KR20040005677A - 리소그래피 시스템의 조명 시스템에서 사용되는 릴레이 렌즈 - Google Patents

리소그래피 시스템의 조명 시스템에서 사용되는 릴레이 렌즈 Download PDF

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KR20040005677A
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에이에스엠엘 홀딩 엔.브이.
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Abstract

마이크로리소그래피 시스템 내에서 이용되기 위한 조명 시스템 내에 릴레이 렌즈가 제공된다. 릴레이 렌즈는 변경 가능한 구경 크기를 갖는 텔레센트릭 광빔에 의해 레티클에서 필드를 균일하게 조명하는 데에 이용된다. 릴레이 렌즈는 제1, 제2 및 제3 렌즈군을 포함할 수 있다. 제2 및 제3 렌즈군 중 적어도 하나는 단일 렌즈를 포함할 수 있다. 이러한 구성은, 종래의 시스템에 비해 더 적은 수의 광학 소자를 이용하기 때문에, 보다 적은 CaF2가 필요하게 됨으로써, 비용을 절감시키고 투과율을 증가시킨다.

Description

리소그래피 시스템의 조명 시스템에서 사용되는 릴레이 렌즈{RELAY LENS USED IN AN ILLUMINATION SYSTEM OF A LITHOGRAPHY SYSTEM}
본 발명은 노광 동안 레티클의 미리 결정된 영역을 뚜렷하게 조명하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
릴레이 대물 렌즈(relay objective)(예를 들어, 렌즈) 또는 레티클 에지 마스킹 어셈블리(reticle edge masking assembly, REMA)(예를 들어, 렌즈)는 중간 평면(intermediate plane)을 레티클의 평면 상에 결상시키는 대물 렌즈이다. 레티클은 리소그래피용 마스크를 지지한다. 릴레이 렌즈를 사용함으로써, 레티클 상에 조명되는 영역은 뚜렷하게 정의된다. 통상적으로, 레티클 마스킹 디바이스는 조절 가능한 에지(adjustable edge)로 조립된다. 릴레이 렌즈는 다른 광학 시스템에 이용될 수 있긴 하지만, 통상적으로 마이크로리소그래피 노광 시스템(microlithography exposure system), 스테퍼(stepper) 또는 스캐너에서 이용된다. 릴레이 렌즈의 객체 평면(object plane)에 놓여 있는 조리개 에지(diaphragm edge)는 레티클 평면 상에 정확하게 결상되어야만 한다. 그리고, 중간 이미지의 위치에서, 예를 들어, 정렬 시스템(alignment system)의 마스크 부분에 또 다른 조리개 등이 장착될 수 있으므로, 노광된 정정 동공 중간 이미지(exposed corrected pupillary intemediate image)가 종종 요구된다.
전형적으로, 릴레이 렌즈 시스템은 매우 복잡한 구조(예를 들어 약 7 내지 10 렌즈 소자)를 갖는다. 이러한 광학 시스템은 높은 개구수(Numerical Aperture, NA)(예를 들어, 약 0.6 내지 0.7)를 갖는다. 기본적으로, 이러한 시스템은 전단부(front portion, 이 부분은 NA를 감소시킴), 중간부[동공 수차(pupil abberation) 및 동공 형상(pupil shape) 정정을 위한 것임], 및 필드부(fieldportion, 레티클 상에 필수적인 필드 사이즈를 생성하기 위한 것임)의 3 부분을 포함한다. 통상적으로 감소 동작을 행하며 비-텔레센트릭(non-telecentric) 입력을 위한 내부에 위치하는(inner-lying) 동공 평면(pupillary plane)을 포함할 수 있는 투영 대물 렌즈가, 리소그래피 기구 내의 릴레이 렌즈 시스템에 후속한다. 웨이퍼가 이미지 평면에 후속한다. 릴레이 렌즈 시스템의 다른 역할은 레티클 상에서 텔레센트릭성(telecentricity)을 정정하는 것이다.
종래의 시스템은 전술한 바와 같은 전단, 중간 및 필드 부분 각각에 복수의 광학 소자를 포함한다. 전단 부분은 3-4개의 렌즈를 갖고, 중간 부분은 2-4개의 렌즈를 갖고, 필드 부분은 2-4개의 렌즈를 갖는다. 종래의 릴레이 렌즈 시스템은 각 부분 내의 복수의 광학 소자로 인해, (1) 157㎚ 리소그래피 시스템을 위해 매우 고가인 CaF2를 대량으로 필요로 하며, (2) 유리 흡수뿐만 아니라 각 렌즈 표면에서의 반사로 인해 투과율이 낮아지며, (3) 너무 많은 렌즈가 정렬되어야 하기 때문에 정렬에 어려움이 있고, (4) 부분적으로는 요구되는 대량의 CaF2로 인해 비용이 높다는 것과 같은 몇몇 단점을 갖는다. 이러한 고비용은 시스템의 구매자에게 전가되어, 추가의 또는 신규의 시스템을 구매하는 것을 꺼리게 한다.
단순하고 덜 복잡한 설계를 가지며, 제조 비용, 따라서 소비자 비용을 감소시키는 릴레이 렌즈가 요구되며, 이는 모두 릴레이 렌즈 내의 광학 소자를 감소시키는 것에 의해 달성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 리소그래피 시스템을 나타낸 도면.
도 2, 3 및 4는 도 1의 리소그래피 시스템 내의 예시적인 릴레이 렌즈 시스템 또는 REMA 대물 렌즈 시스템을 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
104 : 광원
106 : 멀티플렉서
108 : 빔 컨디셔너
110 : 조명 광학계
112 : 레티클
114 : 투영 광학계
116 : 기판
리소그래피에서 이용될 수 있는 조명 시스템 내에 릴레이 렌즈가 제공된다. 릴레이 렌즈는 변경 가능한 구경 크기를 갖는 텔레센트릭 광빔에 의해 레티클에서 필드를 균일하게 조명하는 데에 이용될 수 있다. 릴레이 렌즈는 제1, 제2 및 제3 렌즈군을 포함할 수 있다. 제2 및 제3 렌즈군 중 적어도 하나는 단일 렌즈를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 따르면, 종래의 시스템에 비해 더 적은 광학 소자가 이용되기 때문에, 보다 더 적은 CaF2가 필요하게 됨으로써, 비용을 감소시키고 투과율을 증가시킬 수 있다.
종래의 시스템에 대한 본 발명의 실시예들의 이점은, 요구되는 CaF2의 양을 감소시키기 위해, 광학적 재료의 양을 감소시키는 것(예를 들어, 더 적은 광학 소자, 및 그에 따른 더 적은 광학 표면)에 기초한 설계 및 제조의 단순함과 감소된 제조 비용이다. 이것은 조명 시스템 또는 릴레이 렌즈의 광학적 출력에 영향을 주지 않고 이루어진다. 종래의 시스템에 비해 더 적은 양의 CaF2가 이용될 수 있다(예를 들어, 약 30-50% 더 적음). 종래의 시스템보다 투과율이 높다(예를 들어, 약 30% 더 높음). 특정 부분에서 단 하나의 렌즈만이 이용될 수 있기 때문에, 정렬의 어려움은 실질적으로 제거된다. 릴레이 렌즈 시스템은 종래의 시스템보다 가격이 낮으면서도 동일한 이미지 품질을 생성한다.
본 발명의 실시예들의 또 다른 이점은, 중간 및 필드군이 복수의 렌즈 소자 대신에 하나의 렌즈 소자만을 포함할 수 있기 때문에, 종래의 시스템보다 단순한구성을 갖는다는 것이다.
본 발명의 다양한 실시예의 구조 및 동작은 물론, 본 발명의 다른 실시예, 특징 및 이점들이 첨부된 도면을 참조하여 이하에 상세하게 설명될 것이다.
이하에서, 본 발명이 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 도면에서, 동일한 참조 번호들은 동일하거나 기능적으로 유사한 구성 요소를 나타낼 수 있다. 또한, 참조 번호의 첫자리수는 해당 참조 번호가 최초로 나타난 도면을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 기판(116)(예를 들어, 웨이퍼)의 노광 동안 광(102)과 상호 작용(interact)하는 시스템(100)을 도시하고 있다. 광원(104)(예를 들어, 레이저)은 예를 들어 엑시머 또는 원자외선(deep UV) 엑시머 레이저일 수 있다. 일부 실시예에서, 빔 컨디셔너(beam conditioner, 108) 내의 멀티플렉서(106)는 광(102)을 수신한다. 빔 컨디셔너(108)는 조명 광학계(110)에 광을 출력하고, 조명 광학계(110)는 마스크 또는 레티클(112)을 통해 투영 광학계(114)를 지나 기판(116)(예를 들어, 웨이퍼) 상으로 광을 투과시킨다. 이러한 시스템의 일 실시예는 리소그래피 시스템 등일 수 있다. 다른 실시예는 홀로그래피 시스템일 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 조명 광학계(110) 내의 릴레이 렌즈(200)를 도시하고 있다. 릴레이 렌즈(200)는 구획자 평면(delimiter plane, 202), 제1 렌즈군(204)(예를 들어, 전단부), 구경 조리개(aperture stop, 206)(예를 들어, 가변 구경 조리개), 제2 렌즈군(208)(예를 들어, 중간부), 폴드 미러(fold mirror,210), 제3 렌즈군(212)(예를 들어, 필드부), 및 레티클 평면(216)을 갖는 레티클(214)을 포함한다. 제1 렌즈군(204)은 메니스커스 렌즈(meniscus lens) 및 비구면 표면(ashperical surface)을 갖는 렌즈를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 제2 및 제3 렌즈군(208, 212)은 각각 단 하나의 렌즈 소자만을 갖는다. 제2 렌즈군(208)은 볼록면(convex surface)일 수 있는 하나의 비구면 표면을 갖는 단일 렌즈를 가질 수 있다. 제3 렌즈군(212)은 비구면 표면을 갖는 단일 렌즈를 가질 수 있다.
계속하여 도 2를 참조하면, 제1 렌즈군(204)[예를 들어, 릴레이 렌즈(200)의 전단부]은 3개의 렌즈, 즉 페쯔발 합산 정정(Petzval sum correction)에 이용될 수 있으며 객체 축점(object axial point)과 중심이 같은(concentric) 제1 표면을 갖는 두꺼운 전단 메니스커스 렌즈, 및 NA 감소에 이용될 수 있는 2개의 다른 렌즈를 포함한다. 제2 렌즈군(208)[예를 들어, 릴레이 렌즈(200)의 중간부]은 비구면 표면을 갖는 하나의 렌즈(이하에 기술되는 도 3-4에 도시된 실시예에서는 2 또는 3개의 렌즈)를 포함한다. 이러한 제2 렌즈군(208) 내의 하나의 렌즈는 구경 조리개(206) 후방에 위치하며, 레티클 공간에서 동공 수차 정정, 동공 형상 정정[타원율(ellipticity)] 및 텔레센트릭성 정정 중 하나 또는 그 이상의 기능을 수행할 수 있다. 제3 렌즈군(212)[예를 들어, 릴레이 렌즈(200)의 필드부]은 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 이러한 제3 렌즈군(212) 내의 하나의 렌즈는 레티클 평면에서 필수적인 필드 크기를 생성하는 것과, 그 렌즈가 비구면 표면을 갖는 경우에는 텔레센트릭성을 정정하는 기능 중 하나 또는 그 이상의 기능을 수행할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 동작시에, 광빔은 구획자 평면(202)에서 수신되며, 제1 렌즈군(204)으로 확장 및 시준(collimation)된다. 확장 및 시준된 빔의 크기는 구경 조리개(206)에 의해 제어될 수 있다. 확장 및 시준된 빔의 레티클(214) 상에서의 초점 위치는 제2 렌즈군(208), 또는 제3 렌즈군(212)에 의해, 또는 제2 및 제3 렌즈군(208, 212) 양자 모두에 의해 제어될 수 있다.
보다 간결하고 경제적인 방식으로 릴레이 렌즈를 제조하기 위해, 폴딩 미러(folding mirror, 210)가 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 이것은 선택적일 수 있다. 릴레이 렌즈(200)는 구획자 평면(202)을 레티클 평면(216) 상에 미리 결정된 배율로 결상한다. 구획자 평면(202)으로부터의 텔레센트릭 빔은 레티클(214) 상에서의 텔레센트릭 빔으로 변환된다. 릴레이 렌즈(200)는 레티클 평면의 조명의 균일성 및 동공 형상의 비-타원성(non-ellipticity)을 제공할 수 있다.
일례에서, 릴레이 렌즈(200)는 다음의 데이터에 따라 구성될 수 있다.
표면 # 표면 유형 Y 반경 두께 유리 굴절 모드 Y 반구경(semi- aperture)
객체 구면 무한대 40.5759 굴절 0
1 구면 -38.8954 48.5861 CaF2 굴절 34.3792
2 구면 -70.4454 1.0000 굴절 64.7896
3 비구면 1056.8762 55.0000 CaF2 굴절 103.1220
4 구면 -175.1412 1.0000 굴절 108.0828
5 구면 336.3331 37.7241 CaF2 굴절 120.1833
6 비구면 -840.2127 13.6072 굴절 119.9937
7 구면 무한대 84.3426 굴절 119.5076
8 구면 무한대 133.4129 굴절 117.1521
조리개 구면 무한대 55.9768 굴절 113.4723
10 구면 1784.7806 35.1455 CaF2 굴절 122.2680
11 비구면 -339.0580 93.6409 굴절 123.0736
12 구면 무한대 310.7213 굴절 119.7255
13 구면 무한대 85.0612 굴절 110.6886
14 구면 417.5797 31.2151 CaF2 굴절 107.8689
15 구면 -1616.3317 224.6563 굴절 106.3382
16 구면 무한대 28.3500 CaF2 굴절 56.8430
17 구면 무한대 0.0000 굴절 53.0694
이미지 구면 무한대 0.0000 공기 굴절 53.0694
시스템(100)의 사양에 따라, 본 발명의 다른 실시예에서는, 제2 렌즈군(208' 또는 208") 및 제3 렌즈군(212) 중 단 하나만이 단 하나의 렌즈를 가질 수 있다. 그러나, 제2 및 제3 렌즈군(208 및 212) 모두가 각각 단 하나의 렌즈를 갖는 것이 바람직하다. 사양에 의해 제2 또는 제3 렌즈군(208, 212)이 각각 하나 이상의 렌즈를 가져야 하는 것으로 규정되는 경우, 제3 렌즈군(212)이 계속하여 단 하나의 렌즈를 갖는 것이 바람직하다. 도 3 및 4는 2개의 가능한 예시적인 다른 구성을 도시하고 있다.
도 3에서, 제2 렌즈군(208')은 2개의 렌즈를 가지며, 각 렌즈 상에 적어도 하나의 비구면 표면을 가질 수 있다.
도 4에서, 제2 렌즈군(208")은 3개의 렌즈를 갖는다. 제2 렌즈군(208") 내의 3개의 렌즈 중 적어도 2개는 적어도 하나의 비구면 표면을 가질 수 있다.
원하는 시스템(100)의 사양에 의해 규정되는 이러한 다른 실시예들에서, 릴레이 렌즈(200)는 여전히 종래의 시스템보다 더 적은 수의 광학 소자를 가질 수 있으며, 이는 비용을 절감시킨다. 다른 원하는 사양에 기초한 또 다른 구성이 가능하다는 것을 알 수 있으며, 모두 본 발명의 범위 내에 드는 것으로 생각된다.
본 발명의 다양한 실시예들이 상기에서 설명되었지만, 이들은 단지 예시적인 목적으로 제시된 것일 뿐, 한정을 위한 것은 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 기술 분야의 숙련된 기술자라면, 본 발명의 취지 또는 범위를 벗어나지 않고서도 형태 및 세부 사항에 있어서, 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 알 것이다. 따라서, 본 발명의 폭 및 범위는 전술한 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도한정되지 않으며, 이하의 청구항들 및 그 등가물에 따라서만 정의되어야 한다.
본 발명에 따르면, 단순하고 덜 복잡한 설계를 가지며, 제조 비용, 따라서 소비자 비용을 감소시키는 릴레이 렌즈를 얻을 수 있다.

Claims (17)

  1. 복수의 렌즈를 갖는 제1 렌즈군;
    구경 조리개(aperture stop);
    하나의 렌즈를 갖는 제2 렌즈군;
    폴드 미러(fold mirror); 및
    하나의 렌즈를 갖는 제3 렌즈군
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈(relay lens).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈군은 3개의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈군은 메니스커스 렌즈(meniscus lens)를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈군은 비구면 렌즈(aspherical lens)를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 렌즈군 내의 상기 하나의 렌즈는 하나의 비구면 표면(ashperical surface)을 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 렌즈군 내의 상기 하나의 렌즈는 하나의 볼록면(convex surface)을 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제3 렌즈군 내의 상기 하나의 렌즈는 2개의 구면 표면(spherical surface)을 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 렌즈군은 제2 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 렌즈군은 제3 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군은 상기 릴레이 렌즈의 전단부(front part)를 형성하고,
    상기 제2 렌즈군은 상기 릴레이 렌즈의 중간부(intermediate part)를 형성하고,
    상기 제3 렌즈군은 상기 릴레이 렌즈의 필드부(field part)를 형성하는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제2 렌즈군은 제2 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈.
  12. 제11항에 있어서, 상기 렌즈 및 상기 제2 렌즈는 각각 비구면 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제2 렌즈군은 제2 및 제3 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제2 렌즈군 내의 적어도 2개의 렌즈는 적어도 하나의 비구면 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈.
  15. 제1항에 있어서, 상기 릴레이 렌즈는 다음과 같은 데이터
    표면 # 표면 유형 Y 반경 두께 유리 굴절 모드 Y 반구경(semi- aperture) 객체 구면 무한대 40.5759 굴절 0 1 구면 -38.8954 48.5861 CaF2 굴절 34.3792 2 구면 -70.4454 1.0000 굴절 64.7896 3 비구면 1056.8762 55.0000 CaF2 굴절 103.1220 4 구면 -175.1412 1.0000 굴절 108.0828 5 구면 336.3331 37.7241 CaF2 굴절 120.1833 6 비구면 -840.2127 13.6072 굴절 119.9937 7 구면 무한대 84.3426 굴절 119.5076 8 구면 무한대 133.4129 굴절 117.1521 조리개 구면 무한대 55.9768 굴절 113.4723 10 구면 1784.7806 35.1455 CaF2 굴절 122.2680 11 비구면 -339.0580 93.6409 굴절 123.0736 12 구면 무한대 310.7213 굴절 119.7255 13 구면 무한대 85.0612 굴절 110.6886 14 구면 417.5797 31.2151 CaF2 굴절 107.8689 15 구면 -1616.3317 224.6563 굴절 106.3382 16 구면 무한대 28.3500 CaF2 굴절 56.8430 17 구면 무한대 0.0000 굴절 53.0694 이미지 구면 무한대 0.0000 공기 굴절 53.0694
    에 따라 구성되는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈.
  16. 광원;
    레티클; 및
    상기 광원과 상기 레티클 사이에 배치된 릴레이 렌즈
    - 상기 릴레이 렌즈는,
    복수의 렌즈를 갖는 제1 렌즈군;
    구경 조리개;
    하나의 렌즈를 갖는 제2 렌즈군;
    폴드 미러; 및
    하나의 렌즈를 갖는 제3 렌즈군
    을 포함함 -
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 릴레이 렌즈는 다음과 같은 데이터
    표면 # 표면 유형 Y 반경 두께 유리 굴절 모드 Y 반구경(semi- aperture) 객체 구면 무한대 40.5759 굴절 0 1 구면 -38.8954 48.5861 CaF2 굴절 34.3792 2 구면 -70.4454 1.0000 굴절 64.7896 3 비구면 1056.8762 55.0000 CaF2 굴절 103.1220 4 구면 -175.1412 1.0000 굴절 108.0828 5 구면 336.3331 37.7241 CaF2 굴절 120.1833 6 비구면 -840.2127 13.6072 굴절 119.9937 7 구면 무한대 84.3426 굴절 119.5076 8 구면 무한대 133.4129 굴절 117.1521 조리개 구면 무한대 55.9768 굴절 113.4723 10 구면 1784.7806 35.1455 CaF2 굴절 122.2680 11 비구면 -339.0580 93.6409 굴절 123.0736 12 구면 무한대 310.7213 굴절 119.7255 13 구면 무한대 85.0612 굴절 110.6886 14 구면 417.5797 31.2151 CaF2 굴절 107.8689 15 구면 -1616.3317 224.6563 굴절 106.3382 16 구면 무한대 28.3500 CaF2 굴절 56.8430 17 구면 무한대 0.0000 굴절 53.0694 이미지 구면 무한대 0.0000 공기 굴절 53.0694
    에 따라 구성되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
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