(57)【要約】  光学的素子、すなわち結晶質フッ化マグネシウム、石英、フッ化ランタン、サファイアおよびα−酸化アルミニウムのレンズまたは平面状の平行なプレート（端部が閉鎖されたプレートとして使用される）を有するマイクロリソグラフィー投影用対物レンズが提案される。適当な結晶学的配向、結晶１０組合せ、光の偏光が記載される。適当な用途は最高の数字による開口値を使用するＤＵＶおよびＶＬＮ領域の浸漬リソグラフィーまたは近視野リソグラフィーに関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英結晶からなる少なくとも１個のレンズおよびサファイア結晶からなる少なくとも１個のレンズを有するマイクロリソグラフィー投影用対物レンズ。
【請求項２】
複屈折に関して一軸性である結晶からなる、少なくとも２個の透過性光学素子、特にレンズ（Ｌ）または平面平行プレート（Ｐ）を有するマイクロリソグラフィー投影用対物レンズにおいて、少なくとも２個の前記光学素子が異なる結晶材料からなることを特徴とする。マイクロリソグラフィー投影用対物レンズ。
【請求項３】
第１光学素子の複屈折軸と第２光学素子の複屈折軸がそれぞれ投影用対物レンズ内部の幾何学的光線通路の光軸に対して平行に伸びている請求項１または２記載のマイクロリソグラフィー投影用対物レンズ。
【請求項４】
前記レンズ（Ｌ）または光学素子（Ｐ）が画像面に最も近い瞳または装置開口（ＡＳ）の画像面に配置されている請求項１から３までのいずれか１項記載のマイクロリソグラフィー投影用対物レンズ。
【請求項５】
前記レンズ（Ｌ）または光学素子（Ｐ）が画像面（Ｗ）に最も近くにある３つの光学素子の間に存在する請求項１から４までのいずれか１項記載のマイクロリソグラフィー投影用対物レンズ。
【請求項６】
画像面の数字による開口が１.６より大きく、特に有利に１.８より大きい請求項１から５までのいずれか１項記載のマイクロリソグラフィー投影用対物レンズ。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項記載のマイクロリソグラフィー投影用対物レンズを有するマイクロリソグラフィー投影装置。
【請求項８】
偏光した光が前記結晶レンズまたは結晶光学素子を通過する請求項７記載のマイクロリソグラフィー投影装置。
【請求項９】
光が接線方向に偏光する請求項８記載のマイクロリソグラフィー投影装置。
【請求項１０】
光が線的に偏光する請求項８記載のマイクロリソグラフィー投影装置。
【請求項１１】
大部分がα−Ａｌ２Ｏ３からなるマイクロリソグラフィー投影用対物レンズの端部閉鎖プレート。
【請求項１２】
マイクロリソグラフィー投影用対物レンズへのＬａＦ３レンズまたはＬａＦ３平面平行プレートの使用。
【請求項１３】
ＭｇＦ２、ＳｉＯ２、ＬａＦ３、サファイア、α−Ａｌ２Ｏ３の結晶からなる群からの材料を主に含有するレンズおよび平面平行プレートからなる群からの少なくとも２個の光学素子を有するマイクロリソグラフィー投影用対物レンズ。
【請求項１４】
前記結晶の群から選択される２種または３種の異なる材料が存在する請求項１３記載のマイクロリソグラフィー投影用対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は結晶素子、すなわち複屈折を示し、三次元の結晶構造と異なる材料からなる結晶素子を有するマイクロリソグラフィー投影用対物レンズに関する。
【０００２】
これらは、主にその一部が石英ガラスまたはフッ化カルシウムの屈折率より十分に高い屈折率を示すとして関連性があり、１.０をこえて約２以上までの数字による画像面の開口を有する浸漬リソグラフィーに実質的に必要である。
【０００３】
以下の刊行物：
ＢｒｕｃｅＷ.Ｓｍｉｔｈ等、Ｏｐｔｉｃａｌ  ＭｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙＸＶＩＩ、Ｐｒｏｃ.ＳＰＩＥ５３７７（２００４）、２７３−２８４
ＢｒｕｃｅＷ.Ｓｍｉｔｈ等、Ｏｐｔｉｃａｌ  ＭｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙＸＶＩ、Ｐｒｏｃ.ＳＰＩＥ５０４０（２００３）、６７９−６８９
ＪｏｈｎＨ.Ｂｕｒｎｅｔｔ等、Ｈｉｇｈ  Ｉｎｄｅｘ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｆｏｒ  １９３ｎｍ  ａｎｄ  １５７ｎｍ、Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ
Ｉｎｔ.１  Ｓｙｍｐ.ｏｎ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  ａｎｄ  １５７ｎｍ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ、Ｖａｎｃｏｕｖｅｒ  ８／２／０４（ＮＩＳＴ／Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｔｒｏｐｅｌ）、
および以下の特許明細書：
ＷＯ２００４／０１９１２８Ａ２、または
米国特許第６７１７７２２Ｂ、
米国特許Ｎｏ１０／７３４６２３、２００３年１２月１５日
米国特許Ｎｏ６０／５３０６２３、２００３年１２月１９日
米国特許Ｎｏ６０／５３０９７８、２００３年１２月２２日
米国特許Ｎｏ６０／５４４９６７、２００４年２月１３日
米国特許Ｎｏ６０／５６８００６、２００４年５月４日
米国特許Ｎｏ６０／５９２２０８、２００４年７月２９日
米国特許Ｎｏ６０／５９１７７５、２００４年７月２７日
米国特許Ｎｏ６０／６１２８２３、２００４年９月２４日
ドイツ特許１０２００４０５１７３０.４、２００４年１０月２２日
からこの技術に関する情報を集めることができる。
【０００４】
これらの中で例えばＷＯ２００４／０１９１２８Ａ２、米国特許第１０／７３４６２３、米国特許６０／５９２２０８号、米国特許６０／５９１７７５、および米国特許６０／６１２８２３は本発明による材料の使用および思想により最適化され、組み合わせることができる対物レンズの構成を示す。
【０００５】
適当な浸漬液は特に米国特許６０／５６８００６またはドイツ特許１０２００４０５１７３０.４に記載される。
【０００６】
引用されるすべての文献は引用により本発明に完全に含まれる。
【０００７】
これらの引用は本発明に関係する開示内容を構成せず、列挙は確かに不完全であり、多くの文献がこの技術に関係する。
【０００８】
浸漬対物レンズまたは近視野対物レンズ中の端部が閉鎖されたプレートまたは最も近くに配置されたレンズ素子のために、できるだけ高い屈折率を有する光学材料が必要である。同時に前記材料は透明で、均一であり、放射線に強いことが必要であり、機械的および化学的に丈夫であることが必要である。光学的等方性を除いてこれらのすべての条件を満たす材料が存在する。この材料はサファイアまたは化学的表現ではＡｌ２Ｏ３である。他にはＭｇＦ２またはＬａＦ３および他の一軸性結晶である。
【０００９】
完全にテレセントリックな光路で、完全に接線方向の偏光を使用して、本発明により提案された手段を使用することにより、光透過特性の完全な等方性を達成することができる。
【００１０】
請求の範囲はこの明細書と一緒にこれらの課題の解決および有利な変形を記載する。
【００１１】
図１〜８および１０〜１３は本発明による装置またはその部分の原理を示す図である。
【００１２】
図９は文献からの一部の材料に関するｎｅおよびｎ０の波長に依存する変動を示す。
【００１３】
図面に示された装置、例えば図２において（ｎ０−ｎｅ）Ａｌ２Ｏ３＋（ｎ０−ｎｅ）ＳｉＯ２の合計は入射角７０°での最大開口光線Ｂｍａｘに関してゼロに等しい（ｎ０：常光線の屈折率、ｎｅ：異常光線の屈折率）。
【００１４】
図面では以下の記号を使用する。
ＡＳ＝開口ストップ／装置開口
Ｐ＝保護プレート／保護素子
Ｉ＝浸漬液、浸漬
Ｗ＝ウエーハまたは画像平面に暴露される物体
ＯＡ＝光軸
Ｌ＝レンズ
Ｂｍａｘ＝最大開口の光線。
【００１５】
光線の接線方向の偏光により、１つの成分、すなわちｐ成分のみが存在し、結果として、結晶の光学的結晶軸が対物レンズの光軸と正確に平行な列で配向している限りで、ｐ成分とｓ成分の間の相の移動が存在しない。しかしこれらの条件はほぼ実用的な場合のみ満たされる。この種のプレートが光線上に有する効果で完全な等方性を達成する手段として、本発明によりプレートが２つの部分からなることが提案される。提案された組合せは、図１〜３に示されるように、Ａｌ２Ｏ３，光学的に負の特性を有するサファイアプレートＰ１および光学的に正の特性を有するＳｉＯ２結晶プレートＰ２からなる。複屈折の大きさは個々に波長とともに変化する。従ってプレートの厚さは波長に依存して選択され、Ａｌ２Ｏ３プレートの複屈折はＳｉＯ２プレートの相補的複屈折により補償される。これは完全に達成することができないが、それは２つの材料で屈折率が異なり、異なる入射光の角度に妥協が必要であるためである。しかし特に浸漬リソグラフィーの用途に関係する最高の開口、例えば二極照明に関して正確な補償が達成できる。
【００１６】
本発明は平面プレートのほかに、レンズ素子に使用できる。Ａｌ２Ｏ３サファイアは１５７ｎｍ〜１９３ｎｍの波長に対して公知の最高の屈折率の１つを提供するので、対物レンズの最も近い位置で前記素子に使用する有利な材料である。Ａｌ２Ｏ３素子の前に（光の透過方向に）結晶質ＳｉＯ２の素子を配置する。
【００１７】
図４は前記原理を説明する図であり、記号ＱＧが石英ガラスであり、ＱＫが石英結晶であり、Ｓがサファイアである（同時に図１の意味でレンズＬである）。
【００１８】
ねじれにより一緒に結合する素子の配置を使用することが理解される。複屈折の絶対量が結晶質石英でより大きいという事実は、補償にＳｉＯ２結晶があまり必要でないので、実際に重要である。結晶質ＳｉＯ２は小さい屈折率を有し、高い開口浸漬対物レンズの画像に配向した端部でのその使用は従ってあまり有利でない。
【００１９】
例えば１９３ｎｍの波長に適した装置が図５に示される。光軸に対して大きい光線角度である特に画像平面の近くの領域のレンズの間の空間は、浸漬媒体として使用される同じ種類の高屈折率流体ＦＬ１により充填することができる。レンズ中の２つの矢印は材料に内在する複屈折の光軸の配向を示す。
【００２０】
結晶Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２での有効な屈折率が連続的な角度に依存する変動に影響されるが、接線方向の偏光した光により、ｓ−偏光成分とｐ−偏光成分の間に最初に相の移動が存在しないことが明らかである。屈折率の変動は前記構成に考慮される。
【００２１】
図６は本発明により補償される１組の光学的一軸性結晶レンズを使用して本来の複屈折を補償するための、異なる結晶学的配向、例えば１１１および１１０のＣａＦ２レンズを有する１５７ｎｍの運転波長のための対物レンズの１つの例を示す。浸漬Ｉまたは近視野リソグラフィー技術を使用して、対物レンズをできるだけ大きい数の開口を有して、暴露される物体、例えばウェーハＷに結合できる。
【００２２】
高い集光能力（面積）により補償することが有利である。これはｓ−偏光とｐ−偏光の間で分割せずにテレセントリックな光路の外部の拡大した視野の問題を克服する最良の方法である。もちろん複屈折結晶中で斜めの入射光線により、ｎｅ成分が入射平面の外部に伸びる。しかしＳｉＯ２結晶とＡｌ２Ｏ３サファイアの異なる特性により、特定の目標に向けた対策を取ることができる。
【００２３】
負の光学特性の用語は常光線の屈折率ｎ０が異常光線の屈折率ｎｅより大きいことを意味する。
【００２４】
正の光学特性の用語は常光線の屈折率ｎ０が異常光線の屈折率ｎｅより小さいことを意味する。
【００２５】
本発明の範囲は以下のものを含む。前記の補償、リソグラフィー光学装置でのＡｌ２Ｏ３サファイアとＳｉＯ２結晶の使用、開口ストップまたは開口ストップの接合した位置と投影用対物レンズの画像平面の間の素子の配置、特に有利に開口ストップと画像平面の間の距離の下側の１／３でのこれらの素子の配置、補償しないで前記材料だけでまたは補償を伴う、浸漬または近視野装置の保護プレートのための前記材料の使用、６０°より大きい、特に有利に７０°より高い入射角での使用、画像面上の最高の数の開口値ＮＡ（１.３より高く１.６まで）での補償をこれらの適用に含むこと、接線方向の偏光した光の使用を含むこと、更に最も近くの光学素子での１.８より大きい、特に有利に２.０より大きい屈折率を有する浸漬対物レンズでの使用を含むこと、それぞれ異なる組み合わせた配置での、結晶ＣａＦ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３サファイアと結合した１５７ｎｍの運転波長での使用。
【００２６】
二酸化珪素と同様に、フッ化マグネシウムは結晶の形で光学的に正の特性を有する。ＭｇＦ２の利点は特に１５７ｎｍでのその高いＵＶ透過性にある。その欠点は例えば１９３.３０４ｎｍの波長で、ｎ０＝１.４２７４６０およびｎｅ＝１.４４１０６９の値での低い屈折率である。
【００２７】
マイクロリソグラフィー投影用対物レンズの高い開口の端部の閉鎖部分での複屈折の補償は適当な自由度の利用性を必要とする。複屈折が正確に等しい大きさを有し、石英結晶と同じＡｌ２Ｏ３の形を有する場合は、少なくとも平面平行なプレートに関して、すべての角度で補償を生じる正確な解決が存在し、すなわち等しい厚さの２つのプレートを使用することのみが必要である。プレートの代わりにレンズを使用する場合は、屈折および複屈折の結果として生じる起こりうる位相の差が大きくなり、画像の特性に影響する危険が増加する。他方でレンズを使用して補償のパラメータとして厚さのほかに更に自由度として目的とする半径の変動を使用することが可能である。
【００２８】
これらの考察にもとづき、付加的な良好な補正のために、他の材料、すなわちＭｇＦ２結晶が提案される。前記材料は、その低い屈折率により、有利に石英結晶およびサファイアのより強い屈折素子の前方の位置に置かれる。この関係で一軸性複屈折結晶Ａｌ２Ｏ３サファイア、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２が先験的に等方性である（少なくとも可視領域で）ＣａＦ２、ＳｒＦ２およびＢａＦ２結晶等と完全に異なる方法で補償されることが記載されるべきである。
【００２９】
例えば図７の例の１５７ｎｍの波長での連続素子の屈折率はウェーハ（画像平面）に向かって、すなわち２.０より大きい水準にまで連続的に増加する。
【００３０】
ｓ偏光およびｐ偏光に関する光路長さは３つの結晶材料Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２およびＭｇＦ２の同時使用により最も広い可能な範囲の角度に関して大いに均一にされる。斜めの光線に関する有害な貢献が増加するほど、これらの素子をウェーハから、すなわち画像平面から更に遠くに遠ざけることが強調される。これは該当するそれぞれの材料のレンズが配置される位置にもとづく補償の具体的な可能性を生じる。光路長さは可能な最も大きい範囲で、条件：
（ｎ０−ｎｅ）Ａｌ２Ｏ３×ｄ１＋（ｎ０−ｎｅ）ＳｉＯ２×ｄ２＋（ｎ０−ｎｅ）ＭｇＦ２×ｄ３＝０
（式中、ｎ０は常光線の屈折率を表し、ｎｅは異常光線の屈折率を表し、ｄ１、ｄ２、ｄ３は結晶内部のそれぞれの光路長さを表す）を満たすべきである。６５°〜７２°の開口角度範囲で前記条件を特に良好に満たすことが目的であるべきであり、可能である。
【００３１】
本発明の範囲は同様に投影装置でのリソグラフィー対物レンズを含み、この場合に対物レンズの画像面の端部が閉鎖したプレートまたはレンズの一軸性結晶材料の複屈折の効果が（光軸から幾何学的に測定された）６５〜７２°の範囲の角度に関して完全に補正される。
【００３２】
補償のためにまたはこの最終範囲での一次屈折力の供給者としてＡｌ２Ｏ３サファイアを使用する代わりに、他の可能なレンズ材料として一軸性結晶材料ＬａＦ３を使用することができる。この材料はＡｌ２Ｏ３と同様に、負の光学特性を有し、Ａｌ２Ｏ３との屈折率と同様に類似する複屈折値を有する。サファイアと比較してＬａＦ３は完全に異なる製造法で製造される市販された結晶が光学特性のより高い基準を容易に満たすという利点を有する。ＬａＦ３は水不溶性であるが、Ａｌ２Ｏ３サファイアの硬度およびＵＶ透過性の水準に達しない。
【００３３】
図８は画像面の最も近くのレンズにＬａＦ３を使用する１９３ｎｍの運転波長の１つの例を示し、この場合にα−Ａｌ２Ｏ３の保護プレートＰを有する。この場合も浸漬液を有する配置の代案は光学的近視野であり、保護プレートＰとウェーハの間隔が運転波長より短い。
【００３４】
このＡｌ２Ｏ３のプレートＰを使用して、結晶のα−変態が有利な選択であるという事実に注意することがきわめて重要である。Ａｌ２Ｏ３のγ−変態は吸湿性であり、使用すべきでない。
【００３５】
表１
一軸結晶の屈折率
ＭｇＦ２
波長                    常光線              異常光線
２４８.３３８ｎｍ      １.４０３２４８      １.４１６０８０
１９３.３０４ｎｍ      １.４２７４６０      １.４４１０６９
１５７.６２９ｎｍ      １.４６６６６６      １.４８１２８１
ＳｉＯ２
波長                    常光線              異常光線
２４８.３３８ｎｍ      １.６０１５６８      １.６１２６８９
１９３.３０４ｎｍ      １.６６０４５５      １.６７３９６３
屈折率の差Δｎ＝ｎ０−ｎｅ
１５７.６２９ｎｍ      Ａｌ２Ｏ３           ０.０１２９７３
ＭｇＦ２             ０.０１４２４３
複屈折値は干渉法により測定され、プリスムを使用し、その差を取る屈折率ｎ０およびｎｅの測定より信頼できる。このテーマに関して、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  １９６９年３月、８巻、Ｎｏ３、６７３頁の文献が参照され、ここでｎｅおよびｎ０の波長に依存する変動が論議されている。
【００３６】
図９は前記文献の図３からの写しである。
【００３７】
更に本発明により一軸結晶は以下のように補償される。
【００３８】
正の屈折力および正の光学特性を有するレンズＬＰＰは負の特性を有する正の屈折力を有するレンズＬＰＮにより補償される（図１０）。更に図１１の例に示されるように、レンズＬＰＰ、ＬＮＰ（負の屈折力）の正の特性により、場合によりレンズＬＰＮに補足されて、正の屈折力を有するレンズは同じ特性を有する負の屈折力を有するレンズにより補償することができる。図１２はレンズＬＰＮ、ＬＮＮ、ＬＰＰが互いに続く配置を示し、ＬＮＮは負の屈折力および負の光学特性を有するレンズである。
【００３９】
他の例として、図１３はレンズの重要な材料として、本発明による材料を使用するマイクロリソグラフィー投影用対物レンズの画像面の４個の連続レンズを示し、前記レンズは（他の実施例で議論されるように）反射防止、腐食防止等のための層、すなわち
ＭｇＦ２／ＳｉＯ２結晶／光学流体レンズ／ＬａＦ３／Ａｌ２Ｏ３サファイア
で被覆することができ、レンズ材料の複屈折効果により画像のエラーが適当に補償される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明による原理を示す図である。
【図２】図１の部分図である。
【図３】図１の他の部分図である。
【図４】本発明による原理を示す他の図である。
【図５】本発明による１９３ｎｍの波長に適した装置の図である。
【図６】本発明による１５７ｎｍの波長に適した装置の図である。
【図７】本発明による１５７ｎｍの波長に適した他の装置の図である。
【図８】本発明による１９３ｎｍの波長に適した他の装置の図である。
【図９】波長に依存する屈折率の変動を示す図である。
【図１０】本発明による原理を示す図である。
【図１１】本発明による原理を示す他の図である
【図１２】本発明による原理を示すもう１つの図である。
【図１３】本発明による４個のレンズを組み合わせた図である。
【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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【国際調査報告】
2007529762.tif 000016
2007529762.tif 000017
2007529762.tif 000018