마이크로 리소그래피 투영 노광 장치용 조명 시스템 document_id A220623030986

마이크로 리소그래피(포토리소그래피라 불리기도 한다.)는 집적 회로, 액정 디스플레이 및 다른 마이크로 구조 장치 제조 기술이다. 특히, 상기 마이크로 리소그래피 처리는 에칭 처리와 함께, 가령 실리콘 웨이퍼와 같은 기판에 형성된 박막 스택 내 특징부를 패턴하도록 사용된다. 상기 제조 층 각각에서, 상기 웨이퍼는 먼저 디프 자외선(DUV)과 같은 방사선에 민감한 재료인 포토레지스트로 코팅된다. 다음에, 상부에 상기 포토레지스트를 갖고 있는 웨이퍼는 스텝-앤드-스캔 장치와 같은 투영 노광 장치내에서 레티클(마스크라 불리기도 한다.)을 통해 투영 광선에 노출된다. 상기 레티클은 상기 포토레지스트로 투영되어질 회로 패턴을 포함한다. 노광이 있은 후에, 상기 포토레지스트가 상기 레티클 내에 포함된 회로 패턴에 해당하는 영상을 발생시키도록 현상된다. 다음에 에칭 처리가 상기 웨이퍼상의 박막 스택으로 회로 패턴을 전달한다. 마지막으로 상기 포토레지스트가 제거된다. 투영 노광 장치는 전형적으로 조명 시스템, 투영 렌즈, 레티클과 웨이퍼를 각각 정렬하기 위한 레티클 정렬 스테이지 그리고 웨이퍼 정렬 스테이지를 포함한다. 상기 조명 시스템은 긴 직사각 슬릿 형상을 하는 레티클 영역을 조명한다. 마이크로 구조 장치를 제조하기 위한 기술이 진보함에 따라, 상기 조명 시스템에 대한 연구가 더욱 요구 되고 있다. 가령, 매우 균일한 방사 조도로 상기 레티클에 조명된 필드를 조명할 것이 필요하다. 상기 조명 시스템의 또 다른 중요한 특성은 상기 레티클로 향하는 투영 광선 다발의 각도 분산을 조작할 수 있는 능력이다. 보다 복잡한 조명 시스템에서는 상기 레티클로 투영되어질 패턴으로 상기 투영 광선의 각도 분산을 적용하는 것이 가능하다. 가령, 상대적으로 큰 크기의 특징 부는 작은 크기 특징 부와는 다른 각도 분산을 필요로 한다. 투영 광선의 가장 일반적으로 사용되는 각도 분산은 종래의 환상 쌍극자 또는 4극자 조명 세팅으로 인용된다. 이들 용어는 상기 조명 시스템의 동공 평면 내 세기 분포로 인용된다. 환상 조명 세팅에 있어서는 가령 한 환상 영역이 상기 동공 평면 내에서 조명되며, 따라서 작은 각도 범위 만이 상기 투영 광선의 각도 분산 내에 존재하여 모든 광선 비임들이 유사한 각도로 상기 레티클에 비스듬히 충돌하도록 한다. 레이저가 조명 시스템에서 광원으로 사용되기 때문에, 상기 광원에 의해 방출된 투영 광선 다발은 보통 작은 단면 그리고 낮은 일탈을 갖는다. 따라서 상기 기하학적 광학 플럭스(광 전도 계수 값이라고도 한다.)는 작다. 상기 기하학적 광학 플럭스가 광 다발이 각기 다른 굴절률을 갖는 매체들 사이 인터페이스를 통과하는 때 변경되지 않기 때문에, 상기 기하학적 광학 플럭스는 렌즈와 같은 종전의 굴절 광학 요소에 의해 변경될 수 없다. 따라서 대부분의 조명 시스템은 광학 요소에서의 각 포인트에 대하여 그 같은 포인트를 통과하는 광선의 일탈을 증가시키는 광학적 요소를 포함한다. 이와 같은 특성을 갖는 광학적 요소들은 이하에서는 광학 래스터 요소로서 인용된다. 이 같은 래스터 요소들은 가령 회절 구조 또는 마이크로 렌즈들과 같은 다수의 대개 주기적으로 배열된-서브 구조를 포함한다. US 6 295 443로부터, 조명 시스템은 제 1 광학 래스터 요소가 상기 조명 시스템 내 대물 렌즈의 대상 평면 내에 위치하는 것으로 알려져 있다. 제 2 광학 래스터 요소로서 형성된 필드 규정 컴포넌트는 상기 대물 렌즈의 출구 동공 평면 내에 위치한다. 이와 같은 장치 배열의 결과로, 상기 제 1 광학 래스터 요소는 출구 동공 평면 내 세기 분포를 결정하며 따라서 광선의 각도 분산을 수정한다. 동시에 상기 투영 광선의 기하학적 광학 플럭스가 증가된다. 상기 필드 규정 컴포넌트는 상기 레티클에서의 조명 필드 크기 및 기하학 구조를 수정시키며, 또한 상기 투영 광선 다발의 기하학적 광학 플럭스를 증가시킨다. 줌 광학 및 한 쌍의 액시콘 요소가 상기 동공 평면 내 세기 분포를 수정할 수 있도록 하며 따라서 상기 투영 광선 다발의 각도 분산을 수정할 수 있도록 한다. 종래의 조명 시스템은 상기 레티클 평면 내에서 균일한 방사 조도를 발생시키는 유리 로드 또는 다른 광선 혼합 요소를 포함한다. 그러나, 이들 혼합 요소들은 상기 투영 광선의 편광 상태를 거의 완전하게 파괴한다. 이는 신중하게 선택된 편광 상태를 갖는 투영 광선으로 레티클을 조명하는 것이 상기 포토레지스트로 향하는 상기 레티클의 영상을 상당히 개선할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 상기와 같은 이유로, 조명 시스템은 유리 로드와 같은 광선 혼합 요소를 포함하지 않도록 디자인 되었다. 그러나, 이는 상기 레티클 평면에서 바람직한 균일한 방사 조도를 달성시키기 위한 다른 수단이 발견될 것을 요구한다. 싱기 레티클이 투영 중에 상기 웨이퍼와 동기되어 이동되는 스텝-앤드-스캔(step-and-scan) 장치에서, 상기 스캔 방향과 직각을 이루는 방향으로 균일한 방사 조도는 그와 같은 방사 조도가 상기 스캔 방향의 경우에서처럼 시간 인티그레이션에 의해 평균되지 않기 때문에 특히 문제가 되는 것이다. 그와 같은 문제를 해결하기 위한 한 가지 방법은 EP 0 952 491 A2에서 공지한 바와 같은 조정 가능한 정지 장치를 사용하는 것이다. 이와 같은 장치는 상기 스캔 방향에 평행하게 배열된 두 개의 대향 열의 작은 인접 블레이드를 포함한다. 상기 블레이드 각각은 상기 투영 광선 다발 내로 선택적으로 삽입된다. 상기 블레이드들 사이 거리를 조정함으로써, 상기 레티클 에서의 방사 조도가 상기 스캔 방향에 직각인 방향으로 조정될 수 있다. 그러나 그와 같은 정지 장치만을 사용하는 것은 상기 방사 조도 균일성과 관련하여 필요한 정확도를 만족시키지 못하는 것으로 밝혀졌다. 또 다른 방법은 기하학적 형상을 결정할 뿐 아니라, 상기 레티클 평면 내 세기 분포에 큰 영향을 미치는 필드 규정 컴포넌트를 개선하는 것이다. 종래의 필드 규정 컴포넌트는 가령 마이크로-렌즈 배열과 같은 회절 광학 요소로서 또는 굴절 광학 요소로서 실현된다. 회절 광학 요소들은 상기 제로 회절 오더가 충분히 억압될 수 없는 단점을 갖는다. 결과적으로, 상기 레티클 평면 내 세기 분포는 밝은 점들의 배열을 포함한다. 그와는 별도로, 약 18도 이상의 회절 각도는 전자 비임 리소그래피에 의해서만 달성될 수 있는 회절 구조의 최소 특징 부 크기를 필요로 한다. 이와 같은 아주 작은 회절 구조의 블레이즈 플랭크(blazed flanks)들은 가령 2 단계와 같은 매우 적은 단계에 의해 접근 되어야 한다. 이는 상기 장치의 회절 효율을 70%이하의 값으로 줄인다. 또한, 전자 비임 리소그래피에 의한 제조는 매우 느린 처리이어서, 이들 요소들이 극도로 비싸지게 한다. 이와 대조적으로, 굴절 광학 요소들은 상대적으로 큰 각도들을 안내 할 수 있도록 한다. 그러나 굴절률 광학 요소들의 주요한 단점들은 먼 필드(far field) 내, 따라서 상기 레티클 평면 내에서 발생된 세기 분포가 충분히 균일하지 않다는 사실이다. 편평한 대신, 상기 세기 분포는 허용될 수 없는 다수의 리플을 가짐을 특징으로 한다. 본 발명 출원인에 의해 2003.7.16. 출원된 미국 특허 출원 제 60/487 708호로부터, 두 개의 각기 다른 광학 래스터 요소가 두 각기 다른 동공 평면 내에 위치하는 조명 시스템이 알려져 있다. 하나의 광학 래스터 요소가 한 스캔 방향으로 상기 기하학적 광학 플럭스를 증가시키며, 다른 하나의 광학 래스터 요소가 상기 스캔 방향과 직각인 방향으로 상기 기하학적 광학 플럭스를 증가시킨다. US 4 682 885 A는 병렬 원통형 렌즈 네 개의 배열을 포함하는 한 광학적 적분기를 갖는 조명 시스템을 공개한다. 두 개의 배열이 상기 스캔 방향을 따라 연장되며 제 1 초점 길이를 갖는 원통형 렌즈를 갖는다. 다른 두 개의 배열은 상기 스캔 방향에 직각으로 연장된 원통형 렌즈를 가지며 상기 제 1 초점 길이 보다 큰 제 2 초점 길이를 갖는다.