KR100850324B1 - 입방형 결정질 광학 시스템에서의 복굴절의 보정 - Google Patents

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Abstract

광학 시스템은 공통 광축에 따라 정렬되고, 고유 복굴절 효과를 최소화하고 감소된 리타던스를 갖는 시스템을 생산하기 위해, 서로에 대해 지향되는 결정 격자를 갖는 다수의 입방형 결정질 광학 소자를 포함한다. 광학 시스템은 높은 개구수를 가지며, 248nm 이하의 파장을 갖는 빛을 사용하는 굴절 또는 반사굴절 시스템일 수 있다. 소자들이 개별 소자의 고유 복굴절이 서로 상쇄되도록 지향됨에 따라, 시스템의 순 리타던스는 각각의 광학 소자의 리타던스 기여도의 합보다 작다. 일실시예에서, 2개의 [110] 입방형 결정질 공학 소자는 서로에 대해 클로킹되고, 리타던스를 감소시키기 위해, [100] 입방형 결정질 광학 소자와 함께 사용된다. 다양한 복굴절 소자, 파동판 및 그들의 조합이 잔여 리타던스 및 파면 수차의 추가적인 보정을 제공한다. 광학 시스템은 반도체 기판과 같은 기판을 패터닝하기 위한 포토리소그래피 툴에 사용되어, 반도체 장치를 생산할 수 있다.
Figure R1020037015766
광학 시스템, 반도체 장치, 복굴절, 입방형 결정질, 리소그래피, 리타던스

Description

입방형 결정질 광학 시스템에서의 복굴절의 보정{CORRECTION OF BIREFRINGENCE IN CUBIC CRYSTALLINE OPTICAL SYSTEMS}
본 발명은 일반적으로는 고성능 광학 시스템 및 리소그래피 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입방형 결정질 광학 소자를 이용하는 광학 시스템에서 고유 복굴절 효과를 보상하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
집적회로 및 기타 반도체 장치에 대한 장치 집적 레벨을 향상시키기 위해, 보다 작은 치수를 갖는 장치 특성을 생산하고자 하는 경향이 있다. 현재, 반도체 제조 산업이 급속하게 발전함에 따라, 안정적이고 반복적인 방식으로 이러한 장치를 생산하고자 하는 경향이 있다.
광학 리소그래피 시스템(optical lithography system)은 통상적으로 반도체 기판상에 장치 패턴의 이미지를 형성하기 위한 제조 프로세스에 이용된다. 이러한 시스템의 해상력(resolving power)은 노출 파장에 비례한다. 따라서, 가능한한 짧은 노출 파장을 이용하는 것이 유리하다. 1 미크론(micron) 미만의 리소그래피에 있어서, 통상적으로 248nm 또는 그 보다 짧은 파장을 갖는 원자외선(deep ultraviolet: DUV)이 이용된다. 중요한 파장으로는 193 내지 157nm의 파장을 포함한다.
자외선 또는 원자외선 파장에서, 렌즈, 윈도우, 및 리소그래피 시스템의 기타 광학 소자를 형성하기 위해 이용되는 물질은 대단히 중요하다. 이러한 광학 소자는 이들 리소그래피 시스템에 이용되는 단파광을 보상할 수 있어야만 한다.
예컨대, 플루오르화 칼슘 및, 플루오르화 바륨, 플루오르화 리튬, 및 플루오르화 스트론튬과 같은 기타 입방형 결정체는 157nm의 리소그래피에 있어서의 광학 소자로서 이용되도록 개발되어진 일부 물질을 나타낸다. 바람직하게, 이들 단결정 플루오르화물은 평범한 광학 유리에 비해 고투과율을 가지며, 양호한 균일성을 갖고 생산될 수 있다.
따라서, 이러한 입방형 결정 물질은 웨이퍼 스텝퍼(wafer stepper) 및, 반도체 제조 산업에 이용되는 반도체 및 기타 웨이퍼 등의 기판상에 작은 피처(feature)를 생산하는데 사용되는 투사 프린터(projection printer)와 같은 단파장 광학 시스템에서의 광학 소자로서 유용하다. 특히, 플루오르화 칼슘은 입방형 결정 물질을 얻기 쉽고, 또한 고순도의 단결정이 성장될 수 있다는 장점이 있다.
원자외선 리소그래피 시스템에서의 광학 소자에서의 광학 소자를 위한 입방형 결정체의 이용에 있어서의 주요 관심사는 입방형 결정체에서의 고유한 굴절률의 비등방성에 관한 것이다. 이는 "고유 복굴절(intrinsic birefringence)"이라고 언급된다. 이는 최근 J. Burnett, Z.H. Levine, 및 E. Shipley에 의한 "Intrinsic Birefringence in 157nm materials" (Proc. 2nd lntl. Symp on 157nm Lithography, Austin, Intl SEMATEC, ed. R.Harbison, 2001)에서, 플루오르화 칼슘 등의 입방형 결정체는 광학 시스템에서 이용된 빛의 파장의 제곱에 반비례하는 고유 복굴절을 나타낸다고 보고되었다. 이 복굴절의 크기는 광파장이 250nm 아래로 감소하였을 때, 특히 100nm로 접근하였을 때 상당히 중요한 것이 된다. 중요한 관심사는 157 나노미터(nm)의 파장에서의 고유 복굴절의 효과에 있으며, 여기서 이 빛의 파장은 반도체 제조 산업에서 주로 이용되는 F2 엑시머(excimer)에 의해 생성되었다.
복굴절 또는 이중-굴절(double-refraction)은 굴절률이 이방성인 굴절 물질의 특성이다. 복굴절 물질을 통한 빛의 전파(propagating)에 있어서, 굴절률은 편광(polarization) 및 전파 방향에 대한 물질의 방위(orientation)의 함수에 따라 변화한다. 복굴절 물질을 통해 편광되지 않은 빛의 전파는 직교 편광 상태(orthogonal polarization state)에서 일반적으로 2개의 빔으로 분리된다.
빛이 복굴절 물질의 단위 길이를 통과할 때, 2개의 광선(ray) 경로에 있어서의 굴절률의 차이는 광로차(optical path difference) 또는 리타던스(retardance)를 초래할 수 있다. 복굴절은 단위가 없는(unitless) 양이지만, 실제 리소그래피 협회에서는 nm/cm의 단위로 표기하는 것이 일반적이다. 복굴절은 물질의 특성인 반면, 리타던스(retardance)는 편광 상태간의 광학적인 지연(delay)이다. 광학 시스템을 통과하는 소정 광선에 대한 리타던스는 nm로 표기되거나, 또는 특정 파장의 파동(waves) 수로 표기될 수도 있다.
플루오르화 마그네슘 또는 수정 등의 단축 결정에 있어서, 2개의 굴절 빔이 동일한 속도로 이동하고 있는 복굴절 물질을 통과하는 방향은 복굴절축으로 언급된다. 광축(optic axis)이란 일반적으로 단결정의 취급시에 복굴절축과 상호 교환가능하게 사용될 수 있다. 렌즈 소자의 시스템에서, 광축은 일반적으로 렌즈 시스템의 대칭축으로 언급된다. 혼란을 피하기 위해, 이하에서 광축은 렌즈 시스템내의 대칭축으로만 언급될 것이다. 복굴절축을 제외한 상기 물질의 통과 방향에 있어서, 2개의 굴절 빔은 다른 속도로 주행하게 될 것이다. 복굴절 매체상의 소정 입사 광선(incident ray)에 있어서, 2개의 굴절 광선은 정상 광선(ordinary ray) 및 이상 광선(extraordinary ray)이라고 일반적으로 설명된다. 정상 광선은 복굴절축에 수직으로 편광되고, 스넬의 법칙(Snell's Law)에 따라 굴절되며, 이상 광선은 정상 광선에 수직으로 편광되며, 입사 광선과 관련된 복굴절축의 방향 및 복굴절 양에 의존하는 각도로 굴절된다. 단축 결정에 있어서, 복굴절축은 단방향을 따라 지향되고, 복굴절의 크기는 상기 물질의 전반에 거쳐 일정하다. 단축 결정은 일반적으로 리타던스판(retardation plate) 및 편광자(polarizer) 등의 광학 구성품에 이용된다.
그러나, 반대로 입방형 결정은 복굴절축 방위와, 결정 격자의 방위에 대한 빛의 전파 방향에 의존하여 변화하는 크기를 모두 갖는 것으로 나타난다.
2개의 고유한 편광에 의해 보여지는 굴절률의 차이인 복굴절에 더하여, 평균 굴절률도 입사 각도의 함수에 따라 변화하고, 편광 독립 위상 오차(polarization independent phase errors)를 생성한다.
결정축 방향과 면은, 공통 팩터가 없는 정수이고, 결정축에 따른 결정면의 절편(intercept)에 반비례하는 밀러 인덱스(Miller indices)를 이용하여 이하에 설명한다. 격자면은 예컨대 (100)과 같이 괄호에 삽입된 밀러 인덱스로 주어지고, 직접 격자내의 축 방향은 예컨대 [111]과 같이 대괄호내에 주어진다. 예컨대 [111]과 같은 결정 격자 방향은 물질 또는 광 소자의 [111] 결정축으로서 언급될 수도 있다. (100), (010) 및 (001) 평면은 입방형 결정내에서 등가이고, 일괄적으로 {100} 평면으로 언급된다. 예컨대, [110] 결정축을 따른 예시적인 입방형 결정질 광학 소자를 통한 빛의 전파는 최대 복굴절을 받게 되는 반면, [100] 결정축을 따른 빛의 전파는 복굴절되지 않는다.
즉, 파면(wavefront)이 입방형 결정체로 구성된 광학 소자를 통해 전파됨에 따라, 이 파면은 광학 소자의 고유 복굴절로 인하여 지연될 수도 있다. 물질을 통한 국부 전파 각도가 파면을 가로질러 변화하기 때문에, 리타던스 크기와 방위는 각각 변화될 수도 있다. 이러한 변화는 "리타던스 수차(retardance aberration)"로 언급될 수도 있다. 리타던스 수차는 균일하게 편광된 파면을 수직으로 편광된 2개의 파면으로 분리한다. 각각의 수직 파면은 상이한 굴절률을 갖게 되고, 결과적으로 파면 수차가 상이하게 된다. 이들 수차는 특히 반도체 제조에서 미크론 미만의 투사 리소그래피에 있어서 이미지 해상도를 심각하게 감소시키고, 157nm와 같은 관심 파장에서 이미지 영역의 왜곡을 일으킬 수 있다. 따라서, 원자외선 영역의 파장을 갖는 빛을 이용하는 투사 리소그래피 시스템에서 이미지 해상도를 감소시키고, 이미지 영역의 왜곡을 일으킬 수 있는, 입방형 결정질 소자의 고유 복굴절에 의해 발생하는 파면 수차를 보상할 필요가 있다.
이러한 필요성 및 다른 필요성을 취급하기 위해, 또한 그 목적의 관점에서, 본 발명은 입방형 결정질 광학 시스템내의 고유 복굴절이 파면 수차를 야기하는 것을 방지하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 입방형 결정질 렌즈 소자의 결정축은 각 렌즈 소자로부터의 리타던스 기여도(retardance contribution)를 밸런싱(balance)함으로써 순 리타던스(net retardance)를 최소화하도록 지향된다.
일실시예에서, 본 발명은 복수의 광학 소자로 형성된 투사 렌즈를 포함하는 광학 시스템을 제공하고, 시스템 광축에 대해 작은 각도로 빛을 전파하는 동안 감소된 리타던스를 부여하기 위해, 광학 소자 중 둘 이상은 입방형 결정체로 구성되고, 시스템 광축을 따라 [110] 입방형 결정질 격자 방향으로, 광축을 중심으로 상대 회전(relative rotation)하면서 지향되며, 시스템 광축에 대해 큰 각도로 축 밖(off-axis)의 빛 전파 동안 감소된 리타던스를 부여하기 위해, 광학 소자 중 하나 이상은 [100] 입방형 결정질 격자 방향을 따라 실질적으로 광축에 대해 지향된다.
다른 예시적인 실시예에서, 본 발명은 입방형 결정체로 구성되고, 실질적으로 그들의 [110] 입방형 결정질 격자 방향을 따라 광축에 대해 지향되는 4개의 광학 소자를 포함하는 광학 시스템을 제공한다. 광학 소자는 시스템 광축에 대해 작은 각도로 빛을 전파하는 동안 감소된 리타던스를 부여하도록 광축 주변으로 지향된다. 이 시스템은 시스템 광축에 대해 큰 각도로 빛을 전파하는 동안 감소된 리타던스를 부여하도록 광축을 따라 실질적으로 [100] 결정 격자 방향으로 지향되는 광 학 소자를 더 포함한다.
다른 예시적인 실시예에서, 본 발명은 [110] 격자 방향에 대해 작은 각도로 빛을 전파하는 동안 감소된 리타던스를 부여하도록 광축을 중심으로 상대 회전하는 복수의 광학 소자를 포함하는 광학 시스템을 제공하고, 둘 이상의 광학 소자는 입방형 결정체로 구성되고, 시스템의 광축을 따라 그 [110] 입방형 결정질 격자 방향으로 지향된다. 복굴절에 포함된 스트레스는 [110] 입방형 결정질 광학 소자나, 입방형이 아닌 결정질 소자등의 광학 소자 또는 [100] 광학 소자 중 하나에 가해져서 광학 시스템의 잔여 리타던스를 감소시킨다.
다른 예시적인 실시예에서, 본 발명은 둘 이상의 소자가 소자의 [110] 입방형 결정질 격자 방향을 따라 실질적으로 광축에 대해 지향되고, 하나 이상의 소자가 소자의 [100] 입방형 결정질 격자 방향을 따라 실질적으로 광축에 대해 지향되는 렌즈 시스템을 제공하고, 광축을 중심으로 소자의 최적화된 상대회전을 제공함으로써 고유 복굴절에 의해 발생하는 리타던스 수차를 감소시키는 방법 및 장치를 제공한다.
다른 예시적인 실시예에서, 본 발명은 렌즈 규정에 의해 정의된 렌즈 시스템을 제공하고, 이어서 렌즈 시스템의 적어도 하나의 소자를 렌즈 규정에 의해 정의된 전체적인 소자 치수를 유지하면서 리타던스 수차를 감소시키도록 지향되는 다수의 입방형 결정질 성분으로 분할함으로써, 고유 복굴절에 의해 발생하는 리타던스 수차를 감소시키는 방법 및 장치를 제공한다.
또 다른 예시적인 실시예에 있어서, 본 발명은 잔여 리타던스의 변화를 감소 시키기 위해 렌즈 시스템에 적어도 2개의 입방형 결정질 광학 소자를 제공하고, 복굴절에 포함된 스트레스를 적어도 하나의 광학 소자에 제공함으로써 고유 복굴절에 의해 발생하는 리타던스를 감소시키는 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 특성은 곡률의 기본 반경이 수직 방향으로 상이한 적어도 하나의 광학 소자의 사용함으로써 입방형 결정질 광학 소자의 평균 굴절률의 변화로 인한 잔여 비점 수차(residual astigmatism)를 보상하기 위한 방법 및 장치이다.
다른 예시적인 실시예에 있어서, 본 발명은 상술한 광학 시스템 중 하나를 포함하는 포토리소그래피 툴을 제공한다.
다른 예시적인 실시예에 있어서, 본 발명은 반도체 제조 산업에 이용되는 반도체 기판상에 반도체 장치를 형성하기 위해 선택적으로 지향되는 결정질 렌즈를 이용하는 방법 및 장치를 제공한다.
다른 예시적인 실시예에 있어서, 본 발명은 선택적으로 지향되는 입방형 결정질 렌즈 소자를 포함하는 리소그래피 툴을 이용하여 형성된 반도체 장치를 제공한다.
도1은 예시적인 리소그래피 시스템의 투사 렌즈(projection optics)를 나타낸 개략도.
도2는 예시적인 리소그래피 시스템의 개략도.
도3a는 입방형 결정 격자에 대한 복굴절축 방위의 변화를 그래픽적으로 나타 낸 도면.
도3b는 입방형 결정 격자에 대한 복굴절 크기의 변화를 그래픽적으로 나타낸 도면.
도4는 예시적인 입방형 결정질 격자를 통한 각종 방향 사이의 각도 관계를 나타낸 사시도.
도5a는 [110] 격자 방향에 대한 입방형 결정체에 있어서의 각도 공간내의 복굴절 크기 및 복굴절축 방위를 나타내고, 축을 벗어난 피크(peak) 복굴절 로브(lobe)의 방위각 방향을 나타낸 도면.
도5b는 [100] 격자 방향에 대한 입방형 결정체에 있어서의 각도 공간내의 복굴절 크기 및 복굴절축 방위를 나타내고, 축을 벗어난 피크 복굴절 로브(lobe)의 방위각 방향을 나타낸 도면.
도5c는 [111] 격자 방향에 대한 입방형 결정체에 있어서의 각도 공간내의 복굴절 크기 및 복굴절축 방위를 나타내고, 축을 벗어난 피크 복굴절 로브(lobe)의 방위각 방향을 나타낸 도면.
도6은 3개의 입방형 결정질 소자가 빔 수렴 초점을 중심으로 집중된 예시적인 광학 시스템의 개략도.
도7a는 광축이 각각의 소자에 있어서의 [110] 격자 방향을 따라 연장하고 있고, 모든 소자에 대한 결정축이 동일하게 지향되는, 도6에 도시한 광학 시스템의 예시적인 실시예에서의 동공(pupil)을 가로지르는 순 리타던스 크기 및 방위를 나타낸 도면.
도7b는 광축이 각각의 소자에 있어서의 [100] 격자 방향을 따라 연장하고 있고, 모든 소자에 대한 결정축이 동일하게 지향되어 있는, 도6에 도시한 광학 시스템의 예시적인 실시예에서의 동공(pupil)을 가로지르는 순 리타던스 크기 및 방위를 나타낸 도면.
도7c는 광축이 각각의 소자에 있어서의 [111] 격자 방향을 따라 연장하고 있고, 모든 소자에 대한 결정축이 동일하게 지향되어 있는, 도6에 도시한 광학 시스템의 예시적인 실시예에서의 동공(pupil)을 가로지르는 순 리타던스 크기 및 방위를 나타낸 도면.
도8a는 제1 소자가 [110] 광학 소자이고, 수평으로 지향되는 리타던스가 광축을 따라 생성되도록 광축을 중심으로 회전되는, 도6에 도시된 광학 시스템의 제1 소자에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스에 대한 개별 기여도를 나타낸 도면.
도8b는 제2 소자가 [110] 광학 소자이고, 수직으로 지향되는 리타던스가 광축을 따라 생성되도록 광축을 중심으로 회전되는, 도6에 도시된 광학 시스템의 제2 소자에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스에 대한 개별 기여도를 나타낸 도면.
도8c는 제3 소자가 [100] 광학 소자이고, 피크 리타던스(peak retardance)가 광축을 따라 지향되도록 광축을 중심으로 회전되는, 도6에 도시된 광학 시스템의 제3 소자에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스에 대한 개별 기여도를 나타낸 도면.
도9a는 제1 및 제2 소자가 [110] 입방형 결정질 광학 소자이고, 제3 소자가 [100] 입방형 결정질 광학 소자인 예시적인 실시예를 따른, 도6에 도시된 광학 시 스템의 제1 및 제2 소자에 있어서의 동공을 가로지르는 조합 리타던스(combined retardance)를 나타낸 도면.
도9b는 제1 및 제2 소자가 [110] 입방형 결정질 광학 소자이고, 제3 소자가 [100] 입방형 결정질 광학 소자인 예시적인 실시예를 따른, 도6에 도시된 광학 시스템에 대한 동공을 가로지르는 조합 리타던스를 나타낸 도면.
도9c는 제1 및 제2 소자가 [110] 입방형 결정질 광학 소자이고, 순 RMS 리타던스를 최소화하기 위해 선택된 두께를 갖는 제3 소자가 [100] 입방형 결정질 광학 소자인 다른 예시적인 실시예를 따른, 도6에 도시된 광학 시스템에 대한 동공을 가로지르는 순 리타던스를 나타낸 도면.
도9d는 압축 후프 스트레스(compressive hoop stress)가 제1 소자의 외주 주변에 인가되었을 때, 도6에 도시된 광학 시스템내의 제1 소자를 가로지르는 반경 리타던스 변화를 나타낸 도면.
도9e는 예시적인 신장 후프 스트레스가 제1 소자의 외주 주변에 인가되고, 고유 복굴절에 의해 발생하는 리타던스를 포함하지 않는 경우, 도6에 도시된 광학 시스템의 제1 소자에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스에 대한 기여도를 나타낸 도면.
도9f는 예시적인 인장 후프 스트레스가 순 RMS 리타던스를 최소화하기 위해 제1 소자의 외주 주변에 인가되었을 때, 도6에 도시된 광학 시스템에 대한 동공을 가로지르는 순 리타던스를 나타낸 도면.
도10은 5개의 입방형 결정질 소자가 빔 수렴 초점에 대해 집중된 예시적인 광학 시스템을 나타내는 개략도.
도11a는 광축이 각각의 소자에 대해 [110] 격자 방향을 따르고 있고, 모든 소자에 대한 결정축이 동일하게 지향되는, 도10에 도시된 광학 시스템의 예시적인 실시예에 대한 동공을 가로지르는 순 리타던스 크기 및 방위를 나타낸 도면.
도11b는 광축이 각각의 소자에 대해 [100] 격자 방향을 따르고 있고, 모든 소자에 대한 결정축이 동일하게 지향되는, 도10에 도시된 광학 시스템의 예시적인 실시예에 대한 동공을 가로지르는 순 리타던스 크기 및 방위를 나타낸 도면.
도11c는 광축이 각각의 소자에 대해 [111] 격자 방향을 따르고 있고, 모든 소자에 대한 결정축이 동일하게 지향되는, 도10에 도시된 광학 시스템의 예시적인 실시예에 대한 동공을 가로지르는 순 리타던스 크기 및 방위를 나타낸 도면.
도12a 내지 도14c는 제1 내지 제4 소자가 [110] 입방형 결정질 광학 소자이고, 제5소자는 [100] 입방형 결정질 광학 소자인, 도10에 나타낸 광학 시스템에 대한 리타던스 크기와 방위를 나타낸 도면으로서,
도12a는 광축을 따른 리타던스가 수평에 대해 17.632°만큼 회전되어 있는, 제1 소자에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스에 대한 개별 기여도를 나타낸 도면;
도12b는 광축을 따른 리타던스가 수평에 대해 -17.632°만큼 회전되어 있는, 제2 소자에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스에 대한 개별 기여도를 나타낸 도면;
도12c는 광축을 따른 리타던스가 수평에 대해 72.368°만큼 회전되어 있는, 제3 소자에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스에 대한 개별 기여도를 나타낸 도면;
도12d는 광축을 따른 리타던스가 수평에 대해 -72.368°만큼 회전되어 있는, 제4 소자에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스에 대한 개별 기여도를 나타낸 도면;
도13a는 상호 겹쳐진 제1 및 제3 소자에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스를 나타낸 도면;
도13b는 제1 및 제3 소자에 있어서의 동공을 가로지르는 순 리타던스를 나타낸 도면;
도13c는 제2 및 제4 소자에 있어서의 동공을 가로지르는 순 리타던스를 나타낸 도면;
도14a는 제1 내지 제4 소자에 있어서의 동공을 가로지르는 순 리타던스를 나타낸 도면;
도14b는 제5 소자에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스에 대한 개별 기여도를 나타낸 도면; 및
도14c는 동공을 가로지르는 순 리타던스를 나타낸 도면.
도15는 예시적인 대형의 굴절 투사 렌즈를 나타내는 개략도.
도16a 및 도16b는 각각 중심 및 가장자리 필드 포인트에서 도15에 도시된 예시적인 렌즈에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스를 나타낸 도면.
도17a 및 도17b는 단일층 비반사 코팅으로 인하여, 각각 중심 및 가장자리 필드 포인트에서 도15에 도시된 예시적인 렌즈에 있어서의 동공을 가로지르는 다이어테뉴에이션(diattenuation)를 나타낸 도면.
도18a 내지 도18d는 도15에 도시된 예시적인 렌즈에 대한 잔여 파면 오차를 등고선으로 나타낸 도면으로서,
도18a는 중심 필드 포인트에 있어서의 X 방향에서의 출사 동공 분석기(exit pupil analyzer)에 이용된 X 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면;
도18b는 가장자리 필드 포인트에 있어서의 X 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용된 X 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면;
도18c는 중심 필드 포인트에 있어서의 Y 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용된 Y 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면; 및
도18d는 가장자리 필드 포인트에 있어서의 Y 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용된 Y 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면.
도19a 및 도19b는 각각 중심 및 가장자리 필드 포인트에서 도15에 도시된 예시적인 렌즈에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스를 나타낸 도면으로서, 모든 소자는 입방형 결정 3차원에 동일하게 정렬되어 있고, [110] 결정 격자 방향을 따라 연장된 광축과 157nm의 파장에서 플루오르화 칼슘의 피크 복굴절 크기에 대응하는 피크 복굴절 크기를 갖는 도면.
도20a 및 도20b는 각각 중심 및 가장자리 필드 포인트에서 도15에 도시된 예시적인 렌즈에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스를 나타낸 도면으로서, 모든 소자는 입방형 결정 3차원에 동일하게 정렬되어 있고, [100] 결정 격자 방향을 따라 연장된 광축과 157nm의 파장에서 플루오르화 칼슘의 피크 복굴절 크기에 대응하는 피크 복굴절 크기를 갖는 도면.
도21a 및 도21b는 각각 중심 및 가장자리 필드 포인트에서 도15에 도시된 예시적인 렌즈에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스를 나타낸 도면으로서, 여기서 모든 소자는 입방형 결정 3차원에 동일하게 정렬되어 있고, [111] 결정 격자 방향을 따라 연장된 광축과 157nm의 파장에서 플루오르화 칼슘의 피크 복굴절 크기에 대응하는 피크 복굴절 크기를 갖는 도면.
도22는 고유 복굴절에 대하여 보상하도록 선택 및 지향되는 소자의 결정축을 갖는 도15에 도시된 예시적인 렌즈를 나타내는 개략도로서, 빗금친 소자는 [100] 입방형 결정질 광학 소자이고, 다른 모든 소자는 [110] 입방형 광학 소자인 도면.
도23a 및 도23b는 비반사 코팅 및 모든 소자의 고유 복굴절로 인한, 각각 중심 및 가장자리 필드 포인트에서의 도22에 도시된 예시적인 렌즈를 가로지르는 리타던스를 나타낸 도면.
도24a 내지 도24d는 도22에 도시된 예시적인 렌즈에 대한 잔여 파면 오차를 나타내는 등고선도로서,
도24a는 중심 필드 포인트에 있어서의 X 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용되는 X 방향의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면;
도24b는 가장자리 필드 포인트에 있어서의 X 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용되는 X 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면;
도24c는 중심 필드 포인트에 있어서의 Y 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용되는 Y 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면; 및
도24d는 가장자리 필드 포인트에 있어서의 Y 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용되는 Y 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면.
도25a 및 도25b는 단일층 비반사 코팅으로 인한, 각각 중심 및 가장자리 필드 포인트에서의 도1에 도시된 예시적인 렌즈에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스를 나타낸 도면.
도26a 및 도26b는 단일층 비반사 코팅으로 인한, 각각 중심 및 가장자리 필드 포인트에서의 도1에 도시된 예시적인 렌즈에 있어서의 동공을 가로지르는 다이어테뉴에이션을 나타낸 도면.
도27a 내지 도27d는 도1에 도시된 예시적인 렌즈에 대한 잔여 파면 오차를 나타내는 등고선도로서,
도27a는 중심 필드 포인트에 있어서의 X 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용되는 X 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면;
도27b는 가장자리 필드 포인트에 있어서의 X 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용되는 X 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면;
도27c는 중심 필드 포인트에 있어서의 Y 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용되는 Y 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면; 및
도27d는 가장자리 필드 포인트에 있어서의 Y 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용되는 Y 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면.
도28a 및 도28b는 각각 중심 및 가장자리 필드 포인트에서의 도1에 도시된 예시적인 렌즈에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스를 나타낸 도면으로서, 여기서 모든 소자는 3차원에 동일하게 정렬되고, 광축을 따른 그 [110] 결정 격자 방향을 가지며, 157nm의 파장에서 플루오르화 칼슘의 피크 복굴절 크기에 대응하는 피크 복굴절 크기를 포함하고 있는 도면.
도29a 및 도29b는 각각 중심 및 가장자리 필드 포인트에서 도1에 도시된 예시적인 렌즈에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스를 나타낸 도면으로서, 여기서 모든 소자는 3차원에 동일하게 정렬되고, 광축을 따른 그 [100] 결정 격자 방향을 가지며, 157nm의 파장에서 플루오르화 칼슘의 피크 복굴절 크기에 대응하는 피크 복굴절 크기를 포함하고 있는 도면.
도30a 및 도30b는 각각 중심 및 가장자리 필드 포인트에서 도1에 도시된 렌즈에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스를 나타낸 도면으로서, 여기서 모든 소자는 3차원에 동일하게 정렬되고, 광축을 따른 그 [111] 결정 격자 방향을 가지며, 157nm의 파장에서 플루오르화 칼슘의 피크 복굴절 크기에 대응하는 피크 복굴절 크기를 포함하고 있는 도면.
도31은 최종 2개의 소자가 광축을 중심으로 상이한 상관 회전을 하는 2개의 세그먼트로 분할되고, 소자의 결정축은 고유 복굴절을 보상하도록 지향되는 도1에 도시된 예시적인 렌즈를 나타내는 개략도로서, 빗금친 소자는 광축을 따른 그들의 [100] 결정 격자 방향을 가지며, 다른 소자들은 광축을 따른 그들의 [110] 결정 격자 방향을 따라 지향되는 도면.
도32a 및 도32b는 비반사 코팅 및 모든 소자의 고유 복굴절로 인한, 각각이 중심 및 가장자리 필드 포인트에서 도31에 도시된 예시적인 렌즈에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스를 나타낸 도면.
도33a 내지 도33d는 도31에 도시된 예시적인 렌즈에 대한 잔여 파면 오차를 나타내는 등고선도로서,
도33a는 중심 필드 포인트에 있어서의 X 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용되는 X 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면;
도33b는 가장자리 필드 포인트에 있어서의 X 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용되는 X 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면;
도33c는 중심 필드 포인트에 있어서의 Y 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용되는 Y 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면; 및
도33d는 가장자리 필드 포인트에 있어서의 Y 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용되는 Y 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면.
도34는 예시적인 대형 반사굴절 투사 렌즈(catadioptric projection lens)를 나타내는 개략도.
도35a 및 도35b는 단일층 비반사 코팅으로 인한, 각각 중심 및 가장자리 필드 포인트에서 도34에 도시된 렌즈에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스를 나타낸 도면.
도36a 내지 도36d는 도34에 도시된 예시적인 렌즈에 대한 잔여 파면 오차를 나타내는 등고선도로서,
도36a는 중심 필드 포인트에 있어서의 X 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용되는 X 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면;
도36b는 가장자리 필드 포인트에 있어서의 X 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용되는 X 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면;
도36c는 중심 필드 포인트에 있어서의 Y 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용되는 Y 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면; 및
도36d는 가장자리 필드 포인트에 있어서의 Y 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용되는 Y 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면.
도37a 및 도37b는 각각 중심 및 가장자리 필드 포인트에서 도34에 도시된 렌즈에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스를 나타낸 도면으로서, 예시적인 실시예에서는 제2 파동판(wave plate)과 이미지 평면 사이의 모든 소자는 [110] 결정 격자 방향을 따른 광축과 157nm의 파장에서 플루오르화 칼슘의 피크 복굴절 크기에 대응하는 피크 복굴절 크기로 33차원에서 동일하게 정렬되어지는 도면.
도38a 및 도38b는 각각 중심 및 가장자리 필드 포인트에서 도34에 도시된 렌즈에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스를 나타낸 도면으로서, 예시적인 실시예에서는 제2 파동판과 이미지 평면 사이의 모든 소자는 [100] 결정 격자 방향을 따른 광축과 157nm의 파장에서 플루오르화 칼슘의 피크 복굴절 크기에 대응하는 피크 복굴절 크기로 33차원에서 동일하게 정렬되어지는 도면.
도39a 및 도39b는 각각 중심 및 가장자리 필드 포인트에서 도34에 도시된 렌즈에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스를 나타낸 도면으로서, 예시적인 실시예 에서는 제2 파동판과 이미지 평면 사이의 모든 소자는 [111] 결정 격자 방향을 따른 광축과 157nm의 파장에서 플루오르화 칼슘의 피크 복굴절 크기에 대응하는 피크 복굴절 크기로 33차원에서 동일하게 정렬되어지는 도면.
도40은 도34의 최종 소자가 2개의 부소자(sub-element)로 분할되는 도34에 나타낸 렌즈의 개략도로서, 빗금친 소자는 [110] 입방형 결정질 광학 소자이고, 다른 모든 소자는 [100] 입방형 결정질 광학 소자인 도면.
도41a 및 도41b는 비반사 코팅 및 수평 및 수직 방향을 따른 리타던스의 변화를 최소화하도록 선택된 전방 6개의 소자의 결정 격자 방위를 갖는 전방 6개 소자의 고유 복굴절로 인하여, 각각 중심 및 가장자리 필드 포인트에서 도40에 도시된 렌즈에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스를 나타낸 도면.
도42a 및 도42b는 비반사 코팅 및 제2 파동판과 이미지 평면 사이의 소자 그룹의 고유 복굴절로 인한, 각각 중심 및 가장자리 필드 포인트에서 도40에 도시된 렌즈에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스를 나타낸 도면.
도43a 및 도43b는 비반사 코팅 및 모든 소자의 고유 복굴절로 인한, 도40에 도시된 렌즈에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스를 나타낸 도면.
도44a 내지 도44d는 도40에 도시된 예시적인 렌즈에 대한 잔여 파면 오차를 나타내는 등고선도로서,
도44a는 중심 필드 포인트에 있어서의 X 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용되는 X 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면;
도44b는 가장자리 필드 포인트에 있어서의 X 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용되는 X 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면;
도44c는 중심 필드 포인트에 있어서의 Y 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용되는 Y 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면; 및
도44d는 가장자리 필드 포인트에 있어서의 Y 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용되는 Y 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸 도면.
도45는 빔 수렴 초점을 중심으로 하여 집중된 2개의 입방형 결정질 소자를 갖는 예시적인 광학 시스템의 개략도.
도46a는 예시적인 압축 후프 스트레스가 고유 복굴절에 의해 발생하는 리타던스를 포함하지 않고 소자의 외주 주변에 인가될 때, 도45에 도시된 광학 시스템의 제1 소자에 있어서의 동공을 가로지르는 리타던스에 대한 개별 기여도를 나타낸 도면.
도46b는 예시적인 압축 후프 스트레스가 순 RMS 리타던스를 최소화하기 위해 소자의 외주 주변에 인가될 때, 도45에 도시된 광학 시스템에 대한 동공을 가로지르는 순 리타던스를 나타낸 도면.
반도체 제조 산업에 이용되는 포토리소그래피 툴과 같이 고성능 리소그래피 시스템에서 선호되는 입방형 결정체는 굴절률에 있어서 고유의 비등방성과 같은 고유 복굴절의 성향을 나타낸다는 것이 당업자에게 알려져 있다. 광학 시스템의 소자의 구성에 이용될 때, 이들 입방형 결정체의 복굴절 특성은 이미지 해상도를 상당 히 감소시키고, 영역 왜곡을 유발하는 파면 수차를 생성할 수도 있다. 이는 향상된 레벨의 집적과 축소된 최소 배선폭이 강조되는 현재 반도체 제조 산업에 있어서 지나친 해상도 및 오버레이 요구에 있어서 틀림없는 사실이다.
본 발명은 복굴절 방향 및 크기 모두 입방형 결정체를 위해 결정될 수 있고, 광학 소자가 각각의 소자의 고유 복굴절 기여도에 의해 발생되는 리타던스 수차를 밸런싱하기 위해 또는 리타던스 수차를 보상하기 위해 형성 및 배치될 수도 있다는 개념을 이용한다. 예컨대, 3차원 격자 방위 내의 고유 복굴절 변화가 이들 물질을 위해 결정될 수 있다. 게다가, 복수의 입방형 결정질 광학 소자는 각각의 광학 소자가 공통 광축에 대하여 특정한 3차원 격자 방위를 갖도록 배열되면, 배열되어진 복수의 광학 소자는 공지의 방법으로 변화하는 순 리타던스를 갖게 될 것이다.
본 발명은 입방형 결정질 광학 소자를 적용하는 광학 시스템에서의 고유 복굴절의 효과를 보상하기 위한 기술에 관한 것이다. 이러한 보상은 각 광학 소자의 결정축 방향을 적절하게 선택함으로써 얻어진다. 예시적인 일실시예에서, 보상은 그들의 [110] 결정 격자 방향을 따르는 광축을 갖는 충분한 수의 입방형 결정질 광학 소자를 이용하여 획득될 수도 있다. 본 발명은 또한 각종 예시적인 입방형 결정질 광학 시스템에서의 평균 굴절률의 변화로 인한 잔여 비점 수차(astigmatism)의 보상을 제공한다. 예시적인 일실시예에서, 이러한 보상은 적어도 하나의 광학 소자의 곡률의 베이스 반경을 변화시킴으로써 얻어질 수 있다.
각종의 예시적인 입방형 결정질 광학 시스템 및 반도체 기판상에 무수차(aberration-free) 패턴을 형성하기 위한 방법은 최소 배선폭(feature size) 이 점점 작아져서 패턴을 형성하기 위해 이용된 빛의 반파장으로 접근함에 따라 특히 유리하다.
도1은 예시적인 리소그래피 시스템의 예시적인 투사 광학부를 나타내는 개략도이다. 도1에 나타낸 광학 시스템은 2001년 4월 10일 K. Omura에 의해 출원된 유럽 특허 EP 1 139 138 A1의 제7 실시예에 설명된 광학 시스템과 유사하고, 그 내용이 본 명세서에 참조로서 포함되어 있다. 예시적인 광학 시스템은 0.75의 NA, 193.3nm의 최대 파장, 및 4X 축도(reduction)에서 동작하는 대형 굴절 투사 렌즈일 수도 있다. 이러한 광학 시스템은 일례일 뿐이며, 다른 광학 시스템이 다른 예시적인 실시예에 이용될 수도 있다. 예시적인 광학 시스템(2)은 예시적인 실시예에서의 리소그래피 툴(4)의 투사 광학부일 수도 있다. 이 예시적인 실시예에서, 광학 시스템(2)은 예시적인 레티클(reticle)(6)과 기판(12) 사이에 배치된 투사 렌즈이다. 레티클(6)은 기판(12)상에 형성된 이미지 필드(image field)를 갖는 물체 필드(object field)를 포함한다고 고려될 수도 있다.
광학 시스템(2)은 렌즈 시스템이고, 일반적으로 총괄하여 "렌즈"라고 언급되며, 복수의 개별적인 렌즈 소자(L), 광축(10), 및 개구조리개(aperture stop)(AS)(9)로 구성된다. 레티클(6)은 기판(12)의 표면(13)상에 투사되어지는 마스크 패턴을 포함한다. 예시적인 실시예에 따르면, 기판(12)은 반도체 제조 산업에 이용되는 반도체 웨이퍼일 수도 있으며, 표면(13)은 반도체 제조 산업에 일반적으로 이용되는 포토레지스트와 같은 감광성 물질로 코팅될 수도 있다. 다른 예시적인 실시예에 따라 다른 기판이 이용될 수도 있다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 각 종 마이크로리소그래피 툴에서, 레티클(6)은 광마스크일 수도 있다. 일반적으로, 레티클 또는 광마스크는 이하에서 총괄하여 레티클(6)이라고 언급하며, 투명 패턴과 물체 필드를 형성하는 불투명 섹션을 포함하는 매체이다. 빛은 패턴을 통해 투사되고, 이 패턴은 렌즈 시스템을 통해 기판(12)의 표면(13)상에 투사된다. 레티클(6)로부터 기판 표면(13)상에 투사된 빛은 각종 실시예에 따라 10:1, 5:1, 4:1 등과 같이 다양한 등급으로 그 크기가 균일하게 감소된다. 이 예시적인 시스템은 0.75의 NA(numerical aperture: 개구수)를 포함하지만, 0.60 내지 0.90의 범위내에 있는 다른 개구수를 갖는 시스템이 이용될 수도 있다.
복수의 렌즈 소자(L)의 배열은 일례일 뿐이며, 다른 예시적인 실시예에 따라 다양한 형태를 갖는 개별 렌즈 소자들이 다양한 다른 배열로 이용될 수 있다. 소자의 두께, 간격, 곡률 반경, 비구면 계수 등은 렌즈 규정에 고려되어야 한다. 본 발명의 렌즈 시스템 또는 "렌즈"는 복수의 개별 렌즈 소자(L)로 형성되는 것이 바람직하며, 이들 중 하나 이상은 입방형 결정체로 구성될 수도 있다. 플루오르화 스트론튬 , 플루오르화 바륨, 플루오르화 인듐, 및 플루오르화 칼슘 등의 입방형 결정체가 이용될 수 있다. 플루오르화 칼슘이 바람직한 물질이다. 예시적인 실시예에서, 각각의 입방형 결정질 광학 소자는 동일한 입방형 결정체로 형성될 수도 있다. 렌즈는 낮은 OH(LOW-OH) 용융 실리카(건조 용융 실리카로도 알려짐)와 같은 비입방형(non-cubic) 결정체로 형성되는 렌즈 소자를 포함할 수도 있다. 각각의 개별 렌즈 소자 L은 공통의 광축(10)을 따라 배열된다. 예시적인 실시예에서, 광축(10)은 선형이다.
도2는 리소그래피 툴(4)내의 투사 광학부로서 기능하는 광학 시스템(2)을 나타내는 개략도이다. 도2는 광원(8)과 기판(12)을 나타낸다. 레티클(6)은 콘덴서 렌즈(condenser optics)와 투사 렌즈(2) 사이에 배치되고, 기판(12)상에 투사되는 패턴을 포함한다. 레티클(6)의 광학 필드는 여러 차원으로 이루어질 수 있다. 각각의 투사 렌즈(2)와 콘덴서 렌즈(14)는 조리개 및, 윈도우 및 기타 굴절 및 반사 부재와 같은 복수의 렌즈 소자를 포함할 수도 있다. 도2에 나타낸 광학 시스템은 선형 광축(10)을 포함하고, 리소그래피 툴(4)은 반도체 산업에 이용되는 웨이퍼 스텝퍼, 투사 프린터, 또는 기타 포토리소그래피 또는 마이크로리소그래피 툴일 수도 있다. 리소그래피 툴(4)은 주사 광학 시스템, 스텝-앤드-리피트(step-and-repeat) 광학 시스템, 또는 기타 마이크로리소그래피 또는 투사 광학 시스템일 수도 있다. 주사형 광학 시스템에 있어서, 레티클(6)상의 패턴은 기판(12)의 표면(13)의 대응하는 섹션상에 투사 및 주사된다. 종래의 웨이퍼 스텝퍼와 같은 스텝-앤드-리피트 광학 시스템에서는, 레티클(6)상의 패턴은 복수의 불연속 동작으로 표면(13)의 상이한 부분상에 투사된다. 레티클(6)은 리소그래피 툴(4)의 물체 필드에 있는 것으로 간주되지만, 기판(12)은 리소그래피 툴(4)의 이미지 필드에 있는 것으로 간주된다. 레티클 패턴은 표면(13)상에 동시에 투사되는 각종 필드 포인트를 포함한다.
예시적인 실시예에서, 레티클(6)상에 인쇄된 패턴은 기판(12)상에 형성되어 지는 집적회로를 위해 기판(13)상에 회로 패턴을 생성하는데 이용될 것이다. 예시적인 실시예에 따르면, 패턴은 노출 패턴을 형성하기 위해 표면(13)상에 형성된 감광성 물질상에 투사될 수도 있다. 노출 패턴은 감광성 물질내에 광패턴을 생성하기 위해 종래의 수단을 이용하여 개발될 수도 있다. 광패턴은 에칭 또는 다른 수단에 의해 기판으로 이동될 수도 있다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 기판(12)은 기판상에 형성된 일련의 물질 층을 포함할 수도 있다. 이 실시예에서, 표면(13)은 이들 층들 중 하나 일 수 있고, 층상에 형성된 광패턴(photo pattern)일 수도 있다. 에칭 또는 다른 수단이 광패턴을 층으로 전사하기 위해 이용될 수도 있다. 동시에 형성된 광패턴은 이온 주입 등과 같은 공지의 방법을 이용하여 공간 선택 도핑(spatially selective doping)을 가능하도록 이용될 수 있다. 이러한 방식으로, 본 발명의 기술을 이용하는 다중 포토리소그래피 동작은 집적회로 등의 완전한 반도체 장치를 생성하기 위해 각종 층내의 각종회로 패턴을 형성하는데 이용될 수도 있다. 본 발명의 장점은 기판상에 형성된 이미지가 충분히 낮은 수차를 가짐으로써 정밀한 치수로 배치되고, 축소된 크기를 갖는 장치 특징을 가능하게 한다는 점이다.
예시적인 주사 광학 시스템에서, 기판 표면상에 투사 및 주사되는 레티클(6)의 광학 필드는 26mm의 높이와 수 mm의 폭을 가질 수도 있다. 다른 필드 치수가 예시적인 실시예에 따라 투사 렌즈가 포함되어있는 리소그래피 툴의 형식에 의존하여 이용될 수 있다.
광원(8)은 실질적으로 형태가 있고 콘덴서 렌즈(14)에 의해 조절되는 빛을 생성한다. 광원(8)의 광파장은 변화될 수도 있으며, 예시적인 실시예에서는 248nm보다 크지 않다. 예시적인 일실시예에서, 파장이 약 157nm인 빛이 이용될 수도 있다. 예시적인 일실시예에서, 광원(8)은 선형으로 편광된 빛을 생성할 수도 있다. 선형으로 편광된 빛을 생성하는 하나의 광원은 엑시머 레이저일 수도 있다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 광원(8)은 편광되지 않는 빛을 생성할 수도 있다. 각종 예시적인 실시예에 따르면, 약 248nm에서 동작하는 KrF 엑시머 레이저, 193nm에서 동작하는 ArF 엑시머 레이저, 또는 157nm에서 동작하는 F2 엑시머 레이저가 광원(8)으로서 이용될 수도 있다.
광원에 의해 생성되고, 콘덴서 렌즈에 의해 형상되고 조절되며, 레티클 또는 광마스크로부터 이미지를 기판상에 투사하는데 이용되는 빛은 복수의 광선(ray)으로 이루어지는 광빔(light beam)으로서 설명될 수도 있다. 개별 물체 필드 포인트로부터 레티클 또는 광마스크상으로 발산되는 광선(light lay)은 투사 렌즈에 의해 투사되는 파면을 기판에서 대응하는 이미지 필드 포인트에 형성한다. 으뜸 광선(chief lay)은 개구조리개의 중심과 시스템 동공을 지나는 소정 필드 포인트로부터의 광선이다. 광축이 레티클과 교차하는 곳에 위치된 물체 필드 포인트에 있어서, 제1 광선은 광축을 따라 이동된다. 따라서 복수의 파면에 의해 전체 이미지 필드가 생성된다.
반도체 산업에서 기판을 패터닝하기 위해 이용되는 리소그래피 툴과 관련하여 설명하였지만, 본 발명의 각종 예시적인 광학 시스템은 광학 시스템을 통해 기판상으로 패턴이 투사되어지는 모든 분야에 유용하다.
도3a는 입방형 결정질 격자를 갖는 물질내의 복굴절축 방위의 공간적 변화를 나타내는 3차원 벡터 도면이다. 일실시예에서, 이 입방형 결정질 격자는 플루오르 화 칼슘의 격자이다. 도3b는 도3a에 나타낸 벡터 도면의 4분면(quadrant)에 대응하는 3차원 도면이며, 고유 복굴절의 대응 크기를 나타내고 있다. 복굴절의 국부 크기 및 축은 공지된 방법으로 결정을 통해 공간적으로 변화함을 볼 수 있다. 또한, 입방형 결정체 등을 통해 이동하는 빛을 따른 방향에 의존하여, 복굴절 크기 및 전파 방향에 대한 복굴절축의 방위는 변화될 것이다. 도3b는 결정 격자의 8분원을 나타내고, 결정을 통해 모든 가능한 방향으로의 이 도형의 연장은 최대 복굴절 또는 복굴절 로브에 대해 12개의 방향을 부여한다.
도3a 및 도3b에 나타낸 결정축 방향은, 결정축을 따른 결정면의 절편(intercept)에 반비례하는 공통 팩터(common factor)가 없는 정수인 밀러 인텍스를 이용하여 설명된다. 격자면은 (101)과 같이 소괄호 내의 밀러 인덱스에 의해 주어지고, 결정 격자내의 축방향은 예컨대 [111]과 같이 대괄호내에 주어진다. [110]과 같은 결정 격자 방향은 소자 또는 물질의 [110] 결정축으로서 언급될 수도 있고, 시스템 광축을 따라 그 [110] 결정축으로 배치된 입방형 결정질 광학 소자는 [110] 광학 소자로서 언급될 수도 있다. (100), (010), 및 (001) 평면은 입방형 결정에 있어서 등가이며, 총괄적으로 {100} 평면으로 언급된다.
따라서, 결정체는 주어진 평면을 따라 유리하게 절단될 수 있으며, 이 평면에 수직인 빛이 선택된 축방향을 따라 이동하도록 배치될 수 있다. 예컨대, (100) 결정 격자면(16)에 수직으로 지향되는 [100] 결정축(18)을 따라(즉, [100] 결정 격자 방향을 따라) 이동하는 빛은 고정되거나, 결정론적으로 국부화된 고유 복굴절을 나타낸다. 따라서, 소정 광선에 의해 마주치는 이 복굴절 크기 및 복굴절축 방향은 빛 광선이 결정을 통해 이동하는 방향의 함수로서 변화한다.
도4는 예시적인 입방형 결정질 격자를 통과하는 각종 방향 사이의 각도 관계를 나타내는 사시도이다. 예컨대, 입방형 결정질 격자는 플루오르화 칼슘의 격자이다. 도4는 각각 라인 22, 24, 및 26에 의해 지시되는 [101], [110], 및 [011] 격자 방향을 따른 피크 고유 복굴절 방향을 포함한다. 라인(20)은 [111] 결정축 방향을 나타내고, 고유 복굴절이 없는 결정을 통한 방향에 대응한다.
도5a, 도5b, 및 도5c는 도4에 나타낸 입방형 결정질 격자구조에 있어서 각각 [110], [100], 및 [111] 격자 방향을 따르는 광축 방위에 대한 각도 공간내의 복굴절 크기 및 복굴절축 방위의 변화를 나타내는 개략도이다. 도면의 중심은 지시된 결정축을 따라 이동하는 광선에 의해 마주치는 복굴절을 나타내고, 도면이 평면에 대해 수직이다. 중심으로부터 증가된 반경 거리에서 도시된 복굴절은 광축에 대하여 증가된 전파 각도에서의 광선에 대한 복굴절을 나타낸다. 도5a 내지 도5c의 각 도면에 있어서, 국부 복굴절축은 대괄호상에 기입된 라인의 방향으로 지시되고, 크기는 라인의 상대 길이에 의해 지시된다.
도5a 내지 도5c에서의 복굴절 크기의 변화는 복굴절이 최대가 되는 방위각으로 분포된 몇몇 로브(lobe)(또는 노드로서 언급되기도 함)에 의해 특징지어진다. 도5a 내지 도5c의 각각의 도면은 각종 결정축 방향 및 도4에 나타낸 입방형 결정질 격자에 대한 피크 고유 복굴절 로브를 나타낸다. 입방형 결정질 격자의 공간 방위는 화살표로 표시되는 다른 연관된 결정질 격자 방향에 의해 지시된다. 예컨대, 중심이 [110] 결정축을 따라 이동되는 광선에 의해 마주치는 복굴절을 나타내는 도5a 에 있어서, [101] 격자 방향을 따라 이동하는 광선은 [111] 격자 방향을 따라 이동하는 광선 보다 [110] 결정축에 대해 대각을 이루며, 이들 광선 각도는 각각 60°및 35.3°이다. 이는 [111] 화살표 머리보다 중심으로부터 더 큰 반경 거리에 위치된 [101] 화살표 머리에 의해 지시된다. [100], [101], 및 [111] 격자 방향으로 지시된 상대 방위각 거리는 도4에 도시된 바와 같다. 이 설명은 도5b 및 도5c에도 적용된다.
도5a 내지 도5c를 참조하면, 각각의 경우에 있어서, 지시된 결정축은 각 도면의 중심에서 도면의 평면에 대하여 수직인 방향이다. 도5a는 각각이 [110] 결정축 방향에 대해 각도 60°를 형성하는 피크 고유 복굴절 로브(29A, 29B, 29C, 29D)를 포함하고 있는 [110] 격자 방향에 대한 고유 복굴절을 나타낸다. 고유 [110] 복굴절은 또한 중심 복굴절 노드(29E)를 포함한다. 도5b는 각각이 [100] 결정축 방향에 대해 각도 45°를 형성하는 피크 복굴절 로브(31A, 31B, 31C, 31D)를 포함하고 있는 [100] 격자 방향에 대한 고유 복굴절을 나타낸다. 또한 90°에서 대각선을 따른 피크는 도시하지 않았다. 도5c는 각각이 [111] 결정축 방향에 대해 각도 35.3°를 형성하는 피크 복굴절 로브(33A, 33B, 33C, 33D)를 포함하고 있는 [111] 격자 방향에 대한 고유 복굴절을 나타낸다.
결정 격자 및 도5a 내지 도5c에 나타낸 바와 같은 결정축에 대해 얻어진 고유 복굴절은 입방형 결정이 음의 입방형 결정(negative cubic crystal)인 실시예에 관한 것이고, 이 음의 입방형 결정은 정상의 굴절률은 이상 굴절률 보다 크기 때문 에, 복굴절 ne - no는 음의 값으로 된다. 플루오르화 칼슘은 예시적인 음의 입방형 결정이다. 양의 입방형 결정에 있어서, 각각의 라인이 그 중간점을 중심으로 90°만큼 회전되는 것을 제외하고는 실질적으로 패턴은 동일하다. 플루오르화 바륨, 플루오르화 리튬, 및 플루오르화 스트론튬 등의 다른 입방형 결정질 광학 소자가 본 발명의 다른 실시예에서의 광학 소자로서 이용될 수도 있다는 것을 이해해야만 한다. 사용된 모든 입방형 결정체에 대하여, 고유 복굴절 방향 및 크기의 변화는 컴퓨터 모델링을 이용하여 측정되거나 계산될 수 있다. 게다가, 광학 물질의 고유 복굴절 방향 및 크기에 있어서의 변화 또한 측정될 수도 있다. 도5a 내지 도5c에 나타낸 도면과 유사한 복굴절 크기 및 축 방위에 있어서의 변화의 도면은 각각의 상술한 입방형 결정체에 대해 유사하게 생성될 수 있다.
도1을 참조하면, 각각의 개별 렌즈 소자(L)가 플루오르화 칼슘 등의 동일한 입방형 결정질 광학 물질로 형성되면, 개별 렌즈 소자(L) 또는 광학 소자는 공통축을 따라 배열될 수 있고, 입방형 결정체로 구성되는 각각의 개별 렌즈 소자(L)는 광축(10)에 대하여 실질적으로 동일한 3차원 격자 방위를 포함하며, 렌즈 시스템(즉, 광학 시스템(2))의 순 리타던스는 도5a 내지 도5c에 개략적으로 나타낸 각도의 고유 복굴절 변화과 유사한 방식으로 시스템 출사 동공을 가로질러 변화하는 리타던스를 갖게될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
제1 실시예
도6은 고유 복굴절 효과를 완화시키는 기초 기술을 설명하기 위해 이용된 광학 시스템의 예시적인 배열을 나타낸다. 이 예시적인 광학 시스템은 0.707의 NA에서 초점을 향해 수렴하고, 각 소자를 통해 45°의 최대 광선 각도를 제공하는 무수차(aberration free) 광빔으로 이루어진다. 이 빔은 곡률 반경이 빔의 초점(40)과 동심을 이루도록 특정화된 3개의 입방형 결정질 소자(42, 44, 46)를 통과한다. 입방형 결정질 소자(42, 44, 46)는 각각 43, 45, 47의 두께를 갖는다. 예시적인 실시예에서, 각각의 두께(43, 45, 47)는 5mm일 수도 있고, 입방형 결정질 소자(42, 44, 46)는, 본 명세서에 그 내용이 참조로서 기재되어 있는, D.Krahmer에 의한 "Intrinsic Birefringence in CaF2"(at Calcium Fluoride Briefringence Workshop, Intl SEMAATECH, July 18 2001)에서 제안된 바와 같이, 157nm의 파장에서 측정된 플루오르화 칼슘의 고유 복굴절에 대응하는 - 12 x 10-7의 복굴절 크기(ne - n o)를 갖는다고 가정한다. 이 예시적인 구성에 있어서, 소자는 고유 복굴절에 의해 생성되는 리타던스 수차 이외에는 파면 수차를 수렴 빔에 부여하지 않는다. 이러한 예에 있어서, 파장은 157.63nm이고, 정상 굴절률은 1.5587이라고 가정된다.
예시적인 일실시예에서, 도6에 나타낸 광학 시스템은 각각의 소자(42, 44, 46)가 공통축을 따라 배열되고, 또한 각 소자에 대한 3차원 결정 격자가 동일하게 정렬되도록 배열될 수도 있다. 도7a, 도7b, 및 도7c는 도6에 나타낸 예시적인 광학 시스템에 대한 동공을 가로지르는 순 리타던스 크기 및 방위의 도면이다. 이들 도 면 및 다음의 리타던스 동공 맵에 있어서, 리타던스는 물체로 되는 광학 시스템에 대한 시스템 출사 동공을 가로지르는 대괄호상에 보여지며, 고유 편광 상태(eigenpolarization state)(즉, 소정 동공 좌표에서 광학 시스템을 통한 광선 전파에 대하여 불변을 유지하는 편광 상태)를 나타내는 라인으로 퇴보하기도 하는 타원에 의해 일반적으로 설명된다. 소정 동공 조표에서 타원의 크기 또는 라인의 길이는 리타던스의 상대 세기에 비례하고, 각도는 리타던스축의 각도와 관련된다.
또한, 본 명세서에서 설명한 각각의 렌즈 및 대응하는 리타던스 맵 실시예에 있어서, 좌표는 시스템 광축이 물체로부터 이미지 평면을 향해 +Z 방향에 있고, +Y축은 수직 방향에 있으며, +X축은 Y 및 Z 축에 대하여 수직이도록 우측 좌표(right-handed coordinate) 시스템을 이용하여 정의된다. 본 명세서에 제공된 모든 출사 동국 리타던스 및 파면 맵에 있어서, 도면은 데카르트 좌표 시스템을 이용하여 주어진 필드 포인트에 대한 출사 동공 기준 구면(reference sphere)상의 변화를 설명하고, X 및 Y 좌표는 제1 광선에 수직한 평면상에 투사되는 기준 구면상의 좌표이다.
다시 도7a, 7b 및 도7c를 참조하면, 각각의 경우에 있어서, 최대 리타던스는 약 0.11 파동(waves)이며, RMS 리타던스는 157nm 파장에서 약 0.029 파동이다. 따라서, 리타던스의 상당량은 일반적으로 정렬된 시스템내의 결정 격자를 통하여 각각의 광축 방향에 대해 생성된다.
본 발명에 있어서, 결정축 및 시스템에 대한 개별 소자의 상대 회전은 개별 소자의 고유 복굴절에 의해 생성되는 리타던스가 시스템을 통해 이동하는 빛에 의 해 받게되는 순 리타던스를 최소화하기 위해 조합하도록 선택된다. 입방형 결정질 광학 소자는 입방형 결정질 광학 소자는 각각의 개별 입방형 결정질 광학 소자의 고유 복굴절에 의해 생성되는 리타던스의 합 보다 작은 순 리타던스를 생성하기 위해 지향 및 클로킹된다.
일실시예에서, 본 발명은 적어도 3개이 광학 소자를 제공하고, 이들 광학 소자 중 적어도 2개는 그 [110] 결정축을 따른 광축에 대해 지향되고, 이들 소자 중 적어도 하나는 시스템 광축을 따른 그 [100] 결정축에 대해 지향된다.
이 실시예는 도6에 나타낸 예시적인 광학 시스템에 적용될 수도 있다. 본 발명의 실시예(1)에 있어서, 제1 및 제2 소자(46, 44)는 [110] 입방형 결정질 격자 방향을 따라 지향되고, 제3 소자(42)는 [100] 격자 방향을 따라 지향되지만, 소자들의 특정 순서는 다른 실시예에서 변경될 수 있다. 게다가, [110] 제1 소자(46) 및 [110] 제2 소자의 결정 격자는 광축에 수직인 평면내에서 상호에 대해 90°만큼 회전된다. 이 광축에 대한 회전은 "클로킹"으로 알려져 있다.
도8a, 도8b, 및 도8c는 상술한 바와 같이 도6에 나타낸 광학 시스템의 예시적인 제1 실시예의 배열내의 개별 소자에 있어서의 동공상의 리타던스 크기 및 방위를 나타낸 도면이다. 도8a, 도8b, 및 도8c는 각각의 제1 입방형 결정질 광학 소자(46), 제2 입방형 결정질 광학 소자(44), 및 제3 입방형 결정질 광학 소자(42)에 대한 개별적인 리타던스 기여도를 나타낸다. 제1 소자(46)는 [110] 광학 소자라고 언급되며, 광축을 따른 리타던스가 도8a에 나타낸 바와 같이 수평으로 지향되도록 시스템 광축을 따라 그 [110] 결정축에 대해 지향된다. 제2 소자(44)는 [110] 광학 소자라고 언급되며, 광축을 따른 리타던스가 도8b에 나타낸 바와 같이 수직으로 지향되도록 시스템 광축을 따라 그 [110] 결정축에 대해 지향된다. 제3 소자(42)는 [100] 광학 소자라고 언급되며, 최대 리타던스가 도8c에 나타낸 바와 같이 ±45°의 방위각에서 동공 대각선을 따라 발생하도록 광축을 따라 그 [100] 결정축에 대해 지향된다. 이하, 광학 소자는 [XYZ] 광학 소자로서 언급되고, 시스템 광축을 따라, 그 [XYZ] 격자 방향 또는 그 [XYZ] 결정축에 대해 지향되는 광학 소자라고 이해된다.
제1 및 제2 광학 소자를 상호에 대하여 공통 시스템 광축을 중심으로 90°회전하여 광축을 따라 그 [110] 결정축에 대해 지향함으로써, 광축 근방에서의 빛 전파 동안 제1 소자(46)에 의해 생성되는 수평으로 지향되는 리타던스는 제2 소자(44)에 의해 생성된 수직으로 지향되는 리타던스에 의해 조화될 수도 있다. 제2 실시예의 리타던스 방위는 제1 실시예의 리타던스 방위에 수직이고, 크기는 동일하기 때문에, 동공의 중심 근방의 리타던스 수차를 보정하는 효과가 있으며, 본질적으로 0인 순 리타던스를 생성한다. 또한, 제1 소자(46) 및 제2 소자(44)에 의해 생성된 2개의 개별 리타던스는 상호 상쇄되어 본질적으로 0인 순 리타던스를 생성한다. 따라서, 제1 및 제2 광학 소자는 광축을 중심으로 상호에 대해 고정된 회전 각도에서 그들의 3차원 결정 격자를 갖는다. 소자는 각각의 복굴절 로브가 상이한 3차원 위치에 정렬되도록 최적으로 클로킹된다. 또한, 제1 및 제2 [110] 광학 소자(46,44)의 피크 복굴절 로브는 상호에 대해 회전된다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, [110] 광학 소자는 90°이외의 각도만큼 회전될 수도 있고, 다른 예시적인 실시예에서, 다른 입방형 결정질 광학 소자가 이용되어, 그들 각각의 3차원 격자 방향이 동일하게 정렬되지 않도록 하여, 소자들이 실질적으로 동일하게 정렬된 3차원 결정 격자를 갖는 배열에 비하여 감소된 순 리타던스를 생성하도록, 광축을 중심으로 상호에 대하여 회전 또는 클로킹될 수도 있다.
도9a는 도6에 도시된 광학 시스템의 제1 실시예의 제1 및 제2 소자의 순 리타던스를 나타내고, 상술한 바와 같다. 도시된 바와 같이, 리타던스는 동공을 양분하는 수평 및 수직 섹션을 따른 부분 뿐만 아니라 동공의 중심 근방에서 본질적으로 0으로 보정된다. 그러나, 잔여 리타던스는 동공 대각선을 따라 거의 ±45°에서 동공의 중심을 향해 지향된다.
다시 도8c를 참조하면, 광축을 따라 그 [100] 결정축에 대해 지향되는 도6에 도시된 광학 시스템의 제1 예시적인 실시예의 제3 소자(42)에 의해 생성되는 리타던스는 동공의 대각선을 따라 최대 리타던스를 갖지만, 리타던스의 크기는 도9a에 나타낸 바와 같이 제1 및 제2 소자(46,44)에 의해 생성된 순 리타던스에 대한 부호와 반대된다. 예시적인 실시예에서, [100] 광학 소자는 피크 복굴절 로브가 2개의 90°클로킹된 [110] 광학 소자의 [110] 결정축을 따라 국부 복굴절축의 방향에 대하여 실질적으로 45°만큼 회전되도록 공통 광축을 중심으로 회전된다. 따라서, 제3 소자(도8c)의 기여도를 위한 리타던스 방위는 제1 및 제2 소자(도9a)로부터의 순 기여도에 대해 거의 직각이다.
도9a는 광축을 중심으로 90°상대 회전에서의 2개의 [110] 광학 소자는 대각선을 따라 잔여 리타던스 오차를 생성하지만, 동공의 중심을 통과하는 수평 및 수 직 슬라이스를 따라 보정된 리타던스를 제공한다. 동일한 이론을 이용하여, [100] 광학 소자는 총 리타던스를 더욱 감소시키기 위해 이용될 수도 있다.
도9b는 도6에 도시된 광학 시스템의 제1 예시적인 실시예의 3개의 모든 소자로부터의 기여도로 인한 순 리타던스를 나타낸다. [100] 광학 소자는 제1 소자(46), 제2 소자(44) 또는 제3소자(42) 중 어느 하나 일 수도 있지만, 본질적으로 동일한 결과가 얻어진다. 잔여 순 리타던스는 거의 방위각으로 지향되고, 동공의 중심에서의 0으로부터 동공 가장자리의 피크까지 증가한다. 최대 리타던스는 약 0.019 파동이고, 동공상의 RMS 리타던스는 약 0.005 파동이다. 각각이 약 0.11 파동의 최대 리타던스와 약 0.029 파동의 RMS 리타던스를 갖는 도7a, 도7b, 및 도7c에 나타낸 보정되지 않은 복굴절과 비교하면, 최대 리타던스가 거의 6의 팩터만큼 감소하였음을 알 수 있다.
제3 소자(42)의 두께(43)가 약 2.3mm 인 다른 예시적인 실시예에 따르면, 최대 리타던스는 0.0139로 감소되고, RMS 리타던스는 0.0041 파동을 갖는다. 이러한 리타던스를 도9c에 나타낸다. 이 예시적인 실시예에 따르면, 최대 리타던스는 거의 8의 팩터만큼 감소되었다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 상이한 리타던스 값을 산출하기 위해 소자(42,44,46)에 대해 다른 두께를 이용할 수 있다.
다른 예시적인 실시예에 따르면, 도9b에서의 잔여 오차는, 중심 성분으로부터 가장자리 성분으로 크기를 증가시키는 방사상으로 지향되는 리타던스를 생성하는 복굴절 소자에 의해 더 감소될 수도 있다. 이러한 소자는 반원형 광학 구성성분의 가장자리에 후프 스트레스를 인가하여 생성될 수도 있고, 도6에 나타낸 바와 같 은 제1 실시예의 광학 시스템에 추가될 수도 있다. 인가된 스트레스는 도9b에 나타낸 바와 같은 광학 시스템내의 계산 또는 측정된 복굴절 변화를 보상하도록 공간적으로 변화하는 복굴절을 생성한다. 공간적으로 변화하는 복굴절을 획득하기 위해 각종 스트레스가 각종 광학 소자에 인가될 수 있다. 스트레스를 받은 광학 소자는 렌즈 소자이거나 또는 윈도우일 수도 있고, 광축을 따라 정렬된다. 스트레스를 인가하기 위해 각종 기술이 이용될 수도 있다.
도9d는 도6의 제1 소자(46)에 인치 제곱당 1000 파운드의 압축 후프 스트레스를 인가하여 유도되는 공간적인 반경 리타던스 변화(spatial radial retardance variation)를 나타낸다. 이 예시적인 실시예에서, 소자(46)는 40 및 35mm의 곡률 반경과, 5mm의 중심 두께를 갖는다. 상이한 형상의 소자는 도9b에 나타낸 바와 같이 리타던스 기여도를 실질적으로 상쇄하는데 이용될 수 있는 상이한 반경 리타던스 변화를 갖는다. 스트레스-유도 복굴절(stress-induced birefringence)은 소자상에서 공간적으로 변화되고, 이는 결정축에 대한 광선의 각도의 함수로서 변화되는 고유 복굴절로부터의 리타던스와는 근본적으로 상이하다. 이는 시스템 리타던스의 감소시키기 위한 다른 중요한 툴을 제공한다.
제1 및 제2 소자(46,44)는 [110] 입방형 결정질 광학 소자이고, 제3 소자(42)는 [100] 입방형 결정질 광학 소자이며, 모든 소자의 두께는 5mm인, 도6에 도시된 예시적인 실시예에 따르면, 제1 소자(46)는 순 RMS 리타던스를 최소화하기 위해 외주 둘레에 인가되는 약 24 lbs./in2의 인장 후프 스트레스를 포함할 수도 있 다. 광학 소자(42,44,46)에 대한 상대 결정 격자 방위는 상술한 바와 같다.
도9e는 도6에 나타낸 제1 소자(46)의 스트레스-유도 복굴절로 인한 개별 리타던스 기여도를 도시하는 도면이다. 도9e는 약 24 lbs./in2의 인장 후프 스트레스가 소자의 외주 둘레에 인가되었을 때, 제1 소자(46)에 대한 동공을 가로지르는 리타던스에 대한 기여도를 나타내지만, 고유 복굴절에 의해 발생되는 리타던스를 포함하지는 않는다. 도9e는 0.0170 파동의 최대 리타던스와 0.0055 파동의 RMS 리타던스를 나타낸다. 이 예시적인 실시예에서, 스트레스 소자에 의해 생성된 방사상 방위 리타던스는 도9b에 도시된 스트레스-유도 복굴절 없이 실시예에 대한 잔여 리타던스를 보상한다.
도9f는 제1 소자(46)의 스트레스-유도 복굴절을 포함하는 예시적인 실시예에 대한 동공을 가로지르는 순 리타던스를 나타낸 도면이다. 제1 소자(46)에 인가된 약 24lbs./in2의 인장 스트레스에 의해, 최대 잔여 리타던스는 0.0073 파동이고, RMS 리타던스는 광학 시스템에 대하여 0.0024 파동이다. 이는 각각 도9b에 나타낸 바와 같이 제1 소자(46)에 스트레스-유도 복굴절을 인가하지 않았을 때 얻어지는 0.019 및 0.005 파동의 최대 및 RMS 리타던스가 상당히 향상되었음을 보여준다. 인가된 스트레스는 일례일 뿐이며, 기타 상이한 크기의 인가 스트레스가 입방형 결정질 광학 소자의 개수와 형태에 따라, 또한 광학 소자의 방위 및 두께에 의존하는 시스템의 잔여 리타던스에 따라 이용될 수도 있다.
제1 및 제2 소자(46, 44)는 [110] 입방형 결정질 광학 소자이고, 제3 소자(42)는 비입방형 결정질의 비복굴절 소자인 다른 예시적인 실시예에 따르면, 인장 후프 스트레스는 상술한 이론을 이용하여 순 RMS 리타던스를 최소화하기 위해 제3 소자(42)의 외주 둘레에 인가될 수도 있다. 다양한 스트레스 값이 적용될 수도 있다.
본 발명의 다른 특성은 스트레스-유도 복굴절이 인가되어야 하는 광학 소자 또는 소자를 식별하고, 이어서 상술한 바와 같은 스트레스-유도 복굴절을 생성하고, 잔여 리타던스를 감소시키기 위해, 후프 등의 스트레스 같은 보상 또는 인장 스트레스 등을 인가하는, 광학 시스템의 리타던스를 결정하기 위한 측정 방법 또는 컴퓨터 모델링의 이용 방법에 관한 것이다.
일정하거나 또는 보정 후 변화하는 잔여 리타던스를 갖는 다른 예시적인 실시예에 따르면, 각종 복굴절 소자가 잔여 리타던스를 보정하기 위해 추가될 수도 있다. 파동판(wave plate)이 일정한 리타던스를 보정하기 위해 시스템이 추가될 수도 있다. 이 파동판은 평행판(parallel plate)을 스트레싱(stressing)하여 구성될 수도 있다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 일정한 복굴절 크기를 갖는 강화 복굴절 소자(powered birefringent element)가 리타던스내 잔여 변화를 보상하기 위해 이용될 수도 있다. 강화(powered) 소자는 단축 결정체일 수도 있고, 또는 상술한 바와 같은 스트레스-유도 복굴절을 포함할 수도 있다. 스트레스-유도 복굴절을 갖는 다른 광학 소자가 추가적으로 또는 대용으로 잔여 리타던스 변화를 보정하기 위해 이용될 수도 있다. 각종 광학 소자는 소자를 가로질러 선형으로 변화하는 스트레스를 포함할 수도 있고, 또는 광축에 실질적으로 수직인 축을 따라 반경 방향으 로 2차적으로 변화하는 스트레스를 포함할 수도 있다. 복굴절 소자 또는 소자들은 상술한 보정 후 시스템내에 잔존하는 일정한 리타던스 또는 변화 리타던스를 보정하기 위해 선택 및 위치될 것이다.
제2 실시예
제2 실시예에 따르면, 본 발명은 적어도 4개의 [110] 광학 소자와 적어도 하나의 [100] 광학 소자를 이용하여 리타던스를 감소시키기 위한 장치를 제공한다. 도10에 도시된 실시예에서, 본 발명은 그들의 [110] 결정축이 시스템 광축을 따르는 4개의 소자와 그들의 [100] 결정축이 시스템 광축을 따르는 하나의 소자를 갖는 장치를 제공한다.
광축에 수직인 평면내에서 격자 방향의 상대 방위는 [110] 광학 소자를 위해 조절될 수도 있다. 이러한 기술은 "클로킹" 또는 공통축을 따라 정렬된 소자의 결정 격자 방위의 회전으로서 알려져 있다. 상대 방위는 축 밖의 피크 복굴절 로브의 방위각 방향과 연관된 특정 방식으로 선태될 수도 있다.
도4를 참조하면, [011] 및 [101] 방향(2개의 추가적인 로브는 도4에 도시되지 않음)에 대응하여, 피크 복굴절 로브는 [110] 결정축에 대하여 60°에서 존재한다.
도5a는 [110] 광학 소자에 대한 리타던스 동공 맵을 보여준다. 도시된 바와 같이, 4개의 외측 로브는 동일한 방위각으로 분포되지 않는다. 결정 격자가 음의 복굴절 크기(ne-no)에 대해 광축을 따라 수평으로 지향되는 리타던스를 제공하도록 정의되면, ±35.26°및 ±144.74°의 방위각에서 최대가 된다.
도10은 제2의 예시적인 실시예에 따른 광학 시스템을 나타낸다. 이 예시적인 5 소자 광학 시스템은 0.707 NA에서 초점(50)을 향해 수렴하는 무수차 광빔으로 이루어지고, 각각의 소자를 통해 45°의 최대 광선 각도를 제공한다. 입방형 결정질 광학 소자(52, 54, 56, 58, 60)는 광축(51)을 따라 정렬된다. 광빔은 그 곡률 반경이 각각 빔의 초점(50)과 동심원을 이루는 5개의 입방형 결정질 소자(52, 54, 56, 58, 60)를 지난다. 예시적인 실시예에서, 각 소자는 약 2.5mm의 두께를 가지며, 157nm의 파장에서 측정된 플루오르화 칼슘의 고유 복굴절에 대응하는 -12 x 10-7의 복굴절 크기(ne - no)를 갖는다고 가정한다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 다른 두께가 이용될 수도 있다. 이러한 구성에서, 소자는 고유 복굴절에 의해 생성되는 리타던스 수차 이외에는 파면 수차를 수렴 빔에 부여하지 않는다. 예시적인 실시예에 따르면, 빛의 파장은 157.63nm이고, 정상 굴절률은 1.5587일 수도 있다. 다른 파장과 굴절률이 다른 실시예에서 이용될 수도 있다.
도11a, 도11b, 도11c는 도10의 각각의 소자(52, 54, 56, 58, 60)가 각각 [110], [100], 및 [111] 광학 소자이고, 각 소자에 대한 3차원 격자가 동일하게 정렬된 경우에 대한 출사 동공상에 리타던스가 어떻게 변화되는지를 보여주는 관계를 나타낸 도면이다. 각각의 경우, 최대 리타던스는 약 0.095 파동이고, RMS 리타던스는 157nm의 지시 파장에서 약 0.024 파동이다. 따라서, 상당량의 리타던스가 결정 격자를 통한 각각의 광축 방향에 대해 생성된다.
도10에 나타낸 예시적인 광학 시스템에 적용되는 바와 같이, 제2의 예시적인 실시예에 따르면, 제1 내지 제4 소자(52, 54, 56, 58)는 그 [110] 결정축이 광축(51)을 따라 지향되고, 제5 소자(60)는 그 [100] 결정축이 광축(51)을 따라 지향된다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 구성성분의 특정 순서는 변경될 수도 있다. 제2의 예시적인 실시예에 따르면, 광축이 [110] 방향을 따르고 있는 4개 소자(52, 54, 56, 58)의 상대 클로킹은 순서대로, 17.632°, -17.632°, 72.368°, 및 -72.368°일 수도 있다. 제5 [100] 소자(60)는 피크 복굴절 로브가 ±45°의 방위각에서 존재하도록 지향된다.
도12a 내지 12d는 4개의 소자가 상술한 바와 같이 클로킹되어 있는 4개의 [110] 광학 소자에 대한 개별 소자 기여도의 리타던스 맵을 나타낸다.
광축을 따라 수평으로 지향되는 리타던스를 제공하는 소자 클로킹에 관하여, 제1 소자(52)는 17.632°만큼 회전되고, 이는 피크 복굴절 로브를 52.897°, 162.368°, -17.632°, 및 -127.104°의 방위각에 위치시킨다. 제1 소자(52)로부터의 리타던스 기여도에 대한 리타던스 맵은 도12a에 도시된다.
도12b는 제2 소자(54)의 리타던스 기여도를 나타내고, 피크 복굴절 로브를 17.632°, 127.104°, -52.897°, 및 -162.368°에 위치시키기 위해 -17.632°만큼 회전된다.
도12c는 제3 소자(56)의 리타던스 기여도를 나타내고, 피크 복굴절 로브를 107.632°, 37.104°, -72.368°, 및 -142.896°에 위치시키기 위해 -72.368°만큼 회전된다.
도12d는 제4 소자(58)의 리타던스 기여도를 나타내고, 피크 복굴절 로브를 72.368°, 142.896°, -37.104°, 및 -107.632°에 위치시키기 위해 -72.368°만큼 회전된다. 광축이 [110] 격자 방향을 따르고 있는 4개 소자의 상대 클로킹은 도5a에 나타낸 절반의 방위각, 즉 ±17.632°또는 ±(90-17.632)°와 관련이 있다.
도12a 및 12d에 나타낸 바와 같이, 제1 소자(52)의 리타던스 기여도는 동공의 중심(61) 근방에서 제4 소자(58)의 리타던스 기여도와 직교한다. 동일하게, 도12b 및 도12c는 제2 소자(54)의 리타던스 기여도는 동공의 중심(61) 근방에서 제3 소자(56)의 리타던스 기여도와 직교한다.
도13a는 상호 중첩되어 있는 제1 및 제3 소자(52,56)의 개별 리타던스 기여도를 나타낸다. 동공의 중심부(62)상에서, 리타던스 방위는 거의 45°의 평균 각도로 교차한다. 동공의 외측 가장자리와 -45°의 대각을 따르는 위치(64)에서 리타던스 방위는 동일하다.
도13b는 제1 소자(52) 및 제3 소자(56)의 조합에 대한 순 리타던스를 나타낸다. 45°대각선을 따른 공동의 넓은 영역상에서, 리타던스는 45°의 각도에서 지향된다. 동일하게, 도13c는 제2 소자(54) 및 제4 소자(58)의 순 리타던스를 나타내고, 도13b에 나타낸 바와 같이 제1 및 제3 소자의 순 리타던스에 거의 직교하는 동공상에 리타던스 방위를 제공한다.
도14a는 각각의 [110] 결정축이 광축(51)을 따르고, 상술한 바와 같이 지향되어 있는 4개의 소자(52, 54, 56, 58)에 대한 순 리타던스를 나타낸다. 최대 리타 던스는 0.0181 파동이고, RMS 리타던스는 0.0049 파동이며, 이는 도11a, 도11b, 및 도11c에 도시된 바와 같이 3차원으로 동일하게 정렬된 모든 소자 결정 격자와 비교하여 대략 5개의 팩터의 리타던스가 감소된 것이다. 잔여 리타던스 방위는 ±45° 대각선을 따라 큰 리타던스 크기를 갖는 방사상이다.
그 [100] 격자 방향이 광축을 따르는 제5 소자(60)에 대한 리타던스 기여도는 도14b에 도시된다. 도시된 바와 같이, 이 리타던스는 도14a에 나타낸 제1 내지 제4 소자(52,54,56,58)의 잔여 순 리타던스와 크기가 동일하고, 방위는 일반적으로 동공의 폭에 수직이다. 이는 거의 완벽한 보정을 허용하거나, 거의 완벽한 리타던스의 상쇄를 허용한다. 제1 내지 제4의 [110] 광학 소자(52, 54, 56, 58)가 광축(51)을 따라 정렬되고, 도14a에 나타낸 순 리타던스를 가지며, 제5 광학 소자(60)가 그 [100] 결정축이 광축(51)을 따라 정렬되어 있는 제2의 예시적인 실시예에 따르면, 모든 5개 소자에 대한 순 리타던스는 도14c에 나타낸 바와 같이 약 0.0007 파동의 최대 리타던스와 0.0002의 RMS 리타던스를 갖는다.
따라서, 제2의 예시적인 실시예에서, 동일한 두께와 광선 각도를 갖는 4개의 [110] 광학 소자와 1개의 [100] 광학 소자는 모든 소자가 동일하게 지향된 [110] 소자일 때 0.0952 파동의 최대 리타던스를 0.0007 파동의 최대 리타던스로 감소시키도록 정렬되는 것을 알 수 있고, RMS 리타던스는 0.0229 파동으로부터 0.0002 파동으로 감소된다(이들은 모두 100 이상의 팩터에 의한 감소임).
2개의 [110] 광학 소자와 1개의 [110] 광학 소자를 갖는 제1 실시예 및 4개의 [110] 광학 소자와 1개의 [100] 광학 소자를 갖는 제2 실시예는 일례일 뿐이며, 소자의 고유복굴절 기여도를 밸런싱하고, 순 복굴절 및 리타던스를 감소시키기 위해 전술한 이론에 따라 각종 수의 광학 소자가 이용되고, 클로킹될 수도 있다. 이들 이론은 배타적으로 입방형 결정질 렌즈 소자를 포함하는 렌즈 시스템에 적용될 수도 있고, 또는 입방형 결정질의 기타 렌즈 소자를 포함하는 렌즈 시스템에 적용될 수도 있다.
또한, 제1 실시예와 관련하여 설명한 바와 같이, 하나 또는 그 이상의 스트레스 복굴절 소자, 파동판, 또는 이들의 조합은 상술한 시스템 보정이 이루어진 후 잔존하는 잔여 복굴절 변화 및 일정한 잔여 리타던스를 보정하기 위해 추가적으로 이용될 수도 있다.
본 발명의 개념
각각 도6 및 도10에 나타낸 예시적인 렌즈 배열에 대응하는 제1 및 제2의 예시적인 실시예에 적용된 바와 같이, 고유 복굴절의 효과를 보상하기 위해 이용되는 기초 이론은, 다른 실시예에서 포토리소그래피에 이용되는 것과 같은, 고성능, 높은 개구수의 다양한 기타 광학 시스템에서의 고유복굴절 효과를 보상하기 위해 확장될 수 있다. 이 이론은 굴절 및 반사굴절(catadioptric) 렌즈 시스템 모두에 적용되고, 새로운 렌즈 시스템을 설계하거나 종래 렌즈 규정을 향상시킬 경우 이용될 수도 있다.
다른 예시적인 굴절 및 반사굴절 렌즈 시스템에 따르면, 개별 렌즈 소자 두께, 곡률 반경, 비구면 계수, 및 광선 각도는 구성성분 마다 상당히 다를 수 있다. 그럼에도 불구하고, 상술한 실시예에서와 같이, 결정 방위 및 구성성분의 상대 클로킹은 복굴절 및 리타던스를 감소시키기 위해 선택될 수 있다는 것이 실시예에서 보여지고 있다. 도시된 실시예에서는 밸런스를 위해 또는 고유 복굴절에 의해 생성된 리타던스 수차를 상쇄시키기 위해, [100] 결정축이 광축을 따르는 광학 소자와 함께 사용되는 [110] 결정축이 광축을 따르는 광학 소자를 보여준다. 본 발명의 일반적인 개념은 복수의 광학 소자로 형성된 투사 렌즈를 포함하는 광학 시스템을 제공한다 - 여기서, 둘 이상의 소자는 입방형 결정체로 구성되고, 그 [110] 입방형 결정질 격자 방향이 시스템 광축을 따라 지향되고, 시스템 광축에 대하여 작은 각도로 빛을 전파하는 동안 감소된 리타던스를 제공하기 위해 광축을 중심으로 상대회전하며, 하나 이상의 소자는 시스템 광축에 대하여 작은 각도로 빛을 전파하는 동안 감소된 리타던스를 제공하기 위해 광축이 실질적으로 [100] 입방형 결정질 격자 방향을 따르고 있음 -.
다른 실시예에서, 도5c에 나타낸 바와 같이 광축을 따라 정렬된 그 [111] 결정축을 갖는 소자 또는 소자들은 [110] 및 [100] 실시예에서 설명된 동일한 이론을 이용하여 필드를 통과하는 리타던스를 실질적으로 상쇄하기 위해 다른 소자 조합과 함께 이용될 수도 있다. 각종 실시예에서, 렌즈 설계 소프트웨어는 두께, 곡률 반경, 비구면 계수 등 뿐만 아니라 개별 렌즈 소자의 위치결정을 포함하는 렌즈 규정을 생성하는데 이용될 수도 있다. 일실시예에서, RMS 리타던스는 각 필드 포인트에서의 동공 눈금(pupil grid)상에서 계산될 수도 있고, 예컨대 CODE V와 같은 상업용 렌즈 소프트웨어를 이용하는 감소된 최소 제곱 최적화(damped least square optimization)를 위한 메리트 함수(merit function)로서 이용될 수도 있다. 컴퓨터는 시스템 내의 각 소자의 방위 및 클로킹을 최적화하기 위해 이용될 수도 있다.
입방형 결정질 소자에서의 평균 변화율에 의해 유도되는 비점 수차와 같은 위상 수차는 직교 방향을 따라 다른 곡률 반경을 갖는 하나 이상의 표면을 이용하여 보상될 수도 있다. [100] 광학 소자에 의해 생성되는 평균 굴절률에서의 변화는, 광축에 대한 전파각의 함수로서 평균 굴절률의 변화가 점차적으로 증가하기 때문에, [110] 광학 소자에 의해 생성되는 변화 보다 보다 용이하게 보상된다. 따라서, 충분히 다수의 [100] 광학 렌즈 소자가 평균 굴절률의 고차 변화(high-order variation)를 최소화하기 위해 이용될 수도 있다.
다른 예시적인 실시예에 따르면, 구성성분의 두께, 구성성분 사이의 간격, 및 렌즈 소자의 곡률 반경과 비구면 계수는 수차를 조화시키고, 필드를 가로지르는 리타던스를 감소시키기 위해 동일하게 최적화될 수도 있다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 입방형 결정질 렌즈 소자는, 순 복굴절에 의해 생성된 리타던스를 실질적으로 상쇄시키고, 필드를 통해 거의 0인 순 리타던스를 생성하기 위해, 다른 렌즈 소자 또는 소자들에 대한 부호와 반대되는 복굴절 크기를 갖는 소자가 함께 사용될 수 있도록 선택 및 위치된다. 예컨대, 플루오르화 칼슘 렌즈 소자(음성 복굴절 크기를 가짐)는 플루오르화 바륨 렌즈 소자(양성 복굴절 크기를 가짐)와 함께 사용되고, 동일한 결정격자 방향을 따라 정렬되어, 필드를 통과하는 리타던스는 실질적으로 상쇄된다.
제3, 제4 및 제5 실시예는 공지된 렌즈 규정에 기반한다. 이들은 일례일 뿐 이며, 본 발명의 이론 및 개념은 기타 각종의 렌즈 배열에 이용될 수 있다. 본 발명의 용도는 특히 F2 엑시머 레이저에 의해 생성되는 바와 같은 157nm 근방의 노출 파장에서의 포토리소그래피를 위한 많은 개구수의 광학 시스템과 관련이 있다. 종래의 이용가능한 각종 광학 시스템은 적은 개구수를 포함하고, 193nm 와 같은 장파장에서 동작하기 때문에, 본 발명의 기술은 일반적으로 포토리소그래피에 이용되는 ArF 엑시머 레이저에 의해 생성된 파장에 대응하는 193nm 근방의 노출 파장용으로 설계된 종래의 광학 시스템에 적용하여 도시된다. 그러나, 본 발명의 이론 및 기술은 많은 개구수의 시스템과 157nm에서 동작하는 시스템에 동일하게 적용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
157nm의 중심 파장으로 설계된 많은 개구수 렌즈에서의 고유 복굴절의 효과를 산출하기 위해 - 굴절 소자는 우선적으로 플루오르화 칼슘으로 구성됨 -, 각종 실시예에서 용융 실리카 또는 플루오르화 칼슘으로 구성되어질 수도 있는 이하의 실시예에서의 각각의 소자는, 157nm에서 플루오르화 칼슘내에서 측정된 피크 고유 복굴절과 거의 등가인 -12 x 10-7의 피크 고유 복굴절(ne - no)을 갖는 것으로 가정된다.
이러한 방식으로, 157nm용으로 설계된 많은 개구수 렌즈에서의 고유 복굴절을 보상하기 위한 방법은 시작점으로서 193nm의 중심 파장용으로 설계된 종래의 렌즈 설명을 이용하여 논증될 수도 있다. 중심 파장의 변화는 굴절 구성성분의 굴절률의 변화를 일으키고, 플루오르화 칼슘 등의 플루오르화 물질이 이용을 정당화할 수도 있지만, 사용된 소자의 형태와 주어진 개구수에 대한 광선 각도의 분포는 본 발명의 기술을 논증하기 위해 이용되어진 193nm의 중심 파장용으로 설계된 렌즈가 많은 개구수 렌즈내에서 특히 157nm의 중심 파장에서의 고유 복굴절의 효과를 완화시키기에 충분하다.
이하의 제3, 제4, 및 제5 실시예의 설명에서, 각각의 굴절 표면은, 소자 굴절률의 제곱근과 동일한 굴절률로 193nm의 파장에서의 1/4 파장의 광학 두께로 코팅되는 가상의 단일층 비반사 코팅을 갖는 것으로 가정된다. 각각의 실시예에 이용되는 플루오르화 칼슘 및 용융 실리카에 대한 굴절률은 193.3nm의 파장에서 각각 1.501455 및 1.560326인 것으로 가정된다. 상이한 코팅은 상이한 리타던스와 위상 수차를 초래할 것이고, 조금은 상이한 보상을 필요로 할 것이다. 그러나, 단일한 가상이 코팅을 위해 논증된 방법은 기타 각종 물리적 코팅을 갖는 시스템에 적용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
이하의 제3 내지 제5 실시예에서, 보정된 광학 시스템은 소정 렌즈 규정에 기반한다. 소정 렌즈 규정은 유지될 수도 있고, 고유 복굴절의 효과는 상술한 기술을 이용하여, 추가적으로 또는 대용으로 소정 렌즈 규정의 하나 또는 그 이상의 렌즈 소자를 둘 이상의 부소자(sub-element)로 분할하여 보상될 수도 있다. 그러나, 본 발명의 이론은 설계되어질 기타 각종의 새로운 렌즈 규정에 렌즈 설계에 내포된 본 발명의 장점을 갖고 적용될 수도 있다.
게다가, 하나 또는 그 이상의 복굴절 소자, 파동판, 또는 제1 및 제2 실시예와 함께 설명된 이들의 조합은 설명한 보정이 제3, 제4 및 제5 실시예에서 설명되 는 바와 같은 시스템에 이루어진 후에 잔여 복굴절 변화 및 일정한 잔여 리타던스를 보정하기 위해 추가적으로 이용될 수도 있다.
제3 실시예
고유 복굴절에 대한 보상 기술의 응용인 제3의 예시적인 실시예는 포토리소그래피에 이용되는 예시적인 모든 굴절 투사 렌즈와 함께 설명될 수도 있다. 그러한 예시적인 렌즈는 본 명세서에서 그 내용이 참조로서 포함되어 있는 Y.Omura에 의해 출원된 유럽특허 제 1 139 138호의 제5실시예에 제공된다. 이 예시적인 시스템은 193.3nm의 중심파장에서 동작하도록 설계되어, 0.75의 개구수에서 4배의 감소를 제공하고, 27.5nm의 이미지 필드를 갖는다. 예시적인 설계는, 플루오르화 칼슘 및 용융 실리카로 구성되는 6개의 비구면을 갖는 20개의 소자(E)를 적용하지만, 각각의 소자는 다음의 기본 계산에서 -12 x 10-7의 고유 복굴절을 갖는 것으로 가정된다. 예시적인 시스템은 광축(65)을 포함한다.
RMS 리타던스, 최대 리타던스 및 출사 동공상의 다이어테뉴에이션은 0, 0.7 및 1.0의 상대 필드 높이에 대해 포함된 고유 복굴절 효과가 없는 통상의 설계에 있어서 아래의 표1로 표기된다. 상대 필드 높이는 세미-필드(semi-field) 높이에 의해 일반화되는 실제 필드 높이로 정의된다. 즉, 광축상에 위치된 이미지는 0의 필드 높이를 가지며, 이 렌즈내의 13.57mm에 위치된 이미지는 단위 상대 필드 높이에 대응한다. 리타던스 및 다이어테뉴에이션은 이 모델에 이용된 단일층 비반사 코 팅으로부터 얻어진다. 도16a 및 도16b는 각각 필드의 중심과 가장자리에서의 필드 포인트에 대한 비반사 코팅으로 인한 시스템 출사 동공을 가로지르는 리타던스를 나타낸다. 리타던스는 방사상으로 지향되고, 동공의 가장자리에서 최대 크기를 갖는다. 비반사 코팅만으로 인한 리타던스는 비교적 작다.
Figure 112003045923606-pct00001
도17a 및 도17b는 도15에 도시된 광학 시스템에 있어서 각각 필드의 중심 및 가장자리에 있어서의 동공을 가로지르는 다이어테뉴에이션(diattenuation) 변화를 나타낸다. 다이어테뉴에이션은 수직 편광 상태 사이에서의 이동에 대한 최대차의 측정치로서 설명될 수도 있다.
RMS 및 피크-투-밸리(peak-to-valley) 파면 오차는 고유 복굴절 효과가 없는 공칭 설계에 대해 아래의 표2로 표기된다. 파면 오차는 Y 방향 내의 0, 0.7, 1.0의 상대 필드 높이에 대해 주어지고, 2개의 수직 편광 성분으로 표기된다. X 성분은 시스템 출사 동공에서 선형 편광자가 X 방향을 따르는 것으로 가정하여 X 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타내고, Y 성분은 시스템 출사 동공에서 선형 편광자가 Y 방향을 따르는 것으로 가정하여 Y 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타내고,. 나타낸 바와 같이, 공칭 설계(nominal design)는 약 0.003 파동의 최대 RMS 파면을 포함한다.
Figure 112003045923606-pct00002
도18a, 도18b, 도18c 및 도18d에 있어서, 193.3nm의 파면 오차는 시스템 출사 동공에서 등고선도(contour map)로서 도시된다. 도18a 및 도18b는 각각 중심 및 가장자리 필드 포인트에 있어서 X 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용된 X 방향(필드 높이에 수직임)으로의 입력 편광에 대응하는, 도15에 도시된 렌즈에 대한 잔여 파면 오차의 등고선도를 나타낸다. 도18a에 나타낸 중심 필드 포인트에서의 파면 오차에 있어서, 최대의 피크-투-밸리(peak-to-valley) 광로차는 0.012 파동이고, 도18b에 나타낸 가장자리 필드에서의 파면 오차는 최대의 피크-투-밸리 광로차는 0.018 파동이다. 도18c 및 도18d는 각각 중심 및 가장자리 필드 포인트에 있어서 Y 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용된 Y 방향(필드 높이와 평행함)으로의 입력 편광에 대응하는, 도15에 도시된 렌즈에 대한 잔여 파면 오차의 등고선도를 나 타낸다. 도18c 및 도18d에 나타낸 각각의 중심 및 가장자리 필드 포인트에서의 파면 오차에 있어서, 최대의 피크-투-밸리 광로차는 0.012 파동이다.
포인트 확산 함수에 기반하여 계산된 공칭 설계에 대한 중심 왜곡과, Y 방향에서의 텔레센트리시티(telecentricity) 오차는 0, 0.7, 및 1.0의 상대 필드 높이에서 아래의 표3으로 표기된다.
Figure 112003045923606-pct00003
입방형 결정질 렌즈 물질과 관련된 고유 복굴절이 효과를 고려하면, 시스템 성능은 감소된다. 도19a 및 도19b는 도15에 나타낸 모든 렌즈 소자(E)가 그들의 [110] 결정축이 광축(65)을 따른 채로 동일하게 3차원으로 정렬된, 임의적으로 설계된 실시예에 따라, 각각 필드의 중심 및 가장자리의 필드 포인트에 있어서 시스템 출사 동공을 가로지르는 순 리타던스를 나타낸 도면이다. 도19a 및 도19b는 고유 복굴절의 효과를 포함한다. 각각이 중심 및 가장자리 필드 포인트에 대응하여, 도19a의 물체 필드 높이는 0mm이고, 도19b의 물체 필드 높이는 55mm이다. 도19a 및 도19b에 주어진 리타던스 동공 맵에 있어서, 순 리타던스가 0.5 파동의 크기를 초과하는 경우에 있어서, 리타던스는 "모듈로(modulo) 0.5 파동"으로 도시된다. 따라 서, 리타던스 방위는 1/2 파동 간격에서 90°만큼 회전하는 것을 볼 수 있고, 즉 0°에서의 0.75 파동 리타던스의 효과는 90°에서의 0.25 파동과 동일하다. 따라서, 이 배열에서의 고유 복굴절로 인한 최대 리타던스는 193.3nm의 파장에서 약 1.5 파동이고, 물체 필드 높이에서 조금 변화한다.
도20a 및 도20b는 도15에 나타낸 렌즈 시스템의 결정 격자 방위의 다른 실시예의 리타던스를 나타낸 도면이다. 도20a 및 도20b에 있어서, 고유 복굴절 효과를 포함하는 시스템 출사 공동을 가로지르는 순 리타던스는, 모든 소자가 그들의 [100] 결정축이 광축을 따라, 3차원에서 임의적으로 동일하게 정렬되는 필드의 중심 및 가장자리에서의 필드 포인트에 대해 도시된다. 또한, 리타던스 방위는 하나의 반 파동 간격에서 90°만큼 회전하고, 즉 이 예에서의 고유 복굴절로 인한 최대 리타던스는 193.3nm의 파장에서 약 0.9 파동이 된다.
도21a 및 도21b는 도15에 나타낸 렌즈 시스템의 결정 격자 방위의 다른 실시예의 리타던스를 나타낸 도면이다. 도21a 및 도21b에 있어서, 고유 복굴절 효과를 포함하는 시스템 출사 공동을 가로지르는 순 리타던스는, [111] 광학 소자에 있어서, 3차원에서 동일하게 정렬되는 필드의 중심 및 가장자리에서의 필드 포인트에 대해 도시된다. 이러한 배열에서, 고유 복굴절로 인한 최대 리타던스는 193.3NM에서 약 0.5 파동이고, 필드 높이에 의한 변화는 작다.
도19a 내지 도21c에 도시된 바와 같은 전술한 각각의 예는, 각각의 소자가 광축에 대해 동일하게 지향될 때, 고유 복굴절이 대단히 큰 리타던스 수차와 그에 따른 큰 파면 수차를 생성하는 것을 보여준다. 보상이 없다면, 이러한 수차는 포토 리소그래피에 있어서 허용가능한 파면 오차를 심하게 초과한다.
본 발명의 이 실시예에서, 상술한 고유 복굴절에 이해 생성되는 리타던스의 보상에 이용되는 변수는 광축에 대한 각 소자의 결정축 방위와 광축을 중심으로한 이들 소자의 상대 회전이다. 그 광축을 중심으로 회전하는 대칭면을 갖는 렌즈 소자의 회전은 소자 "클로킹"으로서 언급되기도 한다.
본 발명의 일 특성으로는 광축을 따라 정렬된 적어도 2개의 [110] 광학 소자와 적어도 하나의 [100] 광학 소자를 이용한다는 것이다. 이는 파면 보정을 제공하고, 고유 복굴절에 의해 생성되는 순 리타던스를 높은 개구수의 리소그래피 시스템에서 수용가능한 레벨까지 감소시키도록 개별 소자들의 리타던스 기여도를 밸런싱한다. 이는 제1 실시예에서 설명된 것이며, 도시된 바와 같이 실시예3에도 적용될 수 있다.
도22는 도15에 사전에 나타낸 바와 같은 광학 시스템에 적용된 본 발명의 제3 실시예를 나타낸다. 도22는 렌즈의 개략적인 측면도이다. 이 실시예에서, 물체 평면(70)에 대해 색인된 소자(E1, E5, E6, E13, E14, E15, E18)는 그들의 [100] 결정축이 광축(75)을 따라 정렬되고, 다른 소자(E)는 그들의 [110] 결정축이 광축(75)을 따라 정렬된다. 도22에서, 각각의 [100] 광학 소자(E1, E5, E6, E13, E14, E15, E18)가 빗금쳐져 있다.
결정 격자의 방향 및 가 소자의 클로킹은 제3의 예시적인 실시예에 있어서 아래의 표4와 같이 주어진다. 그들의 [110] 광축이 광축(75)을 따라 지향된 [110] 광학 소자에 있어서, 각 소자의 클로킹은 X축(특정 시야에 수직인 방향에 있어서 수평임)에 실질적으로 평행한 리타던스축에 대해 지향되는 광축을 따라 피크 복굴절을 생성하는 방위와 관련하여 주어진다. 그들의 [100] 결정축이 광축(75)을 따라 지향된 [100] 광학 소자에 있어서, 각 소자의 클로킹은 X-Z 및 Y-Z 평면(0, 9, 180, 및 270°의 방사 각도에서)내에서 피크 복굴절 로브를 생성하는 방위와 관련하여 주어진다. 이는 일례일 뿐이며, 소자의 상대 클로킹은 각종 임의의 기준 위치에 대하여 설명될 수 있음을 이해해야 한다.
Figure 112003045923606-pct00004
이 시스템의 순 고유 복굴절은 표4에 나타낸 바와 같은 소자 방위의 결과와 같이 상당히 감소된다.
입방형 결정 격자내의 고유 복굴절에 의해 생성되는 다른 효과는 입방형 결정체를 통한 광선 광도의 함수와 같은 평균 굴절률의 변화를 들 수 있다. 상술한 바와 같은 고유 복굴절로부터 얻어지는 리타던스 오차의 보상 후, 잔여 파면 수차 및 평균 굴절률의 변화로 기인하는 왜곡도 바람직하게 보상될 수도 있다. 평균 굴절률의 이러한 변화는 일반적으로 파면내에 비점 수차를 생성하고, 광학 설계에서 조화시켜질 수도 있는 이미지의 왜곡을 초래한다. 이러한 왜곡은 이미지 시프트, 이미지 회전, 확대 에러, 또는 상위 왜곡을 포함할 수도 있다.
제3 실시예에서, 평균 굴절률의 변화의 효과를 보상하기 위해 광학 설계에 더욱 변형이 이루어질 수 있다. 개구조리개(72)의 바로 앞쪽의 소자(E13)의 표면(S2)은 비회전 대칭형(non-rotationally symmetric)이거나, 또는 곡률에 있어서 비대칭 변화를 포함한다. 실시예에 있어서, 소자(E13)의 표면(S2)은 직교 방향의 곡률반경이 표면의 클로킹에 따라 변화되는 환상면(toroidal surface)이다. 표5는 국부적인 X 방향에서의 S2에 대한 곡률 반경이 국부적인 Y 방향내에서의 곡률 반경과 다름을 나타내고 있다. 최종 7개의 표면의 곡률 반경은 잔여 왜곡을 밸런싱하기 위해 조절되고, 이미지 평면은 나머지 이미지 회전을 제거하기 위해 회전된다. 보정된 곡률 반경은 아래의 표5에 표기되었고, 이미지 평면 회전은 상술한 표4에서 주어졌다. 비회전 대칭 소자는 예시적인 실시예내에서 [100] 광학 소자이고, 환상면 또는 기타 비회전 대칭 표면은 다른 입방형 결정질상에 또는 다른 실시예에서의 비입방형 결정질 광학 소자상에 이용될 수도 있다. 각종 예시적인 실시예에서, 광학 소자는 한 쌍의 표면을 포함할 수도 있고, 이들 표면 각각은 곡률에 있어 서 비대칭 변화를 가질 수 있다.
Figure 112003045923606-pct00005
본 발명의 다른 특성은 고성능 광학 시스템에서 획득될 수도 있는 리타던스 보상이 시야내의 구성성분을 통한 광선 각도의 변경에 비교적 민감한 것이다. 도4를 참조하면, 외측 피크 복굴절 로브는 [110] 결정축에 대하여 각각 60°각도에 있다. 도4에서도 나타난 바와 같이, 이 각도는 [100] 및 [111] 결정축에 있어서의 45°, 35.26°의 대응 각도와 비교하여 매우 크다. 즉, 상당수의 성분에 대해 [110] 결정축을 선택하면 넓은 시야상에서 리타던스 보정을 허용해준다.
도23a 및 도23b는 상술한 바와 같이 표4 및 표5에서 설명한 보상된 시스템에 있어서의 시스템 출사 동공을 가로지르는 리타던스를 나타낸 도면이다. 이 리타던스는 고유 복굴절과 비반사 코팅에 의해 기인된다. 도16a 및 도16b에 상술하여 나 타낸 바와 같이, 코팅으로 인한 기여도는 비교적 작고, 따라서 리타던스 수차의 대부분은 고유복굴절로 기인한다. 도23a는 주심 필드 포인트에서의 리타던스를 나타내며, 도23b는 가장자리 필드 포인트에서의 리타던스를 나타낸다.
출사 동공상의 RMS 및 최대 리타던스는 0, 0.7, 및 1.0의 상대 필드 높이에 대하여 이하의 표6에 기재되었다. 이는 고유 복굴절이 효과와 모델에 사용된 단일층 비반사 코팅의 효과를 포함한다. 0.0의 상대 필드 높이는 도23a에 도시적으로 나타낸 중심 필드 포인트에 대응하고, 1.0의 상대 필드 높이는 도23b에 도시적으로 나타낸 가장자리 필드 포인트에 대응한다. RMS 리타던스는 λ0 = 193.3nm에서 0.0086 내지 0.0105 파동의 범위에 있다.
Figure 112003045923606-pct00006
제3 실시예의 보정된 시스템에 있어서의 RMS 및 피크-투-밸리 파면 오차는 고유 복굴절의 효과를 포함하는 보상된 설계에 대하여 아래의 표7로 표기된다. 이들 데이터는 각각 도23a 및 도23b에서의 0.0 및 1.0의 상대 필드 높이에 대해 도시적으로 보여진다. 파면 오차는 Y 방향에서의 0, 0.7, 및 1.0의 상대 필드 높이에 대해 주어지고, 2개의 수직 편광 성분으로 표기된다. X 성분은 출사 동공에서 선형 편광자가 X방향을 따르는 것으로 가정하여 X 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸다. Y 성분은 출사 동공에서 선형 편광자가 Y 방향을 따르는 것으로 가정하여 Y 방향으로의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸다. 포함된 고유 복굴절의 효과에 의해, 필드를 가로질러 0.008 파동으로부터 0.010 파동으로 변화하는 RMS 파면 오차는 보정 기술에 의해 얻어진다. 피크-투-밸리 파면 오차는 [110] 격자 방향을 따른 모든 소자의 정렬에 비교하여 약 27의 팩터만큼 의해 감소될 수 있다. 즉, 이 실시예는 고유 복굴절 효과가 높은 개구수의 리소그래피에서 수용가능한 레벨까지 감소될 수 있음을 증명한다.
Figure 112003045923606-pct00007
도24a, 도24b, 도24c, 및 도24d는 시스템 출사 동공에서 도시된 파면 오차를 등고선도로 나타낸다. 도24a 및 도24b는 중심 및 가장자리 필드 포인트에 있어서 X 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용된 X 방향(필드 높이에 수직임)내의 입력 편광에 대응하는 도22에 도시된 예시적인 렌즈에 있어서의 잔여 파면 오차의 등고선도를 각각 나타낸다. 도24a에 나타낸 중심 필드 포인트에서의 파면 오차에 있어서, 최대 피크-투-밸리 광로차는 193.3nm의 파장에서 약 0.057 파동이며, 도24b에 나타낸 가장자리 필드에서의 파면 오차에 있어서, 최대 피크-투-밸리 광로차는 약 0.051 파동이다. 도24c 및 도24d는 중심 및 가장자리 필드 포인트에 있어서 Y 방향에서의 출사 동공 분석기에 이용된 Y 방향(필드 높이와 평행함)으로의 입력 편광에 대응하는 도22에 도시된 예시적인 렌즈에 있어서의 잔여 파면 오차의 등고선도를 각각 나타낸다. 도24c에 나타낸 중심 필드 포인트에서의 파면 오차에 있어서, 최대 피크-투-밸리 광로차는 193.3nm의 파장에서 약 0.041 파동이며, 도24d에 나타낸 가장자리 필드에서의 파면 오차에 있어서, 최대 피크-투-밸리 광로차는 약 0.055 파동이다.
포인트 확산 함수에 기반하여 계산되고, 고유 복굴절을 갖는 보상 설계에 있어서의 중심 왜곡, 및 Y 방향에서의 텔레센트리시티 오차는 0, 0.7, 및 1.0의 상대 필드 높이에서 아래의 표8과 같이 표기된다. 텔레센트리시티 오차는 이미지 평면에서 광선 콘의 일반적인 입사로부터의 편향도이다. 나타낸 바와 같이, X 및 Y 방향에서의 잔여 왜곡은 157nm의 리소그래피에 적합한 0.1nm 내에 있다. 왜곡은 표3에 설명된 공칭 설계에 대한 왜곡에 비해 상당히 감소되었다. 공칭 설계로부터의 텔레센트리시티 오차에 있어서의 변화는 무시할 만 하다.
Figure 112003045923606-pct00008
표9는 설계의 성능의 요약을 스트레일 비율(Strehl ratio)의 관점으로 제공한다. 스트레일 비율은 무수차 시스템의 피크 세기와 관련하여 포인트 확산 함수의 피크 세기를 설명한다. 파면 수차뿐만 아니라, 편광 및 애포다이제이션(apodization)의 효과는 이러한 계산에 포함된다. 높은 개구수에서, 무수차 광학 시스템은 상호에 대한 대각에서의 광선의 간섭으로부터 얻어지는 편광에서의 편차로 인하여 단일값의 완벽한 스트레일 비율을 갖지 않는다. 이 예에서, 스트레일 비율 값은 포인트 확산 함수상의 수렴된 필드 포인트에서 계산되고, 즉 왜곡 효과는 고려되지 않았다.
표9는 0.8434의 스트레일 비율을 갖는 0.75NA에서의 무수차 시스템을 나타낸다. 고유 복굴절 효과가 없는 공칭 설계의 성능은 이상적인 무수차 렌즈의 성능과 매우 유사하다. 스트레일 비율은 -0.0004 내지 +0.0005의 범위상에서 상이하다. 스트레일 비율은 실제 렌즈 모델과 이상적인 렌즈 모델 사이의 차이로 기인하여 완벽한 렌즈의 스트레일 비율을 초과할 수도 있다.
고유 복굴절을 갖는 보상된 시스템에 있어서, 스트레일 비율은 고유 복굴절의 효과를 고려하지 않은 공칭 설계의 스트레일 비율과 유사하고, 또한 이상적인 0.75NA 무수차 시스템과 동일하다.
Figure 112003045923606-pct00009
요약하면, 이 제3 실시예는 7개의 [100] 광학 소자와 13개의 [110] 광학 소자를 갖는 렌즈를 설명한다. 소자의 상대 클로킹은 표4에 표기된다. 결정을 통한 광선 각도가 광축에 대하여 작은 공간내에서 이용될 때, 소자에 의해 유도되는 리타던스축이 물질의 [100] 결정축을 따를 때 작다. 따라서, 이러한 소자는 일반적으로 클로킹에 대하여 민감하고, 비회전 대칭 결함(non-rotationally symmetrical defects)과 같은 제조시 제조 오차를 보상하기 위해 이들 성분의 클로킹을 이용할 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제7 [100] 광학 소자는 다른 예시적인 실시예에 따라 성능의 상당한 손실없이 클로킹내에서 변화된다. 따라서, 다른 예시적인 실시예에서, 복수의 [100] 광학 소자는 렌즈 소자상의 비회전 대칭 형상 오차(non-rotationally symmetric figure error)로 인한 잔여 수차를, 더 많은 [110] 소자와 더 적은 [100] 입방형 결정질 소자를 갖는 렌즈에서 보다 더욱 용이하게 보상할 수도 있다.
제4 실시예
고유 복굴절(intrinsic birefringence) 보상 기술의 응용예에 대한 4번째 예시적인 실시예가 다른 예시적인 전굴절(all-refractive) 투사 렌즈와 함께 설명될 것이다. 이러한 예시적인 렌즈는 포토리소그래피에 사용될 수 있고, 특히, 반도체 제조 산업에서 사용될 수 있다. 이러한 예시적인 렌즈는 Y.Omura의 유럽 특허 제 1 139 138 A1에 기재된 제7 실시예에서 제공된다. 이 예시적인 렌즈는 도1에 도시되어 있다. 이것은 193.3nm의 중심 파장으로 동작하고, 0.75의 개구수로 4X 축도를 제공하며, 27.5mm의 이미지 필드 지름을 갖도록 설계된다. 이 설계는 플루오르화 칼슘 및 용융 실리카로부터 형성된 3개의 비구면을 가진 28개의 광학 소자를 사용한다. 그러나, 각 구성요소는 본 발명의 원리를 설명하는데 사용된 다음의 계산에서 -12 x 10-7의 고유 복굴절을 갖는 것으로 가정된다. 그 밖의 예시적인 실시예에 따르면, 일부 렌즈 소자는 비입방형 결정체로 형성될 수 있거나, 또는 비입방형 결정체로 형성된 추가의 렌즈 소자가 사용될 수 있다. 건조 용융 실리카와 같은 여러 가지 적합한 비입방형 결정체가 사용될 수 있다.
0, 0.7 및 1.0의 상대 필드 높이에 대해, 고유 복굴절 효과가 포함되지 않은 공칭 설계에 대한 RMS 및 최대 리타던스 및 출사 동공을 가로지르는 다이어테뉴에이션이 표10에 기재되어 있다. 리타던스 및 다이어테뉴에이션은 그 모델에서 사용되는 단일층 비반사 코팅으로부터 발생된다.
Figure 112003045923606-pct00010
도25a 및 도25b는 각각 필드의 중심 및 가장자리에서의 필드 포인트에 있어서 비반사로 인한 시스템 출사 동공을 가로지르는 리타던스를 도시한 도면이다. 리타던스는 방사형으로 지향되고, 동공의 가장자리에서 크기가 가장 크다. 도26a 및 도26b는 필드의 중심 및 가장자리에 있어서의 동공을 가로지르는 다이어테뉴에이션 변화를 각각 도시한 도면이다.
표11은 고유 복굴절 효과가 없는 공칭 설계에 대한 피크-투-밸리(peak-to-valley) 파면 오차 및 RMS를 나타낸다. 파면 오차는 Y 방향으로 0, 0.7 및 1.0의 상대 필드 높이에 대해 주어지고, 2개의 직교 편광 성분에 대해 기재되어 있다. X 성분은, 시스템 출사 동공에서 X 방향을 따르는 선형 편광자로 가정하여, X 방향에서의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸다. Y 성분은, 출사 동공에서 Y 방향을 따르는 선형 편광자로 가정하여, Y 방향에서의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸다. 입방형 결정질 광학 소자 또는 고려된 고유 복굴절 효과가 없으면, 공칭 설계는 0.004 파동의 피크 RMS 파면 오차를 포함한다.
Figure 112003045923606-pct00011
도27a 내지 도27d는 포함된 고유 복굴절 효과가 없는 공칭 설계에 대한 등고선도로서, 시스템 출사 동공에서 작성된 파면 오차를 보여준다. 도27a 및 도27b는 각각 중심 및 가장자리 필드 포인트에 있어서 X 방향에서의 출사 동공 분석기를 이용하여, 필드 높이에 수직인 X 방향에서의 입력 편광에 대응하는 도1에 도시된 예시적인 렌즈에 대한 잔여 파면 오차의 등고선도를 나타낸다. 중심 필드 포인트에서의 파면 오차에 있어서, 최대 피크-투-밸리 광로차는 193.3nm 파장에서 0.017 파동이고, 가장자리 필드에서의 파면 오차에 있어서, 최대 피크-투-밸리 광로차는 0.022 파동이다. 도27c 및 도27d는 각각 중심 및 가장자리 필드 포인트에 있어서 Y 방향에서의 출사 동공 분석기를 이용하여, 필드 높이에 평행인 Y 방향에서의 입력 편광에 대응하는 도1에 도시된 예시적인 렌즈에 대한 잔여 파면 오차의 등고선도를 나타낸다. 중심 필드 포인트에서의 파면 오차에 있어서, 최대 피크-투-밸리 광로차는 193.3nm 파장에서 0.017 파동이고, 가장자리 필드에서의 파면 오차에 있어서, 최대 피크-투-밸리 광로차는 0.029 파동이다.
표12는 0, 0.7 및 1.0의 상대 필드 높이에서 Y 방향으로의 텔레센트리시티 및 포인트 확산 함수에 기반하여 계산된 공칭 설계에 대한 중심 왜곡을 나타낸다.
Figure 112003045923606-pct00012
도1에 개략적으로 도시된 렌즈 규정을 사용하고, 입방형 결정질 광학 소자를 포함하는 실제 렌즈 설계에서는 고유 복굴절이 포함된다. 포함된 고유 복굴절 효과에 의해, 성능이 상당히 저하된다. 도28a 및 도28b는 모든 소자들이 광축(10)을 따라 소자 [100] 결정축에 대해 3차원으로 동일하게 정렬되는 예시적인 실시예에 따른, 필드(0 내지 55mm의 물체 필드)의 중심 및 가장자리에서의 필드 포인트에 대한 시스템 출사 동공을 가로지르는 순 리타던스를 나타낸다. 이 도면에서, 리타던스 방위는 1/2 파동 간격에서 90도만큼 회전된다. 즉, 0도에서의 0.75 파동 지연제(retarder)의 효과는 90도에서의 0.25 파동 지연제와 동일하다. 따라서, 이 예에서의 고유 복굴절로 인한 피크 리타던스는 193.3nm 파장에서 약 2.1 파동이다.
도29a 및 도29b는 모든 소자들이 광축(10)을 따라 소자 [100] 결정축에 대해 3차원으로 동일하게 정렬되는 다른 예시적인 배열에 따른, 필드의 중심 및 가장자리에서의 필드 포인트에 대한 시스템 출사 동공을 가로지르는 순 리타던스를 각각 나타낸다. 역시, 리타던스 방위는 1/2 파동 간격에서 90도만큼 회전된다. 따라서, 이 예에서의 고유 복굴절로 인한 피크 리타던스는 193.3nm 파장에서 약 1.5 파동이다.
도30a 및 도30b는 모든 소자들이 광축(10)을 따라 소자 [111] 결정축에 대해 3차원으로 동일하게 정렬되는 또 다른 예시적인 배열에 따른, 필드의 중심 및 가장자리에서의 필드 포인트에 대한 시스템 출사 동공을 가로지르는 순 리타던스를 각각 나타낸다. 이 예시적인 배열에서, 고유 복굴절로 인한 피트 리타던스는 193.3nm의 파장에서 약 0.8 파동이다.
광축(10)을 따라 [110], [100] 또는 [111] 결정축에 대해 정렬되고, 3차원에서 동일하게 지향되는 모든 소자에 있어서, 고유 복굴절에 의해 생성되는 리타던스는 매우 큰 파면 수차를 발생시킨다. 보상이 없으면, 이 수차는 포토리소그래피 프로세스, 특히, 오늘날의 반도체 제조 산업에서 작은 최소 배선폭을 생성하는데 사용되는 포토리소그래피 프로세스에 필요한 요구 파면 오차를 크게 초과한다.
제4 실시예는 광축에 대한 각 소자의 입방형 결정 격자의 방위, 및 시스템의 고유 복굴절을 보정하기 위한 광축 둘레에서 소자들의 상대 회전을 규정함으로써, 고유 복굴절에 의해 생성되는 리타던스의 보상을 수행할 수 있다. 또한, 제4 실시예에서는, 도31에 도시된 바와 같이, 도1의 예시적인 렌즈 시스템의 소자들 중 2개는, 순 시스템 리타던스를 최소화하도록 최적화된 그들 사이의 매립면의 곡률 및 2개의 세그먼트에 대한 두께를 갖는, 동일한 총 두께 및 배율을 가지는 2개의 세그먼트로 각각 분할되었다. 이러한 추가의 자유도는, 렌즈 재설계의 필요없이, 달성가능한 리타던스 보상을 개선하는 것을 보여준다.
제4 실시예에 따르면, [110] 광학 소자와 [100] 광학 소자의 조합이 사용되어, 개별 소자의 리타던스 기여도가 실질적으로 서로 상쇄되고, 높은 개구수에 대해 허용가능한 전체 파면 보정을 제공하게 된다.
도31은 개선된 렌즈의 개략적인 측면도이다. 렌즈(100)는 레티클 또는 포토마스크일 수 있는 물체 평면(80), 그 위에 이미지가 형성되는 기판일 수 있는 이미지 평면(82), 광축(85) 및 개구조리개(AS)(89)를 포함한다. [100] 광학 소자(L28A, L28B)는 빗금쳐져 있다. 본 실시예에서, 모든 다른 소자(L1-L27B)는 광축(85)을 따라 [110] 결정축에 대해 정렬되는 [110] 광학 소자들이다.
제4 실시예는 표13에 주어진 광축 및 클로킹을 갖는 렌즈 소자(L1-L28B)를 포함하는 도31에 도시된 렌즈(100)를 제공한다. [110] 광학 소자에 있어서, 각 소자의 클로킹은 (특정된 시야에 대해 수직인 방향에서, 수평인) X축에 실질적으로 평행인 리타던스축(특정된 시야에 대해 수직인 방향에서, 수평임)에 대해 지향되는 광축을 따라 피크 복굴절을 생성하는 방위에 따라 주어진다. [100] 광학 소자에 있어서, 각 소자의 클로킹은 0, 90, 180 및 270도의 방사각에서의 X-Z 및 Y-Z 평면에서 피크 복굴절 로브를 생성하는 방위에 따라 주어진다.
Figure 112003045923606-pct00013
제4 실시예는 본 발명의 다른 양태, 즉, 알려진 렌즈 시스템의 고유 복굴절 및 리타던스를 감소시키기 위한 것을 예시한다. 본 발명의 이러한 양태는 양호한 광 품질을 갖는 주어진 렌즈 규정을 제공하고, 다수의 개별 렌즈 소자를 포함하는 단계를 포함한다. 주어진 렌즈 규정에 있어서, 적어도 하나의 개별 렌즈 소자는 2개 이상의 부소자로 대체 또는 분할된다. 각 부소자는 동일한 총 반경의 곡률을 포함하고, 동일한 두께를 포함하여, 렌즈 규정의 전체 광 품질이 불리하게 작용되지 않는다. 대체되는 각 개별 소자에 있어서, 부소자는 대체하기 위해 결합하는 개별 렌즈 소자를 이용하여 달성가능한 리타던스 보정에 따라 순 시스템 리타던스를 감소시키도록 지향된다.
하나의 예시적인 실시예에서, 각각의 부소자는 광축을 따라 동일한 결정축에 대해 정렬될 수 있고, 부소자는 서로에 대해 클로킹될 수 있다. 예를 들면, 각각의 부소자는 [110] 또는 [100] 광학 소자일 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 소자, 예를 들면, [100] 광학 소자 및 [110] 광학 소자는 광축을 따라 정렬되는 상이한 결정축을 포함할 수 있다. 이 개념은 도1에서의 렌즈(2)와 도31에서의 렌즈(100)를 비교함으로써 설명된다. 도1에 도시된 렌즈(2)는 렌즈 소자(L101, L102)를 포함한 다수의 렌즈 소자를 포함한다. 도1의 렌즈 소자(L101)가 2개의 부소자, 도31의 렌즈 부소자(L27A, L27B)로 대체되고, 도1의 렌즈(2)의 렌즈 소자(L102)가 2개의 부소자, 즉, 도31에 도시된 렌즈 부소자(L28A, L28B)로 대체된 것을 제외하면, 도31에서의 렌즈(100)는 도1의 렌즈(2)와 실질적으로 유사하다.
입방형 결정 격자에서 고유 복굴절에 의해 생성되는 다른 효과는, 결정을 통 해 광선 각도의 함수로서 평균 굴절률의 변화이다. 고유 복굴절로부터 초래되는 리타던스 오차의 보상에 추가로, 본 발명은 평균 굴절률에서의 변화로부터 초래되는 왜곡 및 잔여 파면 수차에 대한 보정을 제공한다. 보정되지 않는 경우, 평균 굴절률에서의 변화는 파면에서 비점 수차를 생성할 수 있고, 이미지의 왜곡을 초래할 수 있다. 이러한 왜곡은 이미지 시프트, 이미지회전, 배율 오차 또는 상위 왜곡을 포함할 수 있다.
이러한 제4 실시예에서, 평균 굴절률에서의 변화 효과를 보상하기 위해, 광학 설계는 도1의 렌즈(2)에 대한 보정을 포함한다. 렌즈 소자(L20)의 표면(S2), 즉 개구조리개(89) 바로 다음의 렌즈 소자의 오른쪽 표면은, 후술되는 것과 같은 제르니케 다항식에 의해 정의되는 형태를 포함한다. 제르니케 계수는 잔여 비점 수차를 보상하도록 조정된다. 제르니케 계수는, 그 밖의 예시적인 실시예에서 사용될 수 있는 다른 소자의 표면 형태, 및 곡률에서 비대칭 변화를 갖는 하나 또는 그 이상의 표면을 조정하는데 사용될 수 있다. 또한, 10개 표면의 곡률의 반경은 잔여 왜곡을 밸런싱하도록 조정되고, 이미지 평면 회전은 잔여이미지 회전을 제거하기 위해 제공된다. 결과적인 곡률 반경 및 제르니케 묘면 계수 Cj가 표14에 기재되어 있고, 이미지 평면 회전이 표13에 주어져 있다.
제르니케 다항식에서, Zj는 기재된 표준화 반경을 가진 원에 대해 정의된다. 그것의 적분이 표면을 표시하는 표면 새그(sag) Z(x,y)는 다음의 수식에 의해 표현될 수 있다.
Figure 112003045923606-pct00014

여기서, c는 곡률 = 1/(곡률 반경)이고, x 및 y는 표면상의 데카르트 좌표이다.
Figure 112003045923606-pct00015
요약하면, 제4 실시예에서, 2개의 소자, 즉 도1에 도시된 예시적인 렌즈 규정의 렌즈 소자(L101, L102)는 각각, 개선된 리타던스 수차 보정을 제공하기 위해, 렌즈 부소자(L27A와 L27B, 및 L28A와 L28B)로 분할된다. 각 경우에, 본래 렌즈 소자에 대해 고정된 전체 소자 두께를 유지하면서, 2개의 부소자 사이에 생성되는 매립면의 곡률 반경 및 2개의 부소자의 두께는 변화된다. 다시 말하면, 도31의 렌즈 부소자(L28A 및 L28B)의 결합된 두께는 도1의 렌즈 소자(L102)의 두께와 실질적으로 동일하다. 보상의 미세 조정을 제공하기 위해, 도1의 소자(L101)는 도31의 2개의 [110] 광학 부소자(L27A, L27B)로 분할된다. 매립면(83)의 곡률 반경 및 두께는 동공의 중심 및 가장자리에서의 리타던스 수차에 대한 제어를 제공한다. 방위각 보상의 미세 조정을 제공하기 위해, 도1의 소자(L102)는 도31의 2개의 [100] 광학 부소자(L28A, L28B)로 분할된다. 각 [100] 부소자는 광축에 대한 광선 각도의 함수로서 동일한 복굴절을 갖는다. 방위각 의존도가 소자 클로킹에 따라 변한다.
표15는 소자(L101, L102)를 분할함으로써 생성되는 광학 부소자의 곡률 반경 및 두께를 기재한 것이다.
Figure 112003045923606-pct00016
도32a 및 도32b는 필드의 중심 및 가장자리에서의 필드 포인트에 대한 비반사 코팅 및 고유 복굴절에 의해 생성되는 보상된 시스템에 대한 시스템 출사 동공을 가로지르는 리타던스를 도시한 도면이다. 도25a 및 도25b에 도시된 바와 같이, 코팅으로 인한 기여도는 최대 잔여 리타던스 수차로서 동일한 크기 순서이다. 따라서, 코팅의 선택은 시스템 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 상이한 코팅 설계는 최선의 성능을 획득하기 위해 렌즈의 재최적화를 필요로할 수 있다. 보상되지 않은 시스템에서, 코팅으로 인한 기여도는 상대적으로 작고, 리타던스 수차의 크기는 고유 복굴절에 기인할 수 있다.
0, 0.7 및 1.0의 상대 필드 높이에 대한, 출사 동공을 가로지르는 최대 리타던스 및 RMS가 표16에 기재되어 있다. 이것은 고유 복굴절 효과 및 단일층 비반사 코팅을 포함한다. RMS 리타던스는 λo = 193.3nm에서 0.0029 내지 0.0054 파동까지의 범위이다. 보상된 시스템은, 고유 복굴절 효과없이 비반사 코팅으로 인한 RMS 리타던스에서 0.0048 내지 0.0055 파동 범위에 비하여 감소된 리타던스를 포함한다.
Figure 112003045923606-pct00017
고유 복굴절 효과를 포함하는 보상된 설계에 대한 RMS 및 피크-투-밸리 파면 오차가 표17에 기재되어 있다. 파면 오차는 Y 방향에서 0, 0.7 및 1.0의 상대 필드 높이에 대해 주어지고, 2개의 직교 편광 성분에 대해 기재되어 있다. X 성분은 시스템 출사 동공에서 X 방향을 따르는 선형 편광자를 가정하여, X 방향에서의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸다. Y 성분은 출사 동공에서의 Y 방향을 따르는 선형 편광자를 가정하여, Y 방향에서의 입력 편광에 대한 파면 오차를 나타낸다. 필드에 걸쳐 0.003 내지 0.007 파동에서 변하는 RMS 파면 오차가 달성된다. 피크-투-밸리 파면 오차는, 모든 소자가 실질적으로 동일하게 지향된 [110], [100] 또는 [111] 광학 소자인 예시적인 렌즈에 비해, 약 47 내지 124까지의 범위인 팩터에 의해 감소된다. 따라서, 본 실시예는 고유 복굴절 효과가 높은 개구수 리소그래피에 허용가능한 레벨로 감소될 수 있다는 것을 증명한다.
Figure 112003045923606-pct00018
도33a 내지 도33d에서는 시스템 출사 동공에서의 파면 오차가 등고선도로서 도시되어 있다. 도33a 및 도33b는 각각 중심 및 가장자리 필드 포인트에 있어서 X 방향에서의 출사 동공 분석기를 이용하여, 필드 높이에 수직인 X 방향에서의 입력 편광에 대응하는 도31에 도시된 예시적인 렌즈에 대한 잔여 파면 오차의 등고선도를 나타낸다. 중심 필드 포인트에 있어서, 최대 피크-투-밸리 광로차는 193.3nm 파장에서 0.025 파동이고, 가장자리 필드에 있어서, 최대 피크-투-밸리 광로차는 0.045 파동이다. 도33c 및 도33d는 각각 중심 및 가장자리 필드 포인트에 있어서 Y 방향에서의 출사 동공 분석기를 이용하여, 필드 높이에 평행인 Y 방향에서의 입력 편광에 대응하는 도31에 도시된 예시적인 렌즈에 대한 잔여 파면 오차의 등고선도를 나타낸다. 중심 필드 포인트에 있어서, 최대 피크-투-밸리 광로차는 193.3nm 파장에서 0.017 파동이고, 가장자리 필드에 있어서, 최대 피크-투-밸리 광로차는 0.040 파동이다.
아래의 표18에서, 0, 0.7 및 1.0의 상대 필드 높이에서, Y 방향으로의 텔레센트리시티 및 포인트 확산 함수에 기반하여 계산된, 고유 복굴절을 갖는 보상 설계에 중심 왜곡이 기재되어 있다. 기재된 바와 같이, X 및 Y 방향에서의 잔여 왜곡은 157nm 리소그래피에 적합한 0.07nm 안에 있다. 왜곡은 또한, 표12에 주어진 보정되지 않은 설계에서의 공칭 왜곡에 비해 상당히 감소된다. 공칭 설계로부터의 텔레센트리시티 오차에서의 변화는 무시할 수 있다.
Figure 112003045923606-pct00019
표19는 도31의 렌즈(100)의 설계의 스트레일 비율(스트레일 ratio)의 개요를 제공한다. 스트레일 비율값은 포인트 확산 함수상에 중심이 있는 필드 포인트에서 계산된다. 표19에 보여진 바와 같이, 0.75 NA 에서의 무수차 시스템은 0.8434의 스트레일 비율을 갖는다. 고유 복굴절 효과가 없는 공칭 설계의 성능은 이상적인 0.75 NA 렌즈의 성능을 0.0004 내지 0.0017 만큼 초과한다.
고유 복굴절을 갖는 보상 시스템에 있어서, 스트레일 비율은 고유 복굴절 효과를 고려하지 않은, 무수차 시스템의 0.075 NA에 대해 공칭 설계의 비율과 유사하다.
Figure 112003045923606-pct00020
제5 실시예
고유 복굴절 보상 기법의 응용에 대한 5번째 실시예가 편광 빔 스플리터를 사용하는 포토리소그래피에 대한 투사 렌즈와 같은 반사굴절 광학 시스템과 함께 설명될 것이다. 이러한 예시적인 렌즈는 Y. Omura에 의한 미국 특허 제6,081,382의 제2 실시예로 기재되어 있으며, 그 내용이 여기서 참조문헌으로 포함된다. 이 예시적인 렌즈는 도34의 도면에 도시되어 있다. 이 시스템은 λ0 = 193.3nm의 중심 파장 및 0.80의 개구수로 동작하는게 유리하다. 이미지 필드는 8 x 25nm 직사각형의 긴 필드이고, 렌즈는 4X 축도를 제공한다. 모든 렌즈 소자들은 본 실시예에서 용융 실리카로 구성되지만, 다른 실시예에서는 다른 물질들이 사용될 수 있다.
편광 빔 스플리터가 적용되고, 편광 입력 방사를 사용하는 광학 시스템에 있어서, 시스템을 통해 상이한 경로를 통한 빔의 편광 상태를 고려하는 것이 유용하다. 제5 실시예에서, 입력 편광은 X축 방향을 따라 지향되고 선형일 수 있다. 이 편광은 빔 스플리터(240)의 편광 선택면(208)에서의 반사에 대한 s-편광에 대응한다. X축 표시는 임의적이며, 입사 광빔의 광축이 Z 방향을 지시하고, X축이 수평 방향에 평행인 데카르트 좌표계에 대해 정의된다. 빔 스플리터(240)는 s-편광의 반사율 및 p-편광의 투과율을 최소화하기 위해 코팅될 수 있다.
예시적인 렌즈 시스템은 물체 필드(230), 이미지 필드(231), 광축(248) 및 개구조리개(233)를 포함한다. 빔(249)은 제1 패스 상에서 빔 스플리터(240)의 프리즘(207)에 입력되고, 편광 선택면(208)에서 반사되어 아래쪽 방향으로 프리즘(207) 을 통해 이동한다. 빔 스플리터(240)의 프리즘(207)을 나가면, 빔(249)은 1/4(quarter) 파동판(209) 및 굴절 소자(210)를 통해 이동하고, 구면 거울(212)의 반사면(211)에서 반사되어, 굴절 소자(210) 및 1/4 파동판(209)을 통해 리턴된다. 제1 1/4 파동판(209)은, 복굴절 축이 양 패스 상에서 빔(249)의 편광 방위에 대해 45°가 되도록 지향된다. 파동판을 통한 이중 패스 및 반사면(211)으로부터 반사는 빔의 편광 상태를 회전시켜, 빔 스플리터(240)를 통해 제2 패스 상에서 편광 선택면(208)에 의해 투과되어 진다. 프리즘(207)을 통한 제2 패스 다음에, 빔(249)은, 편광 상태를 원형으로 편광되는 상태로 변환하는 빔의 편광 방위에 대해 45°로 지향된 복굴절축을 갖는 제2 1/4 파동판(214) 및 빔 스플리터(240)의 프리즘(213)을 통과한다. 이것은 미국특허 제6,081,382호에 기재되어 있다.
고유 복굴절 효과가 없는 공칭 설계에 대해, 16 x 100nm 물체 필드(230)를 통해 5개 위치에 대한 RMS(root-meat-square) 및 출사 동공을 가로지르는 최대 리타던스가 표20에 기재되어 있다. 이것은 모델 및 1/4 파동판에 사용되는 단일층 비반사 코팅으로부터 초래된다. 빔 스플리터(240)의 편광 선택면(208)의 효과는 또한 s-편광에 대한 완전 반사 및 p-편광에 대한 완전 투과를 가정한 모델에 포함될 수 있다.
Figure 112003045923606-pct00021
도35a 및 도35b는 도34에 도시된 예시적인 렌즈에 있어서, 필드(물체 필드(230)에서 X = 50mm, Y = 4mm)의 중심 및 가장자리에서의 파동판 및 비반사 코팅으로 인한 시스템 출사 동공을 가로지르는 리타던스를 각각 도시하고 있다. 도 35a는, 필드의 중심에서, 리타던스가 동공의 중심에서 제로이고, 동공의 가장자리쪽으로 크기가 일반적으로 증가하는 것을 나타낸다. 직사각형 필드의 가장자리에서, 리타던스는, 도35b에 도시된 바와 같이, 출사 동공을 가로질러 수직으로 지향되는, 대략적으로 일정한 선형 성분을 나타낸다.
도36a 내지 도36d는 시스템 출사 동공에서 등고선도로 도시된, 고유 복굴절 효과가 없는 공칭 설계에 대한 파면 오차를 보여준다. 도36a 및 도36b는 각각, 필드(레티클에서 X = 50mm, Y = 4mm)의 중심 및 가장자리에 대해 X 방향으로의 출사 동공 분석기로써 사용되는 X 방향에서의 입력 편광에 대응하는 도34에 도시된 렌즈에 대한 잔여 파면 오차의 등고선도를 나타낸다. 도36a에 도시된 중심 필드 포인트에서의 파면 오차에 있어서, 최대 피크-투-밸리 광로차는 193.3nm의 파장에서 약 0.099 파동이고, 도36b에 도시된 가장자리 필드에서의 파면 오차에 있어서, 최대 피크-투-밸리 광로차는 약 0.160 파동이다. 도36c 및 도36d는 각각, 중심 및 가장자리 필드 포인트에 대해 Y 방향으로의 출사 동공으로써 사용되는 Y 방향에서의 입력 편광에 대응하는 도34에 도시된 렌즈에 대한 잔여 파면 오차의 등고선도를 나타낸다. 도36c에 도시된 중심 필드 포인트에서의 파면 오차에 있어서, 최대 피크-투-밸리 광로차는 193.3nm 파장에서 약 0.093 파동이고, 도36d에 도시된 가장자리 필드에서의 파면 오차에 있어서, 최대 피크-투-밸리 광로차는 약 0.152 파동이다.
고유 복굴절 효과가 없는 공칭 설계에 대해, 5개의 예시적인 필드 포인트에 대한 RMS 및 피크-투-밸리 파면 오차가 아래의 표21에 기재되어 있다. 이 값들은 계산시 파면의 중심에서 각 이미지 포인트를 배치하기 위해 제거되는 경사 구간을 갖는, 최적의 초점에서의 파면 오차를 나타낸다. 2개의 직교 편광 성분에 대한 결과가 주어진다. X 성분은 시스템 출사 동공에서 X 방향을 따르는 선형 편광자를 가정한 파면 오차를 나타내고, Y 성분은 출사 동공에서 Y 방향을 따르는 선형 편광자를 가정한 파면 오차를 나타낸다. RMS 파면 오차는 λ = 193nm 에서 0.011 내지 0.016 파동의 필드에 걸쳐 변하도록 나타난다.
Figure 112003045923606-pct00022
표22는 동일한 5개의 예시적인 필드 포인트에 대한, 포인트 확산 함수(PSF)에 기반하여 계산된, 공칭 설계에 대한 중심 왜곡을 보여준다. 최대 이미지 왜곡은 약 27.1nm이다. 필드에 걸친 으뜸 광선 텔레센트리시티 오차는 0.4 mrad 안에 있다.
Figure 112003045923606-pct00023
편광 선택면을 가진 반사굴절 시스템은 일반적으로 단일 입력 편광 상태에서 잘 동작한다. 설계 입력 편광 상태에 대해 직교하는 편광 상태가 편광 선택면에서 사라진다. 따라서, 입력 편광이 고정되면, 편광 선택면에 앞서 리타던스 수차가 시 스템 외부에 빛을 커플링하여 투과된 빔의 애포다이제이션(apodization)을 야기하고, 투과된 파면에 대해 고정된 위상을 기여한다. 이로써, 애포다이제이션은 고성능 이미징 및 효율성을 유지하도록 최소화되는 것이 유리하다. 이것은 편광 선택면에 앞서 리타던스 수차가 입력 편광 상태를 따르거나 직교하는 경우에 달성될 수 있다. 따라서, 이러한 반사굴절 실시예에 있어서, 제2 파동판(214)과 같은, 제2 파동판 이후의 렌즈 소자를 적절히 형성하고 지향시킴으로써 최소화되는 것이 바람직하다. 편광 선택면(208)에 앞선 표면에 대해, 설계 편광 상태를 따르거나 직교하지 않는 리타던스 수차의 성분은 최소화되는 것이 유리하다. 이러한 방법은 편광 선택면 이전의 렌즈 소자에서 리타던스를 최소화하는 것보다 더 도움이 될 수 있다. "이전" 및 "이후" 등의 상대적인 표시는 명세서 전체에 걸쳐, 물체 평면으로부터 이미지 평면으로 이동하는 빔의 경로를 참조하여 사용된다.
도37a 및 도37b는 각각 예시적인 실시예에서 필드(레티클에서 X = 50mm, Y = 4mm)의 중심 및 가장자리에서의 필드 포인트에 대한 시스템 출사 동공을 가로지르는 순 리타던스를 나타내는데, 여기서, 193.3nm의 파장에서 도34에 도시된 예시적인 반사굴절 광학 시스템에서, 제2 파동판(214) 이전의 성분은 고유 복굴절이 없는 것으로 가정되고, 제2 파동판(214) 이후의 성분은 3차원으로 동일하게 정렬된 [110] 광학 소자이다. 도37a, 도37b 및 유사한 형태의 리타던스 도면에서, 리타던스 방위는 1/2 파동 간격으로 90도 만큼 회전된다. 즉, 0도에서 0.75 파동 지연제의 효과는 90도에서의 0.25 파동 지연제와 동일하다. 따라서, 도37a 및 도37b에 도시된 예시적인 실시예에 대한 고유 복굴절로 인한 피크 리타던스는 193.3nm의 파장 에서 약 0.75 파동이며, 물체 필드 높이에 대해 작은 변화를 갖는다.
도38a 및 도38b는 각각 예시적인 실시예에서 필드의 중심 및 가장자리에서의 필드 포인트에 대한 시스템 출사 동공을 가로지르는 순 리타던스를 나타내는데, 여기서, 193.3nm의 파장에서 도34에 도시된 예시적인 반사굴절 광학 시스템에서, 제2 파동판(214) 이전의 성분은 고유 복굴절이 없는 것으로 가정되고, 제2 파동판(214) 이후의 성분은 3차원으로 동일하게 정렬되는 [100] 광학 소자이다. 이 예에서 고유 복굴절로 인한 피크 리타던스는 193.3nm의 파장에서 약 0.60 파동이며, 물체 필드 높이에 대해 작은 변화를 갖는다.
도39a 및 도39b는 각각 예시적인 실시예에서 필드의 중심 및 가장자리에서의 필드 포인트에 대한 시스템 출사 동공을 가로지르는 순 리타던스를 나타내는데, 여기서, 193.3nm의 파장에서 도34에 도시된 예시적인 반사굴절 광학 시스템에서, 제2 파동판(214) 이전의 성분은 고유 복굴절이 없는 것으로 가정되고, 제2 파동판(214) 이후의 성분은 3차원으로 동일하게 정렬되는 [111] 광학 소자이다. 이 예에서 고유 복굴절로 인한 피크 리타던스는 193.3nm의 파장에서 약 0.90 파동이다.
제2 파동판(214) 이전의 소자에 의해 생성되는 리타던스 수차로부터 추가의 성능 저하가 초래될 수 있다. 특히, 편광 선택면(208) 이전의 소자에 의해 생성되는 리타던스 수차는, 일반적으로, 빛을 시스템 외부에 커플링하도록 야기하여, 동공 세기를 불균일하게 만들고, 또한 투과된 파면을 변화시킬 수 있다.
[110], [100] 또는 [111] 결정축이 광축(248)을 따라 놓이도록, 3차원에서 동일하게 정렬되는 제2 1/4 파동판(214) 다음의 소자를 이용하면, 앞의 도면들에서 도시된 바와 같이, 고유 복굴절이 매우 큰 리타던스 수차를 생성하고, 그 후에 파면 수차를 생성한다. 보상이 없으면, 이 허용될 수 없는 큰 수차는 고성능 포토리소그래피, 특히, 오늘날의 반도체 제조 산업에서 필요한 왜곡없는(distortion-free) 패턴을 생성하는데 사용되는 포토리소그래피에서 허용가능한 파면 오차를 초과한다.
본 실시예에서 기재된 것과 같은 반사굴절 시스템에서의 고유 복굴절 효과를 보상하기 위하여, 제3 실시예 및 제4 실시예에서 기재된 것과 같은, 전굴절 시스템에서의 보상에 비해 성능을 최적화하기 위해 추가의 고려사항들이 있다.
도40은 예시적인 제5 실시예에 따른 렌즈의 개략적인 평면도를 도시한 것으로, 각각의 [110] 광학 소자(203-206, 218-220, 222-224, 226-227A)는 빗금이 쳐져 있다. 예시적인 제5 실시예에 따르면, 렌즈는, 굴절 렌즈 소자가 자신의 결정 격자에 대해 지향되는 것이 바람직하고, 도34에서의 렌즈 소자(227)가 도40에 도시된 제5 실시예의 렌즈에서 2개의 렌즈 소자(227A, 227B)로 분할되는 것을 제외하면, 도34에 도시된 렌즈와 실질적으로 유사하다. 이 예시적인 반사굴절 시스템은 약 0.80의 NA를 가지며, 집적 회로를 제조하는데 사용되는 것이 유리하다. 보다 구체적으로 말하면, 시스템은, 집적 회로 또는 그 밖의 반도체 장치를 생산하기 위해, 기판상에 일련의 패턴을 생성하는 반도체 제조 산업에서 사용되는 스테퍼, 투사 프린터 등과 같은 리소그래피 툴에 사용될 수 있다.
편광 선택면(208)이 제5 실시예의 예시적인 반사굴절 시스템에 적용되기 때문에, 몇몇 상이한 그룹의 소자들에 의해 생성되는 리타던스를 최소화하거나 밸런싱하는 것이 유용하다. 소자의 제1 그룹(242)은 빔 스플리터(240) 앞의 렌즈 소자들(201-206) 및 빔 스플리터(240)의 프리즘(207)을 통해 편광 선택면(208)까지의 제1 패스를 포함한다. 제2 그룹(244)은 편광 선택면(208), 제1 1/4 파동판(209), 굴절 렌즈 소자(210) 및 구면 거울(212)의 반사면(211)에 의한 반사 후에 빔 스플리터(240)의 프리즘(207)을 통하는 제2 패스, 및 프리즘(207)을 통해 편광 선택면(208)으로의 리턴 경로를 포함한다. 제3 그룹(240)은 편광 선택면(208), 제2 1/4 파동판(214) 및, 빔 스플리터(240)의 이미지 측(image side)이라고도 언급되는 빔 스플리터와 웨이퍼 사이의 소자들(215, 218-227B)을 통한 투과 후의 빔 스플리터(240)의 프리즘(213)을 포함한다. 소자(201-206)는 빔 스플리터(240)의 물체 측(object side)에 배치된다.
예시적인 실시예에 따르면, 입력 빔(249)은 직사각형 물체 필드의 장방향 및 X축에 평행인 수평 방향으로 선형적으로 편광된다. 주어진 광선에 있어서, 입력 편광에 대한 결정체의 로컬 복굴절축의 방위에 따라, 고유 복굴절은 일반적으로 광선이 직교 편광 방위를 갖는 2개의 광선으로 분할되게 한다. 따라서, 수직 방향으로 편광되는 빛은 반사되지 않고 빔 스플리터를 통해 투과되기 때문에, 소자들의 제1 그룹(242)에서의 고유 복굴절은 편광 선택면(208)에서 빛이 소실되게 할 수 있다. 복굴절 크기 및 축 방위가 결정을 통해 전파 방향에 따라 변하기 때문에, 세기가 시스템 출사 동공에 걸쳐 비균일하게 될 수 있다.
본 실시예에서, 입력 빔(249)의 선형 편광은 제1 그룹(242)에서의 고유 복굴절 효과를 최소화하도록 사용될 수 있다. 주어진 렌즈 소자가 공통 광축(248)(도5a 참조)을 따라는 [110] 결정축으로 지향되고, 광축을 따라 광선에 대한 로컬 복굴절 축이 수평으로(즉, 입력 편광에 평행으로) 지향되는 경우, 광축에 대해 작은 각도에서의 광선이 이상 광선에 대응하고, 매우 큰 에너지가 수직 편광 상태로 연결될 수 있다.
유사하게, 소자가 공통 광축(248)을 따라 [110] 결정축으로 지향되고, 광축을 따르는 로컬 복굴절축이 수직으로, 즉, 입력 편광에 수직으로 지향되면, 광축에 대해 작은 각도에서의 광선이 이상 광선에 대응하고, 매우 작은 에너지가 수평 편광 상태로 연결될 수 있다.
[100] 광학 소자에 있어서, 복굴절 크기는 광축에 대해 작은 각도에서의 광선에 대해 비교적 작다. 렌즈 소자는, 입력 편광 상태에 대해 평행이거나 직교하지 않는 리타던스의 성분을 최소화하기 위해, 복굴절 로브가 0, 90, 180 및 270°(도5b 참조)의 방위각이 되도록 정렬될 수 있다.
본 실시예에서, 제1 그룹(242)에서의 소자의 결정 격자 방위는 리타던스에서의 수평 및 수직 변화 모두를 최소화하기 위해 3개의 결정 격자 방위로부터 선택된다. 원형 입력 편광이 사용되고, 빔의 편광을 선형-편광으로 변환하기 위해, 빔 스플리터 직전에 1/4 파동판이 사용되는, 유사한 반사굴절 시스템의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 광학 소자는 RMS 리타던스를 최소화하거나, 또는 입력 편광 상태를 매치시키기 위해 원형 잔여 리타던스 수차를 생성하도록 클로킹되는 것이 바람직하다.
도40을 다시 참조하면, 제1의 2개의 렌즈 소자(201, 202)는 [100] 광학 소자이고, 예시적인 실시예에서 0, 90, 180 및 270°의 방위각으로 지향되는 복굴절 로 브를 갖도록 클로킹된다. 렌즈 소자(203, 204, 205, 206)는, 광축이 광축을 따라 수평 복굴절축을 제공하는 방위에 대해, 0, 90, 90 및 0°의 상대 클로킹을 갖는 [110] 격자 방향을 따르도록 지향된다.
빔 스플리터(240)의 프리즘(207)은, 다시 0, 90, 180 및 270°의 방위각으로 지향되는 복굴절 로브를 이용하여, [100] 결정축이 입력 빔(249)의 제1 패스에 대해 광축(248)을 따라 놓이도록 지향된다. 45°편광 선택면(208)으로부터 반사되면, 빔은 결정을 통해 등가 방향을 유지한다. 다른 실시예에 따르면, 빔 스플리터(240)는, 입방형 결정체로 형성되고, [110] 격자 방향이 광축(248)을 따라 놓이고, 광축을 따라 빔 스플리터에 진입하는 광선에 대한 로컬 복굴절축이 입력 편광 방위에 대해 평행인 수평으로 지향되도록 정렬되는 편광 빔 스플리터일 수 있고, 이로써, 45°편광 선택면(208)으로부터 반사되면 빔이 결정을 통해 등가 방향으로 유지된다.
물체 필드(230)를 가로지르는 5개의 위치에 대한 RMS 및 출사 동공을 가로지르는 최대 리타던스가 표23에 기재되어 있다. 이것은 빔 스플리터(240) 앞의 소자들(201-206)과 구면 거울(212)의 반사면(211)까지의 빔 스플리터(240)의 세그먼트(207) 내의 고유 복굴절 효과, 뿐만 아니라, 모델에 사용되는 단일층 비반사 코딩으로 인한 리타던스를 포함한다.
Figure 112003045923606-pct00024
도41a 및 도41b는 각각, 필드(레티클에서 X = 50mm, Y = 4mm)의 중심 및 가장자리에서의 필드 포인트에 대한 비반사 코팅 및 제1 그룹(242)의 고유 복굴절로 인한, 시스템 출사 동공을 가로지르는 리타던스를 도시하고 있다. 도41a는, 필드의 중심에서, 리타던스가 동공의 중심에서 제로이고, 동공의 가장자리쪽으로 크기가 증가하는 것을 나타낸다. 도4b는, 필드의 가장자리에서, 리타던스가 동공 상에 대략 수평적으로 지향되는 선형 성분을 포함하는 것을 나타낸다.
필드의 중심에 있어서, 시스템 투과율은 동공의 중심에서 1.0의 표준화 값으로부터 동공의 가장자리에서 약 0.930의 최소값으로 변한다. 필드의 가장자리에 있어서, 표준화된 시스템 투과율은, 동공의 중심에서의 1.0으로부터 동공의 가장자리에서 약 0.915의 최소로 변한다. 빔이 반사면(211)에서 반사되어, 빔 스플리터(240)의 편광 선택면(208)으로 리턴하는 소자의 제2 그룹(244)에서, 리타던스를 최소화하기 위한 비교적 적은 자유도가 존재한다. 그러므로, 이 소자 그룹에서, 각 개별 렌즈 소자 성분은 0, 90, 180 및 270°의 방위각으로 지향되는 피크 복굴절 로브를 이용하여, 광축을 따라 [100] 결정축에 대해 정렬될 수 있다. 이것 은 편광 선택면에 직교하거나 평행하지 않은 리타던스 성분을 최소화한다. 광선 각도가 광축에 대해 비교적 작고(광축으로부터 11°이내), 빔 스플리터 경로 내의 복굴절 로브가 우선적으로 지향되기 때문에, 고유 복굴절의 효과가 최소화된다.
빔 스플리터의 편광 선택면(208)을 통한 투과후에, 빔 스플리터(240)의 프리즘(213)은 또한 [100] 광학 소자가 되도록 지향되고, 0, 90, 180 및 270°에서 복굴절 로브를 갖도록 지향되어, 광선 각도가 광축에 대해 작고(6°이내), 복굴절 로브가 다시 우선적으로 지향되기 때문에, 고유 복굴절의 효과가 최소화된다.
다른 실시예에 따르면, 빔 스플리터(240)가 프리즘(213)은, [110] 결정 방향이 광축(248)을 따라 놓이고, 광축을 따라 이동하고, 프리즘(213)에 진입하는 광선에 대한 로컬 복굴절축이 광선의 편광 방향에 대해 실질적으로 수직이 되도록 정렬될 수 있다. 본 실시예는 [110] 격자 방향이 광축(248)을 따라 놓이고, 광축을 따라 이동하는 입력 광선에 대한 로컬 복굴절축은 입력 편광 방향에 대해 실질적으로 평행하여, 순 리타던스를 최소화하게 된다.
본 실시예에서, 빔 스플리터(240)는, 입력 빔이 수평적으로 편광되어, 편광 선택면(208)에서 s-편광에 대응하고, 편광 선택면(208)이 s-편광을 우선적으로 반사하기 위해 코팅되도록 지향될 수 있다. 그 밖의 예시적인 실시예에서, 빔 스플리터는 빔 스플리터를 통한 제1 패스 상에서 빔을 투과하고, 그 빔을 제2 패스 상에서 반사하도록 설계될 수 있고, 세그먼트의 결정 방위는 순 리타던스를 최소화하고, 반사후의 광축을 따라는 등가 격자 방향을 유지하도록 선택될 수 있다.
제3 그룹(246)은 소자(213-227B)를 포함한다. 소자의 제3 그룹(246)에 있어 서, 고유 복굴절에 의해 생성되는 리타던스의 보상은, 광축에 대해 각 렌즈 소자에 대한 결정축 정렬의 선택 방위, 광축 둘레에서 소자들의 상대 회전, 및 도34에 도시된 예시적인 렌즈 실시예의 최종 소자(227)를, 리타던스를 최소화하도록 최적화되는 그 사이의 매립면(250)의 곡률 및 개별 두께를 포함하지만, 동일한 전체 두께를 제공하는 2개의 부소자(227A, 227B)로 분할함으로써 달성된다. 앞의 실시예에서와 같이, 소자의 제3 그룹(246) 내의 개별 소자의 리타던스 기여도가 밸런싱되도록 하기 위해 [110]과 [100] 광학 소자의 조합이 사용될 수 있고, 이로써, 고유 복굴절이 보상되고, 리타던스가 감소될 수 있다.
본 실시예에서, 소자(215, 221, 225) 및 1/4 파동판(209, 214)은, 피크 복굴절 로브가 0, 90, 180 및 270°의 방위각으로 지향되도록 지향되는 [100] 광학 소자이다. 또한, 2개의 부소자는 광축(248)을 따라 [110] 결정축으로 지향되는 제1 부소자(227A), 및 광축(248)을 따라 [100] 결정축으로 지향되는 제2 부소자(227B)를 포함한다. 각각의 성분의 클로킹 및 결정축 방위가 아래의 표24에 주어진다. 표24는 굴절 렌즈 소자(201-206, 210, 215, 218-226, 227A 및 227B), 빔 스플리터 프리즘(207, 213) 및 파동판(209, 214)을 포함한다. [110] 광학 소자에 있어서, 각 소자의 클로킹은, (특정된 시야의 장방향에서 수평인) X축에 대해 실질적으로 평행인 리타던스축으로 지향되는 광축을 따라 피크 복굴절을 생성하는 방위에 비례하여 주어진다. [100] 광학 소자에 있어서, 각 소자의 클로킹은 0, 90, 180 및 270°의 방위각에서, X-Z 및 Y-Z 평면에 피크 복굴절을 생성하는 방위에 비례하여 주어진다.
Figure 112003045923606-pct00025
5개의 예시적인 필드 위치에 대한 RMS 및 출사 동공을 가로지르는 최대 리타 던스가 표25에 기재되어 있는데, 이것은 그 모델에 사용되는 단일층 비반사 코팅 및 제2 1/4 파동판(214) 다음의 소자에 대한 고유 복굴절 효과를 포함한다. RMS 리타던스는 필드를 가로질러 λ0 = 193.3nm 에서 0.0062 내지 0.0084 파동 범위를 갖는다.
Figure 112003045923606-pct00026
도42a 및 도42b는 각각, (제3 그룹(246) 내의) 제2 파동판(214) 다음의 소자그룹의 고유 복굴절에 의해 성성되고, 또한, 비반사 코팅으로 인한, 표24에 기재된 것과 같은 보상 시스템에 있어서, 필드(레티클에서 X = 50mm, Y = 4mm)의 중심 및 가장자리에서의 필드 포인트에 대한 시스템 출사 동공을 가로지르는 리타던스를 도시하고 있다.
그 모델에서 사용되는 단일층 비반사 코팅 및 모든 소자에 대한 고유 복굴절 효과를 포함하는, 5개의 지시된 필드 위치에 대한 총 RMS 및 출사 동공을 가로지르는 최대 리타던스가 표26에 기재되어 있다. RMS 리타던스는 λ0 = 193.3nm에서 0.0076 내지 0.0123 파동 범위를 갖는다. 일실시예에서, RMS 리타던스는, 총 리타던스라기 보다는, 제2 파동판 다음의 소자 그룹에서 최소화될 수 있다. 이러한 리타던스의 감소는, 모든 소자 그룹 상에서 동일한 최적화를 수행할 필요성이 없는, 전체 시스템에 대한 리타던스 레벨을 충분히 감소시킬 수 있다.
Figure 112003045923606-pct00027
도43a 및 도43b는 각각, 표24에 기재된 보상 시스템에 있어서, 필드(레티클에서 X = 50mm, Y = 4mm)의 중심 및 가장자리에서의 필드 포인트에 대한 비반사 코팅 및 모든 소자의 고유 복굴절에 의해 생성되는, 시스템 출사 동공을 가로지르는 리타던스를 도시한 도면이다.
제3 실시예의 굴절 소자와 유사하게, 개구조리개(233) 직전의 굴절 광학 소자(218)의 표면(S2)은, 직교 방향에서의 곡률 반경이 평균 굴절률에서의 변화로 인한 비점 수차를 보상하기 위해 표면의 클로킹을 따라 변화되는 환상면이다. 환상면의 곡률 반경은 아래의 표27에 기재되어 있고, 표면의 로컬 X축 및 Y축이 시스템 X축 및 Y축에 대해 광축 둘레에서 -30°만큼 회전된다.

Figure 112003045923606-pct00028
제5 실시예는 도34에 도시되고 알려진 렌즈 규정에 기반한 예시적인 렌즈의 최종 소자(227)가 도40에 도시된 부소자(227A, 227B)로 분할되어, 개선된 리타던스 수차 보장을 제공하는 것을 보여준다. 소자들 사이의 매립면(250)의 곡률 반경 및 두 세그먼트의 두께는, 단일 소자(227)에 대해 변하지 않는 총 소자 두께를 유지하면서 변하였다. 표28은 두 세그먼트의 두께 및 곡률 반경을 제공한다.
Figure 112003045923606-pct00029
도44a 내지 도44d는 도40에 도시된 광학 시스템에 있어서 출사 동공에서 도시된 파면 오차의 등고선도이다. 도44a 및 도44b는 각각, 필드(레티클에서 X = 50mm, Y = 4mm)의 중심 및 가장자리에 대한 X 방향으로의 출사 동공 분석기로써 사용되는 X 방향으로의 입력 편광에 대응하는 잔여 파면 오차의 등고선도이다. 도44a 에 도시된 중심 필드 포인트에서의 파면 오차에 있어서, 최대 피크-투-밸리 광로차는 193.3nm 파장에서 약 0.125 파동이고, 도44b에 도시된 가장자리 필드에서의 파면 오차에 있어서, 최대 피크-투-밸리 광로차는 약 0.191 파동이다. 도44c 및 도44d는 각각, 중심 및 가장자리 필드 포인트에 대한 Y 방향에서의 출사 동공 분석기로써 사용되는 Y 방향으로의 입력 편광에 대응하는 잔여 파면 오차의 등고선도이다. 도44c에 도시된 중심 필드 포인트에서의 파면 오차에 있어서, 최대 피크-투-밸리 광로차는 193.3nm 파장에서 약 0.117 파동이고, 도44d에 도시된 가장자리 필드에서의 파면 오차에 있어서, 최대 피크-투-밸리 광로차는 약 0.192 파동이다.
고유 복굴절 효과를 포함하는, 5개의 필드 포인트에서, 보상 설계에 대한 RMS 및 피크-투-밸리 파면 오차가 표29에 기재되어 있다. 이 값들은 최적 초점에서의 파면 오차를 나타내지만, 포인트 확산 함수의 중심에서 각 이미지 포인트를 배치하기 위해 경사 구간이 제거되었다. 두 직교 편광 성분에 대해 결과들이 주어진다. X 성분은 시스템 출사 동공에서 X 방향을 따르는 선형 편광자를 가정한 파면 오차를 나타내고, Y 성분은 출사 동공에서 Y 방향을 따르는 선형 편광자를 가정한 파면 오차를 나타낸다.
Figure 112003045923606-pct00030
표29는 RMS 파면 오차가 λ= 193nm 에서 0.011 내지 0.019 파동 범위의 필드를 가로질러 변하는 것을 보여준다. 이것은, 고유 복굴절 효과를 고려하지 않고 계산된 공칭 설계 실시예에 대해, 표21에 기재된 0.011 내지 0.016 파동 범위에 비교할 수 있다. 고유 복굴절 효과를 고려하지 않고 계산된 공칭 설계 실시예로부터 RMS 파면 오차에서의 최대 변화는 0.003 파동이다. 이것은, 본 발명의 기술에 의해, 고유 복굴절에 의해 야기된 파면 오차에 대한 상당한 보상이 달성되었다는 것을 보여준다. 비교를 위해, 제2 파동판 다음의 모든 소자가 동일한 3차원 결정 격자 방향으로 지향된 [110] 광학 소자인 비교 실시예에 따르면, 도37a 및 도37b에 도시된 바와 같이, 피크 리타던스는 약 0.75 파동이다. 고유 복굴절을 갖는 보상 설계에 대한 최대 피크-투-밸리 파면 오차는 0.019 파동인데, 이것은 고유 복굴절이 없는 공칭 설계에 대한 0.016 파동의 최대 피크-투-밸리 파면 오차와 비교할 수 있다.
표30은 전술된 바와 같이, 고유 복굴절 효과가 보상된 예시적인 실시예의 중 심 왜곡을 보여준다. 이 중심 왜곡은 포인트 확산 함수에 기반하여 계산되고 5개의 예시적인 필드 포인트에 대해 기재된다. 최대 이미지 왜곡은 약 -38.5nm이고, 공칭 설계로부터의 왜곡에서의 최대 변화는 약 -13.8nm이다. 본 실시예에서는 왜곡이 고려되지 않았지만, 제3 실시예 및 제4 실시예와 함께 논의된 것과 같이, 보상 시스템에서 고유 복굴절 효과로 인한 왜곡에서의 변화를 밸런싱하기 위해, 변동가능한 추가의 설계가 사용될 수 있다. 필드를 가로지르는 으뜸 광선 텔레센트리시티 오차는 0.4 mrad 이내이며, 으뜸 광선 텔레센트리시티 오차에서의 변화는 무시할 수 있다.
Figure 112003045923606-pct00031
표31은 스트레일 비율 관점에서 예시적인 시스템의 성능의 개요를 제공한다. 표31에서의 스트레일 비율값은 출사 동공에서의 파면 상에 중심이 있는 필드 포인트에서 계산된다(즉, 파면 왜곡 효과는 제거되었다).
표31에 나타낸 바와 같이, 무수차 시스템은 0.80 개구수에서 0.8178의 스트레일 비율을 갖는다. 고유 복굴절 효과가 고려되지 않은 공칭 설계에 있어서, 스트 레일 비율은 0.0084의 최대값만큼 감소된다. 고유 복굴절을 갖는 보상 시스템에 있어서, 스트레일 비율은 무수차 시스템의 비율로부터 0.0151의 최대값만큼 감소된다.
Figure 112003045923606-pct00032
또한, 앞의 실시예와 함께 기재된 바와 같이, 하나 또는 그 이상의 스트레스 복굴절 소자, 파동판 또는 그들의 조합이 부가적으로 사용되어, 전술된 시스템 보정이 이루어진 후에, 반사굴절 시스템에 남아있는 일정한 잔여 리타던스 및 잔여 복굴절 변화를 보정할 수 있다.
도40을 다시 참조하면, 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 직교 방향에서의 기본 곡률 반경을 변경하기 위해, 거울 표면(211 또는 216)과 같은 반사 소자에 스트레스가 인가될 수 있다. 이 스트레스는 예시적인 반사굴절 광학 시스템에서 잔여 비점 수차를 보정할 수 있다. 제3 실시예와 함께 기재된 바와 같이, 기본 곡률 반경이 직교 방향에서 상이한 적어도 하나의 광학 소자의 사용은, 입방형 결정질 광 학 소자에서 평균 굴절률에서의 변화로 인한 잔여 비점 수차를 보상하기 위해 부가적으로 또는 대안적으로 사용될 수 있다.
다른 예시적인 반사굴절 실시예에 따르면, 일부 렌즈 소자는 비입방형 결정체로 형성될 수 있고, 비입방형 결정체로 형성된 추가의 렌즈 소자가 사용될 수 있다. 건조 용융 실리카와 같은 여러 가지 적합한 비입방형 결정체가 사용될 수 있다.
그 밖의 반사굴절 실시예에 따르면, 그 내용이 여기서 참조로 포함된, Omura 등에 의한 미국특허 제6,195,213호에 기재된 것과 같이, 빔 스플리터 또는 파동판을 포함하지 않는 반사굴절 시스템에 본 발명의 원리가 적용될 수 있다.
요약하면, 제5 실시예는, 고유 복굴절 효과 및 시스템 리타던스를 높은 개구수 리소그래피에 허용가능한 레벨로 상당히 감소시키기 위해, 본 발명의 원리가 반사굴절 광학 시스템에 적용될 수 있다는 것을 증명한다.
제6 실시예
도45는 스트레스-유도 복굴절을 포함한 소자를 이용하여 고유 복굴절 효과를 완화하기 위한 기본적인 기법을 설명하기 위해 사용된 광학 시스템의 예시적인 배열을 도시하고 있다. 도시된 광학 시스템은 수렴 빔의 초점(310)에 집중된 2개의 입방형 결정질 광학 소자로 구성된다. 빔은 그 곡률 반경이 초점(310)에 집중되도록 특정되는 2개의 입방형 결정질 소자(302, 306)를 통과한다. 입방형 결정질 광학 소자(302, 306)는 각각 304 및 308의 두께를 갖는다. 예시적인 실시예에서, 각각의 두께(304, 308)는 5mm이고, 입방형 결정질 광학 소자(302, 306)는, 157nm의 파장에서 측정된 플루오르화 칼슘의 고유 복굴절에 대응하는 -12 x 10-7의 복굴절 크기 ne - no를 갖도록 가정될 수 있다. 입방형 결정질 광학 소자(302, 306)는 광축(312)에 대해 90도의 상대 클로킹을 갖는, 공통 광축(312)을 따라 정렬되는 [110] 입방형 결정질 광학 소자일 수 있다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 소자의 상대 클로킹은 변할 수 있고, 소자의 결정 방위도 변할 수 있고, 추가의 소자들이 포함될 수 있다.
제1 광학 소자(302)는 시스템의 순 RMS 리타던스를 최소화하기 위해 소자의 주변에 인가되는 약 19 lbs./in2의 압축 후프 스트레스를 포함한다. 소자에 스트레스를 인가하기 위해 여러 기술들이 사용될 수 있고, 다른 예시적인 실시예에서는 여러 다른 크기의 인장 스트레스 및 압축 스트레스가 사용될 수 있다.
도46a는 고유 복굴절 효과를 배제한, 제1 소자(302)의 스트레스-유도 복굴절로 인한 개별 리타던스 기여도를 도시한 도면이다. 도46a는 0.0142 파동의 피크 리타던스 및 0.0047 파동의 RMS 리타던스를 포함한다.
도46b는 스트레스-유도 복굴절을 포함하는 예시적인 실시예의 광학 시스템에 대한 순 리타던스를 도시한 것으로, 0.0186 파동의 최대 잔여 리타던스 및 0.0065 파동의 RMS 리타던스를 보여준다. 도46b에 도시된 동공을 가로지르는 결과적인 리타던스 변화는 2.3mm 두께의 [100] 입방형 결정질의 제3 광학 소자를 부가한 결과 로서, 도9c에 도시된 리타던스 변화와 유사하다. 스트레스-유도 복굴절을 이용한 실시예에 따르면, 최대 피크 및 RMS 순 리타던스 값은 도9c에 도시된 실시예에 대한 0.0139 및 0.0041 파동의 해당값에 비교할 수 있다. 이 방식으로, [110] 광학 소자 중 하나에 인가된 스트레스-유도 복굴절이 [100] 입방형 결정질 소자의 부가와 유사한 보정을 제공하도록 보여진다. 이러한 2개의 [110] 광학 소자를 포함하는 예시적인 광학 시스템의 [110] 광학 소자에 스트레스-유도 복굴절의 인가는 단지 예시적인 것으로 의도된다. 다른 예시적인 실시예에서는, 스트레스-유도 복굴절이 다른 [110] 광학 소자(306)에 인가될 수 있다. 또한, 이 기술은 서로에 대해 여러 각도로 클로킹되는 다수의 소자를 포함하는 여러 다른 광학 시스템에 유리하게 적용될 수 있다. 스트레스-유도 복굴절은, 예를 들면, [100], [111] 또는 건조 용융 실리카와 같은 비입방형 결정질 광학 소자에 적용될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에 따르면, 세 번째의 비-복굴절 소자가 도45에 도시된 배열(예를 들면, 도6에 도시된 배열과 같은)에 추가될 수 있고, 스트레스-유도 복굴절이 여기에 적용될 수 있다.
그에 인가되는 스트레스-유도 복굴절을 갖도록 광학 소자 또는 소자들을 식별하고, 식별된 공학 소자에 압축 스트레스 또는 인장 스트레스를 후프로서 인가하거나 또는 다른 스트레스를 인가함으로써, 광학 시스템의 리타던스를 결정하기 위해 컴퓨터 모델링을 사용하거나 측정하기 위한 전술된 방법은 전술된 바와 같은 스트레스-유도 복굴절을 생성하고 잔여 리타던스를 감소시키기 위해, 본 발명에서도 마찬가지로 사용될 수 있다.
제6 실시예에 기재된 원리는 앞서 기재된 예시적인 렌즈 시스템에 적용될 수 있다. 특히, 스트레스-유도 복굴절은 예시된 실시예에 부가된 추가 소자 또는 예시된 소자에 인가될 수 있다.
앞의 6개의 예시적인 실시예는 본 발명을 제한하는 것이 아니라 예시하도록 의도된다. 또한, 예시적인 실시예들 중 하나와 함께 기재된, 평균 복굴절에서의 변화 및 시스템 투과율에서의 변화에 의해 생성되는 리타던스 수차, 파면 수차를 포함한 고유 복굴절 효과를 보상하기 위한 다양한 예시적인 기술들은 다른 예시적인 실시예에도 적용될 수 있다. 예를 들면, 다양한 예시적인 광학 시스템에서 고유 복굴절을 보정하기 위해, 적어도 하나의 [100] 광학 소자, 소자의 비교 클로킹, [111] 광학 소자, 방사형으로 변하는 스트레스를 갖는 스트레스-유도 복굴절 소자, 광축에 수직인 축을 따라 변하는 스트레스를 갖는 스트레스-유도 복굴절 소자와 함께 다수의 [110] 광학 소자의 선택, 다양한 다른 렌즈 방위의 선택, 렌즈 소자 두께, 간격, 곡률 반경 및 비구면 계수의 최적화, 및 그 밖의 예시적인 기술 및 소자가 사용될 수 있다. 유사하게, 본 발명의 다른 양태 - 기본 곡률 반경이 직교 방향에서 상이한 적어도 하나의 광학 소자의 사용을 통해, 입방형 결정질 광학 소자에서 평균 굴절률에서의 변화로 인한 잔여 비점 수차를 보상하기 위한 방법 - 가 앞의 실시예 중 어느 것에도 사용될 수 있다.
이상은 단지 본 발명의 원리를 설명한 것이다. 따라서, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 여기에서 명시적으로 기재되거나 도시되지는 않았지만, 본 발명의 원리를 구현하는 다양한 변형이 이루어질 수 있고, 이것은 본 발명의 범위 및 사상 안에 포함된다는 것을 이해할 것이다. 또한, 여기서 인용된 모든 예시 및 조건은 단지 교육적인 목적으로, 본 발명의 원래 및 본 발명의 개념의 이해를 돕기 위해 의도된 것이고, 이러한 특별히 인용된 예시 및 조건으로 제한되지 않는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 본 발명의 원리, 양태 및 실시예뿐만 아니라 특정 예들을 인용한 모든 설명은 구조적 및 기능적인 등가물을 모두 포함하도록 의도된다. 부가적으로, 이러한 등가물은 현재 알려진 등가물 및 미래에 개발될 등가물, 즉, 구조에 상관없이, 동일한 기능을 수행하는 모든 소자를 포함하는 것으로 의도된다. 따라서, 본 발명의 범위는 여기에 도시 및 기재된 예시적인 실시예로 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명의 범위 및 사상은 첨부된 청구항에 의해 표현된다.

Claims (81)

  1. 공통 광축을 따라 각각의 [110] 격자 방향으로 정렬되고, 광학 시스템 내의 리타던스(retardance)를 감소시키기 위해, 상기 광축 둘레에서 서로에 대해 회전하는 각각의 결정 격자를 갖는 적어도 2개의 [110] 입방형 결정질 광학 소자; 및
    상기 공통 광축을 따라 [100] 격자 방향으로 정렬되는 적어도 하나의 [100] 입방형 결정질 광학 소자 - 상기 [100] 입방형 결정질 광학 소자는 상기 광학 시스템 내에서, 상기 광축에서 벗어난 위치에서의 리타던스를 감소시키도록 지향됨 -
    를 포함하는 광학 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전하는 [110] 입방형 결정질 광학 소자는, 상기 [110] 입방형 결정질 광학 소자의 각각의 리타던스 기여도(contributions)의 합보다 적은 순(net) 광학 시스템 리타던스를 생성하는
    광학 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 [110] 입방형 결정질 광학 소자는, 상기 각각의 [110] 입방형 결정질 광학 소자의 피크 고유 복굴절 로브(peak intrinsic birefringence lobes)가 서로에 대해 회전하도록 지향되는
    광학 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 [110] 입방형 결정질 광학 소자들은 동일한 물질로 형성되는
    광학 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 [110] 입방형 결정질 광학 소자들의 각각은 플루오르화 칼슘으로 형성되는
    광학 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 공통 광축을 따라 정렬되는 추가의 광학 소자
    를 더 포함하는 광학 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 추가의 광학 소자 중 적어도 하나는 비입방형 결정체로 형성되는
    광학 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 추가의 광학 소자 중 하나는, 상기 공통 광축을 따라 [110] 결정 격자 방향을 따라 정렬되는 추가의 [110] 입방형 결정질 광학 소자를 포함하고,
    상기 적어도 2개의 [110] 입방형 결정질 광학 소자는 각각 제1의 고유 복굴절 크기를 갖고,
    상기 추가의 [110] 입방형 결정질 광학 소자는 상기 제1 고유 복굴절 크기와 반대 부호인 제2 고유 복굴절 크기를 가지며,
    상기 추가의 [110] 입방형 결정질 광학 소자 및 상기 적어도 2개의 [100] 입방형 결정질 광학 소자는 상기 광학 시스템 내의 리타던스를 감소시키도록 지향되는
    광학 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 [100] 입방형 결정질 광학 소자는 상기 적어도 하나의 [110] 입 방형 결정질 광학 소자와 동일한 물질로 형성되는
    광학 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 추가의 광학 소자 중 적어도 하나는 상기 공통 광축을 따라 [111] 격자 방향으로 정렬되는 [111] 입방형 결정질 광학 소자를 포함하고, 각각의 [111] 입방형 결정질 광학 소자는 상기 광학 시스템 내의 리타던스 변화를 감소시키도록 지향되는
    광학 시스템.
  11. 청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    시스템 리타던스를 보상하기 위해 상기 공통 광축을 따라 정렬되는 스트레스 복굴절 소자(stress birefringent element)
    를 더 포함하는 광학 시스템.
  12. 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제11항에 있어서,
    상기 스트레스 복굴절 소자는 일정한(constant) 복굴절 크기를 갖는 강화(powered) 소자를 포함하는
    광학 시스템.
  13. 청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제12항에 있어서,
    상기 스트레스 복굴절 소자는 단축 결정질 물질(uniaxial crystalline material)로 형성되고, 스트레스-유도(stress-induced) 복굴절을 포함하는 것 중 하나인
    광학 시스템.
  14. 청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제11항에 있어서,
    상기 스트레스 복굴절 소자는 그를 통해 선형적으로 변하거나 또는 2차적으로(quadratically) 변하는 복굴절을 갖는 스트레스(stressed) 소자를 포함하는
    광학 시스템.
  15. 청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제11항에 있어서,
    상기 스트레스 복굴절 소자는 상기 광축에 직교하는 축을 따라 변하는 스트레스 복굴절 크기를 포함하는
    광학 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 광학 시스템 내의 리타던스를 감소시키기 위해 상기 공통 광축을 따라 배치되는 파동판(wave plate)
    를 더 포함하는 광학 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 파동판은 단축 결정질 재료로 형성되고, 스트레스-유도 복굴절을 포함하는 것 중 하나인
    광학 시스템.
  18. 제6항에 있어서,
    상기 [110] 입방형 결정질 광학 소자, 상기 [100] 입방형 결정질 광학 소자 및 상기 추가의 광학 소자 중 적어도 하나는 곡률(curvature)에서 비대칭 변화를 갖는 표면을 포함하는
    광학 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 표면은 환상면(toroidal surface)을 포함하는
    광학 시스템.
  20. 청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제18항에 있어서,
    상기 [110] 입방형 결정질 광학 소자, 상기 [100] 입방형 결정질 광학 소자 및 상기 추가의 광학 소자 중 상기 적어도 하나는 굴절률(index of refraction)에서의 변화로 인한 상기 광학 시스템의 비점 수차(astigmatism)를 감소시키도록 배치되는
    광학 시스템.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 [110] 입방형 결정질 광학 소자 중 2개는 상기 공통 광축 둘레로 서로에 대해 90°만큼 회전되고, 상기 [100] 입방형 결정질 광학 소자 중 적어도 하나는, 상기 적어도 하나의 [100] 입방형 결정질 광학 소자의 최대(peak) 복굴절 로브가 상기 적어도 2개의 [110] 입방형 결정질 광학 소자의 [110] 결정축을 따르는 로컬 복굴절축의 방향에 대해, 실질적으로 45°만큼 상기 공통 광축 둘레로 회전하도록 회전되는
    광학 시스템.
  22. 제6항에 있어서,
    상기 추가의 광학 소자는 충분한 개수의 추가의 [100] 입방형 결정질 광학 소자를 포함하고, 상기 추가의 [100] 입방형 결정질 광학 소자 중 적어도 하나는 상기 광학 시스템에서의 비회전 대칭 결함(non-rotationally symmetric defects)을 보상하기 위해, 상기 추가의 [100] 입방형 결정질 광학 소자 중 다른 소자에 대해 회전되는
    광학 시스템.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 [100] 입방형 결정질 광학 소자는, 상기 광학 시스템 내의 순 리타던스를 최소화하기 위해 서로에 대해 상기 광축 둘레로 회전되는 적어도 2개의 [100] 입방형 결정질 광학 소자를 포함하는
    광학 시스템.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 광학 시스템은 적어도 하나의 반사면을 더 포함하는 반사굴절(catadioptric) 시스템인
    광학 시스템.
  25. 청구항 25은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제24항에 있어서,
    상기 반사면 중 하나는 비점 수차를 감소시키기 위해, 그에 인가되는 비대칭 스트레스를 포함하는
    광학 시스템.
  26. 청구항 26은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제24항에 있어서,
    상기 반사굴절 시스템은 입방형 결정체로 형성되는 편광 빔 스플리터(polarization beam splitter)를 더 포함하며, 상기 편광 빔 스플리터는 상기 빔 스플리터의 최대 복굴절 로브가 상기 광학 시스템에 제공되는 입력 편광 방향에 대해 실질적으로 수직 그리고 실질적으로 평행 중 하나가 되도록, 상기 공통 광축을 따라 실질적으로 정렬되는 [100] 격자 방향을 포함하는
    광학 시스템.
  27. 청구항 27은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제24항에 있어서,
    상기 반사굴절 시스템은 입방형 결정체로 구성되는 편광 빔 스플리터를 더 포함하고, 상기 편광 빔 스플리터는, 상기 광축을 따른 상기 빔 스플리터의 최대 복굴절 로브가 상기 광학 시스템에 제공되는 편광된 광의 입력 편광 방향에 대해 실질적으로 수직 그리고 실질적으로 평행 중 하나가 되도록, 상기 공통 광축을 따라 실질적으로 정렬되는 [110] 격자 방향을 포함하는
    광학 시스템.
  28. 청구항 28은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제24항에 있어서,
    광원(light source), 빔 스플리터, 적어도 하나의 파동판, 물체 측(object side) 및 상기 광학 시스템의 이미지 측(image side)
    을 더 포함하고,
    상기 적어도 2개의 [110] 입방형 결정질 광학 소자는 상기 빔 스플리터의 상기 물체 측 상에 배치되는
    광학 시스템.
  29. 청구항 29은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제28항에 있어서,
    상기 빔 스플리터의 상기 이미지 측 상의 적어도 하나의 추가의 [100] 입방형 결정질 광학 소자 및 적어도 2개의 추가의 [110] 입방형 결정질 광학 소자
    를 더 포함하고,
    각각의 추가의 [110] 입방형 결정질 광학 소자는 상기 광축을 따라 [110] 격자 방향으로 정렬되고, 각각의 추가의 [100] 입방형 결정질 광학 소자는 상기 광축을 따라 [100] 격자 방향으로 정렬되며, 시스템 리타던스를 감소시키도록 지향되는
    광학 시스템.
  30. 청구항 30은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제24항에 있어서,
    광원, 빔 스플리터, 적어도 하나의 파동판, 물체 측 및 상기 광학 시스템의 이미지 측
    을 더 포함하고,
    상기 적어도 2개의 [110] 입방형 결정질 광학 소자 및 상기 적어도 하나의 [100] 입방형 결정질 광학 소자는 상기 빔 스플리터의 상기 이미지 측 상에 배치되는
    광학 시스템.
  31. 청구항 31은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제24항에 있어서,
    상기 공통 광축을 따라 정렬되고, 상기 광학 시스템 내의 리타던스 변화(variation)를 감소시키도록 인가되는 스트레스-유도 복굴절을 포함하는 적어도 하나의 추가의 광학 소자
    를 더 포함하는 광학 시스템.
  32. 제1항에 있어서,
    광원, 및 마스크 패턴을 더 포함하고, 상기 마스크 패턴은 상기 광원이 상기 광학 시스템을 통해 상기 마스크 패턴을 투사할 수 있도록 배치되는 광학 시스템.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 광원은 엑시머 레이저(excimer laser)를 포함하는
    광학 시스템.
  34. 청구항 34은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제32항에 있어서,
    상기 광원은 약 157nm 및 약 193nm 중 하나의 파장을 갖는 빛을 방사할 수 있는
    광학 시스템.
  35. 청구항 35은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제32항에 있어서,
    상기 마스크 패턴이 그 위에 투사되도록 배치되는 기판; 및
    248nm 보다 크지 않은 파장을 갖는 광을 방사할 수 있는 광원
    을 더 포함하는 광학 시스템.
  36. 청구항 36은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 [110] 입방형 결정질 광학 소자 및 상기 [100] 입방형 결정질 광학 소자 중 적어도 하나는 상기 광학 시스템의 잔여 리타던스(residual retardance)를 보상하기 위한 스트레스-유도 복굴절을 포함하는
    광학 시스템.
  37. 청구항 37은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제36항에 있어서,
    상기 스트레스-유도 복굴절은 방사형으로(radially) 변화하는
    광학 시스템.
  38. 제1항에 정의된 광학 시스템
    을 포함하는 포토리소그래피 툴(photolithography tool).
  39. 제7항에 정의된 광학 시스템
    을 포함하는 포토리소그래피 툴.
  40. 청구항 40은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제29항에 정의된 광학 시스템
    을 포함하는 포토리소그래피 툴.
  41. 제38항에 있어서,
    콘덴서 렌즈(condenser optics), 레티클 및 포토마스크 중 하나에 형성되는 마스크 패턴, 기판 및 광원
    을 더 포함하고,
    상기 포토리소그래피 툴은 상기 광학 시스템을 통해 상기 기판상으로 상기 마스크 패턴을 투사하도록 구성되는
    포토리소그래피 툴.
  42. 제39항에 있어서,
    콘덴서 렌즈, 레티클 및 포토마스크 중 하나에 형성되는 마스크 패턴, 기판 및 광원
    을 더 포함하고,
    상기 포토리소그래피 툴은 상기 광학 시스템을 통해 상기 기판상으로 상기 마스크 패턴을 투사하도록 구성되는
    포토리소그래피 툴.
  43. 제40항에 있어서,
    콘덴서 렌즈, 레티클 및 포토마스크 중 하나에 형성되는 마스크 패턴, 기판 및 편광(polarized light)을 제공할 수 있는 광원
    을 더 포함하고,
    상기 포토리소그래피 툴은 상기 광학 시스템을 통해 상기 기판상으로 상기 마스크 패턴을 투사하도록 구성되는
    포토리소그래피 툴.
  44. 청구항 44은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제41항에 있어서,
    상기 광원은 248nm 보다 크지 않은 파장을 갖는 광을 발생시키는
    포토리소그래피 툴.
  45. 청구항 45은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제43항에 있어서,
    상기 광원은 248nm 보다 크지 않은 파장을 가지며, 편광을 제공할 수 있는
    포토리소그래피 툴.
  46. 공통 광축을 따라 각각 [110] 결정축에 대해 정렬되는 4개의 [110] 입방형 결정질 광학 소자, 및 상기 공통 광축을 따라 [100] 결정축에 대해 정렬되는 [100] 입방형 결정질 광학 소자
    를 포함하고,
    상기 [110] 입방형 결정질 광학 소자 및 상기 [100] 입방형 결정질 광학 소자는 광학 시스템의 중심 필드 포인트에서의 순 리타던스가 본질적으로 제로(zero)가 되도록 서로에 대해 지향되는
    광학 시스템.
  47. 삭제
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  51. 삭제
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  53. 광학 시스템에서 리타던스를 감소시키기 위한 방법에 있어서,
    적어도 2개의 [110] 입방형 결정질 광학 소자 및 적어도 하나의 [100] 입방형 결정질 광학 소자를 포함하는 복수의 광학 소자를 제공하는 단계;
    공통 광축을 따라 상기 복수의 광학 소자를 정렬하는 단계 - 여기서, 상기 적어도 2개의 [110] 입방형 결정질 광학 소자는 상기 공통 광축을 따라 각각의 [110] 결정축에 대해 정렬되고, 상기 적어도 하나의 [100] 입방형 결정질 광학 소자는 상기 공통 광축을 따라 [100] 결정축에 대해 정렬됨 -;
    상기 [110] 입방형 결정질 광학 소자의 각각의 3차원 결정 격자가 실질적으로 동일하게 지향된 경우에 생성되는 시스템 리타던스에 대해 감소된 리타던스를 생성하기 위해, 상기 광축 둘레로 상기 [110] 입방형 결정질 광학 소자 중 적어도 하나를 회전시키는 단계; 및
    상기 광학 시스템 내의 축 밖의 리타던스 변화(off-axis retardance)를 감소시키도록 상기 [100] 입방형 결정질 광학 소자를 지향시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  54. 반도체 장치를 형성하기 위한 방법에 있어서,
    공통 광축을 따라 각각 [110] 격자 방향으로 정렬되고, 광학 시스템 내의 리타던스를 감소시키기 위해 서로에 대해 회전하는 적어도 2개의 [110] 입방형 결정질 광학 소자, 및 상기 공통 광축을 따라 [100] 격자 방향으로 정렬되고 상기 광학 시스템 내의 축 밖의 리타던스 변화를 감소시키도록 지향되는 적어도 하나의 [100] 입방형 결정질 광학 소자를 갖는 광학 시스템을 포함하는 포토리소그래피 툴을 제공하는 단계;
    상기 광학 시스템에 대해 고정된 위치에 마스크 패턴 및 기판을 배치하는 단계; 및
    상기 마스크 패턴이 상기 광학 시스템을 통해 상기 기판상으로 투사되도록 광원을 조명하는 단계
    를 포함하는 방법.
  55. 제54항에 있어서,
    상기 마스크 패턴은 레티클 상에 형성되고, 상기 기판은 그 위에 감광성 코팅되는 반도체 웨이퍼이고,
    상기 배치하는 단계는 상기 광학 시스템의 물체 필드에 상기 레티클을 배치하고, 상기 광학 시스템의 이미지 필드에 상기 반도체 웨이퍼를 배치하는 단계를 포함하고,
    상기 조명하는 단계는 상기 감광성 코팅 내에 노출 패턴을 형성하는 단계를 포함하는
    방법.
  56. 제55항에 있어서,
    상기 노출 패턴을 현상하고, 상기 현상된 패턴을 상기 반도체 웨이퍼에 에칭하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  57. 제55항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼는 그 위에 형성되는 필름을 포함하고, 상기 감광성 코팅 은 상기 필름 상에 형성되고,
    상기 노출 패턴을 현상하고, 상기 현상된 패턴을 상기 필름에 에칭하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  58. 제54항에 있어서,
    상기 조명하는 단계는 248nm 보다 크지 않은 파장을 갖는 광을 제공하는 단계를 포함하는
    방법.
  59. 제54항에 있어서,
    상기 제공하는 단계는 적어도 하나의 반사면을 더 포함하는 반사굴절 시스템인 광학 시스템을 포함하는
    방법.
  60. 청구항 60은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제59항에 있어서,
    상기 제공 단계는 빔 스플리터 및 적어도 하나의 파동판을 더 포함하는 반사굴절 시스템을 포함하고,
    상기 조명 단계는 편광을 제공하는 단계를 포함하는
    방법.
  61. 청구항 61은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제54항에 있어서,
    상기 제공 단계는, 평균 굴절률에서의 변화로 인한 상기 광학 시스템의 비점 수차를 감소시키기 위해, 곡률에서 비대칭적 변화를 갖는 적어도 하나의 전면 및 후면을 갖는 상기 광학 소자 중 적어도 하나를 포함하는 상기 광학 소자를 포함하는
    방법.
  62. 청구항 62은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제54항에 있어서,
    상기 조명 단계는 엑시머 레이저로 하여금 빛을 방사하도록 야기하는 단계를 포함하는
    방법.
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  70. 공통 광축을 따라 각각의 [110] 격자 방향으로 정렬되고, 광학 시스템 내의 리타던스를 감소시키기 위해, 상기 광축 둘레로 서로에 대해 회전되는 각각의 결정 격자를 갖는 적어도 2개의 [110] 입방형 결정질 광학 소자; 및
    상기 공통 광축을 따라 정렬되고, 상기 [110] 입방형 결정질 광학 소자의 잔여 리타던스를 보상하기 위한 스트레스-유도 복굴절을 포함하는 추가의 광학 소자
    를 포함하는 광학 시스템.
  71. 제70항에 있어서,
    상기 추가의 광학 소자는 비입방형 결정체로 형성되는
    광학 시스템.
  72. 청구항 72은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제70항에 있어서,
    상기 스트레스-유도 복굴절은 상기 추가의 광학 소자 안에서 방사형으로 변하는
    광학 시스템.
  73. 청구항 73은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    공통 광축을 따라 각각의 [110] 격자 방향으로 정렬되고, 광학 시스템 내의 리타던스를 감소시키기 위해, 상기 광축 둘레로 서로에 대해 회전되는 각각의 결정 격자를 갖는 적어도 2개의 [110] 입방형 결정질 광학 소자
    를 포함하고,
    상기 [110] 입방형 결정질 광학 소자 중 적어도 하나는 잔여 리타던스 변화를 보상하기 위한 스트레스-유도 복굴절을 포함하는
    광학 시스템.
  74. 청구항 74은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제73항에 있어서,
    상기 [110] 입방형 결정질 광학 소자 중 적어도 2개는 상기 공통 광축 둘레로 서로에 대해 본질적으로 90°만큼 회전되는
    광학 시스템.
  75. 청구항 75은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제73항에 있어서,
    상기 스트레스-유도 복굴절은 중심에서 가장자리로 크기가 증가하는
    광학 시스템.
  76. 청구항 76은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제73항에 정의된 광학 시스템
    을 포함하는 포토리소그래피 툴.
  77. 청구항 77은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제76항에 있어서,
    상기 공통 광축을 따라 정렬되는 추가의 광학 소자, 콘덴서 렌즈, 레티클 및 포토마스크 중 하나에 형성되는 마스크 패턴, 기판 및 광원
    을 더 포함하고,
    상기 포토리소그래피 툴은 상기 마스크 패턴을 상기 광학 시스템을 통해 상기 기판상으로 투사하도록 구성되는
    포토리소그래피 툴.
  78. 청구항 78은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제77항에 있어서,
    상기 광원은 248nm 보다 크지 않은 파장을 갖는 광을 발생시키는
    포토리소그래피 툴.
  79. 반도체 장치를 형성하기 위한 방법에 있어서,
    공통 광축을 따라 각각의 [110] 격자 방향으로 정렬되고, 광학 시스템 내의 리타던스를 감소시키기 위해, 상기 광축 둘레로 서로에 대해 회전되는 각각의 결정 격자를 갖는 적어도 2개의 [110] 입방형 결정질 광학 소자 - 상기 [110] 입방형 결정질 광학 소자 중 적어도 하나는 잔여 리타던스 변화를 보상하기 위한 스트레스-유도 복굴절을 포함함 - 를 포함하는 광학 시스템을 포함하는 포토리소그래피 툴을 제공하는 단계;
    상기 광학 시스템에 대해 고정된 위치에 마스크 패턴 및 기판을 배치하는 단계; 및
    상기 마스크 패턴이 상기 광학 시스템을 통해 상기 기판상으로 투사되도록 광원을 조명하는 단계
    를 포함하는 방법.
  80. 제79항에 있어서,
    상기 마스크 패턴은 레티클 상에 형성되고, 상기 기판은 그 위에 감광성 코팅되는 반도체 웨이퍼이고,
    상기 배치하는 단계는 상기 광학 시스템의 물체 필드에 상기 레티클을 배치하고, 상기 광학 시스템의 이미지 필드에 상기 반도체 웨이퍼를 배치하는 단계를 포함하고,
    상기 조명하는 단계는 상기 감광성 코팅 내에 노출 패턴을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 노출 패턴을 현상하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  81. 삭제
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