(57)【要約】投射照明装置および負の屈折力をもつレンズ群（ＬＧ２）を少なくとも１つ含むレンズ構成から成る投射対物レンズ。このレンズ群は負の屈折力をもつレンズを少なくとも４枚含み、このレンズ群（ＬＧ２）内で第３の負屈折レンズ（Ｌ８）の後には正の屈折力をもつレンズ（Ｌ９）が配置されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも４つの負屈折レンズを含む、負の屈折力をもつ少なくとも１つのレンズ群（ＬＧ２）を有するレンズ構成を備えた投射対物レンズであって、そのレンズ群（ＬＧ２）の第３の負屈折レンズ（Ｌ８）の後に正の屈折力をもつレンズ（Ｌ９）が配置されていることを特徴とする投射対物レンズ。
【請求項２】
負の屈折力をもつレンズ群（ＬＧ２）中に配置された正の屈折力をもつレンズ（Ｌ９）がメニスカス・レンズであることを特徴とする請求項１に記載の投射対物レンズ。
【請求項３】
負の屈折力をもつレンズ群（ＬＧ２）中に配置された正の屈折力をもつレンズ（Ｌ９）の物体側が凸面になっていることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の投射対物レンズ。
【請求項４】
投射対物レンズが、負の屈折力をもつ少なくとも１つの第２のレンズ群（ＬＧ４）を有することを特徴とする前記請求項１ないし３のいずれか一項に記載の投射対物レンズ。
【請求項５】
前記負の屈折レンズ群（ＬＧ２）の中に正の屈折力をもつレンズ（Ｌ９）が配置されていることを特徴とする前記請求項１ないし４のいずれか一項に記載の投射対物レンズ。
【請求項６】
中に絞りの配置されたレンズ群を有し、像側開口数が少なくとも０．７の複テレセントリック対物レンズであって、絞りの前で十字線に向いた側に配置された複数のレンズが正の屈折力しか持っておらず、これらの正屈折レンズのうちの第１のレンズ（Ｌ１９）が対物レンズ／像間距離の４〜２５倍の正の焦点距離を有することを特徴とする複テレセントリック投射対物レンズ。
【請求項７】
正の屈折力をもつこれらレンズのうちの第１のレンズ（Ｌ１９）が、対物レンズ／像間距離（００’）の４％未満の半径差を有することを特徴とする請求項６のプレアンブルに記載の複テレセントリック投射対物レンズ。
【請求項８】
正の屈折力をもつ第１レンズ群と、負の屈折力をもつ第２レンズ群と、正の屈折力をもつ第３レンズ群と、負の屈折力をもつ第４レンズ群とを有する複テレセントリック投射対物レンズであって、第２レンズ群（ＬＧ２）と第３レンズ群（ＬＧ３）の間、および第３レンズ群（ＬＧ３）と第４レンズ群（ＬＧ４）の間にそれぞれ空間が設けられていて、この空間の合計が第４レンズ群（ＬＧ４）のレンズ厚の総和を少なくとも３０％上回っていることを特徴とする複テレセントリック投射対物レンズ。
【請求項９】
第３レンズ群（ＬＧ３）と第４レンズ群（ＬＧ４）の間の空隙が軸方向にレンズ群（ＬＧ４）ガラス厚総和の少なくとも５０％に達する値の幅を有することを特徴とする請求項８に記載の複テレセントリック対物レンズ。
【請求項１０】
第３レンズ群（ＬＧ３）と第４レンズ群（ＬＧ４）間の第２の空隙が軸方向に第２レンズ群（ＬＧ２）と第３レンズ群（ＬＧ３）間の空隙幅の少なくとも６０％に達する値の幅を有することを特徴とする請求項８または９に記載の複テレセントリック対物レンズ。
【請求項１１】
請求項１ないし１０の少なくとも一項に記載のレンズ構成（１９）付き投射対物レンズ（５）を有することを特徴とするマイクロリソグラフィ用投射照明装置。
【請求項１２】
マスク（９）および請求項１ないし１０の少なくとも一項に記載のレンズ構成（１９）付き投射照明装置（１）を用いて紫外レーザ光線により感光層の付与された基板を照明し、必要に応じて、感光層の現像後マスクに含まれる模様にしたがって構造化するマイクロ構造化部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は請求項１のプレアンブルに記載の投射対物レンズに関する。
【０００２】
ＤＥ１９９４２２８１．８、図８〜１０から、その第１の負屈折レンズ群が４つの負レンズで構成される投射対物レンズが公知である。またＥＰ７１２０１９Ａ２、ＵＳ５，９６９，８０３、ＵＳ５，９８６，８２４およびＤＥ１９８１８４４４Ａ１からも、その第１の負屈折レンズ群が少なくとも４つの負レンズで構成される投射対物レンズが公知である。
【０００３】
ＵＳ５，９９０，９２６からは、３つの負レンズで構成される負屈折レンズ群を含む投射対物レンズが公知である。公報ＵＳ６，０８４，７２３、ＥＰ７２１１５０Ａ２、ＵＳ６，０８８，１７１およびＤＥ１９８１８４４４Ａ１からは、４つの負レンズで構成され、第１のくびれ部を形成している負屈折レンズ群を含む投射対物レンズが公知である。
【０００４】
ＤＥ１９９４２２８１、図２〜４から、４つの負レンズで構成され、その第２負レンズの後に正レンズが配置されている負屈折レンズ群が公知である。正レンズとしては像側に凹んだ形のメニスカス・レンズが使用されている。
【０００５】
本発明の課題は、投射対物レンズの結像特性に有利に作用する負屈折レンズ群を開発することである。
【０００６】
本発明の課題は、請求項１に記載された特徴によって解決される。
【０００７】
本発明のさらなる課題は、フッ化カルシウムの使用量が少ない場合の、特に照明光波長１９３ｎｍに対する投射対物レンズの結像特性を改良させることである。
【０００８】
１つの負屈折レンズ群を負の屈折力をもつレンズ４枚で構成し、第３の負屈折レンズの後に正の屈折力をもつレンズを配置するように負屈折レンズ群を構成するという方策により対物レンズの結像特性を改善することができた。正屈折レンズを含むこの構成は、特に非点収差およびコマ収差に対する補正の点で有利に作用する。
【０００９】
正レンズとしてはメニスカス・レンズを使用するのが有利であることが分かった。それにより、さらに溝状収差に好影響を与える効果もある。
【００１０】
さらに、正屈折レンズは物体側に凸面を備えると有利であることも判明した。
【００１１】
これ以外の有効な方策については、その他の従属請求項に記載されている。
【００１２】
以下に、いくつかの実施形態に基づいて本発明をより詳しく説明する。
【００１３】
図１に基づいてまず投射照明装置の原理的構造を説明する。投射照明装置１は照明装置３および投射対物レンズ５を有する。投射対物レンズは開口絞りＡＰと共にレンズ構成１９を含む。そのレンズ構成１９によって光軸７が定義される。照明装置３と投射対物レンズ５の間にマスク９が配置されており、それはマスク・ホルダ１１により光路内に保持されている。マイクロリソグラフィで用いられるそのようなマスク９は、マイクロメートルからナノメートル単位の構造からなる。マスクのこの構造は投射対物レンズ５により最大で１０分の１に、とりわけ４分の２に縮小されて像平面１３に結像する。像平面１３には基板ホルダ１７によって位置設定された基板、より詳しくはウェハ１５が保持されている。解像可能な構造の最小単位は、照明に使用される光の波長λおよび投射対物レンズ５の像側開口に依存しており、投射照明装置１の達成可能な解像度は、照明装置３の波長が短くなるにつれ、また投射対物レンズ５の開口数が増大するにつれて上昇する。
【００１４】
レンズ構成１９の様々な実施形態は図２〜５に示されている。
【００１５】
図２は、照明光波長１９３ｎｍおよび像側開口数０．７５を想定して構成したレンズ構成１９を示している。このレンズ構成では投射平面０と像平面０’の間の距離は１０００ｍｍである。図に示された投射対物レンズはレンズＬ１〜Ｌ３１の３１枚のレンズからなり、ＬＧ１〜ＬＧ６の６つのレンズ群に分けることができる。
【００１６】
第１レンズ群ＬＧ１は正の屈折力を有し、レンズＬ１〜Ｌ５で構成されている。それに続くレンズ群ＬＧ２は全体として負の屈折力を有する。このレンズ群の第１のレンズＬ６は厚いメニスカス・レンズであり、その光軸領域の中心部は、最大レンズ直径の少なくとも１５％の厚さがある。このレンズは、特に像平面の接線方向およびサジタル方向における均一化にとって有利に作用する。
【００１７】
このレンズＬ６に続いてさらに２つの負屈折レンズが設置されている。この実施形態では、これらのレンズＬ７およびＬ８には２つの両凹レンズが使用されている。これに続くレンズＬ９は正の屈折力を有する。このレンズＬ９は像側凹面の曲率半径を持つ、像側に凹んだメニスカス・レンズである。このレンズは非点収差、コマ収差および溝状収差に対して有利に作用する。
【００１８】
それに続くレンズＬ１０は負の屈折力をもち、像側に凸のだメニスカス・レンズである。このレンズＬ１０は像側が非球面になっている。この非球面により、特に像フィールド有効ゾーンと像フィールド縁部の間の領域における像欠陥が補正可能になる。この補正で、特にサジタル方向での像品質の向上がもたらされる。負の屈折力をもつこの第２レンズ群ＬＧ２によりくびれ部が形成されている。
【００１９】
続く第３のレンズ群ＬＧ３は正の屈折力を有し、レンズＬ１１〜Ｌ１４で構成されている。この第３レンズ群の次には負の屈折力をもつ第４レンズ群が続き、これが第２のくびれ部を形成している。この第４レンズ群ＬＧ４はレンズＬ１５〜Ｌ１８を含み、そのうちレンズＬ１５は像側に凹曲面を持つ像側に凹んだメニスカス・レンズである。
【００２０】
第５レンズ群ＬＧ５はレンズＬ１９〜Ｌ２７を含み、全体として正の屈折力を有する。正屈折レンズＬ２１とＬ２２の間には絞りが配置されている。このレンズ群の最大直径、言い換えれば投射対物レンズの最大直径は約２４０ｍｍである。第６のレンズ群ＬＧ６も同じく正の屈折力を有し、レンズＬ２８〜Ｌ３１を含む。そのうち、レンズＬ３１は平面プレートである。光線負荷を強く受けるレンズＬ３０は、密構造の緩和のためフッ化カルシウムで構成されている。その他のレンズについては、材料としては石英ガラスが想定される。レンズ材料として石英ガラスを使用する利点は、この材料が合フッ化カルシウムに比べて、１つには市場で入手しやすいということがあり、またフッ化物結晶に比べて、いくつかだけ例を挙げれば、例えばフッ化カルシウムやフッ化バリウムに比べて価格的に有利なことである。
【００２１】
像フィールドが２８．０４ｍｍの場合では、縦方向色収差は帯域幅を０．２５ｐｍ、つまり±０．１２５ｐｍとして最大±５７．５ｎｍである。横方向色収差は、同じくΔλ±０．１２５ｐｍとして±１．２ｎｍ未満の値である。ＲＭＳ値は、波面がそれぞれ理想球面波の波面からどの程度偏差しているかを示す設定尺度であり、例えばコードＶで確立されている。この実施形態では、ＲＭＳ値はすべての像点で７．０ｍλ未満である。この投射対物レンズの開口数は０．７５である。
【００２２】
レンズ・データの詳細は表１から読み取ることができる。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
フッ化カルシウム製レンズＬ１１の使用およびレンズ構成１９に属するレンズの僅かな修正により、横方向色収差を３０％減らすことができる。像フィールドが２８．０４ｍｍの場合、この修正実施形態での横方向色収差は条件λ±０．１２５ｐｍで最大±０．８２ｎｍであり、縦方向色収差は最大±５７．５ｎｍである。２枚のフッ化カルシウム・レンズを含む修正変形形態におけるレンズ・データは表２から読み取ることができる。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
図３に描かれたレンズ構成１９は３１枚のレンズＬ１〜Ｌ３１からなり、６つのレンズ群ＬＧ１〜ＬＧ６に区分することができる。物体平面０と像平面０’の間の距離は１０００ｍｍである。
【００２７】
第１レンズ群は正の屈折力をもち、レンズＬ１〜Ｌ５で構成されている。第１のレンズは両凹レンズであり、負の屈折力を有する。それに続くレンズＬ２〜Ｌ５は正の屈折力をもつ両凸レンズである。
【００２８】
第２レンズ群はレンズＬ６〜Ｌ１０で構成され、そのうちレンズＬ６〜Ｌ８は負の屈折力を有する。レンズＬ９は正の屈折力を有する。このレンズＬ９も像側に凹面を持つメニスカス・レンズである。レンズＬ１０は負の屈折力をもち、像側は非球面になっている。このレンズ表面により、特に、かなりひどい像欠陥も補正可能になる。
【００２９】
それに続くレンズ群ＬＧ３は正の屈折力を有する。レンズＬ１１〜Ｌ１４を持つこのレンズ群によって腹部が形成されている。レンズＬ１４は像側が平坦な表面になっている。レンズ群ＬＧ３は特異な配置になっており、レンズ群ＬＧ３の両側に隣接するレンズ群ＬＧ２とＬＧ４の間に他とは違う大きな空間がある。０．７５の大きな開口数を持つこの複テレセントリック対物レンズの場合、非球面の使用を少なくし構造長を００’＝１０００ｍｍにすれば、第３レンズ群の特殊な配置により全像高にわたって波面の逸脱を抑制することができる。ＬＧ３の前後に設けられた両空間の和は、後続レンズ群ＬＧ４のガラス厚の総和より明らかに大きい。これは横方向収差に対して特に有利に作用する。
【００３０】
第２のくびれ部を形成している第４レンズ群ＬＧ４は、レンズＬ１５〜Ｌ１８で構成されている。レンズＬ１５は物体側に凹んでいる。それに続くレンズ群ＬＧ５に属すレンズＬ１９は像側に凹み、ほぼ平行なレンズ表面を備える。半径の差は小さい方の半径の３％未満である。典型的な場合では、半径絶対値の差は４ｍｍ未満である。このレンズＬ１９の屈折力は、ｆ１９＞４０００であることから非常に低い。
【００３１】
レンズ群ＬＧ５はさらにレンズＬ２０〜Ｌ２７を含む。レンズＬ２１とＬ２２との間には絞りが配置されている。最終レンズ群ＬＧ６はレンズＬ２８〜Ｌ３１で構成されている。そのうちＬ３１は平行平面プレートである。
【００３２】
図３に示されたこのレンズ構成１９は波長１９３ｎｍを想定して構成されている。光源の帯域幅は０．２５ｐｍである。このレンズ構成１９により１０．５×２６ｎｍのフィールドが照明可能である。このレンズ構成の開口数は像側で０．７５である。理想球面波からの偏差としてのＲＭＳ値は、１９３ｎｍの単色光では５ｍλ未満である。全像フィールドにおける横方向色収差は、Δλ±０．１２５ｐｍでは±１．４ｎｍ未満、縦方向色収差は±５８．７５ｎｍ未満である。
【００３３】
レンズ・データの詳細は表３から読み取ることができる。
【００３４】
【表３】
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【００３５】
図４に描かれたリソグラフィ対物レンズのレンズ構成１９は３５１ｎｍの照明光波長を想定して構成されている。光源の帯域幅は最高３．２５ｐｍとする。開口数は０．７５である。このレンズ構成１９の場合、対物レンズ平面０から像平面０’に到るまでの構造長は１０００ｍｍである。
【００３６】
図４に示されたこのレンズ構成１９は６つのレンズ群ＬＧ１〜ＬＧ６に区分できる。第１レンズ群は負レンズＬ１で始まり、その後に４枚の正レンズＬ２〜Ｌ５が続いている。この第１レンズ群は正の屈折力を有する。第２レンズ群は、物体側に湾曲した、負の屈折力をもつメニスカス・レンズＬ６で始まっている。この負レンズの後に、さらに２つの負レンズＬ７およびＬ８が続いている。その次のレンズＬ９は、物体側に凸面を持つ、したがって物体側に湾曲した正の屈折力をもつメニスカス・レンズである。第２レンズ群の最終レンズとしては、像側に湾曲し、その像側の凸面が非球面になっている、負の屈折力をもつメニスカス・レンズである。この第２レンズ群は負の屈折力を有する。
【００３７】
第３のレンズ群は続く５枚のレンズＬ１１〜Ｌ１５によって構成されている。第３レンズ群の中央には、互いに向き合う面が大きく湾曲している、２枚の厚い正レンズが配置されている。この厚い両レンズの間には、ほとんど屈折力をもたない極薄の正レンズＬ１３が配置されている。このレンズはあまり重要でなく、したがってこのレンズは省略することができ、必要があれば対物レンズの構造に少し修正を加える。この第３のレンズ群は正の屈折力を有する。
【００３８】
第４レンズ群は３枚の負レンズＬ１６〜Ｌ１８で構成されている。
【００３９】
第５レンズ群はレンズＬ１９〜Ｌ２７で構成されている。最初の３枚の正レンズＬ１９〜Ｌ２１の後に絞りが配置されている。その絞りの後に、互いに向き合う面が大きく湾曲している２枚の厚い正レンズが配置されている。レンズＬ２２およびＬ２３のこの配置は球面収差に有利に作用する。レンズＬ２２およびＬ２３のこの配置は「レンズの最適形態」原則、すなわち、ほぼ平行な光線の光路内に曲率の大きな面を置くという原則を考慮したものである。これは同時に球面収差によるずれの予備的補正の役割も果たしている。球面収差のずれに対して仕上補正の役割を果たす後続の両メニスカス・レンズＬ２４およびＬ２５との組み合わせで卓越した総合的補正効果が達成される。これらレンズの焦点距離はｆ１２＝４６５．４０５ｎｍおよびｆ３４＝４４８．４６２ｎｍである。
【００４０】
第６レンズ群の第１のレンズは負レンズＬ２８で、その後に２枚の厚いレンズが続いている。図示された実施形態では、レンズはすべて３５１ｎｍのときの屈折率が１．５０６である材料、例えばＳｃｈｏｔｔ社の材料ＦＫ５で構成するように想定されている。
【００４１】
密構造の緩和のため、このレンズ群最後の両レンズの材料として石英ガラスの使用を考慮することができる。
【００４２】
正確なレンズ・データは表４から読み取ることができる。このレンズ構成によれば、像側の開口数を０．７５として８×２６ｍｍの像フィールドが照明できる。この対物レンズでは約３．２５ｐｍの帯域幅が可能である。理想球面波からの偏差としてのＲＭＳ値は単色光では６ｍλ未満である。全像フィールドにおける横方向色収差は、Δλ±１．６２５ｐｍでは±０．１ｎｍ未満、縦方向色収差は±１０４ｎｍ未満である。これにより１８０ｎｍの構造幅が生成できる。
【００４３】
非球面はいずれの実施形態でも等式で表わされる。すなわち、非球面を表わす等式は次のとおりである。
【数１】
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ただし、Ｐは表に示された非球面定数Ｃ１〜Ｃｎを持つ半径ｈ（光軸７までの高さ）の関数としてのアーチ部分の高さである。Ｒは表に示された頂点部半径である。
【００４４】
ただし、Ｈは光軸からの距離、Ｒは半径、ＰＤは球面からの距離である。
【００４５】
【表４】
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【００４６】
図５には、６つのレンズ群に区分可能な、球面レンズだけで構成された、像側開口数０．７のレンズ構成１９が示されている。この実施形態では、図４とは対照的に、レンズＬ１〜Ｌ５で構成される第１レンズ群は極端に長い構造になっている。長く延びたこの腹部の形態を決定づけているのは、厚い正レンズＬ４およびＬ５である。長く延びた腹部形態をしているので、球面レンズだけでも歪みを小さく抑えられる。その場合、この第１腹部の形態に起因して入力テレセントリシティは比較的悪いほうだが、それは照明システムによって補償できるので容認できる。この第１レンズ群は正の屈折力を有する。
【００４７】
第２レンズ群ＬＧ２は４枚の負レンズを含んでおり、ここでも第３の負レンズＬ８と第４の負レンズＬ１０の間に、物体側に湾曲した正のメニスカス・レンズＬ９が配置されている。この実施形態では非球面レンズ面は使用されていない。負屈折レンズ群ＬＧ２が持つこの構造によって、特に非点収差、コマ収差および溝状収差の補正が可能である。
【００４８】
第３のレンズ群はレンズＬ１１〜Ｌ１５を持ち、正の屈折力を有する。この実施形態では第１の実施形態とは違い、レンズＬ１２およびＬ１４はそれほど目立っていない。この第３レンズ群は、特に各象限における結像品質に有効に作用する。
【００４９】
第４レンズ群ＬＧ４は０．７０と高い開口数にもかかわらず３枚の負レンズだけで構成されており、したがって負の屈折力を有する。
【００５０】
続く第５レンズ群ＬＧ５は正の屈折力をもっており、最初の３枚は正レンズＬ１９〜Ｌ２１で、その後に絞りが配置されている。絞りの後にも正レンズが、それも大きく湾曲したレンズ面のほうが互いに向き合う形で、厚い２枚の正レンズＬ２２およびＬ２３が配置されている。焦点距離はｆ２２＝４８１．６、ｆ２３＝４３１．４２９である。それに続くレンズＬ２４およびＬ２５は、サジタル方向および接線方向の球面収差によるずれを補正するためのものである。
【００５１】
第６レンズ群はレンズＬ２８〜Ｌ３１を含み、正の屈折力を有する。この対物レンズの場合、波長λ＝３５１．１４に対して開口数は０．７である。物体平面０から像平面０’までの距離は１０００ｍｍである。その場合、８×２６ｍｍの像フィールドが照明される。レンズはすべてクラウン・ガラス製で、例えばＳＣＨＯＴＴ社のＦＫ５で作られている。像フィールドの対角方向の直径が２７．２０ｍｍの場合、２１０ｎｍ幅の構造を結像させるためには、対物レンズには半値幅約４．３ｐｍのレーザ光が必要である。Δλを±２．１５ｐｍとして、縦方向色収差は±１４０ｎｍ、横方向色収差は最大２．４ｎｍである。
【００５２】
レンズの詳細データは表５から得られる。
【００５３】
【表５】
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【図面の簡単な説明】
【図１】
投射照明装置の図である。
【図２】
特に１９３ｎｍ用のリソグラフィ対物レンズの図である。
【図３】
特に波長１９３ｎｍ用のリソグラフィ対物レンズの図である。
【図４】
特に照明光波長３５１ｎｍ用のリソグラフィ対物レンズの図である。
【図５】
特に照明光波長３５１ｎｍ用のリソグラフィ対物レンズの図である。
【国際公開パンフレット】
2004524554.tif 000014
2004524554.tif 000015
2004524554.tif 000016
2004524554.tif 000017
2004524554.tif 000018
2004524554.tif 000019
2004524554.tif 000020
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2004524554.tif 000022
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2004524554.tif 000039
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2004524554.tif 000041
2004524554.tif 000042
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004524554.tif 000043
2004524554.tif 000044
【国際調査報告】
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2004524554.tif 000046
2004524554.tif 000047
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