KR20070030959A - 반사굴절식 투영 대물렌즈 - Google Patents

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Abstract

투영 대물렌즈의 물체 평면에 제공된 패턴을 투영 대물렌즈의 이미지 평면 위로 결상시키기 위한 반사굴절식 투영 대물렌즈는 물체 평면에 제공된 패턴을 제 1 중간상으로 결상시키기 위한 제 1 굴절식 대물렌즈부; 제 1 중간상을 제 2 중간상으로 결상시키기 위한, 적어도 하나의 오목 미러를 포함하는 제 2 대물렌즈부; 및 제 2 중간상을 이미지 평면 위로 결상시키기 위한 제 3 굴절식 대물렌즈부;를 구비하며, 상기 투영 대물렌즈는 최대 렌즈 직경 Dmax, 최대 이미지 필드 높이 Y', 이미지측 개구수 NA 를 가지며, 여기서 COMP1 = Dmax/(Y'ㆍNA2) 이고 조건 COMP1 < 10 을 만족한다.

Description

반사굴절식 투영 대물렌즈{Catadioptric projection objective}
본 발명은 물체 표면 내에 배치된 패턴을 이미지 표면 위로 결상시키기 위한 반사굴절식 투영 대물렌즈에 관한 것이다.
상기 타입의 투영 대물렌즈들은 투영 노광 시스템에서, 특히 반도체소자 및 그 밖의 마이크로 소자들을 제조하는 데 사용되며 포토마스크 또는 레티클(이하에서는 포괄적으로 "마스크" 또는 "레티클"이라고 한다) 상의 패턴을 감광성 코팅을 갖는 물체 위에 매우 높은 해상도로 축소된 스케일로 투영하는 역할을 하는 웨이퍼 스캐너 또는 웨이퍼 스텝퍼에서 사용된다.
보다 미세한 구조를 형성하기 위하여, 투영 대물렌즈의 이미지측 개구수(NA) 를 증가시키는 것과 보다 짧은 파장, 바람직하게는 약 260nm 보다 작은 파장을 갖는 자외선 광을 사용하는 것이 모두 추구되고 있다.
그러나, 매우 소수의 재료들, 특히 합성 수정 유리 및 불화물 결정만이 원하는 광학소자를 제조할 수 있을 정도로 상기 파장 대역에서 충분히 투명하다. 사용 가능한 상기 재료들의 아베 수(Abbe number)가 서로 상당히 가깝게 놓여 있기 때문에, 충분히 우수하게 색-보정된(색수차가 보정된) 순수 굴절식 시스템을 제공하는 것이 어렵다.
리소그래피에 있어서, 반도체 웨이퍼와 같은 평탄한 기판을 노광시키는 데는 평탄한(평면의) 이미지가 필수적이다. 그러나 일반적으로 광학 시스템의 이미지 표면은 만곡되어 있으며, 만곡의 정도는 페츠발 합(Petzval sum)에 의해 결정된다. 큰 물체 필드를 증가된 해상도로 평면의 표면 위에 투영하는 것에 대한 요구가 증가한다는 점에서 페츠발 합의 보정이 점점 더 중요해지고 있다.
평탄한 이미지 표면과 우수한 색-보정을 얻기 위한 하나의 방법은 렌즈와 같은 굴절소자들과 바람직하게는 적어도 하나의 오목 미러를 포함하는 미러와 같은 반사소자들을 모두 결합한 반사굴절식 시스템을 사용하는 것이다. 광학 시스템에서 양의 굴절력을 갖는 렌즈와 음의 굴절력을 갖는 렌즈들의 전체적인 굴절력, 표면 곡률 및 색수차에 대한 기여가 서로 반대이지만, 오목 미러는 양의 굴절력을 갖는 렌즈와 같이 양의 굴절력을 가지면서도 색수차에 대한 기여가 없고 표면 곡률에 대해 반대되는 효과를 갖는다.
또한, 큰 렌즈들을 제조하기에 충분한 크기의 불화 칼슘 결정의 높은 재료 가격과 제한된 입수 가능성이 문제가 된다. 따라서 렌즈들의 개수 및 크기를 감소시키는 동시에 결상 정확도를 유지하거나 또는 심지어 향상시키는 데 기여할 수단이 요구된다.
우수한 색 보정과 적절한 렌즈 질량 요구조건들을 시스템에 제공하기 위하여 적어도 두 개의 오목 미러들을 구비하는 반사굴절식 투영 대물렌즈가 제안되었다. 미국특허 US 6,600,608 B1 은 투영 대물렌즈의 물체 평면에 배치된 패턴을 제 1 중간상(intermediate image)으로 결상시키기 위한 제 1 순수 굴절식 대물렌즈부, 제 1 중간상을 제 2 중간상으로 결상시키기 위한 제 2 대물렌즈부 및 제 2 중간상을 직접, 즉 더 이상의 중간상 없이 이미지 평면 위로 결상시키기 위한 제 3 대물렌즈부를 구비하는 반사굴절식 투영 대물렌즈를 개시하고 있다. 제 2 대물렌즈부는 중심 보어(central bore)를 갖는 제 1 오목 미러와 중심 보어를 갖는 제 2 오목 미러를 구비하는 반사굴절식 대물렌즈부이며, 상기 오목 미러들은 서로 대향하는 미러면들을 가지며 그 사이에 미러간 공간 또는 반사굴절 공동(catadioptric cavity)를 형성한다. 제 1 중간상은 물체 평면 다음에 있는 오목 미러의 중심 보어 내에 형성되는 반면, 제 2 중간상은 물체 평면 다음에 있는 오목 미러의 중심 보어 내에 형성된다. 상기 대물렌즈는 축 대칭을 가지며 축방향 및 측면 방향으로 우수한 색 보정을 제공한다. 그러나, 오목 미러들의 반사면들이 보어들에서 차단되기 때문에, 시스템의 공동이 암흑화된다.
유럽특허 EP 1 069 448 B1 은 서로 대향하는 두 개의 오목 미러들을 구비하는 또 다른 반사굴절식 투영 대물렌즈를 개시한다. 상기 오목 미러들은 오목 미러에 인접하여 위치하는 중간상으로 물체를 결상시키는 제 1 반사굴절식 대물렌즈부의 일부이다. 단 하나의 중간상이 있는 데, 상기 중간상은 제 2 순수 굴절식 대물렌즈부에 의해 이미지 평면에 결상된다. 상기 반사굴절식 결상 시스템의 이미지 뿐만 아니라 물체도, 서로 대향하는 미러들에 의해 형성된 미러간 공간의 바깥쪽에 위치한다. 두 개의 오목 미러들, 공통의 직선형 광축 및 반사굴절식 결상 시스템에 의해 형성되고 오목 미러들 중 하나의 가까이에 위치하는 하나의 중간상을 갖는 유사한 시스템들이 일본특허출원 JP 2002208551 A 및 미국특허출원 US 2002/00241 A1 에 개시되어 있다.
유럽특허출원 EP 1 336 887 (US 2004/0130806 A1 에 대응)은 하나의 공통 직선형 광축을 가지며, 제 1 중간상을 형성하기 위한 제 1 반사굴절식 대물렌즈부, 제 1 중간상으로부터 제 2 중간상을 형성하기 위한 제 2 반사굴절식 대물렌즈부, 제 2 중간상으로부터 이미지를 형성하기 위한 제 3 굴절식 대물렌즈부를 차례로 구비하는 반사굴절식 투영 대물렌즈들을 개시하고 있다. 각각의 반사굴절식 시스템은 서로 대향하는 두 개의 오목 미러들을 구비한다. 중간상들은 상기 오목 미러들에 의해 형성되는 미러간 공간들의 바깥쪽에 놓여 있다. 오목 미러들은 투영 대물렌즈의 중간상보다는 동공면(pupil surface)들에 더 가깝게 광학적으로 동공면들의 부근에 위치한다.
국제특허출원 WO 2004/107011 A1 은 하나의 공통 직선형 광축과 두 개 이상의 중간상들을 가지며 NA = 1.2 까지의 개구수를 갖는 액침 리소그래피에 적당한 반사굴절식 투영 대물렌즈들을 개시하고 있다. 적어도 하나의 오목 미러는 투영 대물렌즈의 중간상들보다는 동공면에 더 가깝게 광학적으로 동공면의 부근에 위치한다.
Optical Microlithography XVII, Proc. of SPIE 5377.65 (2004)에서 B.W. Smith에 의해 제공된 T. Matsuyama, T. Ishiyama 및 Y. Ohmura 의 논문 "니콘 투영 렌즈 업데이트(Nikon Projection Lens Update)"에는, 반사굴절식 투영 렌즈의 예시적인 설계가 개시되어 있는 데, 이는 통상적인 굴절식 DUV 시스템과 상기 DUV 시스템의 렌즈 그룹들 사이에 삽입된 6-미러 EUV 반사광학식 시스템의 조합이다. 제 1 중간상은 볼록 미러 상류측의 반사광학식(순수 반사식) 그룹의 제 3 미러 뒤에 형성된다. 제 2 중간상은 순수 반사식(반사광학식) 제 2 대물렌즈부에 의해 형성된다. 제 3 대물렌즈부는 페츠발 합 보정을 위한 상기 제 3 대물렌즈부 내의 최소 빔 직경인 마디(waist)에서 음의 굴절력을 특징으로 하는 순수 굴절식이다.
일본특허출원 JP 2003114387 A 및 국제특허출원 WO 01/55767 A 는 하나의 공통 직선형 광축을 가지며, 중간상을 형성하기 위한 제 1 반사굴절식 대물렌즈부 및 상기 중간상을 시스템의 이미지 평면 위로 결상시키기 위한 제 2 반사굴절식 대물렌즈부를 구비하는 반사굴절식 투영 대물렌즈를 개시하고 있다. 오목 및 볼록 미러들이 함께 사용된다.
D. DeJager 의 논문 "경사진 오목 미러 정립 소자를 이용한 카메라 뷰 파인더(Camera view finder using tilted concave mirror erecting elements)" (SPIE. Vol. 237 (1980) p. 292-298) 는 1:1 망원 정립 릴레이 시스템의 소자로서 두 개의 오목 미러를 포함하는 카메라 뷰 파인더를 개시하고 있다. 상기 시스템은 무한대의 거리에 있는 물체를 아이피스(eyepiece)를 통해 볼 수 있는 정립의 실상으로 결상시키기 위하여 설계되었다. 반사광학식 릴레이 시스템의 상류측 및 하류측에 있는 굴절식 시스템 부분들의 분리된 광축들은 서로에 대해 평행하게 오프셋 되어 있다. 서로 대향하는 오목 미러들을 구비하는 시스템을 구현하기 위해, 미러들은 경사져 있어야 한다. 저자들은 이러한 타입의 물리적으로 실현 가능한 시스템들이 조악한 이미지 품질을 갖는다고 결론지었다.
국제특허출원 WO 92/05462 및 WO 94/06047 과 논문 "혁신적인 광시야 쌍안경 설계(Innovative Wide-Field Binocular Design)" (OSA/SPIE Proceedings (1994) p. 389ff) 는 단일한, 절곡되지 않은 광축을 갖는 일직선 시스템으로서 설계된 특히 쌍안경 또는 다른 관찰 수단들을 위한 반사굴절식 광학 시스템들을 개시하고 있다. 몇몇 실시예들은, 오목 미러들의 표면 곡률이 미러간 공간을 형성하도록, 광축의 일측에 정렬된 물체측 미러면을 갖는 제 1 오목 미러와 광축의 반대측에 정렬된 상기 제 1 미러와 대향하는 미러면을 갖는 제 2 오목 미러를 구비한다. 정면 굴절식 그룹은 제 1 미러 부근에 있는 제 1 중간상을 형성하며, 제 2 중간상은 두 개의 대향하는 미러들에 의해 형성된 상기 공간의 바깥쪽에 형성된다. 수직 방향으로 보다 수평 방향으로 더 큰 좁은 필드는 광축에 대해 오프셋 되어 정렬되어 있다. 물체측 굴절식 그룹은 콜리메이팅된 입력을 가지며 이미지측 굴절식 그룹은 콜리메이팅된 출력을 갖고 텔레센트릭과는 먼 입사동공 및 사출동공이 형성된다. 상기 동공의 형태는, 원형이고 광축을 중앙으로 하는 리소그래피 투영 렌즈들의 동공면과는 달리 반원형이다.
PCT 출원 WO 01/044682 A1 은 만진 미러(Mangin mirror)로서 설계된 하나의 오목 미러를 갖는 웨이퍼 검사용 반사굴절식 UV 결상 시스템을 개시한다.
하나의 단일한 오목 미러를 구비하며, 입사측과 출사측 굴절식 결상 서브시스템 사이에 배치된 반사굴절식 결상 서브시스템(소위 R-C-R 시스템이라 불린다)으로 구성되는 반사굴절식 투영 대물렌즈가, 예컨대, 본 출원인에 의해 2004년 5월 17일에 출원된 미국출원 60/573,533 에 개시되어 있다. R-C-R 시스템들의 다른 예들이 US 2003/0011755, WO 03/036361 또는 US 2002/0197946 에 보여진다.
(2004년 1월 14일에 출원된 미국 가출원 60/536,248; 2004년 7월 14일에 출원된 미국 가출원 60/587,504; 2004년 10월 13일에 출원된 60/617,674; 2004년 7월 27일에 출원된 60/591,775; 2004년 9월 24일에 출원된 60/612,823 를 기초로) 본 출원인에 의해 2005년 1월 14일에 출원된 "반사굴절식 투영 대물렌즈(Catadioptric Projection Objective)"라는 명칭의 미국특허출원은 매우 높은 개구수(NA)를 가지며 최대값 NA = 1.2 를 갖는 NA > 1 의 액침 리소그래피에 적당한 반사굴절식 투영 대물렌즈들을 개시한다. 상기 대물렌즈는: 물체 평면에 제공된 패턴을 제 1 중간상으로 결상시키기 위한 제 1 대물렌즈부, 제 1 중간상을 제 2 중간상으로 결상시키기 위한 제 2 대물렌즈부, 및 제 2 중간상을 이미지 평면 위에 직접 결상시키기 위한 제 3 대물렌즈부를 포함한다. 제 2 대물렌즈부는 제 1 연속 미러면을 갖는 제 1 오목 미러와 제 2 연속 미러면을 갖는 제 2 오목 미러를 구비하며, 상기 오목 미러면들은 서로 대향하고 미러간 공간을 형성한다. 모든 오목 미러들은 동공면들로부터 광학적으로 떨어져서 위치한다. 상기 시스템은 적절한 렌즈 질량을 소비하면서 매우 높은 개구수에 대한 가능성을 갖는다. 본 문헌 및 그의 우선권 서류들의 모든 개시 내용들은 본 출원에 참조에 의해 통합된다.
도 1은 본 발명에 따른 투영 대물렌즈의 제 1 실시예의 종방향 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 투영 대물렌즈의 제 2 실시예의 종방향 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 투영 대물렌즈의 제 3 실시예의 종방향 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 투영 대물렌즈의 제 4 실시예의 종방향 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 투영 대물렌즈의 제 5 실시예의 종방향 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 투영 대물렌즈의 제 6 실시예의 종방향 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 투영 대물렌즈의 제 7 실시예의 종방향 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 투영 대물렌즈의 제 8 실시예의 종방향 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 투영 대물렌즈의 제 9 실시예의 종방향 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 투영 대물렌즈의 제 10 실시예의 종방향 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 투영 대물렌즈의 제 11 실시예의 종방향 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 투영 대물렌즈의 제 12 실시예의 종방향 단면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 투영 대물렌즈의 제 13 실시예의 종방향 단면도이다.
도 14는 본 발명에 따른 투영 대물렌즈의 제 14 실시예의 종방향 단면도이다.
도 15는 본 발명에 따른 투영 대물렌즈의 제 15 실시예의 종방향 단면도이다.
도 16은 본 발명에 따른 투영 대물렌즈의 제 16 실시예의 종방향 단면도이다.
본 발명의 하나의 목적은, NA > 1 인 개구수의 액침 리소그래피를 허용하는 값까지 증가될 수 있는 매우 높은 이미지측 개구수에 대한 가능성을 갖는 진공 자외선(VUV) 영역에서 사용하기에 적당한 반사굴절식 투영 대물렌즈를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 상대적으로 적은 양의 광학 재료를 가지고 구현될 수 있는 반사굴절식 투영 대물렌즈를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 적절한 크기를 갖는 높은 개구수의 컴팩트한 반사굴절식 투영 대물렌즈를 제공하는 것이다.
상술한 목적들 및 그 밖의 목적들에 대한 해결책으로서, 하나의 예에 따른 본 발명은:
물체 평면에 제공된 패턴을 제 1 중간상으로 결상시키기 위한 제 1 굴절식 대물렌즈부;
상기 제 1 중간상을 제 2 중간상으로 결상시키기 위한, 적어도 하나의 오목 미러를 포함하는 제 2 대물렌즈부;
상기 제 2 중간상을 이미지 평면 위로 결상시키기 위한 제 3 굴절식 대물렌즈부;를 구비하는, 투영 대물렌즈의 물체 평면에 제공된 패턴을 투영 대물렌즈의 이미지 평면 위로 결상시키기 위한 반사굴절식 투영 대물렌즈를 제공하며,
여기서 상기 투영 대물렌즈는 최대 렌즈 직경 Dmax, 최대 이미지 필드 높이 Y', 이미지측 개구수 NA 를 갖고,
여기서 COMP1 = Dmax/(Y'ㆍNA2) 이며,
조건 COMP1 < 10 을 만족하는 것을 특징으로 한다.
일반적으로, 투영 대물렌즈의 크기는 이미지측 개구수 NA 가 증가함에 따라 크게 증가하는 경향이 있다. 경험적으로, 최대 렌즈 직경 Dmax 은 Dmax ~ NAk (여기서, k > 1)에 따라 NA 의 선형적인 증가보다 더 크게 증가하는 경향이 있음이 발견되었다. k = 2 가 본 출원의 목적을 위해 대략적으로 사용된다. 또한, 최대 렌즈 직경 Dmax 는 (이미지 필드 높이 Y'로 표현되는) 이미지 필드 크기에 비례하여 증가하는 것이 발견되었다. 본 출원의 목적을 위해 선형적인 의존성이 가정된다. 이러한 고찰을 기초로, 제 1 컴팩트 파라미터(compactness parameter)(COMP1)는 다음과 같이 정의된다:
COMP1 = Dmax/(Y'ㆍNA2).
이미지 필드 높이 및 개구수의 주어진 값들에 대해, 컴팩트한 설계가 요구된다면, 제 1 컴팩트 파라미터 COMP1 가 가능한 작아야 함이 명백하다.
투영 대물렌즈를 제공하기 위해 필요한 전체적인 재료 소비를 고려하면, 렌즈들의 절대적인 개수 NL 역시 관련이 있다. 통상적으로, 작은 수의 렌즈들을 갖는 시스템들이 많은 수의 렌즈들을 갖는 시스템보다 선호된다. 따라서, 제 2 컴팩트 파라미터 COMP2 가 다음과 같이 정의된다:
COMP2 = COMP1ㆍNL.
또한, COMP2 에 대한 작은 값들이 컴팩트한 광학 시스템의 지표가 된다.
그리고, 본 발명에 따른 투영 대물렌즈는 입사측 필드 평면을 광학적으로 공액인 출사측 필드 평면으로 결상시키기 위한 적어도 세 개의 대물렌즈부들을 구비하는 데, 여기서 상기 결상 대물렌즈부들은 중간상들의 위치에서 연쇄적으로 연결되어 있다. 통상적으로, 투영 대물렌즈를 구성하는 데 필요한 렌즈들의 개수 및 전체적인 재료는 광학 시스템의 결상 대물렌즈부들의 개수 NOP 가 많을수록 증가할 것이다. 하나의 대물렌즈부 당 렌즈들의 평균 개수 NL/NOP 를 가능한 작게 유지할 것이 요구된다. 따라서, 제 3 컴팩트 파라미터 COMP3 가 다음과 같이 정의된다:
COMP3 = COMP1ㆍ NL/NOP.
다시, 적은 광학 재료의 소비를 갖는 투영 대물렌즈들은 작은 값의 COMP3 로 특징지워 질 것이다.
COMP1 < 10 의 값은 매우 컴팩트한 설계를 나타낸다. 심지어 몇몇 실시예들에서는 COMP1 < 9.6 의 값을 얻는다. 몇몇 실시예들에서, 개구수가 1.2 보다 큼(즉, NA > 1.2)에도 불구하고 낮은 컴팩트 값을 얻는다. NA = 1.3 또는 NA = 1.35 인 실시예가 가능하며 매우 높은 해상도의 액침 리소그래피를 가능하게 한다.
몇몇 실시예들에서, 제 2 컴팩트 파라미터에 대한 낮은 값들을 얻을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, COMP2 < 260 및/또는 COMP2 < 240 을 얻는다. COMP2 < 220 을 갖는 실시예가 가능하다.
그 대신에, 또는 그에 추가하여, 제 3 컴팩트 파라미터 COMP3 에 대한 낮은 값들이 가능하다. 몇몇 실시예에서, COMP3 < 80 과 더 낮은 값인 COMP3 < 70 또한 가능하다.
바람직한 실시예에서, 제 1 연속 미러면을 갖는 제 1 오목 미러와 제 2 연속 미러면을 갖는 적어도 하나의 제 2 오목 미러가 제 2 대물렌즈부에 배치되어 있으며; 동공면(pupil surface)들이 물체 평면과 제 1 중간상 사이에, 제 1 중간상과 제 2 중간상 사이에 그리고 제 2 중간상과 이미지 평면 사이에 형성되고; 모든 오목 미러들이 동공면으로부터 광학적으로 떨어져서 배치된다.
이들 실시예에서, 중심 배치된 광학 시스템 내에 광축을 중심으로 하는 원형 동공이 제공된다. 제 2 중간상을 형성하는 데 기여하는 시스템 부분들 내의 두 개 또는 그 이상의 오목 미러들이 제공되며, 상기 오목 미러들의 사용 영역은 축 대칭 조명과는 크게 벗어나 있다. 바람직한 실시예에서, 정확하게 두 개의 오목 미러들이 제공되며 이는 우수한 결상 품질과 매우 높은 개구수를 얻는 데 충분하다. 제조, 정렬 및 포토리소그래피 노광 시스템에의 통합을 용이하게 하는, 하나의 공통의 절곡되지 않은(직선형) 광축을 갖는 시스템들이 제공될 수 있다. 평면 폴딩 미러가 필요하지 않다. 그러나, 보다 컴팩트한 설계를 얻기 위하여 하나 또는 그 이상의 평면 폴딩 미러들이 사용될 수도 있다.
모든 오목 미러들은 동공면들로부터 "광학적으로 떨어져" 배치되는 데, 이는 상기 오목 미러들이 동공면의 광학적 근방 밖에 배치된다는 것을 의미한다. 상기 오목 미러들은 동공면들보다는 필드면(field surface)들에 광학적으로 더 가까이 배치될 수 있다. 동공면으로부터 광학적으로 떨어진(즉, 동공면의 광학적인 근방 바깥쪽의) 바람직한 위치는 광선 높이 비율(ray height ratio) H = hC/hM > 1 로 특징지워질 수 있다. 여기서 hC 는 주광선(chief ray)의 높이이고 hM 은 결상 과정 중의 주변 광선(marginal ray)의 높이이다. 주변 광선 높이 hM 는 (광축에 가장 가까운) 내측 필드점(inner field point)으로부터 개구 조리개의 가장자리로 진행하는 주변 광선의 높이이고, 주광선 높이 hC 는 광축에 대하여 평행하거나 또는 약간만 기울어진 (광축으로부터 가장 먼) 최외측 필드점(outermost field point)으로부터 진행하며 개구 조리개가 위치할 수도 있는 동공면 위치에서 광축을 교차하는 주광선의 높이이다. 다르게 표현하면, 모든 오목 미러들은 주광선 높이가 주변 광선 높이를 초과하는 위치에 있다.
동공면으로부터 "광학적으로 떨어진" 위치는 광빔의 단면 형상이 동공면에서 또는 그 바로 근처에서 발견되는 원형 형상으로부터 크게 벗어나 있는 위치이다. 여기서 사용된 "광빔"이라는 용어는 물체 표면으로부터 이미지 표면으로 진행하는 모든 광선들의 광속을 나타낸다. 동공면으로부터 광학적으로 떨어진 미러 위치들은, 광빔의 진행 방향에 직교하는 서로 수직한 방향들에서의 광빔의 빔 직경들이 서로 50% 또는 100% 이상 벗어나 있는 위치로서 정의될 수도 있다. 즉, 오목 미러상의 조명 영역들은, 원형으로부터 크게 벗어나며 웨이퍼 스캐너용 리소그래피 투영 대물렌즈에서 바람직한 필드 형상에 대응하는 높은 종횡비(aspect ratio)의 직사각형에 유사한 형태를 갖는 형상을 가질 수 있다. 그러므로, 한 방향이 다른 방향보다 크게 더 작은 컴팩트한 직사각형 또는 근사 직사각형 형상을 갖는 작은 오목 미러들이 사용될 수 있다. 따라서, 높은 개구의 광빔이 미러 가장자리에서의 비네팅(vignetting) 없이 시스템을 통해 가이드 될 수 있다.
명세서 전체를 통해, "대물렌즈부(objective part)"라는 용어는 한 서브시스템의 물체 표면에 있는 물체를 상기 서브시스템의 물체 표면에 대해 광학적으로 공액인 서브시스템의 이미지 표면에 결상시킬 수 있는 투영 대물렌즈의 결상 서브시스템을 나타낸다. 한 서브시스템(대물렌즈부)에 의해 결상되는 물체는 투영 대물렌즈의 물체 표면에 있는 물체일 수도 있고, 또는 중간상일 수도 있다.
"상류측" 또는 "하류측"이라는 용어가 본 명세서의 어디에서 사용되든, 이들 용어들은 투영 대물렌즈의 물체 평면으로부터 이미지 평면으로 진행하는 광빔의 광 경로를 따른 상대적인 위치를 나타낸다. 따라서, 제 2 중간상의 상류측 위치는 광학적으로 물체 평면과 제 2 중간상 사이의 위치이다.
"중간상(intermediate image)"이라는 용어는 완전한 광학 시스템에 의해 형성되며 물체 표면에 대해 광학적으로 공액인 표면에 위치하는 "근축(paraxial) 중간상"을 일반적으로 나타낸다. 그러므로, 중간상의 위치에 대해 어떤한 표현이 이루어지더라도, 물체 표면에 대해 광학적으로 공액인 상기 표면의 축상의 위치를 의미한다.
본 발명의 다른 유형에 따르면, 투영 대물렌즈의 물체 표면에 제공된 패턴을 투영 대물렌즈의 이미지 표면 위로 결상시키기 위한 반사굴절식 투영 대물렌즈는:
물체 표면에 제공된 패턴을 제 1 중간상으로 결상시키기 위한 제 1 굴절식 대물렌즈부;
상기 제 1 중간상을 제 2 중간상으로 결상시키기 위한 제 2 대물렌즈부;
상기 제 2 중간상을 이미지 표면 위로 결상시키기 위한 제 3 굴절식 대물렌즈부;를 포함하며,
제 1 연속 미러면을 갖는 제 1 오목 미러와 제 2 연속 미러면을 갖는 적어도 하나의 제 2 오목 미러가 상기 제 2 중간상의 상류측에 위치하고;
동공면들이 물체 평면과 제 1 중간상 사이, 제 1 중간상과 제 2 중간상 사이 및 제 2 중간상과 이미지 평면 사이에 형성되며;
모든 오목 미러들이 동공면으로부터 광학적으로 떨어져서 위치하며;
상기 제 1 대물렌즈부는 제 1 개수 N1AS 의 비구면 렌즈들을 구비하고;
상기 제 3 대물렌즈부는 제 2 개수 N3AS 의 비구면 렌즈들을 구비하며;
비구면 렌즈 비율 ASR = N1AS/N3AS 가 1 보다 작고;
이미지측 개구수 NA 가 1.2 보다 큰 것을 특징으로 한다.
비록 구면 렌즈면들만을 갖는 렌즈들을 구비하는 것이 제조의 관점에서 요구될 수 있지만, 이미지 수차들의 충분한 보정을 얻기 위하여 소정 개수의 비구면 렌즈들이 요구되는 것은 명백하다. 제 3 대물렌즈부가 제 1 대물렌즈부보다 더 많은 비구면 렌즈들을 구비하는 설계에서, 제조될 많은 수의 비구면 렌즈들로 인해 비구면 렌즈의 제조가 중대한 문제가 되는 한계 이상으로 투영 대물렌즈에서의 전체적인 비구면 렌즈들의 개수 NAS 를 증가시키지 않고 우수한 보정 상태를 얻을 가능성을 갖는다는 것이 발견되었다.
몇몇 실시예들에서는, 제 1 대물렌즈부가 구면 렌즈들만을 구비하며 따라서 N1AS = 0 이다. 전부-구면 굴절식 대물렌즈부들은 특히 제조가 용이하다. 전부-구면 제 1 대물렌즈부는 하나 또는 그 이상의 비구면 렌즈들을 갖는, 예컨대 1개 또는 2개 또는 3개 또는 4개 또는 5개의 렌즈들을 갖는 제 3 대물렌즈부와 결합될 수 있다. 바람직하게는, 조건 1 ≤ N3AS ≤ 7 이 만족된다.
바람직하게는, 제 1 대물렌즈부가 4 개 이하의 비구면 렌즈들을 갖는다. 즉, N1AS ≤ 4.
많은 경우에 적은 수의 렌즈들을 갖는 제 1 대물렌즈부가 구성됨으로써, 렌즈 재료 소비를 최적화하고 특히 축방향으로의 상기 제 1 대물렌즈부의 컴팩트한 크기를 최적화할 수 있다는 것이 발견되었다. 몇몇 실시예들에서는, 제 1 대물렌즈부가 5개 이하의 렌즈들을 포함하며, 따라서 제 1 대물렌즈부의 렌즈들의 개수 N1L 는 조건 N1L ≤ 5 를 만족한다. N1L = 4 를 갖는 실시예가 가능하다. 그러나, 많은 경우에 N1L = 5 가 바람직할 수 있다.
몇몇 실시예들에서는, 상기 제 1 대물렌즈부가 단지 포지티브 렌즈들만을 구비하며, 그럼으로써 제 1 중간상의 형성이 상기 제 1 대물렌즈부의 작은 최대 렌즈 직경으로 얻어질 수 있다. 다른 실시예들에서는, 특히 제 1 대물렌즈부 내에서의 보정을 향상시키기 위해 적어도 하나의 네가티브 렌즈가 사용될 수도 있다. 통상, 정확하게 하나의 네가티브 렌즈가 상기 목적을 위해 바람직하다. 상기 네가티브 렌즈는 이미지측에서 오목한 렌즈면을 가질 수 있으며, 제 1 대물렌즈부의 동공면과 제 1 중간상 사이에 위치할 수 있다.
렌즈, 미러 및/또는 평판의 기본적으로 평평한 평면, 프리즘 등과 같은 광학소자들 상에 제공된 비구면들이 광학 시스템의 보정 상태 및 전체적인 크기와 재료 소비 모두를 향상시키는 데 활용될 수 있다는 것이 공지되어 있다. 몇몇 실시예들에서는, 상기 투영 대물렌즈가 제 1 비구면과 상기 제 1 비구면에 바로 인접한 제 2 비구면을 포함하는 적어도 하나의 "이중 비구면"을 포함하며, 그럼으로써 투과빔이 중간에 구면 또는 평면을 지나지 않고 연속하여 두 개의 비구면을 지나도록 할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이중 비구면은 매우 강력한 보정 수단이 될 수 있다는 것이 입증되었다.
이중 비구면은 비구면 입사면과 비구면 출사면을 갖는 양면 비구면 렌즈의 구조로 만들어질 수 있다. 몇몇 실시예들에서는, 이중 비구면이 두 개의 연속하는 렌즈들의 인접하는 비구면들을 대향하게 함으로써 형성된다. 그럼으로써, 입사측과 출사측 양측의 비구면들에 의해 경계가 이루어지는 "공기 공간(air space)"을 얻을 수 있다. 상기 "공기 공간"은 n ~ 1 의 굴절률을 갖는 공기 또는 다른 가스로 채워질 수 있다. 이중 비구면의 비구면들이 연속하는 렌즈들의 대향하는 렌즈 표면들에 분포되는 경우, 상기 비구면들은 필요하다면 서로 매우 가깝게 위치할 수 있다. 따라서, 이중 비구면의 제 1 비구면과 제 2 비구면 사이의, 광축을 따라 측정된 광학적 거리는 이중 비구면을 형성하는 연속하는 렌즈들 중 더 얇은 렌즈의 (광축을 따라 측정된) 두께보다 더 작을 수도 있다. 그럼으로써, 광축을 따른 축방향의 좁은 영역 내의 소정의 위치에서 굴절력의 복잡한 반경 방향 분포를 얻을 수 있다.
몇몇 실시예들에서는, 제 3 대물렌즈부가 적어도 하나의 이중 비구면을 포함한다. 바람직하게는, 상기 이중 비구면이 제 2 중간상과 제 3 대물렌즈부의 동공면 사이에 광학적으로 위치하며, 그럼으로써 바람직하게는 일반적으로 발산하는 빔들의 영역 내의 광선 각도(ray angle)에 영향을 준다. 제 2 이중 비구면이 상기 대물렌즈부에 제공될 수도 있다.
그 대신에, 또는 그와 결합하여, 상기 제 1 대물렌즈부가 적어도 하나의 이중 비구면을 포함할 수도 있다. 이중 비구면이 제 1 대물렌즈부 내에 제공되는 경우, 상기 제 1 대물렌즈부의 이중 비구면이 광학적으로 제 1 대물렌즈부의 동공면에 또는 그 가까이에 위치할 때 유리하다는 것이 발견되었다.
앞서 지적한 바와 같이, 렌즈들에서 많은 수의 비구면들을 피하는 것은 투영 대물렌즈의 제조를 용이하게 하는 데 기여할 수 있다. 몇몇 조건들 하에서, 큰 각도의 입사 광선들이 표면에서 발생하는 하나 또는 그 이상의 구면들에 의해 단일 비구면의 보정 작용이 근사화될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 제 1 대물렌즈부는 렌즈면을 통과하는 광선들의 입사각도가 60°보다 큰 입사각도를 포함하는 렌즈면을 갖는 적어도 하나의 렌즈를 포함한다. 바람직하게는, 상기 렌즈면이 동공면에 광학적으로 가까울 수 있다. 이 경우에, 입사의 각도(입사각)는 렌즈면상에서의 광선의 입사 위치에서 상기 광선과 상기 렌즈면의 표면 법선에 의해 둘러싸이는 각도로서 정의된다. 상술한 종류의 높은 입사각 표면들이 비구면들의 개수를 줄이기 위해 채용될 수도 있다.
상술한 특성들 및 다른 특성들을 청구항들에서 뿐만 아니라 명세서 및 도면들에서 알 수 있으며, 개개의 특징들이 본 발명 및 다른 영역들의 실시예로서 독자적으로 또는 부조합으로 사용될 수 있고, 각각 유리한 특허 가능한 실시예들을 나타낼 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 이하의 설명에서, "광축"이라는 용어는 관련된 광학소자들의 곡률 중심을 관통하는 하나의 직선 또는 일련의 직선 부분들을 나타낼 것이다. 상기 광축은 폴딩 미러(편향 미러) 또는 다른 반사 표면들에 의해 절곡된다. 여기서 제시된 실시예들의 경우에, 관련된 물체는 집적회로의 패턴을 갖고 있는 마스크(레티클)이거나 또는 다른 패턴, 예컨대 격자 패턴이다. 여기서 제시된 실시예들에서, 물체의 이미지는 감광성 층으로 코팅된 기판(액정 디스플레이의 부품과 같은 다른 형태의 기판 또는 광학 격자를 위한 기판들도 가능하다)으로서 역할을 하는 웨이퍼 위에 투영된다.
도면에 도시된 설계의 상세한 내용을 명시하기 위하여 표들이 제공되는 데, 상기 표(들)은 각각의 도면들과 동일한 번호로 표기된다. 도면에서 대응하는 특징부들은 이해를 돕기 위하여 유사한 또는 동일한 참조부호로 표시된다. 렌즈들이 표시되는 경우에, 부호 L3-2 는 (광의 진행 방향으로 보았을 때) 제 3 대물렌즈부 내의 두 번째 렌즈를 나타낸다.
도 1은 193nm UV 의 동작 파장용으로 설계된 본 발명에 따른 반사굴절식 투영 렌즈(100)의 제 1 실시예를 도시한다. 상기 렌즈는, 정확하게 두 개의 중간 실상(IMI1, IMI2)을 생성하면서, 평평한 물체 표면(OS)(물체 평면)에 배치된 레티클 상의 패턴의 이미지를 평평한 이미지 표면(IS)(이미지 평면)에 축소된 스케일로, 예컨대, 4:1 로 투영하도록 설계되어 있다. 제 1 굴절식 대물렌즈부(OP1)는 물체 표면 내의 패턴을 확대된 스케일로 제 1 중간상(IMI1)으로 결상시키도록 설계된다. 제 2 반사광학식(순수 반사식) 대물렌즈부(OP2)는 상기 제 1 중간상(IMI1)을 1:1에 가까운 배율로 제 2 중간상(IMI2)으로 결상시킨다. 제 3 굴절식 대물렌즈부(OP3)는 상기 제 2 중간상을 강한 축소 비율로 이미지 표면(IS) 위에 결상시킨다. 제 2 대물렌즈부(OP2)는 물체측과 대향하는 오목한 미러면을 갖는 제 1 오목 미러(CM1) 및 이미지측과 대향하는 오목한 미러면을 갖는 제 2 오목 미러(CM2)를 포함한다. 상기 미러면들은 모두 연속적이며 중단되지 않는다. 즉, 상기 미러면들은 홀(hole)이나 보어(bore)를 갖지 않는다. 서로 대향하는 미러면들은, 오목 미러들에 의해 형성된 만곡된 표면들에 의해 둘러싸이는 미러간 공간(intermirror space)으로도 불리는 반사굴절식 동공(catadioptric cavity)을 형성한다. 중간상(IMI1, IMI2)들은 모두 미러면들로부터 떨어져서 상기 반사굴절식 동공 내부에 위치한다.
오목 미러의 각각의 미러면은, 물리적인 미러면의 가장자리를 넘어 연장하여 상기 미러면을 포함하는 수학적인 표면인 "곡률면" 또는 "곡률의 표면"을 형성한다. 제 1 및 제 2 오목 미러들은 공통의 회전 대칭축을 갖는 회전 대칭인 곡률면들의 일부이다.
상기 대물렌즈(100)는 회전 대칭이며, 모든 굴절 및 반사 광학소자들에 대해 공통인 하나의 직선형 광축(AX)을 갖는다. 폴딩 미러(folding mirror)들은 존재하지 않는다. 오목 미러들은 그들 사이에 놓이는 중간상들에 가깝기 보다는 서로에 대해 가깝게 되도록 작은 직경을 갖는다. 상기 오목 미러들은 모두 축 대칭인 표면들의 비축상(off-axis)의 일부분으로서 구성되고 조명된다. 광빔은 광축과 대향하는 오목 미러들의 가장자리 옆을 비네팅 없이 지나간다.
상기 투영 대물렌즈(100)는, 이미지 표면(IS)에 가장 가까운 대물렌즈의 출사면과 이미지 표면(IS) 사이에 높은 굴절률의 액침 액체(immersion fluid), 예컨대 순수한 물과 함께 사용될 때, NA = 1.2 의 이미지측 개구수를 갖는 λ = 193nm 용 액침 대물렌즈(immersion objective)로서 설계되어 있다. 제 1 굴절식 대물렌즈부(OP1)는 구면 렌즈들만을 구비한다. 오목 미러(CM1, CM2)는 모두 비구면 미러이다. 제 3 대물렌즈부(OP3)는 상기 대물렌즈부의 동공면(P3)의 위치(여기서 이미지의 주광선(CR)이 광축(AX)과 교차한다)에 가까운 하나의 비구면(렌즈(L3-9)의 입사면)과 마지막 이미지측 평볼록 렌즈(L3-13)의 바로 상류측에 있는 끝에서 두 번째 렌즈(L3-12)의 출사면에 있는 제 2 비구면을 갖는다. 투영 대물렌즈의 동작 동안 액침 액체와 접촉하게 되는 마지막 렌즈는 또한 본 명세서에서 "액침 렌즈"로도 불린다. 상기 투영 대물렌즈가 모든 수차들에 대해 완전하게 보정되지는 않지만, 제 3 대물렌즈부 내에 모두 위치하는 적은 수의 비구면 렌즈들(NAS = 2)만으로 결상이 가능하다는 것을 보여준다.
도 2는 전부-구면 제 1 대물렌즈부(OP1)와 제 3 대물렌즈부(OP3) 내에 단 하나의 비구면 렌즈(L3-4)를 갖는 투영 대물렌즈(200)의 제 2 실시예를 도시한다. 개구 조리개(AS)가 제 3 대물렌즈부 내에서 상기 제 3 대물렌즈부의 동공면(PS3)의 영역에 위치한다. 이 경우에, 모든 렌즈들이 구면 포지티브 렌즈들인 단지 네 개의 렌즈들로 구성되는 제 1 대물렌즈부(OP1) 내의 개구 조리개에 대한 잘 보정된 위치를 필요로 하지 않는다. 그럼으로써, 제 1 대물렌즈부의 매우 단순하고 컴팩트한 구성을 얻는다.
상기 투영 대물렌즈(200)는, 대물렌즈의 출사면과 이미지 표면 사이에 높은 굴절률의 액침 액체, 예컨대 순수한 물과 함께 사용될 때, NA = 1.20 의 이미지측 개구수를 갖는 λ = 193nm 용 액침 렌즈로서 설계되어 있다. 이러한 설계의 상세한 사항이 표 2에 요약되어 있다. 가장 좌측의 컬럼은 굴절면, 반사면 또는 다른 지시된 표면의 개수를 열거하고, 두 번째 컬럼은 상기 표면의 곡률반경 r[mm] 을 열거하며, 세 번째 컬럼은 광학소자의 "두께(thickness)"로 표시된 파라미터인, 상기 표면과 그 다음 표면 사이의 거리 d[mm] 를 열거하고, 네 번째 컬럼은 상기 광학소자를 제조하기 위해 사용된 재료를 열거하며, 다섯 번째 컬럼은 그 제조에 사용된 재료의 굴절률을 열거하고 있다. 여섯 번째 컬럼은 상기 광학소자의 광학적으로 사용 가능한, 순전한 반-직경[mm] 을 열거하고 있다. 표에서 곡률반경 r = 0 은 (무한대의 곡률반경을 갖는) 평면을 나타낸다.
상기 특정 실시예의 경우에, 세 개의 표면들(표면(9, 10, 18)들)이 비구면이다. 표 2A는 상기 비구면들에 대한 관련 데이터를 열거하고 있다. 표면 형상들의 새지타(sagitta) 또는 상승 높이 p(h) 가 높이 h 의 함수로서 다음의 등식을 사용하여 상기 데이터로부터 계산될 수 있다:
p(h) = [((1/r)h2)/(1+SQRT(1-(1+K)(1/r)2h2))] + C1ㆍh4 + C2ㆍh6 + ....
여기서, 곡률반경의 역수 값 (1/r) 은 표면 정점(surface vertex)에서의 표면의 곡률이며, h 는 광축으로부터 표면 상의 한 점까지의 거리이다. 따라서, 새지타 또는 상승 높이 p(h) 는 z-방향을 따라, 즉 광축을 따라 측정된 표면의 정점으로부터 상기 점까지의 거리를 나타낸다. 상수 K, C1, C2 등은 표 2에 열거되어 있다.
본 실시예에서, 비구면 오목 미러(CM1, CM2)들과 함께 적은 수의 렌즈들(NL = 13)과 단 하나의 비구면 렌즈(L3-4)로 많은 수차들이 고도로 보정된다는 것이 주목할 만하다. 특히, 3차 및 5차 수차들이 모두 0 이다. 모든 필드에 대해 텔레센트릭성(telecentricity)에 있어서의 변화가 보정된다. 보다 높은 차수의(7차 및 그 이상의) 왜곡이 모든 필드에 대해 보정된다. 이미지측의 동공 수차가 보정되어 NA = 1.2 의 이미지측 개구수가 모든 필드에 대해 일정하게 된다. 두 개의 실상 광선들이 축상에서 보정되며 네 개의 개구 광선들이 중간 필드점(intermediate field point)에서 보정된다. 보다 높은 차수의(7차 및 그 이상의) 비점수차가 필드의 가장자리 및 중간 필드점에서 보정된다. 이러한 보정 상태는, (포커싱 렌즈 그룹으로서 작용하는) 제 3 대물렌즈부의 렌즈 직경이 가장 큰 렌즈에 대해 218mm 로 매우 작은 대물렌즈로 얻어진다. 제 3 대물렌즈부의 첫번째 렌즈(L3-1)는 기하학적으로 가장 가까운 미러(제 1 오목 미러(CM1))의 정점까지 상대적으로 큰 기하학적 거리를 갖는 데, 축 방향의 미러-렌즈-거리 MLD 가 90mm 이다. 이는 물체 표면(OS)과 이미지 표면(IS) 사이의 축 방향 거리(이러한 물체-이미지 거리는 또한 "트랙 길이"로도 불린다)의 약 7.5% 이다. 이미지측 제 1 오목 미러(CM1)와 제 3 대물렌즈부의 첫번째 렌즈 사이의 큰 기하학적 거리 MLD 는 제 3 대물렌즈부의 작은 렌즈 직경에 기여한다.
이미지측의 마지막 렌즈(L3-9)(액침 렌즈)는 짧은 곡률반경(50mm)의 구면 입사면을 갖는 데, 그럼으로써 상기 표면에서 작은 입사각을 얻는다.
상기 설계는, 보다 높은 차수의 페츠발 만곡 및 보다 높은 차수의 새지타 경사 구면수차가 두드러져 보이게 하는 잔존 수차(residual aberration)들에 대해 최적화될 수 있다. 제 1 대물렌즈부에 하나의 렌즈를 추가하는 것 및/또는 하나 또는 그 이상의 추가적인 비구면을 제공하는 것은 잔존 수차들을 감소시키는 데 기여할 수 있다. 도 2의 설계에 대한 추가적인 개선의 예가 도 3에 도시되어 있는 데, 여기서 이미지측 오목면을 갖는 메니스커스 렌즈로 불리는 추가적인 네가티브 렌즈(L1-4)가 제 1 대물렌즈부 내에서 상기 제 1 대물렌즈부의 동공면(P1)과 제 1 중간상 사이에 추가된다. 이러한 변형은 상술한 잔존 수차들을 보정하게 한다. 본 실시예는, 다른 무엇들보다도, 적은 수의 렌즈들 및 적은 수의 비구면 렌즈들을 이용하여 전체적인 간단한 구성 내에서 결상 오차를 보정하는데 상기 기본 설계가 높은 유연성을 가능하게 한다는 것을 보여준다.
투영 대물렌즈(400)의 제 4 실시예가 도 4에 도시되어 있으며, 그 상세한 사항이 표 4 및 표 4A에 주어져 있다. 도 2 및 도 3의 실시예와 유사하게, 본 시스템에서, 제 3 대물렌즈부(OP3) 내에서 상기 대물렌즈부의 동공면(P3)에 광학적으로 가까운 개구 조리개(AS)의 상류측의 최대 빔경의 영역에 위치하는, 단 하나의 비구면 렌즈, 즉 비구면 출사면을 갖는 소위 포지티브 메니스커스 렌즈(L3-4)가 존재한다. 제 1 대물렌즈부(OP1)는 전부-구면이며, P-P-P-N-P 의 순서(여기서, "P"는 포지티브 렌즈를 나타내며 "N"은 네가티브 렌즈를 나타낸다)로 단 하나의 네가티브 렌즈(L1-4)를 구비한다. 구성의 관점에서, 이미지측 오목 미러(CM1)의 정점과 제 3 대물렌즈부(OP3)의 첫번째 렌즈(L3-1) 사이의 큰 축 방향의 거리가 두드러지며, 상기 거리 MLD 는 트랙 길이의 10% 보다 크다.
도 5는 도 3 및 도 4의 시스템에 대한 변형으로, 보정을 향상시키기 위해 주로 제 1 대물렌즈부(OP1)에 있어서의 약간의 변형이 적용되었다. 도 5의 결과적인 설계는 비점수차와 페츠발 만곡이 모두 보정된 두 개의 필드점을 가지며, 비점수차를 갖지 않는 필드존(field zone)이 초점에 맞는다.
본 발명의 바람직한 설계들에서, 전체 필드에 걸친 왜곡, 비점수차, 페츠발 만곡 및 텔레센트릭성의 변동이 모두 (제 1 중간상(IMI1)을 형성하기 위한 릴레이 시스템으로서 역할을 하는) 제 1 대물렌즈부(OP1)의 유사한 구성과 비구면 미러들에 추가하여 단지 몇 개의 구면 렌즈들만으로 매우 높은 차수까지 보정될 수 있다.
적은 수의 비구면 렌즈들로 우수한 보정을 얻기 위해 두 개의 비구면 오목 미러(CM1, CM2)들이 중요한 것으로 보인다. 일반적으로 두 개의 비구면 미러들은 왜곡 및 텔레센트릭성의 변동과 같은 두 개의 주광선 수차들이 매우 높은 차수까지 보정되는 설계를 만드는 것을 가능하게 한다. 상기 미러들의 비구면 변형이 정확하게 설정된다면, 상기 두 개의 수차들이 두 개의 비구면 미러들에 의해 정확하게 보정될 수 있는 것으로 보인다. 또한, 비점수차 및 페츠발 만곡도 역시 전부-구면 제 1 대물렌즈부(OP1)로 높은 정도로 보정될 수 있다는 것이 하나의 두드러지는 특징이다.
수차 보정에 대한 상기 타입의 설계의 긍정적인 특성들에 단독으로 또는 함께 기여할 수 있는 적어도 세 개의 특징들이 있는 것으로 보인다. 하나의 특징은, 오목 미러(CM1, CM2)들이 동일한 또는 거의 동일한 다른 실시예들과 비교할 때, 오목 미러들이 반경에 있어서 상당히 다른 것이 바람직할 수 있다는 것이다. 또한, 중간상(IMI1 및/또는 IMI2)에서의 상당히 많은 코마가 적은 수의 비구면 렌즈들로의 보정을 용이하게 하는 것으로 보인다. 또한, 이미지측 오목 미러(CM1)의 정점과 제 3 대물렌즈부의 첫번째 렌즈 사이의 상당히 큰 공기 공간(air space)(미러-렌즈-거리 MLD)이 상기 유리한 특성들에 기여하는 것으로 보인다.
물체측과 이미지측 및/또는 투영 대물렌즈, 즉, 제 1 대물렌즈부(OP1)와 제 3 대물렌즈부(OP3)가 거의 독립적으로 설계될 수 있는 것으로 보인다. 특히, 필드 수차(field aberration)들에 대한 많은 고려 없이 제 3 대물렌즈부(포커싱 렌즈 그룹)가 개구 수차(aperture aberration)들을 위해 설계될 수 있고, 그런 후 구성에 있어서 비교적 간단한 제 1 대물렌즈부가 필드 수차를 보상하도록 설계될 수 있으며, 여기서 상기 보상은 비구면 렌즈 없이 또는 적은 수의 비구면 렌즈, 예컨대, 단 하나의 비구면 렌즈로 얻을 수도 있을 것이다.
앞선 실시예들은, 모든 렌즈들이 구면일 수 있는 단지 네 개 또는 다섯 개의 렌즈들을 갖는 꽤 간단한 제 1 대물렌즈부를 갖는 설계들이 가능함을 보여준다. 그러한 꽤 간단한 릴레이 렌즈 그룹은 극히 높은 차수까지 필드 수차들에 대한 보정을 줄 수 있다. 바람직하게는, 개구 수차들은 제 3 대물렌즈부에서 보정되는 데, 상기 제 3 대물렌즈부도 역시 단지 몇 개의 비구면을 갖는 상당히 간단한 구성을 가질 수 있으며, 상기 제 3 대물렌즈부 내의 비구면 렌즈들의 개수는 바람직하게는 제 1 대물렌즈부 내의 비구면 렌즈들의 개수보다 더 많다.
도 6 및 도 7은, 이전의 실시예들과 비교할 때, 굴절식 제 1 및 제 3 대물렌즈부 내의 비구면 렌즈들의 개수가 증가된, 밀접하게 관련된 실시예(600,700)들을 도시하고 있다. 대물렌즈(700)의 상세한 사항은 표 7 및 표 7A에 주어져 있다. 개구 수차들에 대한 개선을 얻는다. 특히, 7개의 비구면 렌즈들이 사용되는데, N1AS = 2 및 N3AS = 5 이고, 비구면 렌즈 비율 ASR = 0.4 이다. 제 1 대물렌즈부(OP1) 내에서 두 개의 비구면 렌즈(L1-2, L1-5)들을 갖는 도 6의 설계는 전체 필드에 걸쳐 5 milliwave의 파면 수차(wavefront aberration)을 갖는다.
하나의 이중 비구면(DA)이 제 3 대물렌즈부(OP3) 내에서 광학적으로 제 2 중간상(IMI2)과 상기 대물렌즈부의 동공면(P3) 사이의 크게 증가하는 빔경의 영역 내에 제공된다. 상기 이중 비구면은 포지티브 렌즈(L3-6)의 비구면 출사면과 그와 바로 인접하는 그 다음의 포지티브 메니스커스 렌즈(L3-7)의 비구면 입사면에 의해 형성된다. 두 비구면들의 축 방향의 거리는 상기 이중 비구면에 인접한 보다 얇은 렌즈(L3-7)의 두께보다 작아서 상기 비구면들이 상당히 가까이 있다. 그럼으로써, 굴절력의 복잡한 반경 방향 분포를 빔의 특정 영역에서 얻게 되며, 따라서 이미지 보정에 크게 기여한다.
도 8 및 도 9는 매우 유사한 설계의 실시예(800,900)들을 도시하고 있다. 투영 대물렌즈(900)의 상세한 사항이 표 9 및 표 9A에 주어져 있다. NA = 1.2 의 이미지측 개구수와 약 6 milliwave 의 파면 오차를 단 여섯 개의 비구면 렌즈들만으로 얻는데, 여기서 하나의 비구면 렌즈(동공면(P1) 가까이에 위치한 이미지측 오목면을 갖는 포지티브 메니스커스(L1-5))는 제 1 대물렌즈부에 제공되고 나머지 다섯 개의 비구면 렌즈들은 제 3 대물렌즈부(OP3) 내에 분포된다. 이들 비구면 렌즈들은 양면오목 네가티브 메니스커스(L3-2), 서로 대향하는 비구면들을 갖는 한 쌍의 렌즈(L3-5, L3-6)에 의해 형성된 이중 비구면(DA), 개구 조리개(AS)에 가까운 양면볼록 포지티브 렌즈(L3-9), 및 개구 조리개와 이미지 표면(IS) 사이의 포지티브 렌즈(L3-10)를 포함한다. 도 8의 광선 분포에 의해 표시된 바와 같이, 제 1 대물렌즈부(OP1)에 의해 형성된 릴레이 부분의 전방 동공(front pupil)은 상당히 잘 보정된다. 두 중간상(IMI1, IMI2)들에 대해 약간의 코마 수차를 갖거나 코마 수차를 갖지 않는(저-코마 중간상을 갖는) 포커스 영역이 명백하다. 상기 저-코마 중간상(IMI2)은, 입사측에서 두꺼운 포지티브 렌즈(L3-1)를 갖고 개구 조리개(AS)의 약간 상류측의 최대 빔경의 영역과 상기 첫번째 렌즈(L3-1)와의 사이에서 큰 마디(W)(즉, 빔경 수축 영역)를 갖는 굴절식 대물렌즈부(OP3)에 의해 이미지 표면 위에 재포커싱된다. 이중 비구면(DA)은 상기 마디(waist)와 개구 조리개(AS) 사이의 발산하는 빔 내에 위치한다.
도 10의 투영 대물렌즈(1000)는 어떤 면에서 도 8 및 도 9에 도시된 실시예들의 변형으로 여겨질 수도 있다. 상기 대물렌즈의 상세한 사항은 표 10 및 표 10A에 주어져 있다. 실시예(800 및 900)들과 비교할 때, 제 3 대물렌즈부(OP3)가 설계 및 위치에 있어서 상대적으로 유사하게 다섯 개의 비구면 렌즈들을 갖는 반면, 제 1 대물렌즈부(OP1)에는 비구면 렌즈가 없어서 NAS = 5 이다. 특히, 이미지측으로 양면 볼록인 포지티브 렌즈(L1-6)와 상기 포지티브 렌즈의 바로 하류측에 있는 물체측으로 오목면을 갖는 네가티브 메니스커스 렌즈(L1-7)로 구성되는 전부-구면 이중렌즈(doublett)가 동공면(P1)에 가까이 위치한다. 상기 포지티브 렌즈(L1-6)를 출사하여 바로 다음의 네가티브 렌즈(L1-7)에 입사하는 광선들의 높은 입사각이 이 영역에서 발견되는 데, 상기 입사각은 60°보다 큰 각도를 포함한다. 급한 경사 변화들을 갖는 비구면을 제조하는 데 어려움이 있는 실시예(800, 900)들의 비구면 렌즈(L1-5)의 광학적 효과를, 상기 제 1 대물렌즈부(OP1)의 동공면에 가까운 비슷한 영역에서 (60°- 65°의 범위에 있는) 꽤 높은 입사각을 사용함으로써 적어도 부분적으로 흉내낼 수 있는 것으로 보인다. 이중렌즈(L1-6, L1-7)의 비구면들이 제조하기 용이하기 때문에, 높은 입사각이 발생하는 하나 또는 그 이상의 구면 렌즈면들로 비구면 렌즈를 대체함으로써 몇몇 경우에 조립성(manufacturability)이 향상될 수 있다.
비구면을 구면들로 대체하는 것이 고려될 때, 가장 문제되는 것은 기본적인 구면 곡률이다. 그러므로, 구면 이중렌즈는 - 매우 높은 차수의 비구면이라도 - 비구면을 대체하는 것을 가능하게 할 수 있다.
실시예(1000)의 변형예들의 보정 상태는 전체 필드에 걸쳐서 4, 5 및 6 milliwave 사이의 범위에 있다. 이는, 전부-구면 제 1 대물렌즈부(OP1)로도 이러한 보정을 얻을 수 있으며 완전한 설계가 우수한 성능을 얻기 위해서 많은 비구면 렌즈들을 필요로 하지는 않는다(여기서 단지 5개의 비구면 렌즈)는 것을 나타낸다.
반사굴절식 투영 대물렌즈(1100)의 상세한 사항은 표 11 및 표 11A에 주어져 있다. 상기 실시예는, 서로 매우 가까운 두 개의 상당히 강력한 비구면 렌즈면들을 갖는 "이중 비구면"이 매우 뛰어난 설계 요소일 수도 있다는 것을 보여주는 우수한 예이다. 여기서, 렌즈(L3-4 및 L3-5)들로 형성된 이중 비구면(DA)이, 예컨대, 도 8, 도 9 및 도 10에 도시된 실시예들과 유사하게, 제 3 대물렌즈부(OP3) 내의 증가하는 빔경의 영역 내에서 발견된다. 또한, 렌즈(L1-5 및 L1-6)들의 대향하는 표면들에 의해 형성된 제 2 이중 비구면(DA)이 제 1 대물렌즈부(OP1)의 전방 동공, 즉 동공면(P1)에 광학적으로 가깝게 위치한다. 본 실시예에서, NAS = 8, N1AS = 3 및 N3AS = 5 이다. 개구 조리개(AS)에 가까운 제 3 대물렌즈부에서 발견되는 220mm 의 최대 렌즈 직경으로, NA = 1.2 에서 보정은 약 2.5 milliwave 이다. 이는, 적은 개수의 비구면 렌즈들로 우수한 광학적 성능을 얻기 위한 설계의 가능성을 보여준다.
도 12는 (앞선 실시예들의 NA = 1.2 대신에) NA = 1.3 을 갖는 λ = 193nm 용 액침 대물렌즈를 도시하고 있다. (제 3 대물렌즈부(OP3) 내의 개구 조리개(AS)의 약간 상류측에서 발견되는) 최대 렌즈 직경은 270mm 이다. 단지 8개의 비구면 렌즈들이 있으며, N1AS = 2 및 N3AS = 6 이다. 상기 비구면 렌즈들은, 렌즈(L3-4 및 L3-5)들에 의해 형성되며 제 3 대물렌즈부의 마디(W)와 개구 조리개(AS) 사이의 발산 빔 영역에 위치하는 하나의 이중 비구면(DA)을 포함한다. 필드 반경은 66mm 이다. 보정은 전체 필드에 걸쳐 약 4 내지 6 milliwave 이다. 상기 설계는 정확하게 텔레센트릭한 입력을 가정한다. 중간상들에서의 광선 구성들로부터 중간상들에 많은 양의 코마가 있다는 것이 명백하다.
NA = 1.3 을 갖는 반사굴절식 액침 대물렌즈(1300)의 추가적인 실시예가 도 13에 도시되어 있다. 상세한 사항은 표 13 및 13A에 주어져 있다. NAS = 10, N1AS = 4 및 N3AS = 6 이다. 이미지측 개구수 NA = 1.3 이 대물렌즈(1200)의 개구수와 대응하지만, (실시예(1200)의 270mm 대신에) 최대 렌즈 직경은 단지 250mm 이다. 또한, 파면 오차는 전체 필드에 걸쳐 단지 약 4 milliwave 이다. 그리고, 상기 설계는 실제 조리개(real stop)가 존재하지 않는 것을 특징으로 하며 따라서 텔레센트릭한 입력이 요구된다. 또한, 많은 양의 코마가 중간상들에서 발견된다.
도 14의 반사굴절식 액침 대물렌즈(1400)(상세한 사항은 표 14 및 14A에 주어짐)는 NA = 1.3 과 상대적으로 작은 최대 렌즈 직경을 갖는 높은 개구수의 반사굴절식 액침 대물렌즈의 다른 예로서, 상기 최대 렌즈의 렌즈 직경은 겨우 250mm 이다. 11개의 비구면 렌즈들 중에서 4개가 제 1 대물렌즈부(OP1)에서 발견되며, 나머지 7개의 비구면 렌즈들은 제 3 대물렌즈부(OP3) 내에 분포되어 있다. 이전의 설계들과 비교할 때, 모든 비구면 렌즈면들이 구면으로부터 1.0mm 보다 작은 변형을 가지며 각각의 비구면에 대해 150mm 보다 큰 국소 비구면 반경을 갖는다는 조건을 인식함으로써 비구면 렌즈들의 조립성이 향상된다. 세 개의 이중 비구면들이 제공된다. 제 1 대물렌즈부(OP1) 내의 동공면(P1)에 위치하는 렌즈(L1-6 및 L1-7)들에 의해 형성된 하나의 이중 비구면(DA)은, (제조하기 보다 어려운) 짧은 국소 비구면 반경과 유사한 효과를 갖게 하는 상당히 높은 입사각을 갖도록 설계된다. 제 3 대물렌즈부(OP3)에는 두 개의 이중 비구면(DA)이 있으며, 하나의 이중 비구면은 제 3 대물렌즈부 내의 최소 렌즈 직경의 영역에 있는 네가티브 렌즈(L3-1, L3-2)들이 대향하는 표면들에 의해 형성되고, 다음의 이중 비구면은 최대 빔경 영역과 이미지 표면(IS) 사이에 위치하는 개구 조리개(AS)와 제 2 중간상(IMI2)과 사이의 최대 빔경 증가 영역에 있는 렌즈(L3-3, L3-4)들의 대향하는 표면들에 의해 형성된다. 도 11 내지 도 13의 실시예들과 같이, 많은 양의 코마가 중간상(IMI1, IMI2)들에 존재한다.
도 15의 반사굴절식 액침 대물렌즈(1500)(상세한 사항은 표 15 및 15A에 있음)는 도 14에 도시된 실시예의 변형으로서, 대물렌즈(1500)에 존재하는 렌즈들의 크기와 종류가 기본적으로 동일하다. 차이점은 제 2 중간상(IMI2) 바로 다음에 추가적인 양면 볼록 포지티브 렌즈(L3-1)가 도입됨으로써 제 3 대물렌즈부(OP3)의 입사측에 포지티브 굴절력을 제공한다는 사실에 있다. NA = 1.3 에서 우수한 성능을 얻는다.
기본적인 설계는 NA > 1.3 을 갖는 보다 더 높은 이미지측 개구수에 대한 가능성을 갖는다. 도 16의 반사굴절식 액침 대물렌즈(1600)(상세한 사항은 표 16 및 16A에 있음)는 도 15의 설계를 기초로 하지만, NA = 1.35 를 얻도록 최적화되어 있다. 상기 실시예에서와 마찬가지로, (4개의 비구면 렌즈들을 포함하여) 제 1 대물렌즈부에 10개의 렌즈들이 있으며, (7개의 비구면 렌즈들을 포함하여) 제 3 대물렌즈부에 12개의 렌즈들이 있다. 렌즈들의 기본적인 종류는 동일하지만, 렌즈 두께, 표면 곡률반경 및 렌즈 위치는 약간씩 다르다. 개구수가 증가할수록, 제 3 대물렌즈부(OP3) 내에서 강하게 수렴하는 빔 영역에 있는 이미지 표면(IS)과 (양면 볼록렌즈(L3-8)에 있는) 최대 빔경 영역 사이에 개구 조리개(AS)를 위치시키는 것이 유리하다. 여기서, 단지 세 개의 포지티브 렌즈들이 상기 개구 조리개와 이미지 표면 사이에 위치한다.
소망하는 개구수가 높아질수록 제 2 대물렌즈부(OP2)를 이미지 표면에 기하학적으로 더 가까이 배치하는 것이 유리할 수 있다. 편의상, 바람직하게는 두 개의 비구면 오목 미러(CM1, CM2)만으로 구성되는 상기 제 2 대물렌즈부(OP2)를 이하에서는 "미러 그룹"이라고도 부른다. 이러한 특징을 나타내기 위하여, 물체 표면(OS)과 상기 물체 표면에 기하학적으로 가장 가까운 오목 미러(CM2)의 정점 사이에 제 1 광축 길이 OAL1 가 정의되며, 이미지 표면과 상기 이미지 표면에 기하학적으로 가장 가까운 오목 미러(CM1)의 정점 사이에 제 3 광축 길이 OAL3 가 정의된다(도 16 참조). 상기 정의를 기초로, 미러 그룹 위치 파라미터 MG = OAL1/OAL3 가 정의되는데, 상기 값은 미러 그룹이 투영 대물렌즈의 이미지측에 더 가깝게 위치하게 될수록 더 커지게 된다. 표 17에는, OAL1, OAL3 및 MG 의 값들이 여기의 모든 실시예들에 대해 요약되어 있다. 이들 데이터를 기초로, 높은 이미지측 개구수를 얻기 위해서는 MG > 0.7 의 미러 그룹 위치 파라미터가 바람직한 것으로 나타난다. 바람직하게는, MG ≥ 0.8 이다. 더욱 바람직하게는, MG ≥ 0.9 이다.
여기에 기술된 각각의 투영 대물렌즈는 높은 개구수의 이미지측 단부를 가지며, 상기 단부에서 투영 방사광(projection radiation)이 출사면(ES)에서 상기 투영 대물렌즈를 출사하는 데, 이미지 표면(IS)에 배치된 평평한 기판 표면과 상기 출사면 사이에 균일한 거리를 허용하기 위해 상기 출사면은 바람직하게는 평면이다. 상기 이미지 표면에 가장 가까우며 출사면(ES)을 형성하는 렌즈는 여기서 "마지막 렌즈(LL)"로 표시된다. 바람직하게는, 상기 마지막 렌즈는 만곡된 입사면(ENS)과 평평한 출사면(ES)을 갖는 평볼록 포지티브 렌즈이고, 상기 만곡된 입사면은 대부분의 실시예들에서 구면으로 만곡되어 있다. 높은 NA 를 얻기 위해서, 상기 만곡된 입사면(ENS)에 의해 제공된 큰 굴절력이 이미지 표면에 가능한 가깝게 배치되도록 상기 마지막 렌즈를 설계하는 것이 유용하다는 것이 발견되었다. 또한, 마지막 렌즈(LL)의 입사면(ENS)의 강한 곡률, 즉 작은 곡률 반경이 바람직한 것으로 보인다. TLL 이 광축상의 마지막 렌즈의 두께(즉, 광축을 따라 측정된 입사면(ENS)과 출사면(ES) 사이의 축 방향 거리)이고, RLL 이 마지막 렌즈의 물체측 정점 반경(즉, 입사면(ENS)의 곡률 반경)이고, DIALL 이 마지막 렌즈의 입사면의 광학적 자유 직경(optically free diameter)이라면, 파라미터 LL1 = TLL/RLL 및 LL2 = DIALL/RLL 이 특정한 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 특히, LL1에 대해 조건 1.1 < LL1 < 2.2 을 유지하는 것이 유용하다는 것이 발견되었다. 바람직하게는, 상한값이 1.8 또는 1.7 또는 1.6 과 같이, 보다 더 작을 수 있다. 입사면의 곡률 중심이 출사면과 일치하는 반구형 렌즈에 대해 파라미터 LL1 이 1 이 되므로, LL1 에 대한 상기 조건은 마지막 렌즈가 반구형이 아닌 것이 바람직하다는 것을 보여주며, 이 경우 만곡된 입사면의 곡률 중심이 마지막 렌즈의 바깥쪽, 특히 이미지 표면을 넘어서 놓인다.
그 대신에 또는 그에 추가하여, LL2 에 대하여 조건 2.1 < LL2 < 2.6 을 유지하는 것이 바람직하다. 상한값은, 예컨대, 2.5 또는 2.4 또는 2.3 과 같이 더 작을 수 있다. LL1 과 LL2 에 대한 각각의 값들은 표 18에 제시되어 있다. 상기 조건 중에서 적어도 하나가 만족되면, 마지막 렌즈의 만곡된 입사면에 의해 제공된 강력한 포지티브 굴절력이 이미지 표면에 가깝게 제공되며, 그럼으로써 특히 NA > 1.1 또는 NA > 1.2 의, 예컨대, NA = 1.3 또는 NA = 1.35 의 큰 이미지측 개구수 NA 를 얻을 수 있게 한다.
중간상(IMI1, IMI2)들의 보정 상태에 있어서, 몇몇 실시예들에서는 모든 중간상들이 반드시 포커싱되는(즉, 많은 수차들이 높은 정도로 보정되는) 반면, 다른 실시예들에서는 상당한 수차들, 특히 코마가 발생한다는 것이 발견되었다(도 11-16 비교). 제 2 중간상(IMI2)에 대한 상당한 코마 수차는 대물렌즈의 전체적인 보정에 대해 유리할 수도 있다. 오목 미러(CM1 및 CM2)들로 구성되는 반사광학식 제 2 대물렌즈부가 기본적으로 대칭적인 방식으로 제 1 중간상을 제 2 중간상으로 결상시키는 데 효과적이기 때문에, 단지 약간의 코마가 상기 반사광학식 제 2 대물렌즈부에 의해 통상적으로 도입된다. 그러므로, 두 중간상들에 대한 코마에 대해 보정 상태는 비슷하게 된다. 몇몇 실시예들의 경우에, 적어도 제 2 중간상에 대한 상당한 양의 코마는 전체적인 보정에 상당히 기여하는 것으로 보인다. 이하의 관찰은 이러한 점에서 주목할 만하다.
전체적인 대물렌즈의 사인 조건(sine condition)의 보정이, 특히 매우 높은 이미지측 NA 를 갖는 대물렌즈들에 대해 요구되고 있다. 사인 조건의 보정은 중간상 내의 코마에 의해 용이하게 될 수도 있다. 높은 NA 의 이미지 표면으로부터 낮은 NA 의 물체 표면으로(즉, 리소그래피에서의 투영 대물렌즈들의 의도된 사용과 비교하여 반대 방향으로)의 결상을 고려한다면, (방사광이 입사하는) 제 3 대물렌즈부는 소정의 보정 상태를 갖는 중간상을 제공한다. 상기 결상의 구면수차가 보정된다고 가정하면, 만약 상기 결상의 사인 조건이 보정된다면, 상기 중간상은 기본적으로 코마를 갖지 않을 것이다. 반대로, 사인 조건이 보정되지 않는다면, 상기 중간상은 상당한 양의 코마를 가질 것이다. 만약 중간상이 상당한 양의 코마를 갖는다면, 제 3 대물렌즈부에서의 사인 조건의 보정이 용이하게 된다.
이제, 제 2 중간상의 이미지 표면으로의 (높은 NA 단부를 향한) 의도된 방향의 결상을 고려한다. 만약 제 2 중간상이 특히 코마가 없는 우수한 보정 상태를 갖는다면, 사인 조건의 전적인 보정은 상기 제 2 중간상을 이미지 표면에 결상시키는 제 3 대물렌즈부에 의해 영향을 받게 될 것이다. 반면에, 제 2 중간상에 소정 양의 코마가 존재한다면, 상기 사인 조건의 보정이 제 3 대물렌즈부의 광학적으로 상류측의 대물렌즈부들, 즉 제 1 중간상을 형성하는 굴절식 릴레이 시스템(OP1)과 반사광학식 제 2 대물렌즈부(OP2)에 의해 적어도 부분적으로 영향을 받을 수 있기 때문에, 상기 제 3 대물렌즈는 보다 완화된 방식으로 설계될 수 있다. 그러므로, 각각의 굴절식 대물렌즈부가 코마에 대해 독립적으로 보정되는 대물렌즈들과 비교할 때, 코마의 보정이 제 1 굴절식 대물렌즈부(OP1)와 제 3 대물렌즈부(OP3) 사이에 분포되는 설계들이 유리할 수도 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명은 NA > 1 의 액침 리소그래피에 적당한, 컴팩트한 크기를 갖는 높은 NA 의 투영 대물렌즈를 구성하는 것이다.
표 19는, ((도면의 동일한 번호와 대응하는) 표의 번호가 표 19의 제 1 컬럼에 주어진) 상세표에 제공된 각각의 시스템들에 대한 컴팩트 파라미터 COMP1, COMP2, COMP3 를 계산하는 데 필요한 값들 및 상기 파라미터들에 대한 각각의 값들을 요약하고 있다. 또한, N1AS, N3AS 및 ASR 에 대한 각각의 값들이 표시되어 있다.
표 19는, 본 명세서에서 설명된 설계 규칙들에 따르면 적절한 재료 소비를 갖는 컴팩트한 설계를 얻을 수 있음을 나타내는 앞서 주어진 조건들 중에서 적어도 하나를 본 발명에 따른 바람직한 실시예들이 지킨다는 것을 보여준다. 또한, 비구면 렌즈 개수 및 분포를 특징짓는 특정 값들이 표시되어 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 투영 대물렌즈들의 추가적인 특징들이 설명되는 데, 이들 특징들 중에서 하나 또는 그 이상은 본 발명의 한 실시예에서 제공될 수 있다. 표 20 및 표 21에 요약된 파라미터들은 이들 특징들을 나타내는 데 사용된다.
몇몇 실시예들에서, 결상 과정의 주광선이 특징적인 경로를 취한다. 설명의 목적상, (광축(AX)으로부터 가장 먼) 최외측 필드점으로부터 기본적으로 광축에 평행하게 진행하며 (결상 대물렌즈부(OP1, OP2, OP3)들 중 하나 내에 각각 있는) 세 개의 연속적인 동공면 위치(P1, P2, P3)들에서 광축과 교차하는 주광선(CR)이 이해를 돕기 위해 도 16에서 굵은 라인으로 도시되어 있다. 주광선을 따른 각각의 위치에서 광축(AX)과 주광선(CR) 사이에 포함되는 각도를 이하에서 "주광선 각도(CRA)"라고 부른다. 상기 주광선(CR)은 제 1 중간상(IMI1)의 위치에서 발산(즉, 광 진행 방향으로 주광선 높이가 증가)하며, 제 2 중간상(IMI2)의 위치에서 수렴한다. 강하게 수렴하는 주광선들이 높은 이미지측 NA 와 충분한 보정을 얻는 데 유리하다.
두 개의 오목 미러(CM1, CM2)들 사이의 영역에서, 상기 주광선은 높은 주광선 각도 CRA (M)로 광축을 교차하는 데, 상기 각도는 바람직하게는 58°와 75° 사이, 특히 60°와 72° 사이의 영역 내에 있다(표 20).
결상 대물렌즈(OP1, OP2, OP3)들에 의해 제공되는 배율에 있어서, 제 2 중간상(IMI2)을 높은 축소 비율로 이미지 표면에 결상시키는 제 3 대물렌즈부(OP3)의 배율 β3 이 바람직하게는 0.11 ≤ β3 ≤ 0.17 의 범위 내에 있다면 유리하다는 것이 나타났다. 소망하는 전체적인 축소 비율(예컨대, 1:4 또는 1:5)을 얻기 위해서, 제 2 대물렌즈부(OP2)는 β2 < 1 의 배율을 가짐으로써 전체적인 축소에 기여할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제 2 대물렌즈부(OP2)를 형성하는 미러 그룹이 0.85 ≤ β2 < 1 의 적절한 축소 효과를 갖도록 설계될 수도 있다. 상기 제 2 대물렌즈부가 전체적인 축소에 어느 정도 기여를 한다면, 주요 축소 부분을 담당하는 제 3 대물렌즈부는 보다 완화된 방식으로 설계될 수 있다.
제 2 오목 미러(CM2)의 바로 뒤에 있는 제 3 대물렌즈부(OP3)의 입사측의 처음 두 개 또는 세 개의 렌즈들에 의해 제공되는 (초점길이 f 에 의해 특징지워 지는) 굴절력이, 상기 입사측 그룹의 전체적인 굴절력이 네가티브가 되도록 상기 입사측 그룹을 설계함으로써, 우수한 성능에 기여할 수 있다는 것이 나타났다. 도 2, 4, 14, 15, 16의 실시예들에서, 상기 입사측 그룹은 f3(L1...2)의 입사측 그룹 초점 길이를 제공하는, 제 3 대물렌즈부의 처음 두 개의 렌즈들에 의해 형성된다. 도 7, 9, 10, 11, 12, 13의 실시예들에서, 상기 입사측 그룹은 세 개의 연속하는 렌즈들에 의해 형성되며, 그럼으로써 f3(L1...3)의 입사측 그룹의 초점 길이를 제공한다. 상기 값들은 표 20에 주어져 있다.
한편, 제 2 오목 미러(CM2) 다음에 있는 제 3 대물렌즈부에는 많지 않은 네가티브 렌즈들이 존재하여야 한다는 것이 드러났는 데, 상기 네가티브 렌즈들의 개수 N3NL 는 모든 실시예들에서 세 개이거나 또는 세 개 보다 적고(표 21에서 파라미터 K7a = YES), 도 2, 4, 14, 15, 16의 실시예들에서 세 개 보다 적다(표 21에서 K7 = YES).
또한, 제 3 대물렌즈부(OP3)의 첫번째 렌즈(L3-1)의 광학적 자유 직경 DIA31 이 개구 조리개의 직경 DIAAS 보다 상당히 작은 것이 유리하다는 것이 나타났다. 바람직하게는, 직경 비율 DR = DIA31/DIAAS 가 0.9 보다 작아야 한다. 보다 바람직하게는 0.8 의 상한값, 보다 더 바람직하게는 0.7 의 상한값을 초과하여서는 안된다. 직경 비율 DR 에 대한 값들은 표 21에 주어져 있다.
또한, 제 2 오목 미러 뒤에 있는 모든 렌즈들(즉, 제 3 대물렌즈부의 렌즈들) 중에서 50% 이상이, 상기 제 2 오목 미러(CM2) 다음에 있는 제 2 중간상(IMI2)의 직경보다 작은 광학적 자유 직경을 갖는 것이 유리할 수도 있다는 것이 발견되었다. 이러한 조건은, 표 21에서 파라미터 K10 으로 표시된 바와 같이, 모든 실시예들에 대해 만족된다.
또한, 바람직하게는, 제 1 굴절식 대물렌즈부(OP1)의 모든 렌즈들이 제 1 중간상의 근축 방향 크기(paraxial size)보다 작아야 한다. 이러한 조건을 충족하면, 표 20에서 파라미터 K9 를 충족한다.
높은 NA 의 이미측 단부에서 강력한 빔 수렴을 얻기 위한 강한 포지티브 굴절력을 제공하기 위해, 이미지 표면 상류측의 8개 및 9개의 연속적인 렌즈들 중에서 적어도 하나가 포지티브 굴절력을 가져야 하는 것이 바람직하다. 이는 표 21의 파라미터 K11에 의해 예시되어 있는데, 상기 조건을 충족하면 "YES" = Y 이고, 충족하지 못하면 "NO" = N 이다.
이와 관련하여, 제 3 대물렌즈부(OP3) 내의 최대 빔 직경의 위치와 이미지 표면 사이의 수렴 빔의 영역 내에 개구 조리개(AS)의 위치가 있다면, 높은 NA 를 얻기에 유리하다는 것을 유의할 필요가 있다. 이러한 특성은 표 20에 표시된 비율 AS-IS/TT 에 의해 예시되어 있는데, 여기서 AS-IS 는 개구 조리개(AS)의 위치와 이미지 표면(IS) 사이의 기하학적인 거리이고, TT 는 대물렌즈의 "트랙 길이", 즉 물체 표면과 이미지 표면 사이의 기하학적인 거리이다. 상기 비율 AS-IS/TT 는 0.09와 0.18 사이의 범위 내에 있을 수 있다(표 20 참조).
이러한 특성은 특히 도 12 내지 도 16의 실시예들에서 주장될 수 있다.
추가적인 특징들이 코마 빔의 경로로부터 명백하다. 여기서, "코마 빔"은 광축에서 가장 멀리 떨어진 물체 필드점으로부터 나와서 개구 조리개의 가장자리에서 개구 조리개를 통과하는 빔을 나타낸다. 그러므로, 상기 코마 빔은 사용되어야 하는 렌즈 직경을 결정하는 데 기여한다. 상기 코마 빔과 광축에 의해 포함되는 각도를 이하에서는 "코마 빔 각도(CBA)"라고 부른다. (제 1 중간상(IMI1)의 상류측에 있는) 제 1 대물렌즈부의 마지막 렌즈에서의 굴절 이후의 상기 빔의 각도를 CBA1 이라고 부르고, 이미지측 제 3 대물렌즈부(OP3)의 첫번째 렌즈에서의 굴절의 바로 상류측에 있는 코마 빔의 각도를 CBA3 이라고 부른다. 이들 각도의 값들이 표 21에 주어져 있다. 모든 경우에 대해 5°보다 작은 코마 빔 각도 값이 유리할 수도 있다(표 21).
위에서 지적한 바와 같이, 주광선은 연쇄적으로 연결된 대물렌즈부(OP1, OP2, OP3)들에 있는 동공면(P1, P2, P3)들에서 광축과 교차한다. 제 1 및 제 3 대물렌즈부들 내의 동공면들이 개구 조리개를 설정하기에 좋기 때문에, 이들 위치들은 또한 개구 위치라고도 불린다. 개구 조리개에서의 빔경 DIAAS 와 상기 개구 조리개의 위치에 대해 공액인, 제 1 대물렌즈부의 동공면(P1)에서의 빔경 DIAP1 은 소정의 범위 내에 있어야 한다. 비율 DIAAS/DIAP1 은 1 보다 커야 한다. 바람직하게는, 조건 DIAAS/DIAP1 > 2 이 만족되어야 한다(표 21).
위에서 설명된 모든 시스템들이 실제 물체로부터 실상의 이미지를 (예컨대, 웨이퍼 위에) 형성하기 위한 완전한 시스템들일 수 있다는 점을 이해하여야 한다. 그러나, 상기 시스템들은 보다 큰 시스템들의 부분적인 시스템들로서 사용될 수도 있다. 예컨대, 위에서 언급된 시스템의 "물체"는 물체 평면의 상류측에 있는 결상 시스템(릴레이 시스템)에 의해 형성된 이미지일 수도 있다. 마찬가지로, 위에서 언급된 시스템에 의해 형성된 이미지는 이미지 평면의 하류측에 있는 시스템(릴레이 시스템)에 대해서는 물체로서 사용될 수도 있다.
양호한 실시예들의 상술한 설명이 예시의 방법으로 주어졌다. 주어진 개시 사항으로부터, 본 기술분야의 당업자는 본 발명 및 그 이점들을 이해할 뿐만 아니라 개시된 구조 및 방법에 대한 여러 가지 명백한 변경 및 변형도 발견할 것이다. 그러므로, 첨부된 청구항들 및 그 등가물에 의해 정의된 바와 같이, 모든 변경 및 변형들을 본 발명의 정신 및 범위 내에 있는 것으로 보아야 할 것이다.
모든 청구항들의 내용은 참조에 의해 본 명세서의 일부가 된다.

Claims (49)

  1. 투영 대물렌즈의 물체 평면에 제공된 패턴을 투영 대물렌즈의 이미지 평면 위로 결상시키기 위한 반사굴절식 투영 대물렌즈에 있어서,
    물체 평면에 제공된 패턴을 제 1 중간상으로 결상시키기 위한 제 1 굴절식 대물렌즈부;
    상기 제 1 중간상을 제 2 중간상으로 결상시키기 위한, 적어도 하나의 오목 미러를 포함하는 제 2 대물렌즈부;
    상기 제 2 중간상을 이미지 평면 위로 결상시키기 위한 제 3 굴절식 대물렌즈부;를 포함하며,
    상기 투영 대물렌즈는 Dmax의 최대 렌즈 직경, Y'의 최대 이미지 필드 높이, NA의 이미지측 개구수를 갖고, 여기서
    COMP1 = Dmax/(Y'ㆍNA2) 이며, 다음의 조건:
    COMP1 < 10 을 유지하는 것을 특징으로 하는 반사굴절식 투영 대물렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    NA > 1.2 인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제 1 연속 미러면을 갖는 제 1 오목 미러와 제 2 연속 미러면을 갖는 적어도 하나의 제 2 오목 미러가 상기 제 2 대물렌즈부에 배치되어 있으며;
    동공면들이 물체 평면과 제 1 중간상 사이에, 제 1 중간상과 제 2 중간상 사이에 그리고 제 2 중간상과 이미지 평면 사이에 형성되고;
    모든 오목 미러들이 동공면으로부터 광학적으로 떨어져서 배치되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 투영 대물렌즈는 NL 개의 렌즈들 및 중간상들에서 연쇄적으로 연결된 NOP 개의 결상 대물렌즈부들을 구비하며; 여기서
    COMP2 = DmaxㆍNL/(Y'ㆍNA2)
    COMP3 = DmaxㆍNL/(NOPㆍY'ㆍNA2) 이고;
    다음의 조건들:
    COMP2 < 300
    COMP3 < 100
    중에서 적어도 하나를 유지하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 투영 대물렌즈는 제 1 비구면 및 상기 제 1 비구면에 바로 인접하는 제 2 비구면을 포함하는 적어도 하나의 이중 비구면을 구비하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 이중 비구면은 두 개의 연속하는 렌즈들의 대향하는 인접 비구면들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 이중 비구면의 제 1 비구면과 제 2 비구면 사이의, 광축을 따라 측정된 거리는 상기 이중 비구면을 형성하는 두 개의 렌즈들 중 더 얇은 렌즈의, 광축을 따라 측정된 두께보다 더 작은 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 3 대물렌즈부가 적어도 하나의 이중 비구면을 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 이중 비구면은 광학적으로 제 2 중간상과 상기 제 3 대물렌즈부의 동공면 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 대물렌즈부가 적어도 하나의 이중 비구면을 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 이중 비구면은 광학적으로 상기 제 1 대물렌즈부의 동공면에 가깝게 또는 상기 동공면에 위치하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 대물렌즈부와 제 3 대물렌즈부는 두 개의 연속하는 렌즈들의 대향하는 인접 비구면들에 의해 형성되는 적어도 하나의 이중 비구면을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 대물렌즈부는, 렌즈면을 통과하는 광선들의 입사각이 60°보다 큰 입사각을 포함하는 렌즈면을 갖는 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 렌즈면은 동공면에 광학적으로 가까이 위치하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 대물렌즈부의 첫번째 렌즈와 상기 렌즈에 기하학적으로 가장 가까운 미러의 정점 사이의 축방향 미러-렌즈 거리는 물체 표면(OS)과 이미지 표면(IS) 사이의 축방향 거리의 5% 보다 큰 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  16. 제 1 항에 있어서,
    모든 오목 미러들이 비구면 미러면을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 대물렌즈부와 제 2 대물렌즈부와 제 3 대물렌즈부가 공통의 직선형 광축을 공유하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 대물렌즈부 내에서 수렴 빔 영역에 있는 이미지 표면과 최대 빔경 영역 사이에 개구 조리개가 위치하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 투영 대물렌즈는 이미지 표면에 가장 가까운 마지막 렌즈를 구비하며, 상기 마지막 렌즈는 만곡된 입사면과 평평한 출사면을 갖는 평볼록 포지티브 렌즈이고,
    여기서 TLL 이 광축을 따라 측정된 상기 마지막 렌즈의 입사면과 출사면 사이의 축방향 거리이고, RLL 이 상기 마지막 렌즈의 입사면의 곡률 반경이고, DIALL 이 상기 마지막 렌즈의 입사면의 광학적 자유 직경이며;
    LL1 = TLL/RLL 및 LL2 = DIALL/RLL 이라 할 때,
    다음의 조건들:
    (1) 1.1 < LL1 < 2.2
    (2) 2.1 < LL2 < 2.6
    중에서 적어도 하나를 유지하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  20. 투영 대물렌즈의 물체 표면에 제공된 패턴을 투영 대물렌즈의 이미지 표면 위로 결상시키기 위한 반사굴절식 투영 대물렌즈에 있어서,
    물체 표면에 제공된 패턴을 제 1 중간상으로 결상시키기 위한 제 1 굴절식 대물렌즈부;
    상기 제 1 중간상을 제 2 중간상으로 결상시키기 위한 제 2 대물렌즈부;
    상기 제 2 중간상을 이미지 표면 위로 결상시키기 위한 제 3 굴절식 대물렌즈부;를 포함하며,
    상기 제 2 대물렌즈부가 제 1 연속 미러면을 갖는 제 1 오목 미러와 제 2 연속 미러면을 갖는 제 2 오목 미러를 포함하고;
    동공면들이 물체 평면과 제 1 중간상 사이, 제 1 중간상과 제 2 중간상 사이 및 제 2 중간상과 이미지 평면 사이에 형성되며;
    모든 오목 미러들이 동공면으로부터 광학적으로 떨어져서 위치하며;
    상기 제 1 대물렌즈부는 제 1 개수 N1AS 의 비구면 렌즈들을 구비하고;
    상기 제 3 대물렌즈부는 제 2 개수 N3AS 의 비구면 렌즈들을 구비하며;
    비구면 렌즈 비율 ASR = N1AS/N3AS 가 1 보다 작고;
    이미지측 개구수 NA 가 1.2 보다 큰 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  21. 투영 대물렌즈의 물체 표면에 제공된 패턴을 투영 대물렌즈의 이미지 표면 위로 결상시키기 위한 반사굴절식 투영 대물렌즈에 있어서,
    물체 표면에 제공된 패턴을 제 1 중간상으로 결상시키기 위한 제 1 굴절식 대물렌즈부;
    상기 제 1 중간상을 제 2 중간상으로 결상시키기 위한 제 2 대물렌즈부;
    상기 제 2 중간상을 이미지 표면 위로 결상시키기 위한 제 3 굴절식 대물렌즈부;를 포함하며,
    상기 제 2 대물렌즈부가 제 1 연속 미러면을 갖는 제 1 오목 미러와 제 2 연속 미러면을 갖는 제 2 오목 미러를 포함하고;
    동공면들이 물체 평면과 제 1 중간상 사이, 제 1 중간상과 제 2 중간상 사이 및 제 2 중간상과 이미지 평면 사이에 형성되며;
    모든 오목 미러들이 동공면으로부터 광학적으로 떨어져서 위치하며;
    상기 제 1 대물렌즈부는 제 1 개수 N1AS 의 비구면 렌즈들을 구비하고;
    상기 제 3 대물렌즈부는 제 2 개수 N3AS 의 비구면 렌즈들을 구비하며;
    비구면 렌즈 비율 ASR = N1AS/N3AS 가 0.5 보다 작은 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  22. 제 21 항에 있어서,
    이미지측 개구수 NA 에 대해 조건 NA ≥ 1.2 를 유지하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  23. 투영 대물렌즈의 물체 표면에 제공된 패턴을 투영 대물렌즈의 이미지 표면 위로 결상시키기 위한 반사굴절식 투영 대물렌즈에 있어서,
    물체 표면에 제공된 패턴을 제 1 중간상으로 결상시키기 위한 제 1 굴절식 대물렌즈부;
    상기 제 1 중간상을 제 2 중간상으로 결상시키기 위한 제 2 대물렌즈부;
    상기 제 2 중간상을 이미지 표면 위로 결상시키기 위한 제 3 굴절식 대물렌즈부;를 포함하며,
    상기 제 2 대물렌즈부가 제 1 연속 미러면을 갖는 제 1 오목 미러와 제 2 연속 미러면을 갖는 제 2 오목 미러를 포함하고;
    동공면들이 물체 평면과 제 1 중간상 사이, 제 1 중간상과 제 2 중간상 사이 및 제 2 중간상과 이미지 평면 사이에 형성되며;
    모든 오목 미러들이 동공면으로부터 광학적으로 떨어져서 위치하고;
    상기 제 1 대물렌즈부가 제 1 개수 N1AS 의 비구면 렌즈들을 구비하며;
    조건 N1AS < 3 을 유지하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 3 대물렌즈부가 제 2 개수 N3AS 의 비구면 렌즈들을 구비하며; 비구면 렌즈 비율 ASR = N1AS/N3AS 가 1 보다 작은 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  25. 투영 대물렌즈의 물체 평면에 제공된 패턴을 투영 대물렌즈의 이미지 평면 위로 결상시키기 위한 반사굴절식 투영 대물렌즈에 있어서,
    물체 평면에 제공된 패턴을 제 1 중간상으로 결상시키기 위한 제 1 굴절식 대물렌즈부;
    상기 제 1 중간상을 제 2 중간상으로 결상시키기 위한, 적어도 하나의 오목 미러를 포함하는 제 2 대물렌즈부;
    상기 제 2 중간상을 이미지 평면 위로 결상시키기 위한 제 3 굴절식 대물렌즈부;를 포함하며,
    상기 투영 대물렌즈는 제 1 비구면과 상기 제 1 비구면에 바로 인접한 제 2 비구면을 구비하는 적어도 하나의 이중 비구면을 포함하고, 상기 이중 비구면은 두 개의 연속하는 렌즈들의 대향하는 인접 비구면들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 이중 비구면의 제 1 비구면과 제 2 비구면 사이의 축방향 거리는 상기 이중 비구면을 형성하는 두 개의 연속하는 렌즈들 중 더 얇은 렌즈의 축방향 두께보다 더 작은 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 3 대물렌즈부가 적어도 하나의 이중 비구면을 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 이중 비구면은 광학적으로 제 2 중간상과 상기 제 3 대물렌즈부의 동공면 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 대물렌즈부가 적어도 하나의 이중 비구면을 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 이중 비구면은 광학적으로 상기 제 1 대물렌즈부의 동공면에 가깝게 또는 상기 동공면에 위치하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  31. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 대물렌즈부와 제 3 대물렌즈부가 각각 적어도 하나의 이중 비구면을 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  32. 제 25 항에 있어서,
    제 1 연속 미러면을 갖는 제 1 오목 미러와 제 2 연속 미러면을 갖는 적어도 하나의 제 2 오목 미러가 상기 제 2 대물렌즈부에 배치되며;
    동공면들이 물체 평면과 제 1 중간상 사이, 제 1 중간상과 제 2 중간상 사이 및 제 2 중간상과 이미지 평면 사이에 형성되며;
    모든 오목 미러들이 동공면으로부터 광학적으로 떨어져서 위치하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  33. 투영 대물렌즈의 물체 평면에 제공된 패턴을 투영 대물렌즈의 이미지 평면 위로 결상시키기 위한 반사굴절식 투영 대물렌즈에 있어서,
    물체 평면에 제공된 패턴을 제 1 중간상으로 결상시키기 위한 제 1 굴절식 대물렌즈부;
    상기 제 1 중간상을 제 2 중간상으로 결상시키기 위한, 적어도 하나의 오목 미러를 포함하는 제 2 대물렌즈부;
    상기 제 2 중간상을 이미지 평면 위로 결상시키기 위한 제 3 굴절식 대물렌즈부;를 포함하며,
    상기 투영 대물렌즈는 Dmax의 최대 렌즈 직경, Y'의 최대 이미지 필드 높이, NA > 1.2 의 이미지측 개구수, NL 개의 렌즈들 및 중간상들에서 연쇄적으로 연결된 NOP 개의 결상 대물렌즈부들을 갖고, 여기서
    COMP1 = Dmax/(Y'ㆍNA2)
    COMP2 = DmaxㆍNL/(Y'ㆍNA2)
    COMP3 = DmaxㆍNL/(NOPㆍY'ㆍNA2) 이고;
    다음의 조건들:
    (1) COMP1 < 11
    (2) COMP2 < 300
    (3) COMP3 < 100
    중에서 적어도 하나를 충족하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  34. 제 33 항에 있어서,
    COMP1 < 11 이고 COMP2 < 300 인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  35. 제 33 항에 있어서,
    COMP1 < 11 이고 COMP2 < 300 이며 COMP3 < 100 인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  36. 제 33 항에 있어서,
    제 1 연속 미러면을 갖는 제 1 오목 미러와 제 2 연속 미러면을 갖는 적어도 하나의 제 2 오목 미러가 상기 제 2 대물렌즈부에 배치되며;
    동공면들이 물체 평면과 제 1 중간상 사이, 제 1 중간상과 제 2 중간상 사이 및 제 2 중간상과 이미지 평면 사이에 형성되며;
    모든 오목 미러들이 동공면으로부터 광학적으로 떨어져서 위치하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  37. 투영 대물렌즈의 물체 평면에 제공된 패턴을 투영 대물렌즈의 이미지 평면 위로 결상시키기 위한 반사굴절식 투영 대물렌즈에 있어서,
    물체 평면에 제공된 패턴을 제 1 중간상으로 결상시키기 위한 제 1 굴절식 대물렌즈부;
    상기 제 1 중간상을 제 2 중간상으로 결상시키기 위한, 적어도 하나의 오목 미러를 포함하는 제 2 대물렌즈부;
    상기 제 2 중간상을 이미지 평면 위로 결상시키기 위한 제 3 굴절식 대물렌즈부;를 포함하며,
    상기 제 3 대물렌즈부 내에서 수렴 빔 영역에 있는 이미지 표면과 최대 빔경 영역 사이에 개구 조리개가 위치하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 개구 조리개와 이미지 표면 사이에 단지 세 개의 포지티브 렌즈들이 위치하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  39. 제 37 항에 있어서,
    제 1 연속 미러면을 갖는 제 1 오목 미러와 제 2 연속 미러면을 갖는 적어도 하나의 제 2 오목 미러가 상기 제 2 대물렌즈부에 배치되며;
    동공면들이 물체 평면과 제 1 중간상 사이, 제 1 중간상과 제 2 중간상 사이 및 제 2 중간상과 이미지 평면 사이에 형성되며;
    모든 오목 미러들이 동공면으로부터 광학적으로 떨어져서 위치하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  40. 투영 대물렌즈의 물체 평면에 제공된 패턴을 투영 대물렌즈의 이미지 평면 위로 결상시키기 위한 반사굴절식 투영 대물렌즈에 있어서,
    물체 평면에 제공된 패턴을 제 1 중간상으로 결상시키기 위한 제 1 굴절식 대물렌즈부;
    상기 제 1 중간상을 제 2 중간상으로 결상시키기 위한, 적어도 하나의 오목 미러를 포함하는 제 2 대물렌즈부;
    상기 제 2 중간상을 이미지 평면 위로 결상시키기 위한 제 3 굴절식 대물렌즈부;를 포함하며,
    상기 투영 대물렌즈는 이미지 표면에 가장 가까운 마지막 렌즈를 구비하며, 상기 마지막 렌즈는 만곡된 입사면과 평평한 출사면을 갖는 평볼록 포지티브 렌즈이고,
    여기서 TLL 이 광축을 따라 측정된 상기 마지막 렌즈의 입사면과 출사면 사이의 축방향 거리이고, RLL 이 상기 마지막 렌즈의 입사면의 곡률 반경이고, DIALL 이 상기 마지막 렌즈의 입사면의 광학적 자유 직경이며;
    LL1 = TLL/RLL 및 LL2 = DIALL/RLL 이라 할 때,
    다음의 조건들:
    (1) 1.1 < LL1 < 2.2
    (2) 2.1 < LL2 < 2.6
    중에서 적어도 하나를 유지하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  41. 제 40 항에 있어서,
    이미지측 개구수 NA 가 1.2 보다 큰 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  42. 제 40 항에 있어서,
    제 1 연속 미러면을 갖는 제 1 오목 미러와 제 2 연속 미러면을 갖는 적어도 하나의 제 2 오목 미러가 상기 제 2 대물렌즈부에 배치되며;
    동공면들이 물체 평면과 제 1 중간상 사이, 제 1 중간상과 제 2 중간상 사이 및 제 2 중간상과 이미지 평면 사이에 형성되며;
    모든 오목 미러들이 동공면으로부터 광학적으로 떨어져서 위치하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  43. 투영 대물렌즈의 물체 표면에 제공된 패턴을 투영 대물렌즈의 이미지 표면 위로 결상시키기 위한 반사굴절식 투영 대물렌즈에 있어서,
    물체 표면에 제공된 패턴을 제 1 중간상으로 결상시키기 위한 제 1 굴절식 대물렌즈부;
    상기 제 1 중간상을 제 2 중간상으로 결상시키기 위한 제 2 대물렌즈부;
    상기 제 2 중간상을 이미지 표면 위로 결상시키기 위한 제 3 굴절식 대물렌즈부;를 포함하며,
    상기 제 2 대물렌즈부는 제 1 연속 미러면을 갖는 제 1 오목 미러와 제 2 연속 미러면을 갖는 제 2 오목 미러를 포함하고;
    동공면들이 물체 평면과 제 1 중간상 사이, 제 1 중간상과 제 2 중간상 사이 및 제 2 중간상과 이미지 평면 사이에 형성되며;
    모든 오목 미러들이 동공면으로부터 광학적으로 떨어져서 위치하고;
    물체 표면과 상기 물체 표면에 기하학적으로 가장 가까운 오목 미러의 정점 사이의 제 1 광축 길이 OAL1 가 정의되며, 이미지 표면과 상기 이미지 표면에 기하학적으로 가장 가까운 오목 미러의 정점 사이의 제 3 광축 길이 OAL3 가 정의되고; 여기서 미러 그룹 위치 파라미터 MG = OAL1/OAL3 에 대해 조건 MG > 0.7 을 유지하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  44. 제 43 항에 있어서,
    MG ≥ 0.8 인 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  45. 투영 대물렌즈의 물체 평면에 제공된 패턴을 투영 대물렌즈의 이미지 평면 위로 결상시키기 위한 반사굴절식 투영 대물렌즈에 있어서,
    물체 평면에 제공된 패턴을 제 1 중간상으로 결상시키기 위한 제 1 굴절식 대물렌즈부;
    상기 제 1 중간상을 제 2 중간상으로 결상시키기 위한, 적어도 하나의 오목 미러를 포함하는 제 2 대물렌즈부;
    상기 제 2 중간상을 이미지 평면 위로 결상시키기 위한 제 3 굴절식 대물렌즈부;를 포함하며,
    상기 이미지 표면의 상류측에 있는 8개 및 9개의 연속적인 렌즈들 중에서 적어도 하나가 포지티브 굴절력을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  46. 제 45 항에 있어서,
    이미지측 개구수 NA 가 1.2 보다 큰 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  47. 제 45 항에 있어서,
    제 1 연속 미러면을 갖는 제 1 오목 미러와 제 2 연속 미러면을 갖는 적어도 하나의 제 2 오목 미러가 상기 제 2 대물렌즈부에 배치되며;
    동공면들이 물체 평면과 제 1 중간상 사이, 제 1 중간상과 제 2 중간상 사이 및 제 2 중간상과 이미지 평면 사이에 형성되며;
    모든 오목 미러들이 동공면으로부터 광학적으로 떨어져서 위치하는 것을 특징으로 하는 투영 대물렌즈.
  48. 조명 시스템 및 반사굴절식 투영 대물렌즈를 구비하는 마이크로리소그래피용 투영 노광 시스템에 있어서, 상기 투영 대물렌즈는 제 1 항에 따라 구성된 것을 특징으로 하는 투영 노광 시스템.
  49. 소정의 패턴을 갖는 마스크를 제공하는 단계;
    소정의 파장을 갖는 자외선 광으로 상기 마스크를 조명하는 단계; 및
    제 1 항에 따른 반사굴절식 투영 대물렌즈를 사용하여 상기 패턴의 이미지를 투영 대물렌즈의 이미지 평면 근방에 배치된 감광성 기판 위로 투영하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체소자 또는 다른 종류의 마이크로 소자를 제조하기 위한 방법.
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