KR20030079960A - 193 나노미터 이하의 파장을 사용하는 조명시스템에 있어비사용 영역을 갖는 콜렉터 - Google Patents

193 나노미터 이하의 파장을 사용하는 조명시스템에 있어비사용 영역을 갖는 콜렉터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 193nm이하, 바람직하게는 126nm보다 작은, 특히 바람직하게는 극자외선(EUV: Extreme Ultra-Violet) 범위의 파장을 사용하는 마이크로 리소그라피를 위한 조명시스템에 있어서의 콜렉터에 관한 것으로서, 조명광학에 있어 고도의 균일성과 텔레센트리시티(telecentricity)의 요구를 충족시켜 주며, 디커플링 거울(decoupling mirror)들, 검출기(detector)들, 또는 쉴딩장치들, 냉각장치들, 검출장치들, 부착장치들과 같은 광학효과가 없는 요소들과 같은 추가적 구성들의 설치가 가능하며, 이러한 추가적인 구성에 의하여 이미지 평면에서의 균일한 조명이 가능한한 영향을 받지 않고 유지될 수 있도록 하는 조명시스템에 있어서의 콜렉터를 제공함을 목적으로 한다.
이를 위하여 본 발명에 따른 콜렉터는 공유 회전축 주위로 하나가 다른 하나의 안쪽에 위치하도록 배열된 다수의 회전대칭 거울 쉘들을 구비하며 물체쪽 구경의 한 링 구경요소는 각 거울 쉘에 할당된다. 또한, 회전축 방향으로의 거울 쉘들의 크기, 그 표면 파라미터들, 거울 쉘들의 위치는 비사용 영역이 인접한 두 개의 거울 쉘 즉, 바깥쪽 거울 쉘과 안쪽 거울쉘 사이에 형성되는 방식으로 선택된다.

Description

193 나노미터 이하의 파장을 사용하는 조명시스템에 있어 비사용 영역을 갖는 콜렉터{Collector having unused region for illumination system using a wavelength ≤193nm}
본 출원은 2002년 1월 23일자 출원된 PCT/EP02/00608 출원의 연속출원이며 인용 참조문헌으로서 본 명세서에 편입된다. PCT/EP02/00608 출원은 (a)2001년 1월 23일자 출원된 독일 특허 출원 101 02 934, (b)2001년 6월 6일자 출원된 독일 특허 출원 101 27 298 및 (c)2001년 8월 10일자 출원된 독일 특허 출원 101 38 313의 우선권 주장 출원이다.
본 발명은 광원에서 방출된 광선을 흡수하기 위한, 공유 회전축 주위로 하나가 다른 하나의 안쪽에 위치하도록 배치되는 다수의 회전대칭 거울 쉘들을 사용하여 일정 평면의 영역에 조명을 하기 위한, ≤193nm 파장, 바람직하게는 ≤126nm 파장, 특히 바람직하게는 EUV(Extreme UltraViolet, 극자외선) 범위의 파장을 사용하는 조명시스템을 위한 콜렉터에 관한 것이다. 물체쪽 구경의 한 링 구경요소는 각 거울쉘에 할당된다. 회전대칭 거울 쉘은 적어도 하나의 제1 광학표면을 갖는 적어도 하나의 제1 거울 세그먼트를 구비한다. 시작점과 끝점은 회전축과 관련하여 제1 광학표면에 할당되며, 시작점은 바깥쪽 갓빔을 그리고 끝점은 안쪽 갓빔을 규정한다. 안쪽 및 바깥쪽 갓빔은 거울 쉘의 제1 광학표면상에서 반사되며 콜렉터를 통하여 물체쪽 구경으로부터 평면의 조명되는 영역으로 진행하는 광선다발을 한정한다. 광선다발은 2개의 근접한 거울 쉘 사이의 사용 영역을 규정한다.
더 나아가서, 본 발명은 이러한 콜렉터를 구비한 투영 시스템, 그 투영 시스템을 구비한 투영 노광설비, 및 미세구조 노광방법을 제공한다. 파장 193nm 이하, 특히 x-선 범위의 파장을 위한 네스티드 콜렉터(nested collector)는 이미 많은 출판물을 통해 알려져 있다.
이를테면, 미국특허 5,768,339는 다수의 네스티드 포물면 반사체(parabolid reflector)를 갖는 x-선용 시준기(collimator)를 개시하고 있다. 미국특허 5,768,339에 따른 시준기는 x-선 광원으로부터 등방성으로 방출되는 광선다발을 평행한 광선다발로 변형시키는 목적을 위해 사용된다.
미국특허 5,768,339에서와 같이, 미국특허 1,865,441에서 소개된 네스티드 콜렉터는, 광원으로부터 방출된 등방성의 x-선을 평행 광선다발로 전환하여 시준하는 목적을 위해 사용된다.
미국특허 5,763,930은 핀치 플라즈마(pinch plasma) 광원용의 네스티드 콜렉터를 소개하며, 광원으로부터 방출되는 광선을 모아 광파이프(light pipe)로 안내하는 목적으로 사용된다.
미국특허 5,745,547은 다중-채널 광학의 다중배열을 개시하는데, 이는 광원 특히, x-선의 방사를 다중반사를 통하여 한 점으로 모으는 것을 목적으로 사용된다.
고 투과 효율을 달성하기 위하여, 미국특허 5,745,547에 따른 발명은 타원형 반사체를 제시한다.
x-선 리소그라피 시스템에서 사용되는 배열은, 네스티드 거울들이 x-선 광원과 마스크 사이에서 포물선형(parabolically)으로 배치되며, 독일특허 30 01 059 C2에 소개되어 있다. 이들 거울들은 분산하는 x-선이 평행하게 진행하는 출력 광선다발로 전환될 수 있도록 놓여진다.
독일특허 30 01 059에 따른 배열은 다시, 단지 x-ray 리소그라피를 위한 효과적인 시준을 달성하기 위한 목적으로서 사용된다.
WO 99/27542에 소개된 네스티드 반사체의 배열은, x-선 근접 리소그라피 시스템에 있어서 가상의 광원이 형성될 수 있도록 광원의 빛을 리포커싱(refocusing)하는 목적으로 하용된다. 네스티드 쉘은 타원형이다.
고-에너지 광자 광원용의 네스티드 반사체는 미국특허 6,064,072에 소개되며, 분산성 x-선을 평행 직진하는 광선다발로 변환하기 위한 목적으로써 사용된다.
WO 00/63922는 중성자 빔을 시준하기 위한 목적으로써 사용되는 네스티드 콜렉터를 소개한다.
x-선용 네스티드 콜렉터는 WO 01/08162로부터 소개되며, 이는 안쪽의 표면거칠기(surface roughness) 즉, 12Å rms 보다 작은 개별 거울 쉘의 반사표면이 특징적이다. 또한 WO 01/08162에서 소개된 콜렉터들은 다중반사를 갖는 시스템, 특히 Wolter 시스템을 구비하며, 일례로 x-ray 리소그래피에서 요구되는 것과 같은 고 해상도가 특징적이다.
예를 들면, 독일특허 199 03 807 또는 WO 99/57732에서와 같은 EUV 리소그라피용 조명광학을 위해서는, 해상도 이외에도 , 균일성(uniformity) 및 텔레센트리시티(telecentricity)와 관련한 높은 수준의 요구가 필연적이다. 이와 같은 시스템에서는, 특정 광원의 빛은 콜렉터에 의해 모아진다.
본 발명은 193nm이하, 바람직하게는 126nm보다 작은, 특히 바람직하게는 극자외선(EUV: Extreme Ultra-Violet) 범위의 파장을 사용하는 마이크로 리소그라피를 위한 조명시스템에 있어서의 콜렉터에 관한 것이다.
도 1은 콜렉터의 개략도,
도 2는 광원 주위의 링 구경요소의 개략도,
도 3은 평면에서의 링 요소의 개략도,
도 4는 타원면 세그먼트들로 이루어진 네스티드 콜렉터의 개략도,
도 5는 도 4와는 다른 쉘 수를 갖는 타원형 세그먼트들로 구성된 네스티드 콜렉터의 개략도,
도 6은 반사형 네스티드 콜렉터의 개략도,
도 7은 네스티드 콜렉터의 i번째 타원형 세그면트의 개략도,
도 8은 표 2의 실시예에 따른 네스티드 콜렉터의 타원그룹을 나타내는 개략도,
도 9는 표 2에서 보인 실시예의 이미징 스케일 β를 이미지 구경각의 함수로 나타낸 도면,
도 10은 표 2에서 보인 실시예의 이미징 스케일 β를 x방향으로 평면7에서의 반경 r의 함수로 나타낸 도면,
도 11은 본 발명에 따른 네스티드 콜렉터를 갖는 투영 노광설비의 개략도,
도 12는 도 11에 도시된 투영 노광시스템의 제1 래스터요소 평면에서의 링 요소들의 조명분포(복사조도)를 시스템의 회전축 z에 대한 반경거리의 함수로서 나타낸 개략도,
도 13은 네스티드 콜렉터를 갖는 중간상을 구비한 투영 노광시스템을 나타내는 개략도,
도 14는 도 17에 따른 8개-쉘을 갖는 네스티드 Wolter 시스템의 이미지 스케일 β를 나타내는 개략도,
도 15는 네스티드 Wolter 시스템에서의 3개 쉘의 부분도,
도 16은 네스티드 Wolter 시스템에서의 2개 쉘의 부분도,
도 17은 8개-쉘 네스티드 Wolter 시스템을 나타낸 개략도,
도 18은 2번의 반사를 갖는 Wolter 시스템으로 작동하는 콜렉터 쉘의 좌표를 설명하는 개념도,
도 19는, 도 17에서와 같은 콜렉터를 갖는 도 20에 도시한 시스템의 제1 래스터 요소들의 평면에 있어서 링 요소들의 조명분포(복사조도)를 나타낸 개략도,
도 20은 도 17에서와 같은 네스티드 콜렉터를 갖는 EUV 투영 노광시스템을 나타낸 개략도,
도 21은 도 17에서와 같은 네스티드 콜렉터를 갖는 도 20에 도시된 EUV 투영노광시스템의 모든 거울들의 좌표계를 나타낸 개략도,
도 22는 제 1래스터 요소를 갖는 도 20에서와 같은 조명시스템의 제1 광학 요소를 나타낸 개략도,
도 23은 제2 래스터 요소를 갖는 도 20에서와 같은 조명시스템의 제2 광학요소를 나타낸 개략도,
도 24는 냉각장치를 갖는 2개-쉘 네스티드 Wolter 시스템을 나타낸 개략도,
도 25는 냉각장치를 갖는 2개-쉘 네스티드 타원면 콜렉터를 나타낸 개략도,
도 26은 지지구조를 갖는 냉각 링들을 나타낸 개략도이다.
본 발명에 의하여 상기와 같은 목적은, 광원으로부터 방출된 광선을 받아들이는 물체쪽 구경(object-side aperture)을 갖는 콜렉터와 청구항 1항의 모든 다른 특징들을에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 콜렉터는 공유 회전축 주위로 하나가 다른 하나의 안쪽에 위치하는 다수의 회전대칭 거울 쉘들을 구비한다. 물체쪽 구경의 하나 링 구경요소는 각 거울 쉘에 할당된다. 회전축 방향으로의 거울 쉘들의 크기, 그 표면 파라미터들, 거울 쉘들의 위치는 비사용 영역이 인접한 두 개의 거울 쉘 즉, 바깥쪽 거울 쉘과 안쪽 거울쉘 사이에 형성되는 방식으로 선택된다. 본원에 있어 , 비사용 영역은 두개의 거울 쉘 즉, 바깥쪽 거울 쉘과 안쪽 거울 쉘 사이의 영역으로서, 물체쪽으로부터 이미지 평면으로 콜렉터를 통과하는 광선다발에 의해 사용되지 않은 영역으로 이해된다. 비사용 영역은 전형적으로 안쪽 거울 쉘의 뒤면, 즉 비반사면 위에 있다. 안쪽 거울 쉘은 두개의 거울 쉘 즉, 안쪽과 바깥쪽 거울 쉘의 회전축에 대해 보다 작은 거리를 갖는 거울 쉘로서 이해된다.
냉각장치는 입사광이 부분적으로 흡수됨으로 인한 거울 쉘을 과열을 방지하기 위한 목적으로 사용되며 비사용 영역에 위치하는 것이 바람직하다. 개별 거울에 가해지는 열부하는 약 200K에 달하기도 한다. 두 개의 거울 쉘 사이의 비사용 영역에 냉각장치를 위치시킴으로써, 냉각장치의 설치에 따라 발생되는 추가적 광손실은 피할 수 있다. 따라서 조명되는 평면에서의 조명은 냉각장치의 섀도우에 의해 손상받지 않는다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 조명되는 영역은 링 요소들로 이루어진 평면을 포함하며, 링 구경요소는 각 링 요소에 할당되고, 회전축 방향으로의 거울 쉘들의 크기, 이들의 표면파라미터들, 및 이들의 위치는 가능한한 평면에서의 각각의 링요소들의 복사조도가 일치하는 방식으로 정해진다.
본 발명인은, 본 발명에 따른 네스티드 콜렉터 디자인에 의해 대체로 균일한 조명이 일정 평면의 일정 영역에서 달성될 수 있음을 확인하였다. 거울 쉘 들은 타원면(ellipsoid), 포물면(paraboloid), 또는 쌍곡면(hyperboloid)의 고리형 세그먼트인 것이 특히 바람직하다. 완전히 평행한 광선다발과 그에 따른 무한대에 놓여 있는 광원은 포물면을 결과시킨다. 예를 들면, 미국특허 6,198,793 B1(여기서 개시된 내용은 그대로 본원의 내용으로 포함된다)에 따라 제1 래스터요소(first raster element)들을 가지며 조명되는 평면에 위치하는 제1 광학요소에 의해 제2 광원들을 만들고자 한다면, 포물면의 고리형 세그먼트들로서 작동하는 거울 쉘들에 대해 개별 래스터요소들은 집광효과(collecting effect)를 가져야 한다.
집광효과는 또한 콜렉터로 대체될 수 있다. 본 발명에 따른 이와 같은 타입의 콜렉터는 수렴성 광선다발을 얻을 수 있도록 타원면의 절단면인 쉘들을 포함할 수 있다. 집광효과를 타원면의 일부인 쉘들을 포함하는 콜렉터로 대체함으로써, 제1 광학요소의 제1 래스터 요소들은, 일례로 평편면(planar facets)일 수 있다.
쌍곡면들의 절단면들인 쉘들을 갖는 콜렉터는 발산형 광선다발 야기하며 콜렉터가 가능한한 작은 치수로 되는 경우에 특히 중요하다.
종래기술에 따른 네스티드 콜렉터와 달리, 본 발명에 따른 콜렉터는 다른 쉘들의 반사체들의 크기는 회전축 방향으로 서로 다르다는 점에서 구별된다. 이러한 방식으로, 조명되는 평면의 고리형 영역에 대체로 균일한 조명이 제공되어진다. 앞서 인용한 관련기술에서 처럼 반사체의 치수와 간격이 완전 동일하다면, 시준광(collimated beam) 그리고/또는 집속광(focused beam)이 얻어지나 예로서, 고리형 영역에서의 균일한 조명은 얻어지지 않는다. 더구나, 각함수(angular function)인 반사손실은 평면에 균일한 조명이 얻어질 수 있도록 적정한 콜렉터의 배치를 통해 보상될 수 있다.
본 발명에 따른 콜렉터의 바람직한 실시에로서, 바깥쪽 거울 쉘의 위치는 안쪽의 거울 쉘의 위치보다 조명되는 평면으로부터 더 멀리 떨어져 있다. 이러한 경우, 거울 쉘의 위치는 콜렉터의 회전축에 대한 쉘의 시작점과 끝점의 평균으로서 이해된다. 안쪽 거울 쉘은 두개의 거울 쉘 즉, 안쪽 거울 쉘과 바깥쪽 거울 쉘중의 회전축으로의 거리가 작은 거울 쉘로서 이해된다.
균일화는 네스티드 콜렉터를 사용하더라도 이산 근사치(discreteapproximation)로만 얻어지기 때문에, 콜렉터는 가능하면 많은 쉘을 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 콜렉터는 쉘-형성 배열에 있어, 4개 이상, 특별히 바람직하게는 7개 이상, 그리고 특히 바람직하게는 10개 이상의 반사체를 구비한다.
등방성으로 방출하는 광원에 대하여, 본 발명에 따른 콜렉터는 동일한 각도 세그먼트는 동일한 면적에 이미징 되는 것을 보장한다. 평면에서의 균일한 조명은 링 요소들에 할당된 링 구경요소들이 서로 연속적으로 인접하지 않고 갭을 갖는다 하더라도 얻어진다. 특히 바람직하게는 추가적인 구성들, 특히 냉각장치와 같은 광학효과가 없는 장치들은 조명되는 평면에 광손실을 발생시킴 없이 이들 갭에 위치하게 된다. 비등방성 광원이 있다면, 방출 특성은 콜텍터에 의해 균일한 조명으로 변환될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어, 적어도 두 개의 링요소들의 반경방향 크기는 동등하게 크고, 안쪽 링요소에 할당된 콜렉터의 거울 쉘의 회전축 방향으로의 크기는 바깥쪽 링요소에 할당된 콜렉터의 거울 쉘의 회전축 방향으로의 크기 보다 크다. 안쪽 링요소는 두 개의 링요소 즉, 안쪽 링요소와 바깥쪽 링요소 중 회전축으로의 거리가 작은 링요소로서 이해된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 콜렉터는 할당된 링 구경요소의 각크기(angular size) 에 대한 제1 링 요소의 반경방향 크기의 제1 비율과 할당된 링 구경요소의 각크기에 대한 제2 링 요소의 반경방향 크기의 제2 비율에 의한 몫(quotient)과 제1 링 구경요소를 지나는 제1 방사밀도(radiant intensity)와 제2 링 구경요소를 지나는 제2 방사밀도간의 몫이 서로 동일하게 되는 방식으로 디자인된다. 즉, 수학식은 다음과 같다.
본 발명에 의한 또 다른 실시예에 있어, 네스티드 거울 쉘들은 다중반사가 하나의 거울 쉘에서 발생하도록 설치된다.
하나의 쉘에서의 다중반사를 통해, 반사각은 작게 유지된다.
몰리브덴(Molybdenum),니오븀(niobium), 루테늄(ruthenium), 로듐(rhodium), 팔라듐(palladium), 또는 금(gold)과 같은 물질의 표면탄젠트에 대하여 200 미만의 작은 입사각을 갖는 그레이징 입사(grazing incidence)에 대한 반사에 있어, 반사도(reflectivity)는 표면 탄젠트에 대한 입사각과 거의 선형관계로서, 예를들면 160에서의 반사에 대한 반사손실은 80에서 두 번의 반사로 인한 반사손실과 거의 같다. 그러나, 콜렉터의 최대로 가능한 구경을 위해서는, 한 번 이상의 반사를 사용하는 것이 바람직하다.
두 번 이상의 반사를 갖는 시스템이 특히 바람직하다. 두 번의 반사를 갖는 콜렉터는, 예를 들면 쌍곡면의 고리형 부분인 제1 거울 쉘 및 타원면 고리형 부분인 제2 거울 쉘을 갖는 네스티드 Wolter 시스템으로서 실행된다.
Wolter 시스템은 Wolter의 저서, 예를들면 Annalen der Physik(Annals of Physics)10, 94-114 페이지(1952년)로부터 널리 알려져 있다. 쌍곡면 표면과 타원면 표면의 조합에 의해 형성된 광원의 실제 초점 거리 즉, 실제 중간상을 갖는Wolter 시스템에 관하여, J. Optics, Vol.15, 페이지 270-280(1984년)에서 참조로서 인용하였다.
Wolter 시스템의 특징적인 잇점은, 표면탄젠트에 대하여 입사각이 200 미만인 두 번의 반사를 가지며, 그레이징 입사에 대해 반사도가 70% 보다 큰 고 반사영역에 위치함에도 구경각 800에 상당하는 NAmax 0.95에 이르는 최대 집광구경(collection aperture)이 선택된다는 것이다.
본 발명의 제 1실시예에서, 쉘의 제1 고리형 세그먼트 및 제2 고리형 세그먼트는 서로 연속하여 접하지 않으며, 오히려 거울 쉘의 비사용 영역 즉, 갭이 제1 및 제2 고리형 세그먼트 사이에 놓여진다.
추가적 구성들, 특히 냉각장치들과 같은 광학 효과와 관계없는 구성들은 2개-쉘 시스템의 거울 쉘의 비사용 영역에 위치하는 것이 바람직하다.
이와 같은 추가적 구성들이 2개의 세그먼트 사이의 비사용 영역에 위치하더라도, 추가적 광 손실은 피할 수 있게 된다.
네스티드 콜렉터의 개별 쉘은 지지장치에 의해 서로 연결되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 이와 같은 지지장치는 방사상으로 연장되는 지지 스포크(support spoke)로 구성된다. 냉각 장치에 대하여 냉각제를 공급하고 제거하는 공급 및 제거 장치는 방사상으로 뻗는 지지용 스포크의 영역에 제공될 수 있다. 냉각 장치는 또한 냉각 채널을 구비하는 것이 바람직하다. 냉각 장치는 2개의 콜렉터 쉘 사이의 비사용 영역에 고리형 냉각판으로서 위치된다면 바람직한 열 분산이 이루어질 수 있다. 고리형 판은 냉각선을 포함한다. 냉각선은 지지장치의 리브(rib)의 섀도우에서 바깥쪽으로 향하게 된다. 바람직한 실시예에 있어, 판은 일례로 갈바닉 디포지션(galvanic deposition)을 통해 거울 쉘에 물리적으로 연결된다. 이때, 열은 열 전도를 통해 제거된다. 이에 대한 다른 방안으로, 냉각판은 또한 단지 거울 쉘 상에 놓여질 수 있다. 이는, 열 팽창으로 인해 냉각장치와 거울 쉘 사이에 변형이 발생되는 경우에 특히 바람직하다. 이때, 열은 열 전도에 의해서가 아니라 방사에 의하여 제거된다. 고리형 냉각 판은 넓은 영역에 걸쳐 냉각을 시킨다는 장점이 있으며, 이것은 결국 효율적이 된다. 나아가, 회전대칭의 균일한 냉각은 이와 같은 형태의 배치를 통해 이루어진다. 광학품질은 이와 같은 형태의 냉각 배치에 의해서 아주 미세한 영향을 받는다.
콜렉터 이외에, 본 발명에서는 이와 같은 콜렉터를 구비한 투영 시스템을 제공한다. 투영 시스템은 미국특허 6,198,793(그 내용은 본원에 그대로 포함된다)에서와 같은 제1 래스터요소를 갖는 제1 광학요소 및 제2 래스터요소를 갖는 제2 광학요소를 구비하는 이중 절단면(double-faceted)이 있는 투영 시스템이 바람직하다.
제1 그리고/또는 제2 래스터요소는 편평한 면 이거나 집광 또는 산란효과를 갖는 면으로 될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어, 오직 하나의 고리형 영역이 제1 래스터요소를 갖는 제1 광학요소 상에서 조명된다. 제1 래스터요소들은 고리형 영역의 안쪽에 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 콜렉터를 구비하는 조명시스템은 마이크로 리소그래피용 투영 노광시스템에서 사용되는 것이 바람직하고, 이 같은 형태의 투영 노광시스템은 PCT/EP/00/07258에서 소개되어 있으며 그 기술 내용은 본원에서 모두 그대로 포함된다.
투영 노광 시스템은 조명장치로부터 아래쪽에 위치하는 투영대물렌즈, 예를 들면 그 내용이 그대로 본원에 포함되는 미국특허 6,244,717에 개시된 바와 같은 4개-거울 투영대물렌즈를 포함한다.
이하에서는 도면에 기초하여 본 발명에 따른 구체적인 예를 설명한다.
본 발명에서는, Naumann/Schrode에, Hauser-Verlag의 "Bauelemente der Optik(Components of Optics)"(1992) 페이지 28-29, 의한 아래의 표에 목록화된 측광용어를 사용한다.
표 1. 측광용어
물리적 치수 공 식 단 위
복사선속(Radiant flux) φe Watt[W]
복사조도 또는 광선속 밀도 Ee(Irradiance or flux density) Watt/cm2
방사 밀도(Radiant intensity) Ie Watt/steradian
복사휘도(Radiance) Le Watt/cm2/steradian
도 1에 도시한 개략적 시스템은 광원(1), 콜렉터(3), 광원이미지(5) 및 중간상(7)으로 구성된다. 광원(1)은 특정 방사밀도로 공간상으로 방출한다. 이것은 일반적으로 각α 및 Φ(z축 중심으로하는 각도, 도시되지 않음)의 함수이다: I(αΦ).
다음 수학식은 축 대칭 광원에 적용되는 수학식이다 : I(αΦ)=I(α).
콜렉터(3)는 방출된 빛을 모은 후 다발로 묶는다. 콜렉터는 광원(1)을 광원 이미지(5)상에 이미징한다. 광원이미지(5)는 도 1에서와 같이 실제이거나 또는 가상일 수 있다. 또한, 광원(1)은 이미 물리적인 광원의 이미지이다. 이 두가지 모두에 있어, 특정 조명(9)이 콜렉터(3) 뒷편의 평면(7)에서 얻어지며, 이것은 방사 원뿔(cone of radiation)(11)의 방사밀도의 투영 즉, 콜렉터의 이미지 공간상에서 각도 α′의 공간각 요소(spatial angular element)에 대응한다.
조명이 평면(7)상에서 균일할 경우, 조명이 광원(1)의 이미지(5)가 놓인 이미지 평면으로부터 충분한 거리를 두고 있다면, 콜렉터 뒤의 모든 평면에 대해서도 자동적으로 균일하게 된다. 방출된 광원 방사밀도 I(α)로 채워진 물체공간에 있서의 조합된 방사원뿔 13은 이미지공간에서의 방사원뿔 11에 대응한다.
본 발명에 따르면, 임의의 광원(1)은 광원의 이미지에 이미징된다. 광원이미지는 실제(광선 방향에 따라 콜렉터(3)의 오른쪽), 가상(광 방향에 따라 콜렉터(3)의 왼쪽) 또는 무한상에서 놓여질 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에 있어, 임의의 광원(1)의 방출특성은 대체로 균일한 조명이 중간상 전방 또는 후방에 이루어질 수 있도록 변환된다.
본 발명에 따르면, 다음의 식이 적용된다.
(2.1)
E : 판(7)에서의 복사조도(irradiance)
φ : 복사선속
dA : 판(7)에서의 표면요소
dΩ : 물체쪽 구경에서의 각요소
I*(α) : 각도에 대한 광원의 방사밀도
R*(α) : 콜렉터의 유한 반사도(finite reflectivity)에 따른 광 손실에 비례하는 감쇠요인으로서, 각함수이다.(이하, I(α) = R(α)×I*(α)가 보편성(generality) 제약없이 사용된다)
그러므로, 다음의 수학식이 동일한 복사조도를 갖는 두개의 링 요소에 적용된다.
(2.2)
위 식으로부터 다음 수학식이 유도된다.
(2.3)
비등방성 광원 또는 반사손실 R(α)에 있어서의 큰 차이를 위해, 평면(7)에서의 링구경 세그먼트 및/또는 링요소는 식(2.3)에 의해 결정되어야 한다.
일반적으로, 중간 이미지를 생성하고 방출 특성을 동시조절하는 목적은 거울 또는 렌즈와 같은 단순한 광학요소를 사용하여서는 얻어질 수 없다. 본 구체예에서의 시스템의 광축과 동일한 z축을 중심으로 하는 회전대칭 방출특성을 대하여, 적어도 분산영역(discrete region)에 있어서의 균일한 조명은 특별한 타입의 프레스넬 렌즈(Fresnel optic)를 통해서 얻어질 수 있다.
이것은 광원(1)의 실제 중간 이미지의 예를 통해 아래에서 설명하고자 한다. 가상 중간상 또는 무한대에서의 광원이미지를 위한 비슷한 구성은 당해 분야의 당업자에게 자명하게 도출될 수 있다.
예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같은 3개의 각세그먼트 그리고/또는 링 구경요소(20, 22, 24)는 광원(1) 주위에서 선택된다. 링 구경요소를 지나는 복사선속은 다음과 같이 주어진다.
(2.4a)
현존하는 회전대칭형 광원의 대부분에 있어서,
방사밀도가 각도 α에 대하여 약간만이 변화하는 대부분의 현존 회전대칭 광원(밀집한 플라즈마 포커스 광원과 같은)에 있어, 그 복사선속은 대체로 다음과 같이 표현된다.
(2.4b)
여기서,
Φi: 복사선속
I*(αi) : 각도 αi에서의 광원의 방사밀도
αi: i번째 각세그먼트의 안쪽 각도
αi+1: αi+1 = αi + dαi인 i번째 각세그먼트의 바깥쪽 각도
dαi: i번째 각세그먼트의 폭
평면(7)에서 할당된 링요소의 복사선속은 거의 동일할 수 있도록, 대부분 차이가 나는 각도증분 dαi는 식(2.4)에 의해 결정된다.
도 2에는 링 구경 세그먼트(20, 22, 24)가 도시되어 있다. NAmin과 NAmax 사이에 3개 세그먼트인 20. 22. 24로 구성된 예를 도시하였다. 세그먼트(22) 및 세그먼트(24)은 서로 근접하게 있다. 작은 간격(26)은 세그먼트(20) 및 세그먼트(22) 사이에 있다.
각각의 링 구경 세그먼트 그리고/또는 링 구경요소(20, 22, 24)는 조명되는 평면(7)에서의 링요소(30, 32, 34)에 할당되며, 다음의 식이 일반적으로 적용된다.
(2.5) ri+1= ri+ dri
여기서,
ri: 조명되는 평면(7)에서의 i번째 링요소의 안쪽 간격
ri+1: 조명되는 평면(7)에서의 i번째 링요소의 바깥쪽 간격
dri: i번째 링 요소의 높이증분 또는 반경크기
예를 들면, 동일한 크기의 간격 dri= dr= const는 링 요소의 갓빔 사이에서 이루어질 수 있도록, 링 요소(30, 32, 34)가 선택된다. 도 3에서는 링 요소(30, 32, 34)를 사용하는 평면(7)에서의 조명이 도시된다.
평면(7)에서 대체로 균일한 복사조도(irradiance)를 갖는 링 요소에 대하여, 다음의 식이 복사선속에 적용된다.
(2.6)
여기서,
Φ'i: 조명되는 평면(7)에서의 i번째 링요소에 대한 복사선속
i번째 콜렉터 쉘 R'(α)에서의 반사손실을 고려하여, i번째 링 구경요소의 폭 dαi및 i번째 링 세그먼트의 반경크기 dri가 정해진다. 예를 들면, 선택된 반경크기 dr은 다음과 같이 일정하다.
(2.7)
그리고 대체로 균일한 복사조도 E에 대한 요구는,
(2.8)
다음의 수학식은 수학식(2.4)를 이용하여 αi+1에 대해 풀어낸 식이다.
(2.9)
여기서,
E : 조명되는 평면(7)에서 대체로 균일한 복사조도
ri: 조명되는 평면(7)에서의 i번째 링요소의 안쪽 간격
ri+1: 조명되는 평면(7)에서의 i번째 링요소의 바깥쪽 간격
αi: i번째 링 구경요소의 안쪽 각도.
αi+1: i번째 링 구경요소의 바깥쪽 각도.
평면(7)에서의 링 요소가 식(2.5)에 의해 선택되면, 링 구경요소의 각도는 식(2.9)에 의해 결정된다. 링 요소들 및/또는 링구경 요소들의 갓빔들은 이와같이하여 위치하게 된다.
선택된 빔들의 교차점을 통하여, 콜렉터(3)의 특정 타원형 쉘들이 위치하게 된다. 가상의 중간상에 대해서는 이들 쉘은 쌍곡면이며, 무한의 광원이미지에 대해서는 포물면이다. 이러한 목적을 위하여 대표적인 빔이 각 링구경 요소 20, 22, 24에 대해 선택되었다.
타원면 그리고/또는 쌍곡면 또는 포물면 쉘을 위해, 이 경우에는 물체점과 이미지점, 이 경우에는 광원(1) 과 광원(5), 그리고 또 하나의 추가점을 나열하는 것만으로 충분하다. 그러나 이 경우에 있어서는, 두 점 특히, 콜렉터 쉘의 시작점 및 끝점이 주어진다. 그러나, 소스이미징(source imaging)을 위한 이미징 품질은 조명목적을 위해 전형적으로 대체로 무시되기 때문에, 타원 그리고/또는 쌍곡선 또는 포물선은 일례로 쐐기(wedge)형상의 원뿔성분 또는 추가적인 절두원추(truncated cone)을 가지는데, 이는 중요한 고려의 대상은 아니나 약간의 디포커싱(deficusing)에 대응하는 것이다. 또 다른 방안으로, 갭 발생은 상당히 작도록 선택되기 때문에 약간의 섀도잉이 허용된다. 갭 크기는 배열 특히, 쉘 수를 통하여 최소화된다. 예를 들자면, 갭은 조명되는 영역에 있어 후방이 아니라 전방 즉, 광원으로부터의 흡수된 출력(absorbed output)에 발생하는 방식으로 선택된다.
또한, 콜렉터가 복수의 쉘을 구비한다면, 오직 절두 원추로부터 콜렉터를 구성하는 것도 가능하다. 이는 제조를 위한 측면에서도 유리하다.
섀도우가 무시된다면, 동일한 복사선속이 각세그먼트 그리고/또는 링 구경요소(20~24) 및 영역 세그먼트 그리고/또는 링요소(30~34) 양자를 통하여 결과되는것이 보장된다.
원칙적으로 각함수, 따라서 각도증분 αi에 대한 적절한 미분처리에 의해 세그먼트의 함수인 반사손실을 보상하는 것은 가능한데, 영역 7을 대체로 균일하게 조명하기 하고자 하기 때문에 본 발명에 따르면 링 구경 세그먼트 동일하게 크지는 않으나 동일한 증분을 갖는 링요소들에 할당된다.
선택적으로, 링 요소들의 높이증분 dr은 서로 다른 크기가 되도록 결정될 수 있다.
도 4에 네스티드 콜렉터(3)이 도시되어 있는데, 이는 x축 중심으로 회전대칭적으로 위치한 타원면 세그먼트로 구성되어 대체로 평면(7)에서의 등분배 조명을 보장하는 네스티드 콜렉터이다. z축을 중심으로 하는 회전대칭하기 때문에, 단지 콜렉터(3)의 1/2만이 단면으로 도시되었다. 도 4에 도시된 콜렉터는 4개의 쉘 40, 42, 44, 46을 포함한다.
쉘 40, 42, 44, 46은 z축으로부터 대체로 등간격으로 위치하는데, 최대 쉘 직경과 관련하여 직경은 대체로 쉘 수(shell number) i에 비례한다. 즉, 두 개의 인접 쉘의 거리는 대체로 동일하다.
각각의 거울 쉘(40, 42, 44, 46)에는 거울 쉘의 광학표면 끝점에 의해 정해지는 안쪽 갓빔(41.1, 43,1, 45.1, 47.1)과 거울 쉘의 광학 표면 시작점에 의해 정해지는 바깥쪽 갓빔(41.2, 43,2, 45.2, 47.2)이 주어진다. 도 4에 명확하게 도시된 바와 같이, 각 거울 쉘의 안쪽과 바깥쪽 갓빔은 그 거울 쉘에 할당된 광선다발49.1, 49.2, 49.3, 49.4을 규정하며, 이 광선다발은 거울 쉘(40, 42, 44, 46)의 광학 표면상에서 광원이미지 방향으로 반사된다. 본원에서 거울 쉘 광학표면(들)은 광원(1)으로부터 입사되는 광선다발을 받아 광원의 이미지(5) 방향으로 반사하는 거울 쉘의 영역으로 이해된다. 입사되는 광선다발과 거울 쉘들의 광학표면에서 반사되는 광선다발은, 두 개의 이웃한 혹은 인접한 거울 쉘들 사이에 광선에 의해 사용된 영역을 규정한다. 이는 또한, 광학표면들로부터의 반대방향으로 마주하는 인접한 거울 쉘의 일측에 비사용 영역 51.1, 51.2, 51.3, 51.4이 제공됨을 명확하게 보여주며, 일례로 이러한 비사용 영역에는 냉각장치와 같은 광학효과가 없는 구성들이 위치한다. 비사용 영영에 냉각장치를 배치하는 것은 추가적인 광손실 없는 냉각을 가능하게 하는 잇점이 있다.
또한, 도 4에는 광원(1), 조명되는 평면(7) 및 광원이미지(5)가 도시되어 있다. 기타 다른 요소들의 참조부호는 이전의 도면에서의 부호와 대응한다.
선택적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 쉘들의 길이가 짧아지는 배열이 가능하다. 일례로, 제일 안쪽의 각세그먼트 그리고/또는 링 구경요소(20)는 두 개의 각세그먼트 그리고/또는 링 구경요소(20.1과 20.2)로 나누어질 수 있다. 마찬가지로, 영역 7에서 할당된 제일 안쪽 링요소(30)도 또한 두 개의 링요소 (30.1, 30.2)로 나누어질 수 있다. 2개 쉘 40.1, 40.2는 2개의 안쪽 세그먼트를 결과시키며, 도 5로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, 이들 쉘은 하나의 쉘 40 보다 짧다. 이전의 도면에서와 동일한 구성은 동일한 참조 부호를 사용한다.
또한, 반사 시스템을 위한 유사한 배열이 사용될 수 있다. 반사 시스템을 위하여, 네스티드 거울 쉘(40, 42, 44, 46)은 도 6에서와 같이 렌즈(50, 52, 54, 56)의 고리형 비축(off-axis) 세그먼트로 대체될 수 있다.
도 6은 렌즈의 고리형 비축(off-axis)세그먼트의 배열을 간략히 보여주는 도면으로서, 광원의 특이한 방출특징에 대하여 평면(7)에 등분배 조명이 이루어진다. z-축을 중심으로 회전대칭인 시스템의 반만이 간략하게 단면으로 도시되어 있다. 다른 크기의 각요소들(angular elements)은 동일크기의 높이세그먼트상에 반사되고 따라서, 균일조명은 심지어 비등방성 광원방출의 경우에도 성취된다.
네스티드, 반사콜렉터들은 필연적으로 중심 섀도잉을 갖는다. 즉, 특정한 구경각(NAmin) 이하에서, 광원의 방출은 흡수되지 않는다. 따라서, 이러한 방사광이 조명시스템에 도달하지 않도록 차광판(diaphragm)에 의해 차단되어야만 한다. 예로서, 차광판은 콜렉터에 부착될 수 있다.
이하에서는 실시예에 기초하여 본 발명이 상세하게 설명된다.
본 발명에 대응하는 타원들의 그룹을 갖는 등방성 광원에 대한 real source image을 갖는 점대점 이미징이 가정되고, 근접한 거울쉘의 간격들은 대체로 동일하도록 선택된다.
타원은 다음 식에 따라 정의된다.
(3.1)
그리고,
(3.2)이다.
예시적인 설명을 위하여 도 7에는 ⅰ번째 타원세그먼트가 도시되어 있다. z-축을 중심으로 회전대칭이기 때문에, 단지 반만이 단면으로 보여진다.
표1에 따른 계산을 위하여 사용된 치수가 도 7에 거울쉘에 대하여 도시되어 있다. 앞서의 도면에서 사용된 것과 동일한 도면부호는 동일한 부재를 나타낸다.
v(ⅰ) ⅰ번째 거울쉘의 ⅰ번째 시작점
x(v(ⅰ)) ⅰ번째 출발점의 x좌표
z(v(ⅰ)) ⅰ번째 출발점의 z좌표
(예: 회전축 RA에 대한 시작점)
h(ⅰ) ⅰ번째 거울쉘의 ⅰ번째 끝점
x(h(ⅰ)) ⅰ번째 끝점의 x 좌표
z(h(ⅰ)) ⅰ번째 끝점의 z좌표
(예: 회전축 RA에 대한 끝점)
m(ⅰ) ⅰ번째 쉘의 출발점과 끝점의 평균값
x(m(ⅰ)) 평균값의 z좌표
z(m(ⅰ)) 평균값의 z좌표
(예: 회전축 RA에 대한 ⅰ번째 쉘의 출발점과 끝점의 값)
a, b 타원의 파라미터
r(ⅰ) 회전축 RA로부터 조명되는 평면에 있어서 ⅰ번째 쉘의 ⅰ 번째 링요소의 거리
NA(ⅰ) ⅰ번째 쉘의 ⅰ번째 링 구경요소의 안쪽 갓빔의 구경각의 사인(sine)
도 8은, 앞에서 정의된 파라미터를 사용하여 계산된 실시예에 따른 타원 쉘들(60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76, 80)의 그룹을 보여준다. 본 발명의 실시예에서는, 동등하게 큰 각도증분(da)과 동등하게 큰 높이증분(dr)이 함께 선택된다. 이는 특히, 복사조도(irradiance)가 대체적으로 동일하게 될 경우에 등방성 광원과 작은 구경을 통하여 가능하다. 그 데이타는 표 2에서 나타나 있다. 표 2에 있어서 모든 길이들은 mm로 나타나 있다. 표면탄젠트(surface tangent)에 관한 모든 입사각은 19°이다. 도 8에 따른 실시예에 있어서의 최대 빔의 표면탄젠트에 관한 입사각은 18.54°이다.
다음의 값이 시작 값으로 선택되었다.
평면(7)과 광원이미지(5):
z = 900 mm
반초점(half focal point) 거리:
e = 1000 mm
표면 7상의 높이증분:
dr = 7.5 mm
표면 7에 있어서의 중심섀도잉
rmin∼ 22.5 mm (NAmin∼ 0.025)
광원(1)에 대한 최소구경 NAmin
NAmin= 0.12
콜렉터에 의해 받아 들여지는 빛에 대한 최대구경 NAmin
NAmin< 0.55, 33°에 대응
광원(1)에서의 각도증분
dαⅰ= 2.4°= const.
표 2: 타원들의 그룹의 파라미터
ⅰ Ref. no. r(ⅰ) NA(ⅰ) a b x(h(ⅰ)) z(h(ⅰ)) x(v(ⅰ)) z(v(ⅰ))
1 60 22.507 0.120 1002.009 63.422 52.266 -567.601 43.117 -734.837
2 62 30.007 0.161 1003.391 82.423 66.429 -593.993 57.195 -722.489
3 64 37.507 0.203 1005.130 101.423 80.551 -610.765 71.258 -715.251
4 66 45.007 0.243 1007.231 120.475 94.679 -622.848 85.334 -710.997
5 68 52.507 0.284 1009.699 139.612 108.838 -632.832 99.443 -708.705
6 70 60.007 0.324 1012.540 158.863 123.046 -640.449 113.597 -707.824
7 72 67.507 0.363 1015.762 178.250 137.317 -647.655 127.810 -708.034
8 74 75.007 0.402 1019.374 197.798 151.664 -654.371 142.092 -709.139
9 76 82.507 0.440 1023.386 217.529 165.097 -660.836 156.455 -711.012
10 78 90.007 0.477 1027.808 237.466 180.628 -667.215 170.909 -713.571
11 80 97.507 0.513 1032.654 257.632 195.269 -673.626 185.464 -716.763
도 9에, 도 8과 표 2에서 보여진 실시예의 이미징 스케일β이 이미지 구경각의 함수인 조명의 균일성 치수로 보여진다. 이미징 스케일 β는 각에 대하여 일정할 필요는 없지만, 특정한 이미징 스케일은 평면(7)에 있어서의 최대반경 rmax에 대해 반드시 결과되어야 한다.
도 10에서, 이상적인 이미징 스케일(β-ideal)과 실제 이미징 스케일(β)이 평형시준 문제의 불연속해(discreted solution)에 의하여 평면(7)에 곡률(r)의 함수로서 도시되어 있다. 이상적인 이미징 스케일로부터의 편향은 쉘의 수를 증가시키거나, 일례로서 도 5에서 보여진 바와 같이 내부 쉘들을 두 개의 쉘 각각에 분리시킴에 의해 감소시킬 수 있다. 이런 식으로, 영역(7)에 있어서 심지어 조명의 보다 너 나은 균일화가 달성될 수 있다.
예로서 본 발명이 사용되는 초소형 전자구성 부품(microelectronic component)의 제조를 위한 투영 노광장치의 개략도가 도 11에 도시되어 있다. 투영 노광장치는 광원 또는 광원(1)의 중간상(intermediate image)을 포함한다. 광원(1)에 의해 방출된 빛은 본 발명에 따른 네스티드 콜렉터(3)에 의해 모아지고 다중 제1래스터 요소들(multiple first raster elements) 또는 필드 하니콤(field honeycombs)들을 갖는 거울(102)상에서 편향된다. 이때, 제1래스터 요소들은 평면이다. 거울(102)은 또한 필드 하니콤 거울로서 지칭된다. 필드 하니콤 거울이 위치해 있는 평면(103)에서의 조명은 도 12에서 보여진 바와 같이 일정 고리형 영역에 있어 상당히 균일하다. 평면(103)은 콜렉터의 광축에 정확하게 수직하지는 않으며 따라서, 조명되는 도 1의 균일한 평면(7)에 정확하게 대응하지는 않는다.
그러나, 작은 입사각은 데리베이션(derivation)을 바꾸지 않으며, 단지 조명의 경미한 왜곡을 초래하고 그에 따라 콜렉터의 광축에 수직한 평면에 나타나는 것과 같은 균일성으로보터의 편향을 발생시키는데, 이는 무시된다. 이때 조명시스템은 본 출원 전체에 걸쳐 그 내용이 그대로 포함되어 있는 미국특허 6,198,793 B1에 개시된 바와 같은 양면(double-faceted) 조명시스템이다. 시스템은 따라서 래스터요소(104)을 갖는 제2 광학요소를 포함하는데, 이 광학요소를 퓨필 하니콤(pupil honeycombs)이라 한다. 광학요소들(106, 108, 110)은 기본적으로 물체평면(object plane, 114)에 필드를 형성할 목적을 위해 사용된다. 물체평면에서의 래티클(reticle)은 반사마스크(reflection mask)이다. 레티클은 EUV 투영시스템, 일례로 스캐닝시스템에서 움직일 수 있는데 116으로 방향으로 도시되어 있다. 조명시스템의 출구퓨필(exit pupil)은 대개 균일하게 조명된다. 출구퓨필은 조명시스템에 뒤이어 광원으로부터 조명되는 물체(124)로의 광행로, 즉 조명시스템의 하부(downstream)에 위치한 투영대물렌즈(projection objective)의입구퓨필(entrance pupil)과 일치한다. 투영대물렌즈의 입구퓨필은 도시되지 않았다. 입구퓨필이 주광선(chief ray)의 교차점에 의해 주어져 있는데 예를 들자면, 투영대물렌즈의 광축을 갖는 조명시스템의 물체평면에 있어 필드의 중심 필드포인트(central field point)이다.
6개의 거울 128.1, 128.2, 128.3, 128.4, 128.5, 128.6을 갖는 투영대물렌즈(126)는, 일례로 미국특허출원 09/503640에 따라 조명될 물체(124)위에 레티클을 형성한다.
도 12는 제1 래스터 요소와 조명 평균값을 갖는 제1 광학요소의 평면에 있어서의 조명분포를 보여준다. 복사조도 E(r)은 네스티드콜렉터의 회전축(z)으로부터의 반경거리(radial distance)의 함수로 나타나 있다. 균일화된 조명의 달성은 불연속적일 뿐이라는 것이 명확하게 보여지고 있다.
EUV 투영 노광장치의 개략도가 도면 13에 도시되어 있는데, 광원(1)이 중간상(Z)에 이미지화된다는 점에서만 도 11에 도시된 장치와 다르다.
더구나, 제1 래스터 요소는 이제 집광효과(collecting efect)를 구비한다. 광원(1)의 중간상(Z)은 콜렉터(3)와 제1면 거울(102)간에 맺힌다. 다른 모든 구성들은 도 11에 도시된 구성과 동일하고 따라서, 동일한 도면부호를 사용한다.
Wolter 시스템으로서 실행되는 본 발명에 따른 네스티드콜렉터가 이하의 도 14∼21에 도시되어 있다.
바람직하게는 광원의 중간상(Z)에 광원(1)의 실제이미징(real imaging)을 위한 쌍곡면(hyperboloid)와 타원면(ellipsoid)의 결합에 의해 만들어진 Wolter 시스템과 무한대로의 이미징을 위한 쌍곡면-포물면(hyperboloid-paraboloid)은 대체로 사인조건(sine condition)을 만족시킴을 특징으로 한다. 일례로, 쌍곡면과 타원면의 결합의 확대 그리고/또는 이미징스케일(imaging scale)은 큰 구경범위에 대하여 대체로 일정하다. 도 9에 도시된 바와 같이, 쉘내의 이미징 스케일(β)은 오직 단순한 타원면 쉘을 갖는 균일화된 조명을 위한 콜렉터에서 상당히 다양하게 변한다. 반면에, Wolter 시스템에 있어서 쉘내의 이미징 스케일(β)은 대체로 일정하다. 이는, 도 17에서 보여진 바와 같이, 8-쉘 네스티드시스템에 대해 도 14에서 보여지는데, 여기서 네스티드거울 쉘의 각 개별 거울은 Wolter 시스템이며, 이 Wolter 시스템은 제1 광학표면(optical surface)을 갖는 제1 고리형 세그먼트(쌍곡면 부분)과 제2 광학표면을 갖는 제2 고리형 세그먼트(타원면 부분)를 갖는다. 따라서, Wolter 시스템은 단순한 타원면 쉘들을 갖는 시스템과 달리, 쉘당 2개의 광학표면(제1과 제2 광학표면)을 가진다. 이들 표면들은 또한 서로서로 기계적으로 분리되어 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, Wolter 시스템의 쉘은 거의 일정한 이미징 스케일(β)을 가지고 있기 때문에, 평면의 이상적인 균일조명을 달성하기 위해서는 물체쪽 구경(object-side aperture)에서 갭(gap)이 나타나는 것이 필수적이다. 이는 특히, 그레이징 입사(grazing incidence)의 경우에도 회전축에 대해 가장 먼거리의 쉘에 대한 반사도는 회전축에 대해 가장 짧은 거리를 갖는 쉘에 대해서 보다 작기 때문에 그러하다. 몰리브덴(Molybdenum), 니오븀(niobium), 루테늄(ruthenium), 로듐(rhodium), 팔라듐(palladium), 또는 금(gold)은 바람직한 거울물질로 인식된다.
이는 증가하는 이미징 스케일을 통하여 보상되어야만 한다. 그리고 이미징스케일은 균일조명을 위하여 쉘에서 쉘로 변화되어야만 한다. 동시에, 만일 콜렉터 뒤에 구경의 연속충진(continuous filling) 그리고/또는 네스티드콜렉터 뒤의 영역 7의 연속적인 조명을 달성하고자 한다면, 물체쪽 구경에 갭이 나타난다. 이는, 일례로 도 1-13에서 도시된 바와 같이, 타원형의 쉘을 갖는 콜렉터의 경우에는 그렇지 않은데, 이미징 스케일은 쉘에 대하여 변화하여, 평면 7의 균일화되고 연속적인 조명 이외에, 연속적인 물체쪽 구경이 또한 달성될 수 있기 때문이다.
도 15에, 본 발명에 따른 네스티드콜렉터의 3개의 쉘이 예로서 도시되어 있으며, 각 거울쉘 200, 202, 204은 Wolter 시스템을 갖는데, 이 시스템은 제1 광학표면 200.2, 202.2, 204.2를 갖는 제1 고리형 세그먼트 200.1, 202.1, 204.1과 제2 광학표면을 갖는 200.4, 202.4, 204.4를 갖는 제2 고리형 세그먼트 200.3, 202.3, 204.3을 구비한다. 개별 쉘 200, 202, 204는 z축을 중심으로 회전대칭되도록 배치되어 있다. 가장 안쪽의 쉘 204의 이미징 스케일(β)은 6.7이며, 제2 쉘 202의 이미징 스케일은 7.0이고, 제일 바깥쪽 쉘 200의 이미징 스케일은 7.5이다. 도 15에서 보여진 바와 같이, 특정한 거울 쉘 200, 202, 204에 대해 지정된 링 구경요소(ring aperture element) 210, 212, 214는 서로 접하지 않는다. 일례로, 도 15에 도시된 콜렉터의 물체쪽 구경은 개별 링 구경요소 210, 212, 214 간에 갭 220, 222, 224를 갖는다. 특정한 거울 쉘 200, 202, 204에 대해 할당된 평면 7에 있에서의 링 요소 230, 232, 234은 대체적으로 서로 연속해서 접하여 평면 7의 일정 영역에 대한 균일한 조명을 달성한다.
냉각장치(cooling devices) 203.1, 203.2, 203.3은 바람직하게는 거울 쉘 200, 202, 204 후방의 링 구경요소의 갭 220, 222 영역에 위치한다. 냉각장치는 바람직하게는 그 내부를 흐르는 냉각제를 갖는 냉각채널(cooling channels)이다. 냉각장치 203.1, 203.2, 203.3은 특정한 쉘들의 뒤쪽에 회전축 방향으로 그 전체길이에 걸쳐 넓게 연장되어 있다. 두개의 거울 쉘간의 콜렉터의 비사용 영역(unused region)에 위치한 추가적인 구성을 갖는 실시예가 도 25에 더욱 상세하게 도시되어 있다.
각 쉘 200, 202, 204는 거울 쉘의 제1 세그먼트의 제1 광학표면의 자오평면(meridional plane)에서 끝점에 의해 정의되는 안쪽 갓빔 205.1, 207.1, 209.1과, 거울 쉘의 제1 세그먼트의 제1 광학표면의 자오평면에서 시작점에 의해 정의되는 바깥쪽 갓빔이 분배된다. 안쪽과 바깥쪽 갓빔은 광선다발(beam bundle)을 결정하는데, 쉘에 의해 받아들여지거나 두 개의 근접한 쉘내에서 광원 이미지(source image)에로 안내된다.
두 개의 쉘 콜렉터 사이에 광선다발(211.1, 211.2)이 통과하지 않는 영역은, 도 4에 도시된 단일 쉘 콜렉터에 대해 이미 설명한 바와 같이, 비사용 영역(213,1, 213.2)이라 지칭한다. 도 15에서 명확하게 볼 수 있는 바와 같이, 거울 쉘의 후방에 링 구경요소의 갭 영역에 위치한 냉각장치는 두 개의 거울 쉘 사이의 비사용 영역에 위치한다.
도 15에서 보여진 실시예에서, 제1 광학표면 200.2, 202.2, 204.2와 제2 광학표면 200.4, 202.4, 204.4는 또한 갭 없이 서로 직접적으로 접해있다.
본 발명의 또 다른 실시예가 도 16에 도시되어 있는데, Wolter 시스템으로서 디지안된 단지 두 개의 거울 쉘 200, 202가 예시적인 목적으로 도시되었다. 도 15에서와 동일한 구성은 동일한 도면부호를 사용하였다. 도 16의 실시예에 있어, 제1 광학표면 200.2, 202.2와 제2 광학표면 200.4, 202.4는 서로 직접적으로 접하지 않는다. 이 광학표면들 사이에는 갭 그리고/또는 비사용 영역 240, 242가 존재한다. 그런나 본 실시예에서는, 특정한 거울 쉘의 제1과 제2 세그먼트 200.1, 202.1, 200.3, 202.3의 교차점 S1, S2에 이르기까지 비사용 영역에서 거울 쉘들은 연속된다. 제1 거울 세그먼트상의 제1 광학표면 200.2, 202.2 모두는 시작점 311.1, 312.1과 끝점 311.2, 312.2에 의한 자오평면상에서 범위가 정해진다.
본원에 있어 자오평면은 광축과 회전축을 포함하는 평면에 의하여 주어진다. 광학표면의 시작점과 끝점(311.1, 312.1, 311.2, 312.2)은 갓빔(205.1, 205.2, 207.1, 207.2)을 규정하는데, 이들은 회전축을 중심으로 회전될 때 콜렉터에 통과되는 즉, 물체쪽으로부터 이미지쪽으로 콜렉터를 통과하여 지나가는 광선다발을 규정한다. 콜렉터를 통과한 광선다발은 순차로 콜렉터의 사용영역을 규정한다.
도 16에 도시된 바와 같이, 냉각장치, 예를 들자면 거울 쉘의 전체 둘레를 감싸며 도는 냉각실드(cooling shield)는 갭 240, 242의 영역에 위치한다. 도 26에 도시된 바와 같이, 냉각실드는 회전축 방향으로 뻗은 리브(rib)에 의해 기계적으로 지지된다. 바람직한 열접촉(thermal contact)을 위해, 일례로서 리브는 주변의 냉각실드에 납땜된다. 회전축 방향으로 뻗어 있어 있는 냉각실드를 위한 지지부재는, 예를 들면 거울 쉘들, 스포크가 있는 휠(spoked wheel)들을 지지하는 지지구조에부착될 수 있다. 스포크가 있는 휠과 지지구조는 본 도면 16에 도시되지는 않았다.
도 16에 도시된 바와 같이, 갭 그리고/또는 비사용 영역을 갖는 디자인은 연장된 광원에 대해 잇점이 있다.
집광효율과 조명의 균일성간의 균형은 항상 콜렉터의 디자인에서 수행된다. 조명되는 표면 7에서 불과 ±15%의 균일성을 달성하고자 한다면, 도 17에 도시된 바와 같은 8개의 쉘 콜렉터가 그러한 목적을 위해 사용될 수 있다. 그러한 경우에, 200, 202, 204, 205, 206, 207, 208, 209는 특정한 거울 쉘들을 나타내며, 그 각각은 두 개의 거울 세그먼트를 가지며, 각 쉘은 Wolter 시스템을 나타낸다.
도 17에 도시된 바와 같이, 콜렉터는 광원(1)과 광원(Z)의 중간상 사이에 1500mm의 간격을 두고 있는데, 물체쪽 구경은 ∼0.72이고 이미지쪽 구경은 ∼0.115이다. 표면탄젠트에 대한 입사각 모두는 130°이하이다. 도 17에 도시된 실시예에 있어, 최대 빔의 표면탄젠트에 대한 입사각은 11.90°이다.
나아가, 가장 안쪽 거울 쉘의 내부에 위치한 차광판(180)이 도 17에 도시되어 있다. 네스티드, 반사 콜렉터는 필연적으로 거울 쉘의 유한크기에 기인하는 중심 섀도잉(central shadoeing)을 갖는데 다시말해서, 최소 구경각 NAmin이하에서 광원의 방사는 흡수되지 않는다. 차광판(180)은 중심 쉘(central shell)을 직접 가로지른 빛이 특징적인 콜렉터 후방의 광행로에 위치한 조명 시스템에 도달하는 것을 차단한다.
예를 들면, 차광판(180)은 광원의 뒷쪽 78mm에 위치하고 30.0mm의 직경을 가지며, 식 구경(aperture obscuration) NAobs는 ∼0.19에 상당한다. 유사하게 이미지쪽 식 구경 NAobs는 ∼0.0277이다.
도 18에는, 두 개의 세그먼트(일례로 제1 거울쉘 200의 제1 세그먼트 200.1과 제2 세그먼트 200.3)를 포함하는 Wolter 시스템의 특징적인 좌표가 도 17에 도시된 콜렉터의 거울 쉘 200, 202, 204, 206, 07, 208, 209에 대한 예로서 도시되어 있다. ZS는 광원(1)의 위치에 대한 표면 아펙스(surface apex)의 Z위치를 나타내며, ZV와 ZH는 표면 아펙스 ZS의 위치에 대한 제1 세그먼트 200.1(포물면)의 시작과 끝 위치를 나타낸다. 거울 쉘의 제2 세그먼트 200.3(타원면)에 대해, 도면부호 ZS, ZH, ZV가 유사한 방식으로 사용된다.
곡률반경 R과 특정한 거울 세그먼트의 원뿔형 상수 K 그리고 명기된 정의들을 이용하여, 도 17에 도시된 콜렉터의 디자인 데이터가 다음의 표 3에 나타난다.
표 3: 도 17에 보여진 콜렉터의 디자인 데이터
쌍곡면
쉘 R(mm) K ZS(mm) ZV(mm) ZH(mm)
1 1.5866 -1.0201 -0.79 108.99 185.86
2 2.3481 -1.0286 -1.17 107.92 183.90
3 3.5076 -1.0399 -1.74 107.56 182.35
4 5.0414 -1.0571 -2.49 105.05 179.53
5 7.2534 -1.0814 -3.56 102.83 177.68
6 10.4354 -1.1182 -5.07 99.95 175.90
7 15.0523 -1.1755 -7.22 94.87 173.09
8 22.3247 -1.2660 -10.50 88.88 169.39
타원면
쉘 R(mm) K ZS(mm) ZV(mm) ZH(mm)
1 2.3724 -0.9971 -160.94 349.66 433.46
2 3.3366 -0.9960 -168.17 353.68 440.17
3 4.6059 -0.9945 -181.56 363.50 454.10
4 6.4739 -0.9923 -184.74 364.03 457.33
5 9.0813 -0.9893 -189.80 366.19 463.15
6 12.8589 -0.9849 -193.20 365.14 466.03
7 18.4682 -0.9783 -195.28 362.33 470.02
8 26.8093 -0.9688 -202.36 362.94 480.72
도 17에서 보여진 8개의 쉘을 갖는 Wolter 시스템의 실시예는 모든 쉘들이 대략 평면 181에서 끝날 수 있도록 선택되었다. 이러한 방식으로, 모든 쉘들은 평면 181에 마운트 될 수있다.
도 27에 도시된 바퀴 살을 갖는 휠(spoked wheel)은(도 27에서 보여진 실시예에서 총 4개의 지지 스포크를 포함한다), 쉘의 마운팅 그리고/또는 쉘의 지지로서 사용된다. 이 지지 스포크들은 많은 거울 쉘을 갖는 네스티드 콜렉터에 안정성을 제공한다.
차광판(180)은 바람직하게는 이 평면내에 혹은 근방에 배치된다.
도 20에 도시된 조명시스템의 평면 7에서 정의된 조명분포가 도 19에 도시되어 있다. 도 17에 도시된 바와 같이, 도 20에서 보여진 조명시스템은 광원의 바로 뒤에 위치한 8-쉘 네스티드 콜렉터를 포함한다. 도 19에 도시된 바와 같은 복사조도계산은 반사율을 이용한 거울 쉘들의 루테늄 코팅을 기초로한 것으로, 이는 각함수이다. 콜렉터의 디자인은 다른 코팅들에 대하여 적절하게 조정될 수 있다.
도 19에, 스크린(180)에 의한 중심 섀도잉이 명확하게 보여진다. 중심 섀도잉은 도면부호 182로 표시되어 있다. 평면 7에서의 세기형태(shape of intensity)는 184로 표시되어 있다. 두 개의 피크(peak) 184.1, 184.2가 명확하게 보여지는데, 이들은 평면 7에서 고리형 조명(annular illumination)을 초래하고 콜렉터의 회전축 RA에 대칭이다. 점선(186)은 제1 래스터요소들이 도 20에서 보여진 조명시스템의 제1 광학요소(102)상에 위치하는 영역을 나타낸다.
도 20에는, 광학성분들과 도 17에서 보여진 바와 같은 네스티드 콜렉터를 갖는 투영 노광장치의 몇몇 광선들의 광행로(beam path)가 도시되어 있다. 도 11에 도시된 투영 노광장치에서와 동일한 구성들은 동일한 도면부호가 사용된다.
도 11에 도시된 투영 노광장치와 대조적으로, 조명시스템은 "X" 처럼 접히지 않으며 밀집 설치공간(compact installation space)을 위해 최적화된다. 시스템 길이를 줄이기 위해서는, 도 17에서와 같은 구조를 갖는 네스티드 콜렉터(3)의 이미지쪽 구경이 또한 NA=0.115까지 증가되는데, Wolter 시스템과 같은 배치가 특히 바람직하다. 물체쪽 구경 NA는 ∼0.71이다. 또한, 물체평면(114)에 기계적 및 전기적 구성들을 위한 설치공간을 제공하기 위하여, 웨이퍼 스테이지(wafer stage)가 배치되는 콜렉터(3)에 이어 시스템을 접기 위한 평면 거울 300이 위치한다. 전체 광학시스템은 길이 3m 이하이고 높이 1.75m 이하이다.
본 실시예에 있어 평면거울 300은 회절분광 필터(즉, 격자에 의해 확인할 수 있는)로서 설계되는데, 광원의 중간상 Z 부근의 차광판(302)과 함께, 요구되는 파장, 예를 들자면 13.5nm 보다 상당히 큰 파장을 갖는 바람직하지 못한 방사는 차광판(302) 뒤의 조명시스템 부분에 들어가지 못하게 한다.
또한, 차광판(302)은 광원(1), 네스티드 콜렉터(3), 평면 거울(300)로 이루어진 공간(304)을 공간적으로 분리할 목적으로 사용되며, 뒤따르는 조명시스템(306)으로부터의 격자요소로서 설계되었다. 만일 양쪽의 공간들이 중간초점(intermediate focus) Z 부근에 밸브를 개재함에 의해 분리된다면, 압력에 관한 분리가 또한 가능하다.
도 20에 도시된 조명시스템은 도 17과 표3에 나타난 바와 같이 8개의 쉘을갖는 네스티드 콜렉터(3)를 포함한다. 도 20에 도시된 디자인의 평면거울(300)은 2°에서 0°사이의 회절각이나 사용되는 회절차수(order of diffraction)를 갖는 분광필터로서 작용한다. 제1 광학요소(102)는 122 제1 래스터요소들을 포함하고, 이들 각각은 54mm × 2.75mm의 치수를 갖는다. 제2 광학요소(104)는 제1 래스터요소들에 지정된 122 제2 래스터요소들을 가지며, 이들 각각은 직경은 10mm이다. 표 4에 광학성분들의 위치 표시는 물체평면(114)에서의 기준 좌표계(reference coordinate system)와 관련된다.
특정한 광학성분들에 대해 지정된 지역 좌표계(local coordinate system)의 국부 x축을 중심으로 한 α각 정도의 회전은 기준 좌표계를 지역 좌표계 위치로변이시키는 결과를 가져온다. 도 20에 도시된 조명시스템의 광학성분들의 파라미터(parameter)들은 표 4에 표시되어 있다. 표 4에, 물체평면(114)에 관한 개별 광학요소들의 버텍스(vertex)의 위치와 x축을 중심으로 하는 좌표계들의 회전각(α)이 나열되어 있다. 나아가서는, 오른손 좌표계(right-hand coordinate)들과 시계방향 회전이 사용된다. 광학성분들의 지역좌표계들 이외에도, 중간초점의 지역 좌표계들과 입구퓨필이 표시되어 있다. 필드형성(field-shaping) 거울(110)은 회전 포물면의 축외(extra-axial) 세그먼트를 포함한다. 도 21에는 네스티드 콜렉터(3)을 제외한, 도 20과 표 4에서 도시되고 설명된 조명시스템의 광학요소들 모두에 대한 좌표계들이 도시되어 있다. 모든 광학요소들은 도 20에서 처럼 동일한 도면부호가 사용된다.
시스템은 물체평면(114) 즉, 래티클상의 조명구경 NA=0.03125를 갖는 130mm의 필드반경(field radius)에(조명되는 물체의 평면 124에서 구경 NA=0.25를 갖는 다운스트림 4:1 투영대물렌즈의 입구퓨필 E에 있어 σ=0.5의 충진률(filling ratio)에 상당하는) 대하여 계산된다.
표 4: 도 20에 도시된 시스템의 디자인 데이터
위치 Y Z σ 아펙스곡률반경 원뿔상수
광원(1) 2148.137 -1562.205 70.862 거울표면 없음
평면거울 그리고/또는 분광필터(200) 1184.513 -1227.797 147.434 평면
중간초점(Z) 883.404 -893.382 42.000 거울표면 없음
제1면 광학요소(102) 302.599 -248.333 36.000 -898.54 구형(spherial)
제2면 광학요소(104) 773.599 -1064.129 214.250 -1090.15 구형
거울(106) 126.184 -250.216 31.500 288.1 구형
거울(108) 372.926 -791.643 209.600 -855.8 구형
거울(100)의거울아펙스 -227.147 118.541 -4.965 -80.5
물체평면(114) 0.000 0.000 0.000 평면
입구퓨필(E) -130.000 -1236.867 0.000 거울표면 없음
도 1으로부터,도 13에 도시된 네스티드 콜렉터에서 처럼, Wolter 시스템의 쉘들은 또한 몰딩기술(molding technology)에 의해 용이하게 생산될 수 있다.
도 22에는, 도 20에서 보여진 지역 x-y 좌표계들을 갖는 조명시스템의 평면 103에 있어서의 제1 광학요소(102)가 도시되어 있다. 122 제1 래스터요소들(150)의 배열이 명확하게 보여진다.
제1 래스터요소들(150)은 서로 간격을 두고 10개의 블럭 152.1, 152.2, 152.3, 152.4, 152.5, 152.6, 152.7, 152.8, 152.9, 152.10에 위치한다.
제1 래스터요소들(150)은 콜렉터(3)의 중심 섀도잉(154)에 때문에 조명되지않는 평면 103의 영역에 위치하지 않는다. 도 17에 도시된 바와 같은 네스티드 콜렉터가 사용된다면, 개개의 제1 래스터요소들(150) 사이의 조사도 최대편차은 ±15% 보다 작다.
도 23은 제2 광학요소(104)상의 제2 래스터요소들(156)의 배열을 보여준다. 제2 래스터요소들(156)의 이미지는 주어진 충진율 σ=0.5에 이르기까지 연속적으로 조명시스템의 출구퓨필을 채운다. 출구퓨필에서의 충진율의 정의에 관한 인용문헌 WO 01/09684이 있으며, 이에 개시된 내용은 그대로 본원에 포함된다.
도 24에는, 일례로서 한쪽이 다른쪽의 안쪽에 위치하는 두 개의 거울 쉘 1004.1, 1004.2를 갖는 본 발명에 따른 네스티드 콜렉터의 제1 실시예가 도시되어 있다. 도 15 도시된 네스티드 콜렉터에서 처럼 링 구경요소들은 제1 거울 쉘(1004.1)와 제2 거울 쉘(1004.2)의 물체쪽 링 구경요소들 1002.1과 1000.2 사이에 갭(1000)이 있다. 필수적인 중심 섀도잉(1005) 이외에 이미지 공간에는 갭이 없도록 이미지쪽 링요소들(1003.1, 1003.2)은 서로 직접 접해있다. 도시된 콜렉터에 있어서, 냉각장치(1006.1, 1006.2, 1006.3)는 두 개의 거울 쉘(1004.1, 1004.2) 사이와 그리고 콜렉터의 안쪽과 바깥쪽의 비사용 영역에 위치한다. 거울 쉘 1004.1, 1004.2는 대략 한 평면에서 끝나며 스포크가 있는 휠(예로서 하나의 스포크 1010이 도시되어 있다)에 의해 그 평면 1008에 마운트된다. 도시된 실시예의 각 거울 쉘 (1004.1, 1004.2)은 두 개의 거울 세그먼트, 제1 광학표면을 갖는 제1 거울 세그먼트(1007.1, 1007.2)와 제2 광학표면을 갖는 제2 거울 세그먼트(1009.1, 1009.2)를 포함하는데, 한 쪽이 다른 쪽 뒤에 갭없이 위치한다. 제1 거울 세그먼트(1007.1,1007.2)는 본 실시예에서 쌍곡면의 세그먼트이고 제2 거울 세그먼트(1009.1, 1009.2)는 타원면의 세그먼트이다.
도 24에 도시된 자오선 단면(meridian section)에서 명확히 알 수 있듯이, 특정 거울쉘의 안쪽과 바깥쪽 갓빔(1016.1, 1016.2, 1018.1, 1018.2) 그리고/또는 광원(1)과 광원의 이미지(5) 사이에서 이들 갓빔에 지정된 연결선(cinnection line)들, 그 쉘은 1024.1, 1024.2에서 끝나며, 그리고 두 개의 거울 세그먼트를 가진 시스템에 있어서, 제1 거울 세그먼트(1007.1, 1007.2)와 제2 거울 세그먼트 (1009.1, 1009.2)사이의 전이영역(transition region)은 또한 광학적으로 사용된 영역(optically used region) 또는 복사선속(radiant flux)이 물체로부터 그리고/또는 광원(1)으로부터 광원의 이미지(5)로 흐르는 빔파이프(beam pipe)를 정의한다. 자오선 단면 또는 자오선 평면은 회전축(RA)를 포함하는 평면이다. 비사용 영역(1032)는 이제, 한 쪽이 다른 쪽의 안쪽에 위치한 최소한 두 개의 거울 쉘(1004.1, 1004.2)의 사용된 영역 1030.1, 1030.2 사이에 놓인다. 이 영역은 안쪽 콜렉터 쉘(1004.1)의 쉐도우 영역에 있다. 더구나, 본 실시예와 도 15와 16에 도시된 실시예의 경우에서와 같이, 비사용 영역은 전방 구경 갭(1000) 즉, 링 구경요소 1002.1, 1002.2 사이의 갭에 있게 된다. 이 물체쪽 구경 갭(1000)은 광원의 이미지(5)로 전이되지 않으며 따라서, 사용되지 않은 채로 남아있다. 네스티드 콜렉터의 또 다른 성분들이, 광원(1)로부터 광원의 이미지(5)로의 복사선속에 영향을 미침 없이 두 개의 거울 쉘 1004.1, 1004.2 사이의 비사용 영역(1032)에 위치한다. 이러한 타입의 구성들의 예는 검출기(dector)들이나 빛을 검출기나 또는 히트실드(heat shield) 또는 냉각트랩(cold trap)과 같은 비광학 구성들로 편향시키는 디커플링거울(decoupling mirror)들이다. 냉각장치들(1006.1, 006.2, 1006.3)은 콜렉터 쉘들의 뒤에 직접 접촉해 있다. 또한, 전하나 자분(magnetic particle)을 편향시키기 위한 전극이나 자석의 배열이 가능하다. 냉각제를 공급하고 제거하기 위한 전선 또는 선은, 단지 이미지쪽 콜렉터 구경(즉, 콜렉터 바깥의 이미지쪽 평면에서 조명된 영역)의 경미한 섀도잉(slight shadowing)을 일으킨다. 이들 선(1044)은 바람직하게는 거울 쉘들의 필수적 지지장치(support device)들(예를 들면 스포크(1010)를 갖는 휠)의 섀도우들의 영역으로 안내된다. 본래, 추가적인 냉각요소들 또는 검출기들은 또한 최 외곽 쉘(1004.2)의 바깥쪽이나 중심 섀도잉(1052) 영역에 위치한다. 일례로, 도 8에서 보여진 바와 같이, 차광판은 또한 바람직하게는 중심 섀도잉 영역에 위치한다.
도 25에는, 본 발명에 따른 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 25에 도시된 실시예는 다시 두 개의 거울 쉘 1104.1, 1104.2를 갖는 시스템을 보여준다. 도 24에서와 동일한 구성들은 100씩 증가한 도면부호를 갖는다. 도 24에서의 실시예와 대조적으로, 도 25에 도시된 콜렉터는 각 거울 쉘이 단 하나의 세그먼트 1107.1, 1109.1을 포함하는 시스템이며, 특히 타원면의 세그먼트를 포함한다. 나아가, 링 구경요소는 갭을 가지고 있지 않다. 본 실시예의 경우, 고리형 판형상을 하고 있는 고리형 냉각장치 1106.1, 1106.2는, 일례로 두 개의 거울 쉘 1104.1, 1104.2 사이의 비사용 영역(1132)에 위치해 있다. 고리형 판들은 다시, 바람직하게는 이들을 통과하여 흐르는 냉각제를 가지고 있다. 냉각제는 냉각 판(1106.1. 1106.2)으로부터 스포크(1110)로(상기에서 설명된 바와 같이 개별 거울 쉘들을 마운트한다) 통하는 냉각제 선(1144)를 통하여 공급 및 제거된다. 고리형 판으로 냉각장치를 사용하는 것은 균일하고 회전대칭한 냉각이 넓은 영역에 걸쳐 성취될 수 있게 한다. 이 판들은, 일례로 갈바닉 디포지션을 통해 거울 쉘에 영구적으로 접속될 수 있다. 이때, 열은 열전도를 통해 제거된다. 선택적으로, 쉘들은 또한 그저 제자리에 놓여질 수 있다. 이런식으로, 거울 쉘 그리고/또는 냉각판의 열팽창에 기인하는 상호작용이 예방된다. 이때, 열은 오직 방사를 통해 제거된다.
냉각장치는 콜렉터의 전 둘레에 걸쳐 있는 냉각링으로 실행될 수도 있다. 도 26에, 냉각링들과 특히 이들의 지지부재가 도시되어 있다. 냉각링들(1200.1, 1200.2)은, 일례로 거울 쉘 당 두 개의 세그먼트들을 갖는 콜렉터의 두 개의 거울 쉘들 사이의 비사용 공간에 위치해 있다. 예로서 도 24에는, 이러한 타입의 2개-쉘 Woter 콜렉터가 자오선 단면으로 도시되어 있다. 냉각링(1200.1, 1200.2)들은 고정구조들 그리고 또는 리브들(1202.1, 1202.2, 1202.3, 1202.4)에 지지되며, 이들은 스포크가 있는 휠의 스포크의 섀도우에 이어져 회전축 방향으로 뻗어 있다. 냉각링(1200.1, 1200.2)들은, 예를 들면 납땜에 의해 지지리브들(1202.1, 1202.2, 1202.3, 1202.4)에 연결되며, 이는 훌륭한 기계적 및 열적 접촉을 보장한다. 리브는, 예를 들어 구리와 같이 열전도도가 좋으며 납땜이 용이한 물질로 제조됨이 바람직하다.
리브들(1202.1, 1202.2, 1202.3, 1202.4)은, 예를 들자면 나사를 이용하여 개별 거울 쉘들을 마운트하는 스포크가 있는 휠의 네 개의 스포크(1204.1, 1204.2,1204.3, 1204.4)에 부착된다. 스포크들은 방사상 방향으로 즉, 회전축에 수직한 방향으로 뻗어 있다.
본 발명을 통하여, 광원의 이미지에 임의의 광원을 이미지하는 콜렉터가 처음으로 상세하게 설명된다. 광원이미지는 실제, 가상이거나 또는 무한대에 놓인다. 임의의 광원의 방출특징은, 중간상의 전방 또는 후방에 있는 평면에 대체로 균일한 조명이 이루어지는 방식으로 변환된다.
본원이 개시하고 있는 내용은, 서로 각각의 모든 청구항의 결합뿐만 아니라, 어느 청구항(들)의 어느 요소(들)과 다른 어떠한 청구항(들)의 어떠한 요소(들)과의 결합을 포함하는 것임이 이해되어야 한다.
본 발명은 193nm이하, 바람직하게는 126nm보다 작은, 특히 바람직하게는 극자외선(EUV: Extreme Ultra-Violet) 범위의 파장을 사용하는 마이크로 리소그라피를 위한 조명시스템에 있어서의 콜렉터에 관한 것으로서, 조명광학에 있어 고도의 균일성과 텔레센트리시티(telecentricity)의 요구를 충족시켜 주며, 디커플링 거울(decoupling mirror)들, 검출기(detector)들, 또는 쉴딩장치들, 냉각장치들, 검출장치들, 부착장치들과 같은 광학효과가 없는 요소들과 같은 추가적 구성들의 설치가 가능하며, 이러한 추가적인 구성에 의하여 이미지 평면에서의 균일한 조명이 가능한한 영향을 받지 않고 유지될 수 있도록 하는 조명시스템에 있어서의 콜렉터를 제공한다.

Claims (28)

  1. 물체쪽 구경을 통하여 광원의 광선을 받고 이미지쪽 평면의 일정영역을 조명하기 위한, 193nm이하, 바람직하게는 126nm이하, 특별히 바람직하게는 EUV 파장들을 사용하는 조명시스템을 위한 콜렉터에 있어서,
    상기 콜렉터는 다수의 회전대칭 거울 쉘들을 구비하며, 이 거울 쉘들은 공유 회전축 주위로 하나가 다른 하나의 안쪽에 위치하도록 배치되고,
    상기 광선에 의해 사용되지 않은 적어도 하나의 영역이 적어도 두 개의 인접 거울 쉐들 사이에 제공되고, 추가적인 구성들이 두 개의 인접한 거울 쉘들 사이의 상기 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 콜렉터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기한 광원의 광선으로부터의 광선다발은 상기 거울 쉘들 각각으로부터 상기 이미지 평면 방향으로 입사되고 반사되며, 상기 광선다발은 인접한 거울 쉘들 사이에 상기 광선에 의해 사용되지 않은 상기 영역을 규정하는 것을 특징으로 하는 콜렉터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기한 다수의 거울 쉘들 각각은 상기 물체쪽 구경의 링 구경요소에 할당되며, 제1 광학표면을 갖는 적어도 하나의 거울 쉘 세그먼트를 구비하고,
    상기 제1 광학표면은 회전축을 포함하는 평면인 자오평면에서의 시작점과 끝점에 할당되고,
    상기 자오평면에서 상기 제1 광학표면의 상기 시작점은 바깥쪽 갓빔을 규정하고,
    상기 자오평면에서의 상기 제1 광학표면의 상기 끝점은 안쪽 갓빔을 규정하며, 상기한 안쪽과 바깥쪽 갓빔들은, 상기 회전축을 중심으로 회전할 때, 적어도 상기 거울 쉘의 상기 제1 광학표면에서 반사되고 상기 콜렉터를 통하여 상기 물체쪽 구경으로부터 조명되는 상기 평면으로 진행하는 광선다발을 범위를 정하는 것을 특징으로 하는 콜렉터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 추가적인 구성들은, 검출수단들 그리고/또는 디커플링 거울들 그리고/또는
    쉴딩장치 그리고/또는 냉각장치들 그리고/또는 부착장치들과 같이 광학효과를 갖지 않는 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 콜렉터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기의 조명되는 영역은, 평면상에 있으며 링 요소들로 이루어지고, 각 링요소들은 링 구경요소에 할당되며,
    상기 거울 쉘들의 회전축 방향으로의 크기, 표면 파라미터들, 위치는 상기평면에서의 개별적인 링요소들의 복사조도가 대체로 일치하는 방식으로 선택되는 것을 특징으로 하는 콜렉터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 링요소들은 서로 연속적으로 접하는 것을 특징으로 하는 콜렉터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    적어도 두 개의 링 구경요소들은 서로 연속해서 접해있지 않고 이들 사이에 갭이 제공되는 것을 특징으로 하는 콜렉터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 추가적인 구성들, 특히 냉각장치들과 같은 광학효과가 없는 요소들은
    링 구경요소들의 갭들의 영역에 위치한 것을 특징으로 하는 콜렉터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 거울 쉘들은 비구면의 고리형 세그먼트들인 것을 특징으로 하는 콜렉터.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 거울 쉘들은 타원면의 또는 포물면의 또는 쌍곡면의 고리형 세그먼트들인 것을 특징으로 하는 콜렉터.
  11. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 거울 쉘은 제1 광학표면을 갖는 제1 세그먼트와 제2 광학표면을 갖는 제2 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 콜렉터.
  12. 제 11 항에 있어서,
    거울 쉘의 상기 제1 광학표면과 상기 제2 광학표면은 서로 연속하여 접하지 않고 갭이 거울 쉘의 상기 제1 광학표면과 상기 제2 광학표면 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 콜렉터.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 추가적인 구성들, 특히 상기 냉각장치들은 상기 거울 쉘의 상기한 제1 광학표면과 제2 광학표면 사이의 갭에 위치한 것을 특징으로 하는 콜렉터.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 고리형 세그먼트는 쌍곡면의 부분이고 상기 제 2 고리형 세그먼트는 타원면의 부분인 것을 특징으로 하는 콜렉터.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 고리형 세그먼트는 쌍곡면의 부분이고 상기 제2 고리형 세그먼트는 포물면의 부분인 것을 특징으로 하는 콜렉터.
  16. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉각장치들은 주위에 냉각제가 흐르는 냉각채널들을 포함하는 것을 특징으로 하는 콜렉터.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 콜렉터는 지지장치들을 구비하는 것을 특징으로 하는 콜렉터.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 지지장치들은 상기 거울 쉘들의 반경방향으로 연장되는 지지 스포크들을 포함하는 것을 특징으로 하는 콜렉터.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각장치들은 냉각제를 위한 공급 및 제거장치들을 포함하고 이 공급 및 제거장치들은 상기 지지장치들의 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 콜렉터.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원으로부터 오는 상기 광다발의 빔들이 상기 거울 쉘들의 표면탄젠트들에 대해 20°보다 낮은 입사각들로 상기 거울 쉘들에 부딪치는 것을 특징으로 하는 콜렉터.
  21. 193nm이하, 바람직하게는 126nm 보다 작은, 특별히 바람직하게는 EUV 범위에서 사용하고, 광원(1), 적어도 하나의 콜렉터(3), 및 조명되는 평면(7, 103)을 포함하는 조명시스템에 있어서,
    상기 콜렉터는 청구항 제 1 항에 따른 콜렉터인 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 조명시스템은 제1 래스터요소들(150)을 포함하는 제 1 광학요소(102)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 콜렉터(3)는 조명되는 평면(7, 103)의 고리형 영역을 조명하고, 조명되는 상기 평면(7,103)에 위치하는 상기 제1 광학요소(102)의 제1 래스터요소들(150)은 대체로 상기 고리형 영역의 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 조명시스템은 이미징 또는/그리고 필드형성을 위한 광학요소들(106,108, 110)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 조명시스템은 상기 광원(1)과 쌍을 이루는 평면을 포함하고, 상기 콜렉터(3)와 조명되는 상기 평면(103) 사이에 상기 광원(1)의 중간상(Z)이 제공되는 것을 특징으로 하는 조명시스템.
  26. 제 25 항에 있어서,
    적어도 상기 광원(1)과 상기 콜렉터(3)을 포함하는 공간을 공간적으로 그리고/또는 뒤따르는 상기 조명시스템으로부터의 압력에 대하여 분리하는 스크린(202)이 중간상(Z)에 또는 그 근방에 위치한 것을 특징으로 하는 시스템.
  27. 청구항 제 20 항 내지 제 25항의 어느 한 항에 따른 조명시스템과, 조명시스템에 의해 조명되는 마스크와, 이 마스크를 감광체 상에 이미징하기 위한 투영대물렌즈(126)를 구비하는 EUV 투영 노광설비.
  28. 제 27항에 따른 EUV 투영 노광설비를 이용하여 초소형 전자 구성부품들, 특히 반도체 구성부품들을 제조하는 방법.
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