KR20130102078A - Euv 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치 및 마이크로리소그래피 노광을 위한 방법 - Google Patents

Euv 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치 및 마이크로리소그래피 노광을 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 패턴을 조명하기 위한 조명 시스템(1) 및 감광성 기판(5) 상에 상기 패턴을 이미징하기 위한 투영 오브젝티브(2)를 포함하는 UV 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치에 관한 것이다. 상기 투영 오브젝티브(2)는 옵스큐레이션을 갖는 동공 평면(30)을 갖는다. 상기 조명 시스템(1)은 각도 분포를 갖는 광을 생성한다. 상기 각도 분포는 극 각의 범위와 방위각의 범위에 걸쳐 연장하는 조명 극(35 및 36)을 가지고, 이 범위에서 상기 광 강도는 조명 극 최소값 보다 크다. 큰 극 각을 향하는 조명 극으로부터, 어두운 구역(41 및 42)이 제외되고, 여기서 상기 광 강도는 상기 조명 극 최소값보다 작고, 이 구역은 상기 동공 평면(30)의 옵스큐레이션의 형태에 대응하는 형태를 일부 영역에서 갖는다.

Description

EUV 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치 및 마이크로리소그래피 노광을 위한 방법{PROJECTION EXPOSURE APPARATUS FOR EUV MICROLITHOGRAPHY AND METHOD FOR MICROLITHOGRAPHIC EXPOSURE}
본 발명은 EUV 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 감광성 기판의 마이크로리소그래픽 노광을 위한 방법 및 투영 노광 장치의 조명 시스템의 조리개(diaphragm)에 관한 것이다.
EUV 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치는 극자외선, 즉 대략 100nm 미만의 동작 파장을 위해 설계된다. 특히, 동작 파장은 13.5nm 또는 7nm가 될 수 있다. 그러나, 광원 및 이미징 광학 소자의 이용가능성에 따라 다른 동작 파장을 사용하는 것 또한 가능하다.
이런 형태의 투영 노광 장치는 조명 시스템 및 투영 오브젝티브(projection objective)를 갖는다. 조명 시스템은 마스크나 레티클의 패턴을 조명하기 위한 바람직한 광 분포를 생성하기 위하여 사용된다. 투영 오브젝티브는 아주 높은 해상도로 감광성 물질에 조명된 패턴을 이미징하여, 구조화된 방식의 패턴을 갖는 감광성 물질을 노광하기 위해 사용된다. 감광성 물질에 노광된 패턴을 기반으로, 실제 구조는 예컨대 후속 작업 단계에 의해 반도체 물질에서 생성될 수 있다.
높은 해상도를 얻기 위해, 투영 오브젝티브는 높은 개구수를 가져야 한다. EUV 범위를 위한 투영 오브젝티브는 이미징 광학 소자로서 미러를 갖기 때문에, 높은 개구수를 얻는 것은 비교적 힘들다. 실현 가능한 하나의 형태는, 투영 오브젝티브의 동공 평면의, 특히 중앙에, 옵스큐레이션(obscuration)을 제공하는 것에 있다. 결과적으로, 예컨대 하나 또는 복수의 이미징 광학 소자의 천공(perforation)을 통해 이미징 빔 경로를 이끄는 것이 가능하다.
그러나, 동공 평면의 부분적인 영역만이 이미징에 기여하므로, 옵스큐레이션은 또한 문제를 유발할 수 있다.
본 발명의 하나의 목적은, 동공 평면의 옵스큐레이션에 의해 유발된 문제를 최소화하는 것이다.
이 목적은 투영 노광 장치, 마이크로리소그래픽 노광을 위한 방법, 및 대안적인 독립항에 따른 조리개에 의해 성취된다.
본 발명에 따른 EUV 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치는 패턴을 조명하기 위한 조명 시스템 및 감광성 기판상에 패턴을 이미징하기 위한 투영 오브젝티브를 갖는다. 투영 오브젝티브는 옵스큐레이션을 갖는 동공 평면을 갖는다. 조명 시스템은 각도 분포(angular distribution)를 갖는 광을 생성하고, 이러한 각도 분포는 조명 극을 가지고, 이 조명 극은 극 각(polar angle)의 범위 및 방위 각의 범위에 걸쳐 연장하고, 그 범위 내에서는 광 강도는 조명 극 최소값보다 크다. 조명 극으로부터 큰 극 각을 향해, 어두운 구역(dark zone)이 제외되고, 이 구역에서 광 강도는 조명 극 최소값보다 작고, 이 구역은 동공 평면의 옵스큐레이션의 형태에 대응하는 형태를 일부 영역에서 갖는다. 특히, 어두운 구역은 원호의 형태를 가질 수 있다.
이런 경우에, 극 각은, 패턴이 조명되는 방향에 대한 즉, 조명 시스템에 의해 생성된 광의 평균 전파 방향에 대한 조명 시스템에 의해 생성된 광선의 각도로서 정의된다. 일반적으로, 이러한 방향은 오브젝트 평면에 수직으로 나아가지 않는다. 각각의 경우 방위각은 상기 언급된 방향 주위의 원형상에서 조명 시스템에 의해 생성된 광선의 원주방향 위치를 명시한다.
본 발명에 따른 투영 노광 장치는, 높은 콘트라스트 비(contrast ratio)를 갖는 기판을 노광하는 것을 가능하게 만드는 장점을 갖는다. 특히, 어두운 구역은 패턴에 의해 옵스큐레이션으로 회절되고 이미지 생성에 궁극적으로 기여하기 보다는 백그라운드를 증가시켜서 콘트라스트를 감소시키는데 기여하는 광의 총 파워를 감소시킨다. 이것은, 주어진 이미징 조건 하에 적어도 하나의 회절 차수가 옵스큐레이션을 중첩하는 패턴의 구조를 회절하는 것에 적용된다.
어두운 구역은 일부 영역에서 조명 극에 의해 둘러싸일 수 있다. 이것은, 어두운 구역이 일부 영역에서 조명 극 내에 형성될 수 있다는 것을 의미한다. 마찬가지로, 어두운 구역이 조명 극에 의해 완전히 둘러싸이는 것 또한 가능하다. 이런 경우에, 어두운 구역은 조명 극 내에서 완전하게 형성된다.
조명 극은 적어도 방위각 범위 내에서 큰 극 각을 향해 오목한 방식으로 구현될 수 있다. 이것은, 적어도 하나의 회절 차수가 옵스큐레이션을 중첩하는 패턴의 회절 구조의 경우, 이러한 회절 차수에 대해서 역시 일반적으로, 옵스큐레이션에 측면으로 나란히 존재하는 광 강도가 여전히 존재하며, 이것이 이미지 생성에 기여한다는 장점을 갖는다.
어두운 구역의 외부 컨투어는 적어도 일부 영역에서 옵스큐레이션의 외부 컨투어에 대응할 수 있다. 특히, 어두운 구역의 외부 컨투어는 90˚의 방위각 범위에 걸쳐 연장하는 옵스큐레이션의 외부 컨투어의 적어도 부분적인 영역에 대응할 수 있다. 또한, 어두운 구역은, 이것의 외부 컨투어가 특히 방사 방향으로 동공 평면의 변위 동작에 의해 적어도 일부 영역에서의 옵스큐레이션의 외부 컨투어에 대응할 수 있도록 구현될 수 있다. 이런 식으로, 조명 극에서 총 포함된 광 파워와 이미지 생성에 기여하는 광 파워간의 바람직한 비율을 얻는 것이 가능하다. 이런 경우에, 조명 극에 포함된 광 파워는 조명 극에 대하여 통합된 광 강도를 의미하는 것으로 이해된다.
또한 본 발명은, 패턴을 조명하기 위한 조명 시스템 및 감광성 기판상에 패턴을 이미징하기 이한 투영 오브젝티브를 포함하는 EUV 마이크로리소그래피를 위한 투영 노광 장치에 관한 것이다. 투영 오브젝티브는 옵스큐레이션을 갖는 동공 평면을 갖는다. 조명 시스템은, 외부 조명 극을 갖는 각도 분포를 갖는 광을 생성하고, 이 조명 극은 극 각의 범위 및 방위각의 범위에 걸쳐 연장하고, 그 범위 내에서는, 광 강도는 외부 조명 극 최소값보다 크다. 더욱이, 각도 분포는 내부 조명 극을 가지며, 이 조명 극은 극 각 범위 및 방위각의 범위에 걸쳐 연장하고, 그 범위 내에서는, 광 강도는 내부 조명 극 최소값보다 크다. 내부조명 극의 각도 범위는 외부 조명 극의 각도 범위보다 작은 극 각을 갖는다. 또한, 광 강도의 내부 조명 극 최소 값은 외부 조명 극 최소값보다 크다.
투영 노광 장치의 이러한 실시예는, 외부 조명 극에 기인한 적어도 하나의 회절 차수가 옵스큐레이션을 중첩할 때도, 이미지 생성을 위해 이용가능한, 상당히 충분한 광 강도가 존재한다는 장점을 갖는다.
외부 조명 극과 내부 조명 극 사이의 광의 각도 분포는, 광 강도가 외부 조명 극 최소값과 내부 조명 극 최소값 보다 낮은 극 각의 범위를 가질 수 있다. 이것은, 외부 조명 극 및 내부 조명 극이 서로 분리될 수 있음을 의미한다.
외부 조명 극은 내부 조명 극보다 큰 영역을 갖는다. 결과적으로, 외부 조명 극과 내부 조명 극의 광 강도의 차이는 적어도 부분적으로 보상될 수 있다. 특히, 외부 조명 극과 내부 조명 극은 동일한 광 파워를 각각 가질 수 있다. 외부 조명 극의 광 파워와 내부 조명 극의 광 파워간의 편차가 10% 미만일 때, 이러한 조건이 충족되는 것으로 고려된다.
또한, 외부 조명 극과 내부 조명 극은 방위각의 동일한 범위에 걸쳐 연장할 수 있다. 이것은, 패턴의 조명의 방위각에 따르는 효과가 외부 조명 극 및 내부 조명 극에 대하여 동일한 방식으로 발생한다는 장점을 갖는다.
추가적으로, 본 발명은 패턴을 조명하기 위한 조명 시스템 및 감광성 기판상에 패턴을 이미징하기 위한 투영 오브젝티브를 포함하는 EUV 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치에 관한 것이다. 투영 오브젝티브는 옵스큐레이션을 갖는 동공 평면을 갖는다. 조명 시스템은 조명 극을 가지는 각도 분포를 갖는 광을 생성하고, 이 조명 극은 극 각의 범위 및 방위 각의 범위에 걸쳐 연장하고, 그 범위 내에서는 광 강도는 조명 극 최소값보다 크다. 광 강도는 큰 극 각으로부터 작은 극 각을 향해 조명 극 내에서 증가한다.
특히, 광 강도는 연속적으로 증가할 수 있다.
조명 극은, 옵스큐레이션의 에지에서의 극 각의 사인 값의 110% 미만의 사인 값을 갖는 극 각이 발생할 정도로 작은 극 각을 향해 연장할 수 있다. 이것은, 긴 주기를 갖는 회절 구조를 갖는 패턴의 이미징에 따라, 충분한 광 강도가 이미지 생성을 위해 이용가능하다는 장점을 갖는다. 특히, 조명 극은 옵스큐레이션까지 작은 극 각을 향해 연장할 수 있다.
조명 극은, 투영 오브젝티브의 오브젝트 측 개구수의 적어도 90%의 사인 값을 갖는 극 각이 발생할 정도로 큰 극 각을 향해 연장할 수 있다. 이것은, 짧은 주기를 갖는 회절 구조를 갖는 패턴의 이미징에 따라, 충분한 광 강도가 이미지 생성을 위해 이용가능하다는 장점을 갖는다. 특히, 조명 극은, 그 사인 값이 투영 오브젝티브의 오브젝트 측 개구수에 대응하는 극 각을 향해 연장할 수 있다.
조명 극은 미러 장치에 의해 형성될 수 있다. 이것은 광의 미리 결정된 각도 분포가 조명 극에 따른 각도 분포로 거의 손실이 없게 변환되는 것을 가능하게 한다.
그러나, 마찬가지로, 조리개의 도움으로 조명 극을 형성하는 것 또한 가능하다. 이런 식으로, 조명 극은 비교적 작은 아웃레이(outlay)를 갖는 선결정(predetermination)에 따라 매우 정확하게 형성될 수 있다.
조명 극은 적어도 45˚의 방위각의 범위에 걸쳐 연장할 수 있다. 특히, 방위각의 범위는 60˚가 될 수 있다.
광의 각도 분포는 조명 극과 비슷하게 구현되는 추가 조명 극을 가질 수 있다. 특히, 조명 극 및 추가 조명 극은 옵스큐레이션의 양쪽에서 서로 반대편에 위치할 수 있다. 이런 경우에, 이극 세팅은 조명 극 및 추가 조명 극에 의해 형성될 수 있다.
옵스큐레이션은 동공 평면에서 중앙에 배열될 수 있다. 옵스큐레이션의 이러한 실시예는 이미징에 관한 장점을 갖는다. 예시로서, 텔레센트리시티 에러(telecentricity error)는 이로써 회피될 수 있다.
투영 오브젝티브는 적어도 0.4의 이미지 측면 개구수를 가질 수 있다. 높은 개구수는 높은 해상도를 얻는 장점을 갖는다.
발명의 모든 변형에서, 조명 극은, 그리드를 따라 서로 나란히 배열되는 복수의 개별 표면 소자로 구성될 수 있다. 이런 경우에, 개별 표면 소자들 간의 광 강도는 개별 표면 소자 내의 광 강도보다 낮을 수 있다. 특히, 0까지 감소하는 개별 표면 소자 간의 광 강도의 가능성 또한 존재한다. 이런 식으로 구현되는 조명 극의 경우, 개별 표면 소자들 내의 강도는 청구항에서 언급된 광 강도의 최소값과의 비교를 위해 각각의 경우 사용된다. 이로써, 각각의 경우 충분한 강도를 갖는 개별 표면 소자들이 표면 소자들의 그리드에 의해 정의된 거리 내에서 따르지 않는 곳에서, 조명 극이 끝난다.
더욱이, 본 발명은 옵스큐레이션을 갖는 동공 평면을 갖는 투영 오브젝티브에 의한 감광성 기판의 마이크로리소그래픽 노광을 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방법에서, 조명 시스템은 조명 극을 가지는 각도 분포를 갖는 광을 생성하는데 사용되고, 이 조명 극은 극 각의 범위 및 방위 각의 범위에 걸쳐 연장하고, 그 범위 내에서는 광 강도는 조명 극 최소값보다 크다. 이런 경우에, 큰 극 각을 향하여, 어두운 구역이 제외되고, 이 구역 내에서 광 강도는 조명 극 최소값보다 적고, 이 구역은 일부 영역에서 동공 평면의 옵스큐레이션의 형태에 대응하는 형태를 갖도록 조명 극이 구현된다.
본 발명에 따른 방법의 일 변형에 있어서, 조명 시스템은 각도 분포를 갖는 EUV 범위의 광을 생성하는데 사용되고, 이 각도 분포는 극 각의 범위 및 방위각의 범위에 걸쳐 연장하는 외부 조명 극을 가지며, 이 각도 분포 내에서 광 강도는 외부 조명 극 최소값보다 크다. 또한, 각도 분포는 극 각의 범위 및 방위각의 범위에 걸쳐 연장하는 내부 조명 극을 가지며, 이 각도 분포 내에서 광 강도는 내부 조명 극 최소값보다 크다. 내부 조명 극의 각도 범위는 외부 조명 극의 각도 범위보다 작은 극 각을 가지고, 광 강도의 내부 조명 극 최소값은 외부 조명 극 최소값 보다 크다.
본 발명에 따른 방법의 추가 변형에 있어서, 조명 시스템은 각도 분포를 갖는 EUV 범위의 광을 생성하고, 이 각도 분포는 극 각의 범위 및 방위각의 범위에 걸쳐 연장하는 조명 극을 가지며, 이 조명 극 내에서 광 강도는 외부 조명 극 최소값보다 크다. 이런 경우에, 조명 극은, 조명 극 내의 광 강도가 큰 극 각에서 작은 극 각으로 증가하도록 구현된다.
또한, 본 발명은 EUV 마이크로리소그래피를 위한 투영 노광 장치의 조명 시스템의 조리개에 관한 것이다.
본 발명에 따른 조리개는, 조명 시스템에 의해 생성되고 옵스큐레이션을 갖는 동공 평면을 갖는 투영 오브젝티브에 공급되는 광의 각도 분포를 미리 결정하는 적어도 하나의 조리개 개구를 갖는다. 조리개 개구는, 투영 오브젝티브의 동공 평면의 옵스큐레이션의 외부 컨투어의 형태에 대응하는 형태를 일부 영역에서 갖는 적어도 하나의 경계에 의해 범위가 정해진다. 특히, 경계는, 일부 영역에서 옵스큐레이션의 외부 컨투어에 대응하도록 구현될 수 있다.
투영 오브젝티브의 동공 평면의 옵스큐레이션의 외부 컨투어의 형태와 대응하는 형태인 조리개 개구의 경계인 영역은 방사상 외부로 조리개 개구의 범위를 한정할 수 있다.
본 발명에 따른 조리개의 일 변형에서, 후자는 적어도 하나의 내부 조리개 개구 및 적어도 하나의 외부 조리개 개구를 가지며, 이들은 조명 시스템에 의해 생성되고 옵스큐레이션을 갖는 동공 평면을 갖는 투영 오브젝티브로 공급되는 광의 각도 분포를 미리 결정한다. 외부 조리개 개구는 내부 조리개 개구의 방사상으로 외부에 완전히 배열된다.
내부 조리개 개구는, 투영 오브젝티브의 동공 평면의 옵스큐레이션의 외부 컨투어의 형태에 대응하는 형태를 일부 영역에서 갖는 적어도 하나의 경계에 의해 범위가 정해질 수 있다. 특히, 경계는 일부 영역에서 옵스큐레이션의 외부 컨투어에 대응하도록 구현될 수 있다.
본 발명은 도면에서 도시된 예시적인 실시예를 기반으로 이하에서 더욱 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따라 구현된 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치의 예시적인 실시예를 개략적인 블록도로 도시한다.
도 2는 조명 시스템에 대한 예시적인 실시예의 자오 단면을 도시한다.
도 3은 투영 오브젝티브에 대한 예시적인 실시예의 자오 단면을 도시한다.
도 4는 조명 세팅의 예시적인 실시에의 개략도를 도시한다.
도 5는 각각의 경우 도 4의 조명 세팅으로 조명되는 상이한 패턴의 이미징 동안 투영 오브젝티브의 제 1 동공 평면의 조명의 개략도를 도시한다.
도 6은 조명 세팅의 추가 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 7은 각각의 경우 도 6의 조명 세팅으로 조명되는 상이한 패턴의 이미징 동안 투영 오브젝티브의 제 1 동공 평면의 조명의 개략도를 도시한다.
도 8은 조명 세팅의 추가 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 9는 각각의 경우 도 8의 조명 세팅으로 조명되는 상이한 패턴의 이미징 동안 투영 오브젝티브의 제 1 동공 평면의 조명의 개략도를 도시한다.
도 10은 도 9에서 사용된 조명 세팅의 조명 극의 기하학적 형상의 개략도를 도시한다.
도 11은 리소그래피 공정을 위한 상이한 조명 세팅의 적용가능성을 도시하기 위한 다이어그램이다.
도 12는 조명 세팅의 추가 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 13은 도 12에 도시된 조명 세팅을 위한 패턴의 이미징 동안 투영 오브젝티브의 제 1 동공 평면의 조명의 개략도를 도시한다.
도 14는 도 12에 도시된 내부 조명 극의 프린터빌리티(printability)에 대한 효과를 설명하기 위한 다이어그램을 도시한다.
도 15는 제 1 동공 평면의 개략도를 도시하고, 여기서 22nm의 패턴의 회절 구조의 주기의 경우 이미지 생성에 기여하는 영역이 식별된다.
도 16은 제 1 동공 평면의 개략도를 도시하고, 여기서 36nm의 패턴의 회절 구조의 주기의 경우 이미지 생성에 기여하는 영역이 식별된다.
도 17은 도 15 및 도 16을 기초로 하여 설계된 조명 세팅의 개략도를 도시한다.
도 18은 다양한 조명 세팅에 대한 프린터빌리티를 설명하기 위한 도면을 도시한다.
도 19는 도 18에 도시된 조명 세팅을 세팅하기 위한 조리개의 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 20은 도 12에 도시된 조명 세팅을 세팅하기 위한 조리개의 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 21은 도 17에 도시된 조명 세팅을 세팅하기 위한 조리개의 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 1은 개략적인 블록도로, 본 발명에 따라 구현되는 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치의 예시적인 실시예를 도시한다.
투영 노광 장치는 조명 시스템(1)과 투영 오브젝티브(2)를 포함한다. 조명 시스템(1)의 구조 및 투영 오브젝티브(2)의 구조는 도 2 및 도 3을 참조하여 더욱 상세히 기재된다. 조명 시스템(1)은, 미리 결정가능한 각도 분포를 갖는 광으로 마스크(3) - 레티클도 지칭 - 를 조사한다. 광의 이러한 각도 분포 - 조명 세팅으로도 지칭 - 는 이하에서 더욱 상세히 기재된다. 마스크(3)는 투영 오브젝티브(2)의 오브젝트 평면(4)에 배열되고 투영 오브젝티브(2)를 면하는 그 측면 상에 패턴을 갖는다. 투영 오브젝티브(2)는 기판(5)의 감광성 층 상으로 마스크(3)의 패턴을 이미징한다. 기판(5)은 투영 오브젝티브(2)의 이미지 평면(6)에 배열된다. 기판(5)의 감광성 층 상으로의 마스크(3)의 패턴의 이미징은, 특히 마크스(3)와 기판(5)이 동시에 이동하는 스캐닝 동작의 환경에서, 투영 오브젝티브(2)의 이미징 특성을 고려하여, 실행되고, 이미징될 패턴의 부분적인 영역만이 마스크(3)의 동작의 방향에 평행하게 조명된다. 이미징에 관한 동시 동작을 가능케하기 위해, 마스크(3)와 기판(5)의 어드밴싱 동작 동안, 패턴이 이미징될 이미징 스케일과 이미징이 수직으로 또는 반대로 실행될지가 고려된다. 마스크(3)와 기판(5)의 어드밴싱 동작은 도 1에 도시된 y- 방향에 평행하거나 역평행하게 실행된다. z-방향은 오브젝트 평면(4)과 이미지 평면(6)에 수직으로 나아간다.
도 2는 조명 시스템(1)에 대한 예시적인 실시예의 자오 단면을 도시한다.
조명 시스템(1)은 EUV 범위 즉 대략 100nm 미만의 파장으로 광을 생성하기 위한 광원(7)을 갖는다. 광원(7)에 의해 생성된 광의 파장은 투영 오브젝티브(2)의 동작 파장으로 특히, 13.5nm 또는 7nm로 조정된다. 예시로서, 플라즈마원(plasma source)이나 싱크로트론(synchrotron)은 광원(7)으로서 사용될 수 있다.
이러한 순서로, 제 1 조명 미러(8), 제 2 조명 미러(9), 제 3 조명 미러(10), 제 4 조명 미러(11) 및 제 5 조명 미러(12)가 광원(7)에 의해 생성된 광의 빔 경로에서 연속으로 배열된다.
제 1 조명 미러(8)는 콜렉터 미러로서 구현되고, 이 콜렉터 미러는 광원(7)에 의해 생성된 광을 수집하고 제 1 조명 미러(9)에 이 광을 공급한다.
제 2 조명 미러(9)는 복수의 미러 패싯(13)을 가지는 패싯 미러로서 구현된다. 미러 패싯(13)은 이동 가능한 방식으로 구현되어서, 충돌 광 광선에 대한 배향은 각각의 개별 미러 패싯(13)에 따라 다를 수 있다. 이것은, 각각의 미러 패싯(13)에 있어서, 광의 충돌의 각도, 즉 개별 미러 패싯(13)의 표면에 대한 법선과 광선간의 각도가 개별적으로 설정될 수 있어서 결과적으로 광이 정반사되는 방향이 각각의 경우에 또한 선택될 수 있다는 것을 의미한다. 특히, 미러 패싯(13)을 구동함으로써, 제 2 조명 미러(9)의 개별 미러 패싯(13)에서 반사된 광이 제 3 조명 미러(10)에 충돌하는 곳을 한정하는 것이 가능하다.
제 3 조명 미러(10)는, 제 2 조명 미러(9)와 유사하게, 마찬가지로 패싯 미러로서 구현되고 복수의 미러 패싯(14)을 갖는다. 제 3 조명 미러(10)의 미러 패싯(14)은 제 2 조명 미러(9)의 미러 패싯(13)에 유사한 동작으로, 개별적으로 구동될 수 있으므로 반사된 광의 방향이 영향받을 수 있다. 제 2 조명 미러(9)의 미러 패싯(13) 및 제 3 조명 미러(10)의 미러 패싯(14)의 조정된 구동(coordinated driving)에 의해, 제 1 조명 미러(8)에 의해 미리 결정된 광의 각도 분포는 손실 없는 방법이나 아주 적은 손실로 이로부터 벗어난 각도 분포로의 변환될 수 있다.
제 4 조명 미러(11)는 광 충돌 위치에서의 표면 법선에 대한 비교적 작은 각으로 조사되고 제 3 조명 미러(10)로부터 입사되는 광을 제 5 조명 미러(12)의 방향으로 반사한다.
제 5 조명 미러(12)는 그레이징 입사, 즉 미러 표면에 대한 비교적 작은 각으로 조사되고 투영 오브젝티브(2)의 오브젝트 평면(4)으로 광을 보낸다.
조명 미러(8, 9, 10 및 11)는 예컨대 운반자 물질(carrier material) 상에 배열된 층 스택(layer stack)으로서 각각의 경우에서 구현될 수 있다. 특히 층 스택은 실리콘 및 몰리브덴으로 구성된 교번하는 층의 스택이 될 수 있다. 예시로서, 글라스 세라믹, 특히, 상호 Zerodur로 판매되는 글라스 세라믹이 운반자 물질로서 적합하다. 조명 미러(12)는 예컨대, 특히 루테늄 층으로서 구현될 수 있는 금속 표면을 가질 수 있다. 특히, 결과적으로 글라스 세라믹은 운반자 물질로서 적절하다.
도 3은 투영 오브젝티브(2)의 예시적인 실시예의 자오 단면을 도시한다.
투영 오브젝티브(2)의 도시된 예시적인 실시예는 제 1 이미징 미러(15), 제 2 이미징 미러(16), 제 3 이미징 미러(17), 제 4 이미징 미러(18), 제 5 이미징 미러(19), 제 6 이미징 미러(20), 제 7 이미징 미러(21) 및 제 8 이미징 미러(22)를 가지며, 이들은 오브젝트 평면(4)으로부터 투영 오브젝티브(2)의 이미지 평면(6)으로의 빔 경로에서 이러한 순서로 배열된다. 모든 이미징 미러들(15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 및 22)은 운반자 물질 상에 배열된 층 스택으로서 각각의 경우에 조명 미러들(8, 9, 10, 11 및 12)에 유사하게 실현될 수 있다.
도시된 예시적인 실시예에서, 모든 이미징 미러들(15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 및 22)은 투영 오브젝티브(2)의 광학 시스템 축(23)에 관하여 비구면의 방식 및 회전 대칭적으로 구현된다. 그러나, 이미징 미러들(15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 및 22)의 완전한 회전체(complete solid of revolution)가 실제로 물질적으로 존재하도록 하는 것이 필수적인 것은 아니다. 오히려, 이미징 미러들(15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 및 22)이, 기판(5)의 감광성 물질의 노광에 기여하는 광이 이미징 미러(15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 및 22) 상에 충돌하는 곳에 실제로 형성되는 것이면 충분하다. 이미징 미러(15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 및 22)에 의한 쉐이딩(shading)이 일어나는 경우, 이미징 미러들(15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 및 22)은 각각의 경우에 컷아웃(cutout)된다. 그렇지 않으면, 이미징 미러들(15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 및 22)의 회전체가 실제로 형성되는 위치 및 그렇지 않은 위치는 투영 오브젝티브(2)의 가능한 한 최적의 동작에 관한 고려 및 생산 엔지니어링 고려에 남겨진다. 도 3에 도시된 투영 오브젝티브(2)의 설계는, 제 5 이미징 미러(19)가 컷아웃(24)을 가지고, 제 6 이미징 미러(20)가 컷아웃(25)을 가지고, 제 7 이미징 미러(21)가 컷아웃(26)을 가지며 제 8 이미징 미러(22)가 컷아웃(27)을 필수적으로 가지도록 하여, 광이 오브젝트 평면(4)에서 이미지 평면(6)으로 통과할 수 있다.
도시된 예시적인 실시예에서, 투영 오브젝티브(2)는 13.5nm의 동작 파장으로 설계되고 0.54의 이미지 측면 개구수(NA)를 갖는다. 투영 오브젝티브(2)의 이미징 스케일은 6:1이다. 이미징 미러들(15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 및 22)의 기본 설계 데이터가 표 1 및 표 2에 열거된다.
표면 곡률 반경 거리 형태
1 무한대 316.480 오브젝트 평면형
2 -375.233 -77.505 반사형
3 2976.73 51.007 반사형
4 무한대 0.000 개구 스탑형
5 127.889 -189.982 반사형
6 329.839 1029.934 반사형
7 787.6 -596.052 반사형
8 735.437 1171.383 반사형
9 -1195.158 -512.255 반사형
10 977.668 552.254 반사형
11 무한대 0.000 이미지 평면형
표면 K C1 C2 C3
2 0 -3.72335E-09 -1.17134E-13 -9.45919E-19
3 0 -6.42297E-08 5.78359E-13 -1.12102E-17
5 0 -1.89730E-07 1.46577E-11 -7.35930E-15
6 0 -6.59877E-10 -4.46770E-15 -8.43588E-22
7 0 6.80330E-10 8.62377E-15 7.97025E-20
8 0 1.51444E-10 4.21253E-16 9.86205E-22
9 0 -9.01450E-11 7.43085E-17 -9.79557E-22
10 0 -4.33573E-10 -6.45281E-16 1.20541E-22
표면 C4 C5 C6 C7
2 2.64879E-22 -1.44452E-26 3.02340E-31 O.OOOOOE+OO
3 1.41033E-20 -2.65285E-24 1.76103E-28 8.50988E-33
5 4.29136E-18 4.55565E-22 6.01716E-23 -9.67457-26
6 -1.47803E-24 4.37901E-29 -7.78139E-34 6.26619E-39
7 9.90660E-24 -3.49519E-27 2.27576E-31 -5.30361E-36
8 2.49255E-27 3.14626E-33 1.55856E-38 5.58485E-45
9 6.90221E-27 -3.91894E-32 1.37730E-37 -2.19834E-43
10 6.77194E-28 1.92112E-32 -7.82371E-38 1.09694E-43
표 1 및 표 2에서, 표면들은 각각의 경우에 제 1 열에서 지정된다. 표 1의 추가 열은 최적 매칭 스피어(the best matching sphere)의 곡률 반경, 다음 표면에 대한 광학 시스템 축(23)의 거리 및 각각의 경우 어떤 형태의 표면이 포함되는지에 대한 표시를 나타낸다. 표 2에서, 미러 표면의 비구면 상수(K, C1, C2, C3, C4, C5, C6 및 C7)은 추가 열에서 명시된다. 상기 비구면 상수를 기반으로, 비구면 미러 표면이 이하와 같이 정의된다:
p(h)=[((1/r)h2)/(1+SQRT(1-(1+K)(1/r)2h2)]
+C1*h4+C2*h6+C3*h8+C4*h10+C5*h12+C6*h14+C7*h16
이런 경우에, 곡률 반경의 역수(1/r)는 개별 미러 표면의 표면 곡률을 명시하고, h는 표면 포인트와 광학 시스템 축(23) 간의 거리(즉, 광선 높이)를 명시한다. 결과적으로, p(h)는 소위 사지타(sagitta), 즉, z-방향의 표면 포인트와 표면 정점 간의 거리를 명시한다.
투영 오브젝티브(2)는 또한 변형될 수 있어서, 하나 이상의 이미징 미러들(15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 및 22)은 구면 방식으로 구현된다. 추가 변형에 따르면, 투영 오브젝티브(2)의 하나 이상의 이미징 미러들(15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 및 22)이 회전 대칭을 갖지 않는 자유형태 표면으로서 구현되는 것 또한 가능하다.
도 3에 도시된 빔 경로로부터 명백히 알 수 있듯이, 투영 오브젝티브(2)의 오브젝트 평면(4)은 제 1 중간 이미지 평면(28)에 먼저 이미징된다. 제 1 중간 이미지 평면(28)은 제 2 중간 이미지 평면(29)에 이미징되고 결국 제 2 중간 이미지 평면은 투영 오브젝티브(2)의 이미지 평면(6)으로 이미징된다. 제 1 동공 평면(30)은 오브젝트 평면(4)과 제 1 중간 이미지 평면(28) 사이에 형성된다. 제 2 동공 평면(31)은 제 1 중간 이미지 평면(28)과 제 2 중간 이미지 평면(29)의 사이에 형성되고, 제 3 동공 평면(32)은 제 2 중간 이미지 평면(29)과 이미지 평면(6) 사이에 형성된다. 제 1 동공 평면(30), 제 2 동공 평면(31) 및 제 3 동공 평면(32)의 영역에서, 각각의 경우 주 광선은 광학 시스템 축(23)과 교차한다. 여기서 주 광선은 각각의 경우 광학 시스템 축(23) 외부의 오브젝트 평면(4)의 포인트로부터 발산하는 빔의 중앙 광선이다. 이러한 정의는, 광이 실제로 주광선의 영역에 존재하는 지의 여부에 상관없이 사용되며 그러한 여부는 이때 조명 세팅과 마스크(3)의 구조에 의존한다. 주 광선은 도 3에서 나타나는 방식으로 도시된다. 이런 경우에, 명료함을 위하여 주광선이 옵스큐레이션으로 인해서 또는 쉐딩 효과로 인하여 물리적으로 존재하지 않는 영역에서도 이것이 예컨대 부분적으로 예시된다는 것이 고려되어야 한다. 더욱이, 주 광선은 광학 시스템 축(23)에 평행하게 오브젝트 평면(4)을 떠나지 않아서 결과적으로 텔레센트리시티는 오브젝트 측면 상에 존재하지 않는 것이 고려되어야 한다. 이것은, 조명 시스템(1)의 광이 오브젝트 평면(4)에 배열된 마스크(3) 상에 수직으로 충돌하지 않되 마스크(3)의 표면의 법선과 0 보다 상이한 각을 형성하는 사실 때문이다. 여기서 각도 표시는 각각의 경우에 마스크(3) 상에 충돌하는 광 빔의 전파의 평균 방향에 관련된다. 투영 오브젝티브(2)의 광학 수차로 인하여, 중간 이미지 및 또한 동공은 각각의 경우에 완전히 평면인 방식으로 형성되지 않아서 각각의 경우 중간 이미지는 중간 이미지 평면(28 및 29)에 완전히 위치하지 않는다.
비교적 작은 치수로 인하여, 제 3 이미징 미러(17)는 개구 스탑의 역할을 하고 따라서 투영 오브젝티브(2)의 오브젝트 측면 및 이미지 측면 개구수를 정의한다. 이미징 미러(19, 21 및 22)의 컷아웃(24, 26 및 27)은, 이미지 평면(6)의 광의 극 각 스펙트럼이 개구 스탑에 의한 범위 한정에 더한 추가 범위 한정을 경험하는 결과를 갖는다. 그러나, 상기 추가 범위한정은 큰 극 각을 향하여 실행되지 않되, 작은 극 각을 향하여 실행된다. 이것은, 투영 오브젝티브(2)의 동공 평면(30, 31 및 32)에서, 각각의 경우에, 최대한으로는 개구 스탑에 의해 범위 한정된 영역이 조명될 수 있으며 동공 평면(30, 31 및 32)의 조명가능한 영역이 각각의 경우에 추가적으로 중앙 옵스큐레이션을 가질 수 있는 것을 의미한다. 투영 오브젝티브(2)의 이미징 특성에 대한 옵스큐레이션의 효과는 이하에서 기재되고, 이러한 효과들이 감소하도록 하는 수단이 이하에서 제시된다.
도 4는 조명 세팅의 예시적인 실시예의 개략도이다.
먼저 언급된 바와 같이, 조명 세팅이라는 용어는 마스크(3)를 조명하는 광의 각도 분포를 나타낸다. 이것은, 회절 구조가 없을 경우 조명 세팅이 투영 오브젝티브(2)의 오브젝트 평면(4)에서의 광의 각도 분포에 해당한다는 것을 의미한다. 오브젝트 평면(4)의 상기 각도 분포가 공간 좌표에 따라 변할 수 있으므로, 광학 시스템 축(23)의 위치에서의 조명 세팅의 형태가 일반적으로 명시된다.
외부 원(33)은 각각의 경우에 투영 오브젝티브(2)의 오브젝트 측면 개구수를 나타낸다. 이 외부 원(33) 내의 좌표는, 외부 원(33)의 임의의 점에서 중앙점까지의 거리가 각각의 경우에 투영 오브젝티브(2)의 오브젝트 평면(4)의 관련된 극 각의 사인에 대응하도록 선택된다. 여기서 극 각은, 각각의 경우에, 오브젝트 평면(4)에 배열된 마스크(3)가 조명 시스템(1)의 광으로 조명되는 방향에 상대적으로 결정되며, 즉, 조명 시스템(1)에 의해 생성된 광의 평균 전파 방향에 상대적으로 결정된다. 사인 값은 여기서 각각의 경우에 투영 오브젝티브(2)의 오브젝트 측면 개구수로 정규화되어서, 외부 원(33)은 반경 1.0을 갖는다. 정규화된 사인 값은 값으로서 지정되고 0.0과 1.0 사이에서 변할 수 있다.
내부 원(34)은 투영 오브젝티브(2)의 옵스큐레이션을 나타내며, 즉, 옵스큐레이션의 각도 범위로 회절되는 광선은 마스크(3)의 패턴의 이미지의 생성에 기여할 수 없다.
더욱이, 도 4는 2개의 조명 극(35 및 36)을 도시하고, 여기서, 각각의 조명 극(35 및 36)은 60˚의 개구 각을 가지고 따라서 60˚에 달하는 방위각의 범위에 걸쳐 연장한다. 방사상으로, 각각의 조명 극(35 및 36)은 σ=0.6으로부터 σ=0.8까지의 범위에 걸쳐 연장한다. 따라서, 도 4에 도시된 조명 세팅은 이극 세팅이다. 조명 극(35 및 36) 내에서, 광 강도는 미리 결정된 조명 극 최소값보다 크다. 조명 극(35 및 36) 밖에서, 광 강도는 조명 극 최소값보다 작다.
도 5는, 도 4의 조명 세팅으로 각각의 경우에 조명되는 상이한 패턴의 이미징 동안 투영 오브젝티브(2)의 제 1 동공 평면(30)의 조명의 개략도를 도시한다. 그러므로 조명 시스템(1)에 의해 생성되며 패턴에 조명되는 광의 각도의 분포는 모든 패턴에 동일하며 도 4에 도시된 이극 세팅에 대응한다.
각각의 경우에 패턴은 주기적으로 배열된 스트립의 형태인 회절 구조를 갖고, 회절 구조의 주기로도 지정되고 예컨대 스트립 중앙에서 스트립 중앙까지 측정되는 스트립 거리는 도 5의 좌측 다이어그램에서 22nm, 도 5의 중앙 다이어그램에서 30nm 및 도 5의 우측 다이어그램에서 36nm이며, 스트립들은 도 5의 예시에 대하여 수직적으로 나아간다. 이런 경우에, 각각의 경우의 스트립 거리에 관한 이러한 및 또한 추가 표시는 패턴 그 자체에 관한 것이기 보다는, 이미지 평면(6)에 생성된 패턴의 이미지에 관한 것이고, 결과적으로, 패턴 그 자체에 적용된 값으로부터 이미징 스케일만큼 일탈하는 것임이 고려되어야 한다.
사선 표시는, 광 강도가 미리 결정된 조명 최소값을 초과하고 이후에 조명된 영역(37, 38, 39 및 40)으로서 지정되는 제 1 동공 평면(30)의 영역을 식별케한다.
조명된 영역(37 및 38)은 0차 회절 차수를 갖는 마스크(3)의 패턴의 회절 구조에서의 광의 회절의 결과 발생하고, 이로써 또한 투영 오브젝티브(2)의 오브젝트 평면(4)에서의 조명 시스템(1)에 의해 생성된 광의 각도 분포, 즉 조명 세팅을 나타낸다. 조명된 영역(39 및 40)은 1차 회절 차수, 즉 +1차 회절 차수 또는 -1차 회절 차수를 갖는 패턴(3)의 회절 구조에서의 광의 회절의 결과 발생한다.
도 5에 강조된 조건 하에서, 제 1 동공 평면(30)에서, 2개의 조명 극(35 및 36)의 각각에 있어서, 0차 회절 차수에 의해 개별적으로 조명된 영역(37 및 38) 및 1차 회절 차수에 의해 개별적으로 조명된 영역(39 및 40)이 형성된다. 여기서, 도 5 및 또한 추가 도면의 좌표는 각각의 경우에, 0차 회절 차수에 의해 조명된 영역(37) 및 -1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(40)이 조명 극(35)에 의해 형성되도록 선택된다. 0차 회절 차수에 의해 조명된 영역(38) 및 +1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(39)이 조명 극(36)에 의해 형성된다.
패턴의 회절 구조의 주기가 짧을수록, 각각의 경우, 0차 회절 차수에 의해 조명된 영역(37 및 38)과 관련 1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(39 및 40) 간의 거리가 크다. 따라서, 도 5의 좌측 다이어그램에서, 패턴의 회절 구조는 가장 짧은 주기를 가지고, -1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(40)은 투영 오브젝티브(2)의 오브젝트 측면 개구수에 대한 외부 원(33)의 우측 에지에 배열되어서, 투영 오브젝티브(2)의 이미지 평면(6)에서의 이미지 생성에 여전히 기여할 수 있다. +1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(39)은 투영 오브젝티브(2)의 오브젝트 측면 개구수에 대한 외부 원(33)의 좌측 에지에 배열되어서, 마찬가지로 투영 오브젝티브(2)의 이미지 평면(6)에서의 이미지 생성에 역시 기여할 수 있다. 투영 오브젝티브(2)의 이미지 평면(6)에서의 이미지 생성에 있어서, 도 5에 강조된 조건 하에, -1차 회절 차수는 0차 회절 차수와 간섭할 수 있고, +1차 회절 차수는 0차 회절 차수와 간섭할 수 있다. 도 5의 좌측 다이어그램에서의 모든 조명된 영역(37, 38, 39 및 40)이 내부 원(34) 외부에 위치하므로, 제 1 동공 평면(30)의 옵스큐레이션은 이미지 생성에 대한 악영향을 갖지 않는다.
도 5의 중간 다이어그램에서, 패턴의 회절 구조는 좌측 다이어그램보다 크고 우측 다이어그램보다 짧은 주기를 갖는다. 따라서, 1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(39 및 40)은 각각의 경우에 좌측 다이어그램에 비해 더 작은 σ값을 향해 이동하고, 일부 영역에서 옵스큐레이션의 내부 원(34)과 중첩한다. 그러므로, 제 1 동공 평면(30)의 옵스큐레이션은, 각각의 경우에 1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(39 및 40)의 부분적인 구역만이 이미지 생성에 기여하고 1차 회절 차수의 광의 부분이 손실되는 결과를 갖는다. 옵스큐레이션과 1차 회절 차수에 의해 조명되는 영역(39 및 40)의 중첩은 순수 강도 손실 이외에 이미지 생성에 악영향을 미친다. 옵스큐레이션으로 회절된 광은 이미지 생성을 위한 간섭 파트너로서 이용불가능하다. 옵스큐레이션과의 중첩의 크기에 따른, 간섭 파트너로서 이 광을 필수적으로 요구하는 이러한 회절 차수는 오직 부분적으로 이미지 생성에 기여하거나 전혀 기여하지 않을 수 있고, 콘트라스트를 감소시키는 백그라운드만을 공급할 수 있다.
도 5의 우측 다이어그램에서, 패턴의 회절 구조는 가장 긴 주기를 가지고, 1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(39 및 40)은 작은 σ값을 향해 추가로 더 이동되고 거의 완전히 옵스큐레이션을 위한 내부 원(34)과 중첩한다. 결과적으로, 제 1 회절 차수에 의해 조명된 영역(39 및 40)의 아주 작은 부분적인 구역은 옵스큐레이션의 외부에 놓이고 이미지 생성에 기여할 수 있다. 1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(39 및 40)의 비교적 큰 부분적인 구역은 옵스큐레이션 내부에 위치하고, 결과적으로 간섭 파트너로서 이용불가능하여 백그라운드는 비교적 높으며 콘트라스트는 비교적 낮다.
도 6은 조명 세팅의 추가 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 6에 도시된 조명 세팅은 도 4와 유사하게 60˚의 개구 각도를 갖는 조명 극(35 및 36)을 갖는 이극 세팅이다. 그러나, 도 6의 이극 세팅의 조명 극(35 및 36)은 도 4의 범위보다 더 큰 범위인, 즉, σ=0.3에서 σ=1.0에 걸쳐서 방사상으로 연장한다. 이것은, 조명 극(35 및 36)이 투영 오브젝티브(2)의 오브젝트 측면 개구수에 대한 외부 원(33)까지 방사상으로 외부를 향해 연장하고, 옵스큐레이션에 대한 내부 원(34)까지 방사상으로 내부를 향해 연장함을 의미한다.
도 7은, 각각의 경우에 도 6으로부터의 조명 세팅으로 조명되는 상이한 패턴의 이미징 동안 투영 오브젝티브(2)의 제 1 동공 평면(30)의 조명의 개략도를 도시한다. 각각의 경우에, 여기서는 도 5에서와 동일한 패턴이 사용된다. 도 7 또한 도시의 형식에 있어서 도 5에 대응한다.
도 7의 우측 다이어그램에서, 투영 오브젝티브(2)의 오브젝트 측면 개구수의 외부의 각도는 1차 회절 차수에서 발생하여, 1차 회절 차수의 광의 일부분만이 제 1 동공 평면(30)의 조명에 기여한다. 따라서, 1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(39 및 40)은 오브젝트 측면 개구수에 대한 외부 원(33)까지 연장하고 도 6에 도시된 조명 극(35 및 36)의 부분 구역에 단순히 대응한다.
도 7의 중간 다이어그램에서, 1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(39 및 40)은 패턴의 회절 구조의 더 긴 주기로 인해 더 작은 σ값을 향하여 각각의 경우에 이동하여, 오브젝트 측면 개구수에 대한 외부 원(33)이 더는 제한 효과를 갖지 않는다. 그러나, 이제 1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(39 및 40)은 도 5의 중간 다이어그램과 유사하게, 일부 영역에서 옵스큐레이션에 대한 내부 원(34)과 중첩하여, 옵스큐레이션이 결국 콘트라스트의 손실을 초래한다. 조명 극(35 및 36)의 더 큰 방사성 영역 및 결과적으로, 또한 1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(39 및 40)으로 인하여, 그러나, 도 5의 중간 다이어그램의 경우보다 이미지 생성을 위한 간섭 파트너로서 더 많은 광이 이용가능하다.
동일한 것은 또한 도 7의 우측 다이어그램에 적용되고, 여기서 1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(39 및 40)은 패턴의 회절 구조의 더욱 더 긴 주기로 인해 더욱 더 작은 σ 값을 향해 이동된다. 이것은 옵스큐레이션에 대한 내부 원(34)과의 더욱 더 큰 중첩 및 따라서 또한 옵스큐레이션의 결과로서 콘트라스트의 더욱 더 큰 손실을 야기한다. 그러나, 이러한 경우에, 조명 극(35 및 36)의 더 큰 방사성 영역으로 인하여, 도 5의 우측 다이어그램의 경우보다 더 많은 광이 이미지 생성을 위해 이용가능하다.
도 8은 조명 세팅의 추가 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 8에 도시된 조명 세팅은, 도 4 및 도 6에 유사하게, 60˚의 개구 각도를 갖는 조명 극(35 및 36)을 갖는 이극 세팅이다. 도 6과 유사하게, 도 6의 이극 세팅의 조명 극(35 및 36)은 σ=0.3에서 σ=1.0의 범위에 걸쳐 방사상으로 연장한다. 그러나, 도 8의 조명 극(35 및 36)은 광 강도가 각각의 경우에 조명 극 최소값보다 적은 어두운 구역(41 및 42)으로 인해 도 6의 조명 극(35 및 36)과 상이하다. 어두운 영역(41 및 42)은 조명 극(35 및 36)의 외부 영역에 형성되고 원형 세그먼트의 형태를 갖는다. 조명 극(35 및 36)의 기하학 구조 및 특히 어두운 구역(41 및 42)에 관련한 상세는 도 10을 참조하여 기재된다.
도 9는, 각각의 경우에 도 8의 조명 세팅으로 조명되는 상이한 패턴의 이미징 동안 투영 오브젝티브(2)의 제 1 동공 평면(30)의 조명의 개략도를 도시한다. 도 5 및 도 7의 패턴과 동일한 패턴이 여기서 각각의 경우 사용된다. 도 9는 또한 도시의 방식에 있어서 도 5 및 도 7과 대응한다.
도 8의 조명 세팅의 조명 극(35 및 36)의 어두운 구역(41 및 42)은, 도 9의 0차 회절 차수에 의해 조명된 영역(37 및 38) 및 1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(39 및 40)이 각각의 경우에 도 7의 조명 최소값보다 낮은 광 강도를 갖는 조명되지 않은 구역(43 및 44)으로 인해 상이한 결과를 갖는다. 조명되지 않은 구역(43 및 44)의 기하 구조는 e차 어두운 구역(41 및 42)의 기하 구조에 대응한다.
뿐만 아니라, 도 7 과 도 9의 비교로, 도 9에 따라 변형된 이극 조명의 경우, 패턴(좌측 다이어그램)의 회절 구조의 적은 주기의 경우, 도 7에 따른 이극 조명의 경우 보다 더 적은 광이 이미지 생성을 위해 사용된다는 점이 명백해진다. 0차 회절 차수에 의해 조명된 영역(37 및 38) 및 또한 1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(39 및 40)은 도 7의 좌측 다이어그램보다 도 9의 좌측 다이어그램에서 더욱 작은 영역을 갖는다. 한정된 오브젝트 측면 개구수 및 옵스큐레이션의 결과로서의 콘트라스트의 손실에 있어서, 차이점은 없다.
패턴의 회절 구조의 중간 주기(중간 다이어그램)의 경우, 도 9에서, 특히 0차 회절 차수에 의해 조명된 영역(37 및 38) 및 더 작게는 1차 회절 차수에 이해 조명된 영역(39 및 40)은 도 7의 영역보다 더 작은 영역을 갖는다. 그러나, 도 7과 반대로, 도 9에서, 0차 회절 차수에 의해 조명된 영역(37 및 38)의 영역의 그것과 유사한 방식으로 1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(39 및 40)의 영역에서 형성된, 조명되지 않은 구역(43 및 44)으로 인해, 1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(39 및 40)은 옵스큐레이션에 대한 내부 원(34)과 중첩하지 않으므로, 옵스큐레이션의 결과로 인한 콘트라스트의 손실은 발생하지 않는다.
패턴(우측 다이어그램)의 회절 구조의 긴 주기의 경우, 도 9에서, 1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(39 및 40)이 아닌, 0차 회절 차수에 의해 조명된 영역(37 및 38)만 독점적으로 도 7의 영역보다 더 작은 영역을 갖는다. 1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(39 및 40)은, 조명되지 않은 구역(43 및 44)으로 인해, 옵스큐레이션에 대한 내부 원(34)과 아주 약간 중첩하므로, 옵스큐레이션의 결과로서의 콘트라스트의 적은 손실만이 발생한다.
도 10은 도 9에서 사용된 조명 세팅의 조명 극(35 및 36)의 기하 구조의 개략도를 도시한다. 도 10은 도 7의 조명 극(35 및 36)의 형태를 기본 형태로서 도시하고, 이것을 기반으로 조명 극(35 및 36)이 설계되고, 즉, 조명 극(35 및 36)은 60˚의 개구 각을 가지고 σ=0.3에서 σ=1.0 사이에서 연장한다. 더욱이, 옵스큐레이션에 대한 내부 원(34)은 도 7에서 도시된다. 옵스큐레이션으로 회절된 조명 극(35 및 36)의 광은 간섭 파트너로서 이미지 생성에 기여할 수 없으며, 본 발명의 맥락에서, 상기 광의 적어도 부분은 조명 극(35 및 36)에서 제외된다. 따라서, 조명 극(35 및 36)의 영역은 어두운 구역(41 및 42)에 의해 감소된다.
그러나, 옵스큐레이션으로 회절되는 조명 극(35 및 36)의 영역은 패턴의 회절 구조에 따른다. 마스크(3)는 동일한 스트립 거리를 갖는 단순한 스트립 패턴을 그것의 복잡성에 있어서, 초과하는 패턴을 가지므로, 조명 극(35 및 36)의 동일한 영역이 패턴의 제 1 회절 구조에 대한 이미지 생성에 기여하고 패턴의 제 2 회절 구조에 대한 옵스큐레이션으로 회절되어서 결과적으로 이미지 생성에 기여하지 않는 결과가 나타날 수 있다. 그러므로, 패턴의 회절 구조에 의존하는 어두운 구역(41 및 42)의 한정에 있어서, 절충이 필요하고, 이 절충으로, 모든 회절 구조에 이미지 생성을 위한 충분한 광이 제공되고 옵스큐레이션으로 가능한 한 적은 광이 회절된다. 이 절충으로 인해, 각각의 경우에 옵스큐레이션에 대한 내부 원(34)이 조명 극(35 및 36) 양쪽을 향하여 거리
Figure pct00001
σ 만큼 측면 방향으로 이동되고 이동된 내부 원(34)의 영역은 조명 극(35 및 36)으로부터 컷아웃 될 수 있다. 원형 세그먼트로서 구현되는 어두운 구역(41 및 42)은 이런 방식으로 발생한다. 거리
Figure pct00002
σ는 이하의 방식으로 계산될 수 있다:
Figure pct00003
이런 경우에, λ는 투영 오브젝티브(2)의 동작 파장이고, Pcritical은, 이하에서 상세하게 한정되는 콘트라스트나 파라미터(NILS)가 최소값을 갖는 패턴의 회절 구조의 임계 주기이며 NA는 투영 오브젝티브(2)의 이미지 측면 개구수이다.
투영 오브젝티브(2)로 이미징하는 동안 성취될 수 있는 콘트라스트에 대한 상기 기재된 조명 세팅의 정량적 효과는 도 11을 참조하여 이하에서 더욱 상세히 기재된다.
도 11은 리소그래피 처리를 위한 다양한 조명 세팅의 적합도를 도시하기 위한 다이어그램이다. 이 다이어그램에서, 다양한 조명 세팅에 있어서, 투영 오브젝티브(2)로 생성된 이미지의 프린터빌리티를 위한 파라미터(NILS; 표준화된 이미지 로그 슬로프)가 이미지 패턴의 주기(피치)에 대해 도시된다. 프린터빌리티는, 여기서, 투영 오브젝티브(2)의 이미지 평면(6)에서 배열된 기판(5)의 감광성 층의 노광을 위한 요구조건이 각각의 경우에 생성된 이미지로 충족될 정도를 의미하는 것으로 이해된다. 파라미터(NILS)는, 여기서 기판(5)의 감광성 층의 노광 임계값에 해당하는 강도 값에 대한 위치 의존적 강도 프로파일의 그레디언트로 한정된다:
Figure pct00004
이런 경우에, CD는 강도 프로파일의 폭이고, 이것은 예컨대 노광 임계값에서의 라인을 나타내고, I는 강도이며 x는 이미지 평면의 공간 좌표이다.
이미지의 프린터빌리티는 파라미터(NILS)가 적어도 1의 값을 가지는 경우 보장된다. 명백하게 1 미만인 파라미터(NILS)의 값에 있어서, 기판(5)의 감광성 층의 노광으로 만들어진 최소 요구조건이 이행되지 않으며 결과적으로 프린터빌리티가 보장되지 않는다.
도 4에 도시된 이극 세팅에 있어서, 파라미터(NILS)는 36nm의 영역의 패턴의 회절 구조의 주기의 경우 약 0.6의 값을 취하고, 이 주기의 프린터빌리티는 그러므로 언급된 조명 세팅으로 보장되지 않는다는 것이 도 11을 통해 명백해진다. 도 5의 우측 다이어그램에서 명백하듯이, 36nm의 주기의 경우 파라미터(NILS)의 낮은 값은, 1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(39 및 40)이 옵스큐레이션과 매우 중첩하여 콘트라스트의 상당한 손실이 발생한다는 점에 기인할 수 있다.
도 6에 도시된 조명 세팅으로 상당한 개선이 성취될 수 있고(파선으로 도시된 곡선 프로파일 참조), 이 경우 조명 극(35 및 36)은 더 큰 σ범위로 연장하여 결과적으로 36nm의 주기의 경우 옵스큐레이션과 1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(39 및 40)의 중첩에도 불구하고 비교적 큰 양의 광이 여전히 이미지 생성을 위해 이용가능하다. 이러한 조명 세팅의 경우, 파라미터(NILS)는 도시된 전체 범위 내에서 0.8을 초과하는 값을 갖는다.
더 우수한 프린터빌리티는 도 8에 도시된 변경된 이극 세팅으로 얻어질 수 있고, 이 경우, 어두운 영역(41 및 42)은 조명 극(35 및 36)에서 제외된다(파선으로 도시된 곡선 프로파일 참조). 이러한 개선은, 변형된 이극 세팅의 경우에, 어두운 구역(41 및 42)에서 생성된 조명되지 않은 구역(43 및 44)으로 인하여, 옵스큐레이션과의 중첩이 감소되고, 따라서 콘트라스트의 손실 또한 더 작아지는 것으로 나타나는 점을 기초로 한다. 이것은, 어두운 구역(41 및 42)을 가지지 않는 도 6의 이에 대응하는 이극 세팅의 경우의 광 보다 이미지 생성에 더 많은 광을 이용할 수 없더라도, 도 8의 변형된 이극 세팅의 경우에는 도시된 범위의 파라미터(NILS)의 값은 아주 약간 1 미만으로만 하락하는 결과를 갖는다. 결과적으로, 충분한 프린터빌리티는 패턴의 회절 구조의 모든 도시된 주기에 대하여 변형된 이극 세팅의 경우에 보장된다.
결과적으로, 도 8의 변형된 이극 세팅은 도 4 및 도 6의 이극 세팅에 비해 가장 우수한 프린터빌리티를 전체적으로 보장하는 것을 도 11을 통해 직접적으로 알 수 있다. 더욱이, 도 4 및 도 6의 이극 세팅에 비교된 도 8의 편형된 이극 세팅을 위하여, 노광 래티튜드(latitude) 및 허용가능한 디포커싱에 관하여 가장 큰 처리 윈도우가 발생한다. 예시로서, 도 8의 변형된 이중 세팅의 경우에 주기 22nm, 40nm, 54nm 및 150nm에 있어서, 9.02%의 노광 래티튜드 및 32nm의 포커스의 깊이가 생성된다. 어두운 구역(41 및 42)을 가지지 않는 도 6의 상응하는 이극 세팅으로, 7.83%의 노광 래티튜드 및 28nm의 포커스의 깊이가 성취된다.
상기 기재된 이극 세팅에 대한 대안으로서, 상이하게 형성된 조명 세팅이 또한 우수한 프린터빌리티를 성취하기 위해 사용될 수 있다. 이것은 도 12 내지 도 18을 참조하여 이하에서 더욱 상세하게 기재된다.
도 12는 조명 세팅의 추가 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다. 도 12에 도시된 조명 세팅은 2개의 내부 조명 극(35a 및 36a) 및 2개의 외부 조명 극(35b 및 36b)을 갖는다. 따라서, 이러한 조명 세팅은 또한 더블 이극 세팅으로서 이하에서 지정된다. 내부 조명 극(35a 및 36a) 내에서, 광 강도는 미리 결정된 내부 조명 극 최소값보다 크다. 외부 조명극(35b 및 36b) 내에서, 광 강도는 미리 결정된 외부 조명 최소 값보다 크다. 조명 극(35a, 35b, 36a 및 36b) 밖에서, 광 강도는 내부 조명 극 최소값과 외부 조명 극 최소값보다 작다. 각각의 경우에 내부 조명 극(35a 및 36a)과 외부 조명 극(35b 및 36b)은 예컨대 60˚의 방위각의 동일한 범위에 걸쳐 연장하고 각 경우에 동일한 원주 부분에 배열된다. 외부 조명 극(35b 및 36b)은 내부 조명 극(35a 및 36a)의 외부에 방사상으로 배열되고 따라서 내부 조명 극(35a 및 36a)보다 더 높은 σ값을 갖는다. 더욱이, 외부 조명 극(35b 및 36b)의 조명된 영역은 내부 조명 극(35a 및 36a)의 조명된 영역보다 크다. 예시로서, 외부 조명 극(35b 및 36b)의 조명된 영역은 내부 조명 극(35a 및 36a)의 조명된 영역보다 2배 클 수 있다. 그러나, 내부 조명 극(35a 및 36a)은 외부 조명 극(35b 및 36b)보다 더 높은 광 강도를 갖는다. 예시로서, 내부 조명 극(35a 및 36a)의 광 강도는 외부 조명 극(35b 및 36b)의 광 강도의 2배가 될 수 있다. 특히, 내부 조명 극(35a 및 36a) 및 외부 조명 극(35b 및 36b)의 조명된 영역과 광 강도는 서로 조정될 수 있어서, 내부 조명 극(35a 및 36a) 및 외부 조명 극(35b 및 36b) 각각은 동일한 광 파워를 가진다. 외부 조명 극(35b 및 36b)과 내부 조명 극(35a 및 36a) 간의 방사 거리는, 특히, 임계 주기(Pcritical)를 갖는 패턴의 회절 구조의 회절의 경우 내부 조명 극(35a 및 36a)의 1차 회절 차수는 옵스큐레이션 외부에 완전히 혹은 적어도 대부분 위치하도록 선택될 수 있다. 이것은 도 13에 도시된다.
도 13은 도 12에 도시된 조명 세팅에 대한 패턴의 이미징 동안 투영 오브젝티브(2)의 제 1 동공 평면(30)의 조명의 개략도를 도시한다. 패턴은 스트립 패턴이고, 스트립 거리는 임계 주기(Pcritical)와 대응한다. 도시된 예시적인 실시예에서, 임계 주기(Pcritical)는 36nm의 값을 갖는다.
도 13은 내부 조명 극(35a, 36a)의 0차 회절 차수에 의해 조명된 영역(37a, 38a), 외부 조명 극(35b, 36b)의 0차 회절 차수에 의해 조명된 영역(37b, 38b), 내부 조명 극(35a, 36a)의 1차 차수에 의해 조명된 영역(39a, 40a) 및 외부 조명 극(35b, 36b)의 1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(39b, 40b)을 도시한다.
도 13에서 명백하듯이, 외부 조명 극(35b 및 36b)의 1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(39b 및 40b)은 옵스큐레이션과 상당히 중첩하여, 콘트라스트의 상당한 손실이 도시된 조건하에 발생한다. 그러나, 내부 조명 극(35a 및 36a)의 1차 회절 차수에 의해 조명된 영역(39b 및 40b)이 옵스큐레이션과 중첩하지 않으므로, 이러한 콘트라스트의 손실은 내부 조명 극(35a 및 36a)에 의해 적어도 부분적으로 보상될 수 있다. 이런 경우에, 내부 조명 극(35a 및 36a)의 높은 광 강도로 인하여, 다수의 경우에, 보상을 위한 충분한 광이 이용가능하다. 이미지의 프린터빌리티에 대한 이러한 보상의 효과는 도 14에 도시된다.
도 14는 프린터빌리티에 대한 도 12에 도시된 내부 조명 극(35a 및 36a)의 효과를 도시하기 위한 다이어그램이다. 도시의 방식은 도 11과 대응하며, 즉, 프린터빌리티에 대한 파라미터(NILS)는 이미징된 패턴의 주기에 대하여 구성된다.
도면은, 조명 극이 60˚의 개구 각도를 갖고 σ=0.6에서 σ=0.8의 범위에 대해 방사상으로 연장하는 이극 세팅에 대해 결정된 곡선 프로파일을 실선으로 도시한다. 이것은, 도 12의 외부 조명 극(35b 및 36b)에 대응한다. 곡선 프로파일은 임계 주기(Pcritical=36nm)의 경우, 상당한 딥(great dip)을 가지며, 이러한 영역의 파라미터(NILS)의 값은 1보다 매우 작으며 임계 주기(Pcritical)의 근접한 주기를 갖는 패턴의 회절 구조에 대한 이미지의 프린터빌리티가 보장되지 않는다.
도 14에 도시된 다이어그램의 추가 곡선 프로파일은 파선의 형태로 도시된다. 상기 추가 곡선 프로파일은 내부 조명 극(35a 및 36a) 및 외부 조명 극(35b 및 36b)를 갖는 도 12에 도시된 더블 이극 세팅에 대하여 결정되었고 또한 36nm의 임계 주기(Pcritical)에 근접하여 단지 1 미만의 파라미터(NILS)의 값을 갖는다. 이것은, 이미지의 충분한 프린터빌리티가 도시된 전체 범위에서 보장되는 것을 의미한다.
내부 조명 극(35a 및 36a)과 외부 조명 극(35b 및 36b)을 갖는 도 12에 도시된 더블 이극 세팅에 대한 대안으로서, 각각 방사 방향에서 상이한 강 광도를 갖는 오직 2개의 조명 극(35 및 36)만을 갖는 이극 세팅을 사용하는것 또한 가능하다. 이것은, 2개의 조명 극(35 및 36)은 상이한 σ값에서 각각의 경우에 상이한 광 강도를 갖는다는 것을 의미한다. 특히, 조명 극(35 및 36)은 큰 σ값에서보다 작은 σ값에서 더 큰 광 강도를 갖는다. 이런 경우에, 광 강도는 작은 σ값에서 큰 σ값으로 지속적으로 감소할 수 있다. 이런 식으로 그들의 광 강도에 따라 변화하는 조명 극(35 및 36)은 예컨대 60˚의 개구 각도를 가질 수 있으며 σ=0.3에서 σ=1.0의 범위에 방사상으로 걸쳐 연장할 수 있다.
일반적으로, 조명 세팅은, 이미지 생성에 기여하지 않는 가능한 한 모든 영역들이 제거되고 및/또는 추가 영역이 추가되어 옵스큐레이션과의 다른 영역의 중첩에 의해 유발된 콘트라스트의 손실을 보상하도록 구현될 수 있다. 그러므로, 적합한 조명 세팅을 설계하기 위해, 투영 오브젝티브(2)의 제 1 동공 평면(30)의 어느 영역이 패턴의 회절 구조의 하나 또는 복수의 주기에 대한 이미지 생성에 기여하는지 먼저 확인할 수 있다. 조명 세팅은, 제 1 동공 평면(30)의 이러한 영역이 가능한 한 최적으로 조명되고, 동시에, 제 1 동공 평면(30)의 다른 영역 및 특히 옵스큐레이션의 영역이 가능한한 적게 조명되는 방식으로 최적화될 수 있다. 상이한 주기를 갖는 회절 구조를 갖는 패턴의 경우, 일반적으로, 모든 주기에 대한 이미지의 충분한 프린터빌리티를 가능하게 하는 절충을 할 필요가 있을 것이다.
적절한 조명 세팅 설계의 절차는 도 15 내지 도 17을 참조한 구체적인 예시로서 기재된다.
도 15는 제 1 동공 평면(30)의 개략도를 도시하고, 22nm의 패턴의 회절 구조의 주기의 경우 이미지 생성에 기여하는 이러한 영역이 식별된다. 도 15에 도시된 바와 같이, 사선으로 강조된 2개의 동공 영역(45 및 46)이 존재하며 이로부터 광은 이미지 생성에 기여한다. 이런 경우에, 이미지는 0차 및 +1차 회절 차수의 간섭 및 0차 및 -1차 회절 차수의 간섭에 의해 생성된다. 0차 및 +1차 회절 차수로부터의 이미지 생성은 동공 영역(45)으로부터의 광을 사용하여 실행되고, 0차 및 -1차 회절 차수의 간섭에 의한 이미지 생성은 동공 영역(46)으로부터의 광을 사용하여 실행된다. 동공 영역(45 및 46) 밖의 광은 이미지 생성에 기여하기 보다는, 단순히 백그라운드를 증가시켜서 콘트라스트를 손상시킨다. 동공 영역(45) 및 동공 영역(46)은 각각의 경우에 방위각αopt의 범위에 걸쳐 연장한다.
도 16은 제 1 동공 평면(30)의 개략도를 도시하고, 36nm의 패턴의 회절 구조의 주기의 경우 이미지 생성에 기여하는 이러한 영역이 식별된다. 36nm의 주기의 경우, 도 15의 조건들과 그 밖에는 같은 조건 하에서, 4개의 동공 영역(47, 48, 49 및 50)은 이미지 생성에 기여한다. 상기 동공 영역(47, 48, 49 및 50)은 사선으로 강조된다. 구체적으로, 이미지는, 동공 영역(47)으로부터의 0차 및 +1차 회절 차수, 동공 영역(48)으로부터의 0차 및 -1차 회절 차수, 동공 영역(49)으로부터의 -1차 및 +1차 회절 차수 및 동공 영역(50)으로부터의 +1차 및 -1차 회절 차수의 간섭에 의해 생성된다. 동공 영역(47, 48, 49 및 50) 외부의 광은 이미지 생성에 기여하지 않는다. 특히, 이것은 또한 동공 영역(47 및 49)및 개별적으로 동공 영역(48 및 50)에 의해 둘러싸인 동공 영역(51 및 52)으로부터의 광에 적용된다.
도 17은 도 15 및 도 16을 기초로 하여 설계된 조명 세팅의 개략도이다. 조명 세팅은 반복적 알고리즘에 의해서나 기하학적으로 설계될 수 있다. 조명 세팅을 설계하기 위하여, 먼저 인터섹션은, 22nm의 주기의 경우 이미지 생성에 기여하는 동공 영역(45 및 46)과, 36nm의 주기의 경우 이미지 생성에 기여하는 동공 영역(47, 48, 49 및 50)으로부터 형성된다. 상기 인터섹션은 또한 2개의 주기 중 오직 하나를 위한 이미지 생성에 기여하는 동공 영역(47 및 48)의 부분 구역에 의해 보충된다. 결과적으로, 특히, 도 15 및 도 16의 22nm 및 36nm이외의 주기의 경우에서의 충분한 프린터빌리티를 보장하는 것을 의도한다. 도시된 예시적인 실시예의 경우, 부분적인 구역은 옵스큐레이션에 대한 내부 원(34)까지 작은 σ값을 향하여 방위각(αopt)의 범위 내에서 추가된다. 게다가, 어두운 구역(41 및 42)는 기여하지 않는 동공 영역(51 및 52)을 고려하기 위해 제외된다. 일반적으로, 이것은 방위각(αopt)의 범위와 대응하는 개구 각도를 각각 갖는 2개의 최적화된 조명 극(35 및 36)을 생성한다. 최적화된 조명 극(35 및 36)은 옵스큐레이션을 위한 내부 원(34)과 개구수를 위한 외부 원(33) 사이에서 방사상으로 연장하고, 어두운 구역(41 및 42)은 제외된다. 추가 최적화는 조명 세팅 내에서 광 강도의 변형에 의해 성취될 수 있다. 특히, 강도 그래디언트(intensity gradient)는, 조명 극(35 및 36)의 광 강도가 적어도 작은 σ값을 향해, 즉, 방사상으로 안쪽으로 상승하는 방식으로 형성될 수 있다.
도 18은 다양한 조명 세팅의 경우의 프린터빌리티를 도시하기 위한 다이어그램이다. 도시의 방식은 도 11 및 도 14와 유사하게 선택된다. 이런 경우에, 파라미터(NILS)에 대한 총 3개의 곡선 프로파일이 도시되고, 각각은 상이한 조명 세팅을 나타낸다.
도시는, 도 4의 이극 세팅에 대해 결정된 곡선 프로파일이 실선으로 도시되고, 여기서 조명 극(35 및 36)은 60˚의 개구 각을 갖고 σ=0.6 내지 σ=0.8의 범위에 걸쳐 방사상으로 연장한다. 동일한 곡선 프로파일은 또한 도 11 및 도 14의 다이어그램에 도시되고 대략 36nm의 기간에서 파라미터(NILS)의 우수한 딥을 보인다. 이 기간에서, 파라미터(NILS)는 0.6미만의 값으로 하락한다.
도시는 어두운 구역(41 및 42)이 없는 도 17에 도시된 이극 세팅에 대하여 결정된, 곡선 프로파일을 파선으로 도시하고, 여기서 조명 극(35 및 36)은 방위각(αopt)의 범위에 대응하는 개구각을 가지고 σ=0.3 내지 σ=1.0의 범위에 걸쳐 방사상으로 연속적으로 연장한다. 이러한 곡선 프로파일은 실선으로 도시된 곡선 프로파일에 비해 상당한 개선을 이루며, 특히 대략 36nm의 기간에서 파라미터(NILS)에서의 딥을 더는 보이지 않는다. 그러나, 이러한 곡선 프로파일에서 역시, 파라미터(NILS)의 값은 영역에서 값 1 아래로 떨어진다. 그러나, 값(NILS=0.8)은 언더슈트(undershot)되지 않는다.
도시는, 어두운 구역(41 및 42)을 갖는 도 17에 도시된 이극 세팅에 대해 결정된 곡선 프로파일을 파선으로 도시한다. 이러한 곡선 프로파일은 다시 파선으로 도시된 곡선 프로파일에 비해 상당한 개선을 이룬다. 곡선은 도시된 전체 영역에서 상기 값(NILS)=1보다 높게 진행한다. 따라서, 우수한 프린터빌리티는 도시된 전체 영역에서 보장된다.
상기 기재된 방식이나 다른 방식으로 결정되는 조명 세팅은 예컨대 조명 시스템(1)의 동공 평면에 특히 배열될 수 있는 하나 또는 복수의 조리개에 의해 예컨대 설정될 수 있다. 적절한 조리개의 예시적인 실시예는 도 19, 도 20 및 도 21에서 도시된다. 그러나, 조리개의 용도는 일반적으로 바람직하지 않은 광의 손실을 초래한다. 마찬가지로 예컨대 멀티 미러 어레이에 의한 빔 경로의 전환에 의해 사실상 손실없는 방식으로 바람직한 조명 장치를 세팅하는 것이 가능하다. 예시로서, 도 2에 도시된 조명 시스템(1)의 조명 미러(9 및 10)는 이러한 목적으로 사용될 수 있다.
도 19, 도 20 및 도 21은 조명 세팅을 생성하기 위한 조리개(53)의 상이한 예시적인 실시예의 개략도이다. 조리개(53)는 예컨대 얇은 금속 디스크로서 구현될 수 있다. 도시된 예시적인 실시예에서, 조리개(53)는 각각의 경우에 원형 디스크로서 구현되고 조리개 개구(54 및 55) 또는 내부 조리개 개구(54a 및 55b) 및 외부 조리개 기구(54b 및 55b)를 가질 수 있으며, 이들은 조명 시스템(1)의 광이 통과하는 것을 허용한다. 조리개 개구(54 및 55), 즉 내부 조리개 개구(54a 및 55b) 및 외부 조리개 기구(54b 및 55b)의 외부에서, 조명 시스템(1)의 조리개(53)는 불투명하다.
도 8에 따른 조명 세팅은 도 19에 도시된 바와 같이 조리개(53)의 예시적인 실시예로 설정될 수 있다. 따라서, 조리개 개구(54 및 55)의 형태 및 배열은 도 8에 도시된 조명 극(35 및 36)의 형태 및 배열과 대응한다. 이런 경우에, 조리개 개구(54 및 55)는 특히 각각의 경우 자신의 경계가 옵스큐레이션의 외부 컨투어의 형태, 즉 내부 원(34)의 형태에 대응하는 형태를 영역에서 갖는다는 사실에 의해 구별된다. 특히, 조리개 개구(54 및 55)의 경계는, 이들이 영역에서 옵스큐레이션의 외부 컨투어에 대응하도록 구현된다. 도시된 예시적인 실시예에서, 영역에서 이러한 대응은 경계의 방사상으로 내부에 그리고 경계의 방사상으로 외부 양쪽에 대하여 존재한다.
도 20에 도시된 바와 같이 조리개(53)의 예시적인 실시예는 도 12에 따른 조명 세팅을 설정하는 역할을 한다. 따라서, 조리개(53)는 내부 조리개 개구(54a 및 55a) 및 외부 조리개 개구(54b 및 55b)를 가지고 이것의 형태 및 배열은 도 12에 도시된 조명 극(35a, 36a, 35b 및 36b)의 형태 및 배열과 대응한다. 이런 경우에, 외부 조리개 개구(54b 및 55b)는 내부 조리개 개구(54a 및 55a)의 외부에 완전히 방사상으로 배열된다. 더욱이, 내부 조리개 개구(54a 및 55a)는 각각 옵스큐레이션의 외부 컨투어의 형태와 대응하는 형태를 갖는다. 도시된 예시적인 실시예에서, 방사상으로 내부인 내부 조리개 개구(54a 및 55b)의 경계는 각각의 경우에 옵스큐레이션의 외부 컨투어의 형태와 대응하는 형태를 갖는다. 특히, 방사상으로 내부인 내부 조리개 개구(54a 및 55b)의 경계는 각각의 경우에 옵스큐레이션의 외부 컨투어에 동일하게 구현된다.
도 21에 도시된 조리개(53)의 예시적인 실시예는 도 17에 따른 조명 세팅을 설정하는 역할을 한다. 따라서, 조리개 개구(54 및 55)의 형태 및 배열은 도 17에 도시된 조명 극(35 및 36)의 형태 및 배열에 대응한다. 특히, 조리개(53)는 조리개 개구(54 및 55) 내에 얇은 웹(thin web)(58 및 59)에 의해 고정되고 형태와 배열의 면에서 조명 세팅의 어두운 구역(41 및 42)에 대응하는 불투명한 영역(56 및 57)을 갖는다. 따라서, 불투명한 영역(56 및 57)은 옵스큐레이션의 외부 컨투어의 형태에 영역상 상응하는 형태인 조리개 개구(54 및 55)의 경계를 형성한다. 특히, 조리개 개구(54 및 55)의 이러한 경계는 영역에서 이들이 옵스큐레이션의 외부 컨투어에 대응하도록 구현된다. 도시된 예시적인 실시예에서, 각각의 경우에 불투명한 영역(56 및 57)의 방사상 내부로 향하는 측면에 영역의 대응이 존재한다.
명료함을 위하여, 개별적으로 다르게 언급되지 않은 경우, 수직 스트립을 갖는 마스크(3)는 개별적으로 상기 기재 및 도면에 대한 기반으로 받아들여진다. 이것은, 수평으로 연장하는 스트립 패턴이나 패턴의 다른 회절 구조에도 동일하게 적용된다.
1: 조명 시스템
2: 투영 오브젝티브
3: 마스크
4: 오브젝트 평면
5: 기판
6: 이미지 평면
7: 광원
8: 제 1 조명 미러
9: 제 2 조명 미러
10: 제 3 조명 미러
11: 제 4 조명 미러
12: 제 5 조명 미러
13: 미러 패싯
14: 미러 패싯
15: 제 1 이미징 미러
16: 제 2 이미징 미러
17: 제 3 이미징 미러
18: 제 4 이미징 미러
19: 제 5 이미징 미러
20: 제 6 이미징 미러
21: 제 7 이미징 미러
22: 제 8 이미징 미러
23: 광학 시스템 축
24: 컷아웃(cutout)
25: 컷아웃
26: 컷아웃
27: 컷아웃
28: 제 1 중간 이미지 평면
29: 제 2 중간 이미지 평면
30: 제 1 동공 평면
31: 제 2 동공 평면
32: 제 3 동공 평면
33: 외부 원
34: 내부 원
35: 조명 극
35a: 내부 조명 극
35b: 외부 조명 극
36: 조명 극
36a: 내부 조명 극
36b: 외부 조명 극
37, 37a, 37b: 0차 회절 차수에 의해 조명된 영역
38, 38a, 38b: 0차 회절 차수에 의해 조명된 영역
39, 39a, 39b: +1차 회절 차수에 의해 조명된 지역
40, 40a, 40b: -1차 회절 차수에 의해 조명된 지역
41: 어두운 구역
42: 어두운 구역
43: 조명되지 않은 구역
44: 조명되지 않은 구역
45: 동공 영역
46: 동공 영역
47: 동공 영역
48: 동공 영역
49: 동공 영역
50: 동공 영역
51: 동공 영역
52: 동공 영역
53: 조리개
54: 조리개 개구
54a: 내부 조리개 개구
54b: 외부 조리개 개구
55: 조리개 개구
55a: 내부 조리개 개구
55b: 외부 조리개 개구
56: 불투명한 영역
57: 불투명한 영역
58: 웹(web)
59: 웹

Claims (24)

  1. EUV 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치로서,
    - 패턴을 조명하기 위한 조명 시스템(1),
    - 감광성 기판(5) 상에 상기 패턴을 이미징하기 위한 투영 오브젝티브(2)를 포함하고,
    - 상기 투영 오브젝티브(2)는 옵스큐레이션(obscuration)을 갖는 동공 평면(30)을 가지고,
    - 상기 조명 시스템(1)은 각도 분포(angular distribution)를 갖는 광을 생성하고,
    - 상기 각도 분포는, 극 각(polar angle)의 범위와 방위각(azimuth angle)의 범위에 걸쳐 연장하고 그 범위 내에서는 광 강도가 외부 조명 극 최소값 보다 큰 외부 조명 극(35b 및 36b)을 가지고,
    - 상기 각도 분포는, 극 각의 범위와 방위각의 범위에 걸쳐 연장하고 그 범위 내에서는 광 강도가 내부 조명 극 최소값 보다 큰 내부 조명 극(35a 및 36a)을 가지고,
    - 상기 내부 조명 극(35a 및 36a)의 각도 범위는 상기 외부 조명 극(35b 및 36b)의 각도 범위보다 작은 극 각을 가지며,
    - 광 강도의 상기 내부 조명 극 최소값은 상기 외부 조명 극 최소값 보다 큰, 투영 노광 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 조명 극(35b 및 36b)과 상기 내부 조명 극(35a 및 36a) 간의 광의 각도 분포는 극 각의 범위를 가지고, 광 강도는 상기 외부 조명 극 최소값 및 상기 내부 조명 극 최소값보다 작은, 투영 노광 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 외부 조명 극(35b 및 36b)은 상기 내부 조명 극(35a 및 36a) 보다 큰 면적을 갖는, 투영 노광 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 조명 극(35b 및 36b) 및 상기 내부 조명 극(35a 및 36a)은 동일한 방위각의 범위에 걸쳐 연장하는, 투영 노광 장치.
  5. EUV 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치로서,
    - 패턴을 조명하기 위한 조명 시스템(1), 및
    - 감광성 기판(5) 상에 상기 패턴을 이미징하기 위한 투영 오브젝티브(2)를 포함하고,
    - 상기 투영 오브젝티브(2)는 옵스큐레이션을 갖는 동공 평면(30)을 가지고,
    - 상기 조명 시스템(1)은 각도 분포를 갖는 광을 생성하고,
    - 상기 각도 분포는, 극 각의 범위와 방위각의 범위에 걸쳐 연장하고 그 범위내에서 광 강도가 조명 극 최소값 보다 큰 조명 극(35 및 36)을 가지며,
    - 큰 극 각을 향하는 상기 조명 극(35 및 36)으로부터, 어두운 구역(dark zone)(41 및 42)이 제외되고, 이 구역내에서 광 강도는 상기 조명 극 최소값보다 작으며 이 구역은 상기 동공 평면(30)의 옵스큐레이션의 형태에 대응하는 형태를 일부 영역에(in regions) 갖는, 투영 노광 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 어두운 구역(41 및 42)은 상기 조명 극(35 및 36)에 의해 일부 영역에서 둘러싸이는, 투영 노광 장치.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서, 상기 어두운 구역(41 및 42)은 상기 조명 극(35 및 36)에 의해 완전히 둘러싸이는, 투영 노광 장치.
  8. 청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조명 극(35 및 36)은 적어도 방위각 범위 내에서 큰 극 각을 향해 오목한 방식으로 구현되는, 투영 노광 장치.
  9. 청구항 5 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어두운 구역(41 및 42)의 외부 컨투어(outer contour)는 적어도 일부 영역에서 상기 옵스큐레이션의 외부 컨투어에 대응하게 구현되는, 투영 노광 장치.
  10. EUV 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치로서,
    - 패턴을 조명하기 위한 조명 시스템(1), 및
    - 감광성 기판(5) 상에 상기 패턴을 이미징하기 위한 투영 오브젝티브(2)를 포함하고,
    - 상기 투영 오브젝티브(2)는 옵스큐레이션을 갖는 동공 평면(30)을 가지고,
    - 상기 조명 시스템(1)은 각도 분포를 갖는 광을 생성하고,
    - 상기 각도 분포는, 극 각의 범위와 방위각의 범위에 걸쳐 연장하고, 그 범위내에서 광 강도는 조명 극 최소값 보다 큰 조명 극(35 및 36)을 가지고,
    - 상기 조명 극(35 및 36) 내의 광 강도는 큰 극 각으로부터 작은 극 각을 향할수록 증가하는, 투영 노광 장치.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 조명 극(35 및 36)은, 상기 옵스큐레이션의 에지에서의 극 각의 사인 값의 110% 미만의 사인 값을 갖는 극 각이 발생할 정도로 작은 극 각을 향해 연장하는, 투영 노광 장치.
  12. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서, 상기 조명 극(35 및 36)은, 상기 투영 오브젝티브(2)의 오브젝트 측면 개구수의 적어도 90%의 사인 값을 갖는 극 각이 발생할 정도로 큰 극 각을 향해 연장하는, 투영 노광 장치.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조명 극(35 및 36)은, 미러 장치에 의해 형성되는, 투영 노광 장치.
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조명 극(35 및 36)은, 적어도 45˚에 달하는 방위각의 범위에 걸쳐 연장하는, 투영 노광 장치.
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서, 광의 상기 각도 분포는 추가 조명 극(35 및 36)을 가지며, 이 조명 극은 상기 조명 극(35 및 36)에 유사하게 구현되는, 투영 노광 장치.
  16. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서, 상기 옵스큐레이션은 상기 동공 평면(30)의 중심에 배열되는, 투영 노광 장치.
  17. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투영 오브젝티브(2)는 적어도 0.4의 이미지 측 개구수를 갖는, 투영 노광 장치.
  18. 옵스큐레이션을 갖는 동공 평면(30)을 갖는 투영 오브젝티브(2)에 의한 감광성 기판(5)의 마이크로리소그래피 노광을 위한 방법으로서,
    - 조명 시스템(1)이, 극 각의 범위와 방위각의 범위에 걸쳐 연장하고 그 범위 내에서는 광 강도가 조명 극 최소값보다 큰 조명 극(35 및 36)을 갖는 각도 분포를 갖는 EUV 범위에서의 광을 생성하기 위해 사용되고,
    - 상기 조명 극(35 및 36)은, 큰 극 각을 향하여, 어두운 구역(41 및 42)이 제외되고, 상기 광 강도가 상기 조명 극 최소값보다 작으며, 이 구역은 상기 동공 평면(30)의 옵스큐레이션의 형태에 대응하는 형태를 일부 영역에서 갖도록, 구현되는 방법.
  19. 옵스큐레이션을 갖는 동공 평면(30)을 갖는 투영 오브젝티브(2)에 의한 감광성 기판(5)의 마이크로리소그래피 노광을 위한 방법으로서,
    - 조명 시스템(1)이 각도 분포를 갖는 상기 EUV 범위에서의 광을 생성하는데 사용되고,
    - 상기 각도 분포는, 극 각의 범위와 방위각의 범위에 걸쳐 연장하고 그 범위 내에서는 광 강도가 외부 조명 극 최소값 보다 큰 외부 조명 극(35b 및 36b)을 가지고,
    - 상기 각도 분포는, 극 각의 범위와 방위각의 범위에 걸쳐 연장하고 그 범위 내에서는 광 강도가 내부 조명 극 최소값 보다 큰 내부 조명 극(35a 및 36a)을 가지고,
    - 상기 내부 조명 극(35a 및 36a)의 각도 범위는 상기 외부 조명 극(35b 및 36b)의 각도 범위보다 작은 극 각을 가지며,
    - 상기 광 강도의 상기 내부 조명 극 최소값은 상기 외부 조명 극 최소값 보다 큰, 방법.
  20. 옵스큐레이션을 갖는 동공 평면(30)을 갖는 투영 오브젝티브(2)에 의한 감광성 기판(5)의 마이크로리소그래피 노광을 위한 방법으로서,
    - 조명 시스템(1)이, 극 각의 범위와 방위각의 범위에 걸쳐 연장하고 그 범위 내에서는 광 강도가 조명 극 최소값보다 큰 조명 극(35 및 36)을 갖는 각도 분포를 갖는 EUV 범위에서의 광을 생성하기 위해 사용되고,
    - 상기 조명 극(35 및 36)은, 상기 조명 극(35 및 36) 내의 광 강도가 큰 극 각으로부터 작은 극 각을 향할수록 증가하도록 구현되는, 방법.
  21. EUV 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치의 조명 시스템의 조리개로서,
    - 상기 조리개(53)는, 상기 조명 시스템에 의해 생성되고 옵스큐레이션을 갖는 동공 평면(30)을 갖는 투영 오브젝티브(2)에 공급되는 광의 각도 분포를 미리 결정하는 적어도 하나의 조리개 개구(54 및 55)를 가지며,
    - 상기 조리개 개구(54 및 55)는, 상기 투영 오브젝티브(2)의 동공 평면(30)의 옵스큐레이션의 외부 컨투어의 형태에 대응하는 형태를 일부 영역에서 갖는 적어도 하나의 경계에 의해 범위가 정해지는(delimit), 조리개.
  22. 청구항 21에 있어서, 상기 투영 오브젝티브(2)의 동공 평면(30)의 옵스큐레이션의 외부 컨투어의 형태에 대응하는 형태를 갖는 상기 조리개 개구(54 및 55)의 경계의 영역은, 방사상으로 외부를 향하여 상기 조리개 개구(54 및 55)의 범위를 정하는, 조리개.
  23. EUV 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치의 조명 시스템의 조리개로서,
    - 상기 조리개(53)는, 상기 조명 시스템에 의해 생성되고 옵스큐레이션을 갖는 동공 평면(30)을 갖는 투영 오브젝티브(2)로 공급되는 광의 각도 분포를 미리 결정하는 적어도 하나의 내부 조리개 개구(54a 및 55a) 및 적어도 하나의 외부 조리개 개구(54b 및 55b)를 가지고,
    - 상기 외부 조리개 개구(54b 및 55b)는 상기 내부 조리개 개구(54a 및 55a)의 외부에 완전히 방사상으로 배열되는, 조리개.
  24. 청구항 23에 있어서, 상기 내부 조리개 개구(54a 및 55a)는, 상기 투영 오브젝티브(2)의 동공 평면(30)의 옵스큐레이션의 외부 컨투어의 형태에 대응하는 형태를 일부 영역에서 갖는 적어도 하나의 경계에 의해 범위가 정해지는, 조리개.
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