KR20030082451A - 광학계와 그 제조 방법, 투영 광학계와 그 제조 방법,노광 장치, 및 노광 방법 - Google Patents

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KR20030082451A
KR20030082451A KR10-2003-0023922A KR20030023922A KR20030082451A KR 20030082451 A KR20030082451 A KR 20030082451A KR 20030023922 A KR20030023922 A KR 20030023922A KR 20030082451 A KR20030082451 A KR 20030082451A
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가부시키가이샤 니콘
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Abstract

예를 들면, 형석 렌즈의 광축과 소정의 결정축과의 각도 어긋남을 소정의 허용량 이하로 억제하여, 형석의 복굴절의 영향을 실질적으로 받지 않고 양호한 광학 성능을 확보할 수 있는 투영 광학계를 제공하는 것이다.
제 1 면(R)의 상을 제 2 면(W) 위에 형성하는 투영 광학계이다. 입방정계에 속하는 결정 재료로 형성된 적어도 2개의 결정 투과 부재를 구비하고 있다. 적어도 2개의 결정 투과 부재는, 결정축[111], 결정축[100] 및 결정축[110] 중의 어느 하나의 결정축과 광축과의 사이의 각도 어긋남이 1도 이하로 설정되어 있다.

Description

광학계와 그 제조 방법, 투영 광학계와 그 제조 방법, 노광 장치, 및 노광 방법{OPTICAL SYSTEM AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, PROJECTIVE OPTICAL SYSTEM AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, EXPOSURE APPARATUS, AND EXPOSURE METHOD}
본 발명은, 투영 광학계, 그 제조 방법, 노광 장치 및 노광 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자 등의 마이크로 디바이스를 포토리소그래피 공정으로 제조할 때에 사용되는 노광 장치에 바람직한 반사 굴절형의 투영 광학계에 관한 것이다.
최근, 반도체 소자의 제조나 반도체 칩 실장 기판의 제조에서는, 미세화가 점점 더 진행하고 있어, 패턴을 소성 부착하는 노광 장치에서는 보다 해상력이 높은 투영 광학계가 요구되고 있다. 이 고해상의 요구를 만족하기 위해서는, 노광 광을 단파장화함과 동시에, NA(투영 광학계의 개구 수)를 크게 하지 않으면 안 된다. 그러나, 노광 광의 파장이 짧게 되면, 광의 흡수를 위해 실용에 견디는 광학 재료의 종류가 한정되게 된다.
예를 들면, 파장이 20O㎚ 이하의 진공 자외 영역의 광, 특히 F2레이저 광(파장 157㎚)을 노광 광으로서 이용하는 경우, 투영 광학계를 구성하는 광 투과성 광학 재료로서는, 불화 칼륨(형석 : CaF2)이나 불화 바륨(BaF2) 등의 불화물 결정을 다용하지 않을 수 없다. 실제로는, 노광 광으로서 F2레이저 광을 이용하는 노광 장치에서는, 기본적으로 형석만으로 투영 광학계를 형성하는 설계가 상정되어 있다. 형석은, 입방정계(등축정계)에 속하는 결정이며, 광학적으로는 등방적이고, 복굴절이 실질적으로 없다고 생각되고 있었다. 또한, 종래의 가시 광역의 실험에서는, 형석에 대해 작은 복굴절(내부 응력 기인의 랜덤한 것)밖에 관측되고 있지 않았다.
그러나, 2001년 5월 15일에 열린 리소그래피에 관한 심포지엄(2nd International Symposium on 157㎚ Lithography)에 있어서, 미국 NIST의 존 에이치. 버네트(John H. Burnett) 등에 의해, 형석에는 고유 복굴절(intrinsic birefringence)이 존재하는 것을 실험 및 이론의 양면으로부터 확인한 것이 발표되었다.
이 발표에 의하면, 형석의 복굴절은, 결정축[111] 방향 및 이것과 등가인 결정축[-111], [1-11], [11-1] 방향, 및 결정축[100] 방향 및 이것과 등가인 결정축[010], [001] 방향에서는 거의 영이지만, 그 밖의 방향에서는 실질적으로 영이 아닌 값을 갖는다. 특히, 결정축[110], [-110], [101], [-101], [011], [01-1]의 6 방향에서는, 파장 157㎚의 광에 대해 최대로 11.2㎚/㎝, 파장 193㎚의 광에 대해 최대로 3.4㎚/㎝의 복굴절의 값을 갖는다.
이와 같이, 고유 복굴절을 갖는 형석으로 형성된 렌즈(일반적으로는 투과 부재)를 투영 광학계에 이용하는 경우, 형석의 복굴절의 결상 성능으로의 영향은 크고, 특히 면내 선폭 오차(ΔCD : critical dimension)에 현저하게 나타난다. 그래서, 버네트(Burnett) 등은, 상술한 발표에 있어서, 한 쌍의 형석 렌즈(형석으로 형성된 렌즈)의 광축과 결정축[111]을 일치시키고 또한 광축을 중심으로 하여 한 쌍의 형석 렌즈를 약 60도만큼 상대적으로 회전시키는 것에 의해 복굴절의 영향을 저감하는 방법을 제안하고 있다.
일반적으로는, 형석 렌즈의 광축과 결정축[111]이 정밀도 좋게 일치하도록 투영 광학계에 내장하는 것은 용이하지 않다. 또한, 한 쌍의 형석 렌즈가 광축 주위에 소정 각도만큼 상대적으로 회전한 상태로 투영 광학계에 정밀도 좋게 내장하는 것도 용이하지 않다. 그러나, 투영 광학계에 있어서, 복굴절의 영향을 실질적으로 받지 않고 양호한 광학 성능을 확보하기 위해서는, 형석 렌즈의 광축과 결정축[111]과의 각도 어긋남, 및 한 쌍의 형석 렌즈의 광축 주위의 상대적인 회전 각도 어긋남을 소정의 허용량 이하로 억제하는 것이 중요하다.
또한, 형석 결정에 있어서, 이단적으로 결정축 방위의 어긋남이 있는 영역이국부적으로 존재할 가능성이 있는 것이 명백하게 되었다(소위 그레인 바운더리(grain boundary)). 소망하는 광학 성능을 확보하기 위해서는 결정축 방위의 어긋남이 있는 영역이 존재하는 형석 결정(이하, 「이단 형석 결정」이라고 함)을 이용하지 않는 것이 바람직하지만, 생산성이나 비용의 관점에서 이단 형석 결정이더라도 이용하지 않을 수가 없는 것이 현실이다. 이 경우, 투영 광학계에 있어서, 복굴절의 영향을 실질적으로 받지 않고 양호한 광학 성능을 확보하기 위해서는, 결정축 방위의 상대 각도 어긋남을 소정의 허용량 이하로 억제하는 것이 중요하다.
본 발명은, 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 예를 들면 형석 렌즈의 광축과 소정의 결정축과의 각도 어긋남, 또는 한 쌍의 형석 렌즈의 광축 주위의 상대적인 회전 각도 어긋남을 소정의 허용량 이하로 억제하여, 형석의 복굴절의 영향을 실질적으로 받지 않고 양호한 광학 성능을 확보할 수 있는 투영 광학계 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 예를 들면 형석 렌즈를 형성하는 데 이용되는 이단 형석 결정에 있어서의 결정축 방위의 상대 각도 어긋남을 소정의 허용량 이하로 억제하여, 형석의 복굴절의 영향을 실질적으로 받지 않고 양호한 광학 성능을 확보할 수 있는 투영 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 복굴절의 영향을 실질적으로 받지 않고 양호한 광학 성능을 갖는 투영 광학계를 이용하여, 고해상으로 고정밀도인 투영 노광을 행할 수 있는 노광 장치 및 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 형석의 결정축 방위에 대해 설명하는 도면,
도 2는 버네트(Burnett) 등의 방법을 설명하는 도면으로서, 광선의 입사각에 대한 복굴절율의 분포를 나타내고 있는 도면,
도 3은 본 발명에 있어서 제안하는 제 1 방법을 설명하는 도면으로서, 광선의 입사각에 대한 복굴절율의 분포를 나타내고 있는 도면,
도 4는 본 발명에 있어서 제안하는 제 2 방법을 설명하는 도면으로서, 광선의 입사각에 대한 복굴절율의 분포를 나타내고 있는 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 투영 광학계를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,
도 6은 웨이퍼상에 형성되는 직사각형 형상의 노광 영역(즉, 실효 노광 영역)과 기준 광축과의 위치 관계를 도시하는 도면,
도 7은 본 실시예의 실시예 1에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시하는도면,
도 8은 실시예 1에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면,
도 9는 본 실시예의 실시예 2에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시하는 도면,
도 10은 실시예 2에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면,
도 11은 실시예 1에 있어서 각 형석 렌즈의 결정축과 광축과의 사이에 1도의 각도 어긋남이 발생했을 때의 면내 선폭의 변화량을 도시하는 도면,
도 12는 실시예 2에 있어서 각 형석 렌즈의 결정축과 광축과의 사이에 1도의 각도 어긋남이 발생했을 때의 면내 선폭의 변화량을 도시하는 도면,
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 투영 광학계의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도,
도 14는 투영 광학계가 사용되는 파장에 대해 광 투과성을 갖는 등축정계의 결정 재료를 준비하는 결정 재료 준비 공정의 상세를 나타내는 흐름도,
도 15는 라우에 카메라를 개략적으로 도시하는 도면,
도 16은 복굴절 측정기의 개략적인 구성을 도시하는 도면,
도 17은 마이크로 디바이스로서의 반도체 디바이스를 얻을 때의 방법의 흐름도,
도 18은 마이크로 디바이스로서의 액정 표시 소자를 얻을 때의 방법의 흐름도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
G1 : 제 1 결상 광학계G2 : 제 2 결상 광학계
G3 : 제 3 결상 광학계CM : 오목면 반사 미러
M1 : 제 1 광로 절곡 미러M2 : 제 2 광로 절곡 미러
100 : 레이저 광원IL : 조명 광학계
R : 레티클RS : 레티클 스테이지
PL : 투영 광학계W : 웨이퍼
WS : 웨이퍼 스테이지
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제 1 발명에서는, 제 1 면의 상을 제 2 면상에 형성하는 투영 광학계에 있어서,
입방정계에 속하는 결정 재료로 형성된 적어도 2개의 결정 투과 부재를 구비하며,
상기 적어도 2개의 결정 투과 부재는, 결정축[111], 결정축[100] 및 결정축[110] 중의 어느 하나의 결정축과 광축과의 사이의 각도 어긋남과, 상기 적어도 2개의 결정 투과 부재에 있어서의 소정의 결정축끼리의 광축 주위의 상대적인 회전 각도의 소정값으로부터의 각도 어긋남과의 적어도 한쪽의 각도 어긋남이 1도 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
제 1 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 적어도 2개의 결정 투과 부재는, 결정축[111], 결정축[100] 및 결정축[110] 중의 어느 하나의 결정축과 광축과의 사이의 각도 어긋남이 1도 이하로 설정되어 있다. 이 경우, 상기 제 2 면에 가장 가까이 배치된 결정 투과 부재를 구비하며, 상기 제 2 면에 가장 가까이 배치된 상기 결정 투과 부재는, 결정축[111], 결정축[100] 및 결정축[110] 중의 어느 하나의 결정축과 광축과의 사이의 각도 어긋남이 1도 이하로 설정되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 발명의 바람직한 형태에 의하면, 오목면 반사 미러와, 해당 오목면 반사 미러의 근방에 배치된 결정 투과 부재를 구비하며, 상기 오목면 반사 미러의 근방에 배치된 상기 결정 투과 부재는, 결정축[111], 결정축[100] 및결정축[110] 중의 어느 하나의 결정축과 광축과의 사이의 각도 어긋남이 1도 이하로 설정되어 있다. 상기 투영 광학계는, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면과의 사이의 광로 중에 상기 제 1 면의 중간 상을 형성하는 반사 굴절형의 재결상 광학계인 것이 바람직하다.
또한, 제 1 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 제 1 면의 제 1 중간 상을 형성하기 위한 제 1 결상 광학계와, 적어도 하나의 오목면 반사 미러와 결정 투과 부재를 갖고 상기 제 1 중간 상으로부터의 광속에 근거하여 제 2 중간 상을 형성하기 위한 제 2 결상 광학계와, 상기 제 2 중간 상으로부터의 광속에 근거하여 최종 상을 상기 제 2 면상에 형성하기 위한 제 3 결상 광학계와, 상기 제 1 결상 광학계와 상기 제 2 결상 광학계 사이의 광로 중에 배치된 제 1 편향 미러와, 상기 제 2 결상 광학계와 상기 제 3 결상 광학계 사이의 광로 중에 배치된 제 2 편향 미러를 구비하며, 상기 제 1 결상 광학계의 광축과 상기 제 3 결상 광학계의 광축이 거의 일치하도록 설정되고, 상기 제 2 결상 광학계의 광로 중에 배치된 상기 결정 투과 부재는, 결정축[111], 결정축[100] 및 결정축[110] 중의 어느 하나의 결정축과 광축과의 사이의 각도 어긋남이 1 도 이하로 설정되어 있다.
또한, 제 1 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 투영 광학계에 포함되는 모든 결정 투과 부재중의 15% 이상의 수의 결정 투과 부재는, 결정축[111], 결정축[100] 및 결정축[110] 중의 어느 하나의 결정축과 광축과의 사이의 각도 어긋남이 1도 이하로 설정되어 있다. 또한, 상기 투영 광학계에 포함되는 모든 결정 투과 부재는, 결정축[111], 결정축[100] 및 결정축[110] 중의 어느 하나의 결정축과 광축과의 사이의 각도 어긋남이 2도 이하로 설정되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 발명에서는, 제 1 면의 상을 제 2 면상에 형성하는 투영 광학계에 있어서,
입방정계에 속하는 결정 재료로 형성된 적어도 2개의 결정 투과 부재를 구비하며,
상기 적어도 2개의 결정 투과 부재에 있어서, 결정축 방위의 어긋남이 있는 영역이 존재하는 경우, 그 상대 각도 어긋남이 2도 이하인 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
제 2 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 제 2 면에 가장 가까이 배치된 결정 투과 부재를 구비하며, 상기 제 2 면에 가장 가까이 배치된 상기 결정 투과 부재에 있어서, 결정축 방위의 어긋남이 있는 영역이 존재하는 경우, 그 상대 각도 어긋남이 2도 이하이다. 또한, 오목면 반사 미러와, 해당 오목면 반사 미러의 근방에 배치된 결정 투과 부재를 구비하며, 상기 오목면 반사 미러의 근방에 배치된 상기 결정 투과 부재에 있어서, 결정축 방위의 어긋남이 있는 영역이 존재하는 경우, 그 상대 각도 어긋남이 2도 이하인 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 투영 광학계는, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면과의 사이의 광로 중에 상기 제 1 면의 중간 상을 형성하는 반사 굴절형의 재결상 광학계인 것이 바람직하다.
또한, 제 2 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 제 1 면의 제 1 중간 상을 형성하기 위한 제 1 결상 광학계와, 적어도 하나의 오목면 반사 미러와 결정 투과 부재를 갖고 상기 제 1 중간 상으로부터의 광속에 근거하여 제 2 중간 상을 형성하기 위한 제 2 결상 광학계와, 상기 제 2 중간 상으로부터의 광속에 근거하여 최종 상을 상기 제 2 면상에 형성하기 위한 제 3 결상 광학계와, 상기 제 1 결상 광학계와 상기 제 2 결상 광학계 사이의 광로 중에 배치된 제 1 편향 미러와, 상기 제 2 결상 광학계와 상기 제 3 결상 광학계 사이의 광로 중에 배치된 제 2 편향 미러를 구비하며, 상기 제 1 결상 광학계의 광축과 상기 제 3 결상 광학계의 광축이 거의 일치하도록 설정되고, 상기 제 2 결상 광학계의 광로 중에 배치된 상기 결정 투과 부재에 있어서, 결정축 방위의 어긋남이 있는 영역이 존재하는 경우, 그 상대 각도 어긋남이 2도 이하이다.
또한, 제 2 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 투영 광학계에 포함되는 모든 결정 투과 부재에 있어서, 결정축 방위의 어긋남이 있는 영역이 존재하는 경우, 그 상대 각도 어긋남이 2도 이하이다. 또, 제 1 발명 및 제 2 발명에 있어서는, 상기 입방정계에 속하는 결정 재료는, 불화 칼슘 또는 불화 바륨인 것이 바람직하다.
본 발명의 제 3 발명에서는, 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하기 위한 조명계와, 상기 마스크에 형성된 패턴의 상을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판상에 형성하기 위한 제 1 발명 또는 제 2 발명의 투영 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다.
본 발명의 제 4 발명에서는, 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하고, 제 1 발명 또는 제 2 발명의 투영 광학계를 거쳐서 상기 마스크에 형성된 패턴의 상을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판상에 투영 노광하는 것을 특징으로 하는 노광방법을 제공한다.
본 발명의 제 5 발명에서는, 입방정계에 속하는 결정 재료로 형성된 적어도 2개의 결정 투과 부재를 구비하며, 제 1 면의 상을 제 2 면상에 형성하는 투영 광학계의 제조 방법에 있어서,
상기 적어도 2개의 결정 투과 부재의 광축이, 결정축[111], 결정축[100] 및 결정축[110] 중의 어느 하나의 소정 결정축과 일치하도록 설계하는 설계 공정과,
상기 소정 결정축과 상기 광축과의 사이의 각도 어긋남이 1도 이하로 되도록 상기 적어도 2개의 결정 투과 부재를 제조하는 제조 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법을 제공한다.
제 5 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 제조 공정은, 단결정 잉곳(ingot)으로부터의 디스크재의 잘라내기를 조정하는 공정과, 상기 디스크재의 연마를 조정하는 공정을 포함한다. 또한, 상기 적어도 2개의 결정 투과 부재는, 제 1 결정 투과 부재와 제 2 결정 투과 부재를 구비하며, 상기 제조 공정은, 상기 제 1 결정 투과 부재의 소정의 결정축과 상기 제 2 결정 투과 부재의 상기 소정의 결정축과의 광축 주위의 상대적인 회전 각도를 소정의 설계값에 대해 각도 어긋남이 5도 이하로 되도록 설정하는 설정 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 6 발명에서는, 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하기 위한 조명계와, 상기 마스크에 형성된 패턴의 상을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판상에 형성하기 위한 제 5 발명의 제조 방법에 의해 제조된 투영 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다.
본 발명의 제 7 발명에서는, 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하고, 제 5 발명의 제조 방법에 의해 제조된 투영 광학계를 거쳐서 상기 마스크에 형성된 패턴의 상을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판상에 투영 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 방법을 제공한다.
(발명의 실시예)
도 1은 형석의 결정축 방위에 대해 설명하는 도면이다. 도 1을 참조하면, 형석의 결정축은, 입방정계의 XYZ 좌표계에 근거하여 규정된다. 즉, +X축에 따라 결정축[100]이, +Y축에 따라 결정축[010]이, +Z축에 따라 결정축[001]이 각각 규정된다.
또한, XZ 평면에 있어서 결정축[100] 및 결정축 [001]과 45도를 이루는 방향으로 결정축[101]이, XY 평면에 있어서 결정축[100] 및 결정축[010]과 45도를 이루는 방향으로 결정축[110]이, YZ 평면에 있어서 결정축[010] 및 결정축[001]과 45도를 이루는 방향으로 결정축[011]이 각각 규정된다. 또한, +X축, +Y축 및 +Z축에 대해 동일한 예각을 이루는 방향으로 결정축[111]이 규정된다.
또, 도 1에서는, +X축, +Y축 및 +Z축으로 규정되는 공간에서의 결정축만을 도시하고 있지만, 다른 공간에서도 마찬가지로 결정축이 규정된다. 형석에서는, 도 1 중실선에서 나타내는 결정축[111] 방향, 및 이것과 등가인 도시하지 않은 결정축[-111], [1-11], [11-1] 방향에서는, 복굴절이 거의 영(최소)이다. 마찬가지로, 도 1 중실선에서 나타내는 결정축[100], [010], [001] 방향에서도, 복굴절이거의 영(최소)이다. 한편, 도 1 중 파선으로 나타내는 결정축[110], [101], [011], 및 이것과 등가인 도시하지 않은 결정축[-110], [-101], [01-1] 방향에서는, 복굴절이 최대이다.
버네트(Burnett) 등은, 전술한 발표에 있어서, 복굴절의 영향을 저감하는 방법을 개시하고 있다. 도 2는 버네트(Burnett) 등의 방법을 설명하는 도면으로, 광선의 입사각(광선과 광축이 이루는 각도)에 대한 복굴절율의 분포를 나타내고 있다. 도 2에서는, 도면 중 파선으로 나타내는 5개의 동심원이 1눈금 10도를 나타내고 있다. 따라서, 가장 내측의 원이 광축에 대해 입사각 10도의 영역을, 가장 외측의 원이 광축에 대해 입사각 50도의 영역을 나타내고 있다.
또한, 검은 동그라미는 비교적 큰 굴절율을 갖는 복굴절이 없는 영역을, 흰 동그라미는 비교적 작은 굴절율을 갖는 복굴절이 없는 영역을 나타내고 있다. 한편, 큰 원 및 긴 양쪽 화살표는 복굴절이 있는 영역에 있어서의 비교적 큰 굴절율의 방향을, 가는 원 및 짧은 양쪽 화살표는 복굴절이 있는 영역에 있어서의 비교적 작은 굴절율의 방향을 나타내고 있다. 이후의 도 3에 있어서도, 상술한 표기는 마찬가지이다.
버네트(Burnett) 등의 방법에서는, 한 쌍의 형석 렌즈(형석으로 형성된 렌즈)의 광축과 결정축[111](또는 해당 결정축[111]과 광학적으로 등가인 결정축)을 일치시키고, 또한 광축을 중심으로 하여 한 쌍의 형석 렌즈를 60도만큼 상대적으로 회전시킨다. 따라서, 한쪽의 형석 렌즈에 있어서의 복굴절율의 분포는 도 2의 (a)에 도시하는 바와 같이 되고, 다른쪽의 형석 렌즈에 있어서의 복굴절율의 분포는도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이 된다. 그 결과, 한 쌍의 형석 렌즈 전체에 있어서의 복굴절율의 분포는, 도 2의 (c)에 도시하는 바와 같이 된다.
이 경우, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)를 참조하면, 광축과 일치하고 있는 결정축[111]에 대응하는 영역은, 비교적 작은 굴절율을 갖는 복굴절이 없는 영역으로 된다. 또한, 결정축[100], [010], [001]에 대응하는 영역은, 비교적 큰 굴절율을 갖는 복굴절이 없는 영역으로 된다. 또한, 결정축[110], [101], [011]에 대응하는 영역은, 둘레 방향의 편광에 대한 굴절율이 비교적 작고 직경 방향의 편광에 대한 굴절율이 비교적 큰 복굴절 영역으로 된다. 이와 같이, 개개의 형석 렌즈에서는, 광축으로부터 35.26도(결정축[111]과 결정축[110]이 이루는 각도)의 영역에 있어서, 복굴절의 영향을 최대로 받는 것을 알 수 있다.
한편, 도 2의 (c)를 참조하면, 한 쌍의 형석 렌즈를 60도만큼 상대적으로 회전시키는 것에 의해, 한 쌍의 형석 렌즈 전체에서는, 복굴절이 최대인 결정축[110], [101], [011]의 영향이 엷게 되는 것을 알 수 있다. 그리고, 광축으로부터 35.26도의 영역에 있어서, 직경 방향의 편광에 대한 굴절율보다도 둘레 방향의 편광에 대한 굴절율이 작은 복굴절 영역이 남게 된다. 바꾸어 말하면, 버네트(Burnett) 등의 방법을 이용하는 것에 의해, 광축에 관해서 회전 대칭인 분포가 남지만, 복굴절의 영향을 매우 저감할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서 제안하는 제 1 방법에서는, 한 쌍의 형석 렌즈(일반적으로는 형석으로 형성된 투과 부재)의 광축과 결정축[100](또는 해당 결정축[100]과 광학적으로 등가인 결정축)을 일치시키고, 또한 광축을 중심으로 하여 한 쌍의 형석 렌즈를 약 45도만큼 상대적으로 회전시킨다. 여기서, 결정축[100]과 광학적으로 등가인 결정축은, 결정축[010], [001]이다.
도 3은 본 발명에 있어서 제안하는 제 1 방법을 설명하는 도면으로서, 광선의 입사각(광선과 광축이 이루는 각도)에 대한 복굴절율의 분포를 나타내고 있다. 본 발명에 있어서 제안하는 제 1 방법에서는, 한쪽의 형석 렌즈에 있어서의 복굴절율의 분포는 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이 되고, 다른쪽의 형석 렌즈에 있어서의 복굴절율의 분포는 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이 된다. 그 결과, 한 쌍의 형석 렌즈 전체 있어서의 복굴절율의 분포는, 도 3의 (c)에 도시하는 바와 같이 된다.
도 3의 (a) 및 도 3의 (b)를 참조하면, 본 발명에 있어서 제안하는 제 1 방법에서는, 광축과 일치하고 있는 결정축[100]에 대응하는 영역은, 비교적 큰 굴절율을 갖는 복굴절이 없는 영역으로 된다. 또한, 결정축[111], [1-11], [-11-1], [11-1]에 대응하는 영역은, 비교적 작은 굴절율을 갖는 복굴절이 없는 영역으로 된다. 또한, 결정축[101], [10-1], [110], [1-10]에 대응하는 영역은, 둘레 방향의 편광에 대한 굴절율이 비교적 크고 직경 방향의 편광에 대한 굴절율이 비교적 작은 복굴절 영역으로 된다. 이와 같이, 개개의 형석 렌즈에서는, 광축으로부터 45도(결정축[100]과 결정축[101]이 이루는 각도)의 영역에 있어서, 복굴절율의 영향을 최대로 받는 것을 알 수 있다.
한편, 도 3의 (c)를 참조하면, 한 쌍의 형석 렌즈를 45도만큼 상대적으로 회전시키는 것에 의해, 한 쌍의 형석 렌즈 전체에서는, 복굴절이 최대인결정축[101], [10-1], [110], [1-10]의 영향이 매우 엷게 되고, 광축으로부터 45도의 영역에 있어서 직경 방향의 편광에 대한 굴절율보다도 둘레 방향의 편광에 대한 굴절율이 큰 복굴절 영역이 남게 된다. 바꾸어 말하면, 본 발명에 있어서 제안하는 제 1 방법을 이용하는 것에 의해, 광축에 관해서 회전 대칭인 분포가 남지만, 복굴절의 영향을 매우 저감할 수 있다.
또, 본 발명에 있어서 제안하는 제 1 방법에 있어서, 한쪽의 형석 렌즈와 다른쪽의 형석 렌즈를 광축을 중심으로 하여 약 45도만큼 상대적으로 회전시킨다는 것은, 한쪽의 형석 렌즈 및 다른쪽의 형석 렌즈에 있어서의 광축과는 상이한 방향으로 향해지는 소정의 결정축(예를 들면, 결정축[010], [001], [011] 또는 [01-1])끼리의 광축을 중심으로 한 상대적인 각도가 약 45도인 것을 의미한다. 구체적으로는, 예를 들면, 한쪽의 형석 렌즈에 있어서의 결정축[010]과, 다른쪽의 형석 렌즈에 있어서의 결정축[010]과의 광축을 중심으로 한 상대적인 각도가 약 45도인 것을 의미한다.
또한, 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)로부터도 명백한 바와 같이, 결정축[100]을 광축으로 하는 경우에는, 광축을 중심으로 한 복굴절의 영향의 회전 비대칭성이 90도의 주기로 나타난다. 따라서, 본 발명에 있어서 제안하는 제 1 방법에 있어서, 광축을 중심으로 하여 약 45도만큼 상대적으로 회전시킨다는 것은, 광축을 중심으로 하여 약 45도+(n×90도)만큼 상대적으로 회전시키는 것, 즉 45도, 135도, 225도, 또는 315도,...만큼 상대적으로 회전시키는 것과 동일한 의미이다(여기서, n은 정수임).
한편, 버네트(Burnett) 등의 방법에 있어서, 한쪽의 형석 렌즈와 다른쪽의 형석 렌즈를 광축을 중심으로 하여 약 60도만큼 상대적으로 회전시시키는 것은, 한쪽의 형석 렌즈 및 다른쪽의 형석 렌즈에 있어서의 광축과는 상이한 방향으로 향해지는 소정의 결정축(예를 들면, 결정축[-111], [11-1], 또는[1-11])끼리의 광축을 중심으로 한 상대적인 각도가 약 60도인 것을 의미한다. 구체적으로는, 예를 들면, 한쪽의 형석 렌즈에 있어서의 결정축[-111]과, 다른쪽의 형석 렌즈에 있어서의 결정축[-111]의 광축을 중심으로 한 상대적인 각도가 약 60도인 것을 의미한다.
또한, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)로부터도 명백한 바와 같이, 결정축[111]을 광축으로 하는 경우에는, 광축을 중심으로 한 복굴절의 영향의 회전 비대칭성이 120도의 주기로 나타난다. 따라서, 버네트(Burnett) 등의 방법에 있어서, 광축을 중심으로 하여 약 60도만큼 상대적으로 회전시키는 것은, 광축을 중심으로 하여 약 60도+(n×120도)만큼 상대적으로 회전시키는 것, 즉 60도, 180도, 또는 300도,...만큼 상대적으로 회전시키는 것과 동일한 의미이다(여기서, n은 정수임).
또한, 본 발명에 있어서 제안하는 제 2 방법에서는, 한 쌍의 형석 렌즈(일반적으로는 형석으로 형성된 투과 부재)의 광축과 결정축[110](또는 해당 결정축[110]과 광학적으로 등가인 결정축)을 일치시키고, 또한 광축을 중심으로 하여 한 쌍의 형석 렌즈를 약 90도만큼 상대적으로 회전시킨다. 여기서, 결정축[110]과 광학적으로 등가인 결정축은, 결정축[-110], [101], [-101], [011], [01-1]이다.
도 4는 본 발명에 있어서 제안하는 제 2 방법을 설명하는 도면으로서, 광선의 입사각에 대한 복굴절율의 분포를 나타내고 있다. 본 발명에 있어서 제안하는 제 2 방법에서는, 한쪽의 형석 렌즈에 있어서의 복굴절율의 분포는 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이 되고, 다른쪽의 형석 렌즈에 있어서의 복굴절율의 분포는 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이 된다. 그 결과, 한 쌍의 형석 렌즈 전체에 있어서의 복굴절율의 분포는, 도 4의 (c)에 도시하는 바와 같이 된다.
도 4의 (a) 및 도 4의 (b)를 참조하면, 본 발명에 있어서 제안하는 제 2 방법에서는, 광축과 일치하고 있는 결정축[110]에 대응하는 영역은, 한쪽 방향의 편광에 대한 굴절율이 비교적 크고 다른쪽 방향(한쪽 방향에 직교하는 방향)의 편광에 대한 굴절율이 비교적 작은 복굴절 영역으로 된다. 결정축[100], [010]에 대응하는 영역은, 비교적 큰 굴절율을 갖는 복굴절이 없는 영역으로 된다. 또한, 결정축[111], [11-1]에 대응하는 영역은, 비교적 작은 굴절율을 갖는 복굴절이 없는 영역으로 된다.
한편, 도 4의 (c)를 참조하면, 한 쌍의 형석 렌즈를 90도만큼 상대적으로 회전시키는 것에 의해, 한 쌍의 형석 렌즈 전체에서는, 복굴절이 최대인 결정축[110]의 영향이 거의 없고, 광축 부근은 중간적인 굴절율을 갖는 복굴절이 없는 영역으로 된다. 즉, 본 발명에 있어서 제안하는 제 2방법을 이용하는 것에 의해, 복굴절의 영향을 실질적으로 받지 않고, 양호한 결상 성능을 확보할 수 있다.
또, 본 발명에 있어서 제안하는 제 2 방법에 있어서, 한쪽의 형석 렌즈와 다른쪽의 형석 렌즈를 광축을 중심으로 하여 약 90도만큼 상대적으로 회전시키는 것은, 한쪽의 형석 렌즈 및 다른쪽의 형석 렌즈에 있어서의 광축과는 상이한 방향으로 향해지는 소정의 결정축(예를 들면, 결정축[001], [-111], [-110], 또는 [1-11])끼리의 광축을 중심으로 한 상대적인 각도가 약 90도인 것을 의미한다. 구체적으로는, 예를 들면, 한쪽의 형석 렌즈에 있어서의 결정축[001]과, 다른쪽의 형석 렌즈에 있어서의 결정축[001]의 광축을 중심으로 한 상대적인 각도가 약 90도인 것을 의미한다.
또한, 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)로부터도 명백한 바와 같이, 결정축[110]을 광축으로 하는 경우에는, 광축을 중심으로 한 복굴절의 영향의 회전 비대칭성이 180도의 주기로 나타난다. 따라서, 본 발명에 있어서 제안하는 제 2 방법에 있어서, 광축을 중심으로 하여 약 90도만큼 상대적으로 회전시키는 것은, 광축을 중심으로 하여 거의 90도+(n×180도)만큼 상대적으로 회전시키는 것, 즉 90도, 270도,...만큼 상대적으로 회전시키는 것과 동일한 의미이다(여기서, n은 정수임).
상술한 설명과 같이, 한 쌍의 형석 렌즈의 광축과 결정축[111]을 일치시키고, 또한 광축을 중심으로 하여 한 쌍의 형석 렌즈를 60도만큼 상대적으로 회전시키는 것에 의해, 혹은 한 쌍의 형석 렌즈의 광축과 결정축[100]을 일치시키고, 또한 광축을 중심으로 하여 한 쌍의 형석 렌즈를 45도만큼 상대적으로 회전시키는 것에 의해, 혹은 한 쌍의 형석 렌즈의 광축과 결정축[110]을 일치시키고, 또한 광축을 중심으로 하여 한 쌍의 형석 렌즈를 90도만큼 상대적으로 회전시키는 것에 의해, 복굴절의 영향을 매우 저감할 수 있다.
전술한 바와 같이, 투영 광학계에 있어서, 형석의 복굴절의 영향을 실질적으로 받지 않고 양호한 광학 성능을 확보하기 위해서는, 형석 렌즈의 광축과 소정의결정축(결정축[111], 결정축[100] 또는 결정축[110])과의 각도 어긋남을 소정의 허용량 이하로 억제하는 것이 중요하다. 그래서, 본 발명에서는, 형석과 같이 입방정계에 속하는 결정 재료로 형성된 결정 투과 부재에 있어서, 결정축[111], 결정축[100] 또는 결정축[110]과 같은 소정의 결정축과 광축 사이의 각도 어긋남을 1도 이하로 설정한다.
그 결과, 후술한 각 실시예에 있어서 수치적으로 검증되어 있는 바와 같이, 결정 투과 부재로서의 형석 렌즈의 광축과 소정의 결정축과의 각도 어긋남을 1도 이하로 설정하는 것에 의해, 형석의 복굴절의 영향을 실질적으로 받지 않고 양호한 광학 성능을 확보할 수 있다. 또, 형석의 복굴절의 영향을 실질적으로 받지 않고 양호한 광학 성능을 확보하기 위해서는, 투영 광학계에 포함되는 적어도 2개의 결정 투과 부재에 있어서 각도 어긋남이 1도 이하로 설정되어 있을 필요가 있고, 투영 광학계에 포함되는 모든 결정 투과 부재에 있어서 각도 어긋남이 2도 이하로 설정되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 후술의 각 실시예에 있어서 수치적으로 검증되어 있는 바와 같이, 개구 수가 비교적 큰 투영 광학계에서는, 그 상면의 근방에 배치된 렌즈 성분을 투과하는 광선의 렌즈 내에서의 각도차가 크고, 광축과 일치해야 할 소정의 결정축으로서, 예컨대 복굴절이 작은 결정축[111]이나 결정축[100]을 선택하더라도, 투과 광속 중에는 복굴절의 영향을 크게 받는 광선이 존재하기 때문에, 상면의 근방에 배치된 렌즈 성분에 있어서는 특히 소정의 결정축을 설계대로 렌즈 광축과 일치시키는 것이 중요하게 된다. 바꾸어 말하면, 복굴절의 영향을 효율적으로 저감하기 위해서는, 특히 상면(제 2 면)에 가장 가까이 배치된 결정 투과 부재에 있어서 소정의 결정축과 광축과의 각도 어긋남을 1도 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 반사 굴절형의 투영 광학계의 경우, 색 수차 및 상면 만곡의 보정을 위해 오목면 반사 미러의 근방에 렌즈 성분이 배치되는 것이 통상이지만, 이 렌즈 성분을 투과하는 광선의 렌즈 내에서의 각도차가 크고, 투과 광속 중에는 복굴절의 영향을 크게 받는 광선이 존재하기 때문에, 또한 오목면 반사 미러가 형성하는 왕복 광로를 이들의 광선이 왕복하기 때문에, 오목면 반사 미러가 형성하는 왕복 광로 중에 배치된 렌즈 성분에 있어서는 특히 소정의 결정축을 설계대로 렌즈 광축과 일치시키는 것이 중요하게 된다. 바꾸어 말하면, 복굴절의 영향을 효율적으로 저감하기 위해서는, 특히 오목면 반사 미러의 근방에 배치된 결정 투과 부재에 있어서 소정의 결정축과 광축과의 각도 어긋남을 1도 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 물체면과 상면과의 사이에 중간 상을 형성하는 반사 굴절형이고 또한 재결상형의 투영 광학계의 경우에는, 오목면 반사 미러의 파워가 강하게 되는 것에 기인하여, 오목면 반사 미러의 근방에 배치된 렌즈 성분을 투과하는 광선의 렌즈 내에서의 각도차가 현저하게 되고, 투과 광속 중에는 복굴절의 영향을 크게 받는 광선이 존재하기 때문에, 오목면 반사 미러의 근방에 배치된 렌즈 성분에 있어서는 특히 소정의 결정축을 설계대로 렌즈 광축과 일치시키는 것이 중요하게 된다. 바꾸어 말하면, 반사 굴절형이고 또한 재결상형의 투영 광학계의 경우에는, 오목면 반사 미러의 근방에 배치된 결정 투과 부재에 있어서, 소정의 결정축과 광축과의각도 어긋남을 1도 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 물체면과 상면과의 사이에 2개의 중간 상을 형성하는 반사 굴절형이고 또한 3회 결상형의 투영 광학계의 경우에 있어서도 마찬가지로, 오목면 반사 미러가 배치되는 제 2 결상 광학계의 광로 중에 배치된 결정 투과 부재에 있어서 복굴절의 영향을 특히 받기 쉽기 때문에, 소정의 결정축과 광축과의 각도 어긋남을 1도 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 예를 들면, 투영 광학계를 구성하는 모든 렌즈 성분이 형석으로 형성되는 것을 상정하면, 약 15% 정도의 렌즈 성분이 면내 선폭 오차 ΔCD로의 영향이 현저한 성분이라고 할 수 있다. 따라서, 투영 광학계에 포함되는 모든 결정 투과 부재중의 15% 이상의 수의 결정 투과 부재에 있어서, 소정의 결정축과 광축과의 각도 어긋남을 1도 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 전술한 바와 같이, 투영 광학계에 있어서, 복굴절의 영향을 실질적으로 받지 않고 양호한 광학 성능을 확보하기 위해서는, 한 쌍의 형석 렌즈의 광축 주위의 상대적인 회전 각도 어긋남을 소정의 허용량 이하로 억제하는 것이 중요하다. 그래서, 본 발명에서는, 한 쌍의 결정 투과 부재에 있어서의 소정의 결정축(결정축[111], 결정축[100] 또는 결정축[110]과 직교하는 결정축)끼리의 광축 주위의 상대적인 회전 각도의 소정값(60도, 45도 또는 90도)으로부터의 각도 어긋남을 1도 이하로 설정한다. 그 결과, 한 쌍의 형석 렌즈의 광축 주위의 상대적인 회전 각도 어긋남을 1도 이하로 설정하는 것에 의해, 형석의 복굴절의 영향을 실질적으로 받지 않고 양호한 광학 성능을 확보할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 형석 결정에 있어서 이단적으로 결정축 방위의 어긋남이 있는 영역이 국부적으로 존재할 가능성이 있다. 따라서, 투영 광학계에서는, 복굴절의 영향을 실질적으로 받지 않고 양호한 광학 성능을 확보하기 위해서, 이단 형석 결정에 있어서 결정축 방위의 상대 각도 어긋남을 소정의 허용량 이하로 억제하는 것이 중요하다. 그래서, 본 발명에서는, 형석과 같이 입방정계에 속하는 결정 재료로 형성된 적어도 2개의 결정 투과 부재에 있어서, 결정축 방위의 어긋남이 있는 영역이 존재하는 경우, 그 상대 각도 어긋남이 2도 이하로 설정되어 있다.
그 결과, 예를 들면, 결정 투과 부재로서의 형석 렌즈를 형성하는 데 이용되는 이단 형석 결정에 있어서의 결정축 방위의 상대 각도 어긋남을 2도 이하로 억제하는 것에 의해, 형석의 복굴절의 영향을 실질적으로 받지 않고 양호한 광학 성능을 확보할 수 있다. 결정축 방위의 상대 각도 어긋남의 경우에 있어서도, 소정의 결정축과 광축과의 각도 어긋남의 경우와 마찬가지로, 복굴절의 영향을 효율적으로 저감하기 위해서는, 특히 상면(제 2 면)에 가장 가까이 배치된 결정 투과 부재, 및 오목면 반사 미러의 근방에 배치된 결정 투과 부재에 있어서 결정축 방위의 상대 각도 어긋남을 2도 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
마찬가지로, 반사 굴절형이고 또한 재결상형의 투영 광학계의 경우에, 복굴절의 영향을 효율적으로 저감하기 위해서는, 오목면 반사 미러의 근방에 배치된 결정 투과 부재에 있어서, 결정축 방위의 상대 각도 어긋남을 2도 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 물체면과 상면과의 사이에 2개의 중간 상을 형성하는 반사 굴절형이고 또한 3회 결상형의 투영 광학계의 경우에, 복굴절의 영향을 효율적으로 저감하기 위해서는, 오목면 반사 미러가 배치되는 제 2 결상 광학계의 광로 중에 배치된 결정 투과 부재에 있어서, 결정축 방위의 상대 각도 어긋남을 2도 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 복굴절의 영향을 효율적으로 저감하기 위해서는, 투영 광학계에 포함되는 모든 결정 투과 부재에 있어서, 결정축 방위의 상대 각도 어긋남을 2도 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에서는, 결정 투과 부재에 있어서의 소정의 결정축과 광축과의 각도 어긋남에 관한 허용값, 한 쌍의 결정 투과 부재에 있어서의 소정의 결정축끼리의 광축 주위의 상대적인 회전 각도의 소정값으로부터의 각도 어긋남에 관한 허용값, 및 결정 투과 부재에 있어서의 결정축 방위의 상대 각도 어긋남에 관한 허용값의 결정시에, 현재 가장 복굴절의 영향이 현저한 위상 시프트 레티클을 이용하여 게이트 패턴 등의 가는 선을 투영 노광한 경우의 면내 선폭 오차 ΔCD를 지표로 하고 있다. 본 발명에 있어서의 상술한 허용값을 만족하는 것에 의해, 선폭 오차를 해상 선폭의 2% 이하로 억제할 수 있다. 초해상 기술의 더한 진보와 투영 광학계의 대NA화를 상정하면, 각 허용값은 70% 정도로 작게 되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예를 첨부 도면에 근거하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 투영 광학계를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 또, 도 5에 있어서, 투영 광학계 PL의 기준 광축 AX에 평행하게 Z축을, 기준 광축 AX에 수직인 면내에서 도 5의 지면에 평행하게 Y축을, 도 5의 지면에 수직으로 X축을 각각 설정하고 있다.
도시된 노광 장치는, 자외 영역의 조명 광을 공급하기 위한 광원(100)으로서, 예를 들면, F2레이저 광원(발진 중심 파장 157. 6244㎚)을 구비하고 있다. 광원(100)으로부터 사출된 광은, 조명 광학계 IL을 거쳐서, 소정의 패턴이 형성된 레티클 R을 균일하게 조명한다. 또, 광원(100)과 조명 광학계 IL과의 사이의 광로는 케이싱(도시하지 않음)으로 밀봉되어 있고, 광원(100)으로부터 조명 광학계 IL 중의 가장 레티클측의 광학 부재까지의 공간은, 노광 광의 흡수율이 낮은 기체인 헬륨 가스나 질소 등의 불활성 가스로 치환되어 있거나, 혹은 거의 진공 상태로 유지되어 있다.
레티클 R은, 레티클 홀더 RH를 거쳐서, 레티클 스테이지 RS상에 있으며 XY 평면에 평행하게 유지되어 있다. 레티클 R에는 전사해야 할 패턴이 형성되어 있고, 패턴 영역 전체 중 X 방향에 따라 긴 변을 갖고 또한 Y 방향에 따라 짧은 변을 갖는 직사각형 형상(슬릿 형상)의 패턴 영역이 조명된다. 레티클 스테이지 RS는, 도시를 생략한 구동계의 작용에 의해, 레티클면(즉, XY 평면)에 따라 이차원적으로 이동 가능하고, 그 위치 좌표는 레티클 이동 미러 RM을 이용한 간섭계 RIF에 의해서 계측되고 또한 위치 제어되도록 구성되어 있다.
레티클 R에 형성된 패턴으로부터의 광은, 반사 굴절형의 투영 광학계 PL을 거쳐서, 감광성 기판인 웨이퍼 W상에 레티클 패턴 상을 형성한다. 웨이퍼 W는, 웨이퍼 테이블(웨이퍼 홀더) WT를 거쳐서, 웨이퍼 스테이지 WS 상에 있어서 XY 평면에 평행하게 유지되어 있다. 그리고, 레티클 R 상에서의 직사각형 형상의 조명 영역에 광학적으로 대응하도록, 웨이퍼 W 상에서는 X 방향에 따라 긴 변을 갖고 또한Y 방향에 따라 짧은 변을 갖는 직사각형 형상의 노광 영역에 패턴 상이 형성된다. 웨이퍼 스테이지 WS는, 도시를 생략한 구동계의 작용에 의해 웨이퍼면(즉, XY 평면)에 따라 이차원적으로 이동 가능하고, 그 위치 좌표는 웨이퍼 이동 미러 WM을 이용한 간섭계 WIF에 의해서 계측되고 또한 위치 제어되도록 구성되어 있다.
도 6은 웨이퍼 상에 형성되는 직사각형 형상의 노광 영역(즉, 실효 노광 영역)과 기준 광축과의 위치 관계를 도시하는 도면이다. 본 실시예의 각 실시예에서는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 기준 광축 AX를 중심으로 한 반경 B를 갖는 원 형상의 영역(이미지 서클) IF 내에서, 기준 광축 AX로부터 -Y 방향으로 축 이탈량 A만큼 떨어진 위치에 소망하는 크기를 갖는 직사각형 형상의 실효 노광 영역 ER이 설정되어 있다. 여기서, 실효 노광 영역 ER의 X 방향의 길이는 LX이며, 그 Y 방향의 길이는 LY이다.
환언하면, 각 실시예에서는, 기준 광축 AX로부터 -Y 방향으로 축 이탈량 A만큼 떨어진 위치에 소망하는 크기를 갖는 직사각형 형상의 실효 노광 영역 ER이 설정되고, 기준 광축 AX를 중심으로 하여 실효 노광 영역 ER을 포괄하도록 원 형상의 이미지 서클 IF의 반경 B가 규정되어 있다. 따라서, 도시를 생략했지만, 이것에 대응하여, 레티클 R 상에서는, 기준 광축 AX로부터 -Y 방향으로 축 이탈량 A에 대응하는 거리만큼 떨어진 위치에 실효 노광 영역 ER에 대응한 크기 및 형상을 갖는 직사각형 형상의 조명 영역(즉, 실효 조명 영역)이 형성되어 있게 된다.
또한, 도시한 노광 장치에서는, 투영 광학계 PL을 구성하는 광학 부재 중 가장 레티클측에 배치된 광학 부재(각 실시예에서는 렌즈 L11)와 가장 웨이퍼측에 배치된 광학 부재(각 실시예에서는 렌즈 L313)와의 사이에서 투영 광학계 PL의 내부가 기밀 상태를 유지하도록 구성되고, 투영 광학계 PL의 내부 기체는 헬륨 가스나 질소 등의 불활성 가스로 치환되어 있거나, 혹은 거의 진공 상태로 유지되어 있다.
또한, 조명 광학계 IL과 투영 광학계 PL 사이의 좁은 광로에는, 레티클 R 및 레티클 스테이지 RS 등이 배치되어 있지만, 레티클 R 및 레티클 스테이지 RS 등을 밀봉 포위하는 케이싱(도시하지 않음)의 내부에 질소나 헬륨 가스 등의 불활성 가스가 충전되어 있거나, 혹은 거의 진공 상태로 유지되어 있다.
또한, 투영 광학계 PL과 웨이퍼 W 사이의 좁은 광로에는, 웨이퍼 W 및 웨이퍼 스테이지 WS 등이 배치되어 있지만, 웨이퍼 W 및 웨이퍼 스테이지 WS 등을 밀봉 포위하는 케이싱(도시하지 않음)의 내부에 질소나 헬륨 가스 등의 불활성 가스가 충전되어 있거나, 혹은 거의 진공 상태로 유지되어 있다. 이와 같이, 광원(100)으로부터 웨이퍼 W까지의 광로의 전체에 걸쳐, 노광 광이 거의 흡수되는 것이 없는 분위기가 형성되어 있다.
상술한 바와 같이, 투영 광학계 PL에 의해서 규정되는 레티클 R상의 조명 영역 및 웨이퍼 W상의 노광 영역(즉, 실효 노광 영역 ER)은, Y 방향에 따라 짧은 변을 갖는 직사각형 형상이다. 따라서, 구동계 및 간섭계(RIF, WIF) 등을 이용하여 레티클 R 및 웨이퍼 W의 위치 제어를 행하면서, 직사각형 형상의 노광 영역 및 조명 영역의 짧은 변 방향, 즉 Y 방향에 따라 레티클 스테이지 RS와 웨이퍼 스테이지 WS를, 나아가서는 레티클 R과 웨이퍼 W를 동일한 방향으로(즉, 동일한 방향으로) 동기적으로 이동(주사)시키는 것에 의해, 웨이퍼 W상에는 노광 영역의 긴 변과 동일한 폭을 갖고 또한 웨이퍼 W의 주사량(이동량)에 따른 길이를 갖는 영역에 대해 레티클 패턴이 주사 노광된다.
본 실시예의 각 실시예에 있어서, 투영 광학계 PL은, 제 1 면에 배치된 레티클 R의 패턴의 제 1 중간 상을 형성하기 위한 굴절형의 제 1 결상 광학계 G1과, 오목면 반사 미러 CM과 2개의 부(負) 렌즈로 구성되고 제 1 중간 상과 거의 등배의 제 2 중간 상(제 1 중간 상의 거의 등배 상으로서 레티클 패턴의 2차상)을 형성하기 위한 제 2 결상 광학계 G2와, 제 2 중간 상으로부터의 광에 근거하여 제 2 면에 배치된 웨이퍼 W상에 레티클 패턴의 최종 상(레티클 패턴의 축소 상)을 형성하기 위한 굴절형의 제 3 결상 광학계 G3을 구비하고 있다.
또, 각 실시예에 있어서, 제 1 결상 광학계 G1과 제 2 결상 광학계 G2 사이의 광로 중에 있어서 제 1 중간 상의 형성 위치의 근방에는, 제 1 결상 광학계 G1로부터의 광을 제 2 결상 광학계 G2를 향하여 편향하기 위한 제 1 광로 절곡 미러 M1이 배치되어 있다. 또한, 제 2 결상 광학계 G2와 제 3 결상 광학계 G3 사이의 광로 중에 있어서 제 2 중간 상의 형성 위치의 근방에는, 제 2 결상 광학계 G2로부터의 광을 제 3 결상 광학계 G3을 향하여 편향하기 위한 제 2 광로 절곡 미러 M2가 배치되어 있다.
또한, 각 실시예에 있어서, 제 1 결상 광학계 G1은 직선 형상으로 연장한 광축 AX1을 갖고, 제 3 결상 광학계 G3은 직선 형상으로 연장한 광축 AX3을 갖고, 광축 AX1과 광축 AX3은 공통의 단일 광축인 기준 광축 AX와 일치하도록 설정되어 있다. 또, 기준 광축 AX는, 중력 방향(즉, 연직(鉛直) 방향)에 따라 위치 결정되어있다. 그 결과, 레티클 R 및 웨이퍼 W는, 중력 방향과 직교하는 면, 즉 수평면에 따라 서로 평행하게 배치되어 있다. 또한, 제 1 결상 광학계 G1을 구성하는 모든 렌즈 및 제 3 결상 광학계 G3을 구성하는 모든 렌즈도, 기준 광축 AX 상에 있어서 수평면에 따라 배치되어 있다.
한편, 제 2 결상 광학계 G2도 직선 형상으로 연장한 광축 AX2를 갖고, 이 광축 AX2는 기준 광축 AX와 직교하도록 설정되어 있다. 또한, 제 1광로 절곡 미러 M1 및 제 2 광로 절곡 미러 M2는 모두 평면 형상의 반사면을 갖고, 2개의 반사면을 갖는 하나의 광학 부재(하나의 광로 절곡 미러)로서 일체적으로 구성되어 있다. 이 2개의 반사면의 교선(엄밀하게는 그 가상 연장면의 교선)이 제 1 결상 광학계 G1의 AX1, 제 2 결상 광학계 G2의 AX2, 및 제 3 결상 광학계 G3의 AX3와 한 점에서 교차하도록 설정되어 있다. 각 실시예에서는 제 1 광로 절곡 미러 M1 및 제 2 광로 절곡 미러 M2가 모두 표면 반사 미러로서 구성되어 있다.
각 실시예에 있어서, 투영 광학계 PL을 구성하는 모든 굴절 광학 부재(렌즈 성분)에는 형석(CaF2결정)을 사용하고 있다. 또한, 노광 광인 F2레이저 광의 발진 중심 파장은 157.6244㎚이며, 157.6244㎚ 부근에서 CaF2의 굴절율은, +1pm의 파장 변화 당 -2.6×10-6의 비율로 변화되고, -1pm의 파장 변화 +2.6×1O-6의 비율로 변화된다. 환언하면, 157.6244㎚ 부근에서, CaF2의 굴절율의 분산(d n/dλ)은, 2.6×1O-6/pm이다.
따라서, 각 실시예에 있어서, 중심 파장 157.6244㎚에 대한 CaF2의 굴절율은 1.55930666이며, 157.6244㎚+1pm=157.6254㎚에 대한 CaF2의 굴절율은 1.55930406이며, 157.6244㎚-1pm=157.6234㎚에 대한 CaF2의 굴절율은 1.55930926이다.
또한, 각 실시예에 있어서, 비구면은, 광축에 수직인 방향의 높이를 y로 하고, 비구면의 정점에 있어서의 접하는 평면으로부터 높이 y에 있어서의 비구면상의 위치까지의 광축에 따른 거리(사그량)를 z로 하며, 정점 곡율 반경을 r로 하고, 원추 계수를 κ로 하며, n차의 비구면 계수를 Cn으로 하였을 때, 이하의 수학식(1)으로 표시된다. 각 실시예에 있어서, 비구면 형상으로 형성된 렌즈 면에는 면 번호의 우측에 * 표시를 부여하고 있다.
(실시예 1)
도 7은 본 실시예의 실시예 1에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시하는 도면이다. 도 7을 참조하면, 실시예 1에 따른 투영 광학계 PL에 있어서 제 1 결상 광학계 G1은, 레티클측으로부터 순서대로, 양 볼록 렌즈 L11과, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정(正) 메니스커스 렌즈 L12와, 레티클측에 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L13과, 레티클측에 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L14와,레티클측에 오목면을 향하는 부(負) 메니스커스 렌즈 L15와, 레티클측에 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L16과, 레티클측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L17와, 레티클측에 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L18과, 양 볼록 렌즈 L19와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L110으로 구성되어 있다.
또한, 제 2 결상 광학계 G2는, 광의 진행 왕로에 따라 레티클측(즉, 입사측)으로부터 순서대로, 레티클측에 비구면 형상의 볼록면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L21과, 레티클측에 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L22와, 오목면 반사 미러 CM으로 구성되어 있다.
또한, 제 3 결상 광학계 G3은, 광의 진행 방향에 따라 레티클측으로부터 순서대로, 레티클측에 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L31과, 양 볼록 렌즈 L32와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L33과, 양오목 렌즈 L34와, 레티클측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L35와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L36과, 개구 조리개 AS와, 양 볼록 렌즈 L37과, 레티클측에 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L38과, 양 볼록 렌즈 L39와, 레티클측에 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L310와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L311과, 레티클측에 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L312와, 웨이퍼측에 평면을 향한 평 볼록 렌즈 L313로 구성되어 있다.
다음의 표(1)에, 실시예 1에 따른 투영 광학계 PL의 제원의 값을 나타낸다.표(1)에 있어서, λ는 노광 광의 중심 파장을, β은 투영 배율(전계(全系)의 결상 배율)을, NA는 상측(웨이퍼측) 개구 수를, B는 웨이퍼 W상에서의 이미지 서클 IF의 반경을, A는 실효 노광 영역 ER의 축 이탈량을, LX는 실효 노광 영역 ER의 X 방향에 따른 치수(긴 변의 치수)를, LY는 실효 노광 영역 ER의 Y 방향에 따른 치수(짧은 변의 치수)를 각각 나타내고 있다.
또한, 면 번호는 물체면(제 1 면)인 레티클 면으로부터 상면(像面)(제 2 면)인 웨이퍼 면으로의 광선이 진행하는 방향에 따른 레티클측으로부터의 면의 순서를, r은 각 면의 곡율 반경(비구면의 경우에는 정점 곡율 반경 : ㎜)을, d는 각 면의 축상 간격, 즉 면 간격(㎜)을, (C·D)은 각 형석 렌즈에 있어서 그 광축과 일치하는 결정축 C 및 그 밖의 특정 결정축의 각도 위치 D를, ED는 각 면의 유효 직경(㎜)을, n은 중심 파장에 대한 굴절율을 각각 나타내고 있다.
또, 면 간격 d는, 반사될 때마다 그 부호를 변경하는 것으로 한다. 따라서, 면 간격 d의 부호는, 제 1 광로 절곡 미러 M1의 반사면으로부터 오목면 반사 미러 CM까지의 광로 중 및 제 2 광로 절곡 미러 M2의 반사면으로부터 상면까지의 광로 중에서는 부로 하고, 그 밖의 광로 중에서는 정으로 하고 있다. 그리고, 제 1 결상 광학계 G1에서는, 레티클측을 향하여 볼록면의 곡율 반경을 정으로 하고, 오목면의 곡율 반경을 부로 하고 있다. 한편, 제 3 결상 광학계 G3에서는, 레티클측을 향하여 오목면의 곡율 반경을 정으로 하고, 볼록면의 곡율 반경을 부로 하고 있다. 또한, 제 2 결상 광학계 G2에서는, 광의 진행 왕로에 따라 레티클측(즉, 입사측)을 향하여 오목면의 곡율 반경을 정으로 하고, 볼록면의 곡율 반경을 부로 하고 있다.
또한, 각도 위치 D는, 결정축 C가 결정축[111]일 때, 예를 들면, 결정축[-111]의 기준 방위에 대한 각도이며, 결정축 C가 결정축[100]일 때, 예를 들면, 결정축[010]의 기준 방위에 대한 각도이다. 여기서, 기준 방위란, 예를 들면, 레티클면에서 광축 AX1을 지나도록 임의로 설정된 방위에 대해 광학적으로 대응하도록 정의되는 것이다. 구체적으로는, 레티클면에서 +Y 방향으로 기준 방위를 설정한 경우, 제 1 결상 광학계 G1에 있어서의 기준 방위는 +Y 방향이며, 제 2 결상 광학계 G2에 있어서의 기준 방위는 +Z 방향(레티클면에 있어서의 +Y 방향으로 광학적으로 대응하는 방향)이며, 제 3 결상 광학계 G3에 있어서의 기준 방위는 -Y 방향(레티클면으로부터의 +Y 방향으로 광학적으로 대응하는 방향)이다.
따라서, 예를 들면, (C·D)=(100·0)는, 광축과 결정축[100]이 일치하는 형석 렌즈에 있어서, 그 결정축[010]이 기준 방위에 따라 배치되어 있는 것을 의미한다. 또한, (C·D)=(100·45)는, 광축과 결정축[100]이 일치하는 형석 렌즈에 있어서, 그 결정축[010]이 기준 방위에 대하여 45도를 이루도록 배치되어 있는 것을 의미한다. 즉, (C·D)=(100·0)의 형석 렌즈와 (C·D)=(100·45)의 형석 렌즈는, 결정축[100]의 렌즈 쌍을 구성하고 있게 된다.
또한, 예를 들면, (C·D)=(111·0)는, 광축과 결정축[111]이 일치하는 형석 렌즈에 있어서, 그 결정축[-111]이 기준 방위에 따라 배치되어 있는 것을 의미한다. 또한, (C·D)=(111·60)는, 광축과 결정축[111]이 일치하는 형석 렌즈에 있어서, 그 결정축[-111]이 기준 방위에 대해 60도를 이루도록 배치되어 있는 것을 의미한다. 즉, (C·D)=(111·0)의 형석 렌즈와 (C·D)=(111·60)의 형석 렌즈는, 결정축[111]의 렌즈 쌍을 구성하고 있게 된다.
또, 상술한 각도 위치 D의 설명에 있어서, 기준 방위의 설정은 모든 렌즈에 대해 공통일 필요는 없고, 예를 들면, 각 렌즈 쌍의 단위로 공통이면 좋다. 또한, 기준 방위에 대한 각도 계측의 대상으로 되는 특정 결정축은, 결정축[100]의 렌즈 쌍인 경우에 결정축[010]에 한정되지 않고, 결정축[111]의 렌즈 쌍인 경우에 결정축[-111]에 한정되지 않으며, 예를 들면, 각 렌즈 쌍의 단위로 적당히 설정 가능하다. 또, 표(1)에 있어서의 표기는, 이후의 표(2)에 있어서도 마찬가지이다.
(표 1)
도 8은 실시예 1에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면이다. 수차 도면에 있어서, Y는 상 높이를, 실선은 중심 파장 157.6244㎚을, 파선은 157.6244㎚+1pm=157.6254㎚을, 일점 쇄선은 157.6244㎚-1pm=157.6234㎚을 각각 나타내고 있다. 또, 도 8에 있어서의 표기는, 이후의 도 10에 있어서도 마찬가지이다. 도 8의 수차도로부터 명백한 바와 같이, 실시예 1에서는, 비교적 큰 상측 개구 수(NA=0.85) 및 투영 시야(유효 직경=28.8㎜)를 확보하고 있음에도 불구하고,파장 폭이 157.6244㎚±1pm의 노광 광에 대해 색 수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다.
(실시예 2)
도 9는 본 실시예의 실시예 2에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시하는 도면이다. 도 9를 참조하면, 실시예 2에 따른 투영 광학계 PL에 있어서 제 1 결상 광학계 G1은, 레티클측으로부터 순서대로, 양 볼록 렌즈 L11과, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L12와, 레티클측에 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L13과, 레티클측에 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L14와, 레티클측에 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L15와, 레티클측에 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L16과, 레티클측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L17과, 레티클측에 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L18과, 레티클측에 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L19와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L110로 구성되어 있다.
또한, 제 2 결상 광학계 G2는, 광의 진행 왕로에 따라 레티클측(즉,입사측)으로부터 순서대로, 웨이퍼측(즉, 사출측)에 비구면 형상의 볼록면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L21과, 레티클측에 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L22와, 오목면 반사 미러 CM으로 구성되어 있다.
또한, 제 3 결상 광학계 G3은, 광의 진행 방향에 따라 레티클측으로부터 순서대로, 레티클측에 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L31과, 레티클측에 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L32와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L33과, 양 오목 렌즈 L34와, 레티클측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L35와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L36과, 개구 조리개 AS와, 양 볼록 렌즈 L37과, 레티클측에 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L38과, 레티클측에 평면을 향한 평 볼록 렌즈 L39와, 양 볼록 렌즈 L310과, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L311과, 레티클측에 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L312와, 웨이퍼측에 평면을 향한 평 볼록 렌즈 L313로 구성되어 있다.
다음 표(2)에, 실시예 2에 따른 투영 광학계 PL의 제원의 값을 나타낸다.
(표 2)
도 10은 실시예 2에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면이다. 실시예 2에 있어서도 실시예 1과 마찬가지로, 비교적 큰 상측 개구 수(NA=0.85) 및 투영 시야(유효 직경=28.8㎜)를 확보하고 있음에도 불구하고, 파장 폭이 157.6244㎚±1pm의 노광 광에 대해 색 수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다.
이상과 같이, 각 실시예에서는, 중심 파장이 157.6244㎚의 F2레이저 광에 대해, 0.85의 상측 NA를 확보함과 동시에, 웨이퍼 W 상에 있어서 색 수차를 비롯하는 각종 수차가 충분하게 보정된 유효 직경이 28.8㎜의 이미지 서클을 확보할 수 있다. 따라서, 25㎜×4㎜으로 충분히 큰 직사각형 형상의 실효 노광 영역을 확보한 후에, O.1㎛ 이하의 고 해상을 달성할 수 있다.
도 11은 실시예 1에 있어서 각 형석 렌즈의 결정축과 광축과의 사이에 1도의 각도 어긋남이 발생했을 때의 면내 선폭의 변화량을 도시하는 도면이다. 또한, 도 12는 실시예 2에 있어서 각 형석 렌즈의 결정축과 광축과의 사이에 1도의 각도 어긋남이 발생하였을 때의 면내 선폭의 변화량을 도시하는 도면이다. 도 11 및 도12에 있어서, 횡축은, 투영 광학계 PL을 구성하는 각 형석 렌즈의 참조 부호를 나타내고 있다. 또한, 종축은, 광축과 일치해야 할 각 형석 렌즈의 결정축 C와 광축과의 사이에 1도의 각도 어긋남이 발생했을 때의 면내 선폭 변화량을, 전계의 선폭 변화량 허용값을 1로서 규격화하여 나타내고 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 각 실시예에서는, 특히 웨이퍼 W가 설치된 상면(제 2 면)의 근방에 배치된 L313 및 L312에 있어서 결정축 C와 광축과의 각도 어긋남이 발생하면, 복굴절의 영향에 의해 면내 선폭이 변화되기 쉬운 것을 알 수 있다. 또한, 오목면 반사 미러 CM이 형성하는 왕복 광로 중에 배치된 L21 및 L22에 있어서도, 결정축 C와 광축과의 각도 어긋남이 발생하면, 복굴절의 영향에 의해 면내 선폭이 변화되기 쉬운 것을 알 수 있다.
또, 상술한 시뮬레이션의 결과, 투영 광학계 PL을 구성하는 모든 형석 렌즈에 있어서 결정축 C와 광축과의 각도 어긋남을 1도 이내로 억제하면, 면내 선폭의 변화량을 허용값의 약 65% 이내로 억제하는 것이 가능하고, 양호한 결상 성능이 얻어지는 것이 확인되었다. 이상과 같이, 각 실시예에서는, 투영 광학계 PL에 포함되는 적어도 2개의 형석 렌즈에 있어서 그 광축과 결정축 C와의 각도 어긋남을 1도 이하로 설정하는 것에 의해, 바람직하게는 투영 광학계 PL에 포함되는 모든 형석 렌즈에 있어서 그 광축과 결정축 C와의 각도 어긋남을 2도 이하로 설정하는 것에 의해, 형석의 복굴절의 영향을 실질적으로 받지 않고 양호한 광학 성능을 확보할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 투영 광학계의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다. 도 13에 도시하는 바와 같이, 본 실시예의 제조 방법은, 설계 공정 S1과, 결정 재료 준비 공정 S2와, 결정축 측정 공정 S3과, 굴절 부재 형성 공정 S4와, 조상 공정 S5를 갖는다. 설계 공정 S1에서는, 광선 추적 소프트를 이용하여 투영 광학계의 설계를 행할 때에, 복수의 편광 성분의 광선을 이용하여 투영 광학계의 광선 추적을 행하고, 각각의 편광 성분 본래에서의 수차, 바람직하게는 편광 성분마다의 파면 수차를 산출한다.
그리고, 복수의 편광 성분마다의 수차 및 복수의 편광 성분 수차의 합성의 스칼라 성분인 스칼라 수차에 관해서 투영 광학계의 평가를 행하면서, 투영 광학계를 구성하는 복수의 광학 부재(굴절 부재, 반사 부재, 회절 부재 등등)의 파라미터를 최적화하여, 이들 파라미터로 이루어지는 설계 데이터를 얻는다. 이 파라미터로서는, 광학 부재의 면 형상, 광학 부재의 면 간격, 광학 부재의 굴절율 등의 종래의 파라미터에 부가하여, 광학 부재가 결정 재료인 경우에는 그 결정축 방위를 파라미터로서 이용한다.
결정 재료 준비 공정 S2에서는, 투영 광학계가 사용되는 파장(본 실시예에서는 노광 광)에 대해 광 투과성을 갖는 등축정계(결정축의 단위 길이가 서로 동등하고, 각각의 결정축의 교점에 있어서의 각 결정축이 이루는 각도가 모두 90도인 정계)의 결정 재료(본 실시예에서는 형석)를 준비한다. 결정축 측정 공정 S3에서는, 결정 재료 준비 공정 S2에서 준비된 결정 재료의 결정축의 측정을 행한다. 이 때, 예컨대 라우에(Laue) 측정을 행하여 결정축 방위를 직접적으로 측정하는 방법이나, 결정 재료의 복굴절을 측정하고, 기지의 결정축 방위와 복굴절량과의 관계에 근거하여, 측정된 복굴절로부터 결정축 방위를 정하는 방법을 적용할 수 있다.
굴절 부재 형성 공정 S4에서는, 굴절 부재가 설계 공정에서 얻어진 파라미터(설계 데이터)를 갖도록, 결정 재료 준비 공정 S2에서 준비된 결정 재료의 가공(연마)을 실행한다. 또, 본 실시예에서는, 결정축 측정 공정 S3와 굴절 부재 형성 공정 S4의 순서는 어느 쪽이 먼저이더라도 좋고, 예컨대 굴절 부재 형성 공정 S4를 먼저 실시하는 경우에는, 굴절 부재의 형상으로 가공된 결정 재료의 결정축을 측정하면 좋고, 결정축 측정 공정 S3을 먼저 실시하는 경우에는, 굴절 부재 형성 후에 측정된 결정축을 알 수 있도록, 굴절 부재에, 혹은 해당 굴절 부재를 유지하는 유지 부재에 결정축 방위의 정보를 갖게 하면 좋다.
조상 공정 S5에서는, 가공된 굴절 부재를, 설계 공정에서 얻어진 설계 데이터에 따라서, 투영 광학계의 미러통 내에 내장한다. 이 때, 등축정계의 결정 재료로 이루어지는 굴절 부재의 결정축을, 설계 공정에서 얻어진 설계 데이터 중의 결정축 방위로 되도록 위치 결정한다.
도 14는 투영 광학계가 사용되는 파장에 대해 광 투과성을 갖는 등축정계의 결정 재료를 준비하는 결정 재료 준비 공정의 상세를 나타내는 흐름도이다. 또, 이러한 등축정계의 결정 재료로서는, 형석(불화 칼슘, CaF2)이나 불화 바륨(BaF2)을 들 수 있다. 이하의 설명에서는, 등축정계의 결정 재료로서 형석을 적용한 경우를 예로 들어 설명한다.
도 14를 참조하면, 결정 재료 준비 공정 S2의 단계 S21에서는, 분말 원료를탈산소화 반응시키는 전처리를 행한다. 자외 영역 또는 진공 자외 영역에서 사용되는 형석 단결정을 브리지만법에 의해 육성하는 경우에는, 인공 합성의 고순도 원료를 사용하는 것이 일반적이다. 또한, 원료만을 융해하여 결정화하면 하얗게 흐리게 하여 실투하는 경향을 나타내기 때문에, 스캐빈저(scavenger)를 첨가하여 가열하는 것에 의해, 하얗게 흐리는 것을 방지하는 처치를 실시하고 있다. 형석 단결정의 전처리나 육성에 있어서 사용되는 대표적인 스캐빈저로서는, 불화 아연(PbF2)을 들 수 있다.
또, 원료 중에 함유되는 불순물과 화학 반응하여, 이것을 제거하는 작용을 하는 첨가 물질의 것을 일반적으로 스캐빈저라고 한다. 본 실시예에 있어서의 전처리에서는, 우선, 고순도인 분말 원료에 스캐빈저를 첨가하여 잘 혼합시킨다. 그 후, 스캐빈저의 융점 이상에서, 형석의 융점 미만의 온도까지 가열 승온시키는 것에 의해 탈산소화 반응을 진행시킨다. 그 후, 그대로 실온까지 하온하여 소결체로 해도 좋고, 혹은 온도를 더 상승시켜 일단 원료를 융해시킨 후, 실온까지 강온하여 다결정체로 해도 좋다. 이상과 같이 하여 탈산소화가 행해진 소결체나 다결정체를 전처리품이라고 한다.
다음에, 단계 S22에서는, 이 전처리품을 이용하여 더 결정 성장시키는 것에 의해 단결정 잉곳(ingot)을 얻는다. 결정 성장의 방법은, 융액의 고화, 용액으로부터의 석출, 기체로부터의 석출, 고체 입자의 성장으로 대별할 수 있는 것이 널리 알려져 있지만, 본 실시예에 있어서는 수직 브리지만법에 의해 결정 성장시킨다.우선, 전처리품을 용기에 수납하고, 수직 브리지만 장치(결정 성장 화로)의 소정 위치에 설치한다. 그 후, 용기 내에 수납된 전처리품을 가열하여 융해시킨다. 전처리품의 융점에 도달한 후에는, 소정 시간을 경과시킨 후에 결정화를 개시한다. 융액의 전부가 결정화하면, 실온까지 서냉하여 잉곳으로서 취출한다.
단계 S23에서는, 잉곳(ingot)을 절단하여, 후술한 굴절 부재 형성 공정 S4에서 얻고자 하는 광학 부재의 크기·형상과 동일한 정도인 디스크재를 얻는다. 여기서, 굴절 부재 형성 공정 S4에서 얻고자 하는 광학 부재가 렌즈인 경우에는, 디스크재의 형상을 얇은 원주 형상으로 하는 것이 바람직하고, 원주 형상의 디스크재의 구경 및 두께는, 렌즈의 유효 직경(외경) 및 광축 방향의 두께로 합쳐서 정해지는 것이 바람직하다. 단계 S24에서는, 형석 단결정 잉곳(ingot)으로부터 잘라낸 디스크재에 대해 어닐링 처리를 행한다. 이들 단계 S21∼S24를 실행하는 것에 의해, 형석 단결정으로 이루어지는 결정 재료가 얻어진다.
다음에, 결정축 측정 공정 S3에 대해 설명한다. 결정축 측정 공정 S3에서는, 결정 재료 준비 공정 S2에서 준비된 결정 재료의 결정축의 측정을 행한다. 이 때, 결정축 방위를 직접적으로 측정하는 제 1 측정 방법과, 결정 재료의 복굴절을 측정하여 간접적으로 결정축 방위를 정하는 제 2 측정 방법을 생각할 수 있다. 우선, 결정축의 방위를 직접적으로 측정하는 제 1 측정 방법에 대해 설명한다. 제 1 측정 방법에서는, X선 결정 해석의 방법을 이용하여, 결정 재료의 결정 구조를, 나아가서는 결정축을 직접적으로 측정한다. 이러한 측정 방법으로서는, 예컨대 라우에(Laue)법이 알려져 있다.
이하, 제 1 측정 방법으로서 라우에법을 적용한 경우에 대해 도 15를 참조하여 간단히 설명한다. 도 15는 라우에 카메라를 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 15에 나타내는 바와 같이, 라우에법에 의한 결정축 측정을 실현하기 위한 라우에 카메라는, X선원(100)과, 이 X선원(100)으로부터의 X선(101)을 시료로서의 결정 재료(103)에 도출하기 위한 콜리메이터(102)와, 결정 재료(103)로부터 회절되는 회절 X선(104)에 의해 노광되는 X선 감광 부재(105)를 구비하고 있다. 또, 도 15에서는 도시하지 않고 있지만, X선 감광 부재(105)를 관통하고 있는 콜리메이터(102)의 내부에는, 대향하는 한 쌍의 슬릿이 마련되어 있다.
제 1 측정 방법에 있어서는, 우선, 결정 재료 준비 공정 S2에서 준비된 결정 재료(103)에 X선(101)을 조사하고, 이 결정 재료(103)로부터 회절 X선(104)을 발생시킨다. 그리고, 이 회절 X선(104)으로, 결정 재료(103)의 X선 입사측에 배치된 X선 필름이나 이미징 플레이트 등의 X선 감광 부재(105)를 노광하고, 이 X선 감광 부재(105)상에 결정 구조에 대응한 모양의 가시 상(회절 상)을 형성한다. 이 회절 상(라우에 도형)은, 결정 재료가 단결정인 때에는 반점 형상으로 되고, 이 반점은 라우에 반점이라고 불린다. 본 실시예에서 이용하고 있는 결정 재료는 형석이며 그 결정 구조는 이미 알려져 있기 때문에, 이 라우에 반점을 해석하는 것에 의해, 결정축 방위가 밝혀지게 된다.
또, 결정축을 직접 측정하는 제 1 측정 방법으로서는, 라우에법에 한정되지 않고, 결정을 회전 또는 진동시키면서 X선을 조사하는 회전법 또는 진동법, 와이센베르크법, 프리세션법 등과 같은 다른 X선 결정 해석의 방법이나, 결정 재료의 벽개성을 이용한 방법, 결정 재료의 소성 변형을 인가하는 것에 의해 결정 재료 표면에 나타나는 특유의 형상을 갖는 압상(혹은 타상)을 관찰하는 방법 등의 기계적인 방법 등을 이용하더라도 좋다.
다음에, 결정 재료의 복굴절을 측정하여 간접적으로 결정축 방위를 정하는 제 2 측정 방법에 대해 간단히 설명한다. 제 2 측정 방법에서는, 우선 결정 재료의 결정축 방위와 그 방위에 있어서의 복굴절량과의 대응짓는 것을 실행한다. 이 때, 상술한 제 1 측정 방법을 이용하여 결정 재료의 샘플의 결정축 방위를 측정한다. 그리고, 결정 재료 샘플의 복수의 결정축마다 복굴절의 측정을 행한다.
도 16은 복굴절 측정기의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다. 도 16에 있어서, 광원(110)으로부터의 광은, 편광자(111)에 의해 수평 방향(X 방향)으로부터 π/4만큼 기울어진 진동면을 갖는 직선 편광으로 변환된다. 그리고, 이 직선 편광은, 광 탄성 변조기(112)에 의해 위상 변조를 받아, 결정 재료 샘플(113)에 조사된다. 즉, 위상이 변화되는 직선 편광이 결정 재료 샘플(113)에 입사한다. 결정 재료 샘플(113)을 투과한 광은 검광자(114)로 유도되고, 수평 방향(X 방향)으로 진동면을 갖는 편광만이 검광자(114)를 투과하여 광 검출기(115)에서 검출된다.
광 탄성 변조기(112)에 의해 발생하는 소정의 위상 지연시에, 어느 만큼의 광량이 광 검출기(115)에서 검출되는 것인지를, 위상 지연의 양을 변경하면서 측정하는 것에 의해, 지상축의 방향과 그 굴절율, 및 진상축에 있어서의 굴절율을 구할 수 있다. 또, 시료에 복굴절이 존재하는 경우, 굴절율의 차이에 의해, 해당 시료를 통과하는 진동면(편광면)이 직교하는 2개의 직선 편광의 광의 위상이 변화된다.즉, 한쪽의 편광에 대해 다른쪽의 편광의 위상이 빠르거나 늦거나 하게 되지만, 위상이 진행하는 쪽의 편광 방향을 진상축이라고 부르고, 위상이 늦는 쪽의 편광 방향을 지상축이라고 부른다.
본 실시예에서는, 상기 제 1 측정 방법에 의해 결정축 방위가 이미 알려져 있는 결정 재료 샘플의 결정축마다의 복굴절 측정을 행하고, 결정 재료의 결정축 방위와 그 방위에 있어서의 복굴절량과의 대응짓는 것을 실행한다. 이 때, 측정하는 결정 재료의 결정축으로서, [100], [110] 및[111]이라고 하는 대표적인 결정축 이외에, [112], [210] 및 [211] 등의 결정축을 이용하더라도 좋다. 또, 결정축[010], [001]은 상기 결정축[100]과 등가인 결정축이며, 결정축[011], [101]은 상기 결정축[110]과 등가인 결정축이다. 또한, 측정된 결정축의 중간의 결정축에 관해서는, 소정의 보간 연산식을 이용하여 보간하더라도 좋다.
제 2 측정 방법이 적용된 결정축 측정 공정 S3에서는, 도 16에 나타낸 복굴절 측정기를 이용하여, 결정 재료 준비 공정 S2에서 준비된 결정 재료의 복굴절의 측정을 행한다. 그리고, 결정축 방위와 복굴절과의 대응 관계가 미리 구해져 있기 때문에, 이 대응 관계를 이용하여, 측정된 복굴절로부터 결정축 방위를 산출한다. 이와 같이, 제 2 측정 방법에 의하면, 직접적으로 결정축 방위를 측정하지 않더라도 결정 재료의 결정축 방위를 구할 수 있다.
다음에, 굴절 부재 형성 공정 S4에 대해 설명한다. 굴절 부재 형성 공정 S4에서는, 결정 재료 준비 공정 S2에서 준비된 결정 재료를 가공하여 소정 형상의 광학 부재(렌즈 등)를 형성한다. 이 때, 결정축 측정 공정 S3과 굴절 부재 형성 공정 S4의 순서는 어느 쪽이 먼저이더라도 좋고, 예컨대, 결정축 측정 공정 S3의 이후에 굴절 부재 형성 공정 S4를 실행하는 제 1 부재 형성 방법, 굴절 부재 형성 공정 S4의 이후에 결정축 측정 공정을 실행하는 제 2 부재 형성 방법, 및 결정축 측정 공정 S3과 결정축 측정 공정 S4를 동시에 실행하는 제 3 부재 형성 방법을 생각할 수 있다.
우선, 제 1 부재 형성 방법에 대해 설명한다. 제 1 부재 형성 방법에서는, 광학 부재가 설계 공정 S1에서 얻어진 결정축 방위에 관한 파라미터를 포함하는 설계 데이터로 되도록, 결정 재료 준비 공정 S2에서 준비된 디스크재에 대해, 연삭, 연마 등의 가공을 행한다. 이 때, 가공된 광학 부재에, 그 광학 부재의 결정축 방위를 알 수 있도록 소정 마크 등을 마련한다. 구체적으로는, 결정 재료 준비 공정 S2에 있어서 결정축 방위가 측정된 결정 재료(전형적으로는 디스크재)로부터 필요에 따라 연삭된 재료를 이용하여, 투영 광학계를 구성하는 굴절 부재를 제조한다.
즉, 주지의 연마 공정에 따라서, 설계 데이터 중의 면 형상, 면 간격을 목표로 하여 각 렌즈의 표면을 연마 가공하고, 소정 형상의 렌즈 면을 갖는 굴절 부재를 제조한다. 이 때, 각 렌즈의 면 형상의 오차를 간섭계로 계측하면서 연마를 반복하여, 각 렌즈의 면 형상을 목표면 형상(베스트 핏(best fit) 구면 형상)에 접근시킨다. 이렇게 해서, 각 렌즈의 면 형상 오차가 소정의 범위에 들어가면, 각 렌즈의 면 형상의 오차를, 예를 들면, 주지의 정밀한 간섭계 장치를 이용하여 계측한다.
이상, 본 실시예에 따른 투영 광학계의 제조 방법에 대해, 기본적 사항을 설명하였다. 본 실시예에서는, 설계 공정 S1에 있어서, 결정 투과 부재로서의 형석 렌즈의 광축이, 결정축[111], 결정축[100] 또는 결정축[110]과 같은 소정 결정축과 일치하도록 설계한다. 그리고, 제조 공정(S2∼S4)에 있어서, 광축과 일치해야 할 소정 결정축과 광축과의 사이의 각도 어긋남이 1도 이하로 되도록 형석 렌즈를 제조한다.
또, 제조 공정(S2∼S4)에서는, 단결정 잉곳으로부터의 디스크재의 잘라내기에 있어서 소정 결정축과 광축이 일치하도록 조정함과 동시에, 디스크재의 연마에 있어서 소정 결정축과 광축이 일치하도록 조정하는 것이 바람직하다. 또한, 예를 들면, 형석의 복굴절의 영향을 더 저감하기 위해서는, 예를 들면, 결정축[111]의 렌즈 쌍, 결정축[100]의 렌즈 쌍 또는 결정축[111]의 렌즈 쌍을 구성하는 한 쌍의 형석 렌즈에 있어서, 광축 주위의 상대적인 회전 각도의 소정의 설계값(60도, 45도 또는 90도)에 대한 각도 어긋남을 1도 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
상술한 실시예의 노광 장치에서는, 조명 장치에 의해서 레티클(마스크)을 조명하고(조명 공정), 투영 광학계를 이용하여 마스크에 형성된 전사용의 패턴을 감광성 기판에 노광하는(노광 공정) 것에 의해, 마이크로 디바이스(반도체 소자, 촬상 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등)를 제조할 수 있다. 이하, 본 실시예의 노광 장치를 이용하여 감광성 기판으로서의 웨이퍼 등에 소정의 회로 패턴을 형성함으로써, 마이크로 디바이스로서의 반도체 장치를 얻을 때의 방법의 일례에 관해 도 17의 흐름도를 참조하여 설명한다.
우선, 도 17의 단계(301)에 있어서, 1 로트의 웨이퍼상에 금속막이 증착된다. 다음 단계(302)에 있어서, 그 1 로트의 웨이퍼상의 금속막상에 포토레지스트가 도포된다. 그 후, 단계(303)에 있어서, 본 실시예의 노광 장치를 이용하여, 마스크상의 패턴의 상이 그 투영 광학계를 거쳐서, 그 1 로트의 웨이퍼상의 각 샷(shot) 영역에 순차적으로 노광 전사된다. 그 후, 단계(304)에 있어서, 그 1 로트의 웨이퍼상의 포토레지스트의 현상이 행해진 후, 단계(305)에 있어서, 그 1 로트의 웨이퍼상에서 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭을 실행하는 것에 따라, 마스크상의 패턴에 대응하는 회로 패턴이, 각 웨이퍼상의 샷 영역에 형성된다.
그 후, 더 위에 있는 레이어의 회로 패턴의 형성 등을 실행하는 것에 의해, 반도체 소자 등의 디바이스가 제조된다. 상술한 반도체 디바이스 제조 방법에 의하면, 지극히 미세한 회로 패턴을 갖는 반도체 디바이스를 처리량 좋게 얻을 수 있다. 또, 단계(301)∼단계(305)에서는, 웨이퍼상에 금속을 증착하고, 그 금속막상에 레지스트를 도포하며, 그리고 노광, 현상, 에칭의 각 공정을 행하고 있지만, 이들 공정에 앞서, 웨이퍼상에 실리콘의 산화막을 형성한 후, 그 실리콘의 산화막상에 레지스트를 도포하며, 그리고 노광, 현상, 에칭 등의 각 공정을 행하더라도 좋은 것은 말할 필요도 없다.
또한, 본 실시예의 노광 장치에서는, 플레이트(유리 기판)상에 소정의 패턴(회로 패턴, 전극 패턴 등)을 형성함으로써, 마이크로 디바이스로서의 액정 표시 소자를 얻는 것도 가능하다. 이하, 도 18의 흐름도를 참조하여, 이 때의 방법의 일례에 관해 설명한다. 도 18에 있어서, 패턴 형성 공정(401)에서는, 본 실시예의 노광 장치를 이용하여 마스크의 패턴을 감광성 기판(레지스트가 도포된 유리 기판등)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, 레지스트 박리 공정 등의 각 공정을 거치는 것에 의해, 기판상에 소정의 패턴이 형성되어, 다음 컬러 필터 형성 공정(402)으로 이행한다.
다음에, 컬러 필터 형성 공정(402)에서는, R(Red), G(Green), B(Blue)에 대응한 3개의 도트 세트가 매트릭스 형상으로 다수 배열되거나, 또는 R, G, B의 3개의 스트라이프의 필터 세트를 복수 수평 주사선 방향으로 배열되거나 한 컬러 필터를 형성한다. 그리고, 컬러 필터 형성 공정(402)의 이후에, 셀 조립 공정(403)이 실행된다. 셀 조립 공정(403)에서는, 패턴 형성 공정(401)에서 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판, 및 컬러 필터 형성 공정(402)에서 얻어진 컬러 필터 등을 이용하여 액정 패널(액정 셀)을 조립한다. 셀 조립 공정(403)에서는, 예컨대, 패턴 형성 공정(401)에서 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판과 컬러 필터 형성 공정(402)에서 얻어진 컬러 필터와의 사이에 액정을 주입하여, 액정 패널(액정 셀)을 제조한다.
그 후, 모듈 조립 공정(404)에서, 조립된 액정 패널(액정 셀)의 표시 동작을 행하게 하는 전기 회로, 백 라이트 등의 각 부품을 부착하여 액정 표시 소자로서 완성시킨다. 상술한 액정 표시 소자의 제조 방법에 의하면, 매우 미세한 회로 패턴을 갖는 액정 표시 소자를 처리량 좋게 얻을 수 있다.
또, 상술한 실시예에서는, 노광 장치에 탑재되는 투영 광학계에 대해 본 발명을 적용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 다른 일반적인 투영 광학계에 대해본 발명을 적용할 수도 있다. 또한, 상술한 실시예에서는, F2레이저 광원을 이용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들면, 200㎚ 이하의 파장 광을 공급하는 다른 적당한 광원을 이용하는 것도 가능하다.
또한, 상술한 실시예에서는, 마스크 및 기판을 투영 광학계에 대해 상대 이동시키면서 기판의 각 노광 영역에 대하여 마스크 패턴을 스캔 노광하는 스텝·앤드·스캔 방식의 노광 장치에 대해 본 발명을 적용하고 있다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 마스크와 기판을 정지시킨 상태에서 마스크의 패턴을 기판에 일괄적으로 전사하고, 기판을 순차적으로 단계 이동시켜 각 노광 영역에 마스크 패턴을 점차 노광하는 스텝·앤드·리피트 방식의 노광 장치에 대해 본 발명을 적용할 수도 있다.
또한, 상술한 실시예에서는, 제 3 결상 광학계 중에 개구 조리개를 배치하고 있지만, 개구 조리개를 제 1 결상 광학계 중에 배치하더라도 좋다. 또한, 제 1 결상 광학계와 제 2 결상 광학계 사이의 중간 상 위치 및 제 2 결상 광학계와 제 3 결상 광학계 사이의 중간 상 위치 중 적어도 한쪽에 시야 조리개를 배치하더라도 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 투영 광학계에서는, 예를 들면 결정 투과 부재로서의 형석 렌즈의 광축과 소정의 결정축과의 각도 어긋남을 1도 이하로 설정하는 것에 의해, 형석의 복굴절의 영향을 실질적으로 받지 않고, 양호한 광학 성능을 확보할 수 있다. 또한, 본 발명의 투영 광학계에서는, 예를 들면 결정 투과 부재로서의 형석 렌즈를 형성하는 데 이용되는 이단 형석 결정에 있어서의 결정축 방위의 상대 각도 어긋남을 2도 이하로 억제하는 것에 의해, 형석의 복굴절의 영향을 실질적으로 받지 않고 양호한 광학 성능을 확보할 수 있다.
따라서, 형석의 복굴절의 영향을 실질적으로 받지 않고 양호한 광학 성능을 갖는 본 발명의 투영 광학계를 이용한 노광 장치 및 노광 방법에서는, 고해상으로 고정밀도의 투영 노광을 실행할 수 있다. 또한, 본 발명의 투영 광학계를 탑재한 노광 장치를 이용하여, 고해상의 투영 광학계를 거친 고정밀도의 투영 노광에 의해, 양호한 마이크로 디바이스를 제조할 수 있다.

Claims (31)

  1. 제 1 면의 상(像)을 제 2 면상에 형성하는 투영 광학계에 있어서,
    입방정계에 속하는 결정 재료로 형성된 적어도 2개의 결정 투과 부재를 구비하고,
    상기 적어도 2개의 결정 투과 부재는, 결정축[111], 결정축[100] 및 결정축[110] 중의 어느 하나의 결정축과 광축과의 사이의 각도 어긋남과, 상기 적어도 2개의 결정 투과 부재에 있어서의 소정의 결정축끼리의 광축 주위의 상대적인 회전 각도의 소정값으로부터의 각도 어긋남 중 적어도 한쪽의 각도 어긋남이 1도 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 결정 투과 부재는, 결정축[111], 결정축[100] 및 결정축[110] 중의 어느 하나의 결정축과 광축과의 사이의 각도 어긋남이 1도 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 면에 가장 가까이 배치된 결정 투과 부재를 구비하며,
    상기 제 2 면에 가장 가까이 배치된 상기 결정 투과 부재는, 결정축[111], 결정축[100] 및 결정축[110] 중의 어느 하나의 결정축과 광축과의 사이의 각도 어긋남이 1도 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  4. 제 3 항에 있어서,
    오목면 반사 미러와, 해당 오목변 반사 미러의 근방에 배치된 결정 투과 부재를 구비하며,
    상기 오목면 반사 미러의 근방에 배치된 상기 결정 투과 부재는, 결정축[111], 결정축[100] 및 결정축[110] 중의 어느 하나의 결정축과 광축과의 사이의 각도 어긋남이 1도 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면과의 사이의 광로 중에 상기 제 1 면의 중간 상을 형성하는 반사 굴절형의 재결상 광학계인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  6. 제 2 항에 있어서,
    오목면 반사 미러와, 해당 오목면 반사 미러의 근방에 배치된 결정 투과 부재를 구비하며,
    상기 오목면 반사 미러의 근방에 배치된 상기 결정 투과 부재는, 결정축[111], 결정축[100] 및 결정축[110] 중의 어느 하나의 결정축과 광축과의 사이의 각도 어긋남이 1도 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 면의 제 1 중간 상을 형성하기 위한 제 1 결상 광학계와, 적어도 하나의 오목면 반사 미러와 결정 투과 부재를 갖고 상기 제 1 중간 상으로부터의 광속에 근거하여 제 2 중간 상을 형성하기 위한 제 2 결상 광학계와, 상기 제 2 중간 상으로부터의 광속에 근거하여 최종 상을 상기 제 2 면상에 형성하기 위한 제 3 결상 광학계와, 상기 제 1 결상 광학계와 상기 제 2 결상 광학계 사이의 광로 중에 배치된 제 1 편향 미러와, 상기 제 2 결상 광학계와 상기 제 3 결상 광학계 사이의 광로 중에 배치된 제 2 편향 미러를 구비하며,
    상기 제 1 결상 광학계의 광축과 상기 제 3 결상 광학계의 광축이 거의 일치하도록 설정되고,
    상기 제 2 결상 광학계의 광로 중에 배치된 상기 결정 투과 부재는, 결정축[111], 결정축[100] 및 결정축[110] 중의 어느 하나의 결정축과 광축과의 사이의 각도 어긋남이 1도 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  8. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 광학계에 포함되는 모든 결정 투과 부재중의 15% 이상의 수의 결정 투과 부재는, 결정축[111], 결정축[100] 및 결정축[110] 중의 어느 하나의 결정축과 광축과의 사이의 각도 어긋남이 1도 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  9. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 광학계에 포함되는 모든 결정 투과 부재는, 결정축[111], 결정축[100] 및 결정축[110] 중의 어느 하나의 결정축과 광축과의 사이의 각도 어긋남이 2도 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  10. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입방정계에 속하는 결정 재료는, 불화 칼슘 또는 불화 바륨인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  11. 제 1 면의 상을 제 2 면상에 형성하는 투영 광학계에 있어서,
    입방정계에 속하는 결정 재료로 형성된 적어도 2개의 결정 투과 부재를 구비하며, 상기 적어도 2개의 결정 투과 부재에서, 결정축 방위의 어긋남이 있는 영역이 존재하는 경우, 그 상대 각도 어긋남이 2도 이하인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 면에 가장 가까이 배치된 결정 투과 부재를 구비하며,
    상기 제 2 면에 가장 가까이 배치된 상기 결정 투과 부재에서, 결정축 방위의 어긋남이 있는 영역이 존재하는 경우, 그 상대 각도 어긋남이 2도 이하인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  13. 제 12 항에 있어서,
    오목면 반사 미러와, 해당 오목면 반사 미러의 근방에 배치된 결정 투과 부재를 구비하며,
    상기 오목면 반사 미러의 근방에 배치된 상기 결정 투과 부재에서, 결정축 방위의 어긋남이 있는 영역이 존재하는 경우, 그 상대 각도 어긋남이 2도 이하인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면과의 사이의 광로 중에 상기 제 1 면의 중간 상을 형성하는 반사 굴절형의 재결상 광학계인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  15. 제 11 항에 있어서,
    오목면 반사 미러와, 해당 오목면 반사 미러의 근방에 배치된 결정 투과 부재를 구비하며,
    상기 오목면 반사 미러의 근방에 배치된 상기 결정 투과 부재에서, 결정축 방위의 어긋남이 있는 영역이 존재하는 경우, 그 상대 각도 어긋남이 2도 이하인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  16. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 면의 제 1 중간 상을 형성하기 위한 제 1 결상 광학계와, 적어도 하나의 오목면 반사 미러와 결정 투과 부재를 갖고 상기 제 1 중간 상으로부터의 광속에 근거하여 제 2 중간 상을 형성하기 위한 제 2 결상 광학계와, 상기 제 2 중간 상으로부터의 광속에 근거하여 최종 상을 상기 제 2 면상에 형성하기 위한 제 3결상 광학계와, 상기 제 1 결상 광학계와 상기 제 2 결상 광학계 사이의 광로 중에 배치된 제 1 편향 미러와, 상기 제 2 결상 광학계와 상기 제 3 결상 광학계 사이의 광로 중에 배치된 제 2 편향 미러를 구비하며,
    상기 제 1 결상 광학계의 광축과 상기 제 3 결상 광학계의 광축이 거의 일치하도록 설정되고,
    상기 제 2 결상 광학계의 광로 중에 배치된 상기 결정 투과 부재에서, 결정축 방위의 어긋남이 있는 영역이 존재하는 경우, 그 상대 각도 어긋남이 2도 이하인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  17. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 광학계에 포함되는 모든 결정 투과 부재에서, 결정축 방위의 어긋남이 있는 영역이 존재하는 경우, 그 상대 각도 어긋남이 2도 이하인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  18. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입방정계에 속하는 결정 재료는, 불화 칼슘 또는 불화 바륨인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  19. 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하기 위한 조명계와,
    상기 마스크에 형성된 패턴의 상을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판상에 형성하기 위한 제 1 항에 기재된 투영 광학계
    를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  20. 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하고, 제 1 항에 기재된 투영 광학계를 거쳐서 상기 마스크에 형성된 패턴의 상을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판상에 투영 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  21. 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하기 위한 조명계와,
    상기 마스크에 형성된 패턴의 상을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판상에 형성하기 위한 제 11 항에 기재된 투영 광학계
    를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  22. 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하고, 제 11 항에 기재된 투영 광학계를 거쳐서 상기 마스크에 형성된 패턴의 상을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판상에 투영 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  23. 입방정계에 속하는 결정 재료로 형성된 적어도 2개의 결정 투과 부재를 구비하며, 제 1 면의 상을 제 2 면상에 형성하는 투영 광학계의 제조 방법에 있어서,
    상기 적어도 2개의 결정 투과 부재의 광축이, 결정축[111], 결정축[100] 및 결정축[110] 중의 어느 하나의 소정 결정축과 일치하도록 설계하는 설계 공정과,
    상기 소정 결정축과 상기 광축과의 사이의 각도 어긋남이 1도 이하로 되도록 상기 적어도 2개의 결정 투과 부재를 제조하는 제조 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 제조 공정은,
    단결정 잉곳(ingot)으로부터의 디스크재의 잘라내기를 조정하는 공정과,
    상기 디스크재의 연마를 조정하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 결정 투과 부재는, 제 1 결정 투과 부재와 제 2 결정 투과 부재를 구비하며,
    상기 제조 공정은, 상기 제 1 결정 투과 부재의 소정의 결정축과 상기 제 2 결정 투과 부재의 상기 소정의 결정축과의 광축 주위의 상대적인 회전 각도를 소정의 설계값에 대해 각도 어긋남이 5도 이하로 되도록 설정하는 설정 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 결정 투과 부재는, 제 1 결정 투과 부재와 제 2 결정 투과 부재를 구비하며,
    상기 제조 공정은, 상기 제 1 결정 투과 부재의 소정의 결정축과 상기 제 2 결정 투과 부재의 상기 소정의 결정축과의 광축 주위의 상대적인 회전 각도를 소정의 설계값에 대해 각도 어긋남이 5도 이하로 되도록 설정하는 설정 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  27. 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하기 위한 조명계와,
    상기 마스크에 형성된 패턴의 상을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판상에 형성하기 위한 제 23 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해제조된 투영 광학계
    를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  28. 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하고, 제 23 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 제조된 투영 광학계를 거쳐서 상기 마스크에 형성된 패턴의 상을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판상에 투영 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  29. 입방정계에 속하는 결정 재료로 형성된 적어도 2개의 결정 투과 부재를 구비하며,
    상기 적어도 2개의 결정 투과 부재는, 결정축[111], 결정축[100] 및 결정축[110] 중의 어느 하나의 결정축과 광축 사이의 각도 어긋남과, 상기 적어도 2개의 결정 투과 부재에 있어서의 소정 결정축끼리의 광축 주위의 상대적인 회전 각도의 소정값으로부터의 각도 어긋남 중 적어도 한쪽의 각도 어긋남이 1도 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 광학계.
  30. 입방정계에 속하는 결정 재료로 형성된 적어도 2개의 결정 투과 부재를 구비하며,
    상기 적어도 2개의 결정 투과 부재에 있어서, 결정축 방위의 어긋남이 있는 영역이 존재하는 경우, 그 상대 각도 어긋남이 2도 이하인 것을 특징으로 하는 광학계.
  31. 입방정계에 속하는 결정 재료로 형성된 적어도 2개의 결정 투과 부재를 구비하며, 제 1 면의 상을 제 2 면상에 형성하는 투영 광학계의 제조 방법에 있어서,
    상기 적어도 2개의 결정 투과 부재의 광축이, 결정축[111], 결정축[100] 및 결정축[110] 중의 어느 하나의 소정 결정축과 일치하도록 설계하는 설계 공정과,
    상기 소정 결정축과 상기 광축과의 사이의 각도 어긋남이 1도 이하로 되도록 상기 적어도 2개의 결정 투과 부재를 제조하는 제조 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
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