KR100916623B1 - Three-fold polarization modulator for modulating input light of a high numerical aperture lens - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고개구수 렌즈의 입사광을 변조하기 위한 삼층 편광 변조 장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 선편광의 입사광이 자신을 투과하여 세 개의 영역별로 다른 편광상태가 되도록 변조하기 위한 삼층편광변조기; 및 상기 삼층편광변조기를 통과한 편광변조된 입사광이 자신을 투과하여 광의 세기분포가 원형에 가까운 초점광을 생성하는 고개구수렌즈를 포함한다. 따라서, 본 발명의 장치는 입사광의 편광을 조절하여 초점평면상에서 원형의 광세기분포를 가지므로 균일한 분해능을 갖도록 하고 DOF를 깊게 할 수 있으므로 반도체의 리소그라피공정상의 수율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다. The present invention relates to a three-layer polarization modulator for modulating the incident light of a high aperture lens. The apparatus of the present invention comprises: a three-layer polarization modulator for modulating the incident light of linearly polarized light to pass through itself into three different polarization states; And a high-aperture lens that polarized modulated incident light passing through the three-layer polarization modulator passes through itself to generate a focus light having a light intensity distribution close to a circle. Therefore, the device of the present invention has a circular light intensity distribution on the focal plane by adjusting the polarization of the incident light so that it can have a uniform resolution and can deepen the DOF, thereby providing an effect of improving the yield in the lithography process of the semiconductor. do.
편광변조, 삼층편광, 고개구수렌즈 Polarization Modulation, Three-Layer Polarization, High-Aperture Lens
Description
도 1a 및 도 1b는 일반적인 고개구수렌즈의 편광상태를 보여주는 도면, 1A and 1B are views illustrating polarization states of a typical high-aperture lens;
도 2a 및 도 2b는 일반적인 고개구수렌즈에 의한 초점광의 세기분포를 보여주는 도면,2A and 2B are diagrams showing an intensity distribution of focus light by a general high-aperture lens;
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고개구수 렌즈의 입사광을 변조하는 편광 변조 장치의 개략도, 3 is a schematic diagram of a polarization modulator for modulating incident light of a high-aperture lens according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 삼층편광변조기를 보여주는 도면, 4 is a view showing a three-layer polarization modulator according to an embodiment of the present invention;
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 고개구수렌즈에 의한 초점광의 세기분포를 보여주는 도면.5A and 5B show the intensity distribution of the focus light by the high-aperture lens of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
31 : 고개구수렌즈 31: High-Length Number Lens
32 : 삼층편광변조기32: three-layer polarization modulator
본 발명은 고개구수렌즈에 입사되는 광을 변조하기 위한 편광변조장치에 관한 것이다. The present invention relates to a polarization modulator for modulating light incident on a high aperture lens.
반도체의 직접도는 대용량의 정보를 한정된 크기에 저장하기 위해서 지속적으로 향상되는 추세이다. 이러한 집적도를 구현하기 위해서는 반도체 제작 중 리소그라피 공정을 통해 얻어야 하는 패턴의 선폭을 감소시켜야 한다. 반도체 공정에서 패턴의 선폭은 리소그라피에 쓰이는 레이저의 파장, 리소그라피용 렌즈의 개구수(NA), 리소그라피 공정에서 공정상수라 불리는 k1 팩타(factor)에 의해서 다음과 같은 식으로 결정된다. The directivity of semiconductors continues to improve in order to store large amounts of information in a limited size. In order to realize such integration, the line width of the pattern to be obtained through the lithography process during semiconductor manufacturing must be reduced. In the semiconductor process, the line width of the pattern is determined by the wavelength of the laser used for lithography, the numerical aperture (NA) of the lens for lithography, and the k1 factor called the process constant in the lithography process as follows.
패턴의 선폭(또는 분해능; resolution) = k1× 파장/NA The line width (or resolution) of the pattern = k1 × wavelength / NA
여기서, k1은 보통 리소그라피에 쓰이는 포토레지스트(photoresist)에 의해 결정이 되고, 파장은 현재 반도체 리소그라피 공정에서 선폭 감소를 위해 사용하는 ArF 레이저의 193 nm를 나타낸다. 좀 더 짧은 자외선 파장대로 바꾸면 선폭을 감소시킬 수 있지만, 이를 위한 광학 소자들의 재료 문제들로 인해서 파장 감소로 인한 선폭의 감소는 기대하기 힘든 실정이다. Here, k1 is determined by a photoresist commonly used in lithography, and the wavelength represents 193 nm of an ArF laser used for line width reduction in current semiconductor lithography processes. Changing to a shorter UV wavelength can reduce the line width, but due to the material problems of the optical elements for this purpose, it is difficult to expect a decrease in the line width due to the wavelength reduction.
이러한 이유 때문에, 파장은 광학 소자를 만들기 용이한 193 nm를 사용하면서 광학기기들의 성능 향상을 통해 선폭 감소를 꾀할 수 있는데, 특히 노광기의 개구수(NA)를 증가시킴으로서 패턴의 선폭을 줄이려는 것이 현재의 추세이다. For this reason, the wavelength can be reduced by increasing the performance of the optical devices while using the 193 nm, which makes it easy to make optical elements, in particular, it is currently desired to reduce the line width of the pattern by increasing the numerical aperture (NA) of the exposure machine. Is the trend.
그런데 개구수가 증가하게 되면, 선폭뿐만 아니라, 초점깊이(depth of focus;이하 DOF라 함)도 같이 줄어든다. However, as the numerical aperture increases, not only the line width but also the depth of focus (hereinafter referred to as DOF) is also reduced.
초점 깊이(DOF) = k2×파장/NA2 (여기서 k2는 DOF에 관한 공정변수)Depth of focus (DOF) = k2 × wavelength / NA 2 (where k2 is the process variable for DOF)
특히 DOF는 개구수의 제곱에 반비례하기 때문에 개구수가 1 이상을 쓰는 노광기에서는 선폭보다 감소율이 더 크다. DOF의 감소는 결국에 리소그라피 공정에서 공정 마진을 감소시킨다. 기본적으로 각각의 공정변수는 작업이 진행될 때, 조금씩 바뀐다. 뿐만 아니라, 노광기의 상면에 위치하는 반도체 웨이퍼의 위치 역시 항상 고정적인 값을 갖는 것이 아니라, 어느 정도 산포도를 가지고 변한다. 이러한 미세한 기계적인 변화는 공정 스테이지의 위치 정확도 문제, 노광기의 피사체에 해당하는 포토마스크의 편평도 오차, 그리고 웨이퍼의 편평도 오차 등이 원인이 될 수 있다. In particular, since the DOF is inversely proportional to the square of the numerical aperture, the reduction ratio is larger than the line width in an exposure machine having a numerical aperture of 1 or more. Reducing the DOF eventually reduces the process margin in the lithography process. Basically, each process variable changes little by little as the work progresses. In addition, the position of the semiconductor wafer located on the upper surface of the exposure machine also does not always have a fixed value, but varies with some degree of scattering. Such minute mechanical change may be caused by a problem of positional accuracy of the process stage, a flatness error of a photomask corresponding to a subject of an exposure machine, and a flatness error of a wafer.
결국에는 공정이 진행됨에 따라 오차에 의한 산포도가 존재하는데, DOF안에 들어간 웨이퍼만이 원하는 패턴이 만들어지고 그렇지 않는 것은 패턴이 생기지 않거나 패턴의 크기가 목표값과 상이한 결과를 초래한다. 이는 전체 리소그라피 공정에 수율에 영향을 미친다. Eventually, as the process proceeds, there is an error scatter. Only the wafers in the DOF produce the desired pattern, otherwise the pattern does not occur or the size of the pattern is different from the target value. This affects the yield over the entire lithography process.
이러한 리소그라피공정을 수행할 때 빛을 한 점으로 모으기 위해서는 렌즈를 사용한다. 특히, 고 분해능 또는 초점의 크기를 매우 작게 하기 위해서 보통 높은 개구수(numerical aperture; NA)를 갖는 고개구수렌즈를 사용한다. When performing this lithography process, a lens is used to collect light into one point. In particular, high-aperture lenses with high numerical aperture (NA) are usually used to achieve high resolution or very small focal size.
여기서 개구수(NA)는 렌즈에서 나오는 빛이 이루는 초점각 a의 사인(sine) 값과 빛이 초점까지 투과하는 매질의 굴절률(refractive index; n)을 곱한 값이다. The numerical aperture NA is a value obtained by multiplying the sine of the focal angle a formed by the light emitted from the lens by the refractive index n of the medium through which the light passes to the focal point.
일반적으로 고개구수 렌즈에 입사하는 선편광된 입사광이 렌즈의 굴절에 의해 렌즈 투과 후, 원래의 편광 방향과 달리, 렌즈의 굴절각에 의해 기울어진 편광 방향을 가지게 된다. In general, linearly polarized incident light incident on the high-aperture lens has a polarization direction inclined by the refractive angle of the lens, unlike the original polarization direction after the lens has been transmitted by the refraction of the lens.
이하, 도 1a 및 도 1b를 참고하여 설명한다. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS. 1A and 1B.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 고개구수렌즈의 편광상태를 보여주는 도면이다. 1A and 1B are diagrams illustrating polarization states of a general high aperture lens.
도 1a를 참고하면, x축으로 선형 편광 되어 z축을 따라 진행하는 입사광이 고개구수 렌즈에 입사하게 되는 예를 도시한다. 이때, 도 1a에 도시된 바대로 편광벡터를 포함하는 x-z 평면상에서 보면, x축 편광의 입사광이 고개구수렌즈를 통과하여 초점으로 모아지는 광경로 상의 기울어진 편광으로 편광방향은 x축 방향뿐만 아니라, z축 방향도 가지게 된다. Referring to FIG. 1A, an example in which incident light that is linearly polarized on the x-axis and travels along the z-axis is incident on the high aperture lens. In this case, as shown in FIG. 1A, when viewed on an xz plane including a polarization vector, the polarization direction is not only the x-axis direction, but also the tilted polarization on the optical path where incident light of the x-axis polarization passes through the high-aperture lens and is focused. It also has a z-axis direction.
이를 도 1b에 도시된 바대로 y-z평면상에서 볼 때는, x축 편광의 입사광이 고개구수렌즈를 통과하여 초점으로 모아지는 광경로상의 편광방향은 x축 편광을 유지하게 된다. When viewed on the y-z plane as shown in FIG. 1B, the polarization direction on the optical path in which incident light of x-axis polarization passes through the high-aperture lens and focuses is maintained on the x-axis polarization.
이와 같은 고개구수 렌즈에 의한 초점광 세기 분포는 저개구수 렌즈( 또는 원형개구)에 의한 초점광 세기와는 다른 분포를 가진다. The focus light intensity distribution by the high-aperture lens has a different distribution from the focus light intensity by the low-aperture lens (or circular aperture).
이하, 도 2a 및 도 2b를 참고하여 고개구수렌즈의 초점광 세기분포를 설명한다. Hereinafter, the focus light intensity distribution of the high aperture lens will be described with reference to FIGS. 2A and 2B.
도 2a를 참고하면, 도 2a는 굴절률이 1인 매질 속에서 파장이 1λ이고 x축 선편광 입사광이 초점각 a가 60도를 갖는 고개구수 렌즈를 통과하여 초점평면(초점에서 x-y 평면)에 형성된 광세기분포를 보여주는 밀도 그래프이다. 도 2a에 보면, 초점 편면상에서 초점광의 세기는 타원형태를 갖음을 알 수 있어 Referring to Figure 2a, Figure 2a is passed through the high numerical aperture lens having a wavelength of 1, λ is the x-axis linearly polarized incident light is focused each a is 60 degrees in the refractive index is 1, the medium formed in the focal plane (xy plane in focus) Density graph showing light intensity distribution. 2A, it can be seen that the intensity of the focus light has an elliptical shape on one side of the focal plane.
도 2b는 z축 또는 광축 상에서의 초점 전후의 세기 분포 그래프이다. 2B is an intensity distribution graph before and after focus on the z-axis or optical axis.
도 2b에서 x, y, z축 각각의 단위는 λ이다. 초점 평면상에서 초점광 세기 분포가 타원 형태를 갖으므로, 세기의 50%(반치폭)인 영역의 장축(0.74 λ)대 단축(0.56 λ) 비는 1.321이고 광축 상(z-axis)에서 세기의 반치폭은 1.8 λ 이다. 여기서 DOF의 확장은 광축상 세기 분포의 반치폭 증가에서 알 수 있다. In FIG. 2B, the units of the x, y, and z axes are lambda . Since the distribution of the focus light intensity on the focal plane has an elliptic shape, the ratio of the major axis (0.74 λ ) to the minor axis (0.56 λ ) in the region of 50% (half width) of the intensity is 1.321 and the half width of the intensity on the z-axis. Is 1.8 λ . The DOF extension can be seen from the increase in half width of the intensity distribution on the optical axis.
이처럼, 고개구수 렌즈에 의한 초점 평면에서의 광세기 분포는 타원형을 가질 수 밖에 없을 뿐만 아니라, DOF가 급격히 짧아지는 단점도 있다. 타원형의 광세기 분포는 균일한 분해능을 갖는 것을 저해하고, 짧은 DOF는 앞서 말한 바와 같이 반도체 리소그라피 공정에서 수율을 나쁘게 하는 원인이 된다. As such, the light intensity distribution in the focal plane by the high-aperture lens has an elliptical shape, but also has a disadvantage in that the DOF is drastically shortened. The elliptical light intensity distribution inhibits having a uniform resolution, and short DOF causes the yield to be bad in the semiconductor lithography process as mentioned above.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록 고개구수렌즈에 입사광의 편광을 적절히 변조하여 타원형의 초점평면상에서 광세기 분포를 원형으로 만듦으로서 분해능의 저하 없이 DOF를 깊게 할 수 있는 고개구수 렌즈의 입사광을 변조하기 위한 삼층 편광 변조 장치를 제공함에 있다. Accordingly, an object of the present invention is to modify the polarization of the incident light in the high-aperture lens to solve the above-mentioned problems by making the light intensity distribution on the elliptic focal plane circular to deepen the DOF without degrading the resolution. It is to provide a three-layer polarization modulation device for modulating the incident light of the lens.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고개구수 렌즈의 입사광을 변조하기 위한 삼층 편광 변조 장치는 입사광의 편광상태를 변조하기 위한 편광변 조장치에 있어서, 선편광의 입사광이 자신을 투과하여 세 개의 영역별로 다른 편광상태가 되도록 변조하기 위한 삼층편광변조기; 및 상기 삼층편광변조기를 통과한 편광변조된 입사광이 자신을 투과하여 광의 세기분포가 원형에 가까운 초점광을 생성하는 고개구수렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다. The three-layer polarization modulator for modulating incident light of a high-aperture lens according to the present invention for achieving the above object is a polarization modulator for modulating the polarization state of the incident light, the incident light of linearly polarized light is transmitted through three A three-layer polarization modulator for modulating a polarization state different for each region; And a high-aperture lens that polarized modulated incident light passing through the three-layer polarization modulator transmits itself to generate a focus light having a light intensity distribution close to a circle.
또한, 삼층편광변조기는 입사광을 X축에 평행한 편광을 가지도록 변조하는 제 1영역; 입사광을 Y축에 평행한 편광을 가지도록 변조하는 제 2영역; 및 입사광을 X축에 평행한 편광을 가지도록 변조하는 제 3영역을 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the three-layer polarization modulator includes a first region for modulating the incident light to have polarized light parallel to the X-axis; A second region for modulating the incident light to have polarization parallel to the Y axis; And a third region for modulating the incident light to have polarized light parallel to the X axis.
또한, 제 3영역의 외경(w3)은 입사광의 빔크기인 것을 특징으로 한다. In addition, the outer diameter w3 of the third region is characterized in that the beam size of the incident light.
또한, 제 1 내지 제 3영역은 고개구수렌즈를 투과한 초점광 각 영역에 대한 초점과의 각도로 정의되는 것을 특징으로 한다. In addition, the first to third regions may be defined as an angle with a focus of each region of the focus light passing through the high-aperture lens.
또한, 고개구수렌즈는 개구수값에 의해 정의되는 초점각(a)을 갖는 것을 특징으로 한다. Further, the high aperture lens is characterized by having a focal angle a defined by the numerical aperture value.
또한, 고개구수렌즈의 초점각(a)은 상기 제 1내지 제 3 영역에 대한 초점과의 각도인 것을 특징으로 한다. In addition, the focal angle a of the high-aperture lens is an angle with the focal point with respect to the first to third regions.
또한, 고개구수렌즈의 초점각(a)은 초점과 상기 제 1영역과의 경계와 이루는 각(a1)과 상기 초점과 상기 제 2영역과의 경계와 이루는 각(a2)과 상기 초점과 상기 제 3영역과의 경계와 이루는 각(a3)의 합인 것을 특징으로 한다. In addition, the focal angle a of the high-aperture lens is an angle a1 forming a boundary between the focus and the first region, an angle a2 forming a boundary between the focus and the second region, and the focus and the first angle. It is characterized by the sum of the angle (a3) and the boundary with the three areas.
또한, 삼층편광변조기의 제 1영역의 외경(w1)은In addition, the outer diameter w1 of the first region of the three-layer polarization modulator is
여기서, a는 초점각이고, w3은 제 3영역의 외경이고, a1은 초점과 제1영역과의 경계를 이루는 각임에 의해 구해지는 것을 특징으로 한다. Where a is the focal angle, w3 is the outer diameter of the third region, and a1 is the angle forming the boundary between the focal point and the first region.
또한, 삼층편광변조기의 제 2영역의 외경(w2)은 Further, the outer diameter w2 of the second region of the three-layer polarization modulator is
여기서, a는 초점각이고, w3은 제 3영역의 외경이고, a3은 초점과 제 3영역과의 경계와 이루는 각임에 의해 구해지는 것을 특징으로 한다. Here, a is a focal angle, w3 is an outer diameter of the third region, and a3 is obtained by being an angle formed between a boundary between the focal point and the third region.
또한, 고개구수렌즈는 0부터 상기 초점과 상기 제 1영역과의 경계와 이루는 각(a1)까지는 수직에서 초점으로 입사각만큼 기울어진 편광상태로 초점에 모이는 것을 특징으로 한다. In addition, the high-aperture lens may be focused at a polarization state in which the high-aperture lens is inclined by the incident angle from the vertical to the focal point at an angle a1 that forms the boundary between the focus and the first region.
또한, 고개구수렌즈는 초점과 상기 제 1영역과의 경계와 이루는 각(a1)부터 상기 초점과 상기 제 2영역과의 경계와 이루는 각(a2)까지는 수평으로 유지되는 편광상태로 초점에 모이는 것을 특징으로 한다. In addition, the high-aperture lens is focused on the focal point in a polarized state that is maintained horizontally from an angle a1 between the focal point and the boundary between the first region and an angle a2 between the focal point and the boundary between the second region. It features.
또한, 고개구수렌즈는 초점과 상기 제 2영역과의 경계와 이루는 각(a2)부터 상기 초점과 상기 제 3영역과의 경계와 이루는 각(a3)까지는 수직에서 초점으로 입사각만큼 기울어진 편광상태로 초점에 모이는 것을 특징으로 한다. In addition, the high-aperture lens has a polarization state inclined by the incident angle from the vertical to the focal point from the angle (a2) forming the boundary between the focus and the second region to the angle (a3) forming the boundary between the focus and the third region. It is characterized by gathering in focus.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고개구수 렌즈의 입사광을 변조하기 위한 편광 변조 장치는 초점각(a)을 갖는 고개구수렌즈로 입사하는 입사 광의 편광상태를 변조하기 위한 편광변조장치에 있어서, 선편광의 입사광이 자신을 투과하여 세 개의 영역별로 다른 편광상태가 되도록 변조하기 위한 삼층편광변조기를 포함하되, 삼층편광변조기는 입사광을 X축에 평행한 편광을 가지도록 변조하는 제 1영역과, 입사광을 Y축에 평행한 편광을 가지도록 변조하는 제 2영역, 및 입사광을 X축에 평행한 편광을 가지도록 변조하는 제 3영역을 포함하는 것을 특징으로 한다. A polarization modulator for modulating incident light of a high aperture lens according to the present invention for achieving the object of the present invention is a polarization modulator for modulating the polarization state of the incident light incident on the high aperture lens having a focal angle (a) The polarization modulator includes a three-layer polarization modulator for modulating the incident light of linearly polarized light so that the incident light passes through the polarized light into three different polarization states, wherein the three-layer polarization modulator is configured to modulate the incident light to have polarization parallel to the X-axis. And a second region for modulating the incident light to have polarization parallel to the Y axis, and a third region for modulating the incident light to have polarization parallel to the X axis.
또한, 제 3영역의 외경(w3)은 입사광의 빔크기인 것을 특징으로 한다. In addition, the outer diameter w3 of the third region is characterized in that the beam size of the incident light.
또한, 제 1 내지 제 3영역은 고개구수렌즈를 투과한 초점광 각 영역에 대한 초점과의 각도로 정의되는 것을 특징으로 한다. In addition, the first to third regions may be defined as an angle with a focus of each region of the focus light passing through the high-aperture lens.
또한, 삼층편광변조기의 제 1영역의 외경(w1)은 In addition, the outer diameter w1 of the first region of the three-layer polarization modulator is
여기서, a는 초점각이고, w3은 제 3영역의 외경이고, a1은 초점과 제1영역과의 경계를 이루는 각임에 의해 구해지는 것을 특징으로 한다. Where a is the focal angle, w3 is the outer diameter of the third region, and a1 is the angle forming the boundary between the focal point and the first region.
또한, 삼층편광변조기의 제 2영역의 외경(w2)은 Further, the outer diameter w2 of the second region of the three-layer polarization modulator is
여기서, a는 초점각이고, w3은 제 3영역의 외경이고, a3은 초점과 제 3영역과의 경계와 이루는 각임에 의해 구해지는 것을 특징으로 한다. Here, a is a focal angle, w3 is an outer diameter of the third region, and a3 is obtained by being an angle formed between a boundary between the focal point and the third region.
이하, 첨부한 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying Figures 3 to 5 will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고개구수 렌즈의 입사광을 변조하는 편광 변조 장치의 개략도이다. 3 is a schematic diagram of a polarization modulator for modulating incident light of a high aperture lens according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참고하면, w3의 크기를 갖는 선편광입사광(I1)이 삼층편광변조기(32)를 통해 편광변조된 입사광(I2)으로 고개구수렌즈(31)로 입사하는 상태를 보여준다. 여기서 선편광입사광(I1)은 삼층편광변조기(32)에 입사하기 전의 편광상태로 원형의 단면을 보여준다. 선편광입사광(I1)의 단면은 X, Y축에 45각도의 선편광상태임을 알 수 있다. 이러한 선편광입사광(I1)은 삼층편광변조기(32)를 통과하면 편광변조된 입사광(I2)으로 출사된다. 이때의 편광변조된 입사광(I2)을 보면, 삼층편광변조기(32)가 갖는 제 1 내지 제 3영역(1, 2, 3)별로 편광상태가 변조되는 광을 출사함을 알 수 있다. 즉, 편광변조된 입사광(I2)의 단면을 보면, 제 1내지 제 3영역은 X축에 평행하게 수직편광 변조되고, 제 2영역은 Y축에 평행하게 수평편광 변조된다. 이러한 편광 변조된 입사광(I2)이 고개구수렌즈(31)를 통과하게 되면, 초점각이 a인 고개구수렌즈(31)에 대해서 각도가 0 ~ a1까지는 수직에서 초점으로 입사각만큼 기울어진 편광상태가 되고, a1 ~a2까지는 수평으로 유지되는 편광상태가 되고, a2 ~a3까지는 수직에서 초점으로 입사각만큼 기울어진 편광으로 초점에 모이게 된다. Referring to FIG. 3, the linearly polarized incident light I 1 having the size of
이렇게 하여 고개구수렌즈(31)를 통과하여 삼층 편광초점평면에 만들어지는 세기분포가 회절 분해능을 저하시키지 않으면서 원형에 가깝게 하고 DOF를 확장시킬 수 있다. 이는 하기의 도 5a 및 도 5b에 그래프를 통해 살펴본다. In this way, the intensity distribution made through the high-
이러한, 편광변조장치를 도 4의 삼층편광변조기를 참고하여 좀 더 상세히 설명한다. Such a polarization modulator will be described in more detail with reference to the three-layer polarization modulator of FIG. 4.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 삼층편광변조기를 보여주는 도면이다. 4 is a view showing a three-layer polarization modulator according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참고하면, 삼층편광변조기(32)는 입사광을 X축에 평행한 편광을 가지도록 변조하는 제 1영역(1)과 입사광을 Y축에 평행한 편광을 가지도록 변조하는 제 2영역(2) 및 입사광을 X축에 평행한 편광을 가지도록 변조하는 제 3영역(3)을 포함한다. 이때, 각각의 제 1내지 제 3 영역은 고개구수렌즈(31)를 투과한 초점광 각 영역에 대한 초점과의 각도로 정의 된다. 도 3에서, 고개구수렌즈(31)의 개구수값에 의해 정의되는 초점각 a는 초점과 각각의 영역의 경계와 이루는 각들의 합과 같다. 즉, a = a1 + a2 + a3 이다. 여기서, 초점각(a)은 초점과 제 1영역과의 경계와 이루는 각(a1)과 초점과 제 2영역과의 경계와 이루는 각(a2)과 초점과 제 3영역과의 경계와 이루는 각(a3)의 합이 된다. 초점각 a에 대하여 최적의 원형 초점 평면 광세기분포와 확장된 DOF를 갖기 위한 a1, a2, a3은 고개구수렌즈(31)에 대한 삼편광 벡터회절 적분 계산 공식을 이용하여 구한다. 여기서 삼편광 벡터회절 적분 계산공식은 기 공지된 울프(E. wolf)의 저서"Electromagnetic diffraction in optical systems. II. structure of th image field un an aplanatic system"에 개시되어 있다. 입사광의 빔크기(w3)와 각 a1, a2, a3로부터 삼층편광변조기(32)의 영역별 외경은 다음의 수학식 1과 수학식 2로 구할 수 있다. Referring to FIG. 4, the three-
수학식 1
수학식 2
여기서, a는 초점각이고, w3은 제 3영역의 외경이고, a1은 초점과 제 1영역과의 경계를 이루는 각이며, a3은 초점과 제 3영역과의 경계를 이루는 각임.Where a is the focal angle, w3 is the outer diameter of the third region, a1 is the angle that forms the boundary between the focus and the first region, and a3 is the angle that forms the boundary between the focus and the third region.
전술한 수학식 1은 삼층편광변조기(32)의 제 1영역(1)의 외경 w1이고, 수학식2는 삼층편광변조기(32)의 제 2영역(2)의 외경 w2이다. 또한, 삼층편광변조기(32)의 제 3영역(3)의 외경은 입사광의 빔크기인 w3이다.
이하는 파장이 1λ인 선편광된 입사광(I1)이 초점각(a)이 60도이고 개구수가 0.86이며 n=1인 고개구수렌즈(31)를 통과할 때 삼층편광기(32)의 사용여부에 따른 실험예로 설명하고자 한다. 즉, 동일한 조건의 고개구수렌즈에 대해서 편광변조하지 않은 초점광의 세기분포 및 DOF에 비해 삼층편광기(32)를 통해 최적화된 초점광의 세기분포와 DOF가 얼마나 개선되는지를 보여주는 실험이다. 초점광(a)가 60도(a = 60도)에 대해서 고개구수렌즈(31)에 대한 삼편광 벡터회절 적분계산을 통해 최적화된 삼층편광변조기(31)를 얻기 위한 a1, a2, a3의 최적화된 값들은 a1 = 15도 이고 a2 = 32도 이고 a3 = 13도이다. The following is the use of the three-
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 고개구수렌즈에 의한 초점광의 세기분포를 보여주는 도면이다. 5A and 5B are diagrams showing the intensity distribution of the focus light by the high-aperture lens of the present invention.
도 5a는 초점평면(X-Y평면)상에서의 초점광의 세기분포를 보여주며 거의 원형의 분포를 갖음을 알 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이 최적화된 a1, a2, a3에 의해서 얻어지는 초점 평면상에서 세기가 50%인 영역이 갖는 장축(0.68λ)대 단축(0.64λ)비는 1.058이다. 5A shows the intensity distribution of the focus light on the focal plane (X-Y plane), and it can be seen that it has a nearly circular distribution. That is, the ratio of long axis (0.68 lambda) to short axis (0.64 lambda) of the region having 50% intensity on the focal plane obtained by the optimized a1, a2, a3 as described above is 1.058.
도 5b는 광축(Z축)상에서의 초점 부근 광세기의 분포를 보여준다. 세기가 50%인 지점간의 거리 즉, 광축(Z축)상에서의 반치폭은 2.7λ이다. 편광 변조되어얻어지는 장축 대 단축의 비와 광축이 초점광 분포크기 또는 회절 한계에 영향을 거의 주지 않고 원형의 세기 분포와 증가된 반치폭 또는 확장된 DOF를 얻을 수 있다. 5B shows the distribution of light intensity near the focus on the optical axis (Z axis). The distance between the points where the intensity is 50%, that is, the half width on the optical axis (Z axis) is 2.7 lambda. The ratio of long axis to short axis and optical axis obtained by polarization modulation can obtain circular intensity distribution and increased half width or extended DOF with little influence on the focus light distribution size or diffraction limit.
하기의 표 1은 60도의 초점각을 갖는 고개구수렌즈에 대해서 미변조된 선행편광이 입사하였을 때와 삼층편광변조기를 통과해 변조된 삼층편광이 입사하였을때 각각에 대한 초점평면상에서의 타원형의 정도와 DOF(Z축상에서의 반치폭)을 보여준다. Table 1 below shows the degree of oval on the focal plane for each of the high-aperture lenses with a focal angle of 60 degrees when the unmodulated preceding polarized light enters and when the modulated three-layer polarized light enters through the three-layer polarization modulator. And DOF (half width on the Z axis).
표 1Table 1
전술한 표 1에서도 알 수 있듯이, 고개구수렌즈에 입사되는 입사광을 편광변 조하면 고개구수렌즈에 초점광의 세기분포가 원형에 가깝게 되고 확장된 DOF를 얻을 수 있다. As can be seen from Table 1, when the incident light incident on the high-aperture lens is polarized-modulated, the intensity distribution of the focus light on the high-aperture lens is closer to a circle, and an expanded DOF can be obtained.
따라서, 본 발명의 장치는 입사광의 편광을 조절하여 초점평면상에서 원형의 광세기분포를 가지므로 균일한 분해능을 갖도록 하고 DOF를 깊게 할 수 있으므로 반도체의 리소그라피공정상의 수율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다. Therefore, the device of the present invention has a circular light intensity distribution on the focal plane by adjusting the polarization of the incident light so that it can have a uniform resolution and can deepen the DOF, thereby providing an effect of improving the yield in the lithography process of the semiconductor. do.
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