KR20110084950A - 컬렉터 조립체, 방사선 소스, 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

컬렉터 조립체, 방사선 소스, 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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KR20110084950A
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KR1020117011126A
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보우터 안톤 소어
마르틴 야코부스 요한 야크
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

극자외 방사선 방출 지점과 같은 방사선 방출 지점(31)으로부터 중간 포커스(18)- 이로부터 방사선이 디바이스 제조를 위해 리소그래피 장치에서 사용됨 -로 방사선을 반사시키는 제 1 컬렉터 거울(33)을 포함하는 컬렉터 조립체(300)가 개시된다. 방사선 방출 지점(31) 앞쪽에 제 2 컬렉터 거울(35)은 추가 방사선을 수집하고, 이를 다시 제 3 거울(36)로, 그리고 그로부터 중간 포커스(18)로 반사시킨다. 거울들(33, 35, 36)은 방사선으로 하여금 에텐듀를 증가시키지 않고 높은 효율성으로 수집되게 할 수 있다. 컬렉터 조립체(300)는, 예를 들어 레이저 여기 방사선이 리소그래피 장치에 들어가는 것을 방지하는데 사용된 레이저 빔 정지부(34)에 의한 수집 방사선의 차광으로 인한 수집 방사선의 비-균일성을 감소시키거나 제거할 수 있다.

Description

컬렉터 조립체, 방사선 소스, 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법{COLLECTOR ASSEMBLY, RADIATION SOURCE, LITHOGRAPHIC APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 리소그래피 장치에 관한 것으로, 특히 극자외(EUV) 방사선과 같은 컨디셔닝(condition)된 방사선을 제공하는 컬렉터 조립체 및 방사선 소스에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 그 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 한 개 또는 수 개의 다이의 부분을 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는, 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다.
리소그래피는 IC, 및 다른 디바이스 및/또는 구조체의 제조 시 주요한 수단들 중 하나로서 폭넓게 인식된다. 하지만, 리소그래피를 이용하여 구성된 피처들의 치수들이 더 작아짐에 따라, 리소그래피는 소형 IC 또는 다른 디바이스들 및/또는 구조체들이 제조될 수 있게 하는데 더 결정적인 인자(critical factor)가 되고 있다.
패턴 프린팅의 한계들의 이론적 추산은 수학식 (1)에 나타낸 바와 같은 분해능에 대한 레일리 기준(Rayleigh criterion)에 의해 설명될 수 있다:
Figure pct00001
이때, λ는 사용되는 방사선의 파장이고, NAPS는 기판 상에 패턴을 프린트하는데 사용되는 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)이며, k1은 레일리 상수라고도 칭하는 공정 의존성 조정 인자(process dependent adjustment factor)이고, CD는 프린트된 피처의 피처 크기(또는 임계 치수)이다. 수학식 (1)에 따르면, 피처들의 프린트가능한 최소 크기의 감소는 세 가지 방식으로: 즉, 노광 파장 λ를 단축함으로써, 개구수 NAPS를 증가시킴으로써, 또는 k1의 값을 감소시킴으로써 얻어질 수 있다.
노광 파장을 단축하고, 이에 따라 프린트가능한 최소 크기를 감소시키기 위해, 극자외(EUV) 방사선 소스를 사용하는 것이 제안되었다. EUV 방사선 소스는 약 13 nm의 방사선 파장을 출력하도록 구성된다. 따라서, EUV 방사선 소스가 작은 피처들의 프린팅을 달성하도록 다가가는데 상당히 기여할 수 있다. 또한, 이러한 방사선은 연질 x선(soft x-ray)이라고도 칭해지며, 가능한 소스들로는 예를 들어 레이저 생성 플라즈마 소스, 방전 생성 플라즈마 소스, 또는 전자 저장 링으로부터의 싱크로트론 방사선(synchrotron radiation)을 포함한다.
EUV 방사선 및 비욘드 EUV(beyond EUV) 방사선은, 예를 들어 방전 생성 플라즈마(DPP) 방사선 발생기를 이용하여 생성될 수 있다. 플라즈마는, 예를 들어 전기 방전을 적절한 물질(예를 들어, 가스 또는 증기)에 통과시킴으로써 생성될 수 있다. 결과적인 플라즈마는 압축될 수 있으며[즉, 핀치 효과(pinch effect)를 거칠 수 있으며], 그 지점에서 전형적으로 레이저에 의해 전기 에너지가 EUV 방사선(또는 비욘드 EUV 방사선) 형태의 전자기 방사선으로 전환된다. 다양한 디바이스들이 EUV 방사선을 발생시키는 기술로 알려져 있다.
대안적으로, EUV 방사선은 레이저 생성 플라즈마(LPP) 방사선 발생기를 이용하여 생성될 수 있다. 플라즈마는, 예를 들어 적절한 물질(예를 들어, 주석)의 입자들에 레이저를 지향함으로써, 또는 적절한 가스의 스트림[예를 들어, Sn 증기, SnH4, 또는 Sn 증기와 작은 핵전하를 갖는 여하한 가스(예를 들어, H2에서 Ar까지)의 혼합물]에 레이저를 지향함으로써 생성될 수 있다. 결과적인 플라즈마가 EUV 방사선(또는 비욘드 EUV 방사선)을 방출한다. 타겟 스트림은, 전형적으로 Nd:YAG 레이저로부터 고-전력 레이저 빔 펄스들에 의해 방사될 수 있으며, 상기 펄스들은 타겟 물질을 가열하여 EUV 방사선을 방출하는 고온 플라즈마를 생성한다. 레이저 빔 펄스들의 주파수는 특수 용도이고, 다양한 인자들에 의존한다. 레이저 빔 펄스들은 플라즈마를 발생시키기에 충분한 열을 제공하기 위해, 타겟 영역에서 적절한 세기를 필요로 한다.
리소그래피에 대한 EUV 방사선 발생기와 같은 방사선 발생기의 방사선 방출 지점으로부터 방출된 방사선은, 전형적으로 컬렉터 위치 또는 중간 포커스로 EUV 방사선을 지향하도록 배치된 컬렉터 조립체를 이용하여 수집되며, 이로부터 계속하여 리소그래피 공정 또는 장치에서 사용된다. 컬렉터 조립체는, 예를 들어 타원 형상의 반사형 수직 입사 컬렉터(reflective normal incidence collector)를 가질 수 있으며, 이는 타원면의 한(제 1) 초점에 방사선 방출 지점을 가져, 방사선이 수집 어퍼처(collection aperture)에서 컬렉터 조립체 외부로 통과하는 빔으로 형성되고 타원면의 또 다른(제 2) 초점- 소위 중간 포커스, 이는 수집 위치로서 작용함 -에 포커스되게 한다.
전형적으로, 예를 들어 방사선 발생기가 EUV 방사선의 LPP 방사선 발생기인 경우, 컬렉터 조립체에는 EUV 방사선을 발생시키는데 사용된 레이저 방사선을 차단하도록 배치된 빔 정지부(beam stop)가 제공될 수 있다. 빔 정지부는, 레이저 방사선이 컬렉터 조립체의 수집 어퍼처 외부로 바로 비치고 리소그래피 장치로 직접 전파되는 것을 방지하도록 배치된다. 이 구성의 한가지 문제는, 빔 정지부가 수집 어퍼처를 통과해 나가는 EUV 방사선 빔 일부의 차광(obscuration)을 초래할 수 있으며, 따라서 방사선 방출 지점으로부터 나올 때 방사선의 원거리장 이미지(far field image)에 강한 비-균일성이 존재한다는 것이다. 상기 이미지는 이하에서 소스 이미지라고도 한다. 차광의 존재는 소스 이미지를 원형보다는 환형으로 만든다. 원거리장 이미지는, 예를 들어 사용 시 패터닝 디바이스의 패터닝된 표면이 배치되는 평면과 같은 투영 시스템의 대상물 평면에 연계된 푸리에 변환(Fourier Transform) 평면에서 발생할 수 있다. 일반적으로, 소스 이미지의 강한 비-균일성은 리소그래피 장치의 광학 시스템의 다음 스테이지를 형성하는 일루미네이터에서 보상되어야 하기 때문에 바람직하지 않다. 이러한 보상은 일루미네이터에서 광학 손실들을 발생시킬 수 있으며, 이는 예를 들어 추가 거울이 요구되어 추가 반사 손실들을 초래하기 때문이다.
전형적으로, 리소그래피 장치의 광학 시스템에서 사용되는 거울들의 반사 표면들은 그 반사율을 향상시키도록 반사 코팅으로 코팅된다. 예를 들어, 반사 표면에 충돌(impinge)하고 반사 코팅 물질을 분리할 수 있는 플라즈마에 의해 발생된 고에너지 이온들에 응하여 반사 코팅 물질이 저하되지 않는 것이 중요할 수 있다. 플라즈마 방사선 발생기와 사용되는 적절한 코팅은 실리콘/몰리브덴(Si/Mo) 다층이다. 하지만, 컬렉터 광학기 상의 Si/Mo 코팅은 이론적인 최대 성능에서도 그 위에 충돌하는 EUV 방사선의 약 70 %만을 반사시킬 것이다. 또한, 이러한 다층 코팅의 반사 효율성은 방사선의 입사각에 매우 의존한다.
예를 들어, 컬렉터 조립체의 효율성을 개선하고 리소그래피에서 사용되는 더 효과적인 방사선 소스를 제공하기 위해, 가능한 한 방사선의 대부분이 수집되고 수집 위치에 지향되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 특정 포토리소그래피 공정에 대한 방사선의 세기가 높을수록, 패터닝을 제공하기 위해 노광될 수 있는 다양한 포토레지스트들을 적절히 노광하는데 더 적은 시간이 필요할 것이다. 필요한 노광 시간의 감소는, 더 많은 회로, 디바이스 등이 제작되어 스루풋 효율성을 증가시키고 제조 비용을 감소시킬 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 방사선을 생성하는데 필요한 여기 전력(excitation power)이 감소될 수 있으며, 따라서 필요한 입력 에너지를 보존하고 잠재적으로 여기 소스의 수명을 연장한다. 또한, 일루미네이터의 에텐듀(etendue)(수용 각도)를 증가시키지 않으면서, 수집된 방사선으로부터 차광을 감소시키거나 제거하고, 리소그래피 장치의 일루미네이터에 대해 수집되는 방사선을 증가시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예는 앞서 언급된 문제들 중 1 이상을 설명한다.
일 실시예에서, 리소그래피 장치에 대한 컬렉터 조립체가 제공되며, 이는:
제 1 포커스 및 제 2 포커스를 갖는 제 1 컬렉터 거울- 상기 제 2 포커스는 제 1 컬렉터 거울로부터 제 1 포커스보다 더 멀리 있고, 제 1 및 제 2 포커스들은 광학 축선을 정의하며, 제 1 및 제 2 포커스를 각각 통과하고 각각 광학 축선에 수직인 제 1 및 제 2 초점면들을 정의하며, 상기 제 1 컬렉터 거울은 사용 시 제 1 포커스에 위치된 방사선 방출 지점으로부터 바로 제 1 방사선을 수집하고 제 2 포커스를 향해 제 1 방사선을 반사시키도록 배치됨 -;
제 1 및 제 2 초점면들 사이에 위치되고, 방사선 방출 지점으로부터 바로 제 2 방사선을 수집하도록 배치된 제 2 컬렉터 거울; 및
실질적으로 광학 축선 상에서 제 1 초점면과 제 2 컬렉터 거울 사이에 위치된 제 3 거울을 포함하고,
상기 제 2 컬렉터 거울은 제 3 거울 상으로 제 2 방사선을 반사시키도록 배치되고, 제 3 거울은 제 2 포커스에 제 2 방사선을 반사시키도록 배치되며, 상기 제 2 컬렉터 거울은 제 3 거울로부터 제 2 포커스로 반사되는 제 2 방사선 또는 제 1 컬렉터 거울로부터 제 2 포커스로 반사되는 제 1 방사선을 실질적으로 차단하지 않도록 배치된다.
"바로"라는 용어에 의해, 방사선이 도중에 상당히 반사되거나 굴절되지 않고 방출 지점으로부터 컬렉터 거울로 나아간다는 것이 의미된다.
일 실시예에서, 제 1 컬렉터 거울은 실질적으로 원형인 대칭으로 광학 축선 주위에 배치된 오목 거울이다. 제 1 컬렉터 거울은 타원 거울일 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 컬렉터 거울은 제 3 거울로부터 제 2 포커스로 반사되는 제 2 방사선을 실질적으로 차단하지 않도록 배치된다. 제 2 컬렉터 거울은 광학 축선으로부터 떨어져 위치된 거울일 수 있다. 제 2 컬렉터 거울은 실질적으로 원형인 대칭으로 광학 축선 주위에 배치된 환형 오목 거울일 수 있다. 이는 광학 축선을 둘러싸는 제 2 거울에 개구부(opening)를 제공하며, 이를 통해 제 3 거울로부터 반사된 제 2 방사선이 제 2 거울을 통과하여 제 2 포커스에 도달할 수 있다.
제 3 거울은 적절하게는 실질적으로 원형인 대칭으로 광학 축선 주위에 배치된다. 제 3 거울은 볼록 거울일 수 있지만, 다른 형상들 예를 들어 원뿔형 또는 더 복잡한 형상이 사용될 수 있다.
방사선 방출 지점은 EUV 방사선 방출 지점일 수 있다. 특히, 이는 레이저 생성 플라즈마(LPP) 방사선 발생기의 방사선 방출 지점일 수 있다. LPP 방사선 발생기는 레이저를 포함할 수 있으며, 상기 레이저는 제 1 컬렉터 거울의 어퍼처를 통해 EUV 방사선 방출 지점으로 레이저 빔을 지향하도록 배치된다. 일 실시예에서, 레이저는 실질적으로 광학 축선을 따라 레이저 빔을 지향하도록 배치되고, 빔 정지부는 레이저 빔이 제 2 포커스로 바로 통과하는 것을 실질적으로 차단하도록 위치된다. "방출 지점"에 의해, 사용 중에 방사선이 방출되는 구역 또는 공간(volume)이 의미된다.
제 3 거울은 적절하게는, 완전히 제 2 포커스에서 제 1 컬렉터 거울의 어퍼처에 의해 대응(subtend)되는 입체각 내에, 또는 완전히 제 2 포커스에서 빔 정지부에 대응되는 입체각 내에 위치된다. 일 실시예에서, 제 3 거울은 최대 입체각을 제공하는 어느 입체각이든지 완전히 그 안에 위치된다. 이는, 제 3 거울이 제 1 거울에 의해 제 2 포커스로 바로 반사되는 제 1 방사선을 실질적으로 차단하지 않을 것을 보장하게 한다. 제 3 거울은 빔 정지부 상에 위치될 수 있다. 다시 말하면, 빔 정지부는 그 위에 장착된 제 3 거울을 포함할 수 있으며, 또는 제 3 거울은 빔 정지부와 일체화될 수 있다.
제 1 컬렉터 거울, 제 2 컬렉터 거울 및 제 3 거울 중 어느 하나 또는 이들의 여하한 조합은 실리콘/몰리브덴 다층 거울일 수 있다. 일 실시예에서, 거울(들)은 EUV 방사선 발생기에 의해 발생된 방사선의 파장에서 높은 반사율을 갖도록 되어 있는 실리콘/몰리브덴 다층 거울일 것이다.
일 실시예에서, 본 명세서에 설명된 바와 같은 컬렉터 조립체를 포함한 방사선 소스가 제공되고, 이때 방사선 방출 지점은 극자외 방사선 발생기의 방사선 방출 지점이다. 극자외 방사선 발생기는 레이저 생성 플라즈마 방사선 발생기일 수 있다. 방사선 소스는 제 1 컬렉터 거울의 어퍼처를 통해 방사선 방출 지점으로 레이저 빔을 지향하도록 배치된 레이저를 포함할 수 있다.
컬렉터 조립체에 대해 앞서 설명된 바와 같이, 레이저는 실질적으로 광학 축선을 따라 레이저 빔을 지향하도록 배치될 수 있는 한편, 컬렉터 조립체는 레이저 빔이 제 2 포커스로 바로 통과하는 것을 실질적으로 차단하도록 위치된 빔 정지부를 포함한다. 일 실시예에서, 제 3 거울은 빔 정지부에 위치된다.
일 실시예에서, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 컬렉터 조립체 또는 방사선 소스를 포함한 리소그래피 장치가 제공된다.
일 실시예에서, 기판 상에 패터닝된 방사선 빔을 투영하는 단계를 포함한 디바이스 제조 방법이 제공되며, 이때 방사선은 본 명세서에 설명된 바와 같은 방사선 소스에 의해 제공되거나, 본 명세서에 설명된 바와 같은 컬렉터 조립체에 의해 수집된다.
이하 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시하는도면;
도 2는 도 1의 리소그래피 장치를 더 상세하지만 개략적으로 도시하는 도면; 및
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 소스의 개략적인 단면도이다.
도 1은 본 명세서에 설명된 컬렉터 조립체를 이용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치(2)를 개략적으로 도시한다. 상기 장치(2)는:
- 방사선 빔(B)(예를 들어, EUV 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL);
- 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT);
- 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및
- 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 형태의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 형태의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체(MT)는 패터닝 디바이스를 유지한다. 이는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치(2)의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 것이다.
패터닝 디바이스의 예로는 마스크 및 프로그램가능한 거울 어레이들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 전형적으로 EUV 방사선(또는 비욘드 EUV 방사선) 리소그래피 장치에서 반사형일 것이다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는 여하한 타입의 투영 시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 통상적으로, EUV(또는 비욘드 EUV) 방사선 리소그래피 장치에서 광학 요소들은 반사형일 것이다. 하지만, 다른 형태들의 광학 요소가 사용될 수 있다. 광학 요소들은 진공 상태에 있을 수 있다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치(2)는 (예를 들어, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성된다.
리소그래피 장치는 2 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블(및/또는 2 이상의 패터닝 디바이스 테이블)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 방사선 소스(SO)는 예를 들어 LPP 방사선 발생기와 같은 EUV 방사선 발생기, 및 EUV 방사선 발생기의 방사선 방출 지점으로부터 나오는 방사선을 수집하는 컬렉터 조립체를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 소스(SO)는 컬렉터 조립체를 포함할 수 있다. 대안적으로, 컬렉터 조립체는 리소그래피 장치(2)의 일부분일 수 있으며, 또는 상기 소스(SO)와 리소그래피 장치(2) 둘 모두의 일부분일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 방사선 소스(SO)가 컬렉터 조립체를 포함하는 경우, 컬렉터 조립체는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않는다. 컬렉터 조립체를 포함한 상기 소스(SO)가 별도의 개체인 경우, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템의 도움으로, 방사선 소스(SO)의 컬렉터 조립체로부터 일루미네이터(IL)로 통과될 수 있다. 다른 경우, 상기 소스 및 컬렉터 조립체(컬렉터 조립체가 소스의 일부분이든지, 또는 리소그래피 장치의 다른 부분이든지)는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있다. 컬렉터 조립체, 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템과 함께 방사선 시스템이라고 칭해질 수 있다.
상기 일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하는 조정기를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터 및 콘덴서와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔(B)을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다.
상기 방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 상기 패터닝 디바이스(MA)에 의해 반사되었으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 이는 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF2)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더, 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 또 다른 위치 센서(IF1)는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 지지 구조체(MT)의 이동은 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움으로 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 지지 구조체(MT)는 단-행정 액추에이터에만 연결되거나, 고정될 수 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 패터닝 디바이스 정렬 마크들(M1 및 M2) 및 기판 정렬 마크들(P1 및 P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록 예시된 기판 정렬 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다]. 이와 유사하게, 패터닝 디바이스(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 패터닝 디바이스 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 장치(2)는 다음 모드들 중 적어도 1 이상에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 지지 구조체(MT) 및 기판 테이블(WT)은 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 기판의 평면에서 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광 시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 지지 구조체(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 지지 구조체(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광 시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 지지 구조체(MT)는 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
도 2는 도 1의 리소그래피 장치(2)를 더 상세히 나타내지만, 여전히 개략적인 형태이며, 본 발명의 일 실시예에 따른 컬렉터 조립체(300)[이 경우, 방사선 소스(SO)의 일부분임], 일루미네이터(IL)(때로는 조명 시스템이라고도 함), 및 투영 시스템(PS)을 포함한다.
방사선 발생기로부터의 방사선은 컬렉터 조립체에 의해 일루미네이터(IL)의 입구 어퍼처(entrance aperture: 20)에서 가상 소스 지점 수집 포커스(18)로 포커스된다. 방사선 빔(21)은 일루미네이터(IL) 내에서 제 1 및 제 2 반사기들(22, 24)을 통해, 지지 구조체(MT) 상에 위치된 패터닝 디바이스(MA) 상으로 반사된다. 패터닝된 방사선 빔(26)이 형성되며, 이는 투영 시스템(PS)에 의하여 제 1 및 제 2 반사 요소들(28, 30)을 통해, 기판 테이블(WT) 상에 유지된 기판(W) 상으로 이미징된다.
일반적으로, 방사선 소스(SO), 조명 시스템(IL) 및 투영 시스템(PS) 내에는 도 2에 나타낸 것보다 더 많거나 더 적은 요소들이 존재할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 일 실시예에서 리소그래피 장치(2)는 1 이상의 투과형 또는 반사형 스펙트럼 퓨리티 필터(spectral purity filter)들을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 컬렉터 조립체(300)의 일 실시예의 개략적인 단면도를 나타낸다. LPP 방사선 발생기의 방사선 방출 지점은 제 1 컬렉터 거울(33)의 제 1 포커스(31)에 위치된다. 일 실시예에서, 제 1 컬렉터 거울(33)은 실질적으로 원형인 대칭으로 광학 축선 주위에 배치된 오목 거울이다. 제 1 컬렉터 거울은 타원 거울일 수 있다. 사용 시, 레이저(37)로부터의 레이저 빔(32)이 제 1 컬렉터 거울(33)의 어퍼처(30)를 통해 LPP EUV 방사선 방출 지점(31)으로 지향된다.
제 1 포커스(31)에서의 LPP 발생기의 방사선 방출 지점으로부터의 제 1 EUV 방사선은 제 1 컬렉터 거울(33) 상으로 바로 떨어지고, 제 2 포커스(18)로 반사된다. 제 1 포커스(31) 및 제 2 포커스(18)는 광학 축선(39)을 정의하며, 또한 광학 축선(39)에 수직인 제 1 초점면(40) 및 제 2 초점면(41)을 각각 정의한다. 레이저 빔(32)은 레이저(37)로부터 실질적으로 광학 축선을 따라, 제 1 포커스(31)에 배치된 플라즈마의 여기를 위한 LPP 방사선 발생기의 방사선 방출 지점으로 지향되어, 방사선 방출 지점으로부터 나오는 EUV 방사선을 제공한다. 광학 축선 상에서 제 1 포커스(31)와 제 2 포커스(18) 사이에 빔 정지부(34)가 위치되어, 레이저 빔(32)을 차단하고, 상기 빔이 컬렉터 조립체를 바로 통과하여 제 2 포커스(18) 및 리소그래피 장치에 이르는 것- 이는 패터닝을 방해하거나 저해할 수 있음 -을 방지한다. 레이저(37)와 제 1 포커스(31) 맞은편의 빔 정지부(34) 측면에는, 볼록 거울일 수 있는 제 3 거울(36)이 위치된다. 제 3 거울은 레이저 빔 정지부(34)의 후면에 장착될 수 있다. 제 3 거울의 반사 표면은 원뿔형 표면으로서 형성된 중심부를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 원뿔형 표면의 정점(apex)은 광학 축선(39)에 대해 집중된다. 제 3 거울은 빔 정지부(34)로 인해 발생하는 제 1 컬렉터 거울(33)로부터의 수집 방사선에서의 원뿔의 차광을 메우도록 작용한다.
제 1 초점면과 제 2 초점면 사이에서 광학 축선 주위에, 환형 오목 거울인 제 2 컬렉터 거울(35)이 위치되고, 이는 개구부(38)를 가지며, 이를 통해 제 1 컬렉터 거울(33)로부터 반사된 제 1 EUV 방사선이 제 2 컬렉터 거울(35)을 통과하여 제 2 포커스(18)에 이를 수 있다.
제 1 포커스(31)에서의 LPP 방사선 발생기의 방사선 방출 지점으로부터 나오는 제 2 EUV 방사선은 제 2 컬렉터 거울(35)의 반사 표면으로 바로 떨어지고, 빔 정지부(34)의 제 3 거울(36)을 향해 반사된다. 제 2 컬렉터 거울(35)은, 제 1 포커스(31)를 통과하는 초점면에 대한 순방향으로[즉, 제 2 포커스(18)를 향해] LPP 방출 지점을 떠나는 제 2 EUV 방사선을 수집하고, 이 제 2 EUV 방사선을 역으로 제 1 포커스(31)의 초점면 및 제 3 거울(36)을 향해 반사시킨다. 그 후, 제 2 방사선은 제 3 거울(36)에 의해 반사되어 제 2 포커스(18)에 포커스된다.
도 3으로부터, 제 2 거울(35) 및 제 3 거울(36)의 부재 시, 빔 정지부(34)가 제 2 포커스(18)에서 빔 정지부(34)에 의해 대응되는 중심 원뿔의 차광- 그 안에 EUV 방사선이 존재하지 않음 -을 초래할 것을 알 수 있다. 일반적으로, 중심 원뿔의 차광과 같은 강한 비-균일성은 일루미네이터에서 보상되어야 하기 때문에 바람직하지 않다. 이 보상은 일반적으로 일루미네이터에서 광학 손실을 초래하는데, 이는 예를 들어 보상을 위해 추가 거울이 필요하기 때문이다. 상기 실시예에서는, 제 2 거울(35) 및 제 3 거울(36)이 LPP 방사선 발생기의 방사선 방출 지점으로부터 이 원뿔의 차광 속으로 제 2 EUV 방사선을 지향하여, 제 2 포커스(18)에서의 더 각도 균일(angularly uniform)한 조명, 및 제 2 포커스(18)와 연계된 원거리장(푸리에 변환) 평면에서의 더 균일한 조명을 초래한다. 이는, 후속하여 일루미네이터(IL)에서 균일한 조명을 제공하는데 방사선의 더 적은 조작이 필요할 수 있다는 것을 의미하며, 이는 더 적은 광학 손실이 존재한다는 것을 의미한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 추가적인 수집 방사선은 일루미네이터의 수용 각도에 포함되는 제 1 방사선의 기존 에텐듀 내에서 제 2 포커스로 지향되기 때문에 쓸모없어지지 않는다.
전형적인 구성에서, 컬렉터는 방출 지점에서 약 5 스테라디안의 입체각에 대응할 것이며, 이는 60 %의 평균 컬렉터 반사율에서, 4π 스테라디안 중의 약 24 %의 이론적 수집 효율성을 초래한다. 대체로, 수집 효율성은 수집 각도를 증가시킴으로써, 즉 컬렉터를 방출 지점에서 더 큰 입체각에 대응하게 함으로써 증가될 수 있다. 하지만, 이 접근법에 대해 몇몇 실제적 한계들이 존재한다:
ⅰ) 수집 각도가 증가함에 따라, (법선으로부터 측정된) 제 1 컬렉터 거울(33)의 반사 표면 상의 입사각들이 더 커진다. EUV 방사선에 사용되는 실리콘/몰리브덴층의 거울과 같은 다층 거울은 약 30 °와 55 °사이의 입사각에 대해 비교적 낮은 반사율을 가지므로, 어떠한 추가적인 제 1 수집 방사선에 대해 더 큰 입사각으로 인해 발생하는 감소된 반사율 때문에 수집 각도의 증가가 수집 방사선의 총량에 비교적 거의 기여하지 않는다.
ⅱ) 에텐듀는 수집된 입체각에 따라 증가한다. 그러므로, 여하한의 이러한 추가 수집된 방사선의 적어도 일부분은, 일루미네이터의 특성에 의해 수용되는 에텐듀를 벗어날 수 있고, 이에 따라 손실될 수 있을 것이다.
본 발명의 이 실시예는 소스 이미지로부터의 중심 차광을 제거하기 때문에, 제 3 거울이 결과적인 원뿔의 차광을 메우는 수집 방사선을 제공하도록 배치되는 경우, 소스 이미지의 균일성에 악영향을 주지 않고 컬렉터 거울(33)의 어퍼처(30) 크기가 증가될 수 있다. 이는 여러 이유들로 유리할 수 있으며, 예를 들어 이는 LPP 방출 지점 상에 레이저 빔을 포커스하는 여하한 광학기의 개구수로 하여금 증가되는 것을 허용한다. 또한, 이는 어퍼처(30) 내에 부분적으로 잔해 완화 툴의 배치를 위한 범위도 제공한다.
제 2 거울(35) 및 제 3 거울(36)의 구성은, 거울에 입사되는 방사선이 낮은 입사각으로, 적절하게는 35 °보다 작은 각도, 또는 30 °보다 훨씬 더 작거나 25 °보다 작은 각도로 될 수도 있을 것을 보장하게 하여, 거울의 반사율을 높이고, 더 낮은 광학 손실들을 초래한다.
본 명세서에서는, 디바이스들로서 집적 회로의 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 리소그래피, 특히 고분해능 리소그래피에 의한 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다.
이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 (예를 들어, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 nm, 또는 그 정도의 파장을 갖는) 자외(UV) 방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV) 방사선을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
이상, 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, EUV 방사선 방출 지점은 LPP 방사선 발생기보다는 DPP 방사선 발생기의 일부분일 수 있다.
앞선 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수도 있음을 이해할 것이다.

Claims (14)

  1. 리소그래피 장치에 대한 컬렉터 조립체(collector assembly)에 있어서:
    제 1 포커스 및 제 2 포커스를 갖는 제 1 컬렉터 거울- 상기 제 2 포커스는 상기 제 1 컬렉터 거울로부터 상기 제 1 포커스보다 더 멀리 있고, 상기 제 1 및 제 2 포커스들은 광학 축선을 정의하고, 상기 제 1 및 제 2 포커스를 각각 통과하고 각각 상기 광학 축선에 수직인 제 1 및 제 2 초점면들을 정의하며, 상기 제 1 컬렉터 거울은 상기 제 1 포커스에 위치된 방사선 방출 지점으로부터 바로 제 1 방사선을 수집하고 상기 제 2 포커스를 향해 상기 제 1 방사선을 반사시키도록 배치됨 -;
    상기 제 1 및 제 2 초점면들 사이에 위치되고, 상기 방사선 방출 지점으로부터 바로 제 2 방사선을 수집하도록 배치된 제 2 컬렉터 거울; 및
    실질적으로 상기 광학 축선 상에서 상기 제 1 초점면과 상기 제 2 컬렉터 거울 사이에 위치된 제 3 거울을 포함하고,
    상기 제 2 컬렉터 거울은 상기 제 3 거울 상으로 상기 제 2 방사선을 반사시키도록 배치되고, 상기 제 3 거울은 상기 제 2 포커스로 상기 제 2 방사선을 반사시키도록 배치되며, 상기 제 2 컬렉터 거울은 상기 제 3 거울로부터 상기 제 2 포커스로 반사되는 상기 제 2 방사선 또는 상기 제 1 컬렉터 거울로부터 상기 제 2 포커스로 반사되는 상기 제 1 방사선을 실질적으로 차단하지 않도록 배치되는 컬렉터 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 컬렉터 거울은 실질적으로 원형인 대칭으로 상기 광학 축선 주위에 배치된 환형 오목 거울인 컬렉터 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 거울은 볼록 거울인 컬렉터 조립체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 컬렉터 거울, 상기 제 2 컬렉터 거울 및 상기 제 3 거울로부터 선택된 거울들 중 1 이상은 실리콘/몰리브덴 다층 거울인 컬렉터 조립체.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 컬렉터 거울에는, 어퍼처(aperture)를 통해 상기 방사선 방출 지점 상으로 레이저 빔을 지향하도록 배치된 상기 어퍼처가 제공되는 컬렉터 조립체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    사용 시, 상기 레이저 빔이 상기 제 2 포커스로 바로 통과하는 것을 실질적으로 차단하도록 위치된 빔 정지부(beam stop)를 포함하는 컬렉터 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 3 거울은 상기 빔 정지부에 위치되는 컬렉터 조립체.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 컬렉터 조립체를 포함한 방사선 소스에 있어서,
    상기 방사선 방출 지점은 극자외 방사선 발생기의 방사선 방출 지점인 컬렉터 조립체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 극자외 방사선 발생기는 레이저 생성 플라즈마 방사선 발생기인 방사선 소스.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 컬렉터 거울의 어퍼처를 통해 상기 방사선 방출 지점으로 레이저 빔을 지향하도록 배치된 레이저를 포함하는 방사선 소스.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 레이저는 실질적으로 상기 광학 축선을 따라 상기 레이저 빔을 지향하도록 배치되고, 상기 컬렉터 조립체는 상기 레이저 빔이 상기 제 2 포커스로 바로 통과하는 것을 실질적으로 차단하도록 위치된 빔 정지부를 포함하는 방사선 소스.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 3 거울은 상기 빔 정지부에 위치되는 방사선 소스.
  13. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 컬렉터 조립체, 또는 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방사선 소스를 포함한 리소그래피 장치.
  14. 기판 상에 패터닝된 방사선 빔을 투영하는 단계를 포함한 디바이스 제조 방법에 있어서,
    상기 방사선은 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방사선 소스에 의해 제공되는 디바이스 제조 방법.
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