KR101646285B1 - 이미징 광학기기 - Google Patents

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칼 짜이스 에스엠티 게엠베하
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    • G—PHYSICS
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    • G02B17/02—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system
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Abstract

이미징 광학기기(7)는 다수의 거울(M1 내지 M6)을 갖는다. 이들 거울은 오브젝트 평면(5)의 오브젝트 필드를 이미지 평면(9)의 이미지 필드에 이미징한다. 거울 중 적어도 하나(M5, M6)는 이미징 광(3)의 통과를 위한 관통구(18, 19)를 갖는다. 거울(M1 내지 M6)은, 주 광선이 오브젝트 평면(5)과 제 1 하류 거울(M1) 사이의 이미징 광(3)의 빔 경로에서 평행으로 또는 발산하여 진행하도록 배치된다. 본 발명의 제 1 구성에서, 이미징 광학기기(7)는, 오브젝트 평면(5) 전방의 5m와 2000m 사이의 범위에서 이미징 광(3)의 빔 경로에 놓인 입사 동공 평면을 갖는다. 본 발명의 제 2 구성에서, 이미징 광학기기는, 오브젝트 평면(5) 전방 100mm와 5000mm 사이의 범위에서 이미징 광의 빔 경로에 놓인 입사 동공 평면을 갖는다. 결과적으로 개선된 이미징 품질을 갖는 이미징 광학기기를 얻는다.

Description

이미징 광학기기{IMAGING OPTICS}
본 발명은 오브젝트 평면의 오브젝트 필드를 이미지 평면의 이미지 필드에 이미징하는 다수의 거울을 포함하고(여기서, 거울 중 적어도 하나가 이미징 광의 통과를 위한 관통구를 갖는다), 주광선이, 오브젝트 평면과 제 1 하류 거울 사이의 이미징 광의 빔 경로에서 평행하게 또는 발산하며 진행하게 하는 거울 배치를 포함하는 이미징 광학기기, 특히 이미징 광학장치에 관한 것이다. 더 나아가, 본 발명은 이러한 타입의 이미징 광학기기를 포함하는 광학 시스템, 이러한 타입의 광학 시스템을 포함하는 투사 노광 장치, 이러한 타입의 투사 노광 장치에 의해 마이크로 또는 나노 구조 소자를 제조하는 방법, 그리고 이 방법에 의해 제조한 마이크로 또는 나노 구조 소자에 관한 것이다.
이미징 광학기기, 특히 마이크로리소그라피용 투사 노광 장치의 일부와 같은 투사 광학 장치는 다음의 문헌으로부터 알려져 있다:
EP 1 093 021 A2, DE 10 2005 042 005 A1, US 2006/0284113 A1,
US 2006/0232867 A1, EP 1 450 196 A1, EP 1 452 899 A1,
EP 1 806 610 A1 및 US 6,213,610 B1
본 발명의 목적은 이러한 타입의 이미징 광학기기의 이미징 품질을 개선하는 것이다.
이러한 목적은, 오브젝트 평면의 5m와 2000m 사이의 범위에서 이미징 광의 빔 경로에 있는 입사 동공 평면을 가진 이미징 광학기기에 의한 제 1 구성에 따른 발명에 따라 달성된다.
입사 동공 평면의 이러한 배치로 인해, 빔 경로는, 투사 광학 장치의 제 1 거울과 오브젝트 평면 사이에서 최소로 발산한다. 그에 따라 오브젝트 필드에 배치된, 이미징될 구조에 대한 위치-의존적 섀도우 효과(shadow effect)를 피할 수 있다. 게다가, 오브젝트 평면 영역에서, 실제로 텔레센트릭(telecentric)한 빔 경로를 얻게 되어, 그에 따른 장점을 갖는다. 예컨대, 이러한 실제로 텔레센트릭한 빔 경로로 인해, 이미징 비율(scale)이 결과적으로 변화하지 않고도 오브젝트 평면에서 시스템은 리포커싱되게 된다. 본 발명의 이러한 구성에서, 입사 동공 평면과 오브젝트 평면 사이의 거리는 특히 100m와 2000m 사이의 범위, 더욱 바람직하게는 500m와 1500m 사이의 범위, 더욱 바람직하게는 800m와 1200m 사이의 범위, 그리고 특히는 1000m의 범위에 있을 수 있다.
이미징 광학기기는 0.4와 0.9 사이의 범위에서의 이미지-측 개구수, 그리고 특히 0.5의 이미지-측 개구수를 가질 수 있다. 이러한 이미지-측 개구수는 또한, 0.4, 0.6, 0.7, 0.8 또는 0.9의 값을 가질 수 있다. 그에 따라 이미징 광학기기의 큰 공간 해상도를 얻는다.
추가 구성에 따라, 먼저 언급한 목적은, 오브젝트 평면 전방 100mm와 5000mm 사이의 범위에서 이미징 광의 빔 경로에 있는 입사 동공 평면을 갖는 이미징 광학기기에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 그러한 이미징 광학기기의 장점은, 위치-의존적 섀도우 효과가 회피된다는 면에서, 본 발명의 제 1 구성과 연계하여 앞서 설명한 것에 해당한다. 게다가, 그러한 이미징 광학기기의 경우, 빔 경로의 투사 노광 장치 상류에 배치된 조명 광학기기에서 오브젝트 필드를 조명하는데 필요한 소자 수는 감소할 수 있고, 그 결과 조명 광의 전체 손실이 감소한다. 입사 동공 평면과 오브젝트 평면 사이의, 100mm와 5000mm 사이의 범위에서의 거리는, 조명 광학기기의 한 소자를 그러한 입사 동공 평면 영역에 바로 배치한다는 면에서, 콤팩트한 광학 배치를 제조하는데 특히 유리하다고 알려져 왔다. 특히, 입사 동공 평면과 오브젝트 평면 사이의 거리는 100mm와 2000mm 사이, 더욱 바람직하게는 500mm와 1500mm 사이, 더욱 바람직하게는 800mm와 1200mm 사이, 그리고 더욱 바람직하게는 1000mm의 영역에 있다. 본 발명의 이 추가적인 구성에서, 이미징 광학기기의 적어도 하나의 거울의 반사면은, 회전 대칭 함수에 의해 기술할 수 없는 자유곡면(freeform surface)으로 구현된다. 회전 대칭 축을 갖는 반사면 대신 자유곡면을 사용하면, 새로운 설계 자유도를 얻어, 회전 대칭 반사면으로 실현할 수 없었던 속성 결합을 가진 이미징 광학기기를 얻게 된다. 본 발명에 따른 이미징 광학기기에 사용하기 적절한 자유곡면은 US 2007-0058269A1으로부터 알려져 있다.
두 개의 구성에 따른 이미징 광학기기는, 100mm보다 큰, 특히 200mm보다 큰 오브젝트-이미지 오프셋을 가질 수 있다.
이미징 광학기기의 0.4와 0.9 사이의 범위에서의 이미지-측 개구수, 그리고 특히 0.7의 이미지-측 개구수는 특히 우수한 구조 해상도를 얻게 한다. 이 이미지-측 개구수는 또한 0.4, 0.5, 0.6, 0.8 또는 0.9의 값을 가질 수 있다.
이미징 광학기기의 이미지 평면은 오브젝트 평면에 평행하게 배치할 수 있다. 이점은, 이미징 광학기기를 구조적 환경에 용이하게 통합시키게 한다. 이러한 장점은 특히, 이미징 광학기기가 스캐닝 투사 노광 장치에 사용될 때 명백해 지며, 그 이유는, 스캔 방향이 서로 평행하게 될 수 있기 때문이다.
만약 이미징 광학기기가 정확히 6개의 거울을 갖는다면, 이점으로 인해, 컴팩트하면서도 그 이미징 수차에 있어 잘 보정되는 이미징 광학기기를 얻는다.
이미징 광학기기는 1mm2보다 큰 이미지 필드를 조명할 수 있다. 이미지 필드는 특히 직사각형이나 만곡되어 있을 수 있고, 13mm/1mm의 영상비(x/y)를 가질 수 있다. 그러한 이미지 필드는, 이미징 광학기기가 투사 노광 장치에서 사용될 때, 우수한 처리율을 얻게 한다.
이미징 광학기기는 이미지 측 상에서 텔레센트릭할 수 있다. 이로 인해, 예컨대, 결과적으로 이미징 비율이 변화하지 않고도 이미징 평면에서 시스템은 리포커싱되게 되며, 그에 따라 이미징 광학기기의 적용 융통성이 증가한다.
청구항 10에 기재된 광학 시스템과 청구항 11 및 12에 기재된 투사 노광 장치의 장점은, 본 발명에 기재된 이미징 광학기기에 대해 앞서 설명한 것에 해당한다.
이 투사 노광 장치의 광원은 광대역 형태로 구현할 수 있고, 예컨대 1nm보다 크거나, 10nm보다 크거나 또는 100nm보다 큰 대역폭을 가질 수 있다. EUV 광원의 예시적인 실시예에서, 13.5nm의 중심 파장과, 이 중심 파장 주위에서 2%의 대역폭(FWHM)을 갖는 유용한 광이 이미지 필드에 도달한다. EUV 광원에 의해 생성된 광의 나머지 대역폭은, 이미징 광학기기의 거울에 의해 약하게만 반사된다. 투사 노광 장치는, 상이한 파장을 가진 광원으로 동작할 수 있도록 구현될 수 있다. 동공 면 거울을 가진 조명 광학기기는 예컨대 US 2007/0223112 A1으로부터 알려져 있다.
대응하는 장점은, 청구항 13에 기재한 제조 방법과 그에 따라 제조된 청구항 14에 기재된 마이크로 및 나노 구조 소자에 적용된다.
본 발명의 예시적인 실시예는 도면을 참조하여 더 상세하게 후술될 것이다.
본 발명에 의하면, 상술한 타입의 이미징 광학기기의 이미징 품질을 개선할 수 있다.
도 1은, 마이크로리소그라피용 투사 노광 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는, 도 1에 따른 투사 노광 장치의 투사 광학 장치로서 구현된 이미징 광학기기의 실시예에 대한, 서로 이격된 필드 점의 이미징 빔 경로를 포함하는 자오 단면을 도시한 도면이다.
도 3은, 도 2와 유사한, 투사 광학 장치의 다른 실시예의 예시를 도시한 도면이다.
도 4는, 도 3에 따른 투사 광학 장치를 포함하는 투사 노광 장치에서 투사 노광 장치의 조명 시스템에 의해 추가된 빔 경로를 개략적으로 도시한 도면이다.
마이크로리소그라피용 투사 노광 장치(1)는 조명 광용 광원(2)을 갖는다. 광원(2)은, 5nm와 30nm 파장 범위에서 광을 생성하는 EUV 광원이다. 다른 EUV 파장도 가능하다. 일반적으로, 투사 노광 장치(1)에서 안내된 조명 광에 대해, 예컨대 가시 파장과 같은 심지어 임의의 파장이 가능하다. 조명 광(3)의 빔 경로를 도 1에서 매우 개략적으로 예시하고 있다.
조명 광학 장치(6)로 구현한 이미징 광학기기는, 조명 광(3)을 오브젝트 평면(5)의 오브젝트 필드(4) 쪽으로 안내하는 역할을 한다. 이미징 또는 투사 광학 장치(7)로서 구현된 이미징 또는 투사 광학기기가 오브젝트 필드(4)를 이미지 평면(9)의 이미지 필드(8)에 미리 결정된 축소 비율로 이미징하는데 사용된다. 투사 광학 장치(7)는 8의 인자만큼 축소한다.
예컨대 4x, 5x, 6x 또는 그 밖에 8x보다 큰 이미징 비율과 같이 다른 이미징 비율도 가능하다. EUV 파장을 갖는 조명 광에 대해, 8x의 이미징 비율이 특히 적절하며, 그 이유는 반사 마스크 상의 입사 오브젝트-측 각도가 그에 따라 작게 유지될 수 있기 때문이다. NA=0.5인, 투사 광학 장치(7)의 이미지-측 개구에 대해, 6°미만의 조명 각도를 오브젝트 측 상에서 실현할 수 있다. 게다가, 8x의 이미징 비율은 불필요하게 큰 마스크를 사용해야할 필요성을 갖게 하지 않는다. 이미지 평면(9)은, 투사 광학 장치(7)인 경우에 오브젝트 평면(5)에 평행하게 배치된다. 오브젝트 필드(4)와 일치하는 반사 마스크(10)(레티클이라고도 함) 부분에 이 경우 이미징한다. 이미징은, 기판 홀더(12)에 의해 지지되는 웨이퍼 형태의 기판(11) 면 상에서 발생한다. 도 1은, 레이클(10)과 투사 광학 장치(7) 사이에서, 상기 투사 광학 장치 내로 입사하는 조명 광(3)의 빔선속(13)과, 투사 광학 장치(7)와 기판(11) 사이에서, 투사 광학 장치(7)로부터 나온 조명 광(3)의 방사선속(14)을 개략적으로 예시한다. 도 2에 따른 투사 광학 장치(7)의 이미지-필드-측 개구수(NA)는 0.50이다. 투사 광학 장치(7)는 이미지 측 상에서 텔레센트릭하다.
투사 노광 장치(1)의 설명을 용이하게 하기 위해, 데카르트 xyz 좌표계를 도면에 나타내며, 이 좌표계는 도면에 예시한 소자들 각각의 위치 관계를 보인다. 도 1에서, x 방향이 도면 평면에 수직으로 이 평면 내로 진행하고, y 방향이 오른쪽으로 진행하며, z 방향이 아래로 진행한다.
투사 노광 장치(1)는 스캐너 타입이다. 레티클(10)과 기판(11) 둘 모두는, 투사 노광 장치(1)가 동작하는 동안에 y 방향으로 스캔된다.
도 2는 투사 광학 장치(7)의 광학 설계를 도시한다. 이 예시는, 도 2에서 상하로 놓인 5개의 오브젝트 필드 점으로부터 진행되고 y 방향에서 서로 이격되는 두 개의 개별 빔(15)의 각 경우에서의 빔 경로를 도시하며, 상기 5개의 오브젝트 필드 점 중 하나와 관련된 두 개의 개별 빔(15)에는 각 경우에, 5개의 오브젝트 필드 점에 대해 2개의 다른 조명 방향이 할당된다. 이들 2개의 조명 방향은, 5개의 오브젝트 필드 점 각각의 상부 코마 빔(upper coma beam)과 하부 코마 빔(lower coma beam)으로 표시된다.
오브젝트 필드(5)로부터 진행하여, 개별 빔(15)은 먼저 제 1 거울(M1)에 의해 반사되고, 후속하여 추가 거울에 의해 반사되며, 이들 거울은 빔 경로 순서로 이후 거울(M2, M3, M4, M5 및 M6)로 나타낸다. 도 2에 따른 투사 광학 장치(7)는 그러므로 6개의 반사 거울을 갖는다. 이들 거울은, 예컨대 EUV에서와 같은 파장을 고려하여 필요한 경우에 조명 광(3)의 파장에 매우 반사성인 코팅이 되어 있다. 서로 매우 다른 파장을 갖는 방사광을 또한 조명 광학기기(6)와 투사 광학 장치(7)에서 안내할 수 있고, 그 이유는 이들 광학 장치가 상당한 수색성(achromatic properties)을 갖기 때문이다. 그러므로 예컨대 이들 광학 장치에서 정렬 레이저를 안내하거나 오토포커싱 시스템을 동작시킬 수 있으며, 동시에, 그 동작 파장과 매우 다른 파장이 조명 광에 사용된다. 따라서 정렬 레이저는 632.8nm, 248nm, 또는 193nm에서 동작할 수 있는 반면, 10nm와 30nm 사이의 범위에 있는 조명 광을 동시에 사용한다.
거울(M3)은 볼록 기본 형상을 가지며, 즉 볼록한 최상-매칭면으로 기술할 수 있다. 이후의 설명에서, 이러한 타입의 거울을 간단히 볼록(convex)이라고 하고, 오복한 최상-매칭면으로 기술할 수 있는 거울을 간단히 오목(concave)이라고 한다. 볼록거울(M3)은 투사 광학 장치(7)에 우수한 페츠발(Petzval) 보정을 제공한다.
도 2에 따른 투사 광학 장치(7)의 입사 동공 평면은, 조명 광(3)의 빔 경로에서 오브젝트 평면(5) 전방 1000m에 놓인다. 도 2에 따른 투사 광학 장치(7)는 구조적 길이, 즉 오브젝트 평면(5)과 이미지 평면(9) 사이에 2000mm의 거리를 갖는다.
이격된 오브젝트 필드 점으로부터 진행하며 동일한 조명 방향에 할당된 이들 개별 빔(15)은 따라서 오브젝트 평면(4)과 제 1 거울(M1) 사이에서 거의 평행한 방식으로 투사 광학 장치(7) 내로 진행한다. 개별 빔(15)의 주광선은 따라서, 오브젝트 평면(5)과 거울(M1) 사이에서 조명 광(3)의 빔 경로에서 서로에 대해 거의 0°의 각도를 형성한다.
5개의 오브젝트 필드 점의 특정 조명 방향과 관련된 개별 빔(15)은 투사 광학 장치(7)의 동공 평면(16)에서 결합되며, 이 평면(16) 인근에는, 거울(M3)이 배치된다. 상기 거울(M3)은 그러므로 또한 동공 거울이라 한다. 조명 광 빔선속의 범위를 정하는(delimiting) 개구 조리개를 동공 평면(16)에 배치할 수 있다. 상기 개구 조리개는 기계적이고 교환 가능한 조리개나, 거울(M3) 바로 위의 해당하는 코팅 형태로 제공할 수 있다.
거울(M1 내지 M4)은 오브젝트 평면(5)을 중간 이미지 평면(17)에 이미징한다. 투사 광학 장치(7)의 중간-이미지-측 개구수는 대략 0.2이다. 거울(M1 내지 M4)은, 대략 3.2x의 축소 이미징 비율을 갖는 투사 광학 장치(7)의 제 1 부분 이미징 광학 장치를 형성한다. 하류의 거울(M5 및 M6)은, 대략 2.5x의 축소 이미징 비율을 갖는 투사 광학 장치(7)의 다른 부분 이미징 광학 장치를 형성한다. 중간 이미지 평면(17)의 상류에 있고 이것에 인접해 있는 거울(M4 및 M5) 사이에서의 조명 광(3)의 빔 경로에서, 관통구(18)가 거울(M6)에 형성되고, 관통구를 통해, 조명 또는 이미징 광(3)이 제 4 거울(M4)에서 반사되자마자 제 5 거울(M5)로 통과된다. 제 5 거울(M5)은 이제 중앙의 관통구(19)를 가지며, 관통구를 통해, 방사광 선속(14)이 제 6 거울(M6)과 이미지 평면(9) 사이를 통과한다.
제 5 거울(M5)은, 제 6 거울(M6)과 함께, 중간 이미지 평면(17)으로부터의 조명 또는 이미징 광(3)을 이미지 평면(9)에 이미징하며, 투사 광학 장치(7)의 추가 동공 평면(20) 인근에 배치되고, 이 추가 동공 평면은 제 1 동공 평면(16)에 대해 컨쥬게이트(conjugate) 관계이다. 이 추가 동공 평면(20)은 이미징 광의 빔 경로에서 제 5 거울(M5)에 인접해 놓여서, 물리적으로 접근 가능한 조리개 평면이 이 추가 동공 평면(20) 위치에 존재한다. 이 조리개 평면에서, 개구 조리개가, 동공 평면(16) 영역의 개구 조리개와 연계하여 상술한 바와 같이, 대안적으로 또는 추가로 또한 배치될 수 있다.
투사 광학 장치(7)는, 동공 평면(16 및 20) 중 하나에 중앙에 놓인 방식(centered fashion)으로 배치된 엄폐(obscuration) 조리개를 갖는다. 거울(M6, M5)의 중앙의 관통구(18, 19)에 할당된 투사 빔 경로의 부분 빔은 그에 따라 엄폐된다. 그러므로 투사 노광부(7)의 설계를 또한, 중앙의 동공 엄폐가 있는 설계라고 한다.
중앙의 오브젝트 필드 점을 투사 광학 장치(7)의 입사 동공의 중앙 조명 점에 링크하는 구별된 개별 빔(15)을 또한 중앙 필드 점의 주광선이라고 한다. 중앙 필드 점의 주광선은, 제 6 거울(M6)에서 반사되는 것으로부터 시작하여, 이미지 평면(9)과 대략 직각을 형성한다, 즉 투사 노광 장치(1)의 z 축에 대략 평행하게 진행한다. 이 각도는 85°보다 크다.
이미지 필드(8)는 직사각형이다. 이미지 필드(8)는 x 방향에 평행한 13mm의 크기를 갖는다. 이미지 필드(8)는 y 방향에 평행한 1mm의 크기를 갖는다. 이미지 필드(8)는 제 5 거울(M5) 뒤의 중앙에 놓인다. 관통구(19)의 반경(R)은, 원축오차 없는(vignetting-free) 이미징을 위해 다음의 관계를 만족해야 한다:
Figure 112011003320970-pct00001
이 경우, D는 이미지 필드(8)의 직경이다. dw는 거울(M5)의 이미지 평면으로부터의 자유 작동 거리이다. 이 자유 작동 거리는 이미지 평면(9)과 이에 가장 가까운, 투사 광학 장치(7)의 가장 가까운 거울, 즉 도 2에 따른 실시예에서는 거울(M5)의 사용 반사면 부분 사이의 거리로 정의된다. NA는 이미지-측 개구수이다.
투사 광학 장치(7)의 6개의 거울(M1 내지 M6) 모두는, 회전 대칭 함수에 의해 기술할 수 없는 자유곡면(freeform surfaces)으로 구현된다. 투사 광학 장치(7)의 다른 실시예도 가능하며, 여기서 거울(M1 내지 M6) 중 적어도 하나는 이러한 타입의 자유반사곡면(freeform reflection surface)을 갖는다.
이러한 타입의 자유곡면은 회전 대칭 기준면으로부터 제조할 수 있다. 마이크로리소그라피용 투사 노광 장치의 투사 광학 장치의 거울의 반사면에 대한 이러한 타입의 자유곡면은 US2007-0058269A1에서 알려져 있다.
이러한 자유곡면은 다음의 수학식에 의해 수학적으로 설명할 수 있다:
[수학식 1]
Figure 112011003320970-pct00002
여기서 다음의 관계를 만족한다:
[수학식 2]
Figure 112011003320970-pct00003
Z는, 점(x,y)(x2+y2=r2)에서의 자유곡면의 사지타(sagitta)이다.
c는 해당 비구면의 정점 곡률에 해당하는 상수이다. k는 해당 비구면의 원뿔 상수에 해당한다. Cj는 단항식(XmYn)의 계수이다. c, k 및 Cj의 값은 통상, 투사 광학 장치(7) 내의 거울의 원하는 광학 속성을 기초로 하여 결정된다. 단항식의 차수, m+n은 원하는 바에 따라 변할 수 있다. 고차 단항식일수록, 더 양호한 이미지 수차 정정을 가진 투사 광학 장치를 설계할 수 있지만, 계산하기 더 복잡하다. m+n은 3과 20 초과 사이의 값을 가질 수 있다.
자유곡면은 또한 제르니케(Zernike) 다항식에 의해 수학적으로 기술할 수 있으며, 이 다항식은 예컨대 광학 설계 프로그램 CODE V(등록상표)의 매뉴얼에서 설명한다. 대안적으로, 자유곡면은 2-차원 스플라인 표면의 도움으로 기술할 수 있다. 그 예는 베지에(Bezier) 곡선 또는 NURBS(Non-Uniform Rational Basis Splines)이다. 2-차원 스플라인 표면은 예컨대 xy 평면에서의 점 및 관련 z값의 네트워크에 의해서나 이들 점 및 이들과 관련된 그레디언트에 의해 기술할 수 있다. 스플라인 표면의 각 타입에 따라, 예컨대 연속성 및 차별 가능성(differentiability)에 관해 특정한 속성을 갖는 다항식이나 함수를 사용한 네트워크 점 사이의 보간에 의해 전체 표면을 얻는다.
거울(M1 내지 M6)은, 충돌하는 EUV 조명 광(3)에 대한 이들의 반사를 최적화하기 위해 복수의 반사 층을 갖는다. 거울면 상의 개별 빔(15)의 충돌 각도가 수직 입사에 더 가까울수록, 반사는 더 우수하게 된다. 투사 광학 장치(7)는 모든 개별 빔(15)에 대해 전체적으로 작은 반사 각도를 갖는다.
투사 광학 장치(7)의 거울(M1 내지 M6)의 반사면의 광학 설계 데이터는 아래의 표로부터 수집할 수 있다. 이들 표 중 제 1 표는, 광학 소자의 광학면에 대해 그리고 개구 조리개에 대해, 오브젝트 평면에서부터 진행하여, 빔 경로의 인접한 요소 사이의 z 거리에 해당하는 거리 값(두께)과 정점 곡률의 역수(반경)를 각 경우에 명시한다. 제 2 표는, 거울(M1 내지 M6)에 대한 앞서 명시한 자유곡면의 수학식에서의 단항식(XmYn)의 계수(Cj)를 명시한다. 이 경우, Nradius는 정규화(normalization) 인자를 나타낸다. 제 2 표 이후, 각 거울이, 거울 기준 설계로부터 진행하여 디센터되었고(decentered)(Y-디센터) 및 회전된(X-회전) mm 단위의 크기를 또한 명시한다. 이것은, 상술한 자유곡면 설계 방법인 경우에 평행 변위 및 기울기에 해당한다. 이 경우, 변위는 y 방향에서 이루어지며, 기울기는 x 축을 중심으로 이루어진다. 여기서, 회전 각도는 °단위로 명시한다.
Figure 112011003320970-pct00004
Figure 112011003320970-pct00005
Figure 112011003320970-pct00006
오브젝트 이미지 오프셋, 즉 오브젝트 필드(4)의 중간 점의 이미지 평면(9)으로의 투사와 이미지 필드(8)의 중간 점 사이의 거리는 투사 광학 장치(7)인 경우에 208mm이다.
도 3은 투사 광학 장치(21)의 추가 실시예를 도시하며, 이 광학 장치(21)는 도 2에 따른 투사 노광부(7) 대신에 투사 노광 장치(1)에서 사용할 수 있다. 도 1 및 2를 참조하여 이미 상술하였던 것에 대응하는 소자나 참조부호는 동일한 참조번호를 가지며 다시 상세하게 논의하지 않을 것이다.
투사 광학 장치(21)는 또한, 조명 광(3)의 빔 경로 시퀀스에서 오브젝트 평면(5)으로부터 진행하는 거울(M1 내지 M6)로서 나타내어진 총 6개의 반사 거울을 갖는다. 거울(M1 내지 M6)은 모두 반사 자유곡면을 가지며, 이 면은 회전 대칭 함수에 의해 기술할 수 없다.
투사 광학 장치(21)는 8의 인자만큼 축소한다. 투사 광학 장치(21)는 0.70의 이미지-측 개구수(NA)를 갖는다. 투사 광학 장치(21)의 이미지 필드(8)의 치수는 투사 광학 장치(7)의 치수에 해당한다. 중간-이미지-측 개구수는 대략 0.2이다.
투사 광학 장치(21)는 1.429mm의 구조적 거리, 즉 오브젝트 평면(5)과 이미지 평면(9) 사이의 거리를 갖는다.
오브젝트-이미지 오프셋은 투사 광학 장치(7)인 경우보다 투사 광학 장치(21)인 경우에 상당히 더 크며, 투사 광학 장치(21)의 경우에 389mm이다.
입사 동공 평면은, 투사 광학 장치(21)인 경우에 조명 광(3)의 빔 경로에서 오브젝트 평면(5) 전방 1000mm에 놓인다. 오브젝트 평면(5)과 거울(M1) 사이에서, 다른 오브젝트 필드 점에 할당되지만 동일한 조명 방향에 할당되는 개별 빔(15)은 그에 따라 서로에 대해 발산하여(divergently) 진행한다.
투사 광학 장치(21)의 거울(M1 내지 M6)의 반사면의 광학 설계 데이터를 이후의 표로부터 수집할 수 있고, 이 표의 구조는, 도 2에 따른 투사 광학 장치(7)에 관한 표의 구조에 해당한다.
Figure 112011003320970-pct00007
Figure 112011003320970-pct00008
Figure 112011003320970-pct00009
도 4는, 투사 광학 장치(21)를 이용한, 광원(2)과 이미지 필드(8) 사이의 조명 광(3)의 빔 경로를 개략적으로 도시한다. 광원(2)으로부터의 유용한 방출광(emission)을 집광하는 집광기(22)가 광원(2)의 하류에 배치된다. 이제 집광기(22)의 하류에 배치되는 것은 스펙트럼 필터(23)이고, 이 필터(23)는 그레이징 입사(grazing incidence)로 동작한다. 필드 면(facet) 거울(24)이 스펙트럼 필터(23) 하류에 배치된다. 동공 면 거울(25)이 필드 면 거울(24) 하류에 배치된다. 조명 광학기기(6)의 일부로서의 그러한 면 거울(24, 25)의 개념은 원칙적으로 예컨대 US7,186,983B2로부터 알려져 있다. 동공 면 거울(25)은, 도 4에서 26으로 나타낸, 투사 광학 장치(21)의 입사 동공 평면 영역에 배치된다. 그러므로 동공 면 거울(25)과 오브젝트 평면(5) 사이에는 대략 1000mm의 거리가 있다. 조명 광(3)은 동공 면 거울(25)로부터 직접 반사 레티클(10) 상에 보내진다. 그러므로 조명 광(3)에 영향을 미치거나 편향시키는 추가 소자가 동공 면 거울(25)과 레티클(10) 사이에 존재하지 않는다.
마이크로- 또는 나노 구조의 소자, 특히 마이크로일렉트로닉스용 반도체 소자, 즉 예컨대 마이크로칩을 제조하기 위해, 다음의 절차를 채용한다: 레티클(10)과 웨이퍼(11)를 제공한다. 레티클(10) 상에 존재하는 구조는 그 후, 투사 노광 장치(1)의 도움으로 웨이퍼(11)의 감광 층 상으로 투사된다. 마이크로- 또는 나노 구조가 그 후, 감광층을 현상함으로써 웨이퍼(11) 상에 제조된다.
1: 투사 노광 장치 2: 광원
3: 조명 광 4: 오브젝트 필드
5: 오브젝트 평면 6: 조명 광학 장치
7: 투사 광학 장치 8: 이미지 필드
9: 이미지 평면 10: 반사 마스크
11: 기판 12: 기판 홀더
13: 빔선속 15: 개별 빔

Claims (14)

  1. 오브젝트 평면(5)의 오브젝트 필드(4)를 이미지 평면(9)의 이미지 필드(8)에 이미징하는 다수의 거울(M1 내지 M6)을 포함하고, 상기 거울 중 적어도 하나(M5, M6)는 이미징 광(3)의 통과를 위한 관통구(18, 19)를 가지는 이미징 광학기기(7)로서,
    상기 이미징 광학기기(7)는 상기 오브젝트 평면(5)의 전방 5m와 2000m 사이의 범위에서 이미징 광(3)의 빔 경로에 놓인 입사 동공 평면을 가지며,
    상기 이미징 광학 기기(7)는 100mm보다 큰 오브젝트-이미지 오프셋을 가지는 것인 이미징 광학기기.
  2. 청구항 1에 있어서, 0.4와 0.9 사이의 범위에서의 이미지-측 개구수를 특징으로 하는, 이미징 광학기기.
  3. 오브젝트 평면(5)의 오브젝트 필드(4)를 이미지 평면(9)의 이미지 필드(8)에 이미징하는 다수의 거울(M1 내지 M6)을 포함하고, 상기 거울 중 적어도 하나(M5, M6)는 이미징 광(3)의 통과를 위한 관통구(18, 19)를 가지는 이미징 광학기기(21)로서,
    상기 이미징 광학기기(21)는 상기 오브젝트 평면(5)의 전방 100mm와 5000mm 사이의 범위에서 이미징 광(3)의 빔 경로에 놓인 입사 동공 평면(26)을 가지고, 상기 거울(M1 내지 M6) 중 적어도 하나의 반사면은 자유곡면(freeform surface)으로서 구현되며,
    상기 이미징 광학 기기(21)는 100mm보다 큰 오브젝트-이미지 오프셋을 가지는 것인 이미징 광학기기.
  4. 청구항 3에 있어서, 0.4와 0.9 사이의 범위에서의 이미지-측 개구수를 특징으로 하는, 이미징 광학기기.
  5. 청구항 4에 있어서, 0.7의 이미지-측 개구수를 특징으로 하는, 이미징 광학기기.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이미지 평면(9)은 상기 오브젝트 평면(5)에 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는, 이미징 광학기기.
  7. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 정확히 6개의 거울(M1 내지 M6)을 특징으로 하는, 이미징 광학기기.
  8. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 1mm2보다 큰 이미지 필드(8)를 특징으로 하는, 이미징 광학기기.
  9. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 이미지 측 상에서 텔레센트릭(telecentric)인 것을 특징으로 하는, 이미징 광학기기.
  10. - 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 이미징 광학기기,
    - 조명 광(3)을, 상기 이미징 광학기기(7; 21)의 상기 오브젝트 필드(4) 쪽으로 안내하는 조명 광학기기(6)를 포함하는, 광학 시스템.
  11. - 청구항 10에 기재된 광학 시스템을 포함하고,
    - 조명 및 이미징 광(3)을 위한 광원(2)을 포함하는, 마이크로리소그라피용 투사 노광 장치.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 조명 광학기기(6)의 동공 면 거울(25)이 상기 이미징 광학기기(21)의 상기 입사 동공 평면(26)에 배치되는 것을 특징으로 하는, 마이크로리소그라피용 투사 노광 장치.
  13. 마이크로 구조 소자를 제조하는 방법으로서,
    - 레티클(10) 및 웨이퍼(11)를 제공하는 단계,
    - 청구항 11에 기재된 상기 투사 노광 장치의 도움으로 상기 레티클(10) 상의 구조를 상기 웨이퍼(11)의 감광 층 상에 투사하는 단계,
    - 상기 웨이퍼(11) 상에 마이크로 구조를 제조하는 단계를 포함하는, 제조 방법.
  14. 청구항 13에 기재된 방법에 따라 제조된 마이크로 구조 소자.
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