JP5876516B2 - マイクロリソグラフィのための投影対物系、投影露光装置、投影露光方法、及び光学補正プレート - Google Patents

マイクロリソグラフィのための投影対物系、投影露光装置、投影露光方法、及び光学補正プレート Download PDF

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Description

本発明は、マイクロリソグラフィのための投影対物系に関する。更に、本発明は、マイクロリソグラフィのための投影露光装置に関する。更に、本発明は、マイクロリソグラフィのための投影対物系を利用して半導体素子及び他の種類のマイクロデバイスを製作する方法に関する。更に、本発明は、マイクロリソグラフィのための投影対物系に対して交換可能要素として用いることができる光学補正プレートに関する。
現在、マイクロリソグラフィ投影露光法及びシステム(機械)は、半導体構成要素及び他の微細パターン構成要素を製作するのに用いられている。マイクロリソグラフィ露光処理は、結像される構造のパターンを担持又は形成するマスク(レチクル)を用いる段階を含む。パターンは、投影対物系の物体面のある一定の領域において照明系と投影対物系の間の投影露光システム内に位置決めされる。1次放射線源によって1次放射線が供給され、1次放射線は、照明系の光学構成要素によって変換され、照明視野内のマスクパターンに誘導される照明放射線が生成される。マスク及びパターンによって修正された放射線は、投影対物系を通過し、投影対物系は、露光される基板が配置された投影対物系の像面内にパターン像を形成する。通常、基板は、放射線感応層(フォトレジスト)を担持する。
マイクロリソグラフィ投影露光システムが集積回路の製造に用いられる場合には、マスク(レチクル)は、集積回路の個々の層に対応する回路パターンを収容することができる。このパターンは、基板として機能する半導体ウェーハ上の露光区域上に結像することができる。
マイクロリソグラフィ投影露光システムの1つの種類では、そのような露光区域は、レチクルのパターン全体を露光区域上に一度に露光することによって照射される。そのような装置は、一般的に、ウェーハステッパと呼ばれる。
一般的に、ステップアンドスキャン装置又はウェーハスキャナと呼ばれる代替露光システムでは、各露光区域は、投影対物系の有効物体視野内の照明ビームに対してマスクを移動し、同時に投影対物系の共役有効像視野内の投影ビームに対して基板をそれぞれの走査方向に移動することによる走査作動で漸次的に照射される。一般的に、マスクは、走査装置内の投影対物系の物体面に対して平行に移動することができるマスクホルダによって所定位置に保持される。一般的に、基板は、走査装置内の像面に対して平行に移動することができる基板ホルダによって保持される。走査方向は、例えば、互いに対して平行、又は互いに対して非平行のものとすることができる。
投影対物系は、一般的に、光軸を定め、それを基準にして投影対物系に属する光学要素が配置される。一般的に、これらの光学要素は、この光軸に関して回転対称であり、光軸は、物体視野及び像視野に対する法線である。この場合、投影対物系の設計は、回転対称であると呼ばれる。一般的に、そのような回転対称設計は、投影対物系の物理的実施状態の全ての光学要素を回転対称であるように設計すべきであることを意味しない。軸上物体視野又は軸外物体視野を有する折り返し投影対物系の場合、及び/又は反射屈折投影対物系の場合には、ビーム経路の折り返し及び貫通は、光学要素における切欠き部、及び/又は例えば折り返しミラーのようなビーム偏向だけのために機能していかなる屈折力も持たない光学要素を必要とする場合がある。
ウェーハの露光中には、投影露光機械は、下記では短く「開口数」とも呼ぶ規定の像側開口数NAと、照明系によって規定される設定(照明設定)、例えば、非コヒーレント照明設定、環状照明設定、双極照明設定、又は四重極照明設定とによって作動される。開口数NAは、投影対物系内の絞り(開口絞り)の位置及び直径によって定められる。マイクロリソグラフィのための投影対物系に対して一般的な開口数は、例えば、0.5,0.6,0.7,0.8,及び0.9,及びこれらの中間の値である。液浸作動に向けて設計された投影露光機械の場合には、開口数は、例えば約50%だけ高めることができる。一般的に、照明設定は、回折光学要素のような照明系の光学要素によって規定される。
露光の各瞬間には、有効物体視野に属する各視野点からの絞りによって切断された最大放射線束が、有効物体視野から有効像視野へと通過する。収差(結像誤差とも呼ばれる)が設計だけによって判断される理想的な投影対物系では、物体視野点に属する像点の周りでこの最大放射線束によって定められる波面は、この像点を中点とする球面波にほぼ対応する。従って、そのような投影対物系は、回折限界にあるとも呼ばれる。
一般的に、露光中には、投影対物系は、重力方向にその光軸に整列する。この場合、ほぼ平面であるレチクルは、水平に整列し、すなわち、投影対物系の物体視野に対して平行である。これによる影響は、重力に起因してレチクルがサギングすることであり、このサギングは、レチクルの種類、及びレチクルを固定する装着技術の関数であり、先験的に把握されないか又は判断することが困難である。レチクルのサギングによって引き起こされるレチクルのこの変形は、結像されるレチクル上の個々の場所の位置が先験的に完全には予想することができない方式で変位し、更にはこの変位の方向及び長さ自体が、レチクル上の場所の関数であるという影響を有する。ここで関わっているのは、瞳誤差を伴わないか又は非常に僅かな瞳誤差しか伴わない純粋な空間変位である。
像側、例えば、ウェーハ側で類似の1組の問題が引き起こされる場合がある。ウェーハは、一般的に、下から支持することができるので、これらの問題は、重要度の低いものであろう。当然ながら、そのような支持をレチクルに対して得るのは困難である。
起こり得るレチクルのサギングの更に別の原因は、レチクルに対するその装着技術の直接的な影響である。この場合、一般的に、ベアリング及び/又はクランプが原因になり、レチクルに対して作用する力及びモーメントが発生する。同様に、これらの力及びモーメントは、先験的に完全には把握されず、レチクル毎に異なる可能性があるが、レチクルの種類に関して同一である可能性もある。
システム特定のレチクルサギング態様、すなわち、各レチクルにおいて同じサギングと、システム特定のものではないレチクルサギング態様、すなわち、異なるレチクルにおいて異なるサギング事例を誘発するサギングとを区別することが望ましい。
従って、いかなる瞳誤差も伴わないシステム空間特定のレチクルサギング態様によって誘発されるこれらの変位を調節し、かつレチクル変更のイベント時にこれらの空間変位が順に変化し、これが装着力及び装着モーメントを変化させる場合があるので、この調節可能性を可変的にすることが望ましい。
更に、レチクル上に設けられた結像される構造が変化し、及び/又はこの新しいレチクルを投影するために別の照明設定が用いられるのは、一般的にそのようなレチクル変更の結果である。投影露光機械の作動中には、このレチクル変更は、投影対物系の温度目標に付加的な影響を及ぼし、従って、投影対物系のほぼ純粋な瞳誤差にも影響を及ぼす場合がある。
従って、レチクル変更のイベント時には、投影露光機械の作動は、レチクルのサギングとは独立に補正/調節することが必要なほぼ純粋な瞳誤差を付帯的にもたらす場合がある。
US6,275,344B1 US6,191,898B1 EP678,768B1 EP660,169B1 EP851,304B1 US6,268,903B1 US2002/0126266A1 US6,373,552B1 WO2005/033800A1 WO2003/092256A2 US2003/0071986A1 WO2003/075096A2 US7,190,527B2 WO2005/069055A2 US2005/0190435A1 US2006/0274934A1
Michael J.Kidger著「基礎光学設計」、「SPIE PRESS」、米国ワシントン州ベリンガム(第2章)
本発明の目的は、上述の空間変位をそれに必然的に依存する方法で投影対物系の瞳誤差を変化させることなく調節するか又は補正可能に保ち、同時にそれとは独立に瞳を補正又は調節することができるマイクロリソグラフィのための投影対物系を提供することである。
本発明の別の目的は、上述の空間変位を単一の補正可能性を利用して投影対物系の瞳誤差を変化させることなく調節するか又は補正可能に保つマイクロリソグラフィのための投影対物系を提供することである。
本発明の別の目的は、上述の空間変位をそれに必然的に依存する方法で投影露光機械に属する投影対物系の瞳誤差を変化させることなく調節又は補正することができ、同時にそれとは独立に投影露光機械に属する投影対物系の瞳誤差を補正又は調節することができるマイクロリソグラフィのための投影露光機械を提供することである。
本発明の別の目的は、レチクル変更のイベント時に、変化する空間変位をそれに必然的に依存する方法で瞳誤差を変化させることなく補正及び/又は調節し、同時に空間変位とは独立に瞳誤差を補正/調節することができることを用いて補正の可能性をもたらすマイクロリソグラフィのための投影露光機械を作動させる方法を提供することである。
本発明の別の目的は、レチクル変更のイベント時に発生する変化した空間変位をそれに必然的に依存する方法で瞳誤差を変化させることなく補償又は調節することが可能であり、同時にこれらの空間変位とは独立に瞳誤差を補正/調節することができることを用いて、マイクロリソグラフィのための投影対物系に対する交換可能要素を提供することである。
本発明の別の目的は、コマ収差プロフィールのような高次の収差項を実質的に導入することなく歪曲特性を補正することができることを用いて、マイクロリソグラフィのための投影対物系に対する交換可能要素を提供することである。
上記及び他の目的に対処するために、本発明の一構成により、本発明は、投影対物系を提供し、投影対物系は、投影対物系の物体面内の物体視野から投影対物系の像面内の像視野へと作動波長λ付近の波長帯域からの電磁作動放射線を用いてパターンを結像するように配置された複数の光学要素を含み、光学要素は、作動放射線に対して透過的な材料から作られた本体を含む光学補正プレートを含み、この本体は、第1の光学面、第2の光学面、第1及び第2の光学面に対して実質的に垂直なプレート法線、並びにプレート法線に対して平行に測定される第1の光学面と第2の光学面の間の距離として定められるプレート厚の厚みプロフィールを有し、第1の光学面と第2の光学面は、第1の光学面が、第1の山から谷までの値PV1>λを有する非回転対称非球面の第1の面プロフィールを有し、第2の光学面が、第2の山から谷までの値PV2>λを有する非回転対称非球面の第2の面プロフィールを有し、かつプレート厚が、光学補正プレートにわたって0.1*(PV1+PV2)/2よりも小さく変化するという点で類似である。
山から谷までの値が判断される領域は、作動時に、それぞれの面を通過する光線に影響を及ぼすのに用いることができる領域、すなわち、光学品質が準備される領域である。この領域は、例えば、光学的空き領域、又は補正プレートの有用又は使用可能な断面で表すことができる。この領域は、補正プレートを装着するのに用いられる補正プレートの周辺領域を含まない。
マイクロリソグラフィのための投影対物系に、レチクルの結像に伴って発生する画像誤差(すなわち、収差)を補償することを目的とした補償機構を装備することは公知である。
これに関して、US6,275,344B1及びUS6,191,898B1は、投影対物系のレンズをその光軸に対して変位させることができるマニピュレータを示している。EP678,768B1は、レンズの形状を曲げるか、又はレンズを傾斜するか又はレンズを加熱又は冷却するマニピュレータを示している。EP660,169B1は、2つの非球面レンズを互いに対して回転させるマニピュレータを示している。EP851,304B1では、2つの非球面レンズが、互いにに対して変位する。US6,268,903B1では、非球面化された平面プレートが投影対物系内の像視野の周りに導入され、この平面プレートは、場所に依存する空間変位を調節することができる。しかし、当然ではあるが、プレートを変位させて像平面に完全に入れることができないので、そのような非球面化された平面プレートは、瞳誤差を誘発せずに投影対物系内に導入することができない。
US2002/0126266A1(例えば、US6,373,552B1に対応する)では、歪曲特性を補償するために、両方の側が非球面化された平面プレートが、投影対物系とウェーハの間に入れられる。投影対物系の像面湾曲が変化しないままに留まるように、この平面プレートの上側及び下側の非球面は等しく、平面プレートは、均一な厚みを有する。歪曲特性のそのような操作は、レチクルのサギングによって誘発される画像誤差(収差)に対処するための手段を可能にするが、この場合、この操作も同様に瞳誤差を免れず、歪曲特性の補正には、コマ収差プロフィールのような高次の項が伴っている。
操作及び調節におけるこれら全ての選択肢に対して、これらの選択肢が投影対物系の瞳誤差に影響を与えるという、特定の問題を解決するのに望ましくない可能性があることは共通のことである。
WO2005/033800A1は、投影対物系における両方の側が非球面化されたレンズを示している。これらの非球面は、光軸に関して回転対称であり、従って、最良でもレチクルの純粋に回転対称なサギングを部分的にしか補償することができない。
WO2003/092256A2は、視野の周りに位置決めされ、角度感応フィルタリング効果を有する光学要素を示している。この文献に示す目的に対応する方法では、この効果は、事実上専ら瞳誤差に対する影響である。
上述の構成による本発明では、投影対物系は、投影対物系内で投影対物系の入射面から投影対物系の出射面への光路に沿って、すなわち、投影対物系の外側ではない所定の位置に配置された特定の物理的構造及び形状を有する光学補正プレートを含む。レチクルの位置(投影対物系の物体面内の)と投影対物系の入射面との間に通常は最小の軸線方向空間を必要とすることを考えると、そのような光学補正プレートは、レチクルに密接して配置することができない。本発明者は、光学補正プレートが、例えば、余儀なく望ましくない瞳収差を誘発することなく優勢な視野収差を誘発することを可能にするための手段を見出した。この効果は、第1及び第2の光学面の各々が、非回転対称非球面面プロフィールを有し、補正プレートの厚みプロフィールが、投影対物系内の補正プレートの光学位置に適切に適応された場合に可能になる。
上記に提供した本発明の構成では、「光学面」という用語は、一般的に、光学面を通過する放射線ビームに対して望ましい屈折効果を引き起こすように明確に構成された面性質を有する光学的に有効な面に関する。第1及び第2の光学面の各々は、「回転非対称」面プロフィール又は回転非対称形状とも呼ぶ非回転対称非球面面プロフィールを有する。「非回転対称」又は「回転非対称」という用語は、交換可能に用いられる。「面プロフィール」及び「面形状」という用語もまた、交換可能に用いられる。形状は、ある一定の角度及び所定の回転基準軸に関する回転が異なる形状を生じるような少なくとも1つの角度が存在する場合に、この回転基準軸に関して回転非対称(又は非回転対称)であると呼ぶことができる。この場合、形状は、上述の回転中に回転しない固定座標システムに対するものと理解すべきである。特に、形状は、基準軸回りの回転が同じ形状を生じる角度が有限数n個しか存在しない場合には、n重(回転)対称性を有すると呼ばれる。それにも関わらず、回転対称性は、形状が回転対称軸回りのあらゆる角度の回転に対して不変であることを必要とするので、n重回転対称性を有する形状は、回転非対称である。n重回転対称性を有する形状は、n重放射相称性を有する形状とも呼ばれる。
本明細書に用いる「プレート」という用語は、一般的に、比較的平坦な全体形状を有する光学要素であり、プレートの直径よりも有意に小さい厚みを有し、プレートの入射面及び出射面をそれぞれ形成する2つの光学面が巨視的なスケールで互いに対して実質的に平行に延びる光学要素を指す。平行平面プレートでは、プレート法線は、プレートにわたる位置とは独立した向きを有する。
上記に提供した構成によると、第1及び第2の光学面の各々は、プレート法線の方向に見た場合に、それぞれの光学面の最高点と最低点が作動波長Aよりも大きい差を有する場合に、明確な面形状を有する。リソグラフィ用途では、例えば、作動波長は、λ<400nm、例えば、約360nmから370nm又はそれ未満の紫外スペクトル領域内のものとすることができる。作動波長は、例えば、λ<260nm、例えば、約248nm、約193nm、約157nm、又は約126nm、又はそれ未満の深紫外スペクトル領域内のものとすることができる。通常、作動波長は、100nmよりも大きくなる。同時に、プレート厚は、光学補正プレートの有用断面にわたって、第1及び第2の光学面の平均の山から谷までの値、すなわち、(PV1+PV2)/2の10%よりも小さく変化する。これらの条件に従って構造化された光学補正プレートでは、例えば、光学補正プレートによって引き起こされた(又は補正された)残存収差として優勢な視野収差しか残留しないように、瞳収差に対する第1の光学面の光学効果と第2の光学面の光学効果とは、互いに実質的に補償し合う。
視野収差に対する望ましい効果の強度は、第1及び第2の面プロフィールの山から谷までの値を増大することによって強めることができる。一部の実施形態では、PV1>5*λ及びPV2>5*λ、又は更にPV1>10*λ及びPV2>10*λである。
例えば、波長λが紫外又は深紫外スペクトル範囲にある用途では、PV1及び/又はPV2は、絶対値で100nmよりも大きく、500nmよりも大きく、1マイクロメートルよりも大きく、2マイクロメートルよりも大きく、又は3マイクロメートルよりも大きいものとすることができる。
光学補正プレートの有用断面にわたるプレート厚の変化は、平均の山から谷までの値の10%よりも小さいとすることができ、例えば、0.05*((PV1+PV2)/2)よりも小さいとすることができる。
多くの実施形態では、補正プレートは、不均一な厚みプロフィールを有し、これは、厚みプロフィールのあらゆる不均一性又は変化が、例えば、5nmから10nm程度である可能性がある製造公差に起因する不可避の厚み変化よりも有意に大きいことを意味する。一部の実施形態では、プレート厚は、光学補正プレートの有用断面(光学的空き領域)にわたって5nmよりも大きく、10nmよりも大きく、15nmよりも大きく、20nmよりも大きく、30nmよりも大きく、又は50nmよりも大きく変化する。プレート厚の空間変化は、1マイクロメートルよりも実質的に小さく、例えば、500nmよりも小さく、300nmよりも小さく、又は200nmよりも小さいとすることができる。他の実施形態では、補正プレートは、均一な厚みプロフィールを有することができる。
一部の実施形態では、不均一厚みプロフィールは、2に等しいか又はそれよりも大きいnが整数である場合に、プレート法線に対して平行な対称軸に関して実質的にn重の放射相称性を有する。
第1及び第2の光学面の面形状に関して、n≧2が整数である場合に、第1及び第2の面プロフィールの各々が、プレート法線に対して平行な対称軸に関して実質的にn重の放射相称性を有する場合には、この面形状が多くの用途において有利であることが見出されている。例えば、面プロフィールは、3重又は4重放射相称性を有することができる。数nは、4よりも大きく、例えば、n=5,n=6,n=7,又はn=8,又はそれよりも大きいとすることができる。異なるn重放射相称形状の重ね合わせが可能である。
一部の実施形態では、第1及び第2の光学面の各々は、プレート法線に対して垂直な第1の方向に連続的な第1の曲率を有し、プレート法線及び第1の方向に対して垂直な第2の方向に反対の符号の第2の曲率を有する鞍形状を有する。この種の補正プレートは、互いに垂直な方向に誘発された倍率誤差の反対の変化を有するアナモフィック歪曲を補正(又は誘発)するのに用いることができる。
一部の実施形態では、光学補正プレートによって誘発(又は補正)することができる優勢な視野収差は、視野可変歪曲である。この実施形態では、歪曲の量及び/又は向きは、例えば、レチクルパターン又はこのパターンの一部分を配置することができる有効物体視野である考察中のそれぞれの視野に実質的にわたって変化する。
一部の実施形態では、優勢な視野収差は、視野可変歪曲の特殊な変形と考えることができるアナモフィック歪曲である。これらの実施形態では、光軸に対して垂直な全ての平面内で同じ倍率を有する光学系を、光軸を含む異なる平面内で異なる屈折力又は異なる倍率を有するアナモフィック光学系へと変換することができる。例えば、アナモフィック歪曲を含む光学補正プレートは、光軸を含む1つの平面内で半径方向に内向き方向の有効歪曲を引き起こし、光軸に対して垂直な平面内で半径方向に外向き方向の歪曲を引き起こすことができる。
優勢な視野収差としてアナモフィック歪曲を引き起こす光学補正プレートは、例えば、レチクルの鞍形変形を補正する実施形態において利用することができる。
この補正プレートは、投影対物系の視野面から光学的に遠隔に配置することができ、これは、本発明による補正プレートを物体面の直近に密接して配置するか、又は像面の直近に密接して配置するか、又は少なくとも1つの中間像を有する投影対物系の場合には中間像又はそれに光学的に密接して配置することが必要とされないことを意味する。
「視野面から光学的に遠隔な」位置を特徴付けるのには様々な手法がある。一般的に、レンズ又はミラーのような光学面の軸上位置をここで次式で定める近軸部分口径比SARによって定めることは有用であろう。
SAR=(signCRH)・(MRH/(|MRH|+|CRH|))
この定義では、パラメータMRHは、結像過程の近軸周辺光線高さを表し、パラメータCRHは、結像過程の近軸主光線高さを表し、符号関数sign(x)は、xの符号を表し、この場合、sign(0)=1であると合意することができる。この用途の目的では、「主光線」(プリンシパル・レイとしても公知である)という用語は、実質的に使用する物体視野の最外側視野点(光軸から最も離れた)から入射瞳の中心へと延びる光線を表している。回転対称系では、主光線は、子午平面内の同等の視野点から選択することができる。物体側で基本的にテレセントリックな投影対物系では、主光線は、光軸に対して平行に又は極めて小さい角度で物体面から出射する。結像過程は、周辺光線の軌道によって更に特徴付けられる。本明細書に用いる「周辺光線」は、軸上物体視野点(光軸上の視野点)から開口絞りの縁部へと延びる光線である。周辺光線は、軸外有効物体視野が用いられる場合は、口径食の理由から像形成には寄与しないものとすることができる。本明細書では、主光線及び周辺光線の両方を近軸近似において用いる。所定の軸上位置におけるそのような選択された光線と光軸の間の半径方向距離をそれぞれ「主光線高さ」(CRH)及び「周辺光線高さ」(MRH)で表している。
光線高さ比RHR=CRH/MRHを視野面又は瞳面からの近接性又は距離を特徴付ける別の手法として用いることができる。従って、瞳面に光学的に近い(かつ視野面から遠隔の)位置は、RHRの小さい絶対値、例えば、|RHR|≦0.3又は|RHR|≦0.2によって特徴付けることができる。
近軸周辺光線及び近軸主光線の定義は、例えば、Michael J.Kidger著「基礎光学設計」、「SPIE PRESS」、米国ワシントン州ベリンガム(第2章)から得ることができ、この文献は、本明細書に引用によって組み込まれている。
本明細書で定める近軸部分口径比は、ある一定の位置の光路に沿ったそれぞれ視野平面又は瞳平面までの相対近接性を説明する基準を与える符号付きの量である。上記に提供した定義では、近軸部分口径比は、−1と1の間の値に正規化され、視野平面では条件SAR=0が成り立ち、SAR=−1からSAR=+1、又はSAR=+1からSAR=−1への急変を有する不連続点は、瞳平面に対応する。従って、視野平面(物体面又は像面等)に光学的に近く位置決めされた光学面は、0に近い近軸部分口径比の値によって特徴付けられ、それに対して瞳面に光学的に近い軸上位置は、近軸部分口径比における1に近い絶対値によって特徴付けられる。近軸部分口径比の符号は、基準平面の光学的に上流又は下流の平面の位置を示している。例えば、瞳面の上流の短い距離のところでの近軸部分口径比と瞳面の下流の短い距離のところでの近軸部分口径比とは、同じ絶対値を有することができるが、主光線高さが瞳面を通過する時にその符号を変えるということに起因して反対の符号を有する場合がある。この定義は、例えば、コマ光線の関連の面上の交点の符号によって行うことができる。
従って、近視野平面(すなわち、視野平面に光学的に近い平面)は、0に近い近軸部分口径比を有し、それに対して近瞳平面(すなわち、瞳平面に光学的に近い平面)は、1に近い絶対値を有する近軸部分口径比を有する。視野面から光学的に遠隔の面は、実質的に0よりも大きい近軸部分口径比の絶対量、|SAR|≧0.5又は|SAR|≧0.8によって特徴付けることができる。
本発明の一部の実施形態では、レンズ又は湾曲ミラーのような屈折力を有する少なくとも1つの屈折又は反射光学要素が、光学補正プレートと光学補正プレートに最も近い視野面との間に配置される。光学補正プレートと次の視野面の間の空間には、1つよりも多くの光学要素、例えば、2つ、3つ、4つ、5つ、又はそれよりも多くの光学要素を存在させることができる。光学補正プレートは、投影対物系の光学要素間に配置することができる。
一部の実施形態では、補正プレートは、投影対物系の瞳面又はその近くに位置決めすることができる。例えば、投影対物系の瞳の付近の近軸部分口径比SARの絶対値が範囲0.8≦|SAR|≦1内にある領域内に瞳空間を定めることができ、光学補正プレートは、瞳空間に配置される。
光学補正プレートは、第1及び第2の光学面が、反対の符号の近軸口径比によって特徴付けられる位置に配置されるように投影対物系の瞳面に配置することができる。
光学補正プレートは、瞳面から外れたある一定の距離のところに配置することができる。一部の実施形態では、補正プレートは、近軸部分口径比SARの絶対値が、補正プレートの第1の光学面と第2の光学面との間で大きく異なるように、発散ビーム又は収束ビームの領域に配置することができる。
一部の場合には、1つの同じ光学補正プレートを利用して、優勢な視野収差だけでなく特定の瞳収差も誘発することが望ましい場合がある。補正プレートの構造が、余儀なく瞳収差を導入することなく優勢な視野収差を誘発することを可能にするということに起因して優勢な視野収差のみを誘発するように構成された補正プレートの構造を若干修正することにより、ターゲット方式で瞳収差に影響を及ぼすことができる。一般的に、望ましい瞳収差の生成は、第1及び第2の光学面の非球面形状を若干修正することによって行うことができる。視野収差から独立に瞳収差を誘発するのに利用される付加的な非球面化は、優勢な視野収差を誘発するように構成された第1の非球面形状の上に重ね合わされた第2の非球面形状として対処することができる。
次に、従来技術の問題を解決するのに寄与することができる本発明者の考察及び本発明の態様を詳細に解説する。
投影対物系に属する光学要素であるレンズ、ミラー、又は回折要素に対する重力の影響とは対照的に、レチクルのサギングは、単に非常に僅かな瞳誤差と、瞳の歪曲項の圧倒的な変化とを誘発する。これらの技術的な問題に対処するために、本出願の場合は以下のことを理解すべきである。
以下は、一例として回転対称投影対物系を利用して例示/定義したものである。しかし、これは、決して本出願が回転対称投影対物系に限定されることを意味しない。
いずれかの望ましくかつ恒久的に選択された開口数、及び任意であるが恒久的に選択された物体視野Qのいずれかの望ましくかつ恒久的に選択された物体視野点qに対して、この物体視野点に属する最大放射線束、及びそれによって定められる瞳内の波面wを判断することができ、すなわち、好ましくは干渉計によって計算又は測定することができる。この瞳が単位円へと変換された場合には、球面波からの実際の波面の偏差を正規化されたゼルニケ多項式Z(p)に展開することができる。更に、この展開式の変数pは、瞳P内の放射光線の場所に対応し、この展開式は、パラメータとしてQからのqを有する。その全てが引用によって本明細書に組み込まれている例えばUS2003/0071986A1と比較されたい。この展開式は、Qからの固定物体視野点qに対して、この視野点における実際の投影対物系の瞳誤差を完全に説明する。
投影対物系が、その光軸に関して回転対称である場合には、以下の通りに進めることができる。
回転対称投影対物系の瞳Pのいずれかの望ましくかつ恒久的に選択された点pに対しては、Qからの視野点qは、変化することが許される。ここでQも同様に単位円へと正規化された場合には、Qからのqのこの変化も同様に正規化されたゼルニケ多項式に展開することができる。この場合、Pからのqは、望ましくかつ恒久的なパラメータである。
その結果、投影対物系の収差(すなわち、結像誤差)の表現、すなわち、規定の開口及び視野サイズを有する理想的な光学系からの偏差の表現に到達する。テンソル積空間PQにおける投影対物系の収差の表現は次式になる。
Figure 0005876516
2つの展開式においていくつの係数αijが判断されるかに依存して、投影対物系の誤差は、ほぼ完全に説明される。
例えば、n=36,49,又は100,並びにm=36,49,又は100の係数を有するゼルニケ展開式を決めることができる。
本出願の関連では、瞳誤差wPは、視野独立であり、すなわち、以下のように上述の展開式の視野一定の成分であると理解されるように意図している。
Figure 0005876516
従って、視野誤差wqは、wq=w−wPであると理解されるものとする。
そのような説明は、投影対物系のほぼ回転対称の設計から逸脱する投影対物系における要素及び/又は変更を説明する時には常に特に有利である。例えば、投影対物系の光学要素が変更を受ける場合には、この変更を用いて投影対物系の展開式を判断することができ、そこからこの変更を持たない展開式を減算することができる。設計に対してこのように生じる差は、投影対物系の結像特性における変更の光学効果の説明として役立ち、及び/又は要素をその光学効果を用いて特徴付ける。
本出願の関連では、この差は、投影光学系内のこの変更により、又は投影光学系の選択された光学要素によって誘発される効果として表されることになる。
そのような変更は、例えば、光学要素の再配置、変形、及び非球面化とすることができる。特に、非球面化は、投影対物系に属する光学要素のうちの1つの光学有効面の変更と捉えることができる。しかし、そのような要素が交換に向けて準備される場合には、その誘発される効果は、欠損要素からの差として理解されるのではなく、投影対物系の設計に応じて正当に規定された要素からの差として理解される。例えば、交換可能な非球面化された平面プレートは、そのような平面プレートを全く持たない投影対物系ではなく、非球面化されていない平面プレートが設けられた投影対物系と比較した光学効果を誘発する。
例えば、投影対物系の瞳平面に位置したミラーが、その装着によって方位角方向に2つの波形に変形された場合には、この変形によって誘発される効果、従って、上述の差は、係数α50及びα60によって実質的に優占される。
Figure 0005876516
従って、投影対物系の瞳平面に位置するミラーの方位角方向の2つの波形の変形は、ほぼ純粋な瞳誤差を誘発する。
本出願の関連では、1つの可能な定義によると、投影対物系の誤差の展開式:
Figure 0005876516
の1組の係数:
Figure 0005876516
又は部分和:
Figure 0005876516
の優占性は、この組に属する各係数が、この組に属さない係数よりも少なくとも200%だけ大きいマグニチュードのものであることを意味すると理解されるものとする。本出願の関連では、この要件が400%又は更に900%で成り立つ場合、強い又はそれぞれの完全な優占性を説明している。
本明細書に用いる展開式は、展開式を正規直交系で説明する複数の手法のうちの1つに過ぎない。優占度は、他の正規直交系において類似の手法で定めることができる。
従って、投影対物系の瞳平面に位置するミラーの方位角方向の2つの波形の歪曲の場合には、優勢な又は更に強いか又は完全に優勢な係数の組[α50,α60]が存在し、又は他の言い方をすると、優勢な又は更に強いか又は完全に優勢な視野独立非点収差が存在する。方位角方向に2つの波形に変形されたこのミラーが、投影対物系の視野又は像視野のより近くに位置する場合には、係数は、以下のように更に別の係数αijに関連し、[α50,α60]は、優勢ではなくなる。
Figure 0005876516
従って、上述の場合は、3つの加数I、II、及びIIIを生じる。加数Iは、純粋な瞳誤差を表している。加数IIは、瞳内の視野可変歪曲の係数であり、従って、波面の空間変位である。加数IIからの項は、正確に、レチクルのサギングによって誘発される効果を表すものである。加数IIIは、残存収差を表している。
レチクルのサギングを補償するために、ここで、加数IIからの係数が優勢、又は好ましくは強く優勢、又はより好ましくは完全に優勢になるように、加数I及びIIIの係数を低減することが必要になる。
しかし、ミラーの変形は、加数IIIからの益々高次の項を誘発し、瞳誤差(加数I)からは決して免れられないことになるので、例えば、如何に変形可能なミラーを投影対物系内に置いたとしても、更には如何にそれが変形されたとしても、加数IIからの係数は決して優勢にはならない。
従って、加数IIからの優勢な効果を誘発する光学要素を含み、及び/又はこの操作の可能性をもたらすマイクロリソグラフィのための投影対物系を提供するという問題が生じる。
問題の別の構成において、この光学要素は、優勢な視野誤差を誘発するように設計及び配置される。その目的は、すなわち、加数II及びIIIからの係数が優勢である場合に、ある一定の効果を誘発することである。
問題の更に別の構成においては、この光学要素が、優勢な視野誤差から独立に純粋な瞳誤差を補正及び/又は調節することができること、すなわち、加数IIの優勢な効果、又は加数IIと加数IIIの和の優勢な効果を誘発し、この効果から独立に加数Iの優占効果を誘発することを意図している。
上述の瞳誤差からの「独立」は、光学要素が、第1のものが視野誤差を誘発し、第2のものが瞳誤差を誘発するという2つの自由度を享有することであると理解される。同様に、各自由度の優占度は、別々に理解されるべきである。実際、第1の優勢な効果と第2の優勢な効果とを独立に誘発することができ、例えば、係数M1,N1、及びN2,M2それぞれの組を有する光学要素は、係数M1∪M2,M2∪M2の組を有する優勢な効果を誘発することができる光学要素よりも柔軟性が高い。
本発明の別の構成によると、両方が光軸に関して回転対称性を伴わずに非球面化され、これらの非球面が共同で優勢な視野誤差を誘発するような光学活性の第1の面及び光学活性の第2の面を有する光学要素を含むマイクロリソグラフィのための投影対物系が呈示される。
優勢な視野誤差は、好ましくは、視野可変歪曲である。
好ましくは、優占度は強いか又は更に完全である。
更に別の実施形態では、第1又は第2の光学面は、それ自体、視野誤差から独立に優勢な瞳誤差を誘発する付加的な非球面化を含む。この優占度も同様に好ましくは強いか又は完全である。
本発明の一実施形態では、この光学要素は、両側が非球面化され、類似の非球面を有する平面プレートであり、光学活性面(すなわち、光学面)は、平面プレートの前側又は後側である。
一般的には、非球面は、基本的な基準球面からの偏差として定量化され、半径1に正規化され、単位円上の関数fとして判断される。一般的に、ゼルニケ多項式における展開式も上述の波面と同等の方式で判断される。本出願の一態様の範囲内で、2つの非球面f、gは、次式が成り立つような2つのパラメータα≠0,β>0が存在する場合に類似として表されるものとする。
Figure 0005876516
αが1に近く、βも同様に1に近い、0.95に近い、0.9に近い、又は0.8に近いことが好ましい。
一部の実施形態では、これらの非球面は、方位角方向に2波、3波、又は4波の形状を有するか、又は方位角方向に多重波形状を有する。
第1及び第2の光学面は、少なくとも0.3マイクロメートル、少なくとも1.0マイクロメートル、又は更に少なくとも3.0マイクロメートル、又はそれよりも大きい山から谷までの(PV)値を有することが好ましい。
更に別の実施形態では、マイクロリソグラフィのための投影対物系は、第1又は第2の面上で第1の放射線束の場所が第2の放射線束の場所と異なり、これら2つの放射線束がこの面上で発散することで区別される。
更に別の実施形態では、マイクロリソグラフィのための投影対物系は、放射線束を印加することができる光学活性面上の第1の放射線束の直径が、[0.8;0.95]又は[0.9;0.95]という間隔からの近軸部分口径比の絶対値に対応することで区別される。これらの位置は、瞳面に近いが、そこからある一定の距離の位置に対応する。
本発明の更に別の実施形態では、マイクロリソグラフィのための投影対物系は、第1又は第2の面上で第1の放射線束の角度が第2の放射線束のものと異なることで区別される。
本発明の好ましい実施形態では、第1の面又は第2の面上の第1の放射線束の直径は、[0.8;1.0]、[0.9;1.0]、又は[0.95;1.0]という間隔からの近軸部分口径比の絶対値に対応する。これらの位置は、瞳面に近接する位置又は瞳面の位置、すなわち、瞳空間内の位置に対応する。
更に別の実施形態では、第1の光学面上の近軸部分口径比は、第2の光学面上のものとは異なる。
本発明のこれらの実施形態は、組み合わせることができる。
好ましくは、投影対物系の光学要素又は更に別の光学要素は、それを変位、回転、変形、交換、冷却、加熱することができ、それに関連のマニピュレータシステムを装備することができるように設計することができる。
本発明の別の態様により、上述のように規定された投影対物系のうちの1つを含むマイクロリソグラフィのための投影露光装置又は機械を提供する。
本発明の別の態様により、そのような投影対物系及び/又は光学補正プレートを利用して、マイクロリソグラフィのための投影露光機械を作動させる方法が規定される。そのような方法は、半導体素子及び他の種類のマイクロデバイスを製作するのに利用することができる。
本発明の別の態様により、投影対物系の別の光学補正プレート又は平行平面プレートと交換することができるマイクロリソグラフィのための投影対物系のための光学補正プレートとして設計された交換可能要素が規定される。
以上及び他の性質は、特許請求の範囲だけではなく本明細書及び図面においても見ることができ、個々の特性は、本発明の実施形態及び他の範囲内で単独又は部分組合せのいずれにおいても用いることができ、有利で特許取得可能な実施形態を個々に表すことができる。
1つの寸法方向におけるレチクルの変形の略図である。 1つの寸法方向におけるレチクルの変形の略図である。 2つの寸法方向におけるレチクルの鞍形変形の略図である。 レチクルの変形によって誘発される可能性がある画像誤差プロフィール(収差プロフィール)の図である。 屈折投影対物系として設計された第1の実施形態の投影対物系を通した子午断面図である。 投影対物系の瞳面を外れたその上流の発散ビーム領域に配置された補正プレートの略図である。 類似の非球面面を有する光学補正プレートの略斜視図及び部分断面図である。 補正プレートの鞍形の第1の面S1の斜視プロット図である。 対応する等高線プロット図及び鞍形非球面面のx方向(XCUT)及びy方向(YCUT)における略切断図である。 鞍形の第2の面S2の対応する面形状の図である。 鞍形の第2の面S2の対応する等高線プロット図である。 第1の面S1の非球面形状と第2の面S2の非球面形状との間の差から導出されたプレート厚の空間変化を表す対応する図である。 第1の面S1の非球面形状と第2の面S2の非球面形状との間の差から導出されたプレート厚の空間変化を表す対応する図である。 平面プレートを有する概略的なレンズシステムを通した断面図である。 平面プレートの代わりに光学補正プレートを有する同じシステムを通した断面図である。 7Aの平面プレートを7Bの補正プレートで置換することによって誘発される歪曲収差を示す図7Aと図7Bの比較図である。 補正プレートが優勢な視野収差としてアナモフィック歪曲を誘発すること示す図である。 補正プレートが優勢な視野収差としてアナモフィック歪曲を誘発すること示す図である。 優勢な視野収差に加えて瞳収差を誘発するために第1の実施形態の補正プレートの非球面面にわたって重ね合わされた付加的な非球面の斜視図である。 優勢な視野収差に加えて瞳収差を誘発するために第1の実施形態の補正プレートの非球面面にわたって重ね合わされた付加的な非球面の等高線プロット図である。 2つの凹ミラーを有する反射屈折直線配列投影対物系として設計された第2の実施形態の投影対物系を通した子午断面図である。 図10Aの投影対物系の第1の瞳面に配置された補正プレートの概略図である。 補正プレートが有する鞍形の第1の面S1の斜視プロット図である。 鞍形非球面面にわたる対応する等高線プロット図である。 鞍形の第2の面S2の対応する面形状の図である。 鞍形の第2の面S2の対応する等高線プロット図である。 第1の面S1の非球面形状と第2の面S2の非球面形状との間の差から導出されたプレート厚の空間変化を表す、対応する図である。 第1の面S1の非球面形状と第2の面S2の非球面形状との間の差から導出されたプレート厚の空間変化を表す対応する図である。 補正プレートが優勢な視野収差としてアナモフィック歪曲を誘発することを示す図である。 補正プレートが優勢な視野収差としてアナモフィック歪曲を誘発することを示す図である。 投影対物系の実施形態及び補正プレートの交換可能デバイスを含むマイクロリソグラフィのための投影露光装置の実施形態の概略図である。 マスクとマスクパターンの生産中に製造誤差によって引き起こされる歪曲状収差を補正するように成形された非球面面を有するペリクルとを含むマスク配列の概略図である。
図1Aは、縁部長L及び厚みdのレチクル100をそれが重力の影響がない場合に振る舞うことになる様子で例示している。同じレチクル100は、図1Bでは、重力:
Figure 0005876516
の影響の下でサギングを起こす様子で例示している。重力の方向に見てレチクル100の上側101は、値ΔLだけ圧縮されており、それに対して重力方向に見てレチクルの下側は、値ΔLだけ延伸されている。破線は、レチクルの中性ファイバ103である。この中性ファイバ103は、重力の影響下で長さを変化させない。
図2は、レチクルの質的変形を斜視図で示している。レチクルが支持体によって枠上に支持される場合には、変形は、放物形状(この図には例示していない)a12+b12,a1,2>0を提供する。それとは対照的に、レチクルがクランプ締め技術によって装着される場合には、鞍形の変形a22+b22,a2>0,b2<0が重力誘発の変形の上に重ね合わされる。図2には、そのような鞍形変形を4つのコーナ点201,202,203,及び204でクランプ締めされた矩形レチクル200において示している。従って、レチクルの種類及び装着技術に依存して、個々の力及び/又はモーメントの重ね合わせによって誘発されるレチクル変形が一般的に存在することになり、この変形は、関数f(x、y)によって説明される。
変形全体の山から谷までの値が、投影対物系の焦点深度(DOF)よりも大きくない範囲内で変化することが近似的に仮定される場合には、レチクルの結像される構造に対してレチクルの変形によって誘発される効果は、第一近似では変形勾配∇f(x、y)に比例するレチクル点の空間依存の空間変位によって表される。
例えば、レチクルの変形が上述のようにフレーム上で支持されるもの及びそれによって誘発される放物サギングが優勢であった場合には、空間依存の空間変位は、回転対称ベクトル場に対応する。そのようなサギングの光学効果は純粋なスケール誤差である。
一般的に、レチクルの変形によって誘発される光学効果wrは、次の展開式によって表すことができる。
Figure 0005876516
一例として、レチクルの変形は、図2に定性的に示している鞍形変形が優勢なものとすることができる。上述の展開式を次式と仮定することができる。
Figure 0005876516
次に、本発明によって対処することができる1つの問題を矩形視野面内の歪曲方向及び歪曲量の空間分散を複数の視野点における矢印で表している3つの歪曲図で示す図3に関連して以下に説明する。図では、歪曲の不在時の視野点の予想位置を2次元矩形行列で配置しており、矢印は、歪曲による視野点の横方向変位の量及び方向を示している。図3Aは、図2に一般的に示しているレチクルの鞍形変形によって誘発されるアナモフィック歪曲を示している。そのような変形によって引き起こされる対物系内の外乱は、y方向における倍率の低下(内向きの矢印によって示している)、及びこの方向に対して垂直なx方向における倍率の上昇(外向きの矢印によって示している)によって表すことができ、変位量は、一般的に、光軸からの半径方向距離と共に増大する。
y及びx方向の歪曲は、y方向の歪曲に対してゼルニケ係数Z3により、x方向の歪曲に対してZ2によって表すことができる。
走査方向がy方向に対して平行に整列した走査作動では、そのような歪曲パターンは、走査によって積算される歪曲を生じ、走査方向(y方向)の変位は、一般的に、ある一定の程度まで互いに補償し合うことになるが、y方向に不明瞭化する場合がある。それとは対照的に、この走査処理は、x方向の分散を補償することができない。
図3Bは、純粋なスケール誤差(倍率誤差)に対応する図を同じ表現手法で示している。この場合、変位は、半径方向に外向きの方向にある。当業技術で公知のように、図3Bに示している歪曲を生じる倍率誤差は、投影対物系の1つ又はそれよりも多くの光学要素を光軸に対して平行に変位させること(いわゆるz操作)によって補償することができる。
図3Cは、図3Aに示すアナモフィック歪曲が、図3Bによる純粋なZ操作(倍率変更)によって補正された場合に得られる歪曲分散を示している。この結果は、走査方向(y方向)における二倍のスケール誤差(倍率誤差)として表すことができる。従来のスケールマニピュレータ(図3Bによる)によるアナモフィック歪曲補正によって得られたこの歪曲プロフィールを有する投影対物系を用いた結像処理では、基板上の像内で得られる構造は、y方向に不明瞭化することが予想される。
図3に関連して一般的に説明した効果は、当業技術では「フェーディング」として公知である。フェーディングは、構造の視野依存歪曲の基準値として公知である。フェーディングが発生する場合には、構造的特徴は、平均してその正しく予想される位置に結像されることになるが、その構造は、低いコントラストで結像されることになる。フェーディングは、走査作動中に、基板上に結像される構造が、走査方向(y方向)並びに直交走査方向(x方向)の視野依存歪曲に起因して振動する(すなわち、前後に移動する)ように出現する場合に発生する。コントラストの損失は、そのような振動の効果である。フェーディングの量又は程度は、一般的に、歪曲の平均標準偏差(MSD値)によって表され、この値は、当業技術において異なる手法で計算される。
例示の目的で、その総和、すなわち、視野プロフィールは、方位角方向、すなわち、周方向にある2つの波の項が優勢であることを仮定することができる。この視野プロフィールは、上述のように2重放射相称性を有することで表すことができる。
次に、本発明の一部の実施形態の詳細説明に関連して更に別の開示を提供する。
ここで、本発明の第1の実施形態を図4A及び図4B、図5,並びに図6Aから図6Fに関連して説明する。図4Aは、マイクロリソグラフィのための純屈折(屈折結像)投影対物系600を子午断面に示す。この特定的な実施形態は、WO2003/075096A2の図8から引用したものであり、US7,190,527B2の図8に関連して開示するものでもある。これらの2つの文献の開示内容は、投影対物系の設計及び仕様に関する限り、本明細書に引用によって組み込まれている。
簡潔に説明すると、投影対物系600は、λ=193nmの作動波長に向けて構成され、完全開放時の開口絞りで得ることができる最大像側開口数NA=0.9を有する。投影対物系は、物体面OSからの物体視野を像面IS内の像視野へと直接に、すなわち、中間像を形成することなく縮小スケールで結像する。有効物体視野及び像視野は、光軸OAに中心を置く(軸上視野)。投影ビームの単一のくびれ部、すなわち、単一の狭窄部が、投影対物系の物体側膨らみ部と像側膨らみ部の間に形成される。2つの負の両凹レンズN1,N2がくびれ部の領域に配置される。一般的に、投影ビームは、くびれ部と像側膨らみ部内に置かれた開口絞りASとの間で発散する。平行平面プレートPPが、くびれ部と発散放射線領域内の開口絞りの間のほぼ中間の投影ビーム経路内に挿入される。
作動時には、投影対物系は、典型的には、垂直光軸に整列する。矢印:
Figure 0005876516
で示している重力は、図6aで大きく誇張して例示しているようにレチクルRを変形する。互いに対して平行な2つの平面を有する平行平面プレートPPの光学効果は、投影対物系の設計処理において考察される。
図4Bは、発散投影ビームに配置された平行平面プレートPPの拡大詳細部を略示している。参照識別記号FP1は、物体視野の第1の外縁にある第1の視野点から発する光線を表し、FP2は、有効物体視野の反対の外縁にある第2の視野点から発する光線を表し、FP3は、軸上視野点、すなわち、光軸OA上にある視野中心から発する光線束の外側の光線を表している。実線は、上記に解説した原設計による平面プレートPPを表し、それに対して破線は、第1の面S1及び第2の面S2を有し、面S1,S2の各々が回転非対称面プロフィールを有する光学補正プレートCPを表している。第1の面S1は、上面である入射面であり、垂直に配向された場合に投影対物系である入射面を表し、面S2は、補正要素の出射面(又は下面)である。
図5は、プレート法線PNに対して垂直なx方向に沿って切断されたほぼ円形形状を有する光学補正プレートCPの概略図を示している。補正プレートが投影対物系内に装着されると、プレート法線PNは、投影対物系の光軸OAに対して実質的に平行に配向される。非球面プロフィールが放射相称中心を有する場合には、放射相称中心は、光軸上に置かれるべきである。
このプレートは、印加した場合に作動波長に対して実質的に透過性を有する光学材料で作られたプレート状本体Bを有する。λ=193nmのような深紫外(DUV)スペクトル領域内の作動波長では、本体は、例えば、溶融シリカ又はフッ化カルシウムで作ることができる。プレートの直径は、数センチメートル程度、例えば、少なくとも10cm、少なくとも20cm、少なくとも25cm又はそれよりも大きく、又は少なくとも30cm又はそれよりも大きいとすることができる。本体は、片側に第1の面S1を有し、他方の側に第2の面S2を有し、これらの面の各々は、巨視的なスケールではプレート法線に対して基本的に垂直に延びている。両方の面S1及びS2は、光学品質を有して製造され、透過損失を低減する反射防止(AR)コーティングで被覆することができる。製造公差(望ましい形状からの差)は、例えば、10nmよりも小さい程度のものとすることができる。
両方の面S1,S2は、非回転対称非球面面プロフィール、すなわち、回転対称性を持たない非平面、非球面面プロフィールを有する。非球面化の振幅又は程度は、面の各々において、有効断面にわたってプレート法線方向にそれぞれの面上で最低点を含む平面、及び最高点を含む平面であり、プレート法線PNに対して垂直に配向された平面間の距離を表すそれぞれの山から谷までの値PVによって特徴付けることができる。第1の面プロフィールにおける山から谷までの値PV1,及び第2の面プロフィールにおけるPV2は、xy平面内の使用区域にわたるそれぞれの面形状を特徴付ける。このプレートは、それぞれプレート法線PNに対して平行に測定される第1の光学面S1と第2の光学面S2の間の距離として定めることができるプレート厚t(x、y)を有する。一般的に、プレート厚は、光学使用区域にわる両方の面S1,S2の平均の山から谷までの値(すなわち、(PV1+PV2)/2)の10%よりも小さくしか変化しない。言い換えれば、プレート厚の変化は、上面と下面の間の何らかの全体的相似性を定性化するそれぞれの山から谷までの値に関して、少なくとも非球面光学面S1,S2の平均空間振幅よりも小さい桁数(係数10)のものである。
多くの実施形態では、第1の山から谷までの値PV1,及び第2の山から谷までの値PV2は、作動波長の5倍よりも大きく、又は更に作動波長の10倍よりも大きい。山から谷までの値PV1,PV2は、1ミクロン、2ミクロン、3ミクロン又はそれよりも大きい程度のものとすることができる。更に、多くの場合に、プレート厚は、平均の山から谷までの値(PV1+PV2)/2の5%よりも小さく、及び/又は最大の山から谷までの値max(PV1,PV2)の5%よりも小さくしか変化しない。プレート厚は、実質的に均一なものとすることができるが、それにも関わらず、殆どの場合、厚みは不均一であり、すなわち、厚みt(x、y)は、有効断面にわたって所定の方式で変化する。有効断面にわたるプレート厚変化が、非球面化の振幅に対して一般的に非常に小さいという効果に起因して、第1の面プロフィールと第2の面プロフィールとは(又は第1の光学面と第2の光学面とは)、これらの場合に「類似」であると呼ぶことができる。
一般的に、補正プレートの厚みt(x、y)は、第1の光学面S1及び第2の光学面S2を近軸部分口径比SARのマグニチュード及び/又は符号に関してSARの所定の差を有する位置に配置することを可能にするのに十分でなければならない。一般的な場合には、プレート厚tは、少なくとも1mmである。プレート厚は、例えば、2mm又はそれよりも大きく、4mm又はそれよりも大きく、6mm又はそれよりも大きく、又は10mm又はそれよりも大きいとすることができる。プレート厚は、殆どの場合に50mmよりも小さく、40mmよりも小さく、30mmよりも小さく、又は20mmよりも小さいとすることができる。プレート厚は、補正プレートの形状全体が、重力及び装着状態でプレート上に作用する可能性がある他の力の影響に対して基本的に安定であるように、プレートがその装着状況でほぼ自己支持するように選択することができる。
次に、図4A、4Bに関連して解説した実施形態に更に参照する。
ここで、補正プレートCPの上側及び下側が、それぞれ光学的に用いられる直径に正規化され、非球面がλ1Z5+λ2Z6及びλ3Z5+λ4Z6であり、この場合、λjを図4Bに点線によって定性的に示して図6に更に例示しているように決める必要がある場合には、0.3マイクロメートルよりも大きい山から谷までの値(PV>0.3μm)による強い非球面化、及び図4Bのプレートの上側及び下側の非球面の調整により、これらの非球面によって共同で誘発される瞳誤差をほぼ消滅させることができる。この目的のために、非球面は、パラメータα及びβにおいて、αがほぼ1に対応し、βが上側と下側の部分口径比の比率に対応することが成り立つように形状が類似のものとして設計される。この場合、投影対物系の開口数及び視野サイズは恒久的に選択される。図4Aの投影対物系では、βは大体0.9と設定されている。
この場合、この非球面化は、2つの非球面が共同で瞳誤差を誘発しない効果を有する。しかし、補正プレートの上側との下側の異なる口径比に基づいて、又は異なる構成では、補正プレートの領域内の発散ビーム経路に基づいて、レチクルの変形によって誘発される誤差を補償するのに正確に適する瞳の歪曲の視野プロフィールが設定される。
この場合、図4Aによる設計において与えられる平面プレートPPの厚みは、一般的に、図6bの値dよりも幾分大きい。言い換えれば、補正プレートCPが、材料を除去する処理、例えば、イオンビーム成形において製造される場合には、原設計に属し、補正プレートを形成することができる平行平面基本プレートは、殆どの部分において最終非球面形補正プレートよりも大きい厚みを有することになる。
この状況は、以下の通りに説明することができる。補正プレートを形成するように非球面化された平面プレートPPの位置は、結像過程の主光線CRが光軸OAと交差する軸上位置に置かれた投影対物系の瞳面Pに光学的に近い。開口絞りASは、瞳面に位置する。瞳空間を瞳面の付近に定めることができ、瞳空間は、近軸部分口径比の絶対値が0.8に等しいか又はそれよりも大きい全ての軸上位置を含む。図4Aには、瞳空間PSを示している。プレートは、瞳空間内の瞳面の上流の発散ビーム領域内で瞳面を少し外して位置決めされる。この位置では、図4Bに第1の視野点に対する部分開口SA1,及び軸上視野点に対する部分開口SA3で略示しているように、互いに横方向にオフセットする。更に、第1の面S1の部分口径比と第2の面S2の部分口径比との間に僅かではあるが明確な差が存在する。特に、物体側の第1の面S1では、SAR=−0.877であり、像側の第2の面S2では、SAR=−0.884である。光線高さ比RHRを用いる異なる説明では、物体側の第1の面S1では、RHR=−0.140であり、像側の第2の面S2では、RHR=−0.131である。
近軸部分口径比SAR<1の値に起因して、横方向にオフセットされた視野点から発する光線束は、第1及び第2の光学面S1,S2を横方向にオフセットされた領域内で通過する。ここで、入射面(第1の光学面S1)は、一般的に、ゼルニケ係数Z5に従う非球面形状を有すると考える。この非球面面は、対物系の出射瞳内に、視野にわたって実質的に一定の対応するZ5収差、すなわち、次式に従う瞳収差を誘発する。
Figure 0005876516
部分口径比が1よりも小さいことに起因して、特定の対称性を有するx方向、y方向への傾斜に関するゼルニケ係数Z2及びZ3によって説明される視野依存歪曲が誘発されることになる。一般的に、Z5に従う非球面形状の場合には、視野可変歪曲は、基本的に次式で表すことができるアナモフィック歪曲である。
Figure 0005876516
出射面(第2の面S2)の非球面形状は、この例では、第2の面S2の第2の面プロフィールを一般的に同じ方向のゼルニケ係数Z5によって説明することができるように入射側面S1の形状と類似であるが、若干異なる振幅を有する(異なる山から谷までの比PV2≠PV1によって表される)。ここで第2の面の面プロフィールの振幅は、入射面S1によって引き起こされるZ5収差を実質的に補償する視野一定の対応するZ5収差が誘発されるように、反対側の非球面面S1の振幅に適応される。プレートが、発散ビームに配置されること、及び第1の面上の部分口径比と第2の面上の部分口径比とが若干異なるということに起因して、視野依存収差に対する第1の面S1の寄与と第2の面S2の寄与とは完全には相殺しないが、これは瞳収差の場合であるから、収差の残存量は、視野にわたって変化する線形寄与を生じる。この視野可変歪曲の量は、レチクルの非対称鞍形変形によって引き起こされるもののような系に特定の視野依存歪曲を同時に瞳収差(Z5)を導入することなく補償することができるように、補正プレートの両側の非球面面の振幅を比例的にスケーリングすることによって調節することができる。
第1の実施形態の補正プレートのそれぞれの回転非対称面形状及び厚み変化を示すために、図6Aから図6Fを提供する。図6Aは、補正プレートの鞍形の第1の面S1の斜視図を示している。図6Bは、対応する等高線プロット図であり、等高線線は、光軸に対して垂直な基準平面に対する等しい高さの線を示している。また、図6Bは、座標y=0及びx=0それぞれにおいて、面をx方向に通した切断図(XCUT)及び面をy方向に通した切断図(YCUT)も略示しており、面がx方向にほぼ凸の(正の)曲率を有し、それに対してy方向に連続的な曲率が反対の符号を有して凹状(負の曲率)を形成することが分る。非球面の対応する振幅は、PV1≒3.47μmによって特徴付けられる。図6C及び図6Dは、第2の面S2(出射面)のそれぞれの表現を示している。それぞれの振幅は若干小さく、PV2=3.39μmによって特徴付けることができる。
図6E及び図6Fは、プレート厚t(x、y)の対応する変化を2つの寸法方向に入射面S1の非球面形状と出射面S2の非球面面の間の差の構成で表している。プレート厚変化は、山から谷までの値PVt≒0.12μmを有する実質的に鞍形のプロフィールを有し、厚みの変化が、第1及び第2の面プロフィールの絶対高さ変化よりも1桁を上回って小さいことを示している。厚み変化を表すこの山から谷までの値PVtが、プレート厚が均一ではなく、マイクロリソグラフィ分野における多くの用途で一般的にnm程度、例えば、10nmよりも小さく、光学面の製造公差よりも実質的に大きい量で所定の方式で変化することを示すことに注意されたい。厚み変化の絶対量は、マイクロメートル又はそれ未満の程度であり、それに対して絶対厚は、一般的に、1ミリメートル又はそれよりも大きい程度であるとすることができる。
図7Aから図7Cは、光路内の瞳面P又はそれに近い同じ位置に配置された平行平面プレートPPと比較して回転非対称非球面形状を有する両方の面を有する補正プレートCPの光学効果を略示することを意図したものである。図7Aは、結像システムの瞳面の近くに配置された平面プレートPPを有する基準システムを示している。この図は、2つの光線束B1,B2の光線の瞳Pの領域から画像面ISへの伝播を示している。光線束B1は、光軸上の視野点から発し、光線束B2は、有効物体視野の縁部にある外側視野点から発する。
光路内で平行平面プレートPPを用いた場合(図7A)には、光線角度(光軸に対する光線の角度)は、平面プレートによって変更されない。代替的に、平面プレートは、平面プレートの上流の入射光線に対する平面プレートの下流の屈折光線の平行オフセットのみを引き起こす。
図7Bは、それぞれ類似の非球面入射及び出射面S1,S2を有する補正プレートCPが、平面プレートPPの代わりにビーム経路内に挿入された場合に状況が異なることを示している。軸上視野点から発する第1の光線束B1の光線の光線方向は変化しないことが明らかである。しかし、光軸を外れた視野点では(光線束B2)、入射面S1上と出射面S2上との異なる屈折条件に起因して、光線の伝播は、補正プレートの横断時に変化する。特に光線角度は、光線入射位置における光学面S1に対する接平面と、補正プレートからの屈折光線の出射位置における光学面S2に対する接平面とが互いに対して平行ではなくなることに起因して変化する。
従って、補正プレートCPは、図7A及び図7Bに示している両方の状況の比較図を示している図7Cに矢印DISによって示している歪曲収差を導入する。像形成点の変位の量及び方向は視野にわたって変化し、従って、視野依存歪曲が起こる。同時に、視野一定瞳収差(全ての視野点に対して同じ収差)が導入される可能性もある。しかし、誘発される視野瞳収差は、入射面S1及び出射面S2の非球面形状の適切な調整によってゼロにまで低減することができる。
ここで、この実施形態による補正プレートは、1つの優勢な視野収差を生成させることができ、その一方で他の視野収差の量を無視することができる程低い値に保つことができることを定量的に例示するために図8A及び図8Bを用いる。この目的のために、補正プレートによって像視野内に生成される収差の視野プロフィールは、半径方向次数rm及び方位角方向次数φnを有するゼルニケ多項式に分解した。テンソル積空間PQ内の上述のスカラー展開式の代替として、ベクトルゼルニケを用いた波面収差のベクトル表現が用いられる。この表現は、歪曲の視野依存性を示すのにより適切である。
Figure 0005876516
この表現では、ベクトルゼルニケVn、1は、n=1,r1のスケール誤差に対応し、ベクトルゼルニケVn、2は、n=1及びr1における回転に対応し、ベクトルゼルニケV-n、1は、アナモフィック歪曲に対応する。図8Aは、Z2/3においてV1によって表しているアナモフィック歪曲への寄与が優勢であることを示している。特に、アナモフィック歪曲への寄与において約7nmの値が得られ、その一方で同時に他の寄与のレベルは、0.5nmを大幅に下回り、すなわち、この表現ではアナモフィック歪曲の量の10%よりも小さい。同様にZ5/6への寄与も、アナモフィック歪曲と比較して無視することができる。
上記4つのベクトルゼルニケは、n>0である場合に全ての角度依存の視野依存性を表し、n=0の場合に全ての角度独立の視野依存性を表す1組のベクトルゼルニケに属する。半径方向の依存性は、上記4つのベクトルゼルニケと、それぞれ次数n又はnよりも大きい次数の半径方向の多項式との乗算によって説明される。従って、角度依存波面誤差の視野依存性を表す第2の種類のいわゆるベクトルゼルニケの完全な組が存在する。同様に、角度独立波面誤差の視野依存性を説明するスカラーゼルニケの第2の完全な組が存在する。これらの2組は、共にあらゆる波面誤差の視野依存性を完全に説明し、その結果、上述のテンソル積PQとは異なる波面誤差の視野依存性の定量化が生じる。視野依存性記述多項式がそれぞれ2次元及び1次元のものであることから判断すると、これらの多項式は、共に直交系を構成しない。しかし、ベクトルゼルニケ及びスカラーゼルニケは、そのような直交系を別々に構成するので、「優占度」という用語は、それぞれこれらのベクトル表現及びスカラー表現に関連する絶対係数に関して理解されるものとする。
生成される視野収差(視野依存歪曲のような)及び更に望ましい瞳収差を単一の補正プレートを用いて互いに独立に起こすことができるように非球面の第1及び第2の光学面の振幅を設計することが可能である。実際、第1及び第2の光学面の非球面化を適切に調整することにより、生成される瞳収差と視野依存歪曲の間のあらゆる望ましい関係を得ることができる。従って、1つだけの補正プレートを用いて視野一定収差(瞳収差)と視野依存収差との補正を互いから独立に同時に実施することができる。この補正は、望ましい視野依存補正に向けて設けられた第1及び第2の面の非球面形状を付加的な非球面化によって修正することによって達成することができる。
所定の瞳収差を生成する付加的な非球面化は、例えば、図9A、図9Bに示しているように特徴付けることができる。この場合、非球面面S1又はS2,又はその両方の上に重ね合わされる付加的な非球面は、作動波長の約10%であり、視野依存収差を生成するために設けられた基本非球面面のそれぞれの振幅(PV1,PV2)よりも数桁だけ小さい約19.3nmの山から谷までの値を有する基本的に2回の放射相称性によって特徴付けることができる。この選択肢は、以下の通りに説明することができる。
この重ね合わされる非球面化の山から谷までの値は、一般的に、第1の非球面化のものよりも小さい。この値は、殆どの場合に一般的に0.15マイクロメートルよりも大きくない。
次に、第2の実施形態を図10Aに示しているマイクロリソグラフィのための反射屈折投影対物系1000に関連して説明する。この実施形態は、WO2005/069055A2の図32に図示の実施形態に対応する(US2005/0190435A1の図32に対応する)。これらの実施形態の開示内容は、特に、全体的な設計及びこの実施形態の仕様に関して本出願に引用によって組み込まれている。
一般的に、投影対物系は、以下の通りに説明することができる。
反射屈折投影対物系1000は、λ=193nmの作動波長での作動に向けて構成され、像側開口数NA=0.87を有する。投影対物系は、平面物体面OS(対物面)に配置されたレチクルR上のパターン像を厳密に2つの実中間像IMI1,IMI2を発生させながら、平面像面IS(像平面)へと縮小スケール、例えば、4:1で投影するように設計される。有効物体視野及び像視野は、軸外であり、すなわち、光軸OAを完全に外している。第1の屈折対物系部分OP1は、物体面内のパターンを第1の中間像IMI1へと拡大スケールで結像するように設計される。第2の反射結像(純反射)対物系部分OP2は、第1の中間像IMI1を第2の中間像IMI2へと1:(−1)に近い倍率で結像する。第3の屈折対物系部分OP3は、第2の中間像IMI2を像面ISへと強い縮小比で結像する。
3つの互いに共役な瞳面P1,P2,及びP3は、主光線CRが光軸と交わる位置に形成される。第1の瞳面P1は、第1の対物系部分において物体面と第1の中間像の間に形成され、第2の瞳面P2は、第2の対物系部分において第1の中間像と第2の中間像の間に形成され、第3の瞳面P3は、第3の対物系部分において第2の中間像と像側ISの間に形成される。
第2の対物系部分OP2は、物体側に向く凹ミラー面を有する第1の凹ミラーCM1,及び像側に向く凹ミラー面を有する第2の凹ミラーCM2を含む。ミラー面の使用部分は、両方共に連続的な(又は途切れのない)ものであり、すなわち、ミラーは、照明領域内に穴又は孔を持たない。互いに相対するミラー面は、凹ミラーによって形成される湾曲面によって囲まれたミラー間空間とも表す反射屈折空洞を形成する。中間像IMI1,IMI2は、両方共に反射屈折空洞内でミラー面から十分に離間して置かれる。
対物系1000は回転対称であり、全ての屈折光学構成要素及び反射光学構成要素に共通の1つの真っ直ぐな光軸OAを有する(直線配列系)。いかなる折り返しミラーも存在しない。偶数回の反射が発生し、従って、像反転はない。物体面と像面は平行である。凹ミラーは、小さい直径を有し、これらの凹ミラーを互いに近接させ、これらの凹ミラーの間に位置する中間像に比較的近接させることを可能にする。凹ミラーは、両方共に軸上対称面の軸外区画として構成され、照らされる。光ビームは、光軸に向く凹ミラー縁部付近を口径食なしに通過する。両方の凹ミラーは、瞳面から光学的に遠隔し、次の中間像に比較的近くに位置決めされる。対物系は、光軸に中心を置く掩蔽のない円形瞳を有し、従って、マイクロリソグラフィのための投影対物系としての使用を可能にする。
原設計の一部として、第1の対物系部分OP1内の第1の瞳面P1の位置に平面プレートPPが挿入される。この領域内の大きい主光線角度に起因して、この瞳の付近に0.8≦|SAR|≦1を有する比較的幅狭な瞳空間PSが存在する。図10Aでは、重力を矢印g→によって表しており、レチクルの変形Rを誇張して例示している。
概略図10Bに示しているように、プレートPPは、光線束によってプレートの両側で定められる部分口径比が反対の符号を有するように厳密に第1の瞳面P1に配置される。図10Bは、3つの光線束からの限定光線を示しており、FP1で表している光線は、有効物体視野の1つの縁部上の視野点から発し、光線FP2は、有効物体視野のそれとは反対の縁部上の視野点から発する。FP3で表している光線は、物体視野の中心にある仮想視野点から発する。この仮想視野点は、結像において実際に用いられる軸外有効物体視野に属さないが、ここでは例示目的のためだけに導入したものであることに注意されたい。
補正プレートが瞳面に置かれることに起因して、入射側S1及び出射側S2の両方における部分口径比は、1に非常に近い。特に、物体側の第1の面S1では、SAR=+0.940であり、像側の第2の面S2では、SAR=−0.963である。光線高さ比RHRを用いた異なる説明では、物体側の第1の面S1では、RHR=+0.064であり、像側の第2の面S2では、RHR=−0.038である。
更に、瞳面における位置決めに起因して、各光線束内の光線は、補正プレートの位置では、ほぼ全く発散を持たない(光線束の全ての光線においてほぼ同じ光線角度)。一般的に、入射角が、光線の入射点における面法線と、この面上に入射するそれぞれの光線の伝播方向との間の角度として定められる場合に、光線が物体視野内の異なる視野点から発するということは、光線束が透過プレートを異なる入射角で通過するということを意味する。前の事例と同様に、視野一定瞳収差へのそれぞれの面の寄与が、実質的に、視野依存歪曲として説明した残存収差しか残らないような程度にまで互いに補償し合うように、第1の面S1(入射面)及び第2の面S2(出射面)には、同様ではあるが異なる回転非対称非球面面プロフィールを設けることができる。
特定的な実施形態では、第1及び第2の光学面S1,S2の非球面面プロフィール及び非球面が類似であるが、等しくはないということから生じるプレート厚の変化を図6Aから図6Fに関連して説明したものと類似の方式で図11Aから図11Fに示している。特に、非球面入射面S1の振幅は、作動波長の約2倍である山から谷までの値PV1=0.37μmによって説明することができる。これに対応する出射面S2上の振幅は、PV2=0.45μmによって特徴付けることができる。得られるプレート厚変化を図11E、図11Fに示しており、この変化は、PVt≒22.5nmによって特徴付けることができる。図11Fから明らかであるように、不均一プレート厚変化は、放射相称性ではなく、光軸及びy方向(走査方向)を含む平面に関するミラー対称性を有する。
誘発される視野依存歪曲の補正プレートによって引き起こされる他の(寄生)収差に対する優占度を第1の実施形態に関する図8A、図8Bに示しているものと類似の手法で図12A及び図12Bに例示している。上述の場合のように、アナモフィック歪曲(約7.8nm)以外の視野収差の寄与は、優勢な視野収差の寄与よりも何らかの桁だけ小さいものである。
この状況は、以下の通りに異なる手法で説明することができる。
図10AにおけるレチクルRの変形は、図2に定性的に示しているように鞍形変形が優勢である。この場合には、αだけではなくβもほぼ1に等しいように選択され、他の点に対しては、山から谷までの値及び非球面形状は、第1の例示的な実施形態におけるものと同じに保たれる。この場合も同様に望ましい効果が発生し、2つの非球面によって誘発される瞳誤差が互いに補償し合い、光束の角度の視野依存変化に起因して、レチクルの歪曲によって誘発される誤差を補償するのに正確に適する瞳歪曲視野プロフィールが存在する。
1つの付加的な非球面又は2つの付加的な非球面に対して第1の例示的な実施形態において示したことは、この例示的な実施形態においても有効である。
両方の例示的な実施形態の場合には、互いに補償し合う非球面化の種類に依存して、瞳誤差の全くない様々な視野誤差を生成することができる。
非球面化の山から谷まで(PV)を拡大すると、視野収差の優占度は、それが強くなるか又は更には完全になるまで高まる。この場合、非球面化に依存して、2000%、5000%、又は更には10000%という値を有する更に別の段階を実施することができる。
同じことが、独立に得ることができる瞳誤差(瞳収差)に対しても成り立つ。
視野プロフィールの種類に依存して、非球面は、方位角方向に2重、3重、4重、又は多様体の形状、又はこれらの重ね合わせを有することができる。
投影対物系の光学要素に対して効果を有する全てのマニピュレータは、補正のための付加的な補完的自由度として適している。例えば、レンズ及び/又はミラーのような光学要素を変位、回転、変形、交換、冷却、又は加熱することができる。
同様に、投影露光機械の作動波長λに対して与えられる作用、又は照明設定の修正は、補正のための付加的自由度として機能することができる。
この補正法は、新しいレチクルへと調節する時、例えば、露光期間又は走査速度のような処理パラメータを変更する時、又は周囲の空気の温度が変化する場合に画像誤差を補正するのに特に適している。
従って、平面プレートPP又は補正プレートCPが交換可能であること、及び各場合に、上記に表した問題に対して具体的に調節された非球面を有するいくつかのプレートを準備しておくことが望ましい。更に、非球面を有する上述の補正プレートは、必要に応じて投影対物系内に挿入することができ、得られる残存誤差(残存収差)を上記に判断した操作の可能性によって付加的に補正することができる。
図13は、ステップアンドスキャンモードで大規模集積半導体構成要素を製作するために準備されるウェーハスキャナWSの形態にあるマイクロリソグラフィ投影露光装置を略示している。この投影露光装置は、光源として約193nmの作動波長を有するArFエキシマレーザLを含む。他の実施形態では他の作動波長も可能である。光源の下流に配置された照明系ILLは、その出射面ESに、大きく鮮明に範囲が定められた均一に照らされる照明視野を生成し、この照明視野は、照明系の光学的に下流に配置された投影対物系POのテレセントリック要件に対して適応される。照明系ILLは、照明モードの選択のためのデバイスを有し、この例では、可変干渉度を有する従来の軸上照明と、軸外照明、特に環状照明(照明系の瞳面内にリング形の照明区域を有する)、及び双極又は四重極照明との間で変更することができる。
照明系の下流には、マスク又はレチクルRを担持して操作するためにデバイスRS(レチクル台)が配置され、マスク上に形成されたパターンが、投影対物系POの物体面OSと対応する照明系の出射面ES内に位置し、走査作動においてこの平面内で、照明系と投影対物系とに共通(すなわち、Z方向の)の光軸AXに対して垂直な走査方向(Y方向)に移動することができるようにする。
縮小投影対物系POは、マスクによって与えられるパターン像を4:1の縮小スケールで、フォトレジスト層で被覆したウェーハW上に結像するように設計される。感光基板として機能するウェーハWは、フォトレジスト層を有する平面基板面SSが、投影対物系の平面像面ISと基本的に対応するように配置される。ウェーハは、ウェーハをマスクMと同期してマスクと平行に移動するためのスキャナ駆動体を含むデバイスWS(ウェーハ台)によって担持される。また、デバイスWSは、ウェーハを光軸に対して平行なZ方向と、この軸に対して垂直なX及びY方向との両方に移動するためのマニピュレータを含む。光軸に対して垂直に延びる少なくとも1つの傾斜軸を有する傾斜デバイスが統合される。
投影対物系POは、像面ISに最も近い最後の光学要素として最後の平坦な平凸レンズLLを有し、この最後のレンズの平面出射面は、投影対物系POの最後の光学面(出射面)である。
この露光装置は、乾式リソグラフィに向けて構成される。投影対物系の出射面と基板面の間にガスが充填された小さい間隙が形成される。他の実施形態は、液浸リソグラフィに向けて構成され、透過性の高屈折率液浸液をこの液浸液が、ウェーハの基板面を少なくとも露光対象領域内で完全に覆い、有限の像側作動距離が正しく設定される一方で投影対物系の出射側終端区域が液浸液に浸漬されるように投影対物系の出射面と基板の間の小さい間隙内に誘導する液浸媒体誘導システムを含む。
システム全体は、中央コンピュータCOMPによって制御される。
原設計における投影対物系POは、瞳面Pの付近の瞳空間に配置された平行平面プレートPPを含む。中央コンピュータCOMPに作動的に結合された交換可能デバイスEXは、本発明の実施形態による1つ又はそれよりも多くの補正プレートCPを担持するように構成される。特に、各補正プレートは、各々が特定の視野依存歪曲を誘発する(又は補償する)ことができる類似の非球面化を有する回転非対称非球面の入射面及び出射面を有することができる。交換可能デバイスEXは、中央コンピュータによって受信される信号に応じて、補正プレートのうちの1つによって平面プレートを置換するか又は第1の補正プレートを異なる光学機能を有する第2の補正プレートと交換されるように構成される。
1つ作動モードでは、制御システムは、第1のマスク(レチクル)が、第1のマスクとは異なる第2のマスクと交換される時に、協調方式で補正プレートを交換するように構成される。レチクル台がレチクル変更を実施している間に、交換可能デバイスは、第1のプレートを第2のプレートと交換するように制御することができ、第1及び第2のプレートのうちの少なくとも一方は、本発明の実施形態による光学補正プレートである。瞳面又はその近くに挿入された補正プレートの光学効果は、例えば、重力によって発現するレチクルのサギングから発する歪曲誤差が補償されるように特定のレチクルに対して適応される。
補正プレートを投影対物系の入射面と出射面の間の投影ビーム経路内に挿入するか又は補正プレートを投影ビーム経路から除去することによって投影対物系の結像特性を調節する段階は、あらゆる適切な時点、例えば、新しいマスクを用いて実施される露光の前にマスクが変更される前、マスク変更中、又は新しいマスクが配置された後に実施することができる。
重力及び/又は装着力によって誘発されるレチクルの湾曲は、レチクルにおける非理想的な条件によって生成される可能性がある唯一の歪曲誤差発生源ではない。
歪曲状誤差は、マスクの製造中の製造の不正確性によって生成される可能性もある。一般的に、マスク上に形成されるパターンは、例えば、線及び/又は他のパターン構造の数、向き、及び幅を定める指定された幾何学形状を有するべきである。一般的に、幾何特徴部の正確な位置は、マスク本体上に存在するアラインメントマークに対して判断される。パターンの構造的特徴の実際の位置が望ましい位置から逸脱する場合には、この不正確性は、歪曲状誤差、例えば、構造的特徴の望ましい位置と実際の位置の間の相対変位として処理することができる。マスクの製造中又は他の条件によって生成される歪曲状誤差は、一般的に望ましくない。例えば、歪曲状誤差を最小にすることに向けての要件は、マイクロリソグラフィ処理の分解能を高めるために二重パターン形成が用いられる用途で強まっている。
製造の不正確性によって生成される、マスクの歪曲状誤差が存在する場合には、そのような誤差を上述の光学補正プレートを利用して補償することができる。以下では、歪曲状誤差を低減する別の選択肢を以下に説明する。
一部の半導体素子製造処理では、レチクル(マスク)は、ペリクルを含む保護カバーによって保護される。例えば、ペリクルは、粉塵及び他の外来物質がマスク上に堆積するのを防ぐために、マスクのパターン側のパターンから僅かな距離のところに設けることができる。ペリクルは、ペリクル膜、すなわち、作動放射線に対して透過的な材料から作られる膜として構成することができ、例えば、溶融シリカで作られた枠内に、又は硬質のプレート状光学要素によって担持される。ペリクルが、パターンからある一定の距離のところに設けられる場合には、ペリクルの外側に堆積する各粉塵又は他の粒子は、マスク上に配置されたパターンが物体面に配置される時には投影対物系の物体面から外れたある一定の距離のところに配置されることになる。従って、これらの粒子は基板上に合焦される正確な位置に存在しないので、投影対物系によってウェーハ基板上に投影されるパターン像は、粉塵粒子などによる悪影響を受けない。従って、マスクパターンを保護するのにペリクルを利用することにより、一般的に、半導体素子生産処理における生産量が改善される。
これらの処理ではマスク配列が用いられ、マスク配列は、マスク本体及びマスク本体の面上に設けられたパターンを有するマスクと、このパターンからある一定の距離のところに配置された透過的なペリクル本体を有するペリクルと、ペリクルをマスクに対する所定の位置に固定するように構成された保持構造体とを含む。
ペリクルは、マスク本体上のパターンの製造中に不正確性によって生成される歪曲状誤差を補償するのに用いることができることが認められている。この目的のために、マスク配列を製造する方法は、パターン構造を測定して、マスク本体上に形成されるパターンの実際の構造を表すパターンデータを生成する段階と、このパターンデータから、パターン構造特徴の製造誤差のない理想的な(望ましい)パターン構造を表す対応する基準パターン構造特徴からの相対変位を表す歪曲データを生成する段階とを含む。
更に、方法は、パターン構造特徴の対応する基準パターン構造特徴に対する相対変位によって引き起こされる歪曲成分を少なくとも部分的に補償するのに有効な非球面面プロフィールを生成するために、歪曲データに基づいてペリクル本体の少なくとも1つの面を処理する段階を含む。
好ましくは、非球面面プロフィールは、回転非対称であり、すなわち、いかなる回転対称性も持たない。
処理されたペリクルが、マスクに対してマスクのパターン側の所定の位置に保持構造体によって固定される場合には、マスクと非球面化されたペリクルとの組合せは、製造処理に起因するいかなる歪曲誤差も実質的に持たないマスクに対する光学的均等物とすることができる。言い換えれば、ペリクルは、投影対物系が、完全なマスク、すなわち、(理想的な)基準パターンと同一の(実際の)パターンを有するように見えるマスクを「見る」ように製造誤差を補償する眼鏡レンズ又は補正レンズのように機能する。
ペリクルの非球面面プロフィールは、マスク生産の不正確性によって生成される実質的に全ての歪曲誤差が補償されるように構成することができる。歪曲データは、解析して、歪曲全体への寄与を投影対物系の操作によって補償することができる第1の寄与と、投影対物系の結像特性を修正することによっては補償することができない第2の寄与とに再分割することができる。この場合、第1の寄与は、投影対物系の結像特性を調節することによって補償することができ、それに対して第2の寄与は、これら第2の寄与を補償するペリクルの非球面面の面プロフィールを成形するのに後に用いられるデータを生成するのに利用することができる。第1の寄与は、投影対物系に対して、投影対物系の結像性を変更するように作用する1つ又はそれよりも多くのマニピュレータへの制御信号を生成するのに用いることができる。
別の実施形態では、製造されたマスクパターンの測定から導出される歪曲データのみが、測定された歪曲誤差を補償するために投影対物系の結像性を調節するのに後に利用される制御信号を生成するのに用いられる。この場合、いかなる非球面ペリクルも必要ではないものとすることができる。
パターンデータを生成するのに用いられる測定段階は、いずれか適切な測定技術によって実施することができる。例えば、US2006/0274934A1は、この目的に適する測定システムを説明している。
説明するシステムは、ペリクルの1つ又はそれよりも多くの面を処理して、歪曲状誤差を説明されているように補償するのに有効な非球面面プロフィールを生成するように構成された特定の処理装置を含むことができる。この機械は、測定から導出された歪曲データ、又はこれらの歪曲データから導出された信号を受信し、これらのデータに基づいて光学面を処理するように構成された制御ユニットを含むことができる。一部の実施形態では、処理装置は、非球面面形状を1つ又はそれよりも多くのイオンビームを用いて制御された局所材料除去によって生成することができるように、イオンビーム源を含む(イオンビーム製作)。この目的に対して、従来のイオンビーム製作機をレチクルパターンの測定から導出される制御データに応じて作動させることができるように修正することができる。
図14は、説明した方法によって製造されたマスク配列を略示している。マスク配列は、マスク本体B、及びマスク体の基本的に平面の面上に設けられたパターンPATを有するマスク又はレチクルR、このパターンからある一定の距離のところに配置された透過的なペリクル本体PB、及びペリクルをマスクに対してマスク本体のパターン側の所定の位置に固定するように構成された保持構造体HSを含む。マスクに向くペリクル面PS1は、パターンの構造的特徴の望ましいパターンの理想的な位置及び幾何学形状を表す対応する基準パターン構造特徴に対する相対変位によって引き起こされた歪曲成分を少なくとも部分的に補償するのに有効な回転非対称面プロフィールを有する。ペリクル面PS1は、実際のパターンPATの構造の測定から導出された制御データ、及び測定から得られたそれぞれのパターンデータの基準パターンを表す基準データとの比較に基づいて、イオンビーム処理装置における局所材料除去によって製作(成形)されたものである。代替的又は追加的に、反対のペリクル面(パターンから離れる方向に向く)を非球面化することができる。一般的に、この比較は、パターン構造特徴の対応する基準パターン構造特徴からの相対変位を表す歪曲データを生じる。
好ましい実施形態の以上の説明は、一例として提供したものである。当業者は、提供した開示内容から、本発明及びそれに伴う利点を理解するだけでなく、開示した構造及び方法への明らかな様々な変更及び修正も見出すであろう。従って、特許請求の範囲及びその均等物によって定められる本発明の精神及び範囲に収まるものとして全ての変更及び修正を網羅することを求めるものである。
全ての特許請求の範囲の内容は、引用によって本明細書の一部を成すものである。
本発明の実施形態は、以下の条項によっても定めることができる。
条項1.光軸を含み、かつ両方が光軸に関して回転対称性を伴わずに非球面化され、これらの非球面が共同で優勢な視野誤差を誘発する第1の光学活性面及び第2の光学活性面を有する光学要素を含むことを特徴とするマイクロリソグラフィのための投影対物系。
条項2.優勢な視野誤差が視野可変歪曲であることを特徴とする条項1に定める投影対物系。
条項3.視野誤差の優占度が高いことを特徴とする条項1から条項2に定める投影対物系。
条項4.視野誤差の優占度が完全であることを特徴とする条項1から条項2に定める投影対物系。
条項5.2つの光学活性面のうちの少なくとも一方は、優勢な視野誤差から独立に優勢な瞳誤差を誘発する付加的な非球面を有することを特徴とする条項1から条項4に定める投影対物系。
条項6.瞳誤差の優占度が高いことを特徴とする条項5に定める投影対物系。
条項7.瞳誤差の優占度が完全であることを特徴とする条項5に定める投影対物系。
条項8.光学要素は、回転対称性を伴わずに類似の非球面で両側が非球面化された平面プレートであり、光学活性面は、平面プレートの前面又は後面であることを特徴とする条項1から条項7のうちの一項に定める投影対物系。
条項9.非球面は、方位角方向に2重、3重、4重、又は多様体の形状を有することを特徴とする条項8に定める投影対物系。
条項10.非球面は、少なくとも0.3マイクロメートル、好ましくは、少なくとも1.0マイクロメートル、又は非常に好ましくは、少なくとも3.0マイクロメートルの山から谷までの値を有することを特徴とする条項8から条項9のうちの一項に定める投影対物系。
条項11.第1又は第2の面上で、第1の光束の位置が第2の光束の位置とは異なり、これら2つの光束が、これらの面上で発散することを特徴とする条項1から条項10のうちの一項に定める投影対物系。
条項12.第1の面又は第2の面上の第1の光束の直径は、[0.8;0.95]又は[0.9;0.95]という間隔からのマグニチュードによる近軸部分口径比に対応することを特徴とする条項1から条項11のうちの一項に定める投影対物系。
条項13.第1の面又は第2の面上で、第1の光束の角度は、第2の光束の角度とは異なることを特徴とする条項1から条項12のうちの一項に定める投影対物系。
条項14.第1の面又は第2の面上の第1の光束の直径は、[0.8;1.0]又は[0.9;1.0]という間隔からのマグニチュードによる近軸部分口径比に対応することを特徴とする条項13に定める投影対物系。
条項15.条項11から条項12のうちの一項、及び条項13から条項14のうちの一項に定める投影対物系。
条項16.投影対物系の光学要素又は更に別の光学要素は、変位、回転、変形、交換、冷却、又は加熱することができることを特徴とする条項1から条項15のうちの一項に定める投影対物系。
条項17.条項1から条項16のうちの一項に定める投影対物系を含むことを特徴とするマイクロリソグラフィのための投影露光機械。
条項18.マイクロリソグラフィのための投影露光機械を作動させる方法であって、投影露光機械は、投影対物系を含み、投影対物系には、光学要素が設けられ、光学要素は、投影対物系の光軸に関する回転対称性を伴わずに非球面化された第1の光学活性面及び第2の光学活性面を含み、そのためにこれらの非球面は、共同で優勢な視野誤差を誘発することを特徴とする方法。
条項19.優勢な視野誤差は、視野可変歪曲であることを特徴とする条項18に定める方法。
条項20.視野誤差の優占度が高いことを特徴とする条項18から条項19に定める方法。
条項21.視野誤差の優占度が完全であることを特徴とする条項18から条項19に定める方法。
条項22.第1又は第2の面は、優勢な視野誤差から独立に優勢な瞳誤差を誘発する付加的な非球面を有することを特徴とする条項18から条項21に定める方法。
条項23.瞳誤差の優占度が高いことを特徴とする条項22に定める方法。
条項24.瞳誤差の優占度が完全であることを特徴とする条項22に定める方法。
条項25.光学要素は、回転対称性を伴わずに類似の非球面で両側が非球面化された平面プレートであり、光学活性面は、平面プレートの前面又は後面であることを特徴とする条項18から条項24のうちの一項に定める方法。
条項26.非球面は、方位角方向に2重、3重、4重、又は多様体の形状を有することを特徴とする条項25に定める方法。
条項27.非球面は、少なくとも0.3マイクロメートル、好ましくは、少なくとも1.0マイクロメートル、又は非常に好ましくは、少なくとも3.0マイクロメートルの山から谷までの値を有することを特徴とする条項25及び条項26のうちのいずれかに定める方法。
条項28.第1又は第2の面上で、第1の光束の位置が第2の光束の位置とは異なり、これら2つの光束は、この面の位置で発散することを特徴とする条項18から条項27のうちの一項に定める方法。
条項29.第1の面又は第2の面上の第1の光束の直径は、[0.8;0.95]又は[0.9;0.95]という間隔からのマグニチュードによる近軸部分口径比に対応することを特徴とする条項18から条項28のうちの一項に定める方法。
条項30.第1の面又は第2の面上で、第1の光束の角度は、第2の光束の角度とは異なることを特徴とする条項18から条項29のうちの一項に定める方法。
条項31.第1の面又は第2の面上の第1の光束の直径は、[0.8;1.0]又は[0.9;1.0]という間隔からのマグニチュードによる近軸部分口径比に対応することを特徴とする条項30に定める方法。
条項32.条項28から条項29のうちの一項、及び条項30から条項31のうちの一項に定める方法。
条項33.投影対物系の光学要素又は更に別の光学要素は、変位、回転、変形、交換、冷却、又は加熱されることを特徴とする条項18から条項32のうちの一項に定める方法。
条項34.第1から第2のレチクルへの変更、又は第1の照明設定から第2の照明設定への変更の間に行われることを特徴とする条項18から条項33のうちの一項に定める方法。
条項35.第2のレチクルの設置及び/又は第2の照明設定の試運転の後に、好ましくは、投影対物系の結像特性の干渉測定が行われることを特徴とする条項34に定める方法。
条項36.条項1から条項35のうちの一項に定める光学要素のための交換可能要素として準備されることを特徴とする交換可能光学要素。
AS 開口絞り
CR 主光線
OA 光軸
PP 平面プレート
PS 瞳空間

Claims (5)

  1. 波長λ>100nmを有する作動放射線に対して透過的な材料から作られた本体を含み、
    不均一な厚みプロフィールを有し、
    前記本体は、第1の山から谷までの値PV1>λを有する非回転対称非球面の第1の面プロフィールを有する第1の光学面と、第2の山から谷までの値PV2>λを有する非回転対称非球面の第2の面プロフィールを有する第2の光学面と、該第1及び第2の光学面に実質的に垂直なプレート法線と、該プレート法線と平行に測定される該第1及び第2の光学面の間で距離として定められるプレート厚の厚みプロフィールとを有し、
    前記プレート厚は、前記第1の光学面と前記第2の光学面が類似であるように光学補正プレートにわたって0.1 * (PV1+PV2)/2よりも小さく変化することを特徴とする光学補正プレート。
  2. 波長λ>100nmを有する作動放射線に対して透過的な材料から作られた本体を含み、
    不均一な厚みプロフィールを有し、
    前記本体は、第1の山から谷までの値PV1>λを有する非回転対称非球面の第1の面プロフィールを有する第1の光学面と、第2の山から谷までの値PV2>λを有する非回転対称非球面の第2の面プロフィールを有する第2の光学面と、該第1及び第2の光学面に実質的に垂直なプレート法線と、該プレート法線と平行に測定される該第1及び第2の光学面の間で距離として定められるプレート厚の厚みプロフィールとを有し、
    前記第1及び第2の面プロフィールの各々は、n≧2が整数である場合に、前記プレート法線に平行な対称軸に関して実質的にn重の放射相称性を有することを特徴とする光学補正プレート。
  3. 波長λ>100nmを有する作動放射線に対して透過的な材料から作られた本体を含み、
    不均一な厚みプロフィールを有し、
    前記本体は、第1の山から谷までの値PV1>λを有する非回転対称非球面の第1の面プロフィールを有する第1の光学面と、第2の山から谷までの値PV2>λを有する非回転対称非球面の第2の面プロフィールを有する第2の光学面と、該第1及び第2の光学面に実質的に垂直なプレート法線と、該プレート法線と平行に測定される該第1及び第2の光学面の間で距離として定められるプレート厚の厚みプロフィールとを有し、
    前記第1及び第2の光学面の各々は、前記プレート法線に垂直な第1の方向に正の曲率と、該プレート法線及び該第1の方向に垂直な第2の方向に負の曲率とを備えた鞍形状を有することを特徴とする光学補正プレート。
  4. 波長λ>100nmを有する作動放射線に対して透過的な材料から作られた本体を含み、
    不均一な厚みプロフィールを有し、
    前記本体は、第1の山から谷までの値PV1>λを有する非回転対称非球面の第1の面プロフィールを有する第1の光学面と、第2の山から谷までの値PV2>λを有する非回転対称非球面の第2の面プロフィールを有する第2の光学面と、該第1及び第2の光学面に実質的に垂直なプレート法線と、該プレート法線と平行に測定される該第1及び第2の光学面の間で距離として定められるプレート厚の厚みプロフィールとを有し、
    前記不均一な厚みプロフィールは、n≧2が整数である場合に、前記プレート法線に平行な対称軸に関して実質的にn重の放射相称性を有することを特徴とする光学補正プレート。
  5. PV1>5*λ及びPV2>5*λであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光学補正プレート。
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