KR100965330B1 - 적어도 한 개의 액체 렌즈를 가진 마이크로리소그래피 투사대물렌즈로서의 대물렌즈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동작 파장에 대한 마이크로리소그래피 투사 대물렌즈로서 디자인된 대물렌즈에 관한 것이다. 대물렌즈는 조정가능한 최대 이미지측 개구수(NA)와, 굴절율 nL의 투명 고체, 특히 글래스 또는 크리스탈로 형성된 적어도 한 개의 제1렌즈와, 굴절율 nF의 투명 액체로 형성된 적어도 한 개의 액체 렌즈(F)를 갖는다. 동작 파장에서 제1렌즈는 대물렌즈의 모든 고체 렌즈들의 최대 굴절율 nL을 가지며, 적어도 한 개의 액체 렌즈(F)의 굴절율 nF는 제1렌즈의 굴절율 nL보다 크고, 개구수(NA)의 값은 1 보다 크다.
Figure R1020067010627
마이크로리소그래피 투사 대물렌즈, 액체 렌즈, 굴절율, 개구수

Description

적어도 한 개의 액체 렌즈를 가진 마이크로리소그래피 투사 대물렌즈로서의 대물렌즈{Objective as a microlithography projection objective with at least one liquid lens}

2003년 12월 15일 출원된 미국 출원 10/734,623호, 2004년 5월 28일 출원된 국제출원 PCT/EP2004/005816호, 2003년 12월 19일 출원된 미국 출원 60/530,623호, 2003년 12월 22일 출원된 미국 출원 60/530,978호, 2003년 10월 15일 출원된 유럽 출원 03256499.9호, 2004년 2월 13일 출원된 미국 출원 60/544,967호, 2004년 7월 29일 출원된 미국 출원 60/592,208호, 2004년 5월 4일 출원된 미국 출원 60/567,006호, 2004년 7월 27일 출원된 미국 출원 60/591,775호 및 2004년 9월 24일 출원된 미국 출원 60/612,823호는 본원에 참조로서 포함된다.

본 발명은 마이크로리소그래피 투사 대물렌즈로서 디자인된 대물렌즈에 관한 것이다. 본 발명에 따른 대물렌즈는 투명한 액체로 만들어진 적어도 한 개의 액체 렌즈를 구비한다.

다양한 디자인의 마이크로리소그래피 투사 대물렌즈들이 알려져 있다.

모든 결상 시스템(imaging system)에 있어서, 최소 분해가능 구조 폭(smallest resolvable structural width)은 이미지 평면에서의 개구수(NA: numerical aperture)에 비례한다.

또한, 이것은 광이 이미지 평면 상에 입사하기 위하여 통과하는 매질의 굴절율(nr)과 입사각에 비례한다.

대략 1.0의 굴절율을 갖는 가스(공기, 질소, 헬륨 등) 또는 진공을 가진 소위 건식 대물렌즈들(dry objectives)과 비교하여, 실질적으로 더 큰 굴절율을 가진 매질, 특히 액체는 액침 시스템(immersion system)에서 이 매질로서 사용된다.

예컨대, 193nm의 파장에 대하여 알려진 바에 따르면 물은 nH2O = 1.44의 굴절율을 갖는다.

1.6보다 훨씬 더 큰 굴절율을 가진 고 굴절율 렌즈들은 365nm보다 큰 파장에서의 마이크로리소그래피에 사용되어 왔으나 248nm, 195nm, 157nm와 같은 실용적으로 적절한 파장에서는 사용할 수 없었는데, 이는 그것들이 충분히 투명하지 않는 등의 문제점들 때문이었다. 사파이어로 만들어진 렌즈들은 고굴절율을 갖지만 복굴절성이기 때문에 이를 복잡한 방법으로 보상해야만 하여 제한적으로만 사용가능하였다.

발명자는 가능한 이미지측 개구수(NA)가 이미지 평면 이후의 곡면을 가진 광학 요소의 굴절율에 의하여 제한된다는 것을 발견하였다.

그러한 요소는 액침 액체로서 동시에 작용할 수도 있는 액체 렌즈로서 제공될 수 있는데, 상세하게는 평행평면분리판(plane-parallel separation plate)을 갖거나 갖지 않은 액체 렌즈로서 제공될 수 있다. 그러나 만일 그것의 굴절율 nF가 대물렌즈에 사용된 고체 렌즈들의 굴절율 nL보다 작다면, 달성가능한 개구수(NA)는 여전히 더 작아 NA < nF 가 된다.

nL = 1.56 의 석영유리로 만들어진 렌즈들 및 액침으로서 물을 가진 193nm 대물렌즈와 nF = 1.44 의 액체 렌즈의 경우 차이는 상당하다.

본 발명에 따르면, 대물렌즈에서의 각 고체 렌즈의 굴절율 nL 보다 큰 굴절율 nF 를 가진 적어도 한 개의 액체 렌즈의 사용이 대물렌즈에서 이루어진다. 청구항 1의 의미에서의 (대물렌즈에서 임의의 바람직한 위치에 배열되는) 제1렌즈는 대물렌즈에서 사용되는 가장 큰 굴절율의 고체 렌즈 재료로 만들어진 렌즈이다. 하기 실시예들에서 설명되는 것과 같이, 액체 렌즈 또는 액체 렌즈들을 제외한 모든 렌즈들은 많은 경우 동일한 고체 재료로 이루어진다.

248nm, 193nm, 157nm의 동작 파장을 가진 마이크로리소그래피 투사 대물렌즈용으로 확립된 석영유리 또는 칼슘 플루오라이드로 만들어진 렌즈들에 관하여, 액체들, 예컨대 nF = 1.6, nF = 1.65 또는 nF = 1.8을 가진 액체들이 적합하다.

플루오라이드화물 결정인 BaF2, SrF2, LiF, NaF 등과 같은 원적외선(DUV) 및 진공 자외선(vacuum UV)에 대해 알려진 다른 렌즈 재료에 대한 대응하는 결과도 있다.

비록 마이크로리소그래피에서의 적용을 위한 액침 액체에 대한 많은 발전이 있었지만, 적어도 원리적으로는 H2SO4(황산), H3PO4(인산) 및 그것들의 H2O(물)에서의 용해상태가 193nm에서 적합한 투과도를 갖는 1.5 내지 1.8의 조정가능한 굴절율의 결과를 가져온다는 것은 명백하다. 더욱이, 이 물질들의 부식 작용은 중동위원소(重同位元素, heavy isotope), 특히 중수소의 치환을 통해 상당히 감소시킬 수 있다. 이는 특히 미국 특허출원 제60/568,006호에 개시되어 있다.

고체인 광학 요소들 상에 부식 방지층이 구비될 수도 있다. 이는 특히 미국 특허출원 제60/530,623호에 개시되어 있다.

따라서, 청구항 1에 개시된 특징을 가진 대물렌즈는 매우 유용하다. 건식 대물렌즈에서는 가능하지 않은, 1보다 큰 이미지측 개구수(NA)를 가진 마이크로리소그래피 투사 대물렌즈는, 고체 렌즈들의 굴절율보다 큰 굴절율을 가진 액체 렌즈를 이용하였을 시 그 광학적 디자인 및 보정 가능성의 관점에 있어서 실질적으로 자유롭다. 다른 물질로 형성된 렌즈들에 대해, 이러한 렌즈들의 가장 큰 굴절율을 초과한다. 평행평면판(plane-parallel plate), 특히 예컨대 사파이어로 형성된 종판(end plate)은 이 경우 더 큰 굴절율을 가질 수 있다.

대물렌즈들은 통상적으로 특정한 동작 파장에 대해 보정되며 이 파장들에서만 합리적으로 작동할 수 있다. 모든 물질들의 굴절율은 파장에 따라 변하며, 여기서 기저로서 사용되는 것은 통상적으로 동작 파장에 대한 값이다. 상이한 파장의 광이 대물렌즈를 통과할 수도 있는데, 예컨대 측정을 위한 목적으로 통과할 수도 있다.

본 발명을 기초로 하여 모든 고체 렌즈의 굴절율nL보다 큰 개구수(NA)를 가진 대물렌즈를 디자인할 수 있다는 사실을 발견하였다. 이것은 청구의 범위 제2항에 반영되어 있다.

액체 렌즈는 동시에 액침일 수 있는데, 다시 말하자면 노출될 물체와 접촉할 수 있다. 또는, 투명한 고체로 만들어진 광학 요소, 특히 단부 플레이트(end plate)가 그 사이에 배열되는 것도 가능하다.

액체 렌즈 액체 및 물체에서의 액침의 액체는 다음과 같은 다양한 조건에 적합하게 될 수 있으며 그에 따라 선택될 수 있다:

-액침의 경우:

-스텝-앤드-스캔(step-and-scan)을 위한 신속한 이동

- 리지스트와 같은 웨이퍼의 물질과 접촉

- 공기와 접촉

- 노광 후의 웨이퍼 처리를 위한 세정 필요

- 액체 렌즈의 경우:

- 인접한 고체 렌즈의 재료와 접촉

액체 렌즈의 굴절율 nF 및 액침의 굴절율 nr은 달성가능한 개구수(NA)에 대한 하한들이기 때문에, nf = nr이 바람직한 것은 당연하다.

고굴절율 nF의 액체 렌즈에 의해 의한 달성할 수 있는 개구수(NA)가 증가하는 효과는 상기 렌즈가 이미지측 상의 최종 곡면 광학 요소일 때 최대가 된다.

이 경우 실질적으로 반구형인 최종 렌즈들이 바람직하다는 것이 증명되었는데, 그 경우 광의 입사각이 렌즈 표면에 걸쳐서 상대적으로 경미하게 변하여 곡면(curved surface)에 대해 거의 수직으로 유지되기 때문이다. 따라서 전반사의 임계각을 효과적으로 방지할 수 있다.

대물렌즈에서의 중간 이미지들은 렌즈 직경들이 작게 유지될 수 있도록 하는 척도(measure)이다. 마이크로리소그래피 투사 대물렌즈에 적합한 품질로 다듬질 가공된(finish-machined) 렌즈들 및 렌즈 재료의 가격 및 이용가능성은 더 작은 직경에서 매우 실질적으로 경감된다.

따라서, (렌즈에 대하여 정의된 미국 분류 359/642 에서를 제외하고) 여기서 그것은 또한 정확히, 대물렌즈로 표시된, 중간 이미지(심지어는 복수개의 이미지들)를 갖는 광학 시스템들이라는 것을 지적해야만 한다. 본 발명에 적합한 대물렌즈들의 디자인들은 그중에서도 특히 미국 특허출원 제60/544,967호, 미국 특허출원 제60/592,208호 및 미국 특허출원 제60/591,775호에 개시되어 있다.

필드 편평화(field flattening)는 그러한 대물렌즈에 있어서 중요한 문제인데, 이는 페츠발 합(Petzval sum)의 최소화와 등가의 문제이다.

이것뿐만 아니라 색 보정(색수차보정)을 위하여, 렌즈들 외에 적어도 한 개의 곡면 거울을 구비하는 반사굴절 시스템으로서의 디자인이 바람직하다. 음의 렌즈와 오목 거울의 조합이 색 보정에 특히 효과적이다. 색 보정에 대한 다른 가능성은 미국 특허출원 제60/530,978호에 개시되어 있다. 반사굴절 시스템은 종종 접이식 거울(folding mirror)을 가짐으로써, 거울에 입사한 광 빔이 그곳으로부터 되돌아가는 빔으로부터 분리되도록 하는 것을 가능하게 한다. 그러한 시스템들에 대해서는 후술하며, 그러한 시스템들은 본원에 포함된다.

그러나 광학 시스템의 모든 표면들은 모든 거울들이 곡면일 때 보정에 있어서 효과적이다. 특히 이것은 짝수의, 특히 2 개의 곡면 거울로 가능하다. 이 경우 전체 대물렌즈가 공통 대칭축을 따라 구성되는 것이 가능한데, 여기서 공통 대칭축에 대해 모든 거울 및 렌즈 표면들이 회전대칭 형상을 나타내어 광이 통과한다. 그러나 거울들의 영역에 있어서 (그리고 적절하다면 인접한 렌즈들의 영역에 있어서) 비대칭 가장자리가 존재한다. 대물렌즈의 설치 공간뿐만 아니라 조정 및 진동 저항 역시 공통 대칭축에서 이득을 본다.

이 경우 대물렌즈가, 대물렌즈의 이미지측 단부에 배열된 이미지측 대물렌즈 부분과, 대물렌즈의 물체측 단부로부터 이미지측 단부로 이동하는 광의 방향에 있어서 이미지측 대물렌즈 부분 이전에 위치하는 중간 대물렌즈 부분을 구비하는 것이 바람직하다. 달리 정의되지 않는다면, 이 방향이 대물렌즈의 구성요소 위치를 정의할 시의 기준이다. 중간 대물렌즈 부분은 거울들을 포함하며 예컨대 도 1 내지 도 3에서처럼 반사광학적으로(catoptrically) 디자인될 수 있고, 또는 다른 실시예들에서와 같이 반사굴절식으로(catadioptrically) 디자인될 수 있다. 순수하게 굴절성인 이미지측 대물렌즈 부분은 최대의 개구를 제공하며 액체 렌즈를 구비한다.

놀랍게도, 이 이미지측 대물렌즈 부분의 동공(pupil)이 이미지 평면에 대하여 수렴하는 빔 경로의 영역에 위치하거나, 또는 제11항에 기재된 것과 같이 상기 동공이, 사용된 최대 직경의 렌즈와 이미지 평면 사이에 위치하는 것으로 밝혀졌다.

이 영역에서, 큰 개구수(NA)에 따라 이미지 평면에서 큰 입사각을 갖도록 하기 위하여 요구되는 강한 양의 굴절력이, 이미지측이 오목한 복수개의 양의 메니스커스 렌즈들에 걸쳐 분포된다. 색수차 및 페츠발 합 증가가 그것에 의해 감소된다.

본 발명에 따른 액체 렌즈 이전에 위치하며 액체 렌즈의 물체측 표면을 정의하는 고체 렌즈가, 중심 두께(표에서의 "두께")가 두 개의 렌즈 표면들의 곡률 반경(표에서의 "반경")의 차이보다 작은 메니스커스 렌즈들이어야만 한다는 것을 본 발명자들이 확립하였다. 근축 영역에서 음의 굴절력을 갖는 그러한 메니스커스 렌즈는, 표면에의 수직선보다 더 경사져서 빔이 입사하는 외측 영역에서 양의 굴절력으로 작용하는 전이부를 만든다.

대물렌즈가, 대물렌즈의 물체측 단부에 배치되어 중간 대물렌즈 부분의 물체측 상에 중간 이미지를 생성하는, 물체측 대물렌즈 부분을 구비하는 것이 바람직하다.

이것은 그중에서도 특히 거울들 이후의 광 다발(light bundle)의 통과를 구성함에 있어서 더 큰 자유도를 갖도록 하며, 공기 공간에 위치할 수 있어 따라서 렌즈를 조이는 개구 조리개(aperture diaphragm)로서 작용하는 부가적인 조리개 위치를 제공한다.

본 발명에 따른 일 실시예에서, 이 조리개 평면 이전에 강하게 변조된 비구면 형상을 가진 낮은 굴절력의 렌즈들을 제공하는 것이 바람직하며, 이 조리개 평면 직후에 조리개측이 오목한 크게 휜 메니스커스 렌즈를 제공하는 것이 바람직하다는 것이 설명될 것이다.

그러한 고해상도의 마이크로리소그래피용 고개구율 투사 대물렌즈들이 비구면 렌즈들의 사용을 필요로 한다는 것은 명백한데, 이미지 보정에 대한 필수적인 매개변수들이 그것에 의하여 제공되기 때문이다.

매우 강한 비구면 렌즈들의 예시적인 실시예들에 있어서 또한 신중해야 하며, 구면으로부터 그러한 편차는 광축으로부터의 거리에 대하여 단조적인 프로파일을 나타내지 않는다.

전술한 바와 같이, 그러한 비구면 렌즈들은 물체측 대물렌즈 부분에 있어서 특히 유용하다.

더욱이, 이미지측 대물렌즈 부분에 있어서 몇몇 양의 렌즈들은 강한 비구면 렌즈들의 적합한 정렬의 결과를 특히 가져온다. 이러한 양의 렌즈들은, 중간 이미지 근방에 배열된 음의 렌즈들과, 광 다발들의 직경의 최대값이 존재하는 렌즈에서의 광 다발의 배(belly) 사이의, 광 다발 직경이 급격하게 증가하는 영역에 위치한다.

후술하는 실시예들은 실험적인 결과들의 일부이다. 그러나 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원 실시예들로부터 본원 실시예들과 비교하여 대물렌즈의 디자인 등을 변경할 수 있을 것이다.

각 실시예의 다양한 디자인들은 이를 명확하게 할 것이며, 또한 상호 또는 다른 공지의 디자인과 결합될 수도 있다.

도1 내지 도 6은 본 발명에 따른 대물렌즈의 실시예의 자오 부분(meridian section)을 각각 도시하는 단면도들이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 6에 있어서, 주변 광선(marginal ray)과 주 광선(principal ray)은 축으로부터 가장 가까운 물체 지점 및 가장 먼 지점에 대해 도시되어 있다.

광축 또는 면들의 곡률들의 대칭축은 점선 또는 대시(dash)로 도시되어 있다.

각각의 경우, OB는 물체 평면을 나타낸다. 이것은 표에서의 면 0(SURF 0)에 대응한다. IM은 물체 평면을 나타내며, 각각의 경우 표에서의 가장 큰 번호의 면에 대응한다.

F는 각각 본 발명에 따른 액체 렌즈를 나타낸다.

EP는 선택적인 종판(end plate)을 나타낸다.

AP는 조정가능한 조리개가 배치될 수 있으며 또한 조리개 평면(diaphragm plane)으로 언급될 시스템 개구부의 위치를 나타낸다.

P는 이미지측 대물렌즈 부분에서의 동공(pupil)을 나타낸다.

모든 실시예들은 193.4nm의 동작 파장(ArF 엑시머 레이저)에 대해 디자인되었으며 1:4의 비율로 축소되었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

표 1a 내지 표 6a는 각각 동일한 번호의 도면에 있어서의 디자인 데이터이다. 표 1b 내지 표 6b는 각각 비구면 렌즈 및 거울면들의 비구면 데이터를 상술하는 것으로, 도면에서는 프라임 세 개로 표시되어 있다. 도면은 Optical Research Associates 사의 Optik-Design-Software CODE VTM을 이용하였으며 그 규칙에 따라 도시되었다.

도 1 내지 도 6에 도시된 각 실시예에서, 대물렌즈는 물체측 대물렌즈 부분, 이미지측 대물렌즈 부분 및 중간 대물렌즈 부분을 구비한다. 물체측 대물렌즈 부분은 대물렌즈의 물체측 단부에 위치해 있다. 이미지측 대물렌즈 부분은 대물렌즈의 이미지측 단부에 위치해 있다. 중간 대물렌즈 부분은 물체측 대물렌즈 부분과 이미지측 대물렌즈 부분 사이에 위치해 있다. 실시예들에 있어서 물체측 대물렌즈 부분과 이미지측 대물렌즈 부분은 순수하게 반사성이다. 중간 대물렌즈 부분은 반사광학성(catoptric) 또는 반사굴절성catadioptric)이다.

도 1 내지 도 3의 실시예들에서 개구수(NA)의 값은 1.4이다. 렌즈(F)와 액침의 액체는 동일한 굴절율 nF = nI = 1.65 를 갖는다. 고체 렌즈들의 재료는 굴절율 nL = 1.56 을 갖는 용융된 실리카이다.

물체평면(OB)으로부터 이미지(IM)까지의 거리는 1250 mm으로 통상적인 값이다.

이미지 필드는 26 mm X 5.5 mm이며, 4.66 mm만큼 편심되어 있다. 그러나 보정 상태는 이 이미지 필드의 작동 파장의 mm 당 대략 10 내지 20의 RMS 파면 정밀 도(wavefront error)를 가져온다.

물체측 대물렌즈 부분과 이미지측 대물렌즈 부분의 렌즈들은 공통 대칭축에 대하여 회전 대칭이고, 중간 대물렌즈 부분이 반사광학성일 시의 두 개의 거울들은 특히 축방향으로 대칭인 방식으로 곡면으로 되어 있으나 단부는 비대칭적이다.

대물렌즈의 디자인을 도 1의 실시예에 관하여 더욱 상세하게 설명한다. 대부분의 특징들은 도 2 내지 도 6의 실시예들에 나타나 있지만 도 1에 관해서만 상세하게 설명한다.

물체측 대물렌즈 부분은 스탑-다운 시스템 조리개를 가진 조정가능한 조리개 평면(AP)을 구비한다. 조리개 평면(AP) 이전에는 특히 강하게 변조된 비구면 렌즈(표 1a/1b의 면(7))가 있다. 조리개 평면(AP) 직후에는 조리개 평면(AP)측 상이 오목한 메니스커스 렌즈(표 1a에서 면들(15, 16))가 있다.

중간 대물렌즈 부분은 반사광학성으로 디자인되어 있으며 두 개의 오목 거울들(표 1a에서 면들(23, 24))을 구비한다.

제 2 중간 이미지(IMI2) -중간 이미지들은 보정되지 않으며 이미지 평면을 형성하지 않는다- 직후의 이미지측 대물렌즈 부분은 단일 렌즈 디자인의 양의 렌즈 그룹으로 시작하고, 복수개의 음의 렌즈들로 마디(waist)를 형성하며, 큰 배(belly)를 형성하는 많은 부재들을 가진 양의 렌즈 그룹을 갖는다.

강하게 변조된 비구면 렌즈들(특히 표 1a/1b에서 면(36))은 광 다발의 직경 및 렌즈들의 직경이 증가하는 양의 렌즈 그룹의 최초 영역에 있어서 중요하다. 배(belly)의 중앙은 최대 직경의 렌즈들에 의해 형성된다(표 1a/1b에서 면(41/42), 높이(SEMIDIAM, 렌즈 직경의 절반) 160 mm). 리소그래피 투사 대물렌즈들의 제조는 이 렌즈 직경의 경우 매우 경제적이다. 이미지측 대물렌즈 부분의 동공(P)은, 본 발명에 따른 대물렌즈들의 통상적인 방식으로, 수렴하는 빔 경로에서 이 최대의 렌즈 이후에 위치한다.

도 1의 실시예에서, 액체 렌즈(F)는 면(50)과 이미지 평면(IM, 면(52)) 사이에 형성되며, 동시에 액침이다. 그것은 실질적으로 반구형으로, 반경이 34.6 mm 이고 두께가 30.1 + 3.0 = 33.1 mm이다. 두께에 대한 반경의 비는 1.05이다. 인접한 최종 용융된 실리카 렌즈는 이 경우 메니스커스 렌즈로서, 그 두께는 10 mm로서 반경 66mm - 34mm(면(49, 50))의 차이보다 실질적으로 더 작다.

도 2의 실시예에서, 한번 더 액체 렌즈(F)는 동시에 액침이다. 그러나 이것은 도 1의 액체 렌즈(F)보다 실질적으로 더 평평하다. 오직 최종 용융된 실리카 렌즈와의 조합으로만 액체 렌즈(F)는 대략 반구형 부재를 형성한다.

다소 평탄한 액체 렌즈(F)를 사용함으로써 액체의 교환을 더욱 용이하게 할 수 있다.

액체 렌즈(F)와 액침을 분리하는 평행평면판이 광학적 기능에 대해 임계적이지 않다. 이는 특히 평행평면판의 굴절율이 액체 렌즈(F)의 굴절율 nF 및 액침의 굴절율 nr보다 클 경우에 성립한다.

도 1의 실시예로부터 시작하여, 도 3은 그러한 굴절율 nEP = 1.80의 종판(EP)을 가진 실시예를 도시한다. 두께를 조절함으로써, nEP = 1.92의 사파이어로 형성된 판을 용이하게 대체할 수 있다.

도 4(표 4a/b)의 실시예에서, 중간 대물렌즈 부분에 대해 반사굴절 디자인이 이용되었다.

전술한 실시예들에서와 동일한 개구수(NA), nF, nL 하에서, 이미지 필드는 22 X 5.2 mm로 살짝 벗어나 있고, 5.753 mm으로 더 크게 편심되어 있다.

이 실시예에서 두 개의 평평한 접히는 거울들(FM1(면(21)), FM2(면(31)))이 기하학적 빔 스플리터로써 사용된다. 오목 거울(표 4a/b에서 면(26))과 음의 굴절력을 가진 렌즈들이 측면으로 배열되어 그것들을 통해 광이 두 번 통과한다. 이 렌즈들의 면들(22, 23, 24, 25)은 따라서 표 4a/b에서 참조번호 27, 28, 29, 30으로서 한번 더 존재하는데, 그것들이 광을 두번 굴절시키기 때문이다.

고굴절율 액체 렌즈(F)는 또한 마이크로리소그래피 투사 대물렌즈의 디자인에의 상이한 접근법에서도 사용된다. 도 1에서와 유사한 방식으로, 그것은 면(63)과 면(65) 사이에 물체와 접촉하는 "액침 렌즈"로서 디자인된다.

도 5 및 도 6의 두 개의 실시예들에서 최초로, 사용된 고체 렌즈들의 굴절율(nL)보다 큰 개구수(NA) 1.6을 가진 대물렌즈들이 나타난다. 고체 렌즈들은 nL = 1.56 의 용융된 실리카로 형성된다. 액체 렌즈(F)의 굴절율은 nF = 1.80 이다. 또한, 이 구현예들은 회절-제한 방식에서보다 훨씬 더 보정되는데, 그것들의 이미지 필드는 4.375 mm 편심에서 20 mm X 4 mm 이다. RMS 파면 정밀도는 동작 파장 193.4 mm 의 1/10 이하이다.

여기서, 또한, 물체측 대물렌즈 부분은 순수하게 굴절성이다. 그것은 조절가능한 스톱 다운 조리개 평면(AP)과 조리개 편면(AP) 이전의 강한 비구면 렌즈들을 포함한다. 여기서 이 비구면 렌즈들은 표 5a/b에서의 면들(5, 8)인 두 개의 렌즈들로서 더 낮은 굴절력을 갖지만 더 강한 비구면 형상 편향을 더 강하게 변조하는 렌즈들이다. 이 비구면 렌즈들 이후에는 유사하게 곡면의 메니스커스 렌즈(표 5a/b에서 면들(10, 11))이 배열된다.

중간 대물렌즈 부분은 한번 더 (도 1 내지 3에 유사한) 두 개의 오목 거울들을 가진 편장(偏長, prolate)한 반사굴절 대물렌즈이지만, 여기서는 제 2 중간 이미지(IMI2) 이전의 양의 필드 렌즈(표 5a에서 면들(20, 21))를 갖는다.

양의 필드 렌즈는 도 1 내지 도 3에 나타난 이미지측 대물렌즈 부분에서의 양의 제 1 렌즈 그룹을 대체한다.

따라서, 이미지측 대물렌즈 부분은 음의 렌즈 그룹으로 시작하며 멀티렌즈 양의 렌즈 그룹으로 배(belly)를 형성한다. 도 5의 실시예에서, 가장 큰 렌즈 직경은 표 5a에서 알 수 있는 바와 같이 렌즈들(30/31, 32/33)에서 165mm에 달한다. 이미지 평면(IM)에 대해 오목한 복수개의 양의 메니스커스 렌즈들은 이 렌즈들 이후에 배열된다. 이미지측 대물렌즈 부분의 동공(P)은 이 메니스커스 렌즈들의 영역에 있다. 이미지측 상의 최종 용융된 실리카 렌즈(표 5a에서 면들(40, 41))는 한번 더 근축 영역에서 음의 굴절력을 갖는다. 이 렌즈는 이미지측 상에 오목한 면을 갖는 메니스커스 렌즈로 형성되며 두께는 8.9 mm로서 따라서 반경들(58.8 mm - 37.9 mm)의 차인 21 mm보다 작다.

도 5의 실시예에서 액체 렌즈(F)는 동시에 액침이고, 따라서 이미지 평면(IM)과 물체와 인접하며, 물체는 그 내부에 노출되도록 배치된다. 이 물체는 예컨대 웨이퍼일 수 있다. 구면(41)의 반경은 37.8 mm이고 따라서 두께 45.8 mm보다 작다.

입사각의 사인값은 모든 면들에서 0.89보다 작다. 반사굴절 중간 대물렌즈 부분은 확대시키는 렌즈이다. 오목 거울들에서의 입사각의 사인값은 0.45 이하이다.

도 6 및 표 6a/b의 실시예는 사파이어로 형성된 3.0 mm 두께의 종판(EP)을 구비한다. 액체 렌즈(F)는 여기서 표 6a의 면들(42, 43) 사이에 형성된다. 그것들의 두께는 40.2 mm이고 반경은 38.1 mm 이다. 두께는 따라서 반경의 105 % 이다.

따라서, 고굴절율의 액체 렌즈들(F)이 최고의 개구수의 고품질 투사 대물렌즈들의 디자인을 가능하게 한다는 것을 알 수 있다.

당업자라면 상기와 같은 사항들을 이용하여 대물렌즈 디자인에 있어서 상이한 종류의 접근법을 개발하기 위하여 다양한 접근법 등을 이용할 수 있을 것이다.

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본 발명에 따른 대물렌즈를 이용함으로써, 광학적 디자인 및 보정이 용이한 마이크로리소그래피용 투사 대물렌즈를 제조할 수 있다.

Claims (24)

  1. 동작 파장에 대한 마이크로리소그래피 투사 대물렌즈로 디자인된 대물렌즈로서,
    - 최대 조정가능한 이미지측 개구수(NA)를 가지며,
    - 굴절율 nL을 가진, 투명한 고체로 형성된 적어도 한 개의 제1렌즈를 가지고,
    - 굴절율 nF를 가진 투명 액체로 형성된 적어도 한 개의 액체 렌즈(F)를 가지며,
    동작 파장에서
    - 제1렌즈는 대물렌즈의 모든 고체 렌즈들의 최대 굴절율 nL을 가지고,
    - 적어도 한 개의 액체 렌즈(F)의 굴절율 nF는 제1렌즈의 굴절율 nL보다 크며,
    개구수(NA)의 값은 1보다 큰 대물렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    동작 파장에서 굴절율 nF 및 nL과 개구수(NA)는 nF > NA > nL 의 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    동작 파장에서 개구수(NA) ≥ 1.4 인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 한 개의 액체 렌즈(F)는 이미지측 상의 최종 곡면 광학 요소인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    평행평면판(plane-parallel plate)이 적어도 한 개의 액체 렌즈(F)와 대물렌즈의 이미지 평면(IM) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  6. 제5항에 있어서,
    동작 파장에서 평행평면판의 굴절율(nEP)은 적어도 한 개의 액체 렌즈(F)의 굴절율(nF)보다 큰 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 한 개의 액체 렌즈(F)는 반구형인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    한 개 또는 두 개의 중간 이미지들을 나타내는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    반사굴절성인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    대물렌즈의 이미지측 단부에 배열된 이미지측 대물렌즈 부분을 포함하며, 상기 이미지측 대물렌즈 부분은 굴절성인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  11. 제10항에 있어서,
    이미지측 대물렌즈 부분의 동공(P)은 횡단하는 광 다발이 최대 직경을 갖는 렌즈와 이미지 평면(IM) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    이미지측 상에 오목한 형상을 갖는 양의 굴절력의 복수개의 메니스커스 렌즈들이 적어도 한 개의 액체 렌즈(F) 이전에 있는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    스톱-다운 시스템 개구부가, 대물렌즈의 물체측 단부에 위치한 물체측 대물렌즈 부분에 배열되는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    동작 파장에서 적어도 한 개의 액체 렌즈(F)의 굴절율(nF)이 1.4보다 큰 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    모든 굴절면 또는 반사면들이 공통축에 대해 회전 대칭인 반사굴절 대물렌즈인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    복수의 거울들을 포함하는 반사굴절 대물렌즈이며, 모든 거울들이 곡면인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    반사광학(catoptric) 또는 반사굴절(catadioptric) 대물렌즈 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    오목 거울과 음의 렌즈를 가진 반사굴절 대물렌즈 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    액침 대물렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    물체가 이미지 평면에 배열되면, 적어도 한 개의 액체 렌즈(F)는 이미지 평면(IM) 및 물체에 접하는 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  21. 제1항에 있어서,
    투명 고체로 형성된 물체측 최종 요소를 포함하고, 굴절율 nI > 1.1 을 가진 투명 매질이 상기 요소와 이미지 평면(IM) 영역의 물체 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  22. 제21항에 있어서,
    동작 파장에서 nI = nF 인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  23. 제21항에 있어서,
    동작 파장에서 nI ≥ nL 인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
  24. 제21항에 있어서,
    제1렌즈 또는 다른 고체 렌즈의 재료는 CaF2, BaF2, SrF2, LiF, NaF를 포함하는 플루오라이드화물 모노크리스탈 및 용융 실리카의 그룹으로부터의 재료인 것을 특징으로 하는 대물렌즈.
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