JP2007502019A

JP2007502019A - ミラーｍ３の前にレンズを伴う複数のミラーを含む投影対物レンズ

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Publication number: JP2007502019A
Application number: JP2006522918A
Authority: JP
Inventors: マン，ハンス−ユルゲン; エプル，アレキサンダー; フディマ，ラッセル
Original assignee: カール・ツアイス・エスエムテイ・アーゲー
Priority date: 2003-08-12
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2024-07-16
Also published as: EP1654577A1; US20050036213A1; TW200508818A; WO2005015283A1; JP5036311B2; US7190530B2; US20060171040A1; US7085075B2

Abstract

一例の実施形態によれば、投影対物レンズ（１００，２００）が提供され、そこには少なくとも２つの非平面（曲面）ミラー（Ｍ１〜Ｍ４）が含まれており、それにおいて最後から２番目の非平面ミラー（Ｍ３）と最後の非平面ミラー（Ｍ４）の間における軸距離が、光路（光軸）に沿って定義されるものとするとき、最後の非平面ミラーと、光路内において続くレンズの第１の屈折表面の間における軸距離より大きい。一例の実施形態においては、第１の屈折表面がシングル・パス・タイプのレンズと関連付けされる。本件の対物レンズは、少なくとも約０．８０またはそれ以上、たとえば０．９５の開口率を伴ってイメージを形成する。好ましくはこの対物レンズは折り返しミラーを含まず、また２つのミラーの間に中間イメージを有してなく、さらには対物レンズの瞳は、オブスキュレーションから解放される。
【選択図】図１

Description

本発明は、投影リソグラフィ等の光学システムに関し、より詳細に述べれば、少なくとも２つのミラー、好ましくは４つのミラーを伴い、かつミラーＭ３の空間的前方に少なくとも１つのレンズ・エレメントを伴う光学システムに関する。

半導体デバイスの製造においては、特に近年は半導体の回路パターンがますます小さくなっていることから、フォトリソグラフィがしばしば使用される。ウエハ上にマスクまたはレチクルをイメージするために投影光学が使用され、回路パターンがますます小さくなってきていることから、それらのパターンをプリントする露光装置においてより高い分解能の要求が高まっている。この要求を満たすためには、光源の波長をさらに短くしなければならず、光学システム（つまり、投影レンズ）のＮＡ（開口率）を大きくしなければならない。

屈折グループを有する光学システムは、２４８または１９３ナノメートルの波長を有する照明源で動作することで満足のいく分解能が達成されている。これらの波長においては、色収差の補正がほとんどまたはまったく不要である。半導体デバイスのエレメントまたはフューチャサイズが小さくなるに従って、光学投影システムの分解能が向上する必要性が増加している。フォトリソグラフィにおいて使用される光学投影システムが分解できるフューチャサイズを小さくするためには、より短い波長の電磁波を使用して、レチクルまたはマスクのイメージを、半導体ウエハ等の感光体基板上に投影しなければならない。

１９３ナノメートル未満の波長の有意の電磁波を伝達できる屈折光学材料は非常にわずかであるので、光学投影システム内の、１９３ナノメートル未満の波長で動作する屈折エレメントを最小限に減らし、あるいは排除する必要がある。今日までのところ、満足の行く材料特性（等質性、可用性）を持って、１６０ｎｍまたはそれより短い波長において色収差補正を可能にする第２の光学材料は知られていない。結局、色収差を考慮するために、単一材料、特にＳｉＯ₂またはＣａＦ₂だけを使用し、本件システム等のカタディオプトリック・イメージング・システムを構成しなければならない。

より小さいフューチャの分解への希望は、２００ｎｍより短い極紫外波長において動作する光学投影システムの必要性をもたらした。そのため、光学リソグラフィがより短い波長（たとえば、深紫外（ＤＵＶ）または超紫外（ＶＵＶ））に拡張されるに従って、投影システムの要件を満たすことがさらに困難となっている。たとえば、１５７ｎｍの波長においては、６５ｎｍの設計規則へのアクセスが、少なくとも０．８０の開口率を伴う投影システムを必要とする。光学リソグラフィが１５７ｎｍまで拡張されると、レジストやソースに関連する問題、より重要なものとしてフッ化カルシウムに関連する問題が、それらの波長において充分な動作が可能なリソグラフィ・ツールの開発に実質的な遅れをもたらしている。これらのソースや材料に関連する技術的な問題に応答して、１ｐｍ台に至るまでのスペクトル幅の最大化と同時に、使用される材料に関連付けされる不完全さを最小にするのに投影システムの開発の研究とその焦点を置くことが重要となっており、言い換えれば、フッ化カルシウム・ブランクのマスを最小化することが望ましいということになる。

カタディオプトリック縮小光学システム（すなわち、反射システムと屈折システムの合成システム）がいくつかの利点を、特にステップ・アンド・スキャン構成において有すること、およびカタディオプトリック・システムが上記の目的を満たす上で特に適している
ことはかなり以前から認識されている。多くの関係者が３６５ｎｍ未満の波長のためのシステムを開発し、あるいは提案している。１つのカタディオプトリック・システムのコンセプトは、ビーム・スプリッタとともに使用してレイ・クリアランスと折れないパスを提供して、並列スキャニングを提供するダイソン‐タイプの構成に関係する（たとえば、特許文献１、特許文献２、特許文献３）。しかしながらこれらのシステムは、深刻な欠点を有しており、開口率の増加に伴ってビーム・スプリッタ・エレメントのサイズが極めて大きくなり、したがって立方体ビーム・スプリッタを作るための満足の行く品質（３次元において）の光学材料を調達することは、特に１５７ｎｍの波長において、高リスクを伴っている。

立方体ビーム・スプリッタのサイズに関連付けされる困難は、立方体ビーム・スプリッタを、システムの短い共役内、好ましくは設計が許せばレチクルまたはその１×共役の近くに配置することによってより良好に扱うことができる。このビーム・スプリッタの配置は、過剰な努力を伴うことなく、立方体の直線寸法を、いくつかのファクタに応じて最大で５０％まで縮めることができる。このタイプのビーム・スプリッタ配置の利点は、ウィルツィンスキ（Ｗｉｌｃｚｙｎｓｋｉ）に対する特許文献４の中で述べられている。さらにタカハシ（Ｔａｋａｈａｓｈｉ）に対する特許文献５は、いくつかの異なる実施態様を提供している。しかしながら基本的なコンセプトはウィルツィンスキ（Ｗｉｌｃｚｙｎｓｋｉ）におけるものに同一である。

カタディオプトリック・システムから立方体ビーム・スプリッタを完全に取り除くことも可能である。１つのアプローチにおいては、２４８ｎｍで動作する開口率０．７０のグループを使用して軸外れれれ設計が提供される。オオムラ（Ｏｍｕｒａ）ほかに対する特許文献６や特許文献７においては、このアプローチの別の例が開示されており、タカハシ（Ｔａｋａｈａｓｈｉ）に対する特許文献８は、さらに別の例を示している。タカハシ（Ｔａｋａｈａｓｈｉ）ほかは、特許文献９においてビーム・スプリッタの自由設計の類似の例をいくつか提供している。

これらの「立方体のない」実施態様は、共通のテーマ、すなわちカタディオプトリック・グループが単一のミラーだけを含むというテーマを共有している。追加のミラーを使用してパフォーマンスを向上させることはおそらく可能である。しかしながら、複数ミラーを伴う純粋な反射設計は、研究はなされているが、これらの設計が適切に高い開口率を達成できないと立証されたことから概して失敗している（たとえば、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３）。

提案されている別の解決策が特許文献１４の中で述べられており、そこでは限定的な軸外れ視野光学システムが開示されている。この参照文献の中に開示されたシステムは、２回の通過のある負のレンズを対物レンズの第１の部分内に含んでいない。さらに、それらの中に開示されている実施態様は、ジオメトリが実際的でなく、かつ超紫外波長領域において改善されたリソグラフィ・パフォーマンスを提供するには開口率が低すぎる。

従来の実践においては、４ミラー・カタディオプトリック構成は、それらの開口率という意味において、システムのミラーに対する屈折レンズ部分の位置に起因して制限される。

特許文献１５は、ミラーＭ３の空間的前方にレンズ・エレメントが位置決めされるシステムを含めた種々の投影光学システムを開示している。しかしながら、この実施態様においては、ミラーＭ３の前方に位置決めされるレンズ・エレメントがダブル・パス・タイプのレンズ・エレメントになる。ミラーＭ３とＭ４の間におけるダブル・パス・レンズ・エレメントの使用は、それらのダブル・パス・レンズをミラーＭ４に近づけることを必要と
し、したがってマウントを困難にすることから、ダブル・パス・レンズ・エレメントの使用によってシステムが複雑になる。

上記に加えて、この公開された出願に開示されたシステムと本件のシステムの間には、このほかにも多くの相違がある。たとえば、特許文献１５の図２６は、全体のシステムのもっとも前のミラーともっとも後ろのミラーの間に配置されるシングル・パス・レンズ・エレメントを開示している。残念ながら、このエレメントは直径が非常に大きく、したがって製造が困難である。その種のシングル・パス・レンズ・エレメントは、図２３〜２８にそれぞれ示されているとおり、種々のミラーの間を伝播するビーム束のラテラル方向の分離を必要として結果的に大径レンズとなることになり、あるいはミラー＃１の裏側とミラー＃４の裏側の間にそれを物理的に配置しなければならず、その場合にも大径レンズがもたらされるという欠点がある。以下により詳細を説明するが、本件のレンズ・エレメントは、非常に大きい直径を必要としないことから、これらの欠点を持たない。開口絞りの位置について言えば、公開された文献の実施態様（図２０〜２８に示されているとおり）は、屈折グループＧｒ２の前方に開口絞りを配置し、視野ミラー・グループＧｒｆから開口絞りを引き離している。

シェーンメーカース（Ｓｃｈｏｅｎｍａｋｅｒｓ）に対する特許文献１１は、複数のミラーが使用される実施態様を開示しており、それにおいては多数のレンズ・エレメントが、光学的にもっとも前のミラーと次に光学的に前のミラーの間に配置される。これら２つのミラーの間のレンズ・エレメントは、すべてシングル・ミラーである。

米国特許第５，５３７，２６０号米国特許第５，７４２，４３６号米国特許第５，８０５，３５７号米国特許第５，０５２，７６３号米国特許第５，８０８，８０５号米国特許第６，１９５，２１３号米国特許第６，３６２，９２６号米国特許第５，８３５，２７５号欧州特許出願ＥＰ１１６８０２８号米国特許第４，６８５，７７７号米国特許第５，３２３，２６３号米国特許第５，５１５，２０７号米国特許第５，８１５，３１０号米国特許第４，４６９，４１４号米国特許出願公開第２００２／００２４７４１号

これまでのところ、カタディオプトリック投影システム、特に４ミラー設計の、特に１５７ｎｍリソグラフィに使用でき、少なくとも０．８０の開口率を伴ってイメージを生成し、かつそのほかの望ましいパフォーマンス特性を含むシステムが利用可能になっていない。

多くの実施態様に従った種々のフォトリソグラフィ縮小投影対物レンズを提供する。例示の投影対物レンズは、少なくとも２つの非平面ミラーを含み、最後から２番目の非平面ミラーと最後の非平面ミラーの間における軸距離が、光路（光軸）に沿って定義されるものとするとき、最後の非平面ミラーと、光路内において続くレンズの第１の屈折表面の間
における軸距離より大きい。一実施態様においては、第１の屈折表面がシングル・パス・レンズと関連付けされる。本件の対物レンズは、少なくとも約０．８０またはそれより高い、たとえば０．９０の開口率を伴ってイメージを形成する。

本発明の１つの側面においては、本件の対物レンズのそれぞれが、２つの部分、すなわちカタディオプトリック部分と屈折部分からなる。本件の設計によれば屈折レンズ部分のそれぞれが前方に動かされ、したがって第３のミラーＭ３の前方で開始する。これは、少なくとも４つのミラーを含む従来設計と対比をなし、屈折部分を前方に動かすことによって４ミラー構成において高い開口率が達成される。さらに本件システムは、その瞳がオブスキュレーション(obscuration)から解放されるように構成され、その結果として向上したイメージが得られる。

一例の対物レンズは、次に示す特徴の１ないしは複数を含む：すなわち（１）４つの非球面レンズ表面と４つの非球面ミラー面のうちの少なくとも一方；（２）少なくとも４つの非平面ミラー、（３）少なくとも１つの光分散ミラーと少なくとも２つの光集束ミラーである。それに加えて、この対物レンズには折り返しミラーがなく、また２つのミラーの間に中間イメージを有してなく、さらに少なくとも一実施態様においては、最後から２番目のミラーと最後のミラーの間に１つのレンズ・エレメント（シングル・パス・タイプ）しか存在しない。

本発明のこのほかの特徴と利点については、添付図面とともに以下の詳細な説明を読むことによって明らかなものとなろう。

以上の、およびそのほかの本発明の特徴は、次に示す本発明の例示的な実施形態の詳細な説明と図面からより容易に理解されるであろう。

上記の利点を提供するため、および前述した関連技術システムに関する問題点を解決するために、いくつかの異なる実施形態に従ってカタディオプトリック投影システムを提供する。それらのシステムは、従来技術に関連付けされる欠点を克服しつつ、最大で０．８０、さらにはそれを超える開口率を達成する。

最初に図１を参照すると、第１の実施形態に従ったカタディオプトリック複数ミラー投影縮小対物レンズ１００が例示されている。図１は、システム１００の略図的な光学図であり、エレメントの構成を概略的に示す態様でシステム１００を例示している。システム１００は、複数のミラーと複数のレンズ・エレメントを含み、それらは、明瞭なグループで、ミラーに対して予め決められた位置に配置されている。

ここでの目的から「光学的前方」という表現は、第２のエレメントに先行して第１のエレメントに光線が入射し、したがって第１のエレメントが第２のエレメントの光学的に前となる状態を言う。「光学的背後」という表現は、その逆の状態であり、同じ例を用いるなら、光線が最初に第１のエレメントと出会うことから、第２のエレメントは第１のエレメントの光学的に後ろとなる。「物理的前方」または「空間的前方」および「物理的背後」または「空間的背後」という表現は、光線の光路によらず、基準ポイントのみに関して２つのエレメントの表面の頂点の間における空間的な関係を定義する。

例示の実施形態においては、システム１００がレチクル（物体）１１０を含み、正のレンズ・エレメントを負のレンズ・エレメントより多く含み、より詳細に述べれば、後述するとおり、一例のシステム１００は、１５のレンズ・エレメントを含み、そのうちの１０が正のレンズ・エレメント、５が負のレンズ・エレメントである。

システム１００は、レチクル１１０とウエハ１２０を含み、周知のとおり、レチクル１１０を基礎として縮小されたイメージがウエハの上に形成される。システム１００の光路に沿って、リースト・イメージ・フォワード・エレメント(least image forward element)から開始し、モースト・イメージ・フォワード・エレメント(most image forward element)で終わる順に見ると、システム１００は、レチクル１１０とミラーＭ２の間に配置される第１のレンズ・エレメントＥ１を含む。第１のレンズ・エレメントＥ１は、正のレンズであり、レチクル１１０上の１ないしは複数のポイントからの光線がそれを通過してミラーＭ２に向かう。ミラーＭ２は、好ましくは曲面ミラー（たとえば球面または非球面ミラー）であり、例示の実施形態においては、ミラーＭ２が連続反射面を有しておらず、むしろその逆にミラーＭ２は、ミラーＭ２によって影響されることなく光線が自由に通過することのできる開口１１２等が形成された１ないしは複数の領域を有する。１ないしは複数の開口１１２は、光線が第１のレンズ・エレメントＥ１を通過する場所と光学的に整列するミラーＭ２内の場所に形成されている。それに代えてミラーＭ２を軸外れミラーとして構成し、光線がミラーＭ２の脇を通過できる軸外れの場所にミラーＭ２が位置決めされるように配置できることも認識されるであろう。

ミラーＭ２の光学的かつ物理的背後に、第２および第３のレンズ・エレメント、それぞれＥ２、Ｅ３がある。レンズ・エレメントＥ２、Ｅ３のそれぞれは、負のレンズであり、ミラーＭ２とミラーＭ１の間における配置、およびレンズ・エレメントＥ２、Ｅ３の物理的な構成から、レンズ・エレメントＥ２、Ｅ３は、ダブル・パス・レンズとして作用する。より詳細に述べれば、レンズ・エレメントＥ２、Ｅ３は、ミラーＭ２とミラーＭ１の間に配置されており、ミラーＭ２と同様にレンズ・エレメントＥ２、Ｅ３も完全に連続する表面を有してなく、それぞれのレンズ・エレメントには１ないしは複数の開口１１４が形成されており、光線が、レンズ・エレメントによる影響を伴わずに自由にそれを通過できる。１ないしは複数の開口１１４は、ミラーＭ２内に形成された１ないしは複数の開口１１２と光学的に整列されており、その結果、ミラーＭ２内の開口または切り欠き１１２を通過した光線が、ミラーＭ１の反射面と接触する前に、レンズ・エレメントＥ２、Ｅ３内の開口または切り欠き１１４を通過する。この場合においても、物理的な開口を設ける代わりに、ミラーＭ２の脇を通過した光線がレンズ・エレメントＥ２、Ｅ３内を通らずにその脇を通過するようにレンズ・エレメントＥ２、Ｅ３を構成し、配置することが可能である。ミラーＭ１は、好ましくは曲面ミラー（たとえば球面または非球面ミラー）である。ここで、ミラーＭ１、Ｍ２がともに光集束ミラーであることを認識されよう。

ここで認識することになろうが、光線がミラーＭ２内に形成された開口１１２を最初に通過することからミラーＭ１が光路内における最初のミラーであり、ミラーＭ１の表面に接触し、それによって反射された後に限りミラーＭ２の反射面に入射する。ミラーＭ１によって反射された後の光線は、ミラーＭ２に向かい、ミラーＭ２の反射面に入射する前に、まずレンズ・エレメントＥ２、Ｅ３を通過する。前述したとおり、レンズ・エレメントＥ２、Ｅ３は、光線が最初にミラーＭ１からミラーＭ２に向かって伝播するときにこれらのレンズ・エレメントの通過があり、次に光線がミラーＭ２によって、好ましくは曲面ミラー（たとえば球面または非球面ミラー）とするミラーＭ３に向かって反射されるときに、これらのレンズ・エレメントの２度目の通過があることからダブル・パス・タイプのレンズである。ミラーＭ３は、光集束タイプのミラーである。

またミラーＭ１は、１ないしは複数の開口または切り欠き１１６を含み、ミラーＭ２からミラーＭ３の反射面に向かう光線の通過を可能にするように構成されている。図１の例示から認識されるとおり、ミラーＭ１は、光線を反射する１ないしは複数のアクティブ領域を有するだけでなく、システム１００の光路に沿った光線の伝播、たとえば、いずれもミラーＭ１の光学的背後となるミラーＭ２からミラーＭ３に向かう光線の伝播を可能にす
る１ないしは複数の開口または切り欠き１１６を含む。この場合においてもミラーＭ１を、ミラーＭ２からミラーＭ３へ向かう光線がその脇を通過できるように軸外れミラーとして構成することが可能である。

ミラーＭ４は、ミラーＭ３の物理的前方であるが、光学的背後に位置決めされており、その結果、ミラーＭ３の反射面とミラーＭ４の反射面が向かい合う。ミラーＭ４は、好ましくは曲面ミラー（たとえば球面または非球面ミラー）とする。以下に詳細を述べるとおり、レンズ・エレメントに適合するためのミラーＭ３には開口または切り欠き１１８が形成されている。ミラーＭ４は、光分散ミラーである。ミラーＭ３についても同様に、光線がミラーＭ４によって反射された後にその脇を通過できるように軸外れミラーとして構成し、設計することが可能である。

本発明の１つの側面によれば、レンズ・エレメント、すなわち第４のレンズ・エレメントＥ４がミラーＭ３とミラーＭ４の間に配置されている。このレンズ・エレメントＥ４は、ミラーＭ３の物理的前方であるが、ミラーＭ３、Ｍ４両方の光学的背後となる。レンズ・エレメントＥ４は、ミラーＭ３の近傍に位置決めされる負のレンズであり、図１を観察すると認識できるとおり、レンズ・エレメントＥ４は、光線がシステム１００の光路に従って伝播するとき、レンズ・エレメントＥ４を一度しか通過しないことから、シングル・パス・レンズ・エレメントとして作用する。これは、ミラーＭ３とＭ４の間に配置することのできるレンズ・エレメントが、ミラーＭ４の近くに位置決めされ、その結果、光線がＭ３の方向に向かって伝播するとき、それを一度通過してＭ４の反射面に到達した光線がレンズ・エレメントの二度目の通過を行うといった、ダブル・パス・レンズとして作用するほかのレンズ設計とは異なる。

システム１００は、ミラーＭ３内に形成された開口または切り欠き１１８内に配置される第５のレンズ・エレメントＥ５を含む。レンズ・エレメントＥ４、Ｅ５は、ミラーＭ４から反射された光線がレンズ・エレメントＥ４を通過し、続いてミラーＭ３内に包含されるレンズ・エレメントＥ５を通過するように光学軸に沿って配置される。言い換えると、ミラーＭ３とＭ４は、ともにレンズ・エレメントＥ４、Ｅ５の光学的前方になる。例示の実施形態においては、レンズ・エレメントＥ５が正のレンズ・エレメントであり、ミラーＭ３の１つの面だけでなくミラーＭ３の反対側の面をも、少なくとも部分的に超えて広がる。

システム１００は、ミラーＭ３とレンズ・エレメントＥ４、Ｅ５の物理的かつ光学的背後となるレンズ・エレメントのグループを有するように設計されている。一例の実施形態によれば、レンズ・エレメントＥ５の光学的背後に１０のレンズ・エレメントが配置されており、より詳細に述べれば、レンズ・エレメントＥ６〜Ｅ１５が、光軸に沿って、レンズ・エレメントＥ５の光学的背後に、かつウエハ１２０の光学的かつ物理的前方に配置されている。レンズ・エレメントＥ６〜Ｅ８は正のレンズ、レンズ・エレメントＥ９は負のレンズ、レンズ・エレメントＥ１０〜Ｅ１２は正のレンズ、レンズ・エレメントＥ１３は負のレンズ、レンズ・エレメントＥ１４、Ｅ１５は正のレンズである。

図１から認識することになろうが、Ｍ４の軸上位置において光路内に中間イメージが生成される。口径食が生じないことを保証するために、ミラーＭ４が完全にバイパスされるように光路をルーティングし、かつ光線がミラーＭ３の中心開口（ボア）１１８内に落ちないことが保証されなければならない。これには大きな偏向角が必要になり、したがって、ミラーＭ３とＭ４内の大きな屈折力や、特にミラーＭ４上における高い入射角が必要になる。

Ｍ４の後の大きな光線角度は、主光線が光軸に向かって迅速に収束する効果を有する。
したがって、ダイアフラム位置をミラーＭ４の近くに引き込むことができる。しかしながら、拡大の色変化の効果的な補正を可能にするためには、アパーチャ・ダイアフラムの前方に屈折力を使用する必要がある。これは、Ｍ３の空間的（物理的）前方に屈折部分のレンズを引き込むことによってのみ可能である。

このこと（屈折部分のレンズを空間的前方に引き込む必要性）は、この設計配列の高い開口率の直接的結果と考えられる。言い換えると、図１に例示されているとおりのレンズ・エレメントとミラーの配列は、この種の設計において高い開口率の値の達成を可能にする。たとえば、システム１００は、少なくとも約０．８０の開口率を有する。

上記に加えてシステム１００は、共役開口絞りをミラーＭ１とミラーＭ２の間に有するが、開口絞りは、屈折部分として作用するレンズ配列の後ろ部分に配置される。より詳細に述べれば、開口絞りは図１において表示１０１によって示される（この位置は、空間的かつ光学的にレンズ・エレメントＥ８の前方になる）。

本件システム１００の１つの利点は、瞳のオブスキュレーションがまったく存在しないことである。言い換えると、本件システムには中心オブスキュレーションが存在せず、したがって中心オブスキュレーションに関連付けされる欠点が本件設計から排除される。本件のレンズ・システムでは瞳の中心オブスキュレーションから解放される結果として、システムのパフォーマンスが危険にさらされることがなく、また中心オブスキュレーションの存在は、すべての光線が通過してイメージを形成することを妨げるため、イメージの品質についても同様に危険にさらされ、あるいは減力されることがなくなる。

システム１００の光学表面を説明した完全な光学的記述を表１に示す。

次に図２を参照すると、第２の実施形態に従ったカタディオプトリック複数ミラー投影縮小対物レンズ２００が例示されている。図２は、システム２００の略図的な光学図であり、エレメントの構成を概略的に示す態様でシステム２００を例示している。システム２００は、複数のミラーと複数のレンズ・エレメントを含み、それらは、明瞭なグループで、ミラーに対してめ決められた位置に配置されている。

例示の実施形態においては、システム２００がレチクル（物体）２１０を含み、正のレンズ・エレメントを負のレンズ・エレメントより多く含み、より詳細に述べれば、後述するとおり、一例のシステム２００は、２０のレンズ・エレメントを含み、そのうちの１３が正のレンズ・エレメント、７が負のレンズ・エレメントである。

システム２００は、レチクル２１０とウエハ２２０を含み、周知のとおり、レチクル２１０を基礎として縮小されたイメージがウエハの上に形成される。システム２００の光路に沿って、リースト・イメージ・フォワード・エレメントから開始し、モースト・イメージ・フォワード・エレメントで終わる順に見ると、システム２００は、レチクル２１０とミラーＭ２の間に配置される第１のレンズ・エレメントＥ１と第２のレンズ・エレメントＥ２を含む。これらの第１、第２のレンズ・エレメントＥ１、Ｅ２は、正のレンズであり、レチクル２１０上の１ないしは複数のポイントからの光線がそれらを通過してミラーＭ２に向かう。ミラーＭ２は、好ましくは曲面ミラー（たとえば球面または非球面ミラー）であり、例示の実施形態においては、ミラーＭ２が連続反射面を有してなく、むしろその逆にミラーＭ２は、ミラーＭ２によって影響されることなく光線が自由に通過することのできる開口２１２または切り欠き等が形成された１ないしは複数の領域を有する。１ないしは複数の開口２１２は、光線が第１、第２のレンズ・エレメントＥ１、Ｅ２を通過する場所と光学的に整列するミラーＭ２内の場所に形成されており、その結果、光線がＥ１、Ｅ２を通過した後にミラーＭ２を通過する。前述したとおり、ミラーＭ２が必ずしもそれ
を通して形成された物理的な開口を有している必要はなく、それに代えて光線がその脇を通ってレンズ・エレメントＥ１、Ｅ２からレンズ・エレメントＥ３に伝播するように位置決めされる軸外れのミラーとして構成することも可能である。

システム２００は、物理的に（空間的に）かつ光学的にミラーＭ２の背後に配置される第３のレンズ・エレメントＥ３を含む。ミラーＭ２内に形成された開口２１２を通って伝播する光線は、その後に続いてレンズ・エレメントＥ３を通って伝播する。例示の実施形態においては、第３のレンズ・エレメントＥ３が負のレンズであり、光線がシステム２００の光路に沿って伝播するとき、光線によるこのレンズ・エレメントの通過が明瞭に３回あることからトリプル・パス・レンズとしてフューチャ付けされる。

システム２００は、第４と第５のレンズ・エレメント、それぞれＥ４、Ｅ５を含み、それらは空間的かつ光学的にレンズ・エレメントＥ３の背後にある。例示の実施形態においては、レンズ・エレメントＥ４、Ｅ５が負のレンズである。これらのレンズ・エレメントＥ４、Ｅ５は、ミラーＭ１と空間的に近接して配置されており、その結果、レンズ・エレメントＥ３を通過した光線が、ミラーＭ１の反射面と接触する前にこれらのレンズ・エレメントＥ４、Ｅ５を通過する。ここで認識することになろうが、レンズ・エレメントＥ４、Ｅ５は、光線がシステム２００の光路に沿って伝播するとき、通過光線によるこれらのレンズ・エレメントの通過が明瞭に２回あることからダブル・パス・タイプのレンズ・エレメントである。より詳細に述べれば、光線がミラーＭ１と接触した後、光線がミラーＭ２に向かって伝播するとき、レンズ・エレメントＥ４、Ｅ５を通って戻る。光線がミラーＭ２と接触する前に、光線によるレンズ・エレメントＥ３の２回目の通過があり、その後ミラーＭ２と接触し、反射された光線は、３回目のレンズ・エレメントＥ３の通過を行う（この結果としてＥ３がトリプル・パス・レンズとなる）。好ましくはミラーＭ２の開口２１２が、１つの領域の中に形成されており、ミラーＭ２は、ミラーＭ１からの光線を反射するための反射ミラー面として作用する別の領域を有する。ミラーＭ１は光集束ミラーであるが、ミラーＭ２は光分散ミラーである。これとは別に、ミラーＭ２を軸外れミラーとし、それを通る物理的な開口２１２をそこに形成しないことも可能である。

光線が３回目にレンズ・エレメントＥ３をした後は、光線がミラーＭ３に向かう。ミラーＭ３は、ミラーＭ１、Ｍ２と同様に、曲面ミラー（たとえば球面または非球面ミラー）である。例示の実施形態においては、図２に示されているとおり、全体が２２０として示された、ミラーＭ２からの光線を受光する軸外れ領域を有するように、ミラーＭ３は、光軸の外に中心が置かれている。言い換えると、ミラーＭ３は、同軸で整列されているが、軸外れ領域だけが使用される。

システム２００は、空間的にミラーＭ３の前方となるが、光学的にはその背後となるミラーＭ４を含む。図示のとおり、ミラーＭ１およびＭ４は、互いに対して背合わせに配置されており、それらの間にレンズ・エレメントを含まない。ミラーＭ３は、光集束ミラーであるが、ミラーＭ４は光分散ミラーである。

本発明の１つの側面によれば、前述の第１の実施形態と同様に、レンズ・エレメント、すなわち第６のレンズ・エレメントＥ６がミラーＭ３とミラーＭ４の間に配置されており、レンズ・エレメントＥ６は、ミラーＭ３の物理的前方となるが、ミラーＭ３、Ｍ４の光学的背後となっている。レンズ・エレメントＥ６は、正のレンズであり、ミラーＭ３の近くに位置決めされ、図２を参照するとわかるとおり、このレンズ・エレメントがダブル・パス・レンズ・エレメントとして作用するほかのレンズ設計（たとえば、特許文献１５参照）とは対照的に、レンズ・エレメントＥ６は、システム２００の光路に従って光線が伝播するとき、レンズ・エレメントＥ６を１回だけ通過することからシングル・パス・レンズ・エレメントとして作用する。

レンズ・エレメントＥ６は、ミラーＭ３の隣に、ミラーＭ３が１ないしは複数の開口または切り欠き２１４を有する領域内に位置決めされており、これは、システム２００の光路に従って光線が伝播するとき、光線がレンズ・エレメントＥ６を通って伝播し、それに続いて１ないしは複数の開口２１４を通過することを可能にする。言い換えると、レンズ・エレメントＥ６は、好ましくは少なくとも部分的に開口２１４を通って広がる。この場合においても、ミラーＭ３を、光線がミラーＭ４から光路に沿って伝播することを可能にするべく位置決めされる軸外れミラーとすることが可能である。

システム２００は、ミラーＭ３とレンズ・エレメントＥ６の物理的かつ光学的背後となるレンズ・エレメントのグループを有するように設計されている。一例の実施形態によれば、レンズ・エレメントＥ６の光学的背後に１４のレンズ・エレメントが配置されており、より詳細に述べれば、レンズ・エレメントＥ７〜Ｅ２０が、光軸に沿って、レンズ・エレメントＥ６の光学的背後に、かつウエハ１２０の光学的かつ物理的前方に配置されている。レンズ・エレメントＥ７は負のレンズ、レンズ・エレメントＥ８、Ｅ９は正のレンズ、レンズ・エレメントＥ１０は負のレンズ、レンズ・エレメントＥ１１は正のレンズ、レンズ・エレメントＥ１２は負のレンズ、レンズ・エレメントＥ１３〜Ｅ１６は正のレンズ、レンズ・エレメントＥ１７は負のレンズ、レンズ・エレメントＥ１８〜Ｅ２０は正のレンズである。

言い換えると、図２に例示されているとおりのレンズ・エレメントとミラーの配列は、この種の設計において高い開口率の値の達成を可能にする。たとえば、システム２００は、少なくとも約０．９５の開口率を有する。共役開口絞りが、レチクル２１０とミラーＭ１の間に配置されるが、開口絞りは、屈折部分として作用するレンズ配列の後ろ部分に配置される。より詳細に述べれば、システム２００内の開口絞りは、図２において表示２０１によって示される。

カタディオプトリック複数ミラー投影縮小対物レンズ１００と同様に、システム２００も瞳のオブスキュレーション（たとえば中心オブスキュレーション）から好適に解放され、したがってイメージの品質が危険にさらされることがない。

システム２００の光学表面を説明した完全な光学的記述を表２に示す。

この明細書を通じて「開口」、「ボア」、「切り欠き」という表現が使用されているが、光線の通過を許可するという同じ目的を達成するために、ほかの異なる方法のいくつかを用いてレンズを構成できることを認識するであろう。したがってこれらの表現は、例示的なものであって本件の設計を限定するものではない。それに加えて、開口または切り欠きの形状は多様なものとすることが可能であり、開口と切り欠きが意図された機能を果たす限りにおいては特定の形状またはサイズに限定されない。さらにそれに加えて、ミラーと屈折レンズ・エレメントは、それらを通って形成される物理的な開口を伴わずに、これらのエレメントによる干渉を受けることなく光路に沿って光線が伝播できるように、軸外れエレメントとして構成することができる。

本発明の１つの側面においては、本件の対物レンズのそれぞれが前方に動かされ、したがってミラーＭ３の前方で開始する屈折レンズ部分を有する。これは、少なくとも４つのミラーを含む従来設計と対比をなし、屈折部分を前方に移すことによって４ミラー構成において高い開口率が達成される。

さらに、ここで開示している本件システムが、１．０未満の開口率を伴う「乾式システム」に限定されず、むしろその逆に本件の設計は、開口率が１．０に等しいかそれを超え
る「浸漬システム」においても具体化が可能である。したがって、浸漬リソグラフィにおける本件システムの具体化は、本件出願の教示の中に含まれる。

特許文献１１は、もっとも光学的に前方にあるミラーと次に光学的に前方にあるミラーの間に複数のミラーが存在する構成を開示している。しかしながらそのシステムと本件実施形態の間には多数の相違がある。より詳細に述べれば、少なくとも１つの本件実施形態においては、ミラーＭ３とミラーＭ４の間にシングル・パス・タイプの単一のレンズ・エレメントだけが配置される。また、特許文献１１における配置との直接的な対比として、本件実施形態は、折り返しミラーを含まない。さらに、本件実施形態は、これら２つのミラーの間に中間イメージを有していない。

前述したとおり、本件実施形態と特許文献１５に開示されたそれらとの間には多数の相違がある。本件実施形態においては、ミラーＭ１とＭ４となるべきミラーの間にシングル・パス・ミラーがなく、そのため本件実施形態には、特許文献１５とは対照的に非常に直径の大きいレンズ・エレメントを有していなければならないという制約がない。このことは、本件システムを製造容易にする。

一例の実施形態によれば、開口絞りの直径に関連してレンズ・エレメントの最大直径の制限が存在する。たとえば、ここで開示した第２の実施形態において、各レンズ・エレメントの最大直径は、開口絞りの１．１倍より小さいが、特許文献１５の図２３〜２８に示された実施形態においては、２つの直径の間の比率が少なくとも１．５であり、このこともまた非常に大きいレンズ・エレメントが存在することを意味し、ひいては製造上の問題を招く。図２０および２２に開示された実施形態においても比率が１．１より大きい。

さらに、本件実施形態における開口絞りの位置は、特許文献１５における場所と異なり、それが利点をもたらす。特許文献１５の図２０〜２８に示されているとおり、開口絞りは、屈折グループＧｒ２の前方に配置されており、視野ミラー・グループＧｒｆからそれを引き離している。本件実施形態においては、開口絞りが屈折グループの後ろ部分に配置される。このことは、屈折グループの少なくとも１つのレンズ・エレメントが開口絞りの前方にあることを意味する。開口絞りをその種の位置に置く利点は、それが拡大の色変化（「レーザ・カラー」としても知られる）の補正を考慮していることにある。

このように本件実施形態は、少なくとも２つの曲面（非平面）ミラーをはじめ、共通の回転対称軸を有する複数の光学エレメントを含む。ここで認識することになろうが、回転対称は光学エレメントの数学的表面の特性であるが、出願人は、当該光学エレメントが共通軸上にあるか、あるいは外にあるかを記述するためにこの表現を使用している。したがって、この表現は、光学エレメントが軸外れであるか否かを記述する。２つのエレメントの間、たとえばミラーとレンズ・エレメントまたは２つのミラーの等の間の軸距離は、表面の頂点間の距離として定義される。本件システムにおいては、軸外れミラーが仮想頂点のみを有しており、そのため軸外れミラーとほかのエレメントの間の軸距離を計算するときにはこれが考慮に入れられる。それに加えて、物理的に第１および第２のミラーの間にあるとして光学エレメントを論じるときには、物理的に存在する軸外れミラーの間にある光学エレメントを参照する。

以上、例証的な図面および本発明の特定の実施形態について例示し、説明してきたが、本発明の範囲がここで論じた特定実施形態に限定されないことを理解する必要がある。すなわちこれらの実施形態は、限定ではなく例示と考えるべきであり、当業者であれば付随する特許請求の範囲およびその等価物から逸脱することなしに変形を行い得ることを理解する必要がある。それに加えて、付随する特許請求の範囲の異なる請求項のフューチャは、さらに本発明に従って種々の方法において組み合わすことができる。

第１の実施形態に従ったマイクロリソグラフィ投影縮小対物レンズを例示した説明図である。第２の実施形態に従ったマイクロリソグラフィ投影縮小対物レンズを例示した説明図である。

符号の説明

１００システム；カタディオプトリック複数ミラー投影縮小対物レンズ、１１０レチクル（物体）、１１２開口；切り欠き、１１４開口；切り欠き、１１６切り欠き；開口、１１８切り欠き；開口、１２０ウエハ、

Claims

すべてが共通の回転対称軸を有する少なくとも２つの曲面ミラーミラーと複数の光学エレメントを含む対物レンズであって、最後から２番目の曲面ミラーと最後の曲面ミラーの間の軸距離は、両方のミラーの順序が光路に沿って定義されるものとして、前記最後の曲面ミラーと、前記光路に沿った前記最後の曲面ミラーに続くレンズの第１の屈折表面の間の軸距離より大きく、前記最後の曲面ミラーに光学的に続く前記第１の屈折表面がシングル・パス・レンズと関連付けされ、前記対物レンズの瞳がオブスキュレーションから解放される対物レンズ。
前記最後の曲面ミラーに続く前記第１の屈折表面は負のレンズに関連付けされる請求項１に記載の対物レンズ。
４つの曲面ミラーが存在する請求項１に記載の対物レンズ。
前記最後から２番目の曲面ミラーは、前記第１の屈折表面の光学的に直後となるレンズを収容するようにその中に開口が形成されているか、または前記最後から２番目の曲面ミラーは、光路に沿った光線の伝播を可能にする軸外れミラーである請求項１に記載の対物レンズ。
前記最後のミラーの光学的背後にある屈折部分が、正のレンズを負のレンズより多く含む請求項１に記載の対物レンズ。
少なくとも２つのダブル・パス・レンズを前記最後から２番目のミラーの光学的前方に含む請求項１に記載の対物レンズ。
前記対物レンズが、少なくとも実質的に０．８０の開口率を伴ってイメージを形成する請求項１に記載の対物レンズ。
少なくとも１つの非球面の反射面と少なくとも１つの非球面の屈折表面を含む請求項１に記載の対物レンズ。
少なくとも４つの曲面ミラーを含む請求項１に記載の対物レンズ。
少なくとも１つの光分散ミラーと少なくとも２つの光集束ミラーを含む請求項１に記載の対物レンズ。
アパーチャ・ダイアフラムに平面ミラーが続かない請求項１に記載の対物レンズ。
前記最後から２番目のミラーの光学的前方に配置される少なくとも１つのトリプル・パス・レンズを含む請求項１に記載の対物レンズ。
少なくとも３つの曲面ミラーが、光の通過を許可する１ないしは複数の切り欠き領域を有するように構成される請求項１に記載の対物レンズ。
少なくとも２つのダブル・パス・レンズと１つのトリプル・パス・レンズを含み、すべてが前記２つのもっとも物体前方のミラーの間に物理的に配置される請求項１に記載の対物レンズ。
前記２つのもっとも物体前方のミラーの間に物理的に配置される少なくとも２つのダブ
ル・パス・レンズを含む請求項１に記載の対物レンズ。
前記第１の屈折表面は正のレンズに関連付けされる請求項１に記載の対物レンズ。
前記最後のミラーの光学的背後のエレメントの屈折グループ内に配置される開口絞りを含む請求項１に記載の対物レンズ。
前記対物レンズは、少なくとも実質的に０．９５の開口率を伴ってイメージを形成する請求項１に記載の対物レンズ。
前記対物レンズは、浸漬において、少なくとも実質的に１．１の開口率を伴ってイメージを形成する請求項１に記載の対物レンズ。
前記シングル・パス・レンズは、前記光軸に沿って測定されるとき、前記最後から２番目のミラーと前記最後のミラーの間における唯一のレンズ・エレメントである請求項１に記載の対物レンズ。
前記対物レンズは、前記２つのミラーの間における中間イメージから解放される請求項１に記載の対物レンズ。
光路に沿って定義されるとき、光学的にもっとも前方の第１の曲面ミラーと光学的に２番目にもっとも前方の第２の曲面ミラーを含む少なくとも４つの曲面ミラーを含み、かつ、前記第１と第２のミラーの間に物理的に配置される中間レンズ・エレメントを含み、前記中間レンズ・エレメントがシングル・パス・タイプのレンズである対物レンズ。
リースト・イメージ・フォワード曲面ミラーと前記第１の曲面ミラーが、互いに背合わせに配置される請求項２２に記載の対物レンズ。
前記少なくとも１つの曲面ミラーが、光軸に対して軸外れミラーとなる請求項２２に記載の対物レンズ。
前記２つのもっとも物体前方の曲面ミラーの間に配置される少なくとも２つのレンズ・エレメントが存在する請求項２２に記載の対物レンズ。
前記２つのもっとも物体前方の曲面ミラーの間に３つの負のレンズ・エレメントが存在する請求項２５に記載の対物レンズ。
前記２つのもっとも物体前方の曲面ミラーの間の少なくとも２つのレンズ・エレメントは、ダブル・パス・レンズである請求項２５に記載の対物レンズ。
前記第２の曲面ミラーは、前記中間レンズ・エレメントを適合するようにその中に開口が形成される請求項２２に記載の対物レンズ。
さらに、前記中間レンズ・エレメントの光学的背後に複数のレンズを含み、それにおいて前記第１の曲面ミラーの光学的背後となる前記レンズは、正のレンズを負のレンズより多く含む請求項２２に記載の対物レンズ。
前記対物レンズが、少なくとも実質的に０．８０の開口率を伴ってイメージを形成する請求項２２に記載の対物レンズ。
少なくとも１つの非球面の反射面と少なくとも１つの非球面の屈折表面を含む請求項２２に記載の対物レンズ。
少なくとも１つの光分散ミラーと少なくとも２つの光集束ミラーを含む請求項２２に記載の対物レンズ。
アパーチャ・ダイアフラムに平面ミラーが続かない請求項２２に記載の対物レンズ。
前記第２の曲面ミラーの光学的前方に配置される少なくとも１つのトリプル・パス・レンズを含む請求項２２に記載の対物レンズ。
なくとも２つのダブル・パス・レンズと１つのトリプル・パス・レンズを含み、すべてが前記２つのもっとも物体前方のミラーの間に配置される請求項２２に記載の対物レンズ。
前記２つのもっとも物体前方のミラーの間に配置される少なくとも２つのダブル・パス・レンズを含む請求項２２に記載の対物レンズ。
前記最後のミラーの光学的背後のエレメントの屈折グループ内に配置される開口絞りを含む請求項２２に記載の対物レンズ。
前記対物レンズは、少なくとも実質的に０．９５の開口率を伴ってイメージを形成する請求項２２に記載の対物レンズ。
前記対物レンズの瞳がオブスキュレーションから解放される請求項２２に記載の対物レンズ。
前記第１と第２のミラーの間の光路内に配置される中間レンズ・エレメントが１つだけ存在する請求項２２に記載の対物レンズ。
前記対物レンズは、前記第１と第２のミラーの間において中間イメージがない請求項２２に記載の対物レンズ。
ＤＵＶとＶＵＶ光源からなる光源のグループから選択される光源、照明システム、レチクルのハンドリング、位置決めとスキャン・システム、請求項１に従った投影対物レンズとウエハのハンドリング、位置決めとスキャン・システムを包含する投影露光装置。
ＤＵＶとＶＵＶ光源からなる光源のグループから選択される光源、照明システム、レチクルのハンドリング、位置決めとスキャン・システム、請求項２２に従った投影対物レンズとウエハのハンドリング、位置決めとスキャン・システムを包含する投影露光装置。
４つの曲面ミラーと屈折レンズ部分を伴う、折り返しミラーのない投影対物レンズであって、前記投影対物レンズは、前記屈折レンズ部分の少なくとも１つのレンズ・エレメントが、最後から２番目の曲面ミラーの空間的前方で、最後の曲面ミラーの光学的背後に配置されており、前記１つのレンズ・エレメントがシングル・パス・タイプのレンズであり、少なくとも約０．８０の開口率を有し、前記最後から２番目のミラーと前記最後のミラーの間における中間イメージがなく、かつ各屈折レンズ・エレメントの最大直径が前記対物レンズの開口絞りの直径の１．１倍より小さいことを特徴とする投影対物レンズ。
少なくとも２つの曲面ミラーを伴うカタディオプトリック部分と、
光路に沿って定義されるときに最後から２番目の曲面ミラーと最後の曲面ミラーの間に配置されるシングル・パス・レンズ・エレメントを含む屈折部分とを含む投影対物レンズであって、その対物レンズは、瞳にオブスキュレーションがないように構成され、前記シングル・パス・レンズ・エレメントは、光路に沿って測定されるときに最後から２番目の曲面ミラーと最後の曲面ミラーの間に配置される唯一の屈折レンズ・エレメントであり、前記屈折部分は、開口絞りを含み、前記屈折グループの少なくとも１つのレンズ・エレメントが前記開口絞りの前方にあることを特徴とする投影対物レンズ。
少なくとも４つの曲面ミラーを含む第１のカタディオプトリック部分と第２の屈折部分とを含む対物レンズであって、その屈折部分の少なくとも１つのシングル・パス・レンズ・エレメントが、光路に沿って前記ミラーが順序付けされるときの最後の曲面ミラーと最後から２番目の曲面ミラーとの間に物理的に配置されることを特徴とする対物レンズ。