JP5896313B2 - 結像光学系及びこの種の結像光学系を備えたマイクロリソグラフィ用の投影露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１及び請求項２の前文に記載の結像光学系に関する。更に、本発明は、この種の結像光学系を有する投影露光装置、この種の投影露光装置を用いて構造化構成要素を生成する方法、及び本方法によって製造された微細構造化構成要素又はナノ構造化構成要素に関する。

冒頭で示したこの種の結像光学系は、ＵＳ ７，４１４，７８１、ＵＳ ７，３４８，５６５ Ｂ２、及びＷＯ ２００６／１１９ ９７７ Ａ１から公知である。

ＵＳ ７，４１４，７８１ ＵＳ ７，３４８，５６５ Ｂ２ ＷＯ ２００６／１１９ ９７７ Ａ１

本発明の目的は、小さい結像誤差と、管理可能な製造と、結像光に対する良好な収量との制御可能な組合せが得られるような冒頭で示した種類の結像光学系を開発することである。

本発明によるとこの目的は、第１の態様に従って請求項１に開示する特徴を備えた結像光学系によって達成される。

本発明により、最初のミラーは、最後から４番目のミラーよりも像平面の近くに移動されるので、特に最初のミラー上で結像光に対してごく小さい入射角を提供することができる設計を提供することができる。更に、この最初のミラーは、有利に大きい反射面を有するように構成することができる。最初のミラーには、結像光による有利に低い強度負荷しかもたらされず、一方、特にＥＵＶ波長を有する非常に短い波長の結像光においてさえも小さい入射角の可能性に起因して、例えば、対応するミラーコーティングによって高度の反射を得ることができる。最終的に本発明による設計は、最初のミラーが、例えば、一般的に像側開口数を事前判断され、結像光学系の最後のミラーのミラー面をその面積に関して実質的に上回らない反射面を有するという結果も誘導し、それによって製造上の優位性がもたらされる。全体として本発明による設計は、小さい入射角が最初のミラー上で同時に達成され、このミラーの反射面に関する有利な妥協である。結像光学系が平坦な折り返しミラーを用いた折り返しビーム経路を有する場合には、ミラー間隔を判断するために最初にこの結像ビーム経路が展開される。従って、本発明による像平面からのミラー間隔を事前判断するために、常に結像光学系の非折り返し結像ビーム経路を考察する。一般的に結像光学系の瞳は、結像ビーム経路を制限する開口絞りの全ての像を意味すると理解すべきである。これらの像が収まる平面を瞳平面と呼ぶ。開口絞り像は必ずしも厳密に平面ではないので、これらの像に近似的に一致する平面も一般的に瞳平面と呼ぶ。開口絞り自体の平面も瞳平面と呼ぶ。開口絞り像と同様に開口絞りが平面ではない場合には、開口絞りに最も緊密に一致する平面を瞳平面と呼ぶ。

結像光学系の入射瞳は、開口絞りが、結像光学系のうちで物体平面と開口絞りの間に位置した部分によって結像される場合に生成される開口絞り像を意味すると理解すべきである。それに応じて射出瞳は、開口絞りが、結像光学系のうちで像平面と開口絞りの間に位置した部分によって結像される場合に生成される開口絞り像である。

入射瞳が開口絞りの虚像であり、言い換えれば、入射瞳平面が物体視野の前に位置する場合には、入射瞳の負の後部焦点と呼ばれる。この場合、全ての物体視野点に対する主光線又は主ビームは、結像ビーム経路の前の１つの点から射出したかのように延びている。各物体点に対する主光線は、物体点と入射瞳の中心点とを接続するビームとして定められる。従って、入射瞳の負の後部焦点の場合には、全ての物体点への主光線は、物体視野上で発散するビーム進路を有する。

瞳の別の定義は、結像光学系の結像ビーム経路内で、物体視野点から射出する主光線に対して各場合に同じ照明角度に関連付けられたこれらの物体視野点から射出する個別ビームが交差する領域である。この別の瞳定義に従って個別ビームの交差点が位置する平面、又は必ずしも厳密にある一定の平面に位置させる必要がないこれらの交差点の空間分布の最も近くにくる平面を瞳平面と呼ぶことができる。

本発明によると冒頭で示した目的は、第２の態様に従って請求項２に開示する特徴を備えた結像光学系によって達成される。

本発明により、結像光学系内での少なくとも１つの固定の自由曲面の使用は、結像光学系による結像光の誘導において自由度を大きく高めることが認識されている。固定の自由曲面は、結像光学系の投影使用中にその形状に関して能動的に変更されない自由曲面を意味すると理解すべきである。当然ながら固定の自由曲面は調節目的で全体として変位させることができる。自由曲面は、回転対称関数によって表すことができる基準非球面を起点として設計される。自由曲面に最適に適応した非球面を基準非球面と一致させることができる。一方で最適適応非球面と、他方で自由曲面との間の本発明による小さい法線角度、言い換えれば、小さい法線偏位は、自由曲面が、回転対称関数によって表すことができる最適適応非球面からの偏位の僅かな勾配しか持たず、従って、本発明による自由曲面が、従来の検査構造を用いた面検査において依然として対応可能であるという結果をもたらす。更に、それによって本発明による自由曲面の製造が簡素化される。最大法線角度偏位は、５０μｒａｄ、３５μｒａｄ、又は更にそれ未満とすることができる。特に、結像光学系の全てのミラーにおける角度偏位を３５μｒａｄよりも小さいとすることができる。結像光学系がこの種の自由曲面を複数有する場合には、これらの自由曲面の個別のものにおける角度偏位は、３０μｒａｄよりも小さく、２５μｒａｄよりも小さく、又は２０μｒａｄよりも小さいとすることができる。結像光学系は、この種の自由曲面を厳密に１つ、又はそうでなければこの種の自由曲面を複数有することができる。結像光学系内のそれぞれの自由曲面に最適に適応した非球面の回転対称軸は一致する必要はなく、互いから分離させることができ、互いに対してある角度を有することができ、又は互いに対して斜めに延ばすことができる。少なくとも１つの自由曲面に最適に適応した非球面の回転対称軸は、物体平面及び／又は像平面に対して垂直なものとすることができる。それによってこの少なくとも１つの自由曲面の面検査が簡素化され、この検査に必要とされる検査光学系の設計が容易になる。少なくとも１つの自由曲面に最適に適応した非球面の回転対称軸の物体平面及び／又は像平面に対する９０°からの角度偏位は、例えば、８５°と９０°の間の範囲で可能である。

請求項３に記載の結像光学系は、上記２つの本発明の態様の利点を組み合わせるものである。

請求項４に記載の結像光の波長よりも大きい矢高又はサジッタ偏位は、十分な像誤差補正の可能性をもたらす。一般的に、偏位は、例えば、５０μｍよりも小さく、３μｍよりも小さいとすることができる。特に、この偏位は、この種の全ての自由曲面において３μｍよりも小さいとすることができる。この矢高偏位は、個別自由曲面において２μｍよりも小さく、又はそうでなければ１μｍよりも小さいとすることができる。

６つのミラーを備えた結像光学系は、目的において示したパラメータの特に有利な組合せをもたらす。

請求項６に記載の結像光学系では、特に結像誤差を低減する設計自由度だけではなく、例えば、特定の視野形状を与えるための設計自由度も有利に大きい。自由曲面は全て本発明の第２の態様に従って構成することができる。代替的に、自由曲面の個別のものが、上述したものよりも大きい角度偏位又はそうでなければ小さいか又は大きい矢高偏位を有することができる。

請求項７に記載の像側開口数は、結像光学系の特に高い構造解像度をもたらす。

請求項８に記載の像視野は、結像光学系の良好な収量をもたらす。

請求項９から請求項１１に記載の結像パラメータは、有利に精密な結像をもたらす。

請求項１２に記載の結像光学系を投影光学系として使用する場合には、結像光学系の利点が特に大きくなる。

本発明による光学系及び本発明による投影露光装置の利点は、本発明による結像光学系に関連して上記に列記したものに対応する。投影露光装置の光源は広帯域のものとすることができ、例えば、１ｎｍよりも広く、１０ｎｍよりも広く、又は１００ｎｍよりも広い帯域幅を有することができる。更に、投影露光装置は、異なる波長の光源を用いて作動させることができるように設計することができる。特にマイクロリソグラフィに使用される他の波長のための光源、例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、１２６ｎｍ、１０９ｎｍの波長を有する光源、特に、１００ｎｍよりも短い、例えば、５ｎｍと３０ｎｍの間の波長を有する光源も本発明による結像光学系と共に使用することができる。

投影露光装置の光源は、５ｎｍと３０ｎｍの間の波長を有する照明光を生成するように構成することができる。この種の光源は、最低反射率を満たすために、小さい入射角許容帯域幅しか持たない反射コーティングをミラー上に必要とする。小さい入射角許容帯域幅というこの要件は、本発明による結像光学系と共に使用することで満たすことができる。

対応する利点は、本発明による製造方法、及び本方法によって製造される微細構造化構成要素又はナノ構造化構成要素に適用される。

本発明の実施形態を図面を用いてより詳細に以下に説明する。

ＥＵＶマイクロリソグラフィのための投影露光装置の概略図である。 投影露光装置の結像光学系の実施形態を子午断面に示す図である。 非回転対称自由曲面の面要素と、非球面の形態にある回転対称最適適応面とを通る断面を示し、自由曲面要素に対応する非球面要素を特徴付ける図である。 回転対称関数によって表すことができる最適適応非球面からの反射自由曲面の偏位を等高線と偏位のサイズに関連付けられたハッチングとによって示す、図２に記載の結像光学系の結像ビーム経路内の最初のミラーの自由曲面として構成された反射面の使用領域の大幅に拡大した上面図である。 最適適応非球面からの最初のミラーの反射自由曲面の偏位の勾配を図４と類似の図に示す図である。 図２に記載の結像光学系の物体視野の拡大図である。 図１に記載の投影露光装置における結像光学系の更に別の実施形態を図２と類似の図に示す図である。 図１に記載の投影露光装置における結像光学系の更に別の実施形態を図２と類似の図に示す図である。 図１に記載の投影露光装置における結像光学系の更に別の実施形態を図２と類似の図に示す図である。 図１に記載の投影露光装置における結像光学系の更に別の実施形態を図２と類似の図に示す図である。 図１に記載の投影露光装置における結像光学系の更に別の実施形態を図２と類似の図に示す図である。

マイクロリソグラフィのための投影露光装置１は、照明光又は照明放射線３のための光源２を有する。光源２は、例えば、５ｎｍと３０ｎｍの間、特に５ｎｍと１０ｎｍの間の波長範囲の光を生成するＥＵＶ光源である。光源２は、特に、１３．５ｎｍの波長を有する光源又は６．９ｎｍの波長を有する光源とすることができる。他のＥＵＶ波長が可能である。一般的には、マイクロリソグラフィに使用することができ、適切なレーザ光源及び／又はＬＥＤ光源に対して利用可能な可視波長、又はそうでなければ他の波長（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、１２９ｎｍ、１０９ｎｍ）のようないかなる波長であっても、投影露光装置１内で誘導される照明光３において可能である。
図１には照明光３のビーム経路を非常に概略的に示している。

照明光学系６は、光源２から物体平面５の物体視野４（図６を参照されたい）に向けて照明光３を誘導するために用いされる。物体視野４は、投影光学系又は結像光学系７を用いて像平面９の像視野８内に所定の縮小スケールで結像される（図２を参照されたい）。図２又は図７から図９に図示の実施形態のうちの１つを投影光学系７に対して使用することができる。図２に記載の投影光学系７は、４倍の縮小を行う。

他の縮小スケール、例えば、５×、６×、又は８×、又はそうでなければ８×よりも大きい縮小スケール又は４×よりも小さく、例えば、２×又は１×の縮小スケールも可能である。４×の結像スケールは、マイクロリソグラフィにおける一般的なスケールであり、レチクルとも呼ぶ結像する物体を保持する妥当なサイズの反射マスク１０を用いて高い収量を可能にするので、ＥＵＶ波長を有する照明光３に特に適している。更に、４×の結像スケールでは、反射マスク１０上で必要とされる構造サイズは、反射マスク１０における製造及び適正化の経費を限度内に保つのに十分に大きい。図２及びそれ以降に記載の構成における投影光学系７における像平面９は、物体平面５と平行に配置される。物体視野４に一致する反射マスク１０の詳細内容が、この像平面９内に結像される。

投影光学系７による結像は、基板ホルダ１２によって保持されたウェーハの形態にある基板１１の面上で発生する。図１は、レチクル１０と投影光学系７の間に投影光学系７内を進む照明光３のビーム束１３を投影光学系７と基板１１の間に投影光学系７から射出する照明光３のビーム束１４を略示している。投影光学系７によって結像される照明光３を結像光とも呼ぶ。図２に記載の構成における投影光学系７の像視野側の開口数は０．３６である。図１にはこの開口数を正確な縮尺で示していない。

投影露光装置１及び投影光学系７の様々な構成の説明を容易にするために、図面内に直交ｘｙｚ座標系を提供しており、この座標系から、図内に示す構成要素のそれぞれの位置関係が明らかになる。図１では、ｘ方向は、作図面と垂直に、それに向けて延びている。
ｙ方向は右に延び、ｚ方向は下向きに延びている。

投影露光装置１はスキャナ型のものである。投影露光装置１の作動中に、レチクル１０と基板１１の両方がｙ方向に走査される。基板１１の個別露光の合間にレチクル１０及び基板１１の段階的な変位がｙ方向に発生するステッパ型の投影露光装置１も可能である。

図２は、第１の実施形態の投影光学系７の光学設計を示している。図２のｙ方向に互いから分離した３つの物体視野点から射出する３つのそれぞれの個別ビーム１５のビーム経路を示している。これらの３つの物体視野点のうちの１つに属する３つの個別ビーム１５は、各場合に３つの物体視野点において異なる３つの照明方向に関連付けられる。主ビーム又は主光線１６は、投影光学系７の瞳平面１７、１８内の瞳中心を通って進む。これらの主光線１６は物体平面５から発して、最初に収束して進む。下記ではこれを投影光学系７の入射瞳の正の後部焦点とも呼ぶ。図２に記載の投影光学系７の瞳平面１７内の入射瞳は、投影光学系７内に位置する。

図２に記載の投影光学系７は、物体視野４から発する、個別ビーム１５の結像ビーム経路の順に連続してＭ１からＭ６と番号が振られた合計で６つのミラーを有する。図２にはミラーＭ１からＭ６の計算上の反射面のみを示している。ミラーＭ１からＭ６は、実際に使用される反射面よりも一般的に大きい。

ミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ４、及びＭ６は、凹ミラーとして設計される。ミラーＭ３及びＭ５は、凸ミラーとして設計される。

一方でミラーＭ１とＭ４、更に他方でミラーＭ３とＭ６は、これらのミラーの反射面の向きに関して対向して配置される。

ミラーＭ２の領域内には、図２に記載の投影光学系７における入射瞳平面１７が位置する。ミラーＭ４とＭ５の間には中間像平面１９が位置する。ミラーＭ５とＭ６の間の結像ビーム経路には射出瞳平面１８が位置する。

図２に記載の投影光学系７の光学データを複数の子表に分割した表を用いて以下に示している。

ミラーＭ１からＭ６の個別反射面の精密な形状は、基本非球面とも呼ぶ回転対称基準非球面と、ＸＹ多項式の形態にある自由曲面項との和として生成される。値Ｙは、第２の子表の最後に列記した偏心値Ｄｙ０だけ、それぞれのミラーＭ１からＭ６の位置の関数として変位される。

回転対称基準非球面は、自由曲面からの最小偏位を有するように選択することができる。同時にこの場合、基準非球面は、上述の自由曲面に最適に適応した自由曲面、すなわち、最適当て嵌め非球面である。回転対称基準非球面は、個別に選択することができる、言い換えれば、最適適応非球面と一致しなくてもよい。

基本非球面は、以下の非球面式（１）を用いて計算される。

ここでｘ及びｙは、座標原点を起点とし、非球面の使用面領域の外側に位置することができる基本球面上の座標を表す。ｚは、基本非球面の矢高又はサジッタを表す。ＲＤＹは、基本非球面の半径、言い換えれば、座標原点における面曲率の逆数である。ＣＣＹは、円錐パラメータである。

「間隔」という値は、それぞれのそれに続く構成要素からの間隔を表す。

２番目に続く表では、「係数」という値は、基本球面式（１）の係数ｃ_kにおけるインデックスｋを表す。

以下の自由曲面項（２）が追加される。

ｚ_Fは、基準非球面に対する自由曲面項の矢高又はサジッタを表す。自由曲面項のｙ座標は、基準非球面のｙ座標に対して偏心値Ｄｙ０だけ変位される。

（表）

（表）

（表）

（表続き）

図に示している投影光学系７の様々な実施形態及び以下に説明する投影光学系の更に別の構成は、非折り返し結像ビーム経路で示したものである。それぞれの投影光学系７を収容するための設置空間要件に基づいて、ミラーＭ１からＭ６の間のビーム経路に更に別の折り返しミラーを収容することができることは明らかである。下記では非折り返し結像ビーム経路のみを考察する。

上述の表から明らかなように、投影光学系７の６つのミラーＭ１からＭ６は、回転対称関数に基づいて表すことができない自由曲面として設計される。ミラーＭ１からＭ６のうちの少なくとも１つがこの種類の反射自由曲面を有する投影光学系７の他の構成も可能である。この場合、少なくとも１つの反射面は、回転対称関数に基づいて表すことができず、投影露光装置１の作動中又は作動の休止中に変更することができない、言い換えれば、自由曲面の形状に関して選択方式で変更することができない形状を有する固定の自由曲面として設計される。

図３は、例えば、結像光３を誘導するように構成されたミラーＭ１の自由曲面の使用領域の自由曲面要素２０を図示の偏位に関して大幅に誇張した非常に概略的な図に示している。更に、図３は、自由曲面に最適に適応され、回転対称関数、例えば、上述した非球面式によって表すことができる非球面２１を示している。

図３は、考察対象の自由曲面要素２０の座標ｘ₀，ｙ₀の周囲の非球面要素２２の領域内で最適に適応した非球面２１に対する法線ＦＮＢ、言い換えれば、自由曲面要素２０に対応する非球面要素２２に対する法線ＦＮＢを示している。図３には、矢高ｚに関して同じ座標ｘ０，ｙ０を起点とするが、自由曲面要素２０から発する、自由曲面要素２０に対する法線ＦＮも示している。２つの法線ＦＮＢとＦＮとは、最大で７０μｒａｄの互いに対する角度αを挟む。

この最大偏位は、Ｍ１からＭ６の自由曲面の使用領域にわたって自由曲面要素とそれに対応する非球面要素との各対に適用される。これらの使用領域を有利面とも呼ぶ。全てのミラーＭ１からＭ６の光学的使用領域は、結像光３の通過のための貫通開口を持たず、言い換えれば、掩蔽されない。

図４は、ミラーＭ１の自由曲面のうちで近似的に豆又は腎臓の基本形状を有する使用領域２３の矢高又はサジッタの偏位Δｚを示している。すなわち、実際に使用される自由曲面のｚ値からの基本非球面のｚ値の偏位をそれぞれ考察対象のｘ−ｙ点に示している。

使用領域２３のうちの狭窄部２４の領域内、言い換えれば、使用領域２３の最小ｙ値及び平均ｘ値の位置では、最適適応非球面からの自由曲面の矢高偏位は最大であり、約０．５μｍである。他のどこかでは、使用領域２３にわたる矢高偏位は小さく、狭窄部２４の周囲に弓形に延びる大きい領域２５内では０に近い。

従って、自由曲面は、５００ｎｍよりも短い波長の照明光又は結像光３が使用された場合に、最適適応非球面から最大で結像光３の波長よりも大きく偏位する。

同様に図５は、ミラーＭ１の使用領域２３に対して法線ＦＮ、ＦＮＢの互いからの最大角度偏位を示している。この角度偏位は、使用領域２３のうちの２つの対向する縁部領域２６、２７内の最大ｘ値と最小ｘ値の位置において最大であり、約１５μｒａｄである。他のどこかでは、法線ＦＮ、ＦＮＢの間の角度、言い換えれば、最適適応非球面からの自由曲面の偏位の最大勾配は小さく、更に狭窄部２４の領域及び狭窄部２４の周囲の図４の弓形領域２５と比較して若干幅狭に延びる弓形領域２８内では０に近い。

図６は、投影光学系７の物体視野４の形状を拡大して例として示している。像視野は、縮小されることを除いて厳密に同じ形状を有する。視野４は、２つの部分円２９、３０によって境界が定められたアーチ形の視野形状を有する。２つの部分円のうちの内側のものである部分円２９は半径Ｒを有する。更に、視野４は、部分円２９、３０の２つの端部を各場合に連結し、ｙ軸と平行に延びる法線３３と平行に延びる２つの境界線３１、３２によって境界が定められる。２つの境界線３１、３２は、互いに対する間隔ＸＳ、いわゆる走査スロット幅を有する。２つの部分円２９、３０は、ＹＳという互いに対する間隔、いわゆる走査スロット長を有する。

図２に記載の投影光学系７における像視野８は、寸法ＸＳ＝２６ｍｍ（走査スロット幅）及びＹＳ＝２ｍｍ（走査スロット長）を有する。

図７を用いて、投影露光装置１において投影光学系７の代わりに使用することができる更に別の投影光学系３６を説明する。投影光学系７を参照して上述したものに対応する投影光学系３６の構成要素は同じ名称及び参照番号を有し、再度詳細には解説しない。

ミラーＭ１、Ｍ４、及びＭ６は、凹ミラーとして設計される。ミラーＭ２、Ｍ３、及びＭ５は、凸ミラーとして設計される。

ミラーＭ１とＭ６、及び同じくミラーＭ３とＭ６は、これらのミラーの反射面の向きに関して対向して配置される。

投影光学系３６では、ミラーＭ２とＭ３の間に、投影光学系３６内に位置する第１の瞳平面１７が存在する。投影光学系２６は、入射瞳平面の負の後部焦点を有し、言い換えれば、個別視野点の主光線１６は、物体視野４から投影光学系３６内に互いに対して発散して延びている。従って、この投影光学系における入射瞳は、瞳平面１７内ではなく、物体視野４の前の結像ビーム経路に位置する。それによって例えば、投影光学系７の入射瞳内にある、照明光学系６の瞳構成要素をこの瞳構成要素と物体平面５の間に更に別の結像光学構成要素を存在させる必要ではなく投影光学系３６の前のビーム経路に配置することが可能になる。ミラーＭ４とＭ５の間の結像ビーム経路には、中間像平面１９が、ミラーＭ６よりも像視野８の近くに位置する。

更に、図示の非折り返し結像ビーム経路では、結像光３を誘導するように構成されたミラーＭ１からＭ６の各々の有利面２３上への中心物体視野点に属する主光線１６の入射点は、像平面９からのミラー間隔ｚ_M1からｚ_M6を有する。最初のミラーＭ１のミラー間隔ｚ_M1は、最後のミラーＭ６のミラー間隔ｚ_M6よりも大きい。最後から４番目のミラーＭ３のミラー間隔ｚ_M3は、最初のミラーＭ１のミラー間隔ｚ_M1よりも大きい。全体として、投影光学系３６の６つのミラーＭ１からＭ６のミラー間隔ｚ_Mに以下の関係が適用される。
ｚ_M2＞ｚ_M4＞ｚ_M3＞ｚ_M1＞ｚ_M6＞ｚ_M5

図７に記載の投影光学系３６の光学データを図２に記載の投影光学系７に関する表に対応していくつかの子表に分割した表を用いて以下に示す。

これらの子表のうちの最初のものにある「ｙ偏心」と呼ぶ値は、それぞれの面の局所座標系の広域座標系に対するｙ座標方向の変位を与える。この値は、図２に記載の投影光学系７では０に等しい。

以下の表に提供する他のパラメータに関しては、図２に記載の投影光学系７の表に関連して上述したものが適用される。

（表）

（表）

（表）

（表続き）

投影光学系３６のミラーＭ１からＭ６の反射面も同様に自由曲面として構成され、これらの自由曲面の一方で矢高偏位に関する最適適応非球面からの偏位と、他方で法線の角度偏位とに関しては、図２に記載の投影光学系７の表に関連して既に上述したものが相応に適用される。例えば、投影光学系３６のミラーＭ１は、１．０１μｍの最大矢高偏位及び１．１４μｒａｄの最大角度偏位を有する。

投影光学系３６の像視野８も同様にリング視野であり、ｘ方向に２６ｍｍ、ｙ方向に２．５ｍｍの広がりを有する。

図８を用いて、投影露光装置１において投影光学系７の代わりに使用することができる更に別の投影光学系３７を説明する。投影光学系７を参照して上述したものに対応する投影光学系３７の構成要素は同じ名称及び参照番号を有し、再度詳細には解説しない。

ミラーＭ１、Ｍ４、及びＭ６は、凹ミラーとして設計される。ミラーＭ２及びＭ５は、凸ミラーとして設計される。ミラーＭ３は、事実上平面ミラーとして構成されるが、平坦な折り返しミラーではない。

ミラーＭ１とＭ６は、これらのミラーの反射面の向きに関して対向して配置される。

投影光学系３７では、ミラーＭ２とＭ３の間に、投影光学系３７内に位置する第１の瞳平面１７が存在する。投影光学系３７は、入射瞳の負の後部焦点を有する。従って、投影光学系３７における入射瞳は、瞳平面１７内ではなく、物体視野４の前の結像ビーム経路に位置する。ミラーＭ４とＭ５の間の結像ビーム経路には、中間像平面１９がミラーＭ６の直ぐ隣に位置する。

投影光学系３７のミラーＭ１からＭ６の反射面の面表現は、以下の自由曲面式（３）に従って発生する。

この場合、ｘ及びｙは、それぞれの面上の座標を表す。この場合、局所座標系は、広域基準系に対してｙ座標方向に変位し、ｘ軸の回りに傾斜される。

ｚは、それぞれの局所面座標系における自由曲面の矢高又はサジッタを表す。ＲＤＸ及びＲＤＹは、ｘｚ断面及びｙｚ断面内の自由曲面の半径、言い換えれば、座標原点におけるそれぞれの面曲率の逆数である。ＣＣＸ及びＣＣＹは円錐パラメータである。

２番目に続く子表に提供している多項式係数は係数ａ_ijである。

（表）

（表）

（表続き）

投影光学系３７においても、全てのミラーＭ１からＭ６はまた、自由曲面として構成される。

投影光学系３７の像視野８は矩形であり、ｘ方向に２６ｍｍの広がり、ｙ方向に２ｍｍの広がりを有する。

図９を用いて、投影露光装置１において投影光学系７の代わりに使用することができる更に別の投影光学系３８を説明する。投影光学系７を参照して上述したものに対応する投影光学系３８の構成要素は同じ名称及び参照番号を有し、再度詳細には説明しない。

ミラーＭ２、Ｍ４、及びＭ６は、凹ミラーとして構成される。ミラーＭ３及びＭ５は、凸ミラーとして構成される。ミラーＭ１は、事実上平面ミラーとして構成されるが、平坦な折り返しミラーではない。投影光学系３８は正の後部焦点を有する。従って、投影光学系３８の入射瞳は瞳平面１７内に位置する。ミラーＭ４とＭ５の間の結像ビーム経路には、中間像平面１９が、ミラーＭ６よりも像視野８の近くに位置する。

図９に記載の投影光学系３８の光学データを図８に記載の投影光学系３７に関する表に対応していくつかの子表に分割した表を用いて以下に示す。以下の表に提供するパラメータに関しては、図８に記載の投影光学系３７の表に関して上述したものが適用される。

一方でミラーＭ１とＭ６、及びミラーＭ３とＭ６は、これらのミラーの反射面の向きに関して対向して配置される。

（表）

（表）

（表続き）

投影光学系３８においても、全てのミラーＭ１からＭ６はまた、自由曲面として構成される。

投影光学系３８の像視野８は矩形であり、投影光学系３７の像視野８と大きさが同じである。

図１０を用いて、投影露光装置１において投影光学系７の代わりに使用することができる更に別の投影光学系３９を説明する。投影光学系７を参照して上述したものに対応する投影光学系３９の構成要素は同じ名称及び参照番号を有し、再度詳細には解説しない。

ミラーＭ１、Ｍ４、及びＭ６は、凹ミラーとして設計される。ミラーＭ２、Ｍ３、及びＭ５は、凸ミラーとして設計される。

ミラーＭ１とＭ６、及び同じくミラーＭ３とＭ６は、これらのミラーの反射面の向きに関して対向して配置される。

投影光学系３９では、ミラーＭ２とＭ３の間に、投影光学系３９内に位置する第１の瞳平面１７が存在する。投影光学系３９は、入射瞳の負の後部焦点を有し、言い換えれば、個別視野点の主光線１６は、物体視野４から投影光学系３９内に互いに対して発散して延びている。従って、この投影光学系における入射瞳は、瞳平面１７内ではなく、物体視野４の前の結像ビーム経路に位置する。それによって例えば投影光学系７の入射瞳内にある照明光学系６の瞳構成要素をこの瞳構成要素と物体平面５の間に更に別の結像光学構成要素を存在させる必要ではなく投影光学系３９の前のビーム経路に配置することが可能になる。ミラーＭ４とＭ５の間の結像ビーム経路には、中間像平面１９が、ミラーＭ６からよりも像視野８から遠くに離れて位置する。

更に、図示の非折り返し結像ビーム経路では、結像光３を誘導するように構成されたミラーＭ１からＭ６の各々の有利面２３上への中心物体視野点に属する主光線１６の入射点は、像平面９からのミラー間隔ｚ_M1からｚ_M6を有する。最初のミラーＭ１のミラー間隔ｚ_M1は、最後のミラーＭ６のミラー間隔ｚ_M6よりも大きい。最後から４番目のミラーＭ３のミラー間隔ｚ_M3は、最初のミラーＭ１のミラー間隔ｚ_M1よりも大きい。全体として、投影光学系３９の６つのミラーＭ１からＭ６のミラー間隔ｚ_Mに以下のカスケード関係が適用される。
ｚ_M4＞ｚ_M2＞ｚ_M3＞ｚ_M1＞ｚ_M6＞ｚ_M5

図１０に記載の投影光学系３９の光学データを図２に記載の投影光学系７に関する表に対応して複数の子表に分割した表を用いて以下に再現する。

以下の表に再現する他のパラメータに関しては、図２に記載の投影光学系７の表に関して上述したものが適用される。

（表）

（表）

（表）

（表続き）

（表続き）

投影光学系３９の像視野８も同様にリング視野であり、ｘ方向に２６ｍｍ、ｙ方向に２．５ｍｍの広がりを有する。

図１１に示す更に別の投影光学系４０の光学データを図２に記載の投影光学系７に関する表に対応して複数の子表に分割した表を用いて以下に再現する。

以下の表に再現する他のパラメータに関しては、図２に記載の投影光学系７の表に関して既に上述したものが適用される。

（表）

（表）

（表）

（表続き）

他の点では図１１に記載の投影光学系４０は、図１０に記載の投影光学系３９に対応する。従って、投影光学系４０を再度詳細に説明する必要はなく、上述の投影光学系に関する説明、特に図１０に記載の投影光学系３９に関する説明を参照されたい。図１１では、特に投影光学系３９を参照して上述したものに対応する投影光学系４０の構成要素及び参照番号は同じ名称及び参照番号を有し、再度詳細には解説しない。

上述の投影光学系７及び３６から４０の典型的な特性を表を用いて再度要約する。

（表）

ＮＡは、それぞれの投影光学系の像側開口数を表す。

この場合、設置長さは、物体平面５と像平面９の間の間隔を表す。

表に提供している結像誤差、言い換えれば、波面誤差、歪曲、及びテレセントリック性は、それぞれの像視野８にわたる最大値である。

表に提供しているテレセントリック性は、物体視野４のある点から射出する照明光ビーム束の密度ビームの像平面９に垂直な面に向う角度である。

以下の４つの表は、図２に記載の投影光学系７、図７に記載の投影光学系３６、図１０に記載の投影光学系３９、及び図１１に記載の投影光学系４０における６つのミラーＭ１からＭ６の各々に対して、一方で最大矢高又はサジッタ偏位（最適当て嵌め非球面偏位）を他方で最大法線角度偏位（勾配）を要約している。

（表）

（表）

（表）

（表）

微細構造化構成要素又はナノ構造化構成要素を生成するために、投影露光装置１は、以下の通りに使用される。最初に、反射マスク１０又はレチクルと基板又はウェーハ１１とが準備される。次に、レチクル１０上の構造が、投影露光装置を用いてウェーハ１１の感光層上に投影される。その後に、感光層を現像することによってウェーハ１１上に微細構造又はナノ構造が生成され、従って、微細構造化構成要素が生成される。

４ 物体視野
５ 物体平面
８ 像視野
９ 像平面
３６ 結像光学系
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６ ミラー

Claims (26)

1. ミラー（Ｍ１からＭ６）のうちの少なくとも１つの反射面が、回転対称関数によって説明することができない固定の自由曲面として設計される、
   物体平面（５）の物体視野（４）を像平面（９）の像視野（８）内に結像する複数のミラー（Ｍ１からＭ６）を備えた結像光学系（７；３６；３７；３８；３９；４０）であって、
   自由曲面が、結像光（３）を誘導するように構成された該自由曲面の使用領域（２３）の各自由曲面要素（２０）に対する法線（ＦＮ）が非球面（２１）の対応する非球面要素（２２）に対する法線（ＦＮＢ）と最大で７０μｒａｄの角度（α）を取るような方法で、回転対称関数によって説明することができる該自由曲面に最適に適応した非球面（２１）とは異なる、
   ことを特徴とする結像光学系。
2. 前記ミラー（Ｍ１からＭ６）のうちの少なくとも１つの前記自由曲面の前記使用領域（２３）における、各自由曲面要素（２０）に対する前記法線（ＦＮ）が、前記非球面（２１）の対応する非球面要素（２２）に対する前記法線（ＦＮＢ）と最大で３４．７μｒａｄの角度（α）を取る、請求項１に記載の結像光学系。
3. 前記ミラー（Ｍ１からＭ６）のうちの少なくとも１つの前記自由曲面の前記使用領域（２３）における、各自由曲面要素（２０）に対する前記法線（ＦＮ）が、前記非球面（２１）の対応する非球面要素（２２）に対する前記法線（ＦＮＢ）と最大で２９．５μｒａｄの角度（α）を取る、請求項１又は２に記載の結像光学系。
4. 前記ミラー（Ｍ１からＭ６）のうちの少なくとも１つの前記自由曲面の前記使用領域（２３）における、各自由曲面要素（２０）に対する前記法線（ＦＮ）が、前記非球面（２１）の対応する非球面要素（２２）に対する前記法線（ＦＮＢ）と最大で２４．０μｒａｄの角度（α）を取る、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の結像光学系。
5. 前記ミラー（Ｍ１からＭ６）のうちの少なくとも１つの前記自由曲面の前記使用領域（２３）における、各自由曲面要素（２０）に対する前記法線（ＦＮ）が、前記非球面（２１）の対応する非球面要素（２２）に対する前記法線（ＦＮＢ）と最大で１７．５μｒａｄの角度（α）を取る、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の結像光学系。
6. 前記ミラー（Ｍ１からＭ６）のうちの少なくとも１つの前記自由曲面の前記使用領域（２３）における、各自由曲面要素（２０）に対する前記法線（ＦＮ）が、前記非球面（２１）の対応する非球面要素（２２）に対する前記法線（ＦＮＢ）と最大で１５．４μｒａｄの角度（α）を取る、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の結像光学系。
7. 前記ミラー（Ｍ１からＭ６）のうちの少なくとも１つの前記自由曲面の前記使用領域（２３）における、各自由曲面要素（２０）に対する前記法線（ＦＮ）が、前記非球面（２１）の対応する非球面要素（２２）に対する前記法線（ＦＮＢ）と最大で１４．７μｒａｄの角度（α）を取る、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の結像光学系。
8. 前記自由曲面は、それに最適に適応した前記非球面（２１）から結像光学系（７；３６；３７；３８；３９；４０）が設計される対象である前記結像光（３）の波長よりも大きい、前記非球面要素（２２）に対する前記法線（ＦＮＢ）方向の矢高又はサジッタの偏位を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の結像光学系。
9. 前記自由曲面と最適に適応した前記非球面の間の前記偏位が少なくとも０．３４μｍである、請求項８に記載の結像光学系。
10. 前記自由曲面と最適に適応した前記非球面の間の前記偏位が少なくとも０．５０μｍである、請求項８又は９に記載の結像光学系。
11. 前記自由曲面と最適に適応した前記非球面の間の前記偏位が少なくとも０．９３μｍである、請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の結像光学系。
12. 前記自由曲面と最適に適応した前記非球面の間の前記偏位が少なくとも０．９５μｍである、請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の結像光学系。
13. 前記自由曲面と最適に適応した前記非球面の間の前記偏位が少なくとも１．０１μｍである、請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の結像光学系。
14. 前記自由曲面と最適に適応した前記非球面の間の前記偏位が少なくとも１．１４μｍである、請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の結像光学系。
15. 結像光学系（７；３６；３７；３８；３９；４０）が、厳密に６つのミラー（Ｍ１からＭ６）を有することを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の結像光学系。
16. 全ての前記ミラー（Ｍ１からＭ６）の前記反射面は、自由曲面として構成されることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の結像光学系。
17. ０．３よりも大きい像側の開口数を特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の結像光学系。
18. 前記像視野（８）は、少なくとも１ｍｍの広がりを有する辺（２９，３０，３４，３５）によって境界が定められた、リング視野区域又は矩形視野区域を覆うことを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の結像光学系。
19. λが、使用される前記結像光（３）の波長である時に、２５ｍλの最大波面誤差（ｒｍｓ）を特徴とする請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の結像光学系。
20. １．１ｎｍの最大歪曲を特徴とする請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載の結像光学系。
21. ３ｍｒａｄの最小テレセントリック性を特徴とする請求項１から請求項２０のいずれか１項に記載の結像光学系。
22. 結像光学系（７；３６；３７；３８；３９；４０）が、マイクロリソグラフィのための投影光学系として構成されることを特徴とする請求項１から請求項２１のいずれか１項に記載の結像光学系。
23. 請求項２２に記載の投影光学系を備え、かつ
    結像光学系（７）の物体視野（４）に向けて照明光（３）を誘導するための照明光学系（６）を備える、
    ことを特徴とする光学系。
24. 請求項２３に記載の光学系を備え、かつ
    照明及び結像光（３）のための光源（２）を備える、
    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装置。
25. 前記光源（２）は、５と３０ｎｍの間の波長を有する照明光を生成するように構成されることを特徴とする請求項２４に記載の投影露光装置。
26. 構造化構成要素を生成する方法であって、
    レチクル（１０）及びウェーハ（１１）を準備する段階と、
    請求項２４又は請求項２５に記載の投影露光装置を用いて前記レチクル（１０）上の構造を前記ウェーハ（１１）の感光層上に投影する段階と、
    前記ウェーハ（１１）上に構造を生成する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。

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