KR100687035B1 - 투영 광학계, 투영 광학계의 제조 방법, 투영 노광 장치, 투영 노광 방법, 마이크로 장치의 제조 방법 및 투영 노광 장치의 제조 방법 - Google Patents

투영 광학계, 투영 광학계의 제조 방법, 투영 노광 장치, 투영 노광 방법, 마이크로 장치의 제조 방법 및 투영 노광 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

반도체 소자 등의 마이크로 장치 제조시의 리소그래피 공정에서 이용하는 투영 노광 장치에 적합한 굴절형 투영 광학계이다. 이 투영 광학계는 정의 전렌즈군(GF), 개구 조리개(AS) 및 정의 후렌즈군(GR)을 포함하며, 양측 텔레센트릭적(telecentric)인 광학계이다. 그리고, 후렌즈군(GR)의 초점 거리를 f2, 물상(物像)간 거리를 L이라고 할 때, 다음 조건을 만족한다.
(수학식 1)
Figure 112005054693635-pct00234
그리고, 투영 광학계는 적어도 한 면의 비구면(ASP1∼ASP6)을 포함한다.

Description

투영 광학계, 투영 광학계의 제조 방법, 투영 노광 장치, 투영 노광 방법, 마이크로 장치의 제조 방법 및 투영 노광 장치의 제조 방법{PROJECTION EXPOSURE METHOD AND APPARATUS AND PROJECTION OPTICAL SYSTEM}
본 발명은 예컨대 반도체 집적 회로, CCD 등의 촬상 소자, 액정 모니터 또는 박막 자기 헤드 등의 마이크로 장치를 리소그래피 기술을 이용하여 제조할 때에 이용되는 투영 노광 장치 및 방법, 및 그와 같은 투영 노광 장치에 적합한 투영 광학계에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 투영 노광 장치 및 투영 광학계를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 집적 회로 등의 마이크로 장치의 회로 패턴의 미세화에 따른, 스테퍼 등의 노광 장치에서 사용되는 노광용 조명광(노광광)의 파장은 해마다 단파장화하여 왔다. 즉, 노광광으로서는 종래 주로 사용되어 있던 수은 램프의 I선(파장 : 365㎚) 대신에 KrF 엑시머 레이저광(파장 : 248㎚)이 주류로 되어 오고 있고, 또한, 그것보다도 단파장의 ArF 엑시머 레이저광(파장 : 193㎚)도 실용화되어 있다. 또한, 보다더 노광광의 단파장화를 목적으로, f2 레이저(파장 : 157㎚)와 같은 할로겐 분자 레이저 등의 사용도 시도되고 있다.
그런데, 파장 200㎚ 이하의 진공 자외 영역의 광원으로서는 상술한 엑시머 레이저나 할로겐 분자 레이저 등이 있지만, 그들의 실용적인 협대화에는 한계가 있다.
또한, 이 진공 자외 영역의 방사광을 투과시키는 재료가 한정되기 때문에, 투영 광학계를 구성하는 렌즈 소자의 재료는 한정된 것밖에 사용할 수 없고, 이 한정된 재료의 투과율도 그다지 높은 것이 아니다. 그리고, 현상태에서는 렌즈 소자의 표면에 마련되는 반사 방지 코트의 성능도 장파장용의 것과 비교하면 그다지 고성능인 것이 얻어지고 있지 않다.
본 발명은 투영 광학계의 색수차를 억제하여 광원으로의 부담을 저감시키는 것을 제 1 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 단일 종류의 초재(硝材) 혹은 소수(少數)의 색보정용 초재의 추가에 의해 어느 정도의 스펙트럼폭을 갖는 노광광에 대한 색수차 보정을 행하는 것을 제 2 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 투영 광학계의 구성의 간소화를 도모하면서도, 지극히 미세화된 마이크로 장치의 회로 패턴을 얻는 것을 제 3 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 지극히 미세화된 마이크로 장치의 회로 패턴을, 스루풋(throughput)을 저하시키지 않고서 얻는 것을 제 4 목적으로 한다.
발명의 개시
상술한 제 1 또는 제 2 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 제 1 투영 광학계는 제 1 면상의 패턴의 상(像)을 광투과성 굴절 부재의 작용에 의해 제 2 면상에 결상시키는 굴절형 투영 광학계로서, 그 제 1 면과 그 제 2 면 사이의 광로중에 배치되고, 정(正)의 굴절력을 갖는 전(前)렌즈군과, 그 전렌즈군과 그 제 2 면 사이의 광로중에 배치되고, 정의 굴절력을 갖는 후(後)렌즈군과, 그 전렌즈군의 후측 초점 위치 근방에 배치된 개구 조리개를 가지며, 그 투영 광학계는 그 제 1 면 및 그 제 2 면측이 텔레센트릭적(telecentric)이며, 그 후렌즈군의 초점 거리를 f2로 하고, 그 제 1 면에서부터 그 제 2 면까지의 거리를 L이라고 하면, 다음 수학식 1을 만족하는 것이다.
(수학식 1)
Figure 112001012597212-pct00001
또, 본 발명에 따른 투영 광학계의 제 1 제조 방법은 제 1 면상의 패턴의 상을 광투과성 굴절 부재의 작용에 의해 제 2 면상에 결상시키는 굴절형 투영 광학계의 제조 방법으로서, 정의 굴절력을 갖는 전렌즈군을 배치하는 공정과, 이 전렌즈군과 그 제 2 면 사이에 정의 굴절력을 갖는 후렌즈군을 배치하는 공정과, 그 전렌즈군과 그 후렌즈군 사이에 개구 조리개를 배치하는 공정을 포함하되, 그 전렌즈군, 그 후렌즈군 및 그 개구 조리개는 그 제 1 면 및 그 제 2 면측이 텔레센트릭적으로 되도록 배치하고, 그 후렌즈군의 초점 거리를 f2로 하고, 그 제 1 면에서부터 그 제 2 면까지의 거리를 L이라고 하면, 다음 수학식 1을 만족하는 것을 이용하는 것이다.
(수학식 1)
Figure 112001012597212-pct00002
또, 상술한 제 1 또는 제 2 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 제 2 투영 광학계는 제 1 면상의 패턴의 상을 광투과성 굴절 부재의 작용에 의해 제 2 면상에 결상시키는 굴절형 투영 광학계에 있어서, 굴절력을 갖는 3개 이상의 렌즈를 갖고, 그 굴절력을 갖는 렌즈를 그 제 1 면측으로부터 순서대로 3개 선택했을 때에, 이 3개의 렌즈중 적어도 한 면이 부(負)의 굴절력을 갖는 비구면(非球面) 형상인 것이다.
또한, 상술한 제 1 또는 제 2 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 제 3 투영 광학계는 제 1 면상의 패턴의 상을 광투과성 굴절 부재의 작용에 의해 제 2 면상에 결상시키는 굴절형 투영 광학계에 있어서, 굴절력을 갖는 복수개의 렌즈를 갖고, 그 굴절력을 갖는 렌즈를 그 제 1 면으로부터 순서대로 2개 선택했을 때에, 이 2개의 렌즈중 적어도 한 면이 비구면이고, 이 비구면의 광축 중심 부근의 국부 주(主)곡률을 Ca, 이 비구면의 렌즈 유효 직경 최주변부의 메리디오날(meridional) 방향의 국부 주곡률을 Cb라고 하면, 그 비구면이 부의 굴절력을 갖는 경우에, 다음 조건 1이 성립하는 것이다.
(조건 1)
Figure 112001012597212-pct00003
한편, 본 발명에 있어서, 그 비구면이 정의 굴절력을 갖는 경우에는 다음 조건 2가 성립한다.
(조건 2)
Figure 112001012597212-pct00004
본 발명에 있어서, 그 비구면의 광축 중심 부근의 국부 주곡률 Ca 및 그 비구면의 렌즈 유효 직경 최주변부의 메리디오날 방향의 국부 주곡률 Cb는, 일례로서 아래와 같이 나타낼 수 있다. 즉, 그 비구면의 광축으로부터의 높이를 Y, 비구면 정점(頂点)에 있어서의 접(接)평면으로부터 비구면까지의 광축 방향의 거리를 z, 정점 곡률 반경을 r, 원추 계수를 κ, 비구면 계수를 A, B, C, D, E, F로 하고, 그 비구면을 다음 수학식 6으로 나타낸다.
(수학식 6)
Figure 112001012597212-pct00005
이 때에, 국부 주곡률 Ca 및 Cb는 각각 다음과 같이 된다.
(조건 3)
Figure 112001012597212-pct00006
(조건 4)
Figure 112001012597212-pct00007
투영 광학계의 개구수의 증대 및 상(像) 시야의 대형화에 따라, 왜곡 수차를 가능한 한 작게 하는 것에 대한 요구는 점점 높아지고 있다. 다른 수차로의 영향을 억제하여 왜곡 수차만을 보정하기 위해서는 가능한 한 물체면(마스크)에 근접한 위치에 왜곡 수차 보정을 위한 비구면을 배치하는 것이 바람직하다. 이 때에, 그 비구면이 상기의 조건식 1 또는 2를 만족함으로써, 개구수가 증대하고 상 시야가 대형화되더라도, 왜곡 수차를 양호하게 보정할 수 있다.
또한, 상술한 제 1 또는 제 2 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 제 4 투영 광학계는 제 1 면상의 패턴의 상을 광투과성 굴절 부재의 작용에 의해 제 2 면상에 결상시키는 굴절형 투영 광학계에 있어서, 굴절력을 갖는 4개 이상의 렌즈를 갖고, 그 굴절력을 갖는 렌즈를 그 제 1 면에서부터 순서대로 4개 선택했을 때에, 이 4개의 렌즈중 적어도 한 면이 비구면이며, 이 비구면의 광축 중심 부근의 국부 주곡률을 Ca, 이 비구면의 렌즈 유효 직경 최주변부의 메리디오날 방향의 국부 주곡률을 Cb라고 하면, 그 비구면이 부의 굴절력을 갖는 경우에, 다음 조건 5가 성립하는 것이다.
(조건 5)
Figure 112001012597212-pct00008
한편, 본 발명에 있어서, 그 비구면이 정의 굴절력을 갖는 경우에는 다음 조건 6이 성립한다.
(조건 6)
Figure 112001012597212-pct00009
본 발명에 있어서도, 국부 주곡률 Ca, Cb는 일례로서 상기의 조건 3, 조건 4로 나타낼 수 있다. 그리고, 비구면이 상기의 조건 5 또는 조건 6을 만족함으로써, 개구수가 증대하고 상 시야가 대형화되더라도, 왜곡 수차를 양호하게 보정할 수 있다.
또한, 상술한 제 3 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 제 5 투영 광학계는 제 1 면상의 패턴의 축소 상(像)을 제 2 면상에 결상시키는 투영 광학계로서, 제 1 면측으로부터 순서대로 부의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군, 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군, 부의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈군, 정의 굴절력을 갖는 제 4 렌즈군, 개구 조리개 및 정의 굴절력을 갖는 제 5 렌즈군을 가지며, 그 제 1 렌즈군 및 그 제 2 렌즈군의 합성 가로 배율을 β1로 하고, 그 제 1 면으로부터 그 제 2 렌즈군의 가장 그 제 2 면측의 렌즈면까지의 거리를 L1, 그 제 1 면으로부터 그 제 2 면까지의 거리를 L이라고 하면, 다음 수학식 2 및 3을 만족하는 것이다.
(수학식 2)
Figure 112001012597212-pct00010
(수학식 3)
Figure 112001012597212-pct00011
또, 본 발명에 따른 투영 광학계의 제 2 제조 방법은, 제 1 면상의 패턴의 축소 상을 제 2 면상에 결상시키는 투영 광학계의 제조 방법으로서, 부의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군을 준비하는 공정과, 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군을 준비하는 공정과, 부의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈군을 준비하는 공정과, 정의 굴절력을 갖는 제 4 렌즈군을 준비하는 공정과, 개구 조리개를 준비하는 공정과, 정의 굴절력을 갖는 제 5 렌즈군을 준비하는 공정과, 그 제 1 면측으로부터 순서대로 그 제 1 렌즈군, 그 제 2 렌즈군, 그 제 3 렌즈군, 그 제 4 렌즈군, 그 개구 조리개 및 그 제 5 렌즈군의 순으로 배치하는 공정을 포함하되, 그 제 1 렌즈군 및 그 제 2 렌즈군의 합성 가로 배율을 β1로 하고, 그 제 1 면으로부터 그 제 2 렌즈군의 가장 그 제 2 면측의 렌즈면까지의 거리를 L1, 그 제 1 면으로부터 그 제 2 면까지의 거리를 L이라고 하면, 다음 수학식 2를 만족하도록 그 제 1 및 제 2 렌즈군을 준비하는 것이다.
(수학식 2)
Figure 112001012597212-pct00012
그리고, 다음 수학식 3을 만족하도록, 그 제 1 및 제 2 렌즈군을 배치하는 것이다.
(수학식 3)
Figure 112001012597212-pct00013
또, 상술한 제 3 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 제 6 투영 광학계는, 제 1 면상의 패턴의 축소 상을 제 2 면상에 결상시키는 투영 광학계로서, 그 투영 광학계의 광로중에 배치되는 적어도 하나의 광투과성 굴절 부재를 포함하고, 그 투영 광학계의 광로중에 배치되는 광투과성 굴절 부재의 광축을 따르는 두께의 총합을 C로 하며, 그 제 1 면으로부터 그 제 2 면까지의 거리를 L이라고 하면, 다음 수학식 4를 만족하는 것이다.
(수학식 4)
Figure 112001012597212-pct00014
또, 본 발명에 따른 투영 광학계의 제 3 제조 방법은, 제 1 면상의 패턴의 축소 상을 제 2 면상에 결상시키는 투영 광학계의 제조 방법으로서, 부의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군을 준비하는 공정과, 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군을 준비하는 공정과, 부의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈군을 준비하는 공정과, 정의 굴절력을 갖는 제 4 렌즈군을 준비하는 공정과, 개구 조리개를 준비하는 공정과, 정의 굴절력을 갖는 제 5 렌즈군을 준비하는 공정과, 그 제 1 면측으로부터 순서대로 그 제 1 렌즈군, 그 제 2 렌즈군, 그 제 3 렌즈군, 그 제 4 렌즈군, 그 개구 조리개 및 그 제 5 렌즈군의 순으로 배치하는 공정을 포함하되, 그 투영 광학계의 광로중에 배치되는 광투과성 굴절 부재의 광축을 따르는 두께의 총합을 C로 하고, 그 제 1 면으로부터 그 제 2 면까지의 거리를 L이라고 하면, 다음 수학식 4를 만족하도록 그 제 1 렌즈군∼제 5 렌즈군을 준비하는 것이다.
(수학식 4)
Figure 112001012597212-pct00015
또, 상술한 제 3 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 제 7 투영 광학계는, 제 1 면상의 패턴의 축소 상을 제 2 면상에 결상시키는 투영 광학계로서, 적어도 3면 이상의 비구면 형상의 렌즈면을 갖고, 그 투영 광학계중 광투과성 굴절 부재중 굴절력을 갖는 부재의 수의 총합을 E로 하며, 비구면 형상의 렌즈면이 마련된 부재의 수의 총합을 Ea라고 하는 경우를 만족하는 것이다.
(수학식 5)
Figure 112001012597212-pct00016
또, 본 발명에 따른 투영 광학계의 제 4 제조 방법은, 제 1 면상의 패턴의 축소 상을 제 2 면상에 결상시키는 투영 광학계의 제조 방법으로서, 광투과성 굴절 부재가 갖는 렌즈면중 적어도 3면 이상이 비구면 형상으로 되도록, 또한 그 광투과성 굴절 부재중 굴절력을 갖는 부재의 수의 총합을 E로 하고, 비구면 형상의 렌즈면이 마련된 부재의 수의 총합을 Ea라고 하면, 다음 수학식 5를 만족하도록 그 광투과성 부재를 준비하는 공정과, 이 광투과성 부재를 쌓아올리는 공정을 갖는 것이다.
(수학식 5)
Figure 112001012597212-pct00017
또, 본 발명에 따른 제 1 투영 노광 장치는, 투영 원판(原版)에 마련된 패턴의 축소 상을 작업대상으로 투영 노광하는 투영 노광 장치로서, 노광광을 공급하는 광원과, 이 광원으로부터의 노광광을 그 투영 원판상의 그 패턴으로 도입하는 조명 광학계와, 상술한 어떤 하나에 따른 투영 광학계를 구비하되, 그 투영 광학계의 그 제 1 면에 그 투영 원판을 배치 가능하게 하고, 그 제 2 면에 그 작업대를 배치 가능하게 한 것이다.
또한, 본 발명에 따른 제 2 투영 노광 장치는, 투영 원판에 마련된 패턴의 축소 상을 작업대상에서 주사시키면서 투영 노광하는 투영 노광 장치로서, 노광광을 공급하는 광원과, 이 광원으로부터의 노광광을 그 투영 원판상의 그 패턴으로 도입하는 조명 광학계와, 상술한 어떤 하나에 따른 투영 광학계와, 그 투영 광학계의 제 1 면에 그 투영 원판을 배치 가능하게 하기 위한 제 1 스테이지와, 그 제 2 면에 그 작업대를 배치 가능하게 하기 위한 제 2 스테이지를 구비하되, 그 제 1 및 제 2 스테이지는 그 투영 광학계의 투영 배율에 대응한 속도비로 이동 가능한 것이다.
또한, 상술한 제 4 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 제 3 투영 노광 장치는, 투영 원판에 마련된 패턴의 축소 상을 작업대상으로 투영 노광하는 투영 노광 장치로서, 180㎚ 이하의 파장 대역의 노광광을 공급하는 광원과, 이 광원으로부터의 노광광을 그 투영 원판상의 그 패턴으로 도입하는 조명 광학계와, 그 투영 원판과 그 작업대 사이의 광로중에 배치되고, 그 투영 원판을 거친 그 노광광의 광량의 25% 이상의 광량을 그 작업대로 도입하여 그 패턴의 축소 상을 그 작업대상에 형성하는 투영 광학계를 구비하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 제 1 투영 노광 방법은, 투영 원판상에 형성되는 패턴을 작업대상으로 투영 노광하는 투영 노광 방법으로서, 상술한 어떤 하나에 따른 투영 노광 장치를 이용하여 그 투영 원판을 그 제 1 면에 배치함과 동시에, 그 작업대를 그 제 2 면에 배치하며, 그 투영 광학계를 거쳐서 그 패턴의 상을 그 작업대상에 형성하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 제 4 투영 노광 장치 및 제 2 투영 노광 방법은, 투영 원판에 마련된 패턴의 축소 상을 작업대상으로 투영 노광하는 투영 노광 장치 및 투영 노광 방법에 있어서, 각각 200㎚ 이하의 파장 대역의 노광광을 공급하는 광원과, 이 광원으로부터의 노광광을 그 투영 원판상의 그 패턴으로 도입하는 조명 광학계와, 그 투영 원판과 그 작업대 사이의 광로중에 배치되고, 그 투영 원판을 거친 그 노광광을 그 작업대로 도입하여 그 패턴의 축소 상을 그 작업대상에 형성하 는 투영 광학계를 구비하되, 그 광원으로부터 그 조명 광학계로 향하는 그 노광광의 광량을 En1로 하고, 그 조명 광학계로부터 그 투영 원판으로 향하는 그 노광광의 광량을 En2로 하고, 그 투영 광학계로 입사하는 그 노광량의 광량을 En3으로 하며, 그 투영 광학계로부터 그 작업대로 향하여 사출하는 그 노광광의 광량을 En4라고 하면, 다음 수학식 25를 만족하는 것이다.
(수학식 25)
Figure 112001012597212-pct00018
또한, 본 발명에 따른 제 1 마이크로 장치의 제조 방법은, 소정의 회로 패턴을 갖는 마이크로 장치의 제조 방법으로서, 상술한 노광 방법을 이용하여 그 작업대상에 그 패턴의 상을 투영 노광하는 공정과, 이 투영 노광된 그 작업대를 현상 처리하는 공정을 포함하는 것이다.
다음에, 상술한 제 1 또는 제 2 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 제 5 투영 노광 장치는, 투영 원판상의 패턴을 작업대상에 투영 노광하는 투영 노광 장치에 있어서, 200㎚ 이하의 파장의 노광광을 그 투영 원판으로 공급하는 조명 광학계와, 그 투영 원판상의 패턴의 상을 소정의 투영 배율 β을 기초로 그 작업대상에 형성하는 투영 광학계를 구비하되, 그 투영 광학계는 개구 조리개와, 이 개구 조리개와 그 투영 원판 사이에 배치된 전렌즈군과, 그 개구 조리개와 그 작업대 사이에 배치된 후렌즈군을 갖고, 그 투영 광학계중 광투과성 광학 부재중 형석의 량을 디스크재(材)로 환산한 량을 y(㎏), 그 후렌즈군의 초점 거리를 f2(㎜), 그 투영 광학계의 상(像)측의 최대 개구수를 NAw로 하고, 파라미터 x를 다음과 같이 규 정할 때에,
(수학식 7)
Figure 112001012597212-pct00019
이하의 수학식 8~수학식 11을 만족하는 것이다.
(수학식 8)
Figure 112001012597212-pct00020
(수학식 9)
Figure 112001012597212-pct00021
(수학식 10)
Figure 112001012597212-pct00022
(수학식 11)
Figure 112001012597212-pct00023
또, 본 발명에 따른 제 6 투영 노광 장치는, 투영 원판상의 패턴을 작업대상에서 주사시키면서 투영 노광하는 주사형 투영 노광 장치에 있어서, 200㎚ 이하의 파장의 노광광을 그 투영 원판으로 공급하는 조명 광학계와, 그 투영 원판상의 패턴의 상을 소정의 투영 배율 β을 기초로 그 작업대상에 형성하는 투영 광학계를 구비하되, 그 투영 광학계는 개구 조리개와, 이 개구 조리개와 그 투영 원판 사이에 배치된 전렌즈군과, 그 개구 조리개와 그 작업대 사이에 배치된 후렌즈군을 갖고, 그 투영 광학계중 광투과성 광학 재료중의 형석의 량을 디스크재로 환산한 량을 y(㎏), 그 후렌즈군의 초점 거리를 f2(㎜), 그 투영 광학계의 상(像)측의 최대 개구수를 NAw로 하고, 파라미터 x를 다음과 같이 규정할 때에,
(수학식 7)
Figure 112001012597212-pct00024
이하의 수학식 8~수학식 11을 만족하는 것이다.
(수학식 8)
Figure 112001012597212-pct00025
(수학식 9)
Figure 112001012597212-pct00026
(수학식 10)
Figure 112001012597212-pct00027
(수학식 11)
Figure 112001012597212-pct00028
또, 본 발명에 따른 제 7 투영 노광 장치는, 투영 원판상의 패턴을 작업대상에 투영 노광하는 투영 노광 장치에 있어서, 200㎚ 이하의 파장의 노광광을 그 투영 원판으로 공급하는 조명 광학계와, 그 투영 원판상의 패턴의 상을 소정의 투영 배율 β을 기초로 그 작업대상에 형성하는 투영 광학계를 구비하되, 그 투영 광학계는 개구 조리개와, 이 개구 조리개와 그 투영 원판 사이에 배치된 전렌즈군과, 그 개구 조리개와 그 작업대 사이에 배치된 후렌즈군을 갖고, 그 투영 광학계중 광투과성 광학 재료중의 형석의 량을 디스크재로 환산한 량을 y(㎏), 그 후렌즈군의 초점 거리를 f2(㎜), 그 투영 광학계의 상측의 최대 개구수를 NAw로 하고, 파라미 터 x를 다음과 같이 규정할 때,
(수학식 7)
Figure 112001012597212-pct00029
이하의 수학식 15~수학식 18를 만족하는 것이다.
(수학식 15)
Figure 112001012597212-pct00030
(수학식 16)
Figure 112001012597212-pct00031
(수학식 17)
Figure 112001012597212-pct00032
(수학식 18)
Figure 112001012597212-pct00033
또, 본 발명에 따른 제 8 투영 노광 장치는, 투영 원판상의 패턴을 작업대상에 투영 노광하는 투영 노광 장치에 있어서, 200㎚ 이하의 파장의 노광광을 그 투영 원판으로 공급하는 조명 광학계와, 그 투영 원판상의 패턴의 상을 소정의 투영 배율 β을 기초로 그 작업대상에 형성하는 투영 광학계를 구비하되, 그 투영 광학계는 개구 조리개와, 이 개구 조리개와 그 투영 원판 사이에 배치된 전렌즈군과, 그 개구 조리개와 그 작업대 사이에 배치된 후렌즈군을 갖고, 그 투영 광학계중 광투과성 광학 재료중의 제 1 재료의 량을 디스크재로 환산한 량을 y(㎏), 그 후렌즈군의 초점 거리를 f2(㎜), 그 투영 광학계의 상(像)측의 최대 개구수를 NAw로 하 고, 파라미터 x를 다음과 같이 규정할 때,
(수학식 7)
Figure 112001012597212-pct00034
이하의 수학식 8~수학식 11을 만족하는 것이다.
(수학식 8)
Figure 112001012597212-pct00035
(수학식 9)
Figure 112001012597212-pct00036
(수학식 10)
Figure 112001012597212-pct00037
(수학식 11)
Figure 112001012597212-pct00038
다음에, 상술한 제 1 또는 제 2 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 3 투영 노광 방법은, 투영 원판상의 패턴을 작업대상에 투영 노광하는 투영 노광 방법에 있어서, 200㎚ 이하의 파장의 노광광을 그 투영 원판으로 공급하는 조명 공정과, 전렌즈군, 개구 조리개 및 후렌즈군을 구비한 투영 광학계를 이용하여 그 투영 원판상의 패턴의 상을 소정의 투영 배율 β을 기초로 그 작업대상에 형성하는 상 형성 공정을 포함하되, 그 상 형성 공정은 그 투영 원판으로부터의 광을 그 전렌즈군으로 도입하는 제 1 보조 공정과, 이 전렌즈군을 거친 광을 그 개구 조리개로 도입하는 제 2 보조 공정과, 이 개구 조리개를 거친 광을 그 후렌즈군으로 도입하는 제 3 보조 공정과, 이 후 렌즈군을 거친 광을 이용하여 그 작업대상에 그 패턴의 상을 형성하는 제 4 보조 공정을 포함하며, 그 투영 광학계중 광투과성 광학 재료중의 형석의 량을 디스크재로 환산한 량을 y(㎏), 그 후렌즈군의 초점 거리를 f2(㎜), 그 투영 광학계의 상(像)측의 최대 개구수를 NAw로 하고, 파라미터 x를 다음과 같이 규정할 때,
(수학식 7)
Figure 112001012597212-pct00039
이하의 수학식 8~수학식 11을 만족하는 것이다.
(수학식 8)
Figure 112001012597212-pct00040
(수학식 9)
Figure 112001012597212-pct00041
(수학식 10)
Figure 112001012597212-pct00042
(수학식 11)
Figure 112001012597212-pct00043
또, 본 발명에 따른 제 4 투영 노광 방법은, 투영 원판상의 패턴을 작업대상에 투영 노광하는 투영 노광 방법에 있어서, 200㎚ 이하의 파장의 노광광을 그 투영 원판으로 공급하는 조명 공정과, 전렌즈군, 개구 조리개 및 후렌즈군을 구비한 투영 광학계를 이용하여 그 투영 원판상의 패턴의 상을 소정의 투영 배율 β을 기 초로 그 작업대상에 형성하는 상 형성 공정을 포함하되, 그 상 형성 공정은 그 투영 원판으로부터의 광을 그 전렌즈군으로 도입하는 제 1 보조 공정과, 이 전렌즈군을 거친 광을 그 개구 조리개로 도입하는 제 2 보조 공정과, 이 개구 조리개를 거친 광을 그 후렌즈군으로 도입하는 제 3 보조 공정과, 이 후 렌즈군을 거친 광을 이용하여 그 작업대상에 그 패턴의 상을 형성하는 제 4 보조 공정을 포함하며, 그 투영 광학계중 광투과성 광학 재료중의 제 1 재료의 량을 디스크재로 환산한 량을 y(㎏), 그 후렌즈군의 초점 거리를 f2(㎜), 그 투영 광학계의 상(像)측의 최대 개구수를 NAw로 하고, 파라미터 x를 다음과 같이 규정할 때,
(수학식 7)
Figure 112001012597212-pct00044
이하의 수학식 8~수학식 11을 만족하는 것이다.
(수학식 8)
Figure 112001012597212-pct00045
(수학식 9)
Figure 112001012597212-pct00046
(수학식 10)
Figure 112001012597212-pct00047
(수학식 11)
Figure 112001012597212-pct00048
다음에, 본 발명에 따른 투영 노광 장치의 제조 방법은, 본 발명의 제 5, 제6 또는 제 7 투영 노광 장치의 제조 방법으로서, 200㎚ 이하의 파장의 노광광을 그 투영 원판으로 공급하는 조명 광학계를 준비하는 공정과, 그 투영 원판상의 패턴의 상을 소정의 투영 배율 β을 기초로 그 작업대상에 형성하는 투영 광학계를 준비하는 공정을 포함하되, 그 투영 광학계를 준비하는 공정은 전렌즈군, 개구 조리개 및 후렌즈군을 준비하는 보조 공정과, 그 전렌즈군을 그 개구 조리개와 그 투영 원판이 배치되는 위치 사이에 배치하는 보조 공정과, 그 후렌즈군을 그 개구 조리개와 그 작업대가 배치되는 위치 사이에 배치하는 보조 공정을 갖는 것이다.
다음에, 본 발명의 제 2 마이크로 장치의 제조 방법은, 소정의 회로 패턴을 갖는 마이크로 장치의 제조 방법에 있어서, 본 발명의 제 3 또는 제 4 투영 노광 방법을 이용하여 그 작업대상에 그 패턴의 상을 투영 노광하는 공정과, 이와 같이 투영 노광된 그 작업대를 현상 처리하는 공정을 포함하는 것이다.
다음에, 상술한 제 1 또는 제 2 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 8 투영 광학계는, 파장 200㎚ 이하의 광을 이용하여 제 1 면의 패턴의 상을 제 2 면상에 형성하는 굴절형 투영 광학계에 있어서, 개구 조리개와, 이 개구 조리개와 그 제 1 면 사이에 배치되는 전렌즈군과, 그 개구 조리개와 그 제 2 면 사이에 배치되는 후렌즈군을 구비하되, 그 투영 광학계중 광투과성 광학 재료중의 형석의 량을 디스크재로 환산한 량을 y(㎏), 그 후렌즈군의 초점 거리를 f2(㎜), 그 투영 광학계의 투영 배율을 β, 그 투영 광학계의 상(像)측의 최대 개구수를 NAw로 하고, 파라미터 x를 다음과 같이 규정할 때,
(수학식 7)
Figure 112001012597212-pct00049
이하의 수학식 8~수학식 11을 만족하는 것이다.
(수학식 8)
Figure 112001012597212-pct00050
(수학식 9)
Figure 112001012597212-pct00051
(수학식 10)
Figure 112001012597212-pct00052
(수학식 11)
Figure 112001012597212-pct00053
또, 본 발명에 따른 제 9 투영 광학계는, 파장 200㎚ 이하의 광을 이용하여 제 1 면의 패턴의 상을 제 2 면상에 형성하는 굴절형 투영 광학계에 있어서, 개구 조리개와, 이 개구 조리개와 그 제 1 면 사이에 배치되는 전렌즈군과, 그 개구 조리개와 그 제 2 면 사이에 배치되는 후렌즈군을 구비하되, 그 투영 광학계중 광투과성 광학 재료중의 제 1 재료의 량을 디스크재로 환산한 량을 y(㎏), 그 후렌즈군의 초점 거리를 f2(㎜), 그 투영 광학계의 투영 배율을 β, 그 투영 광학계의 상(像)측의 최대 개구수를 NAw로 하고, 파라미터 x를 다음과 같이 규정할 때,
(수학식 7)
Figure 112001012597212-pct00054
이하의 수학식 8~수학식 11을 만족하는 것이다.
(수학식 8)
Figure 112001012597212-pct00055
(수학식 9)
Figure 112001012597212-pct00056
(수학식 10)
Figure 112001012597212-pct00057
(수학식 11)
Figure 112001012597212-pct00058
또, 본 발명에 따른 투영 광학계의 제 5 및 제 6 제조 방법은, 각각 본 발명의 제 8 및 제 9 투영 광학계의 제조 방법으로서, 전렌즈군, 개구 조리개 및 후렌즈군을 준비하는 공정과, 그 전렌즈군을 그 개구 조리개와 그 제 1 면 사이에 배치하는 공정과, 그 후렌즈군을 그 개구 조리개와 그 제 2 면 사이에 배치하는 공정을 갖는 것이다.
도 1은 본 발명의 수치 실시예 1에 따른 투영 광학계의 광로도,
도 2는 본 발명의 수치 실시예 2에 따른 투영 광학계의 광로도,
도 3은 수치 실시예 1의 투영 광학계의 횡(橫)수차도,
도 4는 수치 실시예 2에 따른 투영 광학계의 횡수차도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 투영 노광 장치의 개략적인 구성을 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 마이크로 장치 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도,
도 7은 본 발명의 마이크로 장치 제조 방법의 별도의 일례를 나타내는 흐름도,
도 8의 (a)는 본 발명의 제 5 투영 광학계의 실시예에 있어서의 파라미터 x와 형석의 사용량 y의 관계를 나타내는 도면,
도 8의 (b)는 렌즈와 디스크재의 관계를 도시하는 도면,
도 9는 본 발명의 제 6 투영 광학계의 실시예에 있어서의 파라미터 x와 제 1 재료의 사용량 y의 관계를 도시하는 도면,
도 10은 본 발명의 수치 실시예 3에 따른 투영 광학계의 광로도,
도 11은 본 발명의 수치 실시예 4에 따른 투영 광학계의 광로도,
도 12는 본 발명의 수치 실시예 5에 따른 투영 광학계의 광로도,
도 13은 본 발명의 수치 실시예 6에 따른 투영 광학계의 광로도,
도 14는 본 발명의 수치 실시예 7에 따른 투영 광학계의 광로도,
도 15는 본 발명의 수치 실시예 3에 따른 투영 광학계의 횡수차도,
도 16은 본 발명의 수치 실시예 4에 따른 투영 광학계의 횡수차도,
도 17은 본 발명의 수치 실시예 5에 따른 투영 광학계의 횡수차도,
도 18은 본 발명의 수치 실시예 6에 따른 투영 광학계의 횡수차도,
도 19는 본 발명의 수치 실시예 7에 따른 투영 광학계의 횡수차도,
도 20은 본 발명의 수치 실시예 8(수치 실시예 2)에 따른 투영 광학계의 횡수차도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명의 적합한 실시예를 도면에 의해서 설명한다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1∼제 7 투영 광학계의 실시예의 일례에 따른 투영 광학계(이하, 「투영 광학계 PL」이라고도 함)의 광로도이다.
도 1 및 도 2에 있어서, 본 발명의 투영 광학계 PL은 제 1 면 A상의 패턴의 축소 상을 제 2 면 B상에 결상시키는 굴절형 투영 광학계이다. 그리고, 투영 광학계 PL은 정굴절력의 전렌즈군 GF와 정굴절력의 후렌즈군 GR를 갖는다. 그리고, 전렌즈군 GF의 후측 초점 위치 근방에 개구 조리개 AS가 배치된다. 또, 개구 조리개 AS의 위치는 반드시 전렌즈군 GF의 근(近)축상의 후측 초점 위치에는 한정되지 않는다. 예컨대, 투영 광학계 PL의 동공의 상면(像面) 만곡(彎曲)이 존재하는 경우에는, 개구 조리개 AS의 개구 직경을 변화시켰을 때에 생기는 이미지 필드내에서의 비네팅(vignetting)(구경촉) 차가 일어나는 일이 있어, 이러한 비네팅 차를 방지 혹은 저감시키기 위해서, 개구 조리개 AS의 위치를 전렌즈군 GF의 근축상의 후측 초점 위치로부터 벗어난 위치(근축상의 후측 초점 위치보다도 후렌즈군측)에 설정하는 경우도 있다. 상기 후측 초점 위치의 근방이란 이러한 벗어난 위치도 포함하는 개념이다. 이러한 경우, 후렌즈군 GR(제 5 렌즈군)은 투영 광학계 PL의 근축 동공 위치로부터 제 2 면까지 위치하는 한 그룹의 렌즈의 집합을 가리킨다.
또, 도 1 및 도 2의 예에서는, 개구 조리개 AS는 전렌즈군 GF와 후렌즈군 GR 사이에 배치된다.
그리고, 전렌즈군 GF는 제 1 면측으로부터 순서대로 부굴절력의 제 1 렌즈군 G1, 정굴절력의 제 2 렌즈군 G2, 부굴절력의 제 3 렌즈군 G3 및 정굴절력의 제 4 렌즈군을 갖는다. 따라서, 본 발명의 투영 광학계 PL은 부·정·부·정·정의 굴절력의 제 1 렌즈군 G1∼제 5 렌즈군 G5를 갖는 5군 구성의 투영 광학계이기도 하다.
그런데, 도 1 및 도 2의 실시예에 따른 투영 광학계 PL은 제 1 면 A측 및 제 2 면 B측에 있어서 실질적으로 텔레센트릭적인 광학계이다. 여기서, 제 1 면측 및 제 2 면측에서 실질적으로 텔레센트릭적이란, 투영 광학계 PL에 대하여 제 2 면 B측으로부터 투영 광학계의 광축 Ax와 평행한 광선을 입사시킨 경우, 이 광선이 제 1 면측으로 사출될 때의 때의 광축과 이루는 각도가 50′이하인 것을 가리킨다.
이와 같이, 각 실시예의 투영 광학계에서는 투영 원판으로서의 레티클(마스크)이나 작업대로서의 감광성 기판(웨이퍼, 플레이트 등)의 광축 방향에 있어서의 위치 어긋남이나, 이들 투영 원판 및 작업대의 휨 등에 의한 형상 변화가 발생하였더라도, 그것에 의한 상의 배율 오차나 왜곡을 작게 할 수 있다.
각 실시예의 투영 광학계에서는, 후렌즈군 GR(또는, 제 5 렌즈군 G5)의 초점 거리를 f2로 하고, 제 1 면 A에서부터 제 2 면 B까지의 거리(물상(物像)간 거리)를 L이라고 하면, 다음 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112001012597212-pct00059
상기 수학식 1은 투영 광학계의 색 수차, 특히 축상(軸上) 색수차를 저감시키기 위해서 규정된 식이다. 여기서, 수학식 1의 하한(下限)을 하회(下回)하는 경우, 후렌즈군 GR(또는, 제 5 렌즈군 G5)의 초점 거리가 지나치게 짧아진다. 이 때문에, 후렌즈군 GR(또는, 제 5 렌즈군 G5)로부터 발생하는 축상 색수차량은 지극히 적어지지만, 단색 수차의 발생이 지나치게 커져, 그들의 보정이 곤란하게 되기 때문에 바람직하지 못하다. 여기서, 색수차를 제외하는 단색 수차를 양호하게 더 보정하기 위해서는 수학식 1의 하한을 0.075로 설정하는 것이 바람직하고, 그 단색 수차를 보다 잘 보정하기 위해서는 그 수학식 1의 하한을 0.09로 설정하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 수학식 1의 상한을 상회하는 경우, 후렌즈군 GR(또는, 제 5 렌즈군 G5)의 초점 거리가 과도하게 길게 된다. 이 경우, 단색 수차의 보정을 양호하게 행할 수 있지만, 후렌즈군 GR(또는, 제 5 렌즈군 G5)로부터 발생하는 축상 색수차가 크게 발생해 버리기 때문에 바람직하지 못하다. 이 경우에는, 광원으로부터의 노광광의 파장폭을 좁게 하는데, 투영 광학계 PL에 색수차 보정용 굴절 광학 부재를 부가할 필요가 있어, 광원으로의 부담이 증가되고, 또는 투영 광학계 PL의 비용 상승(cost up)을 초래할 우려가 있다. 여기서, 투영 광학계의 축상 색수차의 발생을 더 억제하기 위해서는 수학식 1의 상한을 0.12로 설정하는 것이 바람직하다.
또, 노광광으로서 180㎚ 이하의 노광광을 이용하는 경우에는 이 파장 대역의 노광광을 투과하는 광투과성 굴절 부재의 종류가 한정되기 때문에, 수학식 1의 상한을 상회하는 경우에는 투영 광학계 PL 그 자체는 성립되지 않을 우려가 있다.
또, 상기 구성에 있어서, 투영 광학계 PL은 적어도 1면 이상의 비구면 ASP1∼ASP6을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 수학식 1이 성립하는 경우에, 투영 광학계 PL은 적어도 6장 이상의 굴절력을 가지는 렌즈를 더 구비하고, 그 굴절력을 갖는 렌즈를 제 1 면 A측으로부터 순서대로 6장(도 1 및 도 2에서는 렌즈 L11, L12, L21, L22, L23, L24) 선택했을 때에, 그 6장의 렌즈중 적어도 한 면이 부의 굴절력을 갖는 비구면 형상인 것이 바람직하다.
이 작용에 대하여 설명하면, 일반적으로 비구면의 면 계측은 소위 널(null) 렌즈 등의 특정한 파면을 만들어내는 소자(이하, 「널 소자」라고 함)를 이용하는 널 테스트(Null Test)에 의해서 행해진다. 검사 대상의 비구면에 맞춘 파면을 널 소자로 만드는 경우, 그 비구면의 굴절력이 부(負)인, 즉 오목면인 쪽이 그 널 소자의 대형화를 방지할 수 있고, 또한 만들어내는 비구면 형상의 파면의 자유도도 크게 할 수 있다.
또한, 가령 수학식 1이 반드시 성립하지 않고 있는 경우에 있어서, 투영 광학계 PL은 적어도 3장 이상의 굴절력을 갖는 렌즈를 구비하고, 그 굴절력을 갖는 렌즈를 제 1 면 A측에서부터 순서대로 3장(도 1 및 도 2에서는 렌즈 L11, L12, L21) 선택했을 때에, 그 3장의 렌즈중 적어도 한 면이 부의 굴절력을 갖는 비구면 형상인 것이 바람직하다. 이 경우에도, 널 테스트를 실행하기 위해서, 검사 대상의 비구면에 맞춘 파면을 널 소자로 만드는 경우, 그 비구면의 굴절력이 부(負)인, 즉 오목면인 쪽이 그 널 소자의 대형화를 방지할 수 있고, 또한 만들어내는 비구면 형상의 파면의 자유도도 크게 할 수 있다.
그런데, 전술한 바와 같이, 각 실시예의 투영 광학계 PL에서는 부·정·부·정·정의 굴절력 배치를 갖고 있어, 종래의 정·부·정·부·정·정의 굴절력 배치를 갖는 6그룹 구성의 투영 광학계에 비하여 렌즈 매수를 대폭 삭감할 수 있는 이점이 있다.
그리고, 각 실시예의 투영 광학계 PL에서는 부의 제 1 렌즈군 G1 및 정의 제 2 렌즈군 G2의 합성 광학계를 고려하여, 이 합성 광학계의 가로 배율(제 1 및 제 2 렌즈군 G1, G2의 합성 가로 배율)을 β1로 하고, 제 1 면 A에서 제 2 렌즈군 G2의 가장 제 2 면 B측의 렌즈면까지의 거리를 L1, 제 1 면 A에서 제 2 면 B까지의 거리를 L이라고 하면, 이하의 수학식 2 및 3을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112001012597212-pct00060
Figure 112001012597212-pct00061
상기 수학식 2는 투영 광학계 PL의 화면전역(이미지 필드 전역)에 있어서 양호해지는 수차 보정을 달성하기 위해서 규정한 수학식이다. 수학식 2로부터 명확해지듯이, 각 실시예의 투영 광학계 PL에 있어서의 제 1 및 제 2 렌즈군 G1, G2의 합성 광학계는 제 1 면 A으로부터의 발산 광속(光束)을 약간 수렴(收斂) 광속으로 변환하고 있다.
수학식 2의 하한을 하회할 때에는, 이 합성 광학계 G1, G2에서의 광속의 수렴 작용이 지나치게 강하게 되어, 수차, 특히 화각(畵角)에 관한 수차의 발생이 커져, 투영 광학계 PL의 이미지 필드를 충분히 확보할 수 없게 되기 때문에 바람직하지 못하다. 또, 화각에 관한 수차의 발생을 더 억제하기 위해서는 수학식 2의 하한을 -1.10으로 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 수학식 2의 상한을 상회할 때에는, 제 1 렌즈군 G1의 부굴절력이 지나치게 약해지므로, 투영 광학계 PL의 페츠발 합의 악화를 초래하여, 투영 광학계 PL의 이미지 필드를 충분히 확보할 수 없게 되기 때문에 바람직하지 못하다. 또, 투영 광학계 PL의 페츠발 합을 또한 양호하게 보정하기 위해서는 수학식 2의 상한을 -0.42로 설정하는 것이 바람직하다.
수학식 3은 상기 수학식 2의 전제가 되는 식으로서, 제 1 및 제 2 렌즈군의 합성 광학계 G1, G2의 위치를 규정하는 것이다. 여기서, 수학식 3의 하한값을 0.1로 하는 것이 바람직하고, 수학식 3의 상한값을 0.15로 하는 것이 바람직하다.
그런데, 제 1 및 제 2 렌즈군의 합성 광학계 G1, G2는 적어도 2개의 비구면 형상의 렌즈면 ASP1∼ASP3을 갖는 것이 바람직하다. 이 합성 광학계 G1, G2중 비구면 ASP1∼ASP3의 작용에 의해 상면(像面) 만곡, 왜곡 수차 및 동공의 구면(球面) 수차 등을 양호하게 보정하는 것이 가능하다.
또한, 제 1 및 제 2 렌즈군의 합성 광학계 G1, G2는 10장 이하의 렌즈로 구성되는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 투영 광학계 PL의 투과율의 확보, 플레어(flare) 발생의 저감 및 제조시의 비용 절감을 달성하는 것이 가능해진다.
그런데, 각 실시예의 투영 광학계 PL에서는 투영 광학계 PL의 광로중에 배치되는 광투과성 굴절 부재(렌즈, 평행 평면판)의 광축에 따른 두께의 총합을 C로 하고, 제 1 면 A에서부터 제 2 면 B까지의 거리를 L이라고 하면, 다음 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112001012597212-pct00062
상기 수학식 4는 투영 광학계 PL로서의 투과율 확보와 투영 광학계 PL의 결상 성능의 안정화를 양립시키기 위해서 규정한 식이다.
상기 수학식 4의 하한을 하회하는 경우, 투영 광학계 PL을 구성하는 광투과성 굴절 부재간의 기체 간격이 너무 길어져, 이 기체의 특성이 변동하는 것(예컨대, 온도 변동이나 기압 변동 등에 기인하는 굴절율의 변동의 발생, 흔들림의 발생 등)에 의한 결상 성능의 변동을 초래하기 쉽게 되기 때문에 바람직하지 못하다. 또, 환경 변동에 대한 결상 성능의 안정성을 더 향상시키기 위해서는 수학식 4의 하한값을 0.52로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 수학식 4의 상한을 상회하는 경우, 투영 광학계 PL의 환경 변동에의 내성은 향상하지만, 충분한 투과율을 얻기 어렵게 되기 때문에 바람직하지 못하다. 또, 보다더 투과율의 확보를 달성하기 위해서는 수학식 4의 상한값을 0.625로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 수학식 4를 만족하는 구성에 있어서는, 투영 광학계 PL은 적어도 하나의 비구면 ASP1∼ASP6을 갖는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 초기의 결상 성능을 충분히 높이면서, 환경 변동에 대한 안정성과 충분한 투과율을 확보하는 것이 가능하다.
그런데, 각 실시예의 투영 광학계 PL에서는 적어도 3면 이상의 비구면 형상의 렌즈면 ASP1∼ASP6을 갖는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 비교적 렌즈 매수(즉, 초재량)를 억제한 구성을 기초로 화면 전역(이미지 필드 전역)에서의 양호한 수차 보정을 실현할 수 있다.
단지, 비구면 형상의 렌즈면 ASP1∼ASP6의 수는 지나치게 증가되더라도 바람직하지 못하고, 투영 광학계 PL중의 광투과성 굴절 부재중 굴절력을 갖는 부재(렌즈 소자)의 수의 총합을 E로 하고, 비구면 형상의 렌즈면 ASP1∼ASP6이 마련된 부재의 수의 총합을 Ea 라고 하면, 다음 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112001012597212-pct00063
상기 수학식 5는 투영 광학계 PL의 제조를 고려한 후에의 비구면 형상의 렌즈면 ASP1∼ASP6의 수의 최적인 범위를 규정한 식이다. 구면 렌즈에 비하여, 비구면 렌즈의 제조 난이도는 높고, 또한 비구면 렌즈의 표면과 이면의 편심 오차나 면 정밀도 오차는 커지는 경향이 있다. 따라서, 투영 광학계 PL의 제조에 대응해서는, 비구면 렌즈의 오차를 구면 렌즈의 위치·자세의 조정이나 구면 렌즈의 면 형상을 조정하는 것에 의해, 투영 광학계 PL의 결상 성능을 최적화하는 것이 바람직하다.
상기 수학식 5의 상한을 상회하는 경우에는, 비구면 형상의 렌즈면 ASP1∼ASP6의 오차에 의한 수차 발생이 지나치게 커질 뿐만 아니라, 구면 렌즈의 수도 적어지기 때문에, 비구면 ASP1∼ASP6의 오차에 의한 수차 발생을 구면 렌즈의 위치·자세 조정, 형상 조정에 의해 보정하는 것이 어렵게 된다. 여기서, 투영 광학계 PL의 제조를 더 용이하게 하기 위해서는 수학식 5의 상한을 0.42로 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 수학식 5의 하한을 하회하는 경우에는, 비구면 형상의 렌즈면의 수가 적어져, 투영 광학계 PL의 제조는 용이해지지만, 화면 전역(이미지 필드 전역)에서의 양호한 수차 보정이 곤란하게 되고, 또한 투영 광학계 PL을 제조하기 위해서 필요한 초재량의 증가를 초래하기 때문에 바람직하지 못하다. 또, 한층더 수차 보정의 달성 및 초재량의 삭감을 도모하기 위해서는 수학식 5의 하한을 0.2로 설정하는 것이 바람직하다.
그런데, 각 실시예의 투영 광학계 PL에서는, 투영 광학계 PL을 구성하는 광투과성 굴절 부재중 굴절력을 갖는 부재(렌즈 소자)의 총합은 16 이상인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 투영 광학계 PL의 상측(제 2 면 B측) 개구수의 증대를 도모할 수 있고, 또한 미세한 패턴을 투영 노광하는 것이 가능해진다. 또, 상기 수학식 5를 만족하는 경우에는, 렌즈 소자의 총합이 16 이상이면, 비구면 렌즈의 오차에 의한 수차 발생을 보정하기 위한 구면 렌즈의 수를 충분히 확보할 수 있는 이점이 있다.
또한, 각 실시예의 투영 광학계 PL에서는, 투영 광학계 PL을 구성하는 광투과성 굴절 부재중 굴절력을 갖는 부재(렌즈 소자)의 총합은 26 이하인 것이 바람직 하다. 이것에 의해, 투영 광학계 PL을 구성하는 광투과성 굴절 부재의 두께가 삭감될 수 있는 것에 따른 투과율의 향상뿐만 아니라, 광학계면(光學界面)(렌즈면)의 수가 삭감되어, 이 광학계 면에서의 광량 손실을 저감시키고, 전체로서의 투과율 향상을 도모할 수 있다.
그런데, 도 1의 실시예에서는, 투영 광학계 PL중 광투과성 굴절 부재는 단일 종류의 재료로 형성되어 있다. 이 때문에, 투영 광학계 PL의 제조 비용의 삭감을 도모할 수 있다. 특히, 180㎚ 이하의 노광광에 대하여 투영 광학계 PL을 최적화하는 경우에는 이 파장 대역의 노광광에 대하여 양호한 투과율을 갖는 초재가 한정되기 때문에 효과적이다.
또한, 도 2의 실시예에서는, 투영 광학계 PL 중 광투과성 굴절 부재는 제 1 재료로 형성된 제 1 광투과성 굴절 부재와, 제 2 재료로 형성된 제 2 광투과성 굴절 부재를 갖고 있다. 여기서, 광투과성 굴절 부재중 굴절력을 갖는 부재의 수에 대한 그 제 2 광투과성 굴절 부재의 수는 32% 이하인 것이 바람직하다.
특히, 200㎚ 이하의 진공 자외 대역의 노광광을 이용하는 경우, 이 파장 대역의 노광광에 대하여 양호한 투과율을 갖는 초재의 종류가 몇 개인지 한정된다. 이 몇 개의 초재중에는 제조 비용이 높고 또한 렌즈로 하기 위한 가공 비용에 초재의 비용도 포함되어 있다. 상기 비용이 높은 초재에 관해서는 렌즈로 가공할 때의 정밀도를 높이기 어렵고, 투영 광학계 PL의 정밀도 향상, 즉 결상 성능의 향상을 도모할 때의 난점으로 된다. 이 관점에서 보면, 복수 종류의 초재를 이용하여 투영 광학계 PL을 제조하는 경우에는, 상기의 퍼센티지(percentage)를 32% 이하로 억제함으로써, 제조 비용의 저감과 결상 성능의 향상을 양립시킬 수 있다. 또, 상기의 퍼센티지는 16% 이하인 것이 바람직하고, 11% 이하인 것이 더 바람직하다.
다음에, 수치 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은 실시예 1에 따른 투영 광학계 PL의 광로도이다.
실시예 1의 투영 광학계 PL은 협대화(狹帶化)된 F2 레이저가 공급하는 파장 157.62㎚을 기준 파장으로 한 것이고, 기준 파장에 대하여 파장폭 ±0.2pm 범위에서 색수차 보정을 행하고 있는 것이다. 또, 실시예 1에 있어서, 투영 광학계 PL 중의 모든 광투과성 굴절 부재(렌즈 L11∼L57)는 형석(불화 칼슘, CaF2)으로 형성되어 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 실시예 1의 투영 광학계 PL은 제 1 면 A측에서부터 순서대로 정굴절력의 전렌즈군 GF, 개구 조리개 AS 및 정굴절력의 후렌즈군 GR를 갖는다. 또한, 별도의 그룹 분할에 의하면, 실시예 1의 투영 광학계 PL은 제 1 면 A측에서부터 순서대로 부의 제 1 렌즈군 G1, 정의 제 2 렌즈군 G2, 부의 제 3 렌즈군 G3, 정의 제 4 렌즈군 G4, 개구 조리개 AS 및 정의 제 5 렌즈군 G5를 갖는다.
제 1 렌즈군 G1은 제 1 면 A측에서부터 순서대로 양(兩)오목 형상의 부렌즈 L11과, 오목면을 제 1 면 A측을 향한 메니스커스(meniscus) 형상의 부렌즈 L12를 갖고, 이들 부렌즈 L11, L12에 의해서 양(兩)볼록 형상의 기체 렌즈를 형성하고 있다. 여기서, 부렌즈 L11의 제 1 면 A측의 렌즈면과 부렌즈 L12의 제 2 면 B측의 렌즈면은 비구면 형상으로 형성되어 있다.
제 2 렌즈군 G2는 양볼록 형상의 4개의 정렌즈 L21∼L24를 갖는다. 여기서, 가장 제 2 면 B측의 정렌즈 L24의 제 1 면 A측의 렌즈면은 비구면 형상으로 형성되어 있다.
제 3 렌즈군 G3은 양오목 형상의 3개의 부렌즈 L31∼L33을 갖고, 이들 부렌즈 L31∼L33에 의해서, 양볼록 형상의 2개의 기체 렌즈를 형성하고 있다. 여기서, 가장 제 2 면 B측의 부렌즈 L33의 제 2 면 B측의 렌즈면은 비구면 형상으로 형성되어 있다.
제 4 렌즈군 G4는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 제 1 면 A측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 2개의 정렌즈 L41, L42와, 양볼록 형상의 정렌즈 L43을 갖는다.
제 5 렌즈군 G5는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 양오목 형상의 부렌즈 L51과, 양볼록 형상의 2개의 정렌즈 L52, L53과, 제 1 면 A측에 볼록면을 향한 메니스커스 형상의 3개의 정렌즈 L54∼L56과, 평(平)볼록 형상의 정렌즈 L57을 갖는다. 여기서, 정렌즈 L56의 제 2 면 B측의 렌즈면은 비구면 형상으로 형성되어 있다.
도 2는 실시예 2에 따른 투영 광학계 PL의 광로도이다.
실시예 2의 투영 광학계 PL은 협대화된 ArF 레이저가 공급하는 파장 193.306㎚을 기준 파장으로 한 것이고, 기준 파장에 대하여 파장폭 ±0.4pm의 범위에서 색수차 보정을 행하고 있는 것이다. 또, 실시예 2에 있어서, 투영 광학계 PL중의 광투과성 굴절 부재는 석영 유리(합성 석영)와 형석으로 형성된다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 실시예 2의 투영 광학계 PL은 제 1 면 A측으로부터 순서대로 정굴절력의 전렌즈군 GF, 개구 조리개 AS 및 정굴절력의 후렌즈군 GR를 갖는다. 또한, 별도의 그룹 분할에 의하면, 실시예 1의 투영 광학계 PL은 제 1 면 A측으로부터 순서대로 부의 제 1 렌즈군 G1, 정의 제 2 렌즈군 G2, 부의 제 3 렌즈군 G3, 정의 제 4 렌즈군 G4, 개구 조리개 AS 및 정의 제 5 렌즈군 G5를 갖는다.
제 1 렌즈군 G1은 제 1 면 A측으로부터 순서대로 양오목 형상의 부렌즈 L11과, 오목면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L12를 갖고, 이들 부렌즈 L11, L12에 의해서, 양볼록 형상의 기체 렌즈를 형성하고 있다. 여기서, 부렌즈 L11의 제 2 면 B측의 렌즈면과 부렌즈 L12의 제 2 면 B측의 렌즈면은 비구면 형상으로 형성되어 있다. 또, 이들 2개의 부렌즈 L11, L12는 모두 석영 유리로 형성되어 있다.
제 2 렌즈군 G2는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 양볼록 형상의 3개의 정렌즈 L21∼L23과, 볼록면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 정렌즈 L24를 갖는다. 여기서, 가장 제 1 면 A측의 정렌즈 L21의 제 2 면측의 렌즈면은 비구면 형상으로 형성되어 있다. 제 2 렌즈군 G2에 있어서는, 3개의 양볼록 정렌즈 L21∼L23이 석영 유리로 형성되어 있고, 메니스커스 형상의 정렌즈 L24가 형석으로 형성되어 있다.
제 3 렌즈군 G3은 양오목 형상의 3개의 부렌즈 L31∼L33을 갖고, 이들 부렌즈 L31∼L33에 의해서 양볼록 형상의 2개의 기체 렌즈를 형성하고 있다. 여기서, 가장 제 2 면 B측의 부렌즈 L33의 제 1 면 A측의 렌즈면은 비구면 형상으로 형성되어 있다. 제 3 렌즈군 G3중 모든 부렌즈 L31∼L33은 석영 유리로 형성되어 있다.
제 4 렌즈군 G4는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 제 1 면 A측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 정렌즈 L41과, 제 2 면 B측에 볼록면을 향한 평볼록 형상의 정렌즈 L42와, 제 1 면 A측에 볼록면을 향한 메니스커스 형상의 정렌즈 L43을 갖는다. 여기서, 3개의 정렌즈 L41∼L43은 모두 석영 유리로 형성되어 있다.
제 5 렌즈군 G5는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 제 1 면 A측에 볼록면을 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L51과, 양볼록 형상의 정렌즈 L52와, 제 1 면 A측 에 볼록면을 향한 4개의 메니스커스 형상의 정렌즈 L53∼L56과, 제 1 면 A측에 오목면을 향한 평오목 형상의 부렌즈 L57을 갖는다. 여기서, 메니스커스 형상의 부렌즈 L51의 제 2 면 B측의 렌즈면과 메니스커스 형상의 정렌즈 L56의 제 2 면측의 렌즈면은 비구면 형상으로 형성되어 있다. 또, 제 5 렌즈군 G5에 있어서는 양볼록 형상의 정렌즈 L52가 형석으로 형성되어 있고, 나머지의 렌즈 L51, L53∼L57이 석영 유리로 형성되어 있다.
실시예 2의 투영 광학계 PL과 같이, 석영 유리(합성 석영)와 형석을 렌즈 재료(초재)로서 이용하는 경우에는, 비구면 형상의 렌즈면은 석영 유리로 이루어지는 렌즈로 형성하는 것이 바람직하다.
이하의 표 1 및 표 2에 실시예 1 및 실시예 2의 투영 광학계 PL의 제원(諸元)을 나타낸다. 표 1 및 표 2에 있어서, 좌단의 열에는 제 1 면 A으로부터의 각 렌즈면의 번호, 제 2 열에는 각 렌즈면의 곡률 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 부호를 나타낸다. 또한, 비구면 렌즈면에 관한 제 2 열의 곡률 반경은 정점 곡률 반경을 나타낸다. 또한, 표 2의 φeff는 각 렌즈면의 유효한 직경을 나타내고 있다.
비구면 형상은 이하의 수학식 6으로 나타낸다.
Figure 112001012597212-pct00064
Y : 광축으로부터의 높이
Z : 비구면 정점에 있어서의 접 평면으로부터 비구면까지의 광축 방향의 거리
r : 정점 곡률 반경
κ: 원추 계수
A, B, C, D, E, F:비구면 계수
표 1 및 표 2의 최후에 [비구면 데이터]로서 각 비구면에 관한 원추 계수 κ, 비구면 계수 A, B, C, D, E, F를 나타내었다.
실시예 1의 투영 광학계에서는 렌즈 재료(초재)로서 형석을 이용하고, 실시예 2에서는 석영 유리(합성 석영) 및 형석을 이용하고 있다.
실시예 1의 기준 파장(157.62㎚)에서의 형석의 굴절율은 1.5593067이며, 파 장 +1pm 당 굴절율의 변화량(분산)은 -2.6×10-6이다.
또한, 실시예 2의 기준 파장(193.306㎚)에서의 석영 유리(합성 석영)의 굴절율은 1.5603261이며, 파장 +1pm당 굴절율의 변화량(분산)은 -1.59×10-6이다. 그리고, 상기 기준 파장(193.306㎚)에서의 형석의 굴절율은 1.5014548이며, 파장 +1pm 당의 굴절율의 변화량(분산)은 -0.98×10-6이다.
또, 이하의 표 1 및 표 2에 있어서, SiO2는 석영 유리를, CaF2는 형석을 각각 나타내고, d0은 제 1 면 A로부터 가장 제 1 면 A측의 면까지의 거리, WD는 가장 제 2 면 B측의 면으로부터 제 2 면 B까지의 거리(작동 거리), β는 투영 배율, NA는 제 2 면 B측의 개구수, φ는 제 2 면 B 상에서의 이미지 서클의 직경을 나타낸다.
Figure 112001012597212-pct00065
Figure 112001012597212-pct00066
Figure 112001012597212-pct00067
Figure 112001012597212-pct00068
Figure 112001012597212-pct00069
Figure 112001012597212-pct00070
그런데, 이하의 표 3에 각 실시예의 조건 대응 수치를 나타낸다.
Figure 112001012597212-pct00071
상기 표 3에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2도 상기 조건식을 만족하고 있다.
다음에, 도 3 및 도 4에 각각 실시예 1 및 실시예 2에 따른 투영 광학계 PL의 제 2 면 B상에서의 횡(橫)수차도를 나타낸다.
여기서, 도 3의 (a)는 상 높이 Y=11.5에 있어서의 메리디오날(meridional) 방향의 횡수차도, 도 3의 (b)는 상 높이 Y=5.75에 있어서의 메리디오날 방향의 횡수차도, 도 3의 (c)는 상 높이 Y=0(광축상(上))에 있어서의 메리디오날 방향의 횡수차도, 도 3의 (d)는 상 높이 Y=11.5에 있어서의 새지탈(sagittal) 방향의 횡수차도, 도 3의 (e)는 상 높이 Y=5.75에 있어서의 새지탈 방향의 횡수차도, 도 3의 (f)는 상 높이 Y=0(광축상)에 있어서의 새지탈 방향의 횡수차도이다. 또한, 도 3의 (a)∼도 3의 (f)의 각 횡수차도에 있어서, 실선은 파장 λ= 157.62㎚(기준 파장)에 의한 수차 곡선, 파선은 파장 λ= 157.62㎚ + 0.2pm(기준 파장 +0.2pm)에 의한 수차 곡선, 일점 쇄선은 파장 λ= 157.62㎚-0.2pm(기준 파장 +0.2pm)에 의한 수차 곡선을 나타내고 있다.
또한, 도 4의 (a)은 상 높이 Y=13.3에 있어서의 메리디오날 방향의 횡수차도, 도 4의 (b)는 상 높이 Y=6.65에 있어서의 메리디오날 방향의 횡수차도, 도 4의 (c)는 상 높이 Y=0(광축상)에 있어서의 메리디오날 방향의 횡수차도, 도 4의 (d)는 상 높이 Y=13.3에 있어서의 새지탈 방향의 횡수차도, 도 4의 (e)는 상 높이 Y=6.65에 있어서의 새지탈 방향의 횡수차도, 도 4의 (f)는 상 높이 Y=0(광축상)에 있어서의 새지탈 방향의 횡수차도이다. 또한, 도 4의 (a)∼도 4의 (f)의 각 횡수차도에 있어서, 실선은 파장 λ= 193.306㎚(기준 파장)에 의한 수차 곡선, 파선은 파장 λ = 193.306 + 0.4pm (기준 파장 +0.4pm)에 의한 수차 곡선, 일점 쇄선은 파장 λ= 193.306㎚-0.4pm(기준 파장 +0.4pm) 에 의한 수차 곡선을 나타내고 있다.
도 3으로부터 명확한 바와 같이, 실시예 1의 투영 광학계 PL에서는 180㎚ 이하의 파장 대역에 있어서 단일 종류의 초재밖에 이용하고 있지 않은 것에도 관계없이, ±0.2pm이라는 파장 대역에 걸쳐 양호하게 색수차 보정이 달성되어 있다.
또한, 도 4로부터 명확한 바와 같이, 실시예 2의 투영 광학계 PL에서는 2 00㎚ 이하의 진공 자외의 파장 대역에 있어서, 색수차 보정용 렌즈 소자를 소수(모든 렌즈 소자의 10% 정도)밖에 이용하고 있지 않는 것에도 관계없이, ±0.4pm이라는 파장 대역에 걸쳐 양호하게 색수차 보정이 달성되어 있다.
그런데, 실시예 1의 투영 광학계 PL은 직경 23㎜의 원형 이미지 필드를 갖고, 그 이미지 필드내에서 주사 방향의 폭 6.6㎜, 주사 직교 방향의 폭 22㎜의 직사각형 형상의 노광 영역을 확보할 수 있다. 또한, 실시예 2의 투영 광학계 PL은 직경 26.6㎜의 원형 이미지 필드를 갖고, 그 이미지 필드내에서 주사 방향의 폭 8.8㎜, 주사 직교 방향의 폭 25㎜의 직사각형 형상의 노광 영역을 확보할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제 8 및 제 9 투영 광학계의 바람직한 실시예의 일례에 관하여 설명한다. 도 10∼도 14는 본 발명의 제 8 및 제 9 투영 광학계의 실시예에 따른 투영 광학계의 광로도이다. 단, 후술하는 바와 같이 상술한 도 1 및 도 2의 투영 광학계도 본 발명의 제 8 및 제 9 투영 광학계의 실시예에 포함되는 경우가 있다.
도 10∼도 14에 있어서, 본 예의 투영 광학계(이하, 「투영 광학계 PL」라고 도 함)는 제 1 면 A상의 패턴의 축소 상을 제 2 면 B상에 결상시키는 굴절형 투영 광학계이다. 이들 투영 광학계를, 예컨대 반도체 장치 제조용 투영 노광 장치에 적용한 경우, 제 1 면 A상에 투영 원판(마스크)으로서의 레티클 R의 패턴면이 배치되고, 제 2 면 B상에 작업대로서의 피노광 기판인 웨이퍼 W의 포토 레지스트의 도포면(노광면)이 배치된다. 그리고, 그 투영 광학계는 정굴절력의 전렌즈군 GF와 정굴절력의 후렌즈군 GR를 갖고, 전렌즈군 GF의 후측 초점 위치 근방에 개구 조리개 AS가 배치된다. 또, 개구 조리개 AS의 위치는 반드시 전렌즈군 GF의 근축상의 후측 초점 위치에 한정되지 않는다. 이것은 도 1 및 도 2의 실시예의 경우와 마찬가지이다. 이 경우, 후렌즈군 GR는 투영 광학계의 근축 동공 위치로부터 제 2 면 B까지 위치하는 1군(群)의 렌즈의 집합을 가리킨다.
또한, 도 10∼도 14의 예에서는, 개구 조리개 AS는 전렌즈군 GF와 후렌즈군 GR 사이에 배치된다.
그리고, 도 10∼도 14의 예의 투영 광학계는 도 1, 도 2의 예와 마찬가지로 제 1 면 A측 및 제 2 면 B측에 있어서 실질적으로 텔레센트릭적인 광학계이다. 이 결과, 본 예의 투영 광학계에서도 투영 원판으로서의 레티클(마스크)이나 작업대로서의 감광성 기판(웨이퍼, 플레이트 등)의 광축 방향에 있어서의 위치 어긋남이나, 이들 투영 원판 및 작업대의 휨 등에 의한 형상 변화가 발생했다고 해도, 그것에 의한 상(像)의 배율 오차나 왜곡을 작게 할 수 있다.
본 발명의 제 8 투영 광학계(제 5 투영 노광 장치 또는 제 3 투영 노광 방법)의 실시예에 따른 투영 광학계에서는 파장이 200㎚ 이하의 노광광이 사용됨과 동시에, 그 투영 광학계중 광투과성 광학 재료중의 형석(CaF2)의 량(사용량)을 디스크재로 환산한 량을 y(㎏), 그 후렌즈군 GR의 초점 거리를 f2(㎜), 그 투영 광학계의 상(像)측의 최대 개구수를 NAw로 하고, 파라미터 x(㎜)를 다음과 같이 규정한다.
Figure 112001012597212-pct00072
이 경우, 도 8의 (b)에 도시하는 바와 같이 그 투영 광학계중에서 사용되는 렌즈 L의 디스크재 D란, 그 렌즈 L을 제조할 때에 사용되는 원주 형상의 부재이다. 렌즈 L의 유효 반경(입사측과 사출측에서 큰 쪽의 유효 반경)을 reff, 렌즈 L을 안정적으로 유지하기 위한 유지용 폭을 dS라고 하면, 디스크재 D의 반경 rd는 (reff+ dS)로 되고, 디스크재 D의 길이는 렌즈 L에 외접하는 원주의 길이로 된다. 따라서, 그 형석의 사용량을 디스크재로 환산한 량 y는 그 투영 광학계를 제조할 때에 사용되는 형석의 전체의 량을 나타내게 된다.
본 예에서는 그 유지용 폭 dS를 8㎜로 하고 있다. 이 때, 본 예에서는 이하 의 각 수학식을 만족하도록 하고 있다.
Figure 112001012597212-pct00073
Figure 112001012597212-pct00074
Figure 112001012597212-pct00075
Figure 112001012597212-pct00076
도 8의 (a)는 본 발명의 실시예에 있어서의 파라미터 x와 형석의 량 y(디스크재로 환산한 사용량)의 관계를 나타내고, 이 도 8(a)에 있어서, 직선 B1, B2, B3 및 B4는 각각 직선(Y=4x-200), 직선(y=(4x/13)+(1000/13)), 직선(Y=4x-440) 및 직선(Y=0)을 나타내고 있다. 따라서, 수학식 8∼11의 각 조건을 만족하는 (x, y)의 범위는 도 8의 (a)의 직선 B1, B2, B3, B4로 둘러싸인 사각형 영역 B5이다.
통상, 광학계의 색수차의 보정은 다른 분산의 광학 재료를 적절히 조합하는 것(통상의 보정 수법)에 의해서 행해진다. 그러나, 본 예와 같이 200㎚ 이하의 파장 대역의 광(진공 자외광)을 노광광으로서 이용하는 경우, 이 노광광을 투과하는 렌즈(수차 보정용 평행 평판 등을 포함함)의 광학 재료(광투과성 광학 재료)의 종류가 한정된다. 구체적으로 170∼200㎚ 정도의 파장 대역에서 서로 다른 분산의 복수의 광학 재료의 조합으로서 실용적인 것은 석영 유리(합성 석영) 및 형석이지 만, 형석은 생산량이 적고 고가이기 때문에, 투영 광학계, 나아가서는 그것을 구비한 투영 노광 장치의 제조 비용을 저감하기 위해서는 가능한 한 형석의 사용량 y를 적게 하는 것이 바람직하다.
그래서, 본 발명자는 광학계를 비례 축소함으로써 소정의 파장폭의 광에 대한 색수차의 보정을 행하는 수법(비례 축소에 의한 보정 수법)을 본 예의 경우에 적용하는 것에 상도(想到)하여, 파장 200㎚ 이하의 광에 대하여 형석의 량 y를 가능한 한 억제하여 색수차의 보정을 양호하게 실행하기 때문에, 상기한 통상의 보정 수법(형석의 량 y으로 제어할 수 있음)과, 비례 축소에 의한 보정/수법(파라미터 x에 의해서 제어할 수 있음)의 최적의 조합이 도 8의 (a)의 영역 B5인 것을 찾아낸 것이다.
수학식 8을 만족하지 않는 경우, 즉 직선 B1위의 영역 B1e에서는 형석의 량 y에 대하여 후렌즈군 GR의 초점 거리 f2가 짧아진다. 이 경우에는, 투영 광학계 전계(全係)의 파워가 지나치게 강하고, 단색 수차의 보정 자체가 곤란해지기 때문에 바람직하지 못하다. 또는, 후렌즈군 GR의 초점 거리 f2에 대하여 필요 이상으로 형석을 사용하고 있다라고도 말할 수 있다. 즉, 비례 축소의 수법에 의한 색수차 보정을 그다지 실행하지 않게 되어, 쓸데없이 형석의 사용량이 증가되기 때문에 바람직하지 못하다.
그리고, 수학식 9를 만족하지 않는 경우, 즉 직선 B2위의 영역 B2e에서는 형석의 절대적인 사용량 증가를 초래하기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 수학식 10을 만족하지 않는 경우, 즉 직선 B3의 외측의 영역 B3e에서 는 투영 광학계의 단색 수차의 보정은 용이해지지만, 색수차의 보정량이 대폭 부족하기 때문에, 결과적으로 결상 성능의 악화를 초래하여 바람직하지 못하다. 또, 형석의 량 y는 0 또는 정의 값이기 때문에, 수학식 11은 항상 만족되고 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 투영 광학계의 상측의 최대 개구수 NAw와 형석의 량 y(디스크재로 환산한 사용량)는 또한 다음 2개의 수학식을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112001012597212-pct00077
Figure 112001012597212-pct00078
수학식 12가 만족되지 않는 경우에는 충분한 해상도가 얻어지지 않는다. 또한, 형석의 대량 생산은 현상태에서는 곤란하기 때문에, 수학식 13이 만족되지 않는 경우에는, 수요에 따라 투영 광학계 PL(및 이것을 구비한 투영 노광 장치)의 공급량을 증가하는 것이 곤란하게 될 우려가 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 그 후렌즈군 GR의 초점 거리 f2(㎜)와, 그 투영 광학계의 상측의 최대 개구수 NAw는 이하의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112001012597212-pct00079
f2/NAw의 값이 수학식 14의 하한 이하로 되면, 코마(coma) 수차, 비점 수차, 왜곡 등의 축외(軸外) 수차의 보정이 곤란해지고, f2/NAw의 값이 수학식 14의 상한 이상으로 되면, 색수차의 보정이 곤란해진다.
다음에, 형석의 량 y를 더 적게 하고, 또한 비례 축소에 의한 색수차의 보정을 양호하게 실행하기 위해서는, 수학식 8~11보다도 더 좁은 조건인 이하의 각 수학식 15∼18을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112001012597212-pct00080
Figure 112001012597212-pct00081
Figure 112001012597212-pct00082
Figure 112001012597212-pct00083
도 8의 (a)에 있어서, 직선 C1, C2, C3 및 C4는 각각 직선(y=(9x/2)-270), 직선(Y=90), 직선(y=(9x/2)-(855/2)) 및 직선(Y=0)을 나타내고 있다. 따라서, 수학식 15∼18을 만족하는 (x, y)의 범위는, 직선 C1, C2, C3, C4로 둘러싸인 사각형 영역 C5이며, 이 영역 C5는 영역 B5의 범위내에 포함되어 있다.
또한, 노광광은 파장이 200㎚ 이하임과 동시에, 파장폭이 반값(半値) 전폭(全幅)에서 0.5pm 이하인 것이 바람직하다. 파장폭이 좁아질수록 색수차의 보정은 용이하게 되지만, 그것에 따라서 노광 광원의 구성이 복잡화하여 제조 비용이 상승하고, 또한 노광광량의 저하를 피할 수 없어, 스루풋(throughput)의 저하를 초래한다. 노광 광원으로서, 예컨대 ArF 엑시머 레이저 광원(파장 193㎚)을 사용하는 경우, 협대화 기술에 의해 0.5pm 이하에서 0.3pm 정도까지의 파장폭은 합리적인 비용으로 실현 가능하고, 또한 본 예의 보정 수법에 의해 색수차도 용이하게 보정할 수 있다.
다음에, 본 예에서는 비례 축소에 의한 보정 수법을 이용하고 있지만, 이 때에 상면(像面)측에서 제(諸)수차를 허용 범위내로 억제하여 넓은 시야를 확보하기 위해서는 투영 광학계를 구성하는 복수의 렌즈중 소정의 렌즈면을 비구면으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 비구면 렌즈는 제조 비용이 높기 때문에, 비구면의 수는 소망하는 결상 성능이 얻어지는 범위내에서 최소한으로 하는 것이 바람직하다.
본 예에서는, 수학식 8∼11이 만족되고 있지만, 형석의 량 y에 대하여 또한 다음 조건을 부과시킨 경우에는 투영 광학계중 비구면의 수 A로는 2 이상이 바람직하다.
Figure 112001012597212-pct00084
Figure 112001012597212-pct00085
이것에 대하여 설명하면, 수학식 19가 성립하는 경우에는 형석의 량 y가 비교적 적기 때문에, 수학식 8∼11로부터 후렌즈군 GR의 초점 거리 f2가 비교적 짧게 설정된다. 즉, 비례 축소에 의한 색수차 보정이 지배적이게 되는 경향이 있다. 이 때에는, 비구면의 면수가 2면보다 적으면, 양호하게 수차 보정된 상(像)측 시야의 범위가 너무 좁아지게 되고, 투영 노광 장치에 적용한 경우에 스루풋의 저하를 초래하기 때문에, 소망하는 상측 시야의 범위내에서의 수차 보정을 양호하게 실행하기 위해서 2면 이상의 비구면을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 넓은 상측 시야로 수차 보정을 양호하게 실행하기 위해서는 그 비구면의 수는 3면 이상인 것이 더 바람직하다.
또한, 형석의 량 y에 대하여 수학식 19와는 다른 다음 조건을 부과시킨 경우에는 투영 광학계중의 비구면의 수 A로서는 1∼5가 바람직하다.
Figure 112001012597212-pct00086
Figure 112001012597212-pct00087
이 수학식 21이 성립하는 경우에는 형석의 량 y가 증가했기 때문에, 수학식 8∼11로부터 후렌즈군 GR의 초점 거리 f2가, 수학식 19가 성립하는 경우에 비해 길게 설정할 수 있다. 즉, 복수의 재료를 조합시키는 보정 수법에 부가하여 비례 축소에 의한 색수차 보정이 행해지기 때문에, 1면 이상이고 5면 이하의 비구면을 이용함으로써 소망하는 상측 시야의 범위내에서 수차 보정을 양호하게 실행할 수 있다. 수학식 22로부터 벗어나 비구면을 이용하지 않는 경우에는, 비례 축소된 상측 시야를 비례 축소하기 전의 상태로 유지하는 것이 곤란해져, 바람직하지 못하다. 또한, 비구면이 5면을 초과한 경우에는 필요 이상으로 제조 비용이 상승하게 되어 바람직하지 못하다.
또한, 투영 광학계에 비구면을 마련하는 경우, 이 비구면은 형석과는 다른 재료(예컨대, 석영 유리)로 이루어지는 렌즈의 렌즈면에 마련되는 것이 바람직하다. 이에 반하여, 형석으로 이루어지는 렌즈에 비구면을 마련하고자 하면, 형석에의 비구면 가공은 형석의 마모도가 크기 때문에 곤란하며, 제조 비용 및 제조 시간의 대폭적인 증대를 초래하고, 또 비구면 정밀도의 저하를 초래할 우려가 있다.
또한, 본 예의 투영 광학계의 상측 시야는 직경 20㎜ 이상인 것이 바람직하고(직경 25㎜ 이상인 것이 더 바람직함), 투영 광학계의 상측의 최대 개구수 NAw는 이하의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112001012597212-pct00088
노광 파장 λ, 최대 개구수 NAw 및 프로세스 계수 k1을 이용하면, 투영 광학계에 의해서 전사되는 상의 해상도 Res는 다음과 같이 된다.
Figure 112001012597212-pct00089
따라서, 노광 파장 λ를 200㎚, 최대 개구수 NAw를 0.65로 하고, 예컨대 변형 조명법을 적용하는 것으로 하여 프로세스계수 k1을 0.5라고 하면, 해상도 Res는 약 154㎚로 된다. 따라서, 노광 파장을 200㎚ 이하로 하고, 수학식 23을 만족함으로써, 차세대의 반도체 장치 등을 제조하기 위해서 충분한 해상도가 얻어진다.
또한, 상측 시야의 직경을 20㎜ 이상으로 하는 것으로, 높은 해상도를 얻은 상태에서 높은 스루풋으로 노광을 행할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제 9 투영 광학계(제 6 투영 노광 장치 또는 제 4 투영 노광 방법)의 실시예에 따른 투영 광학계에서는 파장이 200㎚ 이하의 노광광이 사용됨과 동시에, 그 투영 광학계중 광투과성 광학 재료중의 제 1 재료의 량(사용량)을 디스크재로 환산한 량을 y(㎏)로 하고 있다. 그리고, 후렌즈군 GR의 초점 거리를 f2(㎜), 그 투영 광학계의 상측의 최대 개구수를 NAw로 하고, 파라미터 x(㎜)를 수학식 7과 같이 규정했을 때에, 수학식 8∼11이 만족되고 있다.
도 9는 이 실시예에 있어서의 파라미터 x(㎜)와 제 1 재료의 량 y(디스크재로 환산한 사용량)(㎏)의 관계를 나타내고, 이 도 9의 직선 B1∼B4, 직선 C1∼C4는 도 8의 (a)와 동일하며, 수학식 8∼11이 만족되는 영역은 직선 B1∼B4로 둘러싸인 영역 B5이다.
이 도 9의 실시예에서는 투영 광학계를 구성하는 렌즈의 주요한 재료(광투과성 광학 재료)로서 우선 그 제 1 재료와는 다른 제 2 재료를 사용하고, 색수차 보정을 행하기 위해서 필요에 따라 그 제 1 재료를 부가한다. 또한 광학계를 비례 축소하여 색 소멸을 실행하는 보정 수법을 병용한다. 즉, 본 예는 「주요한 재료(제 2 재료)에 색수차 보정용 재료(제 1 재료)를 부가하여 색 소멸하는 보정 수법과, 비례 축소에 의한 보정 수법의 최적의 조합의 범위를 보도록 한 것」이라고 할 수 있다.
본 예에 있어서, 그 주요한 재료(제 2 재료)로서는 석영뿐만 아니라, 형석 등을 사용할 수 있다. 그 주요한 재료가, 예컨대 석영이면, 그 제 1 재료로서는 형석(이것은 도 8의 (a)의 실시예에 대응함)이나 불화바륨(BaF), 불화리튬(LiF) 등 을 사용할 수 있다. 한편, 예컨대 노광 파장이 170㎚ 이하(예컨대, 파장 157㎚의 F2 레이저)로 되면, 투과율을 높이기 위해서 그 주요한 재료로는 형석을 사용하는 것도 고려되지만, 이 경우에 그 제 1 재료로는 형석과는 다른 재료(석영, BaF, LiF 등)가 사용된다.
도 9에 있어서, 수학식 8을 만족하지 않는 경우, 후렌즈군 GR의 초점 거리 f2에 대하여 필요 이상으로 제 1 재료를 사용하고 있다고 할 수 있다. 그리고, 수학식 9를 만족하지 않는 경우, 제 2 재료의 절대적인 사용량의 증가를 초래하고, 예컨대 노광 파장이 170㎚ 이하의 경우에는 투과율이 저하되는 것으로 되어 바람직하지 못하다.
또한, 수학식 10을 만족하지 않는 경우, 투영 광학계의 단색 수차의 보정은 용이해지지만, 색수차의 보정량이 대폭 부족하기 때문에, 결과적으로 결상 성능의 악화를 초래하여 바람직하지 못하다.
또한, 본 예에 있어서도, 충분한 해상도를 얻고, 형석의 사용량을 실용적인 범위내로 억제하기 위해서는 수학식 12, 수학식 13을 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 코마 수차, 비점 수차, 왜곡 등의 축외 수차를 용이하게 보정하고, 색수차를 용이하게 보정하기 위해서는 수학식 14를 만족하는 것이 바람직하다.
그리고, 본 예에 있어서도, 제 1 재료의 량 y를 더 적게 하고, 또한 비례 축소에 의한 색수차의 보정을 양호하게 실행하기 위해서는, 수학식 8∼11보다 더 좁은 조건인 상기의 각 수학식 15∼18을 만족하는 것이 바람직하다. 이것은 도 9의 직선 C1∼C4로 둘러싸인 영역 C5에 (x, y)가 있는 경우이다.
또한, 도 9에 있어서, 데이터 A1은 상기한 실시예 1에 대응하고 있다. 그 실시예 1에 있어서, 노광 파장은 F2 레이저의 157㎚(170㎚ 이하), 렌즈의 재료(제 2 재료)는 모두 석영이며, 제 1 재료의 량 y는 0이다. 또한, 그 실시예 1에 있어서, 후렌즈군 GR의 초점 거리 f2는 110.6㎚, 투영 배율 β은 -0.25, 상측의 최대 개구수 NAw는 0.75이기 때문에, 파라미터 x=110.6·4·｜-0.25｜·0.752=62.2(㎜)로 되어, 데이터 A1은 더 바람직한 영역 C5에 포함되고 있다.
다음에, 본 예의 복수의 수치 실시예에 대하여 설명한다. 이하의 실시예 3∼실시예 8의 투영 광학계는 모두 협대화된 ArF 레이저가 공급하는 파장 193.3㎚을 기준 파장으로 한 것이고, 기준 파장을 중심으로서 FWHM(반전 전폭) 0.35pm의 범위, 즉 193.3㎚±0.175pm의 범위에서 색수차 보정을 행하고 있는 것이다.
도 10은 실시예 3에 따른 투영 광학계의 광로도이다. 이 실시예 3에 있어서, 투영 광학계중 광투과성 굴절 부재(렌즈 L11∼L57)는 모두 석영(합성 석영 : SiO2)으로 형성되어 있다. 즉, 색 소멸용 재료(제 1 재료)는 사용되고 있지 않다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 실시예 3의 투영 광학계는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 정굴절력의 전렌즈군 GF, 개구 조리개 AS 및 정굴절력의 후렌즈군 GR를 갖는다. 또한, 별도의 그룹 분할에 의하면, 실시예 3의 투영 광학계는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 부의 제 1 렌즈군 G1, 정의 제 2 렌즈군 G2, 부의 제 3 렌즈군 G3, 정의 제 4 렌즈군 G4, 개구 조리개 AS 및 정의 제 5 렌즈군 G5를 갖고, 제 1 렌즈군 G1∼제 4 렌즈군 G4가 전렌즈군 GF를 구성하며, 제 5 렌즈군 G5가 후렌즈군 GR를 구성하고 있다.
제 1 렌즈군 G1은 제 1 면 A측으로부터 순서대로 볼록면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L11과, 오목면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L12를 갖고, 이들 부렌즈 L11, L12에 의해서 양볼록 형상의 기체 렌즈를 형성하고 있다. 부렌즈 L11의 제 1 면 A측의 렌즈면 및 부렌즈 L12의 제 2 면 B측의 렌즈면은 각각 비구면 ASP1 및 ASP2에 형성되어 있다.
제 2 렌즈군 G2는 오목면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L21과, 오목면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 정렌즈 L22와, 양볼록 형상의 3개의 정렌즈 L23∼L25를 갖는다. 가장 제 2 면 B측의 정렌즈 L25의 제 1 면 A측의 렌즈면은 비구면 ASP3에 형성되어 있다.
제 3 렌즈군 G3은 제 1 면 A측으로부터 순서대로 볼록면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L31과, 양오목 형상의 2개의 부렌즈 L32, L33을 갖고, 이들 부렌즈 L31∼L33에 의해서 양볼록 형상의 2개의 기체 렌즈를 형성하고 있다. 가장 제 2 면 B측의 부렌즈 L33의 제 2 면 B측의 렌즈면은 비구면 ASP4에 형성되어 있다.
제 4 렌즈군 G4는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 제 1 면 A측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 2개의 정렌즈 L41, L42와, 양볼록 형상의 정렌즈 L43을 갖는다.
후렌즈군 GR에서도 임의의 제 5 렌즈군 G5는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 양오목 형상의 부렌즈 L51과, 양볼록 형상의 2개의 정렌즈 L52, L53과, 제 1 면 A측에 볼록면을 향한 메니스커스 형상의 3개의 정렌즈 L54∼L56과, 제 1 면 A측에 오목면을 향한 평오목 형상의 부렌즈 L57을 갖는다. 여기서, 정렌즈 L52의 제 1 면 A측의 렌즈면 및 정렌즈 L56의 제 2 면 B측의 렌즈면은 각각 비구면 ASP5 및 ASP6에 형성되어 있다.
도 11은 실시예 4에 따른 투영 광학계의 광로도이며, 이 실시예 4에 있어서, 투영 광학계중 광투과성 굴절 부재의 주요한 재료(제 2 재료)로는 석영 유리(합성 석영)가 사용되고, 색 소멸용 재료(제 1 재료)로서는 형석이 사용되고 있다.
도 11에 도시하는 바와 같이, 실시예 4의 투영 광학계는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 정굴절력의 전렌즈군 GF, 개구 조리개 AS 및 정굴절력의 후렌즈군 GR를 갖는다. 또한, 별도의 그룹 분할에 의하면, 실시예 4의 투영 광학계 PL은 제 1 면 A측으로부터 순서대로 부의 제 1 렌즈군 G1, 정의 제 2 렌즈군 G2, 부의 제 3 렌즈군 G3, 정의 제 4 렌즈군 G4, 개구 조리개 AS 및 정의 제 5 렌즈군 G5를 갖고, 제 1 렌즈군 G1∼제 4 렌즈군 G4가 전렌즈군 GF에 대응하고, 제 5 렌즈군 G5가 후렌즈군 GR에 대응하고 있다.
제 1 렌즈군 G1은 제 1 면 A측으로부터 순서대로 볼록면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L11과, 오목면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L12를 갖고, 이들 부렌즈 L11, L12에 의해서 양볼록 형상의 기체 렌즈를 형성하고 있다. 부렌즈 L11의 제 1 면 A측의 렌즈면 및 부렌즈 L12의 제 2 면 B측의 렌즈면은 각각 비구면 ASP1 및 ASP2에 형성되어 있다. 이들 2개의 부렌즈 L11, L12는 모두 석영 유리로 형성되어 있다.
제 2 렌즈 G2는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 오목면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 정렌즈 L21과, 양볼록 형상의 3개의 정렌즈 L22∼L24와, 볼록면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 정렌즈 L25를 갖는다. 가장 제 2 면 B측의 정렌즈 L25의 제 1 면 A측의 렌즈면은 비구면 ASP3에 형성되어 있다. 제 2 렌즈군 G2의 모든 렌즈는 석영 유리로 형성되어 있다.
제 3 렌즈군 G3은 제 1 면 A측으로부터 순서대로 볼록면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L31과, 양오목 형상의 2개의 부렌즈 L32, L33을 갖고, 이들 부렌즈 L31∼L33에 의해서 양볼록 형상의 2개의 기체 렌즈를 형성하고 있다. 여기서, 가장 제 2 면 B측의 부렌즈 L33의 제 2 면 B측의 렌즈면은 비구면 ASP4에 형성되어 있다. 제 3 렌즈군 G3중 모든 부렌즈 L31∼L33은 석영 유리로 형성되어 있다.
제 4 렌즈군 G4는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 제 1 면 A측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 정렌즈 L41과, 제 1 면 A측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 정렌즈 L42와, 양볼록 형상의 정렌즈 L43을 갖는다. 여기서, 2개의 정렌즈 L41, L42는 석영 유리로 형성되고, 제 2 면 B측의 정렌즈 L43은 형석으로 형성되어 있다.
제 5 렌즈군 G5는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 양오목 형상의 부렌즈 L51과, 양볼록 형상의 2개의 정렌즈 L52, L53과, 제 1 면 A측에 볼록면을 향한 3개의 메니스커스 형상의 정렌즈 L54∼L56과, 양오목 형상의 부렌즈 L57을 갖는다. 여기서, 부렌즈 L51의 제 2 면 B측의 렌즈면 및 정렌즈 L56의 제 2 면 B측의 렌즈면은 각각 비구면 ASP5 및 ASP6에 형성되어 있다. 제 5 렌즈군 G5에 있어서는, 가장 제 2 면 B측의 부렌즈 L57만이 형석으로 형성되어 있고, 나머지의 렌즈 L51∼L56이 석영 유리로 형성되어 있다.
이와 같이 실시예 4에서는 렌즈 재료(초재)로서 석영 유리(합성 석영)와 형석이 사용되고 있지만, 비구면 형상의 렌즈면은 모두 석영 유리로 이루어지는 렌즈에 형성되어 있다.
도 12는 실시예 5에 따른 투영 광학계의 광로도이며, 이 실시예 5에 있어서, 투영 광학계중 광투과성 굴절 부재의 주요한 재료(제 2 재료)로서는 석영 유리(합성 석영)가 사용되고, 색 소멸용 재료(제 1 재료)로서는 형석이 사용되고 있다.
도 12에 도시하는 바와 같이, 실시예 5의 투영 광학계는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 정굴절력의 전렌즈군 GF, 개구 조리개 AS 및 정굴절력의 후렌즈군 GR를 갖는다. 또한, 별도의 그룹 분할에 의하면, 실시예 5의 투영 광학계는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 부의 제 1 렌즈군 G1, 정의 제 2 렌즈군 G2, 부의 제 3 렌즈군 G3, 정의 제 4 렌즈군 G4, 개구 조리개 AS 및 정의 제 5 렌즈군 G5를 갖고, 제 1 렌즈군 G1∼제 4 렌즈군 G4가 전렌즈군 GF에 대응하고, 제 5 렌즈군 G5가 후렌즈군 GR에 대응하고 있다.
제 1 렌즈군 G1은 제 1 면 A측으로부터 순서대로 평면을 제 1 면 A측으로 향한 평오목 형상의 부렌즈 L11과, 오목면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L12를 갖고, 이들 부렌즈 L11, L12에 의해서 양볼록 형상의 기체 렌즈를 형성하고 있다. 부렌즈 L11의 제 2 면 B측의 렌즈면은 비구면 ASP1에 형성되어 있다. 이들 2개의 부렌즈 L11, L12는 모두 석영 유리로 형성되어 있다.
제 2 렌즈 G2는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 오목면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L21과, 오목면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 정렌즈 L22와, 양볼록 형상의 정렌즈 L23과, 볼록면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 2개의 정렌즈 L24, L25를 갖는다. 가장 제 1 면 A측의 부렌즈 L21의 제 1 면 A측의 렌즈면은 비구면 ASP2에 형성되어 있다. 제 2 렌즈군 G2의 모든 렌즈는 석영 유리로 형성되어 있다.
제 3 렌즈군 G3은 제 1 면 A측으로부터 순서대로 볼록면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L31과, 양오목 형상의 2개의 부렌즈 L32, L33을 갖고, 이들 부렌즈 L31∼L33에 의해 양볼록 형상의 2개의 기체 렌즈를 형성하고 있다. 여기서, 가장 제 1 면 A측의 부렌즈 L31의 제 2 면 B측의 렌즈면 및 가장 제 2 면 B측의 부렌즈 L33의 제 2 면 B측의 렌즈면은 각각 비구면 ASP3 및 ASP4에 형성되어 있다. 제 3 렌즈군 G3중 모든 부렌즈 L31∼L33은 석영 유리로 형성되어 있다.
제 4 렌즈군 G4는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 제 1 면 A측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 정렌즈 L41과, 제 1 면 A측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 정렌즈 L42와, 양볼록 형상의 정렌즈 L43을 갖는다. 여기서, 제 1 면 A측의 2개의 정렌즈 L41, L42는 형석으로 형성되고, 제 2 면 B측의 정렌즈 L43은 석영 유리로 형성되어 있다.
제 5 렌즈군 G5는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 양오목 형상의 부렌즈 L51과, 양볼록 형상의 2개의 정렌즈 L52, L53과, 제 1 면 A측에 볼록면을 향한 3개의 메니스커스 형상의 정렌즈 L54∼L56과, 제 1 면 A측에 오목면을 향한 평오목 형상의 부렌즈 L57을 갖는다. 여기서, 부렌즈 L51의 제 2 면 B측의 렌즈면 및 정렌즈 L55의 제 2 면 B측의 렌즈면은 각각 비구면 ASP5 및 ASP6에 형성되어 있다. 제 5 렌즈군 G5에 있어서는 가장 제 2 면 B측의 2개의 렌즈 L56, L57만이 형석으로 형성되어 있고, 나머지의 렌즈 L51∼L55가 석영 유리로 형성되어 있다.
이와 같이 실시예 5에서도, 렌즈 재료(초재)로서 석영 유리(합성 석영)와 형석이 사용되고 있지만, 비구면 형상의 렌즈면은 모두 석영 유리로 이루어지는 렌즈에 형성되어 있다.
도 13은 실시예 6에 따른 투영 광학계의 광로도이며, 이 실시예 6에 있어서, 투영 광학계중 광투과성 굴절 부재의 주요한 재료(제 2 재료)로서는 석영 유리(합성 석영)가 사용되고, 색 소멸용 재료(제 1 재료)로서는 형석이 사용되고 있다.
도 13에 도시하는 바와 같이, 실시예 6의 투영 광학계는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 정굴절력의 전렌즈군 GF, 개구 조리개 AS 및 정굴절력의 후렌즈군 GR를 갖는 더블 웨스트형 결상 광학계이다.
그리고, 전렌즈군 GF는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 양오목 형상의 부렌즈 L11과, 양볼록 형상의 3개의 정렌즈 L12∼L14와, 볼록면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L15와, 양볼록 형상의 정렌즈 L16과, 양오목 형상의 부렌즈 L17과, 양오목 형상의 2개의 부렌즈 L18, L19와, 제 1 면 A측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L20과, 제 1 면 A측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 정렌즈 L21과, 양볼록 형상의 정렌즈 L22와, 제 1 면 A측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 정렌즈 L23과, 양볼록 형상의 2개의 정렌즈 L24, L25와, 제 1 면 A측에 볼록면을 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L26과, 양오목 형상의 부렌즈 L27과, 제 1 면 A측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L28과, 제 1 면 A측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 정렌즈 L29를 갖고 있다. 그리고, 부렌즈 L20의 제 1 면 A측의 렌즈면, 부렌즈 L27의 제 1 면 A측의 렌즈면 및 부렌즈 L28의 제 2 면 B측의 렌즈면이 각각 비구면 ASP1, ASP2, ASP3에 형성되어 있다. 그리고, 가장 제 2 면 B측의 정렌즈 L29만이 형석으로 형성되고, 그 이외의 렌즈 L11∼L28은 모두 석영 유리로 형성되어 있다.
후렌즈군 GR는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 양볼록 형상의 2개의 정렌즈 L51, L52와, 제 1 면 A측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L53과, 양볼록 형상의 정렌즈 L54와, 제 1 면 A측에 볼록면을 향한 3개의 메니스커스 형상의 정렌즈 L55∼L57과, 제 1 면 A측에 볼록면을 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L58과, 양볼록 형상의 정렌즈 L59를 갖는다. 여기서, 4장의 렌즈 L53, L54, L58, L59가 석영 렌즈로 형성되고, 그 밖의 5장의 렌즈 L51, L52, L55, L56, L57이 형석으로 형성되어 있다.
이와 같이 실시예 6에서도, 렌즈 재료(초재)로서 석영 유리(합성 석영)와 형석이 사용되고 있지만, 비구면 형상의 렌즈면은 모두 석영 유리로 이루어지는 렌즈에 형성되어 있다.
도 14는 실시예 7에 따른 투영 광학계의 광로도이며, 이 실시예 7에 있어서, 투영 광학계중 광투과성 굴절 부재의 주요한 재료(제 2 재료)로서는 석영 유리(합성 석영)가 사용되고, 색 소멸용 재료(제 1 재료)로서는 형석이 사용되고 있다.
도 14에 도시하는 바와 같이, 실시예 7의 투영 광학계는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 정굴절력의 전렌즈군 GF, 개구 조리개 AS 및 정굴절력의 후렌즈군 GR를 갖는 더블 웨스트형 결상 광학계이다.
그리고, 전렌즈군 GF는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 양오목 형상의 부렌즈 L11과, 양볼록 형상의 3개의 정렌즈 L12∼L14와, 볼록면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L15와, 오목면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 정렌즈 L16과, 볼록면을 제 1 면 A측으로 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L17과, 양오목 형상의 2개의 부렌즈 L18, L19와, 제 1 면 A측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L20과, 제 1 면 A측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 정렌즈 L21과, 양볼록 형상의 정렌즈 L22와, 제 1 면 A측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 정렌즈 L23과, 제 1 면 A측에 볼록면을 향한 메니스커스 형상의 정렌즈 L24와, 양볼록 형상의 정렌즈 L25와, 제 1 면 A측에 볼록면을 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L26과, 양오목 형상의 2장의 부렌즈 L27, L28과, 제 1 면 A측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 정렌즈 L29를 갖고 있다. 그리고, 부렌즈 L20의 제 1 면 A측의 렌즈면, 부렌즈 L27의 제 1 면 A측의 렌즈면 및 부렌즈 L28의 제 2 면 B측의 렌즈면이 각각 비구면 ASP1, ASP2, ASP3에 형성되어 있다. 그리고, 가장 제 2 면 B측의 정렌즈 L29 및 중간의 정렌즈 L24만이 형석으로 형성되고, 그 이외의 렌즈 L11∼L23, L25∼L28은 모두 석영 유리로 형성되어 있다.
후렌즈군 GR는 제 1 면 A측으로부터 순서대로 양볼록 형상의 2개의 정렌즈 L51, L52와, 제 1 면 A측에 오목면을 향한 메니스커스 형상의 부렌즈 L53과, 양볼록 형상의 정렌즈 L54와, 제 1 면 A측에 볼록면을 향한 3개의 메니스커스 형상의 정렌즈 L55∼L57과, 양오목 형상의 부렌즈 L58과, 양볼록 형상의 정렌즈 L59를 갖는다. 여기서, 4장의 렌즈 L53, L54, L58, L59가 석영 렌즈로 형성되고, 그 밖의 5장의 렌즈 L51, L52, L55, L56, L57이 형석으로 형성되어 있다.
이와 같이 실시예 7에서도, 렌즈 재료(초재)로서 석영 유리(합성 석영)와 형석이 사용되고 있지만, 비구면 형상의 렌즈면은 모두 석영 유리로 이루어지는 렌즈에 형성되어 있다.
다음에, 본 예의 실시예 8의 투영 광학계의 렌즈 구성은 도 2의 실시예 2의 렌즈 구성과 동일하다. 단, 그 실시예 2에서는 기준 파장인 193.306㎚에 대하여 파장폭 ±0.4pm의 범위로 색수차 보정을 행하고 있었지만, 이 실시예 8에서는 193.3㎚을 중심으로 하여 FWHM(반전 전폭) 0.35pm의 범위, 즉 193.3㎚±0.175pm의 범위로 색수차 보정을 행하고 있다. 또, 이 범위는 실시예 2의 색수차 보정 범위(기준 파장에 대하여 파장폭 ±0.4pm의 범위)와 실질적으로 동등하다.
이하의 표 4∼표 8에 실시예 3∼실시예 7의 투영 광학계의 제원(諸元)을 각각 나타낸다. 표 4∼표 8에 있어서, 좌단의 열에는 제 1 면 A으로부터의 각 렌즈면의 번호, 제 2 열에는 각 렌즈면의 곡률 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 렌즈면의 유효한 직경 φeff를 나타낸다. 또한, 비구면 렌즈면에 관한 제 2 열의 곡률 반경은 정점 곡률 반경을 나타낸다. 비구면 형상은 상술한 수학식 6으로 나타내고 있다.
표 4∼표 8의 최후에 각각 [비구면 데이터]로서 각 비구면에 관한 원추 계수 κ, 비구면 계수 A, B, C, D, E, F를 나타내었다.
실시예 3∼실시예 7에 있어서, 석영 유리(합성 석영)의 기준 파장(193.3㎚)에서의 굴절율, 파장 +1pm당 굴절율의 변화량(분산) 및 비중은 이하와 같다.
석영 유리의 굴절율 : 1.560326
석영 유리의 분산 : -1.591×10-6/pm
석영 유리의 비중 : 2.2
그리고, 형석의 상기 기준 파장(193.3㎚)에서의 굴절율, 파장 +1pm당 굴절율의 변화량(분산) 및 비중은 이하와 같다.
형석의 굴절율 : 1.501455
형석의 분산 : -0.980×10-6/pm
형석의 비중 : 3.18
또, 이하의 표 4∼표 8에 있어서, SiO2는 석영 유리를, CaF2는 형석을 나타내고, d0은 제 1 면 A로부터 가장 제 1 면 A측의 렌즈면까지의 거리, WD는 가장 제 2 면 B측의 렌즈면으로부터 제 2 면 B까지의 거리(작동 거리)를 나타낸다.
또한, 실시예 3∼실시예 7에 대하여 공통으로 투영 광학계의 개구수 NA(제 2 면 B측의 최대 개구수 NAw), 투영 배율 β 및 제 2 면 B상에서의 이미지 서클의 직경 φ는 이하와 같다.
NA= 0.75
β=-1/4
φ= 27.5㎜
Figure 112001012597212-pct00090
Figure 112001012597212-pct00091
Figure 112001012597212-pct00092
Figure 112001012597212-pct00093
Figure 112001012597212-pct00094
Figure 112001012597212-pct00095
Figure 112001012597212-pct00096
Figure 112001012597212-pct00097
Figure 112001012597212-pct00098
Figure 112001012597212-pct00099
Figure 112001012597212-pct00100
Figure 112001012597212-pct00101
Figure 112001012597212-pct00102
Figure 112001012597212-pct00103
Figure 112001012597212-pct00104
그런데, 이하의 표 9에 실시예 3∼실시예 7 및 실시예 8(실시예 2와 동일)의 조건 대응 수치를 나타낸다. 표 9에 있어서, f2는 후렌즈군 GR의 초점 거리, NA는 투영 광학계의 제 2 면 B측의 개구수(=상면(像面)측의 최대 개구수 NAw), φ는 이미지 서클의 직경(㎜), β은 투영 배율, y는 형석의 디스크재로 환산한 사용량(㎏), yP은 형석의 렌즈 자체(세이프재)의 사용량(㎏), A는 비구면의 수를 나타내고 있다.
Figure 112001012597212-pct00105
다음에, 이 표 9에 근거하여, 각 실시예에 대하여 도 8 및 도 9에 있어서의 형석의 량 y 및 파라미터 x(=f2·4｜β｜·NAw2)를 계산한 결과를 표 10에 나타낸다. 표 10에는 또한 각 실시예에 대하여 후렌즈군 GR의 초점 거리 f2를 투영 광학계의 상면측의 최대 개구수 NAw(=NA)로 분할하여 얻어지는 값 f2/NAw도 나타내고 있다.
Figure 112001012597212-pct00106
표 10으로부터 얻어지는 실시예 3∼실시예 8(실시예 2)의 (x, y)의 데이터 A3∼A8(A2)이 도 8 및 도 9에 플롯되어 있다. 이들 데이터 A3∼A8은 어떠한 영역 B5 및 영역 C5의 범위내에 포함되어 있고, 이들 실시예는 수학식 8∼11 및 수학식 15∼18을 만족하고 있다. 또한, 이들 실시예는 모두 수학식 12, 13을 만족하고 있다. 또한, 실시예 3∼실시예 6 및 실시예 8(실시예 2)이 수학식 14를 만족하고 있다.
또한, 실시예 3∼실시예 5 및 실시예 8(실시예 2)이 수학식 19, 20을 만족하고 있고, 실시예 6 및 실시예 7이 수학식 21, 22를 만족하고 있다.
다음에, 비구면 형상의 조건 1, 2 및 조건 5, 6에 관한 상기한 실시예의 조건 대응값을 표 11에 나타낸다. 표 11에 있어서, 렌즈 번호는 각 실시예의 투영 광학계중, 제 1 면측으로부터 최초에 비구면을 갖는 렌즈의 번호이며, 비구면의 면번호는 그 비구면의 제 1 면으로부터의 번호이다. 또한, 주곡률 Ca는 비구면의 광축 중심 부근의 국부 주곡률이며, 조건 3으로부터 계산된다. 그리고, 주곡률 Cb는 렌즈 유효 직경 최주변부의 메리디오날 방향의 국부 주곡률이며, 조건 4로부터 계산된다.
Figure 112001012597212-pct00107
이 표 11로부터 실시예 3∼실시예 5 및 실시예 8(실시예 2)에서는 각각 비구면 형상에 관한 조건 1, 2 및 조건 5, 6이 만족되고 있는 것을 알 수 있다.
다음에, 도 15∼도 20에 각각 실시예 3∼실시예 8(실시예 2)에 따른 투영 광학계의 제 2 면 B상에서의 횡수차도를 나타낸다.
여기서, 도 15의 (a)∼도 19의 (a)은 상 높이 Y=13.75에 있어서의 메리디오날 방향의 횡수차도, 도 15의 (b)∼도 19의 (b)는 상 높이 Y=6.875에 있어서의 메리디오날 방향의 횡수차도, 도 15의 (c)∼도 19의 (c)는 상 높이 Y=0(광축상)에 있어서의 메리디오날 방향의 횡수차도, 도 15의 (d)∼도 19의 (d)는 상 높이 Y=13.75에 있어서의 새지탈 방향의 횡수차도, 도 15의 (e)∼도 19의 (e)는 상 높이 Y=6.875에 있어서의 새지탈 방향의 횡수차도, 도 15의 (f)∼도 19의 (f)는 상 높이 Y=0(광축상)에 있어서의 새지탈 방향의 횡수차도이다. 또한, 도 20의 (a)은 상 높 이 Y=13.3에 있어서의 메리디오날 방향의 횡수차도, 도 20의 (b)는 상 높이 Y=6.65에 있어서의 메리디오날 방향의 횡수차도, 도 20의 (c)는 상 높이 Y=0 (광축상)에 있어서의 메리디오날 방향의 횡수차도, 도 20의 (d)는 상 높이 Y=13.3에 있어서의 새지탈 방향의 횡수차도, 도 20의 (e)는 상 높이 Y=6.65에 있어서의 새지탈 방향의 횡수차도, 도 20의 (f)는 상 높이 Y=0(광축상)에 있어서의 새지탈 방향의 횡수차도이다.
그리고, 도 15∼도 20의 각 횡수차도에 있어서, 실선은 파장 λ= 193.3㎚(기준 파장)에 의한 수차 곡선, 파선은 파장 λ= 193.3㎚+0.175pm(기준 파장 +0.175pm)에 의한 수차 곡선, 일점 쇄선은 파장 λ= 193.3㎚-0.175pm(기준 파장 +0.175pm)에 의한 수차 곡선을 나타내고 있다.
도 15∼도 20으로부터 명백한 바와 같이, 각 실시예의 투영 광학계에서는 각각 ±0.175pm이라는 파장 대역에 걸쳐 양호하게 색수차 보정이 달성되고 있다.
그런데, 실시예 3∼실시예 7의 투영 광학계는 각각 직경 27.5㎜의 원형 이미지 필드를 갖고, 그 이미지 필드내에서, 예컨대 주사 방향의 폭 약 8㎜, 주사 직교 방향의 폭 약 26㎜의 직사각형 형상의 노광 영역을 확보할 수 있다. 따라서, 이들 실시예의 투영 광학계를, 스텝 앤드 스캔 방식이나 스티치 앤드 스캔(stitch and scan) 방식 등의 주사 노광형 투영 노광 장치의 투영 광학계로서 사용한 경우에는 높은 스루풋을 얻을 수 있다.
또, 상술한 예에서는 주사형 노광 장치에 각 실시예의 투영 광학계 PL을 적용하는 것을 고려하여 직사각형 형상의 노광 영역으로 했지만, 노광 영역의 형상으 로서는 원형 이미지 필드에 포함되는 영역이면, 육각 형상, 등각(等脚) 사다리꼴 형상, 부등각 사다리꼴 형상, 마름모형 형상, 정방형 형상, 원호 형상 등 여러 가지 형상으로 할 수 있다.
상기 실시예 1∼실시예 7의 투영 광학계 PL은 도 5에 나타내는 실시예의 투영 노광 장치에 적용할 수 있다. 또, 도 5의 설명에서는 광원으로서 F2 레이저 광원을 사용한 예를 설명하고 있고 투영 광학계 PL로서 제 1 실시예를 이용한 예를 설명하고 있지만, ArF 엑시머 레이저에 최적화된 실시예 2∼실시예 7의 투영 광학계 PL을 적용하는 경우에 대해서도 광원을 제외하는 노광 장치의 기본적인 구성은 도 5의 것과 마찬가지이다.
도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 노광 장치의 실시예에 대해서 설명한다.
도 5는 실시예에 따른 투영 노광 장치의 개략 구성을 도시하는 도면이다. 도 5에 있어서는 XYZ 좌표계를 채용하고 있다.
실시예에 따른 노광 장치는 노광 광원으로서 F2 레이저 광원을 사용하고, 투영 광학계로서 굴절형 광학계를 사용하는 투영 노광 장치에 본 발명을 적용한 것이다. 본 실시예의 투영 노광 장치에서는 레티클위의 소정 형상의 조명 영역에 대하여 상대적으로 소정의 방향으로 레티클 및 기판을 동기(同期)하여 주사하는 것에 의해, 기판상의 하나의 쇼트 영역에 레티클의 패턴 상을 점차 전사하는 스텝 앤드 스캔 방식을 채용하고 있다. 이러한 스텝 앤드 스캔형의 노광 장치에서는 투영 광학계의 노광 필드보다도 넓은 기판상의 영역에 레티클의 패턴을 노광할 수 있다.
도 5에 있어서, 레이저 광원(2)은, 예컨대 발진 파장 157㎚의 불소다이머 레이저(F2 레이저)에 협대화 장치를 조합시킨 것을 갖는다. F2 레이저는 자연 발진으로 1.5pm 정도의 반전 전폭이며, 해당 F2 레이저에 협대화 장치를 조합시키는 것에 따라, 0.2pm∼0.25pm 정도의 반전 전폭의 레이저광을 얻고 있다.
또, 본 실시예에 있어서의 레이저 광원(2)으로서는 파장 약 120㎚∼약 180㎚의 진공 자외역에 속하는 광을 발생하는 광원, 예컨대 발진 파장 146㎚의 클립톤다이머 레이저(Kr2 레이저)나, 발진 파장 126㎚의 아르곤다이머 레이저(Ar2 레이저) 등을 이용할 수 있다.
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(coherence) 길이) 이상의 광로 길이 차가 부가되었던 시간적으로 복수의 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 소망하는 사이즈·형상을 설정하기 위한 조명 광학계 개구 조리개용 전환 리볼버(5)가 배치되어 있다. 본 예에서는 조명 광학계 개구 조리개에서의 광량 손실을 저감시키기 위해서, 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 관해서는 일본 특허 공개 평성 제 4-196513 호 공보 및 이것에 대응하는 미국 특허 제 5,473,410 호에 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 R상으로 도입되고, 레티클 R상에는 조명 시야 조리개(10)의 개구부의 상(像)인 조명 영역이 형성된다. 레티클 R상의 조명 영역으로부터의 광은 투영 광학계 PL을 거쳐서 웨이퍼 W상으로 도입되고, 웨이퍼 W상에는 레티클 R의 조명 영역내의 패턴의 축소 상이 형성된다.
그런데, 진공 자외역의 파장의 광을 노광광으로 하는 경우에는, 그 광로로부터 산소, 수증기, 탄화수소계의 가스 등의, 이러한 파장 대역의 광에 대하여 강한 흡수 특성을 갖는 가스(이하, 적절히 「흡수성 가스」라고 칭함)를 배제해야 한다.
따라서, 본 실시예에서는 조명 광로(레이저 광원(2)∼레티클 R로 이르는 광로) 및 투영 광로(레티클 R∼웨이퍼 W로 이르는 광로)를 외부 분위기로부터 차단하고, 그들 광로를 진공 자외역의 광에 대한 흡수가 적은 특성을 갖는 특정 가스로서의 질소, 헬륨, 아르곤, 네온, 클립톤(Krypton) 등의 가스, 또는 그들 혼합 가스( 이하, 적절히 「저흡수성 가스」 혹은 「특정 가스」라고 칭함)로 채우고 있다.
구체적으로는, 레이저 광원(2)으로부터 광 지연 광학계(41)까지의 광로를 케이스(30)에 의해 외부 분위기로부터 차단하고, 광 지연 광학계(41)로부터 조명 시야 조리개(11)까지의 광로를 케이스(40)에 의해 외부 분위기로부터 차단하고, 조명 시야 조리개 결상 광학계를 케이스(150)에 의해 외부 분위기로부터 차단하며, 그들 광로내에 상기특정 가스를 충전하고 있다. 또한, 투영 광학계 PL 자체도 그 경통(鏡筒)이 케이스로 되어 있고, 그 내부 광로에 상기 특정 가스를 충전하고 있다.
또, 각 광로에 충전되는 특정 가스로서는 헬륨을 이용하는 것이 바람직하다. 단, 레이저 광원(2)∼레티클 R까지의 조명 광학계의 광로(케이스(30, 40, 150))에 관해서는 특정 가스로서 질소를 이용하더라도 좋다.
케이스(170)는 조명 시야 조리개 결상 광학계를 수납하는 케이스(150)와 투영 광학계 PL 사이의 공간을 외부 분위기로부터 차단하고 있고, 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·반출시에 케이스(170)내의 분위기가 오염되는 것을 막기 위한 가스 치환실(174)이 마련되어 있다. 이 가스 치환실(174)에도 도어(177)가 마련되어 있고, 복수 종(種)의 레티클을 보관하고 있는 레티클 스토커(stocker)(210) 사이에서 레티클의 교환은 도어(177)를 거쳐서 실행한다.
케이스(200)는 투영 광학계 PL과 웨이퍼 W 사이의 공간을 외부 분위기로부터 차단하고 있고, 그 내부에 웨이퍼 W를 유지하는 웨이퍼 스테이지(22), 기판으로서의 웨이퍼 W의 표면의 Z 방향의 위치(포커스 위치)나 경사각을 검출하기 위한 경사각(傾斜角)의 오토포커스 센서(26), 오프 액시스(axis) 방식의 정렬 센서(28), 웨이퍼 스테이지(22)를 탑재하고 있는 보드(23)를 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 막기 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 실행된다.
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 급기 관로에 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 배기 관로를 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 급기 관로를 거쳐서, 배기 밸브(176, 206)는 배기 관로를 거쳐서 각각 상기 가스 공급 장치에 접속되어 있 다. 또한, 투영 광학계 PL의 공동(共同)에도 급기 밸브(181) 및 배기 밸브(182)가 마련되어 있고, 급기 밸브(181)는 도시하지 않은 급기 관로를 거쳐서, 배기 밸브(182)는 도시하지 않은 배기 관로를 거쳐서 상기 가스 공급 장치에 접속되어 있다.
또, 급기 밸브(147, 156, 171, 175, 181, 201, 205)가 마련된 급기 관로와, 배기 밸브(148, 157, 172, 176,182, 202, 206)가 마련된 배기 관로는 HEPA 필터 혹은 ULPA 필터 등의 이물질(particle)을 제거하기 위한 필터와, 산소 등의 흡수성 가스를 제거하는 화학적(chemical) 필터가 마련되어 있다.
또, 가스 치환실(174, 204)에 있어서는 레티클 교환 또는 웨이퍼 교환마다 가스 치환을 행할 필요가 있다. 예컨대, 레티클 교환시에는, 도어(177)를 열어서 레티클 스토커(210)로부터 레티클을 가스 치환실(174)내로 반입하고, 도어(177)를 닫아 가스 치환실(174)내를 특정 가스로 채우고, 그 후 도어(173)를 열어서 레티클을 레티클 스테이지 RS상에 탑재한다. 또한, 웨이퍼 교환시에는, 도어(207)를 열어서 웨이퍼를 가스 치환실(204)내에 반입하고, 이 도어(207)를 닫아서 가스 치환실(204)내를 특정 가스로 채운다. 그 후, 도어(203)를 열어서 웨이퍼를 웨이퍼 홀더(20)상에 탑재한다. 또, 레티클 반출, 웨이퍼 반출의 경우는 이 역의 순서이다. 또, 가스 치환실(174, 204)로의 가스 치환시에는 가스 치환실내의 분위기를 감압한 후에, 급기 밸브로부터 특정 가스를 공급하더라도 좋다.
또한, 케이스(170, 200)에 있어서는 가스 치환실(174, 204)에 의한 가스 치환을 행한 기체가 혼입될 가능성이 있고, 이 가스 치환실(174, 204)의 가스중에는 상당한 량의 산소 등의 흡수 가스가 혼입되어 있을 가능성이 높기 때문에, 가스 치환실(174, 204)의 가스 치환과 동일한 타이밍으로 가스 치환을 행하는 것이 바람직하다. 또한, 케이스 및 가스 치환실에 있어서는 외부 분위기의 압력보다도 높은 압력의 특정 가스를 충전해 두는 것이 바람직하다.
또한, 도 5에서는 도시하지 않고 있지만, 본 실시예에서는 투영 광학계 PL을 구성하는 복수의 렌즈 소자중 적어도 하나의 렌즈 소자는 그 위치 및 자세중 적어도 한쪽이 변경 가능하도록 유지되어 있다. 이것에 의해, 투영 광학계 PL의 결상 특성을 변경할 수 있다. 이러한 조정 수단은, 예컨대 일본 특허 공개 평성 제 4-192317 호 공보, 일본 특허 공개 평성 제 4-127514 호 공보(및 대응하는 미국 특허 제 5,117,255 호), 일본 특허 공개 평성 제 5-41344 호 공보 및 일본 특허 공개 평성 제 6-84527 호 공보(및 대응하는 미국 특허 제 5,424,552 호)에 개시되어 있다.
본 실시예에 있어서는 위치 및 자세중 적어도 한쪽이 변경 가능한 렌즈 소자중 적어도 하나는 구면 렌즈인 것이 바람직하다.
또, ArF 엑시머 레이저에 최적화된 실시예 2∼실시예 7의 투영 광학계 PL은 일본 특허 공개 평성 제 6-260386 호 공보(미국 특허 제 5,559,584 호), 일본 특허 공개 평성 제 11-233447 호 공보, WO98/57213호 공보, WO99/10917호 공보 및 WO99/50892호 공보 등에 개시된 투영 노광 장치에 적용할 수 있다.
그런데, 본 발명의 투영 노광 장치에 있어서는 180㎚ 이하의 파장 대역의 노광광을 공급하는 광원과, 이 광원으로부터의 노광광을 그 투영 원판상의 그 패턴으로 도입하는 조명 광학계와, 그 투영 원판과 그 작업대 사이의 광로중에 배치되고, 그 투영 원판을 거친 그 노광광의 광량의 25% 이상의 광량을 그 작업대로 도입하여 그 패턴의 축소 상을 그 작업대상에 형성하는 투영 광학계를 구비하는 것이 바람직하다.
180㎚ 이하의 파장 대역에 대응한 감광성 수지(레지스트) 재료로서는 장파장의 것에 비하여 감도를 높이기 어렵고, 투영 광학계가 투영 원판으로부터의 노광광의 25% 이하의 광량밖에 작업대로 도입하지 못하는 경우, 레지스트로의 필요 노광량을 확보하기 위해서는 노광 시간의 증대를 도모할 필요가 있고, 스루풋의 저하를 초래하기 때문에 바람직하지 못하다. 또한, 이 경우, 투영 광학계에 축적되는 열이 증대하여, 투영 광학계의 열수차, 즉 투영 광학계를, 열을 축적하는 것에 의한 렌즈 또는 기체의 굴절율 변동이나 굴절율 분포의 변동에 의한 수차가 발생해서, 안정한 결상 성능을 기초로 투영 노광을 실현할 수 없게 되기 때문에 바람직하지 못하다.
도 5의 실시예에 따른 투영 노광 장치에서는 도 1의 실시예에 따른 투영 광학계 PL을 채용하고 있다. 이 투영 광학계 PL을 구성하는 초재는 전술한 바와 같이 형석이며, 157㎚의 노광광에 대한 1cm당 투과율은 99∼99.5%이다. 그리고, 157㎚의 노광광에 대한 반사 방지막은 렌즈면 1면당 광량 손실이 1%인 것을 이용하고 있다. 도 1의 실시예의 투영 광학계를 구비한 도 5의 투영 노광 장치에서는 이상의 값으로부터 투과율이 37%이며, 상기 조건을 만족하고 있다.
그런데, 본 발명에 따른 투영 노광 방법에 있어서는, 투영 원판에 마련된 패턴의 축소 상을 작업대상으로 투영 노광하는 투영 노광 방법으로서, 200㎚ 이하의 파장 대역의 노광광을 공급하는 공정과, 조명 광학계를 거쳐서 이 광원으로부터의 노광광을 그 투영 원판상의 그 패턴으로 도입하는 공정과, 그 투영 광학계를 거쳐서 그 투영 원판으로부터의 그 노광광을 그 작업대로 도입하여 그 패턴의 축소 상을 그 작업대상에 형성하는 공정과, 그 조명 광학계로 입사되는 그 노광광의 광량을 En1로 하고, 그 조명 광학계로부터 그 투영 원판으로 향하는 그 노광광의 광량을 En2로 하고, 그 투영 광학계로 입사되는 그 노광량의 광량을 En3으로 하며, 그 투영 광학계로부터 그 작업대로 향하여 사출되는 그 노광광의 광량을 En4라고 하면, 다음 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112001012597212-pct00108
상기 수학식 25를 만족하지 않는 경우에는 조명 광학계로서 필요한 기능, 예컨대 작업대상에 있어서의 균일 조명 등을 달성하는 것이 불가능하게 되어, 결과적으로 미세한 회로 패턴을 작업대상에 전사할 수 없게 되기 때문에 바람직하지 못하다.
또한, 상술한 투영 노광 방법에 있어서, 그 노광광을 그 패턴으로 도입하는 공정은 그 파장 대역의 광에 대한 흡수가 적은 특성을 갖는 가스 분위기로 채워진 공간에 그 노광광을 통과시키는 보조 공정을 포함하는 것이 바람직하고, 그 패턴의 축소 상을 그 작업대상에 형성하는 공정은 그 파장 대역의 광에 대한 흡수가 적은 특성을 갖는 가스 분위기로 채워진 공간에 그 노광광을 통과시키는 보조 공정을 포 함하는 것이 바람직하다.
다음에, 상기의 실시예의 투영 노광 장치를 이용하여 웨이퍼상에 소정의 회로 패턴을 형성함으로써, 마이크로 장치로서의 반도체 장치를 얻을 때의 동작의 일례에 관하여 도 6의 흐름도를 참조하여 설명한다.
우선, 도 6의 단계 301에 있어서, 1로트의 웨이퍼상에 금속막이 증착된다. 다음 단계 302에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼위의 금속막상에 포토 레지스트가 도포된다. 그 후, 단계 303에 있어서, 실시예 1 또는 실시예 2중 어느 하나의 투영 광학계 PL을 구비한 도 5의 투영 노광 장치를 이용하여, 레티클 R상의 패턴의 상이 그 투영 광학계 PL을 거쳐서 그 1로트의 웨이퍼위의 각 쇼트 영역에 순차적으로 노광 전사된다. 그 후, 단계 304에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼위의 포토 레지스트의 현상이 행해진 후, 단계 305에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼위에서 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭을 실행하는 것에 따라, 레티클 R상의 패턴에 대응하는 회로 패턴이 각 웨이퍼위의 각 쇼트 영역에 형성된다. 그 후, 그 위의 레이어의 회로 패턴의 형성 등을 실행하는 것에 따라 반도체 소자 등의 장치가 제조된다.
상술한 반도체 장치 제조 방법에 의하면, 지극히 미세한 회로 패턴을 갖는 반도체 장치를 스루풋이 좋게 얻을 수 있다.
또한, 상기한 실시예의 투영 노광 장치에서는, 플레이트(유리 기판)상에 소정의 회로 패턴을 형성함으로써, 마이크로 장치로서의 액정 표시 소자를 얻는 것도 가능하다. 이하, 도 7의 흐름도를 참조하여, 이 때의 동작의 일례에 대해서 도 7의 흐름도를 참조하여 설명한다.
도 7에 있어서, 패턴 형성 공정(단계 401)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 기판상에는 다수의 전극 등을 포함하는 소정 패턴이 형성된다. 그 후, 노광된 기판은 현상 공정, 에칭 공정, 레티클 박리 공정 등의 각 공정을 경유함으로써, 기판상에 소정의 패턴이 형성되고, 다음 컬러 필터 형성 공정(단계 402)으로 이행한다.
다음에, 컬러 필터 형성 공정(단계 402)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 402)의 후에 셀 조립 공정(단계 403)이 실행된다.
셀 조립 공정(403)에서는 패턴 형성 공정(단계 401)에 의해 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판 및 컬러 필터 형성 공정(단계 402)에 의해 얻어진 컬러 필터 등을 이용하여 액정 패널(액정 셀)을 조립한다. 셀 조립 공정(단계 403)에서는, 예컨대 패턴 형성 공정(단계 401)에 의해 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판과 컬러 필터 형성 공정(단계 402)에 의해 얻어진 컬러 필터 사이에 액정을 주입하여, 액정 패널(액정 셀)을 제조한다.
그 후, 모듈 조립 공정(단계 404)에 의해 조립하였던 액정 패널(액정 셀)의 표시 동작을 행하게 하는 전기 회로, 백라이트 등의 각 부품을 부착하여 액정 표시 소자로서 완성시킨다.
상술한 액정 표시 소자 제조 방법에 의하면, 지극히 미세한 회로 패턴을 갖는 액정 표시 소자를 스루풋이 좋게 얻을 수 있다.
그런데, 상기 도 5의 실시예에서는, 조명 광학계중 광학 적분기(유니포마이저, 호모지나이저)로서의 플라이 아이 렌즈(43, 46)는 1장의 기판의 위에 복수의 미소 렌즈면을 에칭 등의 수법에 의해 형성한 마이크로 플라이 아이 렌즈이더라도 좋다. 또한, 제 1 플라이 아이 렌즈(43) 대신에, 회절 작용에 의해 입사광을 발산시켜 그 파필드(far-field)(프라운호퍼 회절 영역)에 있어서 원형 형상, 고리띠 형상, 다중극 형상의 조야를 형성하는 회절 광학 소자를 이용하더라도 좋다. 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 좋다.
또한, 광학 적분기로서는 내면 반사형 적분기(로드 적분기, 광 파이프, 광 터널 등)을 이용할 수도 있다. 이러한 내면 반사형 적분기를 이용하는 경우에는 내면 반사형 적분기의 사출면과 레티클의 패턴면이 거의 공역으로 된다. 따라서, 상술한 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 되도록 줌 렌즈(44)를 구성한다.
또한, 노광광의 파장으로서 180㎚ 이하의 것을 이용할 때는 조명 광학계중 마이크로 렌즈 어레이, 회절 광학 소자, 내면 반사형 적분기 및 렌즈 소자중 적어도 하나를 형석, 불소가 도핑된 석영 유리, 불소 및 수소가 핑된 석영 유리, 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 수소 분자 농도가 1×1017molecules/㎤ 이상인 석영 유리, 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 염소 농도가 50ppm 이하인 석영 유리, 및 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 수소 분자 농도가 1×1017molecules/㎤ 이상이며 또한 염소 농도가 50ppm 이하인 석영 유리의 그룹으로부터 선택되는 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 노광 파장이 180㎚∼200㎚의 범위내(예컨대, ArF 엑시머 레이저)이면, 이들 재료의 외에 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 OH기 농도가 1000ppm 이상인 석영 유리도 사용할 수 있다.
또, 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 OH기 농도가 1000ppm 이상인 석영 유리에 대해서는 본원 출원인에 의한 일본 특허 제 2770224 호 공보에 개시되어 있고, 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 수소 분자 농도가 1×1017molecules/㎤ 이상인 석영 유리, 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 염소 농도가 50ppm 이하인 석영 유리, 및 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 수소 분자 농도가 1×1017molecules/㎤ 이상이며 또한 염소 농도가 50ppm 이하인 석영 유리에 대해서는 본원 출원인에 의한 일본 특허 제 2936138 호 공보에 개시되어 있다.
또한, 상기 실시예 1에 따른 투영 광학계 PL에서는 투영 광학계를 구성하는 각 렌즈 소자를 형석으로 형성하였지만, 투영 광학계를 구성하는 각 렌즈 소자는 불화칼슘(CaF2, 형석), 불화바륨(BaF2), 불화리튬(LiF), 불화마그네슘(MgF2), 리튬 칼슘 알루미늄 플로라이드(floraid)(LiCaAlF6), 리튬 스트론튬(Strontium) 알루미늄 플로라이드(LiSrAlF6) 및 불화스트론튬(SrF2)으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 1종류의 재료인 것이 바람직하다.
또한, 상기 도 5의 실시예에서는 실시예 1의 투영 광학계 PL의 적용을 고려하여, 레이저 광원으로서 발진 파장 157㎚의 불소다이머 레이저(F2 레이저)를 협대화한 것을 이용하였지만, 본 발명은 F2 레이저에는 한정되지 않는다. 예컨대, 발진 파장 193㎚의 ArF 엑시머 레이저를 협대화한 것이나 발진 파장 248㎚의 KrF 엑시머 레이저를 이용할 수도 있다.
또, 파장 200㎚ 이하의 파장 대역에서는 레이저 광원의 협대화를 실행하기 어렵지만, 본 발명을 적용하는 것에 의해 레이저 광원의 협대화의 정도를 완화할 수 있어, 투영 광학계의 색 소멸의 부담을 삭감할 수 있는 이점이 있다.
또한, 상술한 실시예에서는, 광원으로서 F2 레이저를 이용하고 있지만, 그 대신에 157㎚에 발진 스펙트럼을 갖는 YAG 레이저 등의 고체 레이저의 고조파를 이용하도록 하더라도 된다. 또한, DFB 반도체 레이저 또는 파이버(fiber) 레이저로부터 발진되는 적외 대역 또는 가시 대역의 단일 파장 레이저광을, 예컨대 에르븀(Erbium)(Er)(또는, 에르븀과 이테르븀(ytterbium)(Yb) 양쪽)이 도핑된 파이버 증폭기(fiber amplifier)에 의해 증폭하고, 비선형 광학 결정을 이용하여 자외 광으로 파장 변환한 고조파를 이용하더라도 된다.
예컨대, 단일 파장 레이저광의 발진 파장을 1.51∼1.59㎛의 범위내로 하면, 발생 파장이 151∼159㎚의 범위내인 10배 고조파가 출력된다. 특히, 발진 파장을 1.57∼1.58㎛의 범위내로 하면, 발생 파장이 157∼158㎚의 범위내의 10배 고조파, 즉 F2 레이저광과 거의 동일 파장으로 되는 자외광이 얻어진다. 또한, 발진 파장을 1.03∼1.12㎛의 범위내로 하면, 발생 파장이 147∼160㎚의 범위내인 7배 고조파가 출력되고, 특히 발진 파장을 1.099∼1.106㎛의 범위내로 하면, 발생 파장이 157∼158㎛의 범위내의 7배 고조파, 즉 F2 레이저광과 거의 동일 파장으로 되는 자외광이 얻어진다. 또, 단일 파장 발진 레이저로서는 이트리븀 도핑 파이버 레이저를 이용한다.
이와 같이, 레이저 광원으로부터의 고조파를 사용하는 경우에는, 이 고조파자체가 충분히 좁은 스펙트럼폭(예컨대, 0.3pm 이하)이기 때문에, 상술한 광원(2) 대신에 이용할 수 있다.
또한, 실시예 1에서는 단일의 종류의 재료를 이용하여 투영 광학계를 구성하였지만, 재료의 종류는 단일에 한정되지 않는다. 실시예 2에 나타내는 바와 같이, 원(遠)자외역에 가까운 진공 자외역이나 원자외역의 노광광을 전제로 하면, 재료로서 합성 석영 및 형석을 이용할 수 있고, 진공 자외역의 노광광을 전제로 하면, 재료로서 불화칼슘(CaF2, 형석), 불화바륨(BaF2), 불화리튬(LiF), 불화마그네슘(MgF2), 리튬 칼슘 알루미늄 플로라이드(LiCaAlF6), 리튬 스트론튬 알루미늄 플로라이드(LiSrAlF6) 및 불화스트론튬(SrF2)으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 두 가지의 재료를 이용할 수 있다. 또한, 투영 광학계에 회절 광학 소자를 부가하여, 회절 광학 소자에 의한 색수차 보정 효과도 더불어 이용하더라도 좋다.
또한, 도 5의 실시예에 있어서, 제 1 플라이 아이 렌즈(43)의 입사측에 스펙클(speckle) 방지를 위한 복굴절성 재료로 이루어지는 프리즘을 배치하더라도 좋다. 이러한 스펙클 방지용 프리즘으로서는, 예컨대 미국 특허 제 5,253,110 호에 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 광축에 교차하는 방향에서 두께가 점차 변화되도록 배치된다. 그리고, 이 불화마그네슘의 결정으로 이루어지는 쐐기형 프리즘에 대향하여 그들 꼭지각(頂角)이 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, 프리즘의 쌍에 입사한 광과, 거기로부터 사출하는 광을 동일 진행 방향으로 일치하게 할 수 있다.
광로 보정용 프리즘의 재료로서는, 예컨대 형석, 불소를 도핑한 석영 유리, 불소 및 수소가 도핑된 석영 유리, 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 OH기 농도가 1000ppm 이상인 석영 유리, 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 수소 분자 농도가 1×1017molecules/㎤ 이상인 석영 유리, 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 염소 농도가 50ppm 이하인 석영 유리, 및 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 수소 분자 농도가 1×1017molecules/㎤ 이상이며 또한 염소 농도가 50ppm 이하인 석영 유리의 그룹으로부터 선택되는 재료로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 도 5의 실시예에서는 스텝 앤드 스캔 방식을 채용했지만, 실시예의 노광 장치를 스티칭 및 슬릿 스캔형 노광 장치로 해도 좋다. 스티칭 및 슬릿 스캔 방식을 채용하는 경우, 레티클상의 소정 형상의 조명 영역에 대하여 상대적으로 소정의 제 1 방향에 레티클 및 기판을 동기하여 주사하는 것에 의해, 기판상의 제 1 열째의 영역으로의 노광이 행해진다. 그 후, 그 레티클을 교환하거나, 또는 그 레티클을 상기 조명 영역의 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향을 따라 소정량만큼 이동시켜, 기판을 조명 영역의 제 2 방향과 공역인 방향으로 가로로 어긋나게 한다. 그리고, 다시 레티클상의 소정 형상의 조명 영역에 대하여 상대적으로 제 1 방향으로 레티클 및 기판을 동기하여 주사하는 것에 의해, 기판상의 제 2 열째의 영역으로의 노광을 행한다.
이러한 스티칭 및 슬릿 스캔형 노광 장치에서는 투영 광학계의 노광 필드보다도 넓은 기판상의 영역에 레티클의 패턴을 노광할 수 있다. 또, 이러한 스티칭 및 슬릿 스캔형 노광 장치는 미국 특허 제 5,477,304 호, 일본 특허 공개 평성 제 8-330220 호 공보, 일본 특허 공개 평성 제 10-284408 호 공보 등에 개시되어 있다.
또, 상기 실시예에서는 기판상의 소정의 쇼트 영역에 대하여 레티클상의 패턴 상을 일괄 전사하는 일괄 노광 방식도 채용할 수 있다.
또한, 도 5의 실시예에서는 작업대(감광성 기판)로서의 웨이퍼를 유지하는 웨이퍼 스테이지를 1개 마련했지만, 예컨대 일본 특허 공개 평성 제 5-175098 호 공보, 일본 특허 공개 평성 제 10-163097 호 공보, 일본 특허 공개 평성 제 10-163098 호 공보, 일본 특허 공개 평성 제 10-163099 호 공보 또는 일본 특허 공개 평성 제 10-214783 호 공보 등에 개시된 바와 같이, 2세트의 웨이퍼 스테이지를 마련하는 구성이더라도 좋다.
또한, 반도체 소자의 제조에 이용되는 노광 장치뿐만 아니라, 액정 표시 소자 등을 포함하는 디스플레이의 제조에 이용되는, 장치 패턴을 유리 플레이트상에 전사하는 노광 장치, 박막 자기 헤드의 제조에 이용되는, 장치 패턴을 세라믹 웨이퍼상에 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.
이상과 같이, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 여러 가지의 구성을 취할 수 있다. 또한, 각각 명세서, 청구의 범위, 도면 및 요약을 포함하는 1999년 9월 29일부로 제출한 국제 출원 PCT/JP99/05329 호 및 1999년 11월 16일부로 제출한 국제 출원 PCT/JP99/06387 호의 모든 개시 내용은 모조리 그대로 인용하여 여기에 포함되어 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 투영 광학계에 의하면, 투영 광학계의 색수차를 억제하여 광원으로의 부담을 저감시킬 수 있다. 또한, 단일 종류의 초재, 혹은 소수의 색보정용 초재의 추가에 의해 어느 정도의 스펙트럼폭을 갖는 노광광에 대한 색수차 보정을 행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 투영 노광 장치 및 방법에 의하면, 투영 광학계의 구성의 간소화를 도모하면서도, 지극히 미세화된 마이크로 장치의 회로 패턴을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치 제조 방법에 의하면, 지극히 미세화된 마이크로 장치의 회로 패턴을, 스루풋을 저하시키지 않고서 얻을 수 있다.

Claims (124)

  1. 제 1 면상의 패턴의 상(像)을 광투과성 굴절 부재의 작용에 의해 제 2 면상에 결상(結像)시키는 굴절형 투영 광학계에 있어서,
    상기 제 1 면과 상기 제 2 면 사이의 광로중에 배치되고, 정(正)의 굴절력을 갖는 전(前)렌즈군과,
    상기 전렌즈군과 상기 제 2 면 사이의 광로중에 배치되고, 정의 굴절력을 갖는 후(後)렌즈군과,
    상기 전렌즈군의 후측 초점 위치 근방에 배치된 개구 조리개
    를 갖되,
    상기 투영 광학계는 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면측이 텔레센트릭적이며,
    상기 후렌즈군의 초점 거리를 f2로 하고, 상기 제 1 면에서부터 상기 제 2 면까지의 거리를 L이라고 할 때,
    (수학식 1)
    Figure 112001012597212-pct00109
    상기의 수학식 1을 만족하는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는 적어도 하나의 비구면(非球面) 형상의 렌즈면을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 투영 광학계에 포함되는 굴절력을 갖는 렌즈를 상기 제 1 면측으로부터 순서대로 6개 선택했을 때에, 해당 6개의 렌즈중 적어도 한 면이 부(負)의 굴절력을 갖는 비구면 형상인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 전렌즈군은 제 1 면측으로부터 순서대로 부굴절력의 제 1 렌즈군, 정굴절력의 제 2 렌즈군, 부굴절력의 제 3 렌즈군 및 정굴절력의 제 4 렌즈군을 가지며,
    상기 제 1 렌즈군 및 상기 제 2 렌즈군의 합성 가로 배율을 β1로 하고, 상기 제 1 면으로부터 상기 제 2 렌즈군의 가장 상기 제 2 면측의 렌즈면까지의 거리를 L1, 상기 제 1 면에서부터 상기 제 2 면까지의 거리를 L이라고 할 때,
    (수학식 2)
    Figure 112001012597212-pct00110
    (수학식 3)
    Figure 112001012597212-pct00111
    상기한 수학식 2 및 수학식 3을 만족하는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 렌즈군은 적어도 2개의 비구면 형상의 렌즈면을 포함하고, 또한 10장 이하의 렌즈를 갖는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전렌즈군은 제 1 면측으로부터 순서대로 부굴절력의 제 1 렌즈군, 정굴절력의 제 2 렌즈군, 부굴절력의 제 3 렌즈군 및 정굴절력의 제 4 렌즈군을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 투영 광학계의 광로중에 배치되는 광투과성 굴절 부재의 광축에 따른 두께의 총합을 C로 하고, 상기 제 1 면에서부터 상기 제 2 면까지의 거리를 L이라고 할 때,
    (수학식 4)
    Figure 112005054693635-pct00112
    상기의 수학식 4를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 투영 광학계중의 광투과성 굴절 부재중 굴절력을 갖는 부재의 수의 총합을 E로 하고, 비구면 형상의 렌즈면이 마련된 부재의 수의 총합을 Ea라고 할 때,
    (수학식 5)
    Figure 112005054693635-pct00113
    상기의 수학식 5를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 굴절력을 갖는 부재의 총합은 16 이상인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 굴절력을 갖는 부재의 총합은 26 이하인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 투영 광학계중의 광투과성 굴절 부재는 단일 종류의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 투영 광학계중의 광투과성 굴절 부재는 제 1 재료로 형성된 제 1 광투과성 굴절 부재와, 제 2 재료로 형성된 제 2 광투과성 굴절 부재를 갖고,
    상기 광투과성 굴절 부재중 굴절력을 갖는 부재의 수에 대한 상기 제 2 광투과성 굴절 부재의 수는 32% 이하인 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는 상기 제 1 면상의 상기 패턴의 축소 상(像)을 상기 제 2 면상에 형성하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구 조리개는 상기 전렌즈군과 상기 후렌즈군 사이의 광로중에 배치되는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  15. 제 1 면상의 패턴의 상을 광투과성 굴절 부재의 작용에 의해 제 2 면상에 결상시키는 굴절형 투영 광학계의 제조 방법에 있어서,
    정의 굴절력을 갖는 전렌즈군을 배치하는 공정과,
    상기 전렌즈군과 상기 제 2 면 사이에 정의 굴절력을 갖는 후렌즈군을 배치하는 공정과,
    상기 전렌즈군과 상기 후렌즈군 사이에 개구 조리개를 배치하는 공정
    을 포함하되,
    상기 전렌즈군, 상기 후렌즈군 및 상기 개구 조리개는 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면측이 텔레센트릭적이도록 배치되고,
    상기 후렌즈군의 초점 거리를 f2로 하고, 상기 제 1 면에서부터 상기 제 2 면까지의 거리를 L이라고 할 때,
    (수학식 1)
    Figure 112001012597212-pct00114
    상기의 수학식 1을 만족하는 것을 이용하는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계의 제조 방법.
  16. 제 1 면상의 패턴의 상을 광투과성 굴절 부재의 작용에 의해 제 2 면상에 결상시키는 굴절형 투영 광학계에 있어서,
    굴절력을 갖는 3개 이상의 렌즈를 갖되,
    상기 굴절력을 갖는 렌즈를 상기 제 1 면측에서부터 순서대로 3개 선택했을 때에, 해당 3개의 렌즈중 적어도 한 면이 부의 굴절력을 갖는 비구면 형상인 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  17. 제 1 면상의 패턴의 상을 광투과성 굴절 부재의 작용에 의해 제 2 면상에 결상시키는 굴절형 투영 광학계에 있어서,
    굴절력을 갖는 복수개의 렌즈를 갖고,
    상기 굴절력을 갖는 렌즈를 상기 제 1 면에서부터 순서대로 2개 선택했을 때에, 해당 2개의 렌즈중 적어도 한 면이 비구면이고, 해당 비구면의 광축 중심 부근의 국부 주(主)곡률을 Ca, 해당 비구면의 렌즈 유효 직경 최주변부의 메리디오날(meridional) 방향의 국부 주곡률을 Cb라고 할 때,
    상기 비구면이 부의 굴절력을 갖는 경우에, 다음 조건 1
    (조건 1)
    Figure 112005054693635-pct00115
    이 성립하고, 상기 비구면이 정의 굴절력을 갖는 경우에, 다음 조건 2
    (조건 2)
    Figure 112005054693635-pct00116
    가 성립하는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  18. 제 1 면상의 패턴의 상을 광투과성 굴절 부재의 작용에 의해 제 2 면상에 결상시키는 굴절형 투영 광학계에 있어서,
    굴절력을 갖는 4개 이상의 렌즈를 갖고,
    상기 굴절력을 갖는 렌즈를 상기 제 1 면에서부터 순서대로 4개 선택했을 때에, 해당 4개의 렌즈중 적어도 한 면이 비구면이고, 해당 비구면의 광축 중심 부근의 국부 주곡률을 Ca, 상기 비구면의 렌즈 유효 직경 최주변부의 메리디오날 방향의 국부 주곡률을 Cb라고 할 때,
    상기 비구면이 부의 굴절력을 갖는 경우에, 다음 조건 5
    (조건 5)
    Figure 112005054693635-pct00117
    이 성립하며,
    상기 비구면이 정의 굴절력을 갖는 경우에, 다음 조건 6
    (조건 6)
    Figure 112005054693635-pct00118
    이 성립하는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  19. 제 1 면상의 패턴의 상을 광투과성 굴절 부재의 작용에 의해 제 2 면상에 결상시키는 굴절형 투영 광학계의 제조 방법에 있어서,
    굴절력을 갖는 4개 이상의 렌즈를 배치하는 공정
    을 갖되,
    상기 굴절력을 갖는 렌즈를 상기 제 1 면에서부터 순서대로 4개 선택했을 때에, 해당 4개의 렌즈중 적어도 한 면이 비구면이고, 해당 비구면의 광축 중심 부근의 국부 주곡률을 Ca, 상기 비구면의 렌즈 유효 직경 최주변부의 메리디오날 방향의 국부 주곡률을 Cb라고 할 때,
    상기 비구면이 부의 굴절력을 갖는 경우에, 다음 조건 5
    (조건 5)
    Figure 112005054693635-pct00119
    이 성립하며,
    상기 비구면이 정의 굴절력을 갖는 경우에, 다음 조건 6
    (조건 6)
    Figure 112005054693635-pct00120
    이 성립하도록 상기 비구면을 선택하는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계의 제조 방법.
  20. 제 1 면상의 패턴의 축소 상을 제 2 면상에 결상시키는 투영 광학계에 있어서,
    제 1 면측에서부터 순서대로, 부의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군, 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군, 부의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈군, 정의 굴절력을 갖는 제 4 렌즈군, 개구 조리개 및 정의 굴절력을 갖는 제 5 렌즈군
    을 갖되,
    상기 제 1 렌즈군 및 상기 제 2 렌즈군의 합성 가로 배율을 β1로 하고, 상기 제 1 면에서부터 상기 제 2 렌즈군의 가장 상기 제 2 면측의 렌즈면까지의 거리를 L1, 상기 제 1 면에서부터 상기 제 2 면까지의 거리를 L이라고 할 때,
    (수학식 2)
    Figure 112001012597212-pct00121
    (수학식 3)
    Figure 112001012597212-pct00122
    상기의 수학식 2 및 3을 만족하는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 투영 광학계에 포함되는 굴절력을 갖는 렌즈를 상기 제 1 면측에서부터 순서대로 6개 선택했을 때에, 해당 6개의 렌즈중 적어도 한 면이 부의 굴절력을 갖는 비구면 형상인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 렌즈군은 적어도 2개의 비구면 형상의 렌즈면을 포함하고, 또한 10장 이하의 렌즈를 갖는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  23. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 투영 광학계의 광로중에 배치되는 광투과성 굴절 부재의 광축에 따른 두께의 총합을 C로 하고, 상기 제 1 면에서부터 상기 제 2 면까지의 거리를 L이라고 할 때,
    (수학식 4)
    Figure 112005054693635-pct00123
    상기의 수학식 4를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  24. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 투영 광학계중의 광투과성 굴절 부재중 굴절력을 갖는 부재의 수의 총합을 E로 하고, 비구면 형상의 렌즈면이 마련된 부재의 수의 총합을 Ea라고 할 때,
    (수학식 5)
    Figure 112005054693635-pct00124
    상기의 수학식 5를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 굴절력을 갖는 부재의 총합은 16 이상인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 굴절력을 갖는 부재의 총합은 26 이하인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 투영 광학계중 광투과성 굴절 부재는 단일 종류의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 투영 광학계중 광투과성 굴절 부재는 제 1 재료로 형성된 제 1 광투과성 굴절 부재와, 제 2 재료로 형성된 제 2 광투과성 굴절 부재를 갖고,
    상기 광투과성 굴절 부재중 굴절력을 갖는 부재의 수에 대한 상기 제 2 광투과성 굴절 부재의 수는 32% 이하인 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  29. 제 20 항에 있어서,
    상기 투영 광학계에 대하여 상기 제 2 면측으로부터 상기 투영 광학계의 광축과 평행한 광선을 입사시킨 경우, 해당 광선이 상기 제 1 면측으로 사출될 때의 상기 광축과 이루는 각도는 50′이하인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  30. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 5 렌즈군의 초점 거리를 f2로 하고, 상기 제 1 면에서부터 상기 제 2 면까지의 거리를 L이라고 할 때,
    (수학식 1)
    Figure 112005054693635-pct00125
    상기의 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  31. 제 1 면상의 패턴의 축소 상을 제 2 면상에 결상시키는 투영 광학계의 제조 방법에 있어서,
    부의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군을 준비하는 공정과,
    정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군을 준비하는 공정과,
    부의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈군을 준비하는 공정과,
    정의 굴절력을 갖는 제 4 렌즈군을 준비하는 공정과,
    개구 조리개를 준비하는 공정과,
    정의 굴절력을 갖는 제 5 렌즈군을 준비하는 공정과,
    상기 제 1 면측에서부터 순서대로 상기 제 1 렌즈군, 상기 제 2 렌즈군, 상기 제 3 렌즈군, 상기 제 4 렌즈군, 상기 개구 조리개 및 상기 제 5 렌즈군의 순으로 배치하는 공정
    을 포함하되,
    상기 제 1 렌즈군 및 상기 제 2 렌즈군의 합성 가로 배율을 β1로 하고, 상기 제 1 면에서부터 상기 제 2 렌즈군의 가장 상기 제 2 면측의 렌즈면까지의 거리를 L1, 상기 제 1 면에서부터 상기 제 2 면까지의 거리를 L이라고 할 때,
    (수학식 2)
    Figure 112001012597212-pct00126
    상기의 수학식 2를 만족하도록 상기 제 1 및 제 2 렌즈군을 준비하며,
    (수학식 3)
    Figure 112001012597212-pct00127
    상기의 수학식 3을 만족하도록 상기 제 1 및 제 2 렌즈군을 배치하는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계의 제조 방법.
  32. 제 1 면상의 패턴의 축소 상을 제 2 면상에 결상시키는 투영 광학계에 있어서,
    상기 투영 광학계의 광로중에 배치되는 적어도 하나의 광투과성 굴절 부재를 포함하되,
    상기 투영 광학계의 광로중에 배치되는 광투과성 굴절 부재의 광축에 따른 두께의 총합을 C로 하고, 상기 제 1 면에서부터 상기 제 2 면까지의 거리를 L이라고 할 때,
    (수학식 4)
    Figure 112001012597212-pct00128
    상기의 수학식 4를 만족하는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 광투과성 부재중 굴절력을 갖는 부재의 총합은 16 이상인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  34. 제 32 항 또는 제 33 항에 있어서,
    상기 광투과성 부재중 굴절력을 갖는 부재의 총합은 26 이하인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 투영 광학계중 광투과성 굴절 부재는 단일 종류의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  36. 제 34 항에 있어서,
    상기 투영 광학계중 광투과성 굴절 부재는 제 1 재료로 형성된 제 1 광투과성 굴절 부재와, 제 2 재료로 형성된 제 2 광투과성 굴절 부재를 갖고,
    상기 광투과성 굴절 부재중 굴절력을 갖는 부재의 수에 대한 상기 제 2 광투과성 굴절 부재의 수는 32% 이하인 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  37. 제 33 항에 있어서,
    상기 투영 광학계중의 광투과성 굴절 부재중 굴절력을 갖는 부재의 수의 총합을 E로 하고, 비구면 형상의 렌즈면이 마련된 부재의 수의 총합을 Ea라고 할 때,
    (수학식 5)
    Figure 112005054693635-pct00129
    상기의 수학식 5를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  38. 제 32 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는, 제 1 면측으로부터 순서대로,
    부굴절력를 갖는 제 1 렌즈군과,
    정굴절력을 갖는 제 2 렌즈군과,
    부굴절력를 갖는 제 3 렌즈군과,
    정굴절력을 갖는 제 4 렌즈군과,
    개구 조리개와,
    정굴절력을 갖는 제 5 렌즈군을 구비하는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 제 5 렌즈군의 초점 거리를 f2로 하고, 상기 제 1 면에서부터 상기 제 2 면까지의 거리를 L이라고 할 때,
    (수학식 1)
    Figure 112001012597212-pct00130
    상기의 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈군 및 상기 제 2 렌즈군의 합성 가로 배율을 β1로 하고, 상기 제 1 면에서부터 상기 제 2 렌즈군의 가장 상기 제 2 면측의 렌즈면까지의 거리를 L1, 상기 제 1 면에서부터 상기 제 2 면까지의 거리를 L이라고 할 때,
    (수학식 2)
    Figure 112005054693635-pct00131
    (수학식 3)
    Figure 112005054693635-pct00132
    상기의 수학식 2 및 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  41. 제 32 항에 있어서,
    상기 투영 광학계에 대하여 상기 제 2 면측으로부터 상기 투영 광학계의 광축과 평행한 광선을 입사시킨 경우, 해당 광선이 상기 제 1 면측으로 사출될 때의 상기 광축과 이루는 각도는 50′이하인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  42. 제 1 면상의 패턴의 축소 상을 제 2 면상에 결상시키는 투영 광학계의 제조 방법에 있어서,
    적어도 하나의 광투과성 부재를 준비하는 공정과,
    상기 투영 광학계의 광로중을 따라 적어도 하나의 상기 광투과성 부재를 배치하는 공정
    을 포함하되,
    상기 투영 광학계의 광로중에 배치되는 광투과성 굴절 부재의 광축에 따른 두께의 총합을 C로 하고, 상기 제 1 면에서부터 상기 제 2 면까지의 거리를 L이라고 할 때,
    (수학식 4)
    Figure 112001012597212-pct00133
    상기의 수학식 4를 만족하도록 상기 광투과성 부재를 준비하는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계의 제조 방법.
  43. 제 1 면상의 패턴의 축소 상을 제 2 면상에 결상시키는 투영 광학계에 있어서,
    적어도 3면 이상의 비구면 형상의 렌즈면을 갖되,
    상기 투영 광학계중의 광투과성 굴절 부재중 굴절력을 갖는 부재의 수의 총합을 E로 하고, 비구면 형상의 렌즈면이 마련된 부재의 수의 총합을 Ea라고 할 때,
    (수학식 5)
    Figure 112001012597212-pct00134
    상기의 수학식 5를 만족하는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 굴절력을 갖는 부재의 총합은 16 이상인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  45. 제 43 항 또는 제 44 항에 있어서,
    상기 굴절력을 갖는 부재의 총합은 26 이하인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  46. 제 43 항에 있어서,
    상기 투영 광학계중 광투과성 굴절 부재는 단일 종류의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  47. 제 43 항에 있어서,
    상기 투영 광학계중 광투과성 굴절 부재는 제 1 재료로 형성된 제 1 광투과성 굴절 부재와, 제 2 재료로 형성된 제 2 광투과성 굴절 부재를 갖고,
    상기 광투과성 굴절 부재중 굴절력을 갖는 부재의 수에 대한 상기 제 2 광투과성 굴절 부재의 수는 32% 이하인 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  48. 제 43 항에 있어서,
    상기 투영 광학계중 광투과성 굴절 부재는 제 1 재료로 형성된 제 1 광투과성 굴절 부재와, 제 2 재료로 형성된 제 2 광투과성 굴절 부재를 갖고,
    상기 광투과성 굴절 부재중 굴절력을 갖는 부재의 수에 대한 상기 제 2 광투과성 굴절 부재의 수는 16% 이하인 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  49. 제 43 항에 있어서,
    상기 투영 광학계중 광투과성 굴절 부재는 제 1 재료로 형성된 제 1 광투과성 굴절 부재와, 제 2 재료로 형성된 제 2 광투과성 굴절 부재를 갖고,
    상기 광투과성 굴절 부재중 굴절력을 갖는 부재의 수에 대한 상기 제 2 광투과성 굴절 부재의 수는 11% 이하인 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  50. 제 43 항에 있어서,
    상기 투영 광학계의 광로중에 배치되는 광투과성 굴절 부재의 광축에 따른 두께의 총합을 C로 하고, 상기 제 1 면에서부터 상기 제 2 면까지의 거리를 L이라고 할 때,
    (수학식 4)
    Figure 112005054693635-pct00135
    상기의 수학식 4를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  51. 제 43 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는 개구 조리개와, 해당 개구 조리개와 상기 제 2 면 사이에 배치된 렌즈군을 포함하며,
    상기 렌즈군의 초점 거리를 f2로 하고, 상기 제 1 면에서부터 상기 제 2 면까지의 거리를 L이라고 할 때,
    (수학식 1)
    Figure 112005054693635-pct00136
    상기의 수학식 1을 만족하는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  52. 제 43 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는,
    부굴절력을 갖는 제 1 렌즈군과,
    해당 제 1 렌즈군과 상기 제 2 면 사이에 배치되고 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군과,
    해당 제 2 렌즈군과 상기 제 2 면 사이에 배치되고 부의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈군과,
    해당 제 3 렌즈군과 상기 제 2 면 사이에 배치되고 정의 굴절력을 갖는 제 4 렌즈군과,
    해당 제 4 렌즈군과 상기 제 2 면 사이에 배치된 개구 조리개와,
    해당 개구 조리개와 상기 제 2 면 사이에 배치되고 정의 굴절력을 갖는 제 5 렌즈군을 구비하는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  53. 제 52 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈군 및 상기 제 2 렌즈군의 합성 가로 배율을 β1로 하고, 상기 제 1 면에서부터 상기 제 2 렌즈군의 가장 상기 제 2 면측의 렌즈면까지의 거리를 L1, 상기 제 1 면에서부터 상기 제 2 면까지의 거리를 L이라고 할 때,
    (수학식 2)
    Figure 112001012597212-pct00137
    (수학식 3)
    Figure 112001012597212-pct00138
    상기의 수학식 2 및 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  54. 제 43 항에 있어서,
    상기 투영 광학계에 대하여 상기 제 2 면측으로부터 상기 투영 광학계의 광축과 평행한 광선을 입사시킨 경우, 해당 광선이 상기 제 1 면측으로 사출될 때의 상기 광축과 이루는 각도는 50′이하인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  55. 제 43 항에 있어서,
    상기 투영 광학계중의 상기 광투과성 굴절 부재중 상기 비구면 형상의 렌즈면이 마련되어 있지 않은 부재중 적어도 하나는 위치 및 자세(姿勢)중 적어도 한쪽이 변경 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  56. 제 1 면상의 패턴의 축소 상을 제 2 면상에 결상시키는 투영 광학계의 제조 방법에 있어서,
    광투과성 굴절 부재가 갖는 렌즈면중 적어도 3면 이상이 비구면 형상으로 되도록, 또한 상기 광투과성 굴절 부재중 굴절력을 갖는 부재의 수의 총합을 E로 하고, 비구면 형상의 렌즈면이 마련된 부재의 수의 총합을 Ea라고 할 때,
    (수학식 5)
    Figure 112005054693635-pct00139
    상기의 수학식 5를 만족하도록 상기 광투과성 부재를 준비하는 공정과,
    해당 광투과성 부재를 쌓아 올리는 공정을 갖는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계의 제조 방법.
  57. 투영 원판에 마련된 패턴의 축소 상을 작업대상으로 투영 노광하는 투영 노광 장치에 있어서,
    노광광을 공급하는 광원과,
    해당 광원으로부터의 노광광을 상기 투영 원판상의 상기 패턴으로 도입하는 조명 광학계와,
    청구항 1 내지 청구항 56중 어느 한 항에 기재된 투영 광학계
    를 구비하되,
    상기 투영 광학계의 상기 제 1 면에 상기 투영 원판을 배치 가능하게 하고, 상기 제 2 면에 상기 작업대를 배치 가능하게 한 것
    을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  58. 투영 원판에 마련된 패턴의 축소 상을 작업대상에서 주사시키면서 투영 노광하는 투영 노광 장치에 있어서,
    노광광을 공급하는 광원과,
    해당 광원으로부터의 노광광을 상기 투영 원판상의 상기 패턴으로 도입하는 조명 광학계와,
    청구항 1 내지 청구항 56중 어느 한 항에 기재된 투영 광학계와,
    상기 투영 광학계의 상기 제 1 면에 상기 투영 원판을 배치 가능하게 하기 위한 제 1 스테이지와,
    상기 제 2 면에 상기 작업대를 배치 가능하게 하기 위한 제 2 스테이지
    를 구비하되,
    상기 제 1 및 제 2 스테이지는 상기 투영 광학계의 투영 배율에 대응한 속도비로 이동 가능한 것
    을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  59. 제 57 항 또는 제 58 항에 있어서,
    상기 광원은 180㎚ 이하의 파장 대역의 노광광을 공급하고,
    상기 투영 광학계는 상기 투영 원판으로부터의 노광광의 광량의 25% 이상의 광량을 상기 작업대로 도입하는 것
    을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  60. 투영 원판에 마련된 패턴의 축소 상을 작업대상으로 투영 노광하는 투영 노광 장치에 있어서,
    180㎚ 이하의 파장 대역의 노광광을 공급하는 광원과,
    상기 광원으로부터의 노광광을 상기 투영 원판상의 상기 패턴으로 도입하는 조명 광학계와,
    상기 투영 원판과 상기 작업대 사이의 광로중에 배치되고, 상기 투영 원판을 거친 상기 노광광의 광량의 25% 이상의 광량을 상기 작업대로 도입하여 상기 패턴의 축소 상을 상기 작업대상에 형성하는 투영 광학계를 구비하는 것
    을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  61. 제 60 항에 있어서,
    상기 투영 원판을 유지하는 제 1 스테이지와, 상기 작업대를 유지하는 제 2 스테이지를 더 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 스테이지는 상기 투영 광학계의 투영 배율에 대응한 속도비로 이동 가능한 것
    을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  62. 투영 원판에 마련된 패턴의 축소 상을 작업대상으로 투영 노광하는 투영 노광 장치에 있어서,
    200㎚ 이하의 파장 대역의 노광광을 공급하는 광원과,
    상기 광원으로부터의 노광광을 상기 투영 원판상의 상기 패턴으로 도입하는 조명 광학계와,
    상기 투영 원판과 상기 작업대 사이의 광로중에 배치되고, 상기 투영 원판을 거친 상기 노광광을 상기 작업대로 도입하여 상기 패턴의 축소 상을 상기 작업대상에 형성하는 투영 광학계
    를 구비하되,
    상기 광원으로부터 상기 조명 광학계로 향하는 상기 노광광의 광량을 En1로 하고, 상기 조명 광학계로부터 상기 투영 원판으로 향하는 상기 노광광의 광량을 En2로 하고, 상기 투영 광학계로 입사하는 상기 노광량의 광량을 En3으로 하며, 상기 투영 광학계로부터 상기 작업대로 향하여 사출되는 상기 노광광의 광량을 En4라고 할 때,
    (수학식 25)
    Figure 112001012597212-pct00140
    상기의 수학식 25를 만족하는 것
    을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  63. 투영 원판상에 형성되는 패턴을 작업대상으로 투영 노광하는 투영 노광 방법에 있어서,
    청구항 57, 청구항 58 또는 청구항 59에 기재된 투영 노광 장치를 이용하고,
    상기 투영 원판을 상기 제 1 면에 배치하고, 또한 상기 작업대를 상기 제 2 면에 배치하며,
    상기 투영 광학계를 거쳐서 상기 패턴의 상을 상기 작업대상에 형성하는 것
    을 특징으로 하는 노광 방법.
  64. 투영 원판에 마련된 패턴의 축소 상을 작업대상으로 투영 노광하는 투영 노광 방법에 있어서,
    200㎚ 이하의 파장 대역의 노광광을 공급하는 공정과,
    조명 광학계를 거쳐 해당 광원으로부터의 노광광을 상기 투영 원판상의 상기 패턴으로 도입하는 공정과,
    상기 투영 광학계를 거쳐서 상기 투영 원판으로부터의 상기 노광광을 상기 작업대로 도입하여 상기 패턴의 축소 상을 상기 작업대상에 형성하는 공정
    을 갖되,
    상기 조명 광학계로 입사하는 상기 노광광의 광량을 En1로 하고, 상기 조명 광학계로부터 상기 투영 원판으로 향하는 상기 노광광의 광량을 En2로 하고, 상기 투영 광학계로 입사하는 상기 노광량의 광량을 En3으로 하며, 상기 투영 광학계에서 상기 작업대로 향하여 사출되는 상기 노광광의 광량을 En4라고 할 때,
    (수학식 25)
    Figure 112005054693635-pct00141
    상기의 수학식 25를 만족하는 것
    을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  65. 제 64 항에 있어서,
    상기 노광광을 상기 패턴으로 도입하는 공정은 상기 파장 대역의 광에 대한 흡수가 적은 특성을 갖는 가스 분위기로 채워진 공간에 상기 노광광을 통과시키는 보조 공정을 포함하고,
    상기 패턴의 축소 상을 상기 작업대상에 형성하는 공정은 상기 파장 대역의 광에 대한 흡수가 적은 특성을 갖는 가스 분위기로 채워진 공간에 상기 노광광을 통과시키는 보조 공정을 포함하는 것
    을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  66. 소정의 회로 패턴을 갖는 마이크로 장치의 제조 방법에 있어서,
    청구항 63, 청구항 64 또는 청구항 65에 기재된 투영 노광 방법을 이용하여 상기 작업대상에 상기 패턴의 상을 투영 노광하는 공정과,
    해당 투영 노광된 상기 작업대를 현상 처리하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 장치의 제조 방법.
  67. 투영 원판상의 패턴을 작업대상에 투영 노광하는 투영 노광 장치에 있어서,
    200㎚ 이하의 파장의 노광광을 상기 투영 원판으로 공급하는 조명 광학계와,
    상기 투영 원판상의 패턴의 상을 소정의 투영 배율 β을 기초로 상기 작업대상에 형성하는 투영 광학계
    를 구비하되,
    상기 투영 광학계는 개구 조리개와, 해당 개구 조리개와 상기 투영 원판 사이에 배치된 전렌즈군과, 상기 개구 조리개와 상기 작업대 사이에 배치된 후렌즈군을 가지며,
    상기 투영 광학계중의 광투과성 광학 재료중 형석의 량을 디스크재로 환산한 량을 y(㎏), 상기 후렌즈군의 초점 거리를 f2(㎜), 상기 투영 광학계의 상(像)측의 최대 개구수를 NAw로 하며,
    (수학식 7)
    Figure 112005054693635-pct00142
    라고 할 때,
    (수학식 8)
    Figure 112005054693635-pct00143
    (수학식 9)
    Figure 112005054693635-pct00144
    (수학식 10)
    Figure 112005054693635-pct00145
    (수학식 11)
    Figure 112005054693635-pct00146
    상기의 수학식 8~수학식 11을 만족하는 것
    을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  68. 제 67 항에 있어서,
    상기 최대 개구수 NAw 및 형석의 량 y에 대하여,
    (수학식 12)
    Figure 112001012597212-pct00147
    (수학식 13)
    Figure 112001012597212-pct00148
    상기의 수학식 12 및 13을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  69. 제 67 항에 있어서,
    상기 투영 광학계의 후렌즈군의 초점 거리 f2 및 최대 개구수 NAw는
    (수학식 14)
    Figure 112001012597212-pct00149
    상기의 수학식 14를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  70. 제 67 항에 있어서,
    상기 조명 광학계는 0.5pm 이하의 반치(半値) 전폭(全幅)의 광을 공급하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  71. 제 67 항에 있어서,
    상기 투영 광학계중 비구면의 수를 A로 하고, 상기 투영 광학계는
    (수학식 19)
    Figure 112001012597212-pct00150
    (수학식 20)
    Figure 112001012597212-pct00151
    상기의 수학식 19 및 20을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  72. 제 70 항에 있어서,
    상기 투영 광학계중 비구면의 수를 A로 하고, 상기 투영 광학계는
    (수학식 19)
    Figure 112001012597212-pct00152
    (수학식 20)
    Figure 112001012597212-pct00153
    상기의 수학식 19 및 20을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  73. 제 67 항에 있어서,
    상기 투영 광학계중 비구면의 수를 A로 하고, 상기 투영 광학계는
    (수학식 21)
    Figure 112001012597212-pct00154
    (수학식 22)
    Figure 112001012597212-pct00155
    상기의 수학식 21 및 22를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  74. 제 70 항에 있어서,
    상기 투영 광학계중 비구면의 수를 A로 하고, 상기 투영 광학계는
    (수학식 21)
    Figure 112001012597212-pct00156
    (수학식 22)
    Figure 112001012597212-pct00157
    상기의 수학식 21 및 22를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  75. 제 67 항 내지 제 74 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 광학계는 200㎚ 이하 170㎚ 이상인 파장의 광을 공급하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  76. 제 67 항 내지 제 74 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는 직경 20㎜ 이상의 상(像)측 시야를 갖는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  77. 제 67 항 및 제 69 항 내지 제 74 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 광학계의 상측의 최대 개구수 NAw는
    (수학식 23)
    Figure 112001012597212-pct00158
    상기의 수학식 23을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  78. 제 67 항 내지 제 74 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는 하나 또는 복수개의 비구면을 갖고, 또한 해당 비구면은 상기 형석과는 상이한 재료로 이루어지는 렌즈의 렌즈면에 마련되는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  79. 제 78 항에 있어서,
    상기 비구면은 석영 유리로 이루어지는 렌즈의 렌즈면에 마련되는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  80. 제 67 항 내지 제 74 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전렌즈군, 상기 개구 조리개 및 상기 후렌즈군은 직선상으로 연장한 광축을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  81. 제 67 항 내지 제 74 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는 직경 20㎜ 이상의 상측 시야를 확보하기 위한 비구면을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  82. 제 67 항 내지 제 74 항 중 어느 한 항에 있어서,
    (수학식 15)
    Figure 112001012597212-pct00159
    상기의 수학식 15를 또한 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  83. 제 67 항 및 제 69 내지 제 74 항 중 어느 한 항에 있어서,
    (수학식 16)
    Figure 112001012597212-pct00160
    상기의 수학식 16을 또한 만족하는 것을 특징으로 투영 노광 장치.
  84. 제 67 항 내지 제 74 항 중 어느 한 항에 있어서,
    (수학식 17)
    Figure 112001012597212-pct00161
    상기의 수학식 17을 또한 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  85. 투영 원판상의 패턴을 작업대상에 투영 노광하는 투영 노광 방법에 있어서,
    200㎚ 이하의 파장의 노광광을 상기 투영 원판으로 공급하는 조명 공정과,
    전렌즈군, 개구 조리개 및 후렌즈군을 구비한 투영 광학계를 이용하여 상기 투영 원판상의 패턴의 상을 소정의 투영 배율 β을 기초로 상기 작업대상에 형성하는 상 형성 공정
    을 포함하되,
    상기 상 형성 공정은
    상기 투영 원판으로부터의 광을 상기 전렌즈군으로 도입하는 제 1 보조 공정과,
    해당 전렌즈군을 거친 광을 상기 개구 조리개로 도입하는 제 2 보조 공정과,
    해당 개구 조리개를 거친 광을 상기 후렌즈군으로 도입하는 제 3 보조 공정과,
    해당 후렌즈군을 거친 광을 이용하여 상기 작업대상에 상기 패턴의 상을 형성하는 제 4 보조 공정을 포함하며,
    상기 투영 광학계중 광투과성 광학 재료중의 형석의 량을 디스크재로 환산한 량을 y(㎏), 상기 후렌즈군의 초점 거리를 f2(㎜), 상기 투영 광학계의 상(像)측의 최대 개구수를 NAw로 하고,
    (수학식 7)
    Figure 112005054693635-pct00162
    라고 할 때,
    (수학식 8)
    Figure 112005054693635-pct00163
    (수학식 9)
    Figure 112005054693635-pct00164
    (수학식 10)
    Figure 112005054693635-pct00165
    (수학식 11)
    Figure 112005054693635-pct00166
    상기의 수학식 8~수학식 11을 만족하는 것
    을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  86. 제 85 항에 있어서,
    상기 최대 개구수 NAw 및 형석의 량 y에 대하여,
    (수학식 12)
    Figure 112001012597212-pct00167
    (수학식 13)
    Figure 112001012597212-pct00168
    상기의 수학식 12 및 13을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  87. 제 85 항에 있어서,
    상기 투영 광학계의 후렌즈군의 초점 거리 f2 및 최대 개구수 NAw는
    (수학식 14)
    Figure 112001012597212-pct00169
    상기의 수학식 14를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  88. 제 85 항에 있어서,
    상기 조명 공정에서는 0.5pm 이하의 반치 전폭의 광을 공급하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  89. 제 85 항에 있어서,
    상기 투영 광학계중 비구면의 수를 A로 하고, 상기 투영 광학계는
    (수학식 19)
    (수학식 20)
    Figure 112001012597212-pct00171
    상기의 수학식 19 및 20을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  90. 제 88 항에 있어서,
    상기 투영 광학계중 비구면의 수를 A로 하고, 상기 투영 광학계는
    (수학식 19)
    Figure 112001012597212-pct00172
    (수학식 20)
    Figure 112001012597212-pct00173
    상기의 수학식 19 및 20을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  91. 제 85 항에 있어서,
    상기 투영 광학계중 비구면의 수를 A로 하고, 상기 투영 광학계는
    (수학식 21)
    Figure 112001012597212-pct00174
    (수학식 22)
    Figure 112001012597212-pct00175
    상기의 수학식 21 및 22를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  92. 제 88 항에 있어서,
    상기 투영 광학계중 비구면의 수를 A로 하고, 상기 투영 광학계는
    (수학식 21)
    Figure 112001012597212-pct00176
    (수학식 22)
    Figure 112001012597212-pct00177
    상기의 수학식 21 및 22를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  93. 제 85 항 내지 제 92 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 공정에서는 200㎚ 이하 170㎚ 이상의 파장의 광을 공급하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  94. 제 85 항 내지 제 92 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상 형성 공정에서 형성되는 상기 상의 영역은 직경 20㎜ 이상의 원에 내접하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  95. 제 85 항 및 제 87 항 내지 제 92 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 광학계의 상(象)측의 최대 개구수 NAw는
    (수학식 23)
    Figure 112001012597212-pct00178
    상기의 수학식 23을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  96. 제 85 항 내지 제 92 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상 형성 공정은 상기 형석과는 상이한 재료로 이루어지는 렌즈에 마련된 비구면에 상기 광을 도입하는 보조 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  97. 제 85 항 내지 제 92 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전렌즈군, 상기 개구 조리개 및 상기 후렌즈군은 직선 형상으로 연장한 광축을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  98. 제 85 항 내지 제 92 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는 직경 20㎜ 이상의 상(像)측 시야를 확보하기 위한 비구면을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  99. 소정의 회로 패턴을 갖는 마이크로 장치의 제조 방법에 있어서,
    청구항 85 내지 청구항 92중 어느 한 항에 기재된 투영 노광 방법을 이용하여 상기 작업대상에 상기 패턴의 상을 투영 노광하는 공정과,
    상기 투영 노광된 상기 작업대를 현상 처리하는 공정을 포함하는 것
    을 특징으로 하는 마이크로 장치의 제조 방법.
  100. 투영 원판상의 패턴을 작업대상에 투영 노광하는 투영 노광 장치의 제조 방법에 있어서,
    200㎚ 이하의 파장의 노광광을 상기 투영 원판으로 공급하는 조명 광학계를 준비하는 공정과,
    상기 투영 원판상의 패턴의 상을 소정의 투영 배율 β을 기초로 상기 작업대상에 형성하는 투영 광학계를 준비하는 공정
    을 포함하되,
    상기 투영 광학계를 준비하는 공정은
    전렌즈군, 개구 조리개 및 후렌즈군을 준비하는 보조 공정과,
    상기 전렌즈군을 상기 개구 조리개와 상기 투영 원판이 배치되는 위치 사이에 배치하는 보조 공정과,
    상기 후렌즈군을 상기 개구 조리개와 상기 작업대가 배치되는 위치 사이에 배치하는 보조 공정을 가지며,
    상기 투영 광학계중 광투과성 광학 재료중의 형석의 량을 디스크재로 환산한 량을 y(㎏), 상기 후렌즈군의 초점 거리를 f2(㎜), 상기 투영 광학계의 상(像)측의 최대 개구수를 NAw로 하고,
    (수학식 7)
    Figure 112005054693635-pct00179
    라고 할 때,
    (수학식 8)
    Figure 112005054693635-pct00180
    (수학식 9)
    Figure 112005054693635-pct00181
    (수학식 10)
    Figure 112005054693635-pct00182
    (수학식 11)
    Figure 112005054693635-pct00183
    상기의 수학식 8~수학식 11을 만족하는 것
    을 특징으로 하는 투영 노광 장치의 제조 방법.
  101. 투영 원판상의 패턴을 작업대상에서 주사시키면서 투영 노광하는 주사형 투영 노광 장치에 있어서,
    200㎚ 이하의 파장의 노광광을 상기 투영 원판으로 공급하는 조명 광학계와,
    상기 투영 원판상의 패턴의 상을 소정의 투영 배율 β을 기초로 상기 작업대상에 형성하는 투영 광학계
    를 구비하되,
    상기 투영 광학계는
    개구 조리개와,
    해당 개구 조리개와 상기 투영 원판 사이에 배치된 전렌즈군과,
    상기 개구 조리개와 상기 작업대 사이에 배치된 후렌즈군을 가지며,
    상기 투영 광학계중 광투과성 광학 재료중의 형석의 량을 디스크재로 환산한 량을 y(㎏), 상기 후렌즈군의 초점 거리를 f2(㎜), 상기 투영 광학계의 상(像)측의 최대 개구수를 NAw로 하고,
    (수학식 7)
    Figure 112005054693635-pct00184
    라고 할 때,
    (수학식 8)
    Figure 112005054693635-pct00185
    (수학식 9)
    Figure 112005054693635-pct00186
    (수학식 10)
    Figure 112005054693635-pct00187
    (수학식 11)
    Figure 112005054693635-pct00188
    상기의 수학식 8~수학식 11을 만족하는 것
    을 특징으로 하는 주사형 투영 노광 장치.
  102. 파장 200㎚ 이하의 광을 이용하여 제 1 면의 패턴의 상을 제 2 면상에 형성하는 굴절형 투영 광학계에 있어서,
    개구 조리개와,
    해당 개구 조리개와 상기 제 1 면 사이에 배치되는 전렌즈군과,
    상기 개구 조리개와 상기 제 2 면 사이에 배치되는 후렌즈군
    을 구비하되,
    상기 투영 광학계중 광투과성 광학 재료중의 형석의 량을 디스크재로 환산한 량을 y(㎏), 상기 후렌즈군의 초점 거리를 f2(㎜), 상기 투영 광학계의 투영 배율을 β, 상기 투영 광학계의 상측의 최대 개구수를 NAw로 하고,
    (수학식 7)
    Figure 112005054693635-pct00189
    라고 할 때,
    (수학식 8)
    Figure 112005054693635-pct00190
    (수학식 9)
    Figure 112005054693635-pct00191
    (수학식 10)
    Figure 112005054693635-pct00192
    (수학식 11)
    Figure 112005054693635-pct00193
    상기의 수학식 8~수학식 11을 만족하는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  103. 파장 200㎚ 이하의 광을 이용하여 제 1 면의 패턴의 상을 제 2 면상에 형성하는 굴절형 투영 광학계의 제조 방법에 있어서,
    전렌즈군, 개구 조리개 및 후렌즈군을 준비하는 공정과,
    상기 전렌즈군을 상기 개구 조리개와 상기 제 1 면 사이에 배치하는 공정과,
    상기 후렌즈군을 상기 개구 조리개와 상기 제 2 면 사이에 배치하는 공정
    을 갖되,
    상기 투영 광학계중 광투과성 광학 재료중의 형석의 량을 디스크재로 환산한 량을 y(㎏), 상기 후렌즈군의 초점 거리를 f2(㎜), 상기 투영 광학계의 투영 배율을 β, 상기 투영 광학계의 상측의 최대 개구수를 NAw로 하고,
    (수학식 7)
    Figure 112005054693635-pct00194
    라고 할 때,
    (수학식 8)
    Figure 112005054693635-pct00195
    (수학식 9)
    Figure 112005054693635-pct00196
    (수학식 10)
    Figure 112005054693635-pct00197
    (수학식 11)
    Figure 112005054693635-pct00198
    상기의 수학식 8~수학식 11을 만족하는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계의 제조 방법.
  104. 투영 원판상의 패턴을 작업대상에 투영 노광하는 투영 노광 장치에 있어서,
    200 ㎚ 이하의 파장의 노광광을 상기 투영 원판으로 공급하는 조명 광학계와,
    상기 투영 원판상의 패턴의 상을 소정의 투영 배율 β을 기초로 상기 작업대상에 형성하는 투영 광학계
    를 구비하되,
    상기 투영 광학계는
    개구 조리개와,
    해당 개구 조리개와 상기 투영 원판 사이에 배치된 전렌즈군과,
    상기 개구 조리개와 상기 작업대 사이에 배치된 후렌즈군을 가지며,
    상기 투영 광학계중 광투과성 광학 재료중의 형석의 량을 디스크재로 환산한 량을 y(㎏), 상기 후렌즈군의 초점 거리를 f2(㎜), 상기 투영 광학계의 상(像)측의 최대 개구수를 NAw로 하고,
    (수학식 7)
    Figure 112005054693635-pct00199
    이라고 할 때,
    (수학식 15)
    Figure 112005054693635-pct00200
    (수학식 16)
    Figure 112005054693635-pct00201
    (수학식 17)
    Figure 112005054693635-pct00202
    (수학식 18)
    Figure 112005054693635-pct00203
    상기의 수학식 15~수학식 18을 만족하는 것
    을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  105. 제 104 항에 있어서,
    상기 최대 개구수 NAw 및 형석의 량 y에 대하여,
    (수학식 12)
    Figure 112001012597212-pct00204
    (수학식 13)
    Figure 112001012597212-pct00205
    상기의 수학식 12 및 13을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  106. 제 104 항에 있어서,
    상기 투영 광학계의 후렌즈군의 초점 거리 f2 및 최대 개구수 NAw는
    (수학식 14)
    Figure 112001012597212-pct00206
    상기의 수학식 14를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  107. 투영 원판상의 패턴을 작업대상에 투영 노광하는 투영 노광 장치에 있어서,
    200㎚ 이하의 파장의 노광광을 상기 투영 원판으로 공급하는 조명 광학계와,
    상기 투영 원판상의 패턴의 상을 소정의 투영 배율 β을 기초로 상기 작업대상에 형성하는 투영 광학계
    를 구비하되,
    상기 투영 광학계는
    개구 조리개와,
    해당 개구 조리개와 상기 투영 원판 사이에 배치된 전렌즈군과,
    상기 개구 조리개와 상기 작업대 사이에 배치된 후렌즈군을 가지며,
    상기 투영 광학계의 광투과성 광학 재료중의 제 1 재료의 량을 디스크재로 환산한 량을 y(㎏), 상기 후렌즈군의 초점 거리를 f2(㎜), 상기 투영 광학계의 상측의 최대 개구수를 NAw로 하고,
    (수학식 7)
    Figure 112005054693635-pct00207
    라고 할 때,
    (수학식 8)
    Figure 112005054693635-pct00208
    (수학식 9)
    Figure 112005054693635-pct00209
    (수학식 10)
    Figure 112005054693635-pct00210
    (수학식 11)
    Figure 112005054693635-pct00211
    상기의 수학식 8~수학식 11을 만족하는 것
    을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  108. 제 107 항에 있어서,
    상기 최대 개구수 NAw 및 형석의 량 y에 대하여,
    (수학식 12)
    Figure 112001012597212-pct00212
    (수학식 13)
    Figure 112001012597212-pct00213
    상기의 수학식 12 및 13을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  109. 제 107 항에 있어서,
    상기 투영 광학계의 후렌즈군의 초점 거리 f2 및 최대 개구수 NAw는
    (수학식 14)
    Figure 112001012597212-pct00214
    상기의 수학식 14를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  110. 제 107 항에 있어서,
    Figure 112001012597212-pct00215
    상기의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  111. 제 110 항에 있어서,
    상기 조명 광학계는 200㎚ 이하 170㎚ 이상의 파장의 광을 공급하고, 상기 투영 광학계중 상기 광투과성 재료중의 상기 제 1 재료는 석영인 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  112. 제 110 항에 있어서,
    상기 조명 광학계는 170㎚ 이하의 파장의 광을 공급하고, 상기 투영 광학계중 상기 광투과성 재료중의 상기 제 1 재료는 형석인 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  113. 제 107 항에 있어서,
    상기 투영 광학계중 상기 광투과성 재료는 상기 제 1 재료와는 상이한 제 2 재료를 더 갖는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  114. 제 113 항에 있어서,
    상기 제 2 재료는 석영 유리인 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  115. 제 114 항에 있어서,
    상기 제 1 재료는 형석인 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  116. 제 107 항 내지 제 115 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 광학계는 0.5pm 이하의 반치 전폭의 광을 공급하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  117. 제 107 항 내지 제 115 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는 직경 20㎜ 이상의 상(像)측 시야를 갖는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  118. 제 107 항 내지 제 115 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는 직경 20㎜ 이상의 상(像)측 시야를 확보하기 위한 비구면을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  119. 제 107 항 내지 제 115 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전렌즈군, 상기 개구 조리개 및 상기 후렌즈군은 직선 형상으로 연장한 광축을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  120. 투영 원판상의 패턴을 작업대상에 투영 노광하는 투영 노광 방법에 있어서,
    200㎚ 이하의 파장의 노광광을 상기 투영 원판으로 공급하는 조명 공정과,
    전렌즈군, 개구 조리개 및 후렌즈군을 구비한 투영 광학계를 이용하여 상기 투영 원판상의 패턴의 상을 소정의 투영 배율 β을 기초로 상기 작업대상에 형성하는 상 형성 공정
    을 포함하되,
    상기 상 형성 공정은
    상기 투영 원판으로부터의 광을 상기 전렌즈군으로 도입하는 제 1 보조 공정과,
    해당 전렌즈군을 거친 광을 상기 개구 조리개로 도입하는 제 2 보조 공정과,
    해당 개구 조리개를 거친 광을 상기 후렌즈군으로 도입하는 제 3 보조 공정과,
    해당 후렌즈군을 거친 광을 이용하여 상기 작업대상에 상기 패턴의 상을 형성하는 제 4 보조 공정을 포함하며,
    상기 투영 광학계중 광투과성 광학 재료중의 제 1 재료의 량을 디스크재로 환산한 량을 y(㎏), 상기 후렌즈군의 초점 거리를 f2(㎜), 상기 투영 광학계의 상측의 최대 개구수를 NAw로 하고,
    (수학식 7)
    Figure 112005054693635-pct00216
    라고 할 때,
    (수학식 8)
    Figure 112005054693635-pct00217
    (수학식 9)
    Figure 112005054693635-pct00218
    (수학식 10)
    Figure 112005054693635-pct00219
    (수학식 11)
    Figure 112005054693635-pct00220
    상기의 수학식 8~수학식 11을 만족하는 것
    을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  121. 제 120 항에 있어서,
    상기 최대 개구수 NAw 및 형석의 량 y에 대하여,
    (수학식 12)
    Figure 112001012597212-pct00221
    (수학식 13)
    Figure 112001012597212-pct00222
    상기의 수학식 12 및 13을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  122. 제 120 항에 있어서,
    상기 투영 광학계의 후렌즈군의 초점 거리 f2 및 최대 개구수 NAw는
    (수학식 14)
    Figure 112001012597212-pct00223
    상기의 수학식 14를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  123. 파장 200㎚ 이하의 광을 이용하여 제 1 면의 패턴의 상을 제 2 면상에 형성하는 굴절형 투영 광학계에 있어서,
    개구 조리개와,
    해당 개구 조리개와 상기 제 1 면 사이에 배치되는 전렌즈군과,
    상기 개구 조리개와 상기 제 2 면 사이에 배치되는 후렌즈군
    을 구비하되,
    상기 투영 광학계중 광투과성 광학 재료중의 제 1 재료의 량을 디스크재로 환산한 량을 y(㎏), 상기 후렌즈군의 초점 거리를 f2(㎜), 상기 투영 광학계의 투영 배율을 β, 상기 투영 광학계의 상측의 최대 개구수를 NAw로 하고,
    (수학식 7)
    Figure 112005054693635-pct00224
    라고 할 때,
    (수학식 8)
    Figure 112005054693635-pct00225
    (수학식 9)
    Figure 112005054693635-pct00226
    (수학식 10)
    Figure 112005054693635-pct00227
    (수학식 11)
    Figure 112005054693635-pct00228
    상기의 수학식 8~수학식 11을 만족하는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계.
  124. 파장 200㎚ 이하의 광을 이용하여 제 1 면의 패턴의 상을 제 2 면상에 형성하는 굴절형 투영 광학계의 제조 방법에 있어서,
    전렌즈군, 개구 조리개 및 후렌즈군을 준비하는 공정과,
    상기 전렌즈군을 상기 개구 조리개와 상기 제 1 면 사이에 배치하는 공정과,
    상기 후렌즈군을 상기 개구 조리개와 상기 제 2 면 사이에 배치하는 공정
    을 갖되,
    상기 투영 광학계중 광투과성 광학 재료중의 제 1 재료의 량을 디스크재로 환산한 량을 y(㎏), 상기 후렌즈군의 초점 거리를 f2(㎜), 상기 투영 광학계의 투영 배율을 β, 상기 투영 광학계의 상측의 최대 개구수를 NAw로 하고,
    (수학식 7)
    Figure 112005054693635-pct00229
    라고 할 때,
    (수학식 8)
    Figure 112005054693635-pct00230
    (수학식 9)
    Figure 112005054693635-pct00231
    (수학식 10)
    Figure 112005054693635-pct00232
    (수학식 11)
    Figure 112005054693635-pct00233
    상기의 수학식 8~수학식 11을 만족하는 것
    을 특징으로 하는 투영 광학계의 제조 방법.
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