KR20010041257A - 반사굴절 결상 광학계 및 그 광학계를 구비한 투영 노광장치 - Google Patents

반사굴절 결상 광학계 및 그 광학계를 구비한 투영 노광장치 Download PDF

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KR20010041257A
KR20010041257A KR1020007009350A KR20007009350A KR20010041257A KR 20010041257 A KR20010041257 A KR 20010041257A KR 1020007009350 A KR1020007009350 A KR 1020007009350A KR 20007009350 A KR20007009350 A KR 20007009350A KR 20010041257 A KR20010041257 A KR 20010041257A
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오무라야스히로
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오노 시게오
가부시키가이샤 니콘
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Abstract

본 발명은, 적은 렌즈 매수로 반사경의 대형화를 초래하는 일 없이, 원하는 상측(NA) 및 이미지 서클을 얻을 수 있는 반사굴절 결상 광학계 등을 제공하는 것을 목적으로 하며, 이 반사굴절 결상 광학계는, 제 1 결상 광학계와 제 2 결상 광학계를 구비하며, 제 1 결상 광학계는, 물체측으로부터 차례로, 정(正) 제 1 렌즈군과 개구 조리개와 정 제 2 렌즈군을 가지며, 제 2 결상 광학계는, 중앙부에 제 1 광 통과부를 갖는 부(負) 제 1 반사면으로서 이루어지는 주거울과, 중앙부에 제 2 광 통과부를 갖는 제 2 반사면으로서 이루어지는 부거울을 구비한다. 여기에서, 광학계를 구성하는 모든 굴절부재를 동일한 광학재료로 구성하거나, 굴절면이나 반사면중 적어도 하나를 비구면으로 하거나, 제 1 반사면 및 제 2 반사면에서 이간되어 있는 굴절부재를 배치하거나 한다.

Description

반사굴절 결상 광학계 및 그 광학계를 구비한 투영 노광장치{Reflection refraction image-forming optical system and projection exposure apparatus comprising the optical system}
반도체소자 등을 제조하기 위한 포토리소그래피 공정에서, 포토 마스크 또는 레티클(이하, 총칭하여 「레티클」이라고 칭함) 위에 형성된 패턴상을 투영 광학계를 통해, 포토레지스트 등이 도포된 웨이퍼 또는 글래스 플레이트 위 등에 투영노광하는 투영 노광장치가 사용되고 있다. 그리고, 반도체소자 등의 집적도가 향상됨에 따라, 투영 노광장치에 사용되고 있는 투영 광학계에 요구되는 해상력은 점점 높아지고 있다. 이 요구를 만족하기 위해는, 조명광(노광 광)의 파장을 짧게 하는 것 및 투영 광학계의 개구 수(NA)를 크게하는 것을 필요로 하게 된다. 예컨대, 조명광의 파장이 180nm 이하인 경우는, 0.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있다.
그러나, 조명광의 파장이 짧게 되면, 광의 흡수가 커져, 실용에 견디는 유리재료의 종류는 한정되어버리고, 특히 파장이 180nm 이하가 되면 실용상 쓸 수 있는 초재(硝材)는 형석 만으로 한정된다. 이 때문에, 굴절 렌즈계 만, 즉 굴절력을 갖는 반사경(오목면 반사경 또는 볼록면 반사경)을 포함하지 않는 렌즈성분 만으로 구성된 투영 광학계에서는, 색수차의 보정이 불가능하게 된다.
또한 투영 광학계에 요구되는 광학 성능은 매우 높기 때문에, 제반 수차를 거의 무수차까지 보정하는 것이 필요하게 된다. 그러나, 굴절형 투영 광학계에서 원하는 광학 성능을 달성하기 위해는 다수의 렌즈성분이 필요하게 되어 투과율의 저감이나 제조 가격의 증대를 피할 수 없다.
이에 대하여, 오목면 반사경 등의 파워(굴절력)를 이용하는 반사형의 광학계, 즉 렌즈성분을 포함하지 않고 굴절력을 갖는 반사경을 포함하는 광학계는, 색수차가 생기지 않고, 페츠벌 합(petzval sum)에 관해서 렌즈성분과는 부호가 역의 기여를 나타낸다. 따라서, 반사광학계와 굴절광학계를 조합시킨 광학계, 소위 반사 굴절형의 광학계(이하, 「반사굴절 결상 광학계」라고 칭함)는, 렌즈 매수의 증가를 초래하지 않고, 색수차을 비롯하여 각 여러가지 수차를 거의 무수차 까지 양호하게 보정할 수 있다. 여기서, 반사굴절 결상 광학계라 함은, 적어도 하나의 렌즈성분과, 굴절력을 갖는 적어도 하나의 반사경을 포함하는 광학계이다. 또한, 굴절형의 광학계나 반사형의 광학계에서, 필요에 따라 평행 평면판이나 광로 편향용의 평면 반사경 등이 마련되는 것은 말할 필요도 없다.
그러나, 투영 노광장치의 투영 광학계의 광로 중에 오목면 반사경을 이용하면, 레티클측에서 이 오목면 반사경에 입사된 광이 반사되어 다시 원래의 레티클측으로 역진하여 버린다. 이 때문에, 오목면 반사경에 입사하는 광의 광로와 오목면 반사경에서 반사되는 광의 광로를 분리함과 동시에 오목면 반사경으로부터의 반사광을 웨이퍼 방향으로 이끌기 위한 기술이, 즉 반사굴절 결상 광학계에 의해 투영 광학계를 구성하는 여러가지의 기술이 종래부터 많이 제안되어 있다.
대표적인 광로 분리 방법으로서, 일본 특허공고 평 7-117648호 공보에는, 하프 미러나 편광 빔 스플리터 등의 투과 반사면을 사용하여 광로 분리를 행하는 방법이 제안되어 있다. 또한, 미국특허 제 4,779,966호 공보에는, 광축 밖의 광로를 이용하여 중간상을 형성하고, 중간상의 형성위치 부근에 광로 절곡용의 평면경을 배치하여 광로 분리를 행하는 방법이 제안되어 있다. 또한, 미국특허 제 5,031,976호 공보에는, 중앙에 개구부를 갖는 2장의 반사경을 이용하여, 광학계의 눈동자(pupil)의 가까운데서 광속 단면이 클 때에 광속이 반사되고, 또한 상면의 가까운데서 광속 단면이 작을 때에 광속이 중앙 개구부를 통과하도록 2장의 반사경을 배치함으로써 광로 분리를 행하는 방법이 제안되어 있다.
그러나, 일본 특허공고 평 7-114648호 공보 및 미국특허 제 4,779,966호 공보에 개시된 광로 분리방법으로서는, 광로 분리를 위해 광축에 대하여 경사 설치된 평면거울을 사용하기 때문에, 광학계가 복수의 광축을 갖게 된다. 고 정밀도인 광학부품의 조정을 필요로 하는 투영 광학계에서는, 복수의 광축 위치맞춤을 고정밀도로 함과 동시에 각 광축에 대하여 소망의 위치에 광학부품을 미크론 오더로 배치하는 것은 대단히 어려운 기술을 필요로 하기 때문에, 결과로서 광학계를 제조하기 위한 가격의 증대를 피할 수 없다.
한편, 미국특허 제 5,031,976호 공보에 개시된 광로 분리방법을 이용하면, 광학계를 구성하는 모든 광학요소를 단일의 광축에 따라 배치할 수 있다. 그 결과, 투영 광학계에서 종래부터 이용하고 있는 광학부품의 조정방법에 따라서 고정밀도로 광학계를 제조하는 것이 가능하다. 이 광로 분리방법을 이용한 광학계가, 미국특허 제 5,031,976호 공보 이외에도, 미국특허 제 5,488,229호 공보, 미국특허5,650,877호 공보, 미국특허 제 5,717,518호 공보 등에 개시되어 있다.
그러나, 미국특허 제 5,031,976호 공보 등에 개시된 광학계에서는, 2개의 반사경에서 완전히 반사되지 않고 그 중앙 개구부를 통과하여 상면에 도달하는 미광(미광)의 발생을 회피하기 위해, 결상 광속중 광축을 중심으로한 일부의 광속을 가로막을 필요가 있다. 그 결과, 이 결상 광속의 중심 차폐에 기인하여, 광학계의 결상 특성이 저하한다. 따라서, 미국 특허 제 5,031,976호 공보에 개시된 광로 분리방법을 투영 광학계에 적용하기 위해는, 충분한 광학 성능을 얻기 위해, 결상 광속의 중심 차폐율(이하, 간략하게「중심 차폐율」이라고 칭함)을 작게 억제하는 것이 중요하다.
미국특허 제 5,650,877호 공보에 개시된 광학계에서는, 중간상을 형성하지 않고, 물체면(마스크면에 대응하는 면)집합에 하프 미러를 배치하고, 상면(웨이퍼면에 대응하는 면)집합에 중앙에 개구부를 갖는 반사경을 배치함으로써, 중심 차폐율을 어느정도 작게 억제하고 있다. 즉, 이 광학계에서는, 하프 미러의 채용이 필수적으로 된다. 그러나, 예를들면 파장이 180nm 이하의 노광 광을 이용하는 투영 광학계에 대하여 이 광학계를 적용한 경우, 반투과 박막의 형성에 사용 가능한 물질이 한정되기 때문에, 충분한 성능의 하프 미러를 제조하는 것은 곤란하다. 또한, 웨이퍼면에 도달하는 광은 1/4 이하로 되어 버리기 때문에, 생산성의 저하는 피할 수 없다.
미국특허 제 5,031,976호 공보, 미국특허 제 5,488,229호 공보, 및 미국특허 제 5,717,518호 공보에 개시된 광학계에서는, 어느 것이나 제 1 결상 광학계를 통해 중간상을 형성하고, 그 형성위치 부근에 중앙 개구부를 갖는 제 1 반사경을 배치하고, 또한 상면 부근에 중앙 개구부를 갖는 제 2 반사경을 배치함으로써, 중심 차폐율을 어느정도 작게 억제하고 있다.
그러나, 이들의 공보에 개시된 광학계는, 이하와 같은 부적당함을 갖는다.
일반적으로, 투영 광학계가 0.1㎛ 이하의 고해상을 얻기 위해는, 노광 광으로서 F2레이저(파장 157nm)를 이용하였다고 하여도, 0.7 이상의 상측(NA)이 필요하게 된다. 또한, 반도체 칩의 치수 및 생산성을 고려하면, 상측의 이미지 서클을 지름 10mm 이하로 하는 것은 현재로서는 고려할 수 없다. 또한, 상측의 WD(work distance: 투영 광학계의 가장 웨이퍼측의 렌즈면과 웨이퍼 사이의 축상 공기 간격)도, 노광시의 레지스트(웨이퍼에 도포된)로 부터의 아웃 가스의 영향이나 웨이퍼 스테이지의 구동 영향을 고려하면, 큰폭으로 작게 할 수 없다.
미국특허 제 5,650,877호 공보에 개시된 광학계에서는, 중간상의 형성위치 부근에 두꺼운 렌즈를 배치함과 더불어 제 2 반사경인 이면 반사경의 굴절부에 두꺼운 렌즈를 채용하고, 종래부터 알려져 있는 두꺼운 렌즈의 색수차 보정을 이용하여, 제 1 결상 광학계에서 발생하는 색수차의 보정을 행하고 있다. 그러나, 이 광학계에서는, 투영 광학계에 요구되는 상기 요건(상측(NA), 이미지 서클 지름, 상측의 WD 등)을 채우고자 하면, 이면 반사경의 굴절부의 두께가 커지고, 이 굴절부의 두께에 비례하여 이면 반사경의 지름이 현저하게 커진다. 그 결과 제조가 곤란하게 될뿐만 아니라, 제조 가격이 비약적으로 증대하여 버린다.
또한, 이 광학계에서는 물체측(상측)이 무한원에 가까운 것을 상정하고 있기 때문에 제 1 결상 광학계의 굴절력이 작고, 제 1 결상 광학계에서의 색수차의 발생도 그다지 크지 않기 때문에, 두꺼운 렌즈에 의해 어느정도 양호한 색수차 보정을 달성하고 있다. 그러나, 모든 계로서 0.15 내지 0.4 정도의 축소배율이 요구되는 투영 광학계에 적용되는 경우, 제 1 결상 광학계의 굴절력을 증대시키지 않을 수 없어, 제 1 결상 광학계에서의 색수차 발생의 증대를 피할 수 없다. 그 결과, 이 광학계에서, 특히 2개의 반사경 지름 및 두께를 현실적인 크기로 유지한 채로, 색수차를 양호하게 보정하는 것은 곤란하다.
미국특허 제 5,488,229호 공보에 개시된 광학계는, 미국특허 제 5,031,976호 공보에 개시된 광학계의 변형으로서, 광원으로서 ArF 엑시머 레이저(발진파장 193nm)를 이용하는 레이저 리페어 장치(레이저 가공에 의해 반도체회로의 수정을 하는 장치)를 위한 광학계를 상정하여 그 최적화를 행한 것이다. 이 광학계에서는, 두꺼운 렌즈를 이용하는 일 없이, 2장의 이면 반사경을 사용함으로써 색수차 보정을 행하고 있다. 그러나, 중간상의 형성위치 부근에 배치되는 오목면 거울이 색수차 보정의 목적으로서 이면 반사경이기 때문에, 0.7 이상의 상측(NA)을 달성함과 동시에 상측에서 소요 크기의 이미지 서클을 달성하기 위해는, 오목면 거울의 지름이 현저히 커지고, 반도체 노광창치 등의 투영 광학계로서는 실현 가능한 광학계로서는 이룰 수 없다.
미국특허 제 5,717,518호 공보에 개시된 광학계에서는, 0.8의 상측(NA)를 달성하고 있다. 그러나, 미국특허 제 5,488,229호 공보에 개시된 광학계와 같이, 중간상의 형성위치 부근에 배치되는 오목면 거울이 색수차 보정의 목적으로서의 이면 반사경이기 때문에, 상측에서 소요 크기의 이미지 서클을 달성하기 위해는, 오목면 거울의 지름이 현저히 커지고 현실적이지 않다. 또한, 이 종래 기술로서는, 양호한 색수차 보정을 하기 위해, 석영 글래스나 형석 등의 복수의 초재를 이용하여 광학계를 구성하고 있다. 이 때문에, 이 광학계에서는, 파장이 180nm 이하의 노광 광을 쓸 수가 없고, 실질적으로는 ArF 엑시머 레이저광이 사용 가능한 최단의 파장 광이다.
또한, 180nm 이하의 파장의 노광 광을 쓰는 광학계에서는, 충분한 굴절율을 얻는다고 하는 관점에서 굴절부재로서 형석을 쓰게 되지만, 이면 반사 코트를 입힌 형석 렌즈를 이용한 경우, 이하와 같은 불합리함을 발생할 가능성이 있다. 즉, 이러한 파장영역의 광을 반사하는 코트는 그 막 재료가 한정되어 광 흡수가 비교적 커지기 때문에, 코트에 흡수된 큰 광 에너지가 열로서 형석 렌즈에 전파된다. 그 결과, 열팽창율이 큰 형석은, 노광중에 그 렌즈면 형상이 변화되어, 결상 성능을 열화시키는 경향이 발생되기 쉽다.
본 발명은, 예를들어 반도체 소자나 액정 표시소자 등을 포토리소그래피 공정으로 제조하는 투영노광의 경우에 적합하게 사용되는 반사굴절 결상 광학계 및 그 반사굴절 결상 광학계를 구비한 투영 노광장치 및 노광방법에 관한 것으로서, 특히 반사굴절 결상 광학계내의 결상 광학계의 한 요소로서 반사계를 이용함으로써, 자외선 파장영역에서 0.1㎛ 이하의 해상도를 갖는 반사굴절 결상 광학계 등에 관한 것이다.
본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 예컨대 파장이 180nm 이하의 자외영역의 조명광을 이용한 경우에도, 적은 렌즈 매수로, 반사경의 대형화를 초래하지 않고, 소요 크기의 상측(NA) 및 이미지 서클을 얻을 수 있고, 예컨대 0.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있는 반사굴절 결상 광학계 및 해당 광학계를 구비한 투영 노광장치 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
제 1 발명에 관계되는 반사굴절 결상 광학계는, 제 1 면의 1차상을 형성하기 위한 굴절형의 제 1 결상 광학계와, 상기 1차상으로부터의 광에 기초하여 상기 제 1 면의 2차상을 축소배율로 제 2 면 위에 형성하기 위한 반사 굴절형의 제 2 결상 광학계를 구비한 반사굴절 결상 광학계로서, 상기 제 1 결상 광학계는 제 1 면측으로부터 차례로, 정(正)의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군과, 개구 조리개와, 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군을 가지며, 상기 제 2 결상 광학계는, 오목면 모양으로 형성된 표면 반사면을 가지며 또한 중앙에 제 1 광 통과부를 갖는 주거울과, 중앙에 제 2 광 통과부를 갖는 반사면을 갖춘 부거울과, 해당 부거울의 상기 주거울측에 인접하여 배치되어 부의 굴절력을 갖는 렌즈성분을 가지며, 상기 1차상으로부터의 광이 상기 주거울의 상기 제 1 광 통과부 및 상기 렌즈성분을 통해 상기 부거울에서 반사되고, 상기 부거울에서 반사된 광이 상기 렌즈성분을 통해 상기 주거울에서 반사되고, 상기 주거울에서 반사된 광이 상기 렌즈성분 및 상기 부거울의 상기 제 2 광 통과부를 통해 상기 제 2 면상에 상기 2차상을 형성하며, 상기 반사굴절 결상 광학계를 구성하는 모든 굴절 광학부재는 같은 굴절율을 갖는 광학재료에 의해 형성되어 있다.
상기 반사굴절 결상 광학계에서는, 제 1 결상 광학계를 통해, 제 1 면(물체면)의 1차상 즉 중간상을 형성한다. 그리고, 중간상의 형성위치 부근에, 오목면 모양으로 형성된 표면 반사면을 가지며 또한 중앙에 제 1 광 통과부(중앙 개구부)를 갖는 주거울을 배치하고, 이 주거울의 중앙 개구부의 지름을 작게 억제함으로써, 중심 차폐율을 작게 억제하여 결상 성능의 저하를 회피하고 있다. 또한, 제 2 면(상면) 부근에, 중앙에 제 2 광 통과부(중앙 개구부)를 갖는 반사면을 갖춘 부거울과, 그 주거울측에 인접하여 배치된 렌즈성분을 배치하고, 이 부거울의 중앙 개구부를 제 2 면에 가까이 할 수 있는 구성을 채용함으로써, 중심 차폐율을 작게 억제하여 결상 성능의 저하를 회피하고 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 광학계를 투영 노광장치의 투영 광학계에 적용하는 경우, 0.1㎛ 이하의 고해상을 얻기 위해는, 파장이 180nm 이하의 노광 광을 사용해야 한다. 따라서, 제 1 발명에서는, 반사굴절 결상 광학계를 구성하는 모든 굴절 광학부재를, 같은 굴절율을 갖는 광학재료에 의해서, 예컨대 F2레이저광을 충분한 투과율로 투과시킬 수 있는 단일의 초재에 의해서 형성하고 있다. 또한, 부거울의 주거울측에 인접하여 배치되는 렌즈성분의 굴절력을 부 굴절력으로 함으로써, 1차 색수차 보정을 양호하게 행할 수 있다.
제 2 발명에 관계되는 반사굴절 결상 광학계는, 제 1 면의 1차상을 형성하기 위한 굴절형의 제 1 결상 광학계와, 상기 1차상으로부터의 광에 기초하여 상기 제 1 면의 2차상을 축소배율로 제 2 면상에 형성하기 위한 반사 굴절형의 제 2 결상 광학계를 구비한 반사굴절 결상 광학계로서, 상기 제 1 결상 광학계는, 제 1 면측으로부터 차례로, 정의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군과, 개구 조리개와, 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군을 갖고, 상기 제 2 결상 광학계는, 오목면 모양으로 형성된 표면 반사면을 가지며 또한 중앙에 제 1 광 통과부를 갖는 주거울과, 중앙에 제 2 광 통과부를 갖는 반사면을 갖춘 부거울과, 해당 부거울의 상기 주거울측에 인접하여 배치된 렌즈성분을 가지며, 상기 1차상으로부터의 광이 상기 주거울의 상기 제 1 광 통과부 및 상기 렌즈성분을 통해 상기 부거울에서 반사되고, 상기 부거울에서 반사된 광이 상기 렌즈성분을 통해 상기 주거울에서 반사되고, 상기 주거울에서 반사된 광이 상기 렌즈성분 및 상기 부거울의 상기 제 2 광 통과부를 통해 상기 제 2 면 위에 상기 2차상을 형성하며, 상기 반사굴절 결상 광학계를 구성하는 모든 굴절면 및 반사면중 적어도 하나의 면은 비구면 형상으로 형성되어 있다.
상기 반사굴절 결상 광학계에서는, 반사굴절 결상 광학계를 구성하는 모든 굴절면 및 반사면중 적어도 하나의 면을 비구면 형상으로 형성하고 있다. 이 구성에 의해, 주거울이나 부거울을 실현 가능한 크기로 억제하면서, 충분한 결상 성능을 갖는 광학계를 달성하고 있다.
이상 설명한 제 1 및 제 2 발명의 반사굴절 결상 광학계에 의하면, 예를들면 F2레이저광과 같이 파장이 180nm 이하의 광을 이용한 경우에도, 특히 주거울의 대형화를 초래하지 않고, 소요 크기의 상측(NA) 및 이미지 서클을 확보할 수 있어, 예를들면 0.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있는 반사굴절 결상 광학계를 적은 렌즈 매수로 실현할 수 있다.
또한, 본 발명(제 1 발명 및 제 2 발명)의 광학계에서, 부거울에 인접하여 배치된 렌즈성분의 굴절면상에 부거울의 반사면을 마련하고, 부거울과 렌즈성분으로 이면 반사경을 구성하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 부거울의 지지기구를 제 2 면측으로 돌출시키지 않고, 부거울을, 나아가서는 그 중앙 개구부를 더욱 제 2 면에 가까이 할 수 있다. 그 결과, 부거울의 중앙 개구부의 지름을, 나아가서는 중심 차폐율을 더욱 작게 억제하여, 결상 성능의 저하를 더욱 양호하게 회피할 수 있다.
또한, 본 발명의 광학계에서는, 부거울의 반사면이 주거울측에 오목면을 향한 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 주거울의 지름을 크게하지 않고, 중심 차폐율을 더욱 작게 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 광학계에서는, 부거울에 인접하여 배치된 렌즈성분의 주거울측의 굴절면이 주거울측에 오목면을 향한 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 양호한 색수차 보정을 달성할 수 있다.
또한, 양호한 색수차 보정을 달성하기 위해는, 이하의 조건식 1을 만족하는 것이 바람직하다.
(조건식 1)
0.03 ＜ D/|R| ＜ 1.0
여기서, R은, 부거울에 인접하여 배치된 렌즈성분의 주거울측의 굴절면의 곡율반경이다. 또한, D는, 부거울의 유효 지름이다.
조건식 1의 상한치를 상회하면, 코마수차 및 구면수차의 고차수차가 발생하여, 큰 개구수를 실현할 수 없게 되기 때문에 바람직하지 못하다. 한편, 조건식 1의 하한치를 밑돌면, 부거울을 실현 가능한 크기로 유지한 채로 색수차를 양호하게 보정할 수 없게 되기 때문에 바람직하지 못하다. 또한, 조건식 1의 상한치를 0.5로 하고, 하한치를 0.07로 함으로써, 색수차와 다른 여러가지 수차를 동시에 더욱 양호하게 보정하는 것이 가능해진다.
그런데, 노광파장이 180nm 이하가 되면, 렌즈성분의 표면에 시행되는 반사 방지 코트용의 막 재료는 한정된다. 그 결과, 반사 방지 코트로서 충분한 성능을 얻을 수 없게 되기 때문에, 렌즈면과 같은 투과면의 수를 극력 적게 할 필요가 있다. 그래서, 본 발명에 있어서는, 주거울과 부거울 사이의 광로 중에 배치되는 굴절 광학부재가 부거울에 인접하여 배치된 렌즈성분만인 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 렌즈 매수(나아가서는 투과면의 수)의 삭감을 달성하며, 광학계의 투과율을 향상시킬 수 있다. 단, 이 구성은, 부거울과 제 2 면 사이의 광로 중에 평행 평면판 등을 배치하는 것을 방해하는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 광학계에서는, 제 2 결상 광학계 중의 굴절면 및 반사면중의 적어도 하나의 면을 비구면 형상으로 형성함으로써, 주거울 및 부거울의 대형화 및 중심 차폐율의 증대를 피하는 것이 가능하게 되고, 결과로서 충분한 결상 성능을 가지며 또한 실현 가능한 광학계를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 광학계에서는, 제 1 결상 광학계 중의 굴절면중의 적어도 하나의 면을 비구면 형상으로 형성함으로써, 0.1㎛ 이하의 고해상을 실현하면서, 렌즈 매수의 삭감을 달성하여 광학계의 투과율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 제 2 발명의 광학계에서는, 제 2 결상 광학계 중의 굴절면 및 반사면중의 적어도 하나의 면이 비구면 형상으로 형성되고, 제 1 렌즈군 및 제 2 렌즈군의 각각이 적어도 하나의 비구면 형상의 굴절면을 갖는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 반사굴절 결상 광학계를 구성하는 렌즈 매수를 삭감할 수 있고, 파장이 180nm 이하의 광을 노광 광으로서 이용하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 광학계에서는, 반사굴절 결상 광학계를 구성하는 모든 렌즈 중의 적어도 80%의 렌즈는, 한쪽의 굴절면이 비구면 형상으로 형성되고 또한 다른쪽의 굴절면이 구면 형상으로 형성된 편측 비구면 렌즈인 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 광학계의 크기, 결상 성능, 투과율, 조사열에 의한 수차변동 등을 고려하고나서, 0.1㎛ 이하의 고해상을 갖는 이상적인 광학계를 실현할 수 있다. 또한, 소위 편측 비구면 렌즈를 사용함으로써, 구면 형상의 렌즈면을 기준으로 하여 비면상의 렌즈면과의 편심을 용이하게 조정하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 광학계에서는, 반사굴절 결상 광학계를 구성하는 모든 굴절 광학부재를 형석으로 형성함으로써, 예컨대 F2레이저광(157nm)과 같은 파장이 180nm 이하의 노광 광을 사용하는 것이 가능하게 되고, 0.1㎛ 이하의 고해상을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 광학계에서는, 반사굴절 결상 광학계를 제 1 면측 및 제 2 면측에 텔레센트릭(telecentric)인 광학계로 구성하는 것이 바람직하다. 이렇게, 반사굴절 결상 광학계를 양측 텔레센트릭으로 구성함으로써, 제 1 면에 배치되는 마스크나 제 2 면에 배치되는 웨이퍼 등의 광축 방향의 어긋남에 의한 상 비뚤어짐을 무시할 수 있는 미소량으로 억제할 수 있다. 또한, 제 1 렌즈군의 후측 초점위치 부근에 개구 조리개를 배치함으로써, 각 시야의 개구 수가 서로 동일하게 되는 이상적인 양측 텔레센트릭 광학계를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서는, 다음 조건식 2를 만족하는 것이 바람직하다.
(조건식 2)
0.7 ＜ |β1/β2| ＜ 3.5
여기서, β1은 제 1 결상 광학계의 결상배율이며, β2는 제 2 결상 광학계의 결상배율이다.
조건식 2는, 제 1 결상 광학계의 결상배율β1과 제 2 결상 광학계의 결상배율β2과의 비 β1/β2에 관해서 적절한 범위를 규정하고 있다. 조건식 2를 만족함으로써, 제 1 결상 광학계의 렌즈성분에 의해서 발생하는 수차와, 제 2 결상 광학계의 반사경 등에서 발생하는 수차를 균형 좋게 상쇄(cancellation)할 수 있고, 0.1㎛ 이하의 고해상을 실현할 수 있다. 단, 중간상이 굴절 광학부재 중에 형성되는 경우, 그 굴절 광학부재는 제 1 결상 광학계에 속하는 것으로 한다.
조건식 2의 상한치를 상회하면, 제 2 결상 광학계에서 발생하는 수차가 커져, 특히 구면수차, 코마수차, 색수차의 양호한 보정이 곤란하여 지기 때문에 바람직하지 못하다. 한편, 조건식 2의 하한치를 밑돌면, 제 1 결상 광학계에서 발생하는 수차가 커져, 전체 길이의 대형화를 피할 수 없게 되기 때문에 바람직하지 못하다. 또한, 광학계의 한층 소형화와 충분한 결상 성능의 달성을 고려하면, 조건식 2의 상한치를 2.5로 하고, 하한치를 0.85로 하는 것이 바람직하다. 또한, 투영 노광장치의 투영 광학계에 적용하는 경우에는 모든 계의 결상배율 (β1 ×β2)을 0.12 내지 0.33의 범위로 설정함으로써, 마스크의 크기나 정밀도를 실현 가능한 범위로 설정할 수 있다.
제 3 발명에 관계되는 반사굴절 결상 광학계는, 제 1 면의 중간상을 형성하기 위한 굴절형의 제 1 결상 광학계와, 상기 중간상으로부터의 광에 기초하여 상기 제 1 면의 최종상을 축소배율로 제 2 면상에 형성하기 위한 반사 굴절형의 제 2 결상 광학계를 구비한 반사굴절 결상 광학계로서, 상기 제 1 결상 광학계는 상기 제 1 면측으로부터 차례로, 정 굴절력의 제 1 렌즈군과, 개구 조리개와, 정 굴절력의 제 2 렌즈군을 갖고, 상기 제 2 결상 광학계는, 중앙부에 제 1 광 통과부를 갖는 부 굴절력(負屈折力)의 제 1 반사면으로서 이루어지는 주거울과, 중앙부에 제 2 광 통과부를 갖는 제 2 반사면으로서 이루어지는 부거울과, 상기 제 1 반사면 및 상기 제 2 반사면에서 이간되어 있는 굴절부재를 가지며, 상기 제 1 결상 광학계에서의 광이 상기 주거울의 상기 제 1 광 통과부와 상기 굴절부재를 통해 상기 제 2 반사면에서 반사되고, 상기 제 2 반사면에서 반사된 광이 상기 굴절부재를 통해 상기 제 1 반사면에서 반사되고, 상기 제 1 반사면에서 반사된 광이 상기 굴절부재와 상기 부거울의 상기 제 2 광 통과부를 통해 상기 제 2 면상에 최종상을 형성한다.
상기 반사굴절 결상 광학계에서는, 제 1 결상 광학계의 제 1 렌즈군과 제 2 렌즈군을 통해, 제 1 면의 중간상(1차상)을 형성한다. 그리고, 중간상의 형성위치 부근에, 중앙에 제 1 광 통과부(중앙 개구부)를 가지며, 또한 부 굴절력(즉 오목면 모양)의 제 1 반사면을 갖는 주거울을 배치하고, 이 주거울의 중앙 개구부의 지름을 작게 억제함으로써, 중심 차폐율을 작게 억제하여 결상 성능의 저하를 회피하고 있다. 또한, 제 2 면(웨이퍼면, 즉 최종상면) 부근에, 제 2 광 통과부(중앙 개구부)를 갖는 부거울과 그 주거울측으로 이간하여 굴절부재를 배치하고, 이 부거울의 중앙 개구부를 제 2 면에 가까이 할 수 있는 구성을 채용하고, 부거울을 될수 있는 한 광축 방향이 얇은 구성으로 함으로써, 중심 차폐율을 작게 억제하여 결상 성능의 저하를 회피하고 있다.
상기 제 3 발명의 반사굴절 결상 광학계에 의하면, 예를들면 F2레이저광과 같이 파장이 180nm 이하인 광을 이용한 경우에도, 특히 주거울의 대형화를 초래하지 않고, 소요 크기의 상측(NA) 및 이미지 서클을 확보할 수 있고, 예를들면 0.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있는 반사굴절 결상 광학계를 적은 렌즈 매수로 실현할 수 있다.
또한, 제 3 발명의 광학계에서는, 상기 굴절부재는 부의 굴절력을 가지며, 이하의 조건식 3을 만족하는 것이 바람직하다.
(조건식 3)
-85 ＜ f1/d1 ＜ -10
여기서, f1은 상기 굴절부재의 초점거리, d1은 상기 부거울과 상기 굴절부재와의 광축에 따른 간격을 각각 나타내고 있다. 조건식 3은 색수차를 양호하게 보정하기 위한 조건을 규정하고 있다. 조건식 3의 상한치를 상회하면, 각 파장마다의 상면만곡의 엇갈림이 크게 되어 양호한 색수차 보정을 할 수 없게 된다. 또한, 색 코마수차 등의 고차수차도 발생하기 때문에 바람직하지 못하다. 반대로, 조건식 3의 하한치를 밑돌면, 1차 색수차가 보정 부족으로 되어 바람직하지 못하다. 또한, 조건식 3의 하한치를 -75로 하고, 상한치를 -20으로 함으로써, 넓은 파장영역에 대하여 더욱 양호하게 색수차 보정을 할 수 있다.
또한, 제 3 발명의 광학계에서는, 상기 굴절부재는, 상기 제 2 면측에 오목면을 향한 굴절면을 갖는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하기는, 상기 굴절부재는 메니스커스 형상인 것이 바람직하다. 이 경우, 굴절부재의 제 1 면측의 굴절면 및 제 2 면측의 굴절면에서는, 주거울에서 반사되된 후에 제 2 면에 향하는 광속의 입사각 및 사출각을 비교적 작게 할 수 있어, 큰 개구 수의 광속을 제 2 면상에 이끄는 경우에도, 이들 굴절면에서의 고차수차 발생을 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 상기 굴절부재는 상기 제 2 면측의 굴절면이 상기 제 1 면측의 굴절면보다도 큰 부의 굴절력을 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 광선 렌즈에의 입사각 및 사출각을 작게 할 수 있어, 고차수차의 발생을 막을 수 있다.
또한, 제 3 발명의 광학계는 이하의 조건식 4를 만족하는 것이 바람직하다.
(조건식 4)
0.6 ＜ |β1/β2| ＜ 3.5
여기서, β1은 상기 제 1 결상 광학계의 결상배율, β2는 상기 제 2 결상 광학계의 결상배율을 각각 나타내고 있다. 조건식 4는 제 1 결상 광학계의 결상배율과 제 2 결상 광학계의 결상배율과의 적절한 비를 규정하고 있다.
조건식 4를 만족함으로써, 제 1 결상 광학계의 렌즈성분에 의해 발생하는 수차와, 제 2 결상 광학계의 반사경 등에서 발생하는 수차를 균형 좋게 상쇄(cancellation)할 수 있고, 0.1㎛ 이하의 고해상을 실현할 수 있다. 단, 중간상이 굴절 광학부재중에 형성되는 경우, 그 굴절 광학부재는 제 1 결상 광학계에 속하는 것으로 한다.
조건식 4의 상한치를 상회하면, 제 2 결상 광학계에서 발생하는 수차가 커져, 특히 구면수차, 코마수차, 색수차의 양호한 보정이 곤란하여 지기 때문에 바람직하지 못하다. 한편, 조건식 4의 하한치를 밑돌면, 제 1 결상 광학계에서 발생하는 수차가 커져, 전체 길이의 대형화를 피할 수 없게 되기 때문에 바람직하지 못하다. 또한, 광학계의 한층 소형화와 충분한 결상 성능의 달성을 고려하면, 조건식 4의 상한치를 2.5로 하고, 하한치를 0.85로 하는 것이 바람직하다. 또한, 투영 노광장치의 투영 광학계에 적용하는 경우에는, 모든 계의 결상배율(β1 ×β2)을 0.12 내지 0.33의 범위로 설정함으로써, 마스크의 크기나 정밀도를 실현 가능한 범위로 설정할 수 있다.
또한, 제 4 발명에 관계되는 반사굴절 결상 광학계는, 제 1 면의 중간상을 형성하기 위한 제 1 결상 광학계와, 상기 중간상으로부터의 광에 기초하여 상기 제 1 면의 최종상을 축소배율로 제 2 면상에 형성하기 위한 제 2 결상 광학계를 구비한 반사굴절 결상 광학계로서, 상기 제 1 및 제 2 결상 광학계 중의 한쪽은, 중앙부에 제 1 광 통과부를 갖는 부 굴절력의 제 1 반사면을 구비하는 주거울과, 중앙부에 제 2 광 통과부를 구비하는 제 2 반사면을 갖춘 부거울을 가지며, 상기 주거울 및 상기 부거울은, 상기 제 1 광 통과부로 향하는 광이 상기 제 1 광 통과부를 통해 상기 제 2 반사면에서 반사되고, 상기 제 2 반사면에서 반사된 광이 상기 제 1 반사면에서 반사되고, 상기 제 1 반사면에서 반사된 광이 상기 부거울의 상기 제 2 광 통과부를 통과하도록 위치 결정되며, 상기 반사굴절 결상 광학계는, 상기 제 1 및 제 2 반사면에서 반사되지 않고서 상기 제 2 면으로 향하는 광을 차폐하기 위한 중심 차폐부재와, 개구 지름이 가변으로 구성된 가변 개구 조리개를 구비하고, 상기 중심 차폐부재와 상기개구 조리개는, 상기 반사굴절 결상 광학계의 광축 방향에서 서로 다른 위치에 배치된다.
제 4 발명의 광학계에서는, 근축 눈동자 위치(근축 주광선이 광축과 교차하는 위치) 부근에 중심 차폐부재를 배치함으로써, 모든 상고(像高)(물체 높이)의 광속에 관한 불필요 광을 효과적으로 차광할 수 있다. 그리고, 중심 차폐부재와는 다른 광축 방향의 위치에 가변 개구 조리개를 배치함으로써, 가변 개구 조리개의 기계 구조와 중심 차폐부재를 지지하는 기구와의 기계적 간섭을 피하기 쉽게하는 동시에, 가변 개구 조리개의 개구 지름을 변화시킨 경우에 모든 상고(물체 높이)에 있어서의 구경식(口徑食)의 영향, 즉 모든 상고(물체 높이)에 있어서의 광속간의 개구 수의 차를 실용상 충분히 억제할 수 있다.
여기서, 가변 개구 조리개와 중심 차폐부재를 같은 위치에 배치한 경우에는, 가변 개구 조리개와 중심 차폐부재와의 기계적인 간섭을 초래할 뿐만 아니라, 가변 개구 조리개의 개구 지름을 변화시켰을 때에 상고(물체 높이)가 차이에 의한 개구 수의 차가 생기기 때문에 바람직하지 못하다. 이 때, 상고(물체 높이)의 차이에 의한 개구 수의 차를 막기 위해는 눈동자의 상면만곡(像面灣曲)을 완전히 보정하는 것이 고려되지만, 이 경우에는 전체 길이의 대형화나 렌즈 매수의 증가 등 반사굴절 결상 광학계의 복잡화를 초래하기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 제 4 발명의 광학계에서, 상기 제 1 결상 광학계는, 상기 제 1 면측으로부터 차례로 정 굴절력의 제 1 렌즈군과 상기 가변 개구 조리개와 정 굴절력의 제 2 렌즈군을 구비하고, 상기 제 2 결상 광학계는, 상기 주거울 및 상기 부거울을 구비하며, 상기 중심 차폐부재는, 상기 제 1 결상 광학계 중에 배치되는 것으로 할 수 있다.
상기 광학계에서도, 제 1 결상 광학계에서, 주거울 및 부거울을 포함하는 제 2 결상 광학계에 공급되는 모든 상고의 광속에 관한 불필요 광을 효과적으로 차광할 수 있으며, 가변 개구 조리개의 기계구조와 중심 차폐부재를 지지하는 기구와의 기계적 간섭을 피하기 쉽게 하는 동시에, 가변 개구 조리개의 개구 지름을 변화시킨 경우에 모든 상고(물체 높이)에 있어서의 구경식의 영향을 실용상 충분히 억제할 수 있다. 또한, 상기 구성에 있어서, 가변 개구 조리개는, 중심 차폐부재와 제 1 렌즈군과의 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 가변 개구 조리개의 개구 지름을 변화시켰을 때의 개구수의 차를 모든 상고(물체 높이)에 있어서 거의 한결같이 할 수 있다.
또한, 제 5 발명에 관계되는 반사굴절 결상 광학계는, 제 1 면의 중간상을 형성하기 위한 굴절형의 제 1 결상 광학계와, 상기 중간상으로부터의 광에 기초하여 상기 제 1 면의 최종상을 축소배율로 제 2 면상에 형성하기 위한 제 2 결상 광학계를 구비한 반사굴절 결상 광학계로서, 상기 제 1 결상 광학계는, 상기 제 1 면측으로부터 차례로, 정 굴절력의 제 1 렌즈군과, 개구 조리개와, 정 굴절력의 제 2 렌즈군을 갖고, 상기 제 2 결상 광학계는, 중앙부에 제 1 광 통과부를 가지며 또한 부 굴절력의 제 1 반사면을 구비하는 주거울과, 중앙부에 제 2 광 통과부를 갖는 제 2 반사면을 구비하는 부거울을 가지며, 상기 제 2 결상 광학계에 입사하는 광이 상기 주거울의 상기 제 1 광 통과부를 통해 상기 제 2 반사면에서 반사되고, 상기 제 2 반사면에서 반사된 광이 상기 제 1 반사면에서 반사되고, 상기 제 1 반사면에서 반사된 광이 상기 부거울의 상기 제 2 광 통과부를 통해 상기 제 2 면상에 상기 최종상을 형성하며, 상기 반사굴절 결상 광학계가 갖는 굴절부재는, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면 사이의 광로 중, 상기 제 1광 통과부와 상기 제 2 광 통과부 사이를 제외한 부분에만 배치된다.
제 5 발명의 광학계에서는, 제 1 결상 광학계에 의해 중간상을 형성하고, 중간상의 형성위치 부근에, 중앙부에 제 1 광 통과부(중앙 개구부)를 가지며 또한 부 굴절력의 제 1 반사면을 구비하는 주거울을 배치함으로써, 이 주거울의 중앙 개구부를 작게 하여, 중심 차폐율이 커져서 결상 성능이 열화되는 것을 회피할 수 있다. 또한, 제 2 면(상면) 부근에, 중앙부에 제 2 광 통과부(중앙 개구부)를 갖는 제 2 반사면을 갖춘 부거울을 배치하고, 광축 방향으로 얇은 구조로 함으로써, 상기와 같이 중심 차폐율이 커져 결상 성능이 열화되는 것을 회피할 수 있다. 이 때에, 주거울측의 중앙 개구부와 부거울측의 중앙 개구부와의 사이를 제외한 부분에만 굴절부재를 배치한다. 즉, 주거울이나 부거울이 굴절부재의 이면 반사를 이용한 일이 없는 것으로 되기 때문에, 이면 반사에 의한 비교적 큰 조사열의 흡수에 의해서 굴절부재의 면 형상이 변화되어 결상 성능이 열화되는 것을 간단 하면서도 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 주거울과 부거울 사이에 굴절부재를 배치할 필요가 없어져, 차광율을 작게 하기 위해 비교적 지름이 커져야 되는 주거울이나 부거울에 따라 굴절부재가 대형화하는 것을 간단하게 방지할 수 있다. 또한, 주거울과 부거울과의 사이에 배치된 굴절부재의 굴절면에서 투과되지 않고 반사되는 광이 미광(迷光)으로 되어, 콘트라스트 저하, 고스트의 발생 등, 결상 성능을 악화시키는 것을 간단하게 회피할 수 있다.
이상 설명한 제 5 발명의 반사굴절 결상 광학계에 의하면, 예를들면 F2레이저광과 같이 파장이 180nm 이하의 광을 이용한 경우에도, 특히 주거울의 대형화를 초래하지 않고, 소요 크기의 상측(NA) 및 이미지 서클을 확보할 수 있고, 예를들면 0.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있는 반사굴절 결상 광학계를 적은 렌즈 매수로 실현할 수 있다.
또한, 제 5 발명의 광학계에서는, 상기 중간상과 상기 제 1 반사면 사이의 광로 중으로서, 또한 상기 제 1 광 통과부와 상기 제 2 광 통과부 사이를 제외한 광로에 배치된 색수차 보정렌즈를 또한 구비할 수 있다, 이 광학계에서는, 지름이 작은 색수차 보정렌즈에 의해서 결상 성능을 열화시키지 않고 색수차를 보정할 수 있다.
또한, 제 5 발명의 광학계는 이하의 조건식 5를 만족하는 것이 바람직하다.
(조건식 5)
-1.10 ＜ f2/|d2| ＜ -0.15
여기서, f2는 상기 중간상과 상기 제 1 반사면 사이에 배치된 상기 색수차 보정부 렌즈의 초점거리, d2는 상기 제 1 반사면과 상기 제 2 반사면과의 거리를 각각 나타내고 있다. 조건식 5의 하한치를 밑돌면 색수차 보정부 렌즈의 파워가 작게 되어 양호한 색수차 보정을 실현하기 어려워 진다. 반대로, 조건식 5의 상한치를 상회하면 다른 수차를 발생시키게 되어, 색수차 보정부 렌즈 자체의 제조가 곤란하게 된다. 또한, 조건식 5의 상한치를 -0.25로 하고, 하한치를 -0.70로 함으로써, 광학계를 크게하지 않고, 이미지 필드 전역에서 양호한 색수차 보정을 실현할 수 있다.
또한, 제 5 발명의 광학계에서는, 상기 제 1 렌즈군의 후측 초점위치 부근에, 상기 제 2 결상 광학계의 중심에 입사하는 광을 차단하는 중심 차폐부재가 배치되는 것도 가능하다.
상기 광학계에서는, 제 1 결상 광학계에 마련한 중심 차폐부재에 의해, 주거울 및 부거울을 포함하는 제 2 결상 광학계에 공급되는 모든 상고의 광속에 관한 불필요 광을 효과적으로 차광할 수 있다.
또한, 제 5 발명의 광학계에서는, 상기 제 1 렌즈군은 눈동자의 상면만곡을 가지며, 상기 중심 차폐부재와 상기 개구 조리개는 상기 제 1 결상 광학계의 광축 방향에서 떨어진 위치에 배치되는 것도 가능하다.
상기 광학계에서는, 가변 개구 조리개의 기계구조와 중심 차폐부재를 지지하는 기구와의 기계적 간섭을 쉽게 피할 수 있다. 또한, 제 1 렌즈군의 후측 초점위치에 중심 차폐부재, 그곳에서 눈동자의 상면만곡만큼 떨어진 위치에 개구 조리개를 배치함으로써, 결상 성능을 이미지 필드 전역에서 균일한 것으로 할 수 있다. 즉, 모든 화각(畵角)에 대하여 차폐부분의 면적 및 위치를 동일하게 할 수 있어, 가변 개구 조리개의 개구 지름을 변화시킨 경우에도, 모든 상고에 있어서의 중심 차폐부재에 의한 구경식의 영향을 충분히 저감할 수 있다.
또한, 제 5 발명의 광학계에서는, 상기 제 1 면측 및 상기 제 2 면측 모두 텔레센트릭 광학계인 것도 가능하다.
상기 광학계에서는, 제 1 면 및 제 2 면의 이동이나 휘어짐 등, 광축 방향의 미소한 어긋남에 기인하는 상 비뚤어짐의 영향을 무시할 수 있는 정도의 량으로 저감할 수 있다.
또한, 제 5 발명의 광학계는, 10 이상의 굴절면을 가지며, 해당 굴절면중, 적어도 5면이 비구면 형상을 갖는 것으로 할 수 있다.
상기 광학계에서는, 굴절 렌즈의 수를 적게 할 수 있어서, 밝고, 손실이 적으며, 발열에 의한 수차변동이 발생되기 어렵다. 즉, 노광파장이 180nm 이하가 되면, 굴절 렌즈의 표면에 입혀지는 반사 방지 코트용의 막 재료는 한정되어, 반사 방지 코트로서 충분한 성능이 얻어지지 않는다. 이 때문에 투과면은 극력 적게 할 필요가 있다. 상기한 바와 같이 10 이상의 굴절면중 적어도 5면을 비구면 형상으로 함으로써 0.1㎛ 이하의 해상을 실현하면서, 굴절 렌즈의 수를 매우 적게 할 수 있다.
또한, 제 5 발명의 광학계는 이하의 조건식 6, 7을 만족하는 것이 바람직하다.
(조건식 6)
0.15 ＜ |β/β3| ＜ 0.95
(조건식 7)
0.10 ＜ |β/β4| ＜ 0.50
여기서, β는 상기 반사굴절 결상 광학계의 모든 계의 결상배율, β3은 상기 제 1 반사면의 결상배율, β4는 상기 제 2 반사면의 결상배율을 나타낸다.
조건식 6, 7의 하한치를 밑돌면, 제 1 결상 광학계에서 배율을 부담하는 비율이 증대하여, 제 1 결상 광학계를 구성하는 렌즈 지름이 커져 버린다. 한편, 조건식 6, 7의 상한치를 밑돌면, 중간상이 크게 되어, 중심 차폐가 커진다고 하는 문제나 제 2 면측의 동작 거리가 충분히 취해지지 않는다고 하는 문제가 생겨, 또한 양호한 결상 성능도 얻어지지 않게 된다. 또한, 조건식 6의 상한치를 0.8로 하고 하한치를 0.3으로 하고, 조건식 7의 상한치를 0.28로 하고 하한치를 0.13으로 함으로써, 보다 양호한 결상 성능으로 동작 거리가 충분히 큰 광학계를 실현할 수 있다.
또한, 제 5 발명의 광학계는, 상기 반사굴절 결상 광학계를 구성하는 굴절부재가, 상기 제 1 면과 상기 제 1 광 투과부 사이의 광로 중에만 배치되는 것으로 할 수 있다.
상기 광학계에서는, 제 1 반사면에서 제 2 면에 달하는 광로 중에 굴절부재가 존재하지 않기 때문에, 주거울과 부거울 사이, 또한 부거울과 제 2 면 사이에 굴절부재를 배치할 필요가 없어져, 굴절부재의 굴절면에서 반사하는 광이 미광이 되어 결상 성능을 악화시키는 것을, 보다 확실히 회피할 수 있다.
또한, 제 5 발명의 광학계는 이하의 조건식 8을 만족하는 것이 바람직하다.
(조건식 8)
0.04 ＜ |d3/d2| ＜ 0.08
여기서, d2는 상기 제 1 반사면과 상기 제 2 반사면과의 거리, d3는 상기 제 2 반사면과 상기 제 2 면과의 거리를 나타낸다.
조건식 8의 하한치를 밑돌면, 부거울을 크게 하지 않고서 제 2 면측의 동작 거리를 충분히 크게 잡을 수 없게 된다. 한편, 조건식 8의 상한치를 밑돌면, 중심 차폐가 커져 양호한 결상 성능을 가진 광학계가 달성될 수 없게 된다. 또한, 조건식 8의 상한치를 0.065 를 -0.3으로 하고, 조건식 8의 하한치를 0.043로 하는 것이 바람직하다.
또한, 제 5 발명의 광학계는, 상기 제 2 결상 광학계가, 상기 제 1 결상 광학계에 의한 중간상의 상을 상기 제 2 면상에 상기 최종상으로서 형성할 수 있다.
또한, 제 5 발명의 광학계는, 상기 주거울의 상기 제 1 광 통과부와 상기 부거울의 상기 제 2 광 통과부가, 상기 반사굴절 결상 광학계의 광축을 포함하는 위치에 배치되는 것으로 할 수 있다.
또한, 제 6 발명에 관계되는 반사굴절 결상 광학계는, 제 1 면의 중간상을 형성하기 위한 굴절형의 제 1 결상 광학계와, 해당 중간상으로부터의 광에 기초하여 상기 제 1 면의 축소상을 제 2 면상에 형성하기 위한 제 2 결상 광학계를 구비한 반사굴절 결상 광학계로서, 상기 제 1 결상 광학계는, 개구 조리개와, 해당 개구 조리개와 상기 제 1 면 사이에 배치된 제 1 렌즈군과, 상기 개구 조리개와 상기 중간상 사이에 배치된 제 2 렌즈군을 갖고, 상기 제 2 결상 광학계는, 중앙부에 제 1 광 통과부를 갖는 제 1 반사면을 구비하는 주거울과, 중앙부에 제 2 광 통과부를 갖는 제 2 반사면을 구비하는 부거울을 가지며, 상기 제 1 반사면은, 부(負) 파워의 표면 반사면 이며, 상기 제 2 반사면은, 부 파워를 가지며, 상기 제 2 결상 광학계는, 상기 제 2 광학계에 입사하는 광이 상기 주거울의 상기 제 1 광 통과부를 통해 상기 부거울의 제 2 반사면에서 반사되고, 상기 제 2 반사면에서 반사된 광이 상기 제 1 반사면에서 반사되고, 상기 제 1 반사면에서 반사된 광이 상기 부거울의 상기 제 2 광 통과부를 통해 상기 제 2 면에 도달하도록 구성된다.
제 6 발명의 광학계에서는, 중간상의 형성위치 부근에 주거울을 배치함으로써, 이 주거울의 중앙부에 마련된 제 1 광 통과부를 작게 하여, 중심 차폐율이 커져 결상 성능이 열화되는 것을 회피할 수 있다. 또한, 제 2 면 부근에 부거울을 배치하여 광축 방향에 얇은 구조로 함으로써, 상기와 같이 중심 차폐율이 커져 결상 성능이 열화되는 것을 회피할 수 있다. 이 때, 주거울측의 상기 제 1 반사면이 부 파워의 표면 반사면이며, 굴절부재의 이면 반사를 이용한 것이 아니기 때문에, 굴절부재에 있어서의 이면 반사에 의한 조사열의 흡수에 의해서 결상 성능이 열화되는 것을 간단하고 또한 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 차광율을 작게 하기 위해 비교적 지름이 크게되어지는 주거울 때문에 대형의 굴절부재를 준비할 필요가 없어진다.
또한, 주거울을 이면 반사경으로 한 경우와 같이 굴절부재의 굴절면에서 투과되지 않고서 반사되는 광이 미광이 되어, 콘트라스트 저하, 고스트의 발생 등, 결상 성능을 악화시키는 것을 간단하게 회피할 수 있다.
이상 설명한 제 6 발명의 반사굴절 결상 광학계에 의하면, 가령 F2레이저광과 같이 파장이 180nm 이하의 광을 이용한 경우에도, 특히 주거울의 대형화를 초래하지 않고, 소요 크기의 상측(NA) 및 이미지 서클을 확보할 수 있고, 예를들면 0.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있는 반사굴절 결상 광학계를 적은 렌즈 매수로 실현할 수 있다.
또한, 제 6 발명의 광학계에서는, 상기 제 2 결상 광학계는, 상기 제 1 반사면과 상기 제 2 반사면 사이의 광로 중에 배치된 굴절부재를 갖는 것으로 할 수 있다.
상기 광학계에서는, 굴절부재를 이용하여 예컨대 제 1 결상 광학계의 색수차를 보정하는 등 각종 수차를 억제할 수 있어, 결상 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 제 6 발명의 광학계는, 상기 제 2 결상 광학계중 상기 굴절부재의 한쪽의 광학면에는 부 굴절력을 갖는 렌즈면이 마련되고, 다른쪽의 광학면에는 상기 제 2 반사면이 마련되는 것으로 할 수 있다.
상기 광학계에서는, 축소상이 형성되는 제 2 면을 부거울의 제 2 광 통과부에 가까이 하면서도 상측에 충분한 동작 거리(work distance)를 간단하게 확보할 수 있다.
또한, 제 6 발명의 광학계는, 상기 제 2 결상 광학계중 상기 굴절부재의 상기 부거울측의 광학면과 상기 부거울의 상기 제 2 반사면과는 이간되어 있는 것으로 할 수 있다.
이 경우, 제 2 결상 광학계에서 이면 반사를 이용하는 일이 없게 되기 때문에, 열 에너지의 흡수를 저감하면서 굴절부재에 의한 색수차 등의 보정이 가능하게 되어, 결상 성능의 향상을 도모 할 수 있다.
또한, 제 6 발명의 광학계는, 상기 반사굴절 결상 광학계를 구성하는 굴절부재는, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면 사이의 광로 중, 상기 제 1 광 통과부와 상기 제 2 광 통과부 사이를 제외한 부분에만 배치되는 것으로 할 수 있다.
이 경우, 주거울 및 부거울이 굴절부재의 이면 반사를 이용한 것이 아니기 때문에, 이면 반사에 의한 비교적 큰 조사열의 흡수에 의해서 굴절부재의 면 형상이 변화되어 결상 성능이 열화되는 것을 간단하고 또한 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 주거울과 부거울 사이에 굴절부재를 배치할 필요가 없어져, 차광율을 작게 하기 위해 비교적 지름이 커지게 되는 주거울이나 부거울에 동반하여 굴절부재가 대형화하는 것을 간단하게 방지할 수 있다. 또한, 주거울과 부거울 사이에 배치된 굴절부재의 굴절면에서 투과되지 않고 반사되는 광이 미광이 되어, 콘트라스트 저하, 고스트의 발생 등의 결상 성능을 악화시키는 것을 간단하게 회피할 수 있다.
또한, 제 7 발명에 관계되는 광학장치는, 제 1 면과 제 2 면을 서로 광학적으로 공역인 결상 광학계와, 상기 제 2 면에 대한 기판의 위치를 광전적(光電的)으로 검출하는 기판 위치 검출계를 구비한 광학장치에 있어서, 상기 결상 광학계는, 중앙부에 제 1 광 통과부를 갖는 부 굴절력의 제 1 반사면으로서 이루어지는 주거울과, 해당 주거울과 상기 제 2 면 사이에 배치되고 중앙부에 제 2 광 통과부를 갖는 제 2 반사면과 표면에 해당 제 2반사면을 마련한 모재로 이루어지는 부거울을 가지며, 상기 기판 위치 검출계는, 상기 부거울의 상기 모재를 통과시킨 후에, 상기 제 2 광 통과부를 상기 제 2 면에 투영한 영역인 검출영역에 검출광을 이끄는 송광계와, 상기 검출영역에서의 반사광을 상기 부거울의 상기 모재를 통과시킨 후에 광전 변환부에 이끄는 수광계를 구비한다.
제 7 발명의 광학장치에 있어서는, 중심 차폐율을 작게 하기 위해는 부거울을 제 2 면 부근에 위치하는 것이 필요하게 되지만, 부거울은 표면 반사경이기 때문에 광축 방향으로 두꺼우며, 실질적인 상측의 작동 거리, 즉 제 2 면과 부거울 모재와의 간격은, 종래의 투영 광학계와 비교하여 작게할 필요가 있다. 이 때문에, 제 2 면의 위치를 검출하는 경우에, 종래부터 사용되고 있는 사입사 방식(斜入射方式)의 초점 검출을 행하는 것은 곤란하게 된다. 또한, 상기와 같은 사입사 방식의 초점 검출을 행하는 광학장치의 예가, 일본 특허공개 평 6-66543호 공보, 일본 특허공개 평 8-219718호 공보, 일본 특허공개 평 9-304016호 공보, 또한 일본 특허공개 평 10-82611호 공보에 개시되어 있다. 본 발명의 구성으로서는, 기판 위치 검출계의 송광계는, 부거울의 모재의 측면으로부터 검출광을 이끌고, 또한 모재의 측면으로부터 사출하는 검출광을 검출 영역으로 이끌도록 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 기판 위치 검출계의 수광계는, 검출영역에서 반사된 광을 부거울의 모재의 측면을 통해 모재의 내부로 이끌고, 또한 모재의 측면으로부터 사출되는 광을 광전 변환부로 이끌도록 구성되는 것이 바람직하다. 이 구성에 있어서, 부거울의 모재의 내부를 진행하는 광이, 부거울의 제 1 면측의 면과 제 2 면측의 면에서 반사되도록 이끌어지는 것이 바람직하다. 또한, 이 구성에 있어서, 검출광 및 검출영역에서의 반사광이 통과하는 모재의 측면은 평면 모양으로 형성되는 것이 바람직하다. 이 광학장치의 구성에 의하면, 정밀도가 높은 초점위치맞춤이 가능해진다.
또한, 제 7 발명의 광학장치를 조립한 투영 노광장치는, 소정 패턴이 형성된 마스크를 조명하기 위한 조명 광학계와, 상기 제 1 면상에 배치된 상기 마스크의 상기 소정 패턴의 상을 상기 제 2 면상에 배치된 감광성기판 위에 투영하기 위한 상기 광학장치를 구비하고 있다.
이 투영 노광장치에 의하면, 정밀도가 높은 초점위치맞춤에 의해 고정밀도의 노광이 가능하게 된다.
또한, 제 7 발명의 광학장치를 이용한 노광방법은, 상기 조명광에 의해 소정 패턴이 형성된 마스크를 조명하는 공정과, 상기 광학장치를 이용하여, 상기 제 1 면상에 배치된 상기 마스크의 상기 소정 패턴의 상을 상기 제 2 면상에 배치된 감광성기판 위에 투영하는 공정을 포함한다.
이 노광방법에 의하면, 정밀도가 높은 초점위치맞춤에 의해서 고정밀도의 노광이 가능하게 된다.
또한, 이상 설명한 제 1 내지 제 5 발명의 반사굴절 결상 광학계에서는, 상기 반사굴절 결상 광학계를 구성하는 모든 굴절 광학부재는, 형석으로서 형성되어 있는 것으로 할 수 있다. 이에 의해, 예컨대 F2레이저광(157nm)과 같은 파장이 180nm 이하의 노광 광을 사용하는 것이 가능해지고, 0.1㎛ 이하의 고해상을 실현할 수 있다.
또한, 제 1 내지 제 5 발명의 반사굴절 결상 광학계에서는, 상기 제 1 결상 광학계중 상기 제 1 렌즈군과 상기 제 2 렌즈군 사이의 광로 중에는, 입사광속중 광축을 중심으로하는 일부의 광속을 가로막기 위한 차폐부재가 배치되어 있는 것으로 할 수 있다. 제 1 내지 제 5 발명의 광학계에서는, 중앙에 개구부를 갖는 2개의 반사면(주거울 반사면 및 부거울 반사면)이 설치되어 있기 때문에, 제 1 면에서 광축상을 진행하는 광은, 이 2개의 반사면에서 반사되는 일 없이, 중앙 개구부를 통해 직접 제 2 면에 도달하는 미광이 되어버린다. 그래서, 제 1 결상 광학계 중의 제 1 렌즈군과 제 2 렌즈군 사이의 광로 중에(예를들면 개구 조리개 부근에), 입사광속중 광축을 중심으로한 일부의 광속을 가로막기 위한 차폐부재를 배치함으로써, 상술한 미광을 제거할 수 있다. 또한, 이 구성에 의해, 각 시야에서 광속의 중심 차폐부분을 동일하게 할 수 있어서, 시야 내에서 결상 성능이 변화되는 것을 유효하게 회피할 수 있다.
또한, 제 1 내지 제 5 발명의 반사굴절 결상 광학계에서는, 상기 1차상의 형성위치 부근에 배치된 시야조리개를 또한 구비하고 있는 것으로 할 수 있다. 이에 의해, 노광영역 이외의 영역으로 향하는 불필요 광이 제 2 면상에 도달하는 것을 막음과 동시에, 제 1 결상 광학계 중에서 발생한 플레어(flare) 등의 미광이 제 2 면상에 도달하는 것을 막을 수 있다.
또한, 제 1 내지 제 5 발명의 반사굴절 결상 광학계에서는, 상기 반사굴절 결상 광학계는, 상기 제 2 면상에 지름 10mm 이상의 이미지 서클을 갖는 것으로 할 수 있다. 이에 의해, 투영 노광장치의 투영 광학계에 적용한 경우, 큰 노광영역에 대하여 일괄노광을 하는 것이 가능하게 되어, 생산성의 향상에도 이어진다. 또한, 본 발명에 있어서, 반사굴절 결상 광학계의 이미지 서클이라 함은, 해당 반사굴절 결상 광학계의 상면상에 있어 수차가 보정되어 있는 영역을 가리키고 있다.
또한, 제 1 내지 제 5 발명의 반사굴절 결상 광학계에서는, 상기 제 2 결상 광학계중 상기 주거울은, 선팽창계수 3ppm/℃ 이하의 물질로 형성되어 있는 것으로 할 수 있다. 제 1 내지 제 5 발명의 광학계에서는, 주거울의 유효 지름이 커지고 굴절력도 커지기 때문에, 노광 광의 조사열에 의한 주거울의 반사면(구체적으로는, 제 1, 제 2 발명의 광 광학계의 표면 반사면, 또는 제 3, 제 4의 제 1 반사면)의 면 변화가 결상 성능에 크게 영향을 준다. 그래서, 주거울 반사면을 지지하는 기반을, 선팽창계수 3 ppm/℃ 이하의 물질로 형성함으로써, 주거울의 반사면의 면 변화에 기인하는 노광중인 결상 성능의 열화를 막을 수 있다. 또한, 3 ppm/℃ 이하의 선팽창계수를 갖는 물질로서, 예를들면 코닝사에서 시판되고 있는 ULE(등록상표)라 칭하는 물질을 사용할 수 있다. ULE(Ultra Low Expansion Titanium Silicate Glass : 초저팽창 티탄규산 유리)는, α= 5 ×10-8/℃ = 0.05ppm/℃의 선팽창계수를 갖는다 (Applied 0ptics, Vol. 24, p3330(l985); Vol. 23, p2852, p3014(1984)을 참조).
또한, 제 1 내지 제 5 발명의 반사굴절 결상 광학계에서는, 상기 제 1 결상 광학계중 상기 제 1 렌즈군의 후측 초점위치 부근에, 광속 단면 내에서의 제 1 영역을 통과하는 광속과, 상기 광속 단면 내에서의 상기 제 1 영역과는 다른 제 2 영역을 통과하는 광속 대하여 상대적으로 강도차, 위상차 및 편광상태의 차 중의 적어도 하나를 주기 위한 광학소자가 배치되어 있는 것으로 할 수 있다. 이에 의해, 반사굴절 결상 광학계의 초점심도를 깊게 할 수 있다. 여기서, 광속에 강도차를 부여하기 위한 광학소자(차광 필터)로서는, 예를들면 중심의 광속을 차광 또는 감광(減光)하며 또한 주변의 광속을 투과시킨다. 또한, 광속에 위상차를 부여하기 위한 광학소자(위상필터)로서는, 예를들면 중심의 광속과 주변의 광속과의 사이에서 위상차를 부여한다. 또한, 광속에 편광상태의 차를 부여하기 위한 광학소자(편광 필터)로서는, 예를들면 중심의 광속의 편광방향과 주변의 광속의 편광방향을 직교시킨다. 또한, 투영 노광장치의 투영 광학계의 눈동자 위치에 차광 필터를 배치한 예가, 일본 특허공개 평 5-234846호 공보 및 일본 특허공개 평 5-234847호 공보에 개시되어 있다. 또한, 투영 노광장치의 투영 광학계의 눈동자 위치에 위상 필터를 배치한 예가, 일본 특허공개 평 6-215999호 공보 및 일본 특허공개 평 6-244082호 공보에 개시되어 있다. 또한, 투영 노광장치의 투영 광학계의 눈동자 위치에 편광 필터를 배치한 예가, 일본 특허공개 평 6-120110호 공보에 개시되어 있다.
또한, 제 1 내지 제 5 발명의 반사굴절 결상 광학계에서는, 상기 반사굴절 결상 광학계를 구성하는 모든 굴절 광학부재, 상기 주거울 및 상기 부거울은, 단일의 광축에 따라 배치되어 있는 것으로 할 수 있다. 이에 의해, 종래의 직통(直筒)형의 굴절계의 연장선상의 기술에 의해 거울통(鏡筒) 설계 및 제조를 할 수 있게 되어, 제조의 곤란성 없이 고정밀도화를 도모 할 수 있다.
또한, 제 1 내지 제 5 발명의 반사굴절 결상 광학계에서는, 상기 반사굴절 결상 광학계를 구성하는 모든 렌즈성분의 매수는, 10장 이하로 할 수 있다. 이에 의해, 예를들면 파장이 180nm 이하의 노광 광을 이용하여 감광성 기판 위에 매우 미세한 패턴을 투영할 때, 투과율의 저하를 억제하여 광량 손실을 저감할 수 있다.
또한, 제 1 내지 제 5 발명의 반사굴절 결상 광학계에서는, 상기 제 1 결상 광학계는, 상기 광축 방향에서 상기 개구 조리개와는 다른 위치에 배치되고 상기 광축 부근의 광을 차단하는 중심 차폐부재를 갖는다. 이에 의해, 광축에 따라 직진하는 상기 미광을 제거할 수 있다.
또한, 제 1 내지 제 5 발명의 반사굴절 결상 광학계를 조립한 투영 노광장치는, 자외영역의 조명광에 의해 소정 패턴이 형성된 마스크를 조명하기 위한 조명 광학계와, 상기 제 1 면상에 배치된 상기 마스크의 상기 소정 패턴의 상을 감광성기판 위에 투영하기 위한 상기 반사굴절 결상 광학계를 구비하고 있다. 이 투영 노광장치에 의하면, 파장이 예컨대 180nm 이하의 노광 광을 사용하여 감광성기판 위에 매우 미세한 패턴을 투영할 수 있어, 고정밀도의 노광이 가능하게 된다. 또한, 노광 광원으로서 비교적 간단한 협대역(狹帶域)화를 시행한 F2레이저를 사용할 수 있기 때문에, 큰 노광 파워를 얻을 수 있다. 또한, 레이저광원의 유지 가격도 싸게 되기 때문에, 레이저광원에 드는 가격이 낮으며 또한 높은 생산성을 갖는 투영 노광장치를 실현할 수 있다.
상기 투영 노광장치는, 상기 마스크를 소정의 주사방향에 따라 가동이 되도록 지지하는 제 1 스테이지와, 상기 감광성기판을 소정의 주사방향에 따라 가동이 되도록 지지하는 제 2 스테이지를 또한 구비하고, 상기 제 1 및 제 2 스테이지를 상기 반사굴절 결상 광학계에 대하여 이동시키면서 노광을 행하는 것으로 할 수 있다. 이 투영 노광장치로는, 굴절결상 광학계에 대하여 마스크와 감광성기판을 동기하여 이동시키는 주사형의 노광이 가능하게 된다.
상기 투영 노광장치는, 상기 노광을 행할 때에 상기 제 1 및 제 2 스테이지가 같은 방향으로 이동할 수 있다.
또한, 제 1 내지 제 5 발명의 반사굴절 결상 광학계를 조립한 노광방법은, 자외영역의 조명광을 생성하는 공정과, 상기 조명광에 의해 소정 패턴이 형성된 마스크를 조명하는 공정과, 상기 반사굴절 결상 광학계를 이용하여, 상기 제 1 면상에 배치된 상기 마스크의 상기 소정 패턴의 상을 상기 제 2 면상에 배치된 감광성기판 위에 투영하는 공정을 포함한다. 이 노광방법에 의하면, 파장이 예컨대 180nm 이하의 노광 광을 이용하여 감광성기판 위에 매우 미세한 패턴을 투영할 수 있으므로, 고정밀도의 노광이 가능하게 된다. 또한, 노광 광원으로서 비교적 간단한 협대역화를 시행한 F2레이저를 사용할 수 있기 때문에, 큰 노광 파워를 얻을 수 있다.
상기 노광방법은, 상기 마스크와 상기 감광성기판을 상기 반사굴절 결상 광학계에 대하여 이동시키면서 노광을 행하는 것으로 할 수 있다. 이 노광방법으로서는, 굴절결상 광학계에 대하여 마스크와 감광성기판을 동기하여 이동시키는 주사형의 노광이 가능하게 된다.
상기 투영 노광장치는, 상기 마스크와 상기 감광성기판을 상기 반사굴절 결상 광학계에 대하여 같은 방향으로 이동시키면서 노광을 행하는 것으로 할 수 있다.
상기 투영 노광장치를 이용한 장치의 제조방법은, 기판 위에 감광성 재료를 도포함으로써 상기 감광성기판을 준비하는 공정과, 상기 감광성기판 위에 상기 반사굴절 결상 광학계를 통해 상기 마스크의 최종상을 형성하는 공정과, 상기 기판 위의 상기 감광성 재료를 현상하는 공정과, 상기 현상된 상기 감광성 재료에 대응한 패턴을 상기 기판 위에 형성하는 공정을 갖는다. 이 장치 제조방법에 의하면, 매우 미세한 패턴으로서 이루어지는 고밀도이며 고정밀도의 전자 장치 등을 제공할 수 있다.
(도면의 간단한 설명)
도 1은 본 발명의 각 실시형태에 관계되는 반사굴절 결상광학계를 구비한 투영 노광장치의 전체 구성을 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 제 1 실시형태의 반사굴절 결상 광학계(투영 광학계)를 구체화한 제 1 실시예의 렌즈 구성을 도시하는 도면.
도 3은 제 1 실시예에 있어서의 횡수차(橫收差)를 도시하는 도면.
도 4는 제 2 실시예에 관계되는 반사굴절 결상 광학계(투영 광학계)의 렌즈 구성을 도시하는 도면.
도 5는 제 2 실시예에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면.
도 6은 제 3 실시예에 관계되는 반사굴절 결상 광학계(투영 광학계)의 렌즈 구성을 도시하는 도면.
도 7은 제 3 실시예에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면.
도 8은 제 4 실시예에 관계되는 반사굴절 결상 광학계(투영 광학계)의 렌즈 구성을 도시하는 도면.
도 9는 제 4 실시예에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면.
도 10은 제 2 실시형태의 반사굴절 결상 광학계(투영 광학계)를 구체화한 제 5 실시예에 관계되는 렌즈 구성을 도시하는 도면.
도 11은 제 5 실시예에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면.
도 12는 제 5 실시예를 변형한 제 6 실시예에 관계되는 반사굴절 결상 광학계(투영 광학계)의 렌즈 구성을 도시하는 도면.
도 13은 제 6 실시예에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면.
도 14는 제 3 실시형태의 반사굴절 결상 광학계(투영 광학계)를 구체화한 제 7 실시예에 관계되는 렌즈 구성을 도시하는 도면.
도15는 제 7 실시예에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면.
도 16은 제 7 실시예를 변형한 제 8 실시예에 관계되는 반사굴절 결상 광학계(투영 광학계)의 렌즈 구성을 도시하는 도면.
도 17은 제 8 실시예에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면.
도 18은 제 9 실시예에 관계되는 반사굴절 결상 광학계(투영 광학계)의 렌즈 구성을 도시하는 도면.
도 19는 제 9 실시예에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면.
도 20은 제 4 실시형태에 관계되는 광학장치의 웨이퍼 부근의 구성을 도시하는 도면.
도 21은 도 18의 광학장치의 변형예를 도시하는 도면.
도 22는 도 18의 광학장치의 다른 변형예를 도시하는 도면.
도 23은 본 발명의 실시형태에 관계되는 투영 노광장치를 이용하여 소정의 회로 패턴을 형성하는 경우의 동작의 일례를 도시하는 흐름도.
이하, 본 발명의 실시형태를, 첨부도면에 기초하여 설명한다.
(제 1 실시형태)
도 1은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관계되는 반사굴절 결상 광학계를 구비한 투영 노광장치의 전체 구성을 개략적으로 도시한다. 또한, 도 1에 있어서, 투영 광학계를 구성하는 반사굴절 결상 광학계(8)의 광축(AX)에 평행하게 Z축을, 광축(AX)에 수직한 면 내에서 도 1의 지면에 평행하게 X축을, 지면에 수직하게 Y축을 설정하고 있다.
도시한 투영 노광장치는, 자외영역의 조명광을 공급하기 위한 광원으로서, 예를들면 F2레이저(발진 중심파장 157.6nm)를 구비하고 있다.
광원(1)으로부터 사출된 광은, 조명 광학계(2)를 통해, 소정 패턴이 형성된 마스크(3)를 균일하게 조명한다.
또한, 광원(1)으로부터 조명 광학계(2) 까지의 광로에는, 필요에 따라 광로를 편향하기 위한 하나 또는 복수의 절곡 미러가 배치된다. 또한, 광원(1)과 투영 노광장치 본체가 별체인 경우에는, 광원(1)으로부터의 F2레이저광의 방향을 항상 투영 노광장치 본체로 향하는 자동 추미(追尾) 유닛이나, 광원(1)으로부터의 F2레이저광의 광속 단면 형상을 소정의 치수, 형상으로 정형하기 위한 정형광학계, 광량조정부 등의 광학계가 배치된다. 또한, 조명 광학계(2)는, 예컨대 프라이 아이렌즈나 내면 반사형 인터그레이터로 이루어져 소정의 치수, 형상의 면광원을 형성하는 광학 인터그레이터나, 마스크(3)상에서의 조명영역의 치수, 형상을 규정하기 위한 시야 조리개, 이 시야 조리개의 상을 마스크상에 투영하는 시야 조리개 결상 광학계 등의 광학계를 갖는다. 또한, 광원(1)과 조명 광학계(2) 사이의 광로는 케이스(도시생략)으로 밀봉되어 있고, 광원(1)으로부터 조명 광학계(2)중의 가장 마스크측의 광학부재까지의 공간은, 노광 광의 흡수율이 낮은 기체인 헬륨 가스나 질소 등의 불활성 가스로 치환되어 있다.
마스크(3)는, 마스크 홀더(4)를 사이에 세워, 마스크 스테이지(5)상에 있어서 XY평면에 평행하게 지지되어 있다. 마스크(3)에는 전사해야 할 패턴이 형성되어 있고, 패턴영역 전체중 Y방향에 따라 장변을 가지며 또한 X방향에 따라 단변를 갖는 직사각형 모양(슬릿 모양)의 패턴영역이 조명된다.
마스크 스테이지(5)는, 도시를 생략한 구동계의 작용에 의해, 마스크면(즉, XY평면)에 따라 이차원적으로 이동 가능하고, 그 위치좌표는 마스크 이동거울(6)을 이용한 간섭계(7)에 의해 계측되며 또한, 위치 제어되도록 구성되어 있다.
마스크(3)에 형성된 패턴으로부터의 광은, 반사 굴절형의 투영 광학계(8)를 통해, 감광성기판인 웨이퍼(9)위에 마스크 패턴상을 형성한다. 웨이퍼(9)는,
웨이퍼 홀더(10)를 사이에 세워, 웨이퍼 스테이지(11)상에 있어서 XY평면에 평행하게 지지되어 있다. 그리고, 마스크(3)상에서의 직사각형 모양의 조명영역에 광학적으로 대응하도록, 웨이퍼(9)위에서는 Y방향에 따라 장변를 가지며 또한 X방향에 따라 단변를 갖는 직사각형 모양의 노광영역에 패턴상이 형성된다.
웨이퍼 스테이지(11)는, 도시를 생략한 구동계의 작용에 의해 웨이퍼면(즉, XY평면)에 따라 이차원적으로 이동 가능하고, 그 위치좌표는 웨이퍼 이동거울(12)을 이용한 간섭계(13)에 의해서 계측되고 또한 위치제어되도록 구성되어 있다.
또한, 도시한 투영 노광장치에서는, 투영 광학계(8)를 구성하는 광학부재중 가장 마스크측에 배치된 광학부재(각 실시예에서는 렌즈(L11))와 가장 웨이퍼측으로 배치된 광학부재(각 실시예에서는 부거울) 사이에서 투영 광학계(8)의 내부가 기밀상태를 유지하도록 구성되고, 투영 광학계(8)의 내부의 기체는 헬륨가스나 질소 등의 불활성 가스로 치환되어 있다.
또한, 조명 광학계(2)와 투영 광학계(8) 사이의 좁은 광로에는, 마스크(3) 및 마스크 스테이지(5) 등이 배치되어 있는데, 마스크(3) 및 마스크 스테이지(5) 등을 밀봉 포위하는 케이스(도시생략)의 내부에 질소나 헬륨가스 등의 불활성 가스가 충진되어 있다.
또한, 투영 광학계(8)와 웨이퍼(9) 사이의 좁은 광로에는, 웨이퍼(9) 및 웨이퍼 스테이지(11) 등이 배치되어 있는데, 웨이퍼(9) 및 웨이퍼 스테이지(11) 등을 밀봉 포위하는 케이스(도시생략)의 내부에 질소나 헬륨가스 등의 불활성 가스가 충진되어 있다.
이와 같이, 광원(1)으로부터 웨이퍼(9)까지의 광로 전체에 걸쳐, 노광 광이 거의 흡수되는 일이 없는 분위기가 형성되어 있다.
상술한 바와 같이, 투영 광학계(8)에 의해서 규정되는 마스크(3)상의 시야영역(조명영역) 및 웨이퍼(9)위의 투영영역(노광영역)은, X방향에 따라 단변를 갖는 직사각형 모양이다. 따라서, 구동계 및 간섭계(7, 13) 등을 이용하여 마스크(3) 및 웨이퍼(9)의 위치제어를 행하면서, 직사각형 모양의 노광영역 및 조명영역의 단변 방향 즉 X방향에 따라 마스크 스테이지(5)와 웨이퍼 스테이지(11)를, 나아가서는 마스크(3)와 웨이퍼(9)를 동기적으로 이동(주사)시킴에 의해, 웨이퍼(9)위에는 노광영역의 장변과 같은 폭을 가지며 또한 웨이퍼(9)의 주사량(이동량)에 따른 길이를 갖는 영역에 대하여 마스크 패턴이 주사노광된다.
본 실시형태의 반사굴절 결상 광학계로 이루어지는 투영 광학계(8)는, 이하에 구체적으로 설명하는 실시예에 대응하는 도 2, 4, 6, 8을 참조하여 설명하면, 마스크(3) 패턴의 1차상(중간상) I를 형성하기 위한 제 1 결상 광학계(K1)와, 1차상 I에서의 광에 기초하여 마스크 패턴의 2차상을 축소배율로 감광성기판인 웨이퍼(9)위에 형성하기 위한 제 2 결상 광학계(K2)로 구성되어 있다.
제 1 결상 광학계(K1)는, 마스크측으로부터 차례로, 정의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군(G1)과, 개구 조리개(S)와, 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군(G2)으로서 구성되어 있다.
제 2 결상 광학계(K2)는, 마스크측으로부터 차례로, 웨이퍼측에 오목면을 향한 표면 반사면(R1)을 가지며 또한 중앙에 개구부를 갖는 주거울(M1)과, 렌즈성분(L2)과, 그 웨이퍼측의 렌즈면상에 설치되고 또한 중앙에 개구부를 갖는 반사면(R2)을 구비한 부거울(M2)로서 구성되어 있다. 즉, 별도의 관점에 의하면, 부거울(M2)과 렌즈성분(L2)과는 이면 반사경을 구성하고, 렌즈성분(L2)은 이면 반사경의 굴절부(굴절부재)를 구성하고 있다.
또한, 투영 광학계(8)를 구성하는 모든 광학요소(G1, G2, M1, M2)는 단일의 광축(AX)에 따라 배치되어 있다. 또한, 주거울(M1)은 1차상 I의 형성위치 부근에 배치되고, 부거울(M2)은 웨이퍼(9)에 근접하여 배치되어 있다.
이렇게 하여, 본 실시형태에서는, 마스크(3)의 패턴으로부터의 광이, 제 1 결상 광학계(K1)를 통해, 마스크 패턴의 1차상(중간상) I를 형성한다. 1차상 I에서의 광은, 주거울(M1)의 중앙 개구부 및 렌즈성분(L2)을 통해 부거울(M2)에서 반사되고, 부거울(M2)에서 반사된 광은 렌즈성분(L2)을 통해 주거울(M1)에서 반사된다. 주거울(M1)에서 반사된 광은, 렌즈성분(L2) 및 부거울(M2)의 중앙 개구부를 통해 웨이퍼(9)면상에 마스크 패턴의 2차상을 축소배율로 형성한다.
본 실시형태에 있어서, 투영 광학계(8)를 구성하는 모든 굴절 광학부재(렌즈성분)에는 형석(CaF2결정)을 사용하고 있다. 또한, 노광 광인 F2레이저광의 발진 중심파장은 157.6nm이며, 157.6nm 부근에서는 CaF2의 굴절율은, +1pm의 파장 변화당 -2.4 ×10-6의 비율로 변화되고, -1pm의 파장 변화당 +2.4 ×10-6의 비율로 변화된다.
따라서, 중심파장 157.6nm에 대한 CaF2의 굴절율은 1.5600000이다. 그리고, 이하에 설명하는 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 있어서, 157.6nm + 10pm = 157.61nm에 대한 CaF2의 굴절율은 1.5599760이며, 157.6nm - 10pm = 157.59nm에 대한 CaF2의 굴절율은 1.5600240이다. 또한, 이하의 제 3 실시예 및 제 4 실시예에 있어서, 157.6nm + 2pm = 157.602nm에 대한 CaF2의 굴절율은 1.5599952이며, 157.6nm - 2pm = 157.598nm에 대한 CaF2의 굴절율은 1.5600048이다.
또한, 이하에 설명하는 각 실시예에 있어서, 비구면은, 광축에 수직한 방향의 높이를 y로 하고, 비구면의 꼭데기 점에서의 접촉 평면으로부터 높이 y에서의 비구면상의 위치까지의 광축에 따른 거리 새그(sag)량을 z로 하고, 꼭데기 점 곡율반경을 r로 하고, 원추계수(圓錐係數)를 κ로 하고, n차 비구면계수를 Cn으로 했을 때, 이하의 수식 a로 나타낸다.
z = (y2/r)/[1 + {1 - (1 + κ)·y2/r2}1/2]
+ C4·y4+ C6·y6+ C8·y8+ C10·y10
+ C12·y12+ C14·y14… (a)
각 실시예에 있어서, 비구면 형상으로 형성된 렌즈면에는 면 번호의 오른쪽에 *표시를 붙이고 있다.
[제 1 실시예]
도 2는, 제 1 실시예에 관계되는 반사굴절 결상 광학계(투영 광학계)의 렌즈 구성을 도시하는 도면이다. 제 1 실시예에서는, 파장폭이 157.6nm ±10pm인 노광 광에 대하여 색수차를 포함하는 여러가지 수차가 보정된 투영 광학계에 본 발명을 적용하고 있다.
도 2의 반사굴절 결상 광학계에서, 제 1 렌즈군(G1)은, 마스크측으로부터 차례로, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 정(正) 메니스커스 렌즈(L11)와, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(meniscus lens)렌즈(L12)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L13)로 구성되어 있다.
또한, 제 2 렌즈군(G2)은, 마스크측으로부터 차례로, 마스크측의 면이 비구면 형상으로 형성된 양오목렌즈(L21)와, 마스크측의 면이 비구면 형상으로 형성된 양 볼록렌즈(L22)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L23)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L24)로서 구성되어 있다.
또한, 이면 반사경(M2, L2)의 굴절부를 구성하는 렌즈성분(L2)은, 마스크측에 비구면 형상의 오목면을 향한 부(負) 메니스커스 렌즈 모양으로 형성되어 있다. 또한, 부거울(M2)의 반사면(R2)은, 마스크측에 오목면을 향한 형상으로 형성되어 있다.
다음의 표 1에, 제 1 실시예의 반사굴절 결상 광학계의 제원의 값을 나타낸다.
표 1에 있어서, λ는 노광 광의 중심파장을, β는 투영배율을, NA는 상측 개구 수를, ø는 웨이퍼 위에서의 이미지 서클의 지름을 각각 나타내고 있다. 또한, 면 번호는 물체면인 마스크면에서 상면인 웨이퍼면으로의 광선의 진행하는 방향에 따른 마스크측으로부터의 면의 순서를, r는 각 면의 곡율반경(비구면인 경우에는 꼭데기 점 곡율반경: mm)을, d는 각 면의 축상(軸上) 간격 즉 면 간격(mm)을, n은 중심파장에 대한 굴절율을 각각 가리키고 있다.
또한, 면 간격(d)는, 반사될때 그 부호를 변화하는 것으로 한다. 따라서, 면 간격(d)의 부호는, 이면 반사면(R2)으로부터 표면 반사면(R1)까지의 광로 중에서는 부(負)로 하고, 그 밖의 광로 중에서는 정으로 하고 있다. 그리고, 광선의 입사방향에 관계 없이 마스크측을 향한 볼록면의 곡율반경을 정으로 하고, 오목면의 곡율반경을 부로 하고 있다. 또한, 이하의 제 2 내지 제 4 실시예에 있어서도, 제 1 실시예와 같은 부호를 이용한다.
(표 1의 주요 제원)
λ= 157.6nm
β= 0.2500
NA = 0.75
ø= 16.4mm
(조건식 대응치)
D = 300.000mm
R = -965.448mm
β1 = 0.6249
β2 = 0.4000
(1) D/|R| = 0.3107
(2) |β1/β2| = 1.5622
도 3은, 제 1 실시예에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면이다.
수차도에 있어서, Y는 상고를, 실선은 중심파장 157.6nm을, 파선은 157.6nm + 10pm = 157.61nm를, 일점쇄선은 157.6nm - 10pm = 157.59nm을 각각 도시하고 있다.
수차도로부터 분명한 바와 같이, 제 1 실시예에서는, 파장폭이 157.6nm ±10pm인 노광 광에 대하여 색수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도시를 생략했지만, 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 등의 여러가지 수차도 양호하게 보정되어 있는 것이 확인되어 있다.
이상과 같이, 제 1 실시예의 반사굴절 결상 광학계에서는, 중심파장이 157.6nm인 F2레이저광에 대하여, 적은 렌즈 매수로, 주거울(M1)을 대형화하지 않고, 0.75의 상측(NA)를 확보함과 동시에, 웨이퍼 위에서 16.4mm의 이미지 서클을 확보할 수 있다. 따라서, 제 1 실시예의 반사굴절 결상 광학계를 투영 노광장치에 적용한 경우, 0.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있다. 또한, 제 1 실시예에서는, 노광영역을 지름 16.4mm의 이미지 서클 내에서 15mm ×6mm의 직사각형 모양으로 설정할 수 있다. 여기서, 2회의 스캔노광을 이용한 계속노광을 행함으로써, 예컨대 30mm ×40mm의 영역에 마스크 패턴을 전사할 수 있다.
[제 2 실시예]
도 4는, 제 2 실시예에 관계되는 반사굴절 결상 광학계(투영 광학계)의 렌즈 구성을 도시하는 도면이다. 제 2 실시예에서는 제 1 실시예와 같이, 파장폭이 157.6nm ±10pm인 노광 광에 대하여 색수차를 포함하는 여러가지 수차가 보정된 투영 광학계에 본 발명을 적용하고 있다.
도 4의 반사굴절 결상 광학계에서, 제 1 렌즈군(G1)은, 마스크측으로부터 차례로, 마스크측의 면이 비구면 형상으로 형성된 양 볼록렌즈(L11)와, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L12)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L13)로서 구성되어 있다.
또한, 제 2 렌즈군(G2)은, 마스크측으로부터 차례로, 마스크측의 면이 비구면 형상으로 형성된 양오목렌즈(L21)와, 마스크측의 면이 비구면 형상으로 형성된 양 볼록렌즈(L22)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L23)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L24)로서 구성되어 있다.
또한, 이면 반사경(M2, L2)의 굴절부를 구성하는 렌즈성분(L2)은, 마스크측에 비구면 형상의 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 모양으로 형성되어 있다. 또한, 부거울(M2)의 반사면(R2)은, 마스크측에 오목면을 향한 형상으로 형성되어 있다.
다음의 표 2에, 제 2 실시예의 반사굴절 결상 광학계의 제원의 값을 나타낸다. 표 2에 있어서, λ는 노광 광의 중심파장을, β는 투영배율을, NA는 상측 개구 수를, ø는 웨이퍼 위에서의 이미지 서클의 지름을 각각 나타내고 있다. 또한, 면 번호는 물체면인 마스크면에서 상면인 웨이퍼면으로의 광선의 진행하는 방향에 따른 마스크측으로부터의 면 순서를, r은 각 면의 곡율반경(비구면인 경우에는 꼭데기 점 곡율반경: mm)을, d는 각 면의 축상 간격 즉 면 간격(mm)을, n은 중심파장에 대한 굴절율을 각각 가리키고 있다.
또한, 면 간격(d)은, 반사될때 마다 그 부호를 변화되는 것으로 한다. 따라서, 면 간격(d)의 부호는, 이면 반사면(R2)으로부터 표면 반사면(R1)까지의 광로 중에서는 부로 하고, 그 밖의 광로 중에서는 정으로 하고 있다. 그리고, 광선의 입사방향에 관계 없이 마스크측을 향한 볼록면의 곡율반경을 정으로 하고, 오목면의 곡율반경을 부로 하고 있다.
(표 2의 주요 제원)
λ= 157.6nm
β= 0.1667
NA = 0.75
ø= 16.4mm
(조건식 대응치)
D = 291.067mm
R = -1060.832mm
β1 = 0.4229
β2 = 0.3941
(1) D/|R| = 0.2744
(2) |β1/β2| = 1.0731
도5는, 제 2 실시예에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면이다.
수차도에 있어서, Y는 상고를, 실선은 중심파장 157.6nm을, 파선은 157.6nm + 10pm = 157.61nm을, 일점쇄선은 157.6nm - 10pm = 157.59nm을 각각 가리키고 있다.
수차도로부터 명확하듯이, 제 2 실시예에 있어서도 제 1 실시예와 같이, 파장폭이 157.6nm ±10pm인 노광 광에 대하여 색수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도시를 생략했지만, 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 등의 여러가지 수차도 양호하게 보정되어 있는 것이 확인되어 있다.
이상과 같이, 제 2 실시예의 반사굴절 결상 광학계에서도 제 1 실시예와 같이, 중심파장이 157.6nm인 F2레이저광에 대하여, 적은 렌즈 매수로, 주거울(M1)을 대형화하지 않고, 0.75의 상측(NA)를 확보함과 동시에, 웨이퍼 위에서 16.4mm의 이미지 서클을 확보할 수 있다. 따라서, 제 2 실시예의 반사굴절 결상 광학계를 투영 노광장치에 적용한 경우, 0.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있다. 또한, 제 1 실시예와 같이 제 2 실시예에서는, 노광영역을 지름 16.4mm의 이미지 서클 내에서 15mm ×6mm의 직사각형 모양으로 설정할 수 있다. 여기서, 2회의 스캔노광을 이용한 계속노광을 행함으로써, 예컨대 30mm ×40mm의 영역에 마스크 패턴을 전사할 수 있다.
[제 3 실시예]
도 6은, 제 3 실시예에 관계되는 반사굴절 결상 광학계(투영 광학계)의 렌즈 구성을 도시하는 도면이다. 제 3 실시예에서는, 제 1 실시예 및 제 2 실시예와는 달리, 파장폭이 157.6nm ±2pm인 노광 광에 대하여 색수차를 포함하는 여러가지 수차가 보정된 투영 광학계에 본 발명을 적용하고 있다.
도 6의 반사굴절 결상 광학계에서, 제 1 렌즈군(G1)은, 마스크측으로부터 차례로, 마스크측의 면이 비구면 형상으로 형성된 양 볼록렌즈(L11)와, 마스크측의 면이 비구면 형상으로 형성된 양 볼록렌즈(L12)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L13)로서 구성되어 있다.
또한, 제 2 렌즈군(G2)은, 마스크측으로부터 차례로, 마스크측의 면이 비구면 형상으로 형성된 양오목렌즈(L21)와, 마스크측의 면이 비구면 형상으로 형성된 양 볼록렌즈(L22)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L23)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L24)와, 웨이퍼측의 면이 비구면 형상으로 형성된 양오목렌즈(L25)로서 구성되어 있다.
또한, 이면 반사경(M2, L2)의 굴절부를 구성하는 렌즈성분(L2)은, 마스크측에 비구면 형상의 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 모양으로 형성되어 있다. 또한, 부거울(M2)의 반사면(R2)은, 마스크측에 오목면을 향한 형상으로 형성되어 있다.
다음의 표 3에, 제 3 실시예의 반사굴절 결상 광학계의 제원의 값을 나타낸다.
표 3에 있어서, λ는 노광 광의 중심파장을, β는 투영배율을, NA는 상측 개구 수를, ø는 웨이퍼 위에서의 이미지 서클의 지름을 각각 나타내고 있다. 또한, 면 번호는 물체면인 마스크면에서 상면인 웨이퍼면으로의 광선의 진행하는 방향에 따른 마스크측으로부터의 면의 순서를, r는 각 면의 곡율반경(비구면인 경우에는 꼭데기 점 곡율반경: mm)을, d는 각 면의 축상 간격 즉 면 간격(mm)을, n은 중심파장에 대한 굴절율을 각각 가리키고 있다.
또한, 면 간격(d)는, 반사될때 마다 그 부호를 바꾸는 것으로 한다. 따라서, 면 간격(d)의 부호는, 이면 반사면(R2)으로부터 표면 반사면(R1)까지의 광로 중에서는 부로 하고, 그 밖의 광로 중에서는 정으로 하고 있다. 그리고, 광선의 입사방향에 관계 없이 마스크측을 향한 볼록면의 곡율반경을 정으로 하고, 오목면의 곡율반경을 부로 하고 있다.
(표 3의 주요 제원)
λ= 157.6nm
β= 0.2500
NA = 0.75
ø= 26.4mm
(조건식 대응치)
D = 292.019mm
R = -951.795mm
β1 = 0.6083
β2 = 0.4110
(1) D/|R| = 0.3068
(2) |β1/β2| = 1.4799
도 7은, 제 3 실시예에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면이다.
수차도에 있어서, Y는 상고를, 실선은 중심파장 157.6nm을, 파선은 157.6nm + 2pm = 157.602nm을, 일점쇄선은 157.6nm - 2pm = 157.598nm을 각각 가리키고 있다.
수차도로부터 분명한 바와 같이, 제 3 실시예에서는, 파장폭이 157.6nm ±2pm인 노광 광에 대하여 색수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도시를 생략했지만, 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 등의 여러가지 수차도 양호하게 보정되어 있는 것이 확인되어 있다.
이상과 같이, 제 3 실시예의 반사굴절 결상 광학계에서는, 중심파장이 157.6nm인 F2레이저광에 대하여, 적은 렌즈 매수로, 주거울(M1)을 대형화하지 않고, 0.75의 상측(NA)를 확보함과 동시에, 웨이퍼 위에서 26.4mm의 이미지 서클을 확보할 수 있다. 따라서, 제 3 실시예의 반사굴절 결상 광학계를 투영 노광장치에 적용한 경우, 0.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있다. 또한, 노광영역을 예를들면 25mm ×8mm의 직사각형 모양으로 설정하고, 한 번의 스캔노광에 의해 25mm ×33mm의 영역에 마스크 패턴을 전사할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 실시예와 같이 복수회의 스캔노광을 이용한 계속노광을 행하여도 좋다.
[제 4 실시예]
도 8은, 제 4 실시예에 관계되는 반사굴절 결상 광학계(투영 광학계)의 렌즈 구성을 도시하는 도면이다. 제 4 실시예에서는, 제 3 실시예와 같이, 파장폭이 157.6nm ±2pm인 노광 광에 대하여 색수차를 포함하는 여러가지 수차가 보정된 투영 광학계에 본 발명을 적용하고 있다.
도 8의 반사굴절 결상 광학계에서, 제 1 렌즈군(G1)은, 마스크측으로부터 차례로, 마스크측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L11)와, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L12)와, 마스크측에 비구면 형상의 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L13)와, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L14)로서 구성되어 있다.
또한, 제 2 렌즈군(G2)은, 마스크측으로부터 차례로, 마스크측에 비구면 형상의 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L21)와, 마스크측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L22)와, 마스크측의 면이 비구면 형상으로 형성된 양 볼록렌즈(L23)와, 웨이퍼측의 면이 비구면 형상으로 형성된 양 볼록렌즈(L24)로서 구성되어 있다.
또한, 이면 반사경(M2, L2)의 굴절부를 구성하는 렌즈성분(L2)은, 마스크측에 비구면 형상의 오목면을 향한 양오목렌즈 모양으로 형성되어 있다. 또한, 부거울(M2)의 반사면(R2)은, 마스크측에 볼록면을 향한 형상으로 형성되어 있다.
다음의 표 4에, 제 4 실시예의 반사굴절 결상 광학계의 제원의 값을 나타낸다. 표 4에 있어서, λ는 노광 광의 중심파장을, β는 투영배율을, NA는 상측 개구 수를, ø는 웨이퍼 위에서의 이미지 서클의 지름을 각각 나타내고 있다. 또한, 면 번호는 물체면인 마스크면에서 상면인 웨이퍼면으로의 광선의 진행하는 방향에 따른 마스크측으로부터의 면의 순서를, r는 각 면의 곡율반경(비구면인 경우에는 꼭데기 점 곡율반경: mm)을, d는 각 면의 축상 간격 즉 면 간격(mm)을, n은 중심파장에 대한 굴절율을 각각 가리키고 있다.
또한, 면 간격(d)는, 반사될때 마다 그 부호를 바꾸는 것으로 한다. 따라서, 면 간격(d)의 부호는, 이면 반사면(R2)으로부터 표면 반사면(R1)까지의 광로 중에서는 부로 하고, 그 밖의 광로 중에서는 정으로 하고 있다. 그리고, 광선의 입사방향에 관계 없이 마스크측을 향한 볼록면의 곡율반경을 정으로 하고, 오목면의 곡율반경을 부로 하고 있다.
(표 4의 주요 제원)
λ= 157.6nm
β= 0.2500
NA = 0.75
ø= 26.4mm
(조건식 대응치)
D = 290.300mm
R = -2125.339mm
β1 = 0.5350
β2 = 0.4673
(1) D/|R| = 0.1366
(2) |β1/β2| = 1.1449
도 9는, 제 4 실시예에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면이다.
수차도에 있어서, Y는 상고를, 실선은 중심파장 157.6nm을, 파선은 157.6nm + 2pm = 157.602nm을, 일점쇄선은 157.6nm - 2pm = 157.598nm을 각각 가리키고 있다.
수차도로부터 분명한 바와 같이, 제 4 실시예에서는 제 3 실시예와 같이, 파장폭이 157.6nm ±2pm인 노광 광에 대하여 색수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도시를 생략했지만, 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 등의 여러가지 수차도 양호하게 보정되어 있는 것이 확인되어 있다.
이상과 같이, 제 4 실시예의 반사굴절 결상 광학계에서도 제 3 실시예와 같이, 중심파장이 157.6nm인 F2레이저광에 대하여, 적은 렌즈 매수로, 주거울(M1)을 대형화하지 않고, 0.75의 상측(NA)를 확보함과 동시에, 웨이퍼 위에서 26.4mm의 이미지 서클을 확보할 수 있다. 따라서, 제 4 실시예의 반사굴절 결상 광학계를 투영 노광장치에 적용한 경우, 0.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있다. 또한, 제 3 실시예와 같이, 노광영역을 예를들면 25mm ×8mm의 직사각형 모양으로 설정하고, 한 번의 스캔노광에 의해 25mm ×33mm의 영역에 마스크 패턴을 전사할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 실시예와 같이 복수회의 스캔노광을 이용한 계속노광을 행하여도 좋다.
(제 2 실시형태)
이하, 본 발명의 제 2 실시형태에 관계되는 반사굴절 결상 광학계를 설명한다.
제 2 실시형태에 관계되는 반사굴절 결상 광학계를 구비한 투영 노광장치의 전체 구성에 관해서는, 도 1과 마찬가지로서 제 1 실시형태의 설명을 그대로 인용할 수 있다. 따라서, 여기서는 중복되는 설명을 생략한다.
본 실시형태의 반사굴절 결상 광학계로 이루어지는 투영 광학계(8)는, 이하에 구체적으로 설명하는 실시예에 대응하는 도 10, 도 12를 참조하여 설명하면, 마스크(3) 패턴의 1차상(중간상)을 형성하기 위한 제 1 결상 광학계(K1)와, 1차상으로부터의 광에 기초하여 마스크 패턴의 2차상(최종상)을 축소배율로 감광성기판인 웨이퍼(9)위에 형성하기 위한 제 2 결상 광학계(K2)로서 구성되어 있다. 제 1 결상 광학계(K1)는, 마스크측으로부터 차례로, 정의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군(G1)과, 개구 조리개(S)와, 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군(G2)으로서 구성되어 있다.
제 2 결상 광학계(K2)는, 마스크측으로부터 차례로, 웨이퍼측에 오목면을 향한 표면 반사면(R1)를 가지며 또한 중앙에 개구부(광 투과부)를 갖는 주거울(M1)과, 렌즈성분(L2)과, 중앙에 개구부(광 투과부)를 갖는 반사면(R2)을 구비한 부거울(M2)로서 구성되어 있다.
또한, 투영 광학계(8)를 구성하는 모든 광학요소(G1, G2, M1, M2, L2)는 단일의 광축(AX)에 따라 배치되어 있다. 또한, 주거울(M1)은 1차상의 형성위치 부근에 배치되고, 부거울(M2)은 웨이퍼(9)에 근접하여 배치되어 있다.
이렇게 하여, 본 실시형태에서는, 마스크(3)의 패턴으로부터 광이 제 1 결상 광학계(K1)를 통해 마스크 패턴의 1차상(중간상)을 형성한다. 1차상으로부터의 광은, 주거울(M1)의 중앙 개구부 및 렌즈성분(L2)을 통해 부거울(M2)에서 반사되고, 부거울(M2)에서 반사된 광은 렌즈성분(L2)을 통해 주거울(M1)에서 반사된다. 주거울(M1)에서 반사된 광은, 렌즈성분(L2) 및 부거울(M2)의 중앙 개구부를 통해 웨이퍼(9)면상에 마스크 패턴의 2차상을 축소배율로 형성한다.
본 실시형태에 있어서, 투영 광학계(8)를 구성하는 모든 굴절 광학부재(렌즈성분)에는 형석(CaF2결정)을 사용하고 있다. 또한, 노광 광인 F2레이저광의 발진 중심파장은 157.6nm 이며, 157.6nm 부근에서는 CaF2의 굴절율은, +1pm의 파장 변화당 -2.4 ×10-6의 비율로 변화되고, -1pm의 파장 변화당 +2.4 ×10-6의 비율로 변화된다.
따라서, 중심파장 157.6nm에 대한 CaF2의 굴절율은 1.5600000이다. 그리고, 각 실시예에 있어서, 157.6nm + 10pm = 157.61nm에 대한 CaF2의 굴절율은 1.5599760이며, 157.6nm - 10pm = 157.59nm에 대한 CaF2의 굴절율은 1.5600240이다.
또한, 이하에 설명하는 각 실시예에 있어서, 비구면은, 제 1 실시형태에서 이미 설명한 수식 a로써 나타내진다. 또한, 이하의 각 실시예에 있어서, 비구면 형상으로 형성된 렌즈면에는 면 번호의 오른쪽에 *표시를 붙이고 있다.
[제 5 실시예]
도 10은, 제 5 실시예에 관계되는 반사굴절 결상 광학계(투영 광학계)의 렌즈 구성을 도시하는 도면이다. 제 5 실시예에서는, 파장폭이 157.6nm ±10pm인 노광 광에 대하여 색수차를 포함하는 여러가지 수차가 보정된 투영 광학계에 본 발명을 적용하고 있다. 도 10의 반사굴절 결상 광학계는, 마스크(3)의 중간상을 형성하기 위한 굴절형의 제 1 결상 광학계(K1)와, 상기 중간상으로부터의 광에 기초하여 마스크(3)의 최종상을 축소배율로 웨이퍼(9)위에 형성하기 위한 반사 굴절형의 제 2 결상 광학계(K2)를 구비하고 있다. 그리고, 제 1 결상 광학계(K1)는, 마스크(3)측에서부터 차례로, 정 굴절력의 제 1 렌즈군(G1)과, 개구 조리개(S)와, 정 굴절력의 제 2 렌즈군(G2)을 가지며, 제 2 결상 광학계(K2)는, 중앙부에 제 1 광 통과부(AP1)를 갖는 부 굴절력의 제 1 반사면(R1)으로서 이루어지는 주거울(M1)과, 중앙부에 제 2 광 통과부(AP2)를 갖는 제 2 반사면(R2)으로서 이루어지는 부거울(M2)과, 제 1 반사면(R1) 및 제 2 반사면(R2)으로부터 이간되어 있는 웨이퍼측에 오목면을 향한 굴절면을 갖는 렌즈성분(L2)을 갖고 있다.
제 1 렌즈군(G1)은, 마스크측으로부터 차례로, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 메니스커스 렌즈(L11)와, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 양 볼록렌즈(L12)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 메니스커스 렌즈(L13)와, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 메니스커스 렌즈(L14)로서 구성되어 있다.
또한, 제 2 렌즈군(G2)은, 마스크측으로부터 차례로, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 메니스커스 렌즈(L21)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 양 볼록렌즈(L22)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 메니스커스 렌즈(L23)로서 구성되어 있다.
또한, 제 2 결상 광학계(K2)는, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L2)를 포함하고 있다.
또한, 제 1 결상 광학계(K1)는, 광축(AX)의 방향에서 개구 조리개(S)와는 다른 위치에 배치되어 광축(AX) 부근의 광을 차광하는 중심 차폐부재(B)를 갖는다.
이러한 구성에 있어서, 제 1 결상 광학계(K1)로부터의 광이 주거울(M1)의 제 1 광 투과부(AP1)와 렌즈성분(L2)을 통해 제 2 반사면(R2)에서 반사되고, 제 2 반사면(R2)에서 반사된 광이 렌즈성분(L2)을 통해 제 1 반사면(R1)에서 반사되고, 제 1 반사면(R1)에서 반사된 광이 렌즈성분(L2)과 부거울(M2)의 제 2 광 통과부(AP2)를 통해 웨이퍼면(9)상에 최종상을 형성한다.
이하의 표 5에, 제 5 실시예의 반사굴절 결상 광학계의 제원의 값을 나타낸다. 표 5에 있어서, λ는 노광 광의 중심파장을, β는 투영배율을, NA는 상측 개구 수를, ø는 웨이퍼 위에서의 이미지 서클의 지름을 각각 나타내고 있다. 또한, 면 번호는 물체면인 마스크면에서 상면인 웨이퍼면으로 광선이 진행하는 방향에 따른 마스크측으로부터의 면의 순서를, r는 각 면의 곡율반경(비구면인 경우에는 꼭데기 점 곡율반경: mm)을, d는 각 면의 축상 간격 즉 면 간격(mm)을, n은 중심파장(λ= 157.6nm)에 대한 굴절율을 각각 가리키고 있다.
또한, 면 간격(d)은, 반사될때 마다 그 부호를 변화되는 것으로 한다. 따라서, 면 간격(d)의 부호는 반사면(R2)으로부터 반사면(R1)까지의 광로 중에서는 부로 하고, 그 밖의 광로 중에서는 정으로 하고 있다. 그리고, 광선의 입사방향에 관계 없이 마스크측을 향한 볼록면의 곡율반경을 정으로 하고, 오목면의 곡율반경을 부로 하고 있다. 또한, 이하의 제 6 실시예에 있어서, 제 5 실시예와 같은 부호를 이용한다.
(표 5의 주요 제원)
λ= 157.6nm ±10pm
β= 0.2500
NA = 0.75
ø= 16.4mm
△ n/△λ= 2.4 ×10-6(△λ= 1pm)
(조건식 대응치)
(3) f1/d1 = -64.0760
(4) |β1/β2| = 1.5271
도 11은, 제 5 실시예에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면이다. 수차도에 있어서, Y는 상고를, 실선은 중심파장 157.6nm를, 파선은 157.6nm + 10pm = 157.61nm을, 일점쇄선은 157.6nm -10pm = 157.59nm을 각각 가리키고 있다. 수차도로부터 분명한 바와 같이, 제 5 실시예에서는, 파장폭이 157.6nm ±1.0pm인 노광 광에 대하여 색수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도시를 생략했지만, 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 등의 여러가지 수차도 양호하게 보정되어 있는 것이 확인되어 있다.
이상과 같이, 제 5 실시예의 반사굴절 결상 광학계에서는, 중심파장이 157.6nm인 F2레이저광에 대하여, 적은 렌즈 매수로, 주거울(M1)을 대형화하지 않고, 0.75의 상측(NA)를 확보함과 동시에, 웨이퍼 위에서 16.4mm의 이미지 서클을 확보할 수 있다. 따라서, 제 5 실시예의 반사굴절 결상 광학계를 투영 노광장치에 적용한 경우, 0.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있다. 또한, 제 5 실시예에서는, 노광영역을 지름 16.4mm 이미지 서클 내에서 15mm ×6mm의 직사각형 모양으로 설정할 수 있다. 여기서, 2회의 스캔노광을 이용한 계속노광을 행함으로써, 예컨대 30mm ×40mm의 영역에 마스크 패턴을 전사할 수 있다.
[제 6 실시예]
도 12는, 제 6 실시예에 관계되는 반사굴절 결상 광학계(투영 광학계)의 렌즈 구성을 도시하는 도면이다. 제 6 실시예에서는 제 5 실시예와 같이, 파장폭이 157.6nm ±10pm인 노광 광에 대하여 색수차를 포함하는 여러가지 수차가 보정된 투영 광학계에 본 발명을 적용하고 있다.
도 12의 반사굴절 결상 광학계는, 마스크(3)의 중간상을 형성하기 위한 굴절형의 제 1 결상 광학계(K1)와, 상기 중간상으로부터의 광에 기초하여 마스크(3)의 최종상을 축소배율로 웨이퍼(9)위에 형성하기 위한 반사 굴절형의 제 2 결상 광학계(K2)를 구비하고 있다. 그리고, 제 1 결상 광학계(K1)는, 마스크(3)측에서부터 차례로, 정 굴절력의 제 1 렌즈군(G1)과, 개구 조리개(S)와, 정 굴절력의 제 2 렌즈군(G2)을 가지며, 제 2 결상 광학계(K2)는, 중앙부에 제 1 광 통과부(AP1)를 갖는 ·부 굴절력의 제 1 반사면(R1)으로서 이루어지는 주거울(M1)과, 중앙부에 제 2 광 통과부(AP2)를 갖는 제 2 반사면(R2)으로서 이루어지는 부거울(M2)과, 제 1 반사면(R1) 및 제 2 반사면(R2)으로부터 이간되어 있는 웨이퍼측에 오목면을 향한 굴절면을 갖는 렌즈성분(L2)을 갖고 있다.
제 1 렌즈군(G1)은, 마스크측으로부터 차례로, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 메니스커스 렌즈(L11)와, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 양 볼록렌즈(L12)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 메니스커스 렌즈(L13)와, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 메니스커스 렌즈(L14)로서 구성되어 있다.
또한, 제 2 렌즈군(G2)은, 마스크측으로부터 차례로, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 메니스커스 렌즈(L21)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 양 볼록렌즈(L22)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 메니스커스 렌즈(L23)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L24)로서 구성되어 있다. 또한, 제 2 결상 광학계(K2)는, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L2)를 포함하고 있다.
또한, 제 1 결상 광학계(K1)는, 광축(AX)의 방향에서 개구 조리개(S)와는 다른 위치에 배치되어 광축(AX) 부근의 광을 차광하는 중심 차폐부재(B)를 갖는다.
이러한 구성에 있어서, 제 1 결상 광학계(K1)로부터의 광이 주거울(M1)의 제 1 광 투과부(AP1)와 렌즈성분(L2)을 통해 제 2 반사면(R2)에서 반사되고, 제 2 반사면(R2)에서 반사된 광이 렌즈성분(L2)을 통해 제 1 반사면(R1)에서 반사되고, 제 1 반사면(R1)에서 반사된 광이 렌즈성분(L2)과 부거울(M2)의 제 2 광 통과부(AP2)를 통해 웨이퍼면(9)상에 최종상을 형성한다.
이하의 표 6에, 제 6 실시예의 반사굴절 결상 광학계의 제원의 값을 나타낸다.
(표 6의 주요 제원)
λ= 157.6nm ±10pm
β= 0.2500
NA = 0.75
ø= 16.4mm
△ n/△λ= 2.4 ×10-6(△λ= 1pm)
(조건식 대응치)
(3) f1/d1 = -108.5570
(4) |β1/β2| = 1.0521
도 13은, 제 6 실시예에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면이다. 수차도에 있어서, Y는 상고를, 실선은 중심파장 157.6nm을, 파선은 157.6nm + 10pm = 157.61nm을, 일점쇄선은 157.6nm - 10pm = 157.59nm을 각각 가리키고 있다. 수차도로부터 분명한 바와 같이, 제 6 실시예에서는, 파장폭이 157.6nm ±10pm인 노광 광에 대하여 색수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도시를 생략했지만, 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 등의 여러가지 수차도 양호하게 보정되어 있는 것이 확인되어 있다.
이상과 같이, 제 6 실시예의 반사굴절 결상 광학계에서는, 중심파장이 157.6nm인 F2레이저광에 대하여, 적은 렌즈 매수로, 주거울(M1)을 대형화하지 않고, 0.75의 상측(NA)를 확보함과 동시에, 웨이퍼 위에서 16.4mm의 이미지 서클을 확보할 수 있다. 따라서, 제 6 실시예의 반사굴절 결상 광학계를 투영 노광장치에 적용한 경우, 0.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있다. 또한, 제 6 실시예에서는, 노광영역을 지름 16.4mm의 이미지 서클 내에서 15mm ×6mm의 직사각형 모양으로 설정할 수 있다. 여기서, 2회의 스캔노광을 이용한 계속노광을 행함으로써, 예컨대 30mm ×40mm의 영역에 마스크 패턴을 전사할 수 있다.
(제 3 실시형태)
이하, 본 발명의 제 3 실시형태에 관계되는 반사굴절 결상 광학계를 설명한다. 또한, 제 3 실시형태에 관계되는 반사굴절 결상 광학계를 구비한 투영 노광장치의 전체 구성에 관해서는, 도 1과 마찬가지로서 제 1 실시형태의 설명을 그대로 인용할 수 있다. 따라서, 여기서는 중복되는 설명을 생략한다.
본 실시형태의 반사굴절 결상 광학계로 이루어지는 투영 광학계(8)는, 이하에 구체적으로 설명하는 실시예에 대응하는 도 14, 16, 18을 참조하여 설명하면, 마스크(3)의 패턴의 1차상(중간상)을 형성하기 위한 제 1 결상 광학계(K1)와, 1차상으로부터의 광에 기초하여 마스크 패턴의 2차상(최종상)을 축소배율로 감광성 기판인 웨이퍼(9)위에 형성하기 위한 제 2 결상 광학계(K2)와, 양 광학계(K1, K2)에 끼여저서 색수차를 보정하는 색수차 보정렌즈(L3)로서 구성되어 있다. 제 1 결상 광학계(K1)는, 마스크측으로부터 차례로, 정의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군(G1)과, 개구 조리개(S)와, 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군(G2)으로서 구성되어 있다.
제 2 결상 광학계(K2)는, 마스크측으로부터 차례로, 웨이퍼측에 오목면을 향한 표면 반사면(R1)을 가지며 또한 중앙에 개구부(광 투과부)를 갖는 주거울(M1)과, 렌즈성분(L2)과, 중앙에 개구부(광 투과부)를 갖는 반사면(R2)을 구비한 부거울(M2)로서 구성되어 있다.
또한, 투영 광학계(8)를 구성하는 모든 광학요소(G1, G2, M1, M2, L2)는 단일의 광축(AX)에 따라 배치되어 있다. 또한, 주거울(M1)은 1차상의 형성위치 부근에 배치되고, 부거울(M2)은 웨이퍼(9)에 근접하여 배치되어 있다.
이렇게 하여, 본 실시형태에서는, 마스크(3)의 패턴로부터의 광이, 제 1 결상 광학계(K1)를 통해, 마스크 패턴의 1차상(중간상)을 형성한다. 1차상으로부터의 광은, 색수차 보정렌즈(L3)을 통과한 후, 주거울(M1)의 중앙 개구부를 통해 부거울(M2)로 반사되고, 부거울(M2)에서 반사된 광은 주거울(M1)에서 반사된다. 주거울(M1)에서 반사된 광은, 부거울(M2)의 중앙 개구부를 통해 웨이퍼(9)면상에 마스크 패턴의 2차상을 축소배율로 형성한다.
본 실시형태에 있어서, 투영 광학계(8)를 구성하는 모든 굴절 광학부재(렌즈성분)에는 형석(CaF2결정)을 사용하고 있다. 또한, 노광 광인 F2레이저광의 발진 중심파장은 157.6nm이다. 157.6nm 부근에서의 CaF2의 굴절율이나 그 변화는, 상기 실시형태에서 설명한 것과 같다.
또한, 이하에 설명하는 각 실시예에 있어서, 비구면은, 제 1 실시형태에서 이미 설명한 수식 a로써 나타내진다. 또한, 이하의 각 실시예에 있어서, 비구면 형상으로 형성된 렌즈면에는 면 번호의 오른쪽에 *표시를 붙이고 있다.
[제 7 실시예]
도 14는, 제 7 실시예에 관계되는 반사굴절 결상 광학계(투영 광학계)의 렌즈 구성을 도시하는 도면이다. 제 7 실시예에서는, 파장폭이 157,624nm ±1pm인 노광 광에 대하여 색수차를 포함하는 여러가지 수차가 보정된 투영 광학계에 본 발명을 적용하고 있다. 도 14의 반사굴절 결상 광학계는, 마스크(3)의 중간상(II)을 형성하기 위한 굴절형의 제 1 결상 광학계(K1)와, 중간상(II)에서의 광에 기초하여 마스크(3)의 최종상을 축소배율로 웨이퍼(9)위에 형성하기 위한 반사 굴절형의 제 2 결상 광학계(K2)와, 양 광학계(K1, K2)에 끼여진 색수차 보정렌즈(L3)을 구비하고 있다. 그리고, 제 1 결상 광학계(K1)는, 마스크(3)측에서부터 차례로, 정 굴절력의 제 1 렌즈군(G1)과, 개구 조리개(S)와, 정 굴절력의 제 2 렌즈군(G2)을 가지며, 제 2 결상 광학계(K2)는, 중앙부에 제 1 광 통과부(AP1)를 갖는 부 굴절력의 제 1 반사면(R1)으로서 이루어지는 주거울(M1)과, 중앙부에 제 2 광 통과부(AP2)를 갖는 제 2 반사면(R2)으로서 이루어지는 부거울(M2)을 갖고 있다.
제 1 렌즈군(G1)은, 마스크측으로부터 차례로, 웨이퍼측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 메니스커스 렌즈(L11)와, 웨이퍼측에 볼록면을 향한 양구면(兩球面) 형상의 메니스커스 렌즈(L12)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 메니스커스 렌즈(L13)와, 마스크측에 비구면 형상의 오목면을 향한 메니스커스 렌즈(L14)와, 구면 형상의 양 볼록렌즈(L15)로서 구성되어 있다.
또한, 제 2 렌즈군(G2)은, 마스크측으로부터 차례로, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 양 볼록렌즈(L21)와, 웨이퍼측에 볼록면을 향한 양구면 형상의 메니스커스 렌즈(L22)와, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 메니스커스 렌즈(L23)와, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 양 볼록렌즈(L24)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 메니스커스 렌즈(L25)와, 구면 형상의 양 볼록렌즈(L26)과, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 양 볼록렌즈(L27)과, 구면 형상의 양 볼록렌즈(L28)로서 구성되어 있다.
또한, 제 2 렌즈군(G2)의 후방의 중간상(II)이 형성되는 위치의 후측이고, 주거울(M1)에 설치된 제 1 광 투과부(AP1)의 바로앞에는, 구면 형상의 양오목렌즈인 색수차 보정렌즈(L3)가 배치되어 있다.
또한, 제 1 결상 광학계(K1)는, 광축(AX)의 방향에서 개구 조리개(S)와는 다른 위치에 배치되어 광축(AX) 부근의 광을 차광하는 중심 차폐부재(B)를 갖는다.
이러한 구성에 있어서, 제 1 결상 광학계(K1)로부터의 광은, 색수차 보정렌즈(L3)을 통과하여, 주거울(M1)의 제 1 광 투과부(AP1)를 지나서 제 2 반사면(R2)에서 반사된다. 제 2 반사면(R2)에서 반사된 광은, 제 1 반사면(R1)에서 반사되고, 제 1 반사면(R1)에서 반사된 광이 부거울(M2)의 제 2 광 통과부(AP2)를 통해 웨이퍼면(9)상에 최종상을 형성한다.
이하의 표 7에, 제 7 실시예의 반사굴절 결상 광학계의 제원의 값을 나타낸다. 표 7에 있어서, λ, β, NA, ø는, 각각 상기 표 1 등에 있어서 설명한 것과 같은 부호이다. 또한, 면 번호, r, d, n도, 상기 표 1 등에서 설명한 것과 같은 것이다. 또한, 이하의 제 8, 9 실시예에 있어서, 제 7 실시예와 같은 부호를 이용한다.
(표 7의 주요 제원)
λ= 157.624nm ±1pm
β= 0.2500
NA = 0.75
ø= 16.4mm
△n/△λ= -2.4 ×10-6(△λ= 1pm)
(조건식 대응치)
f2 = -109.2
d2 = 248.4
d3 = 13.4
β = 0.25
β3 = 0.392
β4 = -1.255
(5) f2/|d2| = 0.4396
(6) |β/β3| = 0.6378
(7) |β/β4| = -0.1992
(8) |d3/d2| = 0.0539
도 15는, 제 7 실시예에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면이다. 수차도에 있어서, y는 상고를, 실선은 중심파장 157.624nm을, 파선은 157624nm + 1pm = 157.6625nm을, 일점쇄선은 157.624nm - 1pm = 157.623nm을 각각 가리키고 있다. 수차도로부터 분명한 바와 같이, 제 7 실시예에서는, 파장폭이 157.624nm ±1pm인 노광 광에 대하여 색수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도시를 생략했지만, 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 등의 여러가지 수차도 양호하게 보정되어 있는 것이 확인되어 있다.
이상과 같이, 제 7 실시예의 반사굴절 결상 광학계에서는, 중심파장이 157.624nm인 F2레이저광에 대하여, 적은 렌즈 매수로, 주거울(M1)을 대형화하지 않고, 0.75의 상측(NA)를 확보함과 동시에, 웨이퍼 위에서 16.4mm의 이미지 서클을 확보할 수 있다. 따라서, 제 7 실시예의 반사굴절 결상 광학계를 투영 노광장치에 적용한 경우, 0.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있다. 또한, 제 7 실시예에서는, 노광영역을 지름 16.4mm의 이미지 서클 내에서 15mm ×6mm의 직사각형 모양으로 설정할 수 있다. 여기서, 2회의 스캔노광을 이용한 계속노광을 행함으로써, 예컨대 30mm ×40mm의 영역에 마스크 패턴을 전사할 수 있다.
[제 8 실시예]
도 16은, 제 8 실시예에 관계되는 반사굴절 결상 광학계(투영 광학계)의 렌즈 구성을 도시하는 도면이다. 제 8 실시예에서는, 제 7 실시예와 같이, 파장폭이 157.624nm ±1pm인 노광 광에 대하여 색수차를 포함하는 여러가지 수차가 보정된 투영 광학계에 본 발명을 적용하고 있다.
도 16의 반사굴절 결상 광학계는, 마스크(3)의 중간상을 형성하기 위한 굴절형의 제 1 결상 광학계(K1)와, 상기 중간상으로부터의 광에 기초하여 마스크(3)의 최종상을 축소배율로 웨이퍼(9)위에 형성하기 위한 반사 굴절형의 제 2 결상 광학계(K2)와, 양 광학계(K1, K2)에 끼여진 색수차 보정렌즈(L3)을 구비하고 있다. 그리고, 제 1 결상 광학계(K1)는, 마스크(3)측에서부터 차례로, 정 굴절력의 제 1 렌즈군(G1)과, 개구 조리개(S)와, 정 굴절력의 제 2 렌즈군(G2)을 가지며, 제 2 결상 광학계(K2)는, 중앙부에 제 1 광 통과부(AP1)를 갖는 부 굴절력의 제 1 반사면(R1)으로서 이루어지는 주거울(M1)과, 중앙부에 제 2 광 통과부(AP2)를 갖는 제 2 반사면(R2)으로서 이루어지는 부거울(M2)을 갖고 있다.
제 1 렌즈군(G1)은, 마스크측으로부터 차례로, 웨이퍼측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 메니스커스 렌즈(L11)와, 웨이퍼측에 볼록면을 향한 양구면 형상의 메니스커스 렌즈(L12)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 양 볼록렌즈(L13)과, 마스크측에 비구면 형상의 오목면을 향한 메니스커스 렌즈(L14)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 메니스커스 렌즈(L15)로서 구성되어 있다.
또한, 제 2 렌즈군(G2)은, 마스크측으로부터 차례로, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 양 볼록렌즈(L21)와, 마스크측에 비구면 형상의 오목면을 향한 메니스커스 렌즈(L22)와, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 양 볼록렌즈(L23)과, 마스크측에 비구면 형상의 오목면을 향한 양오목렌즈(L24)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 메니스커스 렌즈(L25)와, 웨이퍼측에 볼록면을 향한 양구면 형상의 메니스커스 렌즈(L26)와, 마스크측에 비구면 형상의 오목면을 향한 메니스커스 렌즈(L27)와, 마스크측에 볼록면을 향한 양구면 형상의 메니스커스 렌즈(L28)로서 구성되어 있다.
또한, 제 2 렌즈군(G2)의 후방의 중간상이 형성되는 위치의 후측이고, 주거울(M1)에 설치된 제 1 광 투과부(AP1)의 바로앞에는, 구면 형상의 양오목렌즈인 색수차 보정렌즈(L3)가 배치되어 있다.
또한, 제 1 결상 광학계(K1)는, 광축(AX)의 방향에서 개구 조리개(S)와는 다른 위치에 배치되어 광축(AX) 부근의 광을 차광하는 중심 차폐부재(B)를 갖는다.
이러한 구성에 있어서, 제 1 결상 광학계(K1)로부터의 광은, 색수차 보정렌즈(L3)를 통과하여, 주거울(M1)의 제 1 광 투과부(AP1)를 지나서 제 2 반사면(R2)에서 반사된다. 제 2 반사면(R2)에서 반사된 광은, 제 1 반사면(R1)에서 반사되고, 제 1 반사면(R1)에서 반사된 광이 부거울(M2)의 제 2 광 통과부(AP2)를 통해 웨이퍼면(9)상에 최종상을 형성한다.
이하의 표 8에, 제 8 실시예의 반사굴절 결상 광학계의 제원의 값을 나타낸다.
(표 8의 주요 제원)
λ= 157.624nm ±1pm
β= 0.2500
NA = 0.75
ø= 19.5mm
△n/△λ= -2.4 ×10-6(△λ= 1 pm)
(조건식 대응치)
f2 = -114.5
d2 = 280.2
d3 = 13.0
β= 0.20
β3 = 0.378
β4 = -1.330
(5) f2/|d2| = -0.4087
(6) |β/β3| = 0.5288
(7) |β/β4| = -0.1504
(8) |d3/d2| = 0.0464
도 17은, 제 8 실시예에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면이다. 수차도에 있어서, y는 상고를, 실선은 중심파장 157.624nm을, 파선은 157.624nm + 1pm = 157.6625nm을, 일점쇄선은 157.624nm - 1pm = 157.623nm을 각각 가리키고 있다. 수차도로부터 분명한 바와 같이, 제 8 실시예에서는, 파장폭이 157.624nm ±1pm인 노광 광에 대하여 색수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다. 또한 도시를 생략했지만, 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 등의 여러가지 수차도 양호하게 보정되어 있는 것이 확인되어 있다.
이상과 같이, 제 8 실시예의 반사굴절 결상 광학계에서는, 중심파장이 157.624nm인 F2레이저광에 대하여, 적은 렌즈 매수로, 주거울(M1)을 대형화하지 않고, 0.75의 상측(NA)를 확보함과 동시에, 웨이퍼 위에서 19.5mm의 이미지 서클를 확보할 수 있다. 따라서, 제 8 실시예의 반사굴절 결상 광학계를 투영 노광장치에 적용한 경우, 0.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있다. 또한, 제 8 실시예에서는, 노광영역을 지름 19.5mm의 이미지 서클 내에서 18mm ×7.5mm의 직사각형 모양으로 설정할 수 있다. 여기서, 한 번의 스캔노광에 의해, 예컨대 18mm ×33mm의 영역에 마스크 패턴을 전사할 수 있다. 또한, 2회의 스캔노광을 이용한 계속노광을 행함으로써, 예컨대 36mm ×50mm의 영역에 마스크 패턴을 전사할 수 있다.
[제 9 실시예]
도 18은, 제 9 실시예에 관계되는 반사굴절 결상 광학계(투영 광학계)의 렌즈 구성을 도시하는 도면이다. 제 9 실시예에서는, 제 7 실시예와 같이, 파장폭이 157.624nm ±1pm인 노광 광에 대하여 색수차를 포함하는 여러가지 수차가 보정된 투영 광학계에 본 발명을 적용하고 있다. .
도 18의 반사굴절 결상 광학계는, 마스크(3)의 중간상을 형성하기 위한 굴절형의 제 1 결상 광학계(K1)와, 상기 중간상으로부터의 광에 기초하여 마스크(3)의 최종상을 축소배율로 웨이퍼(9)위에 형성하기 위한 반사 굴절형의 제 2 결상 광학계(K2)와, 양 광학계(K1, K2)에 끼여진 색수차 보정렌즈(L3)을 구비하고 있다. 그리고, 제 1 결상 광학계(K1)는, 마스크(3)측에서부터 차례로, 정 굴절력의 제 1 렌즈군(G1)과, 개구 조리개(S)와, 정 굴절력의 제 2 렌즈군(G2)을 가지며, 제 2 결상 광학계(K2)는, 중앙부에 제 1 광 통과부(AP1)를 갖는 부 굴절력의 제 1 반사면(R1)으로서 이루어지는 주거울(M1)과, 중앙부에 제 2 광 통과부(AP2)를 갖는 제 2 반사면(R2)으로서 이루어지는 부거울(M2)을 갖고 있다.
제 1 렌즈군(G1)은, 마스크측으로부터 차례로, 웨이퍼측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 메니스커스 렌즈(L11)와, 웨이퍼측에 볼록면을 향한 양구면 형상의 메니스커스 렌즈(L12)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 메니스커스 렌즈(L13)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 메니스커스 렌즈(L14)와, 마스크측에 비구면 형상의 오목면을향한 메니스커스 렌즈(L15)와, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 양 볼록렌즈(L16)로서 구성되어 있다.
또한, 제 2 렌즈군(G2)은, 마스크측으로부터 차례로, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 메니스커스 렌즈(L21)와, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 양 볼록렌즈(L22)와, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 메니스커스 렌즈(L23)와, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 양 볼록렌즈(L24)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 메니스커스 렌즈(L25)와, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 메니스커스 렌즈(L26)와, 구면 형상의 양 볼록렌즈(L27)와, 마스크측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 양 볼록렌즈(L28)와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 메니스커스 렌즈(L29)와, 웨이퍼측에 볼록면을 향한 구면형상의 메니스커스 렌즈(L20)로서 구성되어 있다.
또한, 제 2 렌즈군(G2)의 후방의 중간상이 형성되는 위치의 후측이고, 주거울(M1)에 설치된 제 1 광 투과부(AP1)의 바로 앞에는, 구면 형상의 양오목렌즈인 색수차 보정렌즈(L3)가 배치되어 있다.
또한, 제 1 결상 광학계(K1)는, 광축(AX)의 방향에서 개구 조리개(S)와는 다른 위치에 배치되어 광축(AX) 부근의 광을 차광하는 중심 차폐부재(B)를 갖는다.
이러한 구성에 있어서, 제 1 결상 광학계(K1)로부터의 광은, 색수차 보정렌즈(L3)를 통과하여, 주거울(M1)의 제 1 광 투과부(AP1)를 지나서 제 2 반사면(R2)에서 반사된다. 제 2 반사면(R2)에서 반사된 광은, 제 1 반사면(R1)에서 반사되고, 제 1 반사면(R1)에서 반사된 광이 부거울(M2)의 제 2 광 통과부(AP2)를 통해 웨이퍼면(9)상에 최종상을 형성한다.
이하의 표 9에, 제 9 실시예의 반사굴절 결상 광학계의 제원의 값을 나타낸다.
(표 9의 주요 제원)
λ= 157.624nm ±1pm
β= 0.2500
NA = 0.75
ø= 26.4mm
△n/△λ= -2.4 ×10-6(△λ= 1 pm)
(조건식 대응치)
f2 = -110.7
d2 = 290.6
d3 = 13.0
β = 0.25
β3 = 0.392
β4 = -1.349
(5) f2/|d2| = -0.3811
(6) |β/β3| = 0.6378
(7) |β/β4| = -0.1854
(8) |d3/d2| = 0.0447
도 19는, 제 9 실시예에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면이다. 수차도에 있어서, y는 상고를, 실선은 중심파장 157.624nm을, 파선은 157624nm + 1pm = 157.6625nm을, 일점쇄선은 157.624nm - 1pm = 157.623nm을 각각 가리키고 있다. 수차도로부터 분명한 바와 같이, 제 9 실시예에서는, 파장폭이 157.624nm ±1pm인 노광 광에 대하여 색수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도시를 생략했지만, 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 등의 여러가지 수차도 양호하게 보정되어 있는 것이 확인되어 있다.
이상과 같이, 제 9 실시예의 반사굴절 결상 광학계에서는, 중심파장이 157.624nm인 F2레이저광에 대하여, 적은 렌즈 매수로, 주거울(M1)을 대형화하지 않고, 0.75의 상측(NA)를 확보함과 동시에, 웨이퍼 위에서 26.4mm의 이미지 서클을 확보할 수 있다. 따라서, 제 8 실시예의 반사굴절 결상 광학계를 투영 노광장치에 적용한 경우, 0.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있다. 또한, 제 9 실시예에서는, 노광영역을 지름 26.4mm의 이미지 서클 내에서 25mm ×8.5mm의 직사각형 모양으로 설정할 수 있다. 여기서, 한 번의 스캔노광에 의해, 예컨대 25mm ×33mm의 영역에 마스크 패턴을 전사할 수 있다. 또한, 2회의 스캔노광을 이용한 계속노광을 행함으로써, 예컨대 50mm ×65mm의 영역에 마스크 패턴을 전사할 수 있다.
(제 4 실시형태)
도 20은, 본 발명의 제 4 실시형태에 관계되는 광학장치의 웨이퍼 부근부분을 확대하여 설명하는 도면이다. 반사굴절 결상 광학계의 기본 구성은 상기 제 2 및 제 3 실시형태와 같기 때문에 설명을 생략한다. 또한, 도 20에서는, 제 2 실시형태의 반사굴절 결상 광학계(8)에 대응시켜 렌즈성분(L2)을 묘사하고 있지만, 제 3 실시형태의 반사굴절 결상 광학계(8)의 경우, 렌즈성분(L2)에 상당하는 것이 존재하지 않는다.
본 실시형태에서는, 웨이퍼의 위치를 검출하기 위한 웨이퍼 위치 검출계를 갖고 있는 점이 상기 제 2 실시형태 등과 다르다. 웨이퍼 위치 검출계는, 송광계(20)와, 수광계(22)와, 광전 변환부(24)로서 구성되어 있다. 송광계(20)에서의 웨이퍼 위치 검출용 광속(이하, 「AF광」이라고 칭함)은, 부거울(M2) 모재의 측면(S1)으로부터 입사하여, 부거울(M2)의 마스크측의 면과 웨이퍼측의 면 사이에서 반사되도록 부거울 모재의 내부를 진행한 후, 모재의 측면(S2)으로부터 사출하여, 제 2 광 투과부(AP2)를 웨이퍼(9)에 투영한 영역 내에서 웨이퍼(9)의 표면에 도달한다. 다음에, 웨이퍼(9)에서 반사된 AF광은, 부거울(M2)의 모재의 측면(S3)으로부터 입사하여, 부거울(M2)의 마스크측의 면과 웨이퍼측의 면 사이에서 반사되도록 부거울 모재의 내부를 진행한 후, 모재의 측면(S4)으로부터 사출한다. 그리고, 집광 광학계(22)로써 광전 변환부(24)의 수광면에 집광된다. 연산처리부(26)는, 광전 변환부(24)로부터의 신호에 기초하여 웨이퍼(9)의 위치 검출, 즉, 초점 검출 및 웨이퍼면의 경사 검출의 적어도 한편을 행한다. 웨이퍼(9)는 웨이퍼 홀더(10)상에 지지되어 있고, 웨이퍼 홀더(10)는 웨이퍼 스테이지(11)에 탑재되어 있다. 웨이퍼 스테이지(11)는 연산처리부(26)에 의한 검출 결과에 기초하여 구동이 제어되고, 이에 의해 웨이퍼(9)는 광축(AX) 방향의 위치, 또는 광축(AX)에 대한 경사가 바뀌어지고, 최종적으로 마스크(3)의 상이 웨이퍼(9)위의 최적 위치에 투영되도록 오토포커스 및 리브링 조정이 제어된다.
이러한 초점 검출 및 웨이퍼면의 경사 검출에 관해서는, 본원과 동일 출원인에 의한 상술의 일본 특허공개 평 6-66543호 공보, 일본 특허공개 평 8-219718호 공보, 일본 특허공개 평 9-304016호 공보 또는 일본 특허공개 평 10-82611호 공보에 개시되어 있는 장치가 매우 적합하다.
또한, 도 21에 도시하는 바와 같이, 부거울(M2)의 측면(S1 내지 S4)을 AF광에 대하여 거의 수직한 평면으로 함으로써 더욱 정확히 초점 검출을 행할 수 있다. 또한, 부거울(M2)은 원통형상이기 때문에 AF광에 비점수차가 생겨 버린다. 이 때문에, 도 22에 도시하는 바와 같이, 부거울(M2)에 대하여 AF광이 입사하는 부분(S1 내지 S4)을 직선상으로 형성함으로써, 이러한 비점수차의 발생을 회피하고, 고정밀도로 초점 검출을 할 수 있다.
그런데, 상술의 각 실시형태의 투영 노광장치는, 이하의 방법에 의해 제조할 수 있다.
우선, 180nm보다도 짧은 중심파장의 조명광에 의해서 마스크상의 패턴을 조명하기 위한 조명 광학계를 준비한다. 구체적으로는, 중심파장이 157.6nm인 F2레이저광을 이용하여 마스크 패턴을 조명하는 조명 광학계를 준비한다. 이 때, 조명 광학계는, 소정의 반치전폭(半値全幅) 이내의 스펙트럼 폭의 조명광을 공급하도록 구성된다.
이어서, 마스크상 패턴의 상을 감광성기판 위의 감광면에 결상하기 위한 투영 광학계를 준비한다. 투영 광학계를 준비하는 것은, 복수의 굴절성광학소자나 반사경 등을 준비하여, 이들 복수의 굴절성광학소자 등을 꾸며 이루는 것을 포함하는 것이다. 그리고, 이들의 조명 광학계 및 투영 광학계를 전술의 기능을 달성하도록 전기적, 기계적 또는 광학적으로 연결함으로써, 각 실시형태에 관계되는 투영 노광장치를 제조할 수 있다.
또한, 상술한 각 실시예에서는, 투영 광학계를 구성하는 굴절성의 광학부재의 재료로서 CaF2(플루오르화 칼슘)를 사용하고 있지만, 이 CaF2에 부가하여, 또는 CaF2대신에, 예컨대 플루오르화 바륨, 플루오르화 리튬, 플루오르화 마그네슘 등의 플루오르화물의 결정재료나 플루오르가 도프된 석영을 사용하여도 좋다. 단, 마스크를 조명하는 조명광에 있어서 충분한 협대화가 가능하면, 투영 광학계는 단일 종류의 광학재료로 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 투영 광학계의 제조의 용이함이나 제조 가격를 고려하면, 투영 광학계는 CaF2만으로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 제 1 실시형태에서는, 부거울에 인접하는 렌즈성분에 반사면을 마련함으로써 부거울을 이면 반사면으로 했지만, 부거울을 표면 반사면으로 하고 부거울에 인접하는 렌즈성분과 분리시켜도 좋다. 이 경우, 부거울의 반사면 형상이 부거울에 인접하는 렌즈성분의 열흡수 등에 의한 표면형상 변화의 영향을 받지 않고서 해결되는 이점이 있다.
또한, 상술의 각 실시형태에서는, 광원으로부터 웨이퍼에 달하는 광로를 헬륨가스로 치환하고 있지만, 광로의 일부 또는 전부를 질소(N2) 가스로 치환하여도 좋다.
또한, 상술의 각 실시형태에서는, 광원으로서 F2레이저를 이용하여, 협대화 장치에 의해 그 스펙트럼 폭을 협대화하고 있지만, 그 대신에, 157nm에 발진 스펙트럼을 갖는 YAG 레이저 등의 고체 레이저의 고조파를 사용하여도 좋다. 또한, DFB 반도체 레이저 또는 화이버 레이저로부터 발진되는 적외역 또는 가시역의 단일 파장 레이저광을, 예컨대 에르븀(Er)(또는 에르븀(Er)과 이테르븀(Yb)의 양쪽)이 도프된 화이버 증폭기로 증폭하여, 비선형 광학결정을 이용하여 자외광으로 파장을 변환한 고조파를 이용하여도 좋다.
예컨대, 단일 파장 레이저광의 발진파장을 1.51 내지 1.59㎛의 범위 내로 하면, 발생 파장이 151 내지 159nm의 범위 내인 10배 고조파가 출력된다. 특히 발진파장을 1.57 내지 1.58㎛의 범위 내로 하면, 발생파장이 157 내지 158nm의 범위 내의 10배 고조파, 즉 F2레이저광과 거의 동일 파장이 되는 자외광이 얻어진다. 또한, 발진파장을 1.03 내지 1.12㎛의 범위 내로 하면, 발생파장이 147 내지 160nm의 범위 내인 7배 고조파가 출력되고, 특히 발진파장을 1.099 내지 1.106㎛의 범위 내로 하면, 발생파장이 157 내지 158㎛의 범위 내의 7배 고조파, 즉 F2레이저광과 거의 동일 파장이 되는 자외광이 얻어진다. 또한, 단일 파장 발진 레이저로서는, 이테르븀(Yb) 도프 화이버 레이저를 이용한다.
이와 같이, 레이저광원으로부터의 고조파를 사용하는 경우에는, 이 고조파 자체가 충분히 협대화된 스펙트럼 폭(예컨대 0.3pm 이하)이기 때문에, 상술의 각 실시형태의 광원(1) 대신에 이용한다.
그런데, 본 발명은, 웨이퍼 위의 하나의 쇼트영역에 마스크 패턴상을 일괄적으로 전사한 후에, 투영 광학계의 광축과 직교하는 면 내에서 웨이퍼를 점차 2차원적으로 이동시켜 다음 쇼트영역에 마스크 패턴상을 일괄적으로 전사하는 공정을 되풀이하는 스텝 앤드 리피트 방식(일괄 노광방식)이나, 웨이퍼의 각 쇼트영역에의 노광시에 마스크와 웨이퍼를 투영 광학계에 대하여 투영배율(β)을 속도비로서 동기주사하는 스텝 앤드 스캔 방식(주사 노광방식)의 양쪽에 적용할 수 있다.
또한, 스텝 앤드 스캔 방식으로서는, 슬릿 모양(가늘고 긴 직사각형 모양)의 노광영역 내에서 양호한 결상 특성이 얻어지면 좋기 때문에, 투영 광학계를 대형화하지 않고, 웨이퍼 위의 보다 넓은 쇼트영역에 노광을 행할 수 있다. 또한, 스텝 앤드 스캔 방식에 있어서의 노광영역의 형상으로서는, 직사각형 모양에 한정되지 않고, 예컨대 등각 사다리꼴 모양, 부등각 사다리꼴 모양, 마름모꼴 모양, 육각형 모양, 원호형상 등의 여러가지 형상으로 할 수 있다.
다음에, 상기 실시형태의 투영 노광장치를 이용하여 스텝 앤드 스캔 방식으로 웨이퍼 상에 소정의 회로 패턴을 형성할 때의 동작의 일례에 관하여 도 23의 흐름도를 참조하여 설명한다. 우선, 도 23의 스텝 S1에 있어서, 1 롯트의 웨이퍼 위에 금속막이 증착된다. 스텝 S2에 있어서, 그 1 롯트의 웨이퍼(9)위의 금속막 상에 포토레지스트가 도포된다. 그 후, 스텝 S3에 있어서, 제 1 내지 제 3 실시형태의 투영 광학계(8)(도 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18)을 구비한 도 1의 투영 노광장치를 이용하여, 레티클(3)위의 패턴의 상이 그 투영 광학계(8)를 통해, 그 1 롯트의 웨이퍼(9)위의 각 쇼트영역에 순차 노광 전사된다. 그리고, 스텝 S4에 있어서, 그 1 롯트의 웨이퍼(9)위의 포토레지스트의 현상이 행하여진 후, 스텝 S5에 있어서, 그 1 롯트의 웨이퍼(9)위에서 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭을 행함으로써, 레티클(R)위의 패턴에 대응하는 회로 패턴이, 각 웨이퍼 상의 각 쇼트영역에 형성된다. 그 후, 다시 윗 레이어의 회로 패턴의 형성 등을 행함으로써, 반도체소자 등의 장치가 제조된다.
그런데, 상술한 각 실시형태에서는, 반도체소자의 제조에 이용되는 투영 노광장치에 본 발명을 적용하고 있다. 그러나, 반도체소자의 제조에 이용되는 노광장치뿐만 아니라, 액정표시소자 등을 포함하는 디스플레이의 제조에 이용되는 장치 패턴을 글래스 플레이트 위에 전사하는 노광장치, 박막 자기헤드의 제조에 이용되는 장치 패턴을 세라믹 웨이퍼 상에 전사하는 노광장치, 촬상소자(CCD 등)의 제조에 이용되는 노광장치 등에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 레티클 또는 마스크를 제조하기 위해 글라스 기판 또는 실리콘 웨이퍼 등에 회로 패턴을 전사하는 노광장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 일 없이, 본 발명의 요지를 일탈하지않는 범위에서 여러가지의 구성을 취하여 얻을 수 있다.

Claims (58)

  1. 제 1 면의 1차상을 형성하기 위한 굴절형의 제 1 결상 광학계와, 상기 1차상으로부터의 광에 기초하여 상기 제 1 면의 2차상을 축소배율로 제 2 면상에 형성하기 위한 반사 굴절형의 제 2 결상 광학계를 구비한 반사굴절 결상 광학계에 있어서,
    상기 제 1 결상 광학계는, 제 1 면측으로부터 차례로, 정(正)의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군 및 개구 조리개와, 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군을 가지며,
    상기 제 2 결상 광학계는, 오목면 모양으로 형성된 표면 반사면을 가지며, 또한, 중앙에 제 1 광 통과부를 갖는 주거울과, 중앙에 제 2 광 통과부를 갖는 반사면을 갖춘 부거울과, 해당 부거울의 상기 주거울측에 인접하여 배치되어 부의 굴절력을 갖는 렌즈성분을 가지며,
    상기 1차상으로부터의 광이 상기 주거울의 상기 제 1 광 통과부 및 상기 렌즈성분을 통해 상기 부거울에서 반사되고, 상기 부거울에서 반사된 광이 상기 렌즈성분을 통해 상기 주거울에서 반사되고, 상기 주거울에서 반사된 광이 상기 렌즈성분 및 상기 부거울의 상기 제 2 광 통과부를 통해 상기 제 2 면 위에 상기 2차상을 형성하며,
    상기 반사굴절 결상 광학계를 구성하는 모든 굴절 광학부재는 같은 굴절율을 갖는 광학재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  2. 제 1 면의 1차상을 형성하기 위한 굴절형의 제 1 결상 광학계와, 상기 1차상으로부터의 광에 기초하여 상기 제 1 면의 2차상을 축소배율로 제 2 면 위에 형성하기 위한 반사 굴절형의 제 2 결상 광학계를 구비한 반사굴절 결상 광학계에 있어서,
    상기 제 1 결상 광학계는, 제 1 면측으로부터 차례로, 정의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군 및 개구 조리개와, 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군을 가지고,
    상기 제 2 결상 광학계는, 오목면 모양으로 형성된 표면 반사면을 가지며 또한 중앙에 제 1 광 통과부를 갖는 주거울과, 중앙에 제 2 광 통과부를 갖는 반사면을 갖춘 부거울과, 해당 부거울의 상기 주거울측에 인접하여 배치된 렌즈성분을 가지며,
    상기 1차상으로부터의 광이 상기 주거울의 상기 제 1 광 통과부 및 상기 렌즈성분을 통해 상기 부거울에서 반사되고, 상기 부거울에서 반사된 광이 상기 렌즈성분을 통해 상기 주거울에서 반사되고, 상기 주거울에서 반사된 광이 상기 렌즈성분 및 상기 부거울의 상기 제 2 광 통과부를 통해 상기 제 2 면상에 상기 2차상을 형성하며,
    상기 반사굴절 결상 광학계를 구성하는 모든 굴절면 및 반사면중 적어도 하나의 면은 비구면 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 부거울의 상기 반사면은, 상기 부거울에 인접하여 배치된 상기 렌즈성분의 굴절면 위에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 부거울의 상기 반사면은, 상기 주거울측으로 오목면을 향한 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 부거울에 인접하여 배치된 상기 렌즈성분의 상기 주거울측의 굴절면은, 상기 주거울측으로 오목면을 향한 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 부거울에 인접하여 배치된 상기 렌즈성분의 상기 주거울측의 굴절면은, 상기 주거울측에 오목면을 향한 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 부거울에 인접하여 배치된 상기 렌즈성분의 상기 주거울측의 굴절면의 곡율반경을 R로 하고, 상기 부거울의 유효 지름을 D라고 할때,
    0.03 ＜ D/|R| ＜ 1.0
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 주거울과 상기 부거울 사이의 광로 중에 배치되는 굴절 광학부재는,
    상기 부거울에 인접하여 배치된 상기 렌즈성분만인 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 결상 광학계를 구성하는 모든 굴절면 및 반사면중 적어도 하나의 면은, 비구면 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 결상 광학계를 구성하는 모든 굴절면중 적어도 하나의 면은, 비구면 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  11. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 결상 광학계 중의 굴절면 및 반사면중 적어도 하나의 면은 비구면 형상으로 형성되고,
    상기 제 1 결상 광학계중 상기 제 1 렌즈군 및 상기 제 2 렌즈군의 각각은, 적어도 하나의 비구면 형상의 굴절면을 갖는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  12. 제 2항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 반사굴절 결상 광학계를 구성하는 모든 렌즈중 적어도 80%의 렌즈는, 한쪽의 굴절면이 비구면 형상으로 형성되며, 또한, 다른쪽 굴절면이 구면 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 반사굴절 결상 광학계를 구성하는 모든 렌즈 중 적어도 80%의 렌즈는, 한쪽의 굴절면이 비구면 형상으로 형성되며, 또한, 다른쪽 굴절면이 구면 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 반사굴절 결상 광학계를 구성하는 모든 렌즈중 적어도 80%의 렌즈는, 한쪽의 굴절면이 비구면 형상으로 형성되며, 또한, 다른쪽의 굴절면이 구면 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  15. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 결상 광학계중 상기 개구 조리개는, 상기 제 1 렌즈군의 후측 초점위치 부근에 배치되고,
    상기 반사굴절 결상 광학계는, 상기 제 1 면측 및 상기 제 2 면측에 텔레센트릭인 광학계를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  16. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 결상 광학계의 결상배율을 βl로 하고, 상기 제 2 결상 광학계의 결상배율을 β2라고 할때,
    0.7 ＜ |β1/β2| ＜ 3.5
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  17. 제 1 면의 중간상을 형성하기 위한 굴절형의 제 1 결상 광학계와,
    상기 중간상으로부터의 광에 기초하여 상기 제 1 면의 최종상을 축소배율로 제 2 면 위에 형성하기 위한 반사 굴절형의 제 2 결상 광학계를 구비한 반사굴절 결상 광학계에 있어서,
    상기 제 1 결상 광학계는, 상기 제 1 면측으로부터 차례로, 정 굴절력의 제 1 렌즈군과, 개구 조리개와, 정 굴절력의 제 2 렌즈군을 가지며,
    상기 제 2 결상 광학계는, 중앙부에 제 1 광 통과부를 갖는 부 굴절력의 제 1 반사면으로부터 이루어지는 주거울과, 중앙부에 제 2 광 통과부를 갖는 제 2 반사면으로서 이루어지는 부거울과, 상기 제 1 반사면 및 상기 제 2 반사면에서 이간되어 있는 굴절부재를 가지며,
    상기 제 1 결상 광학계로부터의 광이 상기 주거울의 상기 제 1 광 통과부와 상기 굴절부재를 통해 상기 제 2 반사면에서 반사되고, 상기 제 2 반사면에서 반사된 광이 상기 굴절부재를 통해 상기 제 1 반사면에서 반사되고, 상기 제 1 반사면에서 반사된 광이 상기 굴절부재와 상기 부거울의 상기 제 2 광 통과부를 통해 상기 제 2 면 위에 최종상을 형성하는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 굴절부재는 부의 굴절력을 가지며,
    상기 굴절부재의 초점거리를 f1으로 하고, 상기 부거울과 상기 굴절부재와의 광축에 따른 간격을 d1이라고 할 때,
    -85 ＜ f1/d1 ＜ -10
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 굴절부재는, 상기 제 2 면측에 오목면을 향한 굴절면을 갖는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  20. 제 17항에 있어서,
    상기 제 1 결상 광학계의 결상배율을 β1로 하고, 상기 제 2 결상 광학계의 결상배율을 β2라고 할때,
    0.6 ＜ |β1/β2| ＜ 3.5
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  21. 제 1 면의 중간상을 형성하기 위한 제 1 결상 광학계와, 상기 중간상으로부터의 광에 기초하여 상기 제 1 면의 최종상을 축소배율로 제 2 면 위에 형성하기 위한 제 2 결상 광학계를 구비한 반사굴절 결상 광학계에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 결상 광학계 중 한쪽은, 중앙부에 제 1 광 통과부를 갖는 부 굴절력의 제 1 반사면을 구비하는 주거울과, 중앙부에 제 2 광 통과부를 구비하는 제 2 반사면을 구비한 부거울을 가지며,
    상기 주거울 및 상기 부거울은, 상기 제 1 광 통과부로 향하는 광이 상기 제 1 광 통과부를 통해 상기 제 2 반사면에서 반사되고, 상기 제 2 반사면에서 반사된 광이 상기 제 1 반사면에서 반사되며, 상기 제 1 반사면에서 반사된 광이 상기 부거울의 상기 제 2 광 통과부를 통과하도록 위치 결정되고,
    상기 반사굴절 결상 광학계는, 상기 제 1 및 제 2 반사면에서 반사되지 않고서 상기 제 2 면으로 향하는 광을 차폐하기 위한 중심 차폐부재와, 개구 지름이 가변으로 구성된 가변 개구 조리개를 구비하고,
    상기 중심 차폐부재와 상기 개구 조리개는, 상기 반사굴절 결상 광학계의 광축 방향에서 서로 다른 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 제 1 결상 광학계는, 상기 제 1 면측으로부터 차례로, 정 굴절력의 제 1 렌즈군과, 상기 가변 개구 조리개와, 정 굴절력의 제 2 렌즈군을 구비하며,
    상기 제 2 결상 광학계는, 상기 주거울 및 상기 부거울을 구비하고,
    상기 제 2 중심 차폐부재는 상기 제 1 결상 광학계 중에 배치되는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  23. 제 1 면의 중간상을 형성하기 위한 굴절형의 제 1 결상 광학계와,
    상기 중간상으로부터의 광에 기초하여 상기 제 1 면의 최종상을 축소배율로 제 2 면상에 형성하기 위한 제 2 결상 광학계를 구비한 반사굴절 결상 광학계에 있어서,
    상기 제 1 결상 광학계는, 상기 제 1 면측으로부터 차례로, 정(正)굴절력의 제 1 렌즈군과, 개구 조리개와, 정 굴절력의 제 2 렌즈군을 가지며,
    상기 제 2 결상 광학계는, 중앙부에 제 1 광 통과부를 가지고, 또한, 부(負)굴절력의 제 1 반사면을 구비하는 주거울과, 중앙부에 제 2 광 통과부를 갖는 제 2 반사면을 구비하는 부거울을 가지며,
    상기 제 2 결상 광학계에 입사하는 광이 상기 주거울의 상기 제 1 광 통과부를 통해 상기 제 2 반사면에서 반사되고, 상기 제 2 반사면에서 반사된 광이 상기 제 1 반사면에서 반사되며, 상기 제 1 반사면에서 반사된 광이 상기 부거울의 상기 제 2 광 통과부를 통해 상기 제 2 면 위에 상기 최종상을 형성하고,
    상기 반사굴절 결상 광학계가 갖는 굴절부재는, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면과의 사이의 광로 중, 상기 제 1 광 통과부와 상기 제 2 광 통과부 사이를 제외한 부분에만 배치되는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 중간상과 상기 제 1 반사면과의 사이의 광로 중에 있으며, 또한 상기 제 1 광 통과부와 제 2 광 통과부 사이를 제외한 광로에 배치된 색수차 보정렌즈를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  25. 제 23항에 있어서,
    상기 중간상과 상기 제 1 반사면 사이에 배치된 상기 색수차 보정부 렌즈의 초점거리를 f2로 하고, 상기 제 1 반사면과 상기 제 2 반사면과의 거리를 d2라고 할때,
    -1.10 ＜ f2/|d2| ＜ -0.15
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  26. 제 23항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈군의 후측 초점위치 부근에, 상기 제 2 결상 광학계의 중심에 입사하는 광을 차단하는 중심 차폐부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  27. 제 23항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈군은, 눈동자(瞳)의 상면만곡을 가지며, 상기 중심 차폐부재와 상기 개구 조리개는, 상기 제 1 결상 광학계의 광축 방향에서 떨어진 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  28. 제 23항에 있어서,
    상기 제 1 면측 및 상기 제 2 면측 모두 텔레센트릭 광학계인 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  29. 제 23항에 있어서,
    10 이상의 굴절면을 가지며, 해당 굴절면 중, 적어도 5면이 비구면(非球面) 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  30. 제 23항에 있어서,
    상기 반사굴절 결상 광학계의 모든 계의 결상 배정율을 β로 하고, 상기 제 1 반사면의 결상배율을 β3로 하며, 상기 제 2 반사면의 결상배율을 β4라고 할때,
    0.15 ＜ |β/β3| ＜ 0.95
    0.10 ＜ |β/β4| ＜ 0.50
    의 조건식 을 만족하는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  31. 제 23항에 있어서,
    상기 반사굴절 결상 광학계를 구성하는 굴절부재가, 상기 제 1 면과 상기 제 1 광 투과부와의 사이의 광로 중에만 배치되는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  32. 제 23항에 있어서,
    상기 제 1 반사면과 상기 제 2 반사면과의 거리를 d2로 하고, 상기 제 2 반사면과 상기 제 2 면과의 거리를 d3이라고 할때,
    0.04 ＜ |d3/d2| ＜ 0.08
    의 조건식 을 만족하는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  33. 제 23항에 있어서,
    상기 제 2 결상 광학계는, 상기 제 1 결상 광학계에 의한 중간상의 상을 상기 제 2 면 위에 상기 최종상으로서 형성하는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  34. 제 23항에 있어서,
    상기 주거울의 상기 제 1 광 통과부와 상기 부거울의 상기 제 2 광 통과부는, 상기 반사굴절 결상 광학계의 광축을 포함하는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  35. 제 1 면의 중간상(中間像)을 형성하기 위한 굴절형의 제 1 결상 광학계와,
    해당 중간상으로부터의 광에 기초하여 상기 제 1 면의 축소상을 제 2 면 위에 형성하기 위한 제 2 결상 광학계를 구비한 반사굴절 결상 광학계에 있어서,
    상기 제 1 결상 광학계는, 개구 조리개와, 해당 개구 조리개와 상기 제 1 면 과의 사이에 배치된 제 1 렌즈군과, 상기 개구 조리개와 상기 중간상 사이에 배치된 제 2 렌즈군을 가지고,
    상기 제 2 결상 광학계는, 중앙부에 제 1 광 통과부를 갖는 제 1 반사면을 구비하는 주거울과, 중앙부에 제 2 광 통과부를 갖는 제 2 반사면을 구비하는 부거울을 가지며,
    상기 제 1 반사면은, 부(負) 파워의 표면 반사면이며,
    상기 제 2 반사면은, 부 파워를 가지며,
    상기 제 2 결상 광학계는, 상기 제 2 광학계에 입사하는 광이 상기 주거울의 상기 제 1 광 통과부를 통해 상기 부거울의 제 2 반사면에서 반사되고, 상기 제 2 반사면에서 반사된 광이 상기 제 1 반사면에서 반사되며, 상기 제 1 반사면에서 반사된 광이 상기 부거울의 상기 제 2 광 통과부를 통해 상기 제 2 면에 달하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  36. 제 35항에 있어서,
    상기 제 2 결상 광학계는, 상기 제 1 반사면과 상기 제 2 반사면 사이의 광로 중에 배치된 굴절부재를 갖는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  37. 제 36항에 있어서,
    상기 제 2 결상 광학계중 상기 굴절부재의 한쪽 광학면에는 부 굴절력을 갖는 렌즈면이 설치되고, 다른쪽의 광학면에는 상기 제 2 반사면이 설치되는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  38. 제 36항에 있어서,
    상기 제 2 결상 광학계중 상기 굴절부재의 상기 부거울측 광학면과 상기 부거울의 상기 제 2 반사면은 이간되어 있는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  39. 제 35항에 있어서,
    상기 반사굴절 결상 광학계를 구성하는 굴절부재는, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면과의 사이의 광로 중, 상기 제 1 광 통과부와 상기 제 2 광 통과부 사이를 제외한 부분에만 배치되는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  40. 제 1 면과 제 2 면을 서로 광학적으로 공역으로 하는 결상 광학계와,
    상기 제 2 면에 대한 기판의 위치를 광전적(光電的)으로 검출하는 기판 위치 검출계를 구비한 광학장치에 있어서,
    상기 결상 광학계는, 중앙부에 제 1 광 통과부를 갖는 부 굴절력(負屈折力)의 제 1 반사면으로서 이루어지는 주거울과, 해당 주거울과 상기 제 2 면과의 사이에 배치되어 중앙부에 제 2 광 통과부를 갖는 제 2 반사면과 표면에 해당 제 2 반사면을 마련한 모재로서 이루어지는 부거울을 가지고,
    상기 기판 위치 검출계는, 상기 부거울의 상기 모재를 통과시킨 후, 상기 제 2 광 통과부를 상기 제 2 면에 투영한 영역인 검출영역으로 검출광을 이끄는 송광계와, 상기 검출영역에서의 반사광을 상기 부거울의 상기 모재를 통과시킨 후에 광전 변환부로 이끄는 수광계를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학장치.
  41. 제 40항에 있어서,
    소정 패턴이 형성된 마스크를 조명하기 위한 조명 광학계와,
    상기 제 1 면 위에 배치된 상기 마스크의 상기 소정 패턴의 상을 상기 제 2 면 위에 배치된 감광성기판 위에 투영하기 위한 제 40항에 기재된 광학장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 투영 노광장치.
  42. 상기 조명광에 의해 소정의 패턴이 형성된 마스크를 조명하는 공정과,
    제 40항에 기재된 광학장치를 이용하여, 상기 제 1 면 위에 배치된 상기 마스크의 상기 소정 패턴의 상을 상기 제 2 면 위에 배치된 감광성 기판 위에 투영하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  43. 제 1항, 제 2항, 제 17항, 제 21항 내지 제 23항 및 제 33항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사굴절 결상 광학계를 구성하는 모든 굴절 광학부재는, 형석으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  44. 제 1항, 제 2항, 제 17항, 제 21항 내지 제 23항 및 제 33항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 결상 광학계중 상기 제 1 렌즈군과 상기 제 2 렌즈군과의 사이의 광로 중에는, 입사광속 중 광축을 중심으로 하는 일부의 광속을 차폐하기 위한 차폐부재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  45. 제 1항, 제 2항, 제 17항, 제 21항 내지 제 23항 및 제 33항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1차상의 형성위치 부근에 배치된 시야조리개를 더욱 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  46. 제 1항, 제 2항, 제 17항, 제 21항 내지 제 23항 및 제 33항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사굴절 결상 광학계는, 상기 제 2 면상에 지름 10mm 이상의 이미지 서클을 갖는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  47. 제 1항, 제 2항, 제 17항, 제 21항 내지 제 23항 및 제 33항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 결상 광학계중 상기 주거울은, 선팽창계수 3 ppm/℃ 이하의 물질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  48. 제 1항, 제 2항, 제 17항, 제 21항 내지 제 23항 및 제 33항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 결상 광학계중 상기 제 1 렌즈군의 후측 초점위치 부근에는, 광속 단면 내에서의 제 1 영역을 통과하는 광속과, 상기 광속 단면 내에서의 상기 제 1 영역과는 다른 제 2 영역을 통과하는 광속에 대하여 상대적으로 강도차, 위상차 및 편광상태의 차 중 적어도 하나를 부여하기 위한 광학소자가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  49. 제 1항, 제 2항, 제 17항, 제 21항 내지 제 23항 및 제 33항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사굴절 결상 광학계를 구성하는 모든 굴절 광학부재, 상기 주거울 및 상기 부거울은, 단일의 광축에 따라 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  50. 제 1항, 제 2항, 제 17항, 제 21항 내지 제 23항 및 제 33항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사굴절 결상 광학계를 구성하는 모든 렌즈성분의 매수는, 10장 이하인 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  51. 제 1항, 제 2항, 제 17항, 제 21항 내지 제 23항 및 제 33항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 결상 광학계는, 상기 광축의 방향에서 상기 개구 조리개와는 다른 위치에 배치되어 상기 광축 부근의 광을 차단하는 중심 차폐부재를 갖는 것을 특징으로 하는 반사굴절 결상 광학계.
  52. 자외영역의 조명광에 의해 소정 패턴이 형성된 마스크를 조명하기 위한 조명 광학계와,
    상기 제 1 면 위에 배치된 상기 마스크의 상기 소정 패턴의 상을 감광성기판 위에 투영하기 위한 제 1항, 제 2항, 제 17항, 제 21항 내지 제 23항 및 제 33항중 어느 한 항에 기재된 반사굴절 결상 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 투영 노광장치.
  53. 제 52항에 있어서,
    상기 마스크를 소정의 주사방향에 따라 가동이 되도록 지지하는 제 1 스테이지와, 상기 감광성기판을 소정의 주사방향에 따라 가동이 되도록 지지하는 제 2 스테이지를 또한 구비하고,
    상기 제 1 및 제 2 스테이지를 상기 반사굴절 결상 광학계에 대하여 이동시키면서 노광을 행하는 것을 특징으로 하는 투영 노광장치.
  54. 제 53항에 있어서,
    상기 노광을 행할 때에 상기 제 1 및 제 2 스테이지는 같은 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 투영 노광장치.
  55. 자외영역의 조명광을 생성하는 공정과,
    상기 조명광에 의해 소정 패턴이 형성된 마스크를 조명하는 공정과,
    제 1항, 제 2항, 제 17항, 제 21항 내지 제 23항 및 제 33항중 어느 한 항에 기재된 반사굴절 결상 광학계를 이용하여, 상기 제 1 면 위에 배치된 상기 마스크의 상기 소정 패턴상을 상기 제 2 면 위에 배치된 감광성기판 위에 투영하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  56. 제 55항에 있어서,
    상기 마스크와 상기 감광성기판을 상기 반사굴절 결상 광학계에 대하여 이동시키면서 노광을 행하는 것을 특징으로 하는 투영 노광방법.
  57. 제 56항에 있어서,
    상기 마스크와 상기 감광성기판을 상기 반사굴절 결상 광학계에 대하여 같은 방향으로 이동시키면서 노광을 행하는 것을 특징으로 하는 투영 노광방법.
  58. 제 52항에 기재된 투영 노광장치를 이용한 디바이스의 제조방법에 있어서,
    기판 위에 감광성 재료를 도포함으로써 상기 감광성기판을 준비하는 공정과,
    상기 감광성 기판 위에 상기 반사굴절 결상 광학계를 통해 상기 마스크의 최종상을 형성하는 공정과,
    상기 기판 위의 상기 감광성 재료를 현상하는 공정과,
    상기 현상된 상기 감광성 재료에 대응한 패턴을 상기 기판 위에 형성하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
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