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KR100665138B1 - 편광 패턴을 제공하기 위한 장치 - Google Patents

편광 패턴을 제공하기 위한 장치 Download PDF

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KR100665138B1
KR100665138B1 KR1020050043984A KR20050043984A KR100665138B1 KR 100665138 B1 KR100665138 B1 KR 100665138B1 KR 1020050043984 A KR1020050043984 A KR 1020050043984A KR 20050043984 A KR20050043984 A KR 20050043984A KR 100665138 B1 KR100665138 B1 KR 100665138B1
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pattern
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polarization pattern
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마이클 엠. 알버트
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에이에스엠엘 홀딩 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 편광 패턴 조명에 관한 것이다. 편광 패턴 어셈블리는 편광 패턴을 생성한다. 일 실시예에서, 편광 패턴 어셈블리는 프레임의 중심 영역에서 편광 틀을 지지하는 프레임을 포함한다. 편광틀은 자신에게 입사하는 광의 편광 방향을 변화시킨다. 편광 조명기의 퓨필 내에 있는 다른 편광 패턴들이 발생될 수 있다.
포토리소그래피, 편광 패턴, 편광틀, 퓨필, 빔 형성기

Description

편광 패턴을 제공하기 위한 장치{APPARATUS FOR PROVIDING A PATTERN OF POLARIZATION}
도1a 내지 도1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 패턴 어셈블리를 도시한 도면.
도1a는 편광 패턴 어셈블리의 평면도.
도1b는 선 BB를 따라 취한 도1a의 편광 패턴 어셈블리의 제1 측면도.
도1c는 선 CC를 따라 취한 도1a의 편광 패턴 어셈블리의 제2 측면도.
도2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 패턴 어셈블리에 의해 입사광 빔의 단면을 따라 생성된 세개의 편광 영역을 예시한 도면.
도2b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 수평 편광된 입사광으로 조명된 편광 패턴 어셈블리에 의해 생성된 세가지 영역 복합 편광 패턴을 예시한 도면.
도2c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 수직 편광된 입사광으로 조명된 편광 패턴 어셈블리에 의해 생성된 세가지 영역 복합 편광 패턴을 예시한 도면.
도2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 패턴 어셈블리와 결합된 빔 형성기를 더 예시하는 도면.
도3a, 도3b, 도4a, 도4b, 도5a, 도5b, 도6a 및 도6b는 본 발명의 실시예들에 따라 생성될 수 있는 여러가지의 편광 패턴들을 예시한 도면.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 시스템의 편광 패턴 어셈블리를 포함하는 편광 조명기를 예시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 편광 패턴 어셈블리
110: 프레임
102, 102': 편광틀
104, 106. 104', 106': 비편광틀
115: 스페이서
118: 지지 부재
120: 갭
미국특허번호 제 6,191,880호
본 발명은 광 빔들에게 이 빔의 단면을 따라 가변하는 편광을 제공하는 광학 시스템과 관련한 것이다.
더 고속이면서 더 정교한 회로를 만들기 위해서, 반도체 산업계는 회로 소자들의 크기를 줄이고자 계속해서 노력하고 있다. 회로들은 주로 포토리소그래피(photolithography) 공정에 의해서 산출된다. 이 공정에서, 감광성 재료(radiation sensitive material)의 코팅을 광에 노출시킴으로써 회로들은 반도체 기판 상으로 인쇄된다. 감광성 재료는 보통은 포토레지스트(photoresist) 또는 레지스트로서 지칭된다. 투명 기판 상에 형성된 크롬 또는 그 밖의 불투명 재료의 패턴으로 구성될 수 있는 마스크를 통해서 광을 통과시키면 바라는 회로 패턴이 산출된다. 이 마스크는 투명 기판의 표면 내로 에칭되는 고저 영역들로 된 패턴 또는 이 두 기술의 몇몇 조합에 의해서 형성될 수도 있다. 이후의 열 또는 화학적 처리는 (재료에 좌우되어) 레지스트의 노출된 영역들만 또는 노출되지 않은 영역들만을 제거하여, 기판의 영역들이 추가 처리를 받도록 노출되게 하고 이 추가 처리를 받고난 후 전자 회로가 산출된다.
최고의 해상도를 획득하고 제조되고 있는 피쳐들의 최소 선폭(Critical Dimension)을 감소시키기 위해서는, 더 높은 수치의 개구(aperture)와 더 짧은 노출 파장을 갖는 투영 노출 시스템(projecton exposure systems)이 바람직하다. 레티클에서의 및 웨이퍼에서의 노출광의 편광은 이미징에 실질적인 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 레티클(또는 마스크)에서의 편광은 몇가지 방식으로 리소그래피 성능에 영향을 준다. 첫째, 레티클의 피쳐, 예를 들어 크롬의 조밀한 라인들과 조명(illumination)과의 상호 작용은 편광에 따라서 가변할 수 있다. 그러면 마스크에서의 투과 및 산란은 광의 편광 및 마스크의 피쳐들에 좌우된다. 둘째, 렌즈 및 미러의 표면들에서의 반사는 편광 의존적이기 때문에 애포디제이션(apodization) 및 더 약한 정도로는 투영 광학계(P.O.)의 파면이 편광에 의존한다. 또한, 레지스 트의 표면으로부터의 반사는 편광에 의존하고, 이는 또한 실효적으로 편광 의존 애포디제이션이다. 마지막으로는, 레티클에서 회절되고 웨이퍼에서 함께 되돌려진 광선(ray)은 이미지를 산출하기 위해 간섭할 필요가 있다 (이는 또한 벡터 간섭이라 불린다). 그러나, 평행한 성분들의 전계만이 일반적으로는 간섭할 수 있으므로, 웨이퍼에서의 각각의 광선의 편광 상태는 코히런트 이미징에 영향을 끼친다.
그에 따라, 리소그래피 시스템에서 편광 조명(polarized illumination)을 제공하는 것이 점점 더 요망되고 있다. 또한, 증가된 해상도와 더 큰 NA 시스템에 대한 요구가 증대됨에 따라 퓨필(pupil)에 걸쳐서 편광을 제어하는 것이 점점 더 요구되고 있다. 노출 광의 다른 부분들이 다른 편광(즉, 다른 편광 방향)을 갖게 되는 편광 패턴이 필요하다. 요구되는 편광 패턴들은 방사상(radial), 접선 방향(tangential) 또는 그 밖의 맞춤형 편광 패턴들을 포함한다.
지금까지 이런 편광 패턴들을 생성하는 것은 어려웠고 비용이 많이 들었다. 한 접근법은 많은 복굴절 타일들로 만들어진 모자이크 타일 구조를 제공하는 것이다. 각각의 타일은 특정 방향으로 노출 빔의 대응 부분을 편광시킬 수 있다. 이런 식으로, 타일들로 된 모자이크는 퓨필에 걸쳐서 방사상 패턴 등의 편광 패턴을 생성할 수 있다. 미국특허번호 제 6,191,880호를 참조하라. 이런 모자이크 타일 구조는 그러나 편광 패턴을 제공하기 위해 많은 타일들을 사용한다. 이 타일 모자이크는 복잡하고 제조하기가 어렵다. 다른 무엇보다도, 개별 타일을 노출 빔의 폭에 걸쳐서 제자리에 유지하기 위해서는 샌드위치 구조가 필요하다. 이는 특히 자연 복굴절 결정 재료에서 모자이크에 걸친 열 팽창의 차이들이 광 접촉(optical contact)을 방해할 수 있고 퓨필에서의 애포디제이션을 낳는다(즉, 바라지 않는 강도 변동을 일으킨다).
필요한 것은 과도하게 복잡한 기계적 구조를 요구하지 않고서 방사상 및 접선 방향을 포함하는 편광 패턴들을 제공하는 장치이다.
본 발명은 이상 언급한 문제들을 극복하고 추가의 이점들을 제공한다.
본 발명은 편광 패턴 조명에 관한 것이다. 편광 패턴 어셈블리는 편광 패턴을 생성한다. 일 실시예에서, 편광 패턴 어셈블리는 자신의 중심 영역에서 편광틀(polarization pane)을 지지하는 프레임을 포함한다. 편광틀은 편광틀에 입사하는 광의 편광 방향을 변화시킨다. 그러면 조명기(illuminator)의 퓨필 내의 다른 편광 패턴들은 편광 패턴 어셈블리를 선 편광 광으로 수평 또는 수직 방향을 따라 조명함으로써 생성될 수 있다. 이런 패턴들은 세 영역 복합 편광 패턴, 저 시그마 선형 패턴, 방사상 쌍극 패턴, 집선 방향 쌍극 패턴, 접선 방향 쿼드러폴(tangential quadrapole) 패턴 및 방사상 쿼드러폴 패턴을 포함한다.
추가 실시예에서, 편광 패턴 어셈블리는 자신의 중심 영역에서 한 편광틀과 이 편광틀의 대향측 상에서 두개의 비편광틀을 갖는 층을 지지하는 프레임을 포함한다.
추가 실시예에서, 편광 패턴 어셈블리는 적층 배치를 갖고 갭에 의해 분리된 두개의 층으로 된 틀을 지지하는 프레임을 포함한다. 이 틀의 각각의 층은 이 프 레임의 중심 영역에 있는 편광틀과 편광틀의 대향측 상에 있는 두개의 비편광틀을 포함한다. 한 예에서, 중심 영역에 있는 편광틀은 입사 빔의 편광방향을 90°회전시킬 수 있는 반파장판을 형성한다.
추가 실시예에서, 리소그래피 시스템 용의 편광 조명기로서 편광 패턴 어셈블리를 포함하는 것이 제공된다. 이 편광 패턴 어셈블리는 퓨필 평면에 또는 그 근처에서 또는 이 편광 조명기 내에 있는 임의의 퓨필 공간 내에 제공될 수 있다.
추가 특징에 따라서, 회절 광학 소자 또는 마스크와 같은 하나 또는 그 이상의 빔 형성기가 편광 패턴 어셈블리의 전 위치에 또는 후 위치에서 커먼 옵티컬(common optical) 상에 제공될 수 있다. 편광 패턴 어셈블리와 조합된 빔 형성기는 추가적으로 본 발명에 따른 편광 패턴의 발생을 촉진시킬 수 있다.
본 발명의 실시예의 이점은 편광틀을 갖는 편광 패턴 어셈블리가 비교적 단순한 구조를 가지면서도 융통성이 있다는 점이다. 이런 편광 패턴 어셈블리는 입사 빔에 대하여 편광 패턴 어셈블리를 단순하게 회전시키고, 입사 빔의 편광 방향을 회전시키고 또는 빔 형성기를 추가하거나 변경함으로써 여러가지의 편광 패턴을 산출할 수 있다.
또한, 이층의 적층 배치로 편광틀을 지지하는 프레임을 구비한 편광 패턴 어셈블리는 다른 열 팽창을 감당할 수 있다.
본 발명의 실시예는 관심 대상인 특정 퓨필에서 다양한 편광 패턴을 허용해주기 때문에, 리소그래피에 있어서 추가의 이점이 편광 조명기에 대해 실현된다.
본 발명의 추가의 실시예, 특징 및 이점 뿐만이 아니라 본 발명의 여러 실시 예의 구조 및 동작은 첨부 도면을 참조하여 이하에서 자세히 설명한다.
여기 통합되며 명세서의 일부를 이루는 첨부 도면은, 본 발명을 예시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하고 당업자가 본 발명을 실시하고 사용하는 것을 가능케 하는 데에 쓰인다.
본 발명의 소자들에 수치적 부호가 주어지고 당업자가 본 발명을 실시하고 사용할 수 있도록 본 발명이 논의될 도면들에 대해 참조하면서 설명할 것이다.
도1a 내지 도1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 패턴 어셈블리(100)의 도면이다. 도1a에 도시된 대로, 편광 패턴 어셈블리(100)는 자신(110)의 중심 영역에서 편광틀(102)을 지지하는 프레임(110)을 포함한다. 프레임(110)은 추가로 제1층에서 편광틀(102)의 대향측 상에 있는 두개의 비편광틀 (104) 및 (106)을 지지한다. 도1b 및 도1c에 도시된 대로, 프레임(110)은 제1층의 각각의 틀(102-106)의 아래에서 적층식으로 배치된, 비편광틀 (104') 및 (106')과 이 비편광틀 사이의 내에 있는 편광틀(102')을 갖는 제2층을 지지할 수 있다.
편광틀(102, 102')은 이 틀에 입시하는 광의 편광 방향을 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 편광틀(102, 102')은 수정 또는 마그네슘 불화물(MgF2)과 같은 복굴절 재료로 만들어질 수 있다. 한 예에서, 틀 (102) 및 (102')은 광축들이 교차되도록 하고 입사광의 전체 1/2 파장 길이와 같아지도록 닦여질 수 있다. 이런 식으로, 틀(102) 및 (102')은 반파장판으로 기능하여서 입사하는 선 편광 광의 편광 방향을 90°회전시킨다. 틀(102) 및 (102')은 의사 제로 오더(pseudo zero order) 파장판 을 형성하도록 적층된 두개의 다중 오더 파장판들이 될 수 있어서 열 감지도를 감소시킬 수 있다.
비편광틀(104, 104' 및 106, 106')은 편광의 방향을 상당하게 변화시키지 않고서 광을 통과시킨다. 한 예에서, 비편광틀(104, 104' 및 106, 106')은 예를 들어 용융된 실리카 또는 칼슘 불화물(CaF2)와 같은 비복굴절 재료로 만들어질 수 있다. 이런 식으로, 틀(104, 104' 및 106, 106')은 편광 패턴 어셈블리(100)를 통과해 나아가는 광선들 간의 바라지 않는 경로차를 감소시키는 것에 일조할 수 있다. 비편광틀(104, 104' 및 106, 106')은 선택적인 것이고 바란다면 생략될 수도 있다.
도1b에 도시된 대로, 프레임(110)은 갭(120)에 의해 틀(102-106)과 틀(102'-106')을 분리시키는 스페이서(115)를 포함할 수 있다. 지지 부재(118)는 각각의 틀 (102-106)과 (102'-106')의 두개의 측면 에지들 상에 제공될 수 있어서, 프레임(110) 내의 위치에서 틀 (102-106)과 (102'-106')을 지지하도록 힘(클램핑, 접착력 등)이 가해지도록 한다. 스페이서(115)는 갭(120)이 생성되고 및/또는 조정될 수 있어서 틀 (102-106)과 (102'-106')에 사용되는 다른 재료들의 열 팽창을 감당할 수 있다는 점에서 이점을 제공한다. 스페이서(115) 및 지지 부재(118)는 선택적이고 예시적인 것이고, 본 발명을 제한하기 위해서 의도된 것은 아니다. 다른 유형의 스페이서 및/또는 지지 부재가 본 발명 분야의 당업자에게 명백한 바와 같이 사용될 수 있다.
일반적으로, 프레임(110)은 바라는 폼 팩터 또는 그밖의 디자인 기준에 따라 서 틀 (102-106)과 (102'-106')을 지지하는 데에 적합한 임의의 형태 및 에어리어를 가질 수 있다. 한 실시예에서, 틀 (102-106)과 (102'-106')은 직사각형(또는 정사각형) 형태를 가지고, 도1a 내지 도1c에 도시된 대로 프레임(110)은 직사각형(또는 정사각형) 형태를 가지고 틀 (102-106)과 (102'-106')을 지지하는 데에 충분할만큼 넓은 에어리어를 갖는다. 본 발명은 이것에만 제한되도록 의도한 것은 아니고, 그 밖의 형태가 본 분야의 당업자에게 명백한 바와 같이 틀 (102-106) 및 (102'-106')과 프레임(110)에 대해 사용될 수 있다.
편광 패턴 어셈블리(100)는 퓨필 평면을 갖는 조명기를 포함하나 이것에만 제한되지는 않는 임의의 광학 시스템의 광 경로 내에 삽입될 수 있다. 도1a는 광학 시스템(도시 안됨)의 퓨필 내에 존재하는 편광 패턴 어셈블리(100)의 에어리어에 대응할 수 있는 이미지 에어리어(150)를 추가로 보여준다. 도1a의 예에서, 이미징 에어리어(150)는 틀 (102-106)과 (102'-106')의 각각의 에어리어에 대응하는 세개의 영역을 갖는다. 편광틀(102) 및 (102')은 비편광틀(104, 106 및 104', 106')과는 다른 편광 성질을 갖기 때문에, 편광 패턴은 광학 시스템의 퓨필에 걸쳐서 부여될 수 있다.
특정 편광 패턴의 생성을 포함하는 편광 어셈블리(100)의 작동이 도2 내지 도6을 참조하여 추가로 설명된다. 세개의 복합 편광 패턴이 생성될 수 있다. 도2a에서, 입사 광 빔(210)은 출력 빔(220)을 출력하는 편광 패턴 어셈블리(100)를 통해 나아간다. 입사 광 빔(210)은 x축(수평축이라고도 불림)을 따라 선 편광될 수 있다. 도2b는 수평 방향으로 선 편광된 입사 광 빔(210)으로 조명되었을 때 편 광 패턴 어셈블리(100)에 의해 생성된 귀결된 세개 영역의 복합 편광 패턴(230)을 보여준다. 패턴(230)은 두개의 외곽 영역(234, 236) 간의 내에 있는 중심 영역(232)을 포함한다. 중심 영역(232)에서의 광은 편광 틀(102, 102')을 통과해 나아가서 수직으로 편광된다. 외곽 영역(234)에서의 광은 비편광틀(104, 104')을 통과해 나아가고 수평 편광된 채로 남아 있다.
대안으로는, 입사 광 빔(210)은 y축(수직 방향으로 불림)을 따라 선 편광될 수 있다. 도2c는 수직 방향으로 선 편광된 입사 광 빔(210)으로 조명되었을 때 편광 패턴 어셈블리(100)에 의해 생성된 귀결된 세개 영역의 복합 편광 패턴(240)을 보여준다. 패턴(240)은 두개의 외곽 영역(244, 246) 간의 내에 있는 중심 영역(242)을 포함한다. 중심 영역(242)에서의 광은 편광 틀(102, 102')을 통과해 나아가서 수평으로 편광된다. 외곽 영역(236)에서의 광은 비편광틀(104, 104')을 통과해 나아가고 수직 편광된 채로 남아 있다.
이런 식으로, 편광 패턴 어셈블리(100)의 이점은 수평으로 또는 수직으로 편광된 관을 단순히 입력하는 것으로 다른 편광 패턴들이 획득될 수 있다는 점이다. 이는, 소스에 선형 편광기를 제공하고 편광 패턴 어셈블리(100)에 대해 수평 또는 수직 배향쪽으로 편광기를 회전시킴으로써 및/또는 선형 편광 광원에 대해 편광 패턴 어셈블리(100)를 회전시키는 것을 포함하는 다수의 방식으로 획득될 수 있는데, 이것에만 한정되는 것은 아니다.
추가 특징에 따라서, 빔 형성기가 편광 패턴 어셈블리와 결합하여 제공되어 추가의 패턴을 생성할 수 있다. 도2d는 본 발명의 일 실시예에 따라 편광 패턴 어 셈블리(100)와 결합된 빔 형성기(250)를 예시한 도면이다. 빔 형성기(250)는 회절 광학계 또는 마스크일 수 있는데 이들은 입사 빔(210)의 형태를 만들고 이후 형태를 갖춘 빔을 편광 패턴 어셈블리(100) 쪽으로 통과시키는데 이 어셈블리는 출력 빔(260)을 출력한다. 대안으로는, 빔 형성기(250)는 편광 패턴 어셈블리(100)의 다른 쪽에 제공되어 편광 패턴 어셈블리(100)를 통과해 나온 광을 수용할 수 있다. 도3a, 도3b, 도4a, 도4b, 도5a, 도5b, 도6a, 도6b는 본 발명의 실시예에 따라서 편광 패턴 어셈블리(100)와 결합된 빔 형성기(250)를 사용하여 생성될 수 있는 추가의 편광 패턴을 예시하였다.
저 시그마 선형 패턴이 생성될 수 있다(도3a 및 도3b). 도3a는 틀(102, 102')이 수평 방향으로 선형 편광된 입사광 빔(210)으로 조명되었을 때 패턴 어셈블리(100)에 의해 생성되는 귀결 저 시그마 선형 수직 편광 패턴(300A)을 보여준다. 패턴(300A)은 동심원 외곽 영역(320A)에 의해 둘러싸인 중심 영역(310A)를 포함한다. 중심 영역(310A)에서의 광은 편광 틀(102, 102')을 통과해 나아가서 수직으로 편광된다. 광은 빔 형성기(250)에 기인해 외곽 영역(320A)에는 존재하지 않는다. 빔 형성기(250)는 영역(320A)에서의 광을 차단시키는(occlude) 동심원 원 형태를 갖는 마스크일 수 있다. 대안으로는, 빔 형성기(250)는 입사광을 영역(310A) 내에만으로 지향시키는 회절 광학계 또는 다른 유형의 광학 소자일 수 있다. 빔 형성기(250)는 입사광 빔 크기가 충분히 작아서 틀(102, 102') 내에만 도달하는 경우에는 심지어 생략될 수도 있다.
유사하게, 도3b는 틀(102, 102')이 수직 방향으로 선형 편광된 입사광 빔(210)으로 조명되었을 때 편광 패턴 어셈블리(100)에 의해 생성되는 귀결 저 시그마 선형 수평 편광 패턴(300B)을 보여준다. 패턴(300B)은 동심원 외곽 영역(320B)에 의해 둘러싸인 중심 영역(310B)을 포함한다. 중심 영역(310B)에서의 광은 편광 틀(102, 102')을 통과해 나아가서 수평으로 편광된다. 광은 빔 형성기(250)에 기인해 외곽 영역(320B)에는 존재하지 않거나, 빔 크기는 도3a를 참조하여 설명한 대로의 빔 크기를 가질 수 있다.
이런 식으로, 편광 패턴 어셈블리(100)의 이점은 저 시그마 선형 편광 패턴(수평 또는 수직)이 수평으로 또는 수직으로 편광된 광을 단순히 입력하는 것으로 획득될 수 있다.
접선 방향 및 방사상 쿼드러폴 패턴이 생성될 수 있다(도4a 및 도4b 참조). 도4a는 수평 방향으로 선형 편광된 입사광 빔(210)으로 조명되었을 때 편광 패턴 어셈블리(100)와 빔 형성기(250)에 의해 생성된 귀결 접선 방향 쿼드러폴 편광 패턴(400A)을 보여준다. 패턴(400A)는 접선 방향으로 편광된 광을 갖는 네개의 극 영역들(410A, 412A, 414A 및 416A)를 포함한다. 극 영역들(410A, 412A, 414A 및 416A)은 빔 형성기(250)에 의해 퓨필의 외곽 영역의 주변에 형성될 수 있다. 극 영역(414A, 416A)에서의 광은 편광틀(102, 102')을 통해 나아가서 수직으로 편광된다. 극 영역(410A)에서의 광은 비편광틀(106, 106')을 통해 나아가서 수평으로 편광된 채로 남는다. 극 영역(412A)에서의 광은 비편광틀(104, 104')을 통해 나아가고 수평으로 편광된 채로 남는다. 광은 차바퀴 살 모양 영역(420A)에는 존재하지 않는다. 빔 형성기(250)는 영역(420A)에서의 광을 차단하는 바퀴살 모양을 갖는 마스크일 수 있다. 대안으로는, 빔 형성기(250)는 극 영역 (410A, 412A, 414A 및 416A)에 대응하는 편광 패턴 어셈블리(100)의 영역에만 광을 지향시키는 회절 광학계 또는 다른 유형의 광 소자일 수 있다.
도4b는 수직 방향으로 선형 편광된 입사광 빔(210)으로 조명되었을 때 편광 패턴 어셈블리(100)와 빔 형성기(250)에 의해 생성된 귀결 방사상 쿼드러폴 편광 패턴(400B)을 보여준다. 패턴(400B)는 방사상으로 편광된 광을 갖는 네개의 극 영역들(410B, 412B, 414B 및 416B)를 포함한다. 극 영역들(410B, 412B, 414B 및 416B)은 빔 형성기(250)에 의해 퓨필의 외곽 영역의 주변에 형성될 수 있다. 극 영역(414B, 416B)에서의 광은 편광틀(102, 102')을 통해 나아가서 수평으로 편광된다. 극 영역(410B)에서의 광은 비편광틀(106, 106')을 통해 나아가서 수직으로 편광된 채로 남는다. 극 영역(412B)에서의 광은 비편광틀(104, 104')을 통해 나아가고 수직으로 편광된 채로 남는다. 광은 바퀴 살 모양 영역(420B)에는 존재하지 않는다. 빔 형성기(250)는 영역(420B)에서의 광을 차단하는 바퀴살 모양을 갖는 마스크일 수 있다. 대안으로는, 빔 형성기(250)는 극 영역 (410B, 412B, 414B 및 416B)에 대응하는 편광 패턴 어셈블리(100)의 영역에만 광을 지향시키는 회절 광학계 또는 다른 유형의 광 소자일 수 있다.
이런 식으로, 빔 형성기(250)와 결합된 편광 패턴 어셈블리(100)의 이점은 접선 방향의 및 방사상의 쿼드러폴 패턴이 수평으로 또는 수직으로 편광된 광을 단순히 입력함으로써 획득될 수 있다는 점이다.
방사상 쌍극 패턴이 생성될 수 있다(도5a 및 도5b 참조). 도5a는 수직 방향 으로 선형 편광된 입사광 빔(210)으로 조명되었을 때 편광 패턴 어셈블리(100)와 빔 형성기(250)에 의해 생성된 귀결 방사상 쌍극 편광 패턴(500A)을 보여준다. 패턴(500A)는 방사상으로 편광된 광을 갖는 두개의 극 영역들(510A, 512A)를 포함한다. 극 영역들(510A, 512A)은 빔 형성기(250)에 의해 퓨필의 외곽 주변 영역의 상부 및 하부 주변에 형성될 수 있다. 극 영역(510A)에서의 광은 비편광틀(106, 106')을 통해 나아가서 수직으로 편광된 채로 남는다. 극 영역(512A)에서의 광은 비편광틀(104, 104')을 통해 나아가고 수직으로 편광된 채로 남는다. 광은 나비 넥타이 모양 영역(520A)에는 존재하지 않는다. 빔 형성기(250)는 영역(520A)에서의 광을 차단하는 나비 넥타이 모양을 갖는 마스크일 수 있다. 대안으로는, 빔 형성기(250)는 극 영역 (510A, 512A)에 대응하는 편광 패턴 어셈블리(100)의 영역에만 광을 지향시키는 회절 광학계 또는 다른 유형의 광 소자일 수 있다.
도5b는 수직 방향으로 선형 편광된 입사광 빔(210)으로 조명되었을 때 편광 패턴 어셈블리(100)와 빔 형성기(250)에 의해 생성된 귀결 방사상 쌍극 편광 패턴(500B)을 보여준다. 패턴(500B)은 방사상으로 편광된 광을 갖는 두개의 극 영역들(510B, 512B)을 포함한다. 극 영역들(510B, 512B)은 빔 형성기(250)에 의해 퓨필의 외곽 주변 영역의 좌측 및 우측 쪽 주변에 형성될 수 있다. 극 영역(510B, 512B)에서의 광은 편광틀(102, 102')을 통해 나아가서 수직으로 편광된다. 광은 나비넥타이 모양 영역(520B)에는 존재하지 않는다. 빔 형성기(250)는 영역(520B)에서의 광을 차단하는 나비 넥타이 모양을 갖는 마스크일 수 있다. 대안으로는, 빔 형성기(250)는 극 영역 (510B, 512BA)에 대응하는 편광 패턴 어셈블리(100)의 영역에만 광을 지향시키는 회절 광학계 또는 다른 유형의 광 소자일 수 있다.
이런 식으로, 빔 형성기(250)와 결합된 편광 패턴 어셈블리(100)의 이점은 수직으로 편광된 광을 입력하고 빔 형성기(250)를 사용하여 광을 상부 및 하부 영역 또는 좌측 및 우측 영역들로 지향시키는 것만으로 방사상 쌍극 패턴이 획득될 수 있다는 점이다.
접선 방향 쌍극 패턴이 생성될 수 있다(도6a 및 도6b 참조). 도6a는 수평 방향으로 선형 편광된 입사광 빔(210)으로 조명되었을 때 편광 패턴 어셈블리(100)와 빔 형성기(250)에 의해 생성된 귀결 방사상 쌍극 편광 패턴(600A)을 보여준다. 패턴(600A)는 접섭 방향으로 편광된 광을 갖는 두개의 극 영역들(610A, 612A)을 포함한다. 극 영역들(610A, 612A)은 빔 형성기(250)에 의해 퓨필의 외곽 주변 영역의 좌측 및 우측 쪽에 형성될 수 있다. 극 영역(610A, 612A)에서의 광은 편광틀(102, 102')을 통해 나아가서 수직으로 편광된다. 광은 나비 넥타이 모양 영역(620A)에는 존재하지 않는다. 빔 형성기(250)는 영역(620A)에서의 광을 차단하는 나비 넥타이 모양을 갖는 마스크일 수 있다. 대안으로는, 빔 형성기(250)는 극 영역 (610A, 612A)에 대응하는 편광 패턴 어셈블리(100)의 영역에만 광을 지향시키는 회절 광학계 또는 다른 유형의 광 소자일 수 있다.
도6b는 수직 방향으로 선형 편광된 입사광 빔(210)으로 조명되었을 때 편광 패턴 어셈블리(100)와 빔 형성기(250)에 의해 생성된 귀결 방사상 쌍극 편광 패턴(600B)을 보여준다. 패턴(600B)은 방사상으로 편광된 광을 갖는 두개의 극 영역들(610B, 612B)을 포함한다. 극 영역들(610B, 612B)은 빔 형성기(250)에 의해 퓨필의 외곽 주변 영역의 상부 및 하부에 형성될 수 있다. 극 영역(610B)에서의 광은 비편광틀(106, 106')을 통해 나아가서 수평으로 편광된 채로 남아 있는다. 극 영역(612B)에서의 광은 비편광틀(104, 104')을 통해 나아가서 수평으로 편광된 채로 남아 있는다. 광은 나비 넥타이 모양 영역(620B)에는 존재하지 않는다. 빔 형성기(250)는 영역(620B)에서의 광을 차단하는 나비 넥타이 모양을 갖는 마스크일 수 있다. 대안으로는, 빔 형성기(250)는 극 영역 (610B, 612B)에 대응하는 편광 패턴 어셈블리(100)의 영역에만 광을 지향시키는 회절 광학계 또는 다른 유형의 광 소자일 수 있다.
이런 식으로, 빔 형성기(250)와 결합된 편광 패턴 어셈블리(100)의 이점은 수평으로 편광된 광을 입력하고 빔 형성기(250)를 사용하여 광을 상부 및 하부 영역 또는 좌측 및 우측 영역들로 지향시키는 것만으로 접선 방향 쌍극 패턴이 획득될 수 있다는 점이다. 예를 들어, 빔 형성기(250)가 나비 넥타이 모양의 마스크일 때 이는 쉽게 회전될 수 있어서 영역(620A 및 620B)에서의 광을 차단한다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 시스템에서 편광 패턴 어셈블리(100) 및/또는 빔 형성기(750)를 포함하는 편광 조명기(700)를 예시한 도면이다. 빔 형성기(750) 및 편광 패턴 어셈블리(100)는 조명기(700)의 공통 광 경로를 따라서 배열되어 있다. 빔 형성기(750)는 도7에 도시된 대로 편광 패턴 어셈블리(100)의 대향측들에 배치되어 있는 제1 빔 형성 소자(750A)와 제2 빔 형성 소자(750B)를 포함할 수 있다. 일 예에서, 제1 빔 형성 소자(750A)는 광원(702)로부터의 광(예로 자외선 레이저)을 조명기(700)의 퓨필 주변의 극 영역들에 대응하는 두개 또는 네개의 회절된 빔들로 회절시키는 하나 또는 그 이상의 회절 광학계(예로 회절 격자들)를 포함한다. 그 밖의 광학 렌즈 또는 시준 소자와 같은 소자들이 제공되어 조명기 디자인에서 공지된 대로 조명기(700)의 퓨필 및/또는 필드를 채우도록 할 수 있다. 제2 빔 형성 소자(750B)는 마스크를 포함하여 바라지 않는 광선을 추가로 차단하고 그외에 퓨필에서의 편광 패턴을 소거(clean up)할 수 있다.
편광 조명기(700)는 출력 빔(705)의 편광 조명를 마스크(710)로 출력시킨다. 마스크(710)를 통해서 (또는 마스크로부터 반사되어) 통과하는 광(715)은 광학 시스템(720)(예로 투영 광학계)에 의해 인쇄 동안에 웨이퍼(730)로 투영된다. 편광 조명기(700)와 함께 사용되는 이 리소그래피 시스템은 예시적인 것이고 본 발명을 한정하도록 의도된 것은 아니다. 편광 조명기(700)는 본 분야의 당업자에게 명백한 바와 같이 임의 유형의 리소그래피 시스템 또는 도구에서 사용될 수 있다.
본 발명의 추가 특징에 따르면, 출력 빔(705)은 조명기(700)의 퓨필에서 세개 영역 복합 편광 패턴, 저 시그마 선형 패턴, 방사상 쌍극 패턴, 접선 방향 쌍극 패턴, 접선 방향 쿼드러폴 패턴 및 방사상 쿼드러폴 패턴을 포함하나 이것에만 한정되지는 않는 다양한 편광 패턴 중의 임의의 것을 가질 수 있다. 빔 형성기(750) 와 편광 패턴 어셈블리(100)의 구성에 좌우되어 편광 조명기(700)는 도2b 내지 도6b에서 이상 설명한 대로 이런 패턴 중의 임의의 것을 제공할 수 있다. 또한, 편광 조명기(700)는 도2b 내지 도6b에서 이상 설명한 대로 빔 형성기(750)와 편광 패턴 어셈블리(100)의 구성에 좌우되어 이런 패턴 중의 임의의 것을 제공하도록 스위칭될 수 있다. 예를 들어, 제어기(도시 안됨)가 제공되어 소망 패턴을 얻기 위해 빔 형성기(750) 및 편광 패턴 어셈블리(100)의 구성을 변화시킬 수 있다. 이런 식으로 패턴은 인쇄 동안에 자동적으로 변화되어 웨이퍼 노출 동안에 퓨필에서 다른 편광 패턴들이 허용되도록 할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 광 경로 내로 및 그 바깥으로 빔 형성 소자(750A) 내의 하나 또는 그 이상의 회절 격자들을 이동시켜서 (쌍극 또는 쿼드러폴 패턴 용의) 극 영역들에서 두개 또는 네개의 회절된 빔(+1,-1 또는 더 큰 회절 빔 오더)을 생성하고 및/또는 낮은 오더의 시그마 선형 패턴 용의 더 낮은 오더의 빔을 단순히 통과시킬 수 있다. 유사하게, 편광 패턴 어셈블리(100)는 광 경로의 광축 주위로 회전될 수 있어서 선형 편광의 입력 광이 바라는 편광 패턴에 좌우되어 수평 또는 수직 방향을 따르게 된다. 마지막으로, 빔 형성 소자(750B) 내의 하나 또는 그 이상의 마스크는 조명기(700)를 통해서 광 경로의 내로 및 그 바깥으로 이동되고 회전되어 바라는 배향의 마스크 형태(예로 동심원 원, 바퀴살 모양 또는 나비 넥타이 모양)가 바라는 편광 패턴에 따라서 존재하도록 할 수 있다.
특정 리소그레피 응용에서는, 도3에 예시된 편광 패턴이 편광 조명기(700)가 제공하는 데에 유리할 수 있다. 예를 들어, 그런 편광 모드는 교호하는 위상 시프트 마스크들로 웨이퍼를 이중 노출시키는 데에 유용하다. 특정하게는, 교호 위상 시프트 마스크들은 이진 마스크와는 다른 방식으로 광을 회절시킨다. 교호 위상 시프트 마스크의 경우에, 조명기의 축 방향 빔은 투영 광학계(PO)로 대칭적으로 회절된다. 축 상의 가느다란 조명 빔으로써 최소의 및 가장 뾰족한 피쳐가 획득된다. 그러나, 한번에 몇몇 피쳐 배향용의 편광의 이점을 얻기 위해서는 하나 의 편광이 수직 배향된 구조를 갖는 마스크와 함께 사용될 수 있다. 웨이퍼는 이후 제2 편광과 수평 구조를 갖는 제2 마스크를 사용하여 다시 노출된다.
그에 따라, 도3의 편광 패턴은 교호 위상 시프트 마스크로서 이중 노출하는 데에 유용하다. 예를 들어, 대부분 수직 라인들 즉, 라인들이 수직으로 뻗고 수평으로 반복되는 수직 라인들을 갖는 마스크가 PO 퓨필에 걸쳐서 거의 수평으로 회절한다. 이런 빔들은 편광이 수직이라면 가장 효율적으로 웨이퍼에서 재결합한다. 유사하게, 대부분 수평 구조들을 갖는 제2 마스크가 수평 편광보다 더 낫게 이미징된다. 양 마스크는 그 사이에서 막을 현상하지 않고서 동일 웨이퍼 상으로 노출될 수 있고 귀결되는 이중 노출 이미지는 전체 구조가 비편광된 광으로 한번에 노출된 경우보다 다 낫다.
추가 실시예에서, 도4에 리스트된 편광 패턴이 리스그래피 응용에서 소망될 수 있다. 예를 들어, 이진 마스크를 사용하면, 도4a에 도시된 대로 조명기 퓨필의 좌측 및 우측 에지들 상에서 수직으로 편광된 극들에 의해 가장 최소의 수직 라인들이 잘 이미징된다. 그 밖의 두 개의 극으로부터의 +1 및 -1 회절 오더가 PO 퓨필의 바깥쪽에서 회절되고 이를 웨이퍼에서 되지 않는다. 유사하게 이진 마스크를 사용하면, 도4b에 도시된 대로 조명기 퓨필의 상부 및 하부 영역 상에서 수평으로 편광된 극들에 의해 가장 최소의 수평 라인들이 잘 이미징된다. 접선 편광에 힘입은 콘트라스트의 향상이 일반적으로 비 이미징 극들로 인한 손실된 콘트라스트를 충분히 만회하고도 남는다. 이런 식으로 모든 피쳐들이 단일 노출로 인쇄될 수 있고, 편광 제어 없이는 이런 것이 불가능할 것이다.
또다른 실시예에서, 도5 및 도6에 리스트된 편광 패턴은 이진 마스크를 사용하는 대부분의 수평 및 대부분의 수직 구조들의 이중 노출에 대해 유용하다. 교호 위상 시프트 마스크의 경우에, 편광의 수혜를 얻기 위해서 이중 노출이 선택되었다. 주어진 구조 배향에 대해서 네 개의 극중에서 두개 만이 이미지를 산출하기 때문에 이중 노출이 종종 사용된다. 그 밖의 두 개의 극은 그렇지 않다. +1 및 -1 회절 오더는 PO 퓨필의 바깥쪽에 있다. 제로의 오더만이 웨이퍼에 도달하여 어떤 이미지도 제공하지 않으며 콘트라스트 박탈 일정 배경(contrast robbing constant background)에 기여할 뿐이다.
본 발명은 이상 설명되고 도면에 예시된 편광 패턴을 산출하는 광 시스템을 구비한 리소그래피 시스템에만 제한되지는 않는다. 오히려, 임의의 주어진 레티클 또는 마스크에 대해서, 인쇄를 위한 최적의 퓨필 필(fill) 및 최적의 편광이 있을 수 있다. 그에 따라 본 발명은 이런 최적 편광 패턴을 포괄한다.
본 발명의 광학 시스템에서 사용되는 편광틀(들)은 관심 대상의 파장의 광을 투과시키는 광 품질(optics-quality) 재료를 활용할 수 있다. 그에 따라 본 발명은 광의 임의의 특정 파장만을 사용하는 것에 제한되지 않는다. 예시적인 파장으로 적외선, 자외선(UV) 및 가시광선이 있다. 예시적 리소그래피 응용에서, 편광틀(들)은 UV 조명과 함께 사용될 수 있고, 수정, 마그네슘 불화물, 또는 그밖의 재료 또는 조명광에 투명한 재료의 조합으로 만들어질 수 있다.
본 발명의 여러 실시예들이 이상 설명되었지만, 이들은 예시적 목적을 위해 제시되었고 제한적인 의미로 제시된 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 폭 및 범위 는 앞서 설명한 임의의 예시적 실시예에 의해 제한되어서는 안되며, 이하의 청구범위와 이들의 균등물에 따라서 규정되어야만 한다.
본 발명에 따라서, 과도하게 복잡한 기계적 구조를 요구하지 않고서 방사상 및 접선 방향을 포함하는 편광 패턴들을 제공하는 장치가 제공되었다.

Claims (14)

  1. 퓨필(pupil)을 갖는 조명기(illuminator)에서 사용하기 위한 편광 패턴 어셈블리로서,
    (a) 프레임,
    (b) 상기 프레임에 결합되고 자신을 통과해 나아가는 광의 편광 방향을 변화시키는 편광틀(polarization pane) - 상기 편광틀은 적층 중의 각각의 제1 및 제2 층에 배열된 복굴절 재료로 만들어진 제1 및 제2 편광틀을 포함함 -, 및
    (c) 비복굴절 재료로 만들어진 제1 및 제2 비편광 틀 쌍 - 상기 제1 쌍은 상기 제1 편광틀의 대향측의 상기 제1 층에 제공되고, 상기 제2 쌍은 상기 제2 편광 틀의 대향측의 상기 제2 층에 제공됨 - 을 포함하고,
    상기 편광 패턴이 상기 조명기의 퓨필에 걸쳐서 획득되는, 편광 패턴 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 편광틀은 상기 광의 편광 방향을 약 90° 만큼 회전시키는 편광 패턴 어셈블리.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 프레임은 상기 제1층에 있는 상기 틀들을 상기 제2층에 있는 상기 틀들로부터 분리하는 갭을 제공하는 스페이서를 더 포함하는 편광 패턴 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서, 상기 편광틀은 상기 프레임 내의 제1 및 제2 외곽 영역 간의 내에 있는 중심 영역에서 상기 프레임에 결합되고 상기 편광틀은 자신을 통과해 나아가는 상기 광의 편광 방향을 약 90°만큼 회전시키고, 이로써 편광 패턴이 상기 조명기의 퓨필에 걸쳐서 획득되고, 상기 편광 패턴은 세개의 영역 복합 편광 패턴(three-zone hybrid polarization pattern), 저 시그마 선형 패턴(low sigma linear pattern), 방사상 쌍극 패턴(radial dipole pattern), 접선 방향 쌍극 패턴(tangential dipole pattern), 접선 방향 쿼드러폴 패턴(tangential quadrapole pattern) 및 방사상 쿼드러폴 패턴(radial quadrapole pattern)을 포함하는 군으로부터 선택되는 패턴인, 편광 패턴 어셈블리.
  7. 리소그래피 시스템 용의 조명기의 퓨필에서 편광 패턴을 제공하기 위한 장치로서,
    빔 형성기, 및
    청구항 1에 기재된 편광 패턴 어셈블리
    를 포함하고,
    상기 빔 형성기와 상기 편광 패턴 어셈블리는 상기 조명기의 광학 경로를 따라 배열되고,
    상기 프레임은 상기 프레임 내의 제1 및 제2 외곽 영역 간의 내에 있는 중심 영역을 포함하고, 상기 편광틀은 상기 중심 영역에 걸쳐서 상기 프레임에 의해 지지되는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 빔 형성기는 회절 광학계 및 마스크 중의 적어도 하나를 포함하는 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 빔 형성기는 선형 편광된 입력 광 빔을 상기 퓨필의 극 영역들과 관련된 에어리어들에서 상기 편광 패턴 어셈블리를 조명하는 다수의 분리된 편광 광 빔들로 분리시키는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 다수의 분리된 편광 광 빔은, 상기 퓨필의 쌍극 영역들과 관련된 에어리어들에서 상기 편광 패턴 어셈블리를 조명하여 방사상 쌍극 패턴 또는 접선 방향 쌍극 패턴을 포함하는 편광 패턴이 상기 퓨필에서 제공되도록 하는 두 개의 편광 광 빔을 포함하는 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 다수의 분리된 편광 광 빔은, 상기 퓨필의 쿼드러폴 영역들과 관련된 에어리어들에서 상기 편광 패턴 어셈블리를 조명하여 방사상 쿼드러폴 패턴 또는 접선 방향 쿼드러폴 패턴을 포함하는 편광 패턴이 상기 퓨필에서 제공되도록 하는 네 개의 편광 광 빔을 포함하는 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 빔 형성기는, 선형 편광 입력 광 빔을 상기 퓨필의 상기 중심 영역에 있는 편광틀에 제한시켜서 저 시그마 선형 편광 패턴을 포함하는 편광 패턴이 상기 퓨필에서 제공되도록 하는 장치.
  13. 제9항에 있어서, 상기 빔 형성기는, 선형 편광 입력 광 빔을 상기 프레임 내의 중심 및 외곽 영역들에 걸쳐서 통과시켜서 세개의 영역 복합 편광 패턴을 포함하는 편광 패턴이 상기 퓨필에서 제공되도록 하는 장치.
  14. 제9항에 있어서, 상기 빔 형성기 및 상기 편광 패턴 어셈블리는 다른 유형의 편광 패턴을 발생시키도록 이동되는 장치.
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