KR20100014447A - 광학계, 특히 마이크로리소그래픽 투영 노광장치의 조명 장치 또는 투영 대물렌즈 - Google Patents

광학계, 특히 마이크로리소그래픽 투영 노광장치의 조명 장치 또는 투영 대물렌즈 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 편광 보정기(100, 200, 300, 400, 800, 900)를 포함하는 광학계, 특히 마리크로리소그래픽 투영 노광장치의 조명장치 또는 투광 대물렌즈에 관한 것으로서, 편광 보정기는, 적어도 하나의 편광 수정 부분소자(110-140, 210-240, 310-340, 410-440, 810-840, 910-940)와, 상기 적어도 하나의 부분소자의 위치를 변경할 수 있는 머니퓰레이터(150, 250, 722, 851-854, 951a-954a, 951b-954b)를 구비하며, 강학계에서, 광축(OA)에 수직인 평면에 속하고 광원으로부터의 광으로 조명될 수 있는 구역에 걸쳐, 강도가 상기 평면 내의 최대 강도의 20%를 초과하지 않는 적어도 하나의 동작 모드(501-504)가 설정될 수 있고, 상기 머니퓰레이터(150, 250, 722, 851-854, 951a-954a, 951b-954b)가 상기 구역 내에 배열된다.

Description

광학계, 특히 마이크로리소그래픽 투영 노광장치의 조명 장치 또는 투영 대물렌즈{OPTICAL SYSTEM, IN PARTICULAR ILLUMINATION DEVICE OR PROJECTION OBJECTIVE OF A MICROLITHOGRAPHIC PROJECTION EXPOSURE APPARATUS}
본 발명은 광학계, 특히 마이크로리소그래픽 투영 노광장치의 조명 장치 또는 투영 대물렌즈에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 편광 상태에서 비교적 융통성 있는 신속한 영향을 발휘하는 것이 가능한 광학계에 관한 것이다.
특히, 고개구수(high numerical aperture)(예컨대, 1.3 이상의 개구수)를 가진 투영 대물렌즈를 갖는 투영 광학장치에서, 조명장치와 투영장치 양측에서 편광 상태의 표적 형성이, 공지된 바와 같이 고해상도의 달성 목적을 위해 필수적이다. 이 경우, 조명장치 및 투영 대물렌즈에서, 각각의 경우에 초기에 설정된 편광상태가 바람직하지 않은 방식으로 다양한 효과들에 의해 영향을 받는 문제가 발생한다. 상기 효과들은, 특히 렌즈 소재에 존재하는 응력 복굴절(예컨대, 검경판(mount) 유도력, 압축 때문에 또는 열효과에 기인함), 편광 유도 복굴절, 광학 부품상의 무반사(antireflective) 또는 고반사층에 존재하는 복굴절(복굴절을 형성하는 것에 기인하거나 상이한 프레넬(Fresnel) 반사 및 직교 편광상태의 전송에 기인함) 또는 렌즈 소재의 본질적 복굴절을 포함한다.
사용되는 광학 재료의 적절한 선택을 통한, 이러한 효과들의 복잡한 고강도 관리의 경우에도, 일반적으로 사용되는 마운트 기술 및 코팅은 필요한 협소 편광 허용오차(통상적으로, 약 95%의 IPS 값, IPS= Intensity in Preferred State)를 갖는 컴플라이언스로 이르지 않기 때문에, 편광 상태를 목표하는 식으로 유도하기 위해서 또는 편광 분포의 현존하는 장애를 상쇄하기 위해서, 조명장치와 투영 대물렌즈 양자에 대해 다양한 연구가 전개되었다.
WO 2005/083517 A2 호는, 특히 조명 시스템의 동공면(pupil plane)에 적어도 하나의 편광 보정기(polarization compensator)을 사용하는 것을 개시하고 있는데, 상기 보정기는 위치에 의존하는 방식으로 편광 상태에 영향을 미치는 편광 변경 수단을 가지며, 이 수단은 복굴절 소자로서 형성될 수 있고, 특히 인테그레이터 로드(integrator rod)에 의해 발생되는 편광 변경의 보상을 위한 편광 보상판은 상이한 편광 보상 효과를 가진 복수의 섹터를 구비할 수 있다.
WO 2005/031467 A2 호는, 투영 노광장치에서, 하나 이상의 편광 조정장치에 의해서 편광 분포에 영향을 미치는 것을 개시하고 있는데, 편광 조정장치는 복수의 위치에 배열될 수 있을 뿐만아니라, 광경로 내에 삽입될 수 있는 편향 영향 광학 소자로서 형성될 수 있고, 상기 편향 영향 소자의 효과는, 위치, 예컨대 소자의 회전, 디센터링(decentering) 또는 틸팅(tilting)을 변화시킴으로써 변할 수 있다.
WO 2006/077849 A1 호는, 특히 조명 장치의 동공면에 또는 그 부근에 편광 상태의 전환을 위한 광학 소자의 배열을 개시하고 있는데, 상기 광학 소자는 충돌 선형 편광의 편광 방향을 가변식으로 설정될 수 있는 회전 각도로 회전시킬 수 있는 복수의 가변 광학 로터 소자를 구비한다. 상기 로터 소자에 의해 제공되는 가변 회전각 또는 편광상태는, 가령 2개의 상이한 시스템을 서로 적응시키기 위해, 특히 편광 상태를 측정하는 장치에 의해 제공되는 측정 결과에 따라 설정될 수 있다.
DE 195 35 392 A1 호는, 특히 람다/2 플레이트의 래스터(raster)를 포함하는 방사상 편광 회전 광학 장치를 개시하고 있다. 방사상 또는 접선형 편광을 발생시키는 복굴절 소자로 구성된 판 형태의 다른 편광자가, 예컨대 DE 101 24 803 A1 호에 개시되어 있다.
WO 2007/031544 A1 호는, 임의의 소망하는 편광 분포를 발생시키기 위해, 광학적 단축 소재로 구성되고 비구면(aspherical surface)을 각각 갖는 3개의 복굴절 소자의 그룹을 개시하고 있다.
본 발명의 목적은, 편광 상태의 상당히 적응성있고 신속한 작용이 가능한 광학계, 특히 마이크로리소그래픽 투영 노광장치의 조명 장치 또는 투영 대물렌즈를 제공하는 것이다.
이 목적은, 독립 청구항 1의 특징에 따라 달성된다. 다른 구성들은 명세서 및 종속청구항들로부터 얻을 수 있다.
광학계, 특히 마이크로리소그래픽 투영 노광장치의 조명장치 또는 투영 대물렌즈는,
- 적어도 하나의 편광 수정 부분 소자를 갖는 편광 보정기; 및
- 적어도 하나의 부분 소자의 위치를 변경할 수 있는 머니퓰레이터를 구비하며,
- 광학계에서, 광축에 수직인 평면에 속하고 광원으로부터 광이 조명될 수 있는 영역에 걸쳐 강도가 상기 평면내의 최대 강도의 20%를 초과하지 않는 적어도 하나의 작동 모드를 설정할 수 있고,
- 머니퓰레이터가 상기 영역 내에 배열된다.
본 발명은, 조명장치에서, 예컨대 특정 평면(예컨대, 동공면)의 최대의 가능한 영역이 조명되지 않고, 그보다는 특정하게 국한된 동공 조명을 각각 갖는 특정 조명 설정이 사용되는 것을 고려하는 것에 우선적으로 기초한다. 종래의 조명 설정들은, 조명 영역이 동공 직경에 비해 작고 특히 위상 변이작업과 함께 사용되는 예컨대 "작은 시그마"를 갖는 조명 설정(도 5a), 상이한 방위 구조와 관련된 환상 조명 설정(도 5b), "씨 쿼드(C-quad)"설정(동공의 x축 및 y축에 극을 가짐, 도 5c 참조) 또는 "퀘이사(quasar)" 조명 설정(동공의 45°축에 극을 가짐, 도 5d 참조)이다. 이들 조명 설정의 경우에, 각 경우에 광학계(특히 동공면 내)에 할당된 광원으로부터의 광으로 조명될 수 있는 영역은 적어도 실질적으로 조명되지 않은 상태로 유지된다. 이러한 적어도 실질적으로 조명되지 않은 영역에 머니퓰레이터를 배열하는 것에 의해서 편광상태의 상당히 적응성있고 신속한 적용을 행하는 것이 가능하다.
도 5a-d에 도시된 바와 같이, 소정의 설정에서 조명되는 영역이 다른 설정에서는 조명되지 않은 상태로 유지된다. 예컨대, 도 5a의 "작은 시그마" 설정에서 중앙 영역은 이 설정에서 유일하게 조명된 영역이고, 이 영역은, 도 5c, d의 4중극(quadrupole) 설정에서는 조명되지 않은 상태로 유지된다. 또한, 다른 설정(예컨대, 조명된 영역의 정량적으로 수정된 치수를 가짐) 뿐만아니라 일반적으로 이들 설정의 각각이 마이크로리소그래픽 노광 장치에 사용될 수도 있고, 하나의 설정으로부터 다른 설정으로 변경된다.
상기 상이한 설정들 사이에서 변경할 때 동공면의 거의 각각의 면이 광학적으로 사용된 영역에 대응할 수도 있다는 사실을 설명하기 위해서, 종래의 해결방법은 광원으로 조명될 수 있는 전체 영역의 외부에 머니퓰레이터를 배치하는 것인 반면에, 본 발명의 개념은 대부분 조명될 수 있지만, 하나 이상의 특정 조명 설정(들)에서 또는 실제 사용된 설정에서 각각 적어도 실질적으로 조명되지 않은 상태로 유지되는 영역에 머니퓰레이터 부품을 배치함으로써 상기 종래의 해결방법과는 상이하다. 이에 의해서, 본 발명은, 소정의 조명 설정이, 지금까지, 또는 다른 조명 설정에 대해서는, (조명 및 이미징 프로세스의 교란을 피하기 위해) 배치가 "허용되지 않지만" 적어도 실질적으로 광학적으로 사용되지 않는 영역의 존재 때문에 배치가 가능하게 되는 소정의 영역에 머니퓰레이터를 배치하는 가능성을 제공한다는 사실을 활용한다.
전술한 "영역"은 반드시 연속 또는 비 중단 영역일 필요는 없고, 둘 이상의 하위 영역 또는 하위 구역에 의해 형성될 수도 있다. 또한, 머니퓰레이터는 복수의 머니퓰레이터 부품들을 포함할 수도 있는데, 이들은 전체적으로 머니퓰레이터라 칭한다.
일 실시예에 따라, 광학계은, 상기 제1 머니퓰레이터 외에, 상기 제1 머니퓰레이터의 위치를 변경할 수 있는 제2 머니퓰레이터를 포함한다. 상기 제2 머니퓰레이터는, 특히 상기 광원으로 조명될 수 있는 영역의 외부에 배치될 수도 있다. 또한, 광학적으로 사용되는 영역과 머니퓰레이터 부품을 포함한 전체의 장치는 교환가능하게(예컨대, 회전식 장치로) 실현될 수도 있고 및/또는 변위가능하거나 회전가능할 수도 있다.
머니퓰레이터 부품을 융통성있는 방식으로 배치하기 위한 소정 영역의 이용 외에, 사용되는 소자의 위치를 각각의 조명 설정에 융통성있게 적응시킴으로써, 편광 수정 소자의 크기와 그에 따라 필요한 (광활성)재료의 양을 제한하는 것도 가능하다.
머니퓰레이터가 배치되는 상기 영역에 걸쳐, 상기 평면 내의 최대 강도의 20%를 초과하지 않는 것을 지정하는 상기 기준은, 각 영역이 반드시 완전하게 비 조명되지 않고, 선택된 작동 모드에서 각각의 모드 또는 조명 설정의 어떤 잔류 강도 종속을 여전히 포함할 수도 있다는 것을 나타낸다. 본 발명의 개념을 나타내는 상이한 해결방법에 따라, 본 발명은 광축에 수직인 평면에 머니퓰레이터를 배치하여 상기 평면 내의 조명광의 전체 강도의 20%의 값(특히, 10%의 최대값, 더욱 특별하게는 5%의 최대값)이 상기 머니퓰레이터상에 낙하하도록 하는 것을 제안하고 있다.
원칙적으로, 상술한 평면은 광학계 내의 광축에 수직인 어떠한 평면일 수도 있다. 바람직한 일실시예에 따라, 광축에 수직인 상기 평면은 광 시스템의 동공면이다. 이 경우에, 본 발명에 따라 하나 이상의 머니퓰레이터를 배치하는데 이용가능한 영역들이 상대적으로 단언된다.
일례로서, 도 5a-5d에 도시된 조명 설정의 정량 사양에 대해, 도 5a의 조명 설정은 σ≒0.15(또는, σ는 0.12 내지 0.2 범위의 전형적인 값을 가질 수도 있다)의 σ값(또는, 조명영역의 작은 반경과 실질적으로 비조명 영역의 큰 반경의 비로서 규정되는 "시그마")을 가질 수도 있다. 도 5b의 환형 조명 설정에 대해, 조명된 환형 영역은, 예컨대 0.80 내지 0.95의 σ값에 대응하는 0.10 내지 0.15(예컨대, △σ≒0.12) 범위의 전형적인 △σ값으로 나타낼 수 있다. 도 5c 및 5d의 4중극 또는 준성(quasar) 조명 설정에 대해서, 조명된 극 영역은, 예컨대 20°내지 30°(예컨대 25°) 범위의 전형적인 값을 갖는 극 개구 각도와, 0.80 내지 0.95의σ값에 대응하는 0.10 내지 0.15(예컨대, △σ≒0.12) 범위의 전형적인 △σ값으로 나타낼 수 있다.
(예컨대, 동공면에서 비대칭 결합되는 광에 의해서 발생되는) 균일성, 텔레센트리(telecentry) 및 타원과 관련된 요건에 따라, 추가의 정량 기준은, 광학적으로 사용된 영역의 1% 미만, 더 바람직하게는 0.2% 미만, 가장 바람직하게는 0.1% 미만이 머니퓰레이터(또는 그 부품)에 의해 커버되는 것일 수도 있다.
일실시예에 따라, 적어도 하나의 부분 소자는 복굴절 재료로 이루어진다.
일실시예에 따라, 적어도 하나의 부분 소자는, 상기 부분 소자를 통과하는 광에 대해, 직교 편광 상태의 진폭 비를 수정한다. 직교 편광 상태의 진폭비를 수정(그 효과를 "강화(deattenuation)"라고 칭하기도 한다)하는 이러한 소자는, 일례로 회절 격자 편광판으로서 설계될 수도 있다. 또한, 직교 편광 상태의 진폭비를 수정하는 그러한 소자는, 용융 실리카(SiO2)와 같은 유전체로 제조되는 경사판으로서 설계될 수도 있다(이러한 판은 추가의 피막을 포함하거나 포함하지 않을 수도 있다).
일실시예에 따라, 적어도 하나의 부분 소자는, 상기 부분 소자를 통과하는 광에 대해, 직교 편광 상태들간의 상대 위상을 수정하고, 그 효과는 복굴절 재료의 부분소자를 구성함으로써 달성될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 부분 소자는, (a) 직교 편광 상태의 진폭 비를 변화시키는 것 또는 (b) 직교 편광 상태들간의 상대 위상을 변화시키는 것의 상술한 효과의 양쪽이 상기 부분 소자에 의해 조합되도록 설계될 수도 있다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시예에 따라, 광축에 수직인 상기 면은 광학계의 필드 평면(field plane)일 수도 있다. 이에 의해서, 예컨대 스캐너에서 대체로 필드의 슬롯 영역만이 사용되어, 하나 이상의 머니폴레이터가 필드의 미사용 영역(슬롯에 대해 "분산되어 있음") 내에 도입될 수 있다는 사실을 활용하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명은 마이크로리소그래픽 투영 노광장치, 미세구조 부품의 마이크로리소그래픽 제조 방법, 및 미세구조 부품에 관한 것이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 기초해서 본 발명을 보다 상세히 설명할 것이다.
도1a 및 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따르는 상이한 설정에서의 편광 보정기의 개략도이다.
도2a 및 2b는 본 발명의 제2 실시예에 따르는 상이한 설정에서의 편광 보정기의 개략도이다.
도3a 내지3d는 다른 실시예에 따르는 편광 보정기의 기능을 설명하는 개략도이다.
도4a 내지 4c는 다른 실시예에 따르는 편광 보정기의 기능을 설명하는 개략도이다.
도5a 내지 5d는 광학 시스템에 설정될 수 있는 상이한 조명 설명을 설명하는 다이아그램이다.
도6은 마이크로리소그래픽 투영 노광장치의 기본 구성의 개략도이다.
도7a 및 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 편광 보정기를 갖는 머니퓰레이터의 모듈식 배치를 설명하는 개략도이다.
도8 내지 10은 본 발명의 따르는 머니퓰레이터의 상이한 실시예들을 설명하는 개략도이다.
도1a 및 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따르는 편광 보정기(100)의 개략도이다.
실시예에 따르면, 편광 보정기(100)는, 각각의 경우에 원형으로 이루어지고 복굴절(광학적으로 단축) 결정 재료로 제조되는 4개의 부분 소자(110, 120, 130, 140)를 포함한다. 실시예에서, 복굴절 재료는 결정질 석영이지만, 변형예로 예컨대 염화마그네슘(MgF2) 또는 사파이어(Al2O3)와 같이 작동 파장(예컨대, 193nm)에서 광에 대해 충분히 광투과성인 어떤 다른 재료일 수도 있다. 개개의 부분 소자(110-140)에서 복굴절의 고속 축(fast axis)의 방위는, 각 경우에 도 1a 및 1b에 도시된 양방향 화살표로 표시되어 있다. 이 경우에, 편광 보정기(100) 또는 그 부분 소자들의 두께는, 2개의 직교 편광 상태들간의 결과적인 위상차(소위 "지연")가 광학계의 이 영역에서 발생하는 마이너스의 지연이 되도록, 즉 상기 지연을 정확히 보상하도록 선택된다.
제1 실시예에 따라, 편광 보정기(100)는, 이러한 마이크로리소그래픽 투영 노광장치의 기본 구성을 개략적으로 도시하는 도 6을 참조하여 설명하는 바와 같이, 마이크로리소그래픽 투영 노광장치의 조명장치의 동공면에 위치된다.
마이크로리소그래픽 투영 노광장치는, 조명장치(601)와 투영 대물렌즈(602)를 구비한다. 조명장치(601)는 광원 유닛(604)으로부터의 광으로 구조체 지지 마스크(레티클; reticle)(603)를 조명하는 기능을 하며, 광원 유닛은, 예컨대 193nm의 작동 파장을 위한 ArF 레이저, 157nm의 작동 파장을 갖는 F2 레이저 또는 126nm 의 작동 파장을 위한 Ar2 레이저, 및 평행광 번들을 발생시키는 빔 성형 렌즈(beam shaping optic)를 포함한다.
일실시예에 따라, 광원 유닛(604)의 평행광 번들(parallel light bundle)은 회절 광학 소자(605)("동공 형성 소자"라고도 칭함)에 최초로 충돌하고, 회절 광학 소자(605)는 동공 면(P1) 내의 각각의 회절 표면 구조에 의해 형성된 각도 방출(angular emission) 특성에 의해서 소망의 강도 분포를 발생시킨다.
광전파 방향으로 회절 광학소자(605)의 하류에 광학 유닛(606)이 배치되고, 상기 광학 유닛은 가변 직경을 가진 평행광 번들을 생성하는 줌 대물렌즈 및 엑시콘(axicon)을 구비한다. 상류 회절 광학 소자(605)와 함께 줌 대물렌즈에 의해서, 줌 위치와 액시콘 소자의 위치에 따라, 동공 면(P1)에서 상이한 조명 구성이 생성된다. 조명 장치(601)에 설정될 수 있고, 예컨대 사용되는 마스크에 의존하는 것이 바람직한 전형적인 조명 설정은, 도5a-d에 개략적으로 도시되어 있는데, 도5a는 소위 "작은 시그마"를 갖는 조명 설정("작은 시그마" 설정이라고도 함)을 도시하고, 도5b는 환형 조명 설정을 나타내며, 도5c는 "C 쿼드(C-quad)" 설정이라 칭하기도 하는 4중극 조명 설정을 나타내고, 도5d는 "퀘이사(quasar)" 설정이라 칭하기도 하는 조명 설정을 나타내며, 4중극의 4개의 극들은 "C 쿼드" 설정에 대해 x 및 y 축에 대해서 각각 45°만큼 z축을 중심으로 회전하는 방식으로 배열된다.
도시된 예에서, 광학 유닛(606)은 편향 미러(607)를 더 포함한다. 광경로 내에, 광전파 방향으로 동공면(P1)의 하류에 광 혼합장치(608)가 배치되며, 이 광 혼합장치(608)는, 예컨대 공지된 방식으로 광혼합을 달성하기에 적합한 마이크로 광학 소자의 배열을 가질 수도 있다. 광전파 방향으로 광 흡수장치(608)의 전방에 렌즈 그룹(609)이 배치되고, 이 렌즈 그룹의 하류에 레티클 마스킹 시스템(reticle masking system: REMA)을 갖는 필드 평면(F1)이 배치되며, 이 필드 평면은 광전파 방향의 하류에 위치한 REMA 대물렌즈(610)에 의해서 필드평면(F2)에 배열된 구조체 지지 마스크(레티클)(603)상에 상이 비춰져서, 레티클상의 조명 영역을 제한한다. 구조체 지지 마스크(603)는, 도시된 예에서 2개의 동공 면(PP1, Pp2)을 갖는 투영 대물렌즈(602)에 의해, 감광층이 제공된 기판(611) 또는 웨이퍼상에 상이 비춰진다.
조명장치(601) 및/또는 투영 대물렌즈(602)에서, 본 발명에 따르는 하나 또는 복수의 편광 머니퓰레이터가 각각의 동공면에 사용될 수 있는데, 상기 머니퓰레이터의 구조 및 기능에 대해서는 이하에 상세히 설명하기로 한다. 도6은 REMA 대물렌즈(610) 내에 위치한 동공면(P2) 내의 하나의 편광 보정기(100)의 배치를 일례로만 도시하고 있다.
다시 도1a-b를 참조하면, 편광 보정기(100)의 4개의 부분 소자(110-140)는 각 경우에 동공면의 나머지 영역을 덮는 불투광 스크린(light opaque screen)(160) 내에 배치되고, 조명 장치의 광 시스템 축 OA(도시된 좌표계에서 z 방향으로 뻗음)에 평행한 축을 중심으로 회전할 수 있도록 상기 스크린 내에 장착된다. 광 시스템 축 OA에 평행한 각각의 회전축을 중심으로 하는 부분 소자(110-140)의 회전은, 머니퓰레이터(150)에 의해서 개개의 부분 소자(110-140)에 대해 서로 독립적으로 수행될 수 있고, 상기 머니퓰레이터(150)는 도1a-b에는 개략적으로만 도시되어 있고, 불투광 스크린(160)으로 덮인 동공면의 영역에, 즉 동공면의 미사용 영역에 배치된다.
도1a-b에 개략적으로만 도시된 머니퓰레이터(150)는, 원칙적으로 부분 소자(110-140)의 상호 독립 회전을 가능하게 하도록 임의의 소정의 방식으로 설계될 수 있고, 예컨대 벨트 드라이브, 고체상태 관절소자(articulation element), 압전 액츄에이터, 공압 또는 수압 구동 벨로우즈, 로렌츠 코일 또는 이러한 공지된 성분들의 조합을 포함한다. 다른 실시예에서, (광학적으로 사용된 영역)의 외부로부터 당겨질 수 있고 마찰 연결에 의해 또는 형상 맞춤에 의해 편광 수정 소자의 위치를 변경하는데 필요한 힘을 전달할 수도 있는 와이어 또는 밴드를 사용하여 위치를 변경할 수도 있다. 이러한 와이어, 밴드 등은, 광학적으로 사용된 영역을 통과하는 경우에도 비교적 낮은 광량을 차단하기 위해서 특히 작은 직경으로 실현될 수 있는 점에서 바람직하다.
또한, 광학적으로 사용된 영역 및 머니퓰레이터를 갖는 전체의 설비는, 예컨대 회전 장치내에서 교환가능하게 실현될 수도 있고, 및/또는 (예컨대, 45°, 30° 및/또는 22.5°의 각도만큼) 변위가능하거나 회전가능할 수도 있다.
머니퓰레이터의 실시예에 대해서는 도8-10을 참조하여 이하에 보다 상세히 설명한다.
도1a-1b에 도시된 복굴절의 고속 축의 방위로부터 알 수 있는 바와 같이, 도1b는, 각 경우에 4개의 부분 소자(110-140)가 도1a의 출발 위치에 대해서, 광 시스 템 축 OA에 평행한 각 소자의 축을 중심으로 상이한 회전각도 만큼 회전한 위치에 있는 편광 보정기(100)을 도시하고 있다. 이 회전은, 편광 보정기(100)이 조명 장치에서 미리 측정된(또는 조명 장치의 각 부품이나 모듈로부터 결정되는) 실제 편광 분포에 적합하게 되도록 실행될 수 있다.
이 경우에, 편광 보정기(100)은, 광 전파방향에 대해, 광학계에서 보정될 편광 교란의 하류 또는 상류에 배치될 수 있고, 상기 편광 교란의 편향이 마지막으로 언급한 경우에 발생된다.
도1a-b에 따르는 편광 보정기(100)의 구성은, 도5c에 개략적으로 도시된 바와 같이 조명 장치에 설정되는 "C-쿼드" 설정으로도 칭하는 4중극 조명 설정과 관련하여 특히 적합하다. 전체의 장치가 45°회전할 때, 편광 보정기(100)이 도5d의 개략도에 도시되고 4중극의 4극이 x축 및 y축에 대해서 각각의 경우에 z축을 중심으로 45°회전하도록 배열되는 "퀘이사" 설정이라 칭하기도 하는 조명 설정과 관련하여 적합하다는 것은 말할 필요도 없다.
도2a-b는 본 발명의 일실시예에 따르는 편광 보정기(200)을 도시하고 있다. 편광 보정기(200)은, 원형의 복굴절(광학적 단축)결정체(예컨대, 결정질 석영)로 이루어진 제1 부분 소자(210)와, 상기 제1 부분 소자 및 광학계 축OA에 대해 동심으로 배치되며 링의 내경이 제1 부분 소자(210)의 외경에 대응하도록 링 형상을 갖는 제2 부분 소자(220)를 포함한다. 다른 실시예(도시 안됨)에 따라, 제2 n분 소자(220)는 제1 부분 소자(210)에 부분적으로 또는 완전히 겹칠 수도 있다. 즉, 특히 원형 디스크로서 형성될 수 있다.
제1 부분 소자(210)와 제2 부분 소자(220)의 각각의 단축 재료의 광 결정축의 방위는 도2a-b에 표시된 양방향 화살표로 다시한번 표시된다.
도2a-b도 불투광 스크린(260)을 도시하고 있는데, 이것은 동공의 부분 영역을 덮고 그 위에 단순히 개략적으로 도시된 머니퓰레이터(250)가 배치된다. 이 머니퓰레이터(250)에 의해서, 2개의 부분 소자(210, 220)가 광 시스템 축OA을 중심으로 독립적으로 또는 서로 회전할 수 있는데, 각각의 경우에 머니퓰레이터(250)는 원칙적으로는 도 1의 실시예와 유사하게 임의의 소망하는 방식으로 구현될 수 있다.
도2에 도시된 편광 보정기(200)은 특히 도5a에 따라 "작은 시그마"를 갖는 조명 설정("작은 시그마" 설정이라 칭하기도 함) 또는 도5b에 따르는 환형 조명 설정과 관련하여 특히 적합하다.
도2a와 도2b에 비교하여 도시된 바와 같이, 도2b에 따르는 편광 보정기(200)의 설정에서, 광학 부분 소자(210, 220)는 도2a에 도시된 출발 위치에 대해 상이한 각도(β1, β2)(각각의 경우 광결정 축의 수평 방위를 가짐)로 광학계 축 OA을 중심으로 각각 회전한다. 이 경우에, 도2b에 도시된 중앙 부분 소자(210)와 이에 대해 동심으로 배치되는 링형상 부분 소자(220)의 방위는, 각각의 경우 조명장치나 투영 대물렌즈에서의 실제 편광 분포의 측정에 기초하여 결정되거나 개개의 부품이나 모듈의 실제 편광 효과의 측정으로부터 결정되는 설정에 다시한번 대응한다.
본 발명에 따르는 편광 보정기의 구성은 도1 및 2에 도시된 대칭 구성에 제 한되지 않는다. 오히려, 특정 조건에 따라 편광 보정기의 목표 비대칭 구성이 유리할 수도 있다. 특히, 바람직한 일실시예에 따라, 편광 보정기은, 광학계(즉, 조명장치 또는 투영 대물렌즈) 내에 존재하는 중력 유도 응력 복굴절이 편광 보정기의 적절한 "편향"에 의해 보정되도록 구성될 수도 있다. 이를 위해, 편광 보정기의 각각의 부분 소자의 광학적 유효 두께는 중력 방향으로 편광 분포의 시스템 고유 중력 지시 변화를 고려하도록 중력 방향으로 목표하는 방식으로 변화될 수 있다(예컨대, 테이퍼가 형성됨).
도1 및 2에 도시된 본 발명에 따르는 편광 보정기의 구성은, 각각의 경우에 각각의 부분 소자들이 비교적 강한"일체형"요소를 나타내는 실시예들이며, 이것은, 광학계에서 최종적으로 영향을 받거나 보정되는 편광 분포의 구조에 비해서 상대적으로 큰 동공면의 부분 영역에 걸쳐서 상기 부분 소자의 편광 영향 효과가 일정하다는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이 결과, 편광 보정기가 동공의 하나의 부분 구역내의 광학계에 존재하는 편광 교란을 통상 감소시키더라도, 동공의 다른 부분 구역 내의 상기 편광 교란을 증대시킨다. 그럼에도 불구하고 계속해서 일어나는 그러한 비교적 강한 "일체형" 소자의 사용은 본 발명자의 하기의 통찰에 기초한다.
편광 보정기에 의해서 시스템 내에 도입되는 지연값(retardation)(△φ)에 의해 생성되는 IPS 값(IPS="Intensity in Preferred State")의 차이를 고려하면, 이에 대해 다음의 2차방정식 관계가 유효하다.
△IPS = sin2(△φ/2)*sin2(2*α) (1)
여기서, △φ는 지연값을 나타내고, α는 입사광의 바람직한 편광 방향에 대한 감속도의 고속축의 각도를 나타낸다.
한편으로는 도입된 지연값(△φ)과 다른 한편으로는 IPS 값의 결과적인 차이 사이의 식(1)로부터의 2차방정식 관계에 의해서, 적절한 경우, 동공의 어떤 영역에서 현존하는 편광 교란의 저하를 수용하는 것이 가능하다. 왜냐하면, 상기 저하는 동공의 다른 영역의 향상에 의해서 상쇄되는 것 이상이기 때문이다. 예로서, 시스템에 존재하는 편광 교란이 동공의 제1 영역에서의 0nm의 지연값과 제2 영역에서의 20nm의 지연값에 대응하면, 상기 식(1)에 따르는 2차방정식 관계에 의해서, 예컨대 본 발명에 따르는 편광 보정기의 부분 소자들 중 하나에 의해, -10nm의 일정한 지연값의"완전한"도입이 상기 제1 부분 영역의 소정의 저하를 명백하게 초래하지만, 상기 저하를 보다 중요시하는 제2 부분 영역의 향상을 가져온다. 영역들 내의 큰 IPS 손실을 수반하는 최초의 IPS 분포가 IPS 손실의 적은 최대값을 수반하는 많은 균일 분포로 대체되는 한, 결과적인 위치 또는 편광 특성은 출발 위치에 비해서 유리하다.
또한, 본 발명에 따르는 편광 보정기는 도1 및 2를 참조하여 설명한 것과 같이 서로 독립적으로 발생하는 편광 보정기의 부분 소자들의 회전에 제한되지 않는다. 도3 및 4를 참조하여 하기에 설명하는 바와 같이, 각각의 경우에 사용되는 머니퓰레이터의 영향은 변화된 위치에서 편광 보정기의 관련 부분 소자들의 새로운 푸시 인(pushing in)보다 앞서는 하나 이상의 부분 소자들의 일시적인 푸시 아웃(pushing out)으로 이루어질 수 있다.
따라서, 가령 도3에 따라, 각각 정사각형 또는 직사각형의 4개의 부분 판(310-340)으로 구성되고, 도3a에 도시된 출발 위치에서, 복굴절의 고속 축이 그들 방위(도시된 좌표계에서 x 방향으로 연장됨)에 의해서 전체의 부분 판(310-340)과 일치하는 편광 보정기(300)의 경우에, 도3a에 따르는 제1 조정 단계에서, 부분 판(310-340)은 (도3a에)도시된 화살표(P1-P4)의 방향으로 서로 이격되어 가압된 후에, 예컨대 3개의 부분 소자(320, 330, 340)가 각 소자의 축(z축에 평행함)(도3b)을 중심으로 90°회전하고, 최종적으로 부분 소자(310-340)는 도3d에 도시된 최종 구성을 달성하도록 다시 함께 가압된다(도3c).
이 경우에, 도3s에 따르는 최종 구성은, 광학계에서 측정되거나 광학계의 개객의 부품 또는 모듈들의 측정으로 결정되는 실제 편광 분포에 적합도록 다시 선택된다.
도3a-d로부터의 편광 보정기(300)과 유사하게, 각각 정사각형 또는 직사각형의 4개의 부분 소자들(410-440)을 포함하는 도4a-c에 도시된 다른 편광 보정기(400)의 경우에, 각각의 소자 축 주위에서의 2개의 부분 소자(430, 440)의 90°회전(관련 부분 소자(410-440)가 서로 미리 분리된 후) 외에, 도4a에 따르는 머니퓰레이터(도시안됨)에 의해서, 부분 소자(420)가 복굴절의 고속 축의 편향(도시된 예에서 45°)방위를 가진 부분 소자(420')로 교체된다. 부분 소자(420)가 부분 소자(420')로 교체되면, 도 4b에 따라 부분 소자(410, 420', 430, 440)가 머니퓰레이 터에 의해서 광학계 축의 방향으로 다시 가압됨으로써, 도4c에 도시된 최종 구성을 형성한다. 이러한 최종 구성은 광학계에서 측정되거나 광학계의 개개의 부품 또는 모듈의 측정으로부터 결정되는 실제 편광 분포에 다시한번 적합하게 된다.
본 발명은, 광학계, 특히 마이크로리소그래픽 투영 노광장치의 조명장치 또는 대물렌즈에 비교적 융통성있고 신속하게 영향을 미치는 가능성을 제공한다. 이 경우, 본 발명은, 특히 목표하는 교정이 특정 동공 영역(다른 동공 영역은 상대적으로 무시함)에서 실행될 수 있다는 사실에 의해서 편광 상태의 유리한 영향이 달성될 수 있는 통찰을 이용한다. 이러한 통찰은, 한편으로는 광학계에 도입되는 지연값과 다른 한편으로는 IPS 값(IPS="Intensity in Preferred State")의 결과적인 변경 사이에 존재하는 2차방정식 관계에 기인하여, 광학계에 이미 존재하는 편광 교란의 증감이, 다른 동공면에서 얻은 상기 편광 교란의 감소 또는 향상에 의해 보상되는 것보다 클 수 있다는 고려를 동반한다.
예컨대, 도1a-b의 구성에서 적합한 머니퓰레이터의 기계적 실현의 실시예를 도8-10을 참조하여 이하에 설명한다.
도8에 따라, 편광 수정 부분 소자(810, 820, 830, 840)가 (불투광)스크린(860) 상에 다시 배치되고, x-y 평면 내에서 회전 가능하다. 이를 위해, 편광 수정 부분 소자(810, 820, 830, 840)는 머니퓰레이터를 형성하는 액츄에이터(851-854)에 의해 태핏(tappet) 작동되고, 이 액츄에이터(851-854)에 의해 작용하는 힘 인가점들은 이 실시예에 사용되는 4중극 설정에 대해 광학적 사용 영역(810a, 820a, 830a, 840a)의 적어도 실질적으로 외부에 위치한다. 바람직하게는, 전체의 광학적 사용 영역의 1%만이 액츄에티어(851-854)로 커버된다.
도9는 광축(z 축) 둘레에서 45°회전한 후의 이러한 배열을 도시하고 있다. 이러한 회전은, 도8-9에 도시되지 않고 예컨대 광원으로부터의 광으로 조명될 수 있는 영역의 외부에 배열될 수 있는 다른 머니퓰레이터에 의해 실현될 수도 있다.
도10에 도시된 다른 실시예에 따라, 편광 수정 부분 소자(910, 920, 930, 940)의 회전은 머니퓰레이터를 형성하는 기어(951a, 951b, ...)에 의해 실현된다. 플러스의 록킹(형상 끼워맞춤)을 위해, 소자(910, 920, 930, 940)의 주변 영역에 대응하는 이(도 10에는 도시 안됨)가 제공될 수 있다. 변형예로, 편광 수정 부분소자(910, 920, 930, 940)에 토크를 전달하기 위한 마찰 연결이 사용될 수 있다. 또한, 전체 광학 사용 영역의 바람직하는 1% 만이 머니퓰레이터의 부품(특히, 액츄에이터(951-954)로 커버된다.
도7에 개략적으로 도시된 본 발명의 다른 실시예에서, 적어도 하나의 편광 수정 부분 소자의 위치를 변경하기 위한 액츄에이터 외에, 상기 제1 머니퓰레이터의 위치를 변경할 수 있는 제2 머니퓰레이터가 제공될 수 있다. 이러한 "모듈식" 배치는 도7a-b에 개략적으로 도시되어 있는데, 도7a에서, 블록"713"은 편광 수정 부분 소자를 나타내고, 블록"712"는 상기 소자의 위치를 변경하기 위한 제1 머니퓰레이터를 나타내며, 블록"711"은 상기 제1 머니퓰레이터의 위치를 변경하기 위한 제23 머니퓰레이터를 나타낸다(편광 수정 부분 소자와 함께 제공되는 경우). 이러한 개념의 가능한 이행은 도7b에 도시되어 있는데, 여기서 편광 수정 부분 소자(723)는 (예컨대, 도8-10의 실시예 중 하나에 따라) 제1 머니퓰레이터(722)를 사 용하여 x-y 평면내에서 회전할 수 있고, 제1 머니퓰레이터(722)가 제1 조명 극(P1) 또는 제2 조명 극(P2)을 커버하게끔 위치될 수 있도록 상기 제1 머니퓰레이터(722)의 위치는 제2 머니퓰레이터(721)를 사용하여 변경될 수 있다. 따라서, 조명 설정이 변경되면, 각각의 설정의 각각에 대해 광학적으로 사용된 영역의 위부에 기계식 머니퓰레이터 부품들이 배치되도록 제1 머니퓰레이터, 제2 머니퓰레이터 및 편광 수정 부분소자의 전체의 배치 위치가 변경될 수 있다. 예컨대, 제2 머니퓰레이터는 상기 광원으로 조명될 수 있는 영역의 외부에 배치될 수 있는 반면, 제1 머니퓰레이터는 광원에 의해 조명될 수 있는 영역 내에 배치될 수 있지만, 특정한 사용 조명 설정에 대해 적어도 실질적으로 조명되지 않은 채로 유지된다. 다른 실시예에서, 도7a, b에 따르는 머니퓰레이터의 배치가 전체적으로 변경될 수도 있다.
본 발명을 특정 실시예에 기초하여 설명하였지만, 당업자가 예컨대 개개의 실시예의 특징들의 조합 및/또는 변경에 의해서 다양한 변경 및 변형 실시예를 추론할 수 있다. 따라서, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에세는, 이러한 수정 및 변경 실시예들이 본 발명에 포함되는 것은 말할 필요도 없고, 본 발명의 범위는 첨부하는 특허 청구범위 및 그 등가물의 의미 내에서만 제한된다.

Claims (27)

  1. 광축(OA)을 가진 광학계, 특히 마이크로리소그래픽 투영 노광장치(microlithographic projection exposure apparatus)의 조명 장치 또는 투영 대물렌즈에 있어서,
    적어도 하나의 편광 수정 부분소자(110-140, 210-240, 310-340, 410-440, 723, 810-840, 910-940)를 가진 편광 보정기(polarization compensator)(100, 200, 300, 400, 800, 900)와,
    상기 적어도 하나의 편광 수정 부분소자(110-140, 210-220, 310-340, 410-440, 723, 810-840, 910-940)의 위치를 변경할 수 있는 머니퓰레이터(manipulator)(150, 250, 722, 851-854, 951a-954a, 951b-954b)를 포함하고,
    상기 광학계에서, 상기 광축(OA)에 수직인 평면에 속하고 광원으로부터의 광으로 조명될 수 있는 구역에 걸쳐서, 강도가 상기 평면 내의 최대 강도의 20%를 초과하지 않는 적어도 하나의 동작 모드(501-504)가 설정될 수 있고,
    상기 머니퓰레이터(150, 250, 722, 851-854, 951a-954a, 951b-954b)가 상기 구역 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 광학계.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 구역에 걸쳐서, 상기 동작 모드에서, 강도가 상기 평면 내의 최대 강도의 10%를 초과하지 않고, 더 바람직하게는 5%를 초과하지 않으며, 보다 더 바람직 하게는 2%를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는, 광학계.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 구역이 상기 동작 모드(501-504)에서 조명되지 않은 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는, 광학계.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광축(OA)에 수직인 평면이 광학계의 동공 평면(pupil plane)인 것을 특징으로 하는, 광학계.
  5. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광축(OA)에 수직인 평면이 광학계의 필드 평면(field plane)인 것을 특징으로 하는, 광학계.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 부분소자(110-140, 210-240, 310-340, 410-440, 723, 810-840, 910-940)가 복굴절 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는, 광학계.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 부분소자가, 상기 부분 소자를 통과하는 빛에 대해, 직 각 편광 상태들의 진폭 비를 수정하는 것을 특징으로 하는, 광학계.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 부분소자가, 상기 부분 소자를 통과하는 빛에 대해, 직각 편광 상태들 사이의 상대 위상을 수정하는 것을 특징으로 하는, 광학계.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편광 보정기(100, 200, 300, 400)가 적어도 2개의 편광 수정 부분소자(110-140, 210-240, 310-340, 410-440, 810-840, 910-940)를 갖는 것을 특징으로 하는, 광학계.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 2개의 부분 소자들의 서로에 대한 상대 위치 및/또는 상대 방위가 머니퓰레이터(150, 250, 851-854, 951a-954a, 951b-954b)에 의해서 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는, 광학계.
  11. 청구항 9 또는 10에 있어서,
    상기 편광 보정기(200)가 적어도 2개의 부분소자(210, 220)를 동심 배열로 갖는 것을 특징으로 하는, 광학계.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 적어도 2개의 부분소자(210, 220)가 상기 광축(OA)에 대해 동심으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 광학계.
  13. 청구항 9 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 부분소자(110-140, 310-340, 410-440)가 다각형의 외형을 갖는 것을 특징으로 하는, 광학계.
  14. 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 머니퓰레이터(150, 250, 851-854, 951a-954a, 951b-954b)가, 적어도 하나의 부분소자(110-140, 210-220, 310-340, 410-440, 810-940, 910-940)의 회전, 변위 및/또는 틸팅(tilting)을 위해 형성되는 것을 특징으로 하는, 광학계.
  15. 청구항 1 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 머니퓰레이터(722) 외에, 상기 제1 머니퓰레이터(722)의 위치를 변경할 수 있는 제2 머니퓰레이터(721)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광학계.
  16. 청구항 1 내지 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 머니퓰레이터(721)는 상기 광원으로 조명될 수 있는 구역의 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 광학계.
  17. 청구항 1 내지 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학계는, 광학계 내에 편광 상태의 교란을 발생시키는 적어도 하나의 광학소자를 가지는 것을 특징으로 하는, 광학계.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 편광 보정기(100, 200, 300, 400, 800, 900)는, 상기 광학계의 동공 평면의 제1 구역에서 상기 교란을 증가시키고 상기 동공 평면의 제2 구역에서 상기 교란을 감소시키도록 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는, 광학계.
  19. 청구항 1 내지 18 중 어느 한 항에 있어서,
    중력 유도 응력 복굴절(gravitation-induced stress birefringence)을 갖는 적어도 하나의 광학 소자가 존재하고, 상기 편광 보정기(100, 200, 300, 400, 800, 900)는 상기 응력 복굴절을 적어도 부분적으로 보정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 광학계.
  20. 청구항 9 내지 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부분소자(110-140, 210-220, 310-340, 410-440, 810-840, 910-940)의 서로에 대한 방위에 관해서 서로 상이한 편광 보정기의 적어도 2개의 설정이 머니퓰레이터(150, 250)에 의해서 생성될 수 있고, 상기 설정은 상기 부분소자(110- 140, 210-220, 310-340, 410-440, 810-840, 910-940)로 구성된 편광 보정기(100, 200, 300, 400, 800, 900)의 외형에 관해서 조화되는 것을 특징으로 하는, 광학계.
  21. 청구항 1 내지 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학계가 동공 필터를 가지며, 상기 머니퓰레이터(150, 250)가 상기 동공 필터상에 배치되는 것을 특징으로 하는, 광학계.
  22. 청구항 1 내지 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학계가 중성 필터를 더 갖는 것을 특징으로 하는, 광학계.
  23. 청구항 1 내지 22 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 부분소자(110-140, 210-220, 310-340, 410-440, 810-840, 910-940)가 상기 광학계의 광축(OA)에 수직인 평면 내에 배향된 광결정 축(optical crystal axis)을 갖는 것을 특징으로 하는, 광학계.
  24. 청구항 1 내지 23 중 어느 한 항에 있어서,
    광원(604)이 250nm 이하, 특히 200nm 이하, 더 특히 160nm 이하의 파장을 가진 광을 발생시키는 것을 특징으로 하는, 광학계.
  25. 조명 장치(601)와 투영 대물렌즈(602)를 포함하는 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치에 있어서,
    상기 조명 장치(601) 또는 상기 투명 대물렌즈(602)가 청구항 1 내지 24 중 어느 한 항에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는, 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치.
  26. 감광성 재료로 구성된 층이 적어도 부분적으로 가해지는 기판(611)을 제공하는 단계;
    이미지될 구조를 가진 마스크(603)를 제공하는 단계;
    청구항 25에 따르는 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치를 제공하는 단계;
    상기 투영 노광 장치의 도움으로 상기 마스크(603)의 적어도 일 부분을 상기 층의 구역상에 투영하는 단계를 포함하는, 미세구조 부품의 마이크로리소그래픽 제조 방법.
  27. 청구항 26에 따르는 방법에 따라 제조되는 미세구조 부품.
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