KR101508821B1 - 광학 시스템의 편광 특성을 특징화하는 장치 및 방법 - Google Patents

광학 시스템의 편광 특성을 특징화하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학 시스템, 특히, 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 광학 시스템의 편광 특성들을 특징화하는 장치 및 방법에 관한 것이며, 광학 시스템에 입사하는 방사선의 정의된 편광 상태를 정하는 적어도 하나의 편광 상태 생성기(130, 230, 330) 및 상기 광학 시스템에서 나오는 방사선의 출사 편광 상태를 특정하기 위해 적응된 편광 상태 감지기(140, 240, 340)를 포함하고, 여기서 상기 광학 시스템은 15nm보다 낮은 동작 파장용으로 설계되었으며, 여기서, 상기 편광 상태 생성기 및 상기 편광 상태 감지기는 입사 광 빔에 대한 그들의 편광 광학 동작이 적어도 10°의 상기 광 빔의 각도 스펙트럼에 대해 실질적으로 일정하도록 설계된다.

Description

광학 시스템의 편광 특성을 특징화하는 장치 및 방법{ARRANGEMENT FOR AND METHOD OF CHARACTERISING THE POLARISATION PROPERTIES OF AN OPTICAL SYSTEM}
{발명에 관한 교차 참조}
본 출원은 2010년 1월 28일에 출원된 독일 특허 출원 10 2010 001 336.6의 우선권을 주장한다. 이 출원의 내용은 여기서 참조에 의해 통합된다.
본 발명은 광학 시스템의 편광 특성을 특징화하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
마이크로리소그래피(microlithography)는 예컨대 집적 회로 또는 LCD와 같은 마이크로구조의 부품(microstructured components)의 제조에 이용된다. 마이크로리소그래피 프로세스는 조명 시스템(illumination system) 및 투영 대물 렌즈(projection objective)를 갖는 이른바 투영 노광장치에서 수행된다. 이러한 경우, 조명 시스템에 의해 조명된 마스크(=레티클(reticle))의 이미지는, 투명 대물 렌즈에 의해 감광층(포토레지스트)으로 코팅되고 투영 대물 렌즈의 이미지 평면에 배치된 기판(예컨대 실리콘 웨이퍼)상에 투영되어, 마스크 구조를 기판의 감광성 코팅으로 전사한다.
예컨대, 상기 기재된 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치와 같이, 특히 고 개구수(high numerical apertures)를 갖는 고해상도 이미징 시스템에서, 작동중에 상기 이미징 시스템을 통과하는 방사선의 편광 상태에 대한 상기 이미징 시스템의 영향을 더 이상 무시할 수 없다는 점은 알려져 있다. 이는 편광 영향 효과로 인한 이미지 콘트래스트의 변화 때문일 것이다(예컨대, 렌즈나 미러, 유전층의 편광 영향 효과 등과 같이 광학 부품의 물질에서의 홀더 부품(holder components)에 의해 유도된 응력 복굴절(stress birefringence)).
그러므로, 가능한 확실히, 특히 그러한 고개구의 이미징 시스템의 편광 특성을 결정하여 한편으로 편광의존적 이미징 품질(polarisation-dependent imaging quality)과 관련된 적절한 결론을 끌어내고 다른 한편으로는 편광 특성의 조작을 위해 가능한 적절한 조치를 취하는 것을 가능케 하는 것이 바람직하다.
US 7 286 245 B2는, 특히, 광학 이미징 시스템으로 광학 방사선의 편광 상태의 영향을 결정하는 방법 및 장치를 개시하며, 여기서 정의된 입사 편광 상태(entrance polarisation state)가 이미징 시스템의 오브젝트 평면(object plane)에서 제공되며, 이미징 시스템으로부터 나오는 방사선의 출사 편광 상태(exit polarisation state)는 이미지 시스템의 미리 정해질 수 있는 퓨플 영역(pupil region) 이내의 퓨플 리졸브된 관계(pupil resolved relationship)에서 측정된다. 이미징 시스템은, 예컨대, 약 248nm 또는 193nm 근처 파장 범위를 위해 설계된 투영 노광장치의 투영 대물렌즈가 될 수 있다.
미러는 적절한 반투과성 굴절 물질의 이용가능성의 부족으로 인하여, EUV 범위, 즉, 예컨대, 약 13nm 또는 약 7nm의 파장에서의 범위를 위해 설계된 투영 대물렌즈의 이미징 프로세스를 위한 광학 부품으로 사용된다. 이런 경우에, 편광 특성의 상기 언급된 특징화와 관련하여 일어나는 문제는, 실현가능성(viability)의 부족이 지속 되는 한, 반사성 광학 부품을 사용하는 상기 기재된 측정 구조와 같은 것의 구현이 필요한 구조적 공간(required structural space)과 관련한 상당한 문제를 야기할 수 있다는 점이다.
선행하는 배경기술을 고려하여, 본 발명의 목적은 광학 시스템의 편광 특성을 특징화하는 장치 및 방법을 제공하는 것이며, 이것은, 동시에 컴팩트한 구조로, EUV 내 동작 파장에서조차 편광 특성의 확실한 특징화를 허용한다.
이 목적은 독립항인 청구항 1의 특징에 따른 장치 및 청구항 21의 특징에 따른 방법에 의해 달성된다.
광학 시스템, 특히 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치의 광학 시스템의 편광 특성을 특징화하는 장치는,
상기 광학 시스템에 입사되는 방사선의 정의된 편광 상태를 설정하는 적어도 하나의 편광 상태 생성기; 및
상기 광학 시스템으로부터 나오는 방사선의 출사 편광 상태를 측정하는데 적응되는 편광 상태 감지기를 포함하며;
여기서, 상기 광학 시스템은 15nm보다 낮은 동작 파장을 위해 설계되고;
여기서, 상기 편광 상태 생성기 및/또는 상기 편광 상태 감지기는 입사광 빔에 대한 이들의 편광광학 동작이 적어도 10°의 상기 광 빔의 각도 스펙트럼에 대해 실질적으로 일정하도록 설계되었다.
입사광 빔에 대한 상기 편광 상태 생성기 및/또는 상기 편광 상태 감지기의 '상기 편광-광학 동작'이 일정하다는 기준은 상기 편광 상태 생성기 또는 편광 상태 감지기가 상기 각도 스펙트럼에 대해 동일한 편광 상태를 생성한다는 것을 뜻하며, 이 기준은, 결국, 상기 편광 상태 생성기 및/또는 편광 상태 감지기로부터 나오는 광에 대하여, 소위 IPS(intensity in preferred state) 값이 상기 편광 상태 생성기 또는 상기 편광 상태 감지기에서 입사된 광에 대해 일정할 경우 상기 IPS값은 상기 각도 스펙트럼에 대해 일정하다는 것으로 정의될 수 있다. 이러한 관점에서, '실질적으로 일정'하다는 표현은, 또한, 10%, 특히 5%까지의 IPS 값 변동을 포괄하도록 의도된 것이다. 게다가, 상기 희망 편광 상태는 필수적으로 선형 편광이 아니라, 예컨대, 타원 또는 원형 편광인, 다른 편광 상태일 수 있다.
본 발명에 따른 장치로, 본 발명은 EUV 범위 내 동작 파장에서의 투과 모드의 각 작동 동안, 상기 편광 상태를 특징화하기 위해 사용되는 부품들, 즉, 상기 편광 상태 생성기 및 편광 상태 감지기를 설계하는 개념을 특히 추구한다. 또 다른 접근에 따라, 상기 편광 상태 생성기 및/또는 상기 편광 상태 감지기는 투과 모드에서 작동하는 적어도 하나의 광학 요소를 갖는다. 이러한 방식으로, 특히 약 13.5nm의 동작 파장을 갖는 광학 시스템에서, 한번 더, 비교적 복잡한 빔 경로 및 복잡하고 비용이 많이 드는 액추에이터로 편광 광학 부품을 반사하는 것이 회피되기 때문에 두드러지게 더욱 컴팩트한 구조가 달성된다.
그 점에 있어서, (즉, 각 부품을 통과하는 빔의 상호 평행한 부분을 갖는)평행 빔 형상(parallel beam geometry)의 편광 광학 부품을 작동하는 것이 가능하고 DUV 파장 범위, 즉, 예컨대, 약 248nm 또는 약 193nm의 파장에서 존재하는 옵션은, 렌즈 시스템의 형태로, DUV 범위에서 사용되는 적절한 광학 부품들 중 어느 것도 발산하거나 수렴하는 빔 경로(divergent or convergent beam path)를 평행 빔 경로로 변형하기 위해 이용가능하지 않기 때문에, 본 발명에 따라 포함되는 EUV 범위 내에서 더는 적절치 않음에 유의해야 한다.
본 발명에 따른 구성의 추가적인 장점은, 투과 모드에서 작동하는 부품들은 빔 경로 내 상당한 변화가 그 목적을 위해 요구되지 않고 빔 경로에서 각기 적절한 포지션에서 비교적 쉽게 통합될 수 있다는 것이다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 상기 언급된, 발산하거나 수렴하는 빔 경로에도 불구하고, 상기 광학 시스템으로부터 나오는 방사선의 출사 편광 상태의 동시 또는 평행한 측정을 구현하는 것이 가능하다. 이것은 상기 시스템의 출구 퓨플이 '모두 한번에' 측정되며, 즉, 빔들이 개별 편광 광학 부품을 통해 더 큰 개구 각도로 동시에 지나가거나 예컨대 CCD 카메라와 같은 장치의 단부의 감지기 요소에 의해 감지된다는 것을 의미한다. EUV의 편광 특성을 위한 종래의 측정 작동에서 일반적이며 비교적 좁은 평행 빔이 전체 각도 범위에 대해 연속적으로 '변위'되어야 하는, 상기 출사 퓨플의 스캐닝이 불필요할 경우 이것은 유리하다. 그러한 동시 측정으로 인한 시간 장점은 포지셔닝 문제와 드리프트 에러 문제면에서 추가 장점을 제공한다.
비록 본 발명의 유리한 용도는 투영 대물렌즈의 편광 특성의 측정이지만, 본 발명은 거기에 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명에 따라 특징화되는 편광 특성을 갖는 '광학 시스템'이라는 용어는, 또한, 다른 광학 시스템, 특히 또한 미러와 같은 개별 광학 요소 또한 포괄한다.
한 실시예에서, 상기 편광 상태 생성기 및/또는 상기 편광 상태 감지기는, 입사 광 빔에 대한 이들의 편광-광학 동작이 적어도 15°, 특히 적어도 20°인 그러한 광 빔의 각도 스펙트럼 및 더욱 특히 상기 광 빔의 전체 각도 스펙트럼에 대해 실질적으로 일정하도록 설계된다.
한 실시예에서, 상기 편광 상태 생성기는 상기 출사 편광 상태의 퓨플 리졸브된 측정에 적응된다. 이러한 관점에서, 퓨플 해상도에 대해 구현되는 값은 예컨대 상기 퓨플 반경에 대해 적어도 30픽셀, 특히 적어도 40픽셀, 더욱 특히 적어도 50픽셀이 될 수 있다.
한 실시예에서, 상기 편광 상태 생성기 및/또는 상기 편광 상태 감지기는 회전가능한 편광기(polariser)를 갖는다. 게다가, 상기 편광 상태 생성기 및/또는 상기 편광 상태 감지기는 회전가능한 리타더(retarder)를 갖는다.
한 실시예에서, 상기 편광기 및/또는 상기 리타더는 복수의 개별 층들을 갖는 적어도 하나의 다층 시스템을 갖는다. 이러한 관점에서, 바람직하게는, 상기 다층 시스템은 적어도 영역별로 만곡된(region-wise curved) 광 입사 표면을 갖는다. 본 발명에 따르면, 이것은 특히, 가변적인 두께가 되는 상기 다층 시스템에 의해 특히 구현될 수 있다. 추가 실시예에 있어서, 상기 복수의 개별 층들은 적어도 영역별 만곡된 기판상에 또한 배치될 수 있다.
한 실시예에서, 복수의 개별 층들은 자립(free-standing) 또는 무기판(substrate-less) 관계로 배치되거나 또는 최대 400nm, 바람직하게는 최대 100nm, 및 더 바람직하게 최대 50nm 두께의 기판상에 배치되어서 투과광(transmitted light)의 상당히 큰 부분을 달성한다. 고려해야 할 적합한 기판 재료는, 특히 비교적 낮은 투과도의 재료들, 예컨대, 실리콘(Si), 석영 유리(=용융 실리카, SiO2), 질화 규소(Si3N4), 탄화 규소(SiC), 폴리머, 석영(SiO2), 지르코늄(Zr), 다이아몬드, 니오븀(Nb) 및 몰리브덴(Mo)이다.
한 실시예에서, 상기 편광기 및/또는 상기 리타더는 다층 시스템을 각기 구비한 복수의 기판들 또한 가질 수 있다. 이러한 관점에서, 이 기판들 중 적어도 두 개(또한, 특히 이 기판들 모두)는 서로에 대하여 경사지게 배치될 수 있어서, 각도 스펙트럼의 편광 영향 동작의 희망 균일성(the desired homogeneity)을 가지는 다층 시스템을 각기 구비한 기판들로 구성된 장치를 제공한다.
한 실시예에서, 각 편광기는 적어도 95%, 특히 적어도 97%, 더욱 특히 적어도 99%의 편광기로부터 나오는 방사선의 선형 출사 편광도(linear exit polarisation degree)를 만든다. 이러한 관점에서, "선형 출사 편광도"라는 표현은, 광의 총 강도에 대해 선형으로 편광된 광 성분의 강도의 비율을 나타내기 위해 사용되며, 이 비율은 각 편광기로부터 나오는 광에 적용된다.
한 실시예에서, 상기 장치는, 상기 (측정)장치의 광원의 파장 스펙트럼 밖의 미리 정해진 파장 대역을 필터링하도록 다시 바람직하게 적응된 파장 필터를 갖는다. 이것은, EUV를 위해 설계된 투영 노광 장치에 있어서, 투영 대물 렌즈의 투과 대역폭이 약 13.5±0.3nm로 비교적 양호하며, 또한, 조명 시스템을 위한 광원으로서 사용되는 플라즈마 광원의 대역에 의해 또한 초과 된다는 점에서 바람직하다.
측정 작업에 사용되는 플라즈마 광원 및 실제 리소그래피 절차에서 사용되는 플라즈마 광원의 스펙트럼이 동일하지 않을 경우, 비교적 광대역 파장 범위에 걸친 인터그레이션(intergration)을 포함하는 측정은 투영 대물렌즈의 실질적인 작동 특징에 즉각적으로 전달될 수 없다. 반대로, 파장 필터(예컨대, 투영 대물렌즈의 투과 대역폭의 최대 1/20의 대역폭을 포함할만큼 실질적으로 협대역인 파장 필터)를 사용함으로써, 파장 리졸브된 측정을 제공하여 개별 입사 스펙트럼에 대한 투영 대물렌즈의 편광 특성의 예측이 가능하다.
한 실시예에서, 광학 시스템은 적어도 0.3, 특히 적어도 0.5, 더욱 특히 적어도 0.7의 개구수를 위해 설계되었다. 증가하는 개구로, 출사 퓨플에서 일어나는 더 큰 개구 각도가 포함된 문제를 극복하는 것이 특히 유용하기 때문에 본 발명은 특히 유리하다.
추가로, 본 발명은, EUV에서의 작동을 위해 설계된 투영 대물렌즈 및 상기 투영 대물렌즈의 편광 특성을 특징화하는 장치를 포함하는, EUV 리소그래피(lithography)를 위한 장치에 관한 것이며, 여기서 이 장치는 광학 시스템의 편광 특성을 특징화하는 상기 기재된 장치와 같이 설계된다.
더욱이, 본 발명은 광학 시스템, 특히 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치의 광학 시스템의 편광 특성을 특징화하는 방법에 관한 것이며, 여기서 상기 방법은 이하의 단계를 포함한다:
- 광학 시스템에 입사하는 방사선의 한정된 편광 상태를 편광 상태 생성기로 설정하는 단계; 및
- 광학 시스템에서 나오는 방사선의 출사 편광 상태를 편광 상태 감지기로 측정하는 단계를 포함하며
- 여기서 광학 시스템은 15nm 미만의 동작 파장용으로 설계되고;
- 편광 상태 생성기 및/또는 편광 상태 감지기는 투과 모드에서 작동되는 적어도 하나의 광학 요소를 갖는다.
본 발명의 추가 구성은 상세한 설명과 부가 청구항에서 볼 수 있을 것이다. 본 발명은 동반하는 도면에 대한 예시의 형태로 선호 실시예에 의해 여기서 더욱 구체적으로 기재될 것이다.
도면에서:
도 1은 제 1 실시예에서 편광 특성을 특징화하기 위한 본 발명에 따른 장치의 구조를 도시하기 위한 도식도이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 비해 단순화된 본 발명의 추가 실시예를 도시한 도식도를 도시한다.
도 4a 내지 c는 도 1 내지 3에 도시된 장치에서 사용된 다층 시스템의 예시로 실시예를 도시하기 위한 도식도를 도시한다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 다층 시스템의 추가 실시예를 도시하기 위한 도식도를 도시한다.
도 7 내지 도 11은 본 발명에 따라 사용된 다층 시스템의 다양한 실시예를 특징화하는 다이어그램을 도시한다.
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 장치를 사용하는 가능한 측정 구조의 도식도를 도시한다. 상기 장치는 EUV 범위에서의 작동을 위해 설계되고 EUV를 위해 역시 설계된 조명 시스템(110)으로 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치를 형성하는 투영 대물 렌즈(120)의 편광 특성을 특징화하는 역할을 한다.
도 1에 도시된 측정 구조를 사용하여 구현되는 방법은 DUV 범위의 파장(예컨대, 약 193nm 또는 약 248nm)에 관하여 US 7 286 245 B2에서 알려져 있다. 그러나, 본 발명의 대상은 EUV 범위 내, 즉 15nm미만의 파장에서의 이러한 방법의 용도이며, 여기서, 편광 광학 부품의 적절한 설계 구조에 의해 여기서 설명되는 바 처럼 이러한 용도에서 일어나는 문제들을 고려해야 한다. 더욱 정확하게, 본 발명에 따른 방법은 파장 스펙트럼 및 또한 각도 스펙트럼 양방에 관한 광대역 편광 광학 부품의 사용에 의해 구별되어야 한다.
이러한 관점에서, 본 발명은, EUV 범위에서의 용도에도 불구하고 투과 모드에서 편광 광학 부품을 사용하는 개념 및 그렇게 하여 비교적 복잡한 빔 경로 및 또한 더욱 복잡하고 비용이 많이 드는 액추에이터를 가지는 반사성 편광 광학 부품을 회피하는 개념을 특히 추구한다.
도 1에서 도시된 대로, 본 발명에 따른 상기 장치는 광 전파 방향에서, 상기 조명 시스템(110)의 다운스트림에서, 광 전파 방향으로 잇달아 회전가능한 편광기(131) 및 회전가능한 리타더(132)를 갖는 편광 상태 생성기(130)를 포함한다. 상기 편광기(131) 및 상기 리타더(132)의 구성은 도 4 내지 도 6을 참고로 하여 이하에서 더욱 상세하게 기재될 것이다.
상기 편광기(131)는, 바람직하게, 선형인 편광 상태를 적어도 양호한 수준의 근사치로 생성하도록 설계되며, 선호되는 편광 방향은 상기 편광기(131)의 회전에 의해 변화가능하다. 상기 편광기(131)에 의해 가능한 완전히 선형으로 편광되는 광의 생성은, 또한, 편광 상태를 결정하는 동작에 대한 광 기여를 최대화하는 것을 제공하며, 이러한 결정하는 동작은 상기 편광 상태 감지기(140)의 추가 절차에서 일어난다(반면, 상기 편광기(131)에서 나오는 것에 남아있는 비 편광 광 성분은 본 발명에 따른 측정 절차에 기여하지 않을 것이다).
바람직하게, 상기 리타더(132)는 상기 시스템의 동작 파장λ의 4분의 1의 유효 리타데이션(retardation)을 가지며(즉, 예컨대, (13.5/4)nm), 더욱 바람직하게는 λ/4 ± 40%의 리타더를 통과하는 방사선에 대한 리타데이션을 생성하며, 이러한 경우, 상기 편광 상태 생성기(130)는 임의의(원형 포함) 편광 상태를 설정하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 상기 편광 상태 생성기(130)는 상기 투영 대물렌즈(120)의 입사 퓨플에서의 상이한 타원형 편광 상태를 설정하는 것을 가능하게 한다.
광 전파 방향에서 상기 편광 상태 생성기(130)의 다운스트림에 배치되는 것은 상기 투영 대물렌즈(120)의 (입사)필드 평면에서 대략적으로 점광원을 형성하는 개구를 갖는 마스크(=핀 홀; 150)이다.
상기 핀 홀(150)로부터 나온 광이 상기 투영 대물렌즈(120)를 통과하며, 상기 핀홀(150)에 의해 형성된 상기 점광원으로부터 나온 상기 빔 부분의 각도는 상기 투영 대물렌즈(120)의 퓨플 평면(도시되지 않음)에서의 위치적 좌표에 해당하며, 결국, 이것은 투영 대물렌즈(120)의 출사 퓨플에서 각도에서 이미징된다. 이러한 출사 퓨플에 대한 편광 분포, 즉, 상기 투영 대물렌즈(120)로부터 나오는 광의 출사 편광 상태는 편광 상태 감지기(140)와의 퓨플 리졸브된 관계에서 확인된다. 출사 편광 상태를 결정하는 이러한 작동은 기본적으로 이미 알려진 방식으로 상기 출사 퓨플에 대해 동시에 실행되며, 즉, 빔들이 개별 편광 광학 부품을 통해 비교적 큰 개구 각도에서 또한 동시에 지나가거나, 예컨대 CCD 카메라와 같은 장치의 단부에서 검출 요소에 의해 검출되는 한, 상기 시스템의 상기 출사 퓨플은 '모두 한번에' 측정된다. 편광 상태 감지기는 각도 스펙트럼의 적어도 50%에 대해 광학 시스템으로부터 나오는 방사선의 출사 편광 상태의 동시 측정에 적응된다.
이러한 목적으로, 상기 편광 상태 검출기(140)는 회전가능한 리타더(141)를 가지며, 광 전파 방향으로 그것의 다운스트림에, 역시 회전가능한 편광기(142) 뿐만 아니라, 예컨대, CCD 카메라 형태의 검출 요소(143)를 갖는다. 따라서, 상기 CCD 카메라는 상기 투영 대물렌즈(120)의 출사 퓨플의 왜곡된 투영 이미지를 측정한다.
바람직하게, 상기 리타더(141)는, 또한, 상기 동작 파장의 4분의 1(=λ/4)에 해당하는 리타데이션을 갖는다. 이것은 측정 작동에서의 최적 신호대잡음비를 제공하는데, 이는 측정 작동 동안 상기 검출 요소(143) 또는 CCD 카메라에 일어나는 강도의 변화가 상기 리타더(141)의 회전 위치 및 상기 투영 대물렌즈(120)의 편광 특성에 따라 최대가 되기 때문이다.
이제, 도시된 장치의 필수적인 특성은, 광이 상이한 입사각에서 상기 편광 상태 감지기(140) 및 또한 상기 편광 상태 생성기(130)의 상기 편광 광학 부품에 입사되는 것인데, 이것은 본 명세서의 서두에서 이미 기재된 바와 같이, DUV 범위에서 일반적인 상기 렌즈 시스템은 발산하는 빔 경로를 평행하는 빔 경로로 전환하는 것에 이용가능하지 않기 때문이다. 본 발명에 따라, 도 4 내지 6과 관련하여 이하에서 더욱 상세하게 기재되는 바와 같이, 상기 편광 상태 생성기(130) 및 또한 상기 편광 상태 감지기(140)의 양쪽 부분상 광의 경사진 통과로부터 일어나는 문제들은 상기 편광 광학 부품에 대한 적절한 설계에 의해 해소된다.
도 1과 관련하여 상기 기재된 상기 측정 구조는 임의의 광학 시스템의 편광 특성들을 결정하는 것을 가능하게 한다. 더 구체적인 편광 특성들을 가진 광학 시스템들을 특징화 하기 위해 간소화된 측정 구조는 도2 및 도 3을 참고하여 이하에 기재된다.
도 2는 도 1의 상기 측정 구조의 대안인 실시예를 도시하며, 여기서 서로 일치하는 부품들 또는 대체로 같은 기능의 부품들은 '100'씩 증가되는 참조부호에 의해 표시된다.
상기 편광 상태 생성기(230) 및 상기 편광 상태 감지기(240)는 오로지 회전가능한 편광기(231 및 241)를 각자 갖지만 리타더는 갖지 않는다는 점에서, 도 2의 상기 측정 구조는 도 1의 그것과 상이하다. 도 1에 비해 간소화된 이러한 구조는 투영 대물렌즈(230)의 편광 특성들을 결정하는데 적합하며, 여기서 양호한 근사치에서의 이러한 대물렌즈의 퓨플 존스 행렬(pupil Jones matrices)이 선형으로만 편광된 고유 편광(exclusively linearly polarised eigen polarisations)을 갖는다.
상기 편광기(231 및 241)는 상호 교차된 관계 (다크 필드 편광계를 생성하기 위해) 또는 상호 평행한 관계에서 (라이트 필드 편광계를 생성하기 위해) 모두에서 배향될 수 있으며 상기 투영 대물렌즈(230)의 광학 축에 대해 서로 동시에 회전할 수 있다. 이러한 회전 동안, 상기 검출 요소(143) 또는 상기 CCD 카메라의 강도 변화에 의해 측정이 이뤄지며, 결국 이것으로부터, 편광 특성, 즉, 상기 투영 대물렌즈의 리타데이션(즉, 두 직교 편광 상태 간의 위상차) 및 디어티뉴에이션(즉, 두 직교 편광 상태 사이의 진폭의 비율)이 계산된다.
도 3은 더 간소화된 측정 구조를 도시하며, 여기서, 도 2와 비슷하거나 필수적으로 동일한 기능을 포함하는 부품들은, 다시 한번 '100'씩 증가되는 참조부호에 의해 확인된다.
회전가능한 편광기(331)는 편광 상태 생성기(330) 이내에서만 제공되며, 그러므로, 상기 편광 상태 생성기(330) 내의 상기 편광기(331)는 도 3의 측정 구조의 단일 편광 광학 요소에 해당한다는 점에서, 도 3의 측정 구조는 도 2의 그것과 상이하다. 반대로, 상기 편광 상태 검출기(340)는 CCD 카메라를 가지는 측정 헤드만을 포함하며, 이는 상기 출사 퓨플의 강도 분포 및 출사 파면(exit wave front)의 측정을 기록하는 것을 가능하게 한다(예컨대, 간섭측정수단에 의해).
도 3에 도시된 장치의 작동에 있어서, 상기 편광기(331)는 상기 투영 대물렌즈(320)의 광학축 또는 광 전파 방향에 대해 회전된다. 이러한 경우, 상기 편광기(331)의 회전 위치에 따라(즉, 선형 입사 편광의 방향에 따라), 상기 출사 퓨플 및 상기 파면에 생성된 강도의 변화가 확인된다. 상기 리타데이션 및 또한 디어티뉴에이션(크기 및 또한 축 방향에 양방에 대한 각각의 경우)은 그 자체로 잘 알려진 방식으로 이러한 강도 변화가 진폭 및 위상에서 확인될 수 있다.
도 1 내지 3에서 사용된 편광 광학 부품을 구현하기 위해 거기에서 도시된 장치에서 사용되는 다층 시스템의 예에 의해 실시예를 기재하기 위해, 도 4a 및 4b에 대한 참조부호가 만들어 질 것이다.
이러한 실시예에서, 본 발명에 따라 사용되는 편광 광학 요소들(편광기 및/또는 리타더)에 사용되는 다층 시스템은, DUV 범위(예컨대, 약 193nm 또는 약 248nm) 내 파장에서 작동된 투영 노광 장치와 달리, 이번 경우, 즉 EUV 범위에서는, 여전히 허용가능한 구조적 공간을 제공하기에 적절한 굴절 광학 요소 어떤 것도 광학 축에 대해 평행인 빔 경로를 생성하는 데 이용할 수 없다는 점이 고려되도록 각기 설계된다.
본 발명에 따라, 입사 측면 및 또한 출사 측면 양쪽에서, 투영 대물렌즈(320)에 관하여, 이러한 문제는, 도 4a-b의 각각에 도시된 발산하는 빔 경로에도 불구하고, 다층 시스템에 의해 생성된 편광 광학 효과의 균일성이 입사 퓨플 및 또한 출사 퓨플 양쪽의 각도 스펙트럼에서 성취된다는 점에서 해소된다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 실시예에 대해 공통적인 것은, 각각의 경우, 다층 시스템(460 및 470)이 적어도 영역별 만곡되는 광 입사 표면을 각자 가지도록 설계되었다는 것이다.
도 4a에 도시된 대로, 이러한 만곡된 광 입사 표면은, 참조 부호(462)에 의해 확인되는, 복수의 개별층들의 만곡된 기판(461)에 대한 적용이 각각의 빔 부분(beam portions; S1, S2 및 S3)이 상기 시스템의 개구를 고려하여 거의 동일 입사각 g에서 다층 시스템(460)에 입사되는 방법으로 실행된다는 점에서 구현된다.
입사 방사선의 다중 반사가 다층 시스템에서 일어나고, 여기서 궁극적으로 상기 다층 시스템을 통해 투과되며, 따라서 가능한 크게 형성되는 부분이 고려된다. 이러한 목적으로, 상기 기판(461)은, 바람직하게, 예컨대, 400nm 이하의 비교적 얇은 두께가 된다.
적절한 기판 재료는, 예컨대, 실리콘(S), 질화 규소(Si3N4) 또는 탄화 규소(SiC)이다. 다층 시스템(460 및 470)은 각각 비교적 고굴절 및 저굴절층들(예컨대, 일련의 몰리브덴(Mo) 및 실리콘(Si))을 포함한다.
도 4b는 다층 시스템(470)의 대안적인 배열을 도시하며, 이러한 경우, 참조 부호 472에 의해 확인되는, 복수의 개별 층들은 다층 시스템(470)을 제조하기 위해 가변적인 층 두께를 갖는 평면 기판(471)상에 제공된다(도 4b에서 확대된 비율로 도시됨). 다층 시스템(470)은 광학 이방성 층 재료(optically anisotropic layer materials)들로 구성되며, 이러한 관점에서, 이방성 및 가변층 두께의 결과로, 다시 한번 모든 빔 부분 S1, S2 및 S3가 시스템의 개구에 관한 동일 편광 동작 또는 동일 리타데이션을 경험한다는 장점을 갖는다.
도 4c는, 가변적인 두께 프로파일을 가지는 도 4b의 실시예와 유사하고, 평면 기판(481)상 시스템의 빔 축 또는 광학 축과 경사진 관계에 배치되고 참조 부호(482)로 확인되는 복수의 개별 층들을 가져, 시스템의 개구와 관련하여, 각도 스펙트럼의 편광 영향 동작의 원하는 희망 균일성을 성취하는 다층 시스템(480)을 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 상기 기재된 편광 광학 요소를 구현하는 추가 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에 있어서, 각 희망 편광 광학 동작은 도 4a-c에 도시된 구조에 따라, 심지어 만곡된 광 입사 표면으로도, 입사각의 실질적으로 큰 범위에 대해 달성할 수 없다고 가정한다.
이러한 경우에, 도 5a에 도시된 대로, 예시에서 평행 평면판의 형태이며, 도 5a의 예시로 도시된 오로지 5 개의 기판(561-565)이 그 일부인 복수의 기판에 개별 다층 시스템을 제공하고, 이것을 빔 경로의 상이한 위치에서의 적절하게 기울어진 관계에서 배치하는 것이 유리하다. 또한, 바람직하게, 상기 기판(561-565)들은, 예컨대, 최대 400nm, 바람직하게는 최대 100nm, 그리고 더욱 바람직하게 최대 50nm의 비교적 얇은 두께를 포함한다.
평행 빔 형상에서의 용도를 위한 복수의 기판(561-565)를 포함하는, 도 5a에 도시된 장치(560)가, 광 전파 방향에 대한 개별 기판(561-565)에 대해 동일한 개별 각도를 가지는 반면, 도 5b에 도시된 비평형 빔 형상에 따르면, 장치(570)의 개별 기판들(571-575)은 광학 축에 대해 상이한 각도로 경사진다. 따라서, 도 5a 및 5b의 양 실시예에서, 시스템의 개구에 있어서, 각도 스펙트럼에서의 편광 영향 동작의 희망하는 균일성은, 다시 성취된다.
도 6에서 도식적으로 도시되는 추가 실시예에서, 파장 필터를 구현하기 위해, 그것과 상이한 굴절률을 갖는 물질(예컨대, 몰리브덴(Mo) 또는 루테늄(Ru))을 갖는 웨지 형상(wedge-shaped) 코팅(682)이, 예컨대, 변위가능한 오리피스 판 부재를 사용하여 기판(681)에 또한 적용되어서, 궁극적으로 달성된 효과는 복수의 개별 프리즘의 그것에 상응하고 경사에 의해 '조정 가능'하다. 이러한 경우, 굴절율의 분산에 의한 프리즘에서의 편향각의 파장 의존성이 이용된다.
본 발명에 따라 사용된 편광 광학 부품에서의 용도에 적합한 다층 시스템의 예시로서 실시예를 기재하기 위해, 이제, 도 7 내지 도 11 및 표 1 내지 표 4를 참조한다.
우선, 표 1은, 예컨대, 편광 상태 생성기(130, 230 또는 330) 또는 편광 상태 감지기(140, 240 또는 340)에서 편광기를 구현하기에 적합한 다층 시스템의 설계를 도시한다. 표 1의 층 설계는 층 재료로서 오직 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)만을 사용한다. 이러한 층 설계는 유사 브루스터 각도(pseudo-Brewster angle; 약 45°)에 가까운 43°의 각도에 대해 투과 모드에서 최적화된다. 상기 층 설계와 관련하여, s-편광광이 p-편광광 보다 Mo-Si 인터페이스에서 현저하게 훌륭한 프레스넬 반사(Fresnel reflection)을 보인다는 점에서 장점을 갖는다. 상기 층 설계는 상응하는 입사 각도를 위해 설계된 미러의 그것과 비교가능하며, 전형적인 개별 층 두께는 동작 파장의 4분의 1 영역 내에 있다. 일반적으로, 상기 편광기 및 또한 상기 파장 필터 양방에 대한 층 설계의 구성에서, 총 두께는 더욱 두꺼워지지 않으며, 이는 그렇지 않으면 광의 투과된 비율이 매우 작아진다는 사실에 유의해야 한다.
도 7a의 투과 특징들에서 도시된 대로, s- 및 p- 편광광의 각각의 입사 각도에 따라, s-편광광은 약 43°가량의 관련 각도 범위에서 매우 반사되는 데 반해, 주로 p-편광광이 투과된다.
표 1의 층 설계에 대하여, 도 8은 상이한 파장(도 8a) 및 상이한 층 두께(도 8b에 대한 입사 각도 상의 각 s- 또는 p-편광광에 대한 투과 의존성을 도시한다. 각각의 경우 다층 시스템은 제한된 파장 및 각도 범위에서만 희망 동작으로 적합하여, 상당한 범위에 대해 파장에 변형이 있는 경우, 다층 시스템은 그에 따라 경사진 관계로 배치된다는 것을 도 8a을 통해 알 수 있다. 도 8b는 다층 시스템이 희망 동작을 보이는 입사 각도가 총 층 두께를 변경하는 것에 의해 변화될 수 있다(여기서 모든 개별 두께는 동일한 인자에 의해 변화된다)는 것을 추가로 도시한다.
표 2와 도 9a 및 9b는, 몰리브덴(Mo) 및 실리콘(Si)에 더하여, 추가 층 물질로서 루테늄(Ru)이 또한 사용된, 다층 시스템의 추가 실시예의, 표 1과 도 7a 및 7b의 실시예와 비슷한 도면을 도시한다. 추가 층 물질로서 루테늄(Ru)의 사용은 이 경우 오로지 예시에 의한 것이며 상이한 혹은 변형된 굴절률(n) 뿐만 아니라, 예컨대, 실리콘(Si), 칼륨(K), 탄화규소(SiC), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 탄화 붕소(B4C), 붕소(B), 탄소(C), 질화 규소(Si3N4), 질화 붕소(BN), 나이오븀(Nb), 탄화 몰리브덴(MoC), 몰리브덴(Mo) 또는 로듐(Rh)과 같은 비교적 작은 어테뉴에이션을 가지는 다른 적합한 물질을 사용하는 것 또한 가능하다.
표 3과 도 10a 및 도 10b는, 예컨대, 편광 상태 생성기(130, 230 또는 330) 또는 편광 상태 감지기(140, 240 또는 340)에서 사용하는 리타더 층에 대한 실시예를 기재한다. 층 시스템은 입사 각도 약 55°에서 최적화되며, 여기서, 표 1의 실시예와 유사한 한, 다시 한번 몰리브덴(Mo) 및 실리콘(Si) 만이 층 물질로서 사용되며, 개별 층 두께는 다시 동작 파장의 4분의 1 영역에 존재한다.
표 4 및 도 11은, 상기 기재된 측정 장치에서 파장 필터 또는 '단색 분광기 층(monochromator layer)'을 구현하기에 적절한 층 설계에 대한 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si) 및 루테늄(Ru)이 층 물질로서 사용되지만, 이것은 필수적인 것은 아니며 상기 기재된 실시예들과 유사하게, 오직 두개의 상이한 층 물질들을 사용하는 층 설계를 구현하는 것 또한 가능하다(예컨대, 몰리브덴 및 실리콘).
입사광의 주어진 파장만이 투과되게하는 표 4의 층 시스템의 속성은 입사 각도로 도 11에서 도시된 바대로 '조정 가능'하며(범례에 구체화됨), 즉, 투과될 파장은 기판의 경사진 각도로 기설정되거나 선택될 수 있다. 특히, 작동은, 거의 수직 광 입사로, 또한, 가능하다.
본 발명이 특정 실시예를 기반으로 기재되었으나, 수많은 변형 및 대안적 실시예가 예컨대 개별 실시예의 특징의 결합 및/또는 교환에 의해 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 당업자에게 이와 같은 변형 및 대안적 실시예가 또한 본 발명에 의해 포함되고, 본 발명의 권리 범위는 첨부하는 특허 청구범위 및 그것의 등가의 의미내로만 제한된다는 것은 자명하다.
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Figure 112012052235790-pct00002
Figure 112012052235790-pct00003
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Claims (24)

  1. 광학 시스템의 편광 특성을 특징화하는 장치로서,
    - 상기 광학 시스템에 입사되는 방사선의 한정된 편광 상태를 설정하는 적어도 하나의 편광 상태 생성기(130, 230, 330); 및
    - 상기 광학 시스템에서 나오는 방사선의 출사 편광 상태를 측정하는데 적응되는 편광 상태 감지기(140, 240, 340)를 포함하고;
    - 상기 광학 시스템이 15nm 미만의 동작 파장용으로 설계되며;
    - 상기 편광 상태 생성기(130, 230, 330) 및/또는 상기 편광 상태 감지기(140, 240, 340)는, 입사 광 빔에 대한 이들의 편광 광학 동작이 적어도 10°의 상기 광 빔의 각도 스펙트럼에 대해 0 내지 10%까지의 IPS(intensity in preferred state) 값 변동을 포괄하여 일정하도록 설계되며;
    - 상기 편광 상태 생성기(130, 230, 330) 및/또는 상기 편광 상태 감지기(140, 240, 340)는 회전 가능한 편광기(131, 141, 231, 241, 331) 및/또는 회전 가능한 리타더(retarder; 132, 142)를 가지며;
    - 상기 편광기(131, 141, 231, 241, 331) 및/또는 상기 리타더(132, 142)는 복수의 개별 층들을 가지고 투과 모드에서 동작되는 적어도 하나의 다층 시스템(460, 470, 480)을 가지고;
    - 상기 다층 시스템(460, 470, 480)은 적어도 영역별 만곡된(region-wise curved) 광 입사 표면을 가지는, 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 편광 상태 생성기(130, 230, 330) 및/또는 상기 편광 상태 감지기(140, 240, 340)는, 입사 광 빔에 대한 이들의 편광 광학 동작이 적어도 15°의 상기 광 빔의 각도 스펙트럼에 대해 0 내지 10%까지의 IPS(intensity in preferred state) 값 변동을 포괄하여 일정하도록 설계된 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 편광 상태 생성기(120, 230, 330) 및/또는 상기 편광 상태 감지기(140, 240, 340)가 투과 모드에서 동작되는 적어도 하나의 광학 요소를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 편광 상태 생성기(130, 230, 330)는 출사 편광 상태의 퓨플 리졸브된 측정(pupil-resolved measurement)을 위해 적응된 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 다층 시스템(470, 480)은 가변적인 두께로 되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 복수의 개별 층들이 적어도 영역별 만곡된 기판(461)에 적용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 복수의 개별 층들이 자립(free-standing) 또는 무기판(substrate-less) 배치되거나 최대 400nm 두께의 기판(461, 471, 481)에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 편광기(131, 141, 231, 241, 331) 및/또는 상기 리타더(132, 142)가 각 다층 시스템을 각각 구비한 복수의 기판들(561-561, 571-575)을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 광학 시스템의 편광 특성을 특징화하는 장치로서,
    - 상기 광학 시스템에 입사되는 방사선의 한정된 편광 상태를 설정하는 적어도 하나의 편광 상태 생성기(130, 230, 330); 및
    - 상기 광학 시스템에서 나오는 방사선의 출사 편광 상태를 측정하는데 적응되는 편광 상태 감지기(140, 240, 340)를 포함하고;
    - 상기 광학 시스템이 15nm 미만의 동작 파장용으로 설계되며;
    - 상기 편광 상태 생성기(130, 230, 330) 및/또는 상기 편광 상태 감지기(140, 240, 340)는, 입사 광 빔에 대한 이들의 편광 광학 동작이 적어도 10°의 상기 광 빔의 각도 스펙트럼에 대해 0 내지 10%까지의 IPS(intensity in preferred state) 값 변동을 포괄하여 일정하도록 설계되며;
    - 상기 편광 상태 생성기(130, 230, 330) 및/또는 상기 편광 상태 감지기(140, 240, 340)는 회전 가능한 편광기(131, 141, 231, 241, 331) 및/또는 회전가능한 리타더(132, 142)를 가지며;
    - 상기 편광기(131, 141, 231, 241, 331) 및/또는 상기 리타더(132, 142)는 각 다층 시스템을 각각 구비하는 복수의 기판들(561-565, 571-575)을 가지는 장치.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 기판들(571-575) 중 적어도 2개는 서로에 대해 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 편광기(131, 141, 231, 241, 331)는 편광기로부터 나오는 방사선의 적어도 95%의 선형 출사 편광도를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 각 리타더(132, 142)가 λ/4 ± 40%의 리타더를 통과하는 방사선에 대한 리타데이션을 생성하며, λ는 상기 광학 시스템의 동작 파장인 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치의 광원의 파장 스펙트럼으로부터 미리 정해진 파장 대역(wavelength band)을 필터링 하기 위해 적응되는 파장 필터를 더 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 시스템은 적어도 0.3의 개구수용으로 설계된 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편광 상태 감지기(140, 240, 340)는 상기 각도 스펙트럼의 적어도 50%에 대해 상기 광학 시스템으로부터 나오는 방사선의 출사 편광 상태의 동시 측정에 적응되는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 시스템은 적어도 하나의 미러를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. EUV 리소그래피를 위한 기기로서
    - EUV에서의 작동을 위해 적응되는 투영 대물렌즈; 및
    - 상기 투영 대물렌즈의 편광 특성을 특징화하기 위한 장치를 포함하며;
    - 상기 장치는 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 9 중 어느 한 항의 기재에 따라 설계되는 것을 특징으로 하는 기기.
  18. 광학 시스템의 편광 특성을 특징화하는 방법으로서,
    -상기 광학 시스템에 입사되는 방사선의 한정된 편광 상태를 편광 상태 생성기(130, 230, 330)로 설정하는 단계; 및
    - 퓨플 리졸브 된 관계로, 상기 광학 시스템에서 나오는 방사선의 출사 편광 상태를 편광 상태 감지기(140, 240, 340)로 측정하는 단계를 포함하며;
    - 상기 광학 시스템은 15nm 미만의 동작 파장용으로 설계되고; 및
    - 상기 편광 상태 생성기(130, 230, 330) 및/또는 상기 편광 상태 감지기(140, 240, 340)는, 투과 모드에서 작동되는 다층 시스템(460, 470, 480)을 가지는 적어도 하나의 광학 요소를 갖고,
    상기 다층 시스템은 적어도 영역별 만곡된(region-wise curved) 광 입사 표면을 가지는, 방법.
  19. 청구항 18에 있어서, 출사 편광 상태의 측정은 상기 광학 시스템의 전체 출사 퓨플에 대해 동시에 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 청구항 1에 있어서, 상기 광학 시스템은 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치의 광학시스템인 장치.
  21. 청구항 9에 있어서, 상기 광학 시스템은 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치의 광학시스템인 장치.
  22. 청구항 18에 있어서, 상기 광학 시스템은 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치의 광학시스템인 방법.
  23. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 복수의 개별 층들이 자립(free-standing) 또는 무기판(substrate-less) 배치되거나 최대 100nm 두께의 기판(461, 471, 481)에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 복수의 개별 층들이 자립(free-standing) 또는 무기판(substrate-less) 배치되거나 최대 50nm 두께의 기판(461, 471, 481)에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
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