JP2005533285A - 反射屈折投影対物レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】 好都合な構造を有する反射屈折投影対物レンズを提供する。
【解決手段】 投影対物レンズの物体面上に配置されたパターンを該投影対物レンズ像面に結像する一方、少なくとも１つの実中間像を生成する反射屈折投影対物レンズであって、少なくとも１つの凹面鏡及びビーム偏向装置を有する反射屈折対物レンズ部分と、屈折対物レンズ部分と、該投影対物レンズを通過する光の断面積を制限するための、可変絞り直径を有する系絞りを備え、該系絞りは前記反射屈折対物レンズ部分内に配置されている。

Description

本発明は、反射屈折投影対物レンズであって、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一方、少なくとも１つの実中間像を生成する反射屈折投影対物レンズに関する。

このタイプの投影対物レンズは、半導体部品及び他の微細構造デバイスの製造用のマイクロリソグラフィ投影露光装置に使用される。それらは、以下に一般的にマスクまたはレチクルと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。

この場合、より微細な構造体の製造には、一方で投影対物レンズの像側の開口数（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、たとえば２４８ｎｍ、１９３ｎｍまたは１５７ｎｍの紫外線を使用することが必要である。

これらの短い波長の場合、適当な透明材料のアッベ定数が互いに比較的近いので、色収差を十分に補正した純粋屈折系を提供することがますます困難になる。したがって、非常に高い解像度の投影対物レンズ用には反射屈折系が主に利用され、それでは、屈折及び反射部品、すなわち、特にレンズ及び鏡が組み合わされている。

結像鏡面を使用するとき、曇りや口径食のない結像を達成しようとする場合、ビーム偏向装置を使用する必要がある。ビーム偏向装置が少なくとも１つの全反射型偏向鏡を有する幾何学的ビーム偏向を用いた系がある。物理的ビーム偏向を用いた系、たとえば、ビームスプリッタキューブ（ＢＳＣ）の形の物理的ビームスプリッタを備えた系も既知である。中間像を有さない系も利用可能であるが、中間像を有する投影対物レンズがますます利用されており、この場合、レンズ及び他の光学部品のタイプ及び配置に関する構造自由度が高くなる。

投影対物レンズは通常、投影対物レンズを通過する光の断面積を制限する系絞りを備える。ある用例について一方の開口数または解像度、及び他方の焦点深度（ＤＯＦ）間の最善の折衷を設定できるように、系絞りの絞り直径を好ましくは可変に設定することができる。

そのような系絞りは、開口絞りまたは口径絞りとも呼ばれ、光軸の適当な絞り位置の付近に設置される。適当な絞り位置は、光学結像の主光線が光軸と交差する軸方向位置か、またはその付近にある。中間像を有する結像系は、２つのそのような絞り位置を、すなわち、物体面及び中間像間に１つ、中間像及び像面間に１つ有する。

中間像を有する既知の反射屈折投影対物レンズにおいて、系絞りは、屈折対物レンズ部分内の、像面の付近にある絞り位置に設置される。そのような系の例が、特に欧州特許第０８６９３８３号（米国特許第５，９６９，８８２号に対応）、米国特許第６，１７５，４９８号、または米国特許第５，８０８，８０５号、または関連の米国継続出願第５，９９９，３３３号に示されている。

米国特許第５，０５２，７６４号は、凹面鏡の縁部が、使用可能な開口数を制限するための系絞りとして機能する反射屈折対物レンズを示している。絞り直径は、鏡の直径によって定められる。
欧州特許第０８６９３８３号 米国特許第５，９６９，８８２号 米国特許第６，１７５，４９８号 米国特許第５，８０８，８０５号 米国特許第５，０５２，７６４号

本発明は、冒頭に述べた形式の、好都合な構造を有する反射屈折投影対物レンズを提供するという目的に基づく。

この目的は、反射屈折投影対物レンズにおいて、この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像面に結像する一方、少なくとも１つの実中間像を生成する反射屈折投影対物レンズであって、少なくとも１つの凹面鏡及びビーム偏向装置を有する反射屈折対物レンズ部分と、屈折対物レンズ部分と、投影対物レンズを通過する光の断面積を制限するための、可変絞り直径を有する系絞りとを備え、系絞りが反射屈折対物レンズ部分内に配置されている、反射屈折投影対物レンズによって達成される。

発明の実施の形態

好都合な実施形態が、従属請求項に詳述されている。すべての請求項の表現は、本記載の内容を参考にしたものである。

本発明に従った反射屈折投影対物レンズは、反射屈折対物レンズ部分及び屈折対物レンズ部分を有する。反射屈折対物レンズ部分は、少なくとも１つの凹面鏡及びビーム偏向装置を備える。屈折対物レンズ部分は、純粋な屈折構造であり、結像鏡をまったく有していない。結像系は、投影対物レンズを通過する光の断面積を制限するための、可変絞り直径を有する系絞りを備える。この系絞りは、反射屈折対物レンズ部分内に配置されている。

中間像を有する多くの種類の反射屈折投影対物レンズにおいて、反射屈折対物レンズ部分は、多くの場合に互いに比較的大きく離して配置されるレンズ及び他の光学部品の数が比較的少ない。これにより、可変絞り直径を有する系絞りを好都合に設置することができるようになる。系絞りが反射屈折対物レンズ部分内に収容される場合、可変系絞りを設置するための十分な距離が適当なレンズ間に残るように屈折対物レンズ部分を構成する必要がない。したがって、本発明は、屈折対物レンズ部分に構造自由を与える。したがって、この対物レンズ部分のレンズは、意図する光学効果に関して最適な配置及び構成にすることができる。

反射屈折対物レンズ部分が、像面の直前の対物レンズ部分であることが可能である。一部の実施形態では、反射屈折対物レンズ部分が、物体面から出る光から中間像を生成する働きをし、屈折対物レンズ部分が、中間像を像面に結像する働きをする。そのような系では特に、系絞りを物体面及び中間像間に配置してもよい。

特定の実施形態は、系絞りが凹面鏡の付近に配置されていることを特徴とする。この場合、系絞りを凹面鏡に近接させて、凹面鏡の頂点（鏡部分と光軸との交点に対応）と系絞りの位置との間の距離が最大絞り直径の５０％未満になるように取り付けてもよい。一実施形態では、凹面鏡に近接する配置は、系絞りが凹面鏡のすぐ近くの隙間に配置されていることによって促進される。したがって、この場合にはどんなレンズ及び他の光学部品も、系絞り及び凹面鏡間に位置しない。凹面鏡にできる限り近接して設置することは、系絞りによって考えられる口径食の減少または排除を助ける。

系絞りは、設定された絞り直径に関係なく、絞り縁部が一平面上にある平面的な系絞りでもよい。系絞りが絞り縁部を有し、この絞り縁部が絞り直径を決定し、また、投影対物レンズの光軸に関するそれの軸方向位置を絞り直径の関数として変化させることができる場合、特に好ましい。これにより、絞り直径に依存するようにして、有効絞り位置をビーム経路に最適に適応させることができる。

凹面鏡の付近に配置された、可変絞り直径を有する系絞りの場合、この系絞りは、絞り直径の調節の際に系絞りの絞り縁部を、凹面鏡の鏡部分の形状に合わせた湾曲部分に沿って移動させることができるように構成してもよい。湾曲部分は、たとえば、光軸に関して回転対称である部分でよい。各絞り位置について鏡部分及び絞り縁部間の、光軸に平行に測定した距離は好ましくは、口径食を排除するためにできる限り小さくなければならない。たとえば、系絞りは、絞り直径の調節の際に絞り縁部を球面部分または楕円部分に沿って移動させることができる球面絞りとして構成してもよい。その曲率は、凹面鏡の曲率に十分に適応させなければならない。また、系絞りを円錐絞りとして構成して、絞り直径の調節の際に絞り縁部が円錐包絡部分に沿って移動するようにすることも可能である。この場合、絞り縁部の軸方向位置が絞り直径に線形依存する結果が生じる。

系絞りの好都合な実施形態は、各絞り直径について絞り縁部と凹面鏡の鏡部分との間の軸方向距離が、鏡部分と凹面鏡の縁部によって定められる平面との間の対応の軸方向距離の５０％未満、特に３０％未満または２０％未満であるものである。鏡部分及び絞り縁部間の距離が短いほど、視野全体での対物レンズ側の開口の変動が小さい。視野全体にわたって対物レンズ側に一定の開口を理想的に得るためには、この変動が最小でなければならない。

一部の実施形態では、系絞りは、楕円形の絞り縁部を有する楕円形の絞りである。この場合、絞り直径は、光軸に垂直に延びる直径方向によって決まる。絞り込み時の口径食効果の低減または排除を行うために、絞りの楕円性を利用することができる。上記方法の代わりとしてか、またはそれに追加して、口径食を減少させるために、絞りの楕円性を使用することができる（たとえば、球面絞り）。絞り直径の関数として変化させることができる楕円率を有する楕円形の絞り縁部を備えた系絞りの実施形態が特に好都合である。この場合の楕円率という用語は、絞りの最大直径及び最小直径の比を表す。これらの絞りでは、最大直径及び最小直径の比が一定ではなく、絞りの位置によって決まる。そのような絞りにより、各絞り設定について最適のひとみ形状を設定することができる。一般的に、上記タイプの系では、設定された絞り直径に応じて、系のテレセントリーが変化するであろう。絞りの開閉時のテレセントリーの変化をできる限り小さくするために、系絞りに対応した絞り位置であって、結像の主光線が光軸と交差する絞り位置が、凹面鏡の鏡部分にできる限り近接していることが好ましい。この絞り位置が、凹面鏡の縁部よって定められる平面及び凹面鏡の頂点間に位置することが好ましい。頂点及び絞り位置間の軸方向距離が、最大限に開放した絞りの場合の鏡半径の最大でも約２０％である場合、テレセントリーに及ぼす絞り調節の影響を特に小さく維持することできる。鏡部分及び絞り位置間の距離は、主光線ずれとも呼ばれる。

反射屈折対物レンズ部分に割り当てられた系絞りが、結像系の唯一のビーム制限絞りであることが可能である。また、反射屈折対物レンズ部分に割り当てられた系絞りに加えて、さらなる系絞りが、屈折対物レンズ部分内の共役絞り位置の領域内に配置されている実施形態もある。この系絞りは、固定的に予め定められた不変の系直径か、または調節可能な絞り直径を有してもよい。そのような追加の絞りは、この可変絞りの構造の自由度を増加させることができる。

本発明は、幾何学的ビームスプリッティングを用いる反射屈折投影対物レンズの場合、及び物理的ビームスプリッティングを用いる反射屈折投影対物レンズの場合の両方に用いることができる。

上記及びさらなる特徴は、特許請求の範囲からだけでなく、説明及び図面からも明らかになり、その場合、個々の特徴は、本発明の実施形態及び他の分野においてそれぞれ単独で、または複数を部分組み合わせの形で実現すること、及び本質的に保護可能である好都合な実施形態を表すことができる。

好適な実施例の以下の記載において、「光軸」という用語は、光学部品の曲率中心を通る直線または一連のまっすぐな線分を表す。光軸は、偏向鏡または他の反射面で折れる。方向及び距離は、像面か、その位置にあって露光されるべき基板の方向に向く場合には「像側」として、また、光軸に関して物体面またはその位置にあるレチクルの方に向く場合に「物体側」として記載される。例として、物体は、集積回路のパターンを有するマスク（レチクル）であり、異なったパターン、たとえば、格子のパターンも含むことができる。例として、フォトレジスト層を備えて、基板として機能するウェハ上に像が投影される。他の基板、たとえば、液晶ディスプレイ用の構成部品か、または光学格子用の基板も可能である。

折れた光軸が通り、光軸及びビームの主光線を含む平面をメリジオナル平面またはメリジオナルセクションと呼ぶ。サジタル平面またはサジタルセクションは、ビームの主光線を含み、メリジオナル平面に垂直である。

図１は、物理的ビームスプリッティングを用いた本発明による反射屈折縮小対物レンズ１の一実施形態を示す。それは、物体面２上に配置されたレチクルなどのパターンを、物体面２に平行に位置する像面４に結像する一方、単一の実中間像３を、たとえば、４：１の比率で縮小して生成する機能を有する。対物レンズ１は、物体面２及び像面４間に、凹面鏡６及びビーム偏向装置７を有する反射屈折対物レンズ部分５と、この反射屈折対物レンズ部分に続く屈折対物レンズ部分８とを含み、屈折対物レンズ部分８は屈折光学部品だけを含む。

縮小対物レンズは実中間像３を生成するので、２つの実ひとみ面１０、１１が、すなわち、反射屈折対物レンズ部分５内の凹面鏡６の直前の第１ひとみ面１０と、屈折対物レンズ部分８内の像面４付近の最大ビーム直径の領域内の第２ひとみ面１１とが存在する。ひとみ面１０、１１の領域内において、結像の主光線が系の光軸１２を横切る。ひとみ面１０、１１は、互いに対して光学的に共役の絞り位置である、すなわち、ビーム断面積を制限するための物理的絞りを設置することができる範囲を有する好適な位置である。

図示の実施形態では、系絞り１５が反射屈折対物レンズ部分５内の凹面鏡６の直前に設置されている。系絞り１５は、投影対物レンズを通る放射光の断面積を可変的に制限するために可変設定することができる絞り直径を有し、それにより、絞り直径を設定することによって、投影対物レンズの実際に使用される開口数を設定することができる。共役絞り位置１１に別の絞りまたはビーム断面積制限部が設けられていない。他の実施形態においてそのような絞りを設けてもよい。

ビーム偏向装置７は、ビームスプリッタキューブ２０を有する物理的ビームスプリッタを備え、その内部に偏光選択型ビームスプリッタ面２１が斜めに配置されている。光軸１２に対して斜めの向きにある平面的なビームスプリッタ面２１は、対応の直線偏光された物体光を凹面鏡６の方に偏向する機能を有し、凹面鏡６から出た光を９０°にわたって回転した偏光方向で偏向鏡２２に送るように構成されており、この偏向鏡の平面的な鏡面はビームスプリッタ面２１に垂直な向きになっている。ビームスプリッタ面２１は物体光を凹面鏡６の方向に偏向させるのに必要であるが、偏向鏡２２は省略することもできる。その場合、さらなる偏向鏡がなければ、物体面及び像面が互いにほぼ垂直になるであろう。偏向鏡２２によって達成される物体面２及び像面４の平行配置は、たとえば、投影対物レンズを有する投影露光装置のスキャナ動作に好都合である。

照明系（図示せず）からの光は、投影対物レンズにその物体面２の像遠位側から入射して、最初に、物体面上に配置されたマスクを通過する。通過した光は次に、平行平面板２５及び正レンズ２６を通過し、正レンズ２６は、放射光を集束し、それによってビームスプリッタキューブ２０の直径を比較的小さくすることができる。入射光の直線偏光は、ビームスプリッタ面２１が光を反射する作用を有するような向きであり、そのため、入射光が凹面鏡６の方向に偏向される。投影対物レンズの斜め水平アーム内に凹面鏡を設ける配置によれば、偏向角は９０°を超え、たとえば、１０３〜１０５°である。水平アーム内において、光は最初に負メニスカスレンズ２７に当たる。それの後方に、四分の一波長板２８の形をした偏光回転装置を配置してもよく、これは、入射する直線偏光を円偏光に変える。この円偏光は、系絞り１５を通過した後に凹面鏡６に当たる前に、凹面鏡６の直前に位置する２つの負メニスカスレンズ２９、３０を通過する。凹面鏡６から反射されて、２回横切るレンズ２７〜３０を通ってビーム偏向装置７の方向に戻される光は、四分の一波長板によって、直線偏光を有する光に変えられ、それはビームスプリッタ面２１によって偏向鏡２２の方向に送られる。偏向鏡２２から反射した光は、正メニスカスレンズ３１を通過した後に中間像３を形成する。この中間像は、屈折対物レンズ部分８の後続レンズ３２〜４５によって像面４に結像され、これらの後続レンズは全体として縮小作用を有する。

この対物レンズ部分の特殊な特徴として明らかであることは、正レンズ４０が系絞り１５の位置に対して共役の絞り位置１１に取り付けられ、そのため、この位置は、調節可能な系絞りの設置に適さないであろうということである。しかしながら、反射屈折対物レンズ部分５内に系絞り１５が配置されることにより、屈折対物レンズ部分８の構造内での絞りの位置を考慮する必要がなく、そのため、この領域において光学的観点から最適である構造の厳密性を低くすることが可能である。

構造の仕様が表１に表形式でまとめられている。ここで、第１欄は屈折面、反射面または何らかの他の方法で識別される表面の番号を示し、第２欄は表面の半径ｒ（ｍｍ単位）を示し、第３欄は表面及び後続表面間の、幅として表される距離ｄ（ｍｍ単位）を示し、第４欄は部品の材料を示し、第５欄は特定された入射面に続く部品の材料の屈折率を示す。第６欄は、光学部品の光学的に有効な自由半径（ｍｍ単位）を示す。反射面が第７欄に示されている。対物レンズの物体及び像面間の構造長さＬはほぼ１１２０ｍｍである。

この実施形態では、表面のうちの８個、すなわち、第２欄に「ＡＳ」で表示された表面は非球面である。表２は、対応の非球面データを示し、非球面の矢は以下の規定に従って計算される。

この場合、半径の逆数（１／ｒ）は表面の頂点での表面曲率を示し、ｈは表面点及び光軸間の距離を示す。したがって、ｐ（ｈ）はこの矢を、すなわち、ｚ方向、すなわち光軸の方向における表面点及び表面の頂点間の距離を表す。定数Ｋ、Ｃ１、Ｃ２・・・は、表２に記載されている。

これらの仕様によって再現することができる光学系１は、約１５７ｎｍの動作波長用に構成され、この場合、すべてのレンズに使用されるレンズ材料のフッ化カルシウムは、屈折率ｎ＝１．５５８４１を有する。像側の開口数ＮＡは０．８５であり、結像縮尺は４：１である。この系は、２６×５．５ｍｍ^２の大きさの像視野用に構成されている。この系は、二重テレセントリックである。

図２及び図３を参照しながら、系絞り１５の特殊な特徴をさらに詳細に説明する。凹面鏡６にすぐ近接した隙間に設置された系絞り１５は、「球面絞り」（図２（ｃ）及び図２（ｄ））として構成されている。それは、内側絞り縁部３５を有し、これは、絞り直径３６を定め、光軸１２に関するそれの軸方向位置は、絞り直径の関数として変更可能である。この場合、絞り込み時、すなわち、絞り直径を縮小させるとき、絞り縁部３５によって定められる有効絞り位置が凹面鏡の方向に移動する。絞り直径のこの調節中に、絞り縁部は、鏡部分の形状に合わせた回転部分上を、すなわち、球面部分上を移動する。絞りが完全に開いている（図２（ｃ））状態での絞り縁部３５はまだ凹面鏡の外側に、すなわち、鏡の縁部によって定められる前鏡平面３７の前方に位置するが、絞り直径の縮小（図２（ｄ））の際には、絞り縁部が、光軸１２に垂直に鏡の頂点３９を通る後鏡平面３８の方向に移動する。

比較のために、図２（ａ）及び図２（ｂ）は、平面的な系絞りを示し、この場合、絞り縁部は、絞りの開閉時に、凹面鏡の外側に、すなわち、凹面鏡の前鏡平面の前方に位置する絞り平面４０上に留まる。

図３を参照しながら、系の照明されたひとみの形状に対するさまざまな絞り形状の作用を説明する。この場合、図３（ａ）〜図３（ｃ）はそれぞれ左側に、投影対物レンズの凹面鏡の領域内の展開したメリジオナルセクションを示し、また、それぞれ右側に、視野縁部における物体点に対する系ひとみの対応形状を示す。

図３（ａ）は、平面的な系絞りを有し、絞りが全開状態にある系を示す。この場合、光学系の全開口数が使用され、照明されたひとみは最大直径を備えた円形を有する。

図３（ｂ）は、平面的な系絞りを有し、絞り直径が小さい同一系を示す。絞り直径が小さくなる結果、照明されたひとみの直径も同様に縮小する。直径の縮小に加えて、図３（ｂ）の右側に黒色で表されたメリジオナル口径食４１が顕在化し、この口径食は、メリジオナル平面の絞り縁部付近を通るビームの周縁光線４２が絞りによって部分的にけられ、そのため、ひとみ照明に寄与することができないことに起因する。絞り縁部に位置するビームの最外側光線４２は外周光とも呼ばれる。それらは、視野縁部光束の周縁光線を形成する。系絞りが凹面鏡６の直前に配置されるとき、光が絞り平面を２回横切ることを考慮すれば、口径食の効果を理解することができる。この場合、光軸に対して斜めにメリジオナル平面を通り、さらに凹面鏡に進む途中に系絞りの絞り縁部付近を横切る光線は、凹面鏡で反射した後に戻る途中に鏡側から系絞りの絞り素子に部分的に当たり、それによって遮蔽される。したがって、メリジオナル平面上の周縁光線の一部がひとみの照明に寄与しなくなり、その結果としてメリジオナル口径食４２が生じる。

結像の主光線４３は鏡頂点（鏡部分及び光軸間の交点）の非常に近くで光軸１２と交差し、そのため、わずかな主光線のふれが存在するだけであることは、明らかである。小さい主光線のふれは、好ましくは最大絞り半径の２０％以下でなければならず、絞り込み時のテレセントリック誤差を回避するのに好都合である。

口径食には、像側の開口数がメリジオナル方向４４において、それに垂直に延びるサジタル方向４５より小さいという効果がある。これは、Ｈ−Ｖ差とも呼ばれる、いわゆる限界寸法の変動（ＣＤ変動）を助長する。投影対物レンズの分解力が方向依存性を有する場合、結像特性のそのような方向依存性が発生しうる。第２例（図３（ｂ））において、メリジオナル平面にほぼ垂直に延びる線（メリジオナル構造）における分解力は、開口数が少ないために、メリジオナル平面に平行に延びるサジタル構造における分解力より低いであろう。そのようなＣＤ変動は、排除するか、許容限界内に保持すべきである。特に、異なった構造方向における有効開口数は、すべての構造方向においてほぼ同一であるべきであって、すべての構造方向について絞りの直径を調節するとき、ほぼ同一量だけ変化しなければならない。

上記問題は、球面絞り１５（図３（ｃ））を使用することによって軽減されるか、または回避される。球面絞りの場合、絞りの位置または絞りの直径に関係なく、絞り縁部３５を常に鏡部分の前方の非常に短距離の位置に配置することができ、そのため、凹面鏡で反射した光線は、メリジオナル縁部領域内においても、凹面鏡に当たる光線とほぼ同一の絞りの開きを「見る」。

それによって達成されることは、設定された絞り直径に関係なく、照明ひとみが常にほぼ円形に保たれることであり、これは、特に部分的または完全に絞り込んだ絞りの場合（図３（ｃ））でも当てはまる。したがって、この場合、すべての絞り設定について、メリジオナル方向の開口数（ＮＡ_{ｍｅｒｉｄ}）は、サジタル方向の開口数（ＮＡ_ｓａｇ）とほぼ正確に同一の大きさを有する。楕円率ｋ＝ＮＡ_{ｍｅｒｉｄ}／ＮＡ_ｓａｇも同様に、ひとみ照明の形状の均一性または不均一性の程度を表す。１か、それに近いｋの値が一般的に要求される。

系絞りの絞り形状の輪郭によって楕円率ｋに影響を及ぼす別の可能性を、図４を参照しながら説明する。一実施形態において、系絞りは、楕円形の絞り縁部を有する絞り（「楕円形絞り」）として構成され、その場合、特に絞り直径がサジタル方向及びメリジオナル方向で異なってもよい。そのような絞りの動作モードを説明するために、図４は、視野中心（左欄ＦＣ）、視野中心及び視野縁部間の視野帯（中央欄ＦＺ）及び視野縁部（右欄ＦＥ）内の異なった視野点について最小開口数の絞り設定の場合のひとみの口径食の変化を示し、図面の上列（ａ）は、環状の絞り開口を有する平面的な系絞りにおけるひとみ形状を示し、下列（ｂ）は、楕円形の絞り開口を有する平面的な系絞りにおけるひとみ形状を示す。上列（ａ）は、ひとみが視野中心（ＦＣ）の視点から円形に見える（ｋ＝１）ことを示す。考慮する視野点が視野の中心から離れるほど、より顕著なメリジオナル口径食４１が発現し、これは図３（ｂ）でも明らかである。この場合、理想的な楕円率ｋ＝１からのふれが、たとえば、任意値Δｋで表され、本例ではこれは、ｋ＝１からのふれが、視野縁部では視野帯内で考えられる視野点での２倍の大きさであるように選択される。

下列（ｂ）は、楕円絞りの使用がメリジオナル方向及びサジタル方向の開口数の比に及ぼす影響を説明する。本例の場合、サジタル方向の絞り直径がメリジオナル方向の絞り直径より小さいように、絞りの開きの異なった直径が選択される。したがって、視野中心から考えると、ひとみはわずかなサジタル口径食４５を有して現れ、その場合、ＮＡ_ｓａｇがＮＡ_{ｍｅｒｉｄ}より小さい。それに対応して、楕円率がｋ＞１である。そこで視野帯内の視野点（下列の中央の図面）を考える場合、達成することができることは、実質的に絞り縁部及び鏡面間の軸方向距離から生じるメリジオナル口径食、及び絞りの開きの楕円性によって生じるサジタル口径食が、大部分か、または完全に互いに補償されることである。その結果、ほぼ円形のひとみ照明（ｋ＝１）を達成することができる。さらに視野縁部に進むと、メリジオナル口径食の影響が顕著であり、そのため、この場合にはメリジオナル方向の開口数がサジタル方向の開口数より小さい。右欄の図を比較すれば、すべての視野点にわたって考えた場合、両垂直方向の開口数の違いが、楕円形の絞りの場合には円形の平面的な絞りの場合より相当に小さいことが明らかになる。

値Δｋ（図４を参照）は、たとえば、次式の概算値に選択してもよい。

但し、ｙ’は像視野の半径を表し、ＮＡは（像での）開口数を表し、Ｄ_Ｂ１は絞りの直径を表し、ｄは最小ＮＡである絞り縁部及び光軸に平行に測定された鏡部分間の距離を表す。

この例示的な説明から、各用例における絞りの開きの楕円率の目標設定により、すべての視野点について比較的均一なひとみ照明を可能にする最適妥協を見いだすことが可能である（仲裁）ことが明らかである。ここで説明する実施形態において、絞り縁部及び鏡部分間の軸方向距離から生じるメリジオナル口径食の程度は、絞りの直径によって決まり、絞り直径の減少に伴って増加するので、絞りの楕円率は一定ではなく、むしろ絞り直径の関数として変化させることができる。

例として説明したタイプの楕円形系絞りは、球面絞りまたは円錐絞りの代替として、口径食の文脈のなかで説明した問題を許容範囲まで減少させるであろう。

図５を参照しながら、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１１０の例示的な実施形態を説明する。この実施形態に対して、表３及び表４の仕様が用いられる。この場合、ビーム偏向装置１０７は、全反射型平面偏向鏡１２１を有し、これは、物体面１０２から出る光を凹面鏡１０６の方向に、１００°より幾分大きい偏向角で偏向させる。光学的には必要でなく、また、鏡１２１の鏡面に垂直な鏡面を有する第２偏向鏡１２２が、凹面鏡１０６から反射された光を像面１０４の方向に送り、像面は物体面に平行である。本実施形態において、反射屈折対物レンズ部分１０５及び屈折対物レンズ部分１０８間に位置する中間像１０３が、第２偏向鏡１２２の前方に距離をおいて生成され、中間像とこの偏向鏡との間に弱い負屈折力が用意される。この中間像系において、絞り位置として適当なひとみ面も同様に、凹面鏡１０６の前方のすぐ近傍に位置する一方、それに対して光学的共役のひとみ平面１１１が、屈折対物レンズ部分１０８内に設けられる。系絞り１１５はやはり球面絞りとして構成され、これは、その構造及び機能の点で図１に示された実施形態の球面系絞り１５と同一か、または同様でもよい。それの説明を特に参照されたい。

本実施形態において、物体面から出た光は、対物レンズの平行平面入射板１２５を通過した後、直接的に偏向鏡１２１に当たる。このため、物体面及び第１鏡面間の空間に屈折力が存在しない。偏向鏡１２１から反射した光は両凸正レンズ１２６を通過し、次にその背後に距離をおいて配置された、弱い負屈折力を有するメニスカスレンズ１２７を通過する。これらのレンズによって比較的小さいビーム直径にされた光は、２つの大きい負メニスカスレンズ１２８、１２９を通過した後、凹面鏡１０６に当たる。鏡１０６から中間像に戻る経路で、光がレンズ１２９、１２８、１２７、１２６を再び横切る。これらのレンズは、中間像３が第１偏向鏡１２１の側方のすぐ近傍に位置するように構成される。中間像１０３に続く負メニスカスレンズ１３０から始まり、第２偏向鏡１２２を有する屈折対物レンズ部分１０８は、中間像を像面１０４上に縮小して結像する。

上記実施形態において、すべての透明光学部品は同一の材料、すなわち、フッ化カルシウムで構成されている。動作波長で透明である他の材料、特にフッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、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−アルミニウムなどのフッ化物結晶材料を使用することも可能である。適当であれば、たとえば、色補正を助けるために、少なくとも１つの第２材料を使用することも可能である。本発明の利点は、紫外線範囲の他の動作波長、たとえば、２４８ｎｍまたは１９３ｎｍ用の系にも使用することができる。特に、１５７ｎｍより長い波長用の系において、光学部品のすべてか、または一部に他のレンズ材料を、たとえば、合成石英ガラスを使用することも可能である。

ビーム偏向装置や、適当であれば、さらなる鏡面を利用してどのような折り形状が設定されるかに関係なく、本発明の利点を使用することができる。特に、物体面から出た光が最初に凹面鏡に当たり、それにより、凹面鏡からビーム偏向装置の第１鏡面の方向に反射される系も可能である。

本発明による投影対物レンズは、すべての適当なマイクロリソグラフィ投影露光装置に、たとえば、ウェハステッパまたはウェハスキャナに使用することができる。例として、図６にウェハスキャナ１５０が概略的に示されている。それは、レーザの帯域幅を狭めるための割り当て装置１５２を備えたレーザ光源１５１を有する。照明系１５３が、下流側の投影対物レンズ１のテレセントリック要件に合致した、大きく鮮明な境界を定めると共に非常に均一に照明された像視野を生じる。照明系１５３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。照明系の背後には、マスク１５５の保持及び操作を行う装置１５４が配置されており、これにより、マスク１５５が投影対物レンズ１の物体面２上に位置して、スキャナ操作のためにこの面上を移動することができる。図示のウェハスキャナの場合、装置１５４はそれに対応してスキャニング駆動部を有する。

マスク面２に縮小対物レンズ１が続き、これは、マスクの像を縮小して、縮小対物レンズ１の像面４上に配置されているフォトレジスト層被覆ウェハ１５６上に結像する。ウェハ１５６は、ウェハをレチクルと同期させて移動させるためにスキャナ駆動部を有する装置１５７によって保持される。システムはすべて、制御ユニット１５８によって制御される。制御ユニットはまた、投影対物レンズの反射屈折部分内の凹面鏡６の直前に配置されている調節可能な系絞り１５も制御する。

上記の開示は、参照によって本出願に援用される、２００２年７月１８日に出願された米国特許仮出願第６０／３９６，５５２号に基づく。

凹面鏡の付近に物理的ビームスプリッタ及び系絞りを有する反射屈折投影対物レンズの一実施形態のレンズ断面を示す図である。 完全開放及び絞り込み状態における平面的な絞り（図２（ａ）及び図２（ｂ））と球面絞り（図２（ｃ）及び図２（ｄ））との比較を示す図である。 投影対物レンズのひとみの領域での照明に及ぼす絞り形状の影響を示す概略図である。 異なった視野点でのひとみの口径食に及ぼす系絞りの楕円性の影響を説明する概略図である。 凹面鏡の付近に幾何学的ビームスプリッタ及び系絞りを有する反射屈折投影対物レンズの一実施形態のレンズ断面を示す図である。 本発明による投影対物レンズの一実施形態を備えたマイクロリソグラフィ投影露光装置の概略図である。

符号の説明

１ 反射屈折縮小対物レンズ
２、１０２ 物体面
３、１０３ 中間像
４、１０４ 像面
５、１０５ 反射屈折対物レンズ部分
６、１０６ 凹面鏡
７、１０７ ビーム偏向装置
８、１０８ 屈折対物レンズ部分
１０、１１ 実ひとみ面
１２ 光軸
１５、１１５ 系絞り
２０ ビームスプリッタキューブ
２１ ビームスプリッタ面
２２、１２２ 偏向鏡
２５ 平行平面板
２６ 正レンズ
３５ 絞り縁部
３６ 絞り直径
３７ 前鏡平面
３８ 後鏡平面
３９ 頂点
４０ 絞り平面
４３ 主光線
１１０ 反射屈折投影対物レンズ
１２１ 全反射型平面偏向鏡
１５０ ウェハスキャナ
１５１ レーザ光源
１５３ 照明系
１５５ マスク
１５８ 制御ユニット

Claims (22)

1. 反射屈折投影対物レンズにおいて、該投影対物レンズの物体面上に配置されたパターンを該投影対物レンズ像面に結像する一方、少なくとも１つの実中間像を生成する反射屈折投影対物レンズであって、
   少なくとも１つの凹面鏡（６、１０６）及びビーム偏向装置を有する反射屈折対物レンズ部分（５、１０５）と、
   屈折対物レンズ部分（８、１０８）と、
   該投影対物レンズを通過する光の断面積を制限するための、可変絞り直径を有する系絞り（１５、１１５）と、
   を備え、該系絞りは前記反射屈折対物レンズ部分内に配置されている、反射屈折投影対物レンズ。
2. 前記反射屈折対物レンズ部分は、前記中間像（３、１０３）を生成するように構成されており、また、前記屈折対物レンズ部分は、前記中間像を前記像面上に結像するように構成されている、請求項１に記載の投影対物レンズ。
3. 前記系絞りは、前記物体面（２、１０２）及び前記中間像（３、１０３）間に配置されている、請求項１または２に記載の投影対物レンズ。
4. 前記系絞りは、前記凹面鏡（６、１０６）の付近に配置されている、前記請求項のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
5. 前記凹面鏡の頂点（３９）と前記系絞り（１５、１１５）の位置との間の距離が、最大絞り直径の５０％未満である、前記請求項のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
6. 前記系絞り（１５、１１５）は、前記凹面鏡（６、１０６）にすぐ隣接した隙間内に配置されている、前記請求項のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
7. 前記系絞りは、絞り縁部（３５）を有し、該絞り縁部は、前記絞り直径を決定し、また、該投影対物レンズの光軸（１２）に関するそれの軸方向位置は、前記絞り直径の関数として変更させることができる、前記請求項のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
8. 前記凹面鏡（６、１０６）の付近に配置された、可変絞り直径を有する系絞り（１５、１１５）が、絞り直径の調節の際に該系絞りの絞り縁部を、前記凹面鏡の鏡面の形状に合わせた湾曲面に沿って移動させることができるように構成される、前記請求項のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
9. 前記湾曲面は、前記光軸に関して回転対称である表面である、請求項８に記載の投影対物レンズ。
10. 前記系絞り（１５、１１５）は、前記絞り直径の調節の際に前記絞り縁部を球面または楕円面に沿って移動させることができる球面絞りとして構成される、前記請求項のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
11. 前記系絞りは、前記絞り直径の調節の際に前記絞り縁部を円錐包絡面上で移動させることができる円錐絞りとして構成される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
12. 前記系絞りは、絞り縁部（３５）を有し、各絞り直径について該絞り縁部と前記凹面鏡の鏡面との間の軸方向距離が、鏡部分と前記凹面鏡の縁部によって定められる平面（３７）との間の対応の軸方向距離の５０％未満である、前記請求項のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
13. 少なくとも１つの絞り位置の場合、前記絞り縁部（３５）によって定められる有効絞り平面が、前記凹面鏡（６、１０６）の縁部によって定められる平面及び前記凹面鏡の頂点間に配置される、前記請求項のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
14. 前記系絞りは、楕円形の絞り縁部を有する絞りである、前記請求項のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
15. 前記系絞りは、前記絞り直径の関数として変化させることができる楕円率を有する、請求項１４に記載の投影対物レンズ。
16. 結像の主光線（４３）は、前記凹面鏡の縁部によって定められる平面（３７）及び前記凹面鏡の頂点（３９）間で前記光軸と交差する、前記請求項のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
17. 前記凹面鏡の前記頂点（３９）及び前記絞り位置間の軸方向距離が、最大限に開放した絞りの場合の前記凹面鏡の鏡半径の最大で約２０％である、請求項１６に記載の投影対物レンズ。
18. 前記反射屈折対物レンズ部分に割り当てられた系絞りに加えて、さらなる系絞りが、前記屈折対物レンズ部分内で前記系絞りの位置に関して共役の絞り位置（１１、１１１）の領域内に配置されている、前記請求項のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
19. 前記ビーム偏向装置（７）は、少なくとも１つの偏光選択型有効ビームスプリッタ面（２１）を有する物理的ビームスプリッタ（２０）を有する、前記請求項のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
20. 前記ビーム偏向装置（１０７）は、前記物体面から出る光を前記凹面鏡の方向に反射するか、または、前記凹面鏡から出る光を前記像面の方向に反射する少なくとも１つの全反射型偏向鏡１２１を有する、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の投影対物レンズ。
21. 照明系及び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用の投影露光装置であって、前記投影対物レンズは、請求項１〜２０のいずれか１項に従って構成される、投影露光装置。
22. 半導体部品及び他の微細構造部品を製造する方法であって、
    所定パターンを有するマスクを設けるステップと、
    前記マスクを所定波長の紫外線で照明するステップと、
    請求項１〜２０のいずれか１項に記載の反射屈折投影対物レンズを用いて、前記パターンの像を前記投影対物レンズの像面の領域内に配置された感光基板上に投影するステップと、
    を含む方法。
    
    

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