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KR20000011933A - 카타다이옵트릭광학시스템및그를구비한노광장치 - Google Patents

카타다이옵트릭광학시스템및그를구비한노광장치 Download PDF

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KR20000011933A
KR20000011933A KR1019990030018A KR19990030018A KR20000011933A KR 20000011933 A KR20000011933 A KR 20000011933A KR 1019990030018 A KR1019990030018 A KR 1019990030018A KR 19990030018 A KR19990030018 A KR 19990030018A KR 20000011933 A KR20000011933 A KR 20000011933A
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KR
South Korea
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lens
projection exposure
refractive
lenses
exposure lens
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KR1019990030018A
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쉐이퍼데이비드알.
바이에를헬무트
퓌어터게르하르트
슈스터칼-하인츠
울리히빌헬름
Original Assignee
헨켈 카르스텐
칼-짜이스-스티프퉁 트레이딩 에즈 칼 짜이스
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Abstract

제 1 재료로 제조된 렌즈 및 제 2 재료로 제조된 렌즈를 갖는 굴절 렌즈 시스템, 중간 이미지 및 물체측 카타다이옵트릭 시스템을 갖는 투사 노광 렌즈에 있어서, 단지 4 개, 바람직하게는 단지 3 개의 렌즈들이 상기 제 2 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.

Description

카타다이옵트릭 광학 시스템 및 그를 구비한 노광 장치 {Catadioptric optical system and exposure apparatus having the same}
본 발명은 반도체 소자들 또는 다른 마이크로구조 디바이스를 포토리소그래피를 이용하여 제조하는데 이용되는 웨이퍼 스캐너 또는 웨이퍼 스테퍼 등과 같은 투사 노광 장치 내의 투사 노광 렌즈에 관한 것으로, 특히 물체측 카타다이옵트릭 시스템, 중간 이미지 (intermediate image) 및 굴절 렌즈 시스템을 갖는 카타다이옵트릭 투사 광학 렌즈에 관한 것이다.
프리드만 (Friedman) 에게 허여된 미국 특허 4,779,966 호는 상기 렌즈의 초기의 예를 부여하지만, 카타다이옵트릭 시스템은 이미지측에 배치된다. 슈프만 (Schupmann) 색수차지움렌즈의 원리로부터 출발한 개발 과정이 설명된다. 제 2 렌즈 재료를 피해서, 모든 렌즈가 용융실리카로 이루어지는 것이 본 발명의 특징이다. 광원은 특정되지 않고, 밴드폭은 1 ㎚ 로 제한된다.
싱 (Singh) 에게 허여된 미국 특허 5,052,763 호 (EP 0 475 020) 는 또다른 예이다. 여기서, 이상한 수차들 (odd aberrations) 이 실절적으로 각 서브시스템들에 의해 개별적으로 보정되며, 따라서 카타다이옵트릭 시스템은 1:1 시스템이고, 대상체와 제 1 편향 거울 사이에는 렌즈가 배치되지 않는다. 제 1 편향 거울 및 오목 거울 사이에서, 편향 거울에 더 가까운 위치에 쉘 (shell) 이 배치된다. 모든 예들은 용융실리카 렌즈들만을 제공한다. NA 는 0.7 로 확장되고, 248 ㎚ 엑시머 레이저 등이 제안된다. 상이한 렌즈 재료들을 이용한 색보정 (chromatic correction) 을 피하기에 충분한 레이저의 선폭감소가 제안된다. 타카하시 (Takahashi) 에게 허여된 미국 특허 5,691,802 호는 또다른 예이며, 제 1 편향 거울 및 오목 거울 사이에서 포지티브 굴절 파워를 갖는 제 1 광학 소자군이 요구된다. 이것은 거울의 직경을 감소시키고, 따라서 이러한 포지티브 렌즈는 제 1 편향 거울 근처에 배치된다. 모든 예들은 다수의 CaF2렌즈들을 나타낸다.
타카하시에게 허여된 유럽 특허 0 736 789 A 호는 제 1 편향 거울과 오목 거울 사이에 플러스 마이너스 플러스 (+ - +) 굴절 파워를 각각 갖는 3 개의 렌즈군이 배치되고, 또한 오목 거울의 직경을 감소시키고자 하는 예이다. 따라서, 제 1 포지티브 렌즈는 제 1 반사 거울에 다소 가깝게 배치된다. 또한, 다수의 CaF2렌즈들이 색수차지움에 이용된다.
오무라 (Omura) 에 허여된 독일 특허 197 26 058 A 호에는 카타다이옵트릭 시스템이 0.75 < /β1/ < 0.95 의 축소배율을 갖고, 이 시스템의 특정 기하학적 관계가 또한 충족되는 시스템이 기재된다. 또한 다수의 CaF2렌즈들이 색수차지움을 위해 이용된다.
마이크로리소그래피 투사 노광 시스템의 순수 굴절 렌즈들을 위해서, 광빔이 2 번 강하게 넓혀진 렌즈 설계가 공지되어 있으며, 예를 들면 Glatzel, E., Zeiss-Information26(1981), No. 92 페이지 8-13 을 참조한다. + - + - + 렌즈군들을 갖는 그러한 투사 렌즈의 최근의 예가 마쯔자와 (Matsuzawa) 및 수에나가 (Suenaga) 에게 허여된 유럽 특허 0 770 895 호에서 주어진다.
그러나, 본 발명의 공지된 포괄형 카타다이옵트릭 렌즈의 부분 굴절 오브젝티브 (refractive partial objective) 는 더욱 단순한 구성을 나타낸다.
이러한 문헌들의 내용들이 여기에 참고로 포함되어 있다. 이것은 본 발명에 따른 시스템의 배경과 상황을 부여한다.
본 발명의 목적은 CaF2의 양과 품질의 유용성에 대한 현재의 제한들을 고려하여, 큰 개구수, 큰 이미지 필드, 충분한 레이저 밴드폭, 견고하고 안정된 구성을 허용하는 새로운 구성 원칙들에 따른 카타다이옵트릭 광학 시스템을 얻는 것이다. 이것은 DUV 투사 렌즈를 위해 유지되며, VUV (157 ㎚) 용 렌즈에만 하나의 재료를 위한 베이시스를 부여한다.
도 1 에는 본 발명에 따른 카타다이옵트릭 광학 시스템이 응용될 수 있는 노광 장치의 배치가 도시된다.
도 2 는 제 1 실시예의 렌즈 배치의 단면도이다.
도 3 은 제 2 실시예의 렌즈 배치의 단면도이다.
도 4 는 제 3 실시예의 렌즈 배치의 단면도이다.
도 5 는 제 4 실시예의 렌즈 배치의 단면도이다.
도 6a 는 제 5 실시예의 렌즈 배치의 단면도이다.
도 6b 는 제 5 실시예의 이미징 에러를 나타낸다.
도 7 은 제 6 실시예의 렌즈 배치의 개략 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 엑시머 레이저 광원 2 : 조광 시스템
3 : 마스크 4 : 카타다이옵트릭 투사 노광 렌즈
5 : 웨이퍼 6 : 제어 유닛
IMI : 중간 이미지 AP : 구경 조리개
CS : 카타다이옵트릭 시스템 DM1, DM2 : 편향 거울
RL : 굴절 렌즈 FS : 시야 조리개
FG : 포커싱 렌즈군 W1, W2 : 허리부
DP : 편향 프리즘
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따라서, 청구항 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항 또는 제 8 항에 청구된 바와 같이 상기 항들의 결합에 따른 투사 노광 렌즈가 제공된다.
종속항 제 8 항 내지 28 항 중 하나 이상의 특성을 포함하면, 유익한 변형들을 얻을 수 있다.
청구항 제 29 항의 유익한 투사 노광 장치는 청구항 제 1 항 내지 제 28 항 중 적어도 하나에 따른 투사 노광 렌즈를 공지된 장치 내에 내장함으로써 얻어진다.
본 발명에 따라서 리소그래피에 의해 마이크로구조의 디바이스를 생산하는 방법 (청구항 제 30 항) 은 바로 전항인 청구항 제 29 항에 따른 투사 노광 장치의 이용으로 특징지워진다. 청구항 제 31 항은 이러한 방법의 유익한 모드를 부여한다.
본 발명은 단지 설명으로서 주어지며, 본 발명을 제한하지 않는 하기의 상세한 설명과 첨부 도면들로부터 더욱 완전히 이해할 수 있다. 또한 본 발명의 응용의 범위는 하기의 상세한 설명으로부터 자명해진다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시예들을 표시하는 상세한 설명과 특정예들은 단지 설명으로서 주어지며, 이러한 상세한 설명으로부터 본 발명의 사상과 범위 내에서의 다양한 변형 및 변경은 당업자들에게 자명할 것이다.
도 1 에서 개략적으로 도시된 투사 노광 장치는 완만하게 밴드폭을 감소시키는 장치 (11) 를 갖는 엑시머 레이저 광원 (1) 을 포함한다. 조광 시스템 (2) 는 선택할 수 있는 조광 모드를 갖고, 투사 렌즈의 텔레센트리시티 요구를 만족시키며, 매우 균일하게 조광되고, 날카롭게 제한되는 큰 필드를 생산한다. 상기 모드는 환형 또는 4 중극 조광의, 다양한 정도의 코히어런스를 갖는 종래의 조광일 수도 있다.
마스크 (3) 는 마스크 홀딩 및 핸들링 시스템 (31) 에 의해서 조광되는 영역 내에 배치되고, 웨이퍼 스캐너 투사 노광 장치의 경우에 스캐닝 드라이브를 포함한다. 이어서 본 발명에 따른 카타다이옵트릭 투사 노광 렌즈 (4) 가 하기에 상세히 설명된다.
상기 렌즈 (4) 는 웨이퍼 (5) 상에 마스크의 축소된 스케일의 이미지를 형성한다. 웨이퍼 (5) 가 유지되고, 핸들링되고, 최종적으로 유닛 (51) 에 의해서 스캐닝된다.
모든 시스템들은 제어 유닛 (6) 에 의해 제어된다. 상기 유닛과 그 사용 방법은 마이크로리소그래피 투사 노광 기술에서 공지되어 있다.
그러나, 약 0.2 ㎛ 이하의 해상도 범위에서 높은 처리량을 갖는 구조를 위해서는, 합리적인 밴드폭 (예를 들어 193 ㎚ 에서 15 pm) 을 갖는 193 ㎚ 에서, 또한 최종적으로 248 ㎚ 또는 157 ㎚ 엑시머 레이저 파장으로, 예를 들어 7 ×20 내지 10 × 30 ㎟ 의 합리적으로 큰 직사각형 또는 원형 스캐닝 이미지 필드들을 갖고 0.65 내지 0.8 이상의 이미지측 개구수에서 동작될 수 있는 다양한 투사 노광 렌즈가 요구된다.
상술한 유형의 카타다이옵트릭 시스템은 이러한 경우에 원칙적으로 적합하다.
그러나, 본 발명에 따르면, 이러한 시스템들을 개선시킬 수 있는 다수의 치수와 특징들을 알 수 있다.
도 2 의 단면도에서 도시된 예는 표 1 에서 주어진 렌즈 데이터를 갖고, 용융실리카 렌즈들만을 이용한다. 하나의 렌즈 재료만 이용되면, 이러한 설계는 248 ㎚ 또는 157 ㎚ 와 같은 다른 파장을 위해서도 용이하게 적합하게 될 수 있다.
중간 이미지 (IMI) 는 자유롭게 접근가능하며, 따라서 용이하게 시야 조리개를 삽입할 수 있다. 구경 조리개 (AP) 는 렌즈 표면들 (239 및 240) 사이에서 배치되고, 또한 용이하게 접근가능하다.
카타다이옵트릭 시스템 (CS) 내의 편향 거울들 (DM1 및 DM2) 은, 렌즈들 (201, 202) 로부터 클리어런스 및 오목 거울 (209) 을 향하거나 오목 거울 (209) 로부터의 광빔을 분리하는 요구에 의해, 그들의 기하 관계에서 정의된다. 거울 (DM1) 의 거울 각도는 45°와 상이하여 빔편향 각도가 90°보다 큰 것이 바람직하다. 이것은 제 1 렌즈 소자 (201, 202) 에 비해 광빔의 넓은 클리어런스 뿐만 아니라, 큰 자유 동작 거리를 확보하는 것을 돕고, 또한 물체 평면 (0) 으로부터 카타다이옵트릭 시스템 (CS) 의 렌즈통의 최대 클리어런스를 부여한다.
2 개의 편향 거울들 (DM1, DM2) 의 배치는 일직선의 광학축과 원점 평면 (origin plane) (0) 과 이미지 평면 (IM) 의 평행한 위치를 고려한다. 즉, 마스크와 웨이퍼가 평행하고, 용이하게 스캐닝될 수 있다. 그러나, 편향 거울들 (DM1, DM2) 중 하나가 포기되거나, 최종적으로 굴절 렌즈 (RL), 예를 들면 렌즈 표면들 (225 및 226) 사이의 대기 공간 (air space) 내의 편향 거울에 의해서 교체될 수 있다. 또한, 편향 거울들이 다른 편향 광학 소자들 (예를 들어 실시예 6 또는 다른 실시예들 내이 프리즘) 에 의해 교체될 수 있다.
중등 포지티브 렌즈 (moderate positive lens) (201, 202) 는 단일 통과빔 영역 내의 원점 평면 (0) 근처에 배치된다. 초점 거리는 오목 거울 (209) 로부터의 거리와 거의 동일하다. 이것은 오목 거울 (209) 이 퓨필 평면 내에 위치하고, 요구되는 직경이 최소화되도록 한다.
제 2 포지티브 렌즈는 편향 거울들 (DM1, DM2) 및 오목 거울 (209) 사이의 이중 통과된 영역 내에 배치된다. 200 ㎜ 내지 300 ㎜ 직경의 오목 거울들의 생산 조건에서 더 작은 유닛들을 강하게 선호하는 것은 아니기 때문에 (렌즈들, 즉 CaF2로 제조된 렌즈들과는 대조적으로 강한 제한을 준다) 오목 거울 (209) 의 반경 감소를 위해 이러한 포지티브 렌즈 (203, 204) 를 이용할 필요가 없다. 그것은 이미징 에러들을 가장 최소화할 수 있는 위치의 제 1 반사 거울 (DM1) 보다 오목 거울 (209) 에 더 가깝게 배치된다.
2 개의 네거티브 메니스커스쌍 (205, 206; 207, 208) 이 공지된 방식으로 오목 거울 (209) 과 함께 동작하여, 입사각을 증가하게 하고, 따라서 오목 거울 (209) 의 영향을 더욱 보정하게 된다.
카타다이옵트릭 시스템 (CS) 이 이중 통과된 영역 내에 있는 렌즈들의 개수는 3 개로 제한되는 것이 중요하고, 여기서 각 렌즈는 시스템 에너지 전달 및 파면의 품질 열화에 대해서 이중으로 계산하게 된다 (보정에 대한 더 이상의 자유도를 부여하지 않는다).
전체 축소배율이 β= 0.25 인 카타다이옵트릭 시스템 (CS) 은 βCS= 1.008 의 일부를 전달한다.
중간 이미지 필드 (IMI) 에서는 바람직하게는 시야 조리개 (FS) 가 삽입되고, 이것은 스트레이광 (stray light) 을 바람직하게 감소시킨다.
중간 이미지 (IMI) 다음의 굴절 렌즈 (RL) 는 해당 기술 분야의 통상적인 것보다 더 정교한 설계로 되어 있다. 그것은 최근의 개발 경향인 완전 굴절 투사 노광 렌즈보다 더 품질이 좋다.
+ - + - + 렌즈군이 2 개의 허리부와 3 개의 복부로 특징되는 복잡한 굴절 마이크로리소그래피 렌즈 설계로부터 공지된 5 개의 렌즈군이 이러한 순서로 채택되는 것을 알 수 있다. 첫번째 2 개의 복부 (210 내지 219, 224 내지 227 렌즈 표면) 는 강하게 나타나지 않고, 2 개의 허리부 (W1, W2) 는 네거티브 메니스커스쌍 (220, 221; 222, 223 및 228, 229; 230, 231) 각각에 의해 중요하게 설치되고, 상기 네거티브 메니스커스의 볼록 표면이 바깥쪽을 향한다.
허리부 (W1, W2) 에서의 이러한 렌즈군은 다른 것들로서 더 많은 렌즈를 내장함으로써 더 개발될 수 있고, 즉 개구수 또는 이미지 영역을 증가시킬 수 있다는 것이 공지되어 있다.
다른 관점에서, 굴절 렌즈 (RL) 는 주요 발산광선을 주요 수렴광선으로 튜닝하기 위한 포지티브 파워의 시야 렌즈군 (FLG) (렌즈 표면들 210 내지 219), 요구되는 큰 개구수를 발생시키는 이미지측 포지티브 포커싱 렌즈군 (FOG) (렌즈 표면들 232 내지 251) 및 서로 대향하여 배치된 네거티브 메니스커스 (W1, W2) 의 세트를 주로 포함하여 이미징 에러들을 보정하는, 중간에 개재되어 배치된 렌즈 소자들로 구성된다.
표면들 (235 내지 238) 및 표면들 (239 및 242) 을 갖는 - + 파워 이중렌즈는 구면수차에서의 색수차 (chromatic variation) 의 우수한 보정에서 넓은 스펙트럼 밴드폭에 대한 키 (key) 이다. + - 파워 이중렌즈의 대안적인 배치는 구면수차의 더 나쁜 색수차를 준다. 여기서, 0.35 ㎛ 의 값이 15 pm 의 레이저 밴드폭에서 얻어진다.
도 2 의 이러한 예는 30 ×7 ㎟ 의 직사각형 상에서 축으로부터 6 ㎜ 만큼 벗어난 위치에서 0.2 ㎛ 보다 작은 해상도로, 0.015 ㎚ 의 밴드폭을 갖는 엑시머 레이저 광원을 이용하여 마이크로구조를 인쇄하기에 적합하다.
도 3 및 표 2 는 설계 변형예를 도시한다. 카타다이옵트릭 시스템 (CS) 은 매우 유사하게 남아 있지만, 그 축소배율은 βCS= 0.944 로서, 이제 1 보다 작다.
굴절 렌즈에서, 도 2 의 제 2 렌즈 (212, 213) 를 버리고, 두꺼운 네거티브 렌즈 (245, 246) 가 3 개의 유닛들 (342, 343; 344, 345; 346, 347) 로 분리된다.
또한, 2 개의 렌즈들은 이제 CaF2, 즉 표면들 (342, 343 및 348, 349) 을 갖는 소자들로 제조된다. 가장 큰 렌즈 (330, 331) 의 직경인 약 250 ㎜ 에 대해서, 약 205 ㎜ 및 약 165 ㎜ 인 직경들은 각각 0.81 배 및 0.67 배이다. 따라서, 그들의 치수는 너무 크지도 않고, 효과적인 생산이 확보된다.
또한, 그들은 제 3 복부 이후, 이미지 평면 근처의 제 5 렌즈군에서 수렴하는 광빔 내에 배치된다. 그들은 색수차지움을 돕는다. 다른 특성들은 예를 들어 - + 파워 이중렌즈 (332 내지 339) 를 포함하는 도 2 의 예와 유사하다.
도 4 및 표 3 은 본 발명에 따른 카타다이옵트릭렌즈의 다른 예를 도시한다.
이제, 카타다이옵트릭 시스템 (CS) 은, 이중으로 통과되는 영역 내의 모든 렌즈들이 오목 거울 (411) 다음의 단일 렌즈군으로 결합되는 주요 변형을 나타낸다. 그것은 포지티브 렌즈 (402, 404) 와 3 개의 네거티브 렌즈들 (405 내지 410) 을 포함한다. 상기 네거티브 렌즈들을 2 개에서 3 개로 변경시키면, 빔 각도의 더 완만한 증가를 제공하여, 보정을 최적화한다. 따라서, 카타다이옵트릭 시스템 (CS) 의 렌즈통의 구성이 단순화된다. 이 렌즈들 (403 내지 410) 및 거울 (411) 은 굴절 투사 노광 렌즈들로부터 공지된 바와 같은 종래 구성의 콤팩트 유닛 내에 장착된다. 편향 거울들 (DM1, DM2) 까지의 먼 거리는, 예를 들어 섬유화합물 (fiber compound), 유리 세라믹 또는 바이메탈 화합물 구조로 이루어진 열적으로 안정한 관형 바디에 의해 연결된다.
포지티브 렌즈 (403, 404) (직경 약 200 ㎜) 는 이제 형석으로 만들어지며, 따라서 색수차지움을 돕게 된다. 본 발명에 대해서는, 기껏해야 제 2 재료로 제조된 전부 3 개 내지 4 개의 렌즈들이, 이러한 기본 설계에서 우수한 색수차지움을 제공하기에 충분하다.
카타다이옵트릭 시스템의 축소배율은 βCS= 0.931 이다. 굴절 렌즈 시스템은 표 2 중 하나와 매우 유사하게 구성된다.
제 4 실시예는 도 5 및 표 4 에서 주어진다.
이제 카타다이옵트릭 시스템 (CS) 에는 다시 임의의 CaF2소자가 없다. 하나의 콤팩트 유닛 내에 하나의 포지티브 렌즈 (503, 504), 3 개의 네거티브 렌즈들 (505 내지 510) 및 오목 거울 (511) 을 갖는 그 주요 구성이 제 3 실시예에서와 동일하게 남아있다. 축소배율 (βCS) 은 가장 바람직한 범위에서 0.961 이다.
또한, 굴절 렌즈 (RL) 은 전술한 예들과 동일한 전체 설계를 갖는다. 그러나, CaF2렌즈의 사용은 새로운 특성을 갖는다.
색수차지움을 위해서 렌즈 소자 (544, 545) 가 공지된 방식으로 기능하며, 이미지 평면 (IM) 바로 옆의 2 개의 렌즈들 (552, 553; 554, 555) 에서 CaF2를 사용하는 이유는 다른 이유이다.
여기서 CaF2를 사용하는 이유는, 광의 세기가 강하고 매우 비대칭일 때, 용융실리카 렌즈들을 이용하면 다소 강하지만, CaF2렌즈를 이용하면 상당히 적어지는 "콤팩션" 열화 효과를 감소시키기 위해서이다.
전체 길이 (물체 (0) 내지 이미지 (IM)) 는 1455 ㎜, 오목 거울 (511) 의 축으로부터 편차는 590 ㎜, 오목 거울 (511) 의 직경은 250 ㎜, 굴절 렌즈 시스템 (RL) 의 최대 렌즈 (렌즈 534, 535) 의 직경은 240 ㎜, CaF2렌즈들의 직경은 195 ㎜ (544, 545), 135 ㎜ (552, 553) 및 85 ㎜ (554, 555) 인 경우에, 이러한 구성의 치수는 매우 적합하다. 파장 = 193 ㎚, 밴드폭이 15 pm 이고, 축소배율이 0.25 이고, 개구수가 0.7 인 경우에, 26 ×9 ㎟ 의 직사각형 이미지 필드가 0.20 ㎛ 보다 더 우수한 해상도로 이미지된다.
제 5 실시예는 도 6a 및 표 5 에서 주어진다. 이것은 마지막 2 개의 렌즈들 (C1, C2) (654, 655; 656, 657) 만이 193 ㎚ 방사 하에서 용융실리카의 콤팩션에 의한 장시간 열화의 감소를 위한 CaF2로 제조되지만, 색수차지움을 위해서 이용되지 않는 점이 실시예 4 와 구별된다.
카타다이옵트릭 시스템 (CS) 은 오목 거울까지의 거리 (B) 에 대한 초점 거리 (f') 가 f'/B = 1.004 인 필드 렌즈 (601, 602) 로 구성된다.
편향 거울 (DM1) 은 광학축을 편향시킨다. 그 법선은 광학축에 대해 50°만큼 기울어져 있다. 이것은 법선으로부터 45°기울어진 것보다 더 우수한 필드 렌즈로부터의 빔 클리어런스를 준다.
포지티브 렌즈 (603, 604) 는 3 개의 네거티브 렌즈 (605 내지 610) 및 오목 거울 (611) 과 함께 콤팩트 유닛으로 결합된다. DM1 에서 603 까지의 거리인 432 ㎜ 는 오목 거울까지의 거리인 DM1 에서 611 까지의 거리의 72 % 이다.
카타다이옵트릭 시스템의 축소배율 βCS= 0.9608 은 1 에 가까운 바람직한 범위 내에 있고, 여기서 오목 거울의 색수차지움 효과가 잘 활용되고, 다른 이미징 에러들 (필드이 곡률) 도 작게 유지된다. 페츠발의 합 (Petzval sum) 에 대한 포지티브 효과는 매우 우수하다.
그러나, 이상한 수차 보정의 개념이 적합하게 적응되지는 않았다 (Singh loc. cit.). 중간 이미지 평면 (IMI) 에서, 코마의 값은 0.1724 이고, 변형은 -0.0833 일 때, 우수한 보정치를 매우 초과하지만, 최종 이미지 평면 (IM) 에서, 코마 (-0.00098) 및 변형 (-0,000115) 은 다른 통상적인 에러들처럼 매우 잘 보정된다.
중간 이미지 평면 (IMI) 에서의 시야 조리개 (FS) 는 바람직하게 교란 스트레이광을 컷오프시킨다.
본 발명에 따르면, 카타다이옵트릭 시스템은 콤팩트 장치 내의 매우 적은 개수의 소자들을 갖고 설계되며, 그 기능은 오목 거울 (611) 의 페츠발의 합의 영향 및 색수차지움의 실행에 초점을 두고 있다.
세부 보정은 굴절 렌즈 시스템 (RL) 의 영역이다. 이것은 필드 렌즈군 (FL) (표면 612 내지 621) 및 포커싱 렌즈군 (FG) (표면 634 내지 657) 으로 구성되어 있다. 보정 렌즈 소자들은 2 쌍의 대향하는 메니스커스 (622 내지 625, 및 630 내지 633) 사이에 삽입된다. 이들은 2 개의 빔 허리부 (W1, W2) 를 형성한다. 따라서, 복잡한 굴절 투사 노광 렌즈로부터 공지된 + - + - + 5 개의 렌즈군 설계가 이루어진다.
포커싱 렌즈 (FG) 는 상기 장점들을 갖는 2 개의 + - 파워 렌즈군들 (PG1 및 PG2) 뿐만 아니라 시스템 개구 (AP) 를 갖는다.
색수차지움 CaF2렌즈가 설치되지 않지만, 제 4 실시예에서와 같이, 이미지 평면 (IM) 옆에 배치된 2 개의 렌즈들 (C1, C2) (654 내지 657) 이 상술한 바와 같이 콤팩션을 피하기 위해서 CaF2로 제조된다.
0 - IM 거리는 1400 ㎜ 이고, 오목 거울 (611) 에서의 측방향 편차는 590 ㎜ 일 때, 오목 거울 (611) (및 인접 렌즈 609, 610) 의 지름은 252 ㎜ 로 제한되고, 굴절 렌즈 시스템 (RL) 의 최대 렌즈 (636, 637) 은 240 ㎜ 의 직경을 갖고, CaF2렌즈들은 단지 130 ㎜ (C1) 및 85 ㎜ (C2) 의 직경을 갖는다.
따라서, 극단적인 직경을 피해야 하는 생산 요구 조건들이 충족된다.
도 6b 는 종방향 구면수차와 실시예 5 를 위한 파장 = 193.30 ㎚ ±0.015 ㎚에서 그의 색수차를 도시하고, 이것은 전술한 바와 같이, 이러한 시스템의 실행을 제한하는 남은 이미징 에러이다.
15 pm 의 밴드폭을 갖는 파장 = 193.3 ㎚ 의 완만하게 좁아진 엑시머 레이저 광원을 이용하여 26 ×9 ㎟ 의 직사각형 필드가 0.2 ㎛ 보다 좋은 해상도로 이미지될 수 있다.
제 6 실시예가 도 7 과 표 6 에서 도시된다. 여기서, 편향 프리즘 (DP) 이 오목 거울 (711) 을 향한 광로를 편향시키기 위해 삽입된다.
광선이 대기 중에 있을 때보다 프리즘 (DP) 내에서 더 넓게 분산되기 때문에, 프리즘 에지에 의해 광선의 어떠한 비네팅 (vignetting) 도 도입하지 않고 필드 크기를 일정량 증가시킬 수 있다. 이러한 설계 변경은 더 큰 개구수에서 더욱 효과적이다. 광선의 비네팅은 소자들을 겹침으로써 핸들링할 수 있는 필드 크기를 제한하고, 필드 크기가 비교적 작게 증가해도 매우 바람직하다 (주어진 필드에 대해 모든 렌즈의 직경을 축소시키는 것이 요구되는 등의 가능성을 포함한 여러 가지 이유 때문에). 제 2 평면 거울 (DM2) 에 대해 이것을 적용하는 것은 적절하지 않다. 도 7 은 개략적으로 편향 거울 영역을 도시하고, 전체 시스템을 위한 예시적인 렌즈 데이터가 표 6 에서 주어진다. 이러한 프리즘 장치는 또한 동작 거리를 연장시키거나, 다른 거울 각도들 (예를 들어 45°) 을 이용하는 것을 도울 수 있다.
설계 데이터가 표 7 에서 주어진 제 7 실시예는 다른 예들의 0.6 을 훨씬 넘는 이미지측 개구수의 가능한 확장을 도시한다. NA = 0.8 의 값은 이러한 유형의 렌즈에 제한되지 않는다. 전체 구조는 다른 실시예들에서 주어진 바와 같고, 따라서 설명을 위해 추가적인 도면이 필요하지 않다.
표 8 의 렌즈 데이터를 갖는 실시예 8 은 VUV 파장을 이용하여 본 발명의 설계의 실현성을 도시한 예로서 157 ㎚ 파장에 대한 순수 CaF2설계를 부여한다. 전체 구조는 도 6a 와 매우 유사하다.
위에서 명시된 설명과 다르게 청구된 특징들과 결합들은 본 발명의 범위 내에 있다.
하나의 렌즈 재료만 이용한 색수차지움을 위해 슈프만 색수차지움 렌즈의 실현성이 실시예 1 및 8 에서 완전히 설명된다. 결과적으로, 이러한 실시예 8 은 VUV 리소그래피에 적합한 슈프만 색수차지움 렌즈의 제 1 의 157 ㎚ 설계를 도시한다. 비구면 렌즈 (aspheres) 의 삽입 및 그에 따른 렌즈들의 개수 및 두께의 감소는 이것을 더욱 최적화시킬 것이다.
콤팩션을 피하기 위한 렌즈의 제 2 재료를 이용한 새로운 태양은 실시예 4 내지 7 에서 주어진다.
제 2 재료를 이용하여 색수차지움을 단순화하기 위해, 실시예 3, 4, 6 및 7 에서 도시한 바와 같이, 이것으로 제조된 매우 적은 개수의 소자들로 충분하다.
편향 소자들 및 오목 거울 사이의 렌즈들은 실시예 3 내지 8 과 같이 후자를 갖는 콤팩션 유닛 내에 배치된다. 모든 렌즈들은 오목 거울보다는 편향 소자로부터 더 멀리 떨어져 있으며, 그 최소 거리는 그들의 최소 두께를 초과하지 않고, 또는 콤팩트 유닛의 길이는 직경을 초과하지 않으며, 적어도 50 % 이상 만큼은 아니다.
나타낸 바와 같은 굴절 렌즈 시스템의 복잡한 설계는 0.65 내지 0.95 범위의 증가된 이미지측 개구수에서 우수한 보정을 위해 허용된다.
노광의 스캐닝 방법을 위해 예들이 주어지고, 본 발명은 스텝 및 반복 또는 스티칭을 이용하면 유용하다. 스티칭은 더 작은 광학 시스템을 위해 특히 허용된다.
본 발명에 따르면, CaF2의 양과 품질의 유용성에 대한 현재의 제한들을 고려하여, 큰 개구수, 큰 이미지 필드, 충분한 레이저 밴드폭, 견고하고 안정된 구성을 허용하는 새로운 구성 원칙들에 따른 카타다이옵트릭 광학 시스템을 얻을 수 있다. 이것은 DUV 투사 렌즈를 위해 유지되며, VUV (157 ㎚) 용 렌즈에만 하나의 재료를 위한 베이시스를 부여한다.

Claims (31)

  1. 물체측 카타다이옵트릭 시스템과, 중간 이미지와, 제 1 재료로 제조된 렌즈 및 제 2 재료로 제조된 렌즈를 갖는 굴절 렌즈 시스템을 갖는 투사 노광 렌즈에 있어서, 4 개 이하, 바람직하게는 3 개 이하의 렌즈들이 상기 제 2 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  2. 하나 이상의 편향 소자, 하나의 오목 거울 및 그 사이에 다수의 렌즈들이 배치된 물체측 카타다이옵트릭 시스템, 중간 이미지 및 굴절 렌즈 시스템을 갖는 투사 노광 렌즈에 있어서, 상기 오목 거울과, 편향 소자 및 오목 거울 사이에 배치된 오든 렌즈들이 콤팩트 유닛 내에 배치되고, 바람직하게는 상기 렌즈들 중 임의의 하나에서 편향 소자까지의 거리가 오목 거울까지의 거리보다 큰 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  3. 하나 이상의 편향 소자, 오목 거울, 다수의 렌즈들을 갖는 물체측 카타다이옵트릭 시스템을 갖는 투사 노광 렌즈에 있어서, 상기 카타다이옵트릭 시스템은 하나 이상의 포지티브 렌즈가 물체측 및 상기 제 1 편향 소자 사이에 배치되고, 1 개 이하의 포지티브 렌즈 및 3 개 이하의 네거티브 렌즈들이 상기 제 1 편향 소자 및 상기 오목 거울 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  4. 물체측 카타다이옵트릭 시스템, 중간 이미지 및 굴절 렌즈 시스템을 갖는 투사 노광 렌즈에 있어서, 상기 중간 이미지측으로부터의 상기 굴절 렌즈 시스템은
    포지티브 굴절 파워의 제 1 렌즈군,
    네거티브 굴절 파워의 제 2 렌즈군,
    포지티브 굴절 파워의 제 3 렌즈군,
    네거티브 굴절 파워의 제 4 렌즈군, 및
    포지티브 굴절 파워의 제 5 렌즈군을 구비하는 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  5. 물체측 카타다이옵트릭 시스템, 중간 이미지 및 굴절 렌즈 시스템을 갖는 투사 노광 렌즈에 있어서, 상기 물체측으로부터 네거티브 파워 렌즈 및 포지티브 파워 렌즈를 이러한 순서로 갖는 하나 이상의 - + 파워 이중렌즈가 상기 굴절 렌즈 시스템 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  6. 물체측 카타다이옵트릭 시스템, 중간 이미지 및 굴절 렌즈 시스템을 갖는 투사 노광 렌즈에 있어서, 상기 굴절 렌즈 시스템은 필드 렌즈군, 중간 보정 렌즈군 및 포커싱 렌즈군으로 구성되는 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  7. 물체측 카타다이옵트릭 시스템, 중간 이미지 및 굴절 렌즈 시스템을 갖는 투사 노광 렌즈에 있어서, 상기 카타다이옵트릭 시스템은 0.95 보다 크지만 1 이 아닌 이미징 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  8. 물체측 카타다이옵트릭 시스템, 중간 이미지 및 굴절 렌즈 시스템을 갖는 투사 노광 렌즈에 있어서, 제 1 항 내지 제 7 항 중 2 항 이상의 특징들의 결합에 의해 특징되는 투사 노광 렌즈.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 굴절 렌즈 시스템이 한 쌍 이상의 메니스커스를 포함하고, 중간 이미지측 메니스커스의 볼록 표면은 상기 중간 이미지에 대향하고, 마주보는 나머지 메니스커스의 볼록 표면은 반대측에 대향하는 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  10. 제 6 항 및 제 9 항에 있어서,상기 한 쌍 이상의 메니스커스가 상기 보정 렌즈군 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  11. 제 5 항 및 제 6 항에 있어서, 상기 - + 파워 이중렌즈가 상기 포커싱 렌즈군 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  12. 제 5 항 내지 제 11 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 - + 파워 이중렌즈들 중 하나가 상기 시스템 개구 바로 옆에 배치되는 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 카타다이옵트릭 시스템의 하나 이하의 렌즈가 제 2 렌즈 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 제 2 렌즈 재료로 제조된 렌즈들의 직경이 최대 광학 소자의 직경의 0.85 배를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 제 2 렌즈 재료로 제조된 렌즈들의 직경이 220 ㎜ 를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 카타다이옵트릭 시스템은 6 개 이하, 바람직하게는 5 개 이하의 렌즈들만을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 종방향 색수차는 193 ㎚ 에서 밴드폭 1 pm 당 0.015 ㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  18. 제 1 항 내지 제 16 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 종방향 색수차는 157 ㎚ 에서 밴드폭 1 pm 당 0.05 ㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 카타다이옵트릭 시스템의 상기 이미징 비율이 0.8 보다 크고, 바람직하게는 0.95 보다 큰 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 굴절 렌즈 시스템에서 상기 제 2 렌즈 재료로 제조된 모든 렌즈들이 상기 이미지 평면 바로 옆의 수렴하는 광빔 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 투사 노광 렌즈는 양측으로 텔레센트릭한 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  22. 제 5 항에 있어서, 상기 투사 노광 렌즈는 상기 굴절 서브시스템 내에 하나 이상의 빔 허리부를 구비하고, 상기 - + 이중렌즈는 상기 최종 빔 허리부 뒤에 배치되는 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  23. 제 5 항 또는 22 항에 있어서, 상기 - + 이중렌즈가 배치되어, 그들 렌즈 소자들의 내부에서 상기 광빔 직경이 상기 최대 빔 직경의 80 % 보다 큰 것이 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  24. 제 1 항 내지 23 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 반사 프리즘이 상기 물체 및 상기 오목 거울 사이의 상기 광빔을 반사시키기 위해 삽입되는 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 투사 노광 렌즈는 248 ㎚ 또는 193 ㎚ 광을 이용하기 위해 설계되고, 상기 제 1 렌즈 재료는 용융 실리카이고, 상기 제 2 렌즈 재료는 불화칼슘인 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  26. 제 1 항 내지 제 24 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 제 1 렌즈 재료가 불화칼슘인 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  27. 제 1 항 내지 제 26 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 단 1 개의 렌즈가 상기 물체 및 상기 제 1 편향 소자 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 렌즈로부터 상기 오목 거울까지의 거리에 대한 상기 제 1 편향 거울 앞에 있는 상기 렌즈의 초점 거리의 비율은, 오차 범위 ±15 % 내에서, 1 인 것을 특징으로 하는 투사 노광 렌즈.
  29. 엑시머 레이저 광원,
    조광 시스템,
    마스크 핸들링 및 배치 시스템,
    제 1 항 내지 제 28 항 중 하나 이상의 항에 따른 투사 노광 렌즈, 및
    웨이퍼 핸들링 및 배치 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 투사 노광 장치.
  30. 제 29 항에 따른 투사 노광 장치를 이용한 리소그래피에 의해 마이크로구조의 디바이스를 생산하는 방법.
  31. 제 30 항에 있어서, 이용 방법이 스텝 및 반복, 스캐닝 또는 스티칭 노광 방법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
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