JP2000235144A - マイクロリソグラフィー縮小用対物レンズおよび投影露光装置 - Google Patents

マイクロリソグラフィー縮小用対物レンズおよび投影露光装置

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JP2000235144A
JP2000235144A JP2000033981A JP2000033981A JP2000235144A JP 2000235144 A JP2000235144 A JP 2000235144A JP 2000033981 A JP2000033981 A JP 2000033981A JP 2000033981 A JP2000033981 A JP 2000033981A JP 2000235144 A JP2000235144 A JP 2000235144A
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projection objective
objective lens
projection
distance
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Dingel Udo
ウド・ディンゲル
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Carl Zeiss AG
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 短波長でのリソグラフィーに適した投影用対
物レンズの提供。 【解決手段】 好ましくは100nm以下といったよう
な短波長マイクロリソグラフィーにおいて使用するため
の投影用対物レンズであって、イメージ側での開口数
(NA)がNA≧0.15であるようにして配置された
6個のミラー、つまり、第1ミラーS1〜第6ミラーS
6を具備してなり、ウェーハ面4に対して最も近い位置
に配置された第5ミラーS5が、ウェーハ面に対して所
定距離だけ離間して配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロリソグラ
フィー用対物レンズ、および、この対物レンズを備えた
投影露光装置、ならびに、これを利用した集積回路の製
造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】130nm以下の解像度の構造をイメー
ジ化するために、193nm以下の波長で動作するリソ
グラフィー光学系を使用することが、既に提案されてい
る。実際、このようなリソグラフィー光学系において
は、λ=11nmやλ=13nmという波長範囲の極紫
外光(EUV)でもって、100nm以下の構造を形成
することが示唆されている。リソグラフィー光学系の解
像度は、k1 をリソグラフィープロセスの特定パラメー
タ、λを入射光の波長、NAを光学系のイメージ側にお
ける開口数とすれば、 RES=k1λ/NA で表され
る。例えば、開口数が0.2の場合には、13nmによ
る50nm構造のイメージは、k1 =0.77という比
較的単純なプロセスを要求する。k1 =0.64であれ
ば、11nmの放射によって35nm構造のイメージを
得ることができる。
【0003】EUV領域におけるイメージ化光学系にお
いては、多層コーティングを有した実質的な反射系が、
光学部材として利用可能である。好ましくは、Mo/B
eからなる多層が、λ=11nmで動作する光学系に対
しての多層コーティング系として使用され、一方、λ=
13nmにおいては、Mo/Siからなる多層系が使用
される。多層コーティングの反射率が約70%の場合に
は、例えばEUV投影用対物レンズを使用したマイクロ
リソグラフィーといったような応用においては、十分な
光学強度を確保するために、できる限り少数の光学素子
しか使用しないことが望ましい。詳細には、大きな光強
度を得るためには、また、イメージ化エラーの補正を可
能とするためには、6個のミラーを備え開口数(NA)
が0.20とされた光学系が、使用される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】マイクロリソグラフィ
ーのための、6個のミラーを備えた光学系は、米国特許
明細書第5,686,728号、欧州特許明細書第77
9,528号、および、米国特許明細書第5,815,
310号によって公知となっている。上記米国特許明細
書第5,686,728号における投影リソグラフィー
光学系は、6個のミラーを備えた投影用対物レンズを具
備している。この場合、反射性ミラー表面の各々は、非
球面の形態とされている。これらミラーは、障害物のな
い光学経路が得られるような状況で、共通の光学軸に沿
って配置されている。この米国特許明細書第5,68
6,728号によって公知の投影用対物レンズが、10
0〜300nmの波長のUV光に対してのみ使用される
ものであることにより、この投影用対物レンズのミラー
は、約±50μmという非常に大きな非球面性を有して
おり、約38°という非常に大きな入射角度を有してい
る。NA=0.2へと開口数を減少したにしても、ピー
クからピークで測ったときに25μmという非球面性が
残り、入射角度の減少量は少ない。このような非球面性
および入射角度は、現存技術におけるEUV領域におい
ては、使用できるものではない。というのは、EUV領
域の技術においては、ミラーの表面品質および反射率と
して、さらに高度なものが要望されるからである。
【0005】上記米国特許明細書第5,686,728
号における対物レンズに関し、EUVマイクロリソグラ
フィーにとって望ましい例えば11nmや13nmとい
ったような100nm以下の波長での使用に対しての障
害となっている他の欠点は、ウェーハとウェーハに最も
近いミラーとの間の距離が短いことである。このように
この距離が短いことのために、その米国特許明細書第
5,686,728号における装置において使用されて
いるような極薄のミラーしか使用することができない。
興味の対象をなす11nmや13nmの波長に対して適
切であるような多層系のコーティングに対しては、かな
りの応力がかかることにより、そのような薄いミラー
は、非常に不安定である。
【0006】13μmや11μmといった波長にさえお
けるEUVリソグラフィー用の、6個のミラー付きの投
影用対物レンズは、先の欧州特許明細書第779,52
8号によって公知となっている。この投影用対物レンズ
は、また、6個のミラーのうちの少なくとも2つのミラ
ーが、26μmおよび18.5μmという非常に大きな
非球面性を有しているという欠点をかかえている。うま
くないことに、この欧州特許明細書第779,528号
における構成においては、ウェーハに最も近いミラーと
ウェーハとの間の光学的動作距離が非常に短く、そのた
め、不安定性が発生したり、負の機械的動作距離ができ
たりする。
【0007】よって、上記従来技術における欠点を有し
ていないような、短波長でのリソグラフィーのための、
好ましくは100n以下の波長でのリソグラフィーのた
めの、投影用対物レンズが要望されている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のある見地によれ
ば、6個のミラーを備えた投影用対物レンズであって、
被照光ウェーハの最も近くに配置されるミラーが、イメ
ージ側での開口数(NA)がNA≧0.15であるよう
にして配置されることによって、従来技術の欠点が克服
される。また、ウェーハの最も近くに配置されるミラー
は、イメージ側における光学的にフリーな動作距離が、
ウェーハの近くに配置されるミラーの直径以上である
か;あるいは、イメージ側における光学的にフリーな動
作距離が、ウェーハの近くに配置されるミラーの直径の
3分の1と、20mm〜30mmの範囲の長さと、の和
以上であるか;あるいは、イメージ側における光学的に
フリーな動作距離が、50mm以上であるか;のいずれ
かの状況で配置される。好ましい実施形態においては、
イメージ側における光学的動作距離は、60mmとされ
る。
【0009】本発明の他の見地によれば、6個のミラー
を備えた投影用対物レンズは、イメージ側での開口数N
AがNA≧0.15であり、ウェーハにおける円弧形状
視野幅Wが、1.0mm≦Wという範囲であり、6個の
ミラーのすべてに関して、非球面形状のピーク対谷で測
ったときの、最適適合球面からの最大ズレ量Aが、A≦
19μm−102μm×(0.25−NA)−0.7μ
m/mm(2mm−W)という範囲に制限されているこ
とによって特徴づけられる。好ましい実施形態において
は、すべてのミラーに関し、非球面形状のピーク対谷で
測ったときの、最適適合球面からの最大ズレ量Aは、A
≦12μm−64μm×(0.25−NA)−0.3μ
m/mm(2mm−W)という範囲によって制限され
る。
【0010】本発明のさらに他の見地においては、6個
のミラーを備えた投影用対物レンズは、イメージ側での
開口数NAがNA≧0.15であり、ウェーハにおける
円弧形状視野幅Wが、1.0mm≦Wという範囲であ
り、すべてのミラーにおける光入射に関して、面に対す
る直交方向から測ったときの入射角度AOIが、AOI
≦23°−35°×(0.25−NA)−0.2°/m
m(2mm−W)という範囲によって制限されることに
よって特徴づけられる。
【0011】好ましくは、本発明の実施形態は、上記3
つの見地のすべてを含む。例えば、そのような実施形態
においては、光学的動作距離が、NA=0.20におい
て50mm以上であり、かつ、ピーク対谷での非球面偏
差が上記範囲内であり、かつ、入射角度が上記範囲内で
ある。
【0012】非球面性という用語は、使用範囲において
最適適合をなす球面に対しての、非球面形状表面の、ピ
ーク対谷での偏差Aのことを意味している。非球面状表
面は、この例においては、ミラーの頂点に中心を有して
いるとともに中間部における有効領域の上端および下端
において非球面と交差する球面を使用することによって
近似される。入射角度とは、常に、入射ビームと、表面
に対しての入射点から立ち上げた垂直線と、の間の角度
を意味している。ミラーに関しての入射光最大入射角度
が、常に与えられる。すなわち、入射束制限ビームの角
度が与えられる。使用直径とは、通常円形ではないよう
な使用領域に対しての包絡円の直径として定義される。
【0013】好ましくは、ウェーハ側における光学的動
作距離は、60mmとされる。
【0014】対物レンズは、EUVにおいてだけではな
く、本発明の範囲を逸脱することなく、他の波長におい
ても使用することができる。しかしながら、いずれの場
合においても、イメージ品質の劣化を避けるためには、
とりわけ中央陰影(centralshading) による劣化を避
けるためには、投影用対物レンズのミラーは、障害物の
ない光学経路を形成し得るようにして配置されるべきで
ある。さらに、光学系の取付を容易なものとするため
に、また、光学系の調整を容易なものとするために、ミ
ラー面は、主軸に対しての回転対称性を有した面をなす
ように構成されるべきである。さらに、アクセス可能な
開口を有したコンパクトな構成とするために、また、障
害物のない経路を確立するために、投影用対物レンズデ
バイスは、好ましくは第4ミラーの後に形成されるよう
な、中間イメージを形成し得るよう構成されている。こ
のような光学系においては、開口制限手段を、前方側に
おける開口の小さな部分に設けることができ、開口制限
手段に対して関連した光束面は、最後のミラーの焦点面
内にイメージ化される。このような光学系は、イメージ
空間内において、テレセントリック系ビームを確保す
る。
【0015】本発明のある実施形態においては、第2ミ
ラーと第3ミラーとの間に、自由にアクセス可能な開口
制限手段が、光学的にかつ物理的に配置される。開口制
限手段に対しての良好なアクセス可能性は、第1ミラー
から第3ミラーまでの間の距離(S1S3)と、第1ミ
ラーから第2ミラーまでの間の距離(S1S2)と、の
比が、 0.5<S1S3/S1S2<2 の範囲とさ
れている場合に、確保される。また、第2ミラーと第3
ミラーとの間に配置された開口制限手段によって、第3
ミラーから第4ミラーへと進む光のぼやけを防止するた
めに、第2ミラーから開口制限手段までの間の距離(S
2開口)と、第3ミラーから開口までの間の距離(S3
開口)と、の比が、 0.5<S2開口/(S3開口)
<2 の範囲とされる。このように配置された光学系を
使用することにより、投影用対物レンズの前段部分にお
ける角度負荷を、軽減することができる。
【0016】第2ミラーS2と第1ミラーS1との間に
物理的に位置した開口制限手段は、S1からS2へと進
む光の拘束(クリッピング)を避けるためには、少なく
とも部分的には、狭いリングとして形成しなければなら
ない。このような構成においては、望ましくない直接光
がまたはS1上およびS2上における反射光が、開口リ
ングの外側を通過してウェーハへと到達するという危険
性がある。しかしながら、開口制限手段が、第2ミラー
と第3ミラーとの間に光学的に配置されており、かつ、
第1ミラーに物理的に近接して配置されている場合(機
械的に容易に実現することができる)には、この望まし
くない光を有効にマスク(遮蔽)することができる。開
口制限手段は、第1ミラー内における開口として形成す
ることもできるし、第1ミラーの背後に形成することも
できる。
【0017】本発明の他の実施形態においては、開口制
限手段は、第2ミラー上にまたは第2ミラーの近傍に配
置される。ミラー上に開口を配置することは、機械的な
形成が容易であるという利点がある。ここで、小さな入
射角度での障害物のないビーム経路を確保するために
は、第1ミラーおよび第3ミラー間の距離(S1S3)
と、第1ミラーおよび第2ミラー間の距離(S1S2)
と、の比が、 0.3≦S1S3/S1S2≦2 の範
囲であり、かつ、第2ミラーおよび第3ミラー間の距離
(S2S3)と、第3ミラーおよび第4ミラー間の距離
(S3S4)と、の比が、 0.7≦S2S3/(S3
S4)≦1.4 の範囲とされる。
【0018】6個ミラー光学系におけるイメージ化誤差
を補正し得るよう、好ましい実施形態においては、6個
すべてのミラーが、非球面形状とされている。しかしな
がら、代替可能な実施形態においては、最大でも5個の
ミラーが非球面形状とされており、この場合には、製造
プロセスを簡略化することができる。その場合、1つの
ミラーを、好ましくは最大のミラーすなわち第4ミラー
を、球面ミラーの形態とすることができる。さらに、第
2ミラーから第6ミラーが、順に、凹面−凸面−凹面−
凸面−凹面とされていることが好ましい。
【0019】少なくとも50nmの解像度を得るために
は、光学系の波面のrms値(2乗平均平方根)は、最
大でも0.07λであり、好ましくは、0.03λであ
る。
【0020】有利には、本発明の実施形態においては、
対物レンズは、イメージ側において常にテレセントリッ
ク系である。反射マスクとともに動作する投影システム
においては、対象物側におけるテレセントリックビーム
経路は、伝達を大いに低減させるようなビームスプリッ
タを通しての照光なしでは、不可能である。そのような
デバイスのうちの1つは、特開平7−283116号に
より公知である。したがって、レチクル上における主要
ビーム角度は、ぼやけのない照光が可能であるように、
選択されている。これに代えて、透過マスクを備えたシ
ステムにおいては、対物レンズは、対象物側においてテ
レセントリック系とすることができる。これら実施形態
においては、第1ミラーは、好ましくは、凹面ミラーで
ある。全体的に、ウェーハ上におけるテレセントリック
誤差は、10mradを超えるべきではなく、典型的に
は、2mrad〜5mradであり、2mradが好ま
しい。このことは、イメージ化比の変化が焦点深さ全体
にわたって許容範囲内にあることを保証する。
【0021】本発明のすべての実施形態においては、6
個ミラー対物レンズは、付加的に、視野ミラー、あるい
は、3個のミラーからなる縮小用サブシステム、あるい
は、2個のミラーからなるサブシステムを備えることが
できる。
【0022】投影用対物レンズに加えて、本発明におい
ては、少なくとも1つの投影用対物レンズデバイスを具
備した投影露光装置が利用可能である。ある実施形態に
おいては、投影露光装置は、反射マスクを具備してお
り、他の実施形態においては、透過マスクを具備してい
る。好ましくは、投影露光装置は、偏心軸を有した円弧
形状視野スキャナーを照光するための照光デバイスを具
備している。さらに、走査スリットのセカント(正接)
長さは、少なくとも26mmとすることができ、リング
幅は、0.5mmより大きなものとすることができる。
これにより、この装置における一様な照光が可能とな
る。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ、本
発明の実施形態について説明する。
【0024】図1は、中間イメージと、第2ミラーと第
3ミラーとの間におけるアクセス自由な開口制限手段
と、0.2という開口数と、を有した、本発明の実施形
態を示す図である。図2は、米国特許明細書第5,68
6,728号に開示されているような、100nmより
も長い波長のための、6個のミラーを備えた従来の対物
レンズ構成を示す図である。図3は、第3ミラーと第4
ミラーとの間に配置された第1ミラー上に開口制限手段
を有した、本発明の第2実施形態を示す図である。図4
は、第2ミラー上に開口制限手段を有するとともに動作
距離が59mmであるような、本発明の第3実施形態を
示す図である。図5は、中間イメージと、0.28とい
う開口数NAと、ウェーハに最も近いミラーの有効直径
の約3分の1と20〜30mmの範囲の長さとの合計長
さを最小長さとするイメージ側上における光学的動作距
離と、を有した、本発明の第4実施形態を示す図であ
る。図6は、中間イメージと、0.30という開口数N
Aと、を有した、本発明の第5実施形態を示す図であ
る。図7Aおよび図7Bは、それぞれに例示された視野
に対して使用される直径を示す図である。
【0025】図1,3,4には、本発明による6個のミ
ラーを有した投影用対物レンズの構成が、示されてい
る。各図に示されているように、ウェーハに最も近いミ
ラーの使用直径以上の、フリーな光学的動作距離が設け
られている。これに対して、図2には、例えば米国特許
明細書第5,686,728号に開示されているよう
な、100nmよりも長い波長に対して使用するため
の、従来構成が示されている。以下のすべての実施形態
においては、同一部材に対しては同一符号が使用され、
以下の名称が使用される。すなわち、第1ミラー(S
1)、第2ミラー(S2)、第3ミラー(S3)、第4
ミラー(S4)、第5ミラー(S5)、第6ミラー(S
6)、が使用される。
【0026】特に、図1には、レチクル面2からウェー
ハ面4に至るビーム経路を有した、6個ミラー型の投影
用対物レンズを示している。この実施形態は、イメージ
比β>0でもって対象物上に仮想イメージを形成するた
めの視野ミラー(フィールドミラー)S1を備えてい
る。S2,S3,S4によって形成される3個ミラー系
が設けられていて、この3個ミラー系は、中間イメージ
Zとして、仮想イメージの実在縮小イメージ(縮小され
た実像)を形成する。最後に、2個ミラー系S5,S6
は、テレセントリック系という要求を維持しつつ、中間
イメージZを、ウェーハ面4内においてイメージ化す
る。3個ミラーサブ光学系の収差と、2個ミラーサブ光
学系の収差とは、互いに平衡している。そのため、光学
系全体は、集積回路の製造という応用に対して十分に高
品質の出力を有している。
【0027】物理的開口制限手段Bが、第2ミラーS2
と第3ミラーS3との間に、配置されている。図1に明
瞭に図示するように、開口制限手段Bは、第2ミラーS
2と第3ミラーS3との間におけるビーム経路中におい
てアクセス可能とされている。さらに、ウェーハに最も
近いミラーつまりこの実施形態においては第5番目のミ
ラーS5と、ウェーハ面4と、の間の距離(間隔)は、
使用されているミラーS5の直径よりも大きい。言い換
えれば、〔S5からウェーハ面4への光学距離〕>〔S
5の使用直径〕という条件が満たされている。距離に関
しての他の要求を満たすことも可能である。例えば、第
5ミラーS5とウェーハ面4との間の距離として、
(1)ウェーハに最も近いミラーS5の使用直径の3分
の1の長さと、20mmと、の和よりも大きいような距
離、あるいは、(2)50mmよりも大きいような距
離、を使用することができる。好ましい実施形態におい
ては、この距離は、60mmとされる。
【0028】このような比較的大きな距離は、0よりも
大きいような十分に大きなフリーな動作距離を保証し、
また、好ましくは11〜13nmの波長といったような
100nm未満の波長に対しての使用に適合した光学部
材の使用を可能とする。この範囲における光学部材とし
ては、例えば、Mo/Si多層系やMo/Be多層系が
ある。ここで、λ=13nmに対して典型的な多層系
は、Mo/Si層対であり、λ=11nmに対しては、
Mo/Be系である。いずれの場合においても、約70
層対のものが使用される。このような光学系において達
成可能な反射率は、約70%である。多層系において
は、350MPaを超える層応力が起こり得る。このよ
うな応力値は、表面変形を誘起し得るものである。特
に、ミラーのエッジ領域において、表面変形を誘起しや
すい。
【0029】例えば図1に示されているような、本発明
による光学系は、 RES=k1λ/NA という関係式
を満たしている。これは、最小50nmという公称解像
度をもたらす。k1 をリソグラフィープロセスに特有の
パラメータとしたときに、開口数NAを最小の0.2と
すれば、λ=13nmに対してk1 =0.77におい
て、また、λ=11nmに対してk1 =0.64におい
て、最小35nmという公称解像度が得られる。
【0030】また、図1に示す対物レンズのビーム経路
は、障害のないものである。例えば、26×34cm2
あるいは26×52cm2 というイメージフォーマット
を形成するためには、本発明による投影用対物レンズ
は、好ましくは、走査スリットのセカント(正接)長さ
が少なくとも26mmであるような、円弧形配置走査投
影露光装置において使用される。
【0031】投影露光装置においては、透過マスクやス
テンシルマスクや反射マスクといったような多数のマス
クを使用することができる。イメージ側においてはテレ
セントリック系であるような光学系は、対物レンズ側に
おいては、使用されるマスクに応じて、テレセントリッ
ク系とすることもテレセントリック系としないこともで
きる。例えば、反射マスクを使用しているときに、対物
レンズ側においてテレセントリック系ビーム経路を形成
するためには、透過縮小ビームスプリッタを使用しなけ
ればならない。対物レンズ側において非テレセントリッ
ク系ビーム経路である場合には、マスクの平坦性からの
ズレが、イメージに寸法誤差をもたらす。したがって、
レチクル面における主要光線角度は、レチクルの平坦性
に対する要求を到達可能な範囲とし得るよう、好ましく
は10°以下である。しかも、図1の光学系は、0.2
という開口数に対して、ウェーハレベルにおいて、1m
radというイメージ側でのテレセントリック誤差を有
している。
【0032】大きなイメージ側でのテレセントリック性
のために、最後のミラーS6の入射瞳孔は、このミラー
の焦点面にあるいはその近傍に位置している。したがっ
て、中間イメージを有しているこのような光学系におい
ては、開口Bが、主に第1ミラーS1と第3ミラーS3
との間における光学経路において前方側における開口制
限部分をなし、この開口制限に関連した瞳孔面が、最終
ミラーの焦点面内においてイメージ化されることとな
る。
【0033】図1におけるすべてのミラーS1〜S6
は、約7.3μmという最大非球面性を有した非球面状
のものとして構成されている。構成の非球面性が小さい
ことは、製造面からは有利である。その理由は、多層ミ
ラーの表面処理における困難さが、非球面偏差および非
球面性の傾きに比例して増大するからである。
【0034】6個ミラー対物レンズの大きな入射角度
は、第5ミラーS5において起こり、約18.4°であ
る。ミラー全体にわたっての入射角度の最大変化も、ま
た、第5ミラーS5において起こり、約14.7°であ
る。λ=13nmにおける波面誤差は、0.032λよ
りも良好であり、ポイントイメージの重心ズレは、3n
m未満であり、静的な寸法補正捻れは、4nmである。
【0035】第2ミラーと第3ミラーとの間における開
口制限手段は、自由にアクセス可能なものである。開口
制限手段を通ってS3からS4へと向かう光のぼやけ
は、0.5< S1S3/S1S2 <2、かつ、0.5
<〔S2開口〕/〔S3開口〕<2という条件が満足さ
れているときには、両ミラー上における両入射角度を同
時に許容範囲内のものとすることにより、防止される。
ここで、記号S1S3は、両ミラーS1,S3の頂点ど
うしの間の機械的距離を意味している。また、〔S2開
口〕は、ミラーS2の頂点と開口との間の機械的距離を
意味している。さらに、図1,3,4のいずれの実施形
態においても、ミラー上への入射角度を減少させるため
に、レチクルからS1への距離は、S2からS3への距
離よりも、小さなものとされている。すなわち、レチク
ルS1<S2S3という関係が成立している。好ましく
は、レチクルは、最初のミラー(例えば、S2)の前方
側において、レチクルと第1ミラーとの間における入射
光の方向に沿って、十分遠くに位置している。この場合
には、例えば、レチクルとS2との間の間隔は、80m
mとされている。
【0036】また、図1,3,4,5の実施形態におい
ては、ミラーS3,S6間の間隔は、これらミラーS
3,S6として十分な厚さのミラーを使用できるような
大きさに選択されている。ミラーの厚さが厚いというこ
とは、強度や安定性や、上述のような大きな層内張力に
対する耐性が良好であることを意味している。このよう
な光学系においては、0.3×(S3の使用直径+S6
の使用直径)<S3S6という関係であることが好まし
い。
【0037】以下の表1においては、図1に例示した光
学系のパラメータが、Code V(登録商標)名称で例示さ
れている。対物レンズは、26×2mm2 という円弧形
視野を有しかつ開口数が0.2とされた5倍の光学系で
ある。この光学系のイメージ側での平均半径は、約26
mmである。
【表1】
【0038】図2には、米国特許明細書第5,686,
728号による、λ<100nmという波長でのマイク
ロリソグラフィーのための投影用対物レンズの構成が示
されている。図1における部材と実質的に同様の部材に
ついては、同一参照符号が付されている。明らかなよう
に、ウェーハに最も近いミラーS5と、ウェーハと、の
間の距離(間隔)は、ミラーS5の直径よりもかなり小
さく、約20mmの程度である。このことは、EUV領
域の光学系に対しては、強度の問題や安定性の問題を引
き起こす。その理由は、複数の層内における張力が極め
て大きいからである。しかも、この光学系は、50μm
という非常に大きな非球面性を有しており、最大入射角
度が38°にも達する。製造の観点からは、また、コー
ティング技術の観点からは、これらの非球面性や入射角
度は、EUV領域における使用には不適切である。
【0039】図3には、6個ミラー光学系の代替可能な
実施形態が示されている。この場合には、開口制限手段
Bは、第1ミラー上に配置されている。この場合におい
ても、図1における部材と同様の部材については、同一
参照符号が付されている。この第2実施形態において
は、図1に示す第1実施形態と同様に、ウェーハに対し
ての(S5からの)距離は、60mmである。よって、
ウェーハに最も近いミラーS5の直径よりも大きなもの
である。図1の場合と同様に、S2とS3との間の距離
は、先の米国特許明細書第5,686,728号の場合
と比較して、かなり増大されている。そのため、この光
学系においては、大きな入射角を避けることができる。
【0040】図1の対物レンズに対しての1つの相違点
は、図3においては、開口制限手段Bが、第1ミラーS
1上に配置されていることである。この配置の結果とし
て、S2上において反射された反射光からのぼやけを減
少させることができる。これに対して、物理的開口制限
手段がS1とS2との間に配置されている場合には、光
は、狭いリングとして構成されている開口制限手段を超
えて通過することができる。図3に示す第2実施形態に
おいては、開口は、S1ミラー内における開口とするこ
とも、S1の背面上に位置した開口とすることもでき
る。
【0041】この第2実施形態の他の利点は、ミラーS
4が球面構成とされていることである。このことは、ミ
ラーS4がこの光学系の中で最も大きいミラーであるこ
とにより、特に製造面からの有利さが大きい。このよう
な構成であると、使用される非球面性の範囲が、10.
5μmへと、若干増加する。最大の入射角度は、ミラー
S5において起こり、約18.6°である。構成の波面
誤差は、1.7mm幅の円弧形視野内においては、λ=
13nmにおいて、0.032λである。また、ミラー
S4が0.4μmだけわずかに非球面とされている場合
には、波面誤差は、1.8mm幅の円弧形視野内におい
ては、λ=13nmにおいて、0.031λである。不
要な光の有効なマスキングは、開口制限手段がミラーS
1上に直接的に形成されている場合だけでなく、開口制
限手段がミラーS1の背面上に形成されている場合すな
わちミラーS2の後方に形成されている場合において
も、得られる。好ましくは、開口制限手段は、S2S1
≦ 0.9×〔S2開口〕 という関係を満たすようにし
て配置される。
【0042】表2は、図3に例示した5倍対物レンズの
構成データをCode V(登録商標)名称で示している。こ
の場合には、第4ミラーS4は、球面である。26×
1.7mm2 というイメージ視野における平均半径は、
約26mmである。
【表2】
【0043】他の実施形態(第3実施形態)が、図4に
示されている。この場合においても、先の図面における
部材と同様の部材については、同一参照符号が付されて
いる。この場合には、開口制限手段Bは、第2番目のミ
ラーすなわち第2ミラーS2上に、光学的にかつ機械的
に配置されている。S2上に開口制限手段を配置するこ
とが比較的容易であることが、この第3実施形態の利点
である。図4に示す光学系は、4倍の縮小光学系であっ
て、2mm幅の円弧形視野内においては、λ=13nm
において、波面誤差が0.021λである。使用されて
いるものの中での最大の非球面性は、11.2μmであ
り、最大の入射角度は、S5において起こり、約18.
3°である。イメージ視野における平均半径は、先の第
1および第2実施形態と同様に、約26mmである。ま
た、ウェーハと、ウェーハに最も近いミラーS5と、の
間の距離は、ウェーハに最も近いミラーS5の直径より
も大きい。この第3実施形態においては、約59mmで
ある。
【0044】表3は、図4に例示した第3実施形態にお
ける光学的パラメータを、Code V(登録商標)名称で示
している。
【表3】
【0045】図5は、本発明の第4実施形態を示してお
り、この実施形態においては、視野ミラーS1と、第2
〜第4ミラーS2〜S4からなる第1サブシステムと、
第5および第6ミラーS5,S6からなる第2サブシス
テムと、が設けられている。β>0とされたイメージ化
比βを有した視野ミラーS1は、対象物2の仮想イメー
ジを生成する。この仮想イメージは、その後、β<0で
あるような、第2,第3,第4ミラーS2,S3,S4
によって構成される第1サブシステムによって、実像を
なす中間イメージZへとイメージ化される。実在中間イ
メージZは、第5および第6ミラーS5,S6から構成
された第2サブシステムによって、実像イメージとし
て、ウェーハ面4上にイメージ化される。この光学系の
開口数は、NA=0.28である。最後のミラーS5と
ウェーハ面4との間の光学的にフリーな動作距離は、ウ
ェーハに最も近い近ミラーの使用直径の3分の1と、2
0〜30mmという長さと、の和よりも大きなものとさ
れている。開口制限手段は、第2ミラーS2上に位置し
ている。
【0046】表4は、図5に例示した第4実施形態にお
ける光学的パラメータを、Code V(登録商標)名称で示
している。
【表4】
【0047】図6は、図5と同様であるものの他の代替
可能な実施形態(第5実施形態)を示している。この場
合、6個のミラーを備えてなる対物レンズ系は、図5の
場合と同様に、視野ミラーS1と、第1および第2サブ
システムと、を備えている。対物レンズ系は、中間イメ
ージを生成し、図5の場合と同様に第2ミラーS2上に
形成された開口制限手段Bを備えている。開口数NA
は、0.30である。この第5実施形態における光学的
パラメータを、Code V(登録商標)名称で、表5に示
す。
【表5】
【0048】図7Aおよび図7Bは、上記実施形態にお
いて使用された直径Dを規定している。一例として、図
7Aにおいて、ミラー上に例示された視野100は、矩
形の視野である。この場合、使用直径Dは、包絡円(外
接円)102の直径である。包絡円102は、矩形10
0を包囲するものであって、矩形100の各コーナー1
04が、包絡円102上に位置している。第2の例が、
図7Bに示されている。図示された視野100は、イン
ゲン豆の形状とされており、この形状部分が、マイクロ
リソグラフィー投影照射装置において、本発明による対
物レンズを使用したときの有効範囲をなす。包絡円10
2は、インゲン豆形状を完全に包囲しており、2つのポ
イント106,108において、インゲン豆形状部分と
一致している。この場合、使用直径Dは、包絡円102
の直径によって与えられる。
【0049】以上説明したように、本発明は、EUV円
弧形視野投影システムにおいて使用するための、好まし
くは4倍、5倍、または6倍のイメージ化スケールを有
した6個ミラー投影用対物レンズを提供する。しかしな
がら、他の使用形態とすることもできる。6個ミラー投
影用対物レンズは、部材の非球面性が比較的小さくかつ
入射角度が小さくかつミラー支持体に対しての空間が大
きいことにより、イメージ視野に対して要求されるよう
な解像度を有しているとともに機能的構成を有してい
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 中間イメージと、第2ミラーと第3ミラーと
の間におけるアクセス自由な開口制限手段と、0.2と
いう開口数と、を有した、本発明の実施形態を示す図で
ある。
【図2】 米国特許明細書第5,686,728号に開
示されているような、100nmよりも長い波長のため
の、6個のミラーを備えた従来の対物レンズ構成を示す
図である。
【図3】 第3ミラーと第4ミラーとの間に配置された
第1ミラー上に開口制限手段を有した、本発明の第2実
施形態を示す図である。
【図4】 第2ミラー上に開口制限手段を有するととも
に動作距離が59mmであるような、本発明の第3実施
形態を示す図である。
【図5】 中間イメージと、0.28という開口数NA
と、ウェーハに最も近いミラーの有効直径の約3分の1
と20〜30mmの範囲の長さとの合計長さを最小長さ
とするイメージ側上における光学的動作距離と、を有し
た、本発明の第4実施形態を示す図である。
【図6】 中間イメージと、0.30という開口数NA
と、を有した、本発明の第5実施形態を示す図である。
【図7】 図7Aおよび図7Bは、それぞれに例示され
た視野に対して使用される直径を示す図である。
【符号の説明】
2 レチクル面 4 ウェーハ面 S1 第1ミラー S2 第2ミラー S3 第3ミラー S4 第4ミラー S5 第5ミラー S6 第6ミラー Z 中間イメージ

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 好ましくは100nm以下といったよう
    な短波長マイクロリソグラフィーにおいて使用するため
    の投影用対物レンズであって、 イメージ側での開口数(NA)がNA≧0.15である
    ようにして配置された6個のミラー、つまり、第1ミラ
    ー(S1)と、第2ミラー(S2)と、第3ミラー(S
    3)と、第4ミラー(S4)と、好ましくはウェーハに
    対して最も近い位置に配置された第5ミラー(S5)
    と、第6ミラー(S6)と、を具備してなり、 前記第5ミラーが、 イメージ側における光学的にフリーな動作距離が、前記
    第5ミラーの直径D以上であるという条件と、 イメージ側における光学的にフリーな動作距離が、前記
    第5ミラーの直径Dの3分の1と、20mm〜30mm
    の範囲の長さと、の和以上であるという条件と、 イメージ側における光学的にフリーな動作距離が、50
    mm以上、好ましくは60mmであるという条件と、の
    うちの少なくとも1つの条件を満たすようにして配置さ
    れていることを特徴とする投影用対物レンズ。
  2. 【請求項2】 好ましくは100nm以下といったよう
    な短波長マイクロリソグラフィーにおいて使用するため
    の投影用対物レンズであって、 イメージ側での開口数(NA)がNA≧0.15である
    ようにして配置された6個のミラー、つまり、第1ミラ
    ー(S1)と、第2ミラー(S2)と、第3ミラー(S
    3)と、第4ミラー(S4)と、第5ミラー(S5)
    と、第6ミラー(S6)と、を具備してなり、 好ましくはウェーハとされる被照光対象物における円弧
    形状視野幅(W)が、1.0mm≦Wという範囲であ
    り、 前記6個のミラーの各々に関して、非球面形状のピーク
    対谷(PV)で測ったときの、最適適合球面からの最大
    ズレ量(A)が、A≦19μm−102μm×(0.2
    5−NA)−0.7μm/mm(2mm−W)という範
    囲であることを特徴とする投影用対物レンズ。
  3. 【請求項3】 好ましくは100nm以下といったよう
    な短波長マイクロリソグラフィーにおいて使用するため
    の投影用対物レンズであって、 イメージ側での開口数(NA)がNA≧0.15である
    ようにして配置された6個のミラー、つまり、第1ミラ
    ー(S1)と、第2ミラー(S2)と、第3ミラー(S
    3)と、第4ミラー(S4)と、第5ミラー(S5)
    と、第6ミラー(S6)と、を具備してなり、 イメージ側における円弧形状視野幅(W)が、1.0m
    m≦Wという範囲であり、 前記6個のミラーの各々に対しての光入射に関して、面
    に対する直交方向から測ったときの入射角度(AOI)
    が、AOI≦23°−35°×(0.25−NA)−
    0.2°/mm(2mm−W)という範囲であることを
    特徴とする投影用対物レンズ。
  4. 【請求項4】 短波長マイクロリソグラフィーにおいて
    使用するための投影用対物レンズであって、 β>0とされて、対象物の仮想イメージを生成するため
    の視野ミラー(S1)と;第2ミラー(S2)と第3ミ
    ラー(S3)と第4ミラー(S4)とから構成され、β
    <0とされて、前記仮想イメージを、実在中間イメージ
    へとイメージ化するための第1サブシステムと;第5ミ
    ラー(S5)と第6ミラー(S6)とから構成され、前
    記中間イメージを、実在のシステムイメージとしてイメ
    ージ面上にイメージ化するための第2サブシステムと;
    を具備していることを特徴とする投影用対物レンズ。
  5. 【請求項5】 請求項2〜4のいずれかに記載の投影用
    対物レンズにおいて、 被照光対象物に対して最も近くに配置されるミラー好ま
    しくはウェーハに対して最も近くに配置されるミラー
    が、 イメージ側における光学的にフリーな動作距離が、前記
    最も近くに配置されるミラーの直径以上であるという条
    件と、 イメージ側における光学的にフリーな動作距離が、前記
    最も近くに配置されるミラーの直径の3分の1と、20
    mm〜30mmの範囲の長さと、の和以上であるという
    条件と、 イメージ側における光学的にフリーな動作距離が、50
    mm以上、好ましくは60mmであるという条件と、の
    うちの少なくとも1つの条件を満たすようにして配置さ
    れていることを特徴とする投影用対物レンズ。
  6. 【請求項6】 請求項3〜5のいずれかに記載の投影用
    対物レンズにおいて、 イメージ側での開口数(NA)がNA≧0.15であ
    り、 ウェーハにおける円弧形状視野幅(W)が、1.0mm
    ≦Wであり、 前記各ミラーに関して、非球面形状のピーク対谷(P
    V)で測ったときの、最適適合球面からの最大ズレ量
    (A)が、A≦19μm−102μm×(0.25−N
    A)−0.7μm/mm(2mm−W)という範囲であ
    ることを特徴とする投影用対物レンズ。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかに記載の投影用
    対物レンズにおいて、 前記複数のミラーが、障害物のない光学経路を形成し得
    るようにして配置されていることを特徴とする投影用対
    物レンズ。
  8. 【請求項8】 請求項1〜7のいずれかに記載の投影用
    対物レンズにおいて、 前記ミラーが、基準軸に対しての回転対称性を有してい
    ることを特徴とする投影用対物レンズ。
  9. 【請求項9】 請求項1〜8のいずれかに記載の投影用
    対物レンズにおいて、 前記第4ミラー(S4)の後に、中間イメージが形成さ
    れることを特徴とする投影用対物レンズ。
  10. 【請求項10】 請求項9記載の投影用対物レンズにお
    いて、 さらに、前記第2ミラー(S2)と前記第3ミラー(S
    3)との間において光学経路内に配置された、開口制限
    手段(B)を具備していることを特徴とする投影用対物
    レンズ。
  11. 【請求項11】 請求項10記載の投影用対物レンズに
    おいて、 前記第1ミラー、前記第2ミラー、前記第3ミラーの間
    の間隔は、前記開口制限手段が自由にアクセス可能であ
    るように、選択されていることを特徴とする投影用対物
    レンズ。
  12. 【請求項12】 請求項11記載の投影用対物レンズに
    おいて、 前記第1ミラーから前記第3ミラーまでの間の距離(S
    1S3)と、前記第1ミラーから前記第2ミラーまでの
    間の距離(S1S2)と、の比が、 0.5<S1S3
    /S1S2<2 の範囲とされていることを特徴とする
    投影用対物レンズ。
  13. 【請求項13】 請求項1〜12のいずれかに記載の投
    影用対物レンズにおいて、 前記開口制限手段が、前記第2ミラー(S2)と前記第
    3ミラー(S3)との間において、前記第1ミラー(S
    1)上に配置されていることを特徴とする投影用対物レ
    ンズ。
  14. 【請求項14】 請求項1〜13のいずれかに記載の投
    影用対物レンズにおいて、 イメージ側での開口数(NA)がNA≧0.15であ
    り、 ウェーハにおける円弧形状視野幅(W)が、1.0mm
    ≦Wであり、 前記各ミラーに関して、非球面形状のピーク対谷(P
    V)で測ったときの、最適適合球面からの最大ズレ量
    (A)が、A≦12μm−64μm×(0.25−N
    A)−0.3μm/mm(2mm−W)という範囲であ
    ることを特徴とする投影用対物レンズ。
  15. 【請求項15】 請求項1〜8のいずれかに記載の投影
    用対物レンズにおいて、 前記開口制限手段(B)が、前記第2ミラー(S2)上
    にまたは前記第2ミラー(S2)の近傍に配置されてい
    ることを特徴とする投影用対物レンズ。
  16. 【請求項16】 請求項15記載の投影用対物レンズに
    おいて、 前記第1ミラーおよび前記第3ミラー間の距離(S1S
    3)と、前記第1ミラーおよび前記第2ミラー間の距離
    (S1S2)と、の比が、 0.3<S1S3/(S1
    S2)<2 の範囲であり、 前記第2ミラーおよび前記第3ミラー間の距離(S2S
    3)と、前記第3ミラーおよび前記第4ミラー間の距離
    (S3S4)と、の比が、 0.7<S2S3/(S3
    S4)<1.4 の範囲とされていることを特徴とする
    投影用対物レンズ。
  17. 【請求項17】 請求項1〜16のいずれかに記載の投
    影用対物レンズにおいて、 すべての前記ミラーが、非球面形状とされていることを
    特徴とする投影用対物レンズ。
  18. 【請求項18】 請求項1〜16のいずれかに記載の投
    影用対物レンズにおいて、 最大でも5個のミラーが、非球面形状とされていること
    を特徴とする投影用対物レンズ。
  19. 【請求項19】 請求項1〜18のいずれかに記載の投
    影用対物レンズにおいて、 前記第2ミラー、前記第3ミラー、前記第4ミラー、前
    記第5ミラー、前記第6ミラーが、順に、凹面−凸面−
    凹面−凸面−凹面とされていることを特徴とする投影用
    対物レンズ。
  20. 【請求項20】 請求項1〜19のいずれかに記載の投
    影用対物レンズにおいて、 前記第1ミラー(S1)のイメージ化比(β)が正であ
    って、好ましくは、0.5<β<1.5であることを特
    徴とする投影用対物レンズ。
  21. 【請求項21】 請求項1〜19のいずれかに記載の投
    影用対物レンズにおいて、 前記第2ミラー(S2)と前記第3ミラー(S3)と前
    記第4ミラー(S4)とによって構成されたサブシステ
    ムのイメージ化比(β)が負であって、好ましくは、−
    0.5>β>−1.5であることを特徴とする投影用対
    物レンズ。
  22. 【請求項22】 請求項1〜21のいずれかに記載の投
    影用対物レンズにおいて、 前記対物レンズの波面誤差のrms値(2乗平均平方
    根)が、イメージ視野全体にわたって、最大でも0.0
    7λであり、好ましくは、0.03λであることを特徴
    とする投影用対物レンズ。
  23. 【請求項23】 請求項22記載の投影用対物レンズに
    おいて、 イメージ視野の幅が、少なくとも1.0mmであること
    を特徴とする投影用対物レンズ。
  24. 【請求項24】 請求項1〜23のいずれかに記載の投
    影用対物レンズにおいて、 前記対物レンズが、イメージ側においてテレセントリッ
    ク系であることを特徴とする投影用対物レンズ。
  25. 【請求項25】 請求項24記載の投影用対物レンズに
    おいて、 前記対物レンズが、対象物側においてテレセントリック
    系であることを特徴とする投影用対物レンズ。
  26. 【請求項26】 請求項1〜24のいずれかに記載の投
    影用対物レンズにおいて、 対象物における主要光線が、光学軸を向いていることを
    特徴とする投影用対物レンズ。
  27. 【請求項27】 請求項9〜26のいずれかに記載の投
    影用対物レンズにおいて、 最小の焦点距離を有したミラーが、前記中間イメージの
    後に配置されていることを特徴とする投影用対物レン
    ズ。
  28. 【請求項28】 請求項1〜27のいずれかに記載の投
    影用対物レンズにおいて、 前記第3ミラーおよび前記第6ミラー間の距離(S3S
    6)が、0.3×(S3の直径+S6の直径)<S3S
    6という関係を満たすことを特徴とする投影用対物レン
    ズ。
  29. 【請求項29】 マイクロリソグラフィー投影露光装置
    であって、 請求項1〜28のいずれかに記載された投影用対物レン
    ズと、反射マスクと、を具備していることを特徴とする
    マイクロリソグラフィー投影露光装置。
  30. 【請求項30】 マイクロリソグラフィー投影露光装置
    であって、 請求項1〜28のいずれかに記載された投影用対物レン
    ズと、透過マスクと、を具備していることを特徴とする
    マイクロリソグラフィー投影露光装置。
  31. 【請求項31】 請求項29または30記載のマイクロ
    リソグラフィー投影露光装置であって、 さらに、前記円弧形状視野を照光するための照光システ
    ムを具備していることを特徴とするマイクロリソグラフ
    ィー投影露光装置。
  32. 【請求項32】 集積回路の製造方法であって、 請求項29〜31のいずれかに記載された投影露光装置
    を使用することを特徴とする方法。
JP2000033981A 1999-02-15 2000-02-10 マイクロリソグラフィー縮小用対物レンズおよび投影露光装置 Pending JP2000235144A (ja)

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