JP4964201B2 - マイクロリソグラフィ用の高開口数投影システム - Google Patents

Description

本発明は、改良されたリソグラフィシステムおよび方法に関する。より具体的には、本発明は、開口数が高いマイクロリソグラフィシステムおよび方法に関する。

リソグラフィは、基板の表面上にフィーチャを生成するために用いられるプロセスである。このような基板は、フラットパネルディスプレー、回路基板および種々の集積回路の製造において用いられる基板を含み得る。このような用途によく用いられる基板は半導体ウエハである。例示を目的として半導体ウエハの観点からこの説明を提供するが、当業者であれば、この説明はさらに当業者に公知の他の種類の基板にも適用されることを理解する。リソグラフィの間、ウエハ（これはウエハステージ上に配置されている）は、リソグラフィ装置内に設けられた露光光学系によって、ウエハの表面上に投影された像に露光される。像は、露光される元の像すなわちソース像を指す。投影像はウエハの表面上の入射像を指す。露光光学系をリソグラフィの場合に用いるが、特定の用途に依存して、異なる種類の露光装置を用いてもよい。例えば、当業者に公知であるように、いくつかのリソグラフィはそれぞれ、異なる露光装置を必要とし得る。特定の例のリソグラフィを、本明細書において例示を目的としてのみ説明する。

投影像により、ウエハの表面上に堆積された、フォトレジストなどの層の特徴が変化する。これらの変化は露光の間にウエハ上に投影されたフィーチャに対応する。露光に続いて、層にエッチングを施して、パターン化された層を生成し得る。パターンは、露光の間にウエハ上に投影されたそれらのフィーチャに対応する。次いで、このパターン化された層を用いて、ウエハ内の基底構造層（例えば、導電層、半導体層または絶縁層）の露光された部分を取り除く。次いで、所望のフィーチャがウエハの表面上に形成されるまで、このプロセスを他の工程と共に繰返す。

ステップアンドスキャン（ｓｔｅｐ−ａｎｄ−ｓｃａｎ）技術は、狭い結像スロットを有する投影光学系システムと共働する。全ウエハが一度に露光されるのではなく、個々のフィールドがウエハ上で一度に一つずつ走査される。これは、結像スロットが走査の間にフィールドにわたって移動するように、ウエハおよびレチクルを移動させることによって行われる。次いで、ウエハステージが、フィールド露光間に進み、レチクルパターンの複数のコピーがウエハ表面にわたって露光されることが可能になる。このように、ウエハ上に投影された像の質が最大にされる。

以下の特許は、レチクル上のパターンから半導体ウエハ上に像を生成する従来の技術の例を記載する。これらの特許とは、Ｗｉｌｌｉａｍｓｏｎに対する米国特許第４，９５３，９６０号、Ｗｉｌｌｉａｍｓｏｎらに対する米国特許第５，２１２，５９３号、Ｗｉｌｌｉａｍｓｏｎに対する米国特許第５，５３７，２６０号、Ｔａｋａｈａｓｈｉに対する米国特許第５，６３６，０６６号、Ｔａｋａｈａｓｈｉに対する米国特許第５，５８３，６９６号、Ｔａｋａｈａｓｈｉに対する米国特許第５，６９１，８０２号、Ｔａｋａｈａｓｈｉに対する米国特許第５，８０８，８０５号、Ｔａｋａｈａｓｈｉに対する米国特許第５，８３５，２８４号、Ｔａｋａｈａｓｈｉに対する米国特許第５，９６９，８８２号である。

（概要）フォトリソグラフィ（マイクロリソグラフィとも呼ばれる）は、半導体製造技術である。フォトリソグラフィは、紫外線または可視光を用いて、半導体デバイスの設計における微細なパターンを生成する。ダイオード、トランジスタ、および集積回路などの多くのタイプの半導体デバイスが、フォトリソグラフィ技術を用いて製造され得る。半導体製造におけるエッチングなどのフォトリソグラフィ技術は、投影システムまたはツールを用いて実行される。投影システムは、光源、レチクル、光学投影システム、および、ウエハ位置合わせステージを含み得る。半導体パターンの像は、レチクル（マスクとも呼ばれる）上に印刷または製造される。光源は、レチクルを照射して、特定のレチクルパターンの像を生成する。光学縮小システムを用いて、レチクルパターンの高品質の像がウエハ上へと伝えられる。Ｎｏｎｏｇａｋｉらの「Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｉｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ，Ｉｎｃ．：Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＮＹ １９９８）」を参照されたい。本明細書中、同文献の全体を参考として援用する。

集積回路の設計は益々複雑になっている。レイアウトにおけるコンポーネントの数およびコンポーネントの集積密度は増加しつつある。絶えず減少する最小限の機能サイズに対する需要は高い。最小限の機能サイズ（線幅とも呼ばれる）は、許容公差の範囲内で製造され得る半導体機能の最小の寸法のことである。結果として、フォトリソグラフィシステムおよび技術が、より高い分解能を提供することが益々重要である。分解能を改良する１つの手段は、製造に用いられる光の波長を短くすることである。光学縮小システムの開口数（ＮＡ）を増加させることも、分解能を改良する。

投影システムも、像を縮小するための光学縮小システムを含み得る。縮小の１つのタイプは、カタディオプトリック光学縮小システムである。カタディオプトリック光学縮小システムは、光がレチクルを介してウエハ上に伝えられ、その後その結像光を反射する鏡を含む。ビームスプリッタは、そのシステムの光路において使用される。しかし、従来のビームスプリッタは、入射光の５０％を透過し、入射光の５０％を反射する。光損失を少なくする偏光ビームスプリッタを使用してもよい。

従来の光学システムに関連するいくつかの不利益がある。従来の光学システムは、半導体ウエハ上に像パターンを形成する前に、中間像を形成しない。これにより、ウエハ上の像の単色収差および色収差を補正することが困難になる。さらに、従来の屈折光学システムは、光の波長がより短い場合に動作不可能である。なぜならば、実際の製造プロセスに適切な短波長（１５７ｎｍ）の複数の透明材料がないためである。従って、より高品質な像を半導体ウエハ上に生成することが可能なより良いシステムが必要である。

本発明は、マイクロリソグラフィーに関する。より詳細には、本発明は、半導体ウエハを有する高開口数投影システムに関するシステムおよび方法に関する。

本発明における投影システムは、レチクル、レチクル光学群、ビームスプリッタ、凹面鏡、凹面鏡光学系、フォールドミラー、および、ウエハ光学系を含む。レチクル光学群は、レチクルとビームスプリッタとの間に配置される。凹面鏡光学系は、凹面鏡とビームスプリッタとの間に配置される。フォールドミラーは、ビームスプリッタとウエハとの間に配置される。ウエハ光学系は、ビームスプリッタとウエハとの間に配置される。ある実施形態において、複数の四分の一波長板が、レチクルとビームスプリッタとの間、凹面鏡とビームスプリッタとの間、および／または、ビームスプリッタとウエハ光学系との間で分配される。別の実施形態において、凹面鏡と凹面鏡光学系との間に開口絞りが配置され得る。

本発明において、光ビームは、レチクルおよびレチクル光学群を通り、ビームスプリッタに向けられる。ビームスプリッタは、凹面鏡へと光を反射する。凹面鏡は、ビームスプリッタを介してフォールドミラーへと光を反射する。四分の一波長板が、凹面鏡から反射された光の偏光を変化させて、ビームスプリッタを介してフォールドミラーへと光を通す。フォールドミラーは、ウエハ光学系を介してウエハへと光を反射する。光が、フォールドミラーによってウエハ光学系へと反射される場合、中間像が、フォールドミラーとウエハ光学系との間に形成される。光は、半導体ウエハ上に像を形成する前に、光学エレメントおよび光学系によって、さらに、拡大され、焦点を合わされ、および／または、位置合わせされる。

本発明のさらなる特徴および利点、ならびに、本発明の種々の実施形態の構造および動作は、添付の図面を参照して下記に詳細に説明される。

本願は、２００１年８月２１日に出願されたＳｍｉｒｎｏｖらに対する米国仮特許出願第６０／３１３，５０１号に対して優先権を主張する。同文献全体を本明細書において参考として援用する。

本願は、２００１年１１月２１日に出願されたＳｍｉｒｎｏｖらに対する米国仮出願第６０／３３１，７８５号に対して優先権を主張する。同文献全体を本明細書において参考として援用する。

本明細書中に組み込まれ、かつ、本明細書の一部分をなす添付の図面は、本発明を図示し、説明と共に、さらに、本発明の原理を説明し、かつ、当業者が本発明を製造し、使用することを可能にする役割を果たす。

本発明は、添付の図面を参照して説明される。図面中、同様の参照符号は、同一または機能的に同様のエレメントを示す。さらに、参照符号の最も左端の数字は、その参照符号が最初に出現した図面の番号と同一である。

本発明は、本明細書中、特定のアプリケーションに関して図示される実施形態を参照して説明されるが、本発明がそれに限定されないことを理解する必要がある。本明細書によって提供される教示内容を利用する当業者であれば、本発明の範囲内において、さらなる改変、アプリケーション、および実施形態、ならびに、本発明が有意に有用であるさらなる分野を理解する。

（用語）
本発明をより明らかに表すため、本明細書の全体にわたって、可能な限り一貫して下記の用語の定義に準拠する努力が為されている。

「開口絞り」は、物理的な制限であり、例えば、オブジェクトの中心（軸）の点に関して、レンズを通過することが可能な光ビームバンドルの直径を制限するレンズの絞り保持器である。

「非球面鏡」は、球面でない表面を有する鏡である。鏡の非球面は、球面の反射動作に対して、入射電磁エネルギーの波面を前進または遅延させるために、カタディオプトリック光学システムにおいて使用され得る。

「ビームスプリッタ」は、ビームを２つ以上の個別のビームに分けるための光学デバイスである。ビームスプリッタは、偏光されていないビームスプリッタまたは偏光ビームスプリッタを含み得るが、これらに限定されない。

「カタディオプトリック光学システム」は、反射性および屈折性の光学エレメントを有する光学システムを意味する。

（マイクロリソグラフィに関する高開口数投影システム）
（Ａ．第１の実施形態）
図１ａは、投影システム１００の実施形態を示す。投影システム１００は、レチクル１０１、投影システム１０２、およびウエハ１０３を含む。レチクル１０１は、投影システム１０２に光学的に接続される。投影システム１０２は、ウエハ１０３に光学的に接続される。図１ａの実施形態において、投影システム１０２は、レチクル１０１とウエハ１０３との間に配置される。

投影システム１０２は、中間像形成システム１０４およびウエハ光学群１９３を備える。中間像形成システム１０４は、ウエハ光学群１９３に光学的に結合される。中間像形成システム１０４は、カタディオプトリック低減システム（ｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）１０６をさらに備える。

投影システム１０２は、レチクル光学群１９１、ビームスプリッタ１２０、凹面鏡光学群１９２、凹面鏡１０７、フォールドミラー（ｆｏｌｄ ｍｉｒｒｏｒ）１０５、およびウエハ光学群１９３を備える。レチクル光学群１９１、ビームスプリッタ１２０、凹面鏡光学群１９２、凹面鏡１０７、およびフォールドミラー１０５は、中間像形成システム１０４の一部である。さらに、凹面鏡光学群１９２および凹面鏡１０７は、カタディオプトリック低減システム１０６の一部である。

レチクル光学群１９１は、レチクル１０１とビームスプリッタ１２０との間に配置される。凹面鏡光学群１９２は、凹面鏡１０７とビームスプリッタ１２０との間に配置される。フォールドミラー１０５は、ビームスプリッタ１２０に光学的に結合される。ウエハ光学群１９３は、フォールドミラー１０５とウエハ１０３との間に配置される。ビームスプリッタ１２０は、フォールドミラー１０５と凹面鏡光学群１９２とを分離する。さらに、ビームスプリッタ１２０およびフォールドミラー１０５は、レチクル光学群１９１とウエハ光学群１９３とを分離する。

１つの実施形態では、レチクル１０１はウエハ１０３と平行する。さらに、レチクル１０１およびレチクル光学群１９１と、ウエハ１０３およびウエハ光学群１９３は、平行する光ビーム軸、または同じ光ビーム軸上に配置される。レチクル１０１およびレチクル光学群１９１は、第１のビーム軸１８１上に配置される。ウエハ１０３およびウエハ光学群１９３は、第２のビーム軸１８２上に配置される。第１のビーム軸１８１および第２のビーム軸１８２は、相互に平行する。レチクル１０１およびウエハ１０３は、対応するビーム軸に対して垂直に置かれるため、レチクル１０１およびウエハ１０３は、相互に平行する。投影システム１０２内の各光学オブジェクトの他の構成が可能であることを当業者は理解する。

レチクル光学群１９１は、第１の１／４波長板１１２ａおよび非球面１０８を含む。第１の１／４波長板１１２ａは、レチクル１０１と非球面１０８との間に配置される。非球面１０８は、第１の１／４波長板１１２ａとビームスプリッタ１２０との間に配置される。１つの実施形態では、非球面１０８は、正の屈折力または負の屈折力を有するレンズの表面であり得る。さらに、レチクル光学群１９１は、非球面１０８と同様の複数の非球面を有し得る。

凹面鏡光学群１９２は、複数の非球面１１５（ａ，ｂ，ｃ）、および第２の１／４波長板１１２ｂを含む。１つの実施形態では、図１ａに示すように、第２の１／４波長板１１２ｂは、任意の２つの非球面１１５（ａ，ｂ，ｃ）の間に配置され得る。さらに、第２の１／４波長板１１２ｂは、非球面１１５ａとビームスプリッタ１２０との間に配置され得る。別の実施形態では、凹面鏡光学群１９２は、開口絞り１１０を含む。開口絞り１１０は、非球面１１５ｃと凹面鏡１０７との間に配置され得る。開口絞り１１０は、ビームスプリッタ１２０から向けられた光が凹面鏡１０７により反射されると、その光が通過する開口絞りを提供する。当業者に理解されるように、凹面鏡光学群１９２は、少なくとも１つの非球面１１５を含むか、または非球面を全く含み得ない。さらに、非球面１１５（ａ，ｂ，ｃ）は、それぞれ、正の屈折力または負の屈折力のいずれかを備えたレンズであり得る。

ビームスプリッタ１２０は、フォールドミラー１０５と凹面鏡光学群１９２とを分離する。１つの実施形態では、フォールドミラー１０５は平坦な鏡である。別の実施形態では、フォールドミラー１０５は、光パワー（ｏｐｔｉｃａｌ ｐｏｗｅｒ）を有する鏡である。

ウエハ光学群１９３は、複数の非球面１３５（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）、および第３の１／４波長板１１２ｃを含む。第３の１／４波長板１１２ｃおよび非球面１３５（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）は、フォールドミラー１０５とウエハ１０３との間に配置される。１つの実施形態では、第３の１／４波長板１１２ｃは、任意の２つの非球面１３５の間に配置され得る。別の実施形態では、第３の１／４波長板１１２ｃは、ウエハ光学群１９３とフォールドミラー１０５との間に配置され得るか、またはウエハ光学群１９３内の任意の位置に配置され得る。当業者に理解されるように、ウエハ光学群１９３は、少なくとも１つの非球面１３５を含むか、または非球面を全く含み得ない。さらに、非球面１３５（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）は、それぞれ、正の屈折力または負の屈折力のいずれかを備えたレンズであり得る。１つの実施形態では、ウエハ１０３は半導体ウエハである。

１つの実施形態では、ビームスプリッタ１２０は２つの光学プリズムを含む。

１つの実施形態では、投影システム１０２は、レチクル１０１から光を受け取り、その光を拡大、集束、および／またはアライメントし、ウエハ１０３上に像を形成する。投影システム１０２内の中間像形成システム１０４もまた、レチクル１０１から光を受け取り、その光を拡大、集束、および／またはアライメントし、中間像１５０を形成する。

レチクル光学群１９１は、最初、レチクル１０１から受け取った光束を処理する。像パターンがレチクル１０１に形成され、その像パターンが半導体ウエハ１０３上に形成される。レチクル光学群１９１は、レチクル１０１を介して入射する光を集束、拡大、および／またはアライメントする。

１つの実施形態では、ビームスプリッタ１２０は、偏光ビームスプリッタであり、偏光ミラーを備える。よって、ｐ偏光状態を有する光はビームスプリッタ１２０を通過し得るが、ｓ偏光状態を有する光は反射される。上記のビームスプリッタ１２０の機能により、ｓ偏光状態を有する光は、直接、凹面鏡光学群１９２へと直接反射される。

凹面鏡１０７は、ビームスプリッタ１２０により反射された、入力像を拡大する。さらに、凹面鏡１０７は、ビームスプリッタ１２０からの光を、第２の１／４波長板１１２ｂを介して反射する。第２の１／４波長板１１２ｂは、光の極性を変更する。極性の変更により、光は、ビームスプリッタ１２０に入射し、通過し得る。凹面鏡１０７は、これらのタスク、および任意の他の潜在的なタスクを本発明の当業者に公知の方法で実行する。

１つの実施形態では、凹面鏡光学群１９２は、開口絞り１１０を含む。開口絞り１１０は、非球面１１５ｃと凹面鏡１０７との間に配置される。図１ｂは、開口絞り１１０を示す。開口絞り１１０は、光学オブジェクト１５５ａと光学オブジェクト１５５ｂとの間に配置されるように示される。光学オブジェクト１５５ａおよび１５５ｂは、凹面鏡１１０へのおよび凹面鏡１１０からの光路１５６に配置される。開口絞り１１０は、凹面鏡１０７に向けられた光に対して狭い入射点を有する。一方、開口絞り１１０は、凹面鏡１０７に反射された光に対しては、広い入射点を有する。開口絞り１１０は、凹面鏡１０７に向けられた光および光線、ならびに凹面鏡１０７から向けられた光および光線の量を制限する。特に、開口絞り１１０の位置は、レチクルおよびウエハのスペース内のビームのテレセントリシティ（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙ）の維持に役立ち得る。この説明により、当業者が理解するように、開口絞り１１０の他の実施形態も可能である。

図１ａを参照して、フォールドミラー１０５は、凹面鏡１０７に反射され、ビームスプリッタ１２０を通過した光を受け取る。１つの実施形態では、フォールドミラー１０５は、光パワーを有さない平坦な鏡である。別の実施形態では、フォールドミラー１０５は光パワーを有し、ビームスプリッタ２０から入射する光をさらに拡大し、かつ／またはアライメントする。

図１ａの実施形態は、平行面構成のレチクル１０１およびウエハ１０３を示す。レチクル１０１およびレチクル光学群１９１は、第１のビーム軸１８１上に位置する。ウエハ１０３およびウエハ光学群１９３は、第２のビーム軸１８２上に位置する。図１ａの実施形態では、第１のビーム軸１８１は、第２のビーム軸１８２と平行する。本実施形態は、レチクル１０１およびウエハ１０３を相互に平行する状態に維持し、これにより、レチクル１０１およびウエハ１０３の効率的な操作が可能となる。

ウエハ光学群１９３は、焦点が合った像をビームスプリッタ１２０およびフォールドミラー１０５から受け取る。１つの実施形態では、ウエハ光学群１９３の非球面１３５（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）が、中間像１５０を拡大し、アライメントすることにより、ウエハ１０３上に像を生成する。非球面１３５は、種々の屈折力を有するレンズであり得る。拡大および／またはアライメントされた光は、半導体ウエハ１０３上に、レチクル１０１上の像パターンと同様のパターンを形成する。

（ｉ．像経路）
図１ａは、投影システム１０２の第１の実施形態における光束の像パスを示す。本実施形態では、円形偏光がレチクル１０１を介してレチクル光学群１９１に入射し、レチクル光学群１９１を通過する。光１７１は、非球面１０８を用いて、拡大され、集束され、かつ／または、位置合わせされる。さらに、光１７１は、第１の４分の１波長板１１２ａを通る。第１の４分の１波長板１１２ａは、光１７１の偏光状態を円偏光からｓ型偏光に変化させる。

続いて、光１７１は、ビームスプリッタ１２０を通じて入射する。ビームスプリッタ１２０は、ｓ型偏光１７１を反射する。凹面鏡光学系１９２は、反射された光１７２を受ける。光１７２は、第２の４分の１波長板１１２ｂを通る。第２の４分の１波長板１１２ｂは、光１７２の偏光を円偏光に変化させる。その後、凹面鏡１０７は、光１７２を反射する。凹面鏡光学系１９２の光学物は、さらに、凹面鏡１０７が光１７２を反射する前に、光を集束し、拡大し、位置合わせする。一実施形態において、開口絞り１１０が、凹面鏡光学系１９２と凹面鏡１０７との間に位置し、光束サイズを制限する。

凹面鏡１０７から反射した後、円偏光された光１７３は、２回目に４分の１波長板１１２ｂを通り、円偏光からｐ型偏光に変化する。凹面鏡光学系１９２内の光学物は、偏光１７３によって表されている像を、光１７３がビームスプリッタ１２０に入射する前に、拡大、かつ／または位置合わせする。ｐ型偏光１７３は、ビームスプリッタが、ｐ型偏光に対して透明であるので、ビームスプリッタ１２０を通る。

フォールドミラー１０５は、ｐ型偏光された、集束光１７３を受け、ウエハ光学系１９３へと反射する。フォールドミラー１０５は、光１７３を、ｐ型偏光１７４として反射する。

フォールドミラー１０５によって反射された後、光１７４は、中間像１５０を形成する（図１ａに示す）。中間像１５０は、光１７４がウエハ光学系１９３を通る前に形成される。中間像１５０は、レチクル１０１から入手された像の実像である。当業者であれば理解するように、中間像１５０は、実像と同じ大きさであってもよいし、実像よりわずかに小さくてもよい。

光１７４は、ウエハ光学系１９３を通る。ウエハ光学系１９３において、光１７４は、ウエハ光学系１９３内の光学物によって、さらに集束され、拡大され、かつ／または位置合わせされる。集束され、拡大され、かつ／または位置合わせされた光１７４は、半導体ウエハ上に像パターンを形成する。第３の４分の１波長板は、フォトレジストの偏光ＨＶバイアス効果（偏光に起因する、水平線および垂直線の幅の間の差）を低減するため、ｐ型偏光１７４を円偏光に変換する。半導体ウエハ１０３上の像パターンは、レチクル１０１上に形成された像パターンに類似する。

この設計の利点は、レチクル１０１とウエハ１０３が並行であることである。これによって、レチクル１０１およびウエハ１０３の操作が簡略化される。さらに、中間像形成システム１０４は、中間像１５０を、フォールドミラー１０５によって反射された後、ウエハ光学系１９３を通る前に形成する。このことによる利点は、像の視野曲率および色収差補正を簡略化することである。これによって、半導体ウエハ１０３上により良質の像を生成し、像形成における誤りを低減する。

この記載を読めば当業者であれば理解するように、異なる組合せの４分の１波長板１１２（ａ、ｂ、ｃ）が、投影システム１０２に含まれ得る。さらに、４分の１波長板１１２の代わりに、２分の１波長板が用いられ得る。一実施形態において、レチクル１０１を通る光がｓ型偏光されている場合、第１の４分の１波長板１１２ａは必要なく、取り除かれ得る。しかし、レチクル１０１を通る光がｐ型偏光される場合、第１の４分の１波長板１１２ａの代わりに、第１の２分の１波長板１１２ａが用いられ得る。他の実施形態において、ウエハ１０３に向かっている光がｓ型偏光されている場合、第３の４分の１波長板１１２ｃが取り除かれ得る。しかし、ウエハ１０３に向けられる光がｐ型偏光される必要がある場合、第３の４分の１波長板１１２ｃの代わりに、第３の２分の１波長板１１２ｃが用いられ得る。さらに、レチクル１０１およびウエハ１０３の両方の空間において円偏光された光は、水平線と垂直線との間の差について、偏光効果を低減するために用いられ得る。第１および第３の４分の１波長板１１２ａおよび１１２ｃは、このような偏光効果を低減するように機能する。凹面鏡１０７とビームスプリッタ１２０との間に第２の４分の１波長板１１２ｂを有することが所望される。当業者によって理解されるように、投影システム１００の適切な動作のため、少なくとも１つの４分の１波長板または２分の１波長板が必要とされる。

一実施形態において、投影システム１０２は、１５７ｎｍ以下の波長の紫外線を用いて動作し得る。このような波長のため、フッ化カルシウムが用いられて、投影システム１０２における素子が製造され得る。当業者であれば理解するように、投影システム１０２が実現されるために、他の波長の光および／または材料が用いられ得る。さらに、例示的な実施形態において、投影システム１０２は、投影システム１０２における光学素子を表す以下の開示されたデータに従って、構築され得る（付録Ａの表１に示す）。

（Ｂ．他の例示的な実施形態）
図２ａおよび２ｂは、投影システム１００の別の実施形態を示す。図２ａは、中間像１５０とフォールドミラー１０５との間に挿入された光学素子のない実施形態を示す。図２ｂに、中間像１５０とフォールドミラー１０５との間に挿入された光学素子がある投影システム１００の実施形態を示す。

図２ａは、レチクル１０１、ビームスプリッタ１２０、凹面鏡１０７、フォールドミラー１０５、および半導体ウエハ１０３を含む投影システム１００を示す図である。光束は、レチクル１０１を通り、ビームスプリッタ１２０に入射する。ある特徴によると、４分の１波長板１１２は、レチクル１０１とビームスプリッタ１２０との間に挿入される。４分の１波長板１１２は、レチクル１０１上の像アウトラインを通して入射する光束の偏光を変化させる。光学素子は、図２ｂに示すように、フォールドミラー１０５とウエハ光学系との間に挿入され得る。

ビームスプリッタ１２０は、光を凹面鏡１０７へと反射する。一実施形態において、ビームスプリッタ１２０による反射の後、光は、第２の４分の１波長板１１２ｂを含む複数の光学物を通って、偏光状態が変化する。光は、これらの光学物によって、拡大され、集束され、かつ／または位置合わせされる。一実施形態において、これらの光学物は、正の屈折力を有するレンズであってもよい。

凹面鏡１０７は、拡大され、集束され、かつ／または位置合わせされた光を受光し、ビームスプリッタ１２０へと反射し返す。凹面鏡１０７も、正の屈折力を有する。光は、偏光ビームスプリッタ１２０を通り、フォールドミラー１０５まで到達する。

フォールドミラー１０５は、ビームスプリッタ１２０からの光を、半導体ウエハへと反射する。フォールドミラー１０５によって反射された光は、中間像１５０を形成する。中間像１５０の形成の後、光は、フォールドミラー１０５と半導体ウエハ１０３との間に位置する光学素子によって、さらに集束され、位置合わせされ、かつ／または拡大される。光の偏光状態は、第３の２分の１波長板１１２ｃによって円偏光へと変化する。集束され、拡大され、かつ／または位置合わせされた光は、半導体ウエハ１０３上に像を形成する。

半導体ウエハ１０３上の像形成をさらに向上させるため、光学素子２０１は、図２ｂに示すように、フォールドミラー１０５と中間像１５０との間に位置し得る。一実施形態において、光学素子２０１は、正の屈折力または負の屈折力を有するレンズであってもよい。光学素子２０１は、中間像１５０の位置をさらに明瞭にするために役立ち、投影システム１００を通じての全体の光路長を短くし得る。また、像の歪曲を向上させるために役立つ。他の実施形態において、光学素子系は、中間像１５０とフォールドミラー１０５との間に位置し得る。

図３ａおよび３ｂに、中間像１５０の形成の前と後とに光路に挿入される、さらなる光学系または素子を有する投影システム１００の実施形態を示す。図３ａに、中間像１５０の後に光路に位置する光学素子２０１およびさらなる光学系を含む投影システム１００を示す。図３ｂに、中間像１５０の後に光路に位置するさらなる光学系を含み、光学素子２０１は含まない、投影システム１００を示す。図３ａおよび３ｂの実施形態は、図２ａおよび図２ｂの実施形態と構造が類似する。従って、これらの実施形態において異なる点のみが説明されればよい。

図３ａを参照すると、投影システム１００は、光学素子２０１およびさらなる光学系３０１を含む。図２ｂについて記載したように、光学素子２０１は、フォールドミラー１０５と中間像１５０との間に位置する。図３ａに示すように、さらなる光学系３０１が、中間像１５０とウエハ光学系１９３との間に位置し得る。さらなる光学系３０１は、光学素子２０１と共に、半導体ウエハ１０３上に形成される像の輪郭をさらに明瞭にするために役立つ。さらなる光学系３０１は、フォールドミラー１０５によって反射された光を、さらに拡大し、集束し、かつ／または位置合わせする。一実施形態において、さらなる光学系３０１は、正の屈折力または負の屈折力を有する非球面の１つの光学素子を含んでもよい。他の実施形態において、さらなる光学系３０１は、正の屈折力または負の屈折力を有する複数の光学素子を含んでもよい。当業者であれば理解するように、光学素子２０１は、様々な屈折力の１つの非球面または複数の非球面を含み得る。

図３ｂの実施形態は、投影システム１００にさらなる光学群３０１がありかつ光学素子２０１が無い様子を示す。さらなる光学群３０１を配置すると、半導体ウエハ１０３上に形成される像の品質がさらに向上する。

図４は、投影システム１００の別の実施形態を示し、この投影システム１００はビームスプリッタ４２０を備える。この実施形態の投影システム１００は、図１の実施形態の素子全てを備える。

図４において、レチクル１０１から傾斜のついたビームスプリッタ４２０へとビーム光が向けられる。この傾斜付きビームスプリッタ４２０は、この光を凹面鏡１０７に向かって反射する。傾斜付きビームスプリッタ４２０によって反射された光は、凹面鏡の光学素子によって拡大され、集束かつ／または整合する。凹面鏡のこれらの光学素子は、傾斜付きビームスプリッタ４２０と凹面鏡１０７との間に配置される。一実施形態において、レチクル１０１から来る光が９０°以外の角度で反射されるように傾斜付きビームスプリッタ４２０を傾斜させることが可能である。

凹面鏡１０７は、上記の光を傾斜付きビームスプリッタ４２０に再度反射させる。傾斜付きビームスプリッタ４２０は、この偏光が自身を通過することを可能にする。偏光が傾斜付きビームスプリッタ４２０を通過した後、中間像４５０が形成される。

中間像４５０が形成された後、フォールドミラー１０５を用いて光を反射する。フォールドミラー１０５は、反射光を半導体ウエハ１０３に向かって方向付け、ここで、光は、レチクル１０１上の像の輪郭に類似する像を形成する。

中間像４５０は、フォールドミラー１０５とビームスプリッタ４２０との間に形成される。さらに、傾斜付きビームスプリッタ４２０を投影システム１００に配置すると、レチクル１０１および半導体ウエハ１０３を互いに平行な状態に保つことが可能となる。一実施形態において、様々な光学素子および／または素子群（例えば、図２ａ、図２ｂ、図３ａおよび図３ｂに記載のもの）を光路に配置して、半導体ウエハ１０３上の像の品質を向上させることができる。当業者であれば理解するように、投影システム１００には他の実施形態も可能である。

（Ｃ．レチクルおよび半導体ウエハを垂直に構成した投影システム）
図５ａおよび図５ｂは、レチクル５０１を半導体ウエハ５３０に対して垂直に構成した投影システム５００の一実施形態を示す。

図５ａに示す投影システム５００は、レチクル５０１と、レチクルの光学群５９１と、ビームスプリッタ５２０と、凹面鏡の光学群５９２と、凹面鏡５０７と、ウエハの光学群５９３と、ウエハとを含む。

レチクルの光学群５９１は、レチクル５０１とビームスプリッタ５２０との間に配置される。凹面鏡の光学群５９２は、凹面鏡５０７とビームスプリッタ５２０との間に配置される。ウエハの光学群５９３は、ビームスプリッタ５２０とウエハ５３０との間に配置される。ビームスプリッタ５２０は、ウエハの光学群５９３と凹面鏡の光学群５９２とを分離させる。

一実施形態において、レチクル５０１はウエハ５３０に対して垂直である。当業者であれば、投影システム５００中の各光学オブジェクトには他の構成も可能であることを理解する。

レチクルの光学群５９１は、非球面５０８ａおよび５０８ｂを含む。一実施形態において、非球面５０８ａおよび５０８ｂは、正または負の屈折率を有するレンズであってもよい。さらに、レチクルの光学群５９１は、非球面５０８ａおよび５０８ｂに類似する複数の非球面を有してもよい。

凹面鏡の光学群５９２は、複数の非球面５１５ａおよび５１５ｂを有する。一実施形態において、図５ａに示すように第１の四分の一波長プレート５０２ａをビームスプリッタ５２０と非球面５１５ｂとの間に配置してもよい。第１の四分の一波長プレート５０２ａを設けているのは、凹面鏡５０７によって反射された光は偏光であるためである。さらに、非球面５１５ａおよび５１５ｂは、正または負の屈折率を有するレンズであってもよい。

ビームスプリッタ５２０は、凹面鏡の光学群５９２とウエハの光学群５９３とを分離させる。一実施形態において、非球面５８１ａおよび５８１ｂをビームスプリッタ５２０とウエハの光学群５９３との間に設けてもよい。非球面５８１ａおよび５８１ｂは、正または負の屈折率を有するレンズであってもよい。

ウエハの光学群５９３は、複数の非球面５３５（ａ、ｂ、．．．ｎ）および開口絞り５１１を含む。一実施形態において、開口絞り５１１を任意の非球面５３５間に配置してもよい。当業者であれば理解するように、ウエハの光学群５９３は、少なくとも１つの非球面５３５を含んでもよいし、あるいは非球面５３５を全く含まなくてもよい。さらに、非球面５３５（ａ、ｂ、．．．ｎ）は、正または負の屈折率を有するレンズであってもよい。一実施形態において、ウエハ５３０は半導体ウエハである。

図５ｂは、投影システム５００の別の実施形態を示す。図５ｂの実施形態は、図５ａの実施形態に類似する。図５ｂの実施形態は、第２の四分の一波長プレート５０２ｂをさらに含む。第２の四分の一波長プレート５０２ｂは、ビームスプリッタ５２０とウエハの光学群５９３との間に配置され、ｐ偏光を円偏波に変換する。当業者であれば理解するように、第２の四分の一波長プレート５０２ｂは他の場所に配置してもよい。一実施形態において、第２の四分の一波長プレート５０２ｂをビームスプリッタ５２０と非球面５８１ａおよび５８１ｂとの間に配置してもよい。

図５ａおよび図５ｂ中の光学素子および光学オブジェクトの機能は、図１ａ中にて説明した光学素子および光学オブジェクトの機能に対応する。当業者であれば理解するように、投影システム５００には他の実施形態も可能である。

（ｉ．像経路）
図５ａは、投影システム５００の実施形態におけるビーム光の像経路を示す。光がレチクル５０１に入ると、レチクルの光学群５９１を通過する。光５７１は、非球面５０８ａおよび５０８ｂを用いて拡大、集束かつ／または整合される。

その後、光５７１はビームスプリッタ５２０に入る。ビームスプリッタ５２０は、光５７１を凹面鏡５０７に向けて反射させる。凹面鏡の光学群５９２は、反射された光５７２を受け取る。凹面鏡５０７は、光５７２を反射する。凹面鏡の光学群５９２の光学オブジェクトは、光をさらに集束、拡大および／または整合させ、その後、光５７２は凹面鏡５０７によって反射される。

偏光５７２は、偏光状態が変化した後、第１の四分の一波長プレート５０２ａを再度通過してビームスプリッタ５２０に入る。第１の四分の一波長プレート５０２ａは、光が自身の内部を２回通過する間にｓ偏光をｐ偏光に変換する。凹面鏡の光学群５７２中の光学オブジェクトは、偏光５７３によって表される像を拡大および／または整合させ、その後、光５７３はビームスプリッタ５２０に入る。偏光５７３は、ｐ偏光に対して透明であるため、ビームスプリッタ５２０を通過する。

光５７３は、ビームスプリッタ５２０を通過する際に反射された後、中間像５５０（例えば、図５ａに示すような中間像）を形成する。中間像５５０が形成された後、光５７３がウエハの光学群５９３を通過する。中間像５５０は、レチクル５０１上に形成される像の輪郭の集中した像を表す。

光５７３は、ウエハの光学群５９３を通過し、ここで、ウエハの光学群５９３内の光学オブジェクトによってさらに集束、拡大および／または整合される。さらに、光５７３は、開口絞り５１１を通過する。開口絞り５１１は、投影システム５００内の光学オブジェクトを通過するビームを限定する。光５７３は、集束、拡大および／または整合されると、半導体ウエハ５３０上に像パターンを形成する。この半導体ウエハ５３０上の像パターンは、レチクル５０１上に形成される像パターンに類似する。

投影システム５００が中間像５５０を形成した後、中間像５５０はウエハの光学群５９３を通過する。このような構成から得られる利点としては、レチクル像の輪郭の実際の像が形成された後にウエハの光学群５９３によってさらに拡大される点である。その結果、半導体ウエハ５３０上に形成される像の品質が向上する。

図５ｂに示す投影システム５００の実施形態におけるビーム光の像経路は、図５ａに示す投影システム５００の実施形態におけるビーム光の像経路に類似する。図５ｂにおいて、ビームスプリッタ５２０を通過した後の偏光５７３を第２の四分の一波長プレート５０２ｂによって処理する。第２の四分の一波長プレート５０２ｂは、ｐ偏光を円偏波に変換して、フォトレジスト中のＨＶバイアス効果を低減する。

（結論）
本明細書中、本発明の方法、システムおよび構成要素の例示的実施形態について説明してきた。本明細書中の別の箇所において述べたとおり、これらの例示的実施形態はひとえに例示目的のために説明したものであり、限定的なものではない。他にも可能な実施形態は有り、そのような他の実施形態も本発明の範囲内にある。当業者（単数または複数）にとって、このような他の実施形態は本明細書中の教示内容を鑑みれば明らかである。そのため、本発明の範囲は上記の例示的実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、本明細書中の特許請求の範囲およびその均等物のみによって定義されるべきである。

本発明による高開口数投影システムを示す図である。 図１ａの投影システムにおける開口絞りを示す図である。 本発明による高開口数投影システムの別の実施形態を示す図である。 本発明による高開口数投影システムの別の実施形態を示す図である。 本発明による高開口数投影システムの別の実施形態を示す図である。 本発明による高開口数投影システムの別の実施形態を示す図である。 本発明による高開口数投影システムの別の実施形態を示す図である。 本発明による高開口数投影システムの別の実施形態を示す図である。 本発明による高開口数投影システムの別の実施形態を示す図である。

Claims (4)

1. レチクルの像をウエハ上に投影する高開口数投影システムであって、
   ビームスプリッタと、
   レチクルと、
   第１の四分の一波長板によって前記レチクルから分離されたレチクル光学群であって、前記レチクル光学群が前記ビームスプリッタと前記レチクルとの間に在る、レチクル光学群と、
   凹面鏡と、
   凹面鏡光学群であって、前記凹面鏡光学群が前記ビームスプリッタと前記凹面鏡との間に在る、凹面鏡光学群と、
   開口絞りであって、前記開口絞りが前記凹面鏡と前記凹面鏡光学群との間に在り、前記開口絞りは、前記凹面鏡に向けられた光に対して、前記凹面鏡により反射された光に対する入射点よりも狭い入射点を有する、開口絞りと、
   ウエハ光学群であって、前記ウエハ光学群は前記ビームスプリッタと前記ウエハとの間に在る、ウエハ光学群と、
   を備え、
   光ビームが、前記レチクルを通って前記ビームスプリッタに指向され、その後、前記ビームスプリッタによって前記凹面鏡上に反射され、その後、前記開口絞りを通過し、前記凹面鏡によって前記ウエハ上に前記ビームスプリッタと前記ウエハ光学群とを介して反射され、
   該光ビームが当該システムを通過したときに、前記ビームスプリッタと前記ウエハ光学群との間に、該光ビームにより中間像が形成され、
   前記ビームスプリッタと前記ウエハとの間、且つ前記中間像と前記ビームスプリッタとの間に、前記ビームスプリッタを通過した光ビームを受けて前記ウエハ光学群に反射するフォールドミラーが配置され、
   前記フォールドミラーと前記中間像との間に、正の屈折力または負の屈折力を有する第１光学素子が配置され、
   前記中間像と前記ウエハ光学群との間に、正の屈折力または負の屈折力を有する第２光学素子が配置される、高開口数投影システム。
2. 前記凹面鏡光学群が、第２の四分の一波長板をさらに含む、請求項１に記載の高開口数投影システム。
3. 前記ウエハ光学群が、第３の四分の一波長板をさらに含む、請求項１または２に記載の高開口数投影システム。
4. 前記ビームスプリッタは、傾斜付きビームスプリッタである、請求項１から３のいずれかに記載の高開口数投影システム。

Images