KR20040034510A - 투영 광학계 및 해당 투영 광학계를 구비한 노광 장치 - Google Patents

투영 광학계 및 해당 투영 광학계를 구비한 노광 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 X선에 대해서도 양호한 반사 특성을 갖고, 반사경의 대형화를 억제하면서 수차 보정을 양호하게 실행할 수 있는 반사형 투영 광학계를 제공하는 것으로, 여섯 개의 반사경을 구비하고, 제 1 면(4)의 축소 이미지를 제 2 면(7) 상에 형성하는 투영 광학계. 제 1 면의 중간 이미지를 형성하기 위한 제 1 반사 결상 광학계 G1과, 중간 이미지의 이미지를 제 2 면 상에 형성하기 위한 제 2 반사 결상 광학계 G2를 구비하고 있다. 제 1 반사 결상 광학계는 제 1 면 측으로부터 광의 입사 순서로, 제 1 반사경 M1과 개구 조리개 AS와 제 2 반사경 M2와 제 3 반사경 M3과 제 4 반사경 M4를 갖는다. 제 2 반사 결상 광학계는 제 1 면 측으로부터 광의 입사 순서로, 제 5 반사경 M5와 제 6 반사경 M6을 갖는다.

Description

투영 광학계 및 해당 투영 광학계를 구비한 노광 장치{PROJECTIVE OPTICAL SYSTEM AND EXPOSURE APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 투영 광학계 및 해당 투영 광학계를 구비한 노광 장치에 관한 것으로, 예컨대, X선을 이용하여 미러 프로젝션 방식으로 마스크 상의 회로 패턴을 감광성 기판 상에 전사하는 X선 투영 노광 장치에 바람직한 반사형 투영 광학계에 관한 것이다.
종래, 반도체 소자 등의 제조에 사용되는 노광 장치에서는, 마스크(레티클)상에 형성된 회로 패턴을, 투영 광학계를 거쳐, 웨이퍼와 같은 감광성 기판 상에 투영 전사한다. 감광성 기판에는 레지스트가 도포되어 있고, 투영 광학계를 거친 투영 노광에 의해 레지스트가 감광하여, 마스크 패턴에 대응한 레지스트 패턴을 얻을 수 있다.
여기서, 노광 장치의 해상력 W는 노광광의 파장 λ와 투영 광학계의 개구수 NA에 의존하여, 다음의 식 (a)로 표시된다.
따라서, 노광 장치의 해상력을 향상시키기 위해서는, 노광광의 파장 λ를 짧게 하든지, 또는 투영 광학계의 개구수 NA를 크게 하는 것이 필요해진다. 일반적으로, 투영 광학계의 개구수 NA를 소정값 이상으로 크게 하는 것은 광학 설계의 관점에서 곤란하기 때문에, 금후에는 노광광의 단파 길이화가 필요해진다. 예컨대, 노광광으로서, 파장이 248㎚인 KrF 엑시머 레이저를 이용하면 0.25㎛의 해상력을 얻을 수 있고, 파장이 193㎚인 ArF 엑시머 레이저를 이용하면 0.18㎛의 해상력을 얻을 수 있다. 노광광으로서 파장이 더 짧은 X선을 이용하면, 예컨대, 파장이 13㎚에서 0.1㎛ 이하인 해상력을 얻을 수 있다.
그런데, 노광광으로서 X선을 이용하는 경우, 사용 가능한 투과 광학 재료 및 굴절 광학 재료가 없어지기 때문에, 반사형의 마스크를 이용하고, 또한 반사형 투영 광학계를 이용하는 것으로 된다. 종래, 노광광으로서 X선을 이용하는 노광 장치에 적용 가능한 투영 광학계로서, 예컨대, 일본 특허 공개 소화 제61-47914호 공보, 미국 특허 제5,815,310호 명세서, 일본 특허 공개 평성 제9-211322호 공보, 미국 특허 제5,686,728호 명세서, 일본 특허 공개 평성 제10-90602호 공보, WO99/57606호 공보에는, 여러 가지의 반사 광학계가 제안되어 있다.
그러나, 일본 특허 공개 소화 제61-47914호 공보에 개시된 종래의 반사 광학계에서는, 마스크 및 웨이퍼가 광학계 내에 배치되는 형태를 갖고, 노광 장치의 투영 광학계로서 실현하는 것은 매우 곤란하다.
또한, 미국 특허 제5, 815, 310호 명세서나 일본 특허 공개 평성 제9-211322호 공보나 WO99/57606호 공보에 개시된 종래의 반사 광학계에서는, 마스크와 웨이퍼 사이에 광학계가 배치되는 형태로는 되어 있지만, 일부 반사경이 대형화하고 그 유효 직경이 마스크의 유효 직경보다도 실질적으로 크게 되어 있으므로 제조가 곤란하다.
또한, 미국 특허 제5,686,728호 명세서나 일본 특허 공개 평성 제10-90602호 공보에 개시된 종래의 반사 광학계에서는, 마스크와 웨이퍼 사이에 광학계가 배치되는 형태로는 되어 있지만, 일부 반사경이 대형화하여 그 유효 직경이 마스크의 유효 직경보다도 실질적으로 크게 되어 있으므로 제조가 곤란하다. 아울러, 웨이퍼 측에 두 장의 볼록면 반사경이 이용되고 있으므로, 광축에 대한 광선의 각도가 커져, 반사경이 대형화하고 있다.
그런데, 노광광으로서 X선을 이용하는 노광 장치에 탑재되는 투영 광학계의 경우, X선을 양호하게 반사하기 위해 반사면에는 수십 층으로 이루어지는 다층막이형성된다. 종래의 반사 광학계에서는, 각 반사경의 반사면으로의 광선의 최대 입사각(반사면의 수선과 광선이 이루는 각도)이 비교적 크게 설정되어 있다. 그 결과, 반사 다층막에서, 반사 불균일이 발생하기 쉽고, 또한 충분히 높은 반사율을 얻을 수 없기 때문에, 양호한 반사 특성을 달성할 수가 없다.
본 발명은 전술한 과제에 감안해서 이루어진 것으로서, X선에 대해서도 양호한 반사 특성을 갖고, 반사경의 대형화를 억제하면서 수차 보정을 양호하게 실행할 수 있는 반사형 투영 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명의 투영 광학계를 노광 장치에 적용함으로써, 예컨대, 노광광으로서 X선을 이용하여 큰 해상력을 확보할 수 있는 노광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 웨이퍼 상에 형성되는 원호 형상의 노광 영역(즉, 실효 노광 영역)과 광축의 위치 관계를 나타내는 도면,
도 3은 본 실시예의 실시예 1에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면,
도 4는 실시예 1의 투영 광학계에 있어서의 코마 수차를 나타내는 도면,
도 5는 본 실시예의 실시예 2에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면,
도 6은 실시예 2의 투영 광학계에 있어서의 코마 수차를 나타내는 도면,
도 7은 본 실시예의 실시예 3에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면,
도 8은 실시예 3의 투영 광학계에 있어서의 코마 수차를 나타내는 도면,
도 9는 마이크로 장치로서의 반도체 장치를 얻을 때의 수법의 일례에 대하여, 그 흐름도를 나타내는 도면이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 레이저 플라즈마 X선원(X線源)
2 : 파장 선택 필터
3 : 조명 광학계
4 : 마스크
5 : 마스크 스테이지
6 : 투영 광학계
7 : 웨이퍼
8 : 웨이퍼 스테이지
M1∼M6 : 반사경
AS : 개구 조리개
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제 1 형태에서는, 여섯 개의 반사경을 구비하고, 제 1 면의 축소 이미지를 제 2 면 상에 형성하는 투영 광학계에 있어서,
상기 제 1 면의 중간 이미지를 형성하기 위한 제 1 반사 결상 광학계와, 상기 중간 이미지의 이미지를 상기 제 2 면 상에 형성하기 위한 제 2 반사 결상 광학계를 구비하되,
상기 제 1 반사 결상 광학계는, 상기 제 1 면 측으로부터 광의 입사 순서로, 제 1 반사경 M1과 개구 조리개와 제 2 반사경 M2와 제 3 반사경 M3과 제 4 반사경 M4를 갖고,
상기 제 2 반사 결상 광학계는, 상기 제 1 면 측으로부터 광의 입사 순서로, 제 5 반사경 M5와 제 6 반사경 M6을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
제 1 형태의 바람직한 형태에 따르면, 각 반사경 M1∼M6으로의 광선의 최대 입사각 A는, 각 반사경 M1∼M6에서,의 조건을 만족한다. 또한, 각 반사경 M1∼M6의 유효 직경을 φM이라 하고, 각 반사경 M1∼M6의 반사면의 곡률 반경을 R이라 할 때, 각 반사경 M1∼M6에서,의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 형태의 바람직한 형태에 따르면, 상기 제 1 면에서 상기 제 1 반사경 M1로의 광속의 주 광선의 광축에 대한 기울기 α는,의 조건을 만족한다. 또한, 각 반사경 M1∼M6의 유효 직경 φM은, 각 반사경 M1∼M6에서,의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 형태의 바람직한 형태에 따르면, 각 반사경 M1∼M6의 반사면은 광축에 관해서 회전 대칭인 비구면 형상으로 형성되고, 각 반사면을 규정하는 비구면의 최대 차수는 10차 이상이다. 또한, 상기 제 2 면 측으로 거의 텔레센트릭한 광학계인 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 형태에서는, 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하기 위한 조명계와, 상기 마스크의 패턴을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판 상으로 투영 노광하기 위한 제 1 형태의 투영 광학계를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다.
제 2 형태의 바람직한 형태에 따르면, 상기 조명계는 노광광으로서 X선을 공급하기 위한 광원을 갖고, 상기 투영 광학계에 대해 상기 마스크 및 상기 감광성 기판을 상대 이동시켜, 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판 상으로 투영 노광한다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적, 특징, 국면 및 이익 등은 첨부 도면을 참조로 하여 설명하는 이하의 상세한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다.
본 발명의 투영 광학계에서는, 제 1 면(물체면)으로부터의 광이 제 1 반사 결상 광학계 G1을 거쳐, 제 1 면의 중간 이미지를 형성한다. 그리고, 제 1 반사 결상 광학계 G1을 거쳐 형성된 제 1 면의 중간 이미지로부터의 광이 제 2 반사 결상 광학계 G2를 거쳐, 중간 이미지의 이미지(제 1 면의 축소 이미지)를 제 2 면(상면) 상에 형성한다.
여기서, 제 1 반사 결상 광학계 G1은 제 1 면으로부터의 광을 반사하기 위한 제 1 반사경 M1과, 개구 조리개 AS와, 제 1 반사경 M1에서 반사된 광을 반사하기 위한 제 2 반사경 M2와, 제 2 반사경 M2에서 반사된 광을 반사하기 위한 제 3 반사경 M3과, 제 3 반사경 M3에서 반사된 광을 반사하기 위한 제 4 반사경 M4로 구성되어 있다. 또한, 제 2 반사 결상 광학계 G2는 중간 이미지로부터의 광을 반사하기 위한 제 5 반사경 M5와, 제 5 반사경 M5에서 반사된 광을 반사하기 위한 제 6 오목면 반사경 M6에 의해 구성되어 있다.
본 발명에서는, 제 1 면의 축소 이미지를 제 2 면 상에 2회 결상으로 형성하는 구성을 채용함으로써, 왜곡 수차(디스토션)의 보정을 양호하게 행할 수 있다.또한, 제 1 반사경 M1과 제 2 반사경 M2 사이의 광로 중에 개구 조리개 AS를 배치하고 있으므로, 광선의 입사각이 커지는 경향이 있는 제 3 반사경 M3으로의 광선 입사각을 작게 억제할 수 있다. 통상, 이러한 6매의 경(鏡) 광학계에서는, 광속의 간섭을 피하기 위해, 개구 조리개는 반사경의 바로 앞에 배치하는 것이 일반적이다. 그 경우, 조리개 위치가 한정되어, 상(上) 코마 및 하(下) 코마의 수차의 밸런스를 잡기 어렵게 된다. 이에 대하여, 본 발명에서는, 제 1 반사경 M1과 제 2 반사경 M2 사이에 개구 조리개 AS를 배치했으므로, 조리개 위치의 자유도를 확보하고, 또한 상 코마 및 하 코마의 수차의 밸런스를 쉽게 취할 수 있다. 또한, 개구 조리개 AS를 제 2 반사경 M2와 제 3 반사경 M3 사이, 또는 제 3 반사경 M3과 제 4 반사경 M4 사이에 배치하면, 제 1 반사경 M1의 유효 직경이 커지고, 또한, 레티클로의 입사각 및 레티클로부터의 반사각이 결정되어 있기 때문에, 레티클로부터 개구 조리개까지의 광로 길이가 길게 되어, 레티클의 물체 높이가 높게 되므로, 그 결과, 결상 배율을 1/5∼1/6로 해야한다. 이에 대하여, 본 발명에서는, 제 1 반사경 M1과 제 2 반사경 M2 사이(중간)에 개구 조리개 AS를 배치했으므로, 소형으로 결상 배율을 1/4로 유지하면서, 양호한 광학 성능을 실현할 수 있다. 그 결과, 반사 다층막에서, 반사 불균일이 발생하기 어렵고 또한 충분히 높은 반사율을 얻을 수 있기 때문에, X선에 대하여도 양호한 반사 특성을 확보할 수 있다.
또한, 제 3 반사경 M3으로의 광선의 입사각을 작게 억제함으로써, 유효 직경이 커지는 경향이 있는 제 4 반사경 M4의 유효 직경을 작게 억제할 수 있다. 이상과 같이, 본 발명에서는, X선에 대해서도 양호한 반사 특성을 갖고, 반사경의 대형화를 억제하면서 수차 보정을 양호하게 실행할 수 있는 반사형 투영 광학계를 실현할 수 있다.
본 발명에서는, 각 반사경 M1∼M6으로의 광선의 최대 입사각 A가 각 반사경 M1∼M6에서, 다음 조건식 (1)을 만족하는 것이 바람직하다.
조건식 (1)의 상한값을 상회하면, 반사 다층막으로의 광선의 최대 입사각 A가 너무 커져, 반사 불균일이 발생하기 쉽게 되고 또한 충분히 높은 반사율을 얻을 수 없게 되므로 바람직하지 못하다.
또한, 본 발명에서는, 각 반사경 M1∼M6에서, 다음 조건식 (2)를 만족하는 것이 바람직하다. 조건식 (2)에서, φM은 각 반사경 M1∼M6의 유효 직경(직경)이며, R은 각 반사경 M1∼M6의 반사면의 곡률 반경이다.
조건식 (2)의 상한값을 상회하면, 각 반사경 M1∼M6(특히, 제 4 반사경 M4)의 형상을 측정할 때의 개방각(반사경 측정 시의 NA)이 너무 커져, 고정밀도의 형상 측정이 곤란하게 되므로, 바람직하지 않다. 또한 고밀도인 형상 측정을 가능하게 하기 위해서는, 조건식 (2)의 상한값을 0.45로 설정하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 제 1 면에서 제 1 반사경 M1로의 광속의 주 광선의 광축에 대한 기울기 α가, 다음 조건식 (3)을 만족하는 것이 바람직하다.
조건식 (3)의 상한값을 상회하면, 제 1 면에 반사 마스크를 설치한 경우에,반사에 의한 그림자의 영향을 받기 쉽게 되므로, 바람직하지 못하다. 한편, 조건식 (3)의 하한값을 하회하면, 제 1 면에 반사 마스크를 설치한 경우에, 입사광과 반사광이 간섭하므로, 바람직하지 않다.
또한, 본 발명에서는, 각 반사경 M1∼M6의 유효 직경 φM은, 각 반사경 M1∼M6에서, 다음 조건식 (4)을 만족하는 것이 바람직하다.
조건식 (4)의 상한값을 상회하면, 해당 반사경의 유효 직경이 너무 커져, 광학계가 대형화하므로 바람직하지 않다.
또한, 본 발명에서는, 수차를 양호하게 보정하여 광학 성능을 향상시키기 위해, 각 반사경의 반사면은 광축에 대해 회전 대칭인 비구면 형상으로 형성되고, 각 반사면을 규정하는 비구면의 최대 차수는 10차 이상인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서는, 제 2 면 측으로 거의 텔레센트릭한 광학계인 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 예컨대, 노광 장치에 적용되는 경우, 투영 광학계의 초점 심도 내에서 웨이퍼에 요철이 있더라도 양호한 결상이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 투영 광학계를 노광 장치에 적용함으로써, 노광광으로서 X선을 사용할 수 있다. 이 경우, 투영 광학계에 대해 마스크 및 감광성 기판을 상대 이동시켜, 마스크의 패턴을 감광성 기판 상으로 투영 노광하는 것으로 된다. 그 결과, 큰 해상력을 갖는 주사형 노광 장치를 이용해서, 양호한 노광 조건을 근거로, 고밀도인 마이크로 장치를 제조할 수 있다.
본 발명의 실시예를, 첨부 도면에 근거해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 2는 웨이퍼 상에 형성되는 원호 형상의 노광 영역(즉, 실효 노광 영역)과 광축 위치 관계를 나타내는 도면이다. 도 1에서, 투영 광학계의 광축 방향, 즉 감광성 기판인 웨이퍼의 법선 방향을 따라 Z축을, 웨이퍼면 내에서 도 1의 지면에 평행한 방향으로 Y축을, 웨이퍼면 내에서 도 1의 지면에 수직인 방향으로 X축을 각각 설정하고 있다.
도 1의 노광 장치는 노광광을 공급하기 위한 광원으로서, 예컨대, 레이저 플라즈마 X선원(1)을 구비하고 있다. X선원(1)으로부터 사출된 광은 파장 선택 필터(2)를 거쳐, 조명 광학계(3)에 입사된다. 여기서, 파장 선택 필터(2)는 X선원(1)이 공급하는 광으로부터, 소정 파장 13.5㎚의 X선만을 선택적으로 투과시켜, 다른 파장광의 투과를 차단하는 특성을 갖는다.
파장 선택 필터(2)를 투과한 X선은 복수의 반사경으로 구성된 조명 광학계(3)를 거쳐, 전사해야 할 패턴이 형성된 반사형 마스크(4)를 조명한다. 마스크(4)는 그 패턴면이 XY 평면을 따라 연장하도록, Y방향을 따라 이동 가능한 마스크 스테이지(5)에 의해 유지되어 있다. 그리고, 마스크 스테이지(5)의 이동은 도시를 생략한 레이저 간섭계에 의해 계측되도록 구성되어 있다. 이와 같이 하여, 마스크(4) 상에는, Y축에 대해 대칭인 원호 형상의 조명 영역이 형성된다.
조명된 마스크(4) 패턴으로부터의 광은 반사형 투영 광학계(6)를 거쳐, 감광성 기판인 웨이퍼(7) 상에 마스크 패턴의 이미지를 형성한다. 즉, 웨이퍼(7) 상에는, 도 2에 나타내는 바와 같이, Y축에 대해 대칭인 원호 형상의 노광 영역이 형성된다. 도 2를 참조하면, 광축 AX를 중심으로 한 반경 φ를 갖는 원 형상의 영역(이미지 서클) IF 내에서, 이 이미지 서클 IF에 접하도록 X 방향의 길이가 LX이고, Y 방향의 길이가 LY인 원호 형상의 실효 노광 영역 ER이 설정되어 있다.
웨이퍼(7)는 그 노광면이 XY 평면을 따라 연장하도록, X 방향 및 Y 방향을 따라 이차원적으로 이동 가능한 웨이퍼 스테이지(8)에 의해 유지되어 있다. 또, 웨이퍼 스테이지(8)의 이동은 마스크 스테이지(5)와 마찬가지로, 도시를 생략한 레이저 간섭계에 의해 계측되도록 구성되어 있다. 이와 같이 하여, 마스크 스테이지(5) 및 웨이퍼 스테이지(8)를 Y 방향을 따라 이동시키면서, 즉 투영 광학계(6)에 대해 마스크(4) 및 웨이퍼(7)를 Y 방향을 따라 상대 이동시키면서 스캔 노광(주사 노광)을 행함으로써, 웨이퍼(7) 중 하나의 노광 영역에 마스크(4) 패턴이 전사된다.
이 때, 투영 광학계(6)의 투영 배율(전사 배율)이 1/4인 경우, 웨이퍼 스테이지(8)의 이동 속도를 마스크 스테이지(5)의 이동 속도의 1/4로 설정하여 동기 주사한다. 또한, 웨이퍼 스테이지(8)를 X 방향 및 Y 방향을 따라 이차원적으로 이동시키면서 주사 노광을 반복함으로써, 웨이퍼(7)의 각 노광 영역에 마스크(4)의 패턴이 점차 전사된다. 이하, 실시예 1 내지 실시예 3을 참조하여, 투영 광학계(6)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
각 실시예에서, 투영 광학계(6)는 마스크(4) 패턴의 중간 이미지를 형성하기 위한 제 1 반사 결상 광학계 G1과, 마스크 패턴의 중간 이미지의 이미지(마스크(4) 패턴의 2차 이미지)를 웨이퍼(7) 상에 형성하기 위한 제 2 반사 결상 광학계 G2로구성되어 있다. 여기서, 제 1 반사 결상 광학계 G1은 네 개의 반사경 M1 내지 M4로 구성되고, 제 2 반사 결상 광학계 G2는 두 개의 반사경 M5, M6으로 구성되어 있다.
또, 각 실시예에서, 모든 반사경의 반사면이 광축에 대해 회전 대칭인 비구면 형상으로 형성되어 있다. 또한, 각 실시예에서, 제 1 반사경 M1로부터 제 2 반사경 M2에 이르는 광로 중에는, 개구 조리개 AS가 배치되어 있다. 또한, 각 실시예에서, 투영 광학계(6)는 웨이퍼 측(상상(像像))으로 텔레센트릭한 광학계이다.
각 실시예에 있어서, 비구면은 광축에 수직인 방향의 높이를 y로 하고, 비구면의 정점에서의 접평면으로부터 높이 y에서의 비구면 상의 위치까지의 광축에 따른 거리(새그량)를 z로 하고, 정점 곡률 반경을 r로 하고, 원추 계수를 κ로 하며, n차의 비구면 계수를 Cn으로 했을 때, 이하의 수학식 (b)로 표시된다.
(실시예 1)
도 3은 본 실시예의 실시예 1에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 실시예 1의 투영 광학계에서는, 마스크(4)(도 3에서는 도시하지 않음)로부터의 광은 제 1 오목면 반사경 M1의 반사면, 제 2 오목면 반사경 M2의 반사면, 제 3 볼록면 반사경 M3의 반사면 및 제 4 오목면 반사경 M4의 반사면에서 순차적으로 반사된 후, 마스크 패턴의 중간 이미지를 형성한다. 그리고, 제 1 반사 결상 광학계 G1을 거쳐 형성된 마스크 패턴 중간 이미지로부터의 광은 제 5 볼록면 반사경 M5의 반사면 및 제 6 오목면 반사경 M6의 반사면으로부터 순차적으로 반사된 후, 웨이퍼(7) 상에 마스크 패턴의 축소 이미지(2차 이미지)를 형성한다.
다음 표 1에, 실시예 1에 따른 투영 광학계의 제원의 값을 나타낸다. 표 1에서, λ는 노광광의 파장을, β은 투영 배율을, NA는 이미지측(웨이퍼측) 개구수를, H 0은 마스크(4) 상에서의 최대 물체 높이를, ψ는 웨이퍼(7) 상에서의 이미지 서클 IF의 반경(이미지 최대 높이)을, LX는 실효 노광 영역 ER의 X 방향에 따른 치수를, LY는 실효 노광 영역 ER의 Y 방향에 따른 치수를 각각 나타내고 있다.
또한, 면 번호는 물체면인 마스크면으로부터 이미지 면인 웨이퍼면으로의 광선이 진행하는 방향에 따른 마스크 측으로부터의 반사면의 순서를, r은 각 반사면의 정점 곡률 반경(㎜)을, d는 각 반사면의 축상 간격, 즉 면 간격(㎜)을 각각 나타내고 있다. 또, 면 간격 d는 반사될수록 그 부호를 변경하는 것으로 한다. 그리고, 광선의 입사 방향에 관계없이 마스크 측을 향해서 볼록면의 곡률 반경을 정으로 하고, 오목면(오목 렌즈)의 곡률 반경을 부로 하고있다. 상술한 표기는 이후의 표 2 및 표 3에서도 마찬가지이다.
(표 1)
도 4는 실시예 1의 투영 광학계에서의 코마 수차를 나타내는 도면이다. 도 4에서는, 이미지 높이 100%, 이미지 높이 97% 및 이미지 높이 94%에서의 메리디오날 코마 수차 및 새저틀 코마 수차를 나타내고 있다. 수차도로부터 명백하듯이, 실시예 1에서는, 실효 노광 영역 ER에 대응하는 영역에서, 코마 수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도시를 생략했지만, 실효 노광 영역 ER에 대응하는 영역에서, 코마 수차 이외의 다른 제수차, 예컨대, 구면 수차나 디스토션 등도 양호하게 보정되어 있는 것이 확인되고 있다.
(실시예 2)
도 5는 본 실시예의 실시예 2에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 실시예 2의 투영 광학계에서도 실시예 1과 마찬가지로, 마스크(4)(도 5에서는 도시하지 않음)로부터의 광은 제 1 오목면 반사경 M1의 반사면, 제 2 오목면 반사경 M2의 반사면, 제 3 볼록면 반사경 M3의 반사면 및 제 4 오목면 반사경 M4의 반사면에서 순차적으로 반사된 후, 마스크 패턴의 중간 이미지를형성한다. 그리고, 제 1 반사 결상 광학계 G1을 거쳐 형성된 마스크 패턴 중간 이미지로부터의 광은 제 5 볼록면 반사경 M5의 반사면 및 제 6 오목면 반사경 M6의 반사면으로부터 순차적으로 반사된 후, 웨이퍼(7) 상에 마스크 패턴의 축소 이미지(2차 이미지)를 형성한다.
다음 표 2에, 실시예 2에 따른 투영 광학계의 제원의 값을 나타낸다.
(표 2)
도 6은 실시예 2의 투영 광학계에서의 코마 수차를 나타내는 도면이다. 도 6에서는, 이미지 높이 100%, 이미지 높이 97% 및 이미지 높이 94%에서의 메리디오날 코마 수차 및 새저틀 코마 수차를 나타내고 있다. 수차도로부터 명백하듯이, 실시예 2에서도 실시예 1과 마찬가지로, 실효 노광 영역 ER에 대응하는 영역에서, 코마 수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도시를 생략했지만, 실효 노광 영역 ER에 대응하는 영역에서, 코마 수차 이외의 다른 제수차, 예컨대, 구면 수차나 디스토션 등도 양호하게 보정되어 있는 것이 확인되고 있다.
(실시예 3)
도 7은 본 실시예의 실시예 3에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면이다. 도 7을 참조하면, 실시예 3의 투영 광학계에 있어서도 실시예 1 및 실시예 2와 마찬가지로, 마스크(4)(도 7에서는 도시하지 않음)로부터의 광은 제 1 오목면 반사경 M1의 반사면, 제 2 오목면 반사경 M2의 반사면, 제 3 볼록면 반사경 M3의 반사면 및 제 4 오목면 반사경 M4의 반사면에서 순차적으로 반사된 후, 마스크 패턴의 중간 이미지를 형성한다. 그리고, 제 1 반사 결상 광학계 G1을 거쳐 형성된 마스크 패턴 중간 이미지로부터의 광은 제 5 볼록면 반사경 M5의 반사면 및 제 6 오목면 반사경 M6의 반사면에서 순차적으로 반사된 후, 웨이퍼(7) 상에 마스크 패턴의 축소 이미지(2차 이미지)를 형성한다.
다음 표 3에, 실시예 3에 따른 투영 광학계의 제원의 값을 나타낸다.
(표 3)
도 8은 실시예 3의 투영 광학계에 있어서의 코마 수차를 나타내는 도면이다. 도 8에서는, 이미지 높이 100%, 이미지 높이 97% 및 이미지 높이 95%에서의 메리디오날 코마 수차 및 새저틀 코마 수차를 나타내고 있다. 수차도로부터 명백하듯이, 실시예 3에서도 실시예 1 및 실시예 2와 마찬가지로, 실효 노광 영역 ER에 대응하는 영역에서, 코마 수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도시를 생략했지만, 실효 노광 영역 ER에 대응하는 영역에서, 코마 수차 이외의 다른 제수차, 예컨대, 구면 수차나 디스토션 등도 양호하게 보정되어 있는 것이 확인되고 있다.
이상과 같이, 상술한 각 실시예에서는, 파장이 13.5㎚인 레이저 플라즈마 X선에 대하여, 0.26 또는 0.2의 이미지측 개구수를 확보하고, 또한 웨이퍼(7) 상에 제수차가 양호하게 보정된 26㎜×2㎜ 또는 26㎜×1.6㎜의 원호 형상의 실효 노광 영역을 확보할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(7)에서, 예컨대, 26㎜×33㎜의 크기를 갖는 각 노광 영역에, 마스크(4)의 패턴을 주사 노광에 의해 O.1㎛ 이하의 고해상도로 전사할 수 있다.
또한, 상술한 각 실시예에서는 가장 큰 제 4 오목면 반사경 M4의 유효 직경이 약 492 내지 약 495㎜ 정도이며, 충분히 작게 억제되고 있다. 이와 같이, 각 실시예에 있어서, 반사경의 대형화가 억제되고, 광학계의 소형화가 도모되고 있다. 또한, 일반적으로 반사면의 곡률 반경이 커져 평면에 가까워지면 양호한 정밀도로 제조하는 것이 곤란하게 되지만, 상술한 각 실시예에서는 곡률 반경이 가장 큰 제 2 오목면 반사경 M2에서 곡률 반경 R2가 3000㎜로 억제되어 있으므로, 각 반사면의 제조를 양호하게 실행할 수 있다.
또한, 상술한 각 실시예에서는, 마스크(4)에 입사하는 광선 그룹 및 마스크(4)에서 반사되는 광선 그룹의 광축 AX이 이루는 각도 α가 대략 6° 정도로 작게 억제되고 있으므로, 반사형 마스크(4)를 이용하여도, 입사광과 반사광의 간섭을 피할 수 있고, 또한 반사에 의한 그림자의 영향을 받기 어렵고, 그에 따라 성능이 악화하기 어렵다. 또한, 마스크(4)의 설정 위치에 대해 약간의 오차가 발생하여도, 큰 배율 변화를 초래하기 어렵다는 이점이 있다.
상술한 실시예에 따른 노광 장치에서는, 조명계에 의해 마스크를 조명하고(조명 공정), 투영 광학계를 이용하여 마스크에 형성된 전사용 패턴을 감광성 기판에 노광하는 것(노광 공정)에 의해, 마이크로 장치(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 장치로서의 반도체 장치를 얻을 때의 수법의 일례에 대해 도 9의 흐름도를 참조하여 설명한다.
우선, 도 9의 단계 301에서, 1로트의 웨이퍼 상에 금속막이 증착된다. 다음 단계 302에서, 그 1로트의 웨이퍼 상의 금속막 상에 포토 레지스트가 도포된다. 그 후, 단계 303에서, 본 실시예의 노광 장치를 이용하여, 마스크(레티클) 상의 패턴 이미지가 그 투영 광학계를 거쳐, 그 1로트의 웨이퍼 상의 각 쇼트 영역에 순차적으로 노광 전사된다.
그 후, 단계 304에서, 그 1로트의 웨이퍼 상의 포토 레지스트의 현상이 행해진 후, 단계 305에서, 그 1로트의 웨이퍼 상에서 레지스트 패턴을 마스크로서 에칭함으로써, 마스크 상의 패턴에 대응하는 회로 패턴이 각 웨이퍼 상의 각 쇼트 영역에 형성된다. 그 후, 더 위층의 회로 패턴 등을 형성함에 따라, 반도체 소자 등의 장치가 제조된다. 상술한 반도체 장치 제조 방법에 따르면, 지극히 미세한 회로 패턴을 갖는 반도체 장치를 양호한 스루풋으로 얻을 수 있다.
또, 상술한 본 실시예에서는, X선을 공급하기 위한 광원으로서 레이저 플라즈마 X선원을 이용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, X선으로서, 예컨대, 싱크로트론 방사(SOR) 광을 이용할 수도 있다.
또한, 상술한 본 실시예에서는, X선을 공급하기 위한 광원을 갖는 노광 장치에 본 발명을 적용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, X선 이외의 다른 파장광을 공급하는 광원을 갖는 노광 장치에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 상술한 본 실시예에서는, 노광 장치의 투영 광학계에 본 발명을 적용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 다른 일반적인 투영 광학계에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 투영 광학계에서는, 제 1 반사경과 제 2 반사경 사이에 개구 조리개를 배치하고 있으므로, 광선의 입사각이 커지는 경향이 있는 제 3 반사경으로의 광선의 입사각을 작게 억제할 수 있다. 그 결과, 반사 다층막에서, 반사 불균일이 발생하기 어렵고 또한 충분히 높은 반사율을 얻을 수 있기 때문에, X선에 대해서도 양호한 반사 특성을 확보할 수 있다. 또한, 제 3 반사경으로의 광선의 입사각을 작게 억제함으로써, 유효 직경이 커지는 경향이 있는 제 4 반사경의 유효 직경을 작게 억제할 수 있다. 즉, 본 발명에서는, X선에 대해서도 양호한 반사 특성을 갖고, 반사경의 대형화를 억제하면서 수차 보정을 양호하게 실행할 수 있는 반사형 투영 광학계를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 투영 광학계를 노광 장치에 적용함으로써, 노광광으로서 X선을 사용할 수 있다. 이 경우, 투영 광학계에 대하여 마스크 및 감광성 기판을 상대 이동시켜, 마스크의 패턴을 감광성 기판 상으로 투영 노광하게 된다. 그 결과, 큰 해상력을 갖는 주사형 노광 장치를 이용하여, 양호한 노광 조건을 근거로, 고정밀도의 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 (9)

  1. 여섯 개의 반사경을 구비하여, 제 1 면의 축소 이미지를 제 2 면 상에 형성하는 투영 광학계에 있어서,
    상기 제 1 면의 중간 이미지를 형성하기 위한 제 1 반사 결상 광학계와, 상기 중간 이미지의 이미지를 상기 제 2 면 상에 형성하기 위한 제 2 반사 결상 광학계를 구비하되,
    상기 제 1 반사 결상 광학계는, 상기 제 1 면 측으로부터 광의 입사 순서로, 제 1 반사경 M1과 개구 조리개와 제 2 반사경 M2와 제 3 반사경 M3과 제 4 반사경 M4를 갖고,
    상기 제 2 반사 결상 광학계는, 상기 제 1 면 측으로부터 광의 입사 순서로, 제 5 반사경 M5와 제 6 반사경 M6을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각 반사경 M1∼M6으로의 광선의 최대 입사각 A는, 각 반사경 M1∼M6에서,
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    각 반사경 M1∼M6의 유효 직경을 φM으로 하고, 각 반사경 M1∼M6의 반사면의 곡률 반경을 R이라 할 때, 각 반사경 M1∼M6에서,
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 면으로부터 상기 제 1 반사경 M1로의 광속의 주 광선의 광축에 대한 기울기 α는,
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 반사경 M1∼M6의 유효 직경 φM은, 각 반사경 M1∼M6에서,
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 반사경 M1∼M6의 반사면은 광축에 관해서 회전 대칭인 비구면 형상으로 형성되고,
    각 반사면을 규정하는 비구면의 최대 차수는 10차 이상인
    것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 면 측으로 거의 텔레센트릭한 광학계인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  8. 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하기 위한 조명계와, 상기 마스크의 패턴을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판 상으로 투영 노광하기 위한 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 투영 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 조명계는, 노광광으로서 X선을 공급하기 위한 광원을 갖고,
    상기 투영 광학계에 대하여 상기 마스크 및 상기 감광성 기판을 상대 이동시켜, 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판 상에 투영 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
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