KR100716108B1 - 광학 장치 - Google Patents

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벡커요헨
크살터슈테판
훔멜볼프강
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칼 짜이스 에스엠테 아게
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Abstract

광학 장치, 특히 마이크로리소그래피용 투영 노광 시스템은, 특히, 슬릿형 영상 필드 또는 회전 비대칭적인 조명을 갖는다. 그 결과, 광학 부재(101)는 회전 비대칭적인 방법으로 광원(110, 111, 112)의 광에 노광되어 있다. 광학 부재(101)는 흡수 코팅부(104, 105)를 갖는다. 흡수 코팅부(104, 105)의 흡수는 광원(110, 111, 112)의 광(107, 108, 109)의 노광 강도 분포에 대해 적어도 대략적인 상보적 방법으로 회전 비대칭이 되도록 분포되어 있다. 흡수 코팅부(104, 105)에서 흡수된 에너지의 결과로서, 광학 부재(101)의 추가 가열은 양호한 회전 비대칭적인 온도 분포가 됨으로써, 광에 기인한 영상 오차에 대해 보상이 되도록 발생한다.
광학 장치, 투영 노광 시스템, 흡수 코팅부, 무반사층 스트립

Description

광학 장치{OPTICAL ARRANGEMENT}
도 1 은 본 발명에 따라 코팅된 렌즈의 평면도;
도 2 는 도 1 의 선 Ⅱ-Ⅱ 을 따라 절단한 단면도로서, 렌즈상에 작동하는 광빔의 주변 광선을 추가적으로 나타내는 도;
도 3 은 도 1 의 선 Ⅲ-Ⅲ 을 따라 절단한 단면도;
도 4 는 대체적인 노광을 갖는 도 1 내지 도 3 의 렌즈를 나타내는 도; 및
도 5 는 도 4 의 선 V-V 을 따라 절단한 단면도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
1, 101 : 렌즈 2, 102 : 본체
3, 103 : 무반사층 스트립 4, 5, 104, 105 : 흡수 코팅부
6, 106 : 주변 에지 영역 7, 107 : 투영 광빔
108, 109 : 보상 광빔
10, 110 : 투영 광원 111, 112 : 보상 광원
본 발명은 광학 장치, 특히 슬릿형 조명을 갖는 마이크로리소그래피용 투영 노광 시스템에 관한 것으로서, 광을 방출하는 적어도 하나의 광원 및 광에 의해 노광되어 가열되는 광학 부재를 구비하고, 광학 부재는 광원에서 방출된 광에 회전 비대칭적인 강도 분포로 노광된다.
광학 장치의 결상 품질은 회전 비대칭적인 영상 오차에 의해 종종 저하된다. 이러한 영상 오차는, 예를 들면, 회전 비대칭적인 광에 기인한 광학 부재의 가열의 결과로서 뿐만 아니라, 예를 들면, 광학 부재에 있어서 회전 비대칭 팽창 또는 굴절률 분포를 일으키는 "압밀" 과 같이 다른 광에 기인한 효과로서도 발생한다.
특히, 마이크로리소그래피의 투영 노광 방법에서 요구되는 것과 같은 결상 품질에 부과된 높은 요구 조건이 주어지더라도, 상술한 광에 기인한 영상 오차는 억제될 수 없다.
유럽 특허 번호 제 0 678 768 A2 호 공보에는, 추가 가열에 의해 온도 분포를 대칭화하거나 균질화함으로써 결상 특성을 향상하고자 하는 시도가 공지되어 있다. 이 경우, 추가 가열은 렌즈의 주변 영역에 열적으로 결합되어 있는 복수의 가열기에 의해 능동적으로 발생한다. 이러한 렌즈의 가열은, 렌즈 재료의 열 전도성이 통상 열악함에도 불구하고, 결상 특성에 가장 관련이 있는 렌즈의 중앙 영역에서 온도 분포의 원하는 대칭화 또는 균질화를 달성하기 위해 렌즈의 주변 영역이 비교적 강하게 가열되어야 한다는 결점이 있다. 렌즈의 주변 영역을 강하게 가열하는 것은 열 응력의 결과로 렌즈 및/또는 렌즈 마운팅에 손상을 줄 수 있다.
주변 영역과 투영용 광원의 광에 의해 변경되는 중앙 영역과 사이의 비교적 큰 공간 때문에, 중앙 영역 근처의 온도 분포에 대한 제어되고 체계화된 변경은 주변 영역의 가열을 통해서는 실제로 거의 가능하지 않다.
유럽 특허 번호 제 0 823 662 A2 호에서와 같이, 투영광에 기인한 영상 오차를 보상하기 위해, 투영광에 의해 조사되지 않는 지점에서의 흡수에 의해 광학 부재를 가열시키는 추가 광원에 결합함으로써 광학 부재가 추가적으로 가열된다. 온도 분포를 대칭화 또는 균질화하기 위해서는, 추가 광원에 기인한 가열력이 투영 광원의 가열력에 상응하여야 하기 때문에, 투영 광원의 가열력 크기 정도의 광 세기가 추가 광원에 필요하거나, 또는 광학 부재의 재료에 의해 더욱 크게 흡수되는 파장 범위에서 추가 광원이 작동하여야 한다. 양측 모두의 경우, 고가의 추가 광원이 필요하다. 첫번째 경우, 고전력을 갖는 광원이 필요하고, 두번째 경우, 저가로는 입수할 수 없는, 파장을 갖는 광원이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 광학 부재의 온도 분포의 더욱 양호한 대칭화 또는 균질화가 단순한 수단에 의해 달성될 수 있도록 최초에 상술한 형태의 광학 장치를 개발하는데 있다.
본 발명에 따라,
a) 광학 부재는 공간적 분포를 갖는 흡수 코팅부를 갖고,
b) 흡수 코팅부의 흡수는 광원의 광에의 노광 강도 분포에 적어도 대략적으로 상보적인 방법으로 회전 비대칭이 됨으로써 본 발명의 목적이 달성된다.
이러한 흡수 코팅부는 렌즈의 소정의 추가 가열이 흡광에 의해 설립된다면 증가된 유연성을 가져온다. 흡수 계수 및 흡수 코팅부의 형태와 같은 새로운 자유도는 추가 가열의 분포를 수정하는데 유용하다.
바람직하게는, 흡수 코팅부는 비흡수 코팅 영역이 그 사이에 남아 있는 적어도 2 개의 부분을 포함하며, 광축을 가로지르는 상기 비흡수 코팅 영역의 크기는 동일한 방향으로 측정된 광의 단면 보다 적어도 하나의 방향에서 더 작다. 그 결과, 추가 가열은 투영광의 흡수 자체에 의해 발생될 수 있다. 이를 위해, 투영광의 더 작은 부분은 상기 코팅부에서 흡수되고 코팅부의 열 전도 및 광학 부재에의 열적 결합에 의해 광학 부재의 원하는 온도 분포의 대칭화 또는 균질화를 얻을 수 있다. 코팅부에 흡수되는 투영광의 일부는 이 경우에 너무 작아서 투영 품질이 실제로 영향받지 않는다.
흡수 코팅부는, 광원의 광의 파장에 대해, 그 표면에 걸쳐서 변화하는 흡수력을 갖는다. 그 결과, 광학 부재의 전체 온도 분포를 대칭화 또는 균질화하기 위해 추가 가열의 공간상 분포의 더욱 실질적인 조절이 상기 코팅부에서의 흡광에 의해 가능하다.
이러한 표면에 걸쳐서 변화하는 흡수력은, 예를 들면, 다음과 같이 달성될 수 있다.
흡수 코팅부는 층 두께가 변화할 수도 있다. 이는 흡수력이 표면에 걸쳐서 변화함에도 불구하고 균일한 재료를 갖는 코팅을 가능하게 한다.
대안으로 또는 추가적으로, 흡수 코팅부는 흡수 계수가 공간적으로 변화한다. 그 결과, 무반사층의 생산에 도움이 되는, 층 두께가 일정한 표면에 대해 변화하는 흡수력을 갖는 코팅부가 가능하거나, 또는 표면에 걸쳐 흡수가 변화하는 코팅부의 생산을 위해 추가 자유도가 제공된다. 후자의 경우, 비교적 복잡한 흡수 계수는 상대적으로 복잡한 흡수 구조가 만들어질 수도 있다. 이러한 흡수 계수의 변화는, 예를 들면, 흡수 코팅부의 제어된 도핑에 의해 달성될 수 있다.
바람직하게는, 흡수 코팅부는 광에 노광된 광학 부재의 표면의 중앙에 가장 가까운 영역에서 가장 높은 흡수력을 갖는다. 대칭화 또는 균질화를 위해 필요한 추가 가열은 투영광에 의해 가장 강하게 가열되는 광학 부재의 중앙 영역 근처에서 발생함으로써, 그 지점에서 강한 추가 가열이 대칭화 또는 균질화를 위해 제어되는 방법으로 발생될 수 있다. 열 전도에 의한 투영광에 의해 가열된 중앙 영역의 근처를 추가적으로 가열하기 위해, 좀 더 떨어진 영역을 가열할 필요는 없다.
본 발명의 대체예에서, 광원은 투영 광원 및 보상 광원을 갖고, 보상 광원의 광은 흡수 코팅부로 향하게 되어 있다. 코팅부의 흡수 계수 및 보상 광원은, 상술한 유럽 특허 번호 제 0 823 662 A2 호의 청구 대상 보다 저가이고 간단하며 매우 낮은 광 세기 및 표면 방출 파장을 갖는 보상 광원을 사용하는 방식으로, 서로 매칭될 수 있다. 또한, 코팅부의 흡수 계수는, 예를 들면, 레이저 다이오드와 같은 공지의 저가의 광원의 방출 파장에 적용될 수 있다. 온도 분포의 추가 제어는 보상 광에 노광된 광학 부재의 표면을 통해, 및 노광된 표면에 대한 광 세기의 분포를 통해 가능하다. 추가적으로, 추가 가열은 보상 광에 노광된 표면의 크기 및 위치를 조절함으로써 요구 조건에 적용될 수도 있다. 이는 보상 광원의 적당한 결합으로써 행해진다.
흡수 코팅부의 공간적 분포는, 한 광학 부재에서의 광원의 광에 대한 회전 비대칭 흡수에 의해 적어도 하나의 다른 광학 부재의 광학적 영상 오차가 보상되도록 될 수도 있다. 이러한 과보상은 광학 부재의 시스템의 영상 오차에 대한 보상을 가능하게 한다. 이와 같은 상황하에서, 광학 부재들 중 하나만이 흡수 코팅부를 갖도록 해야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예는 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3 에 도시된 렌즈(1)는 마이크로리소그래피용 투영 노광 시스템을 위한 광학 장치의 일부이다.
렌즈(1)의 본체(2)는 투영 광원(10)의 광의 파장 범위에 대한 양호한 투과성을 갖는 수정 유리 또는 CaF2 와 같은 재료로 이루어진다. 본체(2)는 광학적 표면상에 3 개의 부분에서 코팅된다.
2 개의 흡수 코팅부(4, 5)는, 마운팅(도시하지 않음)에 의한 렌즈(1)의 결합 상태에서 차지하고 있는 둘레의 에지 영역(6)을 제외하고는, 본체(2)의 광학적 표면들 중 하나를 공동으로 덮는 방식으로 중앙 무반사층 스트립(3)에 인접한다. 무반사층 스트립(3)과 흡수 코팅부(4, 5)의 층 두께, 및 서로에 대한 층 두께의 비율이 도면에는 실제의 축소비율로 도시되어 있지 않다.
렌즈(1)의 반사는 무반사층 스트립(3)에 의해 투영 광원(10)의 광의 파장 범위에서 최소화된다.
무반사층 스트립(3)의 층 두께는 전체 표면에 대해 일정하다. 한편, 흡수 코팅부(4, 5)는 층 두께가 지속적으로 변화한다. 무반사층 스트립(3)에 수직으로 연장하는 렌즈(1)의 자오선 영역(도 2 의 절단면)에서, 흡수 코팅부(4, 5)의 층 두께가 가장 큰 반면에, 수직 방향으로(도 3 의 절단면에 평행함) 본체(2)의 에지를 향해 감소한다.
마이크로리소그래피 공정의 주요부분에 있어서, 투영 광원(10)의 직사각형의 투영 광빔(7)으로 렌즈(1)가 조사된다. 투영 광빔(7)의 단면적은 도 1 의 렌즈(1)를 통과하는 영역의 점선으로 도시되고, 좁은 측에 대한 넓은 측의 비율이 2 : 1 이다.
도 1 에 도시된 노광부에서, 투영 광빔(7)의 좁은 측은 무반사층 스트립(3)의 폭보다 넓고, 그 결과, 투영 광빔(7)의 에지 영역은 흡수 코팅부(4, 5)를 통과한다.
코팅된 렌즈(1)는 다음과 같은 기능을 한다.
투영 광빔(7)의 파장의 영역에서 본체(2)의 재료의 잔류 흡수 때문에, 렌즈(1)는 투영 광빔(7)에 의해 가열되고, 렌즈(1)의 영역에서 직사각형의 단면 영역을 갖는다. 초기의 가열은 본체(2)에서의 투영 광빔(7)의 광 채널의 대칭성을 갖는다. 재료의 열팽창 및 굴절률 변화를 일으킴으로써, 변화된 굴절 특성에 기인하여 렌즈(1)의 결상 특성에 변화를 일으킨다.
흡수 코팅부(4, 5)에서 투영 광빔(7)의 광의 흡수의 목적은, 투영 광빔(7)에 기인한 가열에 상보적인 방법으로 결과적인 추가 가열을 통해, 투영 노광 시스템의 제어가능한 결상 특성을 가져오는 렌즈(1)의 온도 분포의 대칭 또는 특정한 형태를 달성하는 것이다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 렌즈(1)를 투영 광빔(7)에 노광함으로써, 투영 광빔(7)이 흡수 코팅부(4, 5)를 통과하는 영역에서 추가 가열이 발생한다. 흡수 코팅부(4, 5)의 재료가 공간적으로 일정한 흡수 계수를 갖기 때문에, 절대 흡수는 흡수 코팅부(4, 5)의 층 두께가 가장 큰 도 2 의 절단면의 영역에서 가장 높다. 따라서, 본체(2)의 가장 강한 추가 가열은 흡수 코팅부(4, 5)의 흡수 에너지의 결과로서 발생한다.
추가 흡수 에너지는 열 전도의 결과로서 흡수 코팅부(4, 5)에서 자체 분배된다. 투영 광빔(7)에 노광되지 않은 본체(2) 영역의 가열은, 흡수 코팅부(4, 5)가 본체(2)에 열적으로 결합된 결과로서, 투영 광빔의 절단면 중 넓은 쪽의 주변에서 발생한다.
이러한 관계에서, 흡수 코팅부(4, 5)의 층 두께 분포는, 2 개의 가열 요인, 즉, 한편으로는 본체(2)의 잔류 흡수, 다른 한편으로는 흡수 코팅부(4, 5)의 흡수의 결과로서, 본체(2)의 온도 분포가 흡수 코팅부(4, 5) 없이 설립될 온도 분포 보다 소망하는 회전 대칭에 더 가깝게 접근하도록 만들어지는 방법으로 선택된다.
흡수 코팅부(4, 5)의 흡수의 변화는 층 두께 변화뿐만 아니라 흡수 코팅부(4, 5)의 재료의 흡수 계수의 공간적 변화에 의해서도 달성될 수 있다. 이를 위해, 예를 들면, 흡수 코팅부(4, 5)는 더 높은 흡수가 소망되는 영역에서 적절하게 도핑된다. 이 경우, 흡수 코팅부(4, 5)는 표면(도시하지 않음)에 대해 일정한 층 두께를 가질 수도 있다.
상술한 3 개 부분의 코팅에 대향하여 위치한 렌즈(1)의 광학적 표면은 통상 무반사 코팅(도시하지 않음)을 갖는다. 물론, 양쪽 투과 표면들은 모두 3 개 부분의 코팅을 가질 수도 있다.
투영 광빔에의 노광의 경우, 본체(2)에서의 온도 분포의 대칭화에 대한 기여는 흡수 코팅부의 표면들의 또 다른 구성에 의해서 달성될 수도 있다.
본체(2)의 온도 분포의 대칭화 대신에, 렌즈(1)의 결상 작용의 제어된 과보상이 흡수 코팅부(4, 5)의 도움을 받아 달성될 수도 있다. 예를 들면, 렌즈(1)가 복수의 인접 렌즈를 포함하는 광학 장치의 일부라면, 인접 렌즈의 비대칭 가열에 의해 만들어지는 영상 오차는 하나의 렌즈(1)의 결상 특성의 제어된 과보상에 의해 보상될 수 있다. 이를 위해, 본체(2)의 잔류 흡수에 의해 광학 장치의 다른 렌즈의 가열의 결과로서만 일어나는 약 90°회전된 비점수차에 대응하는 본체(2)의 비점수차가, 흡수 코팅부(4, 5)에서의 흡수에 의한 하나의 렌즈(1)의 본체(2)의 추가 가열에 의해 만들어진다.
상술한 흡수 코팅부의 사용은, 예를 들면, 렌즈(1)와 같은 굴절성 광학 부재에 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 미러 또는 반사 격자와 같은 반사성 광학 부재에도, 투영 광빔 및/또는 보상 광빔의 흡수 결과로서 제어된 추가 가열을 통해 영상 오차의 보상을 달성하기 위해서, 흡수 코팅부가 제공될 수 있다.
흡수 코팅부(104, 105)를 갖는 렌즈(101)의 또 다른 노광은 도 4 및 도 5 에 도시되어 있다. 도 1 내지 도 3에 도시된 것과 대응하는 부품은 100 만큼 증가된 도면 부호를 가지므로, 다시 상세하게 설명하지는 않는다.
도 4에서, 렌즈(101)를 통과하는 투영 광빔(107)의 전체 절단면 영역은 무반사 광 스트립(103)의 영역 내에 위치해 있다. 흡수 코팅부(104, 105)는, 예를 들면, 레이저 다이오드와 같은 보상 광원(111, 112)으로부터의 보상 광빔(108, 109)에 노광된다.
도 4에 도시된 노광의 경우에, 본체(102)의 온도 분포를 대칭화하기 위한 추가 가열은 2 개의 보상 광빔(108, 109)의 광의 흡수에 의해 발생한다. 이 경우 추가 가열의 정도는, 한편으로는 흡수 코팅부(104, 105)의 흡수에 의해, 다른 한편으로는 보상 광빔(108, 109)의 세기에 의해 조절된다. 이 조절은 렌즈(1) 또는 투영 노광 시스템의 광학 장치의 결상 품질을 모니터링하는 센서(도시하지 않음)의 신호의 기능으로서 제어된 방법으로 추가적으로 발생한다. 이러한 센서는 광학 장치의 영상 평면이 결상되는 2 차원 CCD 어레이일 수도 있다.
본 발명에 따른 광학 장치, 특히 슬릿형 조명을 갖는 마이크로리소그래피 투영 노광 시스템은 광학 부재의 온도 분포가 대칭화 또는 균질화될 수 있다.

Claims (8)

  1. 광을 방출하는 적어도 하나의 광원 및 상기 광에 노광되어 가열되는 광학 부재를 구비한 광학 장치, 특히 슬릿형 조명을 갖는 마이크로리소그래피용 투영 노광 시스템인 광학 장치에 있어서,
    상기 광학 부재는 회전 비대칭적인 강도 분포를 갖는 광원의 광에 노광되며;
    a) 상기 광학 부재(1; 101)는 공간적인 분포를 갖는 흡수 코팅부(4, 5; 104, 105)를 가지며;
    b) 상기 흡수 코팅부(4, 5; 104, 105)의 흡수는 광원(10; 110, 111, 112)의 광(7; 107, 108, 109)에 의한 노광의 강도 분포에 적어도 대략적으로 상보적인 방식으로 회전 비대칭적인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수 코팅부는 비흡수 코팅 영역이 그 사이에 남아 있는 적어도 2 개의 부분(4, 5)을 포함하고, 광(7)의 축을 가로지르는 상기 비흡수 코팅 영역의 크기는 동일한 방향으로 측정된 광(7)의 단면 보다 적어도 하나의 방향에서 더 작은 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 흡수 코팅부(4, 5: 104, 105)는 상기 광원(10; 111, 112)의 광(7; 107, 108, 109)의 파장에 대해, 그 표면에 걸쳐 변화하는 흡수력을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 흡수 코팅부(4, 5; 104, 105)는 층 두께가 변화하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 흡수 코팅부는 흡수 계수가 공간적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 흡수 코팅부(4, 5; 104, 105)는 상기 광에 노광된 상기 광학 부재의 표면의 중앙에 가장 가까운 영역에서 가장 높은 흡수력을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광원은 투영 광원(110) 및 보상 광원(111, 112)을 구비하고, 상기 보상 광원(111, 112)의 상기 광(108, 109)은 상기 흡수 코팅부(104, 105)로 향하게 되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 흡수 코팅부(104, 105)의 공간적 분포는, 하나의 광학 부재에서의 상기 광원(10; 110, 111, 112)의 광(7; 107, 108, 109)의 회전 비대칭적인 흡수에 의해 적어도 하나의 다른 광학 부재의 광학적 영상 오차가 보상되도록 하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
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