KR960042225A - 투영노출방법 및 노출장치 - Google Patents

Abstract

각종 고체소자의 미세패턴을 형성하기 위한 투영노출방법 및 이것에 사용하는 투영노출장치에 관한 것으로서, 투영광학계의 NA를 변경시키는 일 없이 그 NA를 실질적으로 최대 2배로 한 것과 거의 동등한 효과가 얻어지는 새로운 투영노출방법과 이것을 가능하게 하는 노출장치를 제공하기 위해, 마스크를 투영광학계의 의해 기판상에 투영노출할 때, 기판과 투영광학계 사이에 제1회절격자를 마련하고 이것에 의해 회절된 광의 간섭에 의해 기판면근방에서 마스크패턴의 상이 재생되도록 투영광학계와 마스크 사이에 제2회절격자를 마련하는 구성으로 하였다.

이러한 구성으로 하는 것에 의해, 종래 노출장치의 광학계의 기본적인 구성을 크게 변경하는 일 없이 큰 노출필드와 높은 해상력이 얻어지고, 대량생산에 적합한 축소투영광 리도그래피를 사용해서 수치 0.1㎛ 클래스의 LSI의 제조가 가능하게 되는 효과가 있다.

Description

투영노출방법 및 노출장치

본 내용은 요부공개 건이므로 전문내용을 수록하지 않았음

제12도는 본 발명의 1실시예에 의한 노출장치의 구성을 도시한 모식도.

Claims (78)

1. 광원에서 발사된 파장 λ의 광을 조명광학계를 거쳐서 마스크에 조사하고 상기 마스크상의 패턴을 개구수 NA, 축소율 M:1의 투영광학계에 의해 기판상에 결상시키는 것에 의해서 상기 기판상에 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 상기 기판과 상기 투명광학계 사이에 기판과 평행한 제1회절격자를 갖고, 상기 제1회절격자에 의해 회절된 광이 상기 기판면근방에서 간섭해서 상기 마스크패턴의 상이 재생되는 것을 특징으로 하는 투영노출방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1회절격자에 의해 회절된 광의 간섭에 의해 기판면근방에서 마스크패턴의 상이 재생되도록 상기 투영광학계와 상기 마스크 사이 또는 상기 마스크와 상기 조명광학계 사이에 회절격자 또는 결상광학계를 마련하는 것을 특징으로 하는 투영노출방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 회절격자를 마련한 광학계의 차단공간주파수 f가 상기 회절격자를 마련하지 않는 광학계의 차단공간주파수 f0보다 크고 또한 f0의 2배 이하인 것을 특징으로 하는 투영노출방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1회절격자의 적어도 1방향에 대한 공간주기 P1은 λ/(1.42·NA)≤P1≤λ/NA 의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 투영노출방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 기판과 상기 제1회절격자 사이에 상기 1방향에 대한 폭이 Z1·NA이하(Z1은 상기 제1회절격자와 상기 기판 사이에 광학거리)이고 공간주기가 거의 2·Z1·NA인 제1차광패턴을 마련함과 동시에 상기 마스크의 바로 위 또는 바로 아래에 마스크상의 상기 제1차광패턴과 거의 공액인 영역을 차광하는 제2차광패턴을 마련해서 노출영역을 제한하고 상기 제한된 노출영역을 기판상에서 주사해서 노출시키거나 또는 계단형상으로 이동하면서 노출시키는 것을 특징으로 하는 투영노출방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1회절격자는 위상격자인 것을 특징으로 하는 투영노출방법.
7. 제2항에 있어서, 상기 마스크와 상기 투영광학계 사이에 상이 마스크와 평행하고 또한 상기 1방향에 대해서 공간주기 P2를 갖는 제2회절격자를 갖고, 또한 적어도 상기 주기방향과 광축을 포함하는 면내에서 마스크입사각 θi(입사광과 광축이 이루는 각)이 대략 sin(θi)=±〔λ/(M·P1)+λ/P2〕인 다른 2방향에서 서로 간섭인 광으로 동시에 상기 마스크를 조명하는 것을 특징으로 하는 투영노출방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 회절격자와 상기 기판 사이의 광학거리 Z1과 상기 제2회절격자와 상기 마스크 사이의 광학거리 Z2는 대략 Z2=M·(P2/P1)·Z1으로 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 투영노출방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 마스크와 상기 조명광학계 사이에 상기 마스크와 평행하고 또한 상기 1방향에 대한 공간주기 P3이 대략 1/P3=1/(M·P1)+1/P2 인 제3회절격자를 갖고 상기 제3회절격자를 거쳐서 상기 마스크를 대략 위쪽에서 간섭 또는 부분간섭조명하는 것을 특징으로 하는 투영노출방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 제2 및 제3회절격자는 위상격자인 것을 특징으로 하는 투영노출방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 마스크와 상기 투영광학계 사이에 제2결상광학계를 갖고 상기 제2결상광학계와 상기 투영광학계 사이에 상기 마스크의 공액면과 제2회절격자를 갖고 상기 제2회절격자는 상기 1방향에 대한 공간주기 P2가 대략 P2=P1·M 이고 또한 상기 제1회절격자와 거의 공액인 위치에 마련한 것을 특징으로 하는 투영노출방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 마스크는 원하는 동일패턴을 상기 마스크상의 2개소에 갖고, 상기 2개소에 존재하는 상기 패턴의 각각을 적어도 다른 2방향에서 서로 간섭인 광으로 조명하는 것을 특징으로 하는 투영노출방법.
13. 제1항에 있어서, 광축에 대한 축대칭인 입사각을 갖는 서로 간섭인 1쌍의 조명광으로 상기 마스크를 조명함과 동시에 상기 투영광학계의 파장면의 수차가 동공상에서의 상기 조명방향과 수직인 방향의 직경을 축으로 해서 선대칭으로 되도록 수차보정되어 있는 것을 특징으로 하는 투영노출방법.
14. 제1항에 있어서, 상기 마스크는 주기형 위상시프트마스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노출방법.
15. 제1항에 있어서, 상기 마스크는 상기 제1회절격자의 주기 및 방향에 따라서 특정방향에 미세한 패턴을 것을 특징으로 하는 투영노출방법.
16. 제1항에 있어서, 상기 마스크는 상기 제1회절격자의 주기 및 방향에 따라서 패턴형상을 보정한 것을 특징으로 하는 투영노출방법.
17. 제1항에 있어서, 상기 제1회절격자와 상기 기판 사이를 굴절률 n이 1보다 큰 액체로 채우고 상기 투영광학계의 NA를 0.5＜NA＜n/2의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 투영노출방법.
18. 광원, 마스크상의 패턴을 시료상에 투영하는 투영광학계, 상기 투영광학계로부터의 광을 회절하기 위한 회절수단 및 상기 회절수단의 아래에 배치된 시료를 탑재하는 시료대로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영노출장치.
19. 광원, 마스크상의 패턴의 광을 회절하는 제1회절수단과, 회절한 광을 시료상에 투영하는 투영광학계, 상기 투영광학계로부터의 광을 회절하는 제2회절수단 및 상기 제2회절수단의 아래에 배치된 시료를 탑재하는 시료대로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영노출장치.
20. 광원, 상기 광원으로부터의 광을 마스크에 비스듬하게 입사시키기 위한 제1회절수단과, 마스크의 패턴을 시료상에 투영하는 투영광학계, 상기 투영광학계로부터의 광을 회절하는 제2회절수단 및 상기 제2회절수단의 아래에 배치된 시료를 탑재하는 시료대로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영노출장치.
21. 광원에서 발사된 파장 λ의 광을 마스크스테이지상의 마스크에 조사하는 조명광학계와 상기 마스크상의 패턴을 기판스테이상의 기판표면근방에서 결상시키는 개구수 NA, 축소율 M:1의 투영광학계를 갖는 투영 노출장치에 있어서, 상기 기판과 상기 투영광학계 사이에 기판표면에서 광학거리 Z1의 위치에 적어도 1방향에 공간주기 P1(λ/(1.42·NA)≤P1≤λ/NA)의 제1회절격자를 갖고 상기 제1회절격자에 의해 회절된 광의 간섭에 의해 상기 기판표면근방에서 상기 마스크패턴의 상기 재생되도록 상기 투영광학계와 상기 마스크 사이 또는 상기 마스크와 상기 조명광학계 사이에 회절격자 또는 결상광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 투영노출장치.
22. 제21항에 있어서, 상기 기판과 상기 제1회절격자 사이에 상기 1방향에 대한 폭이 Z1·NA 이하이고 공간주기가 대략 2 · · NA · Z1의 차광패턴을 갖거나 또는 상기 차광패턴에 의해 제한된 노출영역을 기판상에서 주사해서 노출시키거나 또는 계단형상으로 이동하면서 노출시키는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 투영노출장치.
23. 제21항에 있어서, 상기 마스크와 평행하고 또한 상기 1방향에 대해 공간주기 P2를 갖는 제2위상회절격자를 상기 마스크와 상기 투영광학계 사이에 상기 마스크에서 광학거리 Z2가 대략 Z2=M·(P2/P1)·Z1인 위치에 갖고 또한 상기 마스크와 상기 조명광학계 사이에 상기 마스크와 평행하고 또한 상기 1방향에 대한 공간주기 P3이 대략 1/P3=1/(M·P1)+1/P2인 제3위상회절격자를 갖고 상기 제3위상회절격자를 거쳐서 상기 마스크를 대략 위쪽에서 간섭 또는 부분 간섭조명하는 것을 특징으로 하는 투영노출장치.
24. 노출용 광원, 소정의 패턴을 갖는 마스크를 유지하는 유지수단, 투영광학계 및 시료대를 구비한 노출장치에 있어서, 상기 투영광학계와 상기 시료대 사이에 상기 광원으로부터의 노출광을 회절하기 위한 제1회절격자를 유지하는 제2유지수단 상기 광원과 상기 투영광학계 사이에 상기 제1회절격자에 의해 회절된 상기 노출광에 의해 상기 소정의 패턴의 상을 재생시키기 위한 상재생수단을 유지하는 제3유지수단을 것을 특징으로 하는 노출장치.
25. 제24항에 있어서, 상기 상재생수단은 상기 노출광을 상기 마스크에 대해서 비스듬하게 조사하는 조사수단과 상기 마스크와 상기 투영광학계 사이에 마련된 제2회절격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 노출장치.
26. 제24항에 있어서, 상기 상재생수단은 상기 마스크와 상기 투영광학계 사이에 마련된 결상광학계와 상기 결상광학계와 상기 투영광학계 사이에 마련된 제2회절격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 노출장치.
27. 제24항에 있어서, 상기 상재생수단은 상기 마스크의 다른 영역에 마련된 동일패턴에 각각 다른 방향에서 상기 노출광을 조사하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 노출장치.
28. 제25항에 있어서, 상기 제2회절격자의 격자의 주기 P2는 상기 제1회절격자의 격자의 주기를 P1, 상기 투영광학계의 축소배율을 M으로 해서 P2≤M×P1인 것을 특징으로 하는 노출장치.
29. 제25항에 있어서, 상기 마스크로의 상기 노출광의 입사각도를 θi, 상기 노출광의 파장을 λ, 상기 투영광학계의 축소배율을 M, 상기 제1회절격자의 격자의 주기를 P1, T상기 제2회절격자의 주기를 P2로 하면 sin(θi)=±｛1/(M×P1)+1/P2｝의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 노출장치.
30. 제25항에 있어서, 상기 제1회절격자에 의해 회절된 상기 노출광에 의해 재생되는 상기 패턴의 상과 상기 제1회절격자와의 거리를 Z1, 상기 마스크와 상기 제2회절격자 사이의 거리를 Z2, 상기 투영광학계의 축소배율을 M, 상기 제1회절격자의 격자의 주기를 P1, 상기 제2회절격자의 격자의 주기를 P2로 하면 Z2=M×(P2/P1)×Z1의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 노출장치.
31. 제25항에 있어서, 상기 조사수단은 상기 광원과 상기 마스크 사이에 마련된 제3회절격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 노출장치.
32. 제31항에 있어서, 상기 제3회절격자의 격자의 주기 P3은 상기 투영광학계의 축소배율을 M, 상기 제1회 절격자의 주기를 P1, 상기 제2회절격자의 주기를 P2로 하면 1/P3= 1/(M×P1)+1/P2의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 노출장치.
33. 제31항에 있어서, 상기 제2회절격자 및 상기 제3회절격자는 위상격자인 것을 특징으로 하는 노출장치.
34. 제24항에 있어서, 상기 마스크는 위상시프트 마스크인 것을 특징으로 하는 노출장치.
35. 제24항에 있어서, 상기 투영광학계와 상기 시료대 사이에는 굴절률 n이 1을 초과하는 액체가 채워져 있는 것을 특징으로 하는 노출장치.
36. 제35항에 있어서, 상기 투영광학계의 개구수를 NA로 하면 0.5＜NA＜n/2 것을 것을 특징으로 하는 노출장치.
37. 제24항에 있어서, 상기 제1회절격자는 위상격자인 것을 특징으로 하는 노출장치.
38. 제25항에 있어서, 상기 제1회절격자와 상기 시료대 사이에 차광마스크를 유지하는 제4유지수단이 또 마련되는 것을 특징으로 하는 노출장치.
39. 제38항에 있어서, 상기 제1회절격자는 상기 차광마스크와 동일한 석영기판에 형성되어 비추는 것을 특징으로 하는 노출장치.
40. 제25항에 있어서, 상기 투영광학계와 상기 광원 사이에 차광마스크를 유지하는 제4유지수단이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 노출장치.
41. 제25항에 있어서, 수차는 상기 투영광학계에서 보정되어 있는 것을 특징으로 하는 노출장치.
42. 제41항에 있어서, 상기 투영광학계의 동공의 위치에 상기 보정을 위한 슬릿필터가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 노출장치.
43. 제25항에 있어서, 수차는 상기 마스크와 상기 투영광학계 사이 또는 상기 시료대와 상기 투영광학계 사이에서 보정되는 것을 특징으로 하는 노출장치.
44. 제43항에 있어서, 상기 노출장치에는 상기 보정을 위한 투명한 평행평판이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 노출장치.
45. 제26항에 있어서, 상기 제2회절격자는 상기 결상광학계와 상기 투영광학계 사이에 상기 제1회절격자와 거의 공액인 위치에 마련되는 것을 특징으로 하는 노출장치.
46. 제27항에 있어서, 상기 동일패턴에 각각 다른 방향에서 상기 노출광을 조사하는 수단은 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 노출장치.
47. 제24항에 있어서, 상기 제1유지수단은 상기 제1회절격자를 미동시키는 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 노출장치.
48. 제24항에 있어서, 오토포커스모니터와 상기 오토포커스모니터로부터의 출력에 따라서 상기 제1회절격자의 위치를 조절하는 위치조절수단을 또 포함하는 것을 특징으로 하는 노출장치.
49. 제26항에 있어서, 상기 결상광학계는 마이크로렌즈어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 노출장치.
50. 제49항에 있어서, 상기 투영광학계와 상기 제2회절격자 사이에 차광패턴이 또 마련되고, 상기 차광패턴, 상기 제2회절격자 및 상기 마이크로렌즈어레이는 일체화되어 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 노출장치.
51. 제49항에 있어서, 상기 투영광학계와 상기 제2회절격자 사이에 차광패턴이 또 마련되고, 상기 마이크로렌즈어레이의 주기와 상기 차광패턴의 노출영역의 주기는 동일한 것을 특징으로 하는 노출장치.
52. 제24항에 있어서, 상기 마스크는 주기패턴의 주변부에서의 형상의 일그러짐이 제거된 마스크인 것을 특징으로 하는 노출장치.
53. 노출용 광원, 마스크유지수단, 투영광학계 및 시료대를 구비한 노출장치의 상기 마스크유지수단에 의해 소정의 패턴을 갖는 마스크를 유지하는 스텝, 상기 시료대와 상기 투영광학계 사이에 제1회절격자를 유지하는 스텝, 상기 광원과 상기 투영광학계 사이에 상기 제1회절격자에 의해 회절된 상기 광원으로부터의 노출광에 의해 상기 소정의 패턴의 상을 재생시키기 위한 상재생수단을 유지하는 스텝, 감광성피막을 갖는 시료를 상기 시료대에 탑재시키는 스텝 및 상기 마스크, 상기 상재생수단, 투영광학계 및 제1회절격자를 통과한 상기 노출광에 의해 상기 시료표면을 노출시키는 노출스텝을 갖는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
54. 제53항에 있어서, 상기 상재생수단은 상기 마스크와 상기 투영광학계 사이에 마련된 제2회절격자를 포함 하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
55. 제53항에 있어서, 상기 상재생수단은 상기 마스크와 상기 투영광학계 사이에 마련된 결상광학계와 상기 결상광학계와 상기 투영광학계 사이에 마련된 제2회절격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
56. 제53항에 있어서, 상기 마스크는 다른 영역에 마련된 동일 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
57. 제54항에 있어서, 상기 제2회절격자의 격자의 주기는 P2는 상기 제1회절격자의 격자의 주기를 P1, 상기 투영광학계의 축소배율을 M으로 해서 P2≤M×P1인 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
58. 제54항에 있어서, 상기 마스크로의 상기 노출광의 입사각도를 θi, 상기 노출광의 파장을 λ, 상기 투영광학계의 축소배율을 M, 상기 제1회절격자의 격자의 주기를 P1, 상기 제2회절격자의 격자의 주기를 P2로 하면 sin(θi)=±｛1/(M×P1)+1/P2｝의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
59. 제54항에 있어서, 상기 제1회절격자에 의해 회절된 상기 노출광에 의해서 재생된 상기 패턴의 상과 상기 제1회절격자와의 거리를 Z1, 상기 마스크와 상기 제2회절격자 사이의 거리를 Z2, 상기 투영광학계의 축소배율을 M, 상기 제1회절격자의 주기를 P1, 상기 제2회절격자의 격자의 주기를 P2로 하면 Z2=M×(P2/P1)×Z1의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
60. 제54항에 있어서, 상기 조사수단은 상기 광원과 상기 마스크 사이에 마련된 제3회절격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
61. 제60항에 있어서, 상기 제3회절격자의 격자의 주기 P3은 상기 투영광학계의 축소배율을 M, 상기 제1회 절격자의 격자의 주기를 P1, 상기 제2회절격자의 주기를 P2로 하면 1/P3=1/(M×P1)+1/P2의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
62. 제60항에 있어서, 상기 제2회절격자 및 상기 제3회절격자는 위상격자인 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
63. 제53항에 있어서, 상기 마스크는 위상시프트마스크인 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법.
64. 제53항에 있어서, 상기 투영광학계와 상기 시료대 사이에 굴절률 n이 1을 초과하는 액체를 채우는 스텝을 또 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
65. 제64항에 있어서, 상기 투영광학계의 개구수를 NA로 하면 0.5＜NA＜n/2인 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
66. 제53항에 있어서, 상기 제1회절격자는 위상격자인 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
67. 제54항에 있어서, 상기 제1회절격자와 상기 시료대 사이에 차광마스크를 준비하는 스텝을 또 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
68. 제67항에 있어서, 상기 제1회절격자는 상기 차광마스크와 동일한 석영기판에 형성되어 비추는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
69. 제54항에 있어서, 상기 투영광학계와 상기 광원 사이에 차광마스크를 준비하는 스텝을 또 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
70. 제53항에 있어서, 상기 노출스텝은 노출영역을 상기 시료표면상에서 주사하는 주사스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
71. 제70항에 있어서, 상기 마스크의 주사속도와 상기 시료의 주사속도의 비는 상기 투영광학계의 축소율을 M으로 해서 1:M인 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
72. 제53항에 있어서, 상기 감광성피막은 화학증폭계 레지스트피막인 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
73. 제53항에 있어서, 상기 노출광은 부분 간섭광인 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
74. 제53항에 있어서, 상기 제1회절격자는 2차원 회절격자인 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
75. 제74항에 있어서, 상기 2차원격자는 체크무늬인 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
76. 제74항에 있어서, 상기 2차원격자는 라인 앤드 스페이스패턴인 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
77. 제53항에 있어서, 상기 노출스텝 후, 상기 제1회절격자를 약 90도 회전시키고 재차 노출시키는 제2노출 스텝을 또 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
78. 제53항에 있어서, 상기 노출스텝 후, 상기 제1회절격자 및 상기 상재생수단을 제거하고 상기 시료를 재차 노출시키는 제2노출스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.

    ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.