KR20070083506A - 반사형 투영 광학계 및 이 반사형 투영 광학계를 구비한노광 장치 - Google Patents

반사형 투영 광학계 및 이 반사형 투영 광학계를 구비한노광 장치 Download PDF

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KR20070083506A
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도모와키 다카하시
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가부시키가이샤 니콘
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Abstract

본 발명에 따르면, 8개의 반사경을 구비하고, 제 1 면의 축소 이미지를 제 2 면 상에 형성하는 투영 광학계를 제공한다. 제 1 면의 중간 이미지를 형성하기 위한 제 1 반사 결상 광학계(G1)와, 중간 이미지의 이미지를 제 2 면 상에 형성하기 위한 제 2 반사 결상 광학계(G2)를 구비하고 있다. 제 1 반사 결상 광학계는, 제 1 면 측에서부터 광의 입사 순으로, 제 1 반사경(M1)과 제 2 반사경(M2)과 제 3 반사경(M3)과 제 4 반사경(M4)을 갖는다. 제 2 반사 결상 광학계는, 제 1 면 측에서부터 광의 입사 순으로, 제 5 반사경(M5)과 제 6 반사경(M6)과 제 7 반사경(M7)과 제 8 반사경(M8)을 갖는다. 8개의 상기 반사경 중 적어도 1개의 반사면은 구면으로 구성되어 있다.

Description

반사형 투영 광학계 및 이 반사형 투영 광학계를 구비한 노광 장치{REFLECTION-TYPE PROJECTION OPTICAL SYSTEM AND EXPOSURE EQUIPMENT PROVIDED WITH SUCH REFLECTION-TYPE PROJECTION OPTICAL SYSTEM}
본 발명은, 반사형 투영 광학계 및 해당 반사형 투영 광학계를 구비한 노광 장치에 관한 것으로, 예컨대 X선(EUV광)을 이용하여 미러 프로젝션 방식에 의해 마스크 상의 회로 패턴을 감광성 기판 상에 전사하는 X선 투영 노광 장치에 바람직한 반사형의 투영 광학계에 관한 것이다.
종래, 반도체 소자 등의 제조에 사용되는 노광 장치에서는, 마스크(레티클) 상에 형성된 회로 패턴을, 투영 광학계를 거쳐서, 웨이퍼와 같은 감광성 기판 상에 투영 전사한다. 감광성 기판에는 레지스트가 도포되어 있고, 투영 광학계를 거친 투영 노광에 의해 레지스트가 감광하여, 마스크 패턴에 대응한 레지스트 패턴이 얻어진다. 여기서, 노광 장치의 해상력 W는, 노광광의 파장 λ와 투영 광학계의 개구수 NA에 의존하며, 다음 식 a로 표시된다.
Figure 112007016137009-PCT00001
따라서, 노광 장치의 해상력을 향상시키기 위해서는, 노광광의 파장 λ를 짧게 하거나, 혹은 투영 광학계의 개구수 NA를 크게 하는 것이 필요하게 된다. 일반적으로, 투영 광학계의 개구수 NA를 소정값 이상으로 크게 하는 것은 광학 설계의 관점에서 볼 때 곤란하기 때문에, 금후에는 노광광의 단파장화가 필요하게 된다. 예컨대, 노광광으로서, 파장이 248㎚인 KrF 엑시머 레이저를 이용하면 0.25㎛의 해상력이 얻어지고, 파장이 193㎚인 ArF 엑시머 레이저를 이용하면, 예컨대 파장이 13㎚이고 0.1㎛ 이하인 해상력이 얻어진다.
그런데, 노광광으로서 X선을 이용하는 경우, 사용 가능한 투과 광학 재료 및 굴절 광학 재료가 없어지기 때문에, 반사형의 마스크를 이용하는 동시에, 반사형의 투영 광학계를 이용하게 된다. 종래, 노광광으로서 X선을 이용하는 노광 장치에 적용 가능한 투영 광학계로서, 예컨대 일본 특허 공개 평성 제 9－211332 호 공보(미국 특허 제 5,815,310 호에 대응하는 출원), 일본 특허 공개 제 2002－139672 호 공보(미국 특허 제 6,710,917 호에 대응하는 출원) 등에는, 여러 가지의 반사형 투영 광학계가 제안되어 있다.
그러나, 6개의 반사경으로 구성되는 반사형 투영 광학계의 종래예로서 미국 특허 제 5,815,310 호에 개시된 반사형 투영 광학계에서는, 6개 모두의 반사경이 비구면(非球面) 형상의 반사면을 갖는 구성으로 되기 때문에, 통상의 비구면 가공(연삭, 연마) 및 측정 등의 공정이 필요하여, 많은 수고와 시간과 비용이 든다.
또한, 8개의 반사경으로 구성되는 반사형 투영 광학계의 종래예로서 미국 특허 제 6,710,917 호의 실시예 2에 개시된 반사형 투영 광학계에서는, 8개의 반사경 중 제 6 반사경이 구면(球面)으로 형성되어 있다. 이러한 공보의 실시예에 있어서는, 제 2 및 제 3 반사경 사이, 그리고, 제 6 및 제 7 반사경 사이에 2개의 중간 이미지를 갖는 광학계를 채용하고 있으며, 제 6 반사경이, 축으로부터 가장 떨어진 위치에 사용 영역(결상(結像)에 기여하는 광속(光束)이 반사경에 의해 반사되는 영역으로서, 유효 영역이라고도 함)을 가진 반사경으로 된다. 그래서, 광축으로부터 떨어진 사용 영역을 갖고 있는 제 6 반사경이 구면으로서 형성됨으로써, 간섭계를 이용하여 제 6 반사경을 검사하는 것을 용이하게 하고 있다. 왜냐하면, 사용 영역이 광축의 외측의 먼 위치로 되면 될수록, 간섭계를 이용하여 비구면도를 검사하는 것이 곤란하게 되기 때문이다.
그러나, 이러한 반사형 투영 광학계에서는, 제 6 반사경의 유효 직경이 800㎜ 가까이까지 대형화되어 버린다고 하는 문제를 갖는다. 또한, 가능한 한 많은 반사경에 대하여, 축에 가까운 사용 영역을 확보하기 위해서, 2개의 중간 이미지 Z1, Z2가 마련된 3회 결상 광학계를 채용하고 있다. 그 때문에, 물체에서부터 이미지까지의 거리(물상간(物像間) 거리)가 2m 가까이까지 길어지는 것은 피할 수 없어 광학계 전체가 대형화되어 버린다고 하는 문제도 갖고 있다. 또한, 제조 오차의 요구가 엄격하게 되는 반사경이 비구면이기 때문에, 실제로 투영 광학계를 제조한 경우에 제조 오차에 기인한 수차(收差)가 발생하기 쉬워, 설계 그대로의 투영 광학계를 제조하는 것이 곤란하다고 하는 문제도 있다.
본 발명은, 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 8개의 반사경의 표면 중 적어도 1개가 구면 형상으로 형성된 반사경을 구비한, 2회 결상 광학계를 채용하는 것에 의해, 반사경의 소형화와 함께 광학계의 전체 길이의 단축화를 행하면서 제조에 요하는 시간이나 비용을 대폭 삭감할 수 있는 반사형의 투영 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 상대적으로 제조 오차의 요구를 완화한 투영 광학계를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다. 또한, 본 발명의 투영 광학계를 노광 장치에 적용함으로써, 예컨대 노광광으로서 X선을 이용하여 큰 해상력을 확보할 수 있는 노광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제 1 형태에서는, 8개의 반사경을 갖고, 제 1 면의 축소 이미지를 제 2 면 상에 형성하는 반사형 투영 광학계에 있어서, 상기 제 1 면의 중간 이미지를 형성하기 위한 제 1 반사 결상 광학계와, 상기 중간 이미지의 이미지를 상기 제 2 면 상에 형성하기 위한 제 2 반사 결상 광학계를 구비하고, 상기 제 1 반사 결상 광학계는, 상기 제 1 면 측에서부터 광속의 입사 순으로, 제 1 반사경 M1과 제 2 반사경 M2와 제 3 반사경 M3과 제 4 반사경 M4를 갖고, 상기 제 2 반사 결상 광학계는, 상기 제 1 면 측에서부터 광속의 입사 순으로, 제 5 반사경 M5와 제 6 반사경 M6과, 제 7 반사경 M7과 제 8 반사경 M8을 가지며, 8개의 상기 반사경 중 적어도 1개의 반사면은 구면으로 구성되고, 다른 반사면은 비구면으로 구성된 것을 특징으로 하는 반사형 투영 광학계를 제공한다. 이러한 투영 광학계에 따르면, 투영 광학계를 구성하는 반사경의 최대 유효 직경의 소형화와 함께 광학계의 전체 길이의 단축화를 행할 수 있어, 장치의 대형화를 방지할 수 있다.
본 발명의 제 2 형태에서는, 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하기 위한 조명계와, 상기 마스크의 패턴을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판 상으로 투영 노광하기 위한 제 1 형태의 반사형 투영 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다. 제 2 형태의 바람직한 형태에 따르면, 상기 조명계는, 노광광으로서 X선을 공급하기 위한 광원을 갖고, 상기 반사형 투영 광학계에 대하여 상기 마스크 및 상기 감광성 기판을 상대 이동시켜서, 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판 상에 투영 노광한다.
본 발명의 반사형 투영 광학계에서는, 8개의 반사경의 표면의 적어도 1개가 구면 형상으로 형성된 반사경을 구비한, 2회 결상 광학계를 채용하는 것에 의해, 반사경의 소형화와 함께 광학계의 전체 길이의 단축화를 행하면서 반사경의 표면의 가공(연삭, 연마) 및 측정이나, 조립 조정을 비교적 용이하게 할 수 있어, 제조에 요하는 시간이나 비용을 대폭 삭감할 수 있다. 또한, 본 발명의 반사형 결상 광학계에서는 적어도 8개의 반사경 중, 상대적으로 제조 오차의 요구가 높은 반사경의 표면을 구면 형상으로 형성함으로써, 정밀도 요구가 높은 반사 광학계를 상대적으로 용이하게 제조하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 반사형 투영 광학계를 노광 장치에 적용하는 것에 의해, 노광광으로서 X선을 사용할 수 있다. 이 경우, 투영 광학계에 대하여 마스크 및 감광성 기판을 상대 이동시켜서, 마스크의 패턴을 감광성 기판 상으로 투영 노광하게 된다. 그 결과, 큰 해상력을 갖는 주사형의 노광 장치를 이용하여, 양호한 노광 조건을 기초로, 고정밀도의 마이크로 디바이스를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 웨이퍼 상에 형성되는 원호 형상의 노광 영역(즉, 실효 노광 영역)과 광축과의 위치 관계를 나타내는 도면,
도 3은 본 실시예의 실시예 1에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면,
도 4는 실시예 1의 투영 광학계에 있어서의 코마 수차를 나타내는 도면,
도 5는 본 실시예의 실시예 2에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면,
도 6은 실시예 2의 투영 광학계에 있어서의 코마 수차를 나타내는 도면,
도 7은 본 실시예의 실시예 3에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면,
도 8은 실시예 3의 투영 광학계에 있어서의 코마 수차를 나타내는 도면,
도 9는 본 실시예의 실시예 4에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면,
도 10은 실시예 4의 투영 광학계에 있어서의 코마 수차를 나타내는 도면,
도 11은 본 실시예의 실시예 5에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면,
도 12는 실시예 5의 투영 광학계에 있어서의 코마 수차를 나타내는 도면,
도 13은 본 실시예의 실시예 6에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면,
도 14는 실시예 6의 투영 광학계에 있어서의 코마 수차를 나타내는 도면,
도 15는 본 실시예의 실시예 7에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면,
도 16은 실시예 7의 투영 광학계에 있어서의 코마 수차를 나타내는 도면,
도 17은 본 실시예의 실시예 8에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면,
도 18은 실시예 8의 투영 광학계에 있어서의 코마 수차를 나타내는 도면,
도 19는 본 실시예의 실시예 9에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면,
도 20은 실시예 9의 투영 광학계에 있어서의 코마 수차를 나타내는 도면,
도 21은 마이크로 디바이스로서의 반도체 디바이스를 얻을 때의 방법의 일례에 대하여, 그 흐름도를 나타내는 도면.
본 발명의 반사형 투영 광학계에서는, 제 1 면(물체면)으로부터의 광이, 제 1 반사 결상 광학계 G1을 거쳐서, 제 1 면의 중간 이미지를 형성한다. 그리고, 제 1 반사 결상 광학계 G1을 거쳐서 형성된 제 1 면의 중간 이미지로부터의 광이, 제 2 반사 결상 광학계 G2를 거쳐서, 중간 이미지의 이미지(제 1 면의 축소 이미지)를 제 2 면(이미지면) 상에 형성한다.
여기서, 제 1 반사 결상 광학계 G1은, 제 1 면으로부터의 광을 반사하기 위한 제 1 반사경 M1과, 제 1 반사경 M1에 의해 반사된 광을 반사하기 위한 제 2 반사경 M2와, 제 2 반사경 M2에 의해 반사된 광을 반사하기 위한 제 3 반사경 M3과, 제 3 반사경 M3에 의해 광을 반사하기 위한 제 4 반사경 M4로 구성되어 있다. 또한, 제 2 반사 결상 광학계 G2는, 중간 이미지로부터의 광을 반사하기 위한 제 5 반사경 M5와, 제 5 반사경 M5에 의해 반사된 광을 반사하기 위한 제 6 반사경 M6 과, 제 6 반사경 M6에 의해 반사된 광을 반사하기 위한 제 7 반사경 M7과, 제 7 반사경 M7에 의해 반사된 광을 반사하기 위한 제 8 반사경 M8에 의해 구성되어 있다.
특히, 제 4 반사경 M4 또는 제 5 반사경 M5의 반사면은 구면으로 구성되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 제 4 반사경 M4 또는 상기 제 5 반사경 M5는, 광축으로부터 가장 떨어진 부분 미러이며, 형상도 고리의 일부와 같은 형상을 하고 있어서, 연마, 검사, 반사막 코팅, 조립의 어느 공정에서도 어려움이 따르는 것이었다. 이 반사면을 구면으로 구성할 수 있으면, 연마, 검사, 조립 등의 공정에서 매우 편리하게 되어, 큰 비용 절감을 가져오게 된다.
또한, 8개의 반사경 중 제조 오차의 요구가 높은 반사경의 반사면을 구면으로 하는 것은 바람직하다. 예컨대, 반사경에 입사하는 광속의 입사각이 큰 반사경이나 결상에 기여하는 광속이 반사되는 영역(유효 영역)의 면적이 작은 반사경은 제조 오차의 요구가 엄격하게 되기 때문에, 이러한 반사경을 구면으로 구성하는 것은 바람직하다. 왜냐하면, 제조 오차의 요구가 엄격한 반사경은 조금이라도 반사면 형상이 이상적인 설계 형상에서 벗어나면 상대적으로 큰 수차를 발생하기 때문에, 최종적인 결상 성능이 악화되기 때문이다. 구면 형상의 가공은 비구면 형상의 가공에 비해서 고정밀도로 가공할 수 있기 때문에, 고정밀도의 투영 광학계를 비교적 용이하게 제조할 수 있다. 따라서, 투영 광학계를 저비용으로 정밀도 좋게 제조하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에서는, 제 1 면과 제 1 반사경 M1과의 거리 d1은, 다음 조건식 1을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112007016137009-PCT00002
조건식 1의 하한값을 하회(下回)하면, 반사면으로의 광선 입사각이 지나치게 커져, 발생하는 수차를 보정하기 어렵게 된다.
또한, 본 발명에서는, 상기 제 1 반사경 M1에서부터 상기 제 2 반사경 M2까지의 거리를 d2라고 하면, 다음 조건식 2를 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112007016137009-PCT00003
조건식 2의 하한값을 하회하면, 반사면으로의 광선 입사각이 지나치게 커져, 발생하는 수차를 보정하기 어렵게 된다.
또한, 본 발명에서는, 상기 제 2 반사경 M2에서부터 상기 제 3 반사경 M3까지의 거리를 d3라고 하면, 다음 조건식 3을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112007016137009-PCT00004
조건식 3의 하한값을 하회하면, 반사면으로의 광선 입사각이 지나치게 커져, 발생하는 수차를 보정하기 어렵게 된다.
이상과 같이 구성함으로써, 제 1 반사경 M1에서부터 제 8 반사경 M8까지의 반사경 중, 임의의 면의 반사경을 구면으로 구성하더라도, 충분한 광학 성능을 확보하는 것이 가능하게 된 것이다.
제 2 반사경 M2 상에 개구 조리개 AS를 배치하면, 광속의 간섭을 충분히 피할 수 있기 때문에, 제 1 결상 광학계의 반사경의 유효 직경을 작게 할 수 있어서 바람직하다. 이 경우, 개구 조리개가 배치되는 위치가 반사경 직전(直前)으로 한정되기 때문에, 상부 코마 및 하부 코마의 수차의 밸런스를 취하기 어렵게 된다.
이러한 경우, 제 1 면과 제 1 반사경 M1과의 거리 d1 및 제 1 반사경과 제 2 반사경 M2와의 거리 d2 및 제 2 반사경과 제 3 반사경 M3과의 거리 d3을, 충분히 길게 취함으로써, 각 반사경으로의 광선 입사각을 작게 하는 것이 가능하게 되고, 수차의 발생을 낮게 할 수 있어, 수차를 양호하게 보정할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 d1과 상기 d2의 비, d1／d2에 대해서는, 다음 조건식 4를 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112007016137009-PCT00005
조건식 4의 범위를 벗어나면, 상하의 코마 밸런스가 나빠져서, 보정하기 어렵게 된다.
또한, 본 발명에서는, 상기 d3과 상기 d2의 비, d3／d2에 대해서는, 다음 조건식 5를 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112007016137009-PCT00006
조건식 5의 범위를 벗어나면, 상하의 코마 밸런스가 나빠져서, 보정하기 어렵게 된다.
이상과 같이 구성함으로써, 제 6 반사경 M6을 구면으로 구성하더라도, 충분한 광학 성능을 확보하는 것이 가능하게 된 것이다.
또한, 본 발명에서는, 제 1 면의 축소 이미지를 제 2 면 상에 2회 결상으로 형성하는 구성을 채용함으로써, 왜곡 수차(디스토션;distortion)의 보정을 양호하게 행할 수 있다. 제 1 반사경과 제 2 반사경의 양 반사경으로부터의 광선의 반사각이나, 또한, 그 외측의 반사경, 예컨대 제 3 반사경으로부터의 광선의 반사각을 작게 억제할 수 있다.
이상과 같은 배치를 채용함으로써, 반사경의 최대 직경을 억제할 수 있는 동시에, 각 반사경이나 개구 조리개의 배치 등을 광속의 비네팅(vinetting)도 없이 적절히 배치할 수 있다. 또한, 제 3 반사경 M3으로의 광선의 입사각을 작게 억제하는 것에 의해, 유효 직경이 커지는 경향이 있는 제 4 반사경 M4의 유효 직경을 작게 억제할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에서는, X선에 대해서도 양호한 반사 특성을 갖고, 반사경의 대형화를 억제하면서 수차 보정을 양호하게 행할 수 있는 반사형의 투영 광학계를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 각 반사경 M1∼M8의 유효 직경 Mφ는, 각 반사경 M1∼M8에 있어서, 다음 조건식 6을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112007016137009-PCT00007
조건식 6의 상한값을 상회(上回)하면, 당해 반사경의 유효 직경이 지나치게 커져, 광학계가 대형화되기 때문에 바람직하지 못하다. 또한 하한값을 하회하면, 지나치게 소형화되어 광학 성능의 열화를 초래해서 바람직하지 않다.
또한, 반사경의 최대 유효 직경을 Mφ, 물체면에 있어서의 최대 물체 높이를 H0이라고 할 때, 다음 조건식 7을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112007016137009-PCT00008
조건식 7의 상한값을 상회하면, 당해 반사경의 유효 직경이 지나치게 커져, 광학계가 대형화되기 때문에 바람직하지 못하다. 또한 하한값을 하회하면, 지나치 게 소형화되어 광학 성능의 열화를 초래해서 바람직하지 않다.
또한, 본 발명에서는, 물체(레티클)로부터 이미지(웨이퍼)까지의 축상 간격(물상간 거리) TT라고 할 때, 다음 조건식 8을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112007016137009-PCT00009
조건식 8의 하한보다 작은 경우, 레티클이나 웨이퍼와 반사경이 기계적인 간섭을 일으키기 쉽게 되고, 또한 광학 성능도 나빠지기 때문에 바람직하지 못하다. 또한 상한을 초과하면 광학계가 대형화되어, 이것도 바람직하지 못하다. 어느 정도의 길이를 갖는 편이, 광학 성능도 좋고, 반사경으로의 광선의 입사각도 작게 할 수 있어, 바람직하다. 특히 레티클과 레티클에 가장 가까운 반사경까지의 거리나, 웨이퍼와 웨이퍼에 가장 가까운 반사경까지의 거리는, 각 반사경의 배면에 설치해야 하는 냉각 장치의 두께 등을 위해, 충분히 크게 취할 필요가 있으며, 그를 위해서는, 물상간 거리 TT는 어느 정도의 길이가 필요하게 되므로, 조건식 8을 만족하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 물체(레티클)에서부터 이미지(웨이퍼)까지의 축상 간격(물상간 거리)을 TT, 물체면에 있어서의 최대 물체 높이를 H0이라고 할 때, 다음 조건식 9를 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112007016137009-PCT00010
조건식 9의 하한보다 작은 경우, 레티클이나 웨이퍼와 반사경이 기계적인 간섭을 일으키기 쉽게 되고, 또한 광학 성능도 나빠지기 때문에 바람직하지 못하다. 또한 상한을 초과하면 광학계가 대형화되어, 이것도 바람직하지 못하다. 어느 정 도의 길이를 갖는 편이, 광학 성능도 좋고, 반사경으로의 광선의 입사각도 작게 할 수 있어, 바람직하다. 특히 레티클과 레티클에 가장 가까운 반사경까지의 거리나, 웨이퍼와 웨이퍼에 가장 가까운 반사경까지의 거리는, 각 반사경의 배면에 설치하지 않으면 안 되는 냉각 장치의 두께 등을 위해, 충분히 크게 취할 필요가 있으며, 그를 위해서는, 물상간 거리 TT는 어느 정도의 길이가 필요하게 되므로, 조건식 9를 만족하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 수차를 양호하게 보정하여 광학 성능을 향상시키기 위해서, 각 반사경의 반사면은 광축에 대하여 회전 대칭인 비구면 형상으로 형성되고, 각 반사면을 규정하는 비구면의 최대 차수는 10차 이상인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서는, 제 2 면 측에 대략 텔레센트릭(telecentric)한 광학계인 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 예컨대 노광 장치에 적용되는 경우, 투영 광학계의 초점 심도 내에서 웨이퍼에 요철이 있더라도 양호한 결상이 가능하다.
또한, 본 발명의 투영 광학계를 노광 장치에 적용하는 것에 의해, 노광광으로서 X선을 사용할 수 있다. 이 경우, 투영 광학계에 대하여 마스크 및 감광성 기판을 상대 이동시켜서, 마스크의 패턴을 감광성 기판 상으로 투영 노광하게 된다. 그 결과, 큰 해상력을 갖는 주사형의 노광 장치를 이용하여, 양호한 노광 조건을 기초로, 고정밀도의 마이크로 디바이스를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 적어도 8개의 반사경을 갖고, 제 1 면의 축소 이미지를 제 2 면 상에 형성하는 반사형 투영 광학계에 있어서, 상대적으로 제조 오차의 요구가 높은 반사경의 반사면을 구면으로 구성하는 것이 바람직하다. 예컨대, 반 사면에 입사하는 광속의 입사각이 상대적으로 큰 반사경이나 결상에 기여하는 광속이 반사면에서 반사되는 면적(유효 영역)이 상대적으로 작은 반사경이 구면으로 구성되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 제조 오차의 요구가 엄격한 반사경은 조금이라도 반사면 형상이 이상적인 설계 형상에서 벗어나면 상대적으로 큰 수차를 발생하므로, 최종적인 결상 성능이 악화되기 때문이다. 구면 형상의 가공은 비구면 형상의 가공에 비해 고정밀도의 가공을 용이하게 실행할 수 있기 때문에, 고정밀도의 투영 광학계를 비교적 용이하게 제조할 수 있다. 따라서, 투영 광학계를 저비용으로 정밀도 좋게 제조하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 실시예를, 첨부 도면에 근거하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 2는, 웨이퍼 상에 형성되는 원호 형상의 노광 영역(즉, 유효 결상 영역)과 광축과의 위치 관계를 나타내는 도면이다. 도 1에 있어서, 투영 광학계의 광축 방향, 즉, 감광성 기판인 웨이퍼의 법선 방향을 따라서 Z축을, 웨이퍼 면내에 있어서 도 1의 지면에 평행한 방향으로 Y축을, 웨이퍼 면내에 있어서 도 1의 지면에 수직인 방향으로 X축을 각각 설정하고 있다.
도 1의 노광 장치는, 노광광을 공급하기 위한 광원으로서, 예컨대 레이저 플라즈마 X선원(1)을 구비하고 있다. X선원(1)으로부터 사출된 광은, 파장 선택 필터(2)를 거쳐서, 조명 광학계(3)에 입사된다. 여기서, 파장 선택 필터(2)는, X선원(1)이 공급하는 광으로부터, 소정 파장(13.5㎚)의 X선만을 선택적으로 투과시키고, 다른 파장광의 투과를 차단하는 특성을 갖는다.
파장 선택 필터(2)를 투과한 X선은, 복수의 반사경으로 구성된 조명 광학계(3)를 거쳐서, 전사해야 할 패턴이 형성된 반사형의 마스크(4)를 조명한다. 마스크(4)는, 그 패턴면이 XY 평면을 따라 연장되도록, Y 방향을 따라서 이동 가능한 마스크 스테이지(5)에 의해 유지되어 있다. 그리고, 마스크 스테이지(5)의 이동은 도시를 생략한 레이저 간섭계에 의해 계측된다. 이렇게 하여, 마스크(4) 상에는, Y축에 대하여 대칭인 원호 형상의 조명 영역이 형성된다.
조명된 마스크(4)로부터의 광은, 반사형의 투영 광학계(6)를 거쳐서, 감광성 기판인 웨이퍼(7) 상에 마스크 패턴의 상을 형성한다. 즉, 웨이퍼(7) 상에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, Y축에 대하여 대칭인 원호 형상의 노광 영역이 형성된다. 도 2를 참조하면, 광축 AX를 중심으로 한 반경(半徑) φ를 갖는 원형상의 영역(이미지 사이클) IF 내에 있어서, 이 이미지 사이클 IF에 접하도록 X 방향의 길이가 LX이고 Y 방향의 길이가 LY인 원호 형상의 실효 노광 영역(유효 결상 영역) ER이 설정되어 있다.
웨이퍼(7)는, 그 노광면이 XY 평면을 따라 연장되도록, X 방향 및 Y 방향을 따라서 이차원적으로 이동 가능한 웨이퍼 스테이지(8)에 의해 유지되어 있다. 또, 웨이퍼 스테이지(8)의 이동은, 마스크 스테이지(5)와 마찬가지로, 도시를 생략한 레이저 간섭계에 의해 계측된다. 이렇게 해서, 마스크 스테이지(5) 및 웨이퍼 스테이지(8)를 Y 방향을 따라서 이동시키면서, 즉 투영 광학계(6)에 대하여 마스크(4) 및 웨이퍼(7)를 Y 방향을 따라서 상대 이동시키면서 스캔 노광(주사 노광)을 하는 것에 의해, 웨이퍼(7)의 1개의 노광 영역에 마스크(4)의 패턴이 전사된다.
이 때, 투영 광학계(6)의 투영 배율(전사 배율)이 1／4인 경우, 웨이퍼 스테이지(8)의 이동 속도를 마스크 스테이지(5)의 이동 속도의 1／4로 설정하여 동기 주사를 한다. 또한, 웨이퍼 스테이지(8)를 X 방향 및 Y 방향을 따라서 이차원적으로 이동시키면서 주사 노광을 반복하는 것에 의해, 웨이퍼(7)의 각 노광 영역에 마스크(4)의 패턴이 차례로 전사된다. 이하, 실시예 1∼실시예 9를 참조하여, 투영 광학계(6)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
각 실시예에 있어서, 투영 광학계(6)는, 마스크(4)의 패턴의 중간 이미지를 형성하기 위한 제 1 반사 결상 광학계 G1과, 마스크 패턴의 중간 이미지의 이미지(마스크(4)의 패턴의 2차 이미지)를 웨이퍼(7) 상에 형성하기 위한 제 2 반사 결상 광학계 G2로 구성되어 있다. 여기서, 제 1 반사 결상 광학계 G1은 4개의 반사경 M1∼M4로 구성되고, 제 2 반사 결상 광학계 G2는 4개의 반사경 M5∼M8로 구성되어 있다.
또, 각 실시예에 있어서, 8개의 상기 반사경 중 적어도 1개의 반사면은 구면 형상으로 형성되어 있다. 또한, 각 실시예에 있어서, 제 2 반사경 M2의 직전에는, 개구 조리개 AS가 배치되어 있다. 개구 조리개 AS는 반사경 M2에 접해 있어도 좋고, 그 근방에 배치되어 있어도 좋다. 또한, 각 실시예에 있어서, 투영 광학계(6)는, 웨이퍼 측(이미지 측)에 텔레센트릭한 광학계이다.
또한, 각 실시예에서는, 제 3 반사경 M3이 제 1 반사경 M1을 향하여 이미지면 측의 공간에 배치되어 있지만, 이것에 한정되지 않고 제 3 반사경 M3이 제 1 반사경 M1을 향하여 물체 측의 공간에 배치되더라도 마찬가지의 작용을 얻는 것도 가 능하다.
각 실시예에 있어서, 비구면은, 광축에 수직인 방향의 높이를 y로 하고, 비구면의 정점에 있어서의 접평면으로부터 높이 y에 있어서의 비구면 상의 위치까지의 광축에 따른 거리(새그량)를 z로 하며, 정점 곡율 반경을 r로 하고, 원추 계수를 κ로 하여, 4차, 6차, 8차, 10차 비구면 계수를, 각각, A, B, C, D…로 했을 때, 이하의 수식 b로 표시된다.
Figure 112007016137009-PCT00011
(실시예 1)
도 3은, 본 실시예의 실시예 1에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 실시예 1의 투영 광학계에서는, 마스크(4)로부터의 광은, 볼록면인 제 1 반사경 M1의 반사면, 오목면인 제 2 반사경 M2의 반사면, 볼록면인 제 3 반사경 M3의 반사면, 및 오목면인 제 4 반사경 M4의 반사면에 의해 순차적으로 반사된 후, 마스크 패턴의 중간 이미지를 형성한다. 그리고, 제 1 반사 결상 광학계 G1을 거쳐서 형성된 마스크 패턴의 중간 이미지로부터의 광은, 오목면인 제 5 반사경 M5의 반사면, 볼록면인 제 6 반사경의 반사면, 볼록면인 제 7 반사경의 반사면, 및 오목면인 제 8 반사경 M8의 반사면에 의해 순차적으로 반사된 후, 웨이퍼(7) 상에 마스크 패턴의 축소 이미지(2차 이미지)를 형성한다. 이 실시예 1의 투영 광학계는 오목면인 제 8 반사경 M8은 구면으로 구성되어 있다.
다음 표 1에, 실시예 1에 따른 투영 광학계의 제원(諸元)의 값을 게재한다. 표 1에 있어서, λ는 노광광의 파장을, β는 투영 배율을, NA는 이미지 측(웨이퍼 측) 개구수를, H0은 마스크(4) 상에 있어서의 최대 물체 높이를, φ는 웨이퍼(7) 상에서의 이미지 사이클 IF의 반경(최대 이미지 높이)을, LX는 실효 노광 영역 ER의 X 방향에 따른 치수를, LY는 실효 노광 영역 ER의 Y 방향에 따른 치수를 각각 나타내고 있다. 또한, Mφ는 가장 큰 반사경의 유효 직경을, TT는 마스크(4)와 웨이퍼(7) 사이의 축상 간격을 각각 나타내고 있다.
또한, 면 번호는 물체면인 마스크면으로부터 이미지면인 웨이퍼면으로의 광선이 진행하는 방향에 따른 마스크 측으로부터의 반사면의 순서를, r은 각 반사면의 정점 곡율 반경(㎜)을, d는 각 반사면의 축상 간격, 즉 면 간격(㎜)을 각각 나타내고 있다. 또, 면 간격 d는, 반사될 때마다 그 부호를 바꾸는 것으로 한다. 또한, 마스크면으로부터 제 1 반사경 M1까지의 거리를 d1, 제 1 반사경으로부터 제 2 반사경까지의 거리를 d2, 제 2 반사경으로부터 제 3 반사경까지의 간격을 d3으로 한다. 그리고, 광선의 입사 방향에 관계없이 마스크 측을 향하여 볼록면의 곡율 반경을 정(正;positive)으로 하고, 오목면의 곡율 반경을 부(負;negative)로 하고 있다. 전술한 표기는, 이후의 표 2 내지 표 9에 있어서도 마찬가지이다.
[표 1]
Figure 112007016137009-PCT00012
Figure 112007016137009-PCT00013
Figure 112007016137009-PCT00014
Figure 112007016137009-PCT00015
도 4는, 실시예 1의 투영 광학계에 있어서의 코마 수차를 나타내는 도면이다. 도 4에서는, 이미지 높이 100％, 이미지 높이 98％, 및 이미지 높이 95％에 있어서의 자오선(meridional) 코마 수차 및 새지털(sagittal) 코마 수차를 나타내고 있다. 수차도로부터 명백한 바와 같이, 실시예 1에서는, 유효 결상 영역 ER에 대응하는 영역에 있어서, 코마 수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도시를 생략하였지만, 유효 결상 영역 ER에 대응하는 영역에 있어서, 코마 수차 이외의 다른 수차, 예컨대 구면 수차나 디스토션 등도 양호하게 보정되어 있는 것이 확인되어 있다.
(실시예 2)
도 5는, 본 실시예의 실시예 2에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 실시예 2의 투영 광학계에서는, 마스크(4)로부터의 광은, 오목면인 제 1 반사경 M1의 반사면, 오목면인 제 2 반사경 M2의 반사면, 볼록면인 제 3 반사경 M3의 반사면, 및 오목면인 제 4 반사경 M4의 반사면에 의해 순차적으로 반사된 후, 마스크 패턴의 중간 이미지를 형성한다. 그리고, 제 1 반사 결상 광학계 G1을 거쳐서 형성된 마스크 패턴의 중간 이미지로부터의 광은, 오목면인 제 5 반사경 M5의 반사면, 볼록면인 제 6 반사경의 반사면, 볼록면인 제 7 반사경의 반사면, 및 오목면인 제 8 반사경 M8의 반사면에 의해 순차적으로 반사된 후, 웨이퍼(7) 상에 마스크 패턴의 축소 이미지(2차 이미지)를 형성한다. 실시예 1의 투영 광학계에서는 제 8 반사경을 구면으로 구성하고 있었지만, 본 실시예에서는 볼록면인 제 7 반사경을 구면으로 구성하고 있다. 다음 표 2에, 실시예 2에 따른 투영 광학계의 제원의 값을 게재한다.
[표 2]
Figure 112007016137009-PCT00016
Figure 112007016137009-PCT00017
Figure 112007016137009-PCT00018
도 6은, 실시예 2의 투영 광학계에 있어서의 코마 수차를 나타내는 도면이다. 도 6에서는, 이미지 높이 100％, 이미지 높이 98％, 및 이미지 높이 95％에 있어서의 자오선 코마 수차 및 새지털 코마 수차를 나타내고 있다. 수차도로부터 명백한 바와 같이, 실시예 2에서는, 유효 결상 영역 ER에 대응하는 영역에 있어서, 코마 수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도시를 생략하였지만, 유효 결상 영역 ER에 대응하는 영역에 있어서, 코마 수차 이외의 다른 수차, 예컨대 구면 수차나 디스토션 등도 양호하게 보정되어 있는 것이 확인되어 있다.
(실시예 3)
도 7은, 본 실시예의 실시예 3에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면이다. 도 7을 참조하면, 실시예 3의 투영 광학계에서는, 마스크(4)로부터의 광은, 볼록면인 제 1 반사경 M1의 반사면, 오목면인 제 2 반사경 M2의 반사면, 볼록면인 제 3 반사경 M3의 반사면, 및 오목면인 제 4 반사경 M4의 반사면에 의해 순차적으로 반사된 후, 마스크 패턴의 중간 이미지를 형성한다. 그리고, 제 1 반사 결상 광학계 G1을 거쳐서 형성된 마스크 패턴의 중간 이미지로부터의 광은, 오목면인 제 5 반사경 M5의 반사면, 볼록면인 제 6 반사경의 반사면, 볼록면인 제 7 반사경의 반사면, 및 오목면인 제 8 반사경 M8의 반사면에 의해 순차적으로 반사된 후, 웨이퍼(7) 상에 마스크 패턴의 축소 이미지(2차 이미지)를 형성한다. 실시예 1의 투영 광학계에서는 제 8 반사경을 구면으로 구성하고 있었지만, 본 실시예에서는 볼록면인 제 6 반사경을 구면으로 구성하고 있다. 다음 표 3에, 실시예 3에 따른 투영 광학계의 제원의 값을 게재한다.
[표 3]
Figure 112007016137009-PCT00019
Figure 112007016137009-PCT00020
Figure 112007016137009-PCT00021
도 8은, 실시예 3의 투영 광학계에 있어서의 코마 수차를 나타내는 도면이다. 도 8에서는, 이미지 높이 100％, 이미지 높이 98％, 및 이미지 높이 95％에 있어서의 자오선 코마 수차 및 새지털 코마 수차를 나타내고 있다. 수차도로부터 명백한 바와 같이, 실시예 3에서는, 유효 결상 영역 ER에 대응하는 영역에 있어서, 코마 수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도시를 생략하였지만, 유효 결상 영역 ER에 대응하는 영역에 있어서, 코마 수차 이외의 다른 수차, 예컨대 구면 수차나 디스토션 등도 양호하게 보정되어 있는 것이 확인되어 있다.
(실시예 4)
도 9는, 본 실시예의 실시예 4에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면이다. 도 9를 참조하면, 실시예 4의 투영 광학계에서는, 마스크(4)로부터의 광은, 오목면인 제 1 반사경 M1의 반사면, 오목면인 제 2 반사경 M2의 반사면, 볼록면인 제 3 반사경 M3의 반사면, 및 오목면인 제 4 반사경 M4의 반사면에 의해 순차적으로 반사된 후, 마스크 패턴의 중간 이미지를 형성한다. 그리고, 제 1 반사 결상 광학계 G1을 거쳐서 형성된 마스크 패턴의 중간 이미지로부터의 광은, 오목면인 제 5 반사경 M5의 반사면, 볼록면인 제 6 반사경의 반사면, 볼록면인 제 7 반사경의 반사면, 및 오목면인 제 8 반사경 M8의 반사면에 의해 순차적으로 반사된 후, 웨이퍼(7) 상에 마스크 패턴의 축소 이미지(2차 이미지)를 형성한다. 실시예 1의 투영 광학계에서는 제 8 반사경을 구면으로 구성하고 있었지만, 본 실시예에서는 오목면인 제 5 반사경을 구면으로 구성하고 있다. 다음 표 4에, 실시예 4에 따른 투영 광학계의 제원의 값을 게재한다.
[표 4]
Figure 112007016137009-PCT00022
Figure 112007016137009-PCT00023
도 10은, 실시예 4의 투영 광학계에 있어서의 코마 수차를 나타내는 도면이다. 도 10에서는, 이미지 높이 100％, 이미지 높이 98％, 및 이미지 높이 95％에 있어서의 자오선 코마 수차 및 새지털 코마 수차를 나타내고 있다. 수차도로부터 명백한 바와 같이, 실시예 4에서는, 유효 결상 영역 ER에 대응하는 영역에 있어서, 코마 수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도시를 생략하였지만, 유효 결상 영역 ER에 대응하는 영역에 있어서, 코마 수차 이외의 다른 수차, 예컨대 구면 수차나 디스토션 등도 양호하게 보정되어 있는 것이 확인되어 있다.
(실시예 5)
도 11은, 본 실시예의 실시예 5에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면이다. 도 11을 참조하면, 실시예 5의 투영 광학계에서는, 마스크(4)로부터의 광은, 볼록면인 제 1 반사경 M1의 반사면, 오목면인 제 2 반사경 M2의 반사면, 볼록면인 제 3 반사경 M3의 반사면, 및 오목면인 제 4 반사경 M4의 반사면에 의해 순차적으로 반사된 후, 마스크 패턴의 중간 이미지를 형성한다. 그리고, 제 1 반사 결상 광학계 G1을 거쳐서 형성된 마스크 패턴의 중간 이미지로부터의 광은, 오목면인 제 5 반사경 M5의 반사면, 볼록면인 제 6 반사경의 반사면, 볼록면인 제 7 반사경의 반사면, 및 오목면인 제 8 반사경 M8의 반사면에 의해 순차적으로 반사된 후, 웨이퍼(7) 상에 마스크 패턴의 축소 이미지(2차 이미지)를 형성한다. 실시예 1의 투영 광학계에서는 제 8 반사경을 구면으로 구성하고 있었지만, 본 실시예에서는 오목면인 제 4 반사경을 구면으로 구성하고 있다. 다음 표 5에, 실시예 5에 따른 투영 광학계의 제원의 값을 게재한다.
[표 5]
Figure 112007016137009-PCT00025
Figure 112007016137009-PCT00026
Figure 112007016137009-PCT00027
도 12는, 실시예 5의 투영 광학계에 있어서의 코마 수차를 나타내는 도면이다. 도 12에서는, 이미지 높이 100％, 이미지 높이 98％, 및 이미지 높이 95％에 있어서의 자오선 코마 수차 및 새지털 코마 수차를 나타내고 있다. 수차도로부터 명백한 바와 같이, 실시예 5에서는, 유효 결상 영역 ER에 대응하는 영역에 있어서, 코마 수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도시를 생략하였지만, 유효 결상 영역 ER에 대응하는 영역에 있어서, 코마 수차 이외의 다른 수차, 예컨대 구면 수차나 디스토션 등도 양호하게 보정되어 있는 것이 확인되어 있다.
(실시예 6)
도 13은, 본 실시예의 실시예 6에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면이다. 도 13을 참조하면, 실시예 6의 투영 광학계에서는, 마스크(4)로부터의 광은, 볼록면인 제 1 반사경 M1의 반사면, 오목면인 제 2 반사경 M2의 반사면, 볼록면인 제 3 반사경 M3의 반사면, 및 오목면인 제 4 반사경 M4의 반사면에 의해 순차적으로 반사된 후, 마스크 패턴의 중간 이미지를 형성한다. 그리고, 제 1 반사 결상 광학계 G1을 거쳐서 형성된 마스크 패턴의 중간 이미지로부터의 광은, 오목면인 제 5 반사경 M5의 반사면, 볼록면인 제 6 반사경의 반사면, 볼록면인 제 7 반사경의 반사면, 및 오목면인 제 8 반사경 M8의 반사면에 의해 순차적으로 반사된 후, 웨이퍼(7) 상에 마스크 패턴의 축소 이미지(2차 이미지)를 형성한다. 실시예 1의 투영 광학계에서는 제 8 반사경을 구면으로 구성하고 있었지만, 본 실시예에서는 볼록면인 제 3 반사경을 구면으로 구성하고 있다. 다음 표 6에, 실시예 6에 따른 투영 광학계의 제원의 값을 게재한다.
[표 6]
Figure 112007016137009-PCT00028
Figure 112007016137009-PCT00029
Figure 112007016137009-PCT00030
도 14는, 실시예 6의 투영 광학계에 있어서의 코마 수차를 나타내는 도면이다. 도 14에서는, 이미지 높이 100％, 이미지 높이 98％, 및 이미지 높이 95％에 있어서의 자오선 코마 수차 및 새지털 코마 수차를 나타내고 있다. 수차도로부터 명백한 바와 같이, 실시예 6에서는, 유효 결상 영역 ER에 대응하는 영역에 있어서, 코마 수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도시를 생략하였지만, 유효 결상 영역 ER에 대응하는 영역에 있어서, 코마 수차 이외의 다른 수차, 예컨대 구면 수차나 디스토션 등도 양호하게 보정되어 있는 것이 확인되어 있다.
(실시예 7)
도 15는, 본 실시예의 실시예 7에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면이다. 도 15를 참조하면, 실시예 7의 투영 광학계에서는, 마스크(4)로부터의 광은, 볼록면인 제 1 반사경 M1의 반사면, 오목면인 제 2 반사경 M2의 반사면, 볼록면인 제 3 반사경 M3의 반사면, 및 오목면인 제 4 반사경 M4의 반사면에 의해 순차적으로 반사된 후, 마스크 패턴의 중간 이미지를 형성한다. 그리고, 제 1 반사 결상 광학계 G1을 거쳐서 형성된 마스크 패턴의 중간 이미지로부터의 광은, 오목면인 제 5 반사경 M5의 반사면, 볼록면인 제 6 반사경의 반사면, 볼록면인 제 7 반사경의 반사면, 및 오목면인 제 8 반사경 M8의 반사면에 의해 순차적으로 반사된 후, 웨이퍼(7) 상에 마스크 패턴의 축소 이미지(2차 이미지)를 형성한다. 실시예 1의 투영 광학계에서는 제 8 반사경을 구면으로 구성하고 있었지만, 본 실시예에서는 오목면인 제 2 반사경을 구면으로 구성하고 있다. 다음 표 7에, 실시예 7에 따른 투영 광학계의 제원의 값을 게재한다.
[표 7]
Figure 112007016137009-PCT00031
Figure 112007016137009-PCT00032
Figure 112007016137009-PCT00033
도 16은, 실시예 7의 투영 광학계에 있어서의 코마 수차를 나타내는 도면이다. 도 16에서는, 이미지 높이 100％, 이미지 높이 98％, 및 이미지 높이 95％에 있어서의 자오선 코마 수차 및 새지털 코마 수차를 나타내고 있다. 수차도로부터 명백한 바와 같이, 실시예 7에서는, 유효 결상 영역 ER에 대응하는 영역에 있어서, 코마 수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도시를 생략하였지만, 유효 결상 영역 ER에 대응하는 영역에 있어서, 코마 수차 이외의 다른 수차, 예컨대 구면 수차나 디스토션 등도 양호하게 보정되어 있는 것이 확인되어 있다.
(실시예 8)
도 17은, 본 실시예의 실시예 8에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면이다. 도 17을 참조하면, 실시예 8의 투영 광학계에서는, 마스크(4)로부터의 광은, 볼록면인 제 1 반사경 M1의 반사면, 오목면인 제 2 반사경 M2의 반사면, 볼록면인 제 3 반사경 M3의 반사면, 및 오목면인 제 4 반사경 M4의 반사면에 의해 순차적으로 반사된 후, 마스크 패턴의 중간 이미지를 형성한다. 그리고, 제 1 반사 결상 광학계 G1을 거쳐서 형성된 마스크 패턴의 중간 이미지로부터의 광은, 오목면인 제 5 반사경 M5의 반사면, 볼록면인 제 6 반사경의 반사면, 볼록면인 제 7 반사경의 반사면, 및 오목면인 제 8 반사경 M8의 반사면에 의해 순차적으로 반사된 후, 웨이퍼(7) 상에 마스크 패턴의 축소 이미지(2차 이미지)를 형성한다. 실시예 1의 투영 광학계에서는 제 8 반사경을 구면으로 구성하고 있었지만, 본 실시예에서는 제 1 반사경을 구면으로 구성하고 있다. 다음 표 8에, 실시예 8에 따른 투영 광학계의 제원의 값을 게재한다.
[표 8]
Figure 112007016137009-PCT00034
Figure 112007016137009-PCT00035
Figure 112007016137009-PCT00036
도 18은, 실시예 8의 투영 광학계에 있어서의 코마 수차를 나타내는 도면이다. 도 18에서는, 이미지 높이 100％, 이미지 높이 98％, 및 이미지 높이 95％에 있어서의 자오선 코마 수차 및 새지털 코마 수차를 나타내고 있다. 수차도로부터 명백한 바와 같이, 실시예 8에서는, 유효 결상 영역 ER에 대응하는 영역에 있어서, 코마 수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다.
또한, 도시를 생략하였지만, 유효 결상 영역 ER에 대응하는 영역에 있어서, 코마 수차 이외의 다른 수차, 예컨대 구면 수차나 디스토션 등도 양호하게 보정되어 있는 것이 확인되어 있다.
(실시예 9)
도 19는, 본 실시예의 실시예 9에 따른 투영 광학계의 구성을 나타내는 도면이다. 도 19를 참조하면, 실시예 9의 투영 광학계에서는, 마스크(4)로부터의 광은, 오목면인 제 1 반사경 M1의 반사면, 오목면인 제 2 반사경 M2의 반사면, 볼록면인 제 3 반사경 M3의 반사면, 및 오목면인 제 4 반사경 M4의 반사면에 의해 순차적으로 반사된 후, 마스크 패턴의 중간 이미지를 형성한다. 그리고, 제 1 반사 결상 광학계 G1을 거쳐서 형성된 마스크 패턴의 중간 이미지로부터의 광은, 오목면인 제 5 반사경 M5의 반사면, 오목면인 제 6 반사경의 반사면, 볼록면인 제 7 반사경의 반사면, 및 오목면인 제 8 반사경 M8의 반사면에 의해 순차적으로 반사된 후, 웨이퍼(7) 상에 마스크 패턴의 축소 이미지(2차 이미지)를 형성한다. 실시예 1의 투영 광학계에서는 제 8 반사경을 구면으로 구성하고 있었지만, 본 실시예에서는 볼록면인 제 6 반사경을 구면으로 구성하고 있다. 다음 표 9에, 실시예 9에 따른 투영 광학계의 제원의 값을 게재한다.
[표 9]
Figure 112007016137009-PCT00037
Figure 112007016137009-PCT00038
Figure 112007016137009-PCT00039
도 20은, 실시예 9의 투영 광학계에 있어서의 코마 수차를 나타내는 도면이다. 도 20에서는, 이미지 높이 100％, 이미지 높이 98％, 및 이미지 높이 95％에 있어서의 자오선 코마 수차 및 새지털 코마 수차를 나타내고 있다. 수차도로부터 명백한 바와 같이, 실시예 9에서는, 유효 결상 영역 ER에 대응하는 영역에 있어서, 코마 수차가 양호하게 보정되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도시를 생략하였지만, 유효 결상 영역 ER에 대응하는 영역에 있어서, 코마 수차 이외의 다른 수차, 예컨대 구면 수차나 디스토션 등도 양호하게 보정되어 있는 것이 확인되어 있다.
이상과 같이, 전술한 각 실시예에서는, 파장이 13.5㎚인 레이저 플라즈마 X 선에 대하여, 0.25∼0.35의 이미지 측 개구수를 확보하는 동시에, 웨이퍼(7) 상에 있어서 모든 수차가 양호하게 보정된 26㎜×2㎜의 원호 형상의 실효 노광 영역을 확보할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(7)에 있어서, 예컨대 26㎜×66㎜의 크기를 갖는 각 노광 영역에, 마스크(4)의 패턴을 주사 노광에 의해 0.1㎛ 이하의 고해상도로 전사할 수 있다.
또한, 전술한 각 실시예에서는 가장 큰 제 4 반사경 M4의 유효 직경이 약 400∼약 520㎜ 정도로, 충분히 작게 억제되어 있다. 이와 같이, 각 실시예에 있어서, 반사경의 대형화가 억제되어, 광학계의 소형화가 도모되고 있다. 또, 본 발명에서는 또한, 물체(레티클)에서부터 이미지(웨이퍼)까지의 거리(물상간 거리) TT가 1350㎜∼1800㎜의 범위를 만족하고 있기 때문에, 광학계가 대형화되는 것을 억제하면서, 광학 성능도 양호하게 유지하고 있다.
또한, 전술한 실시예에 따른 노광 장치에서는, 상대적으로 유효 영역이 작은 반사경인 제 5 반사경 M5나 제 6 반사경 M6의 면 형상을 구면 형상으로 함으로써 고정밀도의 반사 광학계를 용이하게 제조하는 것이 가능하게 된다. 또한, 전술한 실시예에 따른 노광 장치에서는, 상대적으로 광속의 입사각이 커지는 제 6 반사경 M6이나 제 7 반사경 M7의 면 형상을 구면 형상으로 함으로써 고정밀도의 반사 광학계를 용이하게 제조하는 것이 가능하게 된다.
전술한 실시예에 따른 노광 장치에서는, 조명계에 의해서 마스크를 조명하고(조명 공정), 투영 광학계를 이용하여 마스크에 형성된 전사용의 패턴을 감광성 기판에 노광하는(노광 공정) 것에 의해, 마이크로 디바이스(반도체 소자, 촬상 소 자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등)를 제조할 수 있다. 이하, 본 실시예의 노광 장치를 이용하여 감광성 기판으로서의 웨이퍼 등에 소정의 회로 패턴을 형성하는 것에 의해, 마이크로 디바이스로서의 반도체 디바이스를 얻을 때의 방법의 일례에 대하여 도 21의 흐름도를 참조하여 설명한다.
우선, 도 21의 단계 301에 있어서, 1 로트의 웨이퍼 상에 금속막이 증착된다. 다음 단계 302에 있어서, 그 1 로트의 웨이퍼 상의 금속막 상에 포토레지스트가 도포된다. 그 후, 단계 303에 있어서, 본 실시예의 노광 장치를 이용하여, 마스크(레티클) 상의 패턴의 이미지가 그 투영 광학계를 거쳐서 그 1 로트의 웨이퍼 상의 각 숏(shot) 영역에 순차적으로 노광 전사된다.
그 후, 단계 304에 있어서, 그 1 로트의 웨이퍼 상의 포토레지스트의 현상이 행해진 후, 단계 305에 있어서, 그 1 로트의 웨이퍼 상에서 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭을 행함으로써, 마스크 상의 패턴에 대응하는 회로 패턴이, 각 웨이퍼 상의 각 숏 영역에 형성된다. 그 후, 더 상위의 레이어의 회로 패턴의 형성 등을 행함으로써, 반도체 소자 등의 장치가 제조된다. 전술한 반도체 디바이스 제조 방법에 따르면, 극히 미세한 회로 패턴을 갖는 반도체 디바이스를 스루풋 좋게 얻을 수 있다.
또, 전술한 본 실시예에서는, X선을 공급하기 위한 광원으로서 레이저 플라즈마 X선원을 이용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, X선으로서, 예컨대 싱크로트론(synchrotron) 방사(SOR)광을 이용하는 것도 가능하다.
또한, 전술한 본 실시예에서는, X선을 공급하기 위한 광원을 갖는 노광 장치 에 본 발명을 적용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, X선 이외의 다른 파장광을 공급하는 광원을 갖는 노광 장치에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 전술한 본 실시예에서는, 노광 장치의 투영 광학계에 본 발명을 적용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 다른 일반적인 투영 광학계에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다.

Claims (21)

  1. 8개의 반사경을 갖고, 제 1 면의 축소 이미지를 제 2 면 상에 형성하는 반사형 투영 광학계에 있어서,
    상기 제 1 면의 중간 이미지를 형성하기 위한 제 1 반사 결상 광학계와, 상기 중간 이미지의 이미지를 상기 제 2 면 상에 형성하기 위한 제 2 반사 결상 광학계를 구비하며,
    상기 제 1 반사 결상 광학계는, 상기 제 1 면 측에서부터 광속의 입사 순으로, 제 1 반사경 M1과 제 2 반사경 M2와 제 3 반사경 M3과 제 4 반사경 M4를 갖고,
    상기 제 2 반사 결상 광학계는, 상기 제 1 면 측에서부터 광속의 입사 순으로, 제 5 반사경 M5와 제 6 반사경 M6과, 제 7 반사경 M7과 제 8 반사경 M8을 갖고, 8개의 상기 반사경 중 적어도 1개의 반사면은 구면으로 구성되며, 다른 반사면은 비구면으로 구성된 것을 특징으로 하는
    반사형 투영 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 4 반사경 M4 또는／및 상기 제 5 반사경 M5의 반사면은 구면으로 구성된 것을 특징으로 하는 반사형 투영 광학계.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 8개의 반사경 중, 상대적으로 제조 오차의 요구가 높은 반사경의 반사면이 구면으로 구성된 것을 특징으로 하는 반사형 투영 광학계.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 8개의 반사경 중, 상기 반사면에 입사하는 광속의 입사각이 상대적으로 큰 반사경이 구면으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 투영 광학계.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 8개의 반사경 중, 결상에 기여하는 광속이 상기 반사면에 의해 반사되는 면적이 상대적으로 작은 반사경이 구면으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 투영 광학계.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 반사 결상 광학계는, 물체측에서부터 순서대로 반사경, 오목면경, 볼록면경, 오목면경으로 구성된 것을 특징으로 하는 반사형 투영 광학계.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 반사 결상 광학계는, 물체측에서부터 순서대로 오목면경, 반사경, 볼록면경, 오목면경으로 구성된 것을 특징으로 하는 반사형 투영 광학계.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 면에서부터 상기 제 1 반사경 M1까지의 거리를 d1이라고 할 때,
    700㎜≤d1
    인 것을 특징으로 하는 반사형 투영 광학계.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 반사경 M1에서부터 상기 제 2 반사경 M2까지의 거리를 d2라고 할 때,
    450㎜≤d2
    인 것을 특징으로 하는 반사형 투영 광학계.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 반사경 M2에서부터 상기 제 3 반사경 M3까지의 거리를 d3이라고 할 때,
    570㎜≤d3
    인 것을 특징으로 하는 반사형 투영 광학계.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    d1 : 상기 제 1 면에서부터 상기 제 1 반사경 M1까지의 거리
    d2 : 상기 제 1 반사경 M1에서부터 상기 제 2 반사경 M2까지의 거리
    라고 할 때, 상기 제 2 반사경 M2의 위치가 이하의 조건
    1＜d1／d2＜1.9
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 반사형 투영 광학계.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    d2 : 상기 제 1 반사경 M1에서부터 상기 제 2 반사경 M2까지의 거리
    d3 : 상기 제 2 반사경 M2에서부터 상기 제 3 반사경 M3까지의 거리
    라고 할 때, 상기 제 3 반사경 M3의 위치가 이하의 조건
    1.1＜d3／d2＜1.5
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 반사형 투영 광학계.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    반사경의 최대 유효 직경을 Mφ라고 할 때,
    400㎜＜Mφ＜600㎜
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 반사형 투영 광학계.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    반사경의 최대 유효 직경을 Mφ, 상기 제 1 면에 있어서의 최대 물체 높이를 H0이라고 할 때,
    2＜Mφ／H0＜4
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 반사형 투영 광학계.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 면과 상기 제 2 면 사이의 축상 간격을 TT라고 할 때,
    1350㎜＜TT＜1800㎜
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 반사형 투영 광학계.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 면과 상기 제 2 면 사이의 축상 간격을 TT, 상기 제 1 면에 있어서의 최대 물체 높이를 H0이라고 할 때,
    8＜TT／H0＜15
    의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 반사형 투영 광학계.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이미지 측 개구수 NA는, 적어도 0.20 이상인 것을 특징으로 하는 반사형 투영 광학계.
  18. 상기 제 1 면에 설정된 마스크를 조명하기 위한 조명계와, 상기 마스크의 패턴을 상기 제 2 면에 설정된 감광성 기판 상으로 투영 노광하기 위한 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 기재된 반사형 투영 광학계를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 조명계는, 노광광으로서 X선을 공급하기 위한 광원을 갖고, 상기 반사형 투영 광학계에 대하여 상기 마스크 및 상기 감광성 기판을 상대 이동시켜서, 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판 상에 투영 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  20. 적어도 8개의 반사경을 갖고, 제 1 면의 축소 이미지를 제 2 면 상에 형성하는 반사형 투영 광학계에 있어서,
    상기 적어도 8개의 반사경 중, 상기 반사면에 입사하는 광속의 입사각이 상대적으로 큰 반사경이 구면으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
    반사형 투영 광학계.
  21. 적어도 8개의 반사경을 갖고, 제 1 면의 축소 이미지를 제 2 면 상에 형성하는 반사형 투영 광학계에 있어서,
    상기 적어도 8개의 반사경 중, 결상에 기여하는 광속이 상기 반사면에 의해 반사되는 면적이 상대적으로 작은 반사경이 구면으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
    반사형 투영 광학계.
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