KR20210039285A - 투영 광학계, 주사 노광 장치 및 물품 제조 방법 - Google Patents

투영 광학계, 주사 노광 장치 및 물품 제조 방법 Download PDF

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KR20210039285A
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Abstract

투영 광학계는, 물체면에 있어서의 광축외의 원호형 양호 상영역으로부터의 광속을 제1굴절광학계, 오목반사면, 볼록반사면, 상기 오목반사면, 제2굴절광학계를 순서대로 경유시켜서 상면에 있어서의 원호형 양호 상영역에 결상시키는 등배의 광학계다. 상기 제1굴절광학계 및 상기 제2굴절광학계의 각각은, 2개의 렌즈를 포함하고, 상기 2개의 렌즈는, 비구면을 가진다.

Description

투영 광학계, 주사 노광 장치 및 물품 제조 방법{PROJECTION OPTICAL SYSTEM, SCANNING-EXPOSURE APPARATUS, AND METHOD OF MANUFACTURING ARTICLE}
본 발명은, 투영 광학계, 주사 노광 장치 및 물품 제조 방법에 관한 것이다.
노광 장치는, 반도체 소자등이 집적된 물품을 제조하기 위한 리소그래피 공정에 있어서, 기판에 도포된 포토레지스트막에 대하여 원판의 패턴을 전사하기 위해서 사용될 수 있다. 노광 장치는, 원판의 패턴을 포토레지스트막에 투영하는 투영 광학계를 가진다. 일본 특허공고평 5-33369호 공보에는, 물체면으로부터의 광을 오목거울, 볼록거울, 해당 오목거울의 순서대로 반사시켜서 해당 물체의 상을 등배로 상면에 결상시키는 광학계가 기재되어 있다. 해당 광학계는, 해당 물체면과 해당 오목거울과의 사이에 배치된 제1의 렌즈와, 해당 오목거울과 해당 상면과의 사이에 배치된 제2의 렌즈를 더욱 가진다. 해당 제1의 렌즈는, 그 1개의 면 또는 2개의 면에 비구면을 가지고, 해당 제2의 렌즈는, 그 1개의 면 또는 2개의 면에 비구면을 가진다.
일본 특허공고평 5-33369호 공보에 기재된 광학계와 같이, 물체면과 오목거울과의 사이에 배치된 렌즈가 그 2개의 면에 비구면을 가지고, 해당 오목거울과 상면과의 사이에 배치된 렌즈가 그 2개의 면에 비구면을 가지는 광학계는, 수차의 보정에 유리하다. 그렇지만, 어떤 관점에 있어서, 1개의 렌즈의 2개의 면에 비구면을 형성하는 구성에서는, 2개의 비구면의 사이의 편심 정밀도에 대한 요구가 엄격하고, 그 때문에 렌즈의 가공이 어렵다고 하는 과제가 있다.
또한, 다른 관점에 있어서, 일본 특허공고평 5-33369호 공보에서는, 주사 노광에 주목하고, 전사결과에 있어서 제르니케 다항식의 Ｃ17항의 성분의 영향을 저감하려고 하는 사상은 없다.
본 발명은, 2개의 비구면의 사이의 편심 정밀도에 대한 요구가 엄격하지 않은 투영 광학계, 또는, 제르니케 다항식의 Ｃ17항의 성분의 영향을 저감하기 때문에 유리한 투영 광학계를 제공한다.
본 발명의 제1의 측면은, 물체면에 있어서의 광축외의 원호형 양호 상영역으로부터의 광속을 제1굴절광학계, 오목반사면, 볼록반사면, 상기 오목반사면, 제2굴절광학계를 순서대로 경유시켜서 상면에 있어서의 원호형 양호 상영역에 결상시키는 등배의 투영 광학계에 관계되고, 상기 제1굴절광학계 및 상기 제2굴절광학계의 각각은, 2개의 렌즈를 포함하고, 상기 2개의 렌즈는, 비구면을 가진다. 본 발명의 제1의 측면에 의하면, 2개의 비구면의 사이의 편심 정밀도에 대한 요구가 엄격하지 않은 투영 광학계가 제공된다.
본 발명의 제2의 측면은, 물체면에 있어서의 광축외의 원호형 양호 상영역으로부터의 광속을 제1굴절광학계, 오목반사면, 볼록반사면, 상기 오목반사면, 제2굴절광학계를 순서대로 경유시켜서 상면에 있어서의 원호형 양호 상영역에 결상시키는 등배의 투영 광학계에 관계되고, 상기 제1굴절광학계 및 상기 제2굴절광학계의 각각은, 복수의 비구면을 가지고, 상기 상면에 있어서의 상기 원호형 양호 상영역에 있어서 상높이를 일방향으로 변화시켰을 때에 상기 투영 광학계의 수차를 나타내는 제르니케 다항식의 Ｃ17항의 부호가 반전한다. 본 발명의 제2의 측면에 의하면, 제르니케 다항식의 Ｃ17항의 성분의 영향을 저감하기 때문에 유리한 투영 광학계가 제공된다.
본 발명의 제3의 측면은, 물체면에 있어서의 광축외의 원호형 양호 상영역으로부터의 광속을 제1굴절광학계, 오목반사면, 볼록반사면, 상기 오목반사면, 제2굴절광학계를 순서대로 경유시켜서 상면에 있어서의 원호형 양호 상영역에 결상시키는 등배의 투영 광학계에 관계되고, 상기 제1굴절광학계 및 상기 제2굴절광학계의 각각은, 복수의 비구면을 가지고, 상기 복수의 비구면 중 제1비구면이 상기 투영 광학계에 주는 수차 중 제르니케 다항식의 Ｃ17항의 성분과, 상기 복수의 비구면 중 상기 제1비구면이외의 비구면이 상기 투영 광학계에 주는 수차 중 제르니케 다항식의 Ｃ17항의 성분과의 차분이 0인 상높이가, 상기 상면의 상기 원호형 양호 상영역 중에 있다. 본 발명의 제3의 측면에 의하면, 제르니케 다항식의 Ｃ17항의 성분의 영향을 저감하기 때문에 유리한 투영 광학계가 제공된다. 본 발명의 제4의 측면은, 주사 노광 장치에 관계되고, 상기 주사 노광 장치는, 상기 제1 내지 제3의 측면에 관계되는 투영 광학계를 구비하고, 상기 물체면에 배치된 원판 및 상기 상면에 배치된 기판을 주사하면서 상기 투영 광학계에 의해 상기 원판 패턴을 상기 기판에 투영하고, 이에 따라 상기 기판을 주사 노광한다.
본 발명의 제5의 측면은, 물품 제조 방법에 관계되고, 상기 물품 제조 방법은, 상기 제4의 측면에 관계되는 주사 노광 장치에 의해, 포토레지스트막이 도포된 기판을 노광하는 노광 공정과, 상기 노광 공정의 후에 상기 포토레지스트막을 현상해서 레지스트 패턴을 형성하는 현상 공정과, 상기 현상 공정의 후에 상기 레지스트 패턴을 이용해서 상기 기판을 처리하는 처리 공정을, 포함한다.
[도1] 제1실시 예의 투영 광학계를 구성하는 각 광학부재의 사양을 도시한 도면.
[도2] 제1실시 예의 투영 광학계에 있어서의 비구면의 형상을 도시한 도면.
[도3] 제2실시 예의 투영 광학계를 구성하는 각 광학부재의 사양을 도시한 도면.
[도4] 제2실시 예의 투영 광학계에 있어서의 비구면의 형상을 도시한 도면.
[도5] 제3실시 예의 투영 광학계를 구성하는 각 광학부재의 사양을 도시한 도면.
[도6] 제3실시 예의 투영 광학계에 있어서의 비구면의 형상을 도시한 도면.
[도7] 제4실시 예의 투영 광학계를 구성하는 각 광학부재의 사양을 도시한 도면.
[도8] 제4실시 예의 투영 광학계에 있어서의 비구면의 형상을 도시한 도면.
[도9] 일 실시 형태의 주사 노광 장치의 구성을 모식적으로 도시한 도면.
[도10] 일 실시 형태의 투영 광학계의 상면에 있어서의 원호형 양호 상영역을 도시한 도면.
[도11] 제1 실시 형태의 투영 광학계의 구성을 도시한 도면.
[도12] 제1 실시 형태의 투영 광학계의 횡수차를 도시한 도면.
[도13] 제1 실시 형태의 투영 광학계의 Ｃ17항의 원호형 양호 상영역내의 분포를 도시한 도면.
[도14] 제2실시 형태의 투영 광학계의 구성을 도시한 도면.
[도15] 제2실시 형태의 투영 광학계의 횡수차를 도시한 도면.
[도16] 제2실시 형태의 투영 광학계의 Ｃ17항의 원호형 양호 상영역내의 분포를 도시한 도면.
[도17] 제3실시 형태의 투영 광학계의 구성을 도시한 도면.
[도18] 제3실시 형태의 투영 광학계의 횡수차를 도시한 도면.
[도19] 제3실시 형태의 투영 광학계의 Ｃ17항의 원호형 양호 상영역내의 분포를 도시한 도면.
[도20] 제3실시 형태의 투영 광학계에 있어서의 오목반사면상에서의 유효광속분포를 도시한 도면.
[도21] 제4실시 형태의 투영 광학계의 구성을 도시한 도면.
[도22] 제4실시 형태의 투영 광학계의 횡수차를 도시한 도면.
[도23] 제4실시 형태의 투영 광학계의 Ｃ17항의 원호형 양호 상영역내의 분포를 도시한 도면.
[도24] 제4실시 형태의 투영 광학계에 있어서의 오목반사면상에서의 유효광속분포를 도시한 도면.
[도25] 제르니케 다항식의 Ｃ17항을 명도분포에 의해 모식적으로 도시한 도면.
[도26] 비교 예의 투영 광학계의 구성을 도시한 도면.
[도27] 비교 예의 투영 광학계의 횡수차를 도시한 도면.
[도28] 비교 예의 투영 광학계의 Ｃ17항의 원호형 양호 상영역내의 분포를 도시한 도면.
[도29] 제1 실시 형태의 투영 광학계에 있어서의 Ｃ17항의 비구면의 분담도를 도시한 도면.
이하, 첨부 도면을 참조해서 실시 형태를 상세하게 설명한다. 한편, 이하의 실시 형태는 특허청구의 범위에 관계되는 발명을 한정하는 것이 아니고, 또한, 실시 형태에서 설명되어 있는 특징의 조합의 모두가 발명에 필수적인 것이라고는 한정하지 않는다. 실시 형태에서 설명되어 있는 복수의 특징 중 두개이상의 특징이 임의로 조합되어도 좋다. 또한, 동일 또는 마찬가지의 구성에는 동일한 참조 번호를 첨부하고, 중복된 설명은 생략한다.
도9에는, 일 실시 형태의 주사 노광 장치ＥＸ의 구성이 모식적으로 도시되어 있다. 주사 노광 장치ＥＸ는, 물체면에 배치된 원판M을 조명하는 조명 광학계ＩＬＯ와, 원판M의 패턴을 상면에 배치된 기판(플레이트)P에 투영하는 투영 광학계ＰＯ를 구비하고 있다. 주사 노광 장치ＥＸ는, 원판M 및 기판P을 주사하면서 조명 광학계ＩＬＯ에 의해 조명된 원판M의 패턴을 투영 광학계ＰＯ에 의해 기판P에 투영하고, 이에 따라 기판P를 주사 노광하도록 구성된다. 조명 광학계ＩＬＯ는, 물체면(원판M)에 있어서의 원호형 양호 상영역을 조명 영역으로서 조명하고, 이에 따라, 도10에 예시되도록, 상면 (기판P)에 있어서의 원호형 양호 상영역ＩＲ를 노광 영역으로서 노광 광이 조사된다.
본 명세서 및 도면에서는, 복수의 상높이를 예시적으로 도시하기 위해서, 도10에 도시되는 것 같이, 상높이 F3∼F10을 생각한다. 주사 노광에 있어서, 원판M 및 기판P는, 주사 방향ＳＤ에 평행한 방향으로, 서로 동기해서 주사되고, 이에 따라 기판P의 노광 영역의 전역이 주사 노광된다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 물체면과 거기에 배치되는 원판M과는 등가이며, 상면과 거기에 배치되는 기판P와는 등가다.
도11에는, 제1 실시 형태의 투영 광학계ＰＯ의 구성이 도시되어 있다. 투영 광학계ＰＯ는, 물체면에 있어서의 광축외의 원호형 양호 상영역으로부터의 광속을 제1굴절광학계D1, 오목반사면(오목거울)Ｍｏ1, 볼록반사면 (볼록거울)Ｍｔ, 오목반사면Ｍｏ1, 제2굴절광학계D2를 순서대로 경유시켜서 상면에 있어서의 원호형 양호 상영역에 결상시킨다. 투영 광학계ＰＯ는, 등배의 투영 광학계다. 투영 광학계ＰＯ는, 물체면 및 상면에 있어서 텔레센트릭일 수 있다. 1개의 관점에 있어서, 제1굴절광학계D1은 2개의 렌즈G1, Ｇｍ을 포함한다. 여기에서, 2개의 렌즈G1, Ｇｍ은 비구면(예를 들면, 회전 대칭 비구면)을 가지고, 제2굴절광학계D2는 2개의 렌즈Ｇｐ, G3을 포함하고, 2개의 렌즈Ｇｐ, G3은 비구면(예를 들면, 회전 대칭 비구면)을 가진다. 다른 관점에 있어서, 제1굴절광학계D1은 복수의 비구면(예를 들면, 회전 대칭 비구면)을 가지고, 제2굴절광학계D2는 복수의 비구면(예를 들면, 회전 대칭 비구면)을 가진다.
투영 광학계ＰＯ는, 제1반사면(제1평면거울)T1과, 제2반사면(제2평면거울)T2를 더욱 구비할 수 있다. 제1반사면(제1평면거울)T1은, 제1굴절광학계D1과 오목반사면Ｍｏ1과의 사이에 배치되어, 광로(광축)를 구부린다. 제2반사면(제2평면거울)T2는, 오목반사면Ｍｏ1과 제2굴절광학계D2와의 사이에 배치되어, 광로(광축)를 구부린다. 또한, 투영 광학계ＰＯ는, 볼록반사면Ｍｔ와 오목반사면Ｍｏ1과의 사이이며, 오목반사면Ｍｏ1보다도 볼록반사면Ｍｔ에 가까운 위치에 배치된 굴절광학 부재G2를 더욱 구비해도 좋다. 굴절광학 부재G2는, 구면 또는 비구면을 포함할 수 있다.
물체면(원판M)의 원호형 양호 상영역으로부터의 광속은, 제1굴절광학계D1을 통과한 후, 제1반사면T1에서 광로를 직각으로 구부려, 오목반사면Ｍｏ1에 입사하고, 오목반사면Ｍｏ1에서 반사된다. 반사면Ｍｏ1에서 반사된 광속은, 오목반사면Ｍｏ1과 볼록반사면Ｍｔ와의 사이에 있어서의 투영 광학계ＰＯ의 광축O-O'근방에 있는 굴절광학 부재G2를 통과한 후, 볼록반사면Ｍｔ에 입사한다. 볼록반사면Ｍｔ는, 투영 광학계ＰＯ의 조리개면이다. 볼록반사면Ｍｔ에서 반사된 광속은, 다시 굴절광학 부재G2를 통과한 후, 다시 오목반사면Ｍｏ1에 입사하고, 오목반사면Ｍｏ1에서 반사된다. 오목반사면Ｍｏ1로 반사된 광속은, 제2반사면T2에서 광로를 직각으로 구부려, 제2굴절광학계D2를 통과하고, 상면(기판Ｐ면P)의 원호형 양호 상영역ＩＲ에 입사한다. 이에 따라, 물체면에 배치된 원판M의 패턴의 상이 상면에 배치된 기판S상에 형성된다. 물체면에 있어서의 원호형 양호 상영역은, 물체면에 있어서의 광축으로부터 어긋난 위치에 배치되고, 상면에 있어서의 원호형 양호 상영역은, 상면에 있어서의 광축으로부터 어긋난 위치에 배치된다. 주사 노광에 있어서, 원판M 및 기판S는, 도11에 있어서의 횡방향으로 주사된다.
전술과 같이, 1개의 관점에 있어서, 제1굴절광학계D1은 2개의 렌즈G1, Ｇｍ을 포함하고, 2개의 렌즈G1, Ｇｍ은 비구면을 가지고, 제2굴절광학계D2는 2개의 렌즈Ｇｐ, G3을 포함하고, 2개의 렌즈Ｇｐ, G3은 비구면을 가진다. 이러한 구성은, 2개의 렌즈의 상호의 편심위치를 조정 함으로써 고정밀도로 수차를 보정하는 것을 가능하게 하므로, 수차보정을 위한 자유도를 향상하기 때문에 유리하다. 한편, 1개의 렌즈의 2개 면을 비구면으로 하는 것도 가능하지만, 그 경우, 2개의 면의 사이의 편심 정밀도에 대한 요구가 엄격하고, 그 때문에, 렌즈의 가공이 어렵다고 하는 과제가 있다.
도25에는, 제르니케 다항식의 Ｃ17항이 명도분포에 의해 모식적으로 도시되어 있다. C17항은, 도25에 도시되는 것 같이, 투영 광학계ＰＯ의 동공면내에서 ±45도 방향으로 발생하는 수차다. 이 수차분포는, 4θ성분, 혹은, Ｔｅｔｒａｆｏｉｌ성분이라고 부르고 있다. 물체면상의 패턴(라인·앤드·스페이스)으로부터의 회절광은 그 패턴의 길이 방향과 직교방향으로 날므로, 물체면상의 ±45도 방향의 패턴(경사 방향의 선)으로부터의 회절광은 동공면상에서 ±45도 방향으로 발생하고, C17항의 영향을 받는다. 한편, 종방향의 선 및 횡방향의 선은, 거의 C17항의 영향을 받지 않는다. 그 결과, 노광시에, 경사 방향의 선과 종/횡방향의 선과의 사이에서, 포커스 차이 및 선폭 차이가 야기되어, 화면내의 선폭 균일성이 열화할 수 있다.
도26에는, 비교 예의 투영 광학계의 구성이 도시되어 있다. 도26에 도시된 비교 예는, 렌즈Ｇｍ, Ｇｐ을 갖지 않는 점에서 도11에 도시된 제1 실시 형태와 다르다. 이하, 도11에 도시된 제1 실시 형태와 도26에 도시된 비교 예를 대비하면서 제1 실시 형태의 유리한 점을 설명한다.
도12에는, 도11에 도시된 제1 실시 형태의 투영 광학계ＰＯ의 횡수차가 도시되고, 도27에는, 도26에 도시된 비교 예의 투영 광학계의 횡수차가 도시되어 있다. 양자는, 횡수차가 적절하게 보정되어 있는 것을 도시하고 있다. 도13에는, 도11에 도시된 제1 실시 형태의 투영 광학계ＰＯ의 수차를 나타내는 제르니케 다항식의 Ｃ17항의 상면(기판P)의 원호형 양호 상영역ＩＲ에 있어서의 분포가 도시되어 있다. 도28에는, 도26에 도시된 비교 예의 투영 광학계ＰＯ의 수차를 나타내는 제르니케 다항식의 Ｃ17항의 상면(기판P)의 원호형 양호 상영역ＩＲ에 있어서의 분포가 도시되어 있다. 도13, 도28에 있어서, 횡축의 ＠Z17_F3∼＠Z17_F10은, 원호형 양호 상영역ＩＲ내의 8점의 상높이 F3∼F10이며, 종축은 C17항의 값이다. 또한, 도13, 도28에 있어서, ＠Z17_ＡＶＥ는, 원호형 양호 상영역ＩＲ내의 8점의 상높이 F3∼F10에 있어서의 Ｃ17항의 값의 평균값이다.
도28에 도시되는 것 같이, 도26에 도시된 비교 예에서는, C17항이 상높이 F7에 있어서 최대값 86mλ을 나타내고, 상높이 F3에 있어서 최소값 40mλ을 나타내고, 평균값으로서 74mλ을 나타내고 있다. 주사 노광에 있어서는, 상면의 각 점에 대한 투영 광학계ＰＯ의 수차의 영향은, 노광 영역으로서의 원호형 양호 상영역ＩＲ에 있어서의 수차를 주사 방향(상높이의 변화 방향)에 관해서 평균화한 값(즉, 전술한 평균값)으로 결정된다. 따라서, 도26에 도시된 비교 예에서는, 기판P의 노광 결과에 C17항의 영향이 크게 드러난다.
한편, 도13에 도시되는 것 같이, 도11에 도시된 제1 실시 형태에서는, 원호형 양호 상영역ＩＲ내의 8점의 상높이 F3∼F10에 있어서 C17항이 상응한 값을 갖지만, 그것들의 값이 정의 것과 부의 것을 포함한다. 따라서, 제1 실시 형태에서는, 8점의 상높이 F3∼F10에 있어서의 Ｃ17항의 평균값은 거의 0mλ이며, 그 때문에, 제1 실시 형태에서는, 기판P의 노광 결과에 C17항의 영향이 거의 드러나지 않는다. 이러한 효과는, 추가된 렌즈Ｇｍ, Ｇｐ에 의해 제공된다.
도29는, 제1 실시 형태의 투영 광학계ＰＯ에 있어서의 Ｃ17항의 비구면의 분담도를 도시하고 있다. 도29에 있어서, 횡축은 원호형 양호 상영역ＩＲ에 있어서의 상높이다. 도29에 있어서, 실선(Ｇｍ에 의한 발생량)은, 렌즈Ｇｍ의 비구면이 투영 광학계ＰＯ의 수차 중 제르니케 다항식의 Ｃ17항에 주는 영향을 나타내고 있다. 이것은, 렌즈G1의 비구면 성분을 제거했을 때의 투영 광학계ＰＯ의 수차 중 제르니케 다항식의 Ｃ17항이라고 생각할 수도 있다. 도29에 있어서, 점선(G1에 의한 발생량)은, 렌즈G1의 비구면이 투영 광학계ＰＯ의 수차 중 제르니케 다항식의 Ｃ17항에 주는 영향을 나타내고 있다. 이것은, 렌즈Ｇｍ의 비구면 성분을 제거했을 때의 투영 광학계ＰＯ의 수차 중 제르니케 다항식의 Ｃ17항이라고 생각할 수도 있다. 도29에 있어서, 실선(Ｇｍ에 의한 발생량)과 점선(G1에 의한 발생량)과의 교점이 존재한다. 또한, 도29에 있어서, 종축의 절대치는, 투영 광학계ＰＯ의 전체의 수차의 최적화에 의해 상하시킬 수 있다. 따라서, 교점의 위치는, 도29에 있어서 이동시킬 수 있다.
실선(Ｇｍ에 의한 발생량)과 점선(G1에 의한 발생량)과의 차분의 부호는, 원호형 양호 상영역ＩＲ에 있어서 반전하고 있다. 이것은, 원호형 양호 상영역ＩＲ에 있어서의 Ｃ17항의 평균값을 최소화할 수 있는 것을 시사하고 있다. 즉, 제1굴절광학계D1이 2개의 렌즈G1, Ｇｍ을 포함하고, 2개의 렌즈G1, Ｇｍ이 비구면을 가지는 구성으로 해서 원호형 양호 상영역ＩＲ의 상높이 범위에 있어서의 Ｃ17항의 평균값을 작게 하도록 해당 비구면을 규정하면 좋다. 이에 따라, 주사 노광의 결과에 있어서의 Ｃ17항 성분을 저감할 수 있다. 혹은, 제1굴절광학계D1이 복수의 비구면을 가지는 구성으로 해서 원호형 양호 상영역ＩＲ의 상높이 범위에 있어서의 Ｃ17항의 평균값을 작게 하도록 해당 복수의 비구면을 규정하면 좋다. 이에 따라, 주사 노광의 결과에 있어서의 Ｃ17항 성분을 저감할 수 있다.
여기까지는, 제1굴절광학계D1에 대해서 설명했지만, 제2굴절광학계D2도, 제1굴절광학계D1과 동일한 구성을 갖도록 설계될 수 있다. 이에 따라, 주사 노광의 결과에 있어서의 Ｃ17항 성분을 감소할 수 있다. 즉, 제2굴절광학계D2가 2개의 렌즈G3, Ｇｐ을 포함하고, 2개의 렌즈G3, Ｇｐ가 비구면을 가지는 구성으로 해서 원호형 양호 상영역ＩＲ의 상높이 범위에 있어서의 Ｃ17항의 평균값을 작게 하도록 해당 비구면을 규정하면 좋다. 이에 따라, 주사 노광의 결과에 있어서의 Ｃ17항 성분을 저감할 수 있다. 혹은, 제2굴절광학계D2이 복수의 비구면을 가지는 구성으로 해서 원호형 양호 상영역ＩＲ의 상높이 범위에 있어서의 Ｃ17항의 평균값을 작게 하도록 해당 복수의 비구면을 규정하면 좋다. 이에 따라, 주사 노광의 결과에 있어서의 Ｃ17항 성분을 저감할 수 있다.
다른 관점에서 설명하면, 상면에 있어서의 원호형 양호 상영역ＩＲ에 있어서 상높이를 일방향으로 변화시켰을 때에 투영 광학계ＯＰ의 수차를 나타내는 제르니케 다항식의 Ｃ17항의 부호가 반전하도록 제1굴절광학계D1 및 제2굴절광학계D2를 규정하는 것이 바람직하다.
더욱 다른 관점에서는, 제1굴절광학계D1 및 제2굴절광학계D2의 각각이 복수의 비구면을 가지도록 구성될 수 있다. 그리고, 복수의 비구면 중 제1비구면이 투영 광학계ＰＯ에 주는 수차 중 제르니케 다항식의 Ｃ17항의 성분과, 해당 복수의 비구면 중 해당 제1비구면이외의 비구면이 투영 광학계ＰＯ에 주는 수차 중 제르니케 다항식의 Ｃ17항의 성분과의 차분이 정의될 수 있다. 해당 복수의 비구면은, 해당 차분이 0인 상높이가 상면의 원호형 양호 상영역ＩＲ 중에 있도록 규정될 수 있다.
이하에, 제1 실시 형태를 보다 구체화한 제1 실시 예의 투영 광학계ＰＯ의 설계 예를 든다. 제1 실시 예의 투영 광학계ＰＯ는, 등배결상계이며, 개구수(ＮＡ)이 0.11, 사용 파장이 i, h, g선이다. 원호형 양호 상영역ＩＲ의 최대반경은 570mm이다. 제1 실시 예의 투영 광학계ＰＯ를 구성하는 각 광학부재의 곡률반경R, 간격D, 광학굴절률N이 도1에 도시되어 있다. 광학부재의 면은, 면번호로 특정된다. 굴절률로서 기재된 「'ＳｉＯ2'」는, 재료가 ＳｉＯ2인 것을 나타낸다. 또한, 굴절률로서 기재된 「반사」는, 해당면이 반사면인 것을 나타낸다. 투영 광학계ＰＯ를 구성하는 몇개의 광학부재는, 비구면을 가지고, 비구면의 형상은, 이하의 (1)식으로 정의된다. (1)식에 있어서의 계수는, 도2에 도시되어 있다. (1)식에 있어서의 ｒ은, 도1에 기재된 곡률반경R의 역수다. 다시 말해, r=1/R다.
z=ｒｈ2/(1+(1-(1+k)r2h2)1/2)+Ａｈ4+Ｂｈ6+Ｃｈ8+Ｄｈ10+Ｅｈ12+Ｆｈ14+Ｇｈ16+Ｈｈ18+Ｊｈ20...(1)식
이하, 도14, 도15, 도16을 참조하면서 본 발명의 제2실시 형태의 노광 장치ＥＸ에 있어서의 투영 광학계ＰＯ에 대해서 설명한다. 제2실시 형태로서 언급하지 않는 사항은, 제1 실시 형태를 따른다. 제1굴절광학계D1은, 제1반사면T1에서 반사되어 오목반사면Ｍｏ1을 향하는 광속의 주 광선이 오목반사면Ｍｏ1과 볼록반사면Ｍｔ와의 사이의 광축O-O'에 다가가도록, 정의 굴절력을 가진다. 다른 관점에서는, 제1굴절광학계D1은, 제1반사면T1에서 반사되어 오목반사면Ｍｏ1을 향하는 광속의 주 광선이 광축O-O'에 다가가고, 또, 오목반사면Ｍｏ1에서 반사되어 제2반사면T2을 향하는 광속의 주 광선이 광축O-O'로부터 멀어지도록, 정의 굴절력을 가진다.
제2실시 형태에서는, 제1반사면T1에서 반사되어 오목반사면Ｍｏ1을 향하는 광속의 텔레센트리시티가 30ｍｒａｄ이며, 오목반사면Ｍｏ1에서 반사되어 제2반사면T2를 향하는 광속의 텔레센트리시티가 30ｍｒａｄ다. 그러나, 이것은 일례이며, 제1반사면T1에서 반사되어 오목반사면Ｍｏ1을 향하는 광속의 텔레센트리시티가 15ｍｒａｄ이상이며, 오목반사면Ｍｏ1에서 반사되어 제2반사면T2을 향하는 광속의 텔레센트리시티가 15ｍｒａｄ이상일 수 있다.
도15에는, 도14에 도시된 제2실시 형태의 투영 광학계ＰＯ의 횡수차가 도시되고, 도16에는, 도14에 도시된 제2실시 형태의 투영 광학계ＰＯ의 수차를 나타내는 제르니케 다항식의 Ｃ17항의 상면(기판P)의 원호형 양호 상영역에 있어서의 분포가 도시되어 있다. 제2실시 형태에 있어서도, 8점의 상높이 F3∼F10에 있어서 C17항의 값이 상응한 값을 갖지만, 그것들의 값이 정의 것과 부의 것을 포함하므로, 8점의 상높이 F3∼F10에 있어서의 Ｃ17항의 평균값은, 거의 0mλ이다. 따라서, 제2실시 형태에 있어서도, 기판P의 노광 결과에 C17항의 영향이 거의 드러나지 않는다.
이하에, 제2실시 형태를 보다 구체화한 제2실시 예의 투영 광학계ＰＯ의 설계 예를 든다. 제2실시 예의 투영 광학계ＰＯ는, 등배결상계이며, 개구수(ＮＡ)이 0.10, 사용 파장이 i, h, g선이다. 원호형 양호 상영역ＩＲ의 최대반경은 570mm이다. 제2실시 예의 투영 광학계ＰＯ를 구성하는 각 광학부재의 곡률반경R, 간격D, 광학굴절률N이 도3에 도시되어 있다. 도3에 있어서의 비구면의 형상은, 상기한 (1)식으로 정의된다. (1)식에 있어서의 계수는, 도4에 도시되어 있다.
제1반사면T1에서 반사되어 오목반사면Ｍｏ1을 향하는 광속 및 오목반사면Ｍｏ1에서 반사되어 제2반사면T2을 향하는 광속을 상기한 바와 같이 기울이는 것에 의해, 오목반사면Ｍｏ1을 소형화 할 수 있다. 이것은, 제1굴절광학계D1(G1, Ｇｍ) 및 제2굴절광학계D2의 굴절률을 정의 굴절률을 강화하는 것에 의해 달성될 수 있다.
노광 장치ＥＸ가 대형 표시 판넬을 제조하기 위해서 사용되는 경우, 오목반사면Ｍｏ1의 지름은, 예를 들면 1000mm이상이 될 수 있다. 그 때문에, 오목반사면Ｍｏ1을 가지는 미러 부재를 높은 정밀도로 지지하는 기구가 복잡해질 뿐만 아니라, 오목반사면Ｍｏ1이 적지 않게 변형할 수 있다. 게다가, 대구경에서 대중량의 미러 부재는, 그 고유 진동수가 낮고, 노광중에 바닥등의 장치 외부로부터, 진폭이 큰 저 주파수의 진동을 뽑기 쉬운 경향이 있다. 그 결과, 광학 콘트라스트가 저하하고, 노광 상이 흐리거나, 상 시프트가 일어나버린다고 하는 문제가 있다. 오목반사면Ｍｏ1의 소경화는, 이러한 문제의 해결 또는 저감에 유리하다.
이하, 도17, 도18, 도19, 도20을 참조하면서 본 발명의 제3실시 형태의 노광 장치ＥＸ에 있어서의 투영 광학계ＰＯ에 대해서 설명한다. 제3실시 형태로서 언급하지 않는 사항은, 제2실시 형태를 따른다. 제3실시 형태는, 제1반사면T1에서 반사되어 오목반사면Ｍｏ1을 향하는 광속의 텔레센트리시티(기울기), 및, 오목반사면Ｍｏ1에서 반사되어 제2반사면T2을 향하는 광속의 텔레센트리시티(기울기)가 제2실시 형태와 다르다. 구체적으로는, 제3실시 형태에서는, 제1반사면T1에서 반사되어 오목반사면Ｍｏ1을 향하는 광속의 텔레센트리시티가 약50ｍｒａｄ이며, 오목반사면Ｍｏ1에서 반사되어 제2반사면T2을 향하는 광속의 텔레센트리시티가 약50ｍｒａｄ다. 제3실시 형태에서는, 투영 광학계ＰＯ를 제2실시 형태보다도 소형화 할 수 있다.
도18에는, 도17에 도시된 제3실시 형태의 투영 광학계ＰＯ의 횡수차가 도시되고, 도19에는, 도17에 도시된 제3실시 형태의 투영 광학계ＰＯ의 수차를 나타내는 제르니케 다항식의 Ｃ17항의 상면(기판P)의 원호형 양호 상영역에 있어서의 분포가 도시되어 있다. 제3실시 형태에 있어서도, 8점의 상높이 F3∼F10에 있어서 C17항의 값이 상응한 값을 갖지만, 그것들의 값이 정의 것과 부의 것을 포함하므로, 8점의 상높이 F3∼F10에 있어서의 Ｃ17항의 평균값은, 거의 -20mλ이다.
이하에, 제3실시 형태를 보다 구체화한 제3실시 예의 투영 광학계ＰＯ의 설계 예를 든다. 제3실시 예의 투영 광학계ＰＯ는, 등배결상계이며, 개구수(ＮＡ)가 0.11, 사용 파장이 i, h, g선이다. 원호형 양호 상영역ＩＲ의 최대반경은 570mm이다. 제3실시 예의 투영 광학계ＰＯ를 구성하는 각 광학부재의 곡률반경R, 간격D, 광학굴절률N이 도5에 도시되어 있다. 도5에 있어서의 비구면의 형상은, 상기한 (1)식으로 정의된다. (1)식에 있어서의 계수는, 도6에 도시되어 있다.
도20에는, 제3실시 예에 있어서의 오목반사면Ｍｏ1상에서의 유효광속분포가 도시되어 있다. 구체적으로는, 도20에는, 물체(원판M)의 원호형 양호 상영역에 있어서의, 주사 방향(도20에서는, 종방향)에 3개의 위치, 주사 방향에 직교하는 방향에 7개의 위치를 설정하고, 그것들에 의해 특정되는 합계 21점으로부터 발해서 오목반사면Ｍｏ1에 입사하는 광속군이 도시되어 있다. 상측의 광속군은, 오목반사면Ｍｏ1에 1회째에 입사하는 광속군이며, 하측의 광속군은, 오목반사면Ｍｏ1에 2회째에 입사하는 광속군을 나타내고 있다. 1회째에 오목반사면Ｍｏ1에 입사하는 광속군의 입사 영역과 2회째에 오목반사면Ｍｏ1에 입사하는 광속군의 입사 영역이, 분리되어 있는 것을 안다.
이하, 도21, 도22, 도23, 도24를 참조하면서 본 발명의 제4실시 형태의 노광 장치ＥＸ에 있어서의 투영 광학계ＰＯ에 대해서 설명한다. 제4실시 형태로서 언급하지 않은 사항은, 제3실시 형태를 따른다. 제4실시 형태에서는, 제3실시 형태와 마찬가지로, 제1반사면T1에서 반사되어 오목반사면Ｍｏ1을 향하는 광속의 텔레센트리시티가 약50ｍｒａｄ이며, 오목반사면Ｍｏ1에서 반사되어 제2반사면T2을 향하는 광속의 텔레센트리시티가 약50ｍｒａｄ다.
도22에는, 도21에 도시된 제4실시 형태의 투영 광학계ＰＯ의 횡수차가 도시되고, 도23에는, 도21에 도시된 제4실시 형태의 투영 광학계ＰＯ의 수차를 나타내는 제르니케 다항식의 Ｃ17항의 상면(기판P)의 원호형 양호 상영역에 있어서의 분포가 도시되어 있다. 제4실시 형태에 있어서도, 8점의 상높이 F3∼F10에 있어서 C17항의 값이 상응한 값을 갖지만, 그것들의 값이 정의 것과 부의 것을 포함하므로, 8점의 상높이 F3∼F10에 있어서의 Ｃ17항의 평균값은, 거의 0mλ이다.
이하에, 제4실시 형태를 보다 구체화한 제4실시 예의 투영 광학계ＰＯ의 설계 예를 든다. 제4실시 예의 투영 광학계ＰＯ는, 등배결상계이며, 개구수(ＮＡ)가 0.135, 사용 파장이 i, h, g선이다. 원호형 양호 상영역ＩＲ의 최대반경은 440mm이다. 제4실시 예의 투영 광학계ＰＯ를 구성하는 각 광학부재의 곡률반경R, 간격D, 광학굴절률N이 도7에 도시되어 있다. 도7에 있어서의 비구면의 형상은, 상기한 (1)식으로 정의된다. (1)식에 있어서의 계수는, 도8에 도시되어 있다.
도24에는, 제4실시 예에 있어서의 오목반사면Ｍｏ1상에서의 유효광속분포가 도시되어 있다. 구체적으로는, 도24에는, 물체(원판M)의 원호형 양호 상영역에 있어서의, 주사 방향(도24에서는, 종방향)에 3개의 위치, 주사 방향에 직교하는 방향에 7개의 위치를 설정하고, 그것들에 의해 특정되는 합계21점으로부터 발해서 오목반사면Ｍｏ1에 입사하는 광속군이 도시되어 있다. 상측의 광속군은, 오목반사면Ｍｏ1에 1회째에 입사하는 광속군이며, 하측의 광속군은, 오목반사면Ｍｏ1에 2회째에 입사하는 광속군을 나타내고 있다. 1회째에 오목반사면Ｍｏ1에 입사하는 광속군의 입사 영역과 2회째에 오목반사면Ｍｏ1에 입사하는 광속군의 입사 영역이, 오목반사면Ｍｏ1에 있어서 부분적으로 겹치고 있는 것을 안다. 등배결상계의 투영 광학계ＰＯ에서는, 오목반사면Ｍｏ1에 있어서 광속이 2회에 걸쳐 반사되므로, 이러한 구성을 채용할 수 있다. 이러한 구성은, 투영 광학계ＰＯ가 한층 더 소형화에 유리하다.
이상의 각 실시 형태에 있어서, 물체면 및 상면에 있어서의 주 광선의 텔레센트리시티가 50ｍｒａｄ이내인 것이 바람직하다. 이러한 범위내이면, 대형의 기판의 면왜곡등에 의한 포커스 오차의 영향이 회피될 수 있다.
상기한 각 실시 형태는, 발명의 적용 범위를 제한할만한 것이 아니고, 본 발명의 취지의 범위에서 변경될 수 있다. 예를 들면, 제1굴절광학계D1 및 제2굴절광학계D2의 각각은, 3이상의 비구면을 가져도 좋다. 투영 광학계ＰＯ는, 보다 많은 반사면을 가져도 좋다. 굴절광학 부재G2는, 비구면을 가져도 좋다. 오목반사면Ｍｏ1은, 비구면을 가져서 좋다. 볼록반사면Ｍｔ는, 비구면에서도 좋다.
상기한 주사 노광 장치ＥＸ는, 물품 제조 방법에 있어서 사용될 수 있다. 해당 물품 제조 방법은, 노광 공정, 현상 공정 및 처리 공정을 포함할 수 있다. 해당 노광 공정에서는, 주사 노광 장치ＥＸ에 의해, 포토레지스트막이 도포된 기판P를 노광한다. 이에 따라 해당 포토레지스트막에 원판M의 패턴이 전사되어 잠상이 형성된다. 해당 현상 공정에서는, 해당 노광 공정의 후에 해당 포토레지스트막을 현상해서 해당 잠상에 대응하는 레지스트 패턴을 형성한다. 해당 처리 공정에서는, 해당 현상 공정의 후에 해당 레지스트 패턴을 이용해서 기판P를 처리한다.
발명은 상기한 실시 형태에 제한되는 것이 아니고, 발명의 요지의 범위내에서, 여러 가지의 변형·변경이 가능하다.
M:원판(물체면), P:기판(상면), ＰＯ:투영 광학계, D1: 제1굴절광학계, D2: 제2굴절광학계, Ｍｏ1:오목반사면, Ｍｔ:볼록반사면, G1, G2, G3:렌즈.

Claims (19)

  1. 물체면에 있어서의 광축외의 원호형 양호 상영역으로부터의 광속을 제1굴절광학계, 오목반사면, 볼록반사면, 상기 오목반사면, 제2굴절광학계를 순서대로 경유시켜서 상면에 있어서의 원호형 양호 상영역에 결상시키는 등배의 투영 광학계이며,
    상기 제1굴절광학계 및 상기 제2굴절광학계의 각각은, 2개의 렌즈를 포함하고, 상기 2개의 렌즈는, 비구면을 가진, 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상면에 있어서의 상기 원호형 양호 상영역에 있어서 상높이를 일방향으로 변화시켰을 때에 상기 투영 광학계의 수차를 나타내는 제르니케 다항식의 Ｃ17항의 부호가 반전하는, 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1굴절광학계 및 상기 제2굴절광학계의 각각은, 상기 2개의 렌즈가 가지는 상기 비구면을 포함하는 복수의 비구면을 가지고,
    상기 복수의 비구면 중 제1비구면이 상기 투영 광학계에 주는 수차 중 제르니케 다항식의 Ｃ17항의 성분과, 상기 복수의 비구면 중 상기 제1비구면이외의 비구면이 상기 투영 광학계에 주는 수차 중 제르니케 다항식의 Ｃ17항의 성분과의 차분이 0인 상높이가, 상기 상면의 상기 원호형 양호 상영역 중에 있는, 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  4. 물체면에 있어서의 광축외의 원호형 양호 상영역으로부터의 광속을 제1굴절광학계, 오목반사면, 볼록반사면, 상기 오목반사면, 제2굴절광학계를 순서대로 경유시켜서 상면에 있어서의 원호형 양호 상영역에 결상시키는 등배의 투영 광학계이며,
    상기 제1굴절광학계 및 상기 제2굴절광학계의 각각은, 복수의 비구면을 가지고,
    상기 상면에 있어서의 상기 원호형 양호 상영역에 있어서 상높이를 일방향으로 변화시켰을 때에 상기 투영 광학계의 수차를 나타내는 제르니케 다항식의 Ｃ17항의 부호가 반전하는, 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  5. 물체면에 있어서의 광축외의 원호형 양호 상영역으로부터의 광속을 제1굴절광학계, 오목반사면, 볼록반사면, 상기 오목반사면, 제2굴절광학계를 순서대로 경유시켜서 상면에 있어서의 원호형 양호 상영역에 결상시키는 등배의 투영 광학계이며,
    상기 제1굴절광학계 및 상기 제2굴절광학계의 각각은, 복수의 비구면을 가지고,
    상기 복수의 비구면 중 제1비구면이 상기 투영 광학계에 주는 수차 중 제르니케 다항식의 Ｃ17항의 성분과, 상기 복수의 비구면 중 상기 제1비구면이외의 비구면이 상기 투영 광학계에 주는 수차 중 제르니케 다항식의 Ｃ17항의 성분과의 차분이 0인 상높이가, 상기 상면의 상기 원호형 양호 상영역 중에 있는, 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비구면은, 회전 대칭 비구면인, 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1굴절광학계와 상기 오목반사면과의 사이에 배치되어 광로를 구부리는 제1반사면과,
    상기 오목반사면과 상기 제2굴절광학계와의 사이에 배치되어 광로를 구부리는 제2반사면을,
    더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는, 상기 물체면 및 상기 상면에 있어서 텔레센트릭이며,
    상기 제1굴절광학계는, 상기 제1반사면에서 반사되어 상기 오목반사면을 향하는 광속의 주 광선이 상기 오목반사면과 상기 볼록반사면과의 사이의 광축에 다가가도록, 정의 굴절력을 가진, 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1반사면에서 반사된 후에 상기 오목반사면에 1회째에 입사하는 광속과 상기 오목반사면에 2회째에 입사하는 광속이, 상기 오목반사면에 있어서 부분적으로 겹치는, 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1반사면에서 반사되어 상기 오목반사면을 향하는 광속의 텔레센트리시티가 15ｍｒａｄ이상인, 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는, 상기 물체면 및 상기 상면에 있어서 텔레센트릭이며,
    상기 제1굴절광학계는, 상기 제1반사면에서 반사되어 상기 오목반사면을 향하는 광속의 주 광선이 상기 오목반사면과 상기 볼록반사면과의 사이의 광축에 다가가고, 또한, 상기 오목반사면에서 반사되어 상기 제2반사면을 향하는 광속의 주 광선이 상기 광축으로부터 멀어지도록, 정의 굴절력을 가진, 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1반사면에서 반사된 후에 상기 오목반사면에 1회째에 입사하는 광속과 상기 오목반사면에 2회째에 입사하는 광속이, 상기 오목반사면에 있어서 부분적으로 겹치는, 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1반사면에서 반사되어 상기 오목반사면을 향하는 광속의 텔레센트리시티가 15ｍｒａｄ이상인, 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1반사면에서 반사되어 상기 오목반사면을 향하는 광속의 텔레센트리시티가 15ｍｒａｄ이상이며, 상기 오목반사면에서 반사되어 상기 제2반사면을 향하는 광속의 텔레센트리시티가 15ｍｒａｄ이상인, 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  15. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1굴절광학계는, 상기 물체면의 근방에 배치되어, 상기 제2굴절광학계는, 상기 상면의 근방에 배치되어 있는, 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  16. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오목반사면 및 상기 볼록반사면의 적어도 한쪽이 비구면인, 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  17. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 볼록반사면과 상기 오목반사면과의 사이이며, 상기 오목반사면보다도 상기 볼록반사면에 가까운 위치에 배치된 굴절광학 부재를 더욱 구비하고,
    상기 굴절광학 부재는, 비구면을 갖는, 것을 특징으로 하는 투영 광학계.
  18. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 투영 광학계를 구비하고,
    상기 물체면에 배치된 원판 및 상기 상면에 배치된 기판을 주사하면서 상기 투영 광학계에 의해 상기 원판의 패턴을 상기 기판에 투영하고, 이에 따라 상기 기판을 주사 노광하는, 것을 특징으로 하는 주사 노광 장치.
  19. 청구항 18에 기재된 주사 노광 장치에 의해, 포토레지스트막이 도포된 기판을 노광하는 노광 공정과,
    상기 노광 공정의 후에 상기 포토레지스트막을 현상해서 레지스트 패턴을 형성하는 현상 공정과,
    상기 현상 공정의 후에 상기 레지스트 패턴을 이용해서 상기 기판을 처리하는 처리 공정을,
    포함하는 것을 특징으로 하는 물품 제조 방법.
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