(57)【要約】  マイクロリソグラフィ露光装置（１０）の照明システム（１２）は瞳平面（５４）を視野平面（６２）に変換するための集光装置（６０１；６０２；６０３；６０４；６０５）を有する。この集光装置は複数の連続したレンズを含むレンズ群（Ｌ１４、Ｌ１５、Ｌ１６、Ｌ１７；Ｌ２４、Ｌ２５、Ｌ２６、Ｌ２７、Ｌ２８；Ｌ３４、Ｌ３５、Ｌ３６、Ｌ３７；Ｌ４４、Ｌ４５、Ｌ４６；Ｌ５３、Ｌ５４、Ｌ５５）を有する。これらのレンズは、集光装置（６０１；６０２；６０３；６０４；６０５）によって軸上の結像点（７２）に焦点を合わせられる光束（７０）がレンズ群の各々のレンズの中で集束するように配置される。この照明システムは、少なくとも部分的に集光装置（６０１；６０２；６０３；６０４；６０５；６０６）の残存瞳収差を補正する視野絞り対物レンズ（６６；６６６、６６６’）をさらに有することもある。
2008539569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロリソグラフィ露光装置（１０）の照明システム（１２）のための集光装置であって、瞳平面（５４）を視野絞り（６４）が配置される視野平面（６２）に変換し、複数の連続したレンズを含むレンズ群（Ｌ１４、Ｌ１５、Ｌ１６、Ｌ１７；Ｌ２４、Ｌ２５、Ｌ２６、Ｌ２７、Ｌ２８；Ｌ３４、Ｌ３５、Ｌ３６、Ｌ３７；Ｌ４４、Ｌ４５、Ｌ４６；Ｌ５３、Ｌ５４、Ｌ５５）を有し、
ａ）前記集光装置（６０１；６０２；６０３；６０４；６０５）によって軸上の結像点（７２）に焦点を合わせられる光束（７０）が前記レンズ群の各々のレンズの中で集束するように前記レンズが配置され、
ｂ）前記レンズ群のうちの少なくとも１つのレンズ（Ｌ１５、Ｌ１６、Ｌ１７；Ｌ２５、Ｌ２６；Ｌ３４、Ｌ４４、Ｌ４５；Ｌ５４）が凹面の表面を有する集光装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つのレンズ（Ｌ１６；Ｌ２６；Ｌ３５；Ｌ４４）が負の屈折力を有する請求項１に記載の集光装置。
【請求項３】
前記負のレンズがメニスカス・レンズ（Ｌ４４）である請求項２に記載の集光装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つのレンズが正の屈折力を有するメニスカス・レンズ（Ｌ５４）である請求項１に記載の集光装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つのレンズ（Ｌ１５、Ｌ１６、Ｌ１７；Ｌ２５、Ｌ２６；Ｌ３４、Ｌ４４、Ｌ４５；Ｌ５４）が前記視野平面（６２）の最も近くに位置する４個の湾曲レンズのサブグループ内に含まれる先行する請求項のいずれかに記載の集光装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つのレンズ（Ｌ１５、Ｌ１６、Ｌ１７；Ｌ２５、Ｌ２６；Ｌ３４、Ｌ４４、Ｌ４５；Ｌ５４）が前記視野平面（６２）の最も近くに位置する３個の湾曲レンズのサブグループ内に含まれる請求項５に記載の集光装置。
【請求項７】
前記レンズ群が非球面の表面を有するレンズ（Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４；Ｌ２２、Ｌ２４、Ｌ２６；Ｌ３２、Ｌ３３、Ｌ３４、Ｌ３５；Ｌ４２、Ｌ４３、Ｌ４４；Ｌ５３、Ｌ５４）を含む先行する請求項のいずれかに記載の集光装置。
【請求項８】
前記集光装置（６０１；６０２；６０３；６０４；６０５）がｈmax・ＮＡi＞１５ｍｍである像側開口数ＮＡiおよび最大像高さｈmaxを有する請求項７に記載の集光装置。
【請求項９】
前記集光装置（６０１；６０２；６０３；６０４；６０５）が４５０ｍｍ未満の軸方向長さを有する先行する請求項のいずれかに記載の集光装置。
【請求項１０】
マイクロリソグラフィ露光装置（１０）の照明システム（１２）のための集光装置であって、前記集光装置（６０１；６０２；６０３；６０４；６０５）が、
ａ）瞳平面（５４）を視野絞り（６４）が配置される視野平面（６２）に変換し、
ｂ）光軸（２６）、ｈmax・ＮＡi＞１５ｍｍである像側開口数ＮＡiと最大像高さｈmax、および３ｍｒａｄ未満の光軸に対する像側のテレセントリック誤差を有する集光装置。
【請求項１１】
０．５ｍｒａｄ未満の像側のテレセントリック誤差を有する請求項１０に記載の集光装置。
【請求項１２】
０．２ｍｒａｄ未満の像側のテレセントリック誤差を有する請求項１１に記載の集光装置。
【請求項１３】
前記光軸（２６）上で前記視野平面（６２）を横切る周縁光線（７４）の高さ（ｈmr）に対する、前記光軸（２６）から最大距離（ｈmax）で前記視野平面（６２）を横切る主光線（７８）の高さ（ｈcr）の比が１．５を超えるように前記視野平面（６２）から距離を置いて位置決めされる像側の頂点を備えた非球面表面を有する請求項１０から１２のいずれかに記載の集光装置。
【請求項１４】
前記比が１．９を超える請求項１３に記載の集光装置。
【請求項１５】
マイクロリソグラフィ露光装置（１０）の照明システムであって、
ａ）瞳平面（５４）と、
ｂ）視野平面（６２）と、
ｃ）前記視野平面（６２）内に配置された視野絞り（６４）と、
ｄ）前記視野平面（６２）をマスク平面（６８）に結像させ、主光線の物体側分布を備えた入射瞳を有する視野絞り対物レンズ（６６）と、
ｅ）前記瞳平面（５４）を前記視野平面（６２）に変換し、主光線の像側分布を備えた射出瞳を有し、光軸（２６）、ｈmax・ＮＡi＞１５ｍｍである像側開口数ＮＡi、最大像高さｈmaxを有する集光装置（６０１；６０２；６０３；６０４；６０５）と
を有し、
前記視野絞り対物レンズ（６６）の前記入射瞳内と前記集光装置（６０１；６０２；６０３；６０４；６０５）の前記射出瞳内の対応する主光線の方向が１ｍｒａｄ未満だけ異なる照明システム。
【請求項１６】
前記視野絞り対物レンズ（６６）の前記入射瞳内と前記集光装置（６０１；６０２；６０３；６０４；６０５）の前記射出瞳内の対応する主光線の前記方向が０．５ｍｒａｄ未満だけ異なる請求項１５に記載の照明システム。
【請求項１７】
前記視野絞り対物レンズ（６６）の前記入射瞳内と前記集光装置（６０１；６０２；６０３；６０４；６０５）の前記射出瞳内の対応する主光線の前記方向が０．２ｍｒａｄ未満だけ異なる請求項１６に記載の照明システム。
【請求項１８】
前記光軸（２６）上で前記視野平面（６２）を横切る周縁光線（７４）の高さ（ｈmr）に対する、前記光軸（２６）から最大距離（ｈmax）で前記視野平面（６２）を横切る主光線（７８）の高さ（ｈcr）の比が１．５を超えるように前記視野平面（６２）から距離を置いて位置決めされる像側の頂点を備えた非球面表面を有する請求項１５から１７のいずれかに記載の照明システム。
【請求項１９】
前記比が１．９を超える請求項１８に記載の照明システム。
【請求項２０】
マイクロリソグラフィ露光装置（１０）の照明システム（１２）において瞳平面（５４）を視野絞り（６４）が配置される視野平面（６２）に変換するための集光装置であって、前記集光装置（６０１；６０２；６０３；６０４；６０５）が
ａ）光軸（２６）、ｈmax・ＮＡi＞１５ｍｍである像側開口数ＮＡi、最大像高さｈmaxを有し、
ｂ）前記瞳表面（５４）から順に、湾曲した第１のレンズ（Ｌ２２；Ｌ３２；Ｌ４２；Ｌ５２）と湾曲した第２のレンズ（Ｌ２３、Ｌ３３、Ｌ４３；Ｌ５３）を含み、前記光軸（２６）から最大距離（ｈmax）で前記視野平面（６２）を横切る主光線（７８）の高さ（ｈcr）に対する、前記光軸（２６）上で前記視野平面（６２）を横切る周縁光線（７４９）の高さ（ｈmr）の比が１．８未満になるように前記瞳平面（５４）から距離を置いて位置決めされる物体側の頂点（８６；８８；９０；９２）を前記第２のレンズが有する集光装置。
【請求項２１】
前記比が１．４未満である請求項２０に記載の集光装置。
【請求項２２】
前記比が１．２未満である請求項２１に記載の集光装置。
【請求項２３】
前記第１のレンズ（Ｌ２２；Ｌ３２；Ｌ４２；Ｌ５２）が立方晶系結晶でできており、前記第２のレンズ（Ｌ２３、Ｌ３３、Ｌ４３；Ｌ５３）が石英ガラスでできている請求項２０から２２のいずれかに記載の集光装置。
【請求項２４】
すべてのレンズが立方晶系結晶でできており、これのために前記光軸（２６）から最大距離（ｈmax）で前記視野平面（６２）を横切る主光線（７８）の高さ（ｈcr）に対する、前記光軸（２６）上で前記視野平面（６２）を横切る周縁光線（７４９）の高さ（ｈmr）の比が２を超える請求項２０から２３のいずれかに記載の集光装置。
【請求項２５】
前記比が３を超える請求項２４に記載の集光装置。
【請求項２６】
マイクロリソグラフィ露光装置（１０）の照明システム（１２）において瞳平面（５４）を視野絞り（６４）が配置される視野平面（６２）に変換するための集光装置であって、条件
ｓｉｎ（α）＝ｐ／（（１＋Δｘ）・ｆ）
が前記視野平面（６２）内の任意の結像点に入射するいずれの任意の光線についても有効であり、ここでｆは前記集光装置の焦点距離であり、αは前記結像点に入射する前記光線の入射の角度であり、ｐは前記集光装置の光軸と前記光線が前記瞳平面を通過する瞳点との間の距離であり、Δｘは正弦条件からの偏差であって絶対値｜Δｘ｜≦０．０１８を有する集光装置。
【請求項２７】
｜Δｘ｜≦０．０１である請求項２６に記載の集光装置。
【請求項２８】
｜Δｘ｜≦０．００５である請求項２６に記載の集光装置。
【請求項２９】
マイクロリソグラフィ露光装置（１０）の照明システム（１２）において瞳平面（５４）を視野絞り（６４）が配置される視野平面（６２）に変換するための集光装置であって、前記集光装置（６０１；６０２；６０３；６０４；６０５）が
ａ）像側の開口数ＮＡi＜０．２６と、
ｂ）ｆ＜２５０ｍｍの焦点距離ｆと、
ｃ）瞳直径ｄp＞１２０ｍｍと、
ｄ）視野直径ｄf＞１００ｍｍと、
ｅ）前記露光装置の走査方向に対して直角であるＸ方向に沿って前記視野平面（６２）内の放射照度Ｉ（ｘ）の最大ばらつきΔＩmaxとを有し、ΔＩmax／Ｉ（ｘ）が照明設定に関係無く１％未満である集光装置。
【請求項３０】
ΔＩmax／Ｉ（ｘ）＜０．５％である請求項２９に記載の集光装置。
【請求項３１】
請求項１から１４および２０から３０のいずれかに記載の集光装置（６０１；６０２；６０３；６０４；６０５）を有する、マイクロリソグラフィ露光装置（１２）の照明システム（１０）。
【請求項３２】
前記瞳平面（５４）内または密接した近傍に配置された光学的ラスタ素子（５６）を含み、前記光学的ラスタ素子（５６）が１５０ｍｍ未満の直径および０．２８と０．３５との間の出口側開口数を有する請求項３１に記載の照明システム。
【請求項３３】
前記視野平面（６２）をマスク平面（６８）上に結像させる視野絞り対物レンズ（６６）を有する請求項３１または３２に記載の照明システム。
【請求項３４】
前記視野絞り対物レンズ（６６）が少なくとも部分的に前記集光装置（６０１；６０２；６０３；６０４；６０５）の残存瞳収差を補正する請求項３３に記載の照明システム。
【請求項３５】
請求項３１から３４のいずれかに記載の照明システム（１２）と、前記マスク平面を感光層の上に結像させるための投影対物レンズとを有するマイクロリソグラフィ投影露光装置。
【請求項３６】
ａ）前記投影対物レンズ（２０）が主光線の物体側分布を備えた入射瞳を有し、
ｂ）前記集光装置（６０１；６０２；６０３；６０４；６０５）が主光線の像側分布を備えた射出瞳平面を有し、
ｃ）前記視野絞り対物レンズ（６６）が主光線の像側分布を備えた射出瞳を有し、
ｄ）前記視野絞り対物レンズの前記主光線の像側分布が、前記集光装置の前記主光線の像側分布がするよりも一層密接に前記投影対物レンズの前記主光線の物体側分布と一致する請求項３５に記載の投影露光装置。
【請求項３７】
マイクロリソグラフィ投影露光装置（１０）の照明システム（１２）であって、
ａ）瞳平面（５４）と、
ｂ）視野平面（６２）と、
ｃ）前記瞳平面（５４）を前記視野平面に変換する集光装置（６０６）と、
ｄ）前記視野平面（６２）をマスク平面（６８）上に結像させる視野絞り対物レンズ（６６６；６６６’）とを有し、前記視野絞り対物レンズ（６６６；６６６’）が少なくとも部分的に前記集光装置（６０６）の残存瞳収差を補正する照明システム。
【請求項３８】
ａ）前記集光装置（６０６）が最大テレセントリック誤差角度αcを有し、
ｂ）前記視野絞り対物レンズ（６６６；６６６’）が像側の最大テレセントリック誤差角度αo＜０．８・αcを有する請求項３７に記載の照明システム（１２）。
【請求項３９】
αo＜０．５・αcである請求項３８に記載の照明システム。
【請求項４０】
αo＜０．３・αcである請求項３９に記載の照明システム。
【請求項４１】
αo＜０．５ｍｒａｄである請求項３８から４０のいずれかに記載の照明システム。
【請求項４２】
前記視野絞り対物レンズ（６６６；６６６’）がｈmax・ＮＡi＞１５ｍｍである像側開口数ＮＡiおよび最大像高さｈmaxを有する請求項３７から４１のいずれかに記載の照明システム。
【請求項４３】
前記集光装置（６０６）が少なくとも４個のメニスカス・レンズ（Ｌ６２、Ｌ６３、Ｌ６４、Ｌ６５）を有する請求項３７から４２のいずれかに記載の照明システム。
【請求項４４】
二重反射光および／または散乱光を遮蔽するための隔膜（６９；６９ａ；６９ｂ；６９ｃ；６９ｄ）を有する請求項３７から４３のいずれかに記載の照明システム。
【請求項４５】
前記隔膜（６９）が前記視野絞り対物レンズ（６６６；６６６’）の瞳平面（６７）内または密接した近傍に位置付けられる請求項４４に記載の照明システム。
【請求項４６】
投影光が沿って伝搬する伝搬方向で見ると前記隔膜（６９ａ；６９ｂ；６９ｃ）が、前記投影光の角度分布を変えるために調節可能であるいずれの光学素子（１１８、５０、５２）よりも前の位置に配置される請求項４４または４５に記載の照明システム。
【請求項４７】
前記調節可能な光学素子（１１８、５０、５２）が光軸（２６）に沿って移動可能である請求項４６に記載の照明システム。
【請求項４８】
前記調節可能な光学素子がズーム対物レンズ（４６）のうちのレンズ（１１８）である請求項４７に記載の照明システム。
【請求項４９】
前記照明システム（１２’）が、幾何光学的線束を増大させる第１の光学素子である光学的ラスタ素子（３４）を含み、前記投影光が沿って伝搬する伝搬方向で見ると前記隔膜（６９ｃ）が前記光学的ラスタ素子（３４）の前段に位置付けられる請求項４４から４８のいずれかに記載の照明システム。
【請求項５０】
投影光を偏光（解消）するための偏光（解消）器（１１６）を有し、前記投影光が沿って伝搬する伝搬方向で見ると前記隔膜（６９ａ；６９ｂ）が前記偏光（解消）器（１１６）の前段に位置付けられる請求項４４から４９のいずれかに記載の照明システム。
【請求項５１】
前記隔膜（６９ａ；６９ｄ）が可変の開口を有する請求項４４から５０のいずれかに記載の照明システム。
【請求項５２】
前記隔膜（６９ａ；６９ｄ）の開口を変えるための調節メカニズムを有する請求項５１に記載の照明システム。
【請求項５３】
前記隔膜（６９ｂ；６９ｃ）が、投影光にとって不透明であり、かつ投影光が通って伝搬するかまたは反射される光学素子（１１６；３４）に貼付される層によって形成される請求項４４から５０のいずれかに記載の照明システム。
【請求項５４】
ａ）前記集光装置（６０６）が、前記視野平面（６２）の直ぐ隣に配置されてｄ1＜ｒ1＜２．５・ｄ1で曲率半径ｒ1と前記視野平面からの軸方向距離ｄ1を有する第１の凹面光学面を有し、
ｂ）前記視野絞り対物レンズ（６６６；６６６’）が、前記視野平面（６２）の直ぐ隣に配置されてｄ2＜ｒ2＜２．５・ｄ2で曲率半径ｒ2と前記視野平面からの軸方向距離ｄ2とを有する第２の凹面光学面を有する請求項３７から５３のいずれかに記載の照明システム。
【請求項５５】
前記視野平面（６２）からの前記視野絞り対物レンズ（６６６；６６６’）の作動距離が１０ｍｍと９０ｍｍの間である請求項５４に記載の照明システム。
【請求項５６】
前記曲率半径ｒ1が８０ｍｍよりも大きい請求項５４または５５に記載の照明システム。
【請求項５７】
前記曲率半径ｒ2が８０ｍｍよりも大きい請求項５４から５６のいずれかに記載の照明システム。
【請求項５８】
ａ）前記集光装置（６０６）が、前記瞳平面（５４）に入るコリメートされた光束を１．２ｍｍ未満のスポット径を有する前記視野平面（６２）内のスポットに焦点を合わせ、
ｂ）前記視野絞り対物レンズ（６４）が前記視野平面（６２）内の点を０．４ｍｍ未満のスポット径を備えたスポットとしてマスク（１６）上に結像させる請求項３７から５７のいずれかに記載の照明システム。
【請求項５９】
請求項３７から５８のいずれかに記載の照明システム（１２）を有する、マイクロリソグラフィ投影露光装置。
【請求項６０】
微細構造のデバイスを製作するマイクロリソグラフィ方法であって、
ａ）感光層（２２）を担持する基板（２４）を供給する工程と、
ｂ）前記感光層（２２）上に結像させられるべき構造（１８）を有するマスク（１６）を供給する工程と、
ｃ）請求項３５もしくは３６または請求項５９に記載の投影露光装置（１０）を供給する工程と、
ｄ）前記マスク（１６）の少なくとも一部を前記感光層（２２）上に投影する工程とを含む方法。
【請求項６１】
請求項６０に記載の方法に従って製作される微細構造のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
（関連出願の相互引用）
本出願は、２００５年４月２６日に出願された米国特許仮出願第６０／６７４６９１号の米国特許法第１１９条（ｅ）の（１）の下での利益を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は概してマイクロリソグラフィ投影露光装置のための照明システムに関する。そのような装置は集積回路や他の微細構造デバイスの製造に使用される。より詳細には本発明はそのような照明システムのための集光装置に関し、これは瞳平面を視野絞りが配置される視野平面に変換する。本発明はまた、視野絞りをマスク平面上に結像させる視野絞り対物レンズに関する。
【背景技術】
【０００３】
マイクロリソグラフィ（フォトリソグラフィとも称される）は集積回路、液晶ディスプレイ、その他の微細構造デバイスの製作のための技術である。さらに特定すると、マイクロリソグラフィの工程はエッチングの工程と組み合わせて基板、例えばシリコン・ウェハの上に形成された薄膜にフィーチャをパターン化するために使用される。製作の各々の層で、ウェハは最初に遠紫外（ＤＵＶ）光などの放射に感光性の材料であるフォトレジストでコーティングされる。次に、最上層にフォトレジストを備えたウェハが投影露光装置内でマスクを通して投影光に露光される。このマスクはフォトレジスト上に投影される回路パターンを含む。露光の後、フォトレジストが現像されることでマスクに含まれた回路パターンに対応する像を作り出す。次いで、エッチング工程がこの回路パターンをウェハ上の薄膜積層の中に転写する。最後に、フォトレジストが除去される。
【０００４】
投影露光装置は通常では照明システム、マスク位置合わせステージ、投影対物レンズ、ウェハ位置合わせステージを有する。照明システムはフォトレジスト上に投影されるべきマスクの領域を照明する。
【０００５】
普通、照明システムは光学的ラスタ素子が配置される瞳平面を含む。光学的ラスタ素子はマスク上で照明される領域の幾何学形状に影響を与える。瞳平面内の光強度分布はマスクに入射する投影光の角度分布を決定する。瞳平面内の光強度分布を変えるために、様々な光学素子、例えばアキシコン素子または屈折性光学素子が照明システム内で使用される。
【０００６】
普通では複数のレンズを含む集光装置が瞳平面を視野平面に変換する。これは集光装置が無限遠で配置される被写体を視野平面上に結像させることを意味する。複数の調節可能なブレードを含む視野絞りが視野平面に配置されることがある。視野絞りはマスク上で照明される領域のくっきりした縁部を確実にする。この目的のために、視野絞り対物レンズが視野絞りを、マスクが配置されるマスク平面上に結像させる。
【０００７】
照明システムは、確実に、マスク平面内を極めて一様な放射照度にしなければならない。放射照度の均一性は任意の方向の１ｍｍにわたる放射照度の相対的変化の観点で表現される。マスク平面内の放射照度のこの勾配は、０．１％／ｍｍより低いある値を超えてはならず、または０．０１５％／ｍｍものより低いある値を超えてはならない。
【０００８】
さらに、照明システムは後に続く投影対物レンズの主光線分布に整合する射出瞳内の主光線分布を作り出さなければならない。普通、主光線がコリメートされること、すなわち射出瞳が無限遠で配置されることが望ましい。このケースでは、照明システムは像側でテレセントリックであると称される。
【０００９】
極めて進歩した照明システムの他の特性は優れた極平衡(pole balance)である。極平衡は瞳平面内の強度分布をマスク平面内の角度分布に正しく変換する照明システムの能力を意味する。例えば、完全な対称性を備えた瞳平面内で２つの極のみが照明される場合、完全な極平衡（ＰＢ＝０）はマスク平面内の任意の点における放射照度が両方の極からの等しい寄与から結果として生じることを意味する。双極照明のケースにおいてＰＢ≠０であれば、結像点上の一方の側から入射する光線が他方の側から入射する光線よりも強力である。
【００１０】
照明システムの集光装置によって満たされなければならず、極平衡に密接に関連する他の特性は正弦条件が満たされる程度である。正弦条件に従うと瞳平面内の光軸からの距離は視野平面内の入射角度の正弦に比例する。理想的には、すべての入射角度について、およびすべての結像点についてもやはり正弦条件が完全に満たされる。
【００１１】
これらの特性が、短い全長を有し、かつ小さい直径を備えて最終段レンズとマスク平面との間で或る一定の最小距離を維持するレンズ群を有する照明システムで達成されなければならない。
【００１２】
これらの厳しい仕様を満足させることは、光均質化ロッドを有さない照明システムでは一層困難になっている。例えば米国特許第６２８５４４３号明細書から知られているそのようなロッドは照明光束を均質にするために使用される。このロッドは照明光束の偏光状態を維持しないので、その使用は偏光制御を伴わない照明システムに限定される。
【００１３】
米国特許第６５８３９３７Ｂ１号明細書から、５個のレンズを有するロッド不在の照明システムの集光装置が知られている。この集光装置の第１の表面は非球面である。
【００１４】
米国特許出願公開第２００２／０１７１９４４Ａ１号明細書は４個のレンズ、すなわち非球面の凹面前面を有する負のメニスカス・レンズ、２個の両凸面レンズ、および非球面の凸面後面を有する平凸面レンズを含むロッド不在の照明システム開示している。
【００１５】
米国特許第６６８０８０３Ｂ２号明細書は合計９個のレンズを含むロッド不在の照明システムのための視野絞り対物レンズを開示している。
【００１６】
ＤＥ１９６５３９８３Ａ１から、７個のレンズのみを含んで少なくとも３つの非球面表面を備えた別の視野絞り対物レンズが知られている。一実施形態では、この対物レンズは０．３ｍｒａｄ未満のテレセントリック誤差を保証する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
マイクロリソグラフィ露光装置用の照明システムのための向上した集光装置を提供することが本発明の第１の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この目的は複数の連続したレンズを含むレンズ群を有する集光装置によって達成される。これらのレンズは軸上の結像点に集光装置によって焦点が合わされる光束がレンズ群の各々のレンズの中に集中できるように配列される。レンズ群のうちの少なくとも１つのレンズは凹面の表面を有する。
【００１９】
本出願の背景では、「レンズ」という用語は単一屈折率の光学素子を意味し、これらは曲面または平面の表面を有してもよい。
【００２０】
本発明による集光装置は小さいテレセントリック誤差、優れた極平衡、正弦条件からの極めて小さい偏差、小さい放射照度の勾配、１５ｍｍを超える大きい光学的幾何学的線束を有する。
【００２１】
概して、集光装置の小さいテレセントリック誤差は、視野絞り対物レンズもまたその被写体側でテレセントリックである場合には有利である。しかしながら、この対物レンズが大幅に非テレセントリックであるケースがある。このとき、集光装置は射出瞳における主光線の方向が後に続く視野絞り対物ンズの入射瞳における主光線の方向に可能な限り密接に一致するように設計される可能性が高い。これらの方向の間の偏向は１ｍｒａｄの小ささであると見込まれる。
【００２２】
集光装置と視野絞り対物レンズを有するマイクロリソグラフィ露光装置用の向上した照明システムを提供することが本発明のさらなる目的である。
【００２３】
このさらなる目的は集光装置の残存瞳収差を少なくとも部分的に補正する視野絞り対物レンズを備えた照明システムによって達成される。
【００２４】
そのような照明システムを設計するとき、集光装置と視野絞り対物レンズの設計を各々の構成要素に関して分離せず、集光装置と視野絞り対物レンズから成る全体的な光学的サブシステムに関して最適化することが好都合であると見込まれる。一方で集光装置の光学特性、他方で視野絞りの光学特性を適切に調節することによって、特にテレセントリック誤差の視野絞り平面における或る一定の光学特性からの偏差、マスク平面内で要求される光学特性からの偏差を２または４の大きさでさえあってもよい因数で許容することが可能である。同様の考慮が視野絞り平面とマスク平面内のスポット径に当てはまる。このスポットは、前段の瞳平面が平行光束によって横切られる場合の視野平面内の照射される領域である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の様々な特徴および利点は添付の図面と関連させて取り入れられる以下の詳しい説明を参照してさらに容易に理解されることが可能である。
【００２６】
図１は投影露光装置１０の遠近法で見た極度に単純化された図であり、投影光束を作り出すための照明システム１２を有する。この投影光束は微細構造１８を含むマスク１６上の視野１４を照明する。この実施形態では、照明される視野１４は環形の断片の形状である。しかしながら、照明される視野１４の他の形状も同様に考慮される。
【００２７】
投影対物レンズ２０は照明される視野１４の中の構造１８を基板２４上に堆積された感光性の層２２、例えばフォトレジストの上に結像させる。この実施形態ではシリコン・ウェハとして実現される基板２４は、感光層２２の最上面が投影対物レンズ２０の像平面内で正確に位置付けられるようにウェハ・ステージ（図示せず）上に配置される。マスク１６はマスク・ステージ（図示せず）によって投影対物レンズ２０の物体平面内で位置決めされる。投影対物レンズ２０は１未満の倍率を有するので、照明される視野１４の中の構造１８の縮小された像１４’が感光層２２の上に投影される。
【００２８】
投影中に、マスク１６と基板２４はＹ方向と一致する走査方向に沿って移動する。このようにして、照射される視野１４は照明される視野１４よりも大きい構造化された領域が連続的に投影されるようにマスク１６全域にわたって走査する。そのようなタイプの投影露光装置はしばしば「ステップ・アンド・スキャン・ツール」または単純に「スキャナ」と称される。マスク１６と基板２４の速度の比は投影対物レンズ２０の倍率に等しい。投影対物レンズ２０が像を逆にする場合、マスク１６と基板２４は逆方向に移動し、これは図１に矢印Ａ１とＡ２で示される。しかしながら、本発明はマスク１６と基板２４が投影中に移動しないステッパ・ツールに使用されることもやはり可能である。
【００２９】
図示された実施形態では、照明される視野１４は投影対物レンズ２０の光軸２６に対して中心に置かれない。そのような軸外の照明される視野１４は或る一定のタイプの投影対物レンズ２０、例えば１つまたは複数のトランケーテッド(truncated)・ミラーを有する対物レンズで必要になることがある。
【００３０】
図２は図１に示された照明システム１２のさらに詳細な子午線断面である。明瞭にするために、図２の図解もやはり大幅に単純化されており、縮尺通りではない。これは、多様な光学ユニットが極めて少ない光学素子のみで表現されているという意味を特に含む。実際では、これらのユニットは極めて多くのレンズや他の光学素子を含む。
【００３１】
照明システム１２はハウジング２８、および図示された実施形態ではエキシマレーザ３０として実現される光源を有する。エキシマレーザ３０は約１９３ｎｍの波長を有する投影光を発射する。他の波長、例えば２４８ｎｍまたは１５７ｎｍもやはり考慮される。
【００３２】
エキシマレーザ３０によって発射される投影光はビーム拡大ユニット３２に入り、ここで光束が拡大される。ビーム拡大ユニット３２を通過した後、投影光は第１の光学的ラスタ素子３４に入射する。第１の光学的ラスタ素子３４は異なる特性を有する他の光学的ラスタ素子で容易に置き換えられることができるように第１の交換ホルダ３６内に受け入れられる。第１の光学的ラスタ素子３４は、図示された実施形態では、発散が導入されるように各々の入射光線を偏向させる１つまたは複数の回折格子を含む。これは、光学的ラスタ素子３４上の各々の場所で光が或る一定の角度範囲内で回折することを意味する。この範囲は、例えば−３°から＋３°に広がることもある。図２では、これは２つの発散光線３８、４０へと分割される軸方向光線に関して図式的に表わされる。第１の光学的ラスタ素子３４はこのようにして投影光の角度分布を変え、後に続く瞳平面内の局所的強度分布に影響を与える。他の種類の光学的ラスタ素子、例えばマイクロレンズ・アレイが代替として、または追加的に使用されることもある。
【００３３】
第１の光学的ラスタ素子３４は対物レンズ４４の物体平面４２内で位置決めされ、これはズーム・レンズ群４６、および対向する円錐面を有するアキシコン素子５０、５２の対４８で示される。両方のアキシコン素子５０、５２が接触していれば、アキシコン対４８は平行平面の表面を有するプレートの効果を有する。両方の素子５０、５２が離されれば、アキシコン素子５０、５２の間の間隔は結果として放射状に外方向の光エネルギーの移動につながる。アキシコン素子はそれ自体当該技術で知られているので、本願明細書ではこれらはさらに詳しく述べられないであろう。
【００３４】
参照番号５４は対物レンズ４４の射出瞳平面を示す。マイクロレンズ・アレイから成る第２の光学的ラスタ素子５６は対物レンズ４４の射出瞳平面５４の中、または近傍に位置決めされる第２の交換ホルダ５８内に受け入れられる。１５０ｍｍ未満の直径を有することが好ましい第２の光学的ラスタ素子５６は各々のポイントで発散を導入し、マスク１６上の照明される視野１４の幾何学に影響を与える。第２の光学的ラスタ素子５６によって導入される発散は入射する光線３８、４０に関する発散光線３８ａ、３８ｂと４０ａ、４０ｂで図２に図式的に表わされる。照射される視野１４が図１に示されるような湾曲したスリットを有していれば、第２の光学的ラスタ素子５６の出口側の開口数はＸ方向で０．２８から０．３５の範囲、Ｙ方向で０．０７から０．０９の範囲にあるであろう。
【００３５】
第２の光学的ラスタ素子５６から発散する発散光線３８ａ、３８ｂ、および４０ａ、４０ｂは単純化するために単一のレンズ素子で図２に表わされる集光装置６０に入る。集光装置６０の様々な実施形態が下記で図３から８を参照してさらに詳しく説明されるであろう。
【００３６】
集光装置６０の入射瞳平面は対物レンズ４４の射出瞳平面５４と一致する。集光装置６０の像平面６２は視野平面であり、これに近接して視野絞り６４が位置決めされる。視野絞り対物レンズ６６は視野絞り６４をマスク１６が位置決めされるマスク平面６８上に結像させる。視野絞り６４は少なくともＹ方向に沿って延びる短い横方向側部に関して、照明される視野１４のくっきりした縁部を保証する。
【００３７】
以下では集光装置６０の様々な実施形態が図３から８を参照して述べられるであろう。
【００３８】
図３は全体として６０１で示される集光装置６０の第１の実施形態の子午線断面を示している。瞳平面５４内に配置された開口絞りＡＳは第２の光学的ラスタ素子５６の周縁で形成されてもよい。集光装置６０１の瞳は約１２５ｍｍの直径を有する。集光装置６０１は瞳を約１１０ｍｍの直径を有する視野にフーリエ変換する。集光装置６０１の全体としての焦点距離は約２０８ｍｍであり、像側の開口数は約０．３である。これらの値は下記でさらに述べられる他の実施形態にもやはり当てはまる。
【００３９】
瞳平面５４の直ぐ後方で、石英ガラスで作られた薄い平面状プレートＬ１１として形成される第１のレンズが位置決めされる。薄いプレートＬ１１はそれ自体で集光装置６０１の光学特性に実質的に寄与しない。しかしながら、これはグレーフィルタ、拡散面、または横切る光線の偏光の状態を選択的に変えるように設計された構造体などを支持することが可能である。特定の用途に応じて、第１の機能素子を支持するプレートＬ１１が他の機能素子を支持するプレートＬ１１’で置き換えられることも可能である。そのような機能素子が全く必要とされなければ、プレートＬ１１は完全に省かれてもよい。これは図３に示された光学設計のわずかな変更を伴うのみである。
【００４０】
プレートＬ１１の後方で、非球面凹面の後面を有する負のメニスカス・レンズとして形成される第２のレンズＬ１２が配置される。第３のレンズＬ１３は非球面凸面の後面を有する正のメニスカス・レンズである。第４のレンズＬ１４はやはり非球面凸面の後面を有する両凸面レンズである。第５のレンズＬ１５は凹面の後面を備えた正のメニスカス・レンズである。第６のレンズＬ１６は平凹面レンズである。集光装置６０１の最終段レンズである第７のレンズＬ１７はわずかに凹面の前面を備えた正のメニスカス・レンズである。
【００４１】
示された実施形態では、第２のレンズＬ１２と第３のレンズＬ１３のみがＣａＦ2でできている。集光装置６０１の他のすべてのレンズは石英ガラスでできている。この材料選択はコストと耐久力の点で見ると良い妥協案である。もちろん他の材料も想定され、少しの設計の変更を必要とするのみである。例えば、第２のレンズＬ１２と第３のレンズＬ１３が他の立方晶系結晶材料、例えばＢａＦ2、ＳｒＦ2、ＬｉＦ2、またはＣａ1-XＢａXＦ2でできていてもよく、その他のレンズが他のガラスでできていてもよく、全部のレンズがＣａＦ2でできていてもよい。
【００４２】
表１は集光装置６０１のレンズ・データを含む。最初の縦列は光が集光装置６０１を通って瞳平面５４から視野平面６２へと伝搬する順に集光装置６０１の全レンズの表面番号Ｓ＃を記載している。２番目の縦列は各々の表面Ｓ＃について曲率の半径（ｍｍ）を記載している。３番目の縦列は光軸２６に沿った連続する表面間の間隔（ｍｍ）を記載している。４番目の縦列は１とは異なる屈折率を有するすべての媒質の材料を示す。５番目の縦列はレンズの１／２直径を記載し、６番目の縦列は４番目の縦列に記載された材料の露光波長λ＝１９３．３８ｎｍにおける屈折率を含む。
【００４３】
【表１】
2008539569.tif 000003
【００４４】
【表２】
2008539569.tif 000004
【００４５】
非球面の表面は縦列１に星印で示される。表２はこれらの表面について円錐係数ｋおよび非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤに関する値を含む。光軸２６に平行する表面ポイントの高さｚは
【００４６】
【数１】
2008539569.tif 000005
で与えられ、ここでｈは光軸２６からの半径方向の距離であり、ｃはそれぞれの表面の曲率である。
【００４７】
図３の影付き部分は視野平面６２内の軸上結像点７２に向かって集束する同軸光束７０を表わす。同軸光束７０の形状は破線で示されて光軸２６に平行に開口絞りＡＳを通過する周縁の光線７４によって決定される。
【００４８】
別の破線の対は光軸２６からの最大高さ（すなわち距離）ｈmaxを有する結像点７７に向かって集束する周縁の光束７６を示す。周縁光束７６の中心は瞳平面５４内で光軸２６に交差し、周縁結像点７７において視野平面６２を通過する主光線７８によって形成される。
【００４９】
レンズＬ１４、Ｌ１５、Ｌ１６、Ｌ１７は同軸光束７０が集束する連続的なレンズの群を形成する。この群は３つの凹面表面、すなわちレンズＬ１５とＬ１６の後面およびレンズＬ１７の前面を含む。それとは別に、この群は負の屈折力を有するレンズ、すなわちレンズＬ１６を含む。これは集光装置６０１の特性的特徴であり、下記で表３を参照して検討される優れた光学特性に寄与する。
【００５０】
図３に示された集光装置６０１では、レンズＬ１３とＬ１４の非球面表面は瞳関連収差を補正することに寄与する。レンズＬ１２の第１の非球面表面は球面収差を補正するために主に使用される。
【００５１】
表３は、集光装置６０の様々な実施形態の光学品質を特徴付け、マイクロリソグラフィ露光装置の照明システムにおけるその使用にとって不可欠である様々な量の一覧表を含む。表３の縦列１は図３を参照して上記で述べられた集光装置６０１に関するこれらの量のための値を含む。
【００５２】
【表３】
2008539569.tif 000006
以下では表３に記載された様々な量が簡単に説明されて検討されるであろう。
【００５３】
横列１に記載された像側の開口数ＮＡiは一方で集光装置６０１と視野平面６２との間の媒質の屈折率と、他方で最大開口角度との積として決められる。図３においてこの角度は光軸２６と、視野平面６２を通過するときの周縁光線７４との間で形成される。
【００５４】
表３の横列２に記載される幾何光学的線束は像側の開口数ＮＡiと最大結像高さｈmaxとの積として定義される。幾何光学的線束が大きくなると共に、マイクロリソグラフィの露光ツールに普及する厳しい仕様に合致する光学系を得ることがますます困難になる。
【００５５】
表３の横列３は実施形態１から５による集光装置の物体側でのテレセントリック誤差を記載している。テレセントリック誤差は主光線、すなわち主光線７８のような瞳平面５４内で光軸に交差する光線と視野平面６２内の光軸２６との間に形成される最大角度に関係する。物体側で完全にテレセントリックである光学系では、すべての主光線に関してこの角度は０°に等しい。これは主光線が物体平面内でコリメートされることを意味する。
【００５６】
表３の横列４は瞳平面５４に最も近い非球面表面の近接性Ｐfirstに関連する。球面収差を補正するための非球面表面の効果は瞳平面からの距離が小さくなるにつれて増大するので、この近接性Ｐfirstは示性数である。
【００５７】
近接性Ｐfirstは周縁結像点７７に入射する主光線７８の高さｈcrに対する同軸光束７０の周縁光線７４の最大高さｈmrの比として定義される。高さｈmrとｈcrは光軸２６とそれぞれの光線が瞳平面５４に最も近い非球面表面を貫通する点との間の距離を意味する。図３では、これはレンズＬ１２の後面である。この比Ｐfirstが大きくなるほど非球面表面は瞳平面５４に近く位置する。
【００５８】
表３の横列５は視野平面６２に最も近い非球面表面の近接性の特性である量Ｐlastに関する値を含む。瞳関連収差を補正するための非球面表面の効果は視野平面からの距離が小さくなるにつれて増大するので、この近接性Ｐlastもやはり示性数である。
【００５９】
近接性Ｐlastは１／Ｐfirst＝ｈcr／ｈmrとして定義される。したがってＰlastに関する大きい値は、最終段の非球面表面が視野平面６２に密接した近傍に配置されることを示す。
【００６０】
表３の横列６は正弦条件からの偏差Δｄに関連する。正弦条件偏差Δｄは
ｓｉｎ（α）＝ｐ／（（１＋Δｘ）・ｆ）
で定義される。ここで、ｆは集光装置６０１の焦点距離であり、αは視野平面６２内の任意の照明結像点に入射する光線の入射角度であり、ｐは集光装置の光軸２６と光線が瞳平面５４を通過する瞳点との間の距離である。瞳平面５４内の軸上の点についてはｐ＝０であり、結果として直角入射につながる。瞳の直径上の瞳点についてはｐ＝ｐmaxであり、αもまたその最大値αmaxを有する（図３参照）。理想では、すべての入射角度について、およびすべての結像点についてもやはり正弦条件が完全に満たされる（すなわちΔｘ＝０）。
【００６１】
表３から見られ得るように、集光装置６０１は特にテレセントリック誤差と正弦条件に関する限り、優れた光学品質を有する。それとは別に、集光装置６０１は極めて良好な極平衡と放射照度の小さい勾配を有する。正弦条件偏差｜Δｘ｜＝０．００４は正弦条件偏差Δｘ＞０．０２を有する従来式の集光装置と比較されるべき優れた値である。
【００６２】
それとは別に、集光装置６０１は極めて良好な極平衡を有し、かつ放射照度の小さい勾配を有する。さらに特定すると、集光装置６０１はｘ方向（走査に交差する方向）に沿って極めて一様な放射照度分布Ｉ（ｘ）を視野平面６２内に作り出す。これは比ΔＩmax／Ｉ（ｘ）によって表現されることが可能であり、ここでΔＩmaxはｘ方向に沿った放射照度の最大ばらつきを意味する。集光装置６０１やこれ以降に述べられる集光装置で、選択される照明設定に関係無く比ΔＩmax／Ｉ（ｘ）は０．５％未満である。ｙ方向に沿って、他の理由で、例えばパルス量子化効果を削減するために不均一な放射照度分布が意図的に作り出されることもある。
【００６３】
図４は集光装置６０の第２の実施形態を示しており、これは全体として６０２で示される。レンズ・データと非球面定数はそれぞれ表４と５に与えられる。
【００６４】
【表４】
2008539569.tif 000007
【００６５】
【表５】
2008539569.tif 000008
【００６６】
集光装置６０２は図３に示された集光装置６０１のプレートＬ１１と同様の機能を有する２枚の薄いプレートＬ２１、Ｌ２８を含み、かつ非球面の前面を有する正のメニスカス・レンズＬ２２を含む。後に続くレンズＬ２３は殆ど同一の曲率を備えた表面を有するメニスカス・レンズである。レンズＬ２４は殆ど平面状の前面と非球面の後面を備えた正のレンズである。レンズＬ２５は、ここでも再び、正の屈折力を有するメニスカス・レンズである。レンズＬ２６は負の両凹面レンズであり、レンズＬ２７は平凹面レンズである。参照番号Ｌ２８は、上述のプレートＬ１１またはＬ２１と同様の機能を有するが視野平面６２の極めて近くに配置されるという違いを伴った別の平坦プレートを示す。したがってプレートＬ２８は視野平面内または密接した近傍で変えられるべき特性を操作するために使用されることが可能である。
【００６７】
レンズＬ２４からＬ２８は同軸光束７０２が集束するレンズの群を形成する。このレンズの群の中に、３つの凹面表面と１つの負のレンズすなわちレンズＬ２６がある。表３から見られ得るように、集光装置６０２の光学特性は図３に示された集光装置６０１の光学特性に匹敵する。
【００６８】
集光装置６０１および先行技術の知られている集光装置に比べて集光装置６０２のさらなる利点は（プレートＬ２１は別にして）１つのレンズすなわちレンズＬ２２のみがあってこれが開口絞りＡＳに密接に近接して配置されることである。さらに正確に述べると、レンズＬ２３の前面の物体側頂点８６は、比ｈmr／ｈcrが１．７よりも小さくなるような大きい距離で瞳平面５４から間隔を置かれる。
【００６９】
これは以下の理由で有利である。瞳平面が一様に照明されない場合、例えば双極設定が使用される場合、瞳平面の直ぐ近傍に配置されるレンズに特に高い強度が生じることがある。石英ガラスまたは他の従来式のレンズ材料はそのような高い強度の存在下で大幅に劣化するという難点があるので、ＣａＦ2または類似した立方晶系結晶をレンズ材料として使用することがしばしば有利であり、なぜならばＣａＦ2はＤＵＶ投影光に関して一層高い透過率を有し、高い光強度によって引き起こされる劣化に弱くないからである。他方で、ＣａＦ2は極めて高価な材料であり、したがってそれが不可欠でないケースへのその使用は制限されるべきである。
【００７０】
１つのレンズ、ここではレンズＬ２２のみが瞳平面に密接に近接して配置される場合、この１つのレンズに対してのみＣａＦ2をレンズ材料として選択すれば十分である。すべての他のレンズＬ２３からＬ２８は石英ガラスまたは他の比較的安価な材料でもよい。なぜならばこれらは瞳平面から比較的遠くに離れており、したがって前述の劣化に晒されないからである。
【００７１】
第１の実施形態に匹敵する光学特性を得るために、集光装置６０２は３つのみではなく４つの非球面表面を必要とする。
【００７２】
図５は第３の実施形態による集光装置６０３を通る子午線方向の断面を示している。レンズ・データと非球面定数はそれぞれ表６および７に与えられる。
【００７３】
集光装置６０３は光学設計と光学特性（表３参照）の両方の観点で集光装置６０２に匹敵する。しかしながら、レンズＬ２３とＬ２４が連結されて単一で厚いメニスカス・レンズＬ３３を形成する。プレートＬ３１と最初の薄いメニスカス・レンズＬ３２のみがＣａＦ2または類似した材料でできている。集光装置６０３のすべての他の光学素子は石英ガラスなどの従来式のレンズ材料でできている。
【００７４】
【表６】
2008539569.tif 000009
【００７５】
【表７】
2008539569.tif 000010
【００７６】
第２の湾曲レンズすなわちレンズＬ３３の前面の頂点８８は比ｈmr／ｈcrが１．４よりも小さくなるような大きい開口絞りＡＳからの距離で配置される。これは、レンズＬ３３が瞳平面近傍の高い強度に起因する寿命劣化を被る危険を冒すことなく石英ガラスで作られることを可能にするように瞳平面から十分に遠く離れていることを意味する。
【００７７】
図６は第４の実施形態による集光装置６０４を通る子午線方向の断面を示している。レンズ・データおよび非球面定数はそれぞれ表８および９に与えられる。
【００７８】
【表８】
2008539569.tif 000011
【００７９】
【表９】
2008539569.tif 000012
【００８０】
集光装置６０４は光学設計と光学特性（表３参照）の両方の観点で実施形態２、３それぞれによる集光装置６０２、６０３に匹敵する。集光装置６０４の厚いメニスカス・レンズＬ４４は集光装置６０３のレンズＬ３４とＬ３５の組合せとして想定されることが可能である。したがって、集光装置６０４は８つの湾曲表面のみを必要とし、これらのうちから４つの表面は非球面である。第２の湾曲レンズ（レンズＬ４３）の頂点９０における比ｈmr／ｈcrは約１．３の低さである。
【００８１】
図７は第５の実施形態による集光装置６０５を通る子午線方向の断面を示している。レンズ・データと非球面定数はそれぞれ表１０と１１に与えられる。
【００８２】
【表１０】
2008539569.tif 000013
【００８３】
【表１１】
2008539569.tif 000014
【００８４】
２枚の平坦プレートＬ５１、Ｌ５５は別として集光装置６０５は３個のレンズすなわち薄い両凸面レンズＬ５２、厚い両凸面レンズＬ５３、厚い負のメニスカス・レンズＬ５４のみを含む。レンズＬ５３とＬ５４の後面のみが非球面である。第２のレンズの前面の頂点は９２で示される。
【００８５】
レンズＬ５２はＣａＦ2でできており、それに対して他の２個のレンズＬ５３、Ｌ５４は石英ガラスでできている。ここでも再び、他の材料は同様に意図される。
【００８６】
表３から見られるように、集光装置６０５の特に単純な設計は結果として、実施形態１から４に比べてわずかに劣っている光学特性につながる。しかしながら、先行技術で知られている集光装置に比べると集光装置６０５はそれでもなお放射照度の勾配に関してはるかにより良い値を有する。
【００８７】
図８は第６の実施形態による集光装置６０６と視野絞り対物レンズ６６６を通る子午線方向の断面を示している。レンズ・データと非球面定数はそれぞれ表１２と１３に与えられている。非球面表面は縦列１に星印で示される。
【００８８】
集光装置６０６は図３に示された集光装置６０１のプレートＬ１１と同様の機能を有する２枚の平坦プレートＬ６１とＬ６６を含む。集光装置６０６は非球面凸面の前面を有する薄い正のメニスカス・レンズＬ６２、非球面凸面の後面を有する厚い正のメニスカス・レンズＬ６３、非球面凸面の前面を有する厚い正のメニスカス・レンズＬ６４、非球面凸面の前面を有する厚い負のメニスカス・レンズＬ６５をさらに含む。
【００８９】
集光装置６０６の第１の湾曲レンズＬ６２は瞳平面５４に密接に近接して位置付けられる。瞳平面５４への集光装置６０６の最初の非球面表面の近接性Ｐfirstは約４．５である。結果として、この表面は球面収差を効果的に補正することが可能である。小さい球面収差のせいで、集光装置６０６は瞳平面５４を横切る平行光束を、１．２ｍｍ未満のスポット径を有する視野絞り平面６２内のスポット上に焦点を合わせる。
【００９０】
【表１２】
2008539569.tif 000015
【００９１】
瞳平面５４へのレンズＬ６２の近接性の結果として、最終的に材料の劣化という結果につながりかねない高い投影光強度が局所的に生じる可能性が高い。そのような劣化を防止するために、示された実施形態ではレンズＬ６２はＣａＦ2または２００ｎｍ未満の投影光波長に関して極めて高い透過率を有する他の光学材料で作られる。しかしながら、レンズＬ６２を瞳平面５４からさらに遠くに位置付けることもやはり可能である。これは最大光強度を減少させ、それにより、意図される波長範囲でさらに高い吸収を有する材料でレンズＬ６２が作られることが可能となる。照明システム１２の光源３０が２００ｎｍを超える波長を備えた投影光を作り出す場合、ＳｉＯ2などの従来式の光学材料が代わりに使用されることが可能である。レンズＬ６２を瞳平面５２から遠くへ移動させることは集光装置６０６の設計の些少の変更のみを意味するが、スポット径を大きくする。
【００９２】
【表１３】
2008539569.tif 000016
【００９３】
視野平面６２内のスポット径が１．２ｍｍの値を大幅に超えることが許される場合、レンズＬ６２は完全に省かれてもよい。このケース（図示せず）では、集光装置６０６は（プレートＬ６１とＬ６６は別にして）３個の厚いメニスカス・レンズＬ６３、Ｌ６４、Ｌ６５のみを含む。
【００９４】
視野絞り対物レンズ６６６は視野平面６２内に配置された視野絞り６４をマスク平面６８上に結像させる。示された実施形態では、視野絞り対物レンズ６６６は弱く湾曲したのみの後面を備えた第１の負の両凹面レンズＬ６６１を含む。レンズＬ６６１の後方に、非球面凹面の前面を有する厚い正のメニスカス・レンズＬ６６２が配置される。視野絞り対物レンズ６６６は非球面の前面を有する両凸面レンズＬ６６３、非球面の後面を有する両凸面レンズＬ６６４、非球面の後面を有する両凸面レンズＬ６６５、正のメニスカス・レンズＬ６６６、負のメニスカス・レンズＬ６６７をさらに含む。
【００９５】
視野絞り対物レンズ６６６の最初の４個のレンズＬ６６１からＬ６６４は視野平面６２を視野絞り対物レンズ６６６の瞳平面６７に変換する。最終の３個のレンズＬ６６５、Ｌ６６６、Ｌ６６７は、視野絞り対物レンズ６６６の瞳平面６７をマスク平面６８に変換する。
【００９６】
視野絞り平面６２に最も近く位置付けられる湾曲光学表面、すなわちレンズＬ６５の後面とレンズＬ６６１の前面は両方共に凹面である。さらに特定すると、これらの表面は視野平面６２上の軸上の点に対して殆ど同心である。これは、各々の凹面表面の湾曲の中心が視野平面６２内のこの軸上の点と少なくともある程度一致することを意味する。両方の表面について、曲率の半径はそれぞれの表面の視野平面６２からの軸方向の距離から１．７５未満で逸脱する。概して、この比が２．５の値を超えなければこれは好都合である。さらに、曲率の半径は両方の隣り合う表面に関して同様の規模を有する。示された実施形態では、これらの規模は１５％未満だけ異なる。
【００９７】
表１２によると、視野平面６２とレンズＬ６６１との間の軸方向距離は５３．４２３３ｍｍである。曲率の半径は約１３３ｍｍを超えてはならない。これは小さい入射角度、したがって一層少ない光学収差を保証する。
【００９８】
しかしながら、そのような設計は少なくとも小型の従来式の照明設定に関して増大した二重反射比を生じさせる可能性が高い。二重反射比は、マスク１６の前面で反射され、視野絞り対物レンズ６６６へと逆に戻って伝搬し、マスク１６に入射するように再度光学面で反射され、それによってマスク１６上の強度の均一性を妨害する光の量に関係する。しかしながら、二重反射された光は視野絞り対物レンズ６６６の瞳平面６７全域にわたって配分され、それにより、瞳平面６７内に配置される適切な隔膜６９によって取り除かれることが可能である。そのような隔膜６９は二重反射される光の強度を約１オーダーまたは２オーダーの規模でさえ削減することを可能にする。照明設定が瞳平面６７内の隔膜６９によって調節されることも（やはり）ある場合、隔膜６９の位置およびその開口の直径はシミュレーションによって決定されなければならない。
【００９９】
図８に示された実施形態では、視野絞り対物レンズ６６６の最初のレンズＬ６６１は両凹面である。しかしながら、これは凹凸面レンズで形成されることもやはり可能である。これは視野絞り平面６２と視野絞り対物レンズ６６６との間の作動距離が大きくされると有利である。作動距離が大きくなるほどレンズＬ６６１の前面の曲率の半径も視野平面６２に関するその軸方向距離に一層近づく。しかしながら大きい作動距離は視野平面６２の近くに配置される最初の３個のレンズＬ６６１、Ｌ６６２、Ｌ６６３の増大した開口部という結果にもやはりつながる。これはコストを増大させ、それにより、一方では大きい作動距離と他方ではコストとの間で妥協点が見出されなければならない。
【０１００】
視野絞り対物レンズ６６６の最初のレンズＬ６６１における周縁光線の小さい高さのせいで、このレンズは少量の球面収差とコマ収差のみを導入する。
【０１０１】
視野絞り対物レンズ６６６の中の瞳平面６７はコマ収差と斜めの球面収差に関して補正される。非点収差の補正は不必要である。隔膜６９は周縁光線とコマ光線が互いに交差する正接焦点面内に配置される。マスク平面６８内の０．４ｍｍ未満の小さいスポット径にもかかわらず、隔膜６９が大幅な量の光を抑えればテレセントリック、均一性、楕円率の視野依存性効果が観測されることもある。これらの効果を削減するために、隔膜６９はその幾何学的位置から最大＋／−０．５ｍｍで軸方向に移動させられてもよい。
【０１０２】
瞳平面６７内の隔膜６９は普通では照明システム１２の最大開口数ＮＡに関して設計される。開口数をさらに小さい値へと減少させるために、隔膜６９の開口径が変えられてもよく、かつ／または隔膜６９の位置が光軸２６に沿って移動させられてもよい。
【０１０３】
視野絞り対物レンズ６６６の最終段レンズＬ６６７の負の屈折力の絶対値は前段のレンズＬ６６６の正の屈折力の値よりも大きい。これは球面瞳収差の過剰補正を生じさせる。正のレンズＬ６６６上の主光線の一層大きい高さの結果として、レンズＬ６６６とＬ６６７の組合せの全体的な屈折力はそれでもなお正である。
【０１０４】
図９は全体として６６６’で示される視野絞り対物レンズに関する代替策の設計を示している。視野絞り対物レンズ６６６’のレンズ・データと非球面定数は表１４と１５にそれぞれ与えられる。非球面表面は縦列１内に星印で示される。
【０１０５】
図９に示された視野絞り対物レンズ６０６’と図８に示された視野絞り対物レンズ６０６との間の主な違いは視野絞り対物レンズ６６６の最終の３個のレンズＬ６６５からＬ６６７が２個のレンズＬ６６５’とＬ６６６’で置き換えられていることである。レンズＬ６６５’は非球面の後面を有する両凸面レンズである。レンズＬ６６５’の正の屈折力は図８に示された視野絞り対物レンズ６６６のレンズＬ６６５とＬ６６６の組合せの正の屈折力に殆ど等しい。最終段の湾曲レンズＬ６６６’は図８に示された実施形態のレンズＬ６６６と同様に負のメニスカス・レンズである。
【０１０６】
【表１４】
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【０１０７】
【表１５】
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【０１０８】
図８と９に示された実施形態は概して、集光装置６０６が最大１．２ｍｒａｄまでの一層大きいテレセントリック誤差を有するという点で前に述べられた実施形態とは異なる。この値は図３から６に示された実施形態の集光装置のテレセントリック誤差よりも大幅に大きい。これは、湾曲表面を備えた４個のみ、またはわずかに大きい球面収差が受容可能であれば３個のみのレンズが必要とされるという利点を有し、それに対して図３から５に示された実施形態は５個または６個の湾曲レンズを必要とする。
【０１０９】
しかしながら集光装置６０６のわずかに劣った光学特性は視野絞り対物レンズ６６６または６６６’によって十分に補償される。さらに正確に述べると、集光装置６０６と視野絞り対物レンズ６６６または６６６’から成るサブシステム全体はマスク平面６８において０．３ｍｒａｄ未満のテレセントリック誤差を有する。これは１６．４ｍｍの幾何光学的線束を有する光学的サブシステムにとって極めて低い値である。したがって、マスク平面６８におけるテレセントリック誤差、および同様に均一性と楕円率に関する極めて厳しい仕様でさえも図８、９に示された設計で十分に満たすことが可能である。
【０１１０】
したがって、集光装置と視野絞り対物レンズの設計を各々の構成要素に関して分離せず、集光装置と視野絞り対物レンズから成る全体的な光学的サブシステムに関して最適化することが好都合である。一方で集光装置、他方で視野絞り対物レンズの光学特性を適切に調節することによって、特にテレセントリック誤差のマスク平面６８において必要とされる或る一定の光学特性からの偏差を２または４の大きさでさえあってもよい因数で許容することが可能である。同様の考慮が視野絞り平面６２とマスク平面６８内のスポット・サイズに当てはまる。この新たな手法によると、集光装置の残存瞳収差は受容されるが後に続く視野絞り対物レンズによって十分に補正される。
【０１１１】
隔膜６９は二重反射光のみでなく、（場合によっては）前段の光学素子内で作り出された散乱光も遮蔽することができる。散乱光は主に不定の方向で投影光を散乱させる光学材料内の微小欠陥によって主に作り出される。照明システムのレンズの取付け台またはハウジングによって吸収される散乱光の部分は普通では些細な懸案事項である。しかしながら散乱光が最終的にマスクに到達するような方向に伝搬する場合、マスクに入射する投影光の強度と角度の分布に関して不均質を生じさせることもある。マスクに入射する散乱光の強度を減少させるために、隔膜６９の開口は散乱光の大部分が隔膜６９によって最終的に遮蔽され、したがってマスクに入射するのを阻止されるように決定されてもよい。
【０１１２】
散乱光が視野絞り対物レンズ６６６内に配置された隔膜６９によって遮蔽される場合、投影光の角度分布（すなわち照明設定）が変えられる度に隔膜６９の開口を再調節することが必要になるであろう。
【０１１３】
そのような再調節を避けるために、散乱を遮蔽するための隔膜を照明設定によって影響されない位置に配置することが有利である。これらの考え得る位置のいくつかは、図２に示された照明システム１２に類似した照明システム１２’を示す図１０を参照して下記で述べられる。集光装置６０の後に続く光学素子は示されないが、それに対して光源３０と第１の光学的ラスタ素子３４との間の追加的な部品類が概略で例示される。
【０１１４】
これらの追加的な部品類はレンズ１１０、１１２、屈曲用ミラーＭ１からＭ４、ビーム均質化ユニット１１４、偏光（解消）ユニット１１６を含むこともある。示された実施形態では、偏光（解消）ユニット１１６は偏光器または偏光解消器が交換ホルダの中に挿入されることが可能となるように構成される。
【０１１５】
散乱光を遮蔽するために使用される隔膜に関して考え得る１つの位置は、光源３０、均質化ユニット１１４、中間のすべての部品類を含む照明システム１２’の一部分の中である。この部分はときにはビーム供給モジュールと称される。示された実施形態では、均質化ユニット１１４の内側で隔膜に関して考え得る位置は６９ａで示される。
【０１１６】
隔膜６９ａは、開口の直径および／または幾何学形状が変えることができるように調節可能であってもよい。別々の機械的素子を使用するのではなく、隔膜は概して、光学素子の適切な表面に貼付されて投影光にとって不透明である材料で作られる層によって形成されてもよい。隔膜の開口の直径および／または幾何学形状を変えるために、異なる層を担持する光学素子を代替として使用してもよい。前述の見解は概して、本願明細書の背景にあるすべての隔膜に当てはまり、したがってビーム供給モジュールの中の位置に限定されない。
【０１１７】
散乱光を遮蔽するために使用される隔膜に関して考え得る他の位置は、偏光（解消）ユニット１１６である。ここでは隔膜６９ｂは偏光（解消）ユニット１１６の前面に貼付された層で表わされる。
【０１１８】
散乱光を遮蔽するために使用される隔膜に関して考え得るさらなる位置は第１の光学的ラスタ素子３４である。ここでも再び、隔膜６９ｃは第１の光学的ラスタ素子３４に貼付された層で表わされる。
【０１１９】
散乱光を遮蔽するために使用される隔膜に関して考え得るなおもさらなる位置は照明設定を変えるために移動させられることが可能な第１の光学素子の前段の場所の対物レンズ４４の内部である。図１０では、これはズーム・レンズ群４４のうちの固定レンズ１１８と可動レンズ１２０との間に配置された隔膜６９ｄで例示される。照明設定が変えられたとしても適合を必要とせず、それでもなお隔膜６９ｄは多数の光学素子、すなわち光源３０と隔膜６９ｄとの間のすべての光学素子内に作り出される散乱光を遮蔽するので、この位置はおそらく最も好都合な位置である。
【０１２０】
照明システム１２’内で散乱光を遮蔽するために複数の隔膜が使用されることもあることは理解されるべきである。他方で、そのような隔膜がいずれかの他の任意の照明システム、すなわちさらに上記で述べられた集光装置と視野絞り対物レンズとは無関係のシステム内で上記で検討された位置のうちの１つまたは複数で都合良く使用されることもあることは前述から明らかである。
【０１２１】
好ましい実施形態の以上の説明は例として与えられてきた。与えられた開示から、当業者は本発明および付随する利益を理解するのみでなく、開示された構造および方法に対する明白であって多様な変形形態および改変形態を見出すであろう。したがって、添付の特許請求項およびその等価事項によって定義される本発明の精神と範囲の中に入るものとしてすべてのそのような変形形態および改変形態を網羅するように出願人は求める。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】照明システムと投影対物レンズを有する投影露光装置の、遠近法で見た単純化された図である。
【図２】図１に示された照明システムを通る単純化された子午線断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による集光装置を通る子午線断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による集光装置を通る子午線断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態による集光装置を通る子午線断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態による集光装置を通る子午線断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態による集光装置を通る子午線断面図である。
【図８】集光装置とこれに続く視野絞り対物レンズを通る子午線断面図である。
【図９】図８に示された視野絞り対物レンズに関する代替例の実施形態を通る子午線断面図である。
【図１０】図１に示された照明システムの他の実施形態であって散乱光を遮蔽するために様々な選択肢の位置に配置される隔膜を有する実施形態を通る単純化された子午線断面図である。
【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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【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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