KR20020050179A - 조명 장치를 위한 광학 적분기 - Google Patents

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KR20020050179A KR1020010081633A KR20010081633A KR20020050179A KR 20020050179 A KR20020050179 A KR 20020050179A KR 1020010081633 A KR1020010081633 A KR 1020010081633A KR 20010081633 A KR20010081633 A KR 20010081633A KR 20020050179 A KR20020050179 A KR 20020050179A
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칼 짜이스 세미컨덕터 매뉴팩츄어링 테크놀로지즈 악티엔게젤샤프트
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Abstract

마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 시스템의 조명장치용 광학 적분기는 자외선에 투명한 물질로 이루어지는 로드(27)를 가지고 직사각형의 단면을 가진다. 예를 들어, 동일한 물질로 이루어진 일곱개의 작은 로드들(30)을 가지는 로드 배열(29)은 상기 로드의 입구 표면(28) 앞에 배열된다. 작은 로드들(30)의 폭과 높이 사이의 가로세로 비는 로드(27)의 폭과 높이 사이의 가로세로 비의 역이다. 로드 배열(29)은 로드(27)의 방향 의존적인 전반사 손실을 보상하는 보상 수단으로서 작용한다.

Description

조명 장치를 위한 광학 적분기{Optical integrator for an illumination device}
본 발명은 조명 장치용 광학 적분기에 관한 것으로, 특히 상기 광학 적분기가 채용된 조명 장치 뿐만 아니라, 청구항 1의 전문에 따르는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 시스템용 조명 장치에 관한 것이다.
반도체 소자의 마이크로리소그래픽 제조를 위한 프로젝션 노광 시스템의 실행은 실질적으로 프로젝션 시스템의 이미징 특성에 의해 결정된다. 더욱이, 이미지 질 및 웨이퍼 스태퍼 또는 웨이퍼 스캐너에서 달성할 수 있는 웨이퍼 유동율도 프로젝션 시스템의 상류측의 조명 장치의 특성에 의해 실질적으로 결정된다. 이것은 강도가 균일하게 분포하는 경우 하류의 광학 시스템에 정확하게 적용되는 방식으로 가능한 한 많은 광량을 제공할 수 있어야만 한다.
다음의 시스템에 대한 조절도 조명 장치의 출구에서 원거리 중심 정렬에 의해 실질적으로 결정된다. 감광 마스크상 조사되는 조명의 고도의 균일성은 소위 광학 적분기 또는 광 혼합 요소의 보조를 받아 조명 장치 내 광원으로부터의 광을 혼합시킴으로써 달성될 수 있다. 벌집모양 콘덴서와 함께 작동하는 광학 적분기에 부가하여, 조명 장치의 광원의 광에 투명한 물질로 이루어지고 그것의 길이방향(z 방향)의 레디에이션에 의해 실질적으로 투과되는 로드를 가지는 그러한 광학 적분기도 허용되었다. 상기 로드도 비록 그것이 예를 들어 합성 쿼쯔 글래스와 같은 글래스형 물질로 이루어질 뿐만 아니라, 예를 들어 칼슘 플로라이드와 같은 결정 물질로 이루어진다 하더라도 다음에서 글래스 로드로 기술된다. 상기 로드는 조명 장치의 중간 필드 평면을 형성할 수 있는 반대쪽의 출구 표면뿐만 아니라, 상기 광원의 광이 입사하는 조명 장치의 광원을 향해 광학적으로 면하는 입구 표면을 가진다.
상기 로드의 횡단면 형상은 조명되는 표면의 형상에 조절되도록 의도되기 때문에, 여기서 고려되는 상기 로드의 상기 로드 횡단면은 1 값으로부터 벗어나는 폭(또는 x 방향)과 높이(또는 y 방향)사이의 가로세로 비를 가지는 직사각형이다. 글래스 로드내 통과하는 광은, 칼레이도스코프(kaleidoscope)에서처럼, 측 경계면상에서 많은 회수로 전반사되어 광의 불균일한 부분들의 거의 완벽한 혼합이 달성될 수 있다. 따라서, 상기 로드의 출구 표면은 감광 마스크상 거의 균일한 조명 필드로서 재생된다. 광학 적분기로서 직사각형 로드의 그런 유형을 사용하는 조명장치는 예를 들어 DE 44 21 053, DE 195 20 363 또는 DE 199 12 464내에 개시된다.
그런 로드 형상의 광학 적분기의 출구에서 광 에너지의 분포는 각도 공간에서 원하지 않는 비대칭을 나타낸다. 이 비대칭은 동공의 (에너지의) 타원율로서 다음에 기술되고 상기 로드의 출구 표면의 모든 이미지 위치 또는 점(x, y)에 대해 설명될 수 있다. 타원율의 설명은 광 에너지가 모든 이미지 위치로부터 특정 각도 분포를 통해, 즉 z 방향(상기 로드의 길이 방향에 대응)뿐만 아니라 z 방향에 대각선방향의 성분에서도 방사된다는 고려에 기초한다. 모든 방향에 대한 에너지 밀도가 각도 분포에서 동일해야 하는 반면, 실제적인 시스템에서는 대칭으로부터의 편차, 즉 에너지 분포의 변형이 관찰되는데, 여기에서 x 축으로부터 거리에서 영역 내 광 강도는 y축으로부터의 동일한 거리내 영역 내 광 강도보다 낮다. 이것은 웨이퍼의 조명의 원하지 않는 불규칙성에 이를 수 있다.
본 발명의 목적은 종래의 광학 적분기와 비교하여 조명의 균일성, 특히 각도 의존적인 강도 불균일성에 대해 향상된 조명의 균일성이 가능한 상술한 유형의 광학 적분기를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 조명 장치의 바람직한 구현예를 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 폭 방향의 반사를 개략적으로 나타내는 본 발명에 따른 광학 적분기의 구현예의 넓은 측면의 평면도,
도 3은 높이 방향의 반사를 가지는 도 2에 도시된 광학 적분기의 측면도,
도 4는 광학 적분기의 출구 표면에서 에너지 타원율의 정의를 설명하는 개략적인 도면,
도 5는 종래의 로드 형상의 광학 적분기의 출구에서의 타원율의 분포의 개략적인 도면,
도 6은 종래의 광학 적분기 및 본 발명에 따른 광학 적분기의 동공의 타원율을 x 방향에 따른 위치의 함수로서 나타내는 도면,
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 청구항 1의 특징을 가지는 광학 적분기와 청구항 15의 특징을 가지는 조명 장치를 제안한다. 유리한 다른 구현예는 종속항에서 상세화된다. 모든 청구항의 축어적 의미는 상세한 설명의 기술적 사상을 참조로 하여 통합된다.
본 발명에 따른 광학 적분기는 보상 수단이 상기 로드의 방향 의존적인 전반사 손실의 보상을 위해 제공되는 것을 특징으로 한다. 이러한 제안은 글래스 로드의 넓은 측면과 좁은 측면상 광 빔의 반사가 완전하지 않으며, 오히려 불완전하며, 최적으로 준비된 측면의 경우에서조차 불완전하다는 지식에 근거한다. 이 원인은, 예를 들어 반사 표면의 거칠기(roughness)일 수 있는데, 광 빔이 전반사의 각도 범위 내 국소적으로 더 이상 위치하지 않고 따라서 광 강도의 일부가 결합되지 않는 것을 초래한다. 또한 글래스 로드 표면 영역내 불순물 원자가 로드 물질 내 함입되어 로드의 에지에서의 굴절률이 내부 물질의 굴절률과 대응하지 않는 결과를 가져올 수 있다. 이것은 광의 부분적 비결합에 공헌할 수 있다. 또한 표면 영역내 흡수 효과는 전체적인 반사광의 강도를 감소시킬 수 있다.
여기서 고려되는 광학 적분기의 경우 글래스 로드는 그 구조로 인해 직사각형이기 때문에, 측면상 광경로의 경우 반사 횟수는 상당한 정도로 상이하다. 반사 평면이 상기 로드의 더 넓은 측에 실질적으로 평행하게 배향되고 좁은 측에 반사되는 광은, 평면내 주로 반사되는 광보다 평균적으로 지각할 수 있을 정도로 덜 자주반사되어, 로드의 좁은 측에 평행하거나 예각, 즉 y 방향에 가까운 로드의 길이방향으로 실질적으로 주행한다. 실제 시스템의 경우 불완전한 전반사로 인해, 강도손실이 로드 출구에 일어나며, 손실량은 반사 과정당 전반사 손실의 정도 뿐만 아니라, 광의 통과 도중에 반사수에도 실질적으로 의존한다. 이것은 동일한 크기의 x 값의 경우보다 넓은 측면과 좁은 측면의 실질적으로 동일한 표면 특성의 경우 큰 y 값을 가지는 각도 범위내에서 더 큰 손실을 초래한다. 이러한 불리한 효과와 이에 따른 동공의 타원율의 감소에 대한 보상은, 적절한 보상 수단의 보조를 받아 달성될 수 있으며, x 방향 및 y 방향으로, 반사수를 반사당 전반사 손실로 곱함으로써 주어지는 곱이 서로 정렬된다.
이것은 예를 들어 보다 더 소수의 반사가 일어나는 좁은 측면의 특정 전반사를 목표로 감소시킴으로써, 반사당 전반사 손실이 증가하고 정렬이 x 및 y 방향 사이에 실행되도록 함으로써 달성될 수 있다. 특정 전반사율은 예를 들어 적절한 크기의 적어도 하나의 부분적인 영역 또는 z 방향에서 적절하게 긴 선택된부분에 걸쳐 적절한 표면에서 그 표면을 거칠게 하고, 반사 감소 코팅을 제공하고, 기체로 플러싱하고, 액체로 그것을 습윤시키고, 그리고/또는 그것을 목표로 굴절률이 변하는 물질로 도핑하거나 코팅함으로써 감소될 수 있다. 상기 목적을 위해 적어도 하나의 로드의 측 표면의 적어도 하나의 부분적 영역은, 적절한 코팅 또는 표면 거칠기, 즉 인접한 부드러운 표면 부분에 대한 표면 거칠기의 목표된 확장을 가질 수 있다. 적어도 하나의 장치는, 하나 또는 그 이상의 외부 로드 표면의 적어도 하나의 부분적 영역을, 접촉된 부분적인 영역내 반사율을 변경시키는, 특히 전 반사율을 감소시키는 액체 또는 기체의 유체로 접촉시키도록 제공될 수 있다. 상기 장치는 예를 들어 기체 플러싱 장치 또는 습윤 장치일 수 있다. 적절한 조치을 취함으로써 넓은 로드 측에 평행한 x 방향에서 반사수를 증가시키는 것이 가능하며, 만약 필요하다면 특정 전반사가 측면에 변경되지 않고 유지될 수 있다. 이러한 조치들의 조합도 가능하다.
이러한 조치들의 하나 또는 그 이상을 통해, (x 방향에 평행한) 폭방향에서 로드의 전반사 손실이 그것에 수직한 (y 방향에 평행한) 높이 방향에서의 전반사 손실보다 크게 되는 방식으로, z 방향의 적절한 길이의 투명한 보상 부분의 적어도 하나의 직사각형 횡단면을 상기 로드에 할당할 수 있다. 이것은 전 반사 손실에 대한 로드내 비율들에 정확히 역인 보상 부분내 지배하는 비율을 야기하므로, 에너지 비대칭의 보상은 그 양이 보상 부분 설계를 통해 영향을 받을 수 있는 로드 출구에서 가능하다.
보상 부분이 광학 적분기의 입구 영역에 제공되는 변형예가 바람직한데, 여기에서 상기 보상 부분은 상기 로드의 입구 표면 이전에 광경로의 방향에 바람직하게 배치될 수 있다. 이것은 보상부분의 뒤에서 이용가능한 큰 로드 길이를 초래하며, 이는 광의 충분하게 철저한 혼합을 가능하게 한다.
보상 부분은 글래스 로드에서 일체로 형성될 수 있으나, 바람직하게는 분리된 광 모듈을 통해 달성된다. 이것은 글래스 로드의 제조 및 설치 과정에서, 복잡한 개재없이 이미 존재하는 시스템을 본 발명에 따라 수정할 수 있게 한다. 보상 부분을 교환시킴으로써 예를 들어 다양한 조명 방법상 적분기 시스템을 조절하도록다양한 보상 정도도 설정될 수 있다.
바람직한 광학 적분기는, 적어도 하나의 로드 배열이 상기 로드의 입구 표면 앞에 배열되며, 상기 로드 배열은 광원의 광에 투명한 물질로 이루어진 몇 개의 작은 로드들을 구비하는 것을 특징으로 하는데, 상기 작은 로드들 각각은 바람직하게는 상기 로드의 가로세로 비의 역인 가로세로 비를 가진다.
그에 의해서, 역 가로세로 비는 가로세로 비의 역 비례로 반드시 정의되는 것은 아니지만, 그대신 대체로 그러하며, 따라서 만약 상기 로드의 가로세로 비가 1보다 크거나 그 반대라면 상기 작은 로드들의 가로세로 비는 1 미만이다. 작은 로드들이 상기 로드의 입구 표면에 대한 단면을 유리하게 채우도록 실질적으로 배열되는, 보상 부분의 역할을 하는 그런 로드 배열을 통해, 상술한 타원율은 허용할 수 있는 정도로 감소될 수 있으며, 필요하다면 완전히 제거될 수 있다. 글래스 로드 앞에, 직사각형이고 상기 로드의 짧은 측변에 평행한 긴 변을 가지는 더 작은 로드의 세트를 배열함으로써, x 방향과 y 방향에서의 반사수의 차이가 감소된다. 특정 표면 반사의 변화는 예를 들어, 코팅, 표면 거칠기 및/또는 유체로 습윤시킴으로써 부가적으로 결정될 수 있지만 원칙적으로 요구되지는 않는다.
전반사 손실의 완전한 보상이 가능하다. 기하학적 고려 때문에 불변 표면 특성의 경우, 추론할 수 있는 다수의 작은 로드, 그리고/또는 아주 얇은 로드들 및/또는 보상 부분의 큰 경로길이를 요구한다. 하지만, 실제로 부분적 보상이 충분해서 보상 부분이 콤팩트하게 제조될 수 있고 최소의 노력으로 조명장치의 설치 환경내 통합될 수 있다. 보상 부분, 특히 로드 배열은 바람직하게는 상기 로드의 길이보다 5% 더 긴 길이를 가지며, 상기 보상 부분의 길이는 바람직하게는 10%보다 크고, 특히 상기 로드의 길이의 대략 15% 와 50%사이이다. 편리하게는 작은 로드들의 수는 상기 로드 횡단면의 가로세로 비보다 크고, 예를 들어 3개 내지 15개 사이의 범위이고 최대 20 개 로드까지 일 수 있다. 상기 작은 로드들의 높이는 상기 로드의 높이와 실질적으로 동일할 수 있다. 기술적인 제조의 관점으로부터 작은 로드들이 동일한 횡단면과 길이를 가진다면 유리하다. 하지만, 원리적으로, 개개의 작은 로드들의 벗어나는 치수도 가능하다. 필요하다면 작은 로드들이 상이한 치수를 가지는 경우 광의 더 양호한 혼합이 달성될 수 있다. 작은 로드들은 작은 판 또는 박막으로 형성되는 것이 가능하고, 즉 특히 폭과 높이 사이의 비가 100 또는 심지어 1000보다 클 수 있는 비인 경우에, 그런 투명한 요소로 형성되는 것이 가능하다.
예를 들어, 모듈이 로드 배열에 의해 형성된 보상 부분에 의해 분리되게 나타나는 실시예에서, 이것은 예를 들어 일 밀리미터 미만의 중요하지 않은 공간이 상기 로드의 상기 보상 부분과 상기 입구 표면 사이에 남는 방식으로 편리하게 배열된다. 이것은 상기 글래스 로드와 보상 부분의 민감한 표면들 사이의 접촉을 방지하며 따라서 이 표면들에 가능한 손상을 방지한다.
광의 통로용으로 상기 로드 횡단면의 최대 가능 부분들을 사용할 수 있기 위해, 로드 배열은 편리하게 작은 로드들의 밀집된 패킹을 가지며, 상기 작은 로드들은 실질적으로 배열될 수 있으나, 바람직하게는 상호접촉없이, 예를 들어 0.5mm 또는 0.3mm 미만의 범위내 측 간격에 의해 서로 분리될 수 있다. 상기 작은 로드들의 개개의 반사 표면이 여전히 실질적으로 자유로운 밀집 패킹은, 예를 들어, 박막과같은 적절한 중간에 위치하는 스페이서에 의해 보장될 수 있는데, 상기 박막은 인접하는 작은 로드들이 그 각각의 지지 영역 내에서 전반사가 그에 의해 영향을 받지 않는 물질로 편리하게 이루어진다.
만약 작은 로드들 사이의 서로를 향해 면하는 표면들의 반사율의 정도가 50%보다 크다면 일반적으로 충분하며, 적어도 75% 이상이 특히 바람직하다. 거의 완전한 전반사는 여기서 필요하지 않다. 스페이서를 가지는 밀집 패킹은 상기 로드 배열의 조열을 단순화하고 배열 설정과 작동에서 상기 로드들의 평행을 보장한다. 동시에 개개의 작은 로드들은 전반사가 실질적으로 유지되도록 서로간에 광학적으로 분리된다. 상기 작은 로드들 사이의 반사의 적합한 정도를 설정함으로써 원하는 혼합정도는 상기 로드 배열의 영역내에서 설정될 수 있다.
이러한 특징과 다른 특징들은 특허청구범위 뿐만 아니라 상세한 설명과 도면으로부터 비롯되며, 여기서 각 개개 특징은 본 발명의 구현예 및 다른 분야에서 각각 또는 함께 서브 콤비네이션의 형태로 구현될 수 있으며, 보호될 수 있는 구현예뿐만 아니라 유리한 구현예를 나타낸다.
도 1은 μm 미만의 분해능을 가지는 다른 마이크로 장치 또는 집적 회로의 마이크로리소그래픽 제조용 프로젝션 노광 장치내 설치되도록 제공되는 본 발명에 따른 조명장치(1)의 예를 나타낸다. 레이저(2)는 광원의 역할을 하며, 예를 들어 248nm, 193nm 또는 157nm의 작동 파장을 가지는, 딥 자외선 영역(DUV;Deep Ultra Violet)내에서 주로 사용되는 엑시머 레이저이다. 레이저 하류측의 빔 확장기(3)는 간섭성과 예를 들어 대략 3:1의 그 측변 길이의 액스팩트 비 x/y를 가지는 직사각형 빔 횡단면상 빔 형성을 감소시키는 역할을 한다. 제1회절 광학 그리드 소자(4)는 다음의 줌 대물렌즈(5)의 물체 평면을 형성하며, 그것의 출사동내 제2광학 그리드 소자(6)가 제공된다. 이로부터 광이, 결합 시스템(7)내로 입사되는데, 이것은 상기 광을 광학 적분기로 전송한다. 상기 광은 광학 적분기(또한 광 혼합 요소로서 기술되는)내에 다중 내부 반사에 의해 혼합되고, 균질화되며, 상기 광학 적분기의 출사면(11)에서 실질적으로 균일하게 출사한다. 레티클 마스킹 시스템(REMA)(12)과 조정가능한 필드 개구가 배열되는 중간 필드 평면이 출사면(11)에 직접적으로 있다. 몇 개의 렌즈 그룹(14, 15, 16), 동공 평면(17) 및 수동 반사기(18)를 가지는 다음의 대물렌즈(13)는 레티클 마스킹 시스템의 중간 필드 평면을 레티클 또는 포토 마스크(20)상에 투사한다.
하류측의 프로젝션 대물렌즈(미도시)와 조절가능한 웨이퍼 홀더와 함께, 상기 조명 시스템은, 전자 소자의 마이크로리소그래피를 위한 프로젝션 노광 시스템뿐만 아니라, 광학 회절 요소와 다른 마이크로 구조 소자도 형성한다. 상기 구조와 작동 원리의 보다 상세한 사항은 DE 195 20 563 A1에서 찾아 볼 수 있으며, 그 내용은 본 등록 출원의 내용에 참조로 통합된다.
웨이퍼 스태퍼의 경우, 예를 들어 1:1 내지 1:2의 높이와 폭 사이의 가로세로 비를 가지는 전체적으로 직사각형인 칩에 대응하는 상기 전체적인 구조 표면은 레티클(20)상에 가능한 한 균일하고 선명하게 조명된다. 웨이퍼 스캐너의 경우 좁은 스트립은 1:2 내지 1:8의 전형적인 가로세로 비를 가지는 직사각형의 레티클(20)상에 조명되며, 칩의 전체적인 구조 필드는 연속적으로 스캐닝에 의해조명된다. 여기서 상기 조명은 아주 균일해야 하고 적어도 스캔 방향에 대해 수직한 방향에서 선명한 에지를 가져야 한다.
예외적인 경우 조명되는 영역의 다른 형상도 레티클(20)상에 가능하다. 레티클 마스킹 시스템(12)의 개구와 광학 적분기(10)의 횡단면 형상은 요구되는 형상로 정확하게 조절되어야 한다. 상기 도시된 예의 로드 형상의 광학 적분기(10)는 x 방향으로 평행한 넓은 측에 30.3mm의 에지 길이와 상기 방향에 수직한 높이 방향 또는 y 방향에서 좁은 측에 대해 9.7mm의 에지길이를 가지는 직사각형의 횡단면 표면을 가진다. 광학 적분기의 길이 방향인 z 방향은 광축(21)에 평행하다.
상기 로드 형상 광학 적분기(10)의 구조는 도 2 및 도 3을 참조로 하여 더욱 상세히 설명된다. 도 2는 적분기 시스템의 넓은 측(25)상에서 y축을 따르는 도시 방향을 가지는 평면도이고 도 3은 넓은 측면에 대해 수직하게 배향된 x 방향으로 보는 좁은 측(26)의 평면도이다. 광학 적분기(10)는 본질적으로 광원(2)의 광에 투명한 물질, 예를 들어 결정 칼슘 플로라이드로 이루어진 횡단면이 직사각형인 로드(27)와, 로드(27)와 동일한 물질로 이루어지고 각각이 동일한 직사각형 횡단면을 가지는 일곱 개의 실질적으로 동일한 작은 로드들(30)을 가지는 입구 표면(28)앞에 바로 배열되는 로드 배열(29)의 형상인 분리 광학 모듈로 이루어진다. 여기서, 상기 로드 배열(29)의 전체적인 횡단면은, 상기 로드(27)의 횡단면과 동일하며, y 방향의 상기 작은 로드들의 측정된 높이는 상기 로드(27)의 높이와 동일하고, x 방향의 상기 작은 로드들(30)의 측정된 폭은 상기 로드(27)의 폭의 7분의 1에 항상 대응한다. 상기 예에서 상기 로드(27)의 에지 길이는 상기 로드(27)의 전체적인 길이(38)가 대략 550nm인 경우, x 방향으로 대략 30.3mm이고 y 방향으로 대략 9.7mm 이다. 상기 작은 로드들은 항상 높이방향으로 대략 9.7mm 이고 x 방향으로 대략 4.3mm 폭을 가지고 대략 100mm의 길이(39)를 가진다. 광축(21)에 대칭인 홀수개 로드의 바람직한 배열의 경우 작은 중간 로드가 광축상에 위치한다.
작은 로드들(30)과 그것들을 향하여 면하는 로드(27)의 앞면(28)사이에 기계적인 손상에 이르게 되는 접촉을 피하기 위해, 십분의 수 밀리미터의 공간이 남아있었다. 작은 로드들 사이에, 서로를 향하는 상기 작은 로드들(30)의 넓은 측들이 서로 접촉하지 않는 것은 보장하는 스페이서(미도시)가 제공되며, 십분의 수 밀리미터인 측방향 간격은 아주 작아서 전체적인 입구 표면(28)은 실질적으로 상기 작은 로드들(30)에 의해 포괄적으로 채워진다. 상기 스페이서들은 예를 들어 적절한 박막에 의해 형성될 수 있다. 작은 로드들(30)과 상기 로드(27)의 모든 고른 외부 표면은 내측으로부터 표면상에 적절한 평각으로 입사하는 광이 예를 들어 0.5% 또는 그 미만의 최소 강도 손실만을 가지고 전반사되는 방식으로 적절한 표면 처리를 통해 평탄화된다.
레티클 마스킹 시스템(12)의 영역내 광학 적분기의 출구(11)에서 광 분포는 조명 과정의 질에 영향을 미치는 값들인 다양한 파라미터에 의해 특징지워질 수 있다. 여기서 강도 분포의 균일성, 원거리 중심 정렬 및 타원율은 REMA 평면(12)내 광의 분포에 의해 도시되는 바와 같이, 실질적인 양으로 간주된다. 본원 등록 출원의 목적을 위해, 균일성은 에너지 밀도가 기준 표면(12)을 통한 일정한 분포로부터 상대적인 편차를 상세화한다. 이상적인 값은 따라서 0의 값에 가깝다. 원거리 중심정렬은 여기서 방사된 광의 에너지 중심 빔과 광축(21)(z 축)사이의 각을 의미한다. 도 4에 표시된 바에 따라서, 동공의 타원율(E11)에 대한 측정으로서, x 축 주변 또는 폭방향으로 배열되는 사분면 Ⅰ+Ⅲ과 y축 주변 또는 높이방향으로 배열되는 사분면 Ⅱ 및 Ⅳ에서 이용할 수 있는 에너지 비가 사용된다. 따라서, x축에 가깝게 위치한 사분면 Ⅰ 및 Ⅲ의 에너지를 y축에 가깝게 위치한 사분면 Ⅱ 및 Ⅳ의 에너지보다 더 많이 사용할 수 있는 에너지 분포라면, 타원율의 값은 1 보다 크거나 100%보다 클 것이다. 이 상황은 개략적으로 도 5에 나타나며, 여기서 y축에 위치한 "-"부호는 평균값이하의 광 강도를 의미하고, x축의 영역내 위치하는 "+"부호는 평균값이상의 광강도를 의미한다.
상기 평면내 x좌표에 의존하는 REMA 평면내 동공의 타원율의 대응하는 표시는 도 6에 도시된다. 도시된 점선 곡선(31)은 직사각형 횡단면을 가지는 종래의 일체형 글래스 로드에 속한다. 점선(33)은 곡선(31)의 평균값을 나타낸다. 그 전체 폭에 대해서 평균값(33)의 아래에 있는 연속선(32)은 본 발명에 따른 구조화된 광학 적분기의 출구에서의 타원율을 의미한다. 이것은 다음에 더욱 상세히 설명된다. 도 6에서 긴 측변의 경계 영역내 타원율은 이상적인 값 100%를 약간 초과하는데, 이것은 도 3의 "+" 부호에 대응하는 것은 곡선(31)로 분간할 수 있다. 종래기술의 예에서 도시된 REMA 평면(12)의 중심내 타원율은 이상적인 값 100% 미만이다.
광학 적분기(10)의 작동 원리를 설명하기 위해, 도 2 및 3은 개략적으로 표시된 광 빔(34)을 나타내는데, 여기서 광빔(35)은 각도(37)를 가지고 통과하고 y축에 평행한 반사 평면을 가지는 광학 시스템의 넓은 측(25)에 다중 전반사가 되는반면, 광빔(34)은 각도(36)를 가지고 적분기 렌즈를 통과하고 좁은 측(26)에서 광학 시스템의 넓은 측(25)에 평행하게 실질적으로 반사된다. 적분 앞면(33)과 관련하여 측정되는 투과 각도(36, 37)는 척도로 제시로 나타나지 않지만, 로드 물질의 전반사의 임계각도이하이다. 개략적인 표시를 참조하면, x-z 평면내에서 반사되는 광은, 상기 로드의 길이(38)에 대해 여섯 배 전반사될 뿐인 반면, 이것에 수직한 y-z 축 평면(빔 35)내에 반사되는 광은 동일 길이상에서 네 배이상 반사된다는 것을 알 수 있다. 만약 반사 위치에서 각 반사 과정 중, 광 강도의 낮은 부분이 비결합 및/또는 흡수 때문에 전반사 광으로부터 제거된다면, y축에 가까운 반사광에 대한 전반사 손실은 통과 길이당 더 큰 반사수에 따라, 그것에 수직한 x 방향의 것보다 더 높다는 것을 알 수 있다. 따라서 상류측의 로드 배열이 없는 일체형 글래스 로드의 경우, 출구 강도의 질적인 분포는 도 5에 도시되는 것과 유사한 각도공간을 초래한다.
출사동의 결과적인 비대칭 또는 변형은 로드(27)의 입구 표면(28)의 상류측에 로드 배열(29)을 둠으로써 부분적으로 또는 완전히 보상될 수 있으며, 보상 정도는 상기 작은 로드들의 수와 크기를 적절하게 선택함에 따라 변화할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 로드 배열(29)의 영역내, 길이 단위당 반사의 수 사이의 비는 x 및 y 방향에 대해 정확하게 역이다. x 방향으로 작은 로드들의 길이(39)를 통해서(도 2) 열 번의 반사가 일어나는 반면, y 방향의 동일한 길이에 대해(도 3) 단지 네 번의 반사가 일어난다. 표면에서 반사당 동일 반사 손실을 가정하면, 상기 로드 배열의 출구에서 전 반사 손실은 y 방향보다 x 방향에서 더 크다. 따라서 x 및 y 방향에 관하여 정확히 역 비가 동일한 횡단면 형상을 가지는 일체형 로드의 출구의 것들에 대해 존재한다. 따라서, 도시된 유형의 로드 배열(29)을 상부에 위치시키는 것은 일체형 글래스 로드에 의해 야기되는 출사동의 타원율의 변형에 대한 부분적 또는 완전한 보상이 달성되도록 한다.
보상의 정도는 주로 작은 로드들의 수 또는 x 방향에서의 그 크기 및/ 또는 작은 로드들의 길이에 의존한다. 상기 원리는, 필요하다면, 완전한 보상을 허용하지만, 많은 경우 부분적 보상도 충분할 수 있다. 도시된 상기 예에서 x 및 y 방향에서의 반사수의 비는 일체형 글래스 로드와 비교하여 대략 30% 만큼 감소될 수 있다.
도 6의 연속선(32)은 설명되는 예에서 상기 REMA 평면(12)의 폭(x 방향)을 통한 보상 효과를 명확히 나타낸다. 입사동 타원율의 프로파일은 두 점에서 상기 프로파일과 실질적으로 상이한데, 이것은 보상 수단없이 자체적으로 발생한다. 첫째로, 상기 프로파일이 매끄러워졌다. 하지만, 무엇보다도, 이상적인 값(100%)으로부터 곡선의 편차는, 비보상된 적분기 시스템(곡선 31)과 비교하여, 상당한 정도로 감소되었고 더 낮은 최대 편차가 무엇보다도 상기 로드의 외부 영역내 먼저 일어난다.
일체형 글래스 로드(27)안으로의 광의 입구앞에 본 발명에 따른 보상 수단을 제공하는 것에 기인하여, 타원율의 상당한 부분을 보상하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있으며, 이는 글래스 로드 외부 표면의 한정된 반사의 결과이며 상기 로드 출구 표면의 위치에 독립적이다. 더욱이, 보상 장치의 역할을 하는 로드 배열(30)을 통해, 타원율의 필드 프로파일, 즉 상기 로드 출구에서의 위치의 의존성은 적절히 조절될 수 있고, 사실상, 그 원인에 독립적일 수 있다. 비보상된 글래스 로드의 경우 상기 프로파일의 상기 현존하는 곡선(도 6의 곡선 31)은 감소되며, 만약 필요하다면, 오히려 과잉된다. 이것은 주어진 조명 설정에 대한 최소 타원율의 프로파일을 설정하는 가능성을 제공한다. 일반적으로, 여기서 설명된 형상의 보상 수단도 또한 여기서 에너지 동공 타원율 및/또는 타원율의 필드 프로파일을 위한 설정수단으로서 고려되며, 이것의 보조를 받아 타원율은 원하는 프로파일로 설정될 수 있으며, 필요하다면, 비대칭인 프로파일로 설정될 수 있다. 상기 REMA 평면(12)내 강도의 원거리 중심 정렬뿐만 아니라 분포의 균일성도 중요하게 변경되지 않는 것으로 나타났다.
이와는 달리 또는 상술한 배열에 부가하여, 본 발명에 따른 하나 또는 그 이상의 광학 적분기도 조명 시스템내 다른 위치, 예를 들어 광원(2)과 줌 대물렌즈(3)사이에 제공될 수도 있다.
수치값과 경향에 대한 상기 예시적인 설명은 σ=0.26 인 설정 간섭성 정도를 가지는 조명 장치의 종래의 설정의 경우 조명에 관한 것이다. 여기에서 이 σ는 조명 시스템(1)의 이미지 측의 개구수와 연속하는 대물렌즈의 물체측의 개구수 사이의 비를 특정한다. 타원율에 의해 초래되는 반사 손실의 상대적인 향상은 다양한 조명 설정에서 유사한 반면, 동일한 것이 필드 프로파일의 보상에 적용되지는 않는다. 따라서, 타원율 프로파일에 대한 원하는 긍정적인 효과가 달성되는 방식으로 조명설정에 따라서 구조 및/또는 보상 부분의 배열에 영향을 미치는 장치가 제공된다면, 유리할 것이다.
본 발명은 로드와 작은 로드들을 가지는 로드배열을 구비하는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광시스템의 조명장치용 광학 적분기를 제공하여 로드의 방향 의존적인 전반사 손실을 보상한다.

Claims (16)

  1. 조명 장치, 특히 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 시스템용 조명 장치를 위한 광학 적분기로서, 상기 광학 적분기는 광원(2)의 광에 투명한 물질로 이루어지는 로드(27)를 가지며, 그 로드는 상기 광원을 향해 광학적으로 면하는 입구 표면(28)과 반대쪽의 출구 표면(11)을 가지고, 1 값으로부터 벗어나는 폭과 높이 사이의 가로세로 비를 가지는 실질적으로 직사각형의 횡단면을 가지고,
    보상 수단(29)은 로드(27)의 방향 의존적인 전반사 손실을 보상하도록 의도된 것을 나타내는 것을 특징으로 하는 광학 적분기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    직사각형 횡단면을 가지는 적어도 하나의 투명한 보상 부분(29)은, 보상 부분 내 전반사 손실이 폭방향에 수직인 더 짧은 높이의 방향에서보다 폭 방향에서 더 큰 방식으로 형성되며, 상기 로드(27)에 보상 수단으로서 할당되는 것을 특징으로 하는 광학 적분기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상 수단은 상기 광학 적분기의 입사 영역에 지정된 보상 부분(29)를 가지며, 상기 보상 부분은 바람직하게는 광의 통로의 방향에서 상기 로드(27)의 상기 입구 표면(28) 앞에 배열되는 것을 특징으로 하는 광학적분기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상 수단은 상기 로드(27)로부터 분리된 광학 모듈(29)에 의해 형성된 적어도 하나의 보상 부분(29)을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 적분기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상 수단은, 로드의 적어도 하나의 측면의 부분적 영역의 적어도 거친 하나의 표면 그리고/또는 적어도 하나의 코팅을 구비하며, 상기 코팅 및/또는 거친 표면은 폭방향과 높이방향사이의 전반사 손실 차이가 적어도 부분적으로 보상되는 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 적분기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상수단은, 상기 로드의 적어도 하나의 측면의 적어도 하나의 부분적 영역을 유체와 접촉시키는 적어도 하나의 장치를 구비하고, 상기 유체는 특히 부분적 영역을 기체로 에워쌈으로써 또는 액체로 습윤시킴으로써 상기 부분적 영역의 반사율을 변화시키는 것을 특징으로 하는 광학 적분기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상수단은 상기 광원(2)의 광에 대하여 투명한 물질로 이루어지는 몇 개의 작은 로드들(30)을 구비하는, 상기 로드(27)의 입구 표면(28) 앞에 배열되거나 배열될 수 있는 적어도 하나의 로드 배열(29)을 구비하며, 여기서 상기 작은 로드들은 바람직하게는 각각이 상기 로드(27)의 가로세로 비의 역인 가로세로 비를 가지는 직사각형의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 적분기.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 보상 부분, 특히 상기 로드 배열(28)은 상기 로드(27)의 길이(38)의 5%보다 더 큰 길이(39)를 가지며, 상기 보상 부분(29)의 길이(39)는 바람직하게는 10%보다 크고, 특히 상기 로드의 길이(38)의 15%와 25%사이인 것을 특징으로 하는 광학 적분기.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 작은 로드들(30)의 수는 상기 로드(27)의 단면의 가로세로 비보다 크고 바람직하게는 3과 20사이의 범위내 인 것을 특징으로 하는 광학 적분기.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 작은 로드들은 박판 또는 박막에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 적분기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상 수단은, 공간이 상기 로드의 상기 보상 부분과 상기 입구표면(28) 사이에 잔류하는 방식으로 배열되는 분리된 광학 모듈(29)에 의해 형성되는 보상 부분을 구비하며, 상기 공간은 바람직하게는 일 밀리미터 미만이고 특히 0.1mm 와 0.5mm 사이인 것을 특징으로 하는 광학 적분기.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 로드 배열(29)은 상호 접촉없이 실질적으로 배열되고 측방향 간격에 의해 서로로부터 분리되는 작은 로드들(30)의 밀집한 패킹을 구비하며, 상기 간격은 바람직하게는 0.5mm 미만이고 그리고/또는 스페이서가 로드들 사이에 지정되는 것을 특징으로 하는 광학 적분기.
  13. 제 4 항에 있어서,
    상기 보상 부분, 특히 로드 배열은 그 내부에 표면상 전반사가 없는 방식으로 형성된 광축(z 축)의 방향으로 연장되는 표면을 가지고, 표면의 반사율은 바람직하게는 대략 50%보다 크고 특히 대략 70%와 대략 80% 사이인 것을 특징으로 하는 광학 적분기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상 수단은 동공 타원율의 필드 프로파일을 감소시키기 위한 감소 수단으로서 설계되는 것을 특징으로 하는 광학 적분기.
  15. 광원(2)과 광원의 광에 영향을 미치는 광학적 요소를 가지는, 특히 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 시스템용 조명 장치로서, 상기 광학적 요소는 적어도 하나의 광학 적분기(10)를 포함하고, 이것은 광원(2)의 광에 투명한 물질로 이루어진 로드(27)를 가지고, 상기 로드는 상기 광원을 향해 광학적으로 면하는 입구 표면(28)과 반대쪽의 출구 표면(11)과 1 값으로부터 벗어나는 폭과 높이 사이의 가로세로 비를 가지는 실질적으로 직사각형 횡단면을 가지고,
    보상 수단(29)은 로드(27)의 방향에 의존적인 전반사 손실을 보상하도록 지정되는 것을 나타내는 것을 특징으로 하는 광학 적분기.
  16. 조명 장치와 프로젝션 대물렌즈를 가지는, 특히 웨이퍼 스테퍼 또는 웨이퍼 스캐너인, 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 시스템에 있어서,
    상기 조명장치는 청구항 15항에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래픽 프로젝션 노광 시스템.
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