JP2006085166A - 投影光学系及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】十分に補正された波面に対する要求に加え、レチクル側のテレセントリック性などのパラメータが考慮された投影露光のための光学系の提供。
【解決手段】第１対象物を第２対象物の領域内に結像させる屈折投影光学系は、当該投影光学系の結像ビーム経路に沿って配置された複数のレンズを含み、当該投影光学系は、第２対象物側に１よりも大きい開口数を有し、第１対象物の中間像を生成し、かつ、中間像を第２対象物の領域内に結像させるように構成され、中間像は第１対象物と第２対象物との間に形成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、投影光学系に関し、特に、マイクロリソグラフィ投影光学系に関する。

集積回路（ＩＣ）、ＬＳＩ、液晶素子、微細パターン部材及び微細機械部品等の半導体素子の製造においては、リソグラフィ工程が一般に用いられている。

フォトリソグラフィに用いられる投影露光装置は、一般に、光源を有する照明光学系と投影光学系とを含んでいる。照明光学系からの光は、所与のパターンを有するレチクル（第１対象物）を照明し、投影光学系は、レチクルパターンの像を感光性基板（第２対象物）の領域上に転写する。レチクルパターンの像は、レチクルパターンのより小さい像を基板上に生成するために投影光学系によってサイズが縮小されることもある。

より一層小さく、かつ、より高性能な小型装置が求められる傾向にあるため、かかる装置の製造に用いられる投影露光システムや投影光学系への要求もますます高まってきている。基板の露光においてより高い解像度を達成するために、レチクルの基板上での結像は、基板側に十分高い開口数（ＮＡ）をもって行われなければならない。従って、その開口数を上げることが、改良された投影露光システムを開発するための決定的要因となる。

高い開口数を有する投影露光システムは、米国特許出願公開第２００３／０００７２５３Ａ１号明細書、国際公開第２００３／０７５０４９Ａ２号パンフレット、及び国際公開第２００５／０５４９５６Ａ２号パンフレットにより公知であり、これらの文献の全内容を参照により本明細書に援用する。

従来の投影露光システムの中には、１よりも大きい開口数を達成することができるものがある。かかる投影露光システムの一例として、例えば、国際公開第２００３／０７７０３７Ａ１号パンフレットに開示された、浸漬タイプの投影露光システムがあり、この文献の全内容を参照により本明細書に援用する。他に、かかる投影露光システムの例として、例えば、国際公開第２００３／０７７０３６Ａ１号パンフレットに開示された、近視野露光タイプすなわち固体浸漬タイプの投影露光システムがあり、この文献の全内容を参照により本明細書に援用する。

高開口数を追及すれば、また、投影光学系の設計が全般的に困難となる。投影露光のための単純屈折性の光学系においては、光学系の像側の開口数が高くなるにしたがって収差等の結像誤差の補正に対する要求がますます厳しくなる。十分に補正された波面に対する要求に加え、レチクル側のテレセントリック性などのパラメータが考慮される必要がある。これらの要求は、多くの場合、投影光学系の像側近くに非球面レンズを使用することによって満たされる。

投影光学系は、その系の開口数が高くなるにしたがって重量やサイズが増大する傾向にある。特に、レンズの直径は、当該レンズが非常に高価でかつ製造が困難となるほどまで大きくなり、また、直径が大きくかつ十分な精度を有する非球面レンズの製造は特に困難となる。

本発明は、上記の問題を考慮して達成された。

本発明のいくつかの実施の形態は、高開口数及び良好な結像性能を有する投影光学系を提供する。

本発明の別のいくつかの実施の形態は、投影光学系中で使用されるレンズの直径が許容範囲に維持され得る、高開口数の投影光学系を提供する。

本発明のさらに別のいくつかの実施の形態は、１よりも大きい開口数及び良好な結像性能を有する投影光学系を提供する。

本発明のさらに別のいくつかの実施の形態は、投影光学系中で使用されるレンズの直径が許容範囲に維持され得る、１よりも大きい開口数の投影光学系を提供する。

本発明のさらに別のいくつかの実施の形態は、微細構造装置を製造するための改良された方法を提供し、また、その方法によって製造された微細構造装置を提供する。

本発明の１つの例示的な実施の形態によれば、第１対象物を第２対象物の領域内に結像させる屈折投影光学系は、当該屈折投影光学系の結像ビーム経路に沿って配置された複数のレンズを含み、当該投影光学系は、前記第２対象物側の開口数が１よりも大きく、前記第１対象物の中間像を生成し、かつ、前記中間像を前記第２対象物の領域内に結像させるように構成され、前記中間像は、前記第１対象物と前記第２対象物との間に形成される。

本発明との関連で、屈折光学系とは、ほぼ全ての光学パワーが屈折レンズ素子によって与えられる系のことである。これは、十分な量の光学パワーを与える少なくとも１つのミラーを有する反射屈折光学系と対照をなすものである。但し、光学パワーをほとんど与えないような十分に平坦であるミラーに限り、本発明の前記屈折光学系がそのサイズを縮小するためにその中を通るビーム経路を折り曲げるように１つ以上のミラーを備えることを排除するものではない。

本発明の１つの例示的な実施の形態によれば、前記屈折光学系の前記ミラーの曲率半径は１０^３ ｍよりも大きい。

本発明者らは、前記屈折光学系内に前記中間像を生成するという構想により、レンズの自由直径を許容範囲に維持しつつ、高開口数で高画質を可能にできることを見出した。

本明細書中で用いられる中間像という用語は、虚中間像ではなく、実中間像を意味する。

前記屈折光学系は、複数のレンズを備えている。前記複数のレンズは、各レンズ群の全体の屈折力が負の屈折力と正の屈折力のうちのいずれかであり、全レンズ群の全体の屈折力の絶対値の合計が最大となるように、複数の重複しないレンズ群に分割できる。

レンズとは、本明細書中で用いられるように、単レンズ素子のことであり、複数のレンズ素子によって構成される光学系のことではない。

レンズ群とは、本明細書中で用いられるように、１つの単レンズのみから構成されていてもよく、又は、複数のレンズから構成されていてもよい。

１つの例示的な実施の形態によれば、前記中間像は、正の屈折力を有する２つの隣り合ったレンズ群の間の領域に形成される。負の屈折力を有する１つのレンズ群が、これら正の屈折力を有する２つのレンズ群の間に配置されていてもよい。

ここで１つの例示的な実施の形態によれば、負の光学パワーのレンズ群と、正の光学パワーの別のレンズ群とが、正の屈折力の前記２つのレンズ群と前記第２対象物との間に配置される。

ここで別の１つの例示的な実施の形態によれば、それぞれ負、正、負の光学パワーの３つのレンズ群が、正の屈折力の前記２つのレンズ群と前記第１対象物との間に配置される。

ここでさらに別の１つの例示的な実施の形態によれば、それぞれ正、負、正、負の光学パワーの４つのレンズ群が、正の屈折力の前記２つのレンズ群と前記第１対象物との間に配置される。

１つの例示的な実施の形態によれば、前記屈折光学系は、１よりも大きい屈折率を有する液体を、前記第２対象物と、前記複数のレンズのうち前記第２対象物に最も近接して配置された前レンズとの間に備える浸漬タイプである。かかる浸漬液を備えることにより、特に高い開口数を得ることが可能となる。１よりも大きい屈折率を有する浸漬液の一例としては、波長１９３ｎｍに対して屈折率１．４４を有する蒸留脱イオン水がある。

１つの例示的な実施の形態によれば、前記投影光学系は、１．１よりも大きい開口数を有する。

いくつかの別の例示的な実施の形態によれば、前記投影光学系は、１．２よりも大きい開口数や、特に１．３よりも大きい開口数を有する。

いくつかの例示的な実施の形態によれば、前記光学系の結像倍率は、１．０よりも小さく、前記第２対象物の前記領域内に形成される像は、前記第１対象物によって与えられる原像と比較してサイズが縮小される。

前記投影光学系のいくつかの例示的な実施の形態においては、前記中間像を前記第２対象物の前記領域内に結像させる倍率の絶対値は、０．５よりも小さい。

いくつかの別の例示的な実施の形態においては、前記第１対象物を前記中間像に結像させる倍率の絶対値は、０．５よりも大きい。

いくつかの別の例示的な実施の形態において、前記第１対象物を前記中間像に結像させる倍率の、前記中間像を前記第２対象物の前記領域内に結像させる倍率に対する比率は、約２から１０までの範囲にある。例えば、前記比率は、約２．５から４．５までの範囲、又は、３から１０までの範囲であってもよい。

前記第１対象物を結像させる倍率、前記中間像を結像させる倍率、及びもそれらの比率の選択は、浸漬タイプの投影光学系の改良された設計を得るための自由度として利用できる。

本発明の１つの例示的な実施の形態において、前記投影光学系は、前記第１対象物の実中間像を生成するように構成された第１レンズ部分系と、前記中間像の縮小サイズの像を前記第２対象物の領域内に生成する第２レンズ部分系との、２つの部分系に分割される。特に、これらの実施の形態においては、前記投影光学系内の前記中間像の位置でテレセントリック性からかなりの偏移がある。かかる実施の形態は、テレセントリック性と収差のパラメータが前記第１部分系によってそれぞれ補正されるか決定され、約１倍の倍率で中間像を生成するので、前記第２部分系が良好な波面を生成し、かつ、比較的小さい有効径を有するレンズのみを備えるように設計することができるという点において有利である。従って、結像誤差の一部は前記第１部分系において補正され、結像誤差の別の一部は前記第２部分系において補正され、両部分系の補正の組み合わせにより、良好な結像特性が得られるのみならず、比較的小さい有効径のレンズのみを有する投影光学系を実現することが可能となる。

１つの例示的な実施の形態において、前記第１対象物の前記中間像への結像は、前記中間像の（テレセントリック性の目安としての）少なくとも１つの主光線の角度が４°よりも大きい；前記中間像の縦球面収差が０．８ｍｍよりも大きい；前記中間像の非点収差値が１１．０ｍｍよりも大きい；前記中間像の収差が１．５％よりも大きい；前記投影光学系の光軸上のスポット径のＲＭＳ（二乗平均平方根）値が０．５ｍｍよりも大きい；前記投影光学系の光軸から最も離れたフィールドポイントでのスポット径のＲＭＳ値が５ｍｍよりも大きい、という条件のうち少なくとも１つが満たされるように行われる。換言すれば、いくつかの例示的な実施の形態において、中間像は、テレセントリックではないか、歪曲しているか、球面収差を受けているか、コマ収差を有するか、又は色誤差を有するか、あるいは、これらの組み合わせである。

例えば、いくつかの例示的な実施の形態において、前記第１対象物の前記中間像への結像は、以下の条件のうち少なくとも１つが満たされるように行われる：前記中間像の少なくとも１つの主光線の角度は８°より大きくてもよく、特に１５°より大きくてもよく、また特に２５°より大きくてもよい；前記中間像の縦球面収差は０．９ｍｍより大きくてもよく、特に１２ｍｍより大きくてもよい；前記中間像の非点収差値は２０ｍｍ以上であってもよく、特に３０ｍｍより大きくてもよい；前記中間像の収差の絶対値は２％より大きくてもよく、特に８％より大きくてもよい；前記投影光学系の光軸上のスポット径のＲＭＳ値は０．６ｍｍより大きくてもよく、特に１ｍｍより大きくてもよい；前記投影光学系の光軸から最も離れたフィールドポイントでのスポット径のＲＭＳ値は１０ｍｍ以上であってもよく、特に１６ｍｍ以上であってもよい。

１つの例示的な実施の形態によれば、前記中間像での波面のＲＭＳ（二乗平均平方根）偏差は、回折限界の１０倍よりも大きい。前記回折限界は、λ／ＮＡと定義することができる。ここで、λは結像に用いられる光の波長であり、ＮＡは前記中間像での結像の開口数である。例えば、結像が前記第１対象物から発せられる球状の波面で行われるとすれば、前記中間像での結像波面は、前記球状の波面から偏移した歪曲波面となる。かかる偏移のＲＭＳ値は、１０λ／ＮＡより大きくてもよい。

但し、前記中間像でのかかる波面の収差は、前記中間像を前記第２対象物に結像させる際に補正される。本発明のいくつかの例示的な実施の形態において、前記第２対象物でのＲＭＳ偏差はλ／（１０ＮＡ）より小さくてもよい。ここで、ＮＡは前記第２対象物での結像の開口数である。本発明のさらに好ましい例示的な実施の形態によれば、前記第２対象物での波面のＲＭＳ偏差は、λ／（５０ＮＡ）より小さくてもよい。

さらに別のいくつかの例示的な実施の形態によれば、前記第１対象物から前記第２対象物への結像は、前記像の少なくとも１つの主光線の角度が１°よりも小さい、前記像の縦球面収差が０．００１ｍｍよりも小さい、前記像の非点収差値が１００ｎｍよりも小さい、前記像の収差が０．００１％よりも小さい、前記投影光学系の光軸上のスポット径のＲＭＳ値が０．００１ｍｍよりも小さい、前記投影光学系の光軸から最も離れたフィールドポイントでのスポット径のＲＭＳ値が０．００２ｍｍよりも小さい、及び波面のＲＭＳ偏差が回析限界の０．１倍よりも小さい、という条件のうち少なくとも１つ又は全てが満たされるように構成される。

１つの例示的な実施の形態において、前記投影光学系は回転対称である。すなわち、前記複数のレンズは、それらの中心が前記投影光学系の光軸上に位置するように、前記投影光学系の光軸に沿って配置されている。

１つの例示的な実施の形態において、前記投影光学系は、半透明ミラーのような、物理的なビームスプリッタを含んでいない。

さらに別のいくつかの例示的な実施の形態において、前記中間像は、当該中間像の自由直径の４倍よりも小さい曲率半径、とりわけ当該中間像の自由直径の２倍よりも小さいか、又は当該中間像の自由直径よりも小さい曲率半径のかなりの像面湾曲を有する。

本明細書中で用いられる設計上の距離又は設計上の長さという用語は、前記第１対象物と前記第２対象物とが共に合焦したときの、動作もしくは露光モードにおける、すなわち、前記投影光学系の設計によって予見される、前記第１対象物と前記第２対象物との間の距離を意味する。もし、例えば、折り曲げられた配置が用いられるとすれば、前記第１対象物と前記第２対象物との間の距離は、前記第１対象物が配置された平面と前記第２対象物が配置された平面との間の距離によって表される。

本発明の例示的な実施の形態において、前記設計上の長さＬは、約１１００ｍｍよりも大きく、好ましくは約１３００ｍｍよりも大きく、この例示的な実施の形態は単純屈折性である。

浸漬タイプの投影光学系の実施の形態によれば、一般に、比較的小さい有効径のレンズを使用することが可能となる。浸漬タイプの投影光学系の例示的な実施の形態において、前記複数のレンズのうちのどのレンズの有効径も、２５０ｍｍより小さい。

１つの中間像を有する前記屈折投影光学系は、前記中間像を生成するレンズ、すなわち、前記第１対象物と前記中間像の位置との間のレンズと、前記中間像を結像させるレンズ、すなわち、前記中間像の位置と前記第２対象物との間のレンズとに分割することができる。本発明のいくつかの例示的な実施の形態においては、前記中間像を生成するレンズの有効径が２２０ｍｍよりも小さいのが好ましく、又は、前記中間像を結像させるレンズの有効径が２４５ｍｍよりも小さいのが好ましく、もしくはそれら両方が満たされるのが好ましい。

本発明の例示的な実施の形態において、前記投影光学系の複数のレンズは、下記のような９つの重複しないレンズ群に分割される。前記第１対象物に最も近接した配置される第１群の全体の屈折力は正の屈折力であり、前記第１群に隣接して配置される第２群の全体の屈折力は負の屈折力であり、前記第２群に隣接して配置される第３群の全体の屈折力は正の屈折力であり、前記第３群に隣接して配置される第４群の全体の屈折力は負の屈折力であり、前記第４群に隣接して配置される第５群の全体の屈折力は正の屈折力であり、前記第５群に隣接して配置される第６群の全体の屈折力は負の屈折力であり、前記第６群に隣接して配置される第７群の全体の屈折力は正の屈折力であり、前記第７群に隣接して配置される第８群の全体の屈折力は負の屈折力であり、前記第８群に隣接して配置される第９群の全体の屈折力は正の屈折力である。レンズの群への分け方は、第１群から第９群までのそれぞれの全体の屈折力の絶対値の合計が最大となるように定められる。

前記投影光学系のレンズ群のかかる配置は、一般にいわゆる３つのくびれを有すると言われる構成となる。前記くびれは、前記投影光学系内の狭窄部を指す。上記レンズ群の配置の例示的な実施の形態において、第１のくびれは前記第４レンズ群の領域内に形成され、第２のくびれは前記第６レンズ群の領域内に形成され、第３のくびれは前記第８レンズ群の領域内に形成される。

前記投影光学系は、開口絞りを備えているのが好ましい。いくつかの例示的な実施の形態において、前記投影光学系は、前記第９レンズ群の２つのレンズの間に配置される開口絞りを備えている。これらの実施の形態において、前記第９レンズ群は、前記第１対象物、もしくはより正確には前記第８レンズ群と、前記開口絞りとの間に配置された第１レンズ部分群と、前記開口絞りと前記第２対象物との間に配置された第２レンズ部分群とからなる。

別のいくつかの例示的な実施の形態において、前記開口絞りは、別のいかなるレンズ群内に配置されてもよい。一般に、開口絞りは、前記投影光学系の前記第２対象物に近接した部分でも、前記投影光学系の前記第１対象物に近接した部分でも、どちらに配置されてもよいが、前者の方が好ましい。

本発明の実施の形態において用いられる前記開口絞りは、調節可能であってもよい。かかる開口の例については、米国特許第６，４４５，５１０号明細書に記載されている。

好ましくは、全体的な負の屈折力を有するレンズ群のどのレンズの有効径も、全体的な負の屈折力を有する各レンズ群のそれぞれに隣接し、合計では正の屈折力を有するレンズ群のどのレンズの有効径に対しても、同等かそれよりも小さい。

本発明の別のいくつかの実施の形態は、照明光ビームを発生させる照明光学系と、第１対象物としてのパターニング構造を装着する装着台と、第２対象物としての感光性基板を装着する基板装着台と、前記パターニング構造（第１対象物）を前記感光性基板（第２対象物）の領域内に結像させる、本発明の第１の局面に係る屈折投影光学系とを備えた浸漬タイプの投影露光システムを提供する。

本明細書中で用いられるようなパターニング構造という用語は、広くは、照明光ビームがパターニングされた断面を有するようにし、その（照明されたパターニング構造の）パターンの像が基板上に投影されるようにするのに適した手段をいう。前記パターニング構造は、例えば、マスクやレチクルなどであってもよい。マスクやレチクルの種類は、バイナリタイプ、ハーフトーン型（attenuating）位相シフトタイプ及びレベンソン型（alternating）位相シフトタイプ並びに様々なハイブリッドタイプを含む。マスク／レクチルは、照明光ビームにパターニングされた断面を与えながら照明光ビームを透過又は反射させるものであってもよい。プログラム可能なミラーアレイは、本発明への使用に適したパターニング構造の別の例である。かかるアレイの一例としては、例えば、米国特許第５，２９６，８９１号明細書に記載のものがある。プログラム可能なミラーアレイの別の例としては、米国特許第５，５２３，１９３号明細書に記載のものがある。プログラム可能なＬＣＤアレイも、本発明への使用に適したパターニング構造の別の例である。かかるアレイは、例えば、米国特許第５，２２９，８７２号明細書に記載されている。一般に、光弁又は照明テンプレートは、パターニング構造に関連して用いられている追加的な用語である。

前記投影光学系のいくつかの例示的な実施の形態において、前記結像ビームは、２５０ｎｍよりも短い、好ましくは２００ｎｍよりも短い波長を有する。

本発明のさらに別のいくつかの例示的な実施の形態は、パターニング構造を中間像に結像させる第１の結像工程と、前記パターニング構造の前記中間像を感光性基板の領域内に結像させて、前記感光性基板を露光する第２の結像工程とを含み、前記第２の結像工程は、前記感光性基板側に１よりも大きい開口数を有し、前記第１の結像工程と前記第２の結像工程とが、屈折投影光学系を用いて行われることを特徴とする、微細構造装置の製造方法を提供する。

１つの例示的な実施の形態によれば、前記結像工程は、上記した前記屈折投影光学系を用いて行われる。

ここでの１つの例示的な実施の形態によれば、前記第１の結像工程は、前記パターニング構造の下流側で結像ビームの断面を拡大する第１の断面拡大工程と、前記第１の断面拡大工程の下流側で前記結像ビームの断面を縮小する第１の断面縮小工程と、前記第１の断面縮小工程の下流側で前記結像ビームの断面を拡大する第２の断面拡大工程と、前記第２の断面拡大工程の下流側で前記結像ビームの断面を縮小する第２の断面縮小工程とを含んでいる。

ここでの１つの例示的な実施の形態によれば、前記第１の結像工程は、さらに、前記第２の断面縮小工程の下流側で前記結像ビームの断面を拡大する第３の断面拡大工程と、前記第３の断面拡大工程の下流側で前記結像ビームの断面を縮小する第３の断面縮小工程とを含んでいる。

ここでの１つの例示的な実施の形態によれば、前記第２の結像工程は、前記中間像の下流側で前記結像ビームの断面を拡大する第４の断面拡大工程と、前記第４の断面拡大工程の下流側で前記結像ビームの断面を縮小する第４の断面縮小工程と、前記第４の断面縮小工程の下流側で前記結像ビームの断面を拡大する第５の断面拡大工程と、前記第５の断面拡大工程の下流側で前記結像ビームの断面を縮小する第５の断面縮小工程とを含み、前記第２の断面縮小工程の下流側で、前記結像ビームが前記感光性基板に入射する。

別のいくつかの例示的な実施の形態によれば、前記投影光学系の前記結像工程は、前記像を形成する出射光を生成するために使用される光源に適用される比較的狭い範囲の波長に対してのみ、色補正される。かかる光源の一例としては、エキシマレーザがある。

１つの例示的な実施の形態によれば、前記投影光学系は単色性である。ここでの１つの例示的な実施の形態によれば、前記投影光学系のほぼ全てのレンズが、同じレンズ材料から形成されている。かかるレンズ材料の一例としては、紫外線を使用する用途に適用される水晶（ＳＩＬＵＶ）がある。

別の局面において、本発明は、また、上記方法によって製造された微細構造装置を提供する。

本発明の上記及びその他の有利な特徴は、添付の図面を参照しながら、以下の本発明の例示的な実施の形態の詳細な説明からより明らかになるであろう。尚、本発明の全ての考えられる実施の形態が必ずしも本明細書中で明らかにされる各利点を全て、つまり、いずれの利点をも示しているというわけではない。

下記に示す例示的な実施の形態においては、機能及び構造において類似の部材にはできる限り同様の参照符号を付す。従って、ある特定の実施の形態の個々の部材の特徴を理解するには、他の実施の形態及び発明の概要（課題を解決するための手段）の説明を参照されたい。

図１に、本発明に係る投影光学系の第１の実施の形態の光路図を示す。括弧で示されているように、第１レンズ群ＬＧ１は、３つのレンズ１、２、３を含み、正の屈折力を有している。第２レンズ群ＬＧ２は、（単体の）レンズ４からなり、負の光学パワーを有している。第３レンズ群ＬＧ３は、５つのレンズ５、６、７、８、９を含み、正の屈折力を有している。第４レンズ群ＬＧ４は、２つのレンズ１０、１１を含み、負の屈折力を有している。第５レンズ群ＬＧ５は、４つのレンズ１２、１３、１４、１５を含み、正の屈折力を有している。第６レンズ群ＬＧ６は、２つのレンズ１６、１７を含み、負の屈折力を有している。第７レンズ群ＬＧ７は、４つのレンズ１８、１９、２０、２１を含み、正の屈折力を有している。第８レンズ群ＬＧ８は、３つのレンズ２２、２３、２４を含み、負の屈折力を有している。第９レンズ群ＬＧ９の第１部分群ＳＧ_９ １は、３つのレンズ２５、２６、２７を含み、正の屈折力を有し、第９レンズ群ＬＧ９の第２部分群ＳＧ_９ ２は、４つのレンズ２８、２９、３０、３１を含み、正の屈折力を有している。

特に、第１対象物から第２対象物への方向に向かって、第１レンズ群ＬＧ１は、平行平板１、両凸レンズ２、凸メニスカスレンズ３を備えている。第２レンズ群ＬＧ２のレンズ４は、両凹レンズである。第３レンズ群ＬＧ３は、メニスカスレンズ５、概平凸レンズ６、両凸レンズ７、及び２つのメニスカスレンズ８、９を備えている。第４レンズ群ＬＧ４は、２つの両凹レンズ１０、１１を備え、これら両凹レンズはいずれも、一方の面が他方の第２面よりも曲率が大きく、これら両凹レンズの曲率の大きい方の面同士が向かい合っている。第５レンズ群ＬＧ５は、２つの凸メニスカスレンズ１２、１５と、それら２つの凸メニスカスレンズ１２、１５の間に挟まれた２つの両凸レンズ１３、１４との、ほぼ対称的な配置となっている。第６レンズ群ＬＧ６は、２つの両凹レンズ１６、１７を備えている。第７レンズ群ＬＧ７は、２つのメニスカスレンズ１８、２１と、それら２つのメニスカスレンズ１８、２１の間に挟まれた２つの両凸レンズ１９、２０とを備えている。第８レンズ群ＬＧ８は、メニスカスレンズ２２、両凹レンズ２３、及び凹メニスカスレンズ２４を備えている。また、第９レンズ群ＬＧ９は、２つの凸メニスカスレンズ２５、２６、２つの両凸レンズ２７、２８、及び２つの凸メニスカスレンズ２９、３０、並びに第１対象物の方向を向く凸面と第２対象物の方向を向く平面とを有するレンズ３１を備えている。

投影光学系は、全体で３１個のレンズを備えている。第９レンズ群ＬＧ９はまた、第１部分群と第２部分群との間に開口絞りを備えている。

中間像の中心は、第６レンズ群ＬＧ６中に形成され、特に第６レンズ群ＬＧ６の第１番目のレンズ１６と第２番目のレンズ１７との間に位置している。光軸のある点から異なる角度で発散する光線は、その位置で一点で交差する。また、図１から分かるように、光軸から離れた各位置から発散された光線は、コマ収差のために、一点では交差しない。従って、形成された中間像は、完全には「鮮明な」像ではない。

本発明の本実施の形態において、中間像の少なくとも１つの主光線の角度は約８．６°、中間像の縦球面収差は約１３ｍｍ、中間像の非点収差値は約３０ｍｍ、中間像の収差は約９％、投影光学系の光軸上のスポット径のＲＭＳ値は約１ｍｍ、投影光学系の光軸から最も離れたフィールドポイントでのスポット径のＲＭＳ値は約１６ｍｍである。

レンズの厚さ、レンズ材料、光学面の曲率半径、レンズの有効径の半値などの、レンズのパラメータについての詳細な情報は、下記（表１Ａ）〜（表１Ｄ）に示されている（半径、厚さ、直径の単位はｍｍ、屈折率は波長１９３ｎｍについての値である）。また、投影光学系の非球面の位置とそのパラメータが下記（表１Ｅ）に示されている。

非球面は、下記（数１）によって特徴づけられる。

但し、ｒは非球面の頂点における曲率半径（近軸曲率）、ｈは非球面上のある一点の光軸からの距離（すなわち、非球面の光軸からの高さ）、ｐ（ｈ）は非球面の軸方向のサグ量、すなわち、接平面から非球面の頂点までの光軸方向に沿った距離、Ｋは円錐常数、Ｃ_１ ．．．Ｃ_６ は非球面係数である。

表に示されたレンズ材料ＳＩＬＵＶは、紫外線を使用する用途に適用される水晶ガラスを指している。また、表に示されたレンズ材料ＣＡＦＵＶは、紫外線を使用する用途に適用されるフッ化カルシウム材料を指している。

上記（表１Ｅ）から明らかなように、浸漬タイプの投影光学系の実施の形態には、１０箇の非球面が含まれている。

第１対象物での開口数（ＮＡ）は０．２７５、中間像での開口数（ＮＡ）は０．２６７、第２対象物での開口数（ＮＡ）は１．１である。第１対象物から中間像までの結像倍率β_１ は−１．０３２、中間像から第２対象物までの結像倍率β_２ は−０．２４２であり、第１対象物から第２対象物までの全体の倍率β_１ ・β_２ が０．２５となるようになっている。

図２に、本発明に係る投影光学系の第２の実施の形態を概略的に示す。本実施の形態は約１．３の開口数を有している。括弧は、どのレンズがどのレンズ群に属しているかを示している。第１レンズ群ＬＧ１は、２つのレンズ１、２を含み、正の屈折力を有している。第２レンズ群ＬＧ２は、１つのレンズ３のみを含み、負の屈折力を有している。第３レンズ群ＬＧ３は、４つのレンズ４、５、６、７を含み、正の屈折力を有している。第４レンズ群ＬＧ４は、２つのレンズ８、９を含み、負の屈折力を有している。第５レンズ群ＬＧ５は、３つのレンズ１０、１１、１２を含み、正の屈折力を有している。第６レンズ群ＬＧ６は、１つのレンズ１３のみを含み、負の屈折力を有している。第７レンズ群ＬＧ７は、４つのレンズ１４、１５、１６、１７を含み、正の屈折力を有している。第８レンズ群ＬＧ８は、２つのレンズ１８、１９を含み、負の屈折力を有している。第９レンズ群ＬＧ９は、７つのレンズ２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６を含み、正の屈折力を有している。第９レンズ群ＬＧ９は、第１対象物と開口絞りとの間に配置された第９群のレンズ（レンズ２０〜２３）を含む第１部分群ＳＧ_９ １と、開口絞りと第２対象物との間に配置された第９群のレンズ（レンズ２４〜２６）を含む第２部分群ＳＧ_９ ２との、２つの部分群に分けることができる。

特に、第１対象物から第２対象物への方向に向かって、第１レンズ群ＬＧ１は、平行平板１と、概平凸レンズ２とを備えている。第２レンズ群ＬＧ２は、両凹レンズ３を備え、当該第２レンズ群ＬＧ２は、第１レンズ群ＬＧ１から比較的大きい空隙を隔てて離間されている。第３レンズ群ＬＧ３は、メニスカスレンズ４、凸レンズ５、及び２つのメニスカスレンズ６、７を備えている。第４レンズ群ＬＧ４は、２つの両凹レンズ８、９を備えている。第５レンズ群ＬＧ５は、メニスカスレンズ１０、両凸レンズ１１、及びメニスカスレンズ１２を備えている。第６レンズ群ＬＧ６は、１つの両凹レンズ１３を備えている。第７レンズ群ＬＧ７は、平凸レンズ１４、２つの両凸レンズ１５、１６、及びメニスカスレンズ１７を備えている。第８レンズ群ＬＧ８は、２つの両凹レンズ１８、１９を備えている。第９レンズ群ＬＧ９は、２つのメニスカスレンズ２０、２１、２つの両凸レンズ２２、２３、２つのメニスカスレンズ２４、２５、及び平凸レンズ２６を備えている。この投影光学系には、さらに、第１、第３、第５、及び第７レンズ群のレンズがそれぞれ比較的小さい直径を有するという特徴がある。

第２の実施の形態において、中間像は第６レンズ群ＬＧ６中に形成されている。本発明の本実施の形態において、中間像の少なくとも１つの主光線の角度は約２８．５°、中間像の縦球面収差は約０．９４ｍｍ、中間像の非点収差値は約１１．８ｍｍ、中間像の収差は約−２．１％、投影光学系の光軸上のスポット径のＲＭＳ値は約０．６ｍｍ、投影光学系の光軸から最も離れたフィールドポイントでのスポット径のＲＭＳ値は約５．１ｍｍである。

レンズの厚さ、レンズ材料、光学面の半径、レンズの有効径の半値などの、第２の実施の形態に関するレンズのパラメータについての詳細な情報は、下記（表２Ａ）〜（表２Ｃ）に示されている（半径、厚さ、直径の単位はｍｍ、屈折率は波長１９３ｎｍについての値である）。また、投影光学系の非球面の位置とそのパラメータが下記（表２Ｄ）に示されている。

第１対象物での開口数（ＮＡ）は０．１６２５、中間像での開口数（ＮＡ）は０．２８５、第２対象物での開口数（ＮＡ）は１．３である。第１対象物から中間像までの結像倍率β_１ は−０．５７、中間像から第２対象物までの結像倍率β_２ は−０．２１９であり、第１対象物から第２対象物までの全体の倍率β_１ ・β_２ が０．１２５となるようになっている。

図３に、本発明に係る投影光学系の第３の実施の形態を概略的に示す。図３に示される投影光学系は、図２に示されたものと同様の構造を有している。

図３の投影光学系の光学データを、下記（表３Ａ）〜（表３Ｅ）に示す。

この投影光学系の、第１対象物での開口数は０．１６８７５、中間像での開口数（ＮＡ）は０．３４３８７５、第２対象物での開口数（ＮＡ）は１．３５である。第１対象物から中間像までの結像倍率β_１ は−０．４９、中間像から第２対象物までの結像倍率β_２ は−０．２５であり、第１対象物から第２対象物までの全体の倍率β_１ ・β_２ が０．１２５となるようになっている。

図４に、本発明に係る投影光学系の第４の実施の形態を概略的に示す。この投影光学系の光学データを、下記（表４Ａ）〜（表４Ｅ）に示す。

この投影光学系は、波長１９３ｎｍの光で作動するように設計されており、第２対象物での開口数（ＮＡ）は１．３である。第１対象物と第２対象物との間の距離は１３００ｍｍである。画像フィールドの直径は１４．０２ｍｍ、第２対象物での波面のＲＭＳ偏差は約８．５ｍlである。

図１〜図３を参照しながら説明した上記の実施の形態で生成される中間像の包絡面は、第７レンズ群ＬＧ７の複数のレンズわたって延びている。これらのレンズは、とりわけ表面粗さやレンズ材料の均一性に関して、特に高い精度で製造されなければならない。

図４に示す実施の形態において、中間像は、図５の投影光学系の部分拡大図に示されているように、完全に、レンズ１６とレンズ１７との間の空間内に形成される。このように、本実施の形態においては、中間像が図５の破線で示されるようにかなりの像面湾曲を有していても、当該中間像は、十分に補正されて、完全に、投影光学系のレンズの外側に形成される。

要約すると、第１対象物を第２対象物の領域内に結像させる屈折投影光学系は、当該投影光学系の結像ビーム経路に沿って配置された複数のレンズを含み、当該投影光学系は、第２対象物側の開口数が１よりも大きく、第１対象物の中間像を生成し、かつ、中間像を第２対象物の領域内に結像させるように構成され、中間像は、第１対象物と第２対象物との間に形成される。

本発明を一定の例示的な実施の形態に関して説明したが、当業者にとって多くの代替、修正及び変形が明らかであろうことは明白である。従って、本明細書中に記載の本発明の例示的な実施の形態は、説明のためのものであり、いかなる点においても本発明を限定するものではない。上記の請求項によって定められる本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、種々の変更が可能である。

図１は、本発明に係る投影光学系の第１の実施の形態の概略図である。 図２は、本発明に係る投影光学系の第２の実施の形態の概略図である。 図３は、本発明に係る投影光学系の第３の実施の形態の概略図である。 図４は、本発明に係る投影光学系の第４の実施の形態の概略図である。 図５は、図４の詳細を示す図である。

Claims (30)

1. 第１対象物を第２対象物の領域内に結像させる屈折投影光学系であって、
   前記投影光学系は、当該投影光学系の結像ビーム経路に沿って配置された複数のレンズを含み、
   前記投影光学系は、前記第１対象物の中間像を生成し、かつ、前記中間像を前記第２対象物の領域内に結像させるように構成され、前記中間像は、前記第１対象物と前記第２対象物との間に形成されることを特徴とする屈折投影光学系。
2. 前記複数のレンズが、複数の重複しないレンズ群に分割され、各レンズ群の全体の屈折力は、負の屈折力と正の屈折力のうちのいずれかであり、
   第１レンズ群は正の屈折力を有し、
   第２レンズ群は、正の屈折力を有すると共に、正の屈折力を有する前記第１レンズ群と前記第２対象物の前記領域との間に配置され、
   前記中間像は、正の屈折力を有する前記第１レンズ群と、正の屈折力を有する前記第２レンズ群との間の領域に形成される請求項１に記載の屈折投影光学系。
3. 負の屈折力を有する第３レンズ群が、正の屈折力を有する前記第１レンズ群と、正の屈折力を有する前記第２レンズ群との間の前記領域に配置された請求項２に記載の屈折投影光学系。
4. 負の屈折力を有する第４レンズ群が、正の屈折力を有する前記第２レンズ群と、前記第２対象物の前記領域との間に配置され、正の屈折力を有する第５レンズ群が、負の屈折力を有する前記第４レンズ群と、前記第２対象物の前記領域との間に配置された請求項３に記載の屈折投影光学系。
5. 前記第５レンズ群は、全レンズ群のうち、前記第２対象物に最も近接して配置されたレンズ群である請求項４に記載の屈折投影光学系。
6. 負の屈折力を有する第６レンズ群が、正の屈折力を有する前記第１レンズ群と、前記第１対象物との間に配置され、正の屈折力を有する第７レンズ群が、負の屈折力を有する前記第６レンズ群と、前記第１対象物との間に配置された請求項２に記載の屈折投影光学系。
7. 負の屈折力を有する第８レンズ群が、正の屈折力を有する前記第７レンズ群と、前記第１対象物との間に配置され、
   正の屈折力を有する第９レンズ群が、負の屈折力を有する前記第８レンズ群と、前記第１対象物との間に配置され、
   前記第９レンズ群は、全レンズ群のうち、前記第１対象物に最も近接して配置されたレンズ群である請求項６に記載の屈折投影光学系。
8. 前記投影光学系が、前記第２対象物側に１よりも大きい開口数を有するように構成された請求項１に記載の屈折投影光学系。
9. 前記屈折投影光学系は、１よりも大きい屈折率を有する液体を、前記第２対象物と、前記複数のレンズのうち前記第２対象物に最も近接して配置された前レンズとの間に有するように構成された浸漬タイプである請求項１に記載の屈折投影光学系。
10. 前記中間像を前記第２対象物の前記領域内に結像させる倍率の絶対値が０．５よりも小さい請求項１に記載の屈折投影光学系。
11. 前記第１対象物を前記中間像に結像させる倍率の絶対値が０．５よりも大きい請求項１に記載の屈折投影光学系。
12. 前記第１対象物を前記中間像に結像させる倍率の、前記中間像を前記第２対象物の前記領域内に結像させる倍率に対する比率が、約２から１０の範囲にある請求項１に記載の屈折投影光学系。
13. 前記中間像の少なくとも１つの主光線の角度が４°よりも大きい、
    前記中間像の縦球面収差が０．８ｍｍよりも大きい、
    前記中間像の非点収差値が１１．０ｍｍよりも大きい、
    前記中間像の収差が１．５％よりも大きい、
    前記投影光学系の光軸上のスポット径のＲＭＳ値が０．５ｍｍよりも大きい、
    前記投影光学系の光軸から最も離れたフィールドポイントでのスポット径のＲＭＳ値が５ｍｍよりも大きい、及び
    前記中間像での波面のＲＭＳ偏差が１０λ／ＮＡよりも大きい（ここで、λは結像光の波長であり、ＮＡは前記中間像での結像の開口数である）、
    という条件のうち少なくとも１つが満たされるように、前記第１対象物を前記中間像に結像させる請求項１に記載の屈折投影光学系。
14. 前記第１対象物を前記第２像に結像させる際に、
    前記像の少なくとも１つの主光線の角度が１°よりも小さい、
    前記像の縦球面収差が０．００１ｍｍよりも小さい、
    前記像の非点収差値が１００ｎｍよりも小さい、
    前記像の収差が０．００１％よりも小さい、
    前記投影光学系の光軸上のスポット径のＲＭＳ値が０．００１ｍｍよりも小さい、
    前記投影光学系の光軸から最も離れたフィールドポイントでのスポット径のＲＭＳ値が０．００２ｍｍよりも小さい、及び
    波面のＲＭＳ偏差が回析限界の０．１倍よりも小さい、
    という条件のうち少なくとも１つが満たされるように、前記第１対象物を前記第２像に結像させる請求項１に記載の屈折投影光学系。
15. 前記系の全長を減ずるために前記ビーム経路を屈曲させる、少なくとも１つの、ほぼ平面のミラーをさらに含み、前記ミラーは前記光学系の結像ビーム経路中に配置される請求項１に記載の屈折投影光学系。
16. 前記ほぼ平面のミラーが、１０００ｍよりも大きい曲率半径を有する請求項１５に記載の屈折投影光学系。
17. 前記複数のレンズの各レンズの有効径が２５０ｍｍよりも小さい請求項１に記載の屈折投影光学系。
18. 前記光学系が物理的なビームスプリッタを含んでいない請求項１に記載の屈折投影光学系。
19. 前記中間像が、当該中間像の自由直径の４倍よりも小さい曲率半径の像面湾曲を有する請求項１に記載の屈折投影光学系。
20. 前記中間像が、完全に、２つの隣接したレンズの間の空間内に形成される請求項１に記載の屈折投影光学系。
21. 照明光ビームを発生させる照明光学系と、
    前記照明光ビーム内に第１対象物としてのパターニング構造を装着する第１装着台と、
    第２対象物としての感光性基板を装着する第２装着台と、
    前記パターニング構造を通過する前記照明光ビームの一部を用いて、前記第１対象物を前記第２対象物の領域内に結像させる請求項１〜１６のいずれかに記載の屈折投影光学系とを備えた投影露光システム。
22. パターニング構造を中間像に結像させる第１の結像工程と、
    前記パターニング構造の前記中間像を感光性基板の領域内に結像させて、前記感光性基板を露光する第２の結像工程とを含み、
    前記第１の結像工程と前記第２の結像工程とが、屈折投影光学系を用いて行われることを特徴とする微細構造装置の製造方法。
23. 前記第１の結像工程が、
    前記パターニング構造の下流側で結像ビームの断面を拡大する第１の断面拡大工程と、
    前記第１の断面拡大工程の下流側で前記結像ビームの断面を縮小する第１の断面縮小工程と、
    前記第１の断面縮小工程の下流側で前記結像ビームの断面を拡大する第２の断面拡大工程と、
    前記第２の断面拡大工程の下流側で前記結像ビームの断面を縮小する第２の断面縮小工程と、
    前記第２の断面縮小工程の下流側で前記結像ビームの断面を拡大する第３の断面拡大工程と、
    前記第３の断面拡大工程の下流側で前記結像ビームの断面を縮小する第３の断面縮小工程とを含む請求項２２に記載の方法。
24. 前記第２の結像工程が、
    前記中間像の下流側で前記結像ビームの断面を拡大する第４の断面拡大工程と、
    前記第４の断面拡大工程の下流側で前記結像ビームの断面を縮小する第４の断面縮小工程と、
    前記第４の断面縮小工程の下流側で前記結像ビームの断面を拡大する第５の断面拡大工程と、
    前記第５の断面拡大工程の下流側で前記結像ビームの断面を縮小する第５の断面縮小工程とを含み、
    前記第２の断面縮小工程の下流側で、前記結像ビームが前記感光性基板に入射する請求項２２に記載の方法。
25. 前記第２の結像工程は、前記感光性基板側に１よりも大きい開口数を有する請求項２２に記載の方法。
26. 前記感光性基板と、前記屈折投影光学系内で前記感光性基板に最も近接したレンズとの間の空間に液体を供給する工程をさらに含む請求項第２２に記載の方法。
27. 前記中間像の少なくとも１つの主光線の角度が４°よりも大きい、
    前記中間像の縦球面収差が０．８ｍｍよりも大きい、
    前記中間像の非点収差値が１１．０ｍｍよりも大きい、
    前記中間像の収差が１．５％よりも大きい、
    前記投影光学系の光軸上のスポット径のＲＭＳ値が０．５ｍｍよりも大きい、
    前記投影光学系の光軸から最も離れたフィールドポイントでのスポット径のＲＭＳ値が５ｍｍよりも大きい、及び
    前記中間像での波面のＲＭＳ偏差が１０λ／ＮＡよりも大きい（ここで、λは結像光の波長であり、ＮＡは前記中間像での結像の開口数である）、
    という条件のうち少なくとも１つが満たされるように、前記第１の結像工程が行われる請求項２２に記載の方法。
28. 前記像の少なくとも１つの主光線の角度が１°よりも小さい、
    前記像の縦球面収差が０．００１ｍｍよりも小さい、
    前記像の非点収差値が１００ｎｍよりも小さい、
    前記像の収差が０．００１％よりも小さい、
    前記投影光学系の光軸上のスポット径のＲＭＳ値が０．００１ｍｍよりも小さい、
    前記投影光学系の光軸から最も離れたフィールドポイントでのスポット径のＲＭＳ値が０．００２ｍｍよりも小さい、及び
    波面のＲＭＳ偏差が回析限界の０．１倍よりも小さい、
    という条件のうち少なくとも１つが満たされるように、前記第１の結像工程が行われる請求項２２に記載の方法。
29. 請求項２２に記載の方法によって製造された微細構造装置。
30. 実中間像を形成する第１屈折像形成器と、第２屈折像形成器とを有する、マイクロリソグラフィ投影対物レンズである、複合レンズ系を含む屈折投影光学系。

Images