KR20070043994A - 투영 광학계, 투영 광학계의 제조 방법, 노광 장치 및 노광방법 - Google Patents

투영 광학계, 투영 광학계의 제조 방법, 노광 장치 및 노광방법 Download PDF

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Abstract

불화칼슘 단결정으로 이루어지는 광학 부재를 적어도 1 매 갖는 투영 광학계로서, 상기 광학 부재의 각각이, 하기 조건 (i)∼(ⅲ):
(i) 파장 633 nm 의 광에 대한 투과 파면의 변동 중, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 가 10 주기 이상이면서 50 주기 이하의 범위에 있는 공간 주파수 성분의 RMS 값이, 0.35 nm/cm 이하일 것; (ⅱ) 파장 633 nm 의 광에 대한 투과 파면의 변동 중, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 가 10 주기 이상이면서 100 주기 이하의 범위에 있는 공간 주파수 성분의 RMS 값이, 0.45 nm/cm 이하일 것; (ⅲ) 파장 633nm 의 광에 대한 투과 파면의 변동 중, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 가 10 주기 이상이면서 150 주기 이하의 범위에 있는 공간 주파수 성분의 RMS 값이, 0.50 nm/cm 이하일 것; 이 중 적어도 하나를 만족시키는 것인 투영 광학계.

Description

투영 광학계, 투영 광학계의 제조 방법, 노광 장치 및 노광 방법{PROJECTION OPTICAL SYSTEM, PRODUCTION METHOD FOR PROJECTION OPTICAL SYSTEM, EXPOSURE SYSTEM AND EXPOSURE METHOD}
기술분야
본 발명은, 투영 광학계, 투영 광학계의 제조 방법, 노광 장치 및 노광 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자외선 리소그래피 기술에 있어서, 250 nm 이하의 특정 파장역에서 사용되는 광학 부재를 갖는 투영 광학계, 투영 광학계의 제조 방법, 노광 장치 및 노광 방법에 관한 것이다.
배경기술
LSI 등의 반도체 소자, 액정 표시 소자, 또는 박막 자기 헤드 등을 제조하기 위한 광 리소그래피용 노광 장치에서는, 광원으로부터의 광을 조명 광학계를 통하여, 마스크, 레티클 등의 투영 원판 상의 패턴에 조사하고, 그 패턴을 투영 광학계 를 통하여, 미리 포토레지스트를 도포한 웨이퍼, 유리 플레이트 등의 감광성 기판 상에 투영함으로써 노광을 실시하고 있다. 이러한 투영 광학계의 형식으로는, 노광 파장의 광을 투과·굴절하는 렌즈로 구성된 굴절형의 투영 광학계, 노광 파장의 광을 반사하는 미러로 구성된 반사형의 투영 광학계, 렌즈와 미러를 조합한 반사 굴절형의 투영 광학계가 있다.
최근, 반도체 소자 등의 집적도는 더욱 높아져, 기판 상에 전사되는 패턴은 미세화의 일로를 걷고 있다. 그 때문에, 광 리소그래피용 노광 장치는, 그 광원을 i 선 (365 nm) 으로부터 KrF 엑시머 레이저 (248 nm), ArF 엑시머 레이저 (193 nm ), 또한, F2 레이저 (157 nm) 로 변화시킴으로써 단파장화가 진행되고 있다. 여기에 수반하여, 광 리소그래피용 노광 장치의 광학계에 대해서는, 보다 높은 광학 성능이 요구되고 있다. 특히, 미세한 마스크 패턴을 웨이퍼의 감광면 상에 전사하기 위한 투영 광학계는, 고해상력으로 무수차에 가까운 매우 높은 광학 성능이 요구되고 있다. 이러한 요구를 해결하기 위해서, 광 리소그래피용 노광 장치의 광학계로서 사용되는 렌즈, 프리즘, 미러, 포토 마스크 등의 광학 부재 (이하, 광 리소그래피용 광학 부재) 의 굴절률 균질성에 대해서는 매우 높은 레벨이 요구되고 있다.
종래, 광 리소그래피용 광학 재료의 굴절률 균질성의 평가는, 광학 재료에 광이 통과할 때에 발생하는 파면 수차를 측정하고, 그 파면 수차의 최대값과 최소값의 차이 (이하, PV 값이라고 한다) 나, 자승 평균 평방근 (이하, RMS 값이라고 한다) 등을 평가 지표로 해 왔다. 구체적으로는, PV 값이나 RMS 값이 작을수록 우수한 광학 재료로 여겨져 왔다. 즉, 고품질로 여겨지는 광학 재료는 이들 값을 작게 하는 것을 목적으로 제조되어 왔다.
예를 들어 일본 공개특허공보 평 8-5505 호에는, 다음과 같은 굴절률 균질성의 평가 방법이 기재되어 있다. 이 방법의 구체적인 순서를 이하에 설명한다.
(순서 1) 원주 혹은 각주상으로 연마 가공된 광 리소그래피용 광학 재료를 간섭계에 세트하고, 연마 가공면에 대해서 직각으로 참조 파면을 발사하여 파면 수차를 측정한다. 측정된 파면 수차에는, 광학 재료의 굴절률 분포에 기인한 정보가 나타난다. 이 중, 곡률 성분에 기인하는 오차 수차를 파워 성분 혹은 포커스 성분이라고 하고, 기울기 성분에 기인하는 오차 수차를 틸트 성분이라고 한다.
(순서 2) 측정된 파면 수차로부터 파워 성분과 틸트 성분을 제거한다.
(순서 3) 또한, 아스 성분에 기인하는 파면 수차를 제거한다.
(순서 4) 남은 파면 수차를, 회전 대칭 성분과 비회전 대칭 성분 (랜덤 성분) 으로 분리한다.
(순서 5) 비회전 대칭 성분 (랜덤 성분) 의 PV 값 및 RMS 값을 구하여, 이들 값에 의해 평가한다.
(순서 6) 회전 대칭 성분을 최소 자승법에 의해 비구면 공식에 피팅하고, 2 차 및 4 차 성분을 제거하여, 남은 6 차 이상의 짝수 차(次) 의 파면 수차 성분 (이하, 2 차 4 차 잔차라고 한다) 의 PV 값 및 RMS 값을 구하고, 이들 값에 의해 평가한다.
이상의 순서로부터 알 수 있는 바와 같이, 비회전 대칭 성분 (랜덤 성분) 및 2 차 4 차 잔차가 작은 광학 재료가 굴절률 균질성이 양호한 광학 재료로 되어져, 이러한 광학 재료를 제조하도록 노력해 왔다.
광학계를 구성하기 위해서는, 상기와 같이 평가를 거친 광학 재료로부터 제조한 광학 부재를 복수개 조합한다. 이와 같이 하여 구성된 광학계의 결상 성 능의 평가에 관해서는, 일본 공개특허공보 2000-121491 호에, 제르니케 원통 함수계를 사용하여 피팅하는 방법이 제안되어 있다. 이 방법에서는, 광학계에 광을 통과시켜 파면 수차를 측정하고, 그 데이터를 제르니케 원통 함수계에 피팅 (전개) 하여, 그것을 회전 대칭 성분, 홀수 회전 성분, 및 짝수 회전 성분의 각 성분으로 분류함으로써 평가를 실시한다. 회전 대칭 성분, 홀수 회전 성분, 및 짝수 회전 성분의 각 성분은, 각각 구면 수차, 코마 수차, 및 비점 수차와 많은 상관이 있으므로, 광학계의 평가를 보다 직접적으로 결상 성능으로 묶어서 실시할 수 있다는 것이다.
또 국제공개공보 제 03/004987 호 팜플렛에는, 광학계를 구성하는 개개의 광학 부재에 대해, 그 굴절률의 비균질성을 파면 수차의 제르니케 전개를 이용하여 평가하는 방법이 기재되어 있다.
발명의 개시
그러나, 이러한 종래의 광학 부재의 평가 방법을 채용한 경우라도, 노광 장치의 투영 광학계에 있어서는 광학 부재의 플레어 광이 큰 문제가 되고 있다. 그래서, 본 발명에 있어서는, 광 리소그래피용 광학 부재에 대해, 근거리 플레어에 대한 영향을 반영한 새로운 평가 지표를 제안하고, 근거리 플레어 양이 저감된 투영 광학계, 그 제조 방법, 노광 장치 및 이것을 사용한 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 기술한 플레어 광은 투영 광학계를 구성하는 광학 부재의 파면 수차로부터 발생하는 점에 주목하고, 파면 수차 (투과 파면의 변동) 의 공 간 주파수 성분에 의해 노광면에 대한 영향의 방법이 상이하고, 퍼셜 직경내 주기수로 환산하여 10 내지 수 100 주기의 공간 주파수 성분이 근거리 플레어 (또는 국소 플레어 (local flare)) 를 발생시킨다는 것을 찾아냈다.
여기에서, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 란, 공간 주파수 f(mm-1) 의 주기 함수가 퍼셜 직경 PD (mm) 에 의해 절취되는 주기수, 즉 f × PD 를 의미한다. 또, 퍼셜 직경 PD 란, 소정 개구수를 가져 제 1 면 R 상의 일점으로부터 사출된 광속 EL 가 광학 부재 PL 를 조사할 때의, 피조사 영역의 직경 또는 단경을 말한다 (도 1).
그래서, 본 발명자들은, 광학계를 구성하는 광학 부재 중 불화칼슘으로 이루어지는 광학 부재에 대해, 굴절률 비균질성을 주요인으로 하여 발생시키는 투과 파면의 변동의 공간 주파수 성분에 주목하고, 그 광학 부재의 소정의 퍼셜 직경내 주기수에 대응하는 성분의 RMS 값을 소정값 이하로 한 이하에 기재된 투영 광학계, 투영 광학계의 제조 방법, 노광 장치 및 노광 방법을 제공한다.
<1> 불화칼슘 단결정으로 이루어지는 광학 부재를 적어도 1 매 갖는 투영 광학계로서, 상기 광학 부재의 각각이, 하기 조건 (i)∼(ⅲ):
(i) 파장 633 nm 의 광에 대한 투과 파면의 변동 중, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 가 10 주기 이상이면서 50 주기 이하의 범위에 있는 공간 주파수 성분의 RMS 값이, 0.35 nm/cm 이하일 것.
(ⅱ) 파장 633 nm 의 광에 대한 투과 파면의 변동 중, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 가 10 주기 이상이면서 100 주기 이하의 범위에 있는 공간 주파수 성분의 RMS 값이, 0.45 nm/cm 이하일 것.
(ⅲ) 파장 633 nm 의 광에 대한 투과 파면의 변동 중, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 가 10 주기 이상이면서 150 주기 이하의 범위에 있는 공간 주파수 성분의 RMS 값이, 0.50 nm/cm 이하일 것.
이 중 적어도 하나를 만족시키는 것인 투영 광학계.
<2> <1> 에 기재된 투영 광학계로서, 상기 광학 부재의 각각이, 파장 633 nm 의 광에 대한 투과 파면의 변동 중, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 가 10 주기 이상이면서 50 주기 이하의 범위에 있는 공간 주파수 성분의 RMS 값이, 0.35 nm/cm 이하인 투영 광학계.
<3> <1> 에 기재된 투영 광학계로서, 상기 광학 부재의 각각이, 파장 633 nm 의 광에 대한 투과 파면의 변동 중, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 가 10 주기 이상이면서 100 주기 이하의 범위에 있는 공간 주파수 성분의 RMS 값이, 0.45 nm/cm 이하인 투영 광학계.
<4> <1> 에 기재된 투영 광학계로서, 상기 광학 부재의 각각이, 파장 633 nm 의 광에 대한 투과 파면의 변동 중, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 가 10 주기 이상이면서 150 주기 이하의 범위에 있는 공간 주파수 성분의 RMS 값이, 0.50 nm/cm 이하인 투영 광학계.
<5> <1> 내지 <4> 중 어느 하나에 기재된 투영 광학계로서, 상기 광학 부재의 각각이, 파장 633 nm 의 광에 대한 투과 파면의 변동 중, 상기 범위에 있는 공 간 주파수 성분의 AverageRadialPSD 값이 0.01 nm2/주기2 이하인 투영 광학계.
<6> 불화칼슘 단결정의 투과 파면을 측정하여, 파면 수차의 2 차원 분포를 구하는 공정과, 그 2 차원 분포를 푸리에 변환하여 투과 파면의 변동의 2 차원 파워 스펙트럼을 산출하는 공정과, 그 2 차원 파워 스펙트럼의 각 공간 주파수에 대해 AveragcRadialPSD 값을 산출하는 공정과, 그 AverageRadialPSD 값을 소정의 공간 주파수 범위로 적분하여 RMS 값을 산출하는 공정과, 그 RMS 값이 소정 상한값 이하인 불화칼슘 단결정을 선택하는 공정과, 상기 선택된 불화칼슘 단결정을 가공하여 광학 부재를 제조하는 공정과, 상기 불화칼슘 단결정으로 이루어지는 상기 광학 부재를 갖는 투영 광학계를 제조하는 공정을 포함하는 투영 광학계의 제조 방법.
<7> <6>에 기재된 투영 광학계의 제조 방법으로서, 상기 공간 주파수 범위가, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 로 10 주기 이상이면서 50 주기 이하이고, 또한 상기 RMS 값의 상한값이 0.35 nm/cm 인 투영 광학계의 제조 방법.
<8> <6> 에 기재된 투영 광학계의 제조 방법으로서, 상기 공간 주파수 범위가, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 로 10 주기 이상이면서 100 주기 이하이고, 또한 상기 RMS 값의 상한값이 0.45 nm/cm 인 투영 광학계의 제조 방법.
<9> <6> 에 기재된 투영 광학계의 제조 방법으로서, 상기 공간 주파수 범위가, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 로 10 주기 이상이면서 150 주기 이하이고, 또한 상기 RMS 값의 상한값이 0.50 nm/cm 인 투영 광학계의 제조 방법.
<10> <6> 에 기재된 투영 광학계의 제조 방법으로서, 상기 AverageRadialPSD 값이 상기 소정의 공간 주파수 범위에 있어서 소정 상한값 이하인 불화칼슘 단결정을 선택하는 공정을 추가로 갖는, 투영 광학계의 제조 방법.
<11> <10> 에 기재된 투영 광학계의 제조 방법으로서, 상기 AverageRadialPSD 값의 상한값이 0.01 nm2/주기2 인 투영 광학계의 제조 방법.
<12> <1> 내지 <5> 중 어느 하나에 기재된 투영 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
<13> <12>에 기재된 노광 장치를 사용하는 노광 방법.
이러한 본 발명의 투영 광학계에 의해, 불화칼슘 단결정으로 이루어지는 광학 부재에 있어서의 투과 파면 변동의 근거리 플레어에 영향을 주는 특정의 공간 주파수 성분이, 소정값 이하가 되도록 구성되어 있으므로, 노광면에 있어서의 근거리 플레어가 저감되어, 높은 해상도를 얻을 수 있는 투영 광학계를 제공하는 것이 가능해진다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 퍼셜 직경의 개념을 설명하는 도면이다.
도 2a 는 피조형 간섭계의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2b 는 피조형 간섭계의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 3 은 파면 수차 데이터의 측정 영역을 나타내는 도면이다.
도 4 는 본 발명의 투영 광학계의 바람직한 일 실시형태를 나타내는 도면이 다.
도 5 는 본 발명의 노광 장치의 바람직한 일 실시형태를 나타내는 도면이다.
도 6 은 본 발명의 노광 방법의 바람직한 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 7 은 본 발명의 노광 방법의 바람직한 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명을 그 바람직한 실시형태에 입각해서 상세하게 설명한다.
[투영 광학계 및 그 제조 방법 (제 1 실시형태)]
먼저, 근거리 플레어를 저감시킨 본 발명의 투영 광학계 및 그 제조 방법에 대해 설명한다.
처음으로, 본 발명에 있어서 불화칼슘 단결정의 투과 파면 변동을 평가하는 방법 및 본 발명의 투영 광학계에 대해 설명한다. 투과 파면의 변동은 파장 633 nm 의 He-Ne 레이저를 광원으로 하는 평면 광학 부재 측정용의 피조형 간섭계로 측정한다. 이 간섭계는, 피측정물을 2 매의 평행 평판 부재 사이에 끼워 고정시킬 수 있는 구조로 되어 있다. 또한, 이러한 간섭계의 광원으로는 KrF 엑시머 레이저나 ArF 엑시머 레이저를 사용하는 쪽이 보다 직접적이지만, 간섭계의 제조·유지 비용이나 풋프린트, 안정성 등의 이유에 의해 He-Ne 레이저를 광원으로 하는 것이 많다.
투과 파면의 측정은 오일 온 플레이트법에 의해 실시할 수 있다. 도 2a 및 도 2b 는, 이러한 측정에 바람직하게 사용되는 간섭계의 상태를 나타내는 개략도이다. 이러한 측정에 바람직하게 사용되는 간섭계는, 본체 부분 (41), 참조 면물체 (42), 2 매의 평행 평판 부재 (43), 및 반사면 (45) 으로 이루어져 있다.
이러한 투과 파면의 측정에 있어서는, 먼저, 이 간섭계에 시료인 불화칼슘 단결정 (44) 을 세트하기 전에, 상기 2 매의 평행 평판 부재 (43) 사이의 간극에 피측정물과 동일한 굴절률을 갖는 투명한 오일 (46) 을 충전하고, 이 상태에서 레이저 빔에 의한 참조 파면을 조사하여, 투과한 광을 촬상함으로써 2.5 차원의 파면 데이터를 얻는다. 이 상태를 도 2a 에 나타낸다.
다음으로, 불화칼슘 단결정 (44) 을 상기 2 매의 평행 평판 부재 (43) 사이에 세트한 상태에서, 상기 투명한 오일 (46) 을 평행 평판 부재 (43) 와 불화칼슘 단결정 (44) 의 간극에 충전하고, 이 상태로 투과한 광을 촬상하여 2.5 차원의 파면 데이터를 얻는다. 이러한 상태를 도 2b 에 나타낸다.
다음으로, 시료인 불화칼슘 단결정 (44) 을 세트한 상태에서 측정된 파면 데이터로부터, 불화칼슘 단결정을 세트하지 않는 상태에서 측정된 파면 데이터를 제산한다. 이로써, 불화칼슘 단결정 (44) 의 표면 형상에 의한 파면 수차에 기인하는 측정 오차를 제거함과 동시에, 간섭계 자체에게 기인하는 파면 수차에 의한 오차도 제거하여, 불화칼슘 단결정 (44) 내부의 굴절률 비균질성에 기인하는 투과 파면 수차의 2 차원 분포만을 측정할 수 있다. 파면 수차 데이터는, 도 3 에 나타내는 바와 같이 메시상으로 분할된 영역에 대한 2 차원 배열로서 취득된다.
다음으로, 상기의 측정에서 얻어진 파면 수차의 2 차원 분포 데이터를 2 차원 이산 푸리에 변환하여 투과 파면의 변동의 2 차원 파워 스펙트럼을 얻는다. 2 차원 이산 푸리에 변환은 FFT (고속 푸리에 변환) 알고리즘에 의해 실시하지만, 파면 수차의 측정이 원형의 영역 (도 3 에 있어서 흰 바탕의 부분) 에 대해 실시된 경우에는, 원형 영역을 내접원으로 하는 직사각형 영역 전체를 FFT 대상으로 설정하고, 파면 수차 데이터가 존재하지 않는 부분 즉 직사각형 영역의 내측에서 원형 영역의 외측이 되는 부분 (도 3 에 있어서 검은 바탕의 부분) 에 대해서는 파면 수차를 제로로 하여 FFT 를 실시하는 것이 적당하다.
2 차원 파워 스펙트럼은 다음 식에 의해 구해진다.
Figure 112007009590880-PCT00001
Figure 112007009590880-PCT00002
이와 같이 하여 구한 2 차원 파워 스펙트럼으로부터, 2 차원 파워 스펙트럼 밀도 (Power Spectral Density, PSD) 를 다음 식에 의해 산출한다.
Figure 112007009590880-PCT00003
다음으로, 상기의 2 차원 PSD 데이터로부터, 공간 주파수 f 의 성분에 대한 AverageRadialPSD 값을 산출한다. 실제로는 상기의 2 차원 PSD 데이터는 이산값이 되어 있고, 주파수 평면에 있어서의 데이터 간격 Δfx(=Δfy) 는, 픽셀 간격을 h (mm/pixel) 로 했을 때에 (N×h)-1(mm-1) 이다. 따라서 AverageRadialPSD 값도 이산값으로 하여 구하게 된다.
Figure 112007009590880-PCT00004
이상의 순서에 의해, Δf=(N×h)-1(mm-1) 간격에서의 AverageRadialPSD (f) 가 구해진다.
상기 AverageRadialPSD 치로부터 소정의 공간 주파수 성분 (f1≤f<f2) 의 RMS 값을 산출하려면 다음 식을 사용한다.
Figure 112007009590880-PCT00005
또한 측정 영역이 직사각형이 아니고, 파면 수차 데이터가 존재하지 않는 부분을 제로로 하여 FFT 를 실시한 경우에는, 계산 결과의 RMS 값을 이하와 같이 보정할 필요가 있다.
Figure 112007009590880-PCT00006
여기에서 실제의 투영 광학계에 대해 고찰하면, 물체측의 1 점으로부터 소정 개구수를 가지고 발한 광선은, 각 광학 부재를 상이한 광속 직경 즉 퍼셜 직경으로 투과한다. 따라서 각 광학 부재에 있어서의 파면 수차의 영향은, 파면의 변동의 공간 주파수 그 자체가 아니고, 퍼셜 직경과 공간 주파수의 상대적인 비율에 의해 결정되게 된다. 이 때문에 근거리 플레어에 대한 굴절률 균질성의 영향을 평가하기 위해서는, 퍼셜 직경으로 규격화한 공간 주파수, 즉 퍼셜 직경내 주기수를 사용하는 것이 적당하다.
퍼셜 직경을 PD(mm), 공간 주파수를 f(mm-1) 로 하면, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 는 fPD=PD×f 로 정의된다. 따라서 퍼셜 직경내 주기수가 fPD1 ∼ fPD2 의 범위에 있는 주파수 성분의 RMS 값은, 상기의 각 식에 있어서 f1=fPD1/PD, f2=fPD2/PD 로 하여 계산하면 된다.
본 발명자들의 연구에 의하면, 퍼셜 직경내 주기수가 적어도 10 ∼ 150 주기를 갖는 파면의 변동이 근거리 플레어에 대해서 큰 영향을 주는 것을 알 수 있다. 투영 광학계의 근거리 플레어를 저감시키기 위해서는, 각 광학 부재를 구성하는 광학 재료 중, 특히 불화칼슘 단결정에 대해, 퍼셜 직경내 주기수가 10 ∼ 150 주기에 상당하는 주파수 성분의 파면의 변동을 저감시키는 것이 유효하다.
간섭계에 의해 측정한 파면 수차 데이터에 기초하여 광학 부재를 평가하는 경우, 파면 변동의 공간 주파수 성분의 측정 상한은, 간섭계의 공간 분해 능력에 의존한다. 파면 수차는 도 4 에 나타낸 바와 같이 메시상으로 분할한 각 요소점에 대해 측정하지만, 이 때 단위 길이 당의 측정점의 수가 2 차원 파워 스펙트럼의 상한 주파수를 결정한다. 또한 광학 부재를 조합하여 광학계를 구성한 경우의 최종적인 플레어 양에 대한 영향은, 각 광학 부재에 있어서의 파면 변동의 퍼셜 직경 내주파수 성분에 의존한다. 따라서 각 광학 부재의 파면 수차를 측정할 때에는, 퍼셜 직경에 상당하는 영역 내의 측정점 밀도를 충분히 크게 하는 것이 바 람직하다. 퍼셜 직경이 큰 광학 부재에서는 단위 면적 당의 측정점 밀도는 낮아도 되지만, 퍼셜 직경이 작은 광학 부재에서는 높은 밀도로 파면 수차를 측정할 필요가 있다.
간섭계의 공간 분해능이 낮은 경우에는 공간 주파수의 측정 상한도 낮아지고, 퍼셜 직경과의 조합에 따라서는 소정 범위의 공간 주파수 성분을 측정하는 것이 곤란해진다. 그래서 본 발명자들은, 근거리 플레어를 저감시킨 투영 광학계를 실현시키기 위해서, 투과 파면의 변동의 RMS 값의 상한을 제한할 때에, 공간 주파수의 측정 상한도 고려하기로 하였다.
이러한 공간 주파수의 측정 상한을 고려한 불화칼슘 단결정으로 이루어지는 광학 부재를 적어도 1 매 갖는 투영 광학계는, 상기 광학 부재의 각각이, 하기 조건 (i)∼(ⅲ):
(i) 파장 633 nm 의 광에 대한 투과 파면의 변동 중, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 가 10 주기 이상이면서 50 주기 이하의 범위에 있는 공간 주파수 성분의 RMS 값이, 0.35 nm/cm 이하일 것.
(ⅱ) 파장 633 nm 의 광에 대한 투과 파면의 변동 중, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 가 10 주기 이상이면서 100 주기 이하의 범위에 있는 공간 주파수 성분의 RMS 값이, 0.45 nm/cm 이하일 것.
(ⅲ) 파장 633 nm 의 광에 대한 투과 파면의 변동 중, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 가 10 주기 이상이면서 150 주기 이하의 범위에 있는 공간 주파수 성분의 RMS 값이, 0.50 nm/cm 이하일 것.
중 적어도 하나를 만족시키는 것이다. 이러한 투영 광학계에 의해, 근거리 플레어가 저감된 투영 광학계를 실현할 수 있다.
또한, 이러한 투영 광학계로는, 상기 광학 부재의 각각이, 퍼셜 직경내 주기수가 10 주기 이상이면서 50 주기 이하의 공간 주파수 성분의 RMS 가 0.35 nm/cm 이하인 투영 광학계, 혹은 상기 광학 부재의 각각이, 퍼셜 직경내 주기수가 10 주기 이상이면서 100 주기 이하의 공간 주파수 성분의 RMS 가 0.45 nm/cm 이하인 투영 광학계, 혹은 상기 광학 부재의 각각이, 퍼셜 직경내 주기수가 10 주기 이상이면서 150 주기 이하의 공간 주파수 성분의 RMS 가 0.50 nm/cm 이하인 투영 광학계가 바람직하다.
또한, 이러한 투영 광학계로는, 근거리 플레어가 보다 저감된 투영 광학계를 실현한다는 관점에서, 상기 광학 부재의 각각이, 퍼셜 직경내 주기수가 10 주기 이상이면서 100 주기 이하의 공간 주파수 성분의 RMS 가 0.35 nm/cm 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 이러한 투영 광학계로는, 상기 광학 부재의 각각이, 퍼셜 직경내 주기수가 10 주기 이상이면서 150 주기 이하의 공간 주파수 성분의 RMS 가 0.45 nm/cm 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.35 nm/cm 이하인 것이 특히 바람직하다.
또한, 이러한 투영 광학계에 있어서는, 광학 부재의 각각이, 상기 조건 (i) ∼ (ⅲ) 중 적어도 두 개의 조건을 만족시키는 것이 보다 바람직하고, 상기 조건 (i) ∼ (ⅲ) 중 모든 조건을 만족시키는 것이 특히 바람직하다.
또한, 이러한 투영 광학계에 있어서는, 상기의 퍼셜 직경내 주기수 범위에 있어서, AverageRadialPSD 값이 0.01 nm2/주기2 를 초과하지 않는 것이 더욱 바람직하다. 상기 기술한 RMS 값은 소정 주파수 대역에 있어서의 평균치를 의미하고, 만일 평균값이 상한 이하이었다고 해도, 대역 내의 어느 공간 주파수 성분이 매우 큰 값을 가지는 경우에는, 근거리 플레어에 대한 영향을 무시할 수 없게 되기 때문이다.
도 4 에, 본 발명의 투영 광학계로서 바람직한 투영 광학계의 렌즈 구성의 일 실시형태의 개략도를 나타낸다. 도 4 에 나타내는 투영 광학계는, 렌즈 1 및 렌즈 2 는 불화칼슘 단결정으로 이루어지고, 그 외의 렌즈는 합성 석영 유리로 이루어지는 것이다. 도 4 에 있어서는, R 은 마스크를 나타내고, W 는 웨이퍼를 나타낸다.
도 4 에 나타내는 투영 광학계에 있어서는, 렌즈 1 의 퍼셜 직경은 125 mm 로 설계되어 있고, 렌즈 2 의 퍼셜 직경은 50 mm 로 설계되어 있다. 그리고, 렌즈 1 및 렌즈 2 로는, 각각 퍼셜 직경내 주기수가 10 주기 이상이면서 50 주기 이하의 공간 주파수 성분의 RMS 가 0.35 nm/cm 이하이고, 또한 상기 공간 주파수 대역 내에 있어서 AverageRadialPSD 값이 0.01 nm2/주기2 이하인 렌즈를 사용하고 있다. 또한, 도 4 에 나타내는 투영 광학계에 있어서의 렌즈 1 및 렌즈 2 의 표면에는, 각각 반사 방지막을 형성시키고 있다. 이러한 반사 방지막은, 공지된 증착법이나 스퍼터링법에 따라 형성할 수 있다.
또한, 이러한 렌즈 1 및 렌즈 2 는, 공지된 방법 (예를 들어 브릿지만법) 을 채용하여 제조된 불화칼슘 단결정 중에서, RMS 값이 0.35 nm/cm 이하이고, 또한 상기 공간 주파수 대역 내에 있어서 AverageRadialPSD 값이 0.01 nm2/주기2 이하인 불화칼슘 단결정을 선택한 후, 이것을 가공하여 얻어진 것이다.
이와 같이, 도 4 에 나타내는 투영 광학계에 있어서는, 불화칼슘 단결정으로 이루어지는 광학 부재의 각각이, 투과 파면 변동의 근거리 플레어에 영향을 주는 상기 특정의 공간 주파수 성분이 상기 소정값 이하가 되도록 구성되어 있으므로, 노광면에 있어서의 근거리 플레어가 저감되어 높은 해상도를 얻는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 도 4 에 나타내는 투영 광학계에 있어서의 렌즈 1 및 렌즈 2 이외의 상기 합성 석영 유리로는 특별히 제한되지 않고, 적절하게 공지된 방법을 사용하여 얻어진 석영 유리가 사용되고 있다.
또한, 이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 투영 광학계에 있어서는, 투영 광학계에 배치된 불화칼슘 단결정으로 이루어지는 광학 부재의 각각이, 하기 조건 (i)∼(ⅲ):
(i) 파장 633 nm 의 광에 대한 투과 파면의 변동 중, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 가 10 주기 이상이면서 50 주기 이하의 범위에 있는 공간 주파수 성분의 RMS 값이, 0.35 nm/cm 이하일 것.
(ⅱ) 파장 633 nm 의 광에 대한 투과 파면의 변동 중, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 가 10 주기 이상이면서 100 주기 이하의 범위에 있는 공간 주파수 성분의 RMS 값이, 0.45 nm/cm 이하일 것.
(ⅲ) 파장 633 nm 의 광에 대한 투과 파면의 변동 중, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 가 10 주기 이상이면서 150 주기 이하의 범위에 있는 공간 주파수 성분의 RMS 값이, 0.50 nm/cm 이하일 것.
중 적어도 하나를 만족시키는 것이면 되고, 그 이외의 광학 부재의 구성은 특별히 제한되지 않는다.
예를 들어, 상기 실시형태에 있어서는, 렌즈 1 및 렌즈 2 로서 각각 퍼셜 직경내 주기수가 10 주기 이상이면서 50 주기 이하의 공간 주파수 성분의 RMS 가 0.35 nm/cm 이하이고, 또한 상기 공간 주파수 대역 내에 있어서 AverageRadialPSD 값이 0.01 nm2/주기2 이하인 렌즈를 사용하고 있지만, 퍼셜 직경내 주기수가 10 주기 이상이면서 100 주기 이하의 공간 주파수 성분의 RMS 가 0.45 nm/cm 이하의 렌즈나, 퍼셜 직경내 주기수가 10 주기 이상이면서 150 주기 이하의 공간 주파수 성분의 RMS가 0.50 nm/cm 이하인 렌즈를 렌즈 1 및 렌즈 2 로서 사용하는 것도 가능하다.
또한, 상기 실시형태에 있어서는, 불화칼슘 단결정으로 이루어지는 광학 부재를 2 매 사용하고 있지만, 본 발명의 투영 광학계에 사용되는 불화칼슘 단결정으로 이루어지는 광학 부재는 상기 조건 (i) ∼ (ⅲ) 중 적어도 하나를 만족시키는 불화칼슘 단결정으로 이루어지는 광학 부재이면 그 수는 특별히 제한되지 않는다.
또한, 상기 실시형태에 있어서는, 그 렌즈 구성을 도 4 에 나타내는 구성으 로 하고 있지만, 본 발명의 투영 광학계에 있어서의 렌즈 구성도 특별히 제한되지 않고, 목적에 맞추어 적절하게 렌즈 구성을 변경시켜 사용할 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 투영 광학계의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 발명의 투영 광학계의 제조 방법은, 불화칼슘 단결정의 투과 파면을 측정하여, 파면 수차의 2 차원 분포를 구하는 공정 (A) 과, 그 2 차원 분포를 푸리에 변환하여 투과 파면의 변동의 2 차원 파워 스펙트럼을 산출하는 공정 (B) 과, 그 2 차원 파워 스펙트럼의 각 공간 주파수에 대해 AverageRadialPSD 값을 산출하는 공정 (C) 과, 그 AverageRadialPSD 값을 소정의 공간 주파수 범위로 적분하여 RMS 값을 산출하는 공정 (D) 과, 그 RMS 값이 소정 상한값 이하인 불화칼슘 단결정을 선택하는 공정 (E) 과, 상기 선택된 불화칼슘 단결정을 가공하여 광학 부재를 제조하는 공정 (F) 과, 상기 불화칼슘 단결정으로 이루어지는 상기 광학 부재를 적어도 1 매 갖는 투영 광학계를 제조하는 공정 (G) 을 포함하는 방법이다.
본 발명의 투영 광학계의 제조 방법에 사용되는 상기 불화칼슘 단결정으로는 특별히 제한되지 않고, 적절하게 공지된 방법 (예를 들어 브릿지만법) 을 채용함으로써 제조된 불화칼슘 단결정을 사용할 수도 있다.
이러한 공정 (A) 내지 (D) 로는, 상기 기술한 불화칼슘 단결정의 투과 파면 변동을 평가하는 방법을 바람직하게 채용할 수 있다. 그리고, 공정 (E) 에 있어서, 이와 같이 하여 평가된 RMS 값이 소정 상한값 이하인 불화칼슘 단결정을 선택한다.
이러한 RMS 값의 조건으로는, 퍼셜 직경내 주기수가 10 주기 이상이면서 50 주기 이하의 공간 주파수 성분의 RMS 가 0.35 nm/cm 이하, 혹은 퍼셜 직경내 주기수가 10 주기 이상이면서 100 주기 이하의 공간 주파수 성분의 RMS 가 0.45 nm/cm 이하, 혹은 퍼셜 직경내 주기수가 10 주기 이상이면서 150 주기 이하의 공간 주파수 성분의 RMS 가 0.50 nm/cm 이하인 것이 바람직하다. 상기의 몇 개의 조건을 만족시키면, 근거리 플레어가 보다 저감된 투영 광학계를 제조하는 것이 가능해지는 경향이 있다.
다음으로, 공정 (F) 에 있어서는, 상기 기술한 바와 같이 하여 선택된 불화칼슘 단결정을 가공하여 광학 부재 (렌즈 등) 를 제조한다. 이러한 불화칼슘의 가공 방법은 특별히 제한되지 않고, 공지된 방법을 적절하게 채용할 수 있다. 그리고, 이와 같이 하여 광학 부재를 가공함으로써, 투영 광학계에 있어서 배치하는 위치 등에 따른 형상 (예를 들어, 오목렌즈, 볼록렌즈 등) 의 광학 부재를 제조할 수 있다.
또한, 공정 (G) 에 있어서는, 이와 같이 하여 제조된 광학 부재를 사용하여 투영 광학계를 제조한다. 이러한 투영 광학계를 얻는 방법으로는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어, 조립 장치를 사용하고, 설계에 따라 1 개 또는 복수의 렌즈를 각 분할 경통에 장착하여, 1 개 또는 복수의 렌즈를 각각 수납한 복수의 분할 경통을 조립함으로써 투영 광학계를 얻는 방법을 들 수 있다. 또한, 각 분할 경통으로의 렌즈의 장착 및 복수의 분할 경통의 조립에 사용되는 조립 장치에 관한 상세한 방법에 대해서는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2002-258131 호 등을 참조할 수 있다.
[노광 장치 (제 2 실시형태)]
다음으로, 근거리 플레어를 저감시킨 본 발명의 투영 광학계를 구비한 노광 장치에 대하여 설명한다.
도 5 는 본 발명의 노광 장치로서 바람직한 노광 장치의 일 실시형태를 나타내는 개략도이다. 도 5 에 나타내는 노광 장치는, 표면 (33a) 에 놓여진 감광제 (37) 를 도포한 기판 (38 ; 이들 전체를 간단하게 「기판 W」라고 부른다.) 을 둘 수 있는 웨이퍼 스테이지 (33), 노광광으로서 준비된 파장의 진공 자외광을 조사하고, 기판 W 상에 준비된 마스크의 패턴 (레티클 R) 을 전사하기 위한 조명 광학계 (31), 조명 광학계 (31) 에 노광광을 공급하기 위한 진공 자외광원 (100), 및, 기판 W 상에 마스크 (R) 의 패턴 이미지를 투영시키기 위한 마스크 (R) 가 배치된 최초의 표면 (P1 ; 물체면) 과 기판 W 의 표면과 일치시킨 두번째의 표면 (이미지면) 사이에 놓여진 투영 광학계 (35) 를 포함한다.
조명 광학계 (31) 는, 마스크 (R) 와 웨이퍼 (W) 사이의 상대 위치를 조절하기 위한, 얼라인먼트 광학계 (110) 를 포함하고 있고, 마스크 (R) 는, 웨이퍼 스테이지 (33) 의 표면에 대해서 평행하게 움직일 수 있는 레티클 스테이지 (32) 에 배치된다. 레티클 교환계 (200) 는, 레티클 스테이지 (32) 에 세트된 레티클 (마스크 (R)) 을 교환하여 운반한다. 레티클 교환계 (200) 는, 웨이퍼 스테이지 (33) 의 표면 (33a) 에 대해서 레티클 스테이지 (32) 를 평행하게 움직이기 위한 스테이지 드라이버를 포함하고 있다. 투영 광학계 (35) 는, 스캔 타입의 노광 장치에 응용되는 얼라인먼트 광학계를 가지고 있다.
그리고, 도 5 에 나타내는 노광 장치는, 상기 <1> 내지 <5> 중 어느 하나에 기재된 투영 광학계를 구비한 것이다. 구체적으로는, 도 5 에 나타내는 노광 장치는, 투영 광학계 (35) 에 포함되는 광학 부재 (30) 중 불화칼슘 단결정으로 이루어지는 광학 부재에 대해, 투과 파면의 변동 중 퍼셜 직경으로부터 유도되는 소정의 공간 주파수 성분의 RMS 값을 소정 상한값 이하로 하고, 또한 AverageRadialPSD 값을 소정 상한값 이하로 한 노광 장치이다.
또한, 도 5 중, 300 은 웨이퍼 스테이지 (3) 를 제어하는 스테이지 제어계, 400 은 장치 전체를 제어하는 주제어부이다. 이 노광 장치는 본 발명에 관련되는 투영 광학계를 구비하고 있으므로, 웨이퍼면에 있어서의 근거리 플레어가 저감되어 있고, 높은 해상도를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명은, 레티클과 웨이퍼를 동기 이동하여 레티클의 패턴을 노광하는 스텝·앤드·스캔 방식의 주사형 투영 노광 장치 (미국 특허 5,473,410 호), 이른바 스캐닝·스테퍼뿐만 아니라, 레티클과 웨이퍼를 정지한 상태에서 레티클의 패턴을 노광하여, 웨이퍼를 순차적으로 단계 이동시키는 스텝·앤드·리피트 방식의 노광 장치 (스테퍼) 에도 적용할 수 있다.
또, 본 발명은 트윈 스테이지형의 노광 장치에도 적용할 수 있다. 트윈 스테이지형의 노광 장치의 구조 및 노광 동작은, 예를 들어 일본 공개특허공보 평10-163099 호 및 일본 공개특허공보 평 10-214783 호 (대응 미국 특허 6,341,007 호, 제 6,400,441 호, 제 6,549,269 호, 및 제 6,590,634 호), 일본 공표특허공보 2000-505958 호 (대응 미국 특허 5,969,441 호) 혹은 미국 특허 6,208,407 호에 개 시되어 있다.
또한, 본 발명은, 투영 광학계와 피노광물 사이에 국소적으로 액체를 채우는 액침 노광 장치나, 노광 대상의 기판을 유지한 스테이지를 액조 중에서 이동시키는 액침 노광 장치나, 스테이지 상에 소정 깊이의 액체 조를 형성하여 그 안에 기판을 유지하는 액침 노광 장치에도 적용 가능하다. 노광 대상의 기판을 유지한 스테이지를 액조 중에서 이동시키는 액침 노광 장치의 구조 및 노광 동작에 대해서는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평 6-124873 호에, 스테이지 상에 소정 깊이의 액체 조를 형성하여 그 중에 기판을 유지하는 액침 노광 장치에 대해서는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평 10-303114 호나 미국 특허 5,825,043 호에 각각 개시되어 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 노광 장치는, 상기 <1> 내ㅈ <5> 중 어느 하나에 기재된 투영 광학계를 구비하고 있으면 되고, 그 이외의 구성은 특별히 제한되지 않는다. 본 발명의 노광 장치에 적용 가능한 구성이 기재되어 있는 상기 미국 특허 5,473,410 호, 미국 특허 6,341,007 호, 미국 특허 6,400,441 호, 미국 특허 6,549,269 호, 미국 특허 6,590,634 호, 미국 특허 5,969,441 호, 미국 특허 6,208,407 호 및 미국 특허 5,825,043 호, 그리고, 일본 공개특허공보 평 10-163099 호, 일본 공개특허공보 평 10-214783 호, 일본 공개특허공보 평 6-124873 호, 일본 공개특허공보 평 10-303114 호 및 일본 공표특허공보 2000-505958 호는, 참고 문헌으로서 이 명세서 중에 포함된다.
[노광 방법 (제 3 실시형태)]
다음으로, 상기 본 발명의 노광 장치를 사용하는 노광 방법에 대해 설명한다.
이하, 도 6 의 플로우 차트를 참조하여 설명한다. 먼저, 도 6 의 단계 (301) 에 있어서, 1 로트의 웨이퍼 상에 금속막이 증착된다. 다음의 단계 (302) 에 있어서, 그 1 로트의 웨이퍼 상의 금속막 상에 포토레지스트가 도포된다. 그 후, 단계 (303) 에 있어서, 도 5 에 나타내는 노광 장치를 사용하여, 마스크 상의 패턴 이미지가 그 투영 광학계를 통하여, 그 1 로트의 웨이퍼 상의 각 쇼트 영역에 순차적으로 노광 전사된다. 그 후, 단계 (304) 에 있어서, 그 1 로트의 웨이퍼 상의 포토레지스트의 현상이 실시된 후, 단계 (305) 에 있어서, 그 1 로트의 웨이퍼 상에서 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭을 실시함으로써, 마스크 상의 패턴에 대응하는 회로 패턴이, 각 웨이퍼 상의 각 쇼트 영역에 형성된다. 그 후, 추가로 위의 레이어의 회로 패턴의 형성 등을 실시함으로써, 반도체 소자 등의 디바이스가 제조된다. 상기 기술한 반도체 디바이스 제조 방법에 의하면, 매우 미세한 회로 패턴을 갖는 반도체 디바이스를 양호한 스루풋으로 얻을 수 있다.
또, 도 5 에 나타내는 노광 장치에서는, 플레이트 (유리 기판) 상에 소정 패턴 (회로 패턴, 전극 패턴 등) 을 형성함으로써, 마이크로 디바이스로서의 액정 표시 소자를 얻을 수도 있다. 이하, 도 7 의 플로우 차트를 참조하여, 이 때의 방법의 일례에 대해 설명한다. 도 7 에 있어서, 패턴 형성 공정 (401) 에서는, 상기 기술한 실시형태의 노광 장치를 사용하여 마스크의 패턴을 감광성 기판 (레지 스트가 도포된 유리 기판 등) 에 전사 노광하는, 소위 광 리소그래피 공정이 실행된다. 이 광 리소그래피 공정에 의해, 감광성 기판 상에는 다수의 전극 등을 포함하는 소정 패턴이 형성된다. 그 후, 노광된 기판은, 현상 공정, 에칭 공정, 레지스트 박리 공정 등의 각 공정을 거침으로써, 기판 상에 소정 패턴이 형성되고, 다음의 컬러 필터 형성 공정 (402) 으로 이행된다.
다음으로, 컬러 필터 형성 공정 (402) 에서는, R(Red), G(Green), B(Blue) 에 대응한 3 개의 도트 그룹이 매트릭스상으로 다수 배열되거나 또는 R, G, B 의 3개의 스트라이프의 필터 그룹을 복수 수평 주사선 방향으로 배열한 컬러 필터를 형성한다. 그리고, 컬러 필터 형성 공정 (402) 의 뒤에, 셀 조립 공정 (403) 이 실행된다. 셀 조립 공정 (403) 에서는, 패턴 형성 공정 (401) 에서 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판, 및 컬러 필터 형성 공정 (402) 에서 얻어진 컬러 필터 등을 사용하여 액정 패널 (액정 셀) 을 조립한다.
셀 조립 공정 (403) 에서는, 예를 들어, 패턴 형성 공정 (401) 에서 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판과 컬러 필터 형성 공정 (402) 에서 얻어진 컬러 필터 사이에 액정을 주입하여, 액정 패널 (액정 셀) 을 제조한다. 그 후, 모듈 조립 공정 (404) 에서, 조립된 액정 패널 (액정 셀) 의 표시 동작을 실시하게 하는 전기 회로, 백라이트 등의 각 부품을 장착하여 액정 표시 소자로서 완성시킨다. 상기 기술한 액정 표시 소자의 제조 방법에 의하면, 매우 미세한 회로 패턴을 갖는 액정 표시 소자를 양호한 스루풋으로 얻을 수 있다.
이상에 설명한 본 실시형태의 노광 방법에 의하면, 본 발명에 관련되는 근거 리 플레어가 저감된 노광 장치를 사용하므로, 미세한 회로 패턴을 높은 해상도로 형성하는 것이 가능하다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예에 기초하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
실시예 1 에서는 불화칼슘 단결정으로 이루어지는 광학 부재 (렌즈) 를 2 매 갖는, 상기 기술한 도 4 에 나타내는 구성의 투영 광학계를 제조하였다. 이하, 투영 광학계의 제조 방법을 설명한다.
처음으로, 불화칼슘 단결정을 브릿지만법에 의해 제조하였다. 그 제조 공정은 이하와 같다. 입경 0.1 ㎛ 내지 5 mm 의 고순도 불화칼슘 분말을 원료로 하고, 불소화제로서 불화납 (PbF2) 을 첨가하고 나서 가열로 내에서 가열 융해하여, 산소 불순물이 제거되고 또한 겉보기 밀도가 향상된 전처리품을 제조하였다.
이 전처리품을 브릿지만법에 의한 단결정 제조 장치의 도가니에 충전하고, 제조 장치 내를 10-2 ∼ 10-4 Pa 까지 진공 배기하였다. 제조 장치 안이 상기 진공도에 이르면 제조 장치의 상부측 히터에 의해 도가니를 가열하고, 불화칼슘의 융점 이상 (1370∼1450℃) 까지 올려 도가니 내의 전처리품을 융해하였다. 다음으로, 미리 상부측 히터보다 저온으로 설정된 하부측 히터의 영역을 향하여, 0.1∼5 mm/시 정도의 속도로 도가니를 인하함으로써, 도가니의 하부로부터 서서히 결정 을 성장시켜, 융액의 최상부까지 결정화하여 단결정 (잉곳) 을 제조하였다.
제조한 단결정 (잉곳) 은 깨지지 않도록 실온 근방까지 서랭하고, 그 후, 제조 장치 안을 대기 개방하여 꺼내었다. 도가니로부터 꺼낸 잉곳에는 큰 잔류 응력이 존재하기 때문에, 잉곳 형상인 채로 열처리를 실시하여, 잔류 응력을 저감시켰다. 이상의 공정에 의해 복수의 잉곳을 제조하였다.
다음으로, 이와 같이 하여 얻어진 잉곳의 각각으로부터 원통형의 불화칼슘 단결정을 잘라내고, 상하면을 평행하게 경면 연마한 것을 시료로 하여, 이하의 방법에 의해 파면 수차를 측정하였다.
이러한 파면 수차의 측정에는 피조형 간섭계를 사용하였다. 측정에 사용한 간섭계의 구조는 도 2a 및 도 2b 에 나타내는 바와 같다. 처음으로 2 매의 평행 평판 부재 (43) 의 간극에 불화칼슘 단결정과 동일한 굴절률을 갖는 투명 오일 (46) 을 충전하고, 이 상태에서 He-Ne 레이저 광에 의해 참조파를 조사하여, CCD 카메라에 의해 투과광의 파면 데이터를 얻었다. 다음으로 시료 (44) 를 세트하고, 동일하게 오일 (46) 을 충전하여 투과광을 촬상하여 파면 데이터를 얻었다. 이들 파면 데이터를 나눔으로써, 시료 (44) 의 파면 수차의 2 차원 분포를 얻었다.
이와 같이 하여 얻어진 파면 수차의 2 차원 분포 데이터로부터, 상기 기술한 계산 수법에 의해 2 차원 PSD 및 AverageRadialPSD 값을 산출하였다. 도 4 에 나타내는 구성의 투영 광학계에 있어서 렌즈 1 의 퍼셜 직경은 125 mm 로 설계되어 있다. 따라서 퍼셜 직경내 주기수 10 주기에 상당하는 공간 주파수는, 0.08 mm-1 이 된다. 마찬가지로 퍼셜 직경내 주기수 50 주기에 상당하는 공간 주파수는 0.40 mm- 1 이다. 그래서 상기 각 시료에 대해, 2 차원 PSD 데이터를 기본으로 공간 주파수 0.08 mm-1 내지 0.40 mm- 1 의 성분에 대해 AverageRadialPSD 값을 적분하여, RMS 값을 산출하고, 또한 측정 영역의 형상에 따라 상기 기술한 보정을 실시함으로써, 상기 공간 주파수 성분을 갖는 투과 파면의 변동의 RMS 값을 산출하였다.
이 RMS 값이 0.35 nm/cm 이하이고, 또한 상기 공간 주파수 대역 내에 있어서 AverageRadialPSD 값이 0.01 nm2/주기2 이하인 시료를 선별하고, 시료의 파면 수차 측정 방향을 광축 방향으로 하여 소정 형상으로 절단·연마한 후, 표면에 반사 방지막을 형성하여 렌즈 1(a) 을 제조하였다.
한편, 도 4 에 나타내는 구성의 투영 광학계에 있어서 렌즈 2 의 퍼셜 직경은 50 mm 로 설계되어 있다. 따라서 퍼셜 직경내 주기수 10 주기에 상당하는 공간 주파수는, 0.20 mm-1 이 된다. 동일하게 퍼셜 직경내 주기수 50 주기에 상당하는 공간 주파수는 1.00 mm- 1 이다. 그래서 상기 각 시료에 대해, 2 차원 PSD 데이터를 기본으로 공간 주파수 0.20 mm-1 내지 1.00 mm- 1 의 성분에 대해 AverageRadialPSD 값을 적분하여 RMS 값을 산출하고, 또한 측정 영역의 형상에 따 라 상기 기술한 보정을 실시함으로써, 상기 공간 주파수 성분을 갖는 투과 파면 변동의 RMS 값을 시료마다 산출하였다.
이 RMS 값이 0.35 nm/cm 이하이고, 또한 상기 공간 주파수 대역 내에 있어서 AverageRadialPSD 값이 0.01 nm2/주기2 이하인 시료를 선별하고, 시료의 파면 수차 측정 방향을 광축 방향으로 하여 소정 형상으로 절단·연마한 후, 표면에 반사 방지막을 형성하여 렌즈 2(a) 을 제조하였다.
이상의 방법에 의해 제조한 렌즈 1(a) 및 렌즈 2(a) 와 통상적인 방법에 의해 제조한 합성 석영 유리제 렌즈를 조합하여 도 4 에 나타내는 투영 광학계를 제조하였다.
본 실시예에서 제조한 투영 광학계의 근거리 플레어 양은 약 1% 이며, 충분한 성능을 구비한 것이었다.
(실시예 2)
실시예 1 에서 제조한 렌즈 1(a) 및 렌즈 2(a) 대신에, 이하와 같이 하여 제조한 렌즈 1(b) 및 렌즈 2(b) 를 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 도 4 에 나타내는 구성의 투영 광학계를 제조하였다.
먼저, 실시예 1 과 동일하게 하여 얻어진 원통형의 불화칼슘 단결정으로부터 복수의 시료를 제조하여 파면 수차를 측정하였다. 그리고, 얻어진 파면 수차의 2 차원 분포 데이터로부터, 상기 기술한 계산 수법에 의해 2 차원 PSD 및 AverageRadialPSD 값을 산출하였다. 도 4 에 나타내는 구성의 투영 광학계에 있어서 렌즈 1 의 퍼셜 직경은 125 mm 로 설계되어 있다. 따라서 퍼셜 직경내 주기수 10 주기에 상당하는 공간 주파수는, 0.08 mm-1 이 된다. 동일하게 퍼셜 직경내 주기수 100 주기에 상당하는 공간 주파수는 0.80 mm- 1 이다. 그래서 상기 각 시료에 대해, 2 차원 PSD 데이터를 기본으로 공간 주파수 0.08 mm-1 내지 0.80 mm- 1 의 성분에 대해 AverageRadialPSD 값을 적분하여, RMS 값을 산출하고, 또한 측정 영역의 형상에 따라 상기 기술한 보정을 실시함으로써, 상기 공간 주파수 성분을 갖는 투과 파면의 변동의 RMS 값을 산출하였다.
다음으로, 이 RMS 값이 0.45 nm/cm 이하이고, 또한 상기 공간 주파수 대역 내에 있어서 AverageRadialPSD 값이 0.01 nm2/주기2 이하인 시료를 선별하고, 시료의 파면 수차 측정 방향을 광축 방향으로 하여 소정 형상으로 절단·연마한 후, 표면에 반사 방지막을 형성하여 렌즈 1(b) 을 제조하였다.
한편, 도 4 에 나타내는 구성의 투영 광학계에 있어서 렌즈 2 의 퍼셜 직경은 50 mm 로 설계되어 있다. 따라서 퍼셜 직경내 주기수 10 주기에 상당하는 공간 주파수는, 0.20 mm-1 이 된다. 동일하게 퍼셜 직경내 주기수 100 주기에 상당하는 공간 주파수는 2.00 mm- 1 이다. 그래서 상기 각 시료에 대해, 2 차원 PSD 데이터를 기본으로 공간 주파수 0.20 mm-1 내지 2.00 mm- 1 의 성분에 대해 AverageRadialPSD 값을 적분하여 RMS 값을 산출하고, 또한 측정 영역의 형상에 따 라 상기 기술한 보정을 실시함으로써, 상기 공간 주파수 성분을 갖는 투과 파면 변동의 RMS 값을 시료마다 산출하였다.
이 RMS 값이 0.45 nm/cm 이하이고, 또한 상기 공간 주파수 대역 내에 있어서 AverageRadialPSD 값이 0.01 nm2/주기2 이하인 시료를 선별하고, 시료의 파면 수차 측정 방향을 광축 방향으로 하여 소정 형상으로 절단·연마한 후, 표면에 반사 방지막을 형성하여 렌즈 2(b) 를 제조하였다.
이와 같이 하여 제조한 렌즈 1(b) 및 렌즈 2(b) 를 구비한 본 실시예에서 제조한 투영 광학계의 근거리 플레어 양은 약 1% 이며, 충분한 성능을 구비한 것이었다.
(실시예 3)
실시예 1 에서 제조한 렌즈 1(a) 및 렌즈 2(a) 대신에, 이하와 같이 하여 제조한 렌즈 1(c) 및 렌즈 2(c) 를 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 도 4 에 나타내는 구성의 투영 광학계를 제조하였다.
먼저, 실시예 1 과 동일하게 하여 얻어진 원통형의 불화칼슘 단결정으로부터 복수의 시료를 제조하여 파면 수차를 측정하였다. 그리고, 얻어진 파면 수차의 2 차원 분포 데이터로부터, 상기 기술한 계산 수법에 의해 2 차원 PSD 및 AveragcRadialPSD 값을 산출하였다. 도 4 에 나타내는 구성의 투영 광학계에 있어서 렌즈 1 의 퍼셜 직경은 125 mm 로 설계되어 있다. 따라서 퍼셜 직경내 주기수 10 주기에 상당하는 공간 주파수는, 0.08 mm-1 이 된다. 동일하게 퍼셜 직경내 주기수 150 주기에 상당하는 공간 주파수는 1.20 mm- 1 이다. 그래서 상기 각 시료에 대해, 2 차원 PSD 데이터를 기본으로 공간 주파수 0.08 mm-1 내지 1.20 mm- 1 의 성분에 대해 AverageRadialPSD 값을 적분하여, RMS 값을 산출하고, 또한 측정 영역의 형상에 따라 상기 기술한 보정을 실시함으로써, 상기 공간 주파수 성분을 갖는 투과 파면의 변동의 RMS 값을 산출하였다.
다음으로, 이 RMS 값이 0.50 nm/cm 이하이고, 또한 상기 공간 주파수 대역 내에 있어서 AverageRadialPSD 값이 0.01 nm2/주기2 이하인 시료를 선별하고, 시료의 파면 수차 측정 방향을 광축 방향으로 하여 소정 형상으로 절단·연마한 후, 표면에 반사 방지막을 형성하여 렌즈 1(c) 을 제조하였다.
한편, 도 4 에 나타내는 구성의 투영 광학계에 있어서 렌즈 2 의 퍼셜 직경은 50 mm 로 설계되어 있다. 따라서 퍼셜 직경내 주기수 10 주기에 상당하는 공간 주파수는, 0.20 mm-1 가 된다. 동일하게 퍼셜 직경내 주기수 150 주기에 상당하는 공간 주파수는 3.00 mm- 1 이다. 그래서 상기 각 시료에 대해, 2 차원 PSD 데이터를 기본으로 공간 주파수 0.20 mm-1 내지 3.00 mm- 1 의 성분에 대해 AverageRadialPSD 값을 적분하여 RMS 값을 산출하고, 또한 측정 영역의 형상에 따라 상기 기술한 보정을 실시함으로써, 상기 공간 주파수 성분을 갖는 투과 파면 변동의 RMS 값을 시료마다 산출하였다.
이 RMS 값이 0.50 nm/cm 이하이고, 또한 상기 공간 주파수 대역 내에 있어서 AverageRadialPSD 값이 0.01 nm2/주기2 이하인 시료를 선별하고, 시료의 파면 수차 측정 방향을 광축 방향으로 하여 소정 형상으로 절단·연마한 후, 표면에 반사 방지막을 형성하여 렌즈 2(c) 를 제조하였다.
이와 같이 하여 제조한 렌즈 1(c) 및 렌즈 2(c) 를 구비한 본 실시예에서 제조한 투영 광학계의 근거리 플레어 양은 약 1% 이며, 충분한 성능을 구비한 것이었다.
(비교예 1)
비교예 1 에서는 실시예 1 과 동일한 구성을 갖는 투영 광학계를 제조했지만, 불화칼슘 단결정에 대해 파면 수차 측정에 의한 선별은 실시하지 않고, 임의로 선택한 단결정을 사용하여 실시예 1 에서 제조한 렌즈 1(a) 및 렌즈 2(a) 와 동일 형상의 렌즈 1(d) 및 렌즈 2(d) 를 제조하였다. 이와 같이 하여 제조한 렌즈 1(d) 및 렌즈 2(d) 를 사용하여 도 4 에 나타내는 투영 광학계를 조립한 결과, 투영 광학계 전체의 근거리 플레어 양은 약 5% 이며, 실시예 1 내지 실시예 3 에서 제조한 투영 렌즈와 비교하여 큰 플레어의 양을 나타내었다.
산업상사용가능성
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 노광면에 있어서의 근거리 플레어가 저감된 높은 해상도를 얻는 것이 가능한 투영 광학계, 그 제조 방법, 그것을 구비하는 노광 장치, 그리고 그 노광 장치를 사용한 노광 방법을 제공하는 것이 가 능해진다.
따라서, 본 발명의 투영 광학계는, LSI 등의 반도체 소자, 액정 표시 소자, 또는 박막 자기 헤드 등을 제조하기 위한 노광 장치에 사용하는 투영 광학계로서 특히 유용하다.

Claims (13)

  1. 불화칼슘 단결정으로 이루어지는 광학 부재를 적어도 1 매 갖는 투영 광학계로서, 상기 광학 부재의 각각이, 하기 조건 (i) ∼ (ⅲ):
    (i) 파장 633 nm 의 광에 대한 투과 파면의 변동 중, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 가 10 주기 이상이면서 50 주기 이하의 범위에 있는 공간 주파수 성분의 RMS 값이, 0.35 nm/cm 이하일 것;
    (ⅱ) 파장 633 nm 의 광에 대한 투과 파면의 변동 중, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 가 10 주기 이상이면서 100 주기 이하의 범위에 있는 공간 주파수 성분의 RMS 값이, 0.45 nm/cm 이하일 것;
    (ⅲ) 파장 633 nm 의 광에 대한 투과 파면의 변동 중, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 가 10 주기 이상이면서 150 주기 이하의 범위에 있는 공간 주파수 성분의 RMS 값이, 0.50 nm/cm 이하일 것;
    중 적어도 하나를 만족시키는, 투영 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 부재의 각각이, 파장 633 nm 의 광에 대한 투과 파면의 변동 중, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 가 10 주기 이상이면서 50 주기 이하의 범위에 있는 공간 주파수 성분의 RMS 값이, 0.35 nm/cm 이하인, 투영 광학계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 부재의 각각이, 파장 633 nm 의 광에 대한 투과 파면의 변동 중, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 가 10 주기 이상이면서 100 주기 이하의 범위에 있는 공간 주파수 성분의 RMS 값이, 0.45 nm/cm 이하인, 투영 광학계.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 부재의 각각이, 파장 633 nm 의 광에 대한 투과 파면의 변동 중, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 가 10 주기 이상이면서 150 주기 이하의 범위에 있는 공간 주파수 성분의 RMS 값이, 0.50 nm/cm 이하인, 투영 광학계.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 부재의 각각이, 파장 633 nm 의 광에 대한 투과 파면의 변동 중, 상기 범위에 있는 공간 주파수 성분의 AverageRadialPSD 값이 0.01 nm2/주기2 이하인, 투영 광학계.
  6. 불화칼슘 단결정의 투과 파면을 측정하여, 파면 수차의 2 차원 분포를 구하는 공정;
    상기 2 차원 분포를 푸리에 변환하여 투과 파면의 변동의 2 차원 파워 스펙 트럼을 산출하는 공정;
    상기 2 차원 파워 스펙트럼의 각 공간 주파수에 대해 AverageRadialPSD 값을 산출하는 공정;
    상기 AverageRadialPSD 값을 소정의 공간 주파수 범위로 적분하여 RMS 값을 산출하는 공정;
    상기 RMS 값이 소정 상한값 이하인 불화칼슘 단결정을 선택하는 공정;
    상기 선택된 불화칼슘 단결정을 가공하여 광학 부재를 제조하는 공정; 및
    상기 불화칼슘 단결정으로 이루어지는 상기 광학 부재를 적어도 1 매 갖는 투영 광학계를 제조하는 공정을 포함하는, 투영 광학계의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 공간 주파수 범위가, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 로 10 주기 이상이면서 50 주기 이하이고, 또한 상기 RMS 값의 상한값이 0.35 nm/cm 인, 투영 광학계의 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 공간 주파수 범위가, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 로 10 주기 이상이면서 100 주기 이하이고, 또한 상기 RMS 값의 상한값이 0.45 nm/cm 인, 투영 광학계의 제조 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 공간 주파수 범위가, 퍼셜 직경내 주기수 fPD 로 10 주기 이상이면서 150 주기 이하이고, 또한 상기 RMS 값의 상한값이 0.50 nm/cm 인, 투영 광학계의 제조 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 AverageRadialPSD 값이 상기 소정의 공간 주파수 범위에 있어서 소정 상한값 이하인 불화칼슘 단결정을 선택하는 공정을 더 포함하는, 투영 광학계의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 AverageRadialPSD 값의 상한값이 0.01 nm2/주기2 인, 투영 광학계의 제조 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 투영 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  13. 제 12 항에 기재된 노광 장치를 사용하는 노광 방법.
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