(57)【要約】【課題】水などの浸漬媒質、又は融解石英及びＣａＦ2などのレンズ材料を用いた従来構造の不利点を回避する高開口投影対物レンズと、中程度のサイズかつ材料消費量である、少なくともＮＡ＝１．３５の像側開口数での浸漬リソグラフィに適する投影対物レンズを提供する。【解決手段】マイクロリソグラフィ投影露光装置に適する投影対物レンズの物体面上に設けられたパターンを投影対物レンズの像面上に結像するための投影対物レンズであって、投影対物レンズの作動波長の放射光を透過する複数の光学素子を有し、少なくとも１つの光学素子は、作動波長で屈折率ｎ≧１．６を有する高屈折率材料から形成された高屈折率光学素子である、投影対物レンズ。【選択図】図１
2008547039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロリソグラフィ投影露光装置に適する投影対物レンズの物体面上に設けられたパターンを投影対物レンズの像面上に結像するための投影対物レンズであって、
投影対物レンズの作動波長の放射光を透過する複数の光学素子を有し、
少なくとも１つの光学素子は、作動波長で屈折率ｎ≧１．６を有する高屈折率材料から形成された高屈折率光学素子である、投影対物レンズ。
【請求項２】
高屈折材料は、作動波長で屈折率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】
高屈折率材料は、サファイアである、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項４】
高屈折率材料は、二酸化ゲルマニウムである、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項５】
物体側開口数ＮＡｏｂｊは、０．３を超える、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項６】
絶対縮小比｜β｜≦０．２５であるとともに、物体側開口数ＮＡｏｂｊ＞０．３６である、請求項５に記載の投影対物レンズ。
【請求項７】
１つの第１高屈折率光学素子、及び少なくとも１つの第２高屈折率光学素子を有する、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項８】
第１高屈折率光学素子及び第２高屈折率光学素子の各々は、複屈折を示すとともに各光学素子の複屈折の向きを定める高屈折材料から形成され、第１高屈折率光学素子及び第２高屈折率光学素子は、複屈折の向きに関して異なる設置が行われ、それにより、高屈折率光学素子によって発生する複屈折の効果が、少なくとも部分的に補償されるようにした、請求項７に記載の投影対物レンズ。
【請求項９】
投影対物レンズは、像面に最も近い最後の光学素子を有しており、最後の光学素子は、屈折率ｎ＞１．６の高屈折率材料で少なくとも部分的に形成される、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項１０】
最後の光学素子は、屈折率ｎ＞１．６の高屈折率材料で形成されたモノリシック平凸レンズである、請求項９に記載の投影対物レンズ。
【請求項１１】
最後の光学素子は、分割境界面に沿って互いに光学接触状態にある少なくとも２つの光学素子からなり、最後の光学素子を形成する光学素子の少なくとも１つが、屈折率ｎ＞１．６の高屈折率材料からなる、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、湾曲した入射側及び平面的な射出側を有する入射側平凸レンズ素子、及び平面的な分割面に沿って平凸レンズ素子と光学接触状態にある射出側平行平面板からなる、請求項９に記載の投影対物レンズ。
【請求項１３】
平凸レンズ素子は屈折率ｎ＞１．６の高屈折率材料からなり、射出側平行平面板は、融解石英からなる、請求項１２に記載の投影対物レンズ。
【請求項１４】
平凸レンズ素子は融解石英からなり、射出側平行平面板は、屈折率ｎ＞１．６の高屈折率材料からなる、請求項１２に記載の投影対物レンズ。
【請求項１５】
最後の光学素子は平凸レンズとして形作られ、分割面は湾曲し、それにより、分割面で接触した両方の光学素子は、同様の屈折力を有するレンズ部品である、請求項１１に記載の投影対物レンズ。
【請求項１６】
投影対物レンズは、収差に関して適応させた浸漬対物レンズとして構成され、それにより、最後の光学素子と像面との間の像側作動距離は、屈折率が１より相当に大きい浸漬媒質で満たされる、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項１７】
投影対物レンズは、作動波長での屈折率が１．４より大きい浸漬液に適応させられる、請求項１６に記載の投影対物レンズ。
【請求項１８】
投影対物レンズは１９３ｎｍの作動波長用に構成され、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】
投影対物レンズは、およそ作動波長以下の有限像側作動距離を有する固体浸漬対物レンズとして構成され、それにより、投影対物レンズの像側射出面から出るエバネッセント場を結像に使用することができる、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項２０】
投影対物レンズは、固体浸漬リソグラフィ用に構成され、投影対物レンズの像側射出面が、露光すべき基板に付随する結合面と機械的接触状態にある、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項２１】
像側開口数ＮＡは、１．３より大きい、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項２２】
像面に最も近接して位置するひとみ面が、収束ビームの、像面に最も近い局所最大ビーム直径の領域と像面との間の領域内に位置する、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項２３】
像面及びそれから最も遠いレンズを有し、そのレンズから始まって像面までに収束ビーム路が存在し、ひとみ面又は光学系開口が、前記レンズの像側に少なくとも１０ｍｍの距離をおいて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面上に位置付けられたマスク上に設けられたパターンを、投影対物レンズの像面上に設けられた基板上に結像するためのマイクロリソグラフィ投影露光方法であって、先行する請求項の少なくとも１つに記載のマイクロリソグラフィ投影対物レンズを使用し、マイクロリソグラフィ投影対物レンズの最後のレンズと露光すべき基板との間に浸漬液を導入する、マイクロリソグラフィ投影露光方法。
【請求項２５】
投影対物レンズの作動波長で１．４より大きい屈折率を有する浸漬液を使用する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
浸漬液は、作動波長で１．５より大きい屈折率を有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
投影対物レンズの物体面上に位置付けられたマスク上に設けられたパターンを、投影対物レンズの像面上に設けられた基板上に結像するための、使用中の投影対物レンズの像側の最後の光学素子を露光すべき物体上にリンギング又は押し付けを行うマイクロリソグラフィ投影露光方法であって、
投影対物レンズ及び露光すべき基板を互いに対して位置付けるステップと、
投影対物レンズの射出面及び基板の結合面を接触させるステップと、
マスクを投影対物レンズに対して位置合わせし、それにより、マスクの所望パターン領域が、投影対物レンズの射出面と接触状態にある基板の目標区域上に結像されるようにする、位置合わせするステップと
を所定順序に含む、マイクロリソグラフィ投影露光方法。
【請求項２８】
ステップは、基板上の多数の並置された目標区域について繰り返される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
露光すべき基板と投影対物レンズの射出面との間に薄い透明メンブレーンが配置される、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
請求項１に従ったマイクロリソグラフィ投影対物レンズを使用する、請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
投影対物レンズの物体面上に位置付けられたマスク上に設けられたパターンを、投影対物レンズの像面上に設けられた基板上に結像するためのマイクロリソグラフィ投影露光方法であって、マイクロリソグラフィ投影対物レンズを使用し、マイクロリソグラフィ投影対物レンズの最後のレンズと露光すべき基板との間に浸漬液を導入し、シクロヘキサンを浸漬液として使用する、マイクロリソグラフィ投影露光方法。
【請求項３２】
最後の光学素子は、湾曲した入射面及び本質的に平面的な射出面を有する像側平凸の第２レンズ素子と、湾曲した入射面、及び第１レンズ素子の湾曲した入射面と光学接触状態にある湾曲した射出面を有する物体側の第１レンズ素子とを有する平凸複合レンズを含み、第１レンズ素子の湾曲した入射面の第１曲率半径Ｒ１は、第２レンズ素子の入射面の第２曲率半径Ｒ２より大きい、請求項９に記載の投影対物レンズ。
【請求項３３】
第１レンズ素子は、第２レンズ素子の第２屈折率ｎ２より小さい第１屈折率ｎ１を有し、屈折率差Δｎ＝ｎ２−ｎ１について条件Δｎ≧０．２５が成立するようにした、請求項３２に記載の投影対物レンズ。
【請求項３４】
第２レンズ素子は、高屈折率結晶材料から形成され、第１レンズ素子は、ガラス質材料から形成される、請求項３２に記載の投影対物レンズ。
【請求項３５】
結晶質材料は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化マグネシウムアルミニウム（ＭｇＡｌＯ4、スピネル）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化イットリウムアルミニウム（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）及びフッ化ランタン（ＬａＦ3）からなる群から選択される、請求項３４に記載の投影対物レンズ。
【請求項３６】
第１レンズ素子は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）から形成される、請求項３４に記載の投影対物レンズ。
【請求項３７】
最後の光学素子は、湾曲した入射面及び本質的に平面的な射出面を有する像側平凸の第２レンズ素子と、湾曲した入射面、及び第１レンズ素子の湾曲した入射面と光学接触状態にある湾曲した射出面を有する物体側の第１レンズ素子とを有する平凸複合レンズを含み、屈折率ｎ1を有する浸漬媒質が、第１レンズ素子の射出面と第２レンズ素子の入射面との間のギャップ内に配置される、請求項９に記載の投影対物レンズ。
【請求項３８】
第１レンズ素子は、第２レンズ素子の第２屈折率ｎ２より小さい第１屈折率ｎ１を有し、屈折率差Δｎ＝ｎ２−ｎ１について条件Δｎ≧０．２５が成立するようにしており、また、浸漬媒質は、１．３≦ｎ1≦１．６の範囲内の屈折率を有する、請求項３７に記載の投影対物レンズ。
【請求項３９】
ギャップの最大ギャップ幅ＧＷが、５０μｍ≦ＧＷ≦２ｍｍの範囲内にある、請求項３７に記載の投影対物レンズ。
【請求項４０】
最後の光学素子には、曲率半径Ｒ２の湾曲した入射面及び本質的に平面的な射出面を有し、レンズの光軸に沿って測定した入射面及び射出面間の軸方向距離として定められる軸方向レンズ厚さＴを有し、Ｔ＞Ｒ２であるハイパー半球面レンズが含まれる、請求項９に記載の投影対物レンズ。
【請求項４１】
投影対物レンズは、像側開口数が１．７≦ＮＡ≦１．８である、請求項４０に記載の投影対物レンズ。
【請求項４２】
ハイパー半球面レンズの形状は、半球面部分と、半球面部分の曲率半径に等しい半径を有する円筒部分との組み合わせである、請求項４０に記載の投影対物レンズ。
【請求項４３】
ハイパー半球面レンズは、球面状の入射面を有し、球面状の入射面は、球面状の入射面の曲率中心を通る中央断面を越えて球面状に延びるとともに、レンズの光軸に対して垂直に位置合わせされる、請求項４０に記載の投影対物レンズ。
【請求項４４】
ハイパー半球面レンズは、複合平凸の最後の光学素子の像側の第２レンズ素子を形成する、請求項４０に記載の投影対物レンズ。
【請求項４５】
投影対物レンズは、ＮＡＳＰ個の非球レンズ面を与える隣接して連続した少なくとも２つの非球面レンズＮＡＳＰＬ個からなる、少なくとも１つの非球面レンズ群を含み、非球面比ＡＲ＝ＮＡＳＰ／NＡＳＰＬについて条件ＡＲ＞１が成立する、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項４６】
ＮＡＳＰ≧３、かつＡＲ≧１．５である、請求項４５に記載の投影対物レンズ。
【請求項４７】
ＮＡＳＰＬは、３、４、５、６を含む群から選択される、請求項４５に記載の投影対物レンズ。
【請求項４８】
非球面レンズ群は、３、４、５及び６のうち少なくとも１つの数の、隣接して連続する非球面を含む、請求項４５に記載の投影対物レンズ。
【請求項４９】
非球面レンズ群内に正確に１つの球面が存在し、ＮＡＳＰＬ≧３の場合、ＮＡＳＰ＝２・ＮＡＳＰＬ−１の条件が満たされるようにした、請求項４５に記載の投影対物レンズ。
【請求項５０】
ＮＡＳＰＬは、３、４、５からなる群から選択される、請求項４９に記載の投影対物レンズ。
【請求項５１】
ＮＡＳＰ個の非球レンズ面を与える隣接して連続した少なくとも２つの非球面レンズＮＡＳＰＬ個からなる像側非球面レンズ群が、最後の光学素子のすぐ上流側に配置され、非球面比ＡＲ＝ＮＡＳＰ／ＮＡＳＰＬについて条件ＡＲ＞１．５が成立する、請求項９に記載の投影対物レンズ。
【請求項５２】
ＮＡＳＰＬ＝２である、請求項５１に記載の投影対物レンズ。
【請求項５３】
隣接して連続する少なくとも３つの非球レンズ面が、最後の光学素子のすぐ上流側に設けられる、請求項９に記載の投影対物レンズ。
【請求項５４】
像側非球面レンズ群は、像面に面する凹レンズ面を有する少なくとも２つの連続する正メニスカスレンズを含む、請求項５１に記載の投影対物レンズ。
【請求項５５】
ＮＡＳＰ個の非球レンズ面を与える隣接して連続する少なくとも２つの非球面レンズＮＡＳＰＬ個からなる物体側非球面レンズ群が、物体面のすぐ下流側に配置され、非球面比ＡＲ＝ＮＡＳＰ／ＮＡＳＰＬについて条件ＡＲ＞１．５が成立する、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項５６】
ＮＡＳＰＬは、３、４及び５のうちの１つである、請求項５５に記載の投影対物レンズ。
【請求項５７】
物体側非球面レンズ群は、光軸上の頂点曲率半径Ｒv、及びレンズ面の縁部での縁部曲率半径ＲＥを有する非球レンズ面を含み、ＲＥ≦０．７・Ｒvである、請求項５５に記載の投影対物レンズ。
【請求項５８】
物体面上に設けられたパターンを第１中間像に結像する第１屈折対物レンズ部と、第１中間像を第２中間像に結像する、少なくとも１つの凹面鏡を含む第２対物レンズ部と、第２中間像を像面上に結像する第３対物レンズ部とを有する、請求項１に記載の投影対物レンズ。
【請求項５９】
ひとみ面が、物体面及び第１中間像の間と、第１中間像及び第２中間像の間と、第２中間像及び像面の間とに形成され、非球面の入射面及び非球面の射出面を有する少なくとも１つの両非球面レンズが、物体面及び第１ひとみ面間において、第１ひとみ面に近い領域内でそのひとみ面でのひとみの直径以下の距離だけそのひとみ面から離れた位置に配置される、請求項５８に記載の投影対物レンズ。
【請求項６０】
物体側凹レンズ面を有する少なくとも１つのメニスカスレンズを含むメニスカス群が、第１対物レンズ部の第１ひとみ面のすぐ下流側に配置され、そのメニスカスレンズの厚さが、メニスカスレンズの直径の０．６倍を超えない、請求項５８に記載の投影対物レンズ。
【請求項６１】
メニスカスレンズの自由直径をＤとすると、メニスカス群の非球レンズ面は、１．２Ｄより小さい局所曲率半径ＲCを有する、請求項６０に記載の投影対物レンズ。
【請求項６２】
第１中間像のすぐ上流側のレンズ群は、入射側曲率半径Ｒ１及び入射側曲率半径Ｒ２を有して平均曲率半径Ｒｍ＝１／（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）を定める少なくとも１つのレンズを有し、平均曲率半径はレンズの像側に中心を有する、請求項５８に記載の投影対物レンズ。
【請求項６３】
第１中間像のすぐ上流側のレンズ群は、少なくとも１つの両非球面レンズを含む、請求項５８に記載の投影対物レンズ。
【請求項６４】
第２中間像のすぐ下流側のレンズ群は、像側凹レンズ面を有する少なくとも１つの正メニスカスレンズを含む、請求項５８に記載の投影対物レンズ。
【請求項６５】
第３対物レンズ部は、少なくとも３つの連続した非球レンズ面を有する負レンズ群を第２中間像及び像側ひとみ面間に含む、請求項５８に記載の投影対物レンズ。
【請求項６６】
投影対物レンズの物体面上に設けられたパターンを投影対物レンズの像面上に結像するための投影対物レンズであって、
投影対物レンズの作動波長の放射光を透過するとともに、少なくとも１つの非球レンズ面を有する複数の非球面レンズを含む複数の光学素子を備え、
非球レンズ面は、ゼルニケ係数Ｋi、及び
【数３０】
2008547039.tif 000065
に従ったゼルニケ多項式Ｚ１によって表され、
ここで、非球面上の点のサジッタｐは、光軸からの正規化半径方向距離ｈの関数として表され、非球レンズ面の半径Ｒは固定であって、Ｋ４＝０になるようにしており、ここで、
【数３１】
2008547039.tif 000066
【数３２】
2008547039.tif 000067
であり、また、０＜ｈ≦１の正規化半径ｈは、
【数３３】
2008547039.tif 000068
として定められ、
また、像側に最も近接して配置された最後の光学素子を備え、最後の光学素子は、屈折力及び屈折率ｎＬＯＥを有し、
像側開口数ＮＡ、及び
最後の光学素子内の幾何学的開口ｓｉｎαを有し、
投影対物レンズは、比ＮＡ／ｎＬＯＥに対応する最後の光学素子内の開口ｓｉｎαが次の条件
【数３４】
2008547039.tif 000069
に従う光学限界範囲内で、像側高開口数ＮＡ≧１．３で使用される、投影対物レンズ。
【請求項６７】
ＮＡ≧１．４、かつｓｉｎα≧０．９である、請求項６６に記載の投影対物レンズ。
【請求項６８】
物体面のすぐ下流側のレンズによって形成された物体側非球面レンズ群は、隣接して連続した少なくとも３つの非球レンズ面を有し、その物体側非球面レンズ群の、物体面に最も近い第１面は、次の条件
【数３５】
2008547039.tif 000070
の少なくとも１つに従う請求項６６に記載の投影対物レンズ。
【請求項６９】
物体側非球面レンズ群の第１非球面に続く第２非球面は、次の条件
【数３６】
2008547039.tif 000071
の少なくとも１つに従う、請求項６８に記載の投影対物レンズ。
【請求項７０】
物体面のすぐ下流側のレンズによって形成された物体側非球面レンズ群は、隣接して連続する少なくとも４つの非球レンズ面を有し、次の条件
【数３７】
2008547039.tif 000072
の少なくとも１つが、第１非球レンズ面、第２非球レンズ面及び第３非球レンズ面に続く第４非球レンズ面について成り立つ、請求項６６に記載の投影対物レンズ。
【請求項７１】
物体面のすぐ下流側のレンズによって形成された物体側非球面レンズ群は、３、４、５及び６のうちの１つの数の隣接して連続した非球レンズ面を有し、頂点での表面湾曲は、すべての非球レンズ面の場合で局所曲率半径の中心が像側にあるような向きである、請求項６６に記載の投影対物レンズ。
【請求項７２】
物体面のすぐ下流側のレンズによって形成された物体側非球面レンズ群は、３、４、５及び６のうちの１つの数の隣接して連続した非球レンズ面を有し、物体側非球面レンズ群のすべての非球レンズ面の場合に、非球面に対する包絡球面の曲率中心が像側にある、請求項６６に記載の投影対物レンズ。
【請求項７３】
第２レンズ群が、物体側に曲率中心を有する第１レンズ面で始まるレンズ群として定められ、第２群の第１非球面の曲率中心及びその第２群の第２非球レンズ面の曲率中心の少なくとも一方が、物体側にある、請求項６６に記載の投影対物レンズ。
【請求項７４】
第２群の第１非球面の形状は、次の条件
【数３８】
2008547039.tif 000073
に従う、請求項７３に記載の投影対物レンズ。
【請求項７５】
負レンズを含み、物体面及び像面間にビーム直径の狭窄部分を形成するように構成されたレンズ群は、次の条件
【数３９】
2008547039.tif 000074
の少なくとも１つに従う第１非球レンズ面を有する、請求項６６に記載の投影対物レンズ。
【請求項７６】
負レンズを含み、物体面及び像面間にビーム直径の狭窄部分を形成するように構成されたレンズ群は、少なくとも３つ、最大で５つの連続した非球レンズ面を含み、以下の条件、
その群の第１の非球レンズ面が、次の条件
【数４０】
2008547039.tif 000075
の少なくとも１つに従うこと、
そのレンズ群の第２非球レンズ面が、次の条件
【数４１】
2008547039.tif 000076
の少なくとも１つに従うこと、
そのレンズ群の第３非球レンズ面が、次の条件
【数４２】
2008547039.tif 000077
の少なくとも１つに従うこと、
そのレンズ群の第４非球レンズ面が、次の条件
【数４３】
2008547039.tif 000078
の少なくとも１つに従うこと、及び
そのレンズ群の第５非球レンズ面が、次の条件
【数４４】
2008547039.tif 000079
の少なくとも１つに従うこと、
の少なくとも１つが成り立つ、請求項６６に記載の投影対物レンズ。
【請求項７７】
最後の光学素子のすぐ上流側のレンズ群は、主に、又はもっぱら正レンズだけで構成され、このレンズ群の正レンズの第１非球レンズ面が、次の条件
【数４５】
2008547039.tif 000080
の少なくとも１つに従う、請求項６６に記載の投影対物レンズ。
【請求項７８】
第１非球面に続く第２非球レンズ面が、次の条件
【数４６】
2008547039.tif 000081
の少なくとも１つに従う、請求項７７に記載の投影対物レンズ。
【請求項７９】
最後の光学素子のすぐ上流側のレンズ群が、最大ビーム直径の領域内に、次の条件
【数４７】
2008547039.tif 000082
の少なくとも１つに従う非球レンズ面を含む、請求項６６に記載の投影対物レンズ。
【請求項８０】
最後の光学素子のすぐ上流側のレンズ群は、少なくとも３つ、最大で５つの連続した非球レンズ面を収束ビームの領域内に含み、そのレンズ群の第１非球レンズ面が、次の条件
【数４８】
2008547039.tif 000083
の少なくとも１つに従う、請求項６６に記載の投影対物レンズ。
【請求項８１】
最後の光学素子のすぐ上流側のレンズ群の第３非球レンズ面及びそのレンズ群の最後から２番目の非球レンズ面の少なくとも１つが、次の条件
【数４９】
2008547039.tif 000084
の少なくとも１つに従う、請求項６６に記載の投影対物レンズ。
【請求項８２】
最後の光学素子のすぐ上流側のレンズ群の最後の非球面、及び投影対物レンズの、像面の上流側の最後の非球面の少なくとも１つが、次の条件
【数５０】
2008547039.tif 000085
の少なくとも１つに従う、請求項６６に記載の投影対物レンズ。
【請求項８３】
投影対物レンズの、像面の上流側の最後の非球レンズ面が、次の条件
【数５１】
2008547039.tif 000086
の少なくとも１つに従う、請求項６６に記載の投影対物レンズ。
【請求項８４】
少なくとも1つの実中間像を生成するように構成された、請求項６６に記載の投影対物レンズ。
【請求項８５】
少なくとも２つの実中間像を生成するように構成された、請求項８３に記載の投影対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影対物レンズの物体面上に設けられたパターンを投影対物レンズの像面上に結像するための投影対物レンズに関する。投影対物レンズは、マイクロリソグラフィ投影露光装置用に使用されてもよい。本発明は特に、浸漬動作、言い換えると、像側開口数ＮＡが１．０より大きい開口範囲での浸漬動作のために構成された、半導体構造用の露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に投影リソグラフィの縮小光学結像では、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。浸漬リソグラフィにおいて、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、液体又は固体であることができる。後者の場合、固体浸漬とも呼ばれる。
【０００３】
しかしながら、実際的な理由のため、開口は、最後の媒質（すなわち、像に最も近い媒質）の屈折率に任意に近づけるべきではなく、その場合、光軸に対する伝播角が非常に大きくなるからである。開口が、像側の最後の媒質の屈折率の約９５％を大きく越えないことが実際的であることがわかっている。これは、光軸に対して約７２°の伝播角に対応する。１９３ｎｍにおいて、浸漬媒質として水（ｎＨ２Ｏ＝１．４３）を使用する場合、これはＮＡ＝１．３５の開口数に対応する。
【０００４】
屈折率が、最後のレンズの材料の屈折率より高い浸漬液、又は固体浸漬の場合、最後の端面（投影対物レンズの射出面）が平面的であるか、わずかに湾曲しているだけであると、最後のレンズ（すなわち、投影対物レンズの、像に隣接した最後の光学素子）の材料が、限界の役割を果たす。平面的な構造は、たとえばウェハ及び対物レンズ間の距離の測定にとって、露光すべきウェハ及び最後の対物レンズ面間の浸漬媒質の流体力学的挙動にとって、また、それらのクリーニングにとって有利である。固体浸漬の場合、特に、同様に平面的であるウェハを露光するために、最後の端面は平面的な構造でなければならない。
【０００５】
ＤＵＶ（作動波長が２４８ｎｍ又は１９３ｎｍ）の場合、最後のレンズ用に一般的に使用される材料は、屈折率ｎSiO2＝１．５６を有する融解石英（合成石英ガラス、ＳｉＯ2）、又は屈折率ｎCaF2＝１．５０を有するＣａＦ２である。以下の説明では、合成石英ガラス材料を単に「石英」とも呼ぶであろう。最後のレンズ素子で照射負荷が高いため、合成石英ガラスは長期的には照射負荷によって損傷を受けるであろうから、１９３ｎｍでは最後のレンズには特に、フッ化カルシウムが好ましい。その結果、約１．４２５（ｎ＝１．５の９５％）の開口数を達成することができる。照射損傷の不都合が容認される場合、石英ガラスでも１．４８（１９３ｎｍでの石英の屈折率の約９５％に対応）の開口数が可能である。その関係は、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、水などの浸漬媒質、又は融解石英及びＣａＦ2などのレンズ材料を用いた従来構造の不利点を回避する高開口投影対物レンズを提供することである。本発明の別の目的は、中程度のサイズかつ材料消費量である、少なくともＮＡ＝１．３５の像側開口数での浸漬リソグラフィに適する投影対物レンズを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記及び他の目的に対する解決策として、本発明は、１つの対処策に従って、マイクロリソグラフィ投影露光装置に適する投影対物レンズの物体面上に設けられたパターンを投影対物レンズの像面上に結像するための投影対物レンズであって、投影対物レンズの作動波長の放射光を透過する複数の光学素子を有し、少なくとも１つの光学素子が、作動波長で屈折率ｎ≧１．６の高屈折率材料から形成された高屈折率光学素子である、投影対物レンズを提供する。
【０００８】
一実施形態は、像側開口数が好ましくはＮＡ＝１．３５以上であり、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）からなる耐放射線性リソグラフィ対物レンズにある。リソグラフィでは通例の、縮小比が（絶対値）４：１（｜β｜＝０．２５）である場合、物体側（マスク側）開口数がＮＡｏｂｊ＞０．３３、好ましくはＮＡｏｂｊ＞０．３６である。
【０００９】
以下に、本発明のさまざまな態様を、１９３ｎｍの場合の例示的な実施形態を使用してより詳細に説明する。本例では、最後のレンズ素子又はその一部に使用される材料はサファイア（Ａｌ2Ｏ3）であるのに対して、残りのレンズは融解石英から形成される。しかしながら、これらの例を他の高屈折率レンズ材料及び他の波長に移すこともできる。たとえば、２４８ｎｍの場合、最後のレンズ又はその一部のための材料として、二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ2）を使用することが可能である。サファイアの場合と比べて、この材料は、複屈折しないという利点を有する。しかしながら、その材料は、１９３ｎｍでは透明でない。
【００１０】
液浸の場合、水より高い屈折率を有する浸漬液を使用すると、ＮＡ＞１．３５に達することもある。一部の適用例では、シクロヘキサン（屈折率ｎ＝１．５５６）を使用した。
【００１１】
現時点では、ｎ＞１．６の浸漬媒質が現実的であると見なされる。
【００１２】
浸漬液を使用する場合、高屈折率液、すなわち浸漬液の厚さを、好ましくは０．１〜１０ｍｍにすることができる。高屈折率浸漬媒質は一般的に、より高い吸収率も示すので、この範囲内の小さい方の厚さが有利であろう。
【００１３】
好適な実施形態では、投影対物レンズは、像面に最も近い最後の光学素子を有し、その最後の光学素子は、屈折率ｎ＞１．６の高屈折率材料で少なくとも部分的に形成される。この場合、像側開口数ＮＡは、一部の場合に高屈折率材料の屈折率に近い値に達してもよい。最後の光学素子は、高屈折率材料で形成されたモノリシック平凸レンズでよい。他の実施形態では、最後の光学素子は、分割境界面に沿って互いに光学接触状態にある少なくとも２つの光学素子からなり、最後の光学素子を形成する光学素子の少なくとも１つが、屈折率ｎ＞１．６を有する高屈折率材料からなる。そのような平凸複合レンズを使用することにより、構造のさらなる自由度が得られるであろう。
【００１４】
最後の複合光学素子は、湾曲した入射面及び平面的な射出面を有する入射側平凸レンズ素子と、平面的な分割面に沿って平凸レンズ素子と光学接触状態にある射出側平行平面板とを有してもよい。
【００１５】
別の実施形態では、最後の光学素子は、湾曲した入射面及び本質的に平面的な射出面を有する像側平凸の第２レンズ素子と、湾曲した入射面及び第１レンズ素子の湾曲した入射面と光学接触状態にある湾曲した射出面を有する物体側第１レンズ素子とを有する、平凸複合レンズを含む。このようにして、湾曲した分割面が得られる。好ましくは、第１レンズ素子の湾曲した入射面の第１曲率半径Ｒ１は、第２レンズ素子の入射面の第２曲率半径Ｒ２より大きい。このようにして、視野依存収差を減少させることができる。第１レンズ素子は、第２レンズ素子の第２屈折率ｎ２より小さい第１屈折率ｎ１を有し、屈折率差Δｎ＝ｎ２−ｎ１について条件Δｎ≧０．２５が成立するようにしてもよい。それにより、光伝播方向の屈折率の段階的増加が、像面の近くで得られる。
【００１６】
像側に位置付けられた第２レンズ素子用には、好ましくは高屈折率結晶材料が使用される一方、（物体側の）第１レンズ素子は好ましくは、ガラス質材料から形成される。結晶質材料は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化マグネシウムアルミニウム（ＭｇＡｌＯ4、スピネル）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化イットリウムアルミニウム（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）及びフッ化ランタン（ＬａＦ3）からなる群から選択される。第１レンズ素子用には、好ましくは二酸化ケイ素（融解石英ＳｉＯ2）が使用される。
【００１７】
第１レンズ素子及び第２レンズ素子をリンギングによって光学接触させてもよい。しかしながら、第１レンズ素子及び第２レンズ素子の熱膨張率の差による問題が、リンギングによって形成された境界面に発生するであろう。したがって、一部の実施形態では、屈折率ｎ1を有する浸漬媒質が、第１レンズ素子の射出面及び第２レンズ素子の入射面間のギャップに配置され、それにより、これらのレンズ素子を機械的に分離することができる。その目的のために、１．３≦ｎ1≦１．６の範囲内の屈折率を有する浸漬液を使用してもよい。最大ギャップ幅ＧＷが５０μｍ≦ＧＷ≦２ｍｍの範囲内にあるように、小さいギャップ幅が好ましいであろう。ここで、ギャップ幅は、第２レンズ素子の湾曲した入射面上の各点について、第１レンズ素子の射出面上の対応する点までの最小距離として定められる。
【００１８】
像側超高開口数ＮＡ≧１．６、たとえば１．７≦ＮＡ≦１．８用に構成された一部の実施形態では、最後の光学素子は、曲率半径Ｒ２の湾曲した入射面及び本質的に平面的な射出面を有し、レンズの光軸に沿って測定した入射面及び射出面間の距離として定められる軸方向レンズ厚さＴを有し、Ｔ＞Ｒ２であるハイパー半球面レンズを含むことが有利であることがわかった。この場合、入射面の曲率中心は、射出面からＴ−Ｒ2の距離をおいたレンズ内にある。ハイパー半球面レンズの形状は、半球面部分と、半球面部分の曲率半径に等しい半径を有する円筒部分との組み合わせでもよい。他の実施形態では、ハイパー半球面レンズは、球面状の入射面を有し、球面状の入射面は、球面状の入射面の曲率中心を通る中央断面を越えて球面状に延びるとともに、レンズの光軸に対して垂直に位置合わせされる。そのようなレンズは、２段階処理で作製されてもよく、その第１段階は、所望のレンズ材料、例えばＮＡ＞１．６を有する結晶質材料から球形を形成することを含み、第２段階は、たとえば切断など、その球形から球面状小部分を除去することにより、そのレンズ素子上に平面的な射出面を形成することを含む。ハイパー半球面レンズは、上記の最後の複合平凸光学素子の像側の第２レンズ素子を形成するために使用されてもよい。
【００１９】
一部の実施形態、特に像側超高開口数、たとえばＮＡ＝１．５以上が望まれる実施形態では、投影対物レンズの選択領域、たとえば物体面に近い領域及び／又は像面に近い領域内に、空間的に高密度に連続した非球レンズ面を有することが有用であることがわかった。その目的のために、投影対物レンズの好適な実施形態は、ＮＡＳＰ個の非球レンズ面を与える、隣接して連続する少なくとも２つの非球面レンズＮＡＳＰＬ個からなる、少なくとも１つの非球面レンズ群を含み、非球面比ＡＲ＝ＮＡＳＰ／ＮＡＳＰＬについて条件ＡＲ＞１が成立する。言い換えると、この条件に従う非球面レンズ群内において、非球面の数は、非球面レンズの数より多い。その結果、非球面レンズ群内に少なくとも１つの「二重非球面」が形成される。ここで使用する「二重非球面」という用語は、２つの非球レンズ面が光路に沿って互いに直接的に続く状況を表す。二重非球面は、２つの個別の隣接レンズの向き合った非球面によって、又は両方のレンズ面が非球面である二重非球面レンズ（両非球面）によって形成されてもよい。非球面レンズ群は、少なくとも１つの三重非球面（３つの隣接して連続する非球面）、又はより高次の多重非球面を含んでもよく、その場合、たとえば隣接して連続する４、５又は６以上の非球面が存在してもよい。
【００２０】
一部の実施形態では、非球面レンズ群内に正確に１つの球面が存在し、それにより、非球面−球面−非球面の連続が非球面レンズ群内に形成される。これらの場合、ＮＡＳＰ＝２・ＮＡＳＰＬ−１の条件が満たされる。要件に応じて、非球面レンズの数ＮＡＳＰＬは、たとえば２、３、４又は５でよい。非球面レンズ群内に非球面が空間的に高密度であるため、以下の説明では、非球面レンズ群を「高開口密度レンズ群」又は「ＨＡＤＬＧ」とも呼ぶ。
【００２１】
高非球面密度（ＨＡＤＬＧ）の像側非球面レンズ群を、最後の光学素子のすぐ上流側に、すなわち光学的に像面に近づけて配置してもよい。非球面レンズ群の非球レンズ面は、球面収差及び斜球面収差（接線方向及びサジタル）の補正を行うことができると同時に、大きい開口の場合に正弦条件が本質的に満たされるように、構成されてもよい。好ましくは、少なくとも１つの二重非球面が設けられ、より好ましくは、隣接して連続する少なくとも３つ又は４つの非球レンズ面が、最後の光学素子のすぐ上流側に設けられる。
【００２２】
さらに、物体面のすぐ下流側に配置され、上記のような高非球面密度のレンズ群として構成された物体側非球面レンズ群を設けることが望ましいであろう。非球面は、特に歪みを補正するとともに、入射側高開口数で物体側テレセントリック性を与えるように構成されてもよい。好ましくは、少なくとも３つの連続した非球レンズ面を設けてもよく、ひとみ面での、短い周期性を有する非常に複雑な波面変形を補正するために、４つ以上の連続した非球レンズ面が有効であろう。
【００２３】
上記及び他の性質は、特許請求の範囲だけでなく、明細書及び図面にも見ることができ、個々の特徴は、本発明の実施形態及び他の領域で、単独又は小組み合わせの形で使用されてもよく、また、有利かつ特許性がある実施形態を個別に表してもよい。
【実施例】
【００２４】
本発明の好適な実施形態の以下の説明で、「光軸」という用語は、関係する光学素子の曲率中心を通る直線又は一連の直線状線分を意味するものとする。光軸は、折り曲げ鏡（偏向鏡）によって折り曲げられることができる。ここに提示する例の場合、関係する物体は、集積回路のパターン又は何らかの他のパターン、たとえば格子パターンを付けたマスク（レチクル）である。ここに提示する例では、物体の像は、フォトレジスト層をコーティングした基板として機能するウェハ上に投影されるが、液晶ディスプレイの部品又は光学格子用の基板などの他の形式の基板も可能である。
【００２５】
図面に示された構造の規格値を開示するために表が提供されている場合、表（複数可）にはそれぞれの図面と同一の番号が付けられている。
【００２６】
図１は、約１９３ｎｍＵＶの作動波長用に構成された本発明による反射屈折投影対物レンズ１００の第１実施形態を示す。それは、物体面ＯＰ上に配置されたレチクル（又はマスク）上のパターンの像を、正確に２つの実中間像｜Ｍ｜１及び｜Ｍ｜２を生じながら、像面ＩＰ上に縮小して、たとえば４：１の縮尺で投影するように構成される。第１屈折対物レンズ部ＲＯＰ１が、物体面上のパターンを第１中間像｜Ｍ｜１に結像するように構成され、第２カトプトリック（純粋反射）対物レンズ部ＣＯＰ２が、第１中間像｜Ｍ｜１を第２中間像｜Ｍ｜２に、１：１に近い倍率で結像し、第３屈折対物レンズ部ＲＯＰ３が、第２中間像｜Ｍ｜２を像面ＩＰ上に強い縮小率で結像する。第２対物レンズ部ＣＯＰ２は、物体側に面する凹面鏡面を有する第１凹面鏡ＣＭ１と、像側に面する凹面鏡面を有する第２凹面鏡ＣＭ２とを有する。鏡面は両方とも連続している、すなわち中断していない、すなわち、それらは穴又は内孔を有していない。互いに向き合う鏡面は、凹面鏡によって画定された湾曲面によって囲まれた鏡間空間を画定する。中間像｜Ｍ｜１、｜Ｍ｜２は両方とも、幾何学的に鏡間空間内に位置し、少なくとも近軸中間像がほぼその中間にあって、鏡面から十分に離れている。
【００２７】
凹面鏡の各鏡面は、物理的鏡面の縁部を越えて延びて鏡面を含む数理表面である「湾曲表面」又は「湾曲した表面」を画定する。第１及び第２凹面鏡は、共通の回転対称軸を有する回転対称湾曲表面の一部分である。
【００２８】
光学系１００は、回転対称的であって、すべての屈折光学部材及び反射光学部材に共通する１本の直線状の光軸ＡＸを有する。折り曲げ鏡は存在しない。凹面鏡は小径であり、それらを互いに接近させるとともに、その間に位置する中間像にかなり近づけることができる。凹面鏡は両方とも、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、口径食を伴わないで、光軸に面する凹面鏡の縁部を通過する。
【００２９】
この全体構造を有する反射屈折投影対物レンズは、たとえば、２００４年１月１４日に出願された米国特許仮出願第６０／５３６，２４８号、２００４年７月１４日に出願された米国特許仮出願第６０／５８７，５０４号、及び２００４年１０月１３日に出願された再延長出願に開示されている。これらの出願の内容は、参照によって本出願に援用される。ひとみ面（主光線が光軸と交差する軸方向位置にある）が、物体面及び第１中間像の間、第１中間像及び第２中間像の間、及び第２中間像及び像面の間に形成されること、及び、すべての凹面鏡がひとみ面から光学的に離して、特に、結像過程の主光線高さが結像過程の周縁光線高さを超える位置に配置されることが、この形式の反射屈折投影対物レンズの１つの特徴的な特性である。さらに、少なくとも第１中間像が、幾何学的に第１凹面鏡及び第２凹面鏡の間の鏡間空間内に位置することが好ましい。第１中間像及び第２中間像の両方が、幾何学的に凹面鏡の間の鏡間空間内に位置することが好ましい。
【００３０】
以下の例示的な例は、比較的少量の光学材料で作製することができる光学系での、開口数ＮＡ＞１の浸漬リソグラフィを可能にするこれらの基本特徴を共有する。
【００３１】
図１は、第１の例示的な実施形態として、像側開口数ＮＡ＝１．４５でサファイアレンズ及び浸漬媒質としてのシクロヘキサンを用いる１９３ｎｍ用のリソグラフィ対物レンズを示す。サファイアレンズは、像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。反射屈折構造は、主に色補正及びペッツヴァール補正用の２つの凹面鏡と、鏡対のそれぞれ上流側及び下流側の中間像とを有する。しかしながら、中間像は、完全に補正されることはなく、主に構造の幾何学的制限と、鏡に向かって延びるビーム路、及び鏡での反射後に鏡から延びるビーム路の２つのビーム路の分離とに役立つ。像側視野（ウェハ上）は矩形である。外側視野半径（ウェハ側）は１５．５ｍｍであり、内側視野半径は４．６５ｍｍである。その結果、２６ｘ３．８ｍｍの矩形視野が生じる。
【００３２】
第１の例示的な実施形態では、開口しぼり（開口絞りＡＳ、光学系開口）が第１屈折対物レンズ部ＲＯＰ１内に配置される。これは、一方では、より小さい可変開口しぼりを作るために、他方では、主として後続（物体面（マスク面）から見て）の対物レンズ部を、開口しぼりを絞り込む時の無用かつ干渉的な照射負荷から保護するために有利である。像側対物レンズ部ＲＯＰ３内の後しぼり面、すなわち開口絞りを置くことができる位置は、収束ビーム路上の最大直径のレンズＬＭＤ及び像面ＩＰ間の領域内に位置する。
【００３３】
物体側前屈折対物レンズ部ＲＯＰ１内に、主に像側視野湾曲（ペッツヴァール和）の補正に役立つウェスト（ビーム及びレンズ直径の狭窄部分）が形成される。開口絞りＡＳは、ウェストの位置に配置される。
【００３４】
最後のレンズ用にＣａＦ2を使用すると、できる限り１．４２５を超えない（ＣａＦ2の屈折率の９５％以下）開口数が必要になるため、これは好ましくない。１９３ｎｍにおいて、この例では最後のレンズ素子ＬＯＥの高屈折率材料として、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）が使用される。図示のすべての実施形態において、参照しやすくするために、サファイアで作製された光学レンズを中間調で網掛け表示している。
【００３５】
サファイアを使用する時に発生する複屈折は、最後のレンズ（最後の光学素子ＬＯＥ）を２つのレンズ素子ＬＯＥ１及びＬＯＥ２に分割し、２つのレンズ素子を光軸の回りに互いに回転させることによって、ほとんど補償される。この場合、分離境界面ＳＩ（２つのレンズ素子ＬＯＥ１及びＬＯＥ２の接触面）は好ましくは、両方のレンズ素子が同様の屈折力を有するように湾曲する。別法として、補償のために、対物レンズ内の、光学的に同様に作用する場所、たとえば中間像の近傍、又は物体面の近傍に位置付けた、サファイアから形成された第２素子を使用することが可能である。この場合、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つのレンズ素子ＬＯＥ１及びＬＯＥ２に分割される。サファイアレンズＬＯＥの前部曲率半径（すなわち、光入射側の曲率半径）は、開口ビーム、すなわち、収束する光束の周囲を像に向かって、また像側視野の中心に向かって進むビームが、実質的に屈折することなく境界面を通過する、すなわち、実質的に垂直に境界面に衝突するように設計される（レンズの曲率半径は、像面及び光軸の交点と実質的に同心である）。分割サファイアレンズの２つのレンズ素子間の分割境界面ＳＩの曲率半径の方が平坦である（曲率半径は、ウェハを置くことができる像面からの距離の１．３倍より大きい）。
【００３６】
複屈折材料で形成された素子の相対回転による複屈折効果の補償については、たとえば本出願人によるドイツ特許出願第ＤＥ１０１２３７２５Ａ１号（たとえば、米国特許出願第２００４／０１９０１５１Ａ１号に対応）又はＷＯ第０３／０７７００７Ａ２号に詳細に記載されている。複屈折材料（フッ化カルシウム）から形成された分割最終レンズとして構成された、像面に最も近い最終レンズ素子を有する反射屈折投影対物レンズは、米国特許第６，７１７，７２２Ｂ号から既知である。
【００３７】
図１の構造用の規格値が、表１にまとめられている。最も左側の欄は、屈折、反射又は他の指定の表面の番号を示し、第２欄は、その表面の曲率半径ｒ［ｍｍ単位］を示し、第３欄は、その表面と次の表面との間の距離ｄ［ｍｍ単位］、すなわち光学素子の「厚さ」と呼ばれるパラメータを示し、第４欄は、その光学素子の作製に用いられた材料を示し、第５欄は、その作製に用いられた材料の屈折率を示す。第６欄は、光学素子の光学的に使用可能な透明な半径［ｍｍ単位］を示す。表中の曲率半径値ｒ＝０は、曲率半径が無限大の平面的な表面を表す。
【００３８】
この特定の実施形態の場合、１５の表面が非球面である。表１Ａは、これらの非球面の関連データを示し、それから、それらの表面形状のサジッタを高さｈの関数として、次の数式を用いて計算することができる。
【数１】
2008547039.tif 000003
【００３９】
ここで、曲率半径の逆数（１／ｒ）は問題の表面の表面頂点での曲率であり、ｈはその上の点と光軸との間の距離である。したがって、サジッタｐ（ｈ）は、その点を問題の表面の頂点からｚ方向に沿って、すなわち光軸に沿って測定した距離を表す。定数Ｋ、Ｃ１、Ｃ２などは表１Ａに示されている。
【００４０】
同様に、以下の実施形態の規格値は、図２について表２及び２Ａに、図３について表３及び３Ａに、図４について表４及び図４Ａに、図５について表５及び５Ａに示される。
【００４１】
図２に従った投影対物レンズ２００によれば、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。レンズは、平坦な分割境界面ＳＩに沿って接触する２つの光学素子ＬＯＥ１及びＬＯＥ２に細分割される。具体的に言うと、正の曲率半径の入射面及び平面的な後面を有する石英ガラスレンズＬＯＥ１が、サファイアから形成された１つ（又は２つの）平行平面板ＬＯＥ２上にリンギングされる。これにより、石英ガラスで可能なものを超えないＮＡ値が生じるが、光ビームの伝播角が、高屈折率媒質のために開口が最大である最後の対物レンズ部内で減少するという利点がある。境界面での、また最後の端面上の可能な保護層での反射損失及び散乱光効果を考慮した時、これらも問題を構成するが、そうでなければ伝播角が非常に大きくなるため、これは有利である。その時、最大角は、石英レンズＬＯＥ１及び第１高屈折率平行平面板ＬＯＥ２間のリンギング面だけで発生する。このリンギング面（隣接した光学素子がリンギングによって互いに付着される接触境界面）は、汚染及び損傷から保護され、周囲条件の影響にもまた敏感であるコーティングを備えることができる。２つの平行平面板を使用して平行平面高屈折率素子ＬＯＥ２を形成する場合、サファイアから形成された２つの平行平面板を光軸の回りに互いに対して回転させ、それにより、主に半導体構造の結像に必要であるｘ方向及びｙ方向のＳ偏光及びＰ偏光に対する複屈折効果をほぼ理想的に補償することができる。
【００４２】
しかしながら、屈折率が低いため、石英レンズＬＯＥ１はこの場合、その低い集光効果のため、全長が制限された投影対物レンズの、実際にさほど大きくない像側開口数の場合でも、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の例示的な実施形態（図２）では、開口がＮＡ＝１．３５であるが、レンズ直径は、第１の例示的な実施形態の場合より大きい。ここでは、レンズ直径はすでに１４３ｍｍを超えており、したがって、開口数のほぼ２１２倍であるのに対して、図１の例示的な実施形態では、開口数の２００倍に達するだけである。特に図２の例示的な実施形態で１４３ｍｍの場合、最大レンズ半径が、約１３６ｍｍの鏡半径よりさらに大きい。
【００４３】
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、また同時に、複屈折の効果を最小限に抑えるために、ＮＡ＝１．４５の構造例の代替実施形態（投影対物レンズ３００）では、最後のレンズ素子ＬＯＥは、正の屈折力を備えて球形に湾曲した入射面及び平面的な射出面を有する薄いサファイアレンズＬＯＥ１を有し、これは、薄い石英ガラス板ＬＯＥ２上にリンギングされる（図３の第３の例示的な実施形態）。その時、対物レンズの射出面となる平行平面石英ガラス板は、照射負荷による損傷の発生時に交換することができる。したがって、リンギングされた石英板は、サファイアレンズＬＯＥ１を汚染及び／又は引っ掻き傷又は破壊から守る交換可能な保護体としての役割も果たす。第３実施形態は、浸漬液としてのシクロヘキサンに適応し、シクロヘキサンは、浸漬液と接触状態にある板用に使用される融解石英の屈折率（ｎ＝１．５６０）と同様の屈折率（ｎ＝１．５５６）を有する。
【００４４】
これらの場合、ＮＡは、石英ガラスの屈折率によって制限される。しかしながら、純粋石英ガラスから形成された最後のレンズを有する構造と比較すると、最後のレンズの上流側では、ビーム角が小さくなり、したがって、対物レンズ全体の直径も小さくなり、最後のレンズ素子の敏感性（製造公差に対する干渉感受性）も低くなる。第３実施形態では、１３５ｍｍの場合、最大レンズ直径はこの時、開口数の約１８６倍である。
【００４５】
もちろん、本発明は、低開口数の対物レンズ用にも、従来の投影対物レンズの直径を大幅に減少させるために使用されることができる。これは、材料の量を大幅に減少させることができるので、投影対物レンズの価格に好都合な影響を与える。
【００４６】
第４の例示的な実施形態（図４）は、ＮＡ＝１．３５で、作動距離が１ｍｍの場合のサファイア製の最後のモノリシックレンズ及び浸漬媒質としての水（ｎH2O＝１．４３）を用いる１９３ｎｍ用のリソグラフィ対物レンズ４００を示す。モノリシック（分割でなく、1つの部品）サファイアレンズＬＯＥの上側（入射側）は非球面であり、開口絞りＡＳは、像側屈折対物レンズ部ＲＯＰ３の後部で、第３対物レンズ部ＲＯＰ３内の最大直径の両凸レンズＬＭＤの最大直径領域と像面ＩＰとの間の、収束光の領域内に位置する。最大レンズ直径は、開口数の１９０倍未満に制限される。
【００４７】
少なくとも最後のレンズ素子用に高屈折率材料を使用することにより、ＮＡ＝１．４５より高い開口数も可能である。
【００４８】
第５の例示的な実施形態５００（図５）は、ＮＡ＝１．６の平凸サファイアレンズＬＯＥ（ｎsapphire＝１．９２）での固体浸漬（接触投影リソグラフィ）用に構成されている。したがって、ＮＡ＞１．８までの開口数でも基本的に実現可能である。本例では、ウェハ側の外側視野半径が１５．５３ｍｍ、内側視野半径が５．５ｍｍである、すなわち、この場合の矩形視野のサイズは２６ｘ３ｍｍである。
【００４９】
ＮＡ＞０．５２の開口を有する高開口ビームは、平面的な射出面でサファイアから空気へ移る時に全反射するので、ウェハの露光用にエバネッセント波を効果的に使用するために、固体浸漬には波長より短い作動距離を実現しなければならない。これは、真空中で、ウェハを最後のレンズ面の近傍において、たとえば１００ｎｍ（≒λ／２）に一定に露光することによって実行されることができる。
【００５０】
しかしながら、エバネッセント場を通る、距離とともに指数関数的に低下するパワー伝達に基づいて、距離のわずかな変化が、均質性に大きい変動をもたらすので、ウェハを投影対物レンズの最後の端面（射出面）と直接的に機械的接触をさせることが有利である。露光に際して、投影対物レンズの射出面と基板に付随する結合面との間の機械的接触を得るために、ウェハをこの目的のための最後の平面的なレンズ面（接触面ＣＳ）上にリンギングすることができる。この場合、ステップアンドスキャン露光モード又はステッチング露光方法が好ましい、すなわち、個々のステップで像側視野より大きい領域を露光し、それに対応して、従来では一般的であるウェハの代わりに、レチクルマスクを位置合わせのために調節する。これはまた、縮小結像のため、レチクルをウェハの調節より低い正確度で調節することができるので、有利である。それにより、連続した露光ステップから得られる半導体構造の相互隣接した露光領域（目標区域）又は連続層が、レチクルマスクの横方向及び軸方向の移動及び回転によって重ね合わされ、それにより、半導体構造をおそらくはやはりリンギング不良のウェハ上に、数ｎｍより良好な重ね合わせ正確度で露光することができる。この目的のために、たとえば、レチクルの位置合わせマークを、ウェハ上の露光済みの位置合わせマークと一致させる。
【００５１】
ウェハの、最後の表面からの取り外しは、真空下で行われることが好ましい。必要ならば、ウェハと最後の平面的なレンズ面との間に、たとえば各露光ステップ後に交換することができる薄い層（薄膜／メンブレーン）を配置する。このメンブレーンは、例えばウェハ上に接着したままにして、分離を助けることができ、また特に、最後の平面的なレンズ面の保護体として役立つ。最後の平面的なレンズ面は、任意であるが、薄い保護層によって追加的に保護されることができる。
【００５２】
固形浸漬の場合、結像干渉の場合のために最後のレンズ面の縁部領域内の露光中、高強度の定在波が発生する可能性がある。したがって、光学系構造が最後のレンズに焼き込まれることを防止するためにレチクルを使用する調節によって補償されるものである、リンギングのせいでウェハが数マイクロメートルの一定範囲内でたまたま不正確に位置付けられる時、それは、構造をウェハ上に繰り返し露光するために有利でさえある。
【００５３】
１９３ｎｍで３２ｎｍノードの解像度を得ることが望ましい場合、像側開口数が１．７≦ＮＡ≦１．７５であることが望ましい。その波長に対して得られる一般的なレジスト材料は、その範囲、すなわち１．７≦ｎ≦１．７５の屈折率を有する。ｎ＝１．７５に近い高屈折率を有するレジスト材料を使用することができる場合、光学近視野全体で浸漬技術又は浸漬投影を使用して、十分な光エネルギを、たとえばＮＡ＝１．７３のレジスト材料内に結合することができる。以下に、特に例示として以上に示した反射屈折インライン投影対物レンズ用の、所望範囲内のＮＡ値を得るのに寄与する技術方法を示す。
【００５４】
超高ＮＡを得るための１つの寄与は、超高開口角に対応するために最後の光学素子の構造を改良することに関する。別の寄与は、光学系内での非球レンズ面の使用に関する。
【００５５】
図６は、像側作動距離が１ｍｍで、４ｍｍ・２０ｍｍの像側視野サイズで像側開口数ＮＡ＝１．７３を有する、１９３ｎｍでのマイクロリソグラフィ用に構成された投影対物レンズ６００の第６の例示的な実施形態のメリジオナルレンズ断面を示し、軸外矩形像側視野は、光軸から４．３７５ｍｍだけ外れた位置にある。トラック長さ（物体面及び像面間の軸方向距離）は１３０８．７ｍｍである。収差に対する光学補正は、７．０ｍλ未満の波面誤差（ＲＭＳ）によって特徴付けられる。像面に最も近い光学素子（図９の詳細を参照されたい）はサファイアで形成され、光学的に単軸の材料の結晶軸ＣＡは、レンズ素子の光軸に平行に並ぶ。光学計算において、投影光の接線偏光に関して、通常ビームの屈折率（ｎ０）が使用される。規格値を表６及び表６Ａに示す。
【００５６】
本実施形態が取り組む１つの課題は、最後の光学素子の入射面の曲率の半径（曲率半径）であり、許容できない収差を生じることなく高ＮＡに対応するためには、これが非常に短くなければならない。像側視野の所望サイズに関連して、視野依存収差を回避する、又は最小限に抑えるためには、より長い曲率半径が望ましいであろう。しかしながら、曲率半径をより大きくすると、最後の光学素子の厚さを大きくすることが必要になるであろう（ここで、厚さは、レンズの入射側及びレンズの射出側の間の、光軸に沿って測定した軸方向距離である）。これらの問題に対処するために、本実施形態の最後の光学素子ＬＯＥは、湾曲した入射面及び本質的に平面的な射出面を有する像側平凸の第２レンズ素子ＬＯＥ２と、湾曲した入射面、及び第２レンズ素子ＬＯＥ２の湾曲した入射面と光学接触状態の湾曲した射出面を有する物体側の第１レンズ素子ＬＯＥ１とを有する平凸複合レンズである。第１レンズ素子ＬＯＥ１の湾曲した入射面の第１曲率半径Ｒ１は、第２レンズ素子ＬＯＥ２の入射面の第２曲率半径Ｒ２より大きい。像面に最も近い第２レンズ素子ＬＯＥ２は、高い第１屈折率ｎ２＝１．９２を有するサファイアで形成されるのに対して、第１レンズ素子は、より小さい第１屈折率ｎ１＝１．５２を有する融解石英で形成され、そのため、屈折率の差Δｎ＝ｎ２−ｎ１＝０．４０である。この構造では、より長い曲率半径を有する第１レンズ素子ＬＯＥ１の凸入射面は、第２光学素子ＬＯＥ２のより長い曲率半径が持っていたと思われる補正効果をある程度与える。
【００５７】
最後の光学素子の第１レンズ素子及び第２レンズ素子を、それらの湾曲した接触面に沿って接触させる異なった方法が可能である。一実施形態（図示せず）では、レンズ素子をリンギングによって接触させる。しかしながら、像側の第２レンズ素子の結晶質材料と物体側の第１素子のガラス質材料との間の熱膨張率の差のために問題が生じるであろう。融解石英の熱膨張率は約０．５２・１０−６ｍ／Ｋである。それに対して、適当な結晶質材料の熱膨張率ははるかに高く、一般的に少なくとも１０分の１だけ高い。以下の表は、１９３ｎｍで透過する多数の適当な結晶質（左欄）と、１０−６ｍ／Ｋで表したそれらのそれぞれ結晶軸に平行な線熱膨張率β‖（中間欄）及び結晶軸に対して垂直な線熱膨張率β⊥（右欄）を示す。
【表９】
2008547039.tif 000004
【００５８】
熱膨張率の違いを考慮して、屈折率ｎ１を有する浸漬媒質を、第１レンズ素子の射出面と第２レンズ素子の入射面との間のギャップ（ギャップ幅ＧＷ＝０．２ｍｍ）に配置し、それにより、浸漬液ＩＬを介して光学接触させる。好ましくは１．３≦ｎ１≦１．６、本実施形態ではｎ１＝１．５６１である。ガラス質材料から形成された像側凹面を有する物体側負メニスカス、及び高屈折率結晶質材料から形成された像側平凸レンズ素子を、屈折率差を少なくともΔｎ＝０．２５にし、浸漬液によって光学接触させた状態で含む平凸複合レンズは、大した収差寄与を誘発することなく、非常に高い開口数、たとえばＮＡ＞１．６又はＮＡ＞１．７を伝達することができることがわかった。そのような複合レンズは、その範囲内の像側開口数を与えることができる任意形式の投影対物レンズに使用されてもよい。
【００５９】
残留収差はそのままにしてもよい。特に、正弦条件に従うとともに、球面収差及び斜球面収差（接線方向及びサジタル）を補正することは、重大な難問を課す。特に、像側視野全体で本質的に一定である倍率を得るために、最後の光学素子に近い非球面の空間密度を大きくすることが有益であることがわかっている。その目的のために、像側非球面レンズ群ＡＬＧ１が、最後の光学素子ＬＯＥのすぐ上流側に配置され、像側凹面を有する２つの正メニスカスレンズからなり、これらのレンズの各々は、非球面の入射面及び射出面を有する「両非球面」であり、そのため、隣接して連続する４つの非球レンズ面が、最後の光学素子ＬＯＥのすぐ上流側に設けられる。ＮＡＳＰＬ＝２かつＮＡＳＰ＝４で、非球面比ＡＲ＝２である。他の実施形態では、最後の光学素子のすぐ上流側の４つのレンズ面のうちの３つが非球面である。
【００６０】
他の収差問題は、投影対物レンズの物体側で解決されなければならず、物体面のすぐ下流側のレンズの構造は、物体側テレセントリック性を与えるとともに歪みを極低レベルにするように最適化される。物体面及び（主光線ＣＲが光軸ＡＸと交差する）第１ひとみ面Ｐ１間に配置された第１屈折対物レンズ部ＲＯＰ１の入射側部は、機能的に３群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３に細分割され、各群は、１つ又は複数のレンズからなる。開口絞りの上流側には、負レンズがまったく設けられていない。第１群Ｇ１は、２つの正の両非球面メニスカスレンズによって形成され、頂点及び光軸外での局所湾曲の曲率半径は像側にあり、それにより、主に物体側テレセントリック性を確保することができる。非球面入射側及び球面射出側を有する１つの単一正レンズＧ２によって形成された第２群Ｇ２は、局所曲率半径の曲率中心が、レンズ面の、少なくとも最大高さの７０％を超える外側部分では、物体側にあるように構成される。非球レンズ面の場合、最大高さの９０％を超えるレンズ高さでは、局所湾曲がレンズの縁部に向かって大幅に増加することが好ましい。好ましくは、中心（光軸上）から縁部に向かって少なくとも３０％だけ、曲率半径Ｒが短縮される、又は曲率１／Ｒが増加する。それにより、隣接して連続する５つの非球レンズ面を有する物体側非球面レンズ群ＡＬＧＯが設けられる。より小さい開口の場合、４つ又は３つの連続非球レンズ面で十分であろう。
【００６１】
第３群Ｇ３は、主に球面収差を補正するように構成された１つの正レンズによって形成される。高い物体側開口数のため、この補正は非常に困難になる。したがって、開口絞りＡＳが位置する第１ひとみ面のすぐ上流側に両非球面レンズを使用することが好ましい。このレンズ群の屈折力は、好ましくはレンズの中心から縁部まで減少していき、それにより、必要量の球面過補正を行うことができる。そのようなレンズは好ましくは、開口絞りから、開口絞りの直径より短い距離に位置する。
【００６２】
第１ひとみ面Ｐ１のすぐ下流側の第４レンズ群Ｇ４は、物体側凹入射面を有する正メニスカスレンズとして構成され、そのメニスカスレンズの厚さは好ましくは、直径の６０％未満である。第１ひとみ面のすぐ後に続くその領域内の１つ又は複数のメニスカスレンズは、主に像シェル差及び視野依存収差を補正するように構成されてもよい。曲率半径は好ましくは、そのレンズの直径の１．２倍未満である。
【００６３】
全体的に正の屈折力を有するレンズ群Ｇ５が、第１凹面鏡ＣＭ１のすぐ上流側に設けられ、それにより、放射光をその鏡に向けて収束させることができる。第５レンズ群の各レンズ素子は、平均曲率半径ＲM＝１／（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）を有し、曲率中心が像側にあり、ここで、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ、レンズの入射側及び射出側の曲率半径である。好ましくは、第１凹面鏡ＣＭ１の前の最後のレンズは、強い補正効果を有する両非球面レンズである。
【００６４】
第２のカトプトリック（純粋反射）対物レンズ部ＣＯＰ２は、２つの非球面凹面鏡ＣＭ１、ＣＭ２（それぞれ群Ｇ６及びＧ７を形成する）によって形成されて、第１中間像｜Ｍ｜１を、収差が強い第２中間像｜Ｍ｜２上に結像するための結像光学系部分として機能する。
【００６５】
第２凹面鏡のすぐ後に続くレンズ群Ｇ８は、像側凹面を有する単一の正メニスカスレンズによって形成される。両凹負レンズを中心にして逆の曲がり方向に配置された４つの連続負レンズを有するレンズ群Ｇ９が、レンズ群Ｇ１０の後続の正レンズの過補正を行い、レンズ群Ｇ１０は、主に高い像側開口数を与えるように構成される。負群Ｇ９のすぐ上流側及び下流側の正レンズの曲がりの鏡対称性により、屈折力が本質的に対称的に分布して、視野全体にわたって非対称結像誤差を最小限に抑えることができる。負レンズ群Ｇ９内に非球レンズ面が高密度に連続することは、そのレンズ群で必要とされる複雑な補正効果を与えるのに有益であることがわかっている。したがって、その領域内では、少なくとも３つ又は少なくとも４つの連続非球レンズ面が有益であると見なされる。本実施形態では、大きい入射角が生じる領域内に５つの連続した非球レンズ面が設けられ、それにより、ビーム直径全体にわたる屈折力の複雑な分布が得られる。
【００６６】
開口を設ける第１０レンズ群Ｇ１０の光学効果については、すでに上述した。像側非球面レンズ群ＡＬＧＩの上流側領域内では、球面レンズ面が十分であるように見えることに注目する価値がある。低い屈折力を有する薄いメニスカスレンズが、第３ひとみ面Ｐ３の上流側の最大ビーム直径の領域内に設けられる。より小さいＮＡ値の場合、そのレンズの不足補正効果を隣接のレンズによって与えてもよく、それにより、大きい直径のレンズ素子を省くことができる。
【００６７】
図７の投影対物レンズ７００は、図６の構造の変更形であり、レンズ及び鏡の番号、形式及び順序は、最後の光学素子ＬＯＥを除いて、図６のものと本質的に同一である。したがって、その説明を参照されたい。規格値を表７及び７Ａに示す。像側開口数ＮＡ＝１．７５が矩形視野（４．０ｍｍｘ２０ｍｍ）内に得られ、トラック長さが１３３２．２ｍｍで、１９３ｎｍにおける波面誤差が７．０ｍλである。物体面に最も近いレンズ素子での上側コマ光線ＣＯＲの光線高さが、開口絞りＡＳが位置する第１ひとみ面Ｐ１のすぐ上流の最後のレンズＧ３でのコマ光線高さと本質的に同一である（最大高さ差１０％）。第３レンズ群Ｇ３は、球面過補正を行うために両非球面レンズとして構成される。
【００６８】
最後の光学素子ＬＯＥには、曲率半径Ｒ２の湾曲した入射面及び本質的に平面的な射出面を有し、レンズの光軸に沿った湾曲入射面及び射出面間の軸方向距離として定められる軸方向レンズ厚さＴを有し、Ｔ＞Ｒ２であるハイパー半球面レンズＬＯＥ２が含まれる（図９を比較）。特に、Ｔは凸入射面の曲率半径より少なくとも２５％、好ましくは少なくとも３０％、さらには少なくとも３３％だけ大きい（本実施形態では、ＴはＲ２より約３４．７％だけ大きい）。最後の光学素子と像面に配置された基板面との間に浸漬層を使用する場合、その層の厚さを厚さＴに含むことが好ましい。この点に関して、２００５年３月２日に出願された「Mikrolithographie-Projektionsobjektiv und Projektionsbelichtungsanlage」と題する米国特許仮出願を参照されたい。この出願の開示内容は、その全体が参照によって本明細書に援用される。
【００６９】
図８は、ＮＡ＝１．７５の図６及び図７の実施形態の変更形であり、波面誤差のＲＭＳ値が４．５ｍλ未満まで減少している。規格値を表８及び８Ａに示す。レンズ及び鏡の形式及び順序は、図６及び図７の実施形態のものと本質的に同一であるが、投影対物レンズの入射側に１つの例外があり、ここでは、第１レンズ群Ｇ１が、像側凹面を有する３つ（２つではない）のメニスカスレンズによって形成される。レンズの各々は両非球面レンズである。後続の正メニスカスＧ２の入射面を含めて隣接して連続する７つの非球レンズ面が、物体面にすぐ続いて設けられている。開口絞りＡＳのすぐ上流側に位置する後続レンズＧ３は、両非球面レンズであるので、合計で９つの非球面（ＮＡＳＰ＝９）が、連続した５つの非球面レンズ（ＮＡＳＰＬ＝５）上に設けられ、そのため、物体面に続く物体側非球面レンズ群ＡＬＧＯについて、ＡＲ＝１．８が成立する。より高次の単一非球面パラメータ、及び互いに隣接して続く非球面の空間的高密度連続を使用して、ビームの直径全体にわたる波面に対する非常に複雑な補正効果が、さまざまな光線について得られる。本例はまた、非球面レンズ群内に１つの球面（たとえば、Ｇ２の凸射出面）が存在し、そのため、ＮＡＳＰ＝２・ＮＡＳＰＬ−１である場合も、非球面レンズ群が十分に有効であることを示す。
【００７０】
第３屈折対物レンズ部ＲＯＰ３の入射側の狭窄領域又はウェスト付近のレンズ群Ｇ９の負レンズの領域内に、別の高密度に連続する非球レンズ面が設けられている。この場合、４つの負レンズの各々が非球面レンズであり（ＮＡＳＰＬ＝４）、そのレンズのうち３つが両非球面レンズであるのに対して、１つのレンズは１つの非球レンズ面だけを有する（ＮＡＳＰ＝７）。その次の、群Ｇ１０の第１レンズの入射側も非球面であることを考えると、Ｇ９及びＧ１０内に隣接して連続する７つの非球レンズ面が存在し、連続した６つの非球面レンズ（Ｇ８、Ｇ９及びＧ１０の第１レンズ）内に９つの非球レンズ面が存在する（ＮＡＳＰＬ＝９）。したがって、ＡＲ＝１．５である。
【００７１】
さらに、最後の光学素子ＬＯＥのすぐ上流側に像側凹面を有する３つの正メニスカスレンズ（ＮＡＳＰＬ＝３）が、５つの非球レンズ面を与え（ＮＡＳＰ＝５）、そのため、ＡＲ＝１．６６である。さらに、最後の光学素子の凸入射側も非球面であるので、像面の近くに隣接して連続する６つの非球レンズ面が存在する。
【００７２】
最後の光学素子の構成レンズＬＯＥ１、ＬＯＥ２の互いに向き合った湾曲面は球面状である。平凸レンズ素子ＬＯＥ２は、球面状の入射面を有するハイパー半球面レンズであり、球面状の入射面は、光軸に対して垂直な、湾曲した入射面の曲率中心を通る中央面を越えて、球面状に延びる（図１０）。レンズ素子は、最初に球面素子を製造し、次に球面の小部分を除去し、それにより、射出面を形成する平坦面を設けることによって作製される。平面的な射出面は、単光軸レンズ材料サファイアの結晶軸ＣＡに対して垂直な向きである。対応する球形射出面も同様にハイパー半球形である。結晶レンズＬＯＥ２を挿入するための開口半径Ａが、切頭球形結晶レンズＬＯＥ２の半径Ｒ２より大きいように、融解石英材料が切断される。本実施形態では、浸漬液ＩＬが、互いに向き合う球形レンズ面間のギャップ内に設けられる。
【００７３】
多数の連続した非球面を有する非球面レンズ群内での非球レンズ面の最適形状は、一般的に投影対物レンズ内の非球面の位置によって異なる。連続した非球面の非球面形状が均一ではなく、一連の非球面内で特定変化をする場合、高密度に連続した非球レンズ面によって複雑な補正効果を得ることができる。以下に、非球面レンズ群内の連続したレンズ面の特定形状に関する考察を、非常に高い像側開口数、たとえばＮＡ＞１．６及び／又はＮＡ≧１．７を有する図６〜図８に示す実施形態の精密な解析に基づいて示す。物体側の厳密にテレセントリックな入射ビームで光学計算を行った。したがって、計算には開口絞りを使用しなかった。
【００７４】
非球面形状は、球面の基準包絡面（包絡球面）に関するゼルニケ係数で特徴付けられる。包絡球面に関するゼルニケ表示及び図６、図７及び図８に示す実施形態についてのゼルニケ係数を定める選択パラメータを、それぞれの投影対物レンズの非球面すべてについて、それぞれ表６Ｚ、７Ｚ、８Ｚに示す。パラメータは、頂点（光軸上）及び光学的使用区域の半径方向外縁部で非球レンズ面と接触する数学球面として定められる包絡球面に基づいて計算される。光学的使用区域は、その直径Ｄmax＝２・Ｈmaxによって定められ、ここで、Ｈmax［ｍｍ］は最大高さである。包絡球面は、包絡球面半径ＲENV［ｍｍ］を有する。非球レンズ面はさらに、光軸上の非球面の局所曲率半径である頂点曲率半径Ｒv［ｍｍ］と、ここでは包絡球面及び非球面間の、高さによって決まる距離の最大値として定められる変形Ｄｅｆ［μｍ］とによって特徴付けられ、変形は、光軸に平行に測定される。
【００７５】
ここで使用するような、ゼルニケ係数及びゼルニケの多項式を使用した表示において、非球面上の点のサジッタｐは、次の数式に従って、光軸からの正規化半径方向距離ｈnの関数として表される。
【数２】
2008547039.tif 000005
【００７６】
ここで、非球レンズ面の曲率半径Ｒは、Ｋ４＝０であるように定められる。次の数式でゼルニケの多項式が与えられる（ここで、わかりやすくするために、正規化高さｈnを簡略化してパラメータｈで表す）。
【数３】
2008547039.tif 000006
【００７７】
正規化高さｈnは次の数式で定められる。
【数４】
2008547039.tif 000007
【００７８】
ここで、０＜ｈn≦１である。
【００７９】
ゼルニケの多項式Ｚ９から生じる表面形状成分は、３次球面収差に寄与する。ゼルニケの多項式Ｚ１６から生じる部分は、５次球面収差の補正に寄与する。ゼルニケの多項式Ｚ２５からの寄与は、７次球面収差の補正に寄与し、ゼルニケの多項式Ｚ３６からの部分は、９次球面収差の補正に寄与する。
【００８０】
表６Ｚ、７Ｚ及び８Ｚにおいて、すべての非球面は、包絡球面の半径に対するゼルニケ係数によって特徴付けられる。一般的に、１つの非球面がその非球面レンズ群に追加される、又は取り除かれると、複雑な波面変形に対する特定の寄与を新しく分散させなければならないので、高密度に連続した非球面における特定形状及び形状の分散が変化するであろう。しかしながら、そうであっても、非球面レンズ群内で非球面の空間密度をわずかに変化させても、非球面性の一部の基本形が有益であるように見えることがわかっている。以下に、これらの非球面性の基本形を、空間的に高密度の非球面を有するレンズ群について選択ゼルニケ係数間の選択比の観点から説明する。
【００８１】
最初に、投影対物レンズの物体側を考える。物体面のすぐ下流側のレンズによって形成され、隣接して連続した少なくとも３つの非球レンズ面を有する物体側非球面レンズ群ＡＬＧＯにおいて、その非球面レンズ群の第１表面（すなわち、物体面に最も近い非球レンズ面）が以下の条件の少なくとも１つに従うことが好ましい。
【数５】
2008547039.tif 000008
【００８２】
物体側非球面レンズ群の第１非球面に続く第２非球面の場合、次の条件の少なくとも１つが成立することが好ましい。
【数６】
2008547039.tif 000009
【００８３】
物体側非球面レンズ群が少なくとも隣接して連続する４つの非球レンズ面を含む場合、第１、第２及び第３非球レンズ面に続く第４非球レンズ面について、次の２つの条件の少なくとも１つが成立する。
【数７】
2008547039.tif 000010
【００８４】
隣接して連続する３つ、４つ、５つ又は６つの非球レンズ面を有する物体側非球面レンズ群において、頂点での表面湾曲は、すべての非球レンズ面について局所曲率半径の中心が像側にあるような向きであることが好ましい。代替又は追加として、物体側非球面レンズ群のすべての非球レンズ面について、包絡球面の曲率中心が像側にあることが好ましい。
【００８５】
物体側非球面レンズ群について、これらの条件の１つ、複数又はすべてに従う場合、物体側テレセントリック性を極低レベルの歪みで得ることができる。物体側非球面レンズ群についての好適な条件は、物体側開口数ＮＡｏ＝０．４の投影対物レンズに特に有益である。
【００８６】
非球面の軸方向位置が物体面から増加する時、非球レンズ面の湾曲方向が変化することが好ましいことがわかっている。物体面に最も近いレンズは好ましくは、像側に曲率半径中心を有するが、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に曲率中心を有する第１レンズ面で始まるレンズ群として定められてもよい。好ましくは、第２群Ｇ２の第１非球面及び／又はその群の第２非球レンズ面の曲率中心は、物体側に位置する。さらに、第２群の第１非球面の形状は、好ましくは次の条件に従う。
【数８】
2008547039.tif 000011
【００８７】
図６〜図８の実施形態において、第２レンズ群Ｇ２は、像側凸面を有する単一の正メニスカスレンズによって形成されることに注意されたい。第２レンズ群は、複数のレンズ、たとえば２つのレンズを有してもよい。
【００８８】
第３レンズ群Ｇ３は、好ましくはほぼ両凸レンズによって形成される。好ましくは、第３レンズ群の第１非球面は、次の条件の少なくとも１つに従う。
【数９】
2008547039.tif 000012
【００８９】
通常は両凸両非球面レンズの射出面によって形成される第２非球レンズ面は、好ましくは次の条件の少なくとも１つに従う。
【数１０】
2008547039.tif 000013
【００９０】
図６〜図８の実施形態において第１中間像のすぐ上流側に配置された第５レンズ群Ｇ５において、第１非球レンズ面は、曲率中心の少なくとも１つを頂点に有し、包絡球面の曲率中心を像側に有し、次の条件の少なくとも１つが成立する。
【数１１】
2008547039.tif 000014
【００９１】
Ｇ５内の最後から２番目の非球レンズ面は、上記の曲率中心を像側に有し、次の条件の少なくとも１つが成立する。
【数１２】
2008547039.tif 000015
【００９２】
第５レンズ群の最後の非球面（第１中間像のすぐ上流側に位置する）の場合、包絡球面の曲率中心は、好ましくは像側にあって、次の条件の少なくとも１つが成立する。
【数１３】
2008547039.tif 000016
【００９３】
反射屈折第２対物レンズ部ＣＯＰ２から出る放射光を受け取るように配置された第８レンズ群Ｇ８の場合、そのレンズ群の非球レンズ面が次の条件の少なくとも１つに従えば、有利であることがわかった。
【数１４】
2008547039.tif 000017
【００９４】
図６〜図８の実施形態において、第９レンズ群Ｇ９は、負レンズを含み、ウェスト、すなわちビーム直径の狭窄部分を形成するように構成され、それにより、ペッツヴァール和補正への寄与が、他の収差に対する補正効果に加えて得られる。好ましくは、第９群Ｇ９の第１非球レンズ面が次の条件の少なくとも１つに従う。
【数１５】
2008547039.tif 000018
【００９５】
第９レンズ群Ｇ９が、少なくとも３つ、最大で５つの連続した非球レンズ面を含む場合、その群の（ビーム伝播方向において）第１の非球レンズ面は、好ましくは次の条件の少なくとも１つに従う。
【数１６】
2008547039.tif 000019
【００９６】
そのレンズ群の第２非球レンズ面は、好ましくは次の条件の少なくとも１つに従う。
【数１７】
2008547039.tif 000020
【００９７】
そのレンズ群の第３非球レンズ面は、好ましくは次の条件の少なくとも１つに従う。
【数１８】
2008547039.tif 000021
【００９８】
第９群の第４非球レンズ面は、好ましくは次の条件の少なくとも１つに従う。
【数１９】
2008547039.tif 000022
【００９９】
第９レンズ群の第５非球レンズ面は、好ましくは次の条件の少なくとも１つに従う。
【数２０】
2008547039.tif 000023
【０１００】
最後の光学素子ＬＯＥのすぐ上流側の第１０レンズ群Ｇ１０は、主に像側高開口数を与えるように構成される。この目的のために、このレンズ群は、主に、又はもっぱら正レンズだけで構成される。このレンズ群の正レンズの第１非球レンズ面の場合、好ましくは次の条件の少なくとも１つが成立する。
【数２１】
2008547039.tif 000024
【０１０１】
それに続く第２非球レンズ面の場合、好ましくは次の条件の少なくとも１つが成立する。
【数２２】
2008547039.tif 000025
【０１０２】
好ましくは低屈折力を有するレンズ上に形成された、最大ビーム直径の領域内の非球レンズ面の場合、好ましくは次の条件の少なくとも１つが成立する。
【数２３】
2008547039.tif 000026
【０１０３】
上記したように、少なくとも３つ、最大で５つの連続した非球レンズ面を含む非球面レンズ群を、収束ビームの領域内で最後の光学素子のすぐ上流側に有することが有利であろう。その群の第１非球面レンズの場合、好ましくは次の条件の少なくとも１つが成立する。
【数２４】
2008547039.tif 000027
【０１０４】
像面に近い非球レンズ面は、補正及び像側超高開口数のために非常に重要である。その領域内の非球面の実際の数に応じて、最後の光学素子の（ビーム伝播方向において）すぐ上流側にレンズ群の第３非球レンズ面があってもよく、これは、そのレンズ群の最後から２番目の非球面レンズ群であろう。好ましくは、次の条件の少なくとも１つがその非球面について成立する。
【数２５】
2008547039.tif 000028
【０１０５】
そのレンズ群の最後の非球面は、最後の光学素子ＬＯＥが非球レンズ面を有するか否かに応じて、投影対物レンズの像面前の最後の非球面であっても、そうでなくてもよい。この最後の非球レンズ面について、好ましくは次の条件の少なくとも１つが成立する。
【数２６】
2008547039.tif 000029
【０１０６】
最後の光学素子のすぐ上流側のレンズ群の最後の非球レンズ面、又は最後の光学素子の非球レンズ面でよい、投影対物レンズの最後の非球レンズ面は、好ましくは次の条件の少なくとも１つに従う。
【数２７】
2008547039.tif 000030
【０１０７】
ゼルニケ係数に関する上記条件は、図６〜図８及び他の図面に例示されているような、２つの中間像を有する反射屈折２鏡インライン投影対物レンズの実施形態から導出された。投影対物レンズの中間領域内（たとえば、レンズ群Ｇ４〜Ｇ８又はＧ９内）の非球面レンズについて確認される条件は、この形式の投影対物レンズに特有であってもよい。しかしながら、物体面に近い（たとえば、物体側非球面レンズ群ＡＬＧＯ内の）非球レンズ面、及び像面に近い（たとえば、最後の光学素子のすぐ上流側のレンズ群内及び／又は像側非球面レンズ群ＡＬＧＩ内の）非球レンズ面について導出された条件は、特定の構造（屈折又は反射屈折、中間像の有無、１つ又は複数の凹面鏡など）に関係なく、投影対物レンズを表すとも考えられる。特に、像側開口数と最後の光学素子の屈折率ｎＬＯＥとの間の比ＮＡ／ｎＬＯＥに対応する、最後の光学素子ＬＯＥ内の開口ｓｉｎα（角度αは、最後の光学素子内のビーム束の開き角の半分に等しい）が、次の条件、
【数２８】
2008547039.tif 000031
【０１０８】
又は、さらに
【数２９】
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【０１０９】
に従う光学限界範囲内で像側高開口数ＮＡ≧１．３又はＮＡ≧１．４で投影対物レンズを使用する場合、像側端領域についての条件は適用可能であると考えられる。
【０１１０】
したがって、それらの条件はまた、屈折率ｎ≧１．６を有する高屈折率材料を投影対物レンズのいずれかの部分に、特にその像側端部に使用するか否かに関係なく、有益であると見なされる。
【０１１１】
したがって、超高ＮＡ投影対物レンズの物体側入射領域及び像側射出領域について明確に導出された原理は、物体側開口数、倍率、像側開口数、物体側視野サイズ及び像側視野サイズなどに関して同等の性能パラメータを有する投影対物レンズに、普遍的に適用可能であると見なされる。
【０１１２】
上記のすべての例示的な実施形態は、正確に２つの凹面鏡及び正確に２つの中間像を備えるとともに、すべての光学素子がまっすぐで折り曲げられない１本の光軸に沿って整列する反射屈折投影対物レンズである。本発明の好適な変更形を説明するために選択された投影対物レンズの均一な基本形式は、本発明の異なる変更形に関する幾つかの基本的な変化及び技術的効果及び利点の説明を助けることを意図されている。しかしながら、特に遠紫外線範囲（ＤＵＶ）内の作動波長用の投影対物レンズ内に高屈折率材料（たとえば、ｎ≧１．６又はさらにはｎ≧１．８）で形成されたレンズ又はレンズ素子を図示のように使用することは、この形式の投影対物レンズに限定されない。本発明は、純粋屈折投影対物レンズに組み込まれることもできる。それらの形式では、像面に最も近い最後の光学素子は、多くの場合に平凸レンズであって、これは、たとえば、第１〜第５実施形態の各々の最後の光学素子ＬＯＥについてわかりやすく上述した規則に従って構成されることができる。たとえば本出願人の米国特許出願第１０／９３１，０５１号（ＷＯ第０３／０７５０４９Ａ号も参照）、第１０／９３１，０６２号（米国特許出願第２００４／０００４７５７Ａ１号も参照）、第１０／３７９，８０９号（米国特許出願第２００３／０１７４４４０８号を参照）又はＷＯ第０３／０７７０３６Ａ号に例が示されている。これらの書類の開示内容は、参照により本明細書に援用される。
【０１１３】
同様に、本発明は、１つの凹面鏡だけを有する反射屈折投影対物レンズ、又は図面に示したものとは異なる配列で２つの凹面鏡を有する反射屈折投影対物レンズ、又は３つ以上の凹面鏡を有する実施形態において実現されることができる。また、折り曲げ鏡が光学構造内に存在するか否かに関係なく、本発明を利用することができる。反射屈折光学系の例が、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号又は米国特許出願第２００２／００１２１００Ａ１号に示される。これらの書類の開示内容は、参照により本明細書に援用される。他の例が、米国特許出願第２００３／００１１７５５Ａ１号及び関連出願に示されている。
【０１１４】
同様に、本発明は、要求に応じて、中間像を有しない、又は任意の適当な数の中間像を有する投影対物レンズにおいて実現することができる。
【表１−１】
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【表１−２】
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【表１Ａ】
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【表２−１】
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【表２−２】
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【表２Ａ】
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【表３−１】
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【表３−２】
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【表３Ａ】
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【表４−１】
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【表４−２】
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【表４Ａ】
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【表５】
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【表５Ａ】
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【表６】
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【表６Ａ−１】
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【表６Ａ−２】
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【表６Ａ−３】
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【表６Ａ−４】
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【表６Ｚ】
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【表７】
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【表７Ａ−１】
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【表７Ａ−２】
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【表７Ａ−３】
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【表７Ａ−４】
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【表７Ｚ】
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【表８】
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【表８Ａ−１】
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【表８Ａ−２】
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【表８Ａ−３】
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【表８Ａ−４】
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【表８Ｚ】
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【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明による反射屈折投影対物レンズの第１実施形態の長手方向断面図である。
【図２】本発明による反射屈折投影対物レンズの第２実施形態の長手方向断面図である。
【図３】本発明による反射屈折投影対物レンズの第３実施形態の長手方向断面図である。
【図４】本発明による反射屈折投影対物レンズの第４実施形態の長手方向断面図である。
【図５】本発明による反射屈折投影対物レンズの第５実施形態の長手方向断面図である。
【図６】本発明による反射屈折投影対物レンズの第６実施形態の長手方向断面図である。
【図７】本発明による反射屈折投影対物レンズの第７実施形態の長手方向断面である。
【図８】本発明による反射屈折投影対物レンズの第８実施形態の長手方向断面図である。
【図９】図６の投影対物レンズの像側端部分の拡大詳細図である。
【図１０】ハイパー半球面結晶質レンズ及び浸漬層を含む最後の光学素子の概略図である。
【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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【国際調査報告】
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