KR20040032994A

KR20040032994A - 광학계 및 이 광학계를 구비한 노광장치, 그리고디바이스의 제조방법

Info

Publication number: KR20040032994A
Application number: KR10-2004-7003105A
Authority: KR
Inventors: 니시까와진
Original assignee: 가부시키가이샤 니콘
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2004-04-17
Also published as: JPWO2003023480A1; WO2003023480A1; US20040240079A1

Abstract

중력방향과 소정의 각도를 이루는 광축을 따라 배치된 형석 광학 부재의 광학면의 미소 변형에 기인하는 파면수차의 악화가 억제되어, 양호한 광학성능을 갖는 광학계. 입방정계에 속하는 결정으로 형성되고, 중력방향과 소정의 각도를 이루는 광축 (AX2) 을 따라 배치된 광학부재 (23) 를 구비하고 있다. 광학부재는, 결정축 [100] (또는 이 결정축 [100] 과 등가인 결정축) 이 광축과 거의 일치하도록 배치되어 있다. 또한, 그의 결정축 [010] (또는 이 결정축 [010] 과 등가인 결정축) 이, 중력방향과 광축을 포함하는 면을 따라 배치되어 있다.

Description

광학계 및 이 광학계를 구비한 노광장치, 그리고 디바이스의 제조방법{OPTICAL SYSTEM AND EXPOSURE SYSTEM PROVIDED WITH THE OPTICAL SYSTEM, AND PRODUCTION METHOD FOR DEVICE}

기술분야

본 발명은 광학계 및 이 광학계를 구비한 노광장치에 관한 것으로, 특히 반도체소자나 액정표시소자 등의 마이크로 디바이스를 포토리소그래피 공정으로 제조할 때에 사용되는 노광장치에 적합한 투영광학계나 조명광학계에 관한 것이다.

배경기술

반도체소자 등을 제조하기 위한 포토리소그래피 공정에 있어서, 포토마스크 또는 레티클 (이하 총칭하여 「마스크」라고 함) 의 패턴 이미지를 투영광학계를 통해 포토레지스트 등이 도포된 웨이퍼 (또는 유리 플레이트 등) 상에 노광하는 노광장치가 사용되고 있다. 그리고 반도체소자 등의 집적도가 향상됨에 따라, 노광장치의 투영광학계에 요구되는 해상력 (해상도) 이 점점 높아지고 있다. 그 결과 투영광학계의 해상력에 대한 요구를 만족하기 위해, 조명광 (노광광) 의 파장을 짧게 함과 동시에 투영광학계의 개구수 (NA) 를 크게 할 필요가 있다.

그러나 조명광의 파장이 짧아지면 광의 흡수가 현저해지고, 실용적으로 견딜 수 있는 초재 (광학재료) 의 종류는 한정된다. 특히 조명광의 파장이 180 ㎚ 이하가 되면, 실용적으로 사용가능한 초재는 불화칼슘 결정 (형석) 만으로 한정된다. 그 결과, 굴절형의 투영광학계에서는 색 수차의 보정이 불가능해진다. 여기에서 굴절형의 광학계란 파워를 갖는 반사경 (오목면 반사경 또는 볼록면 반사경) 을 포함하지 않고, 렌즈 성분과 같은 투과 광학 부재만을 포함하는 광학계를 말한다.

상술한 바와 같이 단일 초재로 이루어지는 굴절형의 투영광학계에서는 허용색수차에 한계가 있어, 레이저 광원의 극협대화가 필수가 된다. 이 경우, 레이저 광원의 비용의 증대 및 출력의 저하는 피할 수 없다. 또한, 굴절광학계에서는, 이미지면 만곡량을 결정하는 페츠벌합을 0 에 근접시키기 위해, 다수의 양(正)렌즈 및 음(負)렌즈를 배치할 필요가 있다. 이에 대해, 오목면 반사경은 광을 수렴하는 광학소자로서 양렌즈에 대응하지만, 색수차가 발생하지 않는 점 및 페츠벌합이 음의 값을 취하는 (참고로 양렌즈는 양의 값을 취함) 점에서 양렌즈와는 다르다.

오목면 반사경과 렌즈를 조합하여 구성된, 소위 반사굴절광학계에서는, 오목면 반사경의 상술한 특징을 광학설계상에서 최대한으로 활용하여, 단순한 구성에도 관계없이 색수차가 양호한 보정이나 이미지면 만곡을 비롯한 모든 수차가 양호한 보정이 가능하다. 따라서 예를 들어 파장이 180 ㎚ 이하의 노광광을 사용하는 노광장치에서는, 투영광학계를 반사굴절형의 광학계로서 구성하는 것이 제안되어 있다.

그러나 종래의 기술에서는, 반사굴절형의 투영광학계에 있어서, 중력방향과 일치하지 않는 광축 (전형적으로는 수평방향으로 연장되는 광축) 을 따라 배치되는형석광학부재 (전형적으로는 형석 렌즈) 의 결정축과 중력방향의 상대관계에 대해 특별한 고려를 하고 있지 않다. 그 결과, 예를 들면 수평방향으로 연장되는 수평광축을 따라 배치되는 형석 렌즈의 결정축 [111] 과 수평광축을 일치시켜, 그 결정축 [100] (또는 결정축 [010] 이나 결정축 [001]) 을 중력방향 상향으로 배치한 경우를 생각하고 있으나, 이 배치에서는 중력의 영향에 의해 발생되는 형석 렌즈의 광학면의 미소변형에 기인하여 파면수차, 특히 비점수차(astigmatism)가 발생하기 쉽고, 나아가서는 파면수차가 악화되기 쉽다는 문제점이 있다.

발명의 개시

본 발명은 상술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 중력방향과 소정의 각도를 이루는 광축을 따라 배치된 형석 광학 부재의 광학면의 미소변형에 기인하는 파면수차의 악화가 억제되어, 양호한 광학특성을 갖는 광학계 및 이 광학계를 구비한 노광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제 1 발명에서는, 입방정계에 속하는 결정으로 형성되고, 중력방향과 소정의 각도를 이루는 광축을 따라 배치된 광학부재를 구비하고,

상기 광학부재는, 상기 결정의 결정축 [100] (또는 이 결정축 [100] 과 등가인 결정축) 이 상기 광축과 거의 일치하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학계를 제공한다.

제 1 발명의 바람직한 태양에 의하면, 상기 결정의 결정축 [010] (또는 이 결정축 [010] 과 등가인 결정축) 이, 상기 중력방향과 상기 광축을 포함하는 면 또는 그 근방의 면을 따라 배치되어 있다.

본 발명의 제 2 발명에서는, 입방정계에 속하는 결정으로 형성되고, 중력방향과 소정의 각도를 이루는 광축을 따라 배치된 광학부재를 구비하고,

상기 광학부재는, 상기 결정의 결정축 [110] (또는 이 결정축 [110] 과 등가인 결정축) 과 상기 광축이 거의 일치하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 광학계를 제공한다.

제 2 발명의 바람직한 태양에 의하면, 상기 결정의 결정축 [1-10] (또는 이 결정축 [1-10] 과 등가인 결정축) 이, 상기 중력방향과 상기 광축을 포함하는 면에 대해 약 90도의 각도를 이루도록 배치되어 있다.

본 발명의 제 3 발명에서는, 입방정계에 속하는 결정으로 형성되고, 중력방향과 소정의 각도를 이루는 광축을 따라 배치된 광학부재를 구비하고,

상기 광학부재는, 상기 결정의 결정축 [111] (또는 이 결정축 [111] 과 등가인 결정축) 이 상기 광축과 거의 일치하도록 배치되고,

상기 결정의 결정축 [100] (또는 이 결정축 [100] 과 등가인 결정축) 이, 상기 중력방향과 상기 광축을 포함하는 면에 대해 0도보다도 실질적으로 큰 각도를 이루도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 광학계를 제공한다.

제 3 발명의 바람직한 태양에 의하면, 상기 결정의 결정축 [100] (또는 이 결정축 [100] 과 등가인 결정축) 이, 상기 중력방향과 상기 광축을 포함하는 면에 대해 약 60도의 각도를 이루도록 설정되어 있다.

제 1 발명∼제 3 발명의 바람직한 태양에 의하면, 상기 중력방향의 광축을따라 배치된 광학부재를 추가로 구비하고, 상기 소정의 각도는 60도 내지 90도의 범위에 있다. 또한, 상기 결정은 불화칼슘 결정 또는 불화바륨 결정인 것이 바람직하다.

본 발명의 제 4 발명에서는, 마스크를 조명하기 위한 조명광학계와,

상기 마스크에 형성된 패턴의 이미지를 감광성 기판 상에 형성하기 위한 제 1 발명∼제 3 발명의 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광장치를 제공한다.

본 발명의 제 5 발명에서는, 마스크를 조명하기 위한 제 1 발명∼제 3 발명의 광학계와,

상기 마스크에 형성된 패턴의 이미지를 감광성 기판상에 형성하기 위한 투영광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광장치를 제공한다.

도 1 은 본 발명의 실시형태에 관련되는 광학계를 구비한 노광장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 2 는 본 실시형태에 관련되는 투영광학계의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 3 은 형석과 같은 입방정계의 결정에서의 결정축의 명칭 등을 설명하는 도면이다.

도 4 는 광축에 대한 형석 렌즈의 결정축의 배치와 중력의 영향에 의한 형석 렌즈 광학면의 변형량과의 관계를 나타내는 도면이다.

도 5 는 광축에 대한 형석 렌즈의 결정축의 배치와 중력의 영향에 의한 형석 렌즈 광학면의 변형량과의 관계를 나타내는 도면이다.

도 6 은 마이크로 디바이스로서의 반도체 디바이스를 얻을 때의 수법의 플로우차트이다.

도 7 은 마이크로 디바이스로서의 액정표시소자를 얻을 때의 수법의 플로우차트이다.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

본 발명의 실시형태를 첨부 도면에 의거하여 설명한다.

도 1 은 본 발명의 실시형태에 관련되는 광학계를 구비한 노광장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 본 실시형태에서는, 반사굴절형의 투영광학계에 본 발명을 적용하고 있다. 또한, 도 1 에서 반사굴절형의 투영광학계 (PL) 의 기준 광축 (AX) 에 평행하게 Z축을, 광축 (AX) 에 수직인 면내에서 도 1 의 지면에 평행하게 Y축을, 광축 (AX) 에 수직인 면내에서 도 1 의 지면에 수직으로 X축을 설정하고 있다.

도시한 노광장치는, 자외영역의 조명광을 공급하기 위한 광원 (100) 으로서, 예를 들면 F₂레이저 (파장 157.6 ㎚) 를 구비하고 있다. 광원 (100) 으로부터 사출된 광은, 조명광학계 (IL) 를 통해, 소정의 패턴이 형성된 레티클 (마스크; R) 을 균일하게 조명한다. 또한, 광원 (100) 과 조명광학계 (IL) 사이의 광로는 케이싱 (도시생략) 으로 밀봉되어 있고, 광원 (100) 으로부터 조명광학계 (IL) 중의 가장 레티클측의 광학부재까지의 공간은, 노광광의 흡수율이 낮은 기체인 헬륨가스나 질소 등의 불활성 가스로 치환되어 있거나, 혹은 거의 진공상태로 유지되고 있다.

레티클 (R) 은, 레티클 홀더 (RH) 를 통해, 레티클 스테이지 (RS) 상에서 XY 평면에 평행하게 지지되어 있다. 레티클 (R) 에는 전사해야 되는 패턴이 형성되어 있고, 패턴영역 전체 중 X방향을 따라 장변을 갖고, 또한, Y방향을 따라 단변을 갖는 직사각형상 (슬릿형상) 의 패턴영역이 조명된다. 레티클 스테이지 (RS) 는, 도시를 생략한 구동계의 작용에 의해, 레티클면 (즉 XY 평면) 을 따라 이차원적으로 이동가능하고, 그 위치좌표는 레티클 이동경 (RM) 을 사용한 간섭계 (RIF) 에 의해 계측되고, 또한 위치제어되도록 구성되어 있다.

레티클 (R) 에 형성된 패턴으로부터의 광은, 반사굴절형의 투영광학계 (PL) 를 통해, 감광성 기판인 웨이퍼 (W) 상에 레티클 패턴 이미지를 형성한다. 웨이퍼 (W) 는 웨이퍼 테이블 (웨이퍼 홀더; WT) 을 통해, 웨이퍼 스테이지 (WS) 상에 있어서 XY 평면에 평행하게 지지되어 있다. 그리고 레티클 (R) 상에서의 직사각형상의 조명영역에 광학적으로 대응하도록, 웨이퍼 (W) 상에서는 X 방향을 따라 장변을 갖고, 또한 Y방향을 따라 단변을 갖는 직사각형상의 노광영역에 패턴 이미지가 형성된다. 웨이퍼 스테이지 (WS) 는, 도시하지 않은 구동계의 작용에 의해 웨이퍼면 (즉 XY 평면) 을 따라 이차원적으로 이동가능하고, 그 위치좌표는 웨이퍼 이동경 (WM) 을 사용한 간섭계 (WIF) 에 의해 계측되고, 또한 위치제어되도록 구성되어 있다.

또한, 도시한 노광장치에서는, 투영광학계 (PL) 를 구성하는 광학부재 중 가장 레티클측에 배치된 광학부재와 가장 웨이퍼측에 배치된 광학부재 사이에서 투영광학계 (PL) 의 내부가 기밀상태를 유지하도록 구성되고, 투영광학계 (PL) 내부의 기체는 헬륨가스나 질소 등의 불활성 가스로 치환되어 있거나, 혹은 거의 진공상태로 유지되어 있다.

또한, 조명광학계 (IL) 와 투영광학계 (PL) 사이의 좁은 광로에는, 레티클 (R) 및 레티클 스테이지 (RS) 등이 배치되어 있으나, 레티클 (R) 및 레티클 스테이지 (RS) 등을 밀봉 포위하는 케이싱 (도시생략) 의 내부에 질소나 헬륨 가스 등의 불활성 가스가 충전되어 있거나, 혹은 거의 진공상태로 유지되어 있다.

또한, 투영광학계 (PL) 와 웨이퍼 (W) 사이의 좁은 광로에는, 웨이퍼 (W) 및 웨이퍼 스테이지 (WS) 등이 배치되어 있으나, 웨이퍼 (W) 및 웨이퍼 스테이지 (WS) 등을 밀봉 포위하는 케이싱 (도시생략) 의 내부에 질소나 헬륨 가스 등의 불활성 가스가 충전되어 있거나, 혹은 거의 진공상태로 유지되어 있다. 혹은 케이싱을 설치하지 않고, 투영광학계 (PL) 와 웨이퍼 (W) 사이의 좁은 광로를 국소 퍼지 (광축과 교차하는 방향으로부터 불활성 가스를 항상 흘려보내는 등) 하고 있다. 이와 같이 광원 (100) 부터 웨이퍼 (W) 까지의 광로의 전체에 걸쳐, 노광광이 거의 흡수되지 않는 분위기가 형성되어 있다.

상술한 바와 같이 투영광학계 (PL) 에 의해 규정되는 레티클 (R) 상의 조명영역 및 웨이퍼 (W) 상의 노광영역은, Y 방향을 따라 단변을 갖는 직사각형상이다. 따라서 구동계 및 간섭계 (RIF, WIF) 등을 사용하여 레티클 (R) 및 웨이퍼 (W) 의위치제어를 실행하면서, 직사각형의 노광영역 및 조명영역의 단변방향 즉 Y 방향을 따라 레티클 스테이지 (RS) 와 웨이퍼 스테이지 (WS) 를, 나아가서는 레티클 (R) 과 웨이퍼 (W) 를 동일한 방향으로 (즉, 동일한 쪽으로) 동기적으로 이동 (주사) 시킴으로써, 웨이퍼 (W) 상에는 노광영역의 장변과 같은 폭을 갖고, 또한 웨이퍼 (W) 의 주사량 (이동량) 에 따른 길이를 갖는 영역에 대해 레티클 패턴이 주사노광된다.

도 2 는 본 실시형태에 관련되는 투영광학계의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2 를 참조하면, 투영광학계 (PL) 는, 중력방향에 일치하는 연직방향의 기준 광축 (AX) 을 따라 배치되는 광학부재를 지지하기 위한 종방향 경통 (21) 과, 기준 광축 (AX) 에 대해 수직인 수평방향의 제 2 광축 (AX2) 을 따라 배치되는 광학부재를 지지하기 위한 횡방향 경통 (22) 을 구비하고 있다.

또한, F₂레이저광과 같은 단파장의 자외선이 양호하게 투과하고, 또한 양호한 균일성을 갖는 광학재료는, 현재로서는 형석에 한정되어 있다. 따라서 종방향 경통 (21) 의 내부에는, 도면중 파선으로 나타내는 광로 편향수단으로서의 직각 프리즘 (25) 을 포함하는 복수의 형석 렌즈 (형석으로 형성된 렌즈 : 도시생략) 가 배치되어 있다. 또한, 횡방향 경통 (22) 의 내부에는, 형석 렌즈 (23) 와, 도면중 파선으로 나타내는 오목면 반사경 (26) 이 배치되어 있다. 이하 횡방향 경통 (22) 에 지지철물 (24) 을 통해 장착된 형석 렌즈 (23) 에 착안하여, 본 실시형태의 작용을 설명한다.

도 3 은 형석과 같은 입방정계의 결정에 있어서의 결정축의 명칭 등을 설명하는 도면이다. 입방정계란, 입방체의 단위포(單位胞)가 그 입방체의 각 변의 방향으로 주기적으로 배열된 결정구조이다. 도 3 에 나타낸 바와 같이 입방체의 각 변은 상호 직교하고 있고, 이것을 Xa축, Ya축, Za축으로 한다. 이 때, Xa축의 +방향이 결정축 [100] 의 방향이고, Ya축의 +방향이 결정축 [010] 의 방향이고, Za축의 +방향이 결정축 [001] 의 방향이다.

보다 일반적으로는 상기 (Xa, Ya, Za) 좌표계에서 방위 벡터 (x1, y1, z1) 를 취할 때, 그 방향이 결정축 [x1, y1, z1] 의 방향으로 된다. 예를 들면 결정축 [111] 의 방향은, 방위 벡터 (1,1,1) 의 방향과 일치한다. 또한, 결정축 [11-1] 의 방향은, 방위 벡터 (1,1,-1) 의 방향과 일치한다. 물론, 입방정계의 결정에 있어서, Xa축과 Ya축과 Za축은 광학적으로나 기계적으로나 서로 완전히 등가로, 실제 결정에 있어서 전혀 구별할 수 없다. 또한, 결정축 [011], [0-11], [110] 등과 같이 3개의 숫자의 나열 및 그 부호를 변경한 각 결정축도, 광학적으로도 기계적으로도 완전히 등가 (동등) 이다.

본 실시형태에서는, 형석 렌즈 (23) 의 결정축 [100] 이 제 2 광축 (AX2) 과 일치하도록 배치함과 동시에, 그 결정축 [010] 이 기준 광축 (AX) 과 제 2 광축 (AX2) 을 포함하는 면을 따라 배치되어 있다. 그 결과, 후술하는 작용에 의거하여, 중력의 영향에 의해 발생되는 형석 렌즈 (23) 의 광학면의 새들형 변형에 기인하여 비점수차가 발생하기 어렵고, 나아가서는 파면수차가 악화되기 어렵다. 즉, 중력방향과 90도를 이루는 제 2 광축 (AX2) 을 따라 배치된 형석 렌즈 (23) 의광학면의 미소변형에 기인하는 파면수차의 악화가 억제되고, 양호한 광학특성을 갖는 투영광학계 (PL) 를 실현할 수 있다. 여기에서 새들형 변형이란, 광학면이 회전대칭으로 변형되지 않는 상태에서, 변형이 큰 방향과 변형이 작은 방향이 있는 변형을 말한다.

도 4 및 도 5 는, 광축에 대한 형석 렌즈의 결정축의 배치와 중력의 영향에 의한 형석 렌즈의 광학면의 변형량과의 관계를 나타내는 도면이다. 도 4 및 도 5 에 있어서, 횡축은 제 2 광축 (AX) 에 대한 형석 렌즈 (23) 의 결정축의 배치를 나타내고 있다. 여기에서 횡축 (B) 은, 형석 렌즈 (23) 의 결정축 [111] 이 제 2 광축 (AX2) 과 일치하도록 배치되고, 또한 그 결정축 [100] 이 기준 광축 (AX) 과 제 2 광축 (AX2) 을 포함하는 면 (이하 「기준면」이라고 함) 을 따라 배치된 상태, 즉 종래기술의 상태를 나타낸다.

또한, 횡축의 C 는, 형석 렌즈 (23) 의 결정축 [111] 이 제 2 광축 (AX2) 과 일치하도록 배치되고, 또한 그 결정축 [100] 이 기준면에 대해 30도의 각도를 이루도록 배치된 상태를 나타낸다. 또한, 횡축의 D 는, 형석 렌즈 (23) 의 결정축 [111] 이 제 2 광축 (AX2) 과 일치하도록 배치되고, 또한 그 결정축 [100] 이 기준면에 대해 60도의 각도를 이루도록 배치된 상태를 나타낸다. 또한, 결정축 [100] 이 기준면에 대해 90도의 각도를 이루도록 배치된 상태는 B 의 상태와 등가이고, 결정축 [100] 이 기준면에 대해 120도의 각도를 이루도록 배치된 상태는 C의 상태와 등가이고, 결정축 [100] 이 기준면에 대해 150도의 각도를 이루도록 배치된 상태는 D 의 상태와 등가이다. 또한, 기준면에 대한 결정축 [100] 의 각각의각도는, 형석 렌즈 (23) 의 결정축 [111] 을 제 2 광축 (AX2) 과 일치하도록 배치하고, 또한 그 결정축 [100] 을 기준면을 따라 배치한 상태로부터, 그 결정축 [111] 을 중심으로 결정축 [100] 을 회전시킨 각도이다.

또한, 횡축의 E 는 형석 렌즈 (23) 의 결정축 [110] 이 제 2 광축 (AX2) 과 일치하도록 배치되고, 또한 그 결정축 [1-10] 이 기준면을 따라 배치된 상태를 나타낸다. 또한, 횡축의 F 는, 형석 렌즈 (23) 의 결정축 [110] 이 제 2 광축 (AX2) 과 일치하도록 배치되고, 또한 그 결정축 [1-10] 이 기준면에 대해 90도의 각도를 이루도록 배치된 상태를 나타낸다. 또한, 결정축 [1-10] 이 기준면에 대해 180도의 각도를 이루도록 배치된 상태는 E 의 상태와 등가이다. 또한, 기준면에 대한 결정축 [1-10] 의 각도는, 형석 렌즈 (23) 의 결정축 [110] 을 제 2 광축 (AX2) 과 일치하도록 배치하고, 또한 그 결정축 [1-10] 을 기준면에 따라 배치한 상태로부터, 그 결정축 [110] 을 중심으로 결정축 [1-10] 을 회전시킨 각도이다.

또한, 횡축의 G 는, 형석 렌즈 (23) 의 결정축 [100] 이 제 2 광축 (AX2) 과 일치하도록 배치되고, 또한 그 결정축 [010] 이 기준면을 따라 배치된 상태를 나타내고 있다. 또한, 횡축의 H 는, 형석 렌즈 (23) 의 결정축 [100] 이 제 2 광축 (AX2) 과 일치하도록 배치되고, 또한 그 결정축 [010] 이 기준면에 대해 45도의 각도를 이루도록 배치된 상태를 나타낸다. 또한, 결정축 [010] 이 기준면에 대해 90도의 각도를 이루도록 배치된 상태는 G 의 상태와 등가이고, 결정축 [010] 이 기준면에 대해 135도의 각도를 이루도록 배치된 상태는 H 의 상태와 등가이다.또한, 기준면에 대한 결정축 [010] 의 각도는, 형석 렌즈 (23) 의 결정축 [100] 을 제 2 광축 (AX2) 과 일치하도록 배치하고, 또한 그 결정축 [010] 을 기준면을 따라 배치한 상태로부터, 그 결정축 [100] 을 중심으로 결정축 [010] 을 회전시킨 각도이다.

그런데 횡축의 A 는, 비교예로서 모든 방향을 따라 강성이 같은 등방성의 재료로 렌즈가 형성된 상태를 나타내고 있다. 한편 도 4 에 있어서, 종축은, 계측광의 파장 (633 ㎚) 을 λ로 했을 때의 중력의 영향에 의한 변형량의 P-V값 (peak to valley: 최대 최소의 차) 을 나타낸다. 또한, 도 5 에 있어서, 종축은, 계측광의 파장 (633 ㎚) 을 λ로 했을 때의 중력의 영향에 의한 변형량의 RMS값 (root mean square: 자승평균평방근) 을 나타내고 있다. 변형량의 P-V값은, 새들형 변형에 있어서, 변형이 큰 방향의 변형량으로부터 변형이 작은 방향의 번형량을 뺀 값이다.

도 4 를 참조하면, 꺽임선 L1 은, 회전대칭성분과 랜덤성분의 총계인 토탈성분, 즉 토탈 P-V값을 나타내고 있다. 또한, 꺽임선 (L2) 는, 토탈 성분에서 회전대칭성분을 제외한 랜덤 성분, 즉 랜덤 P-V값을 나타내고 있다. 또한, 꺽임선 L3 은 변형량을 체르니케 표시했을 때의 2θ성분, 즉 비점수차의 발생의 원인이 되는 새들형 변형성분을 나타내고 있다. 또한, 도 5 를 참조하면, 꺽임선 L4 는, 회전대칭성분과 랜덤 성분의 총계인 토탈성분, 즉 토탈 RMS 값을 나타내고 있다. 또한, 꺽임선 L5 는 토탈 성분에서 회전대칭성분을 제외한 랜덤 성분, 즉 랜덤 RMS 값을 나타낸다.

도 4 및 도 5 를 참조하면, 형석 렌즈 (23) 의 결정축 [100] 이 제 2 광축 (AX2) 과 일치하도록 배치되고, 또한 그 결정축 [010] 이 기준면을 따라 배치된 본 실시형태의 상태 (G 의 상태) 에서는, 형석 렌즈 (23) 의 결정축 [111] 이 제 2 광축 (AX2) 과 일치하도록 배치되고, 또한 그 결정축 [100] 이 기준면을 따라 배치된 종래기술의 상태 (즉 B 의 상태) 보다도, 중력의 영향에 의한 변형량 (특히 비점수차의 발생의 원인이 되는 새들형 변형 성분) 이 실질적으로 작은 것을 알 수 있다. 환언하면, 본 실시형태에서는, 중력의 영향에 의해 발생하는 형석 렌즈 (23) 의 광학면의 새들형 변형에 기인하여 비점수차가 발생하기 어렵고, 나아가서는 파면수차가 악화되기 어렵다는 것을 알 수 있다.

또한, 상술한 실시형태에서는, 중력의 영향에 의해 발생하는 형석 렌즈 (23) 광학면의 새들형 변형에 기인하여 발생되는 비점수차를 가장 작게 억제하기 위해, 형석 렌즈 (23) 의 결정축 [100] 이 제 2 광축 (AX2) 과 일치하도록 배치되고, 또한 그 결정축 [010] 이 기준면을 따라 배치되어 있다. 그러나 이것에 한정되지 않고, 형석 렌즈 (23) 의 결정축 [100] (또는 이 결정축 [100] 과 등가인 결정축) 이 제 2 광축 (AX2) 과 일치하도록 배치되는 것만으로, 반드시 그 결정축 [010] (또는 그 결정축 [010] 과 등가인 결정축) 이 기준면을 따라 배치되지 않더라도, 즉, 결정축 [010] (또는 이 결정축 [010] 과 등가인 결정축) 의 기준면에 대한 각도를 규정하지 않더라도, 종래 기술의 상태보다도 중력의 영향에 의한 변형량이 실질적으로 작아진다. 이것은 도 4 및 도 5 에 나타낸, 형석 렌즈 (23) 의 결정축 [100] 이 제 2 광축 (AX2) 과 일치하도록 배치되고, 또한 그 결정축 [010] 이기준면에 대해 135도의 각도를 이루도록 배치된 상태 (H 의 상태) 를 참조하면 명확하다.

또한, 형석 렌즈 (23) 의 결정축 [110] (또는 이 결정축 [110] 과 등가인 결정축) 이 제 2 광축 (AX2) 과 일치하도록 배치하는 것만으로, 반드시 그 결정축 [1-10] (또는 이 결정축 [1-10] 과 등가인 결정축) 이 기준면을 따라 배치되지 않더라도, 즉, 결정축 [1-10] (또는 이 결정축 [1-10] 과 등가인 결정축) 의 기준면에 대한 각도를 규정하지 않더라도, 종래 기술의 상태보다도 중력의 영향에 의한 변형량이 실질적으로 작아진다. 단, 중력의 영향에 의해 발생되는 형석 렌즈 (23) 의 광학면의 새들형 변형에 기인하여 발생되는 비점수차를 가장 양호하게 억제하기 위해서는, 결정축 [1-10] (또는 이 결정축 [1-10] 과 등가인 결정축) 의 기준면에 대한 각도를 90도로 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 형석 렌즈 (23) 의 결정축 [111] (또는 이 결정축 [111] 과 등가인 결정축) 이 제 2 광축 (AX2) 과 일치하도록 배치함과 동시에, 그 결정축 [100] (또는 이 결정축 [100] 과 등가인 결정축) 이 기준면에 대해 0도 보다도 실질적으로 큰 각도를 이루도록 설정함으로써, 본 발명의 효과가 얻어지는 것도 명확하다. 이 경우, 중력의 영향에 의해 발생되는 형석 렌즈 (23) 의 광학면의 새들형 변형에 기인하여 발생되는 비점수차를 가장 양호하게 억제하기 위해서는, 결정축 [100] (또는 이 결정축 [100] 과 등가인 결정축) 의 기준면에 대한 각도를 60도로 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 상술한 실시형태에서는, 중력방향에 수직인 광축 (AX2) 을 따라 배치되는 형석 렌즈에 본 발명을 적용하고 있으나, 이것에 한정되지 않고, 예를 들면 중력방향에 대해 60도 이상의 예각을 이루는 광축을 따라 배치되는 형석 렌즈에도 본 발명을 적용할 수 있다.

또한, 상술한 실시형태에서는, 형석 렌즈에 본 발명을 적용하고 있으나, 이것에 한정되지 않고, 다른 일축성 결정, 예를 들면 불화바륨 결정 (BaF₂), 불화리튬 결정 (LiF), 불화나트륨 결정 (NaF), 불화스트론튬 결정 (SrF₂), 불화베릴륨 결정 (BeF₂) 등, 자외선에 대해 투명한 다른 결정 재료로 형성된 광학 부재에 본 발명을 적용할 수도 있다.

상술한 실시형태의 노광장치에서는, 조명장치에 의해 레티클 (마스크) 을 조명하고 (조명공정), 투영광학계를 사용하여 마스크에 형성된 전사용의 패턴을 감광성 기판에 노광함으로써 (노광공정), 마이크로 디바이스 (반도체 소자, 촬상소자, 액정표시소자, 박막자기헤드 등) 를 제조할 수 있다. 이하, 본 실시형태의 노광장치를 사용하여 감광성 기판으로서의 웨이퍼 등에 소정의 회로패턴을 형성함으로써, 마이크로 디바이스로서의 반도체 디바이스를 얻을 때의 수법의 일례에 대해 도 6 의 플로우차트를 참조하여 설명한다.

먼저, 도 6 의 스텝 301 에 있어서, 1로트의 웨이퍼 상에 금속막이 증착된다. 다음의 스텝 302 에서, 그 1로트의 웨이퍼 상의 금속막 상에 포토레지스트가 도포된다. 그 후, 스텝 303 에서 본 실시형태의 노광장치를 사용하여, 마스크 상의 패턴의 이미지가 그 투영광학계를 통해, 그 1 로트의 웨이퍼 상의 각 쇼트영역에 순차적으로 노광전사된다. 그 후, 스텝 304 에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼 상의 포토레지스트의 현상이 실행된 후, 스텝 305 에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼 상에서 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭을 실행함으로써, 마스크 상의 패턴에 대응하는 회로패턴이, 각 웨이퍼 상의 각 쇼트영역에 형성된다.

그 후, 다시 위의 레이어의 회로패턴의 형성 등을 실행함으로써, 반도체소자 등의 디바이스가 제조된다. 상술한 반도체 디바이스 제조방법에 의하면, 매우 미세한 회로패턴을 가진 반도체 디바이스를 양호한 스루풋으로 얻을 수 있다. 또한, 스텝 301∼스텝 305 에서는, 웨이퍼 상에 금속을 증착하고, 그 금속막 상에 레지스트를 도포, 그리고 노광, 현상, 에칭의 각 공정을 실행하고 있으나, 이들 공정에 앞서, 웨이퍼 상에 규소 산화막을 형성한 후, 그 규소 산화막 상에 레지스트를 도포, 그리고 노광, 현상, 에칭 등의 각 공정을 실행해도 되는 것은 말할 필요도 없다.

또한, 본 실시형태의 노광장치에서는, 플레이트 (유리기판) 상에 소정의 패턴 (회로패턴, 전극패턴 등) 을 형성함으로써, 마이크로 디바이스로서의 액정표시소자를 얻을 수도 있다. 이하, 도 7 의 플로우차트를 참조하여, 이 때의 수법의 일례에 대해 설명한다. 도 7 에서 패턴 형성공정 401 에서는 본 실시형태의 노광장치를 사용하여 마스크의 패턴을 감광성 기판 (레지스트가 도포된 유리기판 등) 에 전사노광하는, 소위 광 리소그래피 공정이 실행된다. 이 광 리소그래피 공정에 의해, 감광성 기판 상에는 다수의 전극 등을 포함하는 소정의 패턴이 형성된다. 그 후, 노광된 기판은, 현상공정, 에칭공정, 레지스트공정 등의 각 공정을 거침으로써, 기판 상에 소정의 패턴이 형성되고, 다음의 컬러 필터 형성공정 402 으로 이행된다.

다음으로, 컬러 필터 형성공정 (402) 에서는, R (Red), G (Green), B (Blue) 에 대응한 3개의 도트의 세트가 매트릭스형상으로 다수 배열되거나, 또는 R, G, B 의 3개의 스트라이프 필터의 세트를 복수 수평주사선 방향으로 배열된 컬러필터를 형성한다. 그리고 컬러필터 형성공정 (402) 후에 셀 조립공정 (403) 이 실행된다. 셀 조립공정 (403) 에서는, 패턴형성공정 (401) 에서 얻어진 소정의 패턴을 가진 기판, 및 컬러필터 형성공정 (402) 에서 얻어진 컬러필터 등을 사용하여 액정 패널 (액정셀) 을 조립한다. 셀조립공정 (403) 에서는, 예를 들면 패턴형성공정 (401) 에서 얻어진 소정의 패턴을 갖는 기판과 컬러필터 형성공정 (402) 에서 얻어진 컬러필터와의 사이에 액정을 주입하여, 액정 패널 (액정셀) 을 제조한다.

그 후, 모듈 조립공정 (404) 에서, 조립된 액정 패널 (액정셀) 의 표시동작을 실행시키는 전기회로, 백라이트 등의 각 부품을 장착하여 액정표시소자로서 완성시킨다. 상술한 액정표시소자의 제조방법에 의하면, 매우 미세한 회로패턴을 갖는 액정표시소자를 양호한 스루풋으로 얻을 수 있다.

또한, 상술한 실시형태에서는, 노광장치의 투영광학계에 대해 본 발명을 적용하고 있으나, 이것에 한정되지 않고, 노광장치의 조명광학계를 포함하는 일반적인 광학계에 본 발명을 적용할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에서는 중력방향과 소정의 각도를 이루는 광축을 따라 배치된 형석 광학 부재의 결정축의 광축에 대한 배치를 고려함으로써, 그 광학면의 미소변형에 기인하는 파면수차의 악화를 억제하고, 양호한 광학성능을 가진 광학계를 실현할 수 있다.

Claims

입방정계에 속하는 결정으로 형성되고, 중력방향과 소정의 각도를 이루는 광축을 따라 배치된 광학부재를 구비하고,

상기 광학부재는, 상기 결정의 결정축 [100] (또는 이 결정축 [100] 과 등가인 결정축) 이 상기 광축과 거의 일치하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학계.
제 1 항에 있어서,

상기 결정의 결정축 [010] (또는 이 결정축 [010] 과 등가인 결정축) 이, 상기 중력방향과 상기 광축을 포함하는 면 또는 그 근방의 면을 따라 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학계.
제 1 항에 있어서,

상기 결정의 결정축 [010] (또는 이 결정축 [010] 과 등가인 결정축) 이, 상기 중력방향과 상기 광축을 포함하는 면에 대해 임의 각도를 이루어 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학계.
입방정계에 속하는 결정으로 형성되고, 중력방향과 소정의 각도를 이루는 광축을 따라 배치된 광학부재를 구비하고,

상기 광학부재는, 상기 결정의 결정축 [110] (또는 이 결정축 [110] 과 등가인 결정축) 과 상기 광축이 거의 일치하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 광학계.
제 4 항에 있어서,

상기 결정의 결정축 [1-10] (또는 이 결정축 [1-10] 과 등가인 결정축) 이, 상기 중력방향과 상기 광축을 포함하는 면에 대해 임의 각도를 이루어 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학계.
제 5 항에 있어서,

상기 임의 각도는 약 90도인 것을 특징으로 하는 광학계.
입방정계에 속하는 결정으로 형성되고, 중력방향과 소정의 각도를 이루는 광축을 따라 배치된 광학부재를 구비하고,

상기 광학부재는, 상기 결정의 결정축 [111] (또는 이 결정축 [111] 과 등가인 결정축) 이 상기 광축과 거의 일치하도록 배치되고,

상기 결정의 결정축 [100] (또는 이 결정축 [100] 과 등가인 결정축) 이, 상기 중력방향과 상기 광축을 포함하는 면에 대해 0도보다도 실질적으로 큰 각도를 이루도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 광학계.
제 7 항에 있어서,

상기 결정의 결정축 [100] (또는 이 결정축 [100] 과 등가인 결정축) 이, 상기 중력방향과 상기 광축을 포함하는 면에 대해 임의 각도를 이루어 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학계.
제 8 항에 있어서,

상기 임의 각도는 약 30 도 또는 60도인 것을 특징으로 하는 광학계.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 중력방향의 광축을 따라 배치된 광학부재를 추가로 구비하고,

상기 소정의 각도는 60도 내지 90도의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광학계.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 결정은 불화칼슘 결정 또는 불화바륨 결정인 것을 특징으로 하는 광학계.
마스크를 조명하기 위한 조명광학계와,

상기 마스크에 형성된 패턴의 이미지를 감광성 기판 상에 형성하기 위한 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
마스크를 조명하기 위한 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 광학계와,

상기 마스크에 형성된 패턴의 이미지를 감광성 기판상에 형성하기 위한 투영광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 12 항 또는 제 13 항에 기재된 노광장치를 사용하여 상기 마스크의 디바이스 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 노광공정과,

상기 노광공정에 의해 노광된 상기 감광성 기판을 현상하는 현상공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.