JPH09500986A - マイクロリソグラフィ用最大開口カタディオプトリック縮小レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 凹面鏡（１９′）と、ビーム分割面（１５０′）と、複数のレンズ群（１００′，２００′；３００′，４００′）とを有するカタジオプトリック縮小対物レンズにおいて、系ダイアフラム（４０′）はビーム分割面（１５′）と像平面（３６′）との間、特に最後のレンズ群（４００′）の中に配置されている。ＮＡ＝０．７；ＵＶ，ＤＵＶ用；像側又は両側でテレセントリック；加えて自動化。

Description

【発明の詳細な説明】 マイクロリソグラフィ用最大開口カタディオプトリック縮小レンズ 本発明は、凹面鏡と、ビーム分割面と、複数のレンズ群とを有するカタディオ プトリック縮小対物レンズに関する。 ドイツ特許第４２０３４６４号によるこの種の対物レンズでは、系ダイアフラ ムは凹面鏡の場所か、ビームスプリッタの、凹面鏡に向いた入射・射出面か又は それらの間の空間に配置されている。欧州特許第０３４１３８５号、欧州特許第 ０３５０９５５号、欧州特許第０４６５８８２号及び欧州特許第０５５４９９４ 号についても同じことがいえる。このような必要条件に対して、実現しうる最大 開口数は、使用可能な画質が得られるときで０．６０である。 ドイツ特許第４１１０２９６号によるこの種の構造の場合には、ダイアフラム はビームスプリッタのビーム分割面に配置されており、このビーム分割面はレチ クル側で透過に利用され、ウェハ側では反射に利用される。その結果は次のよう になる。 − ダイアフラムは可変にはならない。 − 楕円形に形成されたダイアフラムは光軸に対して大きく傾斜して（約４５° ）位置している。変化して行く主ビーム角度を伴う様々に異なる像高さは異なる 大きさのダイアフラム開口を利用するため、コントラスト、テレセントリック特 性及び輝度の変動を招く。 米国特許第５，２８９，３１２号からは、 − 第１のレンズ群と、 − 平坦な板の上又はビームスプリッタの中にある部分透過（傾斜）ミラーと、 − 凹面鏡と、 − ２つのミラーの間の第２の拡散レンズ群と、 − 光路の終端にある像生成のための正の屈折力を有する第３のレンズ群と、 − 部分透過ミラーと第３のレンズ群との間のダイアフラムとを有するカタディ オプトリック縮小投影用対物レンズが知られている。 ビームスプリッタを含む構成は請求項１１にしか提示されておらず、その他の 箇所に記載はない。唯一つの実施形態の開口数はわずか０．４５である。色消し のために、石英と蛍石を交互に組合わせている。部分透過ミラーは、まず反射に 利用され、続いて透過に利用される。 この出願の意味でいうビームスプリッタは２つのプリズムの間に配置されたビ ーム分割面、すなわち、立方体ビームスプリッタのような部分透過ミラーを有す る。 本発明の課題は、０．６０より明らかに大きい開口数が可能であり、系ダイア フラムはビーム分割面の背後に位置しているべきであるカタディオプトリック縮 小対物レンズを実現することである。 偏光ビームスプリッタを可能にするために、好ましくは、ビームスプリッタに おける主ビーム角度と端ビーム角度を十分に小さくすべきである。さらに、好ま しくは対物レンズは両側でテレセントリック特性をもつべきである。加えて、ビ ームスプリッタをこれらの限界条件の下でできる限り小さくすべきである。 この課題は、特許請求の範囲第１項又は第２項の特徴をもつカタディオプトリ ック縮小対物レンズによって解決される。 さらに、従属特許請求の範囲第３項から第２４項の特徴は特に有利な実施形態 を示す。 このような対物レンズはサブミクロン範囲の像側構造を伴うマイクロリソグラ フィック投影を用途とし、そのため、マイクロリソグラフィ用投影装置の中に組 込まれている。 図面に基づき、一実施形態によって本発明をさらに詳細に説明する。図面中、 図１ａは、カタディオプトリック縮小対物レンズのレンズ断面図を示し、 図１ｂは、ビームスプリッタにおける反射と透過の順序を逆にした図１ａの部 分拡大図を示し、 図２は、マイクロリソグラフィ用投影装置を概略的に示し、 図３は、第３のレンズ群の中に系ダイアフラムを含むカタディオプトリック縮 小対物レンズのレンズ断面図を示す。 図１ａは、２００を伴う１００、３００、４００という３つのレンズ群と、ビ ームスプリッタ１５０のビーム分割面と、凹面鏡１９とを有する本発明によるマ イクロリソグラフィ用４：１縮小対物レンズの一実施形態を示す。物体平面−レ チクル−は０の位置にあり、像平面−ウェハ−は３６の位置にある。第１のレン ズ群の第１の部分１００と第２の部分２００との間の方向転換ミラーは、通常、 構造をコンパクトにするのに有用であり、レチクルとウェハを平行に配置するこ とを可能にする。ただし、この方向転換と第１のレンズ群１００、２００の分割 を行わなくとも良い。表１は、光学的に作用する全ての面１から３５の半径と間 隔を示す。ガラスの種類は一様な石英である。ビーム分割面１５は、立方体形状 のビームスプリッタ１５０にあって境界面１４（入射）、境界面１６又は２２（ ミラー側射出及び入射）及び境界面２３（像側斜出）に対して傾斜している。 この実施形態は２４８、８ｎｍの波長に合わせて設計されている。これは０． ２°の主ビーム角度をもって両側でテレセントリックである。自由動作間隔はレ チクル側で４０mm（０−１）、ウェハ側では６mm（３５−３６）である。 像の円の直径が２０mmであるとき、得られる開口数はＮＡ＝０．７０である。 開口を確定する系ダイアフラム４０はウェハ側でビームスプリッタ１５０（射 出面２３）から１７mm離間している。減光し且つウェハ空間（物体平面３６）で テレセントリック特性を厳密に保持すべき場合には、減光時に系ダイアフラム４ ０をビームスプリッタ１５０（射出面２３）の方向に移動させなければならない 。閉鎖後のダイアフラムの限界値はビームスプリッタ１５０の射出面２３であろ う。 減光以前に系の一部はペッツヴァルの和に関して余りにも大きく過度補正され ており、この過度補正はごく一部で負の球面瞳収差によって調整されるにすぎな いので、減光時の系ダイアフラム４０のこのような摺動が提示されているのであ る。 系ダイアフラム４０は特別の、同様に調整可能である構成要素として具現化さ れていても良く、また、レンズマウント又は鏡筒により具現化されていても良い 。 この実施形態では、ビーム分割面１５は、まず、反射に利用され、続いて透過 に利用される。 図１ｂは、図１ａの凹面鏡１９及びビームスプリッタ１５０の領域の一部分を 示すが、ビーム分割面１５における透過と反射の順序は逆になっている。系ダイ アフラム４０を含めて、第１のレンズ群１００、２００及び第３のレンズ群４０ ０−レンズ面２４を伴う−はビーム分割面１５に鏡面対称になる。従って、図１ ａの入射面１４のところにビームスプリッタ１５０の射出面２３ｂがある。この 措置によって、凹面鏡１９はレチクル平面に突出せず、そこに設けるべき保持手 段や摺動手段がより大きい自由度を得ることになる。 図１ｂは、立方体のビームスプリッタ１５０における主ビーム角度のアルファ と端ビーム角度のベータが空気中では５°であるが、像側射出位置での端ビーム 角度のベータは４°になることを示している。説明する実施形態では、端ビーム 角度のベータは主ビーム角度のアルファの大きさの中で意識的に発散するよう保 持されている。ビームスプリッタ１５０における主ビームの高さが増すにつれて 、端ビームの高さは低くなり、それに伴って光束の横断面は小さくなる。そこで 、立方体のビームスプリッタ１５０の最も外側のコマビームの突き抜け高さはほ ぼ一定に保持される。 従って、ビームスプリッタ１５０の中のビームの高さは系ダイアフラム４０の 場所の付近の像側射出面２３又は２３ｂにおけるビームの高さを越えることがな い。 そこで、ビームの高さ、すなわち、ダイアフラム直径は所定の光導値０．７０ ×２０＝１４と、約４．５°の設定主ビーム角度とによってほぼ確定されている 。ダイアフラム直径（４０）と４５°−立方体ビームスプリッタ１５０の辺の長 さは約１９０mmである。 被覆技術上の理由から、偏光ビーム分割面１５が反射時又は透過時により良く コリメートされた光を要求するのであれば、そのことを設計に際して考慮するが 、それは直径に犠牲を強いることになる。 偏光分割面１５と組合わせて必要であるラムダ四分の一波長層を面１６から１ ９の中の１つに塗布するか、又はそれらの面の間に箔又は平坦な板として挿入す ることができる。 立方体のビームスプリッタ１５０の代わりに、約３５°から６０°の角度で傾 斜し、部分透過ミラーを有するビームスプリッタ板を使用することも同様に可能 である。米国特許第５、２８９、３１２号を参照。この構成は透過時にできる限 りコリメートされた光を必要とするが、まず透過し、次に反射すれば、このコリ メートをより容易に実現できる。 ここで示すデザインはビーム分割面１５と凹面鏡１９との間に強力な拡散をも たらすレンズ３００を有する。そのようにして初めて、十分な修正効果を得るた めに不可欠であるミラー１９の屈折力を余りに大きく減少させることなく、小さ な端ビーム角度をもつ光が立方体ビームスプリッタ１５０を通過できる。 先に述べた、既に知られている対物レンズ構造（それ自体はドイツ特許第４１ １０２９０号）とは異なり、ウェハ側対物レンズ素子（第３のレンズ群３００） は非常に長い構造である。面２５と面２６との間の空隙が広いことは特に目につ く。 像（ウェハ）側テレセントリック特性があるとき、このレンズ群４００の前方 主点はほぼダイアフラム４０の背後の焦点距離の値に相当する。像高さが１０mm で、主ビーム角度が約４．５°であるとき、焦点距離は１２８mmであるので、前 方主点はビームスプリッタ１５０の射出面２３から約１２８mm離間していること になる。ビームスプリッタ１５０から像３６（ウェハ）までの距離は焦点距離の ２倍より明らかに長く、この実施形態では２．２倍である（米国特許第５、２８ ９、３１２号においては、この距離は焦点距離の約１．８倍であり、ドイツ特許 第４１１０２９６号では１．５倍であるが、引用した他の全ての出願の場合には さらに短い）。ビームスプリッタの代わりにビームスプリッタ板を使用するとき には、ビームスプリッタに至るまでの距離ではなく、ビームスプリッタの射出面 と同等であり、光軸に対し垂直であり且つ部分透過ミラーと光束の端と共通する １点で交わる面に至るまでの距離を適用すべきである。この措置は系ダイアフラ ム４０をビームスプリッタ１５０の外側に配置することを助ける。 その他の点については、この第３のレンズ群４００は収束力の強い部分レンズ 群（２４、２５）、（２６、２７）、（２８〜３１）、（３２〜３５）から構成 されており、面２９、３０の間に球面収差及び高次のコマ収差を補正するための 拡散空間が設けられ、また、面３３及び３４の間には、ゆがみ及び高次の非点収 差を補正するための拡散空間が配置されている。 物体側対物レンズ部分は２つの部分、すなわち、特にテレセントリック特性を もたらす２つのレンズ（１、２）、（３、４）から構成される収束部分１００と 、発散レンズ（６、７）及び面１１と面１２との間に補正散乱用空隙を設けた面 ６から１３を伴う収束部分レンズ群から構成される第２の部分２００とを有する 第１のレンズ群から構成されている。 第１の部分１００と第２の部分２００との間の方向転換ミラー５は任意のもの であり、通常、レチクル（物休平面０）とウェハ（像平面３６）の位置を平行に することによりコンパクトな構造を得るために設けられている。 この物体側対物レンズ部分、すなわち、第１のレンズ群１００、２００は既に 知られている対物レンズの構成と比べて非常に短い。 対物レンズ全体の結像縮尺は４：１であり且つレンズ３００と凹面鏡１９から 成る屈折力を減衰させる組合わせがあるため、この第１のレンズ群１００、２０ ０の焦点距離はウェハ側（ダイアフラム４０の前方）に位置しているレンズ群４ ００の焦点距離のおよそ４倍、従って５５６mmである。このように、この対物レ ンズの焦点距離はテレセントリックな主ビームの交差距離、すなわち、レンズ（ １２、１３）から系ダイアフラム４０に至るまでの距離と比較して相対的に短い 。これを実現するために、強力に拡散するレンズ（６、７）の屈折力は強力に収 束する部分レンズ群８から１３の屈折力とあいまって、レトロフォーカス構造と して作用する。ビームスプリッタ１５０から後戻りする方向で見ると、この構造 は相応して交差距離をもつテレ構造として作用する。これにより、この第１のレ ンズ群１００、２００の全長（約４００mm）は明らかにその焦点距離より短くな る。 この光学系の単色結像品質はマイクロリソグラフィの必要条件に合致する。 性能を限定する色誤差である縦方向色収差は、従来の同じ仕様をもつ純粋なレ ンズの対物レンズの場合の二分の一より小さい。系ダイアフラム（４０）の後の ４つの収束レンズ（部分レンズ群（２４、２５）、（２６、２７）、（２８〜３ １）、（３２〜３５））を石英ではなく、蛍石から製造すると、この像誤差をさ らに半減できる。離れた石英−蛍石−接合素子を導入することにより、色消し効 果はさらに改善されるてあろうが、いずれにせよ、構造に要するコストは著しく 高くなる。 従って、本発明は色消し処理済対物レンズをも含み、他の波長でも同様に適用 可能である。 図２は、図１ａに示したこのカタディオプトリック縮小対物レンズ４１−ただ し、立方体のビームスプリッタの代わりにビームスプリッタ板を使用している− をウェハステッパとして知られているマイクロリソグラフィ用投影装置に組込ん だ構成を示す。対物レンズ４１の物体平面には、ｘ−ｙ−ｚ位置決め装置４２１ によってレチクル４２が位置決めされている。レチクル４２は光源４４、たとえ ば、エキシマ−レーザーの適切な波長により照明される。対物レンズ４１の像平 面には、第２のｘ−ｙ−ｚ位置決め装置４３１によってウェハ４３が配置されて いる。 図３にレンズ断面として示した、表２の数値を有する実施形態は、図１ ａによる実施形態に非常に似ているが、系ダイアフラム４０′は第３のレンズ群 ４００′の中の、その第１のレンズ２４′，２５′の後方に配置されている。系 ダイアフラム４０′は面２５′のレンズ頂点から８mmの距離にある。 これにより、収束レンズ２４′，２５′はペッツヴァルの和の過剰修正を回避 し且つ系ダイアフラム４０′から主ビーム交差点までの距離は短縮されるので、 系ダイアフラム４０′はダイアフラム開口とは関係なく、余りに大きなテレセン トリック特性誤差を発生することなく固定したままでいることができる。 摺動手段を取り除くと、対物レンズの構成及び稼動に要するコストは著しく低 減される。また、系ダイアフラム４０′は第１のレンズ群１００′，２００′の 素子から大きく離れているので、その取り付け構成はさらに簡略化される。 これにより、米国特許第５，２８９，３１２号の教示とは異なり、所定の場合 には系ダイアフラムをビーム分割面と第３のレンズ群との間に配置できるのみな らず、系ダイアフラムをビーム分割面と像平面との間、特に第３のレンズ群の中 に配置するという一般的にきわめて有利である問題解決をも実現できることがわ かる。その結果、全く問題のない構造で適正な補正を行いつつ、非常に大きな開 口数を得ることができる。 以上説明した実施形態は−０．２５の結像縮尺を有する。本発明に従えば、マ イクロリソグラフィにおいて重要であるその他の結像縮尺も同様に実現可能であ る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．− 第１のレンズ群（１００，２００）と、 − 部分透過ミラー（１５）と、 − 第２のレンズ群（３００）と、 − 凹面鏡（１９）と、 − 像平面（３６）の前方の第３のレンズ群（４００）と、 − ビーム分割面（１５）と像平面（３６）との間の系ダイアフラム（４０） と、 − ０．６０より大きい開口数と、 − 像側テレセントリック特性とを有する カタディオプトリック縮小対物レンズ。 ２．− 第１のレンズ群（１００′，２００′）と、 − 部分透過ミラー（１５′）と、 − 第２のレンズ群（３００′）と、 − 凹面鏡（１９′）と、 − 部分透過ミラー（１５′）と像平面（３６′）との間の第３のレンズ群（ ４００′）とを有するカタディオプトリック縮小対物レンズにおいて、 − 系ダイアフラム（４０′）が第３のレンズ群（４００′）の中に配置され ていることを特徴とする対物レンズ。 ３． 系ダイアフラム（４０′）は、部分透過ミラー（１５′）から見て、第 ３のレンズ群（４００′）の第１のレンズ（２４′，２５′）の背後に配置され ていることを特徴とする請求項１又は２記載の対物レンズ。 ４． 系ダイアフラム（４０′）の位置は開口とは関係なく、結像品質をそこ なうことなく、絞り値の二分の一から全絞り値までの範囲で確定されていること を特徴とする請求項１，２又は３記載の対物レンズ。 ５． 部分透過ミラー（１５′）はビームスプリッタ（１５０′）に配置され ていることを特徴とする請求項１から４の少なくとも１項に記載の対物レンズ。 ６． 部分透過ミラーは平面平行板の上に配置されていることを特徴とする請 求項１から４の少なくとも１項に記載の対物レンズ。 ７． 系ダイアフラム（４０）はビームスプリッタ（１５０）の射出面（２３ ）に配置されていることを特徴とする請求項１記載の対物レンズ。 ８． 系ダイアフラム（４０）は光軸（Ａ）に対して８０度から１００度、特 に９０度の角度を成して位置していることを特徴とする請求項１から７の少なく とも１項に記載の対物レンズ。 ９． ビーム分割面（１５）は透過時に物体平面（０）から凹面鏡（１９）に 至る光路で利用されることを特徴とする請求項１から８の少なくとも１項に記載 の対物レンズ。 １０． ビームスプリッタ（１５０）における空気中の光軸（Ａ）に対する主 ビーム角度及び端ビーム角度は１０°より小さく、好ましくは５°より小さいこ とを特徴とする請求項１から９の少なくとも１項に記載の対物レンズ。 １１． ビーム分割面（１５）は偏光ビームスプリッタであり且つビーム分割 面と凹面鏡（１９）との間にラムダ四分の一波長層が設けられていることを特徴 とする請求項１０記載の対物レンズ。 １２． 像側開口は少なくとも０．６０、好ましくは０．７０であることを特 徴とする請求項１から１１の少なくとも１項に記載の対物レンズ。 １３． ＵＶ領域又はＤＵＶ領域の波長をもつレーザー光の場合の補正を特徴 とする請求項１から１２の少なくとも１項に記載の対物レンズ。 １４． 第１のレンズ群（１００、２００）の中のビームスプリッタ（１５０ ）の前方に平坦な方向転換ミラー（５）が配置されていることを特徴とする請求 項１から１３の少なくとも１項に記載の対物レンズ。 １５． 全てのレンズ素子（１００、２００、３００、４００）とビームスプ リッタ（１５０）又はビームスプリッタ板は同一の材料から製造されていること を特徴とする請求項１から１４の少なくとも１項に記載の対物レンズ。 １６． 系ダイアフラム（４０）の前方の全てのレンズ（１００、２００、３ ００）及びビームスプリッタ（１５０）は石英から形成され、その後に続く全て の収束レンズ（２４、２５、２６、２７、２８〜３１、３２〜３５）は蛍石から 形成されていることを特徴とする請求項１から１５の少なくとも１項に記載の対 物レンズ。 １７． 両側のテレセントリック特性を特徴とする請求項１から１６の少なく とも１項に記載の対物レンズ。 １８． −０．５から−０．１０の範囲、好ましくは約−０．２５の結像縮尺 を特徴とする請求項１から１７の少なくとも１項に記載の対物レンズ。 １９． ビームスプリッタ（１５０）、あるいは、ビームスプリッタ板上の光 束の端と１点で接する像側の、光軸に対して垂直な平面から、像平面（３６）に 至るまでの距離は、ビーム分割面（１５）と像平面（３６）との間に位置する第 ３のレンズ群（４００）の焦点距離の１．９倍より長いことを特徴とする請求項 １から１８の少なくとも１項に記載の対物レンズ。 ２０． ビームスプリッタ（１５０）、あるいは、光軸に対して垂直であり且 つビームスプリッタ板上の光束の端と１点で接する物体側平面から物体平面（０ ）に至るまでの距離は、その間に位置する第１のレンズ群（１００、２００）の 焦点距離より短いことを特徴とする請求項１から１９の少なくとも１項に記載の 対物レンズ。 ２１．次に示す数値： を特徴とする請求項１記載の対物レンズ。 ２２．次に示す数値： を特徴とする請求項２記載の対物レンズ。 ２３． サブミクロン範囲の像側構造を伴うマイクロリソグラフィ投影のため の使用を特徴とする請求項１から２２の少なくとも１項に記載の対物レンズ。 ２４． 請求項１から２２の少なくとも１項に記載のカタディオプトリック縮 小対物レンズが含まれていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影装置 。