KR100758742B1 - 마이크로리소그래피에 사용하기 위한 개선된 조광 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조광 원, 조광원과 함께 광로에 위치된 빔 조절기, 제1 회절 어레이, 제2 회절 어레이, 집광 시스템, 및 제2 회절 어레이를 포함하는 조광 시스템에 관한 것이다. 조광 원은 빔 조절기를 통하여 제1 회절 어레이로 광을 보낸다. 그 광은 제1 회절 어레이와 제2 회절 어레이 사이의 광로에 위치하는 집광 시스템으로 보내진다. 집광 시스템은 복수의 고정 광학 부재와 복수의 이동 광학 부재를 포함한다. 복수의 이동 광학 부재는 복수의 고정 광학 부재와 함께 광로에 위치되어 있다. 이동 광학 부재는 복수의 제1 회절 어레이 사이에서 병진이동이 가능하여, 제1 회절 어레이로부터 수광된 광을 확대할 수 있다. 제2 회절 에레이는 집광 시스템과 광학적으로 결합되어 있어, 집광 시스템으로부터의 광을 수광하고, 광을 다시 레티클에서의 조광 필드를 생성한다.
조광 시스템, 집광 시스템, 레티클, 조광 필드, 회절 어레이, 빔 조절기

Description

마이크로리소그래피에 사용하기 위한 개선된 조광 시스템{ADVANCED ILLUMINATION SYSTEM FOR USE IN MOCROLITHOGRAPHY}
도 1은 광학 시스템의 일 실시예를 도시한 도면.
도 2a는 본 발명에 따른 조광 시스템의 일 실시예를 도시한 도면.
도 2b는 본 발명에 따른 조광 시스템의 다른 실시예를 도시한 도면.
도 3a는 본 발명에 따른, 제1 렌즈 위치에서 도 2a 및 도 2b의 조광 시스템의 4-렌즈 집광 시스템의 일 실시예를 도시한 도면.
도 3b는 본 발명에 따른, 제2 렌즈 위치에서 도 3a에 도시된 4-렌즈 집광 시스템을 도시한 도면.
도 3c는 본 발명에 따른, 제3 렌즈 위치에서 도 3a에 도시된 4-렌즈 집광 시스템을 도시한 도면.
도 3d는 본 발명에 따른, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 4-렌즈 집광 시스템의 해당 광학 면들과 함께 복수의 광학 부재를 도시한 도면.
도 4a는 본 발명에 따른, 제1 렌즈 위치에서 도 2a 및 도 2b의 조광 시스템의 5-렌즈 집광 시스템의 일 실시예를 도시한 도면.
도 4b는 본 발명에 따른. 제2 렌즈 위치에서 도 4a에 도시된 5-렌즈 집광 시스템을 도시한 도면.
도 4c는 본 발명에 따른, 제3 렌즈 위치에서 도 4a에 도시된 5-렌즈 집광 시스템을 도시한 도면.
도 4d는 본 발명에 따른, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 5-렌즈 집광 시스템의 해당 광학 면들과 함께 복수의 광학 부재를 도시한 도면.
도 5a는 본 발명에 따른, 회절 어레이 내의 회절 격자의 측면도.
도 5b는 본 발명에 따른, 회절 어레이 내의 회절 격자의 평면도.
도 6a는 본 발명에 따른, 회절 어레이 내의 마이크로 렌즈 어셈블리의 평면도.
도 6b는 본 발명에 따른, 회절 어레이 내의 마이크로 렌즈 어셈블리의 측면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 광학 시스템
101 : 조광 원
102 : 빔 조절기
104 : 조광 광학계
106 : 레티클
108 : 투영 광학계
110 : 기판
113 : 광
200 : 조광 시스템
201, 209 : 광축
210 : 제1 회절 어레이
212 : 제2 회절 어레이
215 : 개구수
220 : 집광 시스템
228 : 디리미터 필드
501 : 회절 격자
601 : 마이크로 렌즈
본 발명은 일반적으로 포토리소그래피 조광 시스템에 관한 것이다.
포토리소그래피('마이크로리소그래피'라고도 함)는 반도체 디바이스 제조 기술이다. 포토리소그래피는 자외선 또는 가시광선을 사용하여 반도체 디바이스 설계에서 미세 패턴을 생성한다. 다이오드, 트랜지스터 및 집적 회로 등의 많은 종류의 반도체 디바이스들이 포토리소그래피 기술을 사용하여 제작될 수 있다. 노광 시스템 또는 툴은 반도체 제조시 에칭 등의 포토리소그래피 기술을 실현하기 위해 사용된다. 노광 시스템은 전형적으로 조광 시스템, 회로 패턴을 포함하는 레티클 ('마스크'라고도 함), 투영 시스템, 및 반도체 웨이퍼를 덮는 감광성 레지스트를 정렬하는 웨이퍼 정렬 스테이지를 포함한다. 조광 시스템은 바람직하게는 장방형(rectangular) 슬롯 조광 필드로 레티클 영역을 조광한다. 투영 시스템은 레티클 회로 패턴의 조광 영역의 이미지를 웨이퍼 상에 투영한다.
반도체 디바이스 제조 기술이 진보함에 따라, 반도체 디바이스를 제조하기 위해 사용되는 포토리소그래피 시스템의 각 구성 부품에 대한 수요가 점점 더 증가하고 있다. 이것은 레티클을 조광하기 위해 사용되는 조광 시스템을 포함한다. 예를들어, 레티클을 균일한 휘도를 갖는 조광 필드로 조광할 필요가 있다. 스텝-스캔(step-and-scan) 포토리소리피에서, 웨이퍼 스캔 방향과 직교하는 방향으로 조광 필드의 크기를 연속하여 변화시킴으로써 조광 필드의 크기를 다른 애플리케이션에 맞게 제작할 수 있게 할 필요가 있다. 종종 웨이퍼 처리 스루풋을 제한하는 한가지 요소는 조광 시스템으로부터 이용가능한 에너지량이다. 결과적으로, 에너지 손실없이 조광 필드의 크기를 변화시켜야 할 필요가 있다.
조사 필드의 크기가 변화됨에 따라, 각 분포(angular distribution) 및 레티클에서의 조광 필드의 특성을 유지하는 것이 중요하다. 이를 달성하기 위해서, 조광 시스템은 조광 필드의 크기가 변화됨에 따라 레티클에서 실질적으로 고정된 개구수에서의 텔레센트릭 조광을 유지해야만 한다. 어떤 조광 시스템은 레티클보다 이전에 위치된 산란 광학 부재(어레이)를 포함한다. 산란 광학 부재는 이어서 레티클에 대해 이미징되거나 또는 중계되는 원하는 각도의 배광을 생성한다. 이러한 조광 시스템에서, 산란 광학 부재에서 실질적으로 고정된 개구수에서의 텔레센트릭 조광을 유지할 필요가 있고 이에 따라 조광 필드의 크기가 변화됨에 따라 레티클에서도 그러하다.
표준 줌 렌즈는 조광 필드의 크기를 변화시킬 수 있다. 그러나, 표준 줌 렌즈에서, 이미지 확대, 및 이에 상응하여 조광 필드의 크기는 각 배율(angular magnification)에 반비례한다. 그리하여, 이미지의 크기를 M배만큼 증가시키는 표준 줌 렌즈는 개구수를 1/M배만큼 축소시키는 단점이 있고 조광 필드의 각 분포를 유지하는 데 실패한다.
따라서, 에너지 손실없이 조광 필드의 크기를 변화시키고 (즉, 조광 필드를 확대시키는 것) 조광 필드의 크기가 변화되더라도 개구수에서 텔레센트릭 조광을 유지할 필요가 있다.
본 발명은 일반적으로 포토리소그래피에서의 조광 시스템에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 광학 시스템에서 레티클에서 조광 필드의 크기를 변화시키는 방법과 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 본 발명에 따른 조광 시스템은 조광 원, 제1 회절 어레이, 제2 회절 어레이, 및 제1 회절 어레이와 제2 회절 어레이 사이의 광 경로에 위치된 집광 렌즈 시스템을 포함한다. 제1 회절 어레이는 또한 필드 스페이스 어레이라고하는 데 이중 회절 어레이다. 제1 회절 어레이를 통과하는 광은 고유의 개구수를 갖는다. 개구수는 레티클에서의 조광의 필드의 크기 및/또는 형상을 결정한다. 일 실시예에서, 제1 회절 어레이는 크기가 다른 종류의 광을 통과시키고 이를 다각도로 굴절시킬 수 있는 회절 격자이다. 다른 실시예에서, 제1 회절 어레이는 다각도로 광을 굴절시킬 수 있는 다수의 마이크로 렌즈를 포함한다. 제2 회 절 어레이는 또한 퓨필 어레이라고도 하는 데 제1 회절 어레이와 구조가 유사한 이중 회절 어레이다. 제2 회절 어레이는 제2 회절 어레이를 통과하는 광에 의해 레티클에서 형성된 조광 필드의 크기를 확대 및/또는 축소시킬 수 있다.
다른 특징에 따르면, 집광 시스템은 스캔 및/또는 크로스 스캐닝 방향으로 배율(power)을 갖는 복수의 실린더형 및 크로스 실린더형 렌즈들을 포함한다. 집광 시스템은 복수의 고정 렌즈와 복수의 이동 렌즈를 포함한다. 복수의 고정 렌즈는 입력 렌즈 및 출력 렌즈를 포함한다. 복수의 이동 렌즈는 입력 및 출력 렌즈들 간의 전환을 가능하게 하는 수개의 렌즈들을 포함한다. 입력 및 출력 렌즈 간에 이동 렌즈를 전환함으로써, 집광 시스템은 이 집광 시스템을 투과하는 광의 크기 및, 따라서 레티클에서 광에 의해 형성된 조광 필드의 크기를 확대 및/또는 축소시킨다. 일 실시예에서, 집광 시스템은 2개의 고정 렌즈(입력 및 출력 렌즈)와 2개의 이동 렌즈를 포함하여 4개의 렌즈를 갖는다. 다른 실시예에서는, 집광 시스템이 2개의 고정 렌즈(입력 및 출력 렌즈)와 3개의 이동 렌즈를 포함하여 5개의 렌즈를 가진다. 그러나 또 다른 실시예에서는 상이한 개수의 렌즈들을 포함한다.
동작에 있어서, 조광 원으로부터의 광은 빔 조절기로 입사된다. 빔 조절기는 광의 조건을 설정하고 이를 제1 회절 어레이에 향하게 한다. 제1 회절 어레이가 조건 설정된 광을 처리한다. 제1 회절 어레이를 투과한 후의 조건 설정된 광은 특정한 개구수를 가질 수 있다. 제1 회절 어레이를 투과한 조건 설정된 광은 상이한 크기 및/또는 형태의 개구수를 가질 수 있다. 제1 회절 어레이로부터의 광은 집광 시스템으로 입사된다. 집광 시스템은 제1 회절 어레이로부터 입사된 광을 집광시킨다. 집광된 광은 제2 회절 어레이를 통과하기 전에 집광 시스템 조광 필드를 형성한다. 본 명세서에서, '집광된 광'이란 용어는 확대 및/또는 축소된 크기를 가진 광을 의미한다. 제2 회절 어레이는 집광된 광을 처리한다. 집광된 광은 제2 회절 어레이를 투과한 후에, 레티클에서 조광 필드를 형성한다. 조광 필드의 특성들은 개구수의 크기 및/또는 형상에 의해서, 그리고 집광 시스템 내의 광학 부재의 확대 및/또는 축소 상수들에 의해서 결정된다.
본 발명의 다양한 실시예들의 구성 및 동작뿐만 아니라 다른 특징 및 이점들이 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 상세히 설명될 것이다.
본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명되어질 것이다. 도면에서, 동일한 참조번호는 동일하거나 기능적으로 유사한 부재를 가리킨다. 또한, 참조번호의 최좌측 숫자는 해당 참조 번호가 최초로 표시된 도면을 나타낸다.
목차
1. 마이크로리소그래피에서 사용되는 개선된 조광 시스템
A. 예시적 조광 시스템
B. 집광 시스템
B.1. 4-렌즈 집광 시스템
B.2. 4-렌즈 집광 시스템에서의 광 경로
B.3. 5-렌즈 집광 시스템
B.4. 5-렌즈 집광 시스템에서의 광 경로
2. 결론
이하에서, 본 발명은 특정 응용 분야에서 이용되는 예시적인 실시예로서 설명되지만, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님이 명백하다. 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진자들은 본 발명이 상당한 유용성을 갖는 기술 범위 및 추가의 기술 분야 내에서 추가의 변형, 응용, 실시를 행할 수 있을 것이다.
1. 마이크로리소그래피에서 사용되는 개선된 조광 시스템
A. 예시적 조광 시스템
도 1은 본 발명을 실시할 수 있는 예시적인 환경을 도시한 것이다. 광학 시스템(100)은 조광 원(예를들면, 레이저; 101)으로부터 방출된 광(113)을 확대하기 위한 것이다. 광(113)은 빔 조절기(102)에 의해 수광된다. 빔 조절기(102)는 조건 설정된 광을 조광 광학계(104)에서, 투영 광학계(108)를 통해 마스크 또는 레티클(106)을 투과하여 기판(110)으로 전송한다. 이러한 시스템의 일 실시예로 리소그래피 시스템이 사용될 수 있다.
조광 원(101)은 빔 조절기(beam conditioner)(102)로 광을 보낸다. 조광 원(101)은, 가시 영역 내에 있지 않은 자외선 파장 등의 파장을 갖는 레이저일 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 248㎚, 193㎚, 157㎚의 파장을 이용하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 조광 원(101)은 펄스 레이저나 연속파 레이저일 수 있다. 빔 조절기(102)는 조광원(101)으로부터 받은광(113)을 조건 설정한다. 빔 조절기(102)는 소정의 단면을 갖는 시준된 빔을 생성한다. 이는 굴절 광학계, 또는 반사 광학계 등의 빔 확대기(beam expander)에 의해 달성될 수 있다. 에스. 스탠톤(S. Stanton) 등이 허여받은 미국 특허 제5,631,721호의 '포토리소그래피용 복합 조광 시스템'(Hybrid Illuminaiton System for Use in Photolithography)에는 빔 조절기의 일례가 개시되어 있다.
광 조절기(102)로부터 조절된 광(103)은 조광 광학계(104)로 입사된다.
도 2a는 본 발명에 따른 조광 레티클(106)용의 조광 시스템(200)의 일 실시예를 도시한다. 조광 광학계(104)는 조광 시스템(200)을 포함할 수 있다. 조광 시스템(200)는 제1 회절 어레이 즉, 필드 어레이(210)와, 제2 회절 어레이 즉, 퓨필 어레이(212)와, 제1 회절 어레이(210)와 제2 회절 어레이(212) 간의 광로에 위치한 집광 시스템(220)을 포함한다. 조광 시스템(200)에서, 전술된 광학 부재는 광축(209)을 따라 배치된다.
제1 회절 어레이(210)는 집광 시스템(220)과 함께 광축(209)을 따라 위치하고, 조절된 광(103)을 최초로 처리한다. 제1 회절 어레이, 즉, 필드 스페이스 어레이(field space array)(210)는 이중 회절 어레이이다. 제1 회절 어레이(210)는 제1, 제2, 제3 등의 순서로 광을 통과시킬 수 있는 회절 격자 또는 마이크로 렌즈 어셈블리일 수 있다. 각각의 순서는 다른 각도의 광로를 나타낸다. 제1 회절 어레이(210)는 조광 시스템(200)으로 입사하는 조절된 광(103)에 대해 공간 시간 코히어런스 처리(spatial and temporal coherence treatment)를 한다. 또한, 제1 회절 어레이(210)는 높은 광 투과율을 제공한다.
제2 회절 어레이(212)는 집광 시스템(220)과 함께 광축(209)을 따라 위치한다. 집광 시스템(220)로부터의 광(213)은 제2 회절 어레이(212)로 입사된다. 제2 회절 어레이(212)는 퓨필과 같이 동작하므로, 광의 크기를 변경할 수 있고, 디리미터 필드(delimiter field; 228)을 형성할 수 있다. 또한, 제2 회절 어레이 즉, 퓨필 어레이(212)는 이중 회절 어레이다. 제1 회절 어레이(210)와 유사하게, 제2 회절 어레이(212)도 회절 격자 또는 마이크로 렌즈 어셈블리를 포함할 수 있다. 제2 회절 어레이(212)는 공간 시간 코히어런스 처리를 행한다. 또한, 제2 회절 어레이(212)는 높은 광 투과율을 제공한다.
집광계(220)는 조광 시스템(200)를 통과하는 광으로 디리미터 (또는 레티클) 필드(228)의 크기를 변경할 수 있다. 집광 시스템(220)은 집광 시스템(220)를 통과하는 광의 크기와 디리미터 필드(228)의 크기를 변경시키는 복수의 렌즈를 포함한다. 집광 시스템(220)의 복수의 렌즈들은 광의 크기를 크게 할 수도 있고 작게 할 수 있다. 디리미터 필드(228)의 크기 및/또는 형태는 레티클(106)으로 입사하는 광량을 나타낸다. 집광 시스템(220)는 복수의 실린더형 렌즈 및/또는 크로스 실린더형 렌즈를 포함한다. 집광 시스템(220)의 실시예에 관하여는 도 3a 내지 도 4b를 참조하여 더 상술한 것이다.
도 5a 및 도 5b는 제1 회절 어레이(210)의 회절 격자의 일 예를 개략적으로 도시한다. 도 5a는 제1 회절 어레이(210)의 측면도를 도시한다. 도 5b는 도 5a에 도시된 제1 회절 어레이(210)의 평면도를 도시한다. 도 5a를 참조하면, 조절된 광(103)은 제1 회절 어레이(210)의 회절 격자(501)를 통과한다. 회절 격자(501)는 도 5a에 도시된 바와 같이, 조절된 광(103)을 광축(209)에 대하여 서로 다른 각도 α1, α2, α3으로 반사시킨다.
제1 회절 어레이(210)의 또 다른 실시예가 도 6a 및 도 6b에 도시되어 있다. 이 실시예에서, 제1 회절 어레이(210)는 복수의 마이크로 렌즈(601)를 포함한다. 이 마이크로 렌즈(601)들은 도 6b에 도시된 바와 같이 다양한 형태로 배치될 수 있다. 즉, 제1 회절 어레이(210)는 다양한 방식으로 정렬된 복수의 마이크로 렌즈 어셈블리(601)를 포함할 수 있다. 마이크로 렌즈(601)들은 X 방향에도 평행하고 Y 방향에도 평행하게 배치될 수 있다. 마이크로 렌즈(601)들은 조절된 광(103)을 수광하여 도 6b에 도시된 바와 같이 광축(209)에 대하여 다른 각도 β1, β2, β3 으로 반사시킨다.
도 2a를 다시 참조하면, 조절된 광(103)은 광축(201)을 따라 레티클 ("디리미터"이라고도 지칭함)(106) 쪽으로 보내어진다. 제1 회절 어레이(210)는 조절된 광(103)을 수광한다. 조절된 광(103)을 처리한 후에, 제1 회절 어레이(210)는 광(211)을 집광 시스템(220) 쪽으로 보낸다. 광(211)은 제1 회절 어레이(220)를 통과한 후에 개구수(215)를 갖는다. 개구수(215)는 레티클(106)에서 디리미터 필드(228)의 크기 및/또는 형태를 나타낸다. 개구수(NA1)(215)는 다음과 같이 정의된다.
Figure 112002034327072-pat00001
여기서, n은 광 전파 매체(본 경우는 제1 회절 어레이(210))의 굴절율이고, θ1은 광 생성 디리미터 필드(228)에 의해 형성되는 굴절각이다. 그러므로, 개구수(NA1)(215)의 크기는 디리미터 필드(228)의 크기를 제어한다. 즉, 개구수(215)가 크면 클수록, 디리미터 필드(228)도 커진다. 또한, 개구수(215)의 형태는 디리미터 필드(228)의 형태를 제어한다. 도 2a의 실시예에서, 개구수(215)가 장방형이므로, 디리미터 필드(228)도 장방형이다. 도 2b의 실시예에서, 개구수(215)가 원호형이므로, 디리미터 필드(228)도 원호형이다. 그 외 다른 형태 및 크기의 개구수(215)와 그에 대응하는 디리미터 필드(228)도 가능하다. 즉, 제1 회절 어레이(210)가 변형 가능하므로, 광(211)은 임의의 크기 및/또는 형태의 개구수(215)를 가질 수 있다. 따라서, 광(213)은 대응하는 크기 및/또는 형태의 디리미터 필드(228)를 형성할 수 있다.
제1 회절 어레이(210)는 광축(209)을 따라 집광 시스템(220)으로 광(211)을 보낸다. 집광 시스템(220)은 디리미터 필드(228)의 크기를 변화시키는데 사용된다. 집광 시스템(220)을 통해 전달된 광은 크로스 스캔 방향내의 줌가능한 필드를 생성한다. 집광 시스템(220)은 줌가능한 필드 등을 생성하기 위해서 왜상(anamorphic)이 될 수 있다. 즉, 집광 시스템(220)을 통해 전달된 광은 Y 방향에서 디리미터 필드(228)의 크기를 변화시키는 것이 가능하다. 집광 시스템(220)은 또한 제2 회절 어레이(212)로 입사하는 광의 각 분포(angular distribution)를 유지하거나 보존할 수 있는 반면에, 집광 시스템(220)을 통해 전달된 광은 디리미터 필드(228)의 크기를 변화시킨다. 집광 시스템(220)은 균일한 휘도의 광속 밀도(flux density of light; 표면의 각 유닛 영역으로 입사하는 광속의 밀도)를 유지하는 반면에, 디리미터 필드(228)(및, 이에 따라 레티클(106) 상으로 입사하는 광량)의 크기는 변화한다. 예를 들어, 집광 시스템(220)을 통해 전달된 광은 약 11mm 내지 약 26mm의 범위에서 디리미터 필드(228)를 변화시킬 수 있다. 디리미터 필드(228)의 크기 및/또는 형태는 적용되는 것에 따라 정해진다. 집광 시스템(220)은 또한 도 3a 내지 4d에서 도시된다.
B. 집광 시스템
본 발명에 따르면, 집광 시스템(220)은 레티클(106) 상으로 입사하는 광의 선정된 각 분포를 연속적으로 유지하고 보존하는 반면에, 디리미터 필드(228)의 크기는 변화한다. 이를 이루기 위해서, 집광 시스템(220)은 개구수(215)에서 텔레센트릭 조광을 유지하는 반면에, 디리미터 필드(228)의 크기는 변화한다. 집광 시스템(220)은 또한 일정한 조광 및 조광 시스템(200)에 의해 레티클(106)으로 전달되는 소정의 에너지량를 유지하는 반면에, 디리미터 필드(228)의 크기는 변화한다. 집광 시스템(220)의 동작은 아래에서 기술한다.
도 3a 내지 3d 및 4a 내지 4d는 집광 시스템(220)의 다양한 실시예를 도시한다. 도 3a내지 3d는 4-렌즈 집광 시스템(220)을 도시한다. 도 4a 내지 4d는 5-렌즈 집광 시스템(220)을 도시한다.
B.1. 4-렌즈 집광 시스템
도 3a는 제1 회절 어레이(210) 및 제2 회절 어레이(212) 사이의 광 축(209)을 따라 배치되는 4-렌즈 집광 시스템(220)을 도시한다. 4-렌즈 집광 시스템(220)은 입력 렌즈(301), 출력 렌즈(303) 및 줌 렌즈부(310)를 포함한다. 줌 렌즈부(310)는 입력 렌즈(301)와 출력 렌즈(303) 사이의 광 축(209)을 따라 배치된다. 줌 렌즈부(310)는 제1 줌 렌즈(311) 및 제2 줌 렌즈(312)를 포함한다.
이 실시예에서, 입력 렌즈(301) 및 출력 렌즈(303)는 고정된 렌즈이고, 줌 렌즈부(310)는 입력 렌즈(301)와 출력 렌즈(303) 사이의 광 축(209)을 따라 병진이동할 수 있다. 제1 줌 렌즈(311)는 입력 렌즈(301)와 제2 줌 렌즈(312) 사이의 광 축(209)을 따라 병진이동할 수 있다. 제2 줌 렌즈(312)는 제1 줌 렌즈(311)와 출력 렌즈(303) 사이의 광 축(209)을 따라 병진이동할 수 있다. 제1 줌 렌즈(311) 및/또는 제2 줌 렌즈(312)를 광 축(209)을 따라 병진이동시킴으로써, 줌 렌즈부(310)는 입력 렌즈(301)와 출력 렌즈(303) 사이의 광 축(209)을 따라 병진이동된다.
입력 렌즈(301), 제1 줌 렌즈(311), 제2 줌 렌즈(312), 및 출력 렌즈(303) 사이의 각각의 거리를 조정함으로써, 집광 시스템(220)은 집광 시스템(220)을 통해 전달되는 광을 집광한다. 집광된 광은 도 3a에 도시된 바와 같이, 집광된 광이 제2 회절 어레이(212)를 통과하기 전에 조광 필드(350)를 형성한다. 여기에서 사용되는 것처럼, 집광된 광은 확대 및/또는 축소된 크기를 갖는 광을 의미한다. 집광 시스템(220)으로부터 출력된 집광된 광은 조광 필드(350)의 크기를 변화시킬 수 있다. 또한, 입력 렌즈(301), 제1 줌 렌즈(311), 제2 줌 렌즈(312), 및 출력 렌즈(303)의 굴절 배율은 또한 집광 시스템(220)을 통과하는 광의 크기에 영향을 주고, 이에 따라, 조광 필드(350)의 크기에 영향을 준다. 조광 필드(350)는 레티클(106)에서 형성된 디리미터 필드(228)의 크기를 결정한다.
조사 필드(350)의 크기에 따라, 입력 렌즈(301), 출력 렌즈(303), 제1 줌 렌즈(311), 및 제2 줌 렌즈(312)는 양 또는 음의 굴절 배율을 가질수 있다. 또한, 입력 렌즈(301) 및 출력 렌즈(303)는 크로스 스캔 방향(또는 X 및 Y 축을 따라)으로 광배율(optical power)을 갖는 실린더형 렌즈이다. 제1 줌 렌즈(311) 및 제2 줌 렌즈(312)는 스캔 방향(또는 Y축을 따라, 또는 X축을 따라)으로 광배율을 갖는 실린더형 렌즈이다. 특정 실시예에서, 집광 시스템(220)의 동작중에, 줌 렌즈 그룹(310)에서의 렌즈의 이동 범위 및 에너지 손실을 최소화하기 위하여, 줌 렌즈 그룹(310)에서 렌즈의 크로스 스캔 광배율의 비율이 1:-0.3 내지 1:-0.8의 범위에 있을 수 있다. 또한, 집광 시스템(220)내의 렌즈들은 크로스 실린더형 렌즈일 수 있다.
도 3d는 집광 시스템(220)의 대응 광학 면을 갖는 광학 부재를 도시한다. 도 3d에 도시된 바와 같이, 입력 렌즈(301)는 광학 면(2 및 3)을 갖는다. 제1 줌 렌즈(311)는 광학 면(4 및 5)을 갖는다. 제2 줌 렌즈(312)는 광학 면(6 및 7)을 갖는다. 출력 렌즈(303)는 광학 면(8 및 9)을 갖는다. 광학 부재는 대물면과 화상면 사이에 위치한다.
B.2. 4-렌즈 집광 시스템에서의 광 경로
도 3a를 참조하면, 광(211)은 집광 시스템(220)의 입력 렌즈(301) 상에 입사한다. 입력 렌즈(301)는 광(311)의 크기를 변화시킨다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, '광의 크기를 변화시킨다'는 용어는 광의 크기를 확대 및/또는 축소시킨다는 의미이다. 입력 렌즈(301)에 의해 굴절된 후, 광(211)은 제1 집광된 광(372)이 된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, '집광된 광'이라는 용어는 크기가 확대 및/또는 축소된 광을 의미한다. 입력 렌즈(301)는 줌 렌즈부(310)쪽으로 제1 집광된 광(372)을 보낸다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 위치(320a)에서 줌부(310)의 제1 줌 렌즈(311)는 제1 집광된 광(372)을 수광한다. 제1 줌 렌즈(311)는 제1 집광된 광(372)의 크기를 변화시킨다. 제1 줌 렌즈(311)에 의해 굴절된 후, 제1 집광된 광(372)은 제2 집광된 광(373)이 된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 위치(321a)에서 제1 줌 렌즈(311)는 제2 줌 렌즈(312)쪽으로 제2 집광된 광(373)을 보낸다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 위치(321a)에서 제2 줌 렌즈(312)는 제2 집광된 광(373)을 받는다. 제2 줌 렌즈(312)는 제2 집광된 광(373)의 크기를 변화시킨다. 제2 줌 렌즈(311)에 의해 굴절된 후, 제2 집광된 광(373)은 제3 집광된 광(374)이 된다. 제2 줌 렌즈(312)는 출력 렌즈(303)쪽으로 제3 집광된 광(374)을 보낸다.
출력 렌즈(303)는 제3 집광된 광(374)을 받는다. 출력 렌즈(303)는 제3 집 광된 광(374)의 크기를 변화시킨다. 출력 렌즈(303)에 의해 굴절된 후, 제3 집광된 광(374)은 집광된 광(213)이 된다. 출력 렌즈(303)는 제2 회절 어레이(212)쪽으로 집광된 광(213)을 보낸다. 또한, 집광된 광(213)은 제2 회절 어레이(212)로 들어가기 전에 조광 필드(350a)를 형성한다. 조광 필드(350a)의 크기는 제1 줌 렌즈(311)의 위치(320a) 및 제2 줌 렌즈(312)의 위치(321a)에 의존한다.
도 3b를 참조하면, 제1 줌 렌즈(311)는 위치(320b)를 갖고 제2 줌 렌즈(312)는 위치(321b)를 갖는다. 렌즈(311 및 312)가 이렇게 위치되기 때문에, 집광 시스템(220)은 조광 필드(350b)를 형성한다. 조광 필드(350b)는 도 3a의 조광 필드(350a)와 비교되는 바와 같이 다른 크기를 가질 수 있다.
도 3c를 참조하면, 제1 줌 렌즈(311)는 위치(320c)를 갖고 제2 줌 렌즈(312)는 위치(321c)를 갖는다. 렌즈(311 및 312)가 이렇게 위치되기 때문에, 집광 시스템(220)은 조광 필드(350c)를 형성한다. 조광 필드(350c)는 조광 필드(도 3b의 350b 및 도 3a의 350a)와 비교되는 바와 같이 다른 크기를 가질 수 있다.
B.3. 5-렌즈 집광 시스템
도 4a는 제1 회절 어레이(210)와 제2 회절 어레이(212) 사이의 광축(209)을 따라 위치된 5-렌즈 집광 시스템(220)을 도시한다. 5-렌즈 집광 시스템(210)은 입력 렌즈(301), 출력 렌즈(303) 및 줌 렌즈부(410)를 포함한다. 줌 렌즈부(410)는 입력 렌즈(301)와 출력 렌즈(303) 사이의 광축(209)을 따라 위치된다. 줌 렌즈부(410)는 제1 줌 렌즈(411), 제2 줌 렌즈(412) 및 제3 줌 렌즈부(413)를 포함한다.
본 실시예에서, 입력 렌즈(301) 및 출력 렌즈(303)는 정지 렌즈이고 줌 렌즈부(410)는 입력 렌즈(301)와 출력 렌즈(303) 사이의 광축(209)을 따라 병진이동할 수 있다. 제1 줌 렌즈(411)는 입력 렌즈(301)와 제2 줌 렌즈(412) 사이의 광축(209)을 따라 병진이동할 수 있다. 제2 줌 렌즈(412)는 제1 줌 렌즈(411)와 제3 줌 렌즈(413) 사이의 광축(209)을 따라 병진이동할 수 있다. 제3 줌 렌즈(413)는 제2 줌 렌즈(412)와 출력 렌즈(303) 사이의 광축(209)을 따라 병진이동할 수 있다. 광축(209)을 따라 제1 줌 렌즈(411), 제2 줌 렌즈(412) 및/또는 제3 줌 렌즈(413)를 병진이동시킴으로써, 줌 렌즈부(410)는 입력 렌즈(301)와 출력 렌즈(303) 사이의 광축(209)을 따라 병진이동한다.
입력 렌즈(301), 제1 줌 렌즈(411), 제2 줌 렌즈(412), 제3 줌 렌즈(413) 및 출력 렌즈(303) 사이의 각각의 거리를 조정함으로써, 집광 시스템(220)은 집광 시스템(220)을 경유하여 통과하는 광을 집중한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 집광된 광은 제2 회절 어레이(212)를 경유하여 집광된 광이 통과하기 전에 조광 필드(450b)를 생성한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, '집광된 광'은 확대 및/또는 축소된 크기를 갖는 광을 의미한다. 집광 시스템(220)으로부터 출력된 집광된 광은 조광 필드(450)의 크기를 가변시킬 수 있다. 또한, 입력 렌즈(301), 제1 줌 렌즈(411), 제2 줌 렌즈(412), 제3 줌 렌즈(413) 및 출력 렌즈(303)의 굴절 배율 또한 집광 시스템(220)을 경유하여 통과하는 광의 크기에 영향을 주어, 조광 필드(450)의 크기에 영향을 준다. 조광 필드(450)는 레티클(106)에 형성된 디리미터 필드(228)의 크기를 결정한다.
조사 영역(450)의 크기에 따라, 입력 렌즈(301), 출력 렌즈(303), 제1 줌 렌즈(411), 제2 줌 렌즈(412) 및 제3 줌 렌즈(413)는 양 또는 음의 굴절 배율을 가질 수 있다. 또한, 입력 렌즈(301) 및 출력 렌즈(303)는 크로스 스캔 방향으로(또는 X 및 Y 축을 따라) 광배율을 갖는 실린더형 렌즈이다. 제1 줌 렌즈(411), 제2 줌 렌즈(412), 및 제3 줌 렌즈(413)는 스캔 방향으로(또는 Y축을 따라 또는 X축을 따라) 광배율을 갖는 실린더형 렌즈이다. 특정 실시예에서, 줌 렌즈 그룹(410)에서 렌즈의 에너지 손실 및 이동 범위를 최소화하기 위해, 집광 시스템(220)의 동작 동안, 줌 렌즈 그룹(410)에서 렌즈의 크로스 스캔 광배율의 비율은 1:-0.3 내지 1:-0.8의 범위에 있을 수 있다. 대안으로서, 집광 시스템(220)에서의 렌즈는 크로스 실린더형 렌즈일 수 있다.
도 4d는 집광 시스템(220)의 대응 광학 면을 갖는 광학 부재를 도시한다. 입력 렌즈(301)는 도 4d에 도시된 바와 같이, 광학 면(2 및 3)을 갖는다. 제1 줌 렌즈(411)는 광학 면(4 및 5)을 갖는다. 제2 줌 렌즈(412)는 광학 면(6 및 7)을 갖는다. 제3 줌 렌즈(413)는 광학 면(8 및 9)을 갖는다. 출력 렌즈(303)는 광학 면(10 및 11)을 갖는다. 광학 부재는 대물면과 화상면 사이에 위치한다.
B.2. 5-렌즈 집광 시스템의 광 경로
도 4a를 참조하면, 광(211)은 집광 시스템(220)의 입력 렌즈(301) 상으로 입사한다. 입력 렌즈(301)는 광(211)의 크기를 변화시킨다. 본 명세서에 있어서, '광의 크기를 변화시킨다'는 용어는 광의 크기를 확장 및/또는 축소시킨다는 것을 의미한다. 입력 렌즈(301)에 의한 굴절후, 광(211)은 제1 집광된 광(472)이 된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, '집광된 광'이라는 용어는 확장 및/또는 축소 크기를 갖는 광을 의미한다. 입력 렌즈(301)는 제1 집광된 광(472)을 줌 렌즈부(410)를 향하도록 한다.
위치(420a)에서의 줌 부(410)의 제1 줌 렌즈(411)는 도 4a에 도시된 바와 같이 제1 집광된 광(472)을 수광한다. 제1 줌 렌즈(411)는 제1 집광된 광(472)의 크기를 변화시킨다. 제1 줌 렌즈(411)에 의한 굴절 후, 제1 집광된 광(472)은 제2 집광된 광(473)이 된다. 제1 줌 렌즈(411)는 도 4a에 도시된 바와 같이 제2 집광된 광(473)을 위치(421a)에서 제2 줌 렌즈(412)를 향하도록 한다.
위치(421a)에서의 제2 줌 렌즈(412)는 도 4a에 도시된 바와 같이 제2 집광된 광(473)을 수광한다. 제2 줌 렌즈(412)는 제2 집광된 광(473)의 크기를 변화시킨다. 제2 줌 렌즈(412)에 의한 굴절 후, 제2 집광된 광(473)은 제3 집광된 광(474)이 된다. 제2 줌 렌즈(412)는 도 4a에 도시된 바와 같이 제3 집광된 광(474)을 위치(422a)에서 제3 줌 렌즈(413)를 향하도록 한다.
위치(422a)에서의 제3 줌 렌즈(413)는 제3 집광된 광(474)을 수광한다. 제3 줌 렌즈(413)는 제3 집광된 광(474)의 크기를 변화시킨다. 제3 줌 렌즈(413)에 의한 굴절 후, 제3 집광된 광(474)은 제4 집광된 광(475)이 된다. 제3 줌 렌즈(413)는 제4 집광된 광(475)을 출력 렌즈(303)를 향하도록 한다.
출력 렌즈(303)는 제4 집광된 광(475)을 수광한다. 출력 렌즈(303)는 제4 집광된 광(475)의 크기를 변화시킨다. 출력 렌즈(303)에 의한 굴절 후, 제4 집광된 광(475)은 집광된 광(213)이 된다. 출력 렌즈(303)는 집광된 광(213)을 제2 회절 어레이(212)를 향하도록 한다. 또한, 집광된 광(213)은 제2 회절 어레이(212)로 입사하기 전에 조광 영역(450a)을 형성한다. 조광 필드(450a)의 크기는 제1 줌 렌즈(411)의 위치(420a), 제2 줌 렌즈(412)의 위치(421a), 및 제3 줌 렌즈(413)의 위치(422a)에 좌우된다.
도 4b를 참조하면, 제1 줌 렌즈(411)는 위치(420b)를 가지고, 제2 줌 렌즈(412)는 위치(421b)를 가지며, 제3 줌 렌즈(413)는 위치(422b)를 가진다. 렌즈(411, 412, 및 413)가 이와 같이 위치하고 있기 때문에, 집광 시스템(220)은 조광 필드(450b)를 형성한다. 조광 필드(450b)는 도 4a의 조광 필드(450a)와 대비할 때 서로 다른 크기를 가질 수 있다.
도 4c를 참조하면, 제1 줌 렌즈(411)는 위치(420c)를 가지고, 제2 줌 렌즈(412)는 위치(421c)를 가지며, 제3 줌 렌즈(413)는 위치(422c)를 가진다. 렌즈(411, 412, 413)가 이와 같이 위치하고 있기 때문에, 집광 시스템(220)은 조광 영역(450c)을 형성한다. 조광 영역(450c)은 도 4a의 조광 영역(450a)과 도 4b의 조광 영역(450b)과 대비할 때 서로 다른 크기를 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 에너지 손실없이 조광 필드의 크기를 변화시키고(즉, 조광 필드를 확대시키는 것), 조광 필드의 크기가 변화되더라도 개구수에서 텔레센트릭 조광을 유지할 수 있다.
2. 결론
본 발명의 상기 방법, 시스템 및 구성 요소에 대한 실시예가 본 명세서에 설명되었다. 다른 경우와 마찬가지로, 이들 실시예는 예시적인 목적으로만 설명되어 있을 뿐, 이에 제한되지는 않는다. 다른 실시예가 가능하며 본 발명에 의해 커버된다. 이와 같은 실시예는 본 명세서에 포함된 교시 내용에 기초하여 관련 기술 분야의 당업자에게 명백할 것이다. 그래서, 본 발명의 범위는 상기 기술된 임의의 실시예에 의해서만 제한되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위 및 균등물에 따라 정해진다.

Claims (18)

  1. 디리미터에서의 필드의 조광을 위한 광학 시스템에 있어서,
    회절성 필드 스페이스 어레이(diffractive field space array);
    회절성 퓨필 스페이스 어레이; 및
    상기 회절성 필드 스페이스 어레이와 상기 회절성 퓨필 스페이스 어레이 사이의 광로에 위치되어 있는 집광 시스템
    을 포함하고,
    상기 집광 시스템은,
    복수의 고정 광학 부재; 및
    복수의 실린더형(cylindrical) 이동 광학부재
    를 더 포함하고,
    상기 이동 광학 부재는 상기 복수의 고정 광학 부재에 대해 병진이동(translation)이 가능하게 되어 있으며, 상기 회절성 필드 스페이스 어레이는 상기 회절성 퓨필 스페이스 어레이를 이후의(following) 디리미터 필드(delimiter field)에 대한 개구수(numerical aperture)를 결정하는
    것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회절성 필드 스페이스 어레이는 장방형 개구수(rectangular numerical aperture)를 생성할 수 있는 필드 스페이스 어레이인
    것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회절성 필드 스페이스 어레이는 곡선형 개구수를 생성할 수 있는 필드 스페이스 어레이인
    것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 고정 광학 부재는,
    입력 렌즈 그룹; 및
    출력 렌즈 그룹
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 입력 렌즈 그룹은 입력 크로스 실린더형(cross-cylindrical) 렌즈를 더 포함하는
    것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 출력 렌즈 그룹은 하나 이상의 크로스 실린더형 렌즈 및 하나 이상의 실린더형 렌즈를 더 포함하는
    것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 이동 광학 부재는 복수의 줌가능 렌즈를 더 포함하는
    것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 줌가능 렌즈는 크로스 스캔 광배율(cross-scan optical power)을 가진 하나 이상의 실린더형 렌즈를 더 포함하는
    것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하나 이상의 실린더형 렌즈는 1:-0.3 내지 1:-0.8의 범위의 크로스 스캔 광배율을 가지는
    것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 집광 시스템은 2개의 고정 광학 부재 및 2개의 이동 광학 부재를 더 포함하는
    것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 집광 시스템은 2개의 고정 광학 부재 및 3개의 이동 광학 부재를 더 포함하는
    것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  13. 디리미터의 필드를 조광하는 조광 시스템에 이용하는 집광 시스템에 있어서,
    상기 조광 시스템은,
    입력 고정 광학 그룹;
    출력 고정 광학 그룹; 및
    상기 입력 고정 광학 그룹 및 상기 출력 고정 광학 그룹과 함께 광로에 위치되어 있는 줌가능 렌즈 그룹
    을 포함하고,
    상기 줌가능 렌즈 그룹은, 상기 입력 고정 광학 그룹과 상기 출력 고정 광학 그룹에 대해 병진이동이 가능하게 되어 있고,
    상기 광로를 따른 상기 입력 고정 광학 그룹, 상기 출력 고정 광학 그룹, 및 상기 줌가능 렌즈 그룹의 위치는 상기 조광 시스템에서 상기 디리미터의 필드의 크기를 변경하도록 조정될 수 있는
    것을 특징으로 하는 집광 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 입력 고정 광학 그룹은 입력 크로스 실린더형 렌즈를 더 포함하는
    것을 특징으로 하는 집광 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 출력 고정 광학 그룹은 하나 이상의 크로스 실린더형 렌즈 및 하나 이상의 실린더형 렌즈를 더 포함하는
    것을 특징으로 하는 집광 시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 줌가능 렌즈 그룹은 크로스 스캔 광배율을 가진 하나 이상의 실린더형 렌즈를 더 포함하는
    것을 특징으로 하는 집광 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 하나 이상의 실린더형 렌즈는 1:-0.3 내지 1:-0.8 범위의 크로스 스캔 광배율을 가지는
    것을 특징으로 하는 집광 시스템.
  18. 광로를 가진 포토리소그래피 조광 시스템에서 디리미터의 필드를 조광하는 방법에 있어서,
    (a) 입력 고정 광학 그룹으로 광을 수광하는 단계;
    (b) 상기 입력 고정 광학 그룹과 함께 상기 광로에 위치되어 있는 줌가능 렌즈 그룹에 의해 상기 광을 확대하거나 축소하는 것 중의 하나 이상을 행하는 단계 - 상기 단계(b)는 상기 줌가능 렌즈 그룹을 상기 광로를 따라 병진이동시키는 단계를 더 포함함 -; 및
    (c) 출력 고정 광학 그룹으로 부터의 광으로 상기 디리미터를 조광하는 단계
    를 포함하고,
    상기 단계 (a) 내지 단계 (c)는
    상기 조광 시스템에서 상기 디리미터의 필드의 크기를 변경시키는 단계
    를 더 포함하는
    것을 특징으로 하는 필드 조광 방법.
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