반사굴절식 투영 대물렌즈 document_id A220623030969

투영 대물렌즈는 투영 노광 시스템에서 사용되는 것으로, 특히 반도체소자 및 그 밖의 마이크로 디바이스를 제조하는 데 이용되는 웨이퍼 스캐너 또는 웨이퍼 스테퍼에서 사용되며, 포토마스크 또는 레티클(이하, "마스크" 또는 "레티클"이라 고 일반적으로 부른다) 상의 패턴을 감광성 코팅을 갖는 물체 위에 매우 높은 해상도로 축소된 스케일로 투영하는 역할을 한다. 더욱 세밀한 구조를 형성하기 위하여, 관련된 투영 대물렌즈의 이미지측 개구수(numerical aperture; NA)를 증가시키고, 보다 짧은 파장, 바람직하게는 260nm 이하의 파장을 갖는 자외선 광을 사용할 것이 요구된다. 그러나, 그러한 파장 영역에서 요구되는 광학소자를 제조하기에 충분히 투명한 재료(특히, 합성 수정 유리 및 불화물 결정)는 매우 소수이다. 사용 가능한 상기 재료들의 아베수(abbe number)들은 서로 가깝기 때문에, 충분히 색보정된(즉, 색수차가 보정된) 순수 굴절식 시스템을 제공하기가 어렵다. 상술한 문제점들을 고려하여, 굴절소자와 반사소자들, 즉, 특히 렌즈와 미러들을 조합한 반사굴절식 시스템이 고해상도 투영 대물렌즈를 구성하는 데 주로 채용되고 있다. 관련 재료의 높은 가격과 대구경 렌즈를 제조하기에 충분히 큰 크기의 불화칼슘 결정의 제한된 입수 가능성은, 예컨대, NA=0.80 이상의 매우 큰 개구수(NA)를 위한 157nm 마이크로리소그래피 분야에서 특히 문제점들을 야기한다. 따라서, 사용되는 렌즈들의 개수 및 크기를 감소시킬 수 있고, 동시에 유지보수 또는 심지어 결상 정확도의 개선에 기여할 수 있는 수단이 요구되고 있다. 우수한 색보정과 적절한 렌즈량을 갖는 시스템을 제공하기 위하여 적어도 두 개의 오목 미러를 구비하는 반사굴절식 투영 대물렌즈가 제안되었다. 미국 특허 US 6,600,608 B1 호는, 투영 대물렌즈의 물체 평면 내에 배열된 패턴을 제 1 중간상(intermediate image)으로 결상시키기 위한 제 1 순수 굴절식 대물렌즈부, 상기 제 1 중간상을 제 2 중간상으로 결상시키기 위한 제 2 대물렌즈부 및 상기 제 2 중간상을 직접, 즉 더 이상의 중간상 없이 이미지 평면에 결상시키기 위한 제 3 대물렌즈부를 구비하는 반사굴절식 투영 대물렌즈를 개시하고 있다. 상기 제 2 대물렌즈부는 중심 보어(central bore)를 갖는 제 1 오목 미러와 중심 보어를 갖는 제 2 오목 미러를 구비하는 반사굴절식 대물렌즈부로서, 상기 오목 미러들은 서로 대향하는 미러면들을 가지며, 그들 사이에 미러간 공간(intermirror space) 또는 반사굴절 공동(catadioptric cavity)을 형성한다. 제 1 중간상은 물체 평면 옆의 오목 미러의 중심 보어 내에 형성되는 반면, 제 2 중간상은 물체 평면 옆에 있는 오목 미러의 중심 보어 내에 형성된다. 상기 대물렌즈는 축 대칭이며, 축 방향으로 및 측면으로 우수한 색보정을 제공한다. 그러나, 오목 미러들의 반사면들이 보어에서 끊어지기 때문에, 시스템의 동공(pupil)이 불명료하게 된다. 유럽 특허 EP 1 069 448 B1 호는 서로 대향하는 두 개의 오목 미러를 구비하는 또 다른 반사굴절식 투영 대물렌즈를 개시한다. 상기 오목 미러들은 오목 미러에 인접하여 배치된 중간상 위에 물체를 결상시키는 제 1 반사굴절식 대물렌즈부의 일부이다. 이는 제 2 순수 굴절식 대물렌즈부에 의해 이미지 평면에 결상되는 유일한 중간상이다. 상기 반사굴절식 결상 시스템의 이미지뿐만 아니라 물체도 서로 대향하는 미러들에 의해 형성되는 미러간 공간의 외부에 위치한다. 두 개의 오목한 미러, 공통의 직선 광축 및 반사굴절식 결상 시스템에 의해 형성되고 오목 미러들 중 하나의 외부에 위치하는 하나의 중간상을 갖는 유사한 시스템들이 일본 특허공개 JP 2002208551 A 호 및 미국 특허공개 US 2002/00241 A1 호에 개시되어 있다. 유럽 특허출원 EP 1 336 887 호(미국 특허공개 US 2004/0130806 A1 호에 대응)는 하나의 공통된 직선 광축과, 제 1 중간상을 형성하기 위한 제 1 반사굴절식 대물렌즈부, 상기 제 1 중간상으로부터 제 2 중간상을 형성하기 위한 제 2 반사굴절식 대물렌즈부, 및 상기 제 2 중간상으로부터 이미지를 형성하기 위한 제 3 굴절식 대물렌즈부를 순서대로 갖는 반사굴절식 투영 대물렌즈를 개시하고 있다. 각각의 반사굴절식 시스템은 서로 대향하는 두 개의 오목 미러를 구비한다. 중간상들은 상기 오목 미러들에 의해 형성되는 미러간 공간의 외부에 놓여있다. 오목 미러들은, 투영 대물렌즈의 중간상들보다 동공면(pupil surface)에 더 가깝게, 광학적으로 동공면들 근처에 위치한다. B.W. Smith에 의해 발표된 T. Matsuyama, T. Ishiyama 및 Y. Ohmura의 논문 "니콘 투영 렌즈 업데이트(Nikon Projection Lens Update)" (Optical Micro-lithography XVII, Proc. of SPIE 5377.65 (2004))에는, 반사굴절식 투영 렌즈의 설계예가 개시되었는데, 상기 렌즈는 통상적인 굴절 광학식 DUV 시스템과 상기 DUV 시스템의 렌즈 그룹들 사이에 삽입된 6-미러 EUV 반사 광학식 시스템의 조합이다. 제 1 중간상은 볼록 미러의 상류측에 있는 반사 광학식(순수 반사식) 그룹의 제 3 미러 뒤에 형성된다. 제 2 중간상은 순수 반사식(반사 광학식) 제 2 대물렌즈부에 의해 형성된다. 제 3 대물렌즈부는, 페츠발 합 보정(Petzval sum correction)을 위한 상기 제 3 대물렌즈부 내의 최소 빔직경 마디부(waist)에서 네가티브(-) 굴절력을 특징으로 하는 순수 굴절식이다. 일본 특허공개 JP 2003114387 A 호 및 국제특허공개 WO 01/55767 A 호는 하나의 공통된 직선 광축, 중간상을 형성하기 위한 제 1 반사굴절식 대물렌즈부 및 상기 중간상을 이미지 평면 위에 결상시키기 위한 제 2 반사굴절식 대물렌즈부를 구비하는 반사굴절식 투영 대물렌즈를 개시하고 있다. 오목 및 볼록 미러들이 함께 사용된다. 본 출원인에 의해 2003년 10월 17일자로 출원된 미국 가출원 제 60/511,673 호는 매우 큰 개구수(NA)를 가지며, NA 003e# 1 에서 액침 리소그래피(immersion lithography)에 적당한 반사굴절식 투영 대물렌즈를 개시한다. 양호한 실시예에서, 정확히 세 개의 중간상들이 형성된다. 십자가 형태(cross-shaped)의 실시예는, 물체로부터 제 1 중간상을 형성하는 제 1 굴절식 대물렌즈부, 제 1 중간상으로부터 제 2 중간상을 형성하기 위한 제 2 반사굴절식 대물렌즈부, 제 2 중간상으로부터 제 3 중간상을 형성하기 위한 제 3 반사굴절식 대물렌즈부 및 상기 제 3 중간상을 이미지 평면 위로 결상시키기 위한 제 4 굴절식 대물렌즈부를 구비한다. 상기 반사굴절식 대물렌즈부는 각각 하나의 오목 미러를 가지며, 평판형 폴딩 미러(folding mirror)들이 이에 결합되어 있다. 상기 오목 미러들은 오목 미러면들이 서로 대향하고 있다. 폴딩 미러들은 상기 오목 미러들에 의해 형성되는 미러간 공간에 또는 중간 지점에 배치되어 있다. 상기 오목 미러들은 동축일 수 있으며, 반사굴절식 대물렌즈부들의 광축들은 굴절식 결상 시스템 내에 정의된 광축에 대하여 수직이거나 비스듬할 수도 있다. 상술된 문헌들의 모든 개시 내용은 본 출원에서 참조로서 통합된다. D. DeJager의 논문 "경사진 오목 미러 정립 소자들을 사용한 카메라 뷰파인더(Camera view finder using tilted concave mirror erecting elecments)" (SPIE. Vol. 237 (1980) p.292-298)는 1:1 망원형 정립 릴레이 시스템의 소자로서 두 개의 오목 미러들을 포함하는 카메라 뷰파인더를 개시하고 있다. 상기 시스템은 무한대의 위치에 있는 물체를, 아이피스(eyepiece)를 통해 볼 수 있는 정립된 실상(real image)으로 결상시키기 위해 설계되어 있다. 반사 광학식(catoptric) 릴레이 시스템의 상류측과 하류측에 있는 굴절식 시스템 부분의 분리된 광축들은 서로 평행하게 오프셋 되어 있다. 서로 대향하는 오목 미러들을 갖는 시스템을 형성하기 위해, 미러들은 경사져야 한다. 저자는 이러한 방식의 물리적으로 실현 가능한 시스템은 나쁜 이미지 품질을 갖는다고 결론 내렸다. 국제특허공개 WO 92/05462 및 WO 94/06047 호와 OSA/SPIE 회보(1994) 389ff 페이지의 논문 "혁신적인 광시야 쌍안경 설계(Innovative Wide-Field Binocular Design)"는 단일한, 절곡되지 않은 광축을 갖는 직렬식(in-line) 시스템으로서, 특히 쌍안경 및 다른 관측 수단용의 반사굴절식 광학 시스템을 개시하고 있다. 어떤 실시예들은 광축의 일측에 정렬된 물체측 미러면을 갖는 제 1 오목 미러 및 상기 광축의 반대측에 정렬되고 상기 제 1 미러와 대향하는 미러면을 갖는 제 2 오목 미러를 구비하는데, 상기 오목 미러들의 표면 곡률이 미러간 공간을 정의한다. 전면의 굴절식 그룹은 제 1 미러 근처에 제 1 중간상을 형성하고 제 2 중간상은 대향하는 두 미러들에 의해 형성된 공간의 외부에 형성된다. 수직 방향으로 보다는 수평 방향으로 더 커지는 좁은 시야는 광축에 대해 오프셋 되어 정렬된다. 물체측 굴절식 그룹은 콜리메이팅된 입력을 가지며 이미지측 굴절식 그룹은 콜리메이팅된 출력을 갖고, 텔레센트릭(telecentric)으로부터 먼 입사동공(entrance pupil)과 사출동공(exit pupil)이 형성된다. 동공의 형태는 반원형인데, 이는 원형이며 중심이 광축에 정렬되어야 하는 리소그래피 투영 렌즈들의 동공면들과 다르다. PCT 출원 공개 WO 01/04682 A1 호는 만진 미러(Mangin mirror)로서 설계된 하나의 오목 미러를 갖는 웨이퍼 검사용 반사굴절식 UV 결상 시스템을 개시하고 있다.