KR20080106264A - 마이크로리소그래피 투영 노광 장치용 조명 시스템 - Google Patents

마이크로리소그래피 투영 노광 장치용 조명 시스템

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KR20080106264A
KR20080106264A KR1020087022632A KR20087022632A KR20080106264A KR 20080106264 A KR20080106264 A KR 20080106264A KR 1020087022632 A KR1020087022632 A KR 1020087022632A KR 20087022632 A KR20087022632 A KR 20087022632A KR 20080106264 A KR20080106264 A KR 20080106264A
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미하엘 라이
악셀 숄쯔
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라인하르트 푈켈
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칼 짜이스 에스엠테 아게
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Abstract

마이크로리소그래피 투영 노광 장치용 조명 시스템은 광원(30) 및 광 인터그레이터(optical integrator)(56)를 포함한다. 후자는 제 1 광학 서브요소들(561X, 561Y, 562X, 562Y)을 구비하며 광속을 각각 방출하는 복수의 2차 광원(82)들을 형성한다. 콘덴서(62)는 마스크 평면(70) 내에 광속들을 중첩시킨다. 적어도 하나의 산란 구조(58, 60)는 상기 2차 광원들의 전방에 또는 후방에 배치되어 있는, 개별적으로 설계된 복수의 제 2 광학 서브요소들을 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 광학 서브요소들은, 동일한 조도 분포(irradiance distribution)로 조명되는 광학 서브요소들이 5mm 이상 떨어져 있도록 구성된다.

Description

마이크로리소그래피 투영 노광 장치용 조명 시스템{Illumination system for a microlithographic projection exposure apparatus}
본 발명은 일반적으로 마이크로리소그래피 투영 노광 장치용 조명 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 복수의 2차 광원들을 형성하는 광 인터그레이터(optical integrator) 및 하나 또는 그 이상의 산란 구조들을 포함하는 조명 시스템에 관한 것이다.
마이크로리소그래피(포토리소그래피 또는 단순히 리소그래피로도 불린다)는 집적회로, 액정 디스플레이 및 다른 미세 구조화된 소자들의 제조를 위한 기술이다. 에칭 공정과 함께, 마이크로리소그래피 공정은, 기판, 예컨대 실리콘 웨이퍼 위에 형성되어 있는 박막 스택(stack)들에 형태를 패터닝하는데 사용된다. 각각의 층의 제조에 있어서, 웨이퍼는 먼저 심자외선(DUV) 광과 같은 방사광(radiation)에 민감한 재료인 포토레지스트로 코팅된다. 다음으로, 상부에 포토레지스트를 갖는 상기 웨이퍼는 투영 노광 장치 내의 마스크를 통해 투영 광에 노광된다. 마스크는 포토레지스트 위로 투영될 회로 패턴을 담고 있다. 노광 후에, 포토레지스트는 마스크에 담겨진 회로 패턴에 대응하는 이미지를 형성하도록 현상된다. 그런 다음, 에칭 공정은 상기 회로 패턴을 웨이퍼 위의 박막 스택들에 전사한다. 최종적으로, 포토레지스트는 제거된다. 상이한 마스크들을 갖는 이러한 공정을 반복한 결과, 복층의 미세 구조화된 소자를 가져온다.
투영 노광 장치는 통상적으로 조명 시스템, 마스크를 정렬시키기 위한 마스크 스테이지, 투영 렌즈 및 포토레지스트로 코팅된 웨이퍼를 정렬시키기 위한 웨이퍼 정렬 스테이지를 포함한다. 조명 시스템은, (길게 연장된) 직사각형 또는 링의 일부분의 형태를 종종 갖는 마스크 상의 필드를 조명한다.
현재의 투영 노광 장치에 있어서, 두 개의 상이한 타입의 장치 사이에 구별이 이루어질 수 있다. 한 타입에 있어서, 웨이퍼 상의 각각의 타겟 부분은 한번 진행할 때 전체 마스크 패턴을 그 타겟 부분 위로 노광함으로써 조사되며; 그러한 장치는 통상적으로 웨이퍼 스텝퍼로 불린다. 통상적으로 스텝 앤드 스캔(step-and-scan) 장치로 불리는 다른 타입의 장치에 있어서, 각각의 타겟 부분은 주어진 기준 방향에 평행 또는 반평행하게 기판을 동기하여 스캐닝하는 동안 그 기준 방향으로 투영 광빔 하의 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝함으로써 조사된다. 웨이퍼의 속도와 마스크의 속도의 비율은 투영 렌즈의 배율과 같은데, 예컨대 1:4 정도로 통상적으로 1보다 작다.
상기 용어 "마스크"(또는 레티클)는 패터닝 수단으로서 넓게 해석되어야 한다는 점을 이해할 필요가 있다. 통상적으로 사용되는 마스크는 투과형 또는 반사형 패턴들을 포함하며, 예컨대 바이너리(binary), 얼터네이팅 위상 반전(alternating phase shift), 감쇠 위상 반전(attenuated phase shift), 또는 여러 가지 혼합 마스크 타입일 수 있다. 그러나, 예컨대 프로그램 가능한 미러 어레이로서 실현되는 마스크들과 같이, 능동형 마스크들도 있을 수 있다. 그러한 장치의 예는 점탄성 제어 층(viscoelastic control layer)과 반사 표면을 구비하는 매트릭스-어드레스 표면(matrix-addressable surface)이다. 그러한 미러 어레이들에 대한 더 많은 정보는, 예컨대, 미국 특허 제5,296,891호 및 미국 특허 제5,523,193호로부터 얻을 수 있다. 또한, 미국 특허 제5,229,872호에 기재된 바와 같이, 프로그램 가능한 LCD 어레이들이 능동형 마스크들로서 사용될 수도 있다. 간략함으로 위하여, 본문의 나머지는 마스크 및 마스크 스테이지를 포함하는 장치에 특히 관련될 수 있다; 그러나, 그러한 장치에서 논의된 일반적인 원리들은 위에서 설명된 패터닝 수단의 넓은 맥락에서 이해되어야 한다.
미세 구조화된 소자들을 제조하는 기술이 진보함에 따라, 조명 시스템에 대한 요구도 또한 더욱 증가하고 있다. 이상적으로, 조명 시스템은 잘 정의된 각도 분포와 조도를 갖는 투영 광으로 마스크 상의 조명 필드의 각각의 부분을 조명한다. 통상적으로 투영 광의 각도 분포는 조명 필드 내의 모든 점들에 대해 동일하여야 한다. 스텝퍼 타입의 장치에서, 이는 조도(irradiance)에도 적용된다. 왜냐하면, 조명 필드에 있어서의 단지 약간의 조도 변화들도, 포토레지스트의 예리한 노광 문턱으로 인해 웨이퍼 상의 실질적인 크기 변화들로 전환되기 때문이다.
스캐너 타입의 노광 장치에서, 조명 필드 내의 조도는 스캐닝 방향을 따라 변할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 스캐닝 이동에 의해 얻어지는 집적 효과의 결과, 포토레지스트 상의 각각의 점은 동일한 양의 광 에너지를 받는다. 예컨대, 조명 필드의 긴쪽 에지(edge)에서 만곡된 또는 기울어진 경사를 갖는, 스캐닝 방향으로의 조도 함수가 펄스 양자화 효과(pulse quantization effect)를 억제하는데 유용하다는 것이 발견되었다. 상기 펄스 양자화 효과는 본 출원인에게 양수된 국제 출원 WO 2005/078522에 더욱 상세하게 설명되어 있다.
마스크 상에 입사하는 투영 광의 각도 분포는 통상적으로 포토레지스트 상에 투영될 패턴의 종류에 적합화되어 있다. 예컨대, 상대적으로 큰 크기의 형태는 작은 크기의 형태들과는 다른 각도 분포를 요구할 수 있다. 투영 광의 가장 공통적으로 사용되는 각도 분포들은, 통상적인, 환형(annular), 이중극(dipole) 및 사중극 조명 설정으로 불린다. 이들 용어들은 조명 시스템의 동공 평면에서의 조도 분포를 참조한다. 예컨대, 환형 조명 설정의 경우, 동공 평면 내의 단지 하나의 환형 영역만이 조명되며, 따라서 투영 광의 각도 분포에는 단지 작은 범위의 각도들만이 존재하여 모든 광빔들은 마스크 상에 유사한 각도들로 경사지게 입사한다.
200nm 이하의 파장용으로 설계된 조명 시스템에서, 광원으로서 레이저가 통상적으로 사용된다. 레이저에 의해 방출된 투영 광속은 작은 단면과 낮은 발산을 가지며, 따라서 기하학적인 광 플럭스(optical flux)도 역시 작다. 라그랑지 불변량(Lagrange invariant)으로도 불리는 기하학적인 광 플럭스는, 최대 광 각도와 조명 필드의 크기의 곱에 비례하는, 적어도 어느 특정한 구성들에 대한 양이다. 레이저 광원의 작은 기하학적 광 플럭스는, 단지 통상적인 렌즈들이 사용된다면, 작은 조명 각도로 조명되는 큰 필드 또는 큰 조명 각도로 조명되는 작은 필드를 얻는 것이 가능하다는 것을 암시한다.
두 가지 모두, 즉 큰 조명 각도로 조명되는 큰 필드를 얻기 위해서, 대부분의 조명 시스템들은 광학 소자 상의 각각의 점에 대해 그 점을 지나는 광의 발산을 증가시키는 광학 소자들을 포함한다. 이러한 특성을 가지는 광학 소자들은 이하에서 광학적 래스터 소자(optical raster element)라고 일반적으로 불릴 것이다. 그러한 광학적 래스터 소자들은 복수의 - 통상적으로 주기적으로 배치된 - 서브소자들, 예컨대 회절 구조들 또는 마이크로 렌즈들을 포함한다.
유리 막대 또는 이와 유사한 광 혼합 소자를 포함하는 조명 시스템은 마스크 평면에서 매우 우수한 조도 균일성을 달성한다. 그러나, 이러한 광 혼합 소자들은 투영 광의 편광 상태를 심각한 정도로 파괴한다. 이는 때때로 바람직하지 않은 효과인데, 왜냐하면 주의 깊게 선택된 편광 상태를 갖는 투영 광으로 마스크를 조명하는 것은 포토레지스트 위로의 마스크 패턴의 이미지를 크게 향상시킬 수 있다는 점이 발견되었기 때문이다.
유리 막대 또는 이와 유사한 광 혼합 소자 없이 우수한 조도 분포를 달성하는 통상적인 조명 시스템은 미국 특허 제6,583,937 B1호에 개시되어 있다. 조명 시스템 내에 있는 대물렌즈의 물체 평면에 제 1 광학적 래스터 소자가 위치한다. 상기 대물렌즈는 줌 광학기기 및 액시콘(axicon) 렌즈 쌍을 포함하는데, 이들은 사출동공(exit pupil) 내의 조도 분포를 변형하여 마스크에 입사하는 투영 광속의 각도 분포를 변형하는 것을 가능하게 한다. 대물렌즈의 사출동공 평면 가까이에는, 복수의 2차 광원들을 만드는 플라이-아이 광 인터그레이터가 배치된다. 실린드리컬 마이크로 렌즈들의 어레이들을 각각 포함하는 두 개의 인터그레이터 부재들을 포함하는 상기 광 인터그레이터는 기하학적 광 플럭스를 증가시키고 마스크 상의 조명 필드의 크기 및 기하학적 형태를 변형한다. 이러한 특성으로 인해, 상기 광 인터그레이터는 필드 정의 소자라고도 불린다.
광 인터그레이터의 정면에는, 추가적인 광학적 래스터 소자가 위치한다. 상기 추가적인 광학적 래스터 소자는 제 2 인터그레이터 부재의 광학적 래스터 소자들이 완전하게 조명되는 것을 보장한다. 조명 시스템은 또한, 마스크 상의 조명 필드의 예리한 에지들을 보장하는 필드 조리개의 바로 앞에 배치되는 산란 구조를 더 포함한다.
그러나, 그러한 정교한 조명 시스템으로도, 마스크에 입사하는 투영 광의 소망하는 조도 및 각도 분포에 관하여 조명 시스템에 추가적으로 적용되는 엄격한 상세 사항들을 만족시키기는 어렵다.
조도 분포에 추가적으로 영향을 주는 한 가지 접근법은 EP 0 952 491 A2에 개시된 것과 같은 조절 가능한 조리개 장치를 사용하는 것이다. 상기 장치는, 스캐닝 방향에 평행하게 배치된 약간 인접해 있는 블레이드(blade)들의 두 개의 대향하는 열(row)을 포함한다. 각각의 블레이드는 투영 광속 내에 선택적으로 삽입될 수 있다. 대향하는 블레이드들 사이의 거리를 조절함으로써, 포토레지스트를 노광시키는 전체 광 에너지(노광량)가 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 조절될 수 있다. 그러나, 조리개의 사용은 종종, 투영 광의 상당한 양이 투영 목적을 위해 손실된다는 효과를 갖는다. 그 외에도, 이들 조절 가능한 조리개 장치들은 기계적으로 복잡하고 따라서 값 비싼 구성요소들이다. 따라서, 이러한 종류의 더 간단하고 더 값싼 장치들을 사용하거나, 단지 정밀한 조정을 위해서만 이들 장치들을 사용하거나 또는 이들 장치들을 전혀 사용하지 않는 것이 요구된다.
조도 분포를 향상시키기 위한 또 다른 접근법은 조명 필드의 기하학적 형태를 결정할 뿐만 아니라 마스크 평면에서의 조도 분포에도 크게 영향을 주는 필드 정의 소자를 향상시키는 것이다. 상기 필드 정의 소자는 반드시 마이크로 렌즈 어레이들의 배열로 구현되어야 할 필요는 없으며, 회절 광학 소자들을 포함할 수도 있다.
회절 광학 소자들은 0차 회절 차수가 충분히 억제될 수 없다는 단점을 갖는다. 그 결과, 마스크 평면에서의 조도 분포는 밝은 스폿들의 어레이들을 포함한다. 그 이외에도, 약 18°보다 큰 회절 각도들은, 전자빔 리소그래피에 의해서만 달성될 수 있는 최소 형태 크기의 회절 구조들을 요구한다. 그러한 작은 회절 구조들의 블레이즈된 측면(blazed flank)들은 매우 작은, 예컨대 2개의 계단들에 의해 접근되어야 한다. 이는 장치의 회절 효율을 70% 이하의 값으로 크게 감소시킨다. 또한, 전자빔 리소그래피에 의한 제조는 매우 느린 공정이어서 이들 소자들이 극히 비싸게 된다.
반면에, 마이크로 렌즈 어레이 및 다른 굴절식 광학 소자들은 넓고 연속적인 각도 분포를 형성한다. 그러나, 굴절식 광학 소자들의 주요한 단점은, 먼 필드에서 따라서 마스크 평면에서 형성되는 조도 분포가 충분히 균일하지 않다는 사실이다. 조도 분포는, 평평한 대신에, 때때로 용인될 수 없을 정도의 복수의 물결 모양들에 의해 특징지워 진다.
국제 출원 WO 2005/078522 A는, 산란 구조가 마이크로 렌즈 어레이의 직근방에 배치되어 있는 조명 시스템을 개시한다. 상기 산란 구조는 스캐닝 방향 및 그에 수직한 방향으로의 기하학적 광 플럭스를 증가시키고 마이크로 렌즈 어레이에 의해 생성된 조명 분포의 물결 모양들을 제거한다. 상기 문헌은 또한, 마이크로 렌즈 또는 상기 마이크로 렌즈를 지지하는 기판 내의 매우 높은 광 조도들이 적어도 어느 정도로 회피될 수 있는 광 인터그레이터를 위한 유리한 배치를 개시한다. 그러한 높은 광 세기는 마이크로 렌즈 또는 기판을 매우 빠르게 손상시킬 수 있다.
국제 출원 WO 2005/076083 A는 필드 평면, 즉 조명 시스템의 필드 조리개가 배치되어 있는 평면의 직근방에 배치되어 있는 산란 소자를 포함하는 조명 시스템을 개시한다.
미국 특허 출원 제2004/0036977 A1호는 개별적으로 조절될 수 있는 두 개의 인터그레이터 부재를 포함하는 조명 시스템용 광 인터그레이터를 개시하고 있다. 이를 위하여, 적어도 하나의 인터그레이터 부재는 광축(Z 축)을 따라 또는 스캐닝 방향에 수직하게(X 축) 이동되거나, 또는 Z 축, X 축 또는 Z 및 X 축에 수직한 스캐닝 방향(Y 축)을 중심으로 회전될 수도 있다. 마스크 상에서 원하지 않는 조도 변동을 감소시키기 위한 보정 필터가 각각의 인터그레이터 부재의 정면에 배치된다. 보정 필터 각각은, 각각의 인터그레이터 부재의 실린더 렌즈들의 피치와 동일한 피치를 갖는 랜덤하게 패터닝된 스트라이프들을 포함한다. 상기 보정 필터들은, 랜덤하게 패터닝된 스트라이프들의 경계선이 실린더 렌즈들의 경계선과 정확하게 일치하도록, 현미경을 이용하여 정렬된다. 상기 실린더 렌즈들은 마스크 상에서의 조도 분포를 더욱 향상시키도록 원형이 아닌 단면을 가질 수 있다.
미국 특허 출원 제2005/0018294 A1호는, 직교하는 X 및 Y 방향으로 연장되는 실린더 렌즈 어레이들을 각각 포함하는 제 1 및 제 2 인터그레이터 부재를 포함하는 조명 시스템용 광 인터그레이터를 개시하고 있다. 인터그레이터 부재 내의 평행한 실린더 렌즈들은 상이한 구면 또는 비구면 형태를 구비한다. 그 결과, 제 1 인터그레이터 부재의 실린더 렌즈들의 정점 라인들은 제 2 인터그레이터 부재의 실린더 렌즈들의 정점 라인들과 일치하지 않는다. 이는, 먼쪽의 필드 분포에서 원하지 않는 조도 피크들을 제거하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 다양한 특징 및 이점들은 다음과 같은 첨부한 도면들과 함께 이하의 상세한 설명을 참조하여 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 투영 노광 장치의 매우 간략화된 사시도이다;
도 2는 도 1에 도시된 투영 노광 장치에 있는 조명 시스템에 대한 자오선 단면도이다;
도 3은 도 2에 도시된 조명 시스템에 있는 광 인터그레이터 및 두 개의 산란판에 대한 사시도이다;
도 4는 도 3에 도시된 광 인터그레이터에 대한 X-Z 평면에 평행한 단면도이다;
도 5는 도 3에 도시된 광 인터그레이터에 대한 Y-Z 평면에 평행한 단면도이다;
도 6은 상기 광 인터그레이터에 의해 형성된 2차 광원들의 개략적인 형태이다;
도 7은 도 3에 도시된 광 인터그레이터이 측면도이다;
도 8 내지 도 12는 도 7과 유사한 형태의 광 인터그레이터들에 대한 대안적인 실시예들을 도시한다;
도 13은 X-Z 평면에 평행한, 제 1 산란판 및 광 인터그레이터에 대한 단면도이다;
도 14는 도 13에 도시된 제 1 산란판에 의해 형성된 각도 분포를 나타내는 그래프이다;
도 15는 도 13에 도시된 제 1 산란판을 사용할 때 형성되는 것과 같은 도 6에 유사한 2차 광원들의 개략적인 형태이다;
도 16은 도 13의 확대된 부분도이다;
도 17은 두 개의 인터그레이터 부재들 사이에 제 1 산란판이 배치되어 있는 다른 실시예에 대한 도 16과 유사한 도면이다;
도 18은 다수의 탤벗(Talbot) 간섭 패턴들을 개략적으로 나타내는 그래프이다;
도 19는 도 16과 유사한 더 확대된 부분도이다;
도 20은 양호한 실시예의 장점을 나타내는 두 개의 격자들에 대한 상면도이다;
도 21은 제 1 산란판의 사시도이다;
도 22는 도 21에 도시된 제 1 산란판에 대한 X-Z 평면으로의 단면도이다;
도 23 내지 도 28은 제 1 산란판에 대한 다양한 다른 실시예들을 도 22와 유사한 측면도로 도시한다;
도 29는 변화하는 폭을 갖는 마이크로 렌즈들을 갖는 더 추가적인 실시예의 상면도이다;
도 30 내지 도 32는 제 1 산란판의 다른 실시예들을 도 22와 유사한 단면도로 도시한다;
도 33은 또 다른 바람직한 실시예에 따른 제 1 산란판이 사시도이다;
도 34는 도 33에 도시된 제 1 산란판에 대한 라인 XXXIV-XXXIV에 따른 단면도이다;
도 35는 다수의 회전 대칭 마이크로 렌즈들을 포함하는 더 추가적인 실시예에 따른 제 1 산란판이 상면도이다;
도 36은 도 35에 도시된 제 1 산란판에 대한 라인 XXXVI-XXXVI에 따른 단면도이다;
도 37은 제 1 산란판에서의 사용을 위한 회절 셀에 대한 상면도이다;
도 38a 및 도 38b는 상이한 곡률을 갖는 프레넬 렌즈들을 형성하는 회절 셀들에 대한 개략적인 상면도이다;
도 39a 및 도 39b는 상이한 측면 위치들을 갖는 실린더 렌즈들을 형성하는 회절 셀들에 대한 상면도이다;
도 40 내지 도 43은 제 1 산란판을 위한 셀 배치에 관한 개략적인 상면도이다;
도 44는 제 2 산란판에 의해 형성되는 각도 분포를 나타내는 그래프이다;
도 45는 상이한 폭들의 직사각형의 분포들을 중첩시킴으로써 가우시안 각도 분포를 형성하는 것을 나타내는 그래프이다;
도 46 및 도 47은 각각, 제 2 산란판을 갖지 않는 도 2에 도시된 조명 시스템과 제 2 산란판을 갖는 조명 시스템에 있는 콘덴서 및 광 인터그레이터의 일부에 대한 개략도이다;
도 48은 도 2에 도시되어 있으며 제 2 산란판을 갖지 않은 조명 시스템의 동공 평면에서의 예시적인 강도 분포를 나타내는 그래프이다;
도 49는 제 2 산란판이 삽입된 경우의 도 48의 강도 분포를 나타낸다.
본 발명의 목적은, 마스크 평면에서의 소망하는 조도 및 각도 분포를 달성하는 것을 가능하게 하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치용 조명 시스템을 제공하는 것이다. 더욱 상세하게는, 조명 설정으로부터 실질적으로 독립적인 균일한 또는 소망하는 비균일한 조도 분포가 달성되는 것이다.
이러한 목표 및 다른 목표들은, 본 발명의 제 1 유형에 따라, 광원 및 광 인터그레이터를 포함하는 조명 시스템에 의해 달성된다. 상기 광 인터그레이터는 제 1 광학 서브 소자(optical subelement)들을 포함하며 광속을 각각 방출하는 다수의 2차 광원(secondary light source)들을 형성한다. 콘덴서(condenser)는 마스크 평면에서의 광속들의 중첩을 수행한다. 상기 2차 광원들의 정면에 또는 그 뒤에 배치된 다수의 제 2 광학 서브 소자들을 포함하는 적어도 하나의 산란 구조가 제공된다. 제 1 및 제 2 광학 서브 소자들은, 동일한 조도 분포로 조명되는 광학 서브 소자들이 5mm 이상 떨어져 있도록 구성된다.
이러한 구성은, 조명 시스템의 마스크 평면에서 얻은 조도 분포에 있어서 변동을 가져올 수도 있는 적어도 하나의 산란 구조와 광 인터그레이터 사이의 원하지 않는 상호 작용을 감소시킨다.
본 발명의 제 2 유형에 따르면, 광 인터그레이터와 적어도 하나의 산란 구조를 포함하는 조명 시스템이 제공된다. 상기 산란 구조는 상이한 각도 폭을 갖는 직사각형의 각도 분포들을 형성하는 복수의 서브 소자들을 구비한다.
그러한 산란 구조는, 적절한 각도 폭들을 갖는 각도 분포들을 형성하는 서브 구조들을 선택함으로써 쉽게 정의될 수도 있는 반치폭(half value width)을 갖는 가우시안 각도 분포(Gaussian angular distribution)를 형성한다. 그러한 산란 구조는, 광 인터그레이터에 의해 형성된 2차 광원들을 중첩시키는 콘덴서와 광 인터그레이터 사이에 배치되는 것이 유리할 수 있다.
본 발명의 제 3 유형에 따르면, 광원 및 2차 광원들을 형성하는 광 인터그레이터를 포함하는 조명 시스템이 제공된다. 제 1 산란 구조(scattering structure)는 하나의 방향으로 실질적으로 직사각형의 각도 분포를 형성한다. 제 2 산란 구조는 두 개의 직교하는 방향으로 실질적으로 가우시안 각도 분포를 형성한다. 그러한 조명 시스템은, 스텝 앤드 스캔(step-and-scan) 타입의 투영 노광 장치에 요구되는 슬릿 모양의 조명 필드를 형성하기에 특히 적당하다.
1. 투영 노광 장치의 일반적인 구조
도 1은 투영 광속(projection light bundle)을 형성하기 위한 조명 시스템(12)을 포함하는 투영 노광 장치(10)의 매우 개략적인 사시도이다. 투영 광속은 미세한 구조(18)들을 담고 있는 마스크(16) 상의 필드(14)를 조명한다. 본 실시예에서, 조명 필드(14)는 개략적으로 링의 일부분의 모양을 갖는다. 그러나, 다른, 예를 들어, 직사각형 모양의 조명 필드(14)가 상정될 수도 있다.
투영 대물렌즈(20)는 조명 필드(14) 내에 있는 구조(18)들을, 기판(24) 위에 배치된 감광성층(22), 예컨대 포토레지스트 위로 결상시킨다. 실리콘 웨이퍼에 의해 형성될 수 있는 기판(24)은, 감광성층(22)의 상부 표면이 투영 대물렌즈(20)의 이미지 평면에 정확하게 위치하도록 웨이퍼 스테이지(도시되지 않음) 위에 배치된다. 마스크(16)는 마스크 스테이지(도시되지 않음)에 의해 투영 대물렌즈(20)의 물체 평면에 위치한다. 투영 대물렌즈(20)가 1보다 작은 배율을 갖기 때문에, 조명 필드(14) 내의 구조(18)들의 축소된 이미지(14')가 감광성층(22) 위에 투영된다.
투영하는 동안, 마스크(16) 및 기판(24)은 Y 방향과 일치하는 스캐닝 방향을 따라 이동한다. 따라서 조명 필드(14)는, 상기 조명 필드(14)보다 더 큰 구조 영역들이 연속적으로 투영될 수 있도록 마스크(16) 위로 스캐닝된다. 그러한 종류의 투영 노광 장치는 흔히 "스텝-앤드-스캔(step-and-scan)" 또는 간단히 "스캐너"라고 불린다. 마스크(16)와 기판(24)의 속도 사이의 비율은 투영 대물레즈(20)의 배율과 동일하다. 투영 대물렌즈(20)가 이미지를 반전시키는 경우, 마스크(16)와 기판(24)은 도 1에서 화살표 A1과 A2로 표시된 바와 같이 반대 방향으로 이동한다. 그러나, 본 발명은 상기 마스크(16)와 기판(24)이 투영하는 동안 이동하지 않는 스테퍼 도구에서 사용될 수도 있다.
도시된 실시예에서, 조명 필드(14)는 투영 대물렌즈(20)의 광축(26)에 대해 중심에 위치하지 않는다. 그러한 비축(off-axis) 조명 필드(14)는 어떤 종류의 투영 대물렌즈(20), 예를 들어, 하나 또는 그 이상의 끝이 잘려진(truncated) 미러들을 포함하는 대물렌즈들에서 필수적일 수도 있다. 물론, 본 발명은 중심에 위치하는 조명 필드를 갖는 조명 시스템에서 채용될 수도 있다.
2. 조명 시스템의 일반적인 구조
도 2는 도 1에 도시된 조명 시스템(12)에 대한 더욱 상세한 자오선 단면도이다. 간략함을 위하여, 도 2는 상당히 개략화되어 있으며 또한 축척에 따르지 않는다. 이는 특히, 상이한 광학 유닛들이 단지 몇 개의 광학 소자들만으로 표현되었다는 것을 암시한다. 실제로는, 이들 유닛들은 상당히 더 많은 렌즈들 및 다른 광학 소자들을 포함할 수도 있다.
조명 시스템(12)은 본 실시예에서 엑시머 레이저(30)로 구현되는 광원 및 하우징(28)을 포함한다. 엑시머 레이저(30)는 약 193nm의 파장을 갖는 투영 광을 방출한다. 다른 종류의 광원들 및 다른 파장들, 예컨대 248nm 또는 157nm도 역시 고려될 수 있다.
도시된 실시예에서, 엑시머 레이저(30)에 의해 방출된 투영 광은 광속을 확장시키는 빔 확장 유닛(32)에 입사한다. 상기 빔 확장 유닛(32)을 통과한 후에, 투영 광은 제 1 광 래스터 소자(optical raster element)(34)에 입사한다. 상기 제 1 광 래스터 소자(34)는 제 1 교환 홀더(36) 내에 수용되어 있어서, 쉽게 제거되거나 또는 상이한 특성을 갖는 다른 광 래스터 소자들로 교체될 수 있다. 도시된 실시예에서, 제 1 광 래스터 소자(34)는, 각각의 입사 광선을 편향시켜 발산을 도입시키는 하나 또는 그 이상의 회절 격자들을 포함한다. 이는, 상기 광 래스터 소자(34) 상의 각각의 위치에서, 소정의 각도 범위 내에서 광이 회절된다는 것을 의미한다. 이러한 범위는, 예컨대 -3°부터 +3°까지 연장될 수 있다. 도 2에서 이는, 다수의 발산 광선(38)들로 분할되는 두 개의 비축 광선(38a, 38b)들로 개략적으로 표현되어 있다. 따라서, 상기 제 1 광 래스터 소자(34)는 기하학적인 광 플럭스를 약간 증가시키고 후속하는 동공 평면에서의 국소적인 조도 분포를 변형한다. 다른 종류의 광 래스터 소자들, 예를 들어 마이크로 렌즈 어레이들 또는 위상 계단(phase step)의 어레이 또는 그레이-톤(grey-tone) 프레넬 렌즈들이 추가적으로 또는 대신하여 사용될 수 있다.
제 1 광 래스터 소자(34)는, 서로 마주보는 원뿔형 표면들을 갖는 액시콘 소자(axicon element)(50, 52)들의 쌍(48) 및 줌 렌즈 그룹(46)을 포함하는 대물렌즈(44)의 물체 평면(42)에 위치한다. 두 개의 액시콘 소자(50, 52)들이 도 2에 도시된 바와 같이 서로 접한다면, 액시콘 쌍(48)은 평행한 평면 표면들을 갖는 평판의 효과를 갖는다. 만약 두 개의 소자(50, 52)들이 이동하여 떨어지게 되면, 상기 액시콘 소자(50, 52)들 사이의 간격은 광 에너지를 반경 방향을 따라 외곽쪽으로 시프트시킨다. 액시콘 소자들 그 자체는 본 기술분야에서 공지되어 있기 때문에, 더 상세하게 설명하지는 않을 것이다.
참조 번호 54는 대물렌즈(44)의 사출동공 평면(exit pupil plane)을 나타낸다. 참조 번호 56에 의해 그 전체가 표시되어 있으며, 도 3 내지 도 5를 참조하여 아래에서 더욱 상세하게 설명될 광 인터그레이터(optical integrator)는 상기 대물렌즈(44)의 사출동공 평면(54)에 또는 그와 가까운 근방에 위치한다. 교환 홀더(57) 내에 수용되어 있는 상기 광 인터그레이터(56)는 동공 평면(54)에서의 각도 분포를 변형한다. 동일한 각도로 상기 동공 평면을 통과하는 모든 광선들이 후속하는 푸리에 관련 필드 평면(Fourier related field plane)에서 단일한 점으로 수렴하기 때문에, 동공 평면(54)에서의 각도 분포는 그러한 필드 평면에서의 조도 분포로 바로 전이된다. 따라서, 광 인터그레이터(56)의 설계는 마스크(16) 상의 조명 필드(14)의 조도 분포 및 기하학적 형상에 큰 영향을 준다. 만약 조명 필드(14)가 도 1에 도시된 것과 같은 만곡된 슬릿의 형상을 갖는다면, 광 인터그레이터(56)의 출사측 개구수는, 한정적이지 않은 예로서, X 방향으로 0.28로부터 0.35까지의 범위 내에 그리고 Y 방향으로 0.07로부터 0.09까지의 범위 내에 있을 것이다. 상기 광 인터그레이터는 광속을 각각 방출하는 다수의 2차 광원들을 형성한다.
광 인터그레이터(56)의 전방 및 후방에는, 도면 부호 58 및 60으로 각각 표시되어 있으며 아래에서 더 설명할 구조와 기능을 갖는 산란판(scattering plate)들이 배치되어 있다.
상기 2차 광원들로부터 나오는 투영 광은, 도 2에서 간략함을 위하여 단일한 렌즈 소자로 표시되어 있는 콘덴서(condenser)(62)에 입사한다. 콘덴서(62)의 입사동공 평면(entrance pupil plane)은 대물렌즈(44)의 사출동공 평면(54)과 일치한다. 상기 콘덴서(62)는, 2차 광원들에 의해 방출된 광속들을 필드 조리개(66)가 위치하는 콘덴서(62)의 필드 조리개 평면(64)에 중첩시킨다. 필드 조리개 대물렌즈(68)는 마스크(16)가 위치하는 마스크 평면(70) 위로 필드 조리개(66)를 결상시킨다. 필드 조리개(66)는 적어도 Y 방향을 따라 연장되는 짧은 측변들에 대해 조명 필드(14)의 예리한 에지들을 보장한다. 상기 필드 조리개는, 예컨대, 블레이드들의 두 개의 직교하는 쌍들에 의해 구현될 수 있다. 그러나, EP 0 952 491 A2에 개시된 것과 같은 조절 가능한 조리개 장치의 사용도 역시 가능하다.
3. 광 인터그레이터
이하에서는, 조명 시스템(12)에서 사용되는 광 인터그레이터(56)의 일반적인 구조 및 기능이 도 3 내지 도 5를 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다. 도 3은 광 인터그레이터(56)와 산란판들을 사시도로 도시하고 있으며, 도 4 및 도 5는 X-Z 평면 및 Y-Z 평면에 각각 평행한 단면도로 상기 광 인터그레이터(56)를 도시하고 있다.
3.1 광 인터그레이터의 일반적인 구조
본 출원인에게 양수된 국제 출원 WO 2005/078522 A2로부터 공지된 광 인터그레이터(56)는 제 1 인터그레이터 부재(561) 및 제 2 인터그레이터 부재(562)를 포함한다. 제 1 인터그레이터 부재(561)는 X 방향을 따라 정렬된 평행한 종축들을 갖는 제 1 실린드리컬 마이크로 렌즈(561Y)들의 어레이를 포함한다. 따라서, 상기 제 1 마이크로 렌즈(561Y)들은 후방 초점 길이(back focal length) f1을 갖는 Y 방향만으로의 양의 굴절력(positive refractive power)을 갖는다.
제 1 인터그레이터 부재(561)는 Y 방향을 따라 정렬된 평행한 종축들을 갖는 제 2 실린드리컬 마이크로 렌즈(561X)들의 어레이를 더 포함한다. 상기 제 2 마이크로 렌즈(561X)들은 후방 초점 길이 f2(f2 < f1)를 갖는 X 방향만으로의 양의 굴절력을 갖는다.
제 2 인터그레이터 부재(562)는 제 1 인터그레이터 부재(561)와 동일한 것이지만, X 방향 또는 Y 방향을 중심으로 180° 만큼 회전된 후에 설치된다. 따라서 제 3 마이크로 렌즈(562X)들은 제 2 마이크로 렌즈(561X)들과 대향하며, 제 4 마이크로 렌즈(562Y)들은 제 2 산란판(60)과 대향한다.
도 4 및 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 초점 길이 f1과 f2 및 인터그레이터 부재(561, 562)들 사이의 거리는, 제 2 마이크로 렌즈(561X)들에 의해 형성된 초점 라인들이 제 3 마이크로 렌즈(562X)들의 정점들 위에 위치하도록 선택된다. 제 3 마이크로 렌즈(562X)들이 제 2 마이크로 렌즈(561X)들과 동일한 초점 거리 f2를 갖기 때문에, 이는 제 3 마이크로 렌즈(562X)의 초점 라인들이 제 2 마이크로 렌즈(561X)들의 정점들 위에 위치한다는 것을 암시한다. 도 4에서, 이러한 상호 상관 관계가, 파선으로 도시된 광선(81)들에 의해 표시되어 있다.
도 5로부터, 동일한 초점 거리 f1을 각각 갖는 제 1 및 제 4 마이크로 렌즈(561Y, 562Y)들에도 동일한 조건들이 적용된다는 것이 분명해진다. 초점 라인들이 제 3 및 제 4 마이크로 렌즈(562X, 562Y)들의 만곡된 표면들 위에 위치하고 이들 마이크로 렌즈들 내부에 위치하지 않기 때문에, 마이크로 렌즈들의 재료 또는 이들을 지지하는 기판을 파괴할 수도 있는 매우 높은 광 세기가 발생하지 않는다.
도 3 내지 도 5에서, 상기 마이크로 렌즈(561Y, 561X, 562Y, 562X)들은 평평한 후방 표면들을 가지며 인접하는 마이크로 렌즈들의 평평한 후방 표면들에 부착되어 있는 서브 소자들로서 표시되어 있다. 그러나, 인터그레이터 부재(561, 562)들은 통상 별개의 서브 소자들로부터 조립되지 않을 것이며, 예컨대 원래 평평하고 평행한 표면들을 갖는 기판을 주조(molding)함으로써 또는 기계 가공(machining)함으로써, 보다 효율적인 방식으로 제조될 것이다. 인터그레이터 부재(561, 562)들을 제조하는데 사용되는 기술은, 일 또는 수 밀리미터의 범위 내에 있을 수 있는 마이크로 렌즈(561Y, 561X, 562Y, 562X)들의 피치에 따른다. 그러나, 도 6을 참조하여 아래에서 더 설명될 이유로, 1mm 이하, 예컨대 500㎛의 피치를 갖는 것이 바람직할 수도 있다. 상기 피치는 일반적으로, 굴절력을 갖는 방향을 따른 마이크로 렌즈의 폭을 나타낸다. 실린더 렌즈의 경우에, 상기 피치는 종축 연장에 수직한 마이크로 렌즈의 크기와 같다.
이러한 설명들로부터, 도 3 내지 도 5의 도면이 대단히 단순화되어 있으며 축척에 맞지 않는다는 것이 분명하게 된다. 예를 들어, 만약 상기 인터그레이터 부재(561, 562)들이 25mm의 측면 크기를 가지며 마이크로 렌즈들의 피치가 500㎛와 같다면, 각각의 어레이는 50개의 마이크로 렌즈들로 이루어질 것이다. 그러나, X 방향으로의 굴절력을 갖는 마이크로 렌즈(561X, 562X)들의 피치 및 개수는 Y 방향으로의 굴절력을 갖는 마이크로 렌즈(561Y, 562Y)들의 피치 및 개수와 동일할 필요가 없다는 점을 이해하여야 한다.
투과율 손실을 작게 유지하기 위하여, 도 3 내지 도 5에 도시된 실시예의 인터그레이터 부재(561, 562)들은, 193nm의 파장에 대하여 용융 실리카(SiO2)보다 더 높은 투과율을 갖는 CaF2로 이루어진다. 만약 193nm 이하의 파장이 사용된다면, 용융 실리카는 거의 불투명하며 따라서 CaF2 또는 이와 유사한 불화물 재료가 사용되어야 한다.
CaF2가 기계 가공이 어려운 깨지기 쉬운 재료이기 때문에, 기판의 두께는 대략적으로 2mm를 초과하여야 한다. 만약 마이크로 렌즈(561Y, 561X, 562Y, 562X)들의 피치가 1mm 이하로 유지되어야 하고 마이크로 렌즈(561X, 562X)들의 굴절력이 약 0.2를 초과하는 개구수(NA)를 얻기에 충분하여야 한다면, 도 3 내지 도 5에 도시된 실시예의 경우에서와 같이, Y 방향, X 방향, X 방향 및 Y 방향으로 굴절력을 갖는 마이크로 렌즈 어레이들의 순서만이 유일한 가능한 방법이다. 다른 구성, 예컨대 미국 특허 제4,682,885 A호에 개시된 구성으로는, 상술한 모든 조건들이 동시에 만족되지는 못할 것이다.
광 인터그레이터의 구성이 다양한 종류들에서 변할 수도 있다는 점을 이해하여야 한다. 예를 들어, 마이크로 렌즈(561Y, 561X, 562Y, 562X)들은 오목한 모양이거나 또는 비구면의 모양일 수도 있다. 비구면 마이크로 렌즈들은, 마스크 평면(70)에서의 특수한 비균일한 조도 분포, 예를 들어, 에지(edge)들에서의 조도가 중심에서보다 약간 더 높은 분포를 얻는데 사용될 수도 있다. 더욱 구체적으로는, 조명 필드의 에지들에서의 조도는 조명 필드의 중심에서보다 적어도 0.5% 내지 0.8% 더 높을 수 있다. 그러한 비균일한 조도 분포는, 에지들로부터 나오는 광이 중심으로부터 나오는 광보다 투영 대물렌즈에서 더 높은 손실을 입는 경우에 보상을 제공한다.
또한, 위에서 이미 언급된 바 있는 미국 특허 출원 제2005/0018294 A1호에 개시된 바와 같이, 인접한 마이크로 렌즈들이 상이하다면 유리할 수 있다. 볼록하게 만곡된 실린더 렌즈로서 형성된 마이크로 렌즈들을 사용하는 대신에, 다른 구성, 예컨대 실린더 또는 원환체(toric) 모양을 갖는 마이크로 렌즈들의 두 개의 어레이를 교차함으로써 얻어지는 회전 대칭형 마이크로 렌즈들의 어레이 또는 마이크로 렌즈들을 포함하는 실시예들이 또한 고려될 수 있다. 이와 유사한 구성이 제 1 산란판(58)에 대한 아래의 도 33 내지 도 36에 도시되어 있다.
이외에도, X 방향 및/또는 Y 방향으로의 굴절력을 얻기 위해 마이크로 렌즈 대신에 회절 광학 소자를 사용하는 것도 고려될 수도 있다.
3.2 광 인터그레이터의 기능
이하에서는, 광 인터그레이터(56)의 기능에 대해 간략하게 설명한다.
만약 투영 광빔이 완전히 콜리메이팅 되어 모든 광선들이 Z축에 대해 평행하다면, 제 2 인터그레이터 부재(562)는 없어도 될 것이다. 그러면 상기 제 1 인터그레이터 부재(561)는 혼자서 다수의 2차 광원들을 형성한다. 제 1 인터그레이터 부재(561)에 입사하는 광빔은 Y 방향으로 전환되며, 마이크로 렌즈(561X, 562X)들의 더 큰 굴절력으로 인해 X 방향으로 더 크게 확대된다. 따라서 각각의 2차 광원은 아나모픽(anamorphic) 각도 분포를 형성한다.
그러나, 광 인터그레이터(56)에 입사하는 광은 통상적으로 완전하게 콜리메이팅 되지 않으며, 작은 발산을 갖는다. 제 2 인터그레이터 부재(562)가 없다면, 이러한 발산은, 마스크(16) 상에서의 조명 필드(14)의 원하지 않는 시프트를 가져 올 수도 있는 시차(parallax)를 초래할 것이다.
제 2 인터그레이터 부재(562)는, 입사 광이 완전하게 콜리메이팅 되지 않은 경우에도 시차가 발생하지 않는 것을 보장한다. 도 4 및 도 5로부터 분명하게 되듯이, 제 2 인터그레이터 부재(562)는, 초점 라인들이 제 2 인터그레이터 부재(562)의 마이크로 렌즈(562X, 562Y)들의 정점들에 위치하기 때문에, 상기 광 인터그레이터(56)에 입사하는 평행 광선들에 거의 영향을 주지 않는다. Z 축에 평행하지 않고 소정의 각도로 광 인터그레이터(56)에 입사하는 광선들에 대해, 제 2 인터그레이터 부재(562)의 마이크로 렌즈(562X, 562Y)들은 이들 광선들이 텔레센트릭한 광속들로 변환되는 것을 보장한다.
도 6은 광축(26)을 따라 마스크측으로부터 본 것으로, 상기 제 2 인터그레이터 부재(562)에서 형성된 2차 광원(82)들을 개략적으로 나타내고 있다. 단지 이들 2차 광원(82)들만이, 광 인터그레이터(56)에 입사하는 투영 광빔에 실제로 노광되는 마스크(16)의 조명에 기여한다. 이러한 투영 광빔의 형태는 조명 설정에 따른다. 예를 들어, 최대 가간섭성(coherence) 파라미터 σ를 갖는 통상적인 조명 설정의 경우, 광 경로 내에서 상기 광 인터그레이터(56)의 앞에 있는 광학 소자들은 도 6에서 도면 부호 80으로 표시된 원형 단면을 갖는 투영 광빔을 형성한다.
이상적으로는, 모든 2차 광원(82)들은 동일한 각도 (아나모픽) 분포를 갖는 광속들을 형성한다. 후속하는 푸리에 변환된 필드 평면, 즉 필드 조리개 평면(64) 또는 그와 공액인 마스크 평면(70)에서, 이들 각도 분포들은 조도 분포들로 전이된다. 만약 2차 광원들에 의해 형성된 각도 분포가 모든 각도들이 동일한 조도를 갖는 직사각형 분포라면, 완전하게 균일한 조도 분포가 마스크 평면(70)에서 얻어진다.
그러나, 제조 공차 및 다른 이유들로 인해, 상기 2차 광원(82)들에 의해 형성된 각도 분포는 통상적으로 완전히 이상적이지 않다. 그럼에도 불구하고, 상기 2차 광원(82)들의 각도 분포가 통계적으로 변화한다면, 마스크 평면(70)에서 균질한 조도 분포가 얻어질 것이다. 2차 광원(82)들의 개수가 충분히 많다면, 각각의 2차 광원(82)에 의해 형성된 균질하지 않은 모든 조도 분포들은 마스크 평면(70)에서 중첩되고, 조도 변화들은 2차 광원(82)에 의해 형성된 모든 조도 분포들의 중첩에 의해 얻은 평균화 효과로 인해 상쇄될 것이다.
이로부터, 상술한 평균화 효과를 향상시키기 때문에 많은 수의 2차 광원들을 갖는 것이 유리하다는 점은 분명하게 된다. 많은 수의 2차 광원들을 가지며 따라서 작은 피치의 마이크로 렌즈(561Y, 561X, 562Y, 562X)들을 갖는 것의 다른 이점은, 조명 시스템(12) 및 특히, 제 1 광 래스터 소자(34), 줌 대물렌즈(46) 및 액시콘 소자(50, 52)들의 쌍(48)이 매우 다양한 상이한 조명 설정들을 형성하는 것을 가능하게 한다는 점이다. 이는 광 인터그레이터(56)에 입사하는 광빔의 단면이 크게 달라질 수도 있다는 점과 관계있다.
만약 2차 광원들의 개수가 작고 2차 광원들 사이에 상당한 간격들이 존재한다면, "활성의(active)", 즉 조명된 2차 광원들이 선명한 개구(80) 위에 대칭적으로 분포되지 않은, 대칭적인 조명 설정들이 될 것이다. 이는 마스크(16)에 입사하는 투영 광의 원하지 않는 비대칭적인 각도 분포를 초래할 것이다. 반면에, 만약 많은 수의 작고 밀집하게 배치된 2차 광원들이 존재한다면, 이러한 종류의 심각한 비대칭의 가능성은 감소된다.
3.3 광 인터그레이터의 다른 배치
이하에서는, 마이크로 렌즈 어레이 및 산란판(58, 60)의 다양한 다른 배치들이 도 7 내지 도 12를 참조하여 설명될 것이다. 후속하는 실시예들 사이에서, 대응하는 부분들은 참조 번호들이 1000만큼 증가되어 표시되어 있으며 다시 언급하지 않을 것이다.
도 7은 도 3의 광 인터그레이터(56) 및 산란판(58, 60)들을 측면도로 도시하고 있다. 도 7 및 이와 유사한 도 8 내지 도 12의 도면에서, X 방향을 따라 연장되는 실린드리컬 마이크로 렌즈들은 수직선들로 해칭되어 있으며, Y 방향을 따라 연장되는 실린드리컬 마이크로 렌즈들은 수평선들로 해칭되어 있다.
도 7에 도시된 실시예는 제 1 인터그레이터 부재(561)가 조절 장치(561A)의 도움으로 조절될 수 있다는 점에서 도 3 내지 도 5에 도시된 실시예들과 다르다. 상기 조절 장치(561A)는 단지 개략적으로만 표시되어 있으며, 예를 들어 마이크로미터 스크류 또는 압전 소자를 이용하여 구동될 수 있다. 조절 장치(561A)를 이용하여, Z 축을 따른 인터그레이터 부재(561, 562)들 사이의 거리를 조절하는 것이 가능하다. 그러면 제 1 마이크로 렌즈(561Y)들에 의해 형성된 초점 라인들은 제 4 마이크로 렌즈(562Y)들의 정점들 위에 정확하게 위치할 수 있다. 대신에, 제 2 마이크로 렌즈(561X)들에 의해 형성된 초점 라인들은 제 3 마이크로 렌즈(562X)들의 정점들 위에 정확하게 위치할 수 있다.
도 8은 마지막 두 개의 마이크로 렌즈 어레이들이 반대의 순서로 배치되어 있는 대안적인 실시예이다. 따라서 Y 방향으로 굴절력을 갖는 제 3 마이크로 렌즈(1562Y)들이 이제 제 1 인터그레이터 부재(1561)의 제 2 마이크로 렌즈(1561X)들과 대향하고 있다. 도 7 내지 도 12에서 상이한 길이 및 스타일을 갖는 화살표로 표시되어 있는 상술한 초점 라인 특성을 유지하기 위하여, 상기 제 1 인터그레이터 부재(1561)는 상당히 두꺼워야 하는 반면, 제 2 인터그레이터 부재(1562)는 상당히 얇아야 한다. 따라서, 인터그레이터 부재(1561, 1562)들의 제조를 용이하게 하기 위하여, 마이크로 렌즈들에 대한 지지부는 CaF2보다는 덜 깨지기 쉬운 재료, 예컨대 용융 실리카로 이루어져야 한다.
도 8에 도시된 실시예는 제 2 인터그레이터 부재(1562)를 위한 제 2 조절 장치(1562A)를 갖는다. 각각의 인터그레이터 부재(1561, 1562)에 대해 독립적인 조절 장치들을 갖는 것은, 상기 인터그레이터 부재(1561, 1562)들 사이의 거리 간격만을 조절하는 것이 아니라, 산란판(58, 60)들에 대한 인터그레이터 부재(1561, 1562)들의 거리도 조절 가능하게 한다.
도 9는, 제 2 마이크로 렌즈(2561X)들이 제 1 마이크로 렌즈(2561Y)들과 동일한 지지부 위에 형성되어 있지 않고, 예컨대 CaF2로 이루어질 수도 있는 별개의 지지부 위에 형성되어 있다는 점에서만 도 7에 도시된 실시예와 상이한 실시예를 도시하고 있다. 조절 장치(2562A)의 도움으로, 상기 제 2 마이크로 렌즈(2561X)들은 제 1 마이크로 렌즈(2561Y)들 및 공통의 제 3 기판 위에 배치되어 있는 제 3 및 제 4 마이크로 렌즈(2563X, 2563Y)들로부터 독립적으로 Z 방향을 따라 조절될 수 있다. 별개의 조절 장치(2561A, 2562A, 2563A)들에 부착된 세 개의 인터그레이터 부재들을 갖는 것은 각 쌍의 대응하는 마이크로 렌즈 어레이들 사이의 거리들을 독립적으로 조절하는 것을 가능하게 한다. 따라서 세 개의 조절 가능한 마이크로 렌즈 어레이들을 갖는 것은, 가능한 적은 복잡도로 전면적인 조절 가능성이 요구되는 경우에 최적의 해법이다.
도 10에 도시된 실시예는, 제 1 산란판(58)이 제 1 마이크로 렌즈(3561Y)와 제 2 마이크로 렌즈(3562X)들 사이에 배치되어 있다는 점에서 도 9에 도시된 실시예와 상이하다. 상기 산란판(58)은 단순히 전체적으로 시프트 될 수 있으며, 또는 도 10에 도시된 바와 같이, 제 2 마이크로 렌즈(3562X)들이 형성되어 있는 기판의 다른 쪽 면에 산란 구조(58')를 형성함으로써 그와 동일한 기능이 달성될 수 있다.
도 11은 조절 장치(4561A, 4562A, 4563A)들의 도움으로 독립적으로 조절될 수 있는 세 개의 인터그레이터 부재들을 구비하는 광 인터그레이터의 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예에서, Y 방향으로의 굴절력을 갖는 제 1 및 제 2 마이크로 렌즈(4561Y, 4562Y)들은 서로 대향하도록 상이한 기판들 위에 배치되어 있다. 제 3 및 제 4 마이크로 렌즈(4562X, 4563X)들도 역시 서로 대향하고 있다. 제 2 마이크로 렌즈(4562Y)들과 제 3 마이크로 렌즈(4562X)들은 동일한 기판 위에 형성되어 있으며 따라서 상기 제 2 조절 장치(4562A)를 이용하여 공통적으로 조절될 수 있다. 여기서, 상기 인터그레이터 부재(4561, 4562, 4563)들 사이의 거리들은, 제 2 마이크로 렌즈(4562Y)들과 제 3 마이크로 렌즈(4563X)들의 후방 초점 라인들이 공통 평면(4587)에 위치하도록 선택된다. 그러면 상기 평면(4587)은 콘덴서(62)에 의해 필드 조리개 평면(64)으로 푸리에 변환될 수도 있다. 물론, 도 8에 도시된 실시예로도 이와 유사한 특성이 달성될 수도 있는데, 왜냐하면 이 실시예에서 더 짧은 초점 거리를 갖는 제 4 마이크로 렌즈(1562X)들이 더 긴 초점 거리를 갖는 제 3 마이크로 렌즈(1562Y)들 뒤에 위치하기 때문이다.
도 12는 도 7에 도시된 실시예와 유사한 실시예를 도시한다. 그러나, 본 실시예에서는, 제 1 산란판(58)이 광 인터그레이터의 전방에 위치하지 않고, 인터그레이터 부재(5561, 5562)들 사이에 위치한다.
4. 제 1 산란판
이하에서는, 제 1 산란판(58)에 대한 일반적인 기능 및 다양한 실시예들이 더욱 상세하게 설명될 것이다. 물론, 이는 도 7 내지 도 12에 도시된 광 인터그레이터(56)의 다른 실시예들에 대해서도 사실을 유지한다. 그러나, 간략함을 위하여, 도 3 내지 도 6에 도시된 실시예들에 대해서만 언급할 것이다.
4.1 제 1 산란판의 일반적인 기능
제 1 산란판(58)의 하나의 기능은, 광원(30)에 의해 (그리고 제 1 광 래스터 소자(34)가 삽입되어 있다면 그에 의해) 형성된 작은 기하학적 형상의 광 플럭스를 광 인터그레이터(56)의 더 높은 기하학적 광 플럭스에 적합하게 하는 것이다. 이는, 광 인터그레이터(56)를 이루는 재료를 파손시킬 수도 있는 제 2 인터그레이터 부재(562) 내의 높은 광 세기를 방지하는 유리한 효과를 갖는다.
이러한 점에서, 제 1 및 제 2 마이크로 렌즈(561Y, 561X)들에 의해 형성된 초점 라인들이 각각 제 4 마이크로 렌즈(562Y)들 및 제 3 마이크로 렌즈(562X)들의 정점들 위에 위치하고 이들 마이크로 렌즈들 내에 위치하지 않더라도, 그럼에도 불구하고 상기 정점들의 직근방에서 높은 광 세기가 발생한다는 점을 유의하여야 한다. 제 1 산란판(58)은, 제 1 인터그레이터 부재에 입사하는 투영 광이 도 4 및 도 5에 도시된 것과 같은 좁은 초점 라인들을 회피하도록 충분한 발산을 갖는 것을 보장한다. 이상적으로는, 상기 제 1 산란판(58)은, 마이크로 렌즈(561X)들을 통과하는 광이 제 2 인터그레이터 부재(562) 내의 대응하는 제 3 마이크로 렌즈(562X)들을 완전히 조명하도록 상기 제 2 마이크로 렌즈(561X)들을 적합화한다. 수학적으로, 이러한 조건은 다음과 같이 기술될 수 있다.
0.5ㆍ(D/2f2 - NApre) < NAsc < (D/2f2 - NApre)
여기서 D는 제 2 마이크로 렌즈(561X)들의 어레이의 직경이고, NAsc는 제 1 산란판(58)의 개구수이며, NApre는 그에 입사하는 광의 개구수이다.
이 점은 도 4와 유사한 도면으로 도 13에 도시되어 있다. 이 도면에서, 산란판(58)에 입사하는 투영 광(84)이 낮은 발산을 갖는다는 점이 표시되어 있다. 상기 제 1 산란판(58)이 없으면, 투영 광(84)은 도 4에 도시된 바와 같이 제 2 마이크로 렌즈(561X)에 의해 제 3 마이크로 렌즈(562X)들의 정점들 위로 포커싱 될 것이다. 그러나, 상기 제 1 산란판(58)은, 제 2 마이크로 렌즈(561X)를 통과하는 광이 그와 대응하는 제 3 마이크로 렌즈(562X)들의 정점들 위로 포커싱 되지 않고 그 전체 만곡 표면 위에 분포될 정도로 발산을 증가시킨다.
스캐너 타입의 투영 노광 장치에서, 마스크(16) 상의 조명되는 필드(14)는 높은 종횡비(aspect ratio)를 갖는다. 이는, 스캐닝 방향(Y 방향)을 따른 필드(14)의 크기가 X 방향을 따른 크기보다 훨씬 짧다는 것을 의미한다. 투영 광을 차단해 내는 어떠한 조래개도 없는 경우, 조명 필드의 종횡비는 동공 평면(54)에서 발생하는 X 방향 및 Y 방향으로의 투영 광의 최대 각도들에 의해 결정될 것이다.
이는, 동공 평면(54)을 통과하는 투영 광이 Y 방향으로 작은 발산을 갖고 X 방향으로 큰 발산을 가져야 한다는 것을 의미한다. 이것이, 제 1 및 제 4 마이크로 렌즈(561Y, 562Y)들의 제 1 초점 길이 f1이 제 2 및 제 3 마이크로 렌즈(561X, 562X)들의 제 2 초점 길이 f2보다 커야 하는 이유이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 제 1 산란판(58)이 발산을 추가적으로 증가시키기 때문에, 상기 제 1 산란판(58)에 의해 X 방향 및 Y 방향으로 도입되는 발산의 양은 광 인터그레이터(56)에 의해 도입되는 발산에 대해 주의 깊게 적합화되어야 한다. 그러한 이유로, 제 1 산란판(58)에 의해 도입되는 발산은 일반적으로 Y 방향으로보다 X 방향으로 더 높다. 매우 큰 종횡비를 갖는 조명 필드(14)의 경우에, 상기 제 1 산란판은 심지어, X 방향으로만 발산을 증가시키고 Y 방향으로는 증가시키지 않도록(또는 실질적으로 증가시키지 않도록) 설계될 수도 있다.
도 14는 제 1 산란판(58)을 지나간 후의 투영 광의 각도 분포를 나타내는 그래프를 도시하고 있다. 도 14에서 알 수 있는 바와 같이, X 방향으로의 각도 분포는 실질적으로 직사각형이다. 이는, 최대 각도 αmax보다 작은 절대값을 갖는 모든 각도들이 동일한 세기로 발생한다는 것을 의미한다. 그러나, 이상적인 제 1 산란판(58)으로도, 그러한 직사각형의 각도 분포를 얻을 수는 없는데, 왜냐하면 통상적으로 레이저로서 구현되는 광원(30)이 각도 분포 그 자체를 갖는 투영 광을 발생시키기 때문이다. 레이저 광원의 경우에, 이러한 분포는 최대 각도 ±αmax에서 매끄러운 경사를 가져오는 가우시안(Gaussian) 형태를 갖는다. 동일한 이유로, 제 1 산란판(58)이 그것만으로는 Y 방향으로 발산을 증가시키지 않는데도 불구하고, 광은 Y 방향으로 작은 각도 분포를 갖는다. 이 경우에, Y 방향으로의 각도 분포는 레이저 광원에 의해 형성된 가우시안 각도 분포에 의해 주어진다.
만약 제 1 산란판(58)이 강한 아나모픽 효과, 즉 X 방향과 Y 방향으로 상이한 정도로 발산을 증가시키는 효과를 갖는다면, 상기 제 1 산란판은 광 인터그레이터(56)의 전방에 더욱 가깝게 위치하여야 한다. 양호한 실시예에서, 상기 제 1 산란판(58)과 광 인터그레이터 사이의 거리 z는 20mm 이하이다.
제 1 산란판(58)의 다른 중요한 기능은 2차 광원(82)들의 크기를 증가시키는 것이다. 이러한 증가는 제 3 마이크로 렌즈(562X)들이 이제 더욱 완전하게 조명된다는 사실에 의한 것으로, X 방향으로의 2차 광원들의 크기가 증가하게 된다. Y 방향으로는, 제 1 산란판(58)이 Y 방향으로도 발산을 증가시키는 경우에만 상기 2차 광원들의 크기가 증가한다.
도 15는, 도 6과 유사한 도면으로, 아나모픽 각도 분포를 형성하는 제 1 산란판(58)으로 얻은 2차 광원(82')들을 도시하고 있다. 도 6에 도시된 2차 광원(82)들과 비교할 때, 상기 2차 광원(82')들은 이제 X 방향으로 넓어져서, 인접한 2차 광원들 사이의 Y 방향을 따라 연장된 간격들이 거의 사라졌다. 상기 2차 광원(82')들이 더욱 완전하게 동공(pupil)을 채울수록, 마스크 평면(70)에서 얻은 각도 분포들은 더욱 연속적으로 된다. 이하에서 더 설명할 제 2 산란판(60)은 동공의 채움 값(filling factor)을 더 향상시킬 것이다.
섹션 4.3에서는, 랜덤한 또는 랜덤화 된 각도 분포들을 갖는 투영 광이 제 1 인터그레이터 부재(561)의 제 1 및 제 2 마이크로 렌즈(561Y, 561X)들을 지나가는 것을 보장하는 제 1 산란판(58)의 다양한 실시예들이 설명될 것이다. 그 결과, 도 15에 도시된 2차 광원(82')들은 적어도 일반적으로, 마스크 평면(70)에서 상이한 각도 분포들 및 따라서 상이한 조도 분포들을 형성한다. 그러나, 제 1 산란판(58)에 의해 형성된 랜덤한 또는 랜덤화 된 각도 분포들로 인하여, 마스크 평면(70) 내의 이들 조도 분포들도 또한 통계적으로 변화한다. 마스크 평면(70)에서 통계적으로 변화하는 많은 수의 조도 분포들의 중첩은 거의 완벽하게 균질한 전체적인 조도 분포를 가져온다.
이러한 설명들로부터, 상기 제 1 산란판(58)이 마스크 평면(70)에서의 조도 분포에 크게 기여하며, 그러한 이유로 그 광학적 특성들이 신중하게 설계되어야 한다는 것이 또한 분명하게 된다.
일반적으로 제 1 산란판(58)은, 상기 산란판에 광빔이 입사하는 위치와 산란 효과가 실질적으로 무관하게 되도록 설계되어야 한다. 이는, 전체 각도 분포를 형성하는 서브 구조(substructure)들이 제 1 인터그레이터 부재(561)에 있는 마이크로 렌즈(561Y, 561X)들의 피치에 비하여 작을 것을 요구한다. 그러한 관계는, 서브 구조들의 피치가 대응하는 제 1 또는 제 2 마이크로 렌즈(561Y, 561X)들의 피치의 20%보다 작다면, 양호하게는 10%보다 작다면, 만족되는 것으로 여겨진다.
원리적으로는, 예컨대 하나 또는 두 개의 에칭된 또는 연마된 표면들을 갖는 통상적인 유리 디스크로서 상기 제 1 산란판(58)을 구현하는 것이 가능하다. 그러한 통상적인 산란판들은 각도 분포가 그 표면에 걸쳐 완전히 랜덤하게 변화한다는 이점을 갖는데, 이는 위에서 설명한 이유로 일반적으로 요구되는 효과이다. 한편, 이들 통상적인 산란판들은 그들의 광학적 특성들이 특정한 요구 조건에 충분히 맞추어질 수 없다는 단점을 갖는다. 예를 들어, 도 14에 도시된 것과 같은 X 방향 및 Y 방향으로의 강력한 아나모픽 각도 분포를 얻는 것이 통상적으로 불가능하다. 대신에, 통상적인 산란판들은 X 방향 및 Y 방향으로 모두 매우 넓은 각도 분포를 형성한다. 그 결과, 높은 종횡비를 갖는 조명 필드(14)를 얻기 위하여 광의 상당 양이 필드 조리개에 의해 차단되어야 한다.
이러한 이유로 인해, 그 광학적 특성들이 설계에 따라 정확하게 결정될 수 있도록 제 1 산란판(58)이 구현될 수 있는 다양한 대안들이 아래와 같이 제안된다. 그럼에도 불구하고, 상기 제 1 산란판(58)은 광 인터그레이터(56)의 일정한 특징들과의 원하지 않는 상호 작용을 방지할 필요가 있는 어떤 랜덤화된 또는 신중하게 선택된 일정한 특성들을 가질 것이다.
4.2 제 1 산란판과 광 인터그레이터 사이의 원하지 않는 상호 작용
산란판(58)의 다양한 실시예들을 더욱 상세하게 설명하기 전에, 상기 산란판(58)과 광 인터그레이터(56) 사이의 가능한 상호 작용들을 설명할 것이다.
4.2.1 중첩
도 16은 도 13의 확대된 부분도이며 제 1 산란판(58)의 서브 구조(58X)들과 제 1 인터그레이터 부재(561)의 제 2 마이크로 렌즈(561X)들 사이의 광 전달을 개략적으로 도시한다. 간략함을 위하여, 제 1 마이크로 렌즈(561Y)들 및 상기 서브 구조(58X)들을 위한 지지부는 도시되지 않았는데, 왜냐하면 이들 요소들은 X 방향으로의 투영 광의 각도 분포에 영향을 주지 않기 때문이다. 본 실시예에서, 서브 구조(58X)들은 Y 방향을 따라 연장되는 종축들을 갖는 실린드리컬 마이크로 렌즈들에 의해 형성된다. 각각의 서브 구조(58X)는 파선(85)에 의해 표시된 발산 광속을 형성한다. 상기 마이크로 렌즈(561X)들과 서브 구조(58X)들의 피치는 각각 pin과 psc로 표시되어 있다. 이러한 특정 실시예에서, psc = 2/5ㆍpin이므로 두 개의 마이크로 렌즈(561X)들마다 연속하여 5개의 서브 구조(58X)들이 반복된다.
제 1 산란판(58)과 제 2 마이크로 렌즈(561X)들 사이의 거리 z가 클수록, 상기 제 2 마이크로 렌즈(561X)들 위에 놓이는 발산 광속(85)의 개수가 증가한다. 이는 도 16에서 상이한 음영의 정도로 표시되어 있다. 이러한 중첩의 결과, X 방향을 따라 주기적인 조도 변동이 생긴다. 변동의 양은 거리 z가 커질수록 감소하는데, 왜냐하면 서브 구조(58X)에 의해 형성된 단일한 광속의 조도가 z2에 따라 감소하기 때문이다.
이러한 변동들의 결과, 상기 마이크로 렌즈(561X)들에 입사하는 광의 각도 분포도 역시 달라질 수도 있다. 예를 들어, 도 16에 도시된 상부의 두 개의 마이크로 렌즈(561X)들은, 비록 대칭적이지만, 상이한 조도 및 각도 분포를 갖게 될 것이다. 관계 psc = 2/5ㆍpin의 결과, 제 2 마이크로 렌즈(561X)들 중 두 개마다 하나는 동일한 조도 및 각도 분포를 갖게 되며, 따라서 두 개마다 하나의 2차 광원(82)은 동일하게 될 것이다. 만약 단지 두 종류의 상이한 광원(82)만이 동공 평면(54) 내에 존재한다면, 마스크 평면(70) 내의 상이한 조도 분포들은, 실질적으로 균질한 조도 분포가 달성될 정도로 평균화된 효과를 갖지 않을 것이다.
도 17은, 도 10 및 도 12에 도시된 실시예의 경우와 마찬가지로, 제 1 산란판(58)이 제 1 인터그레이터 부재(561)의 전방이 아니라 후방에 배치되어 있는 실시예를 도시하고 있다. 상기 도면으로부터, 제 2 마이크로 렌즈(561X)들과 서브 구조(58X)들의 순서를 바꾸는 것이 이러한 문제를 해결하지 못한다는 것이 분명하게 되는데, 왜냐하면 상기 제 1 산란판(58) 상에서의 조도 및 각도 분포는 5개의 서브 구조(58X)들마다 반복되기 때문이다. 결과적으로, 동일한 구성의 서브 구조(58X)들과 제 2 마이크로 렌즈(561X)들이 여전히 매우 잦은 주기로 반복된다. 각각의 동일한 구성이 동일한 2차 광원을 형성하기 때문에, 상술한 평균화 효과는 작다. 예를 들어, 더욱 큰 서브 구조 피치 Psc = 200㎛로도, 동일한 구성이 1mm의 주기로 반복된다.
4.2.2 탤벗 효과(Talbot Effect)
광 인터그레이터(56) 내의 마이크로 렌즈 어레이들과 제 1 산란판(58) 내의 주기적인 산란 서브 구조들의 조합의 경우에 발생하는 또 다른 효과가 있다. 주기적인 구조들은, 간섭성 파동 또는 부분적인 간섭성 파동에 의해 조명될 때, 프레넬 회절을 통해 거리의 정수배에서 그들 자신의 정확한 이미지를 형성하는 것으로 알려져 있다. 이러한 자기-결상(self-imaging) 현상을 탤벗 효과라고 부른다. 또한, 다중 위상 변환된(multiple phase-transformed) 프레넬 이미지들이 탤벗 거리의 분수배에서 형성된다. 탤벗 현상은, 주기적인 광학 소자 뒤에 있는 어떠한 평면 내에서도 일정한 주기성이 관찰된다는 것을 나타낸다.
탤벗 효과는 주기적인 구조들로부터 소정의 거리에서 높은 콘트라스트를 갖는 상당한 간섭 패턴들로서 그 자신을 분명하게 나타낸다. 탤벗 거리 zn으로 불리는 이러한 거리는 zn = nㆍZT로 주어지는데, 여기서 ZT = 2p2/λ이다. 여기서 λ는 입사광의 파장이고, p는 구조들의 주기, n은 양의 정수이다. 그러나, 더 작은 콘트라스트를 갖는 간섭 패턴들로 역시 탤벗 거리의 소정의 분수배에서, 예컨대, 2/9 ZT 또는 3/14 ZT에서 관찰된다. 도 18은 탤벗 거리 ZT 및 2ZT는 물론 다수의 탤벗 거리의 분수배 거리들에서의 개략적인 탤벗 간섭 패턴들을 도시하고 있다.
탤벗 효과가 회절에 기초하고 있기 때문에, 가간섭성도가 100%에 가까워진다면 가장 현저하게 된다. 제 1 산란판(58)의 하나 또는 그 이상의 피치를 조명하는 레이저 광은 일반적으로 부분적으로 가간섭성이다. 투영 광의 가간섭성도는 조명 시스템(12) 내의 각각의 점에 존재하는 스페클 콘트라스트(speckle contrast)를 기로초 측정될 수 있다. 통상적으로, 스페클 콘트라스트는 10% 내지 20% 사이의 범위에 있다. 이는 제 1 산란판(58) 뒤의 탤벗 거리에서 현저한 탤벗 간섭 패턴들을 관찰하기에 충분하다.
높은 콘트라스트의 간섭 패턴들은 제 1 산란판(58)으로부터 측정된 60 또는 90mm 정도의 거리 z에서 발생할 수 있다. 이러한 거리에서, 적어도 100㎛ 이하의 산란 서브 구조 피치 psc에 대해서는, 위의 4.2.1에서 언급한 중첩 효과는 무시할 수 있다.
만약 제 1 산란판(58)과 제 1 인터그레이터 부재(561) 사이의 거리가 높은 콘트라스트의 간섭 패턴들을 발생시키는 (분수배의) 탤벗 거리와 동일하거나 또는 그와 가깝다면, 한편으로는 주기적인 탤벗 간섭 패턴의 결과이며 다른 한편으로는 제 1 및 제 2 마이크로 렌즈(561Y, 561X)들의 주기적인 배치의 결과인 모아레 패턴(Moire pattern)들이 관찰된다. 비록 각각의 2차 광원(82)에 의해 형성되는 조도 분포들이 마스크 평면(70)에서 중첩되지만, 그럼에도 불구하고 이들 모아레 간섭 패턴들은 마스크 평면(70) 내에 조도 분포의 비균일성을 도입할 수 있다.
4.3 상이한 설계 접근법
이하에서는, 위의 섹션 4.2에서 언급된 원하지 않는 상호 작용을 회피하기 위하여 채용될 수 있는 상이한 접근법들이 설명될 것이다.
4.3.1 거리
탤벗 간섭 패턴들과 제 1 인터그레이터 부재(561) 내의 마이크로 렌즈들의 어레이들 사이의 상호 작용에 의해 초래된 모아레 패턴들을 회피하기 위하여, 제 1 산란판(58)과 제 1 인터그레이터 부재(561) 사이의 거리 z가, 높은 조도 콘트라스트가 관찰되는 탤벗 거리 또는 탤벗 거리의 어떠한 분수배와도 일치하지 않도록 주의하여야 한다. 적절한 거리이 범위는 탤벗 거리의 다양한 정수배 또는 분수배에서의 탤벗 간섭 패턴들의 콘트라스트를 계산하는 시뮬레이션 프로그램의 도움으로 결정될 수 있다.
4.3.2 피치 선택
도 19는, 도 16과 유사한 추가적인 확대도로서, 서브 구조(58X)들과 제 2 마이크로 렌즈(561X)들의 지나치게 빈번한 동일한 구성이 어떻게 회피될 수 있는지에 대한 첫 번째 접근법을 도시하고 있다. 본 실시예에서, 상기 제 2 마이크로 렌즈(561X)들과 서브 구조(58X)들은 각각 pin = 500㎛과 psc = 47㎛의 피치를 갖는다. 47은 500에 대해 소수이므로 오목한 마이크로 렌즈(58X)들에 의해 형성된 조도 및 각도 분포는 47ㆍ500㎛ = 23.5mm 만에야 제 2 마이크로 렌즈(561X)들 상에서 반복된다.
단지 설명의 목적을 위한 도 20은, 10개 주기의 제 1 격자(561X')에 걸쳐서 제 2 격자(58X')의 라인들이 제 1 피치(561X')의 단일 주기에 대해 항상 상이한 상대 위치를 갖도록 선택된 피치들을 갖는 제 1 격자(561X')와 제 2 격자(58X')의 상면도를 도시하고 있다.
4.3.3 산란판 내의 불규칙한 서브 구조들
서브 구조(58X)들과 제 2 마이크로 렌즈(561X)들의 빈번한 동일한 구성을 회피하기 위한 다른 접근법은 불규칙한 서브 구조들을 사용하는 것이다. 상기 불규칙성은 동일한 서브 구조들의 배열에 기초할 수도 있고 및/또는 상이한 서브 구조들로 이를 명백하게 할 수도 있다. 이러한 접근법은 섹션 4.3.2에 따른 피치 선택과 함께 결합될 수도 있다는 점을 유의하여야 한다.
상술한 실시예들에서, 제 1 산란판(58)의 서브 구조(58X)들은 실린드리컬 마이크로 렌즈들로서 구현되어 있다. 그러나, 회절 광학 소자들의 도움으로 하나 또는 두 개의 방향으로의 발산이 또한 형성될 수도 있다. 이하의 섹션에서는, 제 1 산란판(58)을 위한 굴절식 또는 회절식 설계의 다양한 실시예들이 설명될 것이다.
4.3.4 굴절식 설계
도 21 및 도 22는 각각 사시도 및 X 방향을 따른 단면도로 제 1 산란판(158)의 일 실시예를 도시하고 있다. 상기 제 1 산란판(158)은 Y 방향을 따라 모두 연장되는 교호하는 볼록한 실린드리컬 마이크로 렌즈(1581)들과 오목한 실린드리컬 마이크로 렌즈(1582)들의 어레이를 포함한다. 따라서 상기 산란판(158)은 단지 X 방향으로만 발산을 증가시킨다. 일정한 곡률을 갖는 실린드리컬 모양으로 인해, 각도 분포는 적어도 우수한 근사법에 따라 X 방향으로 직사각형의 형태이다.
만약 발산이 Y 방향으로도 증가되어야 한다면, 마이크로 렌즈(1581, 1582)들과 유사하지만 상기 렌즈들에 직교하는 배향을 갖는 어레이가 제 1 산란판(158)의 반대 면에 제공되어야 한다. 원리적으로는, 아래의 섹션 5.2.1에서 더 설명되는 바와 같이, 다른 직교하는 배향들을 갖는 것, 상기 판의 한쪽 면 상에서 교차된 마이크로 렌즈들을 갖는 것, 또는 마이크로 렌즈들의 각각의 어레이에 대해 별개의 지지부를 제공하는 것도 역시 가능하다. 만약 제 1 산란판(158)에 의해 형성된 발산이 X 방향으로보다 Y 방향으로 작아야 한다면, X 방향으로의 발산을 형성하는 마이크로 렌즈들의 곡률이 Y 방향으로의 발산을 제공하는 마이크로 렌즈들의 곡률보다 작아야 한다.
상기 마이크로 렌즈(1581, 1582)들은 광 인터그레이터(56)에 있는 마이크로 렌즈들의 제조 방법과 유사한 방식으로 기판(1557)을 주조함으로써 또는 기계 가공함으로써 형성될 수 있다.
제 1 산란판의 다양한 다른 실시예들이, X 방향을 따른 단면도이며 도 22와 유사한 도 23 내지 도 32를 참조하여 이제 설명될 것이다. 물론, 이들 실시예들에서도, 발산이 Y 방향으로도 역시 증가되어야 한다면, 직교하는 마이크로 렌즈들의 제 2 어레이가 지지부의 반대 면에, 상기 지지부의 동일 면에 또는 상이한 지지부에 제공될 수도 있다. 또한, X 방향으로의 발산을 형성하는 마이크로 렌즈들과 Y 방향으로의 발산을 제공하는 마이크로 렌즈들에 대해 상이한 설계들을 갖는 것도 역시 가능하다.
도 23은 동일한 모양을 갖는 단지 볼록한 실린드리컬 마이크로 렌즈(2581)들만을 포함하는 제 1 산란판(258)에 대한 단면도를 도시한다.
도 24는 동일한 모양을 갖는 단지 오목한 실린드리컬 마이크로 렌즈(3582)들만을 포함하는 제 1 산란판(358)에 대한 단면도를 도시한다.
도 25는 도 21 및 도 22에 도시된 산란판(158)과 유사한 제 1 산란판(458)에 대한 단면도를 도시한다. 그러나, 본 실시예에서는, 볼록한 실린드리컬 마이크로 렌즈(4581)들이 Y 방향을 따라 연장되는 직사각형의 평평한 영역(4583)들에 의해 서로 떨어져 있다. 이러한 이격은 인접한 마이크로 렌즈(4581)들이 만나는 곳에서 어떠한 예리한 에지들도 존재하지 않는 것을 보장한다. 그러한 에지들은 각도 분포에 대해 종종 원하지 않는 영향을 준다.
만약 상기 평평한 영역(4583)들이 큰 폭 w를 갖는다면, 광의 상당 부분이 실질적으로 평면 평행판을 지나가게 되며, 이는 기하학적 광 플럭스를 증가시키지 않는다. 그러나 도시된 실시예에서, 상기 영역(4583)들의 폭 w은 너무 작아서, 작은 슬릿들의 어레이에서 관찰되는 것과 비슷하게 광이 회절된다. 더욱 구체적으로는, 회절에 의해 초래된 각도 분포가 마이크로 렌즈(4581)들에 의해 초래된 각도 분포와 적어도 대략적으로 동일하게 되도록 상기 폭 w가 결정된다.
도 23 및 도 24에 각각 도시된 제 1 산란판(258, 358)에서, 모든 마이크로 렌즈들은 동일한 모양을 가지며 규칙적인 어레이를 형성한다. 제 1 인터그레이터 부재(561)와의 원하지 않는 상호 작용을 피하기 위하여, 상기 마이크로 렌즈들의 피치는 위의 섹션 4.3.2에 따라 신중하게 선택되어야 한다.
도 26은 다수의 상이한 오목 실린드리컬 마이크로 렌즈(5582)들을 포함하는 제 1 산란판(558)에 대한 단면도를 도시하고 있다. 상기 마이크로 렌즈(5582)들은 동일한 곡률을 갖지만 상이한 피치들 p1, p2, ..., pn을 갖는다. 본 실시예에서, 인접한 마이크로 렌즈(5582)들 사이에 형성된 종방향 에지들은 제 1 산란판(558)의 베이스 평면에 평행한 평면(5585) 내에 배열되어 있다.
상기 마이크로 렌즈(5582)들은, 그들의 변화하는 피치들 p1, p2, ..., pn의 결과, 대략적으로 직사각형의 모양을 갖지만 폭이 변화하는 각도 분포들을 형성한다. 만약 마이크로 렌즈(5582)들의 피치들 p1, p2, ..., pn이 가우시안 확률 분포에 따라 변화한다면, 모든 마이크로 렌즈(5582)들의 기여로부터 기인하는 전체적인 각도 분포는 적어도 대략적으로 역시 가우시안 모양을 가질 것이다. 이는 도 45를 참조하여 아래에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
만약 상기 피치들 p1, p2, ..., pn이 작은 범위 내에서, 예컨대 48㎛과 50㎛ 사이에서 변화한다면, 직사각형의 각도 분포로부터의 편차는 작게 된다. 상기 피치들 p1, p2, ..., pn의 더 작은 변화는, 제 1 산란판과 제 1 인터그레이터 부재(561) 사이의 원하지 않는 상호 작용들을 감소시키는 의사-랜덤 불규칙성(pseudo-random irregularity)을 도입하기에 충분하다.
곡률 중심의 높이를 신중하게 선택함으로써, 상기 피치들 p1, p2, ..., pn이 매우 작다면, 예컨대, λ = 193nm의 파장에서 50㎛보다 작다면 존재하게 되는 회절 효과들에 영향을 주는 것도 역시 가능하다. 따라서, 그러한 구성에서, 제 1 산란판(558)의 산란 기능은 전술한 설계 파라미터들을 선택함으로써 선택적으로 결정될 수 있는 굴절 및 회절 효과들의 조합이다.
마이크로 렌즈(5582)들의 어레이가 엄격하게 주기적이지 않기 때문에, 심각한 탤벗 간섭 패턴들을 형성하지는 않으며, 탤벗 간섭 패턴들의 콘트라스트는 상당히 감소된다. 이는 마스크 평면(70)에서의 더욱 균질한 강도 분포를 가져온다.
도 27은 변화하는 피치들 p1, p2, ..., pn을 갖는 오목한 마이크로 렌즈(6582)들을 역시 포함하는 또 다른 제 1 산란판(658)에 대한 단면도를 도시하고 있다. 도 26에 도시된 실시예와는 반대로, - 인접한 마이크로 렌즈들 사이의 종방향의 에지들이 아닌 - 상기 마이크로 렌즈(6582)들의 정점 라인들이 제 1 산란판(658)의 베이스 평면에 평행한 공통 평면(6685) 내에 배치되어 있다. 이는, 인접한 마이크로 렌즈(6582)들 사이의 종방향의 에지들이 베이스 평면으로부터 상이한 높이에 배치되고, 따라서 마이크로 렌즈(6582)들이 그들의 정점 라인들에 대해 일반적으로 대칭적인 모양을 갖지 않는 효과를 갖는다. 그 결과, 본 실시예에서 상기 마이크로 렌즈(6582)들은 비대칭적인 각도 분포들을 형성한다. 그러나, 만약 마이크로 렌즈(6582)들의 개수가 충분히 크다면, 그럼에도 불구하고 매우 대칭적인 각도 분포를 얻을 것이다.
또한 본 실시예에서, 상기 피치의 변화는 제 1 산란판과 제 1 인터그레이터 부재(561) 사이의 원하지 않는 상호 작용들을 감소시키는 효과를 가지며, 특히 탤벗 간섭 패턴들의 콘트라스트를 감소시키는 효과를 갖는다.
도 28은 역시 변화하는 피치들 p1, p2, ..., pn을 갖는 오목한 마이크로 렌즈(7582)들을 포함하는 또 다른 제 1 산란판(758)에 대한 단면도를 도시하고 있다. 그러나 도 26 및 도 27에 도시된 실시예와는 반대로, 상기 마이크로 렌즈(7582)들의 정점들도 그리고 인접한 마이크로 렌즈(7582)들 사이의 종방향 에지들도 모두 공통 평면 내에 배치되어 있지 않다. 이는 상기 산란판(758)의 의사-랜덤 불규칙성을 더욱 증가시키는데, 이는 제 1 인터그레이터 부재(561)와의 원하지 않는 상호 작용들의 관점에서 유리한 효과를 갖는다.
상기 의사-랜덤 불규칙성은 종축을 따라 변화하는 폭들을 갖는 마이크로 렌즈(7582')들을 제공함으로써 더욱 더 증가될 수 있다. 도 29는 이러한 원리를 이용하는 제 1 산란판(758')에 대한 상면도를 도시한다. 여기서, 인접하는 마이크로 렌즈(7582')들 사이의 모든 두번째 에지(7587')는, 각각의 마이크로 렌즈(7582')의 피치가 Y 방향으로 변화하도록 의사-랜덤 방식으로 만곡되어 있다. 이러한 원리는 도 21 내지 도 28에 도시된 상술한 실시예들 중 어느 것에서도 채용될 수 있다. 산란판(758')에서, 상기 에지(7587')들은 도시된 상면도에서 모두 동일한 모양을 갖는다. 그러나, 이러한 모양은 각각의 마이크로 렌즈(7582')에 대해 상이할 수도 있다. 물론, 마이크로 렌즈(7582')들의 각각의 임의의 쌍 사이에 만곡된 에지(7587')들을 갖는 것도 역시 가능하다.
도 30은 다수의 볼록한 실린드리컬 마이크로 렌즈(8581)들을 포함하는 산란판(858)에 대한 단면도를 도시하고 있다. 모든 마이크로 렌즈(8581)들은 동일한 피치 p를 갖지만, 마이크로 렌즈(8581)들의 만곡된 표면들은 상이한 비원형 단면들을 갖는다. 도 30에서는 단지 설명의 목적을 위해 그 차이들이 과장되어 있다. 마이크로 렌즈 어레이에 불규칙성을 도입하기 위해서는, 마이크로 렌즈(8581)들의 상기 만곡된 표면들 사이의 더 작은 차이들도 충분할 수 있다.
도 26 내지 도 29에 도시된 실시예들과 유사하게, 제 1 산란판(858)에 의해 형성된 각도 분포들은 완전한 직사각형은 아니며, 에지들에서 경사들을 갖고 있다. 그러나, 비원형 단면을 갖는 실린드리컬 마이크로 렌즈들을 사용하는 것은 설계의 자유도를 크게 증가시킨다. 마이크로 렌즈(8581)들의 만곡된 표면들을 신중하게 설계함으로써, 거의 어떠한 임의의 각도 분포도 형성하는 것이 가능하며, 마스크 평면(70)에서의 조도 분포에 있어서 소망하는 비균일성을 형성하는 것이 가능하고, 또는 마스크 평면(70)에서의 조도 분포에 있어서 원하지 않는 비균일성을 형성할 수도 있는 효과를 보상하는 것도 가능하다.
도 31은 다수의 볼록한 실린드리컬 마이크로 렌즈(9581)들을 포함하는 제 1 산란판(958)에 대한 단면도를 도시하고 있다. 상기 제 1 산란판(958)은, 마이크로 렌즈(9581)들이 역시 상이하게 만곡된 표면들을 갖지만 이들 표면들이 모두 상이한 곡률 반경들 r1, r2, ..., rn을 갖는 원형 단면들을 갖는다는 점에서 도 30에 도시된 실시예와 다르다.
대략적으로 직사각형인 각도 분포를 얻는다는 관점에서, 도 26 내지 도 28에 도시된 실시예들과 함께 위에서 설명했던 피치 변화와 상기 표면 모양 변화를 결합하는 것이 도 30 및 도 31에 도시된 두 실시예에서 모두 유리할 수 있다.
도 32는 완전히 랜덤화된 표면을 갖는 제 1 산란판(1058)에 대한 단면도를 도시하고 있다. 그러한 표면은 확률 과정(stochastic process) 단계들을 포함하는 소정의 제조 공정들로 얻어질 수 있다. 예를 들어, 유리 스크린을 연마하거나 및/또는 에칭함으로써, 이러한 공정에서 얻은 표면 모양은 매우 세세한 정도까지 조절될 수는 없으며, 따라서 적어도 어느 정도의 한도 내에서 랜덤하게 변화할 것이다. 그러나, 그러한 완전한 랜덤 표면에 의해 형성되는 각도 분포는 항상 적어도 실질적으로 가우시안이며, 이는 가우시안 분포가 요구되는 응용예에 대한 것으로 그러한 제 1 산란판(1058)의 사용을 제한한다. 또한, 가우시안 분포의 파라미터들은 제조 공정에서 제어하기가 종종 어렵다.
따라서, 가우시안 각도 분포를 형성하는 2차원 의사-랜덤 표면을 제조하기 위하여 마이크로리소그래피 방법들을 사용하는 것이 또한 시도된다, 왜냐하면 상기 방법들이 확률 과정 단계들을 포함하는 제조 공정들로 얻은 랜덤 표면들에 의해 형성되기 때문이다. 그러한 표면들의 이점은, 가우시안 분포의 파라미터들이 정확하게 예측될 수 있어서 모든 제조된 산란판이 동일한 광학적 특성들을 갖는다는 것이다.
도 33 및 도 34는 제 1 산란판(1158)을 각각 사시도 및 라인 XXXIV-XXXIV에 따른 단면도로 도시하고 있다. 상기 제 1 산란판(1158)은 원환체(toric) 모양을 각각 갖는 다수의 마이크로 렌즈(11581)들을 포함한다. 도시된 실시예에서, 상기 원환체 마이크로 렌즈(11581)들의 곡률은 Y-Z 평면에서보다 X-Z 평면에서 더 크다. 이는 X 방향으로 형성된 발산이 Y 방향으로 형성된 발산보다 큰 것을 보장한다. 원환체 마이크로 렌즈(11581)들의 사용으로, 발산이 X 방향 및 Y 방향으로 모두 형성되어야 하는 경우에, 산란판의 양쪽 면에 모두 마이크로 렌즈들을 제공할 필요가 없다.
도 35 및 도 36은 제 1 산란판(1258)을 각각 상면도 및 라인 XXXVI-XXXVI에 따른 단면도로 도시하고 있다. 상기 제 1 산란판(1258)은 규칙적인 격자형 어레이 내에 배치된 다수의 볼록한 구면 마이크로 렌즈(12581)들을 포함한다. 소망하는 각도 분포에 따라, 비구면 마이크로 렌즈들을 갖는 실시예들이 사용될 수도 있다. 각각의 마이크로 렌즈(12581)는 정사각형의 둘레를 갖기 때문에, 상기 마이크로 렌즈(12581)들의 광학적 효과는 완전하게 회전 대칭인 것은 아니다. 대신에, 각도 분포는 사면 대칭(fourfold symmetry)을 갖는다. 상기 제 1 산란판(1258)은 더욱 또는 덜 회전 대칭인 각도 분포가 요구되는 응용예들에 대해서만 적절한다. 그러나, 그러한 설계는, 아래에서 설명되는 바와 같이, 제 2 산란판(60)에 대해 특히 유리하다.
4.3.5 회절식 설계
이하에서는, 제 1 산란판(58)이 회절 광학 구조들을 포함하는 도 37 내지 도 43을 참조하여 다양한 실시예들이 설명될 것이다. 이들 회절 구조들은 적어도 하나의 방향으로 발산을 증가시킨다. 이하에서, 실질적으로 완전한 각도 분포를 형성하는 회절 구조들의 그룹은 회절 셀(diffractive cell)로 불릴 것이다. 따라서 단일한 회절 셀은 섹션 4.3.4에서 설명된 굴절식 설계의 하나의 마이크로 렌즈와 대응한다.
회절식 산란판들은 거의 어떠한 임의의 각도 분포를 형성하는 것도 가능하게 한다. 그러나, 회절 셀에 의해 형성된 각도 분포는 항상 불연속적(discrete)인 반면, 완만하게 만곡된 굴절식 표면에 의해 형성된 각도 분포는 연속적이다. 셀이 더 작아질수록, 더 불연속적인 각도 분포가 형성되며, 그 역도 역시 마찬가지이다.
도 37은 다수의 회절 구조(92)들을 포함하는 회절 셀(M1)의 상면도를 도시하고 있다. 이러한 종류의 회절 셀은 종종 컴퓨터 생성 홀로그램(computer generated hologram; CGH)라고 불리며 적어도 한 방향으로 예정된 각도 분포를 형성한다.
도 38a는 적어도 실질적으로 회전 대칭인 프레넬 렌즈를 형성하는 회절 구조(93)들을 포함하는 다른 셀(M2)을 도시하고 있다. 도 39a는 실린드리컬 프레넬 렌즈를 형성하는 회절 구조(94)들을 포함하는 회절 셀(M3)에 대한 상면도를 도시하고 있다.
만약 회절 셀(M)들이 엄격하게 주기적인 어레이로 배열되어 있다면, 위의 섹션 4.2에서 설명했던 제 1 산란판(58)과 광 인터그레이터(56) 사이의 원하지 않는 상호 작용들이 발생할 수 있다. 그러한 이유로, 회절 셀(M)들의 어레이는 적어도 어느 정도 랜덤화되어야 하며 및/또는 섹션 4.3.2에서 설명한 바와 같은 적절한 피치 선택이 이루어져야 한다.
도 40은 주기적인 격자형 방식으로 배열되어 있는 다수의 회절 셀(M)들을 포함하는 제 1 산란판(1358)의 개략적인 상면도를 도시하고 있다. 상기 회절 셀(M)들은 X 방향으로만 광을 산란시킨다고 가정한다. 이 방향으로, 상기 회절 셀(M)들의 피치 p는, 한편으로 회절 셀(M)들과 다른 한편으로 제 1 인터그레이터 부재(561)의 마이크로 렌즈들 사이의 주기적인 상호 관계를 회피하기 위하여 위의 섹션 4.3.2에서 설명된 원리에 따라 선택되어야 한다.
도 41은 다수의 회절 셀(M)들을 포함하는 제 1 산란판(1458)의 개략적인 상면도를 도시하고 있다. 본 실시예에서, 회절 셀(M)들의 피치 p는 발산이 증가하는 X 방향을 따라 변화한다. 더욱 작은 회절 셀(M)들의 효과는 거기에 담겨 있는 회절 구조들의 종류에 따른다. 예를 들어, 만약 도 39a에 도시된 회절 셀(M3)이 회절 구조(94)들의 배치는 변화시키지 않고 그 길이만 감소되어 있다면, 더 작은 각도 분포를 형성할 것이다. 만약 도 37에 도시된 회절 셀(M1)의 X 방향의 길이가 감소한다면, 각도 분포는 동일한 폭을 갖지만 더욱 불연속적이 될 것이다.
도 42는 회절 셀(M)들의 피치가 각각의 열(row)에서 상이하게 변화하는 제 1 산란판(1558)의 개략적인 상면도를 도시하고 있다. 이는, 회절 셀(M)들 전체에 의해 형성된 각도 분포의 의사-랜덤 불규칙성을 더 증가시킨다.
도 43은 동일한 피치를 갖는 다수의 회절 셀(M1, M2, ..., M6)들을 포함하는 제 1 산란판(1658)의 개략적인 상면도를 도시하고 있다. 따라서 상기 셀(M1, M2, ..., M6)들은 도 40에 도시된 실시예와 유사한 규칙적인 방식으로 배치되어 있다. 그러나, 본 실시예에서, 상기 회절 셀(M1, M2, ..., M6)들은 그 셀 내에 있는 회절 구조들의 배열에 있어서 서로 다르다. 이는 도 30 및 도 31에 도시된 굴절식 산란판(858 및 958)들과 각각 유사점이 있다.
상기 회절 셀 구조들은 주어진 셀 구조를 비례적으로 확대하거나 축소함으로써 얻을 수 있다. 이는 도 31에 도시된 굴절식 산란판(958)에서 곡률 반경 ri의 증가 또는 감소에 대응한다. 회절 구조에 대하여, 이러한 축척 변형의 예는 도 38b에 도시되어 있다. 회절 셀(M2')에서, 회절 구조(93')들은 도 38a에 도시된 회절 셀(M2)의 회절 구조(93)를 비례하여 확대함으로써 얻을 수 있다.
상이한 셀 구조들을 얻기 위한 다른 접근법은, 산란 효과가 달성되어야 하는 방향을 따라 주어진 셀 구조를 시프트시키는 것이다. 이는 도 39b에 예시적으로 도시되어 있다. 여기서, 회절 셀(M3')은 회절 구조(94)들을 X 방향을 따라 시프트시킴으로써 도 39a에 도시된 회절 셀(M3)로부터 얻어졌다. 이는 도 27에 도시된 굴절식 산란판(658)에서 달성되는 것과 유사한 효과이다.
셀 피치 및 셀 구조에 대한 제안된 변화들은 통상적으로 각도 분포에 영향을 줄 것이라는 점을 유의하여야 한다. 그러나, 이는, 소망하는 각도 분포가 회절 셀들의 의사-랜덤화된 어레이로 얻어지도록 회절 셀(M)들의 설계에서 고려될 수 있다.
물론, 몇몇의 또는 모든 변형들, 특히 셀 피치 p 및 셀 내용물들에 관한 변형들은 제 1 인터그레이터 부재(561)와의 원하지 않는 상호 작용을 피하는 제 1 산란판(58)의 랜덤 특성을 더 증가시키기 위해 결합될 수 있다.
5. 제 2 산란판
이하에서는, 제 2 산란판(60)에 관한 일반적인 기능 및 다양한 실시예들이 더욱 상세하게 설명될 것이다.
5.1 제 2 산란판의 일반적인 기능
상기 제 2 산란판(60)은 아래와 같은 하나 또는 그 이상의 기능을 가질 수 있다:
제 2 산란판(60)의 한 기능은, Y 방향을 따른 마스크 평면(70)에서의 조도 분포가 소망하는 모양을 갖는 것을 보장하는 것일 수 있다. 이는, 제 2 산란판(60) 그 자체가 Y 방향을 따라 형성하는 각도 분포를, 제 1 산란판(58) 및 (만약 있다면) 광 인터그레이터(56)에 의해 형성된 이 방향을 따른 각도 분포들에 적합화시킬 것을 요구한다.
만약 Y 방향(즉, 스캐닝 방향)을 따른 조도 분포가 직사각형이라면, 원하지 않는 형태 크기 변화들이 펄스-양자화의 결과로 발생할 수 있다. 위에서 언급된 국제 출원 WO 2005/078522에 더욱 상세하게 설명되어 있는 펄스-양자화 효과를 줄이거나 또는 심지어 완전히 회피하기 위해서는, 조도 분포의 양쪽 끝에서 조도가 완만하게 증가하고 감소하여야 한다. 경사는 선형일 수도 있으며(이는 사다리꼴 모양의 조도 분포를 가져온다) 또는 예를 들어, 실질적으로 가우시안 모양을 가질 수도 있다.
제 2 산란판(60)의 다른 기능은 2차 광원(82)들에 의해 형성되는 광속들 사이의 원하지 않는 상호 관계들을 회피하는 것일 수도 있다. 이는 제 2 인터그레이터 부재(562)에서의 회절에 의해 조도 분포에 대해 초래된 악영향을 줄인다는 것을 암시한다.
상기 제 2 산란판(60)의 더 추가적인 기능은 마스크 평면(70)을 가로지를 때의 광의 각도 분포를 향상시키는 것일 수 있다. 이를 위하여, 광 인터그레이터(56)와 콘덴서(62) 사이에 제 2 산란판(60)을 배치시키는 것이 바람직하다. 이러한 위치에서, 상기 제 2 산란판(60)은 동공 평면(54)으로부터 상당한 거리에 배치되어 있어서, 2차 광원들에 대한 블러링 효과(blurring effect)들이 달성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 블러링 효과에 의해 2차 광원들은, 인접한 2차 광원들이 동공 평면(54) 내에서 약간 또는 심지어 완전히 중첩될 정도로 확대된다. 그 결과, 특정의 조명 설정들에 대해 유리할 수도 있는 마스크 평면(70)에서의 연속적인 각도 분포를 얻는 것이 가능하다.
제 2 산란판(60)은 또한 조명 시스템(12)의 텔레센트릭 특성 및 평편도(ellipticity) 특성들에 유리하게 영향을 줄 수 있다.
제 1 산란판(58)과 유사하게, 제 2 산란판(60)은, 각도 분포를 형성하는 서브 구조들의 크기가 작아서, 바람직하게는 광 인터그레이터(56)의 마이크로 렌즈들의 피치의 20%보다 더 작은 특성을 가져야 한다.
이하에서는, Y 방향을 따른 소망하는 조도 분포가 조명 필드(14)의 소망하는 종횡비를 보장하는 반치폭을 갖는 가우시안 모양을 갖는다고 가정한다. 앞서 언급된 바와 같이, 그러한 모양의 조도 분포는 펄스 양자화 효과의 감소의 관점에서 유리하다. 주로 광 인터그레이터(56)와 산란판(58, 60)들의 결합으로 그러한 조도 분포를 형성하는 것이 가능하다. 이는, 예컨대, 그레디언트 흡수 필터 소자들을 사용하여 광을 차단할 필요가 없다는 것을 의미한다. Y 방향을 따른 가우시안 조도 분포를 어떻게 얻을 수 있을 지에 관한 가능한 구현은 섹션 5.2에서 기술된 실시예들을 참조하여 아래에서 설명될 것이다.
그러나, X 방향 및 Y 방향으로 모두 2차 광원들을 확대하는 것은, 상기 제 2 산란판(60)도 또한 X 방향으로 발산을 증가시킬 것을 요구한다. 이는, X 방향, 즉 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 직사각형이 아닌 조도 분포를 가져오기 때문에 그 자체로 바람직하지 않다. X 방향을 따른 조도 분포의 측방 에지들에서의 매끄러운 경사들은, 예컨대, 필드 조리개(66)를 사용하여 차단되어야 한다. 만약 광 손실이 작게 유지되어야 한다면, 제 2 산란판(60)은 제 1 산란판(58)과 유사한 아나모픽 산란 효과를 가져야 한다. 그러한 제 2 산란판(60)은 X 방향으로 2차 광원들을 확대하지 않기 때문에, 한편으로는 마스크 평면(70)에서의 실질적으로 연속적인 각도 분포와 다른 한편으로는 작은 광 손실 사이에서 타협점을 찾아야 한다.
여기서, 상기 2차 광원들이 X 방향 및 Y 방향으로 모두 증가되어야 한다고 가정한다. 이를 위하여, 상기 제 2 산란판(60)은 도 44에 도시된 바와 같이 가우시안 모양을 가지며 회전 대칭적인 각도 분포를 형성한다.
5.2 상이한 설계 접근법
이하에서는, 도 45 내지 도 49를 참조하여 제 2 산란판(60)에 관한 상이한 설계 접근법들이 설명될 것이다.
원리적으로, 제 2 산란판은 굴절식 설계, 회절식 설계 또는 굴절과 회절 효과들을 조합한 설계를 이용하여 구현될 수 있다. 그러한 이유로, 제 1 산란판(58)과 관련하여 위의 섹션 4.3.1에서 설명했던 모든 설계들이 제 2 산란판(60)에 대해서도 동등하게 사용될 수 있다. 그러나, 제 2 산란판(60)에 대해서는 굴절식 설계가 일반적으로 더 바람직하다. 이는, 회절 광학 소자들이 통상적으로 그들의 제한된 회절 효율의 결과로 인해 굴절 광학 소자들보다 더 높은 광 손실을 유발하기 때문이다. 이하의 언급은 굴절식 설계들에 관한 것이지만, 만약 마이크로 렌즈들이 적절한 회절 셀들로 대체될 수 있다면, 이들은 회절식에도 역시 적용된다.
만약 2차원 각도 분포가 도 44에 도시된 바와 같이 형성되어야 한다면, 이하의 접근법들이 고려되어야 한다:
5.2.1 상이한 측에서의 두 개의 마이크로 렌즈 어레이
위에서 설명한 바와 같이, 기판의 한쪽 면에 평행한 마이크로 렌즈들의 제 1 어레이를 배치하고 기판의 다른쪽 면에 수직한 마이크로 렌즈들의 제 2 어레이를 배치함으로써, 2차원 각도 분포를 얻을 수 있다. 대신에, 상기 어레이는 두 개의 별개의 기판들 위에 형성될 수도 있다. 모든 경우에 있어서, 각각의 어레이의 설계 파라미터를 신중하게 선택함으로써 서로 완전히 독립된 각각의 방향에 대한 산란 효과를 결정하는 것이 가능하다.
가우시안 각도 분포를 형성하기 위하여, 도 45를 참조하여 이제 설명될 접근법이 사용될 수 있다. 여기서, 제 2 산란판(60)은 상이한 각도 폭들의 직사각형 각도 분포들을 형성하는 다수의 마이크로 렌즈들을 포함한다. 상기 각도 폭들은 중심각 α0 = 0°를 중심으로 하는 가우시안 확률 분포로 변화한다. 그러면 상이한 폭들을 갖는 모든 직사각형의 각도 분포들의 중첩은 가우시안 모양을 갖는 전체적인 각도 분포를 가져온다. 이는, 네 개의 상이한 직사각형의 각도 분포(AD1, AD2, AD3 및 AD4)들에 대해 도 45에 도시되어 있다. 마이크로 렌즈들의 개수가 더 많을수록, 가우시안 각도 분포에 더욱 가깝게 접근한다.
스캐닝 방향을 따른 도 45에 도시된 계단형 프로파일을 더욱 매끄럽게 하기 위하여, 마이크로 렌즈들의 두 개의 어레이들의 직교하는 배향으로부터 벗어나게 하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 양쪽의 마이크로 렌즈들이 89°와 80° 사이의 각도를 형성할 수도 있다.
만약 마이크로 렌즈들의 어레이들이 상이한 기판들에 배치되어 있다면, 하나 또는 모든 기판들이 조작기의 도움으로 광축(26)에 대해 동축인 또는 적어도 평행한 축을 중심으로 회전될 수 있도록 상기 기판들이 배치될 수 있다. 그러면, 마이크로 렌즈 어레이들 사이의 각도를 조절하는 것이 가능하다.
두 개의 마이크로 렌즈 어레이 배향들의 90°로부터의 편차는, 한 어레이가 다른 어레이의 방향을 따른 부분을 갖는 각도 분포를 형성하는 효과를 갖는다. 이 부분은 매끄럽게 하는 효과를 가져온다. 수학적으로 말해서, 그 결과는 이러한 프로파일의 투영으로의 도 45에 도시된 계단형 프로파일의 콘볼루션(convolution)이다. 투영의 실제 폭은 두 개의 마이크로 렌즈 어레이 배향들 사이의 각도에 의존하며 상기 각도의 코사인(cosine)에 비례한다. 따라서, 프로파일 투영 폭이 계단 폭와 비교될 수 있도록 배향 각도가 선택된다면, 상기 콘볼루션은 상당히 매끄럽게 하는 효과를 갖는다.
마이크로 렌즈 어레이들이 스캐닝 방향에 평행하게 정렬되지 않도록 상기 마이크로 렌즈 어레이들을 배치하는 것도 역시 고려될 수 있다. 만약 마이크로 렌즈들이 작은 물결 모양(ripple)들을 갖는 각도 분포들을 형성한다면, 그리고 이들 물결 모양들이 스캐닝 방향에 평행하게 정렬된다면, 마스크 상의 단일한 점에 입사하는 총 광에너지(노광량)는 그에 따라 변화할 것이다. 그러나 만약 마이크로 렌즈 어레이가 스캐닝 방향에 평행하게 정렬되어 있지 않다면, 조도 분포 내의 상기 물결 모양들도 역시 스캐닝 방향에 대해 경사지게 된다. 그러면 스캐닝 동작은 많은 물결 모양들에 대해 평균화 효과를 가져오며, 이는 마스크 상의 각각의 점이 일정한 총 광에너지(노광량)를 받는 효과를 갖는다.
그 이외에도, 어떠한 어레이도 스캐닝 방향에 평행하게 정렬되지 않은 구성은, 그렇지 않다면 광 인터그레이터(56)의 규칙적인 마이크로 렌즈 어레이들과의 상호 작용으로서 발생할 수도 있는 원하지 않는 모아레 패턴들을 감소시키는 이점을 갖는다.
만약 두 어레이들이 하나의 기판 위에 배치되어 있다면, 따라서 스캐닝 방향에 대한 마이크로 렌즈 어레이의 평행한 배향을 회피하기 위하여 기판이 회전될 수도 있다. 만약 두 어레이들이 상이한 기판들 위에 배치되어 있다면, 단지 하나의 기판만을 회전시키는 것으로 충분할 수 있다. 그러나, 어레이들 사이의 상대 각도를 유지하기 위하여, 두 기판들이 공통으로 회전될 수도 있다.
만약 마이크로 렌즈 어레이들의 각도 위치들의 조절이 요구되지 않는다면, 조작기는 필요하지 않다. 이러한 경우에, 기판(들)은 마이크로 렌즈 어레이들의 소망하는 각도 위치를 보장하는 마운트 내에 고정되어 수용될 수 있다.
5.2.2 한쪽 면에 있는 두 개의 교차하는 마이크로 렌즈 어레이들
만약 실린드리컬 마이크로 렌즈들의 두 개의 어레이들이 기판의 한쪽 면에서 교차되어 있다면, 도 33 내지 도 34를 참조하여 제 1 산란판(1158)에 대해 위에서 설명한 것과 유사한 구성이 된다. 본 실시예에서 도시된 마이크로 렌즈(11581)들은 원환체 표면을 갖지만, 교차하는 두 개의 실린드리컬 표면들에 의해 얻은 표면도 역시 사용될 수 있다.
물론, 이 경우에도 역시, 실린드리컬 렌즈들의 비-직교 배향이 고려될 수도 있다.
5.2.3 회전 대칭 프로파일
추가적인 대안으로서, 도 35 및 도 36에 도시된 바와 같은 회전 대칭인 마이크로 렌즈들이 사용될 수도 있다. 본 실시예에서는 또한, 도 44 및 도 45에 도시된 전체적인 가우시안 각도 분포를 얻기 위하여, 마이크로 렌즈들의 곡률 반경이 가우시안 확률 분포에 따라 변화하여야 한다. 다른 렌즈 파라미터들, 예를 들어, 곡률 중심 또는 굴절률이 추가적으로 또는 대안적으로 변화될 수 있다.
5.3 다른 설계 유형들
이하에서는, 제 2 산란판(60)을 위한 다른 유리한 설계 유형들이 도 46 내지 도 49를 참조하여 설명된다.
도 46은 세 개의 제 3 마이크로 렌즈(562X)들, 콘덴서(62) 및 필드 조리개 평면(64)을, 축척에 따르지 않는 매우 개략적인 도면으로, 도시하고 있다. 두 그룹의 파선(97, 98)들은 동일한 개구각(aperture angle) 하에서 상기 제 3 마이크로 렌즈(562X)들을 각각 떠나는 광속들을 나타내며, 필드 조리개 평면(64) 내의 동일 필드점(field point)으로 결과적으로 수렴한다. 제 3 마이크로 렌즈(562X)들의 개수가 많을수록, 더 많은 광선(97, 98)들이 상이한 각도들 하에서 상기 필드 조리개 평면(64)에서의 조도에 기여할 것이다. 그러나, 제 3 마이크로 렌즈(562X)들의 제한된 개수로 인해, 필드 조리개 평면(64) 내에 완전히 연속적인 각도 분포가 있지는 않을 것이다. 물론, Y 방향에 대해서도 동일하게 적용된다.
도 47은 동일하지만, 이제 광 인터그레이터(56)와 콘덴서(62) 사이에 배치된 추가적인 제 2 산란판(60)을 갖는 구성을 도시하고 있다. 상기 제 2 산란판(60)은 다수의 산란 광선(99)들에 의해 도 47에 표시된 연속적인 각도 분포를 형성한다. 바람직하게는, 최대 산란각(scattering angle) αmax을 갖는 산란 광선(99')들이, 제 3 마이크로 렌즈(562X)들을 향해 후방으로 연장된다면, 적어도 상기 제 3 마이크로 렌즈(562X)들의 피치 p 정도인 거리 δ에서 제 3 마이크로 렌즈(562X)들에 입사하도록, 최대 산란각 αmax가 결정된다.
필드 조리개 평면(64)으로부터 본다면, 상기 필드 조리개 평면(64)에 입사하는 투영 광은, 적어도 상기 제 3 마이크로 렌즈(562X)들의 피치 p 정도만큼 X 방향으로의 연장을 갖는 2차 광원(82')들에 의해 형성되는 것으로 보인다. 즉, 상기 2차 광원들은 X 방향을 따라 동공 평면(54)에서 접하거나 심지어 중첩된다. 물론, Y 방향에 대해서도 역시 동일한 고려가 적용된다.
2차 광원들이 접하거나 또는 중첩하는 결과, 투영 광은 상기 필드 조리개 평면(64) 내의 어떠한 점에서도 조명 각도의 연속적인 범위로 입사하며, 여기서 상기 범위는 조명 설정에 의해 결정된다.
이상적으로는, 동공 평면(54)에서의 조도 분포는 균질하다. 이러한 특성은, 도 48 및 도 49를 참조하여 설명하겠지만, 제 2 산란판의 도움으로도 역시 달성될 수 있다.
도 48은 세 개의 인접한 2차 광원(82)들에 대한 동공 평면(54)에서의 강도 분포 J가 Y 방향에 대해 그려진 그래프를 도시하고 있다. 개략적인 도면에서, 간략함을 위하여, 상기 2차 광원(82)들은 사다리꼴의 세기 분포들에 의해 특징지워져 있다. 이들 분포 간격들 사이에는 어떠한 광도 지나가지 않는다.
그러나, 제 2 산란판(60)의 산란 특성들을 신중하게 설계함으로써, 각각의 단일한 2차 광원(82)의 세기 분포의 반치폭들이 만족되도록 상기 2차 광원(82)들을 실질적으로 넓히는 것이 가능하다.
이것이 의미하는 것은 도 49에 도시되어 있다. 여기서, 다시 간략함을 위하여, 상기 제 2 산란판(60)이 동공 평면에서의 2차 광원(82)들의 세기 분포들을 실질적으로 넓히지만 여전히 사다리꼴 모양으로 남아있다고 가정한다. 상기 세기 분포들은 인접한 세기 분포(82')들의 반치폭 w가 접할 정도로 넓혀져 있다. 그러면 중첩하는 세기 분포(82')들은 동공 평면(54)을 균질하게 조명하며, 모든 조명 각도는 동공의 직경에 의해 결정되는 최대각 αmax와 0° 사이에서 동일한 세기로 존재하게 된다. 물론, 이는 엄격하게는 최대값 σ를 갖는 통상적인 조명 설정의 경우에만 참인 것이다. 다른 조명 설정들의 경우에, 완전히 그리고 균질하게 조명되는 영역들은 그 설정에 의해 정의된다.
따라서, 상이한 조명 설정들을 달성하기 위하여 제공되는 수단들만으로 각도 분포가 정의될 수도 있다. 조명 시스템(12)에서, 이들은 제 1 광 래스터 소자(34), 줌 렌즈 그룹(46) 및 액시콘 소자들의 쌍(48)을 포함한다. 따라서, 광 인터그레이터(56)와 산란판(58, 60)은, 그러한 수단들에 의해 정의되는 동공 평면(54)에서의 세기 분포보다는 마스크 평면(70)에서의 각도 분포를 정의하는데 다른 파라미터들이 고려되지 않아야 한다는 것을 보장한다.
만약 조명 시스템(12)이 기하학적 광 플럭스를 증가시키는 세 개의 광학 소자들, 즉 광 인터그레이터(56)와 산란판(58, 60)들을 포함한다면, 이들 세 개의 광학 소자들 사이에서 어떻게 증가가 분배되는지가 고려되어야 한다. 이러한 점에서, 제 1 산란판(58), 광 인터그레이터(56) 및 제 2 산란판(60)에 의해 형성된 최대 발산을 아래와 같은 방식으로 정의하는 것이 유리하다는 점이 발견되었다:
NA1X ≤ NA2X,
NA2X > 5ㆍNA2Y,
0.9ㆍNA3Y < NA3X < 1.1ㆍNA3Y.
여기서, NA1X는 제 1 산란판(58)에 의해 형성된 최대 발산 각도이며, NA2X와 NA2Y는 광 인터그레이터(56)에 의해 X 방향과 Y 방향에 대해 각각 형성된 최대 발산 각도들이며, NA3X와 NA3Y는 제 2 산란판(60)에 의해 X 방향과 Y 방향에 대해 각각 형성된 최대 발산 각도들이다.

Claims (93)

  1. a) 광원(30),
    b) 제 1 광학 서브 소자(561X, 561Y, 562X, 562Y)들을 포함하며 광속을 각각 방출하는 다수의 2차 광원(82)들을 형성하는 광 인터그레이터(56),
    c) 마스크 평면(70)에 상기 광속들을 중첩시키는 콘덴서(62), 및
    d) 상기 2차 광원들의 전방에 또는 후방에 배치된 다수의 제 2 광학 서브 소자들을 포함하는 적어도 하나의 산란 구조(58, 60)를 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 광학 서브 소자들은, 동일한 조도 분포들로 조명되는 광학 서브 소자들이 5mm보다 더 떨어져 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치용 조명 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광학 서브 소자들은, 동일한 조도 분포들로 조명되는 광학 서브 소자들이 10mm보다 더 떨어져 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광학 서브 소자들은, 동일한 조도 분포들로 조명되는 광학 서브 소자들이 20mm보다 더 떨어져 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광학 서브 소자들은, 어떠한 광학 서브 소자들도 동일한 조도 분포들로 조명되지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 인터그레이터(56)는 교환 홀더(57) 내에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 인터그레이터(56)는 다수의 포커싱 제 1 광학 서브 소자(561X, 561Y, 562X, 562Y)들을 각각 포함하는 제 1 인터그레이터 부재(561) 및 제 2 인터그레이터 부재(562)를 포함하는 플라이-아이 인터그레이터인 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 인터그레이터 부재(561)의 제 1 광학 서브 소자(561X, 561Y)들은, 상기 제 2 인터그레이터 부재(562)의 제 1 광학 서브 소자(562X, 562Y)들이 배치되는 제 1 초점 평면들을 갖는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 인터그레이터 부재(562)의 제 1 광학 서브 소자(562X, 562Y)들은, 상기 제 1 인터그레이터 부재(561)의 제 1 광학 서브 소자(561X, 561Y)들이 배치되는 제 2 초점 평면들을 갖는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 인터그레이터 부재(561) 및 제 2 인터그레이터 부재(562)는 각각, X 방향으로만 굴절력을 갖는 X 방향의 제 1 광학 서브 소자(561X, 562X)들, 및 상기 X 방향에 수직한 Y 방향으로만 굴절력을 갖는 Y 방향의 제 1 광학 서브 소자(561Y, 562Y)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 Y 방향은 마이크로리소그래피 노광 장치(10)이 스캐닝 방향인 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 인터그레이터 부재(561)의 X 방향의 제 1 광학 서브 소자(561X)와 Y 방향의 제 1 광학 서브 소자(561Y)는 제 1 인터그레이터 지지부의 반대쪽 면들에 배치되어 있으며, 상기 제 2 인터그레이터 부재(562)의 X 방향의 제 1 광학 서브 소자(562X)와 Y 방향의 제 1 광학 서브 소자(562Y)는 제 2 인터그레이터 지지부의 반대쪽 면들에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    두 인터그레이터 부재들의 X 방향의 제 1 광학 서브 소자(561X, 562X)들은 서로 대향하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 인터그레이터 지지부는 불화물 결정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 불화물은 CaF2인 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지부들은 0.01을 초과하는 두께와 직경 사이의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  16. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 인터그레이터 부재(1561)의 X 방향의 제 1 광학 서브 소자(1561X)들은 제 2 인터그레이터 부재(1562)의 Y 방향의 제 1 광학 서브 소자(1562Y)들과 대향하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    적어도 제 1 인터그레이터 지지부는 유리, 특히 SiO2 유리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  18. 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 인터그레이터 부재(2561; 3561; 4561)의 제 1 광학 서브 소자(2562X, 2561Y; 3562X, 3561Y; 4562X, 4561Y)들과 제 2 인터그레이터 부재(2562; 3562; 4562)의 제 1 광학 서브 소자(2563X, 2563Y; 3563X, 3563Y; 4563X, 4562Y)들은, 적어도 조명 시스템(12)의 광축(26)을 따라 독립적으로 이동 가능한 정확히 세 개의 개별적인 인터그레이터 지지부들에 분배되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    광 진행 방향으로, 제 1 인터그레이터 지지부는 Y 방향의 제 1 광학 서브 소자(2561Y)들을 지지하고, 제 2 인터그레이터 지지부는 X 방향의 제 1 광학 서브 소자(2562X)들을 지지하며, 제 3 인터그레이터 지지부는 한쪽 면에서는 X 방향의 제 1 광학 서브 소자(2563X)들을 그리고 다른쪽 면에서는 Y 방향의 제 1 광학 서브 소자(2563Y)들을 지지하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 산란 구조(58)는 상기 제 1 인터그레이터 지지부의 전방에 배치되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 산란 구조(58')는 상기 제 1 인터그레이터 지지부와 제 2 인터그레이터 지지부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  22. 제 18 항에 있어서,
    광 진행 방향으로, 제 1 인터그레이터 지지부는 Y 방향의 제 1 광학 서브 소자(4561Y)들을 지지하고, 제 2 인터그레이터 지지부는 한쪽 면에서는 Y 방향의 제 1 광학 서브 소자(4562Y)들을 그리고 다른쪽 면에서는 X 방향의 제 1 광학 서브 소자(4562X)들을 지지하며, 제 3 인터그레이터 지지부는 X 방향의 제 1 광학 서브 소자(4563X)들을 지지하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 산란 구조(60)는 제 3 인터그레이터 지지부의 뒤에 배치되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    직교하지 않는 종축들을 갖는 두 개의 실린더 렌즈들 교차시킴으로써 얻어지는 제 1 광학 서브 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    실린더 렌즈와 원환체 렌즈를 교차시킴으로써 얻어지는 제 1 광학 서브 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    직사각형의 형태로 경계 지워진 회전 대칭형의 마이크로 렌즈로서 형성된 제 1 광학 서브 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 회전 대칭형의 마이크로 렌즈는 비구면의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  28. 제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 또는 제 2 광학 서브 소자들은, 마스크 평면(70) 내의 조명 필드(14)의 적어도 하나의 에지를 따른 상기 마스크 평면(70) 내의 조도가 상기 조명 필드(14)의 중심에서보다 높도록 비구면 효과를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 조명 필드(14)의 적어도 하나의 에지에서의 조도는 상기 조명 필드(14)의 중심에서보다 적어도 p% 더 높으며, 여기서 p는 0.5 내지 8 사이의 범위인 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  30. 제 1 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    조명 시스템(12)의 광축에 수직한 방향으로, 상기 제 1 광학 서브 소자들은 제 1 피치를 갖고 상기 제 2 광학 서브 소자들은 제 2 피치를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  31. 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 광학 서브 소자들은 주기적인 어레이로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  32. 제 30 항 또는 제 31 항에 있어서,
    상기 제 1 피치는 제 2 피치에 대해 소수인 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  33. 제 1 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 광학 서브 소자들은 비주기적인 어레이로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  34. 제 1 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 두 개의 제 2 광학 서브 소자들은 적어도 하나의 방향을 따라 상이한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  35. 제 1 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 두 개의 광학 서브 소자들은 상이한 내부 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상이한 내부 구조들은 미리 정해진 구조를 조명 시스템의 광축에 수직한 방향으로 상대적으로 시프트시킴으로써 정의되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  37. 제 35 항에 있어서,
    상이한 구조들은 미리 정해진 구조의 크기를 비례적으로 변경함으로써 정의되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  38. 제 30 항에 있어서,
    적어도 하나의 제 2 서브 소자가 적어도 하나의 방향을 따라 변화하는 제 2 피치를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 방향은 상기 적어도 하나의 제 2 서브 소자의 종방향인 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  40. 제 1 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 서브 소자들은 기하학적 광 플럭스가 증가하는 방향으로 제 1 피치 d1 < 1000㎛를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  41. 제 40 항에 있어서,
    d1 < 600㎛인 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  42. 제 40 항 또는 제 41 항에 있어서,
    상기 제 2 광학 서브 소자들은 기하학적 광 플럭스가 증가하는 방향으로 제 2 피치 d2 < d1 ㎛을 갖는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  43. 제 1 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 제 2 광학 서브 소자는 회절 광학 소자(M1, M2, M3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  44. 제 1 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 제 2 광학 서브 소자는 마이크로 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈들은 실린더 모양인 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  46. 제 44 항 또는 제 45 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈들은 일정한 또는 변화하는 폭을 갖는 평평한 영역들에 의해 분리되어 있으며, 상기 영역들은 회절 효과의 결과로 각도 분포를 형성하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  47. 제 44 항 내지 제 46 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈들은 원환체 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  48. 제 44 항 내지 제 47 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 광학 서브 소자들은 불화물 결정 또는 유리, 특히 SiO2로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  49. 제 1 항 내지 제 48 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 산란 구조(58)는 광의 진행 방향을 따라 상기 광 인터그레이터(56)의 전방에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  50. 제 49 항에 있어서,
    각각의 제 2 광학 서브 소자는, 직교하는 방향을 따라 상이한 정도로 기하학적 광 플럭스가 증가하도록 아나모픽 각도 분포를 형성하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  51. 제 50 항에 있어서,
    상기 기하학적 광 플럭스는 스캐닝 방향에 수직한 방향보다 더 작은 정도로 투영 노광 장치의 스캐닝 방향을 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  52. 제 51 항에 있어서,
    상기 기하학적 광 플럭스는 투영 노광 장치(10)의 스캐닝 방향을 따라서는 실질적으로 증가하지 않는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  53. 제 49 항에 있어서,
    각각의 제 2 광학 서브 소자는 실질적으로 직사각형인 각도 분포를 형성하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  54. 제 49 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 산란 구조는 스페클에 의해 형성된 콘트라스트보다 5% 이하로 더 높은 최대 콘트라스트를 갖는 근접장 조도 분포를 형성하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  55. 제 6 항에 있어서,
    각각의 제 2 광학 서브 소자는, 상기 제 1 인터그레이터 부재의 제 1 광학 서브 소자들과 함께, 상기 제 2 인터그레이터 부재의 제 1 광학 서브 소자들을 완전히 조명하기에 충분한 각도 분포를 형성하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  56. 제 49 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 산란 구조와 광 인터그레이터 사이의 거리는 상기 적어도 하나의 산란 구조의 탤벗 거리와 상이한 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  57. 제 49 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 서브 소자들은 제 1 경계 라인들에 의해 정의된 형태를 가지며, 제 2 광학 서브 소자들은 제 2 경계 라인들에 의해 정의된 형태를 갖고, 상기 제 1 경계 라인들과 제 2 경계 라인들은 0.1° < α < 89.9° 사이의 각도 α를 형성하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  58. 제 1 항 내지 제 57 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 산란 구조(60)는 광의 진행 방향을 따라 상기 광 인터그레이터(56)의 뒤에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  59. 제 58 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 산란 구조(60)는, 상기 광 인터그레이터(56)와 함께, 영(zero)의 조도 레벨과 최고 조도 레벨 사이의 전이 영역을 갖는 적어도 하나의 방향을 따라 마스크 평면(70)에 조도 분포를 형성하며, 상기 전이 영역은 적어도 하나의 방향을 따라 1mm보다 큰 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  60. 제 59 항에 있어서,
    상기 전이 영역은 2.5mm보다 큰 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  61. 제 58 항 또는 제 59 항에 있어서,
    제 1 방향으로 기하학적 광 플럭스를 증가시키는 제 1 종류의 제 2 광학 서브 소자들 및 제 2 방향으로 기하학적 광 플럭스를 증가시키는 제 2 종류의 제 2 광학 서브 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  62. 제 61 항에 있어서,
    상기 제 1 종류의 제 2 광학 서브 소자들은 투영 노광 장치의 스캐닝 방향으로 가우시안 각도 분포를 형성하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  63. 제 61 항에 있어서,
    상기 제 1 종류의 제 2 광학 서브 소자들은, 투영 노광 장치의 스캐닝 방향으로, 영의 레벨과 일정한 최고 레벨 사이에서 매끄러운 전이를 갖는 각도 분포를 형성하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  64. 제 63 항에 있어서,
    상기 경사는 실질적으로 가우시안 형태인 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  65. 제 61 항 내지 제 64 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 종류의 제 2 광학 서브 소자들은 투영 노광 장치의 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 직사각형의 각도 분포를 형성하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  66. 제 61 항 내지 제 65 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 종류 및 제 2 종류의 제 2 광학 서브 소자들은 공통 지지부의 양쪽 면에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  67. 제 61 항 내지 제 65 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 종류 및 제 2 종류의 제 2 광학 서브 소자들은, 조명 시스템의 광축에 실질적으로 평행한 회전 축을 중심으로 서로에 대해 상대적으로 회전 가능하도록 구성된 상이한 지지부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  68. 제 61 항 내지 제 66 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 방향과 제 2 방향은 직교하지 않는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  69. 제 61 항 내지 제 66 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 방향과 제 2 방향 중 어느 것도 투영 노광 장치의 스캐닝 방향에 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  70. 제 69 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 방향을 공통으로 변화시키는 조작기를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  71. 제 69 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 방향을 독립적으로 변화시키는 조작기를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  72. 제 62 항에 있어서,
    상기 가우시안 각도 분포는 상이한 폭의 다수의 실질적으로 직사각형인 각도 분포들의 중첩에 의해 근사되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  73. 제 72 항에 있어서,
    상기 제 2 광학 서브 소자들은 상이한 피치를 갖는 실린드리컬 마이크로 렌즈들인 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  74. 제 58 항 내지 제 73 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 광학 서브 소자들은 상이한 종방향의 연장들을 갖는 실린드리컬 마이크로 렌즈들을 교차시킴으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  75. 제 74 항에 있어서,
    상기 종방향의 연장들은 직교하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  76. 제 58 항 내지 제 64 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 광학 서브 소자들은 상이한 모양을 갖는 회전 대칭적인 마이크로 렌즈들인 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  77. 제 58 항 내지 제 76 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 산란 구조는 상기 광 인터그레이터와 콘덴서 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  78. 제 77 항에 있어서,
    완전한 각도 분포를 형성하는 다수의 제 2 광학 서브 소자들에 마스크측으로부터 입사하는 콜리메이팅 된 광빔이 적어도 한 방향의 제 2 인터그레이터 부재의 제 1 광학 서브 소자를, 적어도 한 방향으로, 완전히 조명하도록, 상기 제 2 광학 서브 소자들이 상기 제 2 인터그레이터 부재로부터 떨어져서 구성되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  79. 제 6 항 또는 제 59 항 내지 제 78 항 중 어느 한 항에 있어서,
    완전한 각도 분포를 형성하는 다수의 제 2 광학 서브 소자들이 제 2 인터그레이터 부재의 제 1 광학 서브 소자들의 피치보다 작은 직경을 갖는 영역에 걸쳐 분포되도록, 상기 제 2 광학 서브 소자들이 구성되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  80. 제 6 항 또는 제 59 항 내지 제 79 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 산란 구조는, 2차 광원들을 확대시켜 2차 광원들이 접하거나 중첩되도록 하여, 상기 적어도 하나의 산란 구조 없이, 얻어지는 방식으로 각도 분포를 변형하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  81. 제 1 항 내지 제 80 항 중 어느 한 항에 있어서,
    투영 노광 장치의 스캐닝 방향에 평행하게 배치된 인접한 블레이드들의 두 개의 대향하는 열을 가지며 광원에 의해 형성된 투영 광속 내에 선택적으로 삽입되도록 구성된 조리개 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  82. a) 광축,
    b) 제 1 경계 라인들에 의해 분리된 산란 소자들을 포함하는 산란 부재, 및
    c) 제 2 경계 라인들에 의해 분리된 다수의 마이크로 렌즈들을 포함하는 플라이-아이 렌즈를 포함하며,
    광축에 수직한 평면 상의 투영에 있어서, 어떠한 제 1 경계 라인도 적어도 5mm의 직경을 갖는 영역 내에서 제 2 경계 라인과 겹치지 않는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치용 조명 시스템.
  83. a) X 방향으로 최대 각도 NA1X 만큼 발산을 증가시키고 Y 방향으로 최대 각도 NA1Y 만큼 발산을 증가시키는 제 1 광학 소자,
    b) X 방향으로 최대 각도 NA2X 만큼 발산을 증가시키고 Y 방향으로 최대 각도 NA2Y 만큼 발산을 증가시키는 제 2 광학 소자,
    c) X 방향으로 최대 각도 NA3X 만큼 발산을 증가시키고 Y 방향으로 최대 각도 NA3Y 만큼 발산을 증가시키는 제 3 광학 소자를 포함하며,
    다음의 관계:
    d) NA1X ≤ NA2X,
    e) NA2X > 5ㆍNA2Y,
    f) 0.9ㆍNA3Y < NA3X < 1.1ㆍNA3Y
    를 만족시키는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치용 조명 시스템.
  84. a) 광원,
    b) 광속을 각각 방출하는 다수의 2차 광원들을 형성하는 광 인터그레이터,
    c) 마스크 평면에서 광속들을 중첩시키는 콘덴서, 및
    d) 상기 광 인터그레이터와 콘덴서 사이에 배치된 적어도 하나의 산란 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치용 조명 시스템.
  85. 제 80 항에 있어서,
    적어도 하나의 추가적인 산란 구조가 상기 광 인터그레이터의 전방에 또는 그 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  86. a) 광원,
    b) 2차 광원들을 형성하는 광 인터그레이터, 및
    c) 의사-랜덤하게 구성된 서브 소자들을 포함하는 적어도 하나의 산란 구조를 포함하며, 각각의 서브 소자는 기하학적 광 플럭스를 하나의 방향으로만 증가시키는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치용 조명 시스템.
  87. 제 86 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 산란 구조는 제 1 방향으로만 기하학적 광 플럭스를 각각 실질적으로 증가시키는, 제 1 의사-랜덤하게 구성된 서브 소자들을 포함하며, 상기 적어도 하나의 산란 구조는 제 2 방향으로만 기하학적 광 플럭스를 각각 실질적으로 각각 증가시키는, 제 2 의사-랜덤하게 구성된 서브 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  88. 제 87 항에 있어서,
    상기 제 1 방향과 제 2 방향은 적어도 실질적으로 수직한 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
  89. 광 인터그레이터 및 상이한 각도 폭을 갖는 직사각형의 각도 분포를 형성하는 다수의 서브 소자들을 구비하는 적어도 하나의 산란 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치용 조명 시스템.
  90. a) 광원,
    b) 2차 광원들을 형성하는 광 인터그레이터,
    c) 하나의 방향으로 실질적으로 직사각형인 각도 분포를 형성하는 제 1 산란 구조, 및
    d) 두 개의 직교하는 방향으로 실질적으로 가우시안 각도 분포를 형성하는 제 2 산란 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피 투영 노광 장치용 조명 시스템.
  91. 제 1 항 내지 제 90 항 중 어느 한 항에 따른 조명 시스템을 포함하는 투영 노광 장치.
  92. a) 감광성층을 지지하는 기판을 제공하는 단계;
    b) 상기 감광성층 위로 결상될 구조들을 담고 있는 마스크를 제공하는 단계;
    c) 제 86 항에 따른 투영 노광 장치를 제공하는 단계;
    d) 상기 투영 노광 장치를 이용하여 상기 감광성층 위로 마스크의 적어도 일부를 투영하는 단계를 포함하는, 미세 구조화된 소자를 제조하는 마이크로리소그래피 방법.
  93. 제 92 항에 따른 방법에 따라 제조된 미세 구조화된 소자.
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