KR20020076159A - 투영 광학계, 해당 투영 광학계를 구비한 투영 노광 장치및 투영 노광 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 짧은 초로(硝路) 길이와 적은 렌즈면 수를 갖고, 초기 상태뿐만 아니라 조명 조건이나 환경이 변화되었다고 해도 양호한 결상 성능을 유지하는 것을 목적으로 한다.
굴절형의 투영 광학계는, 제 1 면 A측에서부터 순서대로, 부(負)의 제 1 렌즈군 G1과, 정(正)의 제 2 렌즈군 G2와, 부의 제 3 렌즈군 G3과, 제 4 렌즈군 G4와, 정의 제 5 렌즈군 G5를 구비한다. 투영 광학계의 렌즈면의 유효 직경 또는 렌즈의 외경은 제 1 면 A측으로부터 제 2 면 B측으로 향하는 방향에 있어서, 제 1 렌즈군 G1에서는 단조 증가하고, 제 2 렌즈군 G2 중에서 증가로부터 감소로 향하는 경향을 갖고, 제 3 렌즈군 G3 중에서 감소로부터 증가로 향하는 경향을 가지며, 또한 제 5 렌즈군 G5 중에서 단조 감소하는 구성을 취한다. 복수의 렌즈 중의 적어도 하나의 렌즈는 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지되고, 투영 광학계의 제 2 면 B측의 개구 수는 0.8 이상이다.
Description
본 발명은, 예컨대 반도체 집적 회로, CCD 등의 촬상 소자, 액정 디스플레이, 또는 박막 자기 헤드 등의 마이크로 장치를 리소그래피 기술을 이용하여 제조할 때에 이용되는 투영 노광 장치 및 방법, 해당 투영 노광 장치에 적합한 투영 광학계에 관한 것이다.
최근, 반도체 집적 회로 등의 마이크로 장치의 회로 패턴의 미세화에 따라, 스테퍼 등의 노광 장치에서 사용되는 노광용 조명광(노광광)의 파장은 해마다 단파장화해 오고 있다. 즉, 노광광으로서는, 종래 주로 사용되어 온 수은 램프의 I선(파장 : 365 ㎚) 대신에 KrF 엑시머 레이저광(파장 : 248 ㎚)이 주류로 되어 오고 있으며, 또한 그것보다도 단파장의 ArF 엑시머 레이저광(파장 : 193 ㎚)도 실용화되어 있다. 또한, 더욱 노광광의 단파장화를 목적으로서, F2레이저(파장 : 157 ㎚)와 같은 할로겐 분자 레이저 등의 사용도 시도되고 있다.
그런데, 자외 대역 또는 진공 자외 대역의 광원으로서는 상술한 엑시머 레이저나 할로겐 분자 레이저 등이 있지만, 자외 대역 또는 진공 자외 대역의 방사광을 투과시키는 재료가 한정되기 때문에, 투영 광학계를 구성하는 렌즈 소자의 재료는 한정된 것밖에 사용할 수 없고, 이 한정된 재료의 투과율도 그 정도로 높은 것이 아니다. 그리고, 현 상태에서는, 렌즈 소자의 표면에 마련되는 반사 방지 코트의 성능도 파장용의 것에 비하면 그다지 고성능인 것이 얻어지고 있지 않다. 또한, 최근에는, 조명 광학계에 의한 조명 조건의 변경이나 투영 광학계의 환경의 변동에 따라 투영 광학계의 결상 성능의 변동을 억제하는 것이 요구되고 있다.
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하고자 하는 바는, 짧은 초로(硝路) 길이와 적은 렌즈 개수를 갖고, 초기 상태에서 양호한 결상 성능을 가질 뿐만 아니라, 조명 조건이나 환경이 변화되었다고 해도 양호한 결상 성능을 유지할 수 있는 투영 광학계를 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 지극히 미세화된 투영 원판의 패턴 상(像)을 워크(work)에 양호하게 투영 노광할 수 있는 투영 노광 장치 및 투영 노광 방법을 제공하는 것에 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1의 투영 광학계의 광로도,
도 2는 본 발명의 실시예 2의 투영 광학계의 광로도,
도 3은 본 발명의 실시예 3의 투영 광학계의 광로도,
도 4는 본 발명의 실시예 1의 투영 광학계의 제(諸)수차도,
도 5는 본 발명의 실시예 2의 투영 광학계의 제수차도,
도 6은 본 발명의 실시예 3의 투영 광학계의 제수차도,
도 7은 본 발명의 실시예 1의 투영 광학계의 횡(橫)수차도,
도 8은 본 발명의 실시예 2의 투영 광학계의 횡수차도,
도 9는 본 발명의 실시예 3의 투영 광학계의 횡수차도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 투영 노광 장치의 구성도,
도 11은 결상 특성의 보정에 대한 제어 블럭도,
도 12는 구동 소자를 사용하여 렌즈를 구동하는 기구의 일례를 나타내는 도면,
도 13은 렌즈를 구동하는 기구의 다른 예를 나타내는 도면,
도 14는 센터 접지 성분을 보정하는 원리를 설명하기 위한 도면,
도 15는 본 발명의 실시예에 적용된 투영 광학계의 렌즈 구성예와, 위치 및 자세의 조정이 가능한 렌즈의 배치예를 나타내는 도면,
도 16은 본 발명의 실시예에 적용된 투영 광학계의 다른 렌즈 구성예와, 위치 및 자세의 조정이 가능한 렌즈의 배치예를 나타내는 도면,
도 17은 본 발명의 실시예에 적용된 투영 광학계의 다른 렌즈 구성예와, 위치 및 자세의 조정이 가능한 렌즈의 배치예를 나타내는 도면,
도 18은 투영 노광 장치의 광원으로서 이용되는 엑시머 레이저의 구조예를 나타내는 모식도,
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 장치 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도,
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 장치 제조 방법의 다른 예를 나타내는 흐름도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
PL : 투영 광학계AX : 광축
G1 : 제 1 렌즈군G2 : 제 2 렌즈군
G3 : 제 3 렌즈군G4 : 제 4 렌즈군
G5 : 제 5 렌즈군A : 제 1 면
B : 제 2 면W : 웨이퍼
R : 레티클
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 제 1 투영 광학계는, 복수의 렌즈를 거쳐서 제 1 면의 상을 제 2 면 상에 투영하는 투영 광학계에 있어서, 상기제 1 면측에서 순서대로 부(負)의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군과, 정(正)의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군과, 부의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈군과, 제 4 렌즈군과, 정의 굴절력을 갖는 제 5 렌즈군을 구비하고, 상기 투영 광학계에서의 렌즈면의 유효 직경 또는 렌즈의 외경은 상기 제 1 면측으로부터 상기 제 2 면측으로 향하는 방향에서, 상기 제 1 렌즈군에서는 단조 증가하고, 상기 제 2 렌즈군 중에서 증가로부터 감소로 향하는 경향을 갖고, 상기 제 3 렌즈군 중에서 감소로부터 증가로 향하는 경향을 가지며, 또한 상기 제 5 렌즈군 중에서 단조 감소하는 구성을 취하고, 상기 제 2 렌즈군 중의 최대 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경 또는 최대 외경을 갖는 렌즈의 외경을 Mx2로 하고, 상기 제 3 렌즈군 중의 최소 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경 또는 최소 외경을 갖는 렌즈의 외경을 Mn3이라고 할 때, (수학식 1)를 만족하고, 상기 복수의 렌즈 중의 적어도 하나의 렌즈는 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지되며, 상기 투영 광학계의 상기 제 2 면측의 개구 수는 0.8 이상인 것이다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 제 2 투영 광학계는, 복수의 렌즈를 거쳐서 제 1 면의 상을 제 2 면 상에 투영하는 투영 광학계에 있어서, 상기 제 1 면측에서부터 순서대로 부의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군과, 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군과, 부의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈군과, 제 4 렌즈군과, 정의 굴절력을 갖는 제 5 렌즈군을 구비하며, 상기 투영 광학계 중의 상기 복수의 렌즈 중의 상기 제 1 면측부터 세어 2장째 내지 4장째의 렌즈의 렌즈면의 유효 직경 또는 해당 렌즈의 외경은 단조 증가하고 있고, 상기 투영 광학계에서의 렌즈면의 유효 직경 또는 렌즈의 외경은 상기 제 1 면측으로부터 상기 제 2 면측으로 향하는 방향에서, 상기 제 2 렌즈군 중에서는 증가로부터 감소로 향하는 경향을 갖고, 상기 제 3 렌즈군 중에서 감소로부터 증가로 향하는 경향을 가지며, 또한 상기 제 5 렌즈군 중에서 단조 감소하는 구성을 취하고, 상기 제 4 렌즈군 중의 최대 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경 또는 최대 외경을 갖는 렌즈의 외경을 Mx4로 하고, 상기 제 4 렌즈군 중의 최소 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경 또는 최소 외경을 갖는 렌즈의 외경을 Mn4라고 할 때, (수학식 2)을 만족하며, 상기 복수의 렌즈 중의 적어도 하나의 렌즈는 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지되고, 상기 투영 광학계의 상기 제 2 면측의 개구 수는 0.8 이상인 것이다.
본 발명의 제 1 또는 제 2 투영 광학계의 바람직한 형태에 있어서는, 상기 제 3 렌즈군과 상기 제 2 면 사이에 위치하는 개구 조리개를 갖는다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 제 3 투영 광학계는, 복수의 렌즈를 거쳐서 제 1 면의 상을 제 2 면 상에 투영하는 투영 광학계에 있어서, 상기 제 1 면측에서부터 순서대로, 부의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군과, 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군과, 부의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈군과, 광로 중에 개구 조리개를 갖는 제 4 렌즈군과, 정의 굴절력을 갖는 제 5 렌즈군을 구비하며, 상기 투영 광학계 중의 상기 복수의 렌즈의 렌즈면의 유효 직경 또는 상기 복수의 렌즈의 외경은 상기 제 2 렌즈군 중에서 극대를 갖고, 상기 제 3 렌즈군 중에서 극소를 가지며, 상기 제 3 내지 제 5 렌즈군 중에서 극대를 갖는 구성을 취하고, 또한 상기 제 1 면으로부터 상기 제 2 면까지의 사이에서 단지 하나가 현저한 극소를 갖고, 상기 복수의 렌즈 중의 적어도 하나의 렌즈는 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지되며, 상기 투영 광학계의 상기 제 2 면측의 개구 수는 0.8 이상인 것이다.
본 발명의 제 3 투영 광학계의 바람직한 형태에 있어서는, 상기 투영 광학계 중의 상기 복수의 렌즈가 형성하는 공기 렌즈 중의 가장 제 1 면측에 배치되는 공기 렌즈는 양(兩)볼록 형상을 갖는다.
또한, 본 발명의 제 3 투영 광학계의 바람직한 형태에 있어서는, 상기 제 2 렌즈군 중의 최대 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경 또는 최대 외경을 갖는 렌즈의 외경을 Mx2이라 하고, 상기 제 3 렌즈군 중의 최소 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경 또는 최소 외경을 갖는 렌즈의 외경을 Mn3이라고 할 때, (수학식 1)를 만족한다.
또한, 본 발명의 제 3 투영 광학계의 바람직한 형태에 있어서는, 상기 제 4 렌즈군 중의 최대 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경 또는 최대 외경을 갖는 렌즈의 외경을 Mx4라 하고, 상기 제 4 렌즈군 중의 최소 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경 또는 최소 외경을 갖는 렌즈의 외경을 Mn4라고 할 때, (수학식 2)을 만족한다.
본 발명의 제 1 내지 제 3 투영 광학계의 바람직한 형태에 있어서는, 상기 제 1 렌즈군 내지 상기 제 4 렌즈군 각각의 렌즈군 중의 적어도 하나의 렌즈는 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지된다.
또한, 본 발명의 제 1 내지 제 3 투영 광학계의 바람직한 형태에 있어서는, 상기 제 1 면과 상기 제 3 렌즈군 중의 최소 유효 직경을 갖는 렌즈면 또는 최소 외경을 갖는 렌즈와의 사이에 위치하는 적어도 하나의 렌즈와, 상기 제 2 면과 상기 제 3 렌즈군 중의 최소 유효 직경을 갖는 렌즈면 또는 최소 외경을 갖는 렌즈와의 사이에 위치하는 적어도 하나의 렌즈는 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지된다.
또한, 본 발명의 제 1 내지 제 3 투영 광학계의 바람직한 형태에 있어서는, 상기 제 1 면과 상기 제 3 렌즈군 중의 최소 유효 직경을 갖는 렌즈면 또는 최소 외경을 갖는 렌즈와의 사이에 위치하는 적어도 하나의 렌즈와, 상기 제 2 면과 상기 제 3 렌즈군 중의 최소 유효 직경을 갖는 렌즈면 또는 최소 외경을 갖는 렌즈와의 사이에 위치하는 적어도 하나의 렌즈는 광축에 대하여 회전 비대칭인 렌즈면을 갖고, 또한 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지된다.
또한, 본 발명의 제 1 내지 제 3 투영 광학계의 바람직한 형태에 있어서는, 상기 투영 광학계 중의 상기 복수의 렌즈 중의 상기 개구 조리개보다도 상기 제 1 면측에 위치하는 적어도 하나의 렌즈와, 상기 투영 광학계 중의 상기 복수의 렌즈 중의 상기 개구 조리개보다도 상기 제 2 면측에 위치하는 적어도 하나의 렌즈는 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지된다.
또한, 본 발명의 제 1 내지 제 3 투영 광학계의 바람직한 형태에 있어서는, 상기 투영 광학계 중의 상기 복수의 렌즈 중의 상기 개구 조리개보다도 상기 제 1 면측에 위치하는 적어도 하나의 렌즈와, 상기 투영 광학계 중의 상기 복수의 렌즈중의 상기 개구 조리개보다도 상기 제 2 면측에 위치하는 적어도 하나의 렌즈는 광축에 대하여 회전 비대칭인 렌즈면을 갖고, 또한 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지된다.
또한, 본 발명의 제 1 내지 제 3 투영 광학계의 바람직한 형태에 있어서는, 상기 제 1 렌즈군은 적어도 하나의 부(負)렌즈를 갖고, 상기 제 2 렌즈군은 적어도 하나의 부렌즈와 적어도 3개의 정(正)렌즈를 갖고, 상기 제 3 렌즈군은 적어도 2개의 부렌즈를 가지며, 상기 제 5 렌즈군은 적어도 4개의 정렌즈를 갖는다.
또한, 본 발명의 제 1 내지 제 3 투영 광학계의 바람직한 형태에 있어서는, 상기 투영 광학계 중의 상기 복수의 렌즈 중의 적어도 하나의 렌즈는 비구면(非球面) 형상의 렌즈면을 갖는다.
또한, 본 발명의 제 1 내지 제 3 투영 광학계의 바람직한 형태에 있어서는, 상기 비구면 형상의 렌즈면을 갖는 렌즈는 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지된다.
또한, 본 발명의 제 1 내지 제 3 투영 광학계의 바람직한 형태에 있어서는, 상기 투영 광학계 중의 상기 복수의 렌즈는 비구면 형상의 렌즈면을 갖는 제 1 비구면 렌즈와, 비구면 형상의 렌즈면을 갖는 제 2 비구면 렌즈를 적어도 갖고, 상기 제 1 비구면 렌즈의 렌즈면의 유효 직경 또는 해당 렌즈의 외경을 D1, 상기 제 2 비구면 렌즈의 렌즈면의 유효 직경 또는 해당 렌즈의 외경을 D2라고 할 때, (수학식 3)를 만족한다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 투영 노광 장치는 투영원판에 마련된 패턴의 상을 워크 상에 투영 노광하는 투영 노광 장치에 있어서, 노광광을 공급하는 광원과, 상기 광원으로부터의 노광광을 상기 투영 원판 상의 상기 패턴으로 유도하는 조명 광학계와, 상기 기재된 투영 광학계를 갖고, 상기 제 1 면에 상기 투영 원판을 배치 가능하게 하며, 상기 제 2 면에 상기 워크를 배치 가능하게 한 것이다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 투영 노광 방법은, 투영 원판에 마련된 패턴의 상을 워크 상에 투영 노광하는 투영 노광 방법에 있어서, 상기 기재된 투영 노광 장치를 이용하여, 상기 제 1 면에 상기 투영 원판을 배치하고, 또한 상기 제 2 면에 상기 워크를 배치하며, 상기 투영 광학계를 거쳐서 상기 패턴의 상을 상기 워크 상에 형성하는 것이다.
또, 본 발명에서는, 복수의 렌즈의 직경 방향의 크기를 렌즈끼리 비교하는 경우에, 렌즈의 「유효 직경」과 렌즈의 「외경」을 거의 동일한 의미로 이용하고 있다. 렌즈의 외경은 통상 렌즈의 유효 직경에 유지용의 폭을 가한 값이다. 그리고, 이 유지용 폭은 안정하게 렌즈를 유지할 수 있고, 또한 낭비없는 크기로 제한되므로, 투영 광학계를 구성하는 복수의 렌즈마다 크게 변화하지 않는다. 따라서, 복수의 렌즈의 직경 방향의 크기를 렌즈끼리 비교하는데 있어서는, 「유효 직경」과 「외경」을 동일한 의미로 이용할 수 있다. 단, 렌즈의 「외경」을 이용하여 렌즈의 직경 방향의 크기를 비교하는 경우, 렌즈의 유효 직경에 대하여 무의미하게 렌즈의 외경을 크게 하거나 작게 하거나 한 것은 본 발명을 규정하는 조건에 포함되지 않는 것으로 한다.
(실시예)
이하, 도면에 근거하여 본 발명의 실시예의 일례에 대해 설명한다. 도 1∼도 3은 본 발명의 제 1∼제 3 투영 광학계의 실시예에 따른 투영 광학계의 광로도이다. 도 1∼도 3에 있어서, 본 예의 투영 광학계는 제 1 면 A상의 패턴의 축소 상(像)을 제 2 면 B 상에 결상시키는 굴절형 투영 광학계이다. 이들 투영 광학계를, 예컨대 반도체 디바이스 제조용의 투영 노광 장치에 적용한 경우, 제 1 면 A상에 투영 원판(마스크)으로서의 레티클 R의 패턴면이 배치되고, 제 2 면 B상에 워크로서의 피노광 기판인 웨이퍼 W의 포토레지스트의 도포면(노광면)이 배치된다.
투영 광학계는 제 1 면 A측에서부터 순서대로, 부의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군 G1과, 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군 G2와, 부의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈군 G3과, 제 4 렌즈군 G4와, 정의 굴절력을 갖는 제 5 렌즈군 G5를 구비한다. 그리고, 제 3 렌즈군 G3과 제 2 면 B 사이에 개구 조리개가 배치된다. 또, 도 1∼도 3의 예에서는 제 4 렌즈군 G4의 광로 중에 개구 조리개가 배치된다. 또한, 투영 광학계의 제 2 면 B측의 개구 수는 0.8 이상이다.
투영 광학계에서의 렌즈면의 유효 직경은 제 1 면 A측으로부터 제 2 면 B측으로 향하는 방향에서, 제 1 렌즈군 G1에서는 단조 증가하고, 제 2 렌즈군 G2 중에서 증가로부터 감소로 향하는 경향을 갖고, 제 3 렌즈군 G3 중에서 감소로부터 증가로 향하는 경향을 가지며, 또한 제 5 렌즈군 G5 중에서 단조 감소하는 구성을 취한다. 또는, 투영 광학계 중의 복수의 렌즈 중의 제 1 면 A측으로부터 세어 2장째 내지 4장째의 렌즈의 렌즈면의 유효 직경은 단조 증가하고 있고, 투영 광학계에서의 렌즈면의 유효 직경은 제 1 면 A측에서 제 2 면 B측으로 향하는 방향에서, 제 2 렌즈군 G2 중에서는 증가로부터 감소로 향하는 경향을 갖고, 제 3 렌즈군 G3 중에서 감소로부터 증가로 향하는 경향을 가지며, 또한 제 5 렌즈군 G5 중에서 단조 감소하는 구성을 취한다. 상기의 구성에 의해 제 2 렌즈군 G2와 제 3 렌즈군 G3을 유효하게 페츠발 합(petzval sum)에 기여시킬 수 있다.
또한, 투영 광학계 중의 복수의 렌즈의 렌즈면의 유효 직경은, 제 2 렌즈군 G2 중에서 극대를 갖고, 제 3 렌즈군 G3 중에서 극소를 가지며, 제 3 렌즈군 G3 내지 제 5 렌즈군 G5 중에서 극대를 갖는 구성을 취하고, 또한 제 1 면 A로부터 제 2 면 B까지의 사이에서 단지 하나가 현저한 극소를 갖는다. 즉, 본 예의 투영 광학계는 싱글 웨이스트형의 결상 광학계이다. 또한, 제 1 면 A로부터 제 2 면 B까지의 사이에서 단지 하나가 현저한 극소를 갖는 렌즈 구성하는 것에 의해, 렌즈 개수를 줄일 수 있기 때문에, 초로(硝路) 길이를 짧게 하고, 렌즈면수를 줄일 수 있다.
또, 도 1∼도 3의 예에서는 투영 광학계 중의 복수의 렌즈가 형성하는 공기 렌즈 중의 가장 제 1 면 A측에 배치되는 공기 렌즈는 양(兩)볼록 형상을 갖는다. 또한, 제 1 렌즈군 G1은 적어도 하나의 부렌즈를 갖고, 제 2 렌즈군 G2는 적어도 하나의 부렌즈와 적어도 3개의 정렌즈를 갖고, 제 3 렌즈군 G3은 적어도 2개의 부렌즈를 가지며, 제 5 렌즈군 G5는 적어도 4개의 정렌즈를 갖는다.
그런데, 본 발명의 투영 광학계에서는, 제 2 렌즈군 G2 중의 최대 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경을 Mx2라 하고, 제 3 렌즈군 G3 중의 최소 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경을 Mn3이라 할 때, 이하의 수학식 1을 만족한다.
수학식 1의 상한을 초과하면, 축외(軸外) 수차의 보정이 곤란하게 되고, 하한을 초과하면, 색 수차의 보정상 바람직하지 못하다. 더 바람직한 경계값으로서는 상한 3.2, 하한 1.85로 된다.
또한, 제 4 렌즈군 G4 중의 최대 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경을 Mx4라고 하고, 최소 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경을 Mn4라고 할 때, 이하의 수학식 2를 만족한다.
수학식 2는 색 수차 보정에 바람직한 제 1 면 A로부터 제 2 면 B까지의 사이에서 단지 하나가 현저한 극소를 갖는 광학계의 구성을 규정하고 있다. 수학식 2를 만족하지 않는 경우, 색 수차 보정에 대하여 바람직하지 못하다. 더 바람직한 경계값은 하한이 0.8로 된다. 상한은 수학식이 최소/최대이므로, 1이 한계값으로 된다.
또한, 투영 광학계 중의 복수의 렌즈 중의 적어도 하나의 렌즈는 비구면 형상의 렌즈면을 갖는 것이 바람직하다. 이 비구면의 작용에 의해, 초기의 결상 성능을 충분히 높이면서, 환경 변동에 대한 안정성과 충분한 투과율을 확보할 수 있다.
이 경우, 투영 광학계 중의 복수의 렌즈는 비구면 형상의 렌즈면을 갖는 제1 비구면 렌즈와, 비구면 형상의 렌즈면을 갖는 제 2 비구면 렌즈를 갖는 것이 바람직하고, 제 1 비구면 렌즈의 렌즈면의 유효 직경을 D1, 제 2 비구면 렌즈의 유효 직경을 D2라고 할 때, 이하의 수학식 3을 만족하는 것이 바람직하다.
수학식 3은 투영 광학계에 마련되는 비구면의 직경이 현저히 과도하게 커지지 않는 구성을 규정하고 있다. 수학식 3을 만족하지 않는 경우에는, 투영 광학계에 마련되는 비구면의 직경이 현저히 과도하게 커져, 비구면 가공이 곤란하고, 경우에 따라서는 불가능해지기 때문에, 투영 광학계의 제조상 바람직하지 못하다.
또한, 본 발명의 투영 광학계에서는, 복수의 렌즈 중의 적어도 하나의 렌즈는 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지된다. 렌즈의 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽을 조정하는 것에 의해, 투영 광학계의 결상 특성을 보정할 수 있다.
또, 도 1∼도 3의 예에서는, 제 1 렌즈군 G1, 제 2 렌즈군 G2 및 제 3 렌즈군 G3 각각의 렌즈군 중의 적어도 하나의 렌즈는 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지된다. 또한, 제 1 면 A와 제 2 렌즈군 G2 중의 최소 유효 직경을 갖는 렌즈면 또는 최소 외경을 갖는 렌즈와의 사이에 위치하는 적어도 하나의 렌즈와, 제 2 면 B와 제 2 렌즈군 G2 중의 최소 유효 직경을 갖는 렌즈면 또는 최소 외경을 갖는 렌즈와의 사이에 위치하는 적어도 하나의 렌즈는 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지된다. 또한, 투영 광학계 중의 복수의렌즈 중의 개구 조리개 AS보다도 제 1 면 A측에 위치하는 적어도 하나의 렌즈와, 투영 광학계 중의 복수의 렌즈 중의 개구 조리개 AS보다도 제 2 면 B측에 위치하는 적어도 하나의 렌즈는 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지된다.
이 경우, 비구면 형상의 렌즈면을 갖는 렌즈가, 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지되는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 투영 광학계의 결상 특성을 양호하게 보정할 수 있다.
또한, 본 발명의 투영 광학계에서는, 제 1 면 A와 제 2 렌즈군 G2 중의 최소 유효 직경을 갖는 렌즈면 또는 최소 외경을 갖는 렌즈와의 사이에 위치하는 적어도 하나의 렌즈와, 제 2 면 B와 제 2 렌즈군 G2 중의 최소 유효 직경을 갖는 렌즈면 또는 최소 외경을 갖는 렌즈와의 사이에 위치하는 적어도 하나의 렌즈는 광축에 대하여 회전 비대칭인 렌즈면을 갖고, 또한 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지되는 것이 바람직하다. 또는, 투영 광학계 중의 복수의 렌즈 중의 개구 조리개 AS보다도 제 1 면 A측에 위치하는 적어도 하나의 렌즈와, 투영 광학계 중의 복수의 렌즈 중의 개구 조리개 AS보다도 제 2 면 B측에 위치하는 적어도 하나의 렌즈는 광축에 대하여 회전 비대칭인 렌즈면을 갖고, 또한 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지되는 것이 바람직하다. 광축에 대하여 회전 비대칭인 렌즈면을 갖는 렌즈의 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽을 조정하는 것에 의해, 투영 광학계의 센터 접지 성분이나 비등방적 왜곡(distortion)을 보정할 수 있다.
다음에, 본 발명에 따른 투영 광학계의 수치 실시예에 대하여 설명한다.
(실시예 1)
도 1은 실시예 1에 따른 투영 광학계의 광로도이다. 본 실시예의 투영 광학계는 248.4 ㎚를 기준 파장으로 한 것이다. 또, 실시예 1에 있어서, 투영 광학계의 모든 광투과성 굴절 부재(렌즈 L11∼L55)는 석영 유리(합성 석영)로 형성되어 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1의 투영 광학계는 제 1 면 A측에서부터 순서대로, 부의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군 G1과, 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군 G2와, 부의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈군 G3과, 광로 중에 개구 조리개 AS를 갖는 제 4 렌즈군 G4와, 정의 굴절력을 갖는 제 5 렌즈군 G5를 구비하고 있다. 투영 광학계에서의 렌즈면의 유효 직경은 제 1 면 A측으로부터 제 2 면 B측으로 향하는 방향에서, 제 1 렌즈군 G1에서는 단조 증가하고, 제 2 렌즈군 G2 중에서 증가로부터 감소로 향하는 경향을 갖고, 제 3 렌즈군 G3 중에서 감소로부터 증가로 향하는 경향을 가지며, 또한 제 5 렌즈군 G5 중에서 단조 감소하는 구성으로 되어 있다. 또한, 제 2 렌즈군 G2 중에서 극대를 갖고, 제 3 렌즈군 G3 중에서 극소를 가지며, 제 3 내지 제 5 렌즈군 G5 중에서 극대를 취하고, 또한 제 1 면 A로부터 제 2 면 B 까지의 사이에서 단지 하나가 현저한 극소를 갖는 구성으로 되어 있다.
제 1 렌즈군 G1은 제 1 면 A측에서부터 순서대로, 오목면을 제 2 면 B측으로 향한 평(平)오목 형상의 부렌즈 L11과, 오목면을 제 1 면 A측으로 향한메니스커스(meniscus) 형상의 부렌즈 L12를 갖고, 이들 부렌즈 L11, L12에 의해서, 양 볼록 형상의 기체 렌즈를 형성하고 있다. 여기서, 부렌즈 L11의 제 2 면 B측의 렌즈면 ASP1은 비구면 형상으로 형성되어 있다.
제 2 렌즈군 G2는 제 1 면 A측에서부터 순서대로, 오목면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 2개의 부렌즈 L21, L22와, 양 볼록 형상의 2개의 정렌즈 L23, L24와, 볼록면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 2개의 정렌즈 L25, L26을 갖는다. 여기서, 정렌즈 L25의 제 2 면 B측의 렌즈면 ASP2는 비구면 형상으로 형성되어 있다.
제 3 렌즈군 G3은 제 1 면 A측에서부터 순서대로, 평오목 형상의 부렌즈 L31과, 양 오목 형상의 3개의 부렌즈 L32∼L34와, 오목면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L35를 갖는다. 여기서, 부렌즈 L34의 제 2 면 B측의 렌즈면 ASP3은 비구면 형상으로 형성되어 있다.
제 4 렌즈군 G4는 제 1 면 A측에서부터 순서대로, 볼록면을 제 2 면 B측으로 향한 평볼록 형상의 정렌즈 L41과, 양 볼록 형상의 정렌즈 L42와, 양 오목 형상의 부렌즈 L43, 양 볼록 형상의 정렌즈 L44를 갖는다.
제 5 렌즈군 G5는 제 1 면 A측에서부터 순서대로, 양 볼록 형상의 정렌즈 L51과, 볼록면을 제 1 면 A측에 향한 메니스커스 형상의 3개의 정렌즈 L52∼L54와, 평행 평판 L55를 갖고 있다. 여기서, 정렌즈 L53의 제 2 면 B측의 렌즈면 ASP4는 비구면 형상으로 형성되어 있다.
도 2는 실시예 2에 따른 투영 광학계의 광로도이다. 본 실시예의 투영 광학계는 248.4 ㎚를 기준 파장으로 한 것이다. 또, 실시예 2에 있어서, 투영 광학계의 모든 광투과성 굴절 부재(렌즈 L11∼L55)는 석영 유리(합성 석영)로 형성되어 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 2의 투영 광학계는 제 1 면 A측에서부터 순서대로, 부의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군 G1과, 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군 G2와, 부의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈군 G3과, 광로 중에 개구 조리개 AS를 갖는 제 4 렌즈군 G4와, 정의 굴절력을 갖는 제 5 렌즈군 G5를 구비하고 있다. 투영 광학계에서의 렌즈면의 유효 직경은 제 1 면 A측으로부터 제 2 면 B측으로 향하는 방향에서, 제 1 렌즈군 G1에서는 단조 증가하고, 제 2 렌즈군 G2 중에서 증가로부터 감소로 향하는 경향을 갖고, 제 3 렌즈군 G3 중에서 감소로부터 증가로 향하는 경향을 가지며, 또한 제 5 렌즈군 G5 중에서 단조 감소하는 구성으로 되어 있다. 또한, 제 2 렌즈군 G2 중에서 극대를 갖고, 제 3 렌즈군 G3 중에서 극소를 갖고, 제 3 내지 제 5 렌즈군 G5 중에서 극대를 취하며, 또한 제 1 면 A으로부터 제 2 면 B까지의 사이에서 단지 하나가 현저한 극소를 갖는 구성으로 되어 있다.
제 1 렌즈군 G1은 제 1 면 A측에서부터 순서대로, 오목면을 제 2 면 B측으로 향한 평오목 형상의 부렌즈 L11과, 오목면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L12를 갖는다. 이들 부렌즈 L11, L12에 의해서, 양 볼록 형상의 기체 렌즈를 형성하고 있다. 여기서, 부렌즈 L11의 제 2 면 B측의 렌즈면 ASP1은 비구면 형상으로 형성되어 있다.
제 2 렌즈군 G2는 제 1 면 A측에서부터 순서대로, 오목면을 제 1 면 A측으로향한 메니스커스 형상의 2개의 부렌즈 L21, L22와, 양 볼록 형상의 2개의 정렌즈 L23, L24와, 볼록면을 제 1 면 A측에 향한 메니스커스 형상의 2개의 정렌즈 L25, L26을 갖는다. 여기서, 정렌즈 L26의 제 2 면 B측의 렌즈면 ASP2는 비구면 형상으로 형성되어 있다.
제 3 렌즈군 G3은 제 1 면 A측에서부터 순서대로, 양 오목 형상의 4개의 부렌즈 L31∼L34와, 오목면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L35를 갖는다. 여기서, 부렌즈 L34의 제 2 면 B측의 렌즈면 ASP3은 비구면 형상으로 형성되어 있다.
제 4 렌즈군 G4는 제 1 면 A측에서부터 순서대로, 양 볼록 형상의 정렌즈 L41과, 볼록면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 2개의 정렌즈 L42, L43과, 양 볼록 형상의 정렌즈 L44를 갖는다.
제 5 렌즈군 G5는 제 1 면 A측에서부터 순서대로, 오목면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L51과, 볼록면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 4개의 정렌즈 L52∼L55를 갖고 있다. 여기서, 정렌즈 L53의 제 2 면 B측의 렌즈면 ASP4는 비구면 형상으로 형성되어 있다.
도 3은 실시예 3에 따른 투영 광학계의 광로도이다. 본 실시예의 투영 광학계는 248.4 ㎚를 기준 파장으로 한 것이다. 또, 실시예 3에 있어서, 투영 광학계의 모든 광투과성 굴절 부재(렌즈 L11∼L55)는 석영 유리(합성 석영)로 형성되어 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 실시예 3의 투영 광학계는 제 1 면 A측에서부터순서대로, 부의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군 G1과, 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군 G2와, 부의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈군 G3과, 광로 중에 개구 조리개 AS를 갖는 제 4 렌즈군 G4와, 정의 굴절력을 갖는 제 5 렌즈군 G5를 구비하고 있다. 투영 광학계에서의 렌즈면의 유효 직경은, 제 1 면 A측으로부터 제 2 면 B측으로 향하는 방향에서, 제 1 렌즈군 G1에서는 단조 증가하고, 제 2 렌즈군 G2 중에서 증가로부터 감소로 향하는 경향을 갖고, 제 3 렌즈군 G3 중에서 감소로부터 증가로 향하는 경향을 가지며, 또한 제 5 렌즈군 G5 중에서 단조 감소하는 구성으로 되어 있다. 또한, 제 2 렌즈군 G2 중에서 극대를 갖고, 제 3 렌즈군 G3 중에서 극소를 갖고, 제 3 내지 제 5 렌즈군 G5 중에서 극대를 취하며, 또한 제 1 면 A로부터 제 2 면 B까지의 사이에서 단지 하나가 현저한 극소를 갖는 구성으로 되어 있다.
제 1 렌즈군 G1은 제 1 면 A측에서부터 순서대로, 양 오목 형상의 2개의 부렌즈 L11, L12를 갖는다. 이들 부렌즈 L11, L12에 의해서, 양 볼록 형상의 기체 렌즈를 형성하고 있다. 여기서, 부렌즈 L11의 제 2 면 B측의 렌즈면 ASP1은 비구면 형상으로 형성되어 있다.
제 2 렌즈군 G2는 제 1 면 A측에서부터 순서대로, 양 볼록 형상의 정렌즈 L21과, 오목면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L22와, 양 볼록 형상의 정렌즈 L23과, 볼록면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 정렌즈 L24와, 양 볼록 형상의 정렌즈 L25와, 볼록면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 정렌즈 L26을 갖는다. 여기서, 정렌즈 L25의 제 2 면 B측의 렌즈면 ASP2는 비구면 형상으로 형성되어 있다.
제 3 렌즈군 G3은 제 1 면 A측에서부터 순서대로, 볼록면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 정렌즈 L31과, 양 오목 형상의 부렌즈 L32와, 볼록면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 정렌즈 L33과, 양 오목 형상의 2개의 부렌즈 L34, L35와, 양 볼록 형상의 2개의 정렌즈 L36, L37을 갖는다. 여기서, 정렌즈 L33의 제 2 면 B측의 렌즈면 ASP3은 비구면 형상으로 형성되어 있다.
제 4 렌즈군 G4는 제 1 면 A측에서부터 순서대로, 양 볼록 형상의 정렌즈 L41과, 양 오목 형상의 부렌즈 L42와, 양 볼록 형상의 정렌즈 L43과, 오목면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L44를 갖는다.
제 5 렌즈군 G5는 제 1 면 A측에서부터 순서대로, 볼록면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 4개의 정렌즈 L51∼L54와, 오목면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L55를 갖는다. 여기서, 정렌즈 L53의 제 2 면 B측의 렌즈면 ASP4는 비구면 형상으로 형성되어 있다.
이하의 표 1∼표 3에 실시예 1∼실시예 3 각각의 투영 광학계의 제원(諸元)을 나타낸다.
표 1∼표 3에 있어서, 좌단의 열에는 제 1 면 A로부터의 각 렌즈면의 번호, 제 2 열에는 각 렌즈면의 곡율 반경, 제 3 열에는 각 렌즈면으로부터 다음 렌즈면까지의 면 간격, 제 4 열에는 렌즈 재료, 제 5 열에는 비구면의 부호, 제 6 열에는 각 렌즈의 부호, 제 7 열에는 각 렌즈면이 유효한 직경을 나타낸다. 여기서, 본 실시예의 제원값에 있어서의 곡율 반경, 면 간격의 단위의 일례로서 ㎜을 이용할 수 있다. 또한, 비구면 렌즈면에 대한 제 2 열의 곡율 반경은 정점(頂点) 곡율 반경을 나타낸다.
비구면 형상은 이하의 수학식 3으로 나타내어진다.
표 1 및 표 2의 최후에 [비구면 데이터]로서 각 비구면에 대한 원추 계수 κ, 비구면 계수 C4, C6, C8, C10, C12, C 14를 나타내었다.
실시예 1∼실시예 3 각각의 투영 광학계에서는 렌즈 재질(초재)로서 석영 유리(합성 석영)를 이용하고 있다. 각 실시예에 있어서, 기준 파장 248.4 ㎚에서의 석영 유리(합성 석영)의 굴절율, 파장 1 pm당 석영 유리의 굴절율의 변화량(분산) 및 석영 유리의 비중은 이하와 같다.
석영 유리의 굴절율 : 1.50839
석영 유리의 분산 : -5.6 ×10-7/+1 pm
석영 유리의 비중 : 2.2
또, 분산은 파장 +1 pm당 굴절율의 변화량을 나타내고 있고, 분산이 -5.6×10-7/+1 pm이라는 것은, 파장이 기준 파장으로부터 + 1pm만큼 변화한 경우에 굴절율이 5.6 ×10-7만큼 감소하는 것을 의미하고 있다.
이하의 표 1∼표 3에 있어서, SiO2는 석영 유리를 나타내고, NA는 제 2 면 B측의 개구 수, φ는 제 2 면 B 상에서의 이미지 서클의 반경, β는 투영 광학계 전체의 투영 배율, d0은 제 1 면 A로부터 가장 제 1 면 A측의 광학면(렌즈면, 반사면)까지의 거리, WD는 가장 제 2 면 B측의 광학면으로부터 제 2 면 B까지의 거리(작동 거리)를 나타낸다. 또한, ASP1∼ASP4는 비곡면을 나타내고, AS는 개구 조리개를 나타낸다. 또, 각 실시예에 대하여 공통으로, 투영 광학계의 개구 수 NA(제 2 면 B측의 개구 수), 투영 배율 β, 및 제 2 면 B 상에서의 이미지 서클의 반경 φ는 이하와 같다.
NA = 0.82
β= 1/4
φ= 13.2 ㎜
(표 1)
(표 2)
(표 3)
이하의 표 4 및 표 5에 실시예 1∼실시예 3 각각의 조건 대응 수치를 나타낸다. 표 4에 있어서, Mx2는 제 2 렌즈군 중의 최대 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경(㎜), Mn3은 제 3 렌즈군 중의 최소 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경(㎜)을 나타내고 있다. 또한, 표 5에 있어서, Mx4는 제 4 렌즈군 중의 최대 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경(㎜), Mn4는 제 4 렌즈군 중의 최소 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경(㎜)을 나타내고 있다. 또한, 표 6에 있어서, D1은 제 1 비구면 렌즈의 렌즈면의 유효 직경(㎜), D2는 제 2 비구면 렌즈의 유효 직경(㎜)을 나타내고 있다.
(표 4)
(표 5)
(표 6)
표 4 및 표 5로부터 얻어지는 데이터로부터, 실시예 1∼실시예 3 각각은 수학식 1, 2를 만족하고 있다. 또한, 표 6으로부터 얻어지는 데이터로부터, 실시예 1∼실시예 3 각각은 수학식 3을 만족하고 있는 것을 알 수 있다.
다음에, 도 4∼도 9에 실시예 1∼실시예 3의 투영 광학계의 파장 248.4 ㎚에서의 제 2 면상에서의 수차도를 나타낸다.
여기서, 도 4의 (a)∼도 6의 (a)는 구면 수차도, 도 4의 (b)∼도 6의 (b)는 비점 수차도, 도 4의 (c)∼도 6의 (c)는 왜곡 수차도이며, 도 7∼도 9 중의 (a)∼(e)는 자오선 방향(TANGENTIAL 방향)에서의 횡수차(코마 수차)이고, (f)∼(j)는 새지탈 방향(SAGITAL 방향)에서의 횡(橫)수차(코마 수차)이다. 각 수차 도면에 있어서, NA는 투영 광학계의 상(像)측(제 2 면측) 개구 수를 나타내고, Y는 제 2 면 상에서의 상 높이를 나타낸다. 또한, 도 4의 (b)∼도 6의 (b)의 비점 수차도에 있어서, 파선은 자오선(tangential) 상면(像面), 실선은 새지탈(sagital) 상면을 나타내고 있다. 또, 도 7의 (a)∼도 9의 (a)는 상 높이 Y=13.2에서의 자오선 방향의 횡수차도, 도 7의 (b)∼도 9의 (b)는 상 높이 Y=9.9에서의 자오선 방향의 횡수차도, 도 7의 (c)∼도 9의 (c)는 상 높이 Y=6.6에서의 자오선 방향의 횡수차도, 도 7의 (d)∼도 9의 (d)는 상 높이 Y=3.3에서의 자오선 방향의 횡수차도, 도 7의 (e)∼도 9의 (e)는 상 높이 Y=0(광축 상)에서의 자오선 방향의 횡수차도이며, 도 7의 (f)∼도 9의 (f)는 상 높이 Y=13.2에서의 새지탈 방향의 횡수차도, 도 7의 (g)∼도 9의 (g)는 상고 Y=9.9에서의 새지탈 방향의 횡수차도, 도 7의 (h)∼도 9의 (h)는 상 높이 Y=6.6에서의 새지탈 방향의 횡수차도, 도 7의 (i)∼도 9의 (i)는 상 높이 Y=3.3에서의 새지탈 방향의 횡수차도, 도 7의 (j)∼도 9의 (j)는 상 높이 Y=0(광축 상)에서의 새지탈 방향의 횡수차도이다.
각 수차도로부터 명백한 바와 같이, 본 실시예의 투영 광학계는, 상 높이 0으로부터 최대 상 높이까지의 영역에서, 양호한 수차 보정이 달성되어 있다. 따라서, 본 실시예의 투영 광학계를 노광 장치에 내장함으로써, 지극히 미세한 패턴을 웨이퍼 상에 전사하는 것이 가능해진다. 본 실시예의 투영 광학계는 직경 26.4의 원형 이미지 필드를 갖기 때문에, 이 이미지 필드 내에서, 예컨대 주사 방향의 폭 약 8.8, 주사 직교 방향의 폭 약 25의 직사각형 형상의 노광 영역이나, 주사 방향의 폭 약 8, 주사 직교 방향의 폭 약 26의 직사각형 형상의 노광 영역을 확보하는 것이 가능하다. 또, 상 높이, 이미지 필드의 단위는, 상술에 있어서 곡율 반경, 간격의 단위로서 ㎜을 채용한 경우에는 ㎜이다. 또, 본 실시예의 투영 광학계에서는 FWHM(full width at half maximum)에서 0.5 pm의 범위에서 색 수차 보정이 이루어지고 있으며, 본 실시예의 투영 광학계를 노광 장치에 내장한 경우에 노광 장치의 광원으로의 부담을 저감하는 것이 가능하다.
상기 실시예 1∼실시예 3의 투영 광학계는 도 10에 나타내는 실시예의 투영 노광 장치에 적용할 수 있다. 이하, 도 10을 참조하여, 본 발명에 따른 노광 장치의 실시예에 대해 설명한다. 도 10은 실시예에 따른 투영 노광 장치의 개략 구성을 도시하는 도면이다. 또한, 도 10에서는 XYZ 직교 좌표계를 채용하고 있다. XYZ 직교 좌표계는 워크(감광성 기판)로서의 웨이퍼 W를 유지하는 웨이퍼 스테이지(22)에 대하여 평행해지도록 X축 및 Y축이 설정되고, Z축이 웨이퍼 스테이지(22)에 대하여 직교하는 방향(투영 광학계 PL의 광축 AX에 평행한 방향)으로 설정된다. 실제로는, 도면 중의 XYZ 직교 좌표계는 XY 평면이 수평면에 평행한 면으로 설정되고, Z축이 연직(鉛直)상 방향으로 설정된다.
실시예에 따른 노광 장치는, 노광 광원으로서 KrF 엑시머 레이저 광원을 사용하고, 상기 실시예 1∼실시예 3 중 어느 하나의 굴절형 투영 광학계를 투영 광학계 PL로서 사용하여, 본 발명을 적용한 것이다. 본 실시예의 투영 노광 장치에서는 레티클 R 상의 소정 형상의 조명 영역에 대하여 상대적으로 소정의 방향으로 레티클 R 및 웨이퍼 W를 동기하여 주사하는 것에 의해, 웨이퍼 W 상의 하나의 쇼트 영역에, 투영 원판으로서의 레티클 R의 패턴 상을 차차 적으로 전사하는 스텝·앤드·스캔 방식을 채용하고 있다. 이러한 스텝·앤드·스캔형의 노광 장치에서는 투영 광학계의 노광 필드보다도 넓은 기판(웨이퍼 W) 상의 영역에 레티클 R의 패턴을 노광할 수 있다.
도 10에 있어서, 레이저 광원(2)은, 예컨대 발진 파장 248 ㎚의 펄스 자외광을 출력하는 KrF 엑시머 레이저를 갖는다. 또, 본 실시예에서의 레이저 광원(2)으로서는 KrF 엑시머 레이저에 한정되지 않고, 발진 파장 193 ㎚의 ArF 엑시머 레이저나, 파장 약 120 ㎚∼약 180 ㎚의 진공 자외 대역에 속하는 광을 발생하는 레이저, 예컨대 발진 파장 157 ㎚의 불소다이머 레이저(F2레이저)나, 발진 파장 146 ㎚의 크리프톤다이머 레이저(Kr2레이저), 발진 파장 126 ㎚의 아르곤다이머 레이저(Ar2레이저) 등을 이용하더라도 무방하다.
그런데, 레이저 광원(2)으로부터의 펄스 레이저광(조명광)은 편향 미러(3)에 의해 편향되어, 광로 지연 광학계(41)로 향하여, 레이저 광원(2)으로부터의 조명광의 시간적 가간섭 거리(코히어런스 길이) 이상의 광로 길이차가 부여된 시간적으로복수의 광속으로 분할된다. 또, 이러한 광로 지연 광학계는, 예컨대 일본 특허 공개 평성 제 1-198759 호 공보나 일본 특허 공개 평성 제 11-174365 호 공보에 개시되어 있다.
광로 지연 광학계(41)로부터 사출되는 조명광은 광로 편향 미러(42)에 의해 편향된 후에, 제 1 플라이 아이 렌즈(43), 줌 렌즈(44), 진동 미러(45)를 순서대로 거쳐서 제 2 플라이 아이 렌즈(46)에 도달한다. 제 2 플라이 아이 렌즈(46)의 사출측에는 유효 광원의 사이즈·형상을 소망하는 형상으로 설정하기 위한 조명 광학계 개구 조리개용의 전환 리볼버(5)가 배치되어 있다. 본 예에서는 조명 광학계 개구 조리개에서의 광량 손실을 저감시키기 때문에, 줌 렌즈(44)에 의한 제 2 플라이 아이 렌즈(46)로의 광속의 크기를 가변으로 하고 있다.
조명 광학계 개구 조리개의 개구로부터 사출한 광속은 콘덴서 렌즈군(10)을 거쳐서 조명 시야 조리개(레티클 블라인드)(11)를 조명한다. 또, 조명 시야 조리개(11)에 대해서는 일본 특허 공개 평성 제 4-196513 호 공보 및 이것에 대응하는 미국 특허 제 5,473,410 호 공보에 개시되어 있다.
조명 시야 조리개(11)로부터의 광은 편향 미러(151, 154), 렌즈군(152, 153, 155)으로 이루어지는 조명 시야 조리개 결상 광학계(레티클 블라인드 결상계)를 거쳐서 레티클 R 상에 유도되고, 레티클 R상에는 조명 시야 조리개(11)의 개구부의 상(像)인 조명 영역이 형성된다. 레티클 R 상의 조명 영역에서의 광은 투영 광학계 PL을 거쳐서 웨이퍼 W 상으로 유도되고, 웨이퍼 W 상에는 레티클 R의 조명 영역 내의 패턴의 축소 상이 형성된다. 레티클 R을 유지하는 레티클 스테이지 RS는 XY평면 내에서 2차원적으로 이동 가능하고, 그 위치 좌표는 간섭계(19)에 의해서 계측되고 또한 위치 제어된다. 또한, 웨이퍼 W를 유지하는 웨이퍼 스테이지(22)도 XY 평면 내에서 2차원적으로 이동 가능하고, 그 위치 좌표는 간섭계(24)에 의해서 계측되고 또한 위치 제어된다. 이들에 의해, 레티클 R 및 웨이퍼 W를 고정밀도로 동기 주사하는 것이 가능하게 된다.
그런데, 자외 대역 또는 진공 자외 대역의 광을 노광광으로 하는 경우에는, 그 광로로부터 산소, 수증기, 탄화 수소계의 가스 등의, 관계되는 파장 대역의 광에 대하여 강한 흡수 특성을 갖는 가스(이하, 적절히 「흡수성 가스」이라 함)를 배제할 필요가 있다. 따라서, 본 실시예에서는 조명 광로(레이저 광원(2)∼레티클 R에 이르는 광로) 및 투영 광로(레티클 R∼웨이퍼 W에 이르는 광로)를 외부 분위기로부터 차단하고, 그들 광로를 자외 대역 또는 진공 자외 대역의 광에 대한 흡수가 적은 특성을 갖는 특정 가스로서의 질소, 헬륨, 아르곤, 네온, 크립톤 등의 가스, 또는 그들 혼합 가스(이하, 적절히 「저흡수성 가스」 또는 「특정 가스」라고 함)로 채우고 있다.
구체적으로는, 레이저 광원(2)으로부터 광로 지연 광학계(41)까지의 광로를 케이스(30)에 의해 외부 분위기로부터 차단하고, 광로 지연 광학계(41)로부터 조명 시야 조리개(11)까지의 광로를 케이스(40)에 의해 외부 분위기로부터 차단하며, 조명 시야 조리개 결상 광학계를 케이스(150)에 의해 외부 분위기로부터 차단하여, 그들 광로 내에 상기 특정 가스를 충전하고 있다. 케이스(40)와 케이스(150)는 케이스(49)에 의해 접속되어 있다. 또한, 투영 광학계 PL 자체도 그 경통(鏡筒)이케이스로 되어 있고, 그 내부 광로에 상기 특정 가스를 충전하고 있다.
또, 각 광로에 충전되는 특정 가스로서는 질소나 헬륨을 이용하는 것이 바람직하다. 질소는 파장이 150 ㎚ 정도 이하의 광에 대하여 흡광 특성이 강하고, 헬륨은 파장 100 ㎚ 정도 이하의 광에 대하고 흡광 특성이 강하다. 헬륨은 열전도율이 질소의 약 6배이며, 기압 변화에 대한 굴절율의 변동량이 질소의 약 1/8이기 때문에, 특히 고투과율과 광학계의 결상 특성의 안정성이나 냉각성에서 우수하다. 또, 투영 광학계 PL의 경통에 대해 특정 가스로서 헬륨을 이용하고, 다른 광로(예컨대, 레이저 광원(2)∼레티클 R까지의 조명 광로 등)에 대해서는 특정 가스로서 질소를 이용하더라도 무방하다.
케이스(170)는 조명 시야 조리개 결상 광학계를 내장한 케이스(150)와 투영 광학계 PL 사이의 공간을 외부 분위기로부터 차단하고 있으며, 그 내부에 레티클 R을 유지하는 레티클 스테이지 RS를 수납하고 있다. 이 케이스(170)에는 레티클 R을 반입·반출하기 위한 도어(173)가 마련되어 있고, 이 도어(173)의 외측에는 레티클 R을 반입·반출 시에 케이스(170) 내의 분위기가 오염되는 것을 방지하기 위한 가스 치환실(174)이 마련되어 있다. 이 가스 치환실(174)에도 도어(177)가 마련되어 있고, 복수 종류의 레티클을 보관하고 있는 레티클 스토커(210)와의 사이의 레티클의 교환은 도어(177)를 거쳐서 실행한다.
케이스(200)는 투영 광학계 PL과 웨이퍼 W 사이의 공간을 외부 분위기로부터 차단하고 있고, 그 내부에, 웨이퍼 홀더(20)를 거쳐서 웨이퍼 W를 유지하는 웨이퍼 스테이지(22), 웨이퍼 W의 표면의 Z 방향의 위치(포커스 위치)나 경사각을 검출하기 위한 경사 입사 형식의 오토 포커스 센서(26), 오프·축(axis) 방식의 정렬 센서(28), 웨이퍼 스테이지(22)를 탑재하고 있는 정반(定盤)(23)을 수납하고 있다. 이 케이스(200)에는 웨이퍼 W를 반입·반출하기 위한 도어(203)가 마련되어 있고, 이 도어(203)의 외측에는 케이스(200) 내부의 분위기가 오염되는 것을 방지하기 위한 가스 치환실(204)이 마련되어 있다. 이 가스 치환실(204)에는 도어(207)가 마련되어 있고, 장치 내부로의 웨이퍼 W의 반입, 장치 외부로의 웨이퍼 W의 반출은 이 도어(207)를 거쳐서 실행한다.
여기서, 케이스(40, 150, 170, 200) 각각에는 급기 밸브(147, 156, 171, 201)가 마련되어 있고, 이들 급기 밸브(147, 156, 171, 201)는 도시하지 않은 가스 공급 장치에 접속된 급기관로에 접속되어 있다. 또한, 케이스(40, 150, 170, 200) 각각에는 배기 밸브(148, 157, 172, 202)가 마련되어 있고, 이들 배기 밸브(148, 157, 172, 202)는 각각 도시하지 않은 배기관로를 거쳐서 상기 가스 공급 장치에 접속되어 있다. 또, 가스 공급 장치로부터의 특정 가스는 도시하지 않은 온도 조정 장치에 의해 소정의 목표 온도로 제어되어 있다. 여기서, 특정 가스로서 헬륨을 이용하는 경우에는, 온도 조정 장치는 각 케이스의 근방에 배치되는 것이 바람직하다.
마찬가지로, 가스 치환실(174, 204)에도 급기 밸브(175, 205)와 배기 밸브(176, 206)가 마련되어 있고, 급기 밸브(175, 205)는 급기관로를 거쳐서, 배기 밸브(176, 206)는 배기관로를 거쳐서 각각 상기 가스 공급 장치에 접속되어 있다. 또한, 투영 광학계 PL의 경통에도 급기 밸브(181) 및 배기 밸브(182)가 마련되어있고, 급기 밸브(181)는 도시하지 않은 급기관로를 거쳐서, 배기 밸브(182)는 도시하지 않은 배기관로를 거쳐서 상기 가스 공급 장치에 접속되어 있다.
또, 급기 밸브(147, 156, 171, 175, 181, 201, 205)가 마련된 급기관로와, 배기 밸브(148, 157, 172, 176, 182, 202, 206)가 마련된 배기관로에는 HEPA 필터 또는 ULPA 필터 등의 이물질(파티클)을 제거하기 위한 필터와, 산소 등의 흡수성 가스를 제거하는 화학적 필터가 마련되어 있다.
또한, 가스 치환실(174, 204)에서는 레티클 교환 또는 웨이퍼 교환 시 등일 때에 가스 치환을 행할 필요가 있다. 예컨대, 레티클 교환 시에는, 도어(174)를 열어 레티클 스토커(210)로부터 레티클을 가스 치환실(174) 내로 반입하고, 도어(174)를 닫아 가스 치환실(174) 내를 특정 가스로 채우고, 그 후, 도어(173)를 열어 레티클을 레티클 스테이지 RS 상에 탑재한다. 또한, 웨이퍼 교환 시에는, 도어(207)를 열어 웨이퍼를 가스 치환실(204) 내로 반입하고, 이 도어(207)를 닫아 가스 치환실(204) 내를 특정 가스로 채운다. 그 후, 도어(203)를 열어 웨이퍼를 웨이퍼 홀더(20) 상에 탑재한다. 또, 레티클 반출, 웨이퍼 반출의 경우는 이 반대의 순서이다. 또, 가스 치환실(174, 204)로의 가스 치환 시에는, 가스 치환실 내의 분위기를 감압한 후에, 급기 밸브로부터 특정 가스를 공급하더라도 무방하다.
또한, 케이스(170, 200)에서는, 가스 치환실(174, 204)에 의한 가스 치환을 행한 기체가 혼입될 가능성이 있어, 이 가스 치환실(174, 204)의 가스 중에는 상당한 양의 산소 등의 흡수 가스가 혼입되어 있을 가능성이 높기 때문에, 가스 치환실(174, 204)의 가스 치환과 동일한 타이밍에서 가스 치환을 행하는 것이 바람직하다. 또한, 케이스 및 가스 치환실에서는 외부 분위기의 압력보다도 높은 압력의 특정 가스를 충전해 두는 것이 바람직하다.
그런데, 본 실시예에 있어서, 투영 광학계 PL을 구성하는 복수의 렌즈 중의 적어도 하나의 렌즈는 그 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지되어 있다. 이것에 의해, 투영 광학계 PL의 결상 특성을 보정할 수 있다. 본 실시예에서는, 투영 광학계 PL의 내외의 환경을 계측하고, 그 계측 결과에 근거하여, 투영 광학계 PL의 렌즈를 구동해서, 그 렌즈의 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽을 조정하여, 투영 광학계 PL의 결상 특성을 보정한다.
도 11은 상술한 결상 특성의 보정에 관한 제어 블럭도이다.
도 11에 있어서, 환경 조건의 계측 기구로서, 투영 광학계 PL의 내부(경통의 내측)에는 기압 센서(300)가 마련되어 있고, 기압 센서(300)의 계측값이 주 제어계(301)에 공급되어 있다. 또한, 투영 광학계 PL 근방에 마련된 온도 센서(302), 기압 센서(303) 및 습도 센서(304)에 의해서 각각 계측되는 투영 광학계 PL을 둘러싸는 기체의 온도, 기압 및 습도의 정보도 각각 주 제어계(301)에 공급되어 있다. 주 제어계(301)는 구동부(306)(액츄에이터)을 거쳐서 투영 광학계 PL 중의 소정의 렌즈를 구동하는 것에 의해, 그 렌즈의 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽을 조정한다. 즉, 주 제어계(301)는 투영 광학계 PL의 내외의 환경 조건의 변화와 투영 광학계 PL의 결상 특성(제수차)과의 관계를 미리 기억해 두고, 소정의 타이밍에서 각 센서(300, 302∼304)로부터 환경을 계측하고, 그 계측 정보와 미리 기억된 데이터에 근거하여, 현 시점에서 가장 결상 특성이 양호하게 되도록 렌즈의위치 및 자세 중의 적어도 한쪽을 조정한다. 또, 환경 조건의 변화를 계측하기 위해서는, 상술한 실제 투영 광학계 PL의 내외의 환경을 직접 계측하는 방법에 한정하지 않고, 노광용 조명광의 조사량 등 환경의 변화의 요인으로 되어 얻는 간접적인 요인을 계측하더라도 무방하다. 이 경우, 예컨대 노광용 조명광의 조사량을 적산하여 기억해 두는 것에 의해, 온도 변화 등의 환경의 변화를 미리 추정하는 것이 가능해진다.
렌즈를 구동하는 구동부(306)로서는, 예컨대 압전 소자(피조 소자 등) 등으로 이루어지는 신축 자재(自在)의 구동 소자를 사용할 수 있다. 여기서, 도 12는 구동 소자를 사용하여 렌즈를 구동하는 기구의 일례를 나타내는 도면으로서, 이 도 12에 있어서, 렌즈 L은 렌즈 테두리(310)에 유지되고, 이 렌즈 테두리(310)는 방위각 120°마다 등분 배치된 3개의 구동 소자(31la, 311b, 311c)에 지지되어 있다. 주 제어계(301)는 각 구동 소자(311a∼311c)에 대한 구동 전압을 개별적으로 제어하는 것에 의해, 3개의 구동 소자(311a∼311c)를 서로 독립하여 Z축 방향(광축 AX 방향)으로 신축시킨다. 3개의 구동 소자(311a∼311c)의 Z축 방향의 신축량이 동일한 양인 경우에는, 렌즈 L은 Z축 방향(광축 AX 방향)으로 이동하고, 3개의 구동 소자(311a∼311c)에 의한 Z축 방향의 신축량이 상이한 양인 경우에는, 렌즈 L은 Z축에 수직인 XY면에 대하여 경사(X축에 평행한 축 주위 및 Y축에 평행한 축 주위의 틸트)된다. 또한, 구동 소자(311a∼311c)가 배치되어 있는 개소(구동점)에는 도시하지 않은 위치 센서가 배치되고, 이들 위치 센서에서 검출되는 구동 소자(311a∼311c)의 신축량의 정보가 주 제어계(301)에 공급된다. 주 제어계(301)에서는 검출될 신축량이 목표값으로 되도록, 예컨대 클로우즈 루프 방식으로 구동 소자(311a∼311c)에 대한 구동 전압을 제어한다. 또, 위치 센서로서는, 예컨대 정전 용량형의 갭 센서, 광학식이나 자기식의 리니어 인코더, 또는 간섭계 등을 사용할 수 있다. 또한, 렌즈를 구동하는 구동부로서, 압전 소자 대신에, 자왜 액츄에이터나 유체압 액츄에이터 등의 다른 액츄에이터를 사용하더라도 무방하다.
또한, 도 13은 렌즈를 구동하는 기구의 다른 예를 나타내는 도면이며, 이 도 13에 있어서, 투영 광학계를 구성하는 복수의 렌즈 중의 3개의 렌즈 L1, L2, L3은 각각 압전 소자(피조 소자 등) 등으로 이루어지는 신축 자재의 구동 소자를 포함하는 구동부(315∼317)에 의해서 구동 가능하게 지지되어 있다. 각 구동부(315∼317)는 이전의 도 12를 이용하여 설명한 바와 같이, 각각 3개의 구동 소자로 구성되며, 대응하는 렌즈 L1∼L3을 투영 광학계의 광축 AX 방향(Z축 방향)으로 이동시키고, 또한 그 광축 AX에 수직인 XY면에 대하여 틸트시킬 수 있다. 또한, 이 도 13에 나타내는 예에서는, 3개의 렌즈 L1∼L3 중의 위의 2개의 렌즈 L1, L2(렌즈 테두리(321, 322))가 최하단의 렌즈 L3(렌즈 테두리(32)) 상에 구동부(315∼317)를 거쳐서 적층된 구성으로 되어 있다.
도 13에 나타내는 구성의 경우, 3개의 렌즈 L1∼L3은 최하단의 구동부(317)에 의해서 통합하여 구동되게 된다. 그 때문에, 구동부(317)의 구동 소자를 신축시키는 것에 의해, 렌즈 L1∼L3의 서로의 위치 관계를 유지한 채 복수의 렌즈 L1∼L3 전체를 통합하여 구동할 수 있다고 하는 이점이 있다. 한편, 이것과는 반대로, 복수의 렌즈가 각각 서로 독립하여 이동 자유롭게 지지되는 구성의 경우에는, 예컨대 하나의 렌즈만을 구동할 뿐이므로, 그 상측 및 하측의 2개의 렌즈에 대한 간격이 동시에 변경되고, 복수의 렌즈의 구동량이 전체로서 감소된다고 하는 이점이 있다. 또, 여기서 말하는 렌즈란, 단일의 렌즈 소자로부터 구성되는 것도 있고, 복수의 렌즈 소자를 조합시킨 렌즈군으로 이루어지는 것도 있다. 투영 광학계 PL 중의 각 렌즈를 통합하여 구동할지 또는 개별적으로 독립 구동할지에 대해서는, 그 투영 광학계 PL의 결상 특성을 보정하는데 있어서의 각 렌즈의 구동량과 각 렌즈에 요구되는 위치 안정 정밀도 등으로부터 결정된다. 단, 본 실시예에서는, 투영 광학계 PL에서 발생하는 소정수의 종류의 수차를 개별적으로 보정할 것을 목적으로서, 투영 광학계 PL 중의 소정수의 렌즈를 서로 독립하여 구동하는 구성으로 되어 있다.
여기서, 보정 대상의 수차의 종류의 수에 비하여 적어도 동수(同數) 이상의 렌즈에 대해, 상술한 Z축 방향(광축 AX 방향)으로의 이동, 및 X축에 평행한 축 주위 및 Y축에 평행한 축 주위의 틸트를 행함으로써, 그 소정수의 종류의 수차를 개별적으로 보정하는 것이 가능해진다. 본 실시예에서는, 투영 광학계 PL 중의 5개의 렌즈에 대해, 그 중의 하나의 렌즈의 위치 및 자세를 조정하는 것에 의해, 또는 그 중의 복수의 렌즈의 위치 및 자세를 서로 관련지어 조정하는 것에 의해, 배율, 왜곡(왜곡 수차), 코마 수차, 상면(像面) 만곡 수차 및 구면 수차를 개별적으로 보정할 수 있다. 또, 상술한 렌즈의 위치 및 자세의 조정에 의해서 수차를 보정하는 기술에 대해서는, 예컨대 일본 특허 공개 평성 제 11-195602 호 공보 등에 개시되어 있다. 또한, Z축 방향(광축 AX 방향)으로의 이동, 및 X축에 평행한 축 주위 및Y축에 평행한 축 주위의 틸트를 실행하는 기구에 대해서는, 예컨대 일본 특허 공개 평성 제 9-106944 호, 일본 특허 공개 평성 제 10-206714 호 및 일본 특허 공개 평성 제 11-44834 호 등의 각 공보에도 개시되어 있다. 또한, X축에 평행한 축 주위 및 Y축에 평행한 축 주위의 틸트를 실행하는 기구에 대해서는, 일본 특허 공개 제 2000-235134 호 공보 및 일본 특허 공개 제 2000-249886 호 공보 등에도 개시되어 있다.
또한, 투영 광학계의 결상 특성을 보정하기 위한 렌즈의 위치 및 자세의 조정은 상술한 Z축 방향(광축 AX 방향)의 렌즈의 위치, 및 X축에 평행한 축 주위 및 Y축에 평행한 축 주위의 틸트의 조정에 한정되지 않는다. 즉, 상술한 자세의 조정에 부가하여, 투영 광학계 PL 중의 복수의 렌즈 중의 적어도 하나의 렌즈를 광축에 수직인 XY면 내에서 이동(시프트)시켜 그 렌즈의 편심을 조정하는 것이 바람직하다. 여기서, 렌즈의 위치 및 자세의 조정에 있어서, 전술한 Z축 방향(광축 AX 방향)의 위치 및 X축에 평행한 축 주위 및 Y축에 평행한 축 주위의 틸트를 조정하는 수단을 제 1 조정 수단, 광축에 수직인 XY면 내에서의 렌즈의 위치를 조정하는 수단을 제 2 조정 수단이라고 부르기로 한다.
제 2 조정 수단에 의한 렌즈의 위치 조정에 있어서, 제 1 조정 수단에서 위치 및 자세를 조정하는 렌즈와는 다른 렌즈를 조정 대상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 투영 광학계 중의 복수의 렌즈 중, 적어도 2개의 렌즈를 관련지어 동시에 조정하는 것이 바람직하다. 제 2 조정 수단에 의한 렌즈의 위치 조정은 제 1 조정 수단에 의한 조정에 의해서 보정할 수 없었던 투영 광학계의 결상 특성의 잔류 성분을 보정하는 것을 주된 목적으로 하고 있다. 즉, 제 1 조정 수단에 의한 렌즈의 위치 및 자세의 조정과 제 2 조정 수단에 의한 렌즈의 위치의 조정을 조합하여 행함으로써, 투영 광학계의 결상 특성을 보다 고정밀도로 보정할 수 있다. 또, 제 2 조정 수단도 제 1 조정 수단과 마찬가지로, 투영 광학계 내외의 환경을 계측한 결과에 근거하여 구동 제어되는 것이 바람직하다. 렌즈를 광축에 수직인 XY면 내에서 이동시키는 제 2 조정 수단의 기본적인 기구로서는, 예컨대 일본 특허 공개 제 2000-206385 호 공보에 개시된 기술을 이용할 수 있다.
또한, 상술한 제 1 조정 수단 및 제 2 조정 수단에 의한 렌즈의 위치 및 자세의 조정에 부가하여, 투영 광학계 중의 복수의 렌즈 중, 광축에 대하여 회전 비대칭인 렌즈면을 갖는 적어도 하나의 렌즈를, 광축을 중심으로 회전시켜 그 렌즈의 회전 위치를 조정하는 것이 바람직하다. 여기서, 이 렌즈의 회전 위치를 조정하는 수단을 제 3 조정 수단이라고 부르기로 한다. 이 제 3 조정 수단에 의해, 투영 광학계의 센터 접지 성분이나 비등방적 왜곡을 보정할 수 있다. 여기서, 센터 접지 성분이란, 투영 광학계의 투영 영역의 중심에서 발생하는 접지 성분이다. 또한, 비등방적 왜곡이란, 결상 배율이 상면 내의 소정의 자오선 방향과 이것에 직교하는 자오선 방향에서 상이한 수차를 말한다. 또, 광축에 대하여 회전 비대칭인 렌즈면에서는, 예컨대 X축 방향의 곡율과 Y축 방향의 곡율이 다른 트릭면을 이용할 수 있다.
여기서, 트릭면이 형성된 렌즈를 이용하여 센터 접지 성분을 보정하는 원리에 대하여 간단히 설명한다. 도 14는 센터 접지 성분을 보정하는 원리를 설명하기위한 도면이다. 도 14에 있어서, 렌즈(320, 321)는 투영 광학계 PL을 구성하는 렌즈 중의 일부 렌즈이다. 이들 렌즈(320, 321) 중의 적어도 한쪽은 광축 AX를 중심으로 하여 회전 가능하게 마련되어 있다. 그리고, 렌즈(320, 321)는 각각 곡율 반경이 가장 강한 방향(320A, 321A)과, 이들 방향(320A, 321A)과 직교한 방향으로서 각각 곡율 반경이 가장 약한 방향(320B, 321B)을 갖고 있다. 여기서, 도면 중 실선으로 나타내는 방향(320A, 321A)에서는 렌즈(320, 321)의 굴절력이 가장 강하게 되고, 도면 중 파선으로 나타내는 방향(320B, 321B)에서는 렌즈(320, 321)의 굴절력이 가장 약해진다. 또, 이하에 있어서는, 곡율 반경(굴절력)이 가장 강하게 되는 방향(320A, 321A)을 강(强)주 직경선이라 부르고, 곡율 반경(굴절력)이 가장 약해지는 방향(320B, 321B)을 약주 직경선이라 부른다.
도 14의 (a)에 나타내는 바와 같이, 2개의 렌즈(320, 321)에서 강주 직경선(320A, 321A)이 서로 90°를 이루는 경우에는, 이들 2개의 렌즈(320, 321)로부터는 센터 접지 성분 또는 비등방적 왜곡은 발생하지 않는다. 또한, 도 14의 (b)에 나타내는 바와 같이, 2개의 렌즈(320, 321)에 있어서, 강주 직경선(320A, 321A)이 이루는 각도를 90°로부터 뺀 경우에는, 이들이 이루는 각도에 따른 양의 축상 센터 접지 성분 또는 비등방적 왜곡이 발생한다.
따라서, 예컨대 투영 광학계 PL을 구성하는 렌즈 중, 2개의 렌즈의 렌즈면을 소정의 자오선 방향과 이 자오선 방향과 직교하는 방향에서 상이한 파워를 갖는 형상으로 하고, 또한 광축 AX를 중심으로 하여 상대적으로 회전 가능하게 하면, 센터 접지 성분 또는 비등방적 왜곡 중 한쪽을 보정할 수 있다. 또한, 상기 2개의 렌즈와는 상이한 2개의 렌즈의 렌즈면을 소정의 자오선 방향과 이 자오선 방향과 직교하는 방향에서 상이한 파워를 갖는 형상으로 하고, 또한 광축을 중심으로 하여 상대적으로 회전 가능하게 하면, 센터 접지 성분 및 비등방적 왜곡의 쌍방을 보정할 수 있다. 또, 센터 접지 성분의 발생량을 조정하기 위한 렌즈면은, 투영 광학계 PL의 동공 근방에 마련하는 것이 바람직하고, 비등방적 왜곡의 발생량을 조정하기 위한 렌즈면은 물체면 또는 상면(像面) 근방에 마련하는 것이 바람직하다. 또한, 센터 접지 성분 및 비등방적 왜곡을 조정하는 기술에 대해서는, 예컨대 일본 특허 공개 평성 제 7-183190 호 공보, 일본 특허 공개 평성 제 8-327895 호 공보 및 일본 특허 공개 제 2000-164489 호 공보 등에 개시되어 있다.
도 15, 도 16 및 도 17은 이전의 도 1∼도 3에 나타낸 본 발명의 실시예 1∼실시예 3의 투영 광학계를 본 실시예에 적용한 투영 광학계 PL에 대하여, 상술한 제 1, 제 2 및 제 3 조정 수단에 의한 위치 및 자세의 조정이 가능한 렌즈의 배치예를 나타내는 도면이다. 여기서, 도면 중 부호 (400)은 제 1 조정 수단, (401)은 제 2 조정 수단, 그리고 (402)는 제 3 조정 수단을 나타낸다.
도 15에 나타내는 실시예 1의 투영 광학계 PL에서는 제 2 렌즈군 G2 중의 3개의 정렌즈 L23, L25, L26과, 제 3 렌즈군 G3 중의 2개의 부렌즈 L33, L35에 대하여, 제 1 조정 수단(400)에 의해, Z축 방향(광축 AX 방향)의 위치, 및 X축에 평행한 축 주위 및 Y축에 평행한 축 주위의 틸트의 조정이 가능하다. 또한, 제 2 렌즈군 G2 중의 정렌즈 L24와 부렌즈 L31에 대하여, 제 2 조정 수단(401)에 의해, 광축과 수직인 XY 평면 내에서의 위치 조정이 가능하다. 또한, 제 1 렌즈군 G1 중의부렌즈 L12와, 제 2 렌즈군 G2 중의 부렌즈 L21과, 제 4 렌즈군 G4 중의 정렌즈 L42 및 부렌즈 L43에 대하여, 제 3 조정 수단(402)에 의해 회전 위치의 조정이 가능하다.
도 16에 나타내는 실시예 2의 투영 광학계 PL에서는, 이전의 도 2에 나타낸 제 2 렌즈군 G2 중의 3개의 정렌즈 L23, L25, L26과, 제 3 렌즈군 G3 중의 2개의 부렌즈 L33, L35에 대하여, 제 1 조정 수단(400)에 의해 Z축 방향(광축 AX 방향)의 위치, 및 X축에 평행한 축 주위 및 Y축에 평행한 축 주위의 틸트의 조정이 가능하다. 또한, 제 2 렌즈군 G2 중의 정렌즈 L24와 부렌즈 L31에 대하여, 제 2 조정 수단(401)에 의해 광축과 수직인 XY 평면 내에서의 위치 조정이 가능하다. 또한, 제 1 렌즈군 G1 중의 부렌즈 L12와, 제 2 렌즈군 G2 중의 부렌즈 L21과, 제 4 렌즈군 G4 중의 2개의 정렌즈 L42, L43에 대하여, 제 3 조정 수단(402)에 의해 회전 위치의 조정이 가능하다.
도 17에 나타내는 실시예 3의 투영 광학계 PL에서는, 이전의 도 3에 나타낸 제 2 렌즈군 G2 중의 3개의 정렌즈 L23, L25, L26과, 제 3 렌즈군 G3 중의 부렌즈 L24와 정렌즈 L31에 대하여, 제 1 조정 수단(400)에 의해, Z축 방향(광축 AX 방향)의 위치, 및 X축에 평행한 축 주위 및 Y축에 평행한 축 주위의 틸트의 조정이 가능하다. 또한, 제 2 렌즈군 G2 중의 정렌즈 L24와 부렌즈 L31에 대하여, 제 2 조정 수단(401)에 의해 광축과 수직인 XY 평면 내에서의 위치 조정이 가능하다. 또한, 제 1 렌즈군 G1 중의 부렌즈 L12와, 제 2 렌즈군 G2 중의 부렌즈 L21과, 제 4 렌즈군 G4 중의 부렌즈 L42 및 정렌즈 L43에 대하여, 제 3 조정 수단(402)에 의해 회전위치의 조정이 가능하다.
즉, 본 실시예에서는, 도 15∼도 17에 나타내는 각 투영 광학계 PL에 있어서, 제 1 렌즈군 G1∼제 4 렌즈군 G4 각각의 렌즈군 중의 적어도 하나의 렌즈는 제 1∼제 3 조정 수단(400∼402) 중 어느 하나의 조정 수단에 의해 위치 또는 자세의 조정이 가능하다. 또한, 제 1 면 A와 제 3 렌즈군 G3 중의 최소 유효 직경을 갖는 렌즈면과의 사이에 위치하는 적어도 하나의 렌즈와, 제 2 면 B와 제 3 렌즈군 G3 중의 최소 유효 직경을 갖는 렌즈면과의 사이에 위치하는 적어도 하나의 렌즈는 제 1∼제 3 조정 수단(400∼402) 중 어느 하나의 조정 수단에 의해 위치 또는 자세의 조정이 가능하다. 또한, 제 1 면 A와 제 3 렌즈군 G3 중의 최소 유효 직경을 갖는 렌즈면과의 사이에 위치하는 적어도 하나의 렌즈와, 제 2 면 B와 제 3 렌즈군 G3 중의 최소 유효 직경을 갖는 렌즈면과의 사이에 위치하는 적어도 하나의 렌즈는 광축에 대하여 회전 비대칭인 렌즈면을 갖고, 제 3 조정 수단(402)에 의해 회전 위치의 조정이 가능하다. 또한, 투영 광학계 PL 중의 복수의 렌즈 중의 개구 조리개 AS보다도 제 1 면 A측에 위치하는 적어도 하나의 렌즈와, 투영 광학계 PL 중의 복수의 렌즈 중의 개구 조리개 AS보다도 제 2 면 B측에 위치하는 적어도 하나의 렌즈는 제 1∼제 3 조정 수단(400∼402) 중 어느 하나의 조정 수단에 의해 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽의 조정이 가능하다. 또한, 투영 광학계 PL 중의 복수의 렌즈 중의 개구 조리개 AS보다도 제 1 면 A측에 위치하는 적어도 하나의 렌즈와, 투영 광학계 PL 중의 복수의 렌즈 중의 개구 조리개 AS보다도 제 2 면 B측에 위치하는 적어도 하나의 렌즈는 광축에 대하여 회전 비대칭인 렌즈면을 갖고, 제 3 조정 수단(402)에 의해 회전 위치의 조정이 가능하다. 또한, 투영 광학계 PL 중의 복수의 렌즈 중의 비구면 형상의 렌즈면(ASP2)을 갖는 렌즈 중의 적어도 하나의 렌즈는 제 1 조정 수단(400)에 의해 위치 및 자세의 조정이 가능하다. 그리고, 렌즈의 위치 및 자세를 조정하는 것에 의해, 투영 광학계 PL의 결상 특성을 보정할 수 있다.
특히, 본 실시예에서는, 투영 광학계 PL 내외의 환경을 계측하고, 그 계측 결과에 근거하여, 그 렌즈의 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽을 조정해서, 투영 광학계 PL의 결상 특성을 보정하는 것이므로, 환경 조건의 변화에 따른 투영 광학계 PL의 결상 특성의 변동을 억제할 수 있다.
그런데, 투영 광학계 PL의 결상 특성을 보정하는 방법으로서는, 상술한 렌즈의 위치 및 자세의 조절을 하는 것에 한정되지 않고, 예컨대 이전의 도 15∼도 17 중에 나타내는 바와 같이, 투영 광학계 PL의 웨이퍼 W측이나 투영 광학계 PL의 레티클 R측에 평행 평면판(330)을 설치하고, 도시하지 않은 구동부를 거쳐서 이 평행 평면판(330)의 위치 및 자세를 조절하더라도 무방하다. 이 경우, 표면에 미묘한 요철이 형성된 평행 평면판을 이용하는 것에 의해, 투영 광학계 PL의 전계(全系)가 갖고 있는 수차 중에서도 특히 왜곡(왜곡 수차)의 비회전 대상 성분을 보정하는 것이 가능해진다. 또는, 투영 광학계 PL의 웨이퍼 W측에 평행 평면판을 설치하고, 이 평행 평면판의 Z축 방향의 위치나 경사각을 조정하는 것에 의해, 편심 코마 수차를 보정하는 것이 가능해진다.
또한, 예컨대 일본 특허 공개 평성 제 9-329742 호 공보 등에 개시되어 있는 바와 같이, 투영 광학계 PL의 웨이퍼 W측 또는 레티클 R측의 광로 중에 배치되는광학 부재(예컨대, 도 15∼도 17 중에 나타내는 평행 평면판(330))의 적어도 한쪽의 면의 파워를 변화시켜, 투영 광학계 PL의 결상 특성을 보정하더라도 된다. 이 경우, 파워가 상이한 광학 부재를 교환하는 것에 의해, 상기 파워를 조정하도록 하면 된다. 이것에 의해, 투영 광학계 PL의 텔레센트릭성에 영향을 미치게 하는 일없이, 상면 만곡 수차를 양호하게 보정할 수 있다.
또한, 투영 광학계 PL의 결상 특성을 보정하는 방법으로서는, 렌즈나 평행 평면판 등의 광학 부재의 위치나 자세를 변경시키는 방법 외에, 노광광의 광원(레이저 광원)의 발진 파장을 변화시키는 기술이 알려져 있다. 예컨대, 일본 특허 공개 평성 제 11-352012 호 공보 및 일본 특허 공개 제 2000-75493 호 공보에는 대기의 굴절율이 변경되는 것에 기인하는 결상 특성 변동을 저감시키는 기술이 개시되어 있다. 또한, 예컨대 일본 특허 공개 평성 제 7-245251 호 공보 등에는 광원의 발진 파장을 시프트시키는 것에 의해, 적극적으로 투영 광학계의 결상 특성을 보정하는 기술이 개시되어 있다. 여기서, 도 18은 본 실시예에서 이용되는 엑시머 레이저의 구조예를 나타내고 있다. 레이저 챔버(500)에서 발생한 광은 프리즘(501)이나 반사형 회절 격자(502)를 왕복 통과하는 것에 의해, 특정한 파장의 광만이 선택되어 발진하여, 스펙트럼의 협대역화가 도모된다. 협대역화된 레이저광은 레이저 챔버(500)로부터 사출하고, 그 파장은 하프 미러(503)를 거쳐서, 에탈론 등을 사용한 파장 모니터(504)에 의해서 측정된다. 또한, 프리즘(501)이나 반사형 회절 격자(502)의 각도를 제어하는 것에 의해 발진 파장이 변화된다. 광의 파장 변화 및 기압 변화에 의해서 광학 부재의 굴절율이 변화되는 것이므로, 예컨대 대기의굴절율 변화에 따른 렌즈의 굴절율의 변동을 상쇄하도록, 레이저광의 발진 파장을 변경하는 것에 의해 투영 광학계의 결상 특성의 저하를 억제시킬 수 있다.
그런데, 상술한 바에서는 투영 광학계 PL 내외의 환경이 변동했을 때에 결상 특성을 보정하는 예를 나타내었지만, 상술한 결상 특성의 보정 방법을 이용하여, 조명 조건이 변경되었을 때에 변동하는 투영 광학계의 결상 특성을 보정할 수 있다. 예컨대, 도 10에 있어서, 조명 조건을 변경할 때에는, 줌 렌즈(44)의 초점 거리, 조명 광학계 개구 조리개용의 전환 리볼버(5)의 종류 등을 도시하지 않은 구동부를 거쳐서 변경하는데, 이 변경 동작에 따라서, 상술한 제 1∼제 3 조정 수단 중의 적어도 하나의 조정 수단을 이용하여 투영 광학계의 결상 특성을 변경한다. 이것에 의해, 조명 조건의 변경에 따라 최적의 결상 성능을 달성할 수 있다. 또, 이 경우, 조명 조건(2차 광원 형상·사이즈, α값, 레티클 종류 등)과 조정 수단의 구동량과의 관계를 미리 구해 두는 것이 바람직하다.
그런데, 지금까지 설명한 투영 광학계 PL의 결상 특성을 보정하는 방법은, 주로 투영 광학계 및 투영 노광 장치를 거의 조립한 후에 투영 광학계의 결상 특성의 한층 더한 향상을 목적으로서 적용되는 것이다. 이에 반하여, 투영 광학계에서는 조립의 초기 단계 및 어느 정도 조립된 단계에서 소망하는 결상 특성이 얻어지도록 여러 조정이 행하여진다. 조립 단계에서 행하여지는 조정으로서는, 예컨대 렌즈 간격의 조정, 복수의 렌즈로 이루어지는 렌즈군의 편심 조정 및 렌즈군끼리의 간격 조정, 렌즈 교환 등을 들 수 있다. 그 때문에, 투영 광학계는, 투영 광학계를 구성하는 복수의 렌즈에 대하여, 여러 조정에 대응할 수 있도록 위치 및 자세중의 적어도 한쪽이 조정 가능하게 유지된 구조로 되어 있다. 투영 광학계의 구조로서는, 예컨대 복수 또는 하나의 렌즈를 각각 유지하도록 분할된 경통 부재를 구비하고, 서로 인접하는 경통 부재 사이에 두께 조정 부재인 워셔가 교환 가능하게 삽입되는 구조가 적용된다. 이 경우, 두께가 상이한 워셔를 교환함으로써, 렌즈의 광축 방향의 위치 및 자세를 조정하여 투영 광학계의 결상 특성을 보정할 수 있다. 또, 워셔를 이용한 투영 광학계의 결상 특성의 보정에 대한 기술은 일본 특허 공개 평성 제 10-54932 호 공보 등에도 개시되어 있다.
다음에, 상기한 실시예의 투영 노광 장치를 이용하여 웨이퍼 상에 소정의 회로 패턴을 형성함으로써, 마이크로 장치로서의 반도체 디바이스를 얻을 때의 동작의 일례에 대해 도 19의 흐름도를 참조하여 설명한다.
우선, 도 19의 단계 801에 있어서, 1 로트의 웨이퍼 상에 금속막이 증착된다. 다음 단계 802에 있어서, 그 1 로트의 웨이퍼 위의 금속막 상에 포토레지스트가 도포된다. 그 후, 단계 803에 있어서, 실시예 1∼실시예 3 중의 어느 하나의 투영 광학계 PL을 구비한 도 10의 투영 노광 장치를 이용하여, 레티클 R 상의 패턴의 상(像)이 그 투영 광학계 PL을 거쳐서 그 1 로트의 웨이퍼 상의 각 쇼트 영역에 순차적으로 노광 전사된다.
그 후, 단계 804에 있어서, 그 1 로트의 웨이퍼 상의 포토레지스트의 현상이 행하여진 후, 단계 805에 있어서, 그 1 로트의 웨이퍼 상에서 레지스트 패턴을 마스크로 해서 에칭을 실행함으로써, 레티클 상의 패턴에 대응하는 회로 패턴이 각 웨이퍼 상의 각 쇼트 영역에 형성된다. 그 후, 그 위의 레이어의 회로 패턴의 형성 등을 실행함으로써, 반도체 소자 등의 디바이스가 제조된다. 상술한 반도체 디바이스 제조 방법에 따르면, 지극히 미세한 회로 패턴을 갖는 반도체 장치를 스루풋 좋게 얻을 수 있다.
또한, 상기한 실시예의 투영 노광 장치에서는, 플레이트(유리 기판) 상에 소정의 회로 패턴을 형성함으로써, 마이크로 디바이스로서의 액정 표시 소자를 얻는 것도 가능하다. 이하, 이 때의 동작의 일례에 대해서도 도 20의 흐름도를 참조하여 설명한다.
도 20에 있어서, 패턴 형성 공정(단계 901)에서는, 본 실시예의 노광 장치를 이용하여 레티클의 패턴을 감광성 기판(레지스트가 도포된 유리 기판 등)에 전사 노광하는, 소위 광 리소그래피 공정이 실행된다. 이 광 리소그래피 공정에 의해서, 감광성 기판 상에는 다수의 전극 등을 포함하는 소정 패턴이 형성된다. 그 후, 노광된 기판은 현상 공정, 에칭 공정, 레티클 박리 공정 등의 각 공정을 거침으로써, 기판 상에 소정의 패턴이 형성되고, 다음 컬러 필터 형성 공정(단계 902)으로 이행한다.
다음에, 컬러 필터 형성 공정(단계 902)에서는, R(Red), G(Green), B(Blue)에 대응한 3개의 도트의 세트가 매트릭스 형상으로 다수 배열된 컬러 필터를 형성한다. 그리고, 컬러 필터 형성 공정(단계 902) 후에, 셀 조립 공정(단계 903)이 실행된다.
셀 조립 공정(단계 903)에서는, 패턴 형성 공정(단계 901)에 의해 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판, 및 컬러 필터 형성 공정(단계 902)에 의해 얻어진 컬러 필터를 등을 이용하여 액정 패널(액정 셀)을 조립한다. 셀 조립 공정(단계 903)에서는, 예컨대, 패턴 형성 공정(단계 901)에 의해 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판과 컬러 필터 형성 공정(단계 902)에 의해 얻어진 컬러 필터와의 사이에 액정을 주입하여, 액정 패널(액정 셀)을 제조한다.
그 후, 모듈 조립 공정(단계 904)에서, 조립된 액정 패널(액정 셀)의 표시 동작을 실행시키는 전기 회로, 백 라이트 등의 각 부품을 부착하여 액정 표시 소자로서 완성시킨다. 상술한 액정 표시 소자 제조 방법에 따르면, 지극히 미세한 회로 패턴을 갖는 액정 표시 소자를 스루풋 좋게 얻을 수 있다.
그런데, 상기 도 10의 실시예에서는, 조명 광학계 중의 광학 적분기(유니포마이저, 호모지나이저)로서 플라이 아이 렌즈(43, 46)를 이용하고 있지만, 1장의 기판 위에 복수의 렌즈면을 에칭 등의 방법에 의해 형성한 마이크로 플라이 아이 렌즈를 이용하더라도 된다. 또한, 제 1 플라이 아이 렌즈(43) 대신에, 회절 작용에 의해 입사광을 발산시키고 그 파필드(프라운호퍼 회절 영역)에서 원형 형상, 고리띠 형상, 다중 극 형상의 조야를 형성하는 회절 광학 소자를 이용하더라도 된다. 또, 이러한 회절 광학 소자로서는, 예컨대 미국 특허 제 5,850,300 호 공보에 개시되어 있는 것을 이용할 수 있다. 여기서, 회절 광학 소자를 이용하는 경우에는, 광로 지연 광학계(41)를 생략하더라도 무방하다.
또한, 광학 적분기로서는, 내면 반사형 적분기(로드·적분기, 광 파이프, 광 터널 등)를 이용하는 것도 가능하다. 이러한 내면 반사형 적분기를 이용하는 경우에는, 내면 반사형 적분기의 사출면과 레티클의 패턴면이 거의 공역으로 된다. 따라서, 도 10의 실시예에 적용하는 경우에는, 예컨대 내면 반사형 적분기의 사출면에 근접시켜 조명 시야 조리개(레티클 블라인드)(11)를 배치하고, 제 1 플라이 아이 렌즈(43)의 사출면과 내면 반사형 적분기의 입사면을 거의 공역으로 하도록, 줌 렌즈(44)를 구성한다.
또한, 상기 실시예 1∼실시예 3에서는 투영 광학계 PL 중의 렌즈 성분으로서 석영 유리(합성 석영)를 이용하고 있지만, 투영 광학계 중의 렌즈 성분으로서는 불화칼슘(CaF2, 형석), 불화바륨(BaF2), 불화리튬(LiF), 불화마그네슘(MgF2), 불화스트론튬(SrF2), 리튬·칼슘·알루미늄·플로라이드(LiCaAlF6) 및 리튬·스트론튬·알루미늄·플로라이드(LiSrAlF6)로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1 종류 또는 적어도 2 종류 이상의 불화물 재료인 것이 바람직하다. 여기서, 리튬·칼슘·알루미늄·플로라이드 및 리튬·스트론튬·알루미늄·플로라이드는 라이카프 결정이라고 불리는 복합 불화물 중에 크롬이나 세륨 등의 미량 원소를 첨가하지 않은 것이다. 또한, 상기 실시예 1∼실시예 3의 투영 광학계 PL을 구성하는 각 렌즈 성분의 렌즈면에 반사 방지 코트를 마련하더라도 된다. 여기서, 반사 방지 코트로서는, 3층 이하, 바람직하게는 2층 내지 3층의 막 구성이며, 입사각 범위는 작지만 투과율이 높은 제 1 코트와 4층 이상의 막 구성이고 투과율은 낮지만 입사각 범위는 큰 제 2 코트를 적용할 수 있다. 본 실시예에서는, 투영 광학계 PL을 구성하는 각 렌즈 성분의 렌즈면으로의 광선의 입사각에 따라 상기 제 1 코트와 상기 제 2 코트를 적절히 할당함으로써(예컨대, 광선의 입사각 범위가 좁은 렌즈면에는 제 1 코트를 할당하고, 광선의 입사각 범위가 넓은 렌즈면에는 제 2 코트를 할당함으로써), 큰 개구 수 또한 큰 이미지 필드이더라도, 투영 광학계의 이미지 필드 내에서의 투과율 얼룩과, 투영 광학계의 이미지 필드의 각 점에 이르는 광속의 각도 내 얼룩을 저감시키고 있다. 또, 본 실시예에 있어서는, 이러한 코트 비율을 투영 광학계뿐만 아니라 조명 광학계에서도 행하고 있다.
또한, 도 10의 실시예에 있어서, 제 1 플라이 아이 렌즈(43)의 입사측에, 스펙클 방지를 위한 복굴절성 재료로 이루어지는 프리즘을 배치하더라도 된다. 이러한 스펙클 방지용의 프리즘으로서는, 예컨대 미국 특허 제 5,253,110 호 공보에 개시되어 있다. 또, 노광 파장으로서 180 ㎚ 이하의 파장의 광을 이용하는 경우, 미국 특허 제 5,253,110 호 공보에 개시되어 있는 수정 프리즘 대신에, 불화마그네슘(MgF2)의 결정으로 이루어지는 프리즘을 이용할 수 있다.
이 불화마그네슘의 결정으로 이루어지는 쐐기형 프리즘은 조명 광학계의 광축으로 교차하는 방향에서 두께가 점차적으로 변화되도록 배치된다. 그리고, 이 불화마그네슘의 결정으로 이루어지는 쐐기형 프리즘에 대향하여, 그들 꼭지각이 서로 반대측을 향하도록 광로 보정용 쐐기형 프리즘을 배치한다. 이 광로 보정용 쐐기형 프리즘은 해당 불화마그네슘의 결정으로 이루어지는 프리즘과 동일한 꼭지각을 갖고, 복굴절성을 갖지 않는 광투과성 재료로 이루어진다. 이것에 의해, 프리즘 쌍에 입사한 광과, 거기로부터 사출되는 광을 동일 진행 방향으로 맞출 수 있다.
또한, 도 10의 실시예에서는 스텝·앤드·스캔 방식을 채용했지만, 실시예의 노광 장치를 스티칭 및 슬릿 스캔형의 노광 장치로 해도 무방하다. 스티칭 및 슬릿 스캔 방식을 채용하는 경우, 레티클 상의 소정 형상의 조명 영역에 대하여 상대적으로 소정의 제 1 방향으로 레티클 및 웨이퍼를 동기하여 주사하는 것에 의해, 웨이퍼 상의 제 1 열째의 영역으로의 노광이 행하여진다. 그 후, 그 레티클을 교환하거나 또는 그 레티클을 상기 조명 영역의 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향을 따라 소정량만큼 이동시켜, 웨이퍼를 조명 영역의 제 2 방향과 공역인 방향으로 횡(橫) 어긋나게 한다. 그리고, 다시 레티클 상의 소정 형상의 조명 영역에 대하여 상대적으로 제 1 방향으로 레티클 및 웨이퍼를 동기하여 주사하는 것에 의해, 웨이퍼 상의 제 2 열째의 영역으로의 노광을 행한다.
이러한 스티칭 및 슬릿 스캔형의 노광 장치에서는, 투영 광학계의 노광 필드보다도 넓은 웨이퍼 상의 영역에 레티클의 패턴을 노광할 수 있다. 또, 이러한 스티칭 및 슬릿 스캔형의 노광 장치는 미국 특허 제 5,477,304 호 공보, 일본 특허 공개 평성 제 8-330220 호 공보, 일본 특허 공개 평성 제 10-284408 호 공보 등에 개시되어 있다. 또, 상기 실시예에서는 웨이퍼 상의 소정의 쇼트 영역에 대하여 레티클 상의 패턴 상을 일괄 전사하는 일괄 노광 방식도 채용할 수 있다.
또한, 도 10의 실시예에서는, 워크(감광성 기판)로서의 웨이퍼를 유지하는 웨이퍼 스테이지를 하나 마련했지만, 예컨대 일본 특허 공개 평성 제 5-175098 호, 일본 특허 공개 평성 제 10-163097 호, 일본 특허 공개 평성 제 10-163098 호, 일본 특허 공개 평성 제 10-163099 호, 또는 일본 특허 공개 평성 제 10-214783 호등의 각 공보에 개시된 바와 같이, 2 세트의 웨이퍼 스테이지를 마련하는 구성이더라도 된다.
또한, 반도체 소자의 제조에 이용되는 노광 장치뿐만 아니라, 액정 표시 소자 등을 포함하는 디스플레이의 제조에 이용된다, 디바이스 패턴을 유리 플레이트 상에 전사하는 노광 장치, 박막 자기 헤드의 제조에 이용되며, 장치 패턴을 세라믹 웨이퍼 상에 전사하는 노광 장치, 촬상 소자(CCD 등)의 제조에 이용되는 노광 장치 등에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 레티클 또는 마스크를 제조하기 위해서 유리 기판 또는 실리콘웨이퍼 등에 회로 패턴을 전사하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 당업자라면, 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범위 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도(想到)할 수 있는 것은 분명하고, 그것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해해야 할 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 짧은 초로 길이와 적은 렌즈면 수를 갖고, 초기 상태에서 양호한 결상 성능을 가질 뿐만 아니라, 조명 조건이나 환경이 변화되었다고 해도 양호한 결상 성능을 유지할 수 있는 투영 광학계를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 지극히 미세화된 투영 원판의 패턴의 상을 워크 상에 양호하게 투영 노광 가능한 투영 노광 장치 및 투영 노광 방법을 제공할 수 있어, 미세한 회로 패턴을 고해상로 형성할 수 있다.
Claims (19)
- 복수의 렌즈를 거쳐서 제 1 면의 상(像)을 제 2 면 상에 투영하는 투영 광학계에 있어서,상기 제 1 면과 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되고 부(負)의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군과,상기 제 1 렌즈군과 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 정(正)의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군과,상기 제 2 렌즈군과 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되고 부의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈군과,상기 제 3 렌즈군과 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치된 제 4 렌즈군과,상기 제 4 렌즈군과 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되고 정의 굴절력를 갖는 제 5 렌즈군을 포함하되,거기에서, 상기 투영 광학계에서의 렌즈면의 유효 직경 또는 렌즈의 외경은, 상기 제 1 면측으로부터 상기 제 2 면측으로 향하는 방향에서, 상기 제 1 렌즈군에서는 단조 증가하고, 상기 제 2 렌즈군 중에서 증가로부터 감소로 향하는 경향을 갖고, 상기 제 3 렌즈군 중에서 감소로부터 증가로 향하는 경향을 가지며, 또한 상기 제 5 렌즈군 중에서 단조 감소하는 구성을 취하고,상기 제 2 렌즈군 중의 최대 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경 또는 최대 외경을 갖는 렌즈의 외경을 Mx2라고 하고, 상기 제 3 렌즈군 중의 최소 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경 또는 최소 외경을 갖는 렌즈의 외경을 Mn3이라고 할 때,(수학식 1)를 만족하고,상기 복수의 렌즈 중의 적어도 하나의 렌즈는 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지되며,상기 투영 광학계의 상기 제 2 면측의 개구 수는 0.8 이상의 개구 수를 갖는투영 광학계.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 3 렌즈군과 상기 제 2 면 사이에 위치하는 개구 조리개를 더 포함하는 투영 광학계.
- 복수의 렌즈를 거쳐서 제 1 면의 상을 제 2 면 상에 투영하는 투영 광학계에 있어서,상기 제 1 면과 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되고 부의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군과,상기 제 1 렌즈군과 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군과,상기 제 2 렌즈군과 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되고 부의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈군과,상기 제 3 렌즈군과 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치된 제 4 렌즈군과,상기 제 4 렌즈군과 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되고 정의 굴절력을 갖는 제 5 렌즈군을 포함하되,거기에서, 상기 투영 광학계 중의 상기 복수의 렌즈 중의 상기 제 1 면측에서부터 세어 2장째 내지 4장째의 렌즈의 렌즈면의 유효 직경 또는 해당 렌즈의 외경은 단조 증가하고 있으며,상기 투영 광학계에서의 렌즈면의 유효 직경 또는 렌즈의 외경은, 상기 제 1 면측으로부터 상기 제 2 면측으로 향하는 방향에서, 상기 제 2 렌즈군 중에서는 증가로부터 감소로 향하는 경향을 갖고, 상기 제 3 렌즈군 중에서 감소로부터 증가로 향하는 경향을 가지며, 또한 상기 제 5 렌즈군 중에서 단조 감소하는 구성을 취하고,상기 제 4 렌즈군 중의 최대 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경 또는 최대 외경을 갖는 렌즈의 외경을 Mx4라고 하고, 상기 제 4 렌즈군 중의 최소 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경 또는 최소 외경을 갖는 렌즈의 외경을 Mn4라고 할 때,(수학식 2)을 만족하고,상기 복수의 렌즈 중의 적어도 하나의 렌즈는 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지되며,상기 투영 광학계의 상기 제 2 면측의 개구 수는 0.8 이상의 개구 수를 갖는투영 광학계.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 3 렌즈군과 상기 제 2 면 사이에 위치하는 개구 조리개를 더 포함하는 투영 광학계.
- 복수의 렌즈를 거쳐서 제 1 면의 상을 제 2 면상에 투영하는 투영 광학계에 있어서,상기 제 1 면과 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되고 부의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군과,상기 제 1 렌즈군과 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되고 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군과,상기 제 2 렌즈군과 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되고 부의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈군과,상기 제 3 렌즈군과 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되고 광로 중에 개구 조리개를 갖는 제 4 렌즈군과,상기 제 4 렌즈군과 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되고 정의 굴절력을 갖는 제 5 렌즈군을 포함하되,거기에서, 상기 투영 광학계 중의 상기 복수의 렌즈의 렌즈면의 유효 직경 또는 상기 복수의 렌즈의 외경은, 상기 제 2 렌즈군 중에서 극대를 갖고, 상기 제 3 렌즈군 중에서 극소를 갖고, 상기 제 3 내지 제 5 렌즈군 중에서 극대를 갖는 구성을 취하며, 또한 상기 제 1 면으로부터 상기 제 2 면까지의 사이에서 단지 하나가 현저한 극소를 갖고,상기 복수의 렌즈 중의 적어도 하나의 렌즈는 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지되며,상기 투영 광학계의 상기 제 2 면측의 개구 수는 0.8 이상의 개구 수를 갖는투영 광학계.
- 제 5 항에 있어서,상기 투영 광학계 중의 상기 복수의 렌즈가 형성하는 공기 렌즈 중의 가장제 1 면측에 배치되는 공기 렌즈는 양(兩) 볼록 형상을 갖는 투영 광학계.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 2 렌즈군 중의 최대 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경 또는 최대 외경을 갖는 렌즈의 외경을 Mx2라고 하고, 상기 제 3 렌즈군 중의 최소 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경 또는 최소 외경을 갖는 렌즈의 외경을 Mn3이라고 할 때,(수학식 1)를 만족하는 투영 광학계.
- 제 7 항에 있어서,상기 제 4 렌즈군 중의 최대 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경 또는 최대 외경을 갖는 렌즈의 외경을 Mx4라고 하고, 상기 제 4 렌즈군 중의 최소 유효 직경을 갖는 면의 유효 직경 또는 최소 외경을 갖는 렌즈의 외경을 Mn4라고 할 때,(수학식 2)을 만족하는 투영 광학계.
- 제 8 항에 있어서,상기 제 1 렌즈군 내지 상기 제 4 렌즈군 각각의 렌즈군 중의 적어도 하나의 렌즈는 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지되는 투영 광학계.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 1 면과 상기 제 3 렌즈군 중의 최소 유효 직경을 갖는 렌즈면 또는 최소 외경을 갖는 렌즈와의 사이에 위치하는 적어도 하나의 렌즈와, 상기 제 2 면과 상기 제 3 렌즈군 중의 최소 유효 직경을 갖는 렌즈면 또는 최소 외경을 갖는 렌즈와의 사이에 위치하는 적어도 하나의 렌즈는 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지되는 투영 광학계.
- 제 10 항에 있어서,상기 제 1 면과 상기 제 3 렌즈군 중의 최소 유효 직경을 갖는 렌즈면 또는 최소 외경을 갖는 렌즈와의 사이에 위치하는 적어도 하나의 렌즈와, 상기 제 2 면과 상기 제 3 렌즈군 중의 최소 유효 직경을 갖는 렌즈면 또는 최소 외경을 갖는 렌즈와의 사이에 위치하는 적어도 하나의 렌즈는 광축에 대하여 회전 비대칭인 렌즈면을 갖고, 또한 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지되는 투영 광학계.
- 제 11 항에 있어서,상기 투영 광학계 중의 상기 복수의 렌즈 중의 상기 개구 조리개보다도 상기 제 1 면측에 위치하는 적어도 하나의 렌즈와, 상기 투영 광학계 중의 상기 복수의 렌즈 중의 상기 개구 조리개보다도 상기 제 2 면측에 위치하는 적어도 하나의 렌즈는 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지되는 투영 광학계.
- 제 12 항에 있어서,상기 투영 광학계 중의 상기 복수의 렌즈 중의 상기 개구 조리개보다도 상기 제 1 면측에 위치하는 적어도 하나의 렌즈와, 상기 투영 광학계 중의 상기 복수의 렌즈 중의 상기 개구 조리개보다도 상기 제 2 면측에 위치하는 적어도 하나의 렌즈는 광축에 대하여 회전 비대칭인 렌즈면을 갖고, 또한 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지되는 투영 광학계.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 1 렌즈군은 적어도 1개의 부렌즈를 갖고,상기 제 2 렌즈군은 적어도 1개의 부렌즈와 적어도 3개의 정렌즈를 갖고,상기 제 3 렌즈군은 적어도 2개의 부렌즈를 갖고,상기 제 5 렌즈군은 적어도 4개의 정렌즈를 갖는투영 광학계.
- 제 14 항에 있어서,상기 투영 광학계 중의 상기 복수의 렌즈 중의 적어도 하나의 렌즈는 비구면 형상의 렌즈면을 갖는 투영 광학계.
- 제 15 항에 있어서,상기 비구면 형상의 렌즈면을 갖는 렌즈는 위치 및 자세 중의 적어도 한쪽이 조정 가능해지도록 유지되는 투영 광학계.
- 제 16 항에 있어서,상기 투영 광학계 중의 상기 복수의 렌즈는, 비구면 형상의 렌즈면을 갖는 제 1 비구면 렌즈와, 비구면 형상의 렌즈면을 갖는 제 2 비구면 렌즈를 적어도 갖고,상기 제 1 비구면 렌즈의 렌즈면의 유효 직경 또는 해당 렌즈의 외경을 D1, 상기 제 2 비구면 렌즈의 렌즈면의 유효 직경 또는 해당 렌즈의 외경을 D2라고 할 때,(수학식 3)를 만족하는투영 광학계.
- 투영 원판에 마련된 패턴의 상(像)을 워크(work) 상에 투영 노광하는 투영 노광 장치에 있어서,노광광을 공급하는 광원과,상기 광원으로부터의 노광광을 상기 투영 원판 상의 상기 패턴으로 인도하는 조명 광학계와,청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 따른 투영 광학계를 포함하되,거기에서, 상기 투영 원판은 상기 제 1 면에 배치 가능하고, 또한 상기 워크는 상기 제 2 면에 배치 가능한투영 노광 장치.
- 투영 원판에 마련된 패턴의 상을 워크 상에 투영 노광하는 투영 노광 방법에 있어서,노광광을 공급하는 공정과,노광광을 상기 투영 원판 상의 상기 패턴으로 인도하는 공정과,청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 따른 투영 광학계를 이용하여 상기 제 1 면에 배치된 상기 투영 원판 상의 상기 패턴의 상을 상기 제 2 면상에 배치된 상기 워크 상으로 투영하는 공정을 포함하는 투영 노광 방법.
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