KR100544394B1

KR100544394B1 - 광학소자 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100544394B1
Application number: KR1020037014060A
Authority: KR
Inventors: 세이지 타케우치; 야수유키 우노
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2006-01-23
Also published as: TWI244679B; US7262920B2; EP1399766B1; JP3639807B2; WO2003003072A2; DE60217673D1; KR20040015179A; WO2003003072A3; EP1399766A2; ATE352048T1; US20040136084A1; US7102828B2; US20030000453A1; DE60217673T2; JP2003131002A

Abstract

본 발명은 고NA 조건하에 있어서 잠재복굴절의 영향을 저감할 수 있는 광학소자 및 그 제조방법, 노광장치 및 디바이스의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일측면에 의하면, 등축정계결정의 축[0 0 1]과 광축 사이의 각도가 10°미만이며 바람직하게는 0°이다.

Description

광학소자 및 그 제조방법{OPTICAL ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}

본 발명은 일반적으로 광학소자에 관한 것이며, 특히 진공자외방사선영역으로부터 원자외방사선까지의 단파장범위에 있어서 이용되는 성분인, 플루오르화칼슘 (CaF₂), 플루오르화바륨(BaF₂), 플루오르화스트론티움(SrF₂) 등 등축정계결정으로부터 이루어진 광학소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

전자기기의 소형화와 박형화의 요청으로부터 전자기기에 탑재되는 반도체소자의 미세화에 대한 요구는 점점 높아지고 있으며, 이러한 요구를 만족시키기 위해서 노광해상도를 높이는 제안이 다양화되고 있다. 노광원의 단파장화는 해상도의 향상에 유효한 수단이기 때문에, 최근에는 노광광원은 KrF엑시머레이저(파장 약 248nm)로부터 ArF엑시머레이저(파장 약 193nm)로 되었으며, F₂엑시머레이저(파장 약 248nm)가 실용화되고 있다. 플루오르화(CaF₂)단결정은, 상기 파장영역에서의 광투과율(예를 들면, 내부투과율)이 높기 때문에 노광광학계에 사용되는 렌즈나 회절격자 등의 광학소자용 광학재료로서 가장 적합하다. 또한, 플루오르화바륨(BaF₂)단결정 및 플루오르화스트론티움(SrF₂) 단결정은 투과율이 매우 높으므로, 응용이 검토되고 있다.

플루오르화칼슘(CaF₂)단결정은, 최근까지 도가니강하(crucible descent)방법 (또한, "브리지맨 방법"으로서 알려졌음)에 의하여 제조되었다. 상기 방법에서, 결정성물질의 원료를 도가니내에 충전하여, 히터를 사용하여 열을 인가하여 융해시키고, 도가니내의 원료를 하강시켜서 냉각시킴으로써, 원료를 결정화시킨다. 상기 공정에서, 결정의 성장을 유도하는 소망하는 면방위를 가진 종결정을 도가니의 바닥에 배치하여, 성장하는 결정의 면방위을 제어한다. 플루오르화칼슘은 결정방향[1 1 1]축에 수직인 <1 1 1>면의 벽개면이 취급이 용이하다는 일반적인 이점이 있으며, [1 1 1]축의 방향으로부터 입사하는 광빔에 관한 광탄력성에 기인한 복굴절의 영향이 작은 것을 이점으로 한다. 제조공정동안, 플루오르화칼슘은 <1 1 1>면으로 향하는 종결정을 사용하는 면방위를 제어시키고 결정의 <1 1 1>면을 슬라이싱함으로써 소망하는 광소자를 형성하도록 성장시킴으로써, <1 1 1>면을 광빔입사면으로 하는 광학소자를 얻는다. 따라서, 상기 광학소자를 구성하는 광학계는 [1 1 1]축과 일치시켜서, 광학소자(또는 광학계)의 광학특성을 향상시키는데 기여하고 있다.

그러나, 응력비틀림이 없는 이상적인 플루오르화칼슘결정을 성장시키는 경우라도, 단파장을 가진 광빔의 사용은 잠재적인 복굴절(진성(intrinsic)복굴절)을 무시할 수 없으며, 이러한 진성복굴절이 광학소자의 광학특성을 악화시킴으로써, 노광장치의 결상성능을 악화시키는 문제점이 있다. 이와 같은 단점은, 2001년 5월 캘리포니아, Dana Point에서 개최된 제 2회 International Symposium on 157nm Lithography에 있어서 Burnett에 의해서 발표되었다. 그들의 실험결과에서, 플루오르화칼슘의 진성복굴절의 최대값은 157nm파장에서 6.5nm/cm이며, 최대값이 나타나는 방향은 [1 1 0]축방향을 포함하는 12개 방향에 존재한다.

종래의 노광장치에서, 또는 특히 투영광학계에서, <1 1 1>면을 사용하는 상기 설명한 광학소자는, 최대복굴절을 나타나는 [1 1 0]축으로부터 단 35.26도 떨어진 [1 1 1]축과 동일한 광축을 갖는다. 예를 들면, [1 1 0]축을 통과하는 빔에 대한 플루오르화칼슘의 개구수(NA)는 193nm파장에서는 0.87이며, 157nm파장에서는 0.90이다. 최근 노광장치는 해상력의 향상을 달성할 필요성이 있으므로 증대된 NA를 가진 투영광학계를 구비하는 경향이며, 0.65 및 0.80 사이 범위에 있는 NA가 주류를 이룬다. 따라서, 광빔의 최대각도가 최대가 되는 웨이퍼 부근의 투영광학계의 광학소자에서, 진성복굴절이 최대치를 나타내는 [1 1 0] 부근 영역을 광빔이 통과한다. 이와 같은 사실은 종래의 노광장치에서는 결상성능이 양호한 노광을 행하기 어렵다.

<발명의 개시>

그러므로, 본 발명은 고NA에 있어서 진성복굴절의 영향을 저감가능한 광학소자 및 제조방법, 노광장치 및 디바이스제조방법을 제공하는 것을 예시적 목적으로 한다.

이하, 특히 플루오르화칼슘에 관하여 설명하고 있지만, 동일한 결정성능을 가진 등축정계결정인 플루오르화바륨와 플루오르화스트론튬에 관해서도 동일하게 적용할 수 있다.

본 발명의 일측면인 광학소자는, 등축정계결정의 [0 0 1]축과 광축사이의 각도가 10°미만이며, 바람직하게는 0°이다.

본 발명의 다른 측면인 광학소자는, 등축정계결정의 [0 0 1]축과, 광학소자를 사용하는 광학계의 광축을 이루는 각도가 10°미만이며 바람직하게는 0°인 광학소자를 제공한다. .

상기 광학소자에 의하면, 등축정계결정의 [0 0 1]축과 광축 사이의 각도는 10°미만이며, 광선이 [0 0 1]축으로부터 45°경사졌을 때 진성불굴절이 최대치로 된다. 그러므로, 광축을 [1 1 1]축에 일치시킨 실시예와 [0 0 1]축에 광축을 일치시킨 실시예를 비교하면, [0 0 1]축에 광축을 일치시킨 경우가 진성복굴절이 최대치로 되는광선각도를 크게할 수 있다. 따라서, <0 0 1>면을 사용하는 광학소자, 즉, 광축이 [0 0 1]축에 일치시키는 광학소자는 고NA조건하에서 결상성능의 악화에 덜 민감할 수 있다. 또한, 광축을 [0 0 1]축에 일치시키는 경우, 최대진성복굴절의 광선각도는 임계각 보다 크다. 이와 같은 사실은 광학소자의 발광면이 평평한 경우, 고NA조건인 경우라도 복굴절이 최대로 되는 것을 방지할 수 있다. 본 발명의 광학소자는 [0 0 1]축에 엄격하게 일치되는 광빔의 광축을 요구하지 않는다. 그러나, 광학소자는 광축과 [0 0 1]축 사이의 각도를 최소한 10° 미만으로 할 필요가 있다. 이것은 광축을 [1 1 1]축과 일치시키는 종래의 실시예와 실질적으로 동일한 결정의 광선각도와 진성복굴절량의 관계로 되는 것을 방지한다. 또한, 상기 각도는 진성복굴절의 최대치가 임계각도내에 있는 것을 방지한다. 임계각도는 발광측의 표면이 거의 평평하게 되는 경우에 사용되는 지수이다.

삭제

상기 설명한 바와 같은 광학소자에서, 등축정계결정은 플루오르화칼슘, 플루오르화바륨 또는 플루오르화 스트론튬이다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 설명한 바와 같은 광학소자중 어느 하나를 포함하는 투영광학계를 제공한다. 상기 투영광학계는 상기 광학소자를 포함하므로 상기 설명한 바와 동일하게 작용한다. 그러므로, 투영광학계는 향상된 결상성 능을 달성할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면의 축소투영광학계에 의하면, 상측의 광학부재는 상기 설명한 광학소자의 어느 하나를 포함한다. 축소투영광학계는 상기 설명한 광학소자와 동일한 작용을 갖으며, 최대 NA는 축소투영광학계의 상측에 나타나므로, 광학부재에 본 발명을 적용하여 결상성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면의 투영광학계에 의하면, 광빔과 광축 사이의 최대각도가 25°이상인 광학부재는 광학소자의 어느 하나를 포함한다. 또한, 상기 투영광학계는 상기 광학소자를 포함하므로, 상기 설명한 바와 같은 동일한 작용을 하며, 25°이상의 광선각도, 즉 0.65이상의 NA를 갖는 투영광학계에 적절하게 적용할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 설명한 바와 같은 광학소자를 가진 투영광학계에 있어서, 상기 광학소자의 [0 0 1]축 및 이 [0 0 1]축과 등가인 축 중 하나의 축인 제1의 축과 상기 투영광학계의 광축 사이의 각도가 10°미만이며, 상기 광학소자의 [0 0 1]축 및 이 [0 0 1]축과 등가인 축을 포함하고, 상기 제1의 축에 수직한 복수의 제2의 축이 상기 레티클의 패턴의 주기방향에 대해서 10°이상 어긋나 있다. 상기 투영광학계는 광학소자의 광축부근의 진성복굴절의 최대치가, 물체 패턴의 특징적인 방향으로부터 이탈되도록 하므로, 결상성능을 향상시킬 수 있다. 물체의 특징적인 방향은, 물체의 다른 방향을 기준으로 하여 0° 또는 45°, 90°의 각도를 형성한다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 설명한 바와 같은 광학소자를 2개 이상 포함하는 투영광학계에서, 광학소자의 개수는 n이며, 광학소자는 광학축의 다른 부근으로부터 떨어져서 위치하여, 광학소자 중 한쪽의 광학소자의 [0 0 1]축에 수직하는 [0 1 0]축과 광학소자중 다른쪽의 광학소자의 [0 0 1]축에 수직하는 [0 1 0]축은 서로 90/n ±10°내의 각도를 형성한다. 상기 투영광학계는, 진성복굴절이 광학소자의 광축부근의 최대값을 나타나는 방향을 치환함으로써 우수한 결상성능을 달성하며, 광학소자의 개수는 2이상이다.

삭제

상기 설명한 광학계는 파장이 200nm미만인 광원을 사용할 수 있다. 광원은 ArF엑시머레이저 또는 F₂엑시머레이저일 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 설명한 바와 같은 광학소자 및 광학계에 있어서, 본 발명의 다른 측면의 광학소자는, 렌즈, 회절격자, 평행한 평판, 광학막체 또는 그것의 복합체이다. 상기 광학소자는 상기 광학소자와 동일한 작용을 한다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 광원으로부터의 파장 200nm이하인 광을 사용해서 레티클을 조명하는 조명광학계, 및 상기 레티클의 패턴을 피처리체에 투영하는 상기 투영광학계를 가진 노광장치를 제공한다. 상기 노광장치는, 자외광, 원자외광 및 진공자외광을 노광으로서 사용하며, 상기 광학계를 개재하여 피처리체에 투영하여 상기 피처리체를 노광한다. 상기 노광장치는 상기 광학소자를 포함함으로써, 결상성능이 우수하게 노광할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면의 반도체 디바이스의 제조방법은, 상기 노광장치를 사용해서 피처리체를 노광하는 스텝과, 상기 노광된 피처리체를 현상하는 스텝을 포함한다. 상기 디바이스의 제조방법은 상기 노광장치와 동일한 작용을 갖는다. 디바이스의 제조방법과 제조방법의 결과인 디바이스는 본 발명의 일측면으로서 작용한다.

본 발명의 다른 목적과 또 다른 이점은 첨부된 도면을 참조하면서 실시예의 이하의 설명으로부터 용이하게 명백하게 된다.

도 1은 본 발명의 광학소자의 개략도.

도 2는 도 1에 도시된 광학소자를 적용한 투영광학계를 도시하는 개략측면도.

도 3은 파장 157nm에서 플루오르화칼슘의 진성복굴절과 그 방위를 3차원적으로 도시하는 시뮬레이션결과.

도 4는 [0 0 1]축 및 [0 1 0]축을 함유하는 평면내에 있어서 진성복굴절과 그 방위를 2차원적으로 도시한 시뮬레이션결과, 및 [0 0 1]축에 광축을 일치시킨 경우, 광축과, 진성복굴절이 피크를 나타내는 광빔과 광축 사이에 형성된 각도를 도시하는 도.

도 5는 결정의 광빔의 각도와 진성복굴절 사이의 관계를 도시하는 도.

도 6은 도 3에서 도시하는 시뮬레이션결과를 [0 0 1]축의 방향으로부터 본 경우의 진성복굴절을 도시하는 시뮬레이션결과.

도 7은 광축 부근의 방위각도에 대한 진성복굴절을 도시하는 도.

도 8은 도 2에 도시된 바와 같은 투영광학계를 도시하는 개략적인 사시도.

도 9는 도 2에 도시된 바와 같은 투영광학계의 예시적인 실시예를 도시하는 개략적인 사시도.

도 10은 본 발명에 의한 CaF₂를 사용하는 광학소자의 제조방법의 흐름도.

도 11은 디바이스(IC 및 LSI, LCD, CCD 등의 반도체칩)의 제조방법을 설명하는 흐름도.

도 12는 도 11에 도시된 단계(104)의 상세한 흐름도.

도 13은 본 발명의 예시적인 노광장치의 개략적인 단면도.

도 14는 <1 1 1>면의 광축 부근의 방위각도에 대한 진성복굴절이 도 7에 도시된 도에 부가된 도.

도 15는 도 3에 도시된 시뮬레이션결과를 [1 1 0]축의 방향으로 본 경우의 진성복굴절을 도시하는 시뮬레이션결과.

도 16은 본 발명의 광학게를 도시하는 개략도.

도 17은 도 16에 도시된 바와 같은 광학계의 개략적인 단면도.

도 18은 [1 1 0]축이 광축의 방향으로 하는, 두개의 평행평판의 광축 부근의 상대각도를 변화시키는 경우, 생성된 진성복굴절을 도시하는 시뮬레이션결과.

도 19는 광축이, [1 0 0], [1 1 0] 및 [0 1 0]축을 포함하는 단면과, [0 0 1], [1 1 0] 및 [0 0 -1]축을 포함하는 단면으로부터 경사진 경우 진성복굴절을 도시하는 도.

도 20은 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같은 광학계의 변형예로서 광학계 (300A)를 도시하는 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

1: 노광장치 10: 조명장치

12: 광원부 20: 레티클

30: 투영광학계 40: 판

45: 스테이지 100: 광학소자

200, 300: 광학계 310, 320: 평행평판

200, 400: 투영광학계

<발명의 실시의 최적모드>

발명자들은, 등축결정의 결정방위를 관찰하고 진성복굴절에 관하여 예의검토한 결과, 종래의 광축을 [1 1 1]축에 일치시키는 것 보다도 광축을 [0 0 1]축에 일치시키는 것이 진성복굴절의 영향을 감소시킬 수 있다. 설명을 위하여 등축정계결정으로서 플루오르화칼슘(CaF)을 사용하는 것에 대하여 설명하였지만, 이용재료는 이에 제한되지 않는다. 동일한 결정성질을 갖는 등축정계결정인 플루오르화바륨 및 플루오르화스트론륨에 관해서도 동일하게 적용할 수 있다.

이하, 도 1 내지 5를 참조하면, 상기 현상의 이유와 광학소자(100) 및 광학소자(100)을 적용가능한 투영광학계(200)에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 광학소자(100)의 개략도이다. 도 2는 도 1에서 도시한 광학소자(100)가 적용되는 투영광학계(200)의 개략측면도이다. 도 3은 파장 157nm에 있어서 플루오르화칼슘의 진성복굴절량과 그 방위를 3차원적으로 도시한 시뮬레이션 결과이다. 도 4는 [0 0 1]축과 [1 0 0]축을 포함하는 평면에 있어서 진성복굴절량과 그 방위를 2차원적으 로 도시한 시뮬레이션결과이며, [0 0 1]축을 광학축에 일치시키는 경우, 진성복굴절이 피크로 되는 광학축과 광빔 사이에 형성된 각도와 광학축을 표시한다. 도 5는 결정에 있어서 광빔의 각도와 결정 사이의 관계를 도시하는 도이다. 도 3 및 4에서, 원점으로부터의 거리는 진성복굴절(량)을 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같은 진성복굴절은 각각의 상한에서 대칭을 표시하며, 따라서 이하의 설명에서는 주로 제 1상한에 대하여 설명한다. 결과는 다른 상한에서와 동일할 수 있으므로, 상기 적용에서는 중복설명은 생략한다. 또한, 상기에서 광축을 [0 0 1]축에 일치시키는 현상이 진성복굴절의 영향을 오히려 저감시키는 것에 대하여 설명하였지만, 진성복굴절의 대칭성은, [0 1 0] 및 [1 0 0]축이 [0 0 1]축과 동일한 작용과 영향을 발휘하는 것을 알 수 있다. 그러므로, 본 발명의 적용에서, [0 0 1]축은, [1 0 0],[0 1 0]과 다른 5축으로 치환할 수 있으며, [0 0 1]축은 이들 6축을 총괄하는 것으로 이해될 수 있다. 도 3에서 명백하게 도시한 바와 같이, CaF₂단결정은 진성복굴절의 소량을 표시하며; 이런 관점에서, 렌즈 등의 광학소자는 광축을 [1 1 1]축에 일치시킴으로써 유리하게 형성될 수 있다. 그러나, CaF₂는, 예를 들면 [1 1 0]축과 다른 축 등의 12 대칭성방향으로 진성복굴절량(6.5nm/cm, Burnett 등에 의한 실험결과)의 피크를 표시한다. 투영광학계에 있어서, 예를 들면, 최근 고NA화를 향하는 경향에 관련하여 NA는 확대경향이 있다. CaF₂의 <1 1 1>면은 광빔을 [1 1 1]축에 일치시키는 것에 관하여 매우 작은 복굴절량을 나타내지만, 상기 설명한 바와 같이 이러한 빔을 포함할 수 있는 [1 1 1]축으로부터 떨어진 경사진 광빔은 35.26°에서 경 사지며 진성복굴절의 피크를 나타낸다. CaF₂에 대하여 입사하는 157nm파장의 광빔의 임계각도는 약 39.9°이며, 고NA의 광학계에 적용되는 광학소자의 광축으로서 [1 1 1]축을 이용하며, 가장자리광빔은, 진성복굴절량을 나타내는 위치의 부근을 통과하며; 그러므로, 이러한 광학소자를 가진 투영광학계는 결상성능을 악화시키므로 불리하다.

따라서, 본 발명에 의한 광학소자(100)는, 광축0이 결정방위에 관한여 [0 0 1]축에 일치시키는 것을 특징으로 한다. [0 0 1]축은, [1 1 1]축과 마찬가지로, [0 0 1]축을 통과하는 광빔의 진성복굴절량은 매우 작다. 광축0을 [0 0 1]축에 일치시키는 광학소자(100)에서, 도 4에서 명백하게 도시한 바와 같이, 진성복굴절이, 광빔이 [0 0 1]축으로부터 떨어진 45°로 입사하는 경우, 최대치를 나타낸다. 다음, 도 3에 도시한 바와 같이, 광축을 결정면내에서 광선의 각도와 진성복굴절에 관하여 광축을 [1 1 1]축에 일치시킨 실시예와, 광축을 [0 0 1]축에 일치시킨 다른 실시예와 비교하면, 진성복굴절이 피크를 나타내는 광선각도는, 35.2°〈 45°로 되어, 광축을 [0 0 1]축에 일치시킨 경우가 크게 된다. 따라서, <0 0 1>면을 사용하는 광학소자, 즉, 광축 0을 [0 0 1]축에 일치시키는 광학소자(100)는 고NA에 대하여 결상성능을 거의 악화시키지 않는다. 또한, 광축을 [1 1 1 ]축에 일치시키는 경우, 진성복굴절(량)의 피크는 임계각 내에 있으나, 광축을 [0 0 1]축에 일치시키는 경우, 진성복굴절(량)의 피크는 임계각의 외측에 존재한다. 그러므로, [0 0 1]축의 사용에 의하여 복굴절은 고NA의 광학계에서 피크로 표현할 수 없다. 또한, NA가 0.65, 0.7 또는 0.8인 경우라도, 광축을 [0 0 1]축에 일치시킨 광학소자(100)의 진성복굴절은 더욱 작은 값을 나타낸다.

본 발명의 광학소자(100)의 몇몇에 있어서, 광빔의 광축 0을 [0 0 1]축에 일치시키도록 광학계(100)를 제조하여도, 실제로 [0 0 1]축은 제조착오로 인하여 광축 0에 정확하게 일치하지 않는 경우도 있다. 따라서, 본원 발명의 광학소자(100)는 [0 0 1]축에 엄밀하게 일치되는 광빔의 광축 0을 필요로 하지 않는다. 그러나, 후술한 이유에 의하여, 광학소자(100)는 광축 0과 [0 0 1]축 사이의 각도가 적어도 10°미만이 되도록 구성되어야 한다. 도 5는 그것에 대하여 설명한다. 광학소자(100)의 광축 0은 [0 0 1]축에 대하여 10°기울어지고, 광축 0에 평행하는 광빔을 광학소자(100)로 입사시킨다. 그러나, 정확하게, 직각으로 광학소자(100)로 방출하는 입사각은 [0 0 1]축에 10° 기울어져서 입사한다(예를 들면, 도 4에서와 같이 광축은 좌측으로 10° 경사짐). 상기 경우에, 도 5에 도시된 실선을 상대적으로 좌측으로 10°이동하지 않으면, 올바른 빔의 실제 광축은, 진성복굴절(량)이 가장 작은 값을 나타내는 방향으로 방출되지 않는다. 이러한 조건하에서, 실선은 점선과 거의 일치하게 되고, 진성복굴절과 결정으로 입사하는 광의 각도 사이의 관계는, 광빔의 광축을 종래 실시예처럼 [1 1 1]축에 일치하는 경우와 거의 동일하게 된다. (도 4의 광축이 우측으로 10°기울어지면, 도 5에 도시하는 실선이 10°만큼 좌측으로 이동하지 않으면 진성복굴절(량)은 적절한 값을 나타내지 않는다. 이런 조건하에서, 도 5의 좌측에 위치하는 진성복굴절의 피크는 임계각도 내에 있는 것은 또한 바람직하지 않다.). 또한, 광축 0은 10°이상 만큼 [0 0 1]축으로부터 어 긋나는 경우, 광축 0은 진성복굴절이 피크를 나타내는 방위로 근접하는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 상기 설명한 단점을 제거하기 위하여, 본 발명은, 제조상의 오차를 고려하여, [0 0 1]축과 광학소자(100)의 광축 0 사이에 형성되는 각도를 10° 미만으로 제한한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 광학소자(100)는 투영광학계(200)에 적합하게 적용할 수 있으며, 특히 투영광학계의 배율을 축소하는 경우, 투영광학계의 상면 P의 측에 위치하는 광학부재 (L1)에 적용하는 것이 바람직하다. 도 2에 도시한 바와 같이, 투영광학계(200)는 4개의 광학부재 (L1) 내지 (L4)으로 이루어지며, 본 실시예에서, 광학소자(100)는 상면 P측으로부터 탑재하는 경우 1번째인 광학부재 (L1)에 적용된다. 그러나, 투영광학계(200)에서 광학부재 (L1) 내지 (L4)의 개수는 예시적일 뿐이며 4개로 제한되는 것은 아니다. 또한, 투영광학계(200)가 상면 P의 측에 고 NA값으로 나타나는 경우, 다음으로 광학소자(100)는 상면 P측으로부터 탑재하는 경우 제 2번째인 광학부재 (L2)에 적용할 수 있다. 상기 설명한 바와 같이, 상기와 같이 위치하는 광학부재는, 광빔과 광축 0이 사이에 형성된 최대각도가 광축부재내에서 큰 값을 나타난다. 더욱 구체적으로, 최대각도가 25°이상으로 되는 광학부재용으로 광학소자(100)를 사용할 수 있다. 각도 25°는 NA 65°에 해당하며, 본 발명은 65°이상의 고 NA에 대하여 적합하다.

이하, 도 3, 5, 및 7를 참조하면, 광학소자(100)의 <0 0 1>면상의 광축 0 부근의 90°간격으로 직교하는 2개의 방향을 따라서 진성복굴절의 피크가 존재한다. 도 3에서 도시된 시뮬레이션결과는 [0 0 1]축의 방향으로부터 보는 경우, 도 6은 진성복굴절을 나타내는 시뮬레이션결과이다. 도 7은 광축 부근의 방위각도에 대한 진성복굴절을 도시한다. 도 14를 참조하면, 진성복굴절의 피크는 <1 1 1>면의 광축 부근에서 120°간격으로 나타난다. 도 14는, <1 1 1>면의 광축부근의 방위각도에 대한 진성복굴절을 도 7에 도시한 도에 부가한 도이다. 도면에서 명백하게 도시한 바와 같이, 광축 부근의 방위각도에 대한 진성복굴절은 <1 1 1>면에 비하여 <0 0 1>면에서 상대적으로 작은 값을 나타내며; 이러한 관점에서도, 본 발명의 광학소자(100)는 진성복굴절의 영향을 거의 받지 않는 것으로 이해된다.

도 8를 참조하면, 투영광학계가 형성되는 물체 M의 패턴은, 일반적으로, O°, 45°및 90°등의 특징적인 패턴의 각도를 사용한다. 도 8은 도 2에 도시된 바와 같은 투영광학계(200)의 개략적인 사시도이다. 도 8에서, 투영광학계의 광학부재의 부분에 대하여 도시하고 있지 않다. 특징적인 패턴은 물체 M의 하나의 방향(예를 들면 y방향)에 관하여 0 °, 45° 및 90°의 각도를 형성하는 패턴, 또는 이들 패턴중 하나이상과 조합하여 형성된 패턴을 포함한다. 도 8에서, y방향을 기준으로 0°의 각도를 형성하는 패턴에 대하여 도시한다. 투영광학계(200)가 상기와 같이 패턴을 형성하는 경우, 진성복굴절의 피크의 두개의 방위중 어느 하나의 방위와 물체 M의 패턴을 형성하는 광의 광속의 광로를 일치시키는 경우, 결상성능은 열악화된다. 그러므로, 본 발명의 광학소자(100)를 포함하는 투영광학계는, 진성복굴절의 피크의 방위중 어느 하나를 패턴의 방향에 일치시키지 않도록 10°이상 만큼 이동하는 방위에 광학부재 (L1)를 배치하는 것이 바람직하다.

또한, 광학소자(10)는 투영광학계(200)에서 두개의 광학부재 (L1) 및 (L2)에 적용하는 경우, 도 9에 도시한 바와 같이, 광학부재 (L1) 및 (L2)중 어느 하나의 [0 0 1]축에 수직하는 [0 1 0]축(또는 [1 0 0]축)은 광축 부근에 45° 만큼 이동한 방위에 위치하는 것이 바람직하다. 도 9는 도2에 도시한 바와 같이 투영광학계 (200)의 예시적인 실시예에 대하여 도시하는 개략적인 사시도이다. 도 9에서, 투영광학계(200)의 광학부재의 부분에 대하여 도시하고 있지 않다. 두개의 직교하는 방향으로서 나타나는 진성복굴절의 피크가, 각각의 광축에 일치하지 않는 두개의 광학소자(100)를 포함하는 투영광학계가, 투영광학계(200)의 광학적인 성질을 향상시킬 수 있기 때문에 상기 실시예를 실시한다. 투영광학계(200)는 2이상의 광학소자 (100)구비하며, 광학소자중 한쪽의 광학소자의 [0 0 1]축에 수직하는 [0 1 0]축과 광학소자의 다른쪽의 광학소자의 [0 0 1]축에 수직하는 [0 1 0]축이 서로 90/n ±10°이내에서 각도를 형성하도록, n개의 광학소자를, 광축 부근으로부터 떨어진 곳에 배치하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 발명자들이 이에 대하여 더욱 연구한 결과, 광축을 [0 0 1]축에 일치시킨 것과 마찬가지로, 광축을 진성복굴절(양)(예를 들면, [1 1 0]축)의 피크에 일치시킨 실시예는, 진성복굴절의 영향을 감소시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 도 15는 도 3에 도시된 시뮬레이션의 결과를 [1 1 0]축의 방향으로부터 본 경우, 진성복굴절을 도시하는 시뮬레이션의 결과이다. [1 1 0]축은, 진성볼굴절의 피크를 설명을 위하여 나타나는 축으로서 사용하지만, 본 발명은 [1 1 0]축에 제한되는 것은 아니다. 상기 설명한 바와 같이, 진성복굴절은 12개의 방향으로 피크를 나타내고, 본 실시예에서는 예시적으로서만 [1 1 0]축을 사용하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에서 표현된 [1 1 0]축은 [1 0 1]축 및 [0 1 1]축 등의 다른 축으로 치환되어도 좋으며, [1 1 0]축은 이들 12개 축을 총괄하는 것으로 이해되어야 한다.

도 16 및 도 17을 참조하면, 광축을 [1 1 0]축에 일치시킨 경우, 복굴절(양)이 감소하는 이유와 본 발명의 다른 실시예로서 광학계(300)에 대하여 설명한다. 도 16은 본 발명의 광학계(300)의 개략도이다. 도 17은 도 16에서 도시하는 바와같은 광학계(300)의 개략적인 단면도이다. 두개의 광학소자(평행 평판(310)(320))를 포함하는 광학계(300)는, 이들 두개의 평행평판(310)(320)의 조합에 의하여 진성복굴절의 감소할 수 있는 것을 특징으로 한다. 더욱 상세하게는, 평행한 평판(310)(320)은 동일한 종류의 평행평판(즉, 결정방위에 관해서 동일한 방위성 및 동일한 두께를 갖음)이며, 평행평판(310)(320)의 광축(판 (310) 및 (320)의 직선과 일치함)을 결정의 축[1 1 0]축에 일치시키도록 구성된다.

평행평판 (310) 및 (320)에 관하여, 이들 평행평판(310) 및 (320)을 구비한 광학계(300)는, 평행평판 (310)(320)의 [1 1 0]축이 광축 0에 일치하도록 배치된다. 또한, 평행평판 (310)(320)의 각각은, 광축에 일치하는 [1 1 0]축에 수직인 일축, 예를 들면, [0 0 1]축을 가지며, 서로 상이한 각도를 상대적으로 형성하도록 배치된다([0 0 1]축은 예시적이지만, [1 1 0]축에 수직인 축은 여기에 제한되지 않는다). 도16에서 명백하게 도시한 바와 같이, 평행평판(310)(320)에 있어서 축이 서로 직교하도록, 즉 상대각도가 90°가 되도록 배치되는 [0 0 1]축을 가진다..

상기 구성에 있어서, 상기 광학계(300)는 평행평판(320)을 사용함으로써 광 학계(300)에 입사하는 광빔에 관하여 평행평판(310)(320)에서 진행(지연)시키는 편광성분의 위상을 지연(또는 진행)시킴으로써, 편광성분의 위상 사이의 바꾸어 놓음을 취소하고 진성복굴절의 영향을 저감시킨다. 더욱 상세하게는, 복굴절은 슬릿광빔이 통과하는 필수적인 방향을 가지고 있으며, 하나는 진행위상축을 따라 진행하고, 다른 것은 지연위상축을 따라 진행한다. 진행위상축은, 광빔진행방향으로 광축과 진행위상축을 포함하는 평면에서 진동하는 전계성분을 가지는 편광빔이, 편광빔과 직교하는 방향으로 진행하는 다른 편광빔에 대하여, 매질(본 실시예에서는 광학소자)에서 통함으로써 위상이 진행하는 현상에서 작용한다. 반대로, 지연위상축은, 편광빔이 매질(본 실시예에서는 광학소자)에서 통함으로써 위상이 지연되는 반대현상에서 작용한다. 따라서, 단 하나의 평행평판(310)을 통과하는 광빔은 편광성분의 위상이 어긋나고, 즉, 진성복굴절이 나타난다. 그러므로, 진행위상축과 지연위상축의 배치를 변경시키는 하나 이상의 평행평판(320)을, 즉 [1 1 0]축에 직교하는 축이 서로 직교하도록 하여 위상어긋남이 취소된다.

도 18을 참조하면, [1 1 0]축을 각각 광축방향으로 하는 두개의 평행평판 (310)과 (320)은, 광축주위의 상대각도를 변화시키도록 향하게 하여, 두개의 평행평판 (310)과 (320)으로 구성된 광학계(300)의 전체 진성복굴절을 감소시킨다. 도 18은, [1 1 0]축이 광축의 방향인, 광축부근의 두개의 평행평판의 상대각도를 변경시키는 경우, 생성된 진성복굴절을 도시하는 시뮬레이션의 결과이다. 두개의 평행평판은 1cm두께를 가지며, 파장은 157nm이다. 도 18을 참조하면, 두개의 평행평판의 광축 부근의 상대각도의 변화는, 두개의 평행평판의 진성복굴절을 감소시키며, 상대각도가 45°이상(90°미만)인 경우의 진성복굴절은, 하나의 평행평판이 사용되는 경우에 비하여 감소되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 두개의 평행평판의 [1 1 0]에 직교하는 특정 축(예를 들면 [0 0 1]축) 사이의 상대각도가 90°인 경우, 진성복굴절(량)은 최소값(0nm/cm)로 나타난다.

광학계(300)의 하나의 단면을 고려하면, 하나의 평행평판이 [1 0 0], [1 1 0] 및 [0 1 0]축을 포함하는 단면으로 이루어지면, 다른 평행평판은 [0 0 1], [1 1 ] 과 [0 0 -1]을 포함하는 단면으로 이루어진다. 이들 광학계(300)의 단면은 광축 0으로부터 명백하게 입사하는 광빔의 구성부재에 대한 본원 발명에서의 광학계 (300)의 진성복굴절의 영향을 또한 감소시킨다. 도 19는 [1 0 0], [1 1 0] 및 [0 1 0]축을 포함하는 단면과 [0 0 1], [1 1 0] 과 [0 0 -1]을 포함하는 단면에 관하여, 광축이 [1 1 0]축으로부터 경사진 경우의 진성복굴절(량)에 대하여 도시한다. 도 19를 참조하면, 광빔이 광축으로부터 경사진 경우, 각각의 단면에 관한 진성복굴절의 값은 -30°와 30°사이의 범위에서 서로 거의 일치한다. 그러나, 진성복굴절이 절대값을 나타내고, [0 0 1], [1 1 0] 및 [0 0 -1]축을 포함하는 단면에서의 진성복굴절(량)은 -35.26°와 35.26°사이의 범위에서 부호가 역전한다. 상기와 같은 것은, -30°와 30°사이의 범위에서, 광빔이 광축 0으로부터 경사지는 경우라도, 진성복굴절은 두개의 평행평판 (310) 및 (320)을 사용하여 취소시킬 수 있다. NA에 있어서 0.8에 해당하는 것은 30°(더욱 상세하게는 30.9°이상)이므로, 본 발명에서 광학계(300)는 0.8이상의 고NA에 적합하다는 것을 시사하고 있다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명의 광학계(300)는 진성복굴절의 피크의 축, 즉 [1 1 0]축을 갖지만, 두개의 평행평판 (310) 및 (320)을 조합하여 사용할 수 있으므로, 광학계(300)에서의 진성복굴절을 감소시킬 수 있다. 따라서, 광학계(300)는 결상성능의 향상을 달성할 수 있다. 광학계(300)는 고NA의 광학계에 있어서 매우 유효하게 적용할 수 있다.

광학계(300)는 두개의 평행평판(310) 및 (320)에 의하여 예시적으로 구성되지만, 광학소자의 개수는 제한되지 않는다. 광학계(300)는 평행평판, 렌즈 및 회절광학소자 등의 두개 이상의 광학소자로 구성되어도 된다. 그러나, 광학계(300)에서, 광학소자의 [1 1 0]축에 직교하는 [0 0 1]축의 상대각도를 변화시켜서 진성복굴절을 상대적으로 감소시킬 수 있다.

예를 들면, 도 20에서 명백하게 도시한 바와 같이, 세개의 평행평판으로 구성된 광학계(300A)는 도 16 및 도17에 도시한 바와 같이, 평행평판(320)(또는 평행평판(310)을 두개로 분리시킴으로써 구성된다. 도 20은 도 16 및 도 17에서 도시한 바와 같이 광학계의 변형예로서 광학계(300A)를 도시하는 개략도이다. 도 19에서, 평행평판(300A) 및 (300B)는 [1 1 0]축에 직교하는 평면에 관해서 도 16및 도 17에서 도시한 바와 같이 평행평판(320)의 분리에 의해 구성되고, 도 10에서, 예시적으로 각각의 평행평판 (320A) 및 (320B)의 두께는 평행평판(320)의 반으로 한다. 이와 같은 것은, 평팽형판 (320A) 및 (320B)를, 평행평판(310)에 관한 [1 1 0]축에 수직하는 축(예를 들면, [1 1 1]축)의 상대각도를 변하게 하고, 평행평판(320)과 동일하게 작용하게 한다. 도 20에서, 평팽평판(320A) 및 (320B)는 평행평판 (310) 을 샌드위치하도록 구성되지만, 평행평판(320A) 및 (320B)은 평행평판(310)의 한측 에 연속해서 배치되어도 된다. 상기와 같은 구성이어도, 편광성분의 위상차는 취소될 수 있으며 광학계(300)에서와 동일한 효과를 얻을 수 있따. 또한, 하나 이상의 평행평판(평행평판 (310)(320)과 동일한 결정방위 및 두께를 갖음)은, [1 1 0]축이 광축과 일치하는 방식으로 광학계(300)에 부가될 수 있으며, 세개의 평행평판으로 구성되는 광학계를 구성해도 된다. 그러나, 상기 광학계는, 편광성분의 위상차이를 최소화하기 위하여 세개의 평행평판의 [1 1 0]축에 수직하는 하나의 축(예를 들면, [0 0 1]축)의 상대각도를 변화시키으로써 구성되어도 된다.

광학계(300)가 네개 이상인, n매(n은 우수)의 평팽향판으로 구성되는 광학계 (300B)(도시하지 않음)인 경우, 상기 설명한 평팽평판(310)(320)을 쌍으로 하고, 이러한 1쌍을 n/2개 사용해서 광학계를 구성한다. 또한, 광학계(300)를 5 이상의 m매(m은 기수)의 평행평판으로 구성하는 경우, 상기 설명한 평행평판(310)(320)을 쌍으로 하고, 이러한 쌍을 (m-3)/2개 사용하고 또한 상기 설명한 것의 조합을 남아 있는 3개의 평행평판에 적용해서, 광학계를 구성한다.

평행평판이 본 실시예에서의 광학계(300A) 및 (300B)의 2개 이상의 광학소자로서 예시적으로 설명되지만, 상기 실시예는 광학소자가 렌즈 또는 회절광학소자인 경우에도 적용할 수 있거나, 또는 평행평판을 포함하는 복수종류의 이들 광학소자를 조합해서 구체화하는 경우에도 적용할 수 있다.

본 발명의 광학계(300)는 상기 광학소자(100)이외에도 투영광학계(400)에도 적합하다. 투영광학계(400)는 설명을 위하여 4개의 광학부재 (L1) 내지 (L4)로 구성되고, 도 2를 참조하여 다시 설명한다. 광학계(200)에서 광학부재 (L1) 내지 (L4)의 수는 예시적이지만, 4로 제한하지 않는다. 본 발명의 투영광학계(400)의 배율이 축소인 경우, 광학계(300)의 평행평판(310)(320)을, 투영광학계(400)의 상판P측에 위치하는 광학부재 (L1) 내지 (L4)에 적용해도 좋다. 그러나, 광학계(300)를, 한 쌍의 평행평판(310)(320)을 포함하는 하나의 광학계로 간주하는 경우, 광학계(300)는 도 2에 도시된 바와 같이 광학부재 (L1)에 적용할 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 투영광학계(400)에서, 광학부재 (L1) 및 (L2)는 평행평판으로서 달성되는 것이 바람직하다. 또한, 투영광학계(300)가 상면 P측에 고NA인 경우, 광학계(300)는 상면P측으로부터 3개 이상의 부재인 광학부재(L3) 등에도 또한 적용될 수 있다. 즉, 상기 설명한 바와 같이, 광빔과 광학축0 사이에 형성된 최대각도가 상기 설명한 위치에 위치한 바와 같이 광학부재내에서 커지며, 더욱 구체적으로는, 최대각도가 25°이상인 광학부재에 광학계(300)를 적용하는 것이 바람직하다. 25°각도는 NA0.65°에 상당하고, 본 발명은 고NA 값 0.65°에 적용하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 것은 입사가장자리광빔(투영광학계(400)중에서 가장 광축으로부터 떨어진 광빔)인 경우라도 결상성능을 악화시키지 않고, 투영광학계(400)의 광학특성의 향상에 기여한다.

광학계(300)를 투영광학계(400)로 이루어진 광학부재 중에 적용하지 않는 광학부재(L3) 및 (L4)는, 상기 [1 0 0]축을 광축과 일치시키는 광학소자 또는 [1 1 1]축을 광축에 일치시키는 광학소자 또는 이들의 조합을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 상기 설명한 바와 같이, 광축(즉, [1 0 0] 또는 [1 1 1]축)에 수직하는 축의 상대각도를 변화시키고, 투영광학계(400)의 진성복굴절이 작아지도록 조절(광축에 대한 광학소자를 회전시킴)하는 것이 바람직하다. 그러나, 투영광학계 (400)를 구성하는 광학부재(L1) 내지 (L4)가 두개의 광학계(300)로 구성되는 경우라도, 광학계(300)는 진성복굴절이 작아지도록 상대적으로 조절한다.

광학계(300)와 투영광학계(200),(400) 등의 광학계에서, 전체광학계에서의 복굴절( 복굴절에 의해 초래된 파면의 이탈)이 사용파장 λ의 1/4이하로 되면,경상성능은 복굴절(강한 복굴절 및 진성복굴절을 포함)으로 이하여 악화되는 결점이 있다. 예를 들면, 파장 λ= 157nm인 F₂엑시머레이지에서, 광학계전체를 통한 복굴절 (량)은 약 40nm/cm이하로 되지 않으면, 우수한 결성성능조건을 얻을 수 없다. 광학계 전체를 통한 복굴절은 간섭실험 및 시판의 복굴절측정장치에 의하여 측정할 수 있으며, 이러한 광학계를 조정하는 것이 바람직하다.

도가니강하법을 이용한 CaF₂결정 및 광학소자(100)의 제조방법에 대하여 설명한다. 그러나, 본 발명의 방법은 이에 제한되지 않는다. 도 10은 본 발명에 의한 CaF₂을 사용한 광학소자의 제조방법의 흐름도에 대하여 도시한다. 먼저, 원료로서 고순도 CaF₂의 합성재료를 준비하고, 이것을 스카벤저에서 혼합한다(스텝 1100). 고순도 CaF₂의 합성재료는, 탄산칼슘을 플루오르화수소와 처리함으로써 준비한다. 본 발명은 이에 제한되지 않으며, CaF₂원석을 플루오르화수소에 의해 처리함으로써 불순물(즉, SiO₂)을 제거하는 방법에도 적용할 수 있으나; 고순도의 CaF₂는, CaF₂원석과는 상이하게 분말이며, 부피밀도가 매우 낮은 것(약 10 내지 20μ)이 바람직하 다. CaF₂원료를 용기(또는 도가니)에서 스카벤저로 혼합하는 때는, 용기를 회전시켜서 균일하게 혼합을 얻는 것이 바람직하다.

스카벤저로서, 성장시켜서 플루오르화보다 산소와 결합시키기 쉬운, 플루오르화아연, 플루오르화칼슘, 플루오르화 비스무스, 플루오르화나트륨, 플루오르화리튬 등의 플루오르화를 사용하는 것이 바람직하다. 플루오르화원료중에 혼합하고 있는 산화물과 반응해서 기화하기 쉬운 산화물로되는 물질이 선택된다. 특히, 플루오르화아연이 바람직하다.

플루오르화칼슘의 분말과 스카벤저의 혼합물에 대해서 정제처리한다(스텝 1200). 정제처리는 불순물(예를 들면, 탄산)를 제거해서 플루오르화칼슘을 고순도화하는 공정이며, 탈수, 스카벤저반응, 스카벤저생성물의 제거, 융해 및 고화의 작용을 포함한다. 정제처리에 있어서, 혼합물은 정제노의 도가니중에 넣는다. 그후, 히타에 통전하여 도가니내의 혼합물을 가열해서 탈수를 행한다.

다음, 정제한 결정을 2차원료로서, 사용하여 도시하지 않은 결정성장노에 있어서 플루오르화칼슘의 단결정을 성장시킨다(스텝 1300). 성장방법은 결정의 크기 및 사용목적에 따라서 적당한 방법을 선택하지만, 예를 들면, 브리지맨 방법은 도가니를 점진적으로 하부로 함으로써 단결정을 성장시킨다. 상기 방법에서, 소망하는 면방위, 퇴적이 진행되는 즉 <0 0 1>면을 가진 성장의 기점으로 하는 종결정 (seed crystal)을 도가니의 기저면에 배치함으로써, 성장하는 결정의 면방위를 제어한다(스텝 1310).

다음, 히터를 통전하여 플루오르화칼슘물질(결정)을 약 1,390℃ 내지 1,450℃로 가열하여 플루오르화칼슘결정을 완전하게 용융한다. 그후, 도가니를 0.1 내지 5.0mm/h의 속도로 서서히 낮추고(소정의 온도 구배를 통과시킴) 융해된 플로오르화칼슘을 서서히 냉각시킴으로써, 단결정을 종결정에 의거하여 성장시킨다.

이어서, 성장한 플루오르화단결정을 어닐링노에서 가열처리한다(어닐링처 리)(스텝 1400). 어닐링처리에서, 성장플루오르화칼슘단결정이 열에 의해 처리되고 내부의 응력을 제거하여 결정의 부서짐이 적게한다. 성장단결정은 어닐링노의 쳄버내에서 격납된 도가니에 놓여진다.

어닐링처리에서, 도가니는 약 900℃ 내지 1,000℃에서 균일하게 가열되고 물질이 고체를 유지하면서 플루오루화칼슘의 내부 응력을 제거한다. 약 1,140℃ 이상의 온도에서 가열함은 구조의 변경등을 일으키므로 바람직하지 않다. 가열시간은 약 20시간 이상이되어야 하며, 약 20 내지 30시간이면 바람직하다. 어닐링처리에서, 어닐링은 결정의 결정의 전위가 감소한다. 이후, 플루오르화칼슘걸정은 내부의 응력이 없음을 유지하면서 실온의 온도로 냉각시킨다.

그 후, 플루오르화칼슘은 필요로 하는 광학소자(100)로 성형한다(스텝 1500). 광학소자(100)는 렌즈, 회절격자, 투명평행판, 광필름 또는 이들의 조합을 포함하며, 렌즈는, 예를 들면, 멀티렌즈, 렌즈어레이, 수정체렌즈, 비구면렌즈를 포함한다. 단일의 렌즈이외에 부가하여, 광학소자(100)는 광학센서(예를 들면, 포커스제어용센서)일 수 있다. 필요에 따라서, 반사방지막을 플루오르화결정의 광학물품의 표면에 형성해도 좋다. 반사방지막으로서, 플루오르화마그네슘, 산화알루미늄 또는 산화탄탈륨을 적절하게 이용하고, 이들은 내열에 의해 증착, 전자빔증착, 스퍼터링에 의해 형성해도 좋다.

본 발명의 실시예에서 플루오르화칼슘결정은 면방위를 고려하여 형성되지만, 사용할 수 있는 방법은 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 플루오르화칼슘결정은 브릿지맨방법에 의해 제조되는 경우, 플루오르화칼슘의 수평면은 특별히 성장 방위에 있어서 우수한 곳이 없는 각각의 성장결정에 대하여 랜덤하게 선택된다. 상기 경우, 결정성장을 개재하여 얻은 플르오르화칼슘결정 또는 어닐링처리에 의한 결정성장을 개재하여 얻은 플르오르화칼슘결정으로부터 <0 0 1>면이 두개의 평행평판이 되도록 플르오르화칼슘결정을 슬라이싱한 다음, 이러한 부재를 열처리하여 그 광학특성을 향상시켜도 좋다.

상기 처리는 플르오르화칼슘결정을 평행평면인 <0 0 1>이 되도록 슬라이싱하는 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 것은 진성복굴절을 고려하면서 광학소자(100)를 제조할 수 있다.

광학계(300)에 적용가능한 광학소자(평행평판 (310)과 (320))는, 도 10에 도시한 바와 같이, 스텝(1300)에서 도가니의 하부에서 성장시키는 면방위, 즉 <1 1 0>면을 갖는 성장의 기점으로 되는 종결정을 배치함으로써, 성장하는 결정의 면방위를 제어하며, 또는 <1 1 0>면이 평행한 두개의 평면으로 되도록 플루오르화칼슘결정을 슬라이싱해도 좋다. 또한, 광학소자의 제조방법은, 상술한 바와 같으므로, 상세한 설명은 생략한다.

도 13을 참조하여, 본 발명의 예시적인 노광장치 1에 대하여 설명한다. 도 13은 본 발명의 노광장치(1)의 개략적인 단면도이다. 노광장치(1)은, 도 13에서 도시한 바와 같이, 조명장치(10), 레티클(20), 투영광학계(30), 플레이트(40), 및 스테이지(45)를 포함한다. 노광장치(1)는 스텝 앤드 리피트 또는 스텝 앤드 스캔 스켐을 사용하여, 레티클(20)에 형성된 회로패턴을 개재하여 플레이트(40)에 광을 노광시키는 주사투영노광장치이다.

조명장치 (10)은, 광원부(12)와 조명광학계(14)를 포함하며, 전사된 회로패턴이 형성된 레티클(20)을 조명한다.

광원부(12)는, 예를 들면, 광원으로서 레이저를 사용한다. 약 193nm의 파장을 갖는 ArF엑시머레이저와 약 157nm의 파장을 갖는 F₂엑시머레이저를 광원용 레이저로서 사용할 수 있지만, 사용가능한 레이저의 종류는 이러한 엑시머레이저에 제한되지 않는다. 그러므로, YAG레이저를 사용해도 좋으며, 사용되는 레이저의 개수는 제한되지 않는다. 레이저가 광원부(12)로서 사용되는 경우, 레이저광원으로부터 평행광선을 소망하는 빔형상으로 정형하는 광빔정형광학계, 간섭성레이저빔을 통일성이 없게하는 간섭성감소광학계를 사용하는 것이 바람직하다.그러나, 광원부(12)에 사용가능한 광원은 레이저에 제한되는 것은 아니지만, 하나 또는 복수의 수은램프 또는 크세논램프를 사용할 수 있다.

조명광학계(14)는 마스크 또는 레티클(20)을 조명하는 광학계이며, 렌즈, 미러, 라이트 인터그레이터, 조리개 등을 포함한다. 예를 들면, 집광렌즈, 플라이아이렌즈, 조리개, 집광렌즈, 슬릿, 및 결상광학계등의 순으로 정렬한다. 조명광학계 (14)는 축상의 광 또는 축광외를 사용할 수 있다. 광학인터그레이터는 플라이아이렌즈 또는 한 쌍의 원통렌즈어레이(또는 수정체렌즈)판을 중첩함으로써 이루어진 인터그레이터 등을 포함하지만, 광로드 또는 회절소자로 대체될 수 있다.

전사된 회로패턴(또는 상)이 형성된 레티클(20)은, 레티클스테이지(도시하지 않음)에 지지되고 구동된다. 레티클스테이지(도시하지 않음)는 구동계(도시하지 않음)의 작용에 의하여 레티클표면을 따라서 2차원적으로 이동할 수 있다. 레티클스테이지의 위치좌표는, 레티클이동미러(도시하지 않음)을 사용하는 간섭계에 의하여측정, 조절되며, 레티클의 위치는 제어될 수 있다. 레티클(20)로부터 방출된 회절광은 투영광학계(30)를 통과하고 판(40)에 투영된다. 판(40)은 웨이퍼와 액정기판 등의 피처리체이며, 레지스트를 판(40)에 도포한다. 레티클(20)과 판(40)은 공액관계를 갖는다. 주사투영노광장치를 사용하면서, 마스크(20)와 판(40)이 주사되고 패턴이 판(40)에 전사된다. 스텝퍼(스텝-앤드-스텝 노광방법을 사용하는 노광광)를 사용하면서, 마스크(20)와 판(40)을 정지한 상태에서 노광을 행한다.

1/5 내지 1/2의 배율을 갖는 투영광학계(30)는, 레티클(20)의 회로패턴의 축소상을 판(40)에 투영한다. 투영광학계(30)는 굴절계로 구성되고, 레티클(20)과 판(40)의 양측에 있어서 실질적으로 텔레센트릭 영역으로 된다. 투영광학계(30)의 모든 멀티굴절광학소자(렌즈 및 투영판)는 플루오르칼슘(CaF₂)으로 구성된다. 노광장치(1)에서, 상기 설명한 바와 같은 투영광학계(200)(400)는 투영광학계(30)에 적용되어, 투영광학계(30)는 종래의 투영광학계 보다 양호한 결상조건을 달성할 수 있다. 투영광학계(30)에 있어서 판(40)에 가장 근접한 광학소자는 투명평행평판이고, 수차를 보정하기 위하여, 필요에 따라서 수평판으로부터 경사진다. 그러나, 본 발명의 투영광학계(30)는, 상기 이외에, 복수의 렌즈소자와 적어도 하나의 오목미러(카타디오프릭광학계)를 포함하는 광학계, 복수의 렌즈소자와 키노포름 등의 적어도 하나의 회절광학소자를 포함하는 광학계를 사용한다. 컬러수차의 보정이 필요한 경우, 복수의 렌즈소자는 유리재료로 구성할 수 있으며, 분산(압베치)의 정도가 서로 변하거나, 회절광학소자는 렌즈소자의 역방향으로 분산을 생성하도록 구성된다.

판(40)에는 포토레지스트가 도포된다. 포토레지스트 도포공정은, 전처리와, 밀착성향상제도포처리와, 포토레지스트도포처리와 프리베이킹처리를 포함한다. 후처리는, 세정단계와 건조단계를 포함한다. 밀착성향상제도포처리는, 표면개질(즉, 계면활성제포도에 의해 소수성화)처리이며, HMDS(Hexamethyl-disilazane)등의 유기막에 의해 표면을 도포하거나 증기처리한다. 프리베이킹은 현상공정 후의 것보다 부드러워지며, 용제를 제거한다.

스테이지(45)는 판(40)을 유지한다. 당업계에서 공지된 어떠한 구성도 스테이지(45)에 적용할 수 있으므로, 그 구조 및 동작의 상세한 설명에 대하여 생략한다. 예를 들면, 스테이지(45)는 구동계(도시하지 않음)의 작용에 의하여 판(40)의 면을 따라서 2차원적으로 이동할 수 있으며, 스테이지(45)의 위치좌표는, 판이동미러(도시하지 않음)을 사용하여 간섭계에 의하여 측정됨으로써 판(40)의 위치를 제어할 수 있다. 레티클(20)과 판(40)은, 주사형투영노광장치에 의하여 동기주사되 고, 스테이지(45)와 레티클스테이지(도시하지 않음)의 위치는, 예를 들면, 레이저간섭계 등에 의해 검사되어, 양자의 부재는 일정한 속도로 구동된다. 스테이지(45)는, 예를 들면, 댐퍼를 개재하여 바닥 등에 지지되는 스테이지보드에 지지되지만, 레티클스테이지 및 투영광학계(30)는, 예를 들면, 댐퍼를 개재하여 바닥 등에 배치된 베이스프레임에 지지되는 렌즈배럴보드(도시하지 않음)에 형성된다.

노광공정에서, 광원부(12)로부터 발광되는 광빔은 조명광학계(14), 예를 들면 코흐럴의 방법을 개재하여 조명된다. 레티클(20)을 통과해서 마스크패턴을 반영하는 광을, 투영광학계(30)을 개재하여 판(40)에 상을 투영형성한다. 노광장치(1)에서 사용되는 투영광학계(30)는, 본 발명의 광학소자(100)를 포함하며, 자외방사선, 원자외방사선 및 진공자외방사선을 높은 투과율로 투과함과 동시에 굴절률균질성 또는 복굴절률이 작기 때문에, 높은 해상도와 처리량으로 경제성이 양호한 디바이스(반도체소자, LCD소자, 촬영소자(CCD 등))을 제공할 수 있다.

다음, 도 11 및 도 12를 참조하여, 상기 설명한 노광장치(1)을 사용하여 디바이스의 예시적인 제조방법에 대하여 설명한다. 도 11은 디바이스(즉, IC와 LSI 등의 반도체칩, LCD, CCD 등)의 제조에 대하여 설명하는 흐름도이다. 이하에서, 반도체칩의 제조공정을 예에 의하여 설명한다. 스텝 (101)(회로설계)에서, 디바이스회로가 설계된다. 스텝 (102)(마스크 제조)에서, 설계된 회로패턴이 마스크에 형성된다. 스텝(103)(웨이퍼 제조)에서, 웨이퍼는 실리콘 등의 재료를 사용하여 제조된다. 전공정이라고 칭하는, 스텝 (104)(웨이퍼프로세스)에서, 마스크와 웨이퍼는 리소그라피기술을 사용하여 웨이퍼상에 실제의 회로를 형성한다. 후공정이라고 칭하 는 스텝(105)(조립)에서, 스텝(104)에서 처리된 웨이퍼를 사용하여 반도체칩을 제조하며, 조립(다이싱 본딩), 패키징(칩밀봉) 등의 공정을 포함한다. 스텝 (106)에서, 스텝 (105)에서 작성된 반도체디바이스의 동작체크(검사), 내구성체크 등의 공정을 포함한다. 반도체디바이스는 이들 공정을 통하여 완성하고, 그것을 출하한다(스텝 107).

도 12는 스텝(104)의 웨이퍼프로세스의 상세한 흐름도이다. 스텝 (111)(산화)에서, 웨이퍼의 표면이 산화된다. 스텝 (112)(CVD)에서, 절연막은 웨이퍼의 표면에 형성된다. 스텝 (113)(전극 형성)에서, 전극이 웨이퍼상에서 증기증착 등에 의해 형성된다. 스텝 (114)(이온주입)에서, 이온이 웨이퍼에 주입된다. 스텝(115)(레지스트처리)에서, 감광제는 웨이퍼를 도포한다. 스텝 (116)(노광)에서, 마스크의 회로패턴이 노광에 의해 웨이퍼상에 형성된다. 스텝(117)(현상)에서, 노광된 웨이퍼를 현상한다. 스텝(118)(에칭)에서, 현상된 레지스트 상 이외의 부분이 에칭된다. 스텝(119)(레지스트 스트리핑)에서, 에칭후에 불사용하는 레지스트를 제거한다. 이들 스텝은 반복적으로 행함으로써, 웨이퍼상에 다중으로 회로패턴을 형성한다. 본 발명의 제조방법을 사용함으로써 종래에 불가능하였던 고정밀도의 반도체소자를 제조할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예는 상기 설명하였지만, 다양한 변형과 변경이 본 발명의 사상과 범위를 일탈하지 않으면서 본 발명에서 행해질 수 있다.

본 발명의 광학소자 및 제조방법에 의하면, 진성복굴절에 관하여, 광축을 [1 1 1]축에 일치시키는 실시예와, 광축을 [0 0 1]축에 일치시키는 다른 실시예와 비교하면, 광축을 [0 0 1]축에 일치시키는 경우가, 진성복굴절이 최대값으로 나타나는 결정면의 광선각도를 크게할 수 있다. 따라서, <0 0 1>면을 사용하는 광학소자, 즉, 광축을 [0 0 1]축에 일치시키는 광학소자(100)는 고NA조건하에서 결상성능을 악화시키지 않는다. 또한, 광축을 [0 0 1]축에 일치시키는 경우, 진성복굴절의 피크는 임계각도로부터 외측에 존재한다. 이것은 고NA조건하에서 복굴절이 피크로 되는 것을 방지한다.

또한, 본 발명의 다른 광학계에 의하면, 진성복굴절을 가지는 적어도 하나의 광소자를 포함하고, 결상에 기여하는 모든 광속에 대한 광학계의 복굴절은 b < λ/4의 식(여기서 b는 복굴절에 의하여 초래된 파면이탈을 표시하고(단위: nm), λ는 사용파장(단위: nm)를 표시)을 만족시킴으로써, 광학계는 결성성능의 향상을 달성할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 광학계에 의하면, 진성복굴절의 피크의 축, 즉, [1 1 0]축이 광축에 일치시키지만, 두개의 평행평판은 광학계의 복굴절를 감소시킨다. 따라서, 이러한 광학계에서도 결상성능의 향상을 달성할 수 있다.

또한, 본 발명의 광학계를 포함하는 투영광학계와, 본 발명의 광학소자를 포함하는 노광장치 및 투영광학계를 포함하는 노광장치는, 처리량 등의 노광성능이 우수하고 결상성능이 우수한 고품질의 디바이스를 제공할 수 있다.

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동축정계결정인 광학소자를 가지고, 레티클의 패턴을 피처리체에 투영하는 투영광학계에 있어서,

상기 광학소자의 [0 0 1]축 및 이 [0 0 1]축과 등가인 축 중 하나의 축인 제1의 축과 상기 투영광학계의 광축 사이의 각도가 10°미만이며,

상기 광학소자의 [0 0 1]축 및 이 [0 0 1]축과 등가인 축을 포함하고, 상기 제1의 축에 수직한 복수의 제2의 축이 상기 레티클의 패턴의 주기방향에 대해서 10°이상 어긋나 있는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
제 44항에 있어서,

상기 등축정계결정은 플루오르화칼슘인 것을 특징으로 하는 투영광학계.
광원으로부터의 파장 200nm이하인 광을 사용해서 레티클을 조명하는 조명광학계; 및

상기 레티클의 패턴을 피처리체에 투영하는 제44항 또는 제45항에 기재된 투영광학계를 가진 것을 특징으로 하는 노광장치.
제46항에 기재된 노광장치를 사용해서 피처리체를 노광하는 스텝; 및

상기 노광된 피처리체를 현상하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조방법.