KR20120039747A

KR20120039747A - 기판 처리를 위해 광 빔을 생성하는 광학 시스템

Info

Publication number: KR20120039747A
Application number: KR1020127005256A
Authority: KR
Inventors: 요하네스 뱅글러; 미카엘 라이; 마르크스 젠징거; 홀거 뮈엔쯔
Original assignee: 칼 짜이스 레이저 옵틱스 게엠베하
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2012-04-25
Also published as: CN102498428A; DE102009037112B4; WO2011012503A1; US20120153189A1; DE102009037112A1; JP2013501352A

Abstract

기판 면(14)에 배치된 기판을 처리하기 위해 광 빔을 생성하는 광학 시스템으로서, 상기 광 빔은 상기 광 빔의 전파 방향(Z)에 수직인 제1 디멘젼(X)에서의 빔 길이(L)와 상기 제1 디멘젼(X)에 및 상기 광 전파 방향(Z)에 수직인 제2 디멘젼(Y)에서의 빔 폭(B)을 갖고, 상기 빔 길이(L)는 빔 폭(B)에 비해 크며, 상기 제1 디멘젼(X)에서 서로의 옆에 배치되고 상기 제1 디멘젼(X)에서의 상기 광 빔을 복수의 부분 필드(30, 32, 34)로 분할하는 복수의 광 채널(26; 28)을 형성하는 제1 광학 장치(18)를 포함하고, 상기 부분 필드(30, 32, 34)는 상기 제1 디멘젼(X)에서 서로에 중첩되는 방식으로 상기 기판 면(14)에 입사된다. 제2 광학 장치(20)가 상기 광 전파 방향으로 상기 제1 광학 장치(18)의 업스트림에 배치되며, 상기 제2 광학 장치는, 상기 제1 디멘젼(X)에서 상기 제2 광학 장치(20)의 에텐듀가 상기 제1 디멘젼(X)에서 상기 광학 시스템의 총 에텐듀의 50% 내지 100%가 되도록 상기 제1 디멘젼(X)에서 그러한 범위를 갖고, 상기 제1 디멘젼(X)에서 상기 제1 광학 장치(18)에 입사하는 상기 광 빔(42)의 각 스펙트럼을 확장시켜, 상기 제1 광학 장치(18)의 상기 광 채널(26; 28)의 적어도 거의 모두가 광으로 균일하게 조명된다.

Description

기판 처리를 위해 광 빔을 생성하는 광학 시스템{OPTICAL SYSTEM FOR GENERATING A LIGHT BEAM FOR TREATING A SUBSTRATE}

본 발명은 기판 면에 배치된 기판을 처리하기 위해 광 빔을 생성하는 광학 시스템에 관한 것으로, 광 빔은 광 빔의 전파 방향에 수직인 제1 디멘젼의 빔 길이 및 제1 디멘젼과 광 전파 방향에 수직인 제2 디멘젼의 빔 폭을 갖고, 빔 길이는, 제1 디멘젼에서 서로의 옆에 배치되고 제1 디멘젼의 광 빔을 복수의 부분 필드로 분할하는, 복수의 광 채널을 정의하는 제1 광학 장치를 포함하는 빔 폭에 비해 크며, 부분 필드는 제1 디멘젼에서 서로에 중첩되는 방식으로 기판 면에 입사된다.

그러한 광학 시스템은 WO 2006/066706 A2호로부터 알려져 있다.

도입부에서 언급한 타입의 광학 시스템은 예를 들면, 재료를 용해시키기 위해 특히, 실리콘의 광 유도 결정화의 분야에서 사용된다. 하나의 특정 애플리케이션이 평면 스크린 제조이며, 여기에서 비정질 실리콘층을 구비한 기판이 실리콘을 결정화하기 위해 광 빔을 사용하여 처리된다. 이 경우에, 사용된 기판은 예를 들면, 30 ㎝ 초과 × 50 ㎝ 초과의 범위의 비교적 큰 치수를 갖는다. 도입부에서 언급한 타입의 광학 시스템으로, (이하 X로 표기되는) 제1 디멘젼의 빔 길이를 갖는 광 빔이 그에 따라 생성되고, 상기 빔 길이는 기판의 폭(예컨대, 대략 30 ㎝)에 근사적으로 대응한다. X-디멘젼에 수직인 (이하 Y로 표기되는) 디멘젼에서, 광 빔은 가능한 한 가는 것으로 되도록 의도되고, 여기에서 기판의 처리를 위한 가능한 한 높은 에너지 밀도를 얻기 위해서는 수 마이크로미터의 Y-디멘젼의 빔 폭이 바람직하다.

그에 따라 기판에 인가되는 광 빔은 빔 길이에 따라 5000보다 더 커질 수 있고 10000보다도 더 커질 수 있는 X-디멘젼의 빔 길이와 Y-디멘젼의 빔 길이의 큰 비를 갖는다.

이 경우에, 기판을 처리하기 위해 사용되는 광 빔은 실질적으로 2개의 요건을 충족해야 하며, 더 정확히 말하면, 먼저 광 빔의 강도 분포가 X-디멘젼에서 가능한 한 균질한 것이 되어야 하고, Y-디멘젼에서 광 빔의 강도 분포가 최대의 가능한 에지 첨도(steepness)를 가져야 한다.

특히, (큰) X-디멘젼에서의 광 빔의 균질성의 문제는 현재까지 만족할만하게 해결되지 않고 있다. 도입부에 인용된 문헌 WO 2006/066706 A2로부터 알려진 광학 시스템은, 제1 디멘젼으로 서로의 옆에 배치되고 제1 디멘젼의 광 빔을 제1 디멘젼에서 부분적으로 오버랩하는 복수의 부분 필드로 분할하는 복수의 광 채널을 정의하는 광학 장치를 가지며, 여기에서 부분 필드는 제1 디멘젼에서 서로 중첩되는 방식으로 기판 면에 입사된다. 공지된 광학 시스템에서, 광학 채널을 정의하는 광학 장치는 하나 또는 2개의 구성요소를 갖는 파리눈 콘덴서(fly's eye condenser)의 형태로 실시된다. 파리눈 콘덴서는 원통형 렌즈 어레이로서 실시되며, 즉, 복수의 개별 원통형 렌즈가 X-디멘젼에서 서로의 옆에 배치되고, 여기에서 각 개별 원통형 렌즈는 광 채널을 정의하며, 광 빔은 복수의 광 채널을 통과할 때, 대응하는 수의 부분 필드로 분할된다. 다운스트림 콘덴서 광학 유닛에 의해, 개별 부분 필드가 기판 상의 X-디멘젼에서 다시 중첩되며, 그 결과 X-디멘젼에서 광 빔의 강도 분포가 혼합되어 균질화가 달성된다.

공지된 광학 시스템의 경우에, X-디멘젼에서 강도 분포의 균질성이 최적이 아니다. 공지된 광학 시스템의 경우에, 광 빔 일반적으로, 제1 디멘젼에서 디멘젼 X_L 및 제1 디멘젼에서 디멘젼 Y_L과 제1 디멘젼에서 광원에 의해 미리 정해진 다이버전스(divergence) D_X 및 제2 디멘젼에서 다이버전스 D_Y를 갖는 레이저 빔이 파리눈 콘덴서의 형태의 제1 광학 장치에 충돌한다. 특히, 기판 상의 광 빔에서의 간섭 효과 및 비트(beat) 효과가 관측되었으며, 이들 효과는 광 빔을 이용하여 기판의 처리 결과를 악화시킨다.

이러한 배경에 대해, 본 발명의 목적은 상술한 단점이 회피되는 효과로 도입부에서 언급된 타입의 광학 시스템을 개발하는 것이다. 광학 시스템은 큰 빔 길이 및 작은 빔 폭을 갖는 기판을 처리하기 위해 광 빔을 생성할 수 있도록 의도되며, X-디멘젼에서의 그 강도 분포는 더욱 균질하다.

본 발명에 따르면, 이 목적은 제2 광학 장치가 상기 광 전파 방향으로 상기 제1 광학 장치의 업스트림에 배치되며, 상기 제2 광학 장치는, 상기 제1 디멘젼에서의 상기 제2 광학 장치의 에텐듀가 상기 제1 디멘젼에서의 상기 광학 시스템의 총 에텐듀의 50% 내지 100%가 되도록 상기 제1 디멘젼에서의 그러한 범위를 갖고, 상기 제1 디멘젼(X)에서 상기 제1 광학 장치(18)에 입사하는 상기 광 빔(42)의 각 스펙트럼(angular spectrum)을 확장시켜, 상기 제1 광학 장치(18)의 상기 광 채널(26; 28)의 적어도 거의 모두가 광으로 균일하게 조명된다는 사실에 의해 도입부에서 언급한 시스템에 대해 달성된다.

본 발명에 따르는 광학 시스템의 경우에는, 제2 광학 장치가 부분 필드로의 입사 광 빔을 분할하는 제1 광학 장치의 업스트림에 배치되고, 상기 제2 광학 장치는 광 빔이 제1 디멘젼에서 확장된 각 스펙트럼 및 높은 범위로 제1 광학 장치에 계속해서 입사되는 방식으로 제2 광학 장치에 입사하는 광 빔을 전처리한다. 본 발명에 따르는 광학 시스템의 경우에는, 따라서, 알려진 광학 시스템과 대조적으로, 광 빔이 광 빔의 미리 정해진 자연 다이버전스를 갖는 것이 아니라, 오히려 제2 광학 장치에 의해 크게 증가된 다이버전스 또는 개구를 갖고 제1 광학 장치의 개별 광 채널에 입사된다. 알려진 광학 시스템의 경우에는, 제1 광학 장치의 개별 광 채널이 광으로 불충분하게만 채워지며, 그 결과 간섭 및 비트 효과가 기판 면에서 초래된다. 대조적으로, 본 발명에 따르는 광학 시스템의 경우에는, 제1 광학 장치의 개별 광 채널은 입사 광 빔의 사전에 확장된 각 스펙트럼을 고려하여 광으로 더욱 균일하게 채워지며; 바꿔 말하면, 광 빔은 미리 균질화되는 방식으로 광 채널을 형성하는 제1 광학 장치로 입사한다. 제2 광학 장치는 따라서 입사 광 빔의 광의 추가의 혼합을 초래하며, 그 결과 다운스트림 제1 광학 장치가 광 빔을 더욱 효율적으로 균질화할 수 있다. 제2 광학 장치에 의해, 바람직하게는 X-디멘젼에 필요한 전체 에텐듀가 정확하게는 단일 단계로 즉, 제2 광학 장치에 의해 도입된다. 본 발명에 따르는 광학 시스템에 의해 생성되는 광 빔의 강도 분포는 따라서, 알려진 광학 시스템의 경우에서보다 기판 면에서 더욱 크게 균질하며, 그 결과 광 빔을 사용한 기판의 처리의 결과가 개선된다.

제1 디멘젼에서의 에텐듀 및 제1 디멘젼에서의 총 에텐듀는 여기에서는 1차원 에텐듀 및 각각 상기 X-디멘젼에서의 총 에텐듀를 의미하는 것으로 이해된다. 이 경우에, 제1 광학 장치의 에텐듀 LLW_X는 식:LLW_X = D_X*NA_X에 의해 주어지며, 여기에서 D_X는 제1 디멘젼에서 제1 광학 장치의 범위이고 NA_X는 제1 디멘젼에서 제1 광학 장치의 개구수이다.

하나의 바람직한 구성에서, 제2 광학 장치의 에텐듀는 광학 시스템의 총 에텐듀의 70% 내지 100%, 바람직하게는 80% 내지 100%, 더욱 바람직하게는 90% 내지 100%이다.

제2 광학 장치에 의해 시스템으로 도입되는 에텐듀가 높을수록, 기판 면에서의 선형 광 빔의 강도 분포가 더욱 균질하게 된다.

하나의 바람직한 구성에서, 상기 제2 광학 장치의 광학적 성질은 상기 제1 디멘젼을 따라 상기 제2 광학 장치의 임의의 부분 영역으로부터 나오는 광이 전체 각 정보를 적어도 거의 포함하고 상기 제1 광학 장치의 각 광 채널로 적어도 거의 입사하도록 설계된다.

이 구성에서, 바꿔 말하면, 제1 광학 장치는 제1 광학 장치의 크기 대신에 제2 광학 장치의 개구로 완전히 조명된다. 따라서, 이 구성의 경우에, 제2 광학 장치에 입사하는 광 빔의 각 공간 모드는 전체 제1 광학 장치에 걸쳐 분포된다, 즉, 그에 의해 전체 광 채널이 형성된다. "부분 영역"은 여기에서는, 제2 광학 장치로부터 나오는 광이 가상적으로 완전하거나 완전한 각 정보를 포함하는 제1 디멘젼에서의 범위를 갖는 제2 광학 장치의 최소 영역을 의미하는 것으로 이해된다. 그러한 부분 영역은 일반적으로 "피치"로 또한 표기된다.

더욱 바람직한 구성에서, 제2 광학 장치는 위치 조정에 의해, 특히 광 전파 방향에 대한 회전에 의해 제2 디멘젼에서 입사 광 빔의 빔 폭을 변경하도록 설계된다.

이 경우에, 제2 광학 장치는 X-디멘젼에서 광 빔을 균질화시키는데 기여할 뿐만 아니라 제2 기능을 충족시킨다 즉, 제2 디멘젼에서 입사 광 빔의 빔 폭을 변경시킨다. 그 결과, Y-디멘젼에서도, 제어된 방식으로 및 1 단계로 작은 에텐듀를 도입하는 것이 가능해진다. 제2 디멘젼에서 입사 광 빔의 빔 폭의 가변성은 빔 폭이 기판에 종속하는 처리의 파라미터이기 때문에 바람직하다. 상술한 구성은 예를 들면, WO 2006/066706 A2호에 기재된 바와 같이, Y에서 빔 확장을 위한 추가의 광학 장치를 배제시킨다.

또 다른 바람직한 구성에서, 제2 광학 장치는 상기 제1 디멘젼에서 1차원적으로 산란 및/또는 회절 효과를 갖는 구조체를 갖는 적어도 하나의 광학 요소를 갖는다.

그러한 광학 요소는 굴절성 또는 회절성일 수 있다.

하나의 바람직한 구성에서, 적어도 하나의 광학 요소는 회절 광학 요소이다.

바람직하게는, 산란 및/또는 회절 효과를 갖는 구조체는 비주기적인 부분 구성체를 형성하는 구성 요소를 갖고, 각 부분 구조체는 상기 부분 영역 중 하나를 형성하며 그로부터 각각 나오는 광이 상기 전체 각 정보를 적어도 거의 포함한다.

이 구성에서, 제2 광학 장치의 적어도 하나의 광학 요소는 개별 구성 요소에 의해 형성된 비주기적인 부분 구조체를 갖는다. 각각 (제1 디멘젼의 방향에서) 거리 및/또는 크기에 대해 서로 간에 상이한 복수의 구성 요소가 부분 구조체를 형성하고, 각 개별 부분 구조체는 "피치" 또는 상술한 부분 영역 중 하나를 형성하고 각각의 경우에 그로부터 나오는 광이 전체적인 또는 가상적으로 전체적인 각 정보를 포함한다. 서로 간에 부분 구조체의 비주기성으로 인해, 제1 광학 장치에 의해 특정 범위까지만 떨어져서 혼합될 수 있고 그에 따라 기판 면에서 잔여 변조를 유도할 수 있는 주기적인 간섭이, 광 빔이 실제로 제1 광학 장치에 입사하기 전에 유리하게도 회피된다. 이것은 특히, 제1 광학 장치 자신들의 광 채널이 더 많거나 더 적은 주기적인 구조체를 갖는 경우에 적용한다.

또 다른 바람직한 구성에서, 산란 및/또는 회절 효과를 갖는 상기 광학 요소의 구조체의 상기 제1 디멘젼에서의 상기 부분 구조체의 크기 및/또는 각각 인접하는 부분 구조체 간의 거리는 상이하다.

이 구성에서, 제1 디멘젼에서 1차원적으로 회절 효과를 갖는 구조체를 갖는 적어도 하나의 광학 요소는 하나의 매우 간단한 실현 시에 라인 격자로서 실시될 수 있으며, 격자의 개별 라인 간의 라인 거리는 라인에서 라인까지 확률적으로 변화한다. 복수의 그러한 라인은 각각 부분 구조체 또는 부분 영역을 형성하여 각각의 경우에 개별적으로 광에 전체 각 정보를 전달한다.

그에 따른 상술한 구성에 대해, 제2 광학 장치는 위치 조정에 의해 제2 디멘젼에서 입사 광 빔의 빔 폭을 변경하고, 1차원 격자가 특히 유리한데, 그 이유는 제2 디멘젼에서 빔 폭을 증가시키거나 빔 폭을 감소시키기 위해, 또 다른 바람직한 구성에서 제공되는 것과 같은 격자는 단순히 광 전파 방향의 축에 대해 회전 가능한 방식으로 광학 시스템에 장착되어야 한다. 1차원 격자의 라인이 0°위치로부터 회전하자마자, 여기에서 격자의 라인들은 X-디멘젼에 수직으로 이어지며, 격자는 또한 Y 방향으로 회절 효과를 갖고, 그 결과 Y 디멘젼에서의 빔 폭이 증가한다. 이 방식으로, 가우션 강도 분포로부터 Y 방향으로의 1차원 격자를 이용하여, Y-디멘젼에서의 대응하는 빔 폭을 갖는 더 넓은 톱-햇-타입 강도 분포(즉, 평면 플래토우 및 높은 에지 급경사도를 갖는 강도 분포)를 설정하는 것이 가능해진다.

또 다른 바람직한 구성에서, 산란 및/또는 회절 효과를 갖는 상기 광학 요소의 구조체의 각각 인접하는 부분 구조체 간의 거리들의 평균 거리는, 상기 제2 광학 장치에 입사하는 상기 광 빔의 각 측면 코히어런스 셀(coherence cell)로부터의 광이 상기 제1 광학 장치로부터 전체 빔 길이를 거의 초과하여 상기 기판 면으로 지향되도록 선택된다.

광 빔은 일반적으로 레이저 빔으로부터 형성되므로, 광 빔은 제1 디멘젼의 방향으로 미리 정해진 측면 코히어런스 길이를 갖는다. 측면 코히어런스 길이는 여기에서는, 제1 디멘젼에서 서로로부터 이격되어 있고 서로와 사실 여전히 간섭할 수 있는 2개의 부분 레이 간의 거리를 의미하는 것으로 이해해야 한다. 제1 디멘젼에서 개별 측면 코히어런스 셀의 범위는 측면 코히어런스 길이에 대응한다. 개별 코히어런스 셀로부터의 광이 제1 광학 장치의 하나 또는 몇 개의 광 채널에만 입사되는 경우, 이것이 기판의 면에서의 간섭 현상을 유도할 수 있다. 대조적으로, 상술한 구성에서, 광학 요소의 부분 구조체 간의 평균 거리는 광 빔의 각 코히어런스 셀이 기판을 양호한 근사치까지 균질하게 조명한다. 따라서, 각 코히어런스 셀로부터의 광이 기판의 각 위치에 도달하고, 그에 따라 통계적으로 누적된 단계들의 결과로 (개별 레이저 모드의 동작 때문에 확률적인 성질인) 스페클 콘트라스트(speckle contrast)의 최소화가 가능하게 된다.

산란 및/또는 회절 효과를 갖는 상기 광학 요소의 구조체의 각각 인접하는 부분 구조체 간의 거리들의 평균 거리는, 상기 기판 면에서 상기 제1 광학 장치에 의해 야기되는 간섭 콘트라스트(interference contrast)가 최소화되도록 선택되는 경우가 더욱 바람직하다.

이 대책으로, 광학 요소의 부분 구조체 간의 평균 거리가 제1 광학 장치로 조정되며, 파리눈 콘덴서와 같은 제1 광학 장치의 구성인 경우에는, 부분 구조체 간의 평균 거리의 적응에 의해 소거되거나 적어도 감소될 수 있는 간섭 효과를 야기할 수 있다. 스페클 콘트라스트와 달리, 간섭 콘트라스트는 결정론적인 성질로 되어 있고 기판 면에서의 코히어런스 부분 레이들의 중첩을 기초로 하고 있다.

또 다른 바람직한 구성에서, 각각 인접하는 부분 구조체 간의 거리들의 평균 거리는 아래의 관계를 만족한다:

광 빔의 광의 측면 코히어런스 길이 l_c ＜ 부분 구조체 간의 평균 거리.

1/3 ＜ 평균 거리/광 빔의 측면 코히어런스 길이 l_c ＜ 5,

바람직하게는,

1 ＜ 평균 거리/광 빔의 측면 코히어런스 길이 l_c ＜ 3.

또 다른 바람직한 구성에서, 상기 제2 광학 장치는 콘덴서 광학 유닛을 갖고, 상기 제1 디멘젼에서 1차원적으로 산란 및/또는 회절 효과를 갖는 구조체를 갖는 적어도 하나의 광학 요소는 상기 콘덴서 광학 유닛과 함께 상기 제1 광학 장치의 균일한 조명을 생성한다.

이 경우에, 콘덴서 광학 유닛과 광학 산란 요소/회절 광학 요소의 상호작용 시에 제2 광학 장치를 통한 광 빔은 높은 에지 급경사도를 갖는 X-디멘젼에서의 강도 분포를 갖는 것이 유리하다.

제1 광학 장치는 바람직하게는, 적어도 하나의 원통형 렌즈 어레이(64)를 갖고, 개별 원통형 렌즈의 실린더 축들은 상기 제2 디멘젼에 지향되며, 상기 개별 원통형 렌즈는 바람직하게는 평철 원통형 렌즈이다.

알려진 그대로인, 이 구성에서, 제1 광학 장치의 개별 광 채널은 개별 원통형 렌즈에 의해 형성된다. 그러나, 알려진 광학 시스템과 대비하여, 개별 원통형 렌즈는 바람직하게는 미리 균질화된 광 빔과 함께 가상적으로 전체 에텐듀를 시스템으로 도입하기 위하여 업스트림 제2 광학 장치에 의해 더더욱 완전히 조명된다.

이 경우에, 제1 디멘젼에 입사 광 빔을 측방향으로 범위를 정하기 위해, 원통형 렌즈 어레이가 각각의 경우에 웨지 형상 광 투과 에지 영역에 의해 범위가 정해지는 경우, 예컨대, 제2 디멘젼에서의 그 표면은 광 전파 방향에 수직인 평면에 대해 경사지게 된다.

2개의 웨지 형상 광 투과 영역은 기판 면에서 광 빔의 강도 분포의 균질성에 긍정적인 영향을 갖는 원통형 렌즈 어레이의 광학적으로 유용한 영역의 범위를 정한다. 이미 상술한 바와 같이, 기판 면에서의 광 빔의 균질성은, 광에 의해 가능한 완전히 채워지는 제1 광학 장치의 광 채널들만 기판 면 내의 광 빔에 기여하면 향상된다. 여기에서 원통형 렌즈 어레이에 입사하는 광 빔의 범위를 정하기 위해 제공되는 방책는 흡수 때문에 열 입력이 크게 감소하는 전통적인 다이어프램(diaphragm)보다 장점을 갖는다. 웨지 형상 광 투과 영역에 의해, 상기 에지 영역에 입사하는 광은 예컨대, Y-디멘젼에서 반사되고 차광 장치(light trap)에서 무해하게 될 수 있다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 제1 광학 장치는 적어도 하나의 양면 오목 렌즈를 갖는 콘덴서 광학 유닛을 갖는다.

제1 광학 장치의 광 채널을 형성하는 상술한 원통형 렌즈 어레이(들)는 기판 면에서의 X-디멘젼에서 콘덴서 광학 유닛과 함께 광 빔을 스팬한다. 제1 광학 장치의 콘덴서 광학 유닛 내의 적어도 하나의 제공된 양면 오목 렌즈는 유리하게는 X-디멘젼에서의 에지 영역에서 기판 면 내의 광 빔의 균질성을 더욱 최적화시키는 역할을 한다. 이것은 광 빔의 균질성이 기판 면에서 예를 들면, 광 빔의 균질성의 일정하지 않은 프로파일의 정정에 대응적으로 적합한 양면 오목 렌즈의 대응하는 벤딩에 의해 보상될 수 있는 이차의 프로파일을 상정할 수 있기 때문이다. 상이한 벤딩을 갖는 복수의 그러한 렌즈는 교환 가능하게 시스템에 도입될 수 있는 사용 가능함이 유지될 수 있다.

또 다른 바람직한 구성에서, 광학 시스템은 상기 제2 디멘젼에서 상기 기판 상으로 상기 입사 광 빔을 집속하는 제3 광학 장치를 갖고, 상기 제3 광학 장치는 거울들로부터 구성된다.

기판을 처리하기 위해 광 빔을 생성하는 광학 시스템은 따라서, 하나의 서브시스템이, X-디멘젼에서 최적의 균질성을 갖는 빔 길이에 따라 광 빔을 형성하기 위해, X-디멘젼에서만 광 빔을 형성하고, 다른 서브시스템이, 최소 빔 폭이 집속에 의해 달성되는, 기판의 면에서 광 빔의 빔 폭을 형성하는 2개의 서브시스템으로부터 구성된다. 기판 상에 광 빔을 집속하기 위한 거울들의 사용은 굴절 장치에 대해서 빔 길이와 빔 폭의 매우 큰 비와 관련하여 유리한데, 그 이유는 굴절 장치가 굴절의 입사각 또는 반사각의 사인에 대한 의존성 때문에 이미징의 비선형성을 야기하기 때문이다.

이 경우에, 제3 광학 장치가, 각각의 실린더 축이 상기 제1 디멘젼에서 이어지는 적어도 2개의 원통형 거울을 가지며, 제1 거울은 볼록 거울이고 제2 거울은 오목 거울인 경우가 바람직하다.

이 방책의 이점은 작업 거리 즉, 기판과 기판의 업스트림의 최종 광학 요소 사이의 거리가 크게 선택되고 이미징 품질이 동시에 높다는 것이다. 볼록 거울 및 오목 거울로 구성되는 장치의 경우에, 입사 각, 거울 반경 및 거리들을 변화시킴으로써, 작업 거리 및 이미징 스케일을 넓은 한계 내로 설정하는 것이 가능해지며, 동시에 코마 및 구면 수차를 보상하는 것이 가능해진다. 바람직하게는, 볼록 및 오목 거울은 광 전파 방향에서 볼 때 바로 잇따른다.

제3 광학 장치의 상술한 구성은 또한 청구항 1의 특징부 없이 독립된 발명으로 간주된다.

또 다른 바람직한 구성에서, 빔 범위를 정하기 위한 상기 광학 요소의 투과 범위의 가변 설정에 의해 상기 제2 디멘젼에서 빔 범위를 정하기 위한 광학 요소가 제공되어 있다.

앞서 상술한 바와 같이, 처리될 기판에 의존하는 방식으로 광 빔의 여러 가지 파라미터를 변경시키는 것이 필요하다. 따라서, 기판마다 예를 들면, 빔 폭이나 광 빔에 포함되는 에너지 및/또는 에너지 밀도를 변화시키는 것이 필요하다. 조정 가능한 빔이 Y-디멘젼에서 범위를 정한 결과, 기판 상에 작용하는 광 에너지가 변화될 수 있다. 예로서, 빔 범위를 정하기 위한 광학 요소의 투과 영역이 확대되면, 기판 상에 입사하는 에너지가 증가한다. 그러나, 빔 범위를 정하기 위한 광학 요소의 투과 영역의 확대는 광 에너지의 및 광 에너지 밀도의 시간적인 안정성을 악화시킬 수 있으며, 그 결과, 이어서 기판의 처리의 결과가 악화될 수 있다. 이것은 Y-디멘젼에서 광 빔의 강도 프로파일이 높은 에지 급경사도를 갖지 않는 경우에, Y-디멘젼에서의 광 빔의 미세한 변위가 빔 범위를 정하기 위한 광학 요소에 의해 투과되는 에너지의 변화에 나타난다. 광 빔의 변위는 빔 경로의 위치의 변동에 의해 초래될 수 있지만, 광 빔의 강도 분포가 프로세스 동안 변동할 수도 있다. 상술한 방책과 관련하여, 그에 따라 제2 광학 장치가 위치 조정에 의해 제2 디멘젼에서 입사 광 빔의 빔 폭을 변경할 수 있는, 앞서 상술한 구성은 특히 유리하게 사용될 수 있다. 이것은, 빔 범위를 정하기 위한 광학 요소의 투과 영역이 확대되면, 입사 광 빔의 빔 폭이 동시에 제2 광학 장치에 의해 확대될 수 있으며, 그 결과 광 빔의 강도 프로파일이 빔 범위를 정하기 위한 광학 요소의 투과 영역에서 확대되므로, 빔 범위를 정하기 위한 광학 요소의 큰 투과 영역의 경우에도 광 빔의 프로파일 형상에서의 또는 위치에서의 변동이 기판 면 내의 Y-디멘젼에서의 광 빔의 균질성에 부정적으로 영향을 주지는 않기 때문이다. 빔 범위를 정하는 요소가 제3 광학 요소에뿐만 아니라 시스템 내의 어디에나 배치될 수 있다.

또 다른 이점 및 특징이 아래의 설명 및 첨부하는 도면에서 나타난다.

상술한 특징 및 아래에 설명될 것은 본 발명의 범위를 벗어남 없이, 각각 구체화된 조합으로뿐만 아니라 다른 조합으로 또는 그들 자체로 사용될 수 있음은 말할 필요가 없다.

발명의 예시적인 실시예들을 도면에 도시하고 그 도면을 참조하여 이하 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 기판을 처리하기 위해 광 빔을 생성하는 광학 시스템의 개략도를 도시하며, 여기에서 광학 시스템은 XZ 평면에 도시되어 있다.
도 2는 도 1의 광학 시스템의 광학 요소의 예시적인 실시예를 도시하며, 여기에서 광학 요소는 XY 평면에 도시되어 있다.
도 3은 도 2의 광학 요소의 X-디멘젼에서의 측면도를 도시한다.
도 4는 도 1에 대해 확대된 배율로 도 1의 광학 시스템의 일부분을 XZ 평면에 도시한다.
도 5는 도 4의 일부분을 YZ 평면에 도시한다.
도 6은 도 5의 광학 장치의 광학 요소의 다른 예시적인 실시예를 YZ 평면에 도시한다.
도 7은 도 1의 광학 시스템의 경계를 정하는 빔에 대한 광학 요소의 송신 영역에의 빔 폭의 적응을 도시하는 도 5의 광학 장치의 일부분의 기본적인 도해를 도시한다.

도 1은 기판을 처리하기 위해 광 빔을 생성하는 광학 시스템을 개략적으로 도시하며, 상기 광학 시스템에는 전체적인 참조 부호 10이 제공된다.

시스템(10)은 특히, 광 빔에 의해 기판 상의 층들을 지역적으로 용해시키는 장치에 사용된다. 더욱 구체적으로는, 광학 시스템(10)은 평면 스크린 제조를 위한 비정질 실리콘으로 구성된 실리콘층을 결정화하는 장치에 사용된다.

광학 시스템(10)은 기판 상의 층들을 지역적으로 용해시키는 그러한 장치에서, 광학 시스템(10) 이외에, 또 다른 광학 유닛(도시 생략) 예를 들면, 광원, 특히 레이저, 빔 확장 광학기기, 펄스 멀티플라이어(multiplier) 및 스트레처(stretcher), 감쇠기 등을 갖는 전체 광학 시스템의 일부이다. 그러한 전체 광학 시스템에서, 도 1에 따르는 광학 시스템(10)은 광 전파 방향에서 보여지는 바와 같이, 여기에 도시된 바와 같이, 기판의 업스트림의 (후술될) X-디멘젼에서의 최종의 광학적으로 활성인 유닛일 수 있다. 시스템(10)은 대응하여, 광 전파 방향에서 보여지는 바와 같이, 광학 시스템(10)으로의 광 입사의 가상 광 입사 면(12)으로부터 기판(도시 생략)이 위치하는 기판 면(14)까지 도시되어 있다.

광학 시스템(10)은 이하에 X-디멘젼으로 표기되어 있는 제1 디멘젼에서 빔 길이 L 및 이하에 Y-디멘젼으로 표기되는 제2 디멘젼에서 빔 폭 B(도 5 참조)를 갖는 광 빔을 기판 면(14)에서 생성하도록 설계되며, 여기에서 빔 길이 L은 빔 폭 B보다 매우 크다. 빔 길이 L은 100 ㎜보다 더 크고 예컨대, 대략 300 ㎜이며, 빔 폭 B는 50 ㎛보다 더 작고 특히 10 ㎛보다 더 작으며 예컨대, 대략 5 ㎛이다.

도 1에서, X-디멘젼에 수직이고 Y-디멘젼에도 수직으로 이어지는 광 전파 방향은 Z로 표기되어 있다. XZ 평면에서 광학 시스템(10)을 도시하는 도 1에서, 좌표 시스템(16)이 예시적인 목적으로 도시되어 있다.

광학 시스템(10)은 제1 광학 장치(18) 및 광 전파 방향에서 볼 때 제1 광학 장치(18)의 업스트림의 제2 광학 장치(20)를 갖는다.

제1 광학 장치(18)는 광학 요소(22) 및 광학 요소(24)를 갖는다. 광학 요소(22)는 X-디멘젼에서 서로의 옆에 배치되어 X-디멘젼에서 입사 광 빔을 복수의 부분 필드로 분할하는 복수의 광 채널을 정의한다. 도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 광학 요소(22)는 그러한 7개의 광 채널을 모두 정의한다. 그러나, 현저하게 더 많을 수 있다. 광학 요소(24)는 유사하게 X-디멘젼에서 서로 옆에 배치되는 복수의 광 채널(28)을, 유사하게 도 1에 따르는 예시적인 실시예에서 그러한 광 채널(28) 중 7개를 정의한다.

광학 요소(22)와 광학 요소(24)의 양자는 각각의 예에서 원통형 렌즈 어레이의 형태로 실시되며, 개별 원통형 렌즈의 각각의 실린더 축은 Y-디멘젼으로, 즉, 도 1의 도면의 면에 수직으로 연장한다.

도 1로부터 명백해지는 바와 같이, 광 채널(26 및 28)을 형성하는 개별 원통형 렌즈들은 각각의 예에서 평철 방식으로 실시된다. 이 경우에, 광학 요소(22)의 원통형 렌즈는 광학 요소(24)의 원통형 렌즈의 볼록 광 입사측에 대향하는 그 볼록 광 출사측과 함께 고려한다.

광학 요소(22 및 24)의 광 채널(26 및 28)은 X-디멘젼에서 광학 요소(22 및 24)에 입사되는 광 빔을 복수의 부분 필드로 분할하고, 3개의 부분 필드(30, 32 및 34)가 도 1에 예로서 도시되어 있다.

광학 요소(22 및 24)로 구성된 장치는 또한 (이중) 파리눈 콘덴서로 표기된다. 파리눈 콘덴서 이외에, 제1 광학 장치(18)도 평철 렌즈(38) 및 양면 오목 렌즈(40)를 갖는 추가의 콘덴서 광학 유닛(36)을 갖는다. 제1 광학 장치(18)는 X-디멘젼에서만 입사 광 빔에 작용하는 한편, 그렇지 않거나 실질적으로 Y-디멘젼에서는 입사 광 빔에 영향을 주지 않는다. 렌즈(38 및 40)는 따라서, 그 실린더 축이 Y-디멘젼에 이어지는 원통형 렌즈로서 실시된다.

제1 광학 장치(18)의 개별 광 채널(26, 28)을 통한 광 빔의 통과의 결과로서 발생하는 부분 필드(30, 32, 34)는 콘덴서 광학 유닛(36)에 의해 기판 면(14) 내의 X-디멘젼에서 서로 중첩된다. 제1 광학 장치(18)에 입사되는 광 빔의 제1 디멘젼에서 서로의 옆에 배치되는 복수의 부분 필드로의 분할 및 기판 면(14) 내의 제1 디멘젼에서의 상기 필드의 중첩의 결과로서, X-디멘젼에서 기판 면에 입사되는 광 빔(14)의 강도 분포는 광 채널(26, 28)의 각각으로부터의 광이 광 채널(26, 28)의 다른 하나로부터의 광과 혼합되기 때문에 균질화된다. 제1 광학 장치(18)에 의해 영향을 받는 이 광 혼합은, 그러나, 광 채널(26, 28)이 개별 광 채널(26, 28) 상에 입사되는 광 빔에 의한 광으로 충분히 채워지지 않는 경우 최적이 아니다.

이것을 달성하기 위해, 제2 광학 장치(20)가 광학 시스템(10)에 제공된다.

제2 광학 장치(20)는 제1 디멘젼 X에서 그러한 범위를 갖고 제1 디멘젼 X에서 제2 광학 장치(18)에 입사되는 광 빔(42)의 각 스펙트럼을 확대시켜, 제1 디멘젼 X에서 제2 광학 장치(20)의 에텐듀 LLW_X가 제1 디멘젼 X에서의 광학 시스템(10)의 총 에텐듀의 50% 내지 100%로 되어, 제1 광학 장치(18)의 대략 모든 광 채널(26, 28)이 광으로 균일하게 조명된다. 바람직하게는, 제2 광학 장치(20)의 에텐듀는 광학 시스템(10)의 총 에텐듀의 70% 내지 100%이고, 바람직하게는 80% 내지 100%이며 더욱 선호하기는 90% 내지 100%이다. 제2 광학 장치(20)는 따라서, 단일 단계에서 광학 시스템(10)의 적어도 대략적으로 전체 에텐듀를 도입하고, 그 결과, 제1 광학 장치(18)의 광 채널(26, 28)의 적어도 대략 전부가 광으로 균일하게 "채워진다".

도시된 예시적인 실시예에서, 이것은 제2 광학 장치(20)가 1차원적으로 정확하게는 X-디멘젼에서 산란 및/또는 회절 효과를 갖는 광학 요소(44) 특히 회절 광학 요소를 갖는 사실에 의해 실현된다. 광학 요소(44)의 위치에서의 에텐듀 LLW_X는 LLW_X = D_X * NA_X이며, 여기에서 D_X는 X 디멘젼에서 광학 요소(44)의 범위이고 NA_X는 그 개구수이다. 광학 요소(44)에서 입사 광 빔(42)의 산란 및/또는 회절의 결과로, 광 빔(42)의 각 스펙트럼은 제1 디멘젼을 따라 광학 요소(44)의 임의의 부분 영역으로부터 나오는 광이 적어도 제1 광학 장치(18)의 광학 요소(22)의 각 광 채널(26)에 대략 입사되도록 확대된다. 이것은 도 1에서 3개의 부분 영역(46, 48 및 50)에 대해 도시되어 있다. 각 부분 영역(46, 48 및 50)으로부터 나오는 광은 광학 요소(22)의 모든 광 채널(26)에 그에 따라 또한 광학 요소(24)의 모든 광 채널(28)에 충돌한다. 광학 요소(44)에 의해, 입사 광 빔(42)은 바꿔 말하면, 미리 균질화되는 방식으로 제1 광학 장치(18)에 입사되도록 재배치된다. 상기 논급된 바와 같은 부분 영역은 각각의 경우에 완전한 각도 정보를 포함하는 광학 요소(44)의 최소 영역을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 그러한 부분 영역은 또한 "피치"로 표기된다.

X-디멘젼을 따라 도 1에서 예로서 도시된 부분 영역(46, 48 및 50)이 어떤 원하는 방식으로 선택되는 것, 즉 X-디멘젼에서 부분 영역이 광학 요소(44) 위에 분포되는 것은 말할 필요가 없다. X-디멘젼에서 광학 요소(44)의 범위에 대해 보여지는 바와 같이, 광학 요소(44)로부터 나오는 광은 광 채널을 가상적으로는 완전히 채우지만, 적어도 80%의 범위까지 채운다.

제2 광학 장치(20)는 또한, 광학 요소(44)에 의해 제1 광학 장치(18) 상으로 분기하여 산란 및/또는 회절되는 광 빔(42)을 지향시키는 콘덴서 광학 유닛(52)을 갖는다. 여기에서, 콘덴서 광학 유닛(52)은 2개의 평철 렌즈(54 및 56)를 갖는다. 제2 광학 장치(20)는 전체적으로 X-디멘젼에서 균일한 특히 톱 햇(top hat) 타입의 제1 광학 장치(18)의 조명을 생성하며, 다시 말해서 X-디멘젼에서 제1 광학 장치(20)의 범위를 초과하여, 광 빔은 제1 광학 장치(20)의 출사 시에 또는 제1 광학 장치(18)의 광학 요소(22)로의 입사 시에 광학 요소(22)의 범위를 초과하여 X-디멘젼에서 연장하는 강도 플래토우(plateau)를 양 측면 상에 상기 플래토우에 인접하는 급경사의 에지를 갖는 상태로 갖는다. 결과적으로, 제1 광학 장치(18)는 광학 요소(44)의 개구로 X-디멘젼에서 그 크기로 조명된다. 바꿔 말하면, 레이저로부터 나오는 입사 광 빔(42)의 각 공간 모드가 제1 광학 장치(18)의 광학 요소(22)의 전체 범위를 초과하여 제2 광학 장치(20)에 의해 분포된다. 이 방식으로, 광학 요소(44)는 상기 설명한 바와 같이, X-디멘젼에 필요한 전체 에텐듀를 실제로 광학 시스템(10)에 도입하며, 그 결과 제1 광학 장치(18)의 개별 광 채널(26, 28)이 가상적으로 완전히 채워지거나 조명된다.

광학 요소(44)는 바람직하게는 1차원 격자로서, 특히 라인 격자로서 실시된다. 이 경우에, 광학 요소(44)는 라인, 홈 등으로 실시되고, 서로 간에 상이하게 이격되고/되거나 제1 디멘젼 X의 방향으로 상이한 크기를 갖는 구성 요소를 갖는다. 복수의 그러한 구성 요소는 각각 부분적인 구조체(58)를 형성하며, 각각의 부분적인 구조체(58)는 대응하는 부분 영역(46, 48 또는 50)을 나타내며 그로부터 완전한 각도 정보를 포함하는 광이 나온다. 부분 구조체(58)는 따라서, 그로부터 나오는 광이 각각의 광 채널(26, 28)을 통과하는 상술한 부분 영역을 형성한다. 부분 구조체(58)는 Y-디멘젼에서 그 유효 방향(X-디멘젼)에 수직으로 연장한다. 이 경우에, 격자의 개별 부분 구조체(58)의 거리 및/또는 크기는 일정하지 않다, 즉, 구성 요소에 의해 형성되는 광학 요소(44)의 부분 구조체(58)는 비주기적이다. 이것이 제1 광학 장치(18)로의 입사 전에 제2 광학 장치(20)로부터 나오는 광 빔의 간섭 변조를 이미 소거하고, 그렇지 않으면 이 간섭 변조는 광학 요소(22, 24) 및 그의 실질적으로 주기적인 구조로부터 기판 면(14)에 전달될 수 있다.

이 경우에, 격자의 부분 구조체(58)의 X-디멘젼에서의 평균 거리 또는 동의어로 크기는 X-디멘젼에서 입사 광 빔(42)의 각 측면 코히어런스(coherence) 셀이제1 광학 장치(18)로부터 기판 면(14)으로 X-디멘젼에서 가상적으로 빔 길이 L을 초과하여 지향되도록 선택된다. 격자의 부분 구조체(58) 간의 평균 거리는 또한, 제1 광학 장치(18)에 의해 야기되고 기판 면(14) 내의 광 채널(26, 28)의 주기적인 구조체의 결과로 발생할 수 있는, 간섭 콘트라스트가 최소화되는 조건으로 선택된다.

이 경우에, 격자의 부분 구조체(58) 간의 평균 거리는 아래 관계를 만족한다:

광 빔의 측면 코히어런스 길이 l_c ＜ 부분 구조체(58) 간의 평균 거리.

바람직하게는, 각각의 인접하는 부분 구조체 간의 거리의 평균 거리는 아래 관계를 만족한다:

1/3 ＜ 부분 구조체(58) 간의 평균 거리/광 빔(42)의 측면 코히어런스 길이 l_c ＜ 5, 더욱 바람직하게는,

1 ＜ 부분 구조체(58) 간의 평균 거리/광 빔의 측면 코히어런스 길이 l_c ＜ 3.

측면 코히어런스 길이 l_c는 제1 디멘젼 X에서 서로로부터 이격되어 있고 서로 여전히 간섭할 수 있는 광의 2개의 부분 선들 간의 거리를 평균하는 것으로 여기에서는 이해되어야 한다.

광학 시스템(10) 내에 입사하는 광 빔(42)이 펄스화(pulsed)되면, 여기에서 그러한 경우, 펄스 연장 모듈(도시 생략)이 광학 시스템(10)의 업스트림에 배치되고, 연속적인 서브-펄스들이 광학 시스템(10)으로 상이한 위치에 및/또는 상이한 각도로 입사하도록 오프셋 소자들 예컨대, 플레이트 및 웨지를 펄스 연장 모듈에 설비하기 위한 준비가 이루어질 수 있다. 이 경우에, 위치 오프셋 및/또는 각도 오프셋은 바람직하게는, 광학 시스템(10)을 통한 서브-펄스들의 상이한 경로들이 기판 면(14) 내에 상이한 간섭 패턴을 유도하도록 선택된다. 서브-펄스들이 시간적으로 오프셋 방식으로 기판 면(14)에 도달하기 때문에, 서브-펄스들은 서로 간섭할 수 없고, 그래서 기판 면(14) 내의 추가의 간섭 콘트라스트 감소가 이들 오프셋 소자들에 의해 가능하다.

1차원적으로 산란 또는 회절 효과를 갖는 광학 요소(44)는 또한 Z 방향에 대해 회전 가능하다. 그 결과, 1차원적으로 산란 또는 회절 효과를 갖는 광학 요소(44)의 구조체는, 1차원적으로 효과를 갖는 구조체가 후술하는 바와 같이, 기판 면(14)에서의 광 빔의 빔 폭 B를 증가시키거나 대응하여 감소시키는데 사용될 수 있는 Y-디멘젼에서의 효과 성분을 또한 나타내는 위치로 X-디멘젼에서 독점적인 범위로부터 제공될 수 있다.

도 1에 따르면, 렌즈(54, 56), 광학 요소(22, 24)의 원통형 렌즈 어레이 및 렌즈(38)는 평철 방식으로 실시된다. 대조적으로, 렌즈(40)는 양면 오목 방식으로 실시된다. 양면 오목 렌즈(40)의 벤딩은 기판 면(14)에서 광 빔의 균일성의 일정하지 않은 프로파일을 정정하도록 적응된다. 기판 면(14) 상에 입사하는 광 빔의 강도의 2차 프로파일은 따라서 X-디멘젼에서 적응되거나 보상될 수 있다. 이것은 X-디멘젼에 대해, 기판 면(14) 상에 입사하는 광 빔의 강도가 에지를 향해 감소하거나 강화할 수 있기 때문이며, 이 감소나 강화는 종종 2차 프로파일을 취한다. 렌즈(40)의 광 출사 측(62) 및 광 입사 측(60)을 초과하여 굴절력의 대응하여 적응된 분포에 의해, 여기에서는 에지 영역에서 X-디멘젼의 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다.

광학 시스템(10)의 또 다른 양태를 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 2 및 도 3은 XY 평면(도 2)에서 및 YZ 평면(도 3)에서 광학 요소(22)를 평면도로 도시한다.

도 2에서, 원통형 렌즈 어레이를 갖는 광학 요소(22)의 영역은 참조 부호 64가 구비되어 있다. 도 1은 원통형 렌즈 어레이(64)의 영역 내만의 광학 요소(22)를 나타낸다. 도 2에 따르면, 영역(64)은, 그 각각의 표면(70 및 72)이 예컨대, Y-디멘젼에서 경사지는 웨지 형상 광 투과 에지 영역(66, 68)에 의해 X-디멘젼에서 양 측면 상에 범위가 정해진다. 그 결과, 웨지 형상 에지 영역(66, 68)에 입사하는 광은 Y 방향으로 편향되어, 예를 들면, 웨지 형상 에지 영역(66, 68)로부터의 광이 제2 광학 요소(24) 또는 광학 요소(24)의 원통형 렌즈 어레이에 입사되지 않게 된다. 웨지 형상 에지 영역(66 및 68)에 의해 편향된 광은 차광 장치(light trap)에서 예를 들면, 또한 후술하는 광학 요소(10)의 추가의 빔 경로 내의 광학 빔 범위 결정 요소에서 무해하게 될 수 있다. 도 3에 따르면, 2개의 웨지 형상 에지 영역(66 및 68)은 서로에 대해 반대의 의미로 경사지지만, 2개의 웨지 형상 에지 영역(66 및 68)은 또한 동일한 의미로 경사질 수도 있고, 또한 서로 평행하게 될 수도 있다. 웨지 형상 에지 영역(66 및 68) 내의 광학 요소(22) 상에 입사하는 광 빔의 빔 범위 결정은, 기판 면(14)에서 광 빔의 약화된 균일성을 유도할 수 있는, 이미 상술한 바와 같이, 광학 요소(24)의 하나 이상의 광 채널(28)이 완전히 채워지지 않거나 균일하게 조명되지 않는 상황을 방지한다.

광학 시스템(10)의 앞선 설명은 X-디멘젼에서 입사 광 빔(42)의 셰이핑에 관한 것이다. 아래에 광 빔(42)을 원하는 빔 폭 B를 갖고 기판 면(14)에 집속시키기 위해 Y-디멘젼에서 입사 광 빔(42)을 셰이프하는 광학 시스템(10)의 제3 광학 장치(74)의 설명을 제공한다. 도 1에서, 제3 광학 장치(74)는 단일 라인(76)에 의해 요약된 방식으로 나타난다.

도 4는 XZ 평면에서, 구체적으로는 도 1에서의 제1 광학 장치(18)의 (간략화한 방식으로 도시된) 콘덴서 광학 유닛(36)으로부터 진행하는 도 1에서와 유사한 제3 광학 장치(74)를 도시한다. 도 5는 YZ 평면에서 제3 광학 장치(74)를 도시하며 여기에서 제3 광학 장치(74)는 활성이다.

제3 광학 장치(74)는 반사 요소를 갖고, 거울(82) 및 거울(84)을 포함한다. 도 4에서, 거울(82 및 84)은 라인으로 도시되어 있는데, 그 이유는 도 4가 XZ 평면에서의 도면이기 때문이고, 거울(82 및 84)이 XZ 평면에서 비활성이다.

Y-디멘젼에서 빔 범위 결정을 위한 광학 요소(86)는 거울(82)의 업스트림에 배치된다.

광학 요소(86)는 또한 시스템(10) 내의 다른 곳에 예를 들면, 제2 광학 장치(20)의 업스트림에 또한 배치될 수도 있다.

광학 요소(86)는 Y 방향으로 가변 방식으로 조정 가능한 투과 영역(88)을 갖는다. 입사 광 빔은 광학 요소(86)의 투과 영역(88) 상으로 지향되고, 거울(82 및 84)에 의해 광학 요소(86)의 투과 영역(88)이 감소되는 방식으로 기판 면(14)에 이미징된다(imaged). Y-디멘젼에서 투과 영역(88)의 크기를 설정하는 것에 의해, 기판 면(14)에서 빔 폭 B를 설정하는 것이 가능해지며, 즉, 기판 면(14)에서의 빔 폭 B이 증가하도록 의도되면, Y-디멘젼에서 광학 요소(86)의 투과 영역(88)이 이 목적으로 확대된다.

그러나, 기판 면(14)에서의 빔 폭 B의 제어된 증가는 광학 요소(86)의 투과 영역(88)을 확대함으로써 간단히 달성될 수 없으며, 오히려 이 목적으로, 광학 요소(86)에 입사하는 광 빔은 또한 확대된 투과 영역(88)에 적응되어야 한다. 이것은 Y-디멘젼에서도, 제어된 방식으로 Y-디멘젼에서 에텐듀의 작은 부분을 도입하는 것이 필요하기 때문이다. 이것은 도 7을 참조하여 아래에 더욱 상세히 설명한다.

도 7은 상이한 크기를 갖도록 설정된 2개의 투과 영역(88a 및 88b)을 갖는 Y-디멘젼에서의 빔 범위 결정을 위한 광학 요소(86)를 도시한다.

또한, 도 7은 광학 요소(86)에 입사하는 각각의 광 빔의 2개의 빔 프로파일(90a 및 90b)을 도시한다.

광학 요소(86)의 투과 영역(88)이 투과 영역(88a)에 따라 즉, 협폭 방식으로 빔 범위 결정을 위해 설정되는 경우를 고려하여, 빔 프로파일(90a)에 따라 빔 프로파일 또는 강도 프로파일을 갖는 광 빔이 광학 요소(86)에 입사되면, Y-디멘젼에서의 상기 광 빔의 미세한 변위는 기판 면(14)에서의 광 빔의 강도의 안정성에 가상적으로 영향을 주지 않는다. 대조적으로, 광학 요소(86)의 투과 영역(88)이 도 7에서의 투과 영역(88b)으로 설정되면, 즉, 광학 요소(86)의 투과 영역(88)이 크면, 그리고 빔 프로파일(90a)을 갖는 동일한 광 빔이 광학 요소(86)에 입사하였다면, Y-디멘젼에서 광 빔의 더욱 미세한 변위 또는 변동은 빔 품질, 특히 Y-디멘젼에서 강도의 시간적인 안정성에 해로운 영향을 줄 것이다. 따라서, 광학 시스템(10)의 경우에, 투과 영역(88)의 크기에 광학 요소(86)에 입사하는 광 빔의 빔 폭을 적응시키기 위한 준비가 행해진다.

이것은 광학 시스템(10)의 경우에, 제2 광학 장치(20)의 광학 요소(44)가 Z 방향에 대해 회전 가능하다는 사실에 의해 실현된다. Z-방향에 대한 광학 요소(44)의 회전 시에, 1차원적으로 효과를 갖는 산란 또는 회절 구조체(58)는 제어된 방식으로 조정 가능한 Y-디멘젼에서의 빔 확장을 초래하는데, 그 이유는 현재 1차원적으로 효과를 갖는 구성 요소(58)는 또한 Y-디멘젼에서 성분을 갖는다. 광학 요소(44)를 회전시킴으로써 생성되는 빔 프로파일은 도 7에 빔 프로파일(90b)로 표현된다. 광 빔의 빔 확대의 결과로서, Y-디멘젼에서의 빔 프로파일(90b)이 실질적으로는 중간의 강도 플래토우 및 높은 에지 급경사도를 갖는 톱 햇 방식으로 형성된다. 결과적으로, 광학 요소(86)의 더 큰 투과 영역(88b)의 경우에도, 기판 면(14)에서는, Y-디멘젼에서 광 빔의 위치에서의 변동이 기판 면(14)에서의 광 빔의 품질 및 그 시간적인 안정성에 관하여 불리하게 나타나지 않는다.

광 빔의 확장에 의해 야기되는 기판 면(14)에서의 에너지 및 에너지 밀도의 감소는 광원에서의 에너지의 증가에 의해 보상될 수 있다.

도 6은 광학 시스템(10)의 또 다른 양태를 도시한다.

앞서 언급한 바와 같이, 제3 광학 장치(74)는 기판 면(14)으로 Y-디멘젼에서의 광 빔의 집속에 관하여 반사 요소로부터 구성된다.

도 6은 제3 광학 장치의 예시적인 실시예를 도시하며, 여기에서 도 5에 따르는 거울(82 및 84)의 양자는 곡면 거울로서 실시되고, 여기에서 거울(82)은 볼록 거울로서 실시되며 거울(84)은 오목 거울로서 실시된다. 거울(82 및 84)은 직접적으로 서로를 따른다.

특히, 거울(82 및 84)은 (도 6의 도면의 평면에 수직으로) X-디멘젼의 방향으로 연장하는 실린더 축을 갖는 원통형 거울로서 실시된다. 제3 광학 장치(74)에서의 적어도 하나의 볼록 및 적어도 하나의 오목 거울의 사용은 작업 거리 A 즉, 기판 면(14)과 최종 광학 요소(84) 간의 거리가 적어도 이미징을 위해 굴절 요소를 사용하는 이미징 시스템의 경우보다 더 커지도록 선택될 수 있다. 거울(82 및 84)로의 광 빔의 입사 각도를 변화시킴으로써, 거울 반경을 변화시킴으로써 및/또는 거울 거리를 변화시킴으로써, 광학 장치(74)의 작업 거리 A 및 이미징 스케일을 넓은 한도 내로 설정하는 것이 가능해지고, 이미징에서의 코마 및 구면 수차가 또한 굴절 장치의 경우에서보다 그런 장치로 더욱 쉽게 보상될 수도 있다.

Claims

기판 면(14)에 배치된 기판을 처리하기 위해 광 빔을 생성하는 광학 시스템으로서,
상기 광 빔은 상기 광 빔의 전파 방향(Z)에 수직인 제1 디멘젼(X)에서의 빔 길이(L)와 상기 제1 디멘젼(X)에 및 상기 광 전파 방향(Z)에 수직인 제2 디멘젼(Y)에서의 빔 폭(B)을 갖고,
상기 빔 길이(L)는 상기 빔 폭(B)에 비해 크며,
상기 제1 디멘젼(X)에서 서로의 옆에 배치되고 상기 제1 디멘젼(X)에서의 상기 광 빔을 복수의 부분 필드(30, 32, 34)로 분할하는 복수의 광 채널(26; 28)을 형성하는 제1 광학 장치(18)를 포함하고,
상기 부분 필드(30, 32, 34)는 상기 제1 디멘젼(X)에서 서로에 중첩되는 방식으로 상기 기판 면(14)에 입사되며,
상기 광 전파 방향으로 상기 제1 광학 장치(18)의 업스트림에 배치되는 제2 광학 장치(20)를 포함하며, 상기 제2 광학 장치는, 상기 제1 디멘젼(X)에서의 상기 제2 광학 장치(20)의 에텐듀가 상기 제1 디멘젼(X)에서의 상기 광학 시스템의 총 에텐듀의 50% 내지 100%가 되도록 상기 제1 디멘젼(X)에서의 그러한 범위를 갖고, 상기 제1 디멘젼(X)에서 상기 제1 광학 장치(18)에 입사하는 상기 광 빔(42)의 각 스펙트럼(angular spectrum)을 확장시켜, 상기 제1 광학 장치(18)의 상기 광 채널(26; 28)의 적어도 거의 모두가 광으로 균일하게 조명되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 광학 장치(20)의 에텐듀는 상기 광학 시스템의 총 에텐듀의 70% 내지 100%, 바람직하게는 80% 내지 100%, 더욱 바람직하게는 90% 내지 100%인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제2 광학 장치(20)의 광학적 성질은 상기 제1 디멘젼(X)을 따라 상기 제2 광학 장치(20)의 임의의 부분 영역(46, 48, 50)으로부터 나오는 광이 전체 각 정보를 적어도 거의 포함하고 상기 제1 광학 장치(18)의 각 광 채널(26, 28)로 적어도 거의 입사하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 광학 장치(20)는 위치 조정에 의해 상기 제2 디멘젼(Y)에서 상기 입사 광 빔(42)의 빔 폭(B)을 변경하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 제2 광학 장치(20)는 상기 광 전파 방향에 대한 회전에 의해 상기 제2 디멘젼(Y)에서 상기 입사 광 빔(42)의 빔 폭(B)을 변경하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 광학 장치(20)는 상기 제1 디멘젼(X)에서 1차원적으로 산란 및/또는 회절 효과를 갖는 구조체를 갖는 적어도 하나의 광학 요소(44)를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 적어도 하나의 광학 요소(44)는 회절 광학 요소인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
청구항 3 및 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
산란 및/또는 회절 효과를 갖는 상기 구조체는 비주기적인 부분 구성체(58)를 형성하는 구성 요소를 갖고, 각 부분 구조체(58)는 상기 부분 영역(46, 48, 50) 중 하나를 형성하며 그로부터 각각 나오는 광이 상기 전체 각 정보를 적어도 거의 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
청구항 8에 있어서,
산란 및/또는 회절 효과를 갖는 상기 광학 요소(44)의 구조체의 상기 제1 디멘젼(X)에서의 상기 부분 구조체(58)의 크기 및/또는 각각 인접하는 부분 구조체(58) 간의 거리는 상이한 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
청구항 9에 있어서,
산란 및/또는 회절 효과를 갖는 상기 광학 요소(44)의 구조체의 각각 인접하는 부분 구조체(58) 간의 거리들의 평균 거리는, 상기 제2 광학 장치(20)에 입사하는 상기 광 빔(42)의 각 측면 코히어런스 셀(coherence cell)로부터의 광이 상기 제1 광학 장치(18)로부터 전체 빔 길이(L)를 거의 초과하여 상기 기판 면(14)으로 지향되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
산란 및/또는 회절 효과를 갖는 상기 광학 요소(44)의 구조체의 각각 인접하는 부분 구조체(58) 간의 거리들의 평균 거리는, 상기 기판 면(14)에서 상기 제1 광학 장치(18)에 의해 야기되는 간섭 콘트라스트(interference contrast)가 최소화되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
청구항 11에 있어서,
각각 인접하는 부분 구조체(58) 간의 상기 거리들의 평균 거리는 아래의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템:
상기 광 빔의 광의 측면 코히어런스 길이 l_c ＜ 상기 부분 구조체(58) 간의 평균 거리.
청구항 12에 있어서,
각각 인접하는 부분 구조체(58) 간의 상기 거리들의 평균 거리는 아래의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템:
1/3 ＜ 상기 부분 구조체(58) 간의 평균 거리/상기 광 빔의 광의 측면 코히어런스 길이 l_c ＜ 5,
바람직하게는,
1 ＜ 상기 부분 구조체(58) 간의 평균 거리/상기 광 빔의 광의 측면 코히어런스 길이 l_c ＜ 3.
청구항 4 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 디멘젼(X)에서 1차원적으로 산란 및/또는 회절 효과를 갖는 구조체를 갖는 상기 광학 요소(44)는 상기 광 전파 방향의 축(7)에 대해 회전 가능한 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
청구항 4 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 광학 장치(20)는 콘덴서 광학 유닛(52)을 갖고, 상기 제1 디멘젼(X)에서 1차원적으로 산란 및/또는 회절 효과를 갖는 구조체를 갖는 적어도 하나의 광학 요소(44)는 상기 콘덴서 광학 유닛(52)과 함께 상기 제1 광학 장치(18)의 균일한 조명을 생성하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 광학 장치(18)는 적어도 하나의 원통형 렌즈 어레이(64)를 갖고, 개별 원통형 렌즈의 실린더 축들은 상기 제2 디멘젼에 지향되며, 상기 개별 원통형 렌즈는 바람직하게는 평철 원통형 렌즈인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
청구항 16에 있어서,
상기 제1 디멘젼(X)에서 상기 입사 광 빔을 측면 방향으로 범위를 정하기 위해, 상기 원통형 렌즈 어레이(64)는 각각의 경우에 웨지 형상 광 투과 에지 영역(66, 68)에 의해 범위가 정해지는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
청구항 17에 있어서,
상기 웨지 형상 광 투과 에지 영역(66, 68)의 표면(70, 72)은 상기 광 전파 방향(Z)에 수직인 평면에 대해 상기 제2 디멘젼(Y)에서 경사져 있는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
청구항 16 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 광학 장치(18)는 적어도 하나의 양면 오목 렌즈(40)를 갖는 콘덴서 광학 유닛(36)을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
청구항 19에 있어서,
상기 양면 오목 렌즈(40)의 벤딩(bending)은 상기 기판 면(14)에서 상기 광 빔의 균일성의 일정하지 않은 프로파일을 정정하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
청구항 1 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 디멘젼(Y)에서의 상기 입사 광 빔을 상기 기판 면으로 집속하고, 거울(82, 84)로부터 구성되는 제3 광학 장치(74)를 특징으로 하는 광학 시스템.
청구항 21에 있어서,
상기 제3 광학 장치(74)는, 각각의 실린더 축이 상기 제1 디멘젼(X)에서 이어지는 적어도 2개의 원통형 거울(82, 84)을 가지며, 제1 거울(82)은 볼록 거울이고 제2 거울(84)은 오목 거울인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
청구항 1 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
빔 범위를 정하기 위한 상기 광학 요소(86)의 투과 범위(88)의 가변 설정에 의해 상기 제2 디멘젼(Y)에서 빔 범위를 정하기 위한 광학 요소(86)를 특징으로 하는 광학 시스템.