KR20130060281A - 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치의 조명 시스템 - Google Patents

마이크로리소그래픽 투영 노광 장치의 조명 시스템 Download PDF

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칼 짜이스 에스엠티 게엠베하
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Abstract

마이크로리소그래픽 투영 노광 장치(10)의 조명 시스템은 광학 래스터 소자들(56; 156)의 어레이(54c; 154b)를 포함하는 광학 적분기(52; 152)를 포함한다. 집광기(72)는 공통 필드 평면(71)의 광학 래스터 소자들과 관련된 광 빔들을 중첩한다. 변조기(62; 162; 262)는 조명된 필드의 각도 방사조도 분포의 필드 의존성을 변경한다. 변조기의 유닛들(60; 160; 260)은 광 빔들 중 하나와 관련되고 관련된 광 빔만이 변조기 유닛(60) 상에 충돌하도록 상기 집광기(71) 앞의 위치에 배열된다. 더욱이, 유닛들은 광을 블로킹하지 않고 관련된 광 빔의 공간 및/또는 각도 방사조도 분포를 가변적으로 재분배하도록 구성된다. 제어 장치(66)는 마스크 평면(78)의 각도 방사조도 분포의 필드 의존성이 변경되도록 하는 입력 명령을 수신하는 경우, 변조기 유닛들(60; 160; 260)을 제어한다.

Description

마이크로리소그래픽 투영 노광 장치의 조명 시스템{ILLUMINATION SYSTEM OF A MICROLITHOGRAPHIC PROJECTION EXPOSURE APPARATUS}
본 발명은 일반적으로 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치의 조명 시스템 및 이러한 장치의 동작 방법에 관한 것이다.
마이크로리소그래피(포토리소그래피 또는 간단하게 리소그래피로도 지칭됨)는 집적 회로, 액정 디스플레이 및 다른 마이크로 구조 장치의 제조를 위한 기술이다. 에칭 처리와 연계하여, 마이크로리소그래피의 처리는, 기판, 예컨대 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 박막 적층에서 피쳐(feature)를 패터닝하기 위해 사용된다. 각 층의 제조에 있어서, 먼저, 웨이퍼는 특정 파장의 광에 민감한 물질인 포토레지스트로 코팅된다. 다음으로, 상면에 포토레지지스트를 갖는 웨이퍼는 투영 노광 장치의 마스크를 통해 투영 광에 노출된다. 마스크는 포토레지스트 상으로 이미징될 회로 패턴을 포함한다. 노출 이후에, 포토레지스트는 마스크에 포함된 회로 패턴에 상응하는 이미지를 생성하기 위해 현상된다. 이로써, 에칭 처리는 회로 패턴을 웨이퍼 상의 박막 적층 내에 전사한다. 마지막으로, 포토레지스트가 제거된다. 상이한 마스크들을 이용한 이러한 처리의 반복은 다층 마이크로구조 구성요소를 생성한다.
투영 노광 장치는, 일반적으로, 예컨대 직사각형이나 곡선형 슬릿(curved slit)의 형태를 가질 수 있는 마스크 상의 필드를 조명하는 조명 시스템을 포함한다. 이 장치는 마스크를 정렬하기 위한 마스크 스테이지, 마스크 상의 조명된 필드를 포토레지스트 상에 이미징하는 투영 대물렌즈(가끔, '렌즈'로도 지칭됨), 및 포토레지스트로 코팅된 웨이퍼를 정렬하기 위한 웨이퍼 정렬 스테이지를 더 포함한다.
투영 노광 장치의 발달의 주 목적들 중 하나는 웨이퍼 상에서 더욱 작은 치수(dimension)를 갖는 구조를 리소그래피 방식으로 형성할 수 있도록 하는 것이다. 작은 구조는 높은 집적 밀도를 야기하며, 이것은 일반적으로 이러한 장치의 도움으로 생성된 마이크로 구조 구성요소들의 성능에 있어서 유리한 효과를 갖는다.
과거에, 이러한 목적을 성취하기 위하여 다양한 접근법들이 추구되었다. 한 접근법은 포토레지스트 상에 회로 패턴을 이미징하기 위해 사용된 투영 광의 파장을 감소하는 것이었다. 이것은, 리소그래피 방식으로 형성될 수 있는 피쳐들의 최소 크기는 투영 광의 파장에 대략 비례한다는 사실을 활용한다. 그러므로, 이러한 장치의 제조자들은 더욱 짧은 파장을 갖는 투영 광을 사용하기 위해 노력했다. 현재 사용되는 가장 짧은 파장은, 248nm, 193nm 및 157nm 이므로, 원자외선(deep ultraviolet; DUV) 또는 진공 자외선(vacuum ultraviolet; VUV) 스펙트럼 범위에 있다. 차세대 상용 장치는, 극자외선(extreme ultraviolet; EUV) 스펙트럼 범위인 약 13.5nm의 더욱 짧은 파장을 갖는 투영 광을 사용할 것이다. EUV 장치는 렌즈 대신 미러를 포함하는데, 이는 렌즈가 거의 모든 EUV 광을 흡수하기 때문이다.
다른 접근법은, 마스크의 조명을 개선하는 것이다. 이상적으로, 투영 노광 장치의 조명 시스템은 잘 정의된 공간 및 각도 방사조도 분포를 갖는 투영 광으로 마스크 상에서 조명된 필드의 각각의 포인트를 조명한다. 각도 방사조도 분포라는 용어는, 어떻게 마스크 상의 특정 포인트를 향해 수렴하는, 광 선속의 총 광 에너지가 광 선속을 구성하는 광선들의 다양한 방향들 사이에 분포되는지 기재한다.
마스크 상에 충돌하는 투영 광의 각도 방사조도 분포는 일반적으로 포토레지스트 상에 이미징 될 패턴의 종류에 적응된다. 예컨대, 비교적 큰 크기의 피쳐들은 작은 크기의 피쳐들 보다 상이한 각도 방사조도 분포를 요구할 수 있다. 가장 흔하게 사용되는 각도 방사조도 분포는 종래, 환형, 2극 및 4극 조명 세팅으로 지칭된다. 이러한 용어들은 조명 시스템의 동공면의 방사조도 분포를 지칭한다. 예컨대, 환형 조명 세팅의 경우, 환형 지역이 동공면에서 조명된다. 그러므로, 투영 광의 각도 방사조도 분포에는 오직 작은 범위의 각도만이 존재하며, 모든 광선들은 마스크 상에 유사한 각도로 비스듬하게 충돌한다.
마스크 평면의 투영 광의 각도 방사조도 분포를 변경하여 바람직한 조명 세팅을 성취하는, 상이한 수단이 선행기술에 알려져 있다. 마스크 평면에 상이한 각도 방사조도 분포를 생성하는데 있어서 최대 융통성을 얻기 위하여, 동공면의 방사조도 분포를 결정하는 미러 어레이들을 사용하는 것이 제안되어왔다.
EP 1 262 836 A1에서, 미러 어레이는, 1000보다 많은 마이크로스코픽 미러를 포함하는 마이크로전자기계 시스템(MEMS)으로서 실현된다. 미러들의 각각은 약 2개의 직교 경사 축의 주위에서 경사질 수 있다. 이로써 이러한 미러 장치상에 입사하는 방사선은 반구의 거의 원하는 방향으로 반사될 수 있다. 미러 어레이와 동공면 사이에 배열되는 집광기 렌즈는 미러들에 의해 생성된 반사 각도를 동공면의 위치 내로 옮긴다(translate). 이러한 조명 시스템은 복수의 스팟(spot)을 가지는 동공면을 조명하는 것을 가능하게 하며, 각각의 스팟은 하나의 특정 미러와 관련되며, 이러한 미러를 경사지게함으로써 동공면을 가로질러서 자유롭게 이동가능하다.
미러 어레이들을 사용하는 유사한 조명 시스템들은 US 2006/0087634 A1, US 7 061 582 B2 및 WO 2005/026843 A2에 알려져 있다.
미러 어레이들을 사용하는 조명 시스템들은 각도 방사조도 분포를 변경하는데 있어서 매우 융통성이 있음에도 불구하고, 마스크 평면의 조명된 필드에 대한 공간 및 각도 방사조도 분포의 균일성은 여전히 문제이다. 다음 세대의 조명 시스템들은 이러한 양(quantity)의 매우 낮은 필드 의존성을 요구할 가능성이 크다.
필드 의존성을 줄이기 위해 개발된 일부 접근법들은, 복수의 2차 광원을 생성하기 위해 조명 시스템들에서 일반적으로 사용되는 광학 적분기에 초점을 맞춘다. 2차 광원들에 의해 방출된 광 빔들은 마스크 평면이나, 마스크 평면에 광학적으로 켤레인(optically conjugate) 필드 스톱 평면상으로 집광기에 의해 중첩된다. 광학 적분기는 일반적으로 2차 광원들과 관련된 광 빔들을 생성하는 광학 래스터 소자들의 하나 이상의 어레이를 포함한다. 이러한 광 빔에만 관련되는 하나 이상의 광학 래스터 소자들은 다른 광학 채널들로부터 독립된 광학 채널을 형성한다. 광학 채널과 관련된 각각의 광 빔은 마스크나 필드 스톱 평면을 완전히 조명하고, 광학 채널 내에 위치된 광학 소자는 조명 특성을 변경하는 데 사용될 수 있다.
예컨대, US 5 615 047는 광학 적분기의 앞에 배열되고 광학 적분기의 단일 광학 채널과 각각 연관된 복수의 필터영역을 포함하는 평면을 기재한다. 필터 소자의 위치는 마스크나 필드 스톱 평면에 광학적으로 켤레이므로, 필터 영역의 투과율 분포는 마스크나 필드 스톱 평면에서의 균일한 공간 방사조도 분포가 얻어지도록 선택될 수 있다.
또한, US 6 049 374는 광학 적분기의 특정 채널들과 관련된 흡수성 필터 소자들을 사용할 것을 제안한다.
본 출원의 출원인에게 양도된 US 2009/0021715 A1은 각도 방사조도 분포의 바람직하지 않은 잔여 필드 의존성이 제거된 조명 시스템을 기재한다. 이러한 목적으로, 개별 광학 채널들에 배치된 프리즘과 같은 광학 소자들은 이러한 광학 채널들과 관련된 광 빔들의 특정 광학 특성들을 변경한다.
그러나, 특히 마스크 상에 충돌하는 투영 광의 각도 방사조도 분포의 필드 의존성과 관련하여, 여전히 조명 시스템을 개선할 필요가 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은, 마스크 레벨에서의 각도 방사조도 분포의 필드 의존성과 관련하여 증가한 융통성을 제공하는 조명 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은, 광학 래스터 소자들의 어레이를 포함하는 광학 적분기를 포함하는 조명 시스템에 의해 얻어지고, 광 빔은 각각의 광학 래스터 소자와 관련된다. 조명 시스템은, 조명될 마스크가 조명 시스템의 동작 동안 위치되는 마스크 평면과 동일하거나 광학적으로 켤레인 공통 필드 평면에서 광학 래스터 소자와 관련된 광 빔들을 중첩하는 집광기를 더 포함한다. 조명 시스템의 변조기는, 조명 시스템에 의해 마스크 평면에서 조명되는 필드의 각도 방사조도 분포의 필드 의존성을 변경하도록 구성된다. 변조기는 복수의 변조기 유닛을 포함하고, 각각의 변조기 유닛은 광 빔들 중 적어도 하나(바람직하게는 단 하나)와 관련되고, 집광기의 앞의 위치에 배열되어서, 관련된 광 빔만이 변조기 유닛에 충돌한다. 더욱이, 각각의 변조기 유닛은, 광을 블로킹하지 않고, 관련된 광 빔의 공간 및/또는 각도 방사조도 분포를 다양하게 재분배하도록 구성된다. 조명 시스템은, 제어 장치가 마스크 평면의 각도 방사조도 분포의 필드 의존성이 변경되어야 한다는 입력 명령을 수신하면, 적어도 하나의 변조기 유닛은 관련된 광 빔의 공간 및/또는 각도 방사조도 분포를 재분배하도록 변조기 유닛들을 제어하도록 구성된 제어 장치를 포함한다.
본 발명은, 마스크 평면의 조명된 필드의 각각의 점에서 동일한 잘 정의된 각도 방사조도 분포를 생성하려는, 즉, 각도 방사조도 분포의 필드 의존성을 아주 작은 용인가능한 값으로 줄이려는 시도의 종래 접근법을 벗어난다. 대신에, 본 발명은 장치의 동작자가 마스크 평면의 각도 방사조도 분포의 필드 의존성을 신속하게 변경하는 것을 가능하게 하는 조명 시스템을 제공하고자 한다. 이것은, 상이한 각도 방사조도 분포로 조명된 필드의 상이한 부분들을 선택적으로 조명하는 것을 가능하게 한다. 이러한 분포가, 이러한 부분들에서 조명된 회로 패턴에 구체적으로 적응되면, 패턴은 포토레지스트나 다른 형태의 감광성 표면으로 보다 정확하게 전사될 것이다.
그러나, 본 발명은 상이한 조명 세팅으로 마스크의 상이한 부분들을 조명하는 것이 요망되지 않는 응용에서도 유용할 수 있다. 마스크 레벨에서의 각도 방사조도 분포의 필드 의존성을 신속하게 변경하는 능력은, 필드 의존성이 시간적으로 변화하여 광학 적분기의 광학 채널들에 배열된 고정 광학 소자들로 감소할 수 없을 경우에도 필드 의존성을 상당히 효율적으로 감소시키는데 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 변조기는, 제 1 각도 방사조도 분포가 조명된 필드의 제 1 부분에서 생성되고, 제 1 각도 방사조도 분포와 구별되는 제 2 각도 방사조도 분포는 조명된 필드의 제 2 부분에서 생성되도록 구성된다.
특히, 마스크가 포토레지스트의 노출 동안 스캔 방향을 따라 움직이는, 스캐너 형태의 장치에서, 제 1 및 제 2 부분들은 스캔 방향을 따라 연장하는 선들에 의해 형성될 수 있다. 제 1 부분은 조명된 필드의 하나의 단부에 인접할 수 있고, 제 2 부분은 조명된 필드의 반대쪽 단부와 인접할 수 있다. 스캐너 형태의 장치의 경우, 한쪽의 단부 및 반대쪽 단부는 스캔 방향에 수직인 방향을 따라 조명된 필드의 범위를 정할 수 있다.
다른 실시예에서, 제 1 부분은, 제 1 각도 방사조도 분포가 균일한 2차원 영역이며, 또한, 제 2 부분은, 제 2 각도 방사조도 분포가 균일한, 2차원 영역이다.
장치가 스캐너 형태인 경우, 조명된 필드는 일반적으로 X 방향을 따라서 긴치수(long dimension) 및 X 방향에 수직이고 장치의 스캔 방향에 상응하는 Y 방향을 따라 짧은치수(short dimension)를 갖는다. 제 1 부분은, 제 2 부분과 마찬가지로, 적어도 하나의 Y 좌표를 갖되 X 좌표는 가질 수 없다. 다시 말해서, 2개의 부분은, X 방향을 따라 나란히 배열되거나 가능하면 Y 방향을 따라 변위되지만, Y 방향에 평행하게 연장하는 라인 상에 위치하는 점을 공통으로 가지지는 않는다.
일부 실시예에서, 각도 방사조도 분포를 신속히 변경하여 마스크가 스캐닝 동작에서 감광성 층 상으로 투영되는 동안 각도 방사조도 분포가 변하도록 하는 것 또한 가능하다. 이로써, 2차원 영역들에 의해 형성된 제 1 및 제 2 부분들은 스캔 방향 Y를 따라 앞뒤로(one behind the other) 배열될 수 있어서 2개의 부분들은 공통으로 X 좌표를 또한 가질 수 있다.
일반적으로, 2개의 부분들의 제 1 및 제 2 각도 방사조도 분포는, 종래의 조명 세팅, 각도 조명 세팅, 2극 조명 세팅 및 n극(n-pole; n≥4) 조명 세팅으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 조명 세팅과 관련될 수 있다.
다른 실시예에서, 각각의 변조기 유닛은, 광 전파 방향에서 광학 래스터 소자들의 어레이의 전면에 배치된 래스터 필드 평면에 배열될 수 있다. 각각의 변조기 유닛은, 광을 블로킹하지 않고, 래스터 필드 평면의 관련된 광 빔의 공간 방사조도 분포를 가변적으로 재분배하도록 구성된다.
이것은, 래스터 필드 평면들이 공통 필드 평면에 광학적으로 켤레이며, 결과적으로, 래스터 필드 평면의 관련된 광 빔의 임의의 공간 재분포가 공통 필드 평면의 재분배된 공간 방사조도 분포로 옮겨진다는 점을 활용한다. 각각의 변조기 유닛은, 관련된 광학 래스터 소자의 위치에 의해 결정된 방향으로부터 공통 필드 평면을 향해 전파하는 특정 광 빔과 관련되므로, 변조기 유닛이 공통 필드 평면에서 관련된 광 빔에 의해 형성된 공간 방사조도 분포를 변경하는 경우, 각도 방사조도 분포의 필드 의존성도 변한다.
일반적으로, 광학 래스터 소자들과 관련된 래스터 필드 평면들은 동일 평면에 있는(coplanar)일 것이다. 그러나, 광학 래스터 소자들이 상이한 광학 특성을 가지면, 래스터 필드 평면들 또한 광학 축을 따라 변위되거나 경사질 수 있다.
일부 실시예에서, 각각의 변조기 유닛은 래스터 필드 평면에서 영역을 이동시키도록 구성되고, 이러한 평면은, 조명 시스템의 광학 축에 수직인 방향을 따라 변조기 유닛과 관련된 광 빔에 의해 조명된다. 공통 필드 평면의 조명된 필드는 또한 래스터 필드 평면의 영역의 이동에 비례하는 양만큼 이동한다. 스캐닝 형태의 장치에서, 이동 방향은 X 방향과 동일할 수 있다. 이러한 맥락에서, 일반적으로 래스터 필드 평면은 수학적인 개념의 평면이 아니라 광학적으로 정의되고 그러므로 특정 "두께"를 가지는 것이 주목되어야 한다. 그러므로, 또한 이러한 "두꺼운" 필드 평면 내의 비스듬한 이동은 광학 축에 수직인 이동으로서 간주된다.
조명된 영역의 이동은, 관련된 광 빔들의 각도 방사조도 분포를 변경하지 않고, 변조기 유닛에 의해 성취될 수 있다. 이로써, 공통 필드 평면의 특정 광 빔에 의해 생성된 각도 방사조도 분포는 관련된 광학 래스터 소자의 위치에 의해서만 결정되지만, 실질적으로, 광 빔과 관련된 래스터 필드 평면의 조명된 영역의 위치로부터 독립된다.
래스터 필드 평면에서 관련된 광 빔의 공간 방사조도 분포를 다양하게 재분배하는 것이 가능하게 변조기 유닛을 구성하는 것은, 일반적으로, 광학 구성요소, 액츄에이터 및 이러한 목적에 필요한 다른 기계적 구성요소들을 수용하기 위해 사용될 수 있는 래스터 필드 평면에서 이용가능한 일정 공간을 요구한다. 이것은 래스터 필드 평면의 조명된 부분이 갭(gap)에 의해 나뉘어야 하는 것을 의미한다.
조명된 부분들이 갭에 의해 나뉘는 래스터 필드 평면들을 생성하는 광학 적분기는, 광 전파 방향에서 카운팅 할 때, 광학 래스터 소자들의 제 1, 제 2 및 제 3 어레이를 포함할 수 있으며, 래스터 필드 평면들은 광학 래스터 소자들의 제 2 어레이와 제 3 어레이 사이에 위치된다. 이러한 광학 적분기는 미공개된 독일 특허 출원 DE 10 2009 045 219 - 2009년 9월 30일자로 출원되었으며, 본 출원의 출원인에게 양도됨 - 에 개시된다.
다른 실시예에서, 각각의 변조기 유닛은, 광 전파 방향에서 광학 래스터 소자들의 어레이 뒤에 위치된 동공 평면에 배열되거나 이것에 근접하게 배열된다. 각각의 변조기 유닛은, 광을 블로킹하지 않고, 동공 평면의 관련된 광 빔의 각도 방사조도 분포를 가변적으로 재분배하도록 구성된다. 이것은, 동공 평면의 각도 방사조도 분포가 동공 평면에 퓨리에(Fourier) 관련된 공통 필드 평면의 공간 방사조도 분포로 옮겨진다는 것을 활용한다.
이러한 맥락에서, 각각의 변조기는 광학 축에 수직인 경사 축에 대해 변조기 유닛과 관련된 광 빔을 경사지게 하도록 구성될 수 있다. 이것은, 공통 필드 평면의 공간 방사조도 분포의 이동을 야기할 것이다.
스캐닝 장치의 경우에, 경사 축은 스캔 방향과 동일한 Y 방향과 동일할 수 있다.
변조기 유닛들의 위치에 관계없이, 각각의 변조기 유닛은, 그것에 충돌하는 관련된 광 빔의 전파 방향을 변경하도록 구성되는 광학 소자를 포함할 수 있다. 더욱이, 각각의 변조기 유닛은, 제어 장치로부터 수신된 제어 신호에 응답하여 광학 소자의 위치 및/또는 배향을 변경하도록 구성되고 광학 소자에 결합되는 액츄에이터를 포함할 수 있다.
이러한 맥락에서, 광 빔의 평행 이동은 또한 전파 방향의 변경으로서 간주될 수 있다.
광학 소자는 굴절형 광학 소자, 특히, 렌즈, 프리즘 또는 프레넬 프리즘, 또는 회절형 광학 소자가 될 수 있다.
일반적으로, 액츄에이터는, 조명 시스템의 광학 축에 대해 기울어진(그리고 바람직하게는 수직인) 방향을 따라 광학 소자를 변위하도록 구성될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 액츄에이터는 조명 시스템의 광학 축에 대해 기울어진(그리고 바람직하게는 수직인) 회전 축 주위로 광학 소자를 회전하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 변조기는, 각도 방사조도 분포가 조명된 필드에 대해 불연속적으로 변화하도록 구성된다. 각각 일정하되 상이한 각도 조도분포를 요하는 상이한 패턴 영역을 포함하는 마스크가 조명될 경우, 이것은 특히 유용하다.
다른 실시예에서, 변조기는, 각도 방사조도 분포가 조명된 필드의 적어도 일부분에 대해 연속적으로 변화하도록 구성된다. 예컨대, 패턴 피쳐들의 밀도, 치수 및/또는 배향이 더 큰 패턴 영역 내에서 일정하지 않을 뿐만 아니라, 조명된 필드의 적어도 일부에 대해 적절하게 연속된 방식으로 변화할 경우, 이것은 유리할 수 있다.
후자의 경우에서, 제 1 부분은 제 1 각도 방사조도 분포가 균일한 제 1 라인이 될 수 있다. 제 2 부분은 제 2 각도 방사조도 분포가 균일한 제 2 라인이 될 수 있다. 이로써 변조기는, 제 1 각도 방사조도 분포가 제 1 라인과 제 2 라인 사이에 배열된 영역 내의 제 2 방사조도 분포로 변형되도록 구성된다.
연속적으로 변화하는 방사조도 분포를 생성하기 위하여, 변조기 유닛은 래스터 필드 평면의 영역 내에서 방사조도 분포를 변경하도록 구성된 것으로 사용될 수 있으며, 이 평면은, 이것을 이동하지 않고도, 변조기 유닛과 관련된 광 빔에 이해 조명된다. 다시 말해서, 래스터 필드 평면의 조명된 영역의 크기, 기하형상 및 위치는 변조기 유닛에 의해 변하지 않되, 이러한 영역 내의 방사조도 분포는 제어 장치로부터 수신된 제어 신호에 응답하여 변한다.
연속적으로 변하는 각도 방사조도 분포의 경우, 각각의 변조기 유닛은, 균일한 방사조도 분포로부터의 방사조도 분포를 참조 방향을 따라 선형으로 증가하거나 감소하는 변경된 방사조도 분포로 변형하도록 구성될 수 있다. 스캐닝 장치의 경우, 이러한 방향은 스캔 방향 Y에 수직인 X 방향과 동일할 수 있다.
본 발명의 요지는 또한 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치의 동작 방법이며, 이 방법은 이하의 단계를 포함한다:
a) 조명 시스템 및 투영 대물렌즈를 포함하는 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치를 제공하는 단계;
b) 조명 시스템에 의해 조명될 마스크를 제공하는 단계;
c) 제 1 바람직한 각도 방사조도 분포, 및 제 1 각도 방사조도 분포와 구별되는 제 2 바람직한 각도 방사조도 분포를 정의하는 단계;
d) 제 1 각도 방사조도 분포는 마스크의 제 1 부분에서 얻어지고, 제 2 각도 방사조도 분포는 제 1 부분과 구별되는 마스크의 제 2 부분에서 얻어지도록 마스크를 조명하는 단계.
제 1 및 제 2 각도 방사조도 분포는, 종래의 조명 세팅, 각도 조명 세팅, 2극 조명 세팅 및 n극(n-pole; n≥4) 조명 세팅으로 구성되는 그룹으로부터 가져온 조명 세팅과 관련될 수 있다.
제 1 부분은, 제 1 각도 방사조도 분포가 균일한 2차원 영역이 될 수 있다. 제 2 부분은, 또한 제 2 각도 방사조도 분포가 균일한, 2차원 영역이 될 수 있다. 마스크에 포함된 피쳐 패턴은 제 1 부분 및 제 2 부분에서 상이할 수 있다.
대안적으로, 제 1 부분은 제 1 각도 방사조도 분포가 균일한 제 1 라인이 될 수 있고, 제 2 부분은 제 2 각도 방사조도 분포가 균일한 제 2 라인이 될 수 있다. 이로써 제 1 각도 방사조도 분포는 제 1 라인과 제 2 라인 사이에 배열된 영역 내의 제 2 각도 방사조도 분포로 일정하게 변형한다.
이 방법은, 제 1 및 제 2 각도 방사조도 분포가 얻어지도록 조명 시스템에 포함된 변조기를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
이 방법은, 광을 블로킹하지 않고, 조명 시스템에 포함된 광학 래스터 소자들과 관련된 광 빔의 공간 및/또는 각도 방사조도 분포를 재분배하는 단계 또한 포함할 수 있다.
각도 방사조도 분포는 마스크가 투영 대물렌즈에 의해 감광성 면으로 투영되는 동안 변경될 수 있다.
본 발명은 일반적으로 광학 래스터 소자들이 미러인 EUV 조명 시스템에도 적용가능하다.
[정의]
본 명세서에서, "필드 평면"이라는 용어는 마스크 평면에 광학적으로 켤레인 평면을 나타내기 위해 사용된다.
본 명세서에서, "동공 평면"이라는 용어는 마스크 평면의 상이한 점들을 관통하는 주변 광선들이 교차하는 평면을 나타내기 위해 사용된다.
본 명세서에서, "균일한"이라는 용어는 그 위치에 의존하지 않는 성질을 나타내기 위해 사용된다.
본 명세서에서, "광"이라는 용어는 임의의 전기전자 방사선, 특히, 가시광, UV, DUV, VUV 및 EUV 광 그리고 X- 선을 나타내기 위해 사용된다.
본 명세서에서, "광선"이라는 용어는 라인에 의해 기재될 수 있는 전파 경로를 갖는 광을 나타내기 위해 사용된다.
본 명세서에서, "광 선속"이라는 용어는 필드 평면의 공통 원점을 갖는 복수의 광선을 나타내기 위해 사용된다.
본 명세서에서, "광 빔"이라는 용어는 특정 렌즈 또는 다른 광학 소자를 관통하는 광을 나타내기 위해 사용된다.
본 명세서에서, "배향"이라는 용어는 3차원 공간의 바디의 각도 정렬을 나타내기 위해 사용된다. 배향은 일반적으로 3개의 각도의 세트에 의해 표시된다.
본 명세서에서, "위치"라는 용어는 3차원 공간의 바디의 참조점의 위치를 나타내기 위해 사용된다. 위치는 일반적으로 3개의 카테시안 좌표들의 세트에 의해 표시된다. 그러므로 배향 및 위치는 3차원 공간의 바디의 배치를 충분히 설명한다.
본 명세서에서, "광학 래스터 요소"라는 용어는, 회절성 광학 소자와 같이 예컨대 렌즈, 프리즘 또는 다른 광학 래스터 소자들과 배열되어서 복수의 인접 광학 채널들이 생성되거나 유지되는 임의의 광학 소자를 나타내기 위해 사용된다.
본 명세서에서, "광학 적분기"라는 용어는 적(product) NA·α를 증가시키는 광학 시스템을 나타내기 위해 사용되며, NA는 개구수이며 α는 조명된 필드 영역이다.
본 명세서에서, "집광기"라는 용어는 광학 소자나, 2개의 평면, 예컨대 필드 평면과 동공 평면 간의 (적어도 대략적인) 퓨리에 관계를 형성하는 광학 시스템을 나타내기 위해 사용된다.
본 명세서에서, "켤레 평면"이라는 용어는 그 사이에서 이미징 관계가 형성된 평면들을 나타내기 위해 사용된다. 켤레 평면들의 개념과 관련된 정보는 "1차 설계 및
Figure pct00001
도(적용된 옵틱, 1963, vol.2, no.12, 1251 내지 1256 페이지, E. 델피노)"라는 논문에서 기재된다.
본 명세서에서, "필드 의존성"이라는 용어는 필드 평면의 위치로부터의 물리적인 양의 기능적인 의존성을 나타내기 위해 사용된다.
본 명세서에서, "공간 방사조도 분포"는 어떻게 총 조도가 광이 충돌하는 실제 또는 가상의 표면에 대해 변하는지 나타내기 위해 사용된다. 일반적으로 공간 방사조도 분포는 함수
Figure pct00002
로 기재될 수 있으며,
Figure pct00003
는 표면의 점의 공간 좌표가 된다. 필드 평면에 적용되면, 공간 방사조도 분포는 복수의 광 선속에 의해 생성된 조도를 적분한다.
본 명세서에서, "각도 방사조도 분포"는 어떻게 광 선속의 조도가 광 선속을 구성하는 광선들의 각도에 따라 변하는지 나타내기 위해 사용된다. 일반적으로 각도 방사조도 분포는 함수
Figure pct00004
로 기재될 수 있으며,
Figure pct00005
는 광선의 방향을 설명하는 각도 좌표가 된다. 각도 방사조도 분포가 필드 의존성을 가질 경우,
Figure pct00006
는 필드 좌표의 함수, 즉,
Figure pct00007
가 또한 될 수 있다.
본 발명의 다양한 특성 및 장점은 동반하는 도면과 관련하여 이어지는 상세한 설명을 참조하면 더욱 이해가 쉬울 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투영 노광 장치의 개략적인 투사도이다.
도 2는 도 1에 도시된 투영 노광 장치에 의해 투영된 마스크의 확대된 투사도이다.
도 3은 도 1에 도시된 장치의 부분이 되는 조명 시스템을 통한 자오 단면이다.
도 4는 도 3에 도시된 투영 시스템에 포함된 미러 어레이의 투사도이다.
도 5는 도 3에 도시된 조명 시스템에 포함된 광학 래스터 소자들의 3개의 어레이의 투사도이다.
도 6은 도 3에 도시된 조명 시스템에 대안적으로 포함될 수 있는 광학 래스터 소자들의 어레이의 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 어레이의 라인(Ⅶ-Ⅶ)을 따르는 단면도이다.
도 8은 도 3에 도시된 조명 시스템에 포함된 광학 적분기의 3개의 인접한 광학 채널을 통한 자오 단면의 개략도이다.
도 9는 래스터 필드 평면의 방사조도 분포를 도시하는 3 x 3 채널 광학 적분기의 평면도이다.
도 10은 마스크 상의 상이한 패턴 영역들에 대해 얻어진 상이한 각도 방사조도 분포를 도시하는 마스크에 대한 도 2와 유사한 투사도이다.
도 11은 도 8에 도시된 변조기 유닛 내부의 광학 구성요소를 추가적으로 도시하는 도 8과 유사한 자오 단면의 개략도이다.
도 12는 도 8에 도시된 실시예에서 사용될 수 있는 변조기 유닛들의 대안적인 실시예를 도시한다.
도 13은 내부에 포함된 광학 래스터 소자들의 초점 길이를 도시하는 도 3에 도시된 조명 시스템의 광학 적분기를 통한 자오 단면의 개략도이다.
도 14는 변조기 유닛들이 조명 시스템의 동공 평면에 배치되는 다른 실시예에 따른 조명 시스템을 통한 자오 단면이다.
도 15는 도 8과 유사하게 도 14에 도시된 광학 적분기의 3개의 인접한 광학 채널을 통한 자오 단면의 개략도이다.
도 16은 변조기 유닛들 내의 광학 소자들을 도시하는, 도 15로부터의 컷-아웃(cut-out)이다.
도 17은 도 16에 도시된 변조기 유닛들의 광학 소자로서 대안적으로 사용될 수 있는 프레넬 프리즘을 통한 XZ 평면의 단면도이다.
도 18은 2개의 웨지를 포함하는 변조기 유닛에 포함된 광학 소자의 또 다른 추가 실시예의 투사도이다.
도 19는 조명된 필드의 X 방향을 따라 불연속적으로 변화하는 각도 방사조도 분포의 개략도이다.
도 20은 도 19에 도시된 각도 방사조도 분포를 생성하는 래스터 필드 평면의 방사조도 분포의 도면이다.
도 21은 조명된 필드의 X 방향을 따라 연속적으로 변하는 각도 방사조도 분포의 개략도이다.
도 22는 도 21에 도시된 변하는 각도 방사조도 분포를 생성하기 위한 공통 필드 평면의 광학 채널들에 의해 생성된 공간 방사조도 분포의 도면이다.
도 23은 마스크 평면의 연속적으로 변하는 각도 방사조도 분포를 생성하는 조명 시스템의 3개의 인접 광학 채널들을 통한 자오 단면의 개략도이다.
도 24는 어떻게 탑-햇 방사조도 분포가 변조기 유닛에 의해 상이하게 선형으로 감소하거나 증가하는 방사조도 분포로 변형되는지 개략적으로 도시하는, 도 23으로부터의 컷 아웃이다.
도 25는 도 23 및 도 24에 도시된 변조기 유닛들에 포함된 광학 부재의 2개의 광학 표면을 표시하는 그래프이다.
도 26은 XZ 평면의 광학 부재의 형태를 도시하는 그래프이다.
도 27은 도 26에 도시된 바와 같이 2개의 광학 부재를 포함하는 광학 소자의 투사도이다.
도 28 내지 도 30은 상이한 X 위치들에 배열된, 도 27에 도시된 광학 소자의 Z 방향을 따르는 정면도이다.
I.
투영 노광 장치의 일반적인 구조
도 1은 본 발명에 따른 투영 노광 장치(10)의 매우 간략화된 투사도이다. 장치(10)는 투영 광 빔을 생성하는 조명 시스템(12)을 포함한다. 후자는, 도 1에서 가는 선으로 개략적으로 표시된 복수의 작은 피쳐(19)에 의해 형성된 패턴(18)을 포함하는 마스크(16) 상의 필드(14)를 조명한다. 이 실시예에서, 조명된 필드(14)는 장치의 광학축(OA)을 포함하지 않는 링 세그먼트의 형태를 갖는다. 그러나, 조명된 필드(14)의 다른 형태, 예컨대, 직사각형 또한 고려된다.
투영 대물렌즈(20)는 기판(24)에 의해 지지되는 감광성 층(22) 예컨대, 포토레지스트 상에 조명된 필드(14) 내의 패턴(18)을 이미징한다. 실리콘 웨이퍼에 의해 형성될 수 있는 기판(24)은 웨이퍼 스테이지(미도시) 상에 배열되어서, 감광성 층(22)의 상부 표면은 투영 대물렌즈(20)의 이미지 평면에 정확히 위치된다. 마스크(16)는 투영 대물렌즈(20)의 오브젝트 평면의 마스크 스테이지(미도시)에 의해 위치된다. 후자는 배율(
Figure pct00008
;
Figure pct00009
)을 가지므로, 조명된 필드(14) 내의 패턴(18)의 축소된 이미지(18')는 감광성 층(22) 상으로 투영된다.
투영 동안, 마스크(16) 및 기판(24)은, 도 1에 표시된 Y 방향에 상응하는 스캔 방향을 따라 움직인다. 그러므로, 조명된 필드(14)가 마스크(16) 위를 스캐닝하여서, 조명된 필드(14) 보다 큰 패터닝된 영역이 연속적으로 이미징 될 수 있다. 기판(24)과 마스크(16)의 속도 간의 비(ratio)는 투영 대물렌즈(20)의 배율(
Figure pct00010
)과 동일하다. 투영 대물렌즈(20)가 이미지를 인버트(invert)하는 경우(
Figure pct00011
), 도 1에서 화살들(A1 및 A2)로 표시되는 바와 같이, 마스크(16)와 기판(24)은 반대 방향으로 움직인다. 그러나, 본 발명은, 마스크(16)와 기판(24)이 마스크의 투영 동안 움직이지 않는 스텝퍼 도구(stepper tool)에서 또한 사용될 수 있다.
Ⅱ.
복수의 조명 세팅
도 2는 마스크(16)의 확대된 투사도이다. 이러한 마스크 상의 패턴(18)은, Y 방향을 따라 앞뒤로 배열된 3개의 제 1 동일 패턴 영역(181a, 181b, 181c)을 포함한다. 간단히 하기 위하여, 제 1 패턴 영역들(181a, 181b, 181c)의 피쳐들(19)은 Y 방향을 따라 연장하는 직선들임이 가정된다. 패턴(18)은 또한 Y 방향을 따라 앞뒤로 배열되되 제 1 패턴 영역들(181a, 181b, 181c)로부터 측방향으로 변위되는, 3개의 제 2 동일 패턴 영역(182a, 182b, 182c)을 더 포함하여, 제 1 패턴 영역들(181a, 181b, 181c) 및 제 2 패턴 영역들(182a, 182b, 182c)은 공통 X 좌표를 갖지 않는다. 제 2 패턴 영역들(182a, 182b, 182c)은 X 방향을 따라 연장하는 피쳐들(19) 및 Y 방향을 따라 연장하는 피쳐들(19)을 포함하는 것이 가정된다.
도 2에 도시된 마스크(16)는, 2개의 상이한 다이가 동시에 노출되는 제조 단계에서 사용되는 것으로 가정되어 에칭과 같은 동일한 후속 제조 단계의 대상이 될 것이다. 다이들은, 도 1에 도시된 바와 같이 X 방향을 따라 폭(w)을 갖는 투영 대물렌즈(20)의 이미지 필드 내에서 서로 나란히 위치될 수 있을 정도로 충분히 작다. 하나의 완전한 스캐닝 사이클 내에서, 제 1 패턴 영역들(181a, 181b, 181c)과 관련된 제 1 형의 3개의 다이 및 제 2 패턴 영역들(182a, 182b, 182c)과 관련된 제 2 형의 3개의 다이가 노출될 수 있다. 그러므로, 스캐닝 방향이 반전되거나, 마스크(16)가 임의의 조명 없이 그것의 원래 위치로 돌아가며, 추가 스캐닝 사이클이 수행된다. 이런 식으로, 상이한 다이들의 2개의 행은 기판(24) 상에서 동시에 노출될 수 있다.
일반적으로, 최대 이미지 품질이 요구되는 경우, 상이한 패턴들은 마스크 레벨에서 상이한 각도 방사조도 분포를 요구한다. 이러한 실시예에서, Y 방향을 따라 연장하는 피쳐들(19)은 X 2극 조명 세팅으로 감광성 층(22) 상에 최적으로 이미징된다는 것이 가정된다. 제 1 패턴 영역들 중 하나에 위치된 필드 점을 향해 수렴하는 광 선속과 관련된 동공(26)은, 파선 원형(broken circle)에 의해 표시된다. 동공(26)에서, X 방향을 따라 이격되는 2개의 극(27)은 광이 필드 점을 향해 전파하는 방향을 표시한다. 패턴들은 제 1 패턴 영역들(181a, 181b, 181c)에 대해 균일한 것으로 가정되므로, 이러한 X 2극 조명 세팅은 제 1 패턴 영역들(181a, 181b, 181c)의 각각의 필드 점에서 생성될 필요가 있다.
다이의 제 2 형과 관련되는 제 2 패턴 영역들(182a, 182b, 182c)은 X 방향을 따라 연장하는 피쳐들 및 Y 방향을 따라 연장하는 피쳐들(19)을 포함한다. 이러한 피쳐들(19)에 있어서, 환형 조명 세팅은 최고의 이미지 품질을 생성하는 것으로 가정된다. 도 2는 제 2 패턴 영역들(182a, 182b, 182c) 중 하나의 필드 점으로 모이는 광 선속과 관련한 동공(26)에서 조명되는 환형(28)을 표시한다. 다시, 이 환형 조명 세팅은 제 2 패턴 영역들(182a, 182b, 182c)의 각각의 필드 점에서 생성될 것이다.
이것은, 조명 시스템(12)이 조명된 필드(140 내에서 동시에 그리고 나란히 2개의 상이한 조명 세팅을 생성하는 것이 가능할 수 있어야 함을 의미한다. 이러한 작업을 수행할 수 있는 조명 시스템(12)의 이하의 구조는 도 3 내지 도 13을 참조하여 더욱 상세히 기재될 것이다.
Ⅲ.
조명 시스템의 일반적인 구조
도 3은 도 1에 도시된 조명 시스템을 통한 자오 단면이다. 명확성을 위하여, 도 3의 도시는 상당히 간소화되며, 크기가 정해진 것은 아니다. 이것은 특히 상이한 광학 유닛들이 하나 또는 아주 극소수의 광학 소자들에 의해서만 표시될 수 있다는 점을 뜻한다. 실제로, 이러한 유닛들은 상당히 더 많은 렌즈들과 다른 광학 소자들을 포함할 수 있다.
조명 시스템(12)은 하우징(29) 및 광원(30) - 즉, 도시된 실시예에서, 엑시머 레이저로 실현됨 - 을 포함한다. 광원(30)은 약 193nm의 파장을 갖는 투영광을 방출한다. 다른 형태의 광원(30) 및 다른 파장들 - 예컨대 248nm 또는 157nm - 이 또한 고려된다.
도시된 실시예에서, 광원(30)에 의해 방출된 투영 광은 광 빔이 확장된 빔 확장 유닛(32)에 들어간다. 빔 확장 유닛(32)은 몇 개의 렌즈를 포함하거나 예컨대 미러 장치로서 구현될 수 있다. 투영 광은 거의 시준된 투영 광 빔(34)으로서 빔 확장 유닛(32)으로부터 나온다.
이로써, 투영 광 빔(34)은 후속 동공 평면의 가변 공간 방사조도 분포를 생성하기 위해 사용되는 동공 한정 유닛(36)으로 들어간다. 이러한 목적으로, 동공 한정 유닛(36)은 액츄에이터의 도움으로 2개의 직교 축에 대해 개별적으로 경사질 수 있는 마이크로스코픽 미러(40)의 어레이(38)를 포함한다. 도 4는, 어떻게 2개의 평행 광 빔(42, 44)이 광 빔들(42, 44)이 충돌하는 미러들(40)의 경사 각도에 따라 상이한 방향으로 반사되는지를 도시하는 어레이(38)의 투사도이다. 도 3 및 도 4에서, 어레이(38)는 오직 6 x 6개의 미러(40)를 포함하고; 실제로 어레이(38)는 수백 또는 심지어 수천개의 미러들(40)을 포함할 수 있다.
동공 한정 유닛(36)은 제 1 평면 표면(48a) 및 제 2 평면 표면(48b)을 갖는 프리즘(46)을 더 포함하며, 양쪽 표면들은 조명 시스템(12)의 광학 축(OA)에 대해 경사진다. 이러한 경사진 표면들(48a, 48b)에서, 충돌 광은 내부 전반사에 의해 반사된다. 제 1 표면(48a)은 미러 어레이(38)의 미러들(40)쪽으로 충돌 광을 반사하고, 제 2 표면(48b)은 미러들(40)로부터 반사된 광을 프리즘(46)의 출사 표면(49)에 향하게 한다. 출사 표면(49)으로부터 나오는 광의 각도 방사조도 분포는 이로써 어레이(38)의 미러들(40)을 개별적으로 경사지게 함으로써 변경될 수 있다. 동공 한정 유닛(38)에 대한 상세는 US 2009/0116093으로부터 얻을 수 있다.
동공 한정 유닛(36)에 의해 생성된 각도 방사조도 분포는, 충돌 광을 광학 적분기(52)로 향하게 하는 제 1 집광기(50)의 도움으로 공간 방사조도 분포로 변형된다. 이러한 실시예에서, 광학 적분기(52)는 광학 래스터 소자들(56)의 제 1 어레이(54a), 제 2 어레이(54b) 및 제 3 어레이(54c)를 포함한다.
도 5는 3개의 어레이들(54a, 54b, 54c)의 투사도이다. 각각의 어레이는, 지지판(support plate)의 전면 및 후면 상에, X 또는 Y 방향을 따라 연장하는 평행 실린더 렌즈에 의해 형성되는 광학 래스터 소자들(56)의 서브어레이를 포함한다. 실린더 렌즈의 사용은, 특히, 광학 래스터 소자들(56)의 굴절 파워가 X 및 Y 방향을 따라 상이한 경우에 더욱 유리하다.
도 6 및 도 7은 대안적인 실시예에 따라 각각 라인(Ⅶ-Ⅶ)을 따르는 평면도 및 단면도의 어레이(54a)를 도시한다. 여기서, 광학 래스터 소자들(56)은 정사각형 컨투어를 갖는 평행광 렌즈(plano-convex lense)에 의해 형성된다. 다른 어레이들(54b, 54c)은 광학 래스터 소자들(56)의 볼록면의 곡률에 대해서만 어레이(54a)와 상이하다.
다시 도 3을 참고하여, 제 1, 제 2 및 제 3 어레이(54a, 54b, 54c)의 광학 래스터 소자들(56)은, 개별적으로, 각각의 어레이의 하나의 광학 래스터 소자(56)가 다른 2개의 어레이의 하나의 광학 래스터 소자(56)와 정확하게 관련되는 방식으로 앞뒤로 배열된다. 서로 관련된 3개의 광학 래스터 소자는 공통 축을 따라 정렬되고 광학 채널을 정의한다. 광학 적분기(52) 내에서, 하나의 광학 채널에서 전파하는 광 빔은 다른 광학 채널에서 전파하는 광 빔에 교차하거나 중첩하지 않는다. 다시 말해서, 광학 래스터 소자들(56)과 관련된 광학 채널들은 서로 광학적으로 분리된다.
제 2 어레이(54b)와 제 3 어레이(54c) 사이에서, 래스터 필드 평면(58)은 변조기(62)의 변조기 유닛(60)이 배열된 곳에 위치된다. 변조기 유닛(60)은, 투영 노광 장치(10)의 전체 동작을 제어하는 중앙 제어 장치(68)에 결과적으로 연결되는 제어 장치(66)에 제어 라인(64)을 통해 연결된다.
이 실시예에서, 조명 시스템(12)의 동공 평면(70)은 제 3 어레이(54c) 뒤에 위치된다(이것은 제 3 어레이의 앞에 위치될 수도 있음). 제 2 집광기(72)는, 동공 평면(70)과, 조절가능한 필드 스톱(field stop)(74)이 배열된 필드 스톱 평면(71) 사이에 퓨리에 관계를 형성한다. 필드 스톱 평면(71)은 변조기 유닛(60)이 배열된 래스터 필드 평면(58)에 광학적으로 켤레이다.
이것은, 광학 채널 내의 래스터 필드 평면(58)의 영역이 제 2 집광기(72) 및 제 3 어레이(54c)의 관련된 광학 래스터 소자(56)에 의해 필드 스톱 평면(71) 상에 이미징되는 것을 의미한다. 광학 채널들 내의 조명된 영역의 이미지는 필드 스톱 평면(71)에서 중첩하며, 이것은 필드 스톱 평면(71)의 매우 균일한 조명을 야기한다. 이 처리는, 필드 스톱 평면(71)을 공통적으로 조명하는 이차 광원으로 광학 채널에서 조명된 영역을 식별함으로써 종종 기재된다.
필드 스톱 평면(71)은, 필드 스톱 대물렌즈(76)에 의해, 마스크(16)가 마스크 스테이지(미도시)의 도움으로 배열되는 마스크 평면(78) 상으로 이미징된다. 조절가능한 필드 스톱(74)은 또한 마스크 평면(78) 상에 이미징되고 스캔 방향(Y)를 따라 연장하는 조명된 필드(14)의 적어도 짧은 측면(lateral side)을 정의한다.
Ⅳ.
변조기
변조기(62)의 기능은, 광학 적분기(52)에 형성된 3개의 인접 광학 채널(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)을 통하는 자오 단면의 개략도인 도 8을 참조하여 이하에서 기재될 것이다. 광학 적분기(52)에 충돌하는 투영 광은 낮은 다이버전스(divergence)를 갖는다. 간단히 하기 위해, 이 다이버전스는 이러한 논의에서 무시되어서, 광학 래스터 소자(56)의 제 1 어레이(54a) 상에 충돌하는 광은 시준되는 것으로 가정된다. 광학 적분기(52)의 3개의 광학 래스터 소자들(56)은 도 8에서 화살표(A3)로 표시된 바와 같이, 일정하게 조명된다는 것이 추가로 가정된다. 간단히 하기 위해, 직교 실린더 렌즈가 교차하는 곳에 형성된 광학 래스터 소자들(56)은 양면이 볼록한 렌즈로서 표시된다.
처음 2 개의 어레이들(54a, 54b)의 광학 래스터 소자들(56)은, 개별 광학 채널들(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)과 관련된 광 빔들의 폭이 X 방향으로 감소되는 효과를 갖는다. 감소는 또한 Y 방향을 따라 일어날 수 있으나, 상이한 감소 팩터를 가질 수도 있다. 변조기 유닛들(60) 상에 조명된 영역은 직사각형 형태를 가지며, 적어도 X 방향을 따라, 도 8에서 화살표(A4)의 인접한 쌍들 사이의 빈공간에 의해 표시되는 갭에 의해 분리된다.
변조기 유닛(60)은, 래스터 필드 평면(58)의 이러한 조명된 영역이 X 방향을 따라 측면으로 이동되는 효과를 갖는다. 도 8에서, 이러한 측면 이동은 광학 채널(Ⅱ, Ⅲ)에 대한 화살표(A5)의 쌍에 의해 표시되고; 상부 광학 채널(Ⅰ)에서, 변조기 유닛(60)은 뉴트럴(neutral) 상태이므로, 방사조도 분포는 이동되지 않는다.
제 3 어레이(54c)의 광학 래스터 소자(56) 및 제 2 집광기(72)는, 상기 이미 언급되어온 바와 같이, 필드 스톱 평면(71) 상에 래스터 필드 평면(58)의 방사조도 분포를 이미징한다. 상부 광학 채널(Ⅰ)에 의해서만 생성된 필드 스톱 평면(71)의 방사조도 분포는 도 8에서 실선으로 도시된 직사각형에 의해 표시된다. 변조기 유닛(60)이 이것의 입사 측면에서 방사조도 분포를 이동시키지 않으므로, 이러한 방사조도 분포는 필드 스톱 평면(71)의 중앙에 놓인다.
그러나, 중간 및 하부 광학 채널(Ⅱ, Ⅲ)에 의해 생성된 필드 스톱 평면(71)의 방사조도 분포 - 도 8에서 파선 및 점선으로 표시됨 - 는 이제 X 방향을 따라 각각 측면으로 이동한다. 이것은 단순히 각각의 광학 채널에서 래스터 필드 평면(58)과 필드 스톱 평면(71) 사이의 광학적 켤레(conjugation)의 결과이다.
각도 방사조도 분포 - 광학 채널들(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)의 각각에 의해 필드 스톱 평면(71)에서 생성됨 - 는 동공 평면(70)의 광학 채널의 위치에 따른다. 제 2 집광기(72)의 광학 축과 광학 채널의 위치 사이의 거리가 더 크면, 광학 채널에 의해 생성된 조명 각도도 더 커질 것이다. 그러므로, 3개의 광학 채널(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)은 상이한 각도 방사조도 분포를 갖는 상이한 조명된 필드를 생성할 수 있다.
이것은, 도 9 및 도 10을 참조하여 아래에서 더욱 상세히 기재될 것이다. 도 9는 오직 3 x 3개의 광학 채널들이 제공되는 광학 적분기(52)의 래스터 필드 평면(58)의 평면도이다. 도 9의 어두운 영역은 투영 광에 의해 조명되는 래스터 필드 평면(58)의 영역을 표시한다. 도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 개별 광학 채널들과 관련된 변조기 유닛들(60)의 동작의 결과, 5개의 영역(80)은 -X 방향을 따라 이동되고, 2개의 영역(81)은 +X 방향을 따라 이동된다. 2개의 영역(82)은 조명되지 않고, 즉, 동공 한정 유닛(36)은 임의의 광이 이러한 영역(82)과 관련된 광학 래스터 소자들(56)로 향하게 하지 않는다.
상기 기재된 바와 같이, 도 9에 도시된 영역들(80)의 측면 이동은 필드 스톱 평면(71) 및 결과적으로 마스크 평면(78)의 조명된 영역 또한 이동되는 효과를 갖는다. 영역들(80)의 치수를 적절하게 선택함으로써, 마스크(16) 상의 필드(14)의 좌측 반쪽이나 우측 반쪽이 개별 광학 채널에 의해 조명되는 것이 성취될 수 있다.
도 10은 마스크(16) 상의 투사도이고 간소화된 예시에 대한 조명 조건을 도시한다. 조명된 필드(14)의 일 반부(one half) 상에서 각도 방사조도 분포가 얻어지고, 이것은 5개의 극 - 즉, 4개의 외부 극(83a) 및 중앙 극(83b) - 을 포함하는 C-쿼드 조명 세팅과 유사한 것을 알 수 있다. 이러한 5개의 극은 도 9에 도시된 5개의 조명된 영역(80)에 상응한다.
필드(14)의 다른 반부 상에서 각도 방사조도 분포가 얻어지며, 이것은 2개의 극(84)을 포함하는 Y 2극 조명 세팅과 유사하다. 이러한 2개의 극(84)은 도 9에 도시된 2개의 조명된 영역(81)에 상응한다.
상기 기재된 바에 따라, 광학 채널의 수가 충분히 높을 경우, 동공 한정 유닛(36)은 또한 광학 적분기(52) 상의 바람직한 방사조도 분포를 생성할 수 있는 것을 고려하면, 거의 임의의 조명 세팅이 조명된 필드(14)의 2개의 반부 상에 생성될 수 있는 것이 명백해져야 한다. 이하에서, 변조기 유닛들(60)의 2개의 상이한 실시예가 도 11 및 도 12를 참조하여 기재된다.
도 11에서 도시된 실시예에서, 변조기(62)의 변조기 유닛들(60)은 각각 도 11의 이중 화살표에 의해 표시되는 바와 같이 X 방향을 따라 개별적으로 변위될 수 있는 2개의 실린더 렌즈(86, 88)를 각각 포함한다. 개별 광학 채널의 광학 축으로부터 실린더 렌즈들(86, 88)을 분산시킴으로써, 광학 채널들과 관련된 광 빔들은 측면으로 변위된다. 이것은, 분산된 렌즈가 집중된 렌즈 + 삼각 프리즘과 동일한 효과를 갖는다는 점을 이용한다. 실린더 렌즈들(86, 88)을 변위하기 위해, 90, 92에서 표시된 액츄에이터는 실린더 렌즈들(86, 88)에 결합된다. 액츄에이터들(90, 92)은 제어 장치(66)로부터 수신된 제어 신호들에 응답하여 렌즈들(86, 88)의 위치를 변경한다.
도 12는 자오 단면의 변조기(62)의 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 각각의 변조기 유닛(60)은 직육면체의 형태를 갖는 프리즘(94)을 포함한다. 각각의 프리즘(94)은 평행사변형의 컨투어를 갖는 하나의 쌍의 평탄면(planar surface) 및 2개의 쌍의 평탄 직사각형면을 갖는다. 96으로 표시된 액츄에이터의 도움으로, 프리즘(94)은 회전 축(98)에 대해 회전가능하다.
상부 광학 채널(Ⅰ)에 대해 도시된 회전 위치에서, 프리즘(94)은, 광 빔이 수직 입사(normal incidence)하여 2개의 평탄 표면을 관통하는 뉴트럴 상태이다. 중간 및 하부 광학 채널(Ⅱ, Ⅲ)에 대해 도시된 회전 위치에서, 광 빔이 2개의 경사진 평탄 표면을 관통하여, 광 빔이 측면으로 이동된다.
도 13은 광학 적분기(52)의 하나의 광학 채널을 통한 자오 단면의 개략도이다. 이러한 도시에서, 중앙 광 선속(100) 및 주변 광 선속(102)의 광선 궤적(ray trace)가 실선 및 파선으로 각각 도시된다. 3개의 어레이들(54a, 54b, 54c)의 광학 래스터 소자들(56)의 초점 길이(focal length)는 fa, fb 및 fc로서 도시된다. 래스터 필드 평면(58)의 사선으로 음영처리된 영역(104)은, 투영 광이 관통하지 않아서 액츄에이터, 지지 구조와 같은 구성요소 및 변조기 유닛들(60)의 축을 수용가능한 볼륨을 표시한다.
직경(d)을 갖는 제 1 어레이(54a)의 광학 래스터 소자(56)의 방사조도 분포는, 감소된 비율(d'/d)에서 직경이 d'인 래스터 필드 평면(58) 상으로 이미징된다. 인접한 초점 평면들 사이의 갭에서 알 수 있는 바와 같이, 광학 래스터 소자들(56)은 다소 비초점화된(defocused) 방식으로 위치된다. 이것은, 예컨대, 조절이, 텔레센트리시티(telecentricity) 오류를 교정하는 것을 가능하게 한다. 광학 적분기(52)에 관련된 상세는, 2009년 9월 30일에 출원되고 본 발명의 출원인에게 양도된, 상기 언급된 미공개된 독일 특허 출원 DE 10 2009 045 219에서 찾을 수 있다.
Ⅴ.
대안적인 실시예
도 14는, 다른 실시예에 따른 조명 시스템(112)을 통한 도 3과 유사한 자오 단면의 개략도이다. 광학 적분기(152)는 이 실시예에서 광학 래스터 소자들(156)의 2개의 어레이(154a, 154b)만을 포함한다. 그러나, 도 3에 도시된 조명 시스템(12)과의 주요 차이점은, 변조기 유닛(160)을 포함하는 변조기(162)가 래스터 필드 평면(58)이 아니라, 제 2 어레이(154b)와 제 2 집광기(72) 사이에서 광학 래스터 소자들(156)의 마지막 어레이의 바로 뒤의 동공 평면(70)에 배열되는 것이다. 더욱이, 변조기 유닛들(160)은 광을 블로킹하지 않고 동공 평면(70)의 관련된 광 빔의 공간 방사조도 분포가 아니라 각도 방사조도 분포를 가변적으로 재분배하도록 구성된다.
이것은, 도 8과 유사한 표현으로, 광학 적분기(152)의 3개의 인접 광학 채널들(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)을 도시하는 도 15를 참조하여 더욱 상세히 기재될 것이다.
변조기 유닛들(160)은, 광학 적분기(152)의 광학 채널들(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)과 관련된 광 빔이 아직 중첩되지 않은 제 2 어레이(154b) 뒤의 위치에 배열된다. 그러므로, 변조기 유닛들(160)의 각각에 충돌하는 광은 광학 채널들(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ) 중 단 하나와 관련된다. 상기 언급된 바와 같이, 변조기 유닛들(160)은 관련된 광 빔들의 각도 방사조도 분포를 변경하고, 이것은, 변조기 유닛들(160)의 앞 그리고 뒤의 관련된 광 빔들의 광선들을 나타내는 화살표(A6)와 화살표(A7)를 각각 비교함으로써 더욱 명백해진다. 제 2 집광기(72)는 상이한 각도 방사조도 분포를 필드 스톱 평면(71)의 상이한 공간 방사조도 분포로 옮긴다(translate).
상부 광학 채널(Ⅰ)에서, 변조기 유닛(160)은 광 빔의 다이버전스가 증가하는 동작 상태에 있다. 결과적으로, 실선(106)에 의해 필드 스톱 평면(71)에 도시된 공간 방사조도 분포는 X 방향을 따라 그것의 최대 치수(maximum dimension)를 갖는다.
상부 광학 채널(Ⅱ)에서, 변조기 유닛(160)은 다이버전스가 증가하지 않되 이 광 채널과 관련된 광 빔이 -X 방향으로 경사진 동작 상태에 있다. 이것은 도 15에서 파선(108)에 의해 표시된 공간 방사조도 분포를 생성한다. 이러한 공간 방사조도 분포는 상부 광학 채널(Ⅰ)에 의해 생성된 최대 폭의 절반인 X 방향을 따르는 폭, 상부 광학 채널(Ⅱ)에 의해 생성된 조도 레벨의 2배만큼 높은 조도 레벨을 갖는다.
상부 광학 채널(Ⅲ)에서, 변조기 유닛(160)은 이 광 채널과 관련된 광 빔이 +X 방향으로 경사진 동작 상태에 있다. 이것은 도 15에서 파선(110)에 의해 표시된 공간 방사조도 분포를 생성한다.
그러므로, Y축에 평행하여서 조명 시스템(112)의 광학 축(OA)에 수직인 경사 축에 대해 변조기 유닛들(160)과 관련된 광 빔들을 경사지게 하여, 필드 스톱 평면(71) 및 그러므로 마스크(16)의 상이한 부분을 특정 광학 채널로 조명하는 것은 한번 더 가능하다. 상부 광학 채널의 변조기 유닛(160)이 뉴트럴 동작 상태에서 다이버전스가 증가하지 않도록 구성되는 경우, 변조기(162)는 도 8에 도시된 변조기(62)와 동일한 효과를 갖는다.
도 16은 3개의 인접 광학 채널들(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)에 대한 광학 적분기(152) 및 변조기(160)를 통한 자오 단면의 개략도이다. 각각의 변조기 유닛(160)은 삼각 프리즘(113) 및 제어 장치(66)로부터 수신된 제어 신호에 응답하여 +X 또는 -X 방향을 따라 프리즘(110)을 변위하도록 구성되는 액츄에이터(미도시)를 포함한다. 상부 광학 채널(Ⅰ)과 관련된 변조기 유닛(160)에 대해 도시된 프리즘(113)의 뉴트럴 위치에서, 다이버전스는 증가하되, 광 빔은 전체로서 경사지지 않는다. 중간 광학 채널(Ⅱ) 및 하부 광학 채널(Ⅲ)과 관련된 2개의 변조기 유닛(160)에 대해 도시된 바와 같이, 액츄에이터가 동작하고 프리즘(113)이 -X 또는 +X 방향을 따라 측면으로 변위되는 경우, 이러한 광학 채널들과 관련된 광 빔들은 도 15를 참조하여 상기 기재된 바와 같이 Y 방향으로 경사진다.
프리즘(113)이 상부 광학 채널(Ⅰ)에 대해 도시된 중앙의 위치와 중간 및 하부 광학 채널들(Ⅱ, Ⅲ)에 대해 도시된 단부 위치들 중 하나 사이에 있을 경우, 2개의 0이 아닌 조도 레벨을 갖는 계단식(stepped) 방사조도 분포가 필드 스톱 평면(71)에서 얻어질 수 있다. 이러한 2개의 레벨 간의 비율은 프리즘(113)의 X 위치에 따른다. 그러므로, 각각의 광학 채널은 필드 스톱 평면(71)의 조명된 필드의 2개의 절반부에 광의 프렉션(fraction)을 향하게 할 수 있다.
또한 이러한 실시예에서, 프리즘들(113)을 변위하는 액츄에이터들을 수용하기 위한 광학 채널들(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ) 사이에서 이용가능한 자유 공간을 갖는 것이 유익하다. 이것은 광학 적분기(152)를 적절하게 설계함으로써 얻을 수 있다.
도 17b는 대안적인 실시예에 따른 프리즘(113')을 통한 XZ 평면의 단면도이다. 이 실시예의 프리즘(113')은 도 16에 도시된 삼각 프리즘(113)의 "프레넬화"된 프리즘이다. 프리즈넬 프리즘(113')은 실질적으로 삼각형인 단면을 갖지 않고 도 17에 도시된 바와 같이 톱니 형 계단식 컨투어를 갖는 단면을 갖는다. 프리즈넬 프리즘(113')은, 만약 그렇지 않으면 도 16에 도시된 삼각 프리즘(113)에 의해 생성될 수 있는 수차에 관한 장점을 가질 수 있다.
프리즘(113 또는 113')이 X 방향을 따라 변위될 수 없는 경우, 예컨대, 프리즘들(113, 113')의 이동 운동을 가능하게 하거나 액츄에이터들 및 지지 구조들 또는 다른 기계적 구성요소들을 수용하기 위하여 이용가능한 공간이 없기 때문에, 프리즘들은 그것에 관련된 광 빔들의 각도 방사조도 분포를 변경하기 위해 Y 방향을 따라 변위되는 다른 굴절 광학 소자에 의해 대체될 수 있다.
도 18은 그 전체가 116으로 표시되는 굴절형 광학 소자의 투사도이다. 광학 소자(116)는 나란히 배열된 2개의 굴절형 웨지(118, 120)를 포함하고, 하나의 웨지(118)는, Z 방향과 평행인 회전 축에 대해 180˚로 웨지(118)를 회전함으로써 다른 웨지(120)의 위치로부터 얻어진 위치에 있다. 굴절형 광학 소자(116)가 도 16에 도시된 변조기 유닛들(160)에서 사용되어서 이것들이 Y 방향을 따라 변위될 수 있을 경우, 치수들이 적절하게 결정되는 것을 고려하면, 웨지(118) 또는 웨지(120)가 개별 광학 채널과 관련된 광 빔에 완전히 노출되는 것이 가능하다. 도 16에서 중간 광학 채널(Ⅱ) 및 하부 광학 채널(Ⅲ)에 대해 도시된 바와 같이, 동일한 효과가 성취된다. 굴절형 광학 소자(116)가 광 빔의 절반이 웨지(118)를 관통하고 다른 절반이 웨지(120)를 관통하는, 중앙 위치에 있을 경우, 도 16에서 상부 광학 채널(Ⅰ)에 대해 도시된 바와 같이 실질적으로 동일한 효과가 얻어진다.
Ⅵ.
조도 관리
앞서서, 마스크 평면의 바람직한 조도 및 각도 광 분배가 얻어지기 위해서 어떻게 투영 광의 이용가능한 양이 다양한 광학 채널들에 대해 분배되어야 하는지에 대한 문제에는 주목하지 않았다.
이하에서는, 상이한 패턴 영역들(한편으로, 181a, 181b, 181c 그리고 다른 한편으로 182a, 182b, 183c)에 대해 도 2에서 도시된 조명 세팅이 얻어질 경우 어떻게 조도 관리가 수행되어야 하는지 개시한다.
간단히 하기 위하여, 광학 적분기의 광학 채널들의 이용가능한 수는 6 x 6이라고 가정된다. 도 19는 이러한 경우에 있어서 어떻게 개별 필드 포인트들과 관련된 동공(26)의 방사조도 분포(이하에서 동공 방사조도 분포로 지칭됨)가 조명된 필드(14)에 대한 X 방향을 따라 변해야하는지 개략적으로 도시한다. 조명된 필드(14)의 좌측 반부에서, 조명 세팅(122)은 환형이 될 것이며, 조명된 필드(14)의 우측 반부 상에서, X 2극(124)이 설정될 것이다. 이러한 2개의 상이한 조명 세팅은 제한된 수의 이용가능한 광학 채널의 결과로 도 19에서 대략적으로만 근사화되어 있다(approximated).
환형 조명 세팅(122)의 경우에 동공에서 조명된 전체 영역이 X 2극 세팅의 경우의 2배인 것이 추가로 가정된다. 마스크(16) 상의 점들은 이것들이 조명된 필드(14)의 좌측 또는 우측 절반 상에 위치되는지에 관계없이 동일한 양의 광을 수신하게 되므로, X 2극 세팅과 비교될 경우, 조명된 동공 영역들에서의 조도는 환형 조명 세팅의 절반만큼 높아야 한다. 이것은 도 19에서 광학 적분기(152)의 상이한 광학 채널들과 관련되고 상이한 흑화(blackening)를 갖는 영역들(126, 127)에 의해 도시된다.
조명된 필드(14)의 좌측 및 우측 절반의 필드 포인트들에 대해 상이한 이러한 동공 방사조도 분포는 광학 적분기(152) 및 변조기(162)에 의해 생성되어야 한다. 도 20은 조명 시스템(112)의 동공 평면(70)에서 이러한 목적을 위해 요구되는 방사조도 분포를 도시한다. 4개의 상이한 조도 레벨들, 즉, 0 레벨(128)(백색), 1/3 조도 레벨(130)(밝은 회색), 2/3 조도 레벨(132)(진회색) 및 완전 조도 레벨(134)(흑색)이 존재하는 것을 알 수 있다.
최고 조도 레벨(134)은 광이 조명된 필드(14)의 양쪽 절반을 향하게 해야 하는 이러한 광학 채널에 있어서 필요하다. 더욱 구체적으로, 이러한 광학 채널들은 이용가능한 광의 1/3을 조명된 필드(14)의 좌측 절반에 향하게 해야하고, 여기서 환형 조명 세팅이 생성되어야 하며, 이용가능한 광의 나머지 2/3은 조명된 필드의 우측 절반으로 향해야 하고, 여기서 X 2극 조명 세팅이 생성되어야 한다. 필드 스톱 평면(71)이나 마스크 평면(78)의 이러한 계단식 방사조도 분포가 얻어질 수 있고, 예컨대, 프리즘(113 또는 113')은 도 15 및 도 16의 상부 광학 채널(Ⅰ)에 대해 도시된 중앙 위치와 중간 광학 채널(Ⅱ) 및 하부 광학 채널(Ⅲ)에 대해 도시된 단부 위치 사이의 위치에 있다.
X 2극 조명 세팅(124)을 얻기 위해, 2/3 조도 레벨(132)이 조명된 필드(14)의 우측 절반으로만 광을 향하도록 하는 이러한 광학 채널들에 대해 요구된다. 상기 언급된 바와 같이, 조도는, 광을 환형 조명 세팅(122)이 얻어져야 하는 조명된 필드(14)의 좌측 절반으로만 향하게 하는 영역들의 2배 만큼 커야 한다. 이러한 영역들에서, 1/3의 조도 레벨(130)이 요구된다.
0 조도 레벨(128)이 광을 조명된 필드(14)로 향하게 하지 않아야 하는 동공 평면의 이러한 영역들에서 요구된다.
4개의 상이한 조도 레벨(128, 130, 134, 132)은 동공 한정 유닛(36)의 미러 어레이(38)의 도움으로 쉽게 얻을 수 있다. 간단히 하기 위해, 어레이(38)가 동일한 조도를 각각 생성하는 36개의 미러만을 포함한다고 가정하면, 3개의 미러(40)는 투영 광을 완전 조도 레벨(134)이 요구되는 각각의 광학 채널로 향하게 할 수 있고, 2개의 미러(40)는 투영 광을 2/3 조도 레벨(132)이 요구되는 각각의 광학 채널로 향하게 할 수 있으며, 하나의 미러(40)는 투영 광을 1/3 조도 레벨(130)이 요구되는 각각의 광학 채널로 향하게 할 수 있다. 총 36개의 미러로부터, 4개의 미러는 광을 광학 적분기(52)로 향하게 하지 않는 상태로 남는다.
그러나, 종종, 상기 가정된 바와 같이, 미러들은 동일한 조도를 생성하지 않으나, 다소 상이한(이미 알려졌으나) 조도를 생성한다. 그러므로, 가장 높은 조도를 생성하는 미러들(40)은, 완전 조도 레벨(134)이 요구되는 이러한 영역들로 투영 광이 향하게 하도록 제어될 수 있다. 약 2/3의 완전 레벨(134)을 생성하는 미러들은, 2/3의 조도 레벨(132)이 요구되는 영역들에 투영 광이 향하게 하도록, 제어되며, 기타 이런 방식으로 구성된다.
Ⅶ.
각도 방사조도 분포의 연속적인 변형
앞서서, 상이한 각도 방사조도 분포로 조명되어야 하는 X 방향을 따라 나란히 위치된 마스크(16) 상에 2개의 부분이 존재하는 것이 가정되었다. 그러나, 각도 방사조도 분포가 연속적으로 그리고 특히 스캔 방향 Y에 수직인 방향을 따라 변하는 방식으로 마스크(16)를 조명하는 것 또한 예상할 수 있다.
도 21은, 도 19와 유사한 표현으로, 동공 방사조도 분포가 어떻게 X 방향을 따라 조명된 필드(14) 내에서 변화할 수 있는지를 도시한다. 조명된 필드(14)의 좌측 단부에서, 환형 조명 세팅(122)이 생성된다. 조명된 필드(14)의 우측 단부에서, X 2극 조명 세팅(124)이 생성된다. 이러한 반대방향의 단부들 사이의 동공들의 상이한 회색 명암은 각도 방사조도 분포가 어떻게 연속적으로 조명된 필드(14)의 2개의 단부 사이에서 변하는지 표시한다.
Y 방향을 따라 연장하는 각각의 라인은, 각도 방사조도 분포가 균일한 부분을 형성하되, 이러한 분포는, 각도 조명 세팅(122) 및 X 2극 조명 세팅(124)과 관련된 조명된 필드(14)의 반대방향 단부들에서의 2개의 특별한 분포 사이에서 연속적으로 변한다.
도 22는 이러한 시나리오에 있어서 6 x 6 광학 채널들의 총 수의 각각에 의해 필드 스톱 평면(71)에서 생성되어야 하는 방사조도 분포를 도시한다. 도 21과 도 22를 비교함으로써, 일부 광학 채널들(136)은, 조명된 필드의 좌측 단부에서의 1/2 최대 값으로부터 조명된 필드(14)의 우측 단부에서 0까지 선형으로 감소하는 방사조도 분포를 생성해야한다는 것을 알 수 있다. 다른 광학 채널들(138)은 0에서 최대 조도 레벨까지 선형으로 증가하는 필드 스톱 평면(71)의 방사조도 분포를 생성해야 한다. 또 다른 광학 채널들(140)은 조명된 필드의 좌측 단부에서의 1/2 최대 값으로부터 조명된 필드(14)의 우측 단부에서의 최대 값까지 선형으로 증가하는 방사조도 분포를 생성해야한다.
이러한 방사조도 분포는 도 3에서 도시된 실시예에서의 변조기(60)를 대신하는 변조기(262)로 생성될 수 있다. 변조기(262)의 기능은 광학 적분기(52)의 3개의 인접 광학 채널들(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ) 및 광학 채널들(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)과 관련된 변조기 유닛(260)을 통한 자오 단면인 도 23을 참조하여 기재될 것이다. 도 8에 도시된 변조기 유닛들(60) 외에, 도 23에 도시된 변조기 유닛들(262)은 방사조도 분포를 이동하지 않고, 변조기 유닛들(260)과 관련된 광 빔에 의해 조명되는 래스터 필드 평면(58) 내의 방사조도 분포를 변경하도록 구성된다. 다시 말해서, 광은 조명된 영역 내에서 재분배되지만 이 영역의 위치는 변경되지 않는다. 도 23에서, 이것은 X 좌표에서의 조도를 표시하는 상이한 두께를 갖는 화살표들(A8)에 의해 표시된다.
도 24은 도 23에 도시된 3개의 광학 채널들(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)에 대한 공간 방사조도 분포의 재분배를 개략적으로 도시한다. 다시, 도 23의 직사각형들(142)에 의해 표시된 바와 같이, 변조기 유닛들(260)의 입사 측면에서의 방사조도 분포가 일정하다(즉, 탑햇 분포)고 가정된다. 변조기 유닛들(260)은 이러한 직사각형 방사조도 분포(142)를 도 24의 우측 면 상에 도시된 선형으로 감소 또는 증가하는 분포(144a, 144b, 144c)로 변형한다.
다시, 도 23에 있어서, 래스터 필드 평면(58)이 제 2 집광기(72) 및 제 3 어레이(54c)의 광학 래스터 소자들(56)에 의해 필드 스톱 평면(71)에 광학적으로 켤레이므로, 변조기 유닛들(260)에 의해 수행된 공간 광 분포의 재분배는 필드 스톱 평면(71)의 바람직한 방사조도 분포(136, 138, 140)를 생성한다.
균일한 공간 방사조도 분포(142)를 다양한 선형 증가 또는 감소하는 공간 방사조도 분포로 재분배하는 것은, 도 23에 개략적으로 도시된 바와 같이 변조기 유닛들(260)에 포함된 굴절 광학 소자들의 도움으로 생성될 수 있다. 이하에서, 어떻게 굴절 광학 소자가 형성되어야 균일한 방사조도 분포(142)가 0에서 최대값으로 선형으로 증가하는 방사조도 분포(144b)로 변형되는지 예시적으로 기재될 것이다.
도 25는, 시작점과 같이, 전면(148) 및 후면(149)을 갖는 굴절 광학 소자(146)를 도시한다. 전면의 형태는 방정식
Figure pct00012
에 의해 주어지는 것으로 가정되고, 후면(149)의 형태는 방정식
Figure pct00013
에 의해 주어지는 것으로 가정된다. 위치
Figure pct00014
에서의 전면(148)에 입사하는 광선은 전면(148)에서 굴절되고 위치
Figure pct00015
에서의 후면(149)을 떠나는 것으로 추가 가정된다.
작은 볼륨 소자의 총 광 에너지가 유지된다, 즉
Figure pct00016
이다. (1)
전면(148)에서의 방사조도 분포(142)가 균일한 것으로 가정하면, 후면(149)에서의 방사조도 분포
Figure pct00017
는
Figure pct00018
(2)이다.
방사조도 분포가 선형으로 증가하면, 방정식
Figure pct00019
(3)은 충족되어야 하고, L은 래스터 필드 평면(58)의 조명된 영역의 폭이 된다.
이로써, (근축 근사(paraxial approximation)에 있어서) 해결되어야 하는 방정식들은
Figure pct00020
Figure pct00021
(4)
Figure pct00022
이러한 방정식의 세트는 단순하게 이해될 수 있다: 위치
Figure pct00023
에서 굴절 광학 부재(146)에 입사하는 광선은 위치
Figure pct00024
에서 후면(149)을 떠난다. 전면(148)과 후면(149) 사이의 두께는 편향각
Figure pct00025
을 생성하는
Figure pct00026
에 의해 주어진다. 그러므로, 전면(148)의 경사는
Figure pct00027
에 대한 방정식의 우측에 의해 정의된다. 후면(149)은 전면(148)에 입사했을 때 가졌던 원래 방향으로 광선 방향을 변경하는 역할을 갖는다.
보조 함수
Figure pct00028
(5)로,
방정식(4)는
Figure pct00029
Figure pct00030
(6)으로
Figure pct00031
다시 기재될 수 있다.
방정식 (6)을 수치적으로 해결하는 것은, XZ 평면에서, 도 26에 도시된 형태를 갖는 굴절 광학 부재(146)를 산출한다.
도 27은, 각각의 변조기 유닛(260)에 포함되고 액츄에이터(미도시)의 도움으로 Y 방향을 따라 변위될 수 있는 광학 소자(150)를 도시한다. 광학 소자(150)는 도 26에 도시된 바와 같은 형태를 갖는 제 1 굴절 광학 부재(146a) 및 제 2 광학 부재(146b)로 구성된다. 광학 소자(150)는 2개의 광학 부재들(146a, 146b)로부터 조립되며, 광학 부재(146b)는 Z 축에 대해 180˚회전된다.
제 1 광학 부재(146a)는, 도 27의 우측 상의 방사조도 분포(144a)에 의해 표시된 바와 같이, 균일한 방사조도 분포를, X 방향을 따라 최대 값에서 0으로 선형으로 감소하는 방사조도 분포로 변형한다. 제 2 광학 부재(146b)는 광을 재분배하여, 그것의 후면(149)에서 얻어진 방사조도 분포는 파선(146b)에 의해 표시되는 바와 같이, 0에서 최대 값으로 선형으로 증가한다. 광학 소자(150)가 Y 방향을 따라 변위되어 광이 양쪽 광학 부재들(146a, 146b)에 충돌하는 경우, 도 24에 도시되는 바와 같이, 2개의 선형으로 증가하고 선형으로 감소하는 방사조도 분포(144a, 144b)가 중첩되어서 제 1 0이 아닌 레벨과 제 2 0이 아닌 레벨 사이의 선형으로 증가하는 분포(144c) 또한 생성될 수 있다.
이것은, 광학 부재들(146a, 146b)의 전면(140) 및 3가지 상이한 동작 상태의 액츄에이터(152)를 도시하는 도 28 내지 도 30에 도시된다. 액츄에이터(152)는 Y 방향을 따라 광학 소자(150)를 변위하도록 구성된다.
도 28에 도시된 제 1 동작 상태에 있어서, 광학 채널들 중 하나의 제 1 및 제 2 어레이(54a, 54b)의 광학 래스터 소자들(56)에 의해 조명되는 영역(154)은, 제 1 광학 부재(146a)의 전면(140) 내에 완전히 위치한다. 결과적으로, 방사조도 분포(144a)는 제 1 굴절 광학 부재(146a)의 후면(149)에서 생성된다. 광학적인 켤레로 인하여, 이러한 광학 채널은 마스크 평면(78)에서 또한 방사조도 분포(144a)를 생성한다.
도 29는, 영역(154)이 제 2 굴절 광학 부재(146b)의 전면(140) 내에 완전히 위치하는 제 2 동작 상태의 광학 소자(150)를 도시한다. 그러므로, 광학 채널은 반대의 필드 의존성을 갖는 방사조도 분포(144a)를 생성하며, 즉, 이것은 -X 방향을 따라 선형으로 증가한다.
도 30에 도시된 제 3 동작 상태에서, 광학 소자(150)는 Y 방향을 따라 이동되어, 조명된 영역(154)의 더 큰 부분은 제 1 광학 부재(146a)의 전면(140)에 위치하고, 조명된 영역(154)의 더 작은 부분은 제 2 광학 부재(146b)의 전면(140)에 위치한다. 결과적으로, 방사조도 분포(144c)는 증가하는 방사조도 분포(144a)와 감소하는 방사조도 분포(144b)의 중첩으로 얻어진다. 그러므로, 도 23 내지 도 30을 참조하여 기재된 바와 같이 변조기 유닛들(260)로, 도 22에 도시되고, 환형 조명 세팅이 조명된 필드(14)의 X 방향을 따라 X 2극 조명 세팅으로 변형되기 위해 필수적인 모든 방사조도 분포를 생성하는 것이 가능하다.

Claims (33)

  1. 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치(10)의 조명 시스템으로서,
    a) 광학 래스터 소자들(56; 156)의 어레이(54c; 154b)를 포함하고, 광 빔이 각각의 광학 래스터 소자와 관련되는, 광학 적분기(52; 152),
    b) 조명될 마스크(16)가 상기 조명 시스템(12)의 동작 동안 위치되는, 마스크 평면(78)과 동일하거나 광학적으로 켤레인 공통 필드 평면(71)에서 상기 광학 래스터 소자들과 관련된 광 빔들을 중첩하는 집광기(71),
    c) 변조기(62; 162; 262)로서,
    - 조명된 필드(14) - 상기 조명 시스템(12)에 의해 상기 마스크 평면(78)에서 조명됨 - 의 각도 방사조도 분포의 필드 의존성을 변경하도록 구성되고,
    - 복수의 변조기 유닛(60; 160; 260)을 포함하며, 각각의 변조기 유닛은
    -- 상기 광 빔들 중 하나와 관련되고,
    -- 상기 관련된 광 빔만이 상기 변조기 유닛(60) 상에 충돌하도록 상기 집광기(71) 앞의 위치에 배열되며,
    -- 광을 블로킹하지 않고 상기 관련된 광 빔의 공간 및/또는 각도 방사조도 분포를 가변적으로 재분배하도록 구성되는, 상기 변조기(62; 162; 262), 및
    d) 제어 장치가 상기 마스크 평면(78)의 각도 방사조도 분포의 필드 의존성이 변경되도록 하는 입력 명령을 수신하는 경우, 적어도 하나의 변조기 유닛이 관련된 광 빔의 공간 및/또는 각도 방사조도 분포를 재분배하는 방식으로 변조기 유닛들(60; 160; 260)을 제어하도록 구성된, 제어 장치(66)를 포함하는, 조명 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 변조기는, 제 1 각도 방사조도 분포는 상기 조명된 필드(14)의 제 1 부분(181a, 181b, 181c)에서 생성되고, 상기 제 1 각도 방사조도 분포와 별개인 제 2 각도 방사조도 분포는 상기 조명된 필드(14)의 제 2 부분(182a, 182b, 182c)에서 생성되도록 구성되는, 조명 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 제 1 부분은 상기 제 1 각도 방사조도 분포가 균일한 2차원 영역(181a, 181b, 181c)이며 상기 제 2 부분은 상기 제 2 각도 방사조도 분포가 균일한 2차원 영역(182a, 182b, 182c)인, 조명 시스템.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 조명된 필드(14)는 X 방향을 따르는 긴치수(long dimension) 및 상기 X 방향에 수직인, Y 방향을 따르는 짧은치수(short dimension)를 가지고, 상기 제 1 부분(181a, 181b, 181c)은, 제 2 부분(182a, 182b, 182c)과 마찬가지로, 적어도 하나의 Y 좌표를 갖되 X 좌표는 갖지 않는, 조명 시스템.
  5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 각도 방사조도 분포는, 종래의 조명 세팅, 각도 조명 세팅, 2극(dipole) 조명 세팅 및 n극(n-pole; n≥4) 조명 세팅으로 구성되는 그룹으로부터 가져온 조명 세팅과 관련되는, 조명 시스템.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 변조기 유닛(60; 260)은, 광학 래스터 소자들의 어레이(54c)의 앞에 광 전파 방향으로 배치된 래스터 필드 평면(58)에 배열되고, 각각의 변조기 유닛은, 광을 블로킹하지 않고, 래스터 필드 평면의 관련된 광 빔의 공간 조도 분포를 가변적으로 재분배하도록 구성되는, 조명 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 각각의 변조기 유닛(60)은, 상기 조명 시스템(12)의 광학 축(OA)에 수직인 방향을 따라 래스터 필드 평면(58)의 영역 - 상기 변조기 유닛과 관련된 광 빔에 의해 조명됨 - 을 이동시키도록 구성되는, 조명 시스템.
  8. 청구항 4 및 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방향은 상기 X 방향과 동일한, 조명 시스템.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서, 각각의 변조기 유닛(60)은 상기 광 빔의 각도 방사조도 분포를 변경하지 않고 조명된 영역을 이동하도록 구성되는, 조명 시스템.
  10. 청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 적분기(52)는 광 전파 방향의 반대로, 광학 래스터 소자들(56)의 제 1, 제 2 및 제 3 어레이(54a, 54b, 54c)를 포함하고, 상기 래스터 필드 평면(58)은 광학 래스터 소자들(56)의 제 2 어레이(54b)와 제 3 어레이(54c) 사이에 위치되는, 조명 시스템.
  11. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 변조기 유닛(160)은 광학 래스터 소자들(156)의 어레이(154b) 뒤에서 광 전파 방향으로 위치되는 동공 평면(70) 내에 또는 이것에 근접하게 배열되며, 각각의 변조기 유닛(160)은 광을 블록킹하지 않고 상기 동공 평면(70)의 관련된 광 빔의 각도 방사조도 분포를 가변적으로 재분배하도록 구성된, 조명 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서, 각각의 변조기 유닛(160)은 상기 조명 시스템(12)의 광학 축(OA)에 수직인 경사 축에 대해 변조기 유닛과 관련된 광 빔을 경사지게 하도록 구성되는, 조명 시스템.
  13. 청구항 4 및 청구항 12에 있어서, 상기 경사 축은 상기 Y 방향과 동일한, 조명 시스템.
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 변조기 유닛(60; 160; 260)은
    a) 이것에 충돌하는 상기 관련된 광 빔의 전파 방향을 변경하도록 구성된 광학 소자(86, 88; 94; 112; 112'; 116; 150), 및
    b) 상기 광학 소자에 결합되는 액츄에이터(90, 92; 96; 152)로서, 상기 액츄에이터는 상기 제어 장치(66)로부터 수신된 제어 신호에 응답하여 상기 광학 소자의 위치 및 배향을 변경하도록 구성된, 상기 액츄에이터(90, 92; 96; 152)를 포함하는, 조명 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 광학 소자는 굴절형 광학 소자, 특히, 렌즈(86, 88), 프리즘(94; 112; 112'), 특히 프레즈넬 프리즘(112'), 또는 회절형 광학 소자인, 조명 시스템.
  16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서, 상기 액츄에이터(90, 92; 152)는, 상기 조명 시스템(12)의 광학 축(OA)에 대해 기울어진 방향을 따라 광학 소자를 변위하도록 구성되는, 조명 시스템.
  17. 청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액츄에이터(96)는, 상기 조명 시스템(12)의 광학 축(OA)에 대해 기울어진 회전 축(98)에 대해 광학 소자(94)를 회전하도록 구성되는, 조명 시스템.
  18. 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변조기(60; 160)는 상기 각도 방사조도 분포가 상기 조명된 필드(14)에 대해 불규칙하게 변화하도록 구성되는, 조명 시스템.
  19. 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변조기(260)는 상기 각도 방사조도 분포가 상기 조명된 필드(14)의 적어도 일부에 대해 규칙적으로 변화하도록 구성되는, 조명 시스템.
  20. 청구항 2 및 청구항 19에 있어서,
    상기 제 1 부분은 상기 제 1 각도 방사조도 분포가 균일한 제 1 라인이고, 상기 제 2 부분은 상기 제 2 각도 방사조도 분포가 균일한 제 2 라인이며, 상기 변조기(260)는 상기 제 1 각도 방사조도 분포가 상기 제 1 라인과 상기 제 2 라인 사이에 배열된 영역 내에서 상기 제 2 각도 방사조도 분포로 변형되도록 구성되는, 조명 시스템.
  21. 청구항 20에 있어서, 상기 제 1 라인은 상기 조명된 필드의 한쪽 단부에 인접하고 상기 제 2 라인은 상기 조명된 필드의 반대쪽 단부에 인접한, 조명 시스템.
  22. 청구항 4 및 청구항 21에 있어서, 상기 한쪽 단부 및 상기 반대쪽 단부는 상기 X 방향을 따라 상기 조명된 필드의 경계를 정의하는, 조명 시스템.
  23. 청구항 19 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 변조기 유닛(260)은, 상기 래스터 필드 평면(58)의 영역 - 상기 변조기 유닛과 관련된 상기 광 빔에 의해 조명됨 - 내에서 방사조도 분포를, 이것을 이동시키지 않고, 변경하도록 구성되는 조명 시스템.
  24. 청구항 19 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 변조기 유닛(120)은, 균일한 방사조도 분포(142)로부터의 방사조도 분포를 참조 방향을 따라 선형으로 증가하거나 감소하는 변경된 방사조도 분포(144a, 144b, 144c)로 변형하도록 구성되는, 조명 시스템.
  25. 청구항 24에 있어서, 상기 참조 방향은 X 방향과 동일한, 조명 시스템.
  26. 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치의 동작 방법으로서, 상기 방법은:
    a) 조명 시스템(12)과 투영 대물렌즈(20)를 포함하는 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치(10)를 제공하는 단계;
    b) 상기 조명 시스템(12)에 의해 조명될 마스크(16)를 제공하는 단계;
    c) 제 1 바람직한 각도 방사조도 분포 및 상기 제 1 각도 방사조도 분포와 별개인 제 2 바람직한 각도 방사조도 분포를 정의하는 단계;
    d) 상기 제 1 각도 방사조도 분포가 상기 마스크의 제 1 부분(181a, 181b, 181c)에서 얻어지고 상기 제 2 각도 방사조도 분포가 상기 제 1 부분과 별개인 상기 마스크의 제 2 부분(182a, 182b, 182c)에서 얻어지는 방식으로 상기 마스크(16)를 조명하는 단계를 포함하는, 방법.
  27. 청구항 26에 있어서, 상기 제 1 및 상기 제 2 각도 방사조도 분포는, 종래의 조명 세팅, 각도 조명 세팅, 2극 조명 세팅 및 n극(n-pole; n≥4) 조명 세팅으로 구성되는 그룹으로부터 가져온 조명 세팅과 관련되는, 방법.
  28. 청구항 26 또는 청구항 27에 있어서, 상기 제 1 부분은, 상기 제 1 각도 방사조도 분포가 균일한 2차원 영역(181a, 181b, 181c)이고, 상기 제 2 부분은, 상기 제 2 각도 방사조도 분포가 균일한 2차원 영역(182a, 182b, 182c)인, 방법.
  29. 청구항 26 또는 청구항 27에 있어서, 상기 제 1 부분은 상기 제 1 각도 방사조도 분포가 균일한 제 1 라인이고, 상기 제 2 부분은 상기 제 2 각도 방사조도 분포가 균일한 제 2 라인이며, 상기 제 1 각도 방사조도 분포는 상기 제 1 라인과 상기 제 2 라인 사이에 배열된 영역 내에서 상기 제 2 방사조도 분포로 변형하는, 방법.
  30. 청구항 26 내지 청구항 29 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 각도 방사조도 분포가 얻어지는 방식으로 상기 조명 시스템(12)에 포함되는 변조기(60, 160, 260)를 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  31. 청구항 26 내지 청구항 30 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조명 시스템에 포함된 광학 래스터 소자들(56; 156)과 관련된 광 빔들의 공간 및/또는 각도 방사조도 분포를, 광을 블로킹하지 않고, 재분배하는 단계를 포함하는, 방법.
  32. 청구항 26 내지 청구항 31 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마스크에 포함된 피쳐 패턴들은 상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분에서 상이한, 방법.
  33. 청구항 26 내지 청구항 32 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마스크가 스캐닝 동작에서 상기 투영 대물렌즈(20)에 의해 감광성 표면(22) 상으로 투영되는 동안, 상기 각도 방사조도 분포가 변경되는, 방법.
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