KR20020077882A - 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈 - Google Patents

마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈 Download PDF

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Abstract

마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈는 평면 접이 미러가 결여되고 가장 화상쪽에 있는 곡면 미러(M34)의 화상측 상 개구면(조리개;stop)을 구비한다. 가장 화상쪽에 있는 곡면 미러(M34) 다음에 빔은 발산한다. 가장 화상쪽에 있는 곡면 미러(M34)는 볼록하다. 대물렌즈는 물체측(Ob)으로부터 화상측(Im)까지 일렬로, 중간 화상(Imi)을 제공하는 반사굴절군(L31-L35, M31, M32)과, 허상을 제공하는 반사 또는 반사굴절 군(M33, M34)과, 실상을 제공하는 굴절군(FLG')으로 이루어진다.

Description

마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈{Microlithographic reduction projection catadioptric objective}
그런 대물렌즈는 유럽특허 제 0 779 528 A호(도 3)로부터 여섯 개의 미러와 세 개의 렌즈를 가지는 순수 반사 대물렌즈의 변형예로서 공지되었다. 모든 광학적 표면은 공통축에 대해 대칭이고 물체면과 화상면은 대물렌즈의 상부 및 하부의 상기 축상에 위치한다. 하지만, 하나를 제외한 모든 미러는 회전체의 절단면이 될 필요가 있으며, 따라서 장착 및 조정이 어려움에 직면한다. 렌즈는 작은 효과의 보정 소자로만 작용한다. 가장 화상쪽에 있는 미러는 오목하다.
미국특허 제4,701,035호(도 12)는 유사한 대물렌즈를 보인다. 하지만, 이것은 아홉개의 미러, 두 개의 렌즈 및, 두 개의 중간 화상을 가지고, 물체면과 화상면은 대물렌즈의 엔벨롭(envelope) 내에 위치한다.
두 경우에서 화상 필드는 비축 링 섹터이다.
완전히 축방향으로 대칭형인 반사굴절 대물렌즈는 독일특허 제196 39 586 A호(미국특허 출원 번호 제09/263788호)로부터, 예를 들어 두 개의 대향하는 오목 미러, 축에 중심을 둔 화상 필드 및, 중심이 모호한 개구를 가지는 것으로 공지되었다.
마이크로리소그래픽 축소 투사에 적합한 반사굴절 대물렌즈의 또 다른 형태는 단지 하나의 오목 미러를 가지지만, 적어도 하나의 접이 미러를 가지고, 미국 특허 제5,052,763호, 특히 유럽특허 제 0869 383 A 호 로부터 공지되고, 여기서 "h-design"으로 참조 부호가 붙어있다.
미국특허 제5 323 263 A호는 다수의 접이 미러를 가지는 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈를 제공하는데, 여기서 중간 화상은 제1오목 미러 및 단일 통과 렌즈군의 다음에 배열된다.
미국특허 제5 575 207 A호 및 미국특허 제4 685 777호는 매우 유사한 다중 접이식 반사굴절 대물렌즈를 보인다.
본 발명은 평면 접이 미러가 결여되고 뚜렷한 개구를 특징으로 하는, 둘 보다 더 큰 짝수개의 곡면 미러를 구비하는 형태의 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈에 관한 것이다.
본 발명은 도면에 대해 상세히 기술된다.
도 1은 대물렌즈의 전단을 보인다,
도 2는 대물렌즈의 기초 형태의 렌즈 설계를 보인다,
도 3은 더 복잡한 형태를 보인다.
본 발명의 목적은 엑시머 레이저 광원의 전형적인 밴드폭에 대한 색 보정의 양호한 성능을 가지는 일반 대물렌즈를 제공하여, 화상측의 고 개구수를 허용하고 장착 및 조정의 복잡함을 감소시키는 것이다.
상술한 문제점의 해결책은 독립항 1, 2, 4, 6-8 및 10항에 따른 대물렌즈에서 발견된다. 종속항은 이것의 유리한 변형과 최적화를 제공한다. 청구항 22는 상기 대물렌즈를 통합하는 투사 노광 시스템을 제공한다. 상이한 청구항의 모든 특징은 본 발명에 따른 다양한 조합들에서 조합될 수 있다.
기초적인 사상은 "h-design" 대물렌즈의 전단을 단일축 시스템을 제공할 상이한 전단으로 대체하는 것이다.
이 새로운 전단의 가장 단순한 형태에서, -0.25 축소의 일부가 되도록 설정한다. 7mm ×26mm 직사각형 화상 필드 크기를 가지는 0.75 화상측 개구수(NA) 시스템에서, 광학 소자는 도 1의 렌즈 단면처럼 보인다. 상기 반사굴절의 부분적 시스템은 우측 상에 허상을 제공하며, 이것은 0.75 NA 화상을 형성하는 종래의 포커싱 렌즈군에 대한 보상을 하기에 충분한 축방향의 색수차를 가진다. 실사동 또는 개구면은 상기 시스템의 우측단 상에 형성된다. 도시된 시스템은 포커싱 렌즈군이 대부분 양의 파워 렌즈로 이루어질 수 있도록 충분한 페쯔발 섬(Petzval sum)을 가진다.
시스템의 물체면(Ob) 말단에 바로 근접하여, 상기 시스템 내 단지 하나의 필드 렌즈(L1)가 있다는 것을 알 것이다. 그 위치는 렌즈 가열 위치에 대해 잇점이 있어야 한다. 상기 전단 내에는 어떤 비구면도 없으며, 어떤 것도 필요로 하지 않는다. M1에서 M4까지의 미러는 모두 구면이고 공통 광축에 대해 동축이다. 상기 전단 시스템을 동공의 구면 수차에 대해 보정되도록 하는 것이 가능하지만, 그것은 여기에 도시된 것보다 다소 더 큰 오목 미러를 요구한다. 구면 수차는 포커싱 렌즈군에서 또한 보정될 수 있으며, 따라서 여기서 오목 미러(M3)의 크기를 최소화시키기 위해 노력하였다. 미러(M3)의 감소된 크기는 상기 시스템의 기계적인 구성을 단순화시킨다. 도 1의 예에서, 오목 미러(M3)는 7mm ×26mm 화상 필드 크기를 위해, 도면의 평면내에서 대략 165mm의 폭과, 직교하는 방향으로 대략 500mm인 조명 영역을 가진다.
어떤 광선이든 공통 광축으로부터 최대 거리는 이 예에서 370mm이다. 이것은 "h-design"형태의 많은 디자인의 경우보다 훨씬 작은 것이며, 여기서 오목 미러 두께 및 장착 두께는 축으로부터 오목 미러까지 접이 미러의 다음 측방향 광선의 광경로 거리에 더해져야 한다. 이 새로운 디자인의 팩키지 엔벨롭은 분명 더 매력적이다.
축방향 색수차와 페쯔발 만곡면이, 오목 미러(M1)에 근접한 음의 렌즈(L2)가 더 파워를 가지도록 함으로써, 도 1의 예보다 더 많이 전단(FE)에 삽입될 수 있다. 하지만, 강력 렌즈(L2)는 너무 많이 과보정된 구면 수차에 삽입되는 경향이 있어 중간의 화상 수차를 너무 크게 한다. 그래서 향상된 형태의 디자인은 오목 미러에 근접한 두 개의 오목 렌즈를 가진다.
물체면(Ob)에 근접한 필드 렌즈(L1)는 동공 수차를 조절하는데 도움을 주기 위해 두 개의 더 약한 렌즈로 나뉠 수도 있다. 마지막으로, 레티클(Ob)에 근접한 볼록 미러(M2)는 필드 렌즈(L1) 표면으로부터 나뉘어 나올 수 있고 분리된 광학 소자로 제조된다. 상기 볼록 미러는 이 때 더 복잡한 디자인을 제공하지만, 더 향상된 작동을 할 수 있다.
상기 시스템을, 텔레센트릭 포커싱 군(Telecentric Focusing Group; TFG) 내에 양의 렌즈만을 가지고, 페쯔발 만곡면 보정 뿐만 아니라 축방향 및 횡방향 컬러 보정을 가지는, 전형적인 마이크로리소그래픽 대물렌즈의 제1차 스펙(specs)을 만족시키도록 제조하는 것이 가능하다. 어떠한 다른 종류의 수차 보정을 가지지 않는 예가 도 2에 도시된다. 빔의 지름이 L21 내지 L29의 모든 렌즈상에서 크기 때문에, 렌즈 가열은 매우 균일함에 주목하라.
도 3은 더 개량된 예를 보인다. 전단(FE')은 필드 렌즈군이 세 개의 렌즈(L31 내지 L33)로 나뉘는 것을 특징으로 한다. 상기 세 개의 렌즈의 도움으로 양질의 텔레센트릭서티(telecentricity)가 구현된다. 또한 상기 포커싱 렌즈군(FLG')은 더 많은 렌즈(L36 내지 L44)를 가진다. 상기 포커싱 렌즈군(FLG')은 소수의 비구면을 가진다. 비록 강제적인 것을 아니지만, 보정을 단순화시키는 디자인의 반사굴절 전단(FE')내 몇 개의 비구면도 있다. 큰 미러(M33)는 생산을 단순화하기 때문에 구면으로 여전히 제조된다.
비구면의 바람직한 위치는 개구 또는 동공면의 근처, 즉 주연 광선(marginal ray) 높이가 주변의 개구의 높이의 80%를 초과하는 미러(M31) 또는 렌즈(L34, L35) 상이고, 다른 한 편으로는 주연 광선 높이가 다음 개구의 높이의 80% 미만인 약간 먼 위치상이다. 마지막 예는 필드 렌즈군의 표면 또는 화상면(Im) 다음의 마지막 두 렌즈의 표면이다.
상기 디자인의 다색 r.m.s. 파면 오차값은 4X 디자인에서 0.75 NA에서 26×7mm 필드에 걸쳐 0.05 로부터 0.13 웨이브까지 변한다.
반사굴절 전단(FE')은 도 1 및 조 2보다 다소 더 복잡하다. 상기 디자인은 양측이 텔레센트릭이고 동공 수차 및 왜곡에 대해 보정된다. 작동 거리는 레티클 단(Ob)상에서 34mm이고 웨이퍼 단(Im)상에서 12mm이다. 상기 시스템 길이는 대략 1200mm이다.
포커싱 렌즈군(FLG')은 강한 커브를 가지지 않는 거의 모두 양의 렌즈(L41 제외)이다. 중간 화상에서 매우 큰 양의 수차는, 오목 미러(M31)에 다음에 있는 두 오목 렌즈(L31, L35)가 이러한 점에 따라 최적 벤딩을 가지지 않기 때문이다.
테이블 I은 상기 실시예의 렌즈 데이터의 목록을 제공한다.
이러한 종류의 대물렌즈에 대한 렌즈 배럴의 기계적인 구조는 광축("h-design" 등과 같은)의 폴딩(folding)을 가지는 반사굴절 시스템과 비교했을 때 매우 유리하다. 여기서, 미러(M32 및 M33)만이 완전한 디스크가 될 수 없다. 하지만, 미러(M33)는 회전 대칭 구조내 장착될 수 있는 완전한 환형체로 확장될 수 있다. 배럴은 렌즈(L33 및 L36) 사이에 특히 도 3 도면의 하부측에서 광 빔에 통로를 주기 위해 절단되어야 하지만, 일반적으로 실린더형이 될 수 있다. 미러(M33)만이 상기 실리더형 배럴의 외측의, 매우 적절한 거리에 있어야 한다.
"h-designs"에서 유사한 효과는 부가적인 폴딩을 필요로 한다. 접이 미러는 광 빔의 강도 손실 및 질 감퇴, 생산 경비 및 화질의 이익없는 조절 작업을 유발하여 일반적으로 바람직하지 않다.
미러(M33)를 환형 블랭크(blank)로 생산하는 것이 가능하고 상기 영역 내 지름이 확장되는 실린더형 배럴 내 환형부로서 장착될 수 있다.
오목 구면 미러(M33)는 최대 반경의 렌즈 반경을 가지는 모든 렌즈의 주변에 기술된 실린더형 엔벨롭의 외측에 도달하는 단일의 미러라는 것을 쉽게 볼 수 있다. 이것은 상기 종류의 대물렌즈는 본질적으로 고강도의 콤팩트 실린더리컬 배럴내 장착용으로 적합한 것을 다시 보인다.
제공된 예의 렌즈 물질은 칼슘 플로라이드, 플루오스파이다. 다른 물질들은, 단일 또는 조합되어, 엑시머 레이저의 다른 파장에서 사용될 수 있다. 결국 적합하게 도핑된 쿼쯔 글래스와, 플루오라이드 크리스탈이 그런 적합한 물질들이다.
EUV 리소그래피의 필드내 공지된 네 개, 여섯 개 및, 여덟 개 또는 그 이상의 미러 대물렌즈의 디자인은 실상 대신 허상이 제공되는 가능한 편차를 가지는 본 발명의 전단 군에 대해 최초 디자인으로 일반적으로 적합하다. 상술한 실시예들은 본 발명의 범위에 한정되지 않는다. 청구항과 그 조합은 전체적인 범위를 제공한다. 청구범위 내 기재된 곡면 미러에 부가하여, 평면 접이 미러는 본 시스템내에 때때로 포함될 수 있다.
표 1

Claims (22)

  1. 평면 접이 미러가 결여되고 가장 화상쪽에 있는 곡면 미러의 화상 측 상의 개구면을 구비하는 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈.
  2. 가장 화상쪽에 있는 곡면 미러 다음에 빔이 발산하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    4 개의 곡면 미러와 8 개 이상의 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈.
  4. 오직 두 개의 광학 소자가 디스크로부터 실질적으로 편향되게 절단되고, 모든 광학 소자의 모든 만곡면의 대칭의 직선축을 구비하는 뚜렷한 동공을 가지는 시스템인 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈.
  5. 제3항에 있어서,
    실질적으로 비 회전 대칭형으로 절단된 오직 한 개의 광학소자를 구비하는 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈.
  6. 물체측으로부터 화상측까지 일렬로, 중간 실상을 제공하는 반사굴절군, 허상을 제공하는 반사 또는 반사굴절군 및, 실상을 제공하는 반사군으로 이루어지는 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈.
  7. 물체측으로부터 화상측까지 일렬로, 필드 렌즈군, 축방향의 색수차를 생성하는 하나 또는 그 이상의 음의 렌즈 및 오목 미러를 구비하는 반사굴절군, 홀수의 곡면 미러를 구비하는 군 및, 양의 렌즈군을 구비하는 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈.
  8. 물체측면으로부터 화상측까지 일렬로, 하나의 곡면 미러를 구비하고 음의 축소율을 가지는 반사굴절군, 홀수의 곡면 미러를 구비하고 양의 축소율을 가지는 군 및, 음의 축소율을 가지는 반사 렌즈 군을 구비하는 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 반사굴절군은 미러 다음에 양의 필드 렌즈군과 음의 렌즈군을 구비하고, 반사 렌즈군은 음의 렌즈보다 양의 렌즈를 더 많이 구비하는 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈.
  10. 가장 화상쪽에 있는 곡면 미러는 볼록인 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈.
  11. 선행하는 청구항의 적어도 두 항의 조합에 따른 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈.
  12. 선행하는 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    모든 광학 소자의 모든 만곡면의 대칭의 직선축을 구비하는 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈.
  13. 선행하는 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    빔 경로 상부에 배열되는 적어도 두 개의 곡면 미러를 가지는 중간 화상을 구비하는 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈.
  14. 선행하는 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    5mm×20mm 내지 8mm ×30mm 의 화상 필드에서, 화상 측 개구수(NA)는 0.7 또는 그 보다 큰 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈.
  15. 선행하는 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    완전 디스크로 설계될 때 모든 렌즈는 빔 경로를 방해하지 않는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈.
  16. 선행하는 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    적어도 한 개의 구면 미러를 구비하는 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈.
  17. 선행하는 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    곡면 미러의 광학 표면은 모두 공통축을 가지는 회전 단면 또는 회전 전면인 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈.
  18. 선행하는 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    물체면 말단으로부터 일렬로 제1 및 제3 곡면 미러는 오목하고 제4미러는 볼록한, 네 개의 곡면미러를 가지는 서브시스템을 구비하는 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈.
  19. 선행하는 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 음의 렌즈와 오목 미러로 이루어지는 반사굴절 색수차 생성 군 내에 위치한 개구면을 구비하는 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈.
  20. 선행하는 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    물체면 다음에 필드 렌즈군을 구비하고 물체측은 텔레센트릭인 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈.
  21. 선행하는 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
    하나를 제외한 모든 곡면 미러가 동일한 엔벨롭내에 위치하며, 모든 렌즈는 최소 반지름의 실린더형 엔벨롭 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 축소 투사 반사굴절 대물렌즈.
  22. 엑시머 광원, 조명 시스템, 레티클 핸들링, 배치 및 주사 시스템, 선행하는 항 중 적어도 한 항에 따른 투사 대물렌즈 및, 웨이퍼 핸들링, 배치 및 주사 시스템을 구비하는 투사 노광 장치.
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