KR20040104691A - 높은 개구를 갖는 투영 대물렌즈 - Google Patents

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KR20040104691A KR10-2004-7017631A KR20047017631A KR20040104691A KR 20040104691 A KR20040104691 A KR 20040104691A KR 20047017631 A KR20047017631 A KR 20047017631A KR 20040104691 A KR20040104691 A KR 20040104691A
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칼 짜이스 에스엠테 아게
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Abstract

매우 높은 개구, 순수 굴절식 투영 대물렌즈가, 물체측 배, 영상측 배 및 상기 배들 사이에 위치하는 마디(7)를 가지는 2 배 시스템으로서 설계된다. 시스템 다이아프램(5)은 영상 평면의 전방에서 소정의 간격으로 영상측 배에 위치하고 있다. 발산 광선 영역 내의 시스템 다이아프램과 마디 사이에는, 영상 평면을 향해 오목면을 갖는 유효 곡률을 가지는 네가티브 그룹(LG5)가 배치되어 있다. 상기 시스템은, 높은 개구수, 낮은 색수차 및 콤팩트하고 재료가 절감되는 설계에 의해 구별된다.

Description

높은 개구를 갖는 투영 대물렌즈{Projection lens comprising an extremely high aperture}
반도체 소자들 및 기타 미세한 구조를 갖는 소자들을 제조하는데 수 십년 동안 포토리소그래피 투영 대물렌즈들이 사용되어 왔다. 이들은 포토마스크 또는 레티클(이하에서는, 마스크 또는 레티클로도 표시됨)의 패턴을 감광성 층으로 코팅된 물체 위로, 축소 스케일에 있어서 매우 높은 해상도로, 투영시키는 목적으로 사용되고 있다.
심지어 100nm 또는 그 이하 크기 정도의 더 미세한 구조들을 제조하기 위하여, 투영 대물렌즈의 영상측 개구수(NA)를, 현재 성취할 수 있는 값을 넘어서, NA = 0.8 또는 그 이상의 범위 내에로 확대하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 더욱이, 심지어 양호하게는 260nm 이하, 예컨대, 248nm, 193nm, 157nm 또는 그 이하의 더 짧은 동작 파장의 자외선 광의 사용이 이루어지고 있다. 동시에, 설계 및 제조에 있어서 반사굴절식 시스템(catadioptric system)에 비하여 유리한 순수 굴절광학 시스템의 도움으로 투영도(projectability)에 대한 증가하는 요구를 만족시키기 위한 시도가 이루어지고 있다. 더 짧아지고 있는 파장 환경에서, 그러나, Abbe 상수가 비교적 서로 가까운 단지 몇몇의 충분히 투명한 물질들만이 여전히 이용가능하다. 이는 부분적인 색지움(achromatization) 문제, 심지어 투영 대물렌즈들의 완전한 색지움 문제를 일으킨다. 즉, 색수차의 회피 또는 감소가 어려지는 문제를 일으킨다. 특히, 충분히 작은 색수차를 갖는 매우 높은 개구(aperture)를 갖는 시스템을 제공하는 것이 어렵다. 더욱이, 변하지 않은 물체 및 영상 필드와 함께, 향상된 영상 품질에 대한 추가적인 요구와 높아지는 개구로, 투영 대물렌즈의 크기가 세 가지 공간적인 방향으로 모두 증가한다. 특히, 광학 렌즈 재료의 부피의 증가는, 구조적인 폭을 감소시키는 이득에 비해 투영 대물렌즈의 단가를 지나치게 증가시킨다.
본 발명은 소정의 동작 파장을 갖는 자외선 광의 도움으로 투영 대물렌즈의 물체 평면(object plane)에 정렬된 패턴을 투영 대물렌즈의 영상 평면(image plane)으로 투영하는 투영 대물렌즈에 관한 것이다.
도 1은 193nm의 동작 파장에 대하여 설계된 굴절식 투영 대물렌즈의 일 실시예를 통한 렌즈 단면을 도시한다.
도 2는 157nm의 동작 파장에 대하여 설계된 굴절식 투영 대물렌즈의 일 실시예를 통한 렌즈 단면을 도시한다.
도 3은 193nm의 동작 파장에 대하여 설계된 굴절식 투영 대물렌즈의 일 실시예를 통한 렌즈 단면을 도시한다.
도 4는 157nm의 동작 파장에 대하여 설계된 굴절식 투영 대물렌즈의 일 실시예를 통한 렌즈 단면을 도시한다.
본 발명의 목적은, 높은 영상측 개구수와 향상된 색보정(chromatic correction)으로 특징되는 투영 대물렌즈를 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은, 재료를 절약하는 컴팩트 한 설계를 허용하는 것이다.
이 목적은 청구항 제 1 항의 특징을 갖는 투영 대물렌즈에 의해 성취된다. 유리한 발전은 종속 청구항들에서 명시되어 있다. 모든 청구항들의 표현은 참조로서 발명의 상세한 설명 내에 통합된다.
본 발명의 한 유형에 따르면, 소정의 동작 파장을 갖는 자외선 광의 도움으로 투영 대물렌즈의 물체 평면(object plane)에 정렬된 패턴을 투영 대물렌즈의 영상 평면(image plane)으로 투영하는 투영 대물렌즈는 광축을 따라 정렬된 다수의 광학소자들 및 상기 영상 평면의 전방에 소정의 간격으로 정렬된 시스템 다이아프램(system diaphram)을 구비한다. 상기 투영 대물렌즈는, 물체 근방의 배(belly), 영상 근방의 배 및 상기 배들 사이의 마디(waist)를 갖는 순수한 굴절식(굴절광학식) 단일-마디 시스템으로서 설계된다. 마디의 영역에서, 빔경(beam diameter)은 상기 배들 중 하나의 영역에서의 최대 빔경 보다 본질적으로 작을 수 있다. 예컨대, 마디 영역에서의 빔경은 최대 빔경의 50% 이하일 수 있다. 마디와 시스템 다이아프램 사이의 발산하는 광선(radiation)의 영역에 정렬된 것은 영상을 향해 오목면을 갖는, 유효 곡률을 가지는 네가티브 그룹이다.
여기서 "네가티브 그룹"은 전체적으로 음의 굴절력(refractive power)을 가지며, 하나 또는 그 이상의 렌즈들을 포함할 수 있는 렌즈 그룹이다. 네가티브 그룹은 유효 곡률의 결과로서 빔 경로에 대해 전체적으로 구부러져 있다. 이러한 곡률은, 영상측에 위치하는 곡률 중심을 가지는 만곡 표면을 특징으로 한다. 렌즈(또는 만곡 표면)의 유효곡률은, 입사 표면(entry surface)이 r1의 반경을 가지며 출사 표면(exit surface)이 r2의 반경을 가지는 렌즈에 대해 다음의 수학식에 의해 계산되는 곡률 반경 rc를 특징으로 한다:
1/rc= 1/(2*r1) + 1/(2*r2)
만약 네가티브 그룹이 두 개 또는 그 이상의 렌즈들을 포함한다면, 그 그룹의 유효 곡률은 다음의 수학식에 의해 계산된다:
1/rc= 1(n*r1) + 1(n*r2) + 1(n*r3) + 1(n*r4) + ...
여기서, n은 표면들의 개수를 나타낸다.
렌즈들의 영역에서의 광선의 발산과 함께, 영상을 향한 유효 곡률 오목면은, 높은 입사각이 특히 네가티브 그룹의 하나 또는 그 이상의 렌즈들의 출사측들에서 발생하게 하는 효과를 갖는다. 이들은, 무엇보다도 높은 정도로 수차들을 보정하는데, 특히, 영상 필드 영역 및 영상 필드의 모서리에서의 단색 수차들의 개구-의존 보정에 대해서 매우 효과가 있다. 투영 대물렌즈를 위한 재료의 사용은 대물렌즈를 특히 경제적으로 제조하기 위하여 최소화되어야 한다. 이는, 우선 마디를 한 개로 제한함으로써 성취되며, 다음으로 시스템의 필드 부하(field load)를 일정하게 증가시킴으로써 성취된다. 본 발명은 그러한 높은 필드 부하와 함께 단지 한 개의 마디를 가지고 모든 단색 수차(monochromatic aberration)들의 효과적인 보정을 성취하는 것을 한 번에 가능하게 한다. 제시된 예들에서, 필드 부하는 이미 크게 증가하지만, 아직 한계에 도달하지 않는다. 더 높은 전체적인 비구면성(asphericity)과 함께 상기 그룹을 보정할 가능성은, 필드 부하에 있어서 추가적인 상승의 기대를 허용하며, 따라서, 리소그래피 투영 대물렌즈들에 대한 추가적인 단가의 감소를 허용한다. 투영 대물렌즈의 개구와 상기 대물렌즈의 필드 부하가 이미 설명한 비구면 렌즈(aspherics)의 명시적인 사용 없이 그렇게 높게 유도될 수 없다는 것은 명료하다. 여기서, 네가티브 그룹은, 그렇지 않으면 단지 추가적인 마디를 제공함으로써만 가능할 그러한 적어도 부분적인 보정 기능들을 제공할 수 있다. 그러한 종래의 세 개의 배를 갖는 시스템들과 대비하여, 본 발명에 따른 투영 대물렌즈들의 경우에는, 전체적인 길이 및 직경에 있어서의 실질적인 감소 및 제조에 요구되는 재료의 부피에 있어서의 감소를 성취하는 것이 가능하며, 따라서 전체적인 가격에 있어서의 실질적인 감소를 성취하는 것이 가능하다. 길이 방향의 색수차는 필드 부하에 있어서의 증가를 통해, 그리고 단지 한 개의 마디를 갖는 결합을 통해 상당하게 감소될 수 있다. 그럼으로써, 심지어 매우 높은 개구의 경우에도, 다이아프램 근방에서 가장 큰 렌즈들에서도, 예컨대 193nm 에서, CaF2을 사용하지 않는 것이 가능하다.
발전한 점에 있어서, 네가티브 그룹은 음의 굴절력을 갖는 적어도 하나의 렌즈 및 영상을 향하는 오목면을 포함한다. 분산시킴으로써, 음의 굴절력은 또한 음의 굴절력을 갖는 다수의 연속적인 렌즈들에 걸쳐서 분포되며, 각각의 경우에 있어서 영상측 출사 표면들에 대한 곡률 중심들은 영상측 상에 위치한다. 여기서, 특히 재료의 절감, 컴팩트 한 설계는 음의 굴절력을 가지는 단지 하나 또는 두 개의 그러한 렌즈들을 사용하는 경우에 가능하다. 만약 두 개의 렌즈들이 정렬된다면, 그룹 중 첫 번째에 있는 물체측 렌즈의 굴절력이 다음에 있는 영상측 렌즈의 굴절력 보다 클 경우에 유리하다. 이들 네가티브 렌즈들은 네가티브 메니스커스 렌즈들로서 구성될 수 있다.
네가티브 그룹이 마디의 가장 좁은 목부분 지역과 시스템 다이아프램 사이의 중간 영역에 배치되는 경우 유리하다는 것이 입증되었다. 결과적으로, 네가티브 그룹은 평균적인 단면적을 가지는 광속(ray pencil)들에 작용하며, 중간 정도의 직경을 가질 수 있다. 음의 굴절력을 가지는 렌즈들은 자연적으로 마디의 영역에 위치하게 된다. 그리고, 구형의 보정을 위한 음의 굴절력을 가지는 적어도 하나의 커다란 렌즈가 다이아프램의 영역에 있어야 한다. 제공된 네가티브 그룹은 제 2 마디의 상승 영역에서 특히 유리하다. 특히, 마디의 중심에서, 마디 내의 렌즈들은 가능한 작은 수차를 유발하기 위하여 최소 빔 편향(minimum beam deflection)의 원리를 따르는 만곡부(bending)를 종종 가진다. 마디에 있는 발산 렌즈들의 작업은 우선 수렴 광속(convergent pencil)을 발산 광속(divergent pencil) 내에로 편향시키는 것이다. 커다란 배(belly)들과 함께, 이는 시스템의 영상 필드 평탄화 및 페츠발 보정(Petzval correction)을 허용한다.
추가적인 목적은 양의 굴절력을 갖는 배들로부터 기여된 수차들의 능숙한 보정에 있다. 제 2 배의 제 1 부분에 있는 네가티브 그룹은 만곡부에 대하여 안쪽의 네가티브 마디 렌즈들로부터 벗어나 있다. 이 목적은 균형잡힌 부하들을 가진 광다발을 입사측 및 출사측으로 전달하는 것이 아니라, 의도적인 비대칭 부하를 가진 광다발을 전달하기 위한 것이다. 수렴 광다발은 극대의 부하 하에서 출사하도록 하기 위하여 적절한 편향을 가지고 렌즈로 진행한다. 이렇게 큰 부하를 가지는 표면은 소망하는 보정 작용을 허용한다. 마디의 중심에서 떨어진 네가티브 렌즈들의 표면의 곡률은 마디의 중심을 향하여 휘어지는데 특징이 있다. 중심에서 떨어진 이들렌즈들은 최소 편향의 원리를 유리하게도 "위반"한다. 첫 번째 네가티브 마디 렌즈의 물체측 표면과 마지막 마디 렌즈의 영상측 표면은 증가된 각도 부하와 함께 수차 보정에 특히 양호한 효과를 가진다. 이들 두 마디 렌즈들의 더 큰 중요성은 이들이 제 2 배 다음에 위치한다는 것이다. 또한, 이 렌즈의 경우에 있어서, 영상측의 바깥 표면은 중간 정도의 높은 부하를 받는 결정적인 표면이다. 제 2 마디의 상승 영역에 제공된 것과 같은 유리한 네가티브 그룹이 없다면, 필드 및 개구의 기능으로서 수차 보정의 중요한 보정 성분들을 산출해야 할 것이다. 그러나, 필드 및 개구에 대하여 주어진 증가된 개구의 부하 및 필드 금지 구역의 기여는 큰 비구면화에도 불구하여 경사진 광속들에 남겨져 있다.
이러한 문제는, 특히 평균적인 광다발의 변화율(variation)을 가진 마지막 마디 렌즈의 출사 표면에서의 평균적인 각도 부하의 적절한 조절을 도움으로, 그리고 낮은 광다발의 변화율을 갖는 제 2 마디의 상승 영역에 있는 네가티브 렌즈(들)의 출사 표면(들)의 높은 각도 부하의 적절한 조절을 도움으로, 제 2 마디의 상승 영역에 있는 네가티브 그룹에 의해 해결된다. 그런 후, 경사진 구면 수차들에 대한 보정의 기여들은, 가장 작은 파면(wavefront) 편차와 함께 가장 높은 필드 부하와, NA = 0.95와 같은 가장 높은 개구수를 성취할 수 있도록 적절하게 서로 보완한다.
특히, 조건 A/B > C/D 가 유지될 때, 적절한 관계가 실현될 수 있다.
여기서, A는 제 2 배의 상승 영역에 있는 네가티브 그룹 렌즈의 영상측 출사 표면의 가스 내에서의 최대 각도 부하를 도(degree)로 표시한 것이고;
B는 대물렌즈 마디에서 음의 굴절력을 가지는 마지막 렌즈의 영상측 출사 표면의 가스 내에서의 최대 각도 부하를 도로 표시한 것이고;
C는 A의 최대 코마(coma) 빔 높이에 대한 A의 가장자리 빔 높이의 비율이고;
D는 B의 최대 코마 빔 높이에 대한 B의 가장자리 빔 높이의 비율이다.
각도 부하는 (가스 내에서), 예컨대, 광선의 대응하는 최대 입사각도에 의해 잴 수 있다.
제 2 배의 제 1 부분에 있는 네가티브 그룹의 표면 곡률은 영상을 향해 휘어지는 것을 특징으로 한다. 네가티브 그룹의 전체적으로 특징적인 표면 곡률의 꼭지점은 마디의 가장 좁은 목부분 영역과 시스템 다이아프램 사이의 축 방향 간격의 대략 30% 내지 대략 70% 의 범위, 특히, 대략 40% 내지 대략 60% 의 범위 내에 있어야 한다.
네가티브 그룹의 유효 곡률은 시스템의 특성들을 최적화 하도록 적용될 수 있다. 양호하게는, 상기 유효 곡률은, 개구 직경 DB에 대한 곡률반경 rc의 비율인 rc/DB가 약 0.8 내지 약 2.2의 범위, 양호하게는 약 1.0 내지 약 2.0의 범위, 특히 약 1.1 내지 약 1.9의 범위에 있는 곡률 반경 rc를 가진다. 양호한 실시예들의 경우에 있어서, 시스템 다이아프램의 영역에서, 투영 대물렌즈는, 광축에 수직한 대칭 평면에 대하여, 양면이 볼록한 포지티브 렌즈들 및 네가티브 메니스커스 렌즈들을 갖는 본질적으로 대칭적인 설계를 가진다. 이러한 본질적으로 대칭적인 설계는 큰 개구(aperture)를 갖는 전체적으로 낮은 비구면성(asphericity)과 함께 양호한 보정 상태를 성취할 수 있게 한다. 대칭 평면은 양호하게는 시스템 다이아프램 근방에 위치한다. 다이아프램 뒤에 있는 네가티브 렌즈의 굴절력을 증가시키는 방향으로, 그리고 다이아프램 앞에 있는 네가티브 렌즈의 굴절력을 굴절력을 감소시키는 방향으로 이러한 대칭적인 설계로부터 벗어나게 하는 것은 가능하다. 이러한 대칭적인 정렬에 의해, 비구면화(aspherization)에 대한 낮은 노력으로도 해내는 것이 가능하다. 보다 복잡하고 보다 강력한 비구면성을 위한 설비가 향상된다면, 대칭성은 다이아프램의 앞에 있는 네가티브 렌즈를 이용하여 변형될 수도 있다. 즉, 전체적인 시스템에 있어서 비구면성에 의한 대체 또는 더 낮은 굴절력을 이용하여 대칭성이 변형될 수도 있다. 다이아프램 뒤에 있는 큰 네가티브 렌즈는, 마디와 시스템 다이아프램 사이에 있는 상승 영역의 네가티브 그룹에 대하여 이미 표현된 곡률과 같은 유효 곡률의 배치를 항상 가져야 한다.
본 명세서의 의미 내에서 시스템 다이아프램은, 주(main) 투영 빔이 광축을 교차하거나 또는 코마 빔의 높이가 에지 빔(edge beam)의 높이에 대응하는 장소가 제공되는, 영상 평면(image plane)에 보다 가까운 영역이다. 사용된 개구를 제한하고, 적절하다면, 조절하기 위한 다이아프램(개구 다이아프램)은 시스템 다이아프램의 영역 내에 정렬될 수 있다. 본 발명은 단지 한 개의 마디만으로 모든 수차들을 효과적으로 보정할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이 경우에, 네가티브 그룹은 종래의 세 개의 배를 갖는 시스템에서 제공되는 것과 같은, 제 2 마디의 기능을 적어도 부분적으로 수행할 수 있다. 그러한 세 개의 배를 갖는 시스템과 대비할 때, 본 발명에 따른 투영 대물렌즈들의 경우에는, 전체적인 길이에 있어서의 실질적인 감소, 제조에 요구되는 재료 부피의 감소, 및 색수차들에 있어서의 감소를 성취하는 것이가능하다.
물체측 오목 표면을 가지는 네가티브 메니스커스 렌즈가 시스템 다이아프램의 바로 전방에 정렬되는 경우 및 영상측 오목 표면을 가지는 네가티브 메니스커스 렌즈가 시스템 다이아프램 바로 뒤에 배치되는 경우에 유리하다는 것이 입증되었다. 시스템 다이아프램은, 예컨대, 빔 직경을 제한하기 위한 조절 가능한 다이아프램을 설치하기 위하여 상기 렌즈들 사이에서 자유롭게 접근할 수 있다. 이러한 다이아프램은 개방 및 폐쇄를 하는 동안 축 방향으로 추가적으로 이동될 수 있다. 양호한 실시예들의 다이아프램 곡률이 여전히 사용될 수 있기 때문에, 이들 단일-마디 시스템들과 함께 구면 다이아프램에 의해 유리한 고안이 또한 제공될 수 있다.
대칭성은 시스템 다이아프램의 물체측 및 영상측 근접 지역들까지 계속될 수 있다. 예컨대, 물체측의 양면 볼록 렌즈 및 그 뒤에 있는 물체측의 오목 표면을 가지는 네가티브 메니스커스 렌즈를 가지는 포지티브/네가티브 이중 렌즈(doublet)는 시스템 다이아프램의 바로 전방에 배치될 수 있으며, 그와 비교하여 미러-영상 방식의 이중 렌즈 설계는 시스템 다이아프램 뒤에 배치될 수 있다. 이중 렌즈들은, 어떤 실시예들에서는, 물체측과 영상측에 각각 있는 양면 볼록 렌즈들에 의해 추가적으로 형성될 수 있다.
시스템은 모든 투명한 광학소자들이 동일한 재료로 제조되도록 설계될 수 있다. 이는, 특히, 248nm 에 대해서, 기술용어로서 받아들일 수 있는 순수 수정 글래스 해법(pure quartz glass solution)을 유지할 수 있다. 193nm의 동작 파장에 대해 설계된 실시예의 경우에 있어서, 193nm에 적당한 합성 수정 글래스는 또한 모든렌즈들에 사용된다. 그러나, 영상 근방의 하나 또는 그 이상의 렌즈들 또는 광선 및 설정(낮은 시그마에 대한 쌍극(dipole), 사중극(quadrupole))에 의한 증가된 부하를 갖는 렌즈들은, 예컨대, CaF2와 같은 다른 재료로 구성될 수도 있다. 모든 렌즈들이 불화칼슘으로 구성되거나 또 다른 불소 결정 재료와 결합된 경우에 있어서, 157nm에 대한 실시예들도 가능하다. 또한, 예컨대, 색수차들의 보정을 용이하게 하기 위하여, 또는 압축이나 렌즈 히팅(heating)을 감소시키기 위하여 다수의 다른 재료들을 조합하는 것도 가능하다. 예컨대, 193nm에 대하여, 일부 또는 모든 렌즈들의 경우에 있어서, 예컨대, 불화칼슘과 같은 결정 재료로 합성 수정 글래스가 대체될 수 있다.
매우 높은 개구를 갖는 투영 대물렌즈들, 특히, 영상측 개구수가 NA ≥ 0.85인 순수한 굴절식 대물렌즈들이 본 발명의 범위 내에서 가능하다. 상기 개구수는 양호하게는 적어도 0.9이다.
양호한 투영 대물렌즈들은, 극미세 마이크로 리소그래피용의 대물렌즈에 적당하게 하도록 서로 조합되어 또는 단독으로 공헌하는 다수의 유리한 설계 및 광학적 특징들에 의해 구분된다.
적어도 하나의 비구면이 양호하게는 시스템 다이아프램의 영역 내에 정렬된다. 비구면을 갖는 다수의 표면들이 상기 다이아프램 뒤에 근접하여 연속으로 배치되는 것이 바람직하다. 더욱이, 시스템 다이아프램 전방의 마지막 광학 표면과 시스템 다이아프램 뒤의 첫 번째 광학 표면이 비구면인 경우, 유리할 수 있다. 여기서, 다이아프램으로부터 멀어지도록 면하는 곡률을 갖는 서로 대향하는 비구면 표면들이 특히 제공될 수 있다. 시스템 다이아프램의 영역에 있는 많은 수의 비구면 표면들은 구면 수차의 보정에 유리하며, 등평탄화(isoplanatism)의 설정에 유리한 효과가 있다.
더욱이, 물체측 오목 표면을 가지는 적어도 하나의 포지티브 메니스커스 렌즈가 마디와 마디 근방의 시스템 다이아프램 사이에 배치되는 것이 유리할 수 있다. 그러한 메니스커스 렌즈 대신에, 다수의, 예컨대, 두 개의 연속적인 메니스커스 타입의 렌즈들을 제공하는 것이 가능하다.
첫 번째 렌즈의 유효 곡률은 물체측에 있고, 바로 다음에 있는 렌즈의 유효 곡률은 영상측에 있는 순서를 가지는 적어도 두 개의 렌즈들 사이에서, 마디와 시스템 다이아프램 사이에서 유효 곡률이 변화하는 실시예들이 특히 유리하다. 양호하게는, 각각으 경우에 있어서, 각각의 곡률을 가지는 두 개의 연속적인 포지티브 렌즈들이 제공된다. 그러므로, 유효 곡률의 곡률 중심의 위치에서의 변화는 이들 렌즈들 또는 렌즈 그룹들 사이의 영역에서 발생한다.
다수의 네가티브 렌즈들(양호한 실시예에서, 적어도 두 개, 양호하게는, 세 개의 네가티브 렌즈들)이 마디의 영역에서 연속적으로 배치되는 것이 바람직하다. 상기 렌즈들은 페츠발 보정의 주요 부하 및 경사진 광 다발의 부분적인 보정을 낳는다.
적어도 두 개의 네가티브 렌즈들은, 물체로부터 오는 빔을 확대하기 위하여, 제 1 배로 진입하는 동안 시스템의 물체측 입력부에 위치하는 것이 유리하다. 세개 또는 그 이상의 그러한 네가티브 렌즈들이 바람직하다. 적어도 하나의 비구면이 첫 번째 렌즈들 중 적어도 하나에 제공될 경우, 높은 입력부 개구들의 경우에 유리하다. 입력부측 네가티브 렌즈들의 각각은 양호하게는 적어도 하나의 비구면을 가진다.
주어진 단일-마디 대물렌즈의 경우에 있어서, 처음 두 개의 렌즈들의 웨이퍼측에서 비구면화가 발생할 경우, 렌즈들의 굴절력에 독립적으로 유리하다. 첫 번째 비구면이 레티클에 보다 가깝게 위치할수록, 광속의 분리가 더 높아지고, 비구면화가 더 효율적으로 된다. 그러면, 두 번째 렌즈의 전방에 있는 비구면 또한 상기 레티클에 역시 매우 가깝지만, 비구면의 쌍이 서로 이상적으로 상호 보완하고 최적으로 작용하도록, 이미 매우 상이한 광속 단면적들을 가진다. 그러나, 광속 단면적은 특히 작으며, 그 결과 특히 부드러운 비구면 렌즈들을 제공할 필요가 있다.
양호하게는, 빔 가이드에서 제 1 배를 구성하는 강력한 포지티브 굴절력을 갖는 렌즈 그룹이 이러한 입력부 그룹 다음에 존재한다. 레티클과 마디 사이에서, 제 1 렌즈의 유효 곡률이 물체측에 위치하고 바로 그 다음에 오는 렌즈의 유효 곡률이 영상측에 위치하는 적어도 두 개의 렌즈들 사이에서, 유효 곡률이 변화하는 실시예가 특히 유리하다. 각각 유효 곡률을 갖는 두 개의 연속적인 렌즈들이 각각의 경우에 제공되는 것이 바람직하다. 그러므로, 유효 곡률의 곡률 중심의 위치에 있어서의 변화는 이들 렌즈들 또는 렌즈 그룹들 사이의 영역에서 발생한다. 포지티브 굴절력과 영상측 오목면을 갖는 적어도 하나의 메니스커스 렌즈는, 상기 메니스커스 렌즈가 대물렌즈의 페츠발 완화에 기여하기 때문에, 물체 평면 근방의 지역내의 여전히 큰 빔 높이의 영역의 이러한 그룹에 있는 것이 유리할 수 있다.
청구항들로부터 드러나는 것에 추가하여, 상술한 그리고 추가적인 특징들이 또한 상세한 설명 및 도면으로부터 드러날 것이다. 개개의 특징들은 본 발명의 일 실시예에 대한 조합들의 형태로 그리고 다른 분야들에서 단독으로 또는 복합적으로 구현되는 것이 가능하다.
양호한 실시예의 후술한 상세한 설명에서, "광축"이라는 용어는 구형의 광학 구성요소들의 곡률 중심들을 관통하는, 또는 비구형의 소자들의 대칭축을 관통하는 직선을 나타낸다. 방향 및 거리들은, 영상 평면의 방향을 향하거나 또는 영상 평면에 위치하며 노출되어야 하는 기판의 방향을 향하고 있을 때 영상측 상의, 웨이퍼측 상의 또는 영상을 향해로 기술되며, 광축에 대하여 물체를 향하고 있을 때 물체측 상의, 레티클측 상의, 또는 물체를 향하여로 기술된다. 실시예들에서, 물체는 집적회로의 패턴을 가지는 마스크(레티클)이지만, 예컨대, 격자(grating)와 같은 다른 패턴이 관련될 수도 있다. 실시예들에서, 영상은 기판으로서 기능하는 웨이퍼 위에 형성되고 포토레지스트 층에 제공되지만, 예컨대, 액정 디스플레이용의 소자들을 위한, 또는 광 격자들을 위한 기판을 위한 다른 기판들 위에 형성될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 특징인 순수 굴절식 축소 대물렌즈(1)를 도시한다. 상기 축소 대물렌즈는, 레티클 등과 같은 물체 평면(2) 내에 정렬된 패턴을, 상기 물체 평면에 대한 공액쌍을 이루는 영상 평면(3) 내에로, 예컨대, 4:1의 축소비율로, 상기 영상 평면 내에서 암흑화(obscuration)나 음영(shading) 없이, 크기를 감소시켜 투영하는 목적을 위한 것이다. 상기 축소 대물렌즈는 상기 물체 평면 및 영상 평면에 수직한 광축(4)을 따라 렌즈들이 배치된 회전 방향으로 대칭인 단일-마디 시스템이며, 물체측 배(6), 영상측 배(8) 및 상기 배들 사이에 위치한 마디(7)를 형성한다. 시스템 다이아프램(5)은 큰 빔경의, 영상 근방의 영역 내에 위치한다.
렌즈들은 특정한 특징 및 기능에 따라 다수의 연속적인 렌즈 그룹들로 세분될 수 있다. 투영 대물렌즈의 입력부에 있는, 물체 평면(2)의 뒤에 있는 제 1 렌즈 그룹(LG1)은 전체적으로 음의 굴절력을 가지며, 물체 필드로부터 오는 빔을 확대시키는 역할을 한다. 그 뒤에 있는, 전체적으로 양의 굴절력을 가지는 제 2 렌즈 그룹(LG2)은 제 1 배(6)를 형성하며, 그 뒤에 있는 마디(7)의 전방에서 빔을 재 결합시킨다. 음의 굴절력을 가지는 제 3 렌즈 그룹(LG3)은 마디(7)의 영역 내에 위치한다. 상기 제 3 렌즈 그룹 다음에 있는 제 4 렌즈 그룹(LG4)은 양의 굴절력을 가지며 포지티브 메니스커스 렌즈들로 구성되고, 상기 제 4 렌즈 그룹 다음에는 음의 굴절력을 가지며 네가티브 메니스커스 렌즈들로 구성되는 제 5 렌즈 그룹(LG5)가 뒤따른다. 그 뒤에 있는, 양의 굴절력을 가지는 제 6 렌즈 그룹(LG6)은 시스템 다이아프램(5)으로 광선을 안내한다. 그 뒤에 위치하는 것은 마지막 제 7 렌즈 그룹(LG7)으로, 양의 굴절력을 가지는 개별적인 렌즈들로 지배적으로 구성되며, NA = 0.93의 매우 높은 영상측 개구수의 제공에 주요하게 기여한다.
제 1 렌즈 그룹(LG1)은 세 개의 네가티브 렌즈들(11,12,13)로 시작되는데, 네가티브 렌즈(11)는 비구면 입사면을 가지며, 네가티브 메니스커스 렌즈(12)는 영상측 곡률 중심과 비구면 입사면을 가지며, 네가티브 메니스커스 렌즈(13)는 물체측 곡률 중심과 비구면 출사면을 가진다. 높은 입력 개구가 주어진다면, 이 영역에서의 수차들의 발생을 제한하기 위하여, 첫 번째 두 개의 렌즈들(11,12) 중 적어도 하나에 대하여 적어도 하나의 비구면 표면이 제공되어야 한다. 본 실시예에 있듯이, 적어도 하나의 비구면 표면이 양호하게는 세 개의 네가티브 렌즈들의 각각에 제공된다.
제 1 렌즈 그룹(LG1)의 마지막 렌즈(13) 뒤에 약간의 공기 간격을 두고 있는, 제 2 렌즈 그룹(LG2)은 양면 볼록 포지티브 렌즈(14), 양면 볼록 포지티브 렌즈(15), 영상측 곡률 중심을 가지는 포지티브 메니스커스 렌즈(16), 실질적으로 평평한 출사면을 가지는 포지티브 렌즈(17), 영상측 표면의 곡률 중심을 가지는 포지티브 메니스커스 렌즈(18), 및 동일한 방향의 곡률을 가지는 추가적인 세 개의 메니스커스 렌즈들(19,20,21)을 포함한다. 렌즈(15)의 입사면과 마지막 메니스커스 렌즈(21)의 마디에 도달하는 출사면은 비구면이다. 그러므로, 비구면은 마디의 영역에 존재한다. 이러한 제 2 렌즈 그룹(LG2)은 대물렌즈의 제 1 배(6)를 구성한다. 주요한 특징은, 가장 큰 직경으로 정렬되고 그의 곡률 중심들이 영상측에 위치하는 포지티브 메니스커스 렌즈(16)에 의해 형성된다. 상기 렌즈 그룹은 주요하게 페츠발 보정, 왜곡 및 텔레센트릭의 보정 및 주요 단면 바깥쪽의 필드 보정을 수행한다.
제 3 렌즈 그룹(LG3)은 각각의 경우에 있어서 경계 표면들이 구면인 세 개의 네가티브 메니스커스 렌즈들(22,23,24)들로 구성된다. 상기 렌즈 그룹은 필드 곡률의 보정의 주요한 부하를 생산하며, NA = 0.93의 높은 시스템 개구수에도 불구하고, 렌즈 표면들에 부딪치는 빔들의 최대 입사각들이 대략 60°이하, 또는 각각의 경우에 있어서 입사각들의 사인값이 0.85 이하가 되도록 형성된다. 제 3 렌즈 그룹의 제 1 네가티브 렌즈(22)는, 양호하게는, 주요 마디(7)가 강력하게 만곡된 표면들로 시작되도록 강력한 양면 오목 렌즈이다.
마디(7) 다음에 오는 제 4 렌즈 그룹(LG4)은 물체측 오목면들을 가지는 두 개의 포지티브 메니스커스 렌즈들(24,25)로 구성된다. 입력측 메니스커스 렌즈(24)의 출사면은 비구면이고, 다른 한 면은 구면이다. 다른 실시예들의 경우에 있어서, 이 지점에서 적절한 곡률의 단일한 포지티브 메니스커스만이 제공되는 것도 가능하다.
그 다음에 있는 제 5 렌즈 그룹(LG5)은, 마찬가지로, 두 개의 메니스커스 렌즈들(27,28)을 갖지만, 이들 각각은 음의 굴절력을 가지며, 오목면은 영상 필드(3)를 향하고 있다. 적당하다면, 곡률 중심이 웨이퍼측에 위치하는 단지 한 개의 네가티브 메니스커스를 이 지점에서 제공하는 것도 가능하다. 음의 굴절력을 가지는 적어도 하나의 렌즈를 갖는 상기 그룹은, 비축 수차(off-axis aberration)들을 정교하게 보정하기 위해서, 단일-마디 시스템의 기능을 수행하기 위한 중심적인 보정 소자이다. 특히, 이는 비교적 작은 렌즈 직경을 가지는 컴팩트 한 설계를 가능하게 한다.
전체적인 음의 굴절력 때문에, 제 5 렌즈 그룹(LG5)은 또한 여기서 네가티브 그룹으로서 표현될 수 있다. 네가티브 메니스커스 렌즈들(27,28)의 각각은 대시(dash)로 표시된 만곡 표면을 특징으로 하는데, 상기 만곡 표면은 입사면과 출사면 사이에서 중심을 향해 진행하며, 그 반경 rc는 수학식 (1)에 따라서 계산될 수 있다. 개별적인 렌즈들(27,28)의 만곡 표면과 마찬가지로, 전체적인 네가티브 그룹(LG5)의 만곡 표면(이는 도트 또는 대시로 표시되어 있으며, 수학식 (2)에 따라서 계산될 수 있다)은 영상 표면(3)을 향하는 오목면 또는 영상측에 위치하는 곡률 중심을 가진다. 상기 만곡 표면은 개별적인 렌즈들(27,28)의 만곡 표면들 사이에 중심을 향해 위치하고 있다. 상기 네가티브 그룹은 마디(7)의 가장 좁은 목부 영역과 발산 빔들의 영역 내에 있는 시스템 다이아프램(5) 사이의 대략 중간에 배치되어 있다. 빔 경로에 대해 반대 방향을 향하는 곡률 때문에, 두 개의 네가티브 메니스커스 렌즈들의 출사면들에서, 특히, 제 1 메니스커스(27)의 출사면에서, 강력한 보정 작용을 가지는, 특히, 필드 및 동공(pupil)에 강력하게 의존하는 단색 수차들(monochromatic aberrations)에 대한 강력한 보정 작용을 가지는 떠오르는 광선의 높은 입사각들이 발생한다. 다른 실시예들의 경우에 있어서, 영상을 향해 오목한 만곡 표면을 가지는 단일 네가티브 렌즈가 또한 이 지점에서 제공될 수도 있다. 세 개 또는 그 이상의 렌즈들을 가지는 네가티브 그룹들 역시 가능하다. 전체적인 음의 굴절력을 가져오는 한, 여러 개의 렌즈들이 존재하는 경우 각각의 렌즈들이 네가티브 렌즈일 필요는 없다. 제조 공정에 의해 지배될 수 있는 최적의 보정 작용과 큰 입사각도들 사이의 타협을 위해, 지나치게 강력한 만곡 표면의 곡률이나 지나치게 약한 만곡 표면의 곡률은 회피되어야 한다. 도트 및 대시로 표시되어 있는, 렌즈 그룹(LG5)의 만곡 표면의 반경 rc와 다이아프램 직경 사이의 비율은 대략 0.8 내지 2.2 사이에 있어야 하며, 본 실시예에서 전체적인 값은 대략 1.035 이다.
또한, 제 4 렌즈 그룹(LG4)의 메니스커스들과 제 5 렌즈 그룹(LG5)의 렌즈들 사이의 곡률 중심들의 위치에 있어서의 변화가, 마디(7) 다음에 있는 제 2 배(8)의 입력 영역에서 발생한다는 것이 특히 중요하다. 그럼으로써, 극대의 개구의 경우에 있어서 경사진 구면 수차가 부드러워지는 것이 성취될 수 있다.
제 6 렌즈 그룹(LG6)은 일련의 양면 볼록 포지티브 렌즈들(29,30)로 시작된다. 이들 렌즈들의 집광 작용은, 그 다음에 있는 강력하게 만곡된 네가티브 메니스커스(31)에 의해 다시 보상된다. 다이아프램(5)의 전방에 있는 상기 네가티브 메니스커스는 상기 다이아프램을 향하여 구부러져 있으며, 따라서, 물체측에서 오목면을 가진다. 대응하는 쌍은 상기 다이아프램 바로 뒤에 위치하고 있다. 상기 네가티브 메니스커스(32)는 마찬가지로 상기 다이아프램을 향하여 만곡되어 있으며, 영상측에서 오목면을 가진다. 그 뒤에는, 가장 큰 직경을 가지는 두 개의 큰 양면 볼록 포지티브 렌즈들(33,34)이 온다. 그 뒤에는, 영상 평면을 향하여 오목한 두 개의 포지티브 메니스커스 렌즈들(35,36), 약한 네가티브 메니스커스 렌즈(37), 약하게 만곡된 입사면과 실질적으로 평평한 출사면을 가지는 약한 포지티브 렌즈(38), 및 평행-평판 단부(39)가 온다.
상대적으로 길며, 마디로부터 상기 가장 큰 직경까지 느리게 넓어지는 제 2 배의 설계는, 광축에 수직하게 진행하며 시스템 다이아프램의 근방에 위치하는 대칭 평면에 대하여 근본적으로 대칭적인 방식으로 시스템 다이아프램(5)의 영역에서 구성된다. 이 경우에, 실질적으로 미러-영상 방식으로 대응하는 것은 네가티브 메니스커스 렌즈들(31,32), 이들을 둘러싸는 포지티브 렌즈들(30,33), 및 이들 두 쌍의 렌즈들의 바깥쪽에 배치된 양면 볼록 렌즈들(29,34)이다. 그러므로, 상기 다이아프램 주위의 제 2 배의 중심 영역은 포지티브 렌즈들로서 단지 양면 볼록 렌즈들만을, 그리고 네가티브 렌즈들로서 단지 만곡된 메니스커스 렌즈들만을 포함한다. 메니스커스 모양의 공기 간격은, 각각의 경우에 있어서, 두 쌍의 렌즈들(30,32) 및 렌즈들(32,33) 내에 각각 형성된다.
제 1 배는 감소하는 영역에서 약한 포지티브 메니스커스 렌즈(19)를 포함한다. 그 뒤에는 보다 두꺼운 메니스커스 렌즈(20)가 있는데, 상기 렌즈는 바깥쪽을 향하여 개방된 강하게 만곡된 공기 간격을 형성한다. 상기 공기 간격 뒤에는, 보다덜 만곡되고 바깥쪽을 향하여 닫힌 공기 메니스커스가 존재한다. 그럼으로써, 새지탈(sagittal) 및 접선 방향의 단면에서 조절되는 향상된 외피(shell)가 가능하다. 또한, 그럼으로써, 개구 부하 아래에 있는 네가티브 렌즈(22)의 오목 입사면의 영역에서 각도 부하를 동시에 유지하는 것도 가능하다. 페츠발 보정은 큰 배들과 함께 마디 영역에 있는 렌즈들에 의해 실질적으로 수행된다. 그럼에도 불구하고, 단일 마디로 충분하다. 양호한 센터링(centering)은, 특히, 음의 구절력을 가지는 제 5 렌즈 그룹에 있으며, 영상을 향해 만곡된 렌즈(27)의 경우에 있어서 보장되어야 한다. 왜냐하면, 약간의 편심(decentering)은 높은 부하가 있는 출사면 상에 코마 기여를 즉시 공급할 것이기 때문이다.
설계의 상세한 내용은 잘 알려진 방식으로 표의 형태로 표 1에 요약되어 있다. 여기서, 제 1 열에는 굴절 표면의 개수 또는 다른 방식으로 구별되는 굴절 표면이 주어지며, 제 2 열에는 상기 표면의 반경 r(mm)이 주어지고, 제 3 열에는 두께로서 표시된, 다음 표면으로부터 표면의 거리 d(mm)가 주어지고, 제 4 열에는 광학 소자들의 재료가 주어지며, 제 5 열에는 입사면 다음에 있는 광학 소자의 재료의 굴절률이 주어진다. 유용한, 렌즈들의 자유 반경 또는 자유 직경의 절반(mm)은 제 6 열에 명시되어 있다.
본 실시예의 경우에 있어서, 12 개의 표면들, 보다 상세하게는 표면들(2, 4, 7, 10, 23, 31, 36, 41, 43, 45, 48 및 50)이 비구면이다. 표 2는 대응하는 비구면 데이터를 명시한다. 비구면 표면들은 다음의 수학식을 이용하여 계산된다:
p(h) = [((1/r)h2)/(1+SQRT(1-(1+K)(1/r)2h2))] + C1*h4+ C2*h6+ ...
여기서, 반경의 역수 1/r 은 표면 곡률을 나타내며, h는 광축으로부터 한 표면 점까지의 거리이다. 결과적으로, p(h)는 소위 새지타(sagitta), 즉, 표면의 꼭지점으로부터 한 표면 점까지의 z-방향(즉, 광축에 따른 방향)의 거리를 나타낸다. 상수 K, C1, C2, ... 는 표 2에 기록되어 있다.
이들 데이터의 도움으로 재현될 수 있는 광학계(1)는 대략 193nm의 동작 파장에 대해서 설계된 것으로, 모든 렌즈들에 대해서 사용된 합성 수정 글래스(synthetic quartz glass)는 n = 1.56029의 굴절률을 가지고 있다. 영상측 개구수는 0.93 이다. 대물렌즈는 전체적으로 1342mm의 길이(영상 평면과 물체 평면 사이의 거리)를 가지고 있으며, 필드 크기는 10.5 * 26.0mm 이다.
그럼으로써, 193nm의 동작 파장에서 동작하고, 렌즈 제조 및 코팅에 대한 종래의 기술을 도움으로 제조될 수 있으며, 100nm 훨씬 이하 구조의 해상도를 허용하며, 대단히 양호하게 보정되는 투명 대물렌즈가 만들어진다. 이는, 낮은 횡방향 수차(transverse aberration) 값 및 193nm에서 모든 영상 높이에 대하여 최소 3.3mλ의 파면 RMS 값으로부터 명료하게 된다.
157nm의 동작 파장에 대해 설계되며, 전적으로 불화칼슘 성분들로만 구성되는 또 다른 실시예는 도 2, 표 3 및 표 4를 도움으로 설명된다. 렌즈들의 종류 및 순서는 도 1에 따른 실시예와 대응한다. 그러므로, 서로 대응하는 렌즈들 및 렌즈 그룹들은 동일한 참조 부호들로 표시된다. 전체적으로 1000nm의 길이를 가지는 대물렌즈(100)는 다소 보다 컴팩트하며, 0.93의 개구수와 12 * 17mm 의 필드 크기를 가진다. 모든 영상 높이들에 대한 3mλ의 최대 파면 RMS 값은 대물렌즈의 뛰어난 보정 상태를 실현시킨다. 본 실시예는 본 발명의 기본적인 원리들이 다른 파장들에 대한 대물렌즈들에도 용이하게 이전될 수 있다는 것을 보여준다.
193nm의 동작 파장에 대해 설계된 추가적인 실시예(300)가 도 3, 표 5 및 표 6을 도움으로 설명된다. 영상 평면(3) 근처의 끝에서 두 번째 렌즈(38)를 제외하고 모든 렌즈들은 합성 수정 글래스로 구성된다. 포지티브 렌즈(38)는 불화칼슘으로 구성되고, 횡방향 색수차들에 대해서 양의 효과를 가지며, 동시에 소망하지 않는 종방향 색수차들은 거의 생기지 않는다. 렌즈들의 종류 및 순서는 도 1에 따른 실시예와 근본적으로 대응한다. 도 1에 따른 실시예와의 차이점은, 영상을 향해 오목한 포지티브 메니스커스 렌즈(36)가 여기서는 동일한 곡률을 가지는 두 개의 포지티브 메니스커스 렌즈들(36,36')로 분리되어 있다는 것이다. 서로 대응하는 렌즈들 및 렌즈 그룹들은 동일한 참조 부호들로 표시된다. 대물렌즈(300)는 전체적으로 1250mm의 길이, NA = 0.9 의 개구수, 10.5 × 26mm 의 필드 크기를 가진다. 최대 파면 RMS 값은 5 내지 6mλ 의 범위에 있다.
모든 렌즈들이 불화칼슘으로 구성되며, 157nm 의 동작 파장에 대해 설계된 투영 대물렌즈(400)의 또 다른 실시예는 도 4, 표 7 및 표 8을 도움으로 설명된다. 이 경우에, 대부분의 또는 모든 렌즈들의 결정학(crystallographic)에 따른 <111> 축은 실질적으로 광축에 대해 평행하게 위치한다. 렌즈들의 종류와 순서는 도 1에 따른 실시예와 대부분 대응하며, 이러한 이유로 상호 대응하는 렌즈들 및 렌즈 그룹들은 동일한 참조 부호들로 표시된다. 대략 1069mm 의 전체적인 길이와 6.0 × 22mm 의 필드 크기가 주어지면 NA = 0.95 의 개구수가 성취된다. 모든 영상 높이들에 대해서 대략 2.6mλ 의 최대 파면 RMS 값은 대물렌즈의 뛰어난 보정 상태를 실현시킨다. 렌즈들(13, 15, 16, 18, 21, 24, 26, 28, 30, 33, 35 및 36)은 각각, 불화칼슘의 고유한 복굴절에 의해 유발될 수 있는 복굴절 효과들의 보정을 성취하기 위해서, 다른 나머지 렌즈들과 비교하여 광축을 중심으로 60°만큼 회전되어 있다. 이들 치수들은 도 2에 따른 실시예의 경우에도 또한 제공될 수 있다. 193nm 의 동작 파장에 대해 계산되는 NA = 0.95 의 개구수를 가지는 비교되는 투영 대물렌즈의 설계 데이터는 표 9 및 표 10에 명시되어 있다. 만약 <100> 배향의 결정 렌즈들을 갖는 실시예들이 제공된다면, 이들은 <111> 배향의 렌즈들과 항상 혼재된다. 보상에 적당한 <100> 렌즈들의 상대적인 회전은 대략 45°이며, 반면 <111> 렌즈들에 대해서는 대략 60°이다. 재료 내부의 비교되는 입사각도들 및 비교되는 광 경로들을 갖는 렌즈들이 서로 쌍을 지어서 계획된 방식으로 서로 반대방향으로 회전되는 경우에는 언제든 양호한 보상을 성취하는 것이 기본적으로 가능하다.
본 발명은 높은 영상측 개구수와 향상된 색보정을 가지며, 컴팩트 한 투영 대물렌즈를 제조하는데 이용된다.

Claims (27)

  1. 소정의 동작 파장을 갖는 자외선 광의 도움으로 투영 대물렌즈의 물체 평면(object plane)에 정렬된 패턴을 투영 대물렌즈의 영상 평면(image plane)으로 투영하는 투영 대물렌즈에 있어서,
    광축을 따라 정렬된 다수의 광학소자들; 및
    영상 평면의 전방에서 소정의 거리에 정렬된 시스템 다이아프램(5);을 구비하고,
    물체 근방의 배(belly)(6), 영상 근방의 배(8) 및 상기 배들 사이의 마디(waist)(7)를 갖는 순수 굴절식 단일-마디 시스템으로서 설계되며, 상기 시스템 다이아프램(5)과 마디(7) 사이의 발산 광선(divergent radiation)의 영역에 영상을 향하여 오목면을 갖는 유효 곡률을 가지는 네가티브 그룹(LG5)이 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 네가티브 그룹(LG5)은, 음의 굴절력 및 영상측을 향한 오목면을 갖는 적어도 하나의 렌즈(27,28)를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 네가티브 그룹(LG5)은 음의 굴절력 및 영상측을 향한 오목면을 각각 갖는 적어도 두 개, 정확하게는 두 개의 렌즈들(27,28)을 포함하며, 상기 네가티브 그룹의 물체측 렌즈(27)의 굴절력은 상기 네가티브 그룹의 그 다음 렌즈(28)의 굴절력 보다 큰 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 네가티브 그룹(LG5)은 마디(7)의 가장 좁은 목부분 지역과 시스템 다이아프램(5) 사이의 중간 영역에 배치되어 있으며, 상기 네가티브 그룹의 만곡 표면의 꼭지점은 상기 마디(7)의 가장 좁은 목부분 지역과 시스템 다이아프램(5) 사이의 축방향 간격의 대략 30% 내지 70% 의 범위, 바람직하게는, 대략 40% 내지 60% 의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 네가티브 그룹(LG5)은, 시스템 다이아프램(5)의 개구 직경 DB에 대한 곡률반경 rc의 비율인 rc/DB가 약 0.8 내지 약 2.2의 범위, 바람직하게는 약 1.0 내지 약 2.0의 범위, 특히 바람직하게는, 약 1.1 내지 약 1.9의 범위에 있는 곡률 반경 rc를 갖는 유효 곡률을 가지는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템 다이아프램(5)의 영역 내에 양면 볼록 렌즈들(29,30,33,34) 및네가티브 메니스커스 렌즈들(31,32)을 갖는 실질적으로 대칭적인 구조가 있는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    물체측 오목면을 갖는 네가티브 메니스커스 렌즈(31)는 시스템 다이아프램(5)의 바로 전방에 배치되고, 영상측 오목면을 갖는 네가티브 메니스커스 렌즈(32)는 시스템 다이아프램 바로 뒤에 배치되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    양면 볼록 렌즈(30) 및 물체측 오목면을 갖는 하방 네가티브 메니스커스 렌즈(39)를 갖는 포지티브/네가티브 이중 렌즈(doublet)는 시스템 다이아프램(5)의 바로 전방에 배치되며, 영상측 오목면을 갖는 네가티브 메니스커스 렌즈(32) 및 하방 양면 볼록 렌즈(32)를 갖는 네가티브/포지티브 이중 렌즈는 상기 시스템 다이아프램 바로 뒤에 배치되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 양면 볼록 포지티브 렌즈, 바람직하게는, 두 개의 양면 볼록 포지티브 렌즈들(33,34)은 시스템 다이아프램(5)과 영상 평면(3) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템 다이아프램(5) 전방의 가장 마지막 광학 표면 및/또는 상기 시스템 다이아프램(5) 뒤의 가장 첫 광학 표면은 비구면인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    248nm, 193nm 또는 157nm 의 동작 파장에 대해서 설계된 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적절하다면, 영상 및 말단판(end plate) 근방의 직경이 작은 적어도 하나의 렌즈를 제외하고, 모든 투명 광학소자들은 동일한 재료, 바람직하게는, 합성 수정 글래스로 제조되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    NA ≥ 0.85 의 영상측 개구수, 바람직하게는, NA ≥ 0.9 의 영상측 개구수를 갖는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    물체측 오목면을 갖는 적어도 하나의 포지티브 메니스커스 렌즈(26)는 마디(7)와 시스템 다이아프램(5) 사이의 마디 근방에 배치되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    마디(7)와 시스템 다이아프램(5) 사이에, 영상측 볼록면을 가지는 적어도 하나의 렌즈(26)와, 그 뒤에, 물체측 볼록면을 가지는 적어도 하나의 렌즈(27,28)가 순서대로 배치되어 있으며, 영상측 볼록면을 가지는 첫 번째 렌즈는 양의 굴절력을 가지는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 두 개의 네가티브 렌즈들(2,3,4)을 갖는 네가티브 그룹이 마디(7)의 영역 내에 배치되어 있으며, 상기 네가티브 그룹은 바람직하게는 적어도 세 개의 연속적인 네가티브 렌즈들을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    물체 평면 다음의 첫 번째 렌즈 그룹은 적어도 두 개의 네가티브 렌즈들(11, 12)을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    물체 평면 다음에 있는 첫 번째 네 개의 광학 표면들 중 적어도 하나는 상기첫 번째 렌즈 그룹 내에 있는 비구면이며, 바람직하게는, 적어도 두 개의 광학 표면들이 상기 첫 번째 렌즈 그룹 내에 있는 비구면이며, 특히 물체측 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    양의 굴절력과 영상측 오목면을 갖는 적어도 하나의 메니스커스 렌즈(16,18)는 물체 평면(2) 근방의 지역 내의 큰 빔경을 갖는 영역 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 비구면이 마디(7)의 영역 내에 배치되며, 적어도 하나의 비구면이 시스템 다이아프램(5)의 영역 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    조건 A/B > C/D 가 유지되며,
    여기서, A는 제 2 배(8)의 상승 영역에 있는 네가티브 그룹(LG5)의 렌즈의 영상측 출사 표면의 (가스 내에서의) 최대 입사 각도이고;
    B는 마디(7)에서 음의 굴절력을 가지는 마지막 렌즈(24)의 영상측 출사 표면의 (가스 내에서의) 최대 입사 각도이고;
    C는 A에서의 가장자리 빔 높이와 A에서의 최대 코마(coma) 빔 높이 사이의 비율이고;
    D는 B에서의 가장자리 빔 높이와 B에서의 최대 코마 빔 높이 사이의 비율인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    시스템 다이아프램(5) 뒤의 큰 네가티브 렌즈(32)는, 마디(7)와 시스템 다이아프램(5) 사이의 상승 영역 내의 네가티브 그룹(LG5)의 유효 곡률과 동일한 정렬을 갖는 유효 곡률을 가지는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유효 곡률은, 유효 곡률의 곡률 중심의 위치가 변화하도록, 상기 마디(7)와 시스템 다이아프램(5) 사이, 적어도 두 개의 렌즈들(26,27) 사이에서 변화하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    조절 가능한 구면 다이아프램이 시스템 다이아프램의 영역 내에 제공되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유효 곡률은, 유효 곡률의 곡률 중심의 위치에 있어서의 변화가 발생하도록, 물체 평면(2) 근방 지역 내의 큰 빔 직경 영역 내에서, 적어도 양의 굴절력을 가지는 두 개의 렌즈들(14,15) 사이에서, 물체측으로부터 영상측으로 변화하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    시스템 다이아프램(5) 뒤의 영상 평면(3)의 근방 내의 큰 빔 직경 영역 내에, 영상측 비구면들을 가지며 직경이 상기 시스템 다이아프램 직경의 적어도 75% 인 적어도 두 개의 비구면 렌즈들(33,34)이 존재하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  27. 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    양의 굴절력을 가지는 적어도 세 개의 렌즈들(33,34,36)은 시스템 다이아프램(5)과 영상 평면(3) 사이의 영역 내의 영상측 상에서 비구면화되어 있으며, 물체측 비구면을 가지는 추가적인 비구면화된 렌즈가 이들 렌즈들 사이에 위치하지 않는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
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