KR20050110004A - 투영 광학계, 노광 장치, 및 노광 방법 - Google Patents
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Abstract
예컨대 ArF 엑시머레이저광을 이용하여, 형석의 고주파 성분을 포함하는 굴절률의 편차나 고유 복굴절의 영향을 회피하면서, 양호한 결상 성능을 장기에 걸쳐 확보할 수 있는 투영 광학계. 제 1 면(R)의 축소 이미지를 제 2 면(W) 상에 형성하는 투영 광학계. 가장 제 2 면측에 배치된 거의 무굴절력의 제 1 광투과 부재(L23)를 구비하고 있다. 제 1 광투과 부재와 제 2 면과의 거리를 WD로 하고, 제 2 면측 개구수를 NA로 하며, 사용광의 중심 파장을 L×10-6이라고 할 때, 0.06 < WD·NA/L < 0.23의 조건을 만족한다. 또는, 가장 제 2 면측에 배치된 거의 무굴절력의 제 1 광 투과 부재와, 그 제 1 면측에 인접하여 배치된 제 2 광투과 부재(L22)를 구비하고 있다. 제 2 광투과 부재로부터 제 2 면까지의 공기환산길이를 OD라고 할 때, 0.1 < OD·NA/L < 0.4의 조건을 만족한다.
Description
본 발명은 투영 광학계, 노광 장치, 및 노광 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자 등의 마이크로 장치를 포토리소그래피 공정에서 제조할 때에 사용되는 노광 장치에 바람직한 투영 광학계에 관한 것이다.
최근, 반도체 소자의 제조나 반도체 칩 실장 기판의 제조에서는, 미세화가 점점 더 진행하고 있어, 마스크의 패턴을 감광성 기판으로서의 웨이퍼에 새기는 노광 장치에서는, 보다 해상력이 높은 투영 광학계가 요구되어 있다. 이 고해상의 요구를 만족하기 위해서는, 노광광을 단파장화하고 또한 NA(투영 광학계의 이미지측 개구수)를 크게 해야 한다.
그러나, 노광광의 파장이 줄어들면, 광의 흡수를 위해 실용에 견디는 광학 재료의 종류가 한정된다. 예컨대 파장이 200㎚ 이하의 자외 영역의 광, 특히 ArF 엑시머레이저광(파장 193㎚)을 노광광으로서 이용하는 노광 장치에서는, 투영 광학계 중의 광투과 부재(렌즈 등)를 석영과 형석(불화 칼슘: CaF2)에 의해 형성하는 설계가 일반적이다.
그런데, ArF 엑시머레이저광을 이용하는 투영 광학계에 있어서 플루언스(=단위면적·단위 펄스당 에너지량)가 높은 위치에 석영광학 성분을 배치하면, 레이저광의 조사를 받아, 부피수축에 의한 국소적 굴절률 변화 즉 컴팩션이 일어나기 쉽고, 나아가서는 석영 광학 성분의 부피변화에 의해 투영 광학계의 결상 성능이 저하할 가능성이 있다.
노광 장치의 경우, 투영 광학계에 있어서 감광성 기판의 근방에 배치되는 광투과 부재에서는, 그 유효 반경이 작아지고, 나아가서는 플루언스가 높게 되는 경향이 있다. 따라서, 감광성 기판의 근방에 배치되는 광투과 부재를 석영에 의해 형성하면, 이 석영 투과 부재에 컴팩션이 일어나기 쉽다. 그 결과, 투영 광학계의 내구성이, 감광성 기판의 근방에 배치되어 컴팩션의 일어나기 쉬운 석영 투과 부재에 의존하는 것이 된다. 그래서, 감광성 기판의 근방에 배치되는 광투과 부재를, 컴팩션이 일어나지 않는 광학 재료인 형석에 의해 형성하는 기술이 알려져 있다.
한편, 형석은 결정 재료이기 때문에, 고유 복굴절을 갖는다. 특히, 예컨대 20O㎚ 이하의 파장을 갖는 광이 형석을 투과하는 경우에는 고유 복굴절의 영향이 크고, 결정축 방위가 다른 한 쌍의 형석 투과 부재를 조합시켜, 고유 복굴절에 의한 결상 성능의 저하를 억제할 필요가 있다. 단, 이와 같이 결정축 방위가 다른 한 쌍의 형석 투과 부재를 조합시키더라도, 고유 복굴절에 의한 결상 성능의 저하를 완전히 억제할 수는 없다. 또한, 형석으로서는 내부의 굴절률 분포가 고주파 성분을 갖는 것이 알려져 있고, 이 고주파 성분을 포함하는 굴절률의 편차가 플레어의 발생을 초래하여 투영 광학계의 결상 성능을 저하시키기 쉽다.
또한, 예컨대 ArF 엑시머레이저광을 노광광으로서 이용하는 노광 장치의 경우, 포토레지스트부터의 노광에 의한 탈(脫) 가스(아웃가스)는 피할 수 없는 상황에 있다. 따라서, 종래부터 제안되어 있는 비교적 큰 개구수를 갖는 투영 광학계에서는, 특별한 대책을 꾀하지 않는 한 탈 가스에 의한 렌즈의 오염을 회피할 수 없다.
본 발명은, 전술의 과제에 비추어 봐 행해진 것으로서, 예컨대 ArF 엑시머레이저광을 이용하여, 형석의 고주파 성분을 포함하는 굴절률의 편차나 고유 복굴절의 영향을 회피하면서, 양호한 결상 성능을 장기에 걸쳐 확보할 수 있는 투영 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 예컨대 ArF 엑시머레이저광에 대하여 양호한 결상 성능을 장기에 걸쳐 확보할 수 있는 투영 광학계를 이용하여, 높은 해상력으로 양호한 투영 노광을 할 수 있는 노광 장치 및 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투영 광학계를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,
도 2는 실시예 1에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 실시예 1에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면,
도 4는 실시예 2에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시하는 도면,
도 5는 실시예 2에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면,
도 6은 마이크로 장치로서의 반도체 장치를 얻을 때의 수법의 흐름도,
도 7은 마이크로 장치로서의 액정 표시 소자를 얻을 때의 수법의 흐름도이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제 1 형태에서는, 제 1 면의 축소 이미지를 제 2 면상에 형성하는 투영 광학계에 있어서,
가장 제 2 면측에 배치된 거의 무굴절력의 제 1 광투과 부재를 구비하고,
상기 제 1 광투과 부재와 상기 제 2 면 사이의 광축을 따른 거리를 WD로 하고, 제 2 면측 개구수를 NA로 하며, 사용광의 중심 파장을 L×10-6이라고 할 때,
0.06 < WD·NA/L < 0.23
의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
본 발명의 제 2 형태에서는, 제 1 면의 축소 이미지를 제 2 면상에 형성하는 투영 광학계에 있어서,
가장 제 2 면측에 배치된 거의 무굴절력의 제 1 광투과 부재와, 해당 제 1 광투과 부재의 제 1 면측에 인접하여 배치된 제 2 광투과 부재를 구비하고,
상기 제 2 광투과 부재로부터 상기 제 2 면까지의 광축에 따른 공기 환산 길이를 OD로 하고, 제 2 면측 개구수를 NA로 하며, 사용광의 중심 파장을 L×10-6이라고 할 때,
0.1 < OD·NA/L < 0.4
의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계를 제공한다.
본 발명의 제 3 형태에서는, 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하기 위한 조명계와, 상기 마스크에 형성된 패턴의 이미지를 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판 상에 형성하기 위한 제 1 형태 또는 제 2 형태의 투영 광학계를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다.
본 발명의 제 4 형태에서는, 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하는 조명 공정과, 제 1 형태 또는 제 2 형태의 투영 광학계를 이용하여 상기 마스크에 형성된 패턴을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판 상에 투영 노광하는 노광 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법을 제공한다.
본 발명의 제 5 형태에서는, 마이크로 장치의 제조 방법에 있어서,
감광성 재료가 도포된 기판을 준비하는 기판 준비 공정과,
소정의 회로 패턴이 형성된 마스크를 준비하는 마스크 준비 공정과,
상기 마스크를 상기 제 1 면에 설정하여 조명하는 조명 공정과,
제 1 형태 또는 제 2 형태의 투영 광학계를 이용하여 상기 마스크에 형성된 상기 패턴을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판 상에 투영 노광하는 노광 공정과,
상기 기판 상의 상기 감광성 재료를 현상하는 현상 공정과,
현상 후의 상기 감광성 재료를 마스크로 하여 상기 기판 상에 소정의 회로 패턴을 형성하는 패턴 형성 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 장치의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 투영 광학계에서는, 가장 이미지측(제 2 면측)에 배치된 거의 무굴절력의 제 1 광투과 부재를 갖고, 이하의 조건식 (1)을 만족한다. 조건식 (1)에 있어서, WD는 제 1 광투과 부재와 상면 사이의 광축에 따른 거리(즉 작동거리)이며, NA는 투영 광학계의 이미지측 개구수이다. 또한, L×10-6은 사용광의 중심 파장이다.
0.06 < WD·NA/L < 0.23 (1)
본 발명에서는, 투영 광학계 중에 있어 가장 이미지측에 배치되는 제 1 광투과 부재를, 예컨대 평행 평면판과 같이 거의 무굴절력의 광투과 부재로서 구성하고 있다. 따라서, 석영으로 형성한 제 1 광투과 부재의 컴팩션에 기인하는 부피변화(형상 변화)에 의해 제 1 광투과 부재의 교환이 필요하게 되더라도, 탈 가스에 기인하는 오염에 의해 제 1 광투과 부재의 교환이 필요하게 되더라도, 제 1 광투과 부재의 교환에 있어서 위치 오차나 자세 오차(예컨대 편심 오차 등)의 영향을 받기 어렵고 또한 면정밀도 오차도 발생하기 어렵고, 나아가서는 제 1 광투과 부재의 교환이 결상 성능에 미치게 하는 영향을 적게 억제할 수 있다.
또한, 조건식 (1)의 하한값을 하회하면, 작동거리 WD가 너무 작아지고, 제 1 광투과 부재의 플루언스가 높게 되어, 석영에 의해 형성한 제 1 광투과 부재에의 컴팩션의 영향이 커지기 때문에, 제 1 광투과 부재의 교환의 빈도가 증대해 버린다. 또한, 작동거리 WD가 작아지고, 제 1 광투과 부재가 탈 가스에 기인하는 오염을 받기 쉽게 되기 때문에, 제 1 광투과 부재의 교환의 빈도가 증대해 버린다.
한편, 조건식 (1)의 상한값을 상회하면, 작동거리 WD가 너무 커져, 색수차나 구면수차를 양호하게 보정하는 것이 곤란하게 되어 버린다. 또, 제 1 광투과 부재의 교환의 빈도를 더 억제하여, 색수차나 구면수차를 더 양호하게 보정하기 위해서는, 조건식 (1)의 상한값을 0.18로 설정하고, 그 하한값을 0.08로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 가장 이미지측에 배치된 거의 무굴절력의 제 1 광투과 부재와, 이 제 1 광투과 부재의 물체측(제 1 면측)에 인접하여 배치된 제 2 광투과 부재를 갖고, 이하의 조건식 (2)을 만족한다. 조건식 (2)에 있어서, OD는 제 2 광투과 부재로부터 상면까지의 광축에 따른 공기환산길이이다. 또, 공기환산길이 0D는 다음 식 (2a)로 나타내어진다.
0.1 < OD·NA/L < 0.4 (2)
OD=WD+(제 1 광투과 부재의 중심 두께)/(제 1 광투과 부재의 굴절률)+(제 1 광투과 부재와 제 2 광투과 부재의 축상 간격) (2a)
조건식 (2)의 하한값을 하회하면, 공기환산길이 OD가 너무 작아져, 제 1 광투과 부재의 플루언스뿐만 아니라 제 2 광투과 부재의 플루언스도 높게 되어, 제 2 광투과 부재의 교환도 필요하게 되어 버린다. 한편, 조건식 (2)의 상한값을 상회하면, 공기환산길이 OD가 너무 커져, 색수차나 구면수차를 양호하게 보정하는 것이 곤란하게 되어 버린다. 또, 제 2 광투과 부재의 교환의 필요성을 더 확실히 억제하고, 색수차나 구면수차를 더 양호하게 보정하기 위해서는, 조건식 (2)의 상한값을 0.35로 설정하고, 그 하한값을 0.12로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 노광 장치에 적용한 경우에 패턴 미세화의 경향에 비추어, 200㎚ 이하의 파장을 갖는 노광광을 이용하고, 초점심도를 될 수 있는 한 크게 확보하는 것이 바람직하다. 이 경우, 광투과 부재에 사용 가능한 광학 재료는 석영과 형석으로 한정되지만, 투영 광학계를 구성하는 모든 광투과 부재를 석영으로 형성함으로써, 형석을 이용한 경우의 고유 복굴절이나 고주파 성분을 포함하는 굴절률의 편차에 의한 결상 성능의 저하를 피할 수 있다. 특히, 이미지측 개구수 NA가 0.75보다도 크고, 나아가서는 광투과 부재 내의 광선의 각도편차가 커지는 투영 광학계에서는, 형석을 이용한 경우에 고유 복굴절의 영향이 커지기 쉬워지기 때문에, 모든 광투과 부재가 석영으로 형성되는 투영 광학계가 매우 유리하게 된다.
또한, 200㎚ 이하의 파장을 갖는 노광광을 이용하는 경우, 형석의 굴절률이 석영의 그것보다도 낮게 되기 때문에, 같은 초점거리이면, 형석으로 형성되는 광투과 부재(전형적으로는 렌즈)의 곡률이 석영으로 형성되는 광투과 부재의 곡률보다도 심해져, 당해 광투과 부재 상에 균일하게 박막을 마련하기가 어려워지기 쉽다. 이 이유에 의해서도, 모든 광투과 부재가 석영으로 형성되는 투영 광학계가 매우 유리해진다.
또한, 본 발명에서는, 다음 조건식 (3)을 만족하는 것이 바람직하다. 조건식 (3)에 있어서, T는 제 1 광투과 부재의 중심 두께이다.
0.04 < T/L < 0.16 (3)
조건식 (3)의 하한값을 하회하면, 제 1 광투과 부재의 중심 두께 T가 너무 작아지고, 제 1 광투과 부재의 플루언스뿐만아니라 제 2 광투과 부재의 플루언스도 높게 되기 쉽고, 제 2 광투과 부재의 교환도 필요하게 되기 때문에 바람직하지 않다. 이 경우, 제 2 광투과 부재의 플루언스를 작게 하기 위해 작동거리 WD를 크게 하면, 색수차나 구면수차를 양호하게 보정하는 것이 곤란하게 되어 버린다.
한편, 조건식 (3)의 상한값을 상회하면, 제 1 광투과 부재의 중심 두께 T가 너무 커져, 제 1 광투과 부재의 교환에 있어서 내부 굴절률의 균질성의 차이 및 교환 전후의 자세차의 영향을 받기 쉽고, 나아가서는 결상 성능의 저하를 초래하기 쉽게 되기 때문에 바람직하지 않다. 또, 색수차나 구면수차를 양호하게 보정하면서 제 2 광투과 부재의 교환의 필요성을 더 확실히 억제하여, 내부 굴절률의 균질성의 차이 및 교환 전후의 자세차의 영향에 의한 결상 성능의 저하를 더 양호하게 억제하기 위해서는, 조건식 (3)의 상한값을 0.13으로 설정하고, 그 하한값을 0.045로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 다음 조건식 (4)를 만족하는 것이 바람직하다. 조건식 (4)에 있어서, ED는 제 2 광투과 부재의 이미지측 유효 반경이며, MD는 투영 광학계를 구성하는 모든 광투과 부재에 있어서의 유효 반경의 최대값이다.
0.28 < ED·NA/MD < 0.6 (4)
조건식 (4)의 하한값을 하회하면, 제 2 광투과 부재의 이미지측 유효 반경 ED가 너무 작아져, 제 1 광투과 부재의 플루언스뿐만 아니라 제 2 광투과 부재의 플루언스도 높게 되기 쉽고, 제 2 광투과 부재의 교환도 필요하게 되기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 조건식 (4)의 상한값을 상회하면, 제 2 광투과 부재의 이미지측 유효 반경 ED가 너무 커져, 색수차나 구면수차를 양호하게 보정하는 것이 곤란하게 되기 때문에 바람직하지 못하다. 또, 제 2 광투과 부재의 교환의 필요성을 더 확실히 억제하여, 색수차나 구면수차를 더 양호하게 보정하기 위해서는, 조건식 (4)의 상한값을 0.55로 설정하고, 그 하한값을 0.30으로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 투영 광학계 중에 있어 가장 이미지측에 배치된 거의 무굴절력의 제 1 광투과 부재를 교환 가능하게 구성함으로써, 제 1 광투과 부재가 컴팩션에 의해 형상 변화되더라도, 제 1 광투과 부재가 탈 가스에 기인하는 오염의 영향을 받더라도, 투영 광학계도 전체를 교환할 필요가 없고, 제 1 광투과 부재를 교환하는 것만으로 양호한 결상 성능을 장기에 걸쳐 제공할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 투영 광학계에서는, 예컨대 ArF 엑시머레이저광을 이용하여, 형석의 고주파 성분을 포함하는 굴절률의 편차나 고유 복굴절의 영향을 회피하면서, 양호한 결상 성능을 장기에 걸쳐 확보할 수 있다. 따라서, 본 발명의 투영 광학계를 이용하는 노광 장치 및 노광 방법에서는, 예컨대 ArF 엑시머레이저광에 대하여 양호한 결상 성능을 장기에 걸쳐 확보할 수 있는 투영 광학계를 거쳐서, 높은 해상력으로 양호한 투영 노광을 할 수 있다.
본 발명의 실시예를, 첨부 도면에 근거하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투영 광학계를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 또, 도 1에 있어서, 투영 광학계 PL의 광축 AX에 평행하게 Z축을, 광축 AX에 수직인 면내에서 도 1의 지면에 평행하게 Y축을, 광축 AX에 수직인 면내에서 도 1의 지면에 수직하게 X축을 설정하고 있다.
도 1에 나타내는 노광 장치는, 조명광을 공급하기 위한 광원 LS로서, ArF 엑시머레이저 광원(파장 193.306㎚)을 구비하고 있다. 광원 LS로부터 사출된 광은, 조명 광학계 IL을 거쳐서, 소정의 패턴이 형성된 투영원판으로서의 레티클(마스크) R을 조명한다. 조명 광학계 IL은, 노광광의 조도분포를 균일화하기 위한 플라이아이 렌즈, 조명 개구 조리개, 가변 시야 조리개(레티클 블라인드), 콘덴서 렌즈계 등으로 구성되어 있다.
레티클 R은, 레티클 홀더 RH를 거쳐서, 레티클 스테이지 RS 상에서 XY 평면에 평행하게 유지되어 있다. 레티클 스테이지 RS는, 도시를 생략한 구동계의 작용에 의해, 레티클면(즉 XY 평면)을 따라 이차원적으로 이동 가능하고, 그 위치 좌표는 레티클 이동경 RM을 이용한 간섭계 RIF에 의해 계측되고 또한 위치 제어되도록 구성되어 있다. 레티클 R에 형성된 패턴으로부터의 광은, 투영 광학계 PL을 거쳐서, 포토레지스트가 도포된 웨이퍼 W(감광성 기판) 상에 레티클 패턴 이미지를 형성한다.
이 때, 투영 광학계 PL의 동(瞳) 위치에는 조명 광학계 IL의 조명 동면에서의 2차 광원의 이미지가 형성되어, 투영 광학계 PL을 거친 광에 의해서 웨이퍼 W가 쾰러 조명(Koehler illumination)된다. 웨이퍼 W는, 웨이퍼 테이블(웨이퍼 홀더) WT를 거쳐서, 웨이퍼 스테이지 WS 상에서 XY 평면에 평행하게 유지되어 있다. 웨이퍼 스테이지 WS는, 도시를 생략한 구동계의 작용에 의해 웨이퍼면(즉 XY 평면)에 따라 이차원적으로 이동 가능하고, 그 위치 좌표는 웨이퍼 이동경 WM을 이용한 간섭계 WIF에 의해서 계측되고 또한 위치 제어되도록 구성되어 있다.
이렇게 해서, 본 실시예에서는, 투영 광학계 PL의 광축 AX와 직교하는 평면(XY 평면) 내에서 웨이퍼 W를 이차원적으로 구동 제어하면서 일괄 노광을 하는 것에 의해, 이른바 스탭앤드리피트(step and repeat) 방식에 따라서, 웨이퍼 W의 각 노광 영역에는 레티클 R의 패턴이 차차 노광된다. 이하, 구체적인 수치예에 근거하여, 본 실시예의 투영 광학계 PL의 각 실시예를 설명한다.
각 실시예에 있어서, 투영 광학계 PL을 구성하는 모든 광투과 부재(렌즈, 평행 평면판 등)는 석영에 의해 형성되어 있다. 또한, 노광광인 ArF 엑시머레이저광의 발진중심 파장은 193.306㎚이며, 193.306㎚ 부근에서 석영의 굴절률은, +1pm의 파장변화당 -1.591×10-6의 비율로 변화되고, -1pm의 파장변화당 +1.591×1O-6의 비율로 변화된다. 환언하면, 193.306㎚ 부근에서, 석영의 굴절률의 분산(dn/dλ)은 -1.591×10-6/pm이다.
따라서, 각 실시예에 있어서, 중심 파장 193.306㎚에 대한 석영의 굴절률은 1.5603261이며, 193.306㎚+0.125pm=193.306125㎚에 대한 석영의 굴절률은 1.560325901이며, 193.306㎚-0.125pm=193.305875㎚에 대한 석영의 굴절률은 1.560326299이다.
또한, 각 실시예에 있어서, 비구면은, 광축에 수직인 방향의 높이를 y로 하고, 비구면의 정점에서의 접평면으로부터 높이 y에서의 비구면 상의 위치까지의 광축에 따른 거리(새그(sag)량)를 z로 하고, 정점 곡률반경을 r로 하며, 원추계수를 κ로 하고, n차 비구면 계수를 Cn으로 했을 때, 이하의 수식 (a)로 표시된다. 각 실시예에 있어서, 비구면 형상으로 형성된 렌즈면에는 면번호의 우측에 *표를 붙이고 있다.
(실시예 1)
도 2는 실시예 1에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시하는 도면이다. 도 2를 참조하면, 실시예 1의 투영 광학계 PL은, 레티클측에서 순서대로, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 양오목 렌즈 L1과, 레티클측에 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L2와, 레티클측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L3과, 양볼록 렌즈 L4와, 레티클측에 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L5와, 레티클측에 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L6과, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L7과, 레티클측에 볼록면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L8과, 양오목 렌즈 L9와, 레티클측에 비구면 형상의 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L10과, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 양오목 렌즈 L11과, 레티클측에 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L12와, 레티클측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L13과, 레티클측에 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L14와, 레티클측에 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L15와, 개구 조리개 AS와, 레티클측에 볼록면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L16과, 양볼록 렌즈 L17과, 레티클측에 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L18과, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L19와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L20과, 양오목 렌즈 L21과, 레티클측에 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L22와, 평행 평면판 L23에 의해 구성되어 있다.
실시예 1에서는, 평행 평면판 L23이, 투영 광학계 PL 중에 있어 가장 이미지측에 배치된 거의 무굴절력의 제 1 광투과 부재를 구성하고 있다. 또한, 정 메니스커스 렌즈 L22가, 제 1 광투과 부재로서의 평행 평면판 L23의 물체측에 인접하여 배치된 제 2 광투과 부재를 구성하고 있다.
다음 표(1)에, 실시예 1에 따른 투영 광학계 PL의 제원의 값을 나타낸다. 표(1)의 주요 제원에 있어서, λ는 노광광의 중심 파장을, β는 투영배율을, NA는 이미지측(웨이퍼측) 개구수를, Y0는 최대 이미지 높이를 각각 나타내고 있다. 또한, 표(1)의 광학 부재 제원에 있어서, 면번호는 레티클측으로부터의 광학면의 순서를, r은 각 광학면의 곡률반경(비구면의 경우에는 정점 곡률반경: mm)을, d는 각 광학면의 축상 간격 즉 면 간격(mm)을, φ는 각 광학면의 유효 반경(mm)을, n은 노광광의 중심 파장에 대한 굴절률을 각각 나타내고 있다. 상술의 표기는 이후의 표(2)에서도 마찬가지이다.
(표 1)
도 3은 실시예 1에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면이다. 수차도에서, Y는 이미지 높이를, 실선은 중심 파장 193.306㎚을, 파선은 193.306㎚+ 0.125pm=193.306125㎚을, 일점쇄선은 193.306㎚-0.125pm=193.305875㎚을 각각 나타내고 있다. 상술의 표기는 이후의 도 5에 있어서도 마찬가지이다. 수차도로부터 분명하듯이, 실시예 1에서는, 파장폭이 193.306㎚±0.125pm의 노광광에 대하여 색수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다.
(실시예 2)
도 4는 실시예 2에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시하는 도면이다. 도 4를 참조하면, 실시예 2의 투영 광학계 PL은, 레티클측에서 순서대로, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 양오목 렌즈 L1과, 레티클측에 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L2와, 레티클측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L3과, 양볼록 렌즈 L4와, 레티클측에 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L5와, 레티클측에 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L6과, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L7과, 레티클측에 볼록면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L8과, 양오목 렌즈 L9와, 레티클측에 비구면 형상의 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L10과, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 양오목 렌즈 L11과, 레티클측에 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L12와, 레티클측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L13과, 레티클 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L14와, 레티클측에 볼록면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L15와, 개구 조리개 AS와, 레티클측에 볼록면을 향한 부 메니스커스 렌즈 L16과, 양볼록 렌즈 L17과, 레티클측에 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L18과, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L19와, 웨이퍼측에 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L20과, 양오목 렌즈 L21과, 레티클측에 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈 L22와, 평행 평면판 L23에 의해 구성되어 있다.
실시예 2에 있어서도, 평행 평면판 L23이 투영 광학계 PL 중에 있어 가장 이미지측에 배치된 거의 무굴절력의 제 1 광투과 부재를 구성하고, 정 메니스커스 렌즈 L22가 제 1 광투과 부재로서의 평행 평면판 L23의 물체측에 인접하여 배치된 제 2 광투과 부재를 구성하고 있다. 다음 표(2)에, 실시예 2에 따른 투영 광학계 PL의 제원의 값을 나타낸다.
(표 2)
도 5는 실시예 2에 있어서의 횡수차를 도시하는 도면이다. 수차도로부터 분명하듯이, 실시예 2에 있어서도 실시예 1과 마찬가지로, 파장폭이 193.306㎚±0.125pm의 노광광에 대하여 색수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다.
본 실시예의 각 실시예에서는, 가장 이미지측에 배치된 평행 평면판(제 1 광투과 부재) L23이 컴팩션에 의해 형상 변화되거나, 평행 평면판 L23이 웨이퍼 W로부터의 탈 가스에 기인하는 오염의 영향을 받거나 하여, 투영 광학계 PL의 결상 성능이 저하한 경우, 평행 평면판 L23을 교환용 평행 평면판(교환용 광투과 부재)과 교환함으로써, 투영 광학계 PL의 결상 성능을 장기에 걸쳐 양호하게 확보할 수 있다.
상술의 실시예의 노광 장치에서는, 조명계에 의해 레티클(마스크)을 조명하고(조명 공정), 투영 광학계를 이용하여 마스크에 형성된 전사용 패턴을 감광성 기판에 노광하는(노광 공정) 것에 의해, 마이크로 장치(반도체 소자, 촬상 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등)를 제조할 수 있다. 이하, 본 실시예의 노광 장치를 이용하여 감광성 기판으로서의 웨이퍼 등에 소정의 회로 패턴을 형성함으로써, 마이크로 장치로서의 반도체 장치를 얻을 때의 수법의 일례에 관하여 도 6의 흐름도를 참조하여 설명한다.
우선, 도 6의 단계 301에 있어서, 1로트의 웨이퍼 상에 금속막이 증착된다. 다음의 단계 302에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼 상의 금속막 상에 포토레지스트가 도포된다. 그 후, 단계 303에 있어서, 본 실시예의 노광 장치를 이용하여, 마스크 상의 패턴의 이미지가 그 투영 광학계를 거쳐서, 그 1로트의 웨이퍼 상의 각 쇼트 영역에 순차적으로 노광 전사된다. 그 후, 단계 304에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼 상의 포토레지스트의 현상이 행하여진 후, 단계 305에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼 상에서 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭을 하는 것에 따라, 마스크 상의 패턴에 대응하는 회로 패턴이, 각 웨이퍼 상의 각 쇼트 영역에 형성된다.
그 후, 더 위의 레이어의 회로 패턴의 형성 등을 하는 것에 따라, 반도체 소자 등의 장치가 제조된다. 상술의 반도체 장치 제조 방법에 의하면, 지극히 미세한 회로 패턴을 갖는 반도체 장치를 스루풋 좋게 얻을 수 있다. 또, 단계 301∼단계 305에서는, 웨이퍼 상에 금속을 증착하고, 그 금속막 상에 레지스트를 도포, 그리고 노광, 현상, 에칭의 각 공정을 하고 있지만, 이들 공정에 앞서, 웨이퍼 상에 실리콘 산화막을 형성한 후, 그 실리콘 산화막 상에 레지스트를 도포, 그리고 노광, 현상, 에칭 등의 각 공정을 하더라도 좋은 것은 물론이다.
또한, 본 실시예의 노광 장치에서는, 플레이트(유리 기판) 상에 소정의 패턴(회로 패턴, 전극 패턴 등)을 형성함으로써, 마이크로 장치로서의 액정 표시 소자를 얻는 것도 가능하다. 이하, 도 7의 흐름도를 참조하여, 이 때의 수법의 일례에 관하여 설명한다. 도 7에 있어서, 패턴 형성 공정(401)에서는, 본 실시예의 노광 장치를 이용하여 마스크의 패턴을 감광성 기판(레지스트가 도포된 유리 기판 등)에 전사 노광하는, 소위 광 리소그래피 공정이 실행된다. 이 광 리소그래피 공정에 의해서, 감광성 기판 상에는 다수의 전극 등을 포함하는 소정 패턴이 형성된다. 그 후, 노광된 기판은 현상 공정, 에칭 공정, 레지스트 박리 공정 등의 각 공정을 거치는 것에 의해, 기판 상에 소정의 패턴이 형성되고, 다음의 컬러 필터 형성 공정(402)으로 이행한다.
다음에, 컬러 필터 형성 공정(402)에서는, R(Red), G(Green), B(Blue)에 대응한 3개의 도트의 조가 매트릭스 형상으로 다수 배열되거나, 또는 R, G, B의 3개의 스트라이프의 필터의 조가 복수 수평 주사선 방향으로 배열되거나 한 컬러 필터를 형성한다. 그리고, 컬러 필터 형성 공정(402)의 후에, 셀 조립 공정(403)이 실행된다. 셀 조립 공정(403)에서는, 패턴 형성 공정(401)에 의해 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판, 및 컬러 필터 형성 공정(402)에 의해 얻어진 컬러 필터 등을 이용하여 액정 패널(액정 셀)을 조립한다. 셀 조립 공정(403)에서는, 예컨대, 패턴 형성 공정(401)에 의해 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판과 컬러 필터 형성 공정(402)에 의해 얻어진 컬러 필터 사이에 액정을 주입하여, 액정 패널(액정 셀)을 제조한다.
그 후, 모듈 조립 공정(404)에서, 조립된 액정 패널(액정 셀)의 표시 동작을 하게 하는 전기 회로, 백 라이트 등의 각 부품을 붙여 액정 표시 소자로서 완성시킨다. 상술의 액정 표시 소자의 제조 방법에 의하면, 지극히 미세한 회로 패턴을 갖는 액정 표시 소자를 스루풋 좋게 얻을 수 있다.
또, 상술의 실시예에서는, 웨이퍼 W의 각 노광 영역에 대하여 레티클 R의 패턴을 일괄적으로 노광하는 스텝앤드리피트 방식의 노광 장치에 본 발명을 적용하고 있다. 그러나, 이것에 한정되는 일없이, 웨이퍼 W와 레티클 R을 투영 광학계 PL에 대하여 상대 이동시키면서 웨이퍼 W의 각 노광 영역에 대하여 레티클 R의 패턴을 주사 노광하는 스텝앤드리피트 방식의 노광 장치에 본 발명을 적용할 수도 있다.
또한, 상술의 실시예에서는, 193㎚의 파장광을 공급하는 ArF 엑시머레이저 광원을 이용하고 있지만, 이것에 한정되는 일없이, 예컨대 200㎚ 이하의 파장광을 공급하는 다른 적당한 광원에 대하여 본 발명을 적용할 수도 있다.
또한, 상술의 실시예에서는, 노광 장치에 탑재되는 투영 광학계에 대하여 본 발명을 적용하고 있지만, 이것에 한정되는 일없이, 다른 일반적인 투영 광학계에 대하여 본 발명을 적용할 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 투영 광학계에서는, 예컨대 ArF 엑시머레이저광을 이용하여, 형석의 고주파 성분을 포함하는 굴절률의 편차나 고유 복굴절의 영향을 피하면서, 양호한 결상 성능을 장기에 걸쳐 확보할 수 있다. 따라서, 본 발명의 투영 광학계를 이용하는 노광 장치 및 노광 방법에서는, 예컨대 ArF 엑시머레이저광에 대하여 양호한 결상 성능을 장기에 걸쳐 확보할 수 있는 투영 광학계를 거쳐서, 높은 해상력으로 양호한 투영 노광을 할 수 있고, 나아가서는 높은 해상력으로 양호한 마이크로 장치를 제조할 수 있다.
Claims (18)
- 제 1 면의 축소 이미지를 제 2 면상에 형성하는 투영 광학계에 있어서,가장 제 2 면측에 배치된 거의 무굴절력의 제 1 광투과 부재를 구비하고,상기 제 1 광투과 부재와 상기 제 2 면 사이의 광축에 따른 거리를 WD로 하고, 제 2 면측 개구수를 NA로 하며, 사용광의 중심 파장을 L×10-6이라고 할 때,0.06 < WD·NA/L < 0.23의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
- 제 1 항에 있어서,0.08 < WD·NA/L < 0.18의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 1 광투과 부재의 제 1 면측에 인접하여 배치된 제 2 광투과 부재를 더 구비하고,상기 제 2 광투과 부재로부터 상기 제 2 면까지의 광축에 따른 공기환산길이를 OD로 하고, 제 2 면측 개구수를 NA로 하며, 사용광의 중심 파장을 L×10-6이라고 할 때,0.1 < OD·NA/L < 0.4의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
- 제 1 면의 축소 이미지를 제 2 면상에 형성하는 투영 광학계에 있어서,가장 제 2 면측에 배치된 거의 무굴절력의 제 1 광투과 부재와, 해당 제 1 광투과 부재의 제 1 면측에 인접하여 배치된 제 2 광투과 부재를 구비하고,상기 제 2 광투과 부재로부터 상기 제 2 면까지의 광축에 따른 공기환산길이를 OD로 하고, 제 2 면측 개구수를 NA로 하며, 사용광의 중심 파장을 L×10-6이라고 할 때,0.1 < OD·NA/L < 0.4의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
- 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,0.12 < OD·NA/L < 0.35의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 투영 광학계를 구성하는 모든 광투과 부재는 석영에 의해 형성되고, 상기 사용광의 중심 파장은 200㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 2 면측 개구수 NA는 0.75보다도 큰 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 광투과 부재의 중심 두께를 T로 하고, 사용광의 중심 파장을 L×10-6이라고 할 때,0.04 < T/L < 0.16의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
- 제 8 항에 있어서,0.045 < T/L < 0.13의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
- 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 2 광투과 부재의 제 2 면측 유효 반경을 ED로 하고, 제 2 면측 개구수를 NA로 하며, 상기 투영 광학계를 구성하는 모든 광투과 부재에 있어서의 유효 반경의 최대값을 MD라고 할 때,0.28 < ED·NA/MD < 0.6의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
- 제 10 항에 있어서,0.30 < ED·NA/MD < 0.55의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 광 투과 부재는 교환 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
- 제 4 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 광투과 부재와 상기 제 2 면 사이의 광축에 따른 거리를 WD로 하고, 제 2 면측 개구수를 NA로 하며, 사용광의 중심 파장을 L×10-6이라고 할 때,0.08 < WD·NA/L < 0.18의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
- 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하기 위한 조명계와,상기 마스크에 형성된 패턴의 이미지를 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판 상에 형성하기 위한 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 기재된 투영 광학계를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
- 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하는 조명 공정과,청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 기재된 투영 광학계를 이용하여 상기 마스크에 형성된 패턴을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판 상에 투영 노광하는 노광 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 투영 광학계중의 상기 제 1 광투과 부재와 교환해야 할 교환용 광투과 부재를 준비하는 준비 공정과,준비한 상기 교환용 광투과 부재를 상기 제 1 광투과 부재와 교환하는 교환공정을 더 포함하는것을 특징으로 하는 노광 방법.
- 마이크로 장치의 제조 방법에 있어서,감광성 재료가 도포된 기판을 준비하는 기판 준비 공정과,소정의 회로 패턴이 형성된 마스크를 준비하는 마스크 준비 공정과,상기 마스크를 상기 제 1 면에 설정하여 조명하는 조명 공정과,청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 기재된 투영 광학계를 이용하여 상기 마스크에 형성된 상기 패턴을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판 상에 투영 노광하는 노광 공정과,상기 기판 상의 상기 감광성 재료를 현상하는 현상 공정과,현상 후의 상기 감광성 재료를 마스크로 하여 상기 기판 상에 소정의 회로 패턴을 형성하는 패턴 형성 공정을 포함하는것을 특징으로 하는 마이크로 장치의 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서,상기 투영 광학계중의 상기 제 1 광투과 부재와 교환해야 할 교환용 광투과 부재를 준비하는 준비 공정과,준비한 상기 교환용 광투과 부재를 상기 제 1 광투과 부재와 교환하는 교환공정을 더 포함하는것을 특징으로 하는 마이크로 장치의 제조 방법.
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