(57)【要約】      （修正有）【課題】比較的大きな透過を有し高い開口数で動作可能な従来の系よりも高いウェハ処理量を有するＥＵＶ投影光学系を提供する。【解決手段】光学系は、放射線を結像する複数の要素を有し、該要素は放射線経路に位置決めしたミラー要素を含む。ミラー要素のうち少なくとも１つは、瞳面または瞳面付近に配置された瞳ミラーである。瞳ミラー以外のミラー要素のうち少なくとも１つは、残りのミラーの入射角範囲の最大値と、平均入射角の最大値のうち少なくとも１つが生じる位置に配置された高負荷のミラーである。瞳ミラー面は多層スタックを含む一次元的な漸変コーティングの反射コーティングによって形成され、該層は第１勾配関数に応じて第１方向に変動し、第１方向に垂直な第２方向では実質的に一定である幾何学的な層厚さを有する。高負荷のミラーのミラー面は、第２勾配関数に応じて漸変コーティングとして設計された反射ミラーコーティングで被覆される。【選択図】図１
2014041379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λの放射線を物体面から像面へ結像するように配置された複数の要素を有する光学系であって、
前記要素は、放射線経路に反射面が位置決めされたミラー要素を含み、
前記ミラー要素のうち少なくとも１つは、前記光学系の瞳面に、またはその付近に瞳ミラー面が配置された瞳ミラーであり、
前記瞳ミラー以外の全てのミラーを含む、残りのミラー要素のうち少なくとも１つは、残りのミラー全ての入射角範囲の最大値および平均入射角の最大値のうち少なくとも１つが生じる位置にミラー面が配置された高負荷のミラーであり、
前記瞳ミラー面が、種々の材料層の多層スタックを含む一次元的な漸変コーティングとして設計された反射コーティングによって形成され、前記層が、第１勾配関数に応じて前記コーティングの第１方向に変動するが前記第１方向に垂直な第２方向では実質的に一定である幾何学的な層厚さを有し、
前記高負荷のミラーの前記ミラー面が、第２勾配関数に応じて漸変コーティングとして設計された反射ミラーコーティングで被覆されている、
光学系。
【請求項２】
前記一次元的な漸変瞳ミラーコーティングによって引き起こされる前記像フィールド内の放射線強度の不均一性が、前記高負荷の前記漸変コーティングによって少なくとも部分的に補償されるように、前記高負荷のミラーの前記ミラーコーティングの層の幾何学的膜厚の前記位置およびばらつきのうち少なくとも１つが、前記一次元的な漸変瞳ミラーコーティングに適合される、請求項１記載の光学系。
【請求項３】
前記瞳ミラー面が、条件Ｐ（Ｍ）≧０．９５が満たされる位置に配置されており、前記高負荷のミラーの前記ミラー面が、条件Ｐ（Ｍ）＜０．９５が満たされる位置に配置されており、
【数１】
2014041379.tif 000027
であり、ここで、Ｄ（ＳＡ）は、それぞれの面Ｍ上の前記物体面内のフィールド地点に由来する光線束の副開口の直径であり、Ｄ（ＣＲ）は、前記光学系により結像され前記光学系の子午面において測定される有効物体フィールドの主光線の最大距離である、請求項１または２記載の光学系。
【請求項４】
前記瞳ミラーに加えて提供される前記高負荷のミラーは、前記投影対物レンズの光学的に対をなす別の瞳面に、またはその近くに位置決めされた別の瞳ミラーであり、好ましくは、前記別の瞳ミラーの前記一次元的な漸変コーティングによって引き起こされる照射の不均等性が少なくとも部分的に補償されるように、前記高負荷のミラーの前記漸変コーティングが最適化される、先行請求項のいずれか１項記載の光学系。
【請求項５】
前記複数の要素が子午面を規定し、前記第１方向が前記子午面内にある、および／または、前記要素が前記子午面に対して対称である、先行請求項のいずれか１項記載の光学系。
【請求項６】
前記光学系を通る放射線経路が、反射面の各場所での光線の平均入射角θavgを特徴としており、
前記多層スタックの前記層の局所的な幾何学的層厚さが、前記平均入射角θavgに実質的に比例して前記第１方向に変動するように、前記第１勾配関数が前記瞳ミラー面での前記平均入射角Θavgに適合される、先行請求項のいずれか１項記載の光学系。
【請求項７】
前記光学系を通る放射線経路が、反射面の各場所での光線の入射角範囲Δθを特徴としており、
前記多層スタックの前記層の局所的な幾何学的層厚さが、前記入射角範囲Δθに実質的に比例して前記第１方向に変動するように、前記第１勾配関数が前記瞳ミラー面での前記入射角範囲Δθに適合される、先行請求項のいずれか１項記載の光学系。
【請求項８】
前記瞳ミラー面の、前記第１方向での局所的反射率の絶対値がわずか３０％だけ変動するように、前記第１勾配関数が、前記瞳ミラー面の各場所での入射角範囲Δθ、および平均入射角Θavgのうち少なくとも１つに適合される、先行請求項のいずれか１項記載の光学系。
【請求項９】
前記第１勾配関数が一次関数である、先行請求項のいずれか１項記載の光学系。
【請求項１０】
前記多層の前記層の局所的な幾何学的層厚さが、前記瞳ミラーの一方の側から前記瞳ミラーの反対側へ前記第１方向に沿って単調に増加するように前記第１勾配関数が規定される、先行請求項のいずれか１項記載の光学系。
【請求項１１】
前記第１勾配関数が放物線関数である、請求項１〜８のいずれか１項記載の光学系。
【請求項１２】
前記高負荷のミラーの前記ミラーコーティングが、回転中心に対して対称な、回転対称の第２勾配関数に応じて設計されており、好ましくは、前記回転対称の第２勾配関数が放物線関数である、先行請求項のいずれか１項記載の光学系。
【請求項１３】
前記多層スタックの前記層の局所的な幾何学的膜厚ｄ（ｘ，ｙ）が、
【数２】
2014041379.tif 000028
により、勾配関数からλ／１００だけ外れており、ここで、
【数３】
2014041379.tif 000029
かつ
【数４】
2014041379.tif 000030
であり、ここで、ｙは前記第１方向での座標、ｘは前記第２方向での座標、ｄ０は、反射面に対して直角なｚ方向に測定された、前記反射面の局所座標系においてｘおよびｙ方向に垂直な呼び厚さであり、好ましくは、条件０．９≦ｃ０≦１．２、かつｃ１ｙ≦０．１、かつ｜ｃ２｜≦１０-5が呼び厚さｄ０＝６.９ｎｍを保つ、先行請求項のいずれか１項記載の光学系。
【請求項１４】
少なくとも１つのミラーが、均一な厚さのコーティングを有し、好ましくは、前記高負荷のミラー以外の残りのミラー全てが、均一な厚さのコーティングを有する、先行請求項のいずれか１項記載の光学系。
【請求項１５】
前記光学系が、ＥＵＶ波長１３ｎｍ＜λ＜１４ｎｍ用に設計された純反射光学系であり、像側の開口数ＮＡは約０．３以上であり、好ましくは０．３≦ＮＡ≦０．４である、先行請求項のいずれか１項記載の光学系。
【請求項１６】
前記光学系が少なくとも３つミラーを有し、ＥＵＶ波長１３ｎｍ＜λ＜１４ｎｍ用に設計されており、像側の開口数はＮＡ＞０．２５であり、全体的透過Ｔが０．０８以上であり、好ましくは０．３≦ＮＡ≦０．４である、請求項１〜１４のいずれか１項記載の光学系。
【請求項１７】
前記光学系が偶数のミラーを有し、好ましくは前記光学系が６つのミラーを有する、先行請求項のいずれか１項記載の光学系。
【請求項１８】
前記光学系が３つ以上のミラーを有し、前記反射ミラー面の、利用される全体的な区域にわたって積分された平均反射率Ｒmeanが、各ミラー上で少なくとも６０％であり、好ましくは、前記光学系が偶数のミラーを有し、好ましくは前記光学系が６つのミラーを有する、先行請求項のいずれか１項記載の光学系。
【請求項１９】
前記要素のうち少なくとも１つは、前記放射線の前記経路中に回転非対称面が位置決めされた反射要素であり、
前記回転非対称面が、単数または複数の場所にて最良適合の回転対称面から約λ以上だけ外れている、先行請求項のいずれか１項記載の光学系。
【請求項２０】
前記最良適合の回転非対称面が、方程式
【数５】
2014041379.tif 000031
に対応する面から約０．１λ以下だけ外れており、ここで、
【数６】
2014041379.tif 000032
であり、ｚは軸に平行な前記面のサグ、ｃは頂点曲率、ｋは円錐定数、Ｃjは単項式ＸmＹnの係数、αは整数であり、好ましくは、αは６６であり、および／または、ｍは偶数である整数から成り、および／または、ｍ＋ｎ≧１０である、請求項１９記載の光学系。
【請求項２１】
前記回転非対称面が、前記単数または複数の場所にて前記最良適合の回転対称面から約１０λ以上だけ外れている、請求項１９または２０記載の光学系。
【請求項２２】
回転非対称面を有する前記反射要素のうち少なくとも１つが、漸変コーティングで被覆された反射面を有する、請求項１９〜２１のいずれか１項記載の光学系。
【請求項２３】
分解能が１μｍ未満であるマイクロリソグラフィ用の投影対物レンズとして構成された、先行請求項のいずれか１項記載の光学系。
【請求項２４】
主光源からの放射線を受けるように構成された、投影対物レンズの物体面内でパターンを照射するための照射系と、先行請求項のいずれか１項記載の光学系を有する投影対物レンズとを有する、マイクロリソグラフィで使用するための投影露光系。
【請求項２５】
前記主光源が、波長１３ｎｍ＜λ＜１４ｎｍのＥＵＶ放射線を放出する、請求項２４記載の投影露光系。
【請求項２６】
半導体素子または別の種類のマイクロデバイスを加工するための方法であって、
所定のパターンを有するマスクを提供するステップと、
前記マスクを、所定の波長λの放射線で照射するステップと、
請求項１〜２３のいずれか１項記載の光学系によって形成される投影対物レンズの前記像平面の近傍に配置された感光性基板上へ、前記パターンの像を投影するステップと
を有する方法。
【請求項２７】
波長λの放射線を物体面から像面へ結像するように配置された複数の要素を有する光学系であって、
前記要素は、放射線経路に反射面が位置決めされたミラー要素を含み、
前記ミラー要素のうち少なくとも１つは、前記光学系の瞳面に、またはその付近に瞳ミラー面が配置された瞳ミラーであり、
前記瞳ミラー面が、種々の材料層の多層スタックを含む一次元的な漸変コーティングとして設計された反射コーティングによって形成され、前記層が、第１勾配関数に応じて前記コーティングの第１方向に変動するが前記第１方向に垂直な第２方向では実質的に一定である幾何学的な層厚さを有する
光学系。
【請求項２８】
波長λの放射線を物体面から像面へ結像するように配置された複数の要素を有する光学系であって、
前記要素は、放射線経路に反射面が位置決めされたミラー要素を含み、
前記ミラー要素のうち少なくとも１つは、前記光学系の瞳面に、またはその付近に瞳ミラー面が配置された瞳ミラーであり、
前記瞳ミラー以外の全てのミラーを含む残りのミラー要素のうち少なくとも１つは高負荷のミラーであり、
前記瞳ミラー面が、種々の材料層の多層スタックを含む一次元的な漸変コーティングとして設計された反射コーティングによって形成され、前記層が、第１勾配関数に応じて前記コーティングの第１方向に変動するが前記第１方向に垂直な第２方向では実質的に一定である幾何学的な層厚さを有し、
前記高負荷のミラーの前記ミラー面が、第２勾配関数に応じて漸変コーティングとして設計された反射ミラーコーティングで被覆されている
光学系。
【請求項２９】
波長λの放射線を物体面から像面へ結像するように配置された複数の要素を有する光学系であって、
前記要素は、放射線経路に反射面が位置決めされたミラー要素を含み、
前記ミラー要素が、前記入射角の範囲の最大値ΔΘを第１方向に有するミラー要素を含み、
そのミラーが、種々の材料層の多層スタックを含む一次元的な漸変多層コーティングとして設計された反射コーティングで被覆されており、前記層が、第１勾配関数に応じて前記コーティングの第１方向に変動するが前記第１方向に垂直な第２方向では実質的に一定である幾何学的な層厚さを有する
光学系。
【請求項３０】
波長λの放射線を物体面から像面へ結像するように配置された複数の要素を有する光学系であって、
前記要素は、放射線経路に反射面が位置決めされたミラー要素を含み、
前記ミラー要素が、平均入射角のばらつきの最大値ΔΘavgを有するミラー要素を含み、
そのミラー要素は、種々の材料層の多層スタックを含む一次元的な漸変多層コーティングとして設計された反射コーティングで被覆されており、前記層が、第１勾配関数に応じて前記コーティングの第１方向に変動するが前記第１方向に垂直な第２方向では実質的に一定である幾何学的な層厚さを有する
光学系。
【請求項３１】
波長λの放射線を物体面から像面へ結像するように配置された複数の要素を有する光学系であって、
前記要素は、放射線経路に反射面が位置決めされたミラー要素を含み、
前記ミラー要素が、第１瞳面に、またはその近くに位置決めされた第１瞳ミラーと、前記第１瞳面と光学的に対をなす第２瞳面に、またはその近くに位置決めされた第２瞳ミラーとを含み、前記第１および第２瞳ミラーは各々、反射コーティングが漸変コーティングとして設計されており、該漸変コーティングは、勾配関数に応じて前記ミラーコーティングの少なくとも１つの方向に変動する幾何学的な層厚さを有する
光学系。
【請求項３２】
波長λの放射線を物体面から像面へ結像するように配置された複数の要素を有する光学系であって、
前記要素は、放射線経路に反射面が位置決めされたミラー要素を含み、
前記光学系が、少なくとも１つの反射自由面を含み、少なくとも１つの反射面が漸変コーティングで被覆されており、該漸変コーティングは、勾配関数に応じて前記ミラーコーティングの少なくとも１つの方向に変動する幾何学的な層厚さを有する
光学系。
【請求項３３】
少なくとも１つの反射自由面が、漸変コーティングで被覆されている、請求項３２記載の光学系。
【請求項３４】
波長λの放射線を物体面から像面へ結像するように配置された複数の要素を有する光学系であって、
前記要素は、放射線経路に反射面が位置決めされたミラー要素を含み、
前記光学系が少なくとも３つのミラーを有し、２ｎｍ＜λ＜２０ｎｍのＥＵＶ波長用に設計されており、像側の開口数がＮＡ＞０．２５であり、全体的透過Ｔが０．０８以上である、
光学系。
【請求項３５】
前記光学系が、１３ｎｍ＜λ＜１４ｎｍのＥＵＶ波長用に設計されている、および／または、０．３≦ＮＡ≦０．４である、請求項３４記載の光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光リソグラフィ機器において短波長放射線で使用するための、反射コーティングを備えたミラー要素を有する光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
その種類の光学系は、半導体素子、およびその他の種類のマイクロデバイスを加工するのに使用される投影露光系において投影対物レンズとして用い、フォトマスク（またはレチクル）上のパターンを、超高分解能の感光性コーティングを有する物体へと投影するのに役立てることができる。
【０００３】
より微細な構造を作り出せるようにするために、投影対物レンズの解像力を改良する種々の手法が追求されている。
【０００４】
投影対物レンズの像側の開口数（ＮＡ）を増加することにより、解像力を改良することが良く知られている。別の手法として、より短い波長の電磁放射線を用いるということがある。
【０００５】
例えば１９３ｎｍでの深紫外線（ＤＵＶ）リソグラフィは、通常、０．２μｍ以下である形状構成を達成するのに、開口数が０．７５以上の投影系を必要とする。このＮＡでは、焦点深度（ＤＯＦ）は十分の数マイクロメートルである。さらに、加工公差および組立公差のため、例えば大きなＮＡで光学系を確立するのは困難になる。
【０００６】
当技術分野で知られているように、短波長の紫外線放射線（約１９３ｎｍ未満）は、固有のバルク吸収のために多くの屈折レンズ材料と両立し得ない。光学系内での放射線吸収を低減するために、屈折光学要素の代わりに反射要素を使用することができる。最先端のＤＵＶ系はしばしば、屈折レンズと反射要素（ミラー）とを含む反射屈折光学系を使用している。
【０００７】
開口数を増加することによって分解能を改良することは、幾つかの欠点を有する。主な欠点は、開口数が増加するにつれて、達成可能な焦点深度（ＤＯＦ）が減少するということであり、このことは不利である。というのも、例えば、構造化すべき基板の最大達成可能な平坦度と機械公差とを考慮すると、ほぼ少なくとも１マイクロメートル程度の焦点深度が望ましいことがあるからである。したがって、適度な開口数で動作し、極端紫外線（ＥＵＶ）のスペクトル領域からの短波長の電磁放射線を用いることによって解像力を大いに改良する系が開発されてきた。動作波長が１３．５ｎｍであるＥＵＶ光リソグラフィの場合、開口数ＮＡ＝０．１では、理論上ほぼ１μｍ程度の通常の焦点深度で、ほぼ０．１μｍ程度の分解能を得ることができる。
【０００８】
極端紫外線スペクトル領域からの放射線は、屈折光学要素では合焦できないということが良く知られている。というのも、関連する短波長の放射線が、長めの波長では透明な既知の光学材料に吸収されるからである。したがって、ＥＵＶ光リソグラフィでは、反射コーティングを有する幾つかのミラーが凹面および／または凸面を成す純ミラー系（反射光学系）が用いられる。用いられる反射コーティングは通常、例えば、モリブデンとシリコンとが交互する層（膜）を有する多層コーティングである。
【０００９】
ＵＳ特許５，９７３，８２６では、ＥＵＶ光リソグラフィで使用するための４つのミラーを有する反射投影対物レンズが開示されており、これらのミラーは各々、層が均一に厚い反射コーティングを有する。
【００１０】
ＵＳ特許５，１５３，８９８には別のＥＵＶ光リソグラフィ系が示されている。その系は最大５つのミラーを有し、それらのうち少なくとも１つは非球面の反射面を有する。ＥＵＶでの使用に適した多層反射コーティング用の材料の組み合わせが多数述べられている。それらの層（膜）は全て厚さが均一である。
【００１１】
厚さの均一な反射コーティングは被覆するのが比較的簡単であるが、利用されるミラーの区域に入射する放射線の入射角Θが変動する光学系の場合、それらの光学系はふつう高い反射損を生じる。というのも、それらの層の厚さが、特別に選択された入射角、または狭い範囲の入射角にのみ最適化されているからである。
【００１２】
ＵＳ６，０１４，２５２は、光学要素の反射率を改良することにより放射線処理量を改良するように構成されたＥＵＶリソグラフィ用の光学系を開示している。この光学要素は、放射ビームの入射角が垂線に極力近くなるように構成された。容認可能な入射角範囲も最小限にされて、均一な反射率が保たれ、漸変コーティングの必要性が排除されたので、全てのミラーに、均一な厚さの多層を使用することができる。
【００１３】
ＵＳ５，９１１，８５８は、漸変反射コーティングを備えたミラーを有する反射ＥＵＶ結像系を開示しており、系全体の光軸に対して回転対称である膜厚勾配を有することを特徴としている。漸変反射コーティングを用いることにより、特定の入射角範囲にわたって反射強度がより均一な分布を達成することができる。
【００１４】
ＵＳ６，９２７，９０１は、物体平面と像平面との間に幾つかの結像ミラーを有するＥＵＶ投影対物レンズを開示しており、これらの結像ミラーは、投影対物レンズの光軸を規定する反射コーティングを有する。それらのミラーのうち少なくとも１つは、膜厚勾配がコーティング軸に対して回転対称である漸変反射コーティングを有し、そこでは、そのコーティング軸は、投影対物レンズの光軸に対して偏心して配置されている。偏心した少なくとも１つの漸変反射コーティングを提供することにより、極めて均一なフィールド照射を、高い全体的透過率と組み合わせて可能にする投影レンズの設計が可能になる。
【００１５】
光リソグラフィ機器またはステッパは、基板にマスクを投影するための２つの異なる方法、つまり「ステップ・アンド・リピート」方法および「ステップ・アンド・スキャン」方法を用いる。「ステップ・アンド・リピート」方法の場合、レチクル上に存在する全体的なパターンを使用して基板の大きな区域を順に露光する。したがって、関連の投影光学は、マスク全体を基板上へ結像できる充分大きい像フィールドを有する。各露光後に基板を平行移動して露光手順を反復する。ここで好適なステップ・アンド・スキャン方法の場合、マスク上のパターンを、可動のスリットを通して基板へと走査し、マスクとスリットとを平行な方向に、投影対物レンズの倍率と等しい比率で同期して平行移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】ＵＳ特許５，９７３，８２６
【特許文献２】ＵＳ特許５，１５３，８９８
【特許文献３】ＵＳ６，０１４，２５２
【特許文献４】ＵＳ５，９１１，８５８
【特許文献５】ＵＳ６，９２７，９０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
比較的大きな透過を有して、高い開口数で動作可能であり、従来の系よりも高いウェハ処理量を提供するＥＵＶ投影光学系を提供することが、本発明の１つの目的である。
【００１８】
光線の入射角の比較的大きなばらつきが生じる位置に位置決めされたミラー要素の反射率のばらつきが比較的小さく、その結果、ミラー要素の反射率が、より高く均一となるＥＵＶ投影対物レンズを提供することが、もう１つの目的である。
【００１９】
ミラー要素が回転非対称の配置で配置されており、従って、反射コーティングは高い全体的透過と像フィールドにおける放射線強度の均一な分布とを提供するＥＵＶ投影対物レンズを提供することが、本発明のさらに１つの目的である。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
これらの目的およびその他の目的の解決法として、１つの形態によれば、本発明が提供するのは、
波長λの放射線を物体面から像面へ結像するように配置された複数の要素を有する光学系であって、
該要素は、放射線経路に反射面が位置決めされたミラー要素を含み、
該ミラー要素のうち少なくとも１つは、該光学系の瞳面に、またはその付近に瞳ミラー面が配置された瞳ミラーであり、
該瞳ミラー以外の全てのミラーを含む残りのミラー要素のうち少なくとも１つは、残りのミラー全ての入射角範囲の最大値、および平均入射角の最大値のうち少なくとも１つが生じる位置にミラー面が配置された高負荷のミラーであり、
該瞳ミラー面が、種々の材料層の多層スタックを含む一次元的な漸変コーティングとして設計された反射コーティングによって形成され、該層が、第１勾配関数に応じて該コーティングの第１方向に変動するが該第１方向に垂直な第２方向では実質的に一定である幾何学的な層厚さを有し、
該高負荷のミラーの該ミラー面が、第２勾配関数に応じて漸変コーティングとして設計された反射ミラーコーティングで被覆されている
光学系である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】マイクロリソグラフィ手段の実施形態の略図である。
【図２】図１に示すマイクロリソグラフィ手段の一部分を示す略図である。
【図３】投影対物レンズの第１実施形態の断面図を子午断面で示す。
【図４】瞳面付近のミラー、およびフィールド面付近のミラーの状態を示す概略図である。
【図５】投影対物レンズからのミラーの一部分の断面図を子午断面で示す。
【図６】図３のミラーＭ３上の平均入射角Θavgの空間分布の概略図を示す。
【図７】図３のミラーＭ５上の平均入射角Θavgの空間分布の概略図を示す。
【図８】ミラー上の局所的ミラー座標系の略図面を示す。
【図９】多層スタックの個々の層の幾何学的な層厚さが放物線関数に応じてｚ’軸の周りで回転対称に変動する漸変反射コーティングの略図面を示す。
【図１０】線形勾配関数に応じた一次元的な漸変コーティングの略図面を示す。
【図１１】図３のミラーＭ５の、局所的平均入射角θavgでの線形に傾いたコーティング（一次元的な漸変コーティング）の反射度を示す。
【図１２】参照系のミラーＭ５の、局所的平均入射角θavgでの最良一定のコーティングの反射度を示す。
【図１３】参照系のミラーＭ５の、局所的平均入射角θavgでの最良放物線（回転対称の）コーティングの反射度を示す。
【図１４】投影対物レンズの第２実施形態の断面図を子午断面で示す。
【図１５】図１４のミラーＭ４上の平均入射角Θavgの空間分布の概略図を示す。
【図１６】図１４のミラーＭ５上の平均入射角Θavgの空間分布の概略図を示す。
【図１７】図１４のミラーＭ５の、局所的平均入射角θavgでの線形に傾いたコーティング（一次元的な漸変コーティング）の反射度を示す。
【図１８】参照系のミラーＭ５の、局所的平均入射角θavgでの最良一定のコーティングの反射度を示す。
【図１９】参照系のミラーＭ５の、局所的平均入射角θavgでの最良放物線（回転対称）コーティングの反射度を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の本態様によれば、光学系を通る放射線経路に沿って予選択された位置に位置決めされた少なくとも２つのミラー要素は、反射コーティングが「漸変コーティング」として設計されている。本明細書で使用するように、「漸変コーティング」という用語は、幾つかの層または全ての層のコーティングの幾何学的厚さが、実質的に的にミラーの面の全域で変動する反射コーティングを意味する。層厚さが不均一であるこのようなコーティングの層厚さの局所的ばらつきは、勾配関数によって記述することができる。一次元的な漸変コーティングは、デカルト座標系において、第１勾配関数に応じてコーティングの第１方向に変動するが第１方向に垂直な第２方向では実質的に一定である幾何学的な層厚さを持つコーティングとして表すことができる。このようなコーティングは、第２方向で不変の、実質的に平行移動であるものとしても表すことができる。瞳ミラーの一次元的な漸変コーティングの設計は、層厚さの不均一性が、瞳ミラーに入射する放射線の局所的入射角のばらつきの理由であり、放射線により照射されるミラー面の各場所で、ミラーに入射する放射線エネルギーが、高い割合でミラーから反射するように行うことができる。従って、瞳ミラーの一次元的な漸変コーティングは、反射率の点から見て、瞳面でのアポダイゼーションを回避または最小にするように最適化することができる。
【００２３】
比較的高い角度負荷を受ける付加的なミラー上に、少なくとも１つの第２漸変コーティングを供給することにより、全体的透過と像フィールド強度の均一性とをさらに改良できるということがわかった。「角度負荷」という用語は、この文脈において、このような高負荷のミラーが、一次元的な漸変コーティングを有する瞳ミラー以外の全てのミラーを含む残りのミラー全ての最大の入射角範囲および／または平均入射角の最高値を有することができることを意味する。これらを組み合わせて、瞳ミラーを一次元的な漸変コーティングで被覆し、高負荷のミラーを適切な設計の漸変コーティングで被覆することにより、投影対物レンズの全体的透過を増加しつつ、同時に、像フィールドにおける照射の均一性を高レベルにすることが可能になる。
【００２４】
幾つかの実施形態において、一次元的な漸変瞳ミラーコーティングによって引き起こされる像フィールド内の放射線強度の不均一性が、高負荷の漸変コーティングによって少なくとも部分的に補償されるように、高負荷のミラーのミラーコーティングの層の幾何学的膜厚の位置およびばらつきのうち少なくとも１つが、一次元的な漸変瞳ミラーコーティングに適合される。
【００２５】
光学的に瞳面の近くに、または瞳面にて位置決めされたミラー要素は通常、入射角のばらつきが比較的大きくなることから、一次元的な漸変コーティングを備えた瞳ミラーを供給することによって、従来の系に関して反射率を著しく改良することができる。さらに、高負荷のミラーが光学的にフィールド面の近くに、またはフィールド面にある場合に、像フィールドにおいて比較的均一な照射強度を得ることが最も効果的となるということがわかった。幾つかの実施形態において、瞳ミラー面は、条件Ｐ（Ｍ）≧０．９５が満たされる位置に配置され、高負荷のミラーのミラー面は、条件Ｐ（Ｍ）＜０．９５が満たされる位置に配置される。この場合、
【数１】
2014041379.tif 000003
【００２６】
であり、ここで、Ｄ（ＳＡ）は、それぞれの面Ｍ上の物体面内のフィールド地点に由来する光線束の副開口の直径である。また、Ｄ（ＣＲ）は、光学系により結像され面Ｍ上の光学系の基準面において測定される有効物体フィールドの主光線の最大距離である。基準面は光学系の対称面とすることができる。子午面を有する系では、基準面を子午面とすることができる。
【００２７】
副開口の直径はフィールド面でゼロに近づくので、フィールド面ではパラメータＰ（Ｍ）＝０である。対照的に、主光線の最大距離Ｄ（ＣＲ）は、瞳面においてゼロに近づく。
【００２８】
瞳ミラーは、条件１≧Ｐ（Ｍ）≧０．９５が満たされる場合、瞳面に非常に近いか、または瞳面にあり、一次元的な漸変コーティングの、反射率の均一性に関する光学的効果が強くなる。好ましくは、瞳ミラーにてＰ（Ｍ）≧０．９８である。他方の高負荷のミラーについては、条件０≦Ｐ（Ｍ）＜０．９５が満たされる場合、均一なフィールド強度を得ることに対する影響を大きくすることができる。
【００２９】
幾つかの実施形態において、瞳ミラーに加えて提供される高負荷のミラーは、投影対物レンズの別の瞳面に、またはその近くに位置決めされた別の瞳ミラーである。その場合、この高負荷のミラーの漸変コーティングは、他方の瞳ミラーの一次元的な漸変コーティングによって引き起こされる照射の不均等性を少なくとも部分的に補償するように最適化することができる。それらの実施形態は、第１瞳面に、またはその近くに位置決めされた第１瞳ミラーと、第１瞳面と光学的に対をなす第２瞳面に、またはその近くに位置決めされた第２瞳ミラーとを有するものとして特徴付けることもでき、そこでは、第１および第２瞳ミラーは各々、反射コーティングが漸変コーティングとして設計されており、この漸変コーティングは、勾配関数に応じてミラーコーティングの少なくとも１つの方向に変動する幾何学的な層厚さを有する。
【００３０】
瞳ミラーに加えて、漸変コーティングを備えた２つ以上のミラー、例えば２つ以上の付加的なミラーが存在してもよい。その付加的なミラーのうち１つを、光学的にフィールド面の近くに位置決めすることができるのに対して、別の付加的なミラーを、光学的に瞳面の近くに位置決めすることができる。
【００３１】
通常、少なくとも１つのミラーは均一な厚さのコーティングを有し、均一なコーティングを備えた、２つ、または３つ、または４つ、あるいはそれ以上のミラーがしばしば存在する。幾つかの実施形態は、２つのミラーのみが漸変コーティングを備えており、残りのミラーは全て均一な厚さのコーティングを有する。選択されたミラーにのみ漸変コーティングを適用するのに対して、残りのミラーのコーティングを均一に厚くする場合、系全体の費用効果的な製造が可能である。
【００３２】
概して、ミラーは、平均入射角および／または入射角範囲が比較的高くなる場合はいつでも、漸変コーティングが有用となり得る。いずれの場合も、漸変コーティングは、均一なコーティングと比較した場合に、そのミラーの反射率がより均等となるように設計することができる。また、ミラーが、フィールド面に、または光学的にフィールド面の近くに位置決めされる場合、フィールドの均一性への好ましい影響を得ることができる。これに反して、ミラーが、瞳面にまたは瞳面の近くに配置されれば、瞳アポダイゼーションに関する改良を得ることができる。
【００３３】
ほとんどの場合、漸変コーティングを適用することによって、高負荷のミラーの反射率特性を改良できるということが観察された。一般に、平均的入射角の帯域幅と入射角の絶対値との間に相互作用があってもよい。入射角の帯域幅が大きい場合に、漸変コーティングは最も効果的となり得る。入射角の絶対値が大きくなるほど、帯域幅（入射角範囲）はより重要となる。例えば、入射角の絶対値が低く（１０°未満、または５°未満等）比較的重大ではない帯域幅は、入射角の絶対値がそれより大きいと（値が２０°以上等）容認できないことがある。これらの条件を念頭に置くと、瞳ミラーの一次元的な漸変コーティングに加えて、上記で規定した高負荷のミラーを漸変コーティングで被覆すれば有用となり得る。ミラー反射度および／または反射度の均等性が比較的低めの値で容認可能である場合、上述のように、瞳ミラー面を一次元的な漸変コーティングで被覆し、その他のミラーを全て本質的に均一な厚さのコーティングで被覆すれば充分とすることができる。
【００３４】
従って、本発明は、
波長λの放射線を物体面から像面へ結像するように配置された複数の要素を有する光学系であって、
該要素は、放射線経路に反射面が位置決めされたミラー要素を含み、
該ミラー要素のうち少なくとも１つは、該光学系の瞳面に、またはその付近に瞳ミラー面が配置された瞳ミラーであり、
該瞳ミラー面が、種々の材料層の多層スタックを含む一次元的な漸変コーティングとして設計された反射コーティングによって形成され、該層が、第１勾配関数に応じて該コーティングの第１方向に変動するが該第１方向に垂直な第２方向では実質的に一定である幾何学的な層厚さを有する
光学系にも関する。
【００３５】
ある場合には、瞳ミラー上の一次元的な漸変コーティングに加えて、少なくとも１つの付加的なミラーも漸変コーティングを有するならば、全体的透過および／または像フィールドでの照射の均等性に関して改良することができ、その場合、付加的なミラーは、残りのミラー全ての入射角範囲の最大値および／または平均入射角の最大値を有する残りのミラー要素でなくてもよい。
【００３６】
従って、本発明は、
波長λの放射線を物体面から像面へ結像するように配置された複数の要素を有する光学系であって、
該要素は、放射線経路に反射面が位置決めされたミラー要素を含み、
該ミラー要素のうち少なくとも１つは、該光学系の瞳面に、またはその付近に瞳ミラー面が配置された瞳ミラーであり、
該瞳ミラー以外の全てのミラーを含む残りのミラー要素のうち少なくとも１つが高負荷のミラーであり、
該瞳ミラー面が、種々の材料層の多層スタックを含む一次元的な漸変コーティングとして設計された反射コーティングによって形成され、該層が、第１勾配関数に応じて該コーティングの第１方向に変動するが該第１方向に垂直な第２方向では実質的に一定である幾何学的な層厚さを有し、
該高負荷のミラーの該ミラー面が、第２勾配関数に応じて漸変コーティングとして設計された反射ミラーコーティングで被覆されている、
光学系にも関する。
【００３７】
瞳ミラーの一次元的な漸変コーティングにおける層厚さのばらつきは種々のやり方で最適化または記述することができる。通常、光学系を通る放射線経路は、各反射面への光線の局所的入射角Θ、および／または、各反射面上の選択された場所についての各反射面への光線の入射角範囲ΔΘで特徴付けることができる（すなわち、ΔΘは場所のｘｙ座標に依存する）。放射線経路は、各反射面への光線の平均入射角Θavg、および／または、ミラー面全域での平均入射角のばらつきΔΘavgでも特徴付けることができる。
【００３８】
幾つかの実施形態において、第１勾配関数は、多層スタックの層の局所的な幾何学的層厚さｄ（ｘ，ｙ）が、平均（または平均的な）入射角Θavgに実質的に比例して第１方向に変動するように、瞳ミラー面での入射角に適合されている。
【００３９】
多くの場合、最適な層厚さ（または二層厚さ）の平均入射角への依存性を、ブラッグ条件ｎλ＝２ｄｃｏｓ（Θavg）により充分に近似させて与えることができる。ここで、ｎは整数、λは入射する放射線の波長、ｄは二層厚さ、Θavgは局所的表面法線に関して測定された平均的入射角である。一般に、ブラッグ条件によれば、平均入射角が大きめの場所では局所的な幾何学的層厚さが厚めに提供されるのに対して、平均入射方向が局所的表面法線に近い場合は、幾何学的な層厚さが薄めに提供される。
【００４０】
第１勾配関数は、多層スタックの層の光学的層厚さが第１方向で実質的に一定になるように、瞳面で平均入射角Θavgに適合させることができる。光学的層厚さは、幾何学的な層厚さとは対照的に、多層スタックにおける層の光学的効果を表しており、層の屈折率も幾何学的な層厚さも考慮している。
【００４１】
幾つかの実施形態において、第１勾配関数は、瞳ミラー面の局所的反射率の絶対値が、第１および第２方向の両方にわずか３０％またはわずか２０％だけ変動するように、瞳ミラー面での平均的な（または平均）入射角のばらつきΔΘavgに適合してある。
【００４２】
幾つかの実施形態において、瞳面付近または瞳面でのミラーへの局所的入射角は、基準面、例えば子午面において、利用されるミラー区域の一方の側から他の側へ増加するということがわかった。それらの実施形態では特に、多層の層の局所的な幾何学的層厚さが、瞳ミラーの一方の側から瞳ミラーの反対側へ第１方向に沿って単調に増加するように第１勾配関数を規定すれば有用であるとわかった。幾つかの実施形態では、第１勾配関数は一次関数である。本明細書において、それらの実施形態を「傾いたコーティング」と呼ぶこともできる。幾つかの実施形態において、第１勾配関数は、利用される瞳ミラー面の両端部間の層厚さの変化率が第１方向で変動する（継続的に減少または増加する）放物線関数であれば、有用であるとわかった。
【００４３】
高負荷のミラー上の反射コーティングの第２勾配関数は、種々のやり方で最適化することができる。幾つかの実施形態において、そのコーティングは、回転中心に対して対称な、回転対称の第２勾配関数に応じて設計される。幾つかの実施形態において、回転対称の第２関数は、高負荷のミラーが回転対称の放物線コーティングを担持するような放物線関数である。回転中心は、基準軸上に位置決めしても基準軸に対して偏心させてもよい。回転中心は、ミラー基板上で中心的または非中心的に位置決めすることができ、このミラー基板は基準軸の外側に位置決めすることができる。
【００４４】
漸変コーティングの層厚さプロフィールは、層厚さの、ミラー面上の局所的位置（ｘ，ｙ）に対するばらつきとして記述することができる。各場所では、表面法線に沿って、すなわちそのそれぞれの場所のミラー面の接線に垂直に、層厚さが測定されることになる。その場合、実際の（幾何学的）層厚さｄ（ｘ，ｙ）は、呼び厚さｄ０と、場所に依存する変更因子ｆａｃ（ｘ，ｙ）との積として記述することができる。
【００４５】
幾つかの実施形態において、多層スタックの層の局所的な幾何学的膜厚ｄ（ｘ，ｙ）は、
【数２】
2014041379.tif 000004
【００４６】
により、勾配関数からλ／１００以下（またはλ／１０００以下）だけ外れており、ここで、
【数３】
2014041379.tif 000005
【００４７】
である）。この場合、ｒ（ｘ，ｙ）＝（ｘ2＋ｙ2）1/2であり、ここで、ｙは第１方向での座標、ｘは第２方向での座標、ｄ０は、反射面に対して直角なｚ方向に測定された、反射面の局所座標系においてｘおよびｙ方向に垂直な呼び厚さである。最大（）関数を導入することにより、関数ｄ（ｘ，ｙ）がゼロよりも小さい値に達するのが防止される。ｆａｃ（ｘ，ｙ）に関するこの多項式において、勾配プロフィールは、一定値（ｃ０）の重ね合わせと、コーティングのｙ方向での「傾き」（層厚さの、子午面内の方向での線形ばらつきに対応した）と、回転対称な放物線の項として理解することができる。従って、線形の勾配関数（傾いたコーティング）に応じた勾配では、項ｃ１ｙは０から外れており、放物線定数ｃ２＝０である。放物線コーティングでは、ｃ１ｙ＝０かつｃ２≠０である。「傾いたコーティング」に見られるように、例えば、ミラー面の全域での入射角の局所的分布が、一次元のばらつきから本質的に著しく外れる場合、漸変コーティングと、ｃ１ｙ≠０かつｃ２≠０とを混合することが可能である。
【００４８】
ＥＵＶ放射線を反射するために設計されたミラーでは、反射コーティングが通常、いわゆる二層のスタックにより形成されており、そこでは、二層が、第１屈折率を有する第１材料（例えばシリコン）の比較的厚い層と、第１屈折率よりも高い第２屈折率を有する第２材料（例えばモリブデン）の比較的薄い第２層とを含む。概して、漸変コーティングでは二層の絶対厚さがミラー面の全域で変動することがあるが、第１層と第２層の厚さの厚さ比（因子ｙ）は、このような二層で本質的に一定に維持すべきである。このような二層が使用される場合、上記の条件は、二層の幾何学的厚さｄ（ｘ，ｙ）にも適用される。
【００４９】
光学系の設計によってはパラメータｃ０、ｃ１ｙ、およびｃ２の絶対値を変動させることができる。具体的には、それらのパラメータは、投影対物レンズの開口数ＮＡに依存して変動することになる（この開口数は、光学系を通過する光線の入射角および関連の特性も決定する）。幾つかの実施形態において、条件０．９０≦ｃ０≦１．２、または条件０．９５≦ｃ０≦１．０５が適用され、好ましくは０．９８≦ｃ０≦１．０２である。幾つかの実施形態において、パラメータｃ１ｙの量は、０．１以下、例えば０．０１以下とすることができる。条件０．００１≦ｃ１ｙ≦０．００２が適用されることもある。幾つかの実施形態において、パラメータｃ２の量は１０-5以下、例えば１０-6以下であるが、１０-8以上、例えば１０-7以上であってもよい。
【００５０】
これらの値は呼び厚さｄ０＝６．９ｎｍに適用され、漸変コーティングの実際の物理的厚さはそれぞれの勾配関数に応じて計算することができる。異なる呼び厚さｄ０を使用した場合、漸変コーティングは、パラメータｃｘ、ｃ１ｙ、およびｃ２の異なる組の値と共に、同じ物理的厚さが得られるはずである。従って、これらの例示的パラメータ値によって、ｄ０が異なる値に基づく変換もカバーされることになる。
【００５１】
変調因子ｆａｃ（ｘ，ｙ）をミラーの局所座標系において規定する。局所座標系の原点は、光学系の基準軸と一致してもしなくてもよい。すなわち、中心がその基準軸にあってもこれに対して偏心していてもよい。基準軸は光学系の光軸と一致していてもよい。一方で、光軸をもたない系を利用することもできる。
【００５２】
本発明の別の形態によれば、ミラー要素は、入射角範囲ΔΘの最大値を有するミラー要素を含み、そのミラーは、一次元的な漸変多層コーティングとして設計された反射コーティングで被覆されている。通常、このようなミラー要素は、瞳面にまたはその近くに位置決めすることができる。
【００５３】
別法として、あるいはこれに加えて、ミラー要素は、平均入射角Θavgの最大値を有するミラー要素を含むことができ、そのミラー要素は、一次元的な漸変多層コーティングとして設計された反射コーティングで被覆されている。
【００５４】
幾つかの実施形態において、湾曲したミラー要素（凹形または凸形の）全てが、回転対称の反射面を有する。幾つかまたは全ての回転対称の反射面が球面であってもよい。また、幾つかまたは全ての回転対称の反射面が非球面であってもよい。
【００５５】
先に説明したように、漸変コーティングを利用して、比較的大きい入射角範囲および／または大きい値の平均入射角の生じる複数の位置に設置したミラーの反射率の局所的ばらつきを減少することができる。一方で、トレードオフとして、漸変コーティングは、摂動、例えば位相の不均等性をもたらすことができるが、これにより、光学系のその他の光学要素で補償するのが困難になることがある。これは、特に非回転対称コーティング、例えば上で説明した一次元的な漸変コーティングに当てはまる。要素のうち少なくとも１つが、放射線経路中に位置決めされた回転非対称面を有する反射要素であり、この回転非対称面が、単数または複数の場所にて最良適合の回転対称面から約λ以上だけ外れていれば、性能全体を改良できるということがわかった。この条件に応じた反射面を有する反射要素は、本願において「自由面」を意味することとする。光学系内で少なくとも１つの自由面を利用することにより、付加的な自由パラメータが提供されて、漸変反射コーティングを利用することで引き起こされる問題が補償される。また、選択した光学系の区分について、各反射面上で、光線の比較的小さい局所的入射角Θ、および／または比較的小さい入射角範囲ΔΘ、および／または、比較的小さい平均入射角Θavgのみが得られるように自由面を形作って位置決めすることができ、これによって、高めの入射角に通常関連する上述の問題が低減される。
【００５６】
球面または回転対称の非球面ミラーとは違って、自由ミラー面は回転対称軸を持たない。回転対称面（球面または非球面の）は、唯一の変数、つまり回転対称軸からの半径方向距離を有する回転対称の関数を用いて数学的に記述できるのに対して、自由面を規定する関数は、少なくとも２つの独立変数を用いることが必要となる。
【００５７】
一般に、自由面は、最良適合の回転対称面（例えば球面または非球面）から外れている。回転対称での最良適合の面（球面または非球面の）からの自由面の局所的逸脱は、製造工程によって通常もたらされる逸脱よりも著しく大きい。製造（製造公差）によってもたらされるそれらの最大逸脱は、ほぼλ／５０程度、またはλ／１００以下とすることができるが、例えば自由面は、約λ以上の最良適合の円錐形球面または最良適合の円錐形非球面からの最大逸脱を例えば有することができる。自由面は、双円錐面（２つの異なる基本的曲率と２つの異なる円錐定数を、２つの直交方向に備えたもの）と、円環面または円錐曲線回転面、あるいはアナモルフィックな非球面とを含むことができる（ただしこれに限定されるものではない）。円筒面を自由面と表すこともある。幾つかの自由面は、単数または複数のミラー対称面に対して鏡面対称とすることができ、および／または、幾つかの自由面は、ｎ層の放射形対称を有する面（ｎはｎ≧１の整数）として表すことができる。自由面は、回転軸および／または対称面を全く持たなくてもよい。
【００５８】
例えばＵＳ６，０００，７９８には、アナモルフィックな面を含む光学面を表す種々のやり方が開示されている。ＷＯ０１／８８５９７には、アナモルフィックな非球面、円錐曲線回転面、あるいは双円錐の非球面を含む回転非対称面を記述する解析公式も開示されている。光学面の数学的記述に関するこれらの文献の部分的開示を、参照により本明細書に組み込む。光学設計アプリケーション用の幾つかの光学設計および解析ソフトウェアのパッケージ、例えばＬａｍｂｄａ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐ．によるＯＳＬＯ（Ｒ）、あるいはＯｐｔｉｃａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ＡｓｓｏｃｉａｔｅｓによるＣＯＤＥＶ（Ｒ）は、回転非対称面を含む光学系を設計できる数学関数を含む。
【００５９】
ＥＵＶリソグラフィ用光学系およびその他の用途における自由面の定義と記述、およびそれらの使用は、ＷＯ２００７／０３１２７１Ａ１に対応する、２００６年４月７日に提出した本出願者の仮出願、シリアル番号６０／７９３，７８７から読み取ることができる。これらの出願の開示を、参照により本明細書に組み込む。
【００６０】
上述した数学的記述は数学的な面に関連している。このような数学的記述によって表される光学要素の、光学的に使用される光学面（すなわち光学的に使用される区域で、光線と交差し得る物理的面を意味するもの）は、全体として数学的な面の地点の小集合を含む。換言すれば、数学的な面は、面の形状がその数学的な面によって表される物理的光学面の全域で延びている。光学要素の物理的縁部（光学的に使用される区域を包囲する）は、好適な任意の対称形状または非対称形状を有することができる。光学系を、基準軸を有するものとして記述できる場合、光学的に使用される幾つかまたは全ての区域（光学系を通過する光線に影響を与えるために光学的に使用される数学的な面の区分）は、基準軸が数学的な面と交差するように、ただし光学的に使用される数学的な面の部分とは交差しないように、基準軸の外側に位置決めすることができる。
【００６１】
光学系は少なくとも１つの反射自由面を含むことができ、漸変コーティングで少なくとも１つの反射面を被覆することができる。漸変コーティングで少なくとも１つの反射自由面を被覆してもよい。反射自由面を均一な厚さのコーティングで被覆することも同様に可能であり、自由面でなくてもよい別の反射面が、漸変コーティングで被覆される。
【００６２】
従って、本発明の別の態様によれば、
波長λの放射線を物体面から像面へ結像するように配置された複数の要素を有する光学系であって、
該要素は、放射線経路に反射面が位置決めされたミラー要素を含み、
該要素のうち少なくとも１つは、該放射線の該経路中に回転非対称面が位置決めされた反射要素であり、
該回転非対称面が、単数または複数の場所にて最良適合の回転対称面から約λ以上だけ外れており、
少なくとも１つの反射面が、種々の材料層の多層スタックを含む漸変コーティングとして設計された反射コーティングによって形成され、該層が、勾配関数に応じて変動する幾何学的な層厚さを有する、
光学系が提供される。
【００６３】
漸変コーティングは、放射線の経路中に回転非対称面が位置決めされた反射要素上に形成することができる。
【００６４】
光学系は、ＥＵＶリソグラフィ用の投影対物レンズとすることもできる。
【００６５】
一般に、光学系の像側の開口数ＮＡが増加するにつれて、ミラー上の放射線の入射角も増加する。光学系内の選択したミラー上で漸変コーティングを特別に使用すれば、大きい入射角および入射角のばらつきに関連する不利点のうち幾つかを回避するのに貢献することができる。
【００６６】
本発明の別の態様によれば、選択した光学系の反射要素上で漸変反射コーティングを利用して、像側の開口数が従来の系よりも大きい光学系を提供することができると同時に、全体的透過（ミラーの反射率により決まる）が高くなり、像フィールドにおける強度のばらつきが低くなり、および／または、瞳アポダイゼーションが低レベルになる。幾つかの実施形態において、光学系は、像側の開口数ＮＡが約０．２５以上である。像側の開口数は、ＥＵＶ系において約０．３以上、または約０．３５以上とすることができ、例えばＮＡ＝０．４である。開口数の増加に関連してミラー面上で入射角が増加する傾向があるにもかかわらず、光学系の全体的透過Ｔについて比較的大きい値を得ることができる。幾つかの実施形態において、光学系は少なくとも３つのミラーを有し、１３ｎｍ＜λ＜１４ｎｍのＥＵＶ波長用に設計されており、像側の開口数はＮＡ＞０．２５である（ここで、全体的透過Ｔ＞０．０８である）。光学系は、６つ以上のミラー、例えば厳密に６つのミラーを有することができる。条件ＮＡ＞０．３、および／またはＮＡ≧０．３５、および／またはＮＡ＝０．４を適用することができる。
【００６７】
３つ以上のミラーを有する幾つかの実施形態において、反射ミラー面の利用区域全体にわたり積分された、１３．３６ｎｍ〜１３．６４ｎｍ間の波長帯域の平均反射率Ｒavgは、各ミラー上で少なくとも６０％である。それらの反射率の値は、多層スタックの種々の層間に、非常に平滑な境界面を有するコーティングにより得ることができる。製造方法によっては、接する層間の境界面にて、ある量の面の粗さを生ずることができ、これによって、多層スタックの反射率全体を低減することができる。従って、実際のミラー上で測定される反射率の値は、数学的に平滑な層間の境界面に基づきそのミラーについて計算される反射率の値よりも少なくすることができる。
【００６８】
先述の特性およびその他の特性は、請求項だけでなく明細書および図面にも見ることができる。個々の特徴は、本発明の実施形態として、単独で、またはサブコンビネーションでのいずれかで使用することができ、またその他の区域においても使用することができ、特許性のある有利な実施形態を個々に表すことができる。
【００６９】
そこで、マイクロリソグラフィ手段、例えば半導体素子の製造用の投影露光器具において使用できる反射光学の投影対物レンズを例示として用いて、本発明の実施形態の具体的な態様をより詳細に説明する。
【実施例】
【００７０】
図１を参照すると、マイクロリソグラフィ手段１００は、全体として、光源１１０と、照射系１２０と、投影対物レンズ１０１と、ステージ１３０とを含む。参照のためデカルト座標系を示す。光源１１０は、波長λの放射線を生成し、放射線のビーム１１２を照射系１２０に指向する。照射系１２０は放射線と相互作用し（例えば放射線を拡張して均質にし）、放射線のビーム１２２を、物体平面１０３にて位置決めされたレチクル１４０に指向する。投影対物レンズ１０１は、レチクル１４０から反射した放射線１４２を、像平面１０２にて位置決めされた基板１５０の面上へ結像する。投影対物レンズ１０１の像側への放射線を光線１５２として示す。図１に示すように、光線は説明のためだけのものであり、例えばレチクル１４０に対する放射線の経路を正確に示すことを意図するものではない。基板１５０はステージ１３０により支持されており、このステージは、投影対物レンズ１０１が基板１５０の種々の部分にレチクル１４０を結像するように、投影対物レンズ１０１に対して基板１５０を移動させる。
【００７１】
投影対物レンズ１０１は基準軸１０５を含む。投影対物レンズが子午断面に対して対称である実施形態において、基準軸１０５は物体平面１０３に垂直であり、子午断面の内部にある。
【００７２】
手段１００の所望の動作波長λの放射線を光源１１０が提供するように選択される。通常、リソグラフィ手段での動作用に設計される投影対物レンズについて、波長λは電磁スペクトルの紫外部、深紫外部、または極端紫外部にある。例えば、λは約２００ｎｍ以下とすることができる。λは約２ｎｍ以上であってもよい。この実施形態において、光源１１０は、動作波長が約λ＝１３．５ｎｍの放射線を提供するＥＵＶ光源である。
【００７３】
照射系１２０は、強度プロフィールの均質な、コリメートされた放射ビームを形成するように配置された光学部品を含む。照射系１２０は通常、ビーム１２２をレチクル１４０に指向するビームステアリング光学も含む。幾つかの実施形態において、照射系１２０は、放射ビーム用に所望の偏光プロフィールを提供する部品も含む。
【００７４】
像平面１０３は物体平面１０２から距離Ｌだけ離間しており、この距離は、投影対物レンズ１０１の縦の寸法または進路長とも称される。概して、この距離は、投影対物レンズ１０１の具体的な設計と、手段１００の動作波長とに依存する。幾つかの実施形態において、例えばＥＵＶリソグラフィ用に設計された手段では、Ｌは約１ｍ〜約３ｍの範囲内にある。
【００７５】
図２に示すように、光線１５２は、像平面１０２にてレチクル像を形成する円錐状光路を規定する。円錐状光線の角度は、投影対物レンズ１０１の像側の開口数（ＮＡ）に関係する。像側のＮＡは、ＮＡ＝ｎ0ｓｉｎθmaxと表すことができ、ここで、ｎ0は、基板１５０の面に接する媒質（例えば、空気、窒素、水またはその他の浸液、あるいは真空環境）の屈折率を指し、θmaxは、投影対物レンズ１０１からの光線を形成する最大円錐状の像の半角である。
【００７６】
概して、投影対物レンズ１０１の像側のＮＡは、約０．１以上、例えば約０．１５以上、約０．２以上、約０．２５以上、約０．３以上、約０．３５以上とすることができる。
【００７７】
投影対物レンズ１０１内のミラーの数は変動させてもよい。通常、ミラーの数は、対物レンズの光学的性能特徴、例えば所望する処理量（例えば、像平面１０２にて像を形成する、物体からの放射線の強度）、所望する像側のＮＡ、および関連の結像分解能、ならびに所望の最大瞳掩蔽に関連する種々の性能トレードオフに関係している。
【００７８】
ＥＵＶの用途のための実施形態は通常、少なくとも３つ、または少なくとも４つのミラーを有する。ある場合には、厳密に６つのミラーが好ましいことがある。通常、わずか６つ、またはわずか７つ、またはわずか８つのミラーを使用する。複数の実施形態において、対物レンズのミラーを全て、物体平面と像平面との間に位置決めすることが望ましい場合、対物レンズ１０１は通常、偶数のミラーを有することになる。特定の実施形態において、奇数のミラーを使用することができ、その場合、投影対物レンズのミラーは全て物体平面と像平面との間に位置決めされる。例えば、単数または複数のミラーが比較的大きい角度で傾いている場合、投影対物レンズは奇数のミラーを含むことができ、その場合、ミラーは全て物体平面と像平面との間に位置決めされる。
【００７９】
幾つかの実施形態において、投影対物レンズ１０１内のミラーのうち少なくとも１つが自由面を有する。球面ミラーまたは非球面ミラーとは違って、自由ミラー面は回転対称軸を持たない。一般に、自由面は、最良適合の回転対称面（例えば球面または非球面）から外れている。最良適合の面は、まずミラー面の表面積を計算し、次に球面または非球面のその面に対する最良適合を最小二乗適合アルゴリズムを用いて決定することにより計算される。最良適合の球面または非球面は、基準軸に対して傾けるかまたは偏心させることができ、その場合、偏心および傾きは付加的な適合パラメータとして使用される。例えば、自由面は、最良適合の球面からの約λ以上の最大逸脱を有することができる。
【００８０】
特定の実施形態において、自由ミラー面は、以下の方程式によって数学的に記述することができる。
【数４】
2014041379.tif 000006
【００８１】
ここで、
【数５】
2014041379.tif 000007
【００８２】
であり、ＺはＺ軸に平行な面のサグ（この面は投影対物レンズ１０１内でｚ軸に平行であってもなくてもよい）、ｃは頂点曲率に対応する定数、ｋは円錐定数、Ｃｊは単項式ＸmYnの係数である。パラメータαは、総和で考慮される項の次数を示す整数である。例えば値α＝６６は、１０次を含む合計に対応している。通常、ｃ、ｋ、およびＣjの値は、投影対物レンズ１０１に関する所望のミラーの光学特性に基づいて決定される。さらに、単項式の次数ｍ＋ｎは、所望するように変動させることができる。一般に、単項式の次数が高くなるほど、より高いレベルの収差補正を投影対物レンズ設計に提供することができるが、通常、単項式の次数が高いと、コンピュータで決定する費用も多くかかる。幾つかの実施形態において、ｍ＋ｎは１０以上（例えば１５以上、２０以上）である。自由ミラーの方程式のパラメータは、商業的に利用可能な光学設計ソフトウェアを用いて決定することができる。幾つかの実施形態において、ｍ＋ｎは１０未満（例えば９以下、８以下、７以下、６以下、５以下、４以下、３以下）である。
【００８３】
図３に、６つのミラーを含む投影対物レンズの実施形態を示す。具体的には、投影対物レンズ３００は、６つの自由ミラー３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、および３６０を含む。表３および表３Ａに、投影対物レンズ３００のデータを表す。表１は光学的データを表すのに対し、表３Ａは、ミラー面の各々の自由定数を表す。表３および表３Ａの目的で、ミラーの呼称は以下のように相互に関連する。ミラー１（Ｍ１）はミラー３１０に対応し、ミラー２（Ｍ２）はミラー３２０に対応し、ミラー３（Ｍ３）はミラー３３０に対応し、ミラー４（Ｍ４）はミラー３４０に対応し、ミラー５（Ｍ５）はミラー３５０に対応し、ミラー６（Ｍ６）はミラー３６０に対応している。表３および後続の表での「厚さ」とは、放射線経路中で接する要素間の距離を指している。表３Ａには、初めの投影対物レンズ設計からミラーが偏心され回転される量のほかに、自由ミラーの単項式の係数Ｃｊを提供する。半径Ｒは頂点曲率ｃの逆数である。偏心がｍｍで与えられ、回転が度で与えられる。単項式の係数の単位はｍｍ-j+1である。Ｎｒａｄｉｕｓは無次元スケーリング因子である（例えば、ＣＯＤＥ  Ｖ（Ｒ）の小冊子を参照のこと）。
【表３】
2014041379.tif 000008
【表３Ａ】
2014041379.tif 000009
図３では、投影対物レンズ３００を子午断面で示す。子午面は投影対物レンズ３００の対称面である。ミラーはｙ軸に対してのみ偏心され、ｘ軸の周りで傾いているので、子午面の周りで対称性がある。さらに、ｘ座標で奇数次数を有する（例えばｘ、ｘ3、ｘ5等の）自由ミラーの係数はゼロである。
【００８４】
投影対物レンズ３００は、１３．５ｎｍの放射線で動作するように構成されており、像側のＮＡが０．４であり、進路長Ｌが１，４９８ｍｍである。結像される放射線の光路長は３，９３１ｍｍである。従って、光路長と進路長の比率は約２．６２である。投影対物レンズは、縮小倍率が４×、最大歪曲収差が１００ｎｍ未満、波面誤差ＷＲＭＳが０．０８３λ、フィールド曲率が３２ｎｍである。投影対物レンズ３００の付加的な特徴を、以下に続く投影対物レンズ１０１の検討のなかで表す。
【００８５】
物体平面１０３からの放射線経路中にある第１ミラーである凹形ミラー３１０は正の光学パワーを有する。ミラー３２０、３４０、および３６０も凹形Ｐミラーである。凸形ミラー３３０および３５０は負（Ｎ）の光学パワーを有する。したがって、投影対物レンズ３００内の放射線経路中のミラーの順序はＰＰＮＰＮＰである。
【００８６】
投影対物レンズ３００内のミラーについて、表３Ｂでは各ミラーに関して最良適合の球面からの自由面の最大逸脱が与えられるのに対して、表３Ｃでは各ミラーに関して最良適合の非球面からの自由面の最大逸脱が与えられる。
【表３Ｂ】
2014041379.tif 000010
【表３Ｃ】
2014041379.tif 000011
投影対物レンズ３００は、物体平面１０３からの放射線を、ミラー３６０付近の場所３０５にて中間像に結像する。単数または複数の中間像を有する実施形態は、２つ以上の瞳平面も含む。幾つかの実施形態において、これらの瞳平面のうち少なくとも１つが、実質的にその瞳平面に開口絞りを設置する目的で、物理的にアクセス可能である。投影対物レンズの開口の寸法を規定するために、開口絞りが使用される。
【００８７】
投影対物レンズ１００内の各ミラーは、フィールド面または瞳面の近接性、あるいはそこからの距離という点で見てそれぞれ、放射線経路に沿ったミラーの位置を規定するパラメータでも特徴付けることができる。投影対物レンズの３つのミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３を示す概略的な図４を参照する。物体面ＯＳ内のフィールド地点ＦＰ１を検討されたい。物体側の開口数に比例した開口角を有する光線束ＲＢ１（円錐状放射線）が、物体フィールド地点ＦＰ１で生じる。物体面からの光学距離（フィールド面に対応する）が増加するにつれて、このような光線束の直径も増加する。光線束が光学面に入射する場合、光線束は、光線束の「副開口」で特徴付けることができる（副開口は、ｘ‐ｙ面上に投影された光錐により照射される光学面上の区域である）。物体面内で横方向にずれた異なるフィールド地点ＦＰ１およびＦＰ２の副開口が、フィールド面に近い領域では横方向に離間しているのに対して、瞳面では、異なるフィールド地点の副開口が完全に重なっている。フィールド面において、副開口の直径Ｄ（ＳＡ）はゼロであるのに対して、瞳面では、異なるフィールド地点に対応する副開口の直径は実質的に等しく、副開口は重なっている。
【００８８】
次に、図４に示すような、物体面内の有効物体フィールドＯＦの子午断面を検討されたい。有効物体フィールドは、実際に結像処理に使用される複数のフィールド地点を含む。走査系において、例えば、有効物体フィールドは、幅（ｘ方向に）と高さ（走査方向、すなわちｙ方向に測定される）との間のアスペクト比の高い、炬形または弓状のものとすることができる。子午面内の有効物体フィールドの直径は、物体面内の主光線の最大距離Ｄ（ＣＲ）に対応している。図４では、フィールド地点ＦＰ１およびＦＰ２に対応する主光線ＣＲ１およびＣＲ２を点線で描いている（物体側で本質的にテレセントリックな光学系では、主光線は物体平面に名目上直交する）。主光線が光学系を通って伝播するにつれて、主光線間の距離Ｄ（ＣＲ）は、遂にはフィールド面と後続の瞳面との間で減少する。瞳面ＰＳの光学的位置は、主光線ＣＲ１とＣＲ２とが交差する位置として規定することができる。従って、主光線間の距離Ｄ（ＣＲ）は瞳面の近くでゼロに近づき、瞳面にて条件Ｄ（ＣＲ）＝０が満たされる。これらの検討に基づいて、パラメータ
【数６】
2014041379.tif 000012
【００８９】
は、光学的近接性、あるいは、光学面Ｍとフィールド面または瞳面との距離をそれぞれ特徴付けるように規定することができる。具体的には、光学面が厳密にフィールド面内に位置決めされる場合、Ｄ（ＳＡ）＝０であるので、Ｐ（Ｍ）＝０である。これに反して、光学面Ｍが厳密に瞳面にある場合、Ｄ（ＣＲ）＝０であるので、Ｐ（Ｍ）＝１である。図３の例では、ミラーＭ２が瞳面（瞳ミラー、Ｄ（ＣＲ）＜＜Ｄ（ＳＡ））の近くに位置決めされているのに対して、ミラーＭ３がフィールド面の近くに位置決めされている。
【００９０】
表３Ｄでは、投影対物レンズ３００内のミラーの各々について、パラメータＤ（ＳＡ）、Ｄ（ＣＲ）、およびＰ（Ｍ）が与えられる。
【表３Ｄ】
2014041379.tif 000013
図３の実施形態では、ミラー３５０（Ｍ５、幾何学的に像面に最も近いもの、Ｐ（Ｍ）＝０．９８２）は、光学的に瞳面に近く、従って、ミラー３５０は「瞳ミラー」も意味する。また、幾何学的に物体面に最も近いミラー３２０（Ｍ２）、Ｐ（Ｍ）＝０．９５０は光学的に瞳面に近い。対照的に、ミラー３３０（Ｍ３）および３４０（Ｍ４）（いずれもＰ（Ｍ）＜０．９４）は両方とも光学的にフィールド面に近めである。特に、ミラー３３０は「フィールドミラー」であり、Ｐ（Ｍ）＝０．９３６である。
【００９１】
概して、ミラーにより反射するλの放射線の割合は、ミラー面上の放射線の入射角の関数として変動する。結像される放射線が、ある数の異なる経路に沿って、反射光学投影対物レンズを通って伝播するので、各ミラー上の放射線の入射角は変動させることができる。この効果を、図５を参照して解説する。図５は、子午断面にあるミラー５００の一部分を示しており、ミラー５００は凹形反射面５０１を含む。結像される放射線は、光線５１０、５２０、および５３０により示す経路を含む、ある数の異なる経路に沿って面５０１に入射する。光線５１０、５２０、および５３０は、表面法線の異なる面５０１の部分に入射する。これら部分での表面法線の方向を、光線５１０、５２０、および５３０に対応する線５１１、５２１、および５３１でそれぞれ示す。光線５１０、５２０、および５３０は、それぞれ角度θ510、θ520、およびθ530で面５０１に入射する。一般に、角度θ510、θ520、およびθ530は変動させることができる。
【００９２】
投影対物レンズ１０１内の各ミラーについて、結像される放射線の入射角は、様々なやり方で特徴付けることができる。１つの特徴付けとして、投影対物レンズ１０１のミラー上の所与の場所（ｘおよびｙ座標に依存する）の最大入射角θmaxがある。別の特徴付けとして、投影対物レンズ１０１のミラー上の所与の場所の最小入射角θminがある。一般に、投影対物レンズ１０１内の異なるミラーについて、θmaxとθminとを、ミラー上の異なる場所間で変動させることができる。
【００９３】
投影対物レンズ１０１内の各ミラーは、ミラー面上の所与の場所に入射する光線の入射角範囲Δθ（有角帯域幅）で特徴付けることもできる。各ミラー場所および各ミラーについて、Δθは、θmaxとθminの差に対応している。一般に、ミラー上の各場所について、および投影対物レンズ１０１内の各ミラーについて、Δθは変動させることができる。
【００９４】
投影対物レンズ１００内の各ミラーは、その場所に入射する全ての光線にわたって平均化した、ミラー面の各場所（または点）での局所的平均入射角Θavgで特徴付けることもできる。平均入射角は、ミラーの局所座標系における法線ベクトルに対して各点で測定することができ、法線ベクトルは、各点でのミラー面の接線に垂直な単位ベクトルである。一般に、平均入射角は、各ミラー面の全域で変動することになる。
【００９５】
投影対物レンズ１００内の各ミラーは、ミラー面に入射する光線の最大平均入射角Θavg,max、および最小平均入射角Θavg,minでも特徴付けることができる。一般に、Θavg,max、およびΘavg,minは、ミラー面間で変動することになる。
【００９６】
各ミラー面は、ミラー面に入射する全ての光線にわたって平均化した平均入射角のばらつき（または帯域幅）の値ΔΘavgで特徴付けることができる。ΔΘavgは平均入射角の帯域幅に対応しており、ここでは次式により計算される。
【数７】
2014041379.tif 000014
【００９７】
表３Ｅは、投影対物レンズ３００のミラー全てについて、上述した値の幾つかをまとめている。最後の列において、ＭａｘΔΘは、各ミラーのΔΘ（ΔΘはミラー面上の各場所について決定される）の最大値を意味する。
【表３Ｅ】
2014041379.tif 000015
入射角範囲の最大値ＭａｘΔΘも平均入射角のばらつきΔΘavgも、瞳ミラー３５０（ミラーＭ５）が最高値を有することがわかる。また、光学的にフィールド面の近くに位置決めされたミラー３３０（ミラーＭ３）は、ＭａｘΔΘおよびΔΘavgについて比較的大きい値を有する。
【００９８】
性能に関して、表中の太字の値は特に重要である。（注）：Ｍ３は、Ａｅavgが例えばＭ２に比較して小さいように思われるが入射角が高く（ｅavg,maxを参照のこと）、従って、これらの角度での多層の反射度曲線の有角帯域幅が小さいため、Ｍ３のＡｅａｖｇは実際臨界値であり、従って、これが漸変コーティングにより補償されることになる。
【００９９】
図６および図７はそれぞれ、ミラーＭ３およびミラーＭ５上の平均入射角Θavgの空間分布をより詳細に示す。これらの図では、利用する概ね楕円形状のミラー面を等高線と共に示しており、この等高線は、各等高線について表示しているのと同じ平均入射角を有する場所を結んでいる。平均入射角の分布は、ミラーＭ３もＭ５も子午面ＭＰに対して対称であるということが明白である。瞳ミラー（Ｍ５）上では、Θavgの最低値は下縁で得られる（Θavg≒６°）のに対して、比較的大きい値が上縁で得られる（Θavg＝２６．８°）。平均入射角Θavgは、実質的に、ΔΘavg＞１０°、またはΔΘavg＞１５°、またはΔΘavg＞２０°となるように、瞳ミラーの下縁と上縁との間で第１方向（ｙ方向、子午面ＭＰ内にある）に変動するということが明白である。これに反して、第１方向に垂直な（すなわち子午面に垂直な）第２方向では、平均入射角は比較的小さいばらつきしかない。例えば、上縁と下縁との間の瞳ミラーの中央領域では、ミラーの左端と右縁との間の第２方向には平均入射角のばらつきがかなり小さめであり、それらの値は、ΔΘavg＜５°またはΔΘavg＜３°となるように約１３°〜約１５°の間で変動する（この小さめのばらつきは約１３°〜１５°の入射角の値で概ね容認可能である）。従って、第１近似において、平均入射角は、概ね一次関数に応じて第１方向に大きく変動するのに対して、この第１方向に垂直な第２方向では本質的に一定である。
【０１００】
対照的に、第３ミラーＭ３上では、平均入射角の分布は対称性が異なる。具体的には、平均入射角の第１方向（子午面）へのばらつきΔΘavgは、平均入射角が、ミラーの下縁の約２２．５°と、ミラーの上縁の約１９°との間でのみ変動する（ΔΘavg＜５°）ので、瞳ミラーでよりもはるかに小さい。平均入射角は、瞳ミラーとは違って、子午面に垂直な第２方向でかなりばらつきがあり、ミラーの中央で最小値の約２０．６°からミラーの横方向の両縁部で約２３°までであり、ΔΘavg＞２°となる。これは例えば高い入射角＞２０°での臨界値とすることができる。
【０１０１】
以下でより詳細に説明するように、平均入射角が特有のばらつきを有するミラー上で、明確に設計された漸変コーティングを用いて、入射角のばらつきがミラーの反射率に与える負の影響を最小にすることができるので、ミラー面の全域での平均入射角のばらつきが大きいにもかかわらず、それらのミラーは、反射率のばらつきをほとんど示さない。
【０１０２】
ミラーの各々は、種々の材料層の多層スタックを含む反射コーティングで被覆されている。このような多層スタックは、約２０以上、例えば約３０以上、約４０以上、または約５０以上の層を含むことができる。この実施形態では、モリブデンとシリコンの交互する多数の層を使用して、約１０ｎｍ〜約１５ｎｍ、具体的には約１３ｎｍ〜１４ｎｍの範囲のＥＵＶ放射線波長で効果的な反射コーティングが形成される。
【０１０３】
反射コーティングは、１３．５ｎｍとＮＡ＝０．４で動作するＥＵＶリソグラフィ系に最適化された。最適化は、表３Ｆに示すようなコーティングスタック（多層スタック）を用いて実施された。
【表３Ｆ】
2014041379.tif 000016
表３Ｆは、底面（基板に近い）から上面（真空に接触した）へのコーティングスタックの層の順序を示す。Ｓｉはシリコンを意味する一方で、Ｍｏはモリブデンを意味する。ＭｏＳｉは、モリブデンとシリコンとの間の中間層を表しており、この中間層は、実際のコーティングスタックにおいて、これらの２つの層間の相互拡散の結果である。相互拡散層が導入されて、物理的に、より適切なモデルが得られた。計算では境界面の粗さは考慮しなかった。表から明白であるように、多層スタックは、比較的厚いシリコン層、および比較的薄いモリブデン層の二層構造を含み、これらの層は、多層スタックにおいて４６回反復される。抗応力層（ＡＳＬ）は、二層構造と基板との間に位置決めされる。この抗応力層は、真空との境界面から離れたところに位置決めされるので、光機能を持たない。そのことは反射率には影響しないが、反射コーティングの機械的安定性を改良する。
【０１０４】
全てのフィールド地点の代表的な試料をたどる光線により取り出されるものとして、光学系の全体的透過Ｔを最大にし、それらの光線全てにわたって平均化することにより最適化が実施された。この手法は、各ミラーの反射度の空間分布にわたって平均化することと同様である。光学系内のその他全てのミラーが反射度１００％の完璧なミラーであるという仮定の下で、ミラーが別々に最適化された。つまり、ミラーの各々１つが最適化された。透過スペクトルは、帯域１３．３６ｎｍ〜１３．６４ｎｍにおいて、幾つかの波長が最適化された。波長は、照射サブシステムにより提供される所定の源スペクトルに応じて重み付けされた。
【０１０５】
表３Ｇは、ミラーの各々について、数式９のパラメータｃ０、ｃ１ｙ、およびｃ２を表しており、これらのパラメータから、多層スタックの単一の層の幾何学的な層厚さｄ（ｘ，ｙ）が計算される。さらに、ミラーの各々について、平均反射度Ｒavg［％］および最大反射度Ｒmax［％］が与えられる。反射度の値Ｒavgは、帯域１３．３６〜１３．６４ｎｍの範囲内の平均反射度であり、ミラー全体にわたって平均化することによって得られる。値Ｒｍａｘは、同じ帯域の範囲内の最大反射度である。
【表３Ｇ】
2014041379.tif 000017
係数ｃ１ｙが、層厚さのｙ方向（第１方向、子午面内にある）での増減を示す線形項を表し、パラメータｃ２が放物線の項を表すことを考慮すると、ミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ４、およびＭ６は各々、全ての層の厚さが均一な反射コーティングを有するということがわかる。対照的に、ミラーＭ３およびＭ５は各々、子午方向で層厚さが不均一な漸変反射コーティングを有する。具体的には、光学的にフィールド面の近くに位置決めされたミラーＭ３は、放物線形状である回転対称の漸変コーティングを有する。光学的に瞳面（瞳ミラー）に近いミラーＭ５は、一次元的な漸変コーティングを有し、そこでは、層厚さは、係数ｃ１ｙに応じて第１方向（子午断面内の）に沿って線形に増加するのに対して、この第１方向に垂直な（図３の描画面に垂直な）第２方向に沿っては変動しない。
【０１０６】
図８では、ミラーＭ上の軸がｘ’、ｙ’、およびｚ’である局所的ミラー座標系ＬＭＣＳの略図面を示す。ＬＭＣＳの原点は、基準軸ＲＡに対してｙ方向にＤＥＣだけ偏心しており、光学系の座標系ＣＳの原点から基準軸に沿って距離Ｄを有する。
【０１０７】
図９は、基板ＳＵＢ上の漸変反射コーティングＣＯＡＴの略図面を示しており、多層スタックの個々の層の幾何学的な層厚さは、放物線関数に応じてｚ’軸の周りで回転対称に変動する。このような放物線コーティングは例えば、フィールドミラーＭ３および／またはフィールドミラーＭ２に適用することができる。
【０１０８】
図１０は、線形勾配関数に係る一次元的な漸変コーティングＣＯＡＴの略図面を示す。線形に傾いたこのようなコーティングの実施形態は、瞳ミラーＭ５に適用される。
【０１０９】
表３Ｈの光学系の全体的透過は、パラメータＴavg＝１１．９４％、かつＴmax＝１３．６７％で与えられる。選択されたミラー上で、均一に厚いコーティングではなく漸変コーティングを用いることで可能となる利益を論証するために、以下の変更態様を計算した。厚さが均一な（ｃ０＝１．０８４）最良コーティングを設けた第３ミラーＭ３の反射度の値は、Ｒavg＝６４．３６％、かつＲmax＝６６．７８％であった。これは、漸変コーティングを利用したときの対応する反射度の値よりもほぼ１％低く、これは、平均入射角が高くなる場合に、適切な設計の漸変コーティングが有益であることを示している。瞳ミラーＭ５の反射度は、一次元的な漸変コーティングを使用することによって大いに改良される。このことは、厚さが均一な（ｃ０＝１．０４１）最良コーティングを備えたＭ５の反射度を計算することによって示されており、値Ｒavg＝３６．４７％、かつＲmax＝３７．２１％が得られた。一次元の漸変コーティングは、回転対称の漸変コーティングに対する改良でもある。最良な回転対称の漸変コーティング（ｃ０＝１．０９５、およびｃ２＝−１．７２×１０-5）を有するＭ５の反射度は、Ｒavg＝５０．８５％、かつＲmax＝５２．６９％であった。
【０１１０】
瞳ミラー３５０（Ｍ５）は、ミラー上の入射角の高さ、有角帯域幅、および平均入射角のばらつきの点から見て最も重要なミラーである。図１１〜図１３は、Ｍ５のミラー面上の、種々の種類のコーティングについての局所的平均入射角θavgでの反射度を示す。図１１は、線形に傾いたコーティング（一次元的な漸変コーティング）についての局所的平均入射角θavgでの反射度を示す。比較のため、図１２は、最良一定コーティングについての局所的平均入射角θavgでの反射度を示し、図１３は、最良放物線（回転対称）コーティングについての局所的平均入射角θavgでの反射度を示す。以下の表３Ｈは、上述したＭ５の、３つの異なるコーティング設計についての局所的平均入射角での最大反射度および最小反射度を一覧表にしている。波長λ＝１３．５ｎｍでの値が与えられる。
【表３Ｈ】
2014041379.tif 000018
線形に傾いたコーティングを選ぶことにより、反射度の均等性を大きく改良できるということが明らかである。個々の層（または二層）の厚さの、ｙ方向への変化率を決定する第１勾配関数は、その方向での平均入射角および／または入射角範囲のばらつきに適合されているので、瞳ミラーＭ５は、入射角のばらつきが大きいにもかかわらず、ミラー面全体の全域でほとんどばらつきがなく（ΔＲ＝Ｒmax−Ｒmin＝１６％）絶対反射度が大きい（全ての場所でＲ＞５８％）。具体的には、Ｒmax＝７４．５％、かつＲmin＝５８．５％である。この文脈において、表記法Ｒmax（Ｒmin）は、平均入射角θavgおよびシミュレーション波長１３．５ｎｍでのミラー上の最大（最小）反射率を指すということに留意されたい。
【０１１１】
ミラーＭ５およびＭ３上の平均入射角の空間分布を示す図６および図７に戻ってこれを参照すると、これらのプロットはそれぞれ、ミラーＭ３では回転対称の漸変コーティングのほうが適切である一方で、瞳ミラーＭ５では線形に傾いたコーティング（一次元的な漸変コーティング）のほうが適切である理由を理解するのに実にためになるということに留意すべきである。ミラーＭ３の場合、回転対称の勾配関数のほうが等高線を良好に適合できる一方で、瞳ミラーＭ５の等高線は、第２方向で厚さが一定であり第２方向で厚さが線形に変化する一次元の一次関数のほうが、良好に適合することができる。
【０１１２】
図１４に、投影対物レンズ１４００の第２実施形態を示す。投影対物レンズ１４００は、１３．５ｎｍの放射線で動作するように構成されており、像側のＮＡが０．４であり、進路長Ｌが１，４９９ｍｍである。結像される放射線の光路長は４７６２ｍｍである。従って、光路長と進路長の比率は約３．１７である。投影対物レンズは、縮小倍率が４×、最大歪曲収差が２ｎｍ未満、波面誤差ＷＲＭＳが４０ｍλ、フィールド曲率が３５ｎｍである。
【０１１３】
物体平面１０３からの放射線経路中にある第１ミラーである凹形ミラー３１０は、正の光学パワーを有する（Ｐミラー）。また、第３ミラー１４３０、第４ミラー１４４０、および第６ミラー１４６０も各々、正のパワーを備えた凹形ミラーである。第２ミラー１４２０および第５ミラー１４５０は、負のパワーを備えた凸形ミラー（Ｎミラー）である。したがって、投影対物レンズ３００におけるような投影対物レンズ１４００内の放射線経路中のミラーの順序は、ＰＮＰＰＮＰである。
【０１１４】
投影対物レンズ３００との相違点とは、第２および第５ミラー間の放射線経路である。図３の第３ミラー３３０が、第２ミラー３２０から来る放射線を基準軸１０５に関して外方向に、第４ミラー３４０に向けて反射するように配向されているのに対して、実施形態１４００では、第３ミラー１４３０は、第２ミラー１４２０から来る放射線を内方向に、基準軸１４５０に向けて第４ミラー１４４０上へ反射するように配向されている。図３でのように、中間像の場所１４０５は、第６ミラー１４６０の内縁部に近い。
【０１１５】
投影対物レンズの著しい特性を、上で説明した投影対物レンズ３００に関してと同様に表す。具体的には、表１４が光学的データを表す一方で、表１４Ａは、ミラー面の各々についての自由定数を表す。ミラー１（Ｍ１）はミラー１４１０に対応しており、ミラー２（Ｍ２）はミラー１４２０に対応している、等。表１４Ｂは、ミラーの各々について、最良適合の球面からの最大逸脱（単位：マイクロメートル）を表し、表１４Ｃは、最良適合の非球面からの最大逸脱（単位：マイクロメートル）を表す。
【表１４】
2014041379.tif 000019
【表１４Ａ】
2014041379.tif 000020
【表１４Ｂ】
2014041379.tif 000021
【表１４Ｃ】
2014041379.tif 000022
表１４Ｄは、投影対物レンズ１４００内のミラーの各々についてのパラメータＤ（ＳＡ）、Ｄ（ＣＲ）、およびＰ（Ｍ）を示す。表１４Ｄが示しているのは、第５ミラーＭ５および第６ミラーＭ６、ならびに第２ミラーＭ２が光学的に瞳面に近いのに対して、例えば、第１ミラーＭ１および第３ミラーＭ３、ならびに第４ミラーＭ４が、瞳面からは光学的に離れており、フィールド面に比較的近いということである。
【表１４Ｄ】
2014041379.tif 000023
表１４Ｅは、各場所での最大平均入射角の値Θavg,max、局所的平均入射角のばらつきの値ΔΘavg、および光線の入射角範囲の最大値ＭａｘΔθ（有角帯域幅）をまとめている。表１４Ｅから明白であるように、入射角範囲の最大値ＭａｘΔΘも平均入射角のばらつきΔΘavgも、瞳ミラー１４５０（ミラーＭ５）が最高値を有する。また、光学的にフィールド面（フィールドミラー）に近い第４ミラー１４４０（Ｍ４）は、最大平均入射角Θavg,maxおよび局所的平均入射角Θavgについて比較的高い値を有する。
【表１４Ｅ】
2014041379.tif 000024
図１５および図１６は、ミラーＭ４およびミラーＭ５上の平均入射角Θavgの空間分布をそれぞれ、より詳細に示す（図５、図６と比較のこと）。瞳ミラー（Ｍ５）上では、下縁ではΘavgの最低値が得られる（Θavg≒１．８°）のに対して、上縁では比較的大きい値が得られる（Θavg＝２７．２°）。平均入射角Θavgは、実質的に、瞳ミラーの下縁と上縁との間で、ΔΘavg＞２０°となるように第１方向（ｙ方向、子午面ＭＰ内にある）に変動するということが明白である。これに反して、平均入射角は、第１方向に垂直な第２方向では比較的小さいばらつきしかなく、そこでは、中央部でのそれらの値は約１４°〜約１７°の間で、ΔΘavg＜５°となるように変動する。従って、第１近似において、平均入射角は、概ね一次関数に応じて第１方向に大きく変動するのに対して、この第１方向に垂直な第２方向では本質的に一定である。
【０１１６】
第４ミラーＭ４（図１５）の第１方向（子午面内の）での、平均入射角のばらつきΔΘavgは、瞳ミラーでよりもはるかに小さい。というのも、平均入射角が、ミラーの下縁での約１７．０°から、ミラーの上縁での約４°までの間でしか変動しないからである。
【０１１７】
詳細には図示しない実施形態において、第４ミラーＭ４上のコーティングは、上縁と下縁との間で概ね増加するΔΘavgに適合された一次元的な漸変コーティング（傾いたコーティング）であり、この実施形態は、一次元的な漸変コーティングで被覆された６つのミラーのうち２つ以上のミラー、つまり２つのミラーを有する。
【０１１８】
各ミラーは、反射多層コーティングで被覆されている。計算用のコーティングスタックの層の順序は表３Ｆに示すものと同じであり、従って表１４Ｆに対応している（図示せず）。表１４Ｇは、ミラーの各々についての数式８および９からのパラメータｃ０、ｃ１ｙ、およびｃ２、ならびに、ミラーの各々についての平均反射度Ｒavg［％］および最大反射度Ｒmax［％］を表す（図３Ｇと比較されたい）。
【表１４Ｇ】
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係数ｃ１ｙが、層厚さのｙ方向（第１方向）での増減を示す線形項を表し、パラメータｃ２が放物線の項を表すということを考慮すると、ミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、およびＭ６は各々、全ての層の厚さが均一な反射コーティングを有することが表１４Ｇから明白である。対照的に、ミラーＭ４（フィールドミラー）、およびＭ５（瞳ミラー）は各々、漸変反射コーティングを有する。具体的には、光学的にフィールド面の近くに位置決めされたミラーＭ４は、放物線形状である回転対称の漸変コーティングを有する。光学的に瞳面（瞳ミラー）に近いミラーＭ５は一次元的な漸変コーティングを有し、そこでは、層厚さは、係数ｃ１ｙに応じて第１方向（子午断面内の）に沿って線形に増加するのに対して、この第１方向に垂直な（図１４の描画面に垂直な）第２方向に沿っては変動しない。
【０１１９】
この設計による系の全体的透過は、Ｔavg＝１２．９２％、Ｔmax＝１４．７５％である。最良の均一なコーティング（ｃ０＝１．０３２）を備えたＭ４の反射度は、Ｒavg＝６４．９５％、Ｒmax＝６８．２２％である。このことは、このミラー上の入射角のばらつきが大きいことに起因している。最良適合の（均一な）コーティング（ｃ０＝１．０４１）を備えたＭ５の反射度は、Ｒavg＝３５．２３％、Ｒmax＝３５．９８％である。最良の回転対称のコーティング（ｃ０＝１．１２、ｃ２＝−１．３６ｅ−５）を備えたＭ５の反射度は、Ｒavg＝５７．７７％、Ｒmax＝６０．３６％である。
【０１２０】
瞳ミラー１４５０（Ｍ５）は、ミラー上の入射角の高さ、有角帯域幅、および平均入射角のばらつきの点から見て最も重要なミラーである。図１７〜図１９は、Ｍ５のミラー面上の、種々の種類のコーティングについての局所的平均入射角θavgでの反射度を示す。図１７は、線形に傾いたコーティング（一次元的な漸変コーティング）についての局所的平均入射角θavgでの反射度を示す。比較のため、図１８は、最良一定コーティング（均一な厚さ）についての局所的平均入射角θavgでの反射度を示し、図１９は、最良放物線（回転対称）コーティングについての局所的平均入射角Θavgでの反射度を示す。表１４Ｈは、Ｍ５の、波長λ＝１３．５ｎｍでの異なる３つのコーティング設計についての局所的平均入射角での最大反射度および最小反射度を一覧表にしている（表３Ｈに関連する説明と比較されたい）。
【表１４Ｈ】
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線形に傾いたコーティングを選ぶことにより、反射度の均等性を大きく改良できるということが明らかである。第１勾配関数は、その方向での平均入射角および／または入射角範囲のばらつきに適合されているので、瞳ミラーＭ５は、入射角のばらつきが大きいにもかかわらず、ミラー面全体の全域でほとんどばらつきがなく（ΔＲ＝Ｒmax−Ｒmin＝１３％）絶対反射度が大きい（全ての場所でＲ＞６１％）。具体的には、Ｒmax＝７４．５％、かつＲmin＝６１．５％である。
【０１２１】
ミラーのみから成る光学系（反射光学系）の実施形態を、種々の波長範囲、例えば、約１９３ｎｍ以下のＤＵＶ波長（例えばＡｒＦ光源により動作するもの）で設計することができる。幾つかの実施形態は、２ｎｍ＜λ＜２０ｎｍ、および／または１０ｎｍ＜λ＜１５ｎｍ、および／または１３ｎｍ＜λ＜１４ｎｍのＥＵＶ波長用に設計される。マイクロリソグラフィ投影露光系において使用できる実施形態は通常、高分解能、例えば１μｍ未満、または０．５μｍ未満、または１００ｎｍ未満等の分解能を提供するように設計される。
【０１２２】
好適な実施形態の上述の説明が例示により与えられた。所与の開示から、当業者であれば、本発明およびそれに付随する利点を理解するだけでなく、開示された構造および方法への、明らかな種々の変更および修正をも見出すであろう。従って、添付の請求項およびその等価物により規定するような、本発明の精神および範囲に入る全ての変更および修正を網羅することを求める。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年11月11日(2013.11.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λの放射線を物体面から像面へ結像するように配置された複数の要素を有する光学系であって、
前記要素は、放射線経路に反射面が位置決めされたミラー要素からなり、
前記光学系が、少なくとも１つの反射自由面を含み、該反射自由面が、単数または複数の場所にて最良適合の回転対称面から約λ以上だけ外れている回転非対称面であり、
少なくとも１つの反射面が漸変コーティングで被覆されており、該漸変コーティングは、勾配関数に応じて前記漸変コーティングの少なくとも１つの方向に変動する幾何学的な層厚さを有する
光学系。
【請求項２】
勾配関数に応じて漸変コーティングの少なくとも１つの方向に変動する幾何学的な層厚さを有する前記漸変コーティングで被覆されている前記反射自由面は、最後から２番目の反射自由面である、請求項１記載の光学系。
【請求項３】
少なくとも１つの反射自由面が、勾配関数に応じて漸変コーティングの少なくとも１つの方向に変動する幾何学的な層厚さを有する漸変コーティングで被覆されている、請求項１または２記載の光学系。
【請求項４】
勾配関数に応じて漸変コーティングの少なくとも１つの方向に変動する幾何学的な層厚さを有する前記漸変コーティングで被覆されている前記反射自由面は、最後から２番目の反射自由面である、請求項３記載の光学系。
【請求項５】
前記回転非対称面が、前記単数または複数の場所にて前記最良適合の回転対称面から約１０λ以上だけ外れている、請求項１〜４のいずれか１項記載の光学系。
【請求項６】
前記ミラー要素のうち少なくとも１つは、前記光学系の瞳面に、またはその付近に瞳ミラー面が配置された瞳ミラーであり、前記瞳ミラーのミラー面が反射自由面である、請求項１〜５のいずれか１項記載の光学系。
【請求項７】
前記瞳ミラー面が、種々の材料層の多層スタックを含む一次元的な漸変コーティングとして設計された反射コーティングによって形成され、前記層が、第１勾配関数に応じて前記コーティングの第１方向に変動するが前記第１方向に垂直な第２方向では実質的に一定である幾何学的な層厚さを有する、請求項６記載の光学系。
【請求項８】
前記光学系が６つのミラーを有する、請求項１〜７のいずれか１項記載の光学系。
【請求項９】
前記光学系における放射線経路に沿って５番目のミラー（Ｍ５）が反射自由面を有する、請求項８記載の光学系。
【請求項１０】
前記光学系の前記ミラー要素の各々が反射自由面を有する、請求項１〜９のいずれか１項記載の光学系。
【請求項１１】
前記光学系が、ＥＵＶ波長１３ｎｍ＜λ＜１４ｎｍ用に設計された純反射光学系である、請求項１〜１０のいずれか１項記載の光学系。
【請求項１２】
前記光学系が、像側の開口数ＮＡが約０．３以上である、請求項１〜１１のいずれか１項記載の光学系。
【請求項１３】
前記光学系が、像側の開口数ＮＡが０．３≦ＮＡ≦０．４である、請求項１０記載の光学系。
【請求項１４】
主光源からの放射線を受けるように構成された、投影対物系の物体面内でパターンを照射するための照射系と、請求項１〜１３のいずれか１項記載の光学系を有する投影対物系とを有する、マイクロリソグラフィで使用するための投影露光系。
【請求項１５】
前記主光源が、波長１３ｎｍ＜λ＜１４ｎｍのＥＵＶ放射線を放出する、請求項１４記載の投影露光系。
【請求項１６】
半導体素子または別の種類のマイクロデバイスを加工するための方法であって、
所定のパターンを有するマスクを提供するステップと、
前記マスクを、所定の波長λの放射線で照射するステップと、
請求項１〜１３のいずれか１項記載の光学系によって形成される投影対物系の前記像平面の近傍に配置された感光性基板上へ、前記パターンの像を投影するステップと
を有する方法。