KR19980703208A - 이중 통과 와인-다이슨 광학계를 갖춘 스캐닝 리소그래피 시스템 - Google Patents

Abstract

소필드 스캐닝 포토리소그래피 시스템(700)은 반전되지 않고 확대되지 않은 정확한 상을 제공하는 이중 통과 와인-다이슨 광학시스템(770)을 구비한다. 상기 시스템을 통과하는 광학경로는 대상으로부터 시작되어 입력반사기(731)에서 반사되고, 렌즈의 제 1 사분면(740)을 통과하여 오목거울(750)에서 반사되고, 렌즈의 제 2 사분면(740)을 통과하여 중간상이 형성되는 폴딩광학기(732)에 입사되고, 이 폴딩광학기로부터 나와 렌즈의 제 3 사분면(740)을 통과하여 최종적으로 출력반사기로부터 최종상(362)이 형성되는 면(160)으로 반사된다. 입력 및 출력반사기(731, 733)와 폴딩광학기(732)는 프리즘이다. 필드조리개(760)가 상기 중간상이 형성되는 폴딩광학기(732)내에 제공될 수도 있다. 배율조정광학기(710, 720)가 입력 및 출력프리즘(731, 733), 또는 폴딩프리즘(732)에 부가될 수 있다. 배율조정광학기(710, 720)는 단일 배율에 대하여 동일한 크기를 갖는 두개의 좁은 요철형태의 공기갭(713, 723)들을 형성한다. 하나의 공기갭(723, 713)은 좁히고 다른 하나는 넓힘으로써 배율을 다소 변화시킬 수 있다.

Description

이중 통과 와인-다이슨 광학계를 갖춘 스캐닝 리소그래피 시스템

예컨대 노트북 컴퓨터 등에서 사용되는 평판디스플레이(Flat pannel Display ; FPD)는 잘 알려진 바와 같이 집적회로 제조공정에서 사용되는 것과 유사한 포토리소그래피 기술을 이용하여 제조된다. 그러나, FPD는 일반적으로 매우 큰 기판상에 제조된다. 전형적인 평판디스플레이는 약 8×6인치의 크기를 가지며, 4개 이상의 디스플레이가 단일 유리기판상에 제조된다. 따라서, 평판디스플레이를 제조하기 위한 기판은 집적회로보다 훨씬 크고 실리콘기판보다도 크다. 집적회로 제조에 사용되는 실리콘기판은 그 직경이 12인치를 넘지 않는다.

종래의 단일 투사 리소그래피 시스템은 이러한 큰 기판에는 적합하지 않은데, 그 이유는 상기와 같은 기판 크기의 정확한 상(image)을 투사할 수 있는 광학계는 그 값이 비싸기 때문이다.

니콘 정밀주식회사 및 MRS사에 의해 제조되는 것과 같은 종래의 스텝리피트(step-and-repeat) 리소그래피시스템은 기판을 블럭들로 나누어 이 블럭들을 개별적으로 노광한다. 스텝리피트 시스템의 경우, 보다 작은 필드크기(기판의 크기)를 갖는 광학계를 사용할 수 있으나, 블럭들간의 경계에 균일한 노광을 충분히 행할 수 있도록 블럭들을 정확히 정렬하는데 어려움이 있다. 따라서, 각각의 공정단계후에 요구되는 정렬에 의해 스텝리피트 시스템의 속도가 감소될 수 있다. 또한, 각각의 블럭에 있어서의 패턴이 다르면, 레티클을 자주 바꾸어야 하므로 시스템 속도를 더욱 지연시킨다. 직접회로 제조를 위한 전형적인 스텝리피트 시스템에 있어서, 각각의 블럭은 경계면에서의 문제점과 레티클 변경시의 문제를 피하기 위해 적어도 완성된 집적회로 또는 다이의 크기를 가진다.

완성된 FPD 크기의 필드를 갖는 광학시스템은 실용화하기에는 너무 비싸다. 한편, 필드가 작은 스캐닝시스템은 기판과 크기가 같은 큰 레티클을 동일한 배율의 광학계로 스캔을 행하여 기판상의 겹쳐지는 스트라이프를 노광한다. 일반적으로, 필드가 작은 스캐닝시스템은 약 30mm의 단일 스트라이프 넓이의 필드를 갖는 비싸지 않은 광학계를 이용한다.

필드가 작은 스캐닝시스템에는 와인-다이슨(Wynne-Dyson)광학계와 상전환 광학계(image reversing optics)가 포함된다. 이러한 시스템의 와인-다이슨 광학계는 레티클과 기판 사이에 위치하며, 입력프리즘, 출력프리즘, 오목거울 및 광학렌즈를 구비한다. 레티클로부터 나온 빛은 입력프리즘으로부터 오목거울로 반사되어 출력프리즘으로 되돌아가 출력되어 기판상에 상을 형성한다. 와인-다이슨 광학계에 있어서의 문제점을 반사로 인한 상의 반전이다. 이로 인해 대상물의 오른쪽이 왼쪽으로 나타나고, 왼쪽이 오른쪽으로 나타나는 반전된 상이 형성되게 된다. 종래의 리소그래피시스템은 기판상에 투사되는 반전된 상으로는 스캐닝할 수 없기 때문에 와인-다이슨 광학계의 상반전을 제거하기 위한 광학소자를 부가해야 한다.

Jain의 미국특허 제5,285,236호의 Large-Area, High-Throughput, High-Resolution Projection Imaging System 및 Burning 등에 의한 미국특허 제4,171,870호의 Compact Image Projection Apparatus에서는 상반전을 제거하기 위해 부가적인 조치를 유발시키는 면들을 갖는 출력프리즘(또는 루프 프리즘)을 구비한 와인-다이슨 투사 광학계에 대해 기술하고 있다. Swanson 등의 미국특허 제5,298,939호의 Mothod and Apparatus for Transfer of a Reticle Pattern onto a Substrate by Scanning에는 2개의 와인-다이슨 광학시스템을 사용하는 것에 대해 기술되어 있는 바, 첫번째 와인-다이슨 광학시스템은 레티클의 반전된 상을 형성하고, 두번째 와인-다이슨 광학 시스템은 상기 반전된 상을 반전하여 반전되지 않은 정확한 최종적인 상을 형성한다.

상기의 특성에 기술된 광학시스템들은 다음과 같은 문제점들을 갖는다. 즉, 루프프리즘은 정확하게 제작되지 않으면 다중의 상(multiple image)을 유발할 수 있다. 또한 루프프리즘은 필드의 크기를 줄이는 글래스경로 길이(glass path length)를 증가시킨다. 상기 Swanson의 특허에 기술된 광학시스템은 와인-다이슨 광학계의 비용을 배가시키며 레티클의 기판 사이에 넓은 공간을 요구한다.

평판디스플레이를 제작하는데 있어서의 또다른 문제점은 집적회로에서 사용되는 실리콘이 아닌 소다석회유리와 같은 유리기판을 사용하는데, 이 유리기판이 고온공정에서 수축되기 쉽다는데 있다. 모든 공정을 거치는 동안 수축되는 유리기판의 길이와 폭의 정도는 백만분의 10 내지 100정도이다. 유리기판상에 패턴을 형성하는 리소그래피기술은 제조공정이 진행되는 동안 점차로 수축되는 기판에 여러개의 마스크(레티클)을 정확하게 정렬해야 한다. 일반적으로, 이러한 여러개의 마스크들 또는 레티클들은 기판상에 전사될 상의 크기에 맞는 크기를 가져야 한다. 이를 위한 한가지 방법은 레티클 크기를 수축이 일어난 후에 예상되는 기판 크기와 같게 하는 것이다. 이를 위해서는 수축이 일어난 후의 기판 크기를 예측하기 위해 제조공정의 정확한 특성화가 필요하며, 이러한 제조공정의 특성화는 비용이 많이 들고 복잡하다는 문제점을 갖는다.

또다른 방법은 기판수축으로 인한 오정렬 에러를 그대로 받아들이는 것인데, 이와 같이 오정렬로 인한 에러를 받이들이게 되면 수율이 저하되고, 이로 인해 제조비용이 증가하는 결과를 낳게 된다.

상기한 바와 같은 고온공정에 기인한 기판수축문제 이외에도 레티클 제조시의 레티클의 온도가 기판상에 레티클을 통한 투사시의 레티클의 온도와 다르다는데 문제가 발생한다. 기판과 레티클은 온도에 따라 수축되고 팽창되며, 이로 인한 레티클과 기판의 열팽창계수의 차가 정렬을 더욱 어렵게 만든다. 제조공정이 특성화되고 그에 따라 레티클의 크기가 정해진다고 해도 제조공정이 진행되는 동안 정확한 온도 조절이 수반되지 않으면 오정렬로 인한 에러는 계속해서 발생하게 된다.

따라서 리소그래피는 기판 및/또는 레티클이 제조공정중에 그 치수가 변할때 그에 적합하도록 레티클(또는 다른 패턴소오스)과 기판을 정렬하는데 그 목적을 두어야 한다.

평판디스플레이 제조기술에 있어서, 상용화된 MRS스텝퍼(스텝리피트 시스템)은 평판 제조시의 배율 보정의 형태를 위한 패널스케일(panel scale)이라고 하는 특징을 가지고 있다. 이 장치는 배율과 레티클상의 초점을 약간 수정하기 위해 광학계쪽으로 레티클을 이동시키거나 광학계에서 레티클을 멀어지게 하는 비원거리중심 대상면(non-telecentric object palne)을 갖는다.

웨이퍼 제조에 있어서의 또다른 기술이 James J. Greed가 SPIE Vol. 334, Optical Microlighography Technology (1982)에 발표한 Variable Magnification in a 1 :1 Projection Lithography System에 기술되어 있다. 퍼킨-엘머(Perkin-Elmer)장치는 종래의 집적회로 반도체 제조스캐닝 마스크정렬기에 있어서 레티클과 기판상에서의 온도효과를 보정하기 위한 것이다. 이러한 스캐닝 마스크정렬기에서 각각의 스캐닝 스트라이프는 적어도 웨이퍼상의 전체 IC다이와 같은 크기의 패턴을 노광한다. 웨이퍼상의 레티클의 상을 스캐닝하는 것은 여러개의 입방체 패턴을 노광하는 것이다. 이것은 평판디스플레이 제조시에 사용되는 것과 같은 작은 필드 스캐닝과는 다르다. 평판디스플레이 제조를 위해서는 기판상의 각각의 독립된 디스플레이가 여러개의 겹쳐지는 스트라이프에 의해 노광된다. 따라서 작은 필드 스캐닝은 종래의 스텝퍼에는 존재하지 않는 스트라이프접합 및 정렬문제를 가지며, 집적회로에 사용되는 스텝퍼 또는 스캐닝 마스크정렬기와는 다른 광학투사시스템을 필요로 한다.

그러므로, 평판디스플레이, 멀티칩 모듈, 집적회로 및 인쇄회로기판 등을 제조하는데 사용되는 것과 같은 큰 기판을 소필드 스캐닝하는 포토리소그래피 기술은 개선될 필요가 있다.

[발명의 요약]

본 발명에 의하면, 소필드 스캐닝 포토리소그래피 시스템은 단순하고 컴팩트한 광학계를 사용하여 반전되지 않은 정확한 상을 투사하는 이중 통과(donble pass) 와인-다이슨 광학시스템을 사용한다.

본 발명의 일실시예는 단일 배율을 갖는 이중 통과 와인-다이슨 광학투사시스템을 포함한다. 이 광학시스템은 입력반사기, 렌즈, 오목거울, 폴딩 광학계(folding optics) 및 출력반사기를 포함한다. 입력반사기는 대상(object)으로부터의 빛을 받아 렌즈의 제 1 사분면(quadrant)을 통해 상기 빛을 반사한다. 오목거울은 렌즈와 같은 광축을 가지며 상기 렌즈의 제 1 사분면으로부터 반사되는 빛을 렌즈의 제 2 사분면을 통해 폴딩광학계로 반사된다. 이 폴딩광학계는 상기 렌즈의 제 2 사분면으로부터 반사되는 빛을 렌즈의 제 3 사분면을 통해 오목거울로 되돌린다. 오목거울은 렌즈의 제 3 사분면을 통해 반사되는 빛을 렌즈의 제 4 사분면을 통해 출력반사기로 반사한다. 출력반사기는 렌즈의 제 4 사분면으로부터 반사되는 빛을 최종상이 만들어지는 면으로 반사시킨다. 렌즈와 오목거울의 초점조정 특성을 선택함으로써 이중 통과 와인-다이슨 광학시스템은 배율 1로 폴딩광학계의 중간면에 중간상을 형성한다.

입력반사기, 출력반사기 및 폴딩광학계는 입력프리즘, 출력프리즘 및 폴딩프리즘(folding prism)을 각각 포함한다. 본 발명의 일실시예에 있어서, 중간상이 형성되는 폴딩프리즘에 형성된 틈에 필드조리개(field stop)가 제공된다. 이 필드조리개는 대상면의 선택된 어느 한부분을 정확하게 투사하는 것을 용이하게 한다.

이중 통과 와인-다이슨 광학시스템은 입력 및 출력프리즘, 또는 폴딩프리즘과 연관된 배율조정광학계를 구비함으로써 변경될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 배율조정광학계는 폴딩시스템에 있어서의 필드조리개와 함께 이용하거나 필드조리개없이 이용할 수 있으며, 입력프리즘과 출력프리즘 각각과 관련된 한 세트의 매칭평철(한면만 볼록한)소자 및 평요(한면만 오목한)소자를 구비한다. 각각의 구성소자는 50mm보다 큰 곡률반경을 가지며, 매칭소자들 사이에 좁은 공기 갭이 형성되어 낮은 배율조합을 생성한다. 상기 소자들의 반경은 동일하며, 이에 따라 광출력이 거의 없는 광학계를 제공한다. 한 세트의 소자들에 대한 공기 갭을 줄이고 다른 세트의 소자들에 대한 공기 갭을 넓히기 위해 소자들을 이동시키면 배율과 광학시스템의 이미지필드의 크기가 다소 변경된다.

배율조정소자들은 입력 및 출력프리즘의 중심과 거의 일치하는 광축을 갖는 종래의 구형렌즈일 수 있으며, 따라서 배율조정소자의 광축을 따라 이동하는 빛이 시스템의 나머지 소자들의 광축으로부터의 라인오프셋을 따라 반사되어 이미지필드의 중심에 있게 된다. 또한, 배율조정소자들은 큰 소자의 각각의 1/4부분이 되며, 이중 통과 와인-다이슨 광학시스템의 입력 및 출력프리즘에 연결되어 이들 1/4부분의 광축이 시스템의 나머지 소자들의 광축과 일치하게 된다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 배율조정렌즈소자들은 폴딩프리즘의 갭내에 위치한다. 본 실시예에 있어서, 배율조정광학계는 3개의 렌즈소자들인 중심대칭 볼록(오목)소자 및 폴딩프리즘의 내면에 부착된 2개의 매칭평요(또는 평철)소자들을 구비한다. 배율조정은 중심대칭소자를 약간 이동시킴으로써 이루어진다.

배율조정광학계는 작은 필드의 배율을 기판의 축소(또는 확장)에 맞도록 조정할 수 있다. 광학 배율조정에 덧붙여 스캐닝이 이루어지는 동안 계속되는 방식으로 기판과 연관시켜 레티클을 이동시킴으로써 기판의 전체길이에 대하여 레티클과 연관시켜 기판의 축소(또는 확장)에 대한 보정을 하는데 유리하다. 이러한 상대적인 이동은 스캐닝방향에 따라 길이가 다른 레티클과 기판을 보상할 수 있다. 또한 레티클과 기판의 상대적인 이동은 노광되는 스트라이프와 직교하는 인덱싱 방향에 따른 길이의 차이를 보상하는데 유리하다.

본 발명은 소필드(small field) 포토리소그래피 스캐닝 및 리소그래피 시스템을 위한 투사 광학계에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 포토리소그래피 시스템의 조명기, 레티클, 투사광학계 및 기판을 나타낸 사시도,

도 2A, 2B, 2C 및 2D는 도 1의 시스템의 다른 실시예를 나타낸 도면,

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 또다른 포토리소그래피 시스템을 나타낸 사시도,

도 4A 및 도 B에 도시된 소자중에서 렌즈의 사분면과, 형성된 상과 상기 사분면간의 관계를 도시한 도면,

도 5A 및 5B는 본 발명의 일실시예에 의한 이중 통과 와인-다이슨 광학시스템의 일실시예의 광선 궤적을 나타낸 도면,

도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서의 프리즘으로 인한 비네팅(vignetting)을 나타낸 광선 궤적을 도시한 도면,

도 7A, 7B 및 7C는 본 발명에 의한 이중 통과 와인-다이슨 광학계와 배율조정광학계를 갖춘 소필드 포토리소그래피 스캐닝시스템의 일부를 나타낸 사시도,

도 8A 및 도 8B는 본 발명의 일실시예에 의한 이중 통과 와인-다이슨 광학시스템의 일실시예의 광선궤적을 나타낸 도면,

도 9는 본 발명에 의한 배율조정광학계를 구비한 폴딩프리즘을 도시한 도면,

도 10은 비네팅을 감소시키기 위한 베이스블럭을 가진 폴딩프리즘을 나타낸 도면,

각 도면의 구성요소들에 부가된 참조부호에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 다른 도면상에 표시되더라도 동일하거나 유사한 부호를 가진다.

반대 이동 스캐닝

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 반대 이동 스캐닝을 이용한 소필드 스캐닝 포토리소그래피 시스템(100)에 있어서의 주요 광학소자들을 나타낸 사시도이다. 이 시스템(100)에 있어서, 기판(100)(일반적으로 반도체웨이퍼, 회로기판 또는 광감성 포토레지스트 또는 유제가 코팅된 유리기판이 사용됨)은 기판(160)으로 전사될 불투명패턴(122)을 갖는 지지부상에 놓여진 레티클(120)과 반대방향 또는 평행하게 위치한 지지부(도시하지 않음)상에 장착된다. 레이저 또는 수은아크램프와 같은 종래의 조명기(110)는 기판(160)상의 포토레지스타를 변화(또는 노광)시킬 수 있는 파장을 갖는 빛으로 레티클(102)의 일부를 비춘다. 조명기(110)는 이동가능하게 장착되거나 빛이 비춰지는 레티클(120)의 부분을 변화시키기 위한 광학계를 포함할 수 있다. 조명기(110)는 빛이 비추어지는 레티클(120)의 부분을 소정의 크기와 형태를 갖는 영역으로제한하는 필드조리개(field stop)를 구비한다.

통상적인 와인-다이슨 광학시스템(170)은 레티클(120)을 통과하는 빛을 선택하고, 기판(160)상의 상(162)의 일부를 형성한다. 와인-다이슨 광학시스템(170)은 입력프리즘(131), 렌즈(140), 거울(150), 출력프리즘(132)을 구비한다. 일반적으로 렌즈(140)은 수렴렌즈이며, 거울(150)은 오목 구면거울이다. 여기서 말하는 와인-다이슨 광학계는 한개의 반사표면을 갖는 카타디옵트릭(catadioptric) 렌즈까지 포함하는 것으로, 렌즈(140)와 오목거울(150)이 동일한 곡률을 갖는 광학시스템에 제한되지 않는다. 입력프리즘(131)에 의해 모인 빛은 오목거울(150)에 의해 반사되기전에 렌즈(140)의 상부를 통과한다. 오목거울(150)로부터 반사된 빛은 렌즈(104)의 하부를 통과하며, 출력프리즘(132)은 이 빛을 기판(160)상으로 반사시켜 기판(160)상에 상(162)의 일부를 형성한다.

와인-다이슨 광학시스템(170)의 상을 형성하는데 있어서의 특징은 렌즈(140)와 오목거울(170)에 의해 주로 결정된다. 렌즈(140)와 오목거울(150)은 소정간격과 소정의 초점길이를 가짐으로써 기판(160)상에 단일 배율의 상을 형성하는데, 이는 단일 배율에서는 대칭구조의 광학시스템으로 인해 가로수차, 왜곡, 측면칼라수차 및 코마수차가 모두 0이 되기 때문이다. 상기 광학시스템(170)은 레티클(120) 상의 패턴(122) 크기와 기판(160)상의 상(162)의 크기보다 작은 필드를 갖는다.

조명기(110)와 연관시켜 레티클(120)과 기판(160)을 이동시켜 스캐닝하여 광학시스템(170)의 개구폭과 상기 이동거리만큼의 길이를 갖는 스트라이프를 노광시킨다. 이 스트라이프가 기판의 넓이보다 좁으면 기판의 나머지 부분은 광학시스템(170) 및 조명기(110), 또는 레티클(120) 및 기판(160)을 인덱싱함으로써 노광한다. 인덱싱후에는 다음 스트라이프를 노광한다.

스캐닝되는 동안, 광학시스템(170)의 입력프리즘(131), 오목거울(150) 및 출력프리즘(132)에 의한 반사가 모두 합해져 광축(175)에 직교하는 반전축(reverted axis)을 따라 상(162)이 반전되기 때문에 레티클(120)과 기판(160)과 관련된 광학시스템(170)과 조명기(110)의 이동과 같은 종래의 방식으로는 렌즈(140)와 광학 거울(150)의 광축(175)과 직교하는 이동은 수행할 수 없다. 정확하게 상(162)을 형성하기 위해서는 레티클(120)의 좌측단(126)이 기판(160)의 우측단(164)에 상을 형성해야 하고, 레티클(120)의 우측단(124)이 기판(160)의 좌측단(166)에 상을 형성해야 한다. 광축(175)과 이 광축(175)에 직교하는 방향과 반대방향으로 움직이는 레티클(120)과 기판(160)을 따라 반사되는 프린팅 패턴(122)은 상반전을 위해 보정된다. 반대방향으로 움직이는 레티클(120)과 기판(160)은 레티클(120)과 기판(160)이 가속되는 동안 반동이 최소화된 동작을 제공한다는 장점과 단순환 와인-다이슨 광학시스템(170)의 사용을 가능하게 한다는 장점을 갖는다.

도 2A는 반전된 상을 형성하는 광학시스템(170)과 같은 투사 광학계를 이용하는 포토리소그래피 시스템의 사시도이다. 상기 투사광학계는 조명기(110)로부터 나온 빛이 투사광학계에 도달되도록 통과하는 개구(210)를 구비한 렌즈하우징(270)내에 장착된다. 렌즈하우징(270)은 Y축을 따라 투사광학계와 개구(210)를 이동시키는 정밀 스테이지(precision stage)(275)상에 장착된다. 상기 Y축은 투사광학계의 반전축에 직교하는 축이다. 통상적으로, 정밀스테이지(275)는 제어부(도시하지 않음)에 의해 동작되는 선형모터에 의해 움직이는 공기베어링 스테이지이다. 레이저 간섭계와 같은 위치측정장치(247)가 렌즈하우징(270)의 위치를 측정하여 그 측정치를 제어부로 전송한다.

레티클(120)은 스테이지(225)상에 장착된 제 2 스테이지(220)상에 장착된다. 기판은 스테이지(265)상에 장착된 제 2 스테이지(260)상에 장착된다. 상기 제어부는 렌즈하우징(270)내의 측정장치들(243, 246)과 종래의 정렬시스템(도시하지 않음)에 의해 제공되는 측정치에 따라 스테이지들(220, 225, 260, 265)의 이동을 제어한다. 제 2 스테이지(220)는 레티클(120)과 기판(160)을 정렬하는 통상적인 정렬동작을 위해 Y축을 따라 이동할 수 있고 Z축을 따라 회전할 수 있는 정밀스테이지이다. 제 2 스테이지(260)는 미세이동 제어를 위해 X축을 따라 이동할 수 있고 기판(160) 표면을 투사 광학계의 이미지 투사면으로 이동시키기 위해 Z축을 따라 이동할 수 있는 정밀스테이지이다. 스테이지(225, 265)는 투사광학계에 의해 반전되는 X축을 따라 이동하는 공기베어링 스테이지와 같은 정밀스테이지이다. 상기 제어부는 기판(160) (스테이지(260))의 이동방향과 반대방향으로 레티클(120)(스테이지(220))을 이동시키는 선형모터를 제어하는데, 후술하겠지만 배율을 수정하기 위해 이동시 약간의 차가 있을 수 있다.

도 2B 및 2C는 스캐닝 또는 인덱싱이 행해지는 동안 레티클(120)과 기판(160)을 이동시키기 위한 또다른 매카니즘의 측면도를 나타낸 것이다. 레티클(120)과 기판(160)은 구동벨트시스템(250)상에 장착된 스테이지들(220, 260)상에 각각 장착된다.

일실시예에 있어서, 벨트시스템(250)은 기판(160)상의 스트라이프가 노광되는 동안 반대방향으로 레티클(120)과 기판(160)을 이동시킨다. 도 2B는 스트라이프를 위한 레티클(120)과 기판(160)의 시작위치를 나타낸다. 이 시작위치에서 광학시스템(170)은 기판(160)의 우측단(164)상에 레티클(120)의 좌측단(126)의 상을 형성한다. 레티클(120)과 기판(160)은 광학시스템(170)이 기판(160)의 좌측단(166)상에 레티클(120)의 우측단(124)의 상을 형성하는 도 2C에 나타낸 위치에 도달할 때까지 광학시스템(170)이 상(162)의 스트라이프를 형성하는 동안 반대방향으로 이동한다.

벨트시스템(250)은 레티클(120)과 기판(160)이 같은 방향과 반대방향으로 움직이도록 유지시켜 상의 형성을 방해할 수 있는 반동과 진동을 감소시킨다. 스테이지(220 260)는 기판(160)의 수축을 보상하거나 광학시스템(170)의 배율을 수정하기 위해 레티클(120)과 기판(160)의 상대적인 움직임과 이동을 변화시킬 수 있다. 배율수정에 대해서 다음에 보다 상세히 설명한다.

레티클(120)과 기판(160)이 도 2C에 도시된 위치에 일단 도달하면, 레티클(120)과 기판(160), 또는 조명기(110)과 광학시스템(170)을 인덱싱하여 다른 스트라이프의 노광을 위해 기판(160)을 준비시킨다. 스테이지(220, 226)는 광축(275)과 평행하게 레티클(120)과 기판(160)을 이동시킬 수 있다. 또한, 광학시스템(170)과 레티클(120)상의 조명은 인덱싱이 행해지는 동안 광축(275)과 평행한 방향으로 이동한다. 벨트시스템(250)의 이동방향은 다음 스트라이프의 형성을 위해 반전된다.

도 2D는 스캐닝 또는 인덱싱이 행해지는 동안 레티클(102)과 기판(160)을 이동시키기 위한 캡스턴 또는 마찰구동 매카니즘의 측면도를 나타낸 것이다. 도 2D의 시스템에 있어서, 스테이지(220, 260)는 정밀베어링(도시하지 않음)상에 장착되며 롤러(280)와 마찰 접촉을 이룬다. 상기 정밀베어링은 롤러(280)의 회전에 의해 반대방향으로 스테이지(220, 260)가 움직이는 동안 스테이지(220, 260)간의 간격과 방향을 유지시킨다.

상술한 스캐닝방법은 여러가지로 변형이 가능하다. 예를 들면, 스테이지(220, 260)가 축(275)을 따라 레티클(120)과 기판(260)을 이동시켜 스트라이프를 형성하는 동안 벨트시스템(250) 또는 롤러(280)를 이동시켜 인덱싱을 행할 수 있다. 스캐닝은 왕복하는 방향으로 수행되거나 한방향으로의 타이프라이터방식으로 수행될 수도 있다.

이중 통과 와인-다이슨 광학계

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 소필드 스캐닝 포토리소그래피 시스템(300)을 도시한 것이다. 상기 시스템(300)은 불투명 패턴(322)을 구비한 레티클(120)의 일부를 조명하는 통상적인 조명기(110)를 갖추고 있다. 본 실시예에 따른 이중 통과 와인-다이슨 광학시스템(370)은 레티클120)의 투명한 부분을 통해 전달되는 빛으로부터 패턴(322)의 비반전된 상패턴(362)을 기판(160)상에 형성한다. 프리즘(331)은 레티클(120)로부터 입사되는 빛을 내부적으로 반사하여 그 빛이 렌즈(340)를 통과하여 오목거울(350)로 도달되도록 한다.

도 4A는 렌즈(340)의 정면도를 나타낸 것이다. 프리즘(331)으로부터 나온 빛은 렌즈(340)의 제 1 사분면(410)을 통과하여 오목거울(350)로 전달된다. 오목거울(350)은 제 1 사분면(410)으로부터 나온 빛을 렌즈(340)의 제 2 사분면(420)을 통해 도 3의 폴딩프리즘(332)과 같은 폴딩광학기내로 반사시킨다. 이 빛은 폴딩프리즘(332)의 제 1 면(332A)에서 내부적으로 반사된다. 렌즈(340)와 오목거울(350)은 패턴(322)의 상이 프리즘(332)의 중앙면에서 형성되도록 선택된다. 프리즘(332)의 제 2 면(332B)은 렌즈(340)의 제 3 사분면(430)을 통해 입사되는 빛을 오목거울(350)로 반사한다. 오목거울(350)은 제 3 사분면(430)으로부터 나오는 빛을 렌즈(340)의 제 4 사분면(440)을 통해 빛을 기판(160)상에 반사하는 출력프리즘(333)내로 반사한다.

빛은 기판(160)상에 도달할때까지 렌즈(340)를 4번 통과하는데, 이는 종래의 와인-다이슨 광학시스템을 통해 2번 통과하는 것과 같은 것이다. 첫번째 경로, 즉, 레티클(120)상의 대상면으로부터 중간상까지의 광학적 경로는 두번째 경로와 완전히 대칭을 이루며, 두번째 경로에서는 통상적인 와인-다이슨 광학계에 기인한 상반전이 일어나지 않는다. 도 4A는 프리즘(331), 오목거울(350), 프리즘(332) 및 오목거울(350)에서의 반사로 인한 방향(412, 422, 432, 442)의 변화를 나타낸 것이다. 패턴(322)의 방향은 상(362)의 방향과 같다. 따라서, 조명기(110) 및 광학시스템(370)과 연관시켜 레티클(320)과 기판(360)을 이동시키는 통상적인 공정을 이용할 수도 있다.

도 4B에 도시한 사디리꼴 개구(444)는 스캐닝이 행해지는 동안 균일한 노광을 제공하기 위해 사용된다. 당분야에서 잘 알려진 바와 같이 개구(444)의 경사면(444A, 444B)은 스트라이프의 엣지 근처에 빛이 덜 조사되도록 함으로써 겹쳐지는 스트라이프의 반복된 노광에 의해 스트라이프의 엣지부가 과도노광(또는 노광부족)되지 않도록 한다.

개구(444)의 크기가 스캐닝이 행해지는 동안 노광되는 스트라이프의 넓이는 렌즈(340)의 사용가능한 영역과 관련이 있다. 렌즈를 사분면들(410, 420, 430, 440)로 구분하는 직경 근처의 렌즈(340)의 영역(446)은 사용할 수 없는데, 그 이유는 후술되는 바와 같이 입력 및 출력프리즘(331, 333)으로 인한 비네팅때문이다. 개구(444)는 스캐닝방향이 개구(444)의 평행면과 직교하는 방향일 때 각 스트라이프틔 넓이를 최대화한다. 이 방향을 위하여 렌즈(340)와 오목거울(350)의 광축(375)은 상기 스캐닝방향과 45도 각도를 이룬다.

광학시스템(370)을 평판디스플레이 포토리소그래피에서 사용하는 것은 적어도 30mm인 개구(444)의 평균 넓이에 의해 결정되는 바와 같이 적어도 2㎛의 해상도와 사용가능한 필드크기 또는 스트라이프 넓이를 얻기 위해서이다. 해상도는 R=0.8λ/NA이라는 규칙을 이용하여 436nm의 파장(λ)에서 0.17보다 큰 개구율(numercial aperture)(NA)로도 표현된다.

New York, Fairport의 Sinclair Optics사에서 상용화한 GENII 또는 OSLO와 같은 종래의 광학 디자인프로그램에 있어서의 이중 통과 와인-다이슨 광학시스템(370)을 분석하기 위해 프리즘(331, 332, 333)내에서의 4번의 반사시에 광선이 퍼지게 한다. 그 결과, 적절한 유리두께를 갖는 프리즘(331, 332)을 구비하여 서로 마주보는 형태의 2개의 동일한 렌즈(340)로 갖춘 유사한 배치가 얻어진다. 시스템(370)의 대칭성으로 인해 왜곡 및 측면 칼라수차는 존재하지 않으며, 중간상이 위치하는 면이 중심부이기 때문에 코마수차도 존재하지 않는다. 곡률, 두께 및 유리의 종류를 최적화하여 사용되는 파장에서의 각기 다른 필드위치들에 대한 초점에 대한 광학경로차를 줄이고 필드의 곡률을 최소화하도록 광학계를 설계한다. 이를 위해 작고 낮은 인덱스소자의 적절한 두께를 유지하고 필드 가장자리에서의 수차를 조절하면서 상과 대상면(실제의 폴디드(folded) 구성에 있어서)을 오목거울(350) 반경 밖으로 위치시킨다.

표 1은 조명기(110)로부터 나오는 g(436nm) 및 h(405nm)수은라인에 최적화되는 광학시스템(370)의 일실시예의 광학 변수들을 나타낸 것이다. 비노출 광학유리를 선택하는데 제한이 따르기 때문에 보다 어렵기는 하지만 I라인을 광학시스템을 이용하는 것도 가능하다.

[표 1]

표 1의 각 열은 도 5A에 도시한 면, 이 면의 곡률반경, 다음 면까지의 거리, 및 다음 면에 도달하기 위해 통과하는 물질을 나타낸다. 표 1에서 음의 부호가 붙은 두께는 면(506)에서 거울(350)로부터 반사된 후 반대방향으로 이동하는 광선을 나타낸다. SF2, KF6, LAKN7은 Pennsylvania, Duryea의 Schott Galss Technologies사에서 상용화한 경플린트유리, 거의 빛을 통과시키지 않는 플린트유리, 그리고 거의 빛을 통과시키지 않는 크라운유리를 각각 나타낸다.

도 5A에 도시한 광선을 레티클(120)의 대상면(501)으로부터 LAKN7유리의 입력프리즘(331), KF6와 SF2유리를 구비한 복합렌즈(340)를 통해 전해진다. 복합유리(340)는 거울(350)과 거울(350)의 곡률중심사이에 색지움렌즈를 구비함으로써 사용되는 436nm와 405nm사이의 색수차를 보정한다. 렌즈(340)로부터 나온 광선은 거울(350)의 면(506)에서 반사되어 다시 복합렌즈(340)를 거쳐 폴딩프리즘(332)내의 중간면에서 중간상이 형성되는 LAKN7유리의 폴딩프리즘(332)내로 들어간다. 폴딩프리즘(332)내에 중간상을 형성하는 광선을 보다 잘 나타내기 위해 LAKN7유리로 이루어진 출력프리즘(333)은 도 5A에서 생략하였다.

도 5B는 광학시스템(370)에 있어서 출력프리즘(333)을 거쳐 기판(160)으로 나가는 폴딩프리즘(332)의 중간면(510)을 나타낸 것이다. 도 5B에 도시한 광선을 도 5A에 도시한 광선과 완전한 대칭을 이루지만 반대순서로 광학시스템 구성소자들을 거치게 된다. 도 5A 및 5b의 광선들은 50mm 필드 높이에 있으며 렌지와 함께 도면에 묘사할 수 있는 규모로 도시되어 있다. 주거울은 직경이 269mm이다. 주거울면으로부터 프리즘(331, 332, 333)이 부착되어 있는 렌즈(340)면까지의 길이는 898mm이다.

표 2는 표 1의 일실시예에 대한 설계와 동작변수를 나타낸 것이다.

[표 2]

필드반경은 광축(375)으로부터의 최대 이미지광선 높이를 나타내며, 최대 이용가능한 필드넓이는 필드크기를 비네팅을 위해 감소시킨 후 그 상을 형성할 수 있는 가장 긴 현을 나타낸다. 최대 OPD(optical path difference)수는 동일한 초점위치의 파장과 다른 모든 수차들과 필드 곡률의 파장을 포함한다. 필드 평탄도는 비네팅이 일어나지 않는 필드에 대한 화살모양의 축 및 접선방향의 초점의 파장에 있어서의 전체범위를 나타낸다. OPD와 필드 평탄도가 중복되는 스캐닝을 위한 사다리꼴 개구(444)(도 4B)에서 사용되는 필드위치에 대해서만 최적화될 경우, 이들 값은 어느 정도 향상된다. 주거울 틈새는 주거울(350)과 레티클(120)의 엣지부사이의 있을 수 있는 공기 갭을 말한다. 이 주거울 틈새는 개구율을 다소 감소시킬 수 있도록 시스템을 설계하거나 수 mm의 틈새를 제공할 수 있도록 주거울을 편평하게 함으로써 증가시킬 수도 있다. 작업거리는 최종 광학면(출력프리즘(333))과 상의 면간의 거리를 나타낸다.

광학시스템(370)에 대한 설명흔 GENII와 같은 렌즈설계 프로그램을 이용한 분석을 위해서는 유용하나, 입력프리즘(331), 출력프리즘(333) 및 폴딩프리즘(332)에 기인한 비네팅을 설명하는데는 적합하지 않다. 그러나, 비네팅은 상기 프리즘들(331, 332, 333)의 형태와 렌즈설계 프로그램으로부터 얻어지는 정보를 이용하여 손으로 계산할 수 있다. 주광선이 45도 각도 또는 측면으로 프리즘 경계에 가까와지는 필드영역에 비네팅이 일어난다.

도 6은 비네팅이 일어나기 쉬운 영역을 나타낸 것이다. 대상물위의 한 지점(610)은 입력프리즘(331)에 의해 광학시스템(370)으로 반사되는 광선의 원뿔형태의 끝부분에 해당되는 경계광선(620)을 갖는다. 입력프리즘(331)의 표면(503)에 가까운 지점들은 광학시스템(370)에 의해 형성되는 상에서 감소된 강도를 갖는 비네팅된 영역내에 있게 된다. 이 비네팅된 영역의 폭(V)은 입력프리즘의 표면(503)상의 축 가장자리의 광선의 높이로부터 얻어진다. 이는 경계광선(620)의 프리즘(331)을 떠나는 지점에 대상 지점을 남기는 광선의 다이버젼스(divergence)의 1/2에 해당하는 크기이다. 도 4B의 개구(444)의 폭V를 갖는 비네팅된 영역(446)내의 빛을 차단한다. 표 1 및 2에 기술된 광학시스템에 있어서, 입력프리즘(331)과 출력프리즘(333)에 의해 기구(444)의 한계가 설정되는데, 이는 폴딩프리즘(332)의 반을 통과하는 광학경로 길이가 입력프리즘(331)과 출력프리즘(333)을 통과하는 광학경로 길이보다 짧기 때문이다.

비네팅된 영역의 폭(V)을 알면, 이용가능한 필드는 기하학적으로 계산된다. 도 4B에 L자 형태의 비네팅된 영역(446)을 제거한 후의 사용가능한 필드를 나타내었다.

사다리꼴 개구(444)는 렌즈(340)의 원형경계의 현이 되는 기준길이(L)을 갖는다.

사용가능한 필드영역에서 사용가능한 최대 현(L)은 다음 식에 의해 얻어진다.

여기서, Φ=arcsin(V/r)이다.

표 1 및 2의 실시예에 있어서, 현의 길이(L)는 41.7mm이다. 사다리꼴의 높이가 10mm일 경우, 기판상의 스캐닝라인들, 스트라이프들간의 간격은 31.7mm이다. 사다리꼴의 높이와 스캔 간격간에 평균을 취하면 개구(444)의 높이를 증가시켜 개구(444)를 통과하는 빛의 양은 증가시키면서 스트라이프들간의 간격은 감소시킬 수 있다. 광학시스템(370)에 의해 포커싱되는 대상으로부터 나오는 광선의 다이버젼스와 비네팅된 필드의 폭(V)은 비례하므로 개구율과 사용가능한 필드크기 사이에도 평균을 취할 수 있다. 고해상도와 작은 필드크기를 갖는 시스템구성을 저해상도와 큰 필드크기를 갖는 구성으로 변경시킬 수 있도록 시스템을 설계할 수 있다. 거울(350)상의 개구 조리개(aperture stop)(도시하지 않음)의 직경과 조명기(110)상의 필드조리개의 크기를 변화시키면 해상도를 필드크기에 맞도록 조절할 수 있다. 큰 개구조리개를 작은 필드조리개와 함께 사용할 수도 있고, 작은 개구 조리개를 큰 필드조리개와 함께 사용할 수도 있다.

사용가능한 필드영역의 특성을 이중 통과 다이슨 구성에 있어서는 크게 작용하지 않는다. 두가지 점을 명심해야 하는데, 그 하나는 광학경로가 두번 꺾이고 렌즈(340)의 원형부분의 1/4만이 사용가능하기 때문이고, 다른 하나는 대상면과 이미지면이 평행을 이루면서 주거울의 직경보다 넓게 떨어져 있어야 하는데 이로 인해 광경로의 길이와 광선의 다이버젼스가 증가되기 때문이다. 이 두번째 효과는 와인-다이슨 광학시스템에서는 공통적인 것이다.

Burning 등의 미국특허 4,171,870에 기술되어 있는 것과 같은 루프프리즘 설계를 위한 이중 경로 다이슨 구성이나 swanson 등의 미국특허 5,298,939에 기술되어 있는 것과 같은 이중 다이슨구성이 장점을 가지고 있음은 명백하다. 루프프리즘은 루프각도가 정확하게 제작되지 않으면 필드의 중심부 근처에 여러개의 상을 만들 수 있다. 루프프리즘은 또한 필드크기를 상당히 줄이는 주거울을 통과하는 상을 얻는데 있어서 글래스경로길이를 증가시킨다. 루프프리즘 구성에 필드조리개를 삽입하면 이 문제는 달라진다. 이중 다이슨시스템은 큰 필드를 제공하나 렌즈를 두개 설치하고 정렬해야 하기 때문에 비용이 많이 들고 복잡하다는 문제가 있다.

배율보정 광학계를 갖춘 투사시스템

도 7A는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 통과 와인-다이슨 광학시스템(770)을 나타낸 것이다. 광학시스템(770)은 입력프리즘(731) 및 출력프리즘(733)과 관련된 배율보정광학기를 포함한다. 이 배율보정광학기는 두 세트(710, 720)의 반경이 긴 렌즈소자들을 구비한다. 각 세트(710 도는 720)는 좁은 (0.1 내지 5mm) 요철 공기 갭(713 또는 724)을 규졍하는 평철소자(712 또는 722) 및 평요소자(714 또는 724)를 구비한다. 광학시스템(770)에 있어서, 평철소자(712, 722)는 각각 프리즘들(731, 732)에 부착되고, 평요소자(714, 724)는 평철소자(712, 722)와 연관되어 움직일 수 있도록 되어 광학시스템(770)의 배율을 조정한다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 평요소자(714, 724)는 각각 프리즘들(731, 732)에 부착되고, 평철소자(712, 722)는 움직일 수 있도록 되어 있다.

상기 소자들(712, 714, 722, 724)의 반경은 동일하며, 상기 세트들(710, 720)로 인해 광학시스템(770)에 추가전력이 필요하게 되지는 않는다. 상기 배율보정광학기는 두 공기갭(713, 723)이 같으며 광학시스템이 폴딩프리즘(733)의 중심부의 중간상의 면에 대해 완전히 대칭을 이루는 배율중립위치를 갖는다. 상기 평요소자들(713, 723)이 하나의 공기갭(713 또는 723)이 좁아지는 방향으로 움직이면, 다른 공기갭(723 또는 713)은 넓어지고 광학시스템의 배율과 상의 필드크기는 약간 변화한다.

폴딩프리즘(732) 중앙부의 갭내에 위치한 필드조리개(760)는 기판(160)상에 최종상을 형성하는 중간상의 부분을 선택한다. 도 4B에 소필드 스캐닝을 위한 사다리꼴 개구(444)의 일예를 나타내었다. 필드조리개(760)는 조명기(110)에 있어서 필드조리개의 상을 대상면(레티클 120)에 정확하게 전사해야 한다는 요건을 완화시킨다.

폴딩프리즘(732)에서의 필드조리개(760)의 정렬은 상기 시스템구성의 일부로서 입력프리즘(713)과 렌즈(740)를 조명기(110)와 정렬시키는 것을 용이하게 하는 렌즈(740)에 의해 행해질 수 있다. 배율보정광학기(710, 720)와 폴리프리즘(732)의 공기갭내의 필드조리개(760)는 서로 독립적인 것으로, 본 발명의 다른 실시예에 의한 광학시스템은 둘중의 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 배율조정소자들(712, 714, 722, 724)은 통상적인 원형소자의 1/4부분이며, 입력 및 출력프리즘(731, 733)과 정렬됨으로써 상기 소자들(712, 714, 722, 724)의 광축은 프리즘(731, 733)에 의해 반사된 후, 렌즈(740)와 거울(750)의 광축과 일치하게 된다. 도 7B 및 7C는 1/4부분 소자들(712, 722)의 정렬을 나타내는 광학시스템(770)의 일부를 사시도로 나타낸 것이다. 광축(775)를 갖춘 정렬소자들(712, 714, 722, 724)에 의해 광학시스템의 대칭성이 보다 잘 유지될 수 있으나, 정렬과 제조에 있어서는 불리하다. 이러한 정렬을 위하여 배율조정을 위한 정지점이 광축을 따라 위치한다.

또한, 상기 소자들(712, 714, 722, 724)은 통상의 정렬된 원형소자들이 될 수 있으며, 이에 따라 빛이 반사된 후 소자들(712, 714, 722, 724)의 광축을 따라 대략적으로 개구(760)의 중앙을 통과하게 된다. 그러나, 상기 소자들(712, 714, 722, 724)을 정확하게 사다리꼴 개구의 중심과 정렬시키는 것은 불가능하며, 배율조정이 이루어지는 동안 대상과 상의 상대적인 움직임은 있을 수 있다. 따라서, 배율을 변화시키면 상이 대상과 연관되어 이동하게 되고, 레티클(120)과 기판(160)은 배율조정이 끝난후에 정렬되어야 한다.

표 3은 소자들(714, 424)이 배율중립위치에 있을 경우, 도 7A의 광학시스템(770)의 일실시예의 구조적인 변수들을 나타낸 것이다.

[표 3]

표 4는 소자들(712, 714, 722, 724)의 축이 광축(775)와 정렬되었을 경우, 표 3의 실시예의 동작 및 구조적 변수를 나타낸 것이다. 소자들(712, 714, 722, 724)의 축이 광축(775)과 일치하지 않는 시스템을 분석한 결과, 유사한 동작을 하는 것을 알 수 있었다.

[표 4]

표 3 및 표 4의 변수들은 상술한 표 1 및 표 2의 변수들과 같이 정의된다. 도 8A는 광학시스템(770)에 있어서, 대상면(810)으로부터 광학시스템(770)에 대한 대칭면이 되는 폴딩프리즘(732) 중앙부에 위치한 중간상의 면(812)까지의 광선의 궤적을 나타낸 도면이다. 도 8B는 중간이미지면(812)에서 최종이미지면(819) 까지의 광선의 궤적을 나타낸 것이다.

면(803)과 면(804) 사이의 1mm의 공기갭(713)은 증가하는(감소하는) 반면에, 공기갭(723)은 광학시스템(770)의 배율을 다르게 증가시킬 수 있는 만큼 감소(증가)한다. 공기갭(713, 723)이 0.158mm 변화하면 배율이 100ppm 변화한다. 배율조정을 위해서는 1mm이하의 매우 작은 움직임이 요구되므로 이동가능한 소자(714)(및 소자 724)를 굴곡베어링상에 장착시켜 California, Irvine에 위치한 Melles Griot사에 의해 상용화된 것과 같은 스텝퍼 모터 미세포지셔너(micropositioner)에 의해 이동시킨다. 본 실시예에 있어서 소정의 배율변화에 필요한 이동량은 4개의 배율보정소자들의 출력을 변화시킴으로써 조정할 수 있다.

표 2의 광학시스템은 표 4의 광학시스템과 유사하나, 몇가지 차이점을 가지고 있다. 배율보정렌즈의 개구율은 0.2에서 0.18로 감소되어 왔다. 이에 따라 비네팅이 감소되어 45mm나 되는 사용가능한 필드크기를 얻을 수 있다. 작은 개구율(N. A.)도 또한 거울의 직경을 269mm에서 242mm로 감소시켜 이미지면(819)이 15mm이상의 여유를 가질 수 있도록 한다. 단일 배율조건에서의 OPD는 0.08λ로서, 배율조정을 위해 수차로 인한 추가적인 비용을 초래한다. 10mm 높이의 사다리꼴 개구에 있어서, 스캔 간격은 35mm가 되고, 5mm 높이의 사다리꼴 개구에 있어서, 스캔 간격은 40mm가 된다. 표 3과 표 4의 실시예는 모든 조정된 배율에 대한 최적화가 최대 OPD을 작게하는 결과를 낳을 수 있다는 단일 배율조건하에서 최적화한 것이다.

폴딩프리즘(732)내의 면(81)과 면(813)사이에 공기갭을 도입함으로써 입력프리즘(731)과 출력프리즘(732)으로 인한 비네팅이외에 부가적인 비네팅을 유발할 수 있다. 이것은 필드크기와 상의 끝부분의 다이버젼스를 폴딩프리즘(732)의 두 2/1부분 사이에 들어갈 수 있도록 이 두 부분을 크게 함으로써 방지할 수 있다. 광학 설계에 요구되는 부가적인 글래스 길이는 도 9에 나타낸 바와 같이 블럭(732C)을 폴딩프리즘(732)의 두 부분(732A, 732B)의 베이스에 접착함으로써 형성할 수 있다. 표 3의 실시예에 있어서, 100. 1653mm의 LAKN7유리 경로의 길이는 프리즘의 1/2 부분(732A)(또는 732B)에 대하여 61mm, 베이스블럭(732C)에 대하여 39.1653mm로 나누어질 수 있다. 이와 같이 되면, 비네팅이 입력프리즘(731)과 출력프리즘(733)에 의해 제한된다.

도 10은 폴딩프리즘(1000)이 두개의 요철형태의 공기갭들(1025, 1035)을 갖추고 있는 이중 통과 와인-다이슨 광학시스템을 위한 배율조정광학기의 일실시예를 나타낸 것이다. 폴딩프리즘(1000)은 폴딩프리즘(1000)의 소정부분들(1010, 1050)의 내면에 부착된 두개의 평요소자들(1020, 1040) 사이에 이동가능한 볼록소자를 포함하며, 대칭적인 소자(1030)를 이동시켜 배율을 조정한다.

이동가능한 소자(1030)는 대칭성을 갖는 볼록소자를 형성하도록 결합되는 소자(712, 722)(도 7A)와 동일하며, 소자들(1020, 1040)은 소자들(714, 724)(도 7A)과 동일하다. 배율조정광학기를 갖춘 다른 폴딩프리즘은 소자들(714, 724)(도 7A)과 동등한 이동이 가능한 대칭적인 오목소자와, 상기 폴딩프리즘의 내벽에 부착된 소자들(712, 722)(도 7A)과 동등한 평요소자들을 구비한다.

배율조정광학기를 폴딩프리즘(1000)내에 위치시키는데는 문제가 있다. 비네팅을 일으키기 쉬운 3개의 소자들(1020, 1030, 1040)을 수용하기 위해서는 폴딩프리즘(1000)내에 큰 공동(cavity)이 필요하다. 중간 이미지면은 대칭성을 갖는 소자(1030)내에 위치하는바, 이 소자는 그 면을 유지하고 이 면상에 먼지 등의 불순물이 초점내에 오지 않도록 충분한 두께를 가져야 한다. 또한, 중간 이미지는 소자(1030)내로 이동하며, 그 위치에 필드조리개가 삽입되는 일은 발생하지 않는다.

본 발명의 광학시스템은 큰 필드크기를 얻도록 각 소자를 크게 함으로써 그 크기를 변화시킬 수 있다. 그러나, 제조상의 어려움과 비용면에서 볼때 상술한 실시예들에서 직경 1미터보다 너무 크지 않게 하는 것이 중요하다. 상기 시스템의 N. A를 증가시키는 것은 비네팅과 수차의 관점에서 볼때 더욱 어렵다. 평균넓이와 스캔 간격에 크게 영향을 미치는 사다리꼴 개구의 높이에 대한 최적크기는 조명기 설계와 관련하여 결정되어야 한다. 유리의 선택에 제한이 따르나, i라인 조명을 사용하는 것이 간단한다.

배율보정을 위한 상대적 이동을 수행하는 시스템

소필드 스캐닝 리소그래피를 위해 광학 배율조정에 덧붙여 레티클과 기판의 상대적인 이동을 이용하여 레티클과 연광하여 기판의 축소(또는 확장)에 대한 보정을 행할 수 있다. 특히, 기판이 레티클보다 작은 크기로 축소되며, 광학시스템의 배율은 1보다 작게, 즉, 기판크기에 대한 레티클 크기의 비보다 작게 감소되어야 하며, 스캐닝에 의해 레티클 크기의 영역이 아닌 감소된 기판영역을 노광시켜야 한다. 레티클과 기판의 상대적인 이동은 서로 다른 크기를 갖는 레티클과 기판을 보상할 수 있다. 예를 들면, 레티클과 기판과 관련하여 스캐닝방향을 따라 조명기와 광학시스템을 이동시켜 기판상의 스트라이프를 노광시킨다. 기판을 스캐닝방향으로 연속적으로 이동시키면 기판과 관련된 조명기와 광학시스템의 이동을 줄일 수 있다. 또한, 레티클과 기판의 상대적인 이동은 노광된 스트라이프와 직교하는 인덱싱 방향을 따라 길이차를 보상하는데 유리하다.

따라서, 소필드 스캐닝시스템에 완전 배율보정을 제공하기 위해서는 광학 배율보정과 상대적인 레티클-기판 이동의 조합이 유리하다. 기판과 레티클간의 상대적인 이동은 서로 연관되어 행해진다. 예컨대, 레티클 또는 기판을 서로에게 연광시켜 이동시키는 제 2 스테이지에 의해 레티클과 기판이 스캐닝될때 상대적인 속도가 레티클 또는 기판에 부여된다. 상대적인 이동량은 필요한 배율보정량에 비례한다. 그러므로, 기판의 축소 또는 확장으로 인한 스캔방향에서 일어나는 정렬에러를 보정할 수 있다.

상대적인 이동 배율보정은 광학 배율조정과는 별개의 것으로 각각을 독립적으로 이용할 수 있다. 상대적인 이동 배율조정을 이용하면 한방향에서의 차이를 선택적으로 보정할 수 있다. 예를 들면, 인덱싱 방향의 모든 스트라이프 중에서 필요한 전체 배율보정을 구분하는 길이만큼 각각의 스캔 스트라이프의 간격을 조정할 수 있다.

광학 배율보정을 행하지 않으면 30-40mm인 스캔 필드의 직경상의 기판 백만개당 10 내지 100개 부분의 보정되지 않은 오정렬 오차가 발생한다.

기판에 연관하여 레티클을 이동시키기 위한 많은 시스템이 사용가능하며, 레티클 또는 기판을 지지하는 스테이지와 연관하여 레티클 또는 기판을 이동시키기 위한 제 2 스테이지에 관한 상기 실시예는 단지 하나의 실시예일 뿐이다. 상대적인 이동은 레티클 정렬시스템으로부터 피드백되는 통상적인 제어매카니즘의 제어하에 제 2 스테이지를 구동하는 마이크로스텝퍼 또는 다른 정밀모터에 의해 제공된다.

본 발명의 배율보정구조는 루프 프리즘, 이중 다이슨, 통상적인 와인-다이슨 및 원거리중심 1X 굴절광학기와 같은 다른 광학구성에 적용될 수도 있다.

본 발명을 특정 실시예를 참조하여 기술하였으나, 상술한 실시예는 일예일뿐 그것에 제한되는 것은 아니며, 다른 여러가지의 실시예가 가능하다. 예를 들면, 본 발명에 의한 배율조정광학기 및/또는 기판과 레티클의 상대적인 이동을 통한 배율보정은 상의 반전을 제거하기 위해 와인-다이슨 광학기 및 부가적인 소자들을 갖춘 시스템, 반대이동 스캐닝을 행하는 와인-다이슨 광학계, 이중 통과 와인-다이슨 광학계, 및 다른 투사광학계를 포함하는 여러가지 다양한 투사시스템에 이용될 수 있다. 배율조정광학기는 입력프리즘 및 출력프리즘에 부착되거나 투사광학계내에 위치할 수 있다. 특허청구범위에 의해 규정되는 본 발명의 사상내에서 상술한 실시예들의 다양한 변형과 조합이 가능함은 당분야의 통상의 지식을 가진자에게 명백한 것이다.

Claims (28)

1. 와인-다이슨 렌즈를 포함하는 광학장치에 있어서,

   상기 와인-다이슨 렌즈를 한번 통과한 빛을 상기 와인-다이슨 렌즈를 다시 통과시켜 반전되지 않은 정확한 상을 생성하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 수단이 상기 와인-다이슨 렌즈에 인접하여 위치하는 폴딩프리즘을 포함함으로써 상기 와인-다이슨 렌즈의 제 1 부분으로부터 나오는 빛이 상기 폴딩프리즘으로 들어가 상기 와인-다이슨 렌지의 제 2 부분으로 다시 반사되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
3. 와인-다이슨 광학시스템을 이용하여 반전된 상인 레티클을 투명부분(빛이 비춰지는 부분)의 제 1 상을 형성하는 단계와,

   상기 제 1 상을 형성하는 빛을 상기 와인-다이슨 광학시스템을 두번 통과시켜 비반전된 상인 상기 레티클의 투명부분의 제 2 상을 기판상에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 와인-다이슨 광학시스템으로 제 1 상을 형성하는 단계가 제 1 반사기, 렌즈 및 오목거울을 위치시키는 단계를 포함함으로써 상기 제 1 상을 형성하기 전에 상기 레티클의 투명부분으로부터 나온 빛이 제 1 반사기에서 반사되고 상기 렌즈의 제 1 부분을 거쳐 상기 오목거울에서 반사되어 다시 상기 렌즈의 제 2 부분을 통과하는 것을 특징으로 하는 리소그래피방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 와인-다이슨 광학시스템에 빛을 두번 통과시키는 단계가 폴딩프리즘을 위치시키는 단계를 포함함으로써 렌즈의 제 2 부분으로부터 나온 빛이 상기 폴딩프리즘으로 입사되어 상기 제 1 상을 형성하고, 폴딩프리즘에 의해 상기 렌즈의 제 3 부분을 통과하게 되는 것을 특징으로 하는 리소그래피방법.
6. 제3항에 있어서,

   상기 레티클과 기판과 연관시켜 상기 와인-다이슨 광학시스템을 이동시켜 상기 기판상의 스트라이프를 노광하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피방법.
7. 망선 홀더와,

   홀더내의 렌즈부를 통하여 직광으로 설치되는 조명과,

   블랭크를 홀딩하기 위한 스테이지와,

   망선면과 함께 평행하는 광축을 갖는 렌즈와,

   상기 렌즈의 제 1 사분면을 통해 빛을 통과시키도록 위치하는 제 1 반사기와,

   상기 렌즈의 제 1 사분면으로부터 나온 빛을 상기 렌즈의 제 2 사분면을 통해 다시 반사하도록 위치하며, 상기 렌즈의 제 3 사분면으로부터 나오는 빛을 렌즈의 제 4 사분면을 통해 반사하는 오목거울과,

   상기 렌즈의 제 2 사분면으로부터 나온 빛을 상기 렌즈의 제 3 사분면을 통해 반사하도록 위치하는 제 2 반사기, 및

   상기 렌즈의 제 4 사분면으로부터 나온 빛을 반사하도록 위치하는 제 3 반사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학시스템.
8. 제7항에 있어서,

   상기 제2반사기가 제 1, 제 2 및 제 3 면을 폴딩프리즘을 포함하는 바, 상기 제 1 면은 상기 렌즈의 제 2 사분면으로부터 나오는 빛을 전달하고, 제 2 면은 렌즈의 제 2 사분면으로부터 나오는 빛을 상기 제 3 면으로 반사하며, 제 3 면은 제 2 면으로부터 나오는 빛을 렌즈의 제 3 사분면을 통해 반사하는 것을 특징으로 하는 리소그래피시스템.
9. 렌즈와,

   상기 렌즈의 제 1 사분면을 통해 빛을 통과시키도록 위치하는 제 1 반사기와,

   상기 렌즈의 제 1 사분면으로부터 나온 빛을 상기 렌즈의 제 2 사분면을 통해 다시 반사하도록 위치하며, 상기 렌즈의 제 3 사분면으로부터 나오는 빛을 렌즈의 제 4 사분면을 통해 반사하는 오목거울과,

   상기 렌즈의 제 2 사분면으로부터 나온 빛을 상기 렌즈의 제 3 사분면을 통해 반사하도록 위치하는 제 2 반사기, 및

   상기 렌즈의 제 4 사분면으로부터 나온 빛을 반사하도록 위치하는 제 3 반사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학시스템.
10. 제7항에 있어서,

    상기 제 1 반사기가 입력프리즘을 포함하고, 상기 제 3 반사기가 출력프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학시스템.
11. 제10항에 있어서,

    상기 제 2 반사기가 폴딩프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학시스템.
12. 제11항에 있어서,

    상기 폴딩프리즘이 제 1 면과, 제 2 면 및 제 3 면을 갖는바, 상기 제 1 면은 상기 렌즈의 제 2 사분면으로부터 나오는 빛을 받아들이고, 상기 제 2 면은 렌즈의 제 1 면으로부터 나오는 빛을 제 3 면으로 반사하고, 제 3 면은 제 2 면으로부터 나오는 빛을 렌즈의 제 4 분면을 통해 제 1 면으로 반사하는 것을 특징으로 하는 광학시스템.
13. 제10항에 있어서,

    상기 렌즈시스템의 배율을 보정하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학시스템.
14. 제10항에 있어서,

    입력프리즘과 출력프리즘과 연관된 배율조정광학기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학시스템.
15. 제14항에 있어서,

    상기 배율조정광학기가 상기 입력 및 출력프리즘의 외부면에 인접하여 위치한 적어도 두개의 저출력 렌즈소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학장치.
16. 제15항에 있어서,

    싱기 입력프리즘의 외부면에 인접하여 위치한 상기 적어도 두개의 렌즈소자들은 평철렌즈와 평요렌즈이며, 이 렌즈들의 볼록한 표면과 오목한 표면을 서로 인접하고 있는 것을 특징으로 하는 광학시스템.
17. 제16항에 있어서,

    상기 볼록한 표면과 오목한 표면은 동일한 반경을 가지며, 상기 볼록한 표면과 오목한 표면 사이에 갭이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 광학시스템.
18. 제17항에 있어서,

    상기 두개의 렌즈소자들중의 적어도 하나에 연결되어 두개의 렌즈소자들중의 하나와 연관시켜 나머지 하나를 이동시켜 상기 갭의 크기를 변화시키는 배율조정매카니즘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학시스템.
19. 제17항에 있어서,

    상기 갭이 0.1mm 내지 5mm의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 광학시스템.
20. 제14항에 있어서,

    상기 제 2 반사기가

    공동을 규정하는 폴딩프리즘과,

    상기 공동내에 위치하는 필드조리개를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학시스템.
21. 제11항에 있어서,

    상기 폴딩프리즘이 공동을 규정하며, 상기 공동내에 위치한 필드조리개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학시스템.
22. 제11항에 있어서,

    상기 폴딩프리즘이 공동을 규정하며, 상기 공동내에 위치하는 배율조정광학기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학시스템.
23. 제22항에 있어서,

    상기 배율조정광학기가 각각 두개의 평철소자들 사이에 위치하는 이중 오목소자인 3개의 렌즈소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학시스템.
24. 제22항에 있어서,

    상기 배율조정광학기가 각각 두개의 평요소자들 사이에 위치하는 이중 볼록소자인 3개의 렌즈소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학시스템.
25. 제22항에 있어서,

    상기 배율조정광학기가 두개의 갭을 규정하기 위해 서로 이격된 낮은 광출력을 갖는 적어도 3개의 렌즈소자들을 포함하는바, 상기 3개의 소자들 각각의 인접한 표면들이 동일한 반경을 갖는 것을 특징으로 하는 광학시스템.
26. 제25항에 있어서,

    상기 배율조정광학기에 연결되어 상기 두개의 갭의 폭을 변경하는 배율조정매카니즘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학시스템.
27. 제15항에 있어서,

    상기 렌즈소자들은 외측직경으로 1/4원형태의 부분이며, 적어도 하나의 렌즈소자가 입력 및 출력프리즘의 외측면에 부착되며, 상기 1/4원형태의 부분의 광축이 상기 광학시스템의 광축과 일치하는 것을 특징으로 하는 광학시스템.
28. 제15항에 잇어서,

    상기 렌즈소자들이 각각 상기 광학시스템의 다른 부분들의 광축과 일치하지 않는 광축을 갖는 것을 특징으로 하는 광학시스템.