KR100301149B1 - 정합다중굴절요소의재료를사용하는광대역의광학축소시스템 - Google Patents

정합다중굴절요소의재료를사용하는광대역의광학축소시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광대역폭에 걸친 색보정을 위해 정합되며 서로 다른 유리 형태로 구성된 굴절요소를 사용하는 광대역 카타다이옵트릭 광학 축소 시스템에 관한 것이다. 융합된 실리카 및 크라운(crown) 유리를 결합시킨 것이 사용된다. 비구면 거울은 개선된 수차 보정을 위해 사용된다. 상기 광학 시스템은 Ⅰ-라인에서의 반도체 제조용 석판인쇄 기술에서 사용하기에 적합하며 365 나노미터에서 0.5 마이크론의 해상도를 갖는다.

Description

정합 다중 굴절 요소의 재료를 사용하는 광대역의 광학 축소 시스템
첨부된 단일 도면은 본 발명의 광학 시스템(optical system)을 예시하는 개략도.
[발명의 분야]
본 발명은 일반적으로는 반도체 제조에 사용되는 광학 시스템(optical system)에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 Ⅰ-라인에 사용하는 보정 카타다이옵트릭(corrected catadioptric) 광학 축소 시스템에 관한 것이다.
[발명의 배경]
대개는 사진석판인쇄(photolithographic) 기술을 사용하여 반도체를 제조한다. 반도체에 사용된 회로는 망선(reticle)으로부터 반도체 칩상에 복제된다. 이러한 복제는 종종 광학 시스템을 사용하여 달성된다. 이러한 광학 시스템의 설계는 종종 복잡하며, 반도체 칩상에 배치되는 항상 감소하는 사이즈의 구성 부품을 복제하기에 필요한 해상도를 얻기가 어렵다. 그러므로, 0.35 및 0.5 마이크론 정도로 매우 미세한 구성 부품의 특징 부분을 복제할 수 있는 광학 축소 시스템을 개발하는데 많은 노력을 쏟았다. 이를 달성하기 위하여, 상기 광학 시스템은 종종 광학 스펙트럼의 자외선 영역중 한가운데의 빛의 짧은 파장으로 작동하는 것이 필요하다. 그 중 한 광학 시스템은, 발명의 명칭이 "광학 축소 시스템(Optical Reduction System)"이며 윌리암슨 명의로 1990년 9월 4일자 공고된 미합중국 특허 제4,953,960호에 예시되어 있는데, 이는 본원에 참고사항으로 제공된 것이다. 상기 특허에 개시된 광학 시스템이 의도한 목적을 적절히 이행하지만, 다른 반도체 제조 용도에 사용될때 너무 긴 파장과 함께 사용하기에는 그다지 적합하지 않다.
그러므로, 수은 스펙트럼의 Ⅰ-라인 대역을 포함하는 보다 넓은 대역의 파장을 사용하여 제조하는 사진석판인쇄 기술에 사용될 경우에 양호한 보정능력을 갖는 광학시스템에 대한 필요성이 있다.
[발명의 요약]
본 발명은, 피사체로부터 축소 이미지 단부까지, 적어도 2개의 서로다른 재료로 구성된 제1의 렌즈 그룹, 적어도 2개의 서로 다른 재료로 구성된 제2의 렌즈 그룹, 비임 분할기, 제3의 렌즈, 비구면(非球面) 축소 거울, 및 적어도 2개의 서로 다른 재료로 구성된 제4의 렌즈 그룹을 갖는 카타다이옵트릭(catadioptric) 축소 시스템을 포함한다. 각각의 렌즈 그룹은, 내부에 포함되어 있으며 융합된 실리카 또는 크라운 유리(crown glass)로 구성되어 있는 렌즈 요소를 갖는다. 서로 다른 유리 재료의 결합은, 매우 적은 왜곡을 지니면서 360 및 372 나노미터 사이의 파장, 즉 Ⅰ-라인 대역폭에서 작동하는 색보정(color correct)광학 축소 시스템을 제공한다.
따라서, 본 발명의 목적은 360-372 나노미터의 파장에서 작동하는 광학 축소 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 이점은 색보정되고 매우 적은 왜곡을 갖는 광학 축소 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 특징은 적어도 서로 다른 재료로 구성된 렌즈 그룹을 제공하는 것이다.
이들 목적 및 다른 목적, 이점 및 특징은 이하의 상세한 설명을 참조하면 용이하게 알 수 있을 것이다.
[본 발명의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명]
첨부된 단일 도면은 본 발명에 따른 광학 축소 시스템을 예시한 것이다. 길이가 긴 결합단부에는 피사체 또는 망선(10)이 배치되어 있다. 그러한 망선은, 상기 도면의 면에 수직인 방향으로 선형 편광되는 방사선에 의해 조사(照射)되는 것이 바람직하다. 웨이퍼(42)는 이미지 단부에 배치되어 있다. 미약한 정(+)렌즈(12), 부(-)렌즈(14), 및 정(+)렌즈(16)를 포함하는 제1의 렌즈 그룹은 망선(10)으로부터 웨이퍼(42)로 나아간다. 미약한 정렌즈(12)는 광학 유리에 정통한 제조업자인 쇼트(schott)로부터 입수될 수 있는 FK5 유리와 같은 크라운 유리재료로부터 만들어진다. 부(-)렌즈(14) 및 정(+)렌즈(16)는 모두 융합된 실리카로 구성되어 있다. 굴절시키는 거울(18)은 제1의 렌즈 그룹 및 제2의 렌즈 그룹 사이에 배치되어 있다. 상기 제2의 렌즈 그룹은 부렌즈(20) 및 정렌즈(22)를 포함한다. 부렌즈(20)는 융합된 실리카로부터 만들어진다. 정렌즈(22)는 크라운 유리로부터 만들어진다. 상기 굴절시키는 거울(18)은 90°의 각도로 광학 축소 시스템을 관통하는 방사선의 방향을 변화시킨다. 이로인해 피사체 및 이미지면은 평행하게 될뿐만 아니라 광학 시스템의 전체 길이를 짧게 한다. 비임 분할기 입방체(24)는 한측면상에 있는 제2의 렌즈 그룹과 인접한 위치에 있다. 상기 비임 분할기 입방체(24)는, 상부에서 제2의 렌즈 그룹에 인접한 측면으로 인입하는 방사선이 90°각도로 굴절되도록 하고 제3의 렌즈 그룹을 관통하게 하는 표면(44)을 갖는다. 또한, 상기 비임 분할기 입방체(24)는 표면(44)상에 편광 선택 피막을 지닌는데, 상기 편광 선택 피막에 의해 첨부된 도면의 면에 수직인 방향으로 선형 편광되는 방사선만이 90°각도로 굴절된다.
제3의 렌즈 구룹은 1/4파면(wave plate;26)및 부렌즈(28)를 포함한다. 상기 1/4파면(26)은 입사 방사선의 편광의 방향에 대한 45°각도의 축을 갖는다. 결과적으로, 비임 분할기 입방체(24)로부터 입사하는 방사선은 상기 1/4 파면(26)을 통해 투과된 후에 우회적으로 편광된다. 거울(30)에 의해 반사된 후에 상기 1/4 파면(26)을 통한 제2의 투과의 경우, 방사선은 첨부된 도면의 면과 나란한 방향으로 선형 편광됨으로써 비임 분할기 입방체(24)에 의해 투과된다. 표면(44)상의 편광 선택 피막 및 1/4파면(26)의 사용은 비임 분할기 입방체(24)를 관통할때 방사선의 감쇄를 효과적으로 감소시킨다. 그러므로, 상기 표면(44)상의 편광 선택 피막이 사용죄지 않는 경우, 상기 1/4 파면(26)은 필요하지 않으며 상기 제3의 렌즈 그룹은 단지 제3의 렌즈(28)만으로 구성된다.
축소 거울(30)은 제3의 렌즈 그룹과 인접한 위치에 있다. 축소 거울(30)에 대한 비구면 거울의 사용은 축소 거울(30)에 대한 구면 거울의 사용보다 개선된 수차(收差) 보정을 제공한다. 상기 면(26)은 융합된 실리카로부터 만들어진다. 부렌즈(28)는 크라운 유리로부터 만들어진다. 제4의 렌즈 그룹은 비임 분할기 입방체(24)에 인접한 제3의 렌즈 그룹과 반대위치에 있다. 상기 제4의 렌즈 그룹은 크라운 유리로 구성된 정렌즈(32), 융합된 실리카로 구성된 셸(shell ; 34), 융합된 실리카로 구성된 셸(36), 융합된 실리카로 구성된 미약한 정렌즈(38), 및 크라운 유리로 구성된 정렌즈(40)를 포함한다. 셸(34, 36)은 실질적으로 정렌즈도 부렌즈도 아닌 요소로서 형성되어 있다. 웨이퍼(42)는 렌즈(40)에 인접한 이미지판에 배치되어 있다.
지금부터는 광학 시스템의 작동을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 피사체 위치에 있는 망선(10)의 이미지는 웨이퍼(42)상의 이미지 위치에서의 축소상태로 형성되어 있다. 제1의 렌즈 그룹을 관통할 경우, 방사선은 거울(18)에 의해 굴절되며 제2의 렌즈 그룹을 관통한다. 그리고나서, 상기 방사선은, 내부에 존재하는 표면(44)에 의해 상측방향으로 반사되는 비임 분할기 입방체(24)로 인입된다. 상기 비임 분할기 입방체(24)로 인입된 방사선은 평행하게 되지 않는다. 이는 고스트 이미지(ghost image)를 없앤다. 그리고나서, 상기 방사선은 제3의 렌즈 그룹을 관통하며 거울(30)에 의해 상기 비임분할기 입방체(24)를 통하여 다시 반사된다. 상기 비임 분할기 입방체(24)로부터 나갈때, 방사선은 이미지 위치에 있는 웨이퍼(42)상에 이미지를 비추는 제4의 렌즈 그룹으로 인입된다.
본 발명으로 배치될 경우 2개의 서로 다른 유리 재료의 사용은, 이미지 단부에서의 22×5밀리미터의 이미지면(field)에 대한 매우 적은 왜곡을 가지면서 360-372 나노미터 파장의 광대역에서 동작될 수 있는 색보정 광학 축소 시스템을 제공한다. 대부분의 정렌즈 요소는 크라운 유리로 구성되어 있다. 융합된 실리카의 굴절률보다 큰 굴절율을 갖는 크라운 유리는 감소된 이미지면의 만곡(curvature)을 야기 시킨다. 그이외에도, 크라운 유리의 분광은 융합된 실리카의 분광보다 작다, 이와같이 보다 작은 분광의 정렌즈 요소와 보다 큰 분광의 부렌즈 요소를 결합시킨 것은 보다 넓은 스펙트럼 범위에 걸쳐 이전에 가능했던 것보다 양호한 색보정을 야기시킨다. 그러므로, 렌즈요소와 본 발명에서 사용된 서로 다른 유리 재료를 결합시킨 것은 보다 넓은 스펙트럼 또는 대역에 걸쳐 개선된 성능을 야기시킨다. 구체적으로 기술하면, 본 발명은 Ⅰ-라인 대역에 걸쳐서나 360-372 나노미터 파장에서 양호한 보정을 제공한다.
표Ⅰ은 본 발명의 교습에 따른 광학 축소 시스템에 대한 구성 데이타를 나타내는 규정(prescription)이다.
표Ⅱ는 거울(30)의 비구면 계수를 예시한것이다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시예를 예시 및 기술하였지만, 당업자라면 본 발명의 사상 및 범위로부터 이탈하지 않고서도 여러 형태로 변형시킬 수 있다는 점을 알 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 길이가 긴 결합 단부로부터 길이가 짧은 결합 단부까지, 적어도 2개의 서로 다른 재료로부터 만들어진 굴절요소들을 포함하는 제1의 렌즈 그룹, 적어도 2개의 서로 다른 재료로부터 만들어진 굴절요소들을 포함하는 제2의 렌즈 그룹, 비임 분할기, 제3의 렌즈, 축소 거울, 및 적어도 2개의 서로 다른 재료로부터 만들어진 굴절요소들을 포함하는 제4의 렌즈 그룹을 포함하는 카타다이옵트릭(catadioptric) 광학 축소 시스템으로서, 상기 시스템으로 인입되는 방사선이 상기 제1의 렌즈 그룹, 상기 제2의 렌즈 그룹, 상기 비임 분할기, 상기 제3의 렌즈를 통과하며 상기 거울에 의하여 반사되어 다시 상기 제3의 렌즈, 상기 비임 분할기, 및 상기 제4의 렌즈 그룹을 통과하도록 배치되어 있는 카타다이옵트릭 광학 축소 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 축소 거울이 구면인 카타다이옵트릭 광학 축소 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 축소 거울이 비구면인 카타다이옵트릭 광학 축소 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 비임 분할기상에, 입사면과 수직인 방향으로 선형 편광되는 방사선만이 90°각도로 굴절되도록 하는 피막 수단을 부가적으로 포함하는 카타다이옵트릭 광학 축소 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 비임 분할기 및 상기 제3의 렌즈사이에 배치된 1/4파면을 부가적으로 포함하는 카타다이옵트릭 광학 축소 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1의 렌즈 그룹과 상기 제2의 렌즈 그룹사이에 배치된 굴절시키는 거울을 부가적으로 포함하는 카타다이옵트릭 광학 축소 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 적어도 2개의 서로 다른 재료가 크라운 유리와 융합된 실리카인 카타다이옵트릭 광학 축소 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1의 렌즈 그룹은, 크라운 유리로부터 만들어진 제1의 정렌즈, 융합된 실리카 유리로부터 만들어진 부렌즈, 및 융합된 실리카 유리로 부터 만들어진 제2의 정렌즈를 포함하는 카타다이옵트릭 광학 축소 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제2의 렌즈 그룹은, 융합된 실리카 유리로부터 만들어진 부렌즈, 및 크라운 유리로부터 만들어진 정렌즈를 포함하는 카타다이옵트릭 광학 축소 시스템.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제3의 렌즈는 크라운 유리로부터 만들어진 부렌즈인 카타다이옵트릭 광학 축소 시스템.
  11. 제7항에 있어서, 상기 제4의 렌즈 그룹은, 크라운 유리로부터 만들어진 제1의 정렌즈, 융합된 실리카 유리로부터 만들어진 제1의 셸(shell), 융합된 실리카 유리로부터 만들어진 제2의 셸, 융합된 실리카 유리로부터 만들어진 제2의 정렌즈, 및 크라운 유리로부터 만들어진 제3의 정렌즈를 포함하는 카타다이옵트릭 광학 축소 시스템.
  12. 반도체 제조에 사용되는 것과 같은 사진석판인쇄 기술에서 사용되며, 길이가 긴 결합 단부로부터 길이가 짧은 결합 단부까지, 크라운 유리로부터 만들어진 제1의 정렌즈, 융합된 실리카 유리로부터 만들어진 제1의 부렌즈, 융합된 실리카 유리로부터 만들어진 제2의 정렌즈, 굴절시키는 거울, 융합된 실리카 유리로부터 만들어진 제2의 부렌즈, 크라운 유리로부터 만들어진 제3의 정렌즈, 융합된 실리카 유리로부터 만들어진 비임 분할기, 융합된 실리카 유리로부터 만들어진 1/4 파면, 크라운 유리로부터 만들어진 제3의 부렌즈, 비구면 축소 거울, 크라운 유리로부터 만들어진 제4의 정렌즈, 융합된 실리카로부터 만들어진 제1의 셸, 융합된 실리카로부터 만들어진 제2의 셸, 융합된 실리카로부터 만들어진 제5의 정렌즈, 크라운 유리로부터 만들어진 제6의 정렌즈를 포함하하는 카타다이옵트릭 광학 축소 시스템으로서, 상기 시스템으로 인입되는 방사선이 상기 제1의 정렌즈, 상기 제1의 부렌즈, 상기 제2의 정렌즈를 관통하고, 상기 굴절시키는 거울에 의해 굴절되고, 상기 제2의 부렌즈 및 상기 제3의 정렌즈를 관통하며, 상기 비임 분할기에 의해 반사되어 상기 1/4파면 및 상기 제3의 부렌즈를 통과하고, 상기 비구면 축소 거울에 의해 반사되어 다시 상기 비임 분할기, 및 상기 제4의 정렌즈, 상기 제1의 셸, 상기 제2의 셸, 상기 제5의 정렌즈, 및 상기 제6의 정렌즈를 통과하도록 배치되어 있는 카타다이옵트릭 광학 축소 시스템.
  13. 반도체 제조에 사용되는 것과 같은 사진석판인쇄 기술에 사용되는 카타다이옵트릭 광학 축소 시스템에 있어서,
    와 같은 규정을 갖되, 상기 비구면이
    와 같은 비구면 계수를 갖는 카타다이옵트릭 광학 축소 시스템.
  14. 길이가 긴 결합 단부로부터 길이가 짧은 결합단부까지, 굴절요소들(12, 14, 16)을 포함하는 제1의 렌즈 그룹(LG1); 굴절요소들(20, 22)을 포함하는 제2의 렌즈 그룹(LG2); 비임 분할기(24); 제3의 렌즈(28); 축소 거울(30); 및 굴절요소들(32,34, 36, 38, 40)을 포함하는 제4의 렌즈 그룹(lG4)을 포함하며, 상기 시스템으로 인입되는 방사선이 상기 제1의 렌즈 그룹(LG1), 상기 제2의 렌즈 그룹(LG2), 상기 비임 분할기(24), 상기 제3의 렌즈(28)를 관통하며, 상기 거울(30)에 의하여 반사되어 다시 상기 제3의 렌즈(28), 상기 비임 분할기(24), 및 상기 제4의 렌즈 구룹(LG4)을 통과하도록 배치되어 있는 카타다이옵트릭 광학 축소 시스템에 있어서, 상기 제1렌즈 그룹(LG1)이 제1의 재료로부터 만들어진 제1의 정렌즈(12); 상기 제1의 재료와 상이한 제2의 재료로부터 만들어진 부렌즈(14); 및 상기 제2의 재료로부터 만들어진 제2의 정렌즈(16)을 포함하며, 상기 제2렌즈 그룹(LG2)이 제2의 재료로부터 만들어진 부렌즈(20); 및 상기 제1의 재료로부터 만들어진 정렌즈(22)를 포함하며, 상기 제4의 렌즈 그룹(LG4)의 상기 굴절 요소들(32, 34, 36, 38 40)은 상기 제1 및 제2의 재료로부터 각각 만들어진 렌즈들을 포함하는 것을 특징르로 하는 카타다이옵트릭 광학 축소 시스템.
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