KR100812292B1 - 마이크로리소그래픽 축소 투영 반사굴절식 대물렌즈 - Google Patents

마이크로리소그래픽 축소 투영 반사굴절식 대물렌즈 Download PDF

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Abstract

마이크로리소그래픽 축소 투영 반사굴절식 대물렌즈는 평면 접이 미러가 결여되고 가장 이미지쪽에 있는 곡면 미러(M34)의 이미지측 상 개구면(조리개;stop)을 구비한다. 가장 이미지쪽에 있는 곡면 미러(M34) 다음에 빔은 발산한다. 가장 이미지쪽에 있는 곡면 미러(M34)는 볼록하다. 대물렌즈는 물체측(Ob)으로부터 이미지측(Im)까지 일렬로, 중간상(Imi)을 제공하는 반사굴절군(L31-L35, M31, M32)과, 허상을 제공하는 반사 또는 반사굴절 군(M33, M34)과, 실상을 제공하는 굴절군(FLG')으로 이루어진다.

Description

마이크로리소그래픽 축소 투영 반사굴절식 대물렌즈{Microlithographic reduction projection catadioptric objective}
도 1은 대물렌즈의 전단(front end)을 보인다.
도 2는 대물렌즈의 기초 형태의 렌즈 설계를 보인다.
도 3은 더 복잡한 형태를 보인다.
본 발명은 평면 접이 미러(planar folding mirror)가 없으며, 뚜렷한 개구를 특징으로 하는, 둘 보다 더 큰 짝수 개의 곡면 미러를 구비하는 형태의 마이크로리소그래픽 축소 투영 반사굴절식 대물렌즈에 관한 것이다.
그런 대물렌즈는 유럽특허 제 0 779 528 A호(도 3)로부터 여섯 개의 미러와 세 개의 렌즈를 가지는 순수 반사 대물렌즈의 변형예로서 공지되었다. 모든 광학적 표면은 공통축에 대해 대칭이고 물체 평면과 이미지 평면은 대물렌즈의 상부 및 하부의 상기 축상에 위치한다. 하지만, 하나를 제외한 모든 미러는 회전체의 절단면이 될 필요가 있으며, 따라서 장착 및 조정이 어려움에 직면한다. 렌즈는 작은 효과의 보정 소자로만 작용한다. 이미지측에 가장 가까운 미러는 오목하다.
미국특허 제4,701,035호(도 12)는 유사한 대물렌즈를 보인다. 하지만, 이것은 아홉개의 미러, 두 개의 렌즈 및, 두 개의 중간상을 가지고, 물체 평면과 이미지 평면은 대물렌즈의 포락면(envelope) 내에 위치한다.
두 경우에서 이미지 필드는 비축 링 섹터이다.
완전히 축방향으로 대칭형인 반사굴절식 대물렌즈는 독일특허 제196 39 586 A호(미국특허 출원 번호 제09/263788호)로부터, 예를 들어 두 개의 대향하는 오목 미러, 축에 중심을 둔 이미지 필드 및, 중심이 모호한 개구를 가지는 것으로 공지되었다.
마이크로리소그래픽 축소 투영에 적합한 반사굴절식 대물렌즈의 또 다른 형태는 단지 하나의 오목 미러를 가지지만, 적어도 하나의 접이 미러를 가지고, 미국 특허 제5,052,763호, 특히 유럽특허 제 0869 383 A 호로부터 공지되고, 여기서 "h-design"으로 참조 부호가 붙어있다.
미국특허 제5 323 263 A호는 다수의 접이 미러를 가지는 마이크로리소그래픽 축소 투영 반사굴절식 대물렌즈를 제공하는데, 여기서 중간상은 제1오목 미러 및 단일 통과 렌즈군의 다음에 배열된다.
미국특허 제5 575 207 A호 및 미국특허 제4 685 777호는 매우 유사한 다중 접이식 반사굴절식 대물렌즈를 보인다.
본 발명의 목적은 엑시머 레이저 광원의 전형적인 밴드폭에 대한 색 보정의 양호한 성능을 가지는 일반 대물렌즈를 제공하여, 높은 이미지측 개구수를 허용하 고 장착 및 조정의 복잡함을 감소시키는 것이다.
상술한 문제점의 해결책은 특허청구범위 제1-6항에 따른 대물렌즈에서 발견된다.
기초적인 사상은 "h-design" 대물렌즈의 전단을 단일축 시스템을 제공할 상이한 전단으로 대체하는 것이다.
이 새로운 전단의 가장 단순한 형태에서, -0.25 축소의 일부가 되도록 설정한다. 7mm ×26mm 직사각형 이미지 필드 크기를 가지는 0.75 이미지측 개구수(NA) 시스템에서, 광학소자는 도 1의 렌즈 단면처럼 보인다. 상기 반사굴절식의 부분적 시스템은 우측 상에 허상을 제공하며, 이것은 0.75 NA 이미지를 형성하는 종래의 포커싱 렌즈군에 대한 보상을 하기에 충분한 축방향의 색수차를 가진다. 실사동(real pupil) 또는 개구 평면(aperture plane)은 상기 시스템의 우측단 상에 형성된다. 도시된 시스템은 포커싱 렌즈군이 대부분 포지티브 파워 렌즈로 이루어질 수 있도록 충분한 페쯔발 섬(Petzval sum)을 가진다.
시스템의 물체 평면(Ob) 말단에 바로 근접하여, 상기 시스템 내 단지 하나의 필드 렌즈(L1)가 있다는 것을 알 것이다. 그 위치는 렌즈 가열 위치에 대해 이점이 있어야 한다. 상기 전단 내에는 어떤 비구면도 없으며, 어떤 것도 필요로 하지 않는다. M1에서 M4까지의 미러는 모두 구면이고 공통 광축에 대해 동축이다. 상기 전단 시스템을 동공의 구면 수차에 대해 보정되도록 하는 것이 가능하지만, 그것은 여기에 도시된 것보다 다소 더 큰 오목 미러를 요구한다. 구면 수차는 포커싱 렌즈 군에서 또한 보정될 수 있으며, 따라서 여기서 오목 미러(M3)의 크기를 최소화시키기 위해 노력하였다. 미러(M3)의 감소된 크기는 상기 시스템의 기계적인 구성을 단순화시킨다. 도 1의 예에서, 오목 미러(M3)는 7mm ×26mm 이미지 필드 크기를 위해, 도면의 평면내에서 대략 165mm의 폭과, 직교하는 방향으로 대략 500mm인 조명 영역을 가진다.
어떤 광선이든 공통 광축으로부터 최대 거리는 이 예에서 370mm이다. 이것은 "h-design" 형태의 많은 설계의 경우보다 훨씬 작은 것이며, 여기서 오목 미러 두께 및 장착 두께는 축으로부터 오목 미러까지 접이 미러의 다음 측방향 광선의 광경로 거리에 더해져야 한다. 이 새로운 설계의 패키지 포락면은 분명 더 매력적이다.
축방향 색수차와 페쯔발 만곡면이, 오목 미러(M1)에 근접한 네가티브 렌즈(L2)가 더 파워를 가지도록 함으로써, 도 1의 예보다 더 많이 전단(FE)에 삽입될 수 있다. 하지만, 강력 렌즈(L2)는 너무 많이 과보정된 구면 수차에 삽입되는 경향이 있어 중간의 이미지 수차를 너무 크게 한다. 그래서 향상된 형태의 설계는 오목 미러에 근접한 두 개의 오목 렌즈를 가진다.
물체 평면(Ob)에 근접한 필드 렌즈(L1)는 동공 수차를 조절하는데 도움을 주기 위해 두 개의 더 약한 렌즈로 나뉠 수도 있다. 마지막으로, 레티클(Ob)에 근접한 볼록 미러(M2)는 필드 렌즈(L1) 표면으로부터 나뉘어 나올 수 있고 분리된 광학소자로 제조된다. 상기 볼록 미러는 이 때 더 복잡한 설계를 제공하지만, 더 향상된 작동을 할 수 있다.
상기 시스템을, 텔레센트릭 포커싱 군(Telecentric Focusing Group; TFG) 내에 포지티브 렌즈만을 가지고, 페쯔발 만곡면 보정 뿐만 아니라 축방향 및 횡방향 컬러 보정을 가지는, 전형적인 마이크로리소그래픽 대물렌즈의 제1차 스펙(specs)을 만족시키도록 제조하는 것이 가능하다. 어떠한 다른 종류의 수차 보정을 가지지 않는 예가 도 2에 도시된다. 빔의 지름이 L21 내지 L29의 모든 렌즈상에서 크기 때문에, 렌즈 가열은 매우 균일함에 주목하라.
도 3은 더 개량된 예를 보인다. 전단(FE')은 필드 렌즈군이 세 개의 렌즈(L31 내지 L33)로 나뉘는 것을 특징으로 한다. 상기 세 개의 렌즈의 도움으로 양질의 텔레센트릭성(telecentricity)이 구현된다. 또한 상기 포커싱 렌즈군(FLG')은 더 많은 렌즈(L36 내지 L44)를 가진다. 상기 포커싱 렌즈군(FLG')은 소수의 비구면을 가진다. 비록 강제적인 것을 아니지만, 보정을 단순화시키는 설계의 반사굴절 전단(FE')내 몇 개의 비구면도 있다. 큰 미러(M33)는 생산을 단순화하기 때문에 구면으로 여전히 제조된다.
비구면의 바람직한 위치는 개구 또는 동공 평면(pupil plane)의 근처, 즉 주변 광선(marginal ray) 높이가 주변의 개구의 높이의 80%를 초과하는 미러(M31) 또는 렌즈(L34, L35) 상이고, 다른 한 편으로는 주변 광선 높이가 다음 개구의 높이의 80% 미만인 약간 먼 위치상이다. 마지막 예는 필드 렌즈군의 표면 또는 이미지 평면(Im) 다음의 마지막 두 렌즈의 표면이다.
상기 설계의 다색 r.m.s. 파면 오차값은 4X 설계에서 0.75 NA에서 26×7mm 필드에 걸쳐 0.05 로부터 0.13 웨이브까지 변한다.
반사굴절 전단(FE')은 도 1 및 도 2 보다 다소 더 복잡하다. 상기 설계는 양측이 텔레센트릭이고 동공 수차 및 왜곡에 대해 보정된다. 작동 거리는 레티클 단(Ob)상에서 34mm이고 웨이퍼 단(Im)상에서 12mm이다. 상기 시스템 길이는 대략 1200mm이다.
포커싱 렌즈군(FLG')은 강한 커브를 가지지 않는 거의 모두 포지티브 렌즈(L41 제외)이다. 중간상에서 매우 큰 수차는, 오목 미러(M31)에 다음에 있는 두 오목 렌즈(L31, L35)가 이러한 점에 따라 최적의 만곡(bending)을 가지지 않기 때문이다.
표 1은 상기 실시예의 렌즈 데이터의 목록을 제공한다.
이러한 종류의 대물렌즈에 대한 렌즈 배럴의 기계적인 구조는 광축("h-design" 등과 같은)의 폴딩(folding)을 가지는 반사굴절 시스템과 비교했을 때 매우 유리하다. 여기서, 미러(M32 및 M33)만이 완전한 디스크가 될 수 없다. 하지만, 미러(M33)는 회전 대칭 구조내 장착될 수 있는 완전한 환형체로 확장될 수 있다. 배럴은 렌즈(L33 및 L36) 사이에 특히 도 3 도면의 하부측에서 광빔에 통로를 주기 위해 절단되어야 하지만, 일반적으로 실린더형이 될 수 있다. 미러(M33)만이 상기 실리더형 배럴의 외측의, 매우 적절한 거리에 있어야 한다.
"h-designs"에서 유사한 효과는 부가적인 폴딩을 필요로 한다. 접이 미러는 광빔의 강도 손실 및 질 감퇴, 생산 경비 및 이미지 품질의 이점이 없는 조절 작업을 유발하여 일반적으로 바람직하지 않다.
미러(M33)를 환형 블랭크(blank)로 생산하는 것이 가능하고 상기 영역 내의 지름이 확장되는 실린더형 배럴 내 환형부로서 장착될 수 있다.
오목 구면 미러(M33)는 모든 렌즈의 가장자리를 잇는, 최대 반경 렌즈의 반경을 갖는 실린더형 포락면의 외측에 도달하는 유일한 미러라는 것을 쉽게 알 수 있다. 이것은 상기 종류의 대물렌즈가 본질적으로 고강도의 콤팩트 실린더형 배럴내 장착용으로 적합한 것을 다시 보인다.
제공된 예의 렌즈 재료는 불화 칼슘(calcium fluoride), 형석(fluorspar)이다. 다른 재료들이, 단일 또는 조합되어, 엑시머 레이저의 다른 파장에서 사용될 수 있다. 결국 적절하게 도핑된 석영 유리(quartz glass)와, 불화물 결정(fluoride crystal)이 그런 적합한 재료들이다.
EUV 리소그래피의 필드내 공지된 네 개, 여섯 개 및, 여덟 개 또는 그 이상의 미러 대물렌즈의 설계는 실상 대신 허상이 제공되는 가능한 편차를 가지는 본 발명의 전단 군에 대한 최초의 설계로 일반적으로 적합하다. 상술한 실시예들은 본 발명의 범위에 한정되지 않는다. 청구항과 그 조합은 전체적인 범위를 제공한다. 청구범위 내 기재된 곡면 미러에 부가하여, 평면 접이 미러는 본 시스템내에 때때로 포함될 수 있다.
표 1
Figure 112007022134025-pat00001
Figure 112007022134025-pat00002
Figure 112007022134025-pat00003
본 발명에 따르면, 엑시머 레이저 광원의 전형적인 밴드폭에 대한 색 보정의 양호한 성능을 가지는 일반 대물렌즈를 제공하며, 높은 이미지측 개구수를 허용하고 장착 및 조정의 복잡함을 감소시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 물체측으로부터 이미지측까지 차례로, 필드 렌즈군, 오목 미러를 포함하는 군, 홀수 개의 곡면 미러를 포함하는 군, 및 포지티브 렌즈군을 포함하며,
    상기 오목 미러는 주변 광선 높이가 주변의 개구 또는 동공의 높이의 80%를 초과하는 위치에 위치하고,
    뚜렷한 동공을 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 축소 투영 반사굴절식 대물렌즈.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 오목 미러의 미러면이 비구면인 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 축소 투영 반사굴절식 대물렌즈.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 홀수 개의 곡면 미러를 포함하는 군은 물체측으로부터 이미지측으로의 빔 경로 내에 첫 번째 미러를 포함하며, 상기 첫 번째 미러는 상기 대물렌즈의 광축과 교차하지 않는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 축소 투영 반사굴절식 대물렌즈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 홀수 개의 곡면 미러를 포함하는 군의 첫 번째 미러 다음에 중간 실상이 위치하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 축소 투영 반사굴절식 대물렌즈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 오목 미러를 포함하는 군이 하나 또는 그 이상의 네가티브 렌즈를 포함하며 축방향의 색수차를 생성하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 축소 투영 반사굴절식 대물렌즈.
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