JP2005531021A - 反射屈折縮小対物レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】 パターンのさまざまな構造方向について、構造方向に依存したコントラスト差がほとんどない結像を可能にする反射屈折投影対物レンズを提供する。
【解決手段】 物体面上に配置されたパターンを像面に投影するための反射屈折投影対物レンズであって、凹面鏡（１７、３６、４１）及び第１全反射型偏向鏡（１６）と共に少なくとも１つの第２全反射型偏向鏡（１９）を有する反射屈折対物レンズ部分（１５）が、前記物体面及び前記像面間に配置され、通過する光の好適な偏光方向を回転させる偏光回転体（２６、３７）が、前記第１偏向鏡及び前記第２偏向鏡間に配置され、それによって前記偏向鏡の反射率及び／または位相における偏光依存差を補償する、反射屈折投影対物レンズ。

Description

本発明は、投影対物レンズの物体面上に配置されたパターンを投影対物レンズの像面に結像する反射屈折投影対物レンズに関する。

そのような投影対物レンズは、特にウェハスキャナ及びウェハステッパ内の半導体部品及び他の微細構造デバイスの製造用の投影露光機に使用される。それらは、以下にマスクまたはレチクルとも呼ぶフォトマスクまたは線引き板のパターンを感光層被覆物体上に、非常に高い解像度で縮小して投影するのに供される。

より微細な構造体を製造するために、この場合は一方で、投影対物レンズの像側開口数（ＮＡ）を拡大し、他方で、より短い波長を、好ましくは波長が約２６０ｎｍ未満の紫外線を使用することが必要である。

光学部品を製造するために、わずかであるが、この波長範囲でも十分に透明な材料が、特に合成石英ガラスや、フッ化カルシウムなどのフッ化物結晶が使用可能である。使用可能な材料のアッベ定数が互いに比較的近く、そのため、色収差を十分に補正した純粋屈折系を提供することが困難である。したがって、非常に高い解像度の投影対物レンズ用の反射屈折系、特にそのような系内に組み合わされた屈折及び反射部品、すなわち、レンズ及び鏡が主に利用されている。

結像鏡面を使用する場合、曇りや口径食のない結像を達成することを目標とするならば、ビーム偏向装置を使用する必要がある。１つまたは複数の全反射型偏向鏡によって幾何学的ビームスプリッティングを行う系、及び物理的ビームスプリッタを備える系の両方、特に、偏光選択作用を有する反射面を備えたものが既知である。存在している機能的に必要な反射面に加えて、たとえば、設置空間要件を満たし、物体面及び像面を互いに平行に整合させるために、ビーム経路を折り曲げる平面鏡を設けることができる。

物理的ビームスプリッタを使用するとき、軸（オンアクシス）系を実現することができる。この場合、入射光の好適な偏光方向に応じて反射または透過式に機能する、偏光選択作用を有する反射面が主に使用される。そのような系は、ビームスプリッタ表面の１回目の使用から２回目の使用までの間の光路内に、光の好適な偏光方向を全体で９０°だけ回転させる装置を必要とする。この目的のために、ビームスプリッタ及び凹面鏡間に、光が２回横切る四分の一波長板を利用するのが一般的である。大量に必要なビームスプリッタブロックに適した透明材料が限定的に入手できるだけであること、及び、所定の角度負荷に対して、十分に有効なビームスプリッタ層の製造が相当な困難をもたらす可能性があることが、そのような系の欠点である。

ビームスプリッタブロックを用いる系の欠点は、幾何学的ビームスプリッティングを用いたシステムで回避することができる。しかし、これらの系は、それらが軸外し（オフアクシス）系である、すなわち、軸外し物体場を有する系であるという基本的な欠点を有する。

これらのタイプの系は、光軸に対して傾斜した第１偏向鏡を有し、これは、物体面から出る放射光を凹面鏡へ偏向させるか、または凹面鏡から反射した光を下流の対物レンズ部品へ偏向させるかのいずれかの目的にかなう。一般的に、物体面及び像面を平行にするために、折り曲げ鏡として機能する第２偏向鏡が設けられる。これらの鏡の高い反射率を確保するために、それらは通常、反射層で、ほとんどは誘電体多重層、または金属及び誘電体の組み合わせ層で被覆される。通過する光は、高い入射角で機能する誘電体層による影響を偏光に応じて受けるであろう。

反射屈折系の一定の結像状態では、結像すべきパターンに含まれるさまざまな構造方向が、異なったコントラストで結像されることが確認されている。さまざまな構造方向でのこれらのコントラスト差は、Ｈ−Ｖ差（水平−垂直差）、または限界寸法の変動（ＣＤ変動）とも呼ばれ、フォトレジスト内では、さまざまな構造方向で異なった線幅として見ることができる。

そのような方向依存性のコントラスト差を回避するために、さまざまな提案が行われてきた。欧州特許９６４２８２Ａ２は、偏向鏡を有する反射屈折投影系内を光が通過するとき、多重コーティングされた偏向鏡がｓ及びｐ偏光に対して異なった反射率を有する結果として、好適な偏光方向が導入されるという問題に関するものである。したがって、レチクル面でまだ未偏光である光が像面上で部分的に偏光され、これは、結像特性の方向依存性をもたらすことを意図している。照明系では、規定の残留偏光度で部分的偏光を生じる結果、偏光オフセットが生じ、これが投影光学素子によって補償されて、未偏光が出力部に現れることによって、この効果が打ち消される。

欧州特許０６０２９２３Ｂ１（米国特許５，７１５，０８４に対応）は、直線偏光で機能する反射屈折投影対物レンズであって、偏光ビームスプリッタを有し、そのビームスプリッタキューブ及び像面間に、通過する光の偏光状態を変化させる装置が設けられ、それにより、入射する直線偏光を円偏光（未偏光に相当するもの）に変える、反射屈折投影対物レンズを開示している。これの目的は、構造方向に左右されない結像コントラストを確保することである。同様の提案が、欧州特許第０６０８５７２号（米国特許第５，５３７，２６０号に対応）でも行われている。
欧州特許９６４２８２Ａ２ 欧州特許０６０２９２３Ｂ１ 米国特許５，７１５，０８４ 欧州特許第０６０８５７２号 米国特許第５，５３７，２６０号

本発明の目的は、パターンのさまざまな構造方向について、構造方向に依存したコントラスト差がほとんどない結像を可能にする反射屈折投影対物レンズを提供することである。

本発明の一態様によれば、この目的は、請求項１の特徴を有する反射屈折投影対物レンズによって達成される。好都合な発展が、従属請求項に詳述されている。すべての請求項の表現は、参照によって本記載に含まれる。

発明の実施の態様

本発明の一態様に従った反射屈折投影対物レンズは、凹面鏡及び第１全反射型偏向鏡と共に少なくとも１つの第２全反射型偏向鏡を有する反射屈折対物レンズ部分を物体面及び像面間に備える。ほぼ不透過性の偏向鏡は、好ましくは投影対物レンズの光軸を基準にして平行な傾斜軸に対して傾斜して、物体面及び像面が平行に整合するように配置される。通過する光の好適な偏光方向を回転させる偏光回転体が、第１偏向鏡及び第２偏向鏡間に配置される。この偏光回転体の効果は、偏向鏡の反射率及び位相の効果における偏光依存差を少なくとも部分的に補償するように設計される。偏光回転体を使用することにより、高い全体反射率である場合、全体的な結果として、電場ベクトルの相対的垂直振動電場成分が受ける振幅及び位相分布のスプリッティングが消滅するか、またはごくわずかであるように、偏向鏡を機能させることができる。たとえば、誘電体多重層の反射コーティングによって生じる第１偏向鏡の偏光スプリッティング効果が、第２偏向鏡の対応効果によって、第２反射後には偏光の方向の、おそらくは依然として存在する残留スプリッティングが有害閾値に達しない程度まで補償されるように、偏光回転体を構成しなければならない。

従来の高反射性多重層コーティングの場合、電場ベクトルが入射面に垂直に振動する入射光の一部（ｓ偏光）が、より高い反射率で反射することは既知である。反対に、電場ベクトルが入射面に平行に振動するｐ偏光の反射率は、入射角の全範囲にわたってより低く、その層固有のブルースター角で最小値に達する。したがって、特にブルースター角の付近の領域で大きい振幅スプリットが発生する。さらに、さまざまな偏光方向間で位相差が発生する。たとえば、円偏光がそのような従来型斜め配置の偏向鏡に当たると、反射後にｐ成分がｓ成分より強く減衰する。そのとき、第１及び第２偏向鏡間の光路上で、好適な偏光方向を、たとえば約９０°だけ回転させると、第１反射後のｐ偏光成分に対応する（第２偏向鏡における）ｓ偏光成分がｐ成分より小さい振幅を有する光が、第２偏向鏡に照射される。従来型コーティングの場合、第２偏向鏡は再びｐ成分をｓ成分より弱く反射し、そのため、結果的に、ｓ及びｐ偏光について反射振幅の差の広範な補償を達成することができる。第１偏向鏡で増大した位相差についても、補償効果が生じる。したがって、偏光回転体は好ましくは、好適な偏光方向を偏向鏡間で約９０°だけ回転させるように構成される。

第１及び第２偏向鏡間の偏光の特定の回転により、従来の高反射性の偏向鏡用に、比較的簡単な構造であって簡単に製造することができる反射コーティングを使用することができる。

第１偏向鏡及び第２偏向鏡間に光が２回横切る領域を有する投影対物レンズでは、偏光回転体は、その２回横切る領域内に配置された、四分の一波長板の効果を有する遅延装置にすることができ、それにより、直線偏光を円偏光に、またはその逆に変えることができる。偏光回転体は、たとえば、幾何学的ビームスプリッタ及び凹面鏡間に取り付けられた、第１偏向鏡及び凹面鏡間の光路、及び凹面鏡及び第２偏向鏡間の光路の両方で光を受けて透過する四分の一波長板によって形成することができる。

従来の遅延素子の効果は角度に大きく依存するので、遅延装置は好ましくは、通過するビームの拡散が最小である位置に取り付けられる。投影対物レンズのひとみの近傍区域内に配置することが特に好都合である。これらの振幅及び位相効果の正確な補償は一般的に必要ないので、多くの場合、正確な遅延効果に対して±１０〜±２０％の範囲内の公差を許容することができる。

偏光回転体が、第１偏向鏡及び第２偏向鏡間の、光が１回だけ横切る領域内に配置された二分の一波長遅延素子を有することも可能である。幾何学的ビームスプリッタを有し、第１偏向鏡が目的光を凹面鏡の方向に偏向させる働きをし、第２偏向鏡が凹面鏡から送られた光を像面の方向に偏向させる働きをする系の場合、二分の一波長板または同等効果を有する素子を、光束が重ならない領域内で第１偏向鏡の後方付近か、または第２偏向鏡の前方付近に配置することができる。

二分の一波長板などの（近似）効果を有する偏光回転体は、目的光が、最初に偏向されないで凹面鏡に当たり、それから反射された光が２つの連続した偏向鏡で偏向され、それらの偏向鏡間に偏光回転体を配置することができる投影対物レンズでも使用することができる。そのような系は、たとえば、米国特許第６，１５７，４９８号または欧州特許第０９６４２８２号に示されている。

偏光回転体が、固有複屈折性を有するフッ化カルシウム結晶またはフッ化バリウム結晶または他の立方晶系結晶質からなる少なくとも１つの遅延素子を有し、その遅延素子の光軸が、＜１１０＞結晶軸またはそれと同等の主結晶軸の方向にほぼ整合している反射屈折投影対物レンズが特に好都合である。米国ＭＤ２０８９９、NIST Gaithersburg のJohn H. Burnett、Eric L. Shirley 及び Zachary H. Levine による「Preliminary determination of an intrinsic birefringence in CaF₂（フッ化カルシウムの固有複屈折の事前決定）」と題するインターネット出版（２００１年５月７日に書き込み）から、フッ化カルシウム単結晶は、固有複屈折、すなわち、応力誘発されない複屈折を示すことが既知である。提示された測定値から、＜１１０＞結晶軸の方向または同等方向でのビーム伝播において、λ＝１５６．１ｎｍの波長で（６．５±０．４）ｎｍ／ｃｍの複屈折が起きることがわかる。その値は、波長が高いほど低下し、たとえば、１９３．０９ｎｍで（３．６±０．２）ｎｍ／ｃｍである。本出願人による測定でも、λ＝１５７ｎｍで約１１ｎｍ／ｃｍの値が示されている。比較すると、他の結晶方向の複屈折は小さい。結晶の＜１１０＞方向で最大である対応の残留複屈折は、フッ化バリウム単結晶でも見られ、これは１５７ｎｍで約２５ｎｍ／ｃｍであり、従って、フッ化カルシウム単結晶と比べてほぼ２倍の高さである。

ビームが＜１１０＞タイプの結晶方向に平行に通る場合に最大になるこれらの材料の固有複屈折は、遅延素子用の操作機構として目標を定めて使用することができる。複屈折の値が（たとえば、フッ化マグネシウムと比べて）比較的低いため、そのような遅延素子は数ミリメートルまたは数センチメートルの厚さにすることができ、その結果、そのような素子の製造や、適当であれば、取り付けが容易になる。一般的な厚さは約５ｍｍを超えて、特に約１０ｍｍ〜約５０ｍｍにすることができる。複屈折が比較的低いため、素子の厚さのわずかな変動は、遅延効果に対してわずかな影響を及ぼすだけであることも好都合である。厚さの変動に関して高精度の公差を使用して、たとえば、そのような遅延素子の少なくとも１つの表面を機能面として形成することができる。たとえば、端面の少なくとも１つを球面状または非球面状に湾曲させるか、または自由曲面にすることができ、それによって、遅延素子は光学系の補正にも寄与することができる。

一方または両方の境界面も大きい曲率を有することができ、それにより、遅延素子がレンズを、好ましくはメニスカスレンズの形で形成することができる。したがって、遅延素子は、正または負の屈折力も有する。ここで最も目立つ位置を占める遅延効果とレンズ作用との組み合わせを使用して、材料を節約するか、好都合な構造を有する構造にすることができる。そのようなレンズは、純粋屈折光学系に、特にマイクロリソグラフィ投影対物レンズまたは照明系にも使用することができる。

該材料の固有複屈折は、＜１１０＞結晶方向で最大値を有する。＜１１０＞方向に対して角度を付けて材料を通るビームの場合、固有複屈折の大きさは、角度の増加に伴って放物線状に減少する分布を示す一方、固有複屈折の軸はその方向をほぼ保持する。この状況を利用して、全照射面にわたって遅延効果をならすことができる。この目的のために、２つの光学面を有する遅延素子の場合、光学面の形状及び遅延素子の取り付け位置を互いに適応させて、ビーム及び遅延素子の光軸または＜１１０＞方向間の角度が大きいほど、光学面間で遅延素子の内部を通るビームの光路が長くなるようにすることができる。したがって、ビームは、角度が＜１１０＞方向まで増加するほど、長い光路にわたる必要があり、そのため、固有複屈折及び光路間の産物から生じる遅延効果が、有効面全体でほぼ均一になる。

この概念は、偏光回転体が、凹面鏡付近に配置された、＜１１０＞配向フッ化物結晶から形成されたレンズまたはレンズ群を有し、このレンズが全体的にメニスカスの形をなして負の屈折力を有する例示的な実施形態によって以下に説明される。ひとみの付近に配置されたこのタイプのレンズまたはレンズ群は、ひとみ全体でほぼ一定か、またはわずかに変動する遅延効果を有することができる。

固有複屈折を有する＜１１０＞配向単結晶（たとえば、フッ化カルシウム単結晶またはフッ化バリウム単結晶）から形成された（屈折力を備える）レンズ素子を製造することによる、以上に記載した遅延素子及びレンズ素子の一体化は、好都合なことに幾何学的ビームスプリッティングを用いた反射屈折投影対物レンズに有益であるだけではない。四分の一波長板の遅延効果を有する適当な寸法のレンズまたはレンズ群は、偏光選択型ビームスプリッタを有する系内で、ビームスプリッタ及び凹面鏡間、及び／または投影対物レンズの別の地点に、たとえば、物体面及びビームスプリッタ間、及び／またはビームスプリッタ及び像面間に（機能的に必要な）遅延素子として使用することもできる。

上記及びさらなる特徴は、説明及び図面と共に、特許請求の範囲からも明らかになり、個々の特徴はそれぞれ単独で、または幾つかを部分組み合わせの形で本発明の実施形態及び他の分野で実現され、また、やはり保護が可能である好都合な構造を構成することができる。

大規模集積半導体部品の製造用に設けられたウェハステッパ１の形のマイクロリソグラフィ投影露光機が図１に概略的に示されている。投影露光機は、光源としてエキシマレーザ２を有し、これは、１５７ｎｍの動作波長を有する紫外線を放出し、これは、他の実施形態の場合、それより上で、たとえば、１９３ｎｍまたは２４８ｎｍであるか、またはそれより下にすることもできる。下流側の照明系４が、下流側の投影対物レンズ５のテレセントリック要件に合致する大きく鮮明な境界を定める均一照明された像視野を生じる。照明系は、照明モードを選択するための装置を有し、たとえば、干渉性の度合いが可変である従来型照明、環状視野照明、及び双極または四重極照明間で切り換えることができる。照明系の後方には、マスク７の保持及び操作を行う装置６が配置されており、これにより、マスクが投影対物レンズの物体面８上に位置して、スキャナ操作のためにスキャナ駆動部によってこの平面上を横方向９（ｙ方向）に移動することができる。

マスク面８の後方に投影対物レンズ５が続き、これは、縮小対物レンズとして機能し、マスク上に配置されたパターンの像を縮小して、たとえば、１：４または１：５の縮尺で、縮小対物レンズの像面１１上に配置されているフォトレジスト層被覆ウェハ１０上に結像する。他の縮尺、たとえば、１：２０または１：２００まで下げたもっと大きい縮尺にすることができる。ウェハをレチクル７と同期させてそれに平行に移動させるために、ウェハ１０は、スキャナ駆動部を有する装置１２によって保持される。これらの系はすべて、制御ユニット１３によって制御される。

投影対物レンズ５は、幾何学的ビームスプリッティングで機能し、その物体面（マスク面８）及びその像面（ウェハ面１１）間に、第１偏向鏡１６及び凹面鏡１７を有する反射屈折対物レンズ部分１５を備え、平面偏向鏡１６は投影対物レンズの光軸１８に対して傾斜して、それにより、物体面から進む放射光が偏向鏡１６によって凹面鏡１７の方向に偏向される。投影対物レンズを機能させるために必要なこの鏡１６に加えて、第２平面偏向鏡１９が設けられ、これは光軸に対して傾斜して、それにより、凹面鏡１７によって反射した光が偏向鏡１９によって像面１１の方向に偏向されて、下流の屈折対物レンズ部分２０のレンズに送られる。互いに直交する平面鏡面１６、１９は、反射プリズムとして構成されたビーム偏向装置２１上に設けられて、光軸１８に直交する平行な傾斜軸を有する。

図示の例では、反射屈折対物レンズ部分は、第２偏向鏡１９の領域内に中間像を形成するように構成されており、中間像は好ましくは、鏡面に一致しないで、凹面鏡１７の方向でそれの後方または前方のいずれかに位置することができる。中間像のない実施形態も可能である。さらに、鏡１６、１９を互いに物理的に分離した鏡として構成することも可能である。

この対物レンズ構造の独特の特徴は、四分の一波長板の形の遅延素子２６が、ビーム偏向装置２１と対物レンズの斜めに配置された側部アーム２５内の凹面鏡１７との間で、光が２回横切る領域内に配置されていることにある。この四分の一波長板は、それぞれ第１及び第２偏向鏡１６及び１９間の光路上で光の好適な偏光方向を９０°だけ回転させる偏光回転体として機能する。側部アームの斜め配置により、特に対物レンズのマスク側の全幅にわたって十分な動作距離を確保することが可能である。平面が互いに直交するように配置された偏向鏡１６、１９の入射角は、それに対応して光軸１８を基準にした４５°から数度だけそれることができる。

偏向鏡１６、１９の反射面を高反射性コーティング２３、２４で被覆して、高い反射率が得られるようにする。これらは好ましくは、入射角に使用される範囲内で反射の増幅を生じるように屈折率及び層厚さが選択される、誘電材料からなる１つまたは複数の層を有する。

これらの層は、反射光の電場ベクトルの、互いに垂直に並んだ電場成分間の偏光（それぞれｓ偏光及びｐ偏光）によって決まる位相差をもたらす。これは、層がｓ及びｐ偏光に対して、入射角によって決まる、光線の入射角に応じて異なった光路を構成するために発生する。さらに、従来型多重層は、ｓ及びｐ偏光に対して異なった反射率を有する。多重層の場合に一般的である反射率Ｒの分布が、入射角Ｉの関数として図２に概略的に示されている。したがって、垂直入射（入射角０°）の場合、ｓ及びｐ偏光における反射率が等しい。入射角の増加に伴って、ｓ偏光の場合の反射率が単調に増加するのに対して、ｐ偏光の場合の反射率は、最初にブルースター角Ｉ_Ｂまで減少するが、入射角がさらに高くなるのに伴って、再び増加する。したがって、一般的に、従来型反射層の場合、全角度範囲にわたって、ｓ偏光に対する反射率がｐ偏光に対する反射率より高く、約４５°にあるブルースター角の付近で反射性に特に大きい差が生じる。

例として示す、従来型投影対物レンズでの幾何学的ビームスプリッティングの場合、このことから、電場のｐ成分が、対物レンズを通過中にｓ成分より強く減衰され、そのため、たとえば、入射側未偏光または円偏光の場合、像面に当たる光はより強いｓ成分を有することになるであろう。それにより、構造方向に応じて決まる解像度の差が発生するであろう。

図示の実施形態の場合、これらの問題は、偏向鏡１６、１９間の偏光回転体２６の補助により、偏光が全体で約９０°だけ回転することによって回避される。説明のために図３に、第１偏向鏡１６に当たる入射光２７が円偏光されて、ｓ偏光及びｐ偏光の、矢印の長さで表される振幅がほぼ等しい例を示す。斜め配置された鏡１６で反射した後、電場の、入射面に平行に振動する成分は、ｓ成分より強く減衰される。この光は遅延素子２６を横切り、この遅延素子は四分の一波長板として構成されて、電場成分の位相を互いに対して１／４波長だけ遅らせる。偏光状態がほぼ無変化のままになる凹面鏡１７での反射後、反射光は再び四分の一波長板を通過し、そのため、それを２回横切り、四分の一波長のさらなる位相遅れが起きる。したがって、波長板２６を２回通過することにより、全体で二分の一波長の遅れになり、これは、好適な偏光方向が９０°だけ回転することに相当する。その結果、第２偏向鏡１９に対してｓ偏光している光は、第１偏向鏡の下流でｐ偏光された成分の（より弱い）振幅を有する一方、このとき、ｐ成分はより大きい振幅を有する。図３を利用して説明すると、反射率の差に基づいて、このｐ成分はこのとき、（より弱い）ｓ成分より強く減衰され、そのため、ｓ及びｐ偏光において振幅の一致が起きる。第２偏向鏡１９の下流でｓ及びｐ偏光のほぼ同一の振幅が生じるように、多重層２３及び２４が好都合に構成される。それにより、この光を利用して、構造方向に基づくコントラスト差がない結像が可能である。

四分の一波長板の効果を有する、光が２回横切る遅延素子２６の代替として、第１及び第２偏向鏡の間で光が１回だけ横切る光路内に、たとえば、第１偏向鏡の直後の位置２８か、または第２偏向鏡の直前の位置２９に、二分の一波長遅延を行う遅延素子を配置することも可能である。その素子は自立形であるか、あるいは、たとえばレンズなどの平面またはわずかに湾曲した表面にねじり付けることによって別の光学素子と組み合わせることもできる。

四分の一波長板または上記の二分の一波長板は、たとえば、フッ化マグネシウムなどの複屈折結晶質で構成することができる。強い複屈折のため、最低次数の遅延波長板は非常に薄くなり、これにより、生産技術及び取り付け技術が困難になる可能性がある。もっと高い遅延次数で、それに伴ってもっと厚い波長板が確かに可能であるが、角公差がはるかに小さくなり、そのため、入射角の違いに対応して遅延効果が大きく変化する。それと比べて、フッ化カルシウムか、または外部力または製造プロセスによる応力複屈折を示す他の結晶質から形成される波長板がもっと好ましい（たとえば、米国特許第６，１９１，８８０号または米国特許第６，２０１，６３４号を参照）。

好適な実施形態の場合、特に四分の一波長板または二分の一波長板の機能を有することができる遅延素子は、固有複屈折を有する立方晶系結晶質、特にフッ化カルシウム単結晶またはフッ化バリウム単結晶から形成され、その場合、タイプ＜１１０＞の結晶軸が、ほぼ遅延素子の光軸の方向に延びる。これらの材料は、＜１１０＞方向に平行に最大であって、約１５７ｎｍの波長では（フッ化カルシウムの場合）１１ｎｍ／ｃｍ、または（フッ化バリウムの場合）約２５ｎｍ／ｃｍの桁の大きさである固有複屈折を示す。それにより、対応の遅延素子は、数ミリメートル、特にセンチメートルの桁の大きさ（たとえば、フッ化カルシウムとしての四分の一波長板の場合に約３６ｍｍ）の一般的な厚さを有することができ、それにより、それらは効率的に製造され、効率的に取り扱われ、自立形であり、適当であれば、取り付けやすい。

入射角が大して大きくないとき、平面平行板を遅延素子として使用することができる。しかし、斜めに光が通る場合、材料内の幾何学的経路が長くなる。これは、＜１１０＞方向から一定限界までそれるときの固有複屈折のほぼ放物線状の減衰を補償し、そのため、１５°の近辺に入るほどの入射角でも、遅延効果に所望値から約１０％までの変化が起きるだけである。

図４を利用して、幾何学的ビームスプリッタを有する反射屈折投影対物レンズの別の実施形態を説明するが、この場合、２回通過型四分の一波長遅延素子の形の偏光回転体３７が、ビームスプリッタ３５及び凹面鏡３６間に配置されている。これは、凹面鏡の付近に配置されたレンズであって、全体的にメニスカスの形をなして負の屈折力を有する＜１１０＞配向フッ化カルシウム結晶から形成される。ひとみの付近に配置された負レンズ３７は二元機能を有する。一方では、光学レンズとして、それは凹面鏡３６と協働して、投影対物レンズの色補正を助ける。同時に、それは、ひとみ全体にわたってほぼ一定であるか、またはわずかに変化するだけである遅延効果を有する四分の一波長遅延素子として機能する。遅延素子の（軸方向）厚さｄが光軸からの半径方向距離ｘの関数として最適化されるときはいつも、ひとみ全体で遅延をほぼ一定に分布させることができ、それにより、ビームと遅延素子の光軸か、またはその軸に平行に延びる＜１１０＞方向との間の角度α_ｉｎが大きくなるほど、入射から出射までの遅延素子内部におけるビームの光路が長くなることが確認されている。＜１１０＞方向からずれる際の固有複屈折の放物線状の減少が、厚さの増加によってほとんど、または完全に補償されるような適応が理想的である。

遅延素子の中央領域での理想曲率を検出するために、遅延素子３７の中心の光束３８を考える。材料内の光路長が四分の一波長であるすべてのビームに対して、その条件が整えられるであろう。それにより、次の方程式によって二次元空間内にある表面が定められる。

Ｘ＝（λ／４^＊ｓｉｎ（α_ｉｎ）／Δｎ（α_ｉｎ） 及び
Ｚ≡ｄ（ｘ）＝（λ／４^＊ｃｏｓ（α_ｉｎ）／Δｎ（α_ｉｎ）
ここで、Δｎは、遅延素子を取り囲む媒体（通常は空気）及び遅延素子の材料間の屈折率の差であり、α_ｉｎは、光軸または＜１１０＞軸及びそれぞれ考えられるビーム３８間の角度であり、ｄ（ｘ）は、遅延素子の半径ｘの関数としての厚さである。この計算は、遅延素子の半径方向に幾分放物線状の厚さ断面形を生じ、光学的理由から理想的な入射面及び出射面の曲率を考慮した負のメニスカスレンズ３７の場合に、これがほぼ実現される。

結果的に生じるレンズ厚さが不都合であると見なされる場合、たとえば、上記方程式に従って全厚を決定することができる複数の遅延レンズか、または遅延レンズ及び遅延板の組み合わせの全体に遅延を分散させることも可能である（図５と比較されたい）。

本発明のこの態様を最適に利用できるようにするため、組み合わせたレンズ／遅延素子を最小限の入射角の領域内に配置すべきである。理想的には、空気中での最大入射角が約３９°を越えるべきではなく、そうでないと、結晶方向の関数としての遅延の結晶誘発四光波特性が顕著になる可能性があるからである。角度α_ｉｎが小さいほど、レンズの曲率が小さくなる場合も同様に好都合である。レンズ厚さの合計は、その材料からなる四分の一波長遅延素子の対応厚さにほぼ相当しなければならない。遅延効果を適応させるために全厚をわずかに補正することが好ましいであろう。たとえば、縁部ビームの場合の遅延効果を中央ビームの場合より正確に設定すると、より好ましいであろう。これは、遅延素子を２回通過した後の強度分布の均一化をもたらすことができる。

本発明の態様はまた、決定された理想的全厚が大きすぎるか、小さすぎる場合の補正手段を可能にする。たとえば、ほぼ同一厚さの２つの＜１１０＞カットレンズを＜１１０＞軸を基準にして４５°だけ互いに回転させるとき、遅延を減衰することができる。全厚が小さすぎる場合、たとえば、＜１１０＞配向材料から形成された追加の平面平行板を設けることが可能である。ここで特に、ビームの傾斜が大きすぎないことを確認すべきである。

図５を利用して、ビームスプリッタキューブの形の偏光選択型ビームスプリッタ４０を備える反射屈折投影対物レンズの実施形態を説明する。この実施形態では、四分の一波長遅延素子として機能する偏光回転体４３が、ビームスプリッタ４０及び凹面鏡４１間に配置されている。偏光回転体は、それぞれ＜１１０＞配向フッ化カルシウム結晶からなる２つの負のメニスカスレンズ４４、４５を有する。レンズの軸方向全厚は、軸に近い中央領域では、四分の一波長遅延板の対応厚さに一致し（たとえば、１５７ｎｍの動作波長では、フッ化カルシウムの場合に約３６ｍｍ）、ひとみ領域内に配置されたレンズ４４、４５のレンズ断面全体にわたって遅延効果をならすために、半径方向に放物線状に増加する。

投影対物レンズは、円偏光された入射光で機能するように構成されており、物体面４６及びビームスプリッタ４０間に、入射光をビームスプリッタ表面４８に関してｓ偏光した光に変化させる四分の一波長板４７を有する。この光は２つのレンズ４４、４５を透過して、それらの遅延効果によって円偏光に変えられ、それは凹面鏡４１によって反射して戻って、遅延装置４３を通過する。遅延レンズ４４、４５を再び通過した後、光はビームスプリッタ層４８に関してｐ偏光されて、損失を伴わないでそれを透過して偏向鏡４９の方向に進み、その偏向鏡４９は光を像面の方向に偏向させる。このことは、たとえば、そのような光学系においてビーム偏向装置４０及び凹面鏡間に機能的に必要である四分の一波長遅延素子を、適当な遅延効果を有する１つまたは複数のレンズで形成することができることを説明する。したがって、ビームスプリッタ及び凹面鏡間に従来必要であった四分の一波長板をなくすことができる。

ウェハステッパとして構成されて、本発明の一実施形態に従った幾何学的ビームスプリッティングを備える反射屈折投影対物レンズを有するマイクロリソグラフィ投影露光機の概略図である。 ｓ及びｐ偏光について入射光の入射角Ｉに対する鏡の屈折率Ｒの依存性を示すグラフである。 図１に示された投影対物レンズの反射屈折対物レンズ部分の詳細な構成図である。 幾何学的ビームスプリッティング、及び四分の一波長遅延素子として機能する負メニスカスレンズを備える反射屈折投影対物レンズの一実施形態の概略図である。 物理的ビームスプリッタを備える投影対物レンズの反射屈折対物レンズ部分の概略図である。

符号の説明

１ ウェハステッパ
５ 投影対物レンズ
７ マスク
８ マスク面
１０ フォトレジスト層被覆ウェハ
１３ 制御ユニット
１６ 第１偏向鏡
１７、３６、４１ 凹面鏡
１８ 光軸
１９ 第２偏向鏡
２１ ビーム偏向装置
２５ 側部アーム
２６、３７、４３ 偏向回転体
３５、４０ ビームスプリッタ
４８ ビームスプリッタ表面
４９ 偏向鏡

Claims (20)

1. 物体面上に配置されたパターンを像面に投影するための反射屈折投影対物レンズであって、凹面鏡（１７、３６、４１）及び第１全反射型偏向鏡（１６）と共に少なくとも１つの第２全反射型偏向鏡（１９）を有する反射屈折対物レンズ部分（１５）が、前記物体面及び前記像面間に配置され、通過する光の好適な偏光方向を回転させる偏光回転体（２６、３７）が、前記第１偏向鏡及び前記第２偏向鏡間に配置され、それによって前記偏向鏡の反射率及び／または位相における偏光依存差を補償する、反射屈折投影対物レンズ。
2. 前記偏光回転体（２６、３７）は、前記偏向鏡間で前記好適な偏光方向を約９０°だけ回転させるように構成される、請求項１に記載の投影対物レンズ。
3. 光が２回横切る領域を前記第１偏向鏡（１６）及び前記第２偏向鏡（１９）間に有し、前記偏光回転体（２６、３７）は、前記２回横切る領域内に配置された、少なくともほぼ四分の一波長板の効果を有する遅延装置である、請求項１または２に記載の投影対物レンズ。
4. 前記偏光回転体（２６、３７）は、通過する放射光の低拡散領域内に、好ましくは該投影対物レンズのひとみ面の近傍区域内に、特に前記凹面鏡（１７、３６）の付近に配置される、前記請求項のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
5. 前記偏光回転体は、少なくともほぼ二分の一波長板の効果を有する遅延装置であって、該遅延装置は、前記第１偏向鏡（１６）及び前記第２偏向鏡（１９）間の、光が１回だけ横切る領域（２８、２９）内に配置される、前記請求項のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
6. 前記偏光回転体（３７）は、固有複屈折を有する立方晶系結晶質、特にフッ化カルシウム結晶またはフッ化バリウム結晶からなる少なくとも１つの遅延素子を有し、該遅延素子の光軸は、前記結晶の＜１１０＞結晶軸の方向にほぼ整合している、前記請求項のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
7. 前記遅延素子は、厚さが少なくとも５ｍｍ、特に約１０ｍｍ〜約５０ｍｍである、請求項６に記載の投影対物レンズ。
8. 少なくとも１つの遅延素子（３７）は、正または負の屈折力を有するレンズ素子として、好ましくは、特に負の屈折力を有するメニスカスレンズとして構成される、請求項６または７に記載の投影対物レンズ。
9. 少なくとも１つの遅延素子（３７）は、２つの光学面を有し、該光学面の形状及び前記遅延素子の取り付け位置を互いに適応させて、通過するビーム及び前記遅延素子の光軸間の角度が大きいほど、前記光学面間の前記遅延素子内部でのビーム（３８）の光路が長くなるようにする、請求項６〜８のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
10. 前記偏光回転体は、固有複屈折を有する立方晶系結晶質で形成された少なくとも１つのレンズ（３７）を有し、該レンズの場合、半径の関数としての厚さは、厚さが半径方向に増加するほぼ放物線状の断面形を有する、請求項６〜９のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
11. 前記偏光回転体は、固有複屈折を有する立方晶系結晶質からなる少なくとも１つのレンズを有し、該レンズは、該投影対物レンズのひとみ面の付近に、特に、前記凹面鏡（３６）の付近に配置され、好ましくは負の屈折力を有する、請求項６〜１０のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
12. 物体面上に配置されたパターンを像面に投影するための反射屈折投影対物レンズであって、凹面鏡（４１）と、ビームスプリッタ表面（４８）を設けた偏光選択型ビームスプリッタ（４０）とを有する反射屈折対物レンズ部分が前記物体面及び前記像面間に配置され、四分の一波長板の効果を有する偏光回転体（４３）が、前記ビームスプリッタ表面（４８）及び前記凹面鏡（４１）間に配置され、また、前記偏光回転体は、レンズとして構成された少なくとも１つの遅延素子（４４、４５）を有し、該遅延素子は、固有複屈折を有する立方晶系結晶質、特にフッ化カルシウム結晶またはフッ化バリウム結晶からなり、該遅延素子の光軸は、前記結晶の＜１１０＞結晶軸の方向にほぼ整合している、反射屈折投影対物レンズ。
13. 前記少なくとも１つの遅延素子（４４、４５）は、特に負の屈折力を有するメニスカスレンズとして構成される、請求項１２に記載の投影対物レンズ。
14. 前記少なくとも１つの遅延素子（４４、４５）は、２つの光学面を有し、該光学面の形状及び前記遅延素子の取り付け位置を互いに適応させて、通過するビーム及び前記遅延素子の光軸間の角度が大きいほど、前記光学面間の前記遅延素子内部でのビームの光路が長くなるようにする、請求項１２または１３のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
15. 前記遅延素子（４４、４５）の場合、半径の関数としての全厚は、厚さが半径方向に増加するほぼ放物線状の断面形を有する、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
16. 前記偏光回転体（４３）は、該投影対物レンズのひとみ面の付近に、特に、前記凹面鏡（４１）の付近に配置される、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
17. 前記ビームスプリッタ表面（４８）及び前記凹面鏡（４１）間に四分の一波長板をまったく配置しない、請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
18. レンズとして構成されて、固有複屈折を有する立方晶系結晶質、特にフッ化カルシウム結晶またはフッ化バリウム結晶からなる少なくとも１つの遅延素子（３７、４４、４５）を有し、該遅延素子の光軸は、前記結晶の＜１１０＞結晶軸の方向にほぼ整合している、光学系、特に前記請求項のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
19. 前記遅延素子（３７、４４、４５）は、特に負の屈折力を有するメニスカスレンズである、請求項１８に記載の光学系。
20. 前記遅延素子の、半径の関数としての厚さは、厚さが半径方向に増加するほぼ放物線状の断面形を有する、請求項１８または１９に記載の光学系。
    
    

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