KR19980024145A - 투영광학계 및 노광장치 - Google Patents

투영광학계 및 노광장치 Download PDF

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KR19980024145A
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신타로 구도
유타카 스에나가
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요시다 쇼이치로
니콘(주)
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Abstract

본 발명은 입사동공과 사출동공을 거의 무한원에 위치시키는 소위 양측 텔레센트릭인 광학계로 하면서도 넓은 노광범위에서의 상면 편탄성을 확보하기 위한 페츠발합의 보정과 미세한 패턴을 고해상으로 전사하게 위한 큰 NA의 광속에 대한 여로 수차의 양호한 보정과의 양립을 실현시킬 수 있는 고성능인 투영광학계를 제공한다. 해결수단은 제 1 물체 R의 상을 제 2 물체 W상에 투영하는 투영광학계 PL에 있어서, 제 1 물체 R측으로부터 차례로 정(正)의 파워의 제 1 렌즈군 G1과, 정의 파워의 제 2 렌즈군 G2과, 부(負)의 파워의 제 3렌즈군 G3과, 정의 파워의 제 4 렌즈군 G4과, 부위 파워의 제 5 렌즈군 G5과, 정의 파워의 제 6 렌즈군 G6을 가지며, 또한 소요의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.

Description

투영 광학계 및 노광장치
본 발명은 제 1 물체상의 패턴을 제 2 물체로서의 기판 등에 투영하기 위한 투영광학계에 관한 것이며, 특히, 제 1물체로서의 레티클(마스크)상에 형성된 반도체용 또는 액정용의 패턴을 제 2 물체로서의 기판(웨이퍼, 플레이트등)상에 투영 노광하는데 호적한 투영광학계에 관한 것이다.
근래, IC, LSI 등의 집적회로 패턴 전사엔 주로 축소 투영노광장치가 쓰이고 있다. 이 장치에 쓰이는 투영광학계엔 최근의 집적회로의 고집적화에 따라 넓은 노광영역과 그 노광영역 전체에 걸쳐 있는 것보다 높은 해상력이 요구되어 있다. 투영광학계의 해상력의 향상에 대해선 노광파장을 보다 짧게하든가 또는 투영광학계의 개구수(NA)를 크게하는 것을 고려할 수 있다.
노광파장의 단파장화에 관해선 현재 광원으로서 주로 쓰이고 있는 수은 램프의 자외역 스펙트럼의 g선(436nm)이나 i선(365nm)을 대신해서 차세대로 향해서 KrF 엑시머레이저(248nm)이나 ArF 엑시머레이저(193nm)등이 주목되어 있다. 그리고, 이 상의 각종의 노광파장의 빛에 의해서 레티클상의 패턴을 웨이퍼상에 투영노광하기 위한 투영광학계가 제안되어 있다.
넓은 노광영역을 달성하기 위해선 투영광학계인 기인하는 상면 만곡의 보정이 빠져선 안되며 그 필요조건으로서 페츠발 합을 충분히 작게 해야 된다. 그러나 현실적인 노광장치의 전체의 크기의 제약 등에서 투영광학계의 전장(물상간 거리)이 제한되므로 해상력의 향상에 관한 NA를 크게할때, 페츠발합의 보정과 넓은 노광 영역 전체에서의 코마 수차 등의 다른 수차의 보정과의 양립은 용이하지 않다.
또, 상기 항목과 더불어 상왜곡의 저감이 중요하다. 여기에서 말하는 상왜곡은 투영광학계에 의한 디스토션(왜곡수차)외에 중첩 노광시의 투영 배율 오차를 포함한다. 투영배율 오차를 저감시키기 위해 일반적으로 이것들의 투영 광학계에선 상면인 웨이퍼의 평탄도나 회로 패턴 전사시의 포커스 에러 등, 광축방향의 오차에 기인하는 투영배율의 변화를 무시할 수 있게, 사출 동공이 실질적으로 무한원에 소위 상측 텔레센트릭한 광학계일 수가 많다. 그러나 오늘날에는 회로 패턴의 미세화가 진전됨에 따라서 물체측에서의 마스크의 평탄도 등도 무시할 수 없게 되어 있고 물체측, 상측의 양측 텔레센트릭한 광학계가 제안되고 있다. 이 예로선 특개소 63-118115호, 특개평 4-157412호, 특개평 5-173065호 등의 것이 있다.
이상의 각 특허공보에서 제안된 광학계 중에 물체측, 상측의 양측 텔레센트릭한 투영광학계가 개시되어 있다.
그러나, 이상의 각 특허공보에서 제안되어 있는 양측 텔레센트릭 투영 광학계에선 해상력에 기여하는 개구수(NA)가 충분히 크지 않고 또한 페츠발 합과 다른 수차의 보정과의 양립이 충분히 이루어지고 있지 않았다.
본 발명은 이 상의 문제점을 감안하여 이루어진 것이며 입사동공과 사출동공을 거의 무한원에 위치시키는 소위 양측 텔레센트릭한 광학계로 하면서도 넓은 노광범위에서의 상면 평탄성을 확보하기 위한 페츠발 합의 보정과 미세한 패턴을 고해상으로 전자사하기 위한 큰 NA의 광속에 대한 제수차의 양호한 보정과의 양립을 실현시킬 수 있는 고성능인 투영광학계를 제공하는 것을 과제로 하고 있다.
상기 과제를 달성하기 위해서 본 발명에 간한 투영광학계는 물체측에서 차례로, 정의 파워의 제 1 렌즈군, 정의 파워의 제 2 렌즈군, 부위 파워의 제 3 렌즈군, 정의 파워의 제 4 렌즈군, 부위 파워의 제 5 렌즈군, 및 정의 파워의 제 6 렌즈군을 적어도 갖고 있다. 그리고,
L: 제 1 물체에서 제 2 물체까지의 거리(물상간거리)
En: 가장 제 1 물체측의 렌즈면(제 1 렌즈면)의 정점에서 입사 동공까지의 거리
Ex: 가장 제 2 물체측(상측)의 렌즈면(최종렌즈면)의 정점에서 사출동공까지의 거리.
β: 투영광학계의 투영배율
f1: 제 1 렌즈군의 초점거리
bf1: 제 1 렌즈군의 가장 제 2 물체측의 렌즈면의 정점에서 제 1 렌즈군의 후측(제 2 물체측)초점까지의 거리
f3: 제 3 렌즈군의 초점거리
f4: 제 4 렌즈군의 초점거리
f5: 제 5 렌즈군의 초점거리
f6: 제 6 렌즈군의 초점거리로 할때,
(1)
(2)
1.0 bf1/f11.5(3)
(4)
(5)
0.6f6/f41.3(6)
인 각 조건을 만족하게 구성한 것이다.
본 발명에 의한 투영광학계에선 물체측, 상측의 양측을 거의 텔레센트릭한 광학계로 하므로서 물체면이나 상면의 휨등의 광축방향의 어긋남에 의한 상왜곡을 무시할 수 있는 양으로 하는 대책이 취해지고 있다. 따라서, 광축방향의 어긋남에 의한 상 왜곡을 무시할 수 있을 정도의 실질적인 텔레센트릭한 광학계로 하기 위해서 사기 조건(1)과 (2)를 만족할 필요가 있다.
조건식 (1)은 입사동공위치를 규정한 것이다. 여기에서 말하는 입사동공위치는 교축 AS 보다 제 1 물체측에 배치된 광학계에 의한 교축 AS의 근축영역에 있어서의 상위치를 광학계의 제 1 물체측의 제 1 렌즈면 정점으로부터 측정한 거리이다. 조건식(1)을 만족하지 않으면 제 1 물체면의 휨 등에 의한 상면상에서의 상왜곡이 무시할 수 없게 된다.
마찬가지로 조건식(2)은 사출동공위치를 규정한 것이다. 조건식(2)을 만족하지 않으면 상면인 웨이퍼 등의 제 2 물체의 평탄도나 회로 패턴 전사시의 포커스에러 등, 광축방향의 오차에 의한 상면상에서의 상왜곡을 무시할 수 없게 된다.
또, 정의 파워의 제 1 렌즈군은 제 1 물체측을 텔레센트릭한 광학계로 유지하는 동시에 페츠발 합을 보정하기 위해서 상기 조건(3)을 만족해야 된다.
조건식(3)페츠발합을 양호하게 보정하기 위해서 제 1 렌즈군의 역망원계 파워배치의 정도를 규정하고 있다. 조건식(3)의 하한을 넘어서면 제 1 렌즈군의 후측주점이 제 1 물체에 지나치게 접근되며, 제 1 물체에 가까운 위치에 적절한 부의 파워를 배치할 수 없게 되며, 페츠발합을 양호하게 보정하는 것이 곤난해진다. 반대로, 조건식(3)의 상한을 넘어서면 페츠발합의 보정엔 적합하지만 제 1 물체에 가까운 위치에 배치된 부의 파워가 상대적으로 지나치게 강해지며 왜곡을 양호하게 보정할 수 없게 된다. 또한, 하한 값을 1.03으로 하고 상한값을 1.40으로 하므로서 더욱 좋은 결과가 얻어진다.
또, 제 1 렌즈군은 물체측에서 차례로 부위 파워, 정의 파워로 되는 역망원계의 파워배치로 하는 것이 바람직하다. 이같은 역망원계의 파워배치로 하므로서 광속이 완만하게 구부러지게 되며 고차수차의 발생을 억제할 수 있다.
제 1 레즈군에 계속하는 정의 파워의 제 2 레즈군을 주로 왜곡을 보정하고 있다. 구체적으로는 이 정의 파워의 제 2 렌즈군에 의해서 정의 왜곡을 발생시키고, 제 1 렌즈군의 오목면과 부위 파워의 제 3 렌즈군에 의해서 발생하는 부의 왜곡을 균형있게 보정하고 있다.
부의 파워의 제 3 렌즈군과 부의 파워의 제 5 렌즈군은 주로 페츠발 합을 보정하고 있다. 여기에서 상기 조건(4)과 (5)를 만족하면 페츠발합과 다른 여러수차의 양호한 보정과의 양립이 가능하게 되어, 큰 NA의 광학계를 달성할 수 있다.
조건식(4)의 상한을 넘어서는 제 3 렌즈군의 부위 파워가 지나치게 약해져서 페츠발 합을 양호하게 보정할 수 없다. 반대로 조건식(4)의 하한을 넘어서면 제 3 렌즈군의 부위 파워가 지나치게 강해지며 제 3 렌즈군에서 발생하는 코마수차나 왜곡을 양호하게 보정할 수 없게 된다.
마찬가지로 조건식(5)의 상한을 넘어서면 제 5 렌즈군의 부의 파워가 지나치게 약해져서, 페츠발합을 양호하게 보정할 수 없다. 반대로 조건식(5)의 하한을 넘어서면 제 5 렌즈군의 부의 파워가 지나치게 강해지며 제 5 렌즈군에서 발생하는 서지탈코마플레어를 양호하게 보정할 수 없게 된다.
정의 파워의 제 4 렌즈군과 정의 파워의 제 6 렌즈군은 부위 파워의 제 5 렌즈군을 그것들간에 배치하고, 더블가우스 타입의 변형을 구성하고 있다. 이 구성을 취하므로서 더블가우스의 특징인 대칭성에 의한 수차상쇄의 장점을 충분히 활용할 수 있다. 상기 조건(6)은 이 대칭성에 의한 양호한 수차 보정 적합한 제 4 렌즈군과 제 6 렌즈군의 파워의 비율을 규정하는 것이다.
이 조건식(6)의 상한을 넘어도 하한을 넘어서도 대칭성에 의한 수차상쇄보정의 적절한 범위에서 벗어나게 되며 코마수차나 왜곡의 양호한 보정을 할 수 없게 된다.
본 발명에 있어선
ΣP1: 제 1 렌즈군의 페츠발 합
ΣP2: 제 2 렌즈군의 페츠발 합
ΣP3: 제 3 렌즈군의 페츠발 합으로 할 때,
-0.5 (ΣP1+ΣP2)/ΣP3-0.2(7)
인 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
조건식(7)의 하한을 넘어서면 제 2 렌즈군에 의한 페츠발합의 증대가 제 1렌즈군과 제 3 렌즈군에 비교해서 상대적으로 무시할 수 없게 된다. 이 결과, 제 2 렌즈군에 의한 페츠발 합의 증대분을 상쇄하기 위해서 제 5 렌즈군의 부의 파워의 부담이 무거워지며, 제 5 렌즈군에서 발생하는 서지탈코마 플레어를 보정할 수 없게 된다. 반대로 조건식(7)의 상한을 넘어서면 페츠발 합의 보정에 관해선 문제가 없으나 제 1 렌즈군과 제 3 렌즈군의 오목면에서 발생하는 부의 왜곡에 비교해서 제 2 렌즈군의 볼록면에 의한 효과가 상대적으로 지나치게 약해지며 제 2 렌즈군에 의한 정의 왜곡의 발생이 불충분해진다. 이 결과, 제 1 렌즈군과 제 2 렌즈군에서 발생하는 부의 왜곡을 양호하게 보정하는 것이 곤난해진다.
또한, 각 렌즈면의 페츠발 합으로의 기여 Pi는 일반적으로 다음식(a)으로 정의되며, 어떤 렌즈군의 부분계 페츠발 합은 그 렌즈군에 속하는 각 렌즈의 각 렌즈면에서의 페츠발 합의 기여 Pi의 합을 취한 것이다.
(a)
여기에서 ri은 제 i 렌즈면의 곡률 반경, ni은 제 i 렌즈면에 계속하는 매질의 굴절율을 의미하며 또, ri이 즉 평면인 때, Pi은 0이 된다.
본 발명에 있어선 또,
f2: 제 2 렌즈군의 초점거리로 할때,
0.14 f2/L0.25(8)
인 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
조건식(8)의 상한을 넘어서면 제 2 렌즈군의 정의 파워가 지나치게 약해지고 왜곡을 양호하게 보정하는 것이 곤난해진다. 반대로 조건식(8)의 하한을 넘어서면 제 2 렌즈군의 정의 파워가 지나치게 강해지고 페츠발 합을 증대시키는 동시에 고차의 왜곡의 발생이 두드러지게 된다.
본 발명에 있어서는 또, 제 3 렌즈군과 제 5 렌즈군에 속하는 각 렌즈의 각 렌즈면의 파워를 φ로 할때 어느 렌즈면에 대해서도
(9)
인 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
조건식(9)의 범위를 넘어서 어느 렌즈면의 파워가 지나치게 강해지면 고차수의 발생이 현저해지며 다른 렌즈군으로 보정하는 것이 곡난해진다.
도 1은 본 발명에 의한 투영광학계를 적용하는 노광장치를 도시하는 개략도.
도 2는 본 발명에 의한 제 1 실시예의 렌즈 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 제 2 실시예의 렌즈 구성도.
도 4은 본 발명에 의한 제 3 실시예의 렌즈 구성도.
도 5은 본 발명에 의한 제 4 실시예의 렌즈 구성도.
도 6은 본 발명에 의한 제 5 실시예의 렌즈 구성도.
도 7은 본 발명에 의한 제 1 실시예의 여러 수차도.
도 8은 본 발명에 의한 제 2 실시예의 여러 수차도.
도 9은 본 발명에 의한 제 3 실시예의 여러 수차도.
도 10은 본 발명에 의한 제 4 실시예의 여러 수차도.
도 11은 본 발명에 의한 제 5 실시예의 여러 수차도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
RL : 투영광학계IS : 조명광학장치
R : 레티클RS : 레티클 스테이지
W : 웨이퍼WS : 웨이퍼 스테이지
AS : 개구 교축G1-G6: 렌즈군
L11-L611: 렌즈
본 발명에 실시의 형태를 설명한다. 이하의 각 실시예는 본 발명에 의한 투영광학계를 노광장치에 응용한 것이다.
우선, 노광장치의 전체구성을 도 1에 의해설 설명된다. 투영광학계 PL의 물체면에서는 소정의 회로 패턴이 형성된 투영원판으로서의 레티클 R(제 1 물체)의 배치도고 있으며 투영 광학계 PL의 상면(像面)에는 기판으로서 웨이퍼 W(제 2 물체)가 배치되어 있다. 레티클 R은 레티클스테이지 RS에 유지되며 웨이퍼 W는 웨이퍼스테이지 WS에 유지되어 있다.
레티클 R의 위쪽에는 켈러 조명법에 의해서 레티클 R을 균일하게 조명하는 조명광학장치 IS가 배치되어 있으며 또, 투영광학계 PL는 물체측에 텔레센트릭하게 구성되어 있다. 따라서 투영광학계 PL의 개구교축 AS의 위치엔 조명광학장치 IS중의 광원이 상이 형성된다. 그리고 레티클 R의 패턴상의 투영광학계 PL에 의해 웨이퍼 W상에 노광(전사)된다.
그 어느 실시예도 조명광학장치 IS 내부에 배치되는 광원으로서 193.4nm의 노광 파장 λ을 갖는 광을 공급하는 엑시머레이저를 사용하고 있다.
도 2 내지 도 6은 본 발명에 의한 투영광학계의 제 1 내지 제 5 실시예의 렌즈구성도를 도시하고 있다. 도 2 내지 도 6에 도시하듯이 각 실시예의 투영광학계는 제 1 물체로서의 레티클 R측으로부터 차례로 정의 파워의 제 1 렌즈군 G1과, 정의 파워의 제 2 렌즈군 G2과, 부위 파워의 제 3 렌즈군 G3과, 정의 파워의 제 4 렌즈군 G4과, 부의 파워의 제 5 렌즈군 G5과, 정의 파워의 제 6 렌즈군 G6을 가지며, 물체측(레티클 R측)및 상측(웨이퍼 W측)에 있어서 개략 텔레센트릭으로 되어 있으며 축소배율을 갖는 것이다.
또, 어느 실시예의 투영광학계도 상측의 NA가 0.6, 투영 배율 β이 1/4이다. 웨이퍼 W상에서의 노광영역의 직경은 제 1 실시예와 제 2 실시예에선 26.8이며 제 3∼제 5 실시예에선 30.6이다.
다음에 도 2에 도시하는 제 1 실시예의 구체적인 렌즈 구성에 대해서 설명한다. 제 1 렌즈군 G1은 물체측으로부터 차례로 1개의 양 오목렌즈 L11와 2개의 볼록렌즈 L12, L13를 배치하므로서 역망원계를 구성하고 있다.
여기에선 L11을 양 오목렌즈로 하므로서 부위 파워를 2면에 분담시켜서 부의 왜곡의 발생을 억제하고, 게다가, 부의 파워를 충분히 강하게 해서 양호하게 페츠발 합을 보정하고 있다.
제 2 렌즈군 G2은 물체측으로부터 차례로 1개의 볼록렌즈 L21와, 상측에 오목 면을 향한 부 메니스커스렌즈 L22와, 볼록렌즈 L23의 3개에 의해서 구성되어 있다. 물체높이에 의해서 광속(光束)이 지나는 부분이 보다 상이한 블록 렌즈 L21에 의해서 왜곡을 효과적으로 보정하는 동시에 메니스커스렌즈 L22의 상측을 향한 오목면에 의해서 조건식(7)을 만족하게 구성하고 이렇게 해서 제 2 렌즈군 G2에서의 페츠발합의 증대를 억제하고 있다.
제 3렌즈군 G3은 물체적으로부터 차례로 상측에 오목면을 향한 부 메니스커스렌즈 L31, 양 오목렌즈 L32, 그리고 물체측에 오목면을 향한 평오목렌즈 L33의 3개의 렌즈에 의해서 구성되고 있다. 본 제 1실시예와 같이 페츠발 합의 보정에 필요한 부위 파워를 적어도 4면에 분담시키는 것이 코마 수차의 발생을 다른 렌즈군에서 보정가능한 양으로 억제하는 것이 바람직하다.
제 4 렌즈군 G4는 물체측으로부터 차례로 볼록렌즈 L41, 물체측에 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L42, 그리고 4개의 블록렌즈(L43, L44, L45, L46)에 의해서 구성되어 있다. 부 메니스커스렌즈 L42의 물체측을 향한 오목면은 제 2 렌즈군 G2의 L22의 기능과 마찬가지로 페츠발 합의 증대를 억제하고 있으며, 이렇게 해서 제 3 렌즈군 G3과 제 5 렌즈군 G5에서의 페츠발 합 보정의 부담을 경감하고 과도한 서지탈 코마 플레어 등의 발생을 방지하고 있다.
제 5 렌즈군 G5은 물체측으로부터 차례로 상측에 오목면을 향한 평 오목 렌즈 L51, 상측에 오목면을 향한 부메니스커스 렌즈 L52, 양 오목렌즈 L53, 그리고 물체측에 오목면을 향한 부 메니스커스렌즈 L54의 4개의 오목렌즈에 의해서 구성되어 있다. 또한, 본제 제 1 실시예에선 제 5 렌즈군 G5내의 오목렌즈 L53와 L54의 사이에 개구 교축 AS을 배치하고 있다. 여기에서 오목렌즈 L51의 상측으로 향한 오목면과 오목렌즈 L54의 물체측으로 향한 오목면은 서로 교축 AS에 관해서 대칭인 방향으로 배치되어 있으며, 이렇게 해서 비점수차의 발생을 억제하고 있다. 그러나 그것만으로는 부의 파워를 강하게 했을 때 더블가우스 타입에 부수하는 문제점인 서지탈 코마 플레어가 충분히 보정되지 않는다. 그래서, 본 제 1 실시예에선 오목 렌즈 L51와 L54의 서로 마주보는 오목면의 사이에 2개의 오목렌즈 L52, L53를 삽입하므로서 각 오목면에 부의 파워를 분담시키고 서지탈 코마수차의 발생을 억제하고, 또한, 페츠발 합을 양호하게 보정해서 상면만곡의 평탄성을 확보하고 있다.
제 6 렌즈군 G6은 물체측으로부터 차례로 3개의 볼록렌즈(L61, L62, L63)와, 물체측에 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L64, 3개의 볼록렌즈(L65, L66, L67)와, 상측에 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L68와, 2개의 볼록렌즈 L69, L610의 합계 10개의 렌즈에 의해서 구성되어 있다. 오목 렌즈 L64는 광속이 크게 넓어진 곳에 배치되며 물체측에 오멱면에 향한 메니스커스 형상으로 하므로서 효율좋게 구면수차를 보정하고 있다. 또, 볼록 렌즈에 관해선 NA 0.6의 광속에 대해서 고차(高次)의 구면수차나 코마 수차의 발생을 되도록 억제하게 정의 파워를 다수의 렌즈면에 분할하고 있다. 본 제 1 실시예에선 제 6 렌즈군 G6의 파워를 8개의 정 렌즈와 2개의 부렌즈로 구성하고 있는데 제 6 렌즈군 G6은 적어도 6개의 정렌즈는 갖는 것이 구면 수차 보정상 바람직하다. 또, 오목 렌즈 L68에선 상측으로 향한 오목면에 의해서 왜곡이 보정과 코마 수차의 보정과의 양호한 균형을 가능하게 하고 있다.
다음에 도 3에 도시하는 제 2 실시예의 구체적인 렌즈 구성은 제 1 실시예와 유사하지만 제 1 렌즈군 G1이 물체측으로부터 차례로 볼록렌즈 L11와 오목렌즈 L12, 그리고 2개의 볼록렌즈 L13, L14의 4개의 렌즈로 구성되어 있는 점에서 상이하다. 볼록렌즈 L11와 오목렌즈 L12에선 페츠발 합의 보정을 유지하면서 고차의 왜곡 보정과 전노광 영역에 걸치는 텔레센트릭성과의 양호한 균형에 기여하고 있다.
도 4에 도시하는 제 3 실시예의 구체적인 렌즈 구성은 제 1 실시예와 유사하지만 제 1 렌즈군 G1이 물체적으로부터 차례로 상측에 볼록면을 향한 메니스커스 정렌즈 L11와 볼록렌즈 L12와의 2개의 볼록렌즈로 구성되고 있는 점이 다르다. 이 같이 제 1 렌즈군 G1의 역망원계를 구성할 때, 부 렌즈를 포함하지 않아도 좋다. 즉, 물체측으로 향한 오목면과 어느 정도 두꺼운 렌즈 두께를 갖는 정 메니스커스 렌즈 L11를 이용하므로서 조건식(3)을 만족할 수 있으며 이 결과 페츠발 합을 양호하게 보정할 수 있다.
또, 제 6렌즈군 G6중의 물체측에 오목면을 향한 메니스커스렌즈 L64와, 상측에 오목면을 향한 부의 메니스커렌즈 L69와의 사이에, 4개의 볼록 렌즈(L65, L66, L67, L68)을 갖는다. 즉, 제 1의 실시예에선 이 부분에 3개의 블록렌즈(L65, L66, L67, L68)를 배치하고 있었는데 구면수치와 코마 수차를 양호하게 보정하기 위해선 이 부분에 적어도 3개 이상의 볼록렌즈를 배치하는 것이 바람직하다. 이 제 3실시예에선 4개의 볼록렌즈를 배치하므로서 보다 양호하게 구면수차와 코마수차를 보정하고 있다.
도 5에 도시하는 제 4 실시예의 구체적인 렌즈 구성은 제 3 실시예와 유사하지만 제 4렌즈군 G4의 볼록렌즈 L41와 물체측에 오목면을 붜 메니스커스 렌즈 L42와의 사이의 거리의 점에서 주로 상이하다. 이 L41과 L42와의 간격의 영향으로 제 4 실시예에선 고차수차보정의 균형이 다른 실시예와 다소 다르지만 실시예와 거의 마찬가지의 기능을 달성하고 있다.
도 6에 도시하는 제 5 실시예의 구체적인 렌즈 구성은 제 3 실시예에 유사하지만, 제 1 렌즈군 G1이 물체측으로부터의 차례로 1개의 양 오목렌즈 L11와 2개의 볼록렌즈(L12, L13)와의 3개의 구성되는 점에서 주로 다르다. 제 1 렌즈군 G1을 부렌즈 L11를 포함하는 3개의 구성으로 하므로서 페츠발 합을 보다 적극적으로 보정하고 있다.
또, 제 6 렌즈군 G6에 있어서 물체측에 오목면을 향한 오목렌즈 L64와 상측으로 향한 오목면을 갖는 오목렌즈 L69간에 제 3실시예와 마찬가지로 4개의 볼록렌즈(L65, L66, L67, L68)를 배치하고 있으므로 넓은 화각(畵角)에 대해서도 코마수차의 보정이 가능하게 되어 있다. 따라서, 넓은 노광 영역에 있어서도 상면만곡, 구면수차, 코마 수차 등을 양호하게 균형있게 보정하고 있다.
이하의 표 1 내지 표 5에 각각 제 1 내지 제 5 실시예의 제원(諸元)의 값을 게시한다. 각 표중, 제 1란의 수자는 물체측(레티클 측)으로부터의 각 렌즈면의 번호, 제 2란 r은 각 렌즈면의 곡률반경, 제 3란 d은 각 렌즈면의 간격, 제 4란은 각 렌즈의 재질, 제 5 란은 각 렌즈가 속하는 렌즈군의 번호를 나타낸다. 노광파장 193.4nm에 대한 합성 석영(SiO2)과 형석(CaF2)의 굴절율 n은
SiO2: n=1.56019
CaF2: n=1.50138
또, 이하의 표 6에 각 실시예에 대해서 상기 각 조건식에 관련하는 여러값을 게시한다. 동표중, (7)란의 [Σ]는 조건식(7)의 (ΣP1+ΣP2)/ΣP3을 의미한다. 또, (9)란중, S는 제 3렌즈군 G3과 제 5 렌즈군 G5중에서 최대의 파워 φ를 갖는 렌즈면의 번호, rmin은 그 렌즈면의 곡률반경, n는 그 렌즈 면을 갖는 렌즈의 굴절율,은 그 렌즈면에 대한 값을 나타낸다. 따라서 최대의 파워 φ를 갖는 렌즈면에 대해서 조건식(9)을 만족하는 한, 제 3 렌즈군 G3과 제 5 렌즈군 G5에 속하는 다른 렌즈면은 당연히 조건식(a)을 만족하게 된다.
[표 1]
[표 2]
[표 3]
[표 4]
[표 5]
[표 6]
도 7 내지 도 11에, 각각 제 1 내지 제 5 실시예의 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 및 횡수차를 나타낸다. 각 수차도에 있어서 NA는 투영광학계의 개구수, Y는 상고(橡高)를 나타낸다. 또, 비점수차도중, 파선은 메리지오널 상면, 실선은 서지탈 상면에 나타낸다.
각 수차도에서 분명하듯이 각 실시예도 소요의 렌즈구성을 취하며 또한, 상기 각 조건식을 만족하므로서 양호한 결상성능을 갖는다는 것을 알 수 있다.
또한, 이상의 각 실시예에선, 193.4nm의 광을 공급하는 엑시머레이저를 노광 광원으로서 사용한 예를 나타내는데 본 발명은 이들 광원에 한정되는 것은 아니며, 248.4nm의 광을 공급하는 엑시머레이저 등의 극자외광원이나 g선(436nm), i선 (365nm)의 광을 공급하는 수은 아크램프, 또는 그 이외의 자외영역의 광을 공급하는 광원을 쓴 것에도 응용할 수 있다.
또, 본 실시예에선 노광파장의 스펙트럼 폭이 단색이라도 간주할 수 없는 경우에서의 색수차 보정을 실시하는 2종류의 광학 재료를 쓴 렌즈 구성을 나타내었는데 엑시머레이저의 발진 파장의 협대역화의 기술이 향상되면 저비용화가 가능한 단일 광학재료로 구성해도 좋으며 역으로 복수종의 광학재료를 조합해서 보다 넓은 스펙트럼 폭의 색 수차를 보정하고 스루풋의 향상도 도모해도 좋다.
이상과 같이, 본 발명에 의한 투영광학계에 의하면 양측 텔레센트릭한 광학계로 하면서 여러 수차가 균형있게 보정되고 게다가 큰 개구수를 갖는 고해상인 투영 광학계를 달성할 수 있다. 특히, 본 발명의 투영광학계에선 왜곡과 페츠발 합이 매우 양호하게 보정되고 있다. 따라서, 본 발명에 의하면 큰 개구수에 대한 고차의 코마수차 등의 보정 뿐 아니라 넓은 노광범위에서의 상면 평탄성의 확보와 상왜곡을 매우 저감하는 효과를 나타낸다.

Claims (15)

  1. 제 1 물체의 상을 제 2 물체위에 투영하는 투영공학계에 있어서,
    상기 제 1물체측으로부터 차례로 정의 파워의 제 1의 렌즈군과, 정의 파워의 제 2 렌즈군과, 부위 파워의 제 3의 렌즈군과, 정의 파워의 제 4의 렌즈군과, 부위 파워의 제 5 렌즈군과, 정의 파워의 제 6 렌즈군을 가지며, 또한 이하의 각 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
    (1)
    (2)
    1.0 bf1/f11.5(3)
    (4)
    (5)
    0.6f6/f41.3(6)
    단, L: 제 1 물체에서 제 2 물체까지의 거리
    En: 가장 제 1 물체측의 렌즈면의 정점에서 입사 동공까지의 거리
    Ex: 가장 제 2 물체축의 렌즈면의 정점에서 사출동공까지의 거리.
    β: 투영광학계의 투영배율
    f1: 제 1 렌즈군의 초점거리
    bf1: 제 1 렌즈군의 가장 제 2 물체측의 렌즈면의 정점에서 제 1 렌즈군의 후측 초점까지의 거리
    f3: 제 3 렌즈군의 초점거리
    f4: 제 4 렌즈군의 초점거리
    f5: 제 5 렌즈군의 초점거리
    f6: 제 6 렌즈군의 초점거리
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 렌즈군 역망원계의 파워 배치인 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 이하의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
    -0.5 (ΣP1+ΣP2)/ΣP3-0.2(7)
    단, ΣP1: 제 1 렌즈군의 페츠발 합
    ΣP2: 제 2 렌즈군의 페츠발 합
    ΣP3: 제 3 렌즈군의 페츠발 합
  4. 제 1항에 있어서, 이하의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
    0.14f2/L0.25(8)
    단, f2: 상기 제 2 렌즈군의 초점거리
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제 3 렌즈군과 상기 제 5 렌즈군에 속하는 각 렌즈의 각 렌즈면의 파워를 φ로 할때, 어느 렌즈면에 대해서도 이하의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
    (9)
  6. 제 5항에 있어서,인 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제 6렌즈군은 정의 파워의 렌즈를 6개 이상 가지는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  8. 제 4항에 있어서,인 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제 6 렌즈군은 정의 파워의 렌즈를 6개 이상 가지는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 제 3 렌즈군과 상기 제 5 렌즈군에 속하는 각 렌즈의 각 렌즈면의 파워를 φ로 할때, 어느 렌즈면에 대해서도 이하의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
    (9)
  11. 제 10항에 있어서,인 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 제 6 렌즈군은 정의 파워의 렌즈를 6개 이상 가지는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  13. 제 1항에 있어서,인 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 제 6 렌즈군은 정의 파워의 렌즈를 6개 이상 가지는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  15. 조명 광학장치에 의해서 레티클을 조명하고, 상기 레티클상의 패턴을 투영광학계에 의해서 웨이퍼위에 전사하는 노광장치에 있어서,
    상기 투영광학계는 상기 레티클측에서 차례로 정의 파워의 제 1 렌즈군과, 정의 파워의 제 2 렌즈군과, 부의 파워의 제 3 렌즈군과, 정의 파워의 제 4 렌즈군과, 부위 파워의 제 5 렌즈군과, 정의 파워의 제 6 렌즈군을 가지며, 또한 이하의 각 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
    (1)
    (2)
    1.0 bf1/f11.5(3)
    (4)
    (5)
    0.6f6/f41.3(6)
    단, L: 상기 레티클에서 웨이퍼까지의 거리거리
    En: 가장 레티클측의 렌즈면의 정점에서 입사동공까지의 거리
    Ex: 가장 웨이퍼측의 렌즈면의 정점에서 사출동공까지의 거리.
    β: 투영광학계의 투영배율
    f1: 제 1 렌즈군의 초점거리
    bf1: 제 1 렌즈군의 가장 웨이퍼측의 렌즈면의 정점에서 제 1 렌즈군의 후측 초점까지의 거리
    f3: 제 3 렌즈군의 초점거리
    f4: 제 4 렌즈군의 초점거리
    f5: 제 5 렌즈군의 초점거리
    f6: 제 6 렌즈군의 초점거리
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