KR20110126705A - 투영 노광 방법, 투영 노광 장치, 레이저 방사원 및 레이저 방사원용 대역폭 협소화 모듈 - Google Patents

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Abstract

적어도 하나의 이미지의 패턴의 마스크가 투영 대물렌즈의 오브젝트 면의 영역에 배열되어 있는 투영 대물렌즈의 이미지 면의 영역에 배열된 방사-감응기판의 노광을 위한 투영 노광 방법에 있어서, 각주파수 ω에 따른 스펙트럼 강도 분포 I(ω)를 갖는 레이저 방사가 사용된다. 레이저 방사는,
Figure pct00039
에 따른 수차 파라미터 α 및
Figure pct00040
에 따른 코히어런스 시간 τ를 특징으로 한다. 레이저 방사는 마스크에 지향되는 조명 방사를 생성하기 위해 조명계내로 도입되고, 패턴이 투영 대물렌즈의 조력으로 기판상으로 이미징(imaging)된다. 상기 스펙트럼 강도 분포는, 선 형상 파라미터 ατ2에 대해서, 조건 ατ2 ≤ 0.3이 참이도록 설정된다. 결과적으로, 이미지 생성에 대한 시간적으로 변화하는 얼룩의 영향이 일반적인 방법에 비해, 이미지 생성에 대한 색수차의 영향을 동시에 증가시키지 않고, 감소될 수 있다.

Description

투영 노광 방법, 투영 노광 장치, 레이저 방사원 및 레이저 방사원용 대역폭 협소화 모듈 {PROJECTION EXPOSURE METHOD, PROJECTION EXPOSURE APPARATUS, LASER RADIATION SOURCE AND BANDWIDTH NARROWING MODULE FOR A LASER RADIATION SOURCE}
본 발명은, 적어도 하나의 이미지의 패턴의 마스크가 투영 대물렌즈의 오브젝트 면(object surface)의 영역에 배열되어 있는 상기 투영 대물렌즈의 이미지 면의 영역에 배열되어 있는 방사-감응 기판(radiation-sensitive substrate)의 노광을 위한 투영 노광 방법, 이 방법을 수행하기에 적절한 투영 노광 장치, 그리고 또한 레이저 방사원 및 레이저 방사원(laser radiation source)용 대역폭 협소화 모듈(bandwidth narrowing module)에 관한 것이다.
오늘날, 마이크로리소그래피 투영 노광 방법이, 반도체 부품 및 다른 미세 구조의 디바이스를 제조하기 위해 대개 사용되고 있다. 이러한 경우에 있어서, 이미징될 구조의 패턴, 예컨대 반도체 부품의 층의 선 패턴을 지닌 마스크(레티클(reticle))가 사용된다. 마스크는, 투영 대물렌즈의 오브젝트 면의 영역에 있어서 투영 대물렌즈와 조명계의 사이에서 투영 노광 장치내에 위치되고 조명계에 의해 제공되는 조명 방사로 조명되어 진다. 마스크에 의해 변화된 방사 및 패턴이, 일반적으로 방사-감응 층(포토레지스트(photoresist))을 지니는, 노광될 기판상으로 마스크의 패턴을 이미징하는, 투영 대물렌즈를 투영 방사로서 통과한다.
깊은 또는 매우 깊은 자외선 영역(DUV 또는 VUV)에서의 고해상도 마이크로리소그래피를 위한 현재의 투영 노광 장치들은 일반적으로 주 광원으로서 레이저를 사용한다. 특히, 대략 248 nm의 동작 파장을 갖는 KrF 엑시머 레이저 또는 대략 193 nm의 동작 파장을 갖는 ArF 엑시머 레이저가 일반적이다. F2 레이저는 157 nm의 동작 파장에 대해 채용되고, Ar2 엑시머 레이저는 126 nm에서 사용될 수 있다. 주 레이저 방사원은, 연결된 조명계에 의해 수신되고 마스크상으로 지향되는 조명 방사를 생성하기 위해 모양이 고쳐진, 레이저 광으로 이루어지는 레이저 빔을 방사한다. 조명 방사의 그리고 투영 방사의 스펙트럼 특성, 즉 파장 λ 또는 각주파수 ω에 좌우되는 그것들의 특성은 이러한 경우에 있어서 주 레이저 방사의 스펙트럼 특성에 의해 실질적으로 결정된다.
리소그래피 프로세스의 설계에 있어서, 레티클상의 구조의 선폭은, 알려져 있는 것으로 가정되는 조명을 이용하는 투영 대물렌즈의 조력에 의한 이미징 후에, 감광층에 있어서 요구되는 구조의 크기들이 노광되도록, 채택된다. 이러한 경우에 있어서, 기판의 위치와는 독립적으로 포토레지스트에 동일하게 이미징될 마스크의 동일한 구조가 중요하다. 그게 아니라면, 반도체 부품의 경우에 있어서, 속도의 감가 손실 또는 최악의 경우에 있어서는 심지어 기능적 손실이 발생할 수 있다. 반도체 제조에 있어서의 하나의 중요 변수는, 따라서, 프로세스에 의해 초래되는, 그리고 “중요 치수의 변화” 또는 “CD 변화”로도 나타내어지는, 중요 구조의 두께(CD)에 있어서 변화이다. 따라서, 필드에 걸쳐서의 이미징된 동일한 구조의 균일한 폭, 소위 CD 균일성은, 리소그래피 프로세스의 필수적 품질 기준을 구성한다.
포토레지스트에 있어서의 구조의 폭에 대한 결정 인자는 그곳에 퇴적되는 방사 에너지이다. 포토레지스트가 방사 에너지의 특정 퇴적량 이상으로 노광되고, 그 양 미만으로 노광되지 않는 관례적 근사가 가정된다. 방사 에너지의 양에 대한 제한치는 또한, “레지스트 역치(resist threshold)”로서 나타내어진다. 이러한 경우에 중요한 것은, 기판상의 위치에서의 총 노광 시간 동안에 통합되는 방사 강도이다. 포토레지스트의 특정 위치에 퇴적되는 방사 에너지의 크기는, 다수의 영향 변수, 그 중에서도 광학 수차, 특히 색수차에, 노광 방사의 편광 상태에, 그리고 또한 미광(stray light) 및 이중 반사에 좌우된다. 주 광원으로서 레이저가 사용되면, 적어도 부분적으로 코히어런트(coherent) 방사를 이용할 때 자기-간섭의 결과로서 일어날 수 있는 소위 얼룩(speckle)의 영향이 CD 변화로 인한 추가적인 퍼텐셜(potential)로서 더해질 수 있다. 소위 시간적으로 변화하는 얼룩(동적 얼룩, 시간적 얼룩)이 여기서 주로 중요한 것이고, 이것은, 레이저 펄스의 지속 시간보다 훨씬 더 짧지 않은 코히어런스 시간(coherence time)을 갖는 광원을 사용한다는 사실로부터 초래되는 시간적인 강도의 변동에 의해 유발된다. 대조적으로, 일반적인 코히어런트 광원의 코히어런스 시간은 시간적으로 변화하는 얼룩이 그 경우에 있어서 문제가 되지 않을 정도로 짧다.
마이크로리소그래피 투영 노광 장치용으로 적절한 레이저 방사원을 선택할 때, 많은 영향 파라미터들을 고려해야 한다. 특히, 큰 이미지 필드를 가진 고해상도 투영 대물렌즈의 경우에는, 색수차가 매우 복잡하다. 투영 대물렌즈가 완전하게 색채적으로 교정되지 않는 경우에는, 상이한 파장을 갖는 방사가 각각의 파장에 대해서 투영 대물렌즈의 이미지 필드내에 상이한 초점 위치를 만든다. 결과적인 단점을 회피하기 위해서, 일반적으로, 매우 협소한 대역의 방사원을 이용하려고 노력한다. 일반적인 엑시머 레이저는 따라서, 수백 pm의 레이저의 고유의 방출 스펙트럼(emission spectrum)을 10의 수 제곱만큼 협소화시키는, 예컨대, 1 pm보다 더 적은 대역폭으로 협소화시키는 대역폭 협소화 모듈을 포함한다. 큰 대역폭은 따라서 색수차에 관하여 단점이 있다. 대조적으로, 얼룩으로서 나타내어지는 소망되지 않은 간섭 현상이 광의 시간적 코히어런스에 기인하기 때문에, 큰 대역폭은 오히려 동적인 얼룩의 나타남에 관하여 유리하다. 광이 더 적은 코히어런트이기 때문에, 보다 상이한 파장들이 레이저 방사에 포함되고, 큰 대역폭이 얼룩을 회피하는 것에 관하여 유리하다.
따라서, 적절한 대역폭의 선택은 항상, 한 편으로 적은 색수차에 대한 요구들과 다른 편으로 더 적은 얼룩 사이에서 절충한다. 최적의 대역폭의 설정은, 예컨대, 투영 대물렌즈의 색채적 교정에 대해서, 가용한 데이터에 기초하여 각각의 투영 노광 장치를 설계할 때 결정되어야 하는 기술적인 문제이다.
특허 출원 US 2006/0146310 A1 및 US 2008/0225921 A1은 각각의 경우에 있어서, 사용되는 레이저 방사원의 스펙트럼 강도 분포가 설정되거나 변화될 수 있는 투영 노광 방법 및 투영 노광 장치를 개시한다.
본 발명의 목적은, 이미지 생성에 대한 색수차의 영향을 동시에 증가시키지 않고, 종래의 시스템 및 방법과 비교하여 이미지 생성에 대한 시간적으로 변화하는 얼룩의 영향을 감소시키도록 설계되고, 주 광원으로서 레이저와 더불어 동작하는, 투영 노광 방법 및 상기 방법을 실행하기 위해 설계된 투영 노광 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은, 투영 노광 방법을 실행하기 위해 적절한 레이저 방사원 및 또한 레이저 방사원용 대역폭 협소화 모듈을 제공하기 위한 것이다.
이러한 목적은, 청구항 1의 피쳐(feature)들을 포함하는 투영 노광 방법에 의해, 청구항 6의 피쳐들을 포함하는 투영 노광 장치에 의해, 그리고 또한 청구항 11의 피쳐들을 포함하는 레이저 방사원 및 청구항 14의 피쳐들을 포함하는 대역폭 협소화 모듈에 의해서 달성된다. 유리한 발전이 종속 청구항들에 상술되어 있다. 모든 청구항들의 표현은 상세한 설명의 내용에 참조로 통합되어 있다.
레이저 선의 스펙트럼 형상의 적절한 설정을 통해, 즉, 주 레이저 방사원에 의해 방출되는 레이저 방사의 스펙트럼 강도 분포의 설정을 통해, 색수차에 대한 레이저 방사원의 영향과 동적 얼룩의 나타남에 대한 레이저 방사원의 영향 사이의 균형에, 표적화된 방식으로, 영향을 미칠 수 있는 것이 인식되었다.
레이저 선의 적절한 스펙트럼 형상의 설정은 리소그래피 장치 및 프로세스의 설계에 있어서 지금까지 고려되지 않았던 자유도를 이루어낸다.
사용되는 레이저 선의 스펙트럼 강도 분포는 리소그래피 프로세스에 대한 2개의 정반대의 영향을 갖는다: 넓은 레이저 선은 색수차를 증가시키고, 좁은 레이저 선은 긴 코히어런스 시간을 초래하여 심각한 동적 얼룩을 초래할 수 있다. 지금까지는, 실질적으로 색수차만이 레이저 로드맵(roadmap)에 있어서의 드라이버(driver)였다. 따라서, 가장 협소한 가능성 있는 대역폭을 갖는 레이저 방사원을 개발하는데 상당한 노력이 있어왔다. 허용가능하게 낮은 CD 변화만을 가진 원래의 진정한 리딩(reading)을 달성하기 위해, 동적 얼룩이 또한 현저히 감소되어야 하고, 그리하여 양쪽의 영향들이 고려되어야 한다는 것이 인식되었다.
앞서 나타내어진 바와 같은 본 발명의 계통적 서술은, 프로세스에 있어서 색수차를 악화시키지 않고, 레이저 선의 스펙트럼 형상을 적합시키는 것에 의해 동적 얼룩이 최소화될 수 있는 방식을 기술한다. 이것은 다음과 같이 이해될 수 있다.
I(ω)를 레이저 선의 스펙트럼 형상으로 둔다. 더 간단한 기호법 때문에, 각주파수 ω는 이하에서 파장 λ 대신에 사용된다. 광의 속도 c0를 가진
Figure pct00001
에 기초하여, 모든 관련된 상황에 대해서 여기서 dλ 및 dω는 비례적임으로써(
Figure pct00002
), 각주파수 및 파장이 완전히 동등한 기호법이다. 또한, 이하에서는, 레이저 선이 각주파수 ω=0에서 그 중심을 갖는 것으로 가정되며, 그게 아니라면, 후술되는 방정식 (1)과 그 다음에 있어서 (ω-ω0)2는 ω2를 대신하여 매회 기입되어야 할 것이다.
색수차(또는 리소그래피 프로세스에 대한 그것의 영향)는 스펙트럼 분포의 제2 모멘트(moment)에 비례한다, 즉
Figure pct00003
대조적으로, 동적 얼룩은 시간적인 자기상관(autocorrelation) μ(Δt)에 의해 결정된다. 코히어런스 시간 τ는
Figure pct00004
에 의해
산출된다.
동적 얼룩은, 코히어런스 시간 τ이 작으면, 레이저 펄스내에서의 보다 정적인 독립적인 방사 분포들에 걸친 평균화에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 더 미약해지게 된다. 자기 상관은 푸리에 변환(FT)에 의해 표준화된 스펙트럼 강도 분포로부터 계산될 수 있다,
Figure pct00005
알려져 있듯이, 푸리에 변환은 L2 놈(norm)을 유지하며, 방정식 (2)는
Figure pct00006
에 등가이다.
리소그래피 프로세스에 대해서, 따라서, 방정식 (1) 및 방정식 (4)가 가능한 적은 스펙트럼 선 형상 I(ω)가 사용되는 경우에 최적이다. 단위 참작으로부터, 무차원 곱 ατ2는 관련 변수라는 것, 즉, 선 형상은 그것의 곱 ατ2가 작을수록, 리소그래피 프로스세스에 그만큼 더욱더 적합하다는 것이 직접적으로 명백하다. 이러한 곱이 레이저 선의 스펙트럼 형상을 파라미터화하기 때문에, 곱은 또한 이하에서, “선 형상 파라미터” ατ2 또는 간단히 “형상 파라미터” ατ2로서 표시된다.
몇몇의 실시예에 있어서, 선 형상 파라미터 ατ2에 대해서, 조건 ατ2 < 0.1이 참이다. 특히, 조건 ατ2 ≤ 0.09 또는 ατ2 ≤ 0.08가 만족될 수 있다.
추가적인 배경의 이해를 위해서, 스펙트럼 선의 선 폭 및 프로파일(profile)에 관한 몇몇의 원리가 먼저 언급되어야 한다. 원자계의 2개의 에너지 레벨들간의 천이에 기반하는 전자기 방사의 방출에 있어서, 대응하는 스펙트럼 선들의 주파수는 엄격히 단일 파장은 아니다. 중심 주파수 주위의 방출 강도의 강도의 주파수 분포가 관찰된다. 중심 주파수에서 존재하는 최대 강도의 절반으로 떨어진 강도에서의 이러한 2개의 주파수들 사이의 주파수 간격은 반치전폭(full width at half maximum; “FWHM”)으로 불린다. “대역폭”이라는 용어는 또한 이러한 응용에 있어서의 반치전폭에 대해 사용된다. 일반적으로, 반치전폭내에서의 스펙트럼 영역은 라인 코어(line core)로서 표시되고, 라인 코어의 외측의 양측의 영역들은 라인 윙(line wing)으로서 표시된다.
여기된 원자내 전자는, 전자기 방사(자연 방출)의 형태로 다시금 그 여기 에너지를 방출한다. 자연 방출동안에, 원자는 엄격히 단일 파장적인 방사를 방출하지 않고, 오히려 방출된 방사는 주파수-종속적 내부 분포를 갖는다. 외부 영향 없이, 원자는 로렌츠 프로파일에 의해 기술되는, 소위 “자연적 선 형상”을 가진 방사를 방출한다. 로렌츠 프로파일의 반치전폭은 소위 방출 프로세스의 자연적인 선 폭이다.
하지만, 레이저 물리학의 영역에 있어서, 로렌츠 프로파일은 오로지, 선의 중심의 바로 부근, 즉 중심 주파수 주위에서만 유효한 대강적인 근사이다. 레이저 물리학에서 널리 사용되는 현실적인 접근법은, 상이한 레이저 형상들의 비교를 위한 현실적인 기준으로서의 역할을 할 수 있는 수정된 로렌츠 곡선의 것이다. 이것은, 바람직한 예시적인 실시예들의 상세한 설명에서 매우 상세히 설명될 것이다.
수정된 로렌츠 곡선의 경우에 있어서 선 형상 파라미터와 비교하여 선 형상 파라미터 ατ2의 현저한 감소는, 스펙트럼 강도 분포 I(ω)가 폭 σ의 가우스 곡선에 실질적으로 대응할 때, 달성될 수 있으며, 여기서, α = σ2/2 및
Figure pct00007
는 가우스 곡선의 경우에 있어서 참이다. 스펙트럼 강도 분포 I(ω)는, 가우스 곡선을 측정된 강도 프로파일에 맞추는 것에 있어서, 작은 편차 또는 오차, 예컨대, 10% 미만의 또는 8% 미만의 또는 5% 미만의 또는 2% 미만의 오차만이 발생하는 경우에 특히 가우스 곡선에 실질적으로 대응한다.
선 형상 파라미터 ατ2의 추가적인 감소는, 스펙트럼 강도 분포 I(ω)가 포물선 형상을 실질적으로 가질 때, 가능하다. 스펙트럼 강도 분포 I(ω)는, 포물선을 측정된 강도 프로파일에 맞추는 것에 있어서, 작은 편차 또는 오차, 예컨대, 15% 미만의 또는 10% 미만의 또는 8% 미만의 또는 5% 미만의 또는 2% 미만의 오차만이 발생하는 경우에 특히 포물선 형상에 실질적으로 대응한다. 가우스 곡선 또는 수정된 로렌츠 곡선과 비교하여, 포물선 형상의 경우에 있어서, 라인 윙의 영역에서의 더 적은 방사 에너지 및 라인 코어의 영역에서의 대응하여 더 많은 방사 에너지가 또한 있고, 그것은 색수차 및 얼룩에 관한 최적화에 유리한 것으로 입증되었다. 특히, 포물선 강도 프로파일의 측면은 프로파일 I(ω)에 있어서의 변곡점을 갖지 않으며, 그것은, 포물선 프로파일의 경우에 있어서, 상대적으로 대량의 에너지가 라인 코어의 영역에 놓이고 상대적으로 적은 에너지가 라인 윙의 영역에 놓인다는 것을 매우 분명하게 한다.
본 발명은 또한, 조건 ατ2 ≤ 0.3이 참인, 레이저 방사를 방출하기 위한 주 레이저 방사원을 포함하는 투영 노광 장치에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 조건 ατ2 ≤ 0.3이 참인, 레이저 방사를 방출하기 위한 레이저 방사원에 관한 것이다.
본 발명은 또한 레이저 방사원에 대한 대역폭 협소화 모듈에 관한 것이고, 여기서, 대역폭 협소화 모듈은, 그곳에 장비된 레이저 방사원이 조건 ατ2 ≤ 0.3이 참인 레이저 방사를 방출하도록, 설계되어 있다.
상기한 그리고 추가적인 피쳐들은 청구 범위로부터만 드러나는 것이 아니고, 개개의 피쳐들이 각각의 경우에 있어서 그 자체에 의해 또는 본 발명의 실시예들에 있어서 그리고 다른 분야에 있어서 복수의 서브콤비네이션(subcombination)의 형태로서 실현될 수 있고 유리한 그리고 본래 부여되어 있는 보호 가능한 실시예들을 이룰 수 있는, 상세한 설명 및 도면으로부터 또한 드러난다. 본 발명의 예시적인 실시예들은 도면에 예시되며 하기에서 더욱 상세히 설명된다.
본 발명은, 이미지 생성에 대한 색수차의 영향을 동시에 증가시키지 않고, 종래의 시스템 및 방법과 비교하여 이미지 생성에 대한 시간적으로 변화하는 얼룩의 영향을 감소시키도록 설계되고, 주 광원으로서 레이저와 더불어 동작하는, 투영 노광 방법 및 상기 방법을 실행하기 위해 설계된 투영 노광 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은, 투영 노광 방법을 실행하기 위해 적절한 레이저 방사원 및 또한 레이저 방사원용 대역폭 협소화 모듈을 제공할 수 있다.
도 1은 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 2는, 도 2a에서 레이저의 개략적인 스펙트럼 선 프로파일을 나타내고, 도 2b에서 완전하게 색채적으로 교정되지 않은 투영 대물렌즈를 이용할 때 초점 위치에 대한 레이저 방사원의 유한 스펙트럼 대역폭의 영향을 나타낸다.
도 3은 일반적인 레이저의 레이저 방사의 스펙트럼 특성에 관한 도면을 나타낸다.
도 4는 레이저 방사의 상이한 가능성 있는 스펙트럼 선 형상들을 개략적으로 나타낸다.
도 5는 대역폭 협소화 모듈이 있는 엑시머 레이저의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 1은, 반도체 부품 및 다른 정교한 구조의 장치의 제조에 사용될 수 있고 수분의 1 마이크로미터 아래의 해상도를 획득하기 위해서 원자외선 영역(deep ultraviolet range)(VUV)로부터의 전자기 방사 또는 광과 더불어 동작하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치(100)의 일 예를 나타낸다. 대략 193 nm의 동작 파장을 갖는 ArF 엑시머 레이저는 주 광원(102)으로서 역할을 하며, 그 레이저의 직선 편광된 레이저 빔이 조명계의 광학 축(103)에 관하여 동축으로 조명계(190)내로 결합된다. 다른 UV 레이저 방사원, 예컨대, 157 nm의 동작 파장을 갖는 F2 레이저, 또는 248 nm의 동작 파장을 갖는 KrF 엑시머 레이저가 마찬가지로 가능성이 있다.
광원(102)으로부터의 편광된 광은, 빔 확대기(beam expander)(104)로 먼저 들어가고, 그것은 예컨대, 코히어런스를 감소시키고 빔 단면을 증가시키는 역할을 한다. 확대된 레이저 빔은, 다수의 광학 부품 및 그룹을 포함하고, 조명계(190)의 하류 동공 형상화 면(110)에 있어서, 제2의 광원으로서 또는 “조명 동공”으로서 또한 나타내어지는 로컬(local)의 (2차원) 조명 강도 분포를 생성하도록 설계되어 있는, 동공 형상화부(150)내로 들어간다. 동공 형상화 면(110)은 조명계의 동공면이다.
동공 형상화부(150)는, 상이한 로컬의 조명 강도 분포들(즉 상이한 구조의 제2 광원들)이 동공 형상화부의 구동에 따라 설정될 수 있도록, 다양한 방식으로 설정될 수 있다. 도 1은 원형 조명 동공의 다양한 조명들, 즉 중심화된, 원형의 조명 스폿, 2극의 조명(DIP) 또는 4극의 조명(QUAD)을 가진 일반적인 설정(CON)을 예로서 개략적으로 나타낸다.
동공 형상화면(110)에 바로 근접하여 배열되어 있는 것이 광학 래스터 요소(optical raster element)(109)이다. 후자의 하류에 배열되어 있는 커플링-인 광학부(coupling-in optical unit)(125)는, 조정 가능한 필드 조리개(field stop)로서 역할을 하는, 레티클/마스킹 시스템(REMA)122)이 배열되어 있는, 중간 필드면(intermediate field plane)(121)상으로 광을 전한다. 필드-정의 요소(field-defining element; “FDE”)로서 또한 나타내어지는 광학 래스터 요소(109)는 회절 또는 굴절 광학 요소들의 2차원 배열을 갖고, 입사 방사를, 그것이 필드면(121)의 영역에 있어서 하류의 커플링-인 광학부(125)를 통과한 후에 직사각형의 조명 필드를 조명하도록 모양 짓는다. 방사는 부분적인 빔 다발들의 슈퍼임포지션(superimposition)에 의해 추가적으로 균질화됨으로써, FDE가 필드 형상화 및 균질화 요소로서 역할을 한다.
하류의 이미징 대물렌즈(140)(REMA 대물렌즈로도 불림)는 중간 필드 면(121)을 필드 조리개(122)로, 예컨대, 2:1과 1:5 사이에 놓일 수 있는, 그리고 본 실시예에 있어서 대략 1:1인 스케일로, 레티클(160)(마스크, 리소그래피 원본) 상에 이미징한다.
레이저(102)로부터 광을 수신하는 그리고 레티클(160)상으로 지향되는 광 조명 방사로부터 모양을 취하는 이러한 광학 요소는 투영 노광 장치의 조명계(190)에 속한다.
조명계의 하류에 배열되어 있는 것은, 레티클상에 배열된 패턴이 투영 대물렌즈(170)의 오브젝트 면(165)에 놓이도록 그리고 이러한 면에 있어서 스캐너 동작에 대해서 스캔 드라이브의 도움으로 광학축(103)(z 방향)에 수직한 스캔 방향(y 방향)으로 이동될 수 있도록, 레티클(160)을 홀드하고 조작하기 위한 디바이스(171)이다.
레티클 면(165)의 하류에는, 축소 대물렌즈(reducing objective)로서 역할을 하고, 마스크(160)에 배열된 패턴의 이미지를 축소된 스케일로, 예컨대, 1:4 또는 1:5의 스케일로, 포토레지스트 층(photoresist layer)으로 코팅된 웨이퍼(180)상으로 이미징하는 투영 대물렌즈(170)가 뒤따르며, 상기 웨이퍼의 감광면은 상기 투영 대물렌즈(170)의 이미지면(175)에 놓인다. 굴절, 반사굴절 또는 반사 투영 대물렌즈들이 가능하다. 다른 축소 스케일, 예컨대, 1:20 또는 1:200까지의 더 많은 축소도 가능하다.
예시의 경우에 반도체 웨이퍼(180)인, 노광될 기판은, 웨이퍼를 광학축에 수직한 레티클(160)과 동기적으로 이동시키기 위해 스캐너 드라이브를 포함하는 디바이스(181)에 의해 홀드되어 있다. 투영 대물렌즈(170)의 설계에 따라(예컨대, 중간 이미지가 없는 또는 접히거나 접히지 않은 중간 이미지가 있는), 이러한 이동이 서로에 관하여 나란하거나 나란하지 않은 방식으로 유효해질 수 있다. “웨이퍼 스테이지(wafer stage)”로서 또한 나타내어지는 디바이스(181), 및 “레티클 스테이지”로서 또한 나타내어지는 디바이스(171)는 스캔 제어 디바이스에 의해 제어되는 스캐너 디바이스의 부분이다.
동공 형상화면(110)은, 최근접한 하류의 동공면(145)에 관하여 그리고 투영 대물렌즈(170)의 이미지측 동공면(172)에 관하여 광학적으로 결합되는 위치에 또는 그 위치 근처에 놓인다. 따라서, 투영 대물렌즈의 동공(172)에서의 공간적인(로컬의) 광 분포는 조명계의 동공 형상화 면(110)에서의 공간적인 광 분포(공간적 분포)에 의해 결정된다. 동공면들(110, 145, 172) 사이에는, 각각 개개의 동공면들에 관하여 푸리에-변환된 면들인 필드면들이 광학 빔 경로에 놓인다. 이것은, 특히, 동공 형상화면(110)에서의 조명 강도의 정의된 공간적인 분포가, 결국에 레티클(160)에 입사하는 조명 방사의 특정적인 각진 분포에 대응하는, 하류의 필드 면(121)의 영역에서의 조명 방사의 특정적인 각진 분포를 만든다.
레이저 방사원(102)은 파장 λ에 따른 또는 각주파수 ω에 따른 특정의 공간적 강도 프로파일 I(ω)을 갖는 레이저 방사를 방출한다. 완전히 색채적으로 교정되지 않은 투영 대물렌즈를 이용할 때의 이미지 품질에 대한 유한의 대역폭을 갖는 광원의 사용의 효과들이 도 2를 참조하여 개략적으로 설명된다.
이러한 목적을 위해, 도 2a는 레이저 방사원(LS)의 스펙트럼 강도 프로파일 I(ω)을 개략적으로 나타낸다. 최대 강도, I0는 중심 주파수 ω0에 있다. 강도가 최대 값의 절반으로 떨어진 2개의 주파수들 ω1 및 ω2 사이의 주파수 간격
Figure pct00008
는 반치전폭(FWHM)으로 불린다. 레이저 선이, 총 신호에 대한 상이한 강도들의 원인이 되는 상이한 파장들을 포함한다는 것이 명백하다. 반치전폭내의 스펙트럼 영역은 라인 코어로도 나타내어지며, 외부의 영역들은 라인 윙으로서 나타내어진다.
도 2b는, 오브젝트면에 관하여 광학적으로 결합되어 있는 이미지면(IS)의 영역내로 투영 대물렌즈의 오브젝트면(OS)에 놓여있는 패턴(PAT)을 이미징하는 이미징 시스템을 표현하는, 광학축(OA)에 관하여 동축으로 배열되어 있는 2개의 렌즈 요소(L1, L2)를 갖는 투영 대물렌즈(PO)을 개략적으로 나타낸다. 애퍼쳐 조리개(aperture stop)(AS)는 이미징의 유효한 이미지측 개구수(NA)를 정의하고, 대물렌즈의 동공면의 부근에 배열되어 있다. 마스크의 패턴(PAT)은, 조명계에 의해 제공되는 조명 광을, 애퍼쳐 조리개에 의해 범위가 정해지는 빔 경로의 외부 에지에서, +1차의 회절차수 그리고 또한 -1차의 회절차수 그리고 광학축을 따라 0차의 회절차수로 회절시키는 회절 격자로서 개략적으로 예시되어 있다.
광대역 레이저 방사원(LS)은 상이한 강도들을 갖는 상이한 파장들을 갖는 방사를 방출하고, 여기서, 가시의 스펙트럼 영역에서의 광의 컬러들에 따라서, 평균 파장은 “녹색”에 대해서 “g”로 표시되고, 최대 파장은 “적색”에 대해 “r”로 표시되며 최소 파장은 “청색”에 대해 “b”로 표시된다. 260nm 아래의 원자외선 영역으로부터의 파장들에 대한 비율이 상응하게 적용되어야한다는 것은 말할 나위도 없다. 색채적으로 교정되지 않은 시스템의 경우에 있어서, 상대적으로 더 짧은 파장 (b)의 초점면이 그러면 광학계에 더 가깝게 놓이고, 상대적으로 더 긴 파장 (g) 및 (r)이 투영 대물렌즈로부터 더 멀리 누진적으로 포커싱된다. 하지만, 노광될 기판, 예컨대 반도체 웨이퍼는 파장들 중 하나에 관해서만 초점 영역내로 정확히 오게 될 수 있고, 다른 파장들의 초점 위치들이 그러면 노광될 표면 외부에 놓인다.
초점 위치는 파장에 대해서 직선적으로 제1 근사로 변화한다(색채적으로 교정된 대물렌즈의 경우에 있어서 이러한 효과는 파장에 대해서 단지 2차적일 것이다). 임계 치수의 변화(ΔCD)는 따라서 파장에서의 변화와 더불어 2차적으로 나타난다. 색수차, 또는 리소그래피 프로세스에 대한 그것의 효과가, 이러한 응용의 목적을 위해서, 하기가 참인, 수차 파라미터 α에 의해 파라미터화되는, 스펙트럼 분포의 제2 모멘트에 비례한다는 것이 명백하다:
Figure pct00009
여기서 매우 상세히 설명되는 바와 같은 초점 위치의 파장 종속과 나란히, 색수차가 또한 확대 스케일의 파장 종속을 포함한다. 이러한 효과는 또한 수차 파라미터 α에 의해 포함된다.
리소그래피 프로세스에 영향을 미치는 여기서의 고려하의 제2의 영향 변수는 동적 얼룩이다. 얼룩은, 레이저 빔의 상이한 부분들간의 제어되지 않거나 제어될 수 없는 간섭의 결과로서 발생한다. 간섭은 100%의 콘트라스트(contrast)에 대응하는 몇몇의 개소에서의 소광(消光)을 초래한다. 얼룩 패턴의 정확한 형태는, 시간의 경과에 따라 변화하는 레이저 빔의 상이한 부분들의 위상 관련에 좌우된다. 이러한 시간적인 강도의 파동은 기술 문헌에서 “시간적 얼룩” 또는 “동적 얼룩”으로서 칭해진다. 이러한 경우들에 있어서 콘트라스트를 감소시킬 가능성만이, 레이저 펄스의 지속 시간 동안에 많은 상이한 얼룩 패턴들의 슈퍼임포지션에 있어서 존재한다는 것이 고려되면, 이것은 얼룩 패턴을 신속하게 변화시키는 방법의 문제로 이끈다. 다수의 독립적인 얼룩 패턴들은, 레이저 방사의 위상 상관 시간에 의해 분할되는, 레이저 펄스의 지속 시간으로부터 초래된다. 상관 시간은 결국 레이저 방사에 있어서의 광의 상이한 주파수들로부터 초래된다, 즉, 그것은 방출되는 강도 스펙트럼의 선 형상과 관련된다. 이러한 응용의 목적을 위해서, 상기 상관 시간 또는 코히어런스 시간 τ은 하기의 방정식으로부터 초래된다:
Figure pct00010
상기한 방정식은, 광원의 시간적 코히어런스 및 그것의 스펙트럼 대역폭간에 관계가 있다는 것을 나타낸다. 양쪽의 변수들이 유효하게 정의된다면, 변수들이 서로 반비례한다는 것이 명백하다. 추가적인, 더 많은 강도 분석은 광원에 의해 방출되는 방사의 스펙트럼 형상이 또한 이러한 관계에 영향을 미친다는 것을 나타낸다.
수차 파라미터 α는 대역폭의 제곱에 비례하고, 코히어런스 시간 τ는 대역폭의 역수에 비례한다. 이러한 통찰로부터의 중요한 하나의 결론은 곱 ατ2 가 대역폭에 독립적이다. 이것은 결국, 리소그래피 프로세스에 대한 레이저 방사원의 대역폭이 기술적 파라미터를 기초로 선택될 수 있다는 것 그리고 선 형상 파라미터 ατ2에 의해 파라미터화되는 스펙트럼 선 형상은, 동적 얼룩의 생성에 대한 방사원의 영향 및 색수차에 대한 방사원의 영향 사이에서의 최적화를 달성하기 위해, 자유 파라미터인채로 남는다는 것을 의미한다.
선 형상 파라미터의 크기가, 다양한 레이저 선 형상에 대해서 하기에서 매우 상세하게 이제 설명될 것이다.
교과서적으로, 레이저 선의 스펙트럼 형상이 로렌츠 프로파일이라고 종종 설명된다:
Figure pct00011
하지만, 이것은, 선의 중심에 바로 근접하여 유효한 대충 근사일 뿐이다. 레이저 물리학에서 널리 사용되는 보다 유리한 접근법은 수정된 로렌츠 곡선의 그것이다.
Figure pct00012
색수차 α가 발산하지 않도록, 즉, 광학 리소그래피가 어쨌든 가능하도록, ν>3인 것이 필요하다. 색수차에 대해서, 그러면
Figure pct00013
이 명백하고,
코히어런스 시간에 대해서
Figure pct00014
이 명백하다.
ν에 대한 값은 FWHM(반치전폭) 및 E95 값(에너지의 95%는 이러한 주파수 영역내에 있음)으로부터 계산될 수 있다. 이러한 값들은 따라서 스테레오스코픽(spectroscopic) 측정 기술을 통해 액세스될 수 있다.
기준 레이저로서의 XLA-360 레이저에 대한 측정 데이터로부터, 예컨대, ν=3.2인 것이 발견되었다. 선 형상 파라미터 ατ2가 ν의 함수로서 플로트(plot)될 경우에, 이것은 도 3에 나타낸 곡선을 초래한다. 점(dot)은, 대략적으로 ατ2 = 0.38의 선 형상 파라미터의 값에 대응하는 상업적으로 가용한, “실제” 레이저의 값 ν=3.2를 마킹한다. ν→∞에 대한 ατ2의 한계는 ατ2 = 1/12(또는 ατ2
Figure pct00015
0.083)임으로써, ν=4.5를 넘어서는 약간의 개선만이 달성될 수 있다.
생각할 수 있는 스펙트럼 선 형상들로서 수정된 로렌츠 함수들에 대한 한정에서조차도, ατ2는 따라서 기준 레이저에 비해 3배보다 더 많이 개선될 수 있다.
다른 스펙트럼 선 형상들, 특히 포물선 형상이 허용된다면, 더 많은 개선이 더욱 가능하며, 그것은 하기에서 설명될 것이다.
ν=3.2 내지 ν=3.75의 범위에서 정확해지도록, 상이한 상업적으로 가용한 레이저들에 대해서 ν에 대한 상이한 표시들이 존재한다. 차이들이 레이저들의 부분에만 기인될 수 있으나, 측정 및 평가를 위해 다른 부분에 관해서 기인될 수 있다고 가정한다. 그것은, 따라서, 개개의 레이저들에 대한 개선 잠재력이 얼마나 큰지를 평가하기 위해 남아 있는다. XLA-360에 대한 측정된 레이저 프로파일의 집적 적분은 ατ2
Figure pct00016
0.26의 결과를 가져오며, ν의 연산적 적합(computational fit)을 통하는 우회는 대략적으로 ατ2 = 0.36의 결과를 가져온다(도 3 참조).
이러한 수들은, 수정된 로렌츠 함수에 대해서 제한 값 1/12
Figure pct00017
0.083 및 포물선 형상에 대해서 9/125
Figure pct00018
0.072와 비교되어야 한다.
본 발명의 장점들을 얼마간 더 분명하게 하기 위해서, 간단한 예들이 도 4를 참조하여 여기에 나타내어진다:
도 4a에 나타내어진 선 형상 I(ω)는 폭 Δ을 갖는 (스펙트럼의) 플랫 톱(flat top)인 것으로 간주되어진다. 그것은 그러면 α = Δ2/12가 방정식 (1)로부터 초래되고, τ = 1/Δ가 방정식 (4)로부터 초래되는 경우이다. 곱 또는 선 형상 파라미터는 따라서 ατ2 = 1/12 (
Figure pct00019
0.083)이다.
폭 σ을 갖는 (주파수의 함수로서의) 가우스 곡선이 I(ω)에 대해서 대신하여 가정되면(도 4b), α = σ2/2가 방정식 (1)로부터 초래되고
Figure pct00020
가 방정식 (4)로부터 초래된다. 곱 또는 선 형상 파라미터 ατ2는 따라서 ατ2 = 1/(4π)
Figure pct00021
0.080이다.
곱 ατ2는 따라서 플랫 톱에 대해서보다 가우스 곡선에 대해서 얼마간 더 작다. 따라서, 얼마간 더 짧은 코히어런스 길이 및 따라서 더 적은 얼룩이, 가우스 곡선이 부여한 일정한 색수차에 대해서 달성될 수 있다. 대안적으로, 동일한 얼룩이 주어지면, 가우스 곡선이 플랫 톱 대신에 사용되는 경우에, 색수차가 감소될 수 있다. 환언하면: 이미지 생성에 대한 색수차의 영향을 동시에 증가시키지 않고, 일반적인 시스템 및 방법에 비해서 이미지 생성에 대한 시간적으로 변화하는 얼룩의 영향을 감소시키는 것이 중요하다면, 가우스 형상을 갖는 레이저 선이 광학 리소그래피에 플랫 톱보다 더 잘 적합하다.
방정식 (1) 및 방정식 (4)에 따른 곱 ατ2이 최소화되도록 의도된 조건은 수학적으로 잘 정의된 문제를 만든다. 하기의 최적화된 선 형상은 몬테 카를로 시뮬레이션(Monte Carlo simulation)에 의해 결정되었다. 이러한 최적화된 변형에서의 레이저 선은 컷-오프(cut-off) 포물선의 형상을 갖는다(도 4c를 또한 참조).
Figure pct00022
이러한 곡선 형상에 대해서, α = Δ2/5 및 τ = 3/(5Δ), 및 결과적인 곱 ατ2는 ατ2 = 9/125이며, ατ2
Figure pct00023
0.072에 대응한다. 상이한 곡선 형상들에 대한 곱들(선 형상 파라미터들) ατ2는 따라서
플랫 톱: ατ2 = 1/12
Figure pct00024
0.083
가우스 곡선: ατ2 = 1/(4π)
Figure pct00025
0.080
포물선 형상: ατ2 = 9/125
Figure pct00026
0.072
포물선 형상은 따라서 가우스 프로파일 또는 플랫 톱 프로파일보다 실제로 더 낫다.
예들은, 여기서 설명된 문제에 대해서, 강도 프로파일의 측면의 영역들에서 발생하는 것이 중요하다는 것을 나타낸다. 예컨대, 옆면들내에서의 총 에너지의 1%가 시프트(shift)되면, 이것은, 라인 코어 내의 총 에너지의 1%가 시프트되는 경우보다 더 큰 자릿수들인 영향을 갖는다. 따라서, 레이저 선 형상은 최소 가능성의 측면 기여를 가져야 하며, 여기서 “측면”이라는 용어는 여기에서 라인 코어와 라인 윙 사이의 천이 영역을 실질적으로 나타낸다. 이러한 점에서, 가우스 곡선은 포물선보다 더 넓은 측면을 갖는다 - 측면은 가우스 곡선의 경우에 있어서 이론적으로 무한으로 가지만, 그것들은 포물선인 경우에 있어서는 유한의 범위만을 갖는다. 만약, 대조적으로, 측면들이 플랫 톱의 경우에서와 같이 완전하게 컷 오프이면, 외부의 모든 것은 결국은 측면의 타입이기 때문에, 코어의 부분은 이제 측면이 된다. 플랫 톱의 경우에 있어서는, 따라서, 매우 높은 강도를 갖는 영역이 측면이 된다. 포물선은 따라서 근원적인 문제의 배경에 대한 매우 좋은 절충이다.
도 5를 참조하면, 엑시머 레이저의 경우에 있어서의 스펙트럼 선 형상에 영향을 미칠 하나의 가능성이 일 예를 기초로 하여 주어질 것이다. 엑시머 레이저들은 현재, DUV 및 VUV 영역에서 마이크로리소그래피용으로 주요하게 사용되는 주 광원이다. 엑시머 레이저는 많은 상이한 공간적인 모드들을 변동시키며 다른 타입의 레이저에 비해서 낮은 정도의 공간적 코히어런스를 갖는다. 또한, 상대적으로 넓은 스펙트럼이 방출되며, 그것은 낮은 시간적 코히어런스를 의미한다. 추가적인 인자는, UV 영역에서의 일반적인 비-레이저 원의 경우에서보다 현저히 더 높은 방출 파워(emission power)이다. 엑시머 레이저의 본래의 대역폭은 수백 pm의 범위일 수 있고 따라서 마이크로리소그래피에 적합한 협소한 대역폭을 산출하기 위해서는 현저히 협소화되어야 한다. 따라서, 마이크로리소그래피용 엑시머 레이저에는 소위 대역폭 협소화 모듈이 장비되어 있다. 도 5로부터의 레이저 방사원의 경우에 있어서, 대역폭 협소화 모듈(510)은 레이저의 후향 공진기 터미네이션(backward resonator termination)을 형성하고, 파장-선택 반사에 의해 방출된 레이저 방사의 대역폭을 감소시키는 기능을 갖는다. 확대 또는 가스 방출 챔버(520)의 후방 커플링-아웃 윈도우(rear coupling-out window)의 부근에는, 줄지어 놓인 4개의 적절하게 배열된 프리즘을 포함하는 빔 확장부(512)가 있다. 확장된 레이저 빔은 리트로우(Littrow) 구성의 에셀 격자(echelle grating)(530)에 충돌함으로써, 입사 확장된 레이저 빔이 그 자신에 반사된다. 이러한 기본 구성은 그 자체가 알려져 있다. 레이저의 스펙트럼 선 프로파일은 이제 에셀 격자(530)의 스펙트럼 반사율에 의해 실질적으로 결정된다. 격자의 블레이즈드 룰링(blazed ruling)에 의해, 또는 몇몇의 다른 방식으로, 격자의 높이 프로파일은, 나오는 레이저 빔(550)에 있어서의 요구되는 스펙트럼 강도 분포를 만드는 그러한 방식의 제조 동안에 정의될 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 에셀 격자(530)의 높이 프로파일은, 레이저(500)에 의해 방출되는 레이저 방사(550)가 방정식 (10)에 표시된 기술에 의해 실질적으로 파라미터화될 수 있는 하향하여 개방된 포물선 모양의 스펙트럼 선 형상을 갖도록, 설계되어 있다.
방출된 레이저 빔의 요구되는 스펙트럼 선 형상은 대역폭 협소화 모듈용 반사 격자(530)의 제조 동안에 미리 정해진다. 이러한 선 형상의 원인이 되는 반사 격자의 높이 프로파일은 역산(back-calculation)에 의해 그로부터 결정된다. 반사 격자는 그 다음에, 그 자체가 알려져 있는 제조 방법들, 예컨대 블레이즈드 룰링에 의해 만들어진다.
리소그래피 프로세스가 스펙트럼 선 형상의 적절한 설정에 의해 개선될 수 있는 방식이 나타내어졌다. 선 형상 파라미터 ατ2의 4의 배수는 - 동일한 색수차가 주어지면 - 배수 2만큼 더 짧은 코히어런스 시간, 및 그러므로
Figure pct00027
의 배수만큼의 얼룩 감소를 의미한다. 동일한 얼룩 감소는, 이것이 대략 20%만큼의 트랜스미션(transmission)을 감소시킬지라도, 펄스 연장기(pulse stretcher)에 의해 펄스 길이를 배증하는 것에 의해 또한 달성될 수 있다. 대조적으로, 코히어런스 시간을 감소시킬 목적을 위한 대역폭에 있어서의 증가는 오브젝트에 있어서의 더 나은 컬러 교정을 위한 돈이 많이 드는 수단을 필요로 할 것이다. 대조적으로, 레이저의 스펙트럼 시간 형상의 제안된 설정은 상대적으로 부정적인 결과를 갖지 않는 기술적인 수단이다.

Claims (16)

  1. 적어도 하나의 이미지의 패턴의 마스크가 투영 대물렌즈의 오브젝트 면(object surface)의 영역에 배열되어 있는 상기 투영 대물렌즈의 이미지 면의 영역에 배열된 방사-감응(radiation-sensitive) 기판의 노광을 위한 투영 노광 방법으로서,
    각주파수 ω에 따른 스펙트럼 강도 분포 I(ω)를 갖는 레이저 방사를 생성하는 단계로서, 상기 레이저 방사는,
    Figure pct00028
    에 따른 수차 파라미터(aberration parameter) α 및
    Figure pct00029
    에 따른 코히어런스 시간(coherence time) τ를 또한 특징으로 할 수 있는 단계;
    상기 마스크에 지향되는 조명 방사를 생성하기 위해 조명계내로 상기 레이저 방사를 도입시키는 단계; 및
    투영 대물렌즈의 조력으로 상기 패턴을 상기 기판상으로 이미징(imaging)하는 단계를 포함하며,
    상기 스펙트럼 강도 분포는, 선 형상 파라미터(line shape parameter) ατ2에 대해서, 조건 ατ2 ≤ 0.3이 참(true)이도록 설정되는 투영 노광 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스펙트럼 강도 분포는, 상기 선 형상 파라미터 ατ2에 대해서, 조건 ατ2 ≤ 0.1이 참이도록 설정되는, 투영 노광 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 스펙트럼 강도 분포 I(ω)는 반치전폭 σ의 가우스 곡선에 대응하며, α=σ2/2 및
    Figure pct00030
    가 상기 가우스 곡선에 대해서 참인, 투영 노광 방법.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 스펙트럼 강도 분포 I(ω)는 포물선 형상을 갖는, 투영 노광 방법.
  5. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 스펙트럼 강도 분포의 최대는 260 nm보다 짧은, 특히 193 nm의 파장의 자외선 영역에 놓이는, 투영 노광 방법.
  6. 적어도 하나의 이미지의 패턴의 마스크가 투영 대물렌즈의 오브젝트 면의 영역에 배열되어 있는 상기 투영 대물렌즈의 이미지 면의 영역에 배열된 방사-감응 기판의 노광을 위한 투영 노광 장치로서,
    레이저 방사를 방출하기 위한 주 레이저 방사원;
    상기 레이저 방사를 수신하기 위한 그리고 상기 마스크에 지향되는 조명 방사를 생성하기 위한 조명계;
    투영 대물렌즈의 이미지 면의 영역에 상기 패턴의 이미지를 생성하기 위한 상기 투영 대물렌즈를 포함하며,
    상기 레이저 방사원은 각주파수 ω에 따른 스펙트럼 강도 분포 I(ω)를 갖는 레이저 방사를 생성하기 위해 설계되어 있고, 상기 레이저 방사는,
    Figure pct00031
    에 따른 수차 파라미터 α 및
    Figure pct00032
    에 따른 코히어런스 시간 τ을 특징으로 할 수 있으며;
    상기 스펙트럼 강도 분포는, 선 형상 파라미터 ατ2에 대해서, 조건 ατ2 ≤ 0.3이 참이도록 설정되는 투영 노광 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 스펙트럼 강도 분포는, 선 형상 파라미터 ατ2에 대해서, 조건 ατ2 ≤ 0.1이 참이도록 설정되는, 투영 노광 장치.
  8. 청구항 6 또는 7에 있어서,
    상기 스펙트럼 강도 분포 I(ω)는 반치전폭 σ의 가우스 곡선에 대응하며, α=σ2/2 및
    Figure pct00033
    가 상기 가우스 곡선에 대해서 참인, 투영 노광 장치.
  9. 청구항 6 또는 7에 있어서,
    상기 스펙트럼 강도 분포 I(ω)는 포물선 형상을 갖는, 투영 노광 장치.
  10. 청구항 6 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 강도 분포의 최대는 260 nm보다 짧은, 특히 193 nm의 파장의 원자외선(deep ultraviolet) 영역에 놓이는, 투영 노광 장치.
  11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 기재된 투영 노광 장치에서 사용하기 위한 각주파수 ω에 따른 스펙트럼 강도 분포 I(ω)를 갖는 레이저 방사를 생성하기 위한 레이저 방사원으로서,
    상기 레이저 방사는,
    Figure pct00034
    에 따른 수차 파라미터 α 및
    Figure pct00035
    에 따른 코히어런스 시간 τ를 특징으로 할 수 있으며,
    상기 스펙트럼 강도 분포는, 선 형상 파라미터 ατ2에 대해서, 조건 ατ2 ≤ 0.3이 참이도록 설정되는, 레이저 방사원.
  12. 청구항 11에 있어서,
    청구항 7 내지 10 중 적어도 하나의 청구항의 특징 부분의 피쳐(feature)들을 특징으로 하는 레이저 방사원.
  13. 청구항 11 또는 12에 있어서,
    상기 레이저 방사원의 공진기(resonator)의 레이저 방사의 파장-선택 반사를 위한 반사 격자(reflection grating)를, 상기 레이저 방사의 스펙트럼 강도 분포가 상기 반사 격자의 스펙트럼 반사율(reflectivity)에 의해 실질적으로 결정되도록, 포함하는 대역폭 협소화 모듈(bandwidth narrowing module)을 특징으로 하며, 상기 반사 격자의 높이 프로파일(height profile)은, 조건 ατ2 ≤ 0.3이 참인, 선 형상 파라미터 ατ2를 가진 상기 스펙트럼 강도 분포 I(ω)를 초래하도록 정의되는, 레이저 방사원.
  14. 청구항 11 내지 13 중 어느 한 항에 기재된 레이저 방사원용 대역폭 협소화 모듈로서,
    상기 레이저 방사원의 공진기의 레이저 방사의 파장-선택 반사를 위한 반사 격자를, 상기 레이저 방사의 스펙트럼 강도 분포가 상기 반사 격자의 스펙트럼 반사율에 의해 실질적으로 결정되도록, 포함하고, 상기 반사 격자의 높이 프로파일이, 각주파수 ω에 따른 스펙트럼 강도 분포 I(ω)가 레이저 방사에 대해서 초래하도록, 정의되는 것을 특징으로 하며,
    상기 레이저 방사는,
    Figure pct00036
    에 따른 수차 파라미터 α 및
    Figure pct00037
    에 따른 코히어런스 시간 τ를 특징으로 할 수 있으며,
    선 형상 파라미터 ατ2에 대해서, 조건 ατ2 ≤ 0.3이 참인, 대역폭 협소화 모듈.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 반사 격자의 높이 프로파일은, 상기 스펙트럼 강도 분포 I(ω)가 반치전폭 σ의 가우스 곡선에 실질적으로 대응하도록, 설계되어 있으며, α=σ2/2 및
    Figure pct00038
    가 가우스 곡선의 경우에 있어서 참인, 대역폭 협소화 모듈.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 반사 격자의 높이 프로파일은, 상기 스펙트럼 강도 분포 I(ω)가 실질적으로 포물선 형상을 갖도록, 설계되어 있는, 대역폭 협소화 모듈.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102969649A (zh) * 2012-12-20 2013-03-13 中国科学院光电研究院 准分子激光器复合腔
DE102014201749B4 (de) * 2014-01-31 2015-08-20 Sypro Optics Gmbh Mikrolinsenanordnung und Beleuchtungsvorrichtung zur gleichmäßigeren Ausleuchtung mit Mikrolinsenanordnung
JP6753934B2 (ja) * 2015-12-18 2020-09-09 エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． 光学システムおよび方法
DE102016122528A1 (de) * 2016-11-22 2018-05-24 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Verfahren zum Steuern oder Regeln einer Mikroskopbeleuchtung
DE102018209602B4 (de) * 2018-06-14 2022-05-12 Carl Zeiss Smt Gmbh Optische Baugruppe zur Verringerung einer spektralen Bandbreite eines Ausgabestrahls eines Lasers
NL2024760A (en) 2019-02-25 2020-08-31 Asml Netherlands Bv Radiation measurement system
CN110032045A (zh) * 2019-04-23 2019-07-19 柳江 一种光刻机
CN110187610B (zh) * 2019-06-14 2021-05-14 长春理工大学 一种激光直写光刻系统
KR20220005913A (ko) * 2020-07-07 2022-01-14 삼성전자주식회사 퓨필 이미지 기반 패턴 균일도 측정 장치와 방법, 및 그 측정 방법을 이용한 마스크 제조방법
JP2024500075A (ja) * 2020-12-23 2024-01-04 エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． 帯域幅及びスペックルに基づくリソグラフィプロセスの最適化
JPWO2022219690A1 (ko) * 2021-04-12 2022-10-20

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3358090B2 (ja) * 1992-01-13 2002-12-16 株式会社ニコン 照明装置、その照明装置を備えた露光装置、及びその露光方法を用いたデバイス製造方法
JP3312447B2 (ja) * 1993-11-15 2002-08-05 ソニー株式会社 半導体露光装置
JPH08306619A (ja) * 1995-05-01 1996-11-22 Canon Inc 露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法
JP3594384B2 (ja) 1995-12-08 2004-11-24 ソニー株式会社 半導体露光装置、投影露光装置及び回路パターン製造方法
US6898216B1 (en) * 1999-06-30 2005-05-24 Lambda Physik Ag Reduction of laser speckle in photolithography by controlled disruption of spatial coherence of laser beam
JP2001144355A (ja) * 1999-11-17 2001-05-25 Ushio Sogo Gijutsu Kenkyusho:Kk 狭帯域化エキシマレーザ装置
WO2002073670A1 (fr) * 2001-03-13 2002-09-19 Nikon Corporation Procede et systeme d'exposition, et procede de production d'un dispositif
EP1469347A1 (en) * 2003-04-17 2004-10-20 ASML Netherlands B.V. Lithographic apparatus and device manufacturing method
DE10343333A1 (de) * 2003-09-12 2005-04-14 Carl Zeiss Smt Ag Beleuchtungssystem für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
KR101339514B1 (ko) * 2004-12-01 2013-12-10 칼 짜이스 에스엠티 게엠베하 투사 노광 시스템, 비임 전달 시스템 및 광의 비임을발생시키는 방법
US7534552B2 (en) * 2004-12-23 2009-05-19 Asml Netherlands B.V. Lithographic apparatus and device manufacturing method
JP5361239B2 (ja) * 2008-04-09 2013-12-04 キヤノン株式会社 露光装置及びデバイス製造方法
JP5359461B2 (ja) * 2009-03-30 2013-12-04 株式会社ニコン レーザ装置、光源装置、これらの調整方法、光照射装置、露光装置、並びにデバイス製造方法

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