KR20190022876A - 광학 시스템 및 이 시스템을 이용하여 마스크 결함을 보정하기 위한 방법 - Google Patents

광학 시스템 및 이 시스템을 이용하여 마스크 결함을 보정하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스캐닝 유닛, 적어도 제1 렌즈 요소를 포함하는 제1 렌즈 요소 그룹, 초점에 빔을 포커싱 하도록 설계된 포커싱 유닛을 포함하는 광학 시스템에 관한 것으로, 상기 포커싱 유닛은 적어도 제2 렌즈 요소 및 이미징 렌즈를 포함한다. 상기 이미징 렌즈는 동공면 및 파면 조작기를 더 포함한다. 광학 시스템의 파면 조작기는 이미징 렌즈의 동공면에 또는 이미징 렌즈의 동공면에 공액인 평면에 배치되거나, 광학 시스템의 스캐닝 유닛은 상기 이미징 렌즈의 동공면에 공액인 평면 내에 배치되고, 파면 조작기는 상기 광 방향으로 스캐닝 유닛의 상류에 배치된다. 제2 렌즈 요소 그룹의 초점은 포커싱 유닛의 모든 초점 위치에서 이미징 렌즈의 동공면에 놓여있다.

Description

광학 시스템 및 이 시스템을 이용하여 마스크 결함을 보정하기 위한 방법
본 발명은 광학 시스템 및 마이크로리소그래피에 이용되는 마스크의 결함을 보정하기 위한 방법에 관한 것이다.
반도체 산업에서 연속적으로 증가하는 집적 밀도의 결과로서, 나노 임프린트 기술을 위한 포토리소그래피 마스크 또는 템플릿은 감광층 상에, 즉 웨이퍼 상의 포토 레지스트 상에 보다 작은 구조를 형성해야 한다. 이러한 요구 사항을 충족시키기 위해, 포토리소그래픽 마스크를 위한 노출 파장은 전자기 스펙트럼의 근 자외선에서 중 자외선을 거쳐 원 자외선 범위로 이동되었다. 현재, 일반적으로 웨이퍼상의 포토레지스트를 노광하기 위해 193 nm의 파장이 사용된다. 결과적으로, 해상도가 증가로 포토리소그래픽 마스크의 생산은 점점 더 복잡해지고 따라서 더 비싸진다. 앞으로, 포토리소그래픽 마스크는 전자기 스펙트럼(약 13.5 nm)의 극 자외선(EUV) 파장 범위에서 실질적으로 더 짧은 파장을 사용할 것이다.
포토리소그래픽 마스크는 투과 동질성, 평탄도, 순도 및 온도 안정성과 관련하여 매우 엄격한 요건을 충족시켜야 한다. 합리적인 수율로 포토리소그래픽 마스크를 생산할 수 있도록 하기 위해서는, 생산 공정의 마지막 단계에서 마스크의 결함이나 불량을 보정해야 한다.
레이저 소스로부터의 펨토초 광 펄스는 나노 임프린트 리소그래피(nano-imprint lithography)를 위한 포토리소그래피 마스크 및 템플릿의 결함을 보정하는데 사용될 수 있다. 이를 위해, 레이저 소스의 도움으로 매우 작은 초점 영역에 포커싱함으로써 높은 국소 에너지 밀도가 포토리소그래피 마스크의 투명한 재료 또는 템플릿 내에 생성되며, 이는 투명한 재료의 국부적인 용융을 유도한다. 이 국부적인 용융은 투명 재료 또는 탬플릿 재료의 밀도에 국부적인 변화를 유도한다. 국부적인 밀도 변화는 이하 픽셀이라고도 한다. 재료에 레이저 빔의 국부적인 인가에 의한 국부적인 밀도 변화의 도입은 이하에서 투명 재료 내로의 픽셀의 기록으로 언급된다.
높은 세기의 펨토초 광 펄스에 의한 투명 기판에서의 픽셀의 생성은 광 펄스의 광자와 기판의 전자와의 상호 작용 영역에서 국부 비선형 광학 프로세스를 유도한다. 복수의, 특히 비대칭인 픽셀을 투명 기판에 도입하면, 투명 기판의 표면 상에 배열된 패턴 요소의 국소적으로 변하는 변위가 발생한다. 또한, 투명 기판으로의 픽셀의 기록은 픽셀이 투명 기판의 광 투과를 국부적으로 변경시키기 때문에 기판에 2차적 영향을 미친다.
포토리소그래피 마스크의 투명 재료는 통상적으로 수 밀리미터의 두께를 갖는다. 예로서, 6.35 mm 융합 실리카로 제조된 투명 기판을 포함하는 마스크가 사용된다. 픽셀이 투명 기판에 기록되는 깊이에 따라 다른 보정 효과가 나타난다. 따라서, 이 깊이 치수에서 픽셀의 위치를 제어할 수 있는 것이 바람직하다. 그러나, 투명 기판의 다른 부분은 원하는 깊이에 따라 원하는 초점 영역과 광원 사이에 위치한다. 투명 기판의 굴절률이 주변의 굴절률과 다르므로, 초점 영역의 광학 품질을 변화시키는 파면 에러가 도입된다.
현미경, 특히 레이저 스캐닝 현미경 분야에서도 유사한 문제가 발생한다. 이 경우, 검사 대상 샘플은 샘플 운반 장치에 위치한다. 여기에도 모든 초점 위치에서 좋은 품질로 결상되어야 하는 다른 초점 위치로 옮겨야 한다. 이것은 기준 파면으로부터의 파면의 편향이 작아야함을 의미한다.
미국 특허 제4,953,962 호는 상이한 커버 슬립 두께에 의해 도입되는 파면 에러를 보상할 수 있는 이미징 렌즈를 제안한다. 여기서, 2개의 이동 가능한 렌즈 요소 및 최종 렌즈 요소와 샘플 사이의 수정 가능한 거리가 보상 목적으로 사용된다.
미국 특허 제7,733,564 B2호는 초점 위치를 변화시키기 위한 파면 변조기(WFM)를 갖는 현미경을 기술한다. WFM은 이미징 렌즈의 전방 렌즈 요소와 샘플 사이의 작동 거리가 고정되어 있어도 샘플 내의 초점 위치를 변경할 수 있다. WFM은 이미징 렌즈와 중간 이미지 평면 사이에 배치된다. 여기서 WFM의 목적은 샘플에서 초점을 생성하는 데 있으며, 샘플의 위치는 변경될 수 있다. 그러나, 초점이 충분한 품질을 갖는 초점 위치의 범위는 수 ㎛로 제한된다.
미국 특허 2016/0161729 A1호는 샘플의 구조화된 조명을위한 LCOS 요소를 갖는 광 스캐닝 현미경을 기술하고, 이 요소는 수차를 보정하고 포커싱을 위해 추가로 사용된다.
파면 조작기를 갖는 현미경은 US 2005/0207003 A1, EP 2 498 116 A1, DE 11 2013 006T5 및 US 2015/0362713 A1에 공지되어 있다.
더 많은 응용은 유리 내부의 구조가 유사하게 변형된 비트로그래피(vitrography) 분야에서 발견된다. 투명 폴리머 용액이 광 유도 중합에 의해 경화되도록 하는 광 폴리머(liquid-polymer)의 3-D 프린팅("광학 결합")에 추가 응용 분야가 있다. 여기에서, 폴리머 용액은 샘플의 역할을 채택한다.
따라서, 본 발명의 목적은 샘플 내의 초점의 위치가 큰 범위로 변화될 때 초점 영역의 우수한 광학 품질을 보장하는 광학 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 초점이 광축에 대해 측방향으로 변위될 수 있도록 설계된 스캐닝 유닛을 갖는 광학 시스템을 포함하며, 적어도 제1 렌즈 요소 그룹은 제1 렌즈 요소와, 초점을 향하여 빔을 포커싱하도록 설계된 포커싱 유닛을 포함하되, 상기 포커싱 유닛은 상기 광학 시스템의 광축을 따라 상기 초점 위치가 변경될 수 있도록 상기 광학 시스템의 광축을 따라 이동 가능하게 배치된다. 포커싱 유닛은 적어도 제2 렌즈 요소를 포함하는 제2 렌즈 요소 그룹 및 이미징 렌즈를 포함한다. 상기 이미징 렌즈는 동공면을 포함한다. 광학 시스템은 서로 다른 포커싱 유닛의 적어도 2 개의 초점 위치에서 RMS 파면 에러가 100mλ 미만, 바람직하게는 20mλ 미만이되도록 설계된 파면 조작기를 포함한다. 여기서, 파면 조작기는 이미징 렌즈의 동공면에 또는 이미징 렌즈의 동공면에 공액인 평면에 배치된다. 대안적으로, 스캐닝 유닛은 또한 이미징 렌즈의 동공면에 공액인 평면에 배치될 수 있고, 파면 조작기는 광의 방향으로 스캐닝 유닛의 상류에 동시에 배치될 수 있다. 제2 렌즈 요소 그룹의 초점은 포커싱 유닛의 두 초점 위치에서 이미징 렌즈의 동공면에 놓여 있다. 따라서, 파면 조작기 또는 스캐닝 유닛 중 어느 하나는 포커싱 유닛의 위치 설정과 독립적으로, 이미징 렌즈의 동공면 내에 결상된다.
본 발명에서, 동공면은 스톱부의 평면 또는 스톱부의 이미지의 평면을 의미하는 것으로 이해된다. 스톱부는 어퍼추어를 한정하는 요소를 의미하는 것으로 이해된다. 여기서, 이것은 별개의 불투명한 구성 요소 이거나 또는 마운팅과 같은 광학 요소의 경계일 수 있다.
유사하게, 본 발명의 광축은 또한 광학 시스템의 부분들을 통하는 직선으로만 연장하는 광축으로 이해된다. 특히, 폴딩 미러에 의한 광축의 편향은 광축의 방향을 변화시키지만 광학 설계에 거의 영향을 주지 않거나 미세한 영향만을 미친다.
투명 기판 내의 초점의 광학적 품질은 기준 파면으로부터의 파면의 편향에 의해 기술될 수 있다. 여기서, 소정의 이상적인 파면을 기준 파면이라 한다. 이 기준 파면은 구형 또는 비구면일 수 있다. 구형 기준 파면은 레이저 스캐닝 현미경에서 종종 사용된다. 비점수차 파면과 같은 비구면 파면은 포토마스크의 보정으로부터 알려져 있다. 광원은 파장 λ의 조명광을 제공한다. 다수의 광원이 알려져있다. 유리하게는, 레이저 광원을 사용할 수 있다. 레이저 광원은 연속적으로 또는 펄스 방식으로 작동될 수 있다.
기준 파면으로부터의 파면의 편향은 RMS 파면 에러, 즉 기준 파면으로부터의 편차의 제곱의 정규화된 합의 제곱근에 의해 정량화될 수 있다. 이 RMS 파면 에러는 종종 채용된 레이저 파장 λ의 일부로서 규정된다. 따라서, 예를 들어, 1mλ는 레이저 파장의 1000 분의 1에 해당한다. 본 출원의 경우, 해당 RMS 파면 에러가 20mλ보다 작으면 포커스가 최고 품질이다. 초점은 20 mλ 내지 100 mλ의 범위에서 RMS 파면 에러에 대해 높은 품질을 갖는다. 초점은 100mλ 내지 200mλ의 범위에서 RMS 파면 오류에 대해 중간 품질을 갖는다.
기준 파면으로부터의 파면의 편향의 물리적인 원인은 투명 재료의 굴절률에서 발견될 수 있다. 투명 기판에서 초점 위치가 변경되면, 투명 기판의 표면으로부터 초점의 광축 방향으로의 거리가 변화된다. 따라서, 광선은 상이한 초점 위치의 경우 투명 기판 내에서 상이한 기하학적 경로를 취한다. 초점 위치에서의 변화가 고정된 초점 위치에 대한 투명 기판의 이동에 의해 새로이 생성되는 경우, 예를 들어, 종래의 현미경에서와 같이, 광학 경로에서, 즉 레이저 광원의 파장에서의 투명 기판의 굴절률과 기하학적 경로의 길이의 곱에서 변화가 또한 존재한다.
예로서, 투명한 물질이 물인 경우, 종래의 파장의 경우의 굴절률은 대략 n
Figure pct00001
1.33 일 수 있다. 용융 실리카로 제조된 재료의 경우, 굴절률은 n
Figure pct00002
1.46 일 수 있다. 특히 두 개 이상의 광자가 순간적으로 충돌해야하는 다중 광자 프로세스의 경우 충분한 품질의 초점이 필요하다.
투명 기판의 굴절률(n)이 주변 매질의 굴절률과 동일하거나 가까운 경우, 초점 위치의 변화의 경우에, 파면과 기준 파면의 차이가 변하지 않는다.
투명 기판이 평면 플레이트이고 광축상의 초점만이 고려되는 경우, 상이한 초점의 파면은 주로 구면 수차로 인해 기준 파면으로부터 벗어난다. 초점이 광축 상에 놓이지 않고 대신에 그것으로부터 측방향으로 오프셋 되면, 추가 수차가 추가로 발생한다. 기준 파면으로부터의 파면의 편차의 다른 원인은 또한, 예를 들어 평면 판 형태로부터 벗어나는 기하학적 형태의 결과로서 또는 투명 기판 내의 굴절률의 불균일한 분포의 결과로서 가능하다. 구형 수차 및/또는 다른 소스로부터의 다른 수차를 방해하는 파면의 보정을 도입하는 것이 파면 조작기의 목적이다. 그 결과, 적어도 2 개의 초점 위치에서 파면의 RMS가 100 mλ 미만, 바람직하게는 20 mλ 미만인 초점이 얻어진다. 이러한 파면의 보정은 상이한 초점 위치에서 다를 수있다. 특히, 이는 광학 축을 따라서 또한 시스템의 광축에 대해 측방향으로 다를 수 있다.
파면 조작기가 100mλ 미만, 바람직하게는 20mλ 미만의 RMS 파면 에러가 달성되는 방식으로 파면을 보정할 수 있음을 보장하기 위해, 파면 조작기의 포인트 상에 충돌하는 광선이 또한 동공면의 정확하게 한 포인트에 충돌하도록 하는 방식으로 파면 조작기 및 동공면의 위치를 지정할 필요가 있다. 이러한 맥락에서, 포인트는 순수한 수학적 기하학 용어가 아니라 광학의 맥락 안에서 이해되어야한다. 파면 조작기의 이러한 위치 설정은 파면 조작기가 이미징 렌즈의 동공면에 직접 배치 됨으로써 달성될 수 있다. 다른 옵션은 이미징 렌즈의 동공면에 공액인 평면에 파면 조작기를 배열하는 것, 즉 동공면 내에 상기 파면 조작기를 결상하는 것으로 구성된다.
파면 조작기 또는 스캐닝 유닛의 이미징 렌즈의 동공면으로의 결상은 양 초점 위치 모두에 제공되어야 한다. 다르게 표현하면, 이들 요소는 포커싱 유닛의 위치 설정과는 독립적으로 이 동공면에 결상된다.
기준 파면으로부터의 파면의 편차, 및 그에 따른 초점 품질의 저하는 최적의 초점 위치로부터의 거리 증가로 및 광학 시스템의 높은 개구 수(NA)로 증가한다. 개구 수, 파장 및 상이한 굴절률을 갖는 채용된 재료의 측면에서 다른 상이한 광학 시스템을 비교할 수 있기 위해, RMS 파면 에러에 의한 초점 품질의 평가에 추가로그 기하학적 범위가 시스템과는 독립적으로 평가될 수 있는 파라미터가 필요하다. 이를 위해, 피사계 심도에 대한 레일리(Rayleigh) 기준이 본 문서에서 사용된다. 이로부터 레일리 길이(dR)은 dR = λn/(2 NA2)로 나타난다. 예로서, 개구 수 NA = 0.65, 파장 λ = 532nm 및 굴절률 n = 1.52를 갖는 광학 시스템에 대해, dR = 0.96㎛의 레일리 길이가 나타난다. 초점이 여전히 우수한 파면 품질을 갖는 범위는 고려된 시스템의 레일리 길이의 배수로서 지정될 수 있다. 이는 다른 광학 시스템과 비교될 수 있도록 한다.
그러므로, 본 발명의 다른 측면은 500 dR 초과, 바람직하게는 1000 dR 초과, 특히 바람직하게는 2200 dR 초과의 초점 범위를 갖는 광학 시스템을 제공하는데 놓여있다. 동시에 우수한 이미징 품질을 갖는 그러한 큰 초점 범위는 파면 조작기가 구형 수차를 보정하는 동안 포커싱 유닛의 움직임에 의해 설정되는 초점 위치의 위치 설정으로 인해 달성된다. 따라서, 특히, 파면 조작기는 포커싱을 위해 이용되지 않는다.
본 발명의 다른 측면에서, 광학 시스템은 또한 초점이 광축에 대해 측방향으로 변위될 수 있도록 설계되는 스캐닝 유닛을 더 포함한다. 그러한 스캐닝 유닛은 샘플 상의 상대적으로 큰 공간 영역에서의 초점을 스캔할 수 있도록 한다. 예로서, 광학 시스템이 포토리소그래픽 마스크를 시험하는데 이용되는 경우, 마스크를 측방향으로 기계적으로 이동하지 않고 마스크의 영역을 스캔하는 것이 가능하다. 이는 스캐닝 시간에 유리한 효과를 가지며, 따라서 주어진 단위 시간에서 시험될 수 있는 마스크의 개수에 유리한 효과를 갖는다.
그러한 스캐닝 유닛은 많은 다른 방식으로 구현될 수 있다. 틸트 가능한 미러가 하나의 가능한 실시예이다. 그러한 미러는 1 차원 스캔을 가능하게 하기 위한 하나의 축 주위로 틸팅가능하거나 또는 2차원 스캔을 가능하게 하기 위하여 서로 평행하지 않은 두개의 축 주위로 틸팅 가능하다. 2개의 미러를 광방향으로 연속으로 배치하는 것 또한 가능하며, 상기 미러는 2차원 스캔을 획득하기 위하여 각각 서로 평행하지 않는 축 주위로 틸팅 가능하다. 특히, 틸팅 축이 서로 수직인 경우에 특히 유리하다. 또한, 2개의 미러의 피봇 포인트가 가능한 서로에 밀접한 경우에 유리하다. 2개의 미러의 피봇 포인트를 서로에 결상시키는 것이 또한 가능하고 유리하다.
본 발명의 다른 실시예에서, 스캐닝 유닛은 하나 이상의 AOD (음향-광학 디플렉터)를 포함한다. 2 개의 AOD가 사용된다면, 이들을 서로 결상하는 것이 유리하다. 이들 구성 요소에서, 구성 요소를 통과하는 음파를 가함으로써 광선의 편향 각을 변경할 수 있다. 이들 요소의 장점은 빠른 응답 시간 및 원하는 편향 각을 설정할 수있는 용이한 제어성이다. 틸팅 가능한 미러와 유사하게, AOD는 1 차원 스캐닝 방향 또는 2 차원으로 작동할 수 있다. 마찬가지로 2 차원에서 작동하는 AOD 대신 1 차원에서 작동하는 두 개의 AOD를 연속적으로 배치할 수 있다. 2 차원 스캐닝 효과를 얻기 위해서는, 각 AOD의 2개의 1 차원 스캐닝 방향이 평행하지 않아야 한다. 특히, 스캐닝 방향이 서로 직각이면 유리하다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 광학 시스템은 광원을 더 포함하고, 파면 조작기는 광원과 스캐닝 유닛 사이에 배치된다. 이 경우, 스톱부는 스캐닝 유닛에 또는 그 하류에 배치된다. 따라서, 파면 조작기가 이 위치에서 동공면에 있지 않더라도, 그럼에도 불구하고 평행 빔 경로에 있기 때문에, 파면 조작기 상의 한 포인트를 통해 연장되는 모든 광선이 이미징 렌즈의 동공면 내의 공통점에 충돌한다는 중요한 조건이 만족된다. 이 조건은 파면 조작기가 광 방향에서 스캐닝 유닛의 상류에서 수렴 또는 발산 빔 경로에 배치되는 경우 만족될 수도 있다. 상이한 측방향 초점은 스캐닝 유닛의 위치 설정에 의해서만 생성되기 때문에, 스캐닝 유닛 자체가 이미징 렌즈의 동공면에 공액인 평면에 배치되는 경우에 이 구성으로 충분하다. 따라서, 스캐닝 유닛은 이미징 렌즈의 동공면에 결상된다. 이것은 파면 조작기가 서로 다른 포커싱 유닛의 적어도 2 개의 초점 위치에서 100mλ 미만, 바람직하게는 20mλ 미만인 방식으로 RMS 파면 에러를 보정할 수 있음을 보장할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서, 파면 조작기는 이미징 렌즈의 동공면 내에 결상된다. 또한, 본원에서, 동공면은 항상 특정 동공면에 공액인 모든 동공면을 의미하는 것으로 이해되어야 하며, 필드 평면은 항상 모든 필드 평면이 그것에 공액인 것을 의미하는 것으로 이해되어야한다. 요컨대, 더 바람직한 위치가 있을지라도, 파면 조작기가 배열될 수 있는 3개의 위치가 바람직하다. 이들은 첫째로, 이미징 렌즈의 동공면에, 두번째로 이미징 렌즈의 동공면에 공액인 평면에, 세번째로 스캐닝 유닛의 광방향에서 상류에 파면 조작기의 배치로서, 스캐닝 유닛 자체는 이미징 렌즈의 동공면에 공액인 평면에 정렬된다. 이미징 렌즈의 동공면에 공액인 평면에 위치 설정하는 것은, 동공면 자체가 항상 광학 요소들 사이의 공간에 놓여있을 필요가 없고 대신에 렌즈 요소의 내부에 위치될 수 있으므로 보다 용이하게 억세스 가능하다는 점에서 유리하다. 또한, 공액 평면 내에 파면 조작기를 위치 설정하는 것은 이 위치가 정지 상태를 유지하고 따라서 파면 조작기가 포커싱 유닛의 일부를 따라 이동될 필요가 없으므로 유리하다.
본 발명의 다른 측면에서, 광학 시스템은 변형 가능한 미러로서 설계된 파면 조작기를 포함한다. 변형 가능한 미러는 천문학 망원경으로부터 마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치를 통한 계측 분야의 응용에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 알려져 있다. 변형 가능한 미러의 장점은 조작이 미러의 비조명된 후방 측면으로부터 달성될 수 있다는 사실에 있다. 결과적으로 미러의 모든 점에서 미러를 변형시키는 요소를 적용할 수 있다. 그 결과, 많은 수의 보정 파면을 설정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 광학 시스템은 샘플상의 한 포인트가 이미지 평면의 이미지 포인트로 결상되는 방식으로 설계된 포커싱 유닛을 포함한다. 따라서, 포커싱 그룹으로부터 유한 거리에 있는 샘플의 포인트는 포커싱 그룹으로부터 마찬가지로 유한한 거리를 갖는 이미지 포인트로 결상된다.
본 발명에 따르면, 광학 시스템은 적어도 제1 렌즈 요소를 포함하는 제1 렌즈 요소 그룹 및 적어도 제2 렌즈 요소 및 이미징 렌즈를 포함하는 제 2 렌즈 요소 그룹을 포함하는 포커싱 유닛을 포함하며, 제2 렌즈 요소 그룹의 초점은 이미징 렌즈의 동공면에 놓여있다. 또한, 제1 렌즈 요소 그룹과 제2 렌즈 요소 그룹은 함께 케플러 시스템을 형성하도록 설계될 수 있다. 그 결과, 이미징 렌즈의 동공면에 공액인 평면을 형성하는 것이 가능하다. 따라서, 제1 렌즈 요소 그룹 및 제2 렌즈 요소 그룹은 케플러 시스템을 형성하고, 이를 통해 파면 조작기 또는 스캐닝 유닛이 이미징 렌즈의 동공 내로 결상된다. 제2 렌즈 요소 그룹이 포커싱 유닛의 일부분이지만, 제1 렌즈 요소 그룹이 정지 시스템의 일부분, 즉 광학 시스템의 이동 불가능하게 배치된 부분의 결과로서, 파면 조작기는 이미징 렌즈의 동공면에 결상된다. 여기서, 제2 렌즈 그룹의 초점은 포커싱 유닛의 모든 위치에서 이미징 렌즈의 동공면에 위치한다. 또한, 제1 렌즈 요소 그룹의 초점은 파면 조작기 상에 위치한다. 제1 렌즈 요소 그룹과 제2 렌즈 요소 그룹의 이러한 배열의 결과로서, 케플러 시스템은 결상 특성을 변경하지 않고도 포커싱 유닛을 이동시킴으로써 연장되거나 단축될 수 있다. 다수의 동공면을 가지며 따라서 적어도 하나의 중간 이미지를 갖는 이미징 렌즈 또한 고려될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 케플러 시스템을 갖는 스캐닝 유닛은 포커싱 유닛의 위치 설정과 독립적으로 동공면 내에 결상된다. 이 경우, 파면 조작기는 스캐닝 유닛의 광 방향 상류에 배치된다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 광학 시스템은 샘플측 상에서 텔레센트릭 (telecentric)이 되는 방식으로 설계된다. 샘플측 상에서 텔레센트릭이 되는 시스템이라는 것은 이 경우에서는 샘플 평면 즉, 초점이 생성되는 평면에서의 상이한 포인트들에서 광학 시스템의 광축에 평행하게 연장하는 주 광선을 갖는 광학 시스템을 의미하는 것으로 이해된다. 이러한 시스템은 샘플에서 서로 측방향으로 인접한 두 포인트의 기준 파면으로부터 파면의 편차가 단지 약간만 상이하다는 점에서 이득이다. 따라서, 스캐닝 유닛이 이미지 평면의 인접한 포인트들에 포커싱되는 경우, 각각의 초점 포인트에서의 파면의 각각의 보정되지 않은 품질은 매우 유사하다. 이 경우, 100mλ 미만, 바람직하게는 20mλ 미만인 기준 파면으로부터의 파면의 RMS의 편차를 얻기 위해 파면 조작기에 의한 파면의 요구된 보정은 초점의 측방향 위치와 무관하다. 따라서, 스캐닝 유닛에 의한 스캐닝 동안 보정은 변경될 필요가 없다.
스캐닝 유닛에 의해 구동될 수 있는 측방향 공간 영역보다 그 측방향 범위 측면에서 전체 샘플이 훨씬 크다면, 샘플의 위치 설정을 위해 스캐닝 유닛에 더하여 위치 설정 유닛을 사용하는 것이 유리하다. 따라서, 예를 들어, 0.1mm 내지 수 데시미터(decimeter) 또는 심지어 미터의 경로를 따라 마스크를 위치시키기 위해 마스크 스테이지를 사용할 수 있다. 초점은 스캐닝 유닛의 도움으로 작은 공간 규모로 이 영역에서 생성될 수 있다. 흔히, 그러한 위치 설정 유닛을 사용하는 위치 설정은 스캐닝 유닛에 의한 조정보다 느리다. 따라서, 보다 빠른 스캐닝 유닛에 의해 제공될 수 없는 위치 설정 범위가 요구되는 경우에만 이 위치 설정을 수행하는 것이 유리하다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 후자는 빔 스플리터 및 관찰 장치를 포함하며, 상기 빔 스플리터는 광이 관찰 장치에 공급되는 방식으로 배치된다. 샘플의 이미지가 기록될 수 있도록 관찰 시스템을 광학 시스템에 추가하는 것이 유리할 수 있다. 광학 시스템이 현미경, 특히 레이저 스캐닝 현미경에 사용되는 경우, 이미지를 관찰하기 위한 옵션은 그 사용에 필수적이다. 대조적으로, 장치가 포토리소그래피 용 마스크를 처리하는 장치인 경우, 이미지의 관찰은 필수는 아니지만, 유용 할 수 있다. 본원에서, 관찰 장치는 다수의 검출기를 의미하는 것으로 이해된다. 예로서, 이는 직접적인 육안 관찰을 위한 접안 렌즈(eyepiece) 일 수도 있고, 그렇지 않으면 예를 들어 CCD 카메라 또는 파면 센서와 같은 이미지 센서일 수도 있다. 특히 레이저 스캐닝 현미경의 경우, 관찰 장치가 누적될 수 있다. 예로서, 스캔 동안 시간적으로 연속적으로 기록된 이미지 포인트는 결합되어 전체 이미지를 형성할 수 있다. 이것은 컴퓨터에서 수행될 수 있다. 또한, 복수의 관찰 장치를 설치할 수도 있다.
따라서, 관찰 장치는 본 발명의 또 다른 측면에서 파면 센서로서 구현된다. 그 목적은 파면 조작기에 의해 설정된 파면을 검출하는 것이다. 그 이점은 설정된 파면을 검사하는 것이 가능하다는 것이다. 이러한 구성에서, 관찰 장치는 동공면 내의 광원으로부터의 광을 관찰하는 역할을 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 후자는 파면 센서에 의해 기록된 데이터를 기준 파면과 비교하고, 기준 파면으로부터 파면에 측정된 파면의 편차로부터 계산된 보정을 파면 조작기에 전달하는 제어 유닛을 더 포함한다. 그 결과, 제어 루프가 제공되며, 후자는 초점의 양호한 품질이 얻어지도록 파면 센서의 자동 또는 반자동 폐쇄 루프 제어를 용이하게 한다. 따라서, 제어 유닛이 RMS 파면 에러가 예를 들어, 파면 조작기의 제1 조정 후에 파면 센서의 데이터로부터 예를 들면 20mλ 또는 100mλ의 소정 타겟값 보다 여전히 크다고 계산하면, 제어 유닛은 파면 조작기의 특성을 이용하여 보정 제어 변수를 계산하고 이를 파면 조작기로 전송할 수있다. 그런 다음, 원하는 타겟 값을 얻을 때까지 파면 조작기의 파면 보정이 변경된다. 파면 조작기의 이러한 특성은 종종 정규화된 방해에 대한 민감도로 지정된다. 예를 들어, 종래의 컴퓨터 또는 특수 전자 부품이 제어 유닛으로서 사용될 수 있다. 다른 옵션도 생각할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서, 펄스 레이저는 광학 시스템의 광원으로서 사용된다. 이러한 펄스 레이저는 매우 작은 초점 영역 상에 포커싱함에 의해 포토리소그래픽 마스크의 투명한 재료에 높은 국부 에너지 밀도를 생성시키는데 특히 적합하다. 이것은 투명 재료의 국부적인 용융을 초래한다. 이 국부적인 용융은 투명 재료의 밀도에 국부적인 변화를 유도한다. 그 결과, 투명 기판에 복수의 픽셀을 기입할 수 있다. 결과적으로, 투명 기판의 표면상에 배열된 패턴 요소의 국소적으로 변하는 변위를 생성하는 것이 가능하다. 이 기술을 레지스트레이션 보정이라고 한다. 바람직하게는, 비대칭 픽셀이 레지스트레이션 보정을 위해 사용된다. 또한, 픽셀은 투명한 기판의 투명한 재료에 쓰여질 수 있는데, 이 픽셀은 주변 재료와 비교하여 개조된 광 전송을 갖는다. 이 기술은 CD 보정이라고 한다. 바람직하게는 CD 보정을 위해 대칭 픽셀이 사용된다. 두 가지 방법을 결합하는 것도 가능하다.
본 발명의 다른 측면은 포토리소그래픽 마스크의 결함을 보정하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은:
청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 기재된 광학 시스템을 제공하는 단계,
포커싱 유닛을 이용하여 상기 시스템의 광축을 따라 포토리소그래픽 마스크 내에 제1 초점 위치를 포커싱하는 단계,
파면 조작기를 이용하여 RMS 파면 에러가 100mλ 미만, 바람직하게는 20mλ 미만이 되도록 파면을 설정하는 단계, 및
상기 포토리소그래픽 마스크 내의 상기 제1 초점 위치에 제1 비가역 변화를 도입함으로써 마스크의 제1 결함을 보정하는 단계를 포함한다.
기록된 픽셀의 정확한 효과는 마스크가 광학 시스템에 배치되는 경우 광축을 따른 위치에 의존할 수 있다. 그러므로, 보정 목적을 위해 픽셀들을 제 2 평면 또는 다른 평면들 내의 기판에 도입하는 것이 유리할 수 있다. 이 목적을 위하여, 이하 단계들이 필요하다:
포커싱 유닛을 이용하여 상기 시스템의 광축을 따라 포토리소그래픽 마스크 내에 제2 초점 위치를 포커싱하는 단계,
파면 조작기를 이용하여 RMS 파면 에러가 100mλ 미만, 바람직하게는 20mλ 미만이 되도록 파면을 설정하는 단계, 및
포토리소그래픽 마스크 내의 제2 초점 위치에 제2 비가역 변화를 도입함으로써 마스크의 제2 결함을 보정하는 단계.
포토리소그래픽 마스크 보정의 목적을 위하여, 측방향으로 초점 위치를 신속하게 변경할 수 있는 것이 유리하다. 특히, 초점 위치의 측방향 스캐닝이 편리하다. 이 목적을 위해 스캐닝 유닛을 사용할 수 있다.
파면은 포토리소그래픽 마스크의 결함이 보정될 때 파면 센서를 사용하여 측정될 수 있다. 그 이점은 파면 조작기의 설정을 점검하는 것이 가능하다는 것이다. 이 점검은 보정 작업 중에 또는 특별히 선택된 모니터링 시간(fsec)에 연속적으로 수행될 수 있다.
다음으로, 포토리소그래픽 마스크의 결함이 보정될 때 제어 루프를 생성할 수 있으며, 상기 제어 루프는 다음 단계를 사용하여 측정된 파면을 추가로 처리한다:
측정된 파면을 기준 파면과 비교하는 단계,
이 비교로부터 RMS 파면 에러가 감소되도록 보정 파면을 계산하는 단계,
상기 보정 파면으로부터 상기 파면 조작기를 위한 새로운 제어 신호를 설정하는 단계, 및
제어 신호를 파면 조작기로 전송하는 단계.
파면이 보정된 후에, 파면이 다시 측정될 수 있고 새롭고 정제된 보정이 결정될 수 있다. 따라서 제어 루프가 설정된다. 본 발명의 예시적인 실시예가 도면을 참조하여 아래에서 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 제1 실시예의 개략적인 렌즈 요소 섹션을 나타내며, 초점은 비슷하게 나타낸 샘플의 중심에 놓이며,
도 2는 제1 실시예의 이미징 렌즈의 개략적으로 확대된 렌즈 요소 부분을 나타내며, 초점은 비슷하게 나타낸 샘플의 중심에 놓이고,
도 3은 5 개의 상이한 초점 위치에 대응하는 제1 실시예의 5개의 상이한 포커싱 그룹 설정을 도시하며,
도 4는 좌측 열에는 파면 조작기의 방사상 좌표를 따르는 5 개의 초점 위치에서의 파면 조작기의 광 경로 길이의 변화를 그리고 우측 열에는 제1 실시예의 동일한 5 개의 초점 위치에서의 관련된 RMS 파면 에러를 도시하며,
도 5는 가변형 미러가 파면 조작기로서 사용되는 제2 실시예의 개략적 렌즈 요소 섹션을 도시하며,
도 6은 파면 조작기가 이미징 렌즈의 동공면에 배치되는 제3 실시예의 개략적 렌즈 요소 섹션을 도시하며,
도 7은 파면 조작기가 이미징 렌즈의 동공면에 공액인 평면 내에 배치되고 광학 시스템은 편광 빔 스플리터를 포함하는 제4 실시예의 개략적 렌즈 요소 섹션을 도시하며,
도 8은 시스템이 2 개의 AOD 및 관찰 장치를 포함하는 제5 실시예의 개략적인 렌즈 요소 섹션을 도시하며,
도 9는 좌측 열에는 미러의 반경 방향 좌표를 따른 5 개의 초점 위치에서의 가변형 미러의 변형을 그리고 우측 열에는 제5 실시예의 동일한 5 개의 초점 위치에서의 관련된 RMS 파면 에러를 도시하며,
도 10은 제6 실시예의 개략적 렌즈 요소 섹션을 도시하며,
도 11은 제7 실시예의 개략적 렌즈 요소 섹션을 도시하며,
도 12는 제8 실시예의 개략적인 렌즈 요소 섹션을 도시하고,
도 13은 좌측 열에는 미러의 반경 방향 좌표를 따른 5 개의 초점 위치에서의 가변형 미러의 변형을 그리고 우측 열에는 제8 실시예의 동일한 5 개의 초점 위치에서의 관련된 RMS 파면 에러를 도시한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예를 개략적으로 도시한다. 이 경우의 초점의 품질은 구형(spherical) 기준 파면과 관련된다. 광학 시스템(1)은 0.4의 개구 수(NA)를 갖는다. 샘플(17)의 굴절률은 n = 1.461이다. 광원은 λ = 532nm의 파장을 갖는다. 따라서, 이것은 이 광학 시스템(1)에 대해 dR = 2.43㎛의 레일리 길이를 산출한다. 광학 시스템(1)에 대한 광학 데이터가 표 1에 요약되어 있다. 여기서, NF2, NBK7, NSF5, NLASF44, NPK51 및 NKZFS4 재료는 Schott에서 시판 중인 안경이고, SNBH51은 Ohara에서 시판중인 안경이며, 상기 유리들의 굴절률은 당업자에게 공지되어 있다. 또한, 이들 유리 카탈로그는 상업적으로 이용 가능한 Code V 또는 OSLO와 같은 광학 설계 프로그램에 저장된다.
광학 시스템(1)은 광선을 초점(35)에 포커싱을 하도록 디자인되는 포커싱 유닛(13)을 포함하며, 상기 포커싱 유닛(13)은 광학 시스템의 광축을 따라 초점이 변할 수 있도록 시스템의 광축을 따라 이동 가능한 방식으로 배치된다. 여기서, 포커싱 유닛(13)은 동공면(21)을 갖는 이미징 렌즈(15)를 포함한다. 후자는 스톱부(19)의 이미지로서 출현한다. 이 실시예에서, 스톱부(19)는 2-D 스캐닝 미러(7) 상에 위치된다. 또한, 광학 시스템은 서로 다른 포커싱 유닛(13)의 적어도 2 개의 초점 위치에서 파면 에러의 RMS가 100mλ 미만, 바람직하게는 20mλ 미만이되도록 설계된 파면 조작기(5)를 포함한다. 파면 조작기(5)와 포커싱 유니트(13)의 동공면(21)은 파면 조작기(5)의 동일 포인트에 충돌하는 광선이 서로 상이한 적어도 2개의 초점 위치에서 동공면(21) 내의 공통 포인트에 충돌하도록 서로에 대해 위치 설정된다.
광학 시스템(1)은 제1 렌즈 요소 그룹(9)을 더 포함하고, 포커싱 유닛(13)은 제2 렌즈 요소 그룹(11) 및 이미징 렌즈(15)를 포함한다. 이 실시예에서, 이 제1 렌즈 요소 그룹(9)은 접합된 부재(cemented member)로서 구현되는 2개의 렌즈 요소로 구성된다. 제1 렌즈 그룹(9)의 초점 거리는 f1 = 200.4㎜이다. 제2 렌즈 요소 그룹(11)은 마찬가지로 접합된 부재로서 구현되고, f2 = 80.1㎜의 초점 길이를 갖는다. 빔 경로는 제1 렌즈 요소 그룹(9)의 렌즈 요소와 제2 렌즈 요소 그룹(11)의 렌즈 요소 사이의 2 개의 폴딩 미러(31)에 의해 폴딩된다. 이러한 폴딩 미러(31)는 일반적으로 광학 시스템(1)의 기하학적 치수와 같은 설치 공간에 대한 요구 사항을 충족시키기 위하여 도입된다. 이들은 통상적으로 임의의 추가 광학 기능도 갖지 않는 평면 미러이다. 당업자라면 이러한 폴딩 미러가 요구 사항에 따라 추가되거나 제거될 수 있음을 알고 있다.
제2 렌즈 요소 그룹(11)의 광 방향의 하류 측에는 초점 길이 flens = 8.09 mm 인 텔레센트릭 이미징 렌즈(15)가 배치되어있다. 이미징 렌즈(15)는 샘플 측 상에서 텔레센트릭(telecentric) 하는데, 이는 렌즈(15)의 파면-조작자 측 동공이 이미징 렌즈(15)의 후방 초점면과 동일하다는 것을 의미한다. 그러므로, 광학 시스템(1) 전체는 샘플 측 상에서 텔레센트릭 하도록 설계된다. 이미징 렌즈(15)의 동공면(21)은 접근 불가능하고, 이미징 렌즈(15)의 렌즈 요소 내에 놓인다. 이 예에서는, 포커싱 유닛(13) 내에는 제2 렌즈 요소 그룹(11) 및 이미징 렌즈(15) 이외에는 추가 광학 요소가 없다. 제2 렌즈 요소 그룹(11)의 초점은 이미징 렌즈(15)의 동공면(21)에 놓여있다. 이미징 렌즈(15)와 제2 렌즈 요소 그룹(11)은 시스템(1)의 광축에 평행하게 이동 가능한 플랫폼 상에 함께 배치된다. 이는 이미징 렌즈(15)와 제2 렌즈 요소 그룹(11)을 포함하는 포커싱 유닛(13)을 형성한다. 피검 샘플(17)도 마찬가지로 도시되어 있고, 이미징 렌즈(15)와 대향하는 측면 상에 평면 표면을 갖고 있다. 광학 시스템(1)의 광축에 평행한 포커싱 유닛(13)을 이동시킴으로써, 마찬가지로 광축에 평행한 방식으로 샘플(17) 내의 초점 위치를 변경할 수 있다. 따라서, 포커싱 유닛(13)은, 이미징 렌즈(15)로부터 유한 거리에 위치된 샘플의 포인트가 제2 폴딩 미러(31)와 포커싱 유닛(13) 사이의 이미지 평면 내의 이미지 포인트로 결상되도록 설계된다. 따라서, 이미지 평면은 포커싱 유닛(13)로부터 유한 거리에 놓인다.
NA 0.4
샘플의 굴절률 1.461
파장 532
표면 반경 [mm] 두께 [mm] 재료 굴절률 반-직경 [mm]
0 0 76.614871 1
1 209.83 1.8 NF2 8.46
2 34.72 4 NBK7 8.46
3 -41.27 20 8.46
4 0 20 NBK7 10
5 0 5 10
6 0 5 NBK7 10
7 0 20 10
8 0 0 14.142136
9 0 199.158603
10 120.57 4 NBK7 14.8
11 -91.73 3 NSF5 14.8
12 -277.81 30 14.8
13 0 70 21.213203
14 0 173.825305 21.213203
15 209.83 1.8 NF2 8.46
16 34.72 4 NBK7 8.46
17 -41.27 78.623879 8.46
18 -5.3909 4.33 NLASF44 3.4
19 -7.393 1 4.715
20 -36.9157 1.18 SNBH51 4.75
21 10.366 5.5 NPK51 4.9
22 -6.1313 1.2 NKZFS4 5.15
23 -17.6655 1.81 5.675
24 20.9822 3 NPK51 6.2
25 -20.9822 3.26 6.2
26 9.173 3 SNBH51 5.2
27 15.07 7.140532 4.4
28 0 0 15

디센터링 및 틸트
표면 Δx Δy Δz Alpha [°] Beta [°]
8 0 0 0 45/44.5/45.5 0
13 0 0 0 45 0
14 0 0 0 -45 0
측방향에서의, 즉 이 경우에는 광축에 수직인 평면에서의 초점 위치의 변화는 스캐닝 유닛(7)에 의해 초래된다. 이 예시적인 실시예에서, 스캐닝 유닛(7)은 비평행 두 개의 축에서 기울일 수 있는 미러로서 구현된다. 이 두 개의 비평행 경사 축의 교차점을 2-D 스캐닝 미러의 피벗 포인트라고 칭한다. 2-D 스캐닝 미러는 피벗 포인트가 제1 렌즈 요소 그룹의 초점에 놓이도록 배치된다. 따라서, 2-D 스캐닝 미러의 중심으로부터 시작하는 광선은 제1 렌즈 요소 그룹과 제2 렌즈 요소 그룹(11) 사이의 영역에서 광축에 평행하게 연장될 것이다. 이들 광선은 제2 렌즈 요소 그룹에 의해 편향되고, 포커싱 유닛(13)의 동공(21)에 결상된다. 그 결과, 2-D 스캐닝 미러의 피벗 포인트는 포커싱 유닛(13)의 동공(21)에 결상된다. 포커싱 유닛(13)의 동공(21) 내로의 2-D 스캐닝 미러의 피벗 포인트의 결상은 포커싱 유닛(13)이 이동되는 경우에도 달성된다는 것이 본 발명의 기본 특성이다.
포커싱 유닛(13)의 요소는 2-D 스캐닝 미러로부터 시작하는 광선이 비네팅( vignetting) 되지 않도록 충분히 크게 선택되어야 한다. 포커싱 유닛(13)의 동공(21)의 직경(Dpupil)에 중요한 조건이 나타난다. DWFM이 조명광에 의해 조명되는 파면 조작기(5)의 원형 영역의 직경을 나타내고, f1 및 f2가 각각 제1 렌즈 요소 그룹(9) 및 제2 렌즈 요소 그룹(11)의 초점 길이를 나타내는 경우, 변수들은 관계식
Figure pct00003
가 만족되도록 선택되어야 한다.
이 예시적인 실시예에서, 파면 조작기(5)는 투과 요소로서 구현되고 샘플(17)로부터 멀리 떨어진 2-D 스캐닝 미러의 측면 상에 직접 배치된다. 그러한 투과성 파면 조작기(5)는 표준 광학 요소로서, 액정을 기반으로하는 공간 광 필드 변조기로서 상업적으로 유용하다.
따라서, 빔 경로는 아래에서 설명되는 바와 같이 광학 시스템(1)을 통해 연장된다. 광원으로부터의 조명광은 빔 스플리터(23)에 의해 반사되고, 파면 조작기(5)를 통과하여 2-D 스캐닝 미러(7)에 의해 반사되고, 제1 렌즈 요소 그룹(9) 및 제2 렌즈 요소 그룹(11)에 의해 궁극적으로 z = 3.175mm의 깊이에서 샘플(17)에 초점을 생성하는 이미징 렌즈(15)의 동공(21)에 결상된다.
도 1에 도시된 광학 시스템(1)은 포커싱 유닛(13)과 마주하는 샘플의 평면 측 아래로 3.175mm의 깊이에서 구형 기준 파면에 대한 양호한 품질의 초점을 생성한다. 따라서, 이미징 렌즈는 사실상 수차없이 3.175mm의 깊이에서의 샘플 포인트를 무한대로 결상하도록 설계된다. 따라서, 이 경우, 파면 조작기(5)는 중립 상태에 가깝고, 파면의 형태에만 영향을 미치지 않는다. 포커싱 유닛(13)을 이동시킴으로써 샘플(17)의 평면 표면으로부터 다른 거리에 있는 다른 초점 위치가 설정되면, 파면 조작기(5)는 여기에서도 RMS 파면 에러가 100 mλ, 바람직하게는 20 mλ 미만이다. 결과적으로, 파면 조작기는 더 이상 중립 상태가 아니다.
샘플(17) 내에 매립된 작은 물체는 산란 또는 형광 효과에 의해 2 차 광원으로서 작용하고, 조명광의 일부를 현미경의 방향으로 되돌려 보낸다. 이 관찰 광은 파면 조작기(5)의 방향으로, 즉 샘플(17)로부터의 역경로를 따라 광학 시스템(1)을 통과한다. 따라서, 이미징 렌즈(15), 제2 렌즈 요소 그룹(11), 제1 렌즈 요소 그룹(9) 및 파면 조작기(5)는 2 회 통과한다. 일부 관찰 광은 관찰 광이 빔 스플리터 표면을 적어도 부분적으로 투과하도록 설계된 빔 스플리터(23)에서 관찰 유닛(25)에 공급된다. 본 예시적인 실시예에서, 중간 이미지를 생성하는 추가의 렌즈 요소 그룹이 뒤따른다. 핀홀은 중간 이미지의 위치에 부착될 수 있으며, 예를 들어 포토 다이오드, 이미지 센서, 접안 렌즈(eyepiece) 및/또는 다른 검출 장치의 형태인 광 검출 유닛이 뒤따를 수 있다.
도 2는 이미징 렌즈(15) 및 샘플(17)을 포함하는 광학 시스템(1)의 부분을 확대하여 도시한다. 2-D 스캐닝 미러(7)의 상이한 스캐닝 각도에 속하는 3 개의 상이한 광 빔의 광선은 샘플(17) 내에 동일한 깊이에서 상이한 초점을 형성한다. 동공면(21)의 위치는 이미징 렌즈에 입사하는 연속 광선을 따라 도시되어 있다. 이 예에서 동공면(21)은 이미징 렌즈(15)의 제1 렌즈 요소의 내부에 놓이는 것을 확인할 수 있다.
광축을 따른 초점 위치, 즉 샘플(17) 내의 초점의 깊이는 포커싱 유닛(15)을 이동시킴으로써 선택될 수 있다. 여기서, 포커싱 유닛(15)은 광축을 따라 변위된다. 포커싱 유닛(15)만이 이동 가능한 구성을 갖는다. 광학 시스템(1)의 다른 모든 구성 요소는 광축에 평행한 고정된 위치에 유지될 수 있다. 특히, 샘플 및 제1 렌즈 요소 그룹(9)은 광축에 평행하게 이동할 필요는 없다. 그러나, 샘플 스테이지를 갖는 샘플(17)은 여전히 측방향으로 변위될 수 있다. 바람직하게는, 이 경우, 샘플 스테이지를 갖는 샘플(17)은 광축에 평행하게 이동할 필요가 없고, 또한 광학 시스템(1)이 설치되는 장치의 공간적으로 가장 큰 부분은 전혀 이동될 필요가 없다.
도 3은 광학 시스템(1)의 광축을 따르는 상이한 초점 위치에 대한 포커싱 유닛(13)의 위치를 도시한다. z = 0mm에서 z = 6.35mm 범위의 5 개의 초점 위치가 표시된다. RMS 파면 에러가 가능한한 최소화 되도록 파면 조작기(5)의 특정 설정은 각 초점 위치와 관련된다. 광학 경로 차(OPD)는 포커싱 유닛(13)의 기하학적 변위에 의해 도입된다. 시스템은 z = 3.75mm의 초점 위치에 대해 설계되기 때문에, 모든 고려된 광선에 대해 OPD는 매우 작다. 이것은 파면 조작기(5)에 의해 도입된 OPD가 조명 광의 주 광선(chief ray)에 대한 광선 위치에 따라 좌표로 나타내는 도 4의 좌측 열의 도면에서 식별될 수 있다. 도 4의 우측 열은 측방향 초점 위치에 대한 파면 조작기(5)에 의한 보정 후의 획득된 RMS 파면 에러를 좌표로 나타낸다.
0 mm < z < 6.35 mm의 초점 위치에 대해 100 μm의 광축으로부터 초점들의 측면 거리에 대한 20 mλ 미만의 RMS 값에 의해 최고 초점 품질을 얻어짐을 알 수 있다. 이것은 2600dR의 피사계 심도 범위에 해당한다. 100mλ 미만의 RMS 파면 에러를 갖는 초점들의 품질이 애플리케이션에 충분하다면, 초점들의 광축으로부터의 측방향 거리가 140㎛보다 더 클 수있다. 제2 렌즈 요소 그룹과 이미징 렌즈는 서로 일정한 거리를 가지고 있기 때문에, 제2 렌즈 요소 그룹의 초점은 이미징 렌즈의 동공면에서의 포커싱 유닛의 변위와 무관하게 유지된다. 따라서, 스캐닝 유닛은 포커싱 그룹의 모든 위치에 대해 이미징 렌즈의 동공면에 결상된다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예를 도시한다. 파면 조작기(105)가 적응성 가변형 미러(DFM)로서 구현되는 점만이 제1 실시예와 상이하다. 가능한 초점 위치 및 각각의 초점 품질은 제1 실시예의 초점 위치와 구별될 수 없다. DFM은 기울어지고 광학 시스템(101)의 광축을 구부린다. 구성에 따라, DFM의 기하학적 표면은 원형 또는 직사각형일 수 있다. 그러나, DFM상의 광의 풋프린트는 경사진 DFM(105)상의 원형 조명의 경우에는 타원형이다. DFM(105)의 표면은 광 빔의 OPD를 변화시키기 위해 변형될 수 있고, 따라서 파면은 초점에 있다. 가변 미러(105)가 광축에 대해 45 °만큼 기울어져 있기 때문에, 필요한 변형은 더 이상 풋 프린트의 중심에 대해 회전 대칭이 아니다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예를 개략적인 도면으로 도시한다. 여기서, 상기 장치의 목적은 샘플 내에 초점을 생성하는 것 뿐이다. 따라서, 여기서는 관찰 장치가 필요하지 않다. 바람직하게는, 이러한 구성은 예를 들어, 소위 3-D 프린터에서 이용된다.
레이저 빔은 광원에서 생성되고 2D 스캐닝 유닛에 의해 반사된다. 이것들은 도 6의 좌측에 위치하지만 그림에는 그려져 있지 않다. 스캐닝 유닛은 빔을 2 차원으로 안내하기 위해 2 개의 1-D 스캐닝 미러 또는 2 개의 음향-광학 디플렉터(AOD)로 구성될 수 있다. 2 개의 1-D 스캐닝 장치를 사용하는 경우, 두 1-D 스캐닝 장치의 피벗 포인트는 예를 들어, 케플러(Kepler) 시스템과 같은 릴레이 시스템 또는 오프너 릴레이(Offner relay)의 도움으로 서로 결상될 수 있다.
본 실시예의 광학 시스템(201)은 스캐닝 유닛 이외에, 적어도 하나의 렌즈 요소를 포함하는 제1 렌즈 요소 그룹(209), 적어도 하나의 렌즈 요소를 포함하는 제2 렌즈 요소 그룹(211), 투과 파면 조작기(205) 및 텔레센트릭 이미징 렌즈(215)를 포함한다. 상기 이미징 렌즈(215)는 접근 가능한 동공면(221)을 포함한다. 상기 투과 파면 조작기(205)는 상기 이미징 렌즈(215)의 동공면(221) 근처 또는 그 안에 배치된다. 상기 스톱부(219)는 상기 파면 조작기(205) 상에 직접 배치된다. 따라서 어퍼츄어 빔을 제한하고 동공면(221)의 위치를 규정한다. 제2 렌즈 요소 그룹(211), 파면 조작기(205) 및 이미징 렌즈(215)는, 투영 광학시스템(205)의 광축을 따라 함께 이동 가능하게 배치되어 있다. 따라서, 이미징 렌즈(215), 제2 렌즈 요소 그룹(211) 및 파면 조작기(205)는 합쳐서 포커싱 유닛(213)을 형성한다. 스캐닝 유닛의 피봇 포인트는 제1 렌즈 요소 그룹(209)의 초점 평면에 배치되고 따라서 이미징 렌즈(213)의 동공면(221)의 포인트에 결상되고, 그리고 그에 따라서 파면 변조기(205) 상에 결상된다. 이것은 포커싱 유닛(213)이 광축을 따라 변위되는 경우에도 해당된다. 샘플(217) 내의 초점 위치는 포커싱 유닛(213)을 이동시킴으로써 조정될 수 있다. 최상의 품질의 초점은 파면 조작기(205)에 의해 파면을 보정함으로써 샘플(217) 내의 상이한 초점 위치에서 생성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예를 개략적인 도면으로 도시한다. 예로서, 이러한 장치는 샘플(317) 내의 초점을 생성하는데 적합하다. 이 경우, 샘플(317)은 포토리소그래피용 포토마스크이다. 마스크의 투명 재료에 펄스 레이저를 조사함으로써, 투명 재료를 비가역적으로 변화시키는 것이 가능하다. 포토리소그래픽 마스크의 투명 재료는 종종 용융 실리카이다. 복수의 비대칭 픽셀을 투명 기판에 도입하면 투명 기판의 표면 상에 배치된 패턴 요소의 국소적인 변위 발생을 초래한다. 그 결과, 마스크의 소위 레지스트레이션(registration)은 국부적으로 보정될 수 있다. 또한, 투명 기판으로의 픽셀의 기록은 픽셀이 투명 기판의 광 투과를 국부적으로 변경시키기 때문에 기판에 2차 효과를 초래한다. 그 결과, 마스크 구조들의 임계 치수(CD)의 이미징이 보정될 수 있다. 또한, 두 보정을 함께 수행하는 것도 가능하다. 광학 시스템(301)에 대한 광학 데이터가 표 2에 요약되어 있다. 여기서, NBK7, NSF5, NLASF44, NPK51 및 NKZFS4 재료는 Schott로부터 상업적으로 입수 가능한 안경이고, SNBH51은 Ohara로부터의 안경이고, 상기 안경들의 굴절률은 당업자라면 공지되어 있다. 또한, 이들 안경 카탈로그는 Code V 또는 OSLO와 같은 상업적으로 이용 가능한 광학 설계 프로그램에 저장된다.
NA 0.4
굴절률 1.461
파장 532
표면 반경 [mm] 두께 [mm] 재료 굴절률 반-직경 [mm]
0 0 2.1
1 0 8 AOD
2 0 4.2
3 0 8 AOD
4 0 0
5 0 19.104092
6 15.37 2.3 NBK7 2.8
7 -11.16 0.9 NSF5 2.8
8 -32.17 23.451145 2.8
9 0 120.912752
10 162.43 2.4 NSF5 12
11 54.55 6 NBK7 12
12 -76.28 25 11.75
13 0 16.453077
14 0 25
15 0 12.5 NBK7
16 0 12.5 NBK7
17 0 34.332277
18 0 2 Q1 1.4606853659 7.5
19 0 5 7.5
20 0 5
21 0 2 Q1 1.4606853659 7.5
22 0 34.332277 7.5
23 0 25 NBK7 12.5
24 0 30 12.5
25 0 61.571946 17.67767
26 91.37 5.7 NBK7 11.75
27 -66.21 2.2 NSF5 12
28 -197.71 146.130505 12
29 0 30
30 0 27.465187 9.899495
31 76.36 2 NSF5 7
32 26.69 3.5 NBK7 7
33 -37.23 5 7
34 0 15 NBK7
35 0 35
36 0 2 Q1 1.4606853659 7.5
37 0 6.048125 7.5
38 -5.4646 5.88 NLASF44 3.4
39 -8.059 2.024 4.9
40 -36.9157 1.18 SNBH51 4.75
41 10.366 5.5 NPK51 4.9
42 -6.1313 1.2 NKZFS4 5.15
43 -17.6655 2.7114 5.7
44 20.9822 3 NPK51 6.2
45 -20.9822 0.283 6.2
46 10.984 3.95 SNBH51 5.675
47 15.732 6.4026 4.58

디센터링 및 틸트
표면 Δx Δy Δz 알파 [°] 베타[°]
16 0 0 0 45 0
20 0 0 0 -90 0
25 0 0 0 45 0
30 0 0 0 45 0
가능한한 점형(punctiform)인 픽셀뿐만 아니라 연장된 한도를 갖는 비대칭 픽셀이 포토리소그래픽 마스크의 레지스트레이션을 보정하는데 유용하다는 것이 알려져있다. 이러한 픽셀 형태는 난시 초점에 의해 생성될 수 있다. 따라서, 이 경우, 기준 파면은 구형이 아니고 소정의 난시 왜곡을 갖는다. 비점수차 초점의 생성은 파면 조작기(305)에 의해 생성될 수 있다. 편의상, 요구되는 파면 수정은 예를 들면 소위 프린지 정규화에서의 제르니케 다항식과 같은 2 차원 기저 함수에 의해 설명될수 있다. 비 점수차 초점의 축, 즉 공간에서의 그 위치는 파면 조작기에 의해 설정되는 적절하게 미리 결정된 파면에 의해 미리 결정될 수 있다. 이것은 가동 광학 구성 요소 없이 초점의 정렬이 가능하다는 점이 유리하다.
제4 실시예의 광학 시스템(301)은 초점 상에 광선을 포커스하도록 설계되는 포커싱 유닛(313)을 포함하며, 이 포커싱 유닛(313)은 광학 시스템(301)의 광축을 따라 초점 위치가 변경될 수 있도록 광학 시스템(301)의 광축을 따라 이동 가능한 방식으로 배치된다. 여기에서, 포커싱 유닛(313)은 동공면(321)을 포함한다. 후자는 스톱부(319)의 이미지로서 나타난다. 또한, 광학 시스템(301)은 파면 에러의 RMS가 서로 다른 포커싱 유닛(313)의 적어도 2 개의 초점 위치에서 100 mλ 미만, 바람직하게는 20 mλ 미만의 값을 갖도록 설계된다. 이 실시예에서, 스톱부(319)는 파면 조작기(305) 상에 또는 그 바로 상류에 위치된다. 파면 조작기(305) 및 이미징 렌즈(313)의 동공면(321)은 파면 조작기(305)의 동일한 포인트 상에 충돌하는 광선이 서로 상이한 적어도 2개의 초점 위치에서 동공면(321) 내의 공통 포인트 상에 충돌하도록 서로에 대해 위치된다.
광학 시스템(301)은 제1 렌즈 요소 그룹(309)을 더 포함한다. 포커싱 유닛(313)은 제2 렌즈 요소 그룹(311) 및 이미징 렌즈(315)를 포함하며, 제2 렌즈 요소 그룹(311)의 초점은 이미징 렌즈(315)의 동공면(321)에 놓인다.
조명은 펄스 레이저에 의해 발생한다. 조명 광은 선형으로 편광된다. 예를 들어, 3mm의 빔 직경은 2-D 스캐닝 유닛(307)을 통과한다. 스캐닝 유닛(307)은 빔을 2 차원으로 안내하기 위해 2 개의 음향 광학 디플렉터(AOD)로 구성된다. 빛이 편향된 두 개의 AOD 축은 서로 직각을 이룬다. 달성 가능한 스캐닝 각도는 각각의 AOD에 인가된 초음파 주파수에 의존한다. AOD의 최대 스캐닝 각도는 약 1 °로 제한된다. 초점 거리가 각각 f = 25mm 및 f = 125mm 인 두 개의 렌즈 요소로 만들어진 Kepler 시스템은 AOD 사이의 포인트를 파면 센서에 결상한다. Kepler 시스템은 또한 시준(collimated) 조명광의 직경을 3mm에서 15mm까지 5배 증가시킨다.
Kepler 시스템과 제1 렌즈 요소 그룹(309) 사이에는 편광 빔 스플리터(PBS; 323)와 λ/4 판(329)이 있으며, 그 축은 조명 광의 선형 편광의 방향에 대해 45° 회전되어 있다. 조명 빔의 편광이 선택되고, 편광 빔 스플리터(323)는 입사광이 PBS(323)에 의해 반사되도록 설계되어 있다. 제1 통과 이후에, λ/4 판(329)은 선형 편광 광을 원형 편광 광으로 변환한다. 그 후, 광은 변형 가능한 미러(305)로서 구현되는 파면 조작기(305)에 입사한다. 변형 가능한 미러(305)에서의 반사 후에, 광은 λ/4 판(329)을 추후 통과하고, 선형 편광 광으로 다시 변환된다. 편광의 방향은 이제 원래의 편광 방향에 수직이며, 따라서 광은 송신시 편광 빔 스플리터(323)를 통과한다.
DFM(305)은 제1 렌즈 요소 그룹(309)의 초점면에 배치된다. 제2 렌즈 요소 그룹(311)의 초점은 이미징 렌즈(315)의 동공면(321)에 놓인다. 이미징 렌즈(315)의 동공면(321)은 접근 할 수 없다. 이것은 파면 조작기(305)가 이미징 렌즈(315)의 동공의 공액면에 배치된다는 것을 의미한다. 따라서, DFM(305)의 표면 형태의 변화는 광학 파장(OPD)의 변화를 두배로 하고, 따라서 파면의 변화를 두배로 한다. 제2 렌즈 요소 그룹과 이미징 렌즈는 서로 일정한 거리를 가지고 있기 때문에, 제2 렌즈 요소 그룹의 초점은 촬상 렌즈의 동공면에서의 포커싱 유닛의 변위와 무관하게 유지된다. 따라서, 파면 조작기는 포커싱 그룹의 모든 위치에 대해 이미징 렌즈의 동공면에 결상된다.
빔 스플리터(323)는 제2 렌즈 요소 그룹(311)과 이미징 렌즈(315) 사이의 빔 경로 내에 배치된다. 빔 스플리터(323)는 조명광의 일부가 빔 스플리터 표면에 의해 반사되고, 조명 광의 일부가 관찰 유닛(325)에 공급된다. 조명광의 소정 부분은 빔 스플리터 층의 적절한 설계에 의해 관찰 유닛(325)에 공급될 수 있다. 종종 예를 들면, 1 %, 5 % 또는 10 %의 작은 부분만 선택된다. 이 예에서, 이 관찰 장치(325)는 파면 조작기(305)에 의해 설정된 파면을 검출하기위한 파면 센서(327)로서 구현된다. 파면 센서(327)는 이미징 렌즈(313)의 동공면(321) 내의 파면을 측정하는데 사용된다. 파면 센서(327)의 유입 창은 제2 렌즈 요소 그룹(311)의 초점면에 배치된다. 파면 센서(327)는 파면을 특성화하는데 적합한 데이터를 측정한다. 제어 유닛(도시 없음)은 파면 센서(327)에 의해 기록된 데이터를 처리한다. 이 처리는 기준 파면과 비교하는 단계, 이 비교로부터 보정 파면을 계산하는 단계, 보정 파면으로부터 파면 조작기(305)에 대한 새로운 제어 신호를 설정하는 단계 및 파면 조작기(305)에 제어 신호를 전송하는 단계를 포함한다. 파면이 보정된 후에, 파면이 다시 측정될 수 있고 새롭고 정제된 보정이 결정될 수 있다. 따라서 제어 루프가 설정된다.
이미징 렌즈(315), 관찰 장치(325) 및 제2 렌즈 요소 그룹(311)은 광학 시스템의 광축에 평행하게 이동 가능한 플랫폼 상에 함께 배치된다. 이것은 이미징 렌즈(315), 관찰 장치(325) 및 제2 렌즈 요소 그룹(311)을 포함하는 포커싱 유닛(313)을 형성한다. 피검 샘플(317)도 마찬가지로 도시되어 있고, 이미징 렌즈(315)에 대향하는 측면 상에 평면 표면을 갖는다. 포커싱 유닛(313)을 광학 시스템(301)의 광축과 평행하게 이동시킴으로써, 마찬가지로 광축에 평행 방식으로 샘플(317) 내의 초점 위치를 변경할 수 있다. 선택적으로, 포커싱 유닛(313)은 추가 요소들을 포함할 수 있다. 설치 공간 제한 또는 광학 필터를 충족시키기 위해 추가 λ/2 판 또는 λ/4 판, 편향 미러를 부착할 필요가 있을 수 있다. λ/4 또는 λ/2 판은 또한 비교적 큰 리타데이션(retardation)을 가질 수 있다. 파장의 배수의 리타데이션은 수직 통과 범위 내의 편광-광학 특성에 영향을 미치지 않기 때문에, 고순위 요소를 상업적으로 얻을 수도 있다. 여기에서 순위는 파장의 정수배로 지정된다. 고순위 파장판은 손상에 덜 민감하고 더 비용 효율적으로 생산될 수 있다는 점에서 유리하다. 그 단점은 편광-광학 효과의 보다 높은 각도 의존성에 있다.
이 실시예에서, 이미징 렌즈(315)는 샘플면에 텔레센트릭 구현을 갖는다. 따라서, 이미징 렌즈(315)와 대향하나 다른 측방향 위치를 갖는 샘플(317)의 평면 측으로부터 동일한 거리에 위치한 초점 위치는 사실상 동일한 파면 에러를 갖는다. 따라서, 파면 조작기(305)에 의해 설정될 필요가 있는 필요한 보정 파면은 실질적으로 광학 시스템의 광축에 평행한 포커싱 유니트(313)의 위치에만 의존한다. 이는 스캐닝 유닛을 통해 측방향 스캐닝 동안 파면 보정이 변경될 필요가 없다는 점에서 유리하다. 결과적으로, 포토리소그래픽 마스크에 대한 보다 효율적이고, 보다 안정되고 빠른 보정 방법을 얻는 것이 가능하다.
포토마스크의 측방향 한도는 스캐닝 유닛(307)에 의해 달성될 수 있는 초점 위치의 측방향 변위와 비교하여 크다. 포토마스크의 투명한 재료 내의 임의의 위치에서 초점을 생성하기 위해, 포토마스크는 측방향 위치 설정 유닛(여기에 도시되지 않음)을 포함한다. 이는 마스크(317)의 신속하고 정확한 측방향 위치 설정을 가능하게 한다. 샘플이 위치 설정 유닛에 의해 측방향으로 이동되는 동안 포토마스크의 보정을 수행하는 것도 가능하다. 이것은 샘플이 광학 시스템에 대한 속도 v ≠ 0 m/s를 갖는 반면, 초점은 투명한 재료의 상이한 초점 위치에서 생성된다는 것을 의미한다. 이동 중에 픽셀의 기록의 결과로서 포토마스크(317)를 보정하는데 더 적은 시간이 요구된다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예를 개략적으로 도시한다. 제5 실시예에 따른 이러한 장치는 샘플 내에 초점을 생성하기에 적합하다. 이 경우, 샘플은 포토리소그래피용 포토마스크(417)이다. 상기 장치는 포토마스크의 투명한 재료의 비가역적 변화에 의해 포토리소그래피용 마스크를 보정하는데 사용될 수 있다. 조명은 펄스 레이저에 의해 발생한다. 조명 광은 선형으로 편광된다. 기본 구조는 제4 실시예의 구조와 유사하다.
제5 실시예의 광학 시스템(401)은 광선을 초점에 포커싱하도록 설계된 포커싱 유닛(413)을 포함하며, 포커싱 유닛(413)은 광학 시스템(401)의 광축을 따라 이동 가능한 방식으로 배치되어 광학 시스템(401)의 광축을 따른 초점 위치가 변경될 수 있다. 여기에서, 포커싱 유닛(413)은 동공면(421)을 포함한다. 후자는 스톱부(419)의 이미지로서 나타난다. 또한, 광학 시스템(401)은 파면 에러의 RMS가 서로 다른 포커싱 유닛(413)의 적어도 2 개의 초점 위치에서 100 mλ 미만, 바람직하게는 20 mλ 미만이 되도록 설계되는 파면 조작기(405)를 포함한다. 이 실시예에서, 스톱부(419)는 파면 조작기(405) 상에 또는 그 바로 상류에 위치된다. 파면 조작기(405)와 촬상 렌즈(413)의 동공면(421)은 파면 조작기(405)의 동일한 포인트에 충돌하는 광선이 서로 상이한 적어도 2개의 초점 위치에서 동공면(421)의 공통 포인트에 충돌하도록 서로에 대해 위치 설정된다.
광학 시스템(401)은 제1 렌즈 요소 그룹(409)을 더 포함한다. 포커싱 유닛(413)은 제2 렌즈 요소 그룹(411) 및 이미징 렌즈(415)를 포함하며, 제2 렌즈 요소 그룹(411)의 초점은 이미징 렌즈(415)의 동공면(421) 내에 놓인다. 제2 렌즈 요소 그룹과 이미징 렌즈는 서로에 대해 고정된 거리를 갖기 때문에, 제2 렌즈 요소 그룹의 초점은 이미징 렌즈의 동공면에서의 포커싱 유닛의 변위와 독립적으로 유지된다. 따라서, 파면 조작기는 포커싱 그룹의 모든 위치에 대해 이미징 렌즈의 동공면에 결상된다.
조명은 펄스 레이저에 의해 발생한다. 조명 광은 선형으로 편광된다. 예를 들어, 3mm의 빔 직경은 2-D 스캐닝 유닛(407)을 통과한다. 스캐닝 유닛(407)은 빔을 2 차원으로 안내하기 위해 2 개의 음향 광학 디플렉터(AOD)로 구성된다. 광이 편향된 두 개의 AOD 축은 서로 직각을 이룬다. 케플러 시스템을 형성하는 2 개의 추가 렌즈 요소 그룹이 2-D 스캐닝 유닛과 파면 조작기(405) 사이에 배치된다. 본 예시적인 실시예에서, 이들은 60mm 및 150mm의 초점 길이를 갖는다. 이들은 스캐닝 유닛(407)의 피봇 포인트를 파면 조작기(405)에 결상하는 역할을 한다. 이 실시예에서, 스톱부(419)는 파면 조작기(405) 상에 또는 그 근처에 배치된다. 이미징 렌즈(413)의 동공면(421)은 이 스톱부의 이미지에 의해 설정된다.
제4 실시예에서 설명한 바와 같이, 제2 렌즈 요소 그룹(411)과 이미징 렌즈(415) 사이에 배치된 제1 관찰 유닛(425) 이외에, 이 실시예는 다른 관찰 유닛(425)을 포함한다. 이색성 빔 스플리터(dichroic beam splitter; 423)는 관찰 광이 빔 스플리터 표면에 의해 반사되고 관찰 광의 일부가 또 다른 관찰 유닛(425)에 공급되는 방식으로 설계된 빔 경로에 배치된다. 여기서, 이 추가의 관찰 유닛(425)은 그 상류에 렌즈 요소가 배치된 이미지 센서로서 구현된다. 이색성 빔 스플리터(423)는 파장 532nm의 광을 투과시키고, 파장 455nm ± 10nm의 광을 반사하는 방식으로 설계된다. 그러므로, 추가의 광원이 이 추가의 관찰 장치(425)를 작동 시키는데 필요하다. 532 nm의 파장을 갖는 펄스 레이저는 픽셀을 기록함으로써 포토마스크를 처리하는데 사용되며; 추가의 관찰 장치(425)를 작동시키기 위해 455nm ± 10nm의 파장을 갖는 추가의 광원이 사용된다. 이 추가적인 광원은 도 8에 도시되어 있지 않다. 추가 광원은 샘플(417)의 위, 아래 또는 옆에 배치될 수있다. 추가 관찰 장치(425)의 이미지 센서는 측방향 위치 설정 유닛의 정확한 위치를 모니터링하고 및/또는 위치 설정 유닛을 제어하기 위한 제어 루프에서 위치 설정 유닛의 위치 데이터를 사용하는데 사용될 수 있다. 또한, 이미지 센서의 이미지는 포토마스크(417)의 투명한 재료의 처리를 관찰하는데 사용될 수 있다. 이미지는 마스크의 보정의 시각적 제어를 위해, 따라서 보정 품질을 보장하기 위해 사용될 수 있다.
왼쪽 열의 다이어그램에서, 도 9는 이 경우에 변형 가능한 미러(DFM)로서 구현된 파면 조작기(405)의 새그(sag)를 도시한다. 변형 가능한 거울의 측방향, 방사상 위치는 x 축에서 지정된다. 각 개별 다이어그램은 광축에 평행한 초점 위치에 해당한다. 여기서, 샘플(417)의 이미징 렌즈(415)와 대향하는 평면으로부터의 거리로서의 초점의 깊이가 측정된다. 0mm, 2.5mm, 5mm, 7.5mm 및 10mm의 깊이에서 초점 위치에 대한 다이어그램이 표시된다. 파면 조작기(405)의 새그가 다이어그램의 y- 축에 도시되어 있다. 파면 조작기(405)에 의한 보정 후의 달성된 RMS 파면 에러는 광축(깊이)에 평행한 동일한 초점 위치에 대해 도 9의 우측 열의 측방향 초점 위치에 따라 표시된다.
제5 실시예의 광학 시스템(401)은 dR = 2.43㎛의 Rayleigh 파라미터를 갖는다. 피사계 심도의 범위는 약 4100 ·dR이다. 120mm까지의 측방향 초점 위치에 대해 20mλ 미만의 RMS 파면 에러가 발생한다. RMS 파면 에러는 20mλ의 값을 초과하지만, 120㎛ 내지 180㎛ 또는 그 이상의 측방향 초점 위치에 대해, 100mλ보다 현저하게 아래를 유지한다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예를 개략적으로 도시한다. 제6 실시예의 광학 시스템(501)는 초점(535)에 광선을 포커싱하도록 설계된 포커싱 유닛(513)을 포함하며, 이 포커싱 유닛(513)은 광학 시스템(501)의 광축을 따라 이동 가능한 방식으로 배치되어, 광학 시스템(501)의 광축을 따르는 초점 위치는 변경될 수 있다. 여기서, 포커싱 유닛(513)은 동공면(521)을 포함한다. 후자는 스톱부(519)의 이미지로서 나타난다. 또한, 광학 시스템(501)은 파면 에러의 RMS가 서로 다른 포커싱 유닛(513)의 적어도 2 개의 초점 위치에서 100 mλ 미만, 바람직하게는 20 mλ 미만의 값을 갖는다. 이 실시예에서, 스톱부(519)는 파면 조작기(505) 상에 또는 그 바로 상류에 위치된다. 파면 조작기(505) 및 이미징 렌즈(513)의 동공면(521)은 파면 조작기(505)의 동일한 포인트 상에 충돌하는 광선이 서로 상이한 적어도 2개의 초점 위치에서 동공면(521) 내의 공통 포인트 상에 충돌하도록 서로에 대해 위치된다. 광학 시스템(501)은 제1 렌즈 요소 그룹(509)을 더 포함한다. 포커싱 유닛(513)은 제2 렌즈 요소 그룹(511) 및 이미징 렌즈(515)를 포함하며, 제2 렌즈 요소 그룹(511)의 초점은 이미징 렌즈(515)의 동공면(521)에 놓인다.
스캐닝 유닛(507)은 연속적으로 배치된 두 개의 AOD를 포함한다. 파면 조작기(505)는 변형 가능한 미러로서 구현된다. 본 발명의 제4 실시예 및 제5 실시예와는 달리, 광원에 의해 파면 조작기(505)의 표면 상에 조사되는 광빔의 평균 입사각은 0 °와 크게 다르다. 이것은 파면 조작기(505)의 표면 법선이 반사 전의 광학 시스템(501)의 광축과도 또한 반사 후의 시스템의 광축과도 일치하지 않는다는 것을 의미한다. 이는 빔 스플리터 또는 λ/4 판을 사용할 필요가 없다는 점에서 유리하다. 그러나, 변형 가능한 미러의 보다 용이한 가용성 및 조작성으로부터 발생하는 이점은 유지된다.
또, 편광 빔 스플리터(523)는 제2 렌즈 요소 그룹(511) 및 편광 빔 스플리터(523) 사이의 빔 경로 내에 배치된다. 편광 빔 스플리터(523)는 관찰 광이 상기 빔 스플리터 표면 일부에 의해 반사되고 관찰 광의 일부가 관찰 유닛(525)에 공급되는 방식으로 설계된다. 이 예시적 실시예에서, 이러한 관찰 장치(525)는 파면 조작기(505)에 의해 설정되는 파면을 검출하기 위한 파면 센서(527)로서 구현된다.
이미징 렌즈(515), 관찰 장치(525) 및 제2 렌즈 요소 그룹(511)은 광학 시스템(501)의 광축에 평행하게 이동 가능한 플랫폼 상에 함께 배치된다. 이는 이미징 렌즈(515), 관찰 장치(525) 및 제2 렌즈 요소 그룹(511)을 포함하는 포커싱 유닛(513)을 형성한다. 본 실시예에서, 제2 렌즈 요소 그룹(511)은 f2 = 60mm의 초점 길이로 구현된다.
도 11은 본 발명의 제7 실시예를 개략적으로 도시한다. 이 실시예는 제6 실시예와 매우 유사하다. 여기서, 광원으로부터 파면 조작기(605) 상에 입사하는 광의 평균 입사각은 0 °에서 약간만 벗어난다.
광학 시스템(601)의 광축에 대해 파면 조작기(605)의 표면 법선의 경사각을 가능한 작게 유지하는 것이 바람직하다. 결과적으로, 파면 조작기(605)에 최대로 발생하는 입사각도 마찬가지로 작게 유지된다. 이렇게 하면 모든 광선에 대해 균일한 반사율을 얻는 것을 더 용이하게 한다. 더욱이, 변형 가능한 미러는 큰 측방향 초점 위치의 경우 작은 수차를 발생시킨다.
제6 실시예의 이점에 더하여, 일부 렌즈 요소가 추가로 2 회 통과되기 때문에 일부 렌즈 요소가 절약된다.
도 12는 본 발명의 제8 실시예를 개략적으로 도시한다. 제8 실시예의 광학 시스템(701)은 적어도 제1 렌즈 요소를 포함하는 제1 렌즈 요소 그룹(709) 및 포커싱 유닛(713)을 포함하며, 포커싱 유닛(713)은 적어도 제2 렌즈 요소를 포함하는 제2 렌즈 요소 그룹(711) 및 이미징 렌즈(715)를 포함하며, 이미징 렌즈(715)는 적어도 하나의 동공면(721) 및 초점(735)을 가지며, 상기 포커싱 유니트(713)는 광학 시스템(701)의 광축을 따라 이동 가능하게 배치되어, 광학 시스템의 광축을 따라 초점 위치가 변경될 수 있다. 제2 렌즈 요소 그룹(711)의 초점은 이미징 렌즈(715)의 동공면(721)에 놓여 있다. 또한, 광학 시스템(701)은 파면 에러의 RMS가 서로 상이한 이미징 렌즈(715)의 적어도 2개의 초점 위치에서 100 mλ 미만, 바람직하게는 20 mλ 미만이 되도록 설계된 파면 조작기(705)를 포함한다.
이 실시예에서, 파면 조작기(705)는 변형 가능한 미러로서 구현된다. 파면 조작기(705)는 제1 렌즈 요소 그룹(709)의 초점 평면 내에 배치되고, 제2 렌즈 요소 그룹(711)에 의해 이미징 렌즈(715)의 동공(721)에 결상된다. 이미징 렌즈(715)의 동공(721)이 제2 렌즈 요소 그룹(711)의 초점면에 놓이므로, 파면 조작기(705)는 동공 내로 결상된다. 이러한 결상은 포커싱 유닛(713)의 위치와 무관하다.
2-D 스캐닝 유닛(707)의 피벗 포인트 부근의 포인트는 동공의 중심에 결상된다. 스캐닝 유닛(707)은 레이저 빔과 광축 사이의 각도가 0 °와 2.5 ° 사이의 범위에서 조절 가능하도록 레이저 빔을 편향시킨다. 이는 이미징 렌즈(715)의 동공 내에서 0 °와 1.25 ° 사이의 각 범위에 해당한다. 이미징 렌즈(715)의 초점 거리는 3.29mm이다. 따라서 측방향 초점 위치는 직경 2·3.29 mm·tan(1.25 °)
Figure pct00004
144 μm의 원으로 표시된다.
샘플(717)의 개구수는 NA = 0.6이다. 샘플은 n = 1.335의 굴절률을 갖는 물이고; 광원의 파장은 532 nm이다. 따라서 레일리 길이는 dR =(λ·n) /(2·NA2) = 0.986 μm이다.
샘플의 측방향 초점 위치는 광학 시스템(701)의 광축에 평행한 0 <z <5280 ㎛의 깊이 범위로 설정될 수 있다. 이는 5350·dR의 깊이 범위에 해당한다.
도 13은 변형 가능한 미러(705)의 새그 및 RMS 파면 에러로서의 초점 품질을 도시한다. 최대 72 μm의 측방향 초점 위치와 5350·dR까지의 깊이 범위를 포함하는 전체 범위에서 RMS 파면 에러가 100 mλ 미만인 초점의 품질이 높다는 것을 인식할 수 있다. 어플리케이션에 대해 더 나쁜 초점 품질로 충분하다면, 보다 많은 범위의 측방향 초점 위치를 선택할 수 있다.

Claims (18)

  1. 광학 시스템(1; 101; 201; 301; 401; 501; 601; 701)으로서,
    적어도 제1 렌즈 요소를 포함하는 제1 렌즈 요소 그룹(9,109; 209; 309; 409; 509; 609; 709),
    초점(35; 135; 235; 335; 435; 535; 635; 735) 상에 빔을 포커싱 하도록 설계된 포커싱 유닛(13; 113; 213; 313; 413; 513; 613; 713),
    - 상기 포커싱 유닛(13; 113; 213; 313; 413; 513; 613; 713)은 초점 위치가 상기 광학 시스템의 광축을 따라 변경될 수 있도록 상기 광학 시스템의 광축을 따라 이동 가능하게 배치되며,
    상기 포커싱 유닛은 적어도 제2 렌즈 요소를 포함하는 제2 렌즈 요소 그룹(11; 111; 211; 311; 411; 511; 611; 711) 및 이미징 렌즈(15; 115; 215; 315; 415; 515; 615; 715)을 포함하며,
    상기 이미징 렌즈(15; 115; 215; 315; 415; 515; 615; 715)는 동공면(21; 121; 221; 321; 421; 521; 621; 721)을 더 포함함 - ,
    초점이 광축에 대해 측방향으로 변위될 수 있도록 설계된 스캐닝 유닛(7; 107; 307; 407; 507; 607; 707), 및
    파면 조작기(5; 105; 205; 305; 405; 505; 605; 705)
    - 상기 포커싱 유닛(13; 113; 213; 313; 413; 513; 613; 713)의 적어도 2개의 서로 상이한 초점 위치에서 RMS 파면 에러가 100 mλ 미만, 바람직하게는 20 mλ 미만이 되도록 설계되며,
    상기 파면 조작기(5; 105; 205; 305; 405; 505; 605; 705)는 상기 이미징 렌즈의 동공면(21; 121; 221; 321; 421; 521; 621; 721)에 또는 상기 이미징 렌즈의 동공면에 공액인 평면에 배치되거나,
    또는 상기 스캐닝 유닛은 이미징 렌즈의 동공면에 공액인 평면에 배치되고, 상기 파면 조작기는 상기 스캐닝 유닛의 광 방향으로 상류에 배치됨 - ,
    을 포함하며,
    상기 제2 렌즈 요소 그룹(11; 111; 211; 311; 411; 511; 611; 711)의 초점은 상기 이미징 렌즈(15; 115; 215; 315; 415; 515; 615; 715)의 상기 동공면(21; 121; 221; 321; 421; 521; 621; 721) 내의 상기 포커싱 유닛의 양 초점 위치에 놓이는 것을 특징으로 하는, 광학 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 500 레일리 길이 초과, 바람직하게는 1000 레일리 길이 초과, 특히 바람직하게는 2200 레일리 길이 초과의 초점 범위를 포함하는, 광학 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 스캐닝 유닛(7; 107)은 틸팅가능한 미러로서 구현되는, 광학 시스템.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 스캐닝 유닛(307; 407; 507; 607; 707)은 상호 수직인 방향으로 초점 위치를 변경시키는 2개의 음향 광학 디플렉터를 포함하는, 광학 시스템.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파면 조작기(5; 105; 305; 405; 505; 605; 705)는 상기 제1 렌즈 요소 그룹의 초점 내에 위치되는, 광학 시스템.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스캐닝 유닛(7; 107; 307; 407; 507; 607; 707)은 상기 제1 렌즈 요소 그룹의 초점 내에 위치되는, 광학 시스템.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파면 조작기(105; 305; 405; 505; 605; 705)는 변형 가능한 미러로서 설계되는, 광학 시스템.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포커싱 유닛(13; 113; 213; 313; 413; 513; 613; 713)은 샘플(17; 117; 217; 317; 417; 517; 617; 717)의 포인트가 이미지 평면 내의 이미지 포인트로 결상되도록 설계되는, 광학 시스템.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 시스템(1; 101; 201; 301; 401; 501; 601; 701)은 샘플 측 상에서 텔레센트릭(telecentric)인, 광학 시스템.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 광원이 조명광을 생성하고, 상기 조명광의 일부가 관찰 장치(25; 325; 425; 525; 625; 725)에 공급되도록 빔 스플리터(23; 323; 423; 523; 623; 723)가 광학 시스템 내에 배치되는, 광학 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 관찰 장치(325; 425; 525; 625; 725)가 파면 조작기(5; 105; 205; 305; 405; 505; 605; 705)에 의해 설정되는 파면을 검출하기 위하여 파면 센서(327; 427; 527; 627; 727)로서 구현되는, 광학 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 파면 센서(327; 427; 527; 627; 727)에 의해 기록되는 데이터를 기준 파면과 비교하여, 측정된 파면의 상기 기준 파면과의 편차로부터 계산되는 보정값을 상기 파면 조작기(5; 105; 205; 305; 405; 505; 605; 705)에 전송하는, 광학 시스템.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 펄스 레이저인 광원을 포함하는, 광학 시스템.
  14. 포토리소그래픽 마스크의 결함을 보정하는 방법으로서, 상기 방법은:
    청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 기재된 광학 시스템을 제공하는 단계,
    포커싱 유닛을 이용하여 상기 시스템의 광축을 따라 포토리소그래픽 마스크 내에 제1 초점 위치를 포커싱하는 단계,
    파면 조작기를 이용하여 RMS 파면 에러가 100mλ 미만, 바람직하게는 20mλ 미만이 되도록 파면을 설정하는 단계, 및
    상기 포토리소그래픽 마스크 내의 상기 제1 초점 위치에 제1 비가역 변화를 도입함으로써 마스크의 제1 결함을 보정하는 단계를 포함하는, 결함 보정 방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 방법은:
    포커싱 유닛을 이용하여 상기 시스템의 광축을 따라 포토리소그래픽 마스크 내에 제2 초점 위치를 포커싱하는 단계,
    파면 조작기를 이용하여 RMS 파면 에러가 100mλ 미만, 바람직하게는 20mλ 미만이 되도록 파면을 설정하는 단계, 및
    포토리소그래픽 마스크 내의 제2 초점 위치에 제2 비가역 변화를 도입함으로써 마스크의 제2 결함을 보정하는 단계를 포함하는, 결함 보정 방법.
  16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서, 상기 방법은 포토리소그래픽 마스크의 일부에 걸쳐 초점 위치를 측방향으로 스캐닝하는 단계를 더 포함하는, 결함 보정 방법.
  17. 청구항 15 또는 청구항 16에 있어서, 상기 방법은 파면 센서를 사용하여 파면을 측정하는 단계를 포함하는, 결함 보정 방법.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 방법은
    측정된 파면을 기준 파면과 비교하는 단계,
    이 비교로부터 RMS 파면 에러가 감소되도록 보정 파면을 계산하는 단계,
    상기 보정 파면으로부터 상기 파면 조작기를 위한 새로운 제어 신호를 설정하는 단계, 및
    제어 신호를 파면 조작기로 전송하는 단계를 포함하는, 결함 보정 방법.
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