JP2003043362A

JP2003043362A - 反射屈折縮小レンズ

Info

Publication number: JP2003043362A
Application number: JP2002140881A
Authority: JP
Inventors: Alexander Epple; エプルアレキサンダー; Helmut Beierl; バイエールヘルムート
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2003-02-13
Also published as: KR20020089204A; US7006304B2; US20030021040A1; US20040160677A1; EP1260845A3; DE10127227A1; EP1260845A2; US6717746B2

Abstract

(57)【要約】【課題】結像性能が製作許容差にあまり敏感でないよ
うにする。【解決手段】物体平面（２）上に配置されたパターン
を像平面（４）上に結像する一方、単一の中間実像
（３）を生成するように構成された反射屈折投影レンズ
である。凹面鏡（６）とビーム偏向装置（７）を有する
反射屈折第１部分（５）およびこのビーム偏向装置から
始まる屈折第２部分（８）が、物体平面と像平面との間
に位置している。この光学系は、中間像が屈折部分
（８）の第１レンズ（１７）の後に続き、好ましくは容
易に接近可能であるように構成されている。中間像が屈
折部分（８）の１対のレンズ（１７、２１）間に配置さ
れ、それがビーム偏向装置（７）の最終反射面（１０）
より後でそれから遠く離れた位置にあることが、結像収
差をなくすのに役立つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体平面上に位置
するパターンを像平面上に結像する反射屈折投影レンズ
に関する。

【０００２】

【関連技術】この形式の投影レンズは、特に半導体装置
および他の形式のマイクロ装置の製造に使用される投影
用照射系、特にウェハスキャナまたはウェハステッパに
用いられ、以下に包括的に「マスク」または「レチク
ル」と呼ぶフォトマスクまたはレチクル上のパターン
を、感光性被膜を有する物体上に縮小して超高解像度で
投影することができる。

【０００３】さらに微細な構造を作製するために、像側
に設けられる投影レンズの開口数（ＮＡ）を増加させる
と共に、短い波長を、好ましくは波長が約２６０ｎｍ未
満の紫外線を用いることが必要であろう。

【０００４】しかし、必要な光学素子の作製に使用でき
る、その波長領域で十分な透過性を有する材料、特に合
成石英ガラスおよび結晶性フッ化物、たとえば、フッ化
カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フ
ッ化リチウム、フッ化リチウムカルシウムアルミニウ
ム、フッ化リチウムストロンチウムアルミニウムなどは
非常に稀少である。使用可能なそれらの材料のアッベ数
は互いにかなり近いので、色収差を十分に補正した純粋
屈折系を提供することが難しい。この問題は、純粋反射
系を用いれば解決することができるであろうが、そのよ
うな鏡系を作製するには、相当な費用と労力が必要であ
る。

【０００５】上記問題を鑑みて、上記形式の高解像度投
影レンズの構成には、屈折および反射素子を、特にレン
ズおよび鏡を組み合わせた反射屈折系が主に使用され
る。

【０００６】結像反射面を用いる時はいつも、不鮮明さ
や口径食のない像を得ようとする場合、ビーム偏向装置
を使用することが必要であろう。１つまたは複数の偏向
鏡を有する光学系と立体ビームスプリッタを有する光学
系の両方が周知である。光路を折り曲げるために、追加
の平面鏡を用いてもよい。折り曲げ鏡は一般的に、空間
要件を満たすことができるように、特に物体および像平
面を互いに平行な向きにするためだけに使用される。し
かし、折り曲げ鏡は、光学的設計の観点から絶対的に必
要というわけではない。

【０００７】ビームスプリッタキューブ（ＢＳＣ）など
の形の立体ビームスプリッタを有する光学系を用いるこ
とには、軸上光学系を実現できるという利点がある。そ
のような場合、主偏向方向に応じて、入射光を反射また
は透過する偏向感応反射面が用いられる。そのような光
学系を使用する欠点は、適当な透過性材料を所望の大量
に入手できないことである。さらに、ビームスプリッタ
キューブ内に位置する光学的活性ビームスプリッタ被膜
の作製が非常に難しい。ビームスプリッタの内側に中間
像が生成されるので、高い放射強度ではビームスプリッ
タ内に発生する加熱効果も問題を生じるであろう。

【０００８】そのような光学系の一例が、米国特許第
５，０５２，７６３号に対応するヨーロッパ公開特許第
０４７５０２０号に記載されており、それでは、関係
するマスクが、直接的にビームスプリッタキューブ上に
位置して、形成された中間像がビームスプリッタキュー
ブ内でそれの内側ビーム分割表面の後方に位置する。別
の例が、米国特許第５，８０８，８０５号およびそれの
関連継続出願の米国特許第５，９９９，３３３号に記載
されており、それでは、正の屈折力を有する多要素複合
レンズ群が、物体平面とビームスプリッタキューブとの
間に位置している。集められた光ビームは最初に、ビー
ムスプリッタキューブによって凹面鏡の方へ偏向され、
それから凹面鏡によって反射されてビームスプリッタキ
ューブへ戻され、それのビーム分割表面を通過して、正
の屈折力を有する上記複合レンズ群の方へ送られる。中
間像は、ビームスプリッタキューブ内でそれのビーム分
割表面のすぐ近くに位置している。しかし、これらの特
許のいずれも、発生する可能性がある加熱の問題および
それを回避する方法に関して全く述べていない。

【０００９】ヨーロッパ公開特許第０８８７７０８号
は、ビームスプリッタキューブを有する反射屈折系のた
めの熱誘発結像エラー回避方法を述べているが、中間像
がビームスプリッタキューブ内にないことは明らかであ
る。これの意図は、ビームスプリッタキューブを通るビ
ームを適当な経路で送ることによって、ビームスプリッ
タキューブのビーム分割表面全体の放射強度を対称的に
分布させること、すなわち、ビームスプリッタのビーム
分割表面全体に対称的に分布する加熱プロフィールを生
じる分布を得ることであった。不均一な加熱から生じる
ような、除去することが困難な波面ゆがみは不可避であ
ると述べていた。

【００１０】ビーム偏向装置内に１つまたは複数の偏向
鏡を有する光学系の場合、ビームスプリッタキューブを
有する光学系のこれらの欠点の一部を回避することがで
きる。しかし、そのような光学系は、それらの構造のた
めに、必然的に軸外し光学系であるという欠点を有す
る。

【００１１】その形式の反射屈折縮小レンズが、ヨーロ
ッパ公開特許第０９８９４３４号に記載されており、
これは米国特許出願第０９／３６４３８２号に対応す
る。これらの形式のレンズは、凹面鏡およびビーム偏向
装置を有する反射屈折第１部分を有し、その後に続いて
屈折第２部分が物体平面と像平面との間に配置されてい
る。ビーム屈折装置は、反射プリズムの形に構成されて
おり、物体平面から送られた放射光を凹面鏡へ偏向する
第１反射面と、凹面鏡によって反射された放射光を偏向
して屈折素子だけを含む第２部分へ送る第２反射面とを
有する。反射屈折第１部分は、このプリズムの第２反射
面のわずかに後方で、第２部分の第１レンズの十分に前
方に位置する中間実像を生成する。したがって、中間像
には容易に接近可能であり、それを視野絞りの設置など
に利用することができる。

【００１２】偏向鏡を有するビーム偏向装置を備えた別
の縮小レンズが、米国特許第５，９６９，８８２号に記
載されており、これはヨーロッパ公開特許第０８６９
３８３号に対応する。この光学系の偏向鏡は、物体平面
から送られた光が最初に第１部分の凹面鏡に当たり、そ
こで反射して光学系のビーム偏向装置の偏向鏡へ進み、
そこで反射されて第２反射面へ進み、そこで偏向されて
光学系の屈折専用第２部分のレンズの方へ進むように配
置されている。中間像を生成するために使用されるこの
光学系の第１部分の素子は、その中間像がビーム偏向装
置の偏向鏡の近くに位置するように構成されている。第
２部分は、中間像を像平面上に再集束し、この像平面
は、光学列において中間像の後に続く反射表面によっ
て、物体平面に平行な向きにすることができる。

【００１３】米国特許第６，１５７，４９８号は、中間
像がビーム偏向装置の反射面上またはその付近に位置す
る同様な構造を記載している。第２部分の幾つかのレン
ズが、ビーム偏向装置と第２部分内に位置する偏向鏡と
の間に配置されている。また、もっぱらゆがみの補正を
行って、他の結像エラーに影響を及ぼさないように、非
球面が中間像のすぐ近くか、その付近に配置されてい
る。

【００１４】縮小反射屈折部分を有し、中間像がビーム
偏向装置の偏向鏡付近に位置する投影レンズが、ドイツ
特許第ＤＥ−１９７２６０５８号に記載されている。

【００１５】前述の米国特許第５，９９９，３３３号
は、偏向鏡を有する別の反射屈折縮小レンズであって、
物体平面から送られた光が最初に凹面鏡に当たり、そこ
で反射してレンズのビーム偏向装置の唯一の反射面へ送
られるようにした反射屈折縮小レンズを記載している。
反射屈折部分によって生成された中間像は、この反射面
付近に位置し、反射面が凹面鏡から送られた光を反射し
て屈折第２部分へ送り、これがこの中間像を像平面上に
結像する。反射屈折部分および屈折部分の両方が縮小像
を生成する。

【００１６】反射屈折部分によって生成された中間像が
偏向装置の唯一の反射面付近に位置する同様な構造のレ
ンズが、特開平１０−０１０４２９号に記載されてい
る。ゆがみの補正に特に有効に寄与できるようにするた
めに、後続の屈折部分の、偏向鏡に最も近い位置にある
レンズの表面が非球面である。

【００１７】中間像が反射面上またはその付近に位置す
る光学系は、コンパクトな構造にすることができる。そ
れらはまた、軸外し照射を受けるこれらの光学系の、補
正が必要な像面湾曲を小さくしておくことができる。そ
れらの欠点の１つは、反射面のいずれかの極めてわずか
な傷であっても、像平面上に投影される像の品質に悪影
響を与えることである。さらに、放射エネルギが反射面
上に集束されるため、加熱効果が発生し、それが結像性
能に悪影響を及ぼすであろう。結果的に生じる局部的に
高い放射強度も、一般的に鏡材料の表面に塗布される反
射被膜を破損させるであろう。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、従来技術の欠点を回避すること、特に、結
像性能が作製許容差にあまり敏感でない投影レンズを提
案することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この問題を解決するため
に、本発明は、請求項１に記載された特徴を有する反射
屈折投影レンズを提供している。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施形態が、従属
請求項に記載されている。請求項のすべてに見られる表
現は、本説明の内容の一部をなす。

【００２１】冒頭に述べた形式である本発明の意味での
投影レンズは、ビーム偏向装置の最終反射面の後方から
始まる第２屈折部分が、最終反射面と中間像との間に配
置された少なくとも１つのレンズを有することを特徴と
する。したがって、中間像は、屈折専用の第２部分内に
位置して、第２部分の、光学列において中間像に先行す
るレンズの少なくとも１つが、中間像の生成に寄与でき
るようにしている。したがって、本発明では、ビーム偏
向装置の最終反射面と中間像との間の距離が相当にある
と予測され、それによって、たとえば、接近可能な中間
像を生成して、たとえば、迷光レベルを減少させるため
に視野絞りを設置することができるであろう。そのよう
に大きい距離であることによって、最終反射面が、ビー
ム直径が相当に大きい区域に位置し、それによって、放
射強度の危険な局部的ピークを回避しながら、均一な照
射が行なわれ、反射面を塗布した光学素子の加熱がより
広い領域に分散するので、結像性能が改善されるため、
特に好都合である。しかし、さらに重要なことは、反射
面に存在するわずかな傷が像平面上に投影される像の品
質に及ぼす影響が、無視できる程度か、まったくないこ
とである。したがって、最終反射面の均一性および形状
に対する要求を最小に抑えながら、高い結像性能を有す
るレンズを構成することができる。

【００２２】本明細書で使用する時、「最終反射面」と
は、光学列において中間像の直前に位置する反射面を指
すと解釈されるべきであり、その表面は、ビームスプリ
ッタキューブ（ＢＳＣ）の偏向感応ビーム分割表面か、
光学列においてビーム偏向装置の別の偏向鏡の後に続く
高反射性の偏向鏡の表面にすることができる。偏向プリ
ズムの形の後面鏡も適する。本発明に従った投影レンズ
の場合、「最終反射面」が反射屈折部分の最後である。
最終反射面の後に続いて別の反射面を設けてもよく、こ
れは、入口でその部分のレンズに、またはレンズ間に加
えられた投影レンズの光路の、構造的観点から好適であ
る折り曲げを行って、投影レンズの物体および像平面を
互いに平行な向きにすることができる。

【００２３】最終反射面と中間像との間の、ここでは
「レンズ」と呼ぶ光学素子は、形状および機能の点で従
来型レンズと異なっていてもよく、たとえば、非球面補
正力を有する平面板、切頭レンズまたはハーフレンズの
形でもよい。本明細書で使用する時、「レンズ」は一般
的に、透過放射光に光学的に影響を与える透過性光学媒
体を指す。

【００２４】最終反射面と中間実像との間にレンズが配
置されているかどうかに関係なく、主にその間の距離が
大きいことによって上記利点が当てはまる。その距離
は、以下の説明では「中間像距離」とも呼ぶが、最終反
射面と光学軸との交点で光学軸に直交する表面における
ビーム直径が、凹面鏡の直径の少なくとも１０％、たと
えば、その直径の１７％以上であるように選択されるこ
とが好ましい。しかし、補正が必要な像面湾曲を処理可
能なレベルに抑えるために、その距離は、凹面鏡の直径
に対するビームの直径の比が２０％または２５％を大幅
に超えるほど大きくてはならない。中間像距離が大きい
ことによって、好ましくは正の屈折力を有する少なくと
も１つのレンズを最終反射面と中間実像との間に配置す
ることが可能になり、これによって、中間像の後に続く
レンズの直径が小さくなるため、必要な材料の量を減少
させることができるようにして第２部分を構成すること
が可能になる。

【００２５】最終反射面と中間実像との間に少なくとも
１つのレンズを配置することによって、レンズの加熱の
悪影響を最小限に抑えるか、完全になくすというこれま
でになかった好ましい可能性も得られる。それを減少ま
たは排除するために、本発明の好適な実施形態は、中間
像の前方で物体側に配置された前方中間像レンズと、中
間像の後方で像側に配置された後方中間像レンズとを有
し、これらの中間像レンズが中間像に対して対称的に配
置されることによって、後述する実施形態でさらに詳細
に説明するように、中間像レンズの加熱によって発生す
るコマなどの結像エラーに対する非対称的寄与が部分的
に補償されるか、さらにはほぼ完全に補償される。

【００２６】中間像付近に位置するレンズの非対称加熱
の影響を部分的または完全に補償するために用いられた
前方および後方中間像レンズの上記対称配置は、この形
式の投影レンズと、少なくとも１つの中間実像を生成す
る他の結像光学系の両方に好都合であろう。

【００２７】第１反射屈折部分が投影レンズの全体的縮
小比に寄与しないか、実質的に寄与しない場合、本発明
による中間像の好適な配置を得ることが簡単であろう。
投影レンズの反射屈折第１部分は好ましくは、０．９５
を超える倍率β_Mを有する必要があり、好適な実施形態
はβ_M＞１の倍率を有する、すなわち、拡大中間像を生
成し、そのため、それを屈折第２部分へ移動させやす
い。

【００２８】中間像の好ましい配置であっても補正が必
要な像面湾曲を小さく抑えるために、第１部分によって
発生する球面収差を補正する手段を設けることが好まし
く、これは、近軸中間像および広がった周縁光線によっ
て生成される中間像の軸方向位置を互いに接近するよう
に移動させることができる。さらに詳細に後述するよう
に、第１部分によって発生する長手方向球面収差ＳＡＬ
が、Ｌを物体平面および像平面間の幾何学的距離とした
時に、０＜｜ＳＡＬ／Ｌ｜＜０．０２５の条件を満たせ
ば、好都合であろう。

【００２９】本発明の好適な実施形態では、中間像に最
も近い位置にある屈折部分のレンズの表面が球面である
ようにすることができる。しかし、中間像に面する両方
のレンズの表面を球面にしてもよく、その場合、作製中
に得られる構成正確度が一般的に、透過勾配と共に過剰
な表面微細粗さも示す可能性がある非球面より球面の方
が良好であるため、許容差を極端に厳格にする必要な
く、結像性能が高く、結像性能のばらつきが少ないレン
ズを作製することができる。他方、中間像付近の表面
は、たわみなどの結像エラーの補正に非常に強く影響を
及ぼし、それが、従来型レンズ構造では中間像付近に非
球面がしばしば用いられる理由である。しかし、本明細
書で考えている投影レンズの場合、高精度でほぼ完全に
正確に作製できる球面を有するレンズを中間像付近に用
いることが好ましいであろう。

【００３０】上記および他の特徴は、請求項だけでな
く、説明および図面でもわかり、個々の特徴は、発明の
実施形態および他の部分のように、単独でも、一部組み
合わせても使用でき、好都合で特許性がある実施形態を
個別に示す。

【００３１】本発明の好適な実施形態の以下の説明で
は、「光学軸」は、関係する光学素子の曲率中心を通る
直線または一連の直線分を指し、光学軸は偏向ミラーま
たは他の反射光学素子の反射面で折れ曲がるであろう。
方向および距離は、関係する像平面か、その平面上に存
在して照射されるべき基板のいずれかの方に向かう場
合、「像側」方向または距離と呼び、関係する物体の方
に延在する光学軸部分に沿った向きである場合、「物
体」方向または距離と呼ぶ。本明細書に示された例の場
合、物体は、集積回路のパターンか、格子などの他のい
ずれかのパターンを付けたマスク（レチクル）のいずれ
かにすることができる。本明細書に示された例の場合、
物体の像が、基板として機能するフォトレジスト層で被
覆したウェハ上に投影されるが、液晶ディスプレイの構
成部品または光学格子用の基板などの他の形式の基板を
用いることもできる。

【００３２】

【実施例】本発明の実施例を説明する。

【００３３】以下の説明では、わかりやすくするため
に、本発明のさまざまな実施形態の同一または同等特徴
に同一参照番号を付けて示す。

【００３４】第１実施形態に基づいた反射屈折縮小レン
ズ（１）の一般的な構造が図１に示されており、物体平
面（２）上に配置されたレチクルなどの上のパターンの
縮小像、たとえば長さ寸法を１／４倍に縮小した像を像
平面（４）上に投影する一方、１つの中間実像（３）を
生成することができる。レンズ（１）は、物体平面
（２）および像平面（３）間に配置されて凹面鏡（６）
およびビーム偏向装置（７）を含む反射屈折第１部分
（５）と、ビーム偏向装置の後に続いて屈折光学素子だ
けを含む屈折第２部分（８）とを有する。ビーム偏向装
置（７）は、反射プリズムの形に構成されており、物体
平面（２）から送られた放射光を凹面鏡の方へ偏向させ
る第１平面的反射面（９）と、結像凹面鏡（６）によっ
て反射された放射光を第２部分（８）の方へ偏向する第
２平面的反射面（１０）とを有する。反射面（１０）
は、反射屈折部分（５）の最終反射面およびビーム偏向
装置（７）の最終反射表面の両方を表す。放射光を凹面
鏡（６）へ偏向するための第１反射面（９）は必要であ
るが、第２反射面（１０）は省略してもよく、その場
合、他の偏向鏡を用いなければ、物体平面および像平面
が互いにほぼ直角をなすであろう。図４からわかるよう
に、屈折部分の区域内で光学列を折り曲げることもでき
る。

【００３５】図１からわかるように、照射系（図示せ
ず）から送られた光は、物体平面（２）の像平面と反対
の側から投影レンズに入り、最初に物体平面上に配置さ
れたマスクを通過する。このマスクが透過した光は次
に、凸形の入口表面を有して物体平面（２）とビーム偏
向装置（７）との間に配置された収束レンズ（１１）を
通ってから、ビーム偏向装置（７）の折り曲げ鏡（９）
によって、凹面鏡（６）と、それの直前に位置してそれ
ぞれの表面が凹面鏡（６）の前面側に湾曲した１対の発
散レンズ（１３、１４）とを含む鏡群（１２）の方へ偏
向され、折り曲げ鏡（９）は先行部分の光学軸（１５）
に対して、それに投射された光を９０°より大きい角
度、たとえば、１００°だけ偏向するように選択され
た、４５°以外の角度で傾斜している。凹面鏡（６）に
よって反射され、発散レンズ対（１３、１４）を２度に
わたって通過してビーム偏向装置（７）に戻った光は、
ビーム偏向装置（７）の第２折り曲げ鏡（１０）によっ
て屈折第２部分（８）の方へ反射されるであろう。第２
部分の光学軸（１６）は、入口部分の光学軸（１５）に
平行であり、したがって、物体平面（２）および像平面
（３）を互いに平行な向きにすることができ、これによ
ってスキャナの操作が簡単になるであろう。

【００３６】第２部分（８）の特別な特徴は、第２折り
曲げ鏡（１０）から後方に一定距離を置いて第１レンズ
（１７）が設けられ、図示の例の場合、これが両凹収束
レンズの形をしており、その正の屈折力が中間実像
（３）の生成に寄与することである。本実施形態では、
中間像は、像側で第１レンズ（１７）から後方に一定距
離を置いた位置にあり、そのため、仮想平面（１８）で
表されている近軸中間像は、広がった周縁光線によって
生成される中間像（１９）より第１レンズ（１７）の球
面出口表面に近い位置にある。

【００３７】第２部分（８）の、中間像（３）より後方
の後部レンズ群（２０）が、中間像（３）を像平面
（４）上に結像する。この群（２０）の、中間像（３）
に最も近い位置にあるレンズ（２１）は、収束メニスカ
スレンズの形をして、その湾曲表面が物体平面側に湾曲
し、中間像（３）からの距離が、中間像と第２部分
（８）の第１レンズ（１７）との間の距離より大きい。
このレンズ（２１）に別の収束メニスカスレンズ（２
２）が続き、その湾曲表面も物体平面側に湾曲して中間
像から遠く離れた位置にあり、このレンズ（２２）に続
いて、湾曲表面が物体平面側に湾曲している湾曲メニス
カスレンズ（２３）と、両凹発散レンズ（２４）と、両
凸収束レンズ（２５）とがそれから軸方向に距離を置い
て配置されている。これらのレンズに続いて、湾曲表面
が物体平面側に湾曲してわずかな負の屈折力を有する収
束メニスカスレンズ（２６）が設けられ、これに続いて
両凸収束レンズ（２７）が設けられている。これらのレ
ンズ（２６、２７）の間に、湾曲表面が物体平面側に湾
曲したメニスカス形空気空間（３７）が設けられてい
る。光学列においてこれらのレンズに続く、正の屈折力
を有して湾曲表面が物体平面側に湾曲した別のメニスカ
スレンズ（２８）の直ぐ後方に、容易に接近可能な光学
系ストップ（２９）が配置され、このストップ（２９）
付近の空気空間（３７）が光学列においてそれの前方に
位置している。ストップ（２９）に続いて、湾曲表面が
像平面に面している発散メニスカスレンズ（３０）が設
けられ、それに続いて両凸収束レンズ（３１）と、正の
屈折力を有して湾曲表面が物体平面側に湾曲したメニス
カスレンズ（３２）と、厚い両凸収束レンズ（３３）
と、透過ビームを集束して平面（４）上に配置されたウ
ェハの方に向ける別の小径の両凸収束レンズ（３４）と
が設けられている。ウェハに最も近い光学素子は、平行
平面端板（３５）である。

【００３８】後掲の表１は、関係する設計仕様を表にま
とめたものであり、最も左側の欄は、関係する屈折、反
射または他の指定表面Ｆの番号を示し、第２欄は、その
表面の半径ｒ（ｍｍ）を示し、第３欄は、関係する表面
とその次の表面との間の距離ｄ（ｍｍ）、すなわち「厚
さ」と呼ぶパラメータを示し、第４欄は、入口面に続く
光学素子を形成するために使用される材料の屈折率、す
なわち、「屈折率」と呼ぶパラメータを示す。表の第５
欄は、反射表面を示すために使用され、これは記号「Ｒ
ＥＦＬ」で識別される。関係するレンズの物体平面から
像平面まで測定した全長Ｌは約１，２５０ｍｍである。

【００３９】この特定の実施形態の場合、表面のうちの
８個、すなわち、表面Ｆ７と表面Ｆ１３、Ｆ２０、Ｆ２
２、Ｆ２９、Ｆ３０、Ｆ３６、Ｆ３９およびＦ４５は非
球面である。図面において、非球面には線影が付けられ
ている。表２は、これらの非球面に関連したデータを示
し、これから等式：ｐ（ｈ）＝［（（１／ｒ）ｈ²）／（１＋ＳＱＲＴ（１
−（１＋Ｋ）（１／ｒ²）ｈ²））＋Ｃ１・ｈ⁴−Ｃ２・
ｈ⁶＋・・・を使用してそれらを計算することができる。但し、ｒは
それらの局部曲率半径であり、ｈはそれらの光学軸から
それらの表面上の点までの距離である。したがって、ｐ
（ｈ）は、問題の表面の変曲点からｚ方向に沿った、す
なわち、それらの光学軸に沿ったその点の半径方向変位
量を表す。定数Ｋ、Ｃ１、Ｃ２などが表２に示されてい
る。

【００４０】これらのデータを使用して再現することが
できる光学系（１）は、約１５７ｎｍの作動波長で使用
するように設計されており、この波長では、関係するす
べてのレンズを作製するために用いられたフッ化カルシ
ウムの屈折率ｎが１．５５８４１である。それの像側の
開口数ＮＡは０．８０である。この光学系は、２２ｍｍ
×７ｍｍの視野を有するように設計されており、二重テ
レセントリックである。

【００４１】この光学系の作動およびそれの好都合な特
徴の幾つかを以下にさらに詳細に説明する。反射屈折部
分（５）の弱収束第１レンズ（１１）は、それの凹面鏡
（６）までの距離にほぼ等しい焦点距離を有する。した
がって、凹面鏡は、光学系のひとみ付近に位置し、比較
的小さい直径を有することができるため、それの作製が
簡単になるであろう。その部分の第１偏向鏡（９）で光
路が９０度を超える角度で折れ曲がることは、レンズの
全幅にわたる大きい作動距離を与えることから、好都合
である。凹面鏡（６）の直前の対の発散メニスカスレン
ズ（１３、１４）は、長手方向色収差ＣＨＬを補正す
る。この特定の実施形態の場合、反射屈折部分（５）の
光が２度にわたって通過する部分内に２つのレンズ（１
３、１４）だけが配置されていることは、その部分に位
置するすべてのレンズが、補正用に余分な許容量を設け
なければ、透過率や波面ひずみなどに二重効果を有する
ため、好都合であろう。

【００４２】特に注目すべき特徴は、最終の光学的有効
表面が偏向鏡（１０）である反射屈折部分（５）が、光
学系の全体縮小率に寄与しないか、それにわずかに寄与
するだけであることである。本明細書に示された実施形
態では、反射屈折部分は、｜β_M｜＝０．９９で与えら
れる倍率β_Mを有し、これは、光学系の中間像（３）が
光学列の最終偏向鏡（１０）から下流に長い距離（中間
像距離）を置いた位置に生成されることに大きく寄与
し、これによって、第２偏向鏡（１０）に投射される放
射強度が従来技術によるものより大きい面積全体に比較
的均一に分布する、すなわち、この偏向鏡（１０）また
は光学系のビーム偏向装置（７）付近の不均一な加熱に
よる結像エラーが減少するか、完全になくなるという別
の利点が得られる。本明細書では中間像距離が、第２偏
向鏡（１０）が光学軸と交差する点で光学軸（１６）に
直交する表面に投射されるビームの直径が、主凹面鏡
（６）の直径の約１７％〜約１８％になるように選択さ
れている。

【００４３】中間像は偏向鏡（１０）上またはそのすぐ
近くに位置しないため、偏向鏡（１０）の反射面を作製
する際のわずかな誤差は、光学系の平面（４）に結像さ
れないか、そこでぼけるかのいずれかであり、したがっ
てその平面（４）上に配置されたウェハ上に投影された
像に悪影響を与えないため、それらは容易に許容される
であろう。最終反射面（１０）は比較的均一分布した放
射強度だけを受けて、それのわずかな誤差は許容可能で
あるため、投影レンズ（１）の結像性能は、連続作動で
何年も使用した後でも、鏡（１０）の（被覆）表面の劣
化による影響を受けないであろう。

【００４４】反射屈折部分（５）の最終反射面（１０）
と光学列でそれに続く中間像（３）との間の軸方向距離
が、本発明の図示の実施形態および他のすべての実施形
態において、長いため、光学列において反射屈折部分に
続く屈折部分（８）の少なくとも１つのレンズを最終反
射面（１０）と中間像（３）との間に配置することがで
きる。本図示例の実施形態の場合、そのレンズは両凸レ
ンズ（１７）であり、その正の屈折力が中間像（３）の
生成に寄与する。鏡（１０）と中間像との間の領域に十
分に高い屈折力を組み込むことによって、光学列におい
て中間像（３）の後に続くレンズの直径を小さくするこ
とができ、これによって、作製に必要な材料の量を減少
できるように屈折部分を構成することが容易になる。第
１レンズ（１７）をハーフレンズの形に作製すれば、材
料の節約を実現する１つの機会が生まれるであろうし、
その表面のほぼ半分だけが光学的に使用されるので、本
例ではそれが可能であろう。

【００４５】本発明は、中間像を取り囲むレンズ（１
７、２１）が互いに適切かつ特別な方法で適合できるよ
うになることによって、少なくとも１つの中間像を有す
る反射屈折投影レンズを、非対称レンズ加熱の悪影響と
の関係において最適化することができる。中間像（３）
の前方の物体側に位置する第１レンズ（１７）は「前方
中間像レンズ」とも呼ばれ、中間像の後に続くメニスカ
スレンズ（２１）は「後方中間像レンズ」とも呼ばれ
る。中間像レンズ（１７、２１）は、これらのレンズの
加熱によるコマなどの結像エラーへの寄与を部分的に補
償するか、ほぼ完全に補償するように、中間像（３）に
対して対称的に配置されなければならず、中間像レンズ
の第１レンズ（１７）が、いわば、熱誘発結像エラーを
事前把握し、その結像エラーが、光学列においてそれに
続く、やはり加熱を受ける第２中間像レンズ（２１）に
よって補償される。例示として本明細書に記載された軸
外し光学系の場合、中間像（３）付近に位置するレンズ
は、極めて非対称的に照射されるため、非常に非対称的
な加熱効果を受けるであろう。その効果が、ウェハに投
影された像に生じる補正不可のゆがみおよびコマの主な
原因である。しかし、例示として本明細書に記載された
反射屈折光学系の場合、レンズ加熱による結像エラーが
結像性能を制限する可能性があることにこの際に注意さ
れたい。

【００４６】レンズ（１７、２１）が、上記のように中
間像（３）の周囲に対称配置される場合、前方および後
方中間像レンズ（１７、２１）での視野ビームの上下の
周縁光線の高さ比、すなわち、光学軸（１６）からの距
離がほぼ逆になるように配置することができ、それによ
って、後方中間像レンズ（２１）を使用して前方中間像
レンズ（１７）の非対称的加熱による影響を部分的また
は完全に補償することができる。

【００４７】非対称レンズ加熱効果の補償に関連して以
上に述べた対称性は、一般的には幾何学的対称、たとえ
ば、中間像（３）の平面上での反射に関する対称性と同
等ではなく、このことは、図１に示された実施形態の配
置から明らかであり、図１では、中間像と前方中間像レ
ンズ（１７）の球面出口表面との間の距離が、それと後
方中間像レンズ（２１）の非球面入口表面との間の距離
より短い。

【００４８】第２部分（８）内に配置されたレンズ（１
７〜３５）のうちの、後方レンズ群（２０）内に位置す
るものだけ、すなわち、レンズ（１７）だけを除いたそ
れらのレンズのすべてが、ウェハの平面（４）上への中
間像の結像に寄与する。レンズは、中間像の結像エラー
を、十分な補正状態がウェハの平面（４）で得られる程
度まで補正するのに適するようにして組み合わされてい
る。後方レンズ群（２０）内に位置するレンズのうち
で、中間像に最も近いレンズ（２１）はその群のなかで
特別な役割を果たすのは、そのレンズの非対称加熱によ
る結像エラーが中間像の前方に位置するレンズ（１７）
によって少なくとも部分的に補償されるからであり、こ
のレンズ（１７）が熱誘発ひずみを事前把握し、このひ
ずみは後方中間像レンズ（２１）を透過する時に除去さ
れるであろう。

【００４９】図２は、別の実施形態の断面図を示し、そ
れの詳細な仕様（それの非対称表面を定めるデータ）が
表３および４に示されている。この特殊な縮小レンズ
（１）は、やはり約１５７ｎｍの作動波長用に設計され
ており、図１に示されたものと同様な基本的配置を有
し、やはり開口数ＮＡは０．８０である。ここで用いら
れる参照番号は、図１に示された対応のレンズまたはレ
ンズ群に割り当てられたものと同一である。しかし、こ
の構造と図１のものとの１つの大きな違いは、ビームス
プリッタ（７）に面する両凸収束レンズ（４２）と鏡群
（１２）に面する両凹発散レンズ（４３）とを含む中間
レンズ群（４１）が、光学列の光が２度にわたって通過
する部分内の、ビームスプリッタ（７）と鏡群（１２）
とのほぼ中間に配置されている点である。中間レンズ群
（４１）の屈折力の増加は、鏡群（１２）の直径に好影
響を与え、それを小さくすることができる。後方中間像
レンズ（２１）に加えて、中間像付近に発散レンズ（４
４）が配置されている。

【００５０】図１に示された実施形態とは異なって、中
間像（３）に面する前方中間像レンズ（１７）と物体平
面に面する後方中間像レンズ（２１）の凸入口表面の両
方が球面であり、これによって中間像付近に位置するこ
れらの表面の両方を非常に正確に形成することができ、
このため、表面凹凸または残留微細粗さなどの作製エラ
ーによる結像エラーが最小限に抑えられるであろう。

【００５１】本発明による実施形態の場合、中間像での
長手方向球面収差（ＳＡＬ）が小さいことが好都合あろ
う。本明細書で関係する約１，２５０ｍｍの一般的な全
長Ｌの場合、ＳＡＬ／Ｌの比が約０．０２５を大幅に超
えることがないようにするために、ＳＡＬは約３０ｍｍ
を超えず、せいぜい約２０ｍｍである必要がある。その
ような状態では、図３に基づいてさらに詳細に説明する
ように、関係する中間像距離が大きいにも係わらず、補
正する必要がある像面の湾曲を小さく抑えることがで
き、図３は、図１に示されたビームスプリッタプリズム
（７）付近を概略的に示し、前方中間像レンズ（１７）
だけが概略的に示されている。実線は、凹面鏡から送ら
れた、光学軸に近いビーム（４５）を表し、低ＳＡＬの
場合、ビームは近軸中間像の平面（１８）上に周縁光線
中間像（４６）を生成するであろう。ビームは、光学軸
（１６）に最も近い周縁光線（４７）がほぼ全面的にビ
ームスプリッタプリズムの第２表面（１０）に当たっ
て、口径食のない結像が得られるようにする経路を通
る。ＳＡＬが大きい場合、口径食のない結像は、物体フ
ィールド（４８）および関連の中間像（４６’）が、移
動ビーム（４５’）で表される点線で示されたように、
ビームを光学軸（１６）からさらに遠くへ移動させた場
合に、その他が同一の状態において達成されるだけであ
り、周縁光線中間像（４６’）は近軸中間像の平面（１
８）から一定距離だけ後方に形成される。ビーム発散が
一定のままであるとすると、光学軸（１６）に最も近い
周縁光線（４７）の位置は、ビーム（４５）の場合と較
べて事実上は変化していないが、光学軸から最も遠い周
縁光線（４９）はそれからさらに遠く離れるであろう。
中間像（４６）と光学軸（１６）との間の距離、すなわ
ち、近軸中間像の平面（１８）と周縁光線中間像（４
６）との間の距離は、ＳＡＬの減少に伴って段階的に減
少することがわかるであろう。同様のことが物体フィー
ルドの場合にも当てはまり、それが、低球面収差が、補
正を必要とする像面湾曲を小さく抑えるのに役立つ理由
である。

【００５２】本発明のさまざまな変更例が実現可能であ
るが、そのいずれも本明細書には示されていない。たと
えば、ビーム偏向装置（７）の折り曲げ鏡（９、１０）
の代わりに、必要ならば、異なった向きの個別の折り曲
げ鏡を用いてもよい。低開口数のレンズおよび／または
残りの光学素子を収容する構造体にほぼ直交する主鏡
（６）を収容するサイドアームを備えたレンズの場合、
反射被膜を備えた鏡の代わりに、偏向プリズムなどの内
表面の高反射率面を用いてもよい。また、１対の高反射
率偏向鏡（９、１０）を備えたビーム偏向装置（７）の
代わりに、立体ビームスプリッタ、たとえば、入射した
放射光を部分的に反射し、部分的に透過する単一のビー
ム分割表面を有するビームスプリッタキューブを用いる
こともできる。これはまた、部分的に透過する鏡に代え
てもよいが、偏向ビームスプリッタが好ましいであろ
う。関係する反射面は、中間像の前方の最終反射面を表
すであろう。

【００５３】本発明による投影レンズを構成する別の好
都合な例が、図４に示されている。基本的な配置、すな
わち、それに示された投影レンズ（１）の関係するレン
ズの種類、それらの数、曲率半径、関係する空気空間な
どは図１に示された実施形態のものと同一であるが（表
１および２を参照）、ここで用いられている配置の形式
のために必要となるビーム偏向装置（７）は、単一の平
面偏向鏡（９）を有するだけである。この形式の配置の
場合にレチクルの平面（２）とウェハの平面（４）とを
平行な向きにするために、第２偏向鏡（１０）が、光学
列において中間像（３）の後方位置で、第２屈折部分
（８）内の比較的広い間隔を置いたレンズ（２１、２
２）の間に配置されている。偏向鏡（１０）が中間像
（３）の後方に配置されているので、それはビーム偏向
装置（７）の一部を形成しておらず、この場合にはビー
ム偏向装置（７）の最終反射面が屈折鏡（９）である。
この形式の構造の場合、物体平面（２）から送られた光
はまず、結像凹面鏡（６）に当たり、それが光をビーム
偏向装置（７）の唯一の偏向鏡（９）に向けて反射す
る。最終偏向鏡（９）に投射された収束ビームは、屈折
して第２屈折部分（８）へ送られ、一体形偏向鏡（１
０）によって直角に曲げられる。偏向鏡（９）と、他の
実施例の場合とまったく同様に、偏向鏡から遠く離れた
位置にある中間像（３）との間に、第２部分のレンズ
（１７）が配置されている。図１に示された実施形態の
利点のすべてが持続される。

【００５４】本明細書に示した実施形態の場合、透過性
光学素子のすべてが同一材料で、すなわち、フッ化カル
シウムで作製されている。しかし、関係する作動波長を
透過する他の材料、特に冒頭で述べた結晶性フッ化物材
料も使用することができる。必要ならば、色収差の補正
などのために、少なくとも１つの別の材料を用いてもよ
い。本発明の利点はもちろん、紫外線スペクトル領域に
入る他の作動波長、たとえば、２４８ｎｍまたは１９３
ｎｍで使用する予定の光学系にも適用することができ
る。本明細書に示した実施形態の場合、すべてのレンズ
を作製するために単一材料を用いるので、上記構造を他
の波長で使用できるように適応させることは、光学分野
の専門家には簡単なことであろう。特にもっと長い波長
で使用する予定の光学系の場合、光学素子の一部または
すべてを作製するために、合成石英ガラスなどの他のレ
ンズ材料を使用してもよい。

【００５５】本発明による投影レンズは、適当なマイク
ロ平版印刷投影用照射系、たとえば、ウェハステッパま
たはウェハスキャナなどに用いてもよい。図５は、帯域
幅を狭めるための関連装置（５２）を備えたレーザ光源
（５１）を有するウェハスキャナ（５０）を概略的に示
している。照射系（５３）は、光学列においてそれに続
く投影レンズ（１）のテレセントリック要件に適合させ
た、明確に定められて非常に均一に照明された大きい像
フィールドを生成する。そのような照射系（５３）は、
照射モードを選択するための装置を備えて、たとえば、
高度コヒーレンスの従来型照射、環状照射および双極ま
たは４重極照射間で切り換えることができる。照射系に
続いて、マスク（５５）の保持および操作を行う装置
（５４）が設けられており、マスク（５５）が投影レン
ズ（１）の平面（２）に位置して、光学系がスキャナモ
ードで作動する時、その平面上で並進できるようにす
る。したがって、ここで説明したウェハスキャナの場
合、装置（５４）はマスク用のスキャナ駆動装置を組み
込んでいる。

【００５６】マスクの平面（２）に続いて投影レンズ
（１）が位置し、これはマスクの縮小像を、投影レンズ
（１）の像平面（４）上に配置されているフォトレジス
ト層被覆ウェハ（５６）上に投影する。ウェハ（５６）
は、ウェハをマスクと同期状態で並進させるためにスキ
ャナ駆動装置を含む装置（５７）によって所定位置に保
持される。これらの光学系はすべて、コントローラ（５
８）によって制御される。そのような光学系の構造は周
知であって、ここではさらに詳細に説明しない。

【００５７】

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の長手方向断面図であ
る。

【図２】本発明の第２実施形態の長手方向断面図であ
る。

【図３】図１に示されたビーム偏向装置付近の拡大図で
ある。

【図４】図１に示された実施形態と同様な光学特性と折
り曲げられた第２部分を有する本発明の別の実施形態の
長手方向断面図である。

【図５】本発明に従ったマイクロ平版印刷投影用照射系
の実施形態である。

【符号の説明】

１反射屈折縮小レンズ２物体平面４像平面５反射屈折第１部分６凹面鏡７ビーム偏向装置８屈折第２部分１１収束レンズ１２鏡群１３、１４発散レンズ１６光学軸１７、２１中間像レンズ１８仮想平面１９中間像２２、２６収束メニスカスレンズ２３湾曲メニスカスレンズ２４両凹発散レンズ２５、２７、３１、３３、３４、４２両凸収束レンズ３０発散メニスカスレンズ３５平行平面端板３７メニスカス形空気空間４１中間レンズ群４５ビーム４６周縁光線中間像４７周縁光線４８物体フィールド５０ウェハスキャナ５１レーザ光源５３照射系５５マスク５８コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ヘルムートバイエールドイツ連邦共和国、 89522 ハイデンハイム、ロベルト・コッホ・ストラッセ 53 Ｆターム(参考） 2H087 KA21 LA01 LA27 NA04 NA08 PA15 PB19 PB20 QA02 QA07 QA12 QA21 QA22 QA26 QA34 QA41 QA45 RA05 RA12 RA13 RA42 TA01 TA04 UA04 5F046 BA03 CB02 CB12 CB25 DA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体平面（２）上に位置するパターンを
像平面（４）上に結像する一方、中間実像（３）を生成
し、凹面鏡（６）およびビーム偏向装置（７）を備えた
反射屈折第１部分（５）を前記物体平面および前記像平
面間に配置し、前記ビーム偏向装置に続いて屈折第２部
分（８）を配置した反射屈折投影レンズであって、前記
反射屈折部分（５）の最終反射面（９、１０）の後から
始まる前記第２部分（８）は、前記最終反射面（９、１
０）と前記中間像（３）との間に配置された少なくとも
１つのレンズ（１７）を有することを特徴とする投影レ
ンズ。
【請求項２】前記中間像（３）は、最も近くの光学素
子（１７）から離れて空の空間内に位置することを特徴
とする請求項１記載の投影レンズ。
【請求項３】前記最終反射面（９、１０）と前記中間
像（３）との間に正の屈折力が準備されていることを特
徴とする先行請求項のいずれかに記載の投影レンズ。
【請求項４】前記反射屈折第１部分（５）は、β_M＞
０．９５の倍率、好ましくは１より大きい倍率（β_M＞
１）を有することを特徴とする先行請求項のいずれかに
記載の投影レンズ。
【請求項５】前記反射屈折第１部分（５）は、Ｌを前
記物体平面（２）および前記像平面（４）間の幾何学的
距離とした時に、前記第１対物アセンブリ（５）の長手
方向球面収差ＳＡＬが、０＜｜ＳＡＬ／Ｌ｜＜０．０２
５の条件を満たすように球面収差の補正が行われること
を特徴とする先行請求項のいずれかに記載の投影レン
ズ。
【請求項６】少なくとも１つのレンズを備えた中間レ
ンズ群（４１）が、前記反射屈折第１部分（５）内にお
いてビームスプリッタと、前記凹面鏡（６）および少な
くとも１つの発散レンズ（１３、１４）を含む鏡群（１
２）との間に配置されており、該中間レンズ群（４１）
は、好ましくは少なくとも１つの収束レンズ（４２）を
含むことを特徴とする先行請求項のいずれかに記載の投
影レンズ。
【請求項７】正の屈折力を有するレンズ（１１）が、
前記物体平面（２）と前記ビーム偏向装置（７）との間
に配置されていることを特徴とする先行請求項のいずれ
かに記載の投影レンズ。
【請求項８】１２０ｎｍ〜約２６０ｎｍの波長範囲に
入る紫外線に、特に約１５７ｎｍまたは約１９３ｎｍの
作動波長に使用するように構成されていることを特徴と
する先行請求項のいずれかに記載の投影レンズ。
【請求項９】先行請求項のいずれかに記載の反射屈折
投影レンズ（１）を含むことを特徴とする、マイクロ平
版印刷に使用される投影用照射系。