KR100832153B1 - 광학 투영 렌즈 시스템 - Google Patents

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Abstract

양의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈 그룹과,
음의 굴절력을 가지며 전파되는 방사의 최소 직경을 가지는 웨이스트를 구비하는 제 2 렌즈 그룹과,
제 2 렌즈 그룹 다음의, 양의 굴절력을 가지는 부가의 렌즈 배열을 전파되는 방사 방향으로 구비하며,
상기 웨이스트의 앞에 배열된 상기 투영 렌즈 시스템의 하나 이상의 렌즈는 비구면 표면을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 투영 렌즈 시스템.
Figure R1020000061465
광학 투영 렌즈 시스템

Description

광학 투영 렌즈 시스템{OPTICAL PROJECTION LENS SYSTEM}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학 투영 렌즈 시스템의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1~30 : 렌즈 31 : 오목면
37 : 웨이스트 41 : 애퍼처 스톱
본 발명은 일반적으로 광원, 마스크 홀더 및 투영 렌즈 시스템을 구비하는 광학 투영 시스템에 관한 것이며, 특히 집적 회로 또는 다른 반도체 장치와 같은 마이크로구조 장치의 제조시 사용되는 포토리소그래피용 광학 투영 시스템에 관한 것이다. 이러한 장치의 제조시, 포토리소그래피는 반도체 웨이퍼 상의 포토그래픽 마스크로부터 결과적인 패턴으로 이미지를 전달한다. 이러한 포토리소그래피는 일반적으로, 반도체 웨이퍼가 마스크 패턴의 정보를 가지는 광선에 노출되는 광노출 프로세스를 포함한다. 광학 투영 시스템은 광노출 프로세스를 실행하는 데 사용된다.
일반적으로, 전달된 마스크 패턴은 상당히 미세하여, 광학 투영 렌즈 시스템이 고 해상도를 가지도록 요구된다. 고 해상도는 광학 투영 렌즈 시스템의 큰 개구수(numerical aperture)를 요하며, 또한 광노출 필드에서의 광학 투영 렌즈 시스템의 거의 어떠한 수차 (aberration) 도 요하지 않는다.
예컨대, 어떠한 투영 렌즈 시스템이 독일 특허 출원 DE 198 18 444 A1 에 제시되어 있다. 제시된 투영 렌즈 시스템은 6개의 렌즈 그룹을 구비한다. 제 1, 제 3, 제 5 및 제 6 렌즈 그룹은 양의 굴절력을 가지며, 제 2 및 제 4 렌즈 그룹은 음의 굴절력을 가진다. 도시된 모든 예에서 고 해상도를 얻기 위하여, 비구면 (非球面) 의 표면이 제 4 및 제 5 렌즈 그룹에 존재한다.
마이크로리소그래피의 완전 굴절 투영 노출 대물렌즈가 SPIE Vol.237 (1980) page 310 ff..에 논의되고 있다. 새로운 형태의 대물렌즈가 페츠발 (petzval) 보정을 위한 2개의 웨이스트를 구비하는 것을 특징으로 하는, 평면 형태 및 디스타곤 (distagon) 형태의 대물 렌즈가 설명된다.
본 발명의 목적은 포토리소그래피용의 보다 우수한 광학 투영 렌즈 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 광학 투영 렌즈 시스템은 광선의 방향에서 양의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈 그룹 및 음의 굴절력을 가지는 제 2 렌즈 그룹을 구비하며, 최소 빔 높이를 가지는 빔 웨이스트를 형성한다. 부가의 렌즈 배열은 제 2 렌즈 그룹 다음에 있다. 제 1 빔 웨이스트 이전에 배열된 적어도 하나의 렌즈는 비구면의 표면을 가진다. 다른 모든 그룹에서 비구면의 표면을 구비하는 부가의 렌즈들은 필요한 재료량을 감소시키고 광학 투영 렌즈 시스템의 길이를 감소시키는 데 유익할 것이다.
도 1에 도시된 광학 투영 렌즈 시스템은 30개의 렌즈 (1 내지 30) 를 구비한다. 이 도시된 투영 렌즈 시스템은 웨이퍼 제조를 위한 것이다. 영 (0) 에 맞춰진 마스크 (103) 를 조사하기 위하여, 협 대역폭을 가진 광원이 사용된다. 이 예에서, 도면에 도시되지 않은 엑시머 레이저가 사용된다. 도시된 투영 렌즈 시스템은 0.7의 높은 개구수로 193.3 nm 에서 동작될 수 있다. 이 투영 렌즈 시스템은 또한 λ= 248 nm 또는 λ=157 nm 에서 동작되도록 제어될 수 있다.
이 투영 렌즈 시스템을 구비하는 투영 시스템에서, 0'에 위치된 웨이퍼(33) 상에 투영된 마스크 (103) 의 크기는 30개의 렌즈 (1 내지 30) 에 의해 감소된다. 크기는 1/4로 감소되며, 0 과 0'의 거리는 1000 mm이다. 조사된 이미지필드는 예컨대, 7 x 20 mm2 내지 15 x 30 mm2 인 직사각형이다.
본 발명은 아래에 주어진 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 보다 완전하게 이해될 것이다.
전파되는 방사의 방향에서, 이 투영 렌즈 시스템은 렌즈 (1 내지 7) 를 구비하는 제 1 렌즈 그룹 (G1), 렌즈 (8 내지 14) 를 구비하는 제 2 렌즈 그룹 (G2) 및 렌즈 (15 내지 30) 를 구비하는 부가적인 렌즈 배열 (G3) 를 구비한다. 제 1 렌즈 그룹 (G1) 은 양의 굴절력을 가지며, 양의 굴절력을 가지는 렌즈 (7) 로 끝난다.
제 2 렌즈 그룹 (G2) 의 제 1 렌즈 (8) 는 투영 렌즈 시스템 (100) 의 제 1 벨리 (belly) 뒤에 있으며, 이미지측 상에 오목 렌즈 표면 (31) 을 가진다. 도시된 예에서, 이 오목면 (31) 은 비구면 형태를 가진다. 이 비구면 표면 (31) 은 트랙 길이 및 필요한 렌즈수를 감소시키며, 전체 조사 이미지 필드에 걸쳐 고화상 품질을 얻도록 원조한다.
이 제 2 렌즈 그룹 (G2) 은 음의 굴절력을 가지며, 웨이스트 (37) 를 구비하며, 7개의 렌즈를 구비한다. 상기 다수의 렌즈는 페츠발 보정을 위하여 필요하며, 이것은 단지 하나의 명백하게 정의된 웨이스트가 존재하기 때문이다. 렌즈 그룹 (G2) 의 중간부에 양의 굴절력을 가지는 렌즈 (11) 앞에 배열된 3개의 음의 굴절력의 렌즈 (8~10) 가 있다. 이 양의 렌즈 (11) 의 뒤에 다른 3개의 렌즈 (12~15) 가 있다.
다음의 렌즈 배열 (G3) 의 제 1 렌즈 (15) 는 양의 굴절력을 가진다. 상기 제 1 렌즈 (15) 는 렌즈 그룹 (G2) 의 중간의 렌즈 (11) 뒤에서 양의 굴절력을 가진다. 이 렌즈 배열 (G3) 은 양의 굴절력을 가지며, 서로 다른 재료의 렌즈 (15~30) 및 애퍼처 스톱 (aperture stop)(41) 을 구비한다.
특히, CaF2 렌즈 (16, 17, 19, 21, 22, 29, 30) 가 사용된다. 다른 렌즈는 석영 유리로 제조된다. 이들 CaF2 렌즈는 특히 색도 (chromatic) 이탈 보정용으로 사용된다. 이 시스템은 이중 렌즈 (D1, D2, D3) 를 구비하며, 음의 굴 절력을 가지는 석영 유리 렌즈 다음의 음의 굴절력을 가지는 CaF2 렌즈를 구비한다. 통상적으로 248 nm 시스템에서 색도 이탈 보정이 요구되지 않는다면, 즉 상당히 협소한 레이저 대역폭으로 가능하다면, 이중 렌즈 (D1~D3) 대신 단일 렌즈가 사용될 수 있어서 필요한 재료 및 렌즈를 감소시키는 이점이 있다.
제 2 렌즈 그룹 (G2) 의 웨이스트 (37) 의 단면적보다 큰 단면적의 웨이스트 (38) 가 렌즈 (20) 와 렌즈 (21) 사이에 존재할 수 있다.
렌즈 배열 (G3) 은 238 mm의 최대 직경을 가진다.
본 실시예의 렌즈 데이터는 표 1에 나타나 있다. 비구면 표면은 다음과 같이 수학적으로 나타낸다.
Figure 112000021902075-pat00001
렌 즈 반 경 두 께 유 리
무한대 17.52
L1 -116.39 617.53 10.00 31.49 SiO2
L2 -143.96 -158.71 15.00 0.50 SiO2
L3 -1180.69 -191.12 37.72 0.50 SiO2
L4 2484.02 -409.87 31.18 0.50 SiO2
L5 864.05 -720.08 28.13 0.50 SiO2
L6 566.89 -5256.53 25.00 0.50 SiO2
L7 230.42 1542.90 36.66 0.50 SiO2

L8 132.99 84.39 31.60 12.54 SiO2
L9 101.03 80.07 22.70 30.80 SiO2
L10 -7281.27 139.12 10.00 20.25 SiO2
L11 962.49 -190.49 53.36 0.50 SiO2
L12 348.09 96.42 9.00 32.28 SiO2
L13 -94.72 -203.97 11.00 14.37 SiO2
L14 -91.49 4787.89 13.00 10.28 SiO2
L15 -329.06 -173.40 36.69 0.50 SiO2
L16 -2176.02 -161.94 40.00 1.00 CaF2
L17 1885.09 -195.36 50.00 0.48 CaF2
L18 -198.97 -389.14 15.00 0.50 SiO2
L19 687.29 -254.11 45.10 0.10 CaF2
L20 -261.96 261.17 15.00 13.27 SiO2
L21 530.40 -1166.11 32.00 0.50 CaF2
L22 1879.17 -237.88 45.00 0.10 CaF2
L23 -271.21 -609.73 15.00 0.50 SiO2
L24 351.48 100200.00 30.00 0.50 SiO2
L25 157.95 329.33 34.26 0.50 SiO2
L26 125.26 69.91 67.46 16.27 SiO2
L27 102.35 -1072.95 30.27 7.25 SiO2
L28 -914.82 63.74 5.00 0.50 SiO2
L29 53.45 82.67 23.33 0.50 CaF2
L30 60.16 1256.42 10.70 15.34 CaF2
비구면 상수
EX = 0.139140 x 10-8
C1 = 0.178710 x 10-12
C2 = 0.601290 x 10-17
C3 = 0.253200 x 10-20
여기서, δ= 1/R 이며, R은 근축 (paraxial) 만곡이며, P는 반경 h의 함수로서 새그 (sag) 이다.
최대 빔 직경은 238 mm이며, 트랙 길이는 1000 mm이며, 개구수는 NA = 0.7이다. 이것은 렌즈 재료에 대한 감소된 비용으로 상당히 콤팩트한 구성을 가능하게 한다.
CaF2 렌즈 (16,17,19, 21, 22) 의 실행은 본 콤팩트한 실시예의 양호한 색도 이탈 보정을 달성한다. 렌즈 배열 (G3) 의 종료부에서의 마지막 2개의 CaF2 렌즈 (29, 30) 는 콤팩트화(compaction)에 대한 저항을 위해(콤팩트화를 방지하기 위해) 삽입되었다.
광학 투영 렌즈 시스템의 당업자는 다수의 대용물을 용이하게 사용할 수 있으므로, 변형 및 부가가 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 상기 고안에 행해질 수 있다. 모든 이러한 대용물, 변형 및 부가물은 청구범위에 의하여 정의된 본 발명의 범위 내이도록 하고자 함이다.
본 발명은 광선의 방향에서 양의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈 그룹 및 음의 굴절력을 가지는 제 2 렌즈 그룹을 구비하며, 최소 빔 높이를 가지는 빔 웨이스트를 형성하여 부가의 렌즈들이 필요한 재료량을 감소시키고 광학 투영 렌즈 시스템의 길이를 감소시키는, 포토리소그래피용의 보다 우수한 광학 투영 렌즈 시스템을 제공하는 것이다.

Claims (17)

  1. 양의 굴절력을 가지며 하나의 벨리(belly)를 가지는 제 1 렌즈 그룹;
    음의 굴절력을 가지고, 전파되는 방사의 최소 직경을 갖는 하나의 웨이스트를 가지며, 일곱 개의 렌즈를 구비하는 제 2 렌즈 그룹; 및
    제 2 렌즈 그룹 다음의, 양의 굴절력을 가지며 하나의 제 2 벨리를 가지는 부가의 렌즈 배열;을 전파되는 방사의 방향으로 구비하며,
    비구면 표면을 갖는 적어도 하나의 렌즈는 상기 웨이스트 앞에 배열되는 것을 특징으로 하는 마이크로리소그래피용 광학 투영 렌즈 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈 그룹만이 비구면 표면을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 투영 렌즈 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 비구면 표면을 구비하는 렌즈는 요철렌즈(meniscus) 형상의 렌즈인 것을 특징으로 하는 광학 투영 렌즈 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    굴절 자체만을 위한 제 1 재료로 형성된 렌즈와, 색도 보정을 위한 제 2 재료로 형성된 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 투영 렌즈 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 재료는 석영 유리이며, 상기 제 2 재료는 플루오르화물인 것을 특징으로 하는 광학 투영 렌즈 시스템.
  6. 삭제
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 재료는 CaF2인 것을 특징으로 하는 광학 투영 렌즈 시스템.
  8. 삭제
  9. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 렌즈 시스템의 이미지측 상의 개구수(numerical aperture)는 0.65 이상인 것을 특징으로 하는 광학 투영 렌즈 시스템.
  10. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이중 볼록(bi-convex) 렌즈인 적어도 3개의 CaF2 렌즈가 제공되는 것을 특징으로 하는 광학 투영 렌즈 시스템.
  11. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    최종 렌즈 요소는 CaF2 렌즈인 것을 특징으로 하는 광학 투영 렌즈 시스템.
  12. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항 및 제 7 항 중 어느 한 항의 광학 투영 렌즈 시스템을 이용한 노광공정을 거쳐 마이크로구조 장치를 제조하는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 장치의 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
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