(57)【要約】  投影フォトリソグラフィに適した投影光学系を開示する。投影光学系は、狭いスペクトル範囲及び広いスペクトル範囲の両方で大きなフィールドに結像することができる変形ウィン−ダイソン系である。投影光学系は、凹面ミラーに隣接すると共にミラーから間隔を空けてミラー軸に沿ってミラーの凹面側に配置された正のレンズ群を含む。また、投影光学系は可変開口絞りを含み、光学系は可変ＮＡを有する。投影光学系は、紫外線露光バンド内に２以上の共通焦点を有し、可視アライメントバンド内に第３の共通焦点を有する。また、上記投影光学系を採用した投影フォトリソグラフィ装置も開示する。
2008519433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影光学系であって、光軸に沿って、
凹球面ミラーと、
前記ミラーに位置すると共に前記光軸の中心に配置され、前記投影光学系の開口数（ＮＡ）を決定する開口絞りと、
前記ミラーに隣接すると共に前記ミラーから間隔を空けて配置された正の屈折力を有する正のレンズ群と、
第１及び第２の平面をそれぞれ有する第１及び第２のプリズムと、
を含み、
前記第２の平面が前記光軸の両側で前記正のレンズに隣接して配置され、前記第１の平面が対物面及び像面にそれぞれ隣接して配置され、
前記投影光学系が等倍率を有し、２以上の紫外線波長に２以上の共通焦点を有すると共に可視波長に別の共通焦点を有する投影光学系。
【請求項２】
請求項１において、３つの紫外線波長に３つの共通焦点を有する投影光学系。
【請求項３】
請求項１において、４つの紫外線波長に４つの共通焦点を有する投影光学系。
【請求項４】
請求項１において、前記紫外線波長がｇ，ｈ，ｉ波長を含む露光バンド内にある投影光学系。
【請求項５】
請求項２において、前記可視波長が５００ｎｍ〜７００ｎｍの可視アライメントバンド内にある投影光学系。
【請求項６】
請求項１において、前記正のレンズ群が、前記ミラーに向かって順に正のレンズと負レンズとからなる投影光学系。
【請求項７】
請求項６において、前記正のレンズが前記ミラーに面する凸面を有する平凸レンズであり、前記負のレンズが前記ミラーに面する凸面を有するメニスカスレンズである投影光学系。
【請求項８】
請求項７において、前記平凸レンズエレメントが融解石英、石英ガラス、ガラス種４５８６７８のいずれかで形成されている投影光学系。
【請求項９】
請求項７において、前記負のメニスカスレンズエレメントがガラス種５４８４５８及び５３２４９０のいずれかで形成されている投影光学系。
【請求項１０】
請求項１において、前記正のレンズ群が、前記ミラーに向かって順に、正のレンズと第１及び第２の負のメニスカスレンズとからなる投影光学系。
【請求項１１】
請求項１０において、前記第１及び第２の負のメニスカスレンズがエアスペースによって分離されている投影光学系。
【請求項１２】
請求項１において、前記ミラーが非球面を有する投影光学系。
【請求項１３】
請求項１において、前記第１及び第２のプリズムが、６０３６０６，５５７５８７，５８９６１３，５４０５９７を含むガラス種から選択されるガラス種でそれぞれ形成されている投影光学系。
【請求項１４】
請求項１において、０．１６〜０．４の開口数を有する投影光学系。
【請求項１５】
請求項１において、可変開口数を有する投影光学系。
【請求項１６】
請求項７において、０．２０〜０．４０の開口数を有する投影光学系。
【請求項１７】
請求項１において、前記正のレンズ群が、前記ミラーに向かって順に、前記ミラーに面する凸面を有する平凸レンズと、前記ミラーに面する凸面を有する負のメニスカスレンズと、前記ミラーに面する凸面を有する正のメニスカスレンズと、からなる投影光学系。
【請求項１８】
請求項１７において、前記露光バンドがｇ，ｈ，ｉ波長を含む投影光学系。
【請求項１９】
請求項１７において、前記ミラーが非球面を有する投影光学系。
【請求項２０】
請求項１７において、前記主レンズ群において隣接面が接触している投影光学系。
【請求項２１】
請求項１７において、前記第１及び第２のプリズムがガラス種５５７５８７で形成されている投影光学系。
【請求項２２】
請求項１７において、前記平凸レンズが融解石英、石英ガラス、ガラス種４５８６７８のいずれかで形成されている投影光学系。
【請求項２３】
請求項１７において、前記負のメニスカスレンズエレメントがガラス種５４８４５８で形成されている投影光学系。
【請求項２４】
請求項２３において、前記正のメニスカスレンズエレメントがガラス種５６７４２８で形成されている投影光学系。
【請求項２５】
請求項１７において、０．２〜０．４の開口数を有する投影光学系。
【請求項２６】
請求項１において、前記正のレンズ群が、前記ミラーに向かって順に、前記ミラーに面する凸面を有する平凸レンズと、前記ミラーに面する凸面を有する第１の負のメニスカスレンズと、前記ミラーに面する凸面を有する第２の負のメニスカスレンズと、からなる投影光学系。
【請求項２７】
請求項２６において、前記ミラーが非球面を有する投影光学系。
【請求項２８】
請求項２６において、前記レンズ群において隣接面が接触している投影光学系。
【請求項２９】
請求項２６において、前記第１及び第２のプリズムが６０３６０６，５５７５８７，５８９６１３，５４０５９７を含むガラス種群から選択されるガラス種でそれぞれ形成されている投影光学系。
【請求項３０】
請求項２６において、前記平凸レンズエレメントが融解石英、石英ガラス、ガラス種４５８６７８、ガラス種４６４６５８のいずれかで形成されている投影光学系。
【請求項３１】
請求項３０において、前記第１の負のメニスカスレンズエレメントがガラス種５３２４９０及びガラス種５４８４５８のいずれかで形成されている投影光学系。
【請求項３２】
請求項３１において、前記第２の負のメニスカスレンズエレメントがガラス種５８１０８及びガラス種５８１０９のいずれかで形成されている投影光学系。
【請求項３３】
請求項２６において、０．１６〜０．４０の開口数を有する投影光学系。
【請求項３４】
請求項１において、前記正のレンズ群が、前記ミラーに向かって順に、前記ミラーに面する凸面を有する平凸レンズと、前記ミラーに面する凸面を有する第１の負のメニスカスレンズと、前記ミラーに面する凸面を有し、前記第１の負のメニスカスレンズから間隔を空けて設けられた第２の負のメニスカスレンズと、からなる投影光学系。
【請求項３５】
請求項３４において、少なくとも１つのレンズエレメントが非球面を有する投影光学系。
【請求項３６】
請求項３４において、前記ミラーが非球面を有する投影光学系。
【請求項３７】
請求項３４において、前記レンズ群の一対の隣接面が接触している投影光学系。
【請求項３８】
請求項３４において、前記第１及び第２のプリズムがガラス種５８９６１３で形成されている投影光学系。
【請求項３９】
請求項３４において、前記平凸レンズエレメントが融解石英、石英ガラス、ガラス種４５８６７８、ガラス種４６４６５８のいずれかで形成されている投影光学系。
【請求項４０】
請求項３４において、前記第１の負のメニスカスエレメントがガラス種５４８４５８で形成されている投影光学系。
【請求項４１】
請求項３４において、前記第２の負のメニスカスレンズがガラス種５８１０８及び５８１０９のいずれかで形成されている投影光学系。
【請求項４２】
請求項３４において、０．２〜０．４の開口数を有する投影光学系。
【請求項４３】
請求項２６において、前記露光バンド内に少なくとも４つの共通焦点を有する投影光学系。
【請求項４４】
請求項４３において、可視波長に第５の共通焦点を有する投影光学系。
【請求項４５】
請求項４３において、少なくとも１つのレンズエレメントが非球面を有する投影光学系。
【請求項４６】
請求項４３において、前記ミラーが非球面を有する投影光学系。
【請求項４７】
請求項４３において、前記レンズ群の一対の隣接面が接触している投影光学系。
【請求項４８】
請求項４３において、前記第１及び第２のプリズムがガラス種６０３６０６で形成されている投影光学系。
【請求項４９】
請求項４３において、前記平凸レンズが融解石英、石英ガラス、ガラス種４５８６７８のいずれかで形成されている投影光学系。
【請求項５０】
請求項４３において、前記第１及び第２の負のメニスカスエレメントの一方が５４８４５８，５３２４９０，５８１４０８，５６７４２８を含むガラス種群から選択されるガラス種で形成されている投影光学系。
【請求項５１】
請求項４３において、０．１６〜０．１８の開口数と、少なくとも６１．５ｍｍ×６１．５ｍｍの正方形の露光フィールドサイズ及び少なくとも５０ｍｍ×１００ｍｍの矩形の露光フィールドサイズの１つと、を有する投影光学系。
【請求項５２】
請求項４３において、前記ミラーの半径の約０．０６７倍のフィールド半径を有する露光フィールドを有する投影光学系。
【請求項５３】
請求項１に記載の投影光学系と、
対物面でマスクを支持することができるマスクステージと、
ｇ線、ｈ線、ｉ線の波長の少なくとも１つで前記マスクを照明する照明系と、
像面でウェハを可動的に支持することができるウェハステージと、
を含む投影リソグラフィー装置。
【請求項５４】
請求項５３において、０．１６〜０．１８の開口数と、少なくとも６１．５ｍｍ×６１．５ｍｍの正方形の露光フィールドサイズ及び少なくとも５０ｍｍ×１００ｍｍの矩形の露光フィールドサイズの１つと、を有する投影光学系。
【請求項５５】
請求項５３において、前記ミラーの半径の約０．０６７倍のフィールド半径を有する露光フィールドを有する投影光学系。
【請求項５６】
請求項１７に記載の投影光学系と、対物面でマスクを支持することができるマスクステージと、ｇ線、ｈ線、ｉ線の波長の少なくとも１つで前記マスクを照明する照明系と、像面でウェハを可動的に支持することができるウェハステージと、を含む投影リソグラフィー装置。
【請求項５７】
請求項５６において、０．１６〜０．１８の開口数と、少なくとも６１．５ｍｍ×６１．５ｍｍの正方形の露光フィールドサイズ及び少なくとも５０ｍｍ×１００ｍｍの矩形の露光フィールドサイズの１つと、を有する投影光学系。
【請求項５８】
請求項５６において、前記ミラーの半径の約０．０６７倍のフィールド半径を有する露光フィールドを有する投影光学系。
【請求項５９】
請求項２６に記載の投影光学系と、
対物面でマスクを支持することができるマスクステージと、
ｇ線、ｈ線、ｉ線の波長の少なくとも１つで前記マスクを照明する照明系と、
像面でウェハを可動的に支持することができるウェハステージと、
を含む投影リソグラフィー装置。
【請求項６０】
請求項５９において、０．１６〜０．１８の開口数と、少なくとも６１．５ｍｍ×６１．５ｍｍの正方形の露光フィールドサイズ及び少なくとも５０ｍｍ×１００ｍｍの矩形の露光フィールドサイズの１つと、を有する投影光学系。
【請求項６１】
請求項５９において、前記ミラーの半径の約０．０６７倍のフィールド半径を有する露光フィールドを有する投影光学系。
【請求項６２】
請求項３４に記載の投影光学系と、
対物面でマスクを支持することができるマスクステージと、
ｇ線、ｈ線、ｉ線の波長の少なくとも１つで前記マスクを照明する照明系と、
像面でウェハを可動的に支持することができるウェハステージと、
を含む投影リソグラフィー装置。
【請求項６３】
請求項６２において、０．１６〜０．１８の開口数と、少なくとも６１．５ｍｍ×６１．５ｍｍの正方形の露光フィールドサイズ及び少なくとも５０ｍｍ×１００ｍｍの矩形の露光フィールドサイズの１つと、を有する投影光学系。
【請求項６４】
請求項６２において、前記ミラーの半径の約０．０６７倍のフィールド半径を有する露光フィールドを有する投影光学系。
【請求項６５】
請求項４３に記載の投影光学系と、
対物面でマスクを支持することができるマスクステージと、
ｇ線、ｈ線、ｉ線の波長の少なくとも１つで前記マスクを照明する照明系と、
像面でウェハを可動的に支持することができるウェハステージと、
を含む投影リソグラフィー装置。
【請求項６６】
請求項６５において、０．１６〜０．１８の開口数と、少なくとも６１．５ｍｍ×６１．５ｍｍの正方形の露光フィールドサイズ及び少なくとも５０ｍｍ×１００ｍｍの矩形の露光フィールドサイズの１つと、を有する投影光学系。
【請求項６７】
請求項６５において、前記ミラーの半径の約０．０６７倍のフィールド半径を有する露光フィールドを有する投影光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は投影光学系に関し、特にフォトリソグラフィ用途のためのアポクロマート大フィールド等倍投影光学系（ａｐｏｃｈｒｏｍａｔｉｃ  ｌａｒｇｅ−ｆｉｅｌｄ  ｕｎｉｔ−ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィは、サブミクロンの解像度の集積回路（ＩＣ）の製造だけではなく、最新のウエハレベルＩＣパッケージング、半導体、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、ナノテクノロジー（ナノスケール構造とデバイスの形成）、その他の用途にも盛んに採用されてきている。これらの用途では、解像度が比較的低く（数ミクロン）、焦点深度が大きい場合から解像度が比較的高く、スループットが高い場合までをカバーする複数の結像能力が必要となる。
【０００３】
「発明の詳細な説明」で後述する本発明は、１９８３年７月５日にロナルド  Ｓ．ハーシェルに付与され、ゼネラルシグナル社に譲渡された米国特許第４，３９１，４９４号（以下、「４９４特許」という）に開示されている投影光学系に関連し、その改良である。米国特許第４，３９１，４９４号の開示内容は、この参照によって本願の開示内容に組み込まれるものとする。
【０００４】
図１は、４９４特許に係る従来例の投影光学系８の断面図である。図１に示す４９４特許に開示された投影光学系は、等倍・カタディオプトリック・アクロマート・アナスチグマチック投影光学系であり、反射・屈折エレメントを相補的に使用して大きなフィールドサイズと高い開口数（ＮＡ）を達成している。この系はミラーに位置する開口絞りに対して基本的に対称的であり、コマ、歪み、横収差などのオッドオーダー（ｏｄｄ  ｏｒｄｅｒ）収差を解消している。全ての球面はほぼ同心であり、曲率中心は系が折り曲げられない場合に焦点面が位置する位置の近傍に位置する。従って、得られる系はレンズ内の空気の屈折率に実質的に依存せず、圧力補償が不要となる。
【０００５】
光学系８は、凹球面ミラー１０と、ミラーに位置する開口絞りＡＳ１と、複合アクロマート平凸ダブレットレンズプリズムアセンブリ１２と、を含む。ミラー１０とアセンブリ１２は、光軸１４を中心として対称的に配置されている。光学系８はミラー１０に位置する開口絞りＡＳ１に対して実質的に対称的であり、コマ、歪み、横収差が当初から補正されている。光学系８の全ての球面はほぼ同心である。
【０００６】
光学系８において、ダブレットプリズムアセンブリ１２は、メニスカスレンズ１３Ａと、平凸レンズ１３Ｂと、対称的なフォールドプリズム１５Ａ，１５Ｂと、を含む。アセンブリ１２は、ミラー１０と共に、軸色、非点収差、ペッツヴァル（ｐｅｔｚｖａｌ）収差、球面収差を含むその他の光学収差を補正する。対称的なフォールドプリズム１５Ａ，１５Ｂは、レチクル１６とウェハ１８の移動のための十分な作動空間を得るために使用される。
【０００７】
また、光学系８は対物面ＯＰ１と像面ＩＰ１とを含み、対物面ＯＰ１と像面ＩＰ１はフォールドプリズム１５Ａ，１５Ｂを介して分離されている。このように作動空間を確保することによって、利用できるフィールドサイズは潜在的なフィールド全体の約２５〜３５％に減少する。従来は、最新の回路に必要とされるフィールドサイズと解像度を得ることが可能であったためにフィールドサイズの減少は問題とならなかった。
【０００８】
４９４特許では、ダブレットプリズムアセンブリは、ｇ−ｈバンドの軸色、非点収差、ペッツヴァル収差、球面収差を含むその他の光学収差を補正する。しかし、４９４特許では、フィールドが大きく、スペクトルバンドが広い用途（≧５０ｍｍ×１００ｍｍ、ｇ，ｈ，ｉスペクトル線）であって、開口数が０．１５≦ＮＡ≧０．２０の場合に非常に高品質の像を形成することができない。また、４９４特許の教示は、開口数が０．２≦ＮＡ≦０．４０であって、広い露光バンドでフィールド半径が３８ｍｍを超える場合に高品質の像を形成する等倍投影光学系は提供していない。また、４９４特許は、上述した広い露光バンド及びフォトリソグラフィ装置においてマスクとウェハを位置合わせするために望ましい可視波長での無色化（ａｃｈｒｏｍａｔｉｚａｔｉｏｎ）は提供していない。
【０００９】
「発明の詳細な説明」で後述する本発明は、１９７９年１０月２３日にディル（Ｄｉｌｌ）らに付与され、ＩＢＭ社に譲渡された米国特許第４，１７１，８７１号（以下、「８７１特許」という）に開示されている投影光学系にも関連し、その改良でもある。米国特許第４，１７１，８７１号の開示内容は、この参照によって本願の開示内容に組み込まれるものとする。
【００１０】
８７１特許の投影光学系は広いスペクトルバンドにおいて無色であり、合計で５種類のガラスをジオプトリックパワーを有するレンズエレメントとして利用している。８７１特許の投影光学系は、第１のレンズ群のための３種類のガラスと、第２のレンズ群のための２種類のガラスと、ミラーとを含む。第２のレンズ群とミラーの組み合わせは、光学設計分野で「マンジャンミラー（Ｍａｎｇｉｎ  ｍｉｒｒｏｒ）」として知られている部材を構成する。８７１特許の投影光学系は、露光装置が再焦点合わせを行うことなく近紫外波長で動作する場合には、投影系が広いスペクトルバンドにおいて２つの共通焦点を生じさせるため、可視スペクトルの緑部分に調節することができる。これは、水銀スペクトルのｇ，ｈ，ｉ線を含む広い紫外（ＵＶ）露光スペクトルバンドの２以上の波長での無色化及びフォトレジストが感度を有さない別の可視波長での無色化をもたらす後述する本発明と対照をなすものである。
【特許文献１】米国特許第４，３９１，４９４号明細書
【特許文献２】米国特許第４，１７１，８７１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したフォトリソグラフィ装置に対する現代のロバストな要件に対処するために、比較的低い解像度で大きなフィールドに結像することができる投影光学系及び比較的高い解像度で適度なサイズのフィールドに結像する系を提供することが望ましい。そのような投影光学系は、高い露光量を必要とする用途において高いスループットを達成するために水銀のｇ，ｈ，ｉスペクトル線（それぞれ４３６ｎｍ，４０５ｎｍ，３６５ｎｍ）を含む広い露光波長バンドにおいて回折限界性能を有する露光を行うことができることが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、ｇ，ｈ，ｉスペクトルバンドにおいてアクロマート（無色）であるだけではなく、上記バンド及び可視領域の波長を含む広いバンドにおいてアポクロマート又はスーパーアポクロマートであるフォトリソグラフィ用等倍投影光学系を含む。アポクロマートとはスペクトルバンドの３つの波長について色補正されていることを意味し、スーパーアポクロマートとは４以上の波長について色補正されていることを意味する。
【００１３】
本発明は、ｇ，ｈ，ｉ波長を含む紫外（ＵＶ）露光スペクトルバンド（以下、「露光バンド」という）の少なくとも２つの波長で色補正され、少なくとも１つの可視波長を含むアライメントスペクトルバンド（以下、「アライメントバンド」という）において色補正されたウィン−ダイソン型投影光学系を含む。アライメント及び露光バンドにおける共通焦点の発生は、投影系によってマスクとウェハを位置合わせするために使用される可視波長の再焦点合わせが必要ではないことを示している。
【００１４】
本発明の別の特徴は、アポクロマート又はスーパーアクロマートであるだけではなく、開口依存及びフィールド依存収差の色による変動が補正された広いバンドのリソグラフィ用途のための回折限界ウィン−ダイソン型投影光学系を提供することにある。また、本発明は、比較的広い露光バンドで回折限界性能を維持しながら、広範囲の開口及びフィールド半径にわたって光学パラメータを調節することができる低いＮＡ及び適度に高いＮＡを有する系を提供する。従って、本発明の第１の態様は、投影光学系であって、光軸に沿って、凹球面ミラーと、ミラーに位置すると共に光軸の中心に配置され、投影光学系の開口数（ＮＡ）を決定する開口絞りとを含む投影光学系である。光学系は、ミラーに隣接すると共にミラーから間隔を空けて配置された正の屈折力を有する正のレンズ群も含む。
【００１５】
異なる実施形態において、正のレンズ群は、ミラーに向かって順に、ａ）正のレンズと負のレンズ、ｂ）平凸レンズ、負のメニスカスレンズ、正のメニスカスレンズ、又はｃ）平凸レンズと第１及び第２の負のメニスカスレンズを含む。光学系は、第１及び第２の平面をそれぞれ有する第１及び第２のプリズムも含み、第２の平面が光軸の両側で正のレンズに隣接して配置され、第１の平面が対物面及び像面に隣接して配置されている。投影光学系は等倍率を有し、２以上の紫外線波長に２以上の共通焦点を有すると共に可視波長に別の共通焦点を有する。
【００１６】
本発明の第２の態様は、本発明の投影光学系を含むフォトリソグラフィ装置である。
【００１７】
図面に示す構成要素は例示のみを目的とするものであり、縮尺に必ずしも制限されるものではない。ある構成要素の縮尺を誇張し、その他の構成要素を最小化している場合もある。図面は、当業者が理解し、適切に実施することができる本発明の様々な実施態様を例示することを意図するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、レチクルに形成されたパターンの像を基板（ウェハ）に実質的に等倍で投影することができる大フィールド・広スペクトルバンド・色補正・アナスチグマチック投影光学系である。本発明の等倍投影光学系は、８７１特許と一実施形態を「背景技術」で簡単に説明すると共に図１に示した４９４特許に開示された従来技術の光学系の改良である。
【００１９】
本明細書で使用する「露光フィールド」という用語は、ステップアンドリピート動作モードで使用する場合にフォトリソグラフィ装置が結像することができるフィールドサイズを意味する。また、「色補正」という用語は、異なる波長の光に対して共通の（一致する）焦点位置を有することを意味する。
【００２０】
（全体設計の考察）
本発明は、露光バンドにおいてアクロマートであるだけではなく、露光バンド及び可視アライメントバンドを含む広いバンドにおいてアポクロマート又はスーパーアポクロマートである等倍投影光学系の設計を提供する。
【００２１】
露光バンド及びアライメントバンドにおいて共通焦点が発生することにより、フォトリソグラフィ装置において再焦点合わせを行うことなくマスクとウェハを位置合わせすることができる。また、本発明は、広範囲の開口及びフィールド半径にわたって調節することができる光学パラメータを有するＮＡが低い系及びＮＡが適度に高い系のためのアポクロマート・スーパーアポクロマート設計を提供する。
【００２２】
これは、露光バンドにおける回折限界性能を維持しながら達成される。広いバンドにおける色補正は、光学材料の適切な選択とジオプトリックレンズエレメントの倍率分布によって達成される。開口依存収差、フィールド依存収差、色による変動の補正は、適切な光学パラメータを選択して投影光学系の回折限界性能を最適化することによって達成される。
【００２３】
以下に詳細に説明する本発明の投影光学系は、大きなフィールド及び広い露光バンドにわたって非常に優れた像質（例えば、０．９６を超える多色ストレール比）を有する。
【００２４】
スペクトルバンドの広い投影レンズ系を設計するための主な障害は、広い波長スペクトルにおける開口依存収差及びフィールド依存収差の色による変動である。開口依存収差は、球面収差、スフェロクロマティズム、軸上色収差を含む。フィールド依存収差は、コマ、非点収差、ペッツヴァル収差、像面湾曲、歪み、横収差を含む。
【００２５】
ウィン−ダイソン光学系では、軸上色収差、スフェロクロマティズム（球面収差の色による変動）、非点収差、非点収差と像面湾曲の色による変動が、バンドが広い用途のための系において補正又は最小化すべき主な収差である。ウィン−ダイソン光学系はミラーエレメントに位置する開口絞りに対して基本的に完全に対称的であるため、コマ、歪み、横収差が良好に補正されている。
【００２６】
４９４特許及び８７１特許では、レンズエレメントの光学ガラスを選択して目的とする用途のスペクトルバンドにおいて投影光学系を無色化している。４９４特許ではｇ−ｈ露光バンドにおいて無色化しており、８７１特許では実質的にｉ線露光波長及び５００ｎｍのアライメント波長において無色化している。
【００２７】
８７１特許では、ミラーの球面収差を補正すると共に第１のレンズ群の無色化を補完するために複合マンジャンミラーを使用している。４９４特許及び８７１特許の設計の実施形態は２つの波長において色補正を行っている。２つの波長における色補正のためにレンズ材料を選択する方法は光学文献において公知である。二波長色補正は、用途のスペクトルバンドにおいて高い内部透過率を有するガラス種から異なるアッベ数を有するガラスを選択することによって通常は達成される。系のその他の収差はレンズ半径、厚み、ミラー半径を適切に選択することによって補正又は減少させ、回折限界性能を達成する。
【００２８】
表１〜表７に記載した本発明の設計の実施形態では、露光バンドとアライメントバンドの部分分散比が実質的に等しいか、非常に近い値となるようにレンズ材料を適切に選択することによって広いバンドにおける色補正を達成している。レンズ設計における無色化及び二次スペクトルの補正のために光学材料を選択する方法が知られているが、市販され、フォトリソグラフィレンズに適したｇ，ｈ，ｉ線に対する非常に高い内部透過率を有するガラスは限られているために上述したアプローチを使用した。これらのレンズエレメントとミラーのジオプトリック倍率分布を選択し、系に対する基本的な要件（例えば、ＮＡ、フィールドサイズ、レンズ系の長さ、動作距離等）を満たしながら、広いバンドにおける軸上色収差とペッツバル収差が補正された光学系設計の構成を確立した。
【００２９】
構造的な光学パラメータ（すなわち、曲率半径、レンズの厚み、エアスペース、面形状）は計算機援用設計（ＣＡＤ）を使用して選択し、投影光学系が露光バンド（ｇ，ｈ，ｉ線）で回折限界となり、アライメントバンド（通常は可視スペクトルの緑から赤の領域）で色補正されるように開口依存収差及びフィールド依存収差とそれらの色による変動を最適に補正した。
【００３０】
ＮＡが０．２０よりも高い実施形態では、球面収差を補正するためにミラーを非球面となるように設計し、スフェロクロマティズムを減少させるためにレンズパラメータを調整した。表５及び表６に示す実施形態のようにフィールドが大きく、ＮＡが低い系では、レンズエレメントＬ３の凸面を非球面として非点収差補正とその色による変動を補完した。
【００３１】
ＮＡ≧０．２を必要とする用途では、開口依存収差の補正を向上させるために表５及び表６のミラーを非球面とし、非点収差とその色による変動の補正においてレンズエレメントＬ３の非球面凸面を補完して大フィールドにおける全体的な光学系の性能を最適化することもできる。
【００３２】
（光学系の全体的な構成）
図２，図３，図４は、本発明の等倍投影光学系１００の実施形態の断面図である。図２，図３，図４の投影光学系１００は、光軸Ａ１に沿って凹球面ミラーＭを含む。一実施形態では、ミラーＭは光軸上に開口ＡＰを含む。開口ＡＰは、例えば物体（マスクなど）の像をウェハ上の類似したパターンに位置合わせするなど、光学系１００による直接結像以外の機能を行うために投影光学系から光を取り出すために使用することができる。
【００３３】
一実施形態では、光学系１００はミラーＭに位置する固定又は可変開口絞りＡＳをさらに含む。可変開口絞りＡＳを使用する場合には、可変開口絞りＡＳは調節可能なアイリス等の光学系における開口のサイズを変化させる公知の形態の１つを含むことができる。別の実施形態では、可変開口絞りＡＳのサイズは手動で設定される。さらに別の実施形態では、可変開口絞りＡＳは、開口絞りのサイズを自動的に設定することができるコントローラー１０２にライン１０１（ワイヤなど）を介して動作的に接続される。開口絞りＡＳは、所望の露光フィールドサイズ及び収差補正のスペクトル範囲に応じて投影光学系のＮＡ（本発明の実施形態では０．１６〜０．４の範囲）を定める。表に示す各実施形態では、可変又は固定開口絞りＡＳのいずれかを使用することができる。ＮＡが高い実施形態では、可変開口絞りＡＳを通常は使用する。一方、ＮＡの最小値については、ＮＡの値を変化させることができる範囲が広くない場合には、固定ＡＳを通常は使用する。要約すると、固定開口絞りＡＳ及び可変開口絞りＡＳのいずれを使用するかについては、必要なＮＡの値の範囲を考慮して用途に必要なＮＡの値に基づいて設計を選択する。
【００３４】
光学系１００は、ミラーの凹面側において、ミラーＭに隣接すると共にミラーＭから間隔を空けて軸Ａ１に沿って配置された正の屈折力を有するフィールド補正レンズ群（例えば主レンズ群）Ｇをさらに含む。
【００３５】
図５は、図１〜図４の等倍投影光学系１００の一部の概略拡大図であり、主レンズ群Ｇと隣接するプリズムＰＡ，ＰＢを示している。図５に示すように、第１のプリズムＰＡが、主レンズ群Ｇに隣接し、ミラーＭに対向して光軸Ａ１の一方の側に配置されている。プリズムＰＡは面Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂを有する。プリズムＰＢは光軸Ａｌの反対側に対称的に位置し、面Ｓ２Ａ，Ｓ２Ｂを有する。面Ｓ１Ａは面Ｓ１Ａと平行な対物面ＯＰ２に面しており、面Ｓ１Ｂは面Ｓ１Ｂと平行な像面ＩＰ２に面している。面Ｓ１Ｂ，Ｓ２Ｂは主レンズ群Ｇに面している。
【００３６】
対物面ＯＰ２と像面ＩＰ２は、作動距離を示すギャップＷＤＡ，ＷＤＢによって平面Ｓ１Ａ，Ｓ２Ａから間隔を空けて配置されている。可変開口絞りＡＳ２に対して完全な対称性を有する実施形態では、ＷＤＡ＝ＷＤＢである。ギャップＷＤＡ，ＷＤＢは等しいため、表１〜７ではこれらの距離をＷＤとしている。
【００３７】
プリズムＰＡ，ＰＢは主レンズ群Ｇには含まれていないが、これらのプリズムは上述したように色収差補正を含む収差補正で役割を果たす。
【００３８】
図２〜図４を再び参照すると、一実施形態ではミラーＭを非球面とし、フィールドが大きく、ＮＡが高い用途の設計の性能を向上させる。本発明の系の全ての実施形態は、実質的に可変開口絞りＡＳに対する系の対称性を維持しており、コマ、歪み、横収差などのオッドオーダー収差を実質的に解消している。光学系１００は、主レンズ群Ｇに同心レンズエレメントを含まないか、凹面ミラーＭと同心のレンズ面を含まない。
【００３９】
（設計例）
光学系１００の実施形態は、表１〜表７に記載し、図２〜図４の光学系の概略図と図６〜図１４の焦点対波長プロットに示す設計から明らかである。
【００４０】
図２〜図４に示す光学系１００は対称的であるため、表１〜表７に示す仕様は対物面ＯＰ２から凹面ミラーＭまでの値のみを含む。表では、光は数字の順に面を通過するものとする。正の半径は曲率中心が面に入射した光の初期方向の反対側に位置することを示し、負の半径は曲率中心が面に入射した光と同じ側に位置することを示す。従って、入射光に対して凸面をなす屈折又は反射面は正の半径を有し、入射光線に対して凹面をなす面は負の曲率半径を有することになる。表に示す設計を図２，図３，図４に示す対応する設計例と比較することによって符号規約はさらに明らかになる。エレメントの厚み又はエレメント間の間隔は隣接する面への軸上の距離であり、全ての寸法はミリメートルで示している。また、例えば図２〜図４に示す「Ｓ」は面番号を表し、「Ｔ又はＳ」は「厚み又は間隔」を表し、「ＳＴＯＰ」は「開口絞りＡＳ」を表す。また、「ＣＣ」は「凹面」を表し、「ＣＸ」は「凸面」を表す。
【００４１】
また、「材料」の欄には、ガラス名と光学材料の呼称として国際的に受け入れられている６桁の数字を示している。例えば、５１６６４３はＢＫ７ガラスを示し、ＢＫ７がヘリウムｄ線に対して約１．５１６の屈折率Ｎｄを有し、ｄ線及び水素のＣ線及びＦ線に対して６４．３のアッベ数を有することを示している。アッベ数Ｖｄは式Ｖｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）によって定義される（式中、ＮＦ及びＮＣはＦ線及びＣ線に対するガラスの屈折率値である）。
【００４２】
「面形状」の欄では、非球面を「ＡＳＰ」と示し、平面を「ＦＬＴ」と示し、球面を「ＳＰＨ」と示している。
【００４３】
非球面を表す非球面式は以下のように与えられる。
【００４４】
【数１】
2008519433.tif 000003
【００４５】
式中、「ＣＵＲＶ」は面の球面曲率であり、Ｋは円錐定数であり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは非球面係数である。表において、「ｅ」は指数表記（１０の累乗）を示す。表１〜表３に示す設計例は、レンズエレメントのジオプトリックパワー面（ｄｉｏｐｔｒｉｃ  ｐｏｗｅｒｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅ）とミラーの曲率が球面である設計例である。表４Ａ，表４Ｂ，表４Ｃ，表７に示す設計例はミラーＭとして非球面を含む。表５及び表６に示す設計例はレンズエレメントＬ３の凸面として非球面を含む。
【００４６】
（２つのエレメントからなる主レンズ群）
図２は本発明の投影光学系の断面図であり、主レンズ群Ｇは２つのエレメントからなる。特に、レンズ群Ｇは平凸エレメントＬ１と負のメニスカスエレメントＬ２を有する接合型ダブレットを含む。表１及び表２は、０．２０のＮＡと４２ｍｍのフィールド半径を有するアポクロマート設計の実施形態を示す。
【００４７】
図６は、表１に示すアポクロマート光学設計の実施形態の焦点の変動と波長のプロットである。図６のプロットは、焦点シフトがゼロであるプロットの波長軸との交点によって示される３つの波長における色補正を示している。これらの波長は約３７５ｎｍ、４３５ｎｍ、６６３ｎｍである。ただし、これらの波長は公称焦点位置に応じて変動しうる。また、プロットは露光バンドにおける無色化を示し、露光バンドとアライメントバンドを含む広いバンドにおける第３の共通焦点の発生を示している。露光バンドにおける無色化は、プロットが波長軸と交差する２つの波長で発生し、２つの波長は実質的に露光バンド（３６５ｎｍ〜４３６ｎｍ又はｇ，ｈ，ｉスペクトル範囲）内にある。露光バンドの外の遠可視領域で発生する第３の交点近傍のスペクトル部分は、実質的にアライメント波長バンドとして使用される。
【００４８】
図７は、表２に示す光学設計の場合の図６と同様なプロットである。図６と同様に、図７のプロットは、露光バンドとアライメントバンドを含む広いバンドにおける３つの波長での色補正を示している。３つの波長は、焦点シフトがゼロであるプロットの波長軸との交点での波長である（３５５ｎｍ，４３６ｎｍ，６５０ｎｍ）。
【００４９】
（接合型トリプレットを有する主レンズ群）
図３は本発明の投影光学系の概略断面図であり、主レンズ群Ｇは３つのエレメントからなる。特に、レンズ群ＧはレンズエレメントＬ１，Ｌ２，Ｌ３を有する接合型トリプレットを含む。
【００５０】
図３の実施形態では、レンズエレメントＬ１，Ｌ２，Ｌ３のジオプトリック倍率分布には２つのケースがある。ケースＩでは、Ｌ１は＋（正のパワー）であり、Ｌ２は−（負のパワー）であり、Ｌ３は＋（正のパワー）である。ケースＩＩでは、Ｌ１は＋（正のパワー）であり、Ｌ２は−（負のパワー）であり、Ｌ３は−（負のパワー）である。レンズエレメントＬ１はケースＩ，ＩＩの両方において平凸面である。ケースＩのアポクロマート設計の実施形態の光学仕様例を表３に示す。表４Ａ，表４Ｂ，表４ＣにケースＩＩの構成を有するアポクロマート設計の実施形態を示す。なお、表４Ａ，表４Ｂ，表４Ｃにおいて、面９は非球面として示しており、非球面定数ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを各表の面９の下に記載している。非球面定数は面のサグＺを定義する上記式によって定義される。
【００５１】
広い波長範囲に及ぶ光学設計のより厄介な収差の１つは軸色として知られ、軸色は波長による最良焦点位置の変動又は設計波長範囲における最良焦点位置の全変動である。図８〜図１１は、表３，表４Ａ，表４Ｂ，表４Ｃにそれぞれ示すアポクロマート光学設計の実施形態の場合の波長の関数としての最良焦点（画像）の変動のプロットである。これらの図は、露光及びアライメント波長バンドにおける波長の関数としての色補正、軸色又は焦点位置の制御を示している。完全な色補正、すなわち、公称焦点位置との完全な一致は各プロットが波長軸と交差する２つの波長で発生し、２つの波長は実質的に露光バンド（３６５ｎｍ〜４３６ｎｍ又はｇ，ｈ，ｉスペクトル範囲）内にある。露光バンドの外の遠可視領域で発生する第３の交点は、実質的にアライメント波長バンドとして使用される。プロットが波長軸と交差するこれらの３つの波長では、焦点シフトは同様にゼロとなり、これらの波長での軸上色収差がゼロであることを示している。設計波長バンドにわたって最良焦点の小さな変動を有する系を設計するプロセスは無色化として知られている。
【００５２】
設計波長バンドにおいて最良焦点の小さな変動を有する光学設計は無色化されている。
【００５３】
スーパーアクロマート設計の実施形態は表５及び表６の設計例によって示され、これらの実施形態は図３に模式的に示す光学設計を有する。表５及び表６に示す実施形態は、それぞれ０．１６と０．１８のＮＡを有する大フィールド（８０ｍｍフィールド半径）系の場合である。これらの実施形態は、約６１．５ｍｍ×６１．５ｍｍの正方形のフィールド及び少なくとも５０ｍｍ×１００ｍｍの矩形の露光フィールドサイズを達成する。
【００５４】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、表５に示すスーパーアクロマート光学設計の実施形態における波長の関数としての焦点の変動を示すプロットである。図１２Ａは、露光バンドにおける４つの波長（３９１ｎｍ，４０２ｎｍ，４０８ｎｍ，４１４ｎｍ）でのスーパーアクロマート色補正を示している。図１２Ａは図１２Ｂのプロットの露光バンド部分の拡大プロットであり、露光バンド（３６５ｎｍ〜４３６ｎｍ又はｇ，ｈ，ｉスペクトル範囲）内で生じる焦点シフトのプロットと波長軸との４つの交点を示している。図１２Ｂのプロットに示す第５の交点は、露光バンドの外のアライメントが行われる可視領域の５２２ｎｍで発生する。図１２Ｂのプロットが波長軸と交差するこれらの５つの波長では、焦点シフトは同様にゼロとなり、これらの波長での軸上色収差がゼロであることを示している。
【００５５】
図１３は、表６に示す光学仕様を有するスーパーアクロマート光学設計の実施形態における波長の関数としての焦点位置の変動のプロットである。このプロットは、露光バンドにおける５つの波長（３８０ｎｍ，４０２ｎｍ，４１６ｎｍ，４２８ｎｍ，４３５ｎｍ）でのスーパーアクロマート色補正と、可視アライメントバンドにおける第６の波長（４１７ｎｍ）での色補正を示している。
【００５６】
（空気分離型トリプレットを有する主レンズ群）
図４は本発明の投影光学系の実施形態の概略断面図であり、主レンズ群Ｇは３つのレンズエレメントＬ１，Ｌ２，Ｌ３からなり、エレメントＬ２，Ｌ３の間にエアスペースが設けられている。
【００５７】
表７に、図４に示す系構成を有するアポクロマート設計の実施形態の光学仕様を示す。
【００５８】
図１４は、露光及びアライメントバンドを含む広いバンドにおける表７に示すアポクロマート設計の実施形態の波長の関数としての焦点の変動を示すプロットである。図１４のプロットは３６１ｎｍ，４３４ｎｍ，５１３ｎｍにおける３つの共通焦点を示し、焦点の２つは３６５ｎｍ〜４３６ｎｍの露光バンド内にあり、残りの焦点はアライメントバンド内にある。
【００５９】
フォトリソグラフィ装置
図１５は、本発明の等倍投影光学系１００を採用したフォトリソグラフィ装置２００の概略図である。装置２００は光軸Ａ２を有し、光軸に沿って、対物面ＯＰ２でマスク２２０を支持するように構成されたマスクステージ２１０を含む。マスク２２０はマスク表面２２６に形成されたパターン２２４を有する。照明系２３０が光学系１００の反対側においてマスクステージ２１０に隣接して配置され、マスク２２０を照明するように構成されている。
【００６０】
また、装置２００は、像面ＩＰ２でウェハ２４６を可動的に支持するように構成されたウェハステージ２４０を含む。一実施形態では、ウェハ２４６は、照明系からの放射線の１以上の波長によって活性化される感光層２５０で被覆されている。このような放射線は当業界では「化学線（ａｃｔｉｎｉｃ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ）」と呼ばれている。一実施形態では、放射線の１以上の波長は水銀のｇ，ｈ，ｉ線を含む。
【００６１】
図１５に示すように、動作時には、照明系２３０はステージ２４０が静止した状態でマスク２２０を照明し、光学系１００によってウェハ２４６にパターン２２４が結像され、フォトレジスト層２５０にパターンが形成される。その結果、ウェハの一部を占める露光フィールドＥＦが形成される。次に、ウェハステージ２４０は所与の増分（例えば露光フィールドＥＦの大きさ）で所与の方向（例えばｘ−方向）にウェハ２４６を移動（「ステップ」）させ、露光プロセスが繰り返される。このステップ−露光プロセスは、所望の数の露光フィールドＥＦがウェハ２４６上に形成されるまで繰り返される（従って「ステップアンドリピート」と呼ばれる）。
【００６２】
次に、ウェハは（例えばウェハハンドリング装置（図示せず）を使用して）装置２００から取り出され、処理（例えば現像、ベーク、エッチング）され、各露光フィールドＥＦにおいてフォトレジストに形成されたパターンがウェハ上の表面に転写される。このフォトリソグラフィプロセスを異なるマスクを使用して繰り返すことによって、三次元構造がウェハに形成され、ＩＣなどの動作可能なデバイスが形成される。また、系１００のＮＡを変化させることによって、異なるサイズ及び異なる解像度レベルを有する露光フィールドＥＦを所与のマスクに対応して設定することができ、リソグラフィプロセスの柔軟性が向上する。
【００６３】
本発明の投影光学系は標準的な光学的製造・試験技術を使用して製造することができる。開口数が適度に高い設計（０．３０≦ＮＡ≦０．４０）は、適度な解像度の層及び「ミックスアンドマッチ」用途に好適である。ＮＡ＝０．４の設計は、サブミクロンの高い解像度が望ましい場合にｉ線による露光に好適である。露光バンドにおける無色化波長の焦点と一致する可視スペクトルにおける焦点の発生により、再焦点合わせを行うことなくマスクとウェハを位置合わせすることができる。
【００６４】
以上の詳細な説明では、各種特徴を容易に理解できるように各種実施形態に分類した。本発明の多くの特徴及び利点は詳細な明細書から明らかであり、添付の請求項によって本発明の精神と範囲に従う上述した装置の特徴と利点を全て網羅することを意図するものである。また、当業者は多くの変形や変更に容易に想到するものと考えられるため、本発明を上述した構造や動作のみに限定することは望ましいものではない。従って、その他の実施形態も添付の請求項の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】４９４特許に係る従来の等倍投影光学系の断面図である。
【図２】２つのエレメントからなる主レンズ群を有する本発明の等倍投影光学系の第１の実施形態の断面図である。
【図３】接合された３つのエレメントからなる主レンズ群を有する本発明の等倍投影光学系の第２の実施形態の断面図である。
【図４】空気分離された３つのエレメントからなる主レンズ群を有する本発明の等倍投影光学系の第３の実施形態の断面図である。
【図５】主レンズ群と、プリズムと、それぞれの対物面及び像面とを含む本発明の等倍投影光学系の一部の概略拡大図である。
【図６】表１及び図２に示す光学設計の波長の関数としての焦点の変動のプロットである。
【図７】表２及び図２に示す光学設計の波長の関数としての焦点の変動のプロットである。
【図８】表３及び図３に示す光学設計の波長の関数としての焦点の変動のプロットである。
【図９】表４Ａ及び図３に示す光学設計の波長の関数としての焦点の変動のプロットである。
【図１０】表４Ｂ及び図３に示す光学設計の波長の関数としての焦点の変動のプロットである。
【図１１】表４Ｃ及び図３に示す光学設計の波長の関数としての焦点の変動のプロットである。
【図１２Ａ】表５の光学設計の波長の関数としての焦点の変動のプロットであり、露光バンド内の４つの波長でのスーパーアクロマート色補正を示している。
【図１２Ｂ】表５の光学設計の波長の関数としての焦点の変動のプロットであり、露光及びアライメントバンドを含む広いバンドにおける５つの波長でのスーパーアクロマート色補正を示している。
【図１３】表６の光学設計の波長の関数としての焦点の変動のプロットであり、露光及びアライメントバンドを含む広いバンドにおける５つの波長でのスーパーアクロマート色補正及び６つの波長での色補正を示している。
【図１４】表７及び図４に示す光学設計の波長の関数としての焦点の変動のプロットである。
【図１５】本発明の等倍投影光学系を採用したフォトリソグラフィ装置の概略図である。
【符号の説明】
【００６６】
Ａ１  光軸、ＡＳ  可変開口絞り、ＡＰ  開口、Ｇ  レンズ群、ＰＡ、ＰＢ  プリズム、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３  レンズエレメント、Ｍ  ミラー、１００  投影光学系、１０１  ライン、１０２  コントローラー、２００  フォトリソグラフィ装置
【図１】
2008519433.tif 000004
【図２】
2008519433.tif 000005
【図３】
2008519433.tif 000006
【図４】
2008519433.tif 000007
【図５】
2008519433.tif 000008
【図６】
2008519433.tif 000009
【図７】
2008519433.tif 000010
【図８】
2008519433.tif 000011
【図９】
2008519433.tif 000012
【図１０】
2008519433.tif 000013
【図１１】
2008519433.tif 000014
【図１２Ａ】
2008519433.tif 000015
【図１２Ｂ】
2008519433.tif 000016
【図１３】
2008519433.tif 000017
【図１４】
2008519433.tif 000018
【図１５】
2008519433.tif 000019
【国際調査報告】
2008519433.tif 000020
2008519433.tif 000021