KR100288990B1 - 반사 굴절 축소 대물 렌즈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오목 거울과 빔 분산기 사이에 배치되는 부가적인 렌즈군없이 오목 거울, 빔 분산기와 여러 렌즈군으로 구성되는 빛의 반사와 굴절 축소 렌즈에 관한 것이다. 빛의 반사와 굴절 축소렌즈는 1 : 4의 이미지 치수용으로 0.52 ∼ 0.58의 이미치 측면구경을 갖는 것으로 개시되어 있으며 서브미크론리쏘그래피(submicronlitso graphy)에서 사용되는 제한되지 않은 엑시머레이저용으로 수정된다.

Description

반사 굴절 축소 대물 렌즈
제1도는 본 발명에 따른 반사 굴절 축소 대물 렌즈의 제1실시예의 개략도.
제2도는 본 발명에 따른 반사 굴절 축소 대물 렌즈의 제2실시예의 개략도.
제3도는 본 발명에 따른 반사 굴절 축소 대물 렌즈의 제3실시예의 개략도.
제4도는 제3도의 반사 굴절 축소 대물 렌즈를 포함하는 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)로서 알려진 마이크로 리소그래픽(microlithographic) 투영 장치를 도시하는 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
0,0′ : 물체평면 15,15′ : 오목거울
17,17′ : 거울면 27,29 : 이미지면
41 : 반사 굴절 축소 대물 렌즈 43 : 웨이퍼
44 : 광원 100,100′ : 제1렌즈군
200,200′ : 제2렌즈군 300,300′ : 빔(beam) 분할기
400,400′ : 제3렌즈군
본 발명은 오목 거울, 빔 분할기와 수 개의 렌즈군을 갖는 반사 굴절 축소 대물 렌즈에 관한 것이다.
미합중국 특허 제 4,953,960호에는 상술한 종류의 반사 굴절 축소 대물 렌즈가 개시되어 있다. 이 대물 렌즈는 빔 분할기와 오목 거울 사이에 배열된 제3렌즈군으로서 4개의 렌즈군을 포함하고 있다. 이러한 배열은 가우스 에라(Gauss error)뿐만아니라 거울의 구형수차(spherical aberration)와 저순위의 비대칭 수차를 보정하기 위한 것이다. 하지만, 빔 분할기와 오목 거울 사이의 렌즈군 배열과 그로 인한 광의 2회 통과는 비대칭 수차 보정d 따라서, 높은 허용차감도를 요구한다. 이 제3렌즈군의 굴절력은 광대역 스펙트럼 보정을 방해하지 않도록 거의 0이 된다.
이미지측의 구경을 크게 증가시키기 위하여, 제3렌즈군의 간격조건은 제4렌즈군이 거울로부터 멀리 떨어져 배치되는 것을 요구하며, 심한 경우에는 제4렌즈군의 초점길이 보다 먼 위치에 거울이 배치될수도 있다. 이것은 제조가 상당히 복잡다는 것 외에, 광학 보정에 의하여 직면하게 되는 문제점을 크게 증가시킨다.
미합중국 특허 제 3,698,808 호 (청구범위 제6항, 제4도)는 제1렌즈군과, 45°이하로 배열된 반반사(semireflecting)면 거울과, 오목거울과, 제1렌즈군 및 오목거울의 축에 대해 90° 배열된 제2렌즈군을 갖는 마이크로리소그래픽 투영장치를 개시하고 있다.
투영 대물 렌즈의 분리와, 반반사면 거울의 도입은 위치 제어용의 제2가시 광원을 도입할 수 있게 한다. 축소율은 -1이며, 두 렌즈군은 동일한 크기의 구경을 지니며, 거울은 축소율을 제공하지 않는다. 이러한 구조는 예를들어 US 4 953 960호의 도입에서 공지된 것과 같이, 적절한 축소율을 갖는 대물렌즈를 필요로하는 구조로 변형하는 것이 어렵다.
본 발명의 목적은 조절에 대하여 감도가 작으며, 장점이 많은 구성을 제공하면서, 현저하게 큰 이미지 측의 구경을 얻도록 전술한 종류의 축소대물렌즈를 개선시키는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 투영 마이크로 리소그래피의 분야에서 사용하기에 적합한 상기와 같은 축소대물렌즈를 제공하는 것이다.
본 발명의 반사 굴절 축소 대물 렌즈는 오목 거울, 빔 분할기와 수 개의 렌즈군을 포함한다. 본 발명의 특징은 오목 거울과 빔 분할기 사이에 렌즈군이 배치되지 않도록 하며, 오목거울이 실제축소율을 제공하도록 하는 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제1도와 표 1 에서, 다음의 것은 제1실시예에서, 물체평면 0, 표 1에 따른 광경계면 1 내지 26, 이미지면 27을 도시한다. 리소그래픽의 견본 (레티클)이 물체평면0에 배치되고 광조사될 웨이퍼는 이미지면(27)에 배치된 제1렌즈군(100)은 경계면 1 및 2를 갖는 단 하나의 렌즈로 구성된다. 경계면 3내지 12는 제2렌즈군(200)으로 정의한다. 제1렌즈군(100)에 대한 제2렌즈군(200)의 거리는 광선빔의 직경보다 크기 때문에, 폴딩 거울(folding mirror)은 요구된 바와 같이, 중간 공간에 대각선으로 배치될 수 있으며, 제3도와 미합중국 특허 제 4,953,960호에 도시되어 있다.
빔 분할기 (300) 는 입사면 (13), 재입사면 (16) 과 동일한 출사면 (14), 대각선상으로 배열된 분할 거울면 (17 )및 출사면(18)을 갖는다.
빔 분할기(300)는 미합중국 특허 제 4,953,960호에서 개시된 시스템의 트렁케이트 피라미드보다 제조하기가 더 간단하며, 정확한 정육면체 형상을 한다.
오목 거울(15)은 중간 소자 없이 빔 분할기 (300) 에 밀접하게 장착된다.
오목 거울(15)은 그 경계부에 의하여 구경 조리개를 한정한다. 이 구경 조리개는 빔 분할기 (300)의 출사면/재입사면(14/16)상에 또는 그들 사이에 있는 특정 부분 상에서 실현될 수 있다. 경계면 19 내지 26을 갖는 제3렌즈군(400)은 조립체를 완성하고 물체평면 (0) 의 이미지는 이미지면 (27) 상에 형성된다.
모든 유리 소자는 248nm 에서 n = 1.50855 을 갖는 동일한 석영 유리로 제조된다.
이러한 방법으로 대물렌즈는 텔레센트릭(telecentric)빔경로를 갖는 60mm의 최대 물체 높이를 갖는다. 4 : 1의 축소율에서, 이미지 높이는 이미지측에서 15mm 가 되며, 개구율은 0.52 이며 빔 경로는 텔레센트릭과 같이 된다. 거울은 139mm의 명확한 직경을 가지며, 대물 렌즈에서 빔의 최대 직경은 경계면 (3) 에서 159mm 이다. 렌즈군 (100 및 200) 의 전체 초점 길이는 475mm이고 오목거울(15)은 158mm의 초점 길이를 가지며, 다음의 제3렌즈군(400)은 129mm의 초점길이를 갖는다. 오목거울(15)의 축소율은 0.14이다. 이 축소율은 본 발명에 따른 대물 렌즈의 전체 축소율의 주된 부분을 제공한다. 표 4는 이 대물렌즈의 전체 축소율에 따라서 거울(15)의 바람직한 축소율의 리스트를 제공한다.
구경 조리개는 상이 흐리게 되는 것을 피하기 위하여 오목 거울의 위치에 배치된다. 제3렌즈군 (400) 은 오목 거울(15)의 다음에 배열된다. 제3렌즈군(400)의 촛점은 이미지측 텔레센트릭 조건을 만족하기 위하여 오목거울(15)에 있는 조리개에 놓여진다. 동시에 미합중국 특허 제 4,953,960 호에서 개시된 실시예의 경우에, 빔분할기(300)와 부가적인 렌즈군은 제3렌즈군(400)과 오목 거울 (17)사이에 공간을 가져야 한다.
131mm 의 다음의 렌즈군의 촛점거리 뿐만 아니라 112mm 의 거울 직경과 0.45의 이미지측 개구율에 대한 미합중국 특허 제 4,953,960 호의 제1도에 개시된 대물렌즈는 거울까지 최소 108mm의 총거리를 요구하며, 여기서 대기중의 전체길이는 각 거리의 합이며, 각거리는 국부적인 매체의 굴절률에 의하여 나누어진다(). 이러한 공간은 빔 분할기와 부가적인 렌즈군의 배치로 인하여 발생된다.
그러므로, 거기에는 초점 거리가 배면 초점보다 커야 한다는 위치 조건을 만족하기에 충분한 간격이 있다.
그러나, 0.52의 개구율과, 도시된 실시예의 부가적인 데이터를 보면, 본 발명에 따르는 해결책을 실현하기 위해서는 그 간격은 115mm가 되어야 한다.
그러나, 약 25mm 의 대기 경로를 갖는 렌즈군을 삽입함으로서 129mm의 촛점 길이를 크게 초과하게 된다. 이 때 발생한 역초점비 (동공거리 /촛점길이)는 1 보다 크게 되면, 이것은 많은 단점을 불러일으키면, 제3렌즈군 (400)에서, 부가적으로 더 복잡해지며, 예를 들어, 이미지 면 근처에서 강한 네가티브 굴절력과 큰 보정값을 요구하게 된다.
제3렌즈군 (400)의 초점 길이는 본질적으로 이미지측 구경에 대한 거울의 직경비에 의해서만 결정된다. 그러므로, 촛점 길이의 신장은 더 큰 오목 거울(15)을 요구하게 되고, 그래서 또한 더 큰 빔 분할기 (300)를 요구하게 된다.
그러나 이것은 구조적인 면, 경제적인 면 그리고 제조적인 면에서 바람직하지 않다. 더욱이, 이 렌즈군에서의 배면 초점거리가, 부가적인 간격 요구 때문에, 증가하여서, 한정된 역초점만이 별 의미 없이 좋아질 뿐이다.
대략 0.5 에서 시작하여 점점 더 커지는 구경일 경우, 미합중국 특허 제4,953,960호에 개시된 것과 같이, 본 발명에 의하여 제공된 해결책을 지니고 있지 않은 광소자군에 대한 구조에서는 간격 문제가 발생한다.
본 출원의 장점은 최종 렌즈면(26)의 감소된 곡률과, 이미지면에 대하여 5mm의 배면 초점 거리와, 광 조사된 웨이퍼의 간단한 조작을 허용하는 대응 작업 거리를 갖는 제3렌즈군 (3) 의 구성에 있다.
상세한 대물 렌즈 데이터가 표 1에 도시된다. 표 3 은 제1도 및 제2도의 실시예, 미합중국 특허 제4,953,960호의 제1도 구성의 비교데이터를 도시한다.
0.58의 증가된 이미지 면의 개구율에 있어서, 대물 렌즈의 동일한 판정 디멘젼(이미지 영역, 이미지 크기, 이미지측 작업거리, 양측에서의 텔레센트릭, 248 nm의 기본파장, 1 유리형) 의 제2 실시예가 제2도에 도시되어 있다. 이 데이터는 표 2 에 부가되어 있다.
이 실시예는 제1도에 도시된 실시예 보다 제3렌즈군 (400) 에서 렌즈를 1개 더 갖는다.
빔 분할기 (300) 는 미합중국 특허 제 4,953,960호의 제1도에 도시된 것처럼 트렁케이트 피라미드로서 구성된다.
출사면 (18′)과 트렁케이트 피라미드의 단부면은 제2렌즈군 (200′)으로부터 오목 거울 (15′) 까지 진행하는 빔에 적용된다.
이러한 방법에서, 유리체적은 불필요하게 되고, 제1도의 실시예와 관련된 제3렌즈군 (400)과 오목 거울 (15′)사이의 간격 문제는 다소 경감된다.
광축에 대하여 이러한 방법으로 형성된 출사면(18′)의 대각선위치는 45° 의 각으로 거울면 (17′)의 편향에 의하여 보상된다.
또한 이 실시예에서 0.58 의 대형 이미지 면 개구율에서, 제3렌즈군 (400′)의 역초점 대물 렌즈 실시예는 언급하지 않았다. 더 큰 구경은 광소자의 더 큰 단면 이외에, 단 하나의 렌즈를 추가함으로써 얻어진다.
표 3은 미합중국 특허 제4,953,960호의 제1도의 실시예 이외에 제1, 2도의 실시예의 중요한 특성 데이터를 비교하여 도시한다.
양 실시예에서, 스펙트럼의 무제한 엑시머(excimer) - 레이저를 사용하기 위한 색채 보정이 파장 248 nm를 갖게 된다. 이 실시예는 동일한 레이저 또는 다른 레이저의 자외선영역 또는 초자외선(DUV)영역의 다른 파장용으로 변환될 수 있다. 게다가 석영 또는 플루오르화물과 같은 수개의 다른 재료가 색채의 보정을 위하여 사용될 수 있다.
물체평면에서 주위를 기울이게 되는 텔레센트릭은 본 발명에서는 중요하지 않다. 또 다른 성능 증가는 제조하기 어려운 비구면체로 얻을 수 있다. 빔 분할기는 빔 분사기판의 형상과 같은 또다른 실시예에서 얻을 수 있다.
제3도는 폴딩 거울 (M) 이 제1렌즈군 (100′)과 제2렌즈군 (200′) 와 사이에 도입되는 제2도의 실시예의 변형예를 도시한다. 이는 물체평명(0′)과 이미지 면 (29)의 평행 배치를 가능하게 한다.
제4도는 웨이퍼 스테퍼로서 알려진 것과 같은 마이크로리소그래픽 투영장치 내에 제3도에 따른 이 반사 굴절 축소 렌즈 (41)를 통합한 것을 도시하고 있다. 대물 렌즈 (41) 의 물체평면에서, 마스크 (42) 는 XYZ-배치 스테이지 (421)에 의하여 배치되고, 예를 들어 엑시머 레이저 등의 광원 (44) 에 의하여 적절한 파장의 광으로 조사된다.
대물 렌즈 (41) 의 이미지 면에서 웨이퍼(43) 는 제2XYZ - 배치 스테이지(431)에 의하여 배치된다. 또한 제1도 및 제2도에 따른 반사 굴절 축소 대물렌즈의 다른 변형예와 본 발명에 따른 다른 실시예가 유사한 방법으로 상기 마이크로리소그래픽 투영 장치에서 결합이 가능하도록 되어 있는 것은 자명하다.
본 발명은 청구범위에 한정된 본 발명의 정신과 범위에 일탈함이 없이 여러 변경과 수정이 가능하다.
[표 1]
[표 2]
[표 3]
[표 4]

Claims (6)

  1. 물체평면 (0) 에서 대물 렌즈에 의하여 정의된 이미지 면 (27)까지 광을 전송하며 광축을 정의하기 위한 반사 굴절 축소 대물 렌즈에 있어서, 상기 광축을 따라서 광을 수광하고 전송하기 위한 제1렌즈군(100)과, 상기 축을 따라서 상기 광을 또한 전송하기 위해 상기 제1렌즈군의 다음에 상기 축 상에 배열된 제2렌즈군 (200)과, 상기 축 상에 배열되며, 실질적인 축소율을 갖는 오목 렌즈 (15)와, 상기 이미지면 (27) 내로 광의 초점을 맞추기 위 한 제3렌즈군 (400) 과, 상기 제2렌즈군으로부터 상기 오목 거울 (15) 로 광을 통과시키고 상기 오목 거울 (15)로부터 복귀하는 광을 상기 제3렌즈군 (400)내로 반사시키기 위해 상기 오목 거울 (15) 과 상기 제2렌즈군 (200) 사이의 상기 축 상에 탑재되며, 광이 상기 오목 거울 (15) 로 통과하고, 상기 오목 거울로부터 복귀하는 출사/재입사면 (14및 16)을 정의하는 빔 분할기 (300) 로 이루어지며, 상기 출사/재입사면 (14 및 16) 과 상기 오목 거울 (15) 은 연합하여 그들 사이에 렌즈가 존재하지 않는 공간을 형성하고, 상기 반사 굴절 축소 대물 렌즈는 0.5 이상 1 미만의 이미지측 개구율을 갖는 것을 특징으로 하는 반사 굴절 축소 대물 렌즈.
  2. 물체평면 (0) 에서 대물 렌즈에 의하여 정의된 이미지 면 (27)까지 광을 전송하며 광축을 정의하기 위한 반사 굴절 축소 대물 렌즈에 있어서, 상기 광축을 따라서 광을 수광하고 전송하기 위한 제1렌즈군(100)과, 상기 축을 따라서 상기 광을 또한 전송하기 위해 상기 제1렌즈군 다음에 상기 축 상에 배열된 제2렌즈군 (200) 과, 상기 축 상에 배열되며, 실질적인 축소율을 갖는 오목 렌즈 (15) 와, 상기 이미지 면 (27) 내로 광의 초점을 맞추기 위한 제3렌즈군 (400) 과, 상기 제2렌즈군으로부터 상기 오목 거울 (15) 로 광을 통과시키고 상기 오목 거울 (15) 로부터 되돌아오는 광을 상기 제3렌즈군 (400) 내로 반사시키기 위해 상기 오목 거울 (15) 과 상기 제2렌즈군 (200) 사이의 상기 축 상에 탑재되는 빔 분할기(300) 로 이루어지며, 상기 빔 분할기는 광이 상기 오목 거울 (15) 로 통과하고, 상기 오목 거울로부터 되돌아오는 출사/재입사면 (14 및 16) 을 정의하며, 상기 출사/재입사면 (14 및 16) 과 상기 오목 거울 (15) 은 연합하여 그들 사이에 렌즈가 존재하지 않는 공간을 형성하고, 상기 제3렌즈군 (400) 으로부터 소정 간격을 두고 상기 오목 거울 (15) 에 또는 그 부근에 배치되는 개구 조리개를 또한 구비하고, 상기 제3렌즈군 (400) 은 초점 길이를 가지며, 공기의 굴절율이 총 간격과 초점 길이로 주어지는 표준조건에 대하여, 상기 소정 간격은 상기 초점 길이 보다 짧은 것을 특징으로 하는 반사 굴절 축소대물 렌즈.
  3. 물체평면 (0) 에서 대물 렌즈에 의하여 정의된 이미지 면 (27)까지 광을 전송하며 광축을 정의하기 위한 반사 굴절 축소 대물 렌즈에 있어서, 상기 광축을 따라서 광을 수광하고 전송하기 위한 제1렌즈군(100)과, 상기 축을 따라서 상기 광을 또한 전송하기 위해 상기 제1렌즈군 다음에 상기 축 상에 배열된 제2렌즈군 (200)과, 상기 축 상에 배열되며, 실질적인 축소율을 갖는 오목 렌즈 (15)와, 상기 이미지 면 (27) 내로 광의 초점을 맞추기 위한 제3렌즈군 (400) 과, 상기 제2렌즈군으로부터 상기 오목 거울 (15) 로 광을 통과시키고 상기 오목 거울 (15) 로부터 되돌아오는 광을 상기 제3렌즈군 (400) 내로 반사시키기 위해 상기 오목 거울 (15) 과 상기 제2렌즈군 (200) 사이의 상기 축 상에 탑재되는 빔 분할기 (300) 로 이루어지며, 상기 빔 분할기 (300) 는 광이 상기 상기 오목 거울 (15) 로 통과하고, 상기 오목 거울로부터 되돌아오는 출사/재입사면 (14 및 16)을 정의하며, 상기 출사/재입사면 (14 및 16) 과 상기 오목 거울 (15) 은 연합하여 그들 사이에 렌즈가 존재하지 않는 공간을 형성하고, 상기 광은 레이저광이며 상기 대물렌즈는 자외선 영역 또는 초자외선 영역의 파장에서 보정되는 것을 특징으로 하는 반사 굴절 축소 대물 렌즈.
  4. 물체평면 (0) 에서 대물 렌즈에 의하여 정의된 이미지 면 (27) 까지 광을 전송하며 광축을 정의하기 위한 반사 굴절 축소 대물 렌즈에 있어서, 상기 광축을 따라서 광을 수광하고 전송하기 위한 제1렌즈군(100)과, 상기 축을 따라서 상기 광을 또한 전송하기 위해 상기 제1렌즈군 다음에 상기 축 상에 배열된 제2렌즈군 (200) 과, 상기 축 상에 배열되며, 실질적인 축소율을 갖는 오목 렌즈 (16)와, 상기 이미지면 (27) 내로 광의 초점을 맞추기 위 한 제3렌즈군 (400) 과, 상기 제2렌즈군으로부터 상기 오목 거울 (15) 로 광을 통과시키고 상기 오목 거울 (15) 로부터 되돌아오는 광을 상기 제3렌즈군 (400) 내로 반사시키기 위해 상기 오목 거울 (15) 과 상기 제2렌즈군 (200) 사이의 상기 축 상에 탑재되는 빔 분할기(300) 로 이루어지며, 상기 빔 분할기 (300) 는 광이 상기 상기 오목 거울 (15) 로 통과하고, 상기 오목 거울로부터 되돌아오는 출사/재입사면 (14 및 16)을 정의하며, 상기 출사/재입사면 (14 및 16) 과 상기 오목 거울 (15) 은 연합하여 그들 사이에 렌즈가 존재하지 않는 공간을 형성하고, 상기 빔 분할기 (300) 가 정육면체 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 반사 굴절 축소 대물 렌즈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 렌즈군 (100, 200 및 400) 과 상기 빔 분할기 (300)가 모두 동일한 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 반사 굴절 축소 대물 렌즈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 대물 렌즈는 상기 이미지 면에서 텔레센트릭인 것을 특징으로 하는 반사 굴절 축소 대물 렌즈.
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