JP5317156B2 - マイクロリソグラフィ投影露光装置の投影対物レンズ - Google Patents

Description

１．技術分野
本発明は、マイクロリソグラフィ投影露光装置の投影対物レンズに関する。

２．背景技術の説明
マイクロリソグラフィ投影露光装置は、例えば、集積回路又は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のようなマイクロ構造化されたコンポーネントの製造用に使用される。この種の投影露光装置は照明装置および投影対物レンズを有する。マイクロリソグラフィプロセスでは、照明装置によって照明されたマスク（レチクルとも称される）のイメージは、投影対物レンズを用いて基板（例えば、シリコンウエーハ）上に投影され、基板は、マスク構造を基板の感光性コーティングに転送するために、感光性コーティング層（フォトレジスト）でコーティングされ、且つ、投影対物レンズのイメージ面内にセットアップされる。

現在のマイクロリソグラフィ対物レンズにおいて、特に、１．４以上の開口数（ＮＡ）の値を有する、液浸リソグラフィーの対物レンズにおいて、高屈折率の材料を、殊に対物レンズのイメージ面への最後の光学素子において使用することの要求が高まっている。ここでは、所定の波長で、クオーツの屈折率（これは波長１９３ｎｍで約１．５６である）を超える場合に屈折率が高いとされる。考えられる材料は、例えばルテチウムアルミニウムガーネット（Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、ＬｕＡＧ）であり、その屈折率は、波長１９３ｎｍで約２．１４である。しかし、このような材料をレンズ素子に使用することによって問題が生じる。なぜなられこれらの材料は立方体結晶構造を有しており、短い波長で増大する固有の複屈折（ＩＢ）を有しているからである。例えば、ルテチウムアルミニウムガーネットを用いた測定では、最大ＩＢに関連して３０．１ｎｍ／ｃｍのレタデーション（遅延）がみられた。レタデーションという用語は、二つの直交する（相互に直角である）偏光状態の光路長における違いを意味する。

光学イメージ上でのフッ化物結晶レンズの固有複屈折の副作用を軽減することを目的として、ＷＯ ０２／０９３２０９ Ａ２では、同じ結晶カット（例えば、（１００）方位レンズまたは（１１１）方位）のフッ化物結晶レンズを互いに回転した関係（クロッキングと称せられる）で配置すること、そして、付加的には、異なった結晶カットを有したこのような配置の、複数のグループ（例えば、（１００）−レンズおよび（１１１）−レンズのグループ）を相互に組み合わせることが開示されている。

ＷＯ ０２／０９９５００ Ａ２において開示された技術は、結晶（１００）カットまたは（１１０）カットの１つまたは複数のレンズを、球面分離表面に沿って割り、相互に相対的に回転オフセットを伴って再びつなげ合わすことである。
ＷＯ ０２／０９３２０９ Ａ２号公報 ＷＯ ０２／０９９９５００ Ａ２号公報

本発明の概要
本発明の課題は、固有複屈折の有害影響を抑えつつ、高い屈折率を有する結晶材料を使用することを可能にする、マイクロリソグラフィ投影露光装置の投影対物レンズを提供することである。

本発明の第１のアスペクトによるとこの課題は、投影対物レンズであって、光軸を有しており、マスクのイメージを投影するために用いられ、ここでこのマスクは対物面において、イメージ面内に位置付けされる感光性コーティング上に位置付けされ、この投影対物レンズは以下のものを有しており、
・少なくとも１つのレンズを有しており、このレンズは少なくとも１つの湾曲されたレンズ表面を有しており、固有複屈折材料から成る少なくとも４つのレンズ部材から組み立てられており、これらのレンズは、光軸に沿って相互に隣接して連続するように配置されており；
・これらの４つのレンズ部材は、２組のレンズ部材から成り、ここでこの２つの組は相互に異なる結晶カットを有しており、各組のレンズ部材は同じ結晶カットを有しており、光軸を中心とした回転オフセットを伴って相互に相対的に配置されていることにより解決される。

用語「光軸」はここでは、投影対物レンズの回転対称光学コンポーネントの曲率中心に沿って延在する直線または直線部分のシーケンスを意味する。

相互に相対的にクロックされたレンズ部材を伴う少なくとも４つのレンズ部材からレンズを組み立てることによって得られる第１の利点は、固有複屈折の補償である。これは殊に、比較的厚く、高い屈折率を有しているイメージ面に対して最後の箇所にあるレンズに効果的である。本発明のレンズは、タマネギのように、幾つかのシェル（shell）から組み立てられるので、これらのシェルを上述のように配置することによって、固有複屈折の補償が既にレンズそれ自体だけで行われる（すなわち、本質的には、投影対物レンズにおける別の場所でさらなる補償を行う必要はない）。

実施例では、４つのレンズ部材のうちの２つが結晶（１１１）カットを有しており、この４つのレンズ部材の別の２つが結晶（１００）カットを有している。通常の用語では、結晶（１１１）カットは例えば、各レンズ部材において結晶（１１１）軸がレンズ軸（または投影対物レンズの光軸それぞれ）と一致することを意味している。さらに、レンズ軸の間の角度が５°を下回る場合、各結晶軸およびレンズ軸または光軸はそれぞれ、一致しているとみなされる。

実施例では、４つのレンズ部材は相互に、それらの各結晶カットに関して交互の順序で連続している。さらにレンズ部材がその結晶カットに関して交互になっている順序で観察し、シェルをこのように配置すると、同じ結晶カットを伴うレンズ部材がグループ化されて、これらが直接的に連続する配置と比べて、ＩＢ補償における残余エラーが典型的に約２オーダー低減される。驚くべき程に明確な量的結果によって示されるこの効果は物理的には、固有複屈折によって生じる偏光をあらわすジョーンズマトリクスが数学的に相互的でないことに起因する。すなわちそれらのシーケンスは乗算において、それによる結果の変化無しには変わらない（すなわちＡ*Ｂ≠Ｂ*Ａ）。

実施例では、本発明に相応するレンズは、対物面側に対して凸状湾曲レンズ面を有している。この形状のレンズ面は高い開口角度を有する放射線を受容することができ、従って、殊に高い開口のシステムにおいて有利である。有利には、このレンズは、液浸対物レンズ内で、イメージ面側に対して最後の位置に配置される、一方の面が平面であり、他方の面が凸面であるプレナー凸レンズである。そのプレナー出光面は液浸媒体に接している。

実施例では、このレンズは投影対物レンズのイメージ面側に対して最後の位置に配置されている。特に、イメージ面側上の最後のレンズでは、比較的高い屈折率を有する材料を使用することが重要であり、従って、ここで比較的強い固有複屈折を補償することができると考えられる材料、従って本発明に相応する設計構成がこのレンズに対して特に有利である。

実施例では、レンズ部材はガーネットを含むグループから選択された材料から成る。これは殊にルテチウムアルミニウムガーネット（Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）およびイットリウムアルミニウムガーネット（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）、フッ化リチウムバリウム（ＬｉＢａＦ_３）およびスピネル、殊にマグネシウムスピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）である。これらの、比較的高い複屈折を示す材料においては、本発明に相応する構成は特に有利であると判明しており、従って比較的高い屈折率を有する材料が使用可能であり、ここで固有複屈折が効果的に補償される。

本発明では、レンズ部材は相互に隣接して、光軸に沿って配置されている。すなわち、これらのレンズ部材の間に配置されるさらなる光学部材はない。

実施例では、少なくとも４つのレンズ部材のうちの少なくとも２つが、光学的にシームレスに結合される。このようにして、レンズのタマネギ状の構造でシェルのように組み合わされた部材は再び、スカラー位相の点において、すなわち波面の点において１つのレンズのように作用する。従って、レンズ部材間の移行における、光線の負所望のインターフェースに関連した偏差が回避される。

別の実施例では、少なくとも４つの部材の少なくとも２つがギャップによって相互に別個にされている。従って、レンズ部材をシームレスに密着技術で結合するのに比べて、製造コストが低減される。この場合には、光線の負所望のインターフェース関連偏差を回避するために、このギャップは有利には液体によって満たされる。この液体は、隣接するレンズ部材の材料の屈折率から僅か３０％、有利には僅か２０％、より有利には１０％だけ異なる屈折率を有している。隣接するレンズの屈折率に応じて、適切な液体は例えば、浸液としてウェハ面に隣接して使用されるようないわゆる高屈折率液体である。これは例えばシクロヘキサン（波長１９３ｎｍに対してｎ≒１．５７）またはデカリン（波長１９３ｎｍに対してｎ≒１．６５）である。

実施例では、４つのレンズ部材のうちの２つが結晶（１１１）カットであり、同じ４つのレンズ部材のうちの他の２つが（１００）カットである。この場合には、光伝搬の方向に関して、４つの部材最初の位置のレンズ部材が（１１１）カットを有していても、または（１００）カットを有していてもよい。

４つのレンズ部材の各々は少なくとも１つの球面レンズ表面を有していてよく（殊に２つの球面レンズ表面）、これによってこれらのレンズは相対的に容易に製造され、相互に整合する。４つのレンズ部材のうちの少なくとも１つが非球面（しかし、有利には依然として回転対称である）レンズ表面を有していてよい。これによって製造コストは増すが、偏光関連光学特性をさらに最適化することが可能になる。すなわち、非球面設計から得られる付加的な自由度によって、ＩＢ関連残余レタデーションを低減することができる。

本発明の別のアスペクトでは、マイクロリソグラフィ投影露光装置の投影対物レンズであって、光軸を有しており、マスクのイメージを投影するために用いられ、ここでこのマスクは対物面において、イメージ面内に位置付けされる感光性コーティング上に位置付けされる。この対物レンズは以下のものを有している：
・少なくとも１つのレンズ。このレンズは固有複屈折材料から成る少なくとも４つのレンズ部材から組み立てられる。これらのレンズ部材は、光軸に沿って相互に隣接して連続するように配列されている。
・これらの４つのレンズ部材のうちの少なくとも１つに対して、光軸はこのレンズ部材の結晶方位に対して平行であり、この結晶方位は、結晶（１００）方位、結晶（１１０）方位および結晶（１１１）方位並びに結晶（１００）、（１１０）または（１１１）方位に相当する各結晶方位とは異なる。

従って、このアスペクトでは、本発明は少なくとも４つのレンズ部材から成るレンズを有する投影対物レンズに関連し、ここでこれらのレンズのうちの少なくとも１つは「自由な」結晶方位を有している。すなわち、これは主な結晶カット（１００）、（１１０）および（１１１）のうちの１つに相応するカットではない。この「自由な」結晶方位の結果、付加的な自由度が導入される。それによって（非球面レンズ表面との球面レンズ表面の配置と多少同じように）、最適化可能性が高められる。さらに、「自由な」結晶方位への発明性のある切り替えによって、（１．１）ジョーンズ瞳面（Jones pupil）の位相を低減させることができる。これは光学イメージに課せられる、さらなる特別な要求を適合させる可能性を改善する。

このアスペクトおよびこの利点に従った投影対物レンズの有利な実施例では、有利な実施形態および第１のアスペクトに関して上述した利点を参照されたい。

本発明はさらに上述した特徴を有するレンズに適用される。ここでは有利な実施形態およびその利点に関して、投影対物レンズに関する前述の記載を参照されたい。本発明の範囲は、マイクロリソグラフィ投影露光装置も、マイクロ構造されたコンポーネントのマイクロリソグラフィ技術による製造も、マイクロ構造されたコンポーネントも含む。

本発明のさらなる実施形態は、当該明細書ならびに特許請求の範囲において示される。

本発明を以下でより詳細に、添付図面に示された実施例に関連して説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に相応する投影対物レンズ１００を示している。この投影対物レンズ１００に対する設計データは表１に挙げられている。

欄１には屈折またはその他の光学的に重要な表面に対するシーケンシャルナンバーが示されており、欄２にはこの表面に対する各半径が示されており（単位ｎｍ）、欄３には各表面から次の後続の表面までの距離が示されており（単位ｎｍ）、これは厚さと称されている。欄４には各表面に続く材料が示されており、欄５には、λ＝１９３ｎｍの場合のこの材料の屈折率が示されており、欄６にはこの光学コンポーネントの光学的に使用可能な自由な半直径（half-diameter）が示されている。半径、厚さおよび半直径はｍｍで示されている。

短い水平線でマークされており、表２において列挙されている表面は非球面に湾曲されている。これは、これらの表面の、非球面に対する以下の式で表される湾曲を有している。

ここでＰは光軸に対して平行な各表面の矢状高さ（sagittal height）をあらわしており、ｈは光軸からの半径距離をあらわしており、ｒは各表面の曲率半径をあらわしており、ｃｃは円錐定数をあらわしており、Ｃ１、Ｃ２、・・は、表２に挙げられた非球面定数をあらわしている。

図１では、反射屈折設計の投影対物レンズ１００は第１の部分的な光学システム１１０、第２の部分的光学システム１２０および第３の部分的光学システム１３０を有している。ここで使用されている用語「部分的な光学システム」とは常に、それを通じて実際の対象物の実際のイメージまたは中間像が形成される光学部材の配列を意味する。換言すれば、各部分的光学システムは常に、特定の対物面または中間イメージ面で始まって、後続の実際のイメージまたは中間像までの全ての光学部材を含んでいる。

第１の部分的光学システム１００は屈折レンズ１１１から１１８（ＳｉＯ_２から成り、表１ではＳＩＬＵＶと称される）の配列を含んでおり、対物面「ＯＰ」を第１の中間像ＩＭＩ１ないに投影する。この第１の中間像の近似的な位置は図１において矢印で示されている。この第１の中間像ＩＭＩ１は第２の部分的光学システム１２０によって、第２の中間像ＩＭＩ２内に投影される。この第２の中間像の近似的な位置は図１において同じように矢印で示されている。第２の部分的光学システム１２０は第１の凹状ミラー１２１および第２の凹状ミラー１２２を含んでいる。各凹状ミラーは、光軸に対して垂直な方向において切り離されており、これによって光はその光路上で、各反射表面からイメージ面ＩＰへ続くことができる。第２の中間像ＩＭＩ２は第３の部分的光学システム１３０によってイメージ面ＩＰ内に投影される。

第３の部分的光学システム１３０は屈折レンズ１３１〜１４３を含み、ここでレンズ１４３はイメージ面側に対する最後の位置にあり、プレーナ凸レンズである。このレンズは対物面に面している凸状に湾曲された表面を伴っている。このレンズ１４３は、本発明では総計で４つのレンズ部材から成る。これを次に図２を参照して説明する。レンズ部材１４３の出光表面と、投影対物レンズ１００が作動しているときにはイメージ面ＩＰ内に配置されている感光コーティングの間に浸液が存在する。この浸液はこの例ではｎ_Ｉｍｍ≒≒１．６５の屈折率を有している（表１ではＨＩＩＮＤＥＸと称されている）。この目的に適している浸液の例は、デカリンの一般名称で通っている。他の適切な浸液は、波長１９３ｎｍでの作動に対してｎ_Ｉｍｍ≒１．５７を有するシクロヘキサンである。

図２は、図１の投影対物レンズ１００のイメージ面に対する最後の位置にあるレンズ１４３の詳細なレンズセクションを示している。レンズ１４３は合計４つのレンズ部材１４３ａ、１４３ｂ、１４３ｃおよび１４３ｄから成る。これらのレンズ部材は光軸ＯＡに沿って相互に連続するように配置されている。レンズ部材１４３ａから１４３ｄの全てはルテチウムアルミニウムガーネット（Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、ＬｕＡＧ）から成り、その最大固有複屈折は波長１９３ｎｍで３０．１ｎｍ／ｃｍである。各レンズ部材１４３ａ〜１４３ｄまでのレンズ表面または作用光学表面は図示の実施例では、製造的な理由から球面に選択された。しかし択一的に、偏光に関連する光学特性をさらにより最適化するために、すなわち残余レタデーションをより低減させるために、これらは非球面であってもよい。

さらに、レンズ１４３のレンズ部材１４３ａ〜１４３ｄは相互に直接的に接して連続していることに留意されたい。例えばこれらは相互に、密着技術によって実現される光学的にシームレスな移行で結合される。択一的に、これらのレンズ部材がギャップによって分けられていてもよい。この場合にはこのギャップは有利には、わずか３０％、有利にはわずか２０％、より有利にはわずか１０％だけ、隣接するレンズ部材の材料の屈折率と異なる屈折率を有する液体によって満たされる。

レンズ部材１４３ａ〜１４３ｄに対する個々のレンズパラメータは表３に挙げられている。欄１にはレンズ部材表面に対するシーケンシャルナンバーが示されており、欄２にはこの表面に対する各半径が示されており（単位ｎｍ）、欄３には各表面から次の後続の表面までの距離が示されており（単位ｎｍ）、これは厚さと称されている。欄４には各表面に続く光学部材の光学的に使用可能な自由な半直径が示されおり、欄５には、レンズ部材の方位（または結晶カット）が示されている。半径、厚さおよび半直径はｍｍで示されている。

図２および表３の実施例では、レンズ部材１４３ａ〜１４３ｄはレンズ部材の２つの組から成る。ここで各組における部材は同じ結晶カットから成り、光軸ＯＡを中心に回転を伴って相互に相対的にセットアップされている。

より詳細には、光伝搬方向で光軸ＯＡに沿って第１および第３の位置にあるレンズ部材１４３ａと１４３ｃは結晶（１１１）カットである。すなわち、これらのレンズ部材内では、結晶（１１１）軸が投影対物レンズ１００の光軸ＯＡに対して平行である。光伝搬方向で光軸ＯＡに沿って第２および第４の位置にあるレンズ部材１４３ｂと１４３ｄは結晶（１００）カットである。すなわち、これらのレンズ部材内では、結晶（１００）軸が投影対物レンズ１００の光軸ＯＡに対して平行である。従って４つのレンズ部材１４３ａ〜１４３ｄはそれらの結晶カット方位に関連して交互に連続して配置されている。

さらに、それらの結晶カットが（１１１）方位を有しているレンズ部材１４３ａおよび１４３ｃは、光軸ＯＡを中心に６０°の角度だけ相互に相対的に回転されている（すなわち「クロックされている」）。またそれらの結晶カットが（１００）方位を有しているレンズ部材１４３ｂおよび１４３ｄは、光軸ＯＡを中心に４５°の角度だけ相互に相対的に回転されている。（１１１）レンズにおける複屈折の３回対称性では、２つの（１１１）レンズ間の６０°のクロッキング角度は、６０°＋ｍ＊１２０°のクロッキング角度によって置き換えられる。ここでｍは整数である。さらに、（１００）レンズにおける複屈折の４回対称性では、２つの（１００）レンズ間の４５°のクロッキング角度は、４５°＋ｎ＊９０°のクロッキング角度によって置き換えられる。ここでｎは整数である。

結晶（１１１）カットを有するレンズ部材に対する６０°（または６０°＋ｍ＊１２０°）の上述した回転角度（クロッキング角度）および結晶（１００）カットを有するレンズ部材に対する４５°（または４５°＋ｎ＊９０°）の上述した回転角度（クロッキング角度）は、ＩＢ関連残余レタデーションの最小化の点において、選択された配列に対する最適な値をあらわすが、本発明は当然ながらこれらの角度に制限されるものではない。なぜなら、部分的な補償は既に、これらの値とは偏差する回転角度でも得られるからである。

図１の投影対物レンズ１００において、イメージ面側に対する最後の位置において本発明に相応して使用されるレンズ２５５の実施形態に対する別の例は、図３に示されているように、レンズ部材２５５ａ〜２５５ｄから成る。これらのレンズ部材２５５ａ〜２５５ｄのレンズパラメータは表４に挙げられている。レンズ部材２５５ａ〜２５５ｄは同じようにルテチウムアルミニウムガーネット（Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、ＬｕＡＧ）から成る。

図３および表４の実施例では、レンズ部材２５５ａ〜２５５ｄは同じようにレンズ部材の２つの組から成る。ここで各組における部材は同じ結晶カットから成り、光軸ＯＡを中心に回転を伴って相互に相対的にセットアップされている。より詳細には、光伝搬方向で光軸ＯＡに沿って第１および第３の位置にあるレンズ部材２５５ａおよび２５５ｃは結晶（１００）カットである。すなわち、これらのレンズ部材内では、結晶（１００）軸が投影対物レンズの光軸ＯＡに対して平行である。光伝搬方向で光軸ＯＡに沿って第２および第４の位置にあるレンズ部材２５５ｂおよび２５５ｄは結晶（１１１）カットである。すなわち、これらのレンズ部材内では、結晶（１１１）軸が投影対物レンズ１００の光軸ＯＡに対して平行である。従ってこれらの４つのレンズ部材はそれらの結晶カット方位に関連して交互に連続して配置されている。さらにこの関連では図２の実施例と同じように、それらの結晶カットが（１００）方位を有しているレンズ部材２５５ａおよび２５５ｃは、光軸ＯＡを中心に４５°の角度だけ相互に相対的に回転されている（すなわち「クロックされている」）。またそれらの結晶カットが（１１１）方位を有しているレンズ部材２５５ｂおよび２５５ｄは、光軸ＯＡを中心に６０°の角度だけ相互に相対的に回転されている。

本発明は、図２および図３に示された結晶カット方位（１００）および（１１）に限定されるものではない。むしろこれらの実施形態の変形を使用することが可能である。ここでは、それらから本発明に相応する構築のレンズが組み立てられる、少なくとも４つのレンズ部材は同じ結晶カットを共有するレンズ部材の組を有することもできる。しかしこのカットは、（１００）および／または（１１１）とは異なり、ここではレンズ部材では、光軸を中心に相互に相対的に回転して各組が配列されている。さらに図２および３と同じように、レンズ部材はそれらの結晶カットの点において交互の順序で配列される。

図６ａおよび６ｂは、図１の投影対物レンズ内の結果として生じたレタデーションを示している。対物フィールドの中心から生じている放射線束の場合（図６ａ）と、対物フィールドの境界から生じている放射線束の場合（図６ｂ）である。イメージ面側での最後のレンズが図２に示された本発明に相応する設計と一致していることを考慮されたい。比較のために、図４は、その結晶カットの（１１１）方位を有する従来設計のレンズのレタデーションを示している。すなわち、相互に相対的に回転された少なくとも４つのレンズ部材の、本発明による配列を有していない。

図７ａおよび７ｂは、図１の投影対物レンズ内の結果として生じたレタデーションを示している。対物フィールドの中心から生じている放射線束の場合（図７ａ）と、対物フィールドの境界から生じている放射線束の場合（図７ｂ）である。イメージ面側の最後のレンズが図３に示された本発明に相応する設計と一致していることを考慮されたい。比較のために、図５は、その結晶カットの（１００）方位を有する従来設計のレンズのレタデーションを示している。すなわち、相互に相対的に回転された少なくとも４つのレンズ部材の、本発明による配列を有していない。

図４、５の結果に対して図６、７の結果を比較した第１の結論として、本発明に相応して、相互に相対的に回転されている少なくとも４つのレンズから構成されているレンズ設計では、結晶（１１１）カットまたは（１００）カットのレンズの従来設計と比べて残余レタデーションが格段に低減されることが明らかである。

図８および９は、最後位置レンズ３６０および４７０の別の詳細なレンズ部分それぞれを示している。これらのレンズは同じようにそれぞれ、合計で４つのレンズ部材３６０〜３７０および４７０ａ〜４７０ｄから成る。しかしこれらは、それらの結晶カット方位の点において、交互でない順序で配列されている。換言すれば、これらのレンズ部材は、同じ結晶カットの組においてそれらが相互に隣接するように配列されている。図８に示されたレンズ３６０では、レンズ部材３６０ａおよび３６０ｂの第１の組は結晶（１１１）カットから成り、図９に示されたレンズ４７０では、レンズ部材４７０ａおよび４７０ｂの第１の組は結晶（１００）カットから成る。レンズ部材３６０ａ〜３６０ｄおよび４７０ａ〜４７０ｄの個別レンズパラメータはそれぞれ表５および６に挙げられている。

図１０ａおよび１０ｂは、図８に示された設計のレンズが使用された場合の、結果として生じたレタデーションを示している。対物フィールドの中心から生じている放射線束の場合（図１０ａ）と、対物フィールドの境界から生じている放射線束の場合（図１０ｂ）である。図１１ａおよび１１ｂは、図９に示された設計のレンズが使用された場合の、結果として生じたレタデーションを示している。対物フィールドの中心から生じている放射線束の場合（図１１ａ）と、対物フィールドの境界から生じている放射線束の場合（図１１ｂ）である。

図１０、１１の結果に対する図６、７の結果の比較から、相互に相対的に回転されている少なくとも４つのレンズから構成されているレンズでは、レンズ部材がその結晶方位の点において交互である配列によって得られるレタデーション値（図６および７のように）は、レンズ部材が同じ結晶カットの組でセットアップされている非交互配列（図１０および１１のように）と比較すると約２倍だけ小さくなることが明らかである。

別の実施例では、本発明に相応して構成されたレンズのレンズ部材の１つまたは全てに対して、図１２〜１４を参照して以下で説明するように、自由な結晶方位を有することが可能である。

図１２はイメージ面側に対する最後の位置にあるレンズ５８０の詳細なレンズ部分を示しており、これは例えば図１と同じ構成を有する投影対物レンズ内で使用される。レンズ５８０は同じように合計で４つのレンズ部材５８０ａ、５８０ｂ、５８０ｃおよび５８０ｄから成る。これらは光軸ＯＡに沿って相互に連続するように配列されている。レンズ部材５８０ａ〜５８０ｄの全ては、同じようにはルテチウムアルミニウムガーネット（Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、ＬｕＡＧ）から成る。示された例における個別レンズ部材５８０ａ〜５８０ｄのレンズ表面または作用光学表面は同じように、製造的な理由から球面に選択されている。しかし択一的に、偏光に関連する光学特性をさらにより最適化するために、すなわち残余レタデーションをより低減させるために、これらは非球面であってもよい。さらに、レンズ５８０のレンズ部材５８０ａ〜５８０ｄはこの実施例において同じように相互に直接的に接して連続している。例えばこれらは相互に、密着技術によって実現される光学的にシームレスな移行で結合される。択一的に、これらのレンズ部材がギャップによって分けられていてもよい。この場合にはこのギャップは有利には、上述した液体によって満たされる。

レンズ部材５８０ａ〜５８０ｄに対する個々のレンズパラメータは表７に挙げられている。欄１にはレンズ部材表面に対するシーケンシャルナンバーが示されており、欄２にはこの表面に対する各半径が示されており（単位ｎｍ）、欄３には各表面から次の後続の表面までの距離が示されており（単位ｎｍ）―これは厚さと称されている。欄４には各表面に続く光学部材の光学的に使用可能な自由な半直径が示されおり、欄５には、レンズ部材の結晶方位が示されている。半径、厚さおよび半直径は再びｍｍで示されている。結晶方位は表７において、３つのオイラー角Φ、θ、ψに置き換えて示されている。これらは以下のように定義されている：最初は空間において固定されている基準系（ｘ、ｙ、ｚ）と同じである座標系は、前記座標系の以下の回転によって、結晶の基本軸系（ｘ’、ｙ’、ｚ）に変わる：１．ｚ軸を中心とした角度Φの回転；２．ｘ軸を中心とした角度θの回転；３．ｚ軸を中心とした角度ψの回転。（１００）結晶方位を有する結晶はオイラー角Φ＝０°、θ＝０°、ψ＝任意に選択可能な角度によってあらわされ、（１１１）結晶方位を有する結晶はオイラー角Φ＝４５°、θ＝５４．７３６°、ψ＝任意に選択可能な角度によってあらわされる。

上述した実施形態とは異なり、レンズ５８０のレンズ部材５８０ａ〜ｄにおける光学システム軸ＯＡは、結晶方位（１００）、（１１０）または（１１１）のうちの１つの方向または（立方晶系の対称性故に）結晶方位（１００）、（１１０）または（１１１）のうちのいずれかに等しい基本的な結晶方位の方向に位置付けされているのではない。図１２の実施例では、全てのレンズ部材５８０ａ〜ｄがその結晶方位において上述した基本的な結晶方位から偏差しているが（レンズ部材５８０ａのみが結晶（１１１）カットに近似している）、これは本発明の制限を意図するものではない。むしろ本発明は、図１２の具体的な例の変形をあらわす全てのケースを含む。すなわち、４つのレンズ部材のうちの少なくとも１つに対しては、光学システム軸は、上述した基本的な結晶方位のうちの１つに対して平行ではない。

図１３ａ〜１３ｃは、対物フィールドの中心から生じる放射線束に対する、自由な結晶方位を有するレンズ５８０に対して結果として生じるレタデーション（図１３ａ）並びに（１．１）ジョーンズ瞳面の位相（図１３ｂ）および振幅（図１３ｃ）を示している。同じ表現で、図１４ａ〜１４ｃは、対物フィールドの境界から生じる放射線束に対する、レンズ５８０に対して結果として生じるレタデーション（図１４ａ）並びに（１．１）ジョーンズ瞳面の位相（図１４ｂ）および振幅（図１４ｃ）を示している。図１３ｂおよび図１４ｂから明らかであるように、この実施形態における位相は、最大で１．５ｎｍの範囲内にある非常に小さい値に低減されている。四分円（４５°の位置）における振幅は約０．９までの値に達する。これは、単にイメージングプロセスにおける副次的な結果である。ここでは主に瞳面におけるｘ軸およびｙ軸の領域が使用される。

図１５に示されているように、投影露光装置６００は、照明装置６０１及び投影対物レンズ６０２を有している。投影対物レンズ６０２は、レンズ配列６０３を含む。ここでこのレンズ配列は概略的に示されており、これによって光軸ＯＡが定義される。照明装置６０１と投影対物レンズ６０２との間に、マスクホルダ６０５を用いて光路内に保持されたマスク６０４が配置されている。マスク６０４は、マイクロメータ範囲からナノメータ範囲の大きさの構造部を有しており、この構造部のイメージは、投影対物レンズ６０２を用いて、例えば、１ファクター又は４又は５だけ縮小されてイメージプレートＩＰ上に投影される。感光性基板６０６、殊にウェハは、イメージ面ＩＰ内の位置に保持されている基板ホルダ６０７によって位置決めされている。

本発明について、図示の特別な実施例を用いて説明してきたが、当業者は、例えば、個別実施例の各特徴を結合させたり、及び／又は、個別実施例の各特徴を交換したりして、多数の変形実施例及び択一的な実施例を実施することができることを理解するであろう。従って、そのような変形乃至択一的な実施例は、本発明に含まれるものと見なされ、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその等価内容にのみ限定される。

本発明の実施形態に相応する完全な反射屈折投影対物レンズの全体的なメリジオナル部分 図１の投影対物レンズのイメージ側への最終レンズの詳細なレンズ部分 別の実施形態に相応する、イメージ側への最終レンズの詳細なレンズ部分 相互に回転されたレンズ部材配列を有していない、従来構造の（１１１）方位を伴うレンズのレタデーション（単位ｎｍ） 相互に回転されたレンズ部材配列を有していない、従来構造の（１００）方位を伴うレンズのレタデーション（単位ｎｍ） ａとｂは、図１の投影対物レンズ内の結果として生じたレタデーションを示しており（単位ｎｍ）、対物フィールドの中心から生じている放射線束の場合（図６ａ）と、対物フィールドの境界から生じている放射線束の場合（図６ｂ）であり、イメージ側での最後のレンズが図２に示された本発明に相応する設計と一致していることが考慮される ａとｂは、図１の投影対物レンズ内の結果として生じたレタデーションを示しており（単位ｎｍ）、対物フィールドの中心から生じている放射線束の場合（図７ａ）と、対物フィールドの境界から生じている放射線束の場合（図７ｂ）であり、イメージ側での最後のレンズが図３に示された本発明に相応する設計と一致していることが考慮される 個々のレンズ部材が交互にではなく配列された、イメージ側での最後のレンズの詳細なレンズ部分 個々のレンズ部材が交互にではなく配列された、イメージ側での最後のレンズの詳細なレンズ部分 ａとｂは図８に示された設計のレンズが使用された場合のレタデーションを示しており（単位ｎｍ）、対物フィールドの中心から生じている放射線束の場合（図１０ａ）と、対物フィールドの境界から生じている放射線束の場合（図１０ｂ）である ａとｂは図９に示された設計のレンズが使用された場合のレタデーションを示しており（単位ｎｍ）、対物フィールドの中心から生じている放射線束の場合（図１１ａ）と、対物フィールドの境界から生じている放射線束の場合（図１１ｂ）である 自由な結晶方位を伴う本発明の実施形態での、イメージ側での最後のレンズの詳細なレンズ部分 対物フィールドの中心から生じる放射線束に対する、図１２に示されたような本発明に相応して自由な結晶方位を有するレンズに対して結果として生じるレタデーション（単位ｎｍ） 対物フィールドの中心から生じる放射線束に対する、図１２に示されたような本発明に相応して自由な結晶方位を有するレンズに対する、（１．１）ジョーンズ瞳面の位相（単位ｎｍ） 対物フィールドの中心から生じる放射線束に対する、図１２に示されたような本発明に相応して自由な結晶方位を有するレンズに対する振幅 対物フィールドの境界から生じる放射線束に対する、図１２に示されたような本発明に相応して自由な結晶方位を有するレンズに対して結果として生じるレタデーション（単位ｎｍ） 対物フィールドの境界から生じる放射線束に対する、図１２に示されたような本発明に相応して自由な結晶方位を有するレンズに対する、（１．１）ジョーンズ瞳面の位相（単位ｎｍ） 対物フィールドの境界から生じる放射線束に対する、図１２に示されたような本発明に相応して自由な結晶方位を有するレンズに対する振幅 概略的に示された、マイクロリソグラフィ対物露光装置の全体的な設計コンセプト

符号の説明

１００ 投影対物レンズ、 １１０ 第１の部分的な光学システム、 １２０ 第２の部分的光学システム、 １３０ 第３の部分的光学システム、 １１１〜１１８、１３１〜１４３ 屈折レンズ、 １４３、２５５、３６０、４７０、５８０ レンズ、 １４３ａ〜１４３ｄ、２５５ａ〜２５５ｄ、３６０ａ〜３６０ｄ、４７０ａ〜４７０ｄ、５８０ａ〜５８０ｄ レンズ部材、 ４３、５５、６０、７０、８０ レンズ表面、 ６００ 投影露光装置、 ６０１ 照明装置、 ６０２ 投影対物レンズ、 ６０３ レンズ配列、 ６０４ マスク、 ６０５ マスクホルダ、 ６０６ 感光性基板、 ６０７ 基板ホルダ

Claims (24)

1. マイクロリソグラフィ投影露光装置の投影対物レンズであって、
   光軸（ＯＡ）を有しており、マスクのイメージを投影するために用いられ、当該マスクは対物面において、イメージ面内に位置付けされる感光性コーティング上に位置付けされ、
   当該投影対物レンズは以下のものを有しており：すなわち、
   ・少なくとも１つのレンズ（１４３、２５５、３６０、４７０）を有しており、当該レンズは少なくとも１つの湾曲されたレンズ表面を有しており、固有複屈折材料から成る少なくとも４つのレンズ部材（１４３ａ〜１４３ｄ、２５５ａ〜２５５ｄ、３６０ａ〜３６０ｄ、４７０ａ〜４７０ｄ）から組み立てられており、当該レンズ部材は、前記光軸（ＯＡ）に沿って相互に隣接して連続するように配列されており；
   ・前記４つのレンズ部材は２組のレンズ部材から成り、ここで当該２つの組は相互に異なる結晶カットを有しており、各組のレンズ部材は同じ結晶カットを有しており、相互に相対的に光軸（ＯＡ）を中心とした回転オフセットを伴って配置されており、
   前記４つのレンズ部材のうちの２つは結晶（１１１）カットを有しており、前記４つのレンズ部材のうちの他の２つは結晶（１００）カットを有しており、
   前記レンズ部材のうちの３つは凸状表面を有しており、当該凸状表面は前記レンズ部材のうちの隣接するレンズ部材の凹状表面に面している、ことを特徴とする、マイクロリソグラフィ投影露光装置の投影対物レンズ。
2. 前記４つのレンズ部材は、前記２種類の結晶カットが交互の順序となるよう連続している、請求項１記載の投影対物レンズ。
3. 前記レンズ部材のうちの少なくとも２つは、湾曲された境界によって相互に分けられている、請求項１または２記載の投影対物レンズ。
4. 前記レンズ部材の連続する全てのレンズ部材は、湾曲された境界によって相互に分けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の投影対物レンズ。
5. 前記１つまたは複数の境界はそれぞれ前記光軸（ＯＡ）に関して回転対称である、請求項３または４記載の投影対物レンズ。
6. 相互に向かい合っており、前記レンズ部材のうちの隣接するレンズ部材に属している少なくとも２つの表面は曲率半径を有しており、当該曲率半径の絶対値の差は、前記曲率半径のより大きいものの１０％より少なく、有利には３％より少なく、より有利には１％より少ない、請求項１から５までのいずれか１項記載の投影対物レンズ。
7. 相互に向かい合っており、前記レンズ部材のうちの隣接するレンズ部材に属している少なくとも２つの表面は同じ絶対値の曲率半径を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の投影対物レンズ。
8. 相互に向かい合っており、前記レンズ部材のうちの隣接するレンズ部材に属している少なくとも２つの表面は、前記表面のうちの１つの表面の各点で、前記表面に対する通常の方向において２ミリメータ（ｍｍ）を下回る距離、有利には１ミリメートル（ｍｍ）を下回る距離、さらに有利には０．５ミリメートル（ｍｍ）を下回る距離を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の投影対物レンズ。
9. 前記レンズ部材のうちの少なくとも２つは光軸（ＯＡ）に対して回転対称に配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の投影対物レンズ。
10. 前記レンズ部材のうちの全ては光軸（ＯＡ）に対して回転対称に配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の投影対物レンズ。
11. 前記レンズ部材のうちの少なくとも２つは少なくとも１つの球面レンズ表面を有している、請求項１から１０までのいずれか１項記載の投影対物レンズ。
12. 前記レンズ部材の各々は少なくとも１つの球面レンズ表面を有している、請求項１から１１までのいずれか１項記載の投影対物レンズ。
13. 前記レンズ部材のうちの少なくとも２つは少なくとも１つの非球面レンズ表面を有している、請求項１から１２までのいずれか１項記載の投影対物レンズ。
14. 前記レンズ部材の少なくとも２つは光学的にシームレスに結合されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の投影対物レンズ。
15. 前記レンズ部材の全ては光学的にシームレスに結合されている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の投影対物レンズ。
16. 前記レンズ部材の少なくとも２つは、相互にギャップによって分けられている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の投影対物レンズ。
17. 前記ギャップは液体によって満たされている、請求項１６記載の投影対物レンズ。
18. 前記液体は、隣接するレンズ部材の材料の屈折率から僅か３０％、殊に僅か２０％、特に１０％だけ異なる屈折率を有している、請求項１７記載の投影対物レンズ。
19. 前記レンズ（１４３、２５５、３６０、４７０、５８０）は、前記対物面の側に面している凸状湾曲レンズ表面（４３、５５、６０、７０、８０）を有している、請求項１から１８までのいずれか１項記載の投影対物レンズ。
20. 前記レンズ（１４３、２５５、３６０、４７０、５８０）は、一方の面が平面であり、他方の面が凸面であるプレナー凸レンズである、請求項１から１９までのいずれか１項記載の投影対物レンズ。
21. 前記レンズ（１４３、２５５、３６０、４７０、５８０）は、投影対物レンズ（１００）のイメージ面の側への最後の位置にある、請求項１から２０までのいずれか１項記載の投影対物レンズ。
22. 前記レンズ部材は、ガーネットを含むグループから選択された材料から成り、殊にルテチウムアルミニウムガーネット（Ｌｕ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂）およびイットリウムアルミニウムガーネット（Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂）、フッ化リチウムバリウム（ＬｉＢａＦ₃）およびスピネル、殊にマグネシウムスピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）から成る、請求項１から２１までのいずれか１項に記載された投影対物レンズ。
23. 照明装置および投影対物レンズを伴うマイクロリソグラフィ投影露光装置であって、
    当該投影対物レンズは請求項１〜２２のうちのいずれか１項に従って構成されている、ことを特徴とする、マイクロリソグラフィ投影露光装置。
24. マイクロ構造化コンポーネントのマイクロリソグラフィによる製造方法であって、
    ・感光性材料製のコーティングによって少なくとも部分的に被覆された基板（６０６）を設けるステップと；
    ・イメージが形成されるべき構造を有するマスク（６０４）を設けるステップと；
    ・請求項２３記載の投影露光装置（６００）を設けるステップと；
    ・前記投影露光装置（６００）を用いて、前記コーティングの領域上に、前記マスク（６０４）の少なくとも一部分を投影するステップを含む、
    ことを特徴とする製造方法。

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