KR20070054666A - 조명 장치, 노광 장치 및 마이크로 디바이스의 제조 방법 - Google Patents

조명 장치, 노광 장치 및 마이크로 디바이스의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

광원(2)으로부터 사출되는 조명광으로 피조사면(M)을 조명하는 조명 장치에 있어서, 광원(2)과 피조사면(M)과의 사이에 배치되어, 광원(2)으로부터의 광속을 파면분할해서 피조사면(M) 상에서 서로 중첩시키기 위한 복수의 반사형 부분 광학계로 구성되는 반사형 플라이 아이 광학계(12, 14)와, 광원(2)과 반사형 플라이 아이 광학계(12, 14)와의 사이에 배치되어, 조명광을 반사형 플라이 아이 광학계(12, 14)로 안내하는 반사형 광학계(10)를 구비하고, 반사형 광학계(10)는, 상기 광학계의 반사면의 적어도 일부가 확산면에 의해 구성되어 있다.

Description

조명 장치, 노광 장치 및 마이크로 디바이스의 제조 방법{LIGHTING APPARATUS, EXPOSURE APPARATUS AND MAICRODEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 반도체 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등의 마이크로 디바이스를 리소그래피(lithography) 공정으로 제조하기 위한 조명 장치, 상기 조명 장치를 구비한 노광 장치 및 상기 노광 장치를 사용한 마이크로 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 노광광으로서 파장 약 5∼40nm 영역의 극단자외(EUV)광을 이용하여 마스크의 패턴을 감광성 기판 위에 투영 노광하는 투영 노광 장치의 실용화가 진척되고 있다. EUVL(극단자외 리소그래피)용 노광 장치에는, 단파장의 광에 대하여 높은 투과율을 갖는 초재(硝材)가 한정되어 있기 때문에, 반사형 광학계가 사용된다(예를 들어, 일본 특허공개 제 1999-312638 호 공보 참조).
일본 특허공개 제 1999-312638 호 공보에 기재되어 있는 투영 노광 장치에 따르면, 도 6에 도시하는 바와 같이, 비(非) EUV 광 레이저 광원(201)으로부터 사출되어 집광 거울(202)에 의해 집광된 레이저 광을 노즐(203)에 의해 공급되는 목 표 물질과 점(204)에서 맞나게 함으로써, 그 목표 물질이 강렬한 에너지를 받아 플라즈마화되어, EUV 광이 발생한다. 발생한 EUV 광은, 집광 거울(205)에 의해 집광되고, 반사 광학계(206)에 의해 반사되어서, 요면경이 다수 병렬로 배열된 입사측 플라이 아이 거울(fly eye mirror; 207)에 입사한다. 입사측 플라이 아이 거울(207)에 의해 반사된 광속(光束)은, 개구 조임부(208)를 거쳐서 요면경이 다수 병렬로 배열된 사출측 플라이 아이 거울(209)에 의해 반사되어, 다시 개구 조임부(208)를 거쳐서, 광학계(210)에 입사한다. 광학계(210)에 의해 반사된 광속은, 광학계(211)에 의해 집광되어, 마스크(212)를 조사한다. 조사된 마스크(212)의 패턴 상(像)은, 투영 광학계(213)를 거쳐서, 웨이퍼(감광성 기판; 214)에 투영 노광된다.
발명의 요약
일본 특허공개 제 1999-312638 호 공보에 기재되어 있는 투영 노광 장치를 구성하는 조명 장치에 있어서는, 입사측 플라이 아이 거울(207)에 입사한 조명광을 파면분할하고, 마스크상에서 서로 중첩시킴으로써 조명광의 조도의 균일화를 도모하고 있지만, 높은 조도 균일성을 확보하기 위해서는, 입사측 플라이 아이 거울(207)에 입사하는 조명광의 조도 분포에 고주파에 의한 조도 분포 변화를 절대적으로 포함하지 않도록 할 필요가 있다. 즉, 도 3a에 도시하는 고주파에 의한 조도 분포 변화를 많이 포함하는 광강도 분포를 갖는 광속보다 도 3b에 도시하는 고주파에 의한 조도 분포 변화를 포함하지 않는 광강도 분포를 갖는 광속을 입사측 플라이 아이 거울(207)에 입사시키는 것이 바람직하다.
따라서, 조명광이 높은 조도 균일성을 확보할 수 있는 조명 장치를 실현하기 위해서는, 조명광의 광량의 손실을 억제하면서, 입사측 플라이 아이 거울(207)에 입사하는 광속의 광강도 분포로부터 고주파 성분에 의한 광강도 분포를 제거할 필요가 있다.
본 발명의 과제는, 조명광의 광량의 손실을 억제하면서 조명광의 조도 균일성을 향상시킬 수 있는 조명 장치, 상기 조명 장치를 구비한 노광 장치 및 상기 노광 장치를 사용한 마이크로 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 조명 장치는, 광원으로부터 사출되는 조명광으로 피조사면을 조명하는 조명 장치에 있어서, 상기 광원과 상기 피조사면 사이에 배치되어, 광원으로부터의 광속을 파면분할하여 피조사면상에서 서로 중첩시키기 위한 복수의 반사형 부분 광학계로 구성되는 반사형 플라이 아이 광학계와, 상기 광원과 상기 반사형 플라이 아이 광학계 사이에 배치되어, 상기 조명광을 상기 반사형 플라이 아이 광학계로 유도하는 반사형 광학계를 구비하고, 상기 반사형 광학계는, 상기 광학계의 반사면의 적어도 일부가 확산면에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 조명 장치에 의하면, 반사형 플라이 아이 광학계보다 상류에 배치되는 반사형 광학계의 반사면의 적어도 일부가 확산면에 의해 구성되어 있기 때문에, 반사형 플라이 아이 광학계에 입사하는 조명광의 광강도 분포로부터 고주파 성분에 의한 광강도 분포를 제거할 수 있으며, 조명광의 조도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 이 조명 장치를 노광 장치에 사용하였을 경우, 조명광에 의해 마스크면(나아가서는 감광성 기판면)상을 균일하게 조명할 수 있으므로, 감광 성 기판상에 있어서의 해상력이나 콘트라스트(contrast) 등의 저하를 방지할 수 있고, 마스크에 형성된 미세한 패턴을 감광성 기판 위로 양호하게 노광할 수 있다. 또한, 반사형 플라이 아이 광학계의 상류에 배치되는 반사형 광학계는 한 장의 거울이라도 상관없고, 복수의 거울로 구성되어도 좋다. 또한, 복수의 거울을 이용할 경우에, 확산면은 하나의 거울에만 형성해도 좋고, 복수의 거울에 형성해도 좋다.
또한, 본 발명의 조명 장치는, 확산면의 확산각은, 확산면의 1점으로부터 상기 확산면에 의해 확산된 광속이 상기 반사형 플라이 아이 광학계의 입사면에 도달하는 범위의 반값폭이, 상기 플라이 아이 광학계의 입사 직경(D)에 대하여, D/2 내지 D/100이 되는 각도인 것을 특징으로 한다.
확산면에 의해 확산된 광속이 플라이 아이면상에서 D/2보다도 지나치게 넓어지면 광량 손실이 생겨 바람직하지 못하다. 또한, 확산된 광속이 D/100보다도 작으면, 확산에 의한 효과가 적으므로 바람직하지 못하다. 따라서, 확산면에 의해 확산되는 광속의 각도는, 플라이 아이면에 있어서의 광속의 넓이가 D/2 내지 D/100의 범위에 들어가는 각도로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 조명 장치는, 확산면의 형상의 PSD(전력 스펙트럼 밀도; Power Spectral Density) 값의 고주파 영역에 대응하는 확산면의 표면 거칠기를 나타내는 RMS 값이 조명광의 파장의 1/14보다 작은 것을 특징으로 한다.
확산면의 PSD 값이 고주파 영역에 대응하는 영역에 있어서 이상적인 면형상으로부터의 괴리가 크면, 광량 손실 등이 생겨서 문제가 될 가능성이 있다. 본 발명에서는, 고주파 영역에 대응하는 확산면의 표면 거칠기를 나타내는 RMS 값이 조 명광의 파장의 1/14보다도 작기 때문에, 광량 손실 등의 문제를 줄이는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 조명 장치는, 확산면 형상의 PSD(PowerSpectralDensity) 값과 프랙탈(fractal) 곡선의 PSD 값의 차이가, 고주파 영역에 있어서의 것보다도 낮은 다른 주파수 영역보다도 작은 것을 특징으로 한다.
이상적으로 연마된 면형상의 PSD 값이 PSD=K/fn(f는 주파수, K, n은 정수)의 함수로 표현되는 프랙탈 곡선의 PSD 값에 매우 근접한다는 것은, 경험적으로 알려져 있다. 바꿔 말하면, 측정된 면형상의 PSD 곡선이 프랙탈 곡선의 PSD 곡선에 가까이 가면, 그 측정면 형상은 이상적인 면형상에 가까이 간 것이라고 말할 수 있다. 본 발명의 확산면의 PSD 값의 고주파 영역은 프랙탈 곡선의 PSD 값에 근접한다. 즉, 본 발명의 확산면의 PSD는, 고주파 영역에 대해서는 이상적으로 연마된 면의 PSD에 가까워지고, 매우 작게 눌러져 있다. 도 2는, 이상적으로 연마된 면(이하, 이상면 이라 함)의 PSD(파선) 및 본 발명의 확산면의 PSD(실선)를 도시하는 그래프이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 고 주파수 영역보다도 낮은 주파수 영역의 확산면을 거칠게 하는 것을 본 발명에서는 제안하고 있다. 도 2의 예에서는 저주파 영역에 있어서도 이상적으로 연마된 면의 PSD에 근접하고 있지만, 이 영역을 근접시키지 않아도 좋다. 이러한 차이는 예를 들어, 고주파 영역의 평균적인 차이와 다른 주파수의 평균적인 차이를 비교해도 좋고, RMS 값이나 최대값을 비교해도 좋다.
또한, 본 발명의 조명 장치는, 상기 반사형 플라이 아이 광학계의 입사면의 직경을 D, 상기 반사 광학계로부터 상기 반사형 플라이 아이 광학계의 입사면까지의 거리를 L, 상기 조명광의 파장을 λ 라고 하면, 상기 고주파 영역과 그보다도 낮은 다른 주파수 영역의 경계값은, D/2λL 보다도 낮은 것을 특징으로 한다.
광의 확산각은, 확산면의 면 거칠기의 피치의 주파수가 높아짐에 따라 커진다. 따라서, 확산면의 면 거칠기의 피치가 작을 경우, 조명광의 확산각은 매우 커지기 때문에, 조명광이 반사형 플라이 아이 광학계에 입사할 수 없는 방향으로 확산하고, 조명광의 광량이 감소한다.
여기에서, 고주파 영역과 그보다도 주파수가 낮은 중간 주파수 영역과의 경계값을 D/2λL 보다도 낮게 하는 이유는 이하의 고찰에 의해 요구된다. 반사형 플라이 아이 광학계에 입사할 수 있는 범위 밖으로 확산하는 값을 D/2(m)로 가정한다. 확산면의 물결의 피치(주기)를 P(m)라 하고, 조명광의 파장을 λ(m)라 하면, 확산각은 λ/P(rad)가 된다. 확산각 λ/P(rad)으로 L(m)만큼 진행하면, 확산에 의한 넓이는, Lλ/P(m)이 된다. 따라서, Lλ/P(m)=D/2의 경우, P=2λL/D가 되고, 대응하는 주파수는 D/2λL이 된다.
여기에서, 2λL/D보다 피치(P)가 작아지면, 확산각이 지나치게 커져서 광량 손실이 된다. 본 발명에서는, 확산각이 지나치게 커져 광량 손실이 될 수 있는 고주파 영역에 대응하는 면형상이 이상적인 면형상에 가깝기 때문에, 광량 손실을 저감하면서 조명 강도의 고주파 성분을 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 조명 장치는, 반사형 플라이 아이 광학계의 입사면의 직경 을 D, 상기 반사 광학계로부터 상기 반사형 플라이 아이 광학계의 입사면까지의 거리를 L, 상기 조명광의 파장을 λ 라고 하면, 상기 고주파 영역과 고주파 영역보다도 낮은 다른 주파수 영역의 경계값은, D/100λL보다도 높은 것을 특징으로 한다.
여기에서, 고주파 영역과 그보다도 주파수가 낮은 중간 주파수 영역과의 경계값을 D/100λL보다도 높게하는 이유는 아래와 같다. 반사형 플라이 아이 광학계에 입사할 수 있는 범위 밖으로 확산하는 값을 D/100(m)로 가정하면, 상술한 바와 같이, P=100λL/D가 되고, 대응하는 주파수는 D/100λL이 된다.
여기에서, 100λL/D보다 피치(P)가 커지면, 확산에 의한 효과가 지나치게 작아져서, 광 조명 강도분포의 고주파 성분을 제거한다고 하는 본래의 기능이 축소된다. 따라서, 본 발명에서는, 조명 강도분포의 고주파 성분을 제거하는 기능을 갖도록, 경계값을 D/100λL보다도 높게 함으로써, 광속을 확산시키는 기능을 높이고, 광 조명 강도분포의 고주파 성분을 보다 효과적으로 제거시키도록 했다.
상기 조명 장치에 의하면, 확산면의 PSD(Power Spectral Density)가 고주파 영역에 있어서 프랙탈 곡선으로 표현되는 형상에 대하여 차이가 작기 때문에, 반사형 플라이 아이 광학계에 입사될 수 있는 범위 내에 있어서 광속을 확산시킬 수 있다. 따라서, 반사형 플라이 아이 광학계에 입사하는 조명광의 광량의 손실을 억제하면서 반사형 플라이 아이 광학계에 입사하는 조명광의 광강도 분포로부터 고주파 성분에 의한 광강도 분포를 제거할 수 있고, 조명광의 조도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 조명 장치는, 확산면의 면 거칠기가 1mm피치보다도 작은 피 치의 거칠기가 0.5 내지 3nmRMS인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 조명 장치에 의하면, 확산면의 1mm피치보다도 작은 피치의 거칠기가 O.5 내지 3nmRMS이기 때문에, 조명광의 확산면에 관한 높은 반사율을 유지할 수 있고, 조명광의 광량의 손실을 방지할 수 있다. 따라서, 조명광의 광량의 손실을 억제하면서 반사형 플라이 아이 광학계에 입사하는 조명광의 광강도 분포로부터 고주파 성분에 의한 광강도 분포를 제거할 수 있고, 조명광의 조도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 광이 확산하기 위해서는, 광의 광속 직경내에서 면이 적어도 수회의 물결 형상을 가질 필요가 있다. 통상의 노광 장치로는, 가장 가는 광의 광속 직경은 약 20 내지 30mm이기 때문에, 피치가 1mm 이하일 경우, 광의 광속 직경내에서 충분한 회수의 면의 물결 형상을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 조명 장치는, 피조사면에 조명되는 광속은 파장이 5 내지 40nm의 EUV 광인 것을 특징으로 한다.
조명광으로서 5 내지 40nm의 EUV 광을 사용하였을 경우도 양호하게 조명 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 노광 장치는, 감광성 기판 위에 마스크의 패턴을 전사하는 노광 장치에 있어서, 상기 마스크를 조명하기 위한, 본 발명의 조명 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 노광 장치에 의하면, 조명광의 광량의 손실을 억제하면서 조명광의 조도의 균일성을 향상시킬 수 있는 조명 장치를 구비하고 있기 때문에, 감광성 기판상에 있어서의 해상력이나 콘트라스트 등의 저하를 방지할 수 있고, 마스크에 형성된 미세한 패턴을 감광성 기판 위에 높은 처리량(throughput)으로 노광할 수 있다.
또한, 본 발명의 마이크로 디바이스의 제조 방법은, 본 발명의 노광 장치를 이용하여 마스크의 패턴을 감광성 기판 위에 노광하는 노광 공정과, 상기 노광 공정에 의해 노광된 상기 감광성 기판을 현상하는 현상 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 마이크로 디바이스의 제조 방법에 의하면, 조명광의 광량의 손실을 억제하면서 조명광의 조도의 균일성을 향상시킬 수 있는 노광 장치를 이용하여 노광하기 때문에, 감광성 기판상에 있어서의 해상력이나 콘트라스트 등의 저하를 방지할 수 있고, 미세한 회로 패턴을 갖는 마이크로 디바이스의 제조를 높은 처리량으로 실행할 수 있다.
본 발명의 조명 장치에 의하면, 반사형 광학계의 반사면의 적어도 일부가 확산면에 의해 구성되어 있기 때문에, 조명광의 광량의 손실을 억제하면서 반사형 플라이 아이 광학계에 입사하는 조명광의 광강도 분포로부터 고주파 성분에 의한 광강도 분포를 제거할 수 있고, 조명광의 조도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 이 조명 장치를 노광 장치에 사용하였을 경우, 조명광에 의해 마스크면(나아가서는 감광성 기판면)상을 균일하게 조명할 수 있으므로, 감광성 기판상에 있어서의 해상력이나 콘트라스트 등의 저하를 방지할 수 있고, 마스크에 형성된 미세한 패턴을 감광성 기판 위로 높은 처리량으로 노광할 수 있다.
또한, 본 발명의 노광 장치에 의하면, 조명광의 광량의 손실을 억제하면서 조명광의 조도의 균일성을 향상시킬 수 있는 조명 장치를 구비하고 있기 때문에, 감광성 기판상에 있어서의 해상력이나 콘트라스트 등의 저하를 방지할 수 있고, 마스크에 형성된 미세한 패턴을 감광성 기판 위로 높은 처리량으로 노광할 수 있다.
또한, 본 발명의 마이크로 디바이스의 제조 방법에 의하면, 조명광의 광량의 손실을 억제하면서 조명광의 조도의 균일성을 향상시킬 수 있는 노광 장치를 이용하여 노광하기 때문에, 감광성 기판상에 있어서의 해상력이나 콘트라스트 등의 저하를 방지할 수 있고, 미세한 회로 패턴을 갖는 마이크로 디바이스의 제조를 높은 처리량으로 실행할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 따른 투영 노광 장치의 개략적인 구성도,
도 2는 반사면이 이상적으로 연마된 면의 면 거칠기 및 본 실시형태에 따른 컬렉터 거울의 확산면의 면 거칠기를 도시하는 그래프,
도 3a는 본 실시형태에 따른 컬렉터 거울에 입사하기 전의 조명광의 광강도 분포,
도 3b는 본 실시형태에 따른 컬렉터 거울에 의해 반사된 후의 조명광의 광강도 분포를 도시하는 그래프,
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 마이크로 디바이스로서의 반도체 디바이스를 제조하는 방법을 도시하는 흐름도,
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 마이크로 디바이스로서의 액정 표시 소자 를 제조하는 방법을 도시하는 흐름도,
도 6은 종래의 투영 노광 장치의 개략적인 구성도.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 따른 투영 노광 장치에 대하여 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 투영 노광 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
이 투영 노광 장치는, 고 출력 레이저 광원(2), 집광 렌즈(4), 플라즈마 광원(5), 노즐(6), 집광 거울(8), 컬렉터 거울(10), 반사형 플라이 아이 광학계(12, 14), 콘덴서 거울(18, 20) 등에 의해 구성되는 조명 장치에 의해 사출되는 노광광(조명광), 즉 약 5 내지 40nm의 파장의 EUV(extreme ultra violet, 극단자외)광을 이용하여, 투영 광학계(PL)에 대하여 마스크(M) 및 웨이퍼(W)를 상대적으로 이동시키면서 마스크(피조사면; M)의 패턴의 상을 감광성 재료(레지스트)가 도포된 감광성 기판으로서의 웨이퍼(W) 위로 전사하는 스텝 앤 스캔(step and scan) 방식의 노광 장치이다.
또한, 이 투영 노광 장치에 있어서는, 노광광인 EUV 광의 대기에 대한 투과율이 낮기 때문에, EUV광이 통과하는 광로는 도시되지 않은 진공 챔버에 의해 덮혀 있다. 반도체 레이저 여기에 의한 YAG 레이저 광원 또는 엑시머 레이저 광원 등의 고 출력 레이저 광원(2)으로부터 사출된 레이저 광은, 집광 렌즈(4)에 의해 플라즈마 광원(5)이 되는 한점(집광점)에 집광된다. 그 집광점에는, 플라즈마 광원의 타겟(target)으로서의 크세논 가스(Xe)나 크립톤 가스(Kr) 등이 노즐(6)로부터 분출되고 있다. 그 타겟이 고 출력 레이저 광원(2)으로부터 사출되는 레이저 광의 에너지로 플라즈마 상태로 여기 되어, 이것이 저 포텐셜 상태로 천이할 때에 EUV 광, 파장 1O0nm 이상의 자외광, 가시광 및 다른 파장의 광을 방출한다.
플라즈마 광원(5)으로부터 방출된 EUV 광 등은, 집광 거울(8)에 입사한다. 집광 거울(8)은, 집광 거울(8)의 제 1 초점위치 또는 그 근방과 플라즈마 광원(5)인 집광점이 일치하도록 배치되어 있다. 집광 거울(8)의 내면에는, EUV 광 반사막, 예를 들어, 몰리브덴(Mo)과 규소(Si)가 교대로 형성되는 다층막이 형성되어 있다. 따라서, 집광 거울(8)에 입사한 EUV 광 등 중 파장 약 13nm의 EUV 광만이 집광 거울(8)에 의해 반사되어서, 집광 거울(8)의 제 2 초점위치에 집광된다. 또한, 파장 약 11nm의 EUV 광에 의해 노광을 실행할 경우에는, 파장 약 11nm의 EUV 광만을 반사하는 EUV 광 반사막, 예를 들면 몰리브덴(Mo) 및 베릴륨(Be)으로 이루어지는 다층막을 사용하면 좋다.
집광 거울(8)에 의해 반사된 EUV 광은, 노광광(조명광)으로서 집광 거울(8)의 제 2 초점위치 또는 그 근방에 집광되고, 컬렉터 거울(반사형 컬렉터 광학계; 10)에 의해 반사된다. 컬렉터 거울(10)은, EUV 광의 반사율을 향상시키기 위해서, 유리, 세라믹스, 금속 등으로 이루어지는 기판, 및 그 기판 위에 형성되는 몰리브덴(Mo) 및 실리콘(Si)으로 이루어지는 다층막에 의해 구성되어 있다. 또한, 컬렉터 거울(10)의 반사면은, 화학 부식에 의해 황접면의 산란을 작게 한 레몬의 표피 형상과 같은 확산면으로 구성되어 있다. 또는, 컬렉터 거울(10)의 기판의 반사면을 에칭 처리, 인 프린트 가공 혹은 엠보스 가공함으로써, 레몬 표피 형상의 요철을 갖는 반사면을 형성할 수 있다. 즉, 규칙적인 작은 초점거리를 가지는 볼록거울의 집합에 의해 구성되는 반사면이 아니라, 초점거리가 상이한 볼록거울이나 요면경이 집합한 주기성이 없는 임의적인 반사면을 갖고 있다.
또한, 컬렉터 거울(10)의 확산면은, 확산면 형상의 PSD(Power Spectral Density)가 고주파 영역에 있어서 프랙탈 곡선의 PSD에 대하여 차이가 작도록 구성되어 있다. 또한, 고주파 영역과 그보다도 낮은 다른 주파수 영역과의 경계값은, 후술하는 입사측 플라이 아이 거울(피조사면과 광학적으로 거의 공역한 위치에 배치됨; 12)의 입사면의 직경을 D, 컬렉터 거울(10)로부터 입사측 플라이 아이 거울(12)의 입사면까지의 거리를 L, EUV 광의 파장을 λ라고 하면, 상술한 것 같이 D/2λL보다도 낮게 하는 것이 바람직하고, 또한, D/100λL보다도 높게 하는 것이 바람직하다.
도 2는, 반사면이 이상적으로 연마된 면(이하, 이상면이라 함)의 면 거칠기( 파선) 및 컬렉터 거울(10)의 확산면의 면 거칠기(실선)를 도시하는 그래프이다. 파선으로 도시하는 이상면의 표면 형상은, 프랙탈 상태, 즉 반사면을 확대해서 관찰했을 경우에 있어서도 마크로(macro)의 구조 상사의 형상이 관찰되는 상태이다. 또한, 이 프랙탈 상태에서의 PSD(파워 스펙트럼 밀도)는 K/fn으로 표현할 수 있다. 여기에서, f는 주파수, K, n은 정수를 나타내고 있다. 이 프랙탈 상태에서의 PSD를 양대수 표기의 그래프에 도시하면 도 2의 그래프의 파선이 된다. 도 2의 그래프의 파선에서 도시하는 곡선은, 이상면의 면 거칠기를 도시하고 있다.
실선으로 도시하는 컬렉터 거울(10)의 확산면의 면 거칠기는, 조명광(노광광)을 입사측 플라이 아이 거울(12)에 입사될 수 있는 범위 내에서 확산시키도록 구성되어 있다. 즉, 도 2에 도시하는 소정의 주파수 영역(A)(이하, 중간 주파수 영역이라고 함)에 있어서는, 확산된 조명광이 입사측 플라이 아이 거울(12)에 입사할 수 있는 범위 내로 확산한다. 즉, 컬렉터 거울(10)의 확산면의 면 거칠기는, 조명광이 입사측 플라이 아이 거울(12)에 입사할 수 있는 범위 내로 확산하는 정도로 거칠어져 있다. 또한, 중간 주파수 영역에서도 높은 주파수 영역, 즉 고주파 영역에 있어서는, 조명광(노광광)의 확산면에 관한 확산각이 그 확산면의 면 거칠기의 피치에 반비례하기 위해 커지고, 확산된 조명광이 입사측 플라이 아이 거울(12)에 입사할 수 있는 범위 외에 확산하기 위해서, 파선으로 도시하는 곡선으로 표현되는 형상에 대하여 차이가 작아지도록 구성하고 있다. 이 차이는 이 고주파수 영역에 대응하는 확산면의 표면 거칠기(RMS 값)가 조명광의 파장의 1/14보다도 작으면, 고주파 영역에 있어서의 확산의 효과를 작게 할 수 있으므로, 입사측 플라이 아이 거울(12)에 입사하는 광량의 손실을 낮게 억제할 수 있다.
광량 손실이 적고, 확산의 효과를 높게 하기 위해서는, 확산면의 1점으로부터 확산면에 의해 확산된 광속이 입사측 플라이 아이 거울(112)의 입사면에서 넓어져서 도달하는 범위의 반값폭이, 입사측 플라이 아이 거울(112)의 입사 직경(D)에 대하여, D/2 내지 D/100이 되는 것이 바람직하다.
따라서, 예를 들어 컬렉터 거울(10)에 입사하기 전의 EUV 광의 광강도 분포가 도 3a에 도시하는 광강도 분포이여도, 컬렉터 거울(10)의 반사면(확산면)에 의해 반사된 후의 EUV 광의 광강도 분포는 도 3b에 도시하는 광강도 분포가 된다. 즉, 컬렉터 거울(10)에 입사하는 EUV 광을 확산시킴으로써, EUV 광의 광강도 분포로부터 고주파 성분에 의한 광강도 분포를 제거할 수 있고, EUV 광의 광량을 유지하면서 EUV 광의 조도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 컬렉터 거울(1O)의 확산면의 면 거칠기는, 1mm 피치보다도 작은 피치의 거칠기가 0.5 내지 3nmRMS(제곱근)이다. 여기에서, RMS라는 것은, 2승 평균 평방근이며, 컬렉터 거울(10)의 면 거칠기의 불균형을 나타내는 표준 편차이다. 따라서, EUV 광의 컬렉터 거울(1O)의 확산면에 관한 반사율의 감소를 방지할 수 있고, EUV 광의 광량의 감소를 방지할 수 있다. 또한, 광이 확산하기 위해서는 광의 광속 직경 내에서 면이 적어도 수회 물결 형상을 하고 있을 필요가 있지만, 본 실시형태에 따른 투영 노광 장치에 있어서는, 가장 가는 EUV 광의 광속 직경이 약 20 내지 30mm이며, 또한 피치가 1mm 이하이기 때문에, EUV 광의 광속 직경 내에서 충분한 회수의 면의 물결을 형성할 수 있다.
컬렉터 거울(10)에 의해 반사되는 것에 의해 높은 조도 균일성을 갖는 EUV 광은, 광학 적분기로서의 반사형 플라이 아이 광학계(12, 14)로 안내되어, 반사형 플라이 아이 광학계(12, 14)를 구성하는 한편의 입사측 플라이 아이 거울(12)에 입사한다. 입사측 플라이 아이 거울(12)은, 병렬로 배열된 복수의 요면경인 요소 거울(반사형 부분 광학계)에 의해 구성되어, 마스크(M)면이나 웨이퍼(W)면과 광학적으로 공역한 위치 또는 그 근방에 배치되어 있다. 입사측 플라이 아이 거울(12)을 구성하는 각 요소 거울의 반사면은, EUV 광의 반사율을 향상시키기 위해서, 유리, 세라믹스, 금속 등으로 이루어지는 기판 및 그 기판 위로 형성되어 있는 몰리브덴(Mo) 및 실리콘(Si)으로 이루어지는 다층막에 의해 구성되어 있다.
입사측 플라이 아이 거울(12)에 입사함으로써 파면분할된 EUV 광은, 입사측 플라이 아이 거울(12)에 의해 반사되어, 개구 조임부(16)를 거쳐서, 반사형 플라이 아이 광학계(12, 14)를 구성하는 다른 쪽의 사출측 플라이 아이 거울(14)에 입사한다. 사출측 플라이 아이 거울(14)은, 입사측 플라이 아이 거울(12)을 구성하는 복수의 요소 거울의 각각 대응해서 병렬로 배열된 복수의 요면경인 요소 거울(반사형 부분 광학계)에 의해 구성되어, 후술하는 투영 광학계(PL)의 눈동자면과 광학적으로 공역한 위치에 배치되어 있다. 또한, 사출측 플라이 아이 거울(14)을 구성하는 각 요소 거울의 반사면은, EUV 광의 반사율을 향상시키기 위해서, 유리, 세라믹스, 금속 등으로 이루어지는 기판, 및 그 기판 위에 형성되어 있는 몰리브덴(Mo) 및 실리콘(Si)으로 이루어지는 다층막에 의해 구성되어 있다.
입사측 플라이 아이 거울(12)에 의해 파면분할되어서 반사된 다수의 EUV 광 각각은 사출측 플라이 아이 거울(14)을 구성하는 요소 거울 각각에 입사하고, 사출측 플라이 아이 거울(14)의 사출면 혹은 그 근방에는 다수의 광원상으로 구성시키는 2차 광원이 형성된다. 사출측 플라이 아이 거울(14)에 의해 반사된 2차 광원으로부터의 EUV 광은, 개구 조임부(16)를 거쳐서 콘덴서 거울(18)에 입사한다. 또한, 개구 조임부(16)는, 조명광의 개구수를 결정하는 것이다. 또한, 콘덴서 거울(18)의 반사면은, EUV 광의 반사율을 향상시키기 위해서, 유리, 세라믹스, 금속 등으로 이루어지는 기판, 및 그 기판 위에 형성되어 있는 몰리브덴(Mo) 및 실리콘(Si)으로 이루어지는 다층막에 의해 구성되어 있다.
콘덴서 거울(18)에 입사한 EUV 광은, 콘덴서 거울(18)에 의해 반사되어, 콘덴서 거울(20)에 입사하고, 콘덴서 거울(20)에 의해 반사되어, 마스크(M)상에서 집광한다. 콘덴서 거울(18)에 의해 반사된 EUV 광은, 소정의 회로 패턴이 형성되어 있는 반사형 마스크(M)상을 중첩적으로 균일 조명한다. 반사형 마스크(M)에 의해 반사된 EUV 광은, 반사형 투영 광학계(PL)의 눈동자에 있어서 2차 광원상을 형성하고, 레지스트가 도포된 감광성 기판으로서의 웨이퍼(W)위로 마스크(M)에 형성된 패턴 상을 투영 노광한다.
본 실시형태에 따른 투영 노광 장치에 의하면, 컬렉터 거울의 반사면이 확산면에 의해 구성되어 있기 때문에, 입사형 플라이 아이 거울에 입사하는 EUV 광의 광강도 분포로부터 고주파 성분에 의한 광강도 분포를 제거할 수 있다. 또한, 확산면의 PSD가 고주파 영역에 있어서 프랙탈 곡선으로 표현되는 형상에 대하여 차이가 작기 때문에, 컬렉터 거울에 의해 확산되는 EUV 광을 입사측 플라이 아이 거울에 입사될 수 있는 범위 내에서 확산시킬 수 있다. 또한, 컬렉터 거울에 의해 확산되는 EUV 광이 입사측 플라이 아이 거울에 입사될 수 있는 범위 외로 확산하지 않기 때문에, 입사측 플라이 아이 거울에 입사하는 EUV 광의 광량의 손실을 억제하면서 입사형 플라이 아이 거울에 입사하는 EUV 광의 광강도 분포로부터 고주파 성분에 의한 광강도 분포를 제거할 수 있고, EUV 광의 조도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서, EUV 광에 의해 마스크면(나아가서는 웨이퍼면)상을 균일하게 조명할 수 있으므로, 웨이퍼면상에 있어서의 해상력이나 콘트라스트 등의 저하를 방지할 수 있고, 마스크에 형성된 미세한 패턴을 웨이퍼면 위로 높은 처리량으로 노광할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 투영 노광 장치에 있어서는, EUV 광을 노광광으로서 사용하고 있지만, KrF 엑시머 레이저 광, ArF 엑시머 레이저 광 또는 F2 레이저 광을 노광광으로서 사용해도 좋다.
또한, 본 실시형태에 따른 투영 노광 장치에 있어서는, 컬렉터 거울의 반사면 전체가 확산면에 의해 구성되어 있지만, 컬렉터 거울의 반사면의 일부가 확산면에 의해 구성되도록 해도 좋다. 또한, 거울의 매수는 한 장에 한하지 않고, 복수매를 사용해도 좋다. 또한, 복수의 거울에 확산면을 형성할 경우에는 상술한 면형상을 황폐케 하는 주파수대는 각 거울마다로 정할 수 있다.
상술한 실시형태에 따른 노광 장치로는, 조명 장치에 의해 레티클(마스크)을 조명하고, 투영 광학계를 이용하여 마스크에 형성된 전사용의 패턴을 감광성 기판(웨이퍼)에 노광함으로써, 마이크로 디바이스(반도체 소자, 촬상 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등)를 제조할 수 있다. 이하, 상술한 실시형태에 따른 노광 장치를 이용하여 감광성 기판으로서 웨이퍼 등에 소정의 회로 패턴을 형성함으로써, 마이크로 디바이스로서의 반도체 디바이스를 얻을 때의 수법의 일예에 대해서 도 4의 흐름도를 참조해서 설명한다.
우선, 도 4의 단계(S301)에 있어서, 1 로트의 웨이퍼 위로 금속막이 증착된다. 다음 단계(S302)에 있어서, 상기 1 로트의 웨이퍼 상의 금속막 위로 포토레지스트(photoresist)가 도포된다. 그 후, 단계(S303)에 있어서, 상술한 실시형태에 따른 노광 장치를 이용하여, 마스크상의 패턴 상이 투영 광학계를 거쳐서, 상기 1 로트의 웨이퍼상의 각 쇼트 영역에 순차적으로 노광 전사된다. 그 후, 단계(S304)에 있어서, 상기 1 로트의 웨이퍼상의 포토레지스트의 현상이 행하여진 후, 단계(S305)에 있어서, 상기 1 로트의 웨이퍼상에서 레지스트 패턴을 마스크로서 에칭을 실행함에 따라, 마스크상의 패턴에 대응하는 회로 패턴이, 각 웨이퍼상의 각 쇼트 영역에 형성된다.
그 후, 더 위의 층의 회로 패턴의 형성 등을 실행함에 따라, 반도체 소자 등의 디바이스가 제조된다. 상술한 마이크로 디바이스 제조 방법에 의하면, 상술한 실시형태에 따른 노광 장치를 이용하여 노광을 실행하기 때문에, 감광성 기판상에 있어서의 해상력이나 콘트라스트 등의 저하를 방지할 수 있고, 미세한 회로 패턴을 갖는 마이크로 디바이스를 높은 처리량으로 얻을 수 있다. 또한, 단계(S301) 내지 단계(S305)에서는, 웨이퍼 위로 금속을 증착하고, 그 금속막 위로 레지스트를 도포, 그리고 노광, 현상, 에칭의 각 공정을 실행하고 있지만, 이들 공정에 앞서, 웨이퍼 위로 실리콘의 산화막을 형성 후, 그 실리콘의 산화막 위로 레지스트를 도포, 그리고 노광, 현상, 에칭 등의 각 공정을 실행해도 좋은 것은 말할 필요도 없다.
또한, 상술한 실시형태에 따른 노광 장치로는, 플레이트(유리 기판) 위로 소정의 패턴(회로 패턴, 전극 패턴 등)을 형성함으로써, 마이크로 디바이스로서의 액정 표시 소자를 얻을 수도 있다. 이하, 도 5의 흐름도를 참조하여, 이때의 수법의 일예를 설명한다. 도 5에 있어서, 패턴 형성 공정(S401)에서는, 상술한 실시형태에 따른 노광 장치를 이용하여 마스크의 패턴을 감광성 기판(레지스트가 도포된 유리 기판 등)에 전사 노광하는 소위 광 리소그래피 공정이 실행된다. 이 광 리소그래피 공정에 의해, 감광성 기판 위로는 다수의 전극 등을 포함하는 소정 패턴이 형성된다. 그 후, 노광된 기판은, 현상 공정, 에칭 공정, 레지스트 박리 공정 등의 각 공정을 거침에 따라, 기판 위로 소정의 패턴이 형성되어, 다음 컬러 필터 형성 공정(S402)으로 이행한다.
다음에, 컬러 필터 형성 공정(S402)에서는, R(빨강), G(초록), B(파랑)에 대응한 3개의 도트의 조(組)가 매트릭스 형상으로 다수 배열되거나, 또는 R, G, B의 3개의 스트라이프의 필터의 조를 복수 수평 주사선 방향으로 배열되거나 한 컬러 필터를 형성한다. 그리고, 컬러 필터 형성 공정(S402) 후에, 셀 조립 공정(S403)이 실행된다. 셀 조립 공정(S403)에서는, 패턴 형성 공정(S401)에서 얻을 수 있는 소정 패턴을 갖는 기판, 및 컬러 필터 형성 공정(S402)에서 얻을 수 있은 컬러 필터 등을 이용하여 액정 패널(액정 셀)을 조립한다. 셀 조립 공정(S403)에서는, 예컨대, 패턴 형성 공정(S401)에서 얻을 수 있은 소정 패턴을 갖는 기판과 컬러 필터 형성 공정(S402)에서 얻을 수 있은 컬러 필터와의 사이에 액정을 주입하고, 액정 패널(액정 셀)을 제조한다.
그 후, 모듈 조립 공정(S404)에서, 조립할 수 있었던 액정 패널(액정 셀)의 표시 동작을 행하게 하는 전기 회로, 백 라이트 등의 각 부품을 부착하여 액정 표시 소자로서 완성되게 한다. 상술한 액정 표시 소자의 제조 방법에 의하면, 상술한 실시형태에 따른 노광 장치를 이용하여 노광을 실행하기 때문에, 감광성 기판상에 있어서의 해상력이나 콘트라스트 등의 저하를 방지할 수 있고, 미세한 회로 패턴을 갖는 반도체 디바이스를 높은 처리량으로 얻을 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 조명 장치, 노광 장치 및 마이크로 디바이스의 제조 방법은, 고성능의 반도체 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등의 마이크로 디바이스의 제조에 사용하는데 적합하다.

Claims (10)

  1. 광원으로부터 사출되는 조명광으로 피조사면을 조명하는 조명 장치에 있어서,
    상기 광원과 상기 피조사면의 사이에 배치되고, 상기 광원으로부터의 광속(光束)을 파면분할(波面分割)하여 피조사면 상에서 서로 중첩시키기 위한 복수의 반사형 부분 광학계로 구성되는 반사형 플라이 아이 광학계와,
    상기 광원과 상기 반사형 플라이 아이 광학계의 사이에 배치되고, 상기 조명광을 상기 반사형 플라이 아이 광학계로 안내하는 반사형 광학계를 구비하며,
    상기 반사형 광학계는 상기 광학계의 반사면의 적어도 일부가 확산면에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
    조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산면의 확산각은, 확산면의 1점으로부터 상기 확산면에 의해 확산된 광속이 상기 반사형 플라이 아이 광학계의 입사면에 도달하는 범위의 반값폭이, 상기 플라이 아이 광학계의 입사 직경(D)에 대하여, D/2 내지 D/100가 되는 각도인 것을 특징으로 하는
    조명 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 확산면의 형상의 PSD(전력 스펙트럼 밀도) 값의 고주파 영역에 대응하는 확산면의 표면 거칠기를 나타내는 RMS 값이 조명광의 파장의 1/14보다 작은 것을 특징으로 하는
    조명 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 확산면 형상의 PSD(전력 스펙트럼 밀도) 값과 프랙탈(fractal) 곡선의 PSD 값의 차이가 고주파 영역에 있어서의 그것보다도 낮은 다른 주파수 영역보다도 작은 것을 특징으로 하는
    조명 장치.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 반사형 플라이 아이 광학계의 입사면의 직경을 D, 상기 반사 광학계로부터 상기 반사형 플라이 아이 광학계의 입사면까지의 거리를 L, 상기 조명광의 파장을 λ라고 하면, 상기 고주파 영역과 상기 고주파 영역보다도 낮은 다른 주파수 영역의 경계값은, D/2λL보다도 낮은 것을 특징으로 하는
    조명 장치.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사형 플라이 아이 광학계의 입사면의 직경을 D, 상기 반사 광학계로부터 상기 반사형 플라이 아이 광학계의 입사면까지의 거리를 L, 상기 조명광의 파장을 λ라고 하면, 상기 고주파 영역과 중간 주파수 영역의 경계값은, D/100λL보다도 높은 것을 특징으로 하는
    조명 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 확산면의 면 거칠기는, 1mm 피치보다도 작은 피치의 거칠기가, 0.5 내지 3nmRMS인 것을 특징으로 하는
    조명 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피조사면에 조명되는 광속은 파장이 5∼40nm의 EUV 광인 것을 특징으로 하는
    조명 장치.
  9. 감광성 기판 위에 마스크의 패턴을 전사하는 노광 장치에 있어서,
    상기 마스크를 조명하기 위한 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 조명 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는
    노광 장치.
  10. 제 9 항에 기재된 노광 장치를 이용하여 마스크의 패턴을 감광성 기판 위에 노광하는 노광 공정과,
    상기 노광 공정에 의해 노광된 상기 감광성 기판을 현상하는 현상 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는
    마이크로 디바이스의 제조 방법.
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