정 의존성 조정 인자(process dependent adjustment factor)이고, CD는 프린트된 피처의 피처 크기(또는 임계 치수)이다. 수학식(1)에 따르면, 피처들의 프린트가능한 최소 크기의 감소는 세 가지 방식으로: 즉, 노광 파장 λ를 단축함으로써, 개구수 NAPS를 증가시킴으로써, 또는 k1의 값을 감소시킴으로써 얻어질 수 있다.
노광 파장을 단축시키고, 이에 따라 프린트가능한 크기를 감소시키기 위해, 극자외(EUV) 방사선(때로는 연질 x-선이라 칭함)을 사용하는 것이 제안되었다. EUV 방사선 소스는 약 13 nm의 방사선 파장, EUV 방사선 범위 내의 파장을 출력하도록 구성된다. EUV 방사선은 작은 피처들의 프린팅을 달성하도록 다가가는데 상당히 기여할 수 있다. 이러한 방사선의 가능한 소스들로는, 예를 들어 레이저-생성 플라즈마 소스, 방전 플라즈마 소스, 또는 전자 저장 링으로부터의 싱크로트론 방사선(synchrotron radiation)을 포함한다.
EUV 방사선 이외에, EUV 방사선 리소그래피에서 사용되는 방사선 소스는 추가적으로 상이한 파장의 방사선을 방출할 수 있다. 이 EUV가 아닌 방사선은 EUV 방사선 리소그래피 시스템에 해가 될 수 있으며, EUV 방사선 빔을 컨디셔닝(condition)하고 기판 상에 상기 빔을 투영하는데 각각 사용되는 조명 시스템 및 투영 시스템과 같은 방사선 소스 하류의 광학 경로에서 벗어나는 것이 바람직하다. 따라서, EUV 방사선 소스로부터 발생하는 방사선에 스펙트럼 필터링을 제공하는 것이 바람직하다.
블레이즈 격자(blazed grating)에 기초한 스펙트럼 필터가 알려져 있다. 이 격자는, 삼각형 패턴의 표면질이 매우 우수해야 하기 때문에 생성하기 어려울 수 있다. 표면의 거칠기(roughness)는 1 nm RMS보다 더 낮아야 한다. 또한, 방사선 소스로부터 발생하는 잔해를 억제하기 위해 잔해 저감 방식이 적용된다. 하지만, 잔해 저감은 포일 트랩(foil trap) 및/또는 가스 버퍼와 같은 잔해 저감 방법이 효과적인 잔해 차단을 보증하지 않을 수 있으므로 문제가 될 수 있다. 또한, EUV 방사선에 투과적인 얇은 필터(예를 들어, Zr)의 사용은 필터의 연약성(fragility) 및 낮은 열부하 임계치로 인해 어렵다. 또한, 망상 필터(filter on mesh)에 사용되는 접착제는 고진공 시스템에 바람직하지 않다.
본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 미국 특허 제 6,456,362호는 EUV 방사선 리소그래피 투영 장치에서 사용되는 도파관을 개시하고 있다.
본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 미국 특허 제 6,809,327호는 EUV 방사선을 포함하는 방사선의 스펙트럼을 생성하는 플라즈마 소스, 방사선의 스펙트럼으로부터 EUV 방사선 빔을 생성하는 반사기, 및 EUV 방사선의 전체 또는 일부분을 통과시키는 박막을 포함한 장치를 개시하고 있다.
미국 특허 출원 공개공보 US 2006/0146413호는 장치를 포함한 스펙트럼 필터를 설명한다. 일 예시에서, 제 1 파장은 적외선 범위 내에 있는 한편, 제 2 파장은 EUV 방사선 범위 내에 있다. 일 실시예에서, 스펙트럼 필터는 슬릿의 형태로 복수의 어퍼처(aperture)를 포함한다.
기존 스펙트럼 필터들이 갖는 문제는, 이들이 EUV 방사선 소스로부터의 방사선 방향을 변화시킨다는 것이다. 그러므로, EUV 방사선 리소그래피 장치로부터 스펙트럼 필터가 제거되는 경우, 대체 스펙트럼 필터가 추가되어야 하며, 또는 적절한 각도의 거울이 도입되어야 한다. 추가된 거울은 시스템 내에 바람직하지 않은 손실을 도입한다.
핀홀들에 비해 스펙트럼 필터 내의 슬릿들의 장점은, 슬릿들이 더 제조하기 쉬울 수 있고, 슬릿들이 온도 변화에 대해 더 나은 공차(tolerance)를 가질 수 있다는 것이다. 일 실시예에서, 슬릿은 억제되어야 하는 파장들을 갖는 방사선을 반사시키는 한편, EUV 방사선과 같은 충분히 낮은 파장을 갖는 방사선은 투과시킨다. 이를 위해, 스펙트럼 필터의 슬릿들은 바람직하지 않은 방사선의 파장보다 적어도 2 배 이상 작은 폭을 가져야 한다. 편광 의존성 효과(polarization dependent effect)들로 인해, 이 실시예에서 바람직하지 않은 방사선의 일부분만이 반사될 수 있다. 미국 특허 출원 공개공보 US 2006/0146413호로부터의 스펙트럼 필터의 일 실시예에서, 회절 및 흡수의 조합에 의해 바람직하지 않은 방사선이 감소된다. 바람직하지 않은 방사선은 비교적 크게 회절되고, 후속하여 1 이상의 내부 반사 이후에 슬릿 내에 흡수된다. 원하는 방사선이 실질적으로 덜 회절되어 비교적 약화되지 않고 필터를 통과한다. 이 실시예의 단점은 흡수된 방사선이 필터를 가열한다는 것일 수 있다.
예를 들어, 바람직하지 않은 방사선의 투과를 더 감소시키는 것이 바람직하다.
일 실시형태에 따르면:
제 1 방향으로 배치된 평면내 길이 치수(in plane length dimension)를 갖는 슬릿을 포함한 제 1 필터 요소; 및
제 1 필터 요소에 대해 제 1 및 제 2 파장들의 방사선의 광학 경로를 따라 후속한 위치 배치된 제 2 필터 요소- 상기 제 2 필터 요소는 제 1 방향을 가로지르는 제 2 방향으로 배치된 평면내 길이 치수를 갖는 슬릿을 포함함 -를 포함한 리소그래피 스펙트럼 필터가 제공되고,
상기 스펙트럼 필터는 제 1 파장의 방사선을 반사시키고 제 2 파장의 방사선의 투과를 허용하도록 구성되며, 제 1 파장은 제 2 파장보다 더 크다.
또 다른 실시형태에 따르면:
방사선 빔을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템;
패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하도록 구성된 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성된 지지체;
기판을 유지하도록 구성된 기판 테이블;
기판의 타겟부 상에 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성된 투영 시스템; 및
리소그래피 스펙트럼 필터를 포함한 리소그래피 장치가 제공되고, 상기 리소그래피 스펙트럼 필터는:
제 1 방향으로 배치된 평면내 길이 치수를 갖는 슬릿을 포함한 제 1 필터 요소;
제 1 필터 요소에 대해 제 1 및 제 2 파장들의 방사선의 광학 경로를 따라 후속한 위치에 배치된 제 2 필터 요소- 상기 제 2 필터 요소는 제 1 방향을 가로지르는 제 2 방향으로 배치된 평면내 길이 치수를 갖는 슬릿을 포함함 -를 포함하며,
상기 스펙트럼 필터는 제 1 파장의 방사선을 반사시키고 제 2 파장의 방사선의 투과를 허용하도록 구성되며, 제 1 파장은 제 2 파장보다 더 크다.
일 실시형태에 따르면, 제 1 파장의 방사선을 반사시키고 제 2 파장의 방사선은 스펙트럼 필터 조립체를 통해 투과하게 함으로써 방사선 빔의 스펙트럼 순도(spectral purity)를 향상시키는 방법이 제공되고, 제 1 파장은 제 2 파장보다 더 크며, 제 1 단계에서 제 1 편광을 갖는 제 1 파장의 방사선이 반사되고, 제 2 단계에서 제 1 편광을 가로지르는 제 2 편광을 갖는 제 1 파장의 방사선이 반사된다.
일 실시형태에 따르면:
방사선 빔을 제공하는 단계;
방사선 빔을 패터닝하는 단계;
기판의 타겟부 상에 패터닝된 방사선 빔을 투영하는 단계; 및
제 1 파장의 방사선을 반사시키고 제 2 파장의 방사선은 스펙트럼 필터 조립체를 통해 투과하게 함으로써 방사선 빔의 스펙트럼 순도를 향상시키는 단계- 제 1 파장은 제 2 파장보다 더 크며, 제 1 단계에서 제 1 편광을 갖는 제 1 파장의 방사선이 반사되고, 제 2 단계에서 제 1 편광을 가로지르는 제 2 편광을 갖는 제 1 파장의 방사선이 반사됨 -를 포함한 디바이스 제조 방법이 제공된다.
일 실시형태에 따르면:
방사선 빔을 제공하는 단계;
방사선 빔을 패터닝하는 단계;
기판 상에 패터닝된 방사선 빔을 투영하는 단계;
기판 상에 패터닝된 방사선 빔을 투영하는 단계; 및
제 1 파장의 방사선을 반사시키고 제 2 파장의 방사선은 스펙트럼 필터 조립체를 통해 투과하게 함으로써 방사선 빔의 스펙트럼 순도를 향상시키는 단계- 제 1 파장은 제 2 파장보다 더 크며, 제 1 단계에서 제 1 편광을 갖는 제 1 파장의 방사선이 반사되고, 제 2 단계에서 제 1 편광을 가로지르는 제 2 편광을 갖는 제 1 파장의 방사선이 반사됨 -를 포함한 방법을 따라 제조되는 디바이스가 제공된다.
스펙트럼 필터 요소들은 투명하지 않은 재료[예시들로는 금(Au), 은(Ag), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru) 또는 스테인리스 강과 같은 금속이 있음]의 슬래브(slab)로 형성될 수 있다. 제 1 스펙트럼 필터 요소 내의 슬릿은 제 1 방향을 갖는 제 1 평면내 벡터를 정의하는 평면내 폭, 및 이를 가로지르는 제 2 방향을 갖는 제 2 평면내 벡터를 정의하는 길이를 갖는다. 제 1 및 제 2 평면내 벡터들은 재료의 슬래브에 평행하다. 제 1(최소) 평면내 슬릿 치수는 제 1 평면내 벡터에 평행하고, 제 2(최대) 평면내 어퍼처 치수는 제 2 평면내 벡터에 평행하다.
최소 평면내 슬릿 치수(W1)는 회절 한계보다 더 작으며, 상기 회절 한계(Wmin)는 타겟 구성요소를 포함한 매질에 의해 정의된다:
Figure pct00002
이때, λ는 진공 내에서의 파장이고, nmedium은 슬릿 정면에서의 매질의 굴절률이다.
회절 한계보다 낮은 제 1 평면내 치수(W1) 및 회절 한계보다 높은 제 2 평면내 치수(W2)를 갖는 슬릿을 이용하면, 제 1 및 제 2 평면내 벡터들에 수직인 제 3 벡터와 제 1 평면내 벡터로 구성되는 투과 평면이 존재할 수 있다. 슬릿의 투과 평면에 직교인 전기장을 갖는 방사선인 R-편광 입사 방사선이 슬릿에 의해 실질적으로 반사될 것이다. 슬릿의 투과 평면에 평행인 전기장을 갖는 방사선인 T-편광 입사 방사선은 슬릿에 의해 실질적으로 투과될 것이다.
T-편광 방사선은, 표면 플라즈몬파(surface plasmon wave)의 형태로 강화가 일어나기 때문에 필터를 통해 투과되는 것으로 생각된다. 이 효과는, 비교적 넓은 슬릿이 적용되는 경우에는 일어나지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스펙트럼 필터에서, 제 2 필터 요소는 제 1 방향을 가로지르는 제 2 방향으로 배치된 평면내 길이 치수를 갖는 제 1 슬릿을 포함한다. 따라서, 제 1 필터 요소를 통과하는 제 1 파장의 바람직하지 않은 방사선이 제 2 필터 요소에 의해서는 반사되는데, 이는 이 방사선이 R-편광 방사선, 즉 제 2 필터 요소 내의 슬릿의 투과 평면에 직교인 전기장을 갖는 방사선을 형성하는 방사선이기 때문이다.
필터 요소들은, 슬릿 폭이 회절 한계보다 더 작은 경우에 방사선을 반사시킨다. 바람직하게는, 슬릿의 폭이 0.01 λr 내지 0.5 λr의 범위로부터 선택되며, 이때 λr은 반사될 방사선의 최단 파장이다. 슬릿의 폭이 하한치보다 훨씬 더 작은 경우, 예를 들어 0.005 λr인 경우, 슬릿은 원하는 방사선도 부분적으로 반사시킬 수 있다. 상기 폭이 상한치보다 훨씬 더 큰 경우, 예를 들어 0.8 λr인 경우, 바람직하지 않은 방사선이 슬릿을 통해 투과될 수 있다.
일 실시예에서, 리소그래피 스펙트럼 필터는 DUV, UV, 가시광 및 IR 방사선의 여하한의 조합을 필터링하도록 구성된다. IR 방사선 외에도, 방사선 소스는 가시광 범위, UV 범위 및 DUV 범위 내에서 바람직하지 않은 방사선을 생성할 수 있다. 따라서, 이 추가 파장 범위들 중 1 이상에서의 방사선도 억제될 수 있는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 이는 바람직하지 않은 방사선의 최소 파장의 회절 한계보다 더 작은 값에서 제 1 및/또는 제 2 필터 요소의 슬릿의 폭을 선택함으로써 실현된다.
반사에 의해 모든 바람직하지 않은 방사선을 억제하는 대신에, 일부분은 흡수에 의해 억제될 수 있다. 이는, 예를 들어 제 1 및/또는 제 2 필터 요소가 EUV 방사선 도파관을 더 포함하는 일 실시예에서 실현될 수 있다. 도파관이 포함되는 제 1 필터 요소의 개구부에서의 회절로 인해, 비교적 큰 파장을 갖는 방사선이 비교적 작은 파장을 갖는 원하는 방사선에 비해 비교적 큰 각도로 회절된다. 이 큰 각도의 회절로 인해, 제 1 및 제 2 파장 사이의 파장을 갖는 방사선이 제 2 파장 또는 더 작은 파장을 갖는 원하는 방사선에 비해 도파관의 내벽에 대하여 비교적 큰 각도로 도파관 내에서 반사된다. 그러므로, 제 1 파장과 제 2 파장 사이의 파장을 갖는 방사선은 도파관을 통과하기 위해 원하는 방사선보다 더 많은 수의 반사를 필요로 한다. 원하는 방사선은 비교적 약화되지 않고 EUV 방사선 도파관을 통해 투과된다.
일 실시예에서, 도파관은 제 1 파장과 제 2 파장 사이의 파장 범위 내의 방사선을 흡수할 수 있는 재료로 만들어진다. 이 실시예에서, 제 1 파장과 제 2 파장 사이의 파장을 갖는 바람직하지 않은 방사선은 동일한 길이의 도파관을 이용하여 훨씬 더 우수하게 억제된다. 더 짧은 길이의 도파관을 선택함으로써 도파관 내의 바람직하지 않은 방사선의 동일한 흡수를 유지하면서 원하는 방사선의 투과가 개선될 수 있다. 필터 요소가 충분한 두께를 갖는다면 필터 요소 내의 슬릿은 이미 도파관을 형성할 수 있다. 예를 들어, 슬릿이 적어도 2 이상의 깊이/폭 비를 가질 수 있다. 깊이/폭 비는 바람직하게는 10 미만, 예를 들어 5이다. 실질적으로 보다 높은 깊이/폭 비, 예를 들어 20은 원하는 방사선의 너무 큰 감소를 유도할 것이며, 제조하기 어려울 수 있다.
스펙트럼 필터링 효과는 제 1 및/또는 제 2 필터 요소가 단일 슬릿을 갖는 경우에 달성될 수 있지만, 이는 필터 요소들 중 1 이상이 복수의 슬릿들을 갖는 경우에 유리하다. 이는 방사선의 더 많은 부분 또는 전체 빔을 필터링할 수 있게 하여, 원하는 방사선의 투과를 개선한다.
리소그래피 스펙트럼 필터의 일 실시예에서, 제 1 필터 요소의 슬릿들에 의해 형성된 영역과 제 1 필터 요소의 총 표면적 사이에 형성된 형상비(aspect ratio)는 약 50 %보다 작거나, 약 30 %보다 작거나, 또는 약 15 %보다 작다.
리소그래피 스펙트럼 필터의 일 실시예에서, 제 2 필터 요소의 슬릿들에 의해 형성된 영역과 제 1 필터 요소의 총 표면적 사이에 형성된 형상비는 약 50 %보다 작거나, 약 30 %보다 작거나, 또는 약 15 %보다 작다.
높은 형상비가 원하는 방사선에 대한 필터의 투과도에 유리하다.
제 1 및 제 2 파장 사이의 범위 내의 파장을 갖는 방사선이 흡수된다면, 이는 제 1 파장을 갖는 방사선만이 반사되기에 충분하다. 실제 적용예에서, 바람직하지 않은 방사선은 레이저-생성 플라즈마 EUV 방사선 소스의 CO2 레이저 소스에 의해 발생된 약 10 ㎛의 파장을 갖는 적외 방사선이다. 이 범위 내의 방사선은, 제 1 및/또는 제 2 필터 요소의 슬릿이 0.5 내지 5 ㎛의 범위로부터 선택된 폭을 갖는 리소그래피 스펙트럼 필터를 이용하여 효과적으로 반사될 수 있다. 가시광 범위, 근자외 및 원자외(deep UV: DUV) 범위 내의 추가 방사선은, 예를 들어 앞서 설명된 도파관 또는 패터닝되지 않은 또 다른 형태의 흡수 필터 예를 들어 Si3N4 필터에서 흡수에 의해 제거될 수 있다. 이러한 추가 방사선을 억제하는 메카니즘은, 방사선 소스가 실질적으로 이러한 추가 방사선을 발생시키지 않는 경우, 및/또는 추가 방사선이 리소그래피 스펙트럼 필터가 사용되는 적용예에 해롭지 않은 경우 존재하지 않을 수 있다.
스펙트럼 필터는 리소그래피 장치 내의 컬렉터 뒤에 위치될 수 있다.
또한, 적어도 1 이상의 그레이징 입사 필터가 리소그래피 장치 내에 존재할 수 있다.
제조된 디바이스는 집적 회로, 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 액정 디스플레이, 또는 박막 자기 헤드일 수 있다.
이하 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 스펙트럼 임퓨리티 필터(lithographic spectral impurity filter)를 도시하는 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 스펙트럼 임퓨리티 필터를 도시하는 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 스펙트럼 임퓨리티 필터 내의 필터 요소를 도시하는 도면; 및
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 스펙트럼 임퓨리티 필터 내의 필터 요소를 도시하는 도면이다.
아래의 상세한 설명에서, 본 발명의 일 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정한 세부내용들이 설명된다. 하지만, 당업자라면 이 특정한 세부내용들 없이 본 발명이 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 다른 경우, 본 발명의 실시형태들을 애매하게 하지 않도록 잘 알려진 방법들, 절차들 및 구성요소들은 상세히 설명되지 않았다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는:
- 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 EUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL);
- 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT);
- 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및
- 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 형태의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 형태의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체(MT)는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체(MT)는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체(MT)는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체(MT)는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입뿐만 아니라, 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 여하한 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성될 수 있다.
리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2 이상의 패터닝 디바이스 지지 구조체)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블 및/또는 지지 구조체가 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블 및/또는 지지 구조체가 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블 및/또는 지지 구조체에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 전체 또는 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 형태로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수를 증가시키는 기술로 당업계에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체 내에 담그어져야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광 시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 상기 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 상기 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 상기 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템과 함께 방사선 시스템이라고 칭해질 수 있다.
상기 일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-s 및 내측-s라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터 및 콘덴서와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다.
상기 방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 상기 패터닝 디바이스(MA)를 가로질렀으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF2)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치 센서(IF1)는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 패터닝 디바이스 지지 구조체(MT)의 이동은, 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움으로 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 패터닝 디바이스 지지 구조체(MT)는 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 패터닝 디바이스(MA) 및 기판(W)은 패터닝 디바이스 정렬 마크들(M1 및 M2) 및 기판 정렬 마크들(P1 및 P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록 예시된 기판 정렬 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다]. 이와 유사하게, 패터닝 디바이스(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 패터닝 디바이스 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 1 이상에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 패터닝 디바이스 지지 구조체(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 패터닝 디바이스 지지 구조체(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 패터닝 디바이스 지지 구조체(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 패터닝 디바이스 지지 구조체(MT)는 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 EUV 방사선 리소그래피 장치의 측면도를 나타낸다. 상기 장치의 구성은 도 1에 나타낸 장치의 구성과 다르지만, 작동 원리는 유사하다는 것을 유의한다. 상기 장치는 방사선 유닛(3)(예를 들어, 소스-컬렉터 모듈), 조명 시스템(IL) 및 투영 시스템(PL)을 포함한다. 방사선 유닛(3)에는, EUV 방사선 범위 내의 방사선을 방출하도록 초고온 방전 플라즈마(very hot discharge plasma)가 생성되는 Xe 가스 또는 Li 증기와 같은 가스 또는 증기를 사용할 수 있는 방사선 소스(LA)가 제공된다. 방전 플라즈마는 전기 방전의 부분적으로 이온화된 플라즈마를 광학 축선(O) 상으로 붕괴하게 함으로써 생성된다. 방사선의 효율적인 생성을 위해, Xe 가스 또는 Li 증기 또는 여하한의 다른 적절한 가스 또는 증기의 0.1 mbar의 분압(partial pressure)이 사용될 수 있다. 방사선 소스(LA)에 의해 방출된 방사선은 가스 방벽 및/또는 포일 트랩(9)을 통해 소스 챔버(7)로부터 컬렉터 챔버(8)로 통과된다. 포일 트랩은, 예를 들어 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 미국 특허 제 US 6,614,505호 및 미국 특허 제 US 6,359,969호에 설명된 바와 같은 채널 구조체를 포함한다. 컬렉터 챔버(8)는, 예를 들어 그레이징 입사 컬렉터(grazing incidence collector)에 의해 형성되는 방사선 컬렉터(10)를 포함한다. 컬렉터(10)를 통과한 방사선은 본 발명의 일 실시예에 따른 스펙트럼 필터(11)를 투과한다. 블레이즈 스펙트럼 필터에 비해, 스펙트럼 필터(11)는 방사선 빔의 방향을 실질적으로 변화시키지 않는다는 것을 유의하여야 한다. 일 실시예에서- 도시되지 않음 -, 스펙트럼 필터(11)는 방사선 빔을 반사시킬 수 있는데, 이는 스펙트럼 필터(11)가 그레이징 입사 거울의 형태로, 또는 컬렉터(10) 상에 구현될 수 있기 때문이다. 방사선은 컬렉터 챔버(8) 내의 어퍼처 또는 그 부근의 가상 소스 지점(virtual source point: 12)(즉, 중간 포커스)에 포커스된다. 챔버(8)로부터, 방사선 빔(16)은 조명 시스템 내에서 수직 입사 반사기(13 및 14)를 통해 패터닝 디바이스 지지 구조체(MT) 상의 패터닝 디바이스 상으로 반사된다. 패터닝된 빔(17)이 형성되고, 이는 투영 시스템(PL)에 의하여 반사 요소들(18 및 19)을 통해 기판 테이블(WT) 상에 이미징된다. 일반적으로, 나타낸 것보다 많거나 적은 요소들이 조명 시스템(IL) 및/또는 투영 시스템(PL) 내에 존재할 수 있다.
반사 요소들(19) 중 하나는 그 정면에 어퍼처(21)가 관통되어 있는 개구수 디스크(numerical aperture disc: 20)를 갖는다. 어퍼처(21)의 크기는, 패터닝된 방사선 빔이 기판 테이블(WT)를 때림에 따라 패터닝된 방사선 빔(17)에 의해 대응되는(subtended) 각도(αi)를 결정한다.
도 2는 컬렉터(10)의 하류 및 가상 소스 지점(12)의 상류에 위치된 본 발명의 일 실시예에 따른 스펙트럼 필터(11)를 나타낸다. 일 실시예에서- 도시되지 않음 -, 스펙트럼 필터(11)는 가상 소스 지점(12) 또는 컬렉터(10)와 가상 소스 지점(12) 사이의 여하한의 지점에 위치될 수 있다.
도 3은 적어도 광학 축선(103)을 따라 연속한 위치들에 가로질러 배치된 제 1 및 제 2 필터 요소(101, 102)를 포함한 리소그래피 스펙트럼 필터(100)의 일 실시예를 나타낸다.
제 1 필터 요소(101)는 제 1 방향으로 배치된 제 1 슬릿(104)을 포함한다. 슬릿(104)은 회절 한계보다 낮은 제 1 평면내 치수(W1) 및 회절 한계보다 높은 제 2 평면내 치수(W2)를 갖는다. 제 1 평면내 치수는 폭(예를 들어, 직경)을 결정하고, 제 2 평면내 치수는 길이를 결정한다. 제 2 필터 요소(102)는 제 1 방향을 가로지르는 제 2 방향으로 배치된 제 2 슬릿(105)을 포함한다. 유사하게, 제 2 슬릿(105)은 회절 한계보다 낮은 제 1 평면내 치수(W1) 및 회절 한계보다 높은 제 2 평면내 치수(W2)를 갖는다. 제 1 평면내 치수는 폭(예를 들어, 직경)을 결정하고, 제 2 평면내 치수는 길이를 결정한다. 스펙트럼 필터(100)는 제 1 파장의 방사선을 반사시키고 제 2 파장의 방사선의 투과를 허용함으로써 방사선 빔의 스펙트럼 순도를 향상시키도록 구성되며, 제 1 파장은 제 2 파장보다 더 크다. 예시에 의하면, 제 1 파장은 5 내지 15 ㎛의 범위 내에 있고, 예를 들어 10.6 ㎛이며, 제 2 파장은 4 내지 50 nm의 범위, 예를 들어 4 내지 15 nm의 범위 내에 있고, 예를 들어 13.5 nm이다. 상기 예시에서, 슬릿들(104 및 105)은 0.5 내지 2 ㎛ 범위의 폭 및 예를 들어 0.5 내지 10 cm의 길이를 갖는다. 제 1 필터 요소는 제 1 방향에 평행한 E-필드 벡터를 갖는 바람직하지 않은 방사선의 편광 성분을 반사시킨다. 제 2 필터 요소는 제 2 방향에 평행한 E-필드 벡터를 갖는 바람직하지 않은 방사선의 편광 성분을 반사시킨다. 특히, 스펙트럼 필터 요소들(101 및 102)의 슬릿 어퍼처들에 인접한 스펙트럼 필터 요소들(101 및 102)은 바람직하게는 금속으로 제공된다. 반사 특성들은 금속 어퍼처들에 대해 유리할 수 있으며, 또한 열 전도율도 그러하다. 슬릿은 1 내지 1000 ㎛ 범위 내의 깊이를 가질 수 있다.
도 4는 스펙트럼 필터(200)의 또 다른 실시예를 나타낸다. 도 3의 부분들에 대응하는 도 4의 부분들은 도 3에서보다 100 높은 참조 숫자들을 갖는다. 도 4의 실시예에서, 제 1 필터 요소(201)는 복수의 슬릿들(204)을 포함한다. 제 1 필터 요소(201)의 슬릿들(204)에 의해 형성된 영역과 제 1 필터 요소(201)의 남은 표면적 사이에 형성된 형상비는 약 30 %보다 더 크다. 이와 유사하게, 제 2 필터 요소(202)는 복수의 슬릿들(205)을 포함한다. 제 2 필터 요소(202)의 슬릿들(205)에 의해 형성된 영역과 제 2 필터 요소(202)의 남은 표면적 사이에 형성된 형상비는 약 30 %보다 더 크다.
도 5는 스펙트럼 필터(300)의 기계적 강도를 증가시키기 위해 패터닝된 층과 패터닝되지 않은 층의 조합을 갖는 필터 요소(301)를 나타낸다. 도 5에서, 도 3에 나타낸 것과 대응하는 부분들은 도 3에서보다 200 높은 참조 숫자들을 갖는다. 도 5에서, 화살표들은 EUV 방사선의 방향을 나타낸다. 도 5에 나타낸 바와 같은 패터닝된 층(302)과 패터닝되지 않은 층(308)의 조합은 스펙트럼 필터(300)의 기계적 강도를 증가시킨다. 슬릿들(304)은 패터닝된 층(302) 내에 형성된다. 패터닝된 층(302) 및 패터닝되지 않은 층(308)을 이용함으로써, 슬릿들(304)의 패턴은 적외선(IR)과 같은 보다 긴 파장들을 억제하는데 사용될 수 있는 한편, 패터닝되지 않은 층은 UV 파장들을 억제하는데 사용될 수 있다는 것을 유의하여야 한다.
이 실시예에서, 패터닝된 층(302)은 패터닝되지 않은 층(308)에 대한 기판/지지체로서 작용한다. 또한, 스펙트럼 필터는 패터닝되지 않은 필터 및 패터닝된 필터의 캐스케이드(cascade)로서 작용한다. 그러므로, 억제는 충분히 드물게 패터닝된 층에 대해, EUV 방사선 투과에 있어서 작은 감소만을 갖는 패터닝되지 않은 필터의 억제보다 더 충분할 것이다. 패터닝된 필터에 의한 억제는 기하학적 효과이며, 파장이 증가할수록 개선된다. 그러므로, 패터닝된 층/스택 및 패터닝되지 않은 층/스택의 조합은 패터닝되지 않은 층/스택보다 더 높은 적외선 억제의 가능성을 갖는다. 적외선 파장들을 억제하기 위해, 슬릿들(304)은 약 1 ㎛의 폭을 가질 수 있다. 패터닝되지 않은 층(308)의 두께는 약 50 내지 100 nm일 수 있으며, 패터닝된 층(302)의 두께는 도파관-효과가 사용되는지의 여부에 따라 약 1 내지 1000 ㎛에서 다양할 수 있다.
그러므로, 패터닝되지 않은 층과 패터닝된 층을 이용하는 것은, 단지 패터닝되지 않은 층(예를 들어, 얇은 슬래브) 또는 패터닝된 층(예를 들어, 도 3 및 도 4에 나타낸 스펙트럼 필터)만을 갖는 스펙트럼 필터에 비해 기계적 강도를 개선시킨다.
도 5에 나타낸 스펙트럼 필터의 개선된 강도로 인해, 패터닝되지 않은 층의 두께가 감소될 수 있으며, 이는 개선된 EUV 방사선 투과를 유도한다. 상기 두께는 약 50 내지 100 nm로 감소될 수 있다. 일 예시로서, Si3N4 스택을 이용하고 패터닝되지 않은 Si3N4 층의 두께를 50 nm로 감소시키는 것은, 65 %의 EUV 방사선 투과 및 여전히 1.6 %의 DUV 투과(157 nm의 파장)를 유도한다. 패터닝되지 않은 층 및 패터닝된 층이 모두 스펙트럼 필터로서 작용하기 때문에, 이는 스펙트럼 필터의 개선된 광학 성능을 유도한다. 도 5에 나타낸 구현은 제 1 또는 제 2 필터 요소 또는 둘 모두에 적용될 수 있다.
스펙트럼 필터 요소의 또 다른 실시예가 도 6에 도시된다. 도 3의 부분들에 대응하는 도 4의 부분들은 도 3에서보다 300 높은 참조 숫자들을 갖는다. 도 6의 스펙트럼 필터 요소(401)는 진공 공간 양쪽의 클래딩(cladding: 409)에 의해 형성되는 EUV 방사선 도파관에 연결된 슬릿(404)을 포함한다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 슬릿(404) 뒤의 도파관은 어퍼처(404) 자체와 동일한 폭으로 구성된다. 슬릿(404)보다 더 작은/큰 폭을 갖는 도파관을 이용할 수 있지만, 이는 바람직하지 않은 파장들의 더 큰/작은 억제를 유도하며, 또한 EUV 방사선의 더 작은/큰 투과를 유도한다.
그러므로, 도 6에 나타낸 스펙트럼 필터 요소(401)는 도파관을 형성하는 2 개의 클래딩 층(409) 사이에 개재된 얇은 진공 층의 3-층 스택이다.
스펙트럼 필터 요소(401)의 적절한 작동을 위해, 도파관의 재료는 스펙트럼 필터로 억제하기 원하는 파장들을 흡수하여야 한다. 재료의 EUV 방사선 투과에 대하여 특정한 요건들은 존재하지 않는다. 일 예시로서, DUV 파장들을 억제하는데 사용되는 필터에 대해 Si3N4가 우수한 후보이며, 이는 Si3N4가 DUV에 대해 높은 흡수: 150 nm의 파장에 대해 -400 dB/cm를 갖기 때문이다.
단일 슬릿에 대해, 두께는 원칙적으로 무한할 수 있다. 슬릿들/핀홀들의 어레이에 대해, 두께는 바람직하게는 인접한 핀홀/슬릿들 내에서 방사선 간의 광학 커플링(optical coupling)을 회피하기 위해 흡수성 클래딩 재료에서의 방사선의 소멸 길이(decay length)보다 더 커야 하며, 이는 충분한 흡수성 재료에 대해 약 100 nm 정도이다.
도 6은, EUV 방사선이 도파관을 따라 이동하고 UV 방사선이 도파관의 클래딩(409)을 통해 투과하는 스펙트럼 필터 요소(401)의 작동 원리를 나타낸다. 편광을 갖는 IR 방사선은 반사된다. 스펙트럼 필터 요소(401)의 파장 선택성은 보다 큰 그레이징 입사 각도들에 대한 진공-계면에서의 감소된 반사와 조합하여 유입 어퍼처에서의 파장 선택적 회절로 인한 것이다. 회절 이론으로부터, 좁은 어퍼처(예를 들어, 핀홀/슬릿)에서의 회절로 인한 발산 각도는 파장/폭의 비와 비례한다. 그러므로, 진공-클래딩 계면에서 보다 큰 파장들이 보다 작은 파장들보다 진공-클래딩 계면에 대해 더 큰 그레이징 각도들을 갖는다. 브루스터(Brewster) 각도보다 더 작은 그레이징 각도들에 대한 상황들에서, 계면에서의 프레넬(Fresnel) 반사는 그레이징 각도가 증가할수록 감소되고, 도파관 내의 단위 전파 길이 당 반사의 수는 그레이징 각도가 증가할수록 증가한다. 그러므로, 파장이 증가할수록 스펙트럼 필터의 투과가 감소한다는 것을 수반한다.
도 4에 나타낸 스펙트럼 필터 요소(201)의 패턴은 이 실시예에서 상이한 슬릿 폭들로 사용될 수 있다. 도 6에 나타낸 슬릿의 폭은 약 1 ㎛의 폭을 갖고, 이후에 EUV 방사선보다 더 큰 파장들을 갖는 방사선을 억제하는데 사용되는 도파관이 오는 것이 바람직하다. 스펙트럼 필터의 성능은 슬릿의 폭 및 도파관의 길이를 변화시킴으로써 개선될 수 있다.
전형적으로, 어퍼처의 폭은 약 1 ㎛이다. 일 예시로서, 길이를 갖는 1 ㎛ 폭의 슬릿 및 ±7°의 실제 각도 확산(realistic angular spread)을 갖는 입력 빔에 대한 투과를 고려한다. 도파관을 따라 150 ㎛ 전파한 후, EUV 방사선 투과는 50 %인 한편, EUV 방사선에 대한 UV 억제는 -10 dB보다 더 우수하다.
실제로 리소그래피 장치의 중간 포커스 내의 이미지가 약 10 mm의 폭(직경)을 갖는다는 것을 고려하면, 결론적으로 EUV 방사선에 대한 전파 손실을 감소시키기 위해 어퍼어들의 어레이, 예를 들어 a-주기 어레이가 사용되어야 한다.
슬릿들 및/또는 핀홀들의 어레이를 포함한 스펙트럼 필터 요소의 전체 투명도는 스펙트럼 필터의 투명한 영역과 투명하지 않은 영역 간의 비에 의해 결정된다. 일 예시로서, 슬릿 당 -3 dB(50 %)의 EUV 방사선 투과를 갖는 150 ㎛ 길이 및 1 ㎛ 폭의 슬릿을 고려한다. 이 경우, 스펙트럼 필터 영역의 80 %가 투명하므로, 40 %의 전체 투과를 유도한다. 따라서, 제 1 및 제 2 필터 요소를 포함한 스펙트럼 필터의 투과는 16 %이다.
앞서 언급된 바와 같이, 스펙트럼 필터는 알려진 리소그래피 및/또는 마이크로-기계가공 기술들에 의해 제조될 수 있다. 일 예시로서, 최상부에 Si3N4 층을 갖는 Si-기판이 사용될 수 있다. Si-기판의 후면으로부터 Si3N4 층까지 에칭함으로써, 패터닝된 층이 정의될 수 있다. 패터닝된 층 및 패터닝되지 않은 층은 동일한 조각의 재료로부터 형성될 수 있거나, 대안적으로 별도로 형성된 후 서로 부착될 수 있다.
앞서 설명된 스펙트럼 필터는 여하한의 적절한 형태의 리소그래피 장치에서 사용될 수 있다. 또한, 스펙트럼 필터는 리소그래피 장치 내에서 적어도 1 이상의 그레이징 입사 거울과 조합하여 사용될 수 있다.
본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해하여야 한다. 본 명세서에서 언급되는 기판은 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재 내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.
상기 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수도 있음을 이해하여야 한다.
이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피(topography)는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 레지스트가 경화되는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 그 안에 패턴을 남기는 레지스트로부터 이동된다.
본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 (예를 들어, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 nm, 또는 그 정도의 파장을 갖는) 자외(UV)방사선, X-선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV)방사선뿐만 아니라, 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
청구항들에서, "포함한다"는 단어는 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않으며, 단수 표현(부정관사 "a" 또는 "an")은 복수를 배제하지 않는다. 단일 구성요소 또는 다른 유닛이 청구항들 내에 열거된 수 개의 아이템들의 기능들을 충족시킬 수 있다. 소정 측정들이 서로 상이한 청구항들에서 열거된다는 사실은, 이 측정들의 조합이 이익을 위해 사용될 수 없음을 나타내지 않는다. 청구항들 내의 여하한의 참조 부호들은 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

Claims (18)

  1. 리소그래피 스펙트럼 필터에 있어서:
    제 1 방향으로 배치된 평면내 길이 치수(in plane length dimension)를 갖는 슬릿을 포함한 제 1 필터 요소; 및
    상기 제 1 필터 요소에 대해 제 1 및 제 2 파장들의 방사선의 광학 경로를 따라 후속한 위치 배치된 제 2 필터 요소- 상기 제 2 필터 요소는 상기 제 1 방향을 가로지르는 제 2 방향으로 배치된 평면내 길이 치수를 갖는 슬릿을 포함함 -;
    를 포함하고, 상기 스펙트럼 필터는 제 1 파장의 방사선을 반사시키고 제 2 파장의 방사선의 투과를 허용하도록 구성되며, 상기 제 1 파장은 상기 제 2 파장보다 더 큰 리소그래피 스펙트럼 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 필터 요소들의 슬릿들은 상기 제 1 방사선 파장에 의해 정의된 회절 한계보다 더 작은 최소 평면내 어퍼처 치수를 갖는 리소그래피 스펙트럼 필터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 필터 요소는 복수의 슬릿들을 포함하는 리소그래피 스펙트럼 필터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 필터 요소의 슬릿들에 의해 형성된 영역과 상기 제 1 필터 요소의 총 표면적 사이에 형성된 형상비(aspect ratio)는 약 30 %보다 더 작은 리소그래피 스펙트럼 필터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 필터 요소는 복수의 슬릿들을 포함하는 리소그래피 스펙트럼 필터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 필터 요소의 슬릿들에 의해 형성된 영역과 상기 제 2 필터 요소의 총 표면적 사이에 형성된 형상비는 약 30 %보다 더 작은 리소그래피 스펙트럼 필터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및/또는 제 2 필터 요소의 슬릿은 0.5 내지 5 ㎛의 범위로부터 선택된 폭을 갖는 리소그래피 스펙트럼 필터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 필터는 DUV, UV, 가시광 및 IR 방사선의 여하한의 조합을 필터링하도록 구성되는 리소그래피 스펙트럼 필터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및/또는 제 2 필터 요소는 EUV 방사선 도파관을 더 포함하는 리소그래피 스펙트럼 필터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및/또는 제 2 필터 요소는 패터닝된 층 및 패터닝되지 않은 층의 조합을 포함하고, 상기 패터닝된 층은 상기 슬릿을 포함하는 리소그래피 스펙트럼 필터.
  11. 제 1 항에 있어서,
    적어도 1 이상의 그레이징 입사 거울(grazing incidence mirror)과 조합하는 리소그래피 스펙트럼 필터.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 필터는 약 4 내지 20 nm의 범위로부터 선택된 파장을 갖는 EUV 방사선을 투과하도록 구성되는 리소그래피 스펙트럼 필터.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 필터 요소들은 상기 광학 경로를 따라 연속한 위치들에 가로질러 배치되는 리소그래피 스펙트럼 필터.
  14. 리소그래피 장치에 있어서:
    방사선 빔을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된 조명 시스템;
    패터닝 디바이스를 지지하도록 구성된 지지체- 상기 패터닝 디바이스는 패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해 상기 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하도록 구성됨 -;
    기판을 유지하도록 구성된 기판 테이블;
    상기 기판의 타겟부 상에 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성된 투영 시스템; 및
    리소그래피 스펙트럼 필터;
    를 포함하고, 상기 리소그래피 스펙트럼 필터는:
    제 1 방향으로 배치된 평면내 길이 치수를 갖는 슬릿을 포함한 제 1 필터 요소; 및
    상기 제 1 필터 요소에 대해 제 1 및 제 2 파장들의 방사선의 광학 경로를 따라 후속한 위치에 배치된 제 2 필터 요소- 상기 제 2 필터 요소는 상기 제 1 방향을 가로지르는 제 2 방향으로 배치된 평면내 길이 치수를 갖는 슬릿을 포함함 -;
    를 포함하며, 상기 스펙트럼 필터는 제 1 파장의 방사선을 반사시키고 제 2 파장의 방사선의 투과를 허용하도록 구성되며, 상기 제 1 파장은 상기 제 2 파장보다 더 큰 리소그래피 장치.
  15. 제 1 파장의 방사선을 반사시키고 제 2 파장의 방사선은 스펙트럼 필터 조립체를 통해 투과하게 함으로써 방사선 빔의 스펙트럼 순도(spectral purity)를 향상시키는 방법에 있어서,
    상기 제 1 파장은 상기 제 2 파장보다 더 크며, 제 1 단계에서 제 1 편광을 갖는 상기 제 1 파장의 방사선이 반사되고, 제 2 단계에서 상기 제 1 편광을 가로지르는 제 2 편광을 갖는 상기 제 1 파장의 방사선이 반사되는 방법.
  16. 디바이스 제조 방법에 있어서:
    기판의 타겟부 상에 패터닝된 방사선 빔을 투영하는 단계; 및
    제 1 파장의 방사선을 반사시키고 제 2 파장의 방사선은 스펙트럼 필터 조립체를 통해 투과하게 함으로써 방사선 빔의 스펙트럼 순도를 향상시키는 단계- 상기 제 1 파장은 상기 제 2 파장보다 더 크며, 제 1 단계에서 제 1 편광을 갖는 상기 제 1 파장의 방사선이 반사되고, 제 2 단계에서 상기 제 1 편광을 가로지르는 제 2 편광을 갖는 상기 제 1 파장의 방사선이 반사됨 -;
    를 포함하는 디바이스 제조 방법.
  17. 방법에 따라 제조된 디바이스에 있어서:
    상기 방법은
    기판 상에 패터닝된 방사선 빔을 투영하는 단계; 및
    제 1 파장의 방사선을 반사시키고 제 2 파장의 방사선은 스펙트럼 필터 조립체를 통해 투과하게 함으로써 상기 방사선 빔의 스펙트럼 순도를 향상시키는 단계- 상기 제 1 파장은 상기 제 2 파장보다 더 크며, 제 1 단계에서 제 1 편광을 갖는 상기 제 1 파장의 방사선이 반사되고, 제 2 단계에서 상기 제 1 편광을 가로지르는 제 2 편광을 갖는 상기 제 1 파장의 방사선이 반사됨 -;
    를 포함하는 디바이스.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 디바이스는 집적 회로, 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 액정 디스플레이, 및 박막 자기 헤드를 포함한 그룹으로부터 선택되는 디바이스.
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