JP6112478B2 - マイクロリソグラフィのための投影対物系 - Google Patents

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、特に、この種の投影対物系を含む光学系、この種の光学系を含む投影露光装置、この種の投影露光装置を用いて微細構造化構成要素を製造する方法、及び本方法に従って製造された微細構造化構成要素に関する。

マイクロリソグラフィのための投影対物系は、例えば、ＵＳ６，２６６，３８９Ｂ１、ＵＳ２００５／０１３４９８０Ａ１、ＵＳ２００７／０１９５３１７Ａ１、ＵＳ２００７／００５８２６９Ａ１、ＵＳ２００７／０２２３１１２Ａ、ＵＳ６，３９６，０６７Ｂ１、ＵＳ６，３６１，１７６Ｂ１、及びＵＳ６，６６６，５６０Ｂ２に開示されている。
公知の投影対物系は、特に、ＥＵＶ照明光に露光される場合に、全伝達率、アポディゼーション、及び空間要件に関して依然として改善の必要がある。

ＵＳ６，２６６，３８９Ｂ１ ＵＳ２００５／０１３４９８０Ａ１ ＵＳ２００７／０１９５３１７Ａ１ ＵＳ２００７／００５８２６９Ａ１ ＵＳ２００７／０２２３１１２Ａ ＵＳ６，３９６，０６７Ｂ１ ＵＳ６，３６１，１７６Ｂ１ ＵＳ６，６６６，５６０Ｂ２

従って、本発明の目的は、冒頭に挙げた投影対物系をその全伝達率が改善され、更にアポディゼーション効果が回避又は低減されるように改善することである。それに対する代替として又はそれに加えて、投影対物系は、可能な限り小型でなければならない。

本発明によると、この目的は、請求項１に開示する特徴を有する投影対物系、請求項２に開示する特徴を有する投影対物系、請求項５に開示する特徴を有する投影対物系、及び請求項１０に開示する特徴を有する投影対物系によって達成される。
本発明の第１の態様によると、投影対物系には、少なくとも６つのミラーが設けられ、これらのミラーのうちの少なくとも１つは、自由曲面を有し、投影対物系の全長と投影対物系の物体像シフトとの間の比は、１２よりも小さい。この種の投影対物系は、物体平面と像平面の間に中間像平面を有することができる。それによって所定の結像要件を満たし、同時に個々のミラーの寸法、言い換えればこれらのミラーの完全な反射面の寸法が最小にされる。中間像平面を有する実施形態では、比較的小さい曲率半径を有するミラーを用いることができる。更に、露光反射面とミラーの傍を通り越す結像ビームとの間で比較的大きい作動距離を維持することができる対物系設計を考えることができる。物体像シフトは、１２０ｍｍよりも大きい絶対値を有することができ、この値は、好ましくは、１５０ｍｍよりも大きく、より好ましくは、２００ｍｍよりも大きい。

本発明の別の態様によると、投影対物系は、少なくとも１つのミラーが反射自由曲面を有する少なくとも６つのミラーを有する。この投影対物系の像平面は、物体平面の下流の投影対物系の最初の視野平面である。従って、投影対物系の物体平面と像平面の間の中間像平面が不要な場合には、それによって入射角スペクトル、言い換えればミラーのそれぞれの１つの上に入射する結像ビームの最大入射角と最小入射角の間の差が小さく保たれる。それによってミラー上の反射コーティングに対する要求が低減する。この場合、反射コーティングは、高いピーク反射又はミラー面にわたる均等な反射のいずれに関しても最適化することができ、ミラーのうちの１つの上での入射角の激しい変動を実際に無視することができる。その結果は、望ましくないアポディゼーション効果を回避又は低減することを可能にする良好な全伝達率を有する投影対物系である。少なくとも１つのミラーが反射自由曲面として設計された場合には、本発明による投影対物系は、いかなる中間像平面も設けられない場合であっても小さい結像誤差しか示さない。投影対物系の少なくとも６つのミラーは、結像誤差を容易に補正することを可能にする。本発明による投影対物系は、ミラー投影対物系、言い換えれば、全ての結像ビーム誘導構成要素が反射構成要素である投影対物系とすることができる。

請求項３に記載の投影対物系は小型であり、かつ像視野からの物体視野の良好な分離を保証する。全長と物体結像シフトの間の比は、好ましくは、２よりも小さく、より好ましくは、１．５よりも小さく、更に好ましくは、１．１よりも小さい。
請求項４に記載の反射自由曲面は、投影対物系による結像誤差を最小にすることを可能にする。他の種類の自由曲面を考えることもできる。この種の自由曲面は、ミラー面のある面区域に対して法線を成す有意な軸に関して回転対称な関数を用いて説明することができない。特に、この種の自由曲面は、円錐断面を説明する種類の非球面式を用いて説明することができず、更に、ミラー面を説明するためには、少なくとも２つの独立したパラメータを必要とする。光学的活性ミラー面の境界の形状は、ミラー面を自由曲面として特徴付ける時には重要ではない。一般的に、回転対称な境界を持たない光学的活性面は、従来技術から公知である。この種の光学的活性面は、それでも依然として回転対称関数を用いて説明することができ、この場合、この光学面のうちの回転対称ではない境界を有する区域が用いられる。

請求項５に記載の投影対物系は小型であり、かつ像視野からの物体視野の良好な分離を保証する。全長と物体像シフトの間の比は、好ましくは、１．５よりも小さく、より好ましくは、１．１よりも小さい。請求項４に記載の投影対物系も、同様にミラー投影対物系とすることができる。
請求項６から請求項９の利点は、本発明による投影対物系に関して既に上述したものに対応する。

本発明の別の態様によると、投影対物系は、少なくとも１つのミラーが反射自由曲面を有する複数のミラー、及び物体平面と像平面の間に少なくとも１つの中間像平面を有し、投影対物系の全長と物体像シフトの間の比は１２よりも小さい。少なくとも１つの反射自由曲面を用いることにより、中間像平面を有する投影対物系においてさえも明確な物体像シフトを得ることができる。この明確な物体像シフトは、特に、投影対物系が装備された投影露光装置の更に別の構成要素を通り越して照明光を誘導する役割を投影対物系のミラーに入射する入射角を損なわずに達成することができる。特に、照明光の事実上全ての反射を小さい入射角、又は代替的に非常に大きい入射角（かすめ入射）で達成することができる。本発明のこの態様による投影対物系の中間像平面は、投影対物系の開口数を定める最後のミラーの近くに誘導される光束を除き、比較的小さい一般的な光束寸法又は光束直径を有する結像光束を物体平面と像平面との間に誘導することを可能にする。それによって投影対物系を用いた投影露光中の口径食制御が容易になる。更に、少なくとも１つの中間像平面を含む投影対物系は、１つが、物体平面と少なくとも１つの中間像平面との間に配置され、それに対してもう１つが、少なくとも１つの中間像平面と像平面との間に配置された少なくとも２つの瞳平面を有する。それによって瞳平面内又はその近くの光束に影響を与えることにより、照明パラメータを制御する可能性が高められる。

請求項１１及び請求項１２の利点は、従来の態様による本発明の投影対物系に関して既に上述したものに対応する。
請求項１３に記載の中心物体視野点に割り当てられた主光線の経路は、投影対物系のミラー上で小から中程度の入射角を有しながら、大きい物体像シフトを得ることを可能にする。そのような主光線経路の場合には、主光線が法線方向に誘導して戻され、それによって大きい物体像シフトを得る上で逆効果を招くことになる主光線経路の部分が全く存在しない。

請求項１４に記載の物体像シフトの絶対値は、投影光学系の物体視野の上流の照明ビーム光路を投影対物系内の結像ビーム経路から空間的に分離するのに有利であることが見出されている。
請求項１５に記載の入射角スペクトルと像側開口数との間の比は、ミラー上の反射コーティングに対する有利に低い要求をもたらす。好ましくは、入射角スペクトルは、最大で１５°、より好ましくは、最大で１３°、より好ましくは、最大で１２°、更に好ましくは、最大で１０°である。従って、入射角スペクトルと投影対物系の像側開口数との比は、好ましくは、最大で６０°、より好ましくは、最大で５２°、より好ましくは、最大で４８°、更に好ましくは、最大で４０°である。０．２５という像側開口数を設けることができる。０．２５と、例えば、０．９との間の範囲の他の像側開口数、すなわち、例えば、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、又は０．９という像側開口数を設けることができ、それに応じて入射角スペクトルと投影対物系の像側開口数との間の比が変化することになる。

請求項１６に記載の開口数（ｎが屈折率、例えば、洗浄ガスの屈折率であり、αが、対物系の像側の半開口角である時に、ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎα）は、投影対物系の良好な空間解像度をもたらす。投影対物系のミラーのうちの１つの上に入射する結像ビームの最大入射角と最小入射角の間の差は、好ましくは、最大で０．９ａｒｃｓｉｎ（ＮＡ）、より好ましくは、最大で０．８ａｒｃｓｉｎ（ＮＡ）、更に好ましくは、最大で０．７ａｒｃｓｉｎ（ＮＡ）である。
請求項１７に記載の視野サイズは、この種の投影対物系を含む投影露光装置を作動させる際に良好な収量を保証する。
請求項１８に記載の入射角は、投影対物系を用いて結像される構造が配置された反射マスクを用いることを可能にする。入射角は、特に、６°である。

本発明の別の目的は、光源によって放出される照明光を誘導し、かつ物体視野を照明するためのマイクロリソグラフィのための投影対物系及び照明光学系を含む光学系を、照明光を誘導する時の反射損失が最低限まで低減されるように改善することである。
本発明によると、この目的は、請求項１９に開示する特徴を有する光学系によって達成される。

投影対物系の全長と中間焦点像シフトとの間のそのような比は、像側で大きい空間要件を有する構成要素をいかなる付加的な照明光誘導光学構成要素も必要とせず、かつ収量を低減する可能性がある極端な入射角も必要とせずに通り越すように照明光を誘導することができることを保証することができる。投影対物系の全長と中間焦点像シフトとの間の比は、３よりも小さく、２よりも小さく、１．９０よりも小さく、１．８０よりも小さいとすることができ、特に、１．７５とすることができる。更に、小さい比を考えることもできる。
一般的な像側空間要件は、像平面内で像視野の中心で測定した場合に約１ｍであり、特に、照明光学系の構成要素の方向にもそうであり、像平面に対して垂直に像平面から遠ざかるように測定した場合にも同じく１ｍである。

請求項２０に記載の光学系の利点は、一方で本発明による投影光学系に関して説明したものに、他方で本発明による光学系に関して説明したものに対応する。
請求項２１に記載の中間焦点配列は、照明光学系における構成要素に入射する照明光を特に小さい最大入射角で誘導することを可能にする。
請求項２２に記載の照明光学系の設計は、少ない個数の反射構成要素に起因して高い照明光収量を有する。照明光学系は、特に、集光器及び僅か２つの付加的なミラー、言い換えれば僅か２つの付加的な反射構成要素を有することができる。

請求項２３に記載の投影露光装置、請求項２４に記載の製造法、及び請求項２５に記載の微細構造化構成要素又はナノ構造化構成要素の利点は、請求項１から請求項１９に記載の投影対物系、及び請求項２０から請求項２２に記載の光学系に関して既に上述したものに対応する。
本発明による投影対物系、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、特に、ＥＵＶ光が照明光として用いられる時に明らかになる。
以下では、本発明の例を図面を用いてより詳細に説明する。

マイクロリソグラフィのための投影露光装置の模式図である。 請求項１に記載の実施形態の投影露光装置の投影光学系を通る例示的結像ビーム経路を含む子午断面図である。 投影光学系の別の実施形態の図２と類似の図である。 投影光学系の別の実施形態の図２と類似の図である。 投影光学系の別の実施形態の図２と類似の図である。 図５に記載の投影光学系を含む投影露光装置の模式図である。 図５に記載の投影光学系を含む投影露光装置の別の実施形態の図６と類似の図である。

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３のための光源２を含む。光源２は、５ｎｍと３０ｎｍの間の波長範囲の光を生成するＥＵＶ光源である。他のＥＵＶ波長も考えることができる。代替的に、投影露光装置１は、例えば、可視波長、ＵＶ波長、ＤＵＶ波長、又はＶＵＶ波長を有する照明光３を用いて作動させることができる。図１には照明光３のビーム経路を非常に模式的に示す。

照明光３は、照明光学系６を用いて物体平面５内の物体視野４へと誘導される。投影対物系の形態にある投影光学系７は、物体視野４を像平面９内の像視野８へと所定の縮小比で結像するように用いられる。この縮小比は、４：１である。従って、像視野８へと結像されると、物体視野４は、投影光学系７を用いてサイズが４倍だけ縮小される。
投影光学系７は、例えば、像を４倍だけ縮小する。他の像スケール、例えば、５×、６×、８×、又は更には８×よりも大きい像スケールを考えることができる。また、４×よりも小さい像スケールを考えることができる。

像平面９は、物体平面５に対して平行である。この工程では、反射マスク１０の物体視野４と一致する部分が結像される。この部分は、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上に結像される。
位置関係の説明を容易にするために、図面は、ｘｙｚ座標系を含む。図１では、ｘ軸は、作図面に対して垂直であり、閲覧者から作図面に向けて延びている。ｙ軸は、図１の右に延びている。ｚ軸は、図１の下方に延びている。
レチクルホルダ（図示していない）によって保持された反射マスク１０と基板１１は、投影露光中にｙ方向に同期して走査される。

図２は、第１の実施形態である投影光学系７の光学設計を示しており、この図は、２つの離間された視野点によって放出された照明光３の個々の結像ビーム１３の経路を示している。これらの結像ビーム１３のうちの１つは、中心視野点の主光線であり、言い換えれば、物体視野４又は像視野８のコーナを結ぶ対角線の交点上に厳密に位置する視野点の主光線である。
投影光学系７では、像平面９は、物体平面５の下流にある投影光学系７の最初の視野平面である。言い換えれば、投影光学系７は、中間像平面を持たない。
投影光学系７は、像側に０．２５という開口数を有する。全長Ｔ、言い換えれば投影光学系７の物体平面５と像平面９の間の距離は、１５８５ｍｍである。

物体平面５が像平面９に対して平行ではない投影光学系の考えることができる他の実施形態（図示していない）では、全長Ｔは、像平面からの中心視野点の距離として定められる。非偶数個のミラー、例えば、７個又は９個のミラーが装備された考えることができる別の投影対物系（図示していない）では、全長は、ミラーのうちの１つと視野平面のうちの１つとの間の最大距離として定められる。
投影光学系７の物体像シフトｄ_OISは、１１１４．５ｍｍである。物体像シフトｄ_OISは、中心物体視野点の像平面８上への垂直投影Ｐの中心像点からの距離である。
図２に記載の投影光学系では、全長Ｔと物体像シフトｄ_OISの間の比は、約１．４２である。

像平面９内での投影光学系７の視野サイズは、ｙ方向に２ｍｍ、ｘ方向に２６ｍｍであり、それに対して物体平面５内では、視野サイズは、ｙ方向に８ｍｍであり、ｘ方向に１０８ｍｍである。
物体視野４及び像視野８は、矩形である。一般的に、これらの視野は、対応するｘｙアスペクト比を有する円の扇形の形状を有することができる、言い換えれば、湾曲形状を有することができる。
視野のｙ寸法をスロット高さとも呼び、それに対してｘ方向をスロット幅とも呼ぶ。
物体視野４上、言い換えれば反射マスク１０上に入射する結像ビーム１３の入射角βは、６°である。他の入射角βを考えることもできる。

投影光学系７は、照明光３に露光される順番で番号が振られた合計で６つのミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６を含む。ミラーＭ３及びＭ６は、凹である。ミラーＭ４は、凸である。図２は、ミラーＭ１からＭ６の反射面のみを示しており、ミラー本体全体又は関係するホルダのような他の態様を省略していることに注意すべきである。
ミラーＭ１からＭ６は、各場合に特定の入射角スペクトルで照明光３に露光される。この入射角スペクトルは、それぞれのミラーＭ１からＭ６に入射する最小入射角α_minと最大入射角α_maxの間の差である。図２では、これを投影光学系７の最大絶対入射角スペクトルを有する最後から２番目のミラーＭ５の例で示している。
以下の表は、ミラーＭ１からＭ６の入射角スペクトルα_max−α_minを示している。

（表）

図２の子午断面では、約１４°の最小入射角α_minをミラーＭ５の右手縁部に得ることができる。図２の最大入射角α_maxは、約２４°であり、ミラーＭ５の左手縁部に得ることができる。従って、ミラーＭ５は、１０°の入射角スペクトルを有する。この入射角スペクトルは、同時に、ミラーＭ１からＭ６のうちの１つに入射する入射角の間の最大差である。投影光学系７のミラーＭ１からＭ６に入射する入射角は、ほぼ例外なく小角度の良好な近似満足範囲内（０°≦α≦７°）にある。従って、ミラーＭ１からＭ６は、これらのミラーの反射面にわたって均等に付加された反射コーティングで被覆される。

反射コーティングは、特に多層コーティングであり、言い換えれば、ＥＵＶ反射コーティングには通例であるモリブデン層とシリコン層との交互スタックである。僅か１０°という小さい最大入射角スペクトルは、全てのミラーＭ１及びＭ６上の反射が、良好な近似で一定であることを保証する。すなわち、投影光学系７では、それぞれのミラー面にわたる反射の望ましくない変動又は過度なアポディゼーションが回避される。アポディゼーションは、瞳にわたる照明光３の強度分布の変動として定められる。Ｉ_maxを投影光学系７の瞳平面内での照明光３の最大強度とし、Ｉ_minをこの瞳平面にわたる照明光３の最小強度とすると、次式の値はアポディゼーションの尺度である。
Ａ＝（Ｉ_max−Ｉ_min）／Ｉ_max

ミラーＭ１からＭ６のうちの少なくとも１つは、双円錐形の基本形状を有し、以下の曲面式を用いて説明することができる反射自由曲面を有する。

ｘ及びｙは、反射面を通る法線の貫通点として定められる座標原点から始まる反射面上の座標を表している。理論的には、この貫通点は、有用反射面を超えて配置することができる。ｚは、反射自由曲面のサジタル高さを表している。係数ｃｖｘ及びｃｖｙは、ｘｙ断面図及びｘｚ断面図における反射自由曲面の曲率を説明する。係数ｃｃｘ及びｃｃｙは、円錐パラメータである。
自由曲面式は、最初の双円錐項及びその後の係数ａ_jiを有するｘｙ多項式から成る。

以下の表は、投影光学系７におけるミラーＭ１からＭ６の光学面の配列及び形状を明記している。
表１の最初の列には、選択面を番号で表している。第２の列は、ｚ方向にそれぞれの最隣接面からの各面のそれぞれの距離を含む。表１の第３の列は、全体座標系に対する各面の局所座標系のそれぞれのｙ偏心を列記している。
表１の最終列は、定められた面を投影光学系７の構成要素に割り当てることを可能にする。

（表１）

表２は、ミラーＭ６（面２）、Ｍ５（面３）、Ｍ４（面４）、Ｍ３（面５）、Ｍ２（面６）、Ｍ１（面７）というそれぞれの反射自由曲面のデータを含む。表に記載のない係数は、ゼロに等しい。更に、ＲＤＸ＝１／ｃｖｘ、ＲＤＹ＝１／ｃｖｙが適用される。

（表２）

（表２続き）

図３は、投影光学系７の代わりに図１に記載の投影露光装置１に対して用いることができる投影光学系の別の実施形態１４を示している。投影光学系７に関して既に上述したものに対応する投影光学系１４の構成要素は、同じ参照番号を有し、これらに対しては、再度詳細に説明しない。
投影光学系１４は、像側に０．２５という開口数を有する。投影光学系１４の全長Ｔは、１０００ｍｍである。投影光学系１４の物体像シフトｄ_OISは、６５６．５ｍｍである。従って、比Ｔ／ｄ_OISは、約１．５２である。

投影光学系１４では、１２°である最大入射角スペクトルは、ミラーＭ５上においても見出すことができる。約６°である最小入射角は、図３のミラーＭ５の右手縁部に見出される。約１８°である最大入射角は、図３のミラーＭ５の左手縁部に見出される。投影光学系１４においても、像平面９は、物体平面５の下流にある最初の視野平面である。
同様に、投影光学系１４では、Ｍ１からＭ６のうちの少なくとも１つが双円錐反射自由曲面である。

以下の表は、投影光学系１４におけるミラーＭ１からＭ６の光学面の配列及び形状を明記している。表３の最初の列には、選択面を番号で表している。第２の列は、ｚ方向にそれぞれの最隣接面からの各面のそれぞれの距離を含む。表３の第３の列は、全体座標系に対する各面の局所座標系のそれぞれのｙ偏心を列記している。
表３の最終列は、定められた面を投影光学系１４の構成要素に割り当てることを可能にする。

（表３）

表４は、ミラーＭ６（面２）、Ｍ５（面３）、Ｍ４（面４）、Ｍ３（面５）、Ｍ２（面６）、Ｍ１（面７）というそれぞれの反射自由曲面のデータを含む。表に記載のない係数は、ゼロに等しい。更に、ＲＤＸ＝１／ｃｖｘ、ＲＤＹ＝１／ｃｖｙが適用される。

（表４）

（表４続き）

（表４続き）

（表４続き）

（表４続き）

（表４続き）

図４は、投影光学系７の代わりに図１に記載の投影露光装置に対して用いることができる投影光学系の別の実施形態１５を示している。投影光学系７に関して既に上述したものに対応する投影光学系１５の構成要素は、同じ参照番号を有し、これらに対しては、再度詳細に解説しない。
投影光学系１５は、像側に０．３２という開口数を有する。投影光学系１５の全長Ｔは、１０００ｍｍである。投影光学系１５の物体像シフトｄ_OISは、９７８ｍｍである。従って、比Ｔ／ｄ_OISは、約１．０２である。

投影光学系１５では、１３°である最大入射角スペクトルは、ミラーＭ５においても同様に見出すことができる。約９°である最小入射角は、図４のミラーＭ５の右手縁部に見出される。約２２°である最大入射角は、図４のミラーＭ５の左手縁部に見出される。投影光学系１５においても、像平面９は、物体平面５の下流にある最初の視野平面である。
同様に、投影光学系１５では、Ｍ１からＭ６のうちの少なくとも１つが双円錐反射自由曲面である。

以下の表は、投影光学系１５におけるミラーＭ１からＭ６の光学面の配列及び形状を明記している。
表５の最初の列には、選択面を番号で表している。第２の列は、ｚ方向にそれぞれの最隣接面からの各面のそれぞれの距離を含む。表５の第３の列は、全体座標系に対する各面の局所座標系のそれぞれのｙ偏心を列記している。
表５の最終列は、定められた面を投影光学系１５の構成要素に割り当てることを可能にする。

（表５）

表６は、ミラーＭ６（面２）、Ｍ５（面３）、Ｍ４（面４）、Ｍ３（面５）、Ｍ２（面６）、Ｍ１（面７）というそれぞれの反射自由曲面のデータを含む。表に記載のない係数は、ゼロに等しい。更に、ＲＤＸ＝１／ｃｖｘ、ＲＤＹ＝１／ｃｖｙが適用される。

（表６）

（表６続き）

（表６続き）

（表６続き）

（表６続き）

（表６続き）

図５は、投影光学系７の代わりに図１に記載の投影露光装置１に対して用いることができる投影光学系の別の実施形態１６を示している。投影光学系７に関して既に上述したものに対応する投影光学系１６の構成要素は、同じ参照番号を有し、これらに対しては再度詳細に解説しない。
投影光学系１６は、像側に０．３５という開口数を有する。投影光学系１６の全長Ｔは、１５００ｍｍである。投影光学系１６の物体像シフトｄ_OISは、５８０ｍｍである。従って、比Ｔ／ｄ_OISは、約２．５９である。

投影光学系１６のミラーＭ５上には、０．１５°の最小入射角及び２３．７２°の最大入射角が存在する。従って、ミラーＭ５において見出される最大入射角スペクトルは、投影光学系１６のミラーのうちの１つにおいて見出される入射角の最大スペクトルである２３．５８°である。
投影光学系１６は、ミラーＭ４とＭ５の間に中間像平面１７を有する。この中間像平面１７は、結像ビーム１３が誘導されてミラーＭ６を通り越した点にほぼ配置される。

投影光学系１６のミラーＭ１からＭ６の反射自由曲面は、次式によって数学的に説明することができる。

ここで、以下の通りである。

Ｚは、点ｘ、ｙ（ｘ²＋ｙ²＝ｒ²）における自由曲面のサジタル高さを表している。
ｃは、対応する非球面の頂点の曲率に対応する定数である。ｋは、対応する非球面の円錐定数に対応する。Ｃ_jは、単項式Ｘ^mＹⁿの係数である。一般的に、ｃ、ｋ、及びＣ_jの値は、投影光学系１６におけるミラーの望ましい光学特性に基づいて決められる。単項式の次数ｍ＋ｎは、必要に応じて変更することができる。高次の単項式は、結像エラーの補正を容易にする投影光学系設計をもたらすことができるが、計算することが困難であり、ｍ＋ｎは、３と２０よりも大きい値との間の値を取ることができる。

自由曲面は、例えば、光学設計プログラム「ＣＯＤＥ Ｖ」（登録商標）のマニュアルに説明されているゼルニケ多項式を用いて数学的に説明することができる。代替的に、自由曲面は、２次元スプライン面を用いて説明することができる。２次元スプライン面の例は、ベジェ曲面又は不均一有理スプライン（ＮＵＲＢＳ）である。２次元スプライン面は、例えば、ｘｙ平面内の点の集合とこれらの点のそれぞれのｚ値により、又はこれらの点とそのそれぞれの勾配によって説明することができる。スプライン面の種類によっては、面全体は、例えば、連続性及び微分可能性に関して特定の特性を有する多項式又は関数を用いた上記集合における点の間の内挿によって得られる。この例は、解析関数である。

投影光学系１６のミラーＭ１からＭ６の反射面の光学設計データを以下の表に列記する。これらの表のうちの最初のものは、光学構成要素の光学面におけるそれぞれの頂点曲率の逆数（半径）、及び距離値（厚み）を含み、距離値は、物体平面から始まるビーム経路内で隣接する要素のｚ距離に対応する。第２の表は、ミラーＭ１からＭ６に関する上述の自由曲面式における単項式Ｘ^mＹⁿの係数Ｃ_jを含み、Ｎ半径は、正規化定数である。第２の表には、ミラーの基準設計に対するそれぞれのミラーのｙ偏心の絶対値（ｍｍ）及びｘ回転が列記された第３の表が続く。この表は、自由曲面設計工程の最中の偏心（ｙ方向の）及び回転（ｘ軸回りの）の工程に対応し、回転角を度で明記している。

（表続き）

図５では、参照番号１８は、中心物体視野点に割り当てられた主光線を表している。参照番号１９は、図５の物体平面５に対する中心物体視野点を通過する法線を指す。言い換えれば、主光線１８と法線１９とは物体平面５内で交わる。主光線１８が、その経路に沿って物体平面５と像平面９との間で伝播し続けると、法線１９からの主光線１８の距離は単調に増大する。主光線１８が、像平面、言い換えれば中心像視野点を通過する時には、上記距離は、物体像シフトｄ_OISに等しい。法線１９からの主光線１８の距離は、ビーム経路に沿って物体平面５と像平面９との間で単調に増大するので、ビーム経路全体に沿っていかなる距離の減少もないことになる。投影光学系１６では、この距離は、主光線１８が最後のミラーＭ６上に入射するまで連続的に増大する。ミラーＭ６上の主光線１８の入射点と像平面９との間では、この距離は一定に留まる。

図１よりも模式的ではない図６は、投影光学系１６が装備された投影露光装置１を示している。特に、図１から図５に関して既に上述したものに対応する構成要素は、同じ参照番号を有し、これらに対しては、再度詳細に解説しない。
光源２から放出された照明光３は、最初に、図６では模式的に例示している集光器２０によって集光される。
図１に記載の図とは対照的に、図６に記載の図は、図６の像平面９の高さよりも低い高さに光源２を示している。従って、集光器２０によって集光される照明光３は、基板ホルダ１２を通り越すように誘導する必要がある。

図６に記載の実施形態では、照明光学系６は、集光器２０の下流に配置された視野ファセットミラー２１、及びこの視野ファセットミラー２１の下流に配置された瞳ファセットミラー２２を有する。２つのファセットミラー２１、２２は、物体視野４にわたる照明光３の強度分布及び照明角度分布の所定の設定を得るのに用いられる。集光器２０と視野ファセットミラー２１の間には、照明光３のビーム経路に配置された中間焦点２３が存在する。図５及び図６に記載の投影光学系１６の大きい物体像シフトｄ_OISは、ビーム経路が、物体平面５、更に像平面９へと法線に沿って、言い換えれば垂直に延びることを可能にする。従って、基板ホルダ１２を通り越して照明光３を誘導する上で、照明光３を誘導するミラー上の過度に大きい入射角を必要としない。
図６に記載の投影光学系１６を含む投影露光装置１は、８５５ｍｍの中間焦点像シフトＤを有する。中間焦点像シフトＤは、中間焦点２３からの像平面９に対する法線の貫通点からの像視野８の中心点の距離として定められる。
図６に記載の投影露光装置１では、投影光学系１６の全長Ｔと中間焦点像シフトＤとの間の比は、Ｔ／Ｄ＝１．７５である。

図７は、図６に記載の投影光学系１６及び別の実施形態の照明光学系６を含む投影露光装置１の図６と類似の図である。図１から図６、特に、図６に関して既に上述したものに対応する構成要素は、同じ参照番号を有し、これらに対しては、再度詳細に解説しない。
図６に記載の実施形態の照明光学系６とは対照的に、図７に記載の実施形態は、照明光３のための貫通開口部２４を有する瞳ファセットミラー２２を含む。照明光３は、集光器２０と視野ファセットミラー２１の間のビーム経路に沿って貫通開口部２４を通過する。図７に記載の実施形態では、中間焦点２３は、貫通開口部２４の近くに配置される。

図７に記載の投影露光装置１では、中間焦点像シフトＤは、７０３ｍｍである。従って、図６に記載の投影光学系１６と同一の投影光学系１６の全長Ｔと中間焦点像シフトＤの間の比は、Ｔ／Ｄ＝２．１２である。
集光器２０と視野ファセットミラー２１の間のビーム経路は、物体平面５及び像平面９と８１°の角度γを成す。その結果、ビーム経路は、法線から９°しか偏向しない。
図７に記載の照明光学系６を用いると、視野ファセットミラー２１上に入射する照明光３の特に小さい最大入射角が得られる。

投影光学系７、１４、１５、及び１６は、光束誘導構成要素であり、従って、ミラーのみを含む。従って、これらの投影光学系７、１４、１５、１６をミラー投影対物系と呼ぶ。
投影露光装置１を用いて微細構造化構成要素を製造する際には、最初の段階で反射マスク１０及び基板１１が準備される。その後、投影露光装置１の投影光学系７、１４、１５、又は１６を用いて、反射マスク１０上の構造がウェーハ１１上の感光層上に投影される。その後、感光層は、ウェーハ１１上の微細構造へと作成され、これは、次に、微細構造化構成要素へと作成される。

４ 物体視野
５ 物体平面
７ 投影対物系
８ 像視野
９ 像平面
ｄ_OIS 物体像シフト
Ｍ１からＭ６ ミラー
Ｔ 投影対物系の全長

Claims (15)

1. 物体平面（５）の物体視野（４）を像平面（９）の像視野（８）内に結像するためのマイクロリソグラフィのための投影対物系（７；１４；１５）であって、
   双円錐反射自由曲面を有する少なくとも６つのミラー（Ｍ１からＭ６）、
   を含み、
   投影対物系（７；１４；１５）の全長（Ｔ）の物体像シフト（ｄ_OIS）に対する比が、１２よりも小さく、
   前記ミラーのそれぞれの１つに入射する最大入射角（αmax）と、最小入射角（αmin）間の差である前記少なくとも６つのミラーの最大入射角スペクトルは、最大で１５度であり、
   前記少なくとも６つのミラーは、反射コーティングを有して、アポディゼーションを低減し、
   前記アポディゼーションは、前記投影対物系の瞳にわたる照明光の強度分布の変動として定められ、
   前記投影対物系は、少なくとも０．２５の像側の開口数を有する、
   ことを特徴とする投影対物系。
2. 前記像平面（９）が、前記物体平面（５）の下流の投影対物系（７；１４；１５）の最初の視野平面である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の投影対物系。
3. 少なくとも６つのミラー（Ｍ１からＭ６）、
   を含み、
   物体平面（５）の物体視野（４）を像平面（９）の像視野（８）内に結像するためのマイクロリソグラフィのための投影対物系（７；１４；１５）であって、
   前記少なくとも６つのミラーは、双円錐反射自由曲面を有し、
   全長（Ｔ）の物体像シフト（ｄ_OIS）に対する比が、１．５よりも小さく、
   前記ミラーのそれぞれの１つに入射する最大入射角（αmax）と、最小入射角（αmin）間の差である前記少なくとも６つのミラーの最大入射角スペクトルは、最大で１５度であり、
   前記少なくとも６つのミラーは、反射コーティングを有して、アポディゼーションを低減し、
   前記アポディゼーションは、前記投影対物系の瞳にわたる照明光の強度分布の変動として定められ、
   前記投影対物系の像側の開口数が、０．２５以上である、
   ことを特徴とする投影対物系。
4. 前記像平面（９）は、前記物体平面（５）の下流の投影対物系（７；１４；１５）の最初の視野平面であることを特徴とする請求項３に記載の投影対物系。
5. 物体平面（５）の物体視野（４）を像平面（９）の像視野（８）内に結像するためのマイクロリソグラフィのための投影対物系（１６）であって、
   双円錐反射自由曲面を有する少なくとも６つのミラー（Ｍ１からＭ６）と、
   物体平面（５）と像平面（９）の間の少なくとも１つの中間像平面（１７）と、
   を含み、
   投影対物系（１６）の全長（Ｔ）の物体像シフト（ｄ_OIS）に対する比が、１２よりも小さく、
   前記ミラーのそれぞれの１つに入射する最大入射角（αmax）と、最小入射角（αmin）間の差である前記複数のミラーの最大入射角スペクトルは、最大で２３．５７度であり、
   前記少なくとも６つのミラーは、反射コーティングを有して、アポディゼーションを低減し、
   前記アポディゼーションは、投影対物レンズの瞳にわたる照明光の強度分布の変動として定められる、
   ことを特徴とする投影対物系。
6. 中心物体視野点の主光線（１８）と、
   前記中心物体視野点を通過する前記物体平面（５）に対する法線（１９）と、
   の間の距離が、前記物体視野（５）で始まって前記像視野（９）へと伝播する前記主光線（１８）の経路に沿って単調に増大する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の投影対物系。
7. ５８０ｍｍ以上の大きい物体像シフト（ｄ_OIS）を特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の投影対物系。
8. 少なくとも０．３の像側の開口数を特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の投影対物系。
9. 前記物体視野（４）及び／又は前記像視野（８）の少なくとも２ｍｍ×２６ｍｍの視野サイズを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の投影対物系。
10. 前記物体視野（４）上の中心物体視野点に割り当てられた結像ビーム（１３）の６°の入射角（β）を特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の投影対物系。
11. 光源（２）によって放出された照明光（３）を誘導し、かつ物体視野（４）を照明するためのマイクロリソグラフィのための照明光学系（６）と、
    前記物体視野（４）を像視野（８）内に結像するための請求項１から１０のいずれか１項に記載の投影対物系と、
    を含み、
    前記照明光学系（６）が、前記照明光（３）が前記光源（２）と前記物体視野（４）の間に中間焦点（２３）を有するような方法で設計される、
    光学系であって、
    投影光学系（１６）の全長（Ｔ）と中間焦点像シフト（Ｄ）の間の３よりも小さい比、 を特徴とする光学系。
12. 前記中間焦点（２３）は、前記照明光学系（６）の構成要素（２２）の貫通開口部（２４）の近くに配置されることを特徴とする請求項１１に記載の光学系。
13. 前記照明光学系（６）は、前記照明光（３）を誘導するための集光器（２０）及び最大で３つのミラー（２１、２２）を含むことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の光学系。
14. 請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の光学系、
    を含むことを特徴とする投影露光装置（１）。
15. 微細構造化構成要素を製造する方法であって、
    レチクル（１０）及びウェーハ（１１）を準備する段階と、
    請求項１４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）上に微細構造を作成する段階と、
    を用いることを特徴とする方法。

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