JP5819386B2 - オブスキュレーションがない高開口数の反射屈折対物系及びそのアプリケーション - Google Patents

Description

本出願は、Smirnovその他に帰される２００８年４月１５日出願の「High Numerical Aperture Objective Without Obscuration and Applications Thereof」と題した米国仮特
許出願第６１／０４５，１２５号に対する優先権を主張し、それは全体が参照により本明細書で述べられているかのように本明細書に組み込まれる。

本発明は概ねリソグラフィに、特にリソグラフィシステムのオブジェクト（レチクル又はウェーハなど）を検査するシステム及び方法に関する。

リソグラフィは、集積回路（ＩＣ）さらに他のデバイス及び／又は構造の製造における重要なプロセスとして広く認識されている。リソグラフィ装置は、リソグラフィ中に使用され、所望のパターンを基板に、例えば基板のターゲット部分に適用する機械である。リソグラフィ装置でＩＣを製造している間に、代替的にマスク又はレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスが、ＩＣの個々の層上に形成すべき回路パターンを生成する。このパターンを、基板（例えばシリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば１つ又は幾つかのダイの一部を備える）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板に設けた放射感応性材料（例えばレジスト）の層への結像により行われる。一般的に、１枚の基板は、順次パターンが与えられる互いに近接したターゲット部分のネットワークを含んでいる。ＩＣの様々な層を製造するには、往々にして様々なレチクルで様々な層に様々なパターンを結像する必要がある。したがって、リソグラフィのプロセス中にレチクルを交換しなければならない。

パターンが適切な公差内でターゲットに適切に転写されることを保証するために、レチクル及び／又はＩＣが印刷される基板（例えばシリコンウェーハ）は、欠陥又は他の特徴がないか検査することができる。物体（例えばレチクル又はウェーハ）は、物体の表面の微細構造で散乱するか、それを透過する光を集めることによって検査することができる。特殊設計の対物系は通常、光を物体に向かって誘導し、物体から散乱又は透過した光を集光する。物体上の微細構造に関する情報の量は、光のスペクトルバンド幅及び対物系の開口数（ＮＡ）に依存する。光のスペクトルバンド幅及び対物系のＮＡが増加すると、対物系によって収集できる情報の量が増加する。したがって、広いスペクトルバンド幅及び高いＮＡの対物系が望ましい。しかし製造の観点から、広いスペクトルバンド幅及び高いＮＡの対物系は問題となる。というのは、対物系は、広いスペクトルバンド幅によって引き起こされる色収差（軸上の色）を減少させ、高いＮＡによって引き起こされる減光 (obscuration)を減少させねばならないからである。

一般的に、物体（例えばレチクル又はウェーハ）に関する情報を収集するために、３つのクラスの対物系を使用することができる。つまり（ｉ）全屈折対物系、（ｉｉ）全反射対物系、又は（ｉｉｉ）反射屈折対物系である。全屈折対物系は中心減光 (central obscuration)を有さないことがあるが、これらのタイプの対物系は通常、ＤＵＶ波長における広いスペクトルバンド幅によって引き起こされる色収差（軸上の色）を十分に補正しない。また、高エネルギの放射（深紫外線（ＤＵＶ）など）を透過できる屈折性材料の数は限られ、所望の特徴で製造できる全屈折対物系のタイプをさらに制約する。したがって、全屈折対物系は物体検査の目的には望ましくない。

全屈折対物系とは異なり、全反射及び反射屈折対物系は、色収差（軸上の色）を十分に補正することができる。というのは、反射表面がアポクロマート(apochromatic)だからである（つまり反射表面は、１つの焦点への３つの色を結合することにより、色収差を軽減することができる）。残念ながら従来、回転対称の全反射及び反射屈折対物系は通常、中心減光を有する。いかなる減光も望ましくない。というのは、これは集光量を減少させ、したがって物体（例えばレチクル又はウェーハ）の微細構造に関して収集できる情報の量を減少させるからである。中心減光がない状態で全反射対物系を構成することが可能なことはあるが、これらのタイプの全反射対物系は通常、回転対称ではなく、その結果、望ましくないサイズになり、パッケージングの制約がある。さらに重要なことは、これらの全反射対物系が高いＮＡの制限を有することである。したがって、全屈折対物系と同様に、全反射対物系も物体検査の目的には望ましくない。

以上から、必要とされているのは、中心減光がない高ＮＡの反射屈折対物系、及びその
応用である。

本発明の実施形態は、散乱放射を使用して基板を検査する反射屈折対物系であって、光軸に沿って配置された正のパワーのレンズであって、第１の中間像を光軸の第１の側に提供するように構成された正のパワーのレンズと、オフアクシス放射を反射屈折対物系の瞳に提供する折り畳みミラーと、光軸に沿って配置された屈折リレーであって、放射のスペクトル範囲による色収差を軽減するとともに像面湾曲収差を補正するように構成され、第１の中間像の再結像を、折り畳みミラーから離れた、光軸の第２の側に提供するように構成された屈折リレーを備える第一光学グループと、反射屈折対物系の開口数を上げる屈折要素を備える第二光学グループと、を備える。

本発明の実施形態は、反射屈折対物系を使用して基板を検査する方法であって、光軸に沿って配置された正のパワーのレンズを用いて、第１の中間像を光軸の第１の側に提供することと、折り畳みミラーを使用することによってオフアクシス放射を反射屈折対物系の瞳に提供すること、光軸に沿って配置された屈折リレーを用いて、第１の中間像の再結像を、折り畳みミラーから離れた、光軸の第２の側に提供することと、屈折要素を使用して、反射屈折対物系の開口数を上げることを含む。

本発明のさらなる特徴及び利点、さらに本発明の様々な実施形態の構造及び動作につい
て、添付図面を参照しながら以下で詳細に説明する。

本明細書に組み込まれ、本明細書の部分を形成する添付図面は、本発明を図示し、記述とともに本発明の原理を説明し、当業者が本発明を作成し、使用できるようにする働きをする。

本発明の実施形態による反射リソグラフィ装置を示した図である。 本発明の実施形態による透過リソグラフィ装置を示した図である。 本発明の実施形態により偏光ビームスプリッタを使用する例示的対物系を示した図である。 図２の対物系の例示的変形を示した図である。 本発明の実施形態により偏光ビームスプリッタを使用する別の例示的対物系を示した図である。 図４の対物系の例示的変形を示した図である。 本発明の実施形態によるオフアクシス放射を使用する例示的対物系を示した図である。 本発明の実施形態によるオフアクシス放射を使用する例示的対物系を示した図である。 本発明の実施形態によるオフアクシス放射を使用する例示的対物系を示した図である。 本発明の実施形態によるオフアクシス放射を使用する例示的対物系を示した図である。

本発明の特徴及び利点は、以下で述べる詳細な説明を図面と組み合わせて考察することにより、さらに明白になる。図面では、同様の参照文字は全体を通して対応する要素を識別する。図面では、同様の参照番号は全体的に同一の要素、機能的に類似した要素、及び／又は構造的に類似した要素を示す。要素が最初に現れた図面は、対応する参照番号の最も左側の桁で示される。

Ｉ．序文
本発明は、減光がない高ＮＡの反射屈折対物系、及びその応用に向けられる。以下の詳な説明で、「１つの実施形態」、「ある実施形態」、「例示的実施形態」などに言及する場合、それは説明される実施形態が特定の特徴、構造又は特性を含むことができるが、全ての実施形態が必ずしも特定の特徴、構造又は特性を含まないことを示す。さらに、このような文言は必ずしも同じ実施形態を指さない。さらに、特定の特徴、構造、又は特性をある実施形態と関連して説明する場合は、このような特徴、構造、又は特性を他の実施形態と関連して実行することが、当業者の知識にあることが提示される。

本発明の実施形態による高ＮＡの反射屈折対物系は、（全屈折対物系を使用してもＤＵＶスペクトル範囲では通常補正できない）色収差を補正しながら、（従来の高ＮＡの全反射対物系に存在する）中心減光を解消する。１つの実施形態では、中心減光は、第一偏光の放射（平行偏光（ｐ偏光）放射など）を通過させ、第二偏光の放射（シグマ偏光（ｓ偏光）放射など）を反射するように構成された偏光ビームスプリッタを使用することによって解消される。別の実施形態では、中心減光は、オフアクシス放射を対物系の瞳に誘導する１つ又は複数の折り畳みミラーを使用することにより解消される。

しかし、このような対物系について詳細に説明する前に、本発明の実施形態により使用し得るリソグラフィ装置の概要、及びその説明に使用される用語を提示すると有益である。例えば、本発明の実施形態の対物系は、リソグラフィ装置のレチクル及び／又はそれによってパターンが与えられたウェーハの検査に使用することができる。

ＩＩ．概要及び用語
図１Ａ及び図１Ｂはそれぞれリソグラフィ装置１００及びリソグラフィ装置１００’を概略的に示したものである。リソグラフィ装置１００及びリソグラフィ装置１００’はそれぞれ、放射ビームＢ（例えばＤＵＶ放射又はＥＵＶ放射）を調節するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイス（例えばマスク、レチクル、又は動的パターニングデバイス）ＭＡを支持するように構成され、パターニングデバイスＭＡを正確に位置決めするように構成された第一ポジショナＰＭに接続された支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、基板（例えばレジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構成され、基板Ｗを正確に位置決めするように構成された第二ポジショナＰＷに接続された基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴとを含む。リソグラフィ装置１００及び１００’は、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに与えられたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば１つ又は複数のダイを含む）に投影するように構成された投影システムＰＳも含む。リソグラフィ装置１００内では、パターニングデバイスＭＡ及び投影システムＰＳは反射型であり、リソグラフィ装置１００’内では、パターニングデバイスＭＡ及び投影システムＰＳは透過型である。

照明システムＩＬは、放射Ｂの誘導、整形、又は制御を行うための、屈折、反射、磁気、電磁気、静電気型等の光学コンポーネント、又はその任意の組み合わせなどの種々のタイプの光学コンポーネントを含んでいてもよい。幾つかの実施形態では、例えば照明システムＩＬは以下でさらに詳細に説明するように、直線偏光を提供することができる。

支持構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡの方向、リソグラフィ装置１００及び１００’の設計等の条件、例えばパターニングデバイスＭＡが真空環境で保持されているか否かに応じた方法で、パターニングデバイスＭＡを保持する。この支持構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡを保持するために、機械的、真空、静電気等のクランプ技術を使用することができる。支持構造ＭＴは、例えばフレーム又はテーブルでよく、必要に応じて固定式又は可動式でよい。支持構造ＭＴは、パターニングデバイスが例えば投影システムＰＳなどに対して確実に所望の位置にくるようにできる。

「パターニングデバイス」という用語は、基板Ｗのターゲット部分Ｃにパターンを生成するように、放射ビームＢの断面にパターンを与えるために使用し得る任意のデバイスを指すものとして広義に解釈されるべきである。放射ビームＢに与えられるパターンは、集積回路などのターゲット部分Ｃに生成されるデバイスの特別な機能層に相当してよい。

パターニングデバイスＭＡは（図１Ｂのリソグラフィ装置１００’のように）透過型又は（図１Ａのリソグラフィ装置１００のように）反射型でよい。パターニングデバイスＭＡの例には、マスク、プログラマブルミラーアレイ、及びプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、バイナリマスク、レベンソン型(alternating)位相シフトマスク、ハーフトーン型(attenuated)位相シフトマ
スクのようなマスクタイプ、さらには様々なハイブリッドマスクタイプも含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例として、小さなミラーのマトリクス配列を使用し、そのミラーは各々、入射する放射ビームを異なる方向に反射するよう個々に傾斜することができる。傾斜したミラーは、ミラーマトリクスによって反射する放射ビームＢにパターンを与える。

「投影システム」ＰＳという用語は、使用する露光放射、又は液浸液の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、例えば屈折光学システム、反射光学システム、干渉光学システム、反射屈折光学システム、磁気光学システム、電磁気光学システム及び静電気光学システム、又はその任意の組み合わせを含む任意のタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。

リソグラフィ装置１００及び／又はリソグラフィ装置１００’は２つ（デュアルステージ）又はそれ以上の基板テーブル（及び／又は２つ以上のマスクテーブル）ＷＴを有するタイプでよい。このような「マルチステージ」機械においては、追加のテーブルＷＴを並行して使用するか、１つ又は複数の他の基板テーブルＷＴを露光に使用している間に１つ又は複数のテーブルで予備工程を実行することができる。

図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、イルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受ける。放射源ＳＯとリソグラフィ装置１００、１００’とは、例えば放射源ＳＯがエキシマレーザである場合に、それぞれ別々の構成要素であってもよい。このような場合、放射源ＳＯはリソグラフィ装置１００又は１００’の一部を形成すると見なされず、放射ビームＢは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビームエクスパンダなどを備えるビームデリバリシステムＢＤ（図１Ｂ）の助けにより、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと渡される。追加の事例では、例えば放射源ＳＯが水銀ランプの場合は、放射源ＳＯがリソグラフィ装置１００、１００’の一体部分であってもよい。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤとともに放射システムと呼ぶことができる。

イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調節するアジャスタＡＤ（図１Ｂ）を備えていてもよい。通常、イルミネータの瞳ＩＰＵにおける強度分布の外側及び／又は内側半径範囲（一般にそれぞれ、σ-outer及びσ-innerと呼ばれる）を調節することができる。また、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の種々のコンポーネント（図１Ｂ）を備えていてもよい。イルミネータＩＬを用いて放射ビームＢを調整し、その断面にわたって所望の均一性と強度分布とが得られるようにしてもよい。

投影システムは、照明システムの瞳ＩＰＵに結合した瞳ＰＰＵを有し、照明システムの瞳ＩＰＵにおける強度分布から発して、マスクパターンにおける回折の影響を受けずにマスクパターンを通過する放射の部分が、ここで照明システムの瞳ＩＰＵにおける強度分布の像を生成する。

図１Ａを参照すると、放射ビームＢは、支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴ上に保持されたパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡに入射し、パターニングデバイスＭＡによってパターンが与えられる。リソグラフィ装置１００内で、放射ビームＢはパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡで反射する。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡで反射した後、放射ビームＢは、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に放射ビームＢを集束する投影システムＰＳを通過する。第二ポジショナＰＷ及び位置センサＩＦ２（例えば干渉計デバイス、リニアエンコーダ又は容量センサ）の助けにより、基板テーブルＷＴを、例えば放射ビームＢの経路において様々なターゲット部分Ｃに位置決めするように正確に移動できる。同様に、第一ポジショナＰＭ及び別の位置センサＩＦ１を使用して、放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを正確に位置決めすることができる。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡ及び基板Ｗは、マスクアラインメントマークＭ１、Ｍ２、及び基板アラインメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。

図１Ｂを参照すると、放射ビームＢは、支持構造（例えばマスクテーブルＭＴ）上に保持されたパターニングデバイス（例えばマスクＭＡ）に入射し、パターニングデバイスによってパターンが与えられる。放射ビームＢはマスクＭＡを通り抜けて、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にビームを集束する投影システムＰＳを通過する。第二ポジショナＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば干渉計デバイス、リニアエンコーダ又は容量センサ）の助けにより、基板テーブルＷＴを、例えば放射ビームＢの経路において様々なターゲット部分Ｃに位置決めするように正確に移動できる。同様に、第一ポジショナＰＭ及び別の位置センサ（図１Ｂには明示せず）を使用して、例えばマスクライブラリから機械的に検索した後に、又はスキャン中に、放射ビームＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。

一般的に、マスクテーブルＭＴの移動は、第一ポジショナＰＭの部分を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）及びショートストロークモジュール（微動位置決め）の助けにより実現できる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第二ポジショナＰＷの部分を形成するロングストロークモジュール及びショートストロークモジュールを用いて実現できる。ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、マスクテーブルＭＴをショートストロークアクチュエータのみに接続するか、固定してもよい。マスクＭＡ及び基板Ｗは、マスクアラインメントマークＭ１、Ｍ２及び基板アラインメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。図示のような基板アラインメントマークは、専用のターゲット部分を占有するが、ターゲット部分の間の空間に配置してもよい（スクライブラインアラインメントマークとして知られる）。同様に、マスクＭＡ上に複数のダイを設ける状況では、マスクアラインメントマークをダイ間に配置してもよい。

リソグラフィ装置１００及び１００’は以下のモードのうち少なくとも１つにて使用可能である。

１．ステップモードにおいては、支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴは、基本的に静止状態に維持される一方、放射ビームＢに与えたパターン全体が１回でターゲット部分Ｃに投影される（すなわち１回の静止露光）。次に、別のターゲット部分Ｃを露光できるように、基板テーブルＷＴがＸ方向及び／又はＹ方向に移動される。

２．スキャンモードにおいては、支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴは同期的にスキャンされる一方、放射ビームＢに与えられたパターンをターゲット部分Ｃに投影する（つまり１回の動的露光）。支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）及び像反転特性によって求めることができる。

３．別のモードでは、支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴはプログラマブルパターニングデバイスを保持して基本的に静止状態に維持され、基板テーブルＷＴを移動又はスキャンさせながら、放射ビームＢに与えられたパターンをターゲット部分Ｃに投影する。
パルス状放射源ＳＯを使用することができ、基板テーブルＷＴを移動させる毎に、又はスキャン中に連続する放射パルスの間で、プログラマブルパターニングデバイスを必要に応じて更新する。この動作モードは、本明細書で言及するようなタイプのプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを使用するマスクレスリソグラフィに容易に利用できる。

上述した使用モードの組み合わせ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。

本文ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及しているが、本明細書で説明するリソグラフィ装置には他の用途もあることを理解されたい。例えばこれは、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用誘導及び検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどの製造である。こうした代替的な用途に照らして、本明細書で「ウェーハ」又は「ダイ」という用語を使用している場合、それぞれ、「基板」又は「ターゲット部分」という、より一般的な用語と同義と見なしてよいことが、当業者には認識される。本明細書に述べている基板は、露光前又は露光後に、例えばトラック（通常はレジストの層を基板に塗布し、露光したレジストを現像するツール）、度量衡器及び／又は検査器で処理することができる。適宜、本明細書の開示は、以上及びその他の基板処理ツールに適用することができる。さらに基板は、例えば多層ＩＣを生成するために、複数回処理することができ、したがって本明細書で使用する基板という用語は、既に複数の処理済み層を含む基板も指すことができる。

本明細書で使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ若しくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）及び極端紫外線放射（例えば、５ｎｍ以上の範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射を網羅する。

「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折及び反射光学コンポーネントを含む様々なタイプの光学コンポーネントのうち任意の１つ又はその組み合わせを指すことができる。

ＩＩＩ．中心減光がない例示的対物系
上述したように、本発明の実施形態は中心減光がない高ＮＡの反射屈折対物系に向けられる。このような対物系は、例えば（ｉ）ＩＣの度量衡器（レチクル及び／又はウェーハの検査）、（ｉｉ）高解像度の結像分光測光法及びスキャトロメータ使用、及び（ｉｉｉ）高いＮＡ、大きい視野（field of view ＦＯＶ）及び／又は広いスペクトルバンド幅の組み合わせを必要とする他の用途において非常に望ましい。本発明の実施形態による対物系は、以下でさらに詳細に述べるように、（Ａ）偏光ビームスプリッタを含む、及び／又は（Ｂ）オフアクシス放射を使用するように構成することができる。

Ａ．偏光ビームスプリッタを含む反射屈折対物系
本発明の実施形態によれば、反射屈折対物系は、反射要素により高レベルの色収差の補を提供しながら、中心減光を解消するために偏光ビームスプリッタを含む。偏光ビーム
スプリッタは、（平行偏光（ｐ偏光）放射のような）第一偏光の放射を通し、（シグマ偏光（ｓ偏光）放射のような）第二偏光の放射を反射するように構成される。

このような実施形態では、対物系は第一光学グループ及び第二光学グループも含む。第一光学グループは、負の光パワーを有し、凹面鏡の近傍に配置されたレンズを有する。凹面鏡は（負の光パワーのレンズと組み合わせて）軸上の色及び像面湾曲を補正するように構成される。第二光学グループは高い開口数（ＮＡ）を提供し、検査中の物体（例えばレチクル又はウェーハ）に放射を集束する。第二光学グループは通常、反射要素ではなく屈折要素を含み、それにより反射要素を有する従来の高ＮＡのシステムに通常含まれる中心減光を回避することが重要である。

図２から図５はそれぞれ、本発明の実施形態により偏光ビームスプリッタ２０２（例えばビームスプリッタの立方体）をそれぞれ含む例示的対物系２００、２００’、２００’’及び２００’’’を示す。各構成で、対物系は四分の一波長板２０４、負のパワーのレンズ２０６、２１０、正のパワーのレンズ２１２、及び凹面鏡２０８も含む。正のパワーのレンズ２１２は、対物系に高いＮＡを提供するように構成される。凹面鏡２０８は、像面湾曲及び色収差（軸上の色）を補正するように構成される。負のパワーのレンズ２０６及び２１０も、像面湾曲及び色収差（軸上の色）の補正に役立つように構成することができる。また、負のパワーのレンズ２１０は、ビームスプリッタ２０２と対物系２１４の間の作動距離を大きくするように構成される。

図２から図５の対物系２００、２００’、２００’’及び２００’’’では、物体面は無限遠にある。像面は物体（レチクル、ウェーハ、又はサンプル）２１４と一致する。図２及び図３に示した実施形態と図４及び図５に示した実施形態との主な違いは、以下でさらに詳細に説明するように、ビームスプリッタ２０２における光の反射／屈折の順序である。

図２の対物系２００を参照すると、ビームスプリッタ２０２は、（ｐ偏光放射のような）第一タイプの偏光放射に対して高い透過率を有し、（ｓ偏光放射のような）第二タイプの偏光放射に対して高い反射率を有する、又はその逆であるように構成され、第一タイプと第二タイプの偏光は１８０°位相がずれている。対物系２００は、対物系２１４からの散乱光を集光する（「散乱実施形態」）か、対物系２１４を透過する光を集光する（「透過実施形態」）ように構成することができる。これらの実施形態についてそれぞれ、以下でさらに詳細に説明する。

散乱実施形態では、ビームスプリッタ２０２は（例えば図１Ａ及び／図１Ｂの照明源ＩＬのような）照明源から第一タイプの直線偏光放射を受ける。直線偏光放射はビームスプリッタ２０２、次に四分の一波長板２０４、負のパワーのレンズ（又はレンズグループ２０６）を透過して、凹面鏡２０８に到達する。

放射は凹面鏡２０８で反射した後、再び負のパワーのレンズ２０６及び四分の一波長板２０４を通って進み、ビームスプリッタ２０２に入射する。放射が四分の一波長板２０４を２回通過するので、放射は第一タイプ偏光放射から第二タイプ偏光放射へ（例えばｐ偏光放射からｓ偏光放射へ）変換される。したがって、ビームスプリッタ２０２は放射を負のパワーのレンズ２１０へと反射する。これで放射は、負のパワーのレンズ２１０及び正のパワーのレンズ２１２を透過した後、物体２１４（つまり長鎖中の面）に到達する。点収差、フィールド収差、及び色収差を補正するシステムの融通性を与えるのは、負の屈折率のレンズ２０６、正の反射率の鏡２０８、負の屈折率のレンズ２１０、次に正の屈折率のレンズ２１２の変化である。上述したように、凹面鏡２０８及び負の屈折率のレンズ２０６の主な機能は、軸上の色を補正することである。

放射は、物体２１４に入射した後、上述したものとは反対の順序で対物系２００を通り反射（散乱）する。反射（散乱）した放射は集光され、物体２１４上の構造及び／又は物体２１４の構造の検査／分析に使用される。

透過実施形態では、放射は対物系２００の反対側から物体２１４に入射し、これは図２の実施形態では、下から物体２１４に当たる放射に対応する。この実施形態では、入射放射は物体２１４を透過し、正のパワーのレンズ２１２及び負のパワーのレンズ２１０によってビームスプリッタ２０２に向かって誘導される。ビームスプリッタ２０２は、放射を四分の一波長板２０４、負のパワーのレンズ２０６及び凹面鏡２０８に向かって反射する。放射は次に、凹面鏡２０８で反射し、負のパワーのレンズ２０６、四分の一波長板２０４、及びビームスプリッタ２０２を通過し、上述したものと同様の方法で物体２１４の検査／分析のために集光される。

図４は、図２の対物系２００と同様の対物系２００’’を示す。しかし図２の対物系２００とは異なり、図４の例ではビームスプリッタ２０２が、第一タイプの偏光放射には高い反射率、第二タイプの偏光放射には高い透過率を有するように構成される。したがって、放射は最初にビームスプリッタ２０２で反射し、次に凹面鏡２０８で反射した後にビームスプリッタ２０２を通過する。図４に示す構成も、像面に対する四分の一波長板２０４、負のパワーのレンズ２０６、及び凹面鏡２０８の位置が変化し、これは対物系２００’’の光学要素が占有する空間を変化させる。対物系２００’’は、例えば所与の検査システムのパッケージング仕様に応じて対物系２００の代替物として使用することができる。

図３及び図５はそれぞれ、ビームスプリッタ２０２の前に追加のレンズ３３０が含まれる実施形態を示す。レンズ３３０は、ビームスプリッタ２０２の表面で入射角の範囲を制御するのに役立ち、これはビームスプリッタ２０２の効率に影響する。また、レンズ３０は、（色）収差の補正にとって有益である。レンズ３３０を除き、図３の対物系２００’は実質的に図２の対物系２００と同様であり、図５の対物系２００’’’は実質的に図４の対物系２００’’と同様である。

図２から図５に示す対物系は、以上では放射が物体２１４で反射することについて説明してきたが、これは例示のためにすぎず、限定するものではないことを認識されたい。これらの対物系は、放射が物体２１４で反射するか、それを透過する実施形態に使用できることが、当業者には認識される。例えば透過実施形態では、放射が、対物系２００、２００’、２００’’及び／又は２００’’’へと、反射（散乱）実施形態について以上で例示的に説明したように照明源から直接入るのではなく、物体２１４を介して入ってもよい。

Ｂ．オフアクシス放射を使用する反射屈折対物系
本発明の実施形態によれば、反射光学対物系はオフアクシス放射を使用して、色収差（通常は全屈折対物系では補正されない）を補正しながら、中心減光（通常は従来の高ＮＡの全反射又は反射屈折対物系に見られる）を解消する。この実施形態では、（第一光学グループに含まれる）凹面鏡が色収差（軸上の色）及び像面湾曲を補正する。色収差（軸上の色）及び像面湾曲の補正を補助するために、１つ又は複数の負のパワーのレンズも含まれる。高いＮＡは、第二光学グループの１つ又は複数の全屈折要素によって生成される。第二光学グループが通常、反射要素ではなく屈折性要素を含むことが重要である。従来の高ＮＡの全反射又は反射屈折対物系に通常含まれる中心減光を回避するのは、オフアクシス照明と中間像面と適切な折り畳みとの組み合わせである。

図６から図９は、オフアクシス放射を使用して、（一般的に全屈折対物系に見られる）色収差を補正しながら、一般的な高ＮＡの全反射又は反射屈折対物系の中心減光を解消する対物系の様々な実施形態を示す。これらの実施形態はそれぞれ、正のパワーのレンズ６０２、６０４、６１２及び６１６、負のパワーのレンズ６０６、凹面鏡６０８、及び折り畳みミラー６１０を含む。物体面は無限遠にある。像面は物体（例えばレチクル又はウェーハ）と一致する。

図６から図９の対物系は、物体６１４から散乱した放射を集光する（「散乱実施形態」）か、物体６１４を透過した放射を集光する（「透過実施形態」）ために使用することができる。散乱実施形態では、放射はレンズ６０２を通って対物系に入り、対物系の他の要素によって調整され、次に物体６１４に入射する。次に、放射は物体６１４で散乱し、入ったのとは逆の順序で対物系を通り、元へと誘導される。透過実施形態では、放射は最初に物体６１４を透過し、次に散乱実施形態の対物系６１４で散乱する放射と同様の方法で、対物系を通り抜ける。例示的目的で、制限的ではなく、散乱実施形態を以下で詳細に説明する。透過実施形態の動作は、本明細書で提供する説明に基づき、当業者には明白になる。

図６から図９を全体的に参照すると、正のパワーのレンズ６１６は対物系に高いＮＡを提供するように構成される。凹面鏡６０８は負のパワーのレンズ６０６とともに、像面湾曲及び色収差（軸上の色）を補正するように構成される。正のパワーのレンズ６０２は、第一中間像６０３を提供するように構成される。凹面鏡６０８及び負のパワーのレンズ６０６は、上述した機能に加えて、１倍の光学リレーとしても作用し、第一中間像６０３を第二中間像６０５として再結像する。折り畳みミラー６１０は、第二中間像６０５と正のパワーのレンズ６１２及び正のパワーのレンズ６１６に提供する。正のパワーのレンズ６０４は、凹面鏡６０８上に中間瞳を生成するように構成される。

特に図６を参照すると、対物系６００は折り畳みミラー６１０、凹面鏡６０８、及びレンズ６０２、６０４（任意選択）、６０６、６１２及び６１６を含む。対物系６００は２つの中間像６０３及び６０５を提供する。レンズ６０２は放射を第一中間像６０３に集束する。中間像６０３は折り畳みミラー６１０で反射し、凹面鏡６０８及びレンズ６０６を備える１倍の反射屈折リレーによって再結像され、第二中間像６０５を生成する。

レンズ６０４は、（図６に示すように）中間像６０３の後、又は（図９に示すように）中間像６０３の前に配置することができる。レンズ６０４は、中間像６０３の近傍に位置し、対物系６００の中間瞳の位置を制御するために使用される。この瞳は、凹面鏡６０８と一致するか、その近傍になければならない。

中間像６０５は、正のパワーのレンズ６１２及び６１６を含む屈折リレーによって物体６１４上に再結像される。

放射は、物体６１４に入射した後、上述したものとは逆の順序で対物系６００を通り、元へと反射（散乱）する。反射（散乱）した放射は集光され、物体６１４上の構造の検査／分析に使用される。

対物系は、（１つの折り畳みミラー６１０を使用する）図７及び（２つの折り畳みミラー６１０Ａ及び６１０Ｂを使用する）図８に示すように、代替構成で構成してもよい。所望の設計特性に基づいて、異なる折り畳み体系を使用することができる。

凹面鏡６０８及び負のレンズ６０６は、軸上の色及び像面湾曲収差を補正する。色の補正は、全屈折グループ（例えばレンズ６０２、６０４、６０６、６１２及び６１６）のうち例えば溶融石英のような１つのガラスタイプを使用して達成することができる。

対物系６００、６００’、６００’’及び６００’’’の光学要素は（折り畳みミラー６１０を除き）、光軸に対して回転対称である。折り畳みミラー６１０は、光軸６３１に平行に進む放射を遮断する（図６及び図９参照）。したがって、フィールドの有用な領域は、図６から図９に示すように軸を外して配置される。対物系６００、６００’、６００’’及び６００’’’の瞳には、従来の高ＮＡの全反射又は反射屈折対物系に通常あるような中心減光がないことが重要である。

図６から図９に示す対物系は、以上では放射が物体６１４で反射することについて説明しているが、これは例示のためにすぎず、限定するものではないことを認識されたい。これらの対物系は、放射が物体６１４を透過する実施形態にも使用できることが、当業者には認識される。例えばこのような実施形態では、放射が、対物系６００、６００’、６００’’及び／又は６００’’’へと、以上で例示的に説明したように照明源から直接入るのではなく、物体６１４を介して入ってもよい。

ＩＶ．結論
以上では、減光がない高ＮＡの反射屈折対物系の実施形態、及びその応用について説明している。発明の概要及び要約の項目は、発明者が想定するような本発明の１つ又は複数の例示的実施形態について述べることができるが、全部の例示的実施形態を述べることはできず、したがって本発明及び請求の範囲をいかなる意味でも制限しないものとする。

以上では、特定の機能の実現を例示する機能的構成要素及びその関係の助けにより、本発明について説明してきた。機能的構成要素の境界は、本明細書では説明の便宜を図って恣意的に規定されている。特定の機能及びその関係が適切に実行される限り、代替的な境界を規定することができる。

特定の実施形態に関する以上の説明は、本発明の全体的性質を十分に明らかにしているので、当技術分野の知識を適用することにより、過度の実験をせず、本発明の全体的概念から逸脱することなく、このような特定の実施形態を容易に変更する、及び／又はこれを様々な用途に適応させることができる。したがって、このような適応及び変更は、本明細書に提示された教示及び案内に基づき、開示された実施形態の同等物の意味及び範囲に入るものとする。本明細書の言葉遣い又は用語は説明のためのもので、制限するものではなく、したがって本明細書の用語又は言葉遣いは、当業者には教示及び案内の観点から解釈されたい。

本発明の広さ及び範囲は、上述した例示的実施形態のいずれによっても制限されず、請求の範囲及びその同等物によってのみ規定されるものである。

Claims (13)

1. 散乱放射を使用して基板を検査する反射屈折対物系であって、
   光軸に沿って配置された正のパワーのレンズであって、第１の中間像を前記光軸の第１の側に提供するように構成された正のパワーのレンズと、
   オフアクシス放射を前記反射屈折対物系の瞳に提供する折り畳みミラーと、
   前記光軸に沿って配置された屈折リレーであって、放射のスペクトル範囲による色収差を軽減するとともに像面湾曲収差を補正するように構成され、前記第１の中間像の再結像を、前記折り畳みミラーから離れた、前記光軸の第２の側に提供するように構成された屈折リレーを備える第一光学グループと、
   前記反射屈折対物系の開口数を上げる屈折要素を備える第二光学グループと、
   を備える反射屈折対物系。
2. 前記反射屈折対物系の前記瞳の位置を制御するレンズを更に備える、請求項１に記載の反射屈折対物系。
3. 前記屈折リレーが負のパワーのレンズ及び凹面鏡を備える、請求項１又は請求項２に記載の反射屈折対物系。
4. 前記反射屈折対物系は、中心オブスキュレーションを実質的に解消するように構成されている、請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の反射屈折対物系。
5. 前記第二光学グループは、所定値以上の開口数を提供するように構成されている、請求項１乃至請求項４のうち何れか１項に記載の反射屈折対物系。
6. オブジェクト面は無限遠にあり、像面はオブジェクト面に一致する、請求項１乃至請求項５のうち何れか１項に記載の反射屈折対物系。
7. 前記第一光学グループ及び前記第二光学グループは、溶融石英から形成されている、請求項１乃至請求項６のうち何れか１項に記載の反射屈折対物系。
8. 反射屈折対物系を使用して基板を検査する方法であって、
   光軸に沿って配置された正のパワーのレンズを用いて、第１の中間像を前記光軸の第１の側に提供することと、
   折り畳みミラーを使用することによってオフアクシス放射を前記反射屈折対物系の瞳に提供すること、
   前記光軸に沿って配置された屈折リレーを用いて、前記第１の中間像の再結像を、前記折り畳みミラーから離れた、前記光軸の第２の側に提供することと、
   屈折要素を使用して、前記反射屈折対物系の開口数を上げることを含む方法。
9. レンズを使用することにより、前記反射屈折対物系の前記瞳の位置を制御することを更に含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記屈折リレーは、負のパワーのレンズ及び凹面鏡を備える、請求項８又は請求項９に記載の方法。
11. 中心オブスキュレーションを実質的に解消することを更に含む、請求項８乃至請求項１０のうち何れか１項に記載の方法。
12. オブジェクト面は無限遠にあり、像面はオブジェクト面に一致する、請求項８乃至請求項１１のうち何れか１項に記載の方法。
13. 前記屈折リレー及び前記屈折要素として、溶融石英を用いることを更に含む、請求項８乃至請求項１２のうち何れか１項に記載の方法。

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