(57)【要約】【課題】  水等の浸漬媒質または溶融石英およびＣａＦ２等のレンズ材料を用いる従来設計の欠点を回避することができる高開口数の投影対物レンズと、適度な大きさと材料消費量とを有する、少なくともＮＡ＝１．３５の像側開口数での浸漬リソグラフィーに適する投影対物レンズを提供する。【解決手段】  投影対物レンズの物体平面内に配置されるパターンを投影対物レンズの像平面上に結像させる、マイクロリソグラフィー投影露光装置に適する投影対物レンズにおいて：投影対物レンズの動作波長での放射に対して透明性を有する複数個の光学素子からなり、少なくとも１個の光学素子は、前記動作波長において屈折率ｎ≧１．６を有する高屈折率材料により製作される高屈折率光学素子である投影対物レンズ。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影対物レンズの物体平面内に配置されるパターンを投影対物レンズの像平面上に結像させる、マイクロリソグラフィー投影露光装置に適する投影対物レンズにおいて：
投影対物レンズの動作波長での放射に対して透明性を有する複数個の光学素子からなり、
少なくとも１個の光学素子は、前記動作波長において屈折率ｎ≧１．６を有する高屈折率材料により製作される高屈折率光学素子である投影対物レンズ。
【請求項２】
前記高屈折率材料は、前記動作波長において屈折率ｎ≧１．８を有する請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項３】
前記高屈折率材料は、サファイアである請求項１または２に記載の投影対物レンズ。
【請求項４】
前記高屈折率材料は、二酸化ゲルマニウムである請求項１または２に記載の投影対物レンズ。
【請求項５】
物体側開口数ＮＡＯｂｊが、０．３を超える前記請求項１〜４の１項に記載の投影対物レンズ。
【請求項６】
前記物体側開口数ＮＡＯｂｊが、ＮＡＯｂｊ≧０．３６であるとともに、｜β｜≦０．２５の絶対縮小率を有する請求項５に記載の投影対物レンズ。
【請求項７】
第１の高屈折率光学素子と少なくとも１個の第２の高屈折率光学素子とを有する前記請求項１〜６の１項に記載の投影対物レンズ。
【請求項８】
前記第１の高屈折率光学素子と前記第２の高屈折率光学素子との各々は、各光学素子の複屈折の配向を定義する複屈折を示す高屈折率材料により製作され、前記第１および第２の高屈折率光学素子は、前記複屈折の前記配向に関して相違して配設されて、前記高屈折率光学素子によりもたらされる複屈折の効果が少なくとも部分的に補償されるようになる請求項７に記載の投影対物レンズ。
【請求項９】
前記像面に最も近い最後の光学素子を有し、前記最後の光学素子は、少なくとも部分的に、屈折率ｎ＞１．６を有する高屈折率材料により製作される先行する請求項１〜８の１項に記載の投影対物レンズ。
【請求項１０】
前記最後の光学素子は、屈折率ｎ＞１．６を有する高屈折率材料により製作される単体の平凸レンズである請求項９に記載の投影対物レンズ。
【請求項１１】
前記最後の光学素子は、分割界面に沿って互いに光学的に接触する少なくとも２個の光学素子によって構成され、前記最後の光学素子を形成する前記光学素子の少なくとも１個は、屈折率ｎ＞１．６を有する高屈折率材料によって構成される請求項９に記載の投影対物レンズ。
【請求項１２】
前記最後の光学素子は、曲面状の入射側と平面状の出射側とを有する入射側平凸レンズ素子と、平面状分割面に沿って前記平凸レンズ素子と光学的に接触する出射側平行平面板とによって構成される請求項９に記載の投影対物レンズ。
【請求項１３】
前記平凸レンズ素子は、屈折率ｎ＞１．６を有する高屈折率材料によって構成され、前記出射側平行平面板は、溶融石英によって構成される請求項１２に記載の投影対物レンズ。
【請求項１４】
前記平凸レンズ素子は、溶融石英によって構成され、前記出射側平行平面板は、屈折率ｎ＞１．６を有する高屈折率材料によって構成される請求項１２に記載の投影対物レンズ。
【請求項１５】
前記最後の光学素子は、平凸レンズとして整形され、分割面は、該分割面において接触する両光学素子が同様の屈折力を有するレンズ部分となるように湾曲せしめられる請求項１１に記載の投影対物レンズ。
【請求項１６】
収差に関して、最後の光学素子と像平面との間における像側作動距離が、実質的に１を超える屈折率を有する浸漬媒質によって満たされるように適合せしめられる浸漬対物レンズとして設計される先行する請求項１〜１５の１項に記載の投影対物レンズ。
【請求項１７】
前記動作波長において１．４を超える屈折率を有する浸漬液に適合せしめられる請求項１６に記載の投影対物レンズ。
【請求項１８】
１９３ｎｍの動作波長用に設計され、前記浸漬液は、シクロヘキサンである請求項１７に記載の投影対物レンズ。
【請求項１９】
前記動作波長以下程度の有限の像側作動距離を有する固体浸漬対物レンズとして設計されて、投影対物レンズの像側出射面から出射するエバネッセント場が結像に用いられうるようになる先行する請求項１〜１５の１項に記載の投影対物レンズ。
【請求項２０】
投影対物レンズの像側出射面が露光対象の基板に関連ある入力結合面と物理的に接触する固体浸漬リソグラフィー用に設計される先行する請求項１〜１５の１項に記載の投影対物レンズ。
【請求項２１】
像側開口数ＮＡが１．３を超える先行する請求項１〜２０の１項に記載の投影対物レンズ。
【請求項２２】
前記像平面に最も近い位置に配置される瞳面は、前記像平面に最も近い極大ビーム直径の領域と前記像平面との間において収束ビームの領域内に配置される先行する請求項１〜２１の１項に記載の投影対物レンズ。
【請求項２３】
像平面と、前記像平面から最も遠いレンズであって、前記像平面までの収束ビーム路の始点となるレンズとを有し、瞳面またはシステム開口が、前記レンズの像側において少なくとも１０ｍｍの距離に配置される投影対物レンズ。
【請求項２４】
投影対物レンズの物体平面内に配置されるマスク上に設けられたパターンを前記投影対物レンズの像平面内に配置される基板上に結像させるマイクロリソグラフィー投影露光方法であって、先行する請求項１〜２３の少なくとも１項に記載のマイクロリソグラフィー投影対物レンズが用いられ、浸漬液が、前記マイクロリソグラフィー投影対物レンズの最後のレンズと露光対象の前記基板との間において導入される方法。
【請求項２５】
前記投影対物レンズの動作波長において１．４を超える屈折率を有する浸漬液が用いられる請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記浸漬液は、前記動作波長において１．５を超える屈折率を有する請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
投影対物レンズの物体平面内に配置されるマスク上に設けられたパターンを前記投影対物レンズの像平面内に配置される基板上に結像させるマイクロリソグラフィー投影露光方法であって、使用される投影対物レンズの像側の最後の光学素子が、露光対象の前記物体上に密着または押圧せしめられる方法において：
前記投影対物レンズと露光対象の前記基板とを互いに対して位置決めする段階と；
前記投影対物レンズの前記出射面と前記基板の入力結合面とを接触させる段階と；
前記マスクを前記投影対物レンズに対して位置合わせして、前記マスクの所望のパターン領域が、前記投影対物レンズの前記出射面と接触する前記基板のターゲット区画上に結像せしめられるようにする段階とを前記の順序で含む方法。
【請求項２８】
前記段階は、前記基板上の多数の並列するターゲット区画に関して繰り返される請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
肉薄の透明な薄膜が露光対象の前記基板と前記投影対物レンズの前記出射面との間において配置される請求項２７または２８に記載の方法。
【請求項３０】
請求項１〜２３の１項に記載のマイクロリソグラフィー投影対物レンズが用いられる請求項２４〜２９の１項に記載の方法。
【請求項３１】
投影対物レンズの物体平面内に配置されるマスク上に設けられたパターンを前記投影対物レンズの像平面内に配置される基板上に結像させるマイクロリソグラフィー投影露光方法であって、マイクロリソグラフィー投影対物レンズが用いられ、浸漬液が、前記マイクロリソグラフィー投影対物レンズの最後のレンズと露光対象の前記基板との間において導入される方法において、シクロヘキサンが浸漬液として用いられる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自身の物体平面内に配置されるパターンを自身の像平面上に結像させる投影対物レンズに関する。この投影対物レンズは、マイクロリソグラフィー投影露光装置に用いられうる。本発明は、特に、浸漬処理用に設計されており、すなわち像側開口数ＮＡが１．０より大きい開口範囲内の半導体構造用露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に投影リソグラフィーの光学的縮小結像の場合は、像側開口数ＮＡは、像空間内の周囲媒質の屈折率によって制限される。浸漬リソグラフィーでは、理論的に可能な開口数ＮＡは、浸漬媒質の屈折率によって制限される。浸漬媒質は、液体または固体でありうる。固体媒質についても後者のことが言える。
【０００３】
しかし、実際的理由から、開口数は、最後の媒質（すなわち像に最も近い媒質）の屈折率に任意に接近するべきではなく、その理由は、そうなると伝搬角が光軸に対して非常に大きくなるためである。開口数が実質的に像側の最後の媒質の屈折率の約９５％を超えないことが実際的であることが立証された。これは、光軸に対して約７２°の伝搬角に対応する。このことは、１９３ｎｍにおいては、水（ｎＨ２Ｏ＝１．４３）を浸漬媒質とする場合に、ＮＡ＝１．３５の開口数に対応する。
【０００４】
最後のレンズの材料の屈折率より高い屈折率を有する液体を用いる場合または固体浸漬の場合は、最後のレンズ素子（すなわち投影対物レンズの像に隣接する最後の光学素子）の材料は、最後の端面（投影対物レンズの出射面）の設計が平面状とされるべきか、またはごく弱い曲面状とされるべきかの制限事項として作用する。平面状の設計は、たとえばウェーハと対物レンズとの間における距離の測定と、露光対象のウェーハと最後の対物レンズ面との間における浸漬媒質の流体力学的特性と、これらの洗浄とに有利である。特に固体浸漬の場合には、最後の端面を平面状の設計として、これもまた同様に平面状のウェーハを露光しなければならない。
【０００５】
ＤＵＶ（２４８ｎｍまたは１９３ｎｍの動作波長）においては、通常的に最後のレンズに用いられる材料は、ｎＳｉＯ２＝１．５６の屈折率を有する溶融石英（合成石英ガラス、ＳｉＯ２）またはｎＣａＦ２＝１．５０の屈折率を有するＣａＦ２である。合成石英ガラス材料は、以下では、単に「石英」とも呼ばれる。最後のレンズ素子における放射負荷が高いことから、合成石英ガラスは、この放射負荷により長期的に損傷されてしまうため、１９３ｎｍにおいては、最後のレンズにはフッ化カルシウムが好ましい。その結果として、約１．４２５（ｎ＝１．５の９５％）の開口数が達成されうる。放射損傷という欠点が受け入れられる場合は、石英ガラスはさらに、１．４８の開口数（１９３ｎｍにおける石英の屈折率の約９５％に対応）を可能にする。この関係は、２４８ｎｍでも同様である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の１つの目的は、水等の浸漬媒質または溶融石英およびＣａＦ２等のレンズ材料を用いる従来設計の欠点を回避することができる高開口数の投影対物レンズを提供することにある。本発明のさらに他の目的は、適度な大きさと材料消費量とを有する、少なくともＮＡ＝１．３５の像側開口数での浸漬リソグラフィーに適する投影対物レンズを提供することにある。
【発明の実施の形態】
【０００７】
前記およびその他の目的を達成する方法として、本発明は、１つの態様によれば、自身の物体平面内に配置されるパターンを自身の像平面上に結像させる、マイクロリソグラフィー投影露光装置に適する投影対物レンズにおいて：投影対物レンズの動作波長の放射線に対して透明性を有する複数個の光学素子からなり；少なくとも１個の光学素子は、前記動作波長において屈折率ｎ≧１．６を有する高屈折率材料により製作される高屈折率光学素子である投影対物レンズを提供する。
【０００８】
１つの実施形態は、好ましくはＮＡ＝１．３５以上である像側開口数を有するとともに、少なくとも最後のレンズ素子が高屈折率材料（屈折率ｎ＞１．６、特にｎ＞１．８）によって構成される耐光性リソグラフィー対物レンズによって構成される。リソグラフィーにおいて通例的な（絶対）４：１の縮小率の場合は、物体側（マスク側）開口数は、ＮＡｏｂｊ≧０．３３、好ましくはＮＡｏｂｊ≧０．３６となる。
【０００９】
以下に、１９３ｎｍ用の例証的な実施形態を用いて、本発明のさまざまな態様をより詳細に説明する。これらの例において、最後のレンズ素子または該レンズ素子の一部分に用いられる材料は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）である一方で、残りのレンズは、溶融石英により製作される。しかしながら、これらの例は、その他の高屈折率レンズ材料およびその他の波長にも転用されうる。たとえば、２４８ｎｍにおいては、最後のレンズまたは該レンズの一部分の材料として酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）を用いることができる。サファイアとは対照的に、この材料は、複屈折性を持たないという利点を有する。ただし、前記材料は、１９３ｎｍではもはや透明性を有さない。
【００１０】
液体浸漬の場合は、水より高い屈折率を有する浸漬液を用いると、ＮＡ＞１．３５が達成されうる。いくつかの応用例においては、シクロヘキサン（屈折率ｎ＝１．５５６）が用いられた。
【００１１】
ｎ＞１．６の浸漬媒質が、目下のところ現実的であると見なされる。
【００１２】
浸漬液を用いる場合は、高屈折率の液体、すなわち浸漬液の厚さは、好ましくは０．１〜１０ｍｍの範囲内とされうる。高屈折率の浸漬媒質は、さらにまた、一般により高い吸収率を示すため、この範囲内のより小さい厚さが有利でありうる。
【００１３】
前記およびその他の特徴は、特許請求の範囲だけではなく、詳細な説明および図面にも示されており、個別の特徴は、単独または副組合せのいずれの形態でも本発明の実施形態として、および他の分野でも用いられうるとともに、個別に有利かつ特許可能な実施形態を表しうる。
【実施例】
【００１４】
以下の本発明の好適な実施形態の説明において、「光軸」という用語は、関連ある光学素子の曲率中心を通る直線または一連の直線分を指すものとする。光軸は、屈折鏡（偏向鏡）により折り曲げられうる。本明細書に示されるこれらの例の場合は、関連ある物体は、集積回路のパターンまたは何らかのその他のパターン、たとえば格子パターンのいずれかを有するマスク（レチクル）である。本明細書に示される例において、物体の像は、フォトレジスト層により被覆される基板としての役割を果たすウェーハ上に投影されるが、液晶表示装置の構成要素または光学格子用基板等のその他の種類の基板も可能である。
【００１５】
表を用いて図に示される設計の明細を開示する場合は、その表は、それぞれの図と同じ番号によって示される。
【００１６】
図１に、約１９３ｎｍの紫外線動作波長用に設計される、本発明にしたがった反射屈折性投影対物レンズ１００の第１の実施形態が示されている。このレンズは、物体平面ＯＰ内に配置されるレチクル（またはマスク）上のパターンの像を像平面ＩＰ内に縮小倍率、たとえば４：１で投影する一方で、正確に２個の中間実像ＩＭＩ１およびＩＭＩ２を創出するように設計される。第１の屈折性対物レンズ部分ＲＯＰ１は、物体平面内のパターンを第１の中間像ＩＭＩ１に結像させるように設計され、第２の反射性（純反射性）対物レンズ部分ＣＯＰ２は、前記第１の中間像ＩＭＩ１を第２の中間像ＩＭＩ２に１：１に近い倍率で結像させ、第３の屈折性対物レンズ部分ＲＯＰ３は、前記第２の中間像ＩＭＩ２を像平面ＩＰ上に高縮小率で結像させる。前記第２の対物レンズ部分ＣＯＰ２は、物体側を向く凹状の鏡面を有する第１の凹面鏡ＣＭ１と、像側を向く凹状の鏡面を有する第２の凹面鏡ＣＭ２とからなる。前記鏡面は、いずれも連続的または非断続的であり、すなわち穴または孔部を有さない。互いに向き合う前記鏡面は、前記凹面鏡により形成される湾曲面によって外囲される鏡間空間を形成する。前記中間像ＩＭＩ１、ＩＭＩ２は、いずれも幾何学的に前記鏡間空間の内側に配置され、少なくとも近軸中間像は、前記空間の略中央において前記鏡面から十分に離れて位置する。
【００１７】
凹面鏡の各鏡面は、物理的な鏡面の縁部を超えて延在し、かつ前記鏡面を含む数学的な面である「曲率面」または「曲率の面」を形成する。第１および第２の凹面鏡は、共通の回転対称軸を有する回転対称の曲率面の一部分である。
【００１８】
システム１００は、回転対称であるとともに、全ての屈折性および反射性光学素子に共通する１本の直線的な光軸ＡＸを有する。いかなる屈折鏡も存在しない。前記凹面鏡は、これらの鏡を互いに接近させるとともに、該鏡間に位置する中間像にかなり接近させることができる小直径を有する。前記凹面鏡は、いずれも軸対称面の軸外部分として構成され、かつ照明される。光ビームは、口径食を起こすことなく、光軸の方を向く前記凹面鏡の縁部の脇を通過する。
【００１９】
この一般構造を有する反射屈折性投影対物レンズは、たとえば２００４年１月１４日出願の出願番号第６０／５３６，２４８号および２００４年７月１４日出願の第６０／５８７，５０４号の米国仮出願と２００４年１０月１３日出願の事後延長出願とに開示されている。これらの出願の内容は、本出願の明細書の一部に取り入れられる。この種の反射屈折性投影対物レンズの１つの独特の特徴は、瞳面（主光線が光軸と交差する軸方向位置にある）は、物体平面と第１の中間像との間と、第１および第２の中間像の間と、第２の中間像と像平面との間とにおいて形成され、全ての凹面鏡は、瞳面から光学的に遠く離れて、特に結像プロセスの主光線高さが結像プロセスの周辺光線高さを上回る位置に配置されることである。さらに、少なくとも第１の中間像は、幾何学的に、第１の凹面鏡と第２の凹面鏡との間の鏡間空間内に配置されることが好ましい。好ましくは、第１の中間像と第２の中間像とのいずれもが、幾何学的に、前記凹面鏡間の鏡間空間内に配置される。
【００２０】
以下に説明される例証的な実施形態は、相対的に少量の光学材料を用いて構成されうる光学システムにより開口数ＮＡ＞１での浸漬リソグラフィーを可能にするこれらの基本的な特徴を共有している。
【００２１】
図１に、第１の例証的な実施形態として、サファイアレンズと、浸漬媒質としてのシクロヘキサンとをＮＡ＝１．４５の像側開口数とともに有する１９３ｎｍ用リソグラフィー対物レンズが示されている。このサファイアレンズは、像平面に最も近い最後の光学素子ＬＯＥである。像側作動距離は、１ｍｍである。この反射屈折性設計は、主に色補正とペッツヴァル補正とのための２個の凹面鏡と、前記対をなす鏡のそれぞれ上流および下流の中間像とを有する。しかしながら、これらの中間像は、完全には補正されず、主として前記設計を幾何学的に制限するとともに、鏡へと向かう方向と鏡上で反射された後に鏡から遠ざかる方向とに延在する２本のビーム路を分離する役割を果たす。像フィールド（ウェーハ上）は、矩形である。フィールドの外径（ウェーハ側）は１５．５ｍｍ、内径は４．６５ｍｍである。その結果として、２６×３．８ｍｍの矩形フィールドが得られる。
【００２２】
開口絞り（口径絞りＡＳ、システム開口）は、第１の例証的な実施形態において、第１の屈折性対物レンズ部分ＲＯＰ１内に配置される。これは、一方では、より小さい可変口径絞りを形成させるため、かつ他方では、大体において、前記開口絞りを絞るときに無用かつ干渉的な放射負荷に対して後続の対物レンズ部分（物体平面（マスク平面）から見た場合）を保護するために有利である。像側対物レンズ部分ＲＯＰ３内の後側絞り平面、すなわち口径絞りが配置されうる位置は、最大直径のレンズＬＭＤと像平面ＩＰとの間の領域内において収束ビーム路内に配置される。
【００２３】
物体側の前側屈折性対物レンズ部分ＲＯＰ１内において、主に像フィールド湾曲（ペッツヴァルの和）を補正する役割を果たすウエスト部（ビームおよびレンズ直径の収縮部）が形成される。口径絞りＡＳは、このウエスト部に配置される。
【００２４】
最後のレンズにＣａＦ２を用いることは、可能な限り１．４２５以下（ＣａＦ２の屈折率の最大９５％まで）の開口数が必要になるため、好ましくない。１９３ｎｍにおいて、本例ではサファイア（Ａｌ２Ｏ３）が最後のレンズ素子ＬＯＥにおいて高屈折率材料として用いられる。図に示される全ての実施形態において、サファイアにより製作される光学素子には、わかりやすくするために灰色の影を付けてある。
【００２５】
サファイアが用いられる場合に生じる複屈折は、最後のレンズ（最後の光学素子ＬＯＥ）を２個のレンズ素子ＬＯＥ１およびＬＯＥ２に分割するとともに、これらの２個のレンズ素子を互いに光軸のまわりにおいて回転させることによって大体において補償される。この場合は、分割界面ＳＩ（前記２個のレンズ素子ＬＯＥ１およびＬＯＥ２の接触面）は、好ましくは、両レンズ素子が同様の屈折力を有するように湾曲せしめられる。これに代わる方法として、補償のために、たとえば中間像に近接する位置または物体平面に近接する位置において、光学的な観点から同様に作用する、対物レンズ内のある位置に配置されるサファイア製の第２の素子を用いることができる。本例の場合は、最後のサファイアレンズＬＯＥは、実質的に同一の作用をする２個のレンズ素子ＬＯＥ１およびＬＯＥ２に分割される。これらのサファイアレンズＬＯＥの前側半径（すなわち光入射側半径）は、像フィールドの中心に向かう開口ビーム、すなわち収束する光線束の周辺において像方向に進むビームが、実質的に屈折せしめられることなく前記界面を通過するように、すなわち前記界面に実質的に垂直に衝突するように設計される（レンズ半径は、像平面と光軸との交点と実質的に同心である）。前記分割サファイアレンズの前記２個のレンズ素子の分割界面ＳＩの半径は、より扁平（半径は、ウェーハが配置されうる像平面からの距離の１．３倍未満）である。
【００２６】
複屈折材料により製作される素子の相対的回転による複屈折効果の補償は、たとえば本出願人の特許出願である独国特許第１０１ ２３ ７２５ Ａ１号（たとえば米国特許第２００４／０１９０１５１ Ａ１号に対応）または国際特許第０３／０７７００７ Ａ２号において詳細に説明されている。複屈折材料（フッ化カルシウム）により製作される分割形最終レンズとして設計される、像平面に最も近い最終レンズ素子を有する反射屈折性投影対物レンズは、米国特許第６，７１７，７２２Ｂ号により周知である。
【００２７】
図１の設計の明細は、表１に要約されている。最も左側の欄には、屈折性、反射性またはその他の指定の面の番号が列挙されており、第２欄に、その面の半径ｒ［ｍｍ］が列挙され、第３欄には、その面と次の面との間における距離ｄ［ｍｍ］、すなわちその光学素子の「厚さ」として示されるパラメータが列挙され、第４欄には、その光学素子の製造に用いられる材料が列挙され、第５欄には、その製造に用いられる材料の屈折率が列挙されている。第６欄には、その光学素子の光学的に利用可能な有効半径［ｍｍ］が列挙されている。これらの表において、半径値ｒ＝０は、無限半径を有する平面に対して与えられる。
【００２８】
この特定の実施形態の場合は、１５個の面は、非球面である。表１Ａに、これらの非球面の関連データが列挙されており、このデータから、高さｈの関数としての面形状のサジッタが、下式を用いて計算されうる。
【数１】
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【００２９】
ここで、半径の逆数（１／ｒ）は、問題の面の面頂点における曲率であり、ｈは、光軸から面上の点までの距離である。したがって、サジッタｐ（ｈ）は、前記問題の面の面頂点から前記面点までのｚ方向、すなわち光軸に沿って測定された距離を表す。定数Ｋ、Ｃ１、Ｃ２等は、表１Ａに列挙されている。
【００３０】
同様に、以下の実施形態の明細は、図２に関しては表２、２Ａに、図３に関しては表３、３Ａに、図４に関しては表４、４Ａに、図５に関しては表５、５Ａに示されている。
【００３１】
図２にしたがった投影対物レンズ２００において、像側の最後の光学素子ＬＯＥは、平凸レンズの全体形状を有する。このレンズは、平面状の分割界面ＳＩに沿って接触する２個の光学素子ＬＯＥ１およびＬＯＥ２にさらに分割される。具体的には、正の曲率半径の入射面と平面状の後側面とを有する石英ガラスレンズＬＯＥ１が、サファイアにより製作される１個（または２個）の平行平面板ＬＯＥ２上に密着せしめられる。これによって得られるＮＡ値は、せいぜい石英ガラスにおいて可能な高さであるが、光ビームの伝搬角が、高屈折率の媒質により開口が最大となる最後の対物レンズ部分内において減じられるという利点がある。このことは、さもなければ非常に大きい伝搬角の問題を構成する、界面と最後の端面上に設けられうる保護層とにおける反射損失および散乱光効果を考慮すると、有利である。これにより、最大の角度は、石英レンズＬＯＥ１と第１の高屈折率平行平面板ＬＯＥ２との間における密着面においてのみ生じる。この密着面（隣接する光学素子が密着により互いに接着せしめられる接触界面）は、汚染および損傷に対して保護されるとともに、環境の影響にも敏感な被覆を有して設計されうる。２個の平行平面板を用いて平行平面状の高屈折率素子ＬＯＥ２を形成させる場合は、サファイアにより製作される２個の平行平面板を光軸のまわりにおいて互いに回転させて、理想的には、主として半導体構造を結像させるのに必要とされるｘおよびｙ方向のＳおよびＰ偏光に関して実質的に複屈折効果を補償することができる。
【００３２】
しかしながら、屈折率がより低いことから、石英レンズＬＯＥ１は、ここでは、制限された全長の投影対物レンズの像側開口数が実際にはそれほど大きくなくても、集光効果がより低いために非常に大きいレンズ直径が必要になるという効果を有する。第２の例証的な実施形態（図２）において、開口数は、ＮＡ＝１．３５であるが、レンズ直径は、第１の例証的な実施形態の場合より大きい。この場合は、レンズ直径は、すでに１４３ｍｍを超えており、したがって実質的に開口数の２１２倍である一方で、図１の例証的な実施形態では、開口数のわずか２００倍が達成される。特に、図２の例証的な実施形態においては、１４３ｍｍという最大２分の１レンズ直径は、約１３６ｍｍの鏡半径さえも上回る。
【００３３】
投影対物レンズの最大レンズ素子の直径を最小限に抑えるとともに、同時に複屈折の効果を最小限に抑えるために、ＮＡ＝１．４５を有する設計例のさらに他の実施形態（投影対物レンズ３００）において、最後のレンズ素子ＬＯＥは、肉薄の石英ガラス板ＬＯＥ２上に密着せしめられる、正の屈折力と球面状に湾曲する入射面と平面状の出射面とを有する肉薄のサファイアレンズＬＯＥ１からなる（図３の例証的な実施形態３）。これにより、この対物レンズの出射面となる平行平面状石英ガラス板は、放射負荷による損傷発生時に交換されうる。したがって、密着せしめられる石英板は、さらにまた、サファイアレンズＬＯＥ１の汚染および／またはかき傷または破壊に対する交換可能な保護体として作用する。実施形態３は、浸漬液と接触する前記板に用いられる溶融石英（ｎ＝１．５６０）の屈折率と同様の屈折率（ｎ＝１．５５６）を有する浸漬液としてのシクロヘキサンに適合せしめられている。
【００３４】
これらの場合には、ＮＡは、石英ガラスの屈折率により制限される。しかしながら、その結果として、純粋な石英ガラスにより製作される最後のレンズを有する設計と比較すると、前記最後のレンズの上流において、ビーム角がより小さくなり、したがって全体としての対物レンズの直径もより小さくなるとともに、最後のレンズ素子の感受性（製造公差に対する妨害感受性）もより低くなる。このため、実施形態３においては、１３５ｍｍの最大レンズ直径は、開口数の約１８６倍である。
【００３５】
当然ながら、本発明を低開口数の対物レンズに用いて、実質的に以前の投影対物レンズの直径を減少させることもできる。このことは、材料の量を実質的に減らすことができるため、投影対物レンズの価格に有利な影響を及ぼす。
【００３６】
例証的な第４の実施形態（図４）に、サファイアにより製作される単体の最後のレンズと浸漬媒質としての水（ｎＨ２Ｏ＝１．４３）とを用いて１ｍｍの作動距離でＮＡ＝１．３５を達成する１９３ｎｍ用リソグラフィー対物レンズ４００が示されている。この単体（単一部品、非分割）のサファイアレンズＬＯＥの頂面（入射面）は、非球面であり、口径絞りＡＳは、像側の屈折性対物レンズ部分ＲＯＰ３の後側部分において、第３の対物レンズ部分ＲＯＰ３内で最大直径を有する両凸レンズＬＭＤでの最大ビーム直径の領域と像平面ＩＰとの間の収束放射領域内に配置される。最大レンズ直径は、開口数の１９０倍未満に制限される。
【００３７】
少なくとも最後のレンズ素子用に高屈折率材料を利用することにより、ＮＡ＝１．４５をさらに上回る開口数が可能である。
【００３８】
第５の例証的な実施形態５００（図５）は、ＮＡ＝１．６用に平凸状サファイアレンズＬＯＥ（ｎｓａｐｐｈｉｒｅ＝１．９２）を用いて固体浸漬（接触投影リソグラフィー）用に設計されている。このため、原則的にＮＡ＞１．８までの開口数さえ可能である。本例においては、ウェーハ側のフィールド外径は１５．５３ｍｍ、内径は５．５ｍｍであり、すなわちこの場合の矩形フィールドの大きさは２６×３ｍｍである。
【００３９】
ＮＡ＞０．５２の開口数を有する高開口数ビームは、平面状出射面でのサファイアから空気への遷移時に全反射にあうため、固体浸漬では、動作波長未満の作動距離を実現して、効率的にエバネッセント波を利用してウェーハを露光しなければならない。これは、真空中で、露光対象のウェーハを最後のレンズ面に近接する位置において常にたとえば１００ｎｍ（≒λ／２）に配置することによって行なわれうる。
【００４０】
しかしながら、エバネッセント場を介して伝達されるパワーは、距離とともに指数関数的に減衰することに基づいて、距離の小さな変化が均一性の大きな変動を引き起こすため、ウェーハを投影対物レンズの最後の端面（出射面）に直接物理的に接触させることが有利である。露光のために、ウェーハを最後の平面状レンズ面（接触面ＣＳ）上に密着させて露光して、投影対物レンズの出射面と基板に関連する入力結合面との間における物理的接触を得ることができる。この場合は、走査ステップ・モードまたはステッチング法の露光、すなわち、像フィールドより大きい領域が個別のステップで露光されて、以前に通例的であったウェーハの代わりにレチクル・マスクが相応に調節されて位置合せされることが好ましい。これは、さらにまた、縮小結像のために、レチクルをウェーハの調節より低い精度で調節することができるため、有利である。これにより、その後の露光段階により、半導体構造の互いに隣接する露光領域（ターゲット区画）または一連のレベルが、レチクル・マスクの横方向および軸方向の移動と回転とによって重ね合わされて、以って半導体構造は、数ナノメートルを上回る重ね合せ精度で、不完全に密着せしめられることもありうるウェーハ上に露光される。そのために、たとえばレチクルの位置合せマークは、ウェーハ上においてすでに露光された位置合せマークに合致せしめられる。
【００４１】
最後の面からのウェーハの解離は、好ましくは真空中において行なわれる。それが必要とされる場合は、ウェーハと最後の平面状レンズ面との間において、たとえば各露光段階後に交換されうる薄層（皮膜／薄膜）が配置される。この薄膜は、たとえばウェーハ上に固着されたままに保たれるとともに、解離を補助し得、かつ特に最後の平面状レンズ面の保護体としての役割を果たす。前記レンズ面は、任意で追加的に肉薄の保護層により保護されうる。
【００４２】
固体浸漬の場合は、結像妨害の実例により、高強度の定在波が、露光時に最後のレンズ面の縁部領域において生じしめられうる。したがって、ウェーハ上に構造を反復露光するためには、ウェーハが、密着により、期せずして数マイクロミリメートルの一定範囲内で不正確に配置された場合に、レチクルを用いて調節することにより何かを補償して、系統的な構造が最後のレンズに焼き付けられることを防ぐことがさらに一層有利である。
【００４３】
前記に説明された全ての例証的な実施形態は、正確に２個の凹面鏡と正確に２個の中間像とを有する反射屈折性投影対物レンズにおいて、全ての光学素子が１本の屈折しない直線的な光軸に沿って整合せしめられる投影対物レンズである。本発明の好適な変形態様の説明のために選択された一定の基本的な種類の投影対物レンズは、いくつかの基本的な変形態様および技術効果と本発明の異なる変形態様に関連ある利点とを例証する上で一助となることを意図されている。しかしながら、特に遠紫外領域（ＤＵＶ）の動作波長用の投影対物レンズにおいて高屈折率材料（たとえばｎ≧１．６、さらにはｎ≧１．８）製のレンズまたはレンズ素子を前記のように用いることは、この種の投影対物レンズに制限されるものではない。本発明は、純粋に屈折性の投影対物レンズにも取り入れられうる。これらの種類においては、像面に最も近い最後の光学素子は、しばしば、たとえば前記第１〜第５の各々の実施形態の最後の光学素子ＬＯＥに関して前記に説明された通則にしたがって設計されうる平凸レンズである。例は、たとえば本出願人の米国特許出願第１０／９３１，０５１号（国際特許第０３／０７５０４９ Ａ号も参照）、第１０／９３１，０６２号（米国特許第２００４／０００４７５７ Ａ１号も参照）、第１０／３７９，８０９号（米国特許第２００３／０１７４４４０８号も参照）または国際特許第０３／０７７０３６ Ａ号に示されている。これらの文献の開示は、参照により本明細書に取り入れられる。
【００４４】
同様に、本発明は、１個の凹面鏡しか有さない反射屈折性投影対物レンズまたは図に示された配置とは異なる配置の２個の凹面鏡を有する反射屈折性投影対物レンズ、または２個を超える個数の凹面鏡を有する実施形態にも実施されうる。さらにまた、本発明は、光学設計において屈折鏡が存在するか否かとは無関係に用いられうる。反射屈折系の例は、たとえば本出願人の米国特許出願第６０／５１１，６７３号、第１０／７４３，６２３号、第６０／５３０，６２２号、第６０／５６０，２６７号または米国特許第２００２／００１２１００ Ａ１号に示されている。これらの文献の開示は、本明細書の一部に取り入れられる。その他の例は、米国特許第２００３／００１１７５５ Ａ１号およびその関連出願に示されている。
【００４５】
同様に、本発明は、中間像を有さないか、または要求によって適切な個数の中間像を有する投影対物レンズにも実施されうる。
【表１】
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【表１Ａ】
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【表２】
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【表２Ａ】
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【表３】
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【表３Ａ】
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【表４】
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【表４Ａ】
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【表５】
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【表５Ａ】
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【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明にしたがった反射屈折性投影対物レンズの第１の実施形態の縦断面図である。
【図２】本発明にしたがった反射屈折性投影対物レンズの第２の実施形態の縦断面図である。
【図３】本発明にしたがった反射屈折性投影対物レンズの第３の実施形態の縦断面図である。
【図４】本発明にしたがった反射屈折性投影対物レンズの第４の実施形態の縦断面図である。
【図５】本発明にしたがった反射屈折性投影対物レンズの第５の実施形態の縦断面図である。
【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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【国際調査報告】
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