JPH1048526A - 高分解能高光度対物レンズ - Google Patents

高分解能高光度対物レンズ

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JPH1048526A
JPH1048526A JP9120108A JP12010897A JPH1048526A JP H1048526 A JPH1048526 A JP H1048526A JP 9120108 A JP9120108 A JP 9120108A JP 12010897 A JP12010897 A JP 12010897A JP H1048526 A JPH1048526 A JP H1048526A
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lens
beam splitter
objective lens
sine
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JP9120108A
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Gerd Fuerter
ゲルト・フュルター
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Carl Zeiss SMT GmbH
Carl Zeiss AG
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Carl Zeiss SMT GmbH
Carl Zeiss AG
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    • G—PHYSICS
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    • G03F7/70216—Mask projection systems
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 互いに従属関係にあるビームスプリッタの入
射側のエッジビーム角と光束直径とが特に有利な関係に
あるカタディオプトリック縮小対物レンズを提供するこ
と。 【解決手段】 像側開口数が０．５より大きく、好まし
くは０．６から０．７５であるカタディオプトリック型
の高分解能高光度対物レンズにおいて、第１のレンズ群
（ＬＧ１）と第２のレンズ群（ＬＧ２）は合わせて、好
ましくは第２のレンズ群（ＬＧ２）が単独でも、エッジ
ビーム角の正弦を４０％まで減少させる。好ましくは、
第１のレンズ群（ＬＧ１）の後のエッジビーム角の正弦
（sin ＲLG1） は物体平面（１）におけるエッジビーム
角の正弦（sin Ｒreticle） より小さくない。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、物体平面と、第１
のレンズ群と、第２のレンズ群と、ビームスプリッタ
と、凹面鏡と、ビームスプリッタと凹面鏡との間又は凹
面鏡又はビームスプリッタに設けられた光学系絞りと、
第３のレンズ群と、像平面とを具備するカタディオプト
リック縮小対物レンズとして構成された高分解能高光度
対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の対物レンズは、たとえば、米国
特許第５，４０２，２２６号及びドイツ特許第４４１７
４８９号から、低いほうのＵＶ領域（２４８ｎｍ，１９
３ｎｍ等々の波長）の放射によるマイクロリソグラフィ
用の投影対物レンズとして知られている。これらの特許
と本特許出願の出願人は同一であり、発明者は少なくと
も共同発明者である。これらの特許の内容は本出願の開
示の一部となるべきである。
【０００３】欧州特許第０４６５８８２号では、問題と
なる図２の実施形態及び表１は明確な相違点をもたず、
表のデータは機能性にすぐれた対物レンズを示していな
いので、参考にするに足る開示であるとはいえない。
【０００４】米国特許第５，２５１，０７０号（図４）
の場合、開口数は０．４で、本発明によるよりもはるか
に小さいので、対物レンズに対する必要条件は総じて緩
和されている。エッジビーム角は物体（レチクル）から
ビームスプリッタ及びミラーに向かって増加する。
【０００５】米国特許第５，４０２，２２６号では、四
分の一縮小対物レンズにおいて、凹面鏡の著しく縮小す
る縮小率は０．３より小さく、実施形態では０．１４で
ある。図２又は図３及び表２に示す実施形態においては
開口数は０．５８であり、第１のレンズ群の後のレチク
ルではエッジビーム角の正弦は０．１４５であり、折り
たたみミラーの（設置可能）場所では約０．１３、第２
のレンズ群の後、すなわち、ビームスプリッタの入射側
では０．６０である。
【０００６】欧州特許第０６０８５７２号（特許請求の
範囲第１項，第２項，第２５項，第２７項を参照）の場
合、立方体のビームスプリッタと凹面鏡にそれぞれ先立
つレンズ群は、エッジビーム角の正弦と等価である局所
開口数が大きくなるという意味で、「ネガティブパワ
ー」を有する。そこで、前方に位置するレンズ群は、入
射ひとみを無限遠から凹面鏡の光学系絞りへ結像するよ
うに構成されている。この構成により、特に、ビームス
プリッタ入射側における光束横断面を小さく保持するこ
とができる。その結果、対物レンズの開口数が大きくて
も（０．７）に、かつビームスプリッタの立方体を小さ
くでき、有利である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、互い
に従属関係にあるビームスプリッタの入射側のエッジビ
ーム角と光束直径とが特に有利な関係にある冒頭に述べ
たカタディオプトリック縮小対物レンズを提供すること
である。これにより、小さな光束直径で特に小さなビー
ムスプリッタの使用が可能になるので、大きな開口数を
得ることができる。第１に、レンズを設置するためのス
ペースがビームスプリッタにより非常に大きく侵害され
ることはなく（米国特許第５，４０２，２６７号を参
照）、さらに、寸法のより小さい妨害のないビームスプ
リッタの製造が著しく容易になる。また、発散角は制限
されたままであるので、誘電体層から価値の高い偏光ビ
ームスプリッタを製造することが著しく容易になる。同
時に、様々なレンズ材料を使用することなく、すぐれた
色補正を実行できるべきである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題は特許請求の
範囲第１項の特徴部の特徴を備えた冒頭に述べた種類の
対物レンズにより解決される。この特徴によれば、第１
のレンズ群と第２のレンズ群は合わせてエッジビーム角
の正弦を４０％まで減少させる。この場合、約３０％ま
での範囲であるのが好ましい。無限遠に位置する入射ひ
とみの凹面鏡の領域にある光学系絞りへの結像は困難で
あるが、それも可能である。
【０００９】同時に、欧州特許第０６０８５７２号と全
く同じようには有利ではないが、２つのプリズムから組
立てられる、ほぼ立方体形状のビームスプリッタを十分
に小さく保持することができる。これは、特に、像が狭
いスリットであるウェハスキャナに対物レンズを適用す
る場合に特に有効である。以下、図面に示されている実
施形態に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】少なくとも第１、第２、第３の３
つのレンズ群ＬＧ１、ＬＧ２、ＬＧ３を有する図１のレ
ンズ断面の実施形態に対して、表１に個々のレンズの数
値を提示する。表２は、この実施形態のいくつかの重要
なエッジビーム角正弦及び結像倍率を米国特許第５，４
０２，２２６号及び欧州特許第０６０８５７２号と比較
したものである。
【００１１】 表 １ 偏光ビームスプリッタ面Ｐが光軸に対して成す角度は４５°未満である。 番号 半径 厚さ ガラス名 ─────────────────────────────────── １ ∞ １１１．８１ ２ ５７１．３０ ２５．８４ 石英 ３ −２２０．４５ １７．３２ ４ −２１５．１６ １２．４１ 石英 ５ ７６２．９４ １１４．９８ ６ ∞ １００．００ ７ ３２６．５４ ３０．４６ 石英 ８ −１５９９１．４ １．０８ ９ ２９５．０５ １８．８８ 石英 １０ １６６．２６ ３９．７５ １１ １９７．８２ ３７．８０ 石英 １２ １３７３．９ ４８．１６ １３ −４０７．４２ ２３．１８ 石英 １４ −３２８．４０ １８．０７ １５ ４２０．９７ １３．３６ 石英 １６ １４３．０３ ３８．４６ １７ ∞ １００．４７ 石英 Ｐ ８７．２１ 石英 １８ ∞ ２．０４ １９ ∞ ５．１０ 石英 ２０ ∞ １５．７７ ２１ −３６５．１４ １５．７７ ２０′ ∞ ５．１０ 石英 １９′ ∞ ２．０４ １８′ ∞ １７４．４２ 石英 ２２ ∞ １．０２ ２３ ２１９．５０ １６．４２ 石英 ２４ −１０９６．４８ ０．７６ ２５ １２６．１２ １１．６６ 石英 ２６ １６５．００ ０．７６ ２７ １０５．２５ ２５．６５ 石英 ２８ ８５．７５ ４．３８ ２９ １５３．５２ ９．６９ 石英 ３０ ３０４８．６３ ．５１ ３１ １７７．０１ ７．０６ 石英 ３２ ９８．２８ １．２９ ３３ １１２．７３ １４．７１ 石英 ３４ ５９７．２６ ４．２８ ３５ ∞ ０．００
【００１２】この場合、凹面鏡２１は通常の式： ｚ＝｛１：［ｒ＋ｒ・√（１−ｈ2／ｒ2）］｝・ｈ2＋
Ａ4ｈ4＋Ａ6ｈ6＋Ａ8ｈ8＋Ａ10ｈ10＋Ａ12ｈ12 に従った非球面である。式中、ｒは頂点半径、ｈは光軸
までの高さであり、非球面定数は次の通りである。 Ａ4 ＝ ０．１７５８６１・１０-9 Ａ6 ＝ ０．２６７９２２・１０-13 Ａ8 ＝ ０．１７４５９８・１０-17 Ａ10 ＝ −０．６０６６９７・１０-22 Ａ12 ＝ ＋０．７６９４８５・１０-26 像側開口数は０．７０、像視野はウェハスキャナに適合
して、２６×７mm2 である。結像倍率はβ＝−０．２５
である。対物レンズはＡｒＦエキシマレーザーの波長で
ある１９３ｎｍに合わせて構成されている。
【００１３】面１７と面１８との間には、斜めに偏光ビ
ームスプリッタ面Ｐが設けられており、この面Ｐはレチ
クル１から入射する光束を反射して、凹面鏡２１に向か
って９０°方向転換する。面１９及び２０を有する両面
平行の板は、たとえば、誘電体層、機械的複屈折又は２
光軸材料などにより、ラムダ四分の一波長板として構成
されており、凹面鏡２１から反射されて戻って来た光を
ビームスプリッタ面Ｐを通して、ビームスプリッタの射
出平面２２に到達させる働きをする。
【００１４】光学系絞りＡは、ラムダ四分の一波長板１
９／２０と、凹面鏡２１との間に位置している。この絞
りは射出面１８と凹面鏡２１との間の空間内の別の場所
に設置されても良い。光学系絞りによって、開口数を選
択的に変化させることができる。図示した対物レンズの
補正は、その補正によって劣化が起こらないように実行
される。
【００１５】ビームスプリッタと凹面鏡２１との間に
は、ビームスプリッタの湾曲射出面としても、マンジャ
ンミラーとしても、レンズは設けられていない。
【００１６】この実施形態の光学系は両側でテレセント
リックである。欧州特許第０６０８５７２号に記載され
ているようにビームスプリッタプリズムからの射出面２
２の後に追加のラムダ四分の一波長板を設けることは、
この場合にも可能である。同様に、補正位相板を対物レ
ンズ中に挿入するか、又は少なくとも１つのレンズ面を
同様の作用をもって非球面に（この場合も回転対称形で
はなく）精密加工することもできる。
【００１７】 表の中で、sin Ｒｘは提示されているレンズ群Ｘの後の
エッジビーム角の正弦であるが、ＲLG3 に関してはその
前方のエッジビーム角の正弦である。
【００１８】欧州特許第０６０８５７２号に関する記載
はその特許の対物レンズデータに従って計算されたもの
である。
【００１９】従来の技術の場合とは異なり、（省略され
ても良い）方向転換ミラー６の前方のエッジビーム角は
小さくならず、わずかに増加する。第２のレンズ群ＬＧ
２は欧州特許第０６０８５７２号とは異なってエッジビ
ーム角を小さくするが、たとえば、米国特許第５，４０
２，２６７号（ほぼ半減する）などの通常の減少と比較
すれば、わずかに約１０％であるにすぎない。
【００２０】従って、偏光ビームスプリッタＰへの入射
側でのコリメーションは本発明においては見られない。
しかしながら、sin ＲLG2 及びsin ＲLG3 を総じて見る
と、偏光ビームスプリッタＰにおける発散角の影響は合
わせても小さく、有利であることがわかる。
【００２１】第２のレンズ群ＬＧ２の構成はこの対物レ
ンズの良好な色補正を得るために重大である。色拡大収
差は１ナノメートルの波長差に対して約０．２プロミル
である。すなわち、これはきわめて小さく、逆の符号を
もつ色コマ収差による重心の移動をほぼ補正する。主た
る色誤差はガウス誤差、すなわち、球面収差の色変化で
ある。これに対して逆の符号をもつ縦方向色誤差を導入
すれば、この誤差を補正することが可能である。
【００２２】ガウス誤差は１種のより高次の焦点外れで
あり、従って、ＦＬＥＸ方式（たとえば、Ｈ．Ｆｕｋｕ
ｄａ他のＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄ
ｅｖ．３８（１９９１年）の６７〜７５ページを参照）
に類似する影響を及ぼす。この方式によれば、コントラ
スト増強レジストを使用する場合に焦点深度を向上させ
るために、像平面を様々に異なる焦点外れ条件の下で複
数回露光される。
【００２３】エキシマレーザーの効率と光度に決定的な
影響を及ぼすレーザーの許容スペクトル帯域幅はユーザ
のプロセス技法によって左右されるが、どの場合をとっ
ても、１０ｐｍより大きい。１９３ｎｍのときの石英の
発散は２４８ｎｍの場合のほぼ３倍の大きさであるの
で、この値は特に注目すべきである。
【００２４】図２には、光源としてのエキシマレーザー
４４と、照明光学系４５と、位置決めシステム４２１に
設置されるマスク（レチクルともいう）４２と、（本発
明に従ったカタディオプトリック光学系として構成され
た）投影対物レンズ４１と、ウェハ位置決めシステム４
３１に設置されたウェハ４３とを含む完全なマイクロリ
ソグラフィ用投影露光装置を概略的に示す。投影対物レ
ンズ４１を除けば、各部とその協働作用は周知の従来の
技術に従って構成されている。
【００２５】ビームスプリッタの前方でエッジビーム角
が総じて小さくなると、エッジビーム角が大きくなる場
合と比べて、特にビームスプリッタの付近でエッジビー
ムの高さは増す。さらに、ビームスプリッタの付近の屈
折率が大きくなる。このことは、第２のレンズ群が収束
作用を示す場合、すなわち、エッジビームを減少させる
ように作用する場合に特に有効である。これにより、エ
ッジビームの高さと屈折率との積はビームスプリッタの
前方の領域で増加する。しかしながら、色拡大収差に対
する補正作用はこの積に比例する。本発明によるこのよ
うな構成によって、２つの異なるレンズ材料により付加
的な色消しが行われるか否かにかかわらず、非常に良好
な色補正が実現される。
【００２６】縮小作用が４０％に向かって３０％を越え
ると、色補正はさらに改善されるが、ビームスプリッタ
はさらに大型になるので、対物レンズの開口数を０．７
にするのは非常に困難になり、むしろ、良好な品質をも
って０．６のＮＡを得ることができる。
【００２７】第２のレンズ群ＬＧ２もエッジビーム角の
正弦を４０％まで減少させる葉にすることが望ましい。
通常、第２のレンズ群ＬＧ２は、方向転換ミラーを配置
するのに適する空間によって、第１のレンズ群から離間
している。色補正作用は主として第２のレンズ群により
与えられる。
【００２８】欧州特許第０６０８５７２号とは異なり、
第１のレンズ群ＬＧ１はエッジビーム角を減少させるべ
きでない。この場合には、第２のレンズ群ＬＧ２の前記
の色補正作用が一層増強されるという理由により、むし
ろ、エッジビーム角の増加が起こるべきである。これに
より、無限遠に位置する入射ひとみの凹面鏡２１の領域
の光学系絞りへの結像が妨げられることはない。
【００２９】ビームスプリッタ１８と凹面鏡２１との間
の光学素子が少なくなるにつれて、開口数を大きくする
ことができる。この場合、独立したレンズは特に障害と
なる。すなわち、ビームスプリッタと凹面鏡との間に独
立したレンズを配置するべきではない。しかしながら、
ラムダ四分の一波長板１９、２０をビームスプリッタの
射出面上の薄層として形成する。
【００３０】対物レンズは、初めの２つのレンズ群ＪＧ
１、ＫＧ２に７つしかレンズを含まずに、比較的スペー
スを節約して構成することもできる。ビームスプリッタ
は、まず、反射手段として利用される。そのため、この
重大な密着のために（透過の場合と比較して）凹面鏡の
作用の前でビームのごくわずかな発散が利用されること
になる。
【００３１】マイクロリソグラフィ用投影露光システム
に利用した場合、対物レンズ４１は、波長の短いほうの
紫外線（波長２５０ｎｍ未満）に合わせて設計されるで
あろう。特に光源としての波長１９３ｎｍのエキシマレ
ーザー用に設けられる。この波長範囲においては、周知
の純粋に反射する対物レンズはスペクトル幅のごく狭い
レーザーを必要とする。
【００３２】本発明による投影対物レンズ４１は図１の
実施形態とは異なる構成であっても良い。たとえば、結
像倍率，開口数，像視野，波長及び帯域幅を必要に応じ
て変えることができる。この場合、特に様々に異なる光
学材料を使用することにより色消しも実行できる。１９
３ｎｍの場合でも、そのために、たとえば、ＣａＦ2及
びＬｉＦをさらに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるカタディオプトリック対物レン
ズのレンズ断面を示す図。
【図２】 マイクロリソグラフィ用投影露光装置を概略
的に示す図。
【符号の説明】
１…物体平面（レチクル）、２１…凹面鏡、２２…射出
面、３５…像平面、Ａ…光学系絞り、Ｐ…ビームスプリ
ッタ面、ＬＧ１…第１のレンズ群、ＬＧ２…第２のレン
ズ群、ＬＧ３…第３のレンズ群。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 物体平面（１）と、 第１のレンズ群（ＬＧ１）と、 第２のレンズ群（ＬＧ２）と、 ビームスプリッタ（１７，１８，２２，Ｐ）と、 凹面鏡（２１）と、 ビームスプリッタ（１７，１８，２２，Ｐ）と凹面鏡
    （２１）との間又は凹面鏡（２１）又はビームスプリッ
    タ（１７，１８，２２，Ｐ）に設けられた光学系絞り
    （Ａ）と、 第３のレンズ群（ＬＧ３）と、 像平面（３５）とを挙げた順序で具備し、 縮小率（β）は−０．４から−０．１５、好ましくは−
    ０．２５であり、 像側開口数は０．５より大きく、好ましくは０．６から
    ０．７５である高分解能高光度対物レンズにおいて、 第１のレンズ群（ＬＧ１）と第２のレンズ群（ＬＧ２）
    は合わせてエッジビーム角の正弦を４０％まで減少させ
    ることを特徴とする対物レンズ。
  2. 【請求項２】 第２のレンズ群（ＬＧ２）は単独でもエ
    ッジビーム角を４０％まで減少させることを特徴とする
    請求項１記載の対物レンズ。
  3. 【請求項３】 第１のレンズ群（ＬＧ１）の後のエッジ
    ビーム角の正弦（sin ＲLG1） は物体平面（１）におけ
    るエッジビーム角の正弦（sin Ｒreticle）より小さく
    はないことを特徴とする請求項１又は２記載の対物レン
    ズ。
  4. 【請求項４】 ビームスプリッタ（１７，１８，２２，
    Ｐ）と凹面鏡（２１）との間に独立したレンズは配置さ
    れていないことを特徴とする請求項１，２及び３の少な
    くとも１項に記載の対物レンズ。
  5. 【請求項５】 第１のレンズ群（ＬＧ１）と第２のレン
    ズ群（ＬＧ２）は合わせても８つ以上のレンズを含まな
    い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. 【請求項６】 ビームスプリッタ（Ｐ）で第２のレンズ
    群（ＬＧ２）から来た光は反射されることを特徴とする
    請求項１から５の少なくとも１項に記載の対物レンズ。
JP9120108A 1996-04-27 1997-04-24 高分解能高光度対物レンズ Pending JPH1048526A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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DE19616922A DE19616922A1 (de) 1996-04-27 1996-04-27 Hochauflösendes lichtstarkes Objektiv
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JP (1) JPH1048526A (ja)
DE (2) DE19616922A1 (ja)

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