KR20050035890A

KR20050035890A - 투영 광학계, 포토리소그래피 방법, 노광 장치 및 그 이용방법

Info

Publication number: KR20050035890A
Application number: KR1020057003082A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 오무라; 히로노리 이케자와; 데이비드 엠 윌리엄슨
Original assignee: 가부시키가이샤 니콘
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2005-04-19
Also published as: US7362508B2; US20050248856A1; WO2004019128A3; JP4803301B2; US20080049336A1; US7580197B2; US7619827B2; AU2003256081A1; EP1532489A2; CN1668984A; JP2010097221A; JP2010061159A; US20080049306A1; AU2003256081A8; CN100462844C; TWI242691B; TWI249082B; US7551362B2; JP2005536775A; US20080068576A1

Abstract

광학 투영계 및 포토리소그래피 방법. 넓은 시야에 걸쳐 고해상도로 이미지를 투영하는 방법 및 리소그래픽 침지 투영계. 투영계 및 방법은, 광이 침지 액체(immersion liquid)를 통과해서 이미지면상에 입사하기 전에 광로의 주변 광선 각을 감소시키기는 마지막 렌즈(final lens)를 포함한다.

Description

투영 광학계, 포토리소그래피 방법, 노광 장치 및 그 이용 방법{PROJECTION OPTICAL SYSTEM AND METHOD FOR PHOTOLITHOGRAPHY AND EXPOSURE APPARATUS AND METHOD USING SAME}

본 발명은 포토리소그래피용 시스템과 같은 투영 광학계에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 노광 장치 및 노광 방법에 관한 것이다. 본 발명은 포토리소그래피 공정에 의해 반도체 소자 또는 액정 디스플레이 소자를 제조하는 때 사용되는 노광 장치에 적합한 고해상도의 투영 광학계에 적용할 수 있다.

이하의 "아나스티그맷(anastigmat)"이란, 비점수차(astigmatism) 및/또는 구면 수차를 포함하는 수차를 저감시키도록 구성된 광학 소자 또는 광학 소자의 그룹을 의미한다. 예를 들면, 아나스티그맷의 논의에 대한 Bauelemente der Optik, 6^th ed., 1992, pp.382-383을 참조한다. "만긴 미러 구성(Mangin mirror arrangement)"이란, 오목 미러(concave mirror)와 오목 미러에 근접하는 적어도 하나의 네가티브 파워 렌즈(negative powered lens)를 포함하는 광학 디바이스를 의미하는 것으로서, 이 광학 디바이스에 있어, 오목 렌즈는 네가티브 파워 렌즈에 접촉할 필요가 없다.

반도체 소자 등을 제조하기 위한 리소그래피 공정에서, 포토레지스트가 도포된 웨이퍼(또는, 유리 플레이트 등)상에 마스크(또는, 레티클)의 패턴 이미지를 투영 광학계를 거쳐서 노광하기 위해서, 투영 노광 장치가 일반적으로 사용된다. 반도체 소자의 집적도의 향상에 따라, 투영 노광 장치의 투영 광학계의 달성 가능한 해상도의 요구가 꾸준히 높아지고 있다.

그 결과, 투영 광학계의 해상도 요구를 만족시키기 위해서, 조명광(노광광)의 파장 λ을 축소하고/하거나 투영 광학계의 개구수 NA를 증가시킬 필요가 있다. 보다 구체적으로는, 투영 광학계의 해상도는 kㆍλ/NA(k는 공정 계수)로 표현된다. 투영 광학계와 이미지 필드 사이의 매질(일반적으로, 공기와 같은 가스)의 굴절률을 n, 최대 입사각을 θ로 하는 경우, 이미지측 개구수 NA는 nㆍsinθ으로서 표현될 수 있다.

역사적으로, 마이크로리소그래피에서의 해상도는 개구수(NA)를 증가시킴으로써, 또는 조명광의 파장을 감소시킴으로써, 또는 이 둘의 조합에 의해 향상되었다.

보다 큰 매질 입사각 θ를 채택하여 개구수를 증가시키고자 하는 경우, 이미지면의 입사각 및 투영 광학계로부터의 출사각이 커져, 광학면의 반사 손실이 증가된다. 이미지면의 크고 실효적인 개구수를 확보할 수 없다. 투영 광학계와 이미지 필드 사이의 광로를 고굴절률을 갖는 액체와 같은 매질로 채움으로써, 개구수 NA를 증가시키는 기술이 알려져 있다. WO99/49504는 투영 광학계를 거쳐서 마스크에 노광 빔을 조사하고, 기판상에 상기 마스크의 패턴을 전사하는 투영 노광 방법을 개시하는데, 여기서 상기 기판이 사전 결정된 방향을 따라 움직이면, 사전 결정된 액체는 상기 기판의 움직임 방향에 따라 움직여, 상기 투영 광학계의 상기 기판측 광학 소자의 단부와 상기 기판의 표면 사이의 공간을 채운다. 또한, WO99/49504는 투영 광학계를 거쳐서 마스크에 노광 빔을 조사하여, 상기 마스크의 패턴을 기판상에 전사하는 투영 노광 장치를 개시하는데, 여기서 상기 기판을 유지하면서 움직이는 기판 스테이지와, 상기 투영 광학계의 상기 기판측 광학 소자의 단부와 상기 기판의 표면 사이의 공간을 채우기 위해서, 공급용 파이프를 거쳐서 사전 결정된 방향을 따라 사전 결정된 액체를 공급하는 액체 공급 디바이스와, 상기 사전 결정된 방향으로 상기 노광 빔의 조사 영역을 사이에 두고 배치된 방전용 파이프와 상기 공급 파이프를 거쳐서 상기 기판의 표면으로부터 상기 액체를 회수하는 액체 회수 디바이스를 포함하며, 상기 기판 스테이지가 상기 사전 결정된 방향을 따라 상기 기판을 움직이도록 구동될 때, 상기 액체의 공급 및 회수가 수행된다. 액체 흐름의 방향은 기판의 움직임의 방향에 따라서 변경될 수 있다. 투영 노광 장치는 상기 공급 파이프와 방전 파이프의 쌍이 기본적으로 180° 회전되면 있을 위치에 배치된 공급 파이프와 방전 파이프의 제 2 쌍을 마련할 수 있다. 또한, 투영 노광 장치는 상기 투영 광학계와 상기 기판 사이에 공급된 액체를 회수하는 액체 회수 디바이스를 포함할 수 있다.

미국 특허 제4,509,852호는 패턴을 갖는 마스크가 투영 렌즈에 의해, 반도체 기판을 덮는 감광층에 결상되는 포토리소그래픽 투영 장치를 이용하는 것을 교시하고 있다. 해상력을 향상시키고, 역효과, 예를 들면 스탠딩 웨이브(standing waves) 및 불균일 노광(inhomogeneous exposure)을 없애기 위해서, 기판과 투영 렌즈의 인접 경계면 사이의 공간은 노광시에 감광층과 동일한 굴절률을 갖는 투명한 액체로 채워진다.

그러나, 크고 실효적인 이미지측 개구수를 확보하는 구성에 대해서는 구체적인 제안이 아직 되고 있지 않다.

액체 침지(liquid-immersion)의 이론상의 해상도 개선은, 오일 침지 굴절 광학 대물 렌즈 NA가 1.0보다 크게 수년간 설계되어 왔으나, 0.5㎜ 이하의 매우 작은 필드만을 커버한다고 마이크로스코피(microscopy)에서 잘 알려져 있다. 예를 들면, SPIE Press and McGraw Hill에서 출간한 "Morden Optical Engineering", Warren Smith, 3^th ed., pp.450을 참고한다.

또한, 마이크로리소그래피에 사용된 액체 침지는 수년간 제안되었지만, 실행상의 어려움 때문에 생산시에 채택되는 데에는 오래 걸렸다. 그러나, 이론상의 이점은 "건식" 투영 렌즈 NA가 이론상의 한계인 1.0에 가까이 갈수록 더욱 강해진다. 이들 이점들은, 예를 들면, "The k3 coefficient in nonparaxial λ/NA scaling equations for resolution, depth of focus, and immersion lithography", Burn J. Lin, 2002년 4월, JM3 1(1) 7-12에 기술되어 있다.

또한, 리소그래피용 액체 침지의 실행상의 문제에 대한 보다 최근의 연구는, 예를 들면, "Resolution enhancement of 157㎚ lithography by liquid immersion", M. Switkes 및 M. Rothschild, 2002년 10월, JM3 1(3) 225-228은 보다 긍적적이다. 그러나, 이들 논문들 어느 것도 광학 설계의 문제를 다루고 있지 않다.

액체 침지 리소그래피를 제안하는 최초의 논문은, 1989년 9월 31일, Microelectronic, Eng. 출판, H, Kawata, J.M. Carter, A. Yen, 및 H.I. Smith저, "Optical projection lithography using lenses with numerical apertures greater than unity"와; 일본, Journal of Applied Physics 출판, H. Kawata, I. Matsumura, H. Yoshida, 및 K. Murata저, 131 부분, 4174~1992, "Fabrication of 0.2㎛ fine patterns using optical projection lithography with on oil immersion lens"와; Journal of Vacuum Science Technology 출판, G. Owen, R.F.W. Pease, D.A. Markle, A. Grenville, R.L. Hsieh, R. von Bunau, 및 N.I. Maluf저, B10-6, 3032~1992, "1/8㎛ optical lithography"와; Journal of Vacuum Science Technology 출판, M. Switkes, 및 M. Rothschild저, B19-6, 2353~2001, "Immersion lithography at 157㎚"을 포함한다.

최근의 Switkes 논문은, ArF(또는, KrF) 레이저 광에 대한 액체 침지로서는 물을, F₂ 레이저 광에 대해서는 퍼플루오르에테르(perfluoropolyethers)의 사용을 제안한고, 스캐닝 웨이퍼 스테이지가 포함된 실행상의 문제를 다루기 시작했다는 점에서 가장 중요하다.

NA가 1.0보다 큰 액체 침지 굴절 광학의 마이크로리소그래픽 투영 렌즈 설계를 부분적으로 개시하는 또 다른 최근의 논문 "Development of dioptric projection lenses for DUV lithography", Ulrich Wilhelm, Rostalski Hans-Juergen, Hudyma Russell M, SPIE 출판, 2002년 6월, Vol. 4832는 리소그래피에 사용된 비교적 넓은 시야 필드에 대한 광학 설계 문제를 다루기 시작했다.

US 2001/0040722 A1은 V-폴드 미러(V-fold mirror) 및 2개의 중간 이미지를 사용하는 반사 굴절 설계(catadioptric design)를 기술한다. 그러나, 이것은 특히 광학 검사용의 작은 필드(<1㎜)의 시스템으로서, 마이크로리소그래피에 필요한 극히 작은 잔존 수차 및 왜곡과, 훨씬 큰 필드 사이즈에 상기 설계를 적용할 수 있다는 것은 나타나 있지 않다.

Timothy A. Brunner 등의, JM3 1(3) 188-196, 2002년 1월, "High numerical aperture lithography imagery at the Brewster angle"은, NA가 "건식" 투영 렌즈에서 1.0에 접근함에 따라, 이미지 질이란 측면에서의 근본적인 단점을 기술한다. 이들은 포토레지스트 내부에 보다 나은 이미지 질을 부여하는 편광 배향을 상실하고 보다 강하게 반사하는 레지스트 계면에서의 프레넬 반사 손실에 의해 더욱 열화되는 벡터 이미징 열화에 관한 것이다. 이것은 약 0.85의 NA에 대응하는 브루스터 각(Brewster's angle)에서 가장 강하게 발생한다.

액체 침지 굴절 광학의 설계를 연구해서, 1.0의 NA와 26㎜ 필드 사이즈에서 최대 렌즈 직경은 이용 가능한 고품질 용융 실리카의 한계상에 놓이면서 플루오르화 칼슘에 대해서 그 한계를 초과하는 330㎜의 오더(order)일 필요가 있음을 발견하였다. 또한, NA의 증가에 따라, "건식" 굴절 광확 렌즈에서도 마찬가지로, 분광 대역폭의 감소가 존재한다. 필드 사이즈의 감소 및 4x 이상의 감소율의 증가는 이들 문제를 돕지만, "습식" 리소그래피 도구가 현재의 "건식" 시스템과 호환될 수 없게 한다.

공지의 "건식" 반사 굴절 설계는 비교적 작은 렌즈 직경 및 색 수차를 갖는다. 그러나, 마지막 광학 소자와 웨이퍼 사이의 공간에 단지 액체를 부가하는 것만으로는 액체 침지로 변환될 수 없다. 이것은 설계시 그 외의 다른 부분에서 보상되어야 하는 대량의 구면 수차를 도입한다. 또한, 단순히 액체를 부가한다고 하여, NA는 증가하지 않는데, 왜냐하면 NA의 정의에 이미 굴절률이 포함되어 있기 때문이다.

"건식" 시스템에서의 1.0보다는 액체 굴절률(~1.4)과 동등한 이론상의 최대값까지 NA를 증가시킬 수 있는 조건에서, 액체에서 웨이퍼를 침지하는 것은 필요하지만 충분하진 않다. 일정한 배율에서, 축 방향의 기하학적 광학 이론(특히, 라그랑쥬 불변(Lagrange invariant))은, 웨이퍼에서의 NA의 증가가 투영 렌즈 시스템 전체에 걸쳐 상응하는 NA의 증가를 수반해야 함을 나타낸다. 이것은 렌즈 직경, D/R비로 정의된 광학 표면 경사도의 증가를 초래한다. 여기서, D는 순 개구 직경(clear aperture diameter)이고, R은 곡률 반경이다. 동시에, 색차 및 고차 수차는 NA와 함께 빠르게 증가한다.

그러므로, 렌즈 사이즈에서의 비실용적인 증가와 복잡성뿐만 아니라 잔존 수차에서의 받아들이기 어려운 증가 없이, "건식" 투영 렌즈의 NA가 침지 액체의 굴절률 비율로 증가될 수 있다는 것은, 광학 설계의 당업자에게 있어서 자명하지 않다.

광학 설계의 교본(예를 들면, Warren Smith, Modern Optical Engineering 3th Edition, 페이지 449-450, SPIE Press 및 McGraw Hill 출판)은 침지 액체와 접촉해 있는 평평한 표면의 반대편에, 마지막 광학 소자에서 하이퍼-반구형(hyper-hemispherical)의 볼록면을 갖는 히스토리컬 마이크로스코프 침지 대물 렌즈(historical microscope immersion objective)(반구형을 넘는 곡률의 순 직경/반경, D/R=2)를 기술한다. 전형적으로, 이 표면은 구면 수차를 없앤(aplanatic) 렌즈, 또는 구면 수차를 없앤 렌즈 상태에 가깝게 설계된다. 구면 수차를 없앤 렌즈 상태에서, 구면 수차, 코마, 및 비점수차는 영이고, 주변 광선 수렴각은 렌즈 소자의 내부에서가 그 이전보다 유리 굴절률의 비만큼 더 크다. 이 구면 수차를 없앤 렌즈 상태에 가깝게 하는 것은 구면 수차, 코마를 최소화하고, NA를 증가시키는 간단한 방식으로서, 작은 필드의 마이크로스코프 대물 렌즈, 또는 종래 기술인 미국 특허 출원 US2001/0040722와 같은 시스템에서 유용하다.

훨씬 큰 필드 사이즈에 걸쳐 작은 수차를 요구하는 마이크로리소그래피에서, 그러한 구면 수차를 없앤 렌즈 표면은 경사진 구면 수차 및 코마를 포함하여, 필드에 걸쳐 고차의 수차 변동을 야기한다. 대신에, 구면 수차를 없앤 렌즈의 상태가 아니라, 이른바 대략 동심(concentric), 또는 모노센트릭(monocentric) 상태인 이 마지막 소자의 볼록면을 사용하는 것이 일반적이다. 동심원 상태에서, 마지막 소자 내부의 주변 광선 수렴각은 그 소자에 입사하는 각과 동일하다. 또한, 구면 수차 및 코마가 영이지만, 그러나 넓은 필드(wide-field) 시스템에서 보다 중요하게는 새지털 경사(sagittal oblique) 구면 수차는 영이다. 예를 들면, J. Dyson, JOSA, vol.49(7), p.713(1959년 7월), 또는 C.G. Wynne저, Optical Engineering, vol.26, No.4, 1987년, "Monocentirc telescopes for microlithography"을 참조한다.

J.G. Baker, The Catadioptric Refractor, The Astronomical Journal, Vol.59, pp.74-84(1955년)는 Schupmann(L. Schupmann, Die Medial-Fernrohre, Eine neue Konstruktion astronomische Instrumente, Teubner, Leipzig, 1899년)에서는 제안된 개념에 기초한 텔레스코프의 장단점에 대해 논의하고 있다.

도 1은 비교 목적으로 반사 굴절 "건식" 투영계의 예시를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 반사 굴절 액체 침지 투영 렌즈계의 예시를 나타낸다.

도 3은 도 2의 광로에서의 마지막 광학 소자의 예시를 나타낸다.

도 4는 경계 렌즈, 침지 액체층 및 이미지면의 예시를 나타낸다.

도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 마지막 렌즈 소자로 통과하는 주변 광 경로의 예시를 나타낸다.

도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 침지 액체층으로 마지막 렌즈 소자를 통해서 통과하는 주변 광 경로의 예시를 나타낸다.

도 7은 본 발명을 구현한 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타낸다.

도 8은 본 발명의 실시예 2 및 3에서의 기준 광축과 웨이퍼상에 형성된 직사각형의 실효 노광 영역 사이의 위치 관계를 나타낸다.

도 9는 실시예 4에서의 기준 광축과 웨이퍼상에 형성된 직사각형의 실효 노광 영역 사이의 위치 관계를 나타낸다.

도 10은 실시예 2 내지 4에서의 웨이퍼와 경계 렌즈의 구성을 개략적으로 나타낸다.

도 11은 본 발명의 실시예 2의 투영 광학계의 렌즈 구성을 나타낸다.

도 12는 실시예 2에서의 횡방향 수차(lateral aberration)를 나타낸다.

도 13은 본 발명의 실시예 3의 투영 광학계의 렌즈 구성을 나타낸다.

도 14는 본 발명의 실시예 3에서의 횡방향 수차를 나타낸다.

도 15는 본 발명의 실시예 4의 투영 광학계의 렌즈 구성을 나타낸다.

도 16은 실시예 4에서의 횡방향 수차를 나타낸다.

도 17은 마이크로디바이스로서 반도체 디바이스를 얻는 경우 사용되는 기술의 흐름도이다.

도 18은 마이크로디바이스로서 액정 디스플레이를 얻는 경우 사용되는 기술의 흐름도이다.

도 19는 본 발명의 실시예 5의 렌즈 구성을 나타낸다.

도 20은 실시예 5의 다양한 수차를 나타내는 그래프를 나타낸다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

도 1은 비교 목적으로 EP1191378A1에 개시된 반사 굴절 "건식" 투영계의 예시이다. 이 "건식" 투영계는 필드 렌즈 소자의 제 1 세트(L11~L13)와, 수차 보정을 목적으로 하는 메니스커스(meniscus) 아나스티그맷(L14~L17)과, 포지티브 파워 렌즈 소자의 세트(L18~L20)를 포함하고, 이 모두는 제 1 필드 렌즈 그룹(G1)과, 빔 분할 스플리터 수단(FM(1, 2))과, 2개의 슈만 렌즈(L21, L22), 및 수차 보정 기능을 제공하는 오목 미러(CM)를 포함하는 만긴 미러 장치(Mangin mirror arrangement)(G2)를 구성한다. 또한, 투영계는 포지티브 파워 렌즈 소자의 세트(L31~L33)와, 네가티브 렌즈 소자(L34)와, 포지티브 파워 렌즈 소자의 세트(L35~L39)와, 수차를 보정하는 네가티브 파워 아나스티그맷(L40)과, 포지티브 파워 렌즈 소자(L41)를 포함하고, 이 모두는 제 2 필드 렌즈 그룹(G3)을 구성한다. 광은 레티클(R)로부터 제 1 필드 렌즈 그룹(G1)을 통해서 지나가고, 그 후 빔 스플리터(FM(1, 2))를 통해서 만긴 거울 장치(G2)로, 최종적으로 빔 스플리터 FM(1, 2)와 제 2 필드 렌즈 그룹(G3)을 지나간다. 이 구성에 의해, 네가티브 배율로 레티클(R)로부터 웨이퍼(W)로 이미지를 전달할 수 있어, 웨이퍼상의 포토레지스트를 제어 가능하게 노광할 수 있다.

도 2 및 도 3과, 표 1 및 2는 본 발명의 상세한 실시예를 나타낸다. 물체면(OP)으로부터의 광은 평면 윈도우(E201)와, 제 1 포지티브 파워 필드 렌즈 소자의 그룹(E202, E203)과, 구면 수차를 감소시키도록 구성된 아나스티그맷(E204~E208)과, 제 2 포지티브 파워 필드 렌즈 소자의 그룹(E209~E211)과, 빔 스플리터(E212, E218)와, 2개의 슈만 렌즈(E213, E214)와 오목 미러(E215)를 포함하는 반사 굴절 아나스티그맷과, 재차 상기 빔 스플리터(E212, E218)와, 제 3 포지티브 파워 필드 렌즈 소자의 그룹(E219~E221)과, 구면 수차를 감소시키도록 구성된 이중-가우스 아나스티그맷(E222~E225)과, 제 4 포지티브 파워 필드 렌즈 소자의 그룹(E226~E232)과, 침지 액체층(IL)을 통해 이미지면(IP)으로 전달된다.

제 4 포지티브 파워 필드 렌즈 소자의 그룹은 제 1 포지티브 파워 렌즈 소자(E231)와, 제 2 포지티브 파워 렌즈 소자(E232)를 포함한다. 이중-가우스 아나스티그맷은 제 3 포지티브 파워 렌즈 소자(E222)와, 제 1 네가티브 파워 렌즈 소자(E223)와, 제 2 네가티브 파워 렌즈 소자(E224)와, 제 4 포지티브 파워 렌즈 소자(E225)를 포함한다.

표 1 및 2에서, 광학 소자(E210~233)의 광학면 사이의 축 거리와 곡률 반경의 바람직한 값이 주어져 있다. 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 표 1 및 2에서 주어진 모든 파라미터를 주어진 특정한 값으로부터 ±1%로, 또한 적절한 채택으로 ±5%까지도 다양하게 변경할 수 있는 실행 가능한 시스템을 설계할 수 있다. 예를 들면, 157㎜에서 동작하는 경우, 이것은 56.9㎜보다 크고 62.9㎜보다 작거나, 또는 보다 바람직하게는 59.27㎜보다 크고 60.46㎜보다 작거나, 또는 가장 바람직하게는 59.8643㎜의 곡률 반경을 표면(S263)에 대해서 준다. 광학 소자(E202~E233)의 곡면의 곡률 반경 및, 광학 소자(E202~E211, E213~E215, E219~E233)의 두께 및 간격에 대한 값은 동작 파장이 변하면 당연히 변할 것이다.

따라서, 렌즈 소자(E222~E225, E213~E233)의 두께와, 광학면(S240, S242, S244, S247, S259, S261, S263)의 곡률 반경은 다음과 같은 값을 가질 수 있다.

제 1 포지티브 파워 렌즈 소자(E231)는 26.1㎜보다 크고 28.9㎜보다 작은 축 두께와, 103㎜보다 크고 114㎜보다 작은 곡률의 축 반경을 갖는 물체측 면(S259)을 갖는다.

제 2 포지티브 파워 렌즈 소자(E232)는 26.5㎜보다 크고 29.3㎜보다 작은 축 두께와, 83.2㎜보다 크고 91.9㎜보다 작은 곡률의 축 반경을 갖는 물체측 면(S261)을 갖는다.

경계 렌즈(E233)는 41.6㎜보다 크고 46.0㎜보다 작은 축 두께와, 56.9㎜보다 크고 62.9㎜보다 작은 곡률의 축 반경을 갖는 물체측 면(S263)을 갖는다.

제 3 포지티브 파워 렌즈 소자(E222)는 43.9㎜보다 크고 48.5㎜보다 작은 축 두께와, 128㎜보다 크고 141㎜보다 작은 곡률의 축 반경을 갖는 물체측 면(S240)을 갖는다.

제 1 네가티브 파워 렌즈 소자(E223)는 11.9㎜보다 크고 13.1㎜보다 작은 축 두께와, 1540㎜보다 크고 1710㎜보다 작은 곡률의 축 반경을 갖는 물체측 면(S242)을 갖는다.

제 2 네가티브 파워 렌즈 소자(E224)는 11.9㎜보다 크고 13.1㎜보다 작은 축 두께와, 184㎜보다 크고 204㎜보다 작은 곡률의 축 반경을 갖는 물체측 면(S244)을 갖는다.

제 4 포지티브 파워 렌즈 소자(E225)는 30.6㎜보다 크고 33.9㎜보다 작은 축 두께와, 189㎜보다 크고 209㎜보다 작은 곡률의 축 반경을 갖는 이미지측 면(S247)을 갖는다.

보다 바람직하게는, 광학 투영계의 파라미터에 대한 값의 범위는 표로 만들어진 유한 값의 ±1%의 보다 좁은 범위내에 있다.

따라서, 렌즈 소자(E222~E225, E231~E233)의 두께와, 광학면(S240, S242, S244, S247, S259, S261, S263)의 곡률 반경은, 157㎚의 파장에서 동작하는 경우, 다음과 같은 값을 바람직하게 가질 수 있다.

제 1 포지티브 파워 렌즈 소자(E231)는 27.22㎜보다 크고 27.77㎜보다 작은 축 두께와, 107.6㎜보다 크고 109.8㎜보다 작은 곡률의 축 반경을 갖는 물체측 면(S259)을 갖는다.

제 2 포지티브 파워 렌즈 소자(E232)는 27.63㎜보다 크고 28.19㎜보다 작은 축 두께와, 86.67㎜보다 크고 88.42㎜보다 작은 곡률의 축 반경을 갖는 물체측 면(S261)을 갖는다.

경계 렌즈(E233)는 43.37㎜보다 크고 44.25㎜보다 작은 축 두께와, 59.27㎜보다 크고 60.46㎜보다 작은 곡률의 축 반경을 갖는 물체측 면(S263)을 갖는다.

제 3 포지티브 파워 렌즈 소자(E222)는 45.71㎜보다 크고 46.63㎜보다 작은 축 두께와, 133.3㎜보다 크고 136.0㎜보다 작은 곡률의 축 반경을 갖는 물체측 면(S240)을 갖는다.

제 1 네가티브 파워 렌즈 소자(E223)는 12.38㎜보다 크고 12.63㎜보다 작은 축 두께와, 1608㎜보다 크고 1641㎜보다 작은 곡률의 축 반경을 갖는 물체측 면(S242)을 갖는다.

제 2 네가티브 파워 렌즈 소자(E224)는 12.38㎜보다 크고 12.63㎜보다 작은 축 두께와, 191.9㎜보다 크고 195.8㎜보다 작은 곡률의 축 반경을 갖는 물체측 면(S244)을 갖는다.

제 4 포지티브 파워 렌즈 소자(E225)는 31.91㎜보다 크고 32.56㎜보다 작은 축 두께와, 197.4㎜보다 크고 201.3㎜보다 작은 곡률의 축 반경을 갖는 이미지측 면(S247)을 갖는다.

더욱 바람직하게는, 광학 소자(E201~E233)의 표면의 곡률 반경의 값과, 광학 소자(E201~E233)의 두께는 표 1 및 2에 따른 값을 갖는다.

중요한 특징은 경계 렌즈(E233)의 이미지측 면(S264)과 이미지면(IP) 사이의 액체(이외, 유리)의 존재이고, 양쪽의 면은 도 4에 나타낸 바와 같이 평면(무한대의 곡률 반경)일 수 있다. 물 이외의 퍼플루오루 폴리에테르와 같은 액체는 소정의 실시예에서 사용될 수 있고, "액체"의 사용이란 유리 이외의, 1보다 실질적으로 큰 굴절률을 갖는 소정의 액체 매질을 포함하는 것을 의미한다는 것에 주의해야 할 것이다. 적당한 액체는 (탈이온화된 및/또는 탈가스화된(degassed))물 및 퍼플루오르 폴리에테르를 포함한다.

본 발명의 본 실시예는 웨이퍼가 기체에 침지되는 도 1의 건식 마이크로리소그래픽 투영계와 비교하여 향상된 해상도를 제공한다. 웨이퍼는 액체에 침지되고, 광원의 파장을 변경하는 일 없이, 포토레지스트에 입사되는 광의 속도 및 파장을 약 1.4배 정도 감소시킨다. 웨이퍼가 1.0에 가까운 굴절률의 기체에 침지되었으면 마지막 렌즈 표면에서 발생되었을 광의 내부 전반사를 피함으로써, 1.0보다 현저하게 큰 개구수(NA)가 가능하게 된다.

도시된 실시예는 도 1과 같은 NA 0.85에서의 "건식" 설계보다 약 1.4배 높은 계수인 NA 1.2에서의 특정한 "습식" 반사 굴절 광학 설계를 제공한다. 또한, 이 개시된 반사 굴절 설계는 종래 기술의 굴절 광학의 "건식" 침지 광학 설계의 실질적인 한계를 피할 수 있다.

본 시스템에서, 액체 침지의 이론상 이점은, 렌즈 직경 또는 표면 곡률이 실질적인 제조 한계를 넘어서 증가하는 일 없이, 또한 종래 기술의 굴절 광학 설계에서 발생하는 광원의 분광 대역폭 또는 필드 사이즈의 감소 없이, NA가 1.0의 공기에서의 이론상의 한계를 넘어서 증가되는 반사 굴절의 대형 필드 극자외선 마이크로리소그래픽 투영 광학 설계의 수단에 의해서 실현된다. "습식" 반사 굴절의 NA 1.2 설계는 "건식" 반사 굴절의 NA 0.85 설계와 동등한 트랙 길이(레티클-웨이퍼 거리)와, 26×5㎜의 동일한 웨이퍼 필드 사이즈와, 렌즈 직경에서의 비교적 작은 증가를 갖으며, 이는 동일한 스캔 필드가 웨이퍼에 걸쳐 커버되도록 하면서, 리소그래피 스캐너 툴 바디 설계에 요구되는 변화를 최소화한다.

필드 곡률 보정을 위한 네가티브 및 포지티브 파워 렌즈 소자의 큰 간격을 필요로 하지 않기 때문에, 반사 굴절의 설계가 (비록 필수적이진 않지만)바람직하다. 대신에, 필드는 오목한 포지티브 파워 미러(도 2 및 표 1, 2에서의 소자(E215))의 수단에 의해 편평해진다. 이 미러에 근접한 네가티브 파워 렌즈 소자(이른바 슈만 렌즈, 도 2 및 표 1, 2에서의 소자(E213))는, 분광 대역폭에서의 감소 또는 굴절 물질의 제 2 형태를 필요로 하지 않고서, NA가 1.0보다 증가되기에 충분한 색지움(achromatization) 및 필드 곡률 보정을 더 제공한다. 이것은, 단지 용융 실리카 렌즈 소자, 비플루오르화 칼슘 소자, 침지 매질(도 2 및 표 1, 2에서의 IL)로서 약 1㎜ 두께의 탈이온수를 이용하여, 기존의 0.4pm 대역폭 협선화된(line-narrowed) ArF 엑시머 레이저에 대해 최적화되도록 설계할 수 있게 해준다.

협선화된 KrF 레이저를 사용하기 위해 개시된 설계를 다시 최적화하는 것은 간단하다. 또한, 예를 들면 퍼플루오르화 폴리에테르 침지 액체층의 0.1㎜의 두께를 갖는 플루오르화 칼슘 렌즈 소자만을 이용하여, 설계 개념을 F₂ 엑시머 레이저에 적용할 수 있다.

종래 기술의 "건식" 반사 굴절의 설계의 대부분의 형태는 고안되어서 공개되었다. 그러나, 본 발명은 2개의 중간 이미지 사이에서 V-형으로 성형된 접힌 미러(V-shaped fold mirror)를 사용하는 "V형" 반사 굴절 광학 설계 형태로서 설명될 수 있는 것에 가장 근접하게 관련되지만, 반드시 이에 한정되지 않는다. 이 형태는 비교적 작은 렌즈 직경과 반사 광학 렌즈와 유사한 기계적 패키지의 이점을 갖는다. 그러나, V-형 성형된 접힌 미러의 대안으로서 동등한 효과를 갖는 스플리터 큐브(splitter cube)와 같은 것이 존재한다는 것에 주의해야 할 것이다.

마지막 렌즈 소자 표면과 웨이퍼 사이의 액체 침지와 효과적으로 동작하기 위해서, 이 마지막 광학면은 평면(도 2, 4 및 표 1, 2에서의 표면(S264))으로 되는 것이 바람직하다. 이는, 텔레센트릭(telecentric) 시스템에 있어서, 웨이퍼 공간에서 주 광선이 0°의 입사각으로 액체로 들어가기 때문에, 웨이퍼의 스캔시 액체 움직임을 용이하게 하고, 액체내의 거품 형성의 가능성을 최소화하며, 액체의 굴절률 및 분산(횡색(lateral color))의 배율 변화에 대한 민감도를 최소화한다.

전형적인 액체 침지 마이크로스코프 대물 렌즈에서, 마지막 렌즈 소자와 액체 사이의 굴절률 차는 구면 수차를 도입하게 되는데, 이 구면 수차는 액체의 가능한 가장 작은 두께를 사용하여 그 굴절률이 렌즈 소자의 굴절률에 가능한 한 가깝게 매칭하는 액체를 찾음으로써 최소화된다. 극자외선 마이크로리소그래피 상황에서, 웨이퍼의 스캐닝 및 스텝핑(stepping)시의 유체 역학 및 기계적 고려뿐만 아니라, 광 투과와 같은 다른 이유로 인해 액체의 두께가 선택된다. 이 설계는 액체의 두께 또는 굴절률의 선택에 의해 제한되지 않는다. 현재, 1㎜의 액체 두께를 가정할 수 있지만, 광학 설계는 상이한 두께 또는 액체 굴절률에 대해서 용이하게 다시 최적화될 수 있다. 또한, 이는, 구면 수차가 대형 필드 사이즈에 걸쳐서 일정한 경우, 액체 옆에 평면의 마지막 렌즈 표면을 갖게 함으로써 용이하게 되고, 적어도 하나의 비구면에 의해 시스템에서의 동공면(pupil plane)에서 용이하게 보정될 수 있다.

본 발명에서, 무구면 수차(aplanatic) 또는 동심의 조건은 마지막 소자, 즉 웨이퍼 옆(도 2 및 4에서의 소자(E233)의 표면(S263))의 경계 렌즈에 사용된다. 이 경우에, 주변 광선 수렴각은 입사하기 전보다 소자(E233) 내부에서 약간 더 작다(도 5 및 6 참조). 이러한 특징은 3가지의 이점을 갖는다;

a. 이 표면의 D/R(순 직경/곡률 반경)은 1.5보다 작게 제약될 수 있고, 대형, 고품질의 광학 소자에 대한 공칭의 광학 연마 기술내에 있다.

b. 결과적인 구면 수차 및 코마는 복수의 비구면을 포함하는 시스템에서의 다른 소자에서 용이하게 보정될 수 있고, 마이크로리소그래피에서 사용되는 넓은 필드에 걸쳐서 급속하게 변하는 경사진 구면 수차, 코마, 비점수차 및 왜곡과 같은 고차의 수차의 보정에 이점을 가질 수 있다. 이 방안은 V형 반사 굴절 설계와 같은 2개의 중간 이미지를 갖는 길고, 복잡한 시스템에서 특히 효과적이다.

c. 정확하게 동심의 표면에서 발생하게 되는, 어떠한 포커싱된 고스트 이미지(ghost image)가 웨이퍼 표면상에 존재하지 않는다.

또한, 전형적인 마이크로스코프 대물 렌즈는 무구면 수차 및 동심의 표면의 조합을 갖는 마지막 소자 앞에 적어도 하나의 소자를 사용한다. 대신에, 본 발명의 바람직한 실시예는, 임계각을 넘는 또는 그 근처의 극단적인 입사각 및 곡률을 피하기 위해서, 표면이 정확하게 동심이거나 무구면 수차가 아닌 마지막 소자(도 2, 3 및 표 1, 2에서의 소자(E231, E232)) 앞에 적어도 2개의 포지티브 메니스커스 소자를 사용한다.

낮은 NA "건식" 설계에서 인접한 소자들 사이의 공기 공간(예를 들면, 도 2에서의 소자들(E230과 E231) 사이의 공기 공간)으로 달성될 수 있는 것과 유사한 수차 보정 기능을 수행하도록, 이들 표면의 적어도 하나는 비구면일 수 있다.

마지막 3개의 포지티브 소자에서의 비교적 높은 광학력은, 도 1과 같은 설계에서 0.85의 "건식" NA가 1.2의 "습식" NA로 증가됨에 따라, 시스템의 나머지 부분에서 요구되는 렌즈 소자의 사이즈 증가를 최소화한다. 한편, 이는, 그렇지 않다면 렌즈가 현존 기술로 손쉽게 제조될 수 있는 것보다 더 커졌을 것이고, 따라서 매우 비싸졌을 것이기 때문에, 매우 유리하다. 또한, 마지막 3개의 소자의 비교적 높은 파워는 동공(pupil)(구경 조리개(aperture stop)) 위치를 "건식" 설계, 예를 들면 도 1의 전형적인 것보다 웨이퍼에 더 가깝게 해준다.

공지의 반사 굴절 "건식" 리소그래피 투영계의 공통적인 특징은 동공과 웨이퍼 사이의 네가티브 파워 렌즈 소자이다. 수차를 보정하는데 사용되는 이 특징은, "습식" 반사 굴절 광학 투영 시스템에서, 주 포지티브 파워 렌즈 소자가 다른 경우보다 더 커져야만 할 것이라는 점에서 단점을 갖는다. 본 출현에서의 새로운 구성은 그러한 네가티브 파워 렌즈를 필요로 하지 않아, 주 포지티브 파워 렌즈의 렌즈 직경, 및 광로의 길이를 더욱 최소화한다는 점에서 이점이 있다. 대신에, "건식" 설계에서의 네가티브 렌즈 소자(예를 들면, 도 1에서의 소자(L38))의 수차 보정이 동공에 근접한 비구면에 의해 수행된다.

도 2에서의 소자(E222~E225)인 네가티브 파워 렌즈 그룹은 구면 수차를 감소시키도록 구성된 이중-가우스 아나스티그맷이다. 이는 NA 0.85에서의 "건식" 설계(도 1)의 경우보다, 그렇지 않다면 NA 1.2에서 더 커졌을 고차의 코마와 경사진 구면 수차를 최소화하면서, 전체적인 설계에서의 필드 곡률 및 횡색 보정에 기여한다. 이 특징은 NA 1.2로 가능해지는 것보다 넓은 시야를 허용하는 이점을 제공한다.

도 5 및 6에 나타낸 바와 같이, 경계 렌즈(E233)에 투영된 광 콘(light cone)의 주변 광선의 각 L이 경계 렌즈(E233)로 지나가면서 감소하는 것을 알 수 있다.

도 5 및 도 6은 일실시예를 나타내는데, 이 실시예에 있어 경계 렌즈(E233)로 진입하기 전에, 주변 광선 L의 기하학적 초점 F는 경계 렌즈의 2개의 광학면(S263과 S264) 사이에 위치되고, 또한 경계 렌즈의 곡률 CC의 중심과 경계 렌즈의 광학면(S263) 사이에 위치되는 것을 알 수 있다.

또한, 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 경계 렌즈(E233)의 굴절률은 침지 액체의 층(IL)의 굴절률과 전형적으로 동등하지 않고, 그 보다 실질적으로 더 크기 때문에, 주변 광선의 각 S는 이미지면(IP)에 부딪히기 전에 경계 렌즈(E233)로부터 침지 액체층으로 진행하면서 증가될 수 있다.

"물체면", "이미지면", "동공면" 및 "평면 미러"는 평면, 또는 계산상의 평면에 한정되지 않고, 물리적 또는 계산상의 곡면일 수도 있음에 주의해야 할 것이다. 또한, 도 1 내지 6에서의 예시는 실제 축척이 아니고, 빔 스플리터(E212, E218)는 그것을 통과하는 2개의 광로를 갖는 단일 소자일 수 있다는 것에 주의해야 할 것이다.

표 1에서의 비구면 A(1) 내지 A(12)는 수학식 3으로 정의된다.

CURV는 곡률의 정점 반경(apex radius)의 역수값(inverse value)이고, CURV(또는 Curv), A, B, C, D, E, F, G, H, J값은 표 2에서 표로 만들어져 있다.

표 1에서, 반경의 부호는 곡률의 방향을 나타내고, CC는 오목면을 나타내고 CX는 볼록면을 나타낸다. 표 1의 실시예에서, 렌즈 소자(E202~E211, E213~E217, E219~E228, E229~E233) 중 최대 직경은 단지 포지티브 렌즈 소자(E227)에 대해서 242.8㎜이다.

도 7은 본 발명을 구현하는 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타낸다. 도 7에서, X축은 투영 광학계 PL의 기준 광학축 AX와 평행하게 설정되고, Y축은 기준 축 AX와 직각을 이루는 면내에서 도 1의 지면과 평행하게 설정되고, X축은 도 1의 지면과 직각을 이루게 설정된다.

도 7에 나타낸 노광 장치는 자외선 범위의 조명광을 공급하는 광원(100)으로서 ArF 엑시머 레이저원(발진 중심 파장: 193.306㎚, 실시예 2 및 4에서 사용됨) 또는 F₂ 레이저원(발진 중심 파장: 157.631㎚, 실시예 3에서 사용됨)을 갖는다. 광원(100)으로부터 방사된 광은 조명 광학계(IL)를 거쳐서 형성된 소정의 패턴이 형성된 레티클(R)을 중첩되게 조명한다. 광원(100)과 조명 광학계(IL) 사이의 광로는 케이싱(도시하지 않음)으로 밀봉되고, 광원(100)으로부터 조명 광학계(IL)에서의 레티클에 가장 근접한 광학 부재까지의 공간은 노광광의 낮은 흡수율을 갖는 가스인 헬륨 또는 질소와 같은 비활성 가스로 대체되거나, 또는 실질적으로 진공 상태가 유지된다.

레티클(R)은 레티클 홀더(RH)를 거쳐서 레티클 스테이지상에 XY면과 평행하게 유지되어 있다. 전사될 패턴은 레티클(R)에 형성되어 있다. 전체의 패턴 영역에서의 X방향의 긴 측과 전체의 패턴 영역에서의 Y방향의 짧은 측을 갖는 직사각형(슬릿 모양)의 패턴 영역을 조명한다. 레티클 스테이지(RS)는 도시하지 않은 구동 시스템의 영향 하에서 레티클 표면(즉, X-Y판)을 따라 2차원적으로 움직일 수 있다. 위치 좌표계는 레티클 이동 미러(RM)를 이용하는 간섭계(RIF)에 의해 측정되고 위치적으로 제어된다.

레티클(R)에 형성된 패턴으로부터의 광은 투영 광학계(PL)를 거쳐서 감광 기판으로서 기능하는 웨이퍼(W)에 레티클 패턴 이미지를 형성한다. 웨이퍼(W)는 웨이퍼 홀더 테이블(WT)을 거쳐서 웨이퍼 스테이지(WS)의 XY면과 평행하게 유지된다. 레티클(R)상의 직사각형의 조명 영역에 대응하기 위해서, 웨이퍼(W)의 X방향의 긴 측과 Y방향의 짧은 측을 갖는 직사각형의 노광 영역내에 패턴 이미지가 형성된다. 웨이퍼 스테이지(WS)는 도시하지 않은 구동 시스템의 영향 하에서 웨이퍼 표면(즉, XY면)을 따라 2차원적으로 움직일 수 있다. 그 위치 좌표계는 웨이퍼 이동 미러(WM)를 이용하는 간섭계(WIF)에 의해 측정되고 위치적으로 제어된다.

도 8은 본 발명의 실시예 2 및 3에서의 웨이퍼상에 형성된 직사각형의 실효 노광 영역과 기준 광축 사이의 위치 관계를 나타낸다. 본 발명의 실시예 2 및 3에서, 도 8에 나타낸 바와 같이, 중심으로서의 기준 광축(AX) 주위의 반경(B)을 갖는 원형 영역(이미지 원형)(IF)에서, 소망하는 사이즈를 갖는 직사각형의 실효 노광 영역(ER)은 -Y방향에서의 기준 축으로부터 A만큼 편심된 위치에 설정된다. 실효 노광 영역(ER)은 X방향 길이(LX)와 Y방향 길이(LY)를 갖는다.

한편, 실시예 2 및 3에서, 소망하는 사이즈를 갖는 직사각형의 실효 노광 영역(ER)은 -Y방향에서의 기준 광축(AX)으로부터 오프액시스(off-axis) 양 A만큼 떨어진 위치에 설정되고, 원형 이미지 원(IF)의 반경(B)은 기준 광축(AX)을 중심으로 하여 실효 노광 영역(ER)을 넓게 덮도록 조절한다. 이에 대응하여, 레티클(R)상에서, 실효 노광 영역(ER)에 대응하는 사이즈와 모양을 갖는 직사각형의 조명 영역(즉, 실효 조명 영역)은 -Y방향에서의 기준 광축(AX)으로부터 오프액시스 양 A에 상응하는 거리만큼 떨어진 위치에 형성된다.

도 9는 본 발명의 실시예 4에서의 웨이퍼상에 형성된 직사각형의 실효 노광 영역과 기준 광축 사이의 위치 관계를 나타낸다. 본 발명의 실시예 4에서, 도 9에 나타낸 바와 같이, 중심으로서의 기준 광축(AX) 주위의 반경(B)을 갖는 원형 이미지(이미지 원)(IF)에서, X방향에서 가늘고 긴 모양으로 연장되는 직사각형의 실효 노광 영역(ER)은 기준 광축을 중심으로 하여 설정된다. 실효 노광 영역(ER)은 X방향 길이(LX)와 Y방향 길이(LY)를 갖는다. 따라서, 비록 도시하진 않았지만, 이에 대응하여, 중심으로서의 기준 광축(AX) 주위의 실효 노광 영역(ER)에 대응하는 사이즈와 모양을 갖는 직사각형의 조명 영역이 레티클(R)상에 형성된다.

본 실시예의 노광 장치는, 투영 광학계(PL)를 형성하는 광학 부재 중에서, 투영 광학계(PL)의 내부가 레티클에 가장 가까운 위치에 배치된 광학 부재(실시예 4에서, 렌즈(L11))와 웨이퍼(W)에 가장 가까운 위치에 배치된 경계 렌즈(Lb) 사이에서 밀폐 상태로 유지되는 구성을 갖는다. 투영 광학계(PL)에서의 가스는 헬륨 가스와 같은 비활성 가스, 혹은 질소로 대체되거나, 또는 실질적으로 진공 상태로 유지된다. 레티클(R), 레티클 스테이지(RS) 등은 조명 광학계(IL)와 투영 광학계(PL) 사이의 좁은 광로에 배치된다. 질소 또는 헬륨 가스와 같은 비활성 가스는 레티클(R), 레티클 스테이지(RS) 등을 밀봉하는 케이싱(도시하지 않음)의 내부에 채워지거나, 또는 그 내부가 진공 상태로 실질적으로 유지된다.

도 10은 실시예에서의 경계 렌즈와 웨이퍼 사이의 구성을 개략적으로 나타낸다. 각각의 실시예에서, 투영 광학계(PL)의 웨이퍼에 가장 가까운 위치에 배치된 경계 렌즈(Lb)는 레티클을 향한 볼록면(제 1 면)을 갖는다. 다시 말해, 레티클측의 경계 렌즈(Lb)의 면(Sb)은 포지티브 굴절력을 갖는다. 평행 편평 시트(parallel flat sheet)(Lp)는 경계 렌즈(Lb)와 웨이퍼(W) 사이의 광로에서 탈착 가능하게 삽입된다. 평행 편평 시트(Lp)와 웨이퍼(W) 사이의 광로와, 경계 렌즈(Lb)와 평형 편평 시트(Lp) 사이의 광로는 1.1보다 큰 굴절률을 갖는 매질(Lm)로 채워진다. 매질(Lm)로서, 실시예 2 및 4는 탈이온수를 사용하고, 실시예 3은 플로리네이트와 같은 불소계 비활성 액체를 사용한다.

투영 광학계(PL)에 대해 웨이퍼(W)를 이동하면서, 스캐닝 및 노광을 달성하는 스텝 앤드 스캔(step-and-scan) 공정에 근거한 노광 장치에서의 스캐닝 노광의 시작에서 종료까지의 기간 동안에, 투영 광학계(PL)의 경계 렌즈(Lb)와 웨이퍼(W) 사이의 광로를 액체 매질(Lm)로 계속 채우기 위해서, 예를 들면, 상기한 국제 공개 공보 WO99/49504에 개시된 기술 또는 일본 미심사 특허 출원 공개 제10-303114호에 개시된 기술을 적용할 수 있다.

국제 공개 공보 WO99/49504에 개시된 기술은 경계 렌즈(Lb)와 웨이퍼(W) 사이의 광로를, 온도가 액체 공급기로부터 공급 파이프 및 방전 노즐을 거쳐서 소정 레벨로 조정되는 액체(매질(Lm))로 채우는 단계와, 웨이퍼(W)로부터 수집 파이프와 입구 노즐을 거쳐서 액체 공급기에 의해 액체를 수집하는 단계를 포함한다. 공급된 액체의 양과 수집한 액체의 양은 투영 광학계(PL)에 대한 웨이퍼(W)의 이동 속도에 따라서 조정된다.

한편, 일본 미심사 특허 출원 공개 제10-303114호에 개시된 기술은 액체(매질(Lm))를 담기 위한 용기(container)내에 형성된 웨이퍼 홀더 테이블(WT)을 사용하는 단계와, (액체에서의) 내부 바닥의 중심에 진공 흡입에 의해 웨이퍼(W)를 위치 설정 및 고정시키는 단계를 포함한다. 투영 광학계의 본체 튜브 팁(body tube tip)이 액체에 침지되어 웨이퍼측의 경계 렌즈(Lb)의 광학면이 액체 레벨에 도달하도록 하는 구성이 채택된다.

노광광이 실질적으로 흡수되지 않는 분위기가 광원(100)으로부터 웨이퍼(W)로의 전체의 광로에 걸쳐서 제공된다. 상기한 바와 같이, 투영 광학계(PL)에 의해 조절되는 레티클(R)상의 조명 영역과 웨이퍼(W)상의 노광 영역(즉, 실효 노광 영역(ER))은 짧은 쪽이 Y방향으로 이동하는 직사각형이다. 따라서, 구동 시스템과 간섭계(RIF, WIF)에 의해 레티클(R)과 웨이퍼(W)의 위치 제어를 수행하면서, 레티클 스테이지(RS)와 웨이퍼 스테이지(WS), 즉 직사각형의 노광 영역 및 조명 영역의 짧은 쪽 방향에서 레티클 스테이지(RS)와 웨이퍼 스테이지(WS), 즉 레티클(R)과 웨이퍼(W)를 동시에 이동(스캐닝)함으로써, 노광 영역의 긴 쪽과 동등한 폭과 웨이퍼(W)상에서의 웨이퍼(W)의 스캐닝 양(이동량)에 대응하는 길이를 갖는 영역상으로 레티클 패턴이 스캐닝 및 노광된다.

실시예에서, 광축과 직각을 이루는 방향에서의 높이 y, 비구상(asphere)의 정점에서의 접촉면과 높이 y에서의 비구상의 위치 사이의 광축 방향에서의 거리 z(새깅(sagging)의 양), 곡률의 정점 반경 r, 코니컬 계수(conical coefficient) k, n차 비구상 계수 Cn으로 하여 다음의 수학식 4(상이한 수식을 사용하는 수학식 3과 동등함)에 의해 비구면이 표현된다. 실시예에서, 비구면 모양으로 형성된 렌즈 표면은 표면 번호의 오른쪽에 *로 표시된다.

도 11은 본 발명의 실시예 2의 투영 광학계의 렌즈 구성을 나타낸다. 실시예 2에서, 투영 광학계(PL)는 물체면(평면 1)에 배치된 레티클의 패턴의 제 1 중간 이미지를 형성하는 굴절형의 제 1 이미지 형성 광학계(G1)와, 제 2 중간 이미지(레티클 패턴의 2차 이미지인 제 1 중간 이미지)를 형성하고, 오목 반사기 CM을 포함하는 제 2 이미지 형성 광학계(G2)와, 제 2 중간 이미지로부터의 광을 기초로 이미지 필드(평면 2)에 배치된 웨이퍼(W)상에 레티클 패턴의 최종 이미지(레티클 패턴의 축소된 이미지)를 형성하는 굴절형의 제 3 이미지 형성 광학계(G3)를 포함한다.

제 1 이미지 형성 광학계(G1)로부터 제 2 이미지 형성 광학계(G2)를 향해서 광을 편향시키는 제 1 광로 벤딩(bending) 미러(M1)가 제 1 이미지 형성 광학계(G1)와 제 2 이미지 형성 광학계(G2) 사이의 광로에서 제 1 중간 이미지의 형성 위치 근처에 배치된다. 제 2 이미지 형성 광학계(G2)로부터 제 3 이미지 형성 광학계(G3)를 향해서 광을 편향시키는 제 2 광로 벤딩 미러(M2)는 제 2 이미지 형성 광학계(G2)와 제 3 이미지 형성 광학계(G3) 사이의 광로에서 제 2 중간 이미지의 형성 위치 근처에 배치된다.

제 1 이미지 형성 광학계(G1)는 선형적으로 연장하는 광축(AX1)을 갖는다. 제 3 이미지 형성 광학계(G3)는 선형적으로 연장하는 광축(AX3)을 갖는다. 광축(AX1)과 광축(AX3)은 공통의 단일 광축인 기준 광축(AX)과 정렬되도록 설정된다. 기준 광축(AX)은 중력 방향(즉, 수직 방향)으로 위치한다. 그 결과, 레티클(R)과 웨이퍼(W)는 중력 방향과 직각을 이루는 평면을 따라, 즉 수평면을 따라 서로 평행하게 배치된다. 또한, 제 1 이미지 형성 광학계(G1)를 형성하는 모든 렌즈와, 제 3 이미지 형성 광학계(G3)를 형성하는 모든 렌즈는 기준 광축(AX)상의 수평면을 따라 배치된다.

한편, 또한, 제 2 이미지 형성 광학계(G2)는 선형적으로 연장하는 광축(AX2)을 갖고, 이 광축(AX2)은 기준 광축(AX)과 직각을 이루도록 설정된다. 제 1 광로 벤딩 미러(M1)와 제 2 광로 벤딩 미러(M2)는 편평한 반사면을 갖고, 2개의 반사면을 갖는 단일 광학 부재(단일 광로 벤딩 미러)로서 일체적으로 형성된다. 이들 2개의 반사면의 교차 라인(엄밀하게, 가상 연장 표면의 교차 라인)은 제 1 이미지 형성 광학계(G1)의 AX1, 제 2 이미지 형성 광학계(G2)의 AX2, 제 3 이미지 형성 광학계(G3)의 AX3가 하나의 점에서 교차하도록 설정된다.

실시예 2에서, ArF 엑시머 레이저원은 광원(100)으로서 사용된다. 석영(SiO₂)은 투영 광학계(PL) 및 평행 편평 시트(Lp)를 형성하는 모든 굴절 광학 부재(렌즈 구성요소)에 사용된다. 노광광인 ArF 엑시머 레이저 빔은 193.306㎚의 발진 중심 파장을 갖고, 석영은 이 중심 파장에 대해 1.5603261의 굴절률을 갖는다. 노광광에 대해 1.47의 굴절률을 갖는 탈이온수는 경계 렌즈(Lb)와 웨이퍼(W) 사이에 존재하는 매질(Lm)로서 사용된다.

실시예 2에서의 투영 광학계(PL)에서, 제 1 이미지 형성 광학계(G1)는 레티클측으로부터 순서대로, 레티클을 향한 볼록면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L11)와, 비구면의 볼록면 또는 웨이퍼를 향한 면을 갖는 양볼록 렌즈(biconvex lens)(L12)와, 레티클을 향한 볼록면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L13)와, 레티클을 향한 오목면을 갖는 네가티브 메니커스 렌즈(L15)와, 레티클을 향한 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L16)와, 레티클을 향한 비구면의 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L17)와, 레티클을 향한 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L18)와, 웨이퍼를 향한 비구면의 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L110)를 포함한다.

제 2 이미지 형성 광학계(G2)는 광의 순방향 진행 경로를 따라 레티클측으로부터(즉, 입사측으로부터) 순서대로, 레티클을 향한 비구면의 오목면을 갖는 네가티브 메니커스 렌즈(L21)와, 레티클을 향한 오목면을 갖는 네가티브 메니커스 렌즈(L22)와, 오목 반사기(CM)를 포함한다.

제 3 이미지 형성 광학계(G3)는 광의 진행 방향에서 레티클측으로부터 순서대로, 레티클을 향한 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L31)와, 양볼록 렌즈(L32)와, 웨이퍼를 향한 비구면의 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L33)와, 양볼록 렌즈(L34)와, 레티클을 향한 비구면의 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L35)와, 웨이퍼를 향한 비구면의 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L36)와, 구경 조리개(AS)와, 양볼록 렌즈(L37)와, 레티클을 향한 오목면을 갖는 네가티브 메니커스 렌즈(L38)와, 레티클을 향한 볼록면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L310)와, 웨이퍼를 향한 비구면의 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L311)와, 레티클을 향한 볼록면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L312)와, 웨이퍼를 향한 편평면을 갖는 편평 볼록(flat-convex) 렌즈(L313)(경계 렌즈(Lb))를 포함한다.

평행 편평 시트(Lp)는 경계 렌즈(Lb)로서 기능하는 편평 볼록 렌즈(L313)와 웨이퍼(W) 사이의 광로에 배치된다. 경계 렌즈(Lb)와 평행 편평 시트(Lp) 사이의 광로와, 평행 편평 시트(Lp)와 웨이퍼(W) 사이의 광로는 탈이온수를 포함하는 매질(Lm)로 채워진다.

다음의 표 3 및 4는 도 11의 실시예 2의 투영 광학계(PL)의 다양한 파라미터를 나타낸다. 표 3에서, λ는 노광광의 중심 파장을 나타내고, β는 투영 배율(모든 시스템에 대한 이미지 형성 배율)을 나타내고, B는 웨이퍼(W)상의 이미지 원(IF)의 반경을 나타내고, A는 실효 노광 영역(ER)의 오프액시스 양을 나타내고, LX는 실효 노광 영역(ER)의 X방향의 사이즈(긴 쪽 사이즈)를 나타내고, LY는 실효 노광 영역(ER)의 Y방향의 사이즈(짧은 쪽 사이즈)를 나타낸다.

표면 번호는 물체면인 레티클 표면으로부터 이미지 필드(평면 2)인 웨이퍼 표면을 향하는 광 진행 방향에서 레티클측으로부터의 순서를 나타낸다. r은 표면의 곡률 반경(비구면인 경우, 정점 곡률 반경(㎜))을 나타내고, d는 표면의 축상의 간격, 즉 표면 간격(㎜)을 나타내고, ED는 각각의 표면의 유효 직경(㎜)을 나타내고, n은 중심 파장에 대한 굴절률을 나타낸다.

표면 간격 d는 반사가 일어날 때마다 부호가 변한다. 표면 간격의 부호는 제 1 광로 벤딩 미러(M1)의 반사면으로부터 오목 반사기(CM)으로의 광로와, 제 2 광로 벤딩 미러(M2)의 반사면으로부터 이미지 필드로 연장하는 광로에서 네가티브이다. 다른 광로에서, 부호는 포지티브이다. 제 1 이미지 형성 광학계(G1)에서, 레티클을 향한 볼록면의 곡률 반경은 포지티브 부호를 갖고, 오목면의 곡률 반경은 네가티브 부호를 갖는다. 한편, 제 3 이미지 형성 광학계(G3)에서, 레티클을 향한 곡률 반경은 포지티브 부호를 갖고, 볼록면의 곡률 반경은 네가티브 부호를 갖는다. 제 2 이미지 형성 광학계(G2)에서, 레티클을 향한(즉, 입사측) 오목면의 곡률 반경은 포지티브 부호를 갖고, 볼록면의 곡률 반경은 네가티브 부호를 갖는다. 표 3 및 4에서의 수식은 다음의 표 5 및 6에서도 사용된다.

다음의 파라미터 값은 표 3 및 4에 적용한다.

λ=193.306㎚

β=-1/4

NA=1.0

D=B=15㎜

A=3㎜

LX=26㎜

LY=4.4㎜

Cb=0.01095㎜^-1

P=0㎜^-1

CbㆍD/NA=0.164

|PㆍD|=0

도 12는 횡방향 수차(lateral aberration)를 나타낸다. 수차도에서, Y는 이미지 높이를 나타낸다. 도 12에 사용된 수치는 계속되는 도 14 및 16에서도 적용한다. 반면에, 도 12에 나타낸 수차도로부터 명백해지는 바와 같이, 실시예 2에서, ArF 엑시머 레이저 빔을 사용하여 초대형 이미지측 개구수(NA=1.0)를 확보할 수 있고, 전체의 실효 노광 영역에 걸쳐 수차를 충분히 보정할 수 있다.

도 13은 본 발명의 실시예 3의 투영 광학계의 렌즈 구성을 나타낸다. 실시예 3의 투영 광학계(PL)는 실시예 2에서와 같이 기본적으로 동일한 구성을 갖는 반사/굴절형 광학계이다. 그러나, 실시예 3에서는, 실시예 2와는 달리, F₂ 레이저원이 광원(100)으로서 사용된다. 플루오르화 칼슘(CaF₂)이 투영 광학계(PL) 및 평행 편평 시트(Lp)를 형성하는 모든 굴절 광학 부재(렌즈 구성요소)에 채용된다. 노광광으로서 기능하는 F₂ 레이저 빔은 157.631㎚의 발진 중심 파장을 갖고, 이 중심 파장에서, 플루오르화 칼슘은 1.5592267의 굴절률을 갖는다. 노광광에 대해 1.36의 굴절률을 갖는 불소계 비활성 액체는 경계 렌즈(Lb)와 웨이퍼(W) 사이의 매질(Lm)로서 사용된다.

실시예 3의 투영 광학계(PL)에서, 제 1 이미지 형성 광학계(G1)는, 레티클측으로부터 순서대로, 레티클을 향한 볼록면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L11)와, 웨이퍼를 향한 비구면의 볼록면을 갖는 양볼록 렌즈(L12)와, 레티클을 향한 볼록면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L13)와, 레티클을 향한 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L14)와, 레티클을 향한 오목면을 갖는 네가티브 메니커스 렌즈(L15)와, 레티클을 향한 오목면을 갖는 네가티브 메니커스 렌즈(L16)와, 레티클을 향한 비구면의 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L17)와, 레티클을 향한 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L18)와, 양볼록 렌즈(L19)와, 웨이퍼를 향한 비구면을 갖는 양볼록 렌즈(L110)를 포함한다.

제 2 이미지 형성 광학계(G2)는, 광의 진행 경로를 따라 레티클측으로부터(즉, 입사측으로부터) 순서대로, 레티클을 향한 비구면의 오목면을 갖는 네가티브 메니커스 렌즈(L21)와, 레티클을 향한 오목면을 갖는 네가티브 메니커스 렌즈(L22)와, 오목 반사기(CM)를 포함한다.

제 3 이미지 형성 광학계(G3)는, 광의 진행 경로를 따라 레티클측으로부터 순서대로, 레티클을 향한 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L31)와, 양볼록 렌즈(L32)와, 웨이퍼를 향한 비구면의 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L33)와, 양볼록 렌즈(L34)와, 레티클을 향한 비구면의 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L35)와, 웨이퍼를 향한 비구면의 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L36)와, 구경 조리개(aperture stop)(AS)와, 양볼록 렌즈(L37)와, 레티클을 향한 오목면을 갖는 네가티브 메니커스 렌즈(L38)와, 레티클을 향한 볼록면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L310)와, 웨이퍼를 향한 비구면의 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L311)와, 레티클을 향한 볼록면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L321)와, 편평면이 웨이퍼를 향하는 편평 볼록 렌즈(L313)(경계 렌즈(Lb))를 포함한다.

평행 편평 시트(Lp)는 경계 렌즈(Lb)로서 기능하는 편평 볼록 렌즈(L313)와 웨이퍼(W) 사이의 광로에 배치된다. 경계 렌즈(Lb)와 평행 편평 시트(Lp) 사이의 광로, 및 평행 편평 시트(Lp)와 웨이퍼(W) 사이의 광로는 불소계 비활성 액체를 포함하는 매질(Lm)로 채워진다. 실시예 3에서, 비교적 큰 광량 손실이 불소계 비활성 액체를 포함하는 매질(Lm)을 통해서 지나갈 때 발생함에 있어서, 평행 편평 시트(Lp)와 웨이퍼(W) 사이의 거리, 즉 워킹 디스턴스(working distance)는 실시예 1에서보다 현저하게 더 작은 값으로 설정된다. 다음의 표 5 및 6은 실시예 3의 투영 광학계(PL)의 다양한 파라미터를 나타낸다. 다음의 파라미터는 표 5 및 6에 적용한다.

λ=157.631㎚

β=-1/4

NA=1.0

D=B=15㎜

A=3㎜

LX=26㎜

LY=4.4㎜

Cb=0.01087㎜^-1

P=0㎜^-1

CbㆍD/NA=0.163

|PㆍD|=0

도 14는 실시예 3에서의 횡방향 수차를 나타낸다. 도 14에 나타낸 수차도로부터 명백한 바와 같이, 실시예 3에서, 초대형 이미지측 개구수(NA=1.0)가 유지되는 동안에, 전체의 실효 노광 영역에 걸쳐서 수차를 충분히 보정할 수 있다.

도 15는 본 발명의 실시예 4의 투영 광학계의 렌즈 구성을 나타낸다. 실시예 1, 2 및 3과는 달리, 투영 광학계(PL)는 굴절형 광학계이다. 그러나, 실시예 2에서와 같이, 실시예 4에서, ArF 엑시머 레이저원은 광원(100)으로서 사용되고, 노광광에 대해서 1.47의 굴절률을 갖는 탈이온수가 경계 렌즈(Lb)와 웨이퍼(W) 사이에 마련된 매질(Lm)로서 사용된다.

실시예 4에서, 석영(SiO₂) 또는 플루오르화 칼슘(CaF₂)은 투영 광학계(PL)를 형성하는 평행 편평 시트(Lp) 및 굴절 광학 부재(렌즈 구성요소)에 사용된다. 보다 구체적으로는, 렌즈(L13, L17, L18, L114, L115, L122, L123(Lb))는 플루오르화 칼슘으로 형성되고, 다른 렌즈 및 평행 편평 시트(Lp)는 석영으로 형성된다. 노광광으로서 기능하는 ArF 엑시머 레이저 빔은 193.306㎚의 발진 중심 파장을 갖는다. 석영은 이 중심 파장에 대해 1.5603261의 굴절률을 갖고, 플루오르화 칼슘은 1.5014548의 굴절률을 갖는다.

실시예 4의 투영 광학계(PL)는, 레티클측으로부터 순서대로, 웨이퍼를 향한 비구면의 오목면을 갖는 양오목 렌즈(biconcave lens)(L11)와, 레티클을 향한 오목면을 갖는 네가티브 메니커스 렌즈(L12)와, 레티클을 향한 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L13)와, 레티클을 향한 비구면의 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L14)와, 레티클을 향한 볼록면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L16)와, 레티클을 향한 볼록면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L17)와, 레티클을 향한 볼록면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L18)와, 레티클을 향한 볼록면을 갖는 네가티브 메니커스 렌즈(L19)와, 레티클을 향한 비구면의 오목면을 갖는 양오목 렌즈(L110)와, 웨이퍼를 향한 비구면의 오목면을 갖는 양오목 렌즈(L111)와, 웨이퍼를 향한 비구면의 오목면을 갖는 양오목 렌즈(L112)와, 웨이퍼를 향한 비구면의 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L113)와, 양볼록 렌즈(L114)와, 양볼록 렌즈(L115)와, 레티클을 향한 볼록면을 갖는 네가티브 메니커스 렌즈(L116)와, 구경 조리개(AS)와, 양오목 렌즈(L117)와, 레티클을 향한 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L118)와, 양볼록 렌즈(L119)와, 레티클을 향한 볼록면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L120)와, 웨이퍼를 향한 비구면의 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L121)와, 레티클을 향한 볼록면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L122)와, 레티클을 향한 볼록면을 갖는 네가티브 메니커스 렌즈(L123)(경계 렌즈(Lb))를 포함한다.

평행 편평 시트(Lp)는 경계 렌즈(Lb)로서 기능하는 네가티브 메니커스 렌즈(L123)와 웨이퍼(W) 사이의 광로에 배치된다. 경계 렌즈(Lb)와 평행 편평 시트(Lp) 사이의 광로, 및 평행 편평 시트(Lp)와 웨이퍼(W) 사이의 광로는 탈이온수를 포함하는 매질(Lm)로 채워진다.

다음의 표 7 및 9는 실시예 4의 투영 광학계(PL)의 파라미터를 나타낸다. 표 7 및 8에서, λ는 노광광의 중심 파장을 나타내고, β는 투영 배율(전체 시스템에 대한 이미지 형성 배율)을 나타내고, NA는 이미지측(웨이퍼측)의 개구수를 나타내고, B는 웨이퍼(W)상의 이미지 원의 반경을 나타내고, LX는 실효 노광 영역(ER)의 X방향의 사이즈(긴 쪽 사이즈)를 나타내고, LY는 실효 노광 영역(ER)의 Y방향의 사이즈(짧은 쪽 사이즈)를 나타낸다.

표면 번호는 물체면(표면 1)인 레티클 표면으로부터 이미지 필드(표면 1)인 웨이퍼 표면으로의 광의 진행 방향에서 레티클측으로부터의 표면의 순서를 나타낸다. r은 각각의 표면의 곡률 반경(비구면인 경우에 곡률의 정점 반경(㎜))을 나타내고, d는 각각의 표면의 축상의 간격, 즉 표면 간격(㎜)을 나타내고, ED는 각각의 표면의 유효 직경(㎜)을 나타내고, n은 중심 파장에 대한 굴절률을 나타낸다. 레티클을 향한 볼록면의 곡률 반경은 포지티브이고, 오목면은 네가티브의 곡률 반경을 갖는다고 가정한다. 다음의 파라미터 값은 표 7 및 8에 적용한다.

λ=193.306㎚

β=-1/4

NA=0.9

D=B=12㎜

LX=22㎜

LY=9㎜

Cb=0.002㎜^-1

P=0㎜^-1

CbㆍD/NA=0.0267

|PㆍD|=0

도 16은 실시예 4에서의 횡방향 수차를 나타낸다. 도 16에 나타낸 수차도로부터 명백해지는 바와 같이, 실시예 4에서, 굴절형 투영 광학계에서 ArF 엑시머 레이저 빔을 사용하여 비교적 큰 이미지측 개구수(NA=0.9)가 유지되면서, 전체의 실효 노광 영역에 걸쳐서 수차를 충분히 보정할 수 있다.

따라서, 실시예 2에서, 193.306㎚의 파장을 갖는 ArF 엑시머 레이저 빔에 대한 1.0의 높은 이미지측 개구수를 확보할 수 있고, 다양한 수차가 웨이퍼(W)상에 15㎜의 반경을 갖는 이미지 원내에서 충분히 보정되는 영역으로서의 26㎜×4.4㎜의 사이즈를 갖는 직사각형의 실효 노광 영역(고정 노광 영역)을 유지할 수 있다. 예를 들면, 회로 패턴은 26㎜×33㎜의 직사각형의 노광 영역내에서 높은 해상도로 스캔되어 노광될 수 있다.

실시예 3에서, 157.631㎚의 파장을 갖는 F₂ 레이저 빔에 대해 1.0의 높은 이미지측 개구수를 확보할 수 있고, 다양한 수차가 웨이퍼(W)상에 15㎜의 반경을 갖는 이미지 원내에서 충분히 보정되는 영역으로서의 26㎜×4.4㎜의 사이즈를 갖는 직사각형의 실효 노광 영역(고정 노광 영역)을 유지할 수 있다. 예를 들면, 회로 패턴은 26㎜×33㎜의 직사각형의 노광 영역내에서 높은 해상도로 스캔되어 노광될 수 있다.

실시예 4에서, 193.306㎚의 파장을 갖는 ArF 엑시머 레이저 빔에 대해 0.9의 높은 이미지측 개구수를 확보할 수 있고, 다양한 수차가 웨이퍼(W)상에 12㎜의 반경을 갖는 이미지 원내에서 충분히 보정되는 영역으로서의 22㎜×9㎜의 사이즈를 갖는 직사각형의 실효 노광 영역(고정 노광 영역)을 유지할 수 있다. 예를 들면, 회로 패턴은 22㎜×33㎜의 직사각형의 노광 영역내에서 높은 해상도로 스캔되어 노광될 수 있다.

반면에, 실시예 2에서, 모든 렌즈 구성요소는 석영으로 이루어지거나, (웨이퍼(W) 근처에 배치된 경계 렌즈(Lb) 또는 렌즈(L312)와 같이) 노광광이 집중되는 작은 직경의 렌즈를 플루오르화 칼슘으로 형성함으로써, 석영의 밀집에 의해 야기되는 이미지 형성 기능의 열화의 위험을 피할 수 있다.

제 3 이미징 렌즈 그룹의 배율에 관련된 조건을 한정하는 것이 바람직하면, 조건식은 다음과 같이 한정될 수 있다.

0.75<MA/MG3<1.1

바람직하게, 0.8<MA/MG3<1.05

여기서 MA는 전체 광학계의 배율을 나타내고, MG3는 제 3 이미징 렌즈계(G3)의 배율을 나타낸다.

광로 분리 역할을 갖는 평면 미러에 입사하는 광에 대한 개구수 NA가 커지는 경우, 광로를 분리하기가 어려워져, 광축과 노광 영역 사이의 거리를 크게 만들 필요가 있다. 충분한 노광 영역을 확보하기 위해서, 광학계가 커지는 것은 피할 수 없다. 큰 개구수 NA가 이미지측에서 예상되더라도, 제 3 이미징 렌즈 그룹의 배율에 대한 조건식을 만족함으로써, 입사하는 평면 미러상의 개구수에서의 증가가 적당하여 광로 분리가 용이해질 수 있다. 따라서, 이미지측의 큰 개구수 NA를 확보하여 광학계가 커지는 일 없이 양호한 광학 성능을 얻을 수 있다.

개구수 NA를 크게 만들어 구경 조리개의 부근에 위치하는 렌즈의 직경이 점점 커지는 것을 방지하기 위해서, 구경 조리개와 이미지면(제 2 면) 사이의 거리를 짧게 할 뿐 아니라, 구경 조리개와 이미지면 사이에 배치된 포커싱 렌즈 그룹의 복합 포지티브 굴절력을 증가시킬 필요가 있다. 동시에, 렌즈 소자를 고정함으로써 야기되는 렌즈 손상을 방지하기 위해서, 렌즈의 충분한 에지 두께를 확보할 필요가 있어, 포커싱 렌즈 그룹을 5개 이하의 렌즈 소자로 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 포지티브 굴절력을 효과적으로 증가시키기 위해서, 포커싱 렌즈 그룹은 네가티브 렌즈 소자를 포함하지 않는 것이 바람직하다.

참조 목적으로, 이하는 전체적인 배율 MA 및 여러 가지의 실시예에서의 제 3 스테이지 G3의 배율 MG3를 정리한 것이다.

표 9 및 10은 실시예 5에 관련된 다양한 값을 나타낸다.

다음의 파라미터들은 도 19에 나타낸 실시예 5에 적용한다.

NA(이미지측): 1.25

배율 MA: 1/4

노광 영역: A=3.5㎜, B=15.1㎜

→직사각형 영역 26㎜×4㎜

중심 파장: 193.306㎚

실리카 유리의 굴절률: 1.5603261

순수한 물의 굴절률: 1.4368163

실리카 유리의 분산(dn/dλ): -1.591E-6/pm

순수한 물의 분산(dn/dλ): -2.096E-6/pm

한편, F₂ 레이저를 사용하는 포토리소그래피 장치용 침지 액체의 일례는 퍼플루오르 폴리에테르(PFPE)이다.

도 19의 실시예 5에서의 투영 광학계(PL)에서, 제 1 이미지 형성 광학계(G1)는, 레티클측으로부터 순서대로, 레티클을 향한 볼록면을 갖는 포지티브 렌즈(L11)와, 레티클을 향한 볼록면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L12)와, 웨이퍼측 비구면을 갖는 양볼록 렌즈(L13)와, 레티클을 향한 볼록면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L14)와, 레티클을 향한 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L15)와, 레티클을 향한 오목면을 갖는 네가티브 메니커스 렌즈(L16)와, 레티클을 향한 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L17)와, 레티클을 향한 비구면의 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L18)와, 포지티브 렌즈(L19)와, 웨이퍼를 향한 비구면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L110)를 포함한다.

제 2 이미지 형성 광학계(G2)는, 광의 순방향 진행 경로를 따라 레티클측으로부터(즉, 입사측으로부터) 순서대로, 레티클을 향한 비구면의 오목면을 갖는 네가티브 메니커스 렌즈(L21)와, 레티클을 향한 오목면을 갖는 네가티브 메니커스 렌즈(L22)와, 오목 반사기(CM)을 포함한다.

제 3 이미지 형성 광학계(G3)는, 광의 진행 방향에서 레티클측으로부터 순서대로, 레티클을 향한 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L31)와, 양볼록 렌즈(L32)와, 포지티브 렌즈(L33)와, 웨이퍼를 향한 비구면의 오목면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L34)와, 웨이퍼를 향한 비구면의 오목면을 갖는 양오목 네가티브 렌즈(L35)와, 웨이퍼를 향한 비구면의 오목면을 갖는 네가티브 메니커스 렌즈(L36)와, 양볼록 렌즈(L37)와, 레티클을 향한 비구면을 갖는 포지티브 렌즈(L38)와, 레티클을 향한 볼록면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L39)와, 웨이퍼를 향한 비구면을 갖는 포지티브 렌즈(L310)와, 구경 조리개(AS)와, 양볼록 렌즈(L311)와, 포지티브 렌즈(L312)와, 웨이퍼를 향한 오목 비구면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L313)와, 웨이퍼를 향한 오목 비구면을 갖는 포지티브 메니커스 렌즈(L314)와, 웨이퍼를 향한 편평면을 갖는 편평 볼록 렌즈(L315)(경계 렌즈(Lb))를 포함한다.

도 20으로부터 명백한 바와 같이, 실시예 5는 ±0.4pm의 파장 범위내에서 색 수차에 대한 우수한 보정을 달성한다.

상기한 실시예에서 노광 장치는, 조명 장치로 레티클(마스크)을 조명하여(조명 단계), 마스크에 형성된 전사용 패턴을 투영 광학계에 의해 감광 기판상에 노광함으로써, 마이크로디바이스(반도체 디바이스, 이미지 픽업 디바이스, 액정 디스플레이 디바이스, 및 박막 자기 헤드)를 제조할 수 있게 한다. 본 실시예의 노광 장치를 이용하여 웨이퍼와 같은 감광 기판에 상기 회로 패턴을 형성함으로써, 마이크로디바이스로서 반도체 디바이스를 획득하는 전형적인 기술을 도 17에 나타낸 흐름도를 참조하여 설명한다.

도 17에 나타낸 단계(301)에서, 1배치(one batch)의 웨이퍼상에 금속막을 기상 증착한다. 다음 단계(302)에서, 배치의 웨이퍼상의 이들 금속막상에 포토레지스트를 도포한다. 계속해서 단계(303)에서, 본 실시예의 노광 장치를 사용하여, 마스크상의 패턴 이미지를 순차적으로 노광하여, 배치의 웨이퍼상의 개개의 샷 영역(shot area)에 전사한다. 그 후에, 단계(304)에서 배치의 웨이퍼에 포토레지스트를 현상한 후에, 레지스트 패턴을 배치의 웨이퍼상의 마스크로 하여 에칭을 실시함으로써, 마스크상의 패턴에 대응하는 회로 패턴을 웨이퍼의 개개의 샷 영역에서 형성한다.

그 후, 반도체 디바이스와 같은 디바이스는 상위층의 회로 패턴을 형성함으로써 제조된다. 상기한 반도체 디바이스 제조 방법에 의하면, 매우 정교한 회로 패턴을 갖는 반도체 디바이스는 고출력으로 얻어질 수 있다. 단계(301 내지 305)에서, 웨이퍼에 금속을 증착하고, 금속막상에 레지스트를 도포하여, 노광, 현상 및 에칭 단계를 수행한다. 이들 단계의 수행 전에, 웨이퍼에 실리콘 산화막을 형성한 후에, 실리콘 산화막상에 레지스트를 도포하고, 후속하여 노광, 현상 및 에칭 단계를 수행할 수 있다.

본 실시예의 노광 장치에 의하면, 플레이트(유리 기판)에 상기 패턴(회로 패턴, 전극 패턴 등)을 형성함으로써, 마이크로디바이스로서 액정 디스플레이 디바이스를 얻을 수 있다. 이 스테이지에 사용된 전형적인 기술을 도 18에 나타낸 흐름도를 참조하여 설명한다. 도 18에서, 패턴 형성 단계(401)에서, 본 실시예의 노광 장치를 사용하여, 감광 기판(상부에 레지스트가 도포된 유리 기판 등)상에 마스크 패턴의 전사 및 노광을 통해서 포토리소그래픽 단계를 실행한다. 이 포토리소그래픽 공정의 결과로서, 전극 등을 포함하는 상기한 대부분의 패턴들은 감광 기판에 형성된다. 상기 패턴들은 현상, 에칭 및 레지스트 제거 단계와 같은 단계를 거쳐서 노광된 기판에 형성되고, 공정은 다음의 컬러 필터 형성 단계(402)로 진행한다.

그 후, 컬러 필터 형성 단계(402)에서, R(빨강), G(초록), B(파랑)를 포함하는 이러한 도트의 많은 세트가 매트릭스 형태로 배치되거나, 또는 R, G, B의 스트라이프 필터(stripe filters)의 복수의 세트가 수평 스캐닝 라인으로 배치되어 컬러 필터를 형성한다. 컬러 필터 형성 단계(402) 후에, 셀 조립 단계(403)를 실행한다. 셀 조립 단계(403)에서, 패턴 형성 단계(401)로부터 형성된 상기 패턴들을 갖는 기판과, 컬러 필터 형성 단계(402)에서 얻어진 컬러 필터를 사용하여 액정 패널(액정 셀)을 조립한다. 셀 조립 단계(403)에서, 예를 들면, 패턴 형성 단계(401)로부터 형성된 상기 패턴들을 갖는 기판과 컬러 필터 형성 단계(402)에서 얻어진 컬러 필터 사이의 공간에 액정을 주사하여, 액정 패널(액정 셀)을 제조한다

계속해서, 모듈 조립 단계(404)에서, 조립된 액정 패널(액정 셀)을 야기하는 전기 회로와 백라이트와 같은 구성 부품을 장착하여, 액정 디스플레이 디바이스를 완성한다. 액정 디스플레이 디바이스의 상기 제조 방법에 의하면, 매우 정교한 회로 패턴을 갖는 액정 디스플레이 디바이스를 고출력으로 얻을 수 있다.

전술한 실시예에서, 본 발명은, 투영 광학계에 대해 마스크 및 기판을 움직이면서, 마스크 패턴이 스캔되어 기판의 노광 영역에 노광되는 스텝 앤드 스캔 공정에 기초한 노광 장치에 사용된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 마스크 및 기판의 고정 상태에서 마스크 패턴을 기판상에 한꺼번에 전사하고, 기판을 연속적으로 한스텝씩 움직임으로써 마스크 패턴을 노광 영역상에 순차적으로 노광하는 스텝 앤드 리피트(step-and-repeat) 공정의 노광 장치에도 사용할 수 있다.

전술한 실시예에서, ArF 엑시머 레이저원 또는 F₂ 레이저원이 사용된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다른 적절한 광원을 채용할 수 있다. 본 발명은 전술한 실시예에서 노광 장치에 장착되는 투영 광학계에 사용된다. 본 발명은 노광 장치에 장착되는 투영 광학계에 사용되지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 널리 사용되는 다른 투영 광학계에도 사용될 수 있다.

본 발명의 투영 광학계에 의하면, 상기한 바와 같이, 광학면상의 반사 손실의 발생을 충분히 억제할 수 있으며, 이미지 필드로 향하는 광로내에 고굴절률을 갖는 매질을 마련하고, 물체측의 경계 렌즈의 면상으로 포지티브 굴절력을 부여함으로써, 큰 유효 이미지측 개구수를 유지할 수 있다.

따라서, 본 발명의 투영 광학계를 사용하는 노광 장치 및 노광 방법에서, 크고 실효적인 이미지측 개구수 및 고해상도를 갖는 투영 광학계를 거쳐서 높은 정밀도로 미세한 패턴을 전사하여 노광할 수 있다. 본 발명의 투영 광학계를 장착하는 노광 장치를 사용하여, 고해상도의 투영 광학계를 거쳐서 높은 정밀도로 투영 및 노광하는 만족스러운 마이크로디바이스를 얻을 수 있다.

본 발명의 목적은 광학면의 반사 손실을 충분히 억제하고 이미지 필드로의 광로내에 높은 굴절률을 갖는 매질을 마련함으로써, 크고 실효적인 이미지측 개구수를 달성할 수 있는 투영 광학계를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 크고 실효적인 이미지측 개구수를 갖고, 고해상도를 갖는 투영 광학계를 거쳐서 높은 정확도로 미세 패턴을 전사 및 노광할 수 있는 노광 장치 및 노광 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 관점에 의하면, 제 1 면의 이미지를 제 2 면상에 투영하는 투영 광학계는, 경계 렌즈(a boundary lens)와, 상기 경계 렌즈와 상기 제 2 면 사이의 침지 매질의 적어도 한 층을 포함하고, 상기 경계 렌즈는, 경계 렌즈를 통해서 상기 제 2 면상에 투영되는 광에 대해서, 입사 전의 주변 광선 수렴각(marginal ray convergence angle)이 상기 경계 렌즈내에서의 주변 광선 수렴각보다 크도록 성형된 제 1 면측 광학면을 갖는다.

본 발명의 제 2 관점에 의하면, 제 1 면의 이미지를 제 2 면에 투영하는 투영 광학계는, 광학계와, 경계 렌즈와, 상기 경계 렌즈와 상기 제 2 면 사이의 침지 매질의 적어도 한 층을 포함하고, 상기 제 1 면으로부터의 광은 상기 광학계를 통해서 전사되어 사전 결정된 주변 광선 수렴각으로 출력되며, 상기 경계 렌즈는, 광학계로부터 출력되는 상기 광을 수신하도록 위치 결정되고, 경계 렌즈를 통해서 제 2 면상에 투영되는 광에 대해서, 입사 전의 주변 광선 수렴각이 상기 경계 렌즈내에서의 주변 광선 수렴각보다 크도록 구성된다.

광학계(광학 투영계의 광학계를 의미함, 전자는 광학 투영계에 포함됨)는, 비구면 광학면을 갖고 상기 경계 렌즈에 근접한 적어도 하나의 포지티브 파워 렌즈 소자(positive powered lens element)를 더 포함할 수 있다.

이와 달리, 광학계는, 적어도 하나의 비구면 광학면을 갖고 상기 경계 렌즈에 근접한 제 1 포지티브 파워 렌즈 소자와, 적어도 하나의 비구면 광학면을 갖고 상기 제 1 포지티브 파워 렌즈 소자와 상기 경계 렌즈 사이에 제 2 포지티브 파워 렌즈 소자를 더 포함할 수 있다.

광학계는, 제 1 포지티브 파워 렌즈 소자가 26.1㎜보다 크고 28.9㎜보다 작은 축 두께(axial thickness)와, 103㎜보다 크고 114㎜보다 작은 곡률의 축 반경(axial radius)의 제 1 면측 표면을 갖고, 제 2 포지티브 파워 렌즈 소자가 26.5㎜보다 크고 29.3㎜보다 작은 축 두께와, 83.2㎜보다 크고 91.9㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 1 면측 표면을 갖고, 경계 렌즈가 41.6㎜보다 크고 46.0㎜보다 작은 축 두께와, 56.9㎜보다 크고 62.9㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 1 면측 표면을 갖는 것으로 될 수 있다.

대신에, 광학계는, 적어도 하나의 비구면 광학면을 갖고 상기 경계 렌즈에 근접한 제 1 포지티브 파워 렌즈 소자와, 적어도 하나의 비구면 광학면을 갖고 제 1 포지티브 파워 렌즈 소자와 상기 경계 렌즈 사이의 제 2 포지티브 파워 렌즈 소자를 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 포지티브 파워 렌즈 소자는 27.22㎜보다 크고 27.77㎜보다 작은 축 두께와, 107.6㎜보다 크고 109.8㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 1 면측 표면을 갖고, 제 2 포지티브 파워 렌즈 소자는 27.63㎜보다 크고 28.19㎜보다 작은 축 두께와, 86.67㎜보다 크고 88.42㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 1 면측 표면을 갖고, 경계 렌즈는 43.37㎜보다 크고 44.25㎜보다 작은 축 두께와, 59.27㎜보다 크고 60.46㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 1 면측 표면을 갖는다.

상기와 같이 정의된 임의의 광확계는 제 3 포지티브 파워 렌즈 소자, 제 1 네가티브 파워 렌즈 소자, 제 2 네가티브 파워 렌즈 소자, 및 제 4 포지티브 파워 렌즈 소자를 포함하는, 구면 수차를 감소시키도록 배치된 이중-가우스 아나스티그맷(double-Gauss anastigmat)을 포함할 수 있다.

본 광학계에서, 제 3 포지티브 파워 렌즈 소자는 43.9㎜보다 크고 48.5㎜보다 작은 축 두께와, 128㎜보다 크고 141㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 1 면측 표면을 갖고, 제 1 네가티브 파워 렌즈 소자는 11.9㎜보다 크고 13.1㎜보다 작은 축 두께와, 1540㎜보다 크고 1710㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 1 면측 표면을 갖고, 제 2 네가티브 파워 렌즈 소자는 11.9㎜보다 크고 13.1㎜보다 작은 축 두께와, 184㎜보다 크고 204㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 1 면측 표면을 갖고, 제 4 포지티브 파워 렌즈 소자는 30.6㎜보다 크고 33.9㎜보다 작은 축 두께와, 189㎜보다 크고 209㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 2 면측 표면을 갖는다.

상기의 단락에서 기술한 광학계에 대안으로서, 제 3 포지티브 파워 렌즈 소자는 45.71㎜보다 크고 46.63㎜보다 작은 축 두께와, 133.3㎜보다 크고 136.0㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 1 면측 표면을 갖고, 제 1 네가티브 파워 렌즈 소자는 12.38㎜보다 크고 12.63㎜보다 작은 축 두께와, 1608㎜보다 크고 1641㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 1 면측 표면을 갖고, 제 2 네가티브 파워 렌즈 소자는 12.38㎜보다 크고 12.63㎜보다 작은 축 두께와, 191.9㎜보다 크고 195.8㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 1 면측 표면을 갖고, 제 4 포지티브 파워 렌즈 소자는 31.91㎜보다 크고 32.56㎜보다 작은 축 두께와, 197.4㎜보다 크고 201.3㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 2 면측 표면을 갖는 광학계로 될 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이 임의의 형태에서의 광학계는 오목 미러와 적어도 하나의 네가티브 파워 슈만 렌즈(negative powered Schupmann lens)를 포함하는 반사 굴절 아나스티그맷(catadioptric anastigmat)을 포함할 수 있다.

본 광학계에서, 반사 굴절 아나스티그맷은 2개의 네가티브 파워 슈만 렌즈를 포함할 수 있다.

상기 광학계 어느 것도 자외선 광의 이용을 위해 변형될 수 있다.

광학계는 표 1 및 2에서 설정된 바와 같이 파라미터를 실질적으로 갖는 광학 소자의 세트를 포함할 수 있다.

광학계는 표 1 및 2에서의 것들에 근거한 파라미터를 실질적으로 갖는 광학 소자의 세트를 포함할 수 있지만, 특정한 동작 광학 파장에 대해서 다시 최적화되도록 조정될 수 있다.

본 발명의 제 3 관점에 의하면, 제 1 주변 광선 수렴각을 갖는 광을 경계 렌즈로 통과시키는 단계와, 제 2 주변 광선 수렴각을 갖는 광을 경계 렌즈를 통해 통과시키는 단계와, 상기 경계 렌즈로부터의 광을 침지 액체의 층을 통해 제 2 면으로 통과시키는 단계를 포함하는, 제 1 면의 이미지를 제 2 면으로 투영하는 방법이 제공된다. 여기서, 상기 제 1 주변 광선 수렴각은 상기 제 2 주변 광선 수렴각보다 크다.

상기 방법은 비구면 광학면을 갖고, 상기 경계 렌즈에 근접한 적어도 하나의 포지티브 파워 렌즈 소자를 통해 광을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.

이와 달리, 상기 방법은, 적어도 하나의 비구면 광학면을 갖고, 상기 경계 렌즈에 근접한 제 1 포지티브 파워 렌즈 소자를 통해 광을 통과시키는 단계와, 적어도 하나의 비구면 광학면을 갖고, 상기 경계 렌즈와 제 1 포지티브 파워 렌즈 소자 사이의 제 2 포지티브 파워 렌즈 소자를 통해 광을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 적어도 하나의 비구면 광학면을 갖고, 상기 경계 렌즈에 근접한 제 1 포지티브 파워 렌즈 소자를 통해 광을 통과시키는 단계와, 적어도 하나의 비구면 광학면을 갖고, 상기 경계 렌즈와 제 2 포지티브 파워 렌즈 소자 사이의 제 2 포지티브 파워 렌즈 소자를 통해 광을 통과시키는 단계와, 26.1㎜보다 크고 28.9㎜보다 작은 축 두께와, 103㎜보다 크고 114㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 1 면측 표면을 갖는 제 1 포지티브 파워 렌즈 소자를 통해 광을 통과시키는 단계와, 26.5㎜보다 크고 29.3㎜보다 작은 축 두께와, 83.2㎜보다 크고 91.9㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 1 면측 표면을 갖는 제 2 포지티브 파워 렌즈 소자를 통해 광을 통과시키는 단계와, 41.6㎜보다 크고 46.0㎜보다 작은 축 두께와, 56.9㎜보다 크고 62.9㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 1 면측 표면을 갖는 경계 렌즈를 통해 광을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 방법은 적어도 하나의 비구면 광학면을 갖고, 상기 경계 렌즈에 근접한 제 1 포지티브 파워 렌즈 소자를 통해 광을 통과시키는 단계와, 적어도 하나의 비구면 광학면을 갖고, 상기 경계 렌즈와 제 1 포지티브 파워 렌즈 소자 사이의 제 2 포지티브 파워 렌즈 소자를 통해 광을 통과시키는 단계와, 27.22㎜보다 크고 27.77㎜보다 작은 축 두께와, 107.6㎜보다 크고 109.8㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 1 면측 표면을 갖는 제 1 포지티브 파워 렌즈 소자를 통해 광을 통과시키는 단계와, 27.63㎜보다 크고 28.19㎜보다 작은 축 두께와, 86.67㎜보다 크고 88.42㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 1 면측 표면을 갖는 제 2 포지티브 파워 렌즈 소자를 통해 광을 통과시키는 단계와, 43.37㎜보다 크고 44.25㎜보다 작은 축 두께와, 59.27㎜보다 크고 60.46㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 1 면측 표면을 갖는 경계 렌즈를 통해 광을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 정의된 바와 같이 상기 방법은, 제 3 포지티브 파워 렌즈 소자, 제 1 네가티브 파워 렌즈 소자, 제 2 네가티브 파워 렌즈 소자, 및 제 4 포지티브 파워 렌즈 소자를 포함하는, 구면 수차를 감소시키도록 배치된 이중-가우스 아나스티그맷을 통해 광을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 그러한 방법은 43.9㎜보다 크고 48.5㎜보다 작은 축 두께와, 128㎜보다 크고 141㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 물체측 면을 갖는 제 3 포지티브 파워 렌즈 소자와, 11.9㎜보다 크고 13.1㎜보다 작은 축 두께와, 1540㎜보다 크고 1710㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 1 면측 표면을 갖는 제 1 네가티브 파워 렌즈 소자와, 11.9㎜보다 크고 13.1㎜보다 작은 축 두께와, 184㎜보다 크고 204㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 1 면측 표면을 갖는 제 2 네가티브 파워 렌즈 소자와, 30.6㎜보다 크고 33.9㎜보다 작은 축 두께와, 189㎜보다 크고 209㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 2 면측 표면을 갖는 제 4 포지티브 파워 렌즈 소자를 포함하는, 구면 수차를 감소시키도록 배치된 이중-가우스 아나스티그맷을 통해 광을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 대신에, 상기 방법은 45.71㎜보다 크고 46.63㎜보다 작은 축 두께와, 133.3㎜보다 크고 136.0㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 1 면측 표면을 갖는 제 3 포지티브 파워 렌즈 소자와, 12.38㎜보다 크고 12.63㎜보다 작은 축 두께와, 1608㎜보다 크고 1641㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 1 면측 표면을 갖는 제 1 네가티브 파워 렌즈 소자와, 12.38㎜보다 크고 12.63㎜보다 작은 축 두께와, 191.9㎜보다 크고 195.8㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 1 면측 표면을 갖는 제 2 네가티브 파워 렌즈 소자와, 31.91㎜보다 크고 32.56㎜보다 작은 축 두께와, 197.4㎜보다 크고 201.3㎜보다 작은 곡률의 축 반경의 제 2 면측 표면을 갖는 제 4 포지티브 파워 렌즈 소자를 포함하는, 구면 수차를 감소시키도록 배치된 이중-가우스 아나스티그맷을 통해 광을 통과시키는 단계를 가질 수 있다.

본 발명의 제 3 관점에 따라서 상기와 같이 정의된 바와 같이, 임의의 방법은 오목 미러 및 적어도 하나의 네가티브 파워 슈만 렌즈를 포함하는 반사 굴절 아나스티그맷을 통해 광을 통과시키는 단계를 포함할 수 있고, 이 방법은 오목 미러 및 2개의 네가티브 파워 슈만 렌즈를 포함하는 반사 굴절 아나스티그맷을 통해 광을 통과시키는 단계를 가질 수 있다.

상기에서 정의된 바와 같이 상기 방법에서 사용된 광은 자외선 광의 빔일 수 있다.

상기 방법은 표 1 및 2에서 설정된 바와 같이 광학 특성을 실질적으로 갖는 광학 소자의 세트를 통해 광을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 방법은 표 1 및 2에서 설정된 바에 근거한 광학 특성을 실질적으로 갖는 광학 소자의 세트를 통해 광을 통과시키지만, 특정한 동작 파장에 대해서 다시 최적화될 수 있다.

상기 방법은 표 1 및 2에서 설정된 바에 근거한 광학 특성을 실질적으로 갖는 광학 소자의 세트를 통해 광을 통과시키지만, 특정한 동작 파장 및 특정한 침지층 두께에 대해서 다시 최적화될 수 있다.

본 발명의 제 4 관점에 의하면, 제 1 면의 이미지를 제 2 면에 투영하는 투영 광학계는, 제 2 면에 가장 가까운 위치에 배치된 경계 렌즈를 포함하는 복수의 렌즈를 갖는 광로를 포함한다. 여기서, 경계 렌즈의 제 1 면측 표면은 포지티브 굴절력을 갖고, 1의 굴절률을 갖는 상기 광로에서의 분위기 하에서, 경계 렌즈와 제 2 면 사이의 광로는 1.1보다 큰 굴절력을 갖는 매질로 채워진다.

상기 제 4 관점의 바람직한 실시예에 의하면, 투영 광학계는 0.012<CbㆍD/NA<0.475로 표현되는 조건을 만족하며, Cb는 제 1 면측상의 경계 렌즈면의 곡률을 나타내고, D는 광축과 유효 이미지 형성 영역의 최외점 사이의 거리를 나타내고, NA는 제 2 면측상의 개구수를 나타낸다. 투영 광학계에서, 실질적으로 굴절력을 갖지 않는 적어도 하나의 광학 부재는 경계 렌즈와 제 2 면 사이의 광로에서 탈착 가능하게 배치되고, 경계 렌즈와 광학 부재 사이의 광로, 및 광학 부재와 제 2 면 사이의 광로는 상기 매질로 채워지는 것이 바람직하다. 이 경우에, 실질적으로 굴절력을 갖지 않는 광학 부재는 조절 가능한 상태(adjustable posture)를 갖는다. 조건 |PㆍD|<1.0×10^-4을 바람직하게 만족하며, P는 실질적으로 굴절력을 갖지 않는 광학 부재의 굴절력을 나타내고, D는 광축과 유효 이미지 형성 영역의 최외점 사이의 거리를 나타낸다.

투영 광학계는 적어도 하나의 오목 반사기(at least one concave reflector) 및 굴절 광학 부재를 포함하는 반사/굴절 광학계인 것이 바람직하다. 이 경우에, 투영 광학계는 광축에 대해 편심된(eccentric) 유효 이미지 형성 영역을 가지는 것이 바람직하고, 적어도 하나의 중간 이미지는 투영 광학계의 광로내에 형성되는 것이 바람직하다. 투영 광학계는, 제 1 면에 제 1 중간 이미지를 형성하는 제 1 이미지 형성 광학계와, 적어도 하나의 오목 반사기를 갖고 제 1 중간 이미지를 기초로 제 2 중간 이미지를 형성하는 제 2 이미지 형성 광학계와, 제 2 중간 이미지로부터의 플럭스를 기초로 제 2 면에 최종 이미지를 형성하는 제 3 이미지 형성 광학계를 포함하고, 제 1 편향 미러가 제 1 이미지 형성 광학계와 제 2 이미지 형성 광학계 사이의 광로에 배치되고, 제 2 편향 미러가 제 2 이미지 형성 광학계와 제 3 이미지 형성 광학계 사이의 광로에 배치되며, 제 1 이미지 형성 광학계의 광축이 제 3 이미지 형성 광학계의 광축과 정렬되는 것이 바람직하다.

제 1 면측의 개구수는 0.22 이상이 되어야 바람직하다. 매질을 통해서 통과하면서 발생하는 광량 손실은 50% 이하가 되어야 바람직하다.

본 발명의 제 5 관점은 제 1 면에 놓여진 마스크를 조명하는 조명계와, 상기 마스크에 형성된 패턴의 이미지를 제 2 면에 놓여진 감광 기판상에 형성하는 투영 광학계를 포함하는 노광 장치를 제공한다.

본 발명의 제 6 관점은 제 1 면상에 놓여진 마스크를 조명하는 단계와, 상기 마스크에 형성된 패턴 이미지를 투영 광학계를 거쳐서 제 2 면에 놓여진 감광 기판상에 투영 및 노광하는 단계를 포함하는 노광 방법을 제공한다.

본 발명의 제 7 관점은 마스크에 형성된 패턴을 감광 기판상에 전사하는 노광 장치를 제공하고, 상기 노광 장치는 마스크상의 상기 조명 영역을 조명하는 조명 광학계와, 감광 기판상의 노광 영역으로 패턴의 축소된 이미지를 투영하는 투영 광학계를 포함하며, 투영 광학계는 감광 기판측에 가장 가까운 위치에 배치된 경계 렌즈를 포함하는 반사/굴절 광학계이고, 노광 영역은 반사/굴절형 투영 광학계의 광축으로부터 편심되어 있고, 투영 광학계의 광로에서의 분위기가 1의 굴절률을 갖는다고 하는 경우, 경계 렌즈와 제 2 면 사이의 광로는 1.1보다 큰 굴절률을 갖는 매질로 채워진다.

본 발명의 투영 광학계의 소정의 관점에서, 이미지측 개구수 NA는 이미지측(제 2 면측)에 가장 가까운 위치에 배치된 경계 렌즈와 제 2 면 사이의 광로에 1.1보다 큰 굴절률을 갖는 매질을 마련함으로써 증가된다. 2002년 10월에 M.Switkes, M. Rothchild저, JM3 1(3), pp.225-228, 2002년 10월의 논문 "Resolution Enhancement of 157-㎚ Lithography by Liquid Immersion"은 200㎚ 이하의 파장 λ을 갖는 빔에 대해서 소정의 투과율을 갖는 매질로서 플로리네이트(Florinat)(퍼플루오르 폴리에테르: 미국 3M사의 상품명) 및 탈이온수(deionized water)를 다루고 있다.

본 발명의 투영 광학계는 광학면의 반사 손실을 감소시킬 수 있고, 물체측(제 1 면측)상의 경계 렌즈의 면에 포지티브 굴절력을 부여함으로써 크고 실효적인 이미지측 개구수를 최종적으로 확보할 수 있다. 이하 설명하는 바와 같이, 본 발명에서, 이미지 필드로의 광로내에 고굴절률을 갖는 매질을 마련함으로써 광학면의 반사 손실을 양호한 레벨로 억제하여, 크고 실효적인 이미지측 개구수를 유지할 수 있게 하는 투영 광학계를 실현할 수 있다.

다음의 조건식 1을 바람직하게 만족한다. 이 식에서, Cb는 물체와 접하는 경계 렌즈의 면의 곡률을 나타내고, D는 광축과 유효 이미지 형성 영역의 최외점 사이의 거리(노광 장치인 경우에, 광축과 실효 노광 영역의 최외점 사이의 거리)를 나타내고, NA는 이미지측(제 2 면측)의 개구수를 나타낸다. "유효 이미지 형성 영역" 및 "실효 노광 영역"이란 수차가 충분하게 보정된 이미지 형성 영역 및 노광 영역을 의미한다.

[조건식 1]

수차의 보정이 전체의 유효 이미지 형성 영역(실효 노광 영역)에 걸쳐 충분하게 이루어질 수 없기 때문에, 조건식 1의 상한을 초과하는 값은 바람직하지 않다. 광학면의 반사 손실의 충분한 감소가 이루질 수 없어, 보다 작은 실효 개구수를 초래하게 되고, 최종적으로 열악한 해상도가 되기 때문에, 조건식 1의 하한보다 낮은 값은 바람직하지 않다. 반사 손실 및 흡수 손실을 더욱 감소시키고 전체의 유효 이미지 형성 영역(실효 노광 영역)에 걸쳐서 고해상도를 얻기 위해서, 조건식 1의 상한을 0.400으로, 하한을 0.015로 설정하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 소정의 투과율을 확보(광량 손실을 억제)할 수 있도록, 플로리네트와 같은 불소계 비활성 액체 또는 탈이온수와 같은 액체가 경계 렌즈와 이미지 필드의 사이에 마련된 고굴절률을 갖는 매질로서 사용된다. 노광 장치의 경우에, 액체는 웨이퍼와 같은 기판상에 도포된 포토레지스트에 의해 오염될 수 있다. 오염된 액체는 경계 렌즈 및 액체의 투과율에서의 저하를 야기하여, 경계 렌즈의 이미지측의 광학면을 더럽힐 수 있다.

따라서, 경계 렌즈와 이미지 필드 사이의 광로에서 평행 편평판(parallel flat sheet)과 같은 광학 부재(일반적으로는, 실질적으로 굴절력을 갖지 않는 광학 부재)를 탈착 가능하게 배치하는 것이 바람직하다. 투영 광학계의 제조 공정에서, 경계 렌즈와 이미지 필드 사이에 마련된 광학 부재를 선택적으로 교체함으로써, 이미지 면의 곡률을 보정하고 펫츠발(Petzval) 합을 조정할 수 있다.

게다가, 실질적으로 굴절력을 갖지 않는 광학 부재의 배향을 조정할 수 있게 하도록 하는 구성을 채택하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 렌즈 편심에 의해 야기되는 비대칭 수차는 광학 부재를 광축에 대하여 기울임으로써 보정될 수 있다. 실질적으로 굴절력을 갖지 않는 광학 부재는 다음의 조건식 2를 바람직하게 만족해야 한다.

[조건식 2]

조건식 2에서, P는 실질적으로 굴절력(=1/초점 길이)을 갖지 않는 광학 부재의 굴절력을 나타내고, D는 광축과 유효 이미지 형성 영역의 최외점 사이의 거리(노광 장치인 경우에, 광축과 실효 노광 거리의 최외점 사이의 거리)를 나타낸다. 광학 부재를 기울여서 비대칭 수차를 보정하면 다른 수차에서 큰 변화가 유도되기 때문에, 조건식 2의 하한보다 높은 값은 바람직하지 않다.

투영 광학계는 적어도 하나의 오목 반사기 및 굴절 광학 부재(렌즈 구성 요소)를 갖는 반사/굴절 광학계를 포함하는 것이 바람직하다. 이 구성은 큰 유효 이미지 형성 영역(실효 노광 영역)과 큰 이미지측 개구수 NA를 갖는 투영 광학계의 실현을 가능하게 한다. 일반적으로, 굴절 광학 부재만을 포함하는 굴절형 투영 광학계인 경우에, 필드 곡률(field curvature)을 보정하기 위해서, 보다 작은 개구수의 물체측(물체면의 근방)의 포지티브 렌즈 그룹과 네가티브 렌즈 그룹을 교대로 배치함으로써, 펫츠발 합을 가능한 한 영에 가깝게 할 필요가 있다.

그러나, 큰 이미지측 개구수를 갖는 광학계에서, 개구수는 물체측에서도 크다. 따라서, 펫츠발 합을 0으로 보정하면서 전체의 유효 이미지 형성 영역(실효 노광 영역)에 걸쳐서 구면 수차 또는 코마를 충분히 보정하는 것은 어렵다. 이 경우에, 축소 배율을 1:4로부터 1:5 또는 1:6과 같은 보다 높은 배율로의 축소로 변경함으로써, 물체측 개구수가 더 작아지기 때문에 펫츠발 합의 보정이 달성될 수 있다. 그러나, 노광 장치에서 보다 넓은 실효 노광 영역을 확보하고자 하는 경우, 이러한 실시는 지나치게 큰 마스크를 필요로 하는 어려움에 부딪힌다.

반대로, 적어도 하나의 오목 반사기 및 굴절 광학계를 갖는 반사/굴절형 투영 광학계에서, 오목 반사기는 포지티브 굴절력을 가지면서 네가티브 렌즈와 유사한 펫츠발 합에 기여한다. 펫츠발 합의 보정은 오목 반사기와 포지티브 렌즈의 조합으로 통해서 용이하게 이루어질 수 있다. 그 결과, 반사/굴절 광학계의 구성과, 고굴절률을 갖는 액체(매질)가 이미지면으로부터의 광로내에 마련되는 액체 침지 광학계의 구성과의 조합에 의해, 큰 이미지측 개구수와 넓은 유효 이미지 형성 영역(실효 노광 영역)을 갖는 투영 광학계를 실현할 수 있다.

반사/굴절 광학계에서, 오목 반사기로 향한 빔을 오목 반사기로부터 반사된 리턴 빔(return beam)으로부터 어떻게 분리하는지가 문제이다. 큰 이미지측 개구수를 갖는 투영 광학계에서, 광학 소자의 유효 직경의 증가(보다 큰 광학 소자의 채택)는 피할 수 없다. 따라서, 투과 반사면을 갖는 프리즘형 빔 스플리터를 이용하는 반사/굴절 광학계에서, 보다 큰 사이즈의 프리즘형 빔 스플리터를 제조하는 것이 힘들다고 하는 문제에 직면한다. 투영 광학계는, 광축으로부터 편심된 유효 이미지 형성 영역을 갖고, 적어도 하나의 중간 이미지가 광로내에 형성되는 구성을 갖는 것이 바람직하다. 이 구성에서, 중간 이미지의 형성 위치 근처에서 광로를 분리하는 편평 반사기(flat reflector)를 배치함으로써, 오목 반사기로 향한 빔을 오목 반사기로부터 반사된 리턴 빔으로부터 용이하게 분리할 수 있다.

또한, 상기 구성은, 투영 광학계는 물체면(제 1 면)의 제 1 중간 이미지를 형성하는 제 1 이미지 형성 광학계와, 적어도 하나의 오목 반사기를 갖고 제 1 중간 이미지로부터의 플럭스를 기초로 제 2 중간 이미지를 형성하는 제 2 이미지 형성 광학계와, 제 2 중간 이미지로부터의 플럭스를 기초로 이미지 필드(제 2 면)에 최종 이미지를 형성하는 제 3 이미지 형성 광학계를 포함하고, 제 1 편향 미러가 제 1 이미지 형성 광학계와 제 2 이미지 형성 광학계 사이의 광로에 배치되고, 제 2 편향 미러가 제 2 이미지 형성 광학계와 제 3 이미지 형성 광학계 사이의 광로에 배치되고, 제 1 이미지 형성 광학계의 광축은 제 3 이미지 형성 광학계의 광축에 일치하도록 되는 것이 바람직하다. 이 구성에서, 큰 이미지측 개구수를 갖는 광학계에서도, 오목 반사기를 향한 빔을 오목 반사기에 의해 반사되어 리턴되는 빔으로부터 용이하게 분리할 수 있다. 또한, 제 1 이미지 형성 광학계와 제 3 이미지 형성 광학계가 동일한 축을 가지기 때문에, 광학계의 조립 및 조정을 비교적 용이하게 달성할 수 있다.

상기한 바와 같이, 1:5 또는 1:6과 같은 높은 배율로 사이즈 축소를 수행하는 투영 광학계는 노광 장치로의 적용시 마스크의 대형화를 초래한다는 점에서 바람직하지 않다. 따라서, 물체측 개구수는 적절한 축소 배율로 높은 해상도를 얻기 위해서 0.22 이상이어야 바람직하다. 또한, 경계 렌즈와 이미지 필드 사이에 존재하는 매질을 통해서 통과할 때 야기되는 광량 손실은 50% 이하로 되는 것이 바람직하다. 이 구성 요구가 만족되지 않는 경우, 매질에 의해 흡수된 광은 열을 생성하고, 이미지 형성이 매질에서의 굴절률 변동의 영향 하에서 열화하는 경향이 있다.

본 발명의 보다 나은 이해를 위해서, 본 발명이 어떻게 실시될 수 있는지를 나타내기 위해서, 예로서, 첨부하는 도면을 참조할 것이다.

Claims

제 1 면(OP)의 이미지를 제 2 면(IP)상에 투영하는 투영 광학계로서,

경계 렌즈(E233)와,

상기 경계 렌즈(E233)와 상기 제 2 면(IP) 사이에 침지 액체(immersion liquid)(IL)의 적어도 하나의 층

을 포함하고,

상기 경계 렌즈(E233)는, 상기 경계 렌즈(E233)를 통해서 상기 제 2 면(IF)상에 투영되는 광에 대해서, 입사 전의 주변 광선 수렴각(L)이 상기 경계 렌즈(E233)내의 주변 광선 수렴각(S)보다 크도록 성형된(shaped) 제 1 면측 광학면(S263)을 갖는 것

을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 1 항에 있어서,

비구면의 광학면(S259, S260, S261, S262)을 갖고, 상기 경계 렌즈(E233)에 근접한 적어도 하나의 포지티브 파워 렌즈 소자(positive powered lens element)(E231, E232)를 더 포함하는 투영 광학계.
제 1 항에 있어서,

적어도 하나의 비구면의 광학면(S259, S260)을 갖고, 상기 경계 렌즈(E233)에 근접한 제 1 포지티브 파워 렌즈 소자(E231)와,

적어도 하나의 비구면의 광학면(S261, S262)을 갖고, 상기 제 1 포지티브 파워 렌즈 소자(E231)와 상기 경계 렌즈(E233) 사이의 제 2 포지티브 파워 렌즈 소자(E232)

를 마련하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

제 3 포지티브 파워 렌즈 소자(E222), 제 1 네가티브 파워 렌즈 소자(E223), 제 2 네가티브 파워 렌즈 소자(E224), 및 제 4 포지티브 파워 렌즈 소자(E225)를 포함하는, 구면 수차를 감소시키도록 배치된 이중-가우스 아나스티그맷(double-Gauss anastigmat)을 더 포함하는 것

을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

오목 미러(E215) 및 적어도 하나의 네가티브 파워 슈만 렌즈(negative powered Schupmann lens)(E213, E214)를 포함하는 반사 굴절 아나스티그맷(catadioptric anastigmat)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 5 항에 있어서,

상기 반사 굴절 아나스티그맷은 2개의 네가티브 파워 슈만 렌즈(E213, E214)를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

자외선 광의 사용에 적합하도록 구성된 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 1 면(OP)의 이미지를 제 2 면(IP)에 투영하는 투영 광학계로서,

광학계는,

경계 렌즈(E233)와,

상기 경계 렌즈(E233)와 상기 제 2 면(IP) 사이에 침지 액체(IL)의 적어도 하나의 층

을 포함하고,

상기 제 1 면(OP)으로부터의 광은 상기 광학계를 통해서 투과되어, 사전 결정된 주변 광선 수렴각(L)으로 출력되고,

상기 경계 렌즈(E233)는 상기 광학계로부터 출력된 상기 광을 받도록 위치 결정되고, 상기 경계 렌즈(E233)를 통해서 상기 제 2 면(IP)상에 투영되는 광에 대해서, 입사 전의 상기 주변 광선 수렴각(L)이 상기 경계 렌즈(E233)내에서 상기 주변 광선 수렴각(S)보다 크도록 구성되어 있는 것

을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 8 항에 있어서,

상기 광학계는, 비구면의 광학면(S259, S260, S261, S262)을 갖고, 상기 경계 렌즈(E233)에 근접한 적어도 하나의 포지티브 파워 렌즈 소자(E231)를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 8 항에 있어서,

상기 광학계는,

적어도 하나의 비구면의 광학면(S259, S260)을 갖고, 상기 경계 렌즈(E233)에 근접한 제 1 포지티브 파워 렌즈 소자(E231)와,

적어도 하나의 비구면의 광학면(S261, S262)을 갖고, 상기 제 1 포지티브 파워 렌즈 소자(E231)와 상기 경계 렌즈(E233) 사이의 제 2 포지티브 파워 렌즈 소자(E232)를

포함하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광학계는, 제 3 포지티브 파워 렌즈 소자(E222), 제 1 네가티브 파워 렌즈 소자(E223), 제 2 네가티브 파워 렌즈 소자(E224), 제 4 포지티브 파워 렌즈 소자(E225)를 포함하는 구면 수차를 감소시키도록 배치된 이중-가우스 아나스티그맷을 포함하는 것

을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광학계는 오목 미러(E215) 및 적어도 하나의 네가티브 파워 슈만 렌즈(E213, E214)를 포함하는 반사 굴절 아나스티그맷을 더 포함하는 것을 특징으로 투영 광학계.
제 12 항에 있어서,

상기 반사 굴절 아나스티그맷은 2개의 네가티브 파워 슈만 렌즈(E213, E214)를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

자외선 광의 사용에 적합하도록 구성된 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 1 면의 이미지를 제 2 면(IP)에 투영하는 방법으로서,

제 1 주변 광선 수렴각(L)을 갖는 광을 경계 렌즈(E233)로 통과시키는 단계와,

제 2 주변 광선 수렴각(S)을 갖는 광을 상기 경계 렌즈(E233)를 통해서 통과시키는 단계와,

침지 액체(IL)의 층을 통해서 상기 경계 렌즈(E233)로부터 상기 제 2 면(IP)으로 광을 통과시키는 단계

를 포함하고,

상기 제 1 주변 광선 수렴각(L)은 상기 제 2 주변 광선 수렴각(S)보다 큰 것

을 특징으로 하는 투영 방법.
제 15 항에 있어서,

비구면의 광학면(S259, S260, S261, S262)을 갖고, 상기 경계 렌즈(E233)에 근접한 적어도 하나의 포지티브 파워 렌즈 소자(E231, E232)를 통해서 광을 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 방법.
제 15 항에 있어서,

적어도 하나의 비구면의 광학면(S259, S260)을 갖고, 상기 경계 렌즈(E233)에 근접한 제 1 포지티브 파워 렌즈 소자(E231)를 통해서 광을 통과시키는 단계와,

적어도 하나의 비구면 광학면(S261, S262)을 갖고, 상기 제 1 포지티브 파워 렌즈 소자(E231)와 상기 경계 렌즈(E233) 사이의 제 2 포지티브 파워 렌즈 소자(E232)를 통해서 광을 통과시키는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 방법.
제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,

제 3 포지티브 파워 렌즈 소자(E222)와, 제 1 네가티브 파워 렌즈 소자(E223)와, 제 2 네가티브 파워 렌즈 소자(E224)와, 제 4 포지티브 파워 렌즈 소자(E225)를 포함하는, 구면 수차를 감소시키도록 배치된 이중-가우스 아나스티그맷을 통해서 광을 통과시키는 단계를 더 포함하는 것

을 특징으로 하는 투영 방법.
제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,

오목 미러(E215) 및 적어도 하나의 네가티브 파워 슈만 렌즈(E213, E214)를 포함하는 반사 굴절 아나스티그맷을 통해서 광을 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 방법.
제 19 항에 있어서,

2개의 네가티브 파워 슈만 렌즈(E213, E214)를 통해서 광을 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 방법.
제 15 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광은 자외선 광의 빔인 것을 특징으로 하는 투영 방법.
제 1 면(OP)상에 놓여진 마스크를 조명하는 조명계와,

상기 마스크에 형성된 패턴 이미지를 제 2 면(IP)상에 놓여진 감광 기판상에 형성하는 청구항 1 내지 21 중 어느 한 항에 기재된 투영 광학계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제 1 면(OP)에 놓여진 마스크를 조명하는 단계와,

상기 마스크에 형성된 패턴 이미지를 청구항 1 내지 21 중 어느 한 항에 기재된 투영 광학계를 거쳐서 제 2 면(IP)에 놓여진 감광 기판상에 투영 및 노광하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
제 1 면(OP)의 이미지를 제 2 면(IP)상에 투영하는 투영 광학계로서,

상기 제 2 면에 가장 가까운 위치에 배치되는 경계 렌즈를 포함하는 복수의 렌즈를 갖는 광로를 포함하고,

상기 경계 렌즈의 상기 제 1 면(OP)측 표면은 포지티브 굴절력을 갖고,

1의 굴절률을 갖는 상기 광로에서의 분위기에 대해, 상기 경계 렌즈와 상기 제 2 면(IP) 사이의 광로는 1.1보다 큰 굴절률을 갖는 매질로 채워지는 것

을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 24 항에 있어서,

0.012<CbㆍD/NA<0.475로 표현되는 조건을 만족하고,

Cb는 상기 제 1 면(OP)측의 상기 경계 렌즈의 곡률을 나타내고, D는 광축과 유효 이미지 형성 영역의 최외점 사이의 거리를 나타내고, NA는 상기 경계 렌즈측의 상기 제 2 면(IP)상의 개구수를 나타내는 것

을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 24 항 또는 제 25 항에 있어서,

실질적으로 굴절력을 갖지 않은 적어도 하나의 광학 부재(Lp)가 상기 경계 렌즈와 상기 제 2 면(IP) 사이의 광로에 배치되고,

상기 경계 렌즈와 상기 광학 부재 사이의 광로와, 상기 광학 부재와 상기 제 2 면(IP) 사이의 광로는 상기 매질로 채워지는 것

을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 26 항에 있어서,

실질적으로 굴절력을 갖지 않는 상기 적어도 하나의 광학 부재는 상기 경계 렌즈와 상기 제 2 면(IP) 사이의 광로에서 탈착 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 26 항 또는 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,

실질적으로 굴절력을 갖지 않는 상기 광학 부재는 조정 가능한 배향을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 26 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 투영 광학계는 |PㆍD|<1.0×10^-4으로 표현되는 조건을 만족하고,

P는 실질적으로 굴절력을 갖지 않는 상기 광학 부재의 굴절력을 나타내고, D는 광축과 유효 이미지 형성 영역의 최외점 사이의 거리를 나타내는 것

을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 24 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 투영 광학계는 적어도 하나의 오목 반사기를 포함하는 반사 굴절 광학계인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 30 항에 있어서,

상기 광축에 대해서 편심된 유효 이미지 형성 영역을 갖고,

적어도 하나의 중간 이미지가 상기 투영 광학계의 상기 광로에서 형성되는 것

을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 31 항에 있어서,

하나의 이미지 형성 광학계(G2)를 포함하고,

상기 중간 이미지의 형성을 위한 상기 적어도 하나의 오목 반사기와,

상기 중간 이미지로부터의 플럭스를 기초로 상기 제 2 면(IP)에 최종 이미지를 형성하는 다른 이미지 형성 광학계(G3)와,

상기 하나의 이미지 형성 광학계와 상기 다른 이미지 형성 광학계 사이의 광로에 배치된 편향 미러

를 갖는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 32 항에 있어서,

다음의 조건식;

0.75<MA/MG3<1.1

을 만족하고,

MA는 전체 광학계의 배율을 나타내고, MG3는 상기 다른 이미지 형성 광학계(G3)의 배율을 나타내는 것

을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 31 항에 있어서,

상기 제 1 면(OP)의 제 1 중간 이미지를 형성하는 제 1 이미지 형성 광학계(G1)와, 상기 적어도 하나의 오목 반사기를 갖으며 상기 제 1 중간 이미지를 기초로 제 2 중간 이미지를 형성하는 제 2 이미지 형성 광학계(G2)와, 상기 제 2 중간 이미지로부터의 플럭스를 기초로 상기 제 2 면(IP)에 최종 이미지를 형성하는 제 3 이미지 형성 광학계(G3)를 포함하고,

제 1 편향 미러가 상기 제 1 이미지 형성 광학계와 상기 제 2 이미지 형성 광학계 사이의 광로에 배치되고,

제 2 편향 미러가 상기 제 2 이미지 형성 광학계와 상기 제 3 이미지 형성 광학계 사이의 광로에 배치되는 것

을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 34 항에 있어서,

상기 제 1 이미지 형성 광학계의 광축은 상기 제 3 이미지 형성 광학계의 광축과 정렬되는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 34 항 또는 제 35 항에 있어서,

다음의 조건식;

0.75<MA/MG3<1.1

을 만족하고,

MA는 전체 광학계의 배율을 나타내고, MG3는 제 3 이미지 형성 광학계(G3)의 배율을 나타내는 것

을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 32 항에 있어서,

상기 다른 이미지 형성 광학계(G3)는 구경 조리개(aperture stop)를 포함하고, 상기 구경 조리개측의 제 2 면(IP)에 배치된 렌즈의 수는 5개 이하인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 37 항에 있어서,

상기 제 3 이미지 형성 광학계에서 상기 제 2 면(IP)과 상기 구경 조리개 사이에 배치된 모든 렌즈 소자는 포지티브 굴절력을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 37 항에 있어서,

네가티브 굴절력을 갖는 렌즈 소자는 상기 구경 조리개측의 제 2 면(IP)에 배치된 렌즈 소자내에 포함되어 있지 않는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 24 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,

제 1 면(OP)측의 개구수는 0.22 이상인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 24 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 매질을 통해서 지나갈 때 발생하는 광량 손실은 50% 이하인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
제 1 면(OP)에 놓여진 마스크를 조명하는 조명계와,

상기 마스크상에 형성된 패턴 이미지를 상기 제 2 면(IP)에 놓여진 감광 기판상에 형성하는 청구항 24 내지 41 중 어느 하나에 기재된 투영 광학계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제 1 면(OP)에 놓여진 마스크를 조명하는 단계와,

청구항 24 내지 41 중 어느 한 항에 기재된 투영 광학계를 거쳐서, 상기 마스크상에 형성된 패턴 이미지를 제 2 면(IP)에 놓여진 감광 기판상에 투영 및 노광하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.