KR20010007381A - 투영광학계 및 그것을 사용한 투영노광장치, 및디바이스제조방법 - Google Patents

투영광학계 및 그것을 사용한 투영노광장치, 및디바이스제조방법 Download PDF

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Abstract

마스크의 패턴을 웨이퍼상에 투영하는 투영광학계는 한쪽의 면이 비구면이고, 다른 쪽의 면이 평면인, 적어도 하나의 비구면렌즈를 포함하고, 이 비구면은 관계 ｜△ASPH/L｜＞1×10-6[여기서, △ASPH는 비구면의 비구면량이고, L은 투영광학계의 물체화상간 거리임]를 만족한다.

Description

투영광학계 및 그것을 사용한 투영노광장치, 및 디바이스제조방법 {PROJECTION OPTICAL SYSTEM AND PROJECTION EXPOSURE APPARATUS WITH THE SAME, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 투영광학계 및 그것을 사용한 투영노광장치에 관한 것으로, 특히 IC, LSI, 자기헤드, 액정패널, 또는 CCD 등의 미세구조를 가진 디바이스를 제조할 때에 적합한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 스탭앤드리피트방식이나 스텝앤드스캔방식의 마이크로디바이스의 제조장치, 소위 스테퍼에 있어서, 레티클의 패턴을 감광기판 상에 높은 해상력으로 투영노광하는 데에 적합한 것이다.
최근의 반도체소자 등의 디바이스의 제조기술의 진전은 괄목할만 하고, 또 그에 따르는 미세가공기술의 진전도 현저하다.
특히, 광가공기술은 서브미크론급의 해상력을 가진 축소투영노광장치, 통칭 스테퍼가 주류이다. 더 한층의 해상력향상을 위해서 투영광학계의 개구수(NA)의 확대나, 노광파장의 단파장화가 도모되고 있다.
투영노광장치를 사용해서 IC, LSI 등의 반도체소자의 패턴을 실리콘 등의 웨이퍼에 프린트하기 위한 투영광학계에는 대단히 높은 해상력이 요구된다.
일반적으로, 투영화상의 해상력은 사용하는 파장이 짧아질수록 좋아진다. 따라서, 단파장의 광원을 사용하는 것이 요망된다.
이러한 단파장광원의 예는 엑시머레이저이다. 엑시머레이저는 ArF 또는 KrF 등의 레이저매체를 사용한다.
이러한 단파장광원의 파장액에 있어서는, 렌즈용 유리재로서 석영과 형석만을 사용할 수 있다. 이것은 주로 투과율의 저하에 기인한다. 석영이나 형석을 사용하더라도, 광학계가 많은 렌즈와 두꺼운 전체유리재두께를 가진다면, 렌즈의 열흡수에 의한 초점위치 등의 변동 등의 문제가 발생하게 된다.
그래서, 광학계의 구성렌즈매수를 적게 하고 전체렌즈유리재두께가 적은 축소형의 투영광학계가 제안되고 있다(일본국 특공평 48089/1995호 공보, 동 특개평 128592/1995호 공보). 또한, 물체쪽, 화상쪽 양쪽에 텔레센트릭계로 구성한 투영광학계가 제안되어 있다(일본국 특개평 34593/1993호 공보 및 동 특개평 197791/1998호 공보).
이들 공보 등에 제안되어 있는 투영광학계는 한쪽의 면이 비구면이고, 그 반대쪽의 면(이면)은 구면인 비구면렌즈를 사용한다.
일반적으로, 비구면가공면의 이면이 구면인 비구면렌즈는 제작이 어렵다. 따라서, 이 렌즈의 제작에 많은 시간을 요한다.
또한, 비구면과 구면의 광축을 맞추기가 어렵다. 그 결과, 조립된 투영광학계의 결상성능이 악화되는 일이 있다.
본 발명의 목적은 구성렌즈매수가 적고 또한 고해상력과 넓은 노광영역을 확보하는 투영광학계 및/또는 그것을 가진 투영노광장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 비교적 단순한 가공과 조정으로 제조할 수 있는 비구면렌즈를 가진, 투영노광장치에 사용하는 투영광학계를 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명의 수치실시예 1에 의한, 투영광학계의 렌즈계의 단면도;
도 2은 본 발명의 수치실시예 1에 있어서의, 투영광학계의 렌즈계의 제수차도;
도 3은 본 발명의 수치실시예 2에 의한, 투영광학계의 렌즈계의 단면도;
도 4는 본 발명의 수치실시예 2에 있어서의, 투영광학계의 렌즈계의 제수차도;
도 5은 본 발명의 수치실시예 3에 의한, 투영광학계의 렌즈계의 단면도;
도 6은 본 발명의 수치실시예 3에 있어서의, 투영광학계의 제수차도;
도 7은 본 발명의 수치실시예 4에 의한, 투영광학계의 렌즈계의 단면도;
도 8는 본 발명의 수치실시예 4에 있어서의, 투영광학계의 제수차도;
도 9는 본 발명의 수치실시예 5에 의한, 투영광학계의 렌즈계의 단면도;
도 10은 본 발명의 수치실시예 5에 있어서의, 투영광학계의 제수차도;
도 11은 본 발명의 수치실시예 6에 의한, 투영광학계의 렌즈계의 단면도;
도 12는 본 발명의 수치실시예 6에 있어서의, 투영광학계의 제수차도;
도 13은 본 발명의 수치실시예 7에 의한, 투영광학계의 렌즈계의 단면도;
도 14는 본 발명의 수치실시예 7에 있어서의, 투영광학계의 제수차도;
도 15는 비구면을 가공하는 가공방법을 설명하는 개략도;
도 16은 본 발명에 의한 반도체제조시스템의 주요부의 블록도;
도 17은 반도체디바이스제조방법의 플로우차트;
도 18은 도 17의 플로우차트의 제조공정에 있어서의,
웨이퍼 프로세스의 상세를 설명하는 플로우차트.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
Li : 제 i군 IP : 화상면
SP : 조리개 M : 메리디오널 화상면
S : 서지털화상면 Y : 화상높이
1 : 엑시머 레이저 2 : 조명광학계
3 : 레티클 7 : 웨이퍼
900 : 얼라인먼트광학계 909 : 투영광학계
911 : 웨이퍼스테이지 918 : 콘트롤러
913 : 검사장치 914 : 수납장치
본 발명의 일국면에 의하면, 마스크의 패턴을 웨이퍼상에 투영하는 투영광학계가 제공되고, 이 투영광학계는 한쪽의 면이 비구면이고 다른 쪽의 면이 평면인, 적어도 하나의 비구면렌즈를 포함한다.
본 발명의 이 국면의 바람직한 일형태에 있어서, 상기 투영광학계의 모든 구면은 관계 ｜△ASPH/L｜＞1×10-6를 만족하고, 여기서 △ASPH는 비구면의 비구면량이고, L은 상기 투영광학계의 물체화상간 거리이다.
여기서, 비구면량은 광축방향에 대한, 설계곡률반경에 따르는 구면과 비구면 사이의 편차를 나타낸다.
상기 투영광학계는 정의 굴절력렌즈군과 부의 굴절력렌즈군을 포함하는 복수의 렌즈군을 포함하고, 관계 ｜Lxø0｜＞17을 만족하며, 여기서 L은 물체화상간 거리, ø0는 부렌즈군의 파워의 합이다.
상기 비구면은 물체쪽으로부터 관계 ｜hb/h｜＞0.35를 만족하는 범위내에 있는 표면상에 형성되고, 여기서 h는 축상마지널광선의 높이이고, hb는 최축외주광선의 높이이다.
상기 비구면은 관계 hea/hmax＞0.70을 만족하는 표면상에 형성되고, 여기서 hea는 상기 면의 유효경이고, hmax는 상기 투영광학계의 최대유효경이다.
상기 비구면은 물체쪽으로부터 관계 ｜hb/h｜＞0.35를 만족하는 범위내에 있는 표면상에 형성되고, 여기서 h는 축상마지널광선의 높이이고, hb는 최축외주광선의 높이이다.
상기 비구면은 관계 hea/hmax＞0.70을 만족하는 표면상에 형성되고, 여기서 hea는 상기 면의 유효경이고, hmax는 상기 투영광학계의 최대유효경이다.
상기 투영광학계는 관계 ｜△ASPH/L｜＜0.02를 만족하며, 여기서 △ASPH는 비구면의 비구면량이고, L은 상기 투영광학계의 물체화상간 거리이다.
상기 투영광학계는 관계 ｜Lxø0｜＜70를 만족하며, 여기서 L은 물체화상간 거리이고, ø0는 부렌즈군의 파워의 합이다.
상기 투영광학계는 관계 ｜hb/h｜＜15를 만족하며, 여기서 h는 축상마지널광선의 높이이고, hb는 최축외주광선의 높이이다.
본 발명의 이 국면의 다른 바람직한 형태에 있어서, 상기 투영광학계는 적어도 하나의 비구면을 가지며, 비구면을 가진 모든 렌즈는 한쪽의 면이 비구면이고, 다른 쪽의 면이 평면이다.
상기 투영광학계의 모든 구면은 관계 ｜△ASPH/L｜＞1×10-6를 만족하고, 여기서 △ASPH는 비구면의 비구면량이고, L은 상기 투영광학계의 물체화상간 거리이다.
상기 투영광학계는 정의 굴절력렌즈군과 부의 굴절력렌즈군을 포함하는 복수의 렌즈군을 포함하고, 관계 ｜Lxø0｜＞17을 만족하며, 여기서 L은 물체화상간 거리, ø0는 부렌즈군의 파워의 합이다.
상기 비구면은 물체쪽으로부터 관계 ｜hb/h｜＞0.35를 만족하는 범위내에 있는 표면상에 형성되고, 여기서 h는 축상마지널광선의 높이고, hb는 최축외주광선의 높이이다.
상기 비구면은 관계 hea/hmax＞0.70을 만족하는 표면상에 형성되고, 여기서 hea는 상기 면의 유효경이고, hmax는 상기 투영광학계의 최대유효경이다.
상기 비구면은 물체쪽으로부터 관계 ｜hb/h｜＞0.35를 만족하는 범위내에 있는 표면상에 형성되고, 여기서 h는 축상마지널광선의 높이고, hb는 최축외주광선의 높이이다.
상기 비구면은 관계 hea/hmax＞0.70을 만족하는 표면상에 형성되고, 여기서 hea는 상기 면의 유효경이고, hmax는 상기 투영광학계의 최대유효경이다.
상기 투영광학계는 관계 ｜△ASPH/L｜＜0.02를 만족하며, 여기서 △ASPH는 비구면의 비구면량이고, L은 상기 투영광학계의 물체화상간 거리이다.
상기 투영광학계는 관계 ｜Lxø0｜＜70를 만족하며, 여기서 L은 물체화상간 거리이고, ø0는 부렌즈군의 파워의 합이다.
상기 투영광학계는 관계 ｜hb/h｜＜15를 만족하며, 여기서 h는 축상마지널광선의 높이이고, hb는 최축외주광선의 높이이다.
본 발명의 다른 국면에 의하면, 스탭앤드리피트방식과 스텝앤드스캔방식중의 하나에 의해서 레티클의 패턴을 감광기판상에 투영하기 위한, 상기한 투영광학계를 포함하는 투영노광장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 국면에 의하면, 상기한 투영광학계를 사용해서 레티클의 패턴을 웨이퍼상에 투영한 후, 이 웨이퍼에 현상처리공정을 개재해서 디바이스를 제조하는 디바이스제조방법이 제공된다.
본 발명의 이들 및 다른 목적들, 특징 및 이점은 첨부도면과 관련한 본 발명의 바람직한 실시예의 다음 설명을 고려할 때 더 명확해질 것이다.
＜바람직한 실시예의 설명＞
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조해서 설명한다.
이들 도면에 있어서, 도 1은 본 발명의 수치실시예 1에 의한, 투영광학계의 렌즈계의 단면도이다. 도 2는 본 발명의 수치실시예 1에 있어서의 투영광학계의 제수차도이다.
도 3은 본 발명의 수치실시예 2에 의한, 투영광학계의 렌즈계의 단면도이다. 도 4는 본 발명의 수치실시예 2에 있어서의 투영광학계의 제수차도이다.
도 5은 본 발명의 수치실시예 3에 의한, 투영광학계의 렌즈계의 단면도이다. 도 6은 본 발명의 수치실시예 3에 있어서의 투영광학계의 제수차도이다.
도 7은 본 발명의 수치실시예 4에 의한, 투영광학계의 렌즈계의 단면도이다. 도 8은 본 발명의 수치실시예 4에 있어서의 투영광학계의 제수차도이다.
도 9는 본 발명의 수치실시예 5에 의한, 투영광학계의 렌즈계의 단면도이다. 도 10은 본 발명의 수치실시예 5에 있어서의 투영광학계의 제수차도이다.
도 11은 본 발명의 수치실시예 6에 의한, 투영광학계의 렌즈계의 단면도이다. 도 12는 본 발명의 수치실시예 6에 있어서의 투영광학계의 제수차도이다.
도 13은 본 발명의 수치실시예 7에 의한, 투영광학계의 렌즈계의 단면도이다. 도 14는 본 발명의 수치실시예 7에 있어서의 투영광학계의 제수차도이다.
이들 렌즈단면도에 있어서, 참조부호(PL)은 투영광학계를 표시하고, (Li)는 물체쪽(긴 거리의 공역쪽)으로부터 제 i렌즈군(제 i군)을 표시한다.
(IP)는, 투영광학계가 투영노광장치에 사용될 때, 웨이퍼표면에 상당하는 화상평면이다. (SP)는 조리개이다.
이들 수치실시예에 있어서, 투영광학계는 그 물체쪽(레티클 쪽)에 거의 텔레센트릭하게 만들어지고, 그 화상평면쪽(웨이퍼 쪽)에도 마찬가지이다. 투영배율은 1:4이고, 화상쪽의 개구수(NA)는 NA=0.65이다. 물체화상간 거리 또는 전체 거리(물체평면으로부터 화상평면까지) L은 L=1000mm이다. 기준파장은 193nm이다. 화상평면범위에 관해서는, 웨이퍼표면상의 노광영역의 직경은=27.3mm이다.
수치실시예 1-7에 있어서, 투영광학계는 적어도 하나의 구면을 갖는다. 더 상세하게는, 이것은 그 한 쪽에 형성된 비구면과 그 다른 쪽에 형성된 평면 또는 평평한 표면을 갖는 적어도 1매의 구면렌즈를 포함한다.
리소그래피 등에 사용되는 대구경렌즈에 대응할 수 있는 비구면렌즈를 형성하는 공정에 관해서는, "망원경의 컴퓨터제어연마"(Robert A. Jones, OPTICAL ENGINEERING, Mar/Apr Vol.22, No.2, 1983)에 예가 보고되어 있다. 이 예에 있어서, 비구면형상의 제작에는 3차원 컴퓨터제어된 연삭기가 사용되고, 그 후 그것을 끝마무리하는 데는 컴퓨터제어된 연마기(CCP)가 사용된다. 0.025λrms(λ=633nm)의 형상정밀도가 보고되어 있다.
도 15는 기계적 가공에 의해 비구면을 가공하는 방법을 설명하는 개략도이다. 도면에서, (501)은 기판이고, (502)는 기판회전기구이다. (503)은 스테이지, (504)는 구면패드이다. (505)는 구면패드회전기구이고, (506)은 하중제어기구이다. (507)은 연마액공급노즐, (508)은 연마액이다. 기판 (501)은 이동할 수 있는 스테이지(503)상에 회전가능하게 장착되고, 이 기판은 상기 회전기구(502)에 의해 회전할 수 있다.
회전하는 기판(501)의 표면에 대한 접촉압은 하중제어기구(506)에 의해 제어된다. 상기 패드회전기구(505)에 의해 회전하는 구면패드(405)는 기판의 표면과 접촉한다. 연마액(508)은 연마액공급기구(507)에 의해 접촉면에 공급되고, 그에 의해 접촉면이 연마된다.
스테이지(503)의 위치와 하중제어기구(506)에 의해 가해지는 구면패드(504)의 접촉압은 컴퓨터(도시 생략)에 의해 제어된다. 이 가공방법에 의해 비구면렌즈를 제작할 수 있다. 그러나, 비구면가공방법은 이에 한정되지 않고, 다른 방법도 사용할 수 있다.
비구면이 형성되는 면에 대향하는 쪽(이면)에 평면을 사용하는 이점은, 이면에 구면이 형성되는 경우에 비해, 제작시에 특별한 고정공구가 불필요다는 것과, 가공정밀도를 높게 유지할 수 있다는 것이다. 또한, 렌즈소자(비구면소자)를 만드는 데 필요한 시간 자체를 단축할 수 있으며, 그 작업도 보다 용이하다. 또한, 렌즈소자가 렌즈계에 결합될 때 그 축선맞춤과 조립조정도 보다 용이하다.
상기한 이유로, 광학계속에 이면에 평면을 형성한 적어도 하나의 비구면요소를 사용하는 것은 가공작업의 용이성, 저비용, 전체 렌즈계의 조립조정의 단순성 등의 점에서 매우 유리하다.
투영광학계의 모든 비구면소자를 이와 같은 가공면의 이면이 평면인 비구면소자로 구성하는 것도 가능하다.
비구면의 도입에 의해 효과적으로 양호한 결상성능을 얻기 위해서는 다음 식(1)을 만족해야 한다.
｜△ASPH/L｜＞1×10-6···· (1)
여기서, △ASPH는 비구면의 비구면량이고, L은 투영광학계의 물체화상간 거리이다.
식(1)은 비구면량의 조건을 규정한다. 하한을 초과하면 양호한 결상성능을 얻기 위해서 비구면을 사용하더라도 비구면의 효과는 잘 발휘되지 않는다. 예를 들면, 물체화상간 거리가 1000mm이고, 사용된 파장이 193nm이면, 식(1)로부터, △ASPH는 약 10뉴톤링에 상당하는 0.001mm이다.
이것은 투영광학계에 사용되어야 할 비구면으로서는 충분히 큰 값이다. 또한, 비구면의 더 효과적인 사용을 위해서는, 비구면량을 크게 하기 위해서 식(1)의 조건을
｜△ASPH/L｜＞1×10-5···· (1b)
로 변경하는 것이 바람직하다.
또한, 다음 조건의 적어도 하나를 만족하는 것이 바람직하다.
(a1) 투영광학계는 다음 관계(2)를 만족하는 정의 굴절력렌즈군 및 부의 굴절력렌즈군을 포함하는 복수의 렌즈군을 포함해야 한다.
｜Lxø0｜＞17 ···· (2)
여기서, L은 물체화상간 거리, ø0는 부렌즈군의 파워의 합이다.
(a2) 비구면은 물체쪽으로부터, 다음 관계(3)을 만족하는 범위내에 있는 표면상에 형성되어야 한다.
｜hb/h｜＞0.35 ···· (3)
여기서, h는 축상마지널광선의 높이이고, hb는 최축외주광선의 높이이다.
(a3) 비구면은 다음 관계(4)를 만족하는 면상에 형성되어야 한다.
hea/hmax＞0.70 ···· (4)
여기서, hea는 상기 면의 유효경이고, hmax는 투영광학계의 최대 유효경이다.
(a4) 다음 관계(1a)가 만족되어야 한다.
｜△ASPH/L｜＜1.0×0.02 ···· (1a)
(a5) 다음 관계(2a)가 만족되어야 한다.
｜Lxø0｜＜70 ···· (2a)
(a6) 다음 관계(3a)가 만족되어야 한다.
｜hb/h｜＜15 ···· (3a)
(a7) 비구면은 다음 관계(4a)를 만족하는 면위에 형성되어야 한다.
hea/hmax≤1.0 ···· (4a)
여기서 hea는 상기 면의 유효경이고, hmax는 투영광학계의 최대유효경이다.
본 발명에 의한 투영광학계에 있어서, 전체 광학계의 파워분담을 적절히 설정하기 위해서 렌즈계의 물체화상간 거리 L과 부렌즈군(오목렌즈군)의 전체 파워의 적(積)은 식 (2)의 조건에서 규정된 바와 같이 결정된다.
일반적으로, 물체화상간 거리 L이 길어지면, 오목렌즈군의 전체 파워는 작아진다. 한편, 물체화상간 거리가 짧아지면 오목렌즈군의 전체 파워는 커진다.
본 발명의 바람직한 일형태에 있어서, 그들의 적은 17보다 작지 않도록 설정된다. 따라서, 오목렌즈군의 파워를 주로 상면만곡과 비점수차의 양호한 보정을 위해 크게 한다.
식 (2)의 조건의 하한이 초과되면, 페쯔벌합이 정의 방향으로 증가함으로써 상면만곡 또는 비점수차를 양호하게 보정하는 것이 어렵게 된다.
식 (3)의 조건은 비구면의 도입을 위한 적절한 표면을 규정한다. 종래의 축소투영광학계에 있어서, 텔레센트릭성을 유지하면서 메리디오널 및 서지털의 횡수차는 물론 왜곡수차, 상면만곡, 및 비점수차를 양호하게 보정하는 것은 매우 어렵다.
이것은 다음과 같은 이유 때문이다. 텔레센트릭성, 왜곡수차, 상면만곡, 및 비점수차는 모두 광속의 중심을 통과하는 주광선에 관련된 수차량이다. 이들 수차는, 렌즈계 전체를 통해서 주광선의 높이가 높은 물체쪽의 렌즈배치와 렌즈형상에 의존하지만, 실제로는, 한편으로는, 물체상의 모든 물체점으로부터의 주광선에 대해서 텔레센트릭성을 유지하면서, 다른 한편으로는, 왜곡수차, 상면만곡 및 비점수차를 보정하기 위하여 같은 주광선을 굴절시킨다고 하는 것이 매우 어렵다.
또한, 렌즈 표면상에서 메리디오널 밑의 이들 광선은 주광선보다 더 높은 위치에서 굴절되기 때문에 메리디오널 횡수차와 이들 주광선에 관한 수차와의 밸런스가 어렵다. 동시에, 통상 화상높이가 높아짐에 따라서 "언더(under)" 경향의 상면만곡을 보정하기 위하여 오목렌즈로 강하게 굴절시키게 된다. 그러나, 높은 화상높이의 서지털의 횡수차의 주변부(서지털할로)는 또한 "오버(over)"로 변화한다. 따라서 양호하게 밸런스시키는 것이 어렵다.
이러한 상황에서 개구수의 확대와 넓은 노광영역의 확보는 직접 물체쪽 광속과 화상높이를 더욱 확대시킬 수 있으며, 이것은 수차보정의 어려움을 증폭시킨다.
본 발명의 바람직한 일 형태에 있어서, 상기한 것을 감안해서, 식 (3)의 조건이 만족되고, 축의 주광선에 대해 큰 영향을 가진 면을 비구면으로 함으로써 개선되어야 할 상기한 수차를 집중적으로 또한 효과적으로 보정할 수 있다. 이에 의해 다른 수차의 보정의 부담을 효과적으로 감소시켜서 양호한 광학성능을 달성한다.
식 (3)의 조건의 하한이 초과되면, 축상마지널광선에 대한 영향은 축외주광선에 대한 것보다 오히려 증가하며, 따라서 개선되어야 할 수차의 보정효과는 감소된다. 따라서, 개구수의 확대와 넓은 노광영역의 확보가 어려워진다.
식 (4)의 조건은 가공되는 표면에 대향하는 쪽에 평면을 가진 비구면요소의 도입을 위한 표면을 규정한다. 비구면을 큰 유효경을 가진 렌즈에 형성하고자 할 때 가공작업이 어려울 뿐만 아니라 축선 맞춤 및 조정이 용이하지도 않다. 따라서, 식 (4)를 만족하도록 비구면으로 형성된 표면의 이면에 평평한 표면을 가진 비구면(소자)을 도입함으로써, 그리고 상기 광학계의 최대 유효경에 대해 큰 비율을 가진 표면상에 비구면을 형성함으로써 비구면렌즈의 가공 및 조정을 훨씬 용이하게 행할 수 있다. 조건 (4)의 하한이 초과되면, 비구면이 도입되는 표면의 유효경은 매우 작아진다. 따라서, 상기한 유리한 효과가 감소된다.
상기한 식(1a)-(4a)의 조건이 만족되지 않으면, 상기한 조건 (1)-(4)와 같이 양호한 수차보정은 달성하기 어려워진다.
식 (1a)의 조건의 상한이 초과되면, 부의 굴절력을 가진 부의 렌즈군의 파워는 너무 강해진다. 그러므로, 페쯔벌합은 과잉보정되고, 상면만곡 및 비점수차를 양호하게 보정하는 것이 어려워진다.
또한, 정의 굴절력을 가진 정의 렌즈군의 렌즈경은 더 커지거나, 렌즈의 매수가 증가한다.
식 (2a)의 조건의 상한이 초과되면, 렌즈는 물체평면에 너무 가까워져서 작동거리를 유지할 수 없다. 투영광학계의 배율이 비정상적으로 작으면, 조건이 초과하더라도 작동거리를 유지할 수 있다. 그러나, 이러한 비정상적으로 작은 배율을 가진 광학계는 리소그래피에 사용하기에는 실용적이지 않다.
식(3a)의 조건의 상한이 초과되면, 비구면량이 너무 커져서 렌즈가공에 필요한 시간이 크게 증가한다. 또한, 비구면에서 발생하는 고차수차가 강해지며, 이는 수차의 양호한 보정을 매우 어렵게 한다.
다음에 본 발명에 의한 투영광학계의 수치실시예의 중요한 특징을 설명한다. 도 1에 표시한 수치실시예 1에 의한 투영광학계는, 물체쪽으로부터 순서대로, 정의 굴절력을 가진 제 1렌즈군(L1), 부의 굴절력을 가진 제 2렌즈군(L2), 정의 굴절력을 가진 제 3렌즈군(L3) 및 정의 굴절력을 가진 제 4렌즈군(L4)을 포함한다.
제 1렌즈군(L1)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 오목면이 화상쪽을 향한 평면-오목형상을 가진 비구면부렌즈, 양면볼록형상의 정렌즈, 볼록면이 물체쪽을 향한 평면-볼록형상의 비구면정렌즈, 및 볼록면이 물체쪽을 향한 메니스커스형상의 2매의 정렌즈를 포함한다. 부렌즈는 물체쪽에 가장 가깝게 위치하며, 그 뒤에 4매의 정렌즈를 배치함으로써 레트로포커스타입시스템으로 하고 있다.
상기한 구성에 의해 물체평면과 제 1렌즈군(L1)의 제 1면 사이의 거리가 효과적으로 단축되어, 이 광학계가 콤팩트화된다. 또한, 비점수차, 상면만곡의 열화가 보정된다.
부렌즈는 제 1렌즈군(L1)의 내부에 놓이며, 이에 의해 제 4렌즈군(L4)과의 양호한 대칭이 달성되며, 왜곡수차가 양호하게 보정된다. 비구면은 주로 왜곡수차와 비점수차를 양호하게 보정하는데 사용된다.
제 2렌즈군(L2)은 3개의 부렌즈로 이루어져 있으며, 이들은, 물체쪽으로부터 순서대로, 볼록면이 물체쪽을 향한 평면-오목형상의 비구면부렌즈, 양면오목형상의 부렌즈, 및 오목면이 물체쪽을 향한 평면-오목형상의 비구면부렌즈이다.
이 실시예에서와 같이 복수의 부렌즈를 사용해서 페쯔벌합을 양호하게 보정할 수 있다. 또한, 비구면렌즈를 사용함으로써, 주로 강한 부의 파워를 가진 제 2렌즈군(L2)의 비점수차 및 구면수차가 보정된다.
제 3렌즈군(L3)은 제 2렌즈군(L2)으로부터의 발산광속을 수렴광속 또는 평행광속에 가까운 것으로 변환하기 위하여 정의 굴절력을 가진다. 물체쪽으로부터 순서대로, 이것은 양면볼록형상의 정렌즈, 양면볼록형상의 비구면정렌즈, 및 양면볼록형상의 정렌즈로 이루어진다.
이 제 3렌즈군(L3)의 강한 정의 굴절력에 의해서, 제 4렌즈군(L4)에 대한 광성의 입사높이를 억제할 수 있어, 제 4렌즈군(L4)에서의 고차수차의 발생을 감소시킬 수 있다. 또한, 제 2렌즈군의 굴절력을 보다 강하게 할 수 있으며, 그 경우에 제 2렌즈군(L2)에 의해 상면만곡의 보정을 양호하게 행할 수 있다. 제 3렌즈군의 강한 굴절력 때문에 강한 부의 수차가 발생한다. 이것을 보정하기 위하여 비구면이 도입된다.
제 4렌즈군(L4)은 화상쪽에 텔레센트릭광학계를 구성하기 위하여 정의 굴절력을 가진다. 물체쪽으로부터 순서대로, 이것은 볼록면이 물체쪽을 향하는 평면-볼록형상의 비구면정렌즈, 볼록면이 물체쪽을 향하는 메니스커스형상의 정렌즈, 오목면이 화상쪽을 향하는 메니스커스형상의 비구면정렌즈, 볼록면이 물체쪽을 향하는 메니스커스형상의 정렌즈, 오목면이 화상쪽을 향하는 평면-오목형상의 비구면부렌즈, 및 볼록면이 물체쪽을 향하는 평면-볼록형상의 비구면정렌즈로 이루어진다.
비구면은 NA=0.65의 광에 대한, 특히 컴마수차 및 구면수차의 충분한 보정을 확보하기 위하여 형성된다. 또한, 비구면을 화상평면에 가깝게 배치함으로써 왜곡수차 및 컴마수차를 양호하게 보정할 수 있다.
이 실시예는 비구면이 형성되는 표면에 대향하는 쪽에 구면을 각각 가진 2매의 비구면렌즈와, 비구면이 형성되는 표면에 대향하는 쪽에 평면을 각각 가진 7매의 비구면렌즈를 사용한다.
도 3에 표시한 수치실시예 2에 의한 투영광학계는, 모든 비구면렌즈가 비구면의 이면에 평평한 표면을 가진다는 점과, 그의 제 1렌즈군(L1)이, 물체쪽으로부터 순서대로, 오목면이 화상쪽을 향하는 평면-오목형상의 비구면부렌즈, 오목면이 물체쪽을 향하는 메니스커스형상의 정렌즈, 양면 볼록형상의 정렌즈, 및 볼록면이 물체쪽을 향하는 평면-볼록형상의 비구면정렌즈로 이루어진다는 점에서 도 1의 수치실시예 1과 다른 구조를 가진다.
제 2렌즈군(L2)은 4개의 부렌즈로 이루어지고, 이것들은, 물체쪽으로부터 순서대로, 오목면이 화상쪽을 향하는 메니스커스형상의 부렌즈, 오목면이 화상쪽을 향하는 평면-오목형상의 비구면부렌즈, 양면 오목형상의 부렌즈, 및 오목면이 물체쪽을 향하는 메니스커스형상의 부렌즈이다.
제 2렌즈군(L2)은 보다 양호한 페쯔벌합의 보정을 확보하기 위하여 보다 짧은 초점길이를 형성하도록 구성되어 있다. 또한, 제 3렌즈군(L3)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 볼록면이 화상쪽을 향하는 메니스커스형상의 정렌즈, 볼록면이 화상쪽을 향하는 평면-볼록형상의 비구면정렌즈, 및 양면블록형상의 정렌즈로 이루어진다.
제 4렌즈군(L4)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 볼록면이 물체쪽을 향하는 2매의 평면-볼록형상의 비구면정렌즈, 오목면이 화상쪽을 향하는 2매의 메니니스커스형상의 정렌즈, 오목면이 화상쪽을 향하는 부렌즈, 및 볼록면이 물체쪽을 향하는 평면-볼록형상의 비구면정렌즈로 이루어진다.
도 5에 표시한 수치실시예 3에 의한 투영광학계는, 물체쪽으로부터 순서대로, 정의 굴절력을 가진 제 1렌즈군(L1), 부의 굴절력을 가진 제 2렌즈군(L2), 정의 굴절력을 가진 제 3렌즈군(L3), 부의 굴절력을 가진 제 4렌즈군(L4), 정의 굴절력을 가진 제 5렌즈군(L5), 및 정의 굴절력을 가진 제 6렌즈군(L6)을 포함한다.
수치실시예 3의 렌즈구조는 광학계 내에 배치된 2개의 강한 부렌즈군이 있다는 점에서 수치실시예 1 및 2와 다르다.
제 1렌즈군(L1)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 볼록면이 화상쪽을 향한 평면-볼록형상의 정렌즈, 및 볼록면이 물체쪽을 향한 평면-볼록형상의 비구면정렌즈로 이루어진다. 비구면을 사용함으로써 주로 텔레센성을 확보하면서 왜곡수차 등을 양호하게 보정하고 있다.
제 2렌즈군(L2)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 오목면이 화상쪽을 향한 메니스커스 형상의 부렌즈, 오목면이 화상쪽을 향한 평면-오목형상의 비구면부렌즈, 및 양면오목형상의 부렌즈로 이루어진다.
제 2렌즈군(L2)과 제 4렌즈군(L4)은 주로 페쯔벌합을 보정하고 있다.
제 3렌즈군(L3)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 볼록면이 화상쪽을 향한 평면-볼록형상의 비구면정렌즈, 및 2매의 양면볼록형상의 정렌즈로 이루어진다. 제 4렌즈군(L4)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 오목면이 화상쪽을 향하는 평면-오목형상의 비구면부렌즈, 및 양면오목형상의 부렌즈로 이루어진다. 이 비구면에 의해 주로 서지털 컴마플레어 등을 양호하게 보정하고 있다. 제 5렌즈군(L5)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 볼록면이 화상쪽을 향하는 평면-볼록형상의 비구면정렌즈, 및 양면 블록형상의 정렌즈로 이루어진다.
이 렌즈군에 의해 발생되는 강한 부의 구면수차를 비구면에 의해 주로 보정하고 있다. 제 6렌즈군(L6)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 볼록면이 물체쪽을 향한 평면-볼록형상의 비구면정렌즈, 오목면이 화상쪽을 향한 메니스커스형상의 정렌즈, 오목면이 화상쪽을 향한 메니스커스형상의 렌즈, 및 오목면이 화상쪽을 향한 메니스커스형상의 비구면렌즈로 이루어진다. 최후의 면의 비구면은 주로 컴마수차와 왜곡수차와의 밸런스를 양호하게 보정하고 있다.
이 실시예는 비구면렌즈의 비구면가공면의 이면이 평면인 렌즈를 6매 사용하고, 비구면가공면의 이면이 구면인 렌즈를 1매 사용하고 있다.
도 7에 표시한 수치실시예 4에 의한 투영광학계는, 물체쪽으로부터 순서대로, 정의 굴절력을 가진 제 1렌즈군(L1), 부의 굴절력을 가진 제 2렌즈군(L2), 정의 굴절력을 가진 제 3렌즈군(L3), 부의 굴절력을 가진 제 4렌즈군(L4), 및 정의 굴절력을 가진 제 5렌즈군(L5)으로 구성되어 있다.
수치실시예 4는, 수치실시예 3과 마찬가지로, 광학계내에 강한 부렌즈를 2매 가지고 있는 점에서 수치실시예 1, 2와는 다르다. 그리고, 수치실시예 3과 비교해서 제 1렌즈군(L1)의 초점거리가 길고, 또한 제 3렌즈군(L3)의 횡배율이 보다 등배(-1배)에 가까운 파워 배치를 가지고 있다.
구체적으로, 제 1렌즈군(L1)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 양면볼록형상의 비구면정렌즈, 오목면이 화상쪽을 향한 메니스커스형상의 부렌즈, 및 양면볼록형상의 정렌즈로 이루어진다. 제 2렌즈군(L2)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 오목면이 화상면을 향한 메니스커스형상의 부렌즈, 오목면이 화상면을 향한 평면-오목형상의 비구면부렌즈, 및 양면오목형상의 부렌즈로 이루어진다. 제 3렌즈군(L3)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 볼록면이 화상쪽을 향한 평면-볼록형상의 정렌즈, 및 3매의 양면볼록형상의 정렌즈로 구성되어 있다.
제 4렌즈군(L4)은 양면오목형상의 부렌즈, 및 양면오목형상의 비구면부렌즈로 이루어진다. 제 5렌즈군(L5)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 볼록면이 화상쪽을 향하는 평면-볼록형상의 비구면정렌즈, 양면볼록형상의 정렌즈, 볼록면이 물체쪽을 향하는 평면-볼록형상의 비구면정렌즈, 오목면이 화상쪽을 향하는 2매의 메니스커스형상의 정렌즈, 오목면이 화상쪽을 향하는 메니스커스형상의 부렌즈, 및 볼록면이 물체쪽을 향하는 평면-볼록형상의 비구면정렌즈로 구성되어 있다.
본 실시예에서는 비구면렌즈의 비구면가공면의 이면이 평면인 렌즈를 5매 사용하고, 비가공면의 이면이 구면인 렌즈를 2매 사용하고 있다.
도 9에 표시한 수치실시예 5에 의한 투영광학계는 도 5의 수치실시예 3에 비해서 비구면렌즈가 전부 비구면가공면의 이면이 평면으로 이루어져 있는 점이 다를 뿐이다. 또, 군구성에 대해서는 수치실시예 3과 마찬가지로 6군 구성이지만, 구체적인 렌즈구성이 다르다.
특히, 제 2렌즈군(L2)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 오목면이 화상쪽을 향상 평면-오목형상의 비구면부렌즈, 및 양면오목형상의 부렌즈로 이루어진다. 제 3렌즈군(L3)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 볼록면이 화상쪽을 향하는 평면-볼록형상의 비구면렌즈, 2매의 양면볼록형상의 정렌즈, 및 오목면이 화상쪽을 향하는 메니스커스정렌즈로 이루어진다.
또한, 제 6렌즈군(L6)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 볼록면이 물체쪽을 향한 평면-볼록형상의 비구면정렌즈, 양면볼록형상의 정렌즈, 및 오목면이 화상쪽을 향한 메니스커스정렌즈로 이루어진다.
도 11에 표시한 수치실시예 6에 의한 투영광학계는, 물체쪽으로부터 순서대로, 정의 굴절력을 가진 제 1렌즈군(L1), 부의 굴절력을 가진 제 2렌즈군(L2), 정의 굴절력을 가진 제 3렌즈군, 부의 굴절력을 가진 제 4렌즈군(L4), 정의 굴절력을 가진 제 5렌즈군(L5), 부의 굴절력을 가진 제 6렌즈군(L6), 정의 굴절력을 가진 제 7렌즈군(L7)으로 구성되어 있다.
수치실시예 (6)의 렌즈구성은 광학계내에 배치된 3개의 강한 부렌즈군이 있다는 점에서 수치실시예 1-5와 다르다. 이와 같은 배치에 의해 부의 굴절력을 가진 렌즈군의 굴절력을 분산시킴으로써 페쯔벌합을 양호하게 보정하고 있다.
제 1렌즈군(L1)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 볼록면이 화상쪽을 향하는 비구면정렌즈, 및 양면볼록형상의 정렌즈로 이루어진다. 제 2렌즈군(L2)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 양면오목형상의 부렌즈, 및 오목면이 화상쪽을 향하는 평면-오목형상의 비구면부렌즈로 이루어진다. 제 3렌즈군(L3)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 볼록면이 화상쪽을 향하는 평면-볼록형상의 비구면정렌즈, 및 양면볼록형상의 정렌즈로 구성된다.
제 4렌즈군(L4)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 양면오목형상의 부렌즈, 및 오목면이 물체쪽을 향한 평면-오목형상의 비구면부렌즈로 이루어진다. 제 5렌즈군(L5)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 볼록면이 화상쪽을 향하는 평면-볼록형상의 비구면정렌즈, 및 2매의 양면볼록형상의 정렌즈로 이루어진다. 제 6렌즈군(L6)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 양면오목형상의 부렌즈, 및 오목면이 물체쪽을 향하는 평면-오목형상의 비구면부렌즈로 이루어진다.
제 7렌즈군(L7)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 볼록면이 화상쪽을 향하는 평면-볼록형상의 정렌즈, 볼록면이 화상쪽을 향하는 평면-볼록형상의 비구면정렌즈, 볼록면이 물체쪽을 향하는 평면-볼록형상의 정렌즈, 오목면이 화상쪽을 향하는 매니스커스형상의 정렌즈, 양면오목형상의 부렌즈, 및 볼록면이 물체쪽을 향하는 평면-볼록형상의 비구면정렌즈로 구성되어 있다.
본 실시예에서는, 모든 비구면렌즈의 비구면가공면의 이면을 평면으로 하고 있다.
도 13에 표시한 수치실시예 7에 의한 투영광학계는 수치실시예 6에서와 같이 7매의 렌즈군을 가지지만, 구체적인 렌즈의 구성이 다르다. 제 2렌즈군(L2)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 오목면이 화상쪽을 향한 2매의 평면-오목형상의 비구면부렌즈로 이루어진다.
또한, 제 4렌즈군(L4)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 오목면이 화상쪽을 향한 메니스커스형상의 부렌즈, 양면오목형상의 부렌즈, 및 오목면이 물체쪽을 향한 평면-오목형상의 비구면부렌즈로 이루어진다. 제 5렌즈군(L5)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 오목면이 물체쪽을 향한 메니스커스형상의 정렌즈, 양면볼록형상의 정렌즈, 및 볼록면이 물체쪽을 향한 평면-볼록형상의 비구면정렌즈로 이루어진다.
제 6렌즈군(L6)은 2매의 양면오목형상의 부렌즈로 이루어진다. 또한, 제 7렌즈군(L7)은, 물체쪽으로부터 순서대로, 볼록면이 화상쪽을 향한 평면-볼록형상의 비구면정렌즈, 2매의 양면볼록형상의 정렌즈, 볼록면이 화상쪽을 향한 메니스커스형상의 정렌즈, 및 볼록면이 물체쪽을 향한 평면-볼록형상의 비구면정렌즈로 구성되어 있다.
수치실시예 6 및 7에 사용된 모든 비구면렌즈는 비구면가공면의 이면을 평면으로 하고 있다. 그러나, 모든 이들 표면을 반드시 평평하게 할 필요는 없다.
상기한 수치실시예에 있어서, 비구면형상에 관한 원추상수 K는 0으로 취한다. 그러나, 설계는 원추상수를 변수로 취하면서 행할 수 있다.
또한, 이들 실시예에 있어서, 렌즈유리재로서 석영을 사용했지만, 형석을 사용해도 된다. 석영과 형석을 양쪽 모두 사용함으로써 색수차를 작게 보정하는 것이 가능하게 된다. 물론, 형석만 사용해도 된다.
이들 실시예에 있어서, 노광광원은 193nm의 ArF파장을 사용했지만, KrF파장 또는 F2레이저파장 등의 다른 파장을 사용해도 된다.
본 발명을 여러가지 광학계의 구체적 실시예를 참조해서 설명해왔지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다. 비구면의 가공면의 이면이 평면인 비구면렌즈를 사용하고 있는 어떨 광학계도 본 발명에 의해 구성해도 된다.
이상과 같이, 비구면을 사용함으로써 렌즈매수를 대폭으로 삭감하고, 또한 높은 개구수를 가진 광학계를 달성할 수 있는 동시에, 그 비구면의 가공면의 이면을 평면으로 함으로써 가공·조정도 용이한 비구면투영광학계를 얻을 수 있다.
다음에, 상기 수치실시예의 구성제원을 설명한다. 이하에 설명하는 수치실시예 데이터에 있어서, "ri"는 물체쪽으로부터 순서대로 제 i번째의 렌즈면의 곡률반경, "di"는 물체쪽으로부터 순서대로 제 i번째의 렌즈두께 및 공기간격을 표시한다. 또한, "Ni"는 물체쪽으로부터 순서대로 제 i번째의 렌즈의 유리재의 굴절률을 표시한 것이다. 여기서, 노광파장 193nm에 대한 석영의 굴절률은 1.5602이다.
비구면의 형상은 다음 식 :
X =
+A·H4+B·H6+C·H8+D·H10+E·H12+E·H14+G·H16+…
에 의해 주어질 수 있다. 여기서, X는 렌즈정점으로부터 광축방향의 변위량, H는 광축으로부터의 거리, ri는 곡률반경, k는 원추정수, A, …, G는 비구면계수이다.
다음은 수치실시예 1-7에 대한 수치데이타이다. 또 상기한 각 조건식과 수치실시예와의 관계를 표 1∼표 7에 표시한다.
[수치실시예 1]
비구면
[수치실시예 2]
물체면∼제 1면 거리 : 78.337mm
비구면
[수치실시예 3]
물체면∼제 1면거리 : 98.214mm
비구면
[수치실시예 4]
물체면 ∼제 1면 거리 : 98.335mm
비구면
[수치실시예 5]
물체면∼제 1면 거리 : 105.794mm
비구면
[수치실시예 6]
물체면 ∼ 제 1면 거리 : 64.4mm
비구면
[수치실시예 7]
물체면 ∼ 제 1면 거리 : 59.534mm
비구면
도 16은 본 발명의 투영광학계를 사용한 반도체디바이스의 제조시스템의 요부개략도이다. 이 실시예의 제조시스템은 레티클이나 포토마스크(제 1물체) 등에 형성한 회로패턴을 웨이퍼 또는 감광기판(제 2물체)상에 프린트해서 반도체디바이스를 제조하는 것이다. 이 시스템은 대체로 투영광학계, 마스크수납장치, 마스크검사장치, 및 콘트롤러를 가지며, 이들은 모두 클린룸에 배치되어 있다.
도 16에 있어서, (1)은 광원인 엑시머레이저, (2)는 유니트화된 조명광학계이다. 레티클 또는 마스크(제 1물체)(3)는 노광위치 EP에 놓이고, 그 후 이 마스크는 상부로부터 소정의 개구수(NA)에 의해 조명된다. (909)는, 예를 들면, 수치실시예 1∼7의 투영광학계이며, 레티클(3)의 회로패턴을 실리콘기판(웨이퍼)(7)상에 투영해서 프린트한다.
(900)은 얼라인먼트계이며, 노광동작에 앞서서 레티클(3)과 웨이퍼(7)를 위치맞춤한다. 얼라인먼트계(900)는 적어도 하나의 레티클관찰용 현미경계를 가지고 있다. (911)은 웨이퍼스테이지이다. 이상의 각 부재에 의해서 투영노광장치를 구성하고 있다.
(914)는 마스크의 수납장치이며, 내부에 복수의 마스크를 수납하고 있다. (913)은 마스크상의 이물의 유무를 검사하는 검사장치이다. 이 검사장치(913)은 선택된 마스크가 수납장치(914)로부터 인출되어서 노광위치 EP에 세트되기 전에 마스크상의 이물검사를 행하고 있다.
콘트롤러(918)는 시스템전체의 시퀀스를 제어하고 있으며, 특히 수납장치(914), 검사장치(913)의 동작지령, 및 투영노광장치의 기본 동작인 얼라인먼트·노광·웨이퍼의 스텝이송 등의 시퀀스를 제어하고 있다.
다음에, 상기한 디바이스제조시스템에 의거한 반도체디바이스의 제조방법의 실시예를 설명한다.
도 17은 반도체칩(예를 들면, IC나 LSI), 액정패널, 또는 CCD 등의 마이크로디바이스의 제조공정의 플로우차트이다.
스텝 1은 반도체디바이스의 회로를 설계하는 설계공정이다. 스텝 2는 회로패턴설계에 의거해서 마스크를 제작하는 공정이다. 스텝 3은 실리콘 등의 재료를 사용해서 웨이퍼를 제조하는 공정이다. 스텝 4는 상기 준비한 마스크와 웨이퍼를 사용해서 리소그래피기술에 의해서 웨이퍼상에 실제로 회로를 형성하는 웨이퍼프로세스(전공정이라 호칭됨)이다. 다음의 스텝 5는 스텝 4에 의해 제작된 웨이퍼를 사용해서 반도체칩화하는 조립공정(후공정이라 호칭됨)이다. 이 공정은 조립(다이싱 및 본딩)공정과 패키징(칩봉입)공정을 포함한다. 스텝 6은 스텝 5에 의해서 제작된 반도체디바이스의 동작확인테스트, 내구성테스트 등의 검사를 행하는 검사공정이다. 이러한 공정을 거쳐서 반도체디바이스가 완성되고, 이것이 출하된다(스텝 7).
도 18은 상기 웨이퍼프로세스의 상세를 표시하는 플로우차트이다.
스텝 11은 웨이퍼의 표면을 산화시키는 산화공정이다. 스텝 12는 웨이퍼의 표면에 절연막을 형성하는 CVD공정이다. 스텝 13은 웨이퍼상에 전극을 증착에 의해서 형성하는 전극형성공정이다. 스텝 14는 웨이퍼에 이온을 주입하는 이온주입공정이다. 스텝 15는 웨이퍼에 레지스트(감광제)를 도포하는 레지스트공정이다. 스텝 16은 상기 설명한 노광장치에 의해서 마스크의 회로패턴을 웨이퍼에 프린트노광하는 노광공정이다. 스텝 17은 노광된 웨이퍼를 현상하는 현상공정이다. 스텝 18은 현상된 레지스트화상 이외의 부분을 제거하는 에칭공정이다. 스텝 19는 에칭이 끝나서 불필요하게 된 레지스트를 박리하는 레지스트 박리공정이다. 이들 공정을 반복함으로써 웨이퍼상에 다중으로 회로패턴이 형성된다.
이들 공정에 의해 고집적도의 마이크로디바이스를 제조할 수 있다.
상기한 실시예에 있어서의 투영노광장치는 레티클(3)의 전회로패턴을 한번에 웨이퍼상에 노광하는 형식으로 되어 있다. 이에 대신해서 본 발명은 레이저광원으로부터의 광을 조명광학계를 개재해서 레티클(3)의 회로패턴의 일부분에 조사하고, 이 레티클(3)상의 회로패턴을 투영광학계에 의해 웨이퍼상에 레티클과 웨이퍼의 쌍방을 투영광학계의 광축과 수직방향으로 이 투영광학계에 대응시켜서 주사해서 투영·노광하는 소위 주사형의 투영노광장치에 적용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 구성렌즈매수가 적고 또한 고해상력과 넓은 노광영역을 확보하면서, 비구면렌즈의 가공, 조정도 용이한 투영광학계 및 그것을 사용한 투영노광장치를 달성할 수 있다.
본 발명을 여기에 기재된 구성을 참조해서 설명해왔지만, 본 발명은 여기에 기재된 상세에 한정되지 않으며, 본 출원은 다음의 특허청구의 범위 또는 개량의 목적 내에 들 수 있는 변형 또는 변경을 커버하고자 한 것이다.

Claims (22)

  1. 마스크의 패턴을 웨이퍼상에 투영하는 투영광학계에 있어서, 상기 투영광학계는 한 쪽의 면이 비구면이고 다른 쪽의 면이 평면인, 적어도 하나의 비구면렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 투영광학계의 모든 구면은 관계
    │△ASPH/L│＞ 1 ×10-6
    [여기서, △ASPH는 비구면의 비구면량이고, L은 상기 투영광학계의 물체화상간 거리임]
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 투영광학계는 정의 굴절력 렌즈군과 부의 굴절력 렌즈군으로 이루어진 복수의 렌즈군을 포함하고, 관계
    │L ×ø0│＞17
    [여기서, L은 물체화상간 거리이고, ø0는 부의 렌즈군의 파워의 합임]
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 비구면은 물체쪽으로부터 관계
    │hb/h│＞0.35
    [여기서, h는 축상마지널광선의 높이이고, hb는 최축외주광선의 높이임]
    를 만족하는 범위내에 있는 표면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 비구면은 관계
    hea/hmax＞0.70
    [여기서, hea는 상기 면의 유효경이고, hmax는 상기 투영광학계의 최대유효경임]
    를 만족하는 표면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 비구면은 물체 쪽으로부터 관계
    │hb/h│＞0.35
    [여기서, h는 축상마지널광선의 높이이고, hb는 최축외주광선의 높이임]
    를 만족하는 범위내에 있는 표면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 비구면은 관계
    hea/hmax＞ 0.70
    [여기서, hea는 상기 면의 유효경이고, hmax는 상기 투영광학계의 최대유효경임]
    을 만족하는 표면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  8. 제 1항에 있어서, 관계
    │△ASPH/L │＜ 0.02
    [여기서, △ASPH는 비구면의 비구면량이고, L은 상기 투영광학계의 물체화상간 거리임]
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  9. 제 1항에 있어서, 관계
    │L ×ø0│＜ 70
    [여기서, L은 물체화상간 거리이고, ø0는 부의 렌즈군의 파워의 합임]
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  10. 제 1항에 있어서, 관계
    │hb/h│＜ 15
    [여기서, h는 축상마지널광선의 높이이고, hb는 최축외주광선의 높이임]
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 투영광학계는 적어도 하나의 비구면을 가지고, 비구면을 가진 모든 렌즈는 한 쪽의 면이 비구면이고, 다른 쪽의 면이 평면인 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 투영광학계의 모든 구면은 관계
    │△ASPH/L│＞ 1 ×10-6
    [여기서, △ASPH는 비구면의 비구면량이고, L은 상기 투영광학계의 물체화상간 거리임]
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 투영광학계는 정의 굴절력 렌즈군과 부의 굴절력 렌즈군으로 이루어진 복수의 렌즈군을 포함하고, 관계
    │L ×ø0│＞17
    [여기서, L은 물체화상간 거리이고, ø0는 부의 렌즈군의 파워의 합임]
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 비구면은 물체 쪽으로부터 관계
    │hb/h│＞0.35
    [여기서, h는 축상마지널광선의 높이이고, hb는 최축외주광선의 높이임]
    를 만족하는 범위내에 있는 표면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  15. 제 11항에 있어서, 상기 비구면은 관계
    hea/hmax＞ 0.70
    [여기서, hea는 상기 면의 유효경이고, hmax는 상기 투영광학계의 최대유효경임]
    을 만족하는 표면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  16. 제 12항에 있어서, 상기 비구면은 물체 쪽으로부터 관계
    │hb/h│＞0.35
    [여기서, h는 축상마지널광선의 높이이고, hb는 최축외주광선의 높이임]
    를 만족하는 범위내에 있는 표면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  17. 제 12항에 있어서, 상기 비구면은 관계
    hea/hmax＞ 0.70
    [여기서, hea는 상기 면의 유효경이고, hmax는 상기 투영광학계의 최대유효경임]
    을 만족하는 표면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  18. 제 11항에 있어서, 관계
    │△ASPH/L │＜ 0.02
    [여기서, △ASPH는 비구면의 비구면량이고, L은 상기 투영광학계의 물체화상간 거리임]
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  19. 제 11항에 있어서, 관계
    │L ×ø0│＜ 70
    [여기서, L은 물체화상간 거리이고, ø0는 부의 렌즈군의 파워의 합임]
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  20. 제 11항에 있어서, 관계
    │hb/h│＜ 15
    [여기서, h는 축상마지널광선의 높이이고, hb는 최축외주광선의 높이임]
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 투영광학계.
  21. 스텝앤드리피트 방식과 스텝앤드스캔방식 중의 하나에 의해서 레티클의 패턴을 감광기판상에 투영하기 위한, 제 1항에 기재된 투영광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  22. 제 1항에 기재된 투영광학계를 사용해서 레티클의 패턴을 웨이퍼상에 투영한 후, 이 웨이퍼에 현상처리공정을 개재해서 디바이스를 제조하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
KR10-2000-0032815A 1999-06-14 2000-06-14 투영광학계 및 그것을 사용한 투영노광장치, 및디바이스제조방법 KR100511360B1 (ko)

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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1139138A4 (en) 1999-09-29 2006-03-08 Nikon Corp PROJECTION EXPOSURE PROCESS, DEVICE AND OPTICAL PROJECTION SYSTEM
WO2001023933A1 (fr) 1999-09-29 2001-04-05 Nikon Corporation Systeme optique de projection
KR100866818B1 (ko) * 2000-12-11 2008-11-04 가부시키가이샤 니콘 투영광학계 및 이 투영광학계를 구비한 노광장치
JP2002244034A (ja) 2001-02-21 2002-08-28 Nikon Corp 投影光学系および該投影光学系を備えた露光装置
JP2002323653A (ja) 2001-02-23 2002-11-08 Nikon Corp 投影光学系，投影露光装置および投影露光方法
JP2002323652A (ja) 2001-02-23 2002-11-08 Nikon Corp 投影光学系，該投影光学系を備えた投影露光装置および投影露光方法
JP2002287029A (ja) * 2001-03-28 2002-10-03 Fuji Photo Optical Co Ltd 投影光学系およびこれを用いた投影露光装置
US7957069B2 (en) * 2004-12-30 2011-06-07 Carl Zeiss Smt Gmbh Projection optical system
US20080186466A1 (en) * 2005-04-12 2008-08-07 Sirat Gabriel Y Element for defocusing tm mode for lithography
CN102540419B (zh) * 2010-12-31 2014-01-22 上海微电子装备有限公司 一种大视场投影光刻物镜
DE102015218328B4 (de) * 2015-09-24 2019-01-17 Carl Zeiss Smt Gmbh Optisches System zur Feldabbildung und/oder Pupillenabbildung
CN110045492B (zh) * 2019-04-26 2024-03-15 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 宽谱段大数值孔径超高通量的显微物镜光学系统

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0332201B1 (en) 1988-03-11 1994-06-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical projection system
JPH0534593A (ja) 1991-05-22 1993-02-12 Olympus Optical Co Ltd 縮小投影レンズ
JP3278896B2 (ja) 1992-03-31 2002-04-30 キヤノン株式会社 照明装置及びそれを用いた投影露光装置
CA2114703A1 (en) * 1993-02-22 1994-08-23 Kenneth M. Baker Directional light filter and holographic projector system for its production
JP2928901B2 (ja) 1993-08-03 1999-08-03 鹿島建設株式会社 クレーンによる吊り込み資材の位置決め方法
JPH07128592A (ja) 1993-11-04 1995-05-19 Olympus Optical Co Ltd 縮小投影レンズ
JPH08179204A (ja) 1994-11-10 1996-07-12 Nikon Corp 投影光学系及び投影露光装置
US6229595B1 (en) * 1995-05-12 2001-05-08 The B. F. Goodrich Company Lithography system and method with mask image enlargement
JP3624973B2 (ja) 1995-10-12 2005-03-02 株式会社ニコン 投影光学系
JPH1048517A (ja) 1996-08-07 1998-02-20 Nikon Corp 投影光学系
JPH1079345A (ja) 1996-09-04 1998-03-24 Nikon Corp 投影光学系及び露光装置
JP4192279B2 (ja) 1996-09-27 2008-12-10 株式会社ニコン 投影光学系の製造方法、該製造方法によって製造された投影光学系、投影露光装置および方法、並びに半導体装置の製造方法
JPH10197791A (ja) 1997-01-13 1998-07-31 Canon Inc 投影レンズ
JPH116957A (ja) 1997-04-25 1999-01-12 Nikon Corp 投影光学系および投影露光装置並びに投影露光方法
JPH10325922A (ja) 1997-05-26 1998-12-08 Nikon Corp 投影光学系
JPH10330030A (ja) 1997-06-03 1998-12-15 Canon Inc シート処理装置及びこれを備える画像形成装置
JPH10333030A (ja) 1997-06-04 1998-12-18 Nikon Corp 精密複写レンズ
US5990926A (en) 1997-07-16 1999-11-23 Nikon Corporation Projection lens systems for excimer laser exposure lithography
JPH1195095A (ja) 1997-09-22 1999-04-09 Nikon Corp 投影光学系
JP3417273B2 (ja) 1997-10-13 2003-06-16 ミノルタ株式会社 変倍光学系
US6016185A (en) * 1997-10-23 2000-01-18 Hugle Lithography Lens array photolithography

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Publication number Publication date
KR100511360B1 (ko) 2005-08-31
JP2000356741A (ja) 2000-12-26
US6459534B1 (en) 2002-10-01

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