KR20070048276A - 투영 노광 장치, 투영 노광 방법 및 마이크로 디바이스제조 방법 - Google Patents

투영 노광 장치, 투영 노광 방법 및 마이크로 디바이스제조 방법 Download PDF

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KR20070048276A
KR20070048276A KR1020077008647A KR20077008647A KR20070048276A KR 20070048276 A KR20070048276 A KR 20070048276A KR 1020077008647 A KR1020077008647 A KR 1020077008647A KR 20077008647 A KR20077008647 A KR 20077008647A KR 20070048276 A KR20070048276 A KR 20070048276A
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reticle
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야스히로 오무라
나오마사 시라이시
소이치 오와
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가부시키가이샤 니콘
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Abstract

광학 조정 및 기계 설계가 용이하고, 색수차를 비롯한 제수차가 충분히 보정되고, 예컨대, 0.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있는 반사 굴절 광학계. 제 1 면 R의 제 1 중간 이미지를 형성하기 위한 제 1 결상 광학계 G1과, 제 1 중간 이미지 근방에 배치된 제 1 광로 절곡경(1)과, 오목면 반사경 CM과 적어도 하나의 부 렌즈(3)를 갖고 제 2 중간 이미지를 형성하기 위한 제 2 결상 광학계 G2와, 제 2 중간 이미지 근방에 배치된 제 2 광로 절곡경(2)과, 제 1 면의 축소 이미지를 제 2 면 W 상에 형성하기 위한 제 3 결상 광학계 G3을 구비하고 있다. 제 1 광로 절곡경의 반사면과 제 2 광로 절곡경의 반사면은 공간적으로 중복되지 않도록 위치 결정되어 있다.

Description

투영 노광 장치, 투영 노광 방법 및 마이크로 디바이스 제조 방법{PROJECTION EXPOSURE APPARATUS, PROJECTION EXPOSURE METHOD, AND METHOD FOR MANUFACTURING MICRODEVICE}
도 1은 본 발명의 반사 굴절 광학계의 기본적인 구성을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 각 실시예에 따른 반사 굴절 광학계를 투영 광학계로서 구비한 투영 노광 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 도면,
도 3은 웨이퍼 W 상에 형성되는 직사각형 형상의 노광 영역(즉, 실효 노광 영역)과 기준 광축 위치 관계를 나타내는 도면,
도 4는 실시예 1에 따른 반사 굴절 광학계(투영 광학계 PL)의 렌즈 구성을 나타내는 도면,
도 5는 실시예 1에서의 횡수차를 나타내는 도면,
도 6은 실시예 2에 따른 반사 굴절 광학계(투영 광학계 PL)의 렌즈 구성을 나타내는 도면,
도 7은 실시예 2에서의 횡수차를 나타내는 도면,
도 8은 도 2에 나타내는 본 실시예의 투영 노광 장치의 전체 구성을 나타내는 도면,
도 9는 도 8의 투영 노광 장치의 일부를 구성하는 조명 광학계에 관련된 부분을 나타내는 확대도,
도 10은 도 8의 투영 노광 장치의 일부를 구성하는 투영 광학계에 관련된 부분을 나타내는 확대도,
도 11은 디바이스(IC나 LSI 등의 반도체 칩, 액정 패널, CCD, 박막 자기 헤드, 마이크로 머신 등)의 제조예의 흐름도를 나타내는 도면,
도 12는 반도체 디바이스의 경우에서의 도 11의 단계 204의 상세한 흐름의 일례를 나타내는 도면,
도 13a는 실시예 3에 따른 반사 굴절 광학계(투영 광학계 PL)의 렌즈 구성을 나타내는 도면,
도 13b는 실시예 3에 따른 반사 굴절 광학계(투영 광학계 PL)의 주요부 구성을 나타내는 도면,
도 14는 실시예 3에서의 횡수차를 나타내는 도면,
도 15는 각 결상 광학계의 광축과 한 쌍의 반사면의 교선의 배치에 대한 변형예 1을 나타내는 도면,
도 16은 각 결상 광학계의 광축과 한 쌍의 반사면의 교선의 배치에 대한 변형예 2를 나타내는 도면,
도 17은 각 결상 광학계의 광축과 한 쌍의 반사면의 교선의 배치에 대한 변형예 3을 도시한 도면,
도 18은 각 결상 광학계의 광축과 한 쌍의 반사면의 교선의 배치에 대한 변 형예 4를 나타내는 도면,
도 19는 각 결상 광학계의 광축과 한 쌍의 반사면의 교선의 배치에 대한 변형예 5를 나타내는 도면이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 제 1 광로 절곡경 2: 제 2 광로 절곡경
본 발명은 반사 굴절 광학계 및 이 광학계를 구비한 투영 노광 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 소자나 액정 표시 소자 등을 포토리소그래피 공정으로 제조할 때에 사용되는 투영 노광 장치에 가장 적합한 고해상의 반사 굴절형 투영 광학계에 관한 것이다.
반도체 소자 등을 제조하기 위한 포토리소그래피 공정에서, 포토 레티클 또는 레티클(이하, 총칭하여 「레티클」이라 함)의 패턴 이미지를 투영 광학계를 거쳐서 포토 레지스트 등이 도포된 웨이퍼(또는 유리 플레이트 등) 상에 노광하는 투영 노광 장치가 사용되고 있다. 그리고, 반도체 소자 등의 집적도가 향상됨에 따라, 투영 노광 장치의 투영 광학계에 요구되는 해상력(해상도)이 점점 높아지고 있다. 그 결과, 투영 광학계의 해상력에 대한 요구를 만족시키기 위해서, 조명광(노 광광)의 파장을 짧게 하고, 또한, 투영 광학계의 개구수(NA)를 크게 할 필요가 있다.
예컨대, 파장이 180㎚ 이하인 노광광을 이용하면, 0.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있다. 그러나, 조명광의 파장이 짧아지면 광의 흡수가 현저하게 되어, 실용에 견딜 수 있는 초재(광학 재료)의 종류는 한정된다. 특히, 조명광의 파장이 180㎚ 이하가 되면, 실용적으로 사용할 수 있는 초재는 실질적으로 형석(螢石)에만 한정된다. 그 결과, 굴절형의 투영 광학계에서는 색수차의 보정이 불가능하게 된다. 여기서, 굴절형의 광학계라는 것은 파워를 갖는 반사경(오목면 반사경 또는 볼록면 반사경)을 포함하지 않고 렌즈 성분과 같은 투과 광학 부재만을 포함하는 광학계이다.
상술한 바와 같이, 단일 초재로 이루어지는 굴절형의 투영 광학계에서는 허용 색수차에 한계가 있어, 레이저 광원의 극협대화(極狹帶化)가 필수적이다. 이 경우, 레이저 광원의 비용 증대 및 출력 저하는 피할 수 없다. 또한, 굴절 광학계에서는 이미지면 만곡량을 결정하는 펫츠벌 합(Petzval Summation)을 0에 근접시키기 위해서, 다수의 정 렌즈 및 부 렌즈를 배치할 필요가 있다. 이에 대하여, 오목면 반사경은 광을 수렴하는 광학 소자로서 정 렌즈에 대응하지만, 색수차가 발생하지 않는 점 및 펫츠벌 합이 부의 값을 취하는(즉, 정 렌즈는 정의 값을 취함) 점에서 정 렌즈와는 다르다.
오목면 반사경과 렌즈를 조합하여 구성된, 소위 반사 굴절 광학계에서는 오목면 반사경의 상술한 특징을 광학 설계 상에서 최대한으로 활용하여, 단순한 구성 에도 불구하고 색수차가 양호한 보정이나 이미지면 만곡을 비롯한 제수차(諸收差)의 양호한 보정이 가능하다. 그러나, 오목면 반사경에 대한 입사 광속과 사출 광속을 어떻게 분리할지가 최대의 난점이며, 이 분리 방식에 대하여 여러 가지 기술이 제안되어 있다. 예컨대, 일본 특허 공개 평성 제8-62502호 공보에는 투영 노광 장치에서 광축을 포함하지 않는 노광 영역(축외 시야)을 이용하는 반사 굴절 광학계로서, 광학계의 도중에서 중간 이미지를 두 번 형성하고, 중간 이미지 근방에서 광속의 분리를 공간적으로 행하는 형식의 반사 굴절 광학계가 개시되어 있다.
본 발명은 상술한 과제를 감안해서 이루어진 것으로서, 광학 조정 및 기계 설계가 용이하고, 색수차를 비롯한 제수차가 충분히 보정되고, 예컨대, 파장이 180㎚ 이하인 진공 자외선 파장 영역의 광을 이용하여 0.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있는 반사 굴절 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 반사 굴절 광학계를 이용하여, 광학 조정 및 기계 설계가 용이하여 색수차를 비롯한 제수차가 충분히 보정되고, 예컨대, O. 1㎛ 이하의 고해상을 확보하고, 또한 실효 노광 영역의 광축으로부터의 축 이탈량을 작게 설정할 수 있는 투영 노광 장치 및 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 투영 노광 장치 및 노광 방법을 이용하여, 예컨대, O. 1㎛ 이하의 고해상으로 양호한 마이크로 디바이스를 제조할 수 있는 마이크로 디바이스 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는, 제 1 면의 축소 이미지를 제 2 면 상에 형성하는 반사 굴절 광학계에 있어서,
상기 제 1 면의 제 1 중간 이미지를 형성하기 위한 굴절형의 제 1 결상 광학계와,
상기 제 1 중간 이미지의 형성 위치 근방에 배치되어, 상기 제 1 중간 이미지를 향한 광속 또는 상기 제 1 중간 이미지로부터의 광속을 편향시키기 위한 제 1 광로 절곡경과,
오목면 반사경과 적어도 하나의 부 렌즈를 갖고, 상기 제 1 중간 이미지로부터의 광속에 근거하여 상기 제 1 중간 이미지와 거의 등배인 제 2 중간 이미지를 상기 제 1 중간 이미지의 형성 위치 근방에 형성하기 위한 제 2 결상 광학계와,
상기 제 2 중간 이미지의 형성 위치 근방에 배치되어, 상기 제 2 중간 이미지를 향한 광속 또는 상기 제 2 중간 이미지로부터의 광속을 편향시키기 위한 제 2 광로 절곡경과,
상기 제 2 중간 이미지로부터의 광속에 근거하여 상기 축소 이미지를 상기 제 2 면 상에 형성하기 위한 굴절형의 제 3 결상 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 반사 굴절 광학계를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 국면에 따르면, 제 1 면의 축소 이미지를 제 2 면 상에 형성하는 반사 굴절 광학계에 있어서,
상기 제 1 면과 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되어 제 1 광축을 갖는 굴절형의 제 1 결상 광학계와,
상기 제 1 결상 광학계와 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되어 오목면 반사경과 제 2 광축을 갖는 제 2 결상 광학계와,
상기 제 2 결상 광학계와 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되어 제 3 광축을 갖는 굴절형의 제 3 결상 광학계를 구비하되,
상기 제 1 내지 제 3 결상 광학계는 상기 제 1 광축과 상기 제 2 광축이 교차하고, 또한, 상기 제 2 광축과 상기 제 3 광축이 교차하도록 위치 결정되어 있는 것을 특징으로 하는 반사 굴절 광학계를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 투영 광학계를 거쳐서 투영 원판 상의 패턴을 감광성 기판 상에 투영 노광하는 투영 노광 장치에 있어서,
상기 투영 광학계는 굴절형의 제 1 결상 광학계와, 오목면 반사경을 포함하는 제 2 결상 광학계와, 굴절형의 제 3 결상 광학계와, 상기 제 1 결상 광학계와 상기 제 2 결상 광학계 사이의 광로 중에 배치된 제 1 광로 절곡경과, 상기 제 2 결상 광학계와 상기 제 3 결상 광학계 사이의 광로 중에 배치된 제 2 광로 절곡경을 구비하되,
상기 제 1 결상 광학계는 해당 제 1 결상 광학계와 상기 제 2 결상 광학계 사이의 광로 중에 상기 투영 원판 상의 패턴의 제 1 중간 이미지를 형성하고,
상기 제 2 결상 광학계는 해당 제 2 결상 광학계와 상기 제 3 결상 광학계 사이의 광로 중에 상기 투영 원판 상의 패턴의 제 2 중간 이미지를 형성하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 자외 영역의 조명광을 생성하는 공정과,
상기 조명광에 의해 소정의 패턴이 형성된 투영 원판을 조명하는 공정과,
본 발명의 반사 굴절 광학계를 이용하여, 상기 제 1 면 상에 배치된 상기 투영 원판의 이미지기 소정 패턴의 이미지를 상기 제 2 면 상에 배치된 감광성 기판 상에 투영 노광하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 투영 광학계를 거쳐서 투영 원판 상의 패턴을 감광성 기판 상에 투영 노광하는 노광 방법에 있어서,
자외 영역의 조명광을 상기 투영 원판 상의 상기 패턴으로 유도하는 공정과,
상기 패턴을 거친 상기 조명광을 굴절형의 제 1 결상 광학계로 유도하여 상기 투영 원판 상의 패턴의 제 1 중간 이미지를 형성하는 공정과,
상기 제 1 중간 이미지로부터의 광을 오목면 반사경을 포함하는 제 2 결상 광학계로 유도하여 제 2 중간 이미지를 형성하는 공정과,
상기 제 2 중간 이미지로부터의 광을 굴절형의 제 3 결상 광학계로 유도하여 상기 감광성 기판 상에 최종 이미지를 형성하는 공정과,
상기 제 1 결상 광학계와 상기 제 2 결상 광학계 사이의 광로 중에 배치된 제 1 절곡경에 의해 상기 제 1 결상 광학계로부터의 광을 편향시키는 공정과,
상기 제 2 결상 광학계와 상기 제 3 결상 광학계 사이의 광로 중에 배치된 제 2 절곡경에 의해 상기 제 2 결상 광학계로부터의 광을 편향시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 본 발명의 노광 방법을 이용하여 마이크로 디바이스를 제조하는 것을 특징으로 하는 마이크로 디바이스 제조 방법, 또는 본 발명의 투영 노광 장치를 이용한 리소그래피 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 디바이스 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 제 1 면의 이미지를 제 2 면 상에 형성하는 결상 광학계에 있어서,
상기 제 1 면과 상기 제 2 면 사이에 배치된 적어도 하나의 반사면을 갖고,
상기 반사면은 금속 반사막과, 해당 금속 반사막 상에 마련되어 상기 금속 반사막으로부터의 반사광이 갖는 편광 상태의 차에 기인하는 위상차를 보정하기 위한 보정막을 갖는 것을 특징으로 하는 결상 광학계를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 투영 광학계를 이용하여 투영 원판 상의 패턴을 감광성 기판에 투영 노광하는 투영 노광 장치에 있어서,
상기 투영 광학계로서 본 발명의 결상 광학계를 이용하여, 제 1 면에 배치된 상기 투영 원판의 이미지를 제 2 면에 배치된 상기 감광성 기판에 투영 노광하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 투영 광학계를 이용하여 투영 원판 상의 패턴을 감광성 기판에 투영 노광하는 투영 노광 방법에 있어서,
상기 투영 광학계로서 본 발명의 결상 광학계를 이용하여, 제 1 면에 배치된 상기 투영 원판의 이미지를 제 2 면에 배치된 상기 감광성 기판에 투영 노광하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 투영 광학계를 이용하여 투영 원판 상의 패턴을 감광성 기판에 투영 노광하는 투영 노광 장치에 있어서,
상기 투영 광학계는 상기 투영 원판과 상기 감광성 기판 사이의 광로 중에 배치된 적어도 하나의 반사 부재를 갖고,
해당 반사 부재는 상기 반사 부재에 대한 P 편광 성분과 S 편광 성분이 상기 감광성 기판에 도달할 때에 상기 P 편광 성분과 상기 S 편광 성분의 위상차가 실질적으로 존재하지 않도록, 광을 반사하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 투영 광학계를 이용하여 투영 원판 상의 패턴을 감광성 기판에 투영 노광하는 투영 노광 방법에 있어서,
상기 투영 원판으로부터 상기 감광성 기판을 향한 광은 적어도 하나의 반사 부재를 경유하고,
상기 반사 부재는 상기 반사 부재로부터의 반사광이 갖는 편광 상태의 차에 기인하는 위상차의 각도 특성이 소망의 분포로 되도록 광을 반사하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 제 1 면의 축소 이미지를 제 2 면 상에 형성하는 반사 굴절 광학계에 있어서,
상기 제 1 면과 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되어 제 1 광축을 갖는 제 1 결상 광학 서브시스템과,
상기 제 1 결상 광학 서브시스템과 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되어 오목면 반사경과 제 2 광축을 갖는 제 2 결상 광학 서브시스템과,
상기 제 2 결상 광학 서브시스템과 상기 제 2 면 사이의 광로 중에 배치되어 제 3 광축을 갖는 제 3 결상 광학 서브시스템을 구비하되,
상기 제 1 결상 광학 서브시스템은 굴절 결상 광학계를 갖고,
상기 제 3 결상 광학 서브시스템은 굴절 결상 광학계를 갖고,
상기 제 1 광축과 상기 제 3 광축은 공통 축상에 위치하는 것을 특징으로 하는 반사 굴절 광학계를 제공한다.
도 1은 본 발명의 반사 굴절 광학계의 기본적인 구성을 설명하기 위한 도면이다. 또, 도 1에서는 본 발명의 반사 굴절 광학계가 투영 노광 장치의 투영 광학계에 적용되어 있는 것으로 한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 반사 굴절 광학계는 제 1 면에 배치된 투영 원판으로서의 레티클 R 패턴의 제 1 중간 이미지를 형성하기 위한 굴절형의 제 1 결상 광학계 G1을 구비하고 있다.
제 1 결상 광학계 G1이 형성하는 제 1 중간 이미지의 형성 위치 근방에는 제 1 광로 절곡경(1)이 배치되어 있다. 제 1 광로 절곡경(1)은 제 1 중간 이미지를 향한 광속 또는 제 1 중간 이미지로부터의 광속을 제 2 결상 광학계 G2를 향해서 편향시킨다. 제 2 결상 광학계 G2는 오목면 반사경 CM과 적어도 하나의 부 렌즈(3)를 갖고, 제 1 중간 이미지로부터의 광속에 근거하여 제 1 중간 이미지와 거의 등배인 제 2 중간 이미지(제 1 중간 이미지의 이미지로서 패턴의 2차 이미지)를 제 1 중간 이미지의 형성 위치 근방에 형성한다.
제 2 결상 광학계 G2가 형성하는 제 2 중간 이미지의 형성 위치 근방에는 제 2 광로 절곡경(2)이 배치되어 있다. 제 2 광로 절곡경(2)은 제 2 중간 이미지를 향한 광속 또는 제 2 중간 이미지로부터의 광속을 굴절형의 제 3 결상 광학계 G3을 향해서 편향시킨다. 여기서, 제 1 광로 절곡경(1)의 반사면과 제 2 광로 절곡경(2)의 반사면은 공간적으로 중복되지 않도록 위치 결정되어 있다. 제 3 결상 광학계 G3은 제 2 중간 이미지로부터의 광속에 근거하여 레티클 R 패턴의 축소 이미지(제 2 중간 이미지의 이미지로서 반사 굴절 광학계의 최종 이미지)를 제 2 면에 배치된 감광성 기판으로서의 웨이퍼 W 상에 형성한다.
상술한 구성에서는 복수의 렌즈를 포함하는 굴절 광학계인 제 1 결상 광학계 G1 및 제 3 결상 광학계 G3에서 발생하는 색수차 및 정의 값(正置)의 펫츠벌 합을 제 2 결상 광학계 G2의 오목면 반사경 CM 및 부 렌즈(3)에 의해 보상한다. 또한, 제 2 결상 광학계 G2가 거의 등배인 결상 배율을 갖는 구성에 의해, 제 1 중간 이미지 근방에 제 2 중간 이미지를 형성할 수 있게 된다. 본 발명에서는, 이 두 개의 중간 이미지 근방에서 광로 분리를 행함으로써, 노광 영역(즉, 실효 노광 영역)의 광축으로부터의 거리 즉, 축 이탈량을 작게 설정할 수 있다. 이것은 수차 보정의 점에서 유리하게 될 뿐만 아니라, 광학계의 소형화, 광학 조정, 기계 설계, 제조 비용 등의 점에서도 유리하게 된다.
상술한 바와 같이, 제 2 결상 광학계 G2는 제 1 결상 광학계 G1 및 제 3 결상 광학계 G3에서 발생하는 색수차 및 정의 값의 펫츠벌 합의 보상을 전적으로 부담한다. 이 때문에, 제 2 결상 광학계 G2를 구성하는 오목면 반사경 CM 및 부 렌 즈(3)의 파워를 모두 크게 설정할 필요가 있다. 따라서, 제 2 결상 광학계 G2의 대칭성이 무너지면, 배율 색수차나 색 코마 수차와 같은 비대칭 색수차의 발생이 커져, 충분한 해상력을 얻을 수 없게 된다. 그래서, 본 발명에서는, 제 2 결상 광학계 G2의 결상 배율을 거의 등배로 설정하고, 또한 그 동공 위치의 근방에 오목면 반사경 CM을 배치할 수 있는 구성을 채용함으로써, 양호한 대칭성을 확보하여 상술한 비대칭 색수차의 발생을 방지하는 것에 성공하고 있다.
이하, 본 발명의 각 조건식을 참조하여, 본 발명의 구성에 대해서 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에서는 제 2 결상 광학계 G2의 결상 배율 β2가, 다음 조건식 1을 만족시키는 것이 바람직하다.
Figure 112007028949036-PAT00001
(1)
조건식 1은 제 2 결상 광학계 G2의 결상 배율 β2에 대해서 적절한 범위를 규정하고 있다.
이 조건식 1을 만족시키지 않는 경우, 광로 분리를 위한 축 이탈량이 커져, 광학계의 대형화 및 복잡화를 피할 수 없게 되므로 바람직하지 않다. 게다가, 배율 색수차나 색 코마 수차 등의 비대칭 색수차의 발생을 방지할 수 없게 되므로 바람직하지 않다.
또, 조건식 1의 하한값을 0.85로 하고, 상한값을 1.15로 하는 것이 더 바람직하다. 그리고, 조건식 1의 하한값을 0.87로 하는 것이 더 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 다음 조건식 2를 만족시키는 것이 바람직하다.
Figure 112007028949036-PAT00002
(2)
여기서, L1은 제 1 중간 이미지와 제 2 결상 광학계 G2 중의 오목면 반사경 CM 사이의 광축에 따른 거리이다. 또한, L2는 제 2 중간 이미지와 제 2 결상 광학계 G2 내의 오목면 반사경 CM 사이의 광축에 따른 거리이다. 본 발명의 경우, 중간 이미지가 광축 상에 형성되지 않기 때문에, L1 및 L2는 중간 이미지로부터 광축으로 수선을 내렸을 때의 해당 수선과 광축의 교점으로부터 오목면 반사경 CM까지의 광축에 따른 거리이다.
조건식 2는 제 1 결상 광학계 G1이 형성하는 제 1 중간 이미지와 제 2 결상 광학계 G2가 형성하는 제 2 중간 이미지의 위치 관계를 규정하고 있다.
이 조건식 2를 만족시키지 않는 경우, 광로 분리를 위한 축 이탈량이 커져, 광학계의 대형화 및 복잡화를 피할 수 없게 되므로 바람직하지 않다.
또, 조건식 2의 상한값을 0.12로 하는 것이 더 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 제 1 중간 이미지는 제 1 광로 절곡경(1)과 제 2 결상 광학계 G2 사이의 광로 중에 형성되고, 제 2 중간 이미지는 제 2 결상 광학계 G2와 제 2 광로 절곡경(2) 사이의 광로 중에 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 제 1 면과 제 2 면의 거리를 짧게 할 수 있기 때문에, 광학계의 안정성이 증가하여 광학 조정 및 기계 설계가 용이하게 된다. 또한, 투영 노광 장치에 적용하는 경우에는, 제 1 면에 배치되는 레티클 R과 제 2 면에 배치되는 웨이퍼 W의 거리가 짧아지기 때문에, 장치 전체의 높이를 낮출 수 있다.
또한, 본 발명에서는 다음 조건식 3을 만족시키는 것이 바람직하다.
Figure 112007028949036-PAT00003
(3)
여기서, β는 반사 굴절 광학계(투영 노광 장치에 적용되는 경우에는 투영 광학계)의 결상 배율이다. 또한, β1은 제 1 결상 광학계 G1의 결상 배율이다.
조건식 3은 전체 계의 결상 배율 β와 제 1 결상 광학계 G1의 결상 배율 β1의 비에 대해서 적절한 범위를 규정하고 있다.
이 조건식 3의 상한값을 상회하면, 제 1 광로 절곡경(1) 및 제 2 광로 절곡경(2)에 입사하는 광속의 각도 편차(각도 범위)가 커져, 결과로서 반사막의 설계가 곤란해지기 때문에 바람직하지 않다. 특히, 180㎚보다도 짧은 파장의 광에 대해서는 사용할 수 있는 반사막 재료도 한정되어, 넓은 각도 대역에서 반사율을 높은 수준으로 일정하게 유지하는 것은 어렵다. 또한, P 편광과 S 편광 사이의 반사율의 차이나 위상 변화도 입사 각도에 따라 변화하기 때문에, 나아가서는 전체 계의 결상 성능 열화로 이어진다.
한편, 이 조건식 3의 하한값을 하회하면, 제 3 결상 광학계 G3이 부담해야 할 배율의 부하가 높아져 광학계의 대형화를 피할 수 없게 되기 때문에 바람직하지 않다.
또, 조건식 3의 하한값을 0.25로 하고, 상한값을 0.46으로 하는 것이 더 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 반사 굴절 광학계가 제 1 면 측 및 제 2 면 측의 양측에 대해 텔레센트릭한 광학계(telecentric optical system)인 것이 바람직하다. 투영 노광 장치에 적용하는 경우에는, 투영 광학계가 레티클 측 및 웨이퍼 측의 양 측에 대해 텔레센트릭한 광학계인 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 레티클 R이나 웨이퍼 W 등의 위치 오차나 휨이 발생한 경우에, 이미지의 배율 오차나 왜곡을 작게 억제할 수 있다. 또, 광학계가 실질적으로 텔레센트릭이라고 하기 위해서는, 광속의 중심을 지나는 광선(즉, 주(主) 광선)과 광축이 이루는 각도가 전체 화면 내에서 50분 이하로 되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 반사 굴절 광학계가 양측에 텔레센트릭인 것에 부가해서, 다음 조건식 4를 만족시키는 것이 바람직하다.
Figure 112007028949036-PAT00004
(4)
여기서, E는 제 1 결상 광학계 G1의 가장 이미지 측의 면과 그 사출 동공 위치 사이의 광축에 따른 거리이다. 또한, D는 제 1 결상 광학계 G1의 가장 이미지 측의 면으로부터 제 2 결상 광학계 G2 중의 오목면 반사경 CM까지의 광축에 따른 공기 환산 거리이다.
조건식 4는 제 1 결상 광학계 G1의 사출 동공과 오목면 반사경 CM의 위치 관계를 규정하고 있다.
이 조건식 4를 만족시키지 않는 경우, 배율 색수차나 색 코마 수차 등의 비대칭 색수차의 발생을 양호하게 억제할 수 없게 되기 때문에 바람직하지 않다.
또, 조건식 4의 상한값을 0.17로 하는 것이 더 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 제 1 광로 절곡경(1)의 반사면의 가상 연장면(평면 형상의 반사면을 무한하게 연장해서 얻어지는 가상면)과 제 2 광로 절곡경(2)의 반사면의 가상 연장면의 교선이, 제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1, 제 2 결상 광학계 G2의 광축 AX2 및 제 3 결상 광학계 G3의 광축 AX3과 한 점(기준점)에서 교차하도록 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1과 제 3 결상 광학계 G3의 광축 AX3이 공통 광축으로 되도록 설정할 수 있게 되고, 특히 세 개의 광축 AX1 내지 AX3 및 두 개의 반사면을 하나의 기준점에 관련해서 위치 결정할 수 있기 때문에, 광학계의 안정성이 증가하고, 광학 조정 및 기계 설계가 용이해진다. 또한, 제 2 결상 광학계 G2의 광축 AX2가 제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1 및 제 3 결상 광학계 G3의 광축 AX3과 직교하도록 설정하는 것에 의해, 정밀도가 더 높은 광학 조정이 용이하게 되어, 광학계의 더 높은 안정성을 달성할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 제 1 결상 광학계 G1을 구성하는 모든 렌즈 및 제 3 결상 광학계 G3을 구성하는 모든 렌즈가 단일 광축을 따라 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 중력에 의한 렌즈의 휨이 회전 대칭이 되도록 설정할 수 있게 되고, 광학 조정에 의해 결상 성능의 열화를 작게 억제할 수 있게 된다. 특히, 투영 노광 장치에 적용된 경우, 제 1 결상 광학계 G1 및 제 3 결상 광학계 G3을 공통 광축을 따라 직립 자세로 사용함으로써, 레티클 R 및 웨이퍼 W를 중력 방향에 직교하는 면(즉, 수평면)을 따라 서로 평행하게 배치하고, 또한, 제 1 결상 광학계 G1 및 제 3 결상 광학계 G3을 구성하는 모든 렌즈를 중력 방향의 단일 광축을 따라 수평으로 배치할 수 있다. 그 결과, 레티클 R, 웨이퍼 W 및 투영 광학계를 구성하는 대부분의 렌즈가 수평으로 유지되어 자중(自重)에 의한 비대칭 변형을 받지 않아, 광학 조정이나 기계 설계나 고해상도의 확보 등에서 매우 유리하 다.
또한, 본 발명에서는 반사 굴절 광학계(투영 노광 장치에 적용되는 경우에는 투영 광학계)를 구성하는 모든 렌즈 중 85% 이상의 수의 렌즈가 단일 광축을 따라 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 예컨대, 제 1 결상 광학계 G1 및 제 3 결상 광학계 G3을 공통 광축을 따라 직립 자세로 사용하면, 광학계를 구성하는 다수의 렌즈 중 대부분의 렌즈를 수평으로 유지하여 자중에 의한 비대칭 변형이 생기지 않게 되므로, 광학 조정이나 기계 설계나 고해상도의 확보 등에서 더 유리하다.
또한, 상술한 바와 같이, 제 2 결상 광학계 G2 중 부 렌즈(3)는 제 1 결상 광학계 G1 및 제 3 결상 광학계 G3에서 발생하는 색수차의 보상을 전적으로 부담하기 때문에, 큰 파워(굴절력)를 갖는 것이 필요하게 된다. 그래서, 본 발명에서는 제 2 결상 광학계 G2가 적어도 두 장의 부 렌즈(3)를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 적어도 두 장의 부 렌즈(3)에 의해 소요의 파워를 분할해서 부담할 수 있게 되고, 나아가서는 안정한 광학계를 구성할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면에 근거하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 각 실시예에 따른 반사 굴절 광학계를 투영 광학계로서 구비한 투영 노광 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 또, 도 2에서, 투영 광학계 PL을 구성하는 반사 굴절 광학계의 기준 광축 AX와 평행하게 Z축을, 광축 AX와 수직인 면 내에서 도 2의 지면과 평행하게 Y축을, 지면과 수직으로 X축을 설정하고 있다. 또한, 도 2는 투영 노광 장치의 전체 구성을 개략적으로 나 타내는 것이며, 그 상세한 구성에 대해서는 도 8 내지 도 10을 참조하여 후술한다.
도시한 투영 노광 장치는 자외 영역의 조명광을 공급하기 위한 광원(100)으로서, 예컨대, F2 레이저(발진 중심 파장 157.624㎚)를 구비하고 있다. 광원(100)으로부터 사출된 광은 조명 광학계 IL을 거쳐 소정의 패턴이 형성된 레티클 R을 균일하게 조명한다. 또, 광원(100)과 조명 광학계 IL 사이의 광로는 케이싱(도시하지 않음)에 의해 밀봉되어 있고, 광원(100)으로부터 조명 광학계 IL 중 가장 레티클 측의 광학 부재까지의 공간은 노광광의 흡수율이 낮은 기체인 헬륨 가스나 질소 등의 비활성 가스로 치환되어 있거나, 또는 거의 진공 상태로 유지되어 있다.
레티클 R은 레티클 홀더 RH를 통해서 레티클 스테이지 RS 상에서 XY 평면과 평행하게 유지되어 있다. 레티클 R에는 전사해야 할 패턴이 형성되어 있고, 패턴 영역 전체 중 X방향을 따라 장변을 갖고, 또한, Y방향을 따라 단변을 갖는 직사각형 형상(슬릿 형상)의 패턴 영역이 조명된다. 레티클 스테이지 RS는 도시를 생략한 구동계의 작용에 의해, 레티클면(즉, XY 평면)을 따라 이차원적으로 이동 가능하고, 그 위치 좌표는 레티클 이동경 RM을 이용한 간섭계 RIF에 의해서 계측되고, 또한, 위치 제어되도록 구성되어 있다.
레티클 R에 형성된 패턴으로부터의 광은 반사 굴절형의 투영 광학계 PL을 거쳐서 감광성 기판인 웨이퍼 W 상에 레티클 패턴 이미지를 형성한다. 웨이퍼 W는 웨이퍼 테이블(웨이퍼 홀더) WT를 거쳐서 웨이퍼 스테이지 WS상에서 XY 평면에 평 행하게 유지되어 있다. 그리고, 레티클 R 상에서의 직사각형 형상의 조명 영역에 광학적으로 대응하도록, 웨이퍼 W 상에서는 X방향을 따라 장변을 갖고, 또한, Y방향을 따라 단변을 갖는 직사각형 형상의 노광 영역에 패턴 이미지가 형성된다. 웨이퍼 스테이지 WS는 도시를 생략한 구동계의 작용에 의해 웨이퍼면(즉, XY 평면)을 따라 이차원적으로 이동 가능하며, 그 위치 좌표는 웨이퍼 이동경 WM을 이용한 간섭계 WIF에 의해서 계측되고, 또한, 위치 제어되도록 구성되어 있다.
도 3은 웨이퍼 W 상에 형성되는 직사각형 형상의 노광 영역(즉, 실효 노광 영역)과 기준 광축 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 각 실시예에서는 기준 광축 AX를 중심으로 한 반경 B를 갖는 원 형상의 영역(이미지 서클) IF 내에서, 기준 광축 AX로부터 +Y 방향으로 축 이탈량 A만큼 떨어진 위치에 소망하는 크기를 갖는 직사각형 형상의 실효 노광 영역 ER이 설정되어 있다. 여기서, 실효 노광 영역 ER의 X방향의 길이는 LX이며, 그 Y방향의 길이는 LY이다.
환언하면, 각 실시예에서는 기준 광축 AX로부터 +Y방향으로 축 이탈량 A만큼 떨어진 위치에 소망 크기를 갖는 직사각형 형상의 실효 노광 영역 ER이 설정되고, 기준 광축 AX를 중심으로 해서 실효 노광 영역 ER을 포괄하도록 원 형상의 이미지 서클 IF의 반경 B가 규정되어 있다. 따라서, 도시를 생략했지만, 이에 대응해서 레티클 R 상에서는 기준 광축 AX로부터 -Y방향으로 축 이탈량 A에 대응하는 거리만큼 떨어진 위치에 실효 노광 영역 ER에 대응한 크기 및 형상을 갖는 직사각형 형상의 조명 영역(즉, 실효 조명 영역)이 형성되어 있게 된다.
또한, 도시한 투영 노광 장치에서는 투영 광학계 PL을 구성하는 광학 부재 중 가장 레티클 측에 배치된 광학 부재(각 실시예에서는 렌즈 L11)와 가장 웨이퍼 측에 배치된 광학 부재(각 실시예에서는 렌즈 L311) 사이에서 투영 광학계 PL의 내부가 기밀 상태를 유지하도록 구성되고, 투영 광학계 PL 내부의 기체는 헬륨 가스나 질소 등의 비활성 가스로 치환되어 있거나, 또는 거의 진공 상태로 유지되어 있다.
또한, 조명 광학계 IL과 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) 내부에 질소나 헬륨 가스 등의 비활성 가스가 충전되어 있거나, 또는 거의 진공 상태로 유지되어 있다.
또한, 투영 광학계 PL과 웨이퍼 W 사이의 좁은 광로에는 웨이퍼 W 및 웨이퍼 스테이지 WS 등이 배치되어 있지만, 웨이퍼 W 및 웨이퍼 스테이지 WS 등을 밀봉 포위하는 케이싱(도시하지 않음) 내부에 질소나 헬륨 가스 등의 비활성 가스가 충전되어 있거나, 또는 진공 상태로 유지되어 있다.
이와 같이, 광원(100)으로부터 웨이퍼 W까지의 광로의 전체에 걸쳐, 노광광이 거의 흡수되지 않는 분위기가 형성되어 있다.
상술한 바와 같이, 투영 광학계 PL에 의해서 규정되는 레티클 R 상의 조명 영역 및 웨이퍼 W 상의 노광 영역(즉, 실효 노광 영역 ER)은 Y방향을 따라 단변을 갖는 직사각형 형상이다. 따라서, 구동계 및 간섭계(RIF, WIF) 등을 이용하여 레티클 R 및 웨이퍼 W의 위치 제어를 행하면서, 직사각형 형상의 노광 영역 및 조명 영역의 단변 방향 즉, Y방향을 따라 레티클 스테이지 RS와 웨이퍼 스테이지 WS를, 나아가서는 레티클 R과 웨이퍼 W를 동일한 방향으로(즉, 동일한 쪽으로) 동기적으로 이동(주사)시킴으로써, 웨이퍼 W 상에는 노광 영역의 장변과 동일한 폭을 갖고, 또한, 웨이퍼 W의 주사량(이동량)에 따른 길이를 갖는 영역에 대해서 레티클 패턴이 주사 노광된다.
각 실시예에서, 본 발명의 반사 굴절 광학계로 이루어지는 투영 광학계 PL은, 제 1 면에 배치된 레티클 R 패턴의 제 1 중간 이미지를 형성하기 위한 굴절형의 제 1 결상 광학계 G1과, 오목면 반사경 CM과 두 개의 부 렌즈(3)로 구성되고 제 1 중간 이미지와 거의 등배인 제 2 중간 이미지(제 1 중간 이미지의 거의 등배 이미지로서 레티클 패턴의 2차 이미지)를 형성하기 위한 제 2 결상 광학계 G2와, 제 2 중간 이미지로부터의 광에 근거하여 제 2 면에 배치된 웨이퍼 W 상에 레티클 패턴의 최종 이미지(레티클 패턴의 축소 이미지)를 형성하기 위한 굴절형의 제 3 결상 광학계 G3을 구비하고 있다.
또, 각 실시예에서, 제 1 결상 광학계 G1과 제 2 결상 광학계 G2 사이의 광로 중에서 제 1 중간 이미지의 형성 위치 근방에는 제 1 결상 광학계 G1로부터의 광을 제 2 결상 광학계 G2를 향해 편향시키기 위한 제 1 광로 절곡경(1)이 배치되어 있다. 또한, 제 2 결상 광학계 G2와 제 3 결상 광학계 G3 사이의 광로 중에서 제 2 중간 이미지의 형성 위치 근방에는 제 2 결상 광학계 G2로부터의 광을 제 3 결상 광학계 G3을 향해 편향시키기 위한 제 2 광로 절곡경(2)이 배치되어 있다. 각 실시예에서, 제 1 중간 이미지 및 제 2 중간 이미지는 제 1 광로 절곡경(1)과 제 2 결상 광학계 G2 사이의 광로 중 및 제 2 결상 광학계 G2와 제 2 광로 절곡경(2) 사이의 광로 중에 각각 형성된다.
또한, 각 실시예에서, 제 1 결상 광학계 G1은 직선 형상으로 연장한 광축 AX1을 갖고, 제 3 결상 광학계 G3은 직선 형상으로 연장한 광축 AX3을 갖고, 광축 AX1과 광축 AX3은 공통의 단일 광축인 기준 광축 AX와 일치하도록 설정되어 있다. 또, 기준 광축 AX는 중력 방향(즉, 연직 방향)을 따라 위치 결정되어 있다. 그 결과, 레티클 R 및 웨이퍼 W는 중력 방향에 직교하는 면 즉, 수평면을 따라 서로 평행하게 배치되어 있다. 이 때문에, 각 노광마다(각 레이어마다)의 중첩 정밀도나 레티클과 웨이퍼의 동기 정밀도를 높일 수 있다. 게다가, 제 1 결상 광학계 G1을 구성하는 모든 렌즈 및 제 3 결상 광학계 G3을 구성하는 모든 렌즈도 기준 광축 AX 상에서 수평면을 따라 배치되어 있다.
한편, 제 2 결상 광학계 G2도 직선 형상으로 연장한 광축 AX2를 갖고, 이 광축 AX2는 기준 광축 AX와 직교하도록 설정되어 있다. 또한, 제 1 광로 절곡경(1) 및 제 2 광로 절곡경(2)은 모두 평면 형상의 반사면을 갖고, 두 개의 반사면을 갖는 하나의 광학 부재(하나의 광로 절곡경 FM)로서 일체적으로 구성되어 있다. 이 두 개의 반사면의 교선(엄밀하게는 그 가상 연장면의 교선)이 제 1 결상 광학계 G1의 AX1, 제 2 결상 광학계 G2의 AX2 및 제 3 결상 광학계 G3의 AX3과 한 점에서 교차하도록 설정되어 있다. 또, 실시예 1 및 실시예 2에서는 제 1 광로 절곡경(1) 및 제 2 광로 절곡경(2)이 모두 표면 반사경으로 구성되고, 실시예 3에서는 제 1 광로 절곡경(1) 및 제 2 광로 절곡경(2)이 모두 이면 반사경으로 구성되어 있다. 그런데, 광로 절곡경 FM의 반사면의 유효 영역과 광축 AX의 간격을 작게 설정할수록 상술한 실효 노광 영역의 축 이탈량 A는 작아진다.
각 실시예에서, 투영 광학계 PL을 구성하는 모든 굴절 광학 부재(렌즈 성분)에는 형석(CaF2 결정)을 사용하고 있다. 또한, 노광광인 F2 레이저광의 발진 중심 파장은 157.624㎚이며, 157.624㎚ 부근에서 CaF2의 굴절률은 +1pm의 파장 변화당 -2.6×1O-6의 비율로 변화하고, -1pm의 파장 변화당 +2.6×1O-6의 비율로 변화한다. 환언하면, 157.624㎚ 부근에서, CaF2의 굴절률의 분산 (dn/dλ)은 2.6×10-6/pm이다.
따라서, 실시예 1 및 실시예 2에서, 중심 파장 157.624㎚에 대한 CaF2의 굴절률은 1.559238이며, 157.624㎚+1pm=157.625㎚에 대한 CaF2의 굴절률은 1.5592354이며, 157.624㎚-1pm=157.623㎚에 대한 CaF2의 굴절률은 1.5592406이다. 한편, 실시예 3에서, 중심 파장 157.624㎚에 대한 CaF2의 굴절률은 1.5593067이며, 157.624㎚+1pm=157.625㎚에 대한 CaF2의 굴절률은 1.5593041이며, 157.624㎚-1pm=157.623㎚에 대한 CaF2의 굴절률은 1.5593093이다.
또한, 각 실시예에서, 비구면은 광축에 수직인 방향의 높이를 y로 하고, 비구면의 정점에서의 접평면으로부터 높이 y에서의 비구면 상의 위치까지의 광축에 따른 거리(새그(sag)량)를 z로 하고, 정점 곡률 반경을 r로 하고, 원추 계수를 κ 로 하고, n차의 비구면 계수를 Cn으로 했을 때, 이하의 수학식 a로 표시된다.
Figure 112007028949036-PAT00005
(a)
각 실시예에서, 비구면 형상으로 형성된 렌즈면에는 면번호의 우측에 *표시를 붙이고 있다.
(실시예 1)
도 4는 실시예 1에 따른 반사 굴절 광학계(투영 광학계 PL)의 렌즈 구성을 나타내는 도면이다. 또, 실시예 1에서는 파장폭이 157.624㎚±1pm인 노광광에 대해서 색수차를 포함한 제수차가 보정된 투영 광학계에 본 발명을 적용하고 있다.
도 4의 반사 굴절 광학계에서, 제 1 결상 광학계 G1은 레티클 측부터 순서대로, 웨이퍼 측으로 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 부의 메니스커스 렌즈 L11과, 양 볼록 렌즈 L12와, 양 볼록 렌즈 L13과, 양 볼록 렌즈 L14와, 레티클 측으로 볼록면을 향하게 한 부의 메니스커스 렌즈 L15와, 레티클 측으로 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L16과, 레티클 측으로 오목면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L17과, 레티클 측으로 오목면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L18과, 양 볼록 렌즈 L19와, 레티클 측으로 볼록면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L110으로 구성되어 있다.
또한, 제 2 결상 광학계 G2는 광의 진행 왕로(往路)를 따라 레티클 측(즉, 입사 측)부터 순서대로, 레티클 측으로 오목면을 향하게 한 부의 메니스커스 렌즈 L21과, 레티클 측으로 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 부의 메니스커스 렌즈 L22와, 오목면 반사경 CM으로 구성되어 있다.
또한, 제 3 결상 광학계 G3은 광의 진행 방향을 따라 레티클 측부터 순서대로, 레티클 측으로 비구면 형상의 볼록면을 향하게 한 양 볼록 렌즈 L31과, 양 볼록 렌즈 L32와, 양 볼록 렌즈 L33과, 양 오목 렌즈 L34와, 레티클 측으로 볼록면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L35와, 개구 조리개 AS와, 웨이퍼 측으로 비구면 형상의 볼록면을 향하게 한 양 볼록 렌즈 L36과, 양 볼록 렌즈 L37과, 레티클 측으로 볼록면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L38과, 레티클 측으로 볼록면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L39와, 양 오목 렌즈 L310과, 웨이퍼 측으로 평면을 향하게 한 평볼록 렌즈 L311로 구성되어 있다.
다음의 표 1에, 실시예 1의 반사 굴절 광학계의 제원(諸元)의 값을 게재한다. 표 1에서, λ는 노광광의 중심 파장을, β는 투영 배율(전체 계의 결상 배율)을, NA는 이미지 측(웨이퍼 측) 개구수를, B는 웨이퍼 W 상에서의 이미지 서클 IF의 반경을, A는 실효 노광 영역 ER의 축 이탈량을, LX는 실효 노광 영역 ER의 X 방향에 따른 치수(장변의 치수)를, LY는 실효 노광 영역 ER의 Y방향에 따른 치수(단변의 치수)를 각각 나타내고 있다.
또한, 면번호는 물체면(제 1 면)인 레티클면으로부터 이미지면(제 2 면)인 웨이퍼면으로의 광선의 진행 방향에 따른 레티클 측으로부터의 면의 순서를, r은 각 면의 곡률 반경(비구면의 경우에는 정점 곡률 반경:㎜)을, d는 각 면의 축상 간격 즉, 면 간격(㎜)을, n은 중심 파장에 대한 굴절률을 각각 나타내고 있다.
또, 면 간격 d는 반사될 때마다 그 부호를 바꾸는 것으로 한다. 따라서, 면 간격 d의 부호는 제 1 광로 절곡경(1)의 반사면으로부터 오목면 반사경 CM까지의 광로 중 및 제 2 광로 절곡경(2)의 반사면으로부터 이미지면까지의 광로 중에서는 부로 하고, 그 밖의 광로 중에서는 정으로 하고 있다. 그리고, 제 1 결상 광학계 G1에서는 레티클 측을 향해서 볼록면의 곡률 반경을 정으로 하고, 오목면의 곡률 반경을 부로 하고 있다. 한편, 제 3 결상 광학계 G3에서는 레티클 측을 향해서 오목면의 곡률 반경을 정으로 하고, 볼록면의 곡률 반경을 부로 하고 있다. 또한, 제 2 결상 광학계 G2에서는 광의 진행 왕로를 따라 레티클 측(즉, 입사 측)을 향해서 오목면의 곡률 반경을 정으로 하고, 볼록면의 곡률 반경을 부로 하고 있다.
(표 1)
Figure 112007028949036-PAT00006
Figure 112007028949036-PAT00007
Figure 112007028949036-PAT00008
Figure 112007028949036-PAT00009
Figure 112007028949036-PAT00010
도 5는 실시예 1에서의 횡수차를 나타내는 도면이다.
수차도에서, Y는 이미지 높이를, 실선은 중심 파장 157.624㎚를, 점선은 157.624㎚+1pm=157.625㎚를, 일점 쇄선은 157.624㎚-1pm=157.623㎚를 각각 나타내고 있다.
수차도로부터 명확한 바와 같이, 실시예 1에서는 파장폭이 157.624㎚±1pm인 노광광에 대해서 색수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다.
(실시예 2)
도 6은 실시예 2에 따른 반사 굴절 광학계(투영 광학계 PL)의 렌즈 구성을 나타내는 도면이다. 실시예 2에서도 실시예 1과 마찬가지로, 파장폭이 157.624㎚±1pm인 노광광에 대해서 색수차를 포함한 제수차가 보정된 투영 광학계에 본 발명을 적용하고 있다.
도 6의 반사 굴절 광학계에서, 제 1 결상 광학계 G1은 레티클 측부터 순서대로, 웨이퍼 측으로 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L11과, 레티클 측으로 오목면을 향하게 한 부의 메니스커스 렌즈 L12와, 양 볼록 렌즈 L13과, 양 볼록 렌즈 L14와, 레티클 측으로 볼록면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L15와, 레티클 측으로 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L16과, 레티클 측으로 오목면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L17과, 레티클 측으로 오목면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L18과, 양 볼록 렌즈 L19와, 웨이퍼 측으로 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L110으로 구성되어 있다.
또한, 제 2 결상 광학계 G2는 광의 진행 왕로를 따라 레티클 측(즉, 입사 측)부터 순서대로, 레티클 측으로 오목면을 향하게 한 부의 메니스커스 렌즈 L21과, 레티클 측으로 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 부의 메니스커스 렌즈 L22와, 오목면 반사경 CM으로 구성되어 있다.
또한, 제 3 결상 광학계 G3은 광의 진행 방향을 따라 레티클 측부터 순서대로, 레티클 측으로 비구면 형상의 볼록면을 향하게 한 양 볼록 렌즈 L31과, 양 볼 록 렌즈 L32와, 레티클 측으로 볼록면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L33과, 양 오목 렌즈 L34와, 양 볼록 렌즈 L35와, 개구 조리개 AS와, 웨이퍼 측으로 비구면 형상의 볼록면을 향하게 한 부의 메니스커스 렌즈 L36과, 양 볼록 렌즈 L37과, 레티클 측으로 볼록면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L38과, 레티클 측으로 볼록면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L39와, 양 오목 렌즈 L310과, 웨이퍼 측으로 평면을 향하게 한 평볼록 렌즈 L311로 구성되어 있다.
다음의 표 2에, 실시예 2의 반사 굴절 광학계의 제원의 값을 게재한다. 표 2에서, λ는 노광광의 중심 파장을, β는 투영 배율(전체 계의 결상 배율)을, NA는 이미지 측(웨이퍼 측) 개구수를, B는 웨이퍼 W 상에서의 이미지 서클 IF의 반경을, A는 실효 노광 영역 ER의 축 이탈량을, LX는 실효 노광 영역 ER의 X방향에 따른 치수(장변의 치수)를, LY는 실효 노광 영역 ER의 Y방향에 따른 치수(단변의 치수)를 각각 나타내고 있다.
또한, 면번호는 물체면(제 1 면)인 레티클면으로부터 이미지면(제 2 면)인 웨이퍼면으로의 광선의 진행 방향에 따른 레티클 측으로부터의 면의 순서를, r은 각 면의 곡률 반경(비구면의 경우에는 정점 곡률 반경 : ㎜)을, d는 각 면의 축상 간격 즉, 면 간격(㎜)을, n은 중심 파장에 대한 굴절률을 각각 나타내고 있다.
또, 면 간격 d는 반사될 때마다 그 부호를 바꾸는 것으로 한다. 따라서, 면 간격 d의 부호는 제 1 광로 절곡경(1)의 반사면으로부터 오목면 반사경 CM까지의 광로 중 및 제 2 광로 절곡경(2)의 반사면으로부터 이미지면까지의 광로 중에서는 부로 하고, 그 밖의 광로 중에서는 정으로 하고 있다. 그리고, 제 1 결상 광학계 G1에서는 레티클 측을 향해서 볼록면의 곡률 반경을 정으로 하고, 오목면의 곡률 반경을 부로 하고 있다. 한편, 제 3 결상 광학계 G3에서는 레티클 측을 향해서 오목면의 곡률 반경을 정으로 하고, 볼록면의 곡률 반경을 부로 하고 있다. 또한, 제 2 결상 광학계 G2에서는 광의 진행 왕로를 따라 레티클 측(즉, 입사 측)을 향해서 오목면의 곡률 반경을 정으로 하고, 볼록면의 곡률 반경을 부로 하고 있다.
(표 2)
Figure 112007028949036-PAT00011
Figure 112007028949036-PAT00012
Figure 112007028949036-PAT00013
Figure 112007028949036-PAT00014
Figure 112007028949036-PAT00015
도 7은 실시예 2에서의 횡수차를 나타내는 도면이다.
수차도에서, Y는 이미지의 높이를, 실선은 중심 파장 157.624㎚를, 점선은 157.624㎚+1pm=157.625㎚를, 일점 쇄선은 157.624㎚-1pm=157.623㎚를 각각 나타내고 있다.
수차도로부터 명확한 바와 같이, 실시예 2에서도 실시예 1과 마찬가지로, 파장폭이 157.624㎚±1pm인 노광광에 대해서 색수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다.
(실시예 3)
그런데, 실시예 1 및 실시예 2에서는 제 1 광로 절곡경(1) 및 제 2 광로 절곡경(2)을 모두 표면 반사경으로서 구성하고 있다. 또한, 실시예 1 및 실시예 2에서 제 1 광로 절곡경(1)의 반사면 및 제 2 광로 절곡경(2)의 반사면으로 입사하는 광속의 각도 폭은 반사 굴절 광학계의 이미지 측 개구수에 비례해서 커진다. 이 경우, 유전체 다층막으로 반사면을 형성하면, 반사율이 입사 각도에 따라서 변화하고, 반사파의 위상이 입사 각도에 따라서 어긋나, 양호한 각도 특성을 확보하기 곤란하다. 따라서, 넓은 범위의 입사 각도에 대해서 반사율이 거의 일정하게 되는 양호한 각도 특성을 얻기 위해 금속막으로 반사면을 형성하는 것이 바람직하다. 그러나, 산소가 조금이라도 포함되는 분위기 중에서 금속이 F2 레이저의 조사를 받으면, 반사율의 저하가 생긴다.
그래서, 실시예 3에서는 제 1 광로 절곡경(1) 및 제 2 광로 절곡경(2)을 모두 이면 반사경으로서 구성하고 있다. 구체적으로는, 도 13b에 도시하는 바와 같이, 제 1 광로 절곡경(1)은 제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1에 수직인 입사면(1a)과, 광축 AX1에 대해서 45도의 각도로 경사져서 마련된 반사면(1b)과, 제 2 결상 광학계 G2의 광축 AX2에 수직인 사출면(1c)을 갖는 직각 프리즘으로서 형성되어 있다. 또한, 제 2 광로 절곡경(2)은 제 2 결상 광학계 G2의 광축 AX2와 수직인 입사면(2a)과, 광축 AX2에 대해서 45도의 각도로 경사져서 마련된 반사면(2b)과, 제 3 결상 광학계 G3의 광축 AX3에 평행한 사출면(2c)을 갖는 직각 프리즘으로서 형성되어 있다.
또, 제 1 광로 절곡경(1)과 제 2 광로 절곡경(2)은 하나의 광로 절곡경 FM으로서 일체적으로 구성되어 있다. 그리고, 제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1과 제 3 결상 광학계 G3의 광축 AX3이 직선 형상으로 연장하여 단일 공통 광축 즉, 기준 광축 AX를 구성하도록 설정되어 있다. 또한, 제 1 광로 절곡경(1)의 이면 반사면(1b)과 제 2 광로 절곡경(2)의 이면 반사면(2b)의 교선이, 제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1, 제 2 결상 광학계 G2의 광축 AX2 및 제 3 결상 광학계 G3의 축 AX3과 한 점(기준점)에서 교차하도록 설정되어 있다.
상술한 바와 같이, 실시예 3에서는 제 1 광로 절곡경(1) 및 제 2 광로 절곡경(2)이 모두 이면 반사경으로서 구성되어 있다. 따라서, 제 1 광로 절곡경(1)의 이면 반사면(1b) 및 제 2 광로 절곡경(2)의 이면 반사면(2b)이 산소를 포함하는 분위기 중에서 F2 레이저의 조사를 받는 일이 없다. 그 결과, 넓은 범위의 입사 각도에 대해 반사율이 거의 일정하게 되는 양호한 각도 특성을 얻기 위해 반사면을 금속막으로 형성해도, F2 레이저의 조사에 의한 반사율의 저하를 회피할 수 있다.
또, 제 1 중간 이미지나 제 2 중간 이미지의 형성 위치 근방에 제 1 광로 절 곡경(1) 및 제 2 광로 절곡경(2)의 반사면(1b, 2b)이나 투과면(1a, 1c, 2a, 2c)이 있으면, 이들 면의 흠집, 코팅 결함, 먼지 등이 웨이퍼면에 전사된다. 또한, 레티클 R로부터 웨이퍼 W까지의 길이를 되도록 작게 설정하는 편이 장치의 소형화를 도모할 수 있어, 수송 시에도 유리하게 된다. 그래서, 실시예 3에서는 제 1 광로 절곡경(1)의 사출면(1c)과 오목면 반사경 CM 사이에 제 1 중간 이미지를 형성하고, 오목면 반사경 CM과 제 2 광로 절곡경(2)의 입사면(2a) 사이에 제 2 중간 이미지를 형성하고 있다. 이하, 실시예 3을 구체적으로 설명한다.
도 13은 실시예 3에 따른 반사 굴절 광학계(투영 광학계 PL)의 렌즈 구성을 나타내는 도면이다. 실시예 3에서도 실시예 1 및 실시예 2와 마찬가지로, 파장폭이 157.624㎚±1pm인 노광광에 대해서 색수차를 포함하는 제수차가 보정된 투영 광학계에 본 발명을 적용하고 있다.
도 13의 반사 굴절 광학계에서, 제 1 결상 광학계 G1은 레티클 측부터 순서대로, 웨이퍼 측으로 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L11과, 레티클 측으로 오목면을 향하게 한 부의 메니스커스 렌즈 L12와, 양 볼록 렌즈 L13과, 레티클 측으로 볼록면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L14와, 레티클 측으로 볼록면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L15와, 레티클 측으로 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L16과, 레티클 측으로 오목면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L17과, 레티클 측으로 오목면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L18과, 양 볼록 렌즈 L19와, 웨이퍼 측으로 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L110으로 구성되어 있다.
또한, 제 2 결상 광학계 G2는 광의 진행 왕로를 따라 레티클 측(즉, 입사 측)부터 순서대로, 레티클 측으로 오목면을 향하게 한 부의 메니스커스 렌즈 L21과, 레티클 측으로 비구면 형상의 오목면을 향하게 한 부의 메니스커스 렌즈 L22와, 오목면 반사경 CM으로 구성되어 있다.
또한, 제 3 결상 광학계 G3은 광의 진행 방향을 따라 레티클 측부터 순서대로, 레티클 측으로 비구면 형상의 볼록면을 향하게 한 양 볼록 렌즈 L31과, 양 볼록 렌즈 L32와, 레티클 측으로 볼록면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L33과, 양 오목 렌즈 L34와, 양 볼록 렌즈 L35와, 개구 조리개 AS와, 웨이퍼 측으로 비구면 형상의 볼록면을 향하게 한 부의 메니스커스 렌즈 L36과, 양 볼록 렌즈 L37과, 양 볼록 렌즈 L38과, 레티클 측으로 볼록면을 향하게 한 정의 메니스커스 렌즈 L39와, 레티클 측으로 오목면을 향하게 한 부의 메니스커스 렌즈 L310과, 웨이퍼 측으로 평면을 향하게 한 평볼록 렌즈 L311로 구성되어 있다.
다음의 표 3에, 실시예 3의 반사 굴절 광학계의 제원의 값을 게재한다. 표 3에서, λ는 노광광의 중심 파장을, β는 투영 배율(전체 계의 결상 배율)을, NA는 이미지 측(웨이퍼 측) 개구수를, B는 웨이퍼 W 상에서의 이미지 서클 IF의 반경을, A는 실효 노광 영역 ER의 축 이탈량을, LX는 실효 노광 영역 ER의 X방향에 따른 치수(장변의 치수)를, LY는 실효 노광 영역 ER의 Y방향에 따른 치수(단변의 치수)를 각각 나타내고 있다.
또한, 면번호는 물체면(제 1 면)인 레티클면으로부터 이미지면(제 2 면)인 웨이퍼면으로의 광선의 진행 방향에 따른 레티클 측으로부터의 면의 순서를, r은 각 면의 곡률 반경(비구면의 경우에는 정점 곡률 반경 : ㎜)을, d는 각 면의 축상 간격 즉, 면 간격(㎜)을, n은 중심 파장에 대한 굴절률을 각각 나타내고 있다.
또, 면 간격 d는 반사될 때마다 그 부호를 바꾸는 것으로 한다. 따라서, 면 간격 d의 부호는 제 1 광로 절곡경(1)의 반사면으로부터 오목면 반사경 CM까지의 광로 중 및 제 2 광로 절곡경(2)의 반사면으로부터 이미지면까지의 광로 중에서는 부로 하고, 그 밖의 광로 중에서는 정으로 하고 있다. 그리고, 제 1 결상 광학계 G1에서는 레티클 측을 향해서 볼록면의 곡률 반경을 정으로 하고, 오목면의 곡률 반경을 부로 하고 있다. 한편, 제 3 결상 광학계 G3에서는 레티클 측을 향해서 오목면의 곡률 반경을 정으로 하고, 볼록면의 곡률 반경을 부로 하고 있다. 또한, 제 2 결상 광학계 G2에서는 광의 진행 왕로를 따라 레티클 측(즉, 입사 측)을 향해서 오목면의 곡률 반경을 정으로 하고, 볼록면의 곡률 반경을 부로 하고 있다.
(표 3)
Figure 112007028949036-PAT00016
Figure 112007028949036-PAT00017
Figure 112007028949036-PAT00018
Figure 112007028949036-PAT00019
Figure 112007028949036-PAT00020
Figure 112007028949036-PAT00021
도 14는 실시예 3에서의 횡수차를 나타내는 도면이다.
수차도에서, Y는 이미지의 높이를, 실선은 중심 파장 157.624㎚를, 점선은 157.624㎚+1pm=157.625㎚를, 일점 쇄선은 157.624㎚-1pm=157.623㎚를 각각 나타내고 있다.
수차도로부터 명확한 바와 같이, 실시예 3에서도 실시예 1 및 실시예 2와 마찬가지로, 파장폭이 157.624㎚±1pm인 노광광에 대해서 색수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다.
이상과 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에서는 중심 파장이 157.624㎚인 F2 레이저광에 대해서 0.75의 이미지 측 NA를 확보하고, 또한, 웨이퍼 W 상에서 색수차를 비롯한 제수차가 충분히 보정된 반경이 14.6㎜인 이미지 서클을 확보할 수 있다. 따라서, 22㎜×6.6㎜로 충분히 큰 직사각형 형상의 실효 노광 영역을 확보한 후에, 0.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있다.
또한, 실시예 1 내지 실시예 3에서는 제 2 결상 광학계 G2가 거의 등배인 결상 배율 β2를 갖고, 서로 근접해서 형성되는 두 개의 중간 이미지 근방에서 광로 분리를 하고 있기 때문에, 웨이퍼 W 상에서 축 이탈량 A를 3㎜로 매우 작게 설정할 수 있다. 그 결과, 반경이 14.6㎜로 비교적 작은 이미지 서클에서 22㎜×6.6㎜로 비교적 큰 직사각형 형상의 실효 노광 영역을 확보할 수 있어, 수차 보정, 소형화, 광학 조정, 기계 설계, 제조 비용 등의 점에서 대단히 우수한 광학계를 실현할 수 있다.
또한, 실시예 1 내지 실시예 3에서는 제 1 결상 광학계 G1 및 제 3 결상 광학계 G3이 공통의 기준 광축 AX를 따라 직립 자세로 사용되고 있기 때문에, 레티클 R 및 웨이퍼 W를 중력 방향에 직교하는 면(즉, 수평면)을 따라 서로 평행하게 배치하고, 또한, 제 1 결상 광학계 G1 및 제 3 결상 광학계 G3을 구성하는 모든 렌즈를 중력 방향의 단일 광축 AX를 따라 수평으로 배치할 수 있다. 그 결과, 레티클 R, 웨이퍼 W 및 투영 광학계 PL을 구성하는 대부분의 렌즈(각 실시예 모두 수에서 91%)가 수평으로 유지되어 자중(自重)에 의한 비대칭 변형을 받지 않고, 광학 조정이나 기계 설계나 고해상도의 확보가 용이한 구성으로 되어 있다.
또한, 실시예 1 내지 실시예 3에서는 제 1 광로 절곡경(1) 및 제 2 광로 절곡경(2)의 반사면의 교선이 제 1 결상 광학계 G1의 AX1, 제 2 결상 광학계 G2의 AX2 및 제 3 결상 광학계 G3의 AX3과 한 점(기준점)에서 교차하도록 설정되어 있다. 그리고, 제 1 광로 절곡경(1)과 제 2 광로 절곡경(2)은 상면 및 하면이 직각 이등변 삼각형 형상인 삼각 기둥 형상의 부재 즉, 하나의 광로 절곡경 FM으로서 일체적으로 형성되어 있다. 그 결과, 세 개의 광축 AX1 내지 AX3 및 광로 절곡경 FM의 능선을 하나의 기준점에 관련해서 위치 결정할 수 있게 되므로, 광학계의 안정성이 증가하고, 광학 조정 및 기계 설계가 용이하다. 게다가, 제 2 결상 광학계 G2의 광축 AX2가 제 1 결상 광학계 G1 및 제 3 결상 광학계 G3의 공통 광축인 기준 광축 AX와 직교하도록 설정되어 있기 때문에, 더 정밀도가 높은 광학 조정이 용이하고, 광학계가 더 높은 안정성을 갖는다.
또, 실시예 1 내지 실시예 3에서는 상술한 바와 같이, 제 1 광로 절곡경(1)의 반사면과 제 2 광로 절곡경(2)의 반사면의 교선이 제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1, 제 2 결상 광학계 G2의 광축 AX2 및 제 3 결상 광학계 G3의 광축 AX3과 한 점(기준점)에서 교차하도록 설정되어 있지만, 도 15 및 도 16에 도시한 바와 같이, 제 1 광로 절곡경(1)의 반사면과 제 2 광로 절곡경(2)의 반사면의 교선은 제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1, 제 2 결상 광학계 G2의 광축 AX2 및 제 3 결상 광학계 G3의 광축 AX3의 교점에 위치하지 않게 구성할 수도 있다.
여기서, 도 15는 제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1과 제 3 결상 광학계 G3의 광축 AX3이 일치하는 구성에 있어서, 제 1 광로 절곡경(1)의 반사면과 제 2 광로 절곡경(2)의 반사면의 교선이 제 1 결상 광학계의 광축 AX1 및 제 3 결상 광학계 G3의 광축 AX3에 대해 오목면 반사경 CM과 반대 측에 위치하는 구성을 나타낸다.
또한, 도 16은 제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1과 제 3 결상 광학계 G3의 광축 AX3이 일치하는 구성에 있어서, 제 1 광로 절곡경(1)의 반사면과 제 2 광로 절곡경(2)의 반사면의 교선이 제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1 및 제 3 결상 광학계 G3의 광축 AX3에 대해서 오목면 반사경 CM과 같은 쪽에 위치하는 구성을 나타낸다.
또한, 상술한 실시예에서는 제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1과 제 2 결상 광 학계 G2의 광축 AX2가 직교하고, 또한, 제 2 결상 광학계 G2의 광축 AX2와 제 3 결상 광학계 G3의 광축 AX3이 직교하고 있지만, 도 17에 도시한 바와 같이, 제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1과 제 2 결상 광학계 G2의 광축 AX2가 직교하지 않고, 또한, 제 2 결상 광학계 G2의 광축 AX2와 제 3 결상 광학계 G3의 광축 AX3이 직교하지 않도록 구성해도 무방하다.
또한, 상술한 실시예에서는 제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1과 제 3 결상 광학계 G3의 광축 AX3이 일치하는 구성이었지만, 도 18에 도시하는 바와 같이, 제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1과 제 3 결상 광학계 G3의 광축 AX3이 서로 평행하게 시프트하도록 구성할 수도 있다. 여기서, 도 18에 도시한 예에서는 제 1 광로 절곡경(1)의 반사면과 제 2 광로 절곡경(2)의 반사면의 교선이 제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1 및 제 3 결상 광학계 G3의 광축 AX3과 일치하고 있지 않지만, 제 1 광로 절곡경(1)의 반사면과 제 2 광로 절곡경(2)의 반사면의 교선을 제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1과 제 2 결상 광학계 G2의 광축 AX2의 교점, 또는 제 2 결상 광학계 G2의 광축 AX2와 제 3 결상 광학계 G3의 광축 AX3의 교점과 일치시키는 구성이라도 무방하다.
또한, 상술한 실시예에서는 제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1과 제 3 결상 광학계 G3의 광축 AX3이 서로 평행(일치)하도록 했지만(제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1과 제 2 결상 광학계 G2의 광축 AX2가 직교하고, 또한, 제 2 결상 광학계 G2의 광축 AX2와 제 3 결상 광학계 G3의 광축 AX3이 직교하도록 했지만), 도 19에 도시한 바와 같이, 제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1과 제 3 결상 광학계 G3의 광축 AX3 을 서로 평행하지 않게 구성할 수도 있다. 또, 도 19의 구성에서는 제 1 광로 절곡경(1)의 반사면과 제 2 광로 절곡경(2)의 반사면의 교선이 제 1 결상 광학계 G1의 광축 AX1, 제 2 결상 광학계 G2의 광축 AX2 및 제 3 결상 광학계 G3의 광축 AX3과 한 점(기준점)에서 교차하도록 설정되어 있지만, 도 15 및 도 16에 도시한 바와 같이, 기준점에서 교차하지 않도록 구성해도 무방하다.
다음에, 도 2에 나타내는 본 실시예의 투영 노광 장치의 더 상세한 구성에 대해서 설명한다.
도 8은 도 2에 나타내는 본 실시예의 투영 노광 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 도 9는 도 8의 투영 노광 장치의 일부를 구성하는 조명 광학계에 관련된 부분을 나타내는 확대도이다. 또한, 도 10은 도 8의 투영 노광 장치의 일부를 구성하는 투영 광학계에 관련된 부분을 나타내는 확대도이다.
우선, 도 8 및 도 9를 참조하여, 조명 광학계 IL에 관련된 부분의 상세한 구성에 대해서 설명한다.
도시한 투영 노광 장치는, 예컨대, 자연 발진(반값폭 1.5pm 이하)에서 이용되는 중심 파장 156.624㎚의 F2 레이저 광원(100)을 구비하고 있다. 단, 본 발명에서는 193㎚의 ArF 엑시머 레이저 광원, 248㎚의 KrF 엑시머 레이저 광원, 126㎚의 Ar2 레이저 광원 등을 적용해도 관계없다. 또, 광원(100)은 노광 장치 본체가 설치되는 바닥의 아래 층에 배치해도 무방하다. 이 경우, 노광 장치 본체의 전유 면적(풋ㆍ프린트)을 작게 할 수 있고, 또한, 노광 장치 본체로의 진동에 따른 영향도 감소시킬 수 있다.
광원(100)으로부터의 광은 빔ㆍ매칭ㆍ유닛(BMU)(101)을 거쳐서 제 1 조명계 케이싱(110)의 내부로 유도된다. 제 1 조명계 케이싱(110)은 그 내부에 가동 광학 소자를 수납하고 있고, 베이스 플레이트(200) 상의 지지 부재(210)에 의해 지지되어 있다. 빔ㆍ매칭ㆍ유닛(101)은 광원(100)과 노광 장치 본체 사이의 광로를 매칭시키는 가동 미러를 포함하고 있다. 또, 광원(100)과 빔ㆍ매칭ㆍ유닛(101) 사이의 광로는 통(102)에 의해서 광학적으로 접속되고, 빔ㆍ매칭ㆍ유닛(101)과 제 1 조명계 케이싱(110) 사이의 광로는 통(103)에 의해서 광학적으로 접속되어 있다. 그리고, 통(102) 및 통(103)의 광로 내에는 질소 또는 헬륨 등의 희소 가스(비활성 가스)가 충전되어 있다.
제 1 조명계 케이싱(110)의 내부로 유도된 광은 마이크로ㆍ플라이아이ㆍ렌즈(111)(제 1 플라이아이 렌즈 상당의 광학계) 및 어포컬ㆍ줌ㆍ릴레이 광학계(양측 텔레센트릭한 줌 광학계)를 구성하는 각 렌즈군(112, 113)을 통과한 후, 복수의 회절 어레이 광학 소자 또는 굴절 어레이 광학 소자를 탑재한 터릿(turret)(114)에 도달한다. 여기서, 마이크로ㆍ플라이아이ㆍ렌즈(111)는 종횡으로, 또한, 조밀하게 배열된 다수의 정의 굴절력을 갖는 미소(微小) 렌즈로 이루어지는 광학 소자이다. 일반적으로, 마이크로ㆍ플라이아이ㆍ렌즈는, 예컨대, 평행 평면 유리판에 에칭 처리를 실시하여 미소 렌즈군을 형성함으로써 구성된다. 또한, 회절 어레이 광학 소자로서는 미국 특허 제5,850,300호에 개시되어 있는 것을 이용할 수 있고, 굴절 어레이 광학 소자로서는 WO99/49505호에 개시되어 있는 소자를 에칭 방법을 이용하여 한 장의 기판 상에 형성한 것을 이용할 수 있다.
터릿(114)이 지지하는 복수의 회절 어레이 광학 소자 또는 굴절 어레이 광학 소자 중 조명 광로 중에 위치 결정된 하나의 회절 또는 굴절 어레이 광학 소자를 통과한 광은 포컬ㆍ줌 광학계(115, 116)를 거쳐서 마이크로ㆍ플라이아이ㆍ렌즈(L17)에 입사한다. 여기서, 포컬ㆍ줌 광학계(115, 116)의 앞쪽 초점 위치는 터릿(114)의 회절 또는 굴절 어레이 광학 소자의 근방에 위치 결정된다. 또한, 마이크로ㆍ플라이아이ㆍ렌즈(117)는 제 2 플라이아이 렌즈 상당의 광학계이지만, 플라이아이 렌즈보다도 훨씬 미소한 다수의 미소 렌즈로 구성되어 있어 매우 큰 파면 분할 효과가 얻어지므로, 그 사출 측(뒤쪽 초점면)에 조명 개구 조리개를 구비하고 있지 않다. 또, 마이크로ㆍ플라이아이ㆍ렌즈(117)를 광축을 따라 간격을 둔 한 쌍의 마이크로ㆍ플라이아이ㆍ렌즈로 구성하고, 그 굴절면에 비구면을 도입해도 무방하다. 이러한 구성에 의해, 마이크로ㆍ플라이아이ㆍ렌즈(117)에서의 코마 수차의 발생을 양호하게 억제하고, 나아가서는 레티클 상에서의 조도 불균일의 발생을 양호하게 억제할 수 있다. 또한, 마이크로ㆍ플라이아이ㆍ렌즈(117)의 뒤쪽 초점면 근방에 홍채 조리개, 원형띠(輪帶) 개구 및 4중극개구(4重極開口)를 구비하는 터릿형의 조리개를 배치해도 무방하다.
마이크로ㆍ플라이아이ㆍ렌즈(117)로부터 사출된 광은 콘덴서 광학계(118, 119)를 거쳐서 가동 블라인드 기구(120)를 중첩적으로 조명한다. 가동 블라인드 기구(120)의 앞쪽 초점 위치는 마이크로ㆍ플라이아이ㆍ렌즈(117)에 의해 형성되는 면광원(복수의 광원 이미지) 위치 근방에 위치 결정되어 있다. 가동 블라인드 기 구(120)는 슬릿 형상의 개구부를 갖는 고정 조명 시야 조리개(고정 블라인드)(121)와, 조명 시야 영역의 주사 방향의 폭을 가변으로 하기 위한 가동 블라인드(122)를 구비하고 있다. 가동 블라인드(122)에 의해 레티클 스테이지의 주사 방향의 이동 스트로크의 감소 및 레티클의 차광대(遮光帶) 폭의 감소를 도모할 수 있다. 또, 고정 블라인드(121)가 레티클과 공역으로 배치되어 있다. 가동 블라인드 기구(12)의 동작에 대해서는 일본 특허 공개 평성 제4-196513호 공보에 개시되어 있다.
가동 블라인드 기구(120)를 통과한 광은 제 1 조명계 케이싱(110)으로부터 나와, 제 2 조명계 케이싱(130)의 내부로 유도된다. 제 2 조명계 케이싱(130)의 내부에는 조명 시야 조리개를 레티클 상에 소정의 확대 배율로 다시 결상시키기 위한 조명 시야 조리개 결상 광학계가 수납되어 있다. 조명 시야 조리개 결상 광학계를 구성하는 각 렌즈군(131 ~ 134) 및 광로 절곡경(135, 136)은 제 2 조명계 케이싱(130)에 고정되어 있기 때문에, 진동원으로는 되지 않는다. 제 2 조명계 케이싱(130)은 베이스 플레이트(200) 상의 지지 부재(211)에 의해 지지되어 있다. 또, 조명 시야 조리개 결상 광학계의 배율은 등배여도 축소 배율이어도 무방하다.
그런데, 제 1 조명계 케이싱(110)에는 어포컬ㆍ줌ㆍ릴레이 광학계의 각 렌즈군(112, 113)을 광축 방향으로 구동시키기 위한 구동 유닛(142, 143)이 마련되어 있다. 구동 유닛 (142, 143)은 조명 광로 내의 오염을 방지하기 위해서, 제 1 조명계 케이싱(110)의 외측에 부착되어 있다. 또한, 터릿(114)을 회전 구동시키기 위한 구동 유닛(144) 및 포컬ㆍ줌 광학계를 구성하는 각 렌즈군(115, 116)을 광축 방향으로 구동시키기 위한 구동 유닛(145, 146)이 조명 광로 내의 오염을 방지하기 위해서 제 1 조명계 케이싱(110)의 외측에 부착되어 있다.
또한, 콘덴서 광학계를 구성하는 각 렌즈군(118, 119)을 광축 방향으로 구동시키고, 또한, 적어도 한 쪽의 렌즈군을 광축과 직교하는 축을 중심으로 회전시키고, 다른 쪽의 렌즈군을 광축과 직교하는 방향으로 이동시키기(편심시키기) 위한 구동 유닛(147, 148)이 제 1 조명계 케이싱(110)의 외측에 부착되어 있다. 각 렌즈군(118, 119)의 광축 방향으로의 이동에 의해, 콘덴서 광학계의 초점 거리를 변화시켜 레티클면 상에, 나아가서는 웨이퍼면 상에 형성되는 조명 영역의 크기 및 조명 NA(개구수)를 서로 독립적으로 적절히 변경할 수 있다. 또한, 각 렌즈군(118, 119)의 회전·편심에 의해, 웨이퍼면 상에서의 경사 방향의 조도 및 경사 방향의 텔레센트릭성 제어를 할 수 있게 된다. 또한, 상술한 조야 가변과는 별도로, 한 쪽의 렌즈군을 광축 방향으로 이동시킴으로써, 웨이퍼면 상에서의 광축과 대칭인 조도 제어를 할 수 있게 된다.
또한, 제 1 조명계 케이싱(110)의 외측에는 그 내부에 질소 또는 헬륨 등의 희소 가스(비활성 가스)를 유입시키기 위한 배관(151) 및 제 1 조명계 케이싱(110)으로부터 질소 또는 헬륨 등의 희소 가스(비활성 가스)를 배출시키기 위한 배관(152)이 마련되어 있다. 그리고, 배관(151, 152)에는 가스 유입량/유출량을 제어하기 위한 밸브(161, 162)가 각각 마련되어 있다. 또, 비활성 가스가 헬륨인 경우, 배관(151, 152)은, 예컨대, 일본 특허 공개 평성 제11-219902호 공보(WO99/25010호)에 개시된 헬륨 회수·재생 장치에 접속되어 있다.
한편, 제 2 조명계 케이싱(130)의 외측에는 그 내부에 질소 또는 헬륨 등의 희소 가스(비활성 가스)를 유입시키기 위한 배관(153) 및 제 2 조명계 케이싱(130)으로부터 질소 또는 헬륨 등의 희소 가스(비활성 가스)를 배출시키기 위한 배관(154)이 마련되어 있다. 그리고, 배관(153, 154)에는 가스 유입량/유출량을 제어하기 위한 밸브(163, 164)가 각각 마련되어 있다. 또, 비활성 가스가 헬륨인 경우, 배관(153, 154)도 상기 헬륨 회수·재생 장치에 접속되어 있다.
또한, 제 1 조명계 케이싱(110)과 가동 블라인드 기구(120)를 접속하기 위한 벨로스(170) 및 가동 블라인드 기구(120)와 제 2 조명계 케이싱(130)을 접속하기 위한 벨로스(171)가 마련되어 있다. 벨로스(170, 171)는 어느 정도의 가요성을 갖지만 그만큼 변형량이 크지 않고, 또한, 희소 가스가 적은 재료, 예컨대, 금속 또는 고무·수지를 알루미늄 코팅한 것 등으로 형성되어 있다.
이상과 같이 구성된 조명 광학계 IL에서는 레이저 광원(100)으로부터 마이크로ㆍ플라이아이ㆍ렌즈(111)에 입사한 광속은 다수의 미소 렌즈에 의해 이차원적으로 분할되고, 각 미소 렌즈의 뒤쪽 초점면에는 각각 하나의 광원 이미지가 형성된다. 마이크로ㆍ플라이아이ㆍ렌즈(111)의 뒤쪽 초점면에 형성된 다수의 광원 이미지(면광원)로부터의 광속은 어포컬ㆍ줌ㆍ릴레이 광학계(112, 113)를 거쳐서 터릿(114)에 의해 조명 광로 중에 배치된 하나의 회절 어레이 광학 소자, 예컨대, 원형띠 변형 조명용의 회절 광학 소자에 입사된다. 원형띠 변형 조명용의 회절 광학 소자를 거쳐서 링 형상으로 변환된 광속은 포컬ㆍ줌 광학계(115, 116)를 거쳐서 그 뒤쪽 초점면에, 나아가서는 마이크로ㆍ플라이아이ㆍ렌즈(117)의 입사면에 원형띠 형상의 조야를 형성한다.
마이크로ㆍ플라이아이ㆍ렌즈(117)에 입사된 광속은 다수의 미소 렌즈에 의해 이차원적으로 분할되고, 광속이 입사된 각 미소 렌즈의 뒤쪽 초점면에는 광원 이미지가 각각 형성된다. 이렇게 해서, 마이크로ㆍ플라이아이ㆍ렌즈(117)의 뒤쪽 초점면에는, 마이크로ㆍ플라이아이ㆍ렌즈(117)로의 입사 광속에 의해서 형성되는 조야와 동일한 원형띠 형상의 다수 광원(2차 면광원)이 형성된다. 이 2차 면광원으로부터의 광은 콘덴서 광학계(118, 119)의 집광 작용을 받은 후, 레티클 R과 광학적으로 공역인 소정면을 중첩적으로 조명한다. 이렇게 해서, 이 소정면에 배치된 고정 블라인드(121) 상에 마이크로ㆍ플라이아이ㆍ렌즈(117)를 구성하는 각 미소 렌즈의 형상과 서로 유사한 직사각형 형상의 조야가 형성된다. 가동 블라인드 기구(120)의 고정 블라인드(121) 및 가동 블라인드(122)를 통과한 광속은 조명 시야 조리개 결상 광학계(131 ~ 134)의 집광 작용을 받은 후, 소정의 패턴이 형성된 레티클 R을 중첩적으로 균일 조명한다.
여기서, 터릿(114)에 의해서 조명 광로 중에 배치되는 회절 어레이 광학 소자 또는 굴절 어레이 광학 소자를 전환함으로써, 원형띠 변형 조명이나 다중극(예컨대, 2극(두 번째) 형상, 4극(네 번째) 형상, 8극(여덟 번째) 형상 등) 변형 조명과 같은 변형 조명 및 통상 원형 조명을 행할 수 있다. 또한, 예컨대, 원형띠 변형 조명의 경우, 어포컬ㆍ줌ㆍ릴레이 광학계(112, 113)의 배율을 변화시킴으로써, 원형띠 형상의 2차 광원의 크기(외경) 및 그 형상(원형띠의 비)을 함께 변경할 수 있다. 또한, 포컬ㆍ줌 광학계(115, 116)의 초점 거리를 변화시킴으로써, 원형띠 형상의 2차 광원의 원형띠비를 변경하지 않고 그의 외경을 변경할 수 있다. 이상 으로부터, 어포컬ㆍ줌ㆍ릴레이 광학계(112, 113)의 배율과 포컬ㆍ줌 광학계(115, 116)의 초점 거리를 적절히 변화시킴으로써, 원형띠 형상의 2차 광원의 외경을 변화시키지 않고 그 원형띠비만을 변경할 수 있다.
이어서, 도 8 및 도 10을 참조하여, 투영 광학계 PL에 관련된 부분의 상세한 구성에 대해서 설명한다.
도시한 투영 노광 장치는 클린 룸의 바닥 위에 수평으로 설치되며, 장치의 기준으로 되는 베이스 플레이트(프레임 캐스터)(200)를 구비하고 있다. 베이스 플레이트(200) 상에는 복수의 지지 부재(221, 222)가 마련되어 있다. 도면에는 두 개의 지지 부재만 도시하고 있지만, 실제로는 네 개의 지지 부재가 마련되어 있다. 또, 지지 부재를 세 개로 해도 무방하다.
각 지지 부재(221, 222)에는 마루면으로부터의 진동을 마이크로 G레벨로 절연시키기 위한 방진 유닛(231, 232)이 각각 부착되어 있다. 방진 유닛(231, 232)에서는 내압을 제어할 수 있는 에어 마운트와 전자 액추에이터(예컨대, 보이스 코일 모터)가 병렬 또는 직렬로 배치되어 있다. 방진 유닛(231, 232)의 작용에 의해, 투영 광학계를 유지하는 컬럼(240)에는 마루면으로부터의 진동 전달이 감소된다. 컬럼(240) 상에는 레티클 스테이지 정반(定盤)(301)을 지지하는 복수의 지지 부재(251, 252)가 마련되어 있다. 도면 중, 지지 부재(251, 252)가 두 개밖에 도시되어 있지 않지만, 실제로는 네 개(세 개라도 무방함)이다.
도시한 투영 노광 장치는 레티클 베이스 정반(301) 상에 부상(浮上) 지지된 레티클 스테이지 RS를 구비하고 있다. 레티클 스테이지 RS는 레티클 R을 레티클 베이스 정반(301) 상에서 Y축 방향으로 큰 스트로크로 직선 구동시키고, 또한, X축, Y축 방향 및 θz(Z축 주위의 회전 방향)로 미소 구동시킬 수 있도록 구성되어 있다. 또, 레티클 스테이지 RS로서는 레티클 베이스 정반과 레티클 스테이지 사이의 레티클 베이스 및 레티클 스테이지를 구비하고, 레티클 스테이지의 이동 방향과 역 방향으로 운동량을 보존하도록 레티클 베이스를 이동시키는 것을 이용해도 무방하다. 이와 같은 레티클 스테이지는, 예컨대, 일본 특허 공개 평성 제11-251217호 공보에 개시된다. 또한, 레티클 스테이지로서는 일본 특허 공개 평성 제10-209039호 공보나 일본 특허 공개 평성 제10-214783호 공보에 개시되는 바와 같은 두 장의 레티클을 Y축 방향(주사 방향)을 따라 유지하는 것을 이용해도 무방하다.
레티클 베이스 정반(301) 상에는 레티클 스테이지 RS의 XY 방향의 위치나 이동량을 계측하기 위한 레티클 간섭계 RIF가 마련되어 있다. 또, 레티클 스테이지 RS의 단부가 반사면으로 되어 있고, 이 반사면이 레티클 간섭계 RIF의 이동경으로 되어 있다. 또한, 레티클 베이스 정반(301) 상에는 레티클 R 근방의 광로를 비활성 가스(질소, 헬륨 등)로 밀폐한 공간을 형성하기 위한 레티클실 격벽(310)이 마련되어 있다. 또, 도시하지 않는 레티클 스토커(stocker)로부터 레티클을 반입·반출하기 위한 통로는 도시를 생략하고 있다. 또한, 레티클실로의 레티클의 반입에 앞서 레티클을 일시적으로 수납하고 내부의 기체를 비활성 가스로 치환하기 위한 레티클 예비실을 레티클실에 인접해서 마련해도 무방하다.
레티클실 격벽(310)과 제 2 조명계 케이싱(130)을 접속하기 위한 벨로스(321)가 마련되어 있지만, 이 벨로스(321)의 재료는, 예컨대, 상술한 벨로 스(170, 171)와 동일하다. 레티클실 격벽(310)의 외측에는 레티클실 내에 질소 또는 헬륨 등의 희소 가스(비활성 가스)를 유입시키기 위한 배관(331) 및 레티클실로부터 질소 또는 헬륨 등의 희소 가스(비활성 가스)를 배출시키기 위한 배관(332)이 마련되어 있다. 또, 비활성 가스가 헬륨인 경우, 배관(331, 332)도 상술한 헬륨 회수·재생 장치에 접속되어 있다.
배관(331, 332)에는 가스 유입량/유출량을 제어하기 위한 밸브(341, 342)가 마련되어 있다. 또한, 레티클 베이스 정반(301)과 투영 광학계를 접속하는 벨로스(351)가 마련되어 있다. 벨로스(351)의 재료도, 예컨대, 벨로스(321)와 동일하다. 이렇게 해서, 레티클실 격벽(310) 및 벨로스(321, 351)의 작용에 의해, 레티클 R 근방의 공간이 밀폐된다.
도시한 투영 노광 장치는 웨이퍼 스테이지 정반(401)을 더 구비하고 있다. 웨이퍼 스테이지 정반(401)은 마루면으로부터의 진동을 마이크로 G 레벨로 절연시키기 위한 방진 유닛(411, 412)의 작용에 의해서, 베이스 플레이트(200) 상에서 수평으로 지지되어 있다. 방진 유닛(411, 412)에서는 내압을 제어할 수 있는 에어 마운트와 전자 액추에이터(예컨대, 보이스 코일 모터)가 병렬 또는 직렬로 배치되어 있다. 웨이퍼 스테이지 정반(401) 상에는 XY 방향으로 이동할 수 있게 구성된 웨이퍼 스테이지 WS가 부상 탑재되어 있다.
웨이퍼 스테이지 WS는 θx(X축 주위의 회전 방향) 및 θy(Y축 주위의 회전 방향)의 2축 방향으로 기울어질 수 있도록 하고, 또한, Z축 방향으로 이동할 수 있게 하기 위한 Z·레벨링 스테이지와, θz(Z축 주위의 회전 방향) 방향으로 이동할 수 있게 하기 위한 θ스테이지를 포함하고 있다. 웨이퍼 스테이지 WS로서는, 예컨대, 일본 특허 공개 평성 제8-63231호 공보에 개시된 것을 이용할 수 있다. 또한, 일본 특허 공개 평성 제10-163097호 공보, 일본 특허 공개 평성 제10-163098호 공보, 일본 특허 공개 평성 제10-163099호 공보, 일본 특허 공개 평성 제10-163100호 공보, 일본 특허 공개 평성 제10-209039호 공보, 또는 일본 특허 공개 평성 제10-214783호 공보, 또는 WO98/28665호 또는 WO98/40791호에 기재된 바와 같이, 두 개의 웨이퍼 스테이지를 마련해도 무방하다.
웨이퍼 스테이지 WS 상에는 웨이퍼 W를 진공 흡착 및/또는 정전 흡착하여 탑재하기 위한 웨이퍼 테이블(웨이퍼 홀더) WT가 마련되어 있다. 또한, 웨이퍼 스테이지 정반(401) 상에는 웨이퍼 W 근방의 광로를 비활성 가스(질소, 헬륨 등)로 밀폐된 공간을 형성하기 위한 웨이퍼실 격벽(411)이 마련되어 있다. 또, 도시하지 않는 웨이퍼 스토커로부터 웨이퍼를 반입·반출하기 위한 통로는 도시를 생략하고 있다. 또한, 웨이퍼실로의 웨이퍼의 반입에 앞서 웨이퍼를 일시적으로 수납하고 내부의 기체를 비활성 가스로 치환하기 위한 웨이퍼 예비실을 웨이퍼실에 인접해서 마련해도 무방하다.
투영 광학계의 경통(鏡筒)(또는 컬럼(240))에는 센서 컬럼 SC가 고정되어 있다. 이 센서 컬럼 SC에는 웨이퍼 W 상의 얼라인먼트 마크의 XY 2차원 방향의 위치를 광학적으로 계측하기 위한 얼라인먼트 센서(421), 웨이퍼의 Z축 방향(광축 방향)의 위치 및 θx, θy, θz의 3축 방향의 경사를 검출하기 위한 오토 포커스ㆍ레벨링 센서(422) 및 웨이퍼 테이블 WT의 XY 방향의 위치나 이동량을 계측하기 위한 웨이퍼 간섭계 WIF가 부착되어 있다.
얼라인먼트 센서(421)는 웨이퍼 W 상의 얼라인먼트 마크를 할로겐 램프 등의 넓은 파장 영역광으로 조명하고, 이 마크 화상을 화상 처리함으로써 마크 위치를 계측하는 FIA(Field Image Alignment)계, 레이저광을 마크에 조사하고 마크에 의해 회절·산란된 광을 이용하여 마크 위치를 계측하는 LSA(Laser Step Alignment)계 및 회절 격자 형상의 얼라인먼트 마크에 주파수를 약간 다르게 한 레이저광을 2방향으로부터 조사하고, 마크에서 발생한 두 개의 회절광끼리 간섭시켜 그 위상으로부터 마크의 위치 정보를 검출하는 LIA(Laser Interferometric Alignment)계 중 적어도 하나를 적용할 수 있다.
오토 포커스ㆍ레벨링 센서(422)는 웨이퍼 W의 피노광면이 투영 광학계의 이미지면에 초점심도의 범위 내에서 일치(합점)되어 있는지 여부를 검출한다. 이 오토 포커스ㆍ레벨링 센서(422)는 매트릭스 형상으로 배치된 복수 개소의 검출점의 Z축 방향의 위치를 검출하는 것을 적용할 수 있다. 또, 이 경우, 복수 개소의 검출점은 투영 광학계가 형성하는 슬릿 형상의 노광 영역을 포함하는 범위로 설정된다.
웨이퍼 간섭계 WIF는 웨이퍼 스테이지 WS의 XY 방향의 위치나 이동량을 계측한다. 웨이퍼 스테이지 WS의 단부가 반사면으로 되어 있고, 이 반사면이 웨이퍼 간섭계 WIF의 이동경로 되어 있다. 웨이퍼실 격벽(411)의 외측에는 웨이퍼실 내에 질소 또는 헬륨 등의 희소 가스(비활성 가스)를 유입시키기 위한 배관(431) 및 웨이퍼실로부터 질소 또는 헬륨 등의 희소 가스(비활성 가스)를 배출시키기 위한 배 관(432)이 마련되어 있다.
또, 비활성 가스가 헬륨인 경우, 배관(431, 432)도 상술한 헬륨 회수·재생 장치에 접속되어 있다. 배관(431, 432)에는 가스 유입량/유출량을 제어하기 위한 밸브(441, 442)가 각각 마련되어 있다. 웨이퍼 스테이지 정반(401) 상에는 웨이퍼실 격벽(411)과 센서 컬럼 SC를 접속하는 벨로스(451)가 마련되어 있다. 벨로스(451)의 재료는, 예컨대, 상술한 벨로스(321)와 동일하다. 이렇게 해서, 웨이퍼실 격벽(411) 및 벨로스(451)의 작용에 의해, 웨이퍼 W 근방의 공간이 밀폐된다.
도시한 투영 노광 장치는 투영 광학계 내의 퍼지 공간의 덮개의 기능을 갖는 평행 평면판 L1을 더 구비하고 있다. 투영 광학계는 레티클 R 패턴의 일차 이미지(제 1 중간 이미지)를 형성하기 위한 제 1 결상 광학계를 구비하고 있다. 제 1 결상 광학계는 각 렌즈(L2 ~ L7 : 도 4의 제 1 결상 광학계 G1중의 L11 내지 L110에 대응)로 구성되어 있다. 평행 평면판 L1 및 렌즈(L2 ~ L7)는 분할 경통(501 ~ 507)에 각각 수납되어 있다. 각 분할 경통 사이의 접속 방법은, 예컨대, 일본 특허 공개 평성 제7-86152호 공보에 개시되어 있다.
평행 평면판 L1은 셀(511)에 의해서 유지되어 있다. 셀(511)은 평행 평면판 L1의 상면과 하면을 사이에 끼워넣어 평행 평면판 L1을 유지하고 있다. 끼워넣은 개소는 평행 평면판 L1의 둘레 방향(θz 방향)에서의 복수 개소(세 개소 이상)이다. 여기서, 평행 평면판 L1과 셀(511) 사이는 기밀 구조로 되어 있다. 각 렌즈(L2 ~ L7)는 셀(512 ~ 517)에 의해 각각 유지되어 있다. 셀(512 ~ 517)은 각 렌즈(L2 ~ L7)의 주연부에 마련된 칼라(collar)의 상면과 하면을 사이에 끼워넣어 각 렌즈(L2 ~ L7)를 유지하고 있다. 끼워넣은 개소는 렌즈의 둘레 방향에서의 복수 개소(단, 세 개소 이상)이다.
분할 경통(501 ~ 507)과 셀(511 ~ 517)은 프레임(521 ~ 527)에 의해서 접속되어 있다. 또, 프레임(522 ~ 527)에는 투영 광학계의 내부로 유입되는 비활성 가스(헬륨)를 통과시키기 위한 개구가 그 둘레 방향을 따라 복수의 위치에 마련되어 있다. 또한, 프레임(521)과 분할 경통(501) 사이는 기밀 구조로 되어 있다.
제 1 결상 광학계에는 렌즈 L2를 광축 방향(Z 방향)으로 이동시키고, θx, θy 방향으로 경사지게 하기 위한 액추에이터(532)가 마련되어 있다. 이 액추에이터(532)는 광축으로부터 같은 거리이고, 둘레 방향(θz 방향)에서 다른 세 개소의 위치에 피치 120°로 마련되어 있다. 액추에이터(532)로서는 리니어 모터, 피에조 소자, 가압 유체 또는 기체에 의해 구동되는 실린더 기구 등을 이용할 수 있다. 세 개소의 액추에이터(532)의 구동량을 같은 양으로 하면, 렌즈 L2를 광축 방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 세 개소의 액추에이터(532)의 구동량을 각각 다르게 설정함으로써, 렌즈 L2를 θx, θy 방향으로 경사지게 할 수 있다. 또, 액추에이터(533, 535, 536, 537)도 액추에이터(532)와 동일한 기능을 갖는다.
또한, 제 1 결상 광학계에는 렌즈 L3을 XY 평면 내에서 이동시키기 위한 액추에이터(543)가 마련되어 있다. 이 액추에이터(543)는 액추에이터(533)와 프레임(523) 사이에 있고, 광축으로부터 같은 거리이며, 또한, 둘레 방향(θz 방향)에서 다른 세 개소의 위치에 피치 120°로 마련되어 있다. 액추에이터(543)로는 액추에이터(532)와 마찬가지로, 리니어 모터, 피에조 소자, 가압 유체 또는 기체에 의해 구동되는 실린더 기구 등을 이용할 수 있다. 분할 경통(511)에는 투영 광학계 내부로 헬륨을 유입시키기 위한 배관(551)이 마련되어 있다. 이 배관(551)도 상술한 헬륨 회수·재생 장치에 접속되어 있다. 배관(551)에는 가스 유입량을 제어하기 위한 밸브(561)가 마련되어 있다.
투영 광학계는 제 1 광로 절곡경 및 제 2 광로 절곡경이 일체적으로 형성된 광로 절곡경 FM을 구비하고 있다. 광로 절곡경 FM은, 예컨대, 상면 및 하면이 직각이등변 삼각형 형상인 삼각 기둥 형상의 부재에서의 두 개 측면에 알루미늄 등의 금속을 증착시킴으로써 형성되어 있다. 또, 금속막 대신에 유전체 다층막을 증착시켜도 무방하다. 이 경우, 유전체 다층막의 재료 물질로서, 불화 알루미늄, 크라이오라이트, 치오라이트, 불화 리튬, 불화 나트륨, 불화 바륨, 불화 칼슘, 불화 마그네슘, 불화 이트륨, 불화 이테르븀, 불화 네오디뮴, 불화 가돌리늄, 불화 란탄, 불화 오스뮴, 불화 스트론튬 등의 금속 불화물을 이용할 수 있다. 또한, 알루미늄 등의 금속막 상에 유전체 다층막을 마련하는 구성이라도 무방하다. 이 경우, 유전체 다층막은 금속막의 산화 방지 등을 행하는 보호 코트로서의 기능을 갖는다. 그리고, 이 유전체 다층막에는 금속막으로부터의 반사광에 발생하는 P 편광 및 S 편광 사이의 위상차를 적게 하도록 보정하는 기능이나, P 편광 및 S 편광 사이의 위상차의 입사각(반사각)에 의한 차이(PS 위상차의 각도 특성)를 소망하는 입사각의 범위에서 거의 균일하게 되도록 보정하는 기능을 갖게 할 수 있다. 여기서, P 편광 및 S 편광 사이의 위상차가 존재하면, 결상면에서 P 편광에 의한 이미지와 S 편광에 의한 이미지의 결상 위치가 어긋나 화질의 악화를 초래하여 소요의 해상을 얻 을 수 없게 되기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 제 1 및 제 2 광로 절곡경을 하나의 부재 상에 형성하는 대신에, 두 개의 평면경을 서로 직교하도록 유지해도 무방하다. 이 경우, 예컨대 일본 특허 공개 제2000-28898호 공보에 개시되는 방법으로 두 개의 평면경을 유지하는 것이 고려된다.
투영 광학계는 제 1 결상 광학계가 형성한 제 1 중간 이미지로부터의 광에 근거하여, 제 1 중간 이미지와 거의 등배인 제 2 중간 이미지(패턴의 2차 이미지)를 형성하기 위한 제 2 결상 광학계를 더 구비하고 있다. 제 2 결상 광학계는 렌즈(L8, L9 : 도 2의 제 2 결상 광학계 G2 중의 부 렌즈 L21, L22에 대응)와, 오목면 반사경 CM을 구비하고 있다. 이 오목면 반사경 CM의 재료로는 SiC 혹은 SiC와 Si의 합성 재료를 이용할 수 있다. 이 때, 가스 누출 방지를 위해 오목면 반사경 CM 전체를 SiC에서 코팅하는 것이 바람직하다. 또한, 오목면 반사경의 반사면은 알루미늄 등의 금속을 증착함으로써 형성된다. 또, 금속막 대신에 유전체 다층막을 증착해도 무방하다. 이 경우, 유전체 다층막의 재료 물질로 불화 알루미늄, 크라이오라이트, 티오라이트, 불화 리튬, 불화 나트륨, 불화 바륨, 불화 칼슘, 불화 마그네슘, 불화 이트륨, 불화 이테르븀, 불화 네오디뮴, 불화 가돌리듐, 불화 란탄, 불화 오스뮴, 불화 스트론튬 등의 금속 불화물을 이용할 수 있다. 또한, 알루미늄 등의 금속막 상에 유전체 다층막을 마련하는 구성이라도 관계없다. 이 경우, 유전체 다층막은 금속막의 산화 방지 등을 행하는 보호 코트로서의 기능을 갖는다. 그리고, 이 유전체 다층막에는 금속막으로부터의 반사광에 발생하는 P 편광 및 S 편광 사이의 위상차를 적게 하도록 보정하는 기능이나, P 편광 및 S 편광 사이의 위상차의 입사각(반사각)에 의한 차이(PS 위상차의 각도 특성)를 소망의 입사각 범위에서 거의 균일하게 되도록 보정하는 기능을 갖게 할 수 있다. 여기서, P 편광 및 S 편광 사이의 위상차가 존재하면, 결상면에서 P 편광에 의한 이미지와 S 편광에 의한 이미지의 결상 위치가 어긋나 화질의 악화를 초래하여, 소요의 해상을 얻을 수 없게 되기 때문에 바람직하지 않다. 오목면 반사경 재료로서는 ULE 또는 Be를 이용해도 무방하다. Be를 이용하는 경우에는 오목면 반사경 전체를 SiC 등으로 코팅하는 것이 바람직하다.
그런데, 광로 절곡경 FM 및 렌즈 L8은 분할 경통(601)에 수납되고, 렌즈 L9는 분할 경통(602)에 수납되며, 오목면 반사경 CM은 분할 경통(603)에 수납되어 있다. 분할 경통(601)에는 광로 절곡경 FM을 유지하기 위한 유지 부재(610)가 부착되어 있다. 이 유지 부재(610)와 분할 경통(601) 사이에, 광로 절곡경 FM(제 1 및 제 2 광로 절곡경)의 θx, θy, θz 방향의 자세 및 XYZ 방향의 위치를 조정하기 위한 기구를 마련해도 무방하다.
제 2 결상 광학계의 렌즈(L8, L9)는 지지 부재(611, 612)에 의해서 지지되어 있다. 이 지지 부재(611, 612)로는 일본 특허 공개 평성 제6-250074호 공보, 일본 특허 공개 평성 제11-231192호 공보에 개시되어 있는 것을 적용할 수 있다. 또한, 제 2 결상 광학계의 오목면 반사경 CM은 지지 부재(613)에 의해서 지지되어 있다. 이 지지 부재(613)로는 일본 특허 공개 평성 제6-250074호 공보, 일본 특허 공개 평성 제11-231192호 공보에 개시되어 있는 것을 적용할 수 있다.
투영 광학계는 제 2 결상 광학계가 형성한 제 2 중간 이미지로부터의 광에 근거하여, 웨이퍼 W 상에 최종 이미지(패턴의 축소 이미지)를 형성하기 위한 제 3 결상 광학계를 더 구비하고 있다. 제 3 결상 광학계는 렌즈(L10 ~ L13 : 도 2의 제 3 결상 광학계 G3 중 L31 ~ L311에 대응)와 가변 개구 조리개 유닛 AS를 구비하고 있다. 여기서, 렌즈 L10은 분할 경통(701)에 수납되고, 렌즈 L11은 분할 경통(702)에 수납되어 있다. 이 분할 경통(702)에는 컬럼(240)에 의해서 지지되는 플랜지부 FL이 마련되어 있다. 플랜지부 FL과 컬럼(240)의 접속 방법으로는, 예컨대, 일본 특허 공개 평성 제6-300955호 공보나 일본 특허 공개 평성 제11-84199호 공보에 개시되어 있는 기술을 적용할 수 있다. 또한, 플랜지부 FL에는 센서 컬럼 SC가 부착되어 있다.
또한, 가변 개구 조리개 유닛 AS는 분할 경통(703)에 수납되고, 렌즈(L12, L13)는 분할 경통(704, 705)에 수납되어 있다. 렌즈(L10 ~ L13)는 셀(711-712, 714-715)에 의해 각각 유지되어 있다. 셀(711-712, 714)의 구조는 상술한 셀(512)과 동일하다. 또한, 셀(715)에서는 렌즈 L13과 셀(715) 사이가 기밀 구조로 되어 있다.
제 3 결상 광학계에는 분할 경통(701-702, 704-705)과 셀(711-712, 714-715)을 접속하기 위한 프레임(721-722, 724-725)이 마련되어 있다. 또, 프레임(721-722, 724)에는 투영 광학계 내부로 유입되는 비활성 가스(헬륨)를 통과시키기 위한 개구가 그의 둘레 방향을 따라 복수의 위치에 마련되어 있다. 또한, 셀(715)과 분할 경통(705) 사이는 기밀 구조로 되어 있다.
또한, 제 3 결상 광학계에는 렌즈(L10 ~ L12)를 광축 방향(Z 방향)으로 이동 시키고, θx, θy 방향으로 경사지게 하기 위한 액추에이터(731-732, 734)가 마련되어 있다. 액추에이터 (731-732, 734)는 액추에이터(532)와 동일한 구성이다. 분할 경통(705)에는 투영 광학계로부터 헬륨을 배출시키기 위한 배관(751)이 마련되어 있다. 이 배관(751)도 상술한 헬륨 회수·재생 장치에 접속되어 있다. 배관(751)에는 가스 유출량을 제어하기 위한 밸브(761)가 마련되어 있다.
다음에, 상술한 노광 장치 및 노광 방법을 리소그래피 공정에서 사용한 장치의 제조 방법의 실시예에 대해서 설명한다.
도 11은 디바이스(IC나 LSI 등의 반도체 칩, 액정 패널, CCD, 박막 자기 헤드, 마이크로 머신 등)의 제조예의 흐름도를 도시한 도면이다. 도 11에 도시하는 바와 같이, 우선 단계 201(설계 단계)에서, 디바이스(마이크로 디바이스)의 기능·성능 설계(예컨대, 반도체 디바이스의 회로 설계 등)를 행하고, 그 기능을 실현하기 위한 패턴 설계를 한다. 계속해서, 단계 202(마스크 제작 단계)에서, 설계한 회로 패턴을 형성한 마스크(레티클)를 제작한다. 한편, 단계 203(웨이퍼 제조 단계)에서, 실리콘 등의 재료를 이용하여 웨이퍼를 제조한다.
다음에, 단계 204(웨이퍼 처리 단계)에서, 단계 201 내지 단계 203에서 준비한 마스크와 웨이퍼를 사용하여, 후술하는 바와 같이, 리소그래피 기술 등에 의해서 웨이퍼 상에 실제의 회로 등을 형성한다. 이어서, 단계 205(디바이스 조립 단계)에서, 단계 204에서 처리된 웨이퍼를 이용하여 디바이스를 조립한다. 이 단계 205에는 다이싱 공정, 접착 공정 및 패키징 공정(칩 봉입) 등의 공정이 필요에 따라 포함된다.
마지막으로, 단계 206(검사 단계)에서, 단계 205에서 제작된 디바이스의 동작 확인 테스트, 내구성 테스트 등의 검사를 행한다. 이러한 공정을 거친 후에 장치가 완성되고, 이것이 출하된다.
도 12는 반도체 디바이스의 경우에서의, 도 11의 단계 204의 상세한 흐름의 일례를 나타내는 도면이다. 도 12에서, 단계 211(산화 단계)에서는 웨이퍼의 표면을 산화시킨다. 단계 212(CVD 단계)에서는 웨이퍼 표면에 절연막을 형성한다. 단계 213(전극 형성 단계)에서는 웨이퍼 상에 전극을 증착에 의해서 형성한다. 단계 214(이온 주입 단계)에서는 웨이퍼에 이온을 투입한다. 이상의 단계 211 내지 단계 214 각각은 웨이퍼 처리의 각 단계의 전(前) 처리 공정을 구성하고 있고, 각 단계에서 필요한 처리에 따라 선택되어 실행된다.
웨이퍼 프로세스의 각 단계에서 상술한 전 처리 공정이 종료하면, 다음과 같이 해서 후(後) 처리 공정이 실행된다. 이 후 처리 공정에서는 우선 단계 215(레지스트 형성 단계)에서 웨이퍼에 감광제를 도포한다.
계속해서, 단계 216(노광 단계)에서, 전술한 리소그래피 시스템(노광 장치) 및 노광 방법에 의해서 마스크의 회로 패턴을 웨이퍼에 전사한다. 다음에, 단계 217(현상 단계)에서는 노광된 웨이퍼를 현상하고, 단계 218(에칭 단계)에서, 레지스트가 잔존하고 있는 부분 이외의 부분의 노출 부재를 에칭에 의해 제거한다. 그리고, 단계 219(레지스트 제거 단계)에서, 에칭이 끝나 필요 없게 된 레지스트를 제거한다.
이들의 전 처리 공정과 후 처리 공정을 반복해서 행함으로써, 웨이퍼 상에 다중으로 회로 패턴이 형성된다.
이상 설명한 본 실시예의 디바이스 제조 방법을 이용하면, 노광 공정(단계 216)에서 상기한 노광 장치 및 전술한 노광 방법이 이용되어, 진공 자외 영역의 노광광에 의해 해상력의 향상이 가능해지고, 게다가 노광량 제어를 고정밀도로 행할 수 있기 때문에, 결과적으로 최소 선폭이 O.1㎛ 정도인 고집적도의 디바이스를 양품률 좋게 생산할 수 있다.
또, 본 실시예에서는 투영 광학계 내부에 접속된 배관을 두 개소로 하고 있지만, 배관의 수는 두 개소에 한정되지는 않다. 예컨대, 각 렌즈실(광학 부재 사이의 간격)의 각각에 대응시킨 수의 배관(유입구/유출구)을 마련해도 무방하다. 또한, 투영 광학계, 조명 광학계 내의 가스의 기압 변동은 소정값 이하로 억제되고 있다. 이 때, 기압 변동의 허용값은 투영 광학계 쪽이 엄격하게 되도록 설정된다.
또한, 조명 광학계나 투영 광학계의 광학 소자 사이에 충전 또는 순환되는 비활성 가스의 압력 변화를 검출하고, 이 검출 결과에 근거하여 수차 보정용의 광학 소자(도 8 ~ 도 10의 예에서는 L2-L3, L5-L7, L10-L12)를 구동시켜도 무방하다. 이러한 기술은, 예컨대, WO99/10917호에 개시되어 있다.
또한, 조명 광학계의 광로, 레티클실 내의 광로, 투영 광학계 내의 광로 및 웨이퍼실 내의 광로에서의 흡광 물질(노광 빔을 흡수하는 물질, 파장 157㎚의 F2 레이저광에 대한 흡광 물질로는, 산소(O2), 이산화탄소(CO2) 등의 기체, 수증기(H2O) 등이 있음)의 농도 및/또는 총량을 서로 독립적으로 관리하는 것이 바람직하다. 예컨대, 웨이퍼실 및 레티클은 광로가 짧기 때문에, 흡광 물질의 허용 농도 및/또는 허용 총량을 적절하게 설정할 수 있다. 이것에 의해, 레티클 교환, 웨이퍼 교환 때문에 외부 공기와의 접촉이나 흡광 물질의 혼입을 피하기 어려운 레티클실, 웨이퍼실의 개폐 기구의 간소화를 도모할 수 있다. 또한, 광로가 길어지기 쉬운 조명 광학계 내에는 흡광 물질의 허용 농도 및/또는 허용 총량을 엄격하게 설정한다.
본 실시예와 마찬가지로, F2 레이저를 이용하는 경우, 이 파장 157㎚에 대해서 투과성의 기체로서는, 질소(N2) 이외에 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 등의 희소 가스가 있다. 여기서, 헬륨 가스는 열전도율이 질소 가스의 약 6배이며, 기압변화에 대한 굴절률의 변동량이 질소 가스의 약 1/8이기 때문에, 특히 고투과율과 광학계의 결상 특성의 안정성이나 냉각성에서 우수하다. 그래서, 본 실시예에서는 간섭계(웨이퍼 간섭계, 레티클 간섭계)의 광로로 되는 웨이퍼실 및 레티클실과 투영 광학계 내부의 기체를 헬륨으로 하고, 운전 비용을 감소시키기 위해서 조명 광학계의 광로를 질소 가스로 하고 있다. 또, 조명 광학계의 광로 중 기체를 헬륨으로 해도 좋고, 웨이퍼실 및 레티클실과 투영 광학계 광로 중 기체를 질소로 해도 무방하다.
또한, 조명 광학계 및 투영 광학계를 구성하는 광투과성의 광학 재료(렌즈, 평행 평면판, 마이크로ㆍ플라이아이ㆍ렌즈, 회절 광학 소자)로서는 형석(CaF2) 이외 에 불소를 도핑한 석영 유리, 불소에 부가해서 수소도 도핑된 석영 유리, OH기를 함유시킨 석영 유리, 불소에 부가해서 OH기를 함유하는 석영 유리 등의 개량 석영도 이용할 수 있다. 따라서, 조명 광학계 및 투영 광학계를 구성하는 광투과성의 광학 재료는 상기 개량 석영을 포함하고 있어도 무방하다. 또, 불소를 도핑한 석영 유리에서, 불소 농도는 100ppm 이상이 바람직하고, 500ppm 내지 30000ppm의 범위 내인 것이 더 바람직하다. 불소에 부가해서 수소도 도핑된 석영 유리에서, 수소 농도는 5×1018molecules/㎤ 이하인 것이 바람직하고, 1×1016molecules/㎤ 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, OH기를 함유시킨 석영 유리에서, OH기의 농도는 10ppb 내지 100ppm의 범위 내인 것이 바람직하다. 또한, 불소에 부가해서 OH기도 함유하는 석영 유리에서, 불소 농도는 100ppm 이상이며, 또한 OH기 농도는 불소 농도보다도 낮은 것이 바람직하다. 또한, 이 경우, OH기 농도는 10ppb 내지 20ppm의 범위 내인 것이 바람직하다.
본 실시예와 같이 투영 광학계의 광축을 포함하지 않는 영역을 이용하여 결상시키는 경우, 조명 광학계로서는, 예컨대, 일본 특허 공개 제2000-21765호 공보에 개시되어 있는 것을 이용할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 투영 광학계를 구성하는 광학 소자 중 일부의 광학 소자를 θx, θy 방향으로 경사 이동 가능 및/또는 XY 평면 내에서 이동 가능하게 했지만, 광학 소자의 광학면(굴절면·반사면)을 직교하는 자오(meridian) 방향에서 다른 파워를 갖도록 형성하고(어스면 가공을 행함), 이 광학 소자를 광축을 중심으 로 하는 회전 방향(제 1 및 제 3 결상 광학계에서는 θz 방향)으로 회전 가능하게 마련해도 무방하다. 이것에 의해, 투영 광학계의 광축 상의 비점(非点) 격차(센터 어스)나 마름모꼴 수차 등의 비대칭 수차를 보정할 수 있다.
예컨대, 프레임과 분할 경통 사이에, 프레임의 원주의 접선 방향을 따른 구동축을 갖는 액추에이터를 마련하고, 분할 경통에 대하여 프레임을 θz 방향으로 구동시키는 구성이 고려된다. 이 때, 액추에이터는 광축으로부터 같은 거리이고, 또한, 둘레 방향(θz 방향)에서 다른 복수 개소의 위치에 동일한 각도 피치로 마련하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 어스면을 갖는 광학 부재를 회전시키는 기구는, 예컨대, 일본 특허 공개 평성 제8-327895호 공보에 개시되어 있다.
또한, 조명 광학계의 퍼지 공간 및/또는 투영 광학계의 퍼지 공간의 외측에 퍼지 공간을 형성해도 무방하다. 이 경우, 외측의 퍼지 공간의 흡광 물질의 허용 농도·허용 총량은 내측의 퍼지 공간(조명 광학계의 퍼지 공간 및/또는 투영 광학계의 퍼지 공간)보다도 원만하게 설정된다.
또한, 투영 광학계의 가장 웨이퍼 측의 렌즈의 웨이퍼 측에, 평행 평면판을 마련하고, 레티클 측과 마찬가지로 평행 평면판을 투영 광학계의 퍼지 공간의 덮개로 해도 상관없다.
또한, 광원으로서는, 본 실시예와 같이 파장 157㎚의 펄스광을 공급하는 F2 레이저광뿐만 아니라, 파장 248㎚의 광을 공급하는 KrF 엑시머 레이저, 파장 193㎚의 광을 공급하는 ArF 엑시머 레이저, 파장 126㎚의 광을 공급하는 Ar2 레이저를 이 용해도 무방하다. 또한, DFB 반도체 레이저 또는 광섬유 레이저로부터 발진되는 적외 영역 또는 가시 영역의 단일 파장 레이저광을, 예컨대, 에르븀(또는 에르븀과 이테르븀의 쌍방)이 도핑된 광섬유 증폭기로 증폭하고, 비선형 광학 결정을 이용하여 자외광으로 파장 변환된 고조파를 이용해도 무방하다.
또한, 반도체 소자 등의 마이크로 디바이스뿐만 아니라, 광 노광 장치, EUV 노광 장치, X선 노광 장치 및 전자선 노광 장치 등에서 사용되는 레티클 또는 마스크를 제조하기 위해, 마더 레티클로부터 유리 기판이나 실리콘 웨이퍼 등으로 회로 패턴을 전사하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 여기서, DUV(심자외)나 VUV(진공 자외)광 등을 이용하는 노광 장치에서는 일반적으로 투과형 레티클이 이용되고, 레티클 기판으로서는 석영 유리, 불소가 도핑된 석영 유리, 형석, 불화마그네슘, 또는 수정 등이 이용된다. 또한, 플록시머티 방식의 X선 노광 장치나 전자선 노광 장치 등에서는 투과형 마스크(스텐실 마스크, 맴브레인 마스크)가 이용되고, 마스크 기판으로서는 실리콘 웨이퍼 등이 이용된다. 또, 이러한 노광 장치는 WO99/34255호, WO99/50712호, WO99/66370호, 일본 특허 공개 평성 제11-194479호 공보, 일본 특허 공개 제2000-12453호 공보, 일본 특허 공개 제2000-29202호 공보 등에 개시되어 있다.
물론, 반도체 소자의 제조에 이용되는 노광 장치뿐만이 아니라, 액정 표시 소자(LCD) 등을 포함한 디스플레이의 제조에 이용되어 디바이스 패턴을 유리판 상에 전사하는 노광 장치, 박막 자기 헤드의 제조에 이용되어 디바이스 패턴을 세라믹 웨이퍼 상에 전사하는 노광 장치 및 CCD 등의 촬상 소자의 제조에 이용되는 노 광 장치 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.
상기 실시예에서는 본 발명이 스캐닝 스테퍼에 적용된 경우에 대해서 설명했지만, 마스크와 기판을 정지시킨 상태로 마스크의 패턴을 기판에 전사하고, 기판을 순차적으로 단계 이동시키는 스텝ㆍ앤드ㆍ리피트 방식의 축소 투영 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또, 상기 실시예에서는 제 3 결상 광학계 중에 개구 조리개를 배치하고 있지만, 개구 조리개를 제 1 결상 광학계 중에 배치해도 관계없다. 또한, 제 1 결상 광학계와 제 2 결상 광학계 사이의 중간 이미지 위치 및 제 2 결상 광학계와 제 3 결상 광학계 사이의 중간 이미지 위치 중 적어도 한 쪽에 시야 조리개를 배치해도 무방하다.
또한, 상기 실시예에서는 반사 굴절 투영 광학계의 투영 배율을 축소 배율로 했지만, 투영 배율은 축소에 한정되지 않고, 등배, 확대 배율이어도 무방하다. 예컨대, 투영 배율을 확대 배율로 하는 경우에는 제 3 결상 광학계 측에서 광을 입사시키도록 배치하고, 제 3 결상 광학계에 의해서 마스크 또는 레티클의 1차 이미지를 형성하고, 제 2 결상 광학계에 의해 2차 이미지를 형성하며, 제 1 결상 광학계에 의해 3차 이미지(최종 이미지)를 웨이퍼 등의 기판 상에 형성시키면 무방하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 반사 굴절 광학계 및 해당 광학계를 이용한 투영 노광 장치 및 노광 방법에서는 광학 조정 및 기계 설계가 용이하여 색수차 를 비롯한 제수차가 충분히 보정되고, 예컨대, 파장이 180㎚ 이하인 진공 자외선 파장 영역의 광을 이용하여 0.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있다. 특히, 본 발명에서는 거의 등배인 결상 배율을 갖는 제 2 결상 광학계가 서로 근접해서 형성되는 두 개의 중간 이미지 근방에서 광로 분리를 행한다. 그 결과, 노광 영역의 광축으로부터의 거리 즉, 축 이탈량을 작게 설정할 수 있어, 수차 보정, 소형화, 광학 조정, 기계 설계, 제조 비용 등의 점에서 매우 유리하다.
또한, 본 발명의 투영 노광 장치 및 노광 방법을 이용한 마이크로 디바이스제조 방법에서는 광학 조정 및 기계 설계가 용이하여 색수차를 비롯한 제수차가 충분히 보정되어, 예컨대, 0.1㎛ 이하의 고해상을 달성할 수 있는 투영 광학계를 거쳐서 양호한 마이크로 디바이스를 제조할 수 있다.

Claims (28)

  1. 제 1 면의 이미지를 제 2 면 상에 형성하는 결상 광학계에 있어서,
    상기 제 1 면과 상기 제 2 면 사이에 배치된 적어도 하나의 반사면을 갖되,
    상기 반사면은 금속 반사막과, 해당 금속 반사막 상에 마련되어 상기 금속 반사막으로부터의 반사광이 갖는 편광 상태의 차에 기인하는 위상차를 보정하기 위한 보정막을 갖는 것을 특징으로 하는 결상 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정막은 상기 금속 반사막으로부터의 반사광이 갖는 편광 상태의 차에 기인하는 위상차의 각도 특성이 사전 결정된 분포로 되도록 보정하는 것을 특징으로 하는 결상 광학계.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보정막은 유전체 다층막을 갖는 것을 특징으로 하는 결상 광학계.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속 반사막은 알루미늄을 갖는 것을 특징으로 하는 결상 광학계.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사면은 상기 반사면 전후의 광축끼리 교차시키기 위한 광로 절곡경에 마련되는 것을 특징으로 하는 결상 광학계.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 결상 광학계는 200㎚ 이하의 방사에 근거하여 상기 제 1 면의 이미지를 제 2 면 상에 형성하는 것을 특징으로 하는 결상 광학계.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 면 상에서의 상기 결상 광학계의 기준 광축 위치에서 벗어난 위치에 상기 제 1 면의 상기 이미지를 형성하는 것을 특징으로 하는 결상 광학계.
  8. 투영 광학계를 이용하여 투영 원판 상의 패턴을 감광성 기판에 투영 노광하는 투영 노광 장치에 있어서,
    상기 투영 광학계로서 청구항 1 내지 7 중의 어느 한 항에 기재된 결상 광학계를 이용하여, 제 1 면에 배치된 상기 투영 원판의 이미지를 제 2 면에 배치된 상기 감광성 기판에 투영 노광하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  9. 청구항 8에 기재된 투영 노광 장치를 이용한 리소그래피 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 디바이스 제조 방법.
  10. 투영 광학계를 이용하여 투영 원판 상의 패턴을 감광성 기판에 투영 노광하는 투영 노광 장치에 있어서,
    상기 투영 광학계는 상기 투영 원판과 상기 감광성 기판 사이의 광로 중에 배치된 적어도 하나의 반사 부재를 갖고,
    해당 반사 부재는 상기 반사 부재에 대한 P 편광 성분과 S 편광 성분이 상기 감광성 기판에 도달할 때에 상기 P 편광 성분과 상기 S 편광 성분의 위상차가 실질적으로 존재하지 않도록 광을 반사하는
    것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 반사 부재는 상기 반사 부재로부터의 반사광이 갖는 편광 상태의 차에 기인하는 위상차가 실질적으로 존재하지 않도록 광을 반사하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 반사 부재는 금속 반사막과, 해당 금속 반사막 상에 마련되어 상기 금속 반사막으로부터의 반사광이 갖는 편광 상태의 차에 기인하는 위상차를 보정하기 위한 보정막을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 보정막은 유전체 다층막을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 금속 반사막은 알루미늄을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 반사 부재는 상기 반사 부재로부터의 반사광이 갖는 편광 상태의 차에 기인하는 위상차의 각도 특성이 사전 결정된 분포로 되도록 광을 반사하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  16. 제 10 항 내지 제 15 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 부재는 상기 반사 부재 전후의 광축끼리 교차시키기 위한 광로 절곡경에 마련되는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는 200㎚ 이하의 방사에 근거하여 상기 제 1 면의 이미지를 제 2 면 상에 형성하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 감광성 기판 상에 있어서의 상기 투영 광학계의 기준 광축 위치에서 벗어난 위치에 상기 패턴을 투영하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치.
  19. 투영 광학계를 이용하여 투영 원판 상의 패턴을 감광성 기판에 투영 노광하는 투영 노광 방법에 있어서,
    상기 투영 광학계로서 청구항 1 내지 7 중의 어느 한 항에 기재된 결상 광학계를 이용하여, 제 1 면에 배치된 상기 투영 원판의 이미지를 제 2 면에 배치된 상기 감광성 기판에 투영 노광하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  20. 투영 광학계를 이용하여 투영 원판 상의 패턴을 감광성 기판에 투영 노광하는 투영 노광 방법에 있어서,
    상기 투영 원판으로부터 상기 감광성 기판으로 향하는 광은 적어도 하나의 반사 부재를 경유하고,
    상기 반사 부재는 상기 반사 부재에 대한 P 편광 성분과 S 편광 성분이 상기 감광성 기판에 도달할 때에 상기 P 편광 성분과 상기 S 편광 성분의 위상차가 실질적으로 존재하지 않도록 광을 반사하는
    것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 반사 부재는 금속 반사막과, 해당 금속 반사막 상에 마련되어 상기 금 속 반사막으로부터의 반사광이 갖는 편광 상태의 차에 기인하는 위상차를 보정하기 위한 보정막을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 보정막은 유전체 다층막을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 금속 반사막은 알루미늄을 갖는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  24. 투영 광학계를 이용하여 투영 원판 상의 패턴을 감광성 기판에 투영 노광하는 투영 노광 방법에 있어서,
    상기 투영 원판으로부터 상기 감광성 기판으로 향하는 광은 적어도 하나의 반사 부재를 경유하고,
    상기 반사 부재는 상기 반사 부재로부터의 반사광이 갖는 편광 상태의 차에 기인하는 위상차의 각도 특성이 사전 결정된 분포로 되도록 광을 반사하는
    것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  25. 제 20 항 내지 제 24 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 부재는 상기 반사 부재 전후의 광축끼리 교차시키기 위한 광로 절곡경에 마련되는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는 200㎚ 이하의 방사에 근거하여 상기 제 1 면의 이미지를 제 2 면 상에 형성하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 감광성 기판 상에서의 상기 투영 광학계의 기준 광축 위치에서 벗어난 위치에 상기 패턴을 투영하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법.
  28. 청구항 25에 기재된 투영 노광 방법을 이용한 리소그래피 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 디바이스 제조 방법.
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