(57)【要約】      （修正有）【課題】紫外線光学リソグラフィーシステムに用いるためのウイン−ダイソン投影レンズを提供する。【解決手段】光軸Ａ１に沿って、凹面鏡Ｍと、正レンズ群Ｇと、第１及び第２のプリズムＰＡ，ＰＢとを備え、第１及び第２プリズムＰＡ，ＰＢは、対物面ＲＰ及び画像面ＷＰに隣接し、正レンズ群Ｇは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とで構成され、第１レンズ群Ｇ１は、第１及び第２プリズムＰＡ，ＰＢと接触する平凸レンズＬ１と負メニスカスレンズＬ２とからなる接合レンズからなり、第２レンズ群Ｇ２は、１つ又は２つのレンズ要素Ｌ３，Ｌ４からなり、０．１６から０．２の範囲の開口数を有し、実質的に等倍率であり、実質的にテレセントリック性を有し、かつ、ｇｈｉ線放射を含むスペクトル帯域に対する画像領域上のストレールレシオが０．９５より大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物面、画像面及び画像領域を有し、紫外線照射による損傷に対する感受性を減少させたウイン−ダイソン投影レンズであって、光軸に沿って、
凹表面を有する凹面鏡と、
前記凹面鏡の前記凹表面から離間した正レンズ群と、
石英ガラス又はＢＳＭ５１Ｙの何れかで形成され、前記凹面鏡と向かい合う正レンズ群に隣接して、前記光軸のそれぞれの側に配置される第１及び第２のプリズムとを備え、
前記第１及び第２のプリズムは、前記対物面及び画像面に隣接して存在する各表面を有し、
前記正レンズ群は、第１のレンズ群と第２のレンズ群とで構成され、
前記第１のレンズ群は、接合複レンズを有し、
前記接合複レンズは、Ｓ−ＦＰＬ５１Ｙ、Ｓ−ＦＳＬ５Ｙ又は石英ガラスの何れかで形成され、前記第１及び第２のプリズムと接触する平面を有する平凸レンズ要素と、ＢＡＬ１５Ｙ又はＢＳＭ５１Ｙの何れかで形成された負メニスカスレンズとからなり、
前記第２のレンズ群は、前記第１のレンズ群と離間し、それぞれがＳ−ＦＳＬ５Ｙ、Ｓ−ＦＰＬ５１Ｙ又は石英ガラスの何れかで形成された１つ又は２つのレンズ要素からなり、
前記ウイン−ダイソン投影レンズは、０．１６から０．２の範囲の開口数ＮＡを有し、実質的に等倍率であり、実質的に２倍のテレセントリック性を有し、かつ、ｇｈｉ線放射を含むスペクトル帯域に対する画像領域上においてストレールレシオが０．９５より大きい
ウイン−ダイソン投影レンズ。
【請求項２】
前記画像領域は、４０ｍｍ×２０ｍｍであり、前記第２のレンズ群は、Ｓ−ＦＳＬ５Ｙで形成された１つのレンズ要素からなる、請求項１に記載のウイン−ダイソン投影レンズ。
【請求項３】
前記画像領域は６８ｍｍ×２８ｍｍであり、前記ＮＡは、０．１６に等しく、かつ、前記第２のレンズ群は、２つの離間したレンズ要素からなる、請求項１に記載のウイン−ダイソン投影レンズ。
【請求項４】
前記第２のレンズ群の最もミラー方向のレンズ要素は、最もミラー方向の凹表面を有している、請求項３に記載のウイン−ダイソン投影レンズ。
【請求項５】
前記第２のレンズ群の最もミラー方向のレンズ要素は、最もミラー方向の凸表面を有している、請求項３に記載のウイン−ダイソン投影レンズ。
【請求項６】
前記第１及び第２のプリズムは、それぞれが二等辺のプリズムである、請求項１から５の何れか１項に記載のウイン−ダイソン投影レンズ。
【請求項７】
フォトレジストで被覆されたウエハ上にレチクルを画像化するための光学リソグラフィーシステムであって、
請求項１から６の何れか１項に記載のウイン−ダイソン投影レンズと、
照射器とを含み、
前記ウイン−ダイソン投影レンズにおいて、前記レチクルは対物面に存在し、前記ウエハは画像面に存在し、
前記照射器は、紫外線放射で前記レチクルを操作可能に照射するように配置される、光学リソグラフィーシステム。
【請求項８】
対物面、画像面及び画像領域を有し、紫外線放射からの損傷に対する感受性を減少させたウイン−ダイソン投影レンズであって、光軸に沿って、
凹表面を有する凹面鏡と、
前記凹面鏡の前記凹表面から離間した正レンズ群と、
石英ガラス又はＢＳＭ５１Ｙの何れかで形成され、前記凹面鏡と向かい合う正レンズ群に隣接して、前記光軸のそれぞれの側に配置される第１及び第２のプリズムとを備え、
前記第１及び第２のプリズムは、前記対物面及び画像面に隣接して存在する各表面を有し、
前記正レンズ群は、Ｓ−ＦＰＬ５１Ｙ、Ｓ−ＦＳＬ５Ｙ又は石英ガラスで形成された第１のレンズ要素Ｌ１と、ＢＳＭ５１Ｙ又はＢＡＬ１５Ｙで形成された第２のレンズ要素Ｌ２と、Ｓ−ＦＰＬ５１Ｙ、Ｓ−ＦＳＬ５Ｙ又は石英ガラスで形成された第３のレンズ要素Ｌ３とを含み、
前記ウイン−ダイソン投影レンズは、０．１６から０．２の範囲の開口数ＮＡ、実質的な等倍率、２倍のテレセントリック性、及び、ｇｈｉ線放射を含むスペクトル帯域に対する画像領域上での０．９５より大きいストレールレシオを有する
ウイン−ダイソン投影レンズ。
【請求項９】
前記正レンズ群は、Ｓ−ＦＰＬ５１Ｙ、Ｓ−ＦＳＬ５Ｙ又は石英ガラスで形成された第４のレンズ要素Ｌ４をさらに含む、請求項８に記載のウイン−ダイソン投影レンズ。
【請求項１０】
前記第１及び第２のレンズ要素は接合複レンズを規定するとともに、前記第１のレンズ要素は、平凸レンズであり、前記第１及び第２のプリズムと接触している、請求項８又は９に記載のウイン−ダイソン投影レンズ。
【請求項１１】
フォトレジストで被覆されたウエハ上のレチクルを画像化するための光学リソグラフィーシステムであって、
請求項８から１０の何れか１項に記載のウイン−ダイソン投影レンズと、
照射器とを含み、
ウイン−ダイソン投影レンズにおいて、前記レチクルは対物面に存在し、前記ウエハは画像面に存在し、
前記照射器は、紫外線放射で前記レチクルを照射するように配置される、光学リソグラフィーシステム。
【請求項１２】
対物面、画像面及び画像領域を有し、紫外線放射からの損傷に対する感受性を減少させたウイン−ダイソン投影レンズであって、光軸に沿って、
凹表面を有する凹面鏡と、
前記凹面鏡の前記凹表面から離間した正レンズ群と、
石英ガラス又はＢＳＭ５１Ｙの何れかで形成され、前記凹面鏡と向かい合う正レンズ群に隣接して、前記光軸のそれぞれの側に配置される第１及び第２のプリズムと、
接合複レンズを規定する第１及び第２のレンズ要素と、
第３のレンズ要素とを備え、
前記第１及び第２のプリズムは、前記対物面及び画像面に隣接して存在する各表面を有し、
前記第１のレンズ要素は、前記第１及び第２のプリズムと接触する平面を有し、Ｓ−ＦＰＬ５１Ｙ又はＳ−ＦＳＬ５Ｙの何れかで形成され、前記第２のレンズ要素は、ＢＡＬ１５Ｙ又はＢＳＭ５１Ｙの何れかで形成され、
前記第３のレンズ要素は、前記第２のレンズ要素と離間し、Ｓ−ＦＳＬ５Ｙ又はＳ−ＦＰＬ５１Ｙの何れかで形成され、
前記ウイン−ダイソン投影レンズは、０．１６の開口数ＮＡ、４０×２０ｍｍの画像領域、実質的な等倍率、２倍のテレセントリック性、及び、ｇｈｉ線放射を含むスペクトル帯域に対する画像領域上において０．９５より大きいストレールレシオを有する、ウイン−ダイソン投影レンズ。
【請求項１３】
前記正レンズ群は、前記第３のレンズ要素から前記凹面鏡の方へ離間し、Ｓ−ＦＳＬ５Ｙ又はＳ−ＦＰＬ５１Ｙの何れかで形成された第４のレンズ要素をさらに含む、請求項１２に記載のウイン−ダイソン投影レンズ。
【請求項１４】
フォトレジストで被覆されたウエハ上にレチクルを画像化するための光学リソグラフィーシステムであって、
請求項１２又は１３に記載のウイン−ダイソン投影レンズと、
照射器とを備え、
前記ウイン−ダイソン投影レンズにおいて、前記レチクルは対物面に存在し、前記ウエハは画像面に存在し、
前記照射器は、紫外線放射で前記レチクルを照射するように配置される、光学リソグラフィーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、投影レンズに関する。具体的には、本願は、紫外線（ＵＶ）及び深紫外線（ＤＵＶ）波長で実施されるフォトリソグラフィーにおいて用いられるウイン−ダイソン（Ｗｙｎｎｅ−Ｄｙｓｏｎ）投影レンズに関する。より具体的には、ＵＶ放射からの損傷に対する感受性を減少させた、上記のような投影レンズに関する。
【０００２】
本明細書において言及されるあらゆる刊行物又は特許文献の全開示は、参照により本明細書中に組み込まれる。刊行物又は特許文献には、以下のものが含まれる。：Ｊ．Ｄｙｓｏｎ、「サイデル収差のない等倍率光学システム」、アメリカ光学学会誌、１９５９年７月；米国特許第３，７４８，０１５号公報；米国特許第６，８７９，３８３号公報；米国特許第７，１６６，４９６号公報；米国特許第７，５７３，６５５号公報；米国付与前公開公報第２０１４／００４９９７８号明細書；欧州特許出願公開第０７７９５５８Ａ２号明細書；欧州特許出願公開第２０６７０７Ａ２号明細書；及び、欧州特許出願公開第０９６００７４Ａ１号明細書。
【背景技術】
【０００３】
現代の半導体製造は、光学リソグラフィー投影機を利用している。光学リソグラフィー投影機は、集積回路を作製する工程の一部として半導体ウエハ上にマスクパターンを撮像する。（可視光と比較して）より波長の短いＵＶ光は、より解像度の高い撮像を可能とするため、光学リソグラフィー投影機は、ＵＶ光でマスクを照射する照射システム（「照射器」）を含む。光学リソグラフィー投影機は、投影レンズ（マイクロリソグラフィーレンズまたは光学リソグラフィーレンズとも呼ばれる）を用いている。多くの投影レンズは、少なくともいくつかのガラスレンズ要素を含む。画像領域に対する画像解像度に課せられる高度な要求のために、投影レンズは高性能に設計される。
【０００４】
既定のガラスレンズ要素を通過するＵＶ放射（光）の一部は、光学材料と相互作用する。これは、吸収される光エネルギーが熱に変換されることによる光の吸収も含む。熱は、ガラスの温度を局所的に上昇させる。これにより、屈折率は局所的に変化し、投影レンズの撮像性能に悪影響をもたらす。この作用は可逆的である。すなわち、照射が終了したときに、ガラスは冷却され、撮像性能は、回復される。したがって、照射を開始する（あるいは終了する）ことで、熱過渡効果が引き起こされ、温度が安定するまで投影レンズは加熱される（冷却される）。この間、画像性能には熱により誘発される変化が起こる。
【０００５】
ＵＶ光とガラス材料との間の第２の相互作用は、ガラス原子構造を変化させ、構造をより高密度化させる。これにより、ガラス屈折率が局所的に上昇し、投影レンズの撮像性能が低下する。この作用は、「放射圧縮」と呼ばれる。この「放射圧縮」は可逆的ではなく、付随して起こる屈折率上昇度は、露光の放射照度、及び、露光の時間累積放射照度に比例する。
【０００６】
第３の相互作用は、いわゆるソラリゼーションである。ソラリゼーションも、ガラス原子構造を変化させ、ガラス透過性を減少させる。放射圧縮のように、ソラリゼーションは可逆的ではなく、また、ガラス内部の光照射及び時間累積照度に比例する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、投影レンズが長時間にわたって高照度のＵＶ光に曝されると、圧縮効果及びソラリゼーション効果によってガラス要素は恒久的に損傷を受け、結果として撮像性能が大きく低下し得る。これらの悪影響は、ＵＶ照射量が大きくなり、採用される画像領域が大きくなるにつれて、より問題となる。これにより、ガラス要素を通過する照射光の照度はより大きくなる。さらに、画像性能のさらなる高度化により、許容される性能低下の量が制限される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一局面は、紫外線光学リソグラフィーシステムに用いられるウイン−ダイソン投影レンズである。このウイン−ダイソン投影レンズは、暴露される紫外線放射からの損傷に対する感受性を減少させるように構成されている。このウイン−ダイソン投影レンズは、光学ガラスで形成されたレンズ要素を用いている。この光学ガラスは、紫外線放射からの損傷に対して耐性を有するが、収差補正に対して十分な自由度も提供する。レンズ要素に用いられるガラスの種類は、石英ガラス（溶融シリカ）、Ｓ−ＦＰＬ５１Ｙ、Ｓ−ＦＳＬ５Ｙ、ＢＳＭ５１Ｙ及びＢＡＬ１５Ｙからなる光学ガラスの群から選択される。
【０００９】
本開示の他の局面は、対物面、画像面及び画像領域（画像フィールド）を有するウイン−ダイソン投影レンズである。本ウイン−ダイソン投影レンズは、紫外線照射による損傷に対する感受性を減少させたものである。本ウイン−ダイソンレンズは、光軸に沿って、凹表面を有する凹面鏡と、前記凹面鏡の前記凹表面から離間した正レンズ（凸レンズ）群と、石英ガラス又はＢＳＭ５１Ｙの何れかで形成され、前記凹面鏡と向かい合う正レンズ群に隣接して、前記光軸のそれぞれの側に配置される第１及び第２のプリズムとを含む。前記第１及び第２のプリズムは、前記対物面及び画像面に隣接して存在する各表面を有する。前記正レンズ群は、第１のレンズ群と、第２のレンズ群とで構成される。第１のレンズ群は、接合複レンズを有する。接合複レンズは、Ｓ−ＦＰＬ５１Ｙ、Ｓ−ＦＳＬ５Ｙ又は石英ガラスの何れかで形成され、前記第１及び第２のプリズムと接触する平面を有する平凸レンズ要素と、ＢＡＬ１５Ｙ又はＢＳＭ５１Ｙの何れかで形成された負メニスカスレンズとからなる。第２のレンズ群は、前記第１のレンズ群と離間し、それぞれがＳ−ＦＳＬ５Ｙ、Ｓ−ＦＰＬ５１Ｙ又は石英ガラスの何れかで形成された１つ又は２つのレンズ要素からなる。本ウイン−ダイソン投影レンズは、０．１６から０．２の範囲の開口数ＮＡを有し、実質的に等倍率であり、実質的に２倍のテレセントリック性を有し、かつ、ｇｈｉ線放射を含むスペクトル帯域に対する画像領域上においてストレールレシオが０．９５より大きい。
【００１０】
本開示の他の局面は、上述のウイン−ダイソン投影レンズであって、前記画像領域は、４０ｍｍ×２０ｍｍであることが好ましい。前記第２のレンズ群は、Ｓ−ＦＳＬ５Ｙで形成された１つのレンズ要素からなることが好ましい。
【００１１】
本開示の他の局面は、上述のウイン−ダイソン投影レンズであって、前記画像領域は６８ｍｍ×２８ｍｍであることが好ましい。前記ＮＡは、０．１６に等しいことが好ましい。前記第２のレンズ群は、２つの離間したレンズ要素からなることが好ましい。
【００１２】
本開示の他の局面は、上述のウイン−ダイソン投影レンズであって、前記第２のレンズ群の最もミラーワイズ（ミラー方向の）のレンズ要素は、最もミラーワイズ（ミラー方向の）の凹表面を有していることが好ましい。
【００１３】
本開示の他の局面は、上述のウイン−ダイソン投影レンズであって、前記第２のレンズ群の最もミラーワイズ（ミラー方向の）のレンズ要素は、最もミラーワイズ（ミラー方向の）の凸表面を有していることが好ましい。
【００１４】
本開示の他の局面は、上述のウイン−ダイソン投影レンズであって、前記第１及び第２のプリズムは、それぞれが二等辺のプリズムであることが好ましい。
【００１５】
本開示の他の局面は、フォトレジストで被覆されたウエハ上にレチクルを画像化するための光学リソグラフィーシステムである。本光学リソグラフィーシステムは、上述のウイン−ダイソン投影レンズを含む。ここで、前記レチクルは対物面に存在し、前記ウエハは画像面に存在する。また、本光学リソグラフィーシステムは、照射器を含む。照射器は、紫外線放射で前記レチクルを操作可能に照射するように配置される。
【００１６】
本開示の他の局面は、対物面、画像面及び画像領域を有するウイン−ダイソン投影レンズである。本ウイン−ダイソン投影レンズは、紫外線放射からの損傷に対する感受性を減少させたものである。本ウイン−ダイソン投影レンズは、光軸に沿って、凹表面を有する凹面鏡と、前記凹面鏡の前記凹表面から離間した正レンズ（凸レンズ）群と、石英ガラス又はＢＳＭ５１Ｙの何れかで形成され、前記凹面鏡と向かい合う正レンズ群に隣接して、前記光軸のそれぞれの側に配置される第１及び第２のプリズムとを含む。前記第１及び第２のプリズムは、前記対物面及び画像面に隣接して存在する各表面を有する。前記正レンズ群は、Ｓ−ＦＰＬ５１Ｙ、Ｓ−ＦＳＬ５Ｙ又は石英ガラスで形成された第１のレンズ要素Ｌ１と、ＢＳＭ５１Ｙ又はＢＡＬ１５Ｙで形成された第２のレンズ要素Ｌ２と、Ｓ−ＦＰＬ５１Ｙ、Ｓ−ＦＳＬ５Ｙ又は石英ガラスで形成された第３のレンズ要素Ｌ３とを含む。本ウイン−ダイソン投影レンズは、０．１６から０．２の範囲の開口数ＮＡ、実質的な等倍率、２倍のテレセントリック性、及び、ｇｈｉ線放射を含むスペクトル帯域に対する画像領域上において０．９５より大きいストレールレシオを有する。
【００１７】
本開示の他の局面は、上述のウイン−ダイソン投影レンズであって、前記正レンズ群は、Ｓ−ＦＰＬ５１Ｙ、Ｓ−ＦＳＬ５Ｙ又は石英ガラスで形成された第４のレンズ要素Ｌ４をさらに含むことが好ましい。
【００１８】
本開示の他の局面は、上述のウイン−ダイソン投影レンズであって、前記第１及び第２のレンズ要素は接合複レンズを規定することが好ましい。加えて、前記第１のレンズ要素は、平凸レンズであり、前記第１及び第２のプリズムと接触していることが好ましい。
【００１９】
本開示の他の局面は、フォトレジストで被覆されたウエハ上のレチクルを画像化するための光学リソグラフィーシステムである。本光学リソグラフィーシステムは、上述のウイン−ダイソン投影レンズを含む。ここで、前記レチクルは対物面に存在し、前記ウエハは画像面に存在する。また、本光学リソグラフィーシステムは、照射器を含む。照射器は、紫外線放射で前記レチクルを照射するように配置される。
【００２０】
本開示の他の局面は、対物面、画像面及び画像領域を有するウイン−ダイソン投影レンズである。本ウイン−ダイソン投影レンズは、紫外線放射からの損傷に対する感受性を減少させたものである。本ウイン−ダイソン投影レンズは、光軸に沿って、凹表面を有する凹面鏡と、前記凹面鏡の前記凹表面から離間した正レンズ（凸レンズ）群と、第１及び第２のプリズムと、接合複レンズを規定する第１及び第２のレンズ要素とを含む。前記第１及び第２のプリズムは、石英ガラス又はＢＳＭ５１Ｙの何れかで形成され、前記凹面鏡と向かい合う正レンズ群に隣接して、前記光軸のそれぞれの側に配置される。前記第１及び第２のプリズムは、前記対物面及び画像面に隣接して存在する各表面を有する。前記第１のレンズ要素は、前記第１及び第２のプリズムと接触する平面を有する。第１のレンズ要素は、Ｓ−ＦＰＬ５１Ｙ又はＳ−ＦＳＬ５Ｙの何れかで形成される。前記第２のレンズ要素は、ＢＡＬ１５Ｙ又はＢＳＭ５１Ｙの何れかで形成される。第３のレンズ要素は、前記第２のレンズ要素と離間し、Ｓ−ＦＳＬ５Ｙ又はＳ−ＦＰＬ５１Ｙの何れかで形成される。本ウイン−ダイソン投影レンズは、０．１６の開口数ＮＡ、４０×２０ｍｍの画像領域、実質的な等倍率、２倍のテレセントリック性、及び、ｇｈｉ線放射を含むスペクトル帯域に対する画像領域上での０．９５より大きいストレールレシオを有する。
【００２１】
本開示の他の局面は、上述のウイン−ダイソン投影レンズにおいて、前記正レンズ群は、第４のレンズ要素をさらに含む。第４のレンズ要素は、前記第３のレンズ要素から前記凹面鏡の方へ離間し、Ｓ−ＦＳＬ５Ｙ又はＳ−ＦＰＬ５１Ｙの何れかで形成される。
【００２２】
本開示の他の局面は、フォトレジストで被覆されたウエハ上にレチクルを画像化するための光学リソグラフィーシステムである。本光学リソグラフィーシステムは、上述のウイン−ダイソン投影レンズと、紫外線放射で前記レチクルを照射するように配置された照射器とを含む。前記ウイン−ダイソン投影レンズにおいて、前記レチクルは対物面に存在し、前記ウエハは画像面に存在する。
【００２３】
さらなる特徴点及び利点は、以下の詳細な説明に明記される。また、それらの一部は詳細な説明の記載内容から当業者にとって直ちに明白となるか、詳細な説明、特許請求の範囲、添付図面に記載された実施形態を実施することによって認識されるであろう。上記の概要及び下記の詳細な説明に関する記載は、単なる例示であって、特許請求の範囲に記載されている本発明の本質及び特徴を理解するための概略または枠組みを提供するものであることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
添付図面は、さらなる理解を提供するために含まれており、本明細書の一部を構成すると共に本明細書の一部に組み込まれる。図面は、１または複数の実施形態を示しており、詳細な説明と共に種々の実施形態の原理や動作を説明する役割を担う。このように、本開示は、添付図面と共に以下に示す詳細な説明からより完全に理解されることになるであろう。
【図１】図１は、本開示によりＵＶ損傷に対する感受性を減少させるように構成されたウイン−ダイソン投影レンズの第１の実施例を光学的に示す図である。
【図２】図２は、本開示によりＵＶ損傷に対する感受性を減少させるように構成されたウイン−ダイソン投影レンズの第２の実施例を光学的に示す図である。
【図３】図３は、本開示によりＵＶ損傷に対する感受性を減少させるように構成されたウイン−ダイソン投影レンズの第３の実施例を光学的に示す図である。
【図４】図４は、本開示によりＵＶ損傷に対する感受性を減少させるように構成されたウイン−ダイソン投影レンズの第４の実施例を光学的に示す図である。
【図５】図５は、本明細書で開示されるＵＶ損傷に対する感受性を減少させたウイン−ダイソン投影レンズを採用した一例の光学リソグラフィーシステムの模式図である。
【図６Ａ】図６Ａは、レチクル領域を規定するレチクルパターンを示す一例のレチクルを示すとともに、走査された照射領域の一例を模式的に示す正面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、照射領域の走査の一例、及び、走査された照射領域と関連した露光領域の一例を模式的に示す図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図６Ａと同様に、全照射領域の一例を示す図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、図６Ｂと同様に、対応する露光領域の大きさに対応した全画像領域の一例を示す図である。
【図７】図７は、図５のフォトリソグラフィーシステムによって半導体ウエハ上に形成された露光領域と併せて半導体ウエハを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以降、本開示の様々な実施形態、および、添付の図面に示される複数の例について詳述する。可能な限り、同一または類似の部分の図では、同一または類似の参照番号および参照符号が用いられる。図面には決まった縮尺がなく、当業者であれば、図面は本発明の主要な部分を説明するために簡略化されていることに気づくであろう。
【００２６】
下記の特許請求の範囲の記載は、発明の詳細な説明に組み込まれると共にその一部を構成する。
【００２７】
いくつかの図面において、参考のためにデカルト座標が描かれているが、これは方向および配置位置を限定するものではない。
【００２８】
ｇ、ｈ及びｉ線放射について、以下に説明する。ｇ、ｈ及びｉ線放射線は、公称で３６５ｎｍ、４０５ｎｍ、及び４３６ｎｍにそれぞれ相当する。これらの波長を用いたＵＶ光は、以下では、「ｇｈｉ光」又は「ｇｈｉ放射線」、あるいは略して単に「ｇｈｉ」と呼ばれる。これらの波長を用いた光学リソグラフィーは、「ｇｈｉ光学リソグラフィー」と呼ばれる。ｇｈｉ光学リソグラフィー用に設計された投影レンズは、「ｇｈｉ投影レンズ」と呼ばれる。一例では、ＵＶ照射に対する投影レンズの感受性の減少は、ｇｈｉ放射線に着目している。
〔設計考察〕
【００２９】
周知の市販の光学ガラスの製造業者による標準の光学ガラスの多くは、ｇｈｉ放射線、特にｉ線放射線に対して透過性が低いために、半導体製造用の高品質の投影レンズには適していない。ｇｈｉ波長に対して良好な透過性を有するとともに、ＵＶにより誘発される損傷に対して低い感受性を有する３種の光学ガラスは、石英ガラス、Ｓ−ＦＰＬ５１Ｙ及びＳ−ＦＳＬ５Ｙである。これらの光学ガラスは、日本の神奈川県にある株式会社オハラ（Ｏｈａｒａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手可能である。
【００３０】
ｇｈｉ波長のような比較的広範囲のＵＶ波長で動作するウイン−ダイソン型の等倍投影レンズにとって、色収差は補正を必要とする。システムの対称性により、横方向の色付き（ｌａｔｅｒａｌ  ｃｏｌｏｒ）は通常問題にはならない。一方、軸方向の色は、補正を必要とする。これにより、光学ガラスに比較的高度な分散（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）が要求される。しかしながら、上述のＳ−ＦＰＬ５１Ｙ、Ｓ−ＦＳＬ５Ｙ及び石英ガラス製の光学ガラスは、比較的低分散である。したがって、本明細書に開示される投影レンズの実施形態では、株式会社オハラ製の光学ガラスＢＳＭ５１Ｙ及びＢＡＬ１５Ｙが利用される。これらの光学ガラスは、軸方向の色を補正するために必要とされる分散を有しつつ、ＵＶにより誘発される損傷に対して比較的感受性が低いためである。
【００３１】
より具体的には、光学ガラスＳ−ＦＰＬ５１Ｙ、Ｓ−ＦＳＬ５Ｙ、石英ガラス、ＢＳＭ５１Ｙ及びＢＡＬ１５Ｙは、８１．１４、７０．３５、６７．８２、６０．６５、及び５８．６８のアッベ数をそれぞれ有している。したがって、Ｓ−ＦＰＬ５１Ｙは、低分散ガラスとして機能し、溶融ガラス及び／又はＳ−ＦＳＬ５Ｙは、中分散ガラスとして機能し、ＢＡＬ１５Ｙ及び／又はＢＳＭ５１Ｙは、高分散ガラスとして機能する。これらのガラスを使用することで、二次スペクトル及びｇｈｉ波長の他の収差を適切に補正するために充分な自由度が付与される。
〔投影レンズの例〕
【００３２】
図１から図４は、ウイン−ダイソン投影レンズ（「投影レンズ」）１０の４つの異なる実施形態をそれぞれ示す光学システムの図である。本明細書に開示された投影レンズ１０は、実質的に等倍であり、実質的に２倍のテレセントリック性を有し、ｇｈｉ放射線に対して用いるために設計される。すなわち、本明細書に開示された投影レンズ１０は、ｇｈｉ線放射線を含むスペクトル帯域において良好に補正される。
【００３３】
投影レンズ１０は、光軸Ａ１、表面ＭＳを有する凹型主鏡Ｍ、並びに、プリズムＰＡ及びＰＢを含む。プリズムＰＡ及びＰＢは、凹型主鏡Ｍから離間し、光軸Ａ１に対して互いに反対の側に配置されている。一例では、プリズムＰＡ及びＰＢは、二等辺プリズムである。プリズムＰＡ及びＰＢは、表面ＳＲ及びＳＷをそれぞれ有している。表面ＳＲ及びＳＷは、レチクル面ＲＰ及びウエハ面ＷＰにそれぞれ隣接して存在する。プリズムＰＡ及びＰＢはそれぞれ、全反射面として機能する表面ＳＴＩＲも有している。これにより、レチクル面ＲＰ及びウエハ面ＷＰを空間的に離間させることができる。レチクル面ＲＰは対物面に存在し、ウエハ面ＷＰは画像面に存在する。
【００３４】
投影レンズ１０は、全体で正の反射能を有する屈折レンズ群Ｇ（すなわち、「正」のレンズ群）を備える。屈折レンズ群Ｇは、主鏡ＭとプリズムＰＡ及びＰＢとの間に位置する。屈折レンズ群Ｇは、第１のレンズ群Ｇ１と第２のレンズ群Ｇ２とに分割される。第１のレンズ群Ｇ１は、平凸レンズ要素Ｌ１と、（公称の）平凹レンズ要素Ｌ２とで形成された接合複レンズを有する。第２のレンズ群Ｇ２は、軸上において第１のレンズ群Ｇ１と離間し、１つのレンズ要素Ｌ３あるいは２つのレンズ要素Ｌ３及びＬ４の何れかを有する。一例では、プリズムＰＡ及びＰＢは、第１のレンズ群Ｇ１の一部とみなされる。主鏡Ｍは、投影レンズ１０の開口絞りＡＳを規定する。
【００３５】
投影レンズ１０は、開口絞りＡＳに対して対称であるため、収差及び横方向の色付きは、一般に良好に補正される。主鏡Ｍは、色収差を含まない非点収差及び像面湾曲を主に生成する。そのため、投影レンズ１０における他の屈折素子は、主鏡Ｍによって発生した２種類の収差に加え、球面収差及びコマ収差などの他に発生し得る収差を補償するように設計されている。プリズムＰＡ及びＰＢは、屈折力（光パワー）を有しておらず、これらの屈折素子に対して比較的緩やかな搭載公差を許容する。
【００３６】
一例では、投影レンズ１０の焦点が実質的にぼけた場合であっても（例えば、実施例１及び３での＋／−５ミクロン、及び、実施例２での＋／−２．５ミクロンのずれ）、その画像性能（例えば、ストレール比で反射された画像性能）は、画像領域ＩＦのあらゆる所で実質的な回折限界を保持する。焦点位置の比較的広範囲にわたる画像性能を維持する能力は、重要な特性である。図５の光学リソグラフィーシステム２００に関連して以下で説明するように、一般的に投影レンズ１０は、フォトレジストに画像を形成するために用いられるからである。
【００３７】
３つの屈折レンズ素子Ｌ１からＬ３を有する投影レンズ１０の例として、各レンズ素子Ｌ１からＬ３は、以下の光学ガラスで形成されることができる。
レンズ素子Ｌ１：Ｓ−ＦＰＬ５１Ｙ、Ｓ−ＦＳＬ５Ｙ、又は石英ガラス
レンズ素子Ｌ２：ＢＳＭ５１Ｙ、又はＢＡＬ１５Ｙ
レンズ素子Ｌ３：Ｓ−ＦＰＬ５１Ｙ、Ｓ−ＦＳＬ５Ｙ、又は石英ガラス
さらなるレンズ素子Ｌ４を有する投影レンズ１０の例として、最初の３つのレンズ素子Ｌ１からＬ３を上記の光学ガラスで形成し、第４のレンズ素子Ｌ４を、Ｓ−ＦＰＬ５１Ｙ、Ｓ−ＦＳＬ５Ｙ、又は石英ガラスで形成することができる。
〔実施例１〕
【００３８】
図１は、投影レンズ１０の実施例１の光路図である。実施例１の投影レンズ１０は、設計フィールド半径５０ｍｍ、使用可能視野６８ｍｍ×２８ｍｍ、開口数（ＮＡ）０．１６、及び、全長８００ｍｍである。プリズムＰＡ及びＰＢは石英ガラスで形成され、レンズ素子Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、及びＬ４は、Ｓ−ＦＰＬ５１Ｙ、ＢＡＬ１５Ｙ、Ｓ−ＦＳＬ５Ｙ、及び石英ガラスでそれぞれ形成されている。光学ガラスＢＳＭ５１Ｙ及びＢＡＬ１５Ｙは、ｇｈｉ線波長において非常によく似た屈折率を有しており（したがって、類似した分散を有し）、紫外線で誘発される損傷に対する感受性が低い。そのため、レンズ素子Ｌ２の設計に用いられる光学ガラスＢＡＬ１５Ｙは、設計の軽微な変更により、同様の画像性能を維持しながら光学ガラスＢＳＭ５１Ｙと置き換えることができる。
【００３９】
以下の表１は、実施例１の光学処方を示す。表１において、「Ｓ」はサーフェイス数（表面番号）を表し、「ＴＨ」は厚さを示し、「ＣＡ／２」は開口半径、すなわちある素子の半径を示す。また、「ｒ」は半径を表し、ｋは円錐定数（コニック定数）を示し、ｃは、本技術分野で周知の非球面標準方程式を用いて非球面を表す非球面係数を意味する。
【表１】
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【００４０】
実施例１では、レンズ要素Ｌ４のミラー側の表面Ｓ１１は非球面であり、主鏡Ｍからの非点収差及び像面湾曲（ｆｉｅｌｄ  ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）を補償する主要な因子である。レンズ要素Ｌ４は、メニスカス形状を有し、度数が非常に小さい。投影レンズ１０の屈折力（光パワー）のほとんどは、主鏡Ｍ及びレンズ要素Ｌ２によって制御される。非球面レンズ要素Ｌ４は、より高次の収差に加えて、全長及び主光線収差を制御するために主に使用される。非球面レンズ要素Ｌ４は、その非球面Ｓ９を主鏡Ｍの方へカーブさせることに限定はされないことに留意すべきである。この非球面Ｓ９は、主鏡Ｍから離れるようにカーブすることも可能である。
【００４１】
投影レンズ１０の実施例１は、以下の２つの設計検討を含む。一つ目の検討は、レチクル面ＲＰ及びウエハ面ＷＰからできるだけ離れて非球面Ｓ９を配置することを含む。これにより、非球面Ｓ９の製造中に高頻度で発生し得るあらゆる表面誤差のテレセントリック性及び歪みへの影響が減少する。二つ目の検討は、あらゆる表面誤差は、表面ＭＳの反射特性に起因して２倍となるため、主鏡Ｍの表面ＭＳを非球面にしないことである。これは、非球面ミラー表面の試験は、より困難で費用がかかる傾向にあるためである。
〔実施例２〕
【００４２】
図２は、本明細書に開示される投影レンズ１０の実施例２の光路図である。実施例２の投影レンズ１０は、実施例１と同じ種類のガラスの４つのレンズ要素Ｌ１からＬ４を有する。実施例２の設計は、フィールド半径５０ｍｍ、使用可能視野６８ｍｍ×２８ｍｍ、開口数（ＮＡ）０．２、及び、全長８０５ｍｍである。実施例１のように、レンズ要素Ｌ４の表面Ｓ１１は、非球面であり、主鏡Ｍによって発生する非点収差及び像面湾曲を補償する主要な因子である。レンズ要素Ｌ４は、そのレンズ表面Ｓ８及びＳ９が主鏡Ｍから離れるようにカーブするとともに、全体として負の屈折力（光パワー）を有する。レンズ要素Ｌ４は、全長及びテレセントリック性の制御という、実施例１と同じメイン機能を有する。
【００４３】
実施例２の設計では、レンズ要素Ｌ３及びＬ４の厚さは、実施例１で使用されるものより大幅に薄い。これにより、光学経路におけるガラスの量が減少するため、吸収が減少するとともに上述の望ましくない熱過渡効果が減少する。
【００４４】
以下の表１は、実施例２の光学処方を示す。
【表２】
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〔実施例３〕
【００４５】
図３は、本明細書に開示される投影レンズ１０の実施例３の光路図である。実施例３の投影レンズ１０は、設計フィールド半径３６ｍｍ、使用可能視野４０ｍｍ×２０ｍｍ、及び、開口数（ＮＡ）０．１６を有する。投影レンズ１０の全長は、６９１ｍｍである。フィールドサイズが実施例１及び２よりも実質的に小さいため、屈折レンズ要素の数は、実施例１及び２よりも一つ減っている。プリズムＰＡ及びＰＢは、石英ガラスで形成される。レンズ要素Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３は、Ｓ−ＦＰＬ５１Ｙ、ＢＡＬ１５Ｙ、及びＳ−ＦＳＬ５Ｙでそれぞれ形成される。レンズ要素Ｌ２は、ＢＳＭ５１Ｙで形成することもできることに留意すべきである。レンズ要素Ｌ３は、非球面Ｓ９を有し、表面Ｓ８及びＳ９は、主鏡Ｍによって発生する非点収差及び像面湾曲を補正するように構成される。
【００４６】
表３は、投影レンズ１０の実施例３の光学処方を示す。
【表３】
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〔実施例４〕
【００４７】
図４は、本明細書に開示される投影レンズ１０の実施例４の光路図である。実施例４の投影レンズ１０は、設計フィールド半径５０ｍｍ、使用可能視野６８ｍｍ×２６ｍｍ、及び、開口数（ＮＡ）０．１６を有する。表面Ｓ１１は非球面である。他の実施例とは異なり、プリズムＰＡ及びＰＢは、ＢＳＭ５１Ｙで形成される。また、レンズ要素Ｌ１はＳ−ＦＰＬ５１Ｙで形成され、レンズ要素Ｌ２及びＬ４はＳ−ＦＳＬ５Ｙで形成され、レンズ要素Ｌ３は石英ガラスで形成される。したがって、プリズムＰＡ及びＰＢは、石英ガラスのみで形成される必要はない。
【００４８】
以下の表４は、投影レンズ１０の実施例３の光学処方を示す。
【表４】
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〔光学リソグラフィーシステム〕
【００４９】
図５は、本明細書に開示された投影レンズ１０を採用した光学リソグラフィーシステム２００の一例の模式図である。光学リソグラフィーシステム２００は、光軸Ａ０に沿って順に、照射器２０２、レチクル面ＲＰにおいてレチクル台２２０によって支持されるレチクル２１０（例えば、パターン化マスク）、画像投影レンズ２３０、及びウエハ面ＷＰにおいてウエハ台２５０によって支持されるウエハ２４０を含む。レチクル２１０は、パターン化区域２１１を含む。パターン化区域２１１は、パターン要素２１２を含むとともに、レチクル領域ＲＦを規定する。ウエハ２４０は、外側端２４１（図７参照）を含む。レチクル面ＲＰ及びウエハ面ＷＰは、照射を容易にするために、平行であり同軸上に位置するように示されている。図１Ａは、レチクル面ＲＰ及びウエハ面ＷＰの実際の方向性を示す。
【００５０】
ウエハ２４０は、ウエハ表面上に光感受性コーティング２４２（例えば、フォトレジスト）を含む。光感受性コーティング２４２は、照射器２０２に配置される光源３１０が発する光３２０（すなわち、「化学光」）によって活性化される。化学光３２０は、ｇｈｉ線放射を含む。照射器２０２は、開口絞り３３０を含むように示される。一例では、光源３１０は、発光素子３１４の配列３１２を含む。
【００５１】
また、光学リソグラフィーシステム２００は、照射器２０２に操作可能に接続された制御部２６０、レチクル台２２０、及びウエハ台２５０を含む。制御部２６０は、光学リソグラフィーシステム２００の操作を制御するように構成される。一例の制御部２６０は、パーソナルコンピュータ又はワークステーションなどのコンピュータを含む。一例では、制御部２６０は、装置制御ソフトウエアを含む。装置制御ソフトウエアは、光学リソグラフィーシステム２００の種々の構成部品を制御する指令を含む。その指令は、コンピュータ読取可能な媒体で具現化されている。
【００５２】
照射器２０２は、対物面において照射領域ＩＬＦ（図５Ａ参照）を生成するように構成される。対物面は、レチクル面ＲＰに相当する。照射領域ＩＬＦは、均一化された化学光３２０’を含み、レチクル領域露光時間中、レチクル領域ＲＦの少なくとも一部を照射する。これにより、投影レンズ１０は、対応するウエハ露光時間中、対応する画像領域ＩＦをウエハ面ＷＰに形成する。ウエハ台２５０は、（例えば、制御部２６０からの制御信号ＳＣＷを介して）移動可能である。そのため、画像領域ＩＦは、ウエハ２４０の異なる部分に位置することができ、ウエハ２４０上、より具体的には、光感受性コーティング２４２に種々の露光領域ＥＦを形成する。一例では、レチクル台２２０は、制御部２６０からの制御信号ＳＣＲによって移動可能である。
【００５３】
このように、照射器２０２からの均一化された化学光３２０’は、レチクル領域ＲＦを規定するパターン化区域２１１の少なくとも一部を照射するために使用される。レチクル領域ＲＦの照射部分は、その後、投影画像レンズ２３０を介してウエハ２４０の光感受性コーティング２４２上に画像化される。一実施形態では、図１において矢印ＡＲで示し、図６Ａ及び図６Ｂにおいて模式的に示されるように、照射領域ＩＬＦがレチクル領域ＲＦ上を走査するときに、ウエハ２４０上の画像領域ＩＦを走査する方法で、レチクル２１０とウエハ２４０とが、同時に動かされる。この操作により、走査された露光領域ＥＦが形成される。この露光領域ＥＦは、照射領域ＩＬＦ又は画像領域ＩＦの何れかよりも大きい。その後、この工程はウエハ２４０の異なる（非露光）区域に対して繰り返される。このプリントアプローチは、「ステップアンドスキャン」技術と呼ばれる。
【００５４】
他の例では、照射領域ＩＬＦは、一度に全レチクル領域ＲＦを照射し、これにより、一回の露光で、一つの露光領域ＥＦを形成する。ウエハ２４０は、その後移動し、一回の静止した露光が繰り返される。このプリントアプローチは、「ステップアンドリピート」と呼ばれる。図６Ｃは、図５Ａと同様の図であり、ステップアンドリピートプリントに使用される全照射領域ＩＬＦの一例を示す。図６Ｄは、図６Ｂと同様の図であり、ステップアンドリピートプリントで使用される対応露光領域ＥＦの大きさと一致する全画像領域ＩＦの一例を示す。
【００５５】
図７に関連して、光感受性コーティング２４２においてウエハ２４０上で形成される露光領域ＥＦは、標準的なフォトリソグラフィー技術及び半導体製造技術によって集積回路チップを形成するために順次使用される。
【００５６】
本明細書で開示された、投影レンズ１０の紫外線損傷に対する感受性の低下によって、投影レンズ１０は、同じ光学リソグラフィーシステム２００を同じ操作条件下で使用された場合、従来の投影レンズと比較して７から１０倍長く使用し続けることが可能であると推定される。
【００５７】
当業者には明白であるが、添付される特許請求の範囲で規定された本開示の精神または範囲から逸脱することなく、本明細書中に記載された本開示の好ましい実施形態に対して様々な変更を加えることができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその均等範囲内で行われる本開示の修正及び変更を包含する。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【外国語明細書】
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