KR20160141861A - 이미지 사이즈 제어용 투영 시스템을 포함하는 포토리소그래피 장치 - Google Patents

이미지 사이즈 제어용 투영 시스템을 포함하는 포토리소그래피 장치 Download PDF

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KR20160141861A
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도날드 찰스 딜월스
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라이테큐 비.브이.
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Abstract

본 발명은 투영된 기판 패턴(W)의 상대 이미지 사이즈(S1/S0)를 제어하기 위한 포토리소그래피 장치(100) 및 방법에 관한 것이다. 투영 시스템(10)은 기판 패턴(W)으로서 마스크 패턴(M)의 이미지를 기판(6)상에 투영하도록 배치되며, 투영 시스템(10)은 상대 이미지 사이즈(S1/S0)를 제어하기 위해 중앙 위치(X0)를 포함하는 범위(Xmin 내지 Xmax) 내에서 이동 가능한 조정렌즈(13)를 포함한다. 투영 시스템(10)은, 조정렌즈(13)가 중앙 위치(X0)에 위치될 때 조정렌즈(13)의 시점으로부터의 겉보기 마스크 패턴(M')이 조정렌즈(13)로부터 조정렌즈(13)의 초점거리(F)의 두 배인 거리(2*F)에 있는 것처럼 보이도록, 마스크 패턴(M)을 조정렌즈(13) 상에 투영하도록 배치된다.

Description

이미지 사이즈 제어용 투영 시스템을 포함하는 포토리소그래피 장치{Photolithography apparatus comprising projection system for control of image size}
본 발명은 투영 시스템을 포함하는 포토리소그래피 장치 및 투영된 기판 패턴의 이미지 사이즈를 제어하는 방법에 관한 것이다.
포토리소그래피는 기판에 부품을 패터닝하기 위한 마이크로가공 또는 나노가공에서 사용되는 공정이다. 전형적으로 이는 마스크로부터 기판상의 감광성 화학물질("포토레지스트")에 마스크 패턴을 전사하기 위해 광을 사용한다. 예를 들어, 포토리소그래피 장치는 광을 마스크에 제공하기 위한 광원 및/또는 빔 쉐이퍼(beam shaper)를 갖는 광 조사 시스템을 포함하거나 광 조사 시스템에 연결된다. 마스크 패턴은 투영 시스템에 의해 기판상에 이미지화된다. 투영 시스템은 투영된 이미지의 배율, 위치 및/또는 포커싱(focusing)을 제어하기 위한 곡면 거울 및/또는 렌즈 같은 광학 소자를 포함한다.
마이크로리소그래피 산업에서 사용되는 이러한 광학 소자는 전형적으로 마스크 내의 구조를 예를 들어 이론적 회절 한계에 가깝게 분해하기 위해 고해상도를 갖는다. 기판에 연속적인 층들을 도포할 때, 이미지들은 전형적으로 그 해상도의 일정 분율의 정확도로 중첩될 필요가 있다. 그러나, 온도나 기압 같은 환경 조건이 변할 때, 이미지의 스케일 및/또는 포커싱이 영향을 받을 수 있다. 이는 층들이 서로 다른 기계에 의해 도포될 때에 더욱 복잡해질 수 있다. 따라서 투영된 기판 패턴의 상대 이미지 사이즈를 정확하게 제어하는 것이 요망된다.
전형적인 투영 시스템에서, 이미지 사이즈의 제어는 배율을 조정하기 위해 광축을 따라 렌즈를 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 그러나 이는 일반적으로 이미지 평면의 위치에 영향을 주어서 투영된 기판 패턴의 번짐(blurring)을 야기한다. 이미지 평면의 이동은 동시에 제2 조정렌즈 또는 심지어 기판 자체의 위치를 이동시킴으로써 보상될 수 있다. 그러나 이는 일반적으로 동일하지 않고 예를들어 비선형 같은 조화되기 어려운 두가지 조정이 필요하다.
미국특허 제 6,816,236호는 6개의 렌즈군을 포함하며 그 중에 4개는 스톱부(stop)를 중심으로 대칭되게 쌍을 이루어 배치되는 투영 광학 시스템을 개시한다. 제2 및 제5 렌즈군은 피사체 측으로부터 순서대로 스톱부를 중심으로 대칭되게 배치될 수 있지만, 투영 광학 시스템의 배율을 조정하기 위해 스톱부를 중심으로 조정가능하게 비대칭될 수 있다.
제1 및 제6 렌즈군은 피사체 측으로부터 순서대로 피사체 측과 이미지 측 양측 각각에 투영 광학 시스템을 텔레센트릭(telecentric)하게 만드는 기능을 한다. 투영 노광 장치는 이미지 배율을 자동으로 검출하고, 그 검출 결과에 기초하여 제2 및 제5 렌즈군의 위치를 일체로 조정하여 특정 배율을 유지한다.
불행히도, 종래기술의 해결방법은 스톱부를 중심으로 대칭되게 쌍을 이루어 배치된 렌즈군에 한정된다. 또한 종래기술은 다수의 렌즈군에 의해 배율을 제어하는 것에 의존하기 때문에, 이미징(imaging)은 상기 렌즈군들의 상대 위치에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어 제2 렌즈군은 시스템 내의 온도 변동의 결과로서 제5 렌즈군에 대해 및/또는 제3 또는 제4 렌즈군에 대해 상대 이동될 수 있다. 또한 제2 및 제5 렌즈군이 동일하게 제조되지 않으면 이미지가 저하될 수 있다.
따라서, 투영된 기판 패턴의 상대 이미지 사이즈를 제어하기 위한 보다 다양하고 견고한 투영 시스템을 포함하는 포토리소그래피 장치가 요구된다.
본 발명은 투영된 기판 패턴의 상대 이미지 사이즈를 제어하기 위한 보다 다양하고 견고한 투영 시스템을 포함하는 포토리소그래피 장치 및 투영된 기판 패턴의 이미지 사이즈를 제어하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 측면은 포토리소그래피 장치를 제공한다. 상기 장치는 마스크를 위치시키기 위해 배치된 마스크 스테이지를 포함한다. 상기 마스크는 마스크 패턴을 포함하며, 상기 마스크 패턴에 따라 광 조사 빔을 패터닝한다. 상기 장치는 기판 상에 기판 패턴을 수용하기 위하여 상기 기판을 위치시키기 위해 배치된 기판 스테이지를 더 포함한다. 상기 장치는 상기 기판 패턴으로서 상기 마스크 패턴의 이미지를 상기 기판에 투영하도록 배치된 투영 시스템을 더 포함한다. 상기 투영 시스템은 중앙 위치를 포함하는 범위 내에서 이동가능한 조정렌즈를 더 포함하며, 상기 조정렌즈의 상대 위치에 의해 상기 투영된 기판 패턴의 상대 이미지 사이즈를 제어한다. 상기 투영 시스템은, 상기 조정렌즈가 중앙 위치에 위치될 때, 상기 조정렌즈의 시점으로부터의 겉보기 마스크 패턴이 상기 조정렌즈로부터 상기 조정렌즈의 초점거리의 두배인 거리에 있는 것처럼 보이도록 상기 마스크 패턴을 상기 조정렌즈 상에 투영하도록 배치된다.
상기 조정렌즈의 시점으로부터의 마스크 패턴이 상기 조정렌즈의 초점거리의 두 배인 거리에 나타날 때, 상기 조정렌즈는 이미지 평면의 위치에 대한 영향을 최소화하면서 상기 투영된 이미지의 상대 사이즈를 조정하기 위해 이동될 수 있다는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 투영된 기판 패턴의 이미지 사이즈는 이미지 포커스의 이동을 보상할 필요 없이 간단한 방식으로 제어될 수 있다. 상기 투영 시스템은 더 많은 조건들에 국한되지 않기 때문에 더 다양할 수 있다. 상기 투영 시스템은 이미지 사이즈를 제어하기 위한 다수의 상호 관련된 광학 소자에 의존하지 않기 때문에 더 견고할 수 있다.
이론적으로 깊이 들어가지 않고 할 수 있는 설명은 다음과 같다. 일반적으로 피사체가 렌즈의 초점거리의 두 배의 거리에 배치되면 렌즈는 피사체에 대응하는 이미지를 렌즈의 타측에서 동일한 거리에 투영하도록 설정되며, 횡방향 배율은 1(unity), 즉 상기 이미지는 피사체와 동일한 사이즈라는 것을 알 수 있다. 또한 렌즈의 종방향 배율은 일반적으로 횡방향 배율의 제곱에 비례한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 렌즈가 1(unity)인 횡방향 배율로 동작하도록 배치되는 경우에, 렌즈 방향 또는 렌즈로부터 멀어지는 방향으로 작은 거리만큼 이동하는 피사체의 변위는 동일한 방향으로 상응하는 이미지 위치의 유사한 변위를 초래한다.
마찬가지로 상기 렌즈 자체가 광축을 따라 작은 거리만큼 이동되면, 상기 렌즈와 상기 피사체 및 상기 렌즈와 상기 이미지 사이의 거리가 변하는 동안 일차적으로 상기 이미지 평면의 위치는 변하지 않는다. 횡방향 배율은 후자의 두 거리의 비율이므로, 횡방향 배율은 초점 위치가 무시할 만큼 변화되더라도 변경될 수 있다.
상기 조정렌즈의 시점으로부터 상기 마스크가 나타나는 거리는 상기 렌즈와 마스크 사이의 실제 거리와 다를 수 있는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 부가의 광학 소자들이 상기 마스크와 조정렌즈 사이에 배치되는 경우에, 상기 조정렌즈의 시점으로부터의 겉보기 거리는 변경될 수 있다. 마스크가 나타나는 위치는 상기 조정렌즈가 볼록렌즈인지 오목렌즈인지에 따라 렌즈의 전방(마스크와 동일측) 또는 후방에 있을 수 있다. 오목렌즈의 경우, 초점거리는 음의 수로 표현될 수 있으며, 겉보기 마스크 패턴까지의 거리는 광원과는 다른 렌즈의 타측(가상 피사체)에 나타날 때는 음의 거리로 표현될 수 있다.
중앙 위치에서의 상기 조정렌즈는 바람직하게는 상기 겉보기 마스크 패턴의 사이즈와 상기 조정렌즈의 시점으로부터의 겉보기 기판 패턴의 사이즈 사이의 배율 인자 1:1을 제공하도록 배치된다. 그러나, 투영 시스템은 대체로 다른 배율 인자로 동작할 수 있다. 예를 들어, 광이 대략 평행하게 되는 상기 투영 시스템의 일부분에 주밍소자(zooming element)가 위치하는 경우, 상기 주밍소자에 의해 보여지는 상기 먼 거리의 피사체와 이미지는 동일한 거리에 이격된 것으로 보아 상기한 조건을 만족시킬 수 있다. 일반적으로 중앙 위치에서 상기 조정렌즈에 입사하는 광의 시준 정도(a degree of collimation of light)는 상기 조정렌즈에서 출사하는 광의 시준 정도와 동일한 것이 바람직하다. 나머지 소자들은 렌즈 디자이너가 원하는 배율을 제공할 수 있다. 따라서 상기 투영 시스템은 보다 더 다양할 수 있다.
상기 조정렌즈를 그 내부에 광학소자들 없이 단일 유닛으로서 이동시킴으로써, 상기 투영 시스템은 더욱 단순화되고 견고하게 될 수 있다. 예를들어, 상기 조정렌즈는 단일 메카니즘에 의해 이동될 수 있다. 다른 (고정된) 광학소자가 상기 조절렌즈들 사이에 배치되지 않기 때문에, 그 상대 위치 및/또는 각도에 의해 이미지 형성이 영향을 받지 않는다.
상기 조정렌즈로서 단일렌즈 요소를 사용함으로써, 상기 투영 시스템은 더욱 단순화되고 견고해 질 수 있다. 예를 들어, 이미지 사이즈를 조정하기 위해 다수의 렌즈 요소를 이동시킬 필요가 없다. 또한 단일렌즈 요소는 상대 위치가 예를 들어 상기 이미지 사이즈 및/또는 포커싱 조건에 영향을 미치는 온도에 영향을 받을 수 있는 렌즈 요소의 집합체 보다 더 견고해질 수 있다. 또한 정확히 동일한 한 쌍의 렌즈 요소를 제조할 필요가 없다. 또한 상기 조정렌즈의 폭, 즉 상기 조정렌즈의 제1 면과 최후면 사이의 광축의 길이가 더 작아질 수 있다. 더 얇은 조정렌즈는 기계적 또는 투과성 문제에 덜 영향을 받을 수 있다. 따라서, 상기 조정렌즈는 10cm 미만, 바람직하게는 5cm 미만, 보다 바람직하게는 1cm 미만의 두께를 갖도록 요구된다. 초점 거리가 더 길면 상기 렌즈는 더 얇아질 수 있다는 것을 알 수 있다.
큰 초점거리를 갖는 조정렌즈를 사용함으로써, 배율을 원하는 범위 내에서 보다 정확하게 제어할 수 있다. 보다 큰 초점거리에 대해, 상기 조정렌즈는 상기 이미지 평면의 위치에 미치는 영향을 최소화하면서 상기 배율을 조정하기 위해 상당한 거리를 이동할 수 있다. 예를 들어, 초점거리가 5미터 초과, 바람직하게는 10미터 초과, 보다 바람직하게는 20미터 초과 심지어 40미터 초과의 초점거리를 가지는 조정렌즈가 요구될 수 있다. 초점거리가 클수록 상기 배율을 더 정확하게 제어할 수 있다. 반면, 초점거리가 너무 크면, 상기 렌즈는 배율을 조정하는데 과도한 이동이 필요할 수 있다. 따라서, 전형적으로 초점거리가 1000미터 미만, 바람직하게는 100미터 미만, 예를 들어 약 50미터인 것이 요망된다.
상기 조정렌즈의 이미지 측에 렌즈를 부가함으로써, 상기 투영 시스템의 상기 이미지 평면은 대체로 상기 조정렌즈 단독의 상기 이미지 평면과 다른 위치에 있을 수 있다. 예를 들어, 실제 기판 패턴은 상기 렌즈의 시점으로부터의 (가상의) 기판 패턴의 겉보기 거리보다 렌즈에 더 근접하게 투영될 수 있다. 상기 조정렌즈의 시점으로부터의 상기 겉보기 이미지 평면이 상기 조정렌즈의 초점거리의 대략 두 배일 때 상기 조정렌즈까지 더 작은 거리를 갖는 상기 투영 시스템의 상기 이미지 평면에 상기 기판 패턴을 투영함으로써(예를 들어, 상기 거리는 상기 조정렌즈의 초점거리의 일정 분율), 특히 상대적으로 약한 조정렌즈를 사용하는 경우에 상기 상대 이미지 사이즈를 정확하게 조정하는 동안 상기 이미지 평면 위치의 유지가 더욱 향상될 수 있다.
상기 조정렌즈의 시점으로부터의 상기 겉보기 마스크 패턴의 거리를 증가시키도록 상기 투영 시스템을 배치함으로써, 상기 장치가 더욱 소형화될 수 있다. 예를 들어, 초점거리가 클 때 상기 마스크를 상기 조정렌즈로부터 먼 거리에 실제로 배치할 필요가 없다. 그 대신에 예를 들어 시준 광학소자(collimating optics)가 상기 조정렌즈와 상기 마스크 패턴 사이에 배치될 수 있다.
증가된 시준도(즉, 보다 평행한 광 경로)를 갖는 상기 패턴된 광을 상기 조정렌즈에 투영함으로써, 상기 마스크 패턴의 상기 겉보기 거리가 상기 조정렌즈의 시점으로부터 증가될 수 있다. 유사하게, 상기 이미지 평면과 상기 조정렌즈 사이의 실제 거리를 감소시키도록 상기 투영 시스템을 배치함으로써, 상기 장치는 더욱 소형화될 수 있다. 예를 들어, 상기 조정렌즈로부터 큰 거리에 상기 기판을 배치할 필요가 없다. 상기 조정렌즈를 상기 투영시스템의 중앙에 배치함으로써, 동일하거나 유사한 광학 구성부품이 양측에 사용될 수 있어, 생산비용을 감소시킬 수 있다.
상기 조정렌즈가 상기 렌즈의 초점거리와 비교하여 중앙위치로부터 과도한 거리를 넘어 이동되면, 제2 차 초점이동이 발생할 수 있다. 따라서 이미지 초점을 유지하면서 배율을 조정하는 방법은 작은 이미지 사이즈 조정에 특히 적합하다.
바람직하게는, 사용 가능한 범위는 마이크로리소그패피 산업에서 요구되는 상대 이미지 사이지의 전형적인 조정에 대응한다. 초점이동을 제한하기 위해, 상기 조정렌즈의 이동이 상기 중앙 위치로부터 최대거리 내에 유지되도록 제한한다.
바람직하게는 상기 최대거리는 초점거리의 1/10 미만, 보다 바람직하게는 초점거리의 1/100 미만, 더욱 바람직하게는 초점거리의 1/1,000 미만이다. 상기 초점거리와 비교하여 상기 조정렌즈의 상대 이동이 작을수록 상기 이미지 평면이 덜 이동한다. 반면, 상기 상대 이미지 사이즈를 충분히 조정하기 위해서는 얼마간의 상대 이동이 필요할 수 있다. 따라서, 상기 최대거리는 적어도 초점거리의 1/100,000배, 바람직하게는 초점거리의 1/10,000배 초과, 예를 들어 대략 초점거리의 약 1/3,000배인 것이 바람직하다.
제어기를 제공함으로써, 상기 투영된 기판 패턴의 상기 상대 이미지 사이즈를 조정하기 위한 상기 조정렌즈의 상대 위치가 정확히 및/또는 자동으로 제어될 수 있다. 예를들어, 제어기는 측정된 온도 변화에 따라 상기 조정렌즈의 상대 위치를 제어할 수 있다. 대안으로 또는 부가적으로, 이미지 센서를 제공함으로써, 상기 투영된 기판 패턴의 상기 이미지 사이즈가 자동으로 검출될 수 있다. 상기 제어기는 원하는 이미지 사이즈를 얻거나 유지하기 위해 상기 검출된 이미지 사이즈의 함수로서 상기 조정렌즈의 위치를 조정할 수 있다.
본 발명의 제2 측면은 포토리소그래피 장치에 있어서 투영된 기판 패턴의 상대 이미지 사이즈를 제어하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 마스크 패턴의 이미지로서 상기 기판 패턴을 투영하기 위한 투영 시스템을 이용하는 단계를 포함한다. 상기 투영 시스템은 상기 투영된 기판 패턴의 상대 이미지 사이즈를 조정하기 위한 조정렌즈를 포함한다. 상기 방법은 중앙 위치를 중심으로 상기 조정렌즈의 상대 위치를 제어하여 상기 투영된 기판 패턴의 상기 상대 이미지 사이즈를 제어하는 단계를 더 포함한다.
상기 투영 시스템은, 상기 조정렌즈가 중앙 위치에 위치될 때, 상기 조정렌즈의 시점으로부터의 겉보기 마스크 패턴이 상기 조정렌즈로부터 상기 조정렌즈의 초점거리의 두 배인 거리에 있는 것처럼 보이도록 상기 마스크 패턴을 상기 조정렌즈 상에 투영하도록 배치된다.
상기 방법은 전술한 바와 같은 유사한 이유로 보다 다양하고 견고한 투영 시스템을 제공하도록 유리하게 적용될 수 있음을 이해할 것이다.
본 발명은 투영된 기판 패턴의 상대 이미지 사이즈를 제어하기 위한 보다 다양하고 견고한 투영 시스템을 포함하는 포토리소그래피 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 장치, 시스템 및 방법의 상기 및 그 외의 특징, 태양 및 이점들은 이후의 상세한 설명, 첨부 청구범위 및 첨부 도면으로 보다 잘 이해될 것이다.
도 1a는 포토리소그래피 장치의 일 실시예의 개략도를 보여준다.
도 1b는 예를 들어 도 1a의 장치에서 사용하기 위한 투영 시스템의 일 실시예의 개략도를 보여준다.
도 2a는 투영 시스템의 다른 실시예의 개략도를 보여준다.
도 2b는 도 2a의 실시예의 조정렌즈를 이동시킴에 따른 영향을 도시한다.
도 3a는 투영 시스템의 다른 실시예의 개략도를 보여준다.
도 3b는 도 3a의 실시예의 조정렌즈를 이동시킴에 따른 영향을 도시한다.
도 4a는 투영 시스템의 다른 실시예의 개략도를 보여준다.
도 4b는 도 4a의 실시예의 조정렌즈를 이동시킴에 따른 영향을 도시한다.
도 5는 오목 조정렌즈를 포함하는 투영 시스템의 일 실시예의 개략도를 보여준다.
달리 정의하지 않는 한, 여기서 사용하는 모든 용어(기술 및 과학 용어 포함)는 상세한 설명 및 도면과 관련하여 보는 바와 같은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기능을 갖는 자가 일반적으로 이해하는 바와 동일한 의미를 갖는다. 또한 일반적으로 사용되는 사전들에서 정의하는 바와 같은 용어들은 관련 기술과 관련된 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기서 명백히 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 느낌으로 해석되지 않을 것이라는 것이 이해될 것이다. 경우에 따라서, 잘 알려진 장치 및 방법의 상세한 설명은 본 시스템 및 방법의 설명을 애매하게 하지 않도록 생략될 수도 있다. 특정 실시예를 설명하는데 사용되는 용어는 본 발명의 한정하려는 것이 아니다. 여기서 사용되는 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 그 문맥이 달리 분명하게 지시하지 않는 한 복수의 형태도 포함하는 것이다. "및/또는"이라는 용어는 하나 또는 그 이상의 관련되어 나열된 항목의 임의의 것 및 모든 조합을 포함한다. "포함하다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는 진술된 특징들의 존재를 규정하는 것으로서 하나 또는 그 이상의 특징의 존재나 부가를 배제하는 것이 아니라는 것이 이해될 것이다. 또한 어떤 방법의 특정 단계가 다른 단계의 후라고 말할 때, 달리 특정하지 않는 한 그 단계는 상기 다른 단계 바로 뒤에 오거나 또는 그 특정 단계를 실시하기 전에 하나 이상의 중간 단계가 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 마찬가지로 구조물이나 구성요소 사이의 연결을 설명할 때 달리 특정하지 않는 한 이 연결은 직접 이루어지거나 또는 중간 구조물이나 구성요소를 통해 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 여기서 언급하는 모든 공보, 특허 출원, 특허 및 그 외의 참고문헌들은 그 전체를 언급함으로써 인용한다. 문헌 간의 경합이 있는 경우, 정의를 포함한 본 명세서가 규제할 것이다.
이하 본 발명을 본 발명의 실시예들이 도시되어 있는 첨부 도면을 참조하여 보다 자세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 많은 다른 형태로 구현될 수 있으며, 여기서 개시하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려 이들 실시예들은 본 발명이 상세하고 완전할 수 있도록 그리고 본 발명의 범위를 당업자에게 완전하게 전달하도록 제공되는 것이다. 이 예시적 실시예들의 설명은 전체 명세서의 일부라고 생각되는 첨부 도면과 관련하여 보아야 한다. 도면에서 시스템, 구성요소, 층 및 영역의 절대 크기 및 상대 크기는 명확히 하기 위해 과장될 수 있다. 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예 및 중간 구조의 개략도 및/또는 단면도를 참조하여 설명될 수 있다. 상세한 설명 및 도면에서, 유사한 번호는 그 전반에 걸쳐서 유사한 요소를 의미한다. 상대적인 용어 및 그 파생어도 논의 중의 도면에서 설명하거나 도시하는 바와 같은 배향을 참조하는 것으로 해석되어야 한다. 이들 상대적인 용어들은 설명의 편의를 위한 것이지 달리 언급하지 않는 한 그 시스템이 특정 배향으로 구성되거나 동작하여야 한다는 것을 요구하는 것은 아니다.
도 1a는 포토리소그래피 장치(100)의 일 실시예의 개략도를 보여준다.
상기 장치(100)는 광 조사 빔(R1)을 제공하도록 배치된 광 조사 시스템을 포함하거나 광 조사 시스템에 연결된다. 예를들어, 광원(1)으로부터의 광(R0)은 광학소자(2)에 의해 안내되어 광 조사 빔(R1)을 제공한다. 바람직하게는 광 조사 빔(R1)은 예를 들어 마스크(4)를 광 조사하기 위한 균일 및/또는 평행 광빔을 포함한다. 광원(1) 및/또는 광학소자(2)는 상기 장치에 포함되거나 또는 상기 장치로부터 분리될 수 있다.
장치(100)는 마스크(4)를 위치시키기 위해 배치된 마스크 스테이지(3)를 포함한다. 위치 설정은 정적 또는 동적일 수 있다. 마스크(4)는 마스크 패턴(M)에 따라 광 조사 빔(R1)을 패터닝하기 위한 마스크 패턴(M)을 포함한다. 마스크는 투과모드 또는 반사모드(미도시)에서 작동한다. 마스크는 원하는 회로 패턴의 이미지를 결정하기 위해 레티클(reticle) 또는 개별적으로 제어 가능한 요소들의 배열처럼 광 조사 빔(R1)을 패터닝(즉 마스킹)할 수 있는 임의의 수단을 포함할 수 있다. 따라서, 마스크 패턴(M)은 예를 들어 입사광을 패터닝할 수 있는 가변 투광성 및/또는 반사성을 갖는 요소들의 배열에 의해 형성될 수 있다. 마스크 스테이지(3) 및 마스크(4)는 별개의 요소이거나 일체로 된 요소일 수 있다.
장치(100)는 기판(6)을 위치시키기 위해 배치된 기판 스테이지(5)를 포함한다. 위치 설정은 정적으로 또는 동적일 수 있다. 기판(6)은 기판(6) 상에 기판 패턴(W)을 수용할 수 있도록 위치된다. '기판'은 원하는 회로 패턴이 형성될 임의의 물품, 예를 들어 전형적으로는 웨이퍼 또는 필름을 포함할 수 있다. 기판 스테이지(5)는 기판(6)을 원하는 위치에 제공하기 위한 플랫폼이나 그 외의 수단, 예를 들어 롤러일 수 있다. 일 실시예에서, 기판 스테이지(5)는 기판(6)을 고정하기 위한 클램프(미도시)를 포함할 수 있다.
장치(100)는 기판 패턴(W)으로서 마스크 패턴(M)의 이미지를 기판(6)상에 투영하도록 배치된 투영 시스템(10)을 포함한다. 투영 시스템(10)은 일정 범위(Xmin 내지 Xmax)내에서 이동할 수 있는 조정렌즈(13)를 포함한다. 상기 범위는 투영된 기판 패턴(W)의 상대 이미지 사이즈(S)를 제어하기 위한 중앙 위치(X0)를 포함한다. 바람직하게는, 반드시 그러한 것은 아니지만, 중앙 위치(X0)는 상기 범위의 최소값(Xmin)과 상기 범위의 최대값(Xmax) 사이의 대략 중간이다. 이러한 방식으로 상기 투영된 이미지의 초점 위치에 미치는 영향을 최소화하면서 상기 이미지 사이즈를 변경시키는 최대 조정범위가 제공된다. 본원에 사용된 바와 같이, 달리 언급되지 않는 한, 위치(X)는 중앙 위치(X0)에 대하여 광축("OA")을 따라 측정된 거리에 대응할 수 있다. 예를 들어, 이미지 사이즈(S)는 광축(OA)을 따라 중앙 위치(X0)에 대한 조정렌즈(13)의 위치(X)에 의해 제어된다.
일 실시예에서, 조정렌즈(13)는 중앙 위치(X0)로부터 최대거리(Xmax)에 걸쳐서 이동가능하도록 배치된다. 일 실시예에서, 투영 시스템(10)은 투영 시스템의 광축(OA)을 따라 트랙(미도시)을 포함하며, 조정렌즈(13)는 트랙을 따라 이동된다. 상기 트랙은 예를 들어 일단부 또는 양단부에 스토퍼를 포함하며, 그 사이에서 조정렌즈(13)의 이동을 제한한다. 예를 들어, 최대거리(Xmax)는 조정렌즈(13)의 초점거리(F)(여기서는 미도시)의 일정 분율로서 표현될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 최대거리는 초점거리의 1/100 미만, 즉 |Xmax-X0| < 0.01 * F이다. 초점거리(F)와 비교하여 조정렌즈(13)가 비교적 작게 이동하는 경우, 이미지 평면의 이동에 대한 영향이 제한될 수 있다.
일 실시예에서, 조정렌즈(13)는 예를 들어 10미터를 초과하는 초점거리를 갖는 비교적 약한 렌즈(weak lens)다. 오목렌즈의 경우, (음의) 초점거리의 절대값은 초점력(focal power)의 평가로 고려될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치는 이미지 배율을 자동으로 검출하고, 상기 검출 결과에 기초하여 조정렌즈(13)의 위치를 조정하여 특정 배율을 유지한다. 예를 들어 구성 부품들의 제조오차에 기인한 이미지 배율의 편차의 보정과 온도 변화에 인한 기판 및/또는 광학 소자의 팽창 또는 수축에 따른 이미지 배율의 조정이 가능하다.
일 실시예에서, 상기 장치는 조정렌즈(13)의 상대 위치(X)를 조정하도록 배치된 제어기(20)를 포함한다. 투영된 기판 패턴(W)의 상대 이미지 사이즈(S)는 상대 위치(X)의 조정에 의해 제어될 수 있다. 본 발명은 하나의 약한 요소를 그 셀의 축을 따라 이동시킴으로써 이미지 스케일을 간단하게 조정하는 방법을 제공한다. 이런 계획을 염두해두고 설계된 렌즈는 주 광선이 충분히 정확하게 축에 평행하게 (텔레센트릭 조건(telecentric condition)) 광을 조준할 수 있어, (재포커싱이 필요한 경우) 배율의 큰 변화 없이 이미지가 다시 포커싱될 수 있다. 이전에 적용된 패턴의 이미지 스케일과 상기 이미지 스케일의 요구되는 일치는 보다 적은 시간 및 비용으로 달성될 수 있다. 기계적 렌즈 설계는 재포커싱할 필요 없이 사용자가 회전시켜 임의의 원하는 배율 변화로 조정할 수 있는 손잡이(knob)를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치는 투영된 기판 패턴(W)의 이미지 사이즈(S)를 검출하도록 배치된 이미지 센서(7)를 포함한다. 제어기(20)는 원하는 이미지 사이즈를 얻기 위해서 검출된 이미지 사이즈(S)의 함수로서 조정렌즈(13)의 위치(X)를 조정하도록 배치된다.
도시된 실시예에서, 광(R0)은 광원(1)으로부터 방출되고, 상기 광은 빔 쉐이퍼(beam shaper,2)에 의해 집광되며, 광 조사 빔(R1)을 생성한다. 광 조사 빔(R1)은 마스크(4)상에 충돌하며, 패턴된 빔(R2)을 생성한다. 패턴된 빔(R2)은 투영 시스템(10)을 가로지르며, 이미지 빔(R5)을 생성한다. 투영 시스템(10)을 가로지르는 동안 빔(R2)은 광학 소자(11)에 의해 성형되며, 조정렌즈(13) 상에 충돌하는 빔(R3)을 생성한다. 조정렌즈(13)를 가로지른 후, 생성된 빔(R4)은 투영 시스템(10)의 제2 광학 소자(12)를 가로지른다. 생성된 이미지 빔(R5)이 기판(6)의 표면에 충돌할 때, 기판 패턴(W)이 표면상에 형성된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 투영된 이미지, 예를 들어 포토리소그래피 장치(100)에서 기판 패턴(W)의 상대 이미지 사이즈(S)를 제어하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 피사체의 이미지(W), 예를 들어 기판 패턴(M)을 투영하기 위해 투영 시스템(10)을 이용하는 단계를 포함한다. 투영 시스템(10)은 투영된 이미지(W)의 상대 이미지 사이즈(S1/S0)를 조정하기 위한 조정렌즈(13)를 포함한다. 상기 방법은 투영된 이미지(W)의 상대 이미지 사이즈(S1/S0)를 제어하여 중앙 위치(X0)를 중심으로 조정렌즈(13)의 상대 위치(X)를 제어하는 단계를 더 포함한다. 투영 시스템(10)은 조정렌즈(13)가 중앙 위치(X0)에 위치될 때 조정렌즈(13)의 시점으로부터의 겉보기 피사체(M')가 조정렌즈(13)으로부터 조정렌즈(13)의 초점 거리(F)의 두 배인 거리에 있는 것처럼 보이도록, 즉 P=2*F가 되도록, 피사체(M)를 조정렌즈(13) 상에 투영하도록 배치된다.
물론, 포토리소그래피 장치와 관련하여 여기서 설명되는 실시예들은 투영된 이미지의 상대 이미지 사이즈(S)를 제어하는 방법의 대응하는 실시예들에 적용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예는 원하는 이미지 사이즈를 얻기 위해 및/또는 유지하기 위해 검출된 이미지 사이즈(S)의 함수로서 조정렌즈(13)의 위치(X)를 자동으로 조정하는 단계를 포함한다. 일 실시예는 이미지 사이즈를 조정하기 위해 단일 렌즈만을 이동하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 조정렌즈(13)는 그 내부에 광학 소자들 없이 단일 유닛으로서 이동된다.
여기에 개시된 방법은 이미지 평면 위치를 중요하게 유지하면서 원하는 이미지 사이즈 조정이 비교적 작기 때문에 포토리소그래피 장치에서 웨이퍼 패턴의 이미징에 특히 적합하다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 일 실시예에서, 피사체는 기판 상에 기판 패턴으로서 투영되는 이미지를 가지는 마스크 패턴이다.
도 1b는 장치(100)에서 사용하기 위한 투영 시스템(10)의 일 실시예의 개략도를 보여준다.
도시한 실시예에서, 렌즈(13)는 약 48미터의 초점거리를 갖는 매우 약하고, 약 16mm의 총 거리(Xmin 내지 Xmax)에 걸쳐서 축을 따라 이동하여(주밍하여), 약 0.010mm의 이미지 스케일 변화를 달성하는데, 이는 본 출원에서 요구되는 예상된 스케일 변화 범위 내에 있는 것이다.
일 실시예에 있어서, 조정렌즈(13)는 단일 렌즈 요소를 포함한다. 단일 렌즈 요소는 두 개의 광학 계면을 갖는데, 그 사이에는 단일 체적의 렌즈 재료(monolithic volume of lens material)를 가진다. 상기 렌즈 요소는 상이한 층들, 예를 들어 반사 방지층들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 조정렌즈(13)는 얇은 렌즈다. 바람직하게는, 상기 렌즈는 10cm 미만의 두께(예를 들어, 상기 광학 계면 사이의 광축을 따른 거리), 바람직하게는 더 작은 두께를 갖는다. 다른 실시예 또는 추가 실시예에서, 하나 이상의 렌즈 요소(미도시)가 그 내부에 광학 소자들 없이 단일 유닛으로서 이동 가능하다. 예를 들어, 두 개 이상의 렌즈가 함께 고정되어 단일 이동식 렌즈로서 효과적으로 작동할 수 있다.
일 실시예에서, 조정렌즈(13)는 투영 시스템(10)의 중앙에 배치된다. 일 실시예에서, 투영 시스템(10)은 중앙에 배치된 조정렌즈(13)를 중심으로 대칭적으로 배치된 광학 소자들(11, 12)을 포함한다. 대안으로, 다른 배치, 예를 들어 마스크 패턴(M)과 기판 패턴(W) 사이에 다른 배율 인자(magnification factor)를 가지는 배치도 가능하다.
일 실시예에서, 투영 시스템(10)은 마스크 패턴(M)으로부터의 패턴된 광(R2)의 시준 정도(degree of collimation)를 증가시키기 위해 마스크 스테이지와 조정렌즈(13) 사이에 배치된 시준 시스템(collimating system,11)을 포함하며, 시준 정도가 증가된 패턴된 광(R3)을 조정렌즈(13) 상에 투영한다. 시준 정도를 증가시킴으로써, 빔(R3)로부터의 광선이 더욱 평행하게 된다. 이는 조정렌즈(13)의 시점으로부터의 마스크 패턴(M)의 겉보기 거리를 증가시키는 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 투영 시스템(10)은 조정렌즈(13)의 시점으로부터 실제 상기 마스크 패턴까지의 거리보다 조정렌즈(13)로부터 더 먼 거리에 있는 것처럼 보이는 겉보기 마스크 패턴을 제공하도록 배치된다. 겉보기 거리는 예를들어 광선이 서로 교차할 때까지(본 도면의 외측) 빔(R3)으로부터 광선을 역추적함으로써 정해질 수 있다.
조정렌즈(13)의 시점으로부터의 상기 광선의 겉보기 원점을 추적하기 위해, 시준 시스템(11)은 생략된다. 따라서 상기 마스크 패턴까지의 겉보기 거리는, 마스크 패턴(M)과 조정렌즈(13) 사이에 광학 소자가 없을 때, 특히 시준 시스템(11)이 없을 때 조정렌즈(13)에 충돌하는 빔(R3)의 동일한 광선이나 위상 전방을 얻기 위해 마스크 패턴(M)(다른 사이즈를 가짐)이 배치될 필요가 있는 거리로서 생각될 수 있다.
일 실시예에서, 투영 시스템(10)은 조정렌즈(13)와 기판(6)상에 투영된 기판 패턴(W) 사이의 거리를 감소시키기 위해 조정렌즈(13)와 기판 스테이지(5) 사이에 배치된 포커싱 시스템(12)을 포함한다. 다시 말해서, 투영 시스템(10)의 이미지 평면(Q)은 조정렌즈(13) 단독(미도시)의 이미지 평면보다 조정렌즈(13)에 더 가깝다.
일 실시예에서, 투영 시스템(10)은 중앙 위치(X0)에서 조정렌즈(13)에 입사하는 광(R3)의 시준 정도가 조정렌즈(13)에서 출사하는 광(R4)의 시준 정도와 동일하도록 조정렌즈(13)에 대해 배치된다. 다시 말해, 조정렌즈(13)의 양측에서의 광선은 대략 동일한 시준 정도를 갖는다. 예를 들어, 볼록 조정렌즈(13)의 경우, 조정렌즈(13)에 입사하는 빔(R3)의 광선은 약간 발산할 수 있고 조정렌즈(13)에서 출사하는 빔(R4)의 광선은 약간 수렴할 수 있으며, 여기서 발산광은 광축에 대해 수렴광과 동일한 각도를 가진다. 오목 조정렌즈(13)의 경우, 수렴광과 발산광은 반대가 될 수 있다.
바람직하게는, 투영 시스템(10) 및/또는 조정렌즈(13)는 특정 방식으로 마스크 패턴(M)을 조정렌즈(13) 상에 투영하도록 배치되어 있다. 특히 투영 시스템(10) 및/또는 조정렌즈(13)는, 조정렌즈(13)가 상기 조정렌즈의 이동 범위 내의 중앙 위치(X0)에 위치될 때, 조정렌즈(13)의 시점으로부터의 마스크 패턴(M)이 조정렌즈(13)로부터 조정렌즈(13)의 초점거리의 두 배인 거리에 있는 것처럼 보이도록 배치된다. 이러한 원리는 도 2 내지 도 6을 참조하여 이하에서 더욱 설명될 것이다.
도 2a는 조정렌즈(13)가 중앙 위치(X0)에 위치되는 투영 시스템(10)의 일 실시예의 개략도를 보여준다.
여기서 사용되는 참조부호 F는 조정렌즈(13)의 초점 평면의 위치를 나타낸다. 따라서 상기 참조부호는 조정렌즈(13)와 그것의 초점 평면 사이의 거리인 조정렌즈(13)의 초점거리(F)를 나타낼 수도 있다. 일반적으로 초점거리(F)는 예를 들어 조정렌즈(13)의 중심으로부터 광축(OA)을 따라 측정된다. 광학 시스템의 초점거리는 그 시스템이 광을 얼마나 강하게 수렴 또는 발산시키는가에 대한 척도로서, 예를 들어 초기에 시준된 광선이 초점에 이르는 거리다. 초점거리(F)의 크기는 조정렌즈(13)의 일정한 특성으로서 유지되는 반면에, 초점 평면(F)의 위치는 조정렌즈(13)를 중앙 위치(X0)에 대해 위치(X)까지 이동시킴으로써 이동될 수 있다.
여기서 사용되는 참조부호 P 및 Q는 각각 투영 시스템(10)의 피사체 평면과 이미지 평면의 위치를 나타낸다. 따라서 이들 참조부호는 투영 시스템(10)에 대한 피사체 거리 및 이미지 거리를 나타낼 수도 있다. 마스크 패턴(M)과 웨이퍼 패턴(W)은 하얀 수직 화살표로 도시되어 있다. 마스크 패턴(M)은 투영 시스템(10)의 피사체 평면(P)에 배치되어 투영 시스템(10)의 이미지 평면(Q)에 기판 패턴(W)인 마스크 패턴(M)의 이미지를 생성한다.
여기서 사용되는 참조부호 P' 및 Q' (구두점 " ' "이 있음)은 각각 조정렌즈(13)의 피사체 평면과 이미지 평면의 위치를 지시한다. 이 실시예에서, 투영 시스템(10)은 단지 조정렌즈(13)를 포함할 뿐 부가의 광학 소자는 포함하지 않는다. 그 결과 투영 시스템(10)의 피사체 평면(P)은 조정렌즈(13)의 피사체 평면(P')과 일치한다. 마찬가지로, 투영 시스템(10)의 이미지 평면(Q)은 조정렌즈(13)의 이미지 평면(Q')과 일치한다. 따라서, 본 실시예에서, 조정렌즈(13)의 시점으로부터의 겉보기 마스크 패턴(M')(구두점 " ' "이 있음)은 실제 마스크 패턴(M)과 동일하다. 마찬가지로, 겉보기 기판 패턴(W')(구두점 " ' "이 있음)은 실제 기판 패턴(W)과 동일하다. 그러나, 일반적으로 투영 시스템(10)이 추가의 광학 소자를 포함하는 경우, 겉보기 마스크 패턴(M') 및/또는 겉보기 기판 패턴(W')의 위치는 도 2 내지 도 5에서 도시된 바와 같이 각각 실제 마스크 패턴(M)과 기판 패턴(W)과 반드시 일치할 필요는 없다.
본 실시예에서, 마스크 패턴(M)은 조정렌즈(13)로부터 조정렌즈(13)의 초점거리(F)의 두 배와 동일한 거리 즉 P=2*F에 배치된다. 렌즈 공식(1/F = 1/P + 1/Q)를 이용하면, 이미지(W)는 거리 Q = 2*F, 즉 조정렌즈(13)로부터 피사체 평면(P)과 동일한 거리에 형성됨을 추정할 수 있다. 배율은 피사체 거리(P)와 이미지 거리(Q) 사이의 비율로서 계산될 수 있는데, 즉 이 경우에 1(unity)이다. 이는 또한 마스크 패턴(M)과 기판 패턴(W) 사이에 그려진 세 개의 광선의 기하학적 분석으로 추정될 수도 있다. 제1(상부) 광선은 광축(OA)에 평행하게 조정렌즈(13)에 입사하여 조정렌즈(13)에 의해 꺽여서 렌즈의 이미지측의 초점 위치(F)에서 광축(OA)과 교차한다. 제2(중간) 광선은 조정렌즈(13)의 중심을 직선으로 통과한다. 제3(하부) 광선은 렌즈의 피사체측의 초점 위치(F)를 통과하여 조정렌즈(13)에 의해 꺽여서 광축(OA)에 평행하게 된다. 모든 광선은 이미지 평면(Q)에서 이미지(W)를 상징하는 화살표의 끝을 형성하도록 수렴한다.
도 2b는 조정렌즈(13)를 새로운 위치(X)로 이동시킴에 의한 영향을 도시한다. 회색선으로 표시된 도 2a의 원래의 상황과 비교하여 새로운 상황은 흑색선으로 표시된다.
도시된 바와 같이, 조정렌즈(13)의 이동은 대응하는 초점 위치(F)의 이동을 야기한다. 새로운 상황에 따라 흑색 광선이 다시 그려져 있다. 피사체에 대한 렌즈의 상대 변위는 일반적으로 대응하는 이미지의 위치와 사이즈가 영향을 받을 수 있다는 것을 의미한다는 것을 알 수 있다. 그러나 이 경우에 기판 패턴(W)의 사이즈는 실질적으로 S0에서 S1로 변경되는 반면에, 투영된 기판 패턴(W)의 위치는 원래의 위치(d0)로부터 새로운 위치(d1)로 거의 변위되지 않은 것으로 이해될 수 있다. 따라서 이 거동은 기판 패턴(W)이 투영되는 이미지 평면(Q)의 변위(d1-d0)에 대한 영향을 최소로 하면서 기판 패턴(W)의 상대 사이즈(S1/S0)를 조정하는데 유리하게 이용될 수 있다.
도 3a는 투영 시스템(10)의 다른 실시예의 개략도를 보여준다.
도 2의 실시예와 비교하여, 조정렌즈(13)의 이미지측에 부가 렌즈(12)가 추가된다. 도시된 바와 같이 이는 조정렌즈(13)의 이미지 평면(Q')에 비해 투영 시스템(10)의 이미지 평면(Q)의 변위를 야기할 수 있다. 마찬가지로, 점선으로 표시된 바와 같이 조정렌즈(13)의 시점으로부터 동일 위치에 유지되는 겉보기 기판 패턴(W')에 비해 기판 패턴(W)은 변위된다.
부가 렌즈(12)는 마스크 패턴(M)과 비교하여 기판 패턴(W)의 사이즈를 변경시킬 수 있음을 알 수 있다. 특히 배율 인자가 더 이상 1(unity)이 아니라는 것을 알 수 있다.
도 3b는 조정렌즈(13)를 새로운 위치(X)로 이동시킴에 의한 영향을 도시한다. 전술한 바와 같이, 회색선으로 표시된 도 3a의 원래의 상황과 비교하여 새로운 상황은 흑색선으로 표시된다.
조정렌즈(13)의 시점으로부터의 겉보기 또는 가상 기판 패턴(W')에 대한 변위의 영향은 전의 도 2b에서와 동일하다. 즉 점선 화살표(W')의 이미지 사이즈는 이미지 위치(Q')에 대한 영향을 최소로 하면서 크게 변경되었음을 알 수 있다. 그러나 투영 시스템(10)은 조정렌즈(13)와 조정렌즈(13)의 이미지 평면(Q') 사이에 기판 패턴(W)을 투영하도록 배치된 광학 소자(12)를 포함한다. 다시 말해서, 광학 소자(12)는 투영된 기판 패턴(W)이 조정렌즈(13)에 더 가깝도록 한다. 기판 패턴(W)의 좌표를 조정렌즈(13)에 더 가깝게 매핑함으로써, 기판 패턴(W)의 변위는 도 2B의 실시예와 비교하여 작아질 수 있음을, 즉 |d1-d0| < |d1'-d0'|을 알 수 있다. 한편 투영된 기판 패턴(W)의 절대 이미지 사이즈는 이전보다 작아질 수 있지만, 상대 이미지 사이즈는 동일, 즉 S1/S0 = S1'/S0'하게 유지된다. 기판 패턴(W)을 조정렌즈(13)와 조정렌즈(13)의 이미지 평면(Q') 사이에 투영함으로써, 투영된 이미지의 초점 위치를 유지하면서 상대 이미지 사이즈를 제어하는 바람직한 효과가 개선될 수 있음을 알 수 있다.
일 실시예에서, 투영 시스템(10)은 조정렌즈(13)까지의 거리가 초점거리(F)의 일정 분율인 이미지 평면(Q)에 기판 패턴(W)을 투영하도록 배치된다. 바람직하게는 상기 거리는 초점거리(F)의 0.5배 미만, 더 바람직하게는 상기 거리는 초점거리(F)의 0.3배 미만, 더욱 더 바람직하게는 초점거리(F)의 0.1배 미만, 더욱 더 바람직하게는 초점거리(F)의 0.05배 미만, 더욱 더 바람직하게는 초점거리(F)의 0.01배 미만이다. 초점거리와 비교하여 상기 거리가 작아질수록, 특히 예를 들어 초점거리가 10미터를 초과하는 상대적으로 약한 조정렌즈(13)를 사용할 때 상기 상대 이미지 사이즈를 정확히 조정하면서 상기 이미지 평면 위치를 보다 잘 유지할 수 있다.
도 4a는 투영 시스템(10)의 또 다른 실시예의 개략도를 보여준다.
도 3의 실시예와 비교하여, 조정렌즈(13)의 피사체측에 부가 렌즈(11)가 추가되었다. 도시된 바와 같이, 그 결과 더 이상 실제 피사체 평면(P) 및 마스크 패턴(M)과 일치하지 않는 조정렌즈(13)의 시점으로부터의 겉보기 피사체 평면(P') 및 겉보기 마스크 패턴(M')(점선으로 표시)을 야기한다. 일반적으로 마스크 패턴(M)의 위치와 조정렌즈(13) 사이에 광학 소자를 추가하면 조정렌즈(13)의 시점으로부터의 마스크 패턴(M)의 겉보기 위치가 변경될 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 겉보기 위치 또는 거리는 예를 들어 조정렌즈(13)에 충돌하는 광선을 그 원점, 즉 렌즈(11)같은 다른 광학 소자가 없는 경우에 조정렌즈(13)에 충돌하는 위상 전방이 구조적으로 간섭될 곳까지 역추적함으로써 결정될 수 있다.
도시된 실시예에서, 중앙 위치(X0)에서 조정렌즈(13)는 조정렌즈(13)의 시점으로부터의 겉보기 마스크 패턴(M')의 사이즈와 겉보기 기판 패턴(W')의 사이즈 사이에 1배의 배율 인자(1:1)를 제공하도록 배치된다는 것은 분명하다. 실제로 이는 다른 실시예, 심지어 도 5의 실시예에도 적용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 4b는 조정렌즈(13)를 새로운 위치(X)로 이동시킴에 의한 영향을 도시한다. 전술한 바와 같이, 회색선으로 표시된 도 3a의 원래의 상황과 비교하여 새로운 상황은 흑색선으로 표시된다.
상기 렌즈의 이미지측의 상황은 도 3b와 동일함을 알 수 있다. 따라서 조정렌즈(13)를 새로운 위치로 이동시키는 영향도 동일하며 동일한 유리한 효과를 얻을 수 있다. 이는 실제 마스크 패턴이 어디에 위치하는지에 관계없이 조정렌즈(13)의 시점으로부터의 겉보기 마스크 패턴(M')이 조정렌즈(13)로부터 조정렌즈(13)의 초점거리(F)의 두 배인 거리에 있는 것처럼 보이는 경우라면 언제나 본 발명의 원리가 적용될 수 있음을 보여준다.
일 실시예에서, 조정렌즈(13)는 투영된 기판 패턴(W)의 변이를 기판(6)의 고정면으로부터 조정렌즈(13)의 초점거리(F)의 0.001배 미만의 거리 내에서 유지하면서 상대 이미지 사이즈(S1/S0)를 적어도 0.99-1.01의 범위 내로 제어하도록 배치된다.
도 5는 투영 시스템(10)의 또 다른 실시예의 개략도를 보여준다. 본 실시예에서, 조정렌즈(13)는 부의 렌즈, 즉 오목렌즈다. 오목렌즈의 경우, 겉보기 마스크 패턴(M')은 상기 렌즈의 이미지측에 나타날 수 있음을 알 수 있다. 그러나 투영 시스템(10)은 여전히 겉보기 마스크 패턴(M')까지의 거리가 조정렌즈(13)의 초점거리(F)의 두 배가 되도록 배치될 수 있다. 종래에는 오목렌즈의 초점거리가 음의 값으로 표현되고, 유사하게 상기 렌즈의 이미지 측의 겉보기 (가상) 피사체는 음의 거리로 표현되었다. 본 실시예는 본 발명의 원리가 볼록렌즈 및 오목렌즈에 적용될 수 있음을 보여준다.
명확하고 간결한 설명을 위해 여기서는 특징부들을 동일 또는 개별적인 실시예의 일부로서 설명되었음을 알 수 있지만, 본 발명의 범위는 전술한 특징부들의 전부 또는 일부의 조합을 갖는 실시예를 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 투영 시스템에 대해 예시적인 실시예들이 도시되었지만, 유사한 기능 및 결과를 달성하기 위한 본 발명의 이익을 갖는 분야의 당업자에 의해 대안적인 방법들이 예상될 수 도 있다. 예를 들어 하나 이상의 렌즈가 곡면거울 같은 등가의 광학 구성부품으로 대체될 수 있다.
여기서 언급하고 도시된 실시예들의 다양한 요소들은 간소하면서도 견고한 투영 시스템과 같은 특정 이점들을 제공한다. 물론, 상기 실시예들 또는 공정들 중의 어느 하나는 하나 이상의 다른 실시예들 또는 공정들과 조합되어 디자인들 및 이점들을 발견하고 매칭하는 것에 있어 더 추가된 개선을 제공할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 장치 또는 시스템이 특정 방법 또는 기능을 수행하도록 배치 및/또는 구성되는 것으로 개시된 실시예들은 본질적으로 다른 개시된 방법 또는 시스템의 실시예들 자체 및/또는 그 실시예들과의 조합으로서 상기 방법 또는 기능을 개시한다. 또한 방법의 실시예들은 가능한 경우에 다른 개시된 방법 또는 시스템의 실시예들과 조합하여 각각의 하드웨어에서 그들의 구현을 본질적으로 개시하는 것으로 고려된다. 또한, 예를 들어 영구적인 컴퓨터 가독 저장 매체상에서 프로그램 명령으로서 구현될 수 있는 방법들이 본질적으로 상기 실시예로서 개시되는 것으로 고려된다. 본 발명은 소규모 광학 제조에 특별한 이점을 부여하고, 일반적으로 중요한 이미지 포커스 위치를 유지하면서 이미지 사이즈의 작은 변화가 요구되는 임의의 어플리케이션에 일반적으로 적용될 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
마지막으로, 상기 설명은 단지 본 시스템 및/또는 방법을 예시하기 위한 것이며, 첨부된 청구범위를 어느 특정의 실시예 또는 실시예의 그룹에 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 따라서 상기 명세서 및 도면은 예시적인 방식으로 간주되어야 하며 첨부된 청구범위의 범위를 한정하려는 것이 아니다. 첨부된 청구범위를 해석함에 있어서, "포함하는"이라는 단어는 주어진 청구범위에 열거된 것 이외의 다른 요소 또는 행위의 존재를 배제하지 않는 것이 아니며, 요소 앞의 "a" 또는 "an"이라는 단어는 다수의 이러한 요소들의 존재를 배제하는 것이 아니며, 청구범위 내의 임의의 참조부호는 청구범위의 범위를 한정하는 것이 아니며, 여러 "수단"은 동일하거나 다른 항목 또는 구현된 구조나 기능으로 나타내어 질 수 있으며, 개시된 장치나 이들의 부분들 중 어느 것이라도 달리 구체적으로 언급되지 않는 한 서로 결합되거나 다른 부분들로 분리될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 특정 수단들이 서로 다른 청구항에 기술되어있다는 단순한 사실만으로 이들 수단들의 조합이 유용하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다. 특히 청구항들의 모든 실시 조합들은 본질적으로 개시된 것으로 간주된다.

Claims (15)

  1. 포토리소그래피 장치(100)에 있어서,
    마스크 패턴(M)을 포함하는 마스크(4)를 위치시키기 위해 배치된 마스크 스테이지(3), 상기 마스크 패턴(M)에 따라 광 조사 빔(R1)을 패터닝하며;
    기판(6)상에 기판 패턴(W)을 수용하기 위하여 상기 기판(6)을 위치시키기 위해 배치된 기판 스테이지(5); 및
    상기 기판 패턴(W)으로서 상기 마스크 패턴(M)의 이미지를 상기 기판(6) 상에 투영하도록 배치된 투영 시스템(10)을 포함하며,
    상기 투영 시스템(10)은,
    중앙 위치(X0)를 포함하는 범위(Xmin 내지 Xmax) 내에서 이동가능한 조정렌즈, 상기 조정렌즈(13)의 상대 위치(X)에 의해 상기 투영된 기판 패턴(W)의 상대 이미지 사이즈(S1/S0)를 제어하며; 및
    상기 조정렌즈(13)의 상대 위치(X-X0)를 제어함으로써 상기 투영된 기판 패턴(W)의 상기 상대 이미지 사이즈(S1/S0)를 조정하도록 구성된 제어기(20)를 포함하며,
    상기 투영 시스템(10)은, 상기 조정렌즈(13)가 중앙 위치(X0)에 위치될 때, 상기 조정렌즈(13)의 시점으로부터의 겉보기 마스크 패턴(M')이 상기 조정렌즈(13)로부터 상기 조정렌즈(13)의 초점거리(F)의 두 배인 거리(2*F)에 있는 것처럼 보이도록 상기 마스크 패턴(M)을 상기 조정렌즈(13) 상에 투영하도록 배치되는 포토리소그래피 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투영된 기판 패턴(W)의 이미지 사이즈(S)를 검출하도록 배치된 이미지 센서(7)를 포함하며,
    상기 제어기(20)는 원하는 이미지 사이즈를 얻기 위해 상기 검출된 이미지 사이즈(S)의 함수로서 상기 조정렌즈(13)의 위치(X)를 조정하도록 구성되는 포토리소그래피 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 조정렌즈(13)는 그 내부에 광학 소자들 없이 단일 유닛으로서 이동할 수 있는 포토리소그래피 장치.
  4. 제1항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조정렌즈(13)는 단일 렌즈 요소를 포함하는 포토리소그래피 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조정렌즈(13)의 초점거리(F)의 절대값(|F|)은 10미터(m)를 초과하는 포토리소그래피 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 시스템(10)은 상기 조정렌즈(13)까지의 거리가 상기 초점거리(F)의 일정 분율인 상기 투영 시스템(10)의 이미지 평면(Q)에 상기 기판 패턴(W)을 투영하도록 배치되며, 상기 초점거리(F)의 일정 분율은 0.1 미만인 포토리소그래피 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 시스템(10)은 상기 투영 시스템(10)의 광축(OA)을 따라 트랙을 포함하며, 상기 조정렌즈(13)는 상기 트랙을 따라 이동되고,
    상기 조정렌즈(13)는 상기 중앙 위치(X0)로부터 최대 거리(Xmax)에 걸쳐 상기 트랙 상에 이동가능하게 배치되며, 상기 최대 거리(Xmax)는 상기 초점 거리(F)의 1/100 (0.01) 미만인 포토리소그래피 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 시스템(10)은, 상기 조정렌즈(13)가 상기 중앙 위치(X0)에 있을 때 상기 조정렌즈(13)에 입사하는 광(R3)의 시준 정도가 상기 조정렌즈(13)로부터 출사하는 광(R4)의 시준 정도와 동일하도록 상기 조정렌즈(13)에 대해 배치되는 포토리소그래피 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 시스템(10)은, 상기 마스크 패턴(M)으로부터의 패턴된 광(R2)의 시준 정도를 증가시키며 증가된 시준도를 갖는 패턴된 광(R3)을 상기 조정렌즈(13)상에 투영하며 상기 조정렌즈(13)의 시점으로부터의 상기 겉보기 마스크 패턴(M')의 겉보기 거리를 증가시키기 위해, 상기 마스크 스테이지(3)와 상기 조정렌즈(13) 사이에 배치된 시준 시스템(11)을 포함하는 포토리소그래피 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 시스템(10)은, 상기 마스크 패턴(M)까지의 실제 거리보다 상기 조정렌즈(13)로부터 더 멀리 떨어진 거리(2*F)에 있는 것처럼 보이는 상기 조정렌즈(13)의 시점으로부터의 겉보기 마스크 패턴(M')을 제공하기 위해 상기 마스크 스테이지(3)와 상기 조정렌즈(13) 사이에 배치된 시준 시스템(11)을 포함하는 포토리소그래피 장치.
  11. 제1항 내지 제1 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 시스템(10)은, 상기 조정렌즈(13)와 상기 기판(6)상의 상기 투영된 기판 패턴(W) 사이의 거리를 감소시키기 위해 상기 조정렌즈(13)와 상기 기판 스테이지(5) 사이에 배치된 포커싱 시스템(12)을 포함하는 포토리소그래피 장치.
  12. 제1항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조정렌즈(13)는 10cm 미만의 두께를 가지는 포토리소그래피 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 항에 있어서,
    상기 조정렌즈(13)는 상기 투영된 기판 패턴(W)의 변이를 상기 기판(6)의 고정면으로부터 상기 조정렌즈(13)의 초점거리(F)의 0.001배 미만의 거리 내에서 유지하면서 상대 이미지 사이즈(S1/S0)를 적어도 0.99-1.01의 범위 내에서 제어하도록 배치되는 포토리소그래피 장치.
  14. 포토리소그래피 장치(100)에 있어서 투영된 기판 패턴(W)의 상대 이미지 사이즈(S1/S0)를 제어하는 방법으로서,
    마스크 패턴(M)의 이미지로서 상기 기판 패턴(W)을 투영하기 위해 투영 시스템(10)을 이용하는 단계, 상기 투영 시스템(10)은 상기 투영된 기판 패턴(W)의 상대 이미지 사이즈(S1/S0)를 조정하기 위해 조정렌즈(13)를 포함하며; 및
    중앙 위치(X0)를 중심으로 상기 조정렌즈(13)의 상대 위치(X)를 제어하여 상기 투영된 기판 패턴(W)의 상대 이미지 사이즈(S1/S0)를 조정하는 단계를 포함하며,
    상기 투영 시스템(10)은, 상기 조정렌즈(13)가 중앙 위치(X0)에 위치될 때, 상기 조정렌즈(13)의 시점으로부터의 겉보기 마스크 패턴(M')이 상기 조정렌즈(13)로부터 상기 조정렌즈(13)의 초점거리(F)의 두 배인 거리(2*F)에 있는 것처럼 보이도록 상기 마스크 패턴(M)을 상기 조정렌즈(13) 상에 투영하도록 배치되는 투영된 기판 패턴의 상대 이미지 사이즈를 제어하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 투영된 기판 패턴(W)의 이미지 사이즈(S)를 검출하는 단계 및 원하는 이미지 사이즈를 얻기 위해 상기 검출된 이미지 사이즈(S)의 함수로서 상기 조정렌즈(13)의 위치(X)를 조정하는 단계를 포함하는 투영된 기판 패턴의 상대 이미지 사이즈를 제어하는 방법.
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