KR20150131160A - 마이크로리소그래픽 장치 - Google Patents

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KR20150131160A
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헨드릭 바그너
루멘 일리에프
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칼 짜이스 에스엠테 게엠베하
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Abstract

마이크로리소그래픽 투영 노광 장치의 투영 대물부는 투영광이 통과하는 두 개의 반대측 광학 표면(46, 48)과 두 개의 광학 표면(46, 48) 사이에서 연장되는 원주방향 림 표면(50)을 구비하는 미러 기판(44; 44a, 44b)을 포함하는 파면 보정 장치(42)를 포함한다. 제1 및 제2 광학 시스템(OS1, OS2)이 제1 및 제2 가열광(HL1, HL2)의 적어도 일부분이 미러 기판(44; 44a, 44b)에 들어가도록 상기 제1 및 제2 가열광을 림 표면(50)의 다양한 부분에 지향시키도록 구성된다. 가열광(HL1, HL2)의 부분적인 흡수에 의해 유발되는 온도 분포는 파면 오차를 보정하는 굴절률 분포를 미러 기판(44; 44a, 44b) 내부에 생성한다. 적어도 제1 광학 시스템(OS1)은 초점 영역(56)으로부터 나오는 제1 가열광이 림 표면(50)에 입사하도록 제1 가열광을 초점 영역(56)에 집속시키는 집속 광학 요소(55)를 포함한다.

Description

마이크로리소그래픽 장치{MICROLITHOGRAPHIC APPARATUS}
본 발명은 일반적으로 마이크로리소그래픽 장치, 예를 들면 투영 노광 장치 또는 마스크 검사 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 투영광과 별개의 가열광이 미러 기판의 림 표면을 향해 지향되는 파면 보정 장치를 포함하는 이러한 장치에 관한 것이다.
마이크로리소그래피(포토리소그래피 또는 간단히 리소그래피로도 불리움)는 집적 회로, 액정 디스플레이 및 다른 미세구조화된 장치의 제조를 위한 기술이다. 마이크로리소그래피 공정은 에칭 공정과 함께 기판, 예를 들어 실리콘 웨이퍼 상에 형성되어 있는 박막 스택 내에 특징부를 패턴화하기 위해 사용된다. 제조의 각각의 층에서, 웨이퍼가 우선 심자외선(DUV), 진공 자외선(VUV) 또는 극자외선(EUV) 광과 같은 방사선에 감응성인 재료인 포토레지스트로 코팅된다. 이어서, 상부에 포토레지스트를 갖춘 웨이퍼가 투영 노광 장치 내에서 마스크를 통과하는 투영광에 노광된다. 마스크는 포토레지스트 상에 투영될 회로 패턴을 포함한다. 노광 후, 포토레지스트가 현상되어 마스크 내에 포함된 회로 패턴에 해당하는 상(image)을 생성한다. 이어서, 에칭 공정이 회로 패턴을 웨이퍼 상의 박막 스택 내로 전사한다. 마지막으로, 포토레지스트가 제거된다. 상이한 마스크를 이용하여 이러한 공정을 반복함으로써 다층 미세구조화된 구성요소가 생성된다.
마이크로리소그래픽 투영 노광 장치는 전형적으로 조명 시스템, 마스크를 정렬시키기 위한 마스크 정렬 스테이지, 투영 대물부, 및 포토레지스트로 코팅된 웨이퍼를 정렬시키기 위한 웨이퍼 정렬 스테이지를 포함한다. 조명 시스템은 예를 들어 직사각형 슬릿 또는 좁은 링 세그먼트의 형상을 가질 수 있는 마스크 상의 필드를 조명한다.
투영 노광 장치의 개발의 한가지 본질적인 목적은 더욱더 작은 치수를 갖는 구조체를 웨이퍼 상에 리소그래피로 생성할 수 있게 하는 것이다. 작은 구조체는 높은 집적 밀도로 이어지며, 이는 일반적으로 그러한 장치의 도움으로 제조되는 미세구조화된 구성요소의 성능에 유리한 영향을 준다. 또한, 단일 웨이퍼 상에 생성될 수 있는 장치가 많아질수록, 장치의 처리량이 많아진다.
생성될 수 있는 구조체의 크기는 사용되는 투영 대물부의 분해능에 주로 의존한다. 투영 대물부의 분해능은 투영광의 파장에 반비례하기 때문에, 분해능을 증가시키는 한가지 방식은 더욱더 짧은 파장을 갖는 투영광을 사용하는 것이다. 현재 이용되는 최단 파장은 진공 자외선(VUV) 스펙트럼 범위에 있는 193 nm이다. 또한, 약 13.5nm의 파장을 갖는 EUV 광을 사용하는 장치가 있으며 한편으로는 구매가능하다. 미래의 장치는 아마도 6.8nm만큼 낮은 파장을 갖는 EUV 광을 사용할 것이다. EUV 투영광을 위해 충분히 투명한 이용 가능한 어떤 광학 재료도 없기 때문에, 그와 같은 장치는 반사광학 유형이며, 즉 그들은 미러만을 포함하며 렌즈 또는 다른 굴절 광학 요소를 포함하지 않는다.
상 오차(즉, 수차)의 보정은 매우 높은 분해능을 갖는 투영 대물부에 점점더 중요해지고 있다. 상이한 유형의 상 오차는 보통 상이한 보정 조치를 필요로 한다.
회전 대칭 상 오차의 보정은 비교적 수월하다. 투영 대물부의 출사 동공 내의 파면 오차가 회전 대칭인 경우에 상 오차가 회전 대칭인 것으로 언급된다. 용어 파면 오차는 이상적인 무수차 파면으로부터의 파면의 편차를 지칭한다. 회전 대칭 상 오차는 예를 들어 개별 광학 요소를 광축을 따라 이동시킴으로써 적어도 부분적으로 보정될 수 있다.
회전 대칭이 아닌 상 오차의 보정은 더욱 어렵다. 그러한 상 오차는 예를 들어 렌즈 또는 미러가 회전 비대칭적으로 가열되기 때문에 발생한다. 이러한 유형의 하나의 상 오차가 비점수차이다.
회전 비대칭 상 오차에 대한 주요 원인은 광학 요소의 회전 비대칭 가열이다.
예를 들면, 스캐너 유형의 투영 노광 장치에서는, 마스크 상의 조명되는 필드는 보통 슬릿-형상이다. 이러한 슬릿 형상의 조명된 필드는 필드 평면 부근에 배치되는 광학 요소의 불균일한 가열을 초래한다. 이러한 가열은 광학 요소의 변형을 유발하고, 굴절 유형의 렌즈 및 다른 요소의 경우에는 그 굴절률의 변화를 유발한다. 굴절 광학 요소 또는 미러 기판의 재료가 높은 에너지의 투영광에 반복적으로 노광되면, 또한 영구적인 재료 변화가 관찰된다. 예를 들면, 가끔 투영광에 노광된 재료의 압착이 발생한다. 굴절 광학 요소의 경우에, 이것은 굴절률의 국부적이고 영구적인 변화를, 그리고 미러 기판의 경우에는 기판의 표면 형상의 국부적이고 영구적인 변화를 초래할 수 있다. 그것은 별문제로 하고, EUV 미러의 매우 복합적이고 비싼 반사 다층 코팅은 높은 국부적인 광 세기에 의해 손상될 수 있어 반사율이 국부적으로 변화된다. 동일한 것이 또한 일반적으로 렌즈 및 다른 굴절 광학 요소의 광학 표면에 도포되는 반사-방지 코팅에 적용된다.
회전 비대칭 가열의 다른 주된 원인은 조명 시스템의 동공 평면이 회전 비대칭 방식으로 조명되는 소정 비대칭 조명 세팅이다. 그러한 세팅에 대한 중요한 예는 단지 2개의 극만이 동공 평면 내에서 조명되는 쌍극자 세팅이다. 그러한 쌍극자 세팅의 경우에, 또한 투영 대물부 내의 동공 평면이 2개의 강하게 조명된 영역을 포함한다. 그 결과, 그러한 대물부 동공 평면 내에 또는 그것 부근에 배치되는 렌즈 또는 미러가 회전 비대칭 세기 분포에 노출되어 회전 비대칭 상 오차를 초래한다. 또한 4극자 세팅도 쌍극자 세팅보다 적기는 하지만 흔히 회전 비대칭 상 오차를 초래한다.
일반적으로 이러한 열 유발 변형, 굴절률 변화 및 코팅 손상은 광학 요소의 광학 특성을 변화시켜 상 오차를 초래한다. 열 유발 상 오차는 때때로 2중 대칭(twofold symmetry)을 갖는다. 그러나, 다른 대칭, 예를 들어 3중 또는 5중 대칭을 갖는 상 오차도 또한 투영 대물부에서 자주 관찰된다.
회전 비대칭 상 오차를 보정하기 위해, US 6,338,823 B1은 렌즈의 외주를 따라 분포되는 복수의 액추에이터의 도움으로 선택적으로 변형될 수 있는 렌즈를 제시한다. 렌즈의 변형은 열 유발 상 오차가 적어도 부분적으로 보정되도록 결정된다. 그러나, 렌즈가 변형되면, 이것은 필연적으로 렌즈의 양쪽 광학 표면의 변형을 수반한다. 일반적으로, 각각의 렌즈 표면에 의해 초래된 효과들은 어느 정도 서로 보상되어 중요한 변형만이 상 오차의 원하는 보정을 생성한다.
그러한 이유로, 상 오차를 수정하기 위해 변형가능 미러를 이용하는 것이 제안되었다. 굴절 광학 요소가 이용될 수 없는 EUV 장치에서, 임의의 변형가능 광학 요소는 어쨌든 미러이어야 한다. 마이크로리소그래픽 장치를 위한 변형가능 미러가 예를 들면 미국 6,897,940 및 미국 5,986,795에 개시되어 있다.
US 2010/0201958 A1 및 US 2009/0257032 A1은 액체 층에 의해 서로 분리되는 2개의 투명 광학 요소를 또한 포함하는 보정 장치를 개시한다. 전술된 US 7,830,611 B2에 기재된 장치와는 대조적으로, 파면 보정이 광학 요소를 변형시킴으로써가 아니라 그 굴절률을 국부적으로 변화시킴으로써 이루어진다. 이를 위해, 전체 표면에 걸쳐 연장되는 가열 스트립이 하나의 광학 요소에 제공될 수 있다. 액체는 광학 요소의 평균 온도가 일정하게 유지되는 것을 보장한다. 가열 요소가 미러의 반사 표면 상에 또는 이 반사 표면의 뒤에 적용될 수 있다는 것이 또한 언급된다. 심지어 고차 파면 오차도 매우 양호하게 보정될 수 있긴 하지만, 이 장치는 복잡한 구조를 가지며, 따라서 고가이다.
WO 2004/092843 A2는 보정 광을 미러의 반사 표면을 향해 지향시키는 EUV 투영 대물부(projection objective)를 위한 보정 장치를 개시한다. 보정 광은, 반사 표면 근처의 온도가 미러 기판의 열 팽창 계수가 0인 온도에 가까워지도록 제어된다.
EP 0 532 236 A1은 EUV 투영 대물부를 위한 다른 보정 장치를 개시한다. 일 실시예에서, 적외선 방사선은 대물부의 미러들 중 하나에 지향된다. 적외선은 거울의 형상이 심지어 고에너지 EUV 투영광의 충격 하에서도 실질적으로 변하지 않도록 제어된다. 다른 실시예에서, 가열 또는 냉각 장치는 동일한 목적을 위해 미러 지지부에 통합된다.
US 6,504,597 B2는 가열광이 렌즈 또는 미러 내에 그 주연 림 표면을 통해, 즉 원주방향으로 결합되는 보정 장치를 제시한다. 단일 광원에 의해 생성되는 가열광을 광학 요소의 주연부를 따라 분포되는 다양한 위치에 지향시키기 위해 광섬유가 사용될 수 있다. 또한, 이 장치는 광학 요소의 온도 분포를 균질화시키기 위해서뿐만 아니라 다른 광학 요소에 초래되는 파면 오차를 보정하기 위해서도 사용될 수 있는 것이 언급된다. 이 장치는 매우 조밀하게 적층되는 광학 요소도 또한 가열하는 것을 가능하게 하긴 하지만, 그것은 단지 비교적 조대한 온도 분포를 생성할 수 있을 뿐이다. 더욱 복잡한 온도 분포가 획득될 수 없는데, 왜냐하면 단지 매우 적은 수의 강하게 발산하는 가열광 빔만이 광학 요소 내에 결합될 수 있기 때문이다.
1. 집속초점 광학 요소
따라서, 고차 파면 오차도 또한 보정할 수 있는, 그러나 그럼에도 불구하고 간단한 구성을 갖는, 변형가능 미러를 포함하는 보정 장치를 갖는 리소그래픽 장치가 필요하다.
본 발명에 따르면, 이 문제는 투영광을 이용하여 표면에 패턴을 결상(imaging)시키도록 구성되는 투영 대물부 및 조명 시스템을 포함하는 마이크로리소그래픽 장치에 의해 달성된다. 장치 및 특히 그것의 투영 대물부는 전방 표면, 후방 표면 및 전방 표면과 후방 표면과의 사이에서 연장되는 원주방향 림 표면을 갖는 미러 기판을 포함하는 미러를 갖는 파면 보정 장치를 포함한다. 미러는 미러 기판의 전방 표면에 의해 지지되는 반사 코팅을 더 포함하고, 반사 코팅은 입사 투영광을 반사시키도록 구성된다. 파면 보정 장치는, 또한 제1 가열광의 적어도 일부분이 미러 기판에 들어가도록 제1 가열광을 림 표면의 제1 부분에 지향시키도록 구성되는 제1 광학 시스템, 및 제2 가열광의 적어도 일부분이 미러 기판에 들어가도록 제2 가열광을 제1 부분과는 별개인, 림 표면의 제2 부분에 지향시키도록 구성되는 제2 광학 시스템을 포함한다. 미러 기판에서의 제1 및 제2 가열광의 부분적인 흡수에 의해 유발되는 온도 분포는 미러 기판의 변형을 가져오며, 이러한 변형은 파면 오차를 변화시키고, 특히 보정한다. 적어도 제1 광학 시스템은 초점 영역으로부터 나오는 제1 가열광이 림 표면의 제1 부분에 입사하도록 제1 가열광을 초점 영역에 집속시키도록 구성되는 집속 광학 요소를 포함한다.
본 발명은 미러 기판 내측에서 온도 분포를 생성하기 위해 가열광을 이용하며 전기 와이어 또는 액체를 이용하지 않기 때문에, 미러 기판은 기생 효과를 생성할 수 있는 어떤 요소도 없는 채로 유지된다. 가열광은 미러 기판의 원주방향 림 표면을 통해 미러 기판 내에 결합되기 때문에, 가열광의 대부분이 미러 기판에 들어갈 수 있도록 림 표면에 반사 방지 코팅을 적용하는 것과 작은 입사각을 달성하는 것이 가능하다.
복잡한 변형 또는 미러 기판을 생성할 수 있게 하기 위해, 그 세기(적어도 시간 평균으로)가 개별적으로 조절될 수 있는 다수의 가열광 빔을 제공하는 것이 필요하다. 개별 가열광 빔의 개수가 많아질수록, 미러 기판 내에서 내부 반사되거나 산란되는 가열광이 다시 가열 광원으로 되돌아갈 수 있는 가능성이 커진다. 그러나, 방출된 광이 다시 광원으로 반사되면, 많은 적합한 유형의 광원, 예를 들어 레이저, 레이저 다이오드 또는 LED의 작동과 안정성이 상당히 훼손된다. 이는 심지어 손상 또는 그 완전한 고장을 초래할 수 있다.
방출된 가열광의 상당 부분이 광원으로 반사되는 것을 방지하기 위해, 본 발명에 따른 보정 장치는 미러 기판에 들어가는 가열광이 초점 영역으로부터 나오도록 집속 광학 요소를 제공한다. 이는 초점 영역을 통과하는 광만이 다시 광원으로 되돌아가도록 허용되는 것을 보장한다. 산란되거나 내부 반사된 가열광이 보통 그것이 초점 영역을 통과하도록 미러 기판을 떠날 수 없기 때문에, 광원이 반사된 가열광으로부터 매우 효과적으로 보호된다.
초점 영역의 제공은 명확하게 한정된 광학 특성을 갖는 점 또는 선 광원을 효과적으로 생성한다. 이들 효과적인 광원은 보정 장치를 위한 요구 체적이 작게 유지될 수 있도록 미러 기판에 매우 근접하게 배치될 수 있다. 또한, 그러한 점 또는 선 광원으로부터 나오는 가열광은 가열광 빔의 팬(fan)을 생성한다. 2개, 3개 또는 조금 더 많은 그러한 팬이 미러 기판 내에서 중첩하면, 가열광 빔에 의한 미러 기판의 중심 부분의 매우 우수한 적용범위(coverage)가 달성될 수 있다.
원래 발산하는 팬이 원통형 림 표면에 의해 시준되면, 또는 보다 일반적으로 적어도 림 표면의 제1 부분이 미러 기판이 배치되는 위치에서 평면 내에서 볼록하면, 우수한 적용범위가 또한 달성된다. 심지어 적어도 제1 가열광이 그것이 미러 기판에 들어간 후 시준된 광으로서 미러 기판을 통해 전파되는 것이 달성될 수 있다. 이는 그것이 미러 기판의 중심 부분에서의 가열광 빔의 균질한 적용범위를 보장하기 때문에 흔히 유리하다.
반사되거나 산란된 가열광으로부터의 광원의 보호는 적어도 제1 광학 시스템이 초점 영역이 위치되는 개구를 갖는 블라인드를 포함하면 더욱 개선될 수 있다. 이때, 그것은 반사되거나 산란된 가열광을 방해하는 집속 요소(또는 엄밀히 말하면 그것의 림 또는 마운트)가 아니라(또는 아닐 뿐더러) 블라인드이다.
제1 가열광이 들어가는 림 표면의 적어도 제1 부분은 이 부분과 교차하며 미러의 대칭축을 포함하는 평면에서 만곡될 수 있다. 이때, 림 표면은 예를 들어 그 평면 내에서 가열광을 시준하기 위해 사용될 수 있는 광출력(optical power)을 그 평면 내에서 갖는다. 특히, 림 표면은 원환형(toroidal) 표면을 포함할 수 있으며; 그러한 경우에 미러 기판은 예를 들어 배럴(barrel)의 형상을 가질 수 있다. 림 표면은 또한 미러 기판의 직사각형 또는 다각형 단면을 생성하는 복수의 평탄한 표면으로부터 구성될 수 있다.
보정 장치는 가열광을 방출하도록 구성되는 광원과 광원에 의해 방출되는 가열광을 제1 가열광 및 제2 가열광으로 분할하는 빔 분할기를 포함할 수 있다. 바꾸어 말하면, 가열광을 미러 기판의 림 표면을 향해 지향시키기 위해 사용되는 두 개 이상의 광학 시스템에 가열광을 공급하기 위해 단일 광원이 사용된다. 그러한 실시예에서 광원으로서 레이저가 사용될 수 있다.
제1, 제2 및 임의의 또 다른 광학 시스템에 개별 광원을 제공하는 것도 또한 고려된다. 이때, 제1 광학 시스템은 제1 가열광을 생성하도록 구성되는 단일 제1 광원을 포함하고, 제2 광학 시스템은 제2 가열광을 생성하도록 구성되는 단일 제2 광원을 포함한다.
광학 시스템이 그 자체의 광원을 구비하든 공통 광원을 공유하든 관계없이, 적어도 제1 광학 시스템이 공간 광 변조기를 포함하고, 이러한 공간 광 변조기는 세기가 공간 광 변조기에 의해 개별적으로 변화될 수 있는 복수의 제1 가열광 빔을 생성하기 위해 공간 분해 방식으로 제1 가열광의 세기를 변화시키도록(바람직하게는 연속적으로) 구성되면 유리하다. 제1 가열광을 복수의 제1 가열광 빔으로 분할함으로써, 광학 시스템의 개수와 동일한 다수의 광 빔을 생성하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 이러한 개수를 상당히 배가시키는 것도 또한 가능하다. 예를 들어, 공간 광 변조기가 10개 또는 100개 또는 심지어 1000개의 개별 가열광 빔을 생성하면, 3개의 광학 시스템을 포함하는 보정 장치는 다양한 방향을 따라 미러 기판을 통과하는 각각 30개, 300개 또는 3000개의 개별 가열광 빔을 생성할 수 있다. 그후 또한 매우 복잡한 온도 분포가 생성될 수 있다.
일 실시예에서, 공간 광 변조기는 빔 편향 요소의 어레이를 포함하며, 여기에서 각각의 빔 편향 요소는 입사하는 제1 가열광을 제어 신호에 응하여 가변적인 편향 각도만큼 편향시키도록 구성된다. 그러한 빔 편향 요소는 경사가능 마이크로미러에 의해 또는 광-음향 효과를 활용하는 투과 요소에 의해 형성될 수 있다.
다른 실시예에서, 공간 광 변조기는 크기 및/또는 투과율이 제어 신호에 응하여 개별적으로 변화될 수 있는 복수의 개구를 갖는 가변 블라인드를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 공간 광 변조기는 반사 표면과 반사 표면의 공간 배향을 변화시키도록 구성되는 구동장치를 포함한다. 그러한 경우에, 복수의 제1 가열광 빔은 동시에 생성되는 것이 아니라, 일종의 스캐닝 배열로 연속적으로 생성된다.
단일 광원 및 공간 광 변조기를 제공하는 대신에, 복수의 제1 광원을 포함하는 제1 광학 시스템을 구비하는 것도 또한 가능하며, 여기에서 각각의 제1 광원은 제1 가열광 빔을 생성하도록 구성된다.
적어도 하나의 제1 광원은 개별적으로 변화될 수 있는 세기를 갖는 LED일 수 있다.
적어도 하나의 제1 광원은 레이저 다이오드일 수 있다. 이때, 제1 광학 시스템은 제1 광원에 의해 방출되는 제1 가열광 빔의 세기를 개별적으로 변화시키도록 구성되는 광 변조기를 포함할 수 있다.
적어도 제1 광학 시스템은 제1 가열광이 미러 기판을 횡단한 후 제1 가열광을 반사시키는 반사 표면을 포함할 수 있다. 반사 표면은 림 표면에 도포되는 다층 코팅, 미러 기판으로부터 거리를 두고 배치되는 기판에 도포되는 다층 코팅, 또는 프리즘의 표면에 의해 형성될 수 있다. 미러 기판에 다시 가열광을 지향시킴으로써, 광 손실을 감소시키고 따라서 보정 장치의 효율을 증가시키는 것이 가능하다.
반사 표면에서 반사된 가열광이 다시 광원으로 되돌아가는 것을 방지하기 위해, 반사 표면은 반사된 광의 방향이 입사광의 방향과 상이하도록 배치될 수 있다. 이는 예를 들어 가열광이 평탄한 반사 표면에 수직하게 입사하지 않도록 약간 경사지는 평탄한 표면 또는 만곡된 반사 표면을 사용함으로써 달성될 수 있다.
반사광의 방향은 매우 작은 각도, 예를 들어 180.05° 내지 185°의 각도만큼 입사 광의 방향과 다를 수 있다(180°의 각도는 반사 표면에서의 광 전파 방향의 반전의 결과이다).
제1 광학 시스템은, 제1 가열광을 편향시키도록 구성되어 집속 광학 요소가 미러 기판의 림 표면보다 완전히 위에 또는 그것보다 완전히 아래에 배치되도록 하는, 빔 편향 요소를 포함할 수 있다. 이는 가열광이 광 편향 요소에 들어갈 때 그것이 전파되는 평면이 그것이 미러 기판을 통해 전파되는 평면에 평행함을 의미할 수 있다. 예를 들어, 빔 편향 요소는 광축에 대해 45°의 각도를 형성하는 경사 표면을 갖춘 프리즘에 의해 형성될 수 있다. 미러 기판의 림 표면이 45°의 원추각을 갖는 원추형이면, 가열광의 전파 경로는 내부 전반사를 이용하여 90°만큼 2회 폴딩될 수 있어, 전파 경로의 축방향 변위가 달성된다.
집속 요소와 미러 기판은 양자 모두 평면에서, 정 렌즈(positive lense)의 그리고 특히 원통형 렌즈의 광학 효과를 가질 수 있다. 미러가 투영 대물부에 배열되면, 미러 기판은 두 개의 광학 시스템 즉 투영광을 안내하는 투영 대물부, 및 가열광이 통과하는 보정 장치의 일부이다.
그러한 경우에, 집속 요소의 총 체적은 미러 기판의 체적보다 훨씬 작을 수 있으며, 예를 들어 그것보다 적어도 100배, 바람직하게는 적어도 300배 작을 수 있다.
제1 가열광은 제1 평면 내에서 전파될 수 있고, 제2 가열광은 제2 평면 내에서 전파될 수 있으며, 여기에서 제1 평면과 제2 평면은 서로 동일하거나 평행할 수 있다. 이들 평면의 다른 배열, 예를 들어 평면이 교차하거나 교차하지 않을 수 있는 경사 배열도 또한 가능하다.
집속 광학 요소가 초점력(focusing power)을 단지 한 방향으로만 갖는지 두 직교 방향으로 갖는지에 따라, 초점 영역은 각각 초점 또는 초선(focal line)일 것이다. 집속 요소가 단지 한 방향을 따라 초점력을 가지면, 그것은 원통형 렌즈 또는 원통형 미러에 의해 형성될 수 있다.
제1 가열광 및 제2 가열광은 0.4㎛ 내지 3㎛의 중심 파장을 가질 수 있고, 투영광은 5nm 내지 50nm의 중심 파장을 가질 수 있다. 상당량의 티탄, 예를들어 Zerodur® 또는 ULE®를 포함하는 유리가 미러 기판을 위해 사용되는 경우, 제1 가열광 및 제2 가열광은 0.4㎛ 내지 0.8㎛의 중심 파장을 가질 수 있다. 이러한 파장에서 미러 기판을 위한 Ti 함유 재료는 감소된 투과 계수를 가지므로 충분한 백분율의 가열광이 흡수된다.
Ti 농도가 충분히 균질하지 않으면, 제1 및 제2 가열광의 세기가 결정될 때 Ti 농도의 변동이 고려될 수 있다.
일반적으로, 제1 가열광과 제2 가열광은 상이한 중심 파장을 가질 수 있지만, 흔히 동일한 중심 파장을 갖는 제1 및 제2 가열광을 사용하는 것이 바람직할 것이다.
제1 및 제2 가열광의 부분적인 흡수에 의한 미러 기판의 변형은 일반적으로 파면 오차가 적어도 부분적으로 보정되도록 결정될 것이다. 파면 오차의 보정은 보통 파면 오차를 표현하기 위해 사용되는 제르니케 계수(Zernike coefficient)의 루트 평균 제곱(root mean square:RMS)이 감소됨을 의미한다. 그러나, 몇몇 경우에, RMS를 감소시키는 것이 아니라, 파면 오차가 다른 조작기 또는 보정 수단에 의해 더욱 쉽게 보정될 수 있도록 파면 오차를 변화시키는 것이 더욱 현명할 수 있다. 그러한 파면 오차의 변화는 때때로 훨씬 더 큰 RSM을 유발할 수 있지만, 그것을 다른 수단에 의해 훨씬 더 감소시킬 수 있는 것을 활용할 수 있다. 예를 들어, 작은 RMS를 유발하는 매우 비대칭인 파면 오차가 보다 큰 RMS를 유발하는 회전 대칭 파면 오차로 변환될 수 있지만, 전체 미러를 변위시키는 조작기에 의해 쉽게 보정될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 광학 시스템은 제1 가열광 빔이 미러 기판을 떠난 후 제1 가열광 빔의 방사 조도 변화를 측정하도록 구성되는 제1 광 검출기를 포함한다. 유사하게, 제2 광학 시스템은 제2 가열광 빔이 굴절 광학 요소를 떠난 후 제2 가열광 빔의 방사 조도 변화를 측정하도록 구성되는 제2 광 검출기를 포함한다. 이는 제1 및 제2 가열광 빔을 생성하는 광원의 올바른 기능을 모니터하는 것을 가능하게 한다.
그러한 경우에, 장치는 또한 제1 및 제2 검출기에 의해 측정되는 방사 조도 변화에 따라 제1 광학 시스템 및 제2 광학 시스템을 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 포함할 수 있다. 이것은 미러 기판 내측의 원하는 온도 분포를 더 정확하게 생성하는 것을 가능하게 한다.
다른 실시예에서, 적어도 제1 광학 시스템은 투영 대물부 밖에 배치되는 제1 광원으로부터 제1 가열광을 집속 광학 요소에 안내하도록 구성되는 광섬유를 포함한다. 이와 같이 제1 광원을 투영 대물부 밖에 배치하는 것은 그렇게 하면 투영 대물부를 분해할 필요없이 투영 대물부를 내부에 배치된 결함 있는 광원을 교체하는 것이 가능하기 때문에 유리하다.
또 다른 실시예에서, 보정 장치 미러 기판을 능동 냉각(actively cooling)시키도록 구성되는 냉각 시스템을 포함한다. 이는 중립 열 평형을 유지시키는 것과 미러 기판 내부의 온도 분포를 신속하게 변화시키는 것을 가능하게 한다.
원칙적으로 미러는 또한 투영 대물부에 의해 표면에 결상되는 패턴을 지지할 수 있다. 이때, 마스크 자체는 보정 장치를 형성한다. 이러한 양태에 따른 본 발명의 주제는 따라서 전방 표면, 후방 표면 및 전방 표면과 후방 표면과의 사이에서 연장되는 원주방향 림 표면을 갖는 미러 기판, 및 미러 기판의 전방 표면에 의해 지지되고 투영 대물부의 상 평면에 결상된 패턴을 형성하는 반사 코팅을 갖는 반사 마스크를 포함하는 마이크로리소그래픽 장치이다. 광원은 가열광을 방출하도록 구성되고, 광학 시스템은 림 표면의 일부를 향해 가열광을 지향시킨다.
2. 침지된 미러 기판
본 발명의 주제는 또한 마이크로리소그래픽 장치의 투영 대물부이며, 투영 대물부는 투영광을 사용하여 마스크를 투영 대물부의 상 평면에 결상시키도록 구성된다. 투영 대물부는, 전방 표면, 후방 표면, 및 전방 표면과 후방 표면과의 사이에서 연장되는 원주방향 림 표면을 갖는 미러 기판, 및 미러 기판의 전방 표면에 의해 지지되는 반사 코팅을 갖는 미러를 포함하는 파면 보정 장치를 포함하며, 반사 코팅은 입사 투영광을 반사시도록 구성된다. 파면 보정 장치는 또한 가열광이 림 표면에 입사하도록 가열광을 방출하도록 구성되는 광원을 포함한다. 미러 기판과 광원에 의해 한정되는 체적은 액체, 고체, 또는 겔 또는 페이스트와 같은 액체와 고체의 혼합물인 광학 매질에 의해 충전된다. 바람직하게는, 광학 매질은 미러 기판과 유사한 굴절률을 갖는다. 특히, 광학 매질과 미러 기판의 굴절률 비는 22℃에서 0.80 내지 1.1일 수 있다.
예를 들어 광학 접착제에 의해 형성될 수 있는 광학 매질에 미러 기판을 침지시킴으로써, 림 표면에서의 굴절이 억제되거나 적어도 상당히 감소된다. 이는 특히 림 표면이 원통형인 경우에 가열광을 미러 기판 내에 결합시키는 것을 간단하게 한다. 예를 들어, 복수의 LED 또는 레이저 다이오드를 포함하는 직선형 바가 평행한 가열광 빔을 방출할 수 있고, 가열광이 미러 기판에 들어간 후 이들 가열광 빔의 시준된 특성이 유지된다.
3. 프레넬 렌즈 림
본 발명의 주제는 또한 마이크로리소그래픽 장치의 투영 대물부이며, 투영 대물부는 투영광을 사용하여 마스크를 투영 대물부의 상 평면에 결상시키도록 구성된다. 투영 대물부는, 전방 표면, 후방 표면, 및 전방 표면과 후방 표면과의 사이에서 연장되는 원주방향 림 표면을 갖는 미러 기판, 및 미러 기판의 전방 표면에 의해 지지되는 반사 코팅을 갖는 미러를 포함하는 파면 보정 장치를 포함하고, 반사 코팅은 입사 투영광을 반사시키도록 구성된다. 파면 보정 장치는 또한 가열광이 림 표면에 입사하도록 가열광을 방출하도록 구성되는 광원을 포함한다. 가열광이 입사하는 림 표면의 일부가 적어도 하나의 방향을 따라 굴절력을 갖는 프레넬 렌즈(Fresnel lens)로서 형성된다.
이 방안도 또한 가열광을 미러 기판 내에 결합시키는 것을 간단하게 한다. 직접 림 표면상에 형성되는 종래의 렌즈와는 대조적으로, 프레넬 렌즈는 상당히 더 강한 광출력을 달성하는 것을 가능하게 한다.
4. 미러 기판의 오목부 또는 보어
본 발명의 주제는 또한 마이크로리소그래픽 장치의 투영 대물부이며, 투영 대물부는 투영광을 사용하여 마스크를 투영 대물부의 상 평면에 결상시키도록 구성된다. 투영 대물부는 전방 표면, 후방 표면 및 전방 표면과 후방 표면과의 사이에서 연장되는 원주방향 림 표면을 갖는 미러 기판, 및 미러 기판의 전방 표면에 의해 지지되는 반사 코팅을 갖는 미러를 포함하는 파면 보정 장치를 포함하고, 반사 코팅은 입사 투영광을 반사시키도록 구성된다. 파면 보정 장치는 또한 가열광이 림 표면에 입사하도록 가열광을 방출하도록 구성되는 광원을 포함한다. 미러 기판은 가열광이 수직하게 미러 기판에 들어가도록 광원이 배치되는 보어, 구멍 또는 오목부를 구비한다.
이 접근법은, 림 표면에서 최소의 광 손실이 발생하고, 심지어 반사 방지 코팅의 도포가 배제될 수 있는 것을 보장한다. 그것은 또한 적어도 40°의 각도 범위에 걸쳐 가열광 빔을 방출하도록 구성되는 광원을 사용하는 것을 가능하게 한다.
5. 공간 광 변조기
본 발명의 주제는 또한 마이크로리소그래픽 장치의 투영 대물부이며, 투영 대물부는 투영광을 사용하여 마스크를 투영 대물부의 상 평면에 결상시키도록 구성된다. 투영 대물부는, 전방 표면, 후방 표면 및 전방 표면과 후방 표면과의 사이에서 연장되는 원주방향 림 표면을 갖는 미러 기판, 및 미러 기판의 전방 표면에 의해 지지되는 반사 코팅을 갖는 미러를 포함하는 파면 보정 장치를 포함하고, 반사 코팅은 입사 투영광을 반사시키도록 구성된다. 파면 보정 장치는 또한 가열광이 림 표면에 입사하도록 가열광을 방출하도록 구성되는 광원을 포함한다. 보정 장치는 또한 광원에 의해 생성되는 가열광을 림 표면의 다양한 부분을 향해 지향시키도록 구성되는 공간 광 변조기를 포함한다.
공간 광 변조기의 제공은 LED 또는 레이저 다이오드와 같은 매우 많은 수의 개별 광원을 제공하는 것을 배제할 수 있게 한다. 대신에, 단지 하나의 또는 매우 적은 수의 보다 강한 광원이 사용되고, 이어서 가열광이 공간 광 변조기의 도움으로 개별 가열광 빔으로 분할된다. 이는 다양한 가열광 빔이 공간 광 변조기에 의해 동시에 생성되는 것이 아니라 예를 들어 스캐닝 셋업(set-up)을 사용하여 연속적으로 생성되는 경우를 포함한다. 그러한 경우에, 공간 광 변조기는 반사 표면과 반사 표면의 공간 배향을 변화시키도록 구성되는 구동장치를 포함할 수 있다.
6. 미러 기판 림의 반사 표면
본 발명의 주제는 또한 마이크로리소그래픽 장치의 투영 대물부이며, 투영 대물부는 투영광을 사용하여 마스크를 투영 대물부의 상 평면에 결상시키도록 구성된다. 투영 대물부는, 전방 표면, 후방 표면 및 전방 표면과 후방 표면과의 사이에서 연장되는 원주방향 림 표면을 갖는 미러 기판, 및 미러 기판의 전방 표면에 의해 지지되는 반사 코팅을 갖는 미러를 포함하는 파면 보정 장치를 포함하고, 반사 코팅은 입사 투영광을 반사시키도록 구성된다. 파면 보정 장치는 또한 가열광이 림 표면에 입사하도록 가열광을 방출하도록 구성되는 광원을 포함한다. 반사 표면은 미러 기판을 횡단한 가열광의 적어도 70%를 그것이 다시 미러 기판을 횡단하도록 반사시킨다.
이 방식으로, 더욱 많은 가열광이 미러 기판에 의해 흡수될 것이어서, 파면 보정 장치의 효율이 증가된다.
반사 표면은 림 표면 상의 반사 코팅으로서 형성될 수 있거나, 또는 그것은 미러 기판 밖에 배치될 수 있다.
7. 열 팽창 영향의 감소
앞에서는, 미러 기판에서의 소정 온도 분포의 생성이 어떻게 변화될 수 있는지 그리고 특히 파면 오차를 어떻게 보정할 수 있는지를 설명하였다. 그러나, 말하자면 미연에 열 유발 파면 오차의 발생을 완전히 방지하는 것이 요구되는 경우에는, 미러 기판의 림 표면을 향해 지향되는 가열광의 도움에 의해 미러 기판 내측에 2D 또는 3D 온도 분포를 생성하는 능력이 또한 유용하다. 시작 부분에서 설명된 바와 같이, 열 유발 파면 오차는 주로 미러의 반사 코팅에서의 투영광의 흡수의 결과이다. 미러 기판에서 거의 모든 임의의 온도 분포를 생성하는 능력은 얼마나 많은 투영광이 미러에 의해 흡수되는지 그리고 어느 위치에서 투영광이 미러에 의해 흡수되는 지에 관계없이 미러 기판에서 일정한 온도 분포를 유지시키기 위해 사용될 수 있다.
통상적으로, 유리가 미러 기판을 위한 재료로서 이용된다. 이러한 유리는, 미러의 작동 온도에서, 매우 작은 또는 심지어 0의 열 팽창 계수를 갖는다. 이러한 유리는 다양한 공급자로부터 상업적으로 입수가능하다. 예를 들면, Corning 사 및 Schott 사가 각각 상표명 ULE® 및 Zerodur®으로 이러한 유리를 판매하고 있다. 이러한 유리는 미러의 열 팽창 계수가 작동 온도에서 정확하게 0이 되도록 제조될 수 있다. 그리고, 온도의 작은 변화는 열 팽창 또는 수축을 초래하지 않는다. 이는 결국 온도 변화가 소정 한계를 초과하지 않는 경우 미러 기판의 형상이 변화되지 않는 것을 보장한다.
그러나, 이러한 유리의 제조자에 의한 상당한 노력에도 불구하고, 완전히 균질한 특성을 가지는 유리 블랭크를 생산하는 것은 어려운 것으로 판명되었다. 특히, 열 팽창 계수가 0이 되거나 일반적으로 열 팽창 계수가 그것의 절대 최소를 갖는 온도는 유리 블랭크의 체적에 따라 약간 변할 수 있다. 이러한 블랭크가 미러 기판을 제조하기 위해 사용되는 경우, 동일한 온도가 전체 미러 기판 내에서 원래 우세했더라고 온도 변화는 국부적으로 변형을 일으킬 수 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 이질적인 유리 특성으로부터 초래되는 바람직하지 않은 열 유발 변형을 회피할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이 목적은 다음의 단계를 포함하는 마이크로리소그래픽 장치를 작동시키는 방법에 의해 달성된다:
a) 미러 기판 및 미러 기판에 도포되는 반사 코팅을 갖는 미러를 포함하는 투영 대물부를 제공하는 단계로서, 반사 코팅은 입사 투영광을 반사시키도록 구성되는, 투영 대물부를 제공하는 단계,
b) 미러 기판의 제1 위치에서, 열 팽창 계수의 절대값이 최소값을 갖는 제1 온도를 측정하는 단계,
c) 미러 기판의 제2 위치에서, 제2 열 팽창 계수의 절대값이 최소값을 갖는 제2 온도를 측정하는 단계로서, 제1 위치는 제2 위치와 상이한(그리고, 적어도 일반적으로는 제2 온도는 제1 온도와 상이할 것이다), 제2 온도를 측정하는 단계;
d) 제1 위치에서의 온도가 제1 온도와 같고 제2 위치에서의 온도가 제2 온도와 같도록 미러 기판에서 온도 분포를 변화시키는 단계.
본 발명은, 열 팽창 계수의 절대값이 최소값을 갖는 온도의 분포가 측정되면, 바람직하게는 가열광으로 미러 기판을 조명함으로써, 열 팽창 계수의 절대값이 절대 최대 최소값을 갖는 온도의 분포와 적어도 실질적으로 동일한 온도 분포를 생성하는 것이 가능하다는 인식에 기초한다. 그리고, 투영광이 반사 코팅에 의해 흡수되는 결과로서 온도 분포가 변화되면, 미러 기판의 각각의 지점에서 온도 변화로 인한 최소 변형을 보장하는 온도가 우세하기 때문에, 미러 기판은 변형되지 않거나 적어도 변형이 최소로 유지될 것이다. 미러 기판이 열 팽창 계수가 0이 되는 온도를 가지면, 온도 변화가 소정 한계 내에서 유지되는 경우에 변형이 전혀 발생되지 않는 것이 심지어 달성될 수 있다. 특히, 이는 열 팽창 계수가 0이 되는 온도가 미러 기판의 체적에 따라 변하는 경우에도 그러하다.
앞에서 언급한 바와 같이, 온도 분포는 바람직하게는 가열광에 의해 미러 기판을 조명함으로써 단계 d)에서 변화된다. 그러나, 원칙적으로, 가열은 또한 냉각 수단 또는 다른 가열 수단, 예를 들어 미러 기판에 제공되는 보어를 통해 연장되는 가열 와이어에 의해 달성될 수 있다. 바람직하게는 투영광의 중심 파장과 상이한 중심 파장을 갖는 가열광은 바람직하게는 단계 d)에서 미러 기판의 후방 표면과 반사 코팅을 지지하는 전방 표면과의 사이에서 연장되는 미러 기판의 원주방향 림 표면에 지향된다.
미러 기판에 3D 온도 분포를 생성할 수 있도록 하기 위해, 가열광 빔이 제1 평면에서 미러 기판을 통해 연장되도록 가열광 빔의 제1 세트가 림 표면에 지향될 수 있다. 가열광 빔이 제1 평면과 상이한 제2 평면에서 미러 기판을 통해 연장되도록 가열광 빔의 제2 세트가 림 표면에 지향될 수 있다. 즉, 가열광 빔을 상이한 평면에 배치함으로써, 미러 기판의 단일 평면뿐만 아니라 더 큰 부분 또는 심지어 그 전체 체적을 가열하는 것이 가능하다.
단계 d)에서 규정된 바와 같이 온도 분포를 생성하기 위해, 단계 c)와 d) 사이에 미러 기판의 온도 분포를 측정하는 것이 편리할 수 있다. 이는 제1 및 제2 온도가 실제로 얻어졌는지 또는 그렇지 않은지를 확인하는 것이 가능하지 않은 경우 단계 d)에서 소정 온도 분포를 설정하는 것이 어려울 수 있기 때문이다. 3D 온도 분포를 측정하기 위해서, 예를 들어 하나 이상의 열 카메라를 사용할 수 있다. 반사 코팅의 열 이미지로부터, 미러 기판 내측의 3D 온도 분포를 추정하는 것이 가능하다.
정의.
용어 "광(light)"은 임의의 전자기 방사선, 특히 가시광, UV, DUV, VUV 및 EUV 광을 나타낸다.
용어 "광선(light ray)"은 그 전파 경로가 선에 의해 그려질 수 있는 광을 나타내기 위해 본 명세서에 사용된다.
용어 "광 빔(light beam)"은 복수의 실질적으로 시준된 광선을 나타내기 위해 본 명세서에 사용된다. 광 빔은 보통 그 직경을 가로질러 실질적으로 연속적인 세기 프로파일을 갖는다.
용어 "표면(surface)"은 3차원 공간 내의 임의의 평탄한 또는 만곡된 표면을 나타내기 위해 본 명세서에 사용된다. 표면은 물체의 일부일 수 있거나, 그것으로부터 완전히 분리될 수 있다.
용어 "광학적 공액(optically conjugate)"은 두 점 또는 두 표면 사이의 상 형성 관계를 나타내기 위해 본 명세서에 사용된다. 상 형성 관계란 한 점으로부터 나오는 광 다발이 광학적 공액점에서 수렴하는 것을 의미한다.
용어 "필드 평면(field plane)"은 마스크 평면과 광학적으로 공액인 평면을 나타내기 위해 본 명세서에 사용된다.
용어 "동공 평면(pupil plane)"은 마스크 평면 또는 다른 필드 평면 내의 상이한 점을 통과하는 주변 광선이 교차하는 평면을 나타내기 위해 본 명세서에 사용된다. 본 기술분야에서 일반적인 바와 같이, 용어 "동공 평면"은 그것이 실제로는 수학적 의미의 평면이 아니라 약간 만곡되어, 엄밀한 의미로는 그것이 동공 표면으로 지칭되어야 하는 경우에도 또한 사용된다.
용어 "광출력"은 광에 발산 또는 수렴 효과를 미치는 광학 요소의 능력을 나타내기 위해 사용된다. 따라서, 양의 광출력을 갖는 광학 요소는 수렴 효과를 갖고, 음의 광출력을 갖는 광학 요소는 발산 광학 효과를 갖는다. 광출력을 갖는 광학 요소는 굴절, 반사 또는 회절 유형일 수 있다.
본 발명의 다양한 특징과 이점이 첨부 도면과 함께 취해지는 하기의 상세한 설명을 참조하여 더욱 쉽게 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투영 노광 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 장치를 통한 개략적인 자오면 단면도(meridional section)이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 장치의 일부인 투영 노광 장치 내에 포함되는 제1 실시예에 따른 보정 장치를 통한 XY 평면 내에서의 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 보정 장치를 통한 선 Ⅳ-Ⅳ를 따른 개략적인 단면도이다.
도 5는 가열광을 다시 미러 기판 내로 반사시키는 미러를 포함하는 제2 실시예에 따른 보정 장치를 통한 XY 평면 내에서의 개략적인 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 보정 장치를 통한 선 Ⅵ-Ⅵ을 따른 개략적인 단면도이다.
도 7a는 미러 기판의 림 부분을 통한 XZ 평면 내에서의 부분 확대 단면도이다.
도 7b는 도 4와 유사하지만 선택적 가열광 경로를 갖는 개략적인 단면도이다.
도 8은 공간 광 변조기로서 미러 어레이를 포함하는 제3 실시예에 따른 보정 장치를 통한 XY 평면 내에서의 개략적인 단면도이다.
도 9는 공간 광 변조기로서 가변 블라인드를 포함하는 제4 실시예에 따른 보정 장치를 통한 XY 평면 내에서의 개략적인 단면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 보정 장치 내에 포함되는 가변 블라인드의 정면도이다.
도 11은 공간 광 변조기로서 스캐너 셋업을 사용하는 보정 장치의 평면도이다.
도 12는 미러 기판 및 LED 바가 광학 접착제 내에 침지되는 보정 장치의 개략적인 저면도이다.
도 13은 도 12에 도시된 보정 장치를 통한 선 ⅩⅠⅠⅠ-ⅩⅠⅠⅠ을 따른 개략적인 단면도이다.
도 14는 2개의 만곡된 LED 바가 광원으로서 사용되는 보정 장치의 평면도이다.
도 15는 도 14에 도시된 장치와 유사하지만 15개의 LED 바를 포함하는 보정 장치의 평면도이다.
도 16은 도 15에 도시된 보정 장치를 통한 선 ⅩⅤⅠ-ⅩⅤⅠ을 따른 개략적인 단면도이다.
도 17은 두 개의 크게 만곡된 LED 바가 미러 기판의 림 표면에서 오목부 내에 배치되는 보정 장치의 평면도이다.
도 18은 두 개의 크게 만곡된 LED 바가 미러 기판 내에 제공되는 보어 내에 배치되는 보정 장치의 평면도이다.
도 19는 프레넬 렌즈를 포함하는 미러 기판의 림 부분의 일부분의 상세도를 도시한다.
도 20은 복수의 레이저 다이오드를 포함하는 바의 개략적인 정면도이다.
도 21은 광섬유가 가열광을 원격 가열광원으로부터 미러 기판에 운반하기 위해 사용되는 다른 실시예에 따른 보정 장치를 통한 XY 평면 내에서의 개략적인 단면도이다.
도 22는 미러 기판을 형성하는 유리 블랭크를의 온도에 대한 열 팽창 계수의 종속성을 나타내는 그래프이다.
도 23은 이 유리 블랭크의 제로 교차 온도 (zero crossing temperature:ZCT)의 위치 종속성을 나타내는 그래프이다.
도 24는 비균질 ZCT 분포를 갖는 미러 기판을 포함하는 미러를 나타낸다.
도 25는 도 24에 도시된 미러 기판의 온도 변화에 의해 유발되는 광학 표면의 변형을 나타낸다.
도 26은 투영 노광 장치의 동작 동안 미러 기판 내측에 특정 온도 분포를 유지시키는 보정 장치를 통한 단면도이다.
도 27은 본 발명의 실시예에 따른 열 유발 상 오차를 방지하기 위해 실행되는 중요한 단계들을 나타내는 흐름도이다.
I. 투영 노광 장치의 일반적인 구성
도 1은 본 발명에 따른 투영 노광 장치(10)를 도시하는 사시적이며 매우 개략적인 도면이다. 장치(10)는, 마스크(14)의 이면에 배치되는 반사 구조체(12)의 패턴을, 예를 들어 포토레지스트에 의해 형성될 수 있는 감광층(16)에 결상시키는 역할을 한다. 감광층(16)은 웨이퍼 스테이지(도1에 도시되지 않음)에 의해 유지되는 웨이퍼(18) 또는 다른 적절한 기판에 의해서 지지된다.
투영 노광 장치(10)는 5nm 내지 30nm의 중심 파장을 갖는 투영광(PL)을 생성하도록 구성되는 광원(LS)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 투영광(PL)의 중심 파장은 대략 13.5nm이고 따라서 극자외선 스펙트럼 범위 (EUV)에 놓여있다. 다른 중심 파장, 특히 6.6nm 내지 6.8nm가 또한 가능하다.
광원은 예를 들어 WO 2009/121438 A1로부터 알려진 바와 같은 자유 전자 레이저(FEL) 또는 레이저 플라즈마 공급원일 수 있다. 투영 노광 장치(10)는 마스크(14)의 이면에 광원(LS)에 의해 생성된 투영광(PL)을 지향시키는 조명 시스템(20)을 더 포함하고, 조명 시스템은 이하에서 조명 필드(24)로서 언급될 필드를 조명한다. 조명 필드는, 도시된 실시예에서, 고리 세그먼트의 기하학적 형상을 가지고 있다.
투영 노광 장치(10)는, 주어진 시간에 조명 필드(24) 내측에 위치되는 구조체(12)를 감광층(16)에 결상시키는 투영 대물부(26)를 더 포함한다. 투영 대물부(26)는, 조명 필드(24)의 영역에 위치되는 구조체(12)의 축소된 상(24')이 감광층(16)에 형성되도록 |β| < 1인 배율 β을 갖는다.
투영 노광 장치(10)는 마스크(14)가 감광층(16)의 노광 동안 웨이퍼(18)와 동기적으로 변위되는 스캐닝 동작을 위해 설계된다. 마스크(14)의 그리고 웨이퍼(18)의 변위 운동은 각각 화살표 A1 및 A2에 의해 도 1에 표시된다. 마스크(14)에 대한 웨이퍼(18)의 속도의 비는 투영 렌즈(26)의 배율(β)과 동일하다. 도시된 실시예에서 상(24)은 마스크(14) 및 웨이퍼(18)가 노광 동작 동안 동일한 방향을 따라 이동하도록 정립되어 있다(β>0). 조명 필드(24)는 노광 동작 동안 스캐너 유사 방식의 마스크(14)에 걸쳐 지나가기 때문에, 조명 필드보다 상당히 더 큰 영역이 감광층(16)에 전사될 수 있다.
도 1에는, 조명 필드(24) 내의 지점에서 나타나는 광 다발(28)이 보여진다. 광 다발(28)은 투영 대물부(26)로 들어가고, 투영 대물부(26)는 감광층(16)이 배치되어 있는 투영 대물부(26)의 상 평면의 단일 지점에 광 다발(28)이 모이도록한다. 감광 표면(16)이 배치되는 상 평면과 구조체(12)가 배치되는 투영 대물부(26)의 물체 평면의 필드 지점과의 사이의 관계를 일반적으로 결상 관계 또는 광학 결합이라 칭한다.
투영 대물부(26)에 들어오는 광 다발(28)의 개방 각도는 그것의 객체-측 개구수(NA)의 척도이다. 배율 |β| < 1의 결과로서, 투영 대물부(26)의 상(image)-측 개구수(NA)는 배율 |β|의 역수로 증가된다.
도 2는 도 1에 도시된 투영 노광 장치의 일부를 통과하는 개략적인 자오 단면이다. 투영 대물부(26)의 객체 평면(32)에서 마스크를 정확하게 유지 및 이동시키는 마스크 스테이지가 32로 표시되어 있다. [여기서는 그레이징 입사 미러(grazing incidence mirror)(34)를 통해] 조명 시스템(20)에 의해 지향되는 투영광(PL)이 마스크(14)로부터 반사되고 투영 대물부(26)로 들어간다. 여섯 개의 미러(M1 내지 M6)가 감광 표면(16)을 향해 투영광(PL)을 반사시킨다. 감광 표면은 투영 대물부(26)의 상 평면(36)에 배치되고 웨이퍼 스테이지(38)에 의해 유지 및 이동되는 웨이퍼(18)에 의해 지지된다.
이러한 실시예에서, 미러(M2)는 투영 대물부(26)의 두 개의 동공 평면(40, 41)의 첫번째 것에 또는 그것에 매우 근접하게 배치된다. 두 개의 공동 평면(40, 41)은 서로에 대해 그리고 또한 조명 시스템(20)의 동공 평면에 광학적으로 공액이다. 동공 평면(40, 41)의 각도는 상 평면(36) 또는 중간 상 평면(39)과 같은 다른 필드 평면의 위치로 변환된다. 마찬가지로, 동공 평면(40, 41)의 위치는 상 평면(36)의 각도로 변환된다. 제2 동공 평면(41)에는, 개구 조리개(aperture stop:AS)가 배열된다.
II.
보정 장치
투영 대물부(26)는 제1 동공 평면(40)에 배치되고 미러(M2)를 포함하는 파면 오차를 보정하기 위한 보정 장치(42)를 포함한다. XY 평면에 평행한 보정 장치(42)를 통과하는 단면이 도 3에 도시되어 있다. 선 IV-IV를 따른 도 4의 단면에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 보정 장치(42)의 일부를 형성하는 미러(M2)는 반사 다층 코팅(47)을 지지하는 전방 표면(46) 및 전방 표면 반대측의 후방 표면(48)을 갖는 미러 기판(44)을 포함한다. 미러 기판(44)은 두 개의 광학 표면(46, 48) 사이에서 연장되는 원주방향 림 표면(50)을 구비한다. 이러한 실시예에서, 주로 미러(M2)의 광학 특성을 규정하 전방 표면(46)은 볼록하게 만곡되고, 후방 표면은 평면이고, 림 표면(50)은 원환형이다.
보정 장치(42)는 또한 제1 가열광(HL1)의 적어도 일부가 미러 기판(44)에 들어가도록 제1 가열광(HL1)을 림 표면(50)의 제1 부분으로 지향시키도록 구성되는 제1 광학 시스템(OS1)을 포함한다. 제2 광학 시스템(OS2)이 또한 제2 가열광(HL2)의 적어도 일부가 미러 기판(44)에 들어가도록 제2 가열광(HL2)을 림 표면(50)의 상이한 부분에 지향시키도록 구성된다. 보정 장치(42)는 또한 도 3의 단면에만 도시되어 있는 제3 광학 시스템(OS3)을 포함한다.
광학 시스템(OS1, OS2, OS3)은 각각 광학 시스템(OS1, OS2, OS3)에 의한 가열광(HL1, HL2, HL3)의 방출을 제어하는 제어 유닛(52)(도 2 참고)과 신호 통신한다.
이제 도 3에 도시된 단면을 참조하면, 제1 광학 시스템(OS1)이 적합한 제어 명령을 제어 유닛(52)으로부터 제1 광학 시스템(OS1)에 공급함으로써 그 세기가 개별적으로 변할 수 있는 복수의 제1 가열광 빔(HLB1)을 생성하도록 구성되는 제1 광원(54)을 포함하는 것을 볼 수 있다. 이를 위해, 제1 광원은 하나의 가열광 빔(HLB1)을 각각 생성하는 복수의 개별 광원을 포함할 수 있다. 대안적으로, 제1 광원(54)은 단일 발광기 및 발광기에 의해 방출된 광을 개별 가열광 빔으로 분할하는 분할 수단을 포함할 수 있다. 개별 가열광 빔(HLB1)은 또한 예를 들어 일종의 스캐닝 셋업을 사용하여 단일 발광기에 의해 연속하여 생성될 수 있다.
제1 광학 시스템(OS1)은 광원(54)과 미러 기판(44)과의 사이의 광학 경로에 배치되는 원통형 렌즈(55)를 더 포함한다. 원통형 렌즈(55)는 단지 XY 평면에서 양의 광출력을 갖는다. 제1 가열광 빔(HLB1)이 광원(54)으로부터 평행 광 빔으로서 방출되기 때문에, 제1 가열광 빔은 원통형 렌즈(55)의 후초점면(back focal plane) 내에 배치되는 초선(focal line)(56)에 수렴한다.
초선(56)으로부터 나오는 제1 가열광 빔(HLB1)은 미러 기판(44)의 림 표면(50)의 일부분에 입사한다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 림 표면(50)은 그것이 후방 표면(48)에 수직인 모든 평면에서 양의 굴절력을 갖도록 만곡된다. 제1 가열광 빔(HLB1)이 림 표면(50)에 입사할 때 그것들의 반사를 감소시키기 위해 반사 방지 코팅이 림 표면(50) 상에 도포될 수 있다.
림 표면(50)에서, 제1 가열광 빔(HLB1)은 XY 평면 및 또한 후방 표면(48)에 수직인 평면의 양쪽 모두에서 굴절된다. 따라서, XY 평면 내에서의 굴절에 관한 한, 미러 기판(44)의 림 표면(50)은 원통형 렌즈(55)의 원통형 표면과 유사한 수렴 효과를 갖는다. 그러나, XY 평면 내에서의 림 표면(50)의 곡률이 원통형 렌즈(55)의 곡률보다 작기 때문에, 미러 기판(44)의 양의 굴절력 또한 원통형 렌즈(55)의 양의 굴절력보다 작다. 원통형 렌즈(55)의 위치와 굴절력을 신중하게 선택함으로써, 제1 가열광 빔(HLB1)이 미러 기판(44)을 통해 연장되는 각도를 정확하게 한정하는 것이 가능하다.
후방 표면(48)에 수직인 평면 내에서의 림 표면(50)의 굴절력은 도 4에 도시된 바와 같이 이들 평면 내에서 약간 발산하는 개별 가열광 빔(HLB1)을 시준하기 위해 사용된다.
제1 가열광(HL1)의 파장은 제1 가열광(HL1)의 상당 부분이 재료에 의해 흡수되도록 미러 기판(44)의 광학 재료에 적합화되어 있다. 흡수된 가열광(HL1)은 국부적인 온도 상승을 초래하고, 이는 차례로 미러 기판(44)의 변형을 동반한다. 그러므로, 미러(M2)에 입사하는 투영광(PL)은 가열광(HL1)의 흡수 전의 상황과 비교하여 위상(phase) 변화를 겪는다. 이러한 위상 변화는 파면 오차를 보정하기 위해 사용될 수 있다.
제1 가열광 빔(HLB1) 또는 엄밀히 말하면 미러 기판(44)에 흡수되지 않은 이들 광 빔의 부분은 반대측 림 표면(50)에 입사하고, 다시 굴절된다. 제1 가열광(HL1)의 이러한 부분은 외부 냉각식 흡수기 판(57)에 의해 흡수될 수 있다. 대안적으로, 제1 가열광(HL1)의 이러한 부분은 그것이 투영 대물부(26)의 열 평형에 기여하지 않도록 투명 윈도우(도시되지 않음)를 통해 투영 대물부(26)를 떠날 수 있다.
반사 방지 코팅이 림 표면(50)에 도포되더라도, 후방 림 표면(50)에서 내부 반사되는 제1 가열광(HL1)의 부분이 항상 존재한다는 것에 유의하여야 한다. 입사각에 따라, 이러한 부분은 상당할 수 있다. 이러한 내부 반사된 제1 가열광(HL1)은 또한 그것이 다시 미러 기판(44)을 통과할 때 점차 흡수될 것이다. 제1 가열광(HL1)의 내부 반사된 부분은 다시 림 표면(44)의 다른 부분에 입사할 것이고, 거기에서 제1 가열광(HL1)의 일부가 다시 내부 반사되며, 기타 등등이다. 또한, 재료 불순물 또는 결함부에서의 산란이 제1 가열광의 작은 부분이 미러 기판(44)을 통해 다양한 그리고 알려지지 않은 방향을 따라 전파하는 결과를 초래할 수 있다.
그러나, 레이저, 레이저 다이오드 또는 LED와 같은 전형적인 광원(54)은 그 방출 윈도우를 통해 구성요소에 들어가는 광에 관하여 극히 민감하다. 그러한 광의 작은 광 세기도 구성요소의 기능을 심하게 약화시키기에 충분하거나, 심지어 구성요소를 단기 또는 장기적으로 손상시킬 수 있다.
원통형 렌즈(55) 및 초선(56)의 제공은 내부 반사되거나 산란된 제1 가열광(HL1)이 광원(54)으로 되돌아갈 수 있는 것을 효과적으로 방지한다. 이는 단지 작은 초선(56)을 통과하는 광선만이 광원(54)에 입사할 수 있기 때문이다.
원칙적으로, 원통형 렌즈(55)의 치수를 그것이 최대한 작도록 선택하는 것으로 충분할 것이다. 그러나, 그 형상이 초선(56)에 해당하는 개구를 갖춘 원통형 렌즈(55)의 후초점면 내에 추가의 블라인드(58)를 배치하는 것이 보통 더욱 효과적이다. 이때, 블라인드(58)는 초선(56)을 통과하지 않는 모든 광선을 차단한다. 이 방식으로, 림 표면(50)에서 산란되거나 내부 반사되는 가열광으로부터 광원(54)의 매우 효과적인 보호가 제공된다.
다른 두 광학 시스템(OS2, OS3)이 동일한 방식으로 구성되며, 즉 그것들 둘 모두가 광원(54), 원통형 렌즈(55) 및 블라인드(58)를 포함한다. 3개의 광학 시스템(OS1, OS2, OS3)은 그것들이 서로 120°의 각도로 이격되도록 제1 동공 평면(40) 내에 3중 대칭으로 배치된다. 이러한 배열로 인해, 광학 시스템(OS1, OS2, OS3)에 의해 미러 기판(44) 내에 결합되는 가열광(HL1, HL2, HL3)의 팬(fan)이 완전히 중첩되는 중심 부분(60)이 미러 기판(44) 내에 존재할 것이다. 따라서, 이 중심 부분(60)에서, 중심 부분(60)을 통과하는 각각의 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)의 세기를 개별적으로 제어함으로써 넓은 범위의 상이한 온도 분포를 생성하는 것이 가능하다.
이러한 실시예에서, 미러 기판(44)은 장치(10)의 작동 동안 냉각 유체를 안내하는 복수의 냉각 채널을 포함하는 냉각체(59)로부터 작은 갭으로 분리되어 있다. 구리와 같은 금속으로 만들어질 수 있는 냉각체(59)는, 열 싱크로서의 역할을 하며, 상당량의 가열광이 흡수되는 경우에도 미러 기판(44)의 평균 온도(즉, 순 열 평형)가 대략 일정하게 유지되는 것을 보장한다.
보정 장치(42)의 조립 중 전술된 광학 구성요소의 조절을 용이하게 하기 위해, 광학 구성요소가 가시 스펙트럼 내에 있는 조절 파장에 대해 무색이도록 광학 구성요소를 설계하는 것이 편리할 수 있다. 이때, 예를 들어 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)이 미러 기판(44)을 떠나는 위치에 배치되는 광원에 의해 생성되는 가시광의 도움으로 조절 중 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)의 경로가 시험될 수 있다.
훨씬 더 간단하지만 덜 편리한 접근법은 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)의 영향 하에서 그 색을 변화시키는 특수 필름을 조절 공정 중 사용하는 것이다.
III.
보정 장치의 제어
제1 단계에서, 보정 장치(42)의 도움으로 보정될 파면 오차가 시뮬레이션 및/또는 측정에 의해 결정되어야 한다. 측정은 간섭 파면 측정 장치의 도움으로 투영 대물부(26)의 상 평면(36) 내에 형성되는 에어리얼 상(aerial image)의 검출을 수반할 수 있다. 이상적인 파면으로부터의 측정된 파면의 편차가 보정될 파면 오차로 간주된다.
보정 장치(42)가 제1 동공 평면(40) 내에 배치되기 때문에, 그것이 상이한 필드점과 관련되는 파면에 동일한 방식으로 영향을 미칠 것이다. 필드 의존적 파면 오차의 보정을 수행하도록 요망되는 경우에, 보정 장치(42)를 동공 평면(40, 41) 밖에 배치하거나, 제2 보정 장치를 필드 평면, 예를 들어 중간 상 평면(39) 내에 또는 그것에 매우 근접하게 제공하는 것이 필요하다.
일단 파면 오차와 필요한 보정이 결정되었으면, 개별 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)의 세기가 확립된 최적화 접근법을 사용하여 계산될 수 있다. 이와 관련하여, 하기의 단계가 수행될 수 있다:
제1 단계에서, 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)이 미러 기판(44)의 중심 부분(60)을 통과하는 장소가 결정되어야 한다.
제2 단계에서, 제1, 제2 및 제3 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)에 대한 흡수가 결정되어야 한다. 보통, 각각 3개의 광학 시스템(OS1, OS2, OS3)에 의해 생성되는 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)은 동일한 중심 파장을 가질 것이다. 그러한 경우에, 미러 기판(44)의 재료의 흡수 계수는 모든 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)에 대해 동일할 것이다. 바람직하게는, 흡수 계수는 특정 미러 기판(44)에 대해 측정되는데, 왜냐하면 동일한 유리 유형의 유리 블랭크도 약간 상이한 조성과 따라서 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)에 대한 약간 상이한 흡수 계수를 가질 수 있기 때문이다. 미러 기판이 유리 또는 유리 세라믹, 예를 들어 ULE®로 만들어지는 경우, 흡수 계수는 주로 티탄 농도에 크게 의존한다. 이러한 농도는 블랭크 내에서 완전히 균질하지 않을 수 있기 때문에, 심지어 상이한 광선 경로에 대해 흡수 계수를 측정하는 것과 이들 측정값을 그것들이 추후 계산 단계 중에 사용될 수 있도록 저장하는 것이 필요할 수 있다.
다음 단계에서, 픽셀의 어레이, 예를 들어 65x65, 201x201 또는 1001x1001 (정방형) 픽셀에 의해 형성되는 계산 필드가 결정된다. X 및 Y 방향을 따라 홀수의 픽셀이 유리한데, 왜냐하면 그렇게 되면 계산상으로 하나의 픽셀이 미러 기판(44)의 중심을 통과하는 부분에 위치될 수 있기 때문이다. 픽셀의 개수가 많아질수록, 광학 파면에 미치는 미러 기판(44)의 영향의 계산이 정확해질 것이다. 그러나, 보다 많은 개수의 픽셀은 계산 시간을 증가시키고, 심지어 노이즈에 대한 증가된 민감성과 같은 안정성 문제를 제기할 수 있다. 따라서, 픽셀 필드 내에서의 픽셀의 개수에 관하여 합리적인 절충안이 마련되어야 한다.
이러한 픽셀 필드 내에 계산상으로 미러 기판(44)의 원형 원주가 배치된다. 이러한 계산상의 림 표면에서, 개별 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)이 미러 기판(44)에 들어가는 위치와 미러 기판(44) 내에서의 전파 방향이 결정된다.
각각의 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)은 이제 미러 기판(44)의 중심 부분(60)을 통과하는 파면에 영향을 미치는 조작자로 간주된다. 이어서, 명확히 확립된 최적화 접근법이 광학 파면에 미치는 원하는 영향을 얻기 위해 개별 가열광 빔의 세기를 결정하도록 사용될 수 있다. 이를 위해, 각각의 가열광 빔에 대해 하기의 절차가 수행될 수 있다:
우선, 기본 세기와 이 세기가 유지되는 기본 시간이 시작점으로서 결정된다. 이어서, 픽셀 필드의 어느 픽셀이 특정 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)에 의해 완전히 또는 부분적으로 영향받는지가 결정된다. 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)에 의해 영향을 받는 각각의 픽셀에 대해, 광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)의 잔존 세기(residual intensity)가 계산된다. 이러한 잔존 세기는 초기 세기, 미러 기판(44)의 흡수 계수 및 그것 내에서의 기하학적 경로 길이에 의존한다. 위에 언급된 바와 같이, 흡수 계수는 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)과 관련되는 특정 광선 경로에 의존할 수 있다. 이러한 잔존 세기와 흡수 계수에 기초하여, 특정 픽셀에서 열로서 소산되는 에너지의 양이 계산된다.
이제, 특정 픽셀에서 흡수된 열의 양에 기초하여 특정 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)에 의해 생성되는 온도 프로파일이 계산된다. 미러 기판(44)이 일정한 평균 온도를 얻기 위해 지속적으로 냉각되면, 이러한 냉각 효과도 또한 고려된다. 시간 의존적 효과[특히 미러 기판(44) 내에서의 열 전도] 또한 고려된다.
이러한 온도 프로파일로부터, 미러 표면 변형이 계산될 수 있고 특정 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)에 할당될 수 있다. 이것은, 원하는 방식으로 광학 파면에 영향을 주는데 필요한 온도 변화는 선형 모델이 개별 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)과 관련되는 변형을 계산하기 위해 사용될 수 있을 정도로 작기 때문에 가능하다. 이러한 미러 표면 변형에 기초하여, 광학 파면에 미치는 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)의 영향이 광학 설계 프로그램을 사용하여 계산될 수 있다. 이와 관련하여, 내삽법에 의해 계산상으로 픽셀 필드의 분해능을 증가시키는 것이 유리할 수 있다.
기본 조작자로서 간주될 수 있는 개별 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)의 영향이 결정된 후, 모든 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)[그리고 가능하게는 투영 대물부(26) 내에 포함되는 추가의 조작자]의 상호 작용이 파면 오차의 원하는 보정을 달성하도록 최적화 문제가 해소되어야 한다. 그러한 최적화 과정은 당업계에 알려져 있다. 예를 들어, 이와 관련하여 특이값 분해(singular value decomposition: SVD) 또는 티코노프 정규화(Tikhonov regularization)가 사용될 수 있다. 볼록형 계획법(Convex Programming)에 기반하는 다른 접근법이 WO 2010/034674 A1에 기재되어 있다.
가열광 빔의 세기를 제어하기 위한 변형된 접근법은 특정 변형을 생성하는 데 요구되는 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)의 필요한 세기를 오프라인으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 이들 특정 변형은 예를 들어 파면 오차를 표현하기 위해 흔히 사용되는 소정 제르니케 다항식에 의해 표현될 수 있다. 각각의 그러한 변형에 대해, 필요한 세기가 위에 설명된 방식으로, 예를 들어 특이값 분해 또는 티코노프 정규화를 사용하여 결정된다.
투영 노광 장치(10)의 작동 중, 원하는 변형이 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)의 필요한 세기가 오프라인으로 결정되었던 특정 (제르니케) 변형의 선형 중첩으로 분해된다. 이때, 개별 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)에 대한 결과적으로 생성된 세기는 간단히 특정 변형과 관련되는 그러나 중첩 계수에 의해 가중되는 세기의 합이다. 이는 보통 개별 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)에 대한 필요한 세기의 훨씬 더 신속한 결정을 유발한다.
IV.
대안적인 실시예
이하에서는 다양한 대안적인 실시예가 도 5 내지 도 10을 참조하여 기술될 것이다.
도 5 및 도 6은 제2 실시예에 따른 보정 장치(42)를 통한 각각 XZ 및 YZ 평면 내에서의 단면도이다. 동일하거나 상응하는 구성요소를 나타내기 위해 동일한 도면 부호가 사용된다.
이번에도, 보정 장치(42)의 특정 특징이 단지 제1 광학 시스템(OS1)에 관해서만 기술될 것이며; 다른 두 광학 시스템(OS2, OS3)은 동일한 구성을 갖지만, XY 평면 내에 상이한 각도 배향으로 배치된다.
이러한 제2 실시예에서, 광원(54)은 각각 제1 가열광 빔(HLB1) 중 하나를 생성하도록 구성되는 복수의 제1 광원을 포함한다. 각각의 제1 광원은 LED(62)에 의해 형성되며, 이러한 LED에 의해 방출되는 광을 시준하는 미소 마이크로렌즈(미도시)가 부착된다. 개별 제1 가열광 빔(HLB1)의 세기는 제어 유닛(52)에 의해 전자적으로 제어된다.
도 3 및 도 4에 도시된 제1 실시예와는 대조적으로, 제1 광학 시스템(OS1)은 미러 기판(44)에 들어간 후 평행하게 또는 거의 평행하게 연장되는 제1 가열광 빔(HLB1)을 생성한다. 이는 미러 기판(44)의 중심 부분(60)에서의 가열광 빔(HLB1)의 더욱 규칙적인 배열을 생성하며, 이는 이러한 부분에서의 원하는 온도 분포의 정확한 생성을 용이하게 하고, 가열광 빔(HLB1)이미러 기판(44)을 떠난 후 그것들을 수집하는 것을 더욱 쉽게 만든다. 가열광 빔(HLB1)의 규칙적인 배열은 주로 원통형 렌즈(55)의 굴절력과 미러 기판(44)으로부터의 그 거리를 XY 평면 내에서의 림 표면(50)의 곡률에 적합하게 맞춤으로써 달성된다.
마지막으로 역시 중요한 사항으로서, 제1 광학 시스템(OS1)은 제1 가열광(HL1)이 미러 기판(44)을 횡단한 후 그것을 반사시키는 반사 표면(66)을 갖춘 미러(64)를 포함한다. 바꾸어 말하면, 림 표면(50)에서 내부 반사되지 않은 제1 가열광 빔(HLB1)의 부분이 이러한 림 표면(50)에서 굴절되고, 원통형 렌즈(55')의 전초점면(front focal plane) 내에 배치되는 초선(56')에 수렴한다. 따라서, 제1 가열광 빔(HLB1)은 이번에도 서로 평행하게 반사 표면(66)에 입사한다. 그 결과, 제1 가열광 빔(HLB1)은 그것들이 반사 표면(66)으로부터 광원(54)을 향해 복귀될 때 동일한 경로를 취한다. 이는 보다 적은 가열광이 손실되는 이점을 가지며, 이는 보정 장치(42)의 효율에 긍정적인 영향을 미친다.
미러(64)로부터 반사되는 제1 가열광 빔(HLB1)이 LED(62)에 들어가는 것을 방지하기 위해, 도 5에 화살표(68)로 표시된 바와 같이, 반사 표면(66)을 포함하는 미러(64)가 약간 경사진다. 이러한 경사진 배열로 인해, 제1 가열광 빔(HLB1)은 다시 광원(54)을 향해 돌아가는 중에 약간 상이한 경로를 취한다. 제1 가열광 빔 중 하나에 대해, 다시 광원(54)을 향하는 경로가 파선(70)으로 표시된다. 반사된 가열광 빔(70)이 정확히 초선(56)을 통과하지 않으며, 따라서 블라인드(58)에 의해 흡수되어, 광원(54)의 LED(62) 중 하나에 들어갈 수 없는 것을 볼 수 있다.
몇몇 경우에, 미러 기판(40)의 림 표면(50)은 그것이 투영광(PL)의 전파 경로 내에서 미러 기판을 정밀하게 조절하는 데 요구되는 마운트에 의해 방해되기 때문에 쉽게 접근가능하지 않을 수 있다.
도 7a는 미러 기판(44)의 림 부분(50)을 통한 부분 확대 단면도를 도시한다. 여기서, 가열광(HLB1)이 입사하는 림 표면(50)의 적어도 일부는 미러 기판(44)의 후방 표면(48)에 대해 45°의 각도를 형성한다.
마운트 구조체(94)는 일 측에 미러 기판(44)의 전방 표면(46)을 지지하는 웹(96)을 갖는다. 마운트 구조체(94)의 대향측에, 원통형 렌즈(55), 블라인드(58), 및 프리즘에 의해 형성되는 광 편향 요소(98)가 배치된다. 빔 편향 요소(98)는 광축(OA)에 대해 경사지는 표면(100)을 구비한다. 광축(OA)에 대한 경사각이 또한 45°이면, 빔 편향 요소(98)에 들어가는 제1 가열광 빔(HLB1)이 빔 편향 요소(98)의 경사 표면(100)에서 내부 전반사를 겪어, 빔 방향이 90°만큼 편향된다. 제1 가열광 빔(HLB1)은 이어서 미러 기판(44)에 들어가고, 그 경사진 림 표면(50)에서 다시 내부 전반사를 겪는다. 이는 90°만큼 제2 편차를 초래하여, 제1 가열광 빔(HLB1)은 최종적으로 미러 기판(44)을 통해 후방 표면(48)에 다시 평행하게 전파된다.
따라서, 가열광 빔(HLB1)이 광 편향 요소(98)에 들어갈 때 그것이 전파되는 평면은 그것이 미러 기판(44)을 통해 전파되는 평면에 평행하다. 이는 원통형 렌즈(55)와 또한 블라인드(58)를 미러 기판(44)의 림 표면(50)보다 완전히 위에 또는 그것보다 완전히 아래에 배치하는 것을 가능하게 한다. 이러한 방식으로, 광학 시스템(OS1, OS2, OS3)의 다양한 구성요소를 상이한 Z 위치를 갖는 평면 내에 분포시킴으로써 이용가능한 체적에 관한 임의의 제약이 완화될 수 있다.
도 7b에 도시된 대안적인 실시예에서, 가열광(HL1)의 경로는 가열광(HL1)이 미러 기판(44)의 전방 표면(46) 위에서 안내되어 반사 코팅(47)에 의해 반사되는 투영광의 경로와 교차하도록 두 개의 폴딩 미러(FM1, FM2)에 의해 폴딩된다. 이는 림 표면(50)의 바로 옆에 광원(54) 및 원통형 렌즈(55)를 수용하기 위한 가용한 충분한 공간이 없는 경우에 유리할 수 있다. 또 다른 대안(도시되지 않음)에서, 냉각체(59)와 미러 기판(44)과의 사이의 간극은 가열광(HL1)이 도 7b에 도시된 바와 같이 미러 기판(44)의 전방 표면(46) 위에서 안내될 수 없지만 그 후방 표면(48) 위에서 안내될 수 있는 정도까지 확대된다.
도 8은 제1 동공 평면(40) 내에서의 제3 실시예에 따른 보정 장치(42)를 통한 단면도이다. 동일하거나 상응하는 구성요소를 나타내기 위해 동일한 도면 부호가 사용된다.
제3 실시예의 보정 장치(42)는 가열광을 방출하도록 구성되는 단일 광원(LS)과, 가열광을 제1 가열광(HL1) 및 제2 가열광(HL2)으로 분할하는 빔 분할기(72)를 포함한다. 광원(LS)은 이 실시예에서 가열광의 단일 빔을 생성하는 레이저로서 실현된다.
그 세기가 개별적으로 변할 수 있는 복수의 제1 및 제2 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)을 생성할 수 있게 하기 위해, 각각의 광학 시스템(OS1, OS2)은 도시된 실시예에서 경사가능 미러(76)의 어레이로서 실현되는 공간 광 변조기(74)를 포함한다. 여기에서, 각각의 경사가능 미러(76)는 그것이 입사 가열광을 개별 가열광 빔(HLB1, HLB2 또는 HLB3)으로서 미러 기판(44)을 향해 지향시키는 "온" 상태를 갖는다. 미러(76)가 제1 광학 시스템(OS1)의 하나의 미러(76')에 대해 도시된 바와 같이 "오프" 상태에 있으면, 입사 가열광은 그것이 미러 기판(44)에 입사하지 않도록 반사된다.
미러 기판(44)을 떠나는 가열광 빔(HLB1, HLB2)은 흡수기(78)에 입사한다. 예를 들어 전형적인 광학 유리에서 약 1450nm의 파장을 갖는 가열광에 대해 그러한 바와 같이, 미러 기판(44)이 단지 가열광(HLB1, HLB2)의 작은 부분만을 흡수하면, 흡수기의 능동 또는 수동 냉각이 특히 중요할 수 있다.
가열광 빔(HLB1, HLB2)의 세기가 단지 최대값과 0 사이에서 변할 수 있기 때문에, 가열광 빔의 전파 경로를 따라 미러 기판(44)에 의해 흡수될 에너지의 양이 미러(76)가 "온" 상태에 있는 시간과 미러(76)가 "오프" 상태에 있는 시간의 비에 의해 조절되어야 한다.
도 9는 제4 실시예에 따른 보정 장치(42)를 도 8과 유사한 단면도로 도시한다. 이 실시예에서, 공간 변조기는 미러 어레이에 의해서가 아니라 가변 블라인드(80)에 의해서 형성된다. 블라인드(80) 중 하나에 대한 도 10의 정면도에서 또한 볼 수 있는 바와 같이, 각각의 블라인드(80)는 그 크기가 제어 유닛(52)에 의해 공급되는 제어 신호에 응하여 변화될 수 있는 복수의 구멍(82)을 구비한다. 각각의 구멍(82)은 가열광 빔(HLB1, HLB2) 중 하나와 관련된다.
이를 위해, 가변 블라인드(80)는 부분적으로 또는 완전히 구멍(82)과 중첩하도록 액추에이터(미도시)의 도움으로 변위될 수 있는 셔터 요소(84)를 포함한다.
당연히, 다른 유형의 가변 블라인드도 또한 고려된다. 예를 들어, 가열광에 대해 투명한 "온" 상태와 가열광에 대해 불투명한 "오프" 상태 사이에서 스위칭될 수 있는 LCD 요소를 포함하는 블라인드가 사용될 수 있다. 그러한 경우에, 관련 가열광 빔의 세기는 LCD가 "온" 상태에 있는 시간과 LCD가 "오프" 상태에 있는 시간의 비를 적합하게 설정함으로써 시간 평균으로 조절될 수 있다.
당연히, 도 8 및 도 9에 도시된 두 개의 광학 시스템(OS1, OS2)에 더하여 제3 또는 훨씬 더 많은 광학 시스템이 제공될 수 있다.
V.
다른 보정 장치
도 11은 공간 광 변조기가 다면 미러(88)의 일부인 반사 표면(86)을 포함하는 보정 장치(42)의 실시예를 도시한다. 다면 미러(88)는 반사 표면(86)의 공간 배향이 연속적으로 변화될 수 있도록 구동장치(92)의 도움으로 회전축(90)을 중심으로 회전될 수 있다. 예를 들어 레이저 다이오드에 의해 형성되는 광원(LS)에 의해 방출될 수 있는 제1 가열광 빔(HLB1)이 반사 표면(86) 상으로 지향되면, 제1 가열광 빔(HLB1)을 상이한 각도로 미러 기판(44)의 림 표면(50)의 상이한 부분 상으로 지향시키는 것이 가능하다. 따라서, 이 실시예에서, 복수의 가열광 빔은 동시에 생성되는 것이 아니라, 일종의 스캐너 셋업을 사용하여 후속하여 생성된다.
이전의 실시예에서와 같이, 다른 두 광학 시스템(OS2, OS3)은 광학 시스템(OS1)과 동일한 구성을 갖는다.
도 12 및 도 13은 추가의 실시예에 따른 보정 장치(42)를 각각 반사 코팅(47)을 향하는 저면도와 선 ⅩⅠⅠⅠ-ⅩⅠⅠⅠ을 따른 단면도로 개략적으로 도시한다. 이 실시예에서, 제1 광학 시스템(OS1)은 본질적으로 복수의 LED 및 LED에 의해 평행 빔으로서 방출되는 제1 가열광 빔(HLB1)을 시준하는 관련 마이크로렌즈(미도시)를 포함하는 바(101)로 구성된다. 제2 광학 시스템(OS2)을 형성하는 제2 바(102)가 유사한 구성을 갖지만, 도 13에 도시된 단면도로부터 명확한 바와 같이 상이한 평면 내에 배치된다. 제3 바가 또한 제공되면, 이것은 Z 방향을 따라 다른 두 평면으로부터 거리를 두고 배치되는 제3 평면 내에 배치될 수 있다.
미러 기판(44)의 림 표면(50)에서의 굴절을 억제하기 위해, 미러 기판과 바(101, 102)가 미러 기판(44)과 대략 동일한 굴절률을 갖는 광학 접착제(104) 내에 침지된다. 그러한 광학 접착제(104)는 그것 자체로서 당업계에 알려져 있으며, 예를 들어 UV 광의 영향 하에서 경화될 수 있다. 림 표면(50)에서의 굴절률 단차(refractive index step)가 없으면, 바(101, 102)에 의해 방출되는 가열광 빔(HLB1, HLB2)이 또한 도 5 및 도 6에 도시된 실시예와 유사하게 미러 기판(44)을 평행하게 횡단한다. 다른 실시예에서, 광학 접착제(104)는 물과 같은 액체에 의해 대체된다.
도 14는 미러 기판(44)이 광학 접착제 내에 침지되지 않는 실시예에 따른 보정 장치의 평면도이다. LED를 포함하는 바(101, 102)는 각각 바(101, 102)의 LED에 의해 방출되는 가열광 빔(HLB1, HLB2)이 미러 기판(44)의 중심 부분(60)에서 중첩하도록 배치된다. 바(101, 102)는 가열광 빔(HLB1, HLB2)이 평행하게 방출되는 것이 아니라 부채꼴(fan-like) 방식으로 방출되도록 만곡된다. 팬의 발산은 미러 기판(44)의 림 표면(50)에 의해 생성되는 수렴 효과에도 불구하고 가열광 빔(HLB1 또는 HLB2)의 각각의 팬이 중심 부분(60)을 완전히 커버할 정도로 크다. 그럼에도 불구하고, 바(101, 102)는 단일 평면에 배치될 수 있을 정도로 짧다.
도 15 및 도 16은 또 다른 실시예에 따른 보정 장치(42)를 각각 반사 코팅을 향하는 저면도와 동공 평면(40) 내에서의 선 ⅩⅤⅠ-ⅩⅤⅠ을 따른 단면도로 개략적으로 도시한다. 이 보정 장치(42)에서, 단지 2개가 아니라 15개의 바(101 내지 115)가 동일한 평면 내에서 미러 기판(44) 주위에 배치된다. 이러한 방식으로 미러 기판(44)의 중심 부분(60)에서 가열광 빔의 매우 조밀한 중첩이 달성된다.
또한 Z 방향을 따른 수렴 효과를 달성하기 위해, 이 실시예의 미러 기판(44)의 림 표면(50)은 후방 표면(48)에 수직인 평면 내에서 곡률을 갖는다. 그렇게 되면, 도 16의 단면도에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 바(101 내지 115)의 LED에 의해 방출되는 발산 광이 시준된다.
도 17은 각각 복수의 LED를 포함하는 미소 바(101, 102)가 가열광 빔의 팬이 미러 기판(44)의 매우 큰 영역을 커버할 정도로 크게 만곡되는 실시예에 따른 보정 장치(42)의 평면도이다. 바(101, 102)는 미러 기판(44)의 림 표면(50)에 제공되는 원통형 오목부(119, 121) 내에 수용된다. 오목부(119, 121)의 직경은 굴절 및 최소한의 반사가 일어나지 않도록 LED에 의해 방출되는 개별 가열광 빔(HLB1, HLB2)이 미러 기판(44)에 수직하게 들어가도록 적용된다.
림 표면(50)에 제공되는 오목부(119, 121)는 도 18의 평면도에 도시된 바와 같이, LED의 원형 배열을 수용하는 보어 또는 다른 유형의 구멍에 의해 대체될 수 있다. 보어(120, 122) 내에 배치되는 바(101, 102)는 가열광 빔의 보다 작은 팬을 생성하지만, 이들 팬은 투영 노광 장치(10)의 작동 중 또한 투영광이 입사하는 미러 기판(44)의 중심 부분(60)을 완전히 커버하는 데 여전히 충분하다.
도 19는 또 다른 실시예에 따른 미러 기판(44)의 세부사항을 도시한다. 도 17에 도시된 실시예와 유사하게, 개별 가열광 빔(HLB1)의 팬을 생성하는 광원(101)이 미러 기판(44)의 림 표면(50)에 매우 근접하게 배치된다. 여기에서, 림 표면(50)에 형성되는 오목부는 원통형 형상을 갖는 것이 아니라, YZ 평면 내에서 발산 프레넬 렌즈를 형성한다. 따라서, 광원(101)에 의해 방출되는 가열광 빔(HLB1)의 원래 팬은 프레넬 렌즈(124)에 의해 훨씬 더 넓은 각도 폭을 갖는 팬으로 확장된다.
도 20은 레이저 다이오드를 포함하는 바(101)의 개략적인 정면도이다. 레이저 다이오드의 방출창(126)(또는 방출창 전방에 배치되는 블라인드)은 평행사변형의 형상을 갖는다. 인접 방출창(126) 사이의 갭(128)은 레이저 다이오드에 의해 방출되는 가열광이 미러 기판(44)에 입사하지 않는 원주방향(도 20에서 X 방향과 일치함)을 따른 좌표가 없도록 치수설정된다. 이는 직사각형 방출창이 역시 직사각형인 갭에 의해 이격되어 나란히 배치된 경우에 비해 미러 기판(44)의 더욱 균질한 가열을 유발한다.
도 21은 다른 실시예에 따른 보정 장치(42)를 통한 XY 평면 내에서의 개략적인 단면도이다. 이 실시예는 주로 개별 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)을 생성하는 LED(62)가 투명 대물부(26) 내부에 배치되는 것이 아니라, 투영 대물부(26) 밖의 어떤 장소에 배치되는 LED 패키지(130)에 조합된다는 점에서 도 5 및 도 6에 도시된 실시예와 상이하다. LED 패키지는 광 출력 섬유(optical output fiber)(131) 및 LED(62)에 의해 방출되는 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)을 광 출력 섬유(131) 내에 결합시키는 결합 옵틱스(미도시)를 포함한다. 각각의 LED 패키지는 또한 광 출력 섬유(131)의 다발을 광 입력 섬유(134)의 다발에 연결하는 분리가능 다섬유 커넥터(132)를 포함한다. 광 입력 섬유에서, 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)은 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)을 각각의 광학 시스템(OS1, OS2, OS3)의 집속 렌즈(55)에 지향시키는 출력 옵틱스(136)로 안내된다.
LED 패키지(130)를 투영 대물부(26) 밖에 배치하는 것은 LED(62)의 교체가 크게 용이해지는 이점을 갖는다. 하나 이상의 LED(62)가 오작동하거나 그 수명의 종료시 완전히 광의 방출을 중단하면, 전체 LED 패키지(130)가 광 입력 섬유(131)의 다발로부터 간단히 분리되고 다섬유 커넥터(132)를 사용하여 새로운 패키지로 교체될 수 있다. LED 패키지(130)가 투영 대물부(26) 밖에 배치되기 때문에, 이는 투영 대물부(26)의 어떠한 부품도 분해함이 없이 달성될 수 있다.
다른 이점은 가열광 빔의 생성과 관련되는 임의의 전력 소비(power dissipation)가 투영 대물부(26) 밖에서 일어난다는 점이다. 이는 투영 대물부(26)를 일정한 온도로 유지시키는 데 도움을 준다.
도 21에 도시된 실시예에서, 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)이 미러 기판(44)을 떠난 후 그것들의 방사 조도 또는 적어도 방사 조도 변화가 역시 투영 대물부(26) 밖에 배치되는 검출기(140)에 의해 측정된다. 이를 위해, 미러 기판(44)을 떠나고 렌즈(55')를 횡단한 후, 옵틱스(144)를 광섬유(142) 내에 결합시킴으로써, 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)이 결합된다. 광섬유는 가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)을 검출기(140) 내부에 위치되는 포토다이오드(146) 또는 다른 감광 요소로 개별적으로 안내한다. 검출기(140)도 또한 투영 대물부 밖에 배치되기 때문에, 포토다이오드(146)에서 소산되는 열도 또한 투영 대물부(26)의 열 평형에 영향을 미칠 수 없다.
가열광 빔(HLB1, HLB2, HLB3)의 방사 조도의 측정은 LED(62)의 올바른 기능을 모니터하는 것을 가능하게 한다. 또한, LED 패키지(130) 내부의 LED(62)가 검출기(140)에 의해 측정되는 방사 조도에 따라 제어되는 폐루프 제어를 확립하는 것이 가능하다. 이를 위해, LED 패키지(130)와 검출기(140)가 투영 노광 장치(10)의 전체 기능을 제어하는 전체 시스템 제어 장치(150)에 연결되는 제어 유닛(148)에 전기 신호 라인에 의해 연결된다. 검출기(140)에 의해 검출되는 방사 조도의 임의의 변화는 위에서 섹션 Ⅲ 에서 설명되었던 바와 같이, 각각의 가열광 빔과 관련되는 조작기에 영향을 미칠 것이다. 이는 보통 각각의 가열광 빔의 방사 조도의 조절을 필요로 할 것이다.
가열광의 (알려지지 않은) 일부만이 광섬유(142) 내에 결합되어 궁극적으로 포토다이오드(146)에 입사하면, 포토다이오드(146)에 의해 생성되는 전기 신호는 엄밀히 말하면 미러 기판(44)을 떠날 때의 가열광 빔의 방사 조도가 아니라, 이러한 방사 조도의 변화만을 나타낸다. 그러나, 이는 LED(62)의 올바른 기능을 모니터하는 데 그리고/또는 그 폐루프 제어를 수행하는 데 충분하다.
VI.
열 팽창 영향의 감소
투영 대물부(26)의 열 유발 상 오차는 주로 열 팽창의 결과로서 미러 기판(44)의 변형에 의해 유발된다. 일반적으로, 미러 기판(44)은 장치(10)의 작동 온도에서 0의 열 팽창 계수를 갖는 유리 또는 다른 재료로 만들어진다. 그리고, 온도 변화가 소정 한계 내에 유지되는 경우에는 온도 변화는 미러 기판(44)의 변형을 초래하지 않는다.
본 기술분야에 알려진 바와 같이, 열 팽창 계수(α)는 온도(T)에 의존한다. 도 22는 미러 기판(44)을 위한 재료로서 사용될 수 있는 Corning 사에 의해 공급되는 ULE® 유리 블랭크에 대한 이러한 종속성을 나타내는 그래프를 도시한다. 이하에서 제로 교차 온도(ZCT)로서 칭해지는 소정 온도(및 종종 두 개 이상의 상이한 온도)에서 열 팽창 계수(α)는 0과 동일하다는 것을 알 수 있다. 이러한 특정 유리 블랭크에서, 열 팽창 계수(α)는 대략 15℃ 내지 45℃의 ZCT 부근에서 매우 작지만 0은 아니다. Zerodur®와 같은 다른 유리에 대해, 온도 종속성은 상이할 수 있지만, 대개 열 팽창 계수가 0인 적어도 하나의 제로 교차 온도가 있다.
제로 교차 온도(ZCT)는 어느 정도까지 유리 블랭크의 제조 동안 조절될 수 있다. 그러므로, 대략 미러의 작동 온도와 동일한 ZTC를 갖는 유리 블랭크를 제공하는 것은 가능하다. 그리고, 온도 변화는, 장치(10)의 동작 동안 불가피하지만, 미러 기판(44)의 열 수축 또는 팽창을 초래하지 않고, 따라서 반사 코팅(47)을 지지지하는 광학 표면의 형상은 변하지 않거나 적어도 이러한 변화가 매우 작게 유지된다.
그러나, 미러 기판(44)을 제조하기 위해 사용되는 유리 블랭크는 일반적으로 완벽하게 균질하지 않은 것으로 판명되었다. 결과적으로, 굴절률 및 또한 제로 교차 온도(ZCT)는 비록 매우 작은 정도이지만 유리 블랭크의 체적에 따라 변한다.
도 23은 제로 교차 온도(ZCT)의 위치 종속성이 예시적으로 도시되어 있는 그래프를 도시한다. 여기서, 가로축은 소정 라인을 따라 유리 블랭크를 통해 이동하는 경우의 데카르트 좌표를 나타낸다. 제로 교차 온도(ZCT)는 거의 일정하지만, 160'로 나타낸 소정 위치에서 그것은 약간 변한다는 것을 알 수 있다.
도 24 및 도 25는 기판(44)의 체적에 걸쳐 제로 교차 온도의 비균질적인 분포와 관련되는 영향을 나타낸다. 도 24에서, 전체 기판(44)은 기판(44)의 가장 큰 부분의 제로 교차 온도(ZCT)와 동일한 온도(T1)에서 유지되는 것으로 가정된다. 도 23에 나타낸 영역(160')에 대응하는 부분(160)에서, 미러 기판(44)은 더 높은 제로 교차 온도(ZCT)를 갖는다. 결과적으로, 이 부분(160)은 도 25에 도시된 바와 같이 온도가 T1으로부터 T2>T1까지 증가하는 경우 열 팽창을 겪는다. 부분(160)의 열 팽창은 미러(M2)의 광학 특성을 변화시키며 열 유발 상 오차를 유발하는 표면 변형(162)을 초래한다.
본 발명에 따르면, 이러한 표면 변형(162)은 미러 표면(44)의 림 표면(50)을 향해 지향되는 가열광의 도움에 의해 미러 기판(44)의 각각의 지점에서 제로 교차 온도(ZCT)가 획득되도록 온도 분포를 생성함으로써 방지된다. 그리고, 적어도 작은 온도 변화는 미러 기판(44)의 어떠한 열 변형도 유발하지 않는다.
도 26은 도 3 및 도 4에 도시된 보정 장치와 유사한 보정 장치(42)의 실시예를 도시한다. 그러나, 그 실시예와 달리, 가열광(HL1)은 여기서 더 큰 발산성을 갖는 가열 광원(54)에서 나타난다. 따라서, 가열광원(54) 역시 도 3에 도시된 바와 같은 가열광 빔(HLB1)의 팬을 생성하지만, 가열광 빔(HLB1)이 미러 기판(44)을 통과하는 평면은 더 큰 거리로 분리된다. 그러므로, 가열광 빔(HLB1)은 미러 기판(44)의 거의 전체 체적을 통해 연장된다.
도 3 및 도 4에 도시된 실시예와 마찬가지로, 다섯 개의 상이한 평면에는 가열광 빔(HLB1, HLB2)의 유사한 팬을 생성하는 두 개의 추가의 광학 시스템(OS2 및 OS3)이 있다.
광학 시스템(OS1, OS2, OS3)의 도움에 의해, 미러 기판(44)에 거의 모든 임의의 온도 분포를 생성하는 것이 가능하며, 이에 대해서는 도 3 및 도 4를 참고하여 위에서 추가로 설명되었다.
제로 교차 온도(ZCT)의 분포와 동일한 온도 분포를 생성하기 위해, 미리 제로 교차 온도를 측정하는 것은 필요하다. 제로 교차 온도(ZCT)의 분포는 소정 유형의 재료에 대한 굴절률의 분포와 직접적으로 관련되기 때문에, 미러 기판(44)에서 3차원 굴절률 분포를 측정하면 충분하다.
이를 달성하기 위한 한가지 방법은 미러 기판(44)을 형성하는 유리 블랭크를 유리 블랭크와 대략 동일한 굴절률을 갖는 액체에 침지시키는 것이다. 그리고 나서, 굴절률 분포는 컴퓨터 단층촬영의 원리를 이용하여 측정될 수 있다. 이는 광학 경로 길이 차이가 소정 방향을 따라 유리 블랭크를 통과하는 광학 광선의 위상을 비교하고 그것을 유리 블랭크를 통과하지 않는 참조 광선의 위상과 비교함으로써 측정된다는 것을 의미한다. 각각의 광학 경로 길이 차이는 각각의 광선이 블랭크를 통과할 때 경험한 굴절률에 걸친 적분에 대응한다. 그리고 나서, 라돈 변환을 적용함으로써, 측정된 경로 길이 차이로부터 유리 블랭크에서의 3차원 굴절률 분포를 추론하는 것이 가능하다(F. Natterer, The mathematics of computerized tomography, Siam, 2001 참조).
이러한 굴절률 분포로부터, 제로 교차 온도(ZCT)의 분포는 유리 블랭크를 형성하는 특정 유형의 유리에 대해 실행되는 교정 측정에 기초하여 유도된다.
그 후, 광학 시스템(OS1, OS2, OS3)의 도움으로, 제로 교차 온도(ZCT)의 분포와 동일한 온도 분포가 미러 기판(44)의 내측에 생성되며, 이는 위에서 설명된 바와 같다. 이 온도 분포는 바람직하게는 장치(10)의 전체 동작 동안 유지된다. 이때, 미러 기판(44) 내측의 온도의 작은 변화는 미러 기판의 변형으로 이어지지 않을 것이다.
소정 3D 온도 분포를 유지하는 것은 일반적으로 미러 기판(44) 내측의 실제 온도 분포의 빈번한 측정을 수반할 것이다. 이를 위해, 열 카메라(164)가 반사 코팅(47)의 온도 분포를 측정한다. 이 온도 분포로부터, 열 수송 방정식에 기초하여, 미러 기판(M2) 내측에서의 3D 온도 분포를 유도하는 것이 가능하다. 그 후, 개별 가열광 빔(HLB1, HLB2 및 HLB3)의 강도는 ZCT 분포와 동일한 미러 기판(44)의 원래 온도 분포가 유지되도록 폐쇄 루프 제어 체계에서 조절된다.
이하에서, 이러한 양태에 따른 본 발명의 중요한 방법 단계를 도 27에 도시된 흐름도를 참고하여 설명할 것이다.
제1 단계(S1)에서, 미러 기판 및 반사 코팅을 갖는 미러를 포함하는 투영 대물부가 제공된다.
제2 단계(S2)에서, 열 팽창 계수의 절대값이 최소값을 갖는 제1 온도가 미러 기판의 제1 위치에서 측정된다.
제3 단계(S3)에서, 열 팽창 계수의 절대값이 최소이며 일반적으로 제1 온도와 상이한 제2 온도가 제1 위치와 상이한 미러 기판의 제2 위치에서 측정된다.
그 후, 제4 단계(S4)에서, 제1 위치에서의 온도가 제1 온도와 동일하고 제2 위치에서의 온도가 제2 온도와 동일하도록 미러 기판의 온도 분포가 변화된다.
VII.
본 발명의 중요한 양태의 개요
하기의 문장은 본 발명의 몇몇 다른 중요한 양태를 요약한다:
1. 마이크로리소그래픽 장치의 대물부로서, 투영 대물부(26)는 투영광을 이용하여 상 평면에 마스크(16)를 결상시키도록 구성되며, 투영 대물부(26)는 파면 보정 장치(42)를 포함하고, 파면 보정 장치는,
a) 전방 표면 (46), 후방 표면(48), 및 전방 표면과 후방 표면과의 사이에 연장되는 원주방향 림 표면(50)을 갖는 미러 기판, 및 미러 기판의 전방 표면에 의해 지지되는 반사 코팅(44)을 갖는 미러로서, 반사 코팅은 입사 투영광을 반사시키도록 구성되는, 미러,
b) 가열광이 림 표면에 입사하도록 가열광을 방출하도록 구성되는 광원(101, 102)을 포함하고,
미러 기판(44) 및 광원(101, 102)에 의해 한정되는 체적은 액체, 고체, 또는 액체와 고체의 혼합물인 광학 매질(104)에 의해 충전되는, 투영 대물부.
2. 문장 1의 투영 대물부로서, 광학 매질(104)과 미러 기판(44)의 굴절률 비는 22℃에서 0.80 내지 1.1인, 투영 대물부.
3. 마이크로리소그래픽 장치의 투영 대물부로서, 투영 대물부(26)는 투영광을 이용하여 상 평면에 마스크(16)를 결상시키도록 구성되며, 투영 대물부(26)는 파면 보정 장치(42)를 포함하고, 파면 보정 장치는,
a) 전방 표면(46), 후방 표면(48), 및 전방 표면과 후방 표면과의 사이에 연장되는 원주방향 림 표면(50)을 갖는 미러 기판, 및 미러 기판의 전방 표면에 의해 지지되는 반사 코팅(44)을 갖는 미러로서, 반사 코팅은 입사 투영광을 반사시키도록 구성되는, 미러,
b) 가열광이 림 표면에 입사하도록 가열광을 방출하도록 구성되는 광원을 포함하고,
가열광이 입사하는 림 표면(50)의 일부가 적어도 하나의 방향을 따라 굴절력을 갖는 프레넬 렌즈(Fresnel lens)(124)로서 형성되는, 투영 대물부.
4. 마이크로리소그래픽 장치의 투영 대물부에 있어서, 투영 대물부(26)는 투영광을 이용하여 상 평면에 마스크(16)를 결상시키도록 구성되고, 투영 대물부(26)는 파면 보정 장치(42)를 포함하고, 파면 보정 장치는,
a) 전방 표면(46), 후방 표면(48), 및 전방 표면과 후방 표면과의 사이에 연장되는 원주방향 림 표면(50)을 갖는 미러 기판, 및 미러 기판의 전방 표면에 의해 지지되는 반사 코팅(44)을 갖는 미러로서, 반사 코팅은 입사 투영광을 반사시키도록 구성되는, 미러,
b) 가열광을 방출하도록 구성되는 광원을 포함하고,
미러 기판은 가열광이 수직으로 미러 기판에 입사하도록 광원이 배열되는 보어(120, 122), 구멍 또는 오목부를 갖는, 투영 대물부.
5. 문장 4의 투영 대물부로서, 광원(101, 102)은 적어도 40°의 각도 범위에 걸쳐 가열광 빔을 방출하도록 구성되는, 투영 대물부.
6. 마이크로리소그래픽 장치의 투영 대물부로서, 투영 대물부(26)는 투영광을 이용하여 상 평면에 마스크(16)를 결상시키도록 구성되며, 투영 대물부(26)는 파면 보정 장치(42)를 포함하고, 파면 보정 장치는,
a) 전방 표면(46), 후방 표면(48), 및 전방 표면과 후방 표면과의 사이에 연장되는 원주방향 림 표면(50)을 갖는 미러 기판, 및 미러 기판의 전방 표면에 의해 지지되는 반사 코팅(44)을 갖는 미러로서, 반사 코팅은 입사 투영광을 반사시키도록 구성되는, 미러,
b) 가열광을 방출하도록 구성되는 광원, 및
c) 공간 광 변조기로서, 공간 광 변조기(74; 80; 88)는 광원에 의해 생성되는 가열광을 림 표면의 다양한 부분을 향해 지향시키도록 구성되는, 공간 광 변조기를 포함하는, 투영 대물부.
7. 문장 6의 투영 대물부로서, 공간 광 변조기는 반사 표면(86)과 반사 표면의 공간 배향을 변화시키도록 구성되는 구동장치(92)를 포함하는, 투영 대물부.
8. 마이크로리소그래픽 장치의 투영 대물부로서, 투영 대물부(26)는 투영광을 이용하여 상 평면에 마스크(16)를 결상시키도록 구성되며, 투영 대물부(26)는 파면 보장 장치(42)를 포함하고, 파면 보정 장치는,
a) 전방 표면(46), 후방 표면(48), 및 전방 표면과 후방 표면과의 사이에 연장되는 원주방향 림 표면(50)을 갖는 미러 기판, 및 미러 기판의 전방 표면에 의해 지지되는 반사 코팅(44)을 갖는 미러로서, 반사 코팅은 입사 투영광을 반사시키도록 구성되는, 미러,
b) 가열광(HLB1, HLB2, HLB3)을 방출하도록 구성되는 광원(54),
c) 가열광을 림 표면(50)의 일부를 향해 지향시키는 광학 시스템(OS1, OS2), 및
d) 미러 기판(44)을 횡단한 가열광의 적어도 70%를 그것이 미러 기판(44)을 다시 횡단하도록 반사시키는 반사 표면 표면(66)을 포함하는, 투영 대물부.
9. 문장 8의 투영 대물부로서, 반사 표면(66)은 미러 기판 밖에 배치되는, 투영 대물부.
10. 마이크로리소그래픽 장치를 작동시키는 방법으로서, 상기 방법은,
a) 미러 기판(44) 및 미러 기판에 도포되는 반사 코팅(47)을 갖는 미러(M2)를 포함하는 투영 대물부를 제공하는 단계로서, 반사 코팅은 입사 투영광을 반사시키도록 구성되는, 투영 대물부를 제공하는 단계,
b) 미러 기판의 제1 위치에서, 열 팽창 계수의 절대값이 최소값인 제1 온도를 측정하는 단계,
c) 미러 기판의 제2 위치에서, 열 팽창 계수의 절대값이 최소값인 제2 온도를 측정하는 단계로서, 제1 위치는 제2 위치와 상이한, 제2 온도를 측정하는 단계,
d) 제1 위치에서의 온도가 제1 온도와 동일하고 제2 위치에서의 온도가 제2 온도와 동일하도록 미러 기판(44)의 온도 분포를 변화시키는 단계를 포함하는, 방법.
11. 문장 10의 방법으로서, 마스크가 단계 d) 후에 투영광에 의해 조명되는, 방법.
12. 문장 10 또는 문장 11의 방법으로서, 온도 분포는 가열광으로 미러 기판을 조명함으로써 단계 d)에서 변화되는, 방법.
13. 문장 12의 방법으로서, 가열광은 투영광의 중심 파장과 상이한 중심 파장을 갖는, 방법.
14. 문장 12 또는 문장 13의 방법으로서, 미러 기판은 반사 코팅을 지지하는 전방 표면(46), 후방 표면(48), 및 전방 표면과 후방 표면과의 사이에 연장되는 원주방향 림 표면(50)을 갖고, 가열광은 단계 d)에서 미러 기판의 원주방향 림 표면에 지향되는, 방법.
15. 문장 14의 방법으로서, 가열광 빔의 제1 세트가 제1 평면에서 미러 기판을 통해 연장되는 림 표면에 지향되고, 가열광 빔의 제2 세트가 제1 평면과 상이한 제2 평면에서 미러 기판을 통해 연장되는 림 표면에 지향되는, 방법.
16. 문장 10 내지 문장 15 중 어느 한 문장의 방법으로서, 미러 기판의 온도 분포는 단계 c)와 단계 d)와의 사이에서 측정되는, 방법.
17. 문장 16의 방법으로서, 온도 분포는 적어도 하나의 열 카메라(164)를 사용하여 측정되는, 방법.

Claims (32)

  1. 투영광을 이용하여 표면(22)에 패턴을 결상시키도록 구성되는 조명 시스템 및 투영 대물부(26)를 포함하는 마이크로리소그래픽 장치로서, 장치(10)는 파면 보정 장치를 포함하고, 파면 보정 장치는,
    a) 미러(M2)로서,
    - 전방 표면(46), 후방 표면(48), 및 전방 표면과 후방 표면과의 사이에 연장되는 원주방향 림 표면(50)을 갖는 미러 기판(44),
    - 미러 기판(44)의 전방 표면(46)에 의해 지지되는 반사 코팅(47)으로서, 반사 코팅(47)은 입사 투영광(PL)을 반사시키도록 구성되는, 반사 코팅(47)을 포함하는, 미러(M2),
    b) 제1 가열광의 적어도 일부가 미러 기판(44)에 들어가도록 림 표면(50)의 제1 부분에 제1 가열광(HL1)을 지향시키도록 구성되는 제1 광학 시스템(OS1),
    c) 제2 가열광의 적어도 일부가 미러 기판(44)에 들어가도록 제1 부분과 별개인 림 표면(50)의 제2 부분에 제2 가열광(HL2)을 지향시키도록 구성되는 제2 광학 시스템(OS2)을 포함하며,
    미러 기판(44)에서의 제1 및 제2 가열광(HL1, HL2)의 부분적인 흡수에 기인하는 온도 분포가 미러(M2)의 변형을 초래하고, 이는 파면 오차를 변화시키며 특히 적어도 부분적으로 파면 오차를 보정하고,
    적어도 제1 광학 시스템(OS1)은 초점 영역(56)으로부터 나오는 제1 가열광이 림 표면(50)의 제1 부분에 입사하도록 제1 가열광을 초점 영역(56)에 집속시키도록 구성되는 집속 광학 요소(55)를 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 제1 광학 시스템(OS1)은 초점 영역이 위치되는 개구를 갖는 블라인드(58)를 포함하는, 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 제1 가열광(HL1)은 그것이 미러 기판(44)에 들어간 후에 시준된 광으로서 미러 기판을 통해 전파되는, 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 림 표면(50)은 원통형 또는 원추형인, 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 림 표면(50)의 제1 부분은 제1 부분과 교차하며 미러(M2)의 대칭축을 포함하는 평면에서 만곡되는, 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 파면 보정 장치(42)는 가열광을 방출하도록 구성되는 광원(LS), 및 광원에 의해 방출되는 가열광을 제1 가열광(HL1) 및 제2 가열광(HL2)으로 분할하는 빔 분할기(72)를 포함하는, 장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 광학 시스템은 제1 가열광을 생성하도록 구성되는 단일 제1 광원을 포함하고, 제2 광학 시스템은 제2 가열광을 생성하도록 구성되는 단일 제2 광원을 포함하는, 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 제1 광학 시스템(OS1)은 공간 광 변조기(74; 80)를 포함하고, 상기 공간 광 변조기는 그 세기가 공간 광 변조기에 의해 개별적으로 변화될 수 있는 복수의 제1 가열광 빔(HLB1)을 생성하기 위해 공간 분해 방식으로 제1 가열광(HL1)의 세기를 변화시키도록 구성되는, 장치.
  9. 제8항에 있어서, 공간 광 변조기는 빔 편향 요소(76)의 어레이(74)를 포함하고, 각각의 빔 편향 요소는 입사하는 제1 가열광(HL1)을 제어 신호에 응하여 변할 수 있는 편향 각도만큼 편향시키도록 구성되는, 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 공간 광 변조기는 크기 및/또는 투과율이 제어 신호에 응하여 개별적으로 변화될 수 있는 복수의 개구(82)를 갖는 가변 블라인드(80)를 포함하는, 장치.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 광학 시스템은 복수의 제1 광원(62)을 포함하고, 각각의 제1 광원은 제1 가열광 빔(HLB1)을 생성하도록 구성되는, 장치.
  12. 제11항에 있어서, 적어도 하나의 제1 광원(62)은 개별적으로 변화될 수 있는 세기를 갖는 LED인, 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 적어도 하나의 제1 광원은 레이저 다이오드이고, 제1 광학 시스템은 제1 가열광 빔의 세기를 개별적으로 변화시키도록 구성되는 광 변조기를 포함하는, 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 제1 광학 시스템은 미러 기판을 횡단한 가열광의 적어도 70%를 그것이 다시 미러 기판을 횡단하도록 반사하는 반사 표면(66)을 포함하는, 장치.
  15. 제14항에 있어서, 반사 표면(66)은 반사된 가열광의 방향이 입사광의 방향과 상이하도록 배치되는, 장치.
  16. 제15항에 있어서, 반사된 광의 방향은 입사광의 방향과 180.05° 내지 185°의 각도만큼 상이한, 장치.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 반사 표면은 림 표면에 도포되는 다층 코팅에 의해 형성되는, 장치.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 반사 표면(66)은 미러 기판(44)으로부터 거리를 두고 배치되는 기판에 도포되는 다층 코팅에 의해 형성되는, 장치.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 광학 시스템은, 제1 가열광을 편향시키도록 구성되어 집속 광학 요소(55)가 미러 기판(44)의 림 표면(50)보다 완전히 위에 또는 그것보다 완전히 아래에 배치되게 하는, 빔 편향 요소(98)를 포함하는, 장치.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 평면에서, 집속 요소(55) 및 미러 기판(44) 양자 모두는 정 렌즈의 광학 효과를 갖는, 장치.
  21. 제20항에 있어서, 집속 요소(55)의 총 체적은 미러 기판의 총 체적보다 적어도 100배, 바람직하게는 적어도 300배 더 작은, 장치.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 가열광(HL1)은 제1 평면 내에서 전파되고, 제2 가열광(HL2)은 제2 평면 내에서 전파되며, 제1 평면 및 제2 평면은 서로 동일하거나 평행한, 장치.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 초점 영역은 초점 또는 초선(56)인, 장치.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 집속 요소(55)는 단지 한 방향을 따라 초점력을 갖는, 장치.
  25. 제 24 항의 장치에 있어서, 집속 요소(55)는 원통형 렌즈인, 장치.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 가열광(HL1) 및 제2 가열광(HL2)은 0.4㎛ 내지 3㎛의 중심 파장을 갖는, 장치.
  27. 제26항에 있어서, 제1 가열광(HL1) 및 제2 가열광(HL2)은 0.4㎛ 내지 0.8㎛의 중심 파장을 갖는, 장치.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 투영광은 5nm 내지 50nm의 중심 파장을 갖는, 투영광.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 광학 시스템(OS1)은 제1 가열광 빔(HLB1)이 미러 기판을 떠난 후 그것들의 방사 조도 변화를 측정하도록 구성되는 제1 광 검출기(140)를 포함하고, 제2 광학 시스템(OS2)은 제2 가열광 빔(HLB2)이 미러 기판(44)을 떠난 후 그것들의 방사 조도 변화를 측정하도록 구성되는 제2 광 검출기(140)를 포함하는, 장치.
  30. 제29항에 있어서, 제1 및 제2 검출기(140)에 의해 측정되는 방사 조도 변화에 따라 제1 광학 시스템(OS1) 및 제2 광학 시스템(OS2)을 제어하도록 구성되는 제어 유닛(148)을 포함하는, 장치.
  31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 제1 광학 시스템(OS1)은 투영 대물부(26) 외측에 배치되는 제1 광원(130)으로부터 제1 가열광(HL1)을 집속 광학 요소(55)에 안내하도록 구성되는 광섬유(131, 134)를 포함하는, 장치.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 파면 보정 장치(42)는 미러 기판(44a, 44b)의 후방 표면을 능동 냉각시키도록 구성되는 냉각 시스템(160)을 포함하는, 장치.
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