JP2005519332A - Refractive projection objective - Google Patents

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Abstract

第１の凸部と、第２の凸部と、両凸部の間に配置される腰部とを備えた、開口数が０.７よりも大きなマイクロリソグラフィーの屈折型投影対物レンズにおいて、第１の凸部は最大径Ｄ１を有し、第２の凸部が最大径Ｄ２を有し、０.８＜Ｄ１／Ｄ２＜１.１である。In a refractive projection objective lens for microlithography having a numerical aperture greater than 0.7, comprising a first convex portion, a second convex portion, and a waist disposed between the convex portions. The convex portion has a maximum diameter D1, the second convex portion has a maximum diameter D2, and 0.8 <D1 / D2 <1.1.

Description

本発明は、光の伝播方向において第１の凸部と、腰部と、第２の凸部から成るマイクロリソグラフィーの屈折型投影対物レンズに関するものである。この種の屈折型投影対物レンズは単一腰部システムとも呼ばれる。   The present invention relates to a refractive projection objective lens for microlithography comprising a first convex portion, a waist portion, and a second convex portion in the light propagation direction. This type of refractive projection objective is also referred to as a single waist system.

この種の単一腰部システムは、たとえばＵＳ６０／１６０７９９、ＥＰ １ ０６１ ３９６Ａ２、ＥＰ １ １３９ １３８ Ａ１、またはＷＯ ０１／２３９３３−ＷＯ ０１／２３９３５から知られている。これらの特許文献からすでに知られていることは、物体側の最初のレンズ、または物体側の最初の２つのレンズが負の屈折力を持っていることである。さらにこれらの特許文献からは、非球面を使用することによって像品質を向上できることが知られている。投影対物レンズで達成可能な解像度は該投影対物レンズの像側の開口数に比例して向上し、さらに露光波長の逆数に比例して向上するので、解像度を向上させるためにできるだけ開口数の大きな投影対物レンズを提供できるよう努力が払われる。   Such a single waist system is known, for example, from US 60/160799, EP 1 061 396 A2, EP 1 139 138 A1, or WO 01 / 23933-WO 01/23935. What is already known from these patent documents is that the first lens on the object side or the first two lenses on the object side have negative refractive power. Furthermore, it is known from these patent documents that the image quality can be improved by using an aspherical surface. The resolution achievable with the projection objective is improved in proportion to the numerical aperture on the image side of the projection objective, and further in proportion to the reciprocal of the exposure wavelength, so that the numerical aperture is as large as possible to improve the resolution. Efforts are made to provide a projection objective.

マイクロリソグラフィーにおいて投影対物レンズに課される要求では、これに加えて、選定した高品質の材料を使用することが必要である。特にフッ化物材料は、最近では必要とする品質に限界があるものしか入手できない。たとえば露光波長が１９３ｎｍの場合、この波長に対し設計された投影対物レンズには、色収差の補正のためにフッ化カルシウムから成るいくつかのレンズが使用される。さらに、ウェハの直前に、圧縮に対しあまり感応しないフッ化カルシウムレンズを使用することが有利である。   In addition to this, the requirements imposed on projection objectives in microlithography require the use of selected high quality materials. In particular, only fluoride materials with limited quality requirements are available recently. For example, if the exposure wavelength is 193 nm, a projection objective designed for this wavelength uses several lenses made of calcium fluoride to correct chromatic aberration. Furthermore, it is advantageous to use a calcium fluoride lens that is not very sensitive to compression just before the wafer.

米国特許第６０／１６０７９９号明細書U.S. Patent No. 60/160799 欧州特許公開第１０６１３９６Ａ２号公報European Patent Publication No. 1061396A2 欧州特許公開第１１３９１３８Ａ１号公報European Patent Publication No. 1139138A1 国際公開第０１／２３９３３号パンフレットInternational Publication No. 01/23933 Pamphlet 国際公開第０１／２３９３４号パンフレットInternational Publication No. 01/23934 Pamphlet 国際公開第０１／２３９３５号パンフレットInternational Publication No. 01/23935 Pamphlet

本発明の課題は、開口数が大きく、しかも材料数を減らすことにより製造コストを低減させた屈折型投影対物レンズを提供することである。   An object of the present invention is to provide a refractive projection objective lens having a large numerical aperture and a reduced manufacturing cost by reducing the number of materials.

これは、特に第２の凸部の最大径を小さくさせることにより達成できる。   This can be achieved especially by reducing the maximum diameter of the second convex portion.

対物レンズの入口領域に発散レンズを配置、特に３つの負のレンズを配置すると、投影対物レンズの長さを短縮することに貢献する。このことは、投影露光装置において投影対物レンズに対し必要なスペースに有利に影響する。さらに、投影対物レンズの長さが短縮すると、使用するレンズの数量も減り、よって使用する材料を減らすことができ、製造コストを低減させることができる。   Arranging a divergent lens in the entrance area of the objective lens, especially the arrangement of three negative lenses, contributes to shortening the length of the projection objective lens. This advantageously affects the space required for the projection objective in the projection exposure apparatus. Furthermore, when the length of the projection objective lens is shortened, the number of lenses to be used is also reduced, so that the material to be used can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.

開口数が大きいことにより投影対物レンズの終端領域に発生する高次の球面収差を補正するには、負の屈折力を有する強く湾曲したメニスカスを、腰部の最も狭くなった狭隘部と絞りとの間で、該絞りのすぐ後ろに配置するのが有利であることが明らかに成った。   To correct higher-order spherical aberration that occurs in the terminal area of the projection objective due to the large numerical aperture, a strongly curved meniscus with negative refractive power is used to connect the narrowest narrow part of the waist and the diaphragm. In the meantime, it has clearly proved to be advantageous to place it immediately behind the diaphragm.

これらのメニスカスは物体側に凸面を有しているのが有利であることが明らかになった。   It became clear that these meniscuses had a convex surface on the object side.

腰部の最も狭くなった狭隘部と絞りとの間に、凸となったレンズ面が互いに対向するように２つのメニスカスを設けるのが有利であることが明らかになった。   It has been found that it is advantageous to provide two meniscuses between the narrowest narrow part of the waist and the diaphragm so that the convex lens surfaces face each other.

さらに、第２の凸部に、システム絞りを配置するための自由領域を設けるのが有利であることが明らかになった。この自由領域を設けることにより、軸線方向に変位可能な絞りを設けることが可能になる。   Furthermore, it has become clear that it is advantageous to provide a free area for placing the system diaphragm on the second convex part. By providing this free region, it is possible to provide a diaphragm that can be displaced in the axial direction.

また、絞りを配置するために設けられるこの種の構造空間の場合、湾曲した絞りも問題なく設けることができる。   Further, in the case of this type of structural space provided for disposing the diaphragm, a curved diaphragm can be provided without any problem.

レンズ面を設けるにあたっては、レンズに入るビームの入射角またはレンズから離れるビームの出射角が６０゜よりも小さいようにレンズ面を選定するのが有利であることが明らかになった。この処置は特にレンズに使用可能なコーティング膜に有利に影響し、或いは、反射防止膜として簡単なコーティング膜を設けることができる。というのは、反射防止膜のようなこの種のコーティング膜の有効性は入射するビームの入射角に依存しているからである。   In providing the lens surface, it has become clear that it is advantageous to select the lens surface such that the incident angle of the beam entering the lens or the exit angle of the beam leaving the lens is less than 60 °. This treatment has an advantageous effect on the coating film that can be used in particular for the lens, or a simple coating film can be provided as an antireflection film. This is because the effectiveness of this type of coating film, such as an antireflection film, depends on the incident angle of the incident beam.

他の有利な処置は他の従属項に記載されている。   Other advantageous measures are described in other dependent claims.

次に、本発明を実施形態に関し詳細に説明する。しかし本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。   Next, the present invention will be described in detail with respect to embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments.

まず、図１を用いてマイクロリソグラフィーの投影露光装置１０１の基本構成について説明する。投影露光装置１０１は照射装置１０３と投影対物レンズ１０５を有している。投影対物レンズ１０５は開口絞り１１９を備えたレンズ装置１２１を含む。レンズ装置１２１により光軸１０７が決定される。照射装置１０３と投影対物レンズ１０５との間にマスクホルダ１１１により光路内に保持されるマスク１０９が配置される。マイクロリソグラフィーに使用されるこの種のマスク１０９はマイクロメーター構造ないしナノメーター構造を有し、投影対物レンズ１０５により或いはレンズ装置１２１によりファクタ１０以下に縮小、特にファクタ４だけ縮小されて結像面１１３に結像される。結像面１１３には基板ホルダ１１７により位置決めされる基板すなわちウェハ１１５が保持される。さらに解像される最小構造は、照射に使用される光の波長と投影対物レンズ５のアパーチャーとに依存しており、投影対物レンズ装置１の達成可能な最大解像度は、波長が短くなるにしたがって、且つ投影対物レンズ５の像側の開口数が増大するに従って上昇する。   First, the basic configuration of a microlithographic projection exposure apparatus 101 will be described with reference to FIG. The projection exposure apparatus 101 has an irradiation apparatus 103 and a projection objective lens 105. The projection objective lens 105 includes a lens device 121 having an aperture stop 119. The optical axis 107 is determined by the lens device 121. A mask 109 held in the optical path by the mask holder 111 is disposed between the irradiation device 103 and the projection objective lens 105. This type of mask 109 used in microlithography has a micrometer structure or a nanometer structure, and is reduced to a factor of 10 or less by the projection objective lens 105 or the lens device 121, particularly reduced by a factor of 4 to form the image plane 113. Is imaged. A substrate positioned by the substrate holder 117, that is, the wafer 115 is held on the imaging surface 113. Furthermore, the minimum structure to be resolved depends on the wavelength of the light used for irradiation and the aperture of the projection objective 5, and the maximum achievable resolution of the projection objective 1 is as the wavelength decreases. And increases as the numerical aperture on the image side of the projection objective 5 increases.

図２ないし図５に、投影対物レンズ１０５の可能なレンズ装置１２１が詳細に図示されている。図示したこれらのレンズ装置１２１はレイアウトとも呼ばれるもので、像側の開口数は０.８５または０.９である。図２ないし図４および図６ないし図９に図示したレイアウトは１９３ｎｍの照射波長に対して設計されている。図５に図示した投影対物レンズは１５７ｎｍの照射波長に対し設計されている。これらすべてのレイアウトに共通することは、発生する収差を非常に小さく、したがって７０ｎｍ以下の構造幅を解像できることである。この場合、一方では波面収差は照射に使用する光の波長の５／１０００よりも小さく、他方では歪曲収差は１ｎｍよりも小さい。縦色収差は３８０ｎｍ／ｐｍよりも小さい。このように像を高度に修正する２６×１０.５ｍｍ2の広いフィールドサイズにより、リソグラフィーでの効果的な使用が可能になる。このようなレンズ装置を備えたこの投影対物レンズは、上記フィールドサイズまたはフィールドフォーマットの構成により、特にリソグラフィー走査装置での使用に適している。 FIGS. 2 to 5 show in detail the lens device 121 possible for the projection objective 105. These illustrated lens devices 121 are also called layouts, and the numerical aperture on the image side is 0.85 or 0.9. The layouts illustrated in FIGS. 2-4 and 6-9 are designed for an irradiation wavelength of 193 nm. The projection objective shown in FIG. 5 is designed for an irradiation wavelength of 157 nm. Common to all these layouts is that the aberrations that occur are very small and therefore a structure width of 70 nm or less can be resolved. In this case, on the one hand, the wavefront aberration is smaller than 5/1000 of the wavelength of the light used for irradiation, and on the other hand, the distortion is smaller than 1 nm. Longitudinal chromatic aberration is smaller than 380 nm / pm. This wide field size of 26 × 10.5 mm 2 that highly modifies the image allows for effective use in lithography. This projection objective with such a lens arrangement is particularly suitable for use in a lithographic scanning apparatus due to the field size or field format configuration.

図２ないし図９に図示したレンズ装置１２１の優れた光学特性に立ち入る前に、このレンズ装置１２１の基本構成をより詳細に説明する。レンズ装置１２１は光束の伝播方向において第１の凸部１２３と、腰部１２５と、第２の凸部１２７とを有している。腰部１２５は狭くくびれた狭隘部１２９を有し、第２の凸部にはシステム絞り１１９が配置されている。   Before going into the excellent optical characteristics of the lens device 121 shown in FIGS. 2 to 9, the basic configuration of the lens device 121 will be described in more detail. The lens device 121 includes a first convex portion 123, a waist portion 125, and a second convex portion 127 in the propagation direction of the light beam. The waist portion 125 has a narrowed narrow portion 129, and a system aperture 119 is disposed on the second convex portion.

このレンズ装置は５つのレンズ群ＬＧ１−ＬＧ５に区分することができる。第１のレンズ群ＬＧ１はレンズ面２−７を備えた３つの負のレンズを含んでいる。最初の２つの負のレンズは物体のほうへ湾曲しているのが有利である。この第１のレンズ群には第２のレンズ群ＬＧ２が続いている。第２のレンズ群ＬＧ２は正の屈折力を有し、第１の凸部で最大の径をもっているレンズがこの第２のレンズ群の中に配置されている。この第２のレンズ群ＬＧ２は正の屈折力のレンズのみを含んでいるのが有利である。   This lens device can be divided into five lens groups LG1 to LG5. The first lens group LG1 includes three negative lenses having lens surfaces 2-7. The first two negative lenses are advantageously curved towards the object. This first lens group is followed by a second lens group LG2. The second lens group LG2 has a positive refractive power, and a lens having the maximum diameter at the first convex portion is arranged in the second lens group. This second lens group LG2 advantageously contains only lenses with a positive refractive power.

上記第２のレンズ群ＬＧ２には、負の屈折力を有する第３のレンズ群ＬＧ３が続いている。この第３のレンズ群ＬＧ３は負の屈折力の、連続する少なくとも３つのレンズを含んでいる。この第３のレンズ群ＬＧ３には、正の屈折力を有する第４のレンズ群ＬＧ４が続いている。第４のレンズ群ＬＧ４は前記絞りの前で終わっている。   The second lens group LG2 is followed by a third lens group LG3 having negative refractive power. The third lens group LG3 includes at least three consecutive lenses having a negative refractive power. The third lens group LG3 is followed by a fourth lens group LG4 having a positive refractive power. The fourth lens group LG4 ends before the stop.

前記システム絞り１１９の後に配置されているレンズにより第５のレンズ群ＬＧ５が形成される。第５のレンズ群ＬＧ５も正の屈折力を有している。この第５のレンズ群ＬＧ５は、第２の凸部で最大の径をもっているレンズを含んでいる。この径をＤ２と記すことにする。   A fifth lens group LG5 is formed by the lens disposed after the system diaphragm 119. The fifth lens group LG5 also has a positive refractive power. The fifth lens group LG5 includes a lens having the maximum diameter at the second convex portion. This diameter is denoted as D2.

これらの例はすべて波面補正に優れている点を特徴としている。発生する像収差は波長の５／１０００よりも小さな値に補正される。メインビームの歪曲収差は１ｎｍよりも小さな値に補正される。   These examples are all characterized by excellent wavefront correction. The generated image aberration is corrected to a value smaller than 5/1000 of the wavelength. The distortion of the main beam is corrected to a value smaller than 1 nm.

屈折力分布の有利な効果は非球面を使用することにより増幅させることができる。第１のレンズ群ＬＧ１の発散レンズの２つの非球面部は、主に最も外側のフィールドポイントのメインビームの歪曲収差と物体側および像側のテレセントリーとを補正するために用いる。   The advantageous effect of the refractive power distribution can be amplified by using an aspheric surface. The two aspherical portions of the diverging lens of the first lens group LG1 are mainly used for correcting distortion of the main beam at the outermost field point and telecentries on the object side and image side.

第３のレンズ群ＬＧ３は、凸側がマスク１０９に対向するように配置された発散性の弱いメニスカスをもって始まっている。このメニスカスに、正の屈折力を持ったレンズと、発散性の強い少なくとも２つの両凹レンズとが続いている。第２のレンズ群ＬＧ２に非球面部を設ける場合には、これら非球面部はウェハ側の凹面に設ける。比較的高いレベルの球面収差とコマ収差とを補正するには、レンズ群ＬＧ４とＬＧ５に或いは絞りの前後の第２の凸部の最大径部付近にそれぞれ少なくとも１つの非球面部を配置する。凸部と腰部の間で、第４のレンズ群ＬＧ４内に、少なくも１つの発散性メニスカスが配置されている。有利な実施形態（図２と図３）では、この少なくとも１つの発散性メニスカスはウェハ側に凹面を有し、したがって絞りのすぐ後に続いている発散性メニスカスと同様の形状を有している。   The third lens group LG3 starts with a weakly divergent meniscus disposed so that the convex side faces the mask 109. This meniscus is followed by a lens with positive refractive power and at least two biconcave lenses with strong divergence. When providing the second lens group LG2 with an aspheric surface, these aspheric surfaces are provided on the concave surface on the wafer side. In order to correct relatively high levels of spherical aberration and coma, at least one aspheric surface is disposed in each of the lens groups LG4 and LG5 or in the vicinity of the maximum diameter of the second convex portion before and after the stop. Between the convex part and the waist part, at least one divergent meniscus is arranged in the fourth lens group LG4. In an advantageous embodiment (FIGS. 2 and 3), the at least one divergent meniscus has a concave surface on the wafer side and thus has a shape similar to the divergent meniscus immediately following the iris.

図２ａ−２ｃから図５ａ−５ｃまでは、球面収差を表わす曲線と、非点収差を表わす曲線と、波面の２乗平均平方根値の指数を表す曲線とを用いて補正状態をそれぞれの実施例ごとに示したものである。波面の平均平方変形値に相当している２乗平均平方根値は次のように決定することができる。   FIGS. 2a-2c to 5a-5c show examples of correction states using a curve representing spherical aberration, a curve representing astigmatism, and a curve representing the exponent of the root mean square value of the wavefront. It is shown for each. The root mean square value corresponding to the mean square deformation value of the wavefront can be determined as follows.

Figure 2005519332
Figure 2005519332

Ｗは波面収差、尖った括弧〈〉は平均値を形成するためのオペランドである。   W is a wavefront aberration, and pointed brackets <> are operands for forming an average value.

縦色収差ＣＨＬは次のように決定される。   The longitudinal chromatic aberration CHL is determined as follows.

Figure 2005519332
Figure 2005519332

縦色収差ＣＨＬを表１に示した。ｓ’は最後の面以後の実際の像距離である。λ１とλ２は参照波長である。ＣＨＬはｎｍ／ｐｍで記載されている。   The longitudinal chromatic aberration CHL is shown in Table 1. s' is the actual image distance after the last surface. λ1 and λ2 are reference wavelengths. CHL is described in nm / pm.

単一腰部システムの選択は、色収差の発生に有利な影響を与える。色収差は、たとえばＷＯ ０１／２３９３５号パンフレットのように、少なくとも２つの材料を使用することにより補正するのが通常であり、たとえばＳｉＯ２とＣａＦ２の１９３ｎｍの波長で補正される。   The choice of a single lumbar system has a beneficial effect on the occurrence of chromatic aberration. Chromatic aberration is usually corrected by using at least two materials as in WO 01/23935, for example, corrected at a wavelength of 193 nm of SiO2 and CaF2.

これに対して、図２ないし図９に図示した実施形態では、ただ１つの材料だけが使用される。この場合、最も狭い狭隘部の近くにメニスカスを配置することにより、色収差に関し優れた像品質を達成することができた。この像品質は縦色収差すなわち「アキシアルカラー」が３８５ｎｍ／ｐｍよりも小さいことを特徴としている。倍率色収差すなわち「ラテラルカラー」は０.８ｐｐｍ／ｐｍよりも小さく、これは優れた値であり、像縁における１１ｎｍ／ｐｍの倍率色収差に相当している。なお、ｐｐｍはparts per millionである。   In contrast, in the embodiment illustrated in FIGS. 2-9, only one material is used. In this case, by arranging the meniscus near the narrowest narrow part, it was possible to achieve an excellent image quality with respect to chromatic aberration. This image quality is characterized by longitudinal chromatic aberration or “axial color” being less than 385 nm / pm. The chromatic aberration of magnification or “lateral color” is less than 0.8 ppm / pm, which is an excellent value and corresponds to a chromatic aberration of magnification of 11 nm / pm at the image edge. Ppm is parts per million.

色収差補正のため、および／または、高エネルギー密度の発生個所での圧縮・希薄化作用を回避するため、場合によっては第２の材料を使用してもよい。圧縮・希薄化作用とは、大きなエネルギー密度の領域における、材料に依存した屈折率の変化である。   In some cases, a second material may be used for chromatic aberration correction and / or to avoid compression / dilution at the location where high energy density is generated. The compression / dilution action is a change in refractive index depending on the material in a region of a large energy density.

色収差に関する優れた像品質は両凸部の形によってかなり支援される。第１の凸部Ｄ１の最大径と第２の凸部Ｄ２の最大径との比率は０.８＜Ｄ１／Ｄ２＜１.１有利には０.８＜Ｄ１／Ｄ２＜１.０の条件を満たす。   Excellent image quality with respect to chromatic aberration is supported considerably by the shape of the biconvex portions. The ratio of the maximum diameter of the first protrusion D1 to the maximum diameter of the second protrusion D2 is 0.8 <D1 / D2 <1.1, preferably 0.8 <D1 / D2 <1.0. Meet.

本実施形態においては、すべてのレンズ装置１２１は少なくとも０.８５の開口数を有している。しかし、像側で開口数がより小さくなっているようなレンズ装置にこの特殊な配置構成を使用することにより、像品質を低下させずにより大きなフィールドを提供させたり、或いは、実施例を用いて提示した等級に関し像品質をさらに改善させたり、或いは、非球面部の使用を制限することももちろん可能である。本発明によるレイアウトは、開口数が大きいにもかかわらずビーム偏向が少ないこと、すなわちほとんどの面で放射角が小さいことを特徴としている。これにより高次のわずかな収差のみが発生する。   In this embodiment, all lens devices 121 have a numerical aperture of at least 0.85. However, by using this special arrangement for a lens device with a smaller numerical aperture on the image side, a larger field can be provided without degrading the image quality, or by using an embodiment. It is of course possible to further improve the image quality with respect to the presented grades or to limit the use of aspheric surfaces. The layout according to the invention is characterized by a small beam deflection despite a large numerical aperture, i.e. a small radiation angle on most surfaces. As a result, only slight high-order aberrations occur.

ウェハの付近においては、レンズおよび面平行なカバープレートに対する入射角が大きくなることは避けられないので、強制的に高次の収差が発生する。この高次の収差を補正するため、入射ビームまたはレンズから出るビームが大きな入射角または屈折角を持つような面がシステム内にいくつか設けられている。大きな入射角または屈折角は符号を選定することにより高次の収差を阻止する。このため本実施形態では、強く湾曲したメニスカスが設けられる。これらのメニスカスは負の屈折力を持ち、第４のレンズ群と第５のレンズ群とに配置される。しかしほとんどのレンズ（すべてのレンズの少なくとも８０％）は、入射光が６０゜よりも小さな入射角を持つようなレンズ面を有している。同じことはビームが出射するレンズ面にも言える。   In the vicinity of the wafer, it is inevitable that the incident angle with respect to the lens and the plane-parallel cover plate is increased, so that higher-order aberrations are forcedly generated. In order to correct this higher order aberration, several surfaces are provided in the system such that the incident beam or the beam exiting the lens has a large incident or refraction angle. A large incident angle or refraction angle prevents higher order aberrations by selecting a sign. For this reason, in this embodiment, a meniscus that is strongly curved is provided. These meniscuses have negative refractive power and are arranged in the fourth lens group and the fifth lens group. However, most lenses (at least 80% of all lenses) have a lens surface where the incident light has an incident angle of less than 60 °. The same applies to the lens surface from which the beam exits.

これによりレンズを最適にコーティングするうえでの実現性が簡潔になり、或いはレンズ面での後方反射をさらに少なくさせることができる。というのは、このようなコーティングの有効性は入射角に強く依存しており、通常は入射角が大きくなるにつれて弱くなるからである。レンズの面全体と入射角範囲全体にわたって均一な層ではコンスタントな透過を得ることはできない。特に角度範囲が５０゜と６０゜の間の移行ゾーンでは、同じ層であっても透過は著しく悪化する。それゆえ、第１には、入射角を全般にできるだけ小さくさせ、第２に、補正上の理由から大きな入射角が避けられない場合には、最大入射角を持った面を絞り付近に位置決めするのが有利である。この場合には、特定の入射角範囲がレンズの所定のリングゾーンのみに発生する。透過に関し最適な結果を得るには、コーティングを半径に依存して変化させ、それぞれの入射角範囲に適合させることである。   This simplifies the feasibility of optimally coating the lens or further reduces back reflection on the lens surface. This is because the effectiveness of such a coating is strongly dependent on the angle of incidence, and usually becomes weaker as the angle of incidence increases. Constant transmission cannot be obtained with a uniform layer over the entire lens surface and the entire incidence angle range. In particular, in the transition zone where the angular range is between 50 ° and 60 °, the transmission is significantly worse, even in the same layer. Therefore, firstly, the incident angle is made as small as possible in general, and second, when a large incident angle is unavoidable for correction reasons, the surface having the maximum incident angle is positioned near the stop. Is advantageous. In this case, a specific incident angle range occurs only in a predetermined ring zone of the lens. For optimal transmission results, the coating can be varied depending on the radius and adapted to the respective incident angle range.

図示したレイアウトにおいて種々の絞りシステムを設けることができるように、絞りの領域に自由領域（ＬＡＰと記す）を設けてもよい。これにより、像に対する要求に応じて追加的に移動させることができる絞りを使用できる。また、異なる複数の絞りを使用してもよく、絞りマウントを設けることができる。絞りマウントは、このような構成を採用するためには十分な構造空間が提供されねばならないので、絞りを変位させるための機構を有している。システム絞り１１９の前に配置される最後の２つのレンズは、自由空間ＬＡＰを提供するために大いに貢献する。   A free area (denoted LAP) may be provided in the area of the aperture so that various aperture systems can be provided in the illustrated layout. This makes it possible to use a diaphragm that can be additionally moved in response to a request for an image. A plurality of different apertures may be used, and an aperture mount can be provided. The diaphragm mount has a mechanism for displacing the diaphragm because a sufficient structural space must be provided to adopt such a configuration. The last two lenses placed in front of the system aperture 119 contribute greatly to providing free space LAP.

両凸部１２３，１２７の径Ｄ１，Ｄ２が小さく、長さが１０００−１１５０ｍｍと短く、且つレンズの数量が少ないことにより、レンズの必要とする材料を低減できる。いくつかの実施例では、レンズ質量ｍを５５ｋｇ以下にすることができた（表１を参照）。図２ないし図９に図示したレンズ装置のレンズは５４ｋｇないし６８ｋｇの範囲である。   Since the diameters D1 and D2 of both the convex portions 123 and 127 are small, the length is as short as 1000 to 1150 mm, and the number of lenses is small, the material required for the lens can be reduced. In some examples, the lens mass m could be 55 kg or less (see Table 1). The lenses of the lens apparatus shown in FIGS. 2 to 9 range from 54 kg to 68 kg.

開口数が大きなシステムは、第２の凸部１２７での特に大きな径と、長い全長ＯＯ’とを必要とする傾向がある。小さな凸部径と手ごろな全長とを得るために重要なことは、腰部と第２の凸部との移行部の構成である。この移行部には、凸側が互いに対向するように配置される２つの集光メニスカスが使用される。この配置構成によりレンズ最大径を小さくすることができ、したがって特に第２の凸部の構成のために必要なレンズ素材を少量にさせることができた。できるだけ軽量にするには、次の関係を厳守しなければならない。   Systems with a large numerical aperture tend to require a particularly large diameter at the second protrusion 127 and a long full length OO '. What is important for obtaining a small convex portion diameter and a reasonable overall length is the configuration of the transition portion between the waist and the second convex portion. In this transition part, two condensing meniscuses arranged so that the convex sides face each other are used. With this arrangement configuration, the maximum lens diameter can be reduced, and therefore the amount of lens material necessary for the configuration of the second convex portion can be reduced. To make it as light as possible, you must adhere to the following relationships:

Ｌ＊Ｄｍａｘ／（ＮＡ＊２ｙｂ）＜１２８５０ L * Dmax / (NA * 2yb) <12850

ここでＬはレチクルからウェハまでの全長で、ＮＡは像側の開口数、Ｄｍａｘはシステムの最大径、すなわちＤ１またはＤ２であり、２ｙｂはイメージフィールドの径である。第１の凸部の最大径がＤ１が最大で第２の凸部の最大径Ｄ２に等しいのが特に有利である。   Here, L is the total length from the reticle to the wafer, NA is the numerical aperture on the image side, Dmax is the maximum diameter of the system, that is, D1 or D2, and 2yb is the diameter of the image field. It is particularly advantageous that the maximum diameter of the first convex part is equal to the maximum diameter D2 of the second convex part with D1 being the maximum.

以下の表１には、それぞれのレンズ装置１２１に特徴的なデータが記載されている。Ｌｇｅｏは対物レンズのすべてのレンズの中心厚の総和である。ＬＶはシステム絞りの周囲の自由構造空間の寸法で、ＬＡＰは絞りの前の最後のレンズ面から絞りの後の最初のレンズ面までの自由距離である。   Table 1 below shows characteristic data of each lens device 121. Lgeo is the sum of the center thicknesses of all the lenses of the objective lens. LV is the size of the free structure space around the system aperture, and LAP is the free distance from the last lens surface before the aperture to the first lens surface after the aperture.

Figure 2005519332
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Ｌｇｅｏは対物レンズ内に配置されるすべてのレンズの中心厚の総和であり、Ｌは像面Ｏ’から物体の面Ｏまでの距離である。   Lgeo is the sum of the center thicknesses of all the lenses arranged in the objective lens, and L is the distance from the image plane O 'to the object plane O.

Figure 2005519332
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図２に図示したレンズ装置の正確なレンズデータは表２からわかる。   The exact lens data of the lens apparatus shown in FIG.

Figure 2005519332
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非球面部は次の式によって記載される。   The aspheric surface is described by the following equation.

Figure 2005519332
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ここでＰは半径ｈの関数としてのサジッタ（光軸７に対する高さ）で、Ｋ，Ｃ１ないしＣｎは表の中に記載されている非球面定数である。Ｒは表の中に記載されている頂部半径である。   Here, P is a sagittal (height with respect to the optical axis 7) as a function of the radius h, and K, C1 to Cn are aspheric constants described in the table. R is the top radius listed in the table.

図２ａないし図２ｃには、像に関する像収差の分布が図示されている。図２ａは縦方向球面収差を表わしており、縦軸は口径比、横軸は縦方向収差である。図２ｂから非点収差の変化がわかる。縦軸は物体の高さで、横軸は焦点はずれ（ｍｍ）である。図２ｃは歪曲収差を示し、横軸は縦軸に示した物体の高さに対する歪曲収差（％）を示している。   FIGS. 2a to 2c illustrate the distribution of image aberrations associated with the image. FIG. 2a represents longitudinal spherical aberration, where the vertical axis represents aperture ratio and the horizontal axis represents longitudinal aberration. The change in astigmatism can be seen from FIG. 2b. The vertical axis is the height of the object, and the horizontal axis is the defocus (mm). FIG. 2c shows the distortion, and the horizontal axis shows the distortion (%) with respect to the height of the object shown on the vertical axis.

図３に図示したレンズ装置の正確なレンズデータは表３から読み取れる。   The exact lens data of the lens apparatus shown in FIG.

Figure 2005519332
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図３ａないし図３ｃには、すでに図２ａないし図２ｃを用いて説明したような球面収差、非点収差、歪曲収差が図示されている。   FIGS. 3a to 3c illustrate spherical aberration, astigmatism and distortion as already described with reference to FIGS. 2a to 2c.

図５に図示したレンズ装置の正確なレンズデータは表５から読み取れる。   The accurate lens data of the lens apparatus shown in FIG.

Figure 2005519332
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球面収差、非点収差、歪曲収差に関する像品質は図４ａないし図４ｃに図示されている。   Image quality with respect to spherical aberration, astigmatism and distortion is illustrated in FIGS. 4a to 4c.

図５に図示したレンズ装置の正確なレンズデータは表５から読み取れる。   The accurate lens data of the lens apparatus shown in FIG.

Figure 2005519332
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図６に図示したレンズ装置の正確なレンズデータは表６から読み取れる。   The exact lens data of the lens apparatus shown in FIG.

Figure 2005519332
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図７に図示したレンズ装置の正確なレンズデータは表７から読み取れる。   The exact lens data of the lens apparatus shown in FIG.

Figure 2005519332
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図８に図示したレンズ装置の正確なレンズデータは表８から読み取れる。   The exact lens data of the lens apparatus shown in FIG.

Figure 2005519332
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投影対物レンズ装置を示す図である。It is a figure which shows a projection objective lens apparatus. 波長１９３ｎｍに対する投影対物レンズを示す図である。It is a figure which shows the projection objective lens with respect to wavelength 193nm. 図２のレンズの収差を表す図である。It is a figure showing the aberration of the lens of FIG. 露光波長１９３ｎｍに対する投影対物レンズを示す図である。It is a figure which shows the projection objective lens with respect to exposure wavelength 193nm. 図２のレンズの収差を表す図である。It is a figure showing the aberration of the lens of FIG. 波長１９３ｎｍに対する投影対物レンズを示す図である。It is a figure which shows the projection objective lens with respect to wavelength 193nm. 図２のレンズの収差を表す図である。It is a figure showing the aberration of the lens of FIG. 露光波長１５７ｎｍに対する投影対物レンズを示す図である。It is a figure which shows the projection objective lens with respect to exposure wavelength 157nm. 波長１９３ｎｍに対する投影対物レンズを示す図である。It is a figure which shows the projection objective lens with respect to wavelength 193nm. 図２のレンズの収差を表す図である。It is a figure showing the aberration of the lens of FIG. 露光波長１９３ｎｍに対する投影対物レンズを示す図である。It is a figure which shows the projection objective lens with respect to exposure wavelength 193nm. 図２のレンズの収差を表す図である。It is a figure showing the aberration of the lens of FIG. 波長１９３ｎｍに対する投影対物レンズを示す図である。It is a figure which shows the projection objective lens with respect to wavelength 193nm. 露光波長１９３ｎｍに対する投影対物レンズを示す図である。It is a figure which shows the projection objective lens with respect to exposure wavelength 193nm.

符号の説明Explanation of symbols

１０１ 投影露光装置、１０３ 照射装置、１０５ 投影対物レンズ、１０７ 光軸、１０９ マスク、１１１ マスクホルダ、１１３ 像面、１１５ ウェハ、基板、１１７ 基板ホルダ、１１９ システム絞り、１２１ レンズ装置、１２３ 第１の凸部、１２５ 腰部、１２７ 第２の凸部、１２９ 最も狭い狭隘部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Projection exposure apparatus, 103 Irradiation apparatus, 105 Projection objective lens, 107 Optical axis, 109 Mask, 111 Mask holder, 113 Image surface, 115 Wafer, Substrate, 117 Substrate holder, 119 System diaphragm, 121 Lens apparatus, 123 1st Convex part, 125 waist part, 127 2nd convex part, 129 narrowest narrow part

Claims (26)

第１の凸部と、第２の凸部と、両凸部の間に配置される腰部とを備えた、開口数が０.７よりも大きなマイクロリソグラフィーの屈折型投影対物レンズであって、第１の凸部が最大径Ｄ１を有し、第２の凸部が最大径Ｄ２を有し、
０.８＜Ｄ１／Ｄ２＜１.１
であることを特徴とする屈折型投影対物レンズ。 A refractive projection objective lens for microlithography having a numerical aperture larger than 0.7, comprising a first convex portion, a second convex portion, and a waist disposed between both convex portions, The first convex portion has a maximum diameter D1, the second convex portion has a maximum diameter D2,
0.8 <D1 / D2 <1.1
A refractive projection objective lens, characterized in that 最大径の比率が
０.９＜Ｄ１／Ｄ２＜１.０
であることを特徴とする請求項１に記載の屈折型投影対物レンズ。 Ratio of maximum diameter is 0.9 <D1 / D2 <1.0
The refractive projection objective according to claim 1, wherein 光の伝播方向において、負の屈折力を持った第１のレンズ群と、正の屈折力を持った第２のレンズ群と、光束の狭隘部を備えた負の屈折力を持った第３のレンズ群と、正の屈折力を持った次の第４のレンズ群と、正の屈折力を有する次の第５のレンズ群を備えたシステム絞りとから成っている屈折型投影対物レンズであって、前記絞りの前と前記絞りの後にそれぞれ物体の方へ湾曲したメニスカスレンズが配置されていることを特徴とする屈折型投影対物レンズ。   In the light propagation direction, a first lens group having a negative refractive power, a second lens group having a positive refractive power, and a third lens having a negative refractive power provided with a narrow portion of the light beam. A refraction-type projection objective lens comprising: a lens group; a fourth lens group having a positive refractive power; and a system aperture provided with a fifth lens group having a positive refractive power. A refractive projection objective lens, characterized in that a meniscus lens curved toward the object is disposed before the diaphragm and after the diaphragm. Ｌをレチクルからウェハまでの全長とし、ＮＡを像側の開口数、ＤＭＡＸをシステムの最大径、すなわちＤ１またはＤ２とし、２ｙｂをイメージフィールドの径としたとき、
Ｌ＊Ｄｍａｘ／（ＮＡ＊２ｙｂ）＜１２８５０
であることを特徴とする請求項２または３に記載の屈折型投影対物レンズ。 When L is the total length from the reticle to the wafer, NA is the numerical aperture on the image side, DMAX is the maximum diameter of the system, that is, D1 or D2, and 2yb is the diameter of the image field,
L * Dmax / (NA * 2yb) <12850
The refractive projection objective according to claim 2 or 3, wherein 第１のレンズ群が少なくとも２つのまたは３つの負のレンズを有していることを特徴とする上記請求項の少なくとも一つに記載の屈折型投影対物レンズ。   Refractive projection objective according to at least one of the preceding claims, wherein the first lens group has at least two or three negative lenses. 第１の凸部と、第２の凸部と、両凸部の間に配置され、最も狭い狭隘部を含む腰部とを備えた屈折型投影対物レンズであって、前記最も狭い狭隘部の後でシステム絞りの前に、凸面を互いに対向させた２つのメニスカスレンズが配置されていることを特徴とする屈折型投影対物レンズ。   A refractive projection objective lens including a first convex portion, a second convex portion, and a waist portion that is disposed between both convex portions and includes the narrowest narrow portion, the rear of the narrowest narrow portion 2. A refractive projection objective lens, wherein two meniscus lenses having convex surfaces facing each other are arranged before the system aperture. 第１の凸部と、次の腰部と、その次の第２の凸部とから成り、第２の凸部にシステム絞りが配置されている屈折型投影対物レンズであって、物体の面Ｏから最後の絞り側レンズ面までの範囲をＬＦ、前記絞りに続いている最初のレンズ面から像面までの範囲をＬＲ、ＬＦとＬＲの間の範囲をＬＡＰとし、対物レンズ内に配置されるすべてのレンズの中心厚の総和をＬｇｅｏ、像面Ｏ’から物体の面Ｏまでの距離をＬとしたとき、長さの比率ＬＶが
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 ＬＶ≧０.１
である前記屈折型投影対物レンズ。 A refraction-type projection objective lens including a first convex portion, a next waist portion, and a second convex portion next to the first convex portion, in which a system diaphragm is disposed on the second convex portion, and the object plane O LF is the range from the first lens surface to the last stop side lens surface, LR is the range from the first lens surface following the stop to the image plane, and LAP is the range between LF and LR. When the total sum of the center thicknesses of all the lenses is Lgeo and the distance from the image plane O ′ to the object plane O is L, the length ratio LV is
Figure 2005519332
 LV ≧ 0.1
The refractive projection objective lens. 開口数が０.７よりも大きく、有利には０.８よりも大きいことを特徴とする請求項７に記載の屈折型投影対物レンズ。   Refractive projection objective according to claim 7, characterized in that the numerical aperture is greater than 0.7, preferably greater than 0.8. 投影対物レンズの光コンダクタンスが全長の２％よりも大きく、この場合光コンダクタンスはイメージフィールド径と像側の開口数との積として定義されていることを特徴とする上記請求項１から８に記載の屈折型投影対物レンズ。   9. A projection objective according to claim 1, wherein the optical conductance of the projection objective is greater than 2% of the total length, wherein the optical conductance is defined as the product of the image field diameter and the numerical aperture on the image side. Refraction type projection objective lens. １つの材料から成るレンズのみを使用したことを特徴とする請求項１，３から５まで、６，７または８の少なくとも一つに記載の屈折型投影対物レンズ。   Refractive projection objective according to claim 1, 3 to 5, 6, 7 or 8, characterized in that only lenses made of one material are used. 全長（ＯＯ’）と第５のレンズ群の焦点距離との比率が８よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一つに記載の屈折型投影対物レンズ。   The refractive projection objective according to any one of claims 1 to 10, wherein the ratio of the total length (OO ') to the focal length of the fifth lens group is greater than 8. 第１のレンズ群ＬＧ１が少なくとも１つの非球面を含み、有利には２つの非球面が設けられていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一つに記載の屈折型投影対物レンズ。   Refractive projection objective according to any one of the preceding claims, characterized in that the first lens group LG1 comprises at least one aspheric surface, preferably two aspheric surfaces. . 第１のレンズ群ＬＧ１の非球面が有利にはレチクル側の面にあることを特徴とする少なくとも請求項１２に記載の屈折型投影対物レンズ。   13. Refractive projection objective according to claim 12, characterized in that the aspherical surface of the first lens group LG1 is advantageously on the reticle side surface. 第１のレンズ群ＬＧ１の非球面が有利にはレチクル側の集光面にあることを特徴とする少なくとも請求項１３に記載の屈折型投影対物レンズ。   14. Refractive projection objective according to claim 13, characterized in that the aspherical surface of the first lens group LG1 is preferably on the condensing surface on the reticle side. 非球面を第３のレンズ群ＬＧ３に使用する場合、該非球面を常にウェハ側の面に使用することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか一つに記載の屈折型投影対物レンズ。   15. The refractive projection objective according to claim 1, wherein when the aspherical surface is used for the third lens group LG3, the aspherical surface is always used for the wafer side surface. 第３のレンズ群に非球面が設けられていないことを特徴とする請求項１，２，４，５および７から１４までの一つに記載の屈折型投影対物レンズ。   15. The refractive projection objective according to claim 1, wherein the third lens group is not provided with an aspherical surface. 第１のレンズ群ＬＧ１に、物体の面側に凸で負の屈折力を持った少なくとも１つのメニスカスレンズが配置されていることを特徴とする請求項１５または１６に記載の屈折型投影対物レンズ。   The refractive projection objective lens according to claim 15 or 16, wherein at least one meniscus lens having a negative refractive power and convex on the object side is disposed in the first lens group LG1. . 第５のレンズ群ＬＧ５が少なくとも２つの非球面を含んでいることを特徴とする請求項１５または１６に記載の屈折型投影対物レンズ。   17. The refractive projection objective according to claim 15, wherein the fifth lens group LG5 includes at least two aspheric surfaces. 第５のレンズ群ＬＧ５が、少なくとも２つの両凸のレンズと像側に凹の２つの集光メニスカスを含んでいることを特徴とする請求項１５または１６に記載の屈折型投影対物レンズ。   17. The refractive projection objective according to claim 15, wherein the fifth lens group LG5 includes at least two biconvex lenses and two condensing meniscuses concave on the image side. 第５のレンズ群ＬＧ５が最大で５つの集光レンズを有していることを特徴とする請求項１５または１６に記載の屈折型投影対物レンズ。   17. The refractive projection objective according to claim 15, wherein the fifth lens group LG5 has a maximum of five condensing lenses. レンズ群ＬＧ１とＬＧ２において、最も外側のフィールドポイントに対するメインビームの高さが軸点を結像させるためのエッジビームの高さよりも大きく、その比率がレンズ群ＬＧ３において逆になっていることを特徴とする請求項１５または１６に記載の屈折型投影対物レンズ。   In the lens groups LG1 and LG2, the height of the main beam with respect to the outermost field point is larger than the height of the edge beam for imaging the axial point, and the ratio is reversed in the lens group LG3. The refractive projection objective according to claim 15 or 16. 軸点を結像させるためのエッジビームの最大高さがレンズ群ＬＧ３の最も狭い狭隘部におけるその高さの３倍以上あることを特徴とする請求項１５または１６に記載の屈折型投影対物レンズ。   The refractive projection objective lens according to claim 15 or 16, wherein the maximum height of the edge beam for imaging the axial point is at least three times the height of the narrowest narrow part of the lens group LG3. . レンズ群ＬＧ２の最大径が物体フィールド径よりも２倍大きいことを特徴とする請求項１５または１６に記載の屈折型投影対物レンズ。   The refractive projection objective according to claim 15 or 16, wherein the maximum diameter of the lens group LG2 is twice as large as the object field diameter. レンズ群ＬＧ３における最小自由径が物体フィールド径の１.２倍よりも小さく、有利な実施形態では１.１倍よりも小さいことを特徴とする請求項１５または１６に記載の屈折型投影対物レンズ。   Refractive projection objective according to claim 15 or 16, characterized in that the minimum free diameter in the lens group LG3 is smaller than 1.2 times the object field diameter, in an advantageous embodiment smaller than 1.1 times. . 請求項１−２５の少なくとも一つに記載の投影対物レンズを含んでいるマイクロリソグラフィーの投影照射装置。   A projection exposure apparatus for microlithography comprising the projection objective according to claim 1. 感光層を備えた基板を、マスクと請求項１−２５の少なくとも一つに記載のレンズ装置を備えた投影照射装置とを用いて紫外域のレーザー光により照射し、場合によっては感光層を現像した後に、マスク上に含まれている模様に応じて構造化させるマイクロリソグラフィー部品の製造方法。   A substrate provided with a photosensitive layer is irradiated with a laser beam in an ultraviolet region using a mask and a projection irradiation apparatus provided with the lens device according to at least one of claims 1 to 25, and in some cases, the photosensitive layer is developed. After that, a method of manufacturing a microlithographic component, which is structured according to the pattern included on the mask.
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