KR100293910B1 - Optical system for exposure tool using birefringence material - Google Patents
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Abstract
1.청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. Technical field to which the invention described in the claims belongs
엑시머 레이저를 광원으로 사용하는 반도체 노광장비용 광학계에 있어, 초점심도를 확장한 광학계 구성에 관한 것으로, 본 발명은 광원인 ArF 엑시머 레이저와 조명 광학계 후단에 제 1 렌즈군, 반사경(folding mirror), 제 2 렌즈군, 편광 광 분할기, 1/4 파장 평판 ,구면반사경, 제 3 렌즈군으로 구성된 광학계에 복굴절 물질로 제작된 광학부품을 내장한다. 복굴절 물질로 광학부품을 제작하여 광학계를 구성하는 광학부품으로서 광학계 내에 설치하면 입사한 빛의 편광방향에 따라서 굴절률에 차이가 나타나게 되어 빛이 지나가게 되는 경로가 달라지게 되고, 그 결과 광학계의 광축 방향을 따라 상을 맺는 위치가 달라지게 되어 일정한 범위에서 연속적으로 상을 맺게 함으로써 원하는 해상도의 상을 얻을 수 초점심도를 확장시킬 수 있다.In an optical system for semiconductor exposure equipment using an excimer laser as a light source, the present invention relates to an optical system having an extended depth of focus. The present invention relates to a first lens group, a folding mirror, An optical component made of a birefringent material is incorporated into an optical system composed of a second lens group, a polarized light splitter, a quarter wave plate, a spherical reflector, and a third lens group. When the optical component is manufactured from birefringent material and constitutes the optical system, and installed in the optical system, the refractive index is different depending on the polarization direction of the incident light, and thus the path through which the light passes varies. As a result, the optical axis direction of the optical system As the image forming position is changed according to the above, the image depth can be obtained by continuously forming images in a predetermined range to obtain an image having a desired resolution.
Description
본 발명은 노광장비용 광학계장치에 관한 것으로, 특히 ArF 엑시머 레이저(ArF excimer laser)를 광원으로 사용하여 원본인 마스크(mask)상의 패턴을 웨이퍼(wafer) 위에 전사시켜 미세한 선폭 구현을 가능하게 하는 광학계장치에 관한 내용이다.The present invention relates to an optical system device for exposure equipment, and in particular, an optical system using ArF excimer laser as a light source to transfer a pattern on an original mask onto a wafer to enable fine line widths. This is about the device.
반도체(semiconductor) 제조방법에 있어서, 소자(device)의 고집적화에 따라 회로를 구성하는 패턴(pattern) 선폭의 미세화와 칩 크기의 대형화가 동시에 요구되고 있다. 따라서 이런 요구를 충족시키기 위하여 반도체 노광 공정에 이용되는 노광장비 역시 고성능화가 요구되고 있다. 여기서 노광장비에 의해 구현될 수 있는 선폭은 기본적으로 광학계의 해상도에 의해 좌우된다. 노광장비의 광학계 해상도 즉, 분해능은 사용 광원의 파장에 비례하고 광학계의 개구수(Numerical Aperture)에 반비례한다. 따라서 보다 미세한 패턴 형성을 위해서는 보다 짧은 파장의 광원을 사용하거나, 광학계의 개구수를 더 높여야 한다. 그러나 개구수를 높여주는 것은 광학계 설계상의 문제로 인하여 한계와 초점심도(Depth of Focus)가 얕아지는 문제로 인하여 공정상의 여유도가 작아지게 되어 생산라인에서 생산성을 낮추는 한 원인이 되고 있다. 또한 파장이 짧은 자외선(ultraviolet)을 광원으로 사용하는 경우 광학재료의 제한이 따른다는 한계가 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION In semiconductor manufacturing methods, miniaturization of pattern line widths and chip sizes are required at the same time due to high integration of devices. Therefore, in order to meet these demands, the exposure equipment used in the semiconductor exposure process is also required to have high performance. Here, the line width that can be realized by the exposure equipment basically depends on the resolution of the optical system. The optical resolution, or resolution, of the exposure equipment is proportional to the wavelength of the light source used and inversely proportional to the numerical aperture of the optical system. Therefore, in order to form a finer pattern, it is necessary to use a light source of shorter wavelength or to increase the numerical aperture of the optical system. However, increasing the numerical aperture is one of the causes of lowering productivity in the production line due to a small margin in the process due to the problem of optical system design and the limitation of depth and depth of focus. In addition, there is a limit that the optical material is limited when using an ultraviolet light having a short wavelength as a light source.
한편 반도체의 대용량화, 고집적화에 부응하기 위한 미세 패턴 형성 기술은 노광장비의 발전에 의해 이루어지고 있는 데, 노광장비의 핵심 부품인 광학계는 사용 광원의 단파장화와 고개구수화로 진행되고 있다. 보다 미세한 패턴 형성을 얻기 위해서는 더 짧은 파장을 사용해야 하지만 광학재료의 문제 때문에 통상의 굴절광학계로는 어려움이 있다. 따라서 렌즈만으로 구성되는 굴절광학계에 있어서 짧은 파장의 사용은 높은 투과율의 광학재료 개발과 저수차의 설계 기술 및 정밀 렌즈의 가공 및 측정 기술이 선행되어야 하는 문제, 광학재료의 제한으로 발생하는 색수차를 최대한 줄이기 위하여 광원의 대역폭을 좁게 하여야 하는 문제를 가지고 있다.On the other hand, the fine pattern forming technology to meet the high capacity and high integration of semiconductors is being developed by the development of exposure equipment, and the optical system, which is a key component of the exposure equipment, is progressing to short wavelength and high number of light sources. Shorter wavelengths must be used to obtain finer pattern formation, but there are difficulties with conventional refractive optical systems because of optical material problems. Therefore, the use of short wavelengths in the refractive optical system composed only of lenses requires the development of high transmittance optical materials, low aberration design technology, precision lens processing and measurement technology, and chromatic aberration caused by the limitation of optical materials. In order to reduce the bandwidth of the light source has to be narrowed.
또한 단파장의 광원을 사용함으로써 발생되는, 줄어지는 초점심도 문제를 해결하기 위한 종전의 방법에서는 감광제의 표면에서만 감광하도록 하는 공정상의 기법을 사용하지만 이는 감광층을 변성시키는 추가적인 공정이 필요하고, 감광층 형성에 특수한 재료를 써야 하므로 공정이 번거로워지고 공정비용이 올라간다는 문제가 있다. 또 다른 방법으로 상하방향으로 움직이는 스테이지(stage)를 사용하여 기계적인 방법으로 작업물인 웨이퍼를 광축 방향으로 이동시켜 가면서 여러 번에 걸쳐서 노광시킴으로써 초점심도를 확장하는 방법을 사용하였지만, 기계적인 수단을 사용하여 웨이퍼를 광학계의 광축 방향으로 움직여 가며 여러 번에 걸쳐 노광을 시켜야 하기 때문에 웨이퍼 이동시 장비가 불안정해지기 쉽고, 여러 번의 노광으로 인해 공정에 소요되는 시간이 길어진다는 단점이 있다. 또 다른 한 방법으로 마스크에서 인접한 패턴간에 위상차를 일으키는 구조로 마스크를 제작하여 상점에 수렴하는 광속이 이루는 원뿔을 가늘게 하여 초점심도를 확장하는 방법을 사용하지만 마스크 자체의 제작이 통상적인 마스크에 비해서 기술적으로 상당히 어려우며, 이러한 마스크를 사용하였을 때의 상은 어떤 한 상점에 수렴하는 빛들이 이루는 원뿔형의 광속에서 그 중심되는 광선에 대해 대칭적이 아니게 되어 상당량의 수차가 발생하게 된다.In addition, the conventional method for solving the problem of decreased depth of focus, which is caused by using a short wavelength light source, uses a process technique such that only the surface of the photosensitive agent is exposed to light, which requires an additional process of denaturing the photosensitive layer. Since a special material must be used for forming, the process becomes cumbersome and the process cost increases. Another method was to extend the depth of focus by exposing the workpiece wafer to the optical axis several times by using a stage moving up and down in a mechanical manner, but using mechanical means. Therefore, since the wafer is moved in the optical axis direction of the optical system to be exposed several times, the equipment tends to be unstable when the wafer is moved, and the process takes longer due to several exposures. In another method, the mask is made with a structure that creates a phase difference between adjacent patterns in the mask, and a method of extending the depth of focus by narrowing the cone formed by the light beam converging in the shop, but the manufacturing of the mask itself is more technical than a normal mask. This mask is quite difficult, and the image of such a mask is not symmetrical about its central beam in the conical beam of light converging in a store, and a considerable amount of aberration occurs.
따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 파장이 짧으면서도 넓은 대역폭을 가지는 광원을 사용할 수 있으며, 복굴질 물질로 만든 광학부품을 삽입하여 초점심도를 확장하여 생산성 향상을 제공하여 용이한 미세 선폭 구현하는 노광장비용 광학계장치를 제공함을 그 목적으로 한다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, it is possible to use a light source having a short bandwidth and a wide bandwidth, inserting an optical component made of a birefringent material to expand the depth of focus to provide an improved productivity An object of the present invention is to provide an optical system device for exposure equipment that implements a fine line width.
도 1은 본 발명에 따른 광학계(optical system)의 전체적인 개략도,1 is an overall schematic diagram of an optical system according to the present invention;
도2는 본 발명에 따른 복굴절 물질로 만들어진 광학부품을 사용하여 광학계의 초점심도를 확장하는 원리를 설명하기 위한 도면,2 is a view for explaining the principle of extending the depth of focus of the optical system using an optical component made of a birefringent material according to the present invention;
도 3은 도 1의 상세 구성도,3 is a detailed configuration diagram of FIG. 1;
도 4A 및 도 4B는 도 3에 도시된 본 발명 광학계의 공간주파수에 대한 광학계의 성능값을 보여주는 도면,4A and 4B are views showing performance values of the optical system with respect to the spatial frequency of the optical system of the present invention shown in FIG.
도 5는 제1렌즈군/제2렌즈군/제3렌즈군의 각 렌즈의 면 곡률반경과 굴절률과 두께 및 앞 렌즈와의 거리를 나타낸 도면.FIG. 5 is a diagram showing the surface curvature radius, refractive index, thickness, and distance between the front lens of each lens of the first lens group / second lens group / third lens group; FIG.
도면의 주요 부호에 대한 설명Description of the main symbols in the drawings
10 : 제 1 렌즈군 20 : 제 2 렌즈군10: first lens group 20: second lens group
30 : 제 3 렌즈군 41 : 편광 광 분할기30: third lens group 41: polarized light splitter
42 : 1/4 파장 평판 43 : 주반사경42: 1/4 wavelength plate 43: main reflector
44 : 1/4 파장 평판 45 : 복굴절 물질44: 1/4 wavelength plate 45: birefringent material
50 : 상면50: upper surface
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 노광장비용 광학계장치는, 광원 및 물체면 후단에 위치하는 제1렌즈군, 광축을 90도 꺾어주기 위한 반사경의 후단에 위치하는 제2렌즈군, 상기 제2렌즈군 후단에 위치하며 2개의 프리즘으로 이루어진 편광 광분할기, 상기 편광 광분할기 다음에 위치하는 파장 평판, 상기 편광 광 분할기 하단에 위치하고 파장 평판과 복굴절 물질의 평행평판, 상기 평행평판 하단에 위치되어 광이 조사되는 상면과 대응하는 제3렌즈군을 구비함을 특징으로 한다.The optical system apparatus for exposure apparatus according to the present invention for achieving the above object includes a first lens group positioned at a rear end of a light source and an object plane, a second lens group positioned at a rear end of a reflector for bending an optical axis by 90 degrees, and the first lens group. A polarized light splitter consisting of two prisms, a wavelength plate positioned next to the polarized light splitter, a bottom plate of the polarized light splitter and a parallel plate of the wavelength plate and the birefringent material, and a bottom plate of the parallel plate And a third lens group corresponding to the image surface to which light is irradiated.
상기 구성에서 편광 광 분할기 상단에 위치한 파장 평판에 복굴절 물질의 평행평판을 삽입한 것을 특징으로 한다.In the above configuration, the parallel plate of the birefringent material is inserted into the wavelength plate positioned on the polarizing light splitter.
또한 곡률반경이 무한대인 렌즈 면에 복굴절 물질의 평행평판을 삽입한 것을 특징으로 하는 한다.In addition, a parallel plate of birefringent material is inserted into the lens surface having a radius of curvature.
또한 상기 제3렌즈군의 마지막 렌즈의 광학재료가 CaF2임을 특징으로 한다.In addition, the optical material of the last lens of the third lens group is characterized in that the CaF2.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 도면에서 종래기술과 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 도면 부호를 인용하였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do. In the drawings, the same reference numerals are used for the same components as in the prior art.
도 1은 본 발명에 따른 노광장비용 광학계의 전체적인 개략도로서, 그 구성은, 광원 및 물체면 후단에 위치하는 제1렌즈군(10)과, 광축을 90도 꺾어주기 위한 반사경의 후단에 위치하는 제2렌즈군(20)과, 상기 제2렌즈군(20) 후단에 위치하며 2개의 프리즘으로 이루어진 편광 광분할기(41: polarized beam splitter), 상기 편광 광분할기 다음에 위치하는 제1 1/4파장평판(42: first quarter wave plate) 및 제2 1/4 파장평판(44: second quarter wave plate)과, 구면반사경(43: spherical mirror)과, 상기 편광 광 분할기 하단에 위치하고 파장 평판과 복굴절 물질의 평행평판(45)과, 상기 평행평판(45) 하단에 위치되어 광이 조사되는 상면과 대응하는 제3렌즈군(30)으로 이루어진다.1 is an overall schematic view of an optical system for exposure equipment according to the present invention, the configuration of which is located at the rear end of the first lens group 10 located at the rear end of the light source and the object plane and the reflector for bending the optical axis 90 degrees. A second lens group 20, a polarized beam splitter 41 positioned at a rear end of the second lens group 20 and composed of two prisms, and a first quarter next to the polarized light splitter A wavelength plate 42 and a birefringent material positioned below the polarizing light splitter and a first quarter wave plate 42 and a second quarter wave plate 44, a spherical mirror 43, and a spherical mirror 43. And a third lens group 30 positioned at a lower end of the parallel flat plate 45 and corresponding to an image surface to which light is irradiated.
도 2는 본 발명에 따른 복굴절 물질로 만들어진 광학부품을 사용하여 광학계의 초점심도를 확장하는 원리를 나타낸 도면으로서, 광학계 초점심도 확장의 목적을 달성하기 위하여 복굴절 물질로 만들어진 평행평판, 광학쐐기 등과 같은 투과형 광학부품을 광학계 내에 설치하여 빛의 편광 성분에 따른 굴절률의 차이를 이용하여 빛의 경로를 변화시켜서 광학계의 광축 방향으로 상이 맺히는 곳을 다르게 하여 초점심도를 확장시킨다.2 is a view showing a principle of extending the depth of focus of the optical system using the optical component made of a birefringent material according to the present invention, such as a parallel plate made of a birefringent material, optical wedge, etc. in order to achieve the purpose of expanding the optical system depth of focus The transmissive optical component is installed in the optical system to change the path of the light by using the difference in refractive index according to the polarization component of the light, thereby expanding the depth of focus by changing the image formation in the optical axis direction of the optical system.
상기 도 2를 참조하면, 도면부호 (61)은 한직선 편광을 나타내는 광선을, 도면부호 (62)는 (61)에 수직한 방향의 편광을 갖는 다른 광선을 나타내며, 도면부호 (63)은 복굴절 물질을 만들어진 광학부품을, 도면부호 (64)는 복굴절 물질(정상(O:ordinary)축과 이상(E:extraordinary)축으로 구성)의 축을, 도면부호 (65)는 복굴절 물질의 축에 수직한 직선 편광에 의한 상의 위치를, 도면부호 (66)은 복굴절 물질의 축과 평행한 직선 편광에 의한 상의 위치를 각각 나타낸다. 복굴절 물질로 만들어지는 광학부품 (63)의 경우, 복굴절 물질의 축 (64)에 평행한 방향의 직선 편광을 갖는 광선 (61)과 수직한 방향의 직선 편광이 갖는 광선 (62)에 대해 복굴절 물질이 각각의 축에서 서로 다른 굴절률을 나타내므로 평행한 방향의 직선 편광을 갖는 광선 (61)이 이루는 상점 (65)의 위치와 수직한 방향의 직선 편광을 갖는 광선 (62)이 이루는 상점 (66)의 위치가 광학계의 광축을 따라 서로 다른 위치에 놓이게 된다. 이는 복굴절 물질로 만들어진 광학부품의 특성을 이용한 것이다. 광학계를 구성하는 광학부품 중 일부를 복굴절 물질로 만들어진 광학부품을 사용하면 빛의 편광에 따라 광학계에 의해 광축 방향으로 일정한 범위 내에서 맺히게 된다. 이를 이용하면 만족하는 해상도를 갖는 상점의 위치 범위를 늘어나게 할 수 있다.Referring to FIG. 2, reference numeral 61 denotes a light ray indicating a linear polarization, 62 denotes another light ray having polarization in a direction perpendicular to 61, and reference numeral 63 denotes birefringence. An optical component made of a material, reference numeral 64 denotes an axis of birefringent material (O (ordinary) axis and an extraordinary (E) extraordinary axis), and reference numeral 65 is perpendicular to the axis of the birefringent material. The position of the image by linearly polarized light, and reference numeral 66 denotes the position of the image by linearly polarized light parallel to the axis of the birefringent material. In the case of the optical component 63 made of a birefringent material, the birefringent material is compared with the light beam 61 having a linear polarization in a direction parallel to the axis 64 of the birefringent material and a light beam 62 having a linear polarization in a direction perpendicular to the birefringent material. Store 66 formed by light beam 62 having linear polarization in a direction perpendicular to the position of shop 65 formed by light beam 61 having linearly polarized light in parallel directions because it exhibits different refractive indices on each axis. Are positioned at different positions along the optical axis of the optical system. This is based on the characteristics of optical components made of birefringent materials. When an optical part made of a birefringent material is used for some of the optical parts constituting the optical system, the optical part is formed within a predetermined range in the direction of the optical axis by the optical system according to the polarization of light. This can be used to increase the location range of stores with satisfactory resolution.
한편 통상적인 광학계에 의한 상은 한 점에 모인 후 다시 퍼져 나감에 따라 점차 강도가 약해지게 되어 어느 정도 이상이 되면 감광제를 감광시킬 수 없게 된다. 또한 감광제를 감광시키는 강도를 갖는 범위 안이라 할지라도 빛이 퍼지는 정도에 따라 광학계의 광축에 수직한 방향으로 상이 퍼지게 되면 상이 커져서 원하는 해상도의 상이 맺히지 않게 된다. 이와 같은 두 가지 관점에서 상이 형성되면서 그 상의 해상도가 원하는 값을 만족시키는 광축 방향으로 상이 맺히는 범위를 초점심도라 한다. 상기 도 2에서와 같이 복굴절 물질를 사용하여 상의 해상도가 원하는 값을 만족시키는 광축 방향으로 상이 맺히는 범위를 통상의 광학계보다 향상시킬 수 있다.On the other hand, the image by the conventional optical system is gradually weakened as it is spread out again after gathering at one point, the photosensitive agent can not be exposed to a certain degree or more. In addition, even if it is within the range of the intensity of the photosensitizer, if the image spreads in a direction perpendicular to the optical axis of the optical system according to the degree of light spreading the image is larger and the image of the desired resolution is not formed. As the image is formed from these two viewpoints, the range where the image is formed in the optical axis direction where the resolution of the image satisfies a desired value is called a depth of focus. As shown in FIG. 2, the birefringent material may be used to improve the range in which the image is formed in the optical axis direction where the resolution of the image satisfies a desired value, than the conventional optical system.
본 발명은 단파장 광원의 사용과 높은 개구수로 인한 줄어드는 초점심도를 확장시킬 수 있는 반도체 소자의 제작에 사용되는 노광장비의 광학계를 굴절능을 반사경에 집중시켜 넓은 대역폭의 광원을 사용할 수 있도록 구성하고, ArF 엑시머 레이저의 광원에 의해 생기는 용융석영의 결함으로 인하여 발생되는 수명의 제한을 마지막 렌즈를 CaF2로 대체함으로써 수명을 연장시키는 것과 복굴질 물질로 만들어진 평행평판을 삽입하여 광학적인 방법으로 초점심도를 확장시킬 수 있다.The present invention is configured to use a wide bandwidth light source by focusing the optical system of the exposure equipment used in the manufacture of semiconductor devices that can extend the reduced depth of focus due to the use of short wavelength light source and high numerical aperture The depth of life due to the defect of molten quartz caused by the light source of the ArF excimer laser is extended by replacing the last lens with CaF 2 to extend the life and the optical depth is achieved by inserting parallel plates made of birefringent materials. Can be extended.
한편 본 발명에서 설계된 광학계는 반도체 노광장비에 있어서 확대된 원본인 마스크 상의 회로 패턴을 웨이퍼 면 위에 전사시키는 광학계로서, 광원으로 ArF 엑시머 레이저(파장 193nm)를 사용하며, 축소 배율 1/4, 개구수(N.A.) 0.55인 광학계로 노광영역 26×5㎟ 을 스캔형으로 사용하며, 복굴절 물질을 광학부품으로 사용하여 초점심도를 향상시켰다.On the other hand, the optical system designed in the present invention is an optical system for transferring the circuit pattern on the mask, which is an enlarged source in the semiconductor exposure equipment, onto the wafer surface, and uses an ArF excimer laser (wavelength 193 nm) as a light source, and has a reduced magnification of 1/4 and a numerical aperture. (NA) The depth of focus was improved by using an optical system of 0.55 using an exposure area of 26 × 5 mm 2 as a scan type and using a birefringent material as an optical component.
도 3은 도 1의 상세도로서, 제1렌즈군(10)의 전방에는 광원 및 물체면(1: 이하 반도체 노광 공정에 이용되는 '마스크'라 칭함)이 위치하며, 용융석영인 5장의 렌즈(11, 12, 13, ,14 및 15)로 이루어지진 제1렌즈군과, 용융석영인 4장의 렌즈(21, 22, 23 및 24)로 구성되어진 제 2 렌즈군 사이에는 광축을 90도 꺾어주기 위한 반사경이 있고, 제2렌즈군(20) 후방에는 2개의 프리즘(41A, 41B)으로 이루어진 편광 광 분할기(41)가 위치한다. 편광 광 분할기(41) 다음에는 제 1 1/4 파장 평판(42) 및 구면반사경(43)이 위치하고, 편광 광 분할기(41)의 하단에는 제 2 1/4 파장 평판(44)이 위치하며, 제2 1/4 파장 평판(44) 하단에 복굴절 물질의 평행평판(45)와 제 3 렌즈군 및 광 정보가 결상되는 상면(50: 이하 반도체 공정의 대상물인 '웨이퍼'라 칭함)이 각각 위치한다. 편광 광 분할기(41)는 2개의 프리즘(41A, 41B)이 일체화됨으로써 구성되어지며, 양 프리즘(41A, 41B)이 맞닿는 영역인 광속 분할면(41C)은 편광 분할이 가능하도록 코팅(coating)되어져 있다. 즉, 입사하는 광원의 편광(polarized light)에 따라 광속 분할면(41C)을 반사하거나 투과하게 된다. 따라서 제 2 렌즈군(20)을 통과한 광의 편광은 편광 광 분할기(41)의 광속 분할면(41C)에서 반사하면 1/4 파장 평판(42)으로 조사되며, 이 1/4 파장 평판(42)을 투과하는 과정에서 광의 편광(선편광)은 원편광으로 변화되어 주반사경(43)에 조사된다. 주반사경(43)에서 반사된 광(원편광)은 다시 1/4 파장 평판(42)을 지나게 되며, 이때 원 편광은 선편광으로 변화되면서 입사하는 광원의 편광과 수직인 광성분으로 된다. 따라서 이 선편광은 광속 분할면(41C)에서 반사되지 않고 투과되어 제 2 1/4 파장 평판(44)으로 입사되고 복굴절 물질의 평행평판(45)를 투과한 후, 용융석영인 4장의 렌즈(31, 32, 33, 34)와 및 CaF2가 재료인 렌즈(35)로 이루어진 제 3 렌즈군(30)으로 조사되어 상면(50)에 결상된다.3 is a detailed view of FIG. 1, in front of the first lens group 10, a light source and an object plane (hereinafter referred to as a 'mask' used in a semiconductor exposure process) are located and five lenses of molten quartz The optical axis is bent 90 degrees between the first lens group consisting of (11, 12, 13, .14 and 15) and the second lens group consisting of four lenses 21, 22, 23 and 24 which are molten quartz. There is a reflecting mirror for giving, and a polarized light splitter 41 composed of two prisms 41A and 41B is located behind the second lens group 20. The first quarter wave plate 42 and the spherical reflector 43 are positioned after the polarization light splitter 41, and the second quarter wave plate 44 is positioned at the bottom of the polarization light splitter 41. At the lower end of the second quarter-wave plate 44, a birefringent parallel plate 45, a third lens group, and an image surface on which optical information is formed (50: hereinafter referred to as a "wafer", which is an object of a semiconductor process) are positioned. do. The polarized light splitter 41 is formed by integrating two prisms 41A and 41B, and the beam splitting surface 41C, which is an area where the two prisms 41A and 41B abut, is coated to enable polarization splitting. have. That is, the beam splitting surface 41C is reflected or transmitted according to the polarized light of the incident light source. Therefore, the polarized light of the light passing through the second lens group 20 is irradiated onto the 1/4 wavelength flat plate 42 when reflected by the beam splitting surface 41C of the polarized light splitter 41, and the 1/4 wavelength flat plate 42 is used. In the process of transmitting), the polarized light (linearly polarized light) of the light is converted into circularly polarized light and irradiated to the main reflector 43. The light (circularly polarized light) reflected by the main reflector 43 passes through the quarter-wave plate 42 again, and the circularly polarized light is changed into linearly polarized light and becomes a light component perpendicular to the polarization of the incident light source. Therefore, the linearly polarized light is transmitted without being reflected by the light beam splitting surface 41C, is incident on the second quarter wave plate 44, passes through the parallel flat plate 45 of birefringent material, and is then melted quartz four lenses 31. , 32, 33, 34 and CaF2 are irradiated with the third lens group 30 composed of the lens 35 as a material to form an image on the image surface 50.
여기에 사용된 구면반사경(43)에 광학계 굴절능이 집중되어 있어 넓은 대역폭의 광원을 사용할 수 있다. 또한 제3렌즈군(30)의 마지막 렌즈 (35)를 CaF2로 제작함으로써 광학재료의 열화로 인해 수명이 짧아지는 문제점을 극복할 수 있다. 그리고 복굴절 물질의 평행평판(45)를 사용함으로써 초점심도를 향상시킬 수 있다.The optical system refractive power is concentrated in the spherical reflector 43 used here, so that a wide bandwidth light source can be used. In addition, since the last lens 35 of the third lens group 30 is made of CaF 2, it is possible to overcome the problem of shortening the life due to deterioration of the optical material. And the depth of focus can be improved by using the parallel flat plate 45 of birefringent material.
도 4는 도 3에 도시된 광학계의 각 공간주파수에 따른 광학계의 성능값(MTF값)을 나타낸 도면으로서, 공간주파수 3000cycles/mm까지 물체의 중심(0.0 field), 전시계의 0.2, 0.7, 0.9 되는 곳 및 전시계(1.0 field)에 대해 자오(tangential) 상면과 구결(sagittal) 상면의 MTF값을 대하여 각각 나타나고 있다. 도 4A는 설계된 광학계에 복굴절 물질의 정상축 굴절률로, 도 4B는 설계된 광학계에 복굴절 물질의 이상축 굴절률로 본 각각의 공간주파수에 따른 MTF값으로 이 그림을 통하여 본 발명이 전 상면에 걸쳐 균형을 이루는 있으며, 복굴절 물질을 사용하고도 고 분해능을 가지고 있음을 알 수 있다.4 is a diagram showing the performance value (MTF value) of the optical system according to each spatial frequency of the optical system shown in FIG. 3, the center of the object (0.0 field), 0.2, 0.7, 0.9 of the display system to the spatial frequency 3000cycles / mm The MTF values of the top surface of the tangential and the top surface of the sagittal are shown, respectively, for the place and the display field (1.0 field). Figure 4A is the normal axis refractive index of the birefringent material in the designed optical system, Figure 4B is the MTF value of each spatial frequency seen as the biaxial index of refraction of the birefringent material in the designed optical system through this figure the balance of the present invention across the entire surface It can be seen that it has a high resolution even using a birefringent material.
한편 제1렌즈군, 제2렌즈군 및 제3렌즈군의 각 렌즈의 면 곡률반경, 굴절률, 두께 및 앞 렌즈와의 거리는 도 5에 도시된 표(table)와 같으면서, 그 주반사경은 곡률반경이 -307.408mm이며, 상기 파장 평판과의 간격은 10.013mm임이 바람직하다.On the other hand, the surface curvature radius, refractive index, thickness, and distance of the front lens of each lens of the first lens group, the second lens group, and the third lens group are as shown in the table shown in FIG. It is -307.408 mm, and it is preferable that the space | interval with the said wavelength plate is 10.013 mm.
상술한 내용은 본 발명의 실시예에 관하여 설명이 이루어졌지만, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the foregoing has been described with respect to embodiments of the present invention, those skilled in the art will understand that various implementations are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 바와 같이 본 발명은, 복굴질 물질로 만들어진 평행평판을 삽입하여 광학적인 방법으로 초점심도를 확장시킬 수 있다. 복굴절 물질의 정상축 굴절률로 인하여 생기는 초점 위치와 복굴절 물질의 이상축 굴절률로 인하여 생기는 초점 위치 모두에서 원하는 분해능을 가지고 있으므로 초점 위치 차이 만큼의 초점심도를 확장시킬 수 있다. 또한, 구면반사경이 광학계의 구조를 결정함으로써 대부분의 굴절능이 집중되어 있어 넓은 대역폭의 광원을 사용할 수 있다는 효과를 갖게 된다. 또한 각 렌즈들의 두께를 얇게 함으로서 전체 광학계가 높은 투과율을 가지면서 전 노광영역에서 균일한 고 분해능을 가질 수 있으며, 용융석영이 광원에 의해 발생되는 결함으로 인하여 발생되는 수명의 한계를 마지막 렌즈를 CaF2로 사용함으로써 극복할 수 있는 효과도 있다.As described above, the present invention can extend the depth of focus by an optical method by inserting a parallel plate made of a birefringent material. The depth of focus as much as the focal position difference can be extended because it has a desired resolution at both the focal position caused by the biaxial refractive index of the birefringent material and the focal position caused by the biaxial refractive index of the birefringent material. In addition, since the spherical reflector determines the structure of the optical system, most of the refractive power is concentrated, so that a light source having a wide bandwidth can be used. In addition, by thinning the thickness of each lens, the entire optical system can have high transmittance and uniform high resolution in the entire exposure area. There is also an effect that can be overcome by using.
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