KR101522146B1 - 광학 시스템, 특히 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 조명 시스템 또는 투영 대물렌즈 - Google Patents

광학 시스템, 특히 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 조명 시스템 또는 투영 대물렌즈 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 광학적으로 활성인 재료로 된 적어도 두 개의 편광-영향 광학 요소(210, 220)를 가지며, 상기 편광-영향 광학 요소(210, 220) 중 적어도 하나가 회전 가능하게 배치되는, 적어도 하나의 편광-영향 광학 배열(200, 400, 550)를 포함하는 광학 시스템, 특히 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 조명 시스템 또는 투영 대물렌즈에 관한 것이다.

Description

광학 시스템, 특히 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 조명 시스템 또는 투영 대물렌즈 {Optical System, in particular an illumination system or projection objective of a microlithographic projection exposure apparatus}
본 발명은 광학 시스템, 특히 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 조명 시스템 또는 투영 대물렌즈에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 소망하는 편광 분포를 제공하는데 있어서 향상된 융통성(flexibility)을 허용하는 편광-영향 광학 배열(polarisation-influencing optical arrangement)을 갖는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 조명 시스템 또는 투영 대물렌즈에 관한 것이다.
마이크로리소그래피는 예를 들어 집적회로나 LCD와 같은 미세 구조의 소자들의 제조에 사용된다. 마이크로리소그래피 공정은 조명 시스템 및 투영 대물렌즈를 구비하는 투영 노광 장치라 불리는 것 내에서 수행된다. 조명 시스템에 의해 조명되는 마스크(= 레티클)의 이미지는 이 경우에, 마스크 구조를 기판 상의 감광성 코팅 위로 전사하기 위하여, 감광성층(포토레지스트)으로 코팅되어 있으며 투영 대물렌즈의 이미지 평면에 배치되어 있는 기판(예를 들어 실리콘 웨이퍼) 위로 상기 투영 대물렌즈에 의해 투영된다.
결상 콘트라스트를 최적화하기 위하여 동공 평면 내의 및/또는 조명 시스템의 레티클 내의 주어진 편광 분포를 특정하게 설정하기 위한 다양한 접근법들이 알려져 있다.
WO 2005/069081 A2는 광학적으로 활성인 결정을 포함하며 상기 결정의 광축의 방향으로 변화하는 두께 프로파일을 갖는 편광-영향 광학 요소를 개시하고 있다.
편광 상태의 변환을 위하여, 조명 시스템의 동공 평면에 또는 그 근방에 광학 요소를 배치시키는 것이 특히 WO 2006/077849 A1으로부터 공지되어 있는데, 상기 광학 요소는 입사하는 선편광된 광의 편광 방향을 가변의 조절 가능한 회전각으로 회전시킬 수 있는 다수의 가변 광학 회전자 요소들을 구비한다. 그러한 회전자 요소들에 의해 제공된 가변 회전각 또는 편광 상태는 특히, 예를 들어 서로 상이한 두 개의 시스템들에 적응시키기 위하여 편광 상태를 측정하는 장치에 의해 공급된 측정 결과에 따라서도 조절된다.
WO 2005/031467 A2는 투영 노광 장치에서, 다수의 위치들에 배치될 수도 있으며, 편광-영향의 형태에 있어서 빔 경로 내에 도입될 수 있는 광학 요소들일 수 있는 하나 이상의 편광 조작기 장치들에 의해 편광 분포에 영향을 주는 것을 개시하고 있는데, 여기서 그러한 편광-영향 요소들의 작용은 상기 요소들의 위치를 변경시킴으로써, 예를 들어, 상기 요소들의 회전, 디센터링 또는 틸팅에 의해 변화될 수 있다.
본 발명은 다음의 첨부된 도면들에 도시된 예의 방식으로 실시예들에 의해 이하에서 더욱 상세하게 설명된다:
도 1은 본 발명에 따른 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 조명 시스템의 구조의 개략적인 도면이다;
도 2는 본 발명에 따른 편광-영향 광학 배열의 구조의 개략적인 측면도이다;
도 3a-3k는 도 2의 편광-영향 광학 요소들의 상이한 회전 위치들에 의해 소정의 입사 편광 분포(도 3a)에 대해 얻을 수 있는 편광 분포들(도 3b-3k)을 도시하는 개략적인 도면이다;
도 4는 추가적인 일 실시예에서 본 발명에 따른 편광-영향 광학 배열의 구조를 도시하는 개략적인 측면도이다;
도 5a-d는 도 4의 편광-영향 광학 요소들의 상이한 회전 위치들에 의해 소정의 입사 편광 분포(도 5a)에 대해 얻을 수 있는 편광 분포들(도 5b-5c) 및 본 발명에 따른 편광-영향 광학 배열의 추가적인 대안적인 구성(도 5d)을 도시하는 개략적인 도면이다;
도 6-7은 추가적인 실시예에서 출사 편광 분포들을 만들 수 있는 본 발명에 따른 편광-영향 광학 배열의 구조를 도시하는 개략적인 도면이다;
도 8a-8e는 광학 시스템에서 설정될 수 있는 상이한 조명 설정들을 도시하는 도면이다.
본 발명의 목적은, 소망하는 편광 분포를 제공하는데 있어서 향상된 융통성을 갖는 광학 시스템 및 특히 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 조명 시스템 또는 투영 대물렌즈를 제공하는 것이다.
상기 목적은 독립 청구항 1의 특징들에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 광학 시스템, 특히 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 조명 시스템 또는 투영 대물렌즈는 광학적으로 활성인 재료로 된 적어도 두 개의 편광-영향 광학 요소들을 갖는 적어도 하나의 편광-영향 광학 배열을 포함하며, 여기서 상기 편광-영향 광학 요소들 중 적어도 하나는 회전 가능하게 배치된다.
본 발명에 따르면, 광학적으로 활성인 재료로 된 적어도 두 개의 편광-영향 광학 요소들이 제공되며, 상기 편광-영향 광학 요소들 중 적어도 하나가 회전 가능하게 배치된다는 사실은, 광학 시스템에서 요구되는 대로 회전에 의해 상기 편광-영향 광학 요소들을 가변적으로 위치 설정할 가능성과 빔 경로 내에서 상이한 정도로 그들의 상호 중첩을 제공할 가능성을 달성하며, 그럼으로써 편광 분포의 조절 정도에 있어서 높은 정도의 융통성을 달성한다. 그러한 점에서, 상기 요소들의 중첩에 의해 달성되는 광학적으로 활성인 재료의 전체적인 두께에 따라서, 입사광이 편광-영향 광학 요소들 모두를 통과하는 지, 또는 그들 중 단지 하나만을 통과하는 지 또는 그들 중 어느 것도 통과하지 않는 지에 따라 상이한 전체적 회전 효과를 낳기 위하여, 상기 요소(들)을 단순히 회전시킴으로써 빔 경로 내에 두 개의 편광-영향 광학 요소들의 중첩 영역들이 생성되거나, 회피되거나 또는 특히 변경될 수 있다
본 발명에 따른 상기 배열의 추가적인 이점은, (예를 들어, 서로에 대해 상대적으로 변위 가능한 웨지(wedge) 부재들을 갖는 구성과 비교하여) 소망하는 규정된 편광 상태 또는 규정된 편광 분포가 전체 동공 평면에 걸쳐 실질적으로 달성될 수 있으므로 입사동공 영역을 대부분 사용하는 것이 가능하다는 것이다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 편광-영향 요소들 각각이 회전 가능하게 배치된다. 특히, 상기 편광-영향 요소들은 서로 독립적으로 회전 가능하게 배치될 수 있다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 적어도 두 개의 편광-영향 광학 요소들은, 다시 한번 바람직하게는, 상기 요소들 각각이 90°만큼 또는 그의 홀수배만큼의 선편광된 광의 편광 방향의 회전을 초래하도록 선택되는 일정한 두께를 각각 갖는다. 그 경우에, 두 편광-영향 요소들 모두를 통과할 때, 편광 상태는 결과적으로 180°만큼 회전된다. 그러한 구성으로, 상기 편광-영향 요소들의 각각의 회전 위치에 있어서의 변경은, 일정한 편광 방향의 초기에 선편광된 광으로부터 다수의 상이한 편광 분포들을 생성하는 것을 가능하게 하며, 여기서 동공의 관련 개별 영역들이 그 편광 방향에 있어서 90°만큼 상이한 방식들로 회전될 수 있거나(상기 요소들 중 단지 하나만을 통과할 때) 또는 변화하지 않고 남아 있을 수 있다(상기 요소들 중 두 개를 통과하건나 또는 어느 것도 통과하지 않을 때).
바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 편광-영향 광학 배열은 광학 시스템의 동공 평면의 적어도 직근방에 배치된다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 편광-영향 광학 배열에 대한 적어도 하나의 중립 위치가 존재하는데, 상기 중립 위치에서 적어도 두 개의 편광-영향 광학 요소들은 상기 배열을 통과하는 광의 편광 상태가 실질적으로 변하지 않게 그대로 둔다. 이는, 예를 들어 편광 상태에 있어서의 무변화가 요구되더라도, 상기 전체적인 배열이 광학 시스템 내에 영구적으로 남아 있을 수 있다는 장점을 갖는다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 편광-영향 광학 배열에 대한 적어도 하나의 위치가 존재하는데, 상기 위치에서 상기 배열에 입사하는 선편광된 광의 선호 편광 방향이 90°만큼 회전된다. 이는, 광학 시스템의 두 부분들 사이에 있는 편광-영향 광학 배열의 작용에 의해, (예를 들어 미러에서의 반사 현상의 결과로서) 상기 각각의 부분들에서 발생하는 위상 점프(phase jump)의 보상을 구현하는데 적당한 90° 리타더(retarder)로서 설정을 선택하는 것을 융통적인 방식으로 가능하게 만든다. 그 경우에, 90° 리타더로서의 본 발명에 따른 편광-영향 광학 배열의 작용에 의해 두 개의 상호 수직한 편광 상태들이 서로 바뀌게 되어, 제 2 부분에서의 위상 점프의 합이 제 1 부분에서의 동일한 위상 점프의 합과 정확하게 상쇄된다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 광학 시스템의 빔 경로에 있는 편광-영향 광학 요소들의 광학적으로 활성인 표면이 원형 및 바람직하게는 반원형의 부채꼴 형태로 있는 각각의 기하학적 형태이도록, 상기 적어도 두 개의 편광-영향 광학 요소들이 배치된다. 그 경우에, 다시 한번 바람직하게는, 편광-영향 광학 요소들의 광학적으로 활성인 표면이 (평면도 또는 투영도에서) 전체적인 원형 표면을 구성하기 위하여 상기 편광-영향 광학 요소들의 적어도 하나의 회전 위치에서 서로 상보적이 되도록, 상기 적어도 두 개의 편광-영향 광학 요소들은 회전 가능하게 배치된다. 편광-영향 요소들의 각각의 광학적으로 활성인 표면들의 반원형 기하학적 형태의 결과로서, 그러한 요소들의 적절한 회전은, 원의 부채꼴 부분의 형태로 있으며 서로 다른 편광 방향들을 갖는 기하학적 형태의 영역들을 만드는 것을 가능하게 한다. 그러한 편광 분포는 먼저, 제 1 근사에서 접선 방향인 편광 분포에서, X-방향으로의 선호 편광 방향을 갖는 광 성분과 Y-방향으로의 선호 편광 방향을 갖는 광 성분을 포함하는 '준-접선 방향(quasi-tangential)' 편광 분포로 불리는 것(또한 'X-Y-편광'이라고도 불린다)을 포함하는데, 여기서 상기 두 개의 광 성분들은 특히 광빔 단면에서 점유된 전체적인 표면 면적의 관점에서 및 그들의 세기의 관점에서 모두 일치하게 될 수 있다(여기서 X-축과 Y-축은 직각 좌표계의 상호 수직한 축들로 가정될 수 있으며, X-축과 Y-축에 수직한 Z-축은 광학 시스템 축 또는 광 진행 방향에 평행하게 연장된다).
그러나 산출될 수 있는 편광 분포는 위에서 정의된 분포에 대하여 변화될 수 있는 수직 및 수평 극(pole)들의 크기를 갖는 편광 분포도 포함하며 따라서 그러한 점에서 X-방향으로의 선호 편광 방향을 갖는 광 성분과 Y-방향으로의 선호 편광 방향을 갖는 광 성분이 광빔 단면에서 점유된 총 면적의 관점에서 및 그들의 세기의 관점에서 각각 일치하지 않게 된다. 즉, 본 발명에 따른 편광-영향 광학 배열은, 일정한 선호 편광 방향을 갖는, 광빔 단면에 존재하는 면적들의 상대적인 크기 관계가 연속적으로 변화할 수 있는 편광 분포를 또한 생성할 수 있다.
추가적인 바람직한 구성에 따르면, 상기 평광-영향 광학 배열은 광학 시스템 축에 수직하게 배향된 광학적 결정축을 갖는 복굴절 결정 재료로 된 추가적인 광학 요소를 갖는다. 바람직하게는, 상기 추가적인 광학 요소는 광학 시스템 축을 중심으로 회전 가능하게 배치된다. 또한, 상기 추가적인 광학 요소는 바람직하게는 λ/4 파장판 또는 λ/4 파장판들의 배열을 구비한다. 상기 추가적인 광학 요소는 바람직하게는 편광-영향 광학 배열을 통과하는 광빔의 중심 부분 영역에만 배치된다.
이러한 설계 구성은, 원편광된 광 또는 역시 효과적으로 무편광된 광이 동공의 중심 영역(상기 영역의 크기는 상기 추가적인 광학 요소의 크기에 의존한다)에서 생성되는 편광 분포를 만드는 것을 가능하게 한다.
그러한 점에서, 본 발명은, 원편광된 상태가 광학적으로 활성인 재료의 고유 상태를 나타내기 때문에, 본 발명에 따른 상기 배열에서, 편광 상태에 영향을 받지 않는 조건으로 원편광된 광이 광학적으로 활성인 재료를 통과한다는 사실을 이용하게 한다. 또한, 상기 추가적인 광학 요소(λ/4 파장판)의 회전에 의해, 상기 배열에 입사하는 광의 편광 방향에 대해 그 광학적 결정축의 배향을 조절하는 것이 가능하다. 즉, λ/4 파장판은 선형 입사 편광을 원편광으로 변환하는 위치와 선형 입사 편광을 변화시키기 않는 위치 사이에서 변위될 수 있다.
추가적인 실시예에 따르면, 상기 추가적인 광학 요소는 또한 λ/4 파장판들의 매트릭스 형태 또는 바둑판 형태의 배열을 가질 수 있다. 그러한 경우에, 매트릭스 또는 바둑판 형태의 배열의 개별적인 영역들은, 문제의 영역들이 선형의 입사 편광을 선택적으로 우원편광된 광 및 좌원편광된 광으로 각각 변환하도록, 서로에 대해 90°만큼 회전된 광학적 결정축들을 가질 수 있으며, 그로부터 다시 한번, 편광되지 않은 광은 결상 과정에서 성분들의 중첩에 의해 동공의 중심 영역에 설정된다.
원편광된 상태가 광학적으로 활성인 재료의 고유 상태를 나타내기 때문에 원편광된 광이 편광 상태에 영향을 받지 않고 광학적으로 활성인 재료를 통과하게 되는 일반적인 원리의 상술한 이용은 본 발명에 따른 편광-영향 배열에만 한정되는 것이 아니라 다른 배열 또는 광학 시스템에서도 일반적으로 실현될 수 있다.
추가적인 유형에 따르면, 본 발명은 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 조명 시스템에도 관심이 있는데, 여기서 상이한 조명 설정들이 조명 시스템에서 설정될 수 있으며 조명 시스템 내에 존재하는 편광 분포는 적어도 하나의 광학 요소의 회전에 의해 각각 설정된 조명 설정에 적합하게 될 수 있다.
그러한 경우에, 상기 조명 설정들은 형성된 조명 극(illumination pole)들의 크기 및/또는 형태에 의해 달라질 수 있는데, 이 경우에 편광 분포는 조명 극들의 크기 및/또는 형태에 연소적으로 적합하게 될 수 있다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 조명 설정들 중 적어도 하나는 환형 조명 설정이다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 광학 요소는 광학적으로 활성인 재료로 만들어진다.
추가적인 유형에 따르면, 본 발명은 또한, 특히 상술한 특징들을 갖는 조명 시스템 또는 광학 시스템에서 적어도 하나의 조명 극 내의 편광 분포를 설정하는 방법에도 관심이 있는데, 여기서 편광 분포의 설정은 적어도 하나의 광학 요소의 회전에 의해 수행된다.
추가적인 유형에 따르면, 본 발명은 광학적으로 활성인 재료로 된 적어도 하나의 광학 요소를 포함하는 광학 시스템, 특히 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 투영 대물렌즈 또는 조명 시스템에도 또한 관심이 있는데, 여기서 상기 광학 요소는 상기 광학 시스템의 작동시에 원편광된 광으로 적어도 영역별로 조사되도록 배치된다.
추가적인 유형에 따르면, 본 발명은 광학 시스템, 특히 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 투영 대물렌즈 또는 조명 시스템을 동작시키는 방법에도 또한 관심이 있는데, 여기서 상기 시스템은 광학적으로 활성인 재료로 된 적어도 하나의 광학 요소를 가지며, 상기 광학 시스템은 원편광된 광으로 적어도 영역별로 조사된다.
본 발명은 또한 마이크로리소그래피 투영 노광 장치, 미세 구조 소자들 및 미세 구조 소자의 마이크로리소그래피 방식의 제조 방법에 관심이 있다.
본 발명의 추가적인 구성들이 명세서 및 첨부된 청구범위에서 설명된다.
[실시예]
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로리소그래피 노광 장치의 조명 시스템의 원리적인 구조를 도시하는 개략도이다.
조명 시스템(1)은, 예를 들어 193nm의 작업 파장을 위한 ArF 레이저 및 평행 광빔을 발생시키는 빔-형성 광학 시스템을 포함하는 광원 유닛(도시되지 않음)으로부터의 광으로 구조-담지 마스크(레티클)(2)를 조명하는 역할을 한다.
도시된 실시예에 따르면, 광원 유닛의 평행 광빔은 먼저, 동공 평면(P1) 내의 각각의 회절 표면 구조에 의해 정의된 각도 방사(angular radiation) 특성에 의해 소망하는 강도 분포(예를 들어 이중극(dipole) 또는 사중극(quadrupole) 분포)를 생성하는 회절 광학 요소(3)(또한 '동공 정의 요소'라고도 불린다)에 입사한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광 진행 방향으로 상기 회절 광학 요소(3)의 하류측에 배치된 것은 가변 직경의 평행 광빔을 만드는 줌 대물렌즈 및 액시콘(axicon)을 구비하는 광학 유닛(4)이다. 액시콘 요소들의 위치 및 각각의 줌 위치에 따라서, 그 상류측으로 배치된 회절 광학 요소(3)와 공동으로 상기 줌 대물렌즈에 의하여 동공 평면(P1) 내에 상이한 조명 구성들이 생성된다. 광학 유닛(4)은 또한 방향-변경 미러(4a)를 더 포함한다.
본 실시예에 따르면, 편광-영향 광학 배열(5)이 동공 평면(P1)에 배치된다. 상기 배열은 이하에서 기술되는 편광-영향 광학 배열의 구성들 중에서 어떠한 것도 포함할 수 있다.
빔 경로 내에서 광 진행 방향으로 상기 편광-영향 광학 배열(5)의 하류측에 배치된 것은, 광 혼합을 만드는데 적당한 마이크로 광학 요소들을 포함하는 배열을 공지된 방식으로 그 자체 내에 구비하는 광 혼합 소자(light mixing device)(6)이다. 상기 광 혼합 소자는 석영 유리(quartz glass) 또는 칼슘 불화물 결정과 같이 작업 파장에서 광에 대해 투명한 재료로 된 막대 인티크레이터(bar integrator) 또는 벌집형 콘덴서(honeycomb condenser)를 또한 선택적으로 포함할 수 있다.
광 진행 방향으로 렌즈 그룹(7)이 상기 광 혼합 소자(6)의 다음에 오며, 상기 렌즈 그룹의 하류측에는 레티클 마스킹 시스템(REMA)을 갖는 필드 평면(F1)이 있는데, 그의 이미지는 광 진행 방향으로 하류측 위치에 있는 REMA 대물렌즈(8)에 의해 필드 평면(F2)에 배치된 구조-담지 마스크(레티클)(2) 위에 형성되며, 그럼으로써 레티클(2) 상의 조명 영역을 경계 짓는다. 상기 구조-담지 마스크(2)는 감광성층이 제공된 기판 또는 웨이퍼 위로 투영 대물렌즈(여기에 도시되지 않음)를 이용해 결상된다.
도 2를 참조하면, 편광-영향 광학 배열(200)의 단지 개략적인 측면도가 도시되어 있다. 상기 편광-영향 광학 배열(200)은, (도시된 본 실시예에서 광학 시스템 축(OA)과 일치하는) 공통의 회전축을 중심으로 서로에 대해 독립적으로 회전 가능하게 배치된 제 1 편광-영향 광학 요소(210) 및 제 2 편광-영향 광학 요소(220)를 포함한다. 상기 회전 가능한 배열의 구현은, 예를 들어 광학적으로 사용되는 영역을 넘은 각각의 확장을 각각 포함하며, 또한 예를 들어 (바람직하게는 동작 가능한) 회전 장치에 의해 회전 가능한 클램핑 마운팅 또는 접착성 마운트에 의해 홀딩 요소(도시되지 않음) 내의 광학적으로 사용되지 않는 각각의 영역 내에 고정되는 광학 요소(210, 220)들에 의해 수행될 수 있다. 추가적인 실시예에 따르면, 상기 편광-영향 광학 요소(210 및 220)들 중 단지 하나만이 회전 가능하게 배치된다.
상기 두 개의 편광-영향 광학 요소(210 및 220)들은 각각 광학적으로 활성인 결정 석영으로 된 평면판들의 형태로 제조되며, 여기서 각각의 결정 재료의 광학적 결정 축은 위에서 언급된 회전축과 평행한 관계로 배향된다(즉, 광학 시스템 축과 함께, 도시된 좌표계에서 z-축에 해당한다). 또한 도시된 본 실시예에서 상기 편광-영향 광학 요소(210, 220)들은 각각 일정한 두께의 평면판들의 형태로 있는데, 상기 두께는 상기 요소(210, 220)들이 90°만큼 또는 그의 홀수배만큼의 선편광된 광의 편광 방향의 회전을 낳도록 선택된다. 193nm의 파장 및 21.6℃의 온도에서 약 323.1°/mm의 비회전력(specific rotational capability)을 갖는 광학적으로 활성인 합성 결정 석영을 사용할 때, 상기 조건은 278.5㎛ 또는 그의 홀수배의 편광-영향 광학 요소(210, 220)들의 두께에 해당한다. 비교의 목적상, 자연 석영의 경우에, 예를 들어 Oa(자연 석영) = 325.2 ± 0.5°/mm에 대해서 광학적 활성이 결정되었다(20℃와 25℃ 사이의 주변 온도에서, 여기서 온도 의존성은 ΔOa/ΔT = 2.37mrad/(mm℃) ± 0.14mrad/(mm℃)에서 확인되었다).
기본적으로 소망하는 바에 따라 선택될 수 있는 기하학적 형태(예를 들어 원판 또는 직사각형판의 형태)를 갖는 편광-영향 광학 요소(210 및 220)들은, 도시된 본 실시예에 따라, 광학 시스템의 빔 경로 내에서 상기 요소들(210, 220)의 각각의 광학적 유효 표면(optically effective surface)들이 각각 반원형의 기하학적 형태가 되도록 상기 빔 경로 내에 배치된다. 도 3b-도 3k의 개략적인 도면에서, 상기 요소(210, 220)들의 각각의 광학적 유효 표면들이 서로 상이한 해칭으로 도시되어 있으며, 여기서 개별적인 요소(210, 220)들의 각각의 회전 위치에 의존하여 존재하는 중첩 영역이 그에 대응하는 이중 해칭으로 식별되어 있다. 이들 도면들은 또한, 광 진행 방향으로 편광-영향 광학 배열(200)의 하류측에서의 상기 요소(210, 220)들의 작용에 의해 설정되는 편광 분포를, 더욱 구체적으로 각각의 선호 편광 방향을 나타내는 화살표들의 방향으로 도시하고 있다. 따라서 상기 화살표들은 실제 회전 각도를 더 잘 도시하기 위하여 여기서 단지 일방향 화살표(양방향 화살표가 아니라)로서 도시되어 있으며, 그러나 여기서 예를 들어 180°의 회전 각도를 통한 입사 편광의 회전은 궁극적으로 편광 분포를 변경시키지 않는다.
도 3b 및 도 3c에 각각 도시된 배열(310 및 320)들에서, 편광-영향 요소(210 및 220)들은 그들이 서로 완전히 중첩되도록 위치하고 있다. 따라서 결과적으로, (도 3a에서 Y-방향으로 향하고 있는) 입사 편광에 대하여 상기 편광-영향 광학 배열(200) 뒤에서 변경되지 않는 편광 방향을 각각 갖는 반원형 영역(311 및 321) 및, 또한 편광 방향이 180°만큼 각각 회전된 반원형 영역(312 및 322)이 존재한다. 따라서 그 결과 도 3b에 도시된 설정 및 도 3c에 도시된 설정의 경우에, 상기 편광-영향 광학 배열(200)의 작용에 대하여, 편광 분포를 변경시키지 않는 상기 배열(200)의 중립 위치를 각각의 경우가 포함하도록 출사 편광 분포는 입사 편광 분포에 대응한다.
도 3d 및 도 3e에서, 편광-영향 광학 요소(210 및 220)들의 위치는, 그들의 광학적 유효 표면들이 중첩되지 않고 (평면도 또는 투영도에서) 전체적인 원형 표면을 달성하도록 서로 상보적이 되도록 선택된다. 결과적으로 각각의 두 반원형 영역(331 및 332와, 341 및 342)들에서 각각 90°만큼의 편광 방향의 회전이 발생한다. 광학 시스템의 두 부분들 사이의 편광-영향 광학 배열의 작용이, 예를 들어 미러에서의 반사 현상의 결과로서, 상기 광학 시스템의 각각의 부분들에서 발생하는 위상 점프들의 보상을 구현하고자 의도될 때, 그러한 설정은 특히 적당하다. 이 경우에, 두 개의 상호 수직한 편광 상태들이 90° 리타더(retarder)로서 본 발명에 따른 상기 편광-영향 광학 배열의 작용에 의해 서로 뒤바뀌게 되어 제 2 부분에서의 위상 점프들의 합이 제 1 부분에서의 위상 점프들의 합을 정확히 상쇄한다. 편광 상태에 있어서의 원하지 않는 변화에 대한 저감/보상의 이러한 원리는 예를 들어 WO 03/077011 A1으로부터 공지되어 있으며 따라서 본 발명에 따른 편광-영향 광학 배열을 이용하여 역시 구현될 수 있다.
편광-영향 광학 요소(210 및 220)들의 도 3g에 도시된 배열(360)은, Y-방향으로(즉 수직하게) 서로 맞은쪽의 관계에 있는 두 영역(362 및 364)들에서 상기 광학 요소들이 중첩되지 않도록 선택된다(그 결과 각각의 경우에 거기서 90°만큼의 편광 방향의 회전이 발생한다). 반대로 상기 두 요소(210 및 220)들은 영역(363)에서 중첩되어 거기서 편광 방향이 180°만큼 회전된다. X-방향으로 상기 영역(363)에 대해 맞은쪽의 관계에 있는 영역(361)에서, 상기 요소(210 및 220)들 중 어느 것도 각각 빔 경로 내에 있지 않으며 거기서 편광 방향의 회전이 전혀 발생하지 않는다. 그 결과로서 얻어진 편광 분포는, X-방향으로의 선호 편광 방향을 갖는 광 성분과 Y-방향으로의 선호 편광 방향을 갖는 광 성분을 갖는 접선 방향 편광 분포를 포함한다고 제 1 근사법으로 말하기 위하여 '준-접선 방향' 또는 'X-Y-편광'이라고도 불린다. 도 3g의 배열(360)의 경우에, 상기 두 개의 광 성분들은 광빔 단면에서 점유된 그들의 전체 표면의 관점에서 그리고 또한 그들의 세기의 관점에서 모두 일치한다.
도 3f 및 도 3h에 도시된 배열들은 각각, 상기 요소(210, 220)들의 중첩 영역과 상기 요소(210 또는 220)들 중 어느 것에 의해서도 커버되지 않은 영역이 각각 상기 요소(210, 220)들 중 하나에 의해서만 커버되는 영역들(즉, 도 3f에서 영역(352 및 354)들 및 도 3h에서 영역(372 및 374)들)보다 각각 더 작거나(도 3f, 영역(351, 353)) 또는 더 크도록(도 3h, 영역(371, 373) 참조) 선택된다. 결과적으로 X-방향으로 선호 편광 방향을 갖는 광 성분과 Y-방향으로 선호 편광 방향을 갖는 광 성분은 광빔 단면에서 점유된 그들의 전체 표면의 관점에서 그리고 또한 그들의 세기의 관점에서 각각 일치하지 않는다. 중첩 영역(353 및 373)의 크기를 변화시키는 것은, 선호 편광 방향을 일정하게 하면서 광빔 단면에 존재하는 개별적인 극(pole)들 또는 영역들의 크기를 연속적으로 변화시키는 것을 가능하게 한다.
상기 요소(210 및 220)들의 도 3j에 도시된 배열(390)에서, 상기 요소(210 및 220)들의 중첩하지 않는 영역들이 X-방향으로 맞은쪽의 관계로 수평하게 배치되어 있는 반면, 수직하게 맞은쪽으로 배치된 영역(392 및 394)들에서 상기 요소(210 및 220)들은 서로 중첩하거나(영역(394)) 또는 상기 요소들이 전혀 존재하지 않는다(영역(392)). 그 결과, 도 3j의 배열(390)은 '준-반경 반향(quasi-radial)' 편광 분포라고 부르는 것을 형성하는데, 여기서 각각 X-축 및 Y-축 상에서의 선호 편광 방향은 광학 시스템 축(OA)을 향해 지향된 반경 방향을 갖는 평행한 관계로 배향된다. 위에서 기술된 도 3f 및 도 3h의 실시예들과 유사하게, 도 3i 및 도 3k의 실시예들은, 광빔 단면에 존재하며 X-방향으로 및 Y-방향으로 맞은쪽의 관계에 있는 표면들의 면적 또는 극 크기가 일정한 선호 편광 방향을 유지하면서 변화되도록, 위에서 기술된 도 3j의 배열(390)에 대한 관계가 변형된다.
이하에서는 본 발명에 따른 편광-영향 광학 배열의 추가적인 실시예를 설명하기 위하여 도 6 및 도 7을 참조한다. 이러한 배열은, 총 6개의 편광-영향 요소들이 광학 시스템 축(OA)을 따라 연속적으로 배열되어 있으며 (공통의 회전축을 형성하는) 상기 광학 시스템 축(OA)을 중심으로 회전 가능하게 배열되어 있다는 점에서, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 편광-영향 배열(200)과 상이하다. (다시, 광학 시스템 축(OA)에 평행한 광학적 결정축을 갖는 광학적으로 활성인 결정 석영으로 이루어진) 상기 요소들의 각각은 다시 한번 일정한 두께를 가지며, 도 2 및 도 3과 달리, 반원형의 모양이 아니라 원의 1/4 모양이다. 대응하는 배열이 예를 들어 도 7a에서(마찬가지로 도 7c, 도 7e 등에서) 평면도로서 도시되어 있는데, 여기서 숫자 '1', '1+2', '2+3' 등은 문제의 원 부채꼴에 존재하는 각각의 요소 또는 거기에 중첩된 요소들을 나타낸다. 이미 도 2 및 도 3의 예의 경우에서와 같이, 개별적인 요소들의 회전은 관련된 전체 원의 중점을 중심으로 발생한다. 개별적인 편광-영향 요소들의 두께는, 각각 광 진행 방향으로 먼저 있는 두 요소들이 45°만큼 또는 그의 홀수배만큼의 선편광된 광의 편광 방향의 회전을 낳도록 선택된다. 광 진행 방향을 따라서 그 다음에 있는 두 요소들(즉, 배열의 세번째 및 네번째 요소들)은, 그들이 90°만큼의 선편광된 광의 편광 방향의 회전을 낳도록 하는 두께를 갖는다. 광 진행 방향을 더 따라서 있는 두 요소들(즉, 배열의 다섯번째 및 여섯번째 요소들)은 각각 135°만큼의 선편광된 광의 편광 방향의 회전을 초래한다.
도 2 및 도 3의 예에서 이미 설명한 바와 같이, 다수의 판들을 통과할 때의 편광 상태는 광이 각각 통과하는 판들의 개별적인 회전들의 합만큼 회전된다.
상기 배열은 이하에서 설명하는 바와 같이 소망하는 편광 상태를 제공하는데 있어서 융통성의 추가적인 증가를 달성한다. 도 6은 먼저 두 개의 각각 중첩된 요소들의 조합으로 성취될 수 있는 결과적인 전체 회전들의 개관을 보여준다. 그 경우에, 개별적인 편광-영향 요소들은 '1'에서 '6'까지 연속적으로 번호가 붙여졌으며 광이 상기 두 판들을 통과할 때의 결과적인 회전 각도는 도(degree)로 그리고 화살표 부호의 형태로 명기되어 있다.
도 7a-7p는 이제, 상기 편광-영향 광학 배열의 이들 실시예들에 대해, 각각 생성된 출사 편광 분포(exit polarisation distribution)와 함께 6개의 편광-영향 광학 요소들의 총 8개의 상이한 구성들을 보여준다. 그러한 점에서 도 7b는 도 7a의 구성과 관련된 출사 편광 분포를 보이며, 도 7d 등은 도 7c 등의 구성과 관련된 출사 편광 분포를 보인다. 모든 경우에 있어서, 각각의 입사 편광 분포는 도 3a 및 도 5a의 입사 편광 분포, 즉 Y-방향으로 선호 편광 방향을 갖는 선형 편광 분포와 각각 대응한다.
도 7a 및 도 7c의 구성들은, 도 3g 및 도 3j와 각각 비교하여, 각각 이상적인 접선 방향 및 반경 방향 편광 분포에 매우 잘 근접하는 준-접선 방향 편광 분포(도 7a, 7b) 및 준-반경 방향 편광 분포(도 7c, 7d)를 각각 형성하기에 적당하다.
도 7e-7f의 구성은 결과적으로 편광 상태에 영향을 주지 않는 중립 위치에 대응한다. 도 7g-7h의 구성은 90°만큼의 선호 편광 방향의 규칙적인 회전에 대응하며 따라서 도 3d 및 도 3e의 상술한 구성들과 유사하게 무편광 동작에서 잔여 편광이 남아있는 정도를 최소화하기에 적당하다.
도 7i-7j의 구성은, 도 3g의 실시예와 유사하게, 준-접선 방향 X-Y 편광의 형성에 대응하며, 이에 맞추어 도 7k-7l의 추가적으로 가능한 구성은 또한 광학 시스템 축(OA)을 중심으로 45°만큼 회전된 것을 제공할 수 있다.
도 7m-7n 및 도 7o-7p의 구성들은 각각 45°만큼(도 7m-7n) 및 135°만큼(도 7o-7p)의 선호 편광 방향의 균일한 회전에 각각 대응한다.
이하에서는, 도 4 및 도 5a-5c를 참조하여, 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 편광-영향 광학 배열을 설명할 것이다. 이러한 편광-영향 광학 배열(400)은 우선 도 2 및 도 3의 배열(200)의 두 개의 편광-영향 광학 요소(210 및 220)들을 갖는다. 이에 추가하여 광 진행 방향으로(도시된 좌표계에서 z-축을 따라) 상기 배열(200)의 상류측에, 그러나 상기 배열(400)의 한 구성 부품으로서, 배치된 것은, 상기 요소(210 및 220)들과 반대로 광학 시스템 축(OA)에 수직하게 광학적 결정축이 배향되어 있는 복굴절 결정 재료로 된 추가적인 광학 요소(410)이다. 도시된 실시예에 따르면, 상기 추가적인 광학 요소(410)는 λ/4 파장판의 형태이며 또한 역시 상기 요소(210 및 220)들과 독립적으로 상기 요소(210 및 220)들의 공통 회전축(다시, 도시된 실시예에서 광학 시스템 축(OA)과 일치한다)을 중심으로 회전 가능하게 배치된다. 또한, 요소(410)는 원형의 기하학적 형태를 가지며, 도시된 실시예에서 상기 배열을 통과하는 광빔의 직경의 대략 50%(즉, 예컨대 최대 동공 직경의 약 50%)인 직경을 갖는다.
도 5a-5c에 도시된 바와 같이, 도 4의 배열(400)에 따르면, 일정한 편광 방향을 갖는 원래의 선형 입사 편광 분포로부터(도 5a 참조), (광학 요소(410)의 크기에 의존하는 크기를 갖는) 동공의 중심 영역에 있는 λ/4 파장판의 작용에 의해, 원편광된 광을 생성하는 출사 편광 분포를 제공하는 것이 가능하다. 그러한 점에서 유용하게 되는 효과는, 원편광된 상태가 광학적으로 활성인 재료의 고유 상태를 나타내기 때문에 상기 λ/4 파장판에 의해 형성된 원편광된 광이 편광 상태에 영향을 주지 않고 후속하는 요소(210, 220)들을 통과한다는 것이다. 선형 입사 편광 분포로부터 원편광된 광을 만드는 전술한 작용은 상기 요소(410)에서의 광학적 결정축이 선형 입사 편광 분포 내의 선호 편광 방향에 대해 실질적으로 45°의 각도로 있다는 것을 전제하기 때문에, 원편광을 만드는 상술한 효과는 광학 시스템 축(OA)을 중심으로 상기 요소(410)를 회전시킴으로써 변형되거나 또는 억제될 수도 있다. 특히, 도시된 실시예에서, 광학 요소(410)에서의 광학적 결정축이 선형 입사 편광의 선호 편광 방향(즉 도시된 좌표계에서 y-방향)에 평행하다면, 상기 편광 방향은 다시 λ/4 파장판의 복굴절 재료와 관련하여 고유한 상태를 형성하기 때문에, 광학 요소(410)는 어떠한 편광-영향 작용도 갖지 않는다.
그러한 점에서, 판들의 회전 위치 및 또한 출사 편광 분포가 도 3의 도면과 유사하게 도시되어 있는 도 5b에 도시된 구성은, 동공의 중심 영역(515) 내의 원편광 분포를 제외하면, 도 3g와 유사한 준-접선 방향 편광 분포의 형성에 대응한다. 도 5c에 도시된 배열(520)은, 도 3f와 유사하게, 수직 방향 극(522, 524)들과 비교하여 수평 방향 극(521, 523)들이 상이한 크기를 가지며 동공의 중심 영역(525) 내에 원편광 분포를 갖는 역시 준-접선 방향 편광 분포의 형성에 대응한다. 이와 유사하게, 도 4의 편광-영향 광학 배열(400)에 의해, 도 2 및 도 3을 참조하여 이미 설명된 구성들 모두에 대해, 동공의 중심 영역 내에 원편광을 갖는 출사 편광 분포들에 대응하여 형성하는 것이 가능하다. 즉, 동공의 중심 영역 내에 원편광의 상기 형성은 다른 편광-영향 요소들 또는 회전자판(rotator plate)들의 위치에 독립적으로 수행될 수 있다.
더욱이, 각각의 경우에서 유사하게 동공의 중심 영역 내에 원편광 분포를 갖는 도 7a-7p에 상세하게 도시된 출사 편광 분포들을 만들기 위하여, 광의 진행 방향으로 편광 회전자 또는 편광-영향 요소들의 상류측에 배치된 λ/4 파장판의 원리가 도 6 및 도 7에 대하여 설명된 배열에 대해서도 역시 적용될 수 있다는 점을 이해할 것이다.
추가적인 실시예에 따르면, 도 5d의 개략적인 도면에 도시된 바와 같이, 상기 추가적인 광학 요소(410)는 λ/4 파장판 대신에 λ/4 파장판들의 매트릭스-형태 또는 바둑판-형태의 배열(570)을 가질 수도 있는데, 이 경우에서 상기 매트릭스-형태의 배열의 상호 인접하여 배치된 λ/4 파장판들은 서로에 대해 90°만큼 회전된 광학적 결정축들을 각각 가지며, 여기서 더욱이 도 4와 유사하게, 상기 배열은 예를 들어 광 진행 방향으로 편광-영향 배열(200)(도 5d에서 560으로 표시됨)의 상류측에 위치하고 또한 바람직하게는 Z-방향으로 연장되는 광학 시스템 축(OA)을 중심으로 회전 가능하게 배치될 수도 있다. 추가적인 대안적인 실시예에 따르면, 상기 추가적인 광학 요소(410)는 편광-영향 요소들의 매트릭스-형태 또는 바둑판-형태의 분포를 또한 가질 수도 있는데, 이 경우에서 상기 분포 내의 각각의 인접하는 요소들은 λ/4 및 3*λ/4-지연(retardation)을 선택적으로 낳는다.
바람직하게는 상술한 매트릭스-형태의 배열들에서, '역' 복굴절 영역들이 동공 중심을 중심으로 점대칭적으로 배치된다. 결상 과정에서 개별적인 성분들의 중첩의 결과로서, 두 구성들은 모두 동공의 중심 영역에 준-무편광된 광의 형성을 각각 허용한다. 또한 이러한 구성들에서, 매트릭스-형태 배열의 상술한 작용은 회전축을 형성하는 광학 시스템 축을 통한 약 45°의 회전에 의해 각각 'ON 및 OFF'로 스위칭될 수 있다. λ/4 파장판들(또는 3*λ/4 파장판들)의 매트릭스-형태 또는 바둑판-형태의 배열을 갖는 상기 구성은 또한 (도 2, 도 3 및 도 6, 도 7을 각각 참조하여) 앞서 설명한 편광-영향 배열들의 각각과 결합될 수도 있다.
도 8a-8e는 광학 시스템, 예를 들어 도 1에 도시된 것과 같은 조명 시스템에서 설정될 수 있으며 예를 들어 사용되는 각각의 마스크에 따라서 선택되는 전형적인 조명 설정(illumination setting)들을 도시하고 있는데, 여기에서 도 8a는 소위 '소문자 시그마(small sigma)'를 갖는 조명 설정(소문자 시그마 설정이라고도 불린다)을 도시하며, 도 8b는 환형(annular) 조명 설정을 도시하고, 도 8c는 C-quad 설정이라고도 불리는 사중극 조명 설정을 도시하며, 도 8d는 사중극의 네 개의 극들이 각각의 경우에 z-축을 중심으로 각각 x-축과 y-축에 관하여 C-quad 설정에 대해 45°만큼 회전되어 배치되는 준성(quasar) 설정이라고도 불리는 조명 설정을 도시한다. 도 8e는 도 8c와 유사한 조명 설정을 도시하지만, x-방향으로 맞은쪽의 관계로 배치된 극들('수평 방향의' 극들)의 크기가 변경되어 있다. 본 발명에 따른 상기 편광-영향 광학 배열은 특히, 상기 편광-영향 광학 요소들 중 적어도 하나를 회전시킴으로써, 극 크기에 있어서, 조명 시스템에서 각각 설정되거나 또는 존재하는 편광 분포를, 상기 각각 설정된 조명 설정에 맞게, 즉 조명 극들의 크기 및/또는 형태에 맞게 연속적으로 조절하기 위하여 사용될 수 있다.
지금까지 특정한 실시예들을 참조하여 본 발명이 설명되었다면, 다양한 변형들 및 대안적인 구성들이 예를 들어 개별적인 실시예들의 특징들을 결합하거나 및/또는 교체함으로써 본 기술분야의 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 그러한 변형들 및 대안적인 구성들도 역시 본 발명에 의해 포함되며 본 발명의 범위는 첨부한 청구범위 및 그의 등가물에 따라서만 제한된다는 것은 본 기술분야의 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (8)

  1. 마이크로리소그래피 투영 노광 장치의 조명 시스템에 있어서,
    상이한 조명 설정들이 상기 조명 시스템 내에서 설정될 수 있으며;
    상기 조명 시스템은 광학적으로 활성인 재료로 된 적어도 두 개의 편광-영향 광학 요소(210, 220)들을 갖는 편광-영향 광학 배열을 포함하고;
    상기 조명 시스템에 존재하는 편광 분포가 적어도 하나의 광학 요소의 회전에 의해 상기 각각 설정된 조명 설정에 맞게 조절될 수 있고;
    상기 회전에 의해 중첩 영역이 가변하고, 상기 중첩 영역은 상기 중첩 영역 내에서 두 편광-영향 광학 요소(210,220)들 모두를 통해 상기 광학 시스템을 통과하는 광의 광빔들에 의해 정의되며,
    상기 중첩 영역은 상기 편광-영향 광학 요소(210, 220)의 중첩에 의하여 달성되는 광학적으로 활성인 재료의 전체적인 두께에 따르는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명 설정들은 형성된 조명 극들의 크기 및 형태 중 적어도 하나에 있어서 상이하며, 상기 편광 분포는 상기 조명 극들의 크기 및 형태 중 적어도 하나에 맞게 연속적으로 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 조명 설정들 중 적어도 하나가 환형 조명 설정인 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 요소는 광학적으로 활성인 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 조명 시스템은,
    광학적으로 활성인 재료로 된 적어도 두 개의 편광-영향 광학 요소(210, 220)들을 갖는 적어도 하나의 편광-영향 광학 배열(200, 400, 550)을 포함하며,
    상기 편광-영향 요소(210, 220)들 중 적어도 하나가 회전 가능하게 배치되며,
    상기 조명 시스템은 광학 시스템 축(OA)을 가지며, 상기 광학적으로 활성인 재료는 각각 광학적으로 활성인 결정 재료이고 광학적 결정축이 각각 상기 광학 시스템 축(OA)에 평행한 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 조명 시스템에서 적어도 하나의 조명 극 내의 편광 분포를 설정하는 방법에 있어서, 상기 편광 분포의 설정은 적어도 하나의 광학 요소의 회전에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 요소는 광학적으로 활성인 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 조명 극은 환형 조명 설정의 조명 극인 것을 특징으로 하는 방법.
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