KR20110118800A - 이미징 광학계 및 이러한 타입의 이미징 광학계를 가진 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치 - Google Patents

이미징 광학계 및 이러한 타입의 이미징 광학계를 가진 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치 Download PDF

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칼 짜이스 에스엠티 게엠베하
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Abstract

이미징 광학계(7)는, 오브젝트 면(5)의 오브젝트 필드(4)를 이미징 광(3)용 빔 경로를 통해서 이미지 면(9)의 이미지 필드(8)로 이미징하는 복수의 미러(M1 내지 M6)를 갖는다. 이미징 광학계(7)는 출사동 옵스큐어레이션을 갖는다. 미러들(M1 내지 M4) 중 적어도 하나가 이미징 광(3)의 통과를 위한 구멍을 갖지 않는다. 빔 경로내의 끝에서 4번째 미러(M3)는 오목하다. 그 성과는 쓰루풋을 양보하지 않고 향상된 이미징 특성을 갖는 이미징 광학계이다.

Description

이미징 광학계 및 이러한 타입의 이미징 광학계를 가진 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치 {IMAGING OPTICAL SYSTEM AND PROJECTION EXPOSURE INSTALLATION FOR MICROLITHOGRAPHY WITH AN IMAGING OPTICAL SYSTEM OF THIS TYPE}
본 발명은, 오브젝트 면(object plane)의 오브젝트 필드(object field)를 이미징 광(imaging light)용 빔 경로를 통해 이미지 면(image plane)의 이미지 필드(image field)에 이미징하는 복수의 미러를 포함하고, 동공 옵스큐어레이션(pupil obscuration)을 포함하는, 이미징 광학계(imaging optical system)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 타입의 이미징 광학계를 포함하는 마이크로리소그래피(microlithography)용 투영 노광 장치, 이러한 타입의 투영 노광 장치를 포함하는 마이크로구조의 부품을 제조하기 위한 방법 및 이러한 방법으로 제조된 마이크로구조의 부품에 관한 것이다.
최초에 언급된 타입의 이미징 광학계는, US 2008/0170310 A1, US 2006/0232867 A1 및 US 6,750,948 B2로부터 알려져 있다. 다른 이미징 광학계는 US 6,975,385 B2로부터 알려져 있다.
특히, 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치내에서 사용하기 위해, 특히, 마이크로구조의 또는 나노구조의 제조를 위해, 최초에 언급된 이미징 광학계에 있어서, 향상된 이미징 특성, 예컨대 더 높은 분해능을 달성하기 위해 더 높은 개구수 또는 이미징 오차의 더 나은 교정에 대한 필요가 있다. 이미징 특성의 향상은, 이미징 광학계의 쓰루풋(throughput)에 관하여 양보하지 않고 달성되어야 한다. 이것은 특히, 5 nm와 30 nm 사이의 범위에 있어서 EUV 이미징 광과 더불어 작용하는 이미징 광학계에 관하여 요구가 많은 것이다.
따라서, 최초에 언급된 이미징 광학계를 쓰루풋에 있어서 양보하지 않고 이미징 특성에 관하여 향상시키는 것이 본 발명의 목적이다.
이러한 목적은, 청구항 1에 상술된 바와 같은 피쳐(feature)들을 갖는 이미징 광학계에 의해 본 발명에 따라 달성된다.
빔 경로내의 오목한, 끝에서 4번째 미러가, 개개의 미러들에 대한 낮은 최대 입사각을 가진 이미징 광학계를 설계할 가능성을 이끈다는 것이 본 발명에 따라 알게 되었다. 높은 반사 코팅은 따라서, 허용 가능한 입사각의 대역폭에 있어서의 낮은 관용도와 더불어서만 가능하다. 낮은 손실을 갖고 따라서 높은 쓰루풋을 갖는 이미징 광학계가 그 성과이다. 이미징 광학계의 이미지 면은, 예컨대, 2개의 추가적인 미러를 포함하는 중계 광학소자(relay optics)를 통해 다른 이미지 면으로 이미징되는 중간 이미지 면(intermediate image plane)일 수 있다. 동공 옵스큐어레이션은, 이미징 광학계의 적어도 하나의 동공 면이, 접히지 않는 빔 경로에 관하여, 이미징 광에 의해 투과되지 않는 영역을 갖는다는 것을 의미한다. 동공 옵스큐어레이션은, 중심의 동공 옵스큐어레이션이거나 탈중심의 동공 옵스큐어레이션일 수 있다. 동공 옵스큐어레이션은 회전 대칭 동공 옵스큐어레이션일 수 있다. 특히, 동공 옵스큐어레이션은 고리모양의 동공 옵스큐어레이션일 수 있다. 대개 이미지측인 이미징 광학계의 고애퍼쳐측(high apertured side)의 필드 크기는, 더 작은 쪽이 적어도 1 mm인, 2개의 치수에 의해 걸쳐 있는 영역을 가질 수 있다. 이러한 더 작은 치수는 적어도 2 mm이거나 심지어 더 클 수 있다. 일반적으로, 이미징 광학소자의 동공은, 이미징 광의 광학적 경로를 제한하는 애퍼쳐(aperture)의 이미지로서 정의된다. 이러한 애퍼쳐 이미지가 위치되는 그 평면들은 동공면으로서 지정된다. 애퍼쳐 조리개(aperture stop)의 이미지들이 반드시 평면의 이미지들은 아니므로, 보다 일반적으로 그 애퍼쳐 이미지들과 대략적으로 일치하는 모든 평면들이 동공면으로서 지정된다. 애퍼쳐 조리개의 평면 그 자체가 또한 동공면으로서 지정된다. 애퍼쳐 조리개가, 애퍼쳐 조리개의 이미지의 경우에서 이루어지는 것과 같이, 정의에 의해, 평면을 정의하지 않는 경우에, 애퍼쳐 조리개와 대략적으로 일치하는 그 평면들이 동공면으로서 지정된다. 이미징 광학계의 미러들은 회전 대칭 함수에 의해 기술될 수 없는 자유-형태의 반사면들로서 설계될 수 있다. 이미징 광학계의 미러들 중 적어도 하나는 이러한 타입의 자유-형태 반사면을 가질 수 있다.
이미징 광학소자의 입사동(entrance pupil)은, 오브젝트 면과 애퍼쳐 조리개 사이에 위치되는 이미징 광학소자의 그 부분을 통해 애퍼쳐 조리개를 이미징하는 것에 의해 형성되는 애퍼쳐 조리개의 이미지이다. 따라서, 출사동(exit pupil)은 이미지 면과 애퍼쳐 조리개 사이에 위치되는 이미징 광학소자의 그 부분을 통해 애퍼쳐 조리개를 이미징하는 것에 의해 형성되는 애퍼쳐 조리개의 이미지인 것으로 정의된다.
입사동이 애퍼쳐 조리개의 허상일 때, 즉, 입사동 평면이 오브젝트 필드 전의 이미징 광의 빔 경로내에 위치되는 경우에, 이것은 입사동의 네거티브 후 초점 거리(negative back focal length) 또는 네거티브 입사 후 초점 거리로서 알려져 있다. 그 경우에 있어서, 모든 오브젝트 필드 포인트들의 주 광선(chief ray)은, 오브젝트 필드의 전에, 즉 오브젝트 필드와 이미지 필드 사이의 빔 경로의 외측에 위치되는 포인트로부터의 기원을 갖는 것처럼 전파한다. 각각의 오브젝트 포인트의 주 광선은 주어진 오브젝트 포인트와 입사동의 중심을 연결하는 광선으로서 정의된다. 입사동의 네거티브 입사 후 초점 거리가 주어지면, 모든 오브젝트 필드의 주 광선은 오브젝트 필드에 발산적으로 간다.
이미지 포인트에서의 음영이 있는 또는 옵스큐어된(obscured) 출사동은, 이러한 이미지 포인트가, 애퍼쳐내의 개개의 오브젝트 포인트로부터 기원하는 모든 광선에 의해 도달될 수 없다는 것을 의미한다. 이것은, 이러한 필드 포인트로부터 기원하는 광선들에 의해 도달될 수 없는 출사동내의 영역이 있다는 것을 의미한다. 이러한 영역은 동공 옵스큐어레이션을 정의한다.
동공의 대안적 정의는, 오브젝트 필드 포인트들로부터 기원하는 개별적인 광선들이 교차하는 이미징 광학소자의 광학 경로내의 영역이다 - 그 개별적 광선들은, 그것들이, 이러한 오브젝트 필드 포인트들로부터 기원하는 주 광선들에 관하여, 각각, 동일한 조명 각도를 갖도록 선택됨 -. 이러한 대안적 정의에 관하여, 동공면은, 이러한 대안적 동공 정의에 따른 개별적인 광선들의 교차 포인트들이 위치되는 평면이거나, 평면내에서 반드시 정확히 놓여야 하는 것은 아닌 교차 포인트들의 공간적인 분포에 가까운 그 평면으로서 정의된다.
청구항 2에 따른 빔 경로는, 끝에서 3번째 미러와 끝에서 2번째 미러 사이의이미지 광을 이미징 광학계의 중심 광학축에 가깝게 안내하여 이미징 광학계의 이미지측 옵스큐레이션 미러들에 있어서의 최소의 있음직한 관통-구멍들을 초래할 가능성을 이끈다. 또한, 이것은 개개의 미러들에 대한 낮은 최대 입사각을 달성하는데 도움을 준다. 이미지 필드에 대한 상기 법선은 이미징 광학계의 미러들의 반사면들의 회전 대칭의 공통 축 또는 이러한 반사면들에 가까운 최적의 적합면(fit surface)의 회전 대칭의 공통 축일 수 있다. 이미지 필드는 링 세그먼트 필드(ring segment field)일 수 있다, 즉, 고리의 일부의 형태를 가질 수 있다. 그 경우에 있어서, 법선에 대한 모델 포인트(model point)인 그러한 이미지 필드의 중심은 그러한 링 세그먼트 필드의 대칭의 미러 축을 따르는 필드 범위의 중간 포인트로서 정의된다.
청구항 3에 따른 중간 이미지 면은, 중간 이미지 면의 부근에서 빔 경로가 작은 단면을 가짐에 따른 빔 경로의 특정 섹션에서의 폐색 문제를 회피하는데 도움을 준다. 또한, 중간 이미지는, 애퍼쳐 조리개 또는 옵스큐레이션 정의 요소에 대한 포지션으로서 대안적으로 사용될 수 있는 이미징 광학계의 추가적인 동공면을 생성한다.
청구항 4 내지 7에 따른 중간 이미지 면의 위치는, 일반적으로 동공면 옵스큐레이션에 대한 관통-구멍을 갖는 최종 미러를 통하는 통과 전에 빔 경로내의 폐색을 회피하는데 도움을 준다. 미러를 통하는 통과 전에 이미징 광의 그러한 폐색을 회피하기 위해, 중간 이미지 면은, 오브젝트 면과 이미지 면 사이의 거리의 20%보다 먼, 30 %보다 먼, 33 %보다 먼, 40 %보다 먼, 50 %보다 먼, 60 %보다 먼 그리고 심지어 65 %보다 먼, 최종 미러의 전방에서의 공간적인 거리에 위치될 수 있다. 청구항 4에 따른 공간적 거리는 빔 경로를 따라 측정되지 않으며, 이미징 광학계 내의 최종 미러와 중간 이미지 면 사이의 실제 거리이다.
청구항 8에 따른 중간 동공면은 이러한 미러상의 동공 옵스큐어레이션 조리개를 조정할 가능성을 이끈다.
정확히 6개의 미러를 갖는 이미징 광학계는, 한편으로는 고품질의 이미징 특성과 다른 편으로의 높은 쓰루풋 사이에서 잘 균형잡힌 타협을 이끈다. 이미징 광학계는 반사의(catoptric) 이미징 광학계일 수 있다.
적어도 0,4의 이미지측 개구수는 이미징 광학계의 높은 해상도를 이끈다. 이미지측 개구수는 0,45만큼 높을 수 있고, 또는 더욱 더 높을 수 있다.
청구항 11 또는 12에 따른 큰 이미지 필드는, 이미징 광학계의 높은 쓰루풋을 달성하는 데 소용이 된다.
청구항 13 및 14에 따른 최대 입사각은 미러에 다층 고반사 코팅의 사용의 가능성을 부여한다. 끝에서 4번째 미러상의 중심 오브젝트 포인트의 이미징 광의 주 광선에 대한 최대 입사각은, 최대 5도, 최대 4도, 최대 3,8도, 최대 3도 또는 심지어 최대 2,3도일 수 있다. 이미징 광학계의 자오면에 있어서의 끝에서 4번째 미러에 대한 이미징 광에 대한 최대 입사각은 최대 5도, 최대 4,6도, 최대 4도 또는 심지어 최대 3,5도일 수 있다.
청구항 15 및 16에 따른 광학 특성은 고품질 이미징 특성을 부여한다. 최대 파면 오차(wave front error)(rms)는 25 mλ만큼 낮을 수 있다. 최대 왜곡은 10 nm만큼 낮거나, 5 nm만큼 낮거나, 2 nm만큼 낮거나, 심지어 1,2nm만큼 낮을 수 있다.
청구항 17 및 18에 따른 광학계의 그리고 청구항 19 및 20에 따른 투영 노광 장치의 장점은 본 발명에 따른 이미징 광학계에 관하여 이전에 논의된 것들에 대응한다. 투영 노광 장치의 광원은 광대역 광원의 형태일 수 있고, 예컨대, 1 nm보다 큰, 10 nm보다 큰, 또는 100 nm보다 큰 대역폭을 가질 수 있다. 또한, 투영 노광 장치는, 그것이 상이한 파장들의 광원들과 작동될 수 있는 그러한 방식으로 구성될 수 있다. 다른 파장들, 특히 마이크로리소그래피용으로 사용되는 파장들에 대한 광원들, 예컨대, 365 nm, 248 nm, 193 nm, 157 nm, 126 nm 및 109 nm의 파장들을 가진, 그리고 특히 100 nm보다 더 작은 파장들을 또한 가진 광원들이, 본 발명에 따른 이미징 광학계와 함께 사용될 수 있다.
대응하는 장점들이 또한 청구항 21에 따른 제조 방법 및 그에 의해 제조되는 청구항 22에 따른 마이크로구조 또는 나노구조의 부품에 적용된다.
본 발명은 최초에 언급된 이미징 광학계를 쓰루풋에 있어서 양보하지 않고 이미징 특성에 관하여 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들은 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 하기에서 설명될 것이다.
도 1은 오브젝트 면의 오브젝트 필드를 이미지 면의 이미지 필드에 이미징하기 위해 이미징 광학계를 갖는 EUV 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치의 개략도이다.
도 2 내지 4는 각각의 자오 섹션에 있어서의 이미징 광학계의 실시예들이다.
마이크로리소그래피용 투영 노광 장치(1)는 조명광용 광원(2)을 갖는다. 광원(2)은, 특히 5 nm와 30 nm 사이의 파장 범위의 조명 및 이미징 광(3)을 생성하는 EUV 광원이다. 다른 EUV 파장도 또한 가능하다. 일반적으로, 임의의 요구되는 파장, 예컨대 가시 파장 또는, 예컨대 마이크로리소그래피에서 사용되고 적절한 레이저 광원 및/또는 LED 광원용으로 사용 가능한 임의의 다른 파장(예컨대, 365 nm, 248 nm, 193 nm, 157 nm, 129 nm 또는 109 nm)이 투영 노광 장치(1)내에서 안내되는 조명광용으로 가능성이 있다. 조명광(3)의 빔 경로는 도 1에 극히 개략적으로 도시되어 있다.
조명 광학계(6)는 광원(2)으로부터의 조명광(3)을 오브젝트 면(5)의 오브젝트 필드(4)(예컨대, 도 2)에 안내한다. 오브젝트 필드(4)는 투영 광학계 또는 이미징 광학계(7)로, 사전-지정된 축소 스케일로, 이미지 면(9)의 이미지 필드(8)(예컨대, 도 2)에 이미징된다. 도 2 내지 7 에 도시된 실시예들 중 하나는 투영 광학계(7)용으로 사용될 수 있다. 도 2의 투영 광학계(7)는 4의 감소 계수(reduction factor)를 갖는다. 다른 축소 스케일, 예컨대, 5x, 8x, 또는 심지어 8x보다 큰 축소 스케일도 가능하다. 도 2 내지 7의 실시예의 투영 광학계(7)에 있어서, 이미지 면(9)이 오브젝트 면(5)에 나란히 배열되어 있다. 레티클(reticle)로도 알려져 있는, 반사 마스크(10)의 일부는 그에 의해 이미징되는 오브젝트 필드(4)와 일치한다.
투영 노광 장치(1) 및 투영 광학계(7)의 다양한 실시예들의 설명을 돕기 위해서, xyz 데카르트 좌표계(Cartesian coordinate system)가 도면에 제공되고 도면에 있어서 나타내어진 부품들의 개개의 위치를 표시한다. 도 1에 있어서, x 방향은 도면의 평면에 수직하여 연장한다. y 방향은 우측으로 연장하고 z방향은 하향 연장한다.
이미지 필드(8)는 원호형태로 굽어 있고, 이미지 필드(8)의 범위를 정하는 2개의 원호 사이의 y 거리는 2 mm이다. 2 mm는 또한, 2개의 원호들 사이에서 이미지 필드(8)이 범위를 정하고 y 방향으로 서로 나란히 연장하는 직선 측부 에지의 측부 길이이다. 이미지 필드(8)의 이러한 2개의 직선 측부 에지는 서로 26 mm의 거리에 있다. 이러한 굽어진 이미지 필드의 표면은 2 mm x 26mm의 측부 길이들을 가진 직사각형 이미지 필드에 대응한다. 직사각형 이미지 필드(8) 또는 예컨대 이러한 치수들을 갖는 임의의 다른 형태가, 특히, 이미징 광학계(7)의 미러들 중 적어도 하나의 비회전 대칭 광학 표면, 소위 자유-형태면을 이용하는 것이 이용되는 경우에, 또한 가능하다.
이미징은, 기판 홀더(substrate holde)(12)에 의해 지지되는 웨이퍼의 형태인 기판(11)의 표면에 일어난다. 도 1에 있어서, 투영 광학계(7)에 입사하는 조명광(3)의 광 빔(13)이 레티클(10)과 상기 투영 광학계 사이에 개략적으로 도시되어 있으며, 투영 광학계(7)로부터 출사하는 조명광(3)의 광 빔(14)이 투영 광학계(7)와 기판(11) 사이에 개략적으로 도시되어 있다.
투영 노광 장치(1)는 스캐너-타입 장치(scanner-type device)이다. 레티클(10)과 기판(11)의 양쪽은 투영 노광 장치(1)의 작동 동안에 y 방향으로 스캔된다.
도 2는 투영 광학계(7)의 제1 실시예의 광학적 구성을 나타낸다. 도 2에서의 5개의 오브젝트 필드 포인트들로부터 각각의 경우에 있어서 진행되는 그리고 y 방향으로 서로 이격되어 있는 이미징 광(3)의 3개의 개별적인 광선들(15)의 각각의 빔 경로가 도시되어 있다. 이러한 5개의 오브젝트 필드 포인트들 중 하나에 속하는 3개의 개별적인 광선들(15)이 5개의 이미지 필드 포인트들에 대한 3개의 상이한 조명 방향들과 각각 관련되어 있다. 상이한 필드 포인트들의, 동일한 조명 방향과 관련된, 개별적인 광선들(15)은 오브젝트 면(5)으로부터 진행하여 발산하여 연장한다. 이것은, 입사동의 네거티브 후 초점 거리 또는 네거티브 입사 후 초점 거리로서 하기에서 또한 칭해진다. 따라서, 도 2의 투영 광학계(7)의 입사동은 투영 광학계(7)의 내부에 놓이지 않고, 이미징 광(3)의 빔 경로내의 오브젝트 면(5)의 전에 놓인다. 이것은, 투영 광학계(7)의 입사동에 있어서 조명 광학계(6)의 동공 요소를 빔 경로내의 투영 광학계(7)의 전에, 추가적인 이미징 광학 요소들이 이러한 동공 요소들과 오브젝트 면(5) 사이에 있어야 하지 않고, 배열할 수 있게 한다. 입사동의 네거티브 후 초점 거리에 대한 대안으로서, 입사동의 포지티브(positive) 후 초점 거리 또는 입사동과 오브젝트 면 사이의 무한 거리, 즉 텔레센트릭(telecentric) 오브젝트 측부 설계를 갖는 이미징 광학계(7)의 변형들도 가능하다.
도 2의 투영 광학계(7)는, M1 내지 M6로서, 오브젝트 필드(4)로부터 진행하는, 빔 경로의 순서로 번호가 부여된, 총 6개의 미러를 갖는다. 도 2는 M1 내지 M6의 계산된 반사면만을 나타낸다.
도 2의 투영 광학계(7)에 대한 광학 데이터는 2개의 표에 의해 하기에서 나타내어져 있다. 칼럼(column) “반경”에 있어서, 첫 번째의 표는 각각의 경우에 있어서 미러들(M1 내지 M6)의 곡률 반경을 나타낸다. 제3의 칼럼(두께)은, 각각의 경우에 있어서 하기의 표면까지의, 오브젝트 면(5)으로부터 진행하는, 거리를 기술한다.
2번째의 표는, 미러들(M1 내지 M8)의 반사면의 정확한 표면 형태를 기술하며, 여기서, 상수 K 및 A 내지 G는 시상 높이(sagittal height) z(h)에 대한 하기의 식에 놓여지게 된다:
Figure pct00001
이러한 경우에 있어서, h는 광학 축(16)으로부터의 거리를 나타낸다. 따라서: h2 = x2 + y2. “반경”의 역수는 c에 대해 사용된다.
Figure pct00002
Figure pct00003
투영 광학계(7)는 정확히 6개의 미러(M1 내지 M6)를 갖는다. 투영 광학계(7)는 반사의 광학계이다.
미러들(M5 내지 M6)은 옵스큐어된다, 즉, 이러한 미러들(M5, M6)은 각각 관통-구멍(through-opening)(17, 18)을 갖는다. 이러한 옵스큐어레이션으로 인해서, 출사동 평면(19)에 있어서의 투영 광학계(7)의 출사동이 옵스큐어된다, 즉, 접히지 않은 빔 경로에 관하여, 일부에 있어서, 이러한 경우에 중심 영역에 있어서, 이미징 광(3)에 의해 투과되지 않는다.
미러들(M1, M3 및 M6)는 오목하다. 특히, 투영 광학계(7)의 빔 경로에 있어서 끝에서 4번째 미러인 미러(M3)가 오목하다.
미러들(M4 및 M5)는 볼록하다. 미러(M2)가 또한 오목하지만, 그 자신의 사용되는 반사면에 비해서 매우 큰 곡률 반경을 가짐으로써, 도 2에서 대략적으로 평면 미러로서 보여진다.
도 2에 따른 투영 광학계(7)의 이미지 필드-측 개구수는 0,45이다. 이것은 도 1에 있어서의 스케일로 재현되지 않는다.
끝에서 3번째 미러(M4)와 끝에서 2번째 미러(M5) 사이의 빔 경로는 광학축(16)까지의, 즉, 이미지 면(9)에 대한 법선까지의 - 끝에서 4번째 미러(M3)의 이미지 면(9)에 대한 상기 법선, 즉 광학축(16)까지의 거리 yM3보다 짧은 - 거리 yB에서 끝에서 4번째 미러(M3)를 패스(pass)한다. 따라서, 빔 경로는, 관통-구멍(18)의 폭을 최소화하고 따라서 투영 광학계(7)의 동공 옵스큐레이션을 최소화하면서 광학 축(16)에 대해 대략적으로 대칭적인 최종 미러(M6)를 패스한다. 앞서 언급된 바와 같이 거리들 yB, yM3를 비교하여 보면, 끝에서 3번째 미러(M4)와 끝에서 2번째 미러(M5) 사이의 빔 경로 - 이러한 빔 경로는 끝에서 4번째 미러(M3)를 패스함 - 의, 이미지 필드(8)의 중심에 대한 법선까지의 거리가 또한 상기 끝에서 4번째 미러(M3)의 이미지 필드(8)에 대한 상기 법선까지의 거리보다 짧다는 것을 도 2로부터 분명하게 알 수 있다.
투영 광학계(7)의 빔 경로내의 제1 중간 동공면이 미러(M2)의 부근에 위치된다. 오브젝트 면과 이미지 면(9) 사이의 빔 경로내의 중간 이미지(20)는 중간 이미지 면(21)내에 끝에서 5번째 미러(M2)와 끝에서 4번째 미러(M3)의 사이에 위치된다. 따라서, 중간 이미지(20)는 끝에서 3번째 미러(M4)의 전방의 그리고 또한 끝에서 4번째 미러(M3)의 전방의 빔 경로에 위치된다. 중간 이미지(20)는 최종 미러(M6)의 전방에 - 트랙 길이(track length)로도 알려져 있는, 오브젝트 면(5)과 이미지 면(9) 사이의 거리 zoi의 10 %보다 먼 - 공간적인 거리 zii에 위치된다. 도 2의 실시예에 있어서, zii/zoi의 비는 약 0,33이다.
끝에서 4번째 미러(M3)에 대한 중심 오브젝트 포인트의 이미징 광의 주 광선에 대한 최대 입사각은 2,3도이다. 주 광선은, 투영 광학계(7)의 동공 면들을 중심으로 패스하는 투영 광학계(7)의 빔 경로의 광선으로서 정의된다. 물론, 이러한 주 광선들의 빔 경로들은 그것들이 옵스큐어됨에 따라 사용되지 않는다.
투영 광학계(7)의 자오면에 있어서의 끝에서 4번째 미러(M3)에 대한 이미징 광(3)에 대한 최대 입사각은 3,5도이다.
투영 광학계(7)는 13,5 nm의 파장에 관하여 25 mλ의 최대 파면 오차를 갖는다.
투영 광학계(7)는 1,2 nm의 최대 왜곡을 갖는다.
도 3은 투영 광학계(7)의 추가적인 실시예를 나타낸다. 도 1 및 도 2에 관하여 이전에 기술된 것들에 대응하는 요소들과 피쳐들은 동일한 참조 번호들을 갖고 다시 상세히 논의되지 않을 것이다.
도 3의 투영 공학계(7)에 대한 광학 데이터는 도 2에 대한 표들에 레이아웃(layout)에 있어서 대응하는 2개의 표들에 의해 하기에 나타내어져 있다.
Figure pct00004
Figure pct00005
도 3의 투영 광학계에 있어서, 미러들(M1, M3 및 M6)은 오목하다. 미러들(M2 및 M5)는 볼록하다. 미러(M4)는 매우 큰 반경을 갖고 따라서 도 3에 있어서 대략적으로 평면인 것으로 보여진다.
미러들(M2 및 M4)은 도 3의 투영 광학계(7)의 대략적으로 동일한 z-위치에 놓인다.
도 3의 투영 광학계(7)는 0,45의 이미지 측 개구수를 갖는다.
미러들(M4 및 M5) 사이의 빔 경로는 미러(M3)와 광학 축(16) 사이에서 미러(M3)를 패스한다. 따라서, 도 3의 투영 광학계(7)에 있어서도, 끝에서 3번째 미러(M4)와 끝에서 2번째 미러(M5) 사이의 빔 경로는 광학축(16)까지의 - 끝에서 4번째 미러(M3)의 광학축(16)까지의 거리 yM3보다 짧은 - 거리 yB에서 끝에서 4번째 미러(M3)를 패스한다. 또한, 끝에서 3번째 미러(M4)와 끝에서 2번째 미러(M5) 사이의 빔 경로는, 이미지 필드(8)에 대한 법선까지의 - 도 3의 투영 광학계(7)의 이미지 필드(8)의 중심에 대한 이러한 법선까지의 끝에서 4번째 미러(M3)의 거리보다 짧은 - 거리에서 끝에서 4번째 미러(M3)를 패스한다.
도 3의 투영 광학계(7)의 중간 이미지(20)는 미러들(M4 및 M5) 사이의 빔 경로에 놓인다. 이러한 중간 이미지(20)는 최종 미러(M6)의 전방에 - 오브젝트 면(5)과 이미지 면(9) 사이의 거리 zoi의 10 %보다 먼 - 공간적인 거리 zii에 위치된다. 도 3의 실시예에 있어서, zii/zoi의 비는 약 0,65이다.
오브젝트 면(5)과 이미지 면(9) 사이의 빔 경로내의 제1 중간 동공면은 미러(M2)의 부근에 놓인다. 이러한 미러(M2)상에는, 동공 옵스큐어레이션 조리개가, 도 3의 투영 광학계(7)의 동공 옵스큐어레이션을 정의하도록, 놓일 수 있다.
끝에서 4번째 미러(M3)에 대한 중심 오브젝트 포인트의 이미징 광의 주 광선에 대한 최대 입사각은 3,8도이다.
도 3의 투영 광학계(7)의 자오면에 있어서의 끝에서 4번째 미러(M3)에 대한 이미징 광(3)에 대한 최대 입사각은 4,6도이다.
도 3의 투영 광학계(7)는 47 mλ의 최대 파면 오차를 갖는다. 도 3의 투영 광학계(7)는 5 nm의 최대 왜곡을 갖는다.
도 4는 투영 광학계(7)의 추가적인 실시예를 나타낸다. 도 1 내지 도 3을 참조하여 이전에 기술된 것들에 대응하는 요소들과 피쳐들은 동일한 참조 번호들을 갖고 다시 상세히 논의되지 않을 것이다.
도 4의 투영 공학계(7)에 대한 광학 데이터는 도 2에 대한 표들에 레이아웃에 있어서 대응하는 2개의 표들에 의해 하기에 나타내어져 있다.
Figure pct00006
Figure pct00007
도 4의 투영 광학계에 있어서, 미러(M2, M3 및 M6)는 오목하다. 미러(M4 및 M5)는 볼록하다. 미러(M1)는 매우 큰 반경을 갖고 따라서 도 4에 있어서 대략적으로 평면인 것으로 보인다.
도 4의 투영 광학계(7)의 이미지 필드-측 개구수는 0,45이다.
미러들(M4 및 M5) 사이의 빔 경로는 미러(M3)와 광학 축(16) 사이에서 미러(M3)를 패스한다. 따라서, 도 4의 투영 광학계(7)에 있어서도, 끝에서 3번째 미러(M4)와 끝에서 2번째 미러(M5) 사이의 빔 경로는 광학축(16)까지의 - 끝에서 4번째 미러(M3)의 광학축(16)까지의 거리 yM3보다 짧은 - 거리 yB에서 끝에서 4번째 미러(M3)를 패스한다. 또한, 끝에서 3번째 미러(M4)와 끝에서 2번째 미러(M5) 사이의 빔 경로는, 이미지 필드(8)의 중심에 대한 법선까지의 - 도 4의 투영 광학계(7)의 이미지 필드(8)에 대한 이러한 법선까지의 끝에서 4번째 미러(M3)의 거리보다 짧은 - 거리에서 끝에서 4번째 미러(M3)를 패스한다.
도 4의 투영 광학계(7)의 중간 이미지(20)는 미러(M4)의 부근에 놓인다. 이러한 중간 이미지(20)는 최종 미러(M6)의 전방에 - 오브젝트 면(5)과 이미지 면(9) 사이의 거리 zoi의 10 %보다 먼 - 공간적인 거리 zii에 위치된다. 도 4의 실시예에 있어서, zii/zoi의 비율은 약 0,24이다.
상이한 필드 포인트들의, 동일한 조명 방향과 관련된, 개별적인 광선들(15)은 도 4의 이미징 또는 투영 광학계(7)의 오브젝트 면(5)으로부터 진행하여 수렴하여 연장한다. 이것은, 입사동의 포지티브 후 초점 거리로서 또한 칭해진다.
오브젝트 면(5)과 이미지 면(9) 사이의 빔 경로내의 제1 중간 동공면은 미러(M1)의 부근에 놓인다. 이러한 미러(M1)상에는, 동공 옵스큐어레이션 조리개가, 도 4의 투영 광학계(7)의 동공 옵스큐어레이션을 정의하도록, 놓일 수 있다.
미러들(M1 내지 M6)의 각각에 대한 중심 필드 포인트에 대한 주 광선 각도들은, 각각, 9,7도, 6,9도, 6,6도, 9,6도, 1,8도 및 0,9도이다. 중심 필드 포인트에 관하여, 미러들(M1 내지 M6)에 대한 모든 주광선 입사각들은 10도보다 더 작다. 시스템의 파면 오차는, 16 mλ의 rms 복합치를 갖는다. 왜곡은 1 nm 미만의 값들로 교정된다.
도 4의 투영 광학계는 8x의 축소비를 갖는데, 웨이퍼 레벨에서의 필드 크기, 즉, 이미지 필드 크기는 여전히 2 mm x 26 mm이다.
도 5는 투영 광학계(7)의 추가적인 실시예를 나타낸다. 도 2 내지 도 4로부터의 투영 광학계(7)를 참조하여 이미 기술된 것들에 대응하는 요소들은 동일한 참조 번호들을 갖고 다시 상세히 논의되지 않는다.
투영 광학계(7)의 6개의 미러(M1 내지 M6)의 모두는, 회전 대칭 함수에 의해 기술될 수 없는 자유-형태면들로서 설계되어 있다. 미러들(M1 내지 M6) 중 적어도 하나가 이러한 타입의 자유-형태 반사면을 갖는, 투영 광학계(7)의 다른 실시예들이 또한 가능하다.
이러한 타입의 자유-형태면은 회전 대칭 기준면으로부터 생성될 수도 있다. 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치의 투영 광학계들의 미러들의 반사면들에 대한 이러한 타입의 자유-형태 면들이 US 2007-0058269 A1로부터 알려져 있다.
자유-형태면은 하기의 방정식에 의해 수학적으로 기술될 수 있다:
Figure pct00008
여기에는, 다음이 적용된다:
Figure pct00009
Z는 포인트 x, y에서의 자유-형태면의 상승하는 높이(시상(sagitta))이다(x2+y2=r2). c는 대응하는 비구면체(asphere)의 정점 곡률(vertex curvature)에 대응하는 상수이다. k는 대응하는 비구면체의 원추 상수에 대응한다. Cj는 단항식들 XmYn의 계수들이다. 일반적으로, c, k 및 Cj의 값들은 투영 광학계(7)내의 미러의 요구되는 광학 특성들에 기초하여 결정된다. 단항식의 오더(order), m + n은 요구에 따라 변화될 수 있다. 더 높은 오더의 단항식은, 이미지 오차 교정이 향상된 투영 광학계의 설계를 이끌 수 있지만, 계산하기에 더욱 복잡하다. m + n은 3과 20보다 많은 수 사이의 값들을 채택할 수 있다.
자유-형태면들은, 예컨대, 광학 설계 프로그램 CODE V ®의 설명서에 설명되어 있는, 제르니케 다항식(Zernike polynomial)에 의해 수학적으로 또한 기술될 수 있다. 대안적으로, 자유-형태면들은 2차원 스플라인(spline) 표면들의 조력으로 기술될 수도 있다. 이것의 예들은, 베지에 곡선(Bezier curve) 또는 비-균일 회전 기초 스플라인(non-uniform rational basis splines; “NURBS”)이다. 2차원 스플라인 표면들은, 예컨대, xy-평면에서의 포인트들의 네트워크 및 관련 z-값들에 의해 또는 이러한 포인트들 및 그것들과 관련된 기울기들에 의해 기술될 수 있다. 스플라인 표면의 개개의 타입에 따라서, 완전한 표면이, 예컨대, 그것들의 연속성 및 미분 가능성에 관하여 특정 특성들을 갖는, 다항식 또는 함수를 이용하여 네트워크 포인트들간의 보간(interpolation)에 의해 획득된다. 이것의 예들은 해석 함수들이다.
미러들(M1 내지 M6)은 충돌하는 EUV 조명 광(3)에 대한 그것들의 반사를 최적화하도록 다수의 반사층을 갖는다. 미러 표면의 개개의 빔들(15)의 충돌각이 수직 입사에 더 가깝게 놓임에 따라, 반사가 더욱 향상하여 최적화될 수 있다. 투영 광학계(7)는 모든 개개의 빔들(15)에 대해 전반적으로 작은 반사각들을 갖는다.
투영 광학계(7)의 미러들(M1 내지 M6)의 반사면들의 광학 설계 데이터는 하기의 표들로부터 추론될 수 있다. 이러한 표들 중 첫 번째는, 광학 요소들의 광학 표면들에 대해서 그리고 애퍼쳐 다이어프램(aperture diaphragm)에 대해서, 오브젝트 면으로부터 진행하는, 빔 경로내의 인접한 요소들의 z-간격에 대응하는, 간격치(두께) 및 정점 곡률(반경)의 개개의 역수 값을 부여한다. 2번째의 표는, 미러들(M1 내지 M6)에 대해 앞서 주어진 자유-형태면 방정식에 있어서 단항식들 XmYn의 계수들 Cj을 부여한다. N반경(Nradius)은 이러한 경우에 있어서 표준화 계수(standardisation factor)이다. 2번째의 표에 따르면, 미러 기준 설계로부터 비롯되는, 개개의 미러가 편심되고(Y-편심) 회전(X-회전)된, 양(amount)이 여전히 mm로 주어진다. 이것은 자유-형태면 설계 방법에 있어서의 나란한 변위(displacement) 및 틸팅(tilting)에 대응한다. 변위는 여기에서 y-방향으로 일어나고 틸팅은 대략 x-축이다. 회전각은 여기서 도(degree)로 주어져 있다.
Figure pct00010
Figure pct00011
도 5의 투영 광학계(7)의 실시예의 미러(M5)는 이미징 광(3)의 통과를 위한 구멍을 갖지 않는다.
오브젝트 필드(4) 및 미러(M5)는 주 평면(22)의 상이한 측부들에 배열되어 있다. 주 평면(22)은 도 5의 투영면에 수직하고 광학 축(16)에서 이러한 투영면을 교차하는 평면으로서 정의된다.
도 5에 따른 투영 광학계(7)에 있어서, 한편의 미러들(M1 및 M4), 및 다른 편의 미러들(M3 및 M6)은 등을 맞대고 배열되어 있다.
미러들(Ml, M3 및 M6)은 오목하다. 미러(M5)는 볼록하다. 미러들(M2 및 M4)은, 그것들이 도 5에서 가상적으로 평면 미러이게끔 보여질 정도로 큰 곡률 반경을 갖는다.
도 5에 따른 투영 광학계(7)에 있어서, 애퍼쳐 다이어프램 또는 조리개는 미러들(M2 및 M3) 사이의 동공 면(23)의 영역에 배열될 수 있다.
중심의 동공 옵스큐어레이션은, 도 5에 따른 투영 광학계(7)에 있어서, 4.0 %이다.
동공 옵스큐어레이션에 대한 수치는, 이미징 광학계의 출사동의 총 영역에 관련한 동공 옵스큐어레이션으로 인해 마스킹된(masked) 출사동 내의 영역의 비율에 의해 생성된다. 5 % 미만의 동공 옵스큐어레이션은 특히 높은 광 쓰루풋을 가진 동공 옵스큐어된 광학계를 가능케 한다. 또한, 본 발명에 따른 작은 옵스큐어레이션은, 이미징 광학계의 이미징 품질에 대한, 특히 이미징 콘트라스트(imaging contrast)에 대한 작은 또는 무시할 수 있는 영향을 이끌 수 있다. 동공 옵스큐어레이션은 10 % 미만일 수 있다. 동공 옵스큐어레이션은, 예컨대, 4.4 % 또는 4.0 %일 수 있다. 동공 옵스큐어레이션은, 4 % 미만일 수 있고, 3 % 미만일 수 있으며, 2 % 미만일 수 있고, 심지어 1 % 미만일 수 있다. 이미징 광학계의 동공 옵스큐어레이션은, 미러들 중 하나에 의해, 예컨대, 그것의 관통-구멍에 의해 또는 그것의 외부 엣징(edging), 또는 오브젝트 필드와 이미지 필드 사이의 이미징 광의 빔 경로에 배열되는 옵스큐어레이션 조리개 또는 다이어프램에 의해 미리 정해질 수 있다.
이미지 면(9)과 이미지 면에 가장 가까운 미러(M5)의 사용되는 반사면의 부분 사이의 작업 간격(dw)은 도 5에 따른 투영 광학계에 있어서 85 mm이다. 도 5에 따른 투영 광학계(7)의 전체 길이 대 이러한 작업 간격(dw)의 비율은 4.25 %이다. 도 5에 나타내어진 자오면에 있어서의 미러(M5)에 대한 개개의 빔들(15)의 입사각은 최대 15.9°이다.
도 5의 투영 광학계(7)의 중간 이미지 면(20)은, 미러(M6)를 통한 이미징 광(3)의 통과를 위한 미러(M6)에 있어서의 관통-구멍(18)의 근처에 배열되어 있다. 중간 이미지(21)와 이미지 필드(8) 사이의 빔 경로에 있어서의 출사동 평면(19)은 미러(M5)에서의 조명 광(3)의 반사 근처에 위치되어 있다.
마이크로구조의 또는 나노구조의 부품을 제조하기 위해서, 투영 노광 장치(1)는 다음과 같이 사용된다: 초기에, 반사 마스크(10), 또는 레티클 및 기판, 또는 웨이퍼(11)가 준비된다. 다음에, 레티클상(10)의 구조가 투영 노광 장치(1)에 의해 웨이퍼(11)의 감광층상으로 투영된다. 감광층을 현상하는 것에 의해, 웨이퍼(11)상의 마이크로구조 및 따라서 마이크로구조의 부품이 그 다음에 제조된다.

Claims (22)

  1. 이미징 광학계(imaging optical system)(7)로서,
    - 오브젝트 면(object plane)(5)의 오브젝트 필드(object field)(4)를 이미징 광(3)용 빔 경로를 통해서 이미지 면(9)의 이미지 필드(8)로 이미징하는 복수의 미러(M1 내지 M6)를 포함하고.
    - 출사동 옵스큐어레이션(exit pupil obscuration)을 포함하며,
    - 상기 복수의 미러에 있어서, 오목한, 상기 빔 경로내의 적어도 끝에서 4번째의 미러(M3)가 상기 이미징 광(3)의 통과를 위한 구멍을 갖지 않는 이미징 광학계.
  2. 청구항 1에 있어서,
    끝에서 3번째 미러(M4)와 끝에서 2번째 미러(M5) 사이의 빔 경로는, 상기 이미지 필드(8)의 중심에 대한 법선(16)까지의, 상기 끝에서 4번째 미러(M3)의 상기 이미지 필드(8)에 대한 상기 법선(16)까지의 거리보다 짧은, 거리에서 상기 끝에서 4번째 미러(M3)를 패스(pass)하는, 이미징 광학계.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 오브젝트 면(5)과 상기 이미지 면(9) 사이의 빔 경로내의 중간 이미지 면(intermediate image plane)(20)을 갖는, 이미징 광학계.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 중간 이미지(20)는, 상기 오브젝트 면(5)과 상기 이미지 면(9) 간의 거리(Zoi)의 10% 보다 먼, 최종 미러(M6)까지의 공간적 거리(Zii)에 위치되는, 이미징 광학계.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 중간 이미지(20)는 상기 끝에서 3번째 미러(M4)의 전방의 빔 경로에 위치되는, 이미징 광학계.
  6. 청구항 5에 있어서,
    중간 이미지 면(20)이 상기 끝에서 4번째 미러(M3)의 전방의 빔 경로에 위치되는, 이미징 광학계.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 중간 이미지 면(20)은 끝에서 5번째 미러(M2)와 상기 끝에서 4번째 미러(M3) 사이의 빔 경로에 위치되는, 이미징 광학계.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오브젝트 면(5)과 상기 이미지 면(9) 사이의 빔 경로내의 중간 동공 면(intermediate pupil plane)이 상기 미러들(M1 내지 M6) 중 하나(M2)의 부근에 놓이는, 이미징 광학계.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    정확히 6개의 미러(M1 내지 M6)를 포함하는, 이미징 광학계.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 0,4의 이미지측 개구수를 갖는, 이미징 광학계.
  11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미지 필드(8)는 1 mm2보다 더 큰, 이미징 광학계.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 이미지 필드(8)는 적어도 2 mm 및 적어도 26 mm의 측부-길이들을 갖는 직사각형 또는 원호형태인, 이미징 광학계.
  13. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 끝에서 4번째 미러(M3)에 대한 중심 오브젝트 포인트의 이미징 광의 주 광선의 최대 입사각은 최대 10도인, 이미징 광학계.
  14. 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미징 광학계의 자오면(meridional plane)에 있어서의 상기 끝에서 4번째 미러(M3)에 대한 이미징 광(3)의 최대 입사각은 최대 10도인, 이미징 광학계.
  15. 청구항 1 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,
    47 mλ의 최대 파면 오차(wave front error)(rms)를 갖는, 이미징 광학계.
  16. 청구항 1 내지 15 중 어느 한 항에 있어서,
    35 nm의 최대 왜곡을 갖는, 이미징 광학계.
  17. 청구항 1 내지 16 중 어느 한 항에 기재된 이미징 광학계 및 상기 이미징 광학계(7)의 오브젝트 필드(4)에 조명 광(3)을 안내하기 위한 조명 광학계(6)를 포함하는 광학계.
  18. 청구항 17에 있어서,
    5 nm와 30 nm 사이의 파장을 갖는 방사(radiation)를 전하도록 구성되어 있는, 광학계.
  19. - 청구항 17 또는 청구항 18에 기재된 광학계(6, 7)를 포함하고,
    - 조명 및 이미징 광(3)용 광원(2)을 포함하는 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 조명 광(3)을 생성하기 위한 광원(2)은 5 nm와 30 nm 사이의 파장으로 이루어지는, 마이크로리소그래피용 투영 노광 장치.
  21. 마이크로구조의 부품을 제조하기 위한 방법으로서,
    - 레티클(reticle)(10) 및 웨이퍼(11)를 제공하는 단계,
    - 청구항 19 또는 청구항 20에 기재된 투영 노광 장치를 이용하는 것에 의해 상기 레티클(10)상의 구조를 상기 웨이퍼(11)의 감광층에 투영하는 단계, 및
    - 상기 웨이퍼(11)상에 마이크로구조를 생성하는 단계를 포함하는 마이크로구조 부품 제조 방법.
  22. 청구항 21에 기재된 방법에 따라 제조된 마이크로구조의 부품.
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