KR20060009280A - 투영 광학계, 노광 장치 및 노광 방법 - Google Patents

투영 광학계, 노광 장치 및 노광 방법 Download PDF

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히로노리 이케자와
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Abstract

제조가 용이한 굴절형의 투영 광학계와 통상 사이즈의 마스크를 사용하고, 투영 광학계와 감광성 기판 사이의 광로중에 고굴절률의 매질을 개재시켜서 큰 실효적인 상측 개구수를 확보하면서, 고처리량(throughput)으로 고해상의 투영 노광을 실행할 수 있는 노광 장치. 마스크(R)에 형성된 패턴의 축소 상을, 투영 광학계(PL)를 거쳐서 감광성 기판(W)상으로 투영 노광하는 노광 장치. 투영 광학계의 광로중의 분위기의 굴절률을 1로 할 때, 투영 광학계와 감광성 기판 사이의 광로가 1.1보다도 큰 굴절률을 갖는 매질로 충전되어 있다. 투영 광학계는 감광성 기판상에 형성해야 할 1개의 쇼트 영역보다도 실제적으로 작은 정지 노광 영역을 갖고, 쇼트 영역으로의 투영 노광에 있어서, 쇼트 영역의 일부로의 투영 노광을 복수회에 걸쳐서 반복한다.

Description

투영 광학계, 노광 장치 및 노광 방법{PROJECTION OPTICAL SYSTEM, EXPOSURE APPARATUS, AND EXPOSURE METHOD}
본 발명은 투영 광학계, 노광(露光) 장치 및 노광 방법에 관한 것이고, 특히 반도체 소자나 액정 표시 소자 등을 포토리소그래피(photolithography) 공정에서 제조할 때에 사용되는 노광 장치에 적합한 고해상의 투영 광학계에 관한 것이다.
반도체 소자 등을 제조하기 위한 포토리소그래피 공정에 있어서, 마스크(또는 레티클)의 패턴 상을, 투영 광학계를 거쳐서 포토레지스트(photoresist) 등이 도포된 웨이퍼(또는 유리 플레이트 등)상으로 노광하는 투영 노광 장치가 사용되고 있다. 그리고, 반도체 소자 등의 집적도가 향상함에 따라서, 투영 노광 장치의 투영 광학계에 요구되는 해상력(해상도)이 점점 높아지고 있다.
그 결과, 투영 광학계의 해상력에 대한 요구를 만족하기 위해서, 조명광(노광광)의 파장(λ)을 짧게 하는 동시에 투영 광학계의 상측(像側) 개구수(NA)를 크게 할 필요가 있다. 구체적으로는, 투영 광학계의 해상도는 k·λ/NA(k는 프로세스 계수)로 나타낸다. 또한, 상측 개구수(NA)는 투영 광학계와 감광성 기판(웨이 퍼 등) 사이의 매질(통상은 공기 등의 기체)의 굴절률을 n이라고 하고 감광성 기판으로의 최대 입사각을 θ라고 하면, n·sinθ로 나타낸다.
이 경우, 최대 입사각(θ)을 크게 함으로써 상측 개구수의 증대를 도모하려고 하면, 감광성 기판으로의 입사각 및 투영 광학계로부터의 사출각이 커지고, 광학면에서의 반사 손실이 증대하여, 큰 실효적인 상측 개구수를 확보할 수 없다. 여기에서, 후술하는 바와 같이, 투영 광학계와 감광성 기판 사이의 광로중에 굴절률이 높은 액체와 같은 매질을 충전함으로써 상측 개구수의 증대를 도모하는 기술이 알려져 있다.
한편, 광학계의 제조 난이도는 반사 부재를 포함하는 반사 굴절형의 투영 광학계보다도 굴절 부재만으로 구성되는 굴절형의 투영 광학계쪽이 낮고, 노광 장치의 대량 공급에는 굴절형의 투영 광학계가 바람직하다. 그러나, 굴절형의 투영 광학계에서는, 그 수정체보다도 물체측(마스크측)에 있어서 페츠발(Petzval) 조건을 만족시키기 위해서, 정(正) 굴절력의 렌즈 그룹과 부(負) 굴절력의 렌즈 그룹을 간격을 두고서 배치할 필요가 있다. 또한, 전술한 바와 같이 1 이상의 큰 상측 개구수를 실현하려고 하면, 그에 따라 물체측 개구수도 커진다.
그 결과, 굴절형의 투영 광학계에서는, 물체측 개구수의 증대에 의해, 코마(coma) 수차 등의 축외 수차를 양호하게 보정할 수 없고, 더 나아가서는 큰 정지 노광 영역(실효 노광 영역 : 유효 결상 영역)을 확보할 수 없어져, 렌즈의 대형화도 피할 수 없어진다. 여기에서, 투영 광학계의 투영 배율(결상 배율)을 통상보다도 더욱 작게 설정함으로써 물체측 개구수를 작게 억제하여, 축외 수차를 양호하게 보정하는 동시에 렌즈의 대형화도 회피하는 방법도 고려된다. 그러나, 투영 광학계의 투영 배율을 통상보다도 작게 설정하면, 소망의 크기를 갖는 쇼트 영역에 광학적으로 대응하는 마스크측의 조명 영역이 커지고, 이 큰 조명 영역을 현재 주류인 6인치 레티클로 커버할 수 없어진다.
또한, 현재 비교적 큰 상측 개구수를 갖는 투영 광학계를 탑재한 노광 장치에서는, 투영 광학계에 대하여 마스크 및 웨이퍼를 상대 이동시키면서, 웨이퍼상의 1개의 쇼트 영역에 마스크 패턴을 주사 노광하는 스탭-앤드-스캔(step-and-scan) 방식이 이용되고 있다. 그러나, 큰 상측 개구수를 얻기 위해서 투영 광학계와 감광성 기판 사이의 광로중에 매질을 충전하는 구성을 채용하면, 예를 들면 액체와 같은 매질의 개재에 의해 신속한 주사 노광이 불가능하여, 처리량(throughput)의 저하를 초래할 우려가 있다.
본 발명은, 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 제조하기 용이한 굴절형의 투영 광학계와 보통 사이즈의 마스크를 사용하고, 투영 광학계와 감광성 기판 사이의 광로중에 고굴절률의 매질을 개재시켜서 큰 실효적인 상측 개구수를 확보하면서, 고처리량으로 고해상의 투영 노광을 실행할 수 있는 노광 장치 및 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명의 요약
전술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1 태양에 따른 노광 방법은, 마스크에 형성된 패턴의 축소 상을, 투영 광학계를 거쳐서 감광성 기판상으로 투영 노광하는 노광 방법에 있어서, 상기 투영 광학계의 광로중의 분위기의 굴절률을 1 로 할 때, 상기 투영 광학계와 상기 감광성 기판 사이의 광로를 1.1보다도 큰 굴절률을 갖는 매질로 충전하는 충전 공정과, 상기 감광성 기판상의 1개의 쇼트 영역으로 투영 노광하는 노광 공정을 포함하며, 상기 1개의 쇼트 영역은 복수의 부분 노광 영역을 포함하고, 상기 노광 공정은 상기 부분 노광 영역으로의 노광을 복수회에 걸쳐서 반복하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제 2 태양에 따른 노광 방법은, 마스크에 형성된 패턴의 축소 상을, 투영 광학계를 거쳐서 감광성 기판상으로 투영 노광하는 노광 방법에 있어서, 상기 투영 광학계의 광로중의 분위기의 굴절률을 1로 할 때, 상기 투영 광학계와 상기 감광성 기판 사이의 광로를 1.1보다도 큰 굴절률을 갖는 매질로 충전하는 충전 공정과, 상기 투영 광학계에 대하여 상기 마스크 및 상기 감광성 기판을 정지시킨 상태에서, 상기 감광성 기판상의 제 1 정지 노광 영역으로 투영 노광하는 제 1 노광 공정과, 상기 제 1 노광 공정 직후에 실행되어서, 상기 제 1 노광 공정에서 투영 노광된 상기 제 1 정지 노광 영역과는 인접하지 않는 제 2 정지 노광 영역으로 투영 노광을 실행하기 위해서, 상기 투영 광학계에 대하여 적어도 상기 감광성 기판을 상대적으로 이동시키는 이동 공정과, 상기 이동 공정 직후에 실행되어서, 상기 투영 광학계에 대하여 상기 마스크 및 상기 감광성 기판을 정지시킨 상태에서, 상기 감광성 기판상의 상기 제 2 정지 노광 영역으로 투영 노광하는 제 2 노광 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제 3 태양에 따른 노광 장치는, 마스크에 형성된 패턴의 축소 상을, 투영 광학계를 거쳐서 감광성 기판상으로 투영 노광하는 노광 장치에 있 어서, 상기 투영 광학계의 광로중의 분위기의 굴절률을 1로 할 때, 상기 투영 광학계와 상기 감광성 기판 사이의 광로가 1.1보다도 큰 굴절률을 갖는 매질로 충전되고, 상기 투영 광학계는 상기 감광성 기판상에 형성해야 할 1개의 쇼트 영역보다도 실질적으로 작은 정지 노광 영역을 갖고, 상기 쇼트 영역으로의 투영 노광에 있어서, 상기 쇼트 영역의 일부로의 투영 노광을 복수회에 걸쳐서 반복하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제 4 태양에 따른 노광 장치는, 마스크에 형성된 패턴의 축소 상을, 투영 광학계를 거쳐서 감광성 기판상으로 투영 노광하는 노광 장치에 있어서, 상기 감광성 기판을 이동 가능하게 유지하는 기판 스테이지와, 상기 투영 광학계의 광로중의 분위기의 굴절률을 1로 할 때, 상기 투영 광학계와 상기 감광성 기판 사이의 광로를 1.1보다도 큰 굴절률을 갖는 매질로 충전하기 위한 수단과, 상기 투영 광학계에 대하여 상기 마스크 및 상기 감광성 기판을 정지시킨 상태에서, 상기 감광성 기판상의 제 1 정지 노광 영역으로 투영 노광하고, 상기 제 1 정지 노광 영역으로의 투영 노광에 이어서, 상기 제 1 노광 공정에서 투영 노광된 상기 제 1 정지 노광 영역과는 인접하지 않는 제 2 정지 노광 영역으로 투영 노광을 실행하기 위해서, 상기 투영 광학계에 대하여 적어도 상기 감광성 기판을 상대적으로 이동시키고, 상기 감광성 기판의 상대적인 이동에 이어서, 상기 투영 광학계에 대하여 상기 마스크 및 상기 감광성 기판을 정지시킨 상태에서, 상기 감광성 기판상의 상기 제 2 정지 노광 영역으로 투영 노광하도록, 적어도 상기 기판 스테이지를 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제 5 태양에 따른 투영 광학계는, 제 1 면의 축소 상을 제 2 면상에 형성하는 투영 광학계에 있어서, 상기 투영 광학계의 광로중의 분위기의 굴절률을 1로 할 때, 상기 투영 광학계와 상기 제 2 면 사이의 광로는 1.1보다도 큰 굴절률을 갖는 매질로 충전하고, 상기 투영 광학계중의 파워(power)를 갖는 광학 부재는 모두 투과성의 광학 부재이며, 상기 투영 광학계의 배율의 크기는 1/8 이하이며, 상기 제 1 면측 및 상기 제 2 면측의 쌍방에 거의 텔레센트릭(telecentric)으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제 6 태양에 따른 노광 방법은, 마스크에 형성된 패턴의 축소 상을, 투영 광학계를 거쳐서 감광성 기판상으로 투영 노광하는 노광 방법에 있어서, 배율의 크기가 1/8 이하인 투영 광학계를 준비하는 준비 공정과, 상기 투영 광학계의 광로중의 분위기의 굴절률을 1로 할 때, 상기 투영 광학계와 상기 감광성 기판 사이의 광로를 1.1보다도 큰 굴절률을 갖는 매질로 충전하는 충전 공정과, 상기 감광성 기판상의 1개의 쇼트 영역으로 투영 노광하는 노광 공정을 포함하며, 상기 노광 공정에서는, 복수의 부분 노광 영역을 포함하는 1개의 쇼트 영역으로 투영 노광을 실행하고, 상기 노광 공정은 상기 부분 노광 영역으로 투영 노광하는 부분 노광 공정을 복수 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 각 실시예에 있어서의 경계 렌즈와 웨이퍼 사이의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 본 실시형태의 제 1 실시예에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시한 도면,
도 4는 제 1 실시예에 있어서의 횡수차를 도시한 도면,
도 5는 제 1 실시예에 있어서의 쇼트 영역과 부분 노광 영역의 관계를 도시한 도면,
도 6은 본 실시형태의 제 2 실시예에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시한 도면,
도 7은 제 2 실시예에 있어서의 횡수차를 도시한 도면,
도 8은 제 2 실시예에 있어서의 쇼트 영역과 부분 노광 영역의 관계를 도시한 도면,
도 9는 본 실시형태의 제 3 실시예에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시한 도면,
도 10은 제 3 실시예에 있어서의 횡수차를 도시한 도면,
도 11은 제 3 실시예에 있어서의 쇼트 영역과 부분 노광 영역의 관계를 도시한 도면,
도 12는 본 실시형태의 제 4 실시예에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시한 도면,
도 13은 제 4 실시예에 있어서의 횡수차를 도시한 도면,
도 14는 본 실시형태의 제 5 실시예에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시한 도면,
도 15는 제 5 실시예에 있어서의 횡수차를 도시한 도면,
도 16은 제 4 실시예 및 제 5 실시예에 있어서의 쇼트 영역과 부분 노광 영역의 관계를 도시한 도면,
제 17a 내지 도 17d는 제 4 실시예 및 제 5 실시예에 있어서 1개의 웨이퍼상의 복수의 쇼트 영역에 대하여 부분 노광 공정을 반복하는 모양을 도시한 도면,
도 18은 마이크로디바이스로서의 반도체 디바이스를 얻을 때의 수법의 흐름도,
도 19는 마이크로디바이스로서의 액정 표시 소자를 얻을 때의 수법의 흐름도.
본 발명에서는, 투영 광학계와 감광성 기판 사이의 광로중에 1.1보다도 큰 굴절률을 갖는 매질을 개재시킴으로써, 투영 광학계의 상측 개구수(NA)의 증대를 도모하고 있다. 덧붙여서 말하면, M. Switkes씨 및 M. Rothschild씨가 「SPIE2002 Microlithography」에 있어서 「Massachusetts Institute of Technology」에 발표한 「Resolution Enhancement of 157-㎚ Lithography by Liquid Immersion」에는, 파장(λ)이 200㎚ 이하의 광에 대하여 소망의 투과율을 갖는 매질로서, 프로리나이트(Perfluoropolyethers : 미국 3M사의 상품명)나 탈(脫) 이온수(Deionized Water) 등이 후보로서 거론되고 있다.
이렇게 해서, 본 발명에서는, 투영 광학계와 감광성 기판 사이의 광로중에, 예를 들어 액체(또는 유체)와 같은 고굴절률의 매질을 개재시켜서, 큰 실효적인 상측 개구수를 확보하면서 고해상의 투영 노광을 실행할 수 있다.
또한, 본 발명의 전형적인 형태에 따르면, 예를 들어 1/5 이하의 크기의 투영 배율을 갖는 투영 광학계를 이용하여, 1개의 쇼트 영역의 약 1/2의 크기의 부분 노광 영역으로 제 1회째의 정지 투영 노광을 실행하고, 마스크를 교환한 후에, 나머지의 약 1/2의 크기의 부분 노광 영역으로 제 2회째의 정지 투영 노광을 실행한다. 이 구성에서는, 투영 광학계의 투영 배율이 통상의 투영 배율(즉 1/4)보다도 작게 설정되어 있으므로, 고굴절률 매질의 개재에 의해 상측 개구수가 보통 값보다도 증대하여도 물체측 개구수는 실질적으로 증대하는 일이 없다.
그 결과, 제조하기 용이한 굴절형의 투영 광학계를 이용하여도, 코마 수차 등의 축외 수차를 양호하게 보정함으로써 충분히 큰 정지 노광 영역을 확보할 수 있고, 렌즈의 대형화도 회피할 수 있다. 또한, 1개의 쇼트 영역의 약 1/2의 크기의 부분 노광 영역에 대한 2회의 정지 투영 노광 동안에 마스크를 교환하므로, 마스크로서 현재 주류인 6인치 레티클을 사용할 수 있다. 더욱이, 큰 상측 개구수를 얻기 위해서 투영 광학계와 감광성 기판 사이의 광로중에 매질을 충전하는 구성을 채용하고 있지만, 정지 투영 노광을 실행함으로써, 주사 노광의 경우와는 달리 매질의 개재에 기인하는 처리량의 저하를 초래하는 일은 없다.
이상과 같이, 본 발명의 하나의 태양에서는, 제조하기 용이한 굴절형의 투영 광학계와 보통 사이즈의 마스크를 사용하고, 투영 광학계와 감광성 기판 사이의 광로중에 고굴절률의 매질을 개재시켜서 큰 실효적인 상측 개구수를 확보하면서, 고처리량으로 고해상의 투영 노광을 실행할 수 있다.
그런데, 현행의 쇼트 영역은, 33㎜×26㎜ 또는 33㎜×22㎜의 장방형 형상의 영역이다. 이것은 6인치 사이즈의 레티클과 1/4의 투영 배율을 갖는 투영 광학계를 사용한 일괄 투영 노광에 의해 얻을 수 있는 쇼트 영역이다. 이 쇼트 영역을 2개의 부분 노광 영역으로 등분해서 2회의 정지 투영 노광을 실행할 경우, 부분 노광 영역의 크기는 26㎜×16.5㎜ 또는 22㎜×16.5㎜가 된다. 부분 노광 영역의 크기가 26㎜×16.5㎜이면, 6인치 사이즈의 레티클과 1/5의 투영 배율을 갖는 투영 광학계를 사용한 일괄 투영 노광이 가능하다.
한편, 부분 노광 영역의 크기가 22㎜×16.5㎜이면, 6인치 사이즈의 레티클과 1/6의 투영 배율을 갖는 투영 광학계를 사용한 일괄 투영 노광이 가능하다. 덧붙여서 말하면, 전술한 쇼트 영역을 4개의 부분 노광 영역으로 등분해서 4회의 정지 투영 노광을 실행할 경우, 부분 노광 영역의 크기는 예를 들어 13㎜×16.5㎜가 된다. 이 경우, 정지 노광 영역이 비교적 작아도 좋으므로, 1/4의 통상 투영 배율을 갖는 투영 광학계와 6인치 사이즈의 레티클을 사용한 일괄 투영 노광이 가능하다.
그런데, 현재 주류인 투영 배율의 크기가 1/4의 투영 광학계에 있어서 1 이상의 큰 상측 개구수를 실현하려고 하면, 그에 따라 물체측 개구수도 어느 정도 커진다. 그 결과, 굴절형의 투영 광학계에서는, 물체측 개구수의 증대에 의해 코마 수차 등의 축외 수차를 양호하게 보정할 수 없고, 나아가서는 큰 정지 노광 영역(실효 노광 영역 : 유효 결상 영역)을 확보할 수 없어질 우려가 있고, 렌즈의 대형화도 회피하는 것이 곤란해진다.
여기에서, 투영 광학계의 투영 배율(결상 배율)을 통상보다도 더욱 작게 설정함으로써 물체측 개구수를 작게 억제하고, 축외 수차를 양호하게 보정하는 동시에 렌즈의 대형화도 회피하는 방법도 고려된다. 그러나, 투영 광학계의 투영 배율을 통상보다도 작게 설정하면, 소요의 크기를 갖는 쇼트 영역에 광학적으로 대응하는 마스크측의 조명 영역이 커지고, 이 큰 조명 영역을 현재 주류인 6인치 레티클로 커버할 수 없어진다.
실제로, IC 디바이스 등은 복수의 층으로 이루어지고, 모든 층이 동일한 노광 장치를 이용하여 노광되는 것은 아니다. 따라서, 현행의 노광 장치와의 쇼트 영역의 공유는 중요하다. 요구되는 쇼트 영역의 크기는 투영 광학계의 상측에서 결정되기 때문에, 투영 광학계의 투영 배율의 크기를 현행의 1/4보다도 작게 하면, 마스크의 소요 영역이 현행의 마스크 영역보다도 커진다. 환언하면, 단지 투영 광학계의 투영 배율의 크기를 현행의 1/4보다도 작게 하면, 현재 주류인 6인치 레티클로는 요구되는 쇼트 영역을 커버할 수 없어진다.
그러나, 본 발명의 다른 태양에 따른 투영 광학계의 배율의 크기는 1/8 이하이기 때문에, 상측 개구수를 크게 확보하여도 물체측 개구수가 작게 억제된다. 그 결과, 굴절형의 투영 광학계에 있어서도, 렌즈의 대형화를 초래하는 일없이, 코마 수차 등의 축외 수차를 양호하게 보정할 수 있고, 나아가서는 비교적 큰 유효 결상 영역을 확보할 수 있다.
즉, 본 발명의 다른 태양에서는, 상면(像面) 사이의 광로중에 고굴절률의 매질을 개재시켜서 큰 실효적인 상측 개구수를 확보하면서, 비교적 큰 유효 결상 영역을 확보할 수 있는 굴절형의 투영 광학계를 실현할 수 있다. 그리고, 본 발명의 다른 태양에 따른 투영 광학계를 사용하는 노광 장치 및 노광 방법에서는, 예를 들어 4개의 별개의 6인치 레티클을 이용하여, 4개의 부분 노광 영역을 포함하는 1개의 쇼트 영역으로의 투영 노광에 있어서 각 부분 노광 영역으로의 정지 투영 노광을 4회에 걸쳐서 반복한다. 이 경우, 투영 광학계에 요구되는 최대 상 높이를 작게 억제할 수 있고, 나아가서는 투영 광학계의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 큰 상측 개구수를 얻기 위해서 감광성 기판 사이의 광로중에 매질을 충전하는 구성을 채용하고 있지만, 굴절형의 투영 광학계를 거쳐서 정지 투영 노광을 실행함으로써, 주사 노광의 경우와는 달리, 매질의 개재에 기인하는 처리량의 저하를 초래하는 일은 없다. 이상과 같이, 본 발명의 노광 장치 및 노광 방법에서는, 제조하기 용이한 굴절형의 투영 광학계와 보통 사이즈의 마스크를 사용하고, 투영 광학계와 감광성 기판 사이의 광로중에 고굴절률의 매질을 개재시켜서 큰 실효적인 상측 개구수를 확보하면서, 고처리량으로 고해상의 투영 노광을 실행할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 태양에 따른 투영 광학계에서는, 상측의 수정체 위치로부터 상면까지의 거리를 L2라고 하고 물체면(제 1 면)으로부터 상면까지의 거리, 즉 물상간 거리를 LA로 할 때, 하기의 수학식 1을 만족하는 것이 바람직하다.
[수학식 1]
0.18 < L2/LA < 0.245
수학식 1의 하한값을 하회하면, 코마 수차나 비점(非点) 수차 등의 보정이 어려워지고, 유효한 결상 영역을 얻는 것이 곤란해지므로 바람직하지 못하다. 한편, 수학식 1의 상한값을 상회하면, 광학계가 대형화하므로 바람직하지 못하다. 즉, 수학식 1을 만족함으로써, 필요 충분한 유효 결상 영역을 확보하면서, 실현 가능한 크기의 축소 투영 광학계를 얻을 수 있다. 또, 본 발명의 효과를 더욱 양호하게 발휘하기 위해서는, 수학식 1의 하한값을 0.2로 설정하고, 그 상한값을 0.24로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 태양에 따른 투영 광학계에서는, 상측의 수정체 위치 또는 그 근방에 배치된 적어도 1개의 가변 개구 조리개를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 여러가지 패턴을 갖는 마스크에 대해 결상에 최적인 개구수를 선택하는 것이 가능해진다. 더욱이, 2개의 가변 개구 조리개를 광축 방향으로 간격을 두고서 배치함으로써, 여러가지 개구수에 있어서 유효 결상 영역의 전체에 걸쳐서 수정체 형상의 균일화가 가능해진다. 또, 광축 방향으로 간격을 두고서 배치된 2개의 가변 개구 조리개의 상세한 작용 효과에 대해서는, 일본 특허 공개 제 2002-118053 호 공보 및 이에 대응하는 국제 공개 번호 제 WO 02/31870 호 공보를 참조할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 태양에 따른 투영 광학계는, 정 굴절력의 제 1 렌즈 그룹과 부 굴절력의 제 2 렌즈 그룹과 정 굴절력의 제 3 렌즈 그룹과 부 굴절력의 제 4 렌즈 그룹과 정 굴절력의 제 5 렌즈 그룹과 개구 조리개와 정 굴절력의 제 6 렌즈 그룹을 구비하고, 하기의 수학식 2를 만족하는 것이 바람직하다.
[수학식 2]
0.04 < P2/PX < 0.2
수학식 2에 있어서, 물체면의 광축상의 1점으로부터의 광속이 각 광학면상에서 차지하는 영역의 크기를 부분 직경으로 정의할 때, PX는 투영 광학계중의 부분 직경의 최대값이며, P2는 제 2 렌즈 그룹중의 부분 직경의 최소값이다. 또, 부분 직경(파셜 직경 : 부분 광속 직경)의 일반적인 정의에 대해서는, 일본 특허 공개 제 2002-151397 호 공보의 단락 [0032] 및 도 3, 및 일본 특허 공개 제 2002-258131 호 공보의 단락 [0084] 내지 [0089] 및 도 14(및 이에 대응하는 유럽 특허 공개 제 EP 1 359 608 호 공보의 단락 [0114] 내지 [0119] 및 도 14)를 참조할 수 있다.
수학식 2를 만족함으로써, 페츠발 조건을 효율적으로 만족하고, 평탄성이 우수한 양호한 결상 성능을 실현할 수 있다. 즉, 수학식 2의 하한값을 하회하면, 마스크측의 작동 거리를 충분히 확보할 수 없기 때문에, 노광 장치에 적용한 경우에 마스크 스테이지의 기계적 간섭이 일어나기 쉬워지므로 바람직하지 못하다. 한편, 수학식 2의 상한값을 상회하면, 렌즈 직경의 대형화 또는 수차 성능(페츠발 조건)의 열화를 피하는 것이 곤란해지므로 바람직하지 못하다. 또, 본 발명의 효과를 더욱 양호하게 발휘하기 위해서는, 수학식 2의 하한값을 0.06으로 설정하고, 그 상한값을 0.15로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 태양에 따른 투영 광학계에서는, 전술한 수학식 2에 부가하여, 하기의 수학식 3을 만족 하는 것이 바람직하다. 수학식 3에 있어서, D4는 제 4 렌즈 그룹중의 렌즈의 최소 유효 직경이며, D0은 물체면(노광 장치에 적용한 경우에는 마스크)의 유효 직경이다.
[수학식 3]
0.4 < D4/D0 < 0.9
수학식 3의 하한값을 하회하면, 충분히 큰 상측 개구수를 실현할 수 없어지므로 바람직하지 못하다. 한편, 수학식 3의 상한값을 상회하면, 렌즈 직경의 대형화 또는 수차 성능(페츠발 조건)의 열화를 피하는 것이 곤란해지므로 바람직하지 못하다. 또, 본 발명의 효과를 더욱 양호하게 발휘하기 위해서는, 수학식 3의 하한값을 0.5로 설정하고, 그 상한값을 0.87로 설정하는 것이 바람직하다.
혹은, 본 발명의 다른 태양에 따른 투영 광학계는, 부 굴절력의 제 1 렌즈 그룹과 정 굴절력의 제 2 렌즈 그룹과 부 굴절력의 제 3 렌즈 그룹과 정 굴절력의 제 4 렌즈 그룹과 개구 조리개와 정 굴절력의 제 5 렌즈 그룹을 구비하고, 하기의 수학식 4를 만족하는 것이 바람직하다. 수학식 4에 있어서, PX는 전술한 바와 같이 투영 광학계중의 부분 직경의 최대값이며, P3은 제 3 렌즈 그룹중의 부분 직경의 최소값이다.
[수학식 4]
0.07 < P3/PX < 0.23
수학식 4를 만족함으로써, 페츠발 조건을 효율적으로 만족하고, 평탄성이 우수한 양호한 결상 성능을 실현할 수 있다. 즉, 수학식 4의 하한값을 하회하면, 마스크측의 작동 거리를 충분히 확보할 수 없기 때문에, 노광 장치에 적용한 경우에 마스크 스테이지의 기계적 간섭이 일어나기 쉬워지므로 바람직하지 못하다. 한편, 수학식 4의 상한값을 상회하면, 렌즈 직경의 대형화 또는 수차 성능(페츠발 조건)의 열화를 피하는 것이 곤란해지므로 바람직하지 못하다. 또, 본 발명의 효과를 더욱 양호하게 발휘하기 위해서는, 수학식 4의 하한값을 0.1로 설정하고, 그 상한값을 0.21로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 태양에 따른 투영 광학계에서는, 전술한 수학식 4에 부가하여, 하기의 수학식 5를 만족하는 것이 바람직하다. 수학식 5에 있어서, D3은 제 3 렌즈 그룹중의 렌즈의 최소 유효 직경이며, D0은 물체면(노광 장치에 적용한 경우에는 마스크)의 유효 직경이다.
[수학식 5]
0.35 < D3/D0 < 0.85
수학식 5의 하한값을 하회하면, 충분히 큰 상측 개구수를 실현할 수 없어지므로 바람직하지 못하다. 한편, 수학식 5의 상한값을 상회하면, 렌즈 직경의 대형화 또는 수차 성능(페츠발 조건)의 열화를 피하는 것이 곤란해지므로 바람직하지 못하다. 또, 본 발명의 효과를 더욱 양호하게 발휘하기 위해서는, 수학식 5의 하한값을 0.4로 설정하고, 그 상한값을 0.8로 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시형태를 첨부 도면에 근거해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 또, 도 1에 있어서, 투영 광학계(PL)의 광축(AX)에 평행하게 Z축을 설정하고, 광축(AX)에 수직한 면내에서 도 1의 지면에 평행하게 Y축을 설정하고, 도 1의 지면에 수직하게 X축을 설정하고 있다. 도시한 노광 장치는 자외 영역의 조명광을 공급하기 위한 광원(100)으로서, ArF 엑시머 레이저(excimer laser) 광원을 구비하고 있다.
광원(100)으로부터 사출된 광은 조명 광학계(IL)를 거쳐서 소정의 패턴이 형성된 레티클(R)을 중첩적으로 조명한다. 또, 광원(100)과 조명 광학계(IL) 사이의 광로는 케이싱(도시하지 않음)으로 밀봉되어 있고, 광원(100)으로부터 조명 광학계(IL)중의 가장 레티클측의 광학 부재까지의 공간은 노광광(露光光)의 흡수율이 낮은 기체인 헬륨 가스나 질소 등의 불활성 가스로 치환되어 있거나, 또는 거의 진공 상태로 유지되어 있다.
레티클(R)은 레티클 홀더(RH)를 거쳐서 레티클 스테이지(RS)상에서 XY 평면에 평행하게 유지되어 있다. 레티클(R)에는 전사해야 할 패턴이 형성되어 있고, 장방형 형상의 패턴 영역이 조명된다. 레티클 스테이지(RS)는 도시를 생략한 구동계의 작용에 의해 레티클면(즉 XY 평면)을 따라 이차원적으로 이동 가능하고, 그 위치 좌표는 레티클 이동 거울(RM)을 이용한 간섭계(RIF)에 의해 계측되고 또한 위치 제어되도록 구성되어 있다.
레티클(R)에 형성된 패턴으로부터의 광은 투영 광학계(PL)를 거쳐서 감광성 기판인 웨이퍼(W)상에 레티클 패턴 상을 형성한다. 웨이퍼(W)는 웨이퍼 홀더 테이블(WT)을 거쳐서 웨이퍼 스테이지(WS)상에서 XY 평면에 평행하게 유지되어 있다. 그리고, 레티클(R)상에서의 장방형 형상의 조명 영역에 광학적으로 대응하도록, 웨이퍼(W)상에서는 장방형 형상의 정지 노광 영역에 패턴 상이 형성된다. 웨이퍼 스테이지(WS)는 도시를 생략한 구동계의 작용에 의해 웨이퍼면(즉 XY 평면)을 따라 이차원적으로 이동 가능하고, 그 위치 좌표는 웨이퍼 이동 거울(WM)을 이용한 간섭계(WIF)에 의해 계측되고 또한 위치 제어되도록 구성되어 있다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치에서는, 투영 광학계(PL)를 구성하는 광학 부재중 가장 레티클측에 배치된 광학 부재[각 실시예에서는 렌즈(L1) 또는 평행 평면판(P1)]와 가장 웨이퍼측에 배치된 경계 렌즈(Lb) 사이에서 투영 광학계(PL)의 내 부가 기밀 상태를 유지하도록 구성되고, 투영 광학계(PL)의 내부의 기체는 헬륨 가스나 질소 등의 불활성 가스로 치환되어 있거나, 또는 거의 진공 상태로 유지되어 있다. 더욱이, 조명 광학계(IL)와 투영 광학계(PL) 사이의 좁은 광로에는, 레티클(R) 및 레티클 스테이지(RS) 등이 배치되어 있지만, 레티클(R) 및 레티클 스테이지(RS) 등을 밀봉 포위하는 케이싱(도시하지 않음)의 내부에 질소나 헬륨 가스 등의 불활성 가스가 충전되어 있거나, 또는 거의 진공 상태로 유지되어 있다.
도 2는 각 실시예에 있어서의 경계 렌즈와 웨이퍼 사이의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 각 실시예에 있어서, 투영 광학계(PL)의 가장 웨이퍼측에 배치된 경계 렌즈(Lb)는 레티클측을 향해서 볼록면을 갖는다. 환언하면, 경계 렌즈(Lb)의 레티클측의 면(Sb)은 정의 굴절력을 갖는다. 그리고, 경계 렌즈(Lb)와 웨이퍼(W) 사이의 광로는 1.1보다도 큰 굴절률을 갖는 매질(Lm)로 충전되어 있다. 제 1 내지 제 3 실시예에서는 매질(Lm)로서 탈 이온수를 사용하고 있다. 제 4 및 제 5 실시예에서는 매질(Lm)로서 순수한 물을 사용하고 있다.
또, 투영 광학계(PL)의 경계 렌즈(Lb)와 웨이퍼(W) 사이의 광로중에 액체 매질(Lm)을 충전하기 위해서는, 예를 들어 국제 공개 번호 제 WO 99/49504 호 공보에 개시된 기술이나, 일본 특허 공개 제 1998-303114 호 공보나 미국 특허 제 5,825,043 호에 개시된 기술 등을 이용할 수 있다. 국제 공개 번호 제 WO 99/49504 호 공보에 개시된 기술에서는, 액체 공급 장치로부터 공급관 및 배출 노즐을 거쳐서 소정의 온도로 조정된 액체[매질(Lm)]을 경계 렌즈(Lb)와 웨이퍼(W) 사이의 광로를 충전하도록 공급하고, 액체 공급 장치에 의해 회수관 및 유입 노즐을 거쳐서 웨이퍼(W)상에서 액체를 회수한다.
한편, 일본 특허 공개 제 1998-303114 호 공보나 미국 특허 제 5,825,043 호에 개시된 기술에서는, 액체[매질(Lm)]을 수용할 수 있도록 웨이퍼 홀더 테이블( WT)을 용기 형상에 구성하고, 그 내측 바닥부의 중앙에 있어서(액체중에 있어서) 웨이퍼(W)를 진공 흡착에 의해 위치결정 유지한다. 또한, 투영 광학계(PL)의 경통(鏡筒) 선단부가 액체중에 도달하고, 나아가서는 경계 렌즈(Lb)의 웨이퍼측의 광학면이 액체중에 도달하도록 구성한다.
전술한 바와 같이, 광원(100)으로부터 웨이퍼(W)까지의 광로의 전체에 걸쳐서, 노광광이 거의 흡수되는 일이 없는 분위기가 형성되어 있다. 따라서, 구동계 및 간섭계(RIF, WIF) 등을 이용하여, 투영 광학계(PL)의 광축(AX)과 직교하는 평면(XY 평면)내에서 웨이퍼(W)를 이차원적으로 구동 제어하면서 일괄 노광을 실행함으로써, 이른바 스탭-앤드-리피트(step-and-repeat) 방식에 따라서, 웨이퍼(W)의 쇼트 영역에는 레티클(R)의 패턴이 점차 노광된다.
각 실시예에서는, 투영 광학계(PL)를 구성하는 렌즈 성분은 석영(SiO2) 또는 형석(CaF2)에 의해 형성되어 있다. 또한, 노광광인 ArF 엑시머 레이저 광의 발진 중심 파장은 193.306㎚이며, 이 중심 파장에 대한 석영의 굴절률은 1.5603261이며, 형석의 굴절률은 1.5014548이다. 더욱이, 제 1 내지 제 3 실시예에서는, 경계 렌즈(Lb)와 웨이퍼(W) 사이에 개재하는 매질(Lm)로서, 노광광에 대하여 1.47의 굴절률을 갖는 탈 이온수를 사용하고 있다. 또한, 각 실시예에 있어서, 투영 광학계(PL)는 물체측 및 상측의 쌍방에 거의 텔레센트릭으로 구성되어 있다.
또한, 각 실시예에 있어서, 비구면은, 광축에 수직한 방향의 높이를 y라고 하고, 비구면의 정점에 있어서의 접평면(接平面)으로부터 높이(y)에 있어서의 비구면상의 위치까지의 광축을 따른 거리(sag량)를 z라고 하고, 정점 곡률 반경을 r이라고 하고, 원추 계수를 K라고 하고, n차의 비구면 계수를 Cn이라고 했을 때, 하기의 수학식 6으로 나타낸다. 각 실시예에 있어서, 비구면 형상으로 형성된 렌즈면에는 면 번호의 우측에 * 표시를 붙이고 있다.
[수학식 6]
Z = (y2/r)/[1+{1-(1+κ)·y2/r2}1/2]
+C4·y4+C6·y6+C8·y8+C10·y10+C12·y12+C14·y14
[제 1 실시예]
도 3은 본 실시형태의 제 1 실시예에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 제 1 실시예의 투영 광학계(PL)는, 레티클측으로부터 순차적으로, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 양쪽 오목 렌즈(L1)와, 레티클측으로 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L2)와, 레티클측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L3)와, 양쪽 볼록 렌즈(L4)와, 레티클측으로 비구면 형상의 볼록면을 향한 양쪽 볼록 렌즈(L5)와, 레티클측으로 비구면 형상의 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L6)와, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L7)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L8)와, 레티클측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 양쪽 오목 렌즈(L9)와, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L10)와, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 양쪽 오목 렌즈(L11)와, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L12)와, 양쪽 볼록 렌즈(L13)와, 레티클측으로 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L14)와, 레티클측으로 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L15)와, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L16)와, 개구 조리개(AS)와, 레티클측으로 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L17)와, 레티클측으로 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L18)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L19)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L20)와, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L21)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L22)와, 웨이퍼측으로 평면을 향한 평볼록 렌즈(L23)[경계 렌즈(Lb)]에 의해 구성되어 있다.
제 1 실시예에서는, 경계 렌즈(Lb)로서의 평볼록 렌즈(L23)와 웨이퍼(W) 사이의 광로에는 탈 이온수로 이루어지는 매질(Lm)이 충전되어 있다. 또한, 렌즈(L22 및 L23)(Lb)가 형석으로 형성되어, 그 밖의 렌즈 성분은 석영으로 형성되어 있다.
하기의 표 1에는 제 1 실시예에 따른 투영 광학계(PL)의 제원 값을 나타낸다. 표 1에 있어서, λ는 노광광의 중심 파장을 나타내고, β는 투영 배율(전체계의 결상 배율)의 크기를 나타내고, NA는 상측(웨이퍼측) 개구수를 나타내고 있다. 또한, 면 번호는 레티클측으로부터의 면의 순서를 나타내고, r은 각 면의 곡률 반경(비구면의 경우에는 정점 곡률 반경 : ㎜)을 나타내고, d는 각 면의 축상 간격, 즉 면 간격(㎜)을 나타내고, n은 중심 파장에 대한 굴절률을 나타내고 있다. 또한, 표 1에 있어서의 표기는 하기의 표 2 및 표 3에도 동일하다.
[표 1]
Figure 112005062508763-PCT00001
Figure 112005062508763-PCT00002
Figure 112005062508763-PCT00003
Figure 112005062508763-PCT00004
Figure 112005062508763-PCT00005
도 4는 제 1 실시예에 있어서의 횡수차를 도시한 도면이다. 수차도(收差圖)에 있어서, Y는 상 높이를 나타내고 있다. 도 4의 수차도로부터 명확한 바와 같이, 제 1 실시예에서는, 투영 배율의 크기가 1/5의 굴절형 투영 광학계에 있어서, ArF 엑시머 레이저 광을 이용하여 매우 큰 상측 개구수(NA=1.04)를 확보하고 있음에도 불구하고, 반경이 15.5㎜의 이미지 서클내에 있어서 수차가 양호하게 보정되고 있는 것을 알 수 있다.
도 5는 제 1 실시예에 있어서의 쇼트 영역과 부분 노광 영역의 관계를 도시한 도면이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 제 1 실시예에서는, 33㎜×26㎜의 쇼트 영역(51)을 26㎜×16.5㎜의 크기를 갖는 2개의 부분 노광 영역(51a, 51b)으로 분할하고 있다. 여기에서, 각 부분 노광 영역(51a, 51b)은 반경이 15.5㎜의 이미지 서클에 포함되는 크기로 설정되어 있다. 덧붙여 말하면, 쇼트 영역(51)은 반경이 15.5㎜의 이미지 서클에는 포함되지 않는 크기를 갖는다.
제 1 실시예에서는, 6인치 사이즈의 제 1 레티클(R1)을 이용하여, 쇼트 영역(51)의 1/2의 크기를 갖는 제 1 부분 노광 영역(51a)으로 정지 투영 노광을 실행한다. 이어서, 제 1 레티클(R1)을 6인치 사이즈의 제 2 레티클(R2)로 교환한다. 마지막으로, 제 2 레티클(R2)을 이용하여, 쇼트 영역(51)의 1/2의 크기를 갖는 제 2 부분 노광 영역(51b)으로 정지 투영 노광을 실행한다. 제 1 실시예에서는, 투영 광학계(PL)의 투영 배율의 크기를 통상의 1/4보다도 작은 1/5로 설정하고 있으므로, 매우 큰 상측 개구수를 확보하고 있음에도 불구하고 물체측 개구수를 작게 억제하여, 렌즈의 대형화를 초래하는 일없이, 쇼트 영역의 약 1/2의 크기로 설정된 투영 광학계(PL)의 정지 노광 영역에 있어서 축외 수차를 양호하게 보정할 수 있다.
또한, 큰 상측 개구수를 얻기 위해서 투영 광학계(PL)와 웨이퍼(W) 사이의 광로중에 매질(탈 이온수)(Lm)을 충전하는 구성을 채용하고 있지만, 정지 투영 노광을 실행하고 있으므로, 주사 노광의 경우와는 달리, 매질(Lm)의 개재에 기인하는 처리량의 저하를 초래하는 일은 없다. 이렇게 해서, 제 1 실시예에서는, 제조하기 용이한 굴절형의 투영 광학계(PL)와 보통 사이즈의 레티클(마스크)을 사용하고, 투영 광학계(PL)와 웨이퍼(감광성 기판)(W) 사이의 광로중에 고굴절률의 매질(Lm)을 개재시켜서 큰 실효적인 상측 개구수(NA=1.04)를 확보하면서, 고처리량으로 고해상의 투영 노광을 실행할 수 있다.
[제 2 실시예]
도 6은 본 실시형태의 제 2 실시예에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, 제 2 실시예의 투영 광학계(PL)는, 레티클측으로부터 순차적으로, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 양쪽 오목 렌즈(L1)와, 레티클측으로 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L2)와, 레티클측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L3)와, 레티클측으로 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L4)와, 양쪽 볼록 렌즈(L5)와, 양쪽 볼록 렌즈(L6)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L7)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L8)와, 양쪽 오목 렌즈(L9)와, 레티클측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 양쪽 오목 렌즈(L10)와, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L11)와, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 볼록면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L12)와, 웨이퍼측으로 비구면을 향한 렌즈(L13)와, 양쪽 볼록 렌즈(L14)와, 양쪽 볼록 렌즈(L15)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L16)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L17)와, 개구 조리개(AS)와, 레티클측으로 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L18)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L19)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L20)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L21)와, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L22)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L23)와, 웨이퍼측으로 평면을 향한 평볼록 렌즈(L24)[경계 렌즈(Lb)]에 의해 구성되어 있다.
제 2 실시예에 있어서도 제 1 실시예와 마찬가지로, 경계 렌즈(Lb)로서의 평볼록 렌즈(L24)와 웨이퍼(W) 사이의 광로에는 탈 이온수로 이루어지는 매질(Lm)이 충전되어 있다. 또한, 렌즈(L23 및 L24)(Lb)가 형석으로 형성되고, 그 밖의 렌즈 성분은 석영으로 형성되어 있다. 하기의 표 2에는 제 2 실시예에 따른 투영 광학계(PL)의 제원 값을 나타낸다.
[표 2]
Figure 112005062508763-PCT00006
Figure 112005062508763-PCT00007
Figure 112005062508763-PCT00008
Figure 112005062508763-PCT00009
도 7은 제 2 실시예에 있어서의 횡수차를 도시한 도면이다. 수차도에 있어서, Y는 상 높이를 나타내고 있다. 도 7의 수차도로부터 명확한 바와 같이, 제 2 실시예에서는, 투영 배율의 크기가 1/6의 굴절형 투영 광학계에 있어서, ArF 엑시머 레이저 광을 이용하여 매우 큰 상측 개구수(NA=1.04)를 확보하고 있음에도 불구하고, 반경이 13.9㎜의 이미지 서클내에 있어서 수차가 양호하게 보정되고 있는 것을 알 수 있다.
도 8은 제 2 실시예에 있어서의 쇼트 영역과 부분 노광 영역의 관계를 도시한 도면이다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 제 2 실시예에서는, 33㎜×22㎜의 쇼트 영역(52)을 22㎜×16.5㎜의 크기를 갖는 2개의 부분 노광 영역(52a, 52b)으로 분할하고 있다. 여기에서, 각 부분 노광 영역(52a, 52b)은 반경이 13.9㎜의 이미지 서클에 포함되는 크기로 설정되어 있다. 덧붙여 말하면, 쇼트 영역(52)은 반경이 13.9㎜의 이미지 서클에는 포함되지 않는 크기를 갖는다.
제 2 실시예에서는, 6인치 사이즈의 제 1 레티클(R1)을 이용하여, 쇼트 영역(52)의 1/2의 크기를 갖는 제 1 부분 노광 영역(52a)으로 정지 투영 노광을 실행한다. 이어서, 제 1 레티클(R1)을 6인치 사이즈의 제 2 레티클(R2)로 교환한다. 마지막으로, 제 2 레티클(R2)을 이용하여, 쇼트 영역(52)의 1/2의 크기를 갖는 제 2 부분 노광 영역(52b)으로 정지 투영 노광을 실행한다. 제 2 실시예에서는, 투영 광학계(PL)의 투영 배율의 크기를 통상의 1/4보다도 작은 1/6로 설정하고 있으므로, 매우 큰 상측 개구수를 확보하고 있음에도 불구하고 물체측 개구수를 작게 억제하여, 렌즈의 대형화를 초래하는 일없이, 쇼트 영역의 약 1/2의 크기로 설정된 투영 광학계(PL)의 정지 노광 영역에 있어서 축외 수차를 양호하게 보정할 수 있다.
또한, 큰 상측 개구수를 얻기 위해서 투영 광학계(PL)와 웨이퍼(W) 사이의 광로중에 매질(탈 이온수)(Lm)을 충전하는 구성을 채용하고 있지만, 정지 투영 노광을 실행하고 있으므로, 주사 노광의 경우와는 달리, 매질(Lm)의 개재에 기인하는 처리량의 저하를 초래하는 일은 없다. 이렇게 해서, 제 2 실시예에 있어서도 제 1 실시예와 마찬가지로, 제조하기 용이한 굴절형의 투영 광학계(PL)와 보통 사이즈의 레티클(마스크)을 사용하고, 투영 광학계(PL)와 웨이퍼(감광성 기판)(W) 사이의 광로중에 고굴절률의 매질(Lm)을 개재시켜서 큰 실효적인 상측 개구수(NA=1.04)를 확보하면서, 고처리량으로 고해상의 투영 노광을 실행할 수 있다.
[제 3 실시예]
도 9는 본 실시형태의 제 3 실시예에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시한 도면이다. 도 9를 참조하면, 제 3 실시예의 투영 광학계(PL)는, 레티클측으로부터 순차적으로, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 양쪽 오목 렌즈(L1)와, 레티클측으로 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L2)와, 레티클측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L3)와, 레티클측으로 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L4)와, 양쪽 볼록 렌즈(L5)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L6)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L7)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L8)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L9)와, 레티클측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 양쪽 오목 렌즈(L10)와, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L11)와, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 볼록면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L12)와, 웨이퍼측으로 비구면을 향한 렌즈(L13)와, 레티클측으로 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L14)와, 양쪽 볼록 렌즈(L15)와, 레티클측으로 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L16)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L17)와, 개구 조리개(AS)와, 레티클측으로 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L18)와, 양쪽 볼록 렌즈(L19)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L20)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L21)와, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L22)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L23)와, 웨이퍼측으로 평면을 향한 평볼록 렌즈(L24)[경계 렌즈(Lb)]에 의해 구성되어 있다.
제 3 실시예에서는 제 2 실시예와 마찬가지로, 경계 렌즈(Lb)로서의 평볼록 렌즈(L24)와 웨이퍼(W) 사이의 광로에는 탈 이온수로 이루어지는 매질(Lm)이 충전되어 있다. 또한, 렌즈(L23 및 L24)(Lb)가 형석으로 형성되고, 그 밖의 렌즈 성분은 석영으로 형성되어 있다. 하기의 표 3에는 제 3 실시예에 따른 투영 광학계(PL)의 제원 값을 나타낸다.
[표 3]
Figure 112005062508763-PCT00010
Figure 112005062508763-PCT00011
Figure 112005062508763-PCT00012
Figure 112005062508763-PCT00013
도 10은 제 3 실시예에 있어서의 횡수차를 도시한 도면이다. 수차도에 있어서, Y는 상고를 나타내고 있다. 도 10의 수차도로부터 명확한 바와 같이, 제 3 실시예에서는, 투영 배율의 크기가 1/4의 굴절형 투영 광학계에 있어서, ArF 엑시머 레이저 광을 이용하여 매우 큰 상측 개구수(NA=1.1)를 확보하고 있음에도 불구하고, 반경이 10.7㎜의 이미지 서클내에 있어서 수차가 양호하게 보정되고 있는 것을 알 수 있다.
도 11은 제 3 실시예에 있어서의 쇼트 영역과 부분 노광 영역의 관계를 도시한 도면이다. 도 11에 도시하는 바와 같이, 제 3 실시예에서는 33㎜×26㎜의 쇼트 영역(53)을 16.5㎜×13㎜의 크기를 갖는 4개의 부분 노광 영역(53a, 53b, 53c, 53d)으로 분할하고 있다. 여기에서, 각 부분 노광 영역(53a 내지 53d)은 반경이 10.7㎜의 이미지 서클에 포함되는 크기로 설정되어 있다. 덧붙여 말하면, 쇼트 영역(53)은 반경이 10.7㎜의 이미지 서클에는 포함되지 않는 크기를 갖는다.
제 3 실시예에서는, 6인치 사이즈의 제 1 레티클(R1)을 이용하여, 쇼트 영역(53)의 1/4의 크기를 갖는 제 1 부분 노광 영역(53a)으로 정지 투영 노광을 실행한다. 이어서, 제 1 레티클(R1)을 6인치 사이즈의 제 2 레티클(R)로 교환하고, 제 2 레티클(R2)을 이용하여, 쇼트 영역(53)의 1/4의 크기를 갖는 제 2 부분 노광 영역(53b)으로 정지 투영 노광을 실행한다. 더욱이, 제 2 레티클(R2)을 6인치 사이즈의 제 3 레티클(R3)로 교환하고, 제 3 레티클(R3)을 이용하여, 쇼트 영역(53)의 1/4의 크기를 갖는 제 3 부분 노광 영역(53c)으로 정지 투영 노광을 실행한다. 마지막으로, 제 3 레티클(R3)을 6인치 사이즈의 제 4 레티클(R4)로 교환하고, 제 4 레티클(R4)을 이용하여, 쇼트 영역(53)의 1/4의 크기를 갖는 제 4 부분 노광 영역(53d)으로 정지 투영 노광을 실행한다.
제 3 실시예에서는, 투영 광학계(PL)의 투영 배율의 크기를 통상의 1/4에 설정하고 있지만, 투영 광학계(PL)의 정지 노광 영역을 쇼트 영역의 약 1/4의 크기로 설정하고 있으므로, 매우 큰 상측 개구수를 확보하고 있음에도 불구하고, 렌즈의 대형화를 초래하는 일없이 정지 노광 영역에 있어서 축외 수차를 양호하게 보정할 수 있다. 또한, 큰 상측 개구수를 얻기 위해서 투영 광학계(PL)와 웨이퍼(W) 사이의 광로중에 매질(탈 이온수)(Lm)을 충전하는 구성을 채용하고 있지만, 정지 투영 노광을 실행하고 있으므로, 주사 노광의 경우와는 달리, 매질(Lm)의 개재에 기인하는 처리량의 저하를 초래하는 일은 없다. 이렇게 해서, 제 3 실시예에 있어서도 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 마찬가지로, 제조하기 용이한 굴절형의 투영 광학계(PL)와 보통 사이즈의 레티클(마스크)을 사용하고, 투영 광학계(PL)와 웨이퍼(감광성 기판)(W) 사이의 광로중에 고굴절률의 매질(Lm)을 개재시켜서 큰 실효적인 상측 개구수(NA=1.1)를 확보하면서, 고처리량으로 고해상의 투영 노광을 실행할 수 있다.
또, 상기의 각 실시예에서는, 1개의 쇼트 영역을 2개 또는 4개의 부분 노광 영역으로 등분하고 있지만, 인접하는 2개의 부분 노광 영역을 부분적으로 중복시켜서, 이른바 일부 중복 노광을 실행할 수도 있다. 또한, 상기의 각 실시예에서는, 1개의 쇼트 영역을 2개 또는 4개의 부분 노광 영역으로 분할하고, 각 부분 노광 영역에 대한 투영 노광을 1회씩 실행하고 있지만, 적어도 1개의 부분 노광 영역에 대하여 이중 노출을 실행할 수도 있다.
또한, 상기의 각 실시예에서는, 각 부분 노광 영역에 대하여 정지 투영 노광을 실행하고 있지만, 레티클 및 웨이퍼를 투영 광학계에 대하여 상대 이동시키면서 각 부분 노광 영역에 레티클 패턴을 스캔 노광할 수도 있다. 또한, 전술한 각 실시예에서는, 굴절형의 투영 광학계를 이용하여 각 부분 노광 영역에 대한 투영 노광을 실행하고 있지만, 이에 한정되는 일없이, 예를 들어 반사 굴절형의 투영 광학계를 이용하여 각 부분 노광 영역에 대한 투영 노광을 실행할 수도 있다.
하기에 나타내는 실시예에 있어서는, 경계 렌즈(Lb)와 웨이퍼(W) 사이에 개재하는 매질(Lm)로서, 제 4 실시예에서는 노광광에 대하여 1.43664의 굴절률을 갖는 순수한 물을 사용하고, 제 5 실시예에서는 노광광에 대하여 1.43600의 굴절률을 갖는 순수한 물을 사용하고 있다.
[제 4 실시예]
도 12는 본 실시형태의 제 4 실시예에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시한 도면이다. 도 12를 참조하면, 제 4 실시예의 투영 광학계(PL)는, 레티클측으로부터 순차적으로, 정의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈 그룹(G1)과, 부의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈 그룹(G2)과, 정의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈 그룹(G3)과, 부의 굴절력을 갖는 제 4 렌즈 그룹(G4)과, 정의 굴절력을 갖는 제 5 렌즈 그룹(G5)과, 개구 조리개(AS)와, 정의 굴절력을 갖는 제 6 렌즈 그룹(G6)에 의해 구성되어 있다.
제 1 렌즈 그룹(G1)은, 레티클측으로부터 순차적으로, 평행 평면판(P1)과, 레티클측으로 평면을 향한 평오목 렌즈(L11)와, 양쪽 볼록 렌즈(L12)와, 양쪽 볼록 렌즈(L13)에 의해 구성되어 있다. 제 2 렌즈 그룹(G2)은, 레티클측으로부터 순차로, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L21)와, 양쪽 오목 렌즈(L22)와, 양쪽 오목 렌즈(L23)와, 레티클측으로 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L24)에 의해 구성되어 있다.
제 3 렌즈 그룹(G3)은, 레티클측으로부터 순차적으로, 레티클측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L31)와, 레티클측으로 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L32)와, 양쪽 볼록 렌즈(L33)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L34)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L35)와, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L36)에 의해 구성되어 있다. 제 4 렌즈 그룹(G4)은, 레티클측으로부터 순차적으로, 레티클측으로 볼록면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L41)와, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 양쪽 오목 렌즈(L42)와, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 양쪽 오목 렌즈(L43)와, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 양쪽 오목 렌즈(L44)에 의해 구성되어 있다.
제 5 렌즈 그룹(G5)은, 레티클측으로부터 순차적으로, 레티클측으로 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L51)와, 레티클측으로 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L52)와, 양쪽 볼록 렌즈(L53)에 의해 구성되어 있다. 제 6 렌즈 그룹(G6)은, 레티클측으로부터 순차적으로, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L61)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L62)와, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L63)와, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L64)와, 웨이퍼측으로 평면을 향한 평볼록 렌즈(L65)[경계 렌즈(Lb)]에 의해 구성되어 있다.
제 4 실시예에서는, 경계 렌즈(Lb)로서의 평볼록 렌즈(L65)와 웨이퍼(W) 사이의 광로에는 순수한 물로 이루어지는 매질(Lm)이 충전되어 있다. 또한, 평볼록 렌즈(L65)만이 형석으로 형성되고, 그 밖의 렌즈 성분은 석영으로 형성되어 있다.
하기의 표 4에는 제 4 실시예에 따른 투영 광학계(PL)의 제원 값을 나타낸다. 표 4에 있어서, λ는 노광광의 중심 파장을 나타내고, β는 투영 배율(전체계의 결상 배율)의 크기를 나타내고, NA는 상측(웨이퍼측) 개구수를, Ym은 최대 상 높이를 나타내고 있다. 또한, 면 번호는 레티클측으로부터의 면의 순서를 나타내고, r은 각 면의 곡률 반경(비구면의 경우에는 정점 곡률 반경 : ㎜)을 나타내고, d는 각 면의 축상 간격, 즉 면 간격(㎜)을 나타내고, n은 중심 파장에 대한 굴절률을 나타내고 있다. 또, 표 4에 있어서의 표기는 이후의 표 5에 있어서도 동일하다.
[표 4]
Figure 112005062508763-PCT00014
Figure 112005062508763-PCT00015
Figure 112005062508763-PCT00016
Figure 112005062508763-PCT00017
Figure 112005062508763-PCT00018
도 13은 제 4 실시예에 있어서의 횡수차를 도시한 도면이다. 수차도에 있어서, Y는 상 높이를 나타내고 있다. 도 13의 수차도로부터 명확한 바와 같이, 제 4 실시예에서는, 투영 배율의 크기가 1/8의 굴절형 투영 광학계에 있어서, ArF 엑시머 레이저 광을 이용하여 매우 큰 상측 개구수(NA=1.2)를 확보하고 있음에도 불구하고, 반경(최대 상 높이)이 10.5㎜의 이미지 서클내에 있어서 수차가 양호하게 보정되고 있는 것을 알 수 있다.
[제 5 실시예]
도 14는 본 실시형태의 제 5 실시예에 따른 투영 광학계의 렌즈 구성을 도시한 도면이다. 도 14를 참조하면, 제 5 실시예의 투영 광학계(PL)는, 레티클측으로부터 순차적으로, 부의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈 그룹(G1)과, 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈 그룹(G2)과, 부의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈 그룹(G3)과, 정의 굴절력을 갖는 제 4 렌즈 그룹(G4)과, 개구 조리개(AS)와, 정의 굴절력을 갖는 제 5 렌즈 그룹(G5)에 의해 구성되어 있다.
제 1 렌즈 그룹(G1)은, 레티클측으로부터 순차적으로, 평행 평면판(P1)과, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 양쪽 오목 렌즈(L11)와, 레티클측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L12)에 의해 구성되어 있다. 제 2 렌즈 그룹(G2)은, 레티클측으로부터 순차적으로, 레티클측으로 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L21)와, 레티클측으로 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L22)와, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 볼록면을 향한 양쪽 볼록 렌즈(L23)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L24)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L25)에 의해 구성되어 있다.
제 3 렌즈 그룹(G3)은, 레티클측으로부터 순차적으로, 양쪽 오목 렌즈(L31)와, 레티클측으로 오목면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L32)와, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 양쪽 오목 렌즈(L33)에 의해 구성되어 있다. 제 4 렌즈 그룹(G4)은, 레티클측으로부터 순차적으로, 레티클측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L41)와, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L42)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L43)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L44)에 의해 구성되어 있다.
제 5 렌즈 그룹(G5)은, 레티클측에서 순차로, 레티클측으로 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L51)와, 양쪽 볼록 렌즈(L52)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L53)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L54)와, 웨이퍼측으로 비구면 형상의 오목면을 향한 정 메니스커스 렌즈(L55)와, 레티클측으로 볼록면을 향한 부 메니스커스 렌즈(L56)와, 웨이퍼측으로 평면을 향한 평볼록 렌즈(L57)[경계 렌즈(Lb)]에 의해 구성되어 있다.
제 5 실시예에서는, 경계 렌즈(Lb)로서의 평볼록 렌즈(L57)와 웨이퍼(W) 사이의 광로에는 순수한 물로 이루어지는 매질(Lm)이 충전되어 있다. 또한, 부 메니스커스 렌즈(L56) 및 평볼록 렌즈(L57)만이 형석으로 형성되고, 그 밖의 렌즈 성분은 석영으로 형성되어 있다. 하기의 표 5에는 제 5 실시예에 따른 투영 광학계(PL)의 제원 값을 나타낸다.
[표 5]
Figure 112005062508763-PCT00019
Figure 112005062508763-PCT00020
Figure 112005062508763-PCT00021
Figure 112005062508763-PCT00022
도 15는 제 5 실시예에 있어서의 횡수차를 도시한 도면이다. 수차도에 있어서, Y는 상 높이를 나타내고 있다. 도 15의 수차도로부터 명확한 바와 같이, 제 5 실시예에 있어서도 제 4 실시예와 마찬가지로, 투영 배율의 크기가 1/8의 굴절형 투영 광학계에 있어서, ArF 엑시머 레이저 광을 이용하여 매우 큰 상측 개구수(NA=1.1)를 확보하고 있음에도 불구하고, 반경(최대 상 높이)이 10.5㎜의 이미지 서클내에 있어서 수차가 양호하게 보정되고 있는 것을 알 수 있다.
도 16은 제 4 및 제 5 실시예에 있어서의 쇼트 영역과 부분 노광 영역의 관계를 도시한 도면이다. 도 16에 도시하는 바와 같이, 제 4 및 제 5 실시예에서는, 33㎜×26㎜의 쇼트 영역(1개의 칩에 대응)(7)을 16.5㎜×13㎜의 크기를 갖는 4개의 부분 노광 영역(7a, 7b, 7c, 7d)으로 분할하고 있다. 여기에서, 각 부분 노광 영역(7a 내지 7d)은 반경이 10.5㎜의 이미지 서클에 거의 포함된다.
제 4 및 제 5 실시예에서는, 6인치 사이즈의 제 1 레티클(R1)을 이용하여, 쇼트 영역(7)의 1/4의 크기를 갖는 제 1 부분 노광 영역(7a)으로 정지 투영 노광을 실행한다. 이어서, 제 1 레티클(R1)을 6인치 사이즈의 제 2 레티클(R2)로 교환하고, 제 2 레티클(R2)을 이용하여, 쇼트 영역(7)의 1/4의 크기를 갖는 제 2 부분 노광 영역(7b)으로 정지 투영 노광을 실행한다. 더욱이, 제 2 레티클(R2)을 6인치 사이즈의 제 3 레티클(R3)로 교환하고, 제 3 레티클(R3)을 이용하여, 쇼트 영역(7)의 1/4의 크기를 갖는 제 3 부분 노광 영역(7c)으로 정지 투영 노광을 실행한다. 마지막으로, 제 3 레티클(R3)을 6인치 사이즈의 제 4 레티클(R4)로 교환하고, 제 4 레티클(R4)을 이용하여, 쇼트 영역(7)의 1/4의 크기를 갖는 제 4 부분 노광 영역(7d)으로 정지 투영 노광을 실행한다.
제 4 및 제 5 실시예에서는, 투영 광학계(PL)의 투영 배율의 크기를 통상의 1/4보다도 작은 1/8로 설정하는 동시에, 투영 광학계(PL)의 정지 노광 영역을 쇼트 영역의 약 1/4의 크기로 설정하고 있으므로, 매우 큰 상측 개구수를 확보하고 있음에도 불구하고 물체측 개구수는 작게 억제될 수 있다. 그 결과, 렌즈의 대형화를 초래하는 일없이, 코마 수차 등의 축외 수차를 양호하게 보정할 수 있고, 나아가서는 비교적 큰 유효 결상 영역을 확보할 수 있다.
또한, 큰 상측 개구수를 얻기 위해서 투영 광학계(PL)와 웨이퍼(W) 사이의 광로중에 매질(순수한 물)(Lm)을 충전하는 구성을 채용하고 있지만, 정지 투영 노광을 실행하고 있으므로, 주사 노광의 경우와는 달리, 매질(Lm)의 개재에 기인하는 처리량의 저하를 초래하는 일은 없다. 이렇게 해서, 제 4 및 제 5 실시예에서는, 제조하기 용이한 굴절형의 투영 광학계(PL)와 보통 사이즈의 레티클(마스크)을 사용하고, 투영 광학계(PL)와 웨이퍼(감광성 기판)(W) 사이의 광로중에 고굴절률의 매질(Lm)을 개재시켜서 큰 실효적인 상측 개구수(NA=1.2 또는 1.1)를 확보하면서, 고처리량으로 고해상의 투영 노광을 실행할 수 있다.
또, 상기 설명에서는, 1개의 쇼트 영역(7)에 착안해서 그 부분 노광 영역(7a 내지 7d)으로 정지 투영 노광하는 부분 노광 공정을 반복하고 있지만, 실제로는 1개의 웨이퍼(W)상의 복수의 쇼트 영역에 대하여 부분 노광 공정을 반복하게 된다. 즉, 도 17a 내지 도 17d에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)상의 복수의 쇼트 영역중의 제 1 부분 노광 영역(도 17a의 해칭부)을 순차적으로 노광하고, 마스크를 교환한 후에, 복수의 쇼트 영역중의 제 2 부분 노광 영역(도 17b의 해칭부)을 순차적으로 노광한다. 이어서, 마스크를 교환한 후, 복수의 쇼트 영역중의 제 3 부분 노광 영역(도 17c의 해칭부)을 순차적으로 노광하고, 마스크를 더 교환한 후에, 복수의 쇼트 영역중의 제 4 부분 노광 영역(도 17d의 해칭부)을 순차적으로 노광한다.
도 17a 내지 도 17d의 예에서는, 복수의 쇼트 영역중의 복수의 제 1 부분 노광 영역 사이에 제 3 또는 제 4 부분 노광 영역이 위치한다. 즉, 복수의 쇼트 영역중의 복수의 제 1 부분 노광 영역이 간격을 두고서 형성되어 있다(복수의 제 1 부분 노광 영역의 사이끼리가 서로 인접하고 있지 않음). 이와 같이, 직전의 노광에 의해 형성되는 노광 영역이 그 직후의 노광에 의해 형성되는 노광 영역으로부터 분리되어 있기 때문에, 직전의 노광에 의한 열 등의 영향을 직후의 노광에서는 피하는 것이 가능해진다.
또한, 상기의 제 4 및 제 5 실시예에서는, 1개의 쇼트 영역을 4개의 부분 노광 영역으로 등분하고 있지만, 인접하는 2개의 부분 노광 영역을 부분적으로 중복시켜서, 이른바 일부 중복 노광을 실행할 수도 있다. 또한, 상기의 제 4 및 제 5 실시예에서는, 1개의 쇼트 영역을 4개의 부분 노광 영역으로 분할하고, 각 부분 노광 영역에 대한 투영 노광을 1회씩 실행하고 있지만, 적어도 1개의 부분 노광 영역에 대하여 이중 노출을 실행할 수도 있다. 또한, 상기의 제 4 및 제 5 실시예에서는, 각 부분 노광 영역에 대하여 정지 투영 노광을 실행하고 있지만, 레티클 및 웨이퍼를 투영 광학계에 대하여 상대 이동시키면서 각 부분 노광 영역에 레티클 패턴을 스캔 노광할 수도 있다.
또한, 상기의 제 4 실시예에서는, 평볼록 렌즈(L65)만이 형석으로 형성되어 있지만, 예를 들어 평볼록 렌즈(L65)를 2개의 렌즈로 분할하거나, 정 메니스커스 렌즈(L64)를 형석으로 형성함으로써, 광학계가 한쌍의 형석 렌즈를 포함하도록 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에서는, 한쌍의 형석 렌즈의 결정축의 방향 관계를 적당히 설정함으로써, 형석의 고유 복굴절의 영향을 저감할 수 있다. 또, 한쌍의 형석 렌즈의 결정축의 방향 관계를 적당히 설정함으로써 형석의 고유 복굴절의 영향을 저감하는 방법에 대해서는, 예를 들어 국제 공개 번호 제 WO 2003/007045 호(또는 미국 특허 공개 제 US 2003/0053036A 호) 공보 등을 참조할 수 있다.
상기의 실시형태의 노광 장치에서는, 조명 장치에 의해 레티클(마스크)을 조명하고(조명 공정), 투영 광학계를 이용하여 마스크에 형성된 전사용의 패턴을 감광성 기판에 노광함으로써(노광 공정), 마이크로디바이스(반도체 소자, 촬상 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등)를 제조할 수 있다. 이하, 본 실시형태의 노광 장치를 이용하여 감광성 기판으로서의 웨이퍼 등에 소정의 회로 패턴을 형성함으로써, 마이크로디바이스로서의 반도체 디바이스를 얻을 때의 방법의 일례에 대해서 도 18의 흐름도를 참조하여 설명한다.
우선, 도 18의 단계(301)에 있어서, 1 로트의 웨이퍼상에 금속막이 증착된다. 다음 단계(302)에 있어서, 그 1 로트의 웨이퍼상의 금속막상에 포토레지스트가 도포된다. 그 후, 단계(303)에 있어서, 본 실시형태의 노광 장치를 이용하여, 마스크상의 패턴의 상이 그 투영 광학계를 거쳐서, 그 1 로트의 웨이퍼상의 각 쇼트 영역으로 순차적으로 노광 전사된다. 그 후, 단계(304)에 있어서, 그 1 로트의 웨이퍼상의 포토레지스트의 현상이 실행된 후, 단계(305)에 있어서, 그 1 로트의 웨이퍼상에서 레지스트 패턴을 마스크로서 에칭을 실행함으로써, 마스크상의 패턴에 대응하는 회로 패턴이 각 웨이퍼상의 각 쇼트 영역에 형성된다.
그 후, 상의 층의 회로 패턴의 형성 등을 더욱 실행함에 따라, 반도체 소자 등의 디바이스가 제조된다. 상기의 반도체 디바이스 제조 방법에 따르면, 극히 미세한 회로 패턴을 갖는 반도체 디바이스를 양호한 처리량으로 얻을 수 있다. 또, 단계(301) 내지 단계(305)에서는, 웨이퍼상에 금속을 증착하고, 그 금속막상에 레지스트를 도포하고, 그리고 노광, 현상, 에칭의 각 공정을 실행하고 있지만, 이들 공정에 앞서, 웨이퍼상에 실리콘의 산화막을 형성한 후, 그 실리콘의 산화막상에 레지스트를 도포하고, 그리고 노광, 현상, 에칭 등의 각 공정을 실행하여도 좋다는 것은 말할 필요도 없다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치에서는, 플레이트(유리 기판)상에 소정의 패턴(회로 패턴, 전극 패턴 등)을 형성함으로써, 마이크로디바이스로서의 액정 표시 소자를 얻을 수도 있다. 이하, 도 19의 흐름도를 참조하여, 이 때의 방법의 일례에 대하여 설명한다. 도 19에 있어서, 패턴 형성 공정(401)에서는, 본 실시형태의 노광 장치를 이용하여 마스크의 패턴을 감광성 기판(레지스트가 도포된 유리 기판 등)에 전사 노광하는, 소위 광 리소그래피 공정이 실행된다. 이 광 리소그래피 공정에 의해, 감광성 기판상에는 다수의 전극 등을 포함하는 소정 패턴이 형성된다. 그 후, 노광된 기판은 현상 공정, 에칭 공정, 레지스트 박리 공정 등의 각 공정을 거침으로써, 기판상에 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 세트가 매트릭스 형상으로 복수 배열되거나, 또는 R, G, B의 3개의 스트라이프(stripe)의 필터의 세트를 수평 주사선 방향으로 복수 배열된 컬러 필터를 형성한다. 그리고, 컬러 필터 형성 공정(402) 이후에, 셀 조립 공정(403)이 실행된다. 셀 조립 공정(403)에서는, 패턴 형성 공정(401)에서 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판, 및 컬러 필터 형성 공정(402)에서 얻어진 컬러 필터 등을 이용하여 액정 패널(액정 셀)을 조립한다. 셀 조립 공정(403)에서는, 예를 들어 패턴 형성 공정(401)에서 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판과 칼라 필터 형성 공정(402)에서 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 실행하는 전기 회로, 백 라이트 등의 각 부품을 장착하여 액정 표시 소자로서 완성시킨다. 상기의 액정 표시 소자의 제조 방법에 의하면, 극히 미세한 회로 패턴을 갖는 액정 표시 소자를 양호한 처리량으로 얻을 수 있다.
또, 상술의 실시형태에서는, ArF 엑시머 레이저 광원을 사용하고 있지만, 이것으로 한정하는 일없이, 예를 들어 F2 레이저 광원과 같은 다른 적당한 광원을 사용할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서는 노광광으로서 ArF 엑시머 레이저 광을 이용하여 있기 때문에, 액침 노광용의 액체로서 순수한 물이 공급된다. 순수한 물은 반도체 제조 공장 등에서 용이하게 대량으로 입수할 수 있는 동시에, 기판(웨이퍼)상의 포토레지스트나 광학 소자(렌즈) 등에 대한 악영향이 없다는 이점이 있다. 또한, 순수한 물은 환경에 대한 악영향이 없는 동시에, 불순물의 함유량이 극히 낮기 때문에, 기판의 표면, 및 투영 광학계의 선단면에 설치되어 있는 광학 소자의 표면을 세정하는 작용도 기대할 수 있다.
파장이 193㎚ 정도의 노광광에 대한 순수한 물(물)의 굴절률(n)은 대략 1.44로 알려져 있다. 노광광의 광원으로서 ArF 엑시머 레이저 광(파장 193㎚)을 사용한 경우, 기판상에서는 1/n, 즉 약 134㎚로 단파장화(短波長化)되어서 높은 해상도를 얻을 수 있다. 더욱이, 초점 심도는 공기중에 비교해서 약 n배, 즉 약 1.44배로 확대된다.
또한, 액체로서는, 그 외에도 노광광에 대한 투과성이 만족될 수 있는 한 굴절률이 높고, 투영 광학계나 기판 표면에 도포되어 있는 포토레지스트에 대하여 안정한 것을 사용하는 것도 가능하다.
노광광으로서 F2 레이저 광을 사용한 경우에는, 액체로서는 F2 레이저 광을 투과 가능한, 예를 들어 불소계 오일이나 과불화폴리에테르(PFPE) 등의 불소계의 액체를 사용하면 좋다.
또한, 상기의 실시형태에서는, 투영 광학계(PL)와 기판(P) 사이에 국소적으로 액체를 충전하는 구성, 또는 스테이지상에 소정 깊이의 액체조를 형성하여 그 내에 기판을 유지하는 구성을 채용하고 있지만, 노광 대상의 기판을 유지한 스테이지를 액조(液槽)중에서 이동시키는 액침 노광 장치에도 본 발명을 적용 가능하다. 노광 대상의 기판을 유지한 스테이지를 액조중에서 이동시키는 액침 노광 장치의 구조 및 노광 동작에 있어서는, 예를 들어 일본 특허 공개 제 1994-124873 호 공보에 개시되어 있다.
또한, 본 발명은, 트윈 스테이지형의 노광 장치에도 적용할 수 있다. 트윈 스테이지형의 노광 장치의 구조 및 노광 동작은, 예를 들어 일본 특허 공개 제 1998-163099 호 및 일본 특허 공개 제 1998-214783 호(대응 미국 특허 제 6,341,007 호, 제 6,400,441 호, 제 6,549,269 호 및 제 6,590,634 호), 일본 특허 공표 제 2000-505958 호(대응 미국 특허 제 5,969,441 호) 또는 미국 특허 제 6,208,407 호에 개시되어 있다.
또, 전술한 바와 같이 액침법을 이용한 경우에는, 투영 광학계의 개구수(NA)가 0.9 내지 1.3으로 되는 일도 있다. 이렇게 투영 광학계의 개구수(NA)가 커질 경우에는, 종래부터 노광광으로서 사용되고 있는 랜덤 편광광에서는 편광 효과에 의해 결상 성능이 악화하는 이도 있으므로, 편광 조명을 사용하는 것이 바람직하다. 그 경우, 마스크(레티클)의 라인-앤드-스페이스(line-and-space) 패턴의 라인 패턴의 길이 방향에 맞춘 직선 편광 조명을 실행하고, 마스크(레티클)의 패턴으로부터는, S 편광 성분(TE 편광 성분), 즉 라인 패턴의 길이 방향을 따른 편광 방향 성분의 회절광이 많이 사출되도록 하면 좋다. 투영 광학계(PL)와 기판(P)의 표면에 도포된 레지스트 사이가 액체로 충전되어 있는 경우, 투영 광학계(PL)와 기판(P)의 표면에 도포된 레지스트 사이가 공기(기체)로 충전되어 있는 경우에 비하여, 콘트라스트(contrast)의 향상에 기여하는 S 편광 성분(TE 편광 성분)의 회절광의 레지스트 표면에서의 투과율이 높아지기 때문에, 투영 광학계의 개구수(NA)가 1.0을 초과하는 경우에도 높은 결상 성능을 얻을 수 있다. 또한, 위상 시프트 마스크나 일본 특허 공개 제 1994-188169 호에 개시되어 있는 바와 같은 라인 패턴의 길이 방향에 맞춘 경사 입사 조명법[특히 다이폴(dipole) 조명법] 등을 적당히 조합하면 보다 효과적이다.
또한, 예를 들면 제 1 내지 제 3 실시예와 같이, ArF 엑시머 레이저를 노광광으로 하고, 1/4 정도의 축소 배율의 투영 광학계(PL)를 사용하여, 미세한 라인-앤드-스페이스(L/S) 패턴(예를 들면, 25㎚ 내지 50㎚ 정도의 L/S)을 기판(P)상에 노광하는 경우, 마스크(M)의 구조(예를 들면, 패턴의 미세도나 크롬의 두께)에 따라서는, 광도파로(Wave guide) 효과에 의해 마스크(M)가 편광판으로서 작용하며, 콘트라스트를 저하시키는 P 편광 성분(TM 편광 성분)의 회절광보다 S 편광 성분(TE 편광 성분)의 회절광이 많이 마스크로부터 사출되게 된다. 이러한 경우에도, 전술한 바와 같은 직선 편광 조명을 사용하는 것이 바람직하지만, 랜덤 편광광으로 마스크(M)를 조명하여도, 개구수(NA)가 0.9 내지 1.3과 같이 큰 투영 광학계를 사용하여 높은 해상 성능을 얻을 수 있다.
또한, 마스크(M)상의 극히 미세한 라인-앤드-스페이스 패턴을 기판(P)상에 노광하는 경우에는, 와이어 그리드(Wire Grid) 효과에 의해 P 편광 성분(TM 편광 성분)이 S 편광 성분(TE 편광 성분)보다도 커질 가능성도 있지만, 예를 들면 ArF 엑시머 레이저를 노광광으로 하고, 1/4 정도의 축소 배율의 투영 광학계를 사용하여, 25㎚보다 큰 라인-앤드-스페이스 패턴을 기판(P)상에 노광하는 조건이면, S 편광 성분(TE 편광 성분)의 회절광이 P 편광 성분(TM 편광 성분)의 회절광보다도 많이 마스크로부터 사출되므로, 투영 광학계의 개구수(NA)가 0.9 내지 1.3과 같이 큰 경우에도 높은 해상 성능을 얻을 수 있다.
또, 상기의 제 4 및 제 5 실시예에서는, 1/8 이하의 크기의 투영 배율을 갖는 투영 광학계를 사용하여 노광하기 때문에, 마스크상의 라인-앤드-스페이스 패턴에 있어서의 광도파로 효과나 와이어 그리드 효과의 영향이 적어지는 이점도 있다.
더욱이, 마스크(레티클)의 라인 패턴의 길이 방향에 맞춘 직선 편광 조명(S 편광 조명)뿐만 아니라, 광축을 중심으로 한 원의 접선(원주) 방향으로 직선 편광하는 편광 조명법과 경사 입사 조명법의 조합도 효과적이다. 특히, 마스크(레티클)의 패턴이 소정의 일방향으로 연장되는 라인 패턴뿐만 아니라, 복수의 상이한 방향으로 연장되는 라인 패턴이 혼재하는 경우에는, 광축을 중심으로 한 원의 접선 방향으로 직선 편광하는 편광 조명법과 윤대(輪帶) 조명법을 병용함으로써, 투영 광학계의 개구수(NA)가 큰 경우에도 높은 결상 성능을 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 하나의 태양에서는, 투영 광학계와 감광성 기판 사이의 광로를 1.1보다도 큰 굴절률을 갖는 매질로 충전하고, 복수의 부분 노광 영역을 포함하는 1개의 쇼트 영역으로의 투영 노광에 있어서, 부분 노광 영역으로의 노광을 복수회에 걸쳐서 반복한다. 그 결과, 본 발명에서는, 제조하기 용이한 굴절형의 투영 광학계와 보통 사이즈의 마스크를 사용하고, 투영 광학계와 감광성 기판 사이의 광로중에 고굴절률의 매질을 개재시켜서 큰 실효적인 상측 개구수를 확보하면서, 고처리량으로 고해상의 투영 노광을 실행할 수 있고, 나아가서는 양호한 마이크로디바이스를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 태양에서는, 상면 사이의 광로중에 고굴절률의 매질을 개재시켜서 큰 실효적인 상측 개구수를 확보하면서, 비교적 큰 유효 결상 영역을 확보할 수 있는 굴절형의 투영 광학계를 실현할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 투 영 광학계를 사용하는 노광 장치 및 노광 방법에서는, 예를 들어 복수의 부분 노광 영역을 포함하는 1개의 쇼트 영역으로의 투영 노광에 있어서 부분 노광 영역으로의 노광을 복수회에 걸쳐서 반복함으로써, 제조하기 용이한 굴절형의 투영 광학계와 보통 사이즈의 마스크를 사용하고, 투영 광학계와 감광성 기판 사이의 광로중에 고굴절률의 매질을 개재시켜서 큰 실효적인 상측 개구수를 확보하면서, 고처리량으로 고해상의 투영 노광을 실행할 수 있고, 나아가서는 양호한 마이크로디바이스를 제조할 수 있다.

Claims (57)

  1. 마스크에 형성된 패턴의 축소 상을, 투영 광학계를 거쳐서 감광성 기판상으로 투영 노광하는 노광 방법에 있어서,
    상기 투영 광학계의 광로중의 분위기의 굴절률을 1로 할 때, 상기 투영 광학계와 상기 감광성 기판 사이의 광로를 1.1보다도 큰 굴절률을 갖는 매질로 충전하는 충전 공정과,
    상기 감광성 기판상의 1개의 쇼트 영역으로 투영 노광하는 노광 공정을 포함하며,
    상기 1개의 쇼트 영역은 복수의 부분 노광 영역을 포함하고,
    상기 노광 공정은 상기 부분 노광 영역으로의 노광을 복수회에 걸쳐서 반복하는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광 공정에서는, 상기 투영 광학계에 대하여 상기 마스크 및 상기 감광성 기판을 정지시킨 상태에서 상기 부분 노광 영역으로의 정지 투영 노광을 실행하는 정지 노광 공정과,
    정지 투영 노광이 실행된 상기 부분 노광 영역과는 다른 부분 노광 영역으로 정지 투영 노광을 실행하기 위해서, 상기 투영 광학계에 대하여 적어도 상기 감광 성 기판을 상대적으로 이동시키는 이동 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는 약 1/5 이하의 크기의 투영 배율을 갖고,
    상기 노광 공정에서는, 상기 1개의 쇼트 영역의 약 1/2의 크기의 부분 노광 영역으로의 정지 투영 노광을 적어도 2회 반복함으로써 상기 1개의 쇼트 영역으로의 투영 노광을 실행하는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 노광 공정에서는, 상기 1개의 쇼트 영역의 약 1/2의 크기의 부분 노광 영역으로의 정지 투영 노광을 2회만 반복함으로써 상기 1개의 쇼트 영역으로의 투영 노광을 실행하는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 노광 공정에 있어서의 제 1회째의 정지 투영 노광과 제 2회째의 정지 투영 노광 사이에 상기 마스크를 교환하는 교환 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는 약 1/4의 크기의 투영 배율을 갖고,
    상기 노광 공정에서는, 상기 1개의 쇼트 영역의 약 1/4의 크기의 부분 노광 영역으로의 정지 투영 노광을 적어도 4회 반복함으로써 상기 1개의 쇼트 영역으로의 투영 노광을 실행하는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 노광 공정에서는, 상기 1개의 쇼트 영역의 약 1/4의 크기의 부분 노광 영역으로의 정지 투영 노광을 4회만 반복함으로써 상기 1개의 쇼트 영역으로의 투영 노광을 실행하는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는 1/8 이하의 배율의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 노광 공정에서는, 복수의 쇼트 영역으로의 투영 노광을 실행하고, 또한 서로 인접하지 않는 부분 노광 영역으로의 노광을 복수회에 걸쳐서 반복하는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 노광 공정에서는, 상기 복수의 쇼트 영역의 각각의 부분 노광 영역에 있어서의 특정의 부분 노광 영역으로의 노광을 종료한 후에, 상기 복수의 쇼트 영역의 각각의 부분 노광 영역에 있어서의 다른 부분 노광 영역으로의 노광을 실행하는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 노광 공정에 있어서의 상기 특정의 부분 노광 영역으로의 노광과 상기 다른 부분 노광 영역으로의 노광 사이에 상기 마스크를 교환하는 교환 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부분 노광 공정에서는, 상기 1개의 쇼트 영역의 약 1/4의 크기의 부분 노광 영역으로의 투영 노광을 실행하고,
    상기 노광 공정은 적어도 4개의 상기 부분 노광 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 부분 노광 영역중 적어도 2개의 부분 노광 영역은 서로 일부 중복하여 있는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  14. 마스크에 형성된 패턴의 축소 상을, 투영 광학계를 거쳐서 감광성 기판상으로 투영 노광하는 노광 방법에 있어서,
    상기 투영 광학계의 광로중의 분위기의 굴절률을 1로 할 때, 상기 투영 광학계와 상기 감광성 기판 사이의 광로를 1.1보다도 큰 굴절률을 갖는 매질로 충전하는 충전 공정과,
    상기 투영 광학계에 대하여 상기 마스크 및 상기 감광성 기판을 정지시킨 상태에서, 상기 감광성 기판상의 제 1 정지 노광 영역으로 투영 노광하는 제 1 노광 공정과,
    상기 제 1 노광 공정의 직후에 실행되어서, 상기 제 1 노광 공정에서 투영 노광된 상기 제 1 정지 노광 영역과는 인접하고 있지 않는 제 2 정지 노광 영역으 로 투영 노광을 실행하기 위해서, 상기 투영 광학계에 대하여 적어도 상기 감광성 기판을 상대적으로 이동시키는 이동 공정과,
    상기 이동 공정의 직후에 실행되어서, 상기 투영 광학계에 대하여 상기 마스크 및 상기 감광성 기판을 정지시킨 상태에서, 상기 감광성 기판상의 상기 제 2 정지 노광 영역으로 투영 노광하는 제 2 노광 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 노광 공정과 상기 제 2 노광 공정 사이에 있어서 상기 마스크는 교환되지 않는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 투영 광학계에 대하여 상기 마스크 및 상기 감광성 기판을 정지시킨 상태에서, 상기 제 1 및 제 2 정지 노광 영역과는 다른 제 3 정지 노광 영역으로 투영 노광하는 제 3 노광 공정을 더 포함하며,
    상기 제 3 정지 노광 영역은 상기 제 1 정지 노광 영역과 상기 제 2 정지 노광 영역 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 노광 공정과 상기 제 3 노광 공정 사이에 상기 마스크를 교환하는 교환 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 제 3 정지 노광 영역은 상기 제 1 정지 노광 영역 또는 상기 제 2 정지 노광 영역과 일부 중복하여 있는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는 복수의 광투과 부재만으로 구성된 굴절 광학계인 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 매질은 물을 갖는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  21. 마스크에 형성된 패턴의 축소 상을, 투영 광학계를 거쳐서 감광성 기판상으 로 투영 노광하는 노광 장치에 있어서,
    상기 투영 광학계의 광로중의 분위기의 굴절률을 1로 할 때, 상기 투영 광학계와 상기 감광성 기판 사이의 광로가 1.1보다도 큰 굴절률을 갖는 매질로 충전되고,
    상기 투영 광학계는 상기 감광성 기판상에 형성해야 할 1개의 쇼트 영역보다도 실질적으로 작은 정지 노광 영역을 갖고,
    상기 쇼트 영역으로의 투영 노광에 있어서, 상기 쇼트 영역의 일부로의 투영 노광을 복수회에 걸쳐서 반복하는 것을 특징으로 하는
    노광 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 투영 광학계에 대하여 상기 마스크 및 상기 감광성 기판을 정지시킨 상태에서, 상기 쇼트 영역의 일부에 대하여 정지 투영 노광을 실행하고, 상기 쇼트 영역의 상기 일부와는 다른 일부에 대하여 정지 투영 노광을 실행하기 위해서, 적어도 상기 감광성 기판을 상기 투영 광학계에 대하여 상대적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는
    노광 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 정지 노광 영역은 상기 쇼트 영역의 약 1/2의 크기를 갖고, 상기 투영 광학계는 약 1/5 이하의 크기의 투영 배율을 갖는 것을 특징으로 하는
    노광 장치.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 정지 노광 영역은 상기 쇼트 영역의 약 1/4의 크기를 갖고, 상기 투영 광학계는 약 1/4의 크기의 투영 배율을 갖는 것을 특징으로 하는
    노광 장치.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 정지 노광 영역은 상기 쇼트 영역의 약 1/4의 크기를 갖고, 상기 투영 광학계는 1/8 이하의 크기의 투영 배율을 갖는 것을 특징으로 하는
    노광 장치.
  26. 제 21 항 내지 제 25 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 쇼트 영역의 상기 일부와 상기 다른 일부와는 서로 일부 중복하여 있는 것을 특징으로 하는
    노광 장치.
  27. 제 21 항 내지 제 26 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는 복수의 광투과 부재만으로 구성된 굴절 광학계인 것을 특징으로 하는
    노광 장치.
  28. 제 21 항 내지 제 27 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 매질은 물을 갖는 것을 특징으로 하는
    노광 장치.
  29. 마스크에 형성된 패턴의 축소 상을, 투영 광학계를 거쳐서 감광성 기판상으로 투영 노광하는 노광 장치에 있어서,
    상기 감광성 기판을 이동 가능하게 유지하는 기판 스테이지와,
    상기 투영 광학계의 광로중의 분위기의 굴절률을 1로 할 때, 상기 투영 광학계와 상기 감광성 기판 사이의 광로를 1.1보다도 큰 굴절률을 갖는 매질로 충전하기 위한 수단과,
    상기 투영 광학계에 대하여 상기 마스크 및 상기 감광성 기판을 정지시킨 상태에서, 상기 감광성 기판상의 제 1 정지 노광 영역으로 투영 노광하고, 상기 제 1 정지 노광 영역으로의 투영 노광에 이어서, 상기 제 1 노광 공정에서 투영 노광된 상기 제 1 정지 노광 영역과는 인접하고 있지 않는 제 2 정지 노광 영역으로 투영 노광을 실행하기 위해서, 상기 투영 광학계에 대하여 적어도 상기 감광성 기판을 상대적으로 이동시키고, 상기 감광성 기판의 상대적인 이동에 이어서, 상기 투영 광학계에 대하여 상기 마스크 및 상기 감광성 기판을 정지시킨 상태에서, 상기 감 광성 기판상의 상기 제 2 정지 노광 영역으로 투영 노광하도록, 적어도 상기 기판 스테이지를 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는
    노광 장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 제 1 정지 노광 영역으로의 투영 노광과 상기 제 2 정지 노광 영역으로의 투영 노광 사이에 있어서 상기 마스크는 교환되지 않는 것을 특징으로 하는
    노광 장치.
  31. 제 29 항 또는 제 30 항에 있어서,
    상기 투영 광학계에 대하여 상기 마스크 및 상기 감광성 기판을 정지시킨 상태에서, 상기 제 1 및 제 2 정지 노광 영역과는 다른 제 3 정지 노광 영역으로 투영 노광하고, 상기 제 3 정지 노광 영역은 상기 제 1 정지 노광 영역과 상기 제 2 정지 노광 영역 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는
    노광 장치.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 제 2 노광 공정과 상기 제 3 노광 공정 사이에 상기 마스크를 교환하는 것을 특징으로 하는
    노광 장치.
  33. 제 31 항 또는 제 32 항에 있어서,
    상기 제 3 정지 노광 영역은 상기 제 1 정지 노광 영역 또는 상기 제 2 정지 노광 영역과 인접하여 있는 것을 특징으로 하는
    노광 장치.
  34. 제 31 항 또는 제 32 항에 있어서,
    상기 제 3 정지 노광 영역은 상기 제 1 정지 노광 영역 또는 상기 제 2 정지 노광 영역과 일부 중복하여 있는 것을 특징으로 하는
    노광 장치.
  35. 제 29 항 내지 제 34 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 매질은 물을 갖는 것을 특징으로 하는
    노광 장치.
  36. 제 1 면의 축소 상을 제 2 면상에 형성하는 투영 광학계에 있어서,
    상기 투영 광학계의 광로중의 분위기의 굴절률을 1로 할 때, 상기 투영 광학계와 상기 제 2 면 사이의 광로는 1.1보다도 큰 굴절률을 갖는 매질로 충전되고,
    상기 투영 광학계중의 파워(power)를 갖는 광학 부재는 모두 투과성의 광학 부재이며,
    상기 투영 광학계의 배율의 크기는 1/8 이하이며,
    상기 제 1 면측 및 상기 제 2 면측의 쌍방에 거의 텔레센트릭으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 제 2 면측의 수정체 위치로부터 상기 제 2 면까지의 거리를 L2라고 하고, 상기 제 1 면으로부터 상기 제 2 면까지의 거리를 LA라고 할 때,
    [수학식 1]
    0.18 < L2/LA < 0.245
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  38. 제 36 항 또는 제 37 항에 있어서,
    상기 제 2 면측의 수정체 위치 또는 그 근방에 배치된 적어도 1개의 가변 개구 조리개를 갖는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  39. 제 36 항 내지 제 38 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 면측으로부터 순차적으로, 정의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈 그룹과, 부의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈 그룹과, 정의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈 그룹과, 부의 굴절력을 갖는 제 4 렌즈 그룹과, 정의 굴절력을 갖는 제 5 렌즈 그룹과, 개구 조리개와, 정의 굴절력을 갖는 제 6 렌즈 그룹을 구비하며,
    상기 제 1 면의 광축상의 1점으로부터의 광속이 각 광학면상에서 차지하는 영역의 크기를 부분 직경으로 정의할 때, 상기 투영 광학계중의 부분 직경의 최대값을 PX라고 하고, 상기 제 2 렌즈 그룹중의 부분 직경의 최소값을 P2라고 할 때,
    [수학식 2]
    0.04 < P2/PX < 0.2
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 제 4 렌즈 그룹중의 렌즈의 최소 유효 직경을 D4라고 하고, 상기 제 1 면의 유효 직경을 D0이라고 할 때,
    [수학식 3]
    0.4 < D4/D0 < 0.9
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  41. 제 36 항 내지 제 38 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 면측으로부터 순차적으로, 부의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈 그룹과, 정의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈 그룹과, 부의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈 그룹과, 정의 굴절력을 갖는 제 4 렌즈 그룹과, 개구 조리개와, 정의 굴절력을 갖는 제 5 렌즈 그룹을 구비하며,
    상기 제 1 면의 광축상의 1점으로부터의 광속이 각 광학면상에서 차지하는 영역의 크기를 부분 직경으로 정의할 때, 상기 투영 광학계중의 부분 직경의 최대값을 PX라고 하고, 상기 제 3 렌즈 그룹중의 부분 직경의 최소값을 P3이라고 할 때,
    [수학식 4]
    0.07 < P3/PX < 0.23
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 제 3 렌즈 그룹중의 렌즈의 최소 유효 직경을 D3이라고 하고, 상기 제 1 면의 유효 직경을 D0이라고 할 때,
    [수학식 5]
    0.35 < D3/D0 < 0.85
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  43. 제 36 항 내지 제 42 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 매질은 물을 갖는 것을 특징으로 하는
    투영 광학계.
  44. 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하기 위한 조명계와, 상기 마스크에 형성된 패턴의 상을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판상에 형성하기 위한 제 36 항 내지 제 43 항중 어느 한 항에 기재된 투영 광학계를 구비하는 것을 특징으로 하는
    노광 장치.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 투영 광학계에 대하여 상기 마스크 및 상기 감광성 기판을 정지시킨 상태에서, 상기 패턴의 상을 상기 감광성 기판상의 일부에 형성하고, 상기 일부와는 다른 일부에 대하여 상기 투영 광학계에 대하여 상기 마스크 및 상기 감광성 기판을 정지시킨 상태에서, 상기 패턴의 상을 형성하기 위해서, 적어도 상기 감광성 기판을 상기 투영 광학계에 대하여 상대적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는
    노광 장치.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 쇼트 영역의 상기 일부와 상기 다른 일부와는 서로 일부 중복하여 있는 것을 특징으로 하는
    노광 장치.
  47. 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하는 조명 공정과,
    제 36 항 내지 제 43 항중 어느 한 항에 기재된 투영 광학계를 거쳐서 상기 마스크에 형성된 패턴의 상을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판상으로 투영 노광하는 노광 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 노광 공정에서는, 복수의 부분 노광 영역을 포함하는 1개의 쇼트 영역으로 투영 노광을 실행하고,
    상기 노광 공정은 상기 부분 노광 영역으로 투영 노광하는 부분 노광 공정을 복수 구비하는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  49. 제 48 항에 있어서,
    상기 부분 노광 공정에서는, 상기 1개의 쇼트 영역의 약 1/4의 크기의 부분 노광 영역으로의 투영 노광을 실행하고,
    상기 노광 공정은 적어도 4개의 상기 부분 노광 공정을 구비하는 것을 특징 으로 하는
    노광 방법.
  50. 제 48 항 또는 제 49 항에 있어서,
    상기 부분 노광 공정에서는, 상기 투영 광학계에 대하여 상기 마스크 및 상기 감광성 기판을 정지시킨 상태에서 상기 부분 노광 영역으로의 정지 투영 노광을 실행하는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  51. 제 48 항 내지 제 50 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노광 공정에 있어서의 제 1회째의 부분 노광 공정과 제 2회째의 부분 노광 공정 사이에 상기 마스크를 교환하는 마스크 교환 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  52. 제 51 항에 있어서,
    상기 노광 공정에서는, 복수의 쇼트 영역으로의 투영 노광을 실행하고,
    상기 마스크 교환 공정은 상기 복수의 쇼트 영역에 대한 상기 제 1회째의 부분 노광 공정과 상기 복수의 쇼트 영역에 대한 상기 제 2회째의 부분 노광 공정 사이에 실행되는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  53. 마스크에 형성된 패턴의 축소 상을, 투영 광학계를 거쳐서 감광성 기판상으로 투영 노광하는 노광 방법에 있어서,
    배율의 크기가 1/8 이하인 투영 광학계를 준비하는 준비 공정과,
    상기 투영 광학계의 광로중의 분위기의 굴절률을 1로 할 때, 상기 투영 광학계와 상기 감광성 기판 사이의 광로를 1.1보다도 큰 굴절률을 갖는 매질로 충전하는 충전 공정과,
    상기 감광성 기판상의 1개의 쇼트 영역으로 투영 노광하는 노광 공정을 포함하며,
    상기 노광 공정에서는, 복수의 부분 노광 영역을 포함하는 1개의 쇼트 영역으로 투영 노광을 실행하고,
    상기 노광 공정은 상기 부분 노광 영역으로 투영 노광하는 부분 노광 공정을 복수 구비하는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  54. 제 53 항에 있어서,
    상기 부분 노광 공정에서는, 상기 1개의 쇼트 영역의 약 1/4의 크기의 부분 노광 영역으로의 투영 노광을 실행하고,
    상기 노광 공정은 적어도 4개의 상기 부분 노광 공정을 구비하는 것을 특징 으로 하는
    노광 방법.
  55. 제 53 항 또는 제 54 항에 있어서,
    상기 부분 노광 공정에서는, 상기 투영 광학계에 대하여 상기 마스크 및 상기 감광성 기판을 정지시킨 상태에서 상기 부분 노광 영역으로의 정지 투영 노광을 실행하는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  56. 제 53 항 내지 제 55 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노광 공정에 있어서의 제 1회째의 부분 노광 공정과 제 2회째의 부분 노광 공정 사이에 상기 마스크를 교환하는 마스크 교환 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
  57. 제 56 항에 있어서,
    상기 노광 공정에서는, 복수의 쇼트 영역으로의 투영 노광을 실행하고,
    상기 마스크 교환 공정은 상기 복수의 쇼트 영역에 대한 상기 제 1회째의 부분 노광 공정과 상기 복수의 쇼트 영역에 대한 상기 제 2회째의 부분 노광 공정 사이에 실행되는 것을 특징으로 하는
    노광 방법.
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