KR101134210B1 - 반도체 리토그래피용 광학 서브어셈블리 및 투영 대물렌즈 - Google Patents

반도체 리토그래피용 광학 서브어셈블리 및 투영 대물렌즈 Download PDF

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Abstract

광학 요소, 예를 들면 미러 요소(7)를 갖는 광학 서브어셈블리는 광학 표면(9), 및 주연부에 배치된 지지점(12)을 갖는다. 광학 요소(7)는 연결 요소(14, 15, 16, 17, 18)를 통해 지지점(12)에서 마운트(13)에 연결된다. 응력을 해제시키는 홈, 예를 들면 곡선 슬롯(11)이 광학 표면(9)과 지지점(12) 사이에 제공된다.
광학 서브어셈블리, 투영 대물렌즈, 광학 요소, 미러 요소, 광학 표면,

Description

반도체 리토그래피용 광학 서브어셈블리 및 투영 대물렌즈{OPTICAL SUBASSEMBLY AND PROJECTION OBJECTIVE FOR SEMICONDUCTOR LITHOGRAPHY}
본 발명은 반도체 리토그래피용 광학 서브어셈블리 및 적어도 하나의 광학 서브어셈블리를 갖는 투영 대물렌즈에 관한 것이다.
지지점이 주연부에 배치되고 탄성 연결 요소를 통해 마운트에 연결되는 광학 요소를 사용하는, 전술된 유형의 광학 서브어셈블리 및 광학 서브어셈블리를 갖는 투영 대물렌즈는 WO 02/16993 A1호에 공지되어 있다.
반도체 소자를 제조하기 위한 투영 조명 시스템의 투영 대물렌즈에서 마운트에 대한 광학 요소의 응력 해제식 연결은 DE 198 25 716 A1호에 공지되어 있다.
또한, EP 1 137 054 A1호에는 광학 요소와 마운트 사이에 연결 요소를 갖는, 반도체 리토그래피에서의 투영 대물렌즈가 기재되어 있으며, 여기서 웨이퍼 장치는 주연부에 세 개의 지지점을 갖고 각각의 지지점은 조절 가능한 두 개의 지지발을 갖는다.
또한, 선행 기술 분야에 대해 EP 1 245 982 A2호가 본원에 참조로 인용된다.
반도체 리토그래피에서 투영 대물렌즈를 갖는 투영 조명 시스템에서 광학 반사식 EUV 시스템은 정확도, 특히 동역학적 안정성, 온도의 영향 및 장기간 거동과 관련된 고도의 요건을 충족시켜야 한다. 광학 서브어셈블리에 대한 극도로 작은 외부 효과는 광학 표면 외양에 대해 매우 큰 파괴적인 영향의 원인이 된다.
광학 서브어셈블리의 조립과 관련하여 그리고 또한 각각의 광학 요소와 관련하여, 한편으로는 기계 역학적인 힘 및 상이한 열팽창 계수에 기인하는 열적 응력과 같은 외부 영향으로부터 가능한 한 벗어나야 하지만, 다른 한편으로는 견고한 조립이 달성되어야 하는 구체적인 문제점들이 제기된다. 예를 들면, 광학 표면에 영향을 미치는 조절력을 방지하기 위해, 광학 서브어셈블리 또는 심지어 각각의 광학 요소들이 액츄에이터에 의해 위치 설정되거나 조절된다. 이러한 방식은 특히 미러 요소 및 렌즈에 적용된다.
때때로, 위치 설정의 재현성을 제공하기 위해, 몇몇 경우 광학 요소를 제거하고 설치할 필요가 있다. 이러한 경우, 설치 위치는 특히 문제가 되며, 광학 요소의 광학 축은 수평의 축 위치 또는 수직의 축 위치로부터 벗어난다. 이러한 경우, 무게로 인한 힘 이외에 또한 편향력이 발생한다.
본 발명의 목적은 광학 서브어셈블리의 경우 전술된 문제점을 제거하는, 마운트 요소에 대한 조립 및 연결을 제공하며, 특히 이에 의해 광학 서브어셈블리 및/또는 서브어셈블리의 광학 요소에 대한 외부 영향은 가능한 한 최소화된다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 광학 표면과 지지점 사이에 배치되는 응력 해제 홈에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 홈에 의해, 예를 들면 진동력 또는 변형력과 같은 외부로부터의 열적 및 기계적 응력과 부하에 대해 광학 요소는 가능한 한 멀리 떨어져 유지된다. 이는 운송 도중에 뿐만 아니라 작동 중에도 해당된다. 바람직하게는 슬롯의 형태로 홈의 이러한 상호 위치에 의해, 지지점과 광학 요소의 광학 표면 사이의 물리적 분리가 달성된다. 이러한 방식으로, 이들 두 부재 사이의 연결 면적이 최소로 감소되면서도, 충분한 안정성 또는 견고성을 갖고 역학적 요건이 계속해서 충족된다.
본 발명에 따른 가능한 실시예에서, 슬롯은 곡선 형태를 가질 수 있으며, 이의 진행 형태에서 슬롯은 광학 표면의 외부 진행 형태와 적어도 대략적인 조화를 이룬다. 이러한 방식에서, 연결 면적은 필요 공간이 적으면서도 동시에 광학 요소와 마운트 사이의 상이한 팽창을 흡수시킬 수 있는 충분한 간극을 갖는 최소의 전이 면적으로 감소된다. 동시에, 지지점과 광학 요소 사이에 충분한 유연성이 유지될 수 있고, 이들 두 부재 사이에서 열이 전달될 수 있는 면적도 마찬가지로 상당히 감소된다.
미러 요소가 광학 요소로서 제공되는 경우, 본 발명에 따른 매우 바람직한 실시예에서 미러 부재는 광학 표면 및 기저부와 일체형으로 형성될 수 있다.
이러한 경우, 열전달 계수가 매우 낮은 재료, 예를 들면 석영 유리, Zerodur？[쇼트 글라스(Schott Glas)사의 유리 세라믹] 또는 ULE？[코닝(Corning)사의 극도로 낮은 팽창 유리]와 같은 재료가 바람직하게 사용될 수 있다. 일체형 구조가 사용됨으로써, 광학 요소의 상이한 구성 부품들 사이에 연결 부재의 수가 최소로 감소되기 때문에, 특히 높은 고유 주파수와 관련하여 양호한 역학적 특성을 제공할 뿐만 아니라, 장기간 안정성을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 클램핑 힘이 조절될 수 있는 연결 요소가 제공되어 사용될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 예를 들면 클램핑 요소가 제공될 수 있으며, 이 클램핑 요소는 지지점을 마운트에 억지 끼워맞춤(force fit)으로 연결시킨다. 이러한 경우, 클램핑 요소는 각각의 경우에 나사 연결식으로 마운트에 연결될 수 있으며, 사전 선택되는 예비 클램핑 힘을 위해 스프링 요소가 제공될 수 있다.
광학 요소가 때때로 수리 목적으로 또는 광학 표면의 정밀 조정 또는 제조를 위해 제거된 다음 다시 설치되어야 하는 경우, 재현 가능한 고정 및 지지 조건을 형성하는 것이 필요하다. 이는 특히 마운트에 대한 연결 요소를 갖는 지지점과 관련하여 적용된다. 여기서 가능한 경우, 광학 요소 또는 이의 광학 표면에 대한 효과를 동일하게 유지하기 위해, 일정한 힘의 흡수 또는 일정한 힘의 전달이 항상 유지되어야 한다. 이는 본 발명에 따른 클램핑 요소의 구조를 사용하여 최대로 달성될 수 있다.
추가의 바람직한 실시예에 따르면, 세 개의 지지점이 광학 요소의 주연부에 분배되어 배치될 수 있고, 각각의 지지점은 적어도 하나의 연결 조인트를 통해 마운트에 연결된다.
상기 실시예에 의해 광학 요소의 등압(isostatic) 조립이 달성된다.
이러한 경우, 바람직하게 적어도 하나의 연결 조인트가 제공되어 두 개의 방향에서 견고해질 수 있도록 설계되며, 이러한 견고한 설계는 특히 접선 방향 및 축 방향에서 제공되어야 한다.
본 발명에 따른 상기 실시예에서는, 첫째 각각의 지지점이 열에 의한 응력 및/또는 기계적인 부하에 대해 최적으로 반응하여 이를 "방해"할 수 있는 상황이 달성되고, 둘째 전체적인 관점에서 전술된 자유도를 갖는 상기 세 지지점을 통해 고도의 견고성이 광학 요소에 대한 조립 전반에 걸쳐 달성된다.
본 발명에 따른 광학 서브어셈블리는 광학 분야의 광범위한 범위에 이용될 수 있다.
매우 유리한 하나의 이용에 따르면, 광학적으로 극도로 정밀한 상 형성을 필요로 하는, 반도체 소자를 제조하기 위한 반도체 리토그래피에서 투영 대물렌즈에 상기 광학 서브어셈블리를 설치하는 것이다.
각각의 지지점에 대해 두 개의 지지발이 제공되고, 특히 두 발 받침대(bipod)의 형태로 배치되는 경우, 매우 바람직한 마운트 기술이 제공된다. 이러한 경우, 연결 조인트는 슬롯을 갖는 견고한 재료의 조인트로서 설계될 수 있다.
견고한 재료의 조인트로서 연결 조인트 구조에 의해 유격이 없고, -견고한 재료 조인트에서 슬롯의 배치에 따라- 바람직한 방향에서 자유도를 갖는, 탄성적이며 유연한 연결이 제공되는 것을 허용한다.
본 발명의 이점을 갖는 개선점과 개량점은 다른 종속항에서도 발견될 수 있다.
이하, 본 발명의 예시적인 실시예는 도면을 기초로 하여 설명된다.
도1은 광원, 조명 시스템 및 투영 대물렌즈를 갖는 EUV 투영 조명 시스템의 기본 구성도이다.
도2는 미러 요소로서 구성된 광학 요소를 갖는 광학 서브어셈블리의 평면도이다.
도3은 도2의 선 III-III를 따른 부분 단면도이다.
도4는 연결 조인트와 마운트를 구비한 본 발명에 따른 광학 요소의 사시도이다.
도1로부터 알 수 있는 바와 같이, EUV 투영 조명 시스템(1)은 광원(2), 구조물을 지지하는 마스크가 배치된 평면(4)에서 필드의 조명을 위한 EUV 조명 시스템(3), 및 평면(4)에서 구조물을 지지하는 마스크를 감광 기판(6) 상에 형성하기 위한 투영 대물렌즈(5)를 갖는다. 투영 대물렌즈(5)는 대물렌즈의 하우징(19) 내에 복수의 광학 요소, 특히 미러 요소(7)들을 갖는다. 이러한 유형의 EUV 투영 조명 시스템(1)은 유럽 특허 1 278 089 A2호에 공지되어 있다.
미러 요소(7)의 구조는 기본적으로 도2와 도3에 도시된다. 알 수 있는 바와 같이, 미러 요소(7)는 광학 표면(9)과 기저부(10)를 갖는 실제 미러 부재(8)로 구성되며, 이들은 미러 부재(8)와 일체형으로 형성된다. 이들 부품을 위해 제공되는 재료는 열팽창 계수가 매우 낮은, 예를 들면 석영, Zerodur？(Schott사 제품) 또는 ULE？(Corning사 제품)와 같은 재료이다.
미러 부재(8)의 광학 표면(9)의 외주연 상에 약 120°간격에서 곡선 슬롯(11)의 형태로 홈이 배치된다. 슬롯(11)은 광학 표면(9)의 외부 둘레의 곡선 형태에 상응하고 축방향으로 기저부(10)를 통해 계속 연장된다. 여기서, 슬롯은 기저부(10)의 주연부에 배치된 세 개의 지지점(12)과 미러 부재(8) 사이에 위치한다. 이는 광학 표면(9)을 갖는 미러 부재(8) 사이에 슬롯(11)의 양 측면에서만 좁은 재료 영역이 존재함을 의미하며, 상기 좁은 재료 영역은 지지점(12)에 대한 연결부를 형성한다.
도시된 위치에서 슬롯(11)에 의해, 열적 또는 기계적 유형으로 외부로부터 작용하는 응력이 광학 표면(9)으로부터 대부분 차단될 수 있어서, 조명 빔에서의 변화가 발생하지 않는다.
기본적으로 도4에 도시된 바와 같이, 광학 요소는 세 개의 지지점(12)을 통해 마운트(13)에 연결되며, 이러한 경우 지지점은 기저부(10)에 대한 부착물의 형태로 형성된다. 각각의 지지점(12)에서 연결 요소(14)로서 두 발 받침대의 형태로 지지발이 제공되며, 두 발 받침대의 두 다리(14a 및 14b)는 마운트(13)에 연결되며, 두 다리(14a 및 14b)가 만나는 상부면에는 유지판(15)이 제공되어 이는 기저부(10)와 연결되며, 유지판은 기저부 아래에 놓이게 된다. 각각의 경우 클램핑 판(16)은 지지점(12)의 영역에서 기저부(10) 위에 고정된다. 나사를 사용하는 나사 연결부(17)에 의해 각각의 지지점에서 클램핑 판(16)과 유지판(15) 사이에 클램핑 연결부를 형성한다. 재생될 수 있는 지지 힘을 달성하기 위해, 각각의 경우 나사 연결부(17)의 나사 헤드와 클램핑 판(16) 사이에, 예를 들면 원판 스프링 형태의 스프링 요소(18)가 존재하며, 이에 의해 정확한 조임 힘과 이에 따른 동일한 클램핑 힘이 설정될 수 있다.
도2에서 점선으로 표시된 바와 같이 곡선 슬롯(11, 도면의 좌측에 표시)이 확대된 형태로 도시되어 있다. 이러한 방식으로 더욱 큰 홈은 광학적으로 무관한 영역에서 형성되며, 필요한 경우, 이에 의해 구조상의 조건에 따라, 조명 빔이 미러 요소(7)를 지나쳐서 안내될 수 없는 것이 필요한 경우, 웨이퍼를 조명하기 위한 조명 빔이 안내될 수 있다.
각각의 지지점(12)에 포함되는 두 다리(14a 및 14b)를 갖는 두 개의 지지발은 접선 방향 및 축 방향에서 견고하게 설계된 연결 조인트로서 형성되며, 축 방향은 일반적으로 광학 축이다. 알 수 있는 바와 같이, 각각의 지지점(12)에서 두 개의 지지 다리(14a 및 14b)를 갖는 지지발은 6°의 자유도를 갖지만 -전술된 바와 같이- 자유도는 접선 방향 및 축 방향에서 블록킹되거나 높은 견고성이 사전 선택된다. 나머지 방향 또는 자유도에서는 유연성 높은 부착물이 존재한다. 이러한 방식으로 연결 조인트와 지지점의 배치와 관련하여, 전체적으로 볼 때 견고성이 매우 높다. 그러나, 각각의 지지점에서 발생하는 응력은 지지점들의 유연성 또는 탄성으로 인해 지지점들에 의해 흡수되거나 분산될 수 있다.
연결 조인트는 견고한 재료의 조인트로서 설계될 수 있다. 이는 각각의 경우 조인트가 지지 블록을 포함하는 것을 의미하며, 탄성 유연성이 존재할 수 있는 바람직한 자유도에 따라 지지 블록에는 슬롯이 제공되며, 슬롯은 단지 재료의 단면을 지지 블록에서 자유 상태로 제공함으로써 슬롯을 갖는 지점에서 적합한 굽힘 또 는 탄성이 제공될 수 있도록 한다. 이러한 유형의 견고한 재료 조인트는 일반적으로 공지되어 있다.
연결 요소에 대해, 일반적으로 열 전도도가 매우 낮고 열팽창 계수가 매우 낮은 재료가 제공된다. 그러나, 바람직하게는 인바(Invar) 또는 탄소 섬유와 같은 탄성 재료가 사용된다. 또한, 열팽창 계수가 매우 낮은 세라믹 재료가 마운트(13)에 적합하다. 마찬가지로 유지판(15)은 인바로 이루어지는 반면, 클랭핑 판(16)은 미러 요소에 영향을 주지 않기 때문에, 예를 들면 강판과 같은 임의의 바람직한 재료가 가능하다. 열에 의한 응력을 차단하거나 방산시킬 수 있도록 지지발은, 특히 반경 방향에서 매우 유연하다.

Claims (32)

  1. 반도체 리토그래피에서의 투영 대물렌즈이며, 광학 표면과, 주연부에 배치된 지지점을 갖는 광학 요소를 구비하며, 광학 요소가 연결 요소를 통해 지지점에서 마운트와 연결되는 적어도 하나의 광학 서브어셈블리를 갖는 투영 대물렌즈에 있어서,
    응력을 해제시키는 홈(11)이 광학 표면(9)과 지지점(12) 사이에 배치되며,
    적어도 하나의 홈(11)은 투영 빔의 통과를 위해 동시에 제공되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  2. 제1항에 있어서, 광학 요소(7)는 렌즈로서 형성되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  3. 반도체 리토그래피에서의 투영 대물렌즈이며, 광학 표면과, 주연부에 배치된 지지점을 갖는 미러 요소를 구비하며, 미러 요소가 연결 요소를 통해 지지점에서 마운트와 연결되는 적어도 하나의 광학 서브어셈블리를 갖는 투영 대물렌즈에 있어서,
    응력을 해제시키는 홈(11)이 광학 표면(9)과 지지점(12) 사이에 배치되며,
    적어도 하나의 홈(11)은 투영 빔의 통과를 위해 동시에 제공되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 홈(11)은 곡선 형태를 갖는 슬롯으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  5. 제3항에 있어서, 미러 요소(7)는 광학 표면(9)을 구비한 미러 부재(8) 및 기저부(10)를 가지며, 미러 부재(8) 및 기저부(10)는 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  6. 제3항에 있어서, 연결 요소는 지지점(12)을 마운트(13)에 억지 끼워맞춤으로 연결시키는 클램핑 요소(15 내지 17)를 갖는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  7. 제6항에 있어서, 클램핑 요소는 유지판(15)과, 클램핑 판(16)과, 나사 연결부(17)를 포함하며, 상기 유지판(15) 및 상기 클램핑 판(16)은 스프링 요소(18)가 제공된 나사 연결부(17)에 의해 마운트(13)에 연결되며, 스프링 요소에 의해 사전 선택되는 예비 클램핑 힘이 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  8. 제3항에 있어서, 적어도 미러 요소(7), 연결 요소(14) 및 마운트(13)는 열팽창 계수가 낮은 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  9. 제8항에 있어서, 광학 표면(9) 및 광학 표면과 일체형으로 연결된 기저부(10)를 구비한 미러 부재를 포함하는 미러 요소가 유리 세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  10. 제8항에 있어서, 적어도 일부의 연결 요소(14)는 인바로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  11. 제8항에 있어서, 마운트(13)는 세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  12. 제4항에 있어서, 곡선 형태는 이의 진행 형태에서 광학 표면(9)의 외부 진행 형태와 조화를 이루는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  13. 제4항에 있어서, 슬롯은 축 방향에서 연속되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  14. 제5항에 있어서, 홈(11)은 기저부(10)에 배치되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  15. 삭제
  16. 제1항 또는 제3항에 있어서, 연결 요소는, 클램핑 힘이 조절될 수 있으며 지지점(12)을 마운트(13)에 연결시키는 클램핑 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  17. 제6항에 있어서, 세 개의 지지점(12)은 광학 요소(7)의 주연 상에 배치되며, 각각의 지지점(12)이 적어도 하나의 연결 요소(14)를 통해 마운트(13)에 연결되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  18. 제17항에 있어서, 하나 이상의 연결 요소(14)는 두 방향에서 견고해질 수 있도록 설계되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  19. 제18항에 있어서, 하나 이상의 연결 요소(14)는 접선 방향 및 축 방향에서 견고해 질 수 있도록 설계되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  20. 제17항에 있어서, 연결 요소(14)로서 각각의 지지점(12)에 대해 두 개의 지지발이 제공되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  21. 제20항에 있어서, 두 개의 지지발이 두 발 받침대(14a, 14b)의 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  22. 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 연결 요소(14)는 슬롯을 갖는 견고한 재료의 조인트로서 형성되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
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