KR100609794B1 - 큐브 및 그 제조 방법 - Google Patents

큐브 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

시스템 내에서 빔 스플리팅이나 편광, 또는 양자 모두와 같은 광학적 기능을 수행하기 위하여 사용되는 큐브는 코팅된 프리즘을 코팅되지 않은 프리즘에 광학적으로 결합함으로써 제조된다. 코팅된 프리즘은 굴절률이 높은 재료의 층과 굴절률이 낮은 재료의 층을 교대로 포함하는 유전체 적층물을 포함한다. 코팅된 프리즘과 코팅되지 않은 프리즘 간의 견고한 광학적 접촉, 낮은 계면 반사 및 양호한 처리량을 보장하기 위하여, 접촉층이 유전체 적층물 상에 피착된다. 접촉층은 용융된 실리카(fused silica) 또는 SiO2일 수 있는데, 이는 코팅되지 않은 프리즘 및 코팅층을 구성하는 CaF2 재료와 자연스럽게 호환될 수 있다.
큐브, 코팅된 프리즘, 코팅되지 않은 프리즘, 굴절률, 유전체 적층물

Description

큐브 및 그 제조 방법{CUBE AND METHOD OF MAKING SAME}
본 명세서에 포함되어 그 일부를 형성하는 첨부 도면은 본 발명을 나타내고 있고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 기능을 하며, 관련 분야의 숙련된 기술자들이 본 발명을 구현하고 사용할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 큐브가 사용되는 예시적인 환경을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 2개의 프리즘으로 형성된 예시적인 큐브의 투시도.
도 3은 도 2의 큐브를 형성하기 위하여 사용되는 2개의 프리즘을 나타낸 전개도.
도 4는 도 2 및 도 3의 2개의 프리즘 중 하나의 일부분의 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 큐브를 형성하는 프로세스의 일부에서 사용되는 예시적인 진공 챔버.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 큐브를 형성하는 데에 사용되는 프로세스의 방법 단계를 나타낸 흐름도.
도 7은 도 6의 프로세스 중에서 사용되는 방법 단계를 나타는 상세한 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
102 : 큐브
104 : 레이저
106 : 빔 컨디셔너
108 : 레티클
110 : 투영 광학계
112 : 반사기
114 : 웨이퍼 그룹 광학계
116 : 웨이퍼
200 : 프리즘
400 : 유전체 적층물
408 : 접촉층
본 발명은 큐브(cube) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 편광 큐브(polarizing cube) 또는 빔 스플리팅 큐브(beam splitting cube)를 제조하기 위하여, 코팅되지 않은 프리즘에 코팅된 프리즘(예를 들어, 유전체 적층물)이 광학적으로 접촉(예를 들어, 접합)된다. 프리즘을 광학적으로 접촉시킬 때에, 그들이 접합 상태로 유지되고 어느 정도의 광학적 호환성(optical compatibility)을 가질 것을 보장하기 위하여, 많은 파라미터가 고려되어야 한다. 호환성을 갖는다는 것은, 접합된 표면 사이를 광이 통과할 때, 최소량의 반사가 발생하는 것을 보장한다는 것이다. 접착(adherence) 및 반사의 문제는, 보다 더 짧은 파장의 광{예를 들어, VUV(vacuum ultra violet) 및 DUV(deep ultra violet) 광}을 사용하는 시스템용으로 제조된 큐브에서 더 일반적이다. VUV 및 DUV 시스템 내에서 사용되는 큐브의 경우에 있어서, 성능 상의 이유로 인해 큐브를 제조하는 데에 사용할 수 있는 재료는 매우 제한되어 있으며, 일반적으로 광학적 접촉에 대해 전도성이 없다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는, DUV 응용에 대하여 반드시 유지되어야만 하는 엄격한 환경 파라미터가 존재하는데, 이는 현재의 접촉 기술과 상반된다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여, 상이한 유형의 접촉 프로세스가 개발되어 왔다. 그러나, 이러한 프로세스는, 시스템의 효율성을 현저하게 감소시킬 수 있는 낮은 처리량(thoroughput)과 같은 다른 문제점을 발생시켰다. 예를 들면, 리소그래피 시스템에서, 기판에 패턴을 기입할 수 없을 정도로 출력 광이 약해지는 것이다.
그러므로, 접합된 프리즘이 견고하게 광학적으로 접촉되고 광학적으로 호환되며, 접합된 표면들 사이에서의 어떠한 반사도 실질적으로 제거되고, 그것을 사용하는 시스템 내에서의 광의 처리량을 증가시켜, 광의 임의의 파장에서 사용될 수 있는 큐브를 제조하는 프로세스가 필요하다.
본 발명의 일 실시예는 큐브를 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 프리즘 상에 다층 코팅을 형성하기 위하여 다층 코팅 프로세스를 수행하는 단계, 다층 코팅 상단에 접촉층 코팅을 형성하기 위하여 접촉층 코팅 프로세스를 수행하는 단계, 및 프리즘을 코팅되지 않은 프리즘에 결합하는 단계를 포함한다. 접촉층 코팅 프로세스는 접촉층으로서 실리콘 이산화물(SiO2) 또는 용융 실리카층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 코팅되지 않은 프리즘과, 상기 코팅되지 않은 프리즘에 결합된 코팅된 프리즘을 포함하는 큐브를 제공한다. 코팅된 프리즘은 다층 코팅을 갖는 제1 코팅 섹션과, 상기 제1 코팅 섹션 상단에 형성된 제2 코팅 섹션을 포함한다. 제2 코팅 섹션은 SiO2 또는 용융 실리카 코팅일 수 있는 접촉층 코팅을 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 프로세스에 의해 제조된 큐브의 이점은, 접촉층의 사용을 통해 코팅되지 않은 프리즘과 코팅된 프리즘 간의 견고한 결합을 허용하는 한편, 높은 처리량과 접합된 표면들 사이에서의 낮은 반사를 제공한다는 것이다.
본 발명의 다양한 실시예의 구조 및 작용은 물론, 본 발명의 다른 실시예, 특징 및 이점이 첨부 도면을 참조로 이하에 상세하게 설명된다.
이하에서, 본 발명이 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 도면에서, 동일한 참조 번호들은 동일하거나 기능적으로 유사한 구성 요소를 나타낸다. 또한, 참조 번호의 첫자리수(들)은 해당 참조 번호가 최초로 나타난 도면을 나타낸다.
본 발명의 실시예는, 빔 스플리팅이나 편광 또는 양자 모두와 같은 광학적 기능을 시스템 내에서 수행하기 위하여 사용되는 큐브를 제공하며, 이것은 코팅된 프리즘을 코팅되지 않은 프리즘에 광학적으로 접촉시킴으로써 제조된다. 코팅된 프리즘은 굴절률이 높은 재료의 층과 굴절률이 낮은 재료의 층을 교대로 적층한 유전체 적층물을 포함한다. 코팅된 프리즘과 코팅되지 않은 프리즘 사이의 견고한 광학적 접촉, 낮은 계면 반사 및 양호한 처리량을 보장하기 위하여, 유전체 적층물 상에 접촉층이 적층된다. 접촉층은, 코팅되지 않은 프리즘을 형성하는 불화 칼슘 (CaF2) 재료에 대해 자연스러운 호환성을 갖는 용융 실리카 또는 실리콘 이산화물일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 제조된 큐브(102)를 이용하는 시스템(100)이 도 1에 도시되어 있다. 시스템(100)은 빔 컨디셔너(beam conditioner, 106)를 통하여 광을 방출시키는 레이저(104), 레티클(108) 및 투영 광학계(110)를 포함한다. 광은 투영 광학계(110)를 통과한 후, 큐브(102)의 한 부분에 의해 반사기(112)를 향해 반사된다. 반사기(112)는 광을 큐브(102) 및 웨이퍼 그룹 광학계(114)를 통해 웨이퍼(116) 상에 반사시켜, 웨이퍼(116) 상에 패턴을 기입한다. 리소그래피 환경에 대하여 도시되어 있지만, 다양한 광학적 기능(예를 들어, 편광, 빔 스플리팅 등)을 수행하기 위하여 큐브(102)를 필요로 하는 어떠한 시스템도 본 발명의 실시예의 범위 내에 포함된다.
도 2 및 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 큐브(102)는 본 발명의 실시예에 따라 코팅된 광학 소자(200A)를 코팅되지 않은 광학 소자(200B)에 결합시킴으로써 형성된다. 도 3에 가장 잘 나타나 있는 바와 같이, 프리즘(200A)의 표면(300) 및 프리즘(200B)의 표면(302)은 이하에 더 상세하게 설명되는 광학적 접촉 프로세스(optical contact process)에서 서로 결합된다. 일부 실시예에서, 광학 소자(200A)가 코팅되지 않고 광학 소자(200B)가 코팅될 수 있음을 예상할 수 있다. 다른 실시예에서는 상이한 치수 및 성분을 갖는 프리즘(200)을 이용하지만, 본 실시예에서, 광학 소자(200)는 유사한 치수를 갖는 CaF2로 제조된 프리즘이다. 일 실시예에서, 프리즘(200)은 약 α1 = α2 = 45°이고 α3 = 90°이지만, 다른 실시예에서 프리즘(200)은 약 α1 = α2 = 52°이고 α3 = 76°이다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 프리즘(200A) 중 하나는 프리즘(200A)의 본체(402) 상에 피착된 유전체 적층물(400)을 갖는다. 유전체 적층물(400)에는 굴절률이 높은 재료의 층(404)과 굴절률이 낮은 재료의 층(406)이 교대로 다수 포함되어 있다. 이 층(404 및 406)은 이하에 더 상세하게 설명될 다층 코팅 프로세스(604) 동안 프리즘(200)의 본체(402) 상에 피착된다. 유전체 적층물(400)은 큐브(102)가 사용되는 환경에 따라, 각 층이 500㎜ 내지 2 ㎛ 두께를 갖는 복수의 층(예를 들어, 20 내지 50층)을 포함할 수 있다. 157㎚의 파장을 갖는 광을 사용하는 일부 실시예에서, 굴절률이 높은 재료는 불화가돌리늄(gadolinium fluoride, GdF3) 또는 불화란티늄(lanthium fluoride, LaF3)이고, 굴절률이 낮은 재료는 불화마그네슘(magnesium fluoride, MgF3)이다. 193㎚의 파장을 갖는 광을 사용하는 다른 실시예에서, 굴절률이 높은 재료는 불화네오디뮴(neodymium fluoride, NdF3)이고, 굴절률이 낮은 재료는 불화알루미늄(aluminum fluoride, AlF3)이다. 다른 실시예에서, 상기에 기재된 것과 동일한 특성을 갖는 다른 재료가 사용될 수 있다.
계속하여 도 4를 참조하면, 이하에 더 상세하게 설명되는 접촉층 피착 프로세스(606) 동안, 접촉층(408)이 유전체 적층물(400)의 상단에 피착된다. 접촉층(408)은 용융 실리카 또는 SiO2층일 수 있다. 접촉층(408)은 코팅되지 않은 프리즘(200B)의 CaF2 재료와 자연스럽게 호환 가능한 재료이다. 이것은 2개의 프리즘(200) 사이에 견고한 유리-대-유리 결합을 가능하게 하는 한편, 계면 반사가 거의 없거나 전혀 없을 것을 보장한다.
이제 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 챔버(500)가 도시되어 있다. 진공 챔버(500)는 피착 공정 동안 프리즘(200)을 유지하는 코팅 네스트(coating nest, 502)를 포함한다. 다양한 실시예에서, 코팅된 프리즘(200A) 상에 유전체 적층물(400) 및 접촉층(408)을 형성하는 재료를 피착하기 위하여, 스퍼터 디바이스(504)(예를 들어, 스퍼터 건)나 전자 빔 디바이스(506)(예를 들어, 전자 빔 건) 중 하나 또는 양자 모두가 사용될 수 있다. 큐브(102)를 형성하기 위하여 다른 피착 디바이스가 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 큐브(102)를 형성하는 방법(600)을 나타내고 있다. 단계(602)에서, 제조자로부터 원 재료의 형태로 공급된 프리즘(200A, 200B)이 처리된다. 단계(604)에서, 코팅된 프리즘(200A)의 본체(402) 상에 유전체 적층물(400)을 형성하기 위하여, 다층 코팅 프로세스가 수행된다. 단계(606)에서, 유전체 적층물(400) 상에 접촉층(408)을 피착하는 접촉층 코팅 프로세스가 수행된다. 단계(608)에서, 코팅된 프리즘(200A)을 코팅되지 않은 프리즘(200B)에 결합하는 광학적 접촉 프로세스가 수행된다. 방법(600)은 단계(610)에서 종료된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 방법(600)의 보다 더 상세한 방법 단계를 나타내고 있다. 프로세스 단계(602) 중에, 프리즘(200A, 200B)은 단계(700)에서 원 재료로서 공급된다. 단계(702)에서, 프리즘(200A, 200B)은 최종 사용자에 의해 지정된 파라미터(예를 들어, 파장, 치수 등)에 일치할 때까지 연마된다. 프리즘(200A, 200B)은 단계(704)에서 세정되고, 단계(706)에서 최종 사용자의 사양에 일치하는지를 확인하기 위하여 검사된다.
다층 코팅 프로세스(604) 중에, 코팅된 프리즘으로 될 프리즘(200A)이 단계(708)에서 진공 챔버(500) 내에 배치된다. 단계(710)에서 다층 코팅 프로세스가 수행된다. 이 프로세스 동안, 굴절률이 높은 재료의 층(404)과 굴절률이 낮은 재료의 층(406)을 교대로 피착하여 유전체 적층물(400)을 형성한다. 피착 프로세스는 전자 빔 증착(electron beam evaporation), 이온 빔 스퍼터링, 저항 소스 증착(resistance source evaporation) 또는 임의의 다른 공지된 피착 방법에 의해 수행될 수 있다. 코팅된 프리즘(200A)은 단계(712)에서 냉각되고 단계(714)에서 검사된다.
접촉층 형성 프로세스(606) 중에, 코팅된 프리즘(200A)은 단계(716)에서 진공 챔버(500) 내에 다시 배치된다. 단계(718)에서, 접촉층(408)(예를 들어, 용융 실리카 또는 SiO2 층)이 증착된다. 접촉층(408)을 피착하는 데에 사용되는 특정 프로세스는 큐브(102)의 최종 사용에 따라 선택된다. 최종 사용자의 시스템이 157㎚ 범위 내의 광을 사용하는 실시예에서, 접촉층(408)은 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering) 프로세스 또는 이온 빔 스퍼터링 프로세스에 의해 증착된다. 이것은, 큐브(102)를 통한 157㎚ 광의 처리량이 높을 것을 보장한다 {즉, 큐브(102)를 통해 157㎚ 광의 흡수가 거의 없음}. 최종 사용자에게 있어서 처리량이 관심의 대상이 아닌 경우, 다른 피착 방법(예를 들어, 전자 빔 증착 또는 저항 소스 증착)이 사용될 수 있다. 최종 사용자의 시스템이 193㎚ 범위 내의 광을 사용하는 실시예에서, 접촉층(408)은 193㎚ 광에서의 양호한 처리량을 위해서 전자 빔 증착 프로세스에 의해 피착된다. 마찬가지로, 처리량이 관심의 대상이 아닌 경우, 임의의 피착 프로세스가 사용될 수 있다. 코팅된 프리즘(200A)은 단계(720)에서 냉각되고, 단계(722)에서 검사된다.
다른 실시예들에서, 코팅된 프리즘(200A)은 다층 코팅 프로세스(604) 후에 진공 챔버(500) 내에 남아있을 수 있다. 이 실시예들에서, 접촉층 형성 프로세스(606)는 임의의 중간 단계없이 즉시 수행될 수 있다.
접촉 프로세스(608) 중에, 단계(724)에서 프리즘(200A, 200B)이 준비된다 (예를 들어, 세정되고 배치됨). 단계(726)에서, 표면(300) 및 표면(302)을 서로 견고하게 접합하기 위하여, 프리즘(200A, 200B)가 광학적으로 접촉된다. 일부 실시예에서, 이것은 유리-대-유리 접합을 통해 수행된다. 그외의 실시예에서, 그외의 접합 기술이 사용될 수 있다.
이상, 본 발명의 다양한 실시예들이 설명되었지만, 이들은 단지 예를 들기 위한 것일 뿐 한정을 위한 것이 아님을 알아야 한다. 관련 기술 분야의 숙련된 기술자는, 형태 및 세부 사항에 대한 다양한 변경이 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고서 이루어질 수 있음을 분명히 알 것이다. 따라서, 본 발명은 상술한 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 한정되어서는 안되며, 아래의 특허청구범위 및 그 등가물에 따라서만 정의되어야 한다.
본 발명에 의하면, 접촉층의 사용을 통해 코팅되지 않은 프리즘과 코팅된 프리즘 간의 견고한 결합을 허용하는 한편, 높은 처리량과 접합된 표면 간에서의 낮은 반사를 제공하는 큐브를 제조할 수 있다.

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  21. (a) 프리즘 상에 다층 코팅을 형성하는 단계;
    (b) 상기 다층 코팅 상에 접촉층으로서 용융 실리카 코팅(fused silica coating)을 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 프리즘을 코팅되지 않은 프리즘에 결합하는 단계
    를 포함하는 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 단계 (b)는 상기 용융 실리카를 상기 다층 코팅 상에 스퍼터링하는 단계를 더 포함하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 스퍼터링 단계는 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering) 프로세스를 포함하는 방법.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 스퍼터링 단계는 이온 빔 스퍼터링 프로세스를 포함하는 방법.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 단계 (b)는 상기 용융 실리카를 상기 다층 코팅 상에 증착(evaporation)하는 단계를 더 포함하는 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 증착 단계는 전자 빔 증착 프로세스를 포함하는 방법.
  27. 제21항에 있어서,
    상기 단계 (c)는 유리-대-유리 결합 프로세스(glass-to-glass bonding process)를 더 포함하는 방법.
  28. 제21항에 있어서,
    상기 프리즘과 상기 코팅되지 않은 프리즘 중 하나 또는 양자 모두에 불화 칼슘(calcium fluoride) 프리즘을 사용하는 단계를 더 포함하는 방법.
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