KR20000034967A - 수정-렌즈를 갖는 오브젝티브 및 투사 조명 장치 - Google Patents

수정-렌즈를 갖는 오브젝티브 및 투사 조명 장치 Download PDF

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헨켈 카르스텐
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Abstract

2개의 상이한 결정, 특히 CaF2및 BaF2로 이루어진 렌즈를 갖는 오브젝티브는 특히 157nm의 마이크로 리소그래피 굴절 투영 오브젝티브로서 적합하다. 석영 유리를 갖는 193/248nm용의 상기 방식의 투영 오브젝티브 및 CaF2에 의한 애크로매트화는 BaF2압밀 작용에 저항적이다. 다른 플루오르 화합물 및 부분적으로 반사 굴절식인 오브젝티브에 의해서는 파장 범위가 100 - 200nm인 마이크로 리소그래피-투사 조명 장치가 가능하다.

Description

수정-렌즈를 갖는 오브젝티브 및 투사 조명 장치 {OBJECTIVE WITH CRYSTAL-LENSES AND PROJECTION-ILLUMINATING-DEVICE}
본 발명은 수정-렌즈를 갖는 오브젝티브에 관한 것이다. 상기 방식의 오브젝티브는 수백년에 걸쳐 형석(CaF2)-렌즈를 갖는 칼-차이스의 애퍼크로맷-마이크로스코프 오브젝티브로서 공지되어 있다.
최근에는, 석영 유리 및 CaF2를 포함하는 248 또는 193nm파장의 DUV 마이크로 리소그래피용의 굴절식 투영 오브젝티브가 실현된다.
DD 222 426 B5호에는, 150 내지 104nm 파장용으로 사용될 수 있는 광학 매체로서 광학 유리 및 BaF2-단결정을 갖는 광학 장치가 공지되어 있다. 상기 실시예는 다수의 상이한 유리 및 BaF2를 갖는 480 내지 800nm용의 평탄 애크로매트이다.
UV-마이크로 리소그래피 오브젝티브용 재료의 선택은 - 248nm 파장에서 중심점을 갖는 - G. Roblin, J. Optics (Paris), 15(1984) pp. 281-285에 기술되어 있다.
결과적으로 CaF2또는 LiF를 갖는 석영 유리의 콤비네이션만 사용 가능한 것으로 규정된다.
U. Behringer, F + M(뮌헨) 107 (1999), 57-60에는 CaF, MgF2및 LiF와 같은 플루오르 화합물이 157nm 마이크로 리소그래피용으로 적합하다고 기술되었으며, MgF2의 이중 굴절 및 LiF의 처리로 인해 유보적이다.
K.F.Walsh et al., SPIE Vol. 774(1987), 155-159에는 특히 248, 193 및 157nm 파장용 엑시머-레이저가 제안되며, 248nm용으로는 석영 유리, CaF2, BaF2및 MgF2가 유일하게 사용 가능한 렌즈 재료로서 언급된다. 248nm 미만의 파장에 대해서는 석영 유리가 유일하게 사용 가능한 재료로서 기대된다.
US 5,031,977호에는 248nm 마이크로 리소그래피용 반사 굴절식 1:1 투영 오브젝티브가 기술되어 있으며, 상기 오브젝티브는 오목 미러, 석영 유리 렌즈, LiF-렌즈 및 CaF2로 이루어진 2개의 편광 프리즘을 포함한다. 재료의 선택을 위한 논의는 특수한 구성의 변환에 대한 지시와 마찬가지로 제안된 것이 별로 없다.
그러나 거의 157nm 가까이에서는 석영 유리의 흡수 에지가 배치된다. CaF2는 157nm에서도 여전히 사용 가능하게 투과되지만, 마이크로 리소그래피의 순수한 CaF2-오브젝티브에 대해 지나치게 높은 분산을 가지며, 스펙트럼 방식으로 적합한 F2-엑시머-레이저에 대해서도 분산이 지나치게 높다. 따라서 지금까지는 193nm 미만의 파장을 위한 오브젝티브만이 반사 굴절식 장치로서 공지되어 있다 - 비교; 동일한 발명자 및 출원자의 DE 196 39 586 A 및 동일 출원인의 1998년 7월 29일자 US 출원 시리얼 넘버 60/094,579호 - 또는 반사 굴절식 장치 - 비교; US 5,686,728호. 이 경우 US 5,686,728호는 예를 들어 126nm, 146nm 또는 157nm 엑시머-레이저를 갖는 VUV-마이크로 리소그래피용의 순수한 미러 오브젝티브를 제시한다.
본 발명의 목적은, 특히 파장이 낮은 마이크로 리소그래피에서 새로운 사용 가능성들을 열어주는 재료 상태를 갖는 대안적인 오브젝티브를 제공하는 것이다.
도 1은 BaF2-렌즈를 갖는 157nm 마이크로 리소그래피-투영 오브젝티브의 렌즈 단면.
도 2는 NaF-렌즈 및 비구면을 갖는 157nm 마이크로 리소그래피-투영 오브젝티브의 렌즈 단면.
도 3은 마이크로 리소그래피 투사 조명 장치의 질적인 화상의 개략도.
도 4는 키트 부재를 갖는 투영 오브젝티브의 개략도.
도 5는 반사 굴절식 투영 오브젝티브의 개략도.
상기 목적은 청구항 1에 따른 오브젝티브, 청구항 4, 또는 청구항 9, 11, 12에 따른 마이크로 리소그래피 투영 오브젝티브, 및 청구항 16, 17 또는 18에 따른 투사 조명 장치에 의해 달성된다. 바람직한 실시예는 종속항 2, 3, 5-8, 10, 14-16, 19-21 및 23의 대상이다.
부분적인 면은 청구항 13이 제시한다.
청구항 22에 따른 마이크로 구조화된 부품을 제조하기 위한 방법에서는, 광에 민감한 층이 제공된 기판을 마스크 및 청구항 17 내지 21 중에서 적어도 어느 한 항에 따른 투사 조명 장치를 이용하여 - 및 그에 따라 전술한 항들 중 어느 한 항에 따른 오브젝티브로 - 자외광선으로 조사하고, 경우에 따라서는 광에 민감한 상기 층을 현상한 후에 마스크상에 포함된 패턴에 상응하게 구조화하는 것이 제안된다.
본 발명은, 2개의 상이한 결정을 하나의 오브젝티브에 사용함으로써 새로운 방식의 오브젝티브 특성이 제공될 수 있다는 인식으로부터 출발한다. 특히 상기 인식에는, 공지된 모든 유리, 석영 유리까지도 강하게 흡수되는 낮은 파장에서의 애크로매트화 가능성이 속한다. BaF2에 대항하는 마이크로 리소그래피내에 존재하는 유보 조건들은 248nm 및 파트너로서의 석영 유리와 관련이 있다.
알칼리 할로겐화물 및 토류 알칼리 할로겐화물, 특히 그것의 플루오르화물은 광학-재료로서 공지되어 있다. 지금까지는 부분적으로 까다로운 제작 재료 특성에 의해서, 그것의 두드러진 투과 특성이 깊은 UV 범위에서는 다만 대체 방식으로만 사용되게끔 했다. 본 발명에 따라 광학 리소그래피는 상기 재료 및 유사한 재료에 의해서 대략 100nm 파장까지 아래로 팽창될 수 있다는 사실이 나타났다.
2개 플루오르화물, 특히 Caf2, BaF2, SrF2, LiF, NaF 또는 KF, 그리고 혼합 결정-플루오르화물의 결정쌍도 처음에는 157nm-광학 장치를 애크로매트화하기 위해 제공된다. 상기 재료들은 제시된 선행 기술에서 나타난 바와 같이 광학 장치-제조에서 이미 공지되어 있다. 이 경우 바륨 플루오르화물, 스트론튬 플루오르화물 또는 나트륨 플루오르화물은 청구항 6에 상응하게 바람직하게는 네거티브 렌즈용으로 사용되지만, 특히 다만 소수의 렌즈를 위해서만 사용되는데, 그 이유는 그것이 충분할 수 있기 때문이다. 칼슘 플루오르화물은 청구항 7에 따라 포지티브 렌즈용으로 뿐만 아니라 나머지 네거티브 렌즈용으로도 사용된다.
청구항 8에 따라 애퍼처의 수치는 157nm에서도 0.5 이상에 도달되는 것이 바람직하다. 애퍼처의 수치가 0.8인 하기의 예는 이것을 분명하게 설명해준다. 그럼으로써 EUV-마이크로 리소그래피의 해상도 돌출이 파장의 약 1/10에 의해서 부분적으로 보상되는데, 그 이유는 대략 3배의 NA가 달성되기 때문이다. 그러나 193nm에 비해 109nm에 의해서는 해상도가 거의 절반으로 될 수 있는데, 그 이유는 NA의 레벨이 유지되기 때문이다. 가공 정확성을 위해서는 EUVL에 비해서 10배의 파장이 놀라운 장점을 갖는다.
최근 매우 낮은 파장의 마이크로 리소그래피에서 논의되는 청구항 20에 따른 스티칭-방법(칩의 열 방식 조명 방법)은 적절한 애스팩트비를 갖는 사각 에지로서의 축소된 화상 필드를 허용하며, 오브젝티브의 확실한 축소를 보장해준다. 최근에는 렌즈 결정에 대한 제조 문제점이 격렬하게 확산된다.
청구항 9 및 10에 따른 본 발명의 매우 다른 실시 방식은 놀랍게 발견되었다: 248nm 또는 193nm의 DUV-마이크로 리소그래피에서는 "압밀 작용(compaction)"으로 표기되는 노화 프로세스가 오랜 시간 동안의 작동시 석영 유리에서 나타나는데, 이 노화 프로세스에 의해서는 재료가 밀집되고 그 결과 굴절율 및 렌즈의 형태가 변동된다. 이것은 물론 오브젝티브의 이미징 성능을 악화시킨다. 조절 가능한 바디에 의한 보상 외에, 최고로 부하를 받고 관련 이미지측 렌즈가 석영 유리 대신 수정으로 이루어질 수 있다는, 즉 바람직하게는 Caf2, SrF2또는 BaF2로 제조될 수 있다는 사실이 공지되었으며, 상기 재료들은 UV-빔에 대해 훨씬 안정적이다.
동일한 출원일의 출원인의 특허 출원서 DE 19855157.6호에는 칼슘 플루오르화물-렌즈를 상기 방식으로 사용하는 다수의 실시예가 기술되어 있으며, 이 부분은 또한 본 출원서의 공개 부분이기도 하다.
이 경우 BaF2및 SrF2는 청구항 9에 따른 장소에서 - 애크로매트화의 환경에서는 단점으로 간주되는 -, 그것의 광학 특성이 CaF2보다 훨씬 더 적게 석영 유리와 상이하다는 장점을 갖는다. 따라서, 이미지 근처에서 BaF2-렌즈 또는 SrF2-렌즈로 석영 렌즈를 교체할 때 투영 오브젝티브의 디자인 변동은 최소가 된다. 따라서 투영 오브젝티브는 2개 결정 재료를 - 애크로매트화에 동의하는 CaF2, 압밀 작용에 반대하는 BaF2또는 SrF2를 - 사용함으로써 최상화된다.
순수 굴절식이며 CaF2재료로 이루어진 157nm-오브젝티브를 위해서는, 애퍼처 및 화상 필드 크기에 따라 뒤에서 0.1pm까지의 레이저 밴드폭이 필수적이다.
상기 값이 193nm에서 157nm로의 교체에 의해서 간단히 달성될 수 있다고 기대할 수 없다. 재료 투과성, 층의 사용 가능성, 레이저 소자용 격자와 같은 모든 것이 재차 의문시된다.
본 발명에 따라 BaF2에 의해 157nm에서 투과적이고 등방성인 재료가 발견되었는데, 상기 재료는 CaF2보다 157nm에서 현저하게 높은 분산을 가지며 그에 의해 애크로매트를 보충할 수 있다. BaF2는 겨우 130nm에서 완전히 흡수한다. 157nm에 대한 흡수 에지의 가까움은 157nm에서의 굴절수 변동의 신속한 진행(강한 분산)에 책임이 있다. SrF2와 같은 다른 플루오르화물에 대해서도 동일하게 적용된다.
193nm에서는 CaF2및 석영 유리의 콤비네이션에 의해 애크로매트화가 이루어진다. BaF2는 CaF2보다 다만 약간만 더 높게 분산되는데, 말하자면 상기 분산은 CaF2와 석영 유리의 분산 사이에 놓인다.
157nm에 대해서는 상황이 변동되는데, 그 이유는 석영 유리가 상승된 흡수를 나타내기 때문이다. 지금까지의 일반적인 견해에 따르면, CaF2에 대해서는 애크로매트화를 위한 적합한 파트너가 없었다.
이것은 그 경우가 아니다: 157nm에서의 CaF2와 BaF2사이의 분산 간격이 193nm에서의 CaF2와 석영 유리 사이의 분산 간격보다 더 작다고 나타나기는 하지만, BaF2를 적절하게 사용하여 훨씬 더 우수하게, 193nm에서와 같은 레벨로 부분적으로 애크로매트화된다. 예컨대 50%의 칼라 종방향 에러가 감소된다.
193nm에서는 일반적으로 비용, 이용 가능성 및 재료 특성의 이유에서 사용된 CaF2의 부피를 작게 유지하기 위해 다만 부분적인 애크로매트화가 실시된다. 157nm에서는 파트너 BaF2의 부피가 작게 유지되는 것이 기대되는데, 그 이유는 상기 파트너가 더 높은 고유 중량을 가지며 그럼으로써 BaF2-렌즈가 중력하에서 더 강하게 휘어지기 때문이다.
193nm에서는 가급적 모든 것이 석영 유리로 만들어지는 것이 요구되며, 157nm에서는 가급적 모든 것이 CaF2로 만들어지는 것이 요구된다. 반사식 리소그래피-오브젝티브내에 있는 포지티브 렌즈의 개수가 네거티브 렌즈의 개수보다 훨씬 더 많기 때문에, 193nm에서는 석영 유리의 분산이 작은 것이 바람직하다. 그러나 그와 반대로, CaF2의 분산은 더 작으며 모든 포지티브 렌즈에서 사용될 수 없거나 사용되어서는 안 된다. 말하자면 포지티브 렌즈가 석영 유리로 만들어지고, 그에 의해서 애크로매트화의 정도가 내려간다.
157nm에서도 마찬가지로, 본 경우의 CaF2와 같은 바람직한 재료의 분산이 파트너보다 더 작은 것이 바람직하다.
193nm와 달리 이것은 157nm에서 BaF2에 의한 경우이다. 거의 모든 렌즈, 확실하게 말해 모든 포지티브 렌즈는 크론, 즉 CaF2로 이루어질 수 있다. 몇 가지 소수의 네거티브 렌즈는 BaF2로, 대안적으로는 SrF2로 만들어지는데, 그 이유는 상기 네거티브 렌즈에 대해 BaF2에 대한 것과 질적으로 동일한 것이 적용되기 때문이다.
물론, 상기 진술들은 반사 굴절식 오브젝티브내에 있는 렌즈, 특히 본 경우에 사용되는 굴절식 부분 오브젝티브에도 적용된다. 본 발명에 따른 오브젝티브는 반사 굴절식일 수도 있다. 중요한 것은 렌즈, 및 편향 프리즘 혹은 평탄 플레이트와 같은 다만 광학 보조 수단만이 수정으로 이루어지지 않는다는 것이다.
리소그래피를 157nm보다 더 짧은 파장으로 및 그와 동시에 매우 높은 애퍼처 수치로 작동시키고자 하는 경우에는, 이미 공지된 문제점의 충족을 첨예한 형태로 만나게 된다. 제일 먼저, 다만 엑시머-레이저 파장에서만 광원의 적합한 밴드폭 및 보상 성능이 기대될 수 있다는 사실이 명백해져야만 한다. 불활성 가스의 스펙트럼은 비록 대략 60nm부터 방출되지만, 상기 스펙트럼의 밴드폭이 매우 넓기 때문에 다만 순수한 미러 장치에만 이용될 수 있다.
10 내지 26mm 사이의 실제로 팽창된 필드를 갖는 순수한 미러 장치는 지금까지 Na = 0.6보다 더 큰 애퍼처를 갖지 않았다.
엑시머-레이저는 157nm 아래에서 하기의 파장으로 작동될 수 있다:
NeF 109nm
Ar2126nm
ArKr 134nm
Kr2147nm
재료의 문제에서는 134 및 147nm CaF2에 대해 매우 우수한 투과성을 갖는 공지된 후보 재료가 있다. 134 및 147nm에 대해서는 전적으로 CaF2만을 갖는 반사 굴절식 오브젝티브를 렌즈 재료로서 생각할 수 있으며, 따라서 새로운 것은 아무 것도 없다. 0.80/0.85/0.90과 같은 더 높은 애퍼처를 갖는 굴절식 오브젝티브를 얻고자 하는 경우, 147nm의 파장은 157nm에 대해 전술된 재료 시스템에 의해서 추론된다: 포지티브 렌즈는 주로 CaF2로, 소수의 네거티브 렌즈는 BaF2로, BaF2의 흡수 에지가 대략 134.5nm에 있기 때문에, 사람은 아직 147nm에서 대략 13nm 떨어져 있다. 이것은 흡수의 상승을 의미하지만 더 확장된 칼라 종방향 에러 보정을 가능하게 하는데, 그 이유는 CaF2의 흡수 에지가 125nm에 놓임으로써 147nm에서 BaF2가 157nm에서보다 더 강하게 분산되고, 특히 CaF2보다 더 높게 증가되기 때문이다.
달리 말하면: 157nm 및 147nm의 레이저 밴드폭이 동일하게 우수한 경우에는 순수 굴절식 오브젝티브에서 재료쌍 CaF2및 BaF2가 147nm에서 칼라 보정과 관련하여 더 우수한 결과를 전달한다. 흡수 손실도 물론 더 높다.
134nm에서도 지금까지는 순수 굴절식 장치를 애크로매트화하기 위한 재료쌍이 제공되지 않았다. 이것은 본 발명에 따라 재료쌍 CaF2-SrF2에서 발견되었다. 130nm에서 흡수 에지에 대한 SrF2의 간격은 매우 적게 분류되어야 한다. 상승된 흡수에 의해, 결정은 다만 매우 얇고 작은 네거티브 렌즈에 대해서만 중요하다고 나타날 수 있다. 그렇기 때문에 상기 방식의 장치는 다만 더 작은 화상 필드, 대략 절반 필드 장치(스티칭)를 위해서만 실현된다.
126nm에서는 CaF2도 완전히 떨어져 나가는데, 그 이유는 흡수 에지까지의 간격이 다만 1nm에 달하기 때문이다.
공지된 제작 재료로서는 MgF2및 LiF가 있다. MgF2는 126nm에서도 강하게 이중으로 굴절되기 때문에 부적합하다. LiF는 126nm에서는 비록 투과적이지만 더 작은 직경에서는 부적합하다고 간주되는데, 그 이유는 빔의 부하가 상승되고 그럼으로써 상기 재료가 허용되지 않게 변동되기 때문이다(투과 및 굴절수). 심지어 반사 굴절식 장치는 최고 애퍼처 영역(화상 평면 앞)에서 재료 없이는 관통되지 않는다. 따라서, 126nm에 대해서는 큰 필드를 갖는 고-애퍼처(high-aperture) 리소그래피 오브젝티브가 더이상 구성될 수 없게 될 것이다.
본 발명에 따라, 특히 고부하를 받는 작은 직경에 대해서는 추가의 재료가 제시될 수 있다. 126nm에서의 구성은 주로 LiF로 이루어진 반사 굴절식 리소그래피 오브젝티브로 이루어진다. 그러나 높은 빔강도의 부하를 받은 렌즈에서는 BeF2의 등방성 무정형 형태로 이루어진다. 결정의 형태는 결정 석영과 유사하게 이중으로 굴절된다. 유리와 같이 경화된 형태, 즉 석영 유리와 같은 형태는 상응하게 제조되는 경우에 등방성이다. BeF2가 126nm에서 LiF보다 훨씬 레이저에 저항적이기 때문에, 소수의 렌즈에서 적합한 재료는 하나의 빔 목부분에 또는 다수의 빔 목부분에 및/또는 오브젝티브의 이미지측 단부에 있다. 최종적으로는 소수의 BeF2-렌즈를 얻기 위한 노력이 강구되는데, 그 이유는 BeF2가 강한 호흡독(breathing poison)으로서 및 더 약한 접촉독(contact poison)으로서 분류되어야 하기 때문이다. 적외선 범위에 대해서는, 독성의 광학 소자를 갖는 주변에서 지배적인 긴 제조 라인이 있다. 그럼에도 불구하고 BeF2의 개수를 가장 필수적인 개수로 제한하는 것이 바람직하다. 말하자면 적어도 하나의 결정 플루오르화물 및 유리 형태의 플루오르화물로 이루어진 굴절식 또는 반사 굴절식 리소그래피 오브젝티브가 다루어진다.
BeF2는 물 없이 제조 및 가공되어야 하는데, 그 이유는 H2O-수용의 경향이 있고 상기 H2O가 즉시 126nm의 파장을 차단하기 때문이다.
특히 H2O가 없는 BeF2의 제조는 또한 109nm의 HeF-레이저 파장도 접근이 용이하게 한다. 고도로 순수한 형태로 이루어진 2가지 소자 LiF 및 BeF2는 109nm의 반사 굴절식 오브젝티브를 가능하게 한다.
분산이 큰 광학 재료는 통상적으로 플린트(flint)(유리)로서, 분산이 더 적은 재료는 크론(유리)으로 표기된다.
상이한 DUV 내지 VUV-파장을 위해서는 전술한 바에 따라 하기에 콤팩트하게 재현된 재료 콤비네이션이 제안된다:
- 193nm: - CaF2크론 KF 플린트
- CaF2크론 KF + SiO2-유리 플린트
- LiF +, CaF2크론 KF 플린트
- LiF +, CaF2크론 KF + SiO2-유리 플린트
- 157 + 147nm:
CaF2및/또는 LiF 크론
NaF, BaF2및/또는 SrF2플린트
- 134nm: - CaF2크론 SrF2플린트
- CaF2크론 NAF 플린트
- LiF 크론 SrF2플린트
- LiF 크론 NAF 플린트
- LiF 크론 NAF 플린트 + SrF2플린트
이 경우 SrF2는 직경이 작은데, 그 이유는 NAF보다 빔에 더 내구적이기 때문이다.
전술한 장치는 MgF2및 LaF3로 이루어진 얇은층 장치에 의해 미러 제거될 수 있다. 193nm에 대해서는 또한 SiO2및 Al2O3도 비반사층으로서 적합하다.
이와 같은 미러 제거의 가능성은 4개의 바디로 이루어진 반사식 오브젝티브의 실현 가능성을 위한 중요한 전제 조건이 되는데, 그 이유는 그렇지 않은 경우에는 렌즈 표면당 약 10%의 반사 손실이 나타나기 때문이다.
126nm 및 109nm에 대해서는 비반사층이 공지되어 있지 않기 때문에, 이것은 청구항 12에 따라 소수의 렌즈(예컨대 3-5개)를 갖는 반사 굴절식 장치가 본 경우에 무엇 때문에 실행되는지에 대한 추가의 이유가 된다.
LiF 및 NaF에 의한 애크로매트화시에는, 경계면 결정-가스를 절약할 수 있는 가능성이 제공되며, 그에 의해 청구항 13 및 14에 따라 비반사층 또는 반사 손실도 절약된다.
2가지 재료의 열전도성 및 열팽창은 매우 유사하다:
열전도성 팽 창
LiF 4.01 W/m/K 37.0*10-6/C
NaF 3.75 W/m/K 37.0*10-6/C
그럼으로써, 각각 하나의 + 및 -렌즈 또는 2개의 + 및 하나의 -렌즈를 포함하는 "키트 부재"가 압착에 의해 만들어질 수 있다. 2개 결정의 굴절수가 매우 낮고 그에 따라 미러의 제거가 어렵기 때문에, 상기 키트 부재의 형성이 특히 도움이 된다.
상기와 같은 소수의 키트 부재 외에 오브젝티브는 CaF2-렌즈로 이루어질 수도 있다.
CaF2및 BaF2로 이루어진 압착된 바디도 가능하다:
열전도성 팽 창
CaF219.71 W/m/K 18.8*10-6/C
BaF211.72 W/m/K 18.1*10-6/C
유리에 비해 두드러진 상기와 같은 결정의 열전도성은 특히 상이한 흡수시에(및 가열시에) 상기 방식의 압착이 확실히 나타나도록 해준다.
추가의 결정으로서는 특히 플루오르의 혼합 결정, 그 중에서 알칼리 또는 토류 알칼리 및 주석,아연 또는 알루미늄과 같은 다른 성분을 갖는 결정이 적합하다. 이 때 높은 흡수 및 VUV에서 투과가 높은 경우의 우수한 광내구성은 이중 굴절을 피하는 선택 기준이 된다.
물론 전술한 진술들은 반사 굴절식 오브젝티브내에 있는 렌즈에 대해서도, 특히 본 경우에 사용된 굴절식 부분 오브젝티브에 대해서도 적용된다. 따라서 본 발명에 따른 오브젝티브는 반사 굴절식일 수도 있다. 중요한 것은 렌즈, 및 편향 프리즘 혹은 평탄 플레이트와 같은 다만 광학 보조 수단만이 수정으로 이루어지지 않는다는 것이다.
본 발명은 도면을 참조하여 하기에서 자세히 설명된다.
도 1에 렌즈 단면으로 도시된 실시예에 대해서는 표 1이 데이터를 제공한다.
157nm의 F2-엑시머-레이저용 마이크로 리소그래피-투영 오브젝티브가 다루어진다. (렌즈(17, 18, 21, 24, 26, 28, 30)용으로) CaF2및 BaF2를 사용함으로써, 밴드 폭이 0.5pm이고, 스티칭(stitching)에 적합한 화상 필드가 8.0 x 13.0㎟이며, 축소 팩터가 4.0:1이고, 화상(Im)에 대한 물체(Ob)의 거리가 1,000㎚이며, 양측 텔레센트릭인 경우에 0.8의 수치적인 애퍼처가 실현될 수 있다. 애퍼처의 수치적인 추가 상승은 가능하다. 칼라 종방향 에러는 순수한 CaF2오브젝티브에 대해 팩터 3만큼 축소된다. 상기 에러는 CHL(500pm)= 0.095㎜에 달한다. 이 팩터는 추가의 CaF2-BaF2렌즈쌍에 의해 더욱 증가될 수 있다. 화상(IM)내에 있는 파면의 전체 RMS-에러는 모든 화상 높이에 대해 RMS < 13mλ이며, 이 경우 명백하게 축소된 파장은 절대 크기(λ)로서 이용된다.
F2-엑시머-레이저의 메인 파장이 λ0= 157.63일 경우 및 500pm 거리에서 λ1= 158.13nm일 경우의 굴절률은
CaF2에 대해 n0= 1.5584 n1= 1.5571
BaF2에 대해 n0= 1.6506 n1= 1.6487
SrF2에 대해 n0= 1.5102 n1= 1.5097
LiF에 대해 n0= 1.4781 n1= 1.4474
NaF에 대해 n0= 1.4648 n1= 1.4629
KF에 대해 n0= 1.5357 n1= 1.5328이다.
그로부터 하기의 아베수가 얻어진다(분산에 대해 반대).
υCaF2= 1219 υBaF2= 874 υSrF2= 392
υLiF = 674 υNaF = 242 υKF = 184
그럼으로써 157nm BaF2에서는 CaF2보다 40% 만큼 더 높은 분산을 갖는다. 그에 비해 193nm 석영 유리에서는 CaF2보다 54% 만큼의 분산을 갖는다. 7개의 네거티브 렌즈(17, 18, 21, 24, 26, 28 및 30)는 BaF2로 아크로매트화 하기 위해 만들어진다. 구성은 미리 공개되지 않은 전술한 특허 출원서 DE 19855157.6호(이 출원서의 내용은 본 출원서의 부분이기도 하다)에 기술된 디자인과 직접적인 관계에 있다.
장치 조리개(AS)의 영역에서 - 강하게 축소되지 않은 - 제 3 목부분(T3)이 렌즈(26)에 형성되고, 그 다음에 이전의 전통적인 순서를 따라 렌즈(5)의 배부분(B1), 렌즈(10)의 목부분(T1), 렌즈(15)의 배부분(B2), 렌즈(18)의 목부분(T2) 및 렌즈(22)의 배부분(B3), 그리고 배부분(B4)이 연속된다. 이중 배부분(B3, B4)을 갖는 렌즈(20 내지 39)의 렌즈 그룹은 매우 높게 전개된다.
중심의 두께가 주변에서의 두께보다 더 큰 구면으로 과보정되는 다수의 공기 공간은 렌즈(23/24, 26/27 및 29/30, 30/31) 사이의 조리개(AS) 영역에서 중요한 보정 수단으로서 제공된다. 이와 같은 구성은 또한 애퍼처의 수치가 최대인 경우에도 렌즈 직경을 제한한다. 목부분(1)에 제공된 렌즈의 반경은 - 각각 최대 빔 높이에 상응하게 - 렌즈 직경이 배부분(B4)에서 최대 190mm에 달한다는 것을 보여준다. 또한 상기 렌즈 직경은 상당히 균일하게 분배되며, 제 2 배부분(B2)에 있는 렌즈(13)로부터 화상(IM)에 가까운 렌즈(34)까지 모든 렌즈의 직경은 140mm 내지 190mm이다.
네거티브 BaF2-렌즈(21, 24, 26, 28, 30)는 전통적인 +-쌍으로 포지티브 CaF2-렌즈(22, 23, 25, 27, 29)와 교대로 이중 배부분(B3, B4)의 영역에서 대체로 조리개(AS) 앞에 배치되고, 제 2 목부분(T2) 영역에서 2개의 네거티브 BaF2-렌즈(17, 18)로 보충된다. 그럼으로써 제 2 결정 재료(crystal material)가 애크로마트화를 위해 매우 효과적으로 사용된다.
주로 석영 유리-렌즈 및 대체로 애크로마트화를 위해 이용되고 조리개에 가까운 CaF2-렌즈를 갖는 DUV-오브젝티브(300-180nm)에서 - 도 1의 렌즈(39, 38) 등에 상응하게 - 화상(IM) 다음에 있고 석영 유리 또는 CaF2로 이루어진 렌즈가 이제 BaF2-렌즈 또는 SrF2-렌즈로 대체됨으로써, 청구항 9 또는 10에 따른 2개 수정-렌즈 제작 재료의 사용은 예를 들어 동일 출원일의 출원인의 DE 19855108.0호 및 DE 19855157.6호로부터 및 공지된 오브젝티브 디자인의 다른 출처로부터 얻어진다. 석영 유리에 대한 BaF2및 SrF2의 다만 소수의 다른 광학 특성은 다만 광학-디자인-프로그램에 의한 루틴에 따른 디자인 변동만을 요구한다. 물론, 중요하게 BaF2로 이루어진 평탄 플레이트(P)도 만들어질 수 있다. 그러나 상기 플레이트가 - 마멸 소자로서 및 보호 소자로서 - 자주 교체되면, 이 플레이트는 또한 (전술한 파장 범위에서) 석영 유리로 계속해서 만들어질 수 있다.
도 2의 실시예는, NaF로 이루어진 전체적으로 5개의 네거티브 렌즈(218, 219, 220, 221; 232, 233, 234, 235; 236, 237; 249, 250; 257, 258)를 2개의 목부분, 조리개 공간내에 및 화상 평면(Im) 앞에 있는 수렴 빔 경로내에 사용하여 애크로매트화되는, CaF2-렌즈를 기초로 하는 157nm-전 필트-스캐너-투영 오브젝티브를 보여준다.
전체적으로 3개의 비구면 렌즈 표면(211, 221, 257)(그 중에서 2개는 NaF2를 기초로 함)은 오브젝티브를 재료 절감적으로 컴팩트하게 구성할 때 우수한 보정에 기여한다.
이미징 척도가 1:4이고, 8 x 26mm 스캐너-전 필드에 대한 화상 필드 직경이 27.2mm이며 화상측 애퍼처의 수치가 NA = 0.77인 것은, 모든 화상 높이에 걸쳐 RMS-화상 에러가 16mλ 아래에 있고 레이저-밴드폭이 Δλ = ±0.2pm인 오브젝티브의 중요한 특성 데이터이다. 비교값 Δλ = 500pm에 대한 크롬화된 길이 수차는 CHL(500 pm) = 0.153mm에 달한다. 개별적인 구조 데이터는 표 2에 요약되어 있다. 사용된 최대 렌즈 직경은 렌즈(247, 248)에서 246mm에 달한다.
이 경우 비구면의 형성 및 활용은 동일 발명자 및 출원인의 1999년 5월 14일자 특허 출원서 DE 199 22 209.6호의 원칙에 따라 이루어지며, 이로써 상기 특허 출원서는 또한 본 출원서의 공개 부분으로서 간주된다.
도 3에 개략적으로 도시된 마이크로리소그래피의 투영 조사 장치는 광원(301)으로서의 엑시머-레이저, 밴드폭을 축소하기 위한 장치(302) - 이 장치는 레이저내에 통합될 수도 있다 -, 균일화 장치 및 필드 조리개 장치 등을 갖는 조명 장치(303), 위치 설정 장치 및 동작 장치(314)를 갖는 마스크 홀더(304)를 포함한다. 본 발명에 따른 투영 오브젝티브(305)는 상이한 결정 또는 플루오르화물로 이루어진 렌즈(315, 325)를 포함한다. 이미지 평면에서 물체는 위치 설정 장치 및 동작 장치(316)를 갖는 물체 홀더(306)상에 준비된다. 스캐너로서의 실시예에서 마스크 홀더 및 물체 홀더는 이미징 척도 만큼 상이한 속도로 동시에 움직인다. 물론, 예를 들어 제어 장치 및 조절 장치, 자동 포커스, 웨이퍼 장치 및 마스크 교체 장치, 에어 컨디셔닝 장치와 같은, 투영 조사 장치의 여기에 도시되지 않은 설비들도 그에 속한다.
도 4는 "퍼티 섹션(putty section)"(401)을 갖는 오브젝티브(400), 즉 공기 갭 없이 접합된 렌즈 그룹을 보여주며, 이 렌즈 그룹은 상기 깊은 UV-범위에서 압착에 의해 유지되는데, 그 이유는 광선에 안정적인 퍼티/접착제가 이용될 수 없기 때문이다. 위에서 말한 바와 같이, 포지티브 LiF 및 네거티브 NaF 렌즈를 갖는 또는 BaF2및 CaF2를 갖는 상기와 같은 섹션이 중요하다. 오브젝티브(400)내에 있는 다른 렌즈(402)들은 예를 들어 CaF2또는 전술한 재료들 중에서 다른 재료로 완성된다.
도 5는, 126nm 또는 109nm의 리소그래피를 위해 제안된 것과 같은 본 발명에 따른 반사 굴절식 오브젝티브를 개략적으로 보여준다.
물체(Ob)는 4개의 미러(M1 내지 M4) 및 4개의 렌즈(L1 내지 L4)를 이용하여 이미지 평면(Im)상에 이미징된다. 렌즈(L1)는 미러(M1)와 함께 하나의 Mangin-미러로 합쳐진다. 이것은 제조를 용이하게 하고, 반사 손실 및 반사 장애를 감소시킨다. 빔 다발의 횡단면이 크고 그에 따라 강도가 적은 렌즈(L1, L3, L4)는 LiF로 제조된다. 그러나, 애퍼처의 수치를 높이기 위해 이용되는 화상에 가까운 렌즈(L2)는 집중 방사에 노출된다. 이를 위해서는, 그것의 비교적 높은 방사 안정성으로 인해 비정질 BeF2가 사용된다.
반사 굴절식 오브젝티브는 흡수 및 렌즈 제작 재료의 비교적 어려운 제조로 인해 다만 적은 개수의 렌즈, 즉 1개 내지 10개의 렌즈만을 포함한다. 상기 방식의 마이크로 리소그래피-투영 오브젝티브는 예를 들어 193nm에 대해 공지되어 있으며, NA = 0,6이고 렌즈 재료로서 석영 유리를 갖는 US 4,701,035의 도 12 및 US 5,815,310호의 도 3을 참조하라. 상기 장치로부터 출발하여, 새로이 제안된 재료들의 광학적인 특성들이 제공된 본 발명에 따른 오브젝티브의 구체적인 실시예들이 유도될 수 있다.
본 발명의 다른 오브젝티브 구성을 위해서도 기본적으로는 기존의 디자인으로 이루어진 디자인-프로그램을 이용한 상세한 구성이 유도될 수 있다. 이를 위해 개별 작동 파장에서 재료의 굴절률 및 분산이 사용될 수 있다.
"Handbook of Optics", Mcgraw-hill 1995, Ch. 33 Properties of Crystals and Glasses, p.33.64, ref. [125]에는 예를 들어
100nm부터의 LiF
150nm부터의 NaF, 130nm 부터의 외삽법(extrapolation)
150nm부터의 KF, 130nm 부터의 외삽법을 갖는 분산 곡선이 공지되어 있다.
BaF2, CaF2, MgF2, SrF2및 LiF2의 흡수 에지에 대해서는 130nm의 대역 필터와 관련하여 GB 1 276 700호에 정보가 있다.
언급한 반사 방지층의 광학 상수는 예를 들어 M. Zukic et al. Applied Optics 29 No. 28, Oct. 1980, p 4284-4292에 있다.
언급된 문헌들은 물론 다만 예일 뿐이다. 그밖에 정확한 광학적 특성들은 UV-분광계를 이용한 샘플 측정에 의해서도 얻어질 수 있다.
표 3a에는 소수의 플루오르 화합물의 아베수가 ArF-엑시머 레이저 및 F2-엑시머 레이저의 파장에 대한 석영 유리의 비교를 위해 제공되어 있다.
상기 표로부터 157nm에서 상이한 크론/플린트 콤비네이션에 대한 표 3b의 아베수의 비율이 표시되어 있다. 큰 비율은 적은 플린트를 갖는 강한 칼라 에러 보정을 의미한다.
그에 따라 크론 LiF, 플린트 LiF 조합이 이상적이다. 그러나 KF의 까다로운 특성들은 이와 반대이다(흡수, 물에 대한 감수성).
그러나 크론 CaF2에 대해서는 크론으로서의 LiF와의 콤비네이션에 비해 다만 NaF와의 콤비네이션만 논의될 수 있다.
LiF로 렌즈를 제조하는 것이 CaF-렌즈의 제조와 비교 가능하다면, 크론으로서의 LiF로 오브젝티브를 구성하는 것, 즉 BaF2또는 NaF와의 콤비네이션이 선호될 수 있다.
본 발명에 따라 수정-렌즈를 사용하는 것은 파장 범위가 130 내지 200nm인 반사 굴절식 장치에서도 동일한 장점을 가져온다.
본 발명에 따른 오브젝티브를 갖는 투영 조명 장치는 예를 들어 언급한 특허 출원서 및 다른 출처에 공지된, 물론 본 발명에 따른 오브젝티브를 갖는 구성과 일치한다.
157nm 장치를 위해서는 밴드폭을 제한하기 위한 적절한 비용을 갖는 F2-엑시머-레이저, 예를 들어 DE 19855106호에 따른 적합한 조명 장치, 경우에 따라서는 플루오르 화합물 및/또는 미러-광학 장치, 및 예컨대 본 발명에 따른 오브젝티브를 갖는 조명 장치가 선호될 수 있다. 이 목적을 위해 마스크 장치 및 웨이퍼-위치 설정-장치 및 핸들링 장치 등이 본 발명에 따른 투영 오브젝티브에 사용된다.
파장이 낮은 마이크로 리소그래피에서 새로운 사용 가능성들을 열어주는 재료 상태를 갖는 대안적인 오브젝티브를 제공할 수 있다.

Claims (23)

  1. 적어도 2개의 상이한 결정으로 이루어진 렌즈를 갖는 것을 특징으로 하는 오브젝티브.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈가 적어도 2개의 상이한 플루오르 화합물, 특히 CaF2, BaF2, SrF2, LiF, NaF, KF로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오브젝티브.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    유리 종류의 재료, 특히 석영 유리 또는 비정질 BeF2로 이루어진 추가 렌즈를 갖는 것을 특징으로 하는 오브젝티브.
  4. 157nm의 F2-엑시머-레이저를 갖는 조명 장치를 위해 보정된 마이크로 리소그래피 투영 오브젝티브에 있어서,
    상기 오브젝티브가 순수 굴절식이며, BaF2, SrF2, NaF, LiF 또는 KF로 이루어진 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 오브젝티브.
  5. 제 4항에 있어서,
    추가의 수정-렌즈 재료로서 CaF2가 사용되는 것을 특징으로 하는 투영 오브젝티브.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    BaF2또는 SrF2또는 NaF로 이루어진 소수의 네거티브 렌즈가 제조되는 것을 특징으로 하는 투영 오브젝티브.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    모든 포지티브 렌즈 및 소수의 네거티브 렌즈가 CaF2로 제조되는 것을 특징으로 하는 투영 오브젝티브.
  8. 제 4항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    화상측 애퍼처의 수치가 0.5 이상, 바람직하게는 0.6 이상인 것을 특징으로 하는 투영 오브젝티브.
  9. 석영 유리로 이루어진 렌즈를 포함하며, 파장이 360nm 이하인 조명 장치를 위해 보정된 마이크로 리소그래피 굴절 투영 오브젝티브에 있어서,
    상기 오브젝티브의 화상 평면 다음의 2개의 렌즈 중에서 적어도 하나의 렌즈가 결정, 바람직하게는 CaF2, SrF2또는 BaF2로 실시되는 것을 특징으로 하는 굴절 투영 오브젝티브.
  10. 제 3항 또는 제 9항에 있어서,
    파장이 360nm 이하인 레이저-조명 장치를 위해 보정된 마이크로 리소그래피 투영 오브젝티브이며, 대부분의 렌즈가 석영 유리로 제조되고, 다수의 포지티브 렌즈가 바람직하게는 조리개 근처에서 애크로매트화를 위해 CaF2로 제조되며, 하나 이상의 오브젝티브측 렌즈가 압밀 작용의 영향을 저지하기 위해 BaF2로 제조되거나 다른 플루오르 화합물, 특히 SrF2로 제조되는 것을 특징으로 하는 오브젝티브.
  11. 결정-재료 CaF2, BaF2, LiF, NaF, SrF, KF 또는 비정질 BeF2중에서 적어도 2개의 재료로 이루어진 렌즈를 갖는 100 - 180nm의 동작 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 리소그래피 투영 오브젝티브.
  12. LiF 및/또는 비정질 BeF2로 이루어진 렌즈를 포함하는 100 - 130nm의 동작 파장을 갖는 반사 굴절식 오브젝티브로서 실시된 것을 특징으로 하는, 마이크로 리소그래피 투영 오브젝티브.
  13. 상이한 플루오르 화합물, 특히 NaF 및 LiF 또는 CaF2및 BaF2로 구성된 렌즈로 이루어진 것을 특징으로 하는 애크로매트-렌즈 그룹.
  14. 제 13항에 있어서, 적어도 하나의 애크로매트-렌즈 그룹을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 오브젝티브.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 렌즈가 비구면 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 오브젝티브.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    렌즈가 MgF2및/또는 LaF3로 이루어진 비반사-얇은 층을 지지하는 것을 특징으로 하는 오브젝티브.
  17. 157nm의 광원 및 굴절식 투영 오브젝티브를 갖는 것을 특징으로 하는 투사 조명 장치.
  18. - 100 - 160nm, 바람직하게는 100 - 150nm의 파장을 갖는 엑시머-레이저를 갖는 광원,
    - 하나 이상의 플루오르 화합물, 특히 알칼리 플루오르 화합물 또는 토류 알칼리 플루오르 화합물로 이루어진 굴절식 광학 소자를 갖는 조명 장치,
    - 래티클-위치 설정 장치 및 이동 장치,
    - 적어도 2개의 결정 재료 CaF2, BaF2, LiF, NaF, SrF, KF 또는 비정질 BeF2로 이루어진 렌즈를 갖는 투영 오브젝티브, 및
    - 물체-위치 설정 장치 및 이동 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 리소그래피 투사 조명 장치.
  19. 제 17항 또는 제 18항에 있어서,
    상기 투영 오브젝티브가 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 따라 실시되는 것을 특징으로 하는 투사 조명 장치.
  20. 제 17항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,
    스티칭-방법을 위해 설계되는 것을 특징으로 하는 투사 조명 장치.
  21. 제 18항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서,
    109, 126, 134, 146 또는 157nm의 파장을 갖는 엑시머-레이저가 광원으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 투사 조명 장치.
  22. 광에 민감한 층이 제공된 기판이 제 17항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 따른 마스크 및 투사 조명 장치를 이용하여 레이저 자외 광선에 의해서 조명되고, 상기 마스크상에 포함된 패턴의 이미징에 의해 구조화되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 구조화된 부품의 제조 방법.
  23. 제 1항에 있어서,
    적어도 하나의 분산 렌즈가 재료로 사용되며, 상기 재료의 굴절률은 수집 렌즈내에 사용된 재료의 평균 굴절률보다 더 낮은 것을 특징으로 하는 오브젝티브.
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