KR100914370B1 - 투영 광학계와 이를 구비한 노광 장치 및 노광 방법 - Google Patents

투영 광학계와 이를 구비한 노광 장치 및 노광 방법 Download PDF

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Abstract

예컨대 형석과 같은 고유 복굴절을 갖는 광학 재료를 사용하고 있음에도 불구하고, 복굴절의 영향을 실질적으로 받지 않고 양호한 광학 성능을 확보한다.
복수의 투과 부재를 포함하고, 제 1 면의 상을 제 2 면에 투영하는 투영 광학계로서, 결정 재료로 구성되는 결정 투과 부재를 포함하고, 상기 결정 투과 부재의 유효 직경을 ED로 하며, 상기 결정 투과 부재의 외경을 LD라 할 때, 상기 결정 투과 부재 중 적어도 하나는,
0.3 < ED/LD < 0.95 를 만족한다.

Description

투영 광학계와 이를 구비한 노광 장치 및 노광 방법{PROJECTIVE OPTICAL SYSTEM, EXPOSING APPARATUS AND EXPOSING METHOD}
도 1은 형석의 결정축 방향에 대하여 설명하는 도면,
도 2는 버넷(Burnett) 등의 방법을 설명하는 도면으로, 광선의 입사각에 대한 복굴절률의 분포를 나타내는 도면,
도 3은 본원 출원인이 제안한 제 1 방법을 설명하는 도면으로, 광선의 입사각에 대한 복굴절률의 분포를 나타내는 도면,
도 4는 본원 출원인이 제안한 제 2 방법을 설명하는 도면으로, 광선의 입사각에 대한 복굴절률의 분포를 나타내는 도면,
도 5는 결정축 [111] 이외의 결정축을 광축과 일치시킨 결정 투과 부재의 위상 맵을 나타내는 도면,
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 있어서의 외경을 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명에 있어서의 외경을 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명에 있어서의 가장자리 두께를 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명에 있어서의 초점 근방을 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 발명의 실시 형태에 따른 투영 광학계를 구비한 노광 장치의 구 성을 개략적으로 나타내는 도면,
도 11은 웨이퍼상에 형성되는 구 형상의 노광 영역(즉 실효 노광 영역)과 기준 광축의 위치 관계를 나타내는 도면,
도 12는 본 실시 형태의 제 1 실시예에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 나타내는 도면,
도 13은 제 1 실시예에 있어서의 횡수차를 나타내는 도면,
도 14는 마이크로 디바이스로서의 반도체 디바이스를 얻을 때의 방법의 흐름도,
도 15는 마이크로 디바이스로서의 액정 표시 소자를 얻을 때의 방법의 흐름도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
G1 : 제 1 결상 광학계 G2 : 제 2 결상 광학계
G3 : 제 3 결상 광학계 CM : 오목면 반사경
M1 : 제 1 광로 굴절 미러 M2 : 제 2 광로 굴절 미러
100 : 레이저 광원 IL : 조명 광학계
R : 레티클 RS : 레티클 스테이지
PL : 투영 광학계 W : 웨이퍼
WS : 웨이퍼 스테이지
본 발명은 투영 광학계 및 상기 투영 광학계를 구비한 노광 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 소자 등의 마이크로 디바이스를 포토리소그래피 공정으로 제조할 때에 사용되는 노광 장치에 적합한 투영 광학계에 관한 것이다.
최근, 반도체 소자의 제조나 반도체칩 설치 기판의 제조에서는 미세화가 점점 진행되고 있으며, 패턴을 프린팅하는 노광 장치로는 보다 해상력이 높은 투영 광학계가 요구되고 있다. 이러한 고해상의 요구를 만족시키기 위해서는, 노광광을 단파장화하는 동시에, NA(투영 광학계의 개구수)를 크게 하지 않으면 안된다. 그러나, 노광광의 파장이 짧아지면, 광의 흡수 때문에 실용화할만한 광학 유리의 종류가 한정되게 된다.
예컨대 파장이 200㎚ 이하인 진공 자외선 영역의 광, 특히 F2 레이저광(파장 157㎚)을 노광광으로서 사용하는 경우, 투영 광학계를 구성하는 광 투과성 광학 재료로는, 불화 칼슘[형석(fluorite): CaF2]이나 불화 바륨(BaF2) 등의 불화물 결정을 많이 사용하지 않을 수 없다. 실제로는, 노광광으로서 F2 레이저광을 사용하는 노광 장치에서는, 기본적으로 형석만으로 투영 광학계를 형성하는 설계가 상정되어 있다. 형석은, 입방정계에 속하는 결정으로, 광학적으로는 등방적이고, 복굴절이 실질적으로 없는 것으로 생각되어 왔다. 또한, 종래의 가시광 영역의 실험에서는, 형석에 대하여 작은 복굴절(내부 응력에 기인한 임의의 것)밖에 관측되지 않았다.
그러나, 2001년 5월 15일에 열린 리소그래피에 관한 심포지움(2nd International Symposium on 157nm Lithography)에서, 미국 NIST(National Institute of Standards and Technology)의 존 에이치 버넷(John H. Burnett) 등에 의해, 형석에는 고유 복굴절(intrinsic birefringence)이 존재하는 것을 실험 및 이론의 양면에서 확인한 것이 발표되었다.
이 발표에 의하면, 형석의 복굴절은 결정축 [111] 방향 및 이것과 등가인 결정축 [-111], [1-11], [11-1] 방향, 및 결정축 [100] 방향 및 이것과 등가인 결정축 [010], [001] 방향에서는 거의 영이지만, 그 밖의 방향에서는 실질적으로 영이 아닌 값을 갖는다. 특히, 결정축 [110], [-110], [101], [-101], [011], [01-1] 의 여섯 방향에서는, 파장 157㎚에 대하여 최대 6.5㎚/㎝, 파장 193㎚에 대하여 최대 3.6㎚/㎝의 복굴절의 값을 갖는다.
이러한 복굴절의 값은 임의의 복굴절의 허용치인 1㎚/㎝보다도 실질적으로 큰 값이고, 게다가 임의가 아닌 만큼 복수의 렌즈를 통해서 복굴절의 영향이 축적될 가능성이 있다. 종래 기술에서는, 투영 광학계의 설계에 있어서 형석의 복굴절성을 고려하지 않기 때문에, 가공의 용이성 등의 관점에서 결정축 [111] 과 광축을 일치시키는 것이 일반적이다. 이 경우, 투영 광학계에서는 NA(개구수)가 비교적 크기 때문에, 결정축 [111] 으로부터 어느 정도 경사진 광선도 렌즈를 통과하기 때문에, 복굴절의 영향에 의해 결상 성능이 악화될 가능성이 있다.
본 발명은, 전술한 과제를 감안하여 성립된 것으로, 예컨대 형석과 같은 고유 복굴절을 갖는 광학 재료를 사용하고 있음에도 불구하고, 복굴절의 영향을 실질 적으로 받지 않고 양호한 광학 성능을 갖는 투영 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명에서는 복굴절의 영향을 실질적으로 받지 않고 양호한 광학 성능을 갖는 본 발명의 투영 광학계를 사용하여, 고해상이며 고정밀도의 투영 노광을 실행할 수 있는 노광 장치 및 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1 발명에서는 복수의 투과 부재를 포함하고, 제 1 면의 상을 제 2 면에 투영하는 투영 광학계로서,
결정 재료로 구성되는 결정 투과 부재를 포함하며,
상기 결정 투과 부재의 유효 직경을 ED로 하고, 상기 결정 투과 부재의 외경을 LD라 할 때, 상기 결정 투과 부재 중 적어도 하나는,
0.3 < ED/LD < 0.95 를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
또한, 제 1 발명의 바람직한 형태에 있어서는, 상기 결정 투과 부재는 입방정계에 속하는 결정 재료로 형성되고, 또한 상기 결정 투과 부재의 광축과 결정축 [100] 또는 [110] 이 거의 일치하도록 형성된다.
또한, 제 1 발명의 바람직한 형태에서는, 상기 결정 투과 부재는 형석으로 형성되고, 또한 상기 결정 투과 부재의 광축과 결정축 [100] 이 거의 일치하도록 형성된다.
또한, 제 1 발명의 바람직한 형태에서는, 상기 결정 투과 부재의 상기 외경 에 있어서의 가장자리 두께는 5㎜ 이상이다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 2 발명에서는, 복수의 투과 부재를 포함하고, 제 1 면의 상을 제 2 면에 투영하는 투영 광학계에 있어서, 형석으로 구성되고, 그 광축과 결정축 [100] 이 거의 일치하도록 형성된 형석 부재를 포함하며, 상기 투영 광학계 내부에 포함되는 모든 투과 부재 중, 최대 외경을 갖는 투과 부재의 외경을 XD로 하고, 상기 형석 부재 중, 최대 외경을 갖는 형석 부재의 외경을 D1이라 할 때, 0.1 < D1/XD < 0.8을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 3 발명에서는, 복수의 투과 부재를 포함하여, 제 1 면의 상을 제 2 면에 투영하는 투영 광학계에 있어서, 형석으로 구성되고, 그 광축과 결정축 [110] 이 거의 일치하도록 형성된 형석 부재를 포함하며, 상기 투영 광학계 내부에 포함되는 모든 투과 부재 중, 최대 외경을 갖는 투과 부재의 외경을 XD로 하고, 상기 형석 부재 중, 최대 외경을 갖는 형석 부재의 외경을 D2로 할 때, 0.1 < D2/XD < 0.8을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 4 발명에서는, 복수의 투과 부재를 포함하고, 제 1 면의 상을 제 2 면에 투영하는 투영 광학계에 있어서, 형석으로 구성되고, 그 광축과 결정축 [100] 이 거의 일치하도록 형성된 형석 부재를 포함하며, 상기 형석 부재 중, 상기 형석 부재 총수의 70% 이상의 형석 부재는 상기 투영 광학계의 초점 위치 근방에 배치되는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
제 4 발명의 바람직한 형태에 있어서는, 상기 형석 부재는 그 광축과 결정축 [100] 이 거의 일치하도록 형성된 제 1 형석 부재와, 그 광축과 결정축 [100] 이 거의 일치하도록 형성된 제 2 형석 부재를 포함하고, 상기 제 1 형석 부재와 상기 제 2 형석 부재는 결정축 [100] 과는 다른 결정축이 상기 광축을 중심으로 하여 상대적으로 45도만큼 회전하도록 위치 결정된다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 5 발명에서는, 복수의 투과 부재를 포함하고, 제 1 면의 상을 제 2 면에 투영하는 투영 광학계에 있어서, 형석으로 구성되고, 그 광축과 결정축 [110] 이 거의 일치하도록 형성된 형석 부재를 포함하며, 상기 형석 부재 중, 상기 형석 부재 총수의 70% 이상의 형석 부재는 상기 투영 광학계의 초점 위치 근방에 배치되는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
제 5 발명의 바람직한 형태에 있어서는, 상기 형석 부재는 그 광축과 결정축 [110] 이 거의 일치하도록 형성된 제 1 형석 부재와, 그 광축과 결정축 [110] 이 거의 일치하도록 형성된 제 2 형석 부재를 포함하며, 상기 제 1 형석 부재와 상기 제 2 형석 부재는 결정축 [110] 과는 다른 결정축이 상기 광축을 중심으로 하여 상대적으로 90도만큼 회전하도록 위치 결정된다.
또한, 본 발명의 제 6 발명에서는, 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하기 위한 조명계와, 상기 마스크에 형성된 패턴의 상을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판상에 형성하기 위한 본 발명의 제 1 발명 내지 제 5 발명의 투영 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 제 7 발명에서는, 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하고, 본 발명의 제 1 발명 내지 제 5 발명의 투영 광학계를 거쳐 상기 마스크에 형성된 패턴의 상을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판상에 투영 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 결정 투과 부재 또는 투과 부재의 외경이란, 이러한 결정 투과 부재 또는 투과 부재를 유지할 때에 설치되는 부분도 포함한 외경을 가리킨다. 예컨대 이러한 결정 투과 부재 또는 투과 부재의 주변에, 이 결정 투과 부재 또는 투과 부재를 유지하기 위한 칼라(collar)부가 설치되는 경우에는, 상기 칼라부를 포함해서 외경을 고려한다.
도 1은 형석의 결정축 방위에 대해서 설명하는 도면이다. 도 1을 참조하면, 형석의 결정축은 입방정계의 XYZ 좌표계에 기초하여 규정된다. 즉, +X축을 따라 결정축 [100] 이 규정되고, +Y축을 따라 결정축 [010] 이 규정되고, +z축을 따라 결정축 [001] 이 규정된다.
또한, XZ 평면에 있어서 결정축 [100] 및 결정축 [001] 과 45도를 이루는 방향으로 결정축 [101] 이 규정되고, XY 평면에 있어서 결정축 [100] 및 결정축 [010] 과 45도를 이루는 방향으로 결정축 [110] 이 규정되고, YZ 평면에 있어서 결정축 [010] 및 결정축 [001] 과 45도를 이루는 방향으로 결정축 [011] 이 규정된 다. 또한, +X축, +Y축 및 +Z축에 대하여 동일한 예각을 이루는 방향으로 결정축 [111] 이 규정된다.
또한, 도 1에서는 +X축, +Y축 및 +Z축으로 규정되는 공간에 있어서의 결정축만을 도시하고 있지만, 다른 공간에서도 마찬가지로 결정축이 규정된다. 상술한 바와 같이, 형석에서는 도 1에 실선으로 나타내는 결정축 [111] 방향 및 이것과 등가인 비도시의 결정축 [-111], [1-11], [11-1] 방향에서는 복굴절이 거의 0(최소)이다.
마찬가지로, 도 1 중 실선으로 나타내는 결정축 [100], [010], [001] 방향에서도, 복굴절이 거의 0(최소)이다. 한편, 도 1에 파선으로 나타내는 결정축 [110], [101], [011] 및 이것과 등가인 비도시의 결정축 [-110], [-101], [01-1] 방향에서는 복굴절이 최대이다.
그런데, 버넷 등은 상술한 발표에 있어서, 복굴절의 영향을 저감시키는 방법을 개시하고 있다. 도 2는 버넷 등의 방법을 설명하는 도면으로, 광선의 입사각(광선과 광축이 이루는 각도)에 대한 복굴절률의 분포를 나타내고 있다. 도 2에서는 도면 중 파선으로 나타내는 5개의 동심원이 1눈금당 10도를 나타내고 있다. 따라서, 가장 내측의 원이 광축에 대하여 입사각 10도의 영역을 가장 외측의 원이 광축에 대하여 입사각 50도의 영역을 나타내고 있다.
또한, 흑색 원은 비교적 큰 굴절률을 갖는 복굴절이 없는 영역을, 백색 원은 비교적 작은 굴절률을 갖는 복굴절이 없는 영역을 나타내고 있다. 한편, 굵은 원 및 긴 양쪽 화살표는 복굴절이 있는 영역에서의 비교적 큰 굴절률의 방향을 나타내 며, 가는 원 및 짧은 양쪽 화살표는 복굴절이 있는 영역에서의 비교적 작은 굴절률의 방향을 나타내고 있다. 이후의 도 3에 있어서도 상술한 표기는 동일하다.
버넷 등의 방법에서는, 한쌍의 형석 렌즈(형석으로 형성된 렌즈)의 광축과 결정축 [111] 을 일치시키고, 또한 광축을 중심으로 하여 한 쌍의 형석 렌즈를 약 60도만큼 상대적으로 회전시킨다. 따라서, 한쪽의 형석 렌즈에 있어서의 복굴절률의 분포는 도 2a에 도시하는 바와 같이 되고, 다른쪽 형석 렌즈에 있어서의 복굴절률의 분포는 도 2b에 도시하는 바와 같이 된다. 그 결과, 복굴절률의 분포는 도 2c에 도시하는 바와 같이 된다.
이 경우, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 광축과 일치하고 있는 결정축(111)에 대응하는 영역은 비교적 작은 굴절률을 갖는 복굴절이 없는 영역으로 된다.
또한, 결정축 [100], [010], [001] 에 대응하는 영역은 비교적 큰 굴절률을 갖는 복굴절이 없는 영역으로 된다. 또한, 결정축 [110], [101], [011] 에 대응하는 영역은 원주 방향의 편광에 대한 굴절률이 비교적 작고 직경 방향의 편광에 대한 굴절률이 비교적 큰 복굴절 영역으로 된다. 이와 같이, 개개의 형석 렌즈에서는, 광축으로부터 35.26도(결정축 [111] 과 결정축 [110] 이 이루는 각도)의 영역에 있어서, 복굴절의 영향을 최대로 받는다는 것을 알 수 있다.
한편, 도 2c를 참조하면, 한쌍의 형석 렌즈를 60도만큼 상대적으로 회전시킴으로써, 한쌍의 형석 렌즈 전체적으로는 복굴절이 최대인 결정축 [110], [101], [011] 의 영향이 미미해진다는 것을 알 수 있다. 그리고, 광축으로부터 35.26도의 영역에 있어서, 직경 방향의 편광에 대한 굴절률보다도 원주 방향의 편광에 대한 굴절률이 작은 복굴절 영역이 잔존하게 된다. 바꾸어 말하면, 버넷 등의 방법을 사용함으로써, 광축에 관하여 회전 대칭인 분포가 잔존하지만, 복굴절의 영향을 크게 줄일 수 있다.
그런데, 본원 출원인은 한쌍의 입방정계에 속하는 결정 재료로 형성된 결정 투과 부재(예컨대 형석 렌즈)의 광축과 결정축 [100](또는 상기 결정축 [100] 과 광학적으로 등가인 결정축)을 일치시키고, 또한 광축을 중심으로 하여 한쌍의 결정 투과 부재를 약 45도만큼 상대적으로 회전시켜서, 복굴절의 영향을 저감시키는 제 1 방법을 제안하였다. 여기서, 결정축 [100] 과 광학적으로 등가인 결정축은 결정축 [010], [001] 이다.
도 3은 상기 제 1 방법을 설명하는 도면으로, 광선의 입사각(광선과 광축이 이루는 각도)에 대한 복굴절률의 분포를 나타내고 있다. 본 발명의 방법에서는, 한쪽 형석 렌즈에 있어서의 복굴절률의 분포는 도 3a에 도시하는 바와 같이 되고, 다른쪽 형석 렌즈에 있어서의 복굴절률의 분포는 도 3b에 도시하는 바와 같이 된다. 그 결과, 한쌍의 형석 렌즈 전체에 있어서의 복굴절률의 분포는 도 3c에 도시하는 바와 같이 된다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제 1 방법에서는 광축과 일치하는 결정축 [100] 에 대응하는 영역은, 비교적 큰 굴절률을 갖는 복굴절이 없는 영역으로 된다. 또한, 결정축 [111], [1-11], [-11-1], [11-1] 에 대응하는 영역은 비교적 작은 굴절률을 갖는 복굴절이 없는 영역으로 된다. 또한, 결정축 [101], [10-1], [110], [1-10] 에 대응하는 영역은 원주 방향의 편광에 대한 굴절률이 비교적 크고 직경 방향의 편광에 대한 굴절률이 비교적 작은 복굴절 영역으로 된다. 이와 같이, 각각의 형석 렌즈에서는, 광축으로부터 45도(결정축 [100] 과 결정축 [101] 이 이루는 각도)의 영역에서 복굴절률의 영향을 최대로 받는다는 것을 알 수 있다.
한편, 도 3c를 참조하면, 한쌍의 형석 렌즈를 45도만큼 상대적으로 회전시킴으로써, 한쌍의 형석 렌즈 전체적으로는 복굴절이 최대인 결정축 [101], [10-1], [110], [1-10] 의 영향이 매우 미미해지고, 광축으로부터 45도의 영역에 있어서 직경 방향의 편광에 대한 굴절률보다도 원주 방향의 편광에 대한 굴절률이 큰 복굴절 영역이 잔존하게 된다. 바꾸어 말하면, 본 발명의 방법을 사용함으로써, 광축에 관해서 회전 대칭인 분포가 잔존하지만, 복굴절의 영향을 크게 줄일 수 있다.
또한, 제 1 방법에 있어서, 한쪽 형석 렌즈와 다른쪽 형석 렌즈를 광축을 중심으로 하여 약 45도만큼 상대적으로 회전시킨다는 것은 한쪽 형석 렌즈 및 다른쪽 형석 렌즈에 있어서의 광축과는 다른 방향을 향하는 소정의 결정축(예컨대, 결정축 [010], [001], [011] 또는 [01-1])간의 광축을 중심으로 한 상대적인 각도가 약 45도인 것을 의미한다. 구체적으로는, 예컨대 한쪽 형석 렌즈에 있어서의 결정축 [010] 과, 다른쪽 형석 렌즈에 있어서의 결정축 [010] 의 광축을 중심으로 한 상대적인 각도가 약 45도인 것을 의미한다.
또한, 도 3a 및 도 3b에서도 명확한 바와 같이, 결정축 [100] 을 광축으로 하는 경우에는, 광축을 중심으로 한 복굴절의 영향인 회전 비대칭성이 90도 주기로 나타난다. 따라서, 본 발명의 방법에 있어서, 광축을 중심으로 하여 약 45도만큼 상대적으로 회전시킨다는 것은 광축을 중심으로 하여 약 45도+(n×90도)만큼 상대 적으로 회전시키는 것, 즉 45도, 135도, 225도, 또는 315도···만큼 상대적으로 회전시키는 것과 동일한 의미이다(여기서, n은 정수임).
한편, 버넷 등의 방법에 있어서, 한쪽 형석 렌즈와 다른쪽 형석 렌즈를 광축을 중심으로 하여 약 60도만큼 상대적으로 회전시킨다는 것은 한쪽 형석 렌즈 및 다른쪽 형석 렌즈에 있어서의 광축과는 다른 방향을 향하는 소정의 결정축(예컨대 결정축 [-111], [11-1] 또는 [1-11])간의 광축을 중심으로 한 상대적인 각도가 약 60도인 것을 의미한다. 구체적으로는, 예컨대 한쪽 형석 렌즈에 있어서의 결정축 [-111] 과, 다른쪽 형석 렌즈에 있어서의 결정축 [-111] 의 광축을 중심으로 한 상대적인 각도가 약 60도인 것을 의미한다.
또한, 도 2a 및 도 2b에서도 명확한 바와 같이, 결정축 [111] 을 광축으로 하는 경우에는, 광축을 중심으로 한 복굴절의 영향인 회전 비대칭성이 120도의 주기로 나타난다. 따라서, 버넷 등의 방법에 있어서, 광축을 중심으로 하여 약 60도만큼 상대적으로 회전시킨다는 것은 광축을 중심으로 하여 약 60도+(n×120도)만큼 상대적으로 회전시키는 것, 즉 60도, 180도, 또는 300도···만큼 상대적으로 회전시키는 것과 동일한 의미이다(여기서, n은 정수임).
또한, 본원 출원인은, 한쌍의 입방정계에 속하는 결정 재료로 형성된 결정 투과 부재(예컨대 형석 렌즈)의 광축과 결정축 [110](또는 상기 결정축 [110] 과 광학적으로 등가인 결정축)을 일치시키고, 또한 광축을 중심으로 하여 한쌍의 결정 투과 부재를 약 90도만큼 상대적으로 회전시켜, 복굴절의 영향을 저감시키는 제 2 방법을 제안했다. 여기서, 결정축 [110] 과 광학적으로 등가인 결정축은 결정축 [-110], [101], [-101], [011], [01-1] 이다.
도 4는 상기 제 2 방법을 설명하는 도면으로, 광선의 입사각에 대한 복굴절률의 분포를 나타내고 있다. 제 2 방법에서는, 한쪽 형석 렌즈에 있어서의 복굴절률의 분포는 도 4a에 도시한 바와 같이 되고, 다른쪽 형석 렌즈에 있어서의 복굴절률의 분포는 도 4b에 도시하는 바와 같이 된다. 그 결과, 한쌍의 형석 렌즈 전체에 있어서의 복굴절률의 분포는 도 4c에 도시하는 바와 같이 된다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 제 2 방법에서는, 광축과 일치하는 결정축 [110] 에 대응하는 영역은 한쪽 방향의 편광에 대한 굴절률이 비교적 크고 다른쪽 방향(한쪽 방향에 직교하는 방향)의 편광에 대한 굴절률이 비교적 작은 복굴절 영역으로 된다. 결정축 [100], [010] 에 대응하는 영역은 비교적 큰 굴절률을 갖는 복굴절이 없는 영역으로 된다. 또한, 결정축 [111], [11-1] 에 대응하는 영역은 비교적 작은 굴절률을 갖는 복굴절이 없는 영역으로 된다.
한편, 도 4c를 참조하면, 한쌍의 형석 렌즈를 90도만큼 상대적으로 회전시킴으로써, 한쌍의 형석 렌즈 전체적으로는 복굴절이 최대인 결정축 [110] 의 영향이 거의 없고, 광축 부근은 중간적인 굴절률을 갖는 복굴절이 없는 영역으로 된다. 즉, 본 발명에 있어서 제안하는 제 2 방법을 사용함으로써, 복굴절의 영향을 실질적으로 받지 않고, 양호한 결상 성능을 확보할 수 있다.
또한, 제 2 방법에 있어서, 한쪽 형석 렌즈와 다른쪽 형석 렌즈를 광축을 중심으로 하여 약 90도만큼 상대적으로 회전시킨다는 것은, 한쪽 형석 렌즈 및 다른쪽 형석 렌즈에 있어서의 광축과는 다른 방향을 향하는 소정의 결정축(예컨대 결정축 [001], [-111], [-110] 또는 [1-11]) 간의 광축을 중심으로 한 상대적인 각도가 약 90도인 것을 의미한다. 구체적으로는, 예컨대 한쪽 형석 렌즈에 있어서의 결정축 [001] 과 다른쪽 형석 렌즈에 있어서의 결정축 [001] 의 광축을 중심으로 한 상대적인 각도가 약 90도인 것을 의미한다.
또한, 도 4a 및 도 4b에서도 명확한 바와 같이, 결정축 [110] 을 광축으로 하는 경우에는, 광축을 중심으로 한 복굴절의 영향인 회전 비대칭성이 180도의 주기로 나타난다. 따라서, 본 발명에 있어서 제안하는 제 2 방법에 있어서, 광축을 중심으로 하여 약 90도만큼 상대적으로 회전시킨다는 것은, 광축을 중심으로 하여 거의 90도+(n×180도)만큼 상대적으로 회전시키는 것, 즉 90도, 270도···만큼 상대적으로 회전시키는 것과 동일한 의미이다(여기서, n은 정수임).
상술한 설명과 같이, 한쌍의 입방정계에 속하는 결정 재료로 형성된 결정 투과 부재의 광축과 결정축 [111] 을 일치시키고, 또한 광축을 중심으로 하여 한쌍의 형석 렌즈를 60도만큼 상대적으로 회전시킴으로써, 혹은 한쌍의 입방정계에 속하는 결정 재료로 형성된 결정 투과 부재의 광축과 결정축 [100] 을 일치시키고, 또한 광축을 중심으로 하여 한쌍의 입방정계에 속하는 결정 재료로 형성된 결정 투과 부재를 45도만큼 상대적으로 회전시킴으로써, 혹은 한쌍의 입방정계에 속하는 결정 재료로 형성된 결정 투과 부재의 광축과 결정축 [110] 을 일치시키며, 또한 광축을 중심으로 하여 한쌍의 입방정계에 속하는 결정 재료로 형성된 결정 투과부재를 90도만큼 상대적으로 회전시킴으로써, 복굴절의 영향을 크게 줄일 수 있다.
여기서, 한쌍의 입방정계에 속하는 결정 재료로 형성된 결정 투과부재의 광 축과 결정축 [111] 을 일치시켜서 60도 상대 회전시켰을 때에 잔존하는 회전 대칭인 분포와, 한쌍의 입방정계에 속하는 결정 재료로 형성된 결정 투과 부재의 광축과 결정축 [100] 을 일치시켜서 45도 상대 회전시켰을 때에 잔존하는 회전 대칭인 분포는 역방향이다. 바꾸어 말하면, 광축과 결정축 [111] 을 일치시켜서 60도 상대 회전시킨 한쌍의 입방정계에 속하는 결정 재료로 형성된 결정 투과 부재(이하, 결정축 [111] 의 결정 투과 부재쌍이라 함)에 있어서의 진행 위상축과, 결정축 [100] 을 일치시켜서 45도 상대 회전시킨 한쌍의 입방정계에 속하는 결정 재료로 형성된 결정 투과 부재(이하, 결정축 [100] 의 결정 투과 부재쌍이라 함)에 있어서의 진행 위상축은 직교한다.
또한 별도의 표현을 하면, 결정축 [100] 의 결정 투과 부재쌍에서는, 직경 방향으로 진행 위상축이 있는 복굴절 분포가 잔존하고, 결정축 [111] 의 결정 투과 부재쌍에서는 원주 방향으로 진행 위상축이 있는 복굴절 분포가 잔존한다. 또한, 시료에 복굴절이 존재하는 경우, 굴절률의 차이에 의해 상기 시료를 통과하는 진동면(편광면)이 직교한 2개의 직선 편광의 광의 위상이 변화된다. 즉 한쪽 편광에 대하여 다른쪽 편광의 위상이 진행되거나 지연되며, 위상이 진행하는 쪽의 편광 방향을 진행 위상축이라 칭하고, 위상이 지연되는 쪽의 편광 방향을 지연 위상축이라 칭한다.
이렇게 하여, 한쌍의 결정 투과 부재의 광축과 결정축 [111] 을 일치시켜서 60도 상대 회전시킨 결정축 [111] 의 결정 투과 부재쌍과, 한쌍의 결정 투과 부재의 광축과 결정축 [100] 을 일치시켜서 45도 상대 회전시킨 결정축 [100] 의 결정 투과 부재쌍의 조합에 의해, 복굴절의 영향을 더 양호하게 저감시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
그런데, 입방정계에 속하는 결정 재료를 투과 부재의 광학 재료로서 사용하는 경우에는, 그 내부 응력에 기인하는 비틀림(복굴절)이 이 투과 재료로 구성된 투영 광학계의 결상 성능을 악화시킬 우려가 있다. 특히, 결정축 [111] 과는 다른 결정축을 광축과 일치시킨 투과 부재를 사용하는 경우에는, 그 내부 응력에 의한 비틀림(복굴절)이 현저히 나타난다는 것이 명확해졌다.
도 5는 결정축 [100] 의 결정 투과 부재의 위상 맵을 나타내는 도면으로, 도 5의 지면내 방향이 결정축 [100] 의 결정 투과 부재의 광축 직교 면내 방향과 대응하고 있다. 이 도 5에 있어서, 원의 크기가 비틀림(복굴절)의 크기를 나타내고, 현이 진행 위상축의 방위를 나타내고 있다.
도 5의 위상 맵을 참조하면, 결정축 [100] 을 갖는 결정 투과 부재에서는, 최외주에 있어서의 뒤틀림(복굴절)이 두드러지다는 것을 알 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만, 결정축 [110] 의 결정 투과 부재에 있어서도, 최외주에 있어서의 뒤틀림(복굴절)이 두드러지게 크다.
그래서, 본 발명에서는 결정 투과 부재의 유효 직경을 ED로 하고, 결정 투과 부재의 외경을 LD로 할 때, 결정 투과 부재 중 적어도 하나가,
(1) 0.3 < ED/LD < 0.95 를 만족하도록 하였다.
또한, 결정 투과 부재의 유효 직경(ED)이란, 상기 결정 투과 부재를 통과하는 광을 고려했을 때에, 이 광이 통과하는 영역의 직경을 가리킨다. 또한, 결정 투과 부재 또는 투과 부재의 외경이란, 이러한 결정 투과 부재 또는 투과 부재를 유지할 때에 설치되는 부분도 포함시킨 외경을 가리킨다.
도 6a, 도 6b 및 도 7을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 결정 투과 부재가 소정의 굴절력을 갖는 렌즈인 경우에 대하여 설명한다.
도 6a는 렌즈(10)를 광축(AX) 방향에서 본 상면도이고, 도 6b는 렌즈(10)의 자오(子午; meridian) 단면[광축(AX)을 포함하는 단면]도이다. 도 6a 및 도 6b에 도시하는 렌즈(10)는 도시하지 않은 유지 부재에 의해 렌즈면 이외의 개소에서 유지되고 또한 체결되기 때문에, 렌즈(10)의 외주부에 설치된 융기부(11)를 갖는다. 도 6b에 도시하는 바와 같이, 이 융기부(11)는 서로 평행한 면(11a, 11b)을 갖고, 이러한 면(11a, 11b)이 유지 부재에 의해 체결됨으로써 렌즈(10)가 유지된다.
도 6a에는 렌즈(10)에 있어서의 통과 광속이 차지하는 영역(CA)을 해칭으로 나타내고 있고, 이 영역(CA)의 직경이 유효 직경(ED)이 된다. 또한, 영역(CA)이 원 형상이 아닌 경우에는 원 형상이 아닌 영역(CA)의 외접원을 고려하고, 이 외접원의 직경을 유효 직경(ED)으로 간주한다. 그리고, 렌즈(10)의 외경(LD)은 융기부(11)의 직경이 된다.
또한, 렌즈(12)를 광축(AX) 방향에서 본 상면도인 도 7에 도시하는 바와 같이, 렌즈(12)가 렌즈 가장자리 전체에 걸친 융기부가 아닌, 렌즈 외주부에 거의 등각으로 배치된 복수의 융기부(13A 내지 13C)를 갖는 경우에는, 복수의 융기부(13A 내지 13C)의 외접원(CC)을 고려하여, 이 외접원의 직경을 외경(LD)으로 간주한다.
이러한 렌즈 외주부의 융기부를 유지하는 구조에 관해서는, 예컨대 본 출원 인에 의한 일본 특허 공개 공보 제 2001-74991 호, 일본 특허 공개 공보 제 2001-76992 호, 일본 특허 공개 공보 제 2001-284226 호 및 일본 특허 공개 제 2002-107595 호 등에 개시되어 있다.
또한, 렌즈의 주위를 유지 고리 등으로 유지하는 방법을 채용하는 경우에는, 이 렌즈 자체의 직경이 외경(LD)이 된다.
또한, 광축 직교 단면에 있어서의 렌즈 형상이 원형이 아닌 경우에는, 렌즈 외형의 외접원을 고려하여, 이 외접원의 직경을 외경(LD)으로 한다.
상기 조건식(1)의 상한을 초과하는 경우에는, 비틀림(복굴절)이 두드러지게 큰 영역을 광이 투과하게 되기 때문에, 이 비틀림(복굴절)에 기인하는 투영 광학계의 결상 성능의 악화가 현저해지기 때문에 바람직하지 못하다. 또한, 투영 광학계의 결상 성능을 더욱 향상시키기 위해서는, 상기 조건식(1)의 상한을 0.9로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 조건식(1)의 하한을 하회하는 경우에는, 투영 광학계의 결상 성능은 향상되지만, 필요한 유효 직경을 확보하기 위한 결정 투과 부재의 외경이 지나치게 커지고, 결정 투과 부재를 형성할 때의 비용 상승을 초래하거나, 혹은 결정 투과 부재의 입수가 불가능해지기 때문에 바람직하지 못하다. 또한, 결정 투과 부재의 비용을 더 낮추기 위해서는, 상기 조건식(1)의 하한을 0.4로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 입방정계에 속하는 결정 재료로 형성되는 결정 투과 부재에서는, 이 결정 투과 부재를 유지할 때에, 유지부에 있어서 균열 등의 결함이 발생하기 쉽기 때문에, 상기 조건식(1)으로 규정하는 바와 같이, 유효직경에 대하여 외경을 크게 확보한 경우에 있어서는, 결정 투과 부재의 최외주에 있어서의 가장자리 두께(최외주에 있어서의 결정 투과 부재의 광축 방향의 두께)를 5㎜ 이상이 되도록 확보하는 것이 바람직하다.
예컨대 도 8에 도시하는 바와 같이, 렌즈(14)의 외주부에 융기부(15)(가장자리 전체에 걸치는 하나의 융기부 또는 복수의 융기부)가 설치되어 있는 경우에는, 렌즈(14)의 2개의 렌즈면(14a, 14b)의 가상적인 연장면(16a, 16b)을 고려하여, 외경(LD)의 위치에 있어서의 연장면(16a, 16b)간의 광축(AX) 방향의 거리를 가장자리 두께(ET)로 한다.
특히 도 8에 도시한 바와 같이 렌즈 외주부에 융기부(15)를 설치하는 경우에는, 렌즈 외주부를 연삭함으로써, 융기부(15)와 렌즈(14)를 일체적으로 형성하는 것이 많다. 이 때, 융기부(15)에서의 균열을 방지하기 위해서, 융기부(15)와 렌즈(14) 사이의 모서리를 둥글게 하는 R 가공을 실시하는 것이 바람직하지만, 가장자리 두께(ET)가 5㎜를 하회하여 지나치게 작은 경우에는, 이러한 R 가공을 실시할 수 없거나, 융기부(15) 자체의 광축(AX) 방향의 두께[서로 평행한 면(15a, 15b) 사이의 거리]를 충분히 확보할 수 없게 되므로, 유지할 때에 융기부(15)에서의 균열이 발생하기 쉽다.
또한, 렌즈의 외주부를 유지 고리 등으로 유지하는 방법을 채용하는 경우에 있어서도, 유지 고리로 유지되는 개소(렌즈 외주부)의 광축(AX) 방향의 두께가 지나치게 얇아지기 때문에, 유지 고리에 의한 유지에 의해 렌즈에 균열이 발생하기 쉬워진다.
그런데, 상술한 제 1 방법이나 제 2 방법과 같이, 결정축 [111] 이외의 결정축과 광축을 일치시켜서 복굴절의 영향을 저감시키고자 하는 경우, 예컨대 결정축 [100] 이나 결정축 [110] 과 광축이 일치한 결정 투과부재를 사용하는 경우에는, 결정 투과 재료의 구경에 비례하여 복굴절량이 커지기 때문에, 투영 광학계 중에서 비교적 작은 구경을 갖는 투과 부재에 적용하는 것이 바람직하다.
즉, 그 광축과 결정축 [100] 이 거의 일치하도록 형성된 형석 부재를 포함하는 투영 광학계를 고려하는 경우, 투영 광학계 내부에 포함되는 모든 투과 부재 중, 최대 외경을 갖는 투과 부재의 외경을 XD로 하고, 형석 부재 중, 최대 외경을 갖는 형석 부재의 외경을 D1로 할 때,
(2) 0.1 < D1/XD < 0.8 을 만족하는 것이 바람직하다.
상기 조건식(2)의 상한을 초과하는 경우, 결정축 [100] 을 광축으로 한 형석 부재에 기인하는 복굴절이 투영 광학계의 결상 성능에 미치는 악영향이 지나치게 커지기 때문에 바람직하지 못하다. 또한, 조건식(2)의 하한을 하회하는 경우에는, 결정축 [100] 을 광축으로 한 형석 부재에 의한 복굴절의 영향의 저감 효과가 지나치게 낮아지기 때문에 바람직하지 못하다. 그리고, 조건식(2)의 하한을 하회하는 경우에는, 결정축 [100] 을 광축으로 한 형석 부재를 통과하는 광의 에너지가 지나치게 집중되어, 조사 변동(광 조사에 의한 결상 성능의 변동)이 발생하기 때문에 바람직하지 못하다.
또한, 그 광축과 결정축 [110] 이 거의 일치하도록 형성된 형석 부재를 포함 하는 투영 광학계를 고려하는 경우, 상기 투영 광학계 중에 포함되는 모든 투과 부재 중, 최대 외경을 갖는 투과 부재의 외경을 XD로 하고, 형석 부재 중, 최대 외경을 갖는 형석 부재의 외경을 D2로 할 때,
(3) 0.1 < D2/XD < 0.8 을 만족하는 것이 바람직하다.
상기 조건식(3)의 상한을 초과하는 경우, 결정축 [110] 을 광축으로 한 형석 부재에 기인하는 복굴절이 투영 광학계의 결상 성능에 미치는 악영향이 지나치게 커지기 때문에 바람직하지 못하다. 또한, 조건식(3)의 하한을 하회하는 경우에는, 결정축 [110] 을 광축으로 한 형석 부재에 의한 복굴절의 영향의 저감 효과가 지나치게 낮아지기 때문에 바람직하지 못하다. 그리고, 조건식(3)의 하한을 하회하는 경우에는, 결정축 [110] 을 광축으로 한 형석 부재를 통과하는 광의 에너지가 지나치게 집중되어, 조사 변동(광 조사에 의한 결상 성능의 변동)이 발생하기 때문에 바람직하지 못하다.
그런데, 전술한 바와 같이, 입방정계에 속하는 결정 재료로 구성되고 결정축 [111] 이외의 결정축과 광축을 일치시킨 결정 투과 부재(예컨대 렌즈, 평행 평면판 등)에 있어서의 고유 복굴절은, 이 결정 투과 부재로의 입사각 의존성(입사각에 따라 고유 복굴절이 상이함)이 있고, 상기 결정 투과 부재에 있어서의 내부 응력에 기인하는 비틀림(복굴절)은, 이 투과 부재에서의 위치 의존성[투과 부재를 통과하는 광축 직교면내의 위치에 따라 비틀림(복굴절)이 상이함]이 있다. 따라서, 제 1 면 및 상기 제 1 면과 광학적으로 공역인 면(제 2 면도 포함함)의 근방에 위치하는 결정축 [111] 이외의 결정축과 광축을 일치시킨 결정 투과 부재에서는, 고유 복굴 절에 의한 비틀림(복굴절)과 내부 응력에 의한 비틀림(복굴절)의 쌍방을 동시에 보정하기 어렵고, 투영 광학계의 이미지 필드(상 영역)내에 있어서의 결상 성능의 격차를 초래하기 쉽다.
이 때문에, 결정축 [111] 이외의 결정축을 광축으로 갖는 결정 투과 부재는 초점 근방에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 초점 근방에 있어서 복굴절량의 위치 의존성이 맞는다고 해도, 투영 광학계의 이미지 필드 전체의 어떤 위치에 있어서도 거의 한결같이 결상 성능에 영향을 미치게 되므로, 다른 보정 수단에 의해 이 결상 성능으로의 전체적인 영향을 용이하게 보정하는 것이 가능해진다.
여기서, 결정축 [100] 과 그 광축이 거의 일치하도록 형성된 형석 부재를 포함하는 투영 광학계를 고려하는 경우, 형석 부재 총수의 70% 이상의 수의 형석 부재는 상기 투영 광학계의 초점 위치 근방에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 결정축 [110] 과 그 광축이 거의 일치하도록 형성된 형석 부재를 포함하는 투영 광학계를 고려하는 경우, 형석 부재 총수의 70% 이상의 수의 형석 부재는 상기 투영 광학계의 초점 위치 근방에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 말하는 초점 근방이란, 도 9에 도시하는 바와 같이, 투영 광학계의 제 1 면으로부터 제 2 면까지의 거리를 L로 하고, 노광 영역 최외부의 주광선이 광축과 교차하는 위치를 초점 위치(도 9에 있어서 ×로 표시)로 할 때, 초점 위치로부터 ±0.12L의 거리까지의 범위를 가리키는 것으로 한다.
여기서, 상기 초점 위치 근방에 배치되는 결정축 [100] 또는 결정축 [110] 과 그 광축이 거의 일치하도록 형성된 형석 부재의 수가 형석 부재 총수의 70% 미 만인 경우에는, 제 1 면 근방이나 제 1 면과 광학적으로 공역인 면의 근방에 배치되는 결정축 [111] 이외의 형석 부재의 수가 지나치게 많아지기 때문에, 고유 복굴절과 내부 응력에 의한 비틀림(복굴절)을 동시에 보정하기 어려워지고, 투영 광학계의 이미지 필드(상 영역)내에 있어서의 결상 성능의 격차를 보정하기 어려워진다.
여기서, 형석 부재가 결정축 [100] 과 그 광축이 거의 일치하도록 형성된 제 1 형석 부재와, 그 광축과 결정축 [100] 이 거의 일치하도록 형성된 제 2 형석 부재를 포함하는 경우에는, 제 1 형석 부재와 제 2 형석부재는 결정축 [100] 과는 다른 결정축이 광축을 중심으로 하여 상대적으로 45도만큼 회전하도록 위치 결정되는 것이 바람직하다.
또한, 형석 부재가 결정축 [110] 과 그 광축이 거의 일치하도록 형성된 제 1 형석 부재와, 그 광축과 결정축 [110] 이 거의 일치하도록 형성된 제 2 형석 부재를 포함하는 경우, 제 1 형석 부재와 제 2 형석 부재는 결정축 [110] 과는 다른 결정축이 광축을 중심으로 하여 상대적으로 90도만큼 회전하도록 위치 결정되는 것이 바람직하다.
전술한 도 5에 도시한 바와 같이, 결정축 [100] 이나 결정축 [110] 을 광축으로 갖는 결정 투과 부재에 있어서의 내부 응력에 기인하는 비틀림(복굴절)은 결정 투과 부재내에서 4회 대상인 분포를 나타내고, 그 결정축 방향에 의존하고 있다는 것을 알 수 있다. 따라서, 상술한 바에 있어서 설명한 고유 복굴절의 보정과 같이, 결정축 [100] 을 광축으로 갖는 형석 부재에서는, 한쌍의 형석의 상대적인 회전각을 광축을 중심으로 하여 45도로 설정함으로써, 비틀림(복굴절)의 분포를 회전 대칭인 분포로 할 수 있고, 결정축 [110] 을 광축에 갖는 형석 부재에서는, 한쌍의 형석이 상대적인 회전각을 광축을 중심으로 하여 90도로 설정함으로써, 비틀림(복굴절)의 분포를 회전 대칭인 분포로 할 수 있으며, 이로써 투영 광학계의 결상 성능의 악화를 경감할 수 있다.
본 발명의 실시 형태를 첨부 도면에 기초하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 따른 투영 광학계를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 10에 있어서, 투영 광학계(PL)의 기준 광축(AX)에 평행하게 Z축을 설정하고, 기준 광축(AX)에 수직한 면내에 있어서 도 10의 지면에 평행하게 Y축을 설정하고, 도 10의 지면에 수직하게 X축을 설정하고 있다.
도시한 노광 장치는 자외 영역의 조명광을 공급하기 위한 광원(100)으로서, 예컨대 F2 레이저 광원(발진 중심 파장 157.6244㎚)을 구비하고 있다.
광원(100)으로부터 사출된 광은 조명 광학계(IL)를 거쳐, 소정의 패턴이 형성된 레티클(R)을 균일하게 조명한다. 또한, 광원(100)과 조명 광학계(IL) 사이의 광로는 케이싱(도시하지 않음)으로 밀봉되어 있고, 광원(100)으로부터 조명 광학계(IL) 내부의 레티클측에 가장 근접한 광학 부재까지의 공간은 노광광의 흡수율이 낮은 기체인 헬륨 가스나 질소 등의 불활성 가스로 치환되어 있거나, 혹은 거의 진공 상태로 유지되어 있다.
레티클(R)은 레티클 홀더(RH)를 거쳐, 레티클 스테이지(RS)상에 있어서 XY 평면에 평행하게 유지되어 있다. 레티클(R)에는 전사해야 할 패턴이 형성되어 있고, 패턴 영역 전체 중 X 방향을 따라 긴 변을 갖으며, 또한 Y 방향을 따라 짧은 변을 갖는 직사각형(슬릿 형상)의 패턴 영역이 조명된다. 레티클 스테이지(RS)는 도시를 생략한 구동계의 작용에 의해 레티클면(즉 XY 평면)을 따라 이차원적으로 이동 가능하고, 그 위치 좌표는 레티클 이동 거울(RM)을 사용한 간섭계(RIF)에 의해 계측되고 또한 위치 제어되도록 구성되어 있다.
레티클(R)에 형성된 패턴으로부터의 광은 투영 광학계(PL)를 거쳐, 감광성 기판인 웨이퍼(W)상에 레티클 패턴상을 형성한다. 웨이퍼(W)는 웨이퍼 테이블(웨이퍼 홀더)(WT)를 거쳐, 웨이퍼 스테이지(WS)상에 있어서 XY 평면에 평행하게 유지되어 있다. 그리고, 레티클(R)상의 직사각형의 조명 영역에 광학적으로 대응하도록, 웨이퍼(W)상에서는 X 방향을 따라 긴 변을 갖고 또한 Y 방향을 따라 짧은 변을 갖는 직사각형의 노광 영역에 패턴상이 형성된다. 웨이퍼 스테이지(WS)는 도시를 생략한 구동계의 작용에 의해 웨이퍼면(즉 XY 평면)을 따라 이차원적으로 이동 가능하고, 그 위치 좌표는 웨이퍼 이동 거울(WM)을 사용한 간섭계 (WIF)에 의해 계측되며 또한 위치 제어되도록 구성되어 있다.
도 11은 웨이퍼상에 형성되는 직사각형의 노광 영역(즉 실효 노광 영역)과 기준 광축의 위치 관계를 나타내는 도면이다. 본 실시 형태의 각 실시예에서는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 기준 광축(AX)을 중심으로 한 반경(B)을 갖는 원 형상의 영역(이미지 서클)(IF)내에 있어서, 기준 광축(AX)으로부터 -Y 방향으로 축 분리량(A)만큼 떨어진 위치에 소망의 크기를 갖는 직사각형의 실효 노광 영역(ER)이 설정되어 있다. 여기서, 실효 노광 영역(ER)의 X 방향의 길이는 LX이며, 그 Y 방향의 길이는 LY이다.
바꿔 말하면, 각 실시예에서는 기준 광축(AX)으로부터 -Y 방향으로 축 분리량(A)만큼 떨어진 위치에 소망하는 크기를 갖는 직사각형의 실효 노광 영역(ER)이 설정되고, 기준 광축(AX)을 중심으로 하여 실효 노광 영역(ER)을 포괄하도록 원 형상의 이미지 서클(IF)의 반경(B)이 규정되어 있다. 따라서, 도시를 생략했지만, 이에 대응하여 레티클(R)상에는 기준 광축(AX)으로부터 -Y 방향으로 축 분리량(A)에 대응하는 거리만큼 떨어진 위치에 실효 노광 영역(ER)에 대응한 크기 및 형상을 갖는 직사각형의 조명 영역(즉 실효 조명 영역)이 형성되게 된다.
또한, 도시한 노광 장치에서는, 투영 광학계(PL)를 구성하는 광학 부재 중 가장 레티클측에 배치된 광학 부재[각 실시예에서는 렌즈(L11)]와 웨이퍼측에 가장 근접하여 배치된 광학 부재[각 실시예에서는 렌즈(L313)] 사이에서 투영 광학계(PL)의 내부가 기밀 상태를 유지하도록 구성되고, 투영 광학계(PL) 내부의 기체는 헬륨 가스나 질소 등의 불활성 가스로 치환되어 있거나, 혹은 거의 진공 상태로 유지되어 있다.
또한, 조명 광학계(IL)와 투영 광학계(PL) 사이가 좁은 광로에는, 레티클(R) 및 레티클 스테이지(RS) 등이 배치되어 있지만, 레티클(R) 및 레티클 스테이지(RS) 등을 밀봉 포위하는 케이싱(도시하지 않음)의 내부에 질소나 헬륨 등의 불활성 가스가 충전되어 있거나, 혹은 거의 진공 상태로 유지되어 있다.
또한, 투영 광학계(PL)와 웨이퍼(W) 사이가 좁은 광로에는, 웨이퍼(W) 및 웨이퍼 스테이지(WS) 등이 배치되어 있지만, 웨이퍼(W) 및 웨이퍼 스테이지(WS) 등을 밀봉 포위하는 케이싱(비도시)의 내부에 질소나 헬륨 가스 등의 불활성 가스가 충전되어 있거나, 혹은 거의 진공 상태로 유지되어 있다. 이와 같이, 광원(100)으로부터 웨이퍼(W)까지의 광로 전체에 걸쳐 노광광이 거의 흡수되지 않는 분위기가 형성되어 있다.
상술한 바와 같이, 투영 광학계(PL)에 의해 규정되는 레티클(R)상의 조명 영역 및 웨이퍼(W)상의 노광 영역[즉 실효 노광 영역(ER)]은, Y 방향을 따라 짧은 변을 갖는 직사각형이다. 따라서, 구동계 및 간섭계(RIF, WIF) 등을 사용하여 레티클(R) 및 웨이퍼(W)의 위치 제어를 실행하면서, 직사각형의 노광 영역 및 조명 영역의 짧은 변 방향 즉 Y 방향을 따라 레티클 스테이지(RS)와 웨이퍼 스테이지(WS)를, 나아가서는 레티클(R)과 웨이퍼(W)를 동일한 방향으로 동기적으로 이동(주사)시킴으로써, 웨이퍼(W)상에는 노광 영역의 긴 변과 동일한 폭을 갖고, 또한 웨이퍼(W)의 주사량(이동량)에 따른 긴 변을 갖는 영역에 대하여 레티클 패턴이 주사 노광된다.
본 실시 형태의 실시예에 있어서, 투영 광학계(PL)는, 제 1 면에 배치된 레티클(R)의 패턴의 제 1 중간상을 형성하기 위한 굴절형의 제 1 결상 광학계(G1)와, 오목면 반사경(CM)과 2개의 오목 렌즈로 구성되어 제 1 중간상과 거의 등배율의 제 2 중간상(제 1 중간상의 거의 등배상으로 레티클 패턴의 2차상)을 형성하기 위한 제 2 결상 광학계(G2)와, 제 2 중간상으로부터의 광에 기초하여 제 2 면에 배치된 웨이퍼(W)상에 레티클 패턴의 최종상(레티클 패턴의 축소상)을 형성하기 위한 굴절형의 제 3 결상 광학계(G3)를 구비하고 있다.
또한, 실시예에 있어서, 제 1 결상 광학계(G1)와 제 2 결상 광학계(G2) 사이의 광로 중간에 있어서 제 1 중간상 형성 위치의 근방에는, 제 1 결상 광학계(G1)로부터의 광을 제 2 결상 광학계(G2)를 향해 편향하기 위한 제 1 광로 굴절 미러(M1)가 배치되어 있다. 또한, 제 2 결상 광학계(G2)와 제 3 결상 광학계(G3) 사이의 광로 중간에 있어서 제 2 중간상 형성 위치의 근방에는, 제 2 결상 광학계(G2)로부터의 광을 제 3 결상 광학계(G3)를 향해 편향하기 위한 제 2 광로 굴절 미로(M2)가 배치되어 있다.
또한, 실시예에 있어서, 제 1 결상 광학계(G1)는 직선 형상으로 연장된 광축(AX1)을 갖고, 제 3 결상 광학계(G3)는 직선 형상으로 연장된 광축(AX3)을 갖으며, 광축(AX1)과 광축(AX3)은 공통의 단일 광축인 기준 광축(AX)과 일치하도록 설정되어 있다. 또한, 기준 광축(AX)은 중력 방향(즉 연직 방향)을 따라 위치 결정되어 있다. 그 결과, 레티클(R) 및 웨이퍼(W)는 중력 방향과 직교하는 면, 즉 수평면을 따라 서로 평행하게 배치되어 있다. 부가하여, 제 1 결상 광학계(G1)를 구성하는 모든 렌즈 및 제 3 결상 광학계(G3)를 구성하는 모든 렌즈도 기준 광축(AX)상에 있어서 수평면을 따라 배치되어 있다.
한편, 제 2 결상 광학계(G2)도 직선 형상으로 연장된 광축(AX2)을 갖고, 이 광축(AX2)은 기준 광축(AX)과 직교하도록 설정되어 있다. 또한, 제 1 광로 굴절 미러(M1) 및 제 2 광로 굴절 미러(M2)는 모두 평면 형상의 반사면을 갖고, 2개의 반사면을 갖는 하나의 광학 부재(1개의 광로 굴절 미러)로서 일체적으로 구성되어 있다. 이 2개의 반사면의 교선(엄밀하게는 그 가상 연장면의 교선)이 제 1 결상 광학계(G1)의 광축(AX1), 제 2 결상 광학계(G2)의 광축(AX2) 및 제 3 결상 광학계(G3)의 광축(AX3)과 한점에서 교차되도록 설정되어 있다. 실시예에서는 제 1 광로 굴절 미러(M1) 및 제 2 광로 굴절 미러(M2)가 모두 표면 반사경으로 구성되어 있다.
실시예에 있어서, 투영 광학계(PL)를 구성하는 모든 굴절 광학 부재(렌즈 성분)에는 형석(CaF2 결정)을 사용하고 있다. 또한, 노광광인 F2 레이저광의 발진 중심 파장은 157.6244㎚이고, 157.6244㎚ 부근에 있어서 CaF2의 굴절률은 11pm의 파장 변화당 -2.6×10-6의 비율로 변화되며, -1pm의 파장 변화당 +2.6×10-6의 비율로 변화된다.
바꿔 말하면, 157.6244㎚ 부근에서 CaF2의 굴절률의 분산(dn/dλ)은 2.6×1O-6/pm이다.
따라서, 실시예에 있어서, 중심 파장 157.6244㎚에 대한 CaF2의 굴절률은 1.55930666이고, 157.6244㎚+1pm=157.6254㎚에 대한 CaF2의 굴절률은 1.55930406이며, 157.6244㎚-1pm=157.6234㎚에 대한 CaF2의 굴절률은 1.55930926이다.
또한, 실시예에 있어서, 비구면은 광축에 수직한 방향의 높이를 y로 하고, 비구면의 정점에 있어서의 접평면으로부터 높이(y)에 있어서의 비구면상의 위치까지의 광축을 따른 거리(감소량)를 z로 하고, 정점 곡률 반경을 r로 하고, 원추 계수를 k로 하고, n차 비구면 계수를 Cn으로 했을 때, 이하의 수학식 (a)로 나타내어진다. 실시예에 있어서, 비구면 형상으로 형성된 렌즈면에는 면 번호의 우측에 *표시를 하고 있다.
수학식 1
Z=(y2/r)/[1+{1-(1+K)·y2/r2}1/2]
+C4·y4+C6·y6+C8·y8+C10·y 10+C12·y12+C14·y14　　　　　　　(a)
도 12는 본 실시 형태의 실시예에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 나타내는 도면이다. 도 12를 참조하면, 실시예에 따른 투영 광학계 (PL)에 있어서 제 1 결상 광학계(G1)는 레티클측으로부터 순차적으로 양면 볼록 렌즈(L11)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향하는 볼록 메니스커스(meniscus) 렌즈(L12)와, 레티클측에 볼록면을 향하는 볼록 메니스커스 렌즈(L13)와, 레티클측에 볼록면을 향하는 볼록 메니스커스 렌즈(L14)와, 레티클측에 오목면을 향하는 오목 메니스커스 렌즈(L15)와, 레티클측에 오목면을 향하는 볼록 메니스커스 렌즈(L16)와, 레티클측에 비구면 형상의 오목면을 향하는 볼록 메니스커스 렌즈(L17)와, 레티클측에 오목면을 향하는 볼록 메니스커스 렌즈(L18)와, 양면 볼록 렌즈(L19)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향하는 볼록 메니스커스 렌즈(L110)로 구성되어 있다.
또한, 제 2 결상 광학계(G2)는 광의 진행 경로를 따라 레티클측(즉 입사측)으로부터 순차적으로 레티클측에 비구면 형상의 볼록면을 향하는 오목 메니스커스 렌즈(L21)와, 레티클측에 오목면을 향하는 오목 메니스커스 렌즈(L22)와, 오목면 반사경(CM)으로 구성되어 있다.
또한, 결상 광학계(G3)는 광의 진행 방향을 따라 레티클측으로부터 순차적으로 레티클측에 오목면을 향하는 볼록 메니스커스 렌즈(L31)와, 양면 볼록 렌즈(L32)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향하는 볼록 메니스커스 렌즈(L33)와, 양면 오목 렌즈(L34)와, 레티클측에 비구면 형상의 오목면을 향하는 볼록 메니스커스 렌즈(L35)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향하는 볼록 메니스커스 렌즈(L36)와, 개구 스로틀(AS)과, 양면 볼록 렌즈(L37)와, 레티클측에 오목면을 향하는 오목 메니스커스 렌즈(L38)와, 양면 볼록 렌즈(L39)와, 레티클측에 볼록면을 향하는 볼록 메니스커스 렌즈(L310)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향하는 볼록 메니스커스 렌즈(L311)와, 레티클측에 볼록면을 향하는 볼록 메니스커스 렌즈(L312)와, 웨이퍼측에 평면을 향하는 평볼록 렌즈(L313)로 구성되어 있다.
다음의 표(1)에는 실시예에 따른 투영 광학계(PL)의 모든 값을 게재한다. 표 (1)에 있어서, λ는 노광광의 중심 파장을, β는 투영 배율(전계의 결상 배율)을, NA는 상측(웨이퍼측) 개구수를, B는 웨이퍼(W)상에서의 이미지 서클(IF)의 반경을, A는 실효 노광 영역(ER)의 축 분리량을, LX는 실효 노광 영역(ER)의 X 방향에 따른 치수(긴 변의 치수)를, LY는 실효 노광 영역(ER)의 Y 방향에 따른 치수(짧 은 변의 치수)를 각각 나타내고 있다.
또한, 면 번호는 물체면(제 1 면)인 레티클면으로부터 상면(제 2 면)인 웨이퍼면으로의 광선이 진행하는 방향에 따른 레티클측으로부터의 면의 순서를, r은 각 면의 곡률 반경(비구면의 경우에는 정점 곡률 반경: ㎜)을, d는 각 면의 축상 간격 즉 면 간격(㎜)을, (C·D)는 각 형석 렌즈에 있어서 그 광축과 일치하는 결정축(C) 및 그 밖의 특정 결정축의 각도 위치(D)를, ED는 각 면의 유효 직경(㎜)을, LD는 각 면의 외경(㎜)을, ET는 각 렌즈의 가장자리 두께를, n은 중심 파장에 대한 굴절률을 각각 나타내고 있다.
또한, 면 간격(d)은 반사될 때마다 그 번호를 변경하는 것으로 한다. 따라서, 면 간격(d)의 부호는 제 1 광로 굴절 미러(M1)의 반사면으로부터 오목면 반사경(CM)까지의 광로 중간 및 제 2 광로 굴절 미러(M2)의 반사면으로부터 상면까지의 광로 중간에서는 음으로 하고, 그 밖의 광로 중간에서는 양으로 하고 있다. 그리고, 제 1 결상 광학계(G1)에서는 레티클측을 향하는 볼록면의 곡률 반경을 양으로 하고, 오목면의 곡률 반경을 음으로 하고 있다. 한편, 제 3 결상 광학계(G3)에서는, 레티클측을 향하는 오목면의 곡률 반경을 양으로 하고, 볼록면의 곡률 반경을 음으로 하고 있다. 또한, 제 2 결상 광학계(G2)에서는, 광의 진행 경로를 따라 레티클측(즉 입사측)을 향하는 오목면의 곡률 반경을 양으로 하고, 볼록면의 곡률 반경을 음으로 하고 있다.
또한, 각도 위치(D)는 결정축(C)이 결정축 [111] 일 때, 예컨대 결정축 [-111] 의 기준 방향에 대한 각도이며, 결정축(C)이 결정축 [100] 일 때, 예컨대 결 정축 [010] 의 기준 방향에 대한 각도이다. 여기서, 기준 방향이란 예컨대 레티클면에 있어서 광축(AX1)을 통과하도록 임의로 설정된 방위에 대하여 광학적으로 대응하도록 정의되는 것이다. 구체적으로는, 레티클면에 있어서 +Y 방향으로 기준 방향을 설정한 경우, 제 1 결상 광학계(G1)에 있어서의 기준 방향은 +Y 방향이고, 제 2 결상 광학계(G2)에 있어서의 기준 방향은 +Z 방향(레티클면에 있어서의 +Y 방향에 광학적으로 대응하는 방향)이며, 제 3 결상 광학계(G3)에 있어서의 기준방향은 -Y 방향(레티클면에 있어서의 +Y 방향에 광학적으로 대응하는 방향)이다.
따라서, 예컨대 (C·D)=(100·0)은 광축과 결정축 [100] 이 일치하는 형석 렌즈에 있어서, 그 결정축 [010] 이 기준 방향을 따라 배치되어 있는 것을 의미한다. 또한, (C·D)=(100·45)는 광축과 결정축 [100] 이 일치하는 형석 렌즈에 있어서, 그 결정축 [010] 이 기준 방향에 대하여 45도를 이루도록 배치되어 있는 것을 의미한다. 즉, (C·D)=(100·0)의 형석 렌즈와 (C·D)=(100·45)의 형석 렌즈는 결정축 [100] 의 렌즈쌍을 구성하게 된다.
또한, 예컨대 (C·D)=(111·0)은, 광축과 결정축 [111] 이 일치하는 형석 렌즈에 있어서, 그 결정축 [-111] 이 기준 방향을 따라 배치되어 있는 것을 의미한다. 또한, (C·D)=(111·60)은 광축과 결정축 [111] 이 일치하는 형석 렌즈에 있어서, 그 결정축 [-111] 이 기준 방향에 대하여 60도를 이루도록 배치되어 있는 것을 의미한다. 즉, (C·D)=(111·0)의 형석 렌즈와 (C·D)=(111·60)의 형석 렌즈는, 결정축 [111] 의 렌즈쌍을 구성하게 된다.
또한, 상술한 각도 위치(D)의 설명에 있어서, 기준 방향의 설정은 모든 렌즈 에 대하여 공통일 필요는 없고, 예컨대 각 렌즈쌍의 단위로 공통이면 무방하다. 또한, 기준 방향에 대한 각도 계측의 대상이 되는 특정 결정축은 결정축 [100] 의 렌즈쌍인 경우에 결정축 [010] 에 한정되지 않고, 결정축 [111] 의 렌즈쌍인 경우에 결정축 [-111] 에 한정되지 않으며, 예컨대 각 렌즈쌍의 단위로 적절히 설정 가능하다. 또한, 표(1)에 있어서의 표기는, 이후의 표(2)에 있어서도 동일하다.
표(1)
(주요 제원)
Figure 112003014836043-pat00001
(광학 부재 제원)
Figure 112003014836043-pat00002
Figure 112003014836043-pat00003




(웨이퍼면)
(비구면 데이터)
Figure 112003014836043-pat00004
Figure 112003014836043-pat00005

도 13은 상기 실시예에 있어서의 횡수차를 나타내는 도면이다. 수차도에 있어서, Y는 상고(像高)를, 실선은 중심 파장 157.6244㎚을, 파선은 157.6244㎚+1pm=157.6254㎚를 일점 쇄선은 157.6244㎚-1pm= 157.6234㎚을 각각 나타내고 있다. 도 13의 수차도에서 명확한 바와 같이, 본 실시예에서는 비교적 큰 상측 개구수(NA=0.85) 및 투영 시야(유효 직경=28.8㎜)를 확보하고 있음에도 불구하고, 파장폭이 157.6244㎚±1pm의 노광광에 대하여 색수차가 양호하게 보정되어 있다는 것을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예에서는, 중심 파장이 157.6244㎚인 F2 레이저광에 대하여, 0.85의 상측 NA를 확보하는 동시에, 웨이퍼(W)상에 있어서 색수차를 비롯한 모든 수차가 충분히 보정된 유효 직경이 28.8㎜의 이미지 서클을 확보할 수 있다. 따라서, 25㎜×4㎜와 충분히 큰 구형상의 실효 노광 영역을 확보한 다음, O.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 투영 광학계 내부의 렌즈 성분의 외경에 대한 유효 직경을 적절한 범위로 규정하고 있기 때문에, 투영 광학계의 결상 성능을 향상시키는 것과 비용 절감을 양립하는 것이 가능하다.
상술한 실시 형태의 노광 장치에서는 조명 장치에 의해 레티클(마스크)을 조명하고(조명 공정), 투영 광학계를 사용하여 마스크에 형성된 전사용 패턴을 감광성 기판에 노광(노광 공정)함으로써, 마이크로 디바이스(반도체 소자, 촬상 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등)를 제조할 수가 있다. 이하, 본 실시예의 노광 장치를 써 감광성 기판으로서의 웨이퍼 등에 소정의 회로 패턴을 형성함으로써, 마이크로 디바이스로서의 반도체 디바이스를 얻을 때의 방법의 일례에 관하여 도 14의 흐름도를 참조하여 설명한다.
우선, 도 14의 단계(301)에 있어서, 1로트의 웨이퍼상에 금속막이 증착된다. 다음 단계(302)에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼상의 금속막상에 포토 레지스트가 도포된다. 그 후, 단계(303)에 있어서, 본 실시 형태의 노광 장치를 사용하여, 마스크상의 패턴의 상이 그 투영 광학계를 거쳐, 그 1로트의 웨이퍼상의 각 쇼트 영역에 순차 노광 전사된다. 그 후, 단계(304)에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼상의 포토 레지스트의 현상이 실행된 후, 단계(305)에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼상에서 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭함으로써, 마스크상의 패턴에 대응하는 회로 패턴이 각 웨이퍼상의 각 쇼트 영역에 형성된다.
그 후, 더 위의 레이어 회로 패턴의 형성 등을 실행함으로써, 반도체 소자 등의 디바이스가 제조된다. 상술한 반도체 디바이스 제조 방법에 의하면, 지극히 미세한 회로 패턴을 갖는 반도체 디바이스를 처리량이 양호하게 얻을 수 있다. 또 한, 단계(301 내지 305)에서는, 웨이퍼상에 금속을 증착하고, 그 금속막상에 레지스트를 도포, 그리고 노광, 현상, 에칭의 각 공정을 실행하고 있지만, 이러한 공정에 앞서, 웨이퍼상에 실리콘 산화막을 형성 후, 그 실리콘의 산화막상에 레지스트를 도포하고 노광, 현상, 에칭 등의 각 공정을 실행하여도 무방하다는 것은 말할 필요도 없다.
또한, 본 실시 형태의 노광 장치에서는, 플레이트(유리 기판)상에 소정의 패턴(회로 패턴, 전극 패턴 등)을 형성함으로써, 마이크로 디바이스로서의 액정 표시 소자를 얻을 수도 있다. 이하, 도 15의 흐름도를 참조하여, 이 때의 방법의 일례에 대하여 설명한다. 도 15에 있어서, 패턴 형성 공정(401)에서는, 본 실시 형태의 노광 장치를 사용하여 마스크의 패턴을 감광성 기판(레지스트가 도포된 유리 기판 등)에 전사 노광하는, 소위 광 리소그래피 공정이 실행된다. 이 광 리소그래피 공정에 의해, 감광성 기판상에는 다수의 전극 등을 포함하는 소정 패턴이 형성된다. 그 후, 노광된 기판은 현상 공정, 에칭 공정, 레지스트 박리 공정 등의 각 공정을 거침으로써, 기판상에 소정의 패턴이 형성되고, 다음 컬러 필터 형성 공정(402)으로 이행한다.
다음에, 컬러 필터 형성 공정(402)에서는, R(Red), G(Green), B(Blue)에 대응한 3개의 돗트 쌍이 매트릭스 형상으로 다수 배열되거나 또는 R, G, B의 3개의 스트라이프 필터쌍이 복수 수평 주사선 방향으로 배열된 컬러 필터를 형성한다. 그리고, 컬러 필터 형성 공정(402) 후에 셀 조립 공정(403)이 실행된다. 셀 조립 공정(403)에서는, 패턴 형성 공정(401)으로 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판, 및 컬 러 필터 형성 공정(402)으로 얻어진 컬러 필터 등을 사용하여 액정 패널(액정 셀)을 조립한다. 셀 조립 공정(403)에서는, 예컨대 패턴 형성 공정(401)으로 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판과 컬러 필터 형성 공정(402)으로 얻어진 컬러 필터의 사이에 액정을 주입하여, 액정 패널(액정 셀)을 제조한다.
그 후, 모듈 조립 공정(404)으로 조립된 액정 패널(액정 셀)의 표시 동작을 실행시키는 전기 회로, 백 라이트 등의 각 부품을 장착하여 액정 표시 소자로서 완성시킨다. 상술한 액정 표시 소자의 제조 방법에 의하면, 극히 미세한 회로 패턴을 갖는 액정 표시 소자를 처리량이 양호하게 얻을 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 노광 장치에 탑재되는 투영 광학계에 대하여 본 발명을 적용하고 있지만, 이에 한정되지 않고 다른 일반적인 투영 광학계(결상 광학계)에 대하여 본 발명을 적용할 수도 있다. 또한, 이 투영(결상) 광학계의 배율은 축소 배율로는 한정되지 않고 등배율이나 확대 배율일 수도 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 반사 굴절형 투영 광학계에 본 발명을 적용하고 있지만, 본 발명을 굴절형 투영 광학계에 적용할 수도 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 F2 레이저 광원을 사용하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 예컨대 200㎚ 이하의 파장광을 공급하는 다른 적당한 광원을 사용할 수도 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 마스크 및 기판을 투영 광학계에 대하여 상대 이동시키면서 기판의 각 노광 영역에 대하여 마스크 패턴을 스캔 노광하는 단계· 앤드·스캔 방식의 노광 장치에 대하여 본 발명을 적용하고 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 마스크와 기판을 정지시킨 상태에서 마스크의 패턴을 기판으로 일괄적으로 전사하고, 기판을 순차 단계 이동시켜서 각 노광 영역에 마스크 패턴을 차차 노광하는 단계·앤드·리피트 방식의 노광 장치에 대하여 본 발명을 적용할 수도 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 제 3 결상 광학계 내부에 개구 스로틀을 배치하고 있지만, 개구 스로틀을 제 1 결상 광학계 내부에 배치할 수도 있다. 또한, 제 1 결상 광학계와 제 2 결상 광학계 사이의 중간상 위치 및 제 2 결상 광학계와 제 3 결상 광학계 사이의 중간상 위치의 적어도 한쪽에 시야 스로틀을 배치할 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 투영 광학계에서는 예컨대 형석과 같은 고유 복굴절을 갖는 광학 재료를 사용하고 있음에도 불구하고, 복굴절의 영향을 실질적으로 받지 않고 양호한 광학 성능을 달성할 수 있다. 그리고, 본 발명의 노광 장치 및 방법에 의해 복굴절의 영향을 실질적으로 받지 않고 양호한 광학 성능을 갖는 본 발명의 투영 광학계를 사용하여, 고해상이며 고정밀도의 투영 노광을 실행할 수 있다. 또한, 본 발명의 투영 광학계를 탑재한 노광 장치를 사용하여, 고해상의 투영 광학계를 거친 고정밀도의 투영 노광에 의해, 양호한 마이크로 디바이스를 제조할 수 있다.

Claims (17)

  1. 복수의 투과 부재를 포함하고, 제 1 면의 상을 제 2 면에 투영하는 투영 광학계에 있어서,
    결정 재료로 구성되는 결정 투과 부재를 포함하며,
    상기 결정 투과 부재의 유효 직경을 ED로 하고, 상기 결정 투과 부재의 외경을 LD로 할 때, 상기 결정 투과 부재 중 적어도 하나는,
    0.3 < ED/LD < 0.95 를 만족하는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 결정 투과 부재는 입방정계에 속하는 결정 재료로 형성되고, 또한 상기 결정 투과 부재의 광축과 결정축 [100] 또는 [110]이 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 결정 투과 부재는 형석으로 형성되고, 또한 상기 결정 투과 부재의 광축과 결정축 [100]이 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 결정 투과 부재의 상기 외경에 있어서의 가장자리 두께는 5㎜ 이상인 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 결정 투과 부재의 상기 외경에 있어서의 가장자리 두께는 5㎜ 이상인 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  6. 복수의 투과 부재를 포함하고, 제 1 면의 상을 제 2 면에 투영하는 투영 광학계에 있어서,
    형석으로 구성되고, 그 광축과 결정축 [100]이 일치하도록 형성된 형석 부재를 포함하며,
    상기 투영 광학계 내에 포함되는 모든 투과 부재 중, 최대 외경을 갖는 투과 부재의 외경을 XD로 하고, 상기 형석 부재 중, 최대 외경을 갖는 형석 부재의 외경을 D1이라 할 때,
    0.1 < D1/XD < 0.8 을 만족하는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  7. 복수의 투과 부재를 포함하고, 제 1 면의 상을 제 2 면에 투영하는 투영 광학계에 있어서,
    형석으로 구성되고, 그 광축과 결정축 [110]이 일치하도록 형성된 형석 부재를 포함하며,
    상기 투영 광학계 내에 포함되는 모든 투과 부재 중, 최대 외경을 갖는 투과 부재의 외경을 XD로 하고, 상기 형석 부재 중, 최대 외경을 갖는 형석 부재의 외경을 D2로 할 때,
    0.1 < D2/XD < 0.8을 만족하는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  8. 복수의 투과 부재를 포함하고, 제 1 면의 상을 제 2 면에 투영하는 투영 광학계에 있어서,
    형석으로 구성되고, 그 광축과 결정축 [100]이 일치하도록 형성된 형석 부재를 포함하며,
    상기 형석 부재 중, 상기 형석 부재의 총수의 70% 이상의 형석 부재는 상기 투영 광학계의 초점 위치 근방에 배치되는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 형석 부재는 그 광축과 결정축 [100]이 일치하도록 형성된 제 1 형석 부재와, 그 광축과 결정축 [100]이 일치하도록 형성된 제 2 형석 부재를 포함하고,
    상기 제 1 형석 부재와 상기 제 2 형석 부재는 결정축 [100]과는 다른 결정축이 상기 광축을 중심으로 하여 상대적으로 45도만큼 회전하도록 위치 결정되는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 형석 부재의 유효 직경을 ED로 하고, 상기 형석 부재의 외경을 LD로 할 때, 상기 형석 부재 중 적어도 하나는,
    0.3 < ED/LD < 0.95 를 만족하는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 형석 부재의 유효 직경을 ED로 하고, 상기 형석 부재의 외경을 LD로 할 때, 상기 형석 부재 중 적어도 하나는,
    0.3 < ED/LD < 0.95 를 만족하는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 결정 투과 부재의 상기 외경에 있어서의 가장자리 두께는 5㎜ 이상인 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 투영 광학계 내에 포함되는 모든 투과 부재 중, 최대 외경을 갖는 투과 부재의 외경을 XD로 하고, 상기 형석 부재 중, 최대 외경을 갖는 형석 부재의 외경을 D1이라 할 때,
    0.1 < D1/XD < 0.8 을 만족하는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  14. 복수의 투과 부재를 포함하고, 제 1 면의 상을 제 2 면에 투영하는 투영 광학계에 있어서,
    형석으로 구성되고, 그 광축과 결정축 [110]이 일치하도록 형성된 형석 부재를 포함하며,
    상기 형석 부재 중, 상기 형석 부재의 총수의 70% 이상의 형석 부재는 상기 투영 광학계의 초점 위치 근방에 배치되는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 형석 부재는 그 광축과 결정축 [110]이 일치하도록 형성된 제 1 형석 부재와, 그 광축과 결정축 [110]이 일치하도록 형성된 제 2 형석 부재를 포함하고,
    상기 제 1 형석 부재와 상기 제 2 형석 부재는 결정축 [110]과는 다른 결정축이 상기 광축을 중심으로 하여 상대적으로 90도만큼 회전하도록 위치 결정되는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  16. 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하기 위한 조명계와, 상기 마스크에 형성된 패턴의 상을 제 2 면에 설정된 감광성 기판상에 형성하기 위한 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 기재된 투영 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는
    노광 장치.
  17. 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하고, 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 기재된 투영 광학계를 거쳐 상기 마스크에 형성된 패턴의 상을 제 2 면에 설정된 감광성 기판상에 투영 노광하는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
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