KR100418282B1 - 포토리소그래피 기법에서 사용하는 혼성 조명 장치 - Google Patents

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에스브이지 리도그래피 시스템즈, 아이엔씨.
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Abstract

바람직한 조명 필드 ( illumination field ) 의 형성물 근처에 어레이 ( array ) 광학 요소를 지니는, 포토리도그래피에 사용하는 조명 장치가 개시되어 있다. 조명 소오스에서 발생된 광 또는 전자 ( electromagnetic ) 방사선은 확대되며 다수의 2 차 조명 소오스를 평면내에 형성하는 다중-이미지 광학 요소에 의해 수용된다. 집광기는 다수의 조명 소오스로 부터 광을 수용한다. 어레이 또는 회절 광학 요소는 집광기의 초점상에 또는 그 부근에 배치된다. 상기 집광기의 초점에서 형성된 조명판은 상기 어레이 또는 회절 광학 요소의 근시야 ( near field ) 회절 패턴내에 있다. 상기 어레이 또는 회절 광학 요소의 다음에 위치한 집광기 ( condenser ) 는 존재하지 않는다. 상기 어레이 또는 회절 광학 요소의 사용은 다중-이미지 광학 요소와 회절 광학 요소의 출현하는 개구수보다 더 작은 개구수를 갖는 어레이 또는 회절 광학 요소 사이에서 집광기의 사용을 가능케 하며, 조명 소오스 프로파일에 거의 의존하지 않고서 바람직한 각 분포를 발생시킨다. 이러한 조명 필드 프로파일은 주사형 포토리도그래피 ( scanning photolithography ) 기법에 특히 이점이 있다.

Description

포토리소그래피 기법에서 사용하는 혼성 조명 장치{Hybrid illumination system for use in photolithography}
본 발명은 일반적으로는 반도체 디바이스 제조용 포토리소그래피 ( photolithography ) 에 사용되는 조명 장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로 굴절 및 회절성의 광학 요소 ( optical element ) 를 사용하는 조명 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조에서 포토리소그래피 기법은 감광 레지스트 ( photosensitive resist ) 가 덮여진 반도체 웨이퍼 상의 레티클 ( reticle ) 의 이미지를 재생하는데 사용된다. 상기 레티클에는 감광 레지스트가 덮여진 웨이퍼 상에 이미징 ( imaging ) 되는 패턴이 들어 있다. 연속적인 노출과 추후의 처리 공정 이후에, 회로 패턴이 들어있는 반도체 디바이스가 제조된다. 조명 장치는 반도체 웨이퍼 상에 레티클의 이미지를 투영하는 전자 방사선을 제공하는데 사용된다. 상기 레티클을 통과한후 전자 방사선을 모으고 감광 레지스트가 덮여진 반도체 웨이퍼 상에 레티클의 이미지를 투영하는 광학 투영 장치에 의해 레티클의 이미지가 형성된다. 반도체 디바이스의 제조 기술이 진보함에 따라, 반도체 디바이스를 제조하는데 사용되는 포토리소그래피의 각 구성요소 ( component ) 에 대한 수요가 계속 증가하고 있다. 이것에는 레티클을 조명하는데 사용되는 조명 장치가 포함된다. 조명의 균일성을 향상시키고 광의 손실을 최소화하는 선행의 많은 조명 장치들이 존재한다. 이와같은 하나의 조명 장치는 1994 년 4 월 5 일자 Kudo 에게 허여된 " 투영 노출 장치 " 의 제목하에 미합중국 특허 제 5,300,971 호에 개시되어 있으며, 이는 본원에 참고로 반영되어 있다. 펄스된 광을 광학축에서 분리된 플라이 아이 렌즈 ( fly eye lens ) 로 향하게 하는데 사용되는 회전 편광 프리즘을 지니는 펄스된 광원이 있는 조명 장치가 상기 특허에 개시되어 있다. 집광기는 레티클을 조명하는 플라이 아이 렌즈로 부터 광을 모으는데 사용된다. 또 다른 조명 장치는 발명의 제목이 " 조명 장치 및 상기 조명 장치가 구비된 투영 노출 장치 " 이며 1994 년 3 월 22 일자 Mori 에게 허여된 미합중국 특허 제 5,296,892 호에 개시되어 있는바, 이는 본원에 참고로 반영되어 있다. 상기 특허에는 집광기의 앞에 배치된 광학 적분기 또는 플라이 아이 렌즈를 지니는 조명 장치가 개시되어 있다. 상기 광학 적분기 또는 플라이 아이 렌즈는대체될 수 있도록 설계됨으로써 조명 장치의 방사면 상의 개구수 ( numerical aperture ) 가 변화될 수 있다. 또 다른 조명 장치는 1993 년 9 월 14 일자 Mori 에게 허여된 " 조명 광학 장치 및 그를 지니는 노출 장치 " 제목이 미합중국 특허 제 5,245,384 호에 개시된바, 이는 본원에 참고로 반영되어 있다. 상기 특허에는 다수의 2 차 광원의 크기를 변화시키도록 광학 적분기나 플라이 아이 렌즈 앞에 배치된 초점 줌 ( afocal zoom ) 광학 장치를 지니는 조명 장치가 개시되어 있다. 그러나, 또 다른 조명 장치는 본원에 참고로 반영되어 있으며, 1993 년 8 월 17일자 Kudo 에게 허여된 " 조명 광학 장치 및 그를 이용하는 노출 장치 " 제목하의 미합중국 특허 제 5,237,367 호에 개시되어 있다. 상기 특허에는 제 1 광학 적분기나 플라이 아이 렌즈 및 제 1 집광기 다음으로 제 2 광학 적분기나 플라이 아이 렌즈 및 제 2 집광기를 지니는 조명 장치가 개시되어 있다. 여기서 제 2 집광기는 레티클에 조명을 제공한다. 제 1 광학 적분기 또는 플라이 아이 렌즈와 제 1 집광기 중 어느 하나는 가변 초점 거리를 갖는다. 부가적인 조명 장치는 본원에 참고로 반영되어 있으며, 1990 년 7 월 3 일자 Kikuchi 등에게 허여된 " 조명 광학 장치 " 제목의 미합중국 특허 제 4,939,630 호에 개시되어 있다. 상기 특허에는, 다수의 광원 이미지 다음으로 제 2 광학 적분기를 포함하는 광학 장치를 형성하는 수단이나 제 3 의 광원 형성 수단 다음으로 레티클 상에 조명을 향하게 하는 집광기를 형성하는수단 또는 제 1 광학 적분기를 지니는 조명 장치가 개시되어 있다. 이러한 선행의 많은 조명 장치들은 특정의 용도에 대한 개선된 조명을 제공해 왔으며 그것들이 사용되는 서로 다른 투영 광학기기를 지닌 장치에 대한 적응성에 어느 정도의 융통성을 제공해 왔지만, 쉽게 제조될 수 있고 바람직한 프로파일의 균일한 조명이나 레티클 부근에 또한 많은 개구수를 지닌 저손실의 조명 패턴을 제공할 수 있는 조명 장치를 제공할 필요는 여전히 남아있다.
본 발명은 굴절 및 회절성의 광학 요소를 사용하는 혼성 광학 조명 시스템이다. 따라서, 본 발명의 장치는 전자 방사선의 빔을 발생 시키는 조명 소오스, 상기 조명 소오스 다음에 위치하며 그로부터 발생된 전자 방사선을 받아 들이는 빔 조절기 ( beam conditioner ), 상기 빔 조절기에서 발생된 전자 방사선을 받아들이며 평면에 다수의 조명 소오스를 형성하는 다중-이미지 광학 요소, 상기 다중-이미지 광학 요소 다음에 위치하며 그로부터 발생된 전자 방사선을 받아 들이는 집광기, 및 상기 집광기 다음에 위치하며 그로부터 전자 방사선을 받아 들이는 어레이 ( array ) 광학 요소를 포함한다. 상기 어레이 광학 요소는 미리 결정된 각 분포를 포함하는 미리 결정된 특징을 갖는 조명판을 형성하는데, 상기 특징은 감광 레지스트를 포함하는 반도체 웨이퍼와 같은 기판상에 투영 광학 기기를 통해 레티클 이미지의 투영용 레티클을 조명하는데사용된다. 상기 어레이 광학 요소는 제어된 공간적 변경에 따라 확산을 증가시킨다. 미리 결정된 각 분포는 종래의 정관 ( top hat ) 조명, 환형 ( annular ) 조명 또는 4극 ( quadrupole ) 조명의 형태일 수 있다.
하나의 실시예에서, 다중-이미지 광학 요소는 마이크로렌즈 어레이이다. 또 다른 실시예에서 다중-이미지 요소는 원시야 ( far field ) 또는 Fraunhofer 회절 영역에서 바람직한 이미징 특징을 갖는 회절 광학 요소이다. 또 다른 실시예에서 어레이 광학 요소는 회절 광학 요소이다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 릴레이 ( relay ) 는 어레이 광학 요소에 의해 형성된 조명판을 레티클에 컨주게이트 ( conjugate ) 하는데 사용된다. 본 발명의 또 다른 실시예는 직각 슬릿의 조명판은 아나모픽 ( anamorphic ) 집광기에 의해 공간적으로 분리되고 비점 수차( astigmatic ) 릴레이로 단일 조명판에 컨주게이트된, X 축 상으로의 조명과 Y 축 상으로의 조명으로 나뉘어 진다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 멀티플렉싱 빔 조절기는 다중-이미지 광학 요소에 투사되는 전자 방사선 빔의 코히런스 ( coherence ) 를 조작하는데 사용된다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 빔 형태가 아닌 소오스는 제 1 의 어레이와 제 2 의 어레이 광학 요소 사이에 배치된 한 쌍의 오목 거울과 함께 사용된다. 그러나 본 발명의 또 다른 실시예에서, 모든 반사적 요소들이 사용된다.
따라서, 본 발명의 목적은 포토리소그래피에 사용되는 레티클의 향상된 조명을 제공하는 것이다.
본 발명의 부가적인 목적은 조명 장치의 출사 개구수 및 방사선의 정밀한 각 분포를 제어하는 것이다.
본 발명의 이점은 본 발명에서 사용되는 집광기가 레티클에서의 방사선의 개구수 보다 더 작은 개구수를 가질 수 있다는 것이다.
본 발명의 부가적인 이점은 광 손실이 낮은 상태로 바람직한 조명 필드의 성질을 얻는 것이다.
본 발명의 또 하나의 부가적인 이점은 부분적으로 코히런트한 조명 소오스가 사용되는 경우 바람직하지 못한 스페클 ( speckle ) 이 감소되는 것이다.
본 발명의 특징은 회절 광학 요소가 레티클을 조명하는데 사용되는 조명필드를 형성하는데 사용된다는 것이다.
이것과 기타의 목적, 이점 및 특징들은 다음의 상세한 설명에 비추어 볼때 보다 명백해질 것이다.
제 1 도는 투영 리도그래피 ( projection lithography ) 에 적용되는 본 발명의 일 실시예를 보여주는 블록 선도이다.
제 2 도는 본 발명의 일부분에 대한 개략적인 표시이다.
제 3 도는 X 축상을 따라 미리 결정된 조명 프로파일의 형성에 대한 개략적인 표시이다.
제 4 도는 Y 축상을 따라 미리 결정된 조명 프로파일의 형성에 대한 개략적인 표시이다.
제 5 도는 다중-이미지 ( muti-image ) 광학 요소에 대한 바람직한 배치를 도시한 것이다.
제 6 도는 조명 소오스 멀티플렉서의 사용을 도시한 블록 선도이다.
제 7 도는 멀티플레싱 ( multiplexing ) 에 의해 다중-이미지 광학 요소에 투사되는 다중 평행 빔의 형성을 도시한 것이다.
제 8 도는 멀티플렉싱에 의해 다중 빔을 형성하는 또 다른 방법을 도시한 것이다.
제 9 도는 조명 소오스에서 나오는 전자 ( electromagnetic ) 방사선의 빔을 멀티플렉싱 하는데 사용되는 기기를 대략적으로 도시한 것이다.
제 10 도는 릴레이 ( relay ) 를 개략적으로 도시한 것이다.
제 11 도는 빔과 유사하지 않은 본 발명의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
제 12 도는 본 발에 대한 전반사성의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
제 1 도는 본 발명에 대한 일 실시예를 도시한 것이다. 조명 소오스 (10) 는 전자 방사선을 빔 조절기 (12) 내로 향하게 한다. 조명 소오스라는 용어는 파장에 관계없이 임의의 전자 방사선 소오스를 의미하는 폭넓은 뜻으로 사용된다. 따라서, 상기 조명 소오스 (10) 는 가시 영역내에는 없는 파장을 지닌 레이저일 수 있다. 게다가, 조명 소오스는 펄스된 레이저 이거나 연속파 레이저일 수 있다. 빔 조절기 (12) 는 조명 소오스 (10) 에서 나오는 전자 방사선의 빔을 확대하거나 제한한다. 이는 굴절 광학 장치나 반사 광학 장치와 같은 빔 확대기에 의해 성취될 수 있다. 조절된 전자 방사선은 다중-이미지 광학요소 (14) 를 통해 지향된다. 다중-이미지 광학 요소 (14) 는 다수의 굴절 렌즈 요소나 회절 광학 요소로 이루어진 마이크로렌즈 어레이일 수 있다. 회절 광학 요소가 사용되는 경우, 회절 광학 요소는 원시야계에서 또는 Fraunhofer 회절 영역에서 균일한 방사선을 제공하도록 설계된다. 다중-이미지 광학 요소 (14) 는 광을 집광기 (16) 로 향하게 한다. 주사 ( scanning ) 포토리소그래피 장치에 있어서, 집광기 (16) 는 직각 슬릿의 조명 필드가 그에 의해 형성되는 점에서 아나모픽 집광기인 것이 바람직하다. 상기 집광기 (16) 는 다중-이미지 광학 요소 (14) 로 부터 광을 모으고 그것을 어레이 광학 요소 (18) 로 향하게 한다.
어레이 광학 요소 (18) 는 파면 ( wave front ) 을 제어하도록 회절 및/또는 굴절작용을 사용하는 마이크로 광학 요소의 2 차원의 주기적 및/또는 준주기적 어레이이다. 어레이 광학 요소들은 2 진 광학기기 ( binary optics ), 회절 격자, 표면 릴리프 ( relief ) 회절 요소, Fresnel 렌즈, 홀로그래픽 광학 요소 및 주요 광학적 성질에 대한 회절 작용에 따르고 및/또는 종래의 광학 요소에 있어서와 같은 굴절 작용을 사용할수 있는 기타 고안품들을 포함할 수 있다. 어레이 광학 요소 (18) 는 진폭 및/또는 위상 변조 또는 특정의 필드나 공간적 위치에서 별개의 진폭, 위상, 및 강도 패턴을 발생시키는 패턴을 갖는 투과성이나 반사성 재료의 기판 또는 요소들을 사용하는 임의의 요소이다. 본 발명에 대한 바람직한 실시예는 투과성 요소들을 사용하지만, 동일한 성질의 반사성 요소들은 사용가능하다. 마찬가지로, 확산성의 광학 요소는 실질직으로 지향적이거나 빔 형태의 전자 방사선계에 미치는 효과가 대부분의 투명한 2 차 전자 방사선 소오스의 효과의 발생에 의해 어느 정도 지향적 특성을 감소시키는 임의의 광학 요소로 한정된다. 따라서, 확산 광학 요소는 회절 광학 요소의 한 유형이다.
적절한 회절 광학 요소의 공급자는 알라바마주 헌스빌의 Teledyne Brown Engineering 이다. 어레이 광학 요소 (18) 는 각기 다른 포토리도그래픽 이미징 상태에 대한 레티클에서 전자 방사선의 바람직한 각 충만 ( angular fill ) 이나 분포를 효과적으로 발생시킨다. 이는 동공 충만 ( pupil fill ) 으로 알려져 있다. 전자 방사선의 동공 충만 또는 각 분포는 정관 조명, 각 조명 또는 4 극 조명의 형태일 수 있다. 정관 조명에 의해, 레티클의 임의의 단일 점에서 소오스를 되돌아 볼때 균일한 원형의 조명 패턴이 보여진다. 따라서, 다수의 균일한 원형 조명 패턴은 레티클을 조명하는데 사용된다. 환형의 조명에 의해서는, 레티클의 임의의 단일 점에서 환형 모양의 조명 패턴이 보여진다.따라서, 다수의 환형의 조명 패턴은 레티클을 조명하는데 사용된다.
4 극 조명에 의해서는, 레티클의 임의의 단일 점에서 4 개의 개별적인 원형 조명 패턴이 보여진다. 따라서, 다수의 4 극 조명 패턴은 레티클을 조명하는데 사용된다. 어레이 구성 요소 (18) 의 설계는 전자기 모델에서 파라미터의 반복에 기초한 종래의 물리적 광학 모델링 이나 최적화 ( optimization ) 방법으로 성취될 수 있다. 회절 광학 요소가 사용되는 경우, 상기 설계는 회절 모델에서 파라미터의 반복에 기초한 회절 모델링이나 최적화 방법으로 성취될 수 있다.
이러한 실시예에서, 공간적으로 분리된 X 및 Y 조명판들이 형성된다. 따라서, Y 조명판 (20) 과 X 조명판 (22) 이 형성된다. X 와 Y 조명판 (20,22) 이 공간적으로 분리된 것으로 도시되어 있지만, 조명 시스템은 X 와 Y 조명판 (20,22) 이 공간적으로 분리되지 않도록 설계될 수 있다. 릴레이 (24) 는 Y 와 X 조명판 (20,22) 을 레티클 (26) 에 간단히 컨주게이트하는데 사용된다. Y 와 X 조명판 (20,22) 이 공간적으로 분리되어 있기 때문에, 이러한 실시예에서, 상기 릴레이는 비점 수차 릴레이 ( astigmatic relay ) 이다. 레티클 (26) 에 형성된 조명은, 커다란 출사 개구수와 제어된 동공 충만을 지니며 요구되는 정도의 정확도로 텔리센트릭 ( telecentric ) 한 바와같은 매우 바람직한 성질을 갖는다. 따라서, 투영 광학기기 (28) 에 의해 웨이퍼 (30) 상에 형성될 회로 패턴의 이미지가 들어있는 레티클 (26) 의 조명은 크게 향상된다.
제 2 도는 본 발명의 중요한 이점이 도시되어 있다. 다중-이미지 광학 요소 (14) 는 초점면 (15) 에서 다수의 조명 소오스 이미지를 형성한다. 개략적으로 (16') 로 도시된 집광기는 조명판 (21) 에서 상기 요소 (14) 의 Frauhofer 패턴을 제공한다. 집광기 (16') 는 초점길이 (f) 를 갖는다. 제 1 의 개구수 (∝1) 는 집광기 (16') 의 조명이나 입사면상에 형성된다. 제 2 의 개구수 (∝2) 는 조명판 (21) 이 형성되는 부근의 어레이 광학 요소 (18) 의 출사면상에 형성된다. 제 2 의 개구수 (∝2) 는 제 1 의 개구수 (∝1) 보다 더 크다. 제 2 의 개구수 (∝2) 는 레티클을 웨이퍼상에 이미징하는데 사용되는 투영 광학기기가 필요로 하는 바람직한 동공 충만을 만들어 내는데 사용된다. 조명판 (21) 은 유효한 높이 (D) 를 갖는다. 어레이 광학 요소 (18) 는 근시야계에서 또는 Fresnel 회절 영역에서 조명판 (21) 을 형성하기 때문에 다중-이미지 광학 요소 (14) 와는 다르다. 레티클 또는 그것의 컨주게이트는 조명판 (21) 내에 배치된다. 본 발명에서 집광기는 어레이 광학 요소 (18) 와 조명판 (21) 사이에 배치되지 않는다. 어레이 광학 요소 (18) 는 집광기 (16') 초점면 부근의 조명 장치의 출사 또는 레티클면에 위치한 조명판 (21) 에서 간격 (d) 으로 이격 배치된다. 간격 (d) 은 집광기 (16') 의 초점 길이보다 훨씬 작아야 한다. 따라서, 어레이 광학 요소 (18) 를 사용하여 제 1 의 개구수 (∝1) 는 제 2 의 개구수 (∝2) 보다훨씬 작게 이루어질 수 있다. 이는 집광기 설계에 있어서 융통성 및 비용 절감이 가능하다. 게다가, 조명 장치의 성능은 다른 제 2 의 개구수 (∝2) 를 지니는 어레이 광학 요소 (18) 의 설계에 의해 그리고 간격 (d) 의 변경에 의해 바뀔 수 있다. 이런 방식으로, 최적의 동공 충만은 다른 레티클 특징이나 투영 광학기기에 대해 얻어질 수 있다. 이는 쉽고 비교적 저렴하며 전자 방사선 에너지의 적은 손실로 성취될 수 있다.
제 3 도는 제 1 도에 도시된 조명 장치의 일부를 도시한 것이다. 제 3 도에는 제 1 도에 도시된 실시예에 대한 특징이 보다 명확하게 도시되어 있다. 제 3 도에서, 조명 장치의 X 또는 수평축이 도시되어 있다. 어레이 광학 요소 (18) 는 수평 X 축 딜리미터 ( delimeter ; 36 ) 에서 또 그 부근에 형성될 X 축 조명판 (22) 으로 귀착한다. 딜리미터 (36) 의 기능은 X 축 조명판 (22) 의 에지를 보다 명확하게 한정하고 임의의 표유 ( stray ) 전자 방사선을 제거하는 것이다. 릴레이 (24) 는 X 축 조명판 (22) 을 슬릿의 수평 X 축 개구부 (32) 에 컨주케이트 한다. 결과적으로 조명 강도 프로파일 (34) 이 형성된다. 조명 강도 프로파일 (34) 은 주사 ( scanning ) 포토리소그래피에 대해 최적화될 수 있다. 조명 강도 프로파일 (34) 은 수평 X 축 상으로의 조명 강도를 나타낸다.
제 4 도는 제 3 도와 유사하다. 그렇지만, 제 4 도는 제 1 도에 도시된 조명 장치의 일부에 대한 수직 Y 축을 도시한 것이다.어레이 광학 요소 (18) 는 Y 축 조명판 (20) 이 수직 Y 축 딜리미터 (46) 에 또 그 부근에 형성되도록 한다. Y 축 조명판 (20) 은 릴레이 (24) 에 의해 슬릿의 수직 Y 축 개구부 (38) 에 컨주게이트된다. 결과적으로 조명 강도 프로파일 (40) 이 형성된다. 조명 강도 프로파일 (40) 은 수직 Y 축 상으로의 조명 강도를 나타낸다. 조명 강도 프로파일 (40) 의 에지에 있는 부분 (42) 은 콘투어 블레이드 ( contour blade ; 41 ) 에 의해 제거된다. 이것에 의해서, 간격 (D') 상의 실질적으로 일정한 조명 강도를 갖는 Y 축 조명 프로파일이 형성된다. 실질적으로 일정한 조명 강도는 주사 포토리소그래피에서 무주사 ( non-scan ) 축에 사용된다.
제 3 도 및 제 4 도에 있어서, 제 1 도에 도시된 아나모픽 집광기는 서로다른 크기와 모양을 갖는 X 및 Y 조명 프로파일을 형성하는데 사용될 수 있다. 게다가, 릴레이 (24) 는 슬릿상의 또는 그 부근의 단일 평면에 있는 X 및 Y 축 (32,38) 에서 공간적으로 분리된 X 및 Y 조명판 (22,20) 을 재 이미징 하거나 컨주게이트하기 위해서 비점수차 ( astigmatic ) 적일 수 있다. 게다가, 슬릿의 X 및 Y 축 (32,38) 은 Y 축인 종방향 길이 상으로의 실질적으로 일정한 조명 프로파일 및 X 축인 수평 길이상으로의 사다리꼴 ( trapezoidal ) 조명 프로파일을 갖는 직각 조명 필드를 형성한다. 이러한 조명 필드는 주사 포토리소그래피 장치, 구체적으로는 스텝앤드스캔 ( step and scan ) 포토리토그래픽 장치에특히 바람직하다. 주사 방향에 평행한 축상으로의 사다리꼴 조명 프로파일은 감광 레지스트가 덮여진 웨이퍼의 조사된 필드를 따라 조사선량 농도의 균일성을 향상시킨다.
제 5 도는 제 1 도에 도시된 다중-이미지 광학 요소 (14) 로 사용될 수 있는 광학 요소 (14') 를 도시한 것이다. 상기 광학 요소 (14') 는 4 × 18 어레이를 형성하는 유닛 ( unit ; 48 ) 으로 구성된다. 각각의 유닛 (48) 은 셀 ( cell ; 50 ) 로 이루어져 있다. 셀 (50) 은 비대칭적인 램덤 방식으로 구성되어 있다. 각각의 유닛 (48) 은 화살표 (52) 로 표시된 방위 ( orientation ) 를 갖는다. 광학 요소 (14') 를 포함하는 어레이를 구성하는 각각의 유닛 (48) 은 화살표 (52) 로 표시된 방향들이 서로 다르도록 회전된다. 이는 규칙적인 패턴 ( regular pattern ) 이 광학 요소 (14') 에 의해 형성되는 것을 방지한다.
제 6 도는 제 1 도에 도시된 빔 조절기 (12) 중 하나의 유형을 도시한 것이다. 조명 소오스 (10) 는 제 2 의 멀티플렉서 (56) 내로 광을 차례로 향하게 하는 제 1 의 멀티플렉서 (54) 내로 광을 향하게 한다. 제 1 및 제 2 의 멀티플렉서 (54,56) 는 조명 출력 (58) 과 유사한 다량의 빔이 형성되도록 한다. 그리고 나서 조명 출력 (58) 은 제 1 도에 도시된 다중-이미지 광학 요소 (14) 로 지향된다.
제 7 도에서, 조명 소오스 (10) 에서 발생된 개구부의 입력 조명 (60) 이 도시되어 있다. 상기 입력 조명 (60) 은 전자 (electromagnetic ) 조명이 편광되는 경우와 같이 화살표 (61) 로 표시된 방위를 가질 수 있다. 제 6 도에 도시된 제 1 의 멀티플렉서 (54) 의 결과로서, 중간 출력 (62) 이 형성된다. 중간 출력 (62) 은 회전되어 회전된 중간 출력 (62') 으로 귀착된다. 이러한 회전된 중간 출력 (62') 은 다시 제 6 도에 도시된 제 2 의 멀티플렉서 (56) 와 멀티플렉싱되어 조명 출력 (58') 을 포함하는 출력을 형성한다. 조명 출력 (58') 은 전반적으로 직각의 모양을 갖는다. 이 경우에서, 조명 출력 (58') 은 초기 입력 조명 (60) 을 나타내는 부분의 1 × 12 의 어레이이다.
제 8 도는 멀티플렉싱을 사용하여 조명 출력 (58) 을 얻기 위한 또 다른 기법을 도시한 것이다. 제 8 도에서, 제 6 도에 도시된 조명 소오스 (10) 에서 나오는 입력 조명 (60) 은 멀티플렉싱되어 중간 출력 (62) 을 형성한다. 중간 출력 (62) 은 제 6 도에 도시된 제 2 의 멀티플렉서 (56) 에 의해 부가적으로 멀티플렉싱되어 제 2 의 출력 (64) 을 형성한다. 편광된 입력 조명 (60) 이 사용되는 경우, 중간 출력 (64) 을 형성하는 조명 요소의 방위는 조명 필드 (58') 를 형성하도록 회전될 수 있다. 편광된 빔에 대하여, 상기 방위는 파동 플레이트 ( wave plate ) 에 의해 회전될 수 있다. 이 경우에서, 조명 출력 (58') 은 초기 입력 조명 (60) 을 나타내는 부분의 3 × 4 의 어레이다.
멀티플렉싱의 사용은 많은 이점이 있으며 조명 소오스의 콜리메이트 특성 ( collimated nature ) 을 각각 유지하는 다량의 2 차 빔을 발생시키는데 사용된다. 멀티플렉싱으로, 조명 소오스 빔은 수평 코히런스 간격의 비례 확대 없이 유용한 필드 사이즈 ( field size ) 로 형성된다. 게다가, 2 차 빔인 멀티플렉스 빔은 코히런스 길이 보다 더 큰 간격차로 종방향으로 지연되어 상기 빔을 상호적으로 인코히런트 ( imcoherent ) 하게 만들 수 있다. 멀티플렉서의 사용은 제조하는데 매우 콤팩트 ( compact ) 하고 비교적 쉬우며 따라서 저렴하다는 이점이 있다.
제 9 도는 멀티플렉서를 도시한 것이다. 멀티플렉서는 두개의 실질적으로 평행한 플레이너 표면 ( planar surface ) 을 지닌 블록 (55) 으로 구성되어 있다. 상기 플레이너 표면에는 서로 다른 반사율을 지닌 여러개의 반사 피막들이 있다. 반사 표면 (68) 에는 대부분의 가능한 반사를 제공하는 피막이 있다. 표면 (66) 에는 다수의 부분 반사 피막 ( 70,71,72,73,74,75 ) 들이 있다. 부분 반사 피막 ( 70,71,72,73,74,75 ) 각각은 바람직하기로는 전혀 반사하지 않는 마지막 피막 (75) 과 서로 다른 반사율을 갖는다. 반사 피막들은 제 1 의 피막 (71) 에서 마지막 피막 (75) 으로 진행하는 동안 반사율은 점점 줄어든다. 입력 조명 (60') 부분은 표면 (70) 으로 부터 반사되어 2 차 출력 빔 (80) 이 된다. 입력 조명 빔 (60')의 부분은 블록 (55) 을 통해 전달되고 반사 표면 (68) 으로 부터 반사된다. 입력 조명 빔 (60') 의 반사된 부분은 다시 블록 (55) 을 통해 전달된다. 반사된 부분적인 입력 조명 빔 (60') 의 부분은 제 2 의 출력 빔 (81) 을 형성하는 부분 반사 표면 (71) 을 통해 전달된다. 입력 조명 빔 (60') 의 부분은 부분 반사 표면 (71) 으로 부터 반사되어 블록 (55) 을 통해 전달되며, 다시 반사 표면 (68) 에서 반사되어, 블록 (55) 을 통해 그리고 또 다른 2 차 출력 빔 (82) 을 형성하는 부분 반사 표면 (72) 을 통해 전달된다. 입력 빔 (60') 의 멀티플렉싱은 다수의 2 차 출력 빔 ( 80,81,83,84,85 ) 을 연속 형성한다.
이러한 2 차 출력 빔들은 제 2 의 멀티플렉서에 입력 빔으로 만들어짐으로써 보다 커다란 어레이를 형성할 수 있다. 이러한 방식으로의 멀티플렉서의 사용에는 2 차 빔들 사이의 바람직하지 못한 종방향 코히런스 ( longitudinal coherence ) 를 제거하는 동안 2 차 빔 내의 소오스의 최초 수평 방향 ( lateral ) 코히런스를 유지하는 이점이 있다. 상호적으로 인코히런트한 2 차 빔들은 코히런트한 조명 소오스를 사용하는 조명 장치에서 나타나는 스펙클 ( speckle ) 현상을 크게 감소시키며, 다중-이미지 광학 요소 (14) 의 성능을 향상시킨다. 게다가, 상기 멀티플렉싱은 낮은 광손실의 고 효율적 전달을 초래한다. 혼성 조명 장치가 2 차 빔 출력의 비교적 불량한 정합 ( matching ) 으로 작용하지만, 바람직하기로는, 반사 피막은 고른 출력 분배를 발생시키도록 설정된다. 다음의 공식이나 알고리즘은 출력 평등을 최적화 하는데 사용될 수 있다.
여기서,
K 는 전체에서 발생하는 손실을 나타내는 상수이다 ;
N 은 2 차 빔의 갯수이다 ;
RMAX는 제 9 도의 블록 (55) 을 통한 흡수 효과를 포함하는, 제 9 도의 (68) 에서의 후방 반사율 ( rear reflectance ) 이다 ; 및
r 은 마지막 피막에서의 가정된 작은 반사율이다.
예를 들어 15 개의 2 차 빔을 발생시키는 두 단계의 멀티플랙서에서, r = 0.005 와 RMAX = .995 인 경우 다음과 같다.
단계 1 : N = 3
K = 0.9967
R1= 0.3322
R2= 0.5000
단계 2 : N = 5
K = 0.9980
R1= 0.1996
R2= 0.7494
R3= 0.6661
R4= 0.5000
15 개의 2 차 빔 각각의 에너지는 0.3322 × 0.1996, 또는 0.06631 이다. 0.5 % 를 약간 넘는 손실이 일어나는데, 이는 여러 등분의 초기 에너지에 의해 N-1 배로 보여지는 바와같이 RMAX로 부터의 광 누출에 기인한다. 따라서,최적의 피막 조직은 높은 효율을 가질 수 있다. 게다가 2 차 빔의 크기 즉 빔 사이의 틈 ( gap ) 은 빔 각각의 프로파일의 제 1 도와 제 2 도에 도시된 제 2 의 어레이 광학 요소 (18) 를 통한 회선 ( convolution ) 에 의해 사라지기 때문에 중요하지 않다. 2 차 빔에서의 평형 전력의 유용성은 그것이 다중-이미지 광학 요소 (14) 에서 다중 소오스에 비슷한 중량을 제공하여 가장 유효한 평균이 어레이 요소 (18) 에서 일어나도록 하는 것이다.
제 10 도는 1X 릴레이 (24) 에 대한 실시예를 도시한 것이다. 제 10 도에 도시된 릴레이 (24) 는 비점수차 ( astigmatic ) 적이며 두개의 공간적으로 분리된 이미지 평면 (20,22) 을 레티클 (26) 과 컨주게이트 시킨다. 수직 및 수평 딜리미터 또는 프레이밍 블레이드 ( framingblade ) 는 이미지 평면 (20,22) 각각에 위치할 수 있다. 렌즈 ( 104,106,108,110,112,114,116 ) 들은 이미지 평면 (20,22) 과 개구 조리부 ( aperture stop ; 102 ) 사이에 위치한다. 렌즈 ( 118,120,122,124,126,128 ) 들은 개구 조리부 (102) 와 레티클 (26) 사이에 위치한다. 릴레이 (24) 는 렌즈 (106,108) 를 제외하고 개구 조리부 (102) 주변에 대칭적이다. 이러한 실시예에서, 렌즈 (106,108) 는 원주형이며 하나의 축을 따라, 바람직하기는 주사 방향으로 광학 출력을 갖는다.
제 11 도는 본 발명에 때한 또 다른 실시예를 도시한 것이다. 이러한 실시예에서, 빔 형태가 아닌 광 조명 소오스 (90) 가 사용된다. 빔 형태가 아닌 조명 소오스 (90) 에서 나오는 조명은 반사경 (91) 에 의해 반사된다. 반사경 (91) 과 결합되어 있는 렌즈 (92) 는 조명 빔을 형성하는데 도움을 준다. 반사경 (91) 과 렌즈 (92) 는 콜리메이션 ( collimation ) 이 상기 소오스의 물리적 크기에 의해 제한된 종래의 빔 형성 광학기기이다. 렌즈 (92) 의 다음에는 제 1 의 어레이 (14) 가 위치한다. 제 1 의 어레이 (14) 다음에는 제 1 의 오목 거울 (94) 이 위치한다. 제 1 의 오목 거울 (94) 은 조명 소오스 (90) 에서 나오는 전자 방사선이 또 다른 제 2 의 오목 거울 (96) 에 반사되도록 한다. 오목 거울 (94,96) 들은 함께 집광기로 작용한다. 제 2 의 오목 거울 (96) 다음에는 어레이 광학 요소 (18) 가 위치한다. 어레이 광학 요소(18) 다음에는 조명판 (21) 이 위치한다. 조명판 (21) 은 근 시야계 내에 또는 광학 요소 (18) 의 Fresnel 회절 영역에 배치된다.
제 12 도는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 것이다. 이러한 실시예에서는, 반사 광학 요소만이 사용된다. 이는, X-선과 함께 또는 비 투과 요소들이 재료의 효율성 문제점을 해결하는데 요구되는 다른 상황에 사용하기에 적합할 수 있다. 조명 소오스 (10) 에서 나오는 전자 방사선은 비교적 빔 형태이다. 조명 소오스 (10) 는 제 1 의 회절 광학 요소 (14') 를 조명하는데, 상기 요소는 확산이 제어된 다중 2 차 소오스를 발생시킨다. 이러한 다중 2 차 소오스는 제 1 의 회절 광학 요소 (14') 가 빛을 받거나 가장 유효하게 되는 각에서 전파한다. 원칙적으로, 관련된 모든 각들은 그레이징 입사 ( grazing incidence ) 시에 존재할 수 있다. 회절 광학 요소 (14') 의 다음에는 거울 (98) 이 위치한다. 거울 (98) 은 집광기의 역할을 한다. 거울 (98) 에서 반사되는 조명은 제 2 의 회절 광학 요소 (18') 에 투사되어진다. 그리고 나서 제 2 의 회절 광학 요소 (18') 는 조명판 (21) 에서 바람직한 조명 필드나 패턴을 발생시킨다. 단일 거울 (98) 은 (100) 에 초점이 있다. 제 1 의 회절 광학 요소 (14') 와 제 2 의 회절 광학 요소 (18') 사이의 개구수는 마지막 조명 개구수보다 훨씬 더 작다. 이는 집광기가 낮은 개구수, 특히 근축 ( paraxial ) 의 간단한 장치가 되도록 허용한다. 이러한 낮은 개구수는 일정한 조명 필드가 비스듬히 위치된 제 2 의 회절 광학 요소 (18') 를 가로질러 지속하도록 허용한다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 조명판에 인접한 근 시야 또는 Fresnel 회절 영역에서 회절 광학 요소를 사용하는 경우, 본 발명에 의한 조명 장치는 포토리소그래피에 사용되는 향상된 조명 성질을 갖게된다. 상기 조명 장치는 주사 포토리소그래피, 스텝앤드리피트 ( step and repeat ) 포토리소그래피를 포함하는 임의 유형의 포토리소그래피, 구체적으로는 스텝앤드스캔 ( step and scan ) 포토리소그래피에 적용될 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 스텝앤드스캔 포토리소그래피에서, 주사된 필드내에 이점이 있는 조사 선량을 제공하는 미리 결정된 조명 강도 프로파일이 쉽게 성취된다. 게다가, 2 차 출력 빔을 형성하는 멀티플렉싱의 사용으로 조명 장치의 성능이 향상된다.
또한, 회절 광학 요소의 사용은 하나의 축 상으로의 실질적으로 균일한 조명 강도 프로파일 및 수직 축 상으로의 사다리꼴 ( trapezoidal ) 의 조명 프로파일을 갖는 조명 필드를 가능하게 한다. 이러한 조명 필드 프로파일은 주사형 포토리도그래피 ( scanning photolithography ) 기법에 특히 이점이 있다. 하나의 실시예에서, 다수의 광학 멀티플렉서는 다중-이미지 광학 요소를 통해 빔이 지향되기에 앞서 빔을 조절하는데 사용된다. 수평 방향의 코히런스 ( lateral coherence ) 가 작고 상호 코히런스가 없는 2 차 빔을 형성하는 멀티플렉싱 ( multiplexing ) 은 공간적 및 각 프로파일의 균일성을 향상시킨다. 이는 전자 방사선을 효율적으로 사용케 한다.
본 발명이 몇 가지의 실시예에 대하여 예시되었지만, 당업자는 본 발명의 참뜻과 범위를 벗어나지 않고 여러가지의 개량형을 만들 수 있음을 쉽게 이해할 수 있다.

Claims (2)

  1. 조명 소오스 ;
    상기 조명 소오스의 다음에 위치하는 제 1 의 회절 광학 요소 ;
    거울 ; 및
    제 2 의 회절 광학 요소
    를 포함하여, 상기 조명 소오스에서 발생된 전자 방사선은 투과율이 없이 상기 제 1 의 회절 광학 요소를 통해 상기 거울로 전파되며 상기 회절 광학 요소를 통해 투과율이 없이 조명 필드를 형성하는 제 2 의 회절 광학 요소로 반사되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 조명 필드는 근시야계 내에 또는 상기 회절 광학 요소의 Fresnel 회절 영역내에 있는 조명 장치.
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