KR100593429B1 - 수동형 열 보정에 의한 마이크로리소그래피의 투사형노광 장치 및 광학 장치 - Google Patents

수동형 열 보정에 의한 마이크로리소그래피의 투사형노광 장치 및 광학 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학 소자(671, 672, 691; 1)의 형상에 상응하는 어떠한 대칭성도 가지지 않는 열 공급이 이루어지도록, 광원(61)이 빔을 방출하며 따라서 광학 소자(671, 672, 691; 1)가 그것을 제공받으며, 홀더(2)에 고정된 광학 소자(671, 672, 691; 1) 및 광원(61)을 가지는 광학 장치에 관한 것이며, 이 경우 광학 소자(1)와 홀더(2) 사이에 연결 구조(21-28)가 제공되며, 이것은 광학 소자(1)의 형상에 상응하지 않는 대칭성을 가지며 또한 적어도 부분적으로 광학 소자(1)에서 온도 분배의 균일화를 가져온다.

Description

수동형 열 보정에 의한 마이크로리소그래피의 투사형 노광 장치 및 광학 장치
본 발명은 광원 및 광학 소자, 특히 광원으로부터의 조사에 의해 야기된 회전대칭이 아닌 열 영향이 보정된 마이크로리소그래피용 투사형 노광 장치를 가지는 광학 장치에 관한 것이다.
이런 상황은 슬롯 형상의 이미지 필드 (image field) 를 (전형적으로 1:5 내지 1:9의 길이에 대한 폭의 비율을 가지는 협소한 직사각형, 또는 특히 거울 시스템(mirror system)에서는 원호형) 갖는 웨이퍼-스캐너(wafer-scanner)에 있어서 특별한 의미를 갖는다.
그를 통해 야기된 모사 에러의 능동 보정(active compensation)이 조절되거나 또는 제어된 회전대칭이 아닌 가열 또는 냉각을 통해 또는 기계적인 응력을 통해 이루어지는 것이 EP-A 0 678 768에 공지되어 있다.
이미 일찍이 그런 종류의 것이 EP-B1 0 532 236에 거울을 위한 히터로서도 기술되어 있다.
본 발명의 목적은 투사형 노광 장치에 있어서 광 흡수 및 이로부터 오는 가열을 통해 야기되는 광학 소자의 특성들의 변경을 가능한 한 간단한 수단으로 줄이거나 및 대칭시키는데 있다.
상기 목적은 제 1 항, 제 2 항 또는 제 19 항을 통한 광학 장치 또는 제 3 항, 제 4 항 또는 제 20 항에 따른 투사형 노광 장치를 통해 달성된다.
이 광학 소자에서 능동적인, 제어된 또는 조절되는 인게이지먼트가 사라진다. 능동 소자 및 특히 히터의 회피를 통해 장치 안으로의 전체 에너지 유입이 감소된다.
다른 한 편으로는 비대칭 냉각 장치를 가지는 본 발명은 확증된, 그리고 특히 투사형 노광 장치에 있어서 높은 대칭성을 갖는 홀더의 구성 원리로부터 시작한다.
본 발명의 유리한 구성은 제 5 항 내지 제 18 항의 대상이 된다.
도 1에는 렌즈 홀더(2)가 도시되어 있으며, 이 안에 하나의 렌즈(1)가 다수의 연결부(스포크(spoke))(21-28)(8개 도시됨)를 통해 스트레인(strain)없이 그리고 정확하게 위치 고정되어 지지되어 있다. 이 연결부(21-28)는 렌즈(1)의 가장자리와 접착되어 있거나 또는 다른 결합 방법을 통해 연결되어 있다.
슬롯 형상 횡단면(10)에서 렌즈(1)는 조명을 받는다. UV 및 DUV 영역에서 동작하는 투사형 노광 장치에 있어서 렌즈 재료는 상당한 흡수력을 가지며 또한 그 결과 횡단면(10)에서 상당한 열 공급이 이루어지는 문제가 발생한다. 이와 관련한 온도 상승은 굴절율의 변경을 일으키며 열팽창을 통해 변형을 일으킨다. 전체적으로 비점수차 효과(astigmatic effect)로 렌즈 효과의 변화가 발생한다.
냉각은 주위 가스(투사형 노광 장치에서 일반적으로 헬륨)에 의해 그리고 열방사를 통해 단지 약간 이루어진다. 주로 이 열은 렌즈(1), 접합 지점(접착부) 및 접합 지점의 둘레에 있는 가스 및 연결부(21-28)에 의해 홀더(2) 쪽으로 유도된다.
본 발명에 따라 이 연결부(21-28)는 이 예에서 다양한 재료로 실시되어 있으므로, 이것은 서로 다른 열 전도력을 갖는다. 예를 들어 슬롯 형상 횡단면(10)에 바로 이웃하는 연결부(21, 25)는 매우 양호한 열전도성을 가지는 은으로 이루어지고, 가장 멀리 있는 것(23, 27)은 작은 열전도력을 가지는 납으로, 그리고 그 사이에 있는 연결부(22, 24, 26, 28)는 중간의 열전도력을 가지는 알루미늄으로 이루어진다. 렌즈(1)에서의 온도 분포는 이 연결부(21, 23) 사이에서 상대적으로 떨어지고 연결부(23, 27) 사이에서는 상대적으로 상승하므로, - 적어도 부분적으로 - 이 온도 분포가 대칭화 및 균일화되고, 렌즈(1)의 광학 특성의 장애가 감소된다.
실제로 이 연결부(21-28)에 이용되는 재료의 기타 특성들 역시 예를 들어 이의 강도, 탄성, 열팽창이 고려될 수 있다. 유한 요소법(Finite Element Method)의 이용하에 기계적, 열적 및 광학적 특성을 위한 시뮬레이션 계산을 통해 여기에서 이 장치의 최적화의 선택 및 실시가 가능해진다.
그러나 위에서 언급한 예와의 결합에도 적합한 대안은 도 2에 재현되어 있다. 여기에서 렌즈(1) 및 홀더(2)는 (명확한 도시를 위해 여기서는 단지 4개이나 실제는 그 이상일 수 있다) 연결부(211 내지 214)에 의해 다른 형상 및 다른 열전도와 관련되어 있다. 상이한 기계적인 특성은, 각각의 연결부(211 내지 214)가 동종의 탄성 조인트(221 내지 224)를 갖도록 함으로써 방지된다. 인접한 협소한 틈에 의한 열 전도는 (조인트의 최소 운동성만이 요구된다) 충전 가스(헬륨)를 통해 또는 병렬 연결된 가요성 금속 케이블(코드)을 통해 충분히 효과적으로 이루어진다(비교 도 6b).
여기에서도 시뮬레이션 계산을 지원하므로써 정확한 결합이 정해진다. 도 1에 도시된 것처럼, 상이한 재료를 이용하는 것은 결합의 매칭 가능성을 확대시킨다.
또한 도 2에는 편심의 광점(光點, light spot)(101, 102)을 갖는 렌즈의 "2극" 조명이 도시되어 있으며, 이것은 대칭적인 경사진 조명을 가지는 투사형 노광 시스템의 블라인드 평면 및 등가의 평면의 영역에서 이루어진다. 따라서 광흡수에 의한 비점 수차 에러가 또한 발생하며, 이는 수동 보정 냉각 장치(passive compensating cooling)를 통해 감소될 수 있다.
도 3a-c에는 보정 작용하는 냉각을 위해서만 제공되는 열전도성 소자(3)를 갖는 본 발명의 변형예가 도시되어 있다.
렌즈(1) 및 홀더(2)는 이 경우 예를 들어 도 1 또는 2에 따라 선택적으로 냉각할 수 있는 연결부(21-28) 또는 동일한 연결부들과 연결되어 있다. 다른 각각의 홀더 기술도 마찬가지로 적용될 수 있다.
열전도하는 소자(3)는 양호하게 열을 전도할 수 있게 홀더(2)와 연결되어 있으며, 또한 여기서 슬롯으로 도시된, 렌즈(1) 중 광이 통과하지 않는 부분, 즉 조사되는 면(10) 외측에 위치하는 부분을 덮는다.
이 덮이는 부분은 약 0.1mm의 간격을 가지고 접촉없이 이루어지는 것이 바람직하므로, 충전 가스의 매개하에 양호한 열전달이 보장되며, 그러나 동시에 어떠한 스트레인도 렌즈(1)에 전달되지 않는다. 물론, 렌즈(1)와 열전달 소자(3) 사이의 틈이 접착제, 젤, 결정액 또는 이와 유사한, 가능한 한 스트레인을 전달하지 않는 재료로 채워지면, 양호한 열전달이 이루어진다.
이 열전달 및 그의 국지적인 분포는 열전달 부재(3)의 형태를 통해 조절되며, 도 3b에 도시된 것처럼 이 부재(3)는 조사되는 영역(10) 근처까지 슬롯의 길이방향 A-A으로 도달하며, 도 3c에는 횡방향 B-B에서 간격이 크게 유지되어 있는 것이 도시되어 있다.
다수의 손가락 형상(finger) 또는 스포크를 갖는 도 3a에 도시된 열전달 소자(3)의 실시예에 있어서, 그 폭, 형상 및 분포는 열전달의 조절을 위해 이용된다. 관통하는 디스크 또는 핀 조리개(pin diaphragm)으로서 실시되는 경우에도 열전달 소자의 두께는 국지적으로 상이하게 실시될 수 있다. 또한 도 1에 따라 연결부(21-28)와 유사하게 상이한 열전달 재료로 개별 손가락 형상을 만들 수 있다. 물론 이 열전달 소자(3)는 렌즈(1)의 양측에도 배열될 수 있다.
도 4는 도 3b에 상응하는 도면으로서 이 홀더(2) 및 연결 부재들(21)의 기계적인 특성이 장애없이, 냉각 소자(3)가 렌즈(1)와 재료 또는 형상 결합식 접촉이 이루어질 수 있다. 이 냉각 소자(3)는 가요성인 열전달 케이블(30) - 예를 들어 구리 컨덕터 - 을 구비하며, 방열체(20)에 연결되어 있다.
도 5a는 평면도로서 석영 유리(중간 두께 14.4mm, 상측 곡률 반경 1600mm, 하측 곡률 반경 220mm - 양쪽이 볼록하게 - 직경 160mm)로 된 렌즈(1)의 정방형의 유한 요소 모델이 도시되어 있다. 알루미늄으로 된 8개의 거대한 스포크(51, 52, 53)는 단면도 5b에서 알수 있는 것처럼 렌즈(1)에 배열되어 배분되어 있다. 이들은 30mm 폭을 가지며 렌즈 위에서 2mm 두께, 반경 6mm로 덮히며, 그외에도 이들은 4mm 두께로 방사방향으로 8mm 길이를 갖는다. 외측 가장자리에서 이들은 기본 온도로 예를 들어 가요성의 열전달 코드(50)를 통해 유지된다.
렌즈(1)의 표면에서 선택된 소자 배분으로 직사각형에 가까운 영역(4)에서, 열전달은 1W/cm2의 광 흡수를 통해 이루어진다. 중점에서 온도 상승은 7.6밀리그레이드에 달한다. 이 온도 상승에 대응하는 부분을 갖는 라인의 경로를 나타내는 등온선들은 0.1 내지 0.9로 표시되어 있다. 열의 유입이 더 커질 경우 이 온도 상승은 넓은 영역에서 선형으로 나타난다.
대칭적인 냉각 장치를 가지는 종래 기술에 근거하는 실시예에 있어서 얻어진 온도 분포는 전체 렌즈에 걸처 비대칭적으로 분포된다.
도 6에 도시된 본 발명에 따른 실시예에 있어서 Y-축에 위치하는 냉각 스포크들이 생략된다. X-축에 위치하는 냉각 스포크(510)는 폭에 있어서 두배가 되며 또한 보다 양호하게 열전달하는 은으로 만들어진다. 그 사이에 있는 이 스포크(52)는 영역(4)에서의 열공급처럼 변함이 없다.
따라서 중점에서 이 온도 상승은 9.2 밀리 그레이드이다. 최대 온도 상승의 0.7배 및 렌즈 직경의 절반에 이르기까지, 등온선은 양호한 회전대칭을 이룬다.
이 렌즈(1)의 기계적인 홀더는 냉각 스포크(510, 52)를 통해 이루어지거나 또는 비교적 작은 열전달을 가지는 임의의 홀더 기술이 제공된다.
도 7에는 도 3a-c와 유사한 변형예가 도시되어 있으며, 이 경우 열전달 소자의 이 손가락 형상(31, 32)은 바이메탈 (상이한 열팽창을 가지는 2겹의 재료)로 구성된다. 이미지(image)에서 좌측의 온도(t1)가 낮을 경우 바이메탈 스트립(31)이 렌즈(1)로부터 휘어져 떨어지며, 이것은 단지 약간의 열을 흡수한다. 온도(t2)가 높은 경우 이미지에서 우측으로 바이메탈 스트립(32)이 뻗어지며 또한 렌즈(1)와 약간의 간격을 가지고 위치하므로, 이것은 많은 열을 빼낼수 있다.
앞서의 예에 도시된 렌즈에 있어서의 경우외에도 본 발명은 프리즘 부재에서, 그리드에서 또는 거울에서도 이용될 수 있으며 또한 불균일하게 열부담을 지는 모든 광학 부재에서도 이용된다.
도 8에는 특히 거울(6)에 채택된 실시예가 도시되어 있다. 이 거울(6)은 고정부(7)에서 후면에 배치된 지지부(71 내지 77) (개별 연결부 또는 지지링)에 의해 지지된다.
이 거울(6)의 후면에서의 배치, 형상 및 재료의 고유 열전도성에 의해 (예를 들어 중앙(74)부는 은, 가장자리(72, 76)는 납, 그 외(73, 75)는 알루미늄, 그리고 외측 가장자리(71, 77)는 유리재로) 필요에 따라 냉각 작용이 조절되고, 조사되는 면(10)에 매치된다.
이 지지부(71-77)를 위한 재료의 상이한 열팽창은 마찬가지로 목적대로 이용되어, 가열로 인해 스포크(6)의 변형을 보정하고 목적대로 효과를 가져온다. 후자의 경우에 시스템에서 거울(6)과 함께 작용하는 다른 광학 소자의 장애는 보정될 수 있다.
도 9에는 마이크로리소그래피의 투사형 노광 장치의 완전한 광학 시스템이 도시되어 있다. DUV-엑시머-레이저는 광원(61)으로서 이용된다. 줌 액시콘 대물렌즈(63, zoom axicon objective), 선택적인 조리개(64)(변형가능한 통상적인 링 개구, 2극 개구, 4극 개구) 및 균일화하는 석영 막대(65)를 갖는 빔 형성 광학 장치(62)는 REMA-대물렌즈(66)를 균일하게 조사하며, 이것은 다음의 REMA-대물렌즈(67)를 통해 가장자리가 선명한 균일한 광점으로서, 특히 협소한 스캔-슬롯(scan-slot)으로서, 마스크(68)에 모사된다.
그 다음의 작게 만드는 투사형 대물렌즈(69)는 웨이퍼(70) 상에서 마스크(68)를 모사한다. 투사형 대물렌즈(69)의 REMA-대물렌즈(67과 692)의 필드 근처의 렌즈(671 및 672)는 광학 소자이며, 이것에 본 발명에 따른 냉각 장치가 이용된다. 스캐너에서, 마스크(68) 및 웨이퍼(70)에서 동기 스캔되는 냉각 장치는 협소한 슬롯 형상의 비춰진 필드로 인해 발생하는 모사 에러를 줄인다.
렌즈(691)는 투사형 대물렌즈(69)의 개구 블라인드(690) 근처에 배열된다. 이것은 특수 조명 예를 들어 2극 개구를 통해 특별히 잡아당겨진다(비교 도 2). 그러나 본 발명에 따른 비대칭 냉각을 통해 이 장애가 줄어들 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 투사형 노광 장치에 있어서 광 흡수 및 이로부터 오는 가열을 통해 야기되는 광학 소자의 특성들의 변경을 가능한 한 간단한 수단으로 줄이거나 및 대칭시킬 수 있다.
도 1 은 여러 재료로 이루어진 홀더의 스포크(spoke) 연결부 및 슬롯 형상 조명을 가지는 렌즈,
도 2 는 상이한 횡단면을 가지는 홀더와의 연결부 및 2극 종류의 조명을 가지는 렌즈,
도 3a 은 비회전 대칭 형태의 냉각체를 가지는 대칭 홀더에서 슬롯 형상 조명부를 가지는 렌즈,
도 3b 는 도 3a의 단면 A-A에서의 단면도,
도 3c 는 도 3b의 단면 B-B에서의 단면도,
도 4 는 냉각 스포크 및 열전달 케이블을 가지는 변형예의 횡단면도,
도 5a 는 대칭적으로 배열된 동일한 냉각체를 가지는 FEM-모델,
도 5b 는 횡단면도,
도 6 은 위치, 크기 및 재료에 따른 냉각체가 변형되는 도 5a와 동종의 FEM-모델,
도 7 은 냉각 작용의 온도 유발성 변경을 가지는 거울의 단면도,
도 8 은 여러 재료로 된 연결부를 통해 야기된 상이한 냉각 장치를 가지는 거울의 단면도,
도 9 는 투사형 노광 장치의 개략도,
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1, 671, 672, 691 : 광학 소자 2 : 홀더
6 : 거울 21-28 : 연결부

Claims (20)

  1. 빔을 방출하는 광원(61);
    홀더(2);
    상기 홀더에 고정된 광학 소자(671, 672, 691,1); 및
    상기 광학 소자(1)와 상기 홀더(2) 사이의 연결 구조(21-28):를 구비하고,
    상기 광학 소자는 상기 광학 소자의 형상에 대응하는 대칭성이 부족한 빔을 제공받아 열 공급을 받으며,
    상기 연결 구조(21-28)는 상기 광학 소자의 형상에 대응하지 않는 대칭성을 가지며 상기 광학 소자(1)에서의 온도 분포의 균일화 또는 부분적인 균일화를 가져오는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  2. 빔을 방출하는 광원(61);
    홀더(2);
    상기 홀더에 고정된 광학 소자(671, 672, 691;1); 및
    상기 광학 소자(1) 및 상기 홀더(2)와 결합된 하나 또는 다수 부재의 열전달소자(21-28, 211-214, 3);를 구비하고,
    상기 광학 소자는 빔을 제공받아 상기 광학 소자의 형상에 대응하는 대칭성이 부족한 열이 발생하며,
    상기 열전달 소자는 상기 광학 소자(1)에서의 온도 분포의 비대칭의 보정 또는 부분적인 보정을 가져오는 형태의 열전달을 하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  3. 비대칭적으로 가열되는 광학 소자(1) 및 광학 소자(1)의 비회전 대칭 냉각 시스템(21-28, 211-214, 3)을 갖는 마이크로리소그래피용 투사형 노광 장치에 있어서, 이 냉각 시스템은 수동 열전달 장치(21-28, 211-214, 3)를 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 노광 장치.
  4. 비대칭적으로 가열되는 광학 소자(1)를 갖는 마이크로리소그래피용 투사형 노광 장치에 있어서, 부재(3)는 광학 소자(1)와 열적으로 접촉하고, 광학 소자(1)의 광이 통과하지 않는 횡단면의 일부를 덮으며, 광학 소자에서의 온도 기울기(temperature gradient)를 감소시키는 것을 특징으로 하는 투사형 노광 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 소자(1)는 전달 작용 소자, 특히 렌즈(1)인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 소자가 거울(6)인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 이미지 필드(10)가 슬롯 형상인 것을 특징으로 하는 투사형 노광 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 이 광학 소자(671, 672, 692)는 필드 평면 근처에 배열되는 것을 특징으로 하는 투사형 노광 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 레티클의 조명이 비회전대칭이며, 특히 경사진, 2극- 또는 4극 조명의 형태인 것을 특징으로 하는 투사형 노 광 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 광학 소자(691)는 퓨필 평면(690) 근처에 배열되는 것을 특징으로 하는 투사형 노광 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 연결 구조(21-28, 211-214)는 여러 재료로 이루어진 부재들로 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  12. 제 2 항에 있어서, 상기 열 전달 소자는 다양한 재료의 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  13. 제 3 항에 있어서, 상기 열전달 장치는 다양한 재료의 부재들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투사형 노광 장치.
  14. 제 4 항에 있어서, 상기 열 접촉이 있는 부재(들)(3, 31, 32)은 다수의 여러 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투사형 노광 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 연결 구조(211-214)는 조절가능한 부재들(221-224)를 가지는 것을 특징으로하는 광학 장치.
  16. 제 2 항에 있어서, 상기 열 전달 소자(31, 32)가 조절될 수 있는 것을 특징으로하는 광학 장치.
  17. 제 3 항에 있어서, 상기 열전달 장치가 조절가능한 부재들을 가지는 것을 특징으로하는 투사형 노광 장치.
  18. 제 4 항에 있어서, 열접촉하는 부재들(31, 32)은 적어도 부분적으로 조절가능한 것을 특징으로하는 투사형 노광 장치.
  19. 광원(61) 및 적어도 하나의 광학 소자(1)를 가지는 광학 장치에 있어서, 광원(61)의 빔을 통해 야기되지 않는 비회전 대칭 열 효과의 수동식 보정이 이루어지는 것을 특징으로하는 광학 장치.
  20. 빔을 통해 가열되는 광학 소자(1) 및 광학 소자(19)의 비회전대칭인 냉각 장치(21-28, 211-214, 3)를 가지는 마이크로리소그래피의 투사형 노광 장치에 있어서, 이 냉각이 수동식 열 전달 장치(21-28, 211-214, 3)를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 투사형 노광 장치.
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