KR101417687B1 - 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 미러 배열(200)에 의해 반사된 광의 각도 분포를 변경하기 위해 서로 독립적으로 조정될 수 있는 복수의 미러 요소(200a, 200b, 200c,...)를 갖는 미러 배열(200)과, 적어도 하나의 편광-영향 소자(101, 102, 103, 401, 402, 403)를 갖는 편광-영향 광학 배열(100, 400)-상기 편광-영향 소자를 변위시킴으로써, 상기 편광-영향 소자(101, 102, 103, 401, 402, 403)와 상기 미러 배열(200) 사이의 중첩 정도가 가변적으로 세팅될 수 있음-과, 및 광 전파 방향에 대해 미러 배열(200)의 상류 및 하류에 각각의 반사 표면(300a, 300b, 360a, 360b, 370a, 370b)을 갖는 편향 장치(300, 360, 370)를 포함하는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템에 관한 것이다.

Description

마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템{OPTICAL SYSTEM OF A MICROLITHOGRAPHIC PROJECTION EXPOSURE APPARATUS}
본 출원은 독일 특허출원 제 DE 10 2012 223 217.6호와 미국 특허출원 제 61/737,156호를 우선권으로 주장하며, 이들 출원 모두는 2012년 12월 14일에 출원되었다. 이들 출원의 내용이 여기서 인용된다.
본 발명은 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템에 관한 것이다.
마이크로리소그래피는 예컨대 집적회로나 LCD와 같은 미세구조 소자를 생성하는데 사용된다. 마이크로리소그래피 공정은 조명 장치와 투영 렌즈를 포함하는 소위 투영 노광 장치에서 실행된다. 이 경우, 조명 장치에 의해 조명된 마스크(=레티클)의 이미지가, 투영 렌즈에 의해, 감광 층(포토레지스트)으로 코팅되며 투영 렌즈의 이미지 평면에 배열된 기판상에 투영되어, 마스크 구조를 기판의 감광 코팅에 전사한다.
마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 동작 동안, 규정된 조명 세팅, 즉 조명 장치의 퓨필 평면에서의 세기 분포를 타겟 방식으로 세팅할 필요가 있다. 이를 위해, 회절 광학 요소(소위 DOE)(Diffractive Optical Element)의 사용 외에도, 미러 배열의 사용이 또한 예컨대 제 WO 2005/026843A2호로부터 알려져 있다. 그러한 미러 배열은 서로로부터 독립적으로 세팅될 수 있는 다수의 마이크로미러를 포함한다.
더 나아가, 여러 가지 접근법이, 조명 장치에서, 이미징 콘트래스트를 최적화할 목적으로, 퓨필 평면에서 및/또는 레티클에서 특정 편광 분포를 타겟 방식으로 세팅하기 위해 알려져 있다. 상세하게도, 조명 장치 및 투영 렌즈 모두에서, 높은 콘트래스트 이미징에 대해 탄젠셜(tangential) 편광 분포를 세팅하는 것이 알려져 있다. "탄젠셜 편광"(또는 "TE 편광")은, 개별적인 선형 편광 광선의 전계 세기 벡터의 진동의 평면이 광학 시스템 축을 향해 있는 반경에 대략 수직으로 배향되는 편광 분포를 의미하는 것으로 이해된다. 대조적으로, "방사상 편광"(또는 "TM 편광")은 개별적인 선형 편광 광선의 전계 세기 벡터의 진동의 평면이 광학 시스템 축에 대해 대략 방사상으로 배향된 편광 분포를 의미하는 것으로 이해된다.
종래기술에 관해서, 예컨대 제 WO　2005/069081 A2호, 제 WO 2005/031467 A2호, 제 US 6,191,880 B1호, 제 US　2007/0146676 A1호, 제 WO 2009/034109 A2호, 제 WO 2008/019936 A2호, 제 WO　2009/100862 A1호, 제 DE 10 2008 009 601 A1호, 제　DE 10　2004　011　733　A1호, 제 DE 10 2010 029 905 A1호 및 제 US　2011/0228247　A1호를 참조한다.
편광 분포를 융통성 있게 세팅하기 위한 하나의 가능한 접근법은 이 경우에, 서로 독립적으로 조정 가능한 다수의 미러 요소를 포함하는 미러 배열과 결합하여 광 전파 방향에 대해 횡방향으로 변위 가능도록 배열된 복수의 편광-영향 소자로 구성된 편광-영향 광학 배열의 사용을 포함한다. 이 경우, 이 미러 배열의 미러 요소의 마찬가지의 가변 세팅과 연계한 편광-영향 소자에 의한 미러 배열의 적용범위(coverage)의 정도에 따라, 조명 장치의 퓨필 평면에서 상이한 편광 분포를 융통성있게 실현할 수 있다.
본 발명의 목적은, 상이하게 편광된 조명 세팅을 비교적 적은 구조적인 경비로, 그리고 특히나 또한 기존 시스템의 확장 또는 새 장착(retrofit)으로 융통성있게 세팅할 수 있게 하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 독립항 1의 특징에 따라 달성된다.
마이크로리소그래피 투영 노광 장치의, 본 발명에 따른 광학 시스템은:
- 미러 배열에 의해 반사된 광의 각도 분포를 변경하기 위해 서로 독립적으로 조정될 수 있는 복수의 미러 요소를 갖는 미러 배열;
- 적어도 하나의 편광-영향 소자를 갖는 편광-영향 광학 배열-상기 편광-영향 소자를 변위시킴으로써, 편광-영향 소자와 미러 배열 사이의 중첩 정도는 가변적으로 세팅될 수 있음-; 및
- 광 전파 방향에 대해 미러 배열의 상류 및 하류에 각각의 반사 표면을 갖는 편향 장치를 포함한다.
본 발명은, 상세하게는 상이한 편광 분포를 융통성있게 세팅하기 위해, 서로 독립적으로 조정할 수 있는 미러 요소를 갖는 미러 배열과, 미러 배열과의 중첩 정도에 관해 가변적으로 세팅될 수 있는 적어도 하나의 편광-영향 소자를 갖는 편광-영향 광학 배열을 갖는 광학 시스템에서, 광 전파 방향에 대해 미러 배열의 상류 및 하류 모두에서 각각의 반사 표면을 갖는 편향 장치를 제공하는 개념을 기초로 한다. 이로 인해, 원하는 조명 세팅을 위해 회절 광학 요소(DOE)가 예컨대 장착된 종래의 조명 장치에서, 이 DOE를 교체함으로써, 미러 배열과 적어도 하나의 편광-영향 소자의 조합-상이한 편광 상태를 융통성있게 세팅하는 역할을 함-을 편향 장치와 함께 ("플러그-앤-플레이" 원리에 필적하는 정도까지) 모듈 방식으로 사용하는 것이 가능하며, 이는, 조명 장치의 나머지 광학 설계를 추가로 변경하기 위한 요구 없이도, 편향 장치에 의해 조명 광이 광학 빔 경로로부터 출력되고 간단한 방식으로 다시 광학 빔 경로에 입력되기 때문이다.
다시 말해, 본 발명에 따르면, 예컨대 DOE가 장착된 각각의 기존의 조명 장치의 이용 가능한 광학 설계와 완벽히 호환되면서, 조명 장치는 추가로, 게다가 상이하게 편광된 조명 세팅이 이러한 DOE를 본 발명에 따른 모듈로 교체함으로써 융통성있게 세팅될 수 있다는 효과가 있게 될 수 있다. 앞서 기재한 조명 광의 입력 및 출력은, 적절한 경우 이용 가능한 구조적 공간의 최적 이용이 그에 따라 가능하게 되는 한은 더 유리하게 된다.
일실시예에 따라, 광학 시스템에서의 원하는 편광 분포를 생성하기 위해 필요한 편광 회전(R)이 다음의 식,
R=Rpol+Rsp
에 의해 얻어지는 한, 편향 장치(즉, 미러 배열의 상류에 배열된 반사 표면 및/또는 미러 배열의 하류에 배열된 반사 표면)는, s- 및 p-편광 광에 대한 상이한 반사도로 인해, 입사 광에 대해, 편광-영향 광학 배열의 설계에서 고려되거나 이용될 수 있는 유효 편광 회전(Rsp)을 야기하며, 여기서 Rpol은 편광-영향 광학 배열에 의해 생성된 편광 회전을 나타낸다.
이 실시예는, 본 발명에 따른 광학 시스템의 동작 동안, 편향 장치에서(즉, 편향 장치의 "제2" 반사 표면, 즉 미러 배열의 하류에 배열된 반사 표면에서 및/또는 이미 미러 배열의 상류에 배열된 제1 반사 표면에서) 반사된 광이, s- 및 p-편광에 대한 상이한 반사도로 인해, 이 광이 고유 상태로(즉, 완전 s-편광되거나 완전 p-편광되어) 반사 표면에 입사되지 않는다면, 추가(및 따라서 처음에는 원하지 않을 수 있는) 편광 회전을 효과적으로 경험하는 환경을 고려한다.
이러한 처음에 원하지 않을 수 있는 추가 편광 회전은, 고유 상태로 편향 장치의 관련 반사면에 입사하지 않은 광에 대해, 프레넬의 공식에 따라, p-편광 성분이 s-편광 성분에 비해 훨씬 더 감쇄하며("s-p 분할"로도 나타냄), 이점은 관련 반사 표면에서 반사된 광이 한편으론 세기 감쇄를 가지며, 다른 한편으론 s-편광 성분의 상대적으로 더 높은 비율과 그에 따라 (여전히 선형인) 편광의 효과적으로 회전된 방향을 갖는 결과를 갖는 점에 기인할 수 있다. 결국, 원하는 편광 상태로부터 조명 장치에서 궁극적으로 생성된 편광 상태의 수반하는 편차가 이미징 수차와 콘트래스트 손실로 인해 투영 노광 장치의 성능 손상을 초래할 수 있다.
이러한 인식으로부터 진전되어, 본 발명은, 상세하게는 그러한 편광 회전이 고려되었던 초기부터 대응하여 이미 설계되었던 적어도 하나의 편광-영향 소자의 편광-영향 효과 덕분에 광학 시스템에서 고려되거나 "계속 이용 가능한" 편향 장치의 제2 및/또는 제1 반사 표면에서 앞서 기재한 처음에 원하지 않을 수 있는 편광 회전의 추가 개념을 기초로 한다. 다시 말해, 편광-영향 배열 또는 그 소자(들)는, 궁극적으로 원하는 편광 세팅이 편광-영향 광학 배열 이후와 같이 일찍 직접 발생하기보다는, 제2 편향 장치의 앞서 기재한 편광-영향 효과와 조합하여서만 발생하도록, 그 편광-영향 효과에 대해 구성된다.
후술될 바와 같이, 본 발명에 따른 광학 시스템에 사용된 적어도 하나의 편광-영향 소자의 편광-영향 효과는 상세하게는 광학 활동을 사용하여(예컨대, 광학적으로 활성인 결정 수정(crystalline quartz)으로 만든 그러한 편광-영향 소자(들)의 구성으로) 또는 선형 복굴절을 이용하여(상세하게는, 각 경우에 빠른 복굴절 축의 적절한 배향을 가진 λ/4 플레이트(들)나 λ/2 플레이트(들)와 같은 편광-영향 소자(들)의 구성으로) 구현될 수 있다. 이러한 환경에서, 편향 장치의 제2 및/또는 제1 반사 표면에서 발생하는 편광 회전을 고려한 본 발명에 따른 전술한 개념의 실현이 이때 의미하는 점은, 어느 경우에든, 즉 광학 활동을 사용하는 경우에는 편광-영향 소자(들)의 대응하는 두께 적응이나, 예컨대 λ/4 플레이트나 λ/2 플레이트인 선형 복굴절을 사용할 때에는 관련 편광-영향 소자에서 빠른 복굴절 축의 배향의 적절한 변화가 구현된다는 점이다.
λ/4 플레이트(들)로서의 편광-영향 소자(들)의 구성은 (이후에 더 상세하게 논의될 바와 같이) 두 번 통과하는 광에 대해서 유리한 반면, λ/2 플레이트(들)로서의 편광-영향 소자(들)의 구성은 관련 소자(들)를 한 번 통과하는 광에 대해서 선호된다.
하나의 구체예에서, 예컨대, 대응하여 "양자화된(quantized)" 편광 상태를 융통성있게 생성하기 위해 45°의 편광 회전 각도로 구성되는 총 세 개의 편광-영향 소자 각각 대신에, 소자 중 제1 소자가 45°를 초과하는 편광 회전 각도(45°+γ1)로 구성되고, 소자 중 제2 소자가 45°미만인 편광 회전 각도(45°-γ2)로 구성되며, 마찬가지로 소자 중 제3 소자가 45°미만의 편광 회전 각도(45°-γ3)로 구성되는 것이 가능하다. 제1 소자의 "디튜닝(detuning)"이 편향 장치의 제2 반사 표면에서의 앞서 논의한 원하지 않을 수 있는 편광 회전을 보상하는 반면(즉, 이 예에서 원하는 편광 회전 각도가 이러한 s-p 분할과 조합되어서만 달성된다는 효과로), 제1 및 제2 소자 모두를 통과한 광선들에 대해 상세하게는 γ1=γ2>0인 경우에 제1 및 제2 편광-영향 소자의 중첩에는, 상기 광선이 90°회전된 편광 방향으로 그에 따라 예컨대 (원래의 편광 방향에 따라서) 고유 상태로 편향 장치의 제2 반사 표면 상에 입사되어, "s-p 분할"로 인한 편광 회전이 여기서 발생하게 않게 된다. 다른 특수한 경우로서, γ1=γ2=γ3>0이 세 개의 편광-영향 소자의 가능한 중첩에 관해 선택될 수 있다.
일실시예에 따라, 편광-영향 광학 배열은 적어도 두 개, 상세하게는 적어도 세 개의 편광-영향 소자를 갖는다. 결국, 편광 상태의 융통성있는 세팅이 편광-영향 소자와 미러 배열 사이의 중첩 정도를 변경하는 것으로만 구현될 수 있을 뿐만 아니라 복수의 편광-영향 소자 사이의 서로 간의 중첩의 정도를 변경하는 것으로도 구현될 수 있다.
이 경우, 상세하게는, 그러한 편광-영향 소자 중 적어도 두 개는, 편향 장치에서 발생하는 편광 회전을 고려하기 위해 편광-영향 광학 배열의 전술한 "디튜닝"을 야기하기 위해 상이한 두께를 가질 수 있다.
일실시예에 따르면, 적어도 하나의 편광-영향 소자는 광 전파 방향에 평행한 결정 축을 갖는 광학적으로 활성인 결정 소재, 상세하게는 결정 석영(SiO2)으로 생성된다.
추가 실시예에 따르면, 적어도 하나의 편광-영향 소자가 광 전파 방향에 수직인 결정 축을 갖는 복굴절 결정 소재, 상세하게는 불화 마그네슘(MgF2), 사파이어(Al2O3) 또는 결정 석영(SiO2)으로 선형적으로 생성된다. 이 경우, 적어도 하나의 편광-영향 소자는 상세하게는 λ/4 플레이트나 λ/2 플레이트일 수 있다.
더 나아가, 적어도 하나의 편광-영향 소자는 광학 빔 경로 내부의 위치와 광학 빔 경로 외부의 위치 사이에서 변위될 수 있으며, (상세하게는 λ/4 플레이트로서의 구성인 경우에) 입사 광은 광학 시스템의 동작 동안 광학 빔 경로 내부의 그 위치에서 편광-영향 소자를 두 번 통과한다.
일실시예에 따르면, 편향 장치는 프리즘으로서 구현되고, 반사 표면은 이 프리즘의 경계면에 의해 형성된다.
추가 실시예에 따르면, 편향 장치는, 반사 표면 중 적어도 하나가 광학 시스템의 동작 동안 입사 광을 내부 전반사로 반사하도록 구현된다.
일실시예에 따르면, 편향 장치는 두 개의 편향 미러를 갖는다.
일실시예에 따르면, 광학 시스템은, 광 전파 방향에서 편광-영향 광학 배열 상류에서, 그러한 미러 배열에 의해 반사된 광의 각도 분포를 변경하기 위해 서로 독립적으로 조정할 수 있는 복수의 미러 요소를 갖는 추가 미러 배열을 갖는다. 이 경우, 상세하게는, 이 추가 미러 배열의 미러 요소는 함께 제1 반사 표면을 형성한다.
일실시예에 따르면, 광학 시스템은 250nm미만, 상세하게는 200nm 미만, 더욱 상세하게는 160nm미만의 동작 파장을 위해 설계된다.
본 발명은 더 나아가 조명 장치와 투영 렌즈를 포함하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치에 관한 것이며, 여기서 조명 장치는 전술한 특징을 갖는 광학 시스템을 포함한다.
본 발명의 추가 구성은 다음의 상세한 설명과 종속항에 기재되어 있다.
본 발명은 바람직한 예시적인 실시예를 기초하고 수반하는 도면을 참고하여 이후에 더 상세하게 기재될 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 상이하게 편광된 조명 세팅을 비교적 적은 구조적인 경비로, 그리고 특히나 또한 기존 시스템의 확장 또는 새 장착으로 융통성있게 세팅할 수 있게 하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템을 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 6은, 상이한 편광 상태를 융통성있게 세팅하기 위한 본 발명에 따른 광학 시스템의 가능한 실시예를 설명하기 위한 개략도를 도시한다.
도 7은 본 발명이 실현될 수 있는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 구성의 개략도를 도시한다.
이후, 본 발명에 따른 광학 시스템을 포함하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 기본 구성은 먼저 도 7을 참조하여 설명할 것이다. 투영 노광 장치는 조명 장치(10)와 투영 렌즈(20)를 포함한다. 조명 장치(10)는, 예컨대 193nm의 동작 파장용 ArF 엑시머 레이저와 평행 광 빔을 생성하는 빔 성형 광학 유닛을 포함하는 광학 소스 유닛(1)으로부터의 광으로 구조-포함 마스크(레티클)(30)를 조명하는 기능을 한다. 일반적으로, 조명 장치(10)와 투영 렌즈(20)는 바람직하게는 400nm미만, 상세하게는 250nm미만, 더욱 상세하게는 200nm미만의 동작 파장을 위해 설계된다.
본 발명에 따르면, 조명 장치(10)의 부분은, 상세하게는, 서로 독립적으로 세팅될 수 있는 다수의 미러 요소를 갖는 미러 배열(200)이다. 도 1 및 이하를 참조하여 더 상세하게 후술될 편광-영향 광학 배열(100)이 광 전파 방향에서 미러 배열(200)의 상류에 배열된다. 편광-영향 광학 배열(100)은 택일적으로는 마찬가지로 더 상세하게 후술될 바와 같이 광 전파 방향에서 미러 배열(200)의 하류에 배열될 수 도 있다.
도 7에 따르면, 편광-영향 광학 배열(100)과 미러 배열(200)에 각각 할당되고, 각각 그러한 배열이 적절한 액츄에이터에 의해 조정되게 할 수 있는 구동 유닛(105, 205)이 더 제공된다. 배열(100, 200)을 조정하는 액츄에이터는 단지 예를 들어서 (소위 콤(comb) 전극에 의해) 정전식으로 또는 임의의 다른 적절한 방식으로 구성될 수 있다.
조명 장치(10)는, 특히 예시된 예에서 편향 미러(12)를 포함하는 광학 유닛(11)을 갖는다. 광 전파 방향에서 광학 유닛(11)의 하류에는 빔 경로에서 예컨대 그 자체가 알려진 방식으로 광 혼합을 달성하기에 적절한 미세 광학 소자의 배열을 가질 수 있는 광 혼합 장치(미도시)와, 레티클 마스킹 시스템(REMA)을 갖는 필드 평면이 그 하류에 위치한 렌즈 소자 그룹(14)이 위치하며, 필드 평면은 광 전파 방향에서 하류에 위치한 REMA 렌즈(15)에 의해 추가 필드 평면에 배열된 구조-포함 마스크(레티클)(30) 상에 이미징되어 레티클 상의 조명된 구역의 범위를 정한다. 구조-포함 마스크(30)는, 감광 층이 구비된 기판(40), 즉 웨이퍼 상으로 투영 렌즈(20)에 의해 이미징된다. 투영 렌즈(20)는, 상세하게는 액침 동작(immersion operation)을 위해 설계될 수 있다. 더 나아가, 이것은 0.85보다 큰, 상세하게는 1.1보다 큰 개구수(NA)를 가질 수 있다.
미러 배열(200)은 도 1 내지 도 6에서 각 경우에 나타낸 바와 같이 복수의 미러 요소(200a, 200b, 200c,...)를 갖는다. 그러한 미러 배열은 종종 MMA("Micro Mirror Array")로서나 그 밖에는 공간 광 변조기로서 표기된다. 미러 요소(200a, 200b, 200c,...)는 미러 배열(200)에 의해 반사된 광의 각도 분포를 변경하기 위해 서로 독립적으로 조정될 수 있으며, 구동 유닛(205)이 도 1에 따라 이러한 목적을 위해 기능한다. 광 전파 방향에서 미러 배열(200) 상류에, 예시적인 실시예에서, (개별 미러의 과잉 방사의 결과로서) 개별 미러 사이의 영역에서 부유 광 생성과 광 손실을 피하기 위해 미러 배열의 미러 요소에 타겟 집속하기 위한 다수의 마이크로렌즈 소자를 가지며 도 1에 도시되지 않은 나타내어진 마이크로렌즈 소자 배열이 또한 위치한다. 미러 요소(200a, 200b, 200c,...) 각각은 개별적으로, 예컨대 -2°내지 +2°, 상세하게는 -5°내지 +5°, 더욱 상세하게는 -10°내지 +10°의 각도 범위로 기울어질 수 있다. 미러 배열(200)에서 미러 요소(200a, 200b, 200c,...)의 적절한 기울임 배열에 의해, 원하는 광 분포, 예컨대 환형 조명 세팅이나 그 밖에 2중극(dipole) 세팅이나 4중극(quadrupole) 세팅이, 미리 균질화되고 시준된 레이저 광이 각 경우에 미러 배열(200)의 미러 요소(200a, 200b, 200c,...)에 의한 원하는 조명 세팅에 따라 대응하는 방향으로 보내짐에 의해 도 7로부터의 조명 장치(10)의 퓨필 평면에 형성될 수 있다.
먼저, 편광-영향 광학 배열(100)의, 도 7과 연계하여 이미 언급한 미러 배열(200)과의 상호동작을 도 1을 참조하여 이하에서 설명할 것이다.
도 1의 예시적인 실시예에서, 편광-영향 광학 배열(100)은 세 개의 편광-영향 배열(101 내지 103)을 가지며(본 발명은 이로 제한되지는 않음), 이러한 편광-영향 배열(101 내지 103)은 서로 독립적으로 조정될 수 있으며, 광 전파 방향에 수직으로 각 경우에 빔 경로에 도입될 수 있으며, 도 1의 예시적인 실시예에서는, 각 경우에 광학적으로 활성인 결정 석영으로 구성된 광학 회전자의 형태로 구현되며, 이러한 회전자 각각은, 통과하는 광에 대해, 그 자체가 각각 특정한 각도(α1, α2 및 α3)만큼 바람직한 편광 방향의 회전을 야기한다.
미러 배열(200)의 미러 요소(200a, 200b, 200c,...)(미러 요소의 개수는 예시한 것보다 통상은 상당히 더 많으며, 상세하게는 또한 일백 개 이상일 수 있음)의 가변적인 세팅과 연계한 미러 배열(200)의 편광-영향 소자(101, 102, 103)에 의한 적용범위 정도에 따라, 조명 장치의 퓨필 평면에서 상이한 편광 분포가 도 1로부터의 구성을 갖는 융통성있는 방식으로 실현될 수 있다. 마이크로렌즈 소자 배열(예시않됨)에 의해, 개별 부분 빔은 미러 배열(200)의 개별 미러 요소(200a, 200b, 200c,...) 상으로 각각 집속될 수 있으며, 그러한 마이크로렌즈 소자 배열은 택일적으로 광 전파 방향에서 편광-영향 광학 배열(100)의 상류나 그 밖에 하류에 배열될 수 있다.
결국, 단지 예를 들면, 바람직한 편광 방향은 광이 회전자(101)만을 통과하면 각도(α1)만큼 회전하고, 광이 회전자(101 및 102)를 통과할 때 각도(α1+α2)만큼 회전하며, 광이 모든 회전자(101 내지 103)를 통과할 때 각도(α1+α2+α3)만큼 회전한다. 각 경우에 각각의 부분 빔에 대해 도 1에서 도시한 양방향 화살표가 관련 위치에서 부분 빔의 바람직한 편광 방향을 나타낸다.
도 1에 따르면, 프리즘 형태의 편향 장치(300)가 더 제공되며, 이러한 편향 장치(300)는 광 전파 방향에 대해 미러 배열의 상류와 하류에서 각각의 반사 표면(300a, 300b)을 갖는다. 도 1에서 명백해지는 바와 같이, 편향 장치(300)는, 조명 장치의 동작 동안 편향 장치(300)의 제1 편향 표면(300a)상에 입사된 광이 원래의 전파 방향(즉, 제1 반사 표면(300a)에 입사하기 전에 있던 전파 방향)에 먼저 실질적으로 수직으로 편향될 정도로 광학 빔 경로의 겹침을 야기하며, 그 후, 이 광은, 배열(100)의 편광-영향 소자(101, 102 및 103)의 삽입 위치에 따라, 먼저 관련 소자(들)(101, 102 및/또는 103)를 통과한 후, 후속하여 미러 배열(200)에 입사되며, 미러 요소(200a 내지 200d)의 위치에 따라 제2 반사 표면(300b)에 입사된다. 이러한 제2 반사 표면(300b)은 이제 원래의 전파 방향(즉, 제1 반사 표면(300a)에 입사하기 전에 제공된 전파 방향)으로 편향을 야기한다.
따라서 편향 장치(300)는, 조명 장치의 광학 빔 경로나 설계에 추가 변경을 하지 않고도, 기존의 조명 장치에 제공된 회절 광학 요소(DOE) 대신 도 1에 도시되며 예컨대 편광-영향 광학 배열(100), 미러 배열(200) 및 편향 장치(300)를 포함하는 전체 그룹을 사용하게 할 수 있으며, 이는, 광이 원하는 편광 조명 세팅을 세팅하기 위해 원래의 빔 경로로부터 일시적으로 어느 정도 편향되기 때문이다.
이 경우, 예컨대 편향 장치(300)의 제2 반사 표면(300b)에서, s- 및 p-편광된 광에 대한 상이한 반사도(즉, "s-p 분할")로 인한 원하지 않을 수 있는 편광 회전-배경이 되는 기술에서 기재함-은, 배열(100)의 편광-영향 소자(101, 102, 103)의 편광-영향 효과가 이러한 편광 회전이 고려되고 있던 초기부터 이미 대응하여 설계된다는 점 덕분에 광학 시스템에서 고려되거나 "계속 이용 가능하다". 다시 말해, 편광-영향 배열(100)은, 궁극적으로 원하는 편광 세팅이 편광-영향 광학 배열(100) 이후만큼 일찍 직접 발생하기보다는 편향 장치(300)의 앞서 기재한 편광-영향 효과와 조합하여서만 발생하도록 그 편광-영향 효과에 관해 구성된다.
도 2는, 편광-영향 광학 배열(100)이 광 전파 방향에 대해 미러 배열(200)의 하류에 배열된다는 점에서만 도 1의 실시예와 상이한 본 발명의 추가 실시예를 개략적으로만 도시한다. 미러 배열(200)에 대한 편광-영향 광학 배열(100)의 위치지정은 바람직하게는, 편광-영향 광학 배열(100)의 영역에서, 개별 미러 요소(200a, 200b, 200c, 200d,...)로 입사되거나 이로부터 출사되는 광선의 빔 경로가 여전히 서로로부터 분리되거나 아직은 서로 중첩하지 않도록 각 경우에 구현된다.
도 3에 개략적으로 예시된 추가 실시예에 따르면, 앞서 기재한 실시예에 있는 미러 배열(200) 외에, 서로 독립적으로 세팅될 수 있는 미러 요소(350a-1, 350a-2, 350a-3, 350a-4,...)를 포함하는 추가 미러 배열이 제공될 수 있으며, 이러한 미러 요소(350a-1,...,350a-4,...)는 편향 장치(350)의 제1 반사 표면(350a)을 함께 형성한다. 미러 요소(350a-1,...,350a-4,...)의 독립적인 세팅 가능성으로 인해 미러 배열(200)의 미러 요소(200a, 200b, 200c, 200d,...)는 융통성있게 어드레싱될 수 있으며, 따라서 상이한 편광 조명 세팅을 세팅할 때 전체적으로 융통성의 추가 증가가 제공된다.
본 발명은 세 개의 편광-영향 소자(101, 102 및 103)를 갖는 편광-영향 광학 배열(100)의-앞서 기재된 실시예에서 제공된-구성으로 제한되지 않는다. 오히려, 추가 실시예에서 편광-영향 배열은 더 소수(즉, 단 하나나 두 개)나 그렇지 않으면 더 많은 편광-영향 소자를 가질 수 도 있다.
더 나아가, 본 발명은 광학적으로 활성된 결정 소재로 만들어진 편광-영향 광학 배열(100)의 편광-영향 소자(101, 102 및 103)의-앞서 기재된 실시예에서 제공된-구성으로 제한되지 않는다. 오히려, 추가적인 실시예에서, 편광-영향 광학 배열의 편광-영향 소자는 또한, 광 전파 방향에 수직인 광학 결정 축의 배향을 갖는, 예컨대 불화 마그네슘(MgF2), 사파이어(Al2O3) 또는 그 밖의 결정 석영 중에서와 같이, 원하는 동작 파장에서 충분한 투과도를 갖는 선형 복굴절 소재로부터 만들어진 방식으로 구성될 수 있다. 선형 복굴절의 사용에 관한 대응하는 예시적인 실시예를 도 4 및 도 5에 도시한다.
도 4는, 편향 장치(300)가 도 1 내지 도 3을 참조하여 앞서 기재한 예시적인 실시예와 유사하게 프리즘으로서 구현되는 예시적인 실시예를 먼저 도시하며, 도 1 내지 도 3과 대조적으로, 편광-영향 광학 배열(400)의 편광-영향 소자(401, 402 및 403)는 선형 복굴절 소자로서, 정확히는 구체적인 경우에는 λ/4 플레이트로서 구성된다.
편광-영향 소자(401, 402, 403)는 도 1 내지 도 3을 참조하여 앞서 기재된 실시예와 유사하게 이러한 측면에서 각 편광-영향 소자(401, 402, 403)와 미러 배열(200) 사이의 중첩 정도가 편광-영향 소자(401, 402, 403)의 각각의 변위에 의해 가변적인 방식으로 세팅될 수 있도록 광 전파 방향에 수직으로 변위될 수 있다.
더 나아가, 도 4에 따르면, 편광-영향 소자(401, 402 및 403)는, 각각의 편광-영향 소자(401, 402 또는 403)가 광학 빔 경로에 위치할 때, 광이 미러 배열(200)에서 관련 광선의 반사 이전뿐만 아니라 이후에 각각의 소자를 통과하므로 관련 소자(401, 402 또는 403)를 두 번 통과하도록 미러 배열(200)에 바로 인근에 배열된다.
이것은-광이 정반대 방향으로 소자를 다시 한 번 통과하는 대응하는 배열이 광학 활동으로 인해 야기된 원래의 편광 회전의 삭제나 "반전(reversal)"을 초래하게 될 광학 활동을 이용한 경우에서와 달리-광이 선형 복굴절 소자를 두 번 통과하는 것은 삭제를 초래하지 않으며, 오히려 그 편광-영향 효과를 두 배가 되게 하는 상황을 고려한다. 도 4에서의 구체적인 예시적 실시예에서, 이것이 의미하는 점은, 각 경우에 λ/4 플레이트로서 설계된 편광-영향 소자(401, 402 및 403)가 광이 두 번 통과함으로써, 각 경우에 λ/2 플레이트로서 동작하여, 그 각각의 편광-영향 효과가 각각의 빠른 복굴절 축에서 편광 방향의 미러링에 대응한다는 점이다.
선형 복굴절 소재로 만들어진 편광-영향 소자(401 내지 403)의 구성과 연계하여, 그러나 지연기로서 동작하는 소자(401 내지 403)의 상호 변경 가능성의 일반적인 부족으로 인하여, λ/2 플레이트처럼 광이 두 번 통과하는 λ/4 플레이트의 앞서 기재한 효과는 단일 편광-영향 소자(401, 402 또는 403)(또는 광학 빔 경로에서 이들 소자 중 단 하나의 배열)인 경우에만 유효하며, 이는, 광학 빔 경로에서 복굴절 소자 중 둘 이상을 배열하면, 각각의 선행하는 소자(들)에서 빠른 복굴절 축의 위치를 고려해야 하기 때문이다.
추가적인 실시예에서, λ/2 플레이트로 만들어진 편광-영향 소자(401 내지 403)의 구성이 또한 구현될 수 있으며, 이 경우에 λ/2 플레이트는, 조명 광이 관련 λ/2 플레이트(들)를 한 번만 통과하도록 배열된다. 광이 각 경우에 한 번 관련 소자(들)를 통과하는 λ/2 플레이트(들)로서의 편광-영향 소자(들)의 구성인 경우에, 이전 문단에서 기재한 상황은 문제가 없으며, 이는 각각의 제1 λ/2 플레이트에 의해 세팅된 편광 상태만이 제2 λ/2 플레이트에 의한 편광 회전에 대해 고려되어야 하기 때문이다.
도 4에서 예시적인 실시예에서 가능하게 된 것처럼 미러 배열(200) 바로 인근에 편광-영향 소자(401, 402 및 403)를 앞서 기재한 바와 같이 배열하는 것은, 상세하게는 미러 배열(200)의 미러 요소(200a, 200b, 200c, 200d,...)가 더 정확히 어드레싱될 수 있으며 개별 미러 요소 사이의 빔 경로의 원하지 않을 수 있는 중첩이 우수하게 방지될 수 있는 한은 유리하다.
미러 배열(200) 바로 인근에 편광-영향 광학 배열의 편광-영향 소자를 앞서 기재한 바와 같이 위치시키는 것은, 후술될 바와 같이, 편향 장치가 내부 전반사를 사용하여 실현된다면 더 유리하다. 더 나아가, 편광-영향 광학 배열의 편광-영향 소자가 미러 배열(200) 바로 인근에 위치할 때 구조적인 공간을 또한 절약할 수 있다.
도 5는, 편향 장치(360)가 반사 표면(360a, 360b)에서 내부 전반사에 의해 두 번 원하는 광선 편향을 초래한다는 점에서 도 4의 실시예와는 상이한 예시적인 실시예를 도시한다. 이를 위해, 이 예시적인 실시예에서는 예컨대 석영 유리(SiO2)와 같은 프리즘 형태의 바디(prismatic body)로서 생성되는 편향 장치(360)가 광 전파 방향에 수직인 광 입사 표면을 가지며, 미러 배열(200)에서의 반사 이전 및 이후에, 이 광 입사 표면을 통해 편향 장치(360)의 상대적으로 "광학적으로 더 밀집한(optically denser)" 소재에 입사한 광선은, 이들 광선이 광 입사 표면에 평행한 광 출사 표면을 통해 원래의 전파 방향으로 편향 장치(360)로부터 다시 출사되기 전에 편향 표면(360a, 360b)에 의해 각각 내부 전반사된다.
도 5의 예시적인 실시예는, 도 4의 것처럼, 선형 복굴절 결정으로 만들어진 편광-영향 광학 배열(100)의 편광-영향 소자(401, 402 및 403)의 구성과 연계하여 실현되지만, 물론, 도 1 내지 도 3에서의 예시적인 실시예와 유사하게 광학 활동의 사용으로 실현될 수 있다.
도 6에 개략적으로 예시한 추가적인 예시적 실시예에서, 편향 장치(370)는 또한 빔 경로를 각각 겹치기 위해 필요한 반사 표면(370a, 370b)을 제공하는 두 개의 편향 미러(371, 372)를 가질 수 있다. 이 예시적인 실시예는 광학적으로 활성인 결정 소재로 만들어진 편광-영향 광학 배열(100)의 편광-영향 소자(101, 102 및 103)의 구성과 연계하여 다시 한 번 실현되지만, 물론, 도 4 및 도 5에서의 예시적인 실시예와 유사하게 선형 복굴절의 사용으로 실현될 수 있다.
본 발명은 특정 실시예를 기반으로 하여 기재하였을지라도, 예컨대 개별 실시예의 특성의 조합 및/또는 교환에 의해 수많은 변경 및 대안적인 실시예가 당업자에게 명백하다. 따라서 그러한 변경과 대안적인 실시예가 본 발명에 의해 부수적으로 포함되며, 본 발명의 범위가 수반하는 특허청구항 및 그 등가물의 의미 내에서만 제한된다는 점은 당업자에게 당연하다.

Claims (18)

  1. 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템으로서,
    - 미러 배열(200)에 의해 반사된 광의 각도 분포를 변경하기 위해 서로 독립적으로 조정될 수 있는 복수의 미러 요소(200a, 200b, 200c,...)를 갖는 미러 배열(200);
    - 적어도 하나의 편광-영향(polarization-influencing) 소자(101, 102, 103, 401, 402, 403)를 갖는 편광-영향 광학 배열(100, 400) - 상기 편광-영향 소자를 변위시킴으로써, 상기 편광-영향 소자(101, 102, 103, 401, 402, 403)와 상기 미러 배열(200) 사이의 중첩 정도가 가변적으로 세팅될 수 있음 - ; 및
    - 광 전파 방향에 대해 상기 미러 배열(200)의 상류 및 하류에 각각의 반사 표면(300a, 300b, 350a, 350b, 360a, 360b, 370a, 370b)을 갖는 편향 장치(300, 360, 370)를 포함하는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 광학 시스템에서의 원하는 편광 분포를 생성하기 위해 필요한 편광 회전(R)이 다음의 식,
    R=Rpol+Rsp
    에 의해 얻어지는 한, 상기 편향 장치(300, 360, 370)가, s- 및 p-편광 광에 대한 상이한 반사도로 인해, 입사 광에 대해, 상기 편광-영향 광학 배열(100, 400)의 설계에서 고려되거나 이용될 수 있는 유효 편광 회전(Rsp)을 야기하며,
    여기서 Rpol은 상기 편광-영향 광학 배열(100, 400)에 의해 생성된 편광 회전을 나타내는 것을 특징으로 하는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 편광-영향 광학 배열(100, 400)이 적어도 두 개의 편광-영향 소자(101, 102, 103, 401, 402, 403)를 갖는 것을 특징으로 하는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 편광-영향 소자(101, 102, 103) 중 적어도 두 개가 상이한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 적어도 하나의 편광-영향 소자(101, 102, 103)가 상기 광 전파 방향에 평행한 결정 축을 갖는 광학적으로 활성인 결정 소재로부터 생성되는 것을 특징으로 하는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 적어도 하나의 편광-영향 소자(401, 402, 403)가 상기 광 전파 방향에 수직인 결정 축을 갖는 선형 복굴절 결정 소재에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 적어도 하나의 편광-영향 소자(401, 402, 403)가 λ/4 플레이트인 것을 특징으로 하는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 적어도 하나의 편광-영향 소자(401, 402, 403)가 광학 빔 경로 내부의 위치와 상기 광학 빔 경로 외부의 위치 사이에서 변위될 수 있으며, 입사 광이, 상기 광학 시스템의 동작 동안 상기 광학 빔 경로 내부의 그 위치에서 상기 편광-영향 소자(401, 402, 403)를 두 번 통과하는 것을 특징으로 하는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템.
  9. 청구항 6에 있어서, 상기 적어도 하나의 편광-영향 소자(401, 402, 403)가 λ/2 플레이트인 것을 특징으로 하는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 적어도 하나의 편광-영향 소자(401, 402, 403)가 상기 광학 빔 경로 내부의 위치와 상기 광학 빔 경로 외부의 위치 사이에서 변위될 수 있으며, 입사 광이, 상기 광학 시스템의 동작 동안 상기 광학 빔 경로 내부의 그 위치에서 상기 편광-영향 소자(401, 402, 403)를 한 번 통과하는 것을 특징으로 하는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템.
  11. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 편향 장치(300)가 프리즘으로서 구현되고, 상기 반사 표면(300a, 300b)이 상기 프리즘의 경계면들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템.
  12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 편향 장치(360)가, 상기 반사 표면(360a, 360b) 중 적어도 하나가 상기 광학 시스템의 동작 동안 입사 광을 내부 전반사로 반사하도록 구현되는 것을 특징으로 하는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템.
  13. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 편향 장치(370)가 두 개의 편향 미러(371, 372)를 갖는 것을 특징으로 하는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템.
  14. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 광학 시스템이, 상기 광 전파 방향에서 상기 편광-영향 광학 배열(100) 상류에, 상기 미러 배열에 의해 반사된 광의 각도 분포를 변경하기 위해 서로 독립적으로 조정할 수 있는 복수의 미러 요소(350a-1, 350a-2, 350a-3,...)를 갖는 추가 미러 배열을 갖는 것을 특징으로 하는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 추가 미러 배열의 미러 요소(350a-1, 350a-2, 350a-3,...)가 함께 제1 반사 표면(350a)을 형성하는 것을 특징으로 하는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템.
  16. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 광학 시스템이 250nm 미만의 동작 파장을 위해 설계되는 것을 특징으로 하는, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템.
  17. 조명 장치(10)와 투영 렌즈(20)를 포함하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치로서,
    상기 조명 장치(10)가 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 광학 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치.
  18. - 감광 소재로 구성된 층이 적어도 부분적으로 도포된 기판(40)을 제공하는 단계;
    - 이미징될 구조를 갖는 마스크(30)를 제공하는 단계; 및
    - 청구항 17에 기재된 마이크로리소그래피 투영 노광 장치를 사용하여 상기 마스크(30)의 적어도 한 부분을 상기 층의 영역에 투영하는 단계를 포함하는, 미세구조 소자를 마이크로리소그래피 방식으로 생성하는 방법.
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