KR100306619B1 - 높은개구수를갖는반사굴절식광학축소시스템 - Google Patents

높은개구수를갖는반사굴절식광학축소시스템 Download PDF

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KR100306619B1
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엠. 윌리암슨 데이비드
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에스브이지 리도그래피 시스템즈, 아이엔씨.
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Abstract

반도체의 사진석판인쇄 제조에 사용하기 위한 반사굴절식 광학축소 시스템은 유닛 확대상 근처에서, 또는 집중상태에 인접하게 작동하는 요면경을 지닌다. 요면경전의 렌즈그룹은, 그 요면경에서 또는 그 근처에서 입사 동공을 개구조리개에 대해 무한대로 영상화시키기에 충분한 배율만을 제공한다. 요면경 후의 렌즈그룹은 피사체로부터 영상크기로의 근비율의 축소제공할뿐 아니라 개구조리개가 무한방출 동공으로 돌출하게 한다. 구형 요면경은 높은 등급의 수치를 감소시키는데 사용된다. 반사굴절식 광학축소 시스템은, 26 x 5㎜ 영역상에서 0.35 미크론보다 작은 특징들을 형상화시킬 수 있는 0.7의 비교적 높은 개구수를 제공한다. 따라서, 광학축소 시스템은 반도체 제조에 사용될때 스텝 및 스캔 사진석판인쇄 노출공구에 적용될 것이다. 다양한 다른 실시예들은, 달성될 수 있는 분광밴드폭을 광범위하게 하도록 다른 굴절력의 렌즈를 결합한다.

Description

높은 개구수를 갖는 반사굴절식 광학 축소 시스템
제1도는 단일 굴절재료를 사용하는 본 발명의 한 실시예의 개략도.
제2도는 2가지의 상이한 굴절재료를 사용하는 본 발명의 다른 실시예의 개략도.
제3도는 2가지 이상의 상이한 굴절재료를 사용하는 본 발명의 또다른 실시예의 개략도.
제4도는 본 발명의 광학 축소 시스템의 실시예 4를 도시한다.
제5도는 본 발명의 광학 축소 시스템의 실시예 5를 도시한다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 피사체 또는 레티클평면 12 : 셸 (shell)
20 : 접안경 (folding mirror) 30 : 비임 분할기 입방체
34 : 요면경 50 : 웨이퍼 평면
LG1 : 제1 렌즈 그룹 LG2 : 제2 렌즈 그룹
LG3 : 제3 렌즈 그룹
[발경의 배경]
[발명의 분야]
본 발명은 일반적으로 반도체 제조에 사용되는 광학 시스템 (optical system)에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 비교적 높은 개구수 (開口數 : numerical aperture)를 갖는 비차단 반사굴절시 광학 축소 시스템에 관한 것이다.
[관련 기술]
대개는 사진석판인쇄 (photolithographic) 기술을 사용하여 반도체를 제조한다. 반도체에 사용된 회로는 레티클(reticle)로 부터 반도체 칩상에 복제된다. 이러한 복제는 종종 광학 시스템을 사용하여 달성된다. 이러한 광학 시스템은 종종 복잡하며, 반도체 칩상에 배치되는 항상 감소하는 사이즈의 구성부품을 복제하기에 필요한 해상도를 얻기가 어렵다. 그러므로, 0.35 마이크론 보다 적은, 매우 미세한 구성 부품의 특징부분을 복제할 수 있는 광학 축소 시스템을 개발하는데 많은 노력을 쏟았다. 매우 미세한 구성부품의 특징부분을 복제할 수 있는 광학 시스템 개발의 필요에 부가하여, 개구수를 증가시킴으로써 시스템 성능을 증대시킬 필요 또한 있다. 개구수의 증가는 더 높은 해상도의 광학 시스템을 제공한다.
본 발명과 유사한 광학 시스템이 윌리암슨에게 허여된 1990년 9월 4일자 공고된, “광학 축소 시스템 (Optical Reduction System)”이란 명칭의 미합중국특허 제 4,953,960호에 개시되어 있는바, 이는 본원에 참고사항으로 제공된 것이다. 0.45의 개구수를 지니고, 248 나노미터의 영역에서 작동하는 광학 축소 시스템이 상기 특허에 개시되어 있다. 또하나의 유사한 광학 시스템이 Singh 등에게 허여된 1992년 2월 18일자 공고된, “고해상도 축소 반사 굴절 중계렌즈”라는 발명의 명칭의 미합중국 특허 제 5,089,913호에 개시되어 있는바, 이는 본원에 참고사항으로 제공되었다. 0.6의 개구수를 지니고, 248 나노미터로 제한된 스펙트럼 주파대를 지니는 광학 시스템이 상기 특허에 개시되어 있다. 이러한 종래의 광학 시스템들이 소기의 목적을 위해 적절히 사용되는중, 개구수를 증가시킴으로써 시스템 성능의 개선에 대한 필요가 끊임없이 증가되어 왔다. 따라서, 비교적 큰 스펙트럼 주파대에 걸쳐 받아들일 수 있는 시스템 성능의 비교적 많은 개구수를 지니는 광학 시스템이 필요하다.
[발명의 개요]
본 발명은, 피사체 또는 긴 공역단부 (long conjugate end)로 부터 축소된 상 또는 짧은 공역단부까지, 제1의 렌즈 그룹, 제2의 렌즈 그룹, 비임 분할기 입방체 (beamsplitter cube), 집중 요면경, 및 제3의 렌즈 그룹을 갖는 반사굴절식 축소 시스템을 포함한다. 그 요면경은 실질적으로 실물에 가까운 단위 배율로 작동한다. 이 요면경은 요면경에 의해 도입된 수차 (aberration ; 收差) 및 비임분할기 입방체에 진입하는 방사선의 직경을 감소시킨다. 요면경 전방의 제1 및 제2 렌즈 그룹은 요면경 또는 그 근처의 개구조리개에, 무한대에 위치한 입사동공 (entrance pupil)의 상이 맺히게 하기에 충분한 배율을 제공한다. 요면경 뒤의 제3 렌즈 그룹은, 무한대의 출사동공 (exit pupil)으로 개구조리개를 투영시킬뿐 아니라, 피사체로 부터 광학 시스템의 상까지 실질적인 축소 부분을 제공한다. 비구면 요면경을 사용함으로써 고차원 (high-order)의 수차가 축소된다.
따라서, 본 발명의 목적은 비교적 높은 개구수를 지니는 광학 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 그러한 높은 개구수에서 이미 얻어진 것보다 실질적으로 더 넓은 스펙트럼 주파수대를 지니는 광학 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 장점은 요면경이 실질적으로 단위배율에 더 근접하게 작동한다는 것이다.
본 발명의 특징은, 요면경 전방의 렌즈 그룹들이, 충분한 비율을 제공하여 요면경 또는 그 근처의 개구조리개에, 무한대에 위치한 입사동공의 상이 맺히게 한다는 것이다.
본 발명의 또다른 특징은, 요면경 뒤의 렌즈 그룹이 피사체로부터 광학 시스템의 상까지 최대한의 축소를 제공한다는 것이다.
이러한 목적, 장점, 및 특징이 아래의 상세한 설명에서 명백히 될 것이다.
[본 발명의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명]
제1도는 본 발명의 광학 축소 시스템의 실시예 1를 도시한다. 상기 시스템의 긴 공역단부로 부터, 상기 시스템은, 피사체 또는 레티클평면(10), 제1렌즈 그룹(LG1), 접안경(folding mirror ; 20), 제2 렌즈 그룹(LG2), 비임 분할기 입방체(30), 제1의 1/4 파장판(32), 요면경(34), 제2의 1/4 파장판(38) 및 제3 렌즈 그룹(LG3)을 포함한다. 상은 상 또는 웨이퍼 평면(50)에 형성된다. 제1 렌즈 그룹(LG1)은 셸 (shell ; 12), 정(+) 렌즈(14) 및 부(-) 렌즈(16)를 포함하는 이격된 이중렌즈, 및 정렌즈(18)를 포함한다. 셸(12)은 대체로 영배율렌즈이다. 제2 렌즈 그룹(LG2)은 정렌즈(22), 부렌즈(24) 및 정렌즈(26)를 포함하는 이격된 이중렌즈, 및 부렌즈(28)를 포함한다. 제3 렌즈 그룹(LG3)은 많이 볼록한 2개의 정렌즈(40 및 42), 셸(44), 및 약간 볼록한 2개의 정렌즈 (46 및 48)을 포함한다. 접안경(20)이 본 발명의 작동에 필수적인 것은 아니다. 그러나, 접안경은 피사체 및 상 평면이 평행이 되도록하여 본 발명의 광학 시스템의 소기의 적용을 편리하게 하는바, 그 소기의 적용은 한단계 및 주사시스템 (scan system)을 지닌 사진석판인쇄술을 사용하여 반도체 장치를 제조하는 것이다.
레티클 또는 긴 공역단부에서 입사되어, 제1 렌즈 그룹(LG1)을 통과한 방사선은 접안경(20)에 의해 반사되어, 제2 렌즈 그룹(LG2)를 통과한다.
그 방사선은 비임 분할기 입방체(30)로 입사하여, 1/4 파장판(32)을 통과하고, 요면경(34)에 의해 반사된 표면(36)으로부터 반사된다. 그후 그 방사선은 1/4 파장판(32), 비임 분할기 입방체 (30), 1/4 파장판(38), 렌즈 그룹(LG3)을 거슬러 통과하여, 상 또는 웨이퍼 평면(50)에 집중된다.
요면경 앞의 렌즈 그룹 (LG1 및 LG2)은 충분한 배율을 제공하여, 요면경 또는 그 근처의 개구조리개에, 무한대에 위치한 입사동공의 상이 맺히게 한다. 조합된 렌즈 그룹 (LG1 및 LG2)의 배율은 약간 부(-)이다. 셸(12) 및 공기이격된 이중렌즈(14 및 16)는 비점수차, 시야굴곡, 및 뒤틀림을 포함하는 수차 교정을 돕는다. 요면경(34) 뒤의 렌즈그룹(LG3)은, 무한대의 출사동공으로 개구조리개를 투영할 뿐만 아니라, 피사체로부터 상까지 매우 축소된 크기를 제공한다. 2개의 많이 볼록한 정렌즈(40 및 42)는 상 및 무한대 출사동공에 높은 개구수를 제공한다. 셸(44)은 거의 무배율이다. 2개의 약간 볼록한 정렌즈(46 및 48)는 고차의 수차교정을 돕는다.
제2 렌즈그룹(LG2)의 부렌즈(24)는 비임 분할기 입방체(30) 및 요면경(34)으로 향하는 강한 발산성 비임을 제공한다. 그 강한 정렌즈(22)는 측면 색채 교정을 제공한다. 렌즈(24 및 26)를 포함하는 공기 이격된 이중렌즈는 구면 수차 및 코마(coma)의 교정을 돕는다. 요면경(34)는 비구면이어서, 고차의 수차를 부가로 축소시키는 것을 돕는 것이 바람직하다.
비임분할기 입방체(30)에 의해 도입된 전송손실(transmission losses)은, 피사체 또는 레티클을 평면편광 (plane polarized light)으로 조명함으로써, 및 비임분할기 입방체(30)와 요면경(34) 사이에 정확한 ¼ 파장판(32)을 포함시킴으로써 최소화 시킬수 있다. 정확한 ¼ 파장판은 복굴절성재료 (birefringent meterial)의 두께를 의미하는바, 상기 복굴절성재료는 S와 P편광상태 사이에 ¼의 파장 위상 지연 (wave phase retardance)을 도입한다. 이것은 ½ 더하기 ¼ 파장의 적분 수 (integral number) 또는 위상지연이 ¼ 파장씩 변하는 재료의 2배의 두께와는 현저히 다르다. 높은 개구수에서 그러한 정확한 영차 파장판의 사용에 의해, 그리고, 입사각 평면에서 면의크기 (field size)를 제한함으로써 큰각도의 입사각편차의 악효과를 최소화 시킬수 있다. 더욱이, 요면경(34) 및 비임 분할기 입방체 (30)뒤의 렌즈그룹(LG3)의 개구수를 증가시킴으로써, 이러한 요소들에서 최대의 각 범위 (augular range)는 보이지 않는다.
그러나, 약 0.5보다큰 개구수의 평면편광은 영상 (imaging)에 있어서 작지만 현저한 비대칭을 도입한다. 본 발명에서, 상기 비대칭은 비임분할기 입방체(30)를 통과하는 최종 통로뒤에 제2의 ¼ 파장판을 도입하여, 평면편광을 원형편광으로 전환시킴으로써 효과적으로 제거될 수 있다. 이러한 원형편광은 영상작용에서 비편광으로 부터 구별할 수 없다.
제1도에 도시된 광학시스템은 4 : 1의 축소비로 작동하도록 설계된다. 따라서, 상 공간(image space)에서 개구수는 계수 4의 0.7에서 피사체 또는 레티클의 0.175로 감소된다. 제1 렌즈 그룹(LG1)을 떠나자마자 개구수는 0.12로 감소되는바, 그것은 요면경 (34) 근처의 시스템 개구 조리개에, 무한대에 위치한 입자동공의 상이 맺히게 하기 위하여 렌즈 그룹 (LG1) 내에서 요구되는 정배율의 결과이다. 제2 렌즈 그룹 (LG2)를 출발한후 비임 분할기로 진입하는 개구수는 0.19이다. 이것은 제2 렌즈 그룹 (LG2)의 전체적인 부배율에 기인하는, 0.175인, 피사체 공간 개구수와 매우 유사하다. 이러한 점이 종래 기술의 시스템에 반하는 점인바, 종래 시스템에서는 비임분할기 입방체로 진입하는 개구수가 전형적으로 영에 근접하거나 또는 거의 평행하게 된다. 요면경 (34)이 거의 동심(同心)이기 때문에, 그것으로부터 반사된 방사선의 개구수는 0.19부터 0.35까지 단지 약간 증가된다. 제3 렌즈 그룹 (LG3)은 웨이퍼 또는 상 평면(50)에서 개구수를 0.7의 최종값으로 효과적으로 2배로 늘인다.
본 발명은 비임분할기 입방체의 에지에 의해 방해받지 않고, 부(-) 제2 그룹(LG2) 및 강한 정(+)의 제3 렌즈 그룹(LG3)에 의해 비교적 높은 개구수를 얻는다. 약 0.45보다 큰 개구수에서 비임분할기 입방체는 더나은 성능을 제공하기 때문에, 본 발명에서 판상 비임분할기 보다는 비임분할기 입방체의 사용이 중요하다. 본 발명은, 비임분할기로 지입하는 비평행 (non-collimated) 비임에서 편향된 판의 비임 분할기에 의해 도입된 수차의 부재뿐아니라, 렌즈의 굴절율에 의해 입방체내의 개구수의 감소를 제공한다.
본 발명에 따른 제1도에 도시된 렌즈 시스템에 대한 구성자료가 아래의 표 1에 제시된다.
[표 1]
요면경(34)은 아래의 방정식에 따르는 비구면 반사표면을 지닌다.
여기서, 상수는 다음과 같다.
CURV = -0.00289051
K = 0.000000
A = 6.08975 x 10-11
B = 2.64378 x 10-14
C = 9.82237 x 10-19
D = 7.98056 x 10-23
E = -5.96805 x 10-27
F = 4.85179 x 10-31
표 1의 구성에 따른 렌즈는 248.4 나노미터로 중심일치된 방사선에 대하여 효과적으로 이용된다. 융합된 실리카의 단일 굴절 재료 및 풍부한 굴절력은 제1도에 도시된 실시예의 스펙트럼 대폭을 약 10 피코미터 또는 0.01 나노미터로 제한시킨다. 이러한 스펙트럼 대폭은 좁아진 크립톤 프르오르화물 엑시머레이저 광원의 선에 매우 적합하다. 제1도에 도시된 실시예는 융합된 실리카가 적절히 전도하는 어떠한 파장에도 효과적으로 이용될 수 있다.
더 넓은 스펙트럼 대폭이 상이한 분광을 지닌 2개의 광학재료를 사용함으로써 얻어질 수 있다. 본 발명의 실시예 2가 제2도에 도시되어 있다. 긴 공역 단부로부터, 실시예 2는, 피사체 또는 레티클 평면(10), 렌즈그룹 (LG4), 접안경(122), 렌즈그룹(LG5), 표면(138)을 지니는 비임분할기 입방체(138), 제1의 1/4 파장판(134), 요면경(136), 제2의 1/4 파장판(140) 및 렌즈그룹(LG6)을 포함한다. 상은 상 또는 웨이퍼 평면(50)에 형성된다. 렌즈그룹(LG4)은 부 렌즈(112) 및 정렌즈(114)를 포함하는 이격된 이중렌즈, 약한 정렌즈(116), 정렌즈(118) 및 셸(120)을 포함한다. 렌즈그룹(LG5)은 정렌즈(124), 부렌즈(126), 정렌즈(128) 및 부렌즈(130)을 포함한다. 렌즈그룹(LG6)은 2개의 정렌즈(142), 정렌즈(144) 및 부렌즈(148)를 포함하는 “초경”(cemented) 이중렌즈, 정렌즈(148), 및 셸(150) 및 정렌즈(152)를 포함하는 “초경”이중렌즈를 포함한다.
이러한 실시예 2는 렌즈 그룹(LG4)의 하나의 독립 정렌즈, 렌즈그룹(LG5)의 부렌즈, 및, 렌즈그룹(LG6)의 2개의 정렌즈에 있어서 플루오르화 칼슘을 사용한다.
본 발명에 따른 제2도에 도시된 실시예 2의 구성자료가 아래의 표 2에 제시된다.
[표 2]
여기서, 표 1 아래의 방정식에서 사용된 비구면경(134)에 대한 상수는 다음과 같다.
CURV = -0.00286744
K = 0.000000
A = -1.92013 x 10-09
B = -3.50840 x 10-14
C = 2.95934 x 10-19
D = -1.10495 x 10-22
E = 9.03439 x 10-27
F = -1.39494 x 10-31
이러한 실시예 2는 193.3 나노미터로 중심일치된 방사선에 대하여 효과적으로 이용되며, 약 200 피코미터 또는 0.2 나노미터의 스펙트럼 대폭을 지닌다. 좁아진 플루오로화 아르곤 엑시머레이저의 약한 선이 적합한 광원이다. 부가적으로, 본제품은 양 굴절성 재료가 적절히 투과하는 어떤 파장에 재료에 대하여도 효과적으로 이용된다. 재료의 분광이 증가함에 따라 그 대폭은 더큰 파장의 대하여 일반적으로 증가한다. 예를들면 248.4 나노미터 둘레의 2가지 재료의 제품은 최소한 400 피코미터, 0.4 나노미터 대폭에 대하여 작동한다.
360 나노미터 보다 긴 파장에서, 광학렌즈의 더 넓은 범위가 적절한 투과를 시작한다. 제3도에 도시된 실시예 3는 렌즈의 이러한 폭넓은 선택 및 부가의 축소된 분광의 장점을 지닌다. 긴 공역 단부로부터, 실시예 3는 피사체 또는 레티클 평면(10), 렌즈 그룹(LG7), 접안경(222), 렌즈그룹(LG8), 표면(238)을 지니는 비임분할기 입방체(232) 제1의 1/4 파장판(234), 요면경(236), 제2의 1/4 파장판(240), 및 렌즈그룹(LG9)을 포함한다. 상은 상 또는 웨이퍼 평면(50)에 형성된다. 렌즈그룹(LG7)은 부렌즈(212) 및 정렌즈(214)를 포함하는 이격된 이중렌즈, 정렌즈(216) 및 부렌즈(218)를 포함하는 이격된 이중렌즈 및 정렌즈(220)를 포함한다. 렌즈그룹(LG8)은 정렌즈(224), 부렌즈(226), 정렌즈(228) 및 부렌즈(230)를 포함한다. 렌즈그룹(LG9)은 정렌즈(242), 정렌즈(244) 및 부렌즈(246)를 포함하는 초경 이중렌즈, 정렌즈(248) 및, 셸(250) 및 정렌즈(252)를 포함하는 초경 이중렌즈를 포함한다.
제3도에 도시된 실시예 3의 구성자료가 아래의 표 3에 제시된다.
[표 3]
여기서, 표 1 아래의 방정식에서 사용된 비구면 경(234)에 대한 상수는 다음과 같다.
CURV = -0.00291648
K = 0.000000
A = -1.27285 x 10-9
B = -1.92865 x 10-14
C = 6.21813 x 10-19
D = -6.80975 x 10-22
E = 6.04233 x 10-27
F = 3.64479 x 10-32
이러한 실시예 3은, 365.5 나노미터로 중심일치된 8 나노미터의 스펙트럼 대폭에 대하여 작동한다. 이러한 스펙트럼 대폭의 방사선은 I-라인 파장대 (I-line waveband)에서 여과된(filtered) 수은 아크램프에 의해 제공될 수 있다. 실시예 3에서 사용된 융합된 실리카 이외의 광학렌즈는 일반적으로 I-라인 렌즈로 공지되어 있다. 이러한 광학렌즈는 가장적은 흡수효과 또는 수은 I-라인 파장에서 반전현상 (solarization) 효과를 갖는다. 이러한 렌즈는, 미합중국, 뉴저지 08876-3519, 서머빌, 브랜치버그 타운십, 50 콜럼비아 로드에 소재하는 0′Hara 주식회사에 의해 제공된 일반 이용가능한 유리제품 일람표에서 발견할 수 있다.
제4도는 본 발명의 광학 축소시스템의 실시예 4를 도시한다. 본 실시예는 0.63의 개구수를 지니며 300 피코미터의 스펙트럼 대폭에서, 바람직하게는 248.4 나노미터에 중심일치된 100 피코미터의 스펙트럼 대폭에서 작동할 수 있다. 긴 공역단부로 부터 실시예 4는, 피사체 또는 레티클평면(410), 제1 렌즈그룹(LG1), 접안경(420), 제2 렌즈그룹(LG2), 비임 분할기 입방체(430), 제1의 1/4 파장판(432), 요면경(434), 제2의 1/4 파장판(438), 및 제3 렌즈그룹(LG3)을 포함한다. 상은 상 또는 웨이퍼 평면(450)에 형성된다.
제1 렌즈그룹(LG1)은 셸(412), 정렌즈(414) 및 부렌즈(416)를 포함하는 이격된 이중렌즈, 및 정렌즈(418)를 포함한다. 제2 렌즈그룹(LG2)은 정렌즈(422), 부렌즈(424) 및 정렌즈(426)를 포함하는 이격된 이중렌즈, 및 부렌즈(428)를 포함한다. 제3 렌즈그룹(LG3)은 2개의 정렌즈(440 및 442), 셸(444), 및 2개의 정렌즈(446 및 448)를 포함한다. 더욱이, 제1도에 도시된 실시예에서와 같이, 제4도의 접안경(420)은 본 발명의 작동에 반드시 필요한 것은 아니지만, 피사체(410) 및 상 평면(450)이 상호간에 평행하게하여, 사진석판인쇄술을 사용하는 반도체조장치에 대하여 편리함을 제공한다.
제4도에 도시된 실시예 4의 구성자료가 아래의 표 4에 제시된다.
[표 4]
표 1 아래의 방정식 (1)에서 사용된 비구면경(434)에 대한 상수는 다음과 같다.
CURV = -0.00332614
K = 0.000000
A = -4.32261E - 10
B = 3.50228E - 14
C = 7.13264E - 19
D = 2.73587E - 22
상기 실시예 4는 248.4 나노미터로 중심일치된 방사선에 대하여 효과적으로 이용된다. 융합된 실리카의 단일 굴절재료 및 큰 굴절력은 제4도에서 도시된 실시예의 스펙트럼 대폭을 제한한다. 그러나, 실시예 4는 앞의 3개의 실시예에서와 같은 0.7이 아닌 0.63의 최대 개구수를 지니기 때문에, 실시예 4는 300 피코미터, 바람직하게는 100 피코미터의 스펙트럼 전 - 폭 - 절반 - 최대대폭 (full - width - half - maximum bandwidth)에 대하여 수용가능한 상을 제공한다. 따라서, 전자에서는 비한정된 엑시머레이저가, 또는 후자에서는 한정된 엑시머레이저가 조명원 (illumination source)으로 사용될 수 있다.
실시예 4의 제1 렌즈그룹 및 제2 렌즈그룹의 순배율 (net power)이 선행하는 3가지 실시예에서와 같이 약간 부라기보다는 약간 정이라는 점에서 실시예 4는 선행 3가지 실시예와 다르다. 더욱이, 실시예 4는 제1 렌즈그룹과 제2 렌즈그룹의 전체적인 초점 배율이 정 또는 부가 될 수 있으며 무한대 떨어진 입사동공이 요면경 (434)에 또는 그 주변에 상이 맺히도록 한다.
제5도는 본 발명의 광학축소시스템의 실시예 5를 도시한다. 이 실시예는 0.60의 개구수를 지니며, 248.4 나노미터로 중심일치된 300 피코미터의 스펙트럼 대폭에서 작동하는 것이 바람직하다. 긴 공역단부로부터, 실시예 5는 피사체 또는 레티클평면 (510), 제1 렌즈그룹(LG1), 접안경(520), 제2 렌즈그룹(LG2), 비임분할기 입방체(530), 제1의 1/4 파장판(532), 요면경(534), 제2의 1/4 파장판(538) 및 제3 렌즈그룹(LG3)을 포함한다. 상은 상 또는 웨이퍼 평면에 형성된다.
제1 렌즈그룹(LG1)은 셸(512), 정렌즈(514) 및 부렌즈(516)를 포함하는 이격된 이중렌즈, 및 정렌즈(518)를 포함한다. 제2 렌즈그룹은 정렌즈(522), 부렌즈(524) 및 정렌즈(526)를 포함하는 이격된 이중렌즈, 및 부렌즈(528)를 포함한다. 제3 렌즈그룹(LG3) 및 2개의 정렌즈(540 및 542), 셸(544), 및 2개의 정렌즈(546 및 548)를 포함한다. 더욱이, 제1도에 도시된 실시예에서와 같이, 제5도의 점안경(520)은 본 발명의 작동에 반드시 필요한 것은 아니지만, 피사체 및 상평면이 상호간에 평행하게하여, 사진석판인쇄술을 사용하는 반도체 제조장치에 대하여 편리함을 제공한다.
제5도에 도시된 실시예 5의 구성자료가 아래의 표 5에 제시된다.
[표 5]
표 1 아래의 방정식 (1)에서 사용된 비구면경(534)에 대한 상수는 다음과 같다.
CURV = -0.00325995
K = 0.000000
A = -6.91799E - 10
B = 5.26952E - 15
C = 6.10046E - 19
D = 1.59429 - 22
상기 실시예 5는 248.4 나노미터로 중심 일치된 방사선에 대하여 효과적으로 이용된다. 융합된 실리카의 단일 굴절재료 및 큰 굴절력은 제5도에 도시된 실시예의 스펙트럼 대폭을 제한한다. 그러나, 실시예 5는 앞의 3개의 실시예에서와 같은 0.7이 아닌 0.6의 최대 개구수를 지니기 때문에, 실시예 5는 300 피코미터의 스펙트럼 전 - 폭 - 절반 - 최대 대폭 (full - width - half - maximum bandwidth)에 대하여 수용가능한 상을 제공한다. 따라서, 비한정된 엑시머 레이저가 조명원으로 사용될 수 있다.
실시예 5의 제1 렌즈그룹 및 제2 렌즈그룹의 순배율이 선행하는 3가지 실시예에서와 같이 약간 부 라기보다는 약간 정이라는 점에서, 실시예 5는 선행 3까지 실시예와 다르다. 더욱이, 실시예 5는 제1 렌즈그룹과 제2 렌즈그룹의 전체적인 초점 배율이 정 또는 부가 될 수 있으며, 무한대 떨어진 입사동공이 요면경(534)에 또는 그 주변에 상이 맺히도록 한다.
적절한 실시예가 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어나지 않고 다양한 수정이 가능하다는 점을 당업자들은 명백히 이해할 수 있다.

Claims (30)

  1. 비교적 높은 개구수 (high numerical aperture)를 지니는 반사굴절식 광학축소 시스템 (catadioptric optical reduction system)에 있어서, 긴 공역단부 (long conjugate end)로부터 짧은 공역단부까지, 부배율 (negative power)을 제공하기 위한 제1 렌즈수단 ; 비임분할기 (beamsplitter) ; 요면경 (concave mirror) ; 및 정배율 (positive power)을 제공하기 위한 제2 렌즈수단을 포함하며, 상기 제1 렌즈수단의 부배율은, 상기 요면경 또는 그 근처에 위치한 개구조리개에, 무한대에 위치한 입사동공 (entrance pupil)의 상이 맺히게 하며, 상기 제2 렌즈수단의 정배율이 시스템의 실질적으로 모든 배율을 제공하고 출사동공 (exit pupil)의 상이 무한대에 맺히게 하는 것을 특징으로 하는 반사굴절식 광학축소 시스템.
  2. 긴 공역단부로부터 짧은 공역단부까지, 정배율의 제1 렌즈그룹 ; 부배율의 제2 렌즈그룹 ; 비임분할기 ; 1/4 파장판 ; 요면경 ; 및 정배율의 제3 렌즈그룹을 포함하며, 상기 제1 렌즈 그룹의 정배율은 상기 요면경 또는 그 근처에 위치한 개구조리개에, 상기 제2 렌즈그룹을 통해, 무한대에 위치한 입사동공의 상이 맺히게 하며, 상기 제2 렌즈그룹의 부배율이 상기 요면경을 위한 필요공역을 제공하며, 상기 제3 렌즈그룹의 정배율은 전체시스템 배율의 나머지를 제공하고 출사동공의 상이 무한대에서 맺히게 하는 것을 특징으로 하는 반사굴절식 광학축소 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 비임분할기와 상기 요면경 사이에 배치된 제1의 1/4 파장판을 더 포함하는 광학축소 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 비임분할기와 상기 제3 렌즈그룹 사이에 배치된 제2의 1/4 파장판을 더 포함하는 광학축소 시스템.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제1 렌즈그룹은 적어도 2개의 다른 재료로 형성된 반사요소들을 포함하며 ; 상기 제2 렌즈그룹은 적어도 2개의 다른 재료로 형성된 반사요소들을 포함하는 광학축소 시스템.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제1 렌즈그룹은 적어도 하나의 정배율렌즈 ; 실질적으로 영 배율의 제1 렌즈 ; 및 제1의 2중렌즈를 포함하므로써, 상기 적어도 하나의 정배율렌즈는 상기 요면경 근처의 개구조리개에, 무한대에 위치한 입사동공의 상이 맺히게 하며, 상기 실질적으로 영배율의 제1 렌즈 및 상기 제1의 2중렌즈는 비점수차, 시야 굴곡 (field curvature), 및 뒤틀림과 같은 수차를 교정하는데 도움을 주는 광학축소 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 렌즈는 공기 이격된 2중렌즈인 광학축소 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제2 렌즈그룹은 적어도 하나의 부배율 렌즈 ; 정렌즈 ; 및 제2의 2중렌즈를 포함하므로써, 상기 적어도 하나의 부배율렌즈는 상기 비임분할기 및 상기 요면경에 대하여 발산하는 비임을 제공하며, 상기 정렌즈는 측면 색채 교정을 제공하며, 상기 제2의 2중렌즈는 구면수차 및 코마(coma)를 교정하는데 도움을 주는 광학축소 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제3 렌즈그룹은 적어도 하나의 제1 정배율렌즈 ; 실질적으로 영배율의 제2 렌즈 ; 및 상기 적어도 하나의 제1 정배율렌즈보다 배율이 약한, 적어도 2개의 제2 정배율렌즈를 포함하므로써, 상기 적어도 하나의 제1 정배율렌즈는 상 및 출사동공 및 무한대에 높은 개구수를 제공하며, 상기 실질적으로 영배율의 제2 렌즈 및 상기 적어도 2개의 제2 정배율렌즈는 고차의 수차교정을 제공하는 광학축소 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 렌즈는 초경 2중렌즈인 광학축소 시스템.
  11. 제2항에 있어서, 상기 제1 렌즈그룹과 상기 제2 렌즈그룹 사이에 배치된 접안경 (folding mirror)을 더 포함하는 광학축소 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 요면경은 비구면인 광학축소 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈수단 및 상기 제2 렌즈수단은 적어도 2개의 다른 재료로 형성된 반사요소들을 포함하는 광학축소 시스템.
  14. 하기 표 1의 구성 데이타에 따른 구조를 포함하는 광학축소 시스템.
  15. 비교적 높은 개구수를 지니는 반사굴절식 광학축소 시스템에 있어서, 긴 공역단부로부터 짧은 공역단부까지, 제1의 2중 렌즈 ; 제1 정렌즈 ; 제2 정렌즈 ; 셸 ; 제3 정렌즈 ; 제1 부렌즈 ; 제4 정렌즈 ; 제2 부렌즈 ; 비임분할기 입방체 ; 제1의 1/4 파장판 ; 요면경 ; 제2의 1/4 파장판 ; 제5의 정렌즈 ; 제2의 2중 렌즈 ; 제6 정렌즈 ; 및 제3의 2중 렌즈를 포함하며, 상기 구성요소들은 시스템으로 입사하는 방사선이 상기 제1의 2중렌즈, 상기 제1 정렌즈, 상기 제2 정렌즈, 상기 셸, 상기 제3 정렌즈, 상기 제1 부렌즈, 상기 제2 부렌즈, 상기 비임분할기 입방체, 상기 제1의 1/4 파장판을 통과하고, 상기 요면경에 의해 반사되고, 다시 상기 제1의 1/4 파장판 및 상기 비임분할기 입방체를 통과하고, 상기 제2의 1/4 파장판, 상기 제5 정렌즈, 상기 제2의 2중 렌즈, 상기 제6 정렌즈 및 상기 제3의 2중 렌즈를 통과하도록 배치되는 반사굴절식 광학축소 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 셸과 상기 제3 정렌즈 사이에 배치된 접안경을 더 포함하는 광학축소 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 하기 표 2의 구성 데이타에 따른 구조를 지니는 광학축소 시스템.
  18. 비교적 높은 개구수를 지니는 반사굴절식 광학축소 시스템에 있어서, 긴 공역단부로부터 짧은 공역단부까지, 제1의 2중 렌즈 ; 제2의 2중 렌즈 ; 제1 정렌즈 ; 제2 정렌즈 ; 제1 부렌즈 ; 제3 정렌즈 ; 제2 부렌즈 ; 비임분할기 입방체 ; 제1의 1/4 파장판 ; 요면경 ; 제2의 1/4 파장판 ; 제4 정렌즈 ; 제3의 2중 렌즈 ; 제5 정렌즈 ; 셸 ; 및 제6 정렌즈를 포함하며, 상기 구성요소들은, 시스템내로 입사하는 방사선이 상기 제1의 2중렌즈, 상기 제2의 2중렌즈, 상기 제1 정렌즈, 상기 제2 정렌즈, 상기 제1 부렌즈, 상기 제3 정렌즈, 상기 제2 부렌즈, 상기 비임분할기 입방체, 상기 제1의 1/4 파장판을 통과하고, 상기 요면경에 의해 반사되고, 다시 상기 제1의 1/4 파장판 및 상기 비임분할기 입방체를 통과하고, 상기 제2의 1/4 파장판, 상기 제4 정렌즈, 상기 제3의 2중 렌즈, 상기 제5 정렌즈, 상기 셸 및 상기 제6 정렌즈를 통과하도록 배치되는 반사굴절식 광학축소 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 정렌즈와 상기 제2 정렌즈 사이에 배치된 접안경을 더 포함하는 광학축소 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 하기 표 3의 구성 데이타에 따른 구조를 지니는 광학축소 시스템.
  21. 제1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 또는 14항중 어느 한 항에 있어서, 상기 비임분할기는 입방체인 광학축소 시스템.
  22. 제1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 또는 14항중 어느 한 항에 있어서, 상기 개구조리개는 상기 비임분할기와 상기 요면경 사이에 있는 광학축소 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 가변성 개구가 상기 비임분할기와 상기 요면경 사이에 배치되는 광학축소 시스템.
  24. 제1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 또는 14항중 어느 한 항에 있어서, 상기 요면경은 전체 시스템 축소비의 1.6 내지 2.7배의 축소비를 포함하는 광학축소 시스템.
  25. 비교적 높은 개구수를 지니는 반사 굴절식 광학축소 시스템에 있어서, 긴 공역단부로부터 짧은 공역단부까지, 정배율의 제1 렌즈그룹 ; 부배율의 제2 렌즈그룹 ; 비임분할기 ; 요면경 ; 정배율의 제3 렌즈그룹 ; 상기 비임분할기 입방체와 상기 요면경 사이에 배치된 제1의 1/4 파장판 ; 및 상기 비임분할기 입방체와 상기 제3 렌즈그룹 사이에 배치된 제2의 1/4 파장판을 포함하며, 상기 제1 및 제2 렌즈그룹의 정배율은 조합하여 상기 요면경 또는 그 근처에 위치한 개구조리개에, 무한대에 위치한 입사동공의 상이 맺히게 하며, 상기 제2 렌즈그룹의 부배율은 상기 요면경에 대한 정확한 공역을 제공하며, 상기 제3 렌즈그룹의 정배율은 전체 시스템 배율의 잔여부를 제공하고 출사동공의 상이 무한대에 맺히게 하는 것을 특징으로 하는 반사 굴절식 광학축소 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제1의 1/4 파장판 및/또는 제2의 1/4 파장판은 정 영 (true zero) 등급 1/4 파장판들인 광학축소 시스템.
  27. 비교적 높은 개구수를 지니는 반사 굴절식 광학축소 시스템에 있어서, 긴 공역단부로부터 짧은 공역단부까지, 정배율의 제1 렌즈그룹 ; 부배율의 제2 렌즈그룹 ; 비임분할기 ; 요면경 ; 정배율의 제3 렌즈그룹을 포함하며, 상기 구성요소들은 시스템에 입사하는 방사선이 상기 제1 렌즈그룹, 상기 제2 렌즈그룹, 상기 비임분할기 입방체를 통과하며, 상기 요면경에 의해 반사되고, 상기 비임분할기를 통과하고, 상기 제3 렌즈그룹을 통과하도록 배치되는 반사굴절식 광학축소 시스템.
  28. 제2항에 있어서, 하기 표 4의 데이타에 따른 구조를 지니는 광학축소 시스템.
  29. 제2항에 있어서, 하기 표 5의 데이타에 따른 구조를 지니는 광학축소 시스템.
  30. 물체 공간 (object space) 개구수를 지니는 반사굴절식 광학축소 시스템에 있어서, 긴 공역단부로부터 짧은 공역단부까지, 노출 (emerging) 개구수를 가지는 부배율을 제공하기 위한 제1 렌즈수단으로서, 상기 노출 개구수는 물체 공간 개구수보다 큰 제1 렌즈수단; 비임분할기; 요면경; 및 정배율을 제공하기 위한 제2 렌즈수단으로서, 상기 제2 렌즈수단의 정배율이 실질적으로 시스템의 모든 배율을 제공하고, 시스템의 출사동공의 상이 무한대에서 맺히게 하는 제2 렌즈수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사굴절식 광학축소 시스템.
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