KR20030082452A - 투영 광학계, 노광 장치 및 노광 방법 - Google Patents

투영 광학계, 노광 장치 및 노광 방법 Download PDF

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KR20030082452A KR10-2003-0023927A KR20030023927A KR20030082452A KR 20030082452 A KR20030082452 A KR 20030082452A KR 20030023927 A KR20030023927 A KR 20030023927A KR 20030082452 A KR20030082452 A KR 20030082452A
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가부시키가이샤 니콘
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Abstract

본 발명은 비교적 큰 상 측 개구수 및 투영 시야를 갖고 또한 진동에 대한 기계적 안정성 등에 우수한 투영 광학계를 제공하는 것으로, 제 1 면 R의 제 1 중간 상을 형성하는 제 1 결상 광학계 G1과, 오목면 반사경 CM을 갖고 제 1 중간 상으로부터의 광속에 근거해서 제 2 중간 상을 형성하는 제 2 결상 광학계 G2와, 제 2 중간 상으로부터의 광속에 근거해서 최종 상을 제 2 면 W 상에 형성하는 제 3 결상 광학계 G3을 구비하고 있다. 그리고, 오목면 반사경의 유효 직경 Ec나 제 1 면과 제 2 면의 거리 L이나 오목면 반사경과 기준 광축 AX와의 거리 H에 대하여 소정의 조건식을 만족한다.

Description

투영 광학계, 노광 장치 및 노광 방법{PROJECTIVE OPTICAL SYSTEM, EXPOSURE APPARATUS AND EXPOSURE METHOD}
본 발명은 투영 광학계, 노광 장치 및 노광 방법에 관한 것으로, 특히, 반도체 소자나 액정 표시 소자 등을 포토리소그래피 공정으로 제조할 때에 사용되는 투영 노광 장치에 적합한 고해상의 반사 굴절형 투영 광학계에 관한 것이다.
반도체 소자 등을 제조하기 위한 포토리소그래피 공정에 있어서, 포토 마스크 또는 레티클(이하, 총칭하여 「레티클」이라 함)의 패턴 상을, 투영 광학계를 거쳐서, 포토 레지스트 등이 도포된 웨이퍼(또는, 유리판 등) 상에 노광하는 투영노광 장치가 사용되고 있다. 그리고, 반도체 소자 등의 집적도가 향상함에 따라, 투영 노광 장치의 투영 광학계에 요구되는 해상력(해상도)이 점점 높아지고 있다. 그 결과, 투영 광학계의 해상력에 대한 요구를 만족하기 위해서, 조명광(노광광)의 파장을 짧게 함과 동시에 투영 광학계의 개구수 NA를 크게 할 필요가 있다.
예컨대, 파장이 180㎚ 이하인 노광광을 이용하면, 0.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있다. 그러나, 조명광의 파장이 짧게 되면 광의 흡수가 현저해져, 실용적으로 견딜 수 있는 초재(광학 재료)의 종류는 한정된다. 특히, 조명광의 파장이 180㎚ 이하가 되면, 실용적으로 사용할 수 있는 초재는 형석만으로 한정된다. 그 결과, 굴절형 투영 광학계에서는, 색수차(色收差)의 보정이 불가능해진다. 여기서, 굴절형 광학계란, 파워를 갖는 반사경(오목면 반사경 또는 볼록면 반사경)을 포함하지 않고, 렌즈 성분과 같은 투과 광학 부재만을 포함하는 광학계이다.
상술한 바와 같이, 단일 초재로 이루어지는 굴절형 투영 광학계에서는 허용 색수차에 한계가 있어, 레이저 광원의 극협대화(極挾帶化)가 필수적이게 된다. 이 경우, 레이저 광원의 비용 증대 및 출력 저하는 면할 수 없다. 또한, 굴절 광학계에서는, 상면 만곡량을 결정하는 페츠발합(Petzval Summation)을 O에 접근시키기 위해, 다수의 정(正) 렌즈 및 부(負) 렌즈를 배치해야 한다. 이에 대하여, 오목면 반사경은 광을 수렴하는 광학 소자로서 정 렌즈에 대응하지만, 색수차가 발생하지 않는 점 및 페츠발합이 부의 값을 취하는(덧붙여서 말하면, 정 렌즈는 정의 값을 취함) 점에서, 정 렌즈와는 다르다.
오목면 반사경과 렌즈를 조합하여 구성된, 소위 반사 굴절 광학계에서는, 오목면 반사경의 상술한 특징을 광학 설계 상에서 최대한 활용하고, 단순한 구성에도 불구하고 색수차가 양호한 보정이나 상면 만곡을 비롯한 제반수차의 양호한 보정이 가능하다. 그래서, 본 출원인은, 예컨대, 국제 공개 WO 01/65296호 공보에 있어서, 투영 노광 장치에 적합한 고해상의 투영 광학계로서, 굴절형 제 1 결상 광학계와 반사 굴절형 제 2 결상 광학계와 굴절형 제 3 결상 광학계로 구성된 3회 결상형 반사 굴절 광학계를 제안하고 있다.
그러나, 국제 공개 WO 01/65296호 공보에 개시된 종래의 투영 광학계에서는, 그 돌기부를 구성하는 반사 굴절형 제 2 결상 광학계에서의 오목면 반사경의 유효 직경이 비교적 크기 때문에, 진동에 대한 기계적 안정성이 손상되기 쉽다. 또한, 오목면 반사경에 인접하여 배치되는 렌즈의 유효 직경도 비교적 커지므로, 이 렌즈를 형석으로 형성할 경우, 소정의 특성을 갖는 재료의 입수 및 그 가공이 용이하지 않다.
또한, 종래의 투영 광학계에서는, 물체면과 상면의 거리(기하학적 거리)가 비교적 크기 때문에, 진동에 대한 기계적 안정성이 손상되기 쉽다. 그리고, 노광 장치에 탑재된 경우에, 레티클과 웨이퍼의 거리가 비교적 커지게 되므로, 조작성이 손상되기 쉽고, 크린룸의 높이 제한을 받기 쉽다. 또한, 예컨대, 200㎚ 이하의 노광광을 이용하는 노광 장치에 탑재된 경우에, 비교적 긴 투영 광로를 불활성 가스로 채우게 되어, 불활성 가스의 퍼지에 대해 불리하다.
또한, 종래의 투영 광학계에서는, 그 돌기부를 구성하는 반사 굴절형 제 2 결상 광학계에서의 오목면 반사경으로부터 기준 광축(제 1 결상 광학계 및 제 3 결상 광학계의 광축)까지의 거리가 비교적 크다. 그 결과, 진동에 대한 기계적 안정성이 손상되기 쉽고, 제 2 결상 광학계의 제조에 있어서 제조 오차가 발생하기 쉽다. 또한, 예컨대, 200㎚ 이하의 노광광을 이용하는 노광 장치에 탑재된 경우에, 비교적 긴 투영 광로를 불활성 가스로 채우게 되어, 불활성 가스의 퍼지에 대해 불리하다.
본 발명은 전술한 과제에 감안하여 이루어진 것으로, 비교적 큰 상 측 개구수 및 투영 시야를 갖는 3회 결상형 반사 굴절 광학계로서, 오목면 반사경의 유효 직경이 비교적 작고, 진동에 대한 기계적 안정성이 양호하며, 오목면 반사경에 인접하여 배치되는 형석 렌즈의 제조가 용이한 구성을 갖는 투영 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 비교적 큰 상 측 개구수 및 투영 시야를 갖는 3회 결상형 반사 굴절 광학계로서, 물체면과 상면의 거리가 비교적 작고, 진동에 대한 기계적 안정성이 양호하며, 노광 장치에 탑재된 경우에 조작성이 양호하고 또한 불활성 가스의 퍼지에 대하여 유리한 구성을 갖는 투영 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 3회 결상형 반사 굴절 광학계로서, 비교적 큰 상 측 개구수 및 투영 시야를 갖는 오목면 반사경으로부터 기준 광축까지의 거리가 비교적 작고, 진동에 대한 기계적 안정성이 양호하고, 또한 제조 오차가 발생하기 어렵고, 노광 장치에 탑재된 경우에 불활성 가스의 퍼지에 대하여 유리한 구성을 갖는 투영 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 비교적 큰 상 측 개구수 및 투영 시야를 갖고, 또한 진동에 대한 기계적 안정성 등에 우수한 본 발명의 투영 광학계를 이용하여, 고해상이고 고정밀도인 투영 노광을 행할 수 있는 노광 장치 및 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 전형적인 형태에 따른 투영 광학계의 기본적인 구성을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 투영 광학계를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,
도 3은 웨이퍼 상에 형성되는 직사각형 형상의 노광 영역(즉, 실효 노광 영역)과 기준 광축의 위치 관계를 도시하는 도면,
도 4는 본 실시 형태의 실시예 1에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시하는 도면,
도 5는 실시예 1에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면,
도 6은 본 실시 형태의 실시예 2에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시하는 도면,
도 7은 실시예 2에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면,
도 8은 마이크로 장치로서의 반도체 장치를 얻을 때의 수법의 흐름도,
도 9는 마이크로 장치로서의 액정 표시 소자를 얻을 때의 수법의 흐름도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
G1 : 제 1 결상 광학계G2 : 제 2 결상 광학계
G3 : 제 3 결상 광학계CM : 오목면 반사경
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, 상기 제 1 면의 제 1 중간 상을 형성하기 위한 제 1 결상 광학계와, 적어도 하나의 오목면 반사경을 갖고 상기 제 1 중간 상으로부터의 광속에 근거해서 제 2 중간 상을 형성하기 위한 제 2 결상 광학계와, 상기 제 2 중간 상으로부터의 광속에 근거해서 최종 상을 상기 제 2 면상에 형성하기 위한 제 3 결상 광학계를 구비하되, 상기 오목면 반사경의 유효 직경을 Ec라 하고, 상기 제 2 면상의 투영 시야의 유효 직경을 Ic라 하며, 상기 투영 광학계의 상 측 개구수를 Na라고 할 때,
의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
본 발명의 제 2 발명에서는, 제 1 면의 상을 제 2 면상에 형성하는 투영 광학계에 있어서, 상기 제 1 면의 제 1 중간 상을 형성하기 위한 제 1 결상 광학계와, 적어도 하나의 오목면 반사경을 갖고 상기 제 1 중간 상으로부터의 광속에 근거해서 제 2 중간 상을 형성하기 위한 제 2 결상 광학계와, 상기 제 2 중간 상으로부터의 광속에 근거해서 최종 상을 상기 제 2 면상에 형성하기 위한 제 3 결상 광학계를 구비하되, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면과의 거리를 L라 하고, 상기 제 2 면상의 투영 시야의 유효 직경을 Ic라 하며, 상기 투영 광학계의 상 측 개구수를 Na라고 할 때,
의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
제 2 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 제 1 결상 광학계의 광축과 상기 제 3 결상 광학계의 광축이 거의 일치하도록 설정되고, 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 더 구비하고 있다.
본 발명의 제 3 발명에서는, 제 1 면의 상을 제 2 면상에 형성하는 투영 광학계에 있어서, 상기 제 1 면의 제 1 중간 상을 형성하기 위한 제 1 결상 광학계와, 적어도 하나의 오목면 반사경을 갖고 상기 제 1 중간 상으로부터의 광속에 근거해서 제 2 중간 상을 형성하기 위한 제 2 결상 광학계와, 상기 제 2 중간 상으로부터의 광속에 근거해서 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 구비하되, 상기 제 1 결상 광학계의 광축과 상기 제3 결상 광학계의 광축이 거의 일치하도록 설정되고, 상기 오목면 반사경의 반사면 중심과 상기 제 1 결상 광학계의 광축의 거리를 H라 하고, 상기 제 2 면상의 투영 시야의 유효 직경을 Ic라 하며, 상기 투영 광학계의 상 측 개구수를 Na라고 할 때,
의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
또한, 본 발명의 제 4 발명에 따른 투영 광학계는, 제 1 면과 제 2 면을 광학적으로 공역으로 하는 투영 광학계에 있어서, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되는 제 1 결상 광학계와, 상기 제 1 결상 광학계와 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되어 적어도 하나의 오목면 반사경을 갖는 제 2 결상 광학계와, 상기 제 2 결상 광학계와 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되는 제 3 결상 광학계를 구비하되, 상기 제 1 결상 광학계와 상기 제 2 결상 광학계 사이의 광로 중에 상기 제 1 면과 광학적으로 공역인 면을 형성하고, 또한 상기 제 2 결상 광학계와 상기 제 3 결상 광학계 사이의 광로 중에 상기 제 1 면과 광학적으로 공역인 면을 형성하며, 상기 오목면 반사경의 유효 직경을 Ec라 하고, 상기 제 2 면상의 시야 또는 투영 시야의 유효 직경을 Ic라 하며, 상기 투영 광학계의 상기 제 2 면측의 개구수를 Na라고 할 때,
을 만족하는 것이다.
또한, 본 발명의 제 5 발명에 따른 투영 광학계는, 제 1 면과 제 2 면을 광학적으로 공역으로 하는 투영 광학계에 있어서, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되는 제 1 결상 광학계와, 상기 제 1 결상 광학계와 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되어 적어도 하나의 오목면 반사경을 갖는 제 2 결상 광학계와, 상기 제 2 결상 광학계와 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되는 제 3 결상 광학계를 구비하되, 상기 제 1 결상 광학계와 상기 제 2 결상 광학계 사이의 광로 중에 상기 제 1 면과 광학적으로 공역인 면을 형성하고, 또한 상기 제 2 결상 광학계와 상기 제 3 결상 광학계 사이의 광로 중에 상기 제 1 면과 광학적으로 공역인 면을 형성하며, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면과의 거리를 L이라 하고, 상기 제 2 면상의 시야 또는 투영 시야의 유효 직경을 Ic라 하며, 상기 투영 광학계의 상기 제 2 면측의 개구수를 Na라고 할 때,
을 만족하는 것이다.
또한, 본 발명의 제 6 발명에 따른 투영 광학계는, 제 1 면과 제 2 면을 광학적으로 공역으로 하는 투영 광학계에 있어서, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되는 제 1 결상 광학계와, 상기 제 1 결상 광학계와 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되어 적어도 하나의 오목면 반사경을 갖는 제 2 결상 광학계와, 상기 제 2 결상 광학계와 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되는 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 구비하되, 상기 제 1 결상 광학계와 상기 제 2 결상 광학계 사이의 광로 중에 상기 제 1 면과 광학적으로 공역인 면을 형성하고,또한 상기 제 2 결상 광학계와 상기 제 3 결상 광학계 사이의 광로 중에 상기 제 1 면과 광학적으로 공역인 면을 형성하며, 상기 제 1 결상 광학계의 광축과 상기 제 3 결상 광학계의 광축이 거의 일치하도록 설정되고, 상기 오목면 반사경의 반사면 중심과 상기 제 1 결상 광학계의 광축의 거리를 H라 하고, 상기 제 2 면상의 시야 또는 투영 시야의 유효 직경을 Ic라 하며, 상기 투영 광학계의 상기 제 2 면측의 개구수를 Na라고 할 때,
를 만족하는 것이다.
또, 상기 제 4 발명 내지 제 6 발명에 따른 투영 광학계에서, 상기 투영 광학계의 제 1 면측의 개구수보다도 제 2 면측의 개구수가 크게 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 투영 광학계는 상기 제 1 면의 축소 상을 상기 제 2 면상에 형성하는 것이 바람직하다.
제 1 발명 내지 제 6 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 투영 광학계는, 적어도 여섯 개의 비구면 형상의 광학면을 갖는다. 또한, 상기 제 1 결상 광학계, 상기 제 2 결상 광학계 및 상기 제 3 결상 광학계는 각각 적어도 하나의 비구면 형상의 광학면을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 7 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 내지 제 6 발명의 투영 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다. 이 경우, 상기 감광성 기판상에 있어서의 실효 노광 영역은, 상기 제 3 결상 광학계의 광축으로부터 소정 거리만큼 떨어진 중심을 갖는 직사각형 형상의 영역인 것이 바람직하다.
본 발명의 제 8 발명에서는, 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하여, 제 1 발명 내지 제 6 발명의 투영 광학계를 거쳐서 상기 마스크에 형성된 패턴의 상을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판상에 투영 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 방법을 제공한다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적, 특징, 국면 및 이익 등은 첨부 도면을 참조로 하여 설명하는 이하의 상세한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명이 전형적인 형태에 따른 투영 광학계의 기본적인 구성을 설명하기 위한 도면이다. 또, 도 1에서는 본 발명의 투영 광학계가 노광 장치에 적용되는 것으로 한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 투영 광학계는 제 1 면에 배치된 투영 원판으로서의 레티클 R의 패턴의 제 1 중간 상을 형성하기 위한 굴절형 제 1 결상 광학계 G1을 구비하고 있다.
제 1 결상 광학계 G1이 형성하는 제 1 중간 상의 형성 위치의 근방에는, 제 1 광로 절곡 미러 M1이 배치되어 있다. 제 1 광로 절곡 미러 M1은 제 1 중간 상으로 향하는 광속 또는 제 1 중간 상으로부터의 광속을 제 2 결상 광학계 G2를 향하여 편향한다. 제 2 결상 광학계 G2는 적어도 하나의 오목면 반사경 CM을 갖고, 제 1 중간 상으로부터의 광속에 근거해서 제 2 중간 상(제 1 중간 상의 상으로서 레티클 패턴의 2차 상)를 제 1 중간 상의 형성 위치의 근방에 형성한다.
제 2 결상 광학계 G2가 형성하는 제 2 중간 상의 형성 위치의 근방에는, 제2 광로 절곡 미러 M2가 배치되어 있다. 제 2 광로 절곡 미러 M2는 제 2 중간 상으로 향하는 광속 또는 제 2 중간 상으로부터의 광속을 굴절형 제 3 결상 광학계 G3을 향해 편향한다. 여기서, 제 1 광로 절곡 미러 M1의 반사면과 제 2 광로 절곡 미러 M2의 반사면이란, 공간적으로 중복하지 않도록 위치 결정되어 있다. 제 3 결상 광학계 G3은 제 2 중간 상으로부터의 광속에 근거해서, 레티클 R의 패턴 상(제 2 중간 상의 상으로서 투영 광학계의 최종 상)를 제 2 면에 배치된 감광성 기판으로서의 웨이퍼 W 상에 형성한다.
이하, 본 발명의 각 조건식을 참조하여, 본 발명의 구성에 대해 더 상세히 설명한다. 본 발명의 제 1 발명에서는, 상술한 기본 구성에 있어서, 다음 조건식 (1)을 만족한다. 또, 조건식 (1)에 있어서, Ec는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 오목면 반사경 CM의 유효 직경이다. 또한, Ic는 웨이퍼 W(제 2 면) 상의 투영 시야의 유효 직경이며, Na는 투영 광학계의 상 측(제 2 면 측) 개구수이다.
(1)
조건식 (1)을 만족하는 것에 의해, 3회 결상형 투영 광학계에 있어서, 그 돌기부를 구성하는 제 2 결상 광학계 G2에 있어서의 오목면 반사경 CM의 유효 직경 Ec을 비교적 작게 억제할 수 있다. 그 결과, 진동에 대한 기계적 안정성이 양호하고, 오목면 반사경 CM에 인접하여 배치되는 형석 렌즈의 제조가 용이한 구성을 갖는 투영 광학계를 실현할 수 있다. 또, 조건식 (1)의 상한값을 9.7로 설정하고, 그 하한값을 4로 설정하는 것에 의해, 진동에 대한 기계적 안정성을 더욱 향상시킬 수 있음과 동시에, 오목면 반사경 CM에 인접하여 배치되는 형석 렌즈의 제조를 더용이하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 발명에서는, 상술한 기본 구성에 있어서, 다음 조건식 (2)를 만족한다. 또, 조건식 (2)에 있어서, L은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 레티클 R의 패턴면(제 1 면: 물체면)과 웨이퍼 W의 노광면(제 2 면: 상면) 사이의 거리(기하학적 거리)이다. 또한, 상술한 바와 같이, Ic는 투영 시야의 유효 직경이며, Na는 상 측 개구수이다.
(2)
조건식 (2)를 만족하는 것에 의해, 3회 결상형의 투영 광학계에 있어서, 물체면과 상면의 거리 L을 비교적 작게 억제할 수 있다. 그 결과, 진동에 대한 기계적 안정성이 양호하고, 노광 장치에 탑재된 경우에 조작성이 양호하며, 또한 불활성 가스의 퍼지에 대하여 유리한 구성을 갖는 투영 광학계를 실현할 수 있다. 또, 조건식 (2)의 상한값을 60으로 설정하고, 그 하한값을 25로 설정하는 것에 의해, 진동에 대한 기계적 안정성 및 조작성을 더욱 향상시킬 수 있음과 동시에, 불활성 가스의 퍼지에 대해서 더 유리하게 된다.
또한, 본 발명의 제 3 발명에서는, 상술한 기본 구성에 있어서, 제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1과 제 3 결상 광학계 G3의 광축 AX3이 거의 일치하도록 설정되어, 다음 조건식 (3)을 만족한다. 또, 조건식 (3)에 있어서, H는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 오목면 반사경 CM의 반사면 중심과 제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1의 거리이다. 또한, 상술한 바와 같이, Ic는 투영 시야의 유효 직경이며, Na는 상 측 개구수이다.
(3)
조건식 (3)을 만족하는 것에 의해, 3회 결상형 투영 광학계에 있어서, 그 돌기부를 구성하는 제 2 결상 광학계 G2에 있어서의 오목면 반사경 CM으로부터 기준 광축(제 1 결상 광학계의 광축 AX1)까지의 거리 H를 비교적 작게 억제할 수 있다. 그 결과, 진동에 대한 기계적 안정성이 양호하고, 또한 제조 오차가 발생하기 어려우며, 노광 장치에 탑재된 경우에 불활성 가스의 퍼지에 대하여 유리한 구성을 갖는 투영 광학계를 실현할 수 있다. 또, 조건식 (3)의 상한값을 15.2로 설정하고, 그 하한값을 6.5로 설정하는 것에 의해, 진동에 대한 기계적 안정성을 더 향상시키고, 또한 제조 오차를 더 양호하게 억제할 수 있음과 동시에, 불활성 가스의 퍼지에 대하여 더 유리하게 된다.
그런데, 본 발명에 있어서, 수차 보정을 더욱 양호하게 행하기 위해서는, 투영 광학계가 적어도 여섯 개의 비구면 형상의 광학면을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 투영 광학계를 구성하는 각 결상 광학계의 소형화를 도모하기 위해서는, 각 결상 광학계가 각각 적어도 하나의 비구면 형상의 광학면을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 제 2 발명에 있어서, 제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1과 제 3 결상 광학계 G3의 광축 AX3이 거의 일치하도록 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 제 1 결상 광학계 G1을 구성하는 모든 렌즈 및 제 3 결상 광학계 G3을 구성하는 모든 렌즈를 거의 단일 광축을 따라 배치하는 것이, 나아가서는 중력에 의한 렌즈의 휨이 회전 대상이 되도록 설정할 수 있게 되어, 광학 조정에 의해 결상 성능의 열화를 작게 억제하는 것이 가능해진다.
본 발명의 실시 형태를 첨부 도면에 근거해서 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 투영 광학계를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 또, 도 2에 있어서, 투영 광학계 PL의 기준 광축 AX에 평행하게 Z축을, 기준 광축 AX에 수직인 면 내에서 도 2의 지면에 평행하게 Y축을, 도 2의 지면에 수직으로 X축을 각각 설정하고 있다.
도시한 노광 장치는 자외 영역의 조명광을 공급하기 위한 광원(100)으로서, 예컨대, 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 IL 사이의 광로는 케이싱(도시하지 않음)에 의해 밀봉되어 있고, 광원(100)으로부터 조명 광학계 IL 중 가장 레티클 측의 광학 부재까지의 공간은 노광광의 흡수율이 낮은 기체인 헬륨 가스나 질소 등의 불활성 가스로 치환되어 있든지, 또는 거의 진공 상태로 유지되어 있다.
레티클 R은 레티클 홀더 RH를 거쳐서, 레티클 스테이지 RS 상에 있어서, XY 평면에 평행하게 유지되어 있다. 레티클 R에는 전사해야 할 패턴이 형성되어 있고, 패턴 영역 전체 중 X 방향을 따라 장변을 갖고, 또한 Y 방향을 따라 단변을 갖는 직사각형 형상(슬릿 형상)의 패턴 영역이 조명된다. 레티클 스테이지 RS는, 도시를 생략한 구동계의 작용에 의해, 레티클면(즉, XY 평면)을 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 굴절형 투영 광학계 PL을 거쳐서, 감광성 기판인 웨이퍼 W 상에 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 방향을 따라 장변을 갖고, 또한 Y 방향을 따라 단변을 갖는 직사각형 형상의 노광 영역에 패턴 상이 형성된다. 웨이퍼 스테이지 WS는 도시를 생략한 구동계의 작용에 의해 웨이퍼면(즉, XY 평면)을 따라 이차원적으로 이동 가능하고, 그 위치 좌표는 웨이퍼 이동 미러 WM을 이용한 간섭계 WIF에 의해서 계측되고, 또한 위치 제어되도록 구성되어 있다.
도 3은 웨이퍼 상에 형성되는 직사각형 형상의 노광 영역(즉, 실효 노광 영역)과 기준 광축의 위치 관계를 도시하는 도면이다. 본 실시 형태의 각 실시예에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 기준 광축 AX를 중심으로 한 반경 B를 갖는 원 형상의 영역(상 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 방향 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 해서 실효 노광 영역 ER를 포괄하도록 원 형상의 상 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 레티클 측에 배치된 광학 부재(각 실시예에서는 렌즈 L11)와 가장 웨이퍼 측에 배치된 광학 부재(각 실시예에서는 렌즈 L313) 사이에서 투영 광학계 PL의 내부가 기밀 상태를 유지하도록 구성되고, 투영 광학계 PL 내부 기체는 헬륨 가스나 질소 등의 불활성 가스로 치환되어 있든지, 또는 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 있든지, 또는 거의 진공 상태로 유지되고 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 있든지, 또는 거의 진공 상태로 유지되고 있다. 이와 같이, 광원(100)으로부터 웨이퍼 W까지의 광로의 전체에 걸쳐, 노광광이 거의 흡수되지 않는 분위기가 형성되어 있다.
상술한 바와 같이, 투영 광학계 PL에 의해서 규정되는 레티클 R 상의 조명 영역 및 웨이퍼 W 상의 노광 영역(즉, 실효 노광 영역 ER)은 Y 방향을 따라 단변을갖는 직사각형 형상이다. 따라서, 구동계 및 간섭계(RIF, WIF) 등을 이용하여 레티클 R 및 웨이퍼 W의 위치 제어를 하면서, 직사각형 형상의 노광 영역 및 조명 영역의 단변 방향, 즉 Y 방향을 따라 레티클 스테이지 RS와 웨이퍼 스테이지 WS를, 나아가서는 레티클 R과 웨이퍼 W를 같은 방향으로(즉, 동일 방향으로) 동기적으로 이동(주사)시키는 것에 의해, 웨이퍼 W 상에는 노광 영역의 장변과 같은 폭을 갖고, 또한 웨이퍼 W의 주사량(이동량)에 따른 길이를 갖는 영역에 대하여 레티클 패턴이 주사 노광된다.
본 실시 형태의 각 실시예에 있어서, 투영 광학계 PL은 제 1 면에 배치된 레티클 R의 패턴의 제 1 중간 상을 형성하기 위한 굴절형 제 1 결상 광학계 G1과, 오목면 반사경 CM과 두 개의 부 렌즈로 구성되어 제 1 중간 상와 거의 등배인 제 2 중간 상(제 1 중간 상의 거의 등배 상으로서 레티클 패턴의 2차 상)를 형성하기 위한 제 2 결상 광학계 G2와, 제 2 중간 상으로부터의 광에 근거해서 제 2 면에 배치된 웨이퍼 W 상에 레티클 패턴의 최종 상(레티클 패턴의 축소 상)를 형성하기 위한 굴절형 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 위치 근방에는, 제 2 결상 광학계 G2로부터의 광을 제 3 결상 광학계 G3을 향하여 편향하기 위한 제 2 광로 절곡 미러 M2가배치되어 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 방향)을 따라 위치 결정되어 있다. 그 결과, 레티클 R 및 웨이퍼 W는 중력 방향과 직교하는 면, 즉 수평면을 따라 서로 평행하게 배치되어 있다. 더하여, 제 1 결상 광학계 G1을 구성하는 모든 렌즈 및 제 3 결상 광학계 G3을 구성하는 모든 렌즈도, 기준 광축 AX 상에 있어 수평면을 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 1 광로 절곡 미러 M1 및 제 2 광로 절곡 미러 M2는 모두 평면 형상의 반사면을 갖고, 두 개의 반사면을 갖는 하나의 광학 부재(하나의 광로 절곡 미러)로서 일체적으로 구성되어 있다. 이 두 개의 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 AX3과 일점에서 교차하도록 설정되어 있다. 각 실시예에서는 제 1 광로 절곡 미러 M1 및 제 2 광로 절곡 미러 M2가 모두 표면 반사경으로서 구성되어 있다.
각 실시예에 있어서, 투영 광학계 PL을 구성하는 모든 굴절 광학 부재(렌즈 성분)에는 형석(CaF2결정)을 사용하고 있다. 또한, 노광광인 F2레이저광의 발진중심 파장은 157.6244㎚이며, 157.6244㎚ 부근에서 CaF2의 굴절율은 +1pm의 파장 변화당 -2.6×10-6의 비율로 변화되고, -1pm의 파장 변화당 +2.6×10-6의 비율로 변화된다. 환언하면, 157.6244㎚ 부근에서, CaF2의 굴절율의 분산(dn/dλ)은 2.6×10-6/pm이다.
따라서, 각 실시예에 있어서, 중심 파장 157.6244㎚에 대한 CaF2의 굴절율은 1.55930666이고, 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 정점에서의 접평면으로부터 높이 y에서의 비구면상의 위치까지의 광축에 따른 거리(새그량)를 z라 하고, 정점 곡률 반경을 r이라 하고, 원추 계수를 κ라 하며, n차의 비구면 계수를 Cn이라 했을 때, 이하의 수학식 (a)로 표시된다. 각 실시예에 있어서, 비구면 형상으로 형성된 렌즈면에는 면 번호의 우측에 *표를 부여하고 있다.
(실시예 1)
도 4는 본 실시 형태의 실시예 1에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시하는 도면이다. 도 4를 참조하면, 실시예 1에 따른 투영 광학계 PL에 있어서 제 1 결상 광학계 G1은 레티클 측부터 순서대로, 양 볼록 렌즈 L11과, 웨이퍼 측에 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L12와, 레티클 측에 볼록면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L13과, 레티클 측에 볼록면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L14와, 레티클 측에 오목면을 향하게 한 부 메니스커스 렌즈 L15와, 레티클 측에 오목면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L16과, 레티클 측에 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L17과, 레티클 측에 오목면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L18과, 양 볼록 렌즈 L19와, 웨이퍼 측에 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L110으로 구성되어 있다.
또한, 제 2 결상 광학계 G2는 광의 진행 경로를 따라 레티클 측(즉, 입사측)부터 순서대로, 레티클 측에 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 부 메니스커스 렌즈 L21과, 레티클 측에 오목면을 향하게 한 부 메니스커스 렌즈 L22와, 오목면 반사경 CM으로 구성되어 있다.
또한, 제 3 결상 광학계 G3은 광의 진행 방향을 따라 레티클 측부터 순서대로, 레티클 측에 오목면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L31과, 양 볼록 렌즈 L32와, 웨이퍼 측에 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L33과, 양 오목 렌즈 L34와, 레티클 측에 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L35와, 웨이퍼 측에 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈L36과, 개구 조리개 AS와, 양 볼록 렌즈 L37과, 레티클 측에 오목면을 향하게 한 부 메니스커스 렌즈 L38과, 양 볼록 렌즈 L39와, 레티클 측에 볼록면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L310과, 웨이퍼 측에 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L311과, 레티클 측에 볼록면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L312와, 웨이퍼 측에 평면을 향하게 한 평(平)볼록 렌즈 L313으로 구성되어 있다.
다음 표 1에, 실시예 1에 따른 투영 광학계 PL의 제원의 값을 언급한다. 표 1에 있어서, λ는 노광광의 중심 파장을, β은 투영 배율(전계(全系)의 결상(結像) 배율)을, NA는 상 측(웨이퍼 측) 개구수를, B는 웨이퍼 W 상에서의 상 서클 IF의 반경을, A는 실효 노광 영역 ER의 축 이탈량을, LX는 실효 노광 영역 ER의 X 방향에 따른 치수(장변의 치수)를, LY는 실효 노광 영역 ER의 Y 방향에 따른 치수(단변의 치수)를 각각 나타내고 있다.
또한, 면 번호는 물체면(제 1 면)인 레티클면으로부터 상면(제 2 면)인 웨이퍼면으로의 광선 진행 방향에 따른 레티클 측으로부터의 면 순서를, r은 각 면의 곡률 반경(비구면의 경우에는 정점 곡률 반경 : ㎜)을, d는 각 면의 축상 간격, 즉 면 간격(㎜)을, ED는 각 면의 유효 직경(㎜)을, n은 중심 파장에 대한 굴절율을 각각 나타내고 있다.
또, 면 간격 d는 반사될 정도로 그 부호를 변경하는 것으로 한다. 따라서, 면 간격 d의 부호는 제 1 광로 절곡 미러 M1의 반사면으로부터 오목면 반사경 CM까지의 광로 중 및 제 2 광로 절곡 미러 M2의 반사면으로부터 상면까지의 광로 중에서는 부(負)로 하고, 그 밖의 광로 중에서는 정(正)으로 하고있다. 그리고, 제 1결상 광학계 G1에서는, 레티클 측을 향하여 볼록면의 곡률 반경을 정으로 하고, 오목면의 곡률 반경을 부로 하고 있다. 한편, 제 3 결상 광학계 G3에서는, 레티클 측을 향하여 오목면의 곡률 반경을 정으로 하고, 볼록면의 곡률 반경을 부로 하고 있다. 또한, 제 2 결상 광학계 G2에서는, 광의 진행 경로을 따라 레티클 측(즉, 입사측)을 향하여 오목면의 곡률 반경을 정으로 하고, 볼록면의 곡률 반경을 부로 하고 있다. 또, 표 1에 있어서의 표기는 이후의 표 2에 있어서도 마찬가지이다.
(표 1)
도 5는 실시예 1에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면이다. 수차도에 있어서, Y는 상 높이를, 실선은 중심 파장 157.6244㎚을, 파선은 157.6244㎚+1pm=157.6254㎚를, 일점 쇄선은 157.6244㎚-1pm=157.6234㎚를 각각 나타내고 있다. 또, 도 5에 있어서의 표기는 이후의 도 7에 있어서도 마찬가지이다. 도 5의 수차도로부터 명백하듯이, 실시예 1에서는, 비교적 큰 상 측 개구수(NA=0.85) 및 투영 시야(유효 직경=28.8㎜)를 확보하고 있음에도 불구하고, 파장 폭이 157.6244㎚±1pm의 노광광에 대하여 색수차가 양호하게 보정되어 있는것을 알 수 있다.
(실시예 2)
도 6은 본 실시 형태의 실시예 2에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시하는 도면이다. 도 6을 참조하면, 실시예 2에 따른 투영 광학계 PL에서 제 1 결상 광학계 G1은 레티클 측으로부터 순서대로, 양 볼록 렌즈 L11과, 웨이퍼 측에 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L12와, 레티클 측에 볼록면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L13과, 레티클 측에 볼록면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L14와, 레티클 측에 오목면을 향하게 한 부 메니스커스 렌즈 L15와, 레티클 측에 오목면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L16과, 레티클 측에 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L17과, 레티클 측에 오목면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L18과, 레티클 측에 볼록면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L19와, 웨이퍼 측에 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L110으로 구성되어 있다.
또한, 제 2 결상 광학계 G2는 광의 진행 경로를 따라 레티클 측(즉, 입사 측)부터 순서대로, 웨이퍼 측(즉, 사출 측)으로 비구면 형상의 볼록면을 향하게 한 부 메니스커스 렌즈 L21과, 레티클 측에 오목면을 향하게 한 부 메니스커스 렌즈 L22와, 오목면 반사경 CM으로 구성되어 있다.
또한, 제 3 결상 광학계 G3은 광의 진행 방향을 따라 레티클 측부터 순서대로, 레티클 측으로 오목면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L31과, 레티클 측에 볼록면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L32와, 웨이퍼 측으로 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L33과, 양 오목 렌즈 L34와, 레티클 측에 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L35와, 웨이퍼 측에 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L36과, 개구 조리개 AS와, 양 볼록 렌즈 L37과, 레티클 측에 오목면을 향하게 한 부 메니스커스 렌즈 L38와, 레티클 측에 평면을 향하게 한 평볼록 렌즈 L39과, 양볼록 렌즈 L310과, 웨이퍼 측에 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L311과, 레티클 측에 볼록면을 향하게 한 정 메니스커스 렌즈 L312와, 웨이퍼 측에 평면을 향하게 한 평 볼록 렌즈 L313으로 구성되어 있다.
다음 표 2에, 실시예 2에 따른 투영 광학계 PL의 제원의 값을 언급한다.
(표 2)
도 7은 실시예 2에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면이다. 실시예 2에 있어서도 실시예 1과 마찬가지로, 비교적 큰 상 측 개구수(NA= 0.85) 및 투영 시야(유효 직경=28.8㎜)를 확보하고 있음에도 불구하고, 파장 폭이 157.6244㎚±1pm인 노광광에 대하여 색수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다.
이상과 같이, 각 실시예에서는, 중심 파장이 157.6244㎚인 F2레이저광에 대하여, 0.85의 상 측 NA를 확보함과 동시에, 웨이퍼 W 상에 있어서 색수차를 비롯한 제수차가 충분히 보정된 유효 직경이 28.8㎜인 상 서클을 확보할 수 있다. 따라서, 25㎜×4㎜로 충분히 큰 직사각형 형상의 실효 노광 영역을 확보한 후에, O.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있다.
또한, 각 실시예에서는, 투영 광학계 PL의 돌기부를 구성하는 제 2 결상 광학계 G2에 있어서의 오목면 반사경 CM의 유효 직경 Ec가 비교적 작게 억제되고 있으므로, 진동에 대한 기계적 안정성이 양호하고, 오목면 반사경 CM에 인접하여 배치되는 형석 렌즈의 제조가 용이하다. 또한, 물체면과 상면의 거리 L이 비교적 작게 억제되고 있으므로, 진동에 대한 기계적 안정성이 양호하고, 조작성이 양호하며, 불활성 가스의 퍼지에 대하여 유리하다. 또한, 오목면 반사경 CM으로부터 기준 광축 AX(제 1 결상 광학계의 광축 AX1 및 제 3 결상 광학계의 광축 AX3과 일치)까지의 거리 H가 비교적 작게 억제되고 있으므로, 진동에 대한 기계적 안정성이 양호하여, 제조 오차가 발생하기 어렵고, 불활성 가스의 퍼지에 대하여 유리하다.
상술한 실시 형태의 노광 장치에서는, 조명 장치에 의해서 레티클(마스크)을 조명하고(조명 공정), 투영 광학계를 이용하여 마스크에 형성된 전사용 패턴을 감광성 기판에 노광하는(노광 공정) 것에 의해, 마이크로 장치(반도체 소자, 촬상 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등)를 제조할 수 있다. 이하, 본 실시 형태의 노광 장치를 이용하여 감광성 기판으로서의 웨이퍼 등에 소정의 회로 패턴을 형성함으로써, 마이크로 장치로서의 반도체 장치를 얻을 때의 수법의 일례에 관하여 도 8의 흐름도를 참조하여 설명한다.
우선, 도 8의 단계 301에 있어서, 1로트의 웨이퍼 상에 금속막이 증착된다. 다음의 단계 302에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼 상의 금속막 상에 포토 레지스트가도포된다. 그 후, 단계 303에 있어서, 본 실시 형태의 노광 장치를 이용하여, 마스크 상의 패턴 상이 그 투영 광학계를 거쳐서, 그 1로트의 웨이퍼 상의 각 샷 영역에 순차적으로 노광 전사된다. 그 후, 단계 304에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼 상의 포토 레지스트의 현상이 행해진 후, 단계 305에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼 상에서 레지스트 패턴을 마스크로 해서 에칭을 실행하는 것에 의해, 마스크 상의 패턴에 대응하는 회로 패턴이, 각 웨이퍼 상의 각 샷 영역에 형성된다.
그 후, 더 위의 레이어의 회로 패턴의 형성 등을 실행하는 것에 의해, 반도체 소자 등의 장치가 제조된다. 상술한 반도체 장치 제조 방법에 따르면, 극히 미세한 회로 패턴을 갖는 반도체 장치를 양품률 좋게 얻을 수 있다. 또, 단계 301 내지 단계 305에서는, 웨이퍼 상에 금속을 증착하고, 그 금속막 상에 레지스트를 도포, 노광, 현상, 그리고 에칭의 각 공정을 하지만, 이들의 공정에 앞서, 웨이퍼 상에 실리콘의 산화막을 형성한 후, 그 실리콘의 산화막 상에 레지스트를 도포, 노광, 현상, 그리고 에칭 등의 각 공정을 행하여도 좋은 것은 말할 필요도 없다.
또한, 본 실시 형태의 노광 장치에서는, 플레이트(유리 기판) 상에 소정의 패턴(회로 패턴, 전극 패턴 등)을 형성함으로써, 마이크로 장치로서의 액정 표시 소자를 얻는 것도 가능하다. 이하, 도 9의 흐름도를 참조하여, 이 때의 수법의 일례에 대하여 설명한다. 도 9에 있어서, 패턴 형성 공정 401에서는, 본 실시 형태의 노광 장치를 이용하여 마스크 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, 레지스트 박리 공정 등의 각 공정을 거치는 것에 따라, 기판상에 소정의 패턴이 형성되고, 다음의 컬러 필터 형성 공정 402로 이행한다.
다음에, 컬러 필터 형성 공정 402에서는, R(Red), G(Green), B(Blue)에 대응한 세 개의 도트의 조가 매트릭스 형상으로 다수 배열되거나, 또는 R, G, B의 세 개의 스트라이프의 필터의 조를 복수의 수평 주사선 방향으로 배열되거나 한 컬러 필터를 형성한다. 그리고, 컬러 필터 형성 공정 402의 후에, 셀 제조 공정 403이 실행된다. 셀 제조 공정 403에서는, 패턴 형성 공정 401에서 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판 및 컬러 필터 형성 공정 402에서 얻어진 컬러 필터 등을 이용하여 액정 패널(액정 셀)을 제조한다. 셀 제조 공정 403에서는, 예컨대, 패턴 형성 공정 401에서 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판과 컬러 필터 형성 공정 402에서 얻어진 컬러 필터 사이에 액정을 주입하여, 액정 패널(액정 셀)을 제조한다.
그 후, 모듈 제조 공정 404에서, 제조할 수 있었던 액정 패널(액정 셀)의 표시 동작을 하게 하는 전기 회로, 백 라이트 등의 각 부품을 부착하여 액정 표시 소자로서 완성시킨다. 상술한 액정 표시 소자의 제조 방법에 따르면, 지극히 미세한 회로 패턴을 갖는 액정 표시 소자를 양호한 양품률로 얻을 수 있다.
또, 상술한 실시 형태에서는, 노광 장치에 탑재되는 투영 광학계에 대하여 본 발명을 적용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 다른 일반적인 투영 광학계에 대하여 본 발명을 적용할 수도 있다. 또한, 상술한 실시 형태에서는, F2레이저 광원을 이용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 예컨대, 180㎚ 이하의 파장광을 공급하는 다른 적당한 광원을 이용할 수도 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 마스크 및 기판을 투영 광학계에 대하여 상대 이동시키면서 기판의 각 노광 영역에 대하여 마스크 패턴을 스캔 노광하는 스텝·앤드·스캔 방식의 노광 장치에 대하여 본 발명을 적용하고 있다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 마스크와 기판을 정지시킨 상태로 마스크의 패턴을 기판에 일괄적으로 전사하여, 기판을 순차적으로 단계 이동시켜 각 노광 영역에 마스크 패턴을 순차 노광하는 스텝·앤드·리피트 방식의 노광 장치에 대하여 본 발명을 적용할 수도 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 제 3 결상 광학계 중에 개구 조리개를 배치하고 있지만, 개구 조리개를 제 1 결상 광학계 중에 배치하여도 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 배치하여도 좋다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 투영 광학계의 투영 배율을 축소 배율로 했지만, 투영 배율은 축소에 한정되지 않고, 등배 또는 확대 배율이어도 좋다. 예컨대, 투영 배율을 확대 배율로 하는 경우에는, 제 3 결상 광학계 측에서 광이 입사되도록 배치하고, 제 3 결상 광학계에 의해서 마스크 또는 레티클의 1차 상을 형성하고, 제 2 결상 광학계에 의해 2차 상을 형성하며, 제 1 결상 광학계에 의해 3차 상(최종 상)를 웨이퍼 등의 기판상에 형성시키면 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 투영 광학계에서는, 그 돌기부를 구성하는 제 2 결상 광학계에서의 오목면 반사경의 유효 직경이 비교적 작게 억제되고 있으므로, 진동에 대한 기계적 안정성이 양호하고, 오목면 반사경에 인접하여 배치되는 형석 렌즈의 제조가 용이하다. 또한, 물체면과 상면간 거리가 비교적 작게 억제되고 있으므로, 진동에 대한 기계적 안정성이 양호하고, 조작성이 양호하며, 불활성 가스의 퍼지에 대하여 유리하다. 또한, 오목면 반사경으로부터 기준 광축까지의 거리가 비교적 작게 억제되고 있으므로, 진동에 대한 기계적 안정성이 양호하고, 제조 오차가 발생하기 어렵고, 불활성 가스의 퍼지에 대하여 유리하다.
따라서, 비교적 큰 상 측 개구수 및 투영 시야를 갖고, 또한 진동에 대한 기계적 안정성 등에 우수한 본 발명의 투영 광학계를 이용한 노광 장치 및 노광 방법에서는, 고해상이고 고정밀도인 투영 노광을 행할 수 있다. 또한, 본 발명의 투영 광학계를 탑재한 노광 장치를 이용하여, 고해상인 투영 광학계를 거친 고정밀도인 투영 노광에 의해, 양호한 마이크로 장치를 제조할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

Claims (20)

  1. 제 1 면의 상을 제 2 면상에 형성하는 투영 광학계에 있어서,
    상기 제 1 면의 제 1 중간 상을 형성하기 위한 제 1 결상 광학계와, 적어도 하나의 오목면 반사경을 갖고 상기 제 1 중간 상으로부터의 광속에 근거해서 제 2 중간 상을 형성하기 위한 제 2 결상 광학계와, 상기 제 2 중간 상으로부터의 광속에 근거해서 최종 상을 상기 제 2 면상에 형성하기 위한 제 3 결상 광학계를 구비하되,
    상기 오목면 반사경의 유효 직경을 Ec로 하고, 상기 제 2 면상의 투영 시야의 유효 직경을 Ic로 하며, 상기 투영 광학계의 상 측 개구수를 Na라고 할 때,
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 면과 상기 제 2 면의 거리를 L로 하고, 상기 제 2 면상의 투영 시야의 유효 직경을 Ic로 하며, 상기 투영 광학계의 상 측 개구수를 Na라고 할 때,
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 결상 광학계의 광축과 상기 제 3 결상 광학계의 광축이 거의 일치하도록 설정되고,
    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 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 오목면 반사경의 반사면의 중심과 상기 제 1 결상 광학계의 광축의 거리를 H로 하고, 상기 제 2 면상의 투영 시야의 유효 직경을 Ic로 하며, 상기 투영 광학계의 상 측 개구수를 Na라고 할 때,
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 오목면 반사경의 반사면 중심과 상기 제 1 결상 광학계의 광축의 거리를 H로 하고, 상기 제 2 면상의 투영 시야의 유효 직경을 Ic로 하며, 상기 투영 광학계의 상 측 개구수를 Na라고 할 때,
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 결상 광학계의 광축과 상기 제 3 결상 광학계의 광축이 거의 일치하도록 설정되고,
    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 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는, 적어도 여섯 개의 비구면 형상의 광학면을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 결상 광학계, 상기 제 2 결상 광학계 및 상기 제 3 결상 광학계는, 각각 적어도 하나의 비구면 형상의 광학면을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  9. 제 1 면의 상을 제 2 면상에 형성하는 투영 광학계에 있어서,
    상기 제 1 면의 제 1 중간 상을 형성하기 위한 제 1 결상 광학계와, 적어도 하나의 오목면 반사경을 갖고 상기 제 1 중간 상으로부터의 광속에 근거해서 제 2 중간 상을 형성하기 위한 제 2 결상 광학계와, 상기 제 2 중간 상으로부터의 광속에 근거해서 최종 상을 상기 제 2 면상에 형성하기 위한 제 3 결상 광학계를 구비하되,
    상기 제 1 면과 상기 제 2 면의 거리를 L로 하고, 상기 제 2 면상의 투영 시야의 유효 직경을 Ic로 하며, 상기 투영 광학계의 상 측 개구수를 Na라고 할 때,
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 결상 광학계의 광축과 상기 제 3 결상 광학계의 광축이 거의 일치하도록 설정되고,
    상기 제 1 결상 광학계와 상기 제 2 결상 광학계 사이의 광로 중에 배치된제 1 편향 미러와, 상기 제 2 결상 광학계와 상기 제 3 결상 광학계 사이의 광로 중에 배치된 제 2 편향 미러를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 오목면 반사경의 반사면의 중심과 상기 제 1 결상 광학계의 광축의 거리를 H로 하고, 상기 제 2 면상의 투영 시야의 유효 직경을 Ic로 하며, 상기 투영 광학계의 상 측 개구수를 Na라고 할 때,
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 오목면 반사경의 반사면 중심과 상기 제 1 결상 광학계의 광축의 거리를 H로 하고, 상기 제 2 면상의 투영 시야의 유효 직경을 Ic로 하며, 상기 투영 광학계의 상 측 개구수를 Na라고 할 때,
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는, 적어도 여섯 개의 비구면 형상의 광학면을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 결상 광학계, 상기 제 2 결상 광학계 및 상기 제 3 결상 광학계는, 각각 적어도 하나의 비구면 형상의 광학면을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  15. 제 1 면의 상을 제 2 면상에 형성하는 투영 광학계에 있어서,
    상기 제 1 면의 제 1 중간 상을 형성하기 위한 제 1 결상 광학계와, 적어도 하나의 오목면 반사경을 갖고 상기 제 1 중간 상으로부터의 광속에 근거해서 제 2 중간 상을 형성하기 위한 제 2 결상 광학계와, 상기 제 2 중간 상으로부터의 광속에 근거해서 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 구비하되,
    상기 제 1 결상 광학계의 광축과 상기 제 3 결상 광학계의 광축이 거의 일치하도록 설정되고,
    상기 오목면 반사경의 반사면의 중심과 상기 제 1 결상 광학계의 광축의 거리를 H로 하고, 상기 제 2 면상의 투영 시야의 유효 직경을 Ic로 하며, 상기 투영 광학계의 상 측 개구수를 Na라고 할 때,
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는, 적어도 여섯 개의 비구면 형상의 광학면을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 결상 광학계, 상기 제 2 결상 광학계 및 상기 제 3 결상 광학계는, 각각 적어도 하나의 비구면 형상의 광학면을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  18. 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하기 위한 조명계와, 상기 마스크에 형성된 패턴의 상을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판상에 형성하기 위한 청구항 1 내지 17 중 어느 한 항에 기재된 투영 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 감광성 기판상에 있어서의 실효 노광 영역은, 상기 제 3 결상 광학계의 광축으로부터 소정 거리만큼 떨어진 중심을 갖는 직사각형 형상의 영역인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  20. 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하고, 청구항 1 내지 17 중 어느 한 항에 기재된 투영 광학계를 거쳐서 상기 마스크에 형성된 패턴의 상을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판상에 투영 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
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