KR20040075764A - 카톱트릭형 투영광학계와 노광장치 - Google Patents

카톱트릭형 투영광학계와 노광장치 Download PDF

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KR20040075764A
KR20040075764A KR1020040011251A KR20040011251A KR20040075764A KR 20040075764 A KR20040075764 A KR 20040075764A KR 1020040011251 A KR1020040011251 A KR 1020040011251A KR 20040011251 A KR20040011251 A KR 20040011251A KR 20040075764 A KR20040075764 A KR 20040075764A
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스나가토시히로
하타케야마코시
사사키타카히로
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

물체면 위의 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하며, 상기 물체면과 화상면 사이에 중간화상을 형성하는 화상계로서 기능하는 카톱트릭형 투영광학계 (catoptric projection optical system)로서, 6개 이상의 미러를 포함하고, 중간화상에 대한 사출동공의 위치는 물체면과 화상면 사이에 위치되고, 상기 사출동공의 위치에서의 시야각에 대한 주광선과 광축 사이의 최대각은 sin-1NA 이하(여기서, NA는 화상면측의 개구수임)이다.

Description

카톱트릭형 투영광학계와 노광장치{CATOPTRIC PROJECTION OPTICAL SYSTEM AND EXPOSURE APPARATUS}
본 발명은 일반적으로 노광장치에 관한 것이고, 더욱 상세하게는, 자외선("UV")과 극자외선("EUV")을 이용하여 반도체 웨이퍼용 단결정 기판과 액정디스플레이("LCD")용 유리판 등의 피처리체를 노광하는 반사형 또는 카톱트릭형 투영광학계(catoptric projection optical system)와 그것을 이용한 노광장치에 관한 것이다.
최근의 전자 디바이스의 소형화 및 박형화의 요구가 이러한 전자 디바이스에 탑재되는 미세한 반도체소자를 더욱 더 요구하고 있다. 예를 들면, 마스크 패턴에 대한 디자인 방식은 0.1㎛보다 작은 라인 앤드 스페이스("L & S")의 치수를 가지는 화상이 광범위하게 형성되는 것이 요구되어 왔다. 향후에는 80nm보다 작은 회로패턴을 요구하게 될 것이라고 예상된다. L & S는, 동일한 라인과 스페이스의 폭을 가지는 노광에서 웨이퍼 위에 투영된 화상을 나타내고, 노광 해상도로서 기능한다.
반도체소자를 제조하기 위한 대표적인 노광장치인 투영노광장치는, 마스크 또는 레티클 위의 패턴을 웨이퍼 위에 노광하는 투영노광계를 포함한다. 다음의식은 투영노광계의 해상도 R(즉, 정밀한 화상전사를 위한 최소 치수)를 나타내고, 여기서, λ는 광원파장이고, NA는 투영광학계의 개구수이다:
파장을 짧게 할수록 NA가 더욱 증가되므로, 해상도가 더욱 높아지거나 더욱 미세하게 된다. 최근의 경향은 해상도가 더욱 작은 값이 되도록 요구되어 왔다. 그러나, 증가된 NA만을 사용하여서는 이러한 요구를 만족시키기에 곤란하고, 단파장을 사용하여 해상도가 향상되는 것을 기대할 수 있다. 현재 노광광원은 KrF 엑시머 레이저(대략 248nm의 파장)와 ArF 엑시머 레이저(대략 193nm의 파장)로부터 F2엑시머 레이저(대략 157nm의 파장)로 이행하고 있다. 광원으로서 EUV광의 실용화도 촉진되고 있다.
광의 단파장화는 광이 투과할 수 있는 유리재가 한정되므로, 투영광학계는 반사소자, 즉, 굴절소자 대신에 미러, 즉, 렌즈를 사용하는 것이 유리하다. 노광광으로서 EUV광을 제안하고 있는 적용가능한 유리재는 존재하지 않고, 투영광학계는 어떠한 렌즈도 포함할 수 없다. 따라서, 미러(예를 들면, 다층 미러)만을 가진 카톱트릭형 투영광학계를 구성하는 것이 제안되고 있다.
카톱트릭형 축소 투영광학계의 미러는, 반사광을 강하게 하여 반사율을 높이기 위해 다층막을 형성하고 있지만, 광학계 전체에 대한 반사율을 높이기 위해서는 더욱 더 적은 수의 미러가 바람직하다. 또한, 동공에 대해서 대향측에 마스크와웨이퍼를 배치함으로써 상기 마스크와 웨이퍼 사이의 기계적 간섭을 회피하도록 상기 투영광학계는 짝수개의 미러를 사용하는 것이 바람직하다.
EUV 노광장치는 종래의 것보다 더욱 작은 임계치수 또는 해상도가 요구되므로, 더욱 높은 NA가 필요하다(예를 들면, 13.4nm의 파장에 대해 0.2까지). 그러나, 종래의 3개 또는 4개의 미러는 파면수차를 감소시키는 데에 곤람함이 있다. 따라서, 비구면미러의 사용뿐만 아니라, 6개 등의 증가된 미러의 수는, 파면수차를 보정하는데 있어서 자유도를 증가시키기 위해서 필요하다. 이하, 본 출원에서는 그러한 광학계를 6개의 미러계로서 칭한다. 상기 6개의 미러계는, 예를 들면, 일본국 특허공개 제 2000-100694호공보 및 동 특허공개 제 2000-235144호공보에 개시하고 있다.
일본국 특허공개 제 2000-100694호공보는, 제 4미러(M4)가 NA=0.2에 대해 540mm 이상의 최대유효직경을 가지므로, 상당히 큰 구조를 가진 몇 개의 6개 미러 카톱트릭형 투영광학계를 개시하고 있다. 실시예 중에서, 가장 큰 최대유효직경은 NA=0.28에 대해 650mm를 초과한다. 미러의 최대유효직경은 NA에 의해 증가된다. 최대유효직경을 가지는 미러는 중간화상 결상위치의 바로 앞에 배치되고, 상기 중간화상 결상위치에서의 시야각이 크므로 상기 유효직경이 증가한다. 제 4미러(M4)로부터 제 5미러(M5)로의 광선이 제 6미러(M6)와 간섭하지 않기 위해서, 이들 각도는 불가피하게 커져 sin-1NA보다 커진다.
한편, 일본국 특허공개 제 2000-235144호공보는 중간화상 결상위치에서의 시야각이 작은 카톱트릭형 투영광학계를 개시하고 있다. 일반적으로, 유효직경은 동공으로부터의 거리와 함께 증가하고, 중간화상으로부터 멀리 떨어진 사출동공은 NA=0.14 등의 작은 NA에 대해 유효직경이 증가한다.
도 1은, 본 발명에 의한 일실시예의 카톱트릭형 투영광학계의 개략적 구성을 도시한 도면.
도 2는, 본 발명에 의한 다른 실시예의 카톱트릭형 투영광학계의 개략적 구성을 도시한 도면.
도 3은, 도 1에 도시한 카톱트릭형 투영광학계를 포함하는 노광장치의 개략적 구성을 도시한 도면.
도 4는, 디바이스(IC, LSI 등의 반도체칩과 LCD 및 CCD 등)의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 5는, 도 4에 도시한 웨이퍼처리의 스텝 4에 대한 상세한 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100, 100A: 카톱트릭형 투영광학계 200: 노광장치
210: 조명장치 220: 마스크 스테이지
230: 웨이퍼 스테이지 240: 제어부
MS: 물체면 W: 화상면
M1: 제 1미러 M2: 제 2미러
M3: 제 3미러 M4: 제 4미러
M5: 제 5미러 M6: 제 6미러
MI: 중간화상
따라서, 본 발명의 예시적 목적은 EUV석판인쇄에 적용가능하고, 최대유효직경과 광학계의 전체 길이가 작으며, 높은 NA와 뛰어난 결상성능을 가지는 6개 미러 카톱트릭형 투영광학계와 그것을 이용한 노광장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명에 의한 제 1측면의 카톱트릭형 투영광학계는, 물체면 위의 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하고, 상기 물체면과 화상면 사이에 중간화상을 형성하는 화상계로서 기능하며, 6개 이상의 미러를 포함하는 카톱트릭형 투영광학계 (catoptric projection optical system)로서, 중간화상에 대한 사출동공의 위치는 물체면과 화상면 사이에 위치되고, 상기 사출동공의 위치에서의 시야각에 대한 주광선과 광축 사이의 최대각은 sin-1NA 이하(여기서, NA는 화상면측의 개구수임)이다.
상기 개구수는 0.2보다 클 수 있다. 중간화상을 형성하는 미러는 개구조리개의 위치에 배치될 수 있다. 상기 중간화상은, 물체면으로부터의 제 2미러와 화상면으로부터의 제 2미러 사이의 광로 위에 형성될 수 있다. 중간화상의 위치의 각각의 시야각에 대한 주광선은 광축으로부터 멀리 떨어질 수 있다. 6개 이상의미러는 동축계를 형성할 수 있다. 6개 이상의 미러 전체는, 20nm 이하의 파장을 가지는 광을 반사하는 다층막을 포함한 비구면미러가 될 수 있다.
반사마스크는 물체면 위에 배치될 수 있다. 상기 카톱트릭형 투영광학계는, 물체면측에서 비텔레센트릭일 수 있다. 물체면으로부터 광로 위의 제 1미러에 입사하는 광은 5°내지 10°사이의 입사각을 가질 수 있다. 화상면측의 노광영역은 0.8mm 이상의 슬릿폭을 가질 수 있다.
상기 카톱트릭형 투영광학계는, 물체면으로부터 광이 순차적으로 반사하는 순서대로, 제 1미러, 제 2미러, 제 3미러, 제 4미러, 제 5미러 및 제 6미러를 포함할 수 있고, 상기 제 2미러, 제 1미러, 제 6미러, 제 3미러 및 제 5미러는 물체면으로부터 화상면으로 이 순서대로 배치되고, 상기 카톱트릭형 투영광학계는 상기 제 2미러와 제 3미러 사이에 중간화상을 형성한다. 상기 카톱트릭형 투영광학계는, 6개의 미러만을 포함하거나 6개의 반사면만을 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 다른 측면의 노광장치는, 상기 카톱트릭형 투영광학계와, 패턴을 가지는 마스크를 지지하고, 마스크의 패턴을 물체면 위에 위치결정하는 마스크 스테이지와, 감광층을 가지는 물체를 지지하고, 상기 감광층을 화상면 위에 위치결정하는 웨이퍼 스테이지와, 20nm 이하의 파장을 가지는 광에 의해 마스크를 조명하면서 상기 마스크 스테이지와 상기 웨이퍼 스테이지가 동기하여 주사하는 기구를 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 다른 측면의 노광장치는, 광원으로부터의 광에 의해 패턴을 조명하는 조명광학계와, 상기 카톱트릭형 투영광학계를 포함한다. 상기투영광학계는 패턴 위에 반사된 광을 화상면 위에 투영할 수 있다.
디바이스의 제조방법은, 상기 노광장치를 사용하여 물체를 노광하는 공정과, 노광된 물체를 현상하는 공정을 포함한다. 상기 노광장치의 동작과 마찬가지의 동작을 행하는 디바이스의 제조방법에 대한 청구항은, 중간 및 최종 생산품인 디바이스를 포함한다. 그러한 디바이스는 LSI, VLSI와 같은 반도체칩과, CCD와, LCD와, 자기센서와, 박막자기헤드 등을 포함한다.
본 발명의 기타 목적과 부가적 특징은 이하 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시예의 설명으로부터 자명하게 된다.
EUV석판인쇄에 적용가능하고, 최대유효직경과 광학계의 전체 길이가 감소하고, 높은 NA와 뛰어난 결상성능을 가지는 6개 미러 카톱트릭형 투영광학계와, 그것을 이용한 노광장치를 제공하는데 있어서, 본 발명자는 미러의 유효직경을 진지하게 연구하여, 중간화상위치에서의 주광선의 작은 각도(sin-1NA보다 작음)와 중간화상위치와 사출동공 사이의 짧은 거리가 유효직경을 감소하는데 기여하는 것을 발견하였다.
본 발명의 제 1측면으로서 카톱트릭형 투영광학계(100),(100A)와 노광장치(200)를 첨부도면을 참조하여 지금 설명한다. 각 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타내고, 그 설명은 생략한다. 여기서, 도 1은, 카톱트릭형 투영광학계(100)의 개략적 구성을 도시한 도면이다. 도 2는, 카톱트릭형 투영광학계(100A)의 개략적 구성을 도시한 도면이다. 달리 설명하지 않는 한, 카톱트릭형 투영광학계(100)은 카톱트릭형 축소 투영광학계(100A)를 총괄한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 카톱트릭형 투영광학계(100)는, 물체면(MS)으로부터 광이 순차적으로 반사하는 순서대로, 볼록형상의 제 1미러(M1), 오목형상의 제 2미러(M2), 제 3미러(M3), 오목형상의 제 4미러(M4), 볼록형상의 제 5미러(M5), 및 오목형상의 제 6미러(M6)를 포함하는 6개의 미러를 가진다. 제 1미러(M1)와 제 2미러(M2)는 중간화상(MI)을 결상하고, 제 3미러(M3) 내지 제 6미러(M6)에 의해 화상면(M) 위에 차례로 재결상된다.
카톱트릭형 투영광학계(100)는 중간화상(MI)위치에서의 주광선의 각도가 sin-1NA 이하가 되도록 유지하고, 상기 중간화상(MI)위치에 근접하게 사출동공이 배치된다. 따라서, 카톱트릭형 투영광학계(100)는 미러의 최대유효직경을 작게 유지할 수 있다. 중간화상(MI)위치에서의 주광선의 각도가 sin-1NA보다 큰 경우, 상기 유효직경은 NA에 비해 너무 크게 된다. 상기 광학계의 중심에 대략 위치한 중간화상(MI)위치는 중간화상(MI)의 전후의 미러의 유효직경을 최소화할 수 있다. 따라서, 중간화상(MI)면 위의 사출동공위치는, 물체면(MS)과 화상면(W) 사이에 위치하는 것이 바람직하다.
카톱트릭형 투영광학계(100)는, 비텔레센트릭이여서 물체면(MS)으로부터 제 1미러(M1)에 입사하는 광이 5°이상의 입사각을 가진다. 또한, 카톱트릭형 투영광학계(100)는 화상면(W)측의 사출광에 대해 텔레센트릭이다. 예를 들면, 조명광학계에 의해 물체면(MS) 위에 배치된 마스크를 조명하고, 또한 화상면(W)에 위치된웨이퍼 위에 화상을 결상하기 위하여, 물체면(MS)측은 특정의 입사각이 필요하다. 한편, 화상면(W)측은, 예를 들면, 물체면(MS)에 위치된 웨이퍼가 광축방향으로 이동하는 경우, 화상면(W)측은 배율의 변화를 줄이기 위해 텔레센트릭인 것이 바람직하다.
본 발명의 투영광학계(100)는, 실제로 1개의 광축에 대해 축대칭인 동축광학계로서 배치되고, 광축에 대해 링형상의 화상면이 수차를 바람직하게 보정할 수 있는 이점을 가진다. 그러나, 카톱트릭형 투영광학계(100)의 6개의 미러는 수차보정 또는 수차조정에서 완전하게 동축으로 배치할 필요는 없다. 예를 들면, 수차를 개선하거나 배치에서 자유도를 향상시키기 위해 약간 편심이 될 수 있다.
카톱트릭형 투영광학계는 EUV광학계에 필수적이고, 더욱 더 높은 NA가 요구됨에 따라 화상면(W)에서 차광한 광을 감소시키는 것이 요구된다. 본 실시예는 중간화상(MI)을 제 6미러(M6)의 부근에 형성하여, 광과 미러간의 간섭을 방지한다.
카톱트릭형 투영광학계(100)는 6개의 미러를 포함하지만, 적어도 1개 이상의 비구면미러를 필요로 한다. 이들 제 1미러(110) 내지 제 6미러(160)의 비구면의 형상은 일반적인 비구면의 식과 같은 식 2에 나타낸다. 비구면을 가지는 미러는 수차의 보정이 용이한 이점이 있으므로, 비구면은 가능한 한 많은(바람직하게는, 6개) 미러에 적용하는 것이 바람직하다. 카톱트릭형 투영광학계(100)는 6개의 미러계에 한정되지 않고, 고성능과 높은 NA를 위해 6개 이상의 미러를 포함할 수 있다.
여기서, "Z"가 광축방향의 좌표이고, "c"는 곡률(즉, 곡률의 반경 r의 역수)이고, "h"는 광축으로부터의 높이이고, "k"는 원추 계수이고, "A" 내지 "J"는 각각 4차, 6차, 8차, 10차, 12차, 14차, 16차, 18차, 20차의 비구면 계수이다.
카톱트릭형 투영광학계(100)는 제 2미러(M2) 위에 개구조리개를 배치하지만, 제 1미러(M1) 위의 제 1미러(M1)와 제 2미러(M2) 사이에 개구조리개를 배치할 수 있다. 제 2미러(M2) 위에 배치된 상기 개구조리개는 차광의 감소에 용이하고, 원형의 개구조리개를 이용할 수 있다. 상기 개구조리개는 가변적이거나 고정된 직경을 가질 수 있다. 가변직경을 이용하는 경우, 개구조리개의 직경의 변화는 초점심도를 제공할 수 있는 이점이 있어서 화상을 안정시킬 수 있다.
EUV광을 반사하는 다층막은 제 1미러(M1) 내지 제 6미러(M6)의 각각의 표면 위에 도포되고, 광을 강하게 하는 기능을 한다. 20nm 이하의 파장을 가지는 EUV광을 반사할 수 있는 다층막은, 예를 들면, 교대로 적층된 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)층을 포함하는 Mo/Si다층막, 또는 교대로 적층된 몰리브덴(Mo)과 베릴륨(Be)층을 포함하는 Mo/Be다층막을 포함할 수 있다. 최상의 재료는 사용되는 파장에 따라서 선택된다. 물론, 본 발명은 다층막을 상기 재료에 한정하지 않으며, 상기와 마찬가지의 작용 또는 효과를 가지는 어떠한 다층막을 사용할 수도 있다.
지금 도 1과 도 2를 참조하여, 본 발명의 카톱트릭형 투영광학계(100),(100A)를 이용하여 조명실험결과를 지금 설명한다. 도 1과 도 2에서, MS는 물체면에 위치된 반사형 마스크이고, W는 화상면에 위치된 웨이퍼이다.
카톱트릭형 투영광학계(100),(100A)는, 대략 13.4nm의 파장을 가진 EUV광을 방출하는 조명계(도시하지 않음)를 이용하여 마스크(MS)를 조명하고, 마스크(MS)로부터 반사된 EUV광을, 볼록형상의 제 1미러(M1), 오목형상의 제 2미러(M2), 볼록형상의 평면의 제 3미러(M3), 오목형상의 제 4미러(M4), 볼록형상의 제 5미러(M5), 오목형상의 제 6미러에 의해 이 순서대로 반사한다. 다음에, 화상면에 위치된 웨이퍼(W) 위에 마스크 패턴의 축소화상을 형성한다.
카톱트릭형 투영광학계(100)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 제 6미러(M6)의 부근에 중간화상(MI)을 형성하고, 제 2미러(M2)로부터 제 3미러(M3)로의 광은 제 4미러(M4)로부터 제 5미러(M5)로의 광과 교차한다. 카톱트릭형 투영광학계(100A)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 중간화상(MI)이 제 6미러(M6)의 부근에 형성한다.
도 1에 도시한 카톱트릭형 투영광학계(100)는, 화상측의 개구수 NA=0.24, 축소=1/4, 128mm 내지 136mm의 물체높이, 및 8mm의 폭을 가진 원호형상의 화상면을 가진다. 표 1은, 도 1에 도시한 카톱트릭형 투영광학계(100)의 수치(곡률반경, 면간격, 비구면계수 등)를 나타낸다.
표 2는, 제조오차없이 각각의 시야각마다 도 1에 도시한 카톱트릭형 투영광학계(100)의 오차를 나타낸다.
| 최대 일그러짐값 | = 0.93nm
중간화상(MI)위치에서의 사출동공은 물체면(MS)과 화상면(W) 사이의 제 2미러(M2) 위에 위치된다. 또한, 중간화상(MI)위치에서의 시야각에 대한 주광선과 광축 사이의 최대각은 8.07°이고, 따라서 sin-1NA=13.89보다 작으므로, 최대유효직경이 감소하는 조건을 만족한다. 제 4미러(M4)는 충분히 작은 427.3mm의 최대유효직경을 가진다.
도 2에 도시한 카톱트릭형 투영광학계(100A)는, 화상측의 개구수 NA=0.2, 축소=1/4, 158mm 내지 162mm의 물체높이, 및 4mm의 폭을 가진 원호형상의 화상면을 가진다. 표 3은, 도 2에 도시한 카톱트릭형 투영광학계(100A)의 수치(곡률반경, 면간격, 비구면계수 등)를 나타낸다.
표 4는, 제조오차없이 각각의 시야각마다 도 2에 도시한 카톱트릭형 투영광학계(100A)의 오차를 나타낸다.
| 최대 일그러짐값 | = 6.2nm
중간화상(MI)위치에서의 사출동공은 물체면(MS)과 화상면(W) 사이의 제 2미러(M2) 위에 위치된다. 또한, 중간화상(MI)위치에서의 시야각에 대한 주광선과 광축 사이의 최대각은 7.5°이고, 따라서 sin-1NA=11.54보다 작으므로, 최대유효직경이 감소하는 조건을 만족한다. 제 4미러(M4)는 충분히 작은 364.26mm의 최대유효직경을 가진다.
설명한 바와 같이, 카톱트릭형 투영광학계(100),(100A)는, 작은 직경을 가진 6개 이상의 미러를 포함하고, EUV광을 사용할 수 있고, 뛰어난 결상성능을 제공한다. 이들 광학계(100),(100A)는, 최대유효직경을 감소시킬 수 있고, 전체 길이가 짧은 광학계를 실현할 수 있으며, 장치를 소형화할 수 있다.
지금 도 3을 참조하여, 노광장치(200)를 지금 설명한다. 도 3은, 노광장치(200)의 개략적 구성을 도시한 도면이다. 노광장치(200)는 노광용의 조명광으로서 EUV광(예를 들면, 13.4nm의 파장)을 이용하고 스텝 앤드 스캔 방식의 노광을 제공하는 투영노광장치이다.
노광장치(200)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 조명장치(210)와, 마스크(MS)와, 상기 마스크(MS)가 장착된 마스크 스테이지(220)와, 카톱트릭형 투영광학계 (100)와, 피처리체(W)와, 상기 피처리체(W)가 장착된 웨이퍼 스테이지(230) 및 제어부(240)를 포함한다. 상기 제어부(240)는, 조명장치(210)와, 마스크 스테이지 (220) 및 웨이퍼 스테이지(230)에 제어가능하게 접속된다.
도 3에는 도시하고 있지 않지만, EUV광은 대기에 대한 투과율이 낮으므로, 적어도 EUV광이 주행하는 광로는 진공분위기내에 유지되어야 하는 것이 바람직하다. 도 3에서, XYZ는 3차원공간을 나타내고, X방향은 XY평면의 법선방향이다.
조명장치(210)는, 반사형 투영광학계의 원형의 시야에 대응하는 원형의 EUV광(예를 들면, 13.4nm의 파장)을 이용하여 마스크(MS)를 조명하고, 광원과 조명광학계(도시하지 않음)를 포함한다. 조명장치(210)는, 이 기술분야에서 광원과 조명광학계에 대한 어떠한 공지의 기술도 이용할 수 있으며, 그 상세한 설명은 생략한다. 예를 들면, 조명광학계는, 집광광학계와, 옵티컬 인테그레이터와, 개구조리개와, 블레이드 등을 포함할 수 있고, 이 기술분야의 당업자가 구상할 수 있는 어떠한 기술도 이용할 수 있다.
마스크(MS)는, 반사형 또는 투과형 마스크이고, 전사되는 원형 패턴(또는 화상)이 형성된다. 마스크 스테이지(220)에 의해 지지되고 구동된다. 마스크(MS)로부터 방출된 회절광은, 투영광학계(100)에 의해 반사된 후 피처리체(W) 위에 투영된다. 마스크(MS)와 피처리체(W)는 광학적으로 서로 공액관계로 배치된다. 노광장치(200)는 스텝 앤드 스캔 방식의 노광장치이므로, 마스크(MS)와피처리체(W)를 주사하여 마스크(MS) 위의 패턴을 피처리체(W) 위에 전사한다.
마스크 스테이지(220)는, 마스크(MS)를 지지하여 이동기구(도시하지 않음)에 접속된다. 마스크 스테이지(220)는 이 기술분야에서 공지된 어떠한 구성도 이용할 수 있다. 이동기구(도시하지 않음)는 선형모터 등을 이용할 수 있고, 제어부(240)에 의한 제어 아래에서 마스크(MS)를 이동하도록 Y방향으로 마스크 스테이지(220)를 구동한다. 노광장치(200)는 마스크(MS)와 피처리체(W)를 제어부(240)에 의해 동기한 상태로 주사한다.
카톱트릭형 투영광학계(100)는, 마스크(MS) 위의 패턴을 화상면 위에 축소투영하는 광학계이다. 반사형 투영광학계(100)는, 상기 어떠한 실시예도 이용할 수 있고, 그 상세한 설명은 생략한다. 도 3은, 도 1에 도시한 반사형 광학계(100)를 이용하지만, 본 발명은 이러한 실례가 되는 실시예에 한정되지 않는다.
피처리체(W)는, 본 실시예에서는 웨이퍼이지만, LCD와 노광되는 다른 피처리체가 될 수 있다. 포토레지스트가 피처리체(W)에 도포된다.
피처리체(W)는, 웨이퍼 스테이지(230)에 의해 지지된다. 예를 들면, 웨이퍼 스테이지(230)는, 선형모터를 이용하여 XYZ방향으로 피처리체(W)를 이동한다. 마스크(MS)와 피처리체(W)는, 예를 들면, 제어부(240)에 의한 제어 아래에서 동기적으로 주사하고, 마스크 스테이지(220)와 웨이퍼 스테이지(230)의 위치는, 예를 들면, 레이저 간섭계 등에 의해 감시되어 양쪽 모두는 일정한 속도비율로 구동된다.
제어부(240)는, CPU와 메모리(도시하지 않음)를 포함하고, 노광장치(200)의동작을 제어한다. 상기 제어부(240)는, 마스크 스테이지(220)(의 이동기구(도시하지 않음))와, 웨이퍼 스테이지(230)(의 이동기구(도시하지 않음))에 전기적으로 접속된다. CPU는, MPU 등의 이름에 상관없이 프로세서를 포함하고, 각각의 모듈을 제어한다. 메모리는, ROM과 RAM을 포함하고, 노광장치(200)의 동작을 제어하는 펌웨어를 저장한다.
노광에서, 조명장치(210)로부터 방출된 EUV광은 마스크(MS)를 조명하여, 상기 마스크(MS) 위의 패턴을 피처리체(W) 위에 결상한다. 본 실시예는, 원형 또는 링형상의 화상면을 제공하고, 마스크(MS)와 피처리체(W)를 축소비율에 대응하는 속도비로 주사함으로써 마스크(MS) 위의 전체 면을 주사한다.
도 4와 도 5를 참조하여, 상기 설명한 노광장치(200)를 이용하여 디바이스의 제조방법의 실시예를 지금 설명한다. 도 4는, 디바이스(IC, LSI 등의 반도체칩과, LCD와, CCD 등)의 제조를 설명하기 위한 순서도이다. 여기서, 일예로서 반도체칩의 제조를 설명한다. 스텝 1(회로설계)은, 반도체 디바이스 회로를 설계한다. 스텝 2(마스크 제작)는, 설계한 회로패턴을 가지는 마스크를 형성한다. 스텝 3(웨이퍼 제조)은, 실리콘 등의 재료를 이용하여 웨이퍼를 제조한다. 전공정으로 칭하는 스텝 4(웨이퍼 처리)는, 마스크와 웨이퍼를 이용하여 석판인쇄기술에 의해서 웨이퍼 위에 실제의 회로를 형성한다. 후공정으로도 칭하는 스텝 5(조립)는, 스텝 4에서 형성된 웨이퍼를 이용하여 반도체칩을 형성하고 조립 스텝(예를 들면, 디싱, 본딩), 패키징 스텝(칩 밀봉) 등을 포함한다. 스텝 6(검사)은, 스텝 5에서 구성된 반도체 디바이스에 대한 유효성 테스트와 내구성 테스트 등의 다양한 테스트를 행한다. 이들 스텝을 통해서, 반도체 디바이스가 완성되어 출하된다(스텝 7).
도 5는, 스텝 7의 웨이퍼 프로세스의 상세 순서도이다. 스텝 11(산화)은 웨이퍼의 표면을 산화한다. 스텝 12(CVD)는, 웨이퍼의 표면 위에 절연막을 형성한다. 스텝 13(전극 형성)은, 증착 등에 의해 웨이퍼 위에 전극을 형성한다. 스텝 14(이온주입)는, 이온을 웨이퍼에 주입한다. 스텝 15(레지스트 처리)는, 감광재를 웨이퍼 위에 도포한다. 스텝 16(노광)은, 노광장치(200)를 이용하여 마스크 위의 회로패턴을 웨이퍼 위에 노광한다. 스텝 17(현상)은, 노광된 웨이퍼를 현상한다. 스텝 18(에칭)은, 현상된 레지스트 화상 이외의 부분을 에칭한다. 스텝 19(레지스트 박리)는, 에칭 후 불필요한 레지스트를 제거한다. 이들 스텝을 반복하고, 다층회로패턴을 웨이퍼 위에 형성한다. 본 실시예의 디바이스 제조방법은, 종래의 것보다 고품질의 디바이스를 제조할 수 있다. 따라서, 노광장치(200)를 사용한 디바이스의 제조방법과, 결과물로서의 디바이스도 본 발명의 제 1측면을 구성한다.
또한, 본 발명은 이들 바람직한 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 범위로부터 일탈함없이 다양한 변경과 변형이 이루어질 수 있다. 예를 들면, 본 실시예의 반사형 투영광학계는 회전적으로 대칭인 비구면을 가지는 동축계를 가지지만, 회전적으로 비대칭인 비구면을 가질 수도 있다. 본 발명은, 대화면을 주사노광하거나 주사없이 노광하는 노광장치뿐만 아니라, ArF 엑시머 레이저와 F2엑시머 레이저 등의 200nm 이하의 파장을 가진 비EUV자외선용 반사형 투영광학계에 적용가능하다.
따라서, 본 발명은, EUV석판인쇄에 적용가능하고, 최대유효직경과 광학계의 전체 길이가 감소되고, 높은 NA와 뛰어난 결상성능을 가지는 6개 미러 카톱트릭형 투영광학계와, 그것을 이용한 노광장치를 제공할 수 있다.

Claims (18)

  1. 6개 이상의 미러를 포함하고, 물체면 위의 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하며, 상기 물체면과 화상면 사이에 중간화상을 형성하는 화상계로서 기능하는 카톱트릭형 투영광학계(catoptric projection optical system)로서,
    중간화상에 대한 사출동공의 위치는 물체면과 화상면 사이에 위치되고,
    상기 사출동공의 위치에서의 시야각에 대한 주광선과 광축 사이의 최대각은 sin-1NA 이하(여기서, NA는 화상면측의 개구수임)인 것을 특징으로 하는 카톱트릭형 투영광학계.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 개구수는 0.2보다 큰 것을 특징으로 하는 카톱트릭형 투영광학계.
  3. 제 1항에 있어서, 중간화상을 형성하는 미러는 개구조리개의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 카톱트릭형 투영광학계.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 중간화상은, 물체면으로부터의 제 2미러와 화상면으로부터의 제 2미러 사이의 광로 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 카톱트릭형 투영광학계.
  5. 제 1항에 있어서, 중간화상의 위치의 각각의 시야각에 대한 주광선은 광축으로부터 멀리 떨어진 것을 특징으로 하는 카톱트릭형 투영광학계.
  6. 제 1항에 있어서, 6개 이상의 미러는 동축계를 형성하는 것을 특징으로 하는 카톱트릭형 투영광학계.
  7. 제 1항에 있어서, 6개 이상의 미러 전체는, 20nm 이하의 파장을 가지는 광을 반사하는 다층막을 포함한 비구면미러인 것을 특징으로 하는 카톱트릭형 투영광학계.
  8. 제 1항에 있어서, 반사마스크는 물체면 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 카톱트릭형 투영광학계.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 카톱트릭형 투영광학계는, 물체면측에서 비텔레센트릭인 것을 특징으로 특징으로 하는 카톱트릭형 투영광학계.
  10. 제 9항에 있어서, 물체면으로부터 광로 위의 제 1미러에 입사하는 광은 5°내지 10°사이의 입사각을 가지는 것을 특징으로 하는 카톱트릭형 투영광학계.
  11. 제 1항에 있어서, 화상면측의 노광영역은 0.8mm 이상의 슬릿폭을 가지는 것을 특징으로 하는 카톱트릭형 투영광학계.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 카톱트릭형 투영광학계는, 물체면으로부터 광이 순차적으로 반사하는 순서대로, 제 1미러, 제 2미러, 제 3미러, 제 4미러, 제 5미러 및 제 6미러를 포함하고,
    상기 제 2미러, 제 1미러, 제 6미러, 제 3미러 및 제 5미러는 물체면으로부터 화상면으로 이 순서대로 배치되고,
    상기 카톱트릭형 투영광학계는 상기 제 2미러와 제 3미러 사이에 중간화상을 형성하는 것을 특징으로 하는 카톱트릭형 투영광학계.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 카톱트릭형 투영광학계는, 6개의 미러만을 포함하거나 6개의 반사면만을 포함하는 것을 특징으로 하는 카톱트릭형 투영광학계.
  14. 6개 이상의 미러를 포함하고, 물체면 위의 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하며, 물체면과 화상면 사이에 중간화상을 형성하는 화상계로서 기능하는 카톱트릭형 투영광학계와;
    패턴을 가지는 마스크를 지지하고, 마스크의 패턴을 물체면 위에 위치결정하는 마스크 스테이지와;
    감광층을 가지는 물체를 지지하고, 상기 감광층을 화상면 위에 위치결정하는 웨이퍼 스테이지와;
    20nm 이하의 파장을 가지는 광에 의해 마스크를 조명하면서 상기 마스크 스테이지와 상기 웨이퍼 스테이지가 동기하여 주사하는 기구와;
    를 포함하는 노광장치로서,
    중간화상에 대한 사출동공의 위치는 물체면과 화상면 사이에 위치되고, 사출동공의 위치에서의 시야각에 대한 주광선과 광축 사이의 최대각은 sin-1NA 이하(여기서, NA는 화상면측의 개구수임)인 것을 특징으로 하는 노광장치.
  15. 광원으로부터의 광에 의해 패턴을 조명하는 조명광학계와;
    6개 이상의 미러를 포함하고, 물체면 위의 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하며, 물체면과 화상면 사이에 중간화상을 형성하는 화상계로서 기능하는 카톱트릭형 투영광학계와;
    를 포함하는 노광장치로서,
    중간화상에 대한 사출동공의 위치는 물체면과 화상면 사이에 위치되고, 사출동공의 위치에서의 시야각에 대한 주광선과 광축 사이의 최대각은 sin-1NA 이하(여기서, NA는 화상면측의 개구수임)인 것을 특징으로 하는 노광장치.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 투영광학계는 패턴 위에 반사된 광을 화상면 위에투영하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  17. 노광장치를 사용하여 물체를 노광하는 공정과;
    노광된 물체를 현상하는 공정과;
    를 포함하는 디바이스의 제조방법에 있어서,
    상기 노광장치는,
    6개 이상의 미러를 포함하고, 물체면 위의 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하며, 물체면과 화상면 사이에 중간화상을 형성하는 화상계로서 기능하는 카톱트릭형 투영광학계와;
    패턴을 가지는 마스크를 지지하고, 마스크의 패턴을 물체면 위에 위치결정하는 마스크 스테이지와;
    감광층을 가지는 물체를 지지하고, 상기 감광층을 화상면 위에 위치결정하는 웨이퍼 스테이지와;
    20nm 이하의 파장을 가지는 광에 의해 마스크를 조명하면서 상기 마스크 스테이지와 상기 웨이퍼 스테이지를 동기하여 주사하는 기구와;
    를 포함하고,
    중간화상에 대한 사출동공의 위치는 물체면과 화상면 사이에 위치되고, 사출동공의 위치에서의 시야각에 대한 주광선과 광축 사이의 최대각은 sin-1NA 이하(여기서, NA는 화상면측의 개구수임)인 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
  18. 노광장치를 사용하여 물체를 노광하는 공정과;
    노광된 물체를 현상하는 공정과;
    를 포함하는 디바이스의 제조방법에 있어서,
    상기 노광장치는,
    광원으로부터의 광에 의해 패턴을 조명하는 조명광학계와;
    6개 이상의 미러를 포함하고, 물체면 위의 패턴을 축소된 크기로 화상면 위에 투영하며, 물체면과 화상면 사이에 중간화상을 형성하는 화상계로서 기능하는 카톱트릭형 투영광학계와;
    를 포함하고,
    중간화상에 대한 사출동공의 위치는 물체면과 화상면 사이에 위치되고, 사출동공의 위치에서의 시야각에 대한 주광선과 광축 사이의 최대각은 sin-1NA 이하(여기서, NA는 화상면측의 개구수임)인 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
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