KR20100133429A - 조명 광학계, 노광 장치, 디바이스 제조 방법 및 노광 광학계 - Google Patents

조명 광학계, 노광 장치, 디바이스 제조 방법 및 노광 광학계 Download PDF

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KR20100133429A
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가부시키가이샤 니콘
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Abstract

광원(1)부터의 광으로 피조사면(M; W)을 조명하는 조명 광학계는, 옵티컬 인테그레이터(8)를 포함하고, 상기 옵티컬 인테그레이터보다 뒷쪽의 조명 동공에 동공 강도 분포를 형성하는 분포 형성 광학계(3, 4, 7, 8)와, 조명 동공의 앞쪽에 인접하는 파워를 가진 광학 소자와 조명 동공의 뒷쪽에 인접하는 파워를 가진 광학 소자 사이의 조명 동공 공간에 배치되고, 조명 동공의 일부의 영역만을 통과할 광 또는 조명 동공의 일부의 영역만을 통과한 광이 입사하는 위치에 배치되어서, 광의 입사 각도에 따라 변화되는 투과율 특성을 갖는 투과 필터(9)를 포함한다.

Description

조명 광학계, 노광 장치, 디바이스 제조 방법 및 노광 광학계{ILLUMINATION OPTICAL SYSTEM, EXPOSURE APPARATUS, DEVICE MANUFACTURING METHOD, AND EXPOSURE OPTICAL SYSTEM}
본 발명의 실시예는 조명 광학계, 노광 장치, 디바이스 제조 방법 및 노광 광학계에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명의 실시예는 예컨대 반도체 소자, 촬상 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등의 디바이스를 리소그래피 공정으로 제조하기 위한 노광 장치에 적절하게 적용할 수 있는 조명 광학계에 관한 것이다.
이러한 종류의 전형적인 노광 장치에 있어서는, 광원으로부터 사출된 광이, 옵티컬 인테그레이터(optical integrator)로서의 플라이아이 렌즈를 통해서, 다수의 광원으로 이루어진, 실질적인 면 광원으로서의 2차 광원(일반적으로는, 조명 동공 상의 소정의 광 강도 분포)를 형성한다. 이하, 조명 동공 상의 광 강도 분포를, '동공 강도 분포'라고 한다. 조명 동공은, 조명 동공과 피조사면(노광 장치의 경우에는 마스크 또는 웨이퍼) 사이의 광학계의 작용에 의해서, 피조사면이 조명 동공의 푸리에 변환면이 되는 것으로 정의된다.
2차 광원으로부터의 광은 콘덴서(condenser) 렌즈에 의해 집광된 후, 소정의 패턴이 형성된 마스크를 중첩적으로 조명한다. 마스크를 투과한 광은 투영 광학계를 거쳐서 웨이퍼 상에 결상되고, 이로써 웨이퍼 상에는 마스크 패턴이 투영(전사)된다. 마스크에 형성된 패턴은 고 집적화되어 있으므로, 이 미세 패턴을 웨이퍼 상에 정확하게 전사하기 위해서는 웨이퍼 상에 균일한 조도 분포가 형성되어야 한다.
미국 특허 공개 제 2006/0055834호에서는, 마스크의 미세 패턴을 웨이퍼 상에 정확하게 전사하기 위해서, 예컨대 윤대 형상이나 복수극 형상(2극 형상, 4극 형상 등)의 동공 강도 분포를 형성하여, 투영 광학계의 초점 심도나 해상력을 향상시키는 기술을 제안하고 있다.
마스크의 미세 패턴을 웨이퍼 상에 충실하게 전사하기 위해서는, 동공 강도 분포를 원하는 형상으로 조정하는 것뿐만 아니라, 최종적인 피조사면으로서의 웨이퍼 상의 각 점에 관한 동공 강도 분포를 원하는 분포로 조정해야 한다. 웨이퍼 상의 각 점에서의 동공 강도 분포의 균일성에 편차가 있으면, 웨이퍼 상의 위치에 따라서 패턴의 선폭이 달라져서, 마스크의 미세 패턴을 노광 영역 전체에 걸쳐서 원하는 선폭으로 웨이퍼 상에 충실하게 전사할 수 없다.
본 발명의 실시예의 목적은 피조사면 상의 각 점에서의 동공 강도 분포를 독립적으로 조정할 수 있는 조명 광학계를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 피조사면 상의 각 점에서의 동공 강도 분포를 독립적으로 조정하도록 구성된 조명 광학계를 이용해서, 적절한 조명 조건 하에서 우수한 노광을 행할 수 있는 노광 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 실시예는, 광원으로부터의 광으로 피조사면을 조명하는 조명 광학계로서, 옵티컬 인테그레이터를 포함하고, 상기 옵티컬 인테그레이터보다 뒷쪽에 위치된 조명 동공 상에 동공 강도 분포를 형성하도록 구성된 분포 형성 광학계와, 상기 조명 동공의 앞쪽에 인접하는 파워를 가진 광학 소자와 상기 조명 동공의 뒷쪽에 인접하는 파워를 가진 광학 소자 사이의 조명 동공 공간에 배치되고, 상기 조명 동공의 일부의 영역만을 통과할 광 또는 상기 조명 동공의 일부의 영역만을 통과한 광이 입사하는 위치에 배치되어서, 광의 입사 각도에 따라 변화되는 투과율 특성을 갖는 투과 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 광학계를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예는, 소정의 패턴을 조명하기 위한 제 1 형태의 조명 광학계를 포함하고, 상기 소정의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 상기 실시예에 따른 노광 장치를 이용해서, 상기 소정의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 노광 단계와, 상기 소정의 패턴이 전사된 상기 감광성 기판을 현상하여, 상기 소정의 패턴에 대응하는 형상의 마스크 층을 상기 감광성 기판의 표면에 형성하는 현상 단계와, 상기 마스크 층을 통해서 상기 감광성 기판의 표면을 가공하는 가공 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 광원으로부터의 광으로 피조사면을 노광하는 노광 광학계로서, 옵티컬 인테그레이터를 포함하고, 상기 옵티컬 인테그레이터보다 뒷쪽에 위치된 조명 동공 상에 동공 강도 분포를 형성하도록 구성된 분포 형성 광학계와, 상기 조명 동공의 앞쪽에 인접하는 파워를 가진 광학 소자와 상기 조명 동공의 뒷쪽에 인접하는 파워를 가진 광학 소자 사이의 조명 동공 공간 혹은 조명 동공 공간과 공액인 공간에 배치되고, 상기 조명 동공의 일부의 영역만을 통과할 광 또는 상기 조명 동공의 일부의 영역만을 통과한 광이 입사하는 위치에 배치되어서, 광의 입사 각도에 따라 변화되는 투과율 특성을 갖는 투과 필터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 광학계를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 조명 광학계에서는, 광의 입사 각도에 따라 변화되는 투과율 특성을 갖는 투과 필터가 옵티컬 인테그레이터의 뒷쪽의 조명 동공의 위치에 혹은 그 근방에 배치되어 있다. 따라서, 이 투과 필터의 작용에 의해, 피조사면 상의 각 점에 관한 각각의 동공 강도 분포를 독립적으로 조정함으로써, 각 점에 관한 동공 강도 분포를 서로 거의 동일한 성상을 갖는 분포로 조정할 수 있다.
그 결과, 본 발명의 실시예에 따른 조명 광학계는, 예컨대, 각 점에 관한 각각의 동공 강도 분포를 독립적으로 조정하는 투과 필터와, 피조사면 상의 각 점에서의 동공 강도 분포를 일률적으로 조정하는 다른 보정 필터의 협동 작용을 통해서, 피조사면 상의 각 점에서의 각각의 동공 강도 분포를 거의 균일하게 조정할 수 있다. 이런 식으로, 본 발명의 실시예에 따른 노광 장치는, 피조사면 상의 각 점에서의 각각의 동공 강도 분포를 거의 균일하게 조정하는 조명 광학계를 이용해서, 적절한 조명 조건 하에서 우수한 노광을 행할 수 있고, 이로써 우수한 디바이스를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 조명 동공에 형성되는 4극상의 2차 광원을 나타내는 도면,
도 3은 웨이퍼 상에 형성되는 직사각형 형상의 정지 노광 영역을 나타내는 도면,
도 4는 정지 노광 영역 내의 중심점(P1)에 입사하는 광이 형성하는 4극상의 동공 강도 분포의 성상을 설명하는 도면,
도 5는 정지 노광 영역 내의 주변점(P2, P3)에 입사하는 광이 형성하는 4극상의 동공 강도 분포의 성상을 설명하는 도면,
도 6(a)는 중심점(P1)에 관한 동공 강도 분포의 Z 방향에 따른 광 강도 분포를 개략적으로 나타내는 도면,
도 6(b)는 주변점(P2, P3)에 관한 동공 강도 분포의 Z 방향에 따른 광 강도 프로파일을 개략적으로 나타내는 도면,
도 7은 본 실시예의 제 2 보정 필터의 작용을 나타내는 제 1 도,
도 8은 본 실시예의 제 2 보정 필터의 작용을 나타내는 제 2 도,
도 9는 본 실시예의 제 2 보정 필터의 투과율 특성을 나타내는 도면,
도 10은 중심점(P1)에 관한 동공 강도 분포가 제 2 보정 필터에 의해 어떻게 조정되는지를 개략적으로 나타내는 도면,
도 11은 주변점(P2, P3)에 관한 동공 강도 분포가 제 2 보정 필터에 의해 어떻게 조정되는지를 개략적으로 나타내는 도면,
도 12는 반도체 디바이스의 제조 공정을 나타내는 흐름도,
도 13은 액정 표시 소자 등의 액정 디바이스의 제조 공정을 나타내는 흐름도,
도 14는 본 실시예의 수정예에 따른 제 2 보정 필터의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,
도 15는 본 실시예에 따른 노광 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,
도 16은 다른 실시예에 따른 노광 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 광원 3 : 회절 광학 소자
4 : 어포컬 렌즈 6 : 제 1 보정 필터
7 : 줌 렌즈
8 : 마이크로 플라이아이 렌즈(옵티컬 인테그레이터)
9 : 제 2 보정 필터(투과 필터) 10 : 콘덴서 광학계
11 : 마스크 블라인드 12 : 결상 광학계
M : 마스크 PL : 투영 광학계
AS : 개구 조리개 W : 웨이퍼
본 발명의 실시예가 첨부 도면에 기초해서 설명될 것이다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 있어서, 감광성 기판인 웨이퍼(W)의 노광면(전사면)의 법선 방향을 따라 Z축을, 웨이퍼(W)의 노광면 내에서 도 1의 지면에 평행한 방향을 따라 Y축을, 웨이퍼(W)의 노광면 내에서 도 1의 지면에 수직인 방향을 따라 X축을 각각 설정하고 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 노광 장치에서는, 광원(1)로부터 노광광(조명광)이 공급된다. 광원(1)으로서, 예컨대 193nm의 파장의 광을 공급하는 ArF 엑시머 레이저 광원이나 248nm의 파장의 광을 공급하는 KrF 엑시머 레이저 광원 등을 이용할 수 있다. 광원(1)으로부터 사출된 광빔은 정형 광학계(2)에 의해 소망의 단면 형상의 빔으로 변환되고, 이후에 변환된 빔은 예컨대 윤대 조명용 회절 광학 소자(3)를 통해서, 어포컬 렌즈(4)에 입사된다.
어포컬 렌즈(4)는, 그 앞쪽 초점 위치와 회절 광학 소자(3)의 위치가 거의 일치하고 또한 그 뒷쪽 초점 위치와 도면 중 파선으로 나타내는 소정면(5)의 위치가 거의 일치하도록 설정된 어포컬계(무초점 광학계)이다. 회절 광학 소자(3)는, 기판에 노광광(조명광)의 파장과 거의 같은 피치의 단차를 형성함으로써 구성되며, 입사 빔을 원하는 각도로 회절시키는 작용을 갖는다. 구체적으로는, 윤대 조명용 회절 광학 소자(3)는, 직사각형 형상의 단면을 갖는 평행 빔이 입사한 경우에, 파 필드(far field)(또는 프라운오퍼(Fraunhofer) 회절 영역)에 윤대형 광 강도 분포를 형성하는 기능을 갖는다.
따라서, 회절 광학 소자(3)에 입사한 거의 평행 빔은 어포컬 렌즈(4)의 동공 면에 윤대형 광 강도 분포를 형성하고, 이후에 윤대의 각도 분포로 어포컬 렌즈(4)로부터 사출된다. 어포컬 렌즈(4)의 앞쪽 렌즈군(4a)과 뒷쪽 렌즈군(4b) 사이의 광로 중에서, 이 동공 위치 또는 그 근방에는, 제 1 보정 필터(6)가 배치되어 있다. 제 1 보정 필터(6)는 평행 평면판의 형태를 갖고, 그 광학면에는 크로뮴이나 산화크로뮴 등으로 이루어지는 차광성 도트의 농밀 패턴(a dense pattern)이 형성되어 있다. 즉, 제 1 보정 필터(6)는 광의 입사 위치에 따라 투과율이 다른 투과율 분포를 갖는다. 제 1 보정 필터(6)의 구체적인 작용은 이후에 설명될 것이다.
어포컬 렌즈(4)를 통과한 광은 σ값 혹은 코히어런스 요소(σ값(코히어런스 요소)=조명 광학계의 마스크측 개구수/투영 광학계의 마스크측 개구수) 가변용 줌 렌즈(7)를 거쳐서, 옵티컬 인테그레이터로서의 마이크로 플라이아이 렌즈(또는 플라이아이 렌즈)(8)에 입사된다. 마이크로 플라이아이 렌즈(8)는, 예컨대 종횡으로 또한 조밀하게 배열된 다수의 양(正)의 굴절력을 갖는 미소 렌즈로 이루어지는 광학 소자로서, 평행 평면판에 에칭 처리를 실시해서 미소 렌즈군을 형성함으로써 구성되어 있다.
마이크로 플라이아이 렌즈를 구성하는 각 미소 렌즈는, 플라이아이 렌즈를 구성하는 각 렌즈 요소보다 미소하다. 마이크로 플라이아이 렌즈에서는, 서로 분리된 렌즈 요소로 이루어지는 플라이아이 렌즈와는 달리, 다수의 미소 렌즈(미소 굴절면)가 서로 분리되지 않고 일체적으로 형성되어 있다. 그러나 양의 굴절력을 갖는 렌즈 요소가 종횡으로 배치되어 있다는 점에서 마이크로 플라이아이 렌즈는 플라이아이 렌즈와 같은 파면 분할형 옵티컬 인테그레이터이다. 마이크로 플라이아이 렌즈(8)로서, 예컨대 실린드리컬 마이크로 플라이아이 렌즈를 이용할 수도 있다. 실린드리컬 마이크로 플라이아이 렌즈의 구성 및 작용은 예컨대 미국 특허 제 6,913,373호 공보에 개시되어 있다.
소정면(5)의 위치는 줌 렌즈(7)의 앞쪽 초점 위치 또는 그 근방에 배치되고, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면은 줌 렌즈(7)의 뒷쪽 초점 위치 또는 그 근방에 배치되어 있다. 환언하면, 줌 렌즈(7)는, 소정면(5)과 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면을 실질적으로 푸리에 변환의 관계로 배치하고, 나아가서는 어포컬 렌즈(4)의 동공면과 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면을 광학적으로 서로 거의 공액으로 배치하고 있다.
따라서, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면 상에는, 어포컬 렌즈(4)의 동공면과 같이, 예컨대 광축(AX)을 중심으로 한 윤대 조명 필드가 형성된다. 이 윤대 조명 필드의 전체 형상은 줌 렌즈(7)의 초점 거리에 따라서 유사하게 변화된다. 마이크로 플라이아이 렌즈(8)에 있어서의 각 미소 렌즈의 입사면(즉, 단위 파면 분할면)은 예컨대 Z 방향을 따라서 긴 변을 갖고 또한 X 방향을 따라서 짧은 변을 갖는 직사각형 형상으로, 마스크(M) 상에 형성될 조명 영역의 형상(나아가서는 웨이퍼(W) 상에 형성될 노광 영역의 형상)과 유사한 직사각형 형상이다.
마이크로 플라이아이 렌즈(8)에 입사한 빔은 이차원적으로 분할되어, 그 뒷쪽 초점면 또는 그 근방의 위치(나아가서는 조명 동공의 위치)에는, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면에 형성된 조명 필드와 거의 같은 광 강도 분포를 갖는 2차 광원, 즉 광축(AX)를 중심으로 한 윤대형의 실질적인 면광원으로 이루어지는 2차 광원(동공 강도 분포)이 형성된다. 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 뒷쪽 초점면 또는 그 근방에는, 제 2 보정 필터(투과 필터)(9)가 배치되어 있다. 제 2 보정 필터(9)의 구성 및 작용은 이후에 설명될 것이다.
마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 뒷쪽 초점면 또는 그 근방에는, 필요에 따라 윤대형의 2차 광원에 대응한 윤대형의 개구 영역(광투과부)을 갖는 조명 개구 조리개(도시 생략)가 배치되어 있다. 조명 개구 조리개는 조명 광로에 대해서 삽탈이 자유롭게 구성되고, 또한 크기 및 형상이 다른 개구 영역을 갖는 복수의 개구 조리개와 스위칭 가능하게 구성되어 있다. 개구 조리개의 스위칭 방식으로서, 예컨대 알려진 터릿(turret) 방식이나 슬라이드 방식 등을 이용할 수 있다. 조명 개구 조리개는 후술하는 투영 광학계(PL)의 입사 동공면과 광학적으로 거의 공액인 위치에 배치되어서, 2차 광원이 조명에 기여하는 범위를 규정한다.
마이크로 플라이아이 렌즈(8) 및 제 2 보정 필터(9)를 거친 광은 콘덴서 광학계(10)를 통해서, 마스크 블라인드(11)를 중첩적으로 조명한다. 이렇게 해서, 조명 필드 조리개로서의 마스크 블라인드(11) 상에는 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 미소 렌즈의 형상과 초점 거리에 따른 직사각형 형상의 조명 필드가 형성된다. 마스크 블라인드(11)의 직사각형 형상의 개구 영역(광투과부)을 거친 광은 앞쪽 렌즈군(12a)와 뒷쪽 렌즈군(12b)으로 이루어지는 결상 광학계(12)를 통해서, 소정의 패턴이 형성된 마스크(M)을 중첩적으로 조명한다. 즉, 결상 광학계(12)는, 마스크 블라인드(11)의 직사각형 형상 개구 영역의 이미지를 마스크(M) 상에 형성한다.
마스크 스테이지(MS) 상에 유지된 마스크(M)에는 전사될 패턴이 형성되어 있고, 패턴 영역 전체 중 Y 방향을 따라 긴 변을 갖고 또한 X 방향을 따라 짧은 변을 갖는 직사각형 형상(슬릿 형상)의 패턴 영역이 조명된다. 마스크(M)의 패턴 영역을 투과한 광은 투영 광학계(PL)를 통해서, 웨이퍼 스테이지(WS) 상에 유지된 웨이퍼(감광성 기판)(W) 상에 마스크 패턴의 이미지를 형성한다. 즉, 마스크(M) 상에서의 직사각형 형상의 조명 영역에 광학적으로 대응하도록, 웨이퍼(W) 상에서도 Y 방향을 따라 긴 변을 갖고 또한 X 방향을 따라 짧은 변을 갖는 직사각형 형상의 정지 노광 영역(실효 노광 영역)에 패턴 이미지가 형성된다.
이러한 구성으로, 이른바 스텝-앤드-스캔(step-and-scan) 방식에 따라서, 투영 광학계(PL)의 광축(AX)과 직교하는 평면(XY 평면) 내에서, X 방향(주사 방향)을 따라 마스크 스테이지(MS)와 웨이퍼 스테이지(WS)를, 이에 따라서 마스크(M)과 웨이퍼(W)를 동기적으로 이동(주사)시키고, 이로써 웨이퍼(W) 상에는, 정지 노광 영역의 Y 방향 치수와 같은 폭을 갖고 또한 웨이퍼(W)의 주사 거리(이동 거리)에 따른 길이를 갖는 샷(shot) 영역(노광 영역)에 마스크 패턴의 주사 노광이 수행된다.
본 실시예에서는, 상술한 바와 같이, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)에 의해 형성된 2차 광원을 광원으로 이용해서, 조명 광학계(2~12)의 피조사면 상에 배치된 마스크(M)를 쾰러 조명한다. 이 때문에, 2차 광원이 형성되는 위치는 투영 광학계(PL)의 개구 조리개(AS)의 위치와 광학적으로 공액이며, 2차 광원의 형성 위치를 조명 광학계(2~12)의 조명 동공면이라고 부를 수 있다. 전형적으로는, 피조사면(마스크(M)가 배치되는 면, 또는 조명 광학계가 투영 광학계(PL)를 포함하는 것으로 생각되는 경우에는 웨이퍼(W)가 배치되는 면)이 조명 동공면의 광학적인 푸리에 변환면이 된다.
동공 강도 분포란, 조명 광학계(2~12)의 조명 동공면 또는 상기 조명 동공면과 광학적으로 공액인 면 상의 광 강도 분포(휘도 분포)이다. 마이크로 플라이아이 렌즈(8)에 의한 파면 분할수가 비교적 큰 경우, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면에 형성되는 글로벌한 광 강도 분포와, 2차 광원 전체의 글로벌한 광 강도 분포(동공 강도 분포)가 높은 상관을 나타낸다. 이 때문에, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면 및 상기 입사면과 광학적으로 공액인 면에서의 광 강도 분포도 동공 강도 분포라고 할 수 있다. 도 1의 구성에 있어서, 회절 광학 소자(3), 어포컬 렌즈(4), 줌 렌즈(7) 및 마이크로 플라이아이 렌즈(8)는, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)보다 뒷쪽에 위치된 조명 동공에 동공 강도 분포를 형성하는 분포 형성 광학계를 구성하고 있다.
윤대 조명용 회절 광학 소자(3)는, 조명 광로 중으로 설정된 복수극 조명(2극 조명, 4극 조명, 8극 조명 등)용 회절 광학 소자(도시 생략)로 대체함으로써 복수극 조명을 행할 수 있다. 복수극 조명용 회절 광학 소자는, 직사각형 형상의 단면을 갖는 평행 빔이 입사된 경우에, 파 필드에 복수극상(2극상, 4극상, 8극상 등)의 광 강도 분포를 형성하는 기능을 갖는다. 따라서, 복수극 조명용 회절 광학 소자를 거친 빔은 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면에, 예컨대 광축(AX)을 중심으로 한 복수의 소정 형상(원호상, 원형상 등)의 조명 영역으로 이루어지는 복수극상의 조명 필드를 형성한다. 그 결과, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 뒷쪽 초점면 또는 그 근방에도, 그 입사면에 형성된 조명 필드와 같은 복수극상의 2차 광원이 형성된다.
윤대 조명용 회절 광학 소자(3) 대신, 원형 조명용 회절 광학 소자(도시 생략)를 조명 광로 중으로 설정하면, 통상의 원형 조명을 수행할 수 있다. 원형 조명용 회절 광학 소자는, 직사각형 형상의 단면을 갖는 평행 빔이 입사된 경우에, 파 필드에 원형의 광 강도 분포를 형성하는 기능을 갖는다. 따라서, 원형 조명용 회절 광학 소자를 거친 빔은 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면에, 예컨대 광축(AX)를 중심으로 한 원형상의 조명 필드를 형성한다. 그 결과, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 뒷쪽 초점면 또는 그 근방에도, 그 입사면에 형성된 조명 필드와 같은 원형상의 2차 광원이 형성된다. 또한, 윤대 조명용 회절 광학 소자(3) 대신, 적당한 특성을 갖는 회절 광학 소자(도시 생략)를 조명 광로 중으로 설정함으로써, 다양한 형태의 변형된 조명도 실시될 수 있다. 회절 광학 소자(3)의 스위칭 방식으로서, 예컨대 알려진 터릿 방식이나 슬라이드 방식 등을 이용할 수 있다.
이하의 설명에서는, 본 실시예의 작용 효과의 이해를 쉽게 하기 위해서, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 뒷쪽 초점면 또는 그 근방의 조명 동공에는, 도 2에 나타내는 것 같은 4극상의 동공 강도 분포(2차 광원)(20)가 형성되는 것으로 가정한다. 제 2 보정 필터(9)는, 4극상의 동공 강도 분포(20)가 형성되는 면보다 뒷쪽(혹은 마스크측)에 배치되어 있는 것으로 가정한다. 이하의 설명에 있어서 간단히 "조명 동공"라고 하는 경우에는, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 뒷쪽 초점면 또는 그 근방의 조명 동공를 의미한다.
도 2를 참조하면, 조명 동공 상에 형성되는 4극상의 동공 강도 분포(20)는, 광축(AX)의 양측상에서 X 방향으로 이격된 한 쌍의 원호상의 실질적인 면광원(이하, 간단히 "면광원"이라고 한다)(20a, 20b)과, 광축(AX)의 양측상에서 Z 방향으로 이격된 한 쌍의 원호상의 실질적인 면광원(20c, 20d)을 갖는다. 조명 동공의 X 방향은 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 직사각형 형상의 미소 렌즈의 짧은 변 방향으로, 웨이퍼(W)의 주사 방향에 대응하고 있다. 조명 동공의 Z 방향은 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 직사각형 형상의 미소 렌즈의 긴 변 방향으로, 웨이퍼(W)의 주사 방향과 직교하는 주사 직교 방향(웨이퍼(W) 상의 Y 방향)에 대응하고 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W) 상에는, Y 방향을 따라 긴 변을 갖고 또한 X 방향을 따라 짧은 변을 갖는 직사각형 형상의 정지 노광 영역(ER)이 형성되고, 이 정지 노광 영역(ER)에 대응하도록, 마스크(M) 상에는 직사각형 형상의 조명 영역(도시 생략)이 형성된다. 여기서, 정지 노광 영역(ER) 내의 한 점에 입사하는 광에 의해 조명 동공에 형성되는 4극상의 동공 강도 분포는, 입사점의 위치에 의존하지 않고, 서로 거의 같은 형상을 갖는다. 그러나 4극상의 동공 강도 분포를 구성하는 각 면광원의 광 강도는, 입사점의 위치에 따라서 달라지는 경향이 있다.
구체적으로는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 정지 노광 영역(ER) 내의 중심점(P1)에 입사하는 광이 형성하는 4극상의 동공 강도 분포(21)의 경우, Z 방향으로 이격된 면광원(21c, 21d)의 광 강도가, X 방향으로 이격된 면광원(21a, 21b)의 광 강도보다 커지는 경향이 있다. 한편, 도 5에 나타낸 바와 같이, 정지 노광 영역(ER) 내의 중심점(P1)으로부터 Y 방향으로 이격된 주변의 점(P2, P3)에 입사하는 광이 형성하는 4극상의 동공 강도 분포(22)의 경우, Z 방향으로 이격된 면광원(22c, 22d)의 광 강도가, X 방향으로 이격된 면광원(22a, 22b)의 광 강도보다 작아지는 경향이 있다.
일반적으로, 조명 동공에 형성되는 동공 강도 분포의 외형 형상에 관계없이, 웨이퍼(W) 상의 정지 노광 영역(ER) 내의 중심점(P1)에 관한 동공 강도 분포(중심점(P1)에 입사하는 광이 조명 동공에 형성되는 동공 강도 분포)의 Z 방향에 따른 광 강도 분포는, 도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 중앙에서 가장 작고, 주변을 향해서 증대하는 오목 곡선 형상의 프로파일을 갖는다. 한편, 웨이퍼(W) 상의 정지 노광 영역(ER) 내의 주변점(P2, P3)에 관한 동공 강도 분포의 Z 방향에 따른 광 강도 분포는, 도 6(b)에 나타낸 바와 같이, 중앙에서 가장 크고 주변을 향해서 감소하는 볼록 곡선 형상의 프로파일을 갖는다.
동공 강도 분포의 Z 방향에 따른 광 강도 분포는, 정지 노광 영역(ER) 내의 X 방향(주사 방향)에 따른 입사점의 위치에는 크게 의존하지 않지만, 정지 노광 영역(ER) 내의 Y 방향(주사직교 방향)에 따른 입사점의 위치에 의존해서 변화되는 경향이 있다. 이 경우에, 웨이퍼(W) 상의 정지 노광 영역(ER) 내의 각 점에 관한 동공 강도 분포(각 점에 입사하는 광이 조명 동공에 형성하는 동공 강도 분포)가 거의 균일하지 않을 때에는, 웨이퍼(W) 상의 위치에 따라서 패턴의 선폭이 달라져서, 마스크(M)의 미세 패턴을 노광 영역의 전체에 걸쳐 원하는 선폭으로 웨이퍼(W) 상에 충실하게 전사할 수 없다.
본 실시예에서는, 상술한 바와 같이, 어포컬 렌즈(4)의 동공 위치 또는 그 근방에, 광의 입사 위치에 따라 투과율이 다른 투과율 분포를 갖는 제 1 보정 필터(6)가 배치되어 있다. 어포컬 렌즈(4)의 동공 위치는, 어포컬 렌즈(4)의 뒷쪽 렌즈군(4b)과 줌 렌즈(7)에 의해서, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면과 광학적으로 공액이다. 따라서, 제 1 보정 필터(6)의 작용에 의해, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면에 형성되는 광 강도 분포가 조정(보정)되고, 나아가서는 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 뒷쪽 초점면 또는 그 근방의 조명 동공에 형성되는 동공 강도 분포도 조정된다.
그러나, 제 1 보정 필터(6)은 웨이퍼(W) 상의 정지 노광 영역(ER) 내의 각 점에 관한 동공 강도 분포를, 각 점의 위치에 의존하지 않고 일률적으로 조정한다. 그 결과, 제 1 보정 필터(6)의 작용에 의해, 예컨대 중심점(P1)에 관한 4극상의 동공 강도 분포(21)를 거의 균일하게 하도록, 나아가서는 각 면광원(21a~21d)의 광 강도가 서로 거의 같아지도록 조정할 수 있지만, 이 경우에는 주변점(P2, P3)에 관한 4극상의 동공 강도 분포(22)의 면광원(22a, 22b)과 면광원(22c, 22d)의 광 강도의 차이는 반대로 커져 버린다.
즉, 제 1 보정 필터(6)의 작용에 의해, 웨이퍼(W) 상의 정지 노광 영역(ER) 내의 각 점에 관한 동공 강도 분포를 각각 거의 균일하게 조정하기 위해서는, 제 1 보정 필터(6)와는 다른 수단에 의해, 각 점에 관한 동공 강도 분포는 서로 같은 성상의 분포로 조정되어야 한다. 구체적으로는, 예컨대 중심점(P1)에 관한 동공 강도 분포(21) 및 주변점(P2, P3)에 관한 동공 강도 분포(22)에 있어서, 면광원(21a, 21b)와 면광원(21c, 21d)의 광 강도의 크기 관계와 면광원(22a, 22b)와 면광원(22c, 22d)의 광 강도의 크기 관계를 거의 같은 비율로 일치시킬 필요가 있다.
본 실시예에서는, 중심점(P1)에 관한 동공 강도 분포의 성상과 주변점(P2, P3)에 관한 동공 강도 분포의 성상을 거의 일치시키기 위해서, 주변점(P2, P3)에 관한 동공 강도 분포(22)에 있어서 면광원(22a, 22b)의 광 강도가 면광원(22c, 22d)의 광 강도보다 작아지도록 조정하기 위한 투과 필터로서, 제 2 보정 필터(9)가 제공된다. 도 7 및 도 8은 본 실시예의 제 2 보정 필터(9)의 작용을 설명하는 도면이다. 도 9는 본 실시예의 제 2 보정 필터(9)의 투과율 특성을 나타내는 도면이다.
제 2 보정 필터(9)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 광축(AX)의 양측상에서 X 방향으로 이격된 한 쌍의 면광원(20a, 20b)에 대응해서 배치된 한 쌍의 투과 필터 영역(9a, 9b)을 갖는다. 그 결과, 4극상의 동공 강도 분포(20) 중, 면광원(20a)으로부터의 광은 투과 필터 영역(9a)을 통과하고, 면광원(20b)으로부터의 광은 투과 필터 영역(9b)를 통과하지만, 면광원(20c, 20d)으로부터의 광은 제 2 보정 필터(9)의 작용을 받지 않는다. 제 2 보정 필터(9)는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 광의 입사 각도에 따라 변화되는 투과율 특성, 구체적으로는 광의 입사 각도가 커짐에 따라서 투과율이 감소하는 투과율 특성을 갖는다.
이 경우, 도 7에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W) 상의 정지 노광 영역(ER) 내의 중심점(P1)에 도달하는 광, 즉 마스크 블라인드(11)의 개구부의 중심점(P1')에 도달하는 광은 제 2 보정 필터(9)에 대해서 입사 각도 0으로 입사한다. 환언하면, 중심점(P1)에 관한 동공 강도 분포(21)의 면광원(21a, 21b)으로부터의 광은 입사 각도 0으로 한 쌍의 투과 필터 영역(9a, 9b)에 입사한다. 한편, 도 8에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W) 상의 정지 노광 영역(ER) 내의 주변점(P2, P3)에 도달하는 광, 즉 마스크 블라인드(11)의 개구부의 주변점(P2', P3')에 도달하는 광은 제 2 보정 필터(9)에 대하여 입사 각도 ±θ로 입사한다. 환언하면, 주변점(P2, P3)에 관한 동공 강도 분포(22)의 면광원(22a, 22b)으로부터의 광은 입사 각도 ±θ로 한 쌍의 투과 필터 영역(9a, 9b)에 각각 입사한다.
한편, 도 7 및 도 8에 있어서, 참조 부호 B1는 면광원(20a)(21a, 22a)의 X 방향에 따른 최외(outermost) 테두리의 점(도 2를 참조)을 나타내고, 참조 부호 B2는 면광원(20b)(21b, 22b)의 X 방향에 따른 최외 테두리의 점(도 2를 참조)을 나타내고 있다. 또한, 도 7 및 도 8에 관련된 설명의 이해를 용이하기 위해서, 면광원(20c)(21c, 22c)의 Z 방향에 따른 최외 테두리의 점을 참조 부호 B3로 나타내고, 면광원(20d)(21d, 22d)의 Z 방향에 따른 최외 테두리의 점을 참조 부호 B4로 나타내고 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 면광원(20c)(21c, 22c) 및 면광원(20d)(21d, 22d)으로부터의 광은 제 2 보정 필터(9)의 작용을 받지 않는다.
이런 식으로, 중심점(P1)에 관한 동공 강도 분포(21) 중, 면광원(21a, 21b)으로부터의 광은 제 2 보정 필터(9)의 투과 필터 영역(9a, 9b)의 작용을 받지만, 그 광 강도는 거의 변화되지 않는다. 면광원(21c, 21d)으로부터의 광은 제 2 보정 필터(9)의 작용을 받지 않기 때문에, 그 광 강도는 변화되지 않는다. 그 결과, 중심점(P1)에 관한 동공 강도 분포(21)는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 제 2 보정 필터(9)의 작용을 받아도, 원래의 분포(21)와 거의 같은 성상의 동공 강도 분포(21')로 약간 조정될 뿐이다. 즉, 제 2 보정 필터(9)에 의해 조정된 동공 강도 분포(21')는 Z 방향으로 이격된 면광원(21c, 21d)의 광 강도가 X 방향으로 이격된 면광원(21a', 21b')의 광 강도보다 큰 성상을 유지한다.
주변점(P2, P3)에 관한 동공 강도 분포(22) 중, 면광원(22a, 22b)으로부터의 광은 제 2 보정 필터(9)의 투과 필터 영역(9a, 9b)의 작용을 받아, 그 광 강도를 저하시킨다. 면광원(22c, 22d)으로부터의 광은 제 2 보정 필터(9)의 작용을 받지 않기 때문에, 그 광 강도는 변화되지 않는다. 그 결과, 주변점(P2, P3)에 관한 동공 강도 분포(22)는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 제 2 보정 필터(9)의 작용에 의해, 원래의 분포(22)와는 다른 성상의 동공 강도 분포(22')로 조정된다. 즉, 제 2 보정 필터(9)에 의해 조정된 동공 강도 분포(22')는, Z 방향으로 이격된 면광원(22c, 22d)의 광 강도가 X 방향으로 이격된 면광원(22a', 22b')의 광 강도보다 큰 성상을 갖게 된다.
이런 식으로, 제 2 보정 필터(9)의 작용에 의해, 주변점(P2, P3)에 관한 동공 강도 분포(22)는, 중심점(P1)에 관한 동공 강도 분포(21')와 거의 같은 성상의 분포(22')로 조정된다. 유사하게, 중심점(P1)과 주변점(P2, P3) 사이에서 Y 방향을 따라 나열된 각 점에 관한 동공 강도 분포, 이에 따라 웨이퍼(W) 상의 정지 노광 영역(ER) 내의 각 점에 관한 동공 강도 분포도, 중심점(P1)에 관한 동공 강도 분포(21')와 거의 같은 성상의 분포로 조정된다. 환언하면, 제 2 보정 필터(9)의 작용에 의해, 웨이퍼(W) 상의 정지 노광 영역(ER) 내의 각 점에 관한 동공 강도 분포는 서로 거의 같은 성상의 분포로 조정된다. 다르게 표현을 하면, 제 2 보정 필터(9)는, 각 점에 관한 동공 강도 분포를 서로 거의 같은 성상의 분포로 조정하기 위해서, 광의 입사 각도에 따라 변화되는 소망의 투과율 특성을 갖는다.
본 실시예의 조명 광학계에서는, 상술한 바와 같이, 광의 입사 각도에 따라 변화되는 소망의 투과율 특성을 갖고, 웨이퍼(W) 상의 정지 노광 영역(ER) 내의 각 점에 관한 동공 강도 분포를 각각 독립적으로 조정하는 제 2 보정 필터(9)와, 광의 입사 위치에 따라 변화되는 소망의 투과율 특성을 갖고, 각 점에 관한 동공 강도 분포를 일률적으로 조정하는 제 1 보정 필터(6)의 협동 작용에 의해, 각 점에 관한 동공 강도 분포가 각각 거의 균일하게 조정될 수 있다. 따라서, 본 실시예의 노광 장치(2~WS)에서는, 웨이퍼(W) 상의 정지 노광 영역(ER) 내의 각 점에서의 동공 강도 분포를 각각 거의 균일하게 조정하는 조명 광학계(2~12)를 이용해서, 마스크(M)의 미세 패턴에 따른 적절한 조명 조건 하에서 양호한 노광을 수행할 수 있고, 이에 따라서 마스크(M)의 미세 패턴을 노광 영역 전체에 걸쳐서 원하는 선폭으로 웨이퍼(W) 상에 충실하게 전사할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 웨이퍼(피조사면)(W) 상의 광량 분포가, 예컨대 제 2 보정 필터(9)의 조정 작용의 영향을 받는 것이 생각된다. 이 경우, 필요에 따라, 공지된 구성을 갖는 광량 분포 조정부의 작용에 의해, 정지 노광 영역(ER) 내의 조도 분포 또는 정지 노광 영역(조명 영역)(ER)의 형상이 변경될 수 있다. 구체적으로, 조도 분포를 변경하는 광량 분포 조정부는, 일본 특허 출원 공개 제 2001-313250 호 및 일본 특허 출원 공개 제 2002-100561 호(및 이들에 대응하는 미국 특허제 6,771,350 호 및 제 6,927,836호에 기재된 구성 및 수법을 이용할 수 있다. 조명 영역의 형상을 변경하는 광량 분포 조정부는, 국제 특허 공개 제 WO2005/048326 호(및 이에 대응하는 미국 특허 공개 제 2007/0014112호 공보)에 기재된 구성 및 수법을 이용할 수 있다.
상술한 설명에서는, 조명 동공에 4극상의 동공 강도 분포가 형성되는 변형된 조명, 즉 4극조명을 예로 들어 본 발명의 작용 효과가 설명되었다. 그러나 4극조명으로 한정되지 않고, 예컨대 윤대형의 동공 강도 분포를 형성하는 윤대 조명 및 4극상 이외의 다른 복수극상의 동공 강도 분포를 형성하는 복수극 조명 등에 대해서도, 본 발명을 적용하여 같은 작용 효과를 얻을 수 있다는 점은 분명하다.
상술한 설명에서는, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 뒷쪽 초점면 또는 그 근방의 조명 동공에 형성되는 동공 강도 분포(20)의 형성면보다 뒷쪽(즉 마스크측)에, 광의 입사 각도에 따라 변화되는 투과율 특성을 갖는 투과 필터로서의 제 2 보정 필터(9)가 배치되어 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 동공 강도 분포(20)의 형성면의 위치, 또는 그 앞쪽(광원측)에, 제 2 보정 필터(9)가 배치될 수도 있다. 또한, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)보다 뒷쪽의 다른 조명 동공의 위치 또는 그 근방, 예컨대 결상 광학계(12)의 앞쪽 렌즈군(12a)과 뒷쪽 렌즈군(12b) 사이의 조명 동공의 위치 또는 그 근방에, 제 2 보정 필터(9)가 배치될 수도 있다.
일반적으로는, 옵티컬 인테그레이터보다 뒷쪽에 위치된 조명 동공의 앞쪽에 인접하는 파워를 가진 광학 소자와 상기 조명 동공의 뒷쪽에 인접하는 파워를 가진 광학 소자 사이의 조명 동공 공간에서, 상기 조명 동공의 일부 영역만을 통과할 광 또는 상기 조명 동공의 일부의 영역만을 통과한 광이 입사되는 위치에, 광의 입사 각도에 따라 변화되는 투과율 특성을 갖는 투과 필터가 배치될 수 있다. 즉, 이 '조명 동공 공간' 내에는, 파워를 가지지 않는 평행 평면판이나 평면 거울이 존재할 수도 있다.
상술한 실시예에서, 광의 입사 각도에 따라 변화되는 투과율 특성을 갖는 투과 필터로서의 제 2 보정 필터(9)는, 조명 광학계의 광축(AX) 또는 상기 광축(AX)과 평행한 축 둘레에서 회전 가능하게 구성될 수 있다. 제 2 보정 필터(9)는, 조명 광학계의 광축(AX)과 직교하는 축에 대해서 경사 가능하게 구성될 수도 있다. 제 2 보정 필터(9)는, 조명 광학계의 광축(AX)를 가로 지르는 방향(전형적으로는 광축(AX)과 직교하는 방향)을 따라서 이동 가능하게 구성될 수도 있다.
상술한 실시예에서, 제 2 보정 필터(9)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 하나의 광학적으로 투명한 기판(평행 평면판) 상에 부분 투과 필터 영역(9a, 9b)이 마련된 것이어도 된다.
상술한 실시예에서, 제 2 보정 필터(9)는 다른 특성(다른 투과 특성을 갖는 구성과 투과 필터 영역이 다른 위치에 마련되는 구성 중 하나 혹은 모두)을 가진 다른 제 2 보정 필터로 교체될 수 있게 마련되어도 된다.
상술한 실시예에 있어서, 광의 입사 위치에 따라 다른 투과율의 투과율 분포를 갖는 제 1 보정 필터(6)는 조명 광학계의 광축(AX) 또는 상기 광축(AX)과 평행한 축 둘레로 회전 가능하거나, 조명 광학계의 광축(AX)과 직교하는 축에 대해서 경사 가능하거나, 또는 조명 광학계의 광축(AX)을 가로 지르는 방향(전형적으로는 광축(AX)과 직교하는 방향)을 따라서 이동 가능하게 구성될 수 있다.
상술한 실시예의 노광 장치는, 본원 특허 청구의 범위에 개시된 각 구성 요소를 포함하는 각종 서브시스템을, 소정의 기계적 정밀도, 전기적 정밀도, 광학적 정밀도를 유지하도록, 조립함으로써 제조된다. 이들 각종 정밀도를 확보하기 위해서, 이 조립 전후에는, 각종 광학계에 대해서는 광학적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 기계계에 대해서는 기계적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 전기계에 대해서는 전기적 정밀도를 달성하기 위한 조정이 행해진다. 각종 서브시스템으로부터 노광 장치로의 조립 공정은 각종 서브시스템 사이의, 기계적 접속, 전기 회로의 배선 접속, 기압 회로의 배관 접속 등을 포함한다. 이 각종 서브시스템으로부터 노광 장치로의 조립 공정 전에, 각 서브시스템 개개의 조립 공정이 있다는 것은 말할 필요도 없다. 각종 서브시스템의 노광 장치로의 조립 공정이 종료되면, 종합 조정이 행해져서, 노광 장치 전체적으로의 각종 정밀도를 확보한다. 한편, 노광 장치의 제조는 온도 및 클리어니스(cleanness) 등이 관리된 클린 룸에서 행해질 수 있다.
다음으로 상술한 실시예에 따른 노광 장치를 이용한 디바이스 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 12는 반도체 디바이스의 제조 공정을 나타내는 흐름도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 반도체 디바이스의 제조 공정은, 반도체 디바이스의 기판이 되는 웨이퍼(W)에 금속막을 증착하는 공정(스텝 S40), 이 증착한 금속막 상에 감광성 재료인 포토레지스트를 도포하는 공정(스텝 S42)을 포함한다. 후속하는 공정은, 상술한 실시예의 노광 장치를 이용해서, 마스크(레티클)(M)에 형성된 패턴을 웨이퍼(W) 상의 각 샷 영역에 전사하는 공정(스텝 S44:노광 공정) 및 이 전사가 완료된 웨이퍼(W)를 현상, 즉 패턴이 전사된 포토레지스트를 현상하는 공정(스텝 S46:현상 공정)을 포함한다. 그 후, 스텝 S46에서 웨이퍼(W)의 표면에 생성된 레지스트 패턴을 마스크로 이용해서, 웨이퍼(W)의 표면에 대해 에칭 등의 가공을 수행한다(스텝 S48:가공 공정).
여기서, 레지스트 패턴이란, 상술한 실시예의 노광 장치에 의해서 전사된 패턴에 대응하는 형상의 요철이 생성된 포토레지스트 층으로, 그 오목부가 포토레지스트층을 관통하고 있다. 스텝 S48은, 이 레지스트 패턴을 통해서 웨이퍼(W)의 표면을 가공하는 것이다. 스텝 S48에서 실시되는 가공은 예컨대, 웨이퍼(W)의 표면의 에칭 또는 금속막 등의 성막 중 적어도 하나를 포함한다. 스텝 S44에서는, 상술한 실시예의 노광 장치는, 포토레지스트가 도포된 웨이퍼(W)를, 감광성 기판 즉, 플레이트(P)로서 패턴의 전사를 수행한다.
도 13은 액정 표시 소자 등의 액정 디바이스의 제조 공정을 나타내는 흐름도이다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 액정 디바이스의 제조 공정은 패턴 형성 공정(스텝 S50), 컬러 필터 형성 공정(스텝 S52), 셀 조립 공정(스텝 S54) 및 모듈 조립 공정(스텝 S56)을 순차적으로 수행하는 것을 포함한다.
스텝 S50의 패턴 형성 공정은, 플레이트(P)로서 포토레지스트가 도포된 유리 기판 상에, 상술한 실시예의 노광 장치를 이용해서 회로 패턴 및 전극 패턴 등의 소정의 패턴을 형성하는 것이다. 이 패턴 형성 공정은, 상술한 실시예의 노광 장치를 이용해서 포토레지스트층에 패턴을 전사하는 노광 공정과, 패턴이 전사된 플레이트(P)를 현상, 즉 유리 기판 상의 포토레지스트층을 현상하여, 패턴에 대응하는 형상의 포토레지스트층을 생성하는 현상 공정과, 이 현상된 포토레지스트층을 통해서 유리 기판의 표면을 가공하는 가공 공정을 포함한다.
스텝 S52의 컬러 필터 형성 공정은, R(적색), G(녹색), B(청색)에 대응하는 3개의 도트의 그룹을 매트릭스 형상으로 다수 배열하거나, 혹는 R, G, B의 3개의 스트라이프의 필터의 그룹을 수평 주사 방향으로 복수 배열한 컬러 필터를 형성하는 것이다.
스텝 S54의 셀 조립 공정은, 스텝 S50에서 소정 패턴이 형성된 유리 기판과, 스텝 S52에서 형성된 컬러 필터를 이용해서 액정 패널(액정 셀)을 조립한다. 구체적으로는, 예컨대 유리 기판과 컬러 필터 사이에 액정을 주입해서 액정 패널을 형성한다. 스텝 S56의 모듈 조립 공정은, 스텝 S54에서 조립된 액정 패널에 대해, 이 액정 패널의 표시 동작을 위한 전기 회로 및 백 라이트 등의 각종 부품을 부착하는 것이다.
또한, 본 발명은 반도체 디바이스 제조용 노광 장치에의 적용으로 한정되지 않고, 예컨대, 직사각형 유리 플레이트에 형성되는 액정 표시 소자 또는 플라즈마 디스플레이 등의 디스플레이 장치용 노광 장치, 및 촬상 소자(CCD 등), 마이크로 머신, 박막 자기 헤드, 및 DNA 칩 등의 각종 디바이스를 제조하기 위한 노광 장치에도 널리 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 각종 디바이스의 마스크 패턴이 형성된 마스크(포토마스크, 레티클 등)을 포토리소그래피 공정에 의해 제조하기 위한 노광 공정(노광 장치)에도 적용될 수 있다.
상술한 실시예는, 노광광으로서 ArF 엑시머 레이저광(파장: 193nm)이나 KrF 엑시머 레이저광(파장: 248nm)을 이용했지만, 이에 한정되지 않고, 다른 적당한 레이저 광원, 예컨대 파장 157nm의 레이저광을 공급하는 F2 레이저 광원 등에 대해서도 본 발명이 적용될 수 있다.
상술한 실시예는, 웨이퍼(W)의 샷 영역에 마스크(M)의 패턴을 주사 노광하는 스텝-앤드-스캔 방식의 노광 장치에 대해서 본 발명을 적용했다. 그러나 이에 한정되지 않고, 웨이퍼(W)의 각 노광 영역에 마스크(M)의 패턴을 일괄 노광하는 동작을 반복하는 스텝-앤드-리피트(step-and-repeat) 방식의 노광 장치에 대해서 본 발명을 적용할 수도 있다.
상술한 실시예는, 노광 장치에 있어서 마스크 또는 웨이퍼를 조명하는 조명 광학계에 대해 본 발명을 적용했지만, 이에 한정되지 않고, 마스크 또는 웨이퍼 이외의 피조사면을 조명하는 일반적인 조명 광학계에 대해서도 본 발명이 적용될 수 있다.
투과 필터로서의 제 2 보정 필터(9)가 조명 광학계 내의 조명 동공 공간 내에 항상 배치되어야 하는 것은 아니며, 조명 동공 공간과 공액인 투영 광학계 내의 위치에 배치될 수도 있다. 즉, 제 2 보정 필터(9)는 조명 광학계 내에 뿐만 아니라, 노광 광학계인 투영 광학계 내에도 배치될 수 있다. 도 15 및 16은 제 2 보정 필터(9)가 배치된 투영 광학계의 예를 도시하고 있다.
도 15에 도시된 투영 광학계(PL1)는 물체의 중간 이미지를 형성하는 굴절 결상 광학계(G1), 중간 이미지의 이미지를 형성하는 반사 굴절 결상 광학계(G2) 및 반사 굴절 결상 광학계(G2)에 의해 형성된 중간 이미지의 이미지를 웨이퍼면 상의 마지막 이미지로서 형성하는 굴절 결상 광학계(G3)로 이루어진다. 이 투영 광학계(PL1)는 개구 조리개가 배치되는 평면 및 이와 공액인 평면인 동공면(PS1-PS3)을 갖고 있다. 평행 평면판(91, 92)은 동공면(PS1) 근방 및 동공면(PS3) 근방에 배치되고, 평행 평면판(91, 92) 중 적어도 하나가 제 2 보정 필터(9)가 될 수 있다.
도 16에 도시된 투영 광학계(PL2)는 물체의 중간 이미지를 형성하는 굴절 결상 광학계(G1), 중간 이미지의 이미지를 형성하는 반사 굴절 결상 광학계(G2) 및 반사 굴절 결상 광학계(G2)에 의해 형성된 중간 이미지의 이미지를 웨이퍼면 상의 마지막 이미지로서 형성하는 굴절 결상 광학계(G3)로 이루어진다. 이 투영 광학계(PL2)는 개구 조리개가 배치되는 평면 및 이와 공액인 평면인 동공면(PS1-PS3)을 갖고 있다. 평행 평면판(91, 92)은 동공면(PS1) 근방에 배치되고, 평행 평면판(91)이 제 2 보정 필터(9)가 될 수 있다. 평행 평면판이 제 2 보정 필터로 설정될 수 있다.
상술한 실시예에서 복수의 마이크로 렌즈를 가진 파면 분할형 마이크로 플라이아이 렌즈(플라이아이 렌즈)가 옵티컬 인테그레이터로서 이용되었지만, 그 대신, 전형적으로는 막대형 인테그레이터인 내면 반사형(inner-surface reflection type)의 옵티컬 인테그레이터가 이용될 수도 있다. 이 경우, 콘덴서 렌즈가 줌 렌즈(7)의 뒷쪽에 배치되어서 콘덴서 렌즈의 앞쪽 초점 위치가 줌 렌즈(7)의 뒷쪽 초점 위치와 일치되게 하고, 막대형 인테그레이터는 그 입구측 단부가 콘덴서 렌즈의 뒷쪽 초점 위치 혹은 그 근방으로 설정되도록 배치된다. 이 경우, 막대형 인테그레이터의 출구측 단부가 마스크 블라인드(11)의 위치를 설정한다. 막대형 인테그레이터가 사용되는 경우에, 막대형 인테그레이터 아래에서 결상 광학계(12)의 투영 광학계(PL)의 개구 조리개(AS)의 위치와 광학적으로 공액인 위치가 조명 동공면이라고 할 수 있다. 조명 동공면의 제 2 광원의 가상의 이미지가 막대형 인테그레이터의 입구측면의 위치에 형성되기 때문에, 막대형 인테그레이터의 입구측면의 위치 및 이 위치와 광학적으로 공액인 위치가 조명 동공면이라고 할 수 있다. 상술한 실시예의 제 2 보정 필터(9)는 막대형 인테그레이터 아래에서 결상 광학계(12)의 투영 광학계(PL)의 개구 조리개(AS)와 광학적으로 공액인 위치 혹은 그 근방에 배치될 수 있다.
상술한 실시예에서, 투영 광학계와 감광성 기판 사이의 광 경로를 1.1 이상의 굴절율을 가진 매체(전형적으로는 액체)로 채우는 기법, 이른바 액침법(liquid immersion method)이 적용될 수도 있다. 이 경우, 투영 광학계와 감광성 기판 사이의 광 경로를 액체로 채우는 기법은 PCT 국제 공개 WO99/49504에 개시된, 국부적으로 액체를 채우는 기법, 일본 특허 출원 공개 평 6-124873 호에 개시된, 피노광체로서의 기판을 액체 욕조(liquid bath)에 유지하는 스테이지를 이동시키는 기법, 일본 특허 출원 공개 평 10-303114 호에 개시된, 스테이지에 소정의 깊이의 액체 욕조를 형성하고 여기에 기판을 유지하는 기법 등 중에서 선택될 수 있다. 상술한 실시예에서, 미국 특허 출원 공개 제 2006/0203214 호, 제 2006/0170901 호 및 제 2007/0146676 호에 개시된 이른바 편광 조명법이 적용될 수도 있다.
상술한 실시예는 본 발명의 이해를 더 용이하게 하도록 기술된 것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 따라서, 이 실시예에 개시된 각각의 요소는 본 발명의 기술적 범주에 속하는 모든 설계 변경 및 동등물을 포함하는 것으로 의도된 것이다. 상술한 실시예의 구성 요소 등은 각각 임의의 조합으로 적용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 광원으로부터의 광으로 피조사면을 조명하는 조명 광학계에 있어서,
    옵티컬 인테그레이터를 포함하고, 상기 옵티컬 인테그레이터보다 뒷쪽에 위치된 조명 동공 상에 동공 강도 분포를 형성하도록 구성된 분포 형성 광학계와,
    상기 조명 동공의 앞쪽에 인접하는 파워를 가진 광학 소자와 상기 조명 동공의 뒷쪽에 인접하는 파워를 가진 광학 소자 사이의 조명 동공 공간에 배치되고, 상기 조명 동공의 일부의 영역만을 통과할 광 또는 상기 조명 동공의 일부의 영역만을 통과한 광이 입사되는 위치에 배치되어서, 광의 입사 각도에 따라 변화되는 투과율 특성을 갖는 투과 필터
    를 포함하는 조명 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 투과 필터는, 광의 입사 각도가 커짐에 따라서 상기 투과율이 감소하는 투과율 특성을 갖는 조명 광학계.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 옵티컬 인테그레이터는, 소정 방향을 따라 연장하는 직사각형 형상의 단위 파면 분할면을 포함하고,
    상기 투과 필터는, 상기 조명 동공에 있어서 상기 조명 광학계의 광축의 양측상에서 상기 소정 방향과 직교하는 방향으로 이격된 한 쌍의 영역에 대응해서 배치된 한 쌍의 투과 필터 영역을 포함하는
    조명 광학계.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피조사면과 광학적으로 공액인 면을 형성하는 투영 광학계와 조합해서 사용되고,
    상기 조명 동공은 상기 투영 광학계의 개구 조리개와 광학적으로 공액인 위치인
    조명 광학계.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피조사면 상에서의 조도 분포 또는 상기 피조사면 상에 형성되는 조명 영역의 형상을 변경하는 광량 분포 조정부를 더 포함하는 조명 광학계.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광량 분포 조정부는, 상기 피조사면 상의 광량 분포에 대한 상기 투과 필터의 영향을 보정하는 조명 광학계.
  7. 소정의 패턴을 조명하기 위한, 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 개시된 조명 광학계를 포함하고, 상기 소정의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 노광 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 소정의 패턴의 이미지를 상기 감광성 기판 상에 형성하는 투영 광학계를 포함하고,
    상기 투영 광학계에 대해서 상기 소정의 패턴 및 상기 감광성 기판을 주사 방향을 따라 상대적으로 이동시켜서, 상기 소정의 패턴을 상기 감광성 기판으로 투영 노광하는
    노광 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 옵티컬 인테그레이터에서의 상기 소정 방향은 상기 주사 방향과 직교하는 방향에 대응하는 노광 장치.
  10. 청구항 7 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 노광 장치를 이용해서, 상기 소정의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 노광 공정과,
    상기 소정의 패턴이 전사된 상기 감광성 기판을 현상하여, 상기 소정의 패턴에 대응하는 형상의 마스크 층을 상기 감광성 기판의 표면에 형성하는 현상 단계와,
    상기 마스크 층을 통해서 상기 감광성 기판의 표면을 가공하는 가공 공정
    을 포함하는 디바이스 제조 방법.
  11. 광원으로부터의 광으로 피조사면을 노광하는 노광 광학계에 있어서,
    옵티컬 인테그레이터를 포함하고, 상기 옵티컬 인테그레이터보다 뒷쪽에 위치된 조명 동공 상에 동공 강도 분포를 형성하도록 구성된 분포 형성 광학계와,
    상기 조명 동공의 앞쪽에 인접하는 파워를 가진 광학 소자와 상기 조명 동공의 뒷쪽에 인접하는 파워를 가진 광학 소자 사이의 조명 동공 공간 혹은 조명 동공 공간과 공액인 공간에 배치되고, 상기 조명 동공의 일부의 영역만을 통과할 광 또는 상기 조명 동공의 일부의 영역만을 통과한 광이 입사하는 위치에 배치되어서, 광의 입사 각도에 따라 변화되는 투과율 특성을 갖는 투과 필터
    를 포함하는 노광 광학계.
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