KR100276081B1 - 두 파장용 편광 광 분할기 및 그 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 193nm 파장의 ArF 엑시머 레이저를 조명 광원으로 이용한 미세 패턴 노광 장비의 광학계에 소요되는 S-파는 반사시키고, P-파는 투과시키는 편광 광 분할기와 그 제작방법에 관한 것이다. 본 광학계에서는 미세패턴을 형성시키기 위한 조명광으로 ArF 엑시머 레이저를 사용하는 외에 웨이퍼, 광학계, 레티클을 서로 정렬시키기 위한 정렬용 Ar 레이저가 동시에 이용되고 있다. Ar 엑시머 레이져의 출력파장인 193nm에서는 기존에 사용하던 박막물질은 흡수 계수가 커서 불투명하므로 사용이 불가능하다. 또한, 일반적으로 이 발명에서와 같이 ArF 엑시머 레이저 출력 파장과 정렬광인 Ar 레이저 출력 파장에서 동시에 광 분할기의 성능을 갖도록 하는 것은 어렵다고 알려져 있다. 본 발명에서는 193nm에서 흡수가 적은 유전체 물질을 사용하여 한쪽 프리즘의 빗면에 굴절률이 높은 물질과 낮은 물질을 교대로 층착하되, 그 층수와 두께를 조절하여 다층 코팅한 후, 두 프리즘의 빗면을 옵티칼 콘택트(optical contact)에 의해 부착시키는 방법을 이용하여 두 파장용 편광 광 분할기 성능을 갖는 광학 부품을 제작하는 방법과 그 분할기를 제안하고 있다.

Description

두 파장용 편광 광 분할기 및 그 제작방법

본 발명은 193nm 파장의 ArF 엑시머 레이저를 조명 광원으로 이용한 미세 패턴 노광 장비의 광학계에 소요되는 S-파는 반사시키고, P-파는 투과시키는 편광 광 분할기와 그 제작방법에 관한 것이다.

일반적으로 193nm 파장의 ArF 엑시머 레이저를 조명 광원으로 이용하는 미세 패턴 노광 장비용 광학계는 반사경과 렌즈를 결합시킨 카타디옵트릭 방식을 이용하고 있다. 이러한 카타디옵트릭 방식에서 반사경 한 개를 이용해서 결상 광학계를 구성할 경우 상 공간과 물체 공간이 동일한 공간이 되므로 물체에 의해서 방해 받지 않는 상면을 형성시키는 데 어려움이 따른다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 직각 프리즘의 빗면에 유전체 다층 박막을 코팅한 후, 두 프리즘의 빗면을 접착시켜 큐브 프리즘 형태로 제작한 편광 광 분할기를 이용하고 있다. 즉, 결상 광학계에서 S-파의 광을 편광 광 분할기에 입사시키면 반사된 후 1/4파장 평판을 지나면서 원편광으로 바뀌어 반사경에 입사한다. 이 광은 반사경에서 반사되어 되돌아 나오게 되며 다시 1/4파장 평판을 지나면서 P-파로 바뀌어 편광 광 분할기에 입사하게 되고, 이번에는 편광 광 분할기를 투과하게 되어 이러한 편광 광 분할기와 1/4 파장판을 사용하면 상공간을 당초에 물체공간과 공존하던 위치에서 90도 회전한 곳에 존재시키므로 광량의 손실 없이 상공간과 물체 공간을 서로 다른 위치에 놓이도록 할 수 있게 된다.

이러한 노광장비용 광학계에서는 패턴 형성을 위한 노광 파장에서 상기와 같은 원리에 따라 편광 광 분할기로 동작함과 동시에 웨이퍼나 레티클의 위치를 티.티.엘(through the lens)방식으로 정렬해 주기 위한 정렬광에 대해서도 광분할기로 동작할 것이 요구된다. 일반적으로 가시광선 영역에서는 많은 유전체 물질이 높은 투과도를 가지므로 기존 유전체 박막 물질을 이용하여, 사용하고자 하는 파장 영역에 적합하도록 박막의 층수와 두께를 조절하는 방법으로 편광 광 분할기를 제작할 수 있다. 하지만 193nm에서는 대부분의 유전체 물질이 높은 흡수율을 가져서 이러한 목적으로는 사용이 불가능한 단점이 있다.

따라서, 종래의 단점을 해결하고자 본 발명에서 제안하는 두 파장용 편광 광 분할기는 193nm에서 흡수가 적은 유전체 물질을 사용하여 한쪽 프리즘의 빗면에 굴절률이 높은 물질과 낮은 물질을 교대로 층착하되, 그 층수와 두께를 조절하여 다층 코팅한 후, 두 프리즘의 빗면을 옵티칼 콘택트에 의해 부착시켜 ArF 엑시머 레이저 출력 파장에 대하여는 편광 광분할을 하고, 정렬광인 Ar 레이저 출력 파장에서는 광분할하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 결상 광학계의 구성도.

도 2a와 도2b는 편광 광 분할기와 1/4 파장 평판, 반사경에 의한 편광변화도.

도 3은 프리즘과 유전체 다층 박막으로 구성된 편광 광 분할기의 구성도.

도 4a는 본 발명에 의한 편극에 따른 반사율을 보여주는 특성도.

도 4b는 도 4a의 193nm근처에서의 편극에 따른 반사율을 보여주는 특성도.

도 4c는 도 4a의 193nm근처에서의 편극에 따른 투과율을 보여주는 특성도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 레티클 2 : 레티클에서 나온 광선의 경로

3 : 결상시스템의 개구각 4 : 직각 프리즘

5 : 유전체 다층 박막 6 : 1/4 파장 평판

7 : 고반사 반사경 8 : 직각 프리즘

9 : 1/4 파장판 10 : 웨이퍼

11 : S-파 12 : 원편광

13 : P-파 14 : 선편광

15 : 프리즘의 빗면에서 유전체 박막에 입사하는 입사각

16 : 고굴절률 박막 물질 17 : 저굴절률 박막 물질

18 : 프리즘 면에 입사하는 광선의 입사각

19 : 반사되어 나오는 광선과 프리즘 면이 이루는 반사각

20 : 투과되어 나오는 광선과 프리즘 면이 이루는 각

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 193nm 파장의 ArF 엑시머 레이저를 조명 광원으로 이용한 미세 패턴 노광 장비의 광학계를 개략적으로 나타낸다.

본 발명에 의해 제작하고자 하는 편광 광 분할기의 구성은 크게 도 1에 도시된 바와 같이 표면에 패턴이 형성되어 있어서, 193nm 파장의 ArF 엑시머 레이저를 입사시키는 레티클(1)과, 상기 레티클을 통해 입사된 레이저의 광을 투과시키는 한쌍의 직각 프리즘(4,8)과, 상기 직각 프리즘(4,8)의 빗면에 다층으로 코팅된 다층박막층(5)과, 상기 다층박막층(5)을 통해 반사되는 광에 1/4파장의 변화를 주는 1/4파장판(6,9)과, 상기 파장판(6)을 통과한 광을 반사시키는 반사경(7)과, 상기 반사경(7)에 의해 반사된 광이 상기 직각프리즘(4,8)과 박막층(5)과 1/4파장판(6,9)를 투과한 광이 결상되는 웨이퍼(10)로 구성되어 있다.

도 2a와 도 2b는 편광 광 분할기와 1/4 파장판, 반사경을 이용하여 S-파로 입사한 빔이 P-파가 되는 과정을 보여준다.

상기 도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이 패턴이 형성되어 있는 레티클(1)에서 나온 광선(2)의 편광은 S-파와 P-파를 동시에 포함하고 있는 선편광(14)으로 입사할 경우 프리즘(4)을 지나서 유전체 다층 박막 층(5)에서 S-파는 45도 반사되어 1/4 파장판(6)에 입사하며, P-파는 투과한다. 1/4 파장판(6)에서는 정상 광선과 이상 광선 사이에 90도 위상차가 발생하므로 S-파가 1/4 파장판(6)을 통과하면 원 편광이 되며, 반사경(7)에서는 위상이 바뀌지 않고 그대로 반사되어 되돌아 나와서 1/4 파장판(6)에 다시 입사하게 된다. 1/4 파장판(6)을 통과하면 정상광선과 이상광선 사이에 위상차가 다시 90도 발생하므로, 처음 입사할 때의 위상에서 180도 바뀌게 되므로 P-파(13)가 된다. 따라서 프리즘(4)을 지나서 유전체 다층 박막(5)에 도달하게 되면 이 다층박막은 P-파를 투과시키므로 계속해서 진행하여 웨이퍼면(10)에 레티클(1)의 상이 도달하게 되어 결상이 된다.

도 3은 프리즘과 유전체 다층 박막으로 구성된 편광 광 분할기의 구성도이다.

상기 도 3에 도시된 바와 같이 편광 광 분할기는 양쪽에 직각프리즘(4,8)이 있고, 일측의 프리즘(4)빗면에 고굴절률 박막물질(16)과 저굴절률 박막물질(17)이 다층 코팅된다. 선편광된 광선(14)이 프리즘(4)면에 수직(18)으로 입사하면 프리즘(4) 굴절률에 의해서 프리즘의 빗면에서 유전체 박막에 입사하는 입사각(15)이 결정된다. 따라서 저굴절률 박막 물질(L)(17)과 고굴절률 박막물질(H)(16)의 두께와 층수를 조절하여 반사된 광선이 프리즘과 이루는 각(19)과 투과된 광선이 프리즘과 이루는 각(20)이 각각 90도가 되고, 반사된 광선은 S-파(11)만 존재하고, 투과된 광선은 P-파(13)가 되도록 최적화하면 된다. 여기서 고굴절률 물질 박막(16)과 저굴절률 물질 박막(17) 사이에 스트레스가 적고, 부착력이 우수해야 하며, 고굴절률 물질 박막(16)과 저굴절률 물질 박막(17)값 사이에 프리즘(4,8) 굴절률 값이 위치해야 하며, 상기 고굴절률 물질 박막(16)과 저굴절률 물질 박막(17)의 굴절률 값 차가 커야 한다. 상기 박막물질들(16,17)을 프리즘(4) 빗면에 코팅하므로 저굴절률 물질박막(17)과 기판 프리즘(18) 빗면에 접착제(21)를 이용해서 접착한다.

H와 L을 각각 고굴절률 물질과 저굴절률 물질이라 하고, m은 누적되는 층을 표시하는 임의의 상수라 할 때, 도시된 바와 같이 한쌍의 프리즘중에 일측프리즘의 한쪽 빗면에 굴절률이 높은 물질과 낮은 물질을 그 층수와 두께를 조절하여 교대로 다층코팅하여 [HL]^mH의 구조로 프리즘에 부착되어 진다. 이때 각각의 박막의 광학적 두께는 사용하는 파장의 1/4주변이 되도록 두께를 조절하도록 한다.

본 발명에서는 193nm파장의 ArF 엑시머 레이저 출력 파장에 대하여는 편광 광분할을 하고, 488nm파장의 정렬광인 Ar 레이저 출력 파장에서는 광분할 수 있도록 흡수가 적은 고굴절률 유전체 물질과 저굴절률 유전체 물질을 사용한다.

본 발명에서 제안하는 유전체 물질의 조건을 만족하는 고굴절률 물질과 저굴절률 물질의 바람직한 실시예로 사용할 수 있는 물질은 다음과 같다.

상기 흡수가 적은 고굴절률 물질은 LaF₃를 이용하고, 상기 흡수가 적은 저굴절률 물질은 Cryolite(Na₃AlF₆)를 이용할 수 있다.

상기 흡수가 적은 고굴절률 물질은 LaF₃를 이용하고, 상기 흡수가 적은 저굴절률 물질은 CaF₂를 이용할 수 있다.

상기 흡수가 적은 고굴절률 물질은 LaF₃를 이용하고, 상기 흡수가 적은 저굴절률 물질은 MgF₂를 이용할 수 있다.

상기 흡수가 적은 고굴절률 물질은 BaF₃를 이용하고, 상기 흡수가 적은 저굴절률 물질은 MgF₂를 이용할 수 있다.

상기 흡수가 적은 고굴절률 물질은 BaF₂를 이용하고, 상기 흡수가 적은 저굴절률 물질은 CaF₂를 이용할 수 있다.

상기 흡수가 적은 고굴절률 물질은 ThF₄를 이용하고, 상기 흡수가 적은 저굴절률 물질은 CaF₂를 이용할 수 있다.

상기 흡수가 적은 고굴절률 물질은 ThF₄를 이용하고, 상기 흡수가 적은 저굴절률 물질은 Cryolite(Na₃AlF₆)를 이용할 수 있다.

상술한 바를 정리하면 표 1과 같다.

실시예	고굴절률 물질	저굴절률 물질
1	LaF3	Cryolite(Na3AlF6)
2	LaF3	CaF2
3	LaF3	MgF2
4	BaF3	MgF2
5	BaF3	CaF2
6	ThF3	Cryolite(Na3AlF6)

도 4a는 본 발명에 의한 편극에 따른 반사율을 보여주며, 도 4b는 도 4a의 193nm근처에서의 편극에 따른 반사율을 보여주며, 도 4c는 도 4a의 193nm근처에서의 편극에 따른 투과율을 보여준다.

도시된 바와 같이 본 발명에서 제안하는 흡수가 적은 유전체 물질을 고굴절률 박막과 저굴절률 박막으로 사용한 편광 광 분할기를 193nm에서 사용하는 결과 S-파는 반사시키고, P-파는 투과시키는 것을 볼 수 있다.

본 발명에 의하면 대부분 박막물질의 흡수계수가 커서 박막 제작이 힘든 193nm에서 S-파는 반사시키고, P-파는 투과시키는 편광 광 분할기의 기능을 가진다. 동시에 노광 장치에서 중요한 의미를 갖는 웨이퍼, 광학계, 레티클의 정렬에 사용하기 위한 정렬용 광에 대해서도 광 분할기의 기능을 가진다.

Claims (16)

193nm 파장의 ArF 엑시머 레이저 출력 파장에 대해서 편광 광 분할기의 기능을 가지도록 한쌍의 프리즘중에 일측프리즘의 한쪽 빗면에 굴절률이 높은 물질과 낮은 물질을 그 층수와 두께를 조절하여 교대로 다층코팅하여 [HL]^mH의 구조로 프리즘에 부착하되, ArF 엑시머 레이저 출력 파장에 대하여는 편광 광분할을 하고, 정렬광인 Ar 레이저 출력 파장에서는 광분할하도록 흡수가 적은 고굴절률 유전체 물질과 저굴절률 유전체 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 두 파장용 편광 광 분할기의 제작방법.

단, H와 L은 각각 고굴절률 물질과 저굴절률 물질이고, m은 누적되는 층을 표시하는 임의의 상수.

제 1 항에 있어서,

상기 흡수가 적은 고굴절률 물질은 LaF₃를 이용하고,

상기 흡수가 적은 저굴절률 물질은 Cryolite(Na₃AlF₆)를 이용하는 것을 특징으로 하는 두 파장용 편광 광 분할기의 제작방법.

제 1 항에 있어서,

상기 흡수가 적은 고굴절률 물질은 LaF₃를 이용하고,

상기 흡수가 적은 저굴절률 물질은 CaF₂를 이용하는 것을 특징으로 하는 두 파장용 편광 광 분할기의 제작방법.

제 1 항에 있어서,

상기 흡수가 적은 고굴절률 물질은 LaF₃를 이용하고,

상기 흡수가 적은 저굴절률 물질은 MgF₂를 이용하는 것을 특징으로 하는 두 파장용 편광 광 분할기의 제작방법.

제 1 항에 있어서,

상기 흡수가 적은 고굴절률 물질은 BaF₃를 이용하고,

상기 흡수가 적은 저굴절률 물질은 MgF₂를 이용하는 것을 특징으로 하는 두 파장용 편광 광 분할기의 제작방법.

제 1 항에 있어서,

상기 흡수가 적은 고굴절률 물질은 BaF₂를 이용하고,

상기 흡수가 적은 저굴절률 물질은 CaF₂를 이용하는 것을 특징으로 하는 두 파장용 편광 광 분할기의 제작방법.

제 1 항에 있어서,

상기 흡수가 적은 고굴절률 물질은 ThF₄를 이용하고,

상기 흡수가 적은 저굴절률 물질은 CaF₂를 이용하는 것을 특징으로 하는 두 파장용 편광 광 분할기의 제작방법.

제 1 항에 있어서,

상기 흡수가 적은 고굴절률 물질은 ThF₄를 이용하고,

상기 흡수가 적은 저굴절률 물질은 Cryolite(Na₃AlF₆)를 이용하는 것을 특징으로 하는 두 파장용 편광 광 분할기의 제작방법.

193nm 파장의 ArF 엑시머 레이저 출력 파장에 대해서 편광 광 분할기의 기능을 가지도록 한쌍의 프리즘중에 일측프리즘의 한쪽 빗면에 굴절률이 높은 물질과 낮은 물질을 그 층수와 두께를 조절하여 교대로 다층코팅하여 [HL]^mH의 구조로 프리즘에 부착하되, ArF 엑시머 레이저 출력 파장에 대하여는 편광 광분할을 하고, 정렬광인 Ar 레이저 출력 파장에서는 광분할하도록 흡수가 적은 고굴절률 유전체 물질과 저굴절률 유전체 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 두 파장용 편광 광 분할기.

단, H와 L은 각각 고굴절률 물질과 저굴절률 물질이고, m은 누적되는 층을 표시하는 임의의 상수.

제 9 항에 있어서,

상기 고굴절률 물질은 LaF₃를 이용하고,

상기 흡수가 적은 저굴절률 물질은 Cryolite(Na₃AlF₆)를 이용하는 것을 특징으로 하는 두 파장용 편광 광 분할기.

제 9 항에 있어서,

상기 흡수가 적은 고굴절률 물질은 LaF₃를 이용하고,

상기 흡수가 적은 저굴절률 물질은 CaF₂를 이용하는 것을 특징으로 하는 두 파장용 편광 광 분할기.

제 9 항에 있어서,

상기 흡수가 적은 고굴절률 물질은 LaF₃를 이용하고,

상기 흡수가 적은 저굴절률 물질은 MgF₂를 이용하는 것을 특징으로 하는 두 파장용 편광 광 분할기.

제 9 항에 있어서,

상기 흡수가 적은 고굴절률 물질은 BaF₃를 이용하고,

상기 흡수가 적은 저굴절률 물질은 MgF₂를 이용하는 것을 특징으로 하는 두 파장용 편광 광 분할기.

제 9 항에 있어서,

상기 흡수가 적은 고굴절률 물질은 BaF₂를 이용하고,

상기 흡수가 적은 저굴절률 물질은 CaF₂를 이용하는 것을 특징으로 하는 두 파장용 편광 광 분할기.

제 9 항에 있어서,

상기 흡수가 적은 고굴절률 물질은 ThF₄를 이용하고,

상기 흡수가 적은 저굴절률 물질은 CaF₂를 이용하는 것을 특징으로 하는 두 파장용 편광 광 분할기.

제 9 항에 있어서,

상기 흡수가 적은 고굴절률 물질은 ThF₄를 이용하고,

상기 흡수가 적은 저굴절률 물질은 Cryolite(Na₃AlF₆)를 이용하는 것을 특징으로 하는 두 파장용 편광 광 분할기.

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