KR20010112107A - 투영 광학계 및 해당 투영 광학계를 구비한 노광 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 넓은 투영 시야 및 높은 해상력을 확보하면서, 상면(像面)의 평탄성이 우수하고 또한 온도 변화에 따른 초점 위치의 변동이 비교적 적은 투영 광학계를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 제 1 면 M에 형성된 패턴의 상을 제 2 면 P상에 실질적으로 등배(等倍)의 배율로 투영하는 투영 광학계에 있어서, 제 1 부분 광학계 G1과, 투영 광학계의 동공면 AS에 관해서 제 1 부분 광학계와 거의 대칭적으로 구성된 제 2 부분 광학계 G2를 구비하고 있다. 제 1 부분 광학계는 서로 대향하도록 배치된 제 1 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면과, 해당 제 1 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면 사이의 광로중에 있어서 서로 대향하도록 배치된 제 2 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면을 갖는다.

Description

투영 광학계 및 해당 투영 광학계를 구비한 노광 장치{PROJECTION OPTICAL SYSTEM AND EXPOSURE APPARATUS HAVING ITS PROJECTION OPTICAL SYSTEM}

본 발명은 투영 광학계 및 해당 투영 광학계를 구비한 노광 장치에 관한 것으로, 특히 마이크로 장치(반도체 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기헤드 등)를 포토리소그래피 공정에 의해 제조할 때에 사용되는 투영 노광 장치에 최적인 투영 광학계에 관한 것이다.

최근, 워드프로세서나 퍼스널컴퓨터나 텔레비전 등의 표시 소자로서 액정 표시 패널이 다용되도록 되어 있다. 액정 표시 패널은 유리 기판(플레이트)상에 투명 박막 전극을 포토리소그래피의 방법에 의해 소망하는 형상으로 패터닝함으로써 제조된다. 이 포토리소그래피 공정을 위한 장치로서 마스크상에 형성된 원화(原畵) 패턴을 굴절형 투영 광학계를 거쳐서 플레이트상의 포토 레지스트층에 투영 노광하는 투영 노광 장치가 이용되고 있다. 특히, 최근에는 저온 폴리(다결정)실리콘을 이용한 액정 표시 패널에 의해 고세밀화가 요망되고 있으며, 넓은 시야에 걸쳐 높은 해상력을 갖는 투영 노광 장치가 요구되고 있다.

일반적으로, 고해상력을 갖는 투영 노광 장치를 실현하기 위해서는 탑재되는투영 광학계의 개구수를 크게 설정할 필요가 있다. 한편, 투영 광학계의 초점 심도는 개구수의 제곱에 반비례한다. 이 때문에, 개구수가 크게 설정된 고해상력을 갖는 투영 광학계에 있어서는 초점 심도가 좁아지게 된다. 이 경우, 투영 광학계의 상면 만곡(彎曲)이나 분위기 온도(환경 온도)의 변화에 따른 투영 광학계의 초점 위치의 변동에 의해 초점 심도의 이용 가능한 범위는 더 좁아지게 된다. 그 결과, 초점 위치 결정을 고정밀도화하거나 장치내의 온도 제어를 고정밀도화하는 등의 대책이 필요하게 되어 장치의 고비용화를 초래한다고 하는 불합리점이 있었다. 또한, 노광되는 유리 기판에 대해서는 높은 평면도가 요구되어 재료의 고비용화로 이어진다고 하는 불합리점도 있었다.

본 발명은 전술한 과제에 비추어 봐 이루어진 것으로, 넓은 투영 시야 및 높은 해상력을 확보하면서, 상면의 평탄성이 우수하고 또한 온도 변화에 따른 초점 위치의 변동의 비교적 적은, 양호한 광학 성능을 갖는 투영 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 양호한 광학 성능을 갖는 투영 광학계를 이용하여 장치 및 재료의 고비용화를 초래하는 일없이 양호한 노광을 행할 수 있는 노광 장치 및 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명에서는 상술한 노광 장치를 이용한 양호한 노광에 의해 대면적(大面積)에서 양호한 마이크로 장치를 제조할 수 있는 마이크로 장치 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투영 광학계를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,

도 2는 본 실시예의 실시예 1에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시하는 도면,

도 3은 실시예 1에 있어서의 투영 광학계의 구면 수차, 비점 수차 및 왜곡 수차를 도시하는 도면,

도 4는 실시예 1에 있어서의 투영 광학계의 코마 수차를 도시하는 도면,

도 5는 본 실시예의 실시예 2에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시하는 도면,

도 6은 실시예 2에 있어서의 투영 광학계의 구면 수차, 비점 수차 및 왜곡 수차를 도시하는 도면,

도 7은 실시예 2에 있어서의 투영 광학계의 코마 수차를 도시하는 도면,

도 8은 본 실시예의 노광 장치를 이용하여 플레이트상에 소정의 패턴을 형성함으로써 마이크로 장치로서의 액정 표시 소자를 얻을 때의 방법의 흐름도,

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법의 제조 흐름을 나타내는 흐름도,

도 10은 각 렌즈를 형성해야 할 블럭 초재의 굴절률의 절대값 및 굴절률 분포를 측정하는 간섭계 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,

도 11은 각 렌즈의 면 형상 오차를 측정하는 간섭계 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,

도 12는 램프 광원을 사용하는 투영 광학계의 파면 수차를 계측하는 피조(fizeau) 간섭계 방식의 파면 수차 측정기의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,

도 13은 ArF 엑시머 레이저 광원을 사용하는 투영 광학계의 파면 수차를 계측하는 PDI 방식의 파면 수차 측정기의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,

도 14는 간격 조정이나 편심 조정이 가능하게 구성된 투영 광학계의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 광원 2 : 타원 미러

4 : 콜리메타 렌즈 5 : 파장 선택 필터

6 : 플라이 아이 렌즈 7 : 개구 조리개

8 : 콘덴서 광학계 M : 마스크

PL : 투영 광학계 P : 플레이트

G1 : 제 1 부분 광학계 G2 : 제 2 부분 광학계

AS : 개구 조리개

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제 1 발명에서는 제 1 면에 형성된패턴의 상(像)을 제 2 면상에 실질적으로 등배의 배율로 투영하는 투영 광학계에 있어서, 상기 투영 광학계는 상기 제 1 면측에서부터 순서대로, 제 1 부분 광학계와, 상기 투영 광학계의 동공면에 대해서 상기 제 1 부분 광학계와 거의 대칭적으로 구성된 제 2 부분 광학계를 구비하되, 상기 제 1 부분 광학계는 서로 대향하도록 배치된 제 1 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면과, 해당 제 1 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면간의 광로중에 있어서 서로 대향하도록 배치된 제 2 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.

제 1 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 제 1 부분 광학계는 상기 제 1 면측에서부터 순서대로, 상기 제 2 면측에 오목면을 향하는 제 1 부(負)렌즈와, 상기 제 2 면측에 오목면을 향하는 제 2 부렌즈와, 상기 제 1 면측에 오목면을 향하는 제 3 부렌즈와, 상기 제 1 면측에 오목면을 향하는 제 4 부렌즈를 갖는다.

또한, 제 1 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 제 1 부분 광학계는 상기 제 1 면측에서부터 순서대로, 정(正)의 굴절력을 갖는 제 1 정(正)렌즈군과, 부(負)의 굴절력을 갖는 제 1 부(負)렌즈군과, 정의 굴절력을 갖는 제 2 정렌즈군을 갖고, 상기 제 1 부렌즈군은 상기 제 1 면측에서부터 순서대로, 상기 제 2 면측에 오목면을 향하는 제 1 부렌즈와, 상기 제 2 면측에 오목면을 향하는 제 2 부렌즈와, 상기 제 1 면측에 오목면을 향하는 제 3 부렌즈와, 상기 제 1 면측에 오목면을 향하는 제 4 부렌즈를 가지며, 상기 제 1 부분 광학계의 초점 거리를 F₁로 하고, 상기 제 1 부렌즈군의 초점 거리를 f_1N이라고 할 때,

(수학식 1)

의 조건을 만족한다.

본 발명의 제 2 발명에서는, 제 1 면에 형성된 패턴의 상을 제 2 면상에 실질적으로 등배의 배율로 투영하는 투영 광학계에 있어서, 상기 투영 광학계는 상기 제 1 면측에서부터 순서대로, 제 1 부분 광학계와, 상기 투영 광학계의 동공면에 관해서 상기 제 1 부분 광학계와 거의 대칭적으로 구성된 제 2 부분 광학계를 구비하되, 상기 제 1 부분 광학계는 상기 제 1 면측에서부터 순서대로, 정의 굴절력을 갖는 제 1 정렌즈군과, 부의 굴절력을 갖는 제 1 부렌즈군과, 정의 굴절력을 갖는 제 2 정렌즈군을 가지며, 상기 투영 광학계에 공급되는 조명광에 대한 광학 소자의 굴절률 n의 분위기 온도 T에 대한 변화율을 dn/dT로 나타낼 때, 상기 제 2 정렌즈군을 구성하는 적어도 1개의 부렌즈는

(수학식 2)

의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.

제 2 발명이 바람직한 형태에 의하면, 상기 제 2 정렌즈군을 구성하는 적어도 하나의 정렌즈는

(수학식 3)

의 조건을 만족한다.

본 발명의 제 3 발명에서는 제 1 면에 형성된 패턴의 상을 제 2 면상에 실질적으로 등배로 투영하는 투영 광학계에 있어서, 상기 투영 광학계는 비구면을 갖고, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면과의 광축에 따른 거리를 L로 하고, 상기 제 1 면으로부터 상기 비구면까지의 광축에 따른 거리를 LA 라고 할 때,

(수학식 4)

의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.

제 3 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 투영 광학계는 상기 투영 광학계의 동공면에 관해서 대칭적으로 배치된 제 1 비구면과 제 2 비구면을 갖고, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면과의 광축에 따른 거리를 L로 하고, 상기 제 1 면으로부터 상기 제 1 비구면까지의 광축에 따른 거리를 LA라고 할 때,

(수학식 4)

의 조건을 만족한다.

본 발명의 제 4 발명에서는 제 1 발명∼제 3 발명의 투영 광학계와, 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하기 위한 조명 광학계를 구비하되, 상기 투영 광학계를 거쳐서 상기 마스크상에 형성된 패턴을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판으로노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다.

본 발명의 제 5 발명에서는 제 4 발명의 노광 장치를 이용하여 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판으로 노광하는 노광 공정과, 상기 노광 공정을 거쳐서 노광된 상기 감광성 기판을 현상하는 현상 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 장치의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 제 6 발명에서는 소정의 패턴이 형성된 마스크를 조명하는 조명 공정과, 제 1 발명∼제 3 발명의 투영 광학계를 이용하여 상기 제 1 면에 설정된 상기 마스크의 패턴을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판으로 노광하는 노광 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법을 제공한다.

본 발명의 전형적인 형태에 따른 투영 광학계는 제 1 면측(물체면측)에서부터 순서대로, 제 1 부분 광학계 G1과, 개구 조리개 AS와, 이 개구 조리개에 관해서 제 1 부분 광학계 G1과 거의 대칭적으로 구성된 제 2 부분 광학계 G2로 구성되어 있다. 따라서, 물체면으로서의 제 1 면에 형성된 패턴의 상은 상면으로서의 제 2 면상에 있어서 실질적으로 등배의 배율로 투영된다. 이하, 설명을 간단히 하기 위해서, 제 2 부분 광학계 G2가 개구 조리개에 관해서 제 1 부분 광학계 G1과 대칭적으로 구성되고 투영 광학계의 투영 배율이 등배인 경우를 상정하며 제 1 부분 광학계 G1에만 주목하여 본 발명을 설명한다.

전술한 바와 같이, 고해상력을 갖는 투영 광학계에서는 초점 심도가 좁게 되기 때문에, 이 좁은 초점 심도를 충분히 이용하기 위해서는 상면 만곡량을 작게 억제하는 것, 즉 평탄성이 우수한 상면을 확보하는 것이 필요하다. 그래서, 투영 광학계의 페츠발합(petzavl sum)을 양호하게 보정하기 위해서, 정의 굴절력을 갖는 제 1 부분 광학계 G1중에는 부의 굴절력을 갖는 렌즈군 G1N이 배치되게 된다. 그러나, 이 부렌즈군 G1N의 부의 굴절력이 강하게 되면, 코마 수차의 보정이 곤란해진다.

본 발명에서는, 투영 광학계의 페츠발 합(나아가서는 그 상면 만곡)을 양호하게 보정할 때에 발생하는 코마 수차를 양호하게 보정하기 위해서, 서로 대향하도록 배치된 제 1 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면과, 이 제 1 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면 사이의 광로중에 있어서 서로 대향하도록 배치된 제 2 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면을 제 1 부분 광학계 G1내에 배치하고 있다. 이 구성에 의해, 본 발명에서는 넓은 투영 시야 및 높은 해상력을 확보하면서, 상면의 평탄성이 우수한 투영 광학계를 실현할 수 있다.

더 구체적인 형태에 의하면, 제 1 부분 광학계 G1은 제 1 면측에서부터 순서대로, 정의 굴절력을 갖는 제 1 정렌즈군 G1P와, 부의 굴절력을 갖는 제 1 부렌즈군 G1N과, 정의 굴절력을 갖는 제 2 정렌즈군 G2P로 구성되어 있다. 그리고, 제 1 부렌즈군 G1N은 제 1 면측에서부터 순서대로, 제 2 면측에 오목면을 향하는 제 1 부렌즈와, 제 2 면측에 오목면을 향하는 제 2 부렌즈와, 제 1 면측에 오목면을 향하는 제 3 부렌즈와, 제 1 면측에 오목면을 향하는 제 4 부렌즈로 구성되어 있다. 이 경우, 제 1 부렌즈의 제 2 면측의 오목면 및 제 4 부렌즈의 제 1 면측의 오목면이 제 1 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면을 구성하고, 제 2 부렌즈의 제 2 면측의 오목면 및 제 3 부렌즈의 제 1 면측의 오목면이 제 2 세트의 한 쌍의 오목면형상의 굴절면을 구성하고 있다.

본 발명에서는 상술한 구성에 있어서 이하의 수학식 1을 만족하는 것이 바람직하다.

여기서, F₁은 제 1 부분 광학계 G1의 초점 거리이다. 또한, f_1N은 제 1 부렌즈군 G1N의 초점 거리이다.

수학식 1은 제 1 부렌즈군 G1N의 초점 거리 f_1N과 제 1 부분 광학계 G1의 초점 거리 F₁의 비에 대하여 적절한 범위를 규정하고 있다. 수학식 1의 하한값을 하회하면, 제 1 부렌즈군 G1N의 부의 굴절력이 약해져 상면 만곡을 양호하게 보정하기 어렵게 되기 때문에 바람직하지 못하다. 또, 본 발명의 효과를 충분히 발휘하기 위해서는 수학식 1의 하한값을 -0.3으로 하고, 그 상한값을 -0.1로 설정하는 것이 더 바람직하다.

또한, 전술한 바와 같이, 고해상력을 갖는 투영 광학계에서는 초점 심도가 좁게 되기 때문에, 이 좁은 초점 심도를 충분히 이용하기 위해서는 분위기 온도의 변화에 따른 투영 광학계의 초점 위치의 변동(즉, 투영 광학계의 결상면(結像面)의 합초 방향에 따른 위치 변동)을 작게 억제하는 것이 필요하다. 제 1 부분 광학계 G1이 제 1 면측에서부터 순서대로, 정의 굴절력을 갖는 제 1 정렌즈군 G1P와, 부의 굴절력을 갖는 제 1 부렌즈군 G1N과, 정의 굴절력을 갖는 제 2 정렌즈군 G2P로 구성되어 있는 경우, 투영 광학계의 동공면의 근방, 즉 개구 조리개 AS의 근방에 배치된 제 2 정렌즈군 G2P에 있어서 온도 변화에 의해 발생하는 초점 위치의 변동의 영향이 가장 크다고 생각된다. 환언하면, 분위기 온도의 변화에 따른 투영 광학계의 초점 위치의 변동을 작게 억제하기 위해서는 제 2 정렌즈군 G2P에 있어서 온도 변화에 의해 발생하는 초점 위치의 변동을 작게 억제할 필요가 있다.

그러나, 제 2 정렌즈군 G2P는 제 1 부분 광학계 G1의 정굴절력의 대부분을 담당하기 때문에, 제 2 정렌즈군 G2P에 있어서 색수차가 양호한 보정을 행할 필요가 있다. 그래서, 제 2 정렌즈군 G2P를 구성하는 정렌즈에는 CaF₂(형석) 등의 이상 분산성 유리 재료가 다용되는 것이 많다. 이 때, CaF₂등의 이상 분산성 유리 재료에서는 분위기 온도 T에 대한 굴절률의 변화율 dn/dT이 부의 값을 갖기 때문에, 제 2 정렌즈군 G2P에 있어서 온도 변화 dT에 의해 발생하는 초점 위치의 변동량, 즉 변동율 ΔFD/dT은 비교적 큰 정의 값을 갖게 된다. 여기서, 초점 위치의 변동량 ΔFD는 투영 광학계의 결상면이 물체면으로부터 떨어지는 방향으로 변동할 때에 정의 부호를 취하고, 투영 광학계의 결상면이 물체면에 가까이 가는 방향으로 변동할 때에 부의 부호를 취하는 것으로 한다.

그래서, 본 발명에서는 분위기 온도의 변화에 따른 투영 광학계의 초점 위치의 변동을 작게 억제하기 위해서 제 2 정렌즈군 G2P를 구성하는 적어도 1개의 부렌즈가 이하의 수학식 2를 만족한다.

수학식 2를 만족하는 것에 의해, 분위기 온도의 변화 dT에 의해 발생하는 투영 광학계의 초점 위치의 변동율 ΔFD/dT의 값을 비교적 큰 정의 값으로부터 부의 방향으로 유도할 수 있게 되고, 나아가서는 분위기 온도의 변화에 따른 투영 광학계의 초점 위치의 변동을 작게 억제하는 것이 가능해진다. 이 구성에 의해, 본 발명에서는 넓은 투영 시야 및 높은 해상력을 확보하면서, 온도 변화에 따른 초점 위치의 변동이 비교적 적은 투영 광학계를 실현할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서는 분위기 온도의 변화에 따른 투영 광학계의 초점 위치의 변동을 더 작게 억제하기 위해서, 제 2 정렌즈군 G2P를 구성하는 적어도 1개의 정렌즈가 이하의 수학식 3을 만족하는 것이 바람직하다.

수학식 3을 만족하는 것에 의해, 분위기 온도의 변화 dT에 의해 발생하는 투영 광학계의 초점 위치의 변동율 ΔFD/dT의 값을 비교적 큰 정의 값으로부터 부의 방향으로 유도하는 것이 가능해지고, 나아가서는 분위기 온도의 변화에 따른 투영 광학계의 초점 위치의 변동을 더 작게 억제할 수 있게 되기 때문에 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 투영 광학계가 비구면을 갖고, 이 비구면이 다음 수학식 4를 만족한다.

여기서, L은 제 1 면과 제 2 면의 광축에 따른 거리이다. 또한, LA는 제 1 면으로부터 비구면까지의 광축에 따른 거리이다.

수학식 4를 만족하는 것에 의해, 제 1 면에 비교적 가까운 위치에 비구면이 배치된다. 이 경우, 상 높이가 다른 광선이 비구면에 입사하는 위치가 서로 떨어지기 쉽고, 상면 만곡의 보정을 양호하게 실행하는 것이 가능해진다. 또, 투영 광학계가 거의 등배로 구성되고 그 동공면에 관해서 거의 대칭적으로 구성되는 경우, 제 2 면에 비교적 가까운 위치에도 비구면이 배치된다. 이 경우, 투영 광학계는 그 동공면에 관해서 대칭적으로 배치된 제 1 비구면과 제 2 비구면을 갖고, 이 제 1 비구면이 수학식 4를 만족하는 것이 바람직하다.

이상과 같이, 본 발명의 투영 광학계에서는 넓은 투영 시야 및 높은 해상력을 확보하면서, 상면의 평탄성이 우수하고 또한 온도 변화에 따른 초점 위치의 변동의 비교적 적은 양호한 광학 성능을 달성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 노광 장치 및 노광 방법에서는 양호한 광학 성능을 갖는 본 발명의 투영 광학계를 이용하여 장치 및 재료의 고비용화를 초래하는 일없이 양호한 노광을 행할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 본 발명의 노광 장치를 이용한 양호한 노광에 의해 대면적에서 양호한 마이크로 장치를 제조할 수 있다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면에 근거하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투영 광학계를 구비한 노광 장치의 구성을개략적으로 도시하는 도면이다. 도 1에 있어서, 감광성 기판인 플레이트(유리 기판)의 법선 방향을 따라 Z축을, 플레이트면내에 있어서 도 1의 지면에 평행한 방향으로 Y축을, 플레이트면내에 있어서 도 1의 지면에 수직인 방향으로 X축을 각각 설정하고 있다.

도 1에 도시하는 노광 장치는, 예를 들면 고압 수은 램프로 이루어지는 광원(1)을 구비하고 있다. 광원(1)은 회전 타원면으로 이루어지는 반사면을 갖는 타원 미러(2)의 제 1 초점 위치에 위치 결정되어 있다. 따라서, 광원(1)으로부터 사출된 조명 광속(光束)은 미러(3)를 거쳐서 타원 미러(2)의 제 2 초점 위치에 광원 상(像)을 형성한다. 타원 미러(2)의 제 2 초점 위치에 형성된 광원 상으로부터의 광속은 콜리메타 렌즈(4)에 의해 거의 평행한 광속으로 변환된 후, 소망하는 파장 대역의 광속을 선택적으로 투과시키는 파장 선택 필터(5)에 입사한다. 본 실시예의 경우, 파장 선택 필터(5)에서는 i선(λ= 365㎚)의 광(光)만을 선택적으로 투과한다.

파장 선택 필터(5)를 거쳐서 선택된 노광 파장의 광(i선의 광)은 광학 적분기로서의 플라이 아이 렌즈(6)에 입사한다. 플라이 아이 렌즈(6)는 정의 굴절력을 갖는 다수의 렌즈 소자를 그 광축이 기준 광축 AX와 평행하게 되도록 종횡(縱橫)으로 또한 조밀하게 배열함으로써 구성되어 있다. 플라이 아이 렌즈(6)를 구성하는 각 렌즈 소자는 마스크상에 있어 형성해야 할 조야의 형상(나아가서는 플레이트상에 있어 형성해야 할 노광 영역의 형상)과 상사(相似)인 직사각형 형상의 단면을 갖는다. 또한, 플라이 아이 렌즈(6)를 구성하는 각 렌즈 소자의 입사측의 면은 입사측에 볼록면을 향하는 구면 형상으로 형성되고, 사출측의 면은 사출측에 볼록면을 향하는 구면 형상으로 형성되어 있다.

따라서, 플라이 아이 렌즈(6)에 입사한 광속은 다수의 렌즈 소자에 의해 파면 분할되고, 각 렌즈 소자의 후측 초점면에는 하나의 광원 상이 각각 형성된다. 즉, 플라이 아이 렌즈(6)의 후측 초점면에는 다수의 광원 상으로 이루어지는 실질적인 면 광원, 즉 2차 광원이 형성된다. 플라이 아이 렌즈(6)의 후측 초점면에 형성된 2차 광원으로부터의 광속은 그 근방에 배치된 개구 조리개(7)에 입사한다. 개구 조리개(7)는 후술하는 투영 광학계 PL의 입사 동공면과 광학적으로 거의 공역인 위치에 배치되고, 2차 광원의 조명에 기여하는 범위를 규정하기 위한 가변 개구부를 갖는다. 개구 조리개(7)는 가변 개구부의 개구 직경을 변화시키는 것에 의해, 조명 조건을 결정하는 σ값(투영 광학계의 동공면의 개구 직경에 대한 그 동공면상에서의 2차 광원 상의 구경의 비)을 소망하는 값으로 설정한다.

개구 조리개(7)를 거친 2차 광원으로부터의 광은 콘덴서 광학계(8)의 집광 작용을 받은 후, 소정의 패턴이 형성된 마스크 M을 중첩적으로 균일 조명한다. 마스크 M의 패턴을 투과한 광속은 투영 광학계 PL을 거쳐서 감광성 기판인 플레이트 P상에 마스크 패턴의 상을 형성한다. 이렇게 해서, 투영 광학계 PL의 광축과 직교하는 평면(XY 평면)내에 있어서 플레이트 P를 2차원적으로 구동 제어하면서 일괄 노광 또는 스캔 노광을 행하는 것에 의해, 플레이트 P의 각 노광 영역에는 마스크 M의 패턴이 점차 노광된다.

또, 일괄 노광에서는, 소위 스텝·앤드·리피트 방식에 따라서 플레이트의각 노광 영역에 대하여 마스크 패턴을 일괄적으로 노광한다. 이 경우, 마스크 M상에서의 조명 영역의 형상은 정방형에 가까운 직사각형 형상이며, 플라이 아이 렌즈(6)의 각 렌즈 소자의 단면 형상도 정방형에 가까운 직사각형 형상으로 된다. 한편, 스캔 노광에서는 소위 스텝·앤드·스캔 방식에 따라서 마스크 및 플레이트를 투영 광학계에 대하여 상대 이동시키면서 플레이트의 각 노광 영역에 대하여 마스크 패턴을 스캔 노광(주사 노광)한다. 이 경우, 마스크 M상에서의 조명 영역의 형상은 단변와 장변의 비가, 예를 들면 1:3의 직사각형 형상이며, 플라이 아이 렌즈(6)의 각 렌즈 소자의 단면 형상도 이것과 상사인 직사각형 형상으로 된다.

(실시예 1)

도 2는 본 실시예의 실시예 1에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시하는 도면이다. 실시예 1에 따른 투영 광학계 PL은 물체측(즉, 마스크 M측)에서부터 순서대로, 제 1 부분 광학계 G1과, 개구 조리개 AS와, 이 개구 조리개 AS에 관해서 제 1 부분 광학계 G1과 대칭적으로 구성된 제 2 부분 광학계 G2로 구성되어 있다. 환언하면, 제 2 부분 광학계 G2는 그 렌즈 형상, 그 렌즈 간격 및 그 광학 재료에 있어서 투영 광학계 PL의 동공면에 배치된 개구 조리개 AS에 관해서 제 1 부분 광학계 G1과 대칭적으로 구성되어 있다. 따라서, 실시예 1에 따른 투영 광학계 PL은 등배의 투영 배율을 갖는다.

제 1 부분 광학계 G1은 물체측에서부터 순서대로, 정의 굴절력을 갖는 제 1 정(正)렌즈군 G1P와, 부의 굴절력을 갖는 제 1 부(負)렌즈군 G1N과, 정의 굴절력을갖는 제 2 정렌즈군 G2P로 구성되어 있다. 그리고, 제 1 정렌즈군 G1P는 물체측에서부터 순서대로, 양(兩)오목 렌즈 L1P1, 양(兩)볼록 렌즈 L1P2, 양볼록 렌즈 L1P3, 양볼록 렌즈 L1P4 및 물체측에 볼록면을 향하는 정(正)미니스커스(meniscus) 렌즈 L1P5로 구성되어 있다.

또한, 제 1 부렌즈군 G1N은 물체측에서부터 순서대로, 상(像)측(플레이트 P측)에 오목면을 향하는 굴절면 r_1N12를 갖는 부(負)미니스커스 렌즈 L1N1, 상측에 오목면을 향하는 굴절면 r_1N22를 갖는 양오목 렌즈 L1N2, 물체측에 오목면을 향하는 굴절면 r_1N31을 갖는 부미니스커스 렌즈 L1N3 및 물체측에 오목면을 향하는 굴절면 r_1N41을 갖는 양오목 렌즈 L1N4로 구성되어 있다. 즉, 굴절면 r_1N12및 굴절면 r_1N41은 서로 대향하도록 배치된 제 1 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면을 구성하고 있다. 또한, 굴절면 r_1N22및 굴절면 r_1N31은 제 1 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면 사이의 광로중에 있어 서로 대향하도록 배치된 제 2 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면을 구성하고 있다.

또한, 제 2 정렌즈군 G2P는 물체측에서부터 순서대로, 물체측에 오목면을 향하는 정미니스커스 렌즈 L2P1, 양볼록 렌즈 L2P2, 양볼록 렌즈 L2P3, 물체측에 오목면을 향하는 부미니스커스 렌즈 L2P4, 양볼록 렌즈 L2P5, 물체측에 볼록면을 향하는 정미니스커스 렌즈 L2P6 및 양오목 렌즈 L2P7로 구성되어 있다. 여기서, 정미니스커스 렌즈 L2P1, 양볼록 렌즈 L2P2, 양볼록 렌즈 L2P3, 양볼록 렌즈 L2P5는이상 분산성 유리 재료에 의해서 형성되고, 분위기 온도 T의 변화에 대한 굴절률 n의 변화율 dn/dT는 부의 값을 갖는다. 이 이상 분산성의 유리 재료로서는, 예를 들면 (주)오하라제의 S-FPL51Y(상표)나 FPL51Y(상표), 쇼트(SCHOTT)제의 FK51, 이들 상당 제품을 이용할 수 있다. 또한, 양오목 렌즈 L2P7은 분위기 온도 T의 변화에 대한 굴절률 n의 변화율 dn_2P7/dT<0의 조건을 만족하는 부렌즈를 구성하고 있다. 또한, 정미니스커스 렌즈 L2P6은 분위기 온도 T의 변화에 대한 굴절률 n의 변화율 dn_2P6/dT>0의 조건을 만족하는 정렌즈를 구성하고 있다.

한편, 제 2 부분 광학계 G2는 물체측에서부터 순서대로, 정의 굴절력을 갖는 제 3 정렌즈군 G3P와, 부의 굴절력을 갖는 제 2 부렌즈군 G2N과, 정의 굴절력을 갖는 제 4 정렌즈군 G4P로 구성되어 있다. 상술한 바와 같이, 제 2 부분 광학계 G2는 개구 조리개 AS에 관해서 제 1 부분 광학계 G1과 대칭적으로 구성되어 있다. 즉, 제 3 정렌즈군 G3P는 개구 조리개 AS에 관해서 제 2 정렌즈군 G2P와 대칭적으로 구성되고, 제 2 부렌즈군 G2N은 개구 조리개 AS에 관해서 제 1 부렌즈군 G1N과 대칭적으로 구성되며, 제 4 정렌즈군 G4P는 개구 조리개 AS에 관해서 제 1 정렌즈군 G1P와 대칭적으로 구성되어 있다.

따라서, 제 3 정렌즈군 G3P는 상측에서부터 순서대로, 상측에 오목면을 향하는 정미니스커스 렌즈 L3P1, 양볼록 렌즈 L3P2, 양볼록 렌즈 L3P3, 상측에 오목면을 향하는 부미니스커스 렌즈 L3P4, 양볼록 렌즈 L3P5, 상측에 볼록면을 향하는 정미니스커스 렌즈 L3P6 및 양오목 렌즈 L3P7로 구성되어 있다. 여기서, 정미니스커스 렌즈 L3P1, 양볼록 렌즈 L3P2, 양볼록 렌즈 L3P3, 양볼록 렌즈 L3P5는 상기한 이상 분산성의 유리 재료에 의해서 형성되고, 분위기 온도 T의 변화에 대한 굴절률 n의 변화율 dn/dT는 부의 값을 갖는다. 또한, 양오목 렌즈 L3P7은 분위기 온도 T의 변화에 대한 굴절률 n의 변화율 dn_3P7/dT<O의 조건을 만족하는 부렌즈를 구성하고 있다. 또한, 정미니스커스 렌즈 L3P6은 분위기 온도 T의 변화에 대한 굴절률 n의 변화율 dn_3P6/dT>0의 조건을 만족하는 정렌즈를 구성하고 있다.

또한, 제 2 부렌즈군 G2N은 상측에서부터 순서대로, 물체측에 오목면을 향하는 굴절면 r_2N11을 갖는 부미니스커스 렌즈 L2N1, 물체측에 오목면을 향하는 굴절면 r_2N21을 갖는 양오목 렌즈 L2N2, 상측에 오목면을 향하는 굴절면 r_2N32를 갖는 부미니스커스 렌즈 L2N3 및 상측에 오목면을 향하는 굴절면 r_2N42를 갖는 양오목 렌즈 L2N4로 구성되어 있다. 즉, 굴절면 r_2N11및 굴절면 r_2N42는 서로 대향하도록 배치된 제 1 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면을 구성하고 있다. 또한, 굴절면 r_2N21및 굴절면 r_2N32는 제 1 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면 사이의 광로중에 있어 서로 대향하도록 배치된 제 2 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면을 구성하고 있다.

또한, 제 4 정렌즈군 G4P는 상측에서부터 순서대로, 양오목 렌즈 L4P1, 양볼록 렌즈 L4P2, 양볼록 렌즈 L4P3, 양볼록 렌즈 L4P4 및 상측에 볼록면을 향하는 정미니스커스 렌즈 L4P5로 구성되어 있다.

다음 표 1에 실시예 1의 투영 광학계의 제원(諸元)의 값을 표시한다. 표 1의 주요 제원에 있어서, NA는 물체측에서의 개구수(상측에서의 개구수도 동일)를, Y0은 최대 상 높이를 각각 나타내고 있다. 또한, 표 1의 광학 부재 제원에 있어서, 제 1 컬럼의 면 번호는 물체측으로부터의 광선 진행 방향에 따른 면의 순서를, 제 2 컬럼의 r은 각 면의 곡률 반경(㎜)을, 제 3 컬럼의 d는 각 면의 축상(上) 간격, 즉 면 간격(㎜)을, 제 4 컬럼의 n은 노광광(λ= 365㎚)에 대한 굴절률을 각각 나타내고 있다.

(표 1)

도 3은 실시예 1에 있어서의 투영 광학계의 구면 수차, 비점 수차 및 왜곡 수차를 도시하는 도면이다. 또한, 도 4는 실시예 1에 있어서의 투영 광학계의 코마 수차를 도시하는 도면이다. 각 수차도에 있어서, NA는 물체측에서의 개구수를, Y는 상 높이를 각각 나타내고 있다. 또한, 비점 수차를 나타내는 수차도에 있어서, 실선은 새지탈 상면을 나타내고, 파선은 탄젠셜 상면을 나타내고 있다. 각 수차도로부터 명확한 바와 같이, 실시예 1의 투영 광학계에서는 큰 투영 시야(유효 직경 142㎜)의 전체에 걸쳐 제(諸)수차가 양호하게 보정되고, 양호한 광학 성능이 확보되어 있는 것, 특히 비점 수차도를 참조하면 상면의 평탄성이 양호하게 확보되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 표 1의 수학식 대응값에 있어서의 초점 위치의 변동율 ΔFD/dT의 값을 참조하면, 실시예 1의 투영 광학계에서는 분위기 온도의 변화에 따른 초점 위치의 변동이 비교적 작게 억제되고 있는 것을 알 수 있다.

(실시예 2)

도 5는 본 실시예의 실시예 2에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시하는 도면이다. 실시예 2에서는, 실시예 1과 마찬가지로 투영 광학계 PL이 물체측에서부터 순서대로, 제 1 부분 광학계 G1과, 개구 조리개 AS와, 이 개구 조리개 AS에 관해서 제 1 부분 광학계 G1과 대칭적으로 구성된 제 2 부분 광학계 G2로 구성되며 등배의 투영 배율을 갖는다. 또한, 제 1 부분 광학계 G1도 실시예 1과 마찬가지로, 물체측에서부터 순서대로, 정의 굴절력을 갖는 제 1 정렌즈군 G1P와, 부의 굴절력을 갖는 제 1 부렌즈군 G1N과, 정의 굴절력을 갖는 제 2 정렌즈군 G2P로 구성되어 있다. 따라서, 제 2 부분 광학계 G2도 실시예 1과 마찬가지로, 물체측에서부터 순서대로, 정의 굴절력을 갖는 제 3 정렌즈군 G3P와, 부의 굴절력을 갖는 제 2부렌즈군 G2N과, 정의 굴절력을 갖는 제 4 정렌즈군 G4P로 구성되어 있다.

구체적으로는, 실시예 2에 있어서 제 1 정렌즈군 G1P는 물체측에서부터 순서대로, 비구면 형상으로 형성된 오목면을 물체측을 향하는 부미니스커스 렌즈 L1P1, 양볼록 렌즈 L1P2, 양볼록 렌즈 L1P3, 양볼록 렌즈 L1P4 및 양볼록 렌즈 L1P5로 구성되어 있다. 또한, 제 1 부렌즈군 G1N은 물체측에서부터 순서대로, 비구면 형상으로 형성된 오목면을 상측을 향하는 굴절면 r_1N12를 갖는 부미니스커스 렌즈 L1N1, 상측에 오목면을 향하는 굴절면 r_1N22를 갖는 양오목 렌즈 L1N2, 물체측에 오목면을 향하는 굴절면 r_1N31을 갖는 부미니스커스 렌즈 L1N3 및 물체측에 오목면을 향하는 굴절면 r_1N41을 갖는 양오목 렌즈 L1N4로 구성되어 있다. 즉, 굴절면 r_1N12및 굴절면 r_1N41은 서로 대향하도록 배치된 제 1 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면을 구성하고 있다. 또한, 굴절면 r_1N22및 굴절면 r_1N31은 제 1 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면 사이의 광로중에 있어 서로 대향하도록 배치된 제 2 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면을 구성하고 있다.

또한, 제 2 정렌즈군 G2P는 물체측에서부터 순서대로, 양볼록 렌즈 L2P1, 물체측에 오목면을 향하는 정미니스커스 렌즈 L2P2, 양볼록 렌즈 L2P3, 물체측에 오목면을 향하는 부미니스커스 렌즈 L2P4, 양볼록 렌즈 L2P5, 물체측에 볼록면을 향하는 정미니스커스 렌즈 L2P6 및 양오목 렌즈 L2P7로 구성되어 있다. 여기서, 양볼록 렌즈 L2P1, 정미니스커스 렌즈 L2P2, 양볼록 렌즈 L2P3, 양볼록 렌즈 L2P5는이상 분산성 유리 재료에 의해서 형성되고, 분위기 온도 T의 변화에 대한 굴절률 n의 변화율 dn/dT은 부의 값을 갖는다. 또, 이상 분산성 유리 재료로서는 실시예 1에서 취한 재료를 이용할 수 있다. 또한, 양오목 렌즈 L2P7은 분위기 온도 T의 변화에 대한 굴절률 n의 변화율 dn_2P7/dT<O의 조건을 만족하는 부렌즈를 구성하고 있다. 또한, 정미니스커스 렌즈 L2P6은 분위기 온도 T의 변화에 대한 굴절률 n의 변화율 dn_2P6/dT>0의 조건을 만족하는 정렌즈를 구성하고 있다.

한편, 제 3 정렌즈군 G3P는 상측에서부터 순서대로, 양볼록 렌즈 L3P1, 상측에 오목면을 향하는 정미니스커스 렌즈 L3P2, 양볼록 렌즈 L3P3, 상측에 오목면을 향하는 부미니스커스 렌즈 L3P4, 양볼록 렌즈 L3P5, 상측에 볼록면을 향하는 정미니스커스 렌즈 L3P6 및 양오목 렌즈 L3P7로 구성되어 있다. 여기서, 양볼록 렌즈 L3P1, 정미니스커스 렌즈 L3P2, 양볼록 렌즈 L3P3, 양볼록 렌즈 L3P5는 상기한 이상 분산성의 유리 재료에 의해서 형성되고, 분위기 온도 T의 변화에 대한 굴절률 n의 변화율 dn/dT은 부의 값을 갖는다. 또한, 양오목 렌즈 L3P7은 분위기 온도 T의 변화에 대한 굴절률 n의 변화율 dn_3P7/dT<0의 조건을 만족하는 부렌즈를 구성하고 있다. 또한, 정미니스커스 렌즈 L3P6은 분위기 온도 T의 변화에 대한 굴절률 n의 변화율 dn_3P6/dT>0의 조건을 만족하는 정렌즈를 구성하고 있다.

또한, 제 2 부렌즈군 G2N은 상측에서부터 순서대로, 비구면 형상으로 형성된 오목면을 물체측을 향하는 굴절면 r_2N11을 갖는 부미니스커스 렌즈 L2N1, 물체측에오목면을 향하는 굴절면 r_2N21을 갖는 양오목 렌즈 L2N2, 상측에 오목면을 향하는 굴절면 r_2N32를 갖는 부미니스커스 렌즈 L2N3 및 상측에 오목면을 향하는 굴절면 r_2N42를 갖는 양오목 렌즈 L2N4로 구성되어 있다. 즉, 굴절면 r_2N11및 굴절면 r_2N42는 서로 대향하도록 배치된 제 1 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면을 구성하고 있다. 또한, 굴절면 r_2N21및 굴절면 r_2N32는 제 1 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면 사이의 광로중에 있어 서로 대향하도록 배치된 제 2 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면을 구성하고 있다.

또한, 제 4 정렌즈군 G4P는 상측에서부터 순서대로, 비구면 형상으로 형성된 오목면을 상측을 향하는 부미니스커스 렌즈 L4P1, 양볼록 렌즈 L4P2, 양볼록 렌즈 L4P3, 양볼록 렌즈 L4P4 및 양볼록 렌즈 L4P5로 구성되어 있다.

또, 실시예 2에 있어서, 비구면은 광축에 수직인 방향의 높이를 y로 하고, 비구면의 정점(頂点)에 있어서의 접평면으로부터 높이 y에서의 비구면상의 위치까지의 광축에 따른 거리(사그(sag)량)를 x로 하고, 정점 곡률 반경을 r로 하고, 원추 계수를 κ로 하며, n차의 비구면 계수를 C_n으로 했을 때, 이하의 수학식 5로 표시된다.

실시예 2에 있어서, 비구면 형상으로 형성된 렌즈면에는 면 번호의 우측에 *를 부여하고 있다.

다음 표 2에 실시예 2의 투영 광학계의 제원의 값을 나타낸다. 표 2의 주요 제원에 있어서, NA는 물체측에서의 개구수(상측에서의 개구수도 동일)를, Y0은 최대 상 높이를 각각 나타내고 있다. 또한, 표 2의 광학 부재 제원에 있어서, 제 1 컬럼의 면 번호는 물체측에서의 광선 진행 방향을 따른 면의 순서를, 제 2 컬럼의 r은 각 면의 곡률 반경(비구면의 경우에는 정점 곡률 반경 : ㎜)을, 제 3 컬럼의 d는 각 면의 축상 간격, 즉 면 간격(㎜)을, 제 4 컬럼의 n은 노광광(λ= 365㎚)에 대한 굴절률을 각각 나타내고 있다.

(표 2)

도 6은 실시예 2에 있어서의 투영 광학계의 구면 수차, 비점 수차 및 왜곡 수차를 도시하는 도면이다. 또한, 도 7은 실시예 2에 있어서의 투영 광학계의 코마 수차를 도시하는 도면이다. 각 수차도에 있어서, NA는 물체측에서의 개구수를, Y는 상 높이를 각각 나타내고 있다. 또한, 비점 수차를 나타내는 수차도에 있어서, 실선은 새지탈 상면을 나타내고, 파선은 탄젠셜 상면을 나타내고 있다. 각 수차도로부터 명백한 바와 같이, 실시예 2의 투영 광학계에서도 실시예 1과 마찬가지로, 큰 투영 시야(유효 직경 142㎜)의 전체에 걸쳐 제수차가 양호하게 보정되고, 양호한 광학 성능이 확보되어 있는 것, 특히 비점 수차도를 참조하면 상면의 평탄성이 양호하게 확보되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 표 2의 수학식 대응값에 있어서의 초점 위치의 변동율 ΔFD/dT의 값을 참조하면, 실시예 2의 투영 광학계에서도 실시예 1과 마찬가지로, 분위기 온도의 변화에 따른 초점 위치의 변동이 비교적 작게 억제되고 있는 것을 알 수 있다.

또, 상술한 각 실시예에서는 동공면(개구 조리개 AS)에 관해서 완전히 대칭인 등배 광학계에 본 발명을 적용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 필요에 따라 제 1 부분 광학계 G1의 초점 거리와 제 2 부분 광학계 G2의 초점 거리의 비를 바꾸는 것에 의해, 투영 배율을 약간 변경할 수 있다. 이렇게 해서 투영 배율을 등배로부터 약간 변경한 상태에 있어서, 투영 광학계는 그 동공면에 관해서 거의 대칭으로 구성된 상태로 된다. 환언하면, 본 발명에 있어서, 「동공면에 관해서 거의 대칭」으로 구성된 상태란 투영 배율을 등배로부터 변경한 상태를 포함하는 것으로 한다.

또, 상술한 실시예에서는 i선(365㎚)의 노광광을 공급하는 초고압 수은 램프를 광원으로서 이용한 예를 나타내었는데, 노광광의 파장은 i선에 한정되지 않는다. 예컨대, 광원으로서 초고압 수은 램프를 이용하고, g선(436㎚)만, h선(405㎚)만, g선과 h선, h선과 i선, 또는 g선과 h선과 i선을 노광광으로 해도 무방하다.

또한, 광원으로서 248㎚의 광을 공급하는 KrF 엑시머 레이저, 193㎚의 광을 공급하는 ArF 엑시머 레이저, 157㎚의 광을 공급하는 F₂레이저 등을 광원으로서 이용하더라도 좋다. 여기서, KrF 엑시머 레이저를 광원으로서 이용하는 경우에 있어서는, 노광광을 협대화하였을 때에는 투영 광학계중의 굴절성 광학 소자로서 석영 유리를 이용하고, 노광 광량을 늘리기 위해서 노광광을 협대화하지 않을 때에는 투영 광학계중의 굴절성 광학 소자로서 석영 유리와 형석을 이용한다. 또한, ArF 엑시머 레이저를 광원으로서 이용하는 경우에 있어서는 투영 광학계중의 굴절성 광학소자로서 석영 유리와 형석을 이용한다. 또한, F₂레이저를 광원으로서 이용하는 경우에는 투영 광학계중의 굴절성 광학 소자로서 형석을 이용한다.

또한, 상술한 실시예에서는 액정 표시 소자나 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등의 표시 장치의 제조의 리소그래피 공정에서 이용하는 투영 노광 장치에 대하여 설명했는데, 본 발명은 표시 장치 제조용 투영 노광 장치에 한정되지 않고, 예컨대 반도체 장치 제조용, 포토마스크 제조용, 자기헤드 제조용, 인쇄 회로 기판의 제조용에도 적용하는 것이 가능하다. 또, 반도체 장치 제조용 투영 노광 장치에서는 워크(work)로서 웨이퍼를 이용하고, 표시 장치 제조용 투영 노광 장치에서는 워크로서 유리 기판을 이용하고, 포토마스크 제조용 투영 노광 장치에서는 워크로서 유리 기판 혹은 실리콘 기판을 이용하며, 자기 헤드 제조용 투영 노광 장치에서는 워크로서 로버라고 불리는 바(bar) 형상의 기판을 이용하고, 인쇄 회로 기판 제조용 투영 노광 장치에서는 워크 W로서 에폭시 수지 등의 수지 기판을 이용한다. 또한, 본 발명은 기판 및 워크중 적어도 한쪽으로서 띠 상태의 필름을 이용하는 투영 노광 장치에도 적용할 수 있다. 이러한 투영 노광 장치는, 예컨대 TAB(Tape Automated Bonding) 방식의 전자 부품의 실장에 사용되는 필름 회로 기판의 제조에 이용되는 필름 노광 장치가 알려져 있다.

또한, 상기한 실시예에서는 기판상의 소정의 쇼트 영역에 대하여 레티클(마스크)상의 패턴 상(像)을 일괄 전사하는 일괄 노광 방식을 채용했는데, 상기 실시예의 노광 장치를 스텝·앤드·스캔형 투영 노광 장치나 스티칭(stitching) 및 슬릿 스캔형 노광 장치로 해도 무방하다. 여기서, 스텝·앤드·스캔형 투영 노광 장치는 레티클(마스크)상의 소정 형상의 조명 영역에 대하여 상대적으로 소정의 방향으로 레티클 및 기판을 동기시켜 주사하는 것에 의해, 기판상의 하나의 쇼트 영역에 레티클의 패턴 상을 점차적으로 전사하는 것이다. 이러한 스텝·앤드·스캔형 노광 장치에서는 투영 광학계의 노광 필드보다도 넓은 기판상의 영역에 레티클의 패턴을 노광할 수 있다.

또한, 스티칭 및 슬릿 스캔형 노광 장치에서는 레티클(마스크)상의 소정 형상의 조명 영역에 대하여 상대적으로 소정의 제 1 방향으로 레티클 및 기판을 동기시켜 주사하는 것에 의해, 기판상의 제 1 열째의 영역으로의 노광이 행해진다. 그 후, 그 레티클을 교환할 지 또는 그 레티클을 상기 조명 영역의 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향을 따라 소정량만큼 이동시켜, 기판을 조명 영역의 제 2 방향과 공역인 방향으로 횡 어긋나게 한다. 그리고, 다시 레티클상의 소정 형상의 조명 영역에 대하여 상대적으로 제 1 방향으로 레티클 및 기판을 동기시켜 주사하는 것에 의해, 기판상의 제 2 열째의 영역으로의 노광을 행한다. 이러한 스티칭 및 슬릿 스캔형 노광 장치에서는 투영 광학계의 노광 필드보다도 넓은 기판상의 영역에 레티클의 패턴을 노광할 수 있다. 또, 이러한 스티칭 및 슬릿 스캔형 노광 장치는 미국 특허 제 5,477,304 호 공보, 일본 특허 공개 평성 제 8-330220 호 공보, 일본 특허 공개 평성 제 10-284408 호 공보 등에 개시되어 있다.

또한, 상기한 실시예의 투영 노광 장치에서는 플레이트(유리 기판)상에 소정의 회로 패턴을 형성함으로써, 마이크로 장치로서의 액정 표시 소자를 얻는 것도가능하다. 이하, 도 8의 흐름도를 참조하여 설명한다. 도 8에 있어서, 패턴 형성 공정(단계 401)에서는 본 실시예의 노광 장치를 이용하여 레티클(마스크)의 패턴을 감광성 기판(레지스트가 도포된 유리 기판 등)에 전사 노광하는, 소위 광 리소그래피 공정이 실행된다. 이 광 리소그래피 공정에 의해서, 감광성 기판상에는 다수의 전극 등을 포함하는 소정 패턴이 형성된다. 그 후, 노광된 기판은 현상 공정, 에칭 공정, 레티클 박리 공정 등의 각 공정을 거치는 것에 의해, 기판상에 소정의 패턴이 형성되고, 다음 컬러 필터 형성 공정(단계 402)으로 이행한다.

다음에, 컬러 필터 형성 공정(단계 402)에서는 R(Red), G(Green), B(Blue)에 대응한 3개의 도트의 세트가 매트릭스 형상으로 다수 배열된 컬러 필터를 형성한다. 그리고, 컬러 필터 형성 공정(단계 402)후에, 셀 조립 공정(단계 403)이 실행된다. 셀 조립 공정(단계 403)에서는 패턴 형성 공정(단계 401)에 의해 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판 및 컬러 필터 형성 공정(단계 402)에 의해 얻어진 컬러 필터 등을 이용하여 액정 패널(액정 셀)을 조립한다. 셀 조립 공정(단계 403)에서는, 예컨대 패턴 형성 공정(단계 401)에 의해 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판과 컬러 필터 형성 공정(단계 402)에 의해 얻어진 컬러 필터 사이에 액정을 주입하여, 액정 패널(액정 셀)을 제조한다.

그 후, 모듈 조립 공정(단계 404)에 의해 조립된 액정 패널(액정 셀)의 표시 동작을 행하게 하는 전기 회로, 백라이트 등의 각 부품을 장착시켜 액정 표시 소자로서 완성시킨다. 상술한 액정 표시 소자 제조 방법에 의하면, 지극히 미세한 회로 패턴을 갖는 액정 표시 소자를 얻을 수 있다.

(투영 광학계의 제조 방법)

다음에, 도 9∼도 14를 참조하여 실시예 3에 따른 투영 광학계의 제조 방법에 대해서 설명한다. 또, 본 실시예에서는 서로 동일 형상인 2개의 비구면을 갖는 상기 실시예 2의 투영 광학계의 제조 방법에 대하여 설명한다.

도 9는 본 발명의 실시예 3에 따른 제조 방법의 제조 흐름을 나타내는 흐름도이다.

실시예 3의 제조 방법에서는 각 렌즈를 형성해야 할 블럭 초재(블랭크스)를 제조한 후, 제조된 블럭 초재의 굴절률의 절대값 및 굴절률 분포를, 예를 들면 도 10에 도시하는 간섭계 장치를 이용하여 계측한다(단계 S11). 도 10에서는 오일(101)이 충전된 시료 케이스(102)내의 소정 위치에 피검(被檢) 물체인 블럭 초재(103)를 설치한다. 그리고, 제어계(104)로 제어된 간섭계 유닛(105)으로부터의 사출광이 피조 스테이지(106a)상에 지지된 피조 플랫(피조 평면)(106)에 입사한다.

여기서, 피조 플랫(106)에서 반사된 광은 참조광으로 되고, 간섭계 유닛(105)으로 되돌아간다. 한편, 피조 플랫(106)을 투과한 광은 측정광으로 되고 시료 케이스(102)내의 피검 물체(103)에 입사한다. 피검 물체(103)를 투과한 광은 반사 평면(107)에 의해 반사되고, 피검 물체(103) 및 피조 플랫(106)을 거쳐서 간섭계 유닛(105)으로 되돌아간다. 이렇게 해서, 간섭계 유닛(105)으로 되돌아간 참조광과 측정광의 위상 어긋남에 근거하여 광학 재료로서의 각 블럭 초재(103)의 굴절률 분포에 의한 파면 수차가 계측된다. 또, 굴절률 균질성의 간섭계에 의한 계측에 관한 상세한 것에 관해서는, 예를 들면 일본 특허 공개 평성 제 8-5505 호 공보 등을 참조할 수 있다. 실시예 3에 있어서는 측정된 굴절률 분포에 관한 정보를 각 블럭 초재(103)마다 소정의 기억 장치에 기억시켜 둔다.

이어서, 실시예 3의 제조 방법에서는 굴절률 분포가 계측된 블럭 초재로부터 필요에 따라 연삭(硏削)된 블럭 초재를 이용하여 투영 광학계를 구성해야 할 각 렌즈를 제조한다. 즉, 주지(周知)의 연마 공정에 따라서, 설계값을 목표로 하여 각 렌즈의 표면을 연마 가공해서, 구면 형상의 렌즈면을 갖는 구면 렌즈와 비구면 형상의 렌즈면을 갖는 비구면 렌즈를 제조한다(단계 S12). 연마 공정에서는 각 렌즈의 면 형상의 오차를 간섭계에서 계측하면서 연마를 반복하고, 각 렌즈의 면 형상을 목표 면 형상(베스트 피트 구면 형상)에 근접시킨다. 이렇게 해서, 각 렌즈의 면 형상 오차가 소정의 범위에 들어가면, 각 렌즈의 면 형상의 오차를, 예를 들면 도 11에 나타내는 더 정밀한 간섭계 장치를 이용하여 계측한다(단계 S13).

도 11에 도시하는 간섭계 장치는 설계값이 구면인 구면 렌즈의 면 형상 계측에 바람직한 것이다. 도 11에서는 제어계(111)로 제어된 간섭계 유닛(112)으로부터의 사출광이 피조 스테이지(113a)상에 지지된 피조 렌즈(113)에 입사한다. 여기서, 피조 렌즈(113)의 참조면(피조 면)에서 반사된 광은 참조광으로 되고 간섭계 유닛(112)으로 되돌아간다. 또, 도 11에서는 피조 렌즈(113)를 단일 렌즈로 나타내고 있지만, 실제로의 피조 렌즈는 복수의 렌즈(렌즈군)로 구성되어 있다. 한편, 피조 렌즈(113)를 투과한 광은 측정광으로 되고, 피검 렌즈(114)의 피검 광학면에 입사한다.

피검 렌즈(114)의 피검 광학면에서 반사된 측정광은 피조 렌즈(113)를 거쳐서 간섭계 유닛(112)으로 되돌아간다. 이렇게 해서, 간섭계 유닛(112)으로 되돌아간 참조광과 측정광의 위상 어긋남에 근거하여, 피검 렌즈(114)의 피검 광학면의 기준면에 대한 파면 수차가, 나아가서는 피검 렌즈(114)의 면 형상의 오차(설계상의 베스트 피트 구면으로부터의 어긋남)가 계측된다. 또, 구면 렌즈의 면 형상 오차의 간섭계에 의한 계측에 관한 상세한 것에 대해서는, 예를 들면 일본 특허 공개 평성 제 7-12535 호, 일본 특허 공개 평성 제 7-113609 호, 일본 특허 공개 평성 제 10-154657 호 공보 등을 참조할 수 있다. 또한, 비구면 렌즈의 면 형상 오차를 간섭계를 이용하여 계측하는 경우에는, 도 11의 간섭계 장치에 있어서 피조 렌즈(113) 대신에, 평면 형상의 참조면을 갖는 참조 부재와, 해당 참조 부재를 투과하는 광을 소정 형상의 비구면파로 변환하는 비구면파 형성 부재를 피조 스테이지(113a)상에 마련한다. 여기서, 비구면파 형성 부재는 렌즈, 존 플레이트 혹은 그들의 조합으로 구성된, 참조 부재로부터의 평면파를 측정 대상인 피검 광학면의 면 형상에 대응한 비구면파로 변환하는 것이다. 또, 이러한 비구면 렌즈의 계측 방법에 관해서는, 예를 들면 일본 특허 공개 평성 제 10-260020호, 일본 특허 공개 평성 제 10-260024 호, 일본 특허 공개 평성 제 11-6784 호를 참조할 수 있다.

상술한 바와 같은 방법에 의해 비구면 형상을 측정하는 경우에는, 피검 광학면으로서의 비구면 렌즈면의 형상의 종류의 수에 따라 비구면파 형성 부재를 준비할 필요가 있고, 투영 광학계중의 비구면의 수가 증가하면 비구면파 형성 부재의 종류도 증가하여 그 설계·제조에 막대한 부하로 되는 경향이 있었다.

또한, 비구면 형상 계측 장치의 수가 한정되어 있는 경우에는, 투영 광학계에 이용되는 비구면의 종류가 증가하면, 계측하고자 하는 비구면의 종류에 따라 복수 종류의 비구면파 형성 부재를 교환하는 공정이 필요하게 되어 제조 시간이 더 걸리는 경향이 있었다.

그러나, 실시예 3의 투영 광학계(즉, 실시예 2의 투영 광학계)에서는 4면인 비구면중 2면이 서로 동일 형상이고, 나머지의 2면이 서로 동일 형상으로 구성되어 있기 때문에, 2종류의 비구면파 형성 부재를 준비하면 되고, 투영 광학계의 제조에 있어서 비용(설계 비용, 제조 비용)의 점이나 제조 시간의 단축의 점에서 대단히 유리하다.

그 후, 계측된 면 형상이 소정의 범위내에 들어가 있는지 여부를 판단한다(단계 S14). 여기서, 계측된 면 형상이 소정의 범위내가 아니면, 연마 공정(단계 S12)으로 이행하고, 소정의 범위내이면 다음 조립 공정(단계 S15)으로 이행한다.

조립 공정에서는 오차가 소정의 범위내로 된 복수의 렌즈를 이용하여 투영 광학계(26)를 조립한다(단계 S15). 구체적으로는, 설계값에 따라서 복수의 렌즈를 소정의 유지 프레임으로 유지하는 것에 의해, 각 광학 유닛을 순차적으로 쌓아 올린다. 그리고, 쌓아올린 복수의 광학 유닛을 경통(鏡筒)의 상부 개구를 거쳐서 경통내에 순차적으로 떨어뜨려 삽입시킨다. 이 때, 각 광학 유닛 사이에는 소정의 워셔를 개재시킨다. 이렇게 해서, 경통내에 최초에 떨어뜨려 넣은 광학 유닛이 경통의 일단에 형성된 돌출부에 있어서 워셔를 거쳐서 지지되고, 모든 광학 유닛이 경통내에 수용되는 것에 의해 투영 광학계의 조립이 종료한다. 또, 투영 광학계의 조립에 관한 상세한 것에 대해서는, 예를 들면 일본 특허 공개 평성 제 10-154657호 공보 등을 참조할 수 있다.

이어서, 실시예 3의 제조 방법에서는 실제로 조립할 수 있었던 투영 광학계의 파면 수차를 측정한다(단계 S16). 구체적으로는, 예컨대 일본 특허 공개 평성 제 10-38758 호 공보에 개시된 피조 간섭계 방식의 파면 수차 측정기를 이용하여 초고압 수은 램프(예컨대, i선)를 사용하는 투영 광학계의 파면 수차를 측정할 수 있다. 이 경우, 도 12에 도시하는 바와 같이 노광광과 거의 동일한 파장을 갖는 레이저광(예컨대, Ar 레이저광의 싱글 모드, 파장 363.8㎚)을 하프프리즘(60) 및 피조 렌즈(61)의 피조 면(61a)을 거쳐서 피검 광학계로서의 투영 광학계(26)에 입사된다. 이 때, 피조 면(61a)에서 반사된 광은 소위 참조광으로 되고, 피조 렌즈(61) 및 하프프리즘(60)을 거쳐서 CCD와 같은 촬상 소자(62)에 도달한다.

한쪽, 피조 면(61a)을 투과한 광은 소위 측정광으로 되고, 투영 광학계(26)를 거쳐서, 반사 구면(63)에 입사한다. 반사 구면(63)에서 반사된 측정광은 투영 광학계(26), 피조 렌즈(61) 및 하프프리즘(60)을 거쳐서 CCD(62)에 도달한다. 이렇게 해서, 참조광과 측정광의 간섭에 근거하여 투영 광학계(26)에 잔존하는 파면 수차가 측정된다. 마찬가지로, 예를 들면 일본 특허 공개 평성 제 10-38757 호 공보에 개시된 피조 간섭계 방식의 파면 수차 측정기를 이용하여 KrF 엑시머 레이저 광원을 사용하는 투영 광학계의 파면 수차를 측정할 수도 있다.

또한, 예를 들면 일본 특허 공개 제 2000-97616 호 공보에 개시된, 소위 PDI(Phase Diffraction Interferometer : 위상 회절 간섭계) 방식의 파면 수차 측정기를 이용하여 ArF 엑시머 레이저 광원을 사용하는 투영 광학계의 파면 수차를측정할 수도 있다. 이 경우, 도 13에 도시하는 바와 같이 광원(21)(도 13에는 도시하지 않음)으로부터 사출되어 조명 광학계(22)를 거친 노광용 조명광이 마스크 설정 위치에 위치 결정된 제 1 핀홀(71)에 입사한다. 제 1 핀홀(71)을 거쳐서 형성된 구면파는 피검 광학계로서의 투영 광학계(26)를 투과하여 그레팅(grating)(1차원 회절 격자)(72)에 입사한다.

그레팅(72)을 그대로 투과한 0차 회절광은 마스크(73)에 형성된 제 2 핀홀(도시하지 않음)에 입사한다. 한편, 그레팅(72)에서 회절 작용을 받아 발생한 1차 회절광은 마스크(73)에 형성된 개구부(도시하지 않음)의 거의 중앙에 입사한다. 제 2 핀홀을 거친 0차 회절광 및 개구부를 통과한 1차 회절광은 콜리메타 렌즈(74)를 거쳐서 CCD와 같은 촬상 소자(75)에 도달한다. 이렇게 해서, 제 2 핀홀을 거쳐서 형성된 구면파를 참조 파면으로 하고, 개구부를 통과한 1차 회절광의 파면을 측정 파면으로 하며, 참조 파면과 측정 파면의 간섭에 근거하여 투영 광학계(26)에 잔존하는 파면 수차가 측정된다.

이어서, 실시예 3의 제조 방법에서는 수차 측정 공정(단계 S16)에서 측정한 투영 광학계의 파면 수차가 허용 범위내에 모여 있는지 여부를 판정한다(단계 S17). 판정 공정(단계 S17)에 있어서 투영 광학계의 파면 수차가 허용 범위내에 모여 있다고 판정한 경우(도 9중 "예"의 경우), 실시예 3에 따른 투영 광학계의 제조가 종료된다. 한편, 판정 공정(단계 S17)에 있어서 투영 광학계의 파면 수차가 허용 범위내에 모여 있지 않다고 판정한 경우(도 9중 "아니오"의 경우), 렌즈를 광축 AX을 따라 이동시켜 렌즈간의 간격을 변화시키는 간격 조정이나, 렌즈를 광축AX에 대하여 수직으로 시프트시키거나 틸트시키거나 하는 편심 조정을 행한다(단계 S18).

도 14는 간격 조정이나 편심 조정이 가능하게 구성된 투영 광학계의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 또, 도 14에 있어서는 도 1에 대응하는 공통의 XYZ 좌표계를 채용하고 있다.

도 14에 도시하는 바와 같이, 경통(30)은 복수의 분할 경통(11∼16)을 구비하고 있고, 분할 경통(16)에 마련된 플랜지(17)를 거쳐서 도시하지 않은 노광 장치의 프레임에 지지되어 있다. 이들 복수의 분할 경통(11∼16)은 광축 Ax 방향으로 적층되어 있다. 그리고, 복수의 분할 경통(11∼16)중 분할 경통(11, 12, 13)에 의해 지지되어 있는 렌즈 L1P1, L1P2, L1P3, L1P4, L1P5, L1N1은 광축 방향(Z 방향)으로 이동 가능하고 또한 XY 방향을 축으로서 틸트 가능한 가동 렌즈로 되어 있다.

가동 렌즈 L1P1, L1P2, L1P3, L1P4, L1P5, L1N1을 유지하고 있는 분할 경통(11, 12, 13)의 구성에 대하여 설명한다.

분할 경통(11)은 각각 가동 렌즈 L1P1, L1P2를 유지하는 렌즈 프레임(21, 22)을 그 내부에 적층한 상태로 유지하고, 분할 경통(12)에 대하여 광축 방향(Z 방향)으로 이동 가능하며 또한 XY 방향을 축으로서 틸트 가능해지도록 분할 경통(12)에 연결되어 있다. 분할 경통(12)은 각각 가동 렌즈 L1P3, L1P4를 유지하는 렌즈 프레임(23, 24)을 그 내부에 적층한 상태로 유지하고, 분할 경통(13)에 대하여 광축 방향(Z 방향)으로 이동 가능하며 또한 XY 방향을 축으로서 틸트 가능해지도록 분할 경통(13)에 연결되어 있다. 그리고, 분할 경통(13)은 각각 가동 렌즈 L1P5,L1N1을 유지하는 렌즈 프레임(25, 26)을 그 내부에 적층한 상태로 유지하고, 분할 경통(12)에 대하여 광축 방향(Z 방향)으로 이동 가능하며 또한 XY 방향을 축으로서 틸트 가능해지도록 분할 경통(14)에 연결되어 있다.

여기서, 분할 경통(12)에 장착된 액츄에이터(81)에 의해서 분할 경통(11)이 구동되고, 분할 경통(13)에 장착된 액츄에이터(82)에 의해서 분할 경통(12)이 구동되며, 분할 경통(14)에 장착된 액츄에이터(83)에 의해서 분할 경통(13)이 구동된다. 이들 액츄에이터(81∼83)는 분할 경통(12∼14)의 3개소, 구체적으로는 XY 평면내에 있어서 Z 방향을 축으로 하는 방위각 120°마다 장착되어 있고, 이것에 의해 분할 경통(11∼13) 각각에 있어서의 3개소가 독립적으로 광축 방향(Z 방향)으로 이동한다.

여기서, 각각의 분할 경통(11∼13)에 있어서 3개소의 구동량이 동일한 량인 경우는, 분할 경통(11∼13)은 분할 경통(12∼14)에 대하여 Z 방향(광축 방향)으로 이동하는 것으로 되고, 3개소의 구동량이 다른 량인 경우에는, 분할 경통(11∼13)은 분할 경통(12∼14)에 대하여 XY 방향을 축으로서 틸트하게 된다.

이들 액츄에이터(81∼83)에서는 고정밀도, 저발열, 고강성 및 고청정도의 압전 소자를 사용할 수 있다. 또, 액츄에이터(81∼83)를 압전 소자로 구성하는 대신에, 자왜(磁歪) 액츄에이터나 유체압 액츄에이터로 구성하더라도 좋다.

또한, 이들 액츄에이터에 의한 구동량, 나아가서는 분할 경통(11∼13)의 이동량을 계측하기 위해서, 예컨대 광학식 인코더로 이루어지는 구동량 계측 장치를 마련하고, 분할 경통(11∼13)의 이동, 나아가서는 가동 렌즈 L1P1, L1P2, L1P3,L1P4, L1P5, L1N1의 이동을 폐루프로 제어하더라도 좋다.

그런데, 분할 경통(13∼16)중 분할 경통(14∼16)에 의해 지지되어 있는 렌즈 L1N2∼L4P1은 고정 렌즈로 되어 있다. 이들 고정 렌즈 L1N2∼L4P1을 유지하고 있는 분할 경통(14∼16)의 구성에 대하여 설명한다.

분할 경통(14)은 고정 렌즈 L1N2∼L2P4를 각각 유지하는 렌즈 프레임(31∼37) 및 스페이서(41∼43)를 분할 경통(14)의 내부에 적층한 상태로 유지하고 있고 분할 경통(15)의 상부에 연결되어 있다.

분할 경통(15)은 고정 렌즈 L2P5∼L3P5를 각각 유지하는 렌즈 프레임(50∼55), 스페이서(44∼45) 및 개구 조리개 AS를 분할 경통(15)의 내부에 적층한 상태로 유지하고 있고 분할 경통(16)의 상부에 연결되어 있다.

그리고, 분할 경통(16)은 고정 렌즈 L3P4∼L4P1을 각각 유지하는 렌즈 프레임(61∼73) 및 스페이서(46∼48)를 분할 경통(16)의 내부에 적층한 상태로 유지하고 있다.

또한, 실시예 3에 있어서는 복수의 분할 경통(11∼16)을 구비하고 있기 때문에, 투영 광학계의 조립시에 있어서 분할 경통(11∼16) 사이에 개재하는 워셔 등의 간격 조정 부재의 두께 등을 변경함으로써, 분할 경통(11∼16)간의 편심 조정(XY 평면내의 위치 관계의 조정, XY 방향을 축으로 하는 틸트 방향의 위치 관계의 조정) 및 분할 경통간의 간격 조정(Z 방향의 간격 조정)을 실행할 수 있다. 또, 이러한 분할 경통간의 편심·간격 조정에 관해서는 일본 특허 공개 제 2001-56426 호에 개시되어 있다.

또, 상술한 설명에서는 렌즈 또는 렌즈군을 광축 Ax을 따라 이동시키는 이동 조정(간격 조정) 및 렌즈 또는 렌즈군을 광축 Ax에 대하여 경사시키는 틸트 조정에 한정하였는데, 광축 Ax에 대하여 수직인 방향(XY 평면내의 방향)을 따라 렌즈를 시프트시키는 시프트 조정을 행하는 것이나, 광축 Ax를 축으로 하는 회전 방향을 따라 렌즈를 회전시키는 회전 조정을 행하는 것도 가능하다.

실시예 3의 제조 방법에서는 간격 조정이나 편심 조정에 의해 렌즈 조정된 투영 광학계의 파면 수차를 다시 측정한다(단계 S16). 그리고, 수차 측정 공정(단계 S16)으로 다시 측정한 투영 광학계의 파면 수차가 허용 범위내에 모여 있는지 여부를 재차 판정한다(단계 S17). 판정 공정(단계 S17)에 있어서 투영 광학계의 파면 수차가 허용 범위내에 모여 있다고 판정한 경우에는 투영 광학계의 제조를 종료한다. 그러나, 판정 공정(단계 S17)에 있어서 투영 광학계의 파면 수차가 허용 범위내에 모여 있지 않다고 판정한 경우에는 판정 공정(단계 S17)에 있어서 "예"의 판정이 얻어질 때까지 렌즈 조정 공정(단계 S18) 및 수차 측정 공정(단계 S16)을 더 반복한다.

또, 실시예 3의 제조 방법에서는 수차 측정 공정(단계 S16)후에, 판정 공정(단계 S17) 및 렌즈 조정 공정(단계 S18)을 마련하고 있는데, 이들 공정(단계 S16∼단계 S18)을 생략할 수 있다. 즉, 투영 광학계의 조립 공정(단계 S15)후에, 실시예 3의 제조 방법을 종료할 수도 있다.

또한, 실시예 3에서는 배율이 등배인 실시예 2의 투영 광학계를 제조하는 경우를 예로 들어 설명했는데, 투영 광학계의 배율은 등배에 한정되지 않고, 예컨대확대 배율, 축소 배율중 어느 것이더라도 무방하다. 이러한 확대 또는 축소 배율의 투영 광학계이더라도, 투영 광학계중에 동일한 형상의 비구면이 2개 이상 마련되어 있으면, 실시예 3의 제조 방법을 적용할 수 있다.

또한, 실시예 3에서는 렌즈면이 비구면인 경우를 예로서 설명했는데, 비구면은 렌즈면에 마련되는 것에 한정되지 않고, 예컨대 반사면이더라도 무방하다.

이상과 같이, 실시예 3의 제조 방법에 의하면, 투영 광학계가 서로 동일한 형상의 2세트 이상의 비구면을 갖고 있기 때문에, 이들 비구면을 계측할 때의 계측 시간의 단축, 나아가서는 투영 광학계를 제조하는 시간의 단축이나, 투영 광학계를 제조할 때의 비용(제조 장치의 제조 비용, 투영 광학계의 제조 비용)을 충분히 억제할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 투영 광학계에서는 넓은 투영 시야 및 높은 해상력을 확보하면서, 상면의 평탄성이 우수하고 또한 온도 변화에 따른 초점 위치의 변동의 비교적 적은 양호한 광학 성능을 달성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 노광 장치 및 노광 방법에서는 양호한 광학 성능을 갖는 본 발명의 투영 광학계를 이용하여, 장치 및 재료의 고비용화를 초래하는 일없이, 양호한 노광을 행할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 본 발명의 노광 장치를 이용한 양호한 노광에 의해, 대면적에서 양호한 마이크로 장치를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 투영 광학계의 제조 방법에 의하면, 높은 광학 성능을 갖는투영 광학계를 얻을 수 있음에도 불구하고, 고비용화를 초래하는 일없이 제조 시간의 단축을 도모할 수 있다.

Claims (14)

1. 제 1 면에 형성된 패턴의 상을 제 2 면상에 실질적으로 등배의 배율로 투영하는 투영 광학계에 있어서,

   상기 제 1 면측에서부터 순서대로, 제 1 부분 광학계와, 상기 투영 광학계의 동공면에 관해서 상기 제 1 부분 광학계와 거의 대칭적으로 구성된 제 2 부분 광학계를 구비하되,

   상기 제 1 부분 광학계는

   서로 대향하도록 배치된 제 1 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면과,

   상기 제 1 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면 사이의 광로중에 있어서 서로 대향하도록 배치된 제 2 세트의 한 쌍의 오목면 형상의 굴절면을 갖는 것

   을 특징으로 하는 투영 광학계.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 부분 광학계는 상기 제 1 면측에서부터 순서대로, 상기 제 2 면측에 오목면을 향하는 제 1 부(負)렌즈와, 상기 제 2 면측에 오목면을 향하는 제 2 부렌즈와, 상기 제 1 면측에 오목면을 향하는 제 3 부렌즈와, 상기 제 1 면측에 오목면을 향하는 제 4 부렌즈를 갖는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 부분 광학계는 상기 제 1 면측에서부터 순서대로, 정(正)의 굴절력을 갖는 제 1 정렌즈군과, 부의 굴절력을 갖는 제 1 부렌즈군과, 정의 굴절력을 갖는 제 2 정렌즈군을 갖되,

   상기 제 1 부렌즈군은 상기 제 1 면측에서부터 순서대로, 상기 제 2 면측에 오목면을 향하는 제 1 부렌즈와, 상기 제 2 면측에 오목면을 향하는 제 2 부렌즈와, 상기 제 1 면측에 오목면을 향하는 제 3 부렌즈와, 상기 제 1 면측에 오목면을 향하는 제 4 부렌즈를 가지며,

   상기 제 1 부분 광학계의 초점 거리를 F₁로 하고, 상기 제 1 부렌즈군의 초점 거리를 f_1N이라고 할 때,

   (수학식 1)

   의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 부분 광학계는 상기 제 1 면측에서부터 순서대로, 정의 굴절력을 갖는 제 1 정렌즈군과, 부의 굴절력을 갖는 제 1 부렌즈군과, 정의 굴절력을 갖는제 2 정렌즈군을 갖되,

   상기 제 1 부렌즈군은 상기 제 1 면측에서부터 순서대로, 상기 제 2 면측에 오목면을 향하는 제 1 부렌즈와, 상기 제 2 면측에 오목면을 향하는 제 2 부렌즈와, 상기 제 1 면측에 오목면을 향하는 제 3 부렌즈와, 상기 제 1 면측에 오목면을 향하는 제 4 부렌즈를 가지며,

   상기 제 1 부분 광학계의 초점 거리를 F₁로 하고, 상기 제 1 부렌즈군의 초점 거리를 f_1N이라고 할 때,

   (수학식 1)

   의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
5. 제 1 면에 형성된 패턴의 상을 제 2 면상에 실질적으로 등배의 배율로 투영하는 투영 광학계에 있어서,

   상기 제 1 면측에서부터 순서대로, 제 1 부분 광학계와, 상기 투영 광학계의 동공면에 관해서 상기 제 1 부분 광학계와 거의 대칭적으로 구성된 제 2 부분 광학계를 구비하되,

   상기 제 1 부분 광학계는 상기 제 1 면측에서부터 순서대로, 정의 굴절력을 갖는 제 1 정렌즈군과, 부의 굴절력을 갖는 제 1 부렌즈군과, 정의 굴절력을 갖는제 2 정렌즈군을 가지며,

   상기 투영 광학계에 공급되는 조명광에 대한 광학 소자의 굴절률 n의 분위기 온도 T에 대한 변화율을 dn/dT로 나타낼 때, 상기 제 2 정렌즈군을 구성하는 적어도 1개의 부렌즈는

   (수학식 2)

   의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제 2 정렌즈군을 구성하는 적어도 하나의 정렌즈는

   (수학식 3)

   의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
7. 제 1 면에 형성된 패턴의 상을 제 2 면상에 실질적으로 등배로 투영하는 투영 광학계에 있어서,

   비구면을 갖되,

   상기 제 1 면과 상기 제 2 면의 광축에 따른 거리를 L로 하고, 상기 제 1 면으로부터 상기 비구면까지의 광축에 따른 거리를 LA라고 할 때,

   (수학식 4)

   의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 투영 광학계의 동공면에 관해서 대칭적으로 배치된 제 1 비구면과 제 2 비구면을 갖고,

   상기 제 1 면과 상기 제 2 면의 광축에 따른 거리를 L로 하고, 상기 제 1 면으로부터 상기 제 1 비구면까지의 광축에 따른 거리를 LA라고 할 때,

   (수학식 4)

   의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
9. 제 1 면에 형성된 마스크 패턴의 상을 감광성 기판이 배치되는 제 2 면상에 투영하는 리소그래피용 투영 광학계에 있어서,

   제 1 비구면과 제 2 비구면을 구비하되,

   상기 제 1 비구면과 상기 제 2 비구면은 서로 동일 형상인 것

   을 특징으로 하는 투영 광학계.
10. 제 1 면에 형성된 마스크 패턴의 상을 감광성 기판이 배치되는 제 2 면상에 투영하는 리소그래피용 투영 광학계의 제조 방법에 있어서,

    복수의 광학 소자를 준비하는 제 1 공정과,

    상기 준비된 복수의 광학 소자중 적어도 2개에 소정 형상의 비구면을 형성하여 적어도 제 1 비구면 광학 소자와 제 2 비구면 광학 소자를 얻는 제 2 공정과,

    상기 제 1 및 제 2 비구면 광학 소자의 면 형상을 검사하는 제 3 공정과,

    상기 광학 소자를 소정의 광축을 따라 배치하는 제 4 공정

    을 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계의 제조 방법.
11. 청구항 10에 기재된 제조 방법에 의해 제조된 투영 광학계.
12. 청구항 1 내지 청구항 9 및 청구항 11중 어느 한 항에 기재된 투영 광학계와,

    상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하기 위한 조명 광학계

    를 구비하되,

    상기 투영 광학계를 거쳐서 상기 마스크상에 형성된 패턴을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판에 노광하는 것

    을 특징으로 하는 노광 장치.
13. 청구항 12에 기재된 노광 장치를 이용하여 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 노광 공정과,

    상기 노광 공정을 거쳐서 노광된 상기 감광성 기판을 현상하는 현상 공정을 포함하는 것

    을 특징으로 하는 마이크로 장치의 제조 방법.
14. 소정의 패턴이 형성된 마스크를 조명하는 조명 공정과,

    청구항 1 내지 청구항 9 및 청구항 11중 어느 한 항에 기재된 투영 광학계를 이용하여 상기 제 1 면에 설정된 상기 마스크의 패턴을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판에 노광하는 노광 공정을 포함하는 것

    을 특징으로 하는 노광 방법.