JP2010506388A - 光学システムの結像特性を改善する方法及びその光学システム - Google Patents

光学システムの結像特性を改善する方法及びその光学システム Download PDF

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Abstract

光学システム、特に、マイクロリソグラフィのための投影対物器械の結像特性を改善する方法、及び少なくとも1つの光学補正配列を含む光学システム、特に、マイクロリソグラフィのための投影対物器械を提供する。少なくとも局所的に光軸(28)を定め、かつ互いに加えると全体として少なくとも近似的にゼロになる非球面表面輪郭が設けられた複数の光学補正要素(54、56)を有する少なくとも1つの光学補正配列(34)を有する光学システム(10)、特に、マイクロリソグラフィのための投影対物器械(12)の結像特性を改善する方法は、補正配列(34)の望ましい補正作用を設定するために、補正要素(54、56)の少なくとも1つを残りの光学補正要素(54、56)の少なくとも1つに対して光軸(28)の方向に少なくとも方向成分で変位させる段階を含む。この少なくとも1つの補正配列(34)は、少なくとも光学システム(10)の瞳平面(36)の近くに配列される。
【選択図】図1

Description

本発明は、光学システム、特に、マイクロリソグラフィのための投影対物器械の結像特性を改善する方法に関し、光学システムは、光軸を少なくとも局所的に定めて、かつ互いに加えると全体として少なくとも近似的にゼロになる非球面輪郭が設けられた複数の光学補正要素を有する少なくとも1つの光学補正配列を有し、本方法は、補正配列の望ましい補正作用を設定するために、補正要素の少なくとも1つを残りの補正要素の少なくとも1つに対して少なくとも光軸方向の方向成分に移動する段階を含む。
本発明はまた、光軸を少なくとも局所的に定めて、かつ互いに加えると全体として少なくとも近似的にゼロになる非球面輪郭が設けられた複数の光学補正要素を有する少なくとも1つの光学補正配列を含む光学システム、特に、マイクロリソグラフィのための投影対物器械に関し、補正要素の少なくとも1つには、その補正要素を残りの補正要素の少なくとも1つに対して少なくとも光軸方向の方向成分に移動するための少なくとも1つのマニピュレータが割り当てられる。
上述の種類の方法及び光学システムは、文献JPk10−142555Aから公知である。
上述の方法は、一般性を制限することなく、光学システムとしてマイクロリソグラフィのための投影対物器械の事例で説明するが、本発明をこの事例に限定するものではない。
投影対物器械は、半導体構成要素の製造に用いられる投影露光機械の一部である。この目的を達成するために、投影対物器械の対物面に配列されたレチクルとして表すパターンが、ウェーハとして表す基板の感光層上に投影対物器械によって結像される。
製造される半導体構成要素の構造の絶え間なく進む小型化により、投影対物器械の結像特性には、常により厳しい要件が課せられる。
その結果、マイクロリソグラフィのための投影対物器械の収差を非常に低いレベルまで低減することは常に目指すところである。
投影対物器械の場合には、収差は、製造するだけで発生し、すなわち、投影対物器械の製造の後には既に発生している可能性があり、これらの収差は、再加工、例えば、投影対物器械の個々のレンズの非球面化、又は反射又は反射屈折投影対物器械の場合は個々のミラーの非球面化によって排除することができる。
しかし、収差は、作動中に初めて発生するか、又は投影対物器械の寿命が経過する時に発生する恐れもある。
投影対物器械の作動中に発生する収差は、例えば、結像光による投影対物器械の加熱によって引き起こされる。加熱によって誘起されるそのような収差は、最新の投影対物器械の場合にそうであるが、特に投影対物器械を通じるビーム経路が光軸に関して回転対称ではなく、更に、特に個々の光学要素がビーム経路によって部分領域においてのみ用いられる時に、複雑な視野プロフィールをもたらす場合がある。従って、作動中に発生するそのような収差をできる限り動的に補正することが作動中に可能であることが望ましい。
老朽化によって誘起される収差は、例えば、光学要素の材料の圧密化によって引き起こされる個々の光学要素における材料変化等によって生じる。
冒頭で示した文献JP10−142555Aは、歪曲を補正するための光学補正配列を有するマイクロリソグラフィのための投影対物器械を開示している。この補正配列は、互いに補完的に輪郭が形成された互いに反対側の表面を有する少なくとも2つの光学補正要素を有する。これら2つの補正要素は、歪曲を補正するために、光軸方向に互いに対してシフトされる。図3及び特にこの図に関する説明から、個々の補正要素は光学屈折力を有し、総和においてのみ光学屈折力を持たないことが理解される。
文献EP0、851、304B1は、複数の非球面要素を有する光学補正配列が設けられる場合における投影対物器械を説明している。これらの非球面要素は、光学要素の特定の位置(ゼロ位置)において互いに加えるとゼロになる表面輪郭を有する。非球面要素が収差を補正する光学作用を起こすために、非球面要素のうちの少なくとも1つは、光軸に対して垂直方向にいずれか1つの非球面要素に対して変位される。そのような補正配列を用いることにより、投影対物器械の作動中に発生する視野一定収差に対して動的に反応することができる。上記文献において提案されている非球面要素の目的は、特に、像面湾曲、軸上非点収差、及び歪曲を補正することである。
文献US5、311、362は、球面収差を変更するために、投影対物器械のビーム経路内に異なる厚みの複数の平行平面プレートが任意的に挿入される場合の投影対物器械を説明している。代替的に、楔を変位させることによって中心厚を変更するために、上記ビーム経路内で楔形のプリズムが光軸に対して横手方向に互いにシフトされる。更に、別の代替形態として、球面収差を変更するための補正配列を設けるために、楔形プリズムの代わりに複数のレンズが互いに組み合わされ、これらのレンズの分離距離が、光軸方向に若干変更される。
JPk10−142555A JP10−142555A EP0、851、304B1 US5、311、362
現在までに公知である方法及び光学システムは、提案されている補正機構が、特に、視野依存収差、特により高次のゼルニケ次数のものを具体的に補償するのに適していないか又は補正することができないという欠点を有する。
更に、光学システムの結像特性を改善する方法の必要性、及び特により高次のゼルニケ次数、特にZ5/6よりも高いゼルニケ次数の結像誤差を補正するのに用いることができるような光学システムの必要性が存在する。
本発明の目的は、比較的単純な構造の手段を用いて、そのような方法及び光学システムを提供することである。
冒頭で示した方法、及び冒頭で示した光学システムに関して、この目的は、本発明により少なくとも1つの補正配列が、光学システムの瞳面の少なくとも近くに配列されるということを用いて達成される。
本発明による方法及び本発明のよる光学システムでは、少なくとも1つの補正配列の非球面補正要素のうちの1つが、少なくとも1つのマニピュレータを用いて光軸方向に変位される。特に、本発明による手順は、少なくとも1つの補正配列が瞳の近傍又は瞳に配列されるので、視野依存収差の補正を可能にする。非球面補正要素の少なくとも1つを光軸方向に変位させることにより、視野依存収差、例えば、線形視野プロフィールを有する収差を補正することができる。これは、光学システムの視野内の位置が光学システムの瞳内の角度に対応するということに基づいている。光軸上の視野点から発するビームは、光軸に対して平行又は実質的に平行に光学補正配列を通過し、少なくとも1つの補正要素の光軸方向のシフトによる影響を受けない。しかし、光軸の外側の視野点から発するビームは、光軸に対して斜めに補正配列を移動し、それによってこれらのビームは、少なくとも1つの補正要素の光軸方向のシフトの際に影響を受け、この光学作用の程度は、光軸からの距離が長い視野点ほど高くなる。それによって少なくとも1つの補正要素の光軸方向の変位中に、補正配列の視野依存の光学作用が生じる。
本発明による方法及び本発明による光学システムは、収差の適切な測定の後に、この測定された収差が完全に又は大部分補正されるまで、少なくとも1つの補正要素が残りの1つの補正要素又は複数の補正要素に対して光軸方向に変位されるということを利用して、比較的高いゼルニケ次数の収差を作動中に動的に補正することを可能にする。当然ながら、様々な収差及び同じく様々な収差の重ね合わせも補正することを可能にするために、補正配列毎に互いに異なる表面輪郭が設けられた個々の補正要素を有する複数の光学補正配列を準備することができる。
投影対物器械内の補正配列が瞳面の近くにあるか否かを判断するために、近軸部分口径比を用いることができる。
近軸部分口径比Sは、次式で与えられる。
Figure 2010506388
ここで、rは、近軸周辺光線高さであり、hは、近軸主光線高さであり、関数「sgn x」は、xの符号を意味し、「sgn 0」=1と定められる。主光線高さは、最大視野高さを絶対値の意味で有する物体視野の視野点の主光線の光線高さと理解すべきである。周辺光線高さは、物体視野の中央から発する光線の最大開口の光線高さである。
近軸部分口径比は、ビーム経路内の平面の視野又は瞳までの近接性に対する尺度であるマグニチュードである。定義によって、部分口径比は、−1と+1の間の値に正規化され、各視野平面では部分口径比はゼロであり、各瞳平面では、部分口径比は、−1から+1又は+1から−1への不連続点を有する。本出願の目的では、部分口径比0は視野平面を意味し、一方で部分口径比の絶対値1は瞳面を特定する。本発明による光学システムの瞳面の少なくとも近くに位置する平面は、好ましくは、≧0.7、好ましくは、≧0.8、好ましくは、≧0.9、又は好ましくは、≧0.95の部分口径比の絶対値を有する平面である。
本出願において共役平面を参照する限り、これらの平面は、等しい近軸部分口径比を有すると理解すべきである。
当然ながら、少なくとも1つの補正配列を光学システムの瞳平面の外側に配列することも可能であり、視野依存補正作用は、補正配列の瞳平面からの距離が長くなるほど弱まり、視野一定補正作用は強まる。
好ましい改良では、少なくとも1つの補正配列は、2つの補正要素であり、それぞれの表面輪郭が2つの補正要素の互いに対面する表面上に設けられた補正要素を有する。
少なくとも1つの補正配列のこの改良は、構造的に簡素な設計という利点を有する。2つの補正要素のみが設けられた場合には、これらの表面輪郭は互いに補完的であり、従って、互いに加えると全体として少なくとも近似的にゼロになる。
更に、この場合には、2つの補正要素が直近に隣接して配列されることが好ましい。
2つの補正要素が互いに対面する表面上にそれぞれの表面輪郭を有する上述の改良と共に、この手段は、これらの非球面表面輪郭にも関わらず、これら2つの補正要素が互いに直接に又はほぼ直接に接して位置する場所では、これら2つの補正要素がいかなる種類の光学作用も起こさないという利点を有する。従って、補正配列のそのような改良は、補正要素のゼロ位置を可能にする。収差の検出の後にのみ、記録された収差を補償する光学作用を得るように、少なくとも一方又は両方の補正要素が、2つの補正要素の間の距離を延ばすために光軸方向に変位される。
上述の改良の代替形態として、少なくとも1つの補正配列は、2つの補正要素であり、それぞれの表面輪郭が2つの補正要素の互いに反対側の表面上に設けられた補正要素を有することができる。
ここでも構造的に簡素な補正配列が生じるが、この場合には、互いに反対側の表面上での非球面表面輪郭の配列に起因して、この補正配列が瞳平面に配列された場合には、補正配列が光学作用を起こさない2つの補正要素の互いに関するゼロ位置は存在しない。しかし、この配列は、例えば、光学システムの製造の後に存在するシステムに内在する収差を補償するのに用い、更に、例えば、システムの個々光学要素の加熱に起因する作動によって誘起される収差の発生の際に用いることができ、検出された収差を補償する付加的な光学作用を得るために、2つの補正要素の間の距離はこれに応じて変更される。
更に好ましい改良では、少なくとも1つの補正配列は、4つの補正要素を有し、そのうちの2つは、それぞれ、同一の第1の表面輪郭を有し、他方の2つは、それぞれ、第1の表面輪郭に対して補完的である同一の第2の表面輪郭を有し、第2の表面輪郭を有する2つの補正要素は、第1の表面輪郭を有する2つの補正要素の間に配列される。
少なくとも1つの補正配列のこの改良は、確かにより多くの補正要素を有する補正配列の設計をもたらすことになるが、前に説明した2つの補正要素しか持たない補正配列とは対照的に、この改良は、収差の視野プロフィールを2つの方向に補償することができるという利点を有する。上述の互いに対面する表面上に非球面表面輪郭を有する2つの補正要素を有する補正配列の場合には、表面輪郭が、互いに対するこれらの光学作用に関して互いに補償い合うゼロ位置が間違いなく存在する。しかし、このゼロ位置は、2つの補正要素が互いに接触又はほぼ接触する位置である。2つの補正要素が互いに変位されて分離する場合には、常に同じ符号のものである光学補正作用が生じる。それとは対照的に、この改良の場合は、補正要素の2つの対が存在し、これらの2つの対では、表面輪郭の順序が、第1の対から第2の対へと正確に逆転される。従って、光学作用は存在しないが、個々の補正要素が互いにある距離のところに位置する補正配列のゼロ位置が存在し、従って、望ましい補正作用を対毎に個々の補正要素の分離距離を別様に短縮又は延長することによって設定することができる。更に、光学補正作用は、ゼロ位置を通じて両方の方向に設定することができ、この設定は、2構成要素補正配列では不可能である。
本発明による本方法の場合には、この改良の一部として、補正要素の少なくとも1つを変位させることができる。
2つの内側補正要素は、例えば、常設、すなわち、固定設置のものとすることができ、その一方、すなわち、2つの外側補正要素のうちの少なくとも一方に、光軸方向の移動のためのマニピュレータが割り当てられる。
2つの方向の視野依存収差を補正することにも同じく適する上述の改良の好ましい修正では、少なくとも1つの補正配列は、3つの補正要素を有し、そのうちの2つは、それぞれ、同一の第1の表面輪郭を有し、第3のものは、これら2つの他の補正要素の第1の表面輪郭の総和に対して少なくとも近似的に補完的である第2の表面輪郭を有し、第3の補正要素は、第1の表面輪郭を有する2つの補正要素の間に配列される。
従って、上述の改良とは異なり、2つの中間補正要素は、組み合わされて単一の補正要素を形成し、中間補正要素の表面輪郭の振幅は、2つの外側補正要素の表面輪郭の個々の振幅の2倍大きい。4構成要素補正配列と比較すると、この改良の利点は、特に3つの光学補正要素にしか表面輪郭を設ける必要がないので、構造的に経費負担が低いことにある。
上述の改良の更に別の好ましい簡素化では、第1の表面輪郭を有する補正要素のうちの1つは、中間の第3の補正要素に、そこから分離するように接続される。
この手段の利点は、ここでは、この配列が収差の双方向補正を可能にしながら、この改良のこの目的に対して全体で2つの補正要素しか要求されないことにある。
この場合には、第1の表面輪郭を有する補正要素の一方は、中間の第3の補正要素と一体的に加工することができる。
上述の改良も、同様に、例えば、第1の表面輪郭を有する補正要素に割り当てられた1つのマニピュレータしか要求されない。
更に好ましい改良では、表面輪郭のうちの少なくとも1つは、Zn(x、y)がn次のゼルニケ係数である関数∫Zn(x、y)に比例する。
収差は、ゼルニケ係数を用いた級数展開で分類されることが公知である。次数Znの収差は、非球面表面輪郭がZnとの関係の中にもたらされた時に最も正確に補正することができる。しかし、補正配列の光学補正作用は、関数Zn(x、y)に直接比例せず、積分関数∫Znに比例する。この理由は、ビームが補正配列を斜めに移動する時に、光学作用が、表面輪郭の勾配に対応するからである。従って、この改良は、非球面表面輪郭の適切な構成によって検出されたZn次の収差を特定的に補正することを可能にする。
既に上述のように、好ましくは、本発明による方法は、少なくとも1つの補正要素が、個々の表面輪郭の光学作用が互いに相殺する第1の位置から、望ましい補正作用が得られる第2の位置へと変位されるように実施される。
更に好ましい改良では、少なくとも1つの補正配列に対して、互いに加えると全体として少なくとも近似的にゼロになるが、この少なくとも1つの補正配列の表面輪郭とは個々に異なる非球面表面輪郭が設けられた複数の光学補正要素を有する交換補正配列を提供し、又はそのようなものが待機した状態で保持される。本発明による方法では、交換補正要素の少なくとも1つを残りの光学交換補正要素の少なくとも1つに対して少なくとも光軸の方向の方向成分に変位させることによって交換補正配列の望ましい補正作用を設定するために、少なくとも1つの補正配列は、交換補正配列と交換される。
ここでは、交換補正配列の適切な設計が与えられると、それまでに用いられた補正配列の交換の後に、例えば、光学システムの作動中に初めて出現する別の収差を補正することができることが有利である。適切な数の異なる交換補正配列を準備された状態に保つことにより、例えば、光学システムの特定の作動モードにおいて恐らく発生することになる特定の収差に対して、対応する予測に基づいて交換補正配列をそれぞれ設計することで、作動中に光学システムの光学特性変化に対して特定的に反応することができる。
更に好ましい改良では、光学システムは、少なくとも局所的に光軸を定めて、かつ互いに加えると全体として少なくとも近似的にゼロになるが、少なくとも1つの補正配列の表面輪郭とは個々に異なる非球面表面輪郭が設けられた複数の第2の光学補正要素を有する少なくとも1つの第2の補正配列を有し、第2の補正要素の少なくとも1つには、この補正要素を残りの第2の補正要素の少なくとも1つに対して少なくとも光軸の方向の方向成分で変位させるための少なくとも1つの第2のマニピュレータが割り当てられる。
これに対応する方法の改良では、第2の補正配列の望ましい補正作用を設定するために、第2の補正要素の少なくとも1つは、残りの第2の補正要素の少なくとも1つに対して少なくとも光軸の方向の方向成分で変位される。
この改良における利点は、光学システムにおいていくつかの収差を特に互いに独立して同時に補正することができることにある。更に、少なくとも2つの補正配列を設けることにより、2つの基本的な収差の重ね合わせとして表すことができる収差を補正するために、補正作用の重ね合わせを用いることができる。有利な態様においては、この改良は、本発明による光学システムの補正潜在力を更に改善する。
視野依存収差に加えて、視野一定収差を補正することを可能にするために、有利な態様においては、少なくとも第2の補正配列又は更に別の補正配列が、光学システムの視野平面内又はその近くに配列される。
更に好ましい改良では、補正要素の少なくとも1つには、この補正要素を光軸に対して横手方向の方向成分で追加的に又は限定的に変位させるためのマニピュレータが割り当てられる。対応する方法の改良が与えられると、補正要素の少なくとも1つは、光軸に対して横手方向の方向成分で追加的に又は限定的に変位される。
この手段は、少なくとも1つの補正要素のシフト又は光軸方向の補正要素のシフトと、光軸に対して横手方向の補正要素のシフトとを重ね合わせすることにより、同じ光学作用を得る上で光軸方向の変位経路を小さく保つことができるという利点を有し、場合によって、これは、光学システム内部のスペースの理由から有利である。
更に好ましい改良では、補正要素は、光学システムの互いに光学的に共役な平面に配列される。
ここでは、個々の補正要素の像に対する作用が少なくとも近似的に等しいことは有利である。例えば、第1の補正要素を光学システムの第1の瞳平面に配列し、第2の補正要素を第2の瞳平面に配列することができる。
更に別の利点及び特徴は、以下の説明及び添付図面から明らかになる。
上述の特徴及び下記に更に説明する特徴は、本発明の枠組みから逸脱することなく、それぞれに明示する組合せだけでなく、他の組合せにおいて又はそれ自体独立して用いることができることは言うまでもない。
本発明の例示的な実施形態を添付図面に例示し、これらの図面を参照して、これらの例示的な実施形態を以下により詳細に以下に説明する。
マイクロリソグラフィのための投影露光機械の投影対物器械の例に対する光学システムの概略的な図である。 瞳平面内又はその近くにおける光学システム内のビーム経路の概略的な図である。 第1の例示的な実施形態による図1の光学システムの瞳平面内又はその近くにおける補正配列の原理を表す図である。 10次の収差を補正するための図3の補正配列の個々の補正要素を示す図である。 図1の光学システムにおいて図3の補正配列の代わりに用いることができる更に別の例示的な実施形態の補正配列を示す図である。 図1の光学システムにおいて用いることができる補正配列の更に別の例示的な実施形態を示す図である。 図1の光学システムにおいて用いることができる更に別の補正配列を示す図である。 視野平面内又はその近くに配列された補正配列の原理を表す図である。
全体的に参照番号10を付与した光学システムは、微細構造構成要素を製造するためのマイクロリソグラフィに用いられる投影対物器械12の形態で図1に例示している。投影対物器械12は、対物面14に配列され、パターンを有するレチクル16を像平面18に配列された基板20(ウェーハ)上に結像する役割を達成する。投影対物器械12は、投影露光機械22の一部であり、投影露光機械22は、投影対物器械12以外には、通常はレーザである光源24、及び照明システム26を含む。
一般性を制限することなく説明を簡素化するために、投影対物器械12の形態における光学システム10の以下の説明においては、投影対物器械12は、1つの光軸28しか持たないことを仮定する。
投影対物器械12は、複数の光学要素を有し、一例としてそのうちの2つの光学要素30及び32をレンズの形態で図1に示している。
しかし、2つの光学要素30及び32以外に、投影対物器械12は、レンズ及び/又はミラーの形態における更に別の光学要素を有することは言うまでもない。
投影対物器械12には、レチクル16のパターンを収差なしにできる限り遠くの基板20上に結像することが要求される。投影対物器械12を実作動の前に内在的な収差を示さないような加工技術を用いて製造することができる場合であっても、投影対物器械12の作動中にレチクル16のパターンの基板20上への結像の構造的精度を悪化させる収差が出現する可能性がある。作動中に発生するそのような収差の1つの原因は、特に個々の光学要素30、32の加熱であり、それによってこれらの要素の表面幾何学形状の変化、材料特性の変化、特に、これらの要素の屈折率の変化などを招く場合がある。特に、加熱によって引き起こされるそのような収差は、特に、照明システム26を用いた投影対物器械12の照明が回転対称ではない時に光軸28に関する回転対称性を欠く場合がある。例えば、投影対物器械12を移動する結像光が、いくつかの個々の互いに分離したビームに分割される双極又は四重極照明の場合、又は特にレンズ及びミラーから構成される反射屈折投影対物器械の場合のような投影対物器械12を通る光の軸外移動の場合には、回転対称ではない熱によって誘起される収差が発生する可能性がある。
出現するそのような収差に対して動的に短時間に反応することを作動中に可能にするために、投影対物器械12は、少なくとも1つの補正配列34を有し、これに対して下記により詳しく説明を行う。
補正配列34は、投影対物器械12の瞳平面36に配列されるか又は瞳平面36の少なくとも近くに位置する。
投影対物器械内の補正配列が瞳平面の近くに存在するか否かを判断するために、近軸部分口径比を用いることができる。
近軸部分口径比Sは次式で与えられる。
Figure 2010506388
ここで、rは、近軸周辺光線高さであり、hは、近軸主光線高さであり、関数「sgn x」は、xの符号を意味し、sgn0=1と定められる。主光線高さは、最大視野高さを絶対値の意味で有する物体視野の視野点の主光線の光線高さと理解すべきである。周辺光線高さは、物体視野の中央から発する光線の最大開口の光線高さである。
近軸部分口径比は、ビーム経路内のある平面の視野又は瞳までの近接性に対する尺度であるマグニチュードである。定義によって、部分口径比は、−1と+1の間の値に正規化され、各視野平面では、部分口径比はゼロであり、各瞳平面では、部分口径比は、−1から+1又は+1から−1への不連続点を有する。本出願の目的では、部分口径比0は視野平面を意味し、一方で部分口径比の絶対値1は瞳面を特定する。本発明による光学システムの瞳面の少なくとも近くに位置する平面は、好ましくは、≧0.7、好ましくは、≧0.8、好ましくは、≧0.9、又は好ましくは、≧0.95の部分口径比の絶対値を有する平面である。
本出願において共役平面を参照する限り、これらの平面は、等しい近軸部分口径比を有すると理解すべきである。
補正配列36の構成へとより詳細に立ち入る前に、最初に、瞳平面36の領域内の結像光のビームプロフィールに関して図2を参照して説明を行う。
理解を助けるために、図2では瞳領域36’を拡大して例示している。同様に、図2には、視野平面38及び視野平面40を示しており、場合にもよるが、視野平面38は像平面18であり、視野平面40は対物面14である。しかし、視野平面38及び40は、投影対物器械12の中間像平面とすることができる。
光軸28上の視野点42及びこの軸上視野点42から発する光ビーム43aに注意すると、これらの光ビームは、瞳領域36’を並列に横断し(線42b)、瞳領域36’の下流では、視野平面40の軸上視野点42cで一緒になる。
それとは対照的に、軸外視野点44から発する光ビーム44aは、瞳領域36’を光軸28に対して斜めに横断し(線44b)、ここでもまた、視野平面40内の視野点44cで一緒になる。
このことから、異なる視野点42、44のビームが、瞳平面36内で光軸に対して異なる角度を有することが分る。この角度は、視野点の光軸28からの距離が長くなるほど増大する。
ここで、光学要素46、例えば、プレートが、瞳平面36内に直接に配列される場合には、軸上視野点42及び軸外視野点44のそれぞれから発する光ビーム42b及び44bの横断点48は同一である。光学要素46が、光軸28の方向に瞳平面36から位置46’へと変位された場合には、図2に双方向矢印50によって示しているように、光ビーム44bの横断点48’は、光ビーム42bの横断点48’’と比較して光軸28に対して横手方向に互いにオフセットされる。従って、横断点48’及び48’’の特定のオフセット50は、光学要素46の光軸方向の特定の変位経路52に対応する。言い換えれば、光学要素46の変位経路52の後には、光ビーム44bは、光学要素46の光ビーム42bのものとは別の光学活性領域に遭遇する。ここでは、光学要素46を例えば特定の表面輪郭による非球面化によって設計することにより、変位経路52に依存する光学作用を得ることができる。
本発明によると、上述の効果は、図3を参照して下記に説明するように図1の補正配列34に用いられる。
図3の例示的な実施形態によると、光学補正配列34は、第1の光学補正要素54及び第2の光学補正要素56を有する。光学補正要素54には、特に、補正要素56に対面するその表面58上に非球面表面輪郭が設けられ、第2の補正要素56は、補正要素54に対面するその表面60には、補正要素54の表面輪郭に対して補完的な非球面表面輪郭が設けられる。従って、表面輪郭の総和は、ゼロである。
これらの非球面表面輪郭を除いては、補正要素54及び56は、好ましくは、平行平面プレートとして設計される。補正要素54及び56は、互いに直近に隣接して配列される。図3に実線で例示しているように、補正要素54及び46が、互いに対面する表面58と60が接触するか又はほぼ接触するように配列された場合には、補正配列34は、平行平面プレートとしての全体形状を有し、光学作用を持たない(ビームオフセットを除いて)。
図3に破線で例示しているように、今度は、補正要素54及び56が互いに分離するように光軸方向に変位された場合には、表面58及び60の非球面化に起因して、図2を参照した前の説明に従って光学作用が出現し、この光学作用により、表面58及び60の非球面化の表面輪郭に従って特定の収差、特に、線形視野プロフィールを有する収差を補正することができる。
図1によると、光学補正要素54及び/又は56のうちの少なくとも一方を光軸28の方向に変位させるために、少なくとも1つのマニピュレータ62が割り当てられる。図3の例示的な実施形態の場合には、補正配列34の望ましい補正作用を設定するために、2つの補正要素54及び56を双方向矢印64a及び64bに従って光軸28の方向に変位させることができるように、2つの補正要素54及び56にマニピュレータ62a及び62bがそれぞれ割り当てられる。
補正要素54と56が互いに接して位置するか又は互いにほぼ接して位置する開始位置では、補正配列34は、好ましくは、瞳平面36内に直接に位置する。
光学補正要素54及び56の非球面表面輪郭は、Zn(x、y)がn次のゼルニケ係数である関数∫Zn(x、y)に比例するように選択される。
表面輪郭の光学作用は、表面輪郭の勾配に比例するので、非球面表面輪郭が収差の積分に比例する時には、光学補正要素54及び56の互いに対する変位の場合では、この非球面表面輪郭の光学作用は、補正される収差に正確に対応する。
非球面表面輪郭の計算を下記にZ10次の収差の補正の例で説明する。
極座標(r、θ)では、次式が成り立つ。
Z10=r3cos(3θ)
10を直交座標に変換すると、次式が得られる。
Z10=x3-3y2x
補正要素54及び56の非球面表面輪郭O(x、y)を計算するために、上述の関数をxに対して積分する。
Figure 2010506388

Figure 2010506388
ここで、表面関数O(x、y)は、補正要素54の表面58に対してO(x、y)として一度、及び補正要素56の表面60に対して−O(x、y)として一度適用され、又はその逆である。
図3に補正要素54及び56の実線で例示しているように、2つの表面58と60が互いに直接に又はほぼ直接に重なって位置する場合には、補正配列34による補正作用は生じない。しかし、補正要素54と56が互いに対して光軸28の方向に変位された場合には、上述のように光学補正作用が生じる。
下記では、個々の光学要素の加熱に基づく収差を補正するために、視野縁部において約10nmの振幅のZ10収差を有する波面収差を補正することを目的とする場合を例示的に説明する。補正要素54及び56において、投影対物器械12の瞳平面36内で約100mmの直径を仮定し、矢印64a及び64bに対応する変位経路が光軸28の方向に約100μmのところに位置することを想定する。更に、瞳平面内で約25°の最大角度(図3と比較されたい)を仮定する。
上述のパラメータを仮定することにより、非球面表面輪郭O(x、y)の振幅を以下のように計算することができる。
最初に関数O(x、y)を瞳半径Rに対して正規化する。
Figure 2010506388
次に、非球面表面輪郭の振幅A0を導入する。
Figure 2010506388
補正要素54及び56の上記の量による変位は、次式の光学作用を生じる。
Figure 2010506388
Δnは、空気とガラスの間の屈折率の差を表している。
更に、表面振幅A0に対して以下の計算がもたらされる。
Figure 2010506388
ここで、
Figure 2010506388
Mは、Z方向に100μmの全変位経路である。
x=R^y=0
R=50mm
Δn=0.5
Figure 2010506388

Figure 2010506388
以上の式から、以下の最大アブレーション高さAmaxが得られる。
Figure 2010506388
すなわち、選択されたパラメータに対する結果は、6.4μmの振幅のアブレーション形状を有する非球面表面輪郭である。
図4は、Z10に対して上述のパラメータによって生じる非球面表面輪郭を補正要素54に対して示している。異なるアブレーション高さ又はアブレーション振幅を様々なグレーレベルで例示しており、アブレーション高さ又はアブレーション振幅は、暗値が増す時に増大する。
このように判断された非球面表面輪郭は、補正要素54に適用され、更に、反対の符号で補正要素56に適用される。
図3に実線で例示しているように、補正要素54と56が直近に隣接して配列される場合には、補正作用64による光学補正作用が存在しない結果になる。次に、望ましい補正作用を設定するために、補正要素54及び56は、この位置から矢印64a及び64bに従って光軸28の方向に互いに対して変位される。既に説明したように、上述のパラメータが与えられた場合には、この全変位経路は、約100μmである。
非球面表面輪郭が、補正要素54及び56の互いに対面する表面58及び60上に設けられることを前に説明したが、非球面表面輪郭は、補正要素54及び56の互いに反対側の表面66及び68上に設けることができる。しかし、この場合には、個々の非球面表面輪郭は互いに加えると全体としてゼロになるが、補正要素54及び56が瞳平面36に配列された場合であっても、補正作用34のゼロ位置は生じない。これは、補正要素54及び56が有限の厚みのものであり、従って、光ビーム44bが、互いに反対側の表面66及び68を異なる点で横断するということに起因する。
下記では、図3の例示的な実施形態と比較して修正され、4つの補正要素54、56;54’、56’から形成された補正配列34’の改良を図5を参照して説明する。
図3の補正配列34の場合には、補正配列34が光学補正作用を起こさないように、更に、1つの方向に視野プロフィールを有する収差のみを補正配列34によって補償することができるように、補正要素34及び56は、ゼロ位置でほぼ又は完全に接触すべきであるが、補正配列34’の場合には、これらの特性は排除される。
図3の例示的な実施形態におけるものと同様に構成することができる2つの補正要素54及び56に加えて、補正配列34’は、補正要素54’及び56’という更に別の対を有し、補正要素54’の非球面表面輪郭は、補正要素54の非球面表面輪郭に少なくともほぼ等しく、非球面表面輪郭56’は、補正要素56の非球面表面輪郭に少なくともほぼ等しい。
しかし、光学補正要素54’及び56’の順序、及び従ってこれらに付随する表面輪郭の順序は、光学補正要素54及び56の順序の真逆である。
補正要素54及び56の対における互いに補完的な表面輪郭の補正要素54’及び56’の対における順序に対して逆の順序に起因して、補正配列34’が光学補正作用を持たない補正配列34’のゼロ位置は、図5に例示しているものと同様であり、すなわち、全ての補正要素54、56、54’、56’は、補正配列34にあるものよりも大きい互いの分離距離を有する。光学補正要素54、56、54’、56’のうちの少なくとも1つを光軸28の方向に変位させることにより、第1の対の補正要素54と補正要素56の間の分離距離70が、第2の対の補正要素54’と補正要素56’の間の分離距離72とは異なって設定されるので、前の説明に従って補正配列34’の望ましい光学補正作用を設定することができる。例えば、補正要素56及び補正要素56’、すなわち、2つの外側補正要素には、それぞれ、マニピュレータ62a’及び62b’を割り当てることができる。分離距離70を分離距離72に対して適切に変更することにより、ここでは2つの方向(±)の視野プロフィールを有する収差を補正することができ、個々の補正要素54、56、54’、56’の間により大きい分離距離を見ることができる。
補正配列34’が、3つの補正要素56、56’、及び54’’しか持たず、補正要素54’’が、図5の補正要素54及び54’の組合せを構成する図5の補正要素34’の簡素化を図6に示している。補正要素54’’は、この場合には、例えば、その表面のうちの片方の上に設けられた非球面表面輪郭を有し、この非球面表面輪郭は、補正要素56及び56’の総和に対して補完的であり、補正要素56と補正要素56’は、好ましくは、等しく、更に同じ符号を有する。
補正配列34’’が光学補正作用を起こさない補正配列34’’のゼロ位置では、補正要素54’’は、補正要素56と補正要素56’の間の中央に配列される。この改良では、補正要素56又は56’の一方にこの一方の補正要素を光軸28の方向に変位させるためのマニピュレータを割り当てることで十分であり、図示の例示的な実施形態では、補正要素56’にマニピュレータ62が割り当てられている。補正要素56’を光軸28の方向に変位させることにより、補正要素54’’と補正要素56’の間の分離距離72に対する補正要素56と補正要素54’’の間の相対的な分離距離70は変更され、特に、ゼロ位置に関して両方の方向に望ましい光学補正作用を設定することができるという結果を生じる。
図7の例示的な実施形態による補正配列34’’の更に別の簡素化では、特に、非球面表面輪郭を持たない光学要素74を挿入することによる分離配列で、補正要素56が補正要素54’’に恒久的に接続した修正状態にある補正配列34’’を示している。この改良の場合には、補正要素54’’と補正要素56の間の分離距離70は恒久的に設定され、補正配列34’’の望ましい補正作用を設定するために、補正要素56’と補正要素54’’の間の分離距離72が適切に変更される。補正要素56、補正要素54’’、及び光学要素74は一体として加工することができ、補正要素54’’の非球面表面輪郭は、補正要素54’’の補正要素56’に対面する表面上に設けられ、補正要素56の非球面表面輪郭は、補正要素56の補正要素54’’に背向する表面上に設けられることは言うまでもない。
図1を再度参照すると、これまでに説明した光学補正配列の概念は、投影対物器械12内に設けられた補正配列34に加えて、補正要素54、56の非球面表面輪郭とは異なる非球面表面輪郭を有する少なくとも2つの交換補正要素80、82を有するという点で補正配列34、34’、又は34’’の光学補正作用とは異なる光学補正作用を有する1つ又はそれよりも多くの更に別の交換補正配列78が準備された状態に保たれるという事態にも適している。例えば、投影対物器械12の作動中に別の収差が検出されると、検出されたこの収差を補償するために、補正配列34の代わりに交換補正配列78が投影対物器械12内に設けられ、交換補正配列78の交換補正要素80及び82は、光軸28の方向に変位される。
更に、補正配列34に加えて、特に、投影対物器械12の更に別の瞳平面に配列された時に補正配列34の光学補正作用とは異なる光学補正作用を有するマニピュレータ88を有する更に別の補正配列86を投影対物器械12内に恒久的に設けるということをもたらすことができる。しかし、更に別の光学補正配列は、視野一定収差を補正するために、視野平面内又はその近くにも配列することができる。一般的に、補正要素は、好ましくは、例えば、上述のように2つ又はそれよりも多くの瞳平面において互いに光学的に共役な平面に配列される。
例えば、視野オフセットを補正するために、例えば、図7からの補正配列34’’が、光ビーム42a及び44aのそれぞれの収束ビーム経路及び発散ビーム経路に配列されるように、図8に例示しているように視野平面38の近くに配列された場合は(図2と比較されたい)、例えば、光学要素56を移動することによって収差の視野一定成分を補償することができる。
10 光学システム
12 投影対物器械
28 光軸
34 光学補正配列
36 瞳平面

Claims (29)

  1. 少なくとも局所的に光軸(28)を定め、かつ互いに加えると全体として少なくとも近似的にゼロになる非球面表面輪郭が設けられた複数の光学補正要素(54、56)を有する少なくとも1つの光学補正配列(34)を有する光学システム(10)、特に、マイクロリソグラフィのための投影対物器械(12)の結像特性を改善する方法であって、
    補正配列(34)の望ましい補正作用を設定するために、補正要素(54、56)の少なくとも1つを残りの光学補正要素(54、56)の少なくとも1つに対して光軸(28)の方向に少なくとも方向成分で変位させる段階、
    を含み、
    前記少なくとも1つの補正配列(34)は、光学システム(10)の瞳平面(36)の少なくとも近くに配列される、
    ことを特徴とする方法。
  2. 前記少なくとも1つの補正配列(34)は、2つの補正要素(54、56)を有し、そのそれぞれの表面輪郭は、該2つの補正要素(54、56)の互いに対面する表面(58、60)上に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記2つの補正要素(54、56)は、直近に隣接していることを特徴とする請求項2に記載の方法。
  4. 前記少なくとも1つの補正配列(34)は、2つの補正要素(54、56)を有し、そのそれぞれの表面輪郭は、該2つの補正要素(54、56)の互いに反対側の表面(66、68)上に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  5. 前記少なくとも1つの補正配列(34’)は、4つの補正要素(54、54’、56、56’)を有し、そのうちの2つ(56、56’)は、それぞれ、同一の第1の表面輪郭を有し、他方の2つ(54、54’)は、それぞれ、該第1の表面輪郭に対して補完的である同一の第2の表面輪郭を有し、該第2の表面輪郭を有する該2つの補正要素(54、54’)は、該第1の表面輪郭を有する該2つの補正要素(56、56’)の間に配列されていることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  6. 前記補正要素(54、54’、56、56’)のうちの少なくとも1つは、変位されることを特徴とする請求項5に記載の方法。
  7. 前記少なくとも1つの補正配列(34’’)は、3つの補正要素(54’’、56、56’)を有し、そのうちの2つ(56、56’)は、それぞれ、同一の第1の表面輪郭を有し、第3のもの(54’’)は、該2つの他の補正要素(56、56’)の該第1の表面輪郭の総和に対して少なくとも近似的に補完的である第2の表面輪郭を有し、該第3の補正要素(54’’)は、該第1の表面輪郭を有する該2つの補正要素(56、56’)の間に配列され、該第1の表面輪郭を有する該補正要素(56、56’)の少なくとも一方は、変位されていることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  8. 前記表面輪郭のうちの少なくとも1つは、Zn(x、y)をn次のゼルニケ係数とした時に関数∫Zn(x、y)に比例することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の方法。
  9. 前記少なくとも1つの補正要素(54、56)は、個々の表面輪郭の光学作用が互いに相殺する第1の位置から前記望ましい補正作用が達成される第2の位置内に変位されることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の方法。
  10. 前記少なくとも1つの補正配列(34)に対して、互いに加えると全体として少なくとも近似的にゼロになるが、該少なくとも1つの補正配列(34)の表面輪郭とは個々に異なる非球面表面輪郭が設けられた複数の交換補正要素(80、82)を有する交換補正配列(78)が待機状態に保たれ、
    前記少なくとも1つの補正配列(34)は、前記交換補正要素(80、82)の少なくとも1つを残りの光学交換補正要素(80、82)の少なくとも1つに対して前記光軸(28)の方向に少なくとも方向成分で変位させることにより、該交換補正配列(78)の望ましい補正作用を設定するために該交換補正配列(78)によって置換されることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の方法。
  11. 前記光学システム(10)は、少なくとも局所的に光軸(28)を定めて互いに加えると全体として少なくとも近似的にゼロになるが前記少なくとも1つの補正配列(34)の表面輪郭とは個々に異なる非球面表面輪郭が設けられた複数の第2の光学補正要素を有する少なくとも1つの第2の補正配列(86)を有し、
    前記第2の補正要素の少なくとも1つは、前記第2の補正配列の望ましい補正作用を設定するために残りの第2の補正要素の少なくとも1つに対して前記光軸の方向に少なくとも方向成分で変位される、
    ことを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の方法。
  12. 前記補正要素(54、56)の少なくとも1つは、前記光軸(28)に対して横手方向に方向成分で追加的に又は限定的に変位されることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の方法。
  13. 少なくとも1つの更に別の補正配列(86)が、視野平面の少なくとも近くに配列され、
    この更に別の補正配列の少なくとも1つ補正要素は、前記光軸の方向に少なくとも方向成分で変位される、
    ことを特徴とする請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の方法。
  14. 少なくとも局所的に光軸(28)を定め、かつ互いに加えると全体として少なくとも近似的にゼロになる非球面表面輪郭が設けられた複数の光学補正要素(54、56)を有する少なくとも1つの光学補正配列(34)を有し、該補正要素(54、56)の少なくとも1つには、該補正要素(54、56)を残りの補正要素(54、56)の少なくとも1つに対して該光軸(28)の方向に少なくとも方向成分で変位させるための少なくとも1つのマニピュレータ(62)が割り当てられた光学システム、特に、マイクロリソグラフィのための投影対物器械であって、
    少なくとも1つの補正配列(34)が、光学システム(10)の瞳平面(36)の少なくとも近くに配列されている、
    ことを特徴とする光学システム。
  15. 前記少なくとも1つの補正配列(34)は、2つの補正要素(54、56)を有し、そのそれぞれの表面輪郭は、該2つの補正要素(54、56)の互いに対面する表面(58、60)上に設けられていることを特徴とする請求項14に記載の光学システム。
  16. 前記2つの補正要素(54、56)は、直近に隣接して配列されていることを特徴とする請求項15に記載の光学システム。
  17. 前記少なくとも1つの補正配列(34)は、2つの補正要素(54、56)を有し、そのそれぞれの表面輪郭は、該2つの補正要素(54、56)の互いに反対側の表面(66、68)上に設けられていることを特徴とする請求項14に記載の光学システム。
  18. 前記少なくとも1つの補正配列(34’)は、4つの補正要素(54、54’、56、56’)を有し、そのうちの2つ(56、56’)は、それぞれ、同一の第1の表面輪郭を有し、他方の2つ(54、54’)は、それぞれ、該第1の表面輪郭に対して補完的である同一の第2の表面輪郭を有し、該第2の表面輪郭を有する該2つの補正要素(54、54’)は、該第1の表面輪郭を有する該2つの補正要素(56、56’)の間に配列されていることを特徴とする請求項14に記載の光学システム。
  19. 前記少なくとも1つのマニピュレータ(62a、62b)は、外側の補正要素(56、56’)の少なくとも一方に割り当てられることを特徴とする請求項18に記載の光学システム。
  20. 前記少なくとも1つのマニピュレータ(62’)は、内側の補正要素(54、54’)の少なくとも一方に割り当てられることを特徴とする請求項18に記載の光学システム。
  21. 前記少なくとも1つの補正配列(34’)は、3つの補正要素(54’’、56、56’)を有し、そのうちの2つ(56、56’)は、それぞれ、同一の第1の表面輪郭を有し、第3のもの(54’’)は、該2つの他の補正要素(56、56’)の該第1の表面輪郭の総和に対して少なくとも近似的に補完的である第2の表面輪郭を有し、該第3の補正要素(54’’)は、該第1の表面輪郭を有する該2つの補正要素(56、56’)の間に配列されていることを特徴とする請求項14に記載の光学システム。
  22. 前記第1の表面輪郭を有する前記補正要素(56、56’)の1つは、中間の前記第3の補正要素(54’’)にそこから離間した方式で接続されることを特徴とする請求項21に記載の光学システム。
  23. 前記第1の表面輪郭を有する前記補正要素(56、56’)の少なくとも1つには、前記少なくとも1つのマニピュレータ(62)が割り当てられることを特徴とする請求項21又は請求項22に記載の光学システム。
  24. 前記表面輪郭のうちの少なくとも1つは、Zn(x、y)をn次のゼルニケ係数とした時に関数∫Zn(x、y)に比例することを特徴とする請求項14から請求項23のいずれか1項に記載の光学システム。
  25. 前記少なくとも1つの補正配列(34)に対して、互いに加えると全体として少なくとも近似的にゼロになるが、該少なくとも1つの補正配列(34)の表面輪郭とは個々に異なる非球面表面輪郭が設けられた複数の交換補正要素(80、82)を有する交換補正配列(78)が待機状態に保たれ、
    前記少なくとも1つの補正配列(34)は、前記交換補正配列(78)によって置換することができる、
    ことを特徴とする請求項14から請求項24のいずれか1項に記載の光学システム。
  26. 少なくとも局所的に光軸(28)を定め、かつ互いに加えると全体として少なくとも近似的にゼロになるが前記少なくとも1つの補正配列(34)の表面輪郭とは個々に異なる非球面表面輪郭が設けられた複数の第2の光学補正要素を有する少なくとも1つの第2の補正配列(86)が存在し、
    前記第2の補正要素の少なくとも1つには、この補正要素を残りの第2の補正要素の少なくとも1つに対して前記光軸(28)の方向に少なくとも方向成分で変位させるための少なくとも1つの第2のマニピュレータ(88)が割り当てられる、
    ことを特徴とする請求項14から請求項25のいずれか1項に記載の光学システム。
  27. 前記補正要素(54、56)の少なくとも1つには、該補正要素を前記光軸(28)に対して横手方向に方向成分で追加的に又は限定的に変位させるためのマニピュレータ(62)が割り当てられることを特徴とする請求項14から請求項26のいずれか1項に記載の光学システム。
  28. 少なくとも1つの更に別の補正配列(86)が、視野平面の少なくとも近くに配列され、
    この更に別の補正配列(86)の少なくとも1つの補正要素には、該補正要素を前記光軸(28)の方向に少なくとも方向成分で変位させるための少なくとも1つのマニピュレータ(88)が割り当てられる、
    ことを特徴とする請求項14から請求項27のいずれか1項に記載の光学システム。
  29. 前記補正要素は、光学システム(10)の互いに光学的に共役な平面に配列されることを特徴とする請求項14から請求項28のいずれか1項に記載の光学システム。
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