JP2000505916A - マイクロリソグラフィ用投影露光装置のｒｅｍａ対物レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 効率が向上するように、少数のレンズ（１０個まで）と、短いガラス経路（最大で物体−レチクル間距離の２５〜３０％）とによって高品質の補正を行う少数の（３〜５つ）非球面（７，１１，１７）を導入することにより、ＲＥＭＡ対物レンズを実現する。

Description

【発明の詳細な説明】 マイクロリソグラフィ用投影露光装置のＲＥＭＡ対物レンズ 本発明はＲＥＭＡ対物レンズに関する。これは、レチクルマスキング手段（Ｒ ＥＭＡ）をリソグラフィ用のパターニングマスクを載せたレチクルの平面に結像 する対物レンズである。レチクル上で照明される領域は、この対物レンズによる 結像によって、鮮鋭に端縁を規定される。一般に、レチクルマスキング手段は調 整自在のカッタエッジを有するように構成されている。通常、結像は拡大して行 われる。 ＲＥＭＡ対物レンズはマイクロリソグラフィ用投影露光装置（ステッパ又はス キャナ）に使用される。 ドイツ実用新案第９４０９７４４号から知られているマイクロリソグラフィ用 投影露光装置の照明手段の場合、光源，シャッタ，入射対物レンズ（ズームアク シコン），インテグレータであるガラス棒，レチクルマスキング系，レチクルマ スキング系に位置する中間視野平面をレチクル上に結像するＲＥＭＡ対物レンズ がこの順序で設けられており、ＲＥＭＡ対物レンズは第１のレンズ群と、瞳中間 平面と、第２のレンズ群と、偏向ミラーと、第３のレンズ群と、レチクルを伴う レチクル平面とを含む。この後に、通常は縮小レンズであり、たとえば、テレセ ントリックな入射ではない場合に内側に位置する瞳平面を含む投影対物レンズと 、像平面のウェハが続く。 欧州特許第０５２６２４２Ａ１号に記載されている光学系においては、ハニカ ムコンデンサであるインテグレータの後、レチクルマスキング系の前に、まず、 投影対物レンズが設けられている。２つのレンズ群と、ミラーとを介して、レチ クルマスキング系はレチクル平面に対し光学的に共役されており、そこで結像さ れる。同時に、インテグレータの射出側にある絞リ−二次光源−は２つのレンズ 群と、投影対物レンズの一部とにより投影対物レンズの瞳の上に結像される。こ こでは、像誤差についての記述はない。 出願人の世界特許第９５／３２４４６号は、マイクロリソグラフィ用最大開口 カタヂオプトリック縮小対物レンズが記載されており、本出願で示すＲＥＭＡ対 物レンズはこの特許の図３及び表２に示す実施形態に厳密に対応している。 優先日の後の１９９５年１２月２７日になって公開されたドイツ特許出願第１ ９５４８８０５号は、球面のレンズ面のみを含むＲＥＭＡ対物レンズを説明して いる。この特許出願に示された実施形態は１３個のレンズを有し、その光学的特 性はここで示す実施形態（図１）に非常に似ている。それら２つのＲＥＭＡ対物 レンズは、その瞳関数に関して、世界特許第９５／３２４４６号の投影対物レン ズにきわめて良く対応している。 従って、上記の世界特許、ドイツ特許出願第１９５４８８０５号及びドイツ実 用新案は、本特許出願の開示の一部であることが明白である。 本発明の目的は、反射損失が起こる境界面が著しく少ないと共に、吸収が起こ るガラス経路も著しく少なく、従って、透過効率が大きく改善されたＲＥＭＡ対 物レンズを提供することである。この場合、光学的特性の低下は起こりえない。 上記の目的は、請求項１又は２記載の、多くとも４つ又は５つという少ない非 球面を有するＲＥＭＡ対物レンズと、請求項１６記載の完全な投影露光装置とに より達成される。 非球面にすると、新たな補正が可能になり、その結果としてレンズを節約でき ること自体は知られている。しかし、非球面は製造時や品質検査時の負担を著し く増大させるため、非球面の数と、球面形状からの偏差とに関して節約を考えて 非球面を使用しなければならないことも明らかである。 驚くべきことには、球面からの偏差が適度てある非球面をわずか３つから４つ 、多くとも５つ使用するだけで、レンズ数とガラス経路をそれぞれ６０％以下に 減少できる。さらに、ＲＥＭＡ対物レンズに課される苛酷な条件が満たされる一 方で、効率（透過率）は明らかに向上である。 請求項１はこの関係を明確に表わす。請求項２は集光レンズ部、中間レンズ部 及び視野レンズ部を有する構造を指向している。 請求項３から１５は有利な実施態様に関する。 請求項３は、短縮されたガラス経路を物体−レチクル間距離の３０％以下、好 ましくは２５％以下に規定している。 また、請求項７及び８は、ガラス棒の射出側のＲＥＭＡ又は縮小カタヂオプト リック投影対物レンズを含む特に好ましい環境への適応に関する。 請求項１５は、偏差が非常にわずかであり、テレセントリック特性に非常にす ぐれた投影対物レンズの瞳関数への適応を記載している。投影対物レンズの主ビ ームの平行性からの偏差がわずかであるという条件は、ＲＥＭＡ対物レンズによ って非常に良好に満たされる。 請求項１６は、マイクロリソグラフィ用投影露光装置全体について、先に説明 した少数の要素を含むＲＥＭＡ対物レンズの付随する投影対物レンズへの十分な 適応を挙げている。 以下、添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。 図１は、３つの非球面を有するＲＥＭＡ対物レンズのレンズ断面を示し； 図２は、マイクロリソグラフィ用投影装置を概略的に示し； 図３は、所定の瞳関数を示し； 図４は、実施形態において実現される図３に対する瞳関数の偏差を示し； 図５は、４つの非球面を有する別の実施形態のレンズ断面を示す。 図１のレンズ断面を示すＲＥＭＡ対物レンズの実施形態は表１の数値を有する 。この対物レンズは、開口絞り８の前方にある、部分対物レンズから成る集光レ ンズ部１００と、中間レンズ部２００と、視野レンズ部３００とから構成されて いる。これらのレンズ部の各々に非球面７，１１，１７が設けられている。すな わち、このＲＥＭＡ対物レンズのレンズは７個だけである。平坦な面９及び１４ はスペース保持機能しかもたない。１４の領域には偏向ミラー（図２の２４０） を配置することができる。 の式に従って表される。式中、ｐは垂直高、ｈは光軸までの距離、Ｒは頂点半径 、ｋは円錐定数、ｃ１からｃｎは非球面定数である。この場合、非球面としては 、最適球面から約５マイクロメートルを越える回転対称偏差を示すあらゆる光学 面が考えられる。有効非球面度は０．１mmから１mm（典型的には２mmまで）の大 きさであるのが好ましい。 対物レンズは、レチクルマスキング系が配置された物体平面１を１２００mmの 物体−像間距離をもってレチクル平面１９上に結像する。物休平面１，絞り平面 ８，中間レンズ部２００と視野レンズ部３００との間及びレチクル平面１９にあ る空隙の幅は、その場所に配置すべき要素、すなわち、ＲＥＭＡ光学系９０、絞 り平面の補正要素、偏向ミラー２４０及びレチクルの操作部３３０（図２を参照 ）を問題なく装着できるように規定されている。 物体平面１の明暗カント（ＲＥＭＡ絞りのエッジ）をレチクル平面１９上に、 ５％と９５％の輝度値が像視野直径の５％未満、好ましくは０．５％未満だけ離 れているようなカント推移（Kantenverlauf）をもって結像するというＲＥＭＡ 対物レンズの主要機能は、間隔を像視野直径４２．１mmの０．４％とすることに より達成される。このような数値にすると、像視野全体におけるあらゆる像誤差 に対して、ＲＥＭＡ対物レンズの機能に直接に関わる完全な基準が得られる。 ＲＥＭＡ対物レンズは１１．４mmというかなり大きな光伝導値（物体視野直径 １９mmと、物体側開口数ＮＡＯ＝０．６との積）を有するため、このような適正 な補正は困難である。一般に、この種の対物レンズの場合、１０mmより大きい光 伝導値が必要である。 ＲＥＭＡ対物レンズの倍率は４．４４４：１である。 ＲＥＭＡ対物レンズのもう１つの主要な機能は、像平面１９の各々の点で、入 射主ビーム、すなわち、入射光円錐の重線が後続する投影対物レンズの所定の主 ビームからごくわずかしか、すなわち、３mrad未満しか外れていないということ である。これは、レチクル平面１９において、所定の瞳関数（図３を参照）を最 小限の偏差をもって再現しなければならないという条件と同等である。図４に示 す通り、これは十分適切に実現される。 図３は、主ビーム角度の正弦sin(i)と、レチクル平面１９における像高さＹＢ との関係を示す。図４は、零を中心として＋／−０．１１mradの帯域にあるsin( i)の偏差を図３に対応して示す。 二重テレセントリック投影対物レンズへの適応が基礎となっているので、ＲＥ ＭＡ対物レンズは像側でも同様に高い品質をもってテレセントリックである。ま た、物体側でも絶対的にテレセントリックである。 適応には、視野レンズ群３００の構成が重大である。この実施形態では、視野 レンズ群は最少で２つのレンズ、すなわち、収束レンズ１５，１６と、発散レン ズ１７，１８である。この構成において不可欠な非球面−非球面を使用しないと 多数の球面要素が必要になるであろう−は面１７である。この領域では、主ビー ム高さは縁部ビーム高さを上回る。 面の１つ、好ましくは最後の面１８は、レチクル上の強度分布を分散させるグ レイフィルタを薄膜として支持するのに適するように、平坦に形成することも可 能である。 集光レンズ部１００は、物体平面が無限遠に位置する部分対物レンズとして構 成されている。絞りは対物レンズ全体の物体平面１にあり、像平面は対物レンズ 全体の絞り８にある。従って、部分対物レンズの縁部ビームは対物レンズ全体の テレセントリックな主ビームに対応し、部分対物レンズの主ビームは対物レンズ 全体の縁部ビームに対応する。 絞り８の平面に補正要素を配置することができ、よりくっきりとした絞り機能 が実現されるように、この絞り８の平面における部分対物レンズ（集光レンズ部 １００）の像をできる限り適切に補正すべきである。それに相応して、横方向偏 差として表されるコマの最大値をこの部分結像の像視野直径の１％未満、好まし くは０．２％未満とする。この実施形態では、０．０８％になっている。この目 的のために、集光レンズ部は、物体１に対して湾曲し、曲率半径とレンズ直径と の開度比がほぼ最小値で半球に関して０．５であるような凹面を少なくとも１つ 含む。この実施形態では、面２における値は０．５５４に等しい。一般に、これ は０．６５より小さい値に設定されるべきである。 集光レンズ部１００のこの機能を実現するためには、（図１のように）１つの 非球面７又は２つの非球面を使用する場合、３個（２／３，４／５，６／７）か ら４個のレンズがあれば十分である。 中間レンズ部２００も同様に非球面１１を有する。まず、１対のレンズ１０／ １１，１２／１３があり、面１３は、｜ sin（ｉ_Rand）｜≧０．８ＮＡＯの湾曲 凹面であるという条件を満たす。すなわち、この面１３は縁部領域で強い屈折を 発生させる。本発明によるＲＥＭＡ対物レンズの場合、この縁部ビーム角度は典 型的には０．６ＮＡＯより大きい。 このように、本発明によるＲＥＭＡ対物レンズはドイツ特許出願第１９５４８ ８０５．９号によるＲＥＭＡ対物レンズの全ての機能を有し、図１に示す実施形 態の構成は全く手を加えずにドイツ特許出願の図１の実施形態と置き換えること ができる。しかしながら、少数の非球面７，１１，１７の効果は絶大なものであ る。 すなわち、集光レンズ部１００のレンズの数は５つから３つに減り、中間レン ズ部２００は４つではなく、わずか２つのレンズで十分であり、視野レンズ部３ ００のレンズ数も同様に２つに半減している。要するに、この実施形態に含まれ るレンズは合わせて７つだけである（他の構成では多くとも１０個）。 対物レンズ−物体間距離１−１９をそれぞれ１２００mmとしたとき、ガラス経 路、すなわち、光軸上のレンズの全てのガラスの厚さを合わせた長さは、旧出願 の３９６mmに対し、わずか２３５mmである。このように、ガラス経路は４０％以 上短縮され、焦点距離に占める割合は２０％となっており、他の構成においても 、焦点距離の２５〜３０％までにとどまる。 ２４８nmのときの高品質石英ガラスの透過率は約９９．９％／cmである。稼動 中、老化プロセス（放射による損傷、色中心形成）によってこの値は減少する。 ２４８nmのとき、高品質反射防止層によってガラスと空気の境界層において約９ ９．５％の透過率を達成することができる。 ドイツ特許出願第１９５４８８０５．９号に記載のＲＥＭＡ対物レンズでは最 大で８４．４％の透過効率が得られるが、図１に示す実施形態の場合の値は少な くとも９１．１％である。 さらに重要なのは、より短い波長、たとえば、１９３nmのときに光学系の透過 効率が向上するということである。これは、波長が短くなると、石英（及びその 代用材料となりうるもの）の透過率が明らかに低下し、反射防止層の構造がより 重要になるためである。同時に、材料費が尚一層重要性を増し、レーザー性能に 要するコストは上がり、それに伴って光損失に関わるコストも増す。 特に低い他の波長に対して、当該構造を屈折率の変化を考慮に入れてそれらの 波長のときの関係に適応させることができるので、本発明は短い波長に合わせた 展開にとって特に有益である。 図２は、本発明によるＲＥＭＡ対物レンズ１２３を一体化した投影露光装置（ウ ェハステッパ）全体の光学系の部分の概略図である。 波長２４８nmのＫｒＦエキシマレーザー５０を光源として使用する。手段６０ はビームを整形し且つコヒーレンスを減少させる。ズームアクシコン対物レンズ ７０は、必要に応じて様々に異なる照明モードを調整することができる。これは 、（本発明によるＲＥＭＡ対物レンズ１２３の特徴を除いて）たとえば、欧州特 許第０６８７９５６号又はドイツ実用新案第９４０９７４４号（共に本出願人に よる）による装置全体のように既に知られている。光はガラス棒８０に入射し、 そこで混合、均質化される。 その直後に、ＲＥＭＡ対物レンズ１２３の物体平面１に位置するレチクルマス キング系９０が続いている。このレチクルマスキング系９０は第１のレンズ群１ ００と、瞳平面（絞り平面）１４と、第２のレンズ群２００と、偏向ミラー２４ ０と、第３のレンズ群３００と、像平面３３とから構成されている。そこにレチ クル３３０が配置され、レチクル３３０は交換・調整装置３３１により精密に位 置決めされる。その後に、瞳平面４１０を有する世界特許第９５／３２４４６号 に記載のカタヂオプトリック投影対物レンズ４００が続いている。いずれにせよ 、表１及び２の実施形態では、入射瞳は投影対物レンズの前方のほぼ無限遠の位 置にある。像平面にはウェハ５００が配置されている。 図５は、４つの非球面５０５，５０９，５１４，５２０と、８つのレンズ及び 平坦な板５２１，５２２の合わせて１８の境界面とを有する別の実施形態のレン ズ断面を示す。表２は、これに関わる数値を提示する。面５１１及び５１６はス ペーサ機能しかもたない。結像縮尺（４．７３０：１）と像視野（直径１２７mm ）は、この場合、図１の実施形態とは大きくは異ならない。光伝導値は１６．２ mmで大きくなる。 この実施形態でも、レンズ数とガラス経路は純粋な球面のみの構成と比べて物 体−像間距離の２２％と大幅に短縮されている。図１と比較してみるとわかるよ うに、非球面５０５，５０９を２つ含む４個のレンズを有する集光レンズ５５０ に関して、改善の度合いが低下している。しかしながら、非球面を適切に使用す れば、完全に球面のみのＲＥＭＡ対物レンズと比較して改善は相当に大きなもの である。 面 非球面定数 ７ Ｋ＝-.00640071 Ｃ１＝．347156E-07 Ｃ２＝.802432E-13 Ｃ３=-.769512E-17 Ｃ４＝．157667E-21 １１ Ｋ＝+.00104108 Ｃ１＝.431697E-07 Ｃ２＝-.564977E-13 Ｃ３＝-.125201E-16 Ｃ４＝.486357E-21 １７ Ｋ＝+.00121471 Ｃ１＝-.99l033E-07 Ｃ２＝-.130790E-11 Ｃ３＝-.414621E-14 Ｃ４＝.200482E-17 Ｃ５＝-.392671E-21 面 非球面定数 ５０５ Ｋ＝-.11512040 Ｃ１＝.36489383E-07 Ｃ２＝.16169445E-11 Ｃ３=-.70228033E-16 Ｃ４＝.36695356E-20 ５０９ Ｋ＝-.01464591 Ｃ１＝.37060030E-07 Ｃ２＝.92577260E-12 Ｃ３＝-.10037407E-16 Ｃ４＝.29843433E-20 ５１４ Ｋ＝+.00003903 Ｃ１＝-.13705523E-08 Ｃ２＝-.90824867E-12 Ｃ３＝.81297785E-16 Ｃ４＝-.56418498E-20 ５２０ Ｋ＝-.000150010 Ｃ１＝17085177E-07 Ｃ２＝.18373060E-10 Ｃ３＝-.49871601E-14 Ｃ４＝．61193181E-18 Ｃ５＝-.23186913E-22

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 倍率が３倍から８倍であり、光伝導値は１０mmより大きく、物体平面（１ ）からレチクル平面（１９）への明暗カントは、５％及び９５％の輝度値が像視 野直径の２％未満、好ましくは０．５％未満だけ離れているようなカント推移を 示すＲＥＭＡ対物レンズにおいて、１０個以下のレンズが設けられ、そのうち、 １個から５個、好ましくは３個から４個は非球面（７，１１，１７）であること を特徴とするＲＥＭＡ対物レンズ。 2. 有限の距離に位置する物休平面（１）をレチクル平而（１９）に結像し、 −前方部分対物レンズとして構成され、像平面は無限遠に位置し、絞りはＲＥ ＭＡ対物レンズ全休の物体平面（１）に位置する集光レンズ部（１００）と 、 −中間レンズ部（２００）と、 −視野レンズ部（３００）とから構成されるＲＥＭＡ対物レンズにおいて、 集光レンズ部（１００）、中間レンズ部（２００）及び視野レンズ部（３００） はそれぞれ１つから２つの非球面レンズ面（７，１１，１７）を含み、合わせて ５つ以下、好ましくは４つ以下の非球面（７，１１，１７）が設けられ、レンズ の総数は最大で１０個であることを特徴とするＲＥＭＡ対物レンズ。 3. レンズ中のガラス経路は物体平面（１）とレチクル平面（１９）との距離 の最大で３０％、好ましくは最大で２５％であることを特徴とする請求項１又は ２記載のＲＥＭＡ対物レンズ。 4. 空気中の縁部ビームの面垂線に対して入射角の正弦の最大値（｜ sin（i_{Ra nd} ）｜）が物体側開口数（ＮＡＯ）の０．６倍、好ましくは０．８倍より大きい 光学面が少なくとも１つ設けられていることを特徴とする請求項１，２又は３記 載のＲＥＭＡ対物レンズ。 5．コマに関して補正された瞳平面（１４）を形成する部分対物レンズ（１０ ０）を含むことを特徴とする請求項１から４の少なくとも１項に記載のＲＥＭＡ 対物レンズ。 6．部分対物レンズ（１００）は物休平面（１）に対して湾曲した凹面（４） を少なくとも１つ有し、その凹面の曲率半径とレンズ直径との開度比は０．６５ より小さいことを特徴とする請求項５記載のＲＥＭＡ対物レンズ。 7. レチクルマスキング部（９０）をガラス棒（８０）の射出側に配置して、 マイクロリソグラフィ用投影露光装置で使用されることを特徴とする請求項１か ら６の少なくとも１項に記載のＲＥＭＡ対物レンズ。 8. 投影対物レンズ（４００）を縮小カタヂオプトリック対物レンズとして、 マイクロリソグラフィ用投影露光装置で使用されることを特徴とする請求項１か ら７の少なくとも１項に記載のＲＥＭＡ対物レンズ。 9. 前方部分対物レンズとして形成され、像平面が無限遠に位置し、絞りはＲ ＥＭＡ対物レンズ全体の物体平面（１）に位置する集光レンズ部（１００）と、 中間レンズ部（２００）と、視野レンズ部（３００）とから構成されていること を特徴とする請求項１記載のＲＥＭＡ対物レンズ。 １０．３倍から８倍の倍率を有することを特徴とする請求項２記載のＲＥＭＡ 対物レンズ。 １１．８０mmより大きい像視野直径を有することを特徴とする請求項２記載の ＲＥＭＡ対物レンズ。 １２．０．１０を越える像側開口数を有することを特徴とする請求項２記載の ＲＥＭＡ対物レンズ。 １３．１０mmより大きい光伝導値を有することを特徴とする請求項２記載のＲ ＥＭＡ対物レンズ。 １４．物体平面（１）からレチクル平面（１９）への明暗カントの結像は、５ ％と９５％の輝度値が像視野直径の２％未満、好ましくは０．５％未満だけ離れ ているようなカント推移を示すことを特徴とする請求項２記載のＲＥＭＡ対物レ ンズ。 １５．偏差が±１mrad以下、特に±０．３mrad以下の±１０mradの範囲にある sin(i)の値を有する所定の瞳関数を再現することを特徴とする請求項１から１４ の少なくとも１項に記載のＲＥＭＡ対物レンズ。 １６．拡大ＲＥＭＡ対物レンズ（１２３）を含む照明手段と、縮小投影対物レ ンズ（４００）とを有し、ＲＥＭＡ対物レンズ（１２３）の瞳平面（１２）が投 影対物レンズ（４００）の瞳平面（４１０）に結像され、レチクル平面（３３０ ）の各々の点で、ＲＥＭＡ対物レンズ（１２３）の入射主ビームは投影対物レン ズ （４００）の主ビームから３mrad未満、好ましくは０．３mrad未満しか外れてい ないマイクロリソグラフィ用投影照明装置において、ＲＥＭＡ対物レンズ（１２ ３）は最大で５つ、好ましくは４つの非球而を含む最大で１０個のレンズを有す ることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影照明装置。