特許 5756121 結像光学系

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5756121

(24)【登録日】2015年6月5日

(45)【発行日】2015年7月29日

(54)【発明の名称】結像光学系

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/027 20060101AFI20150709BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20150709BHJP

   G02B 17/08 20060101ALI20150709BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20150709BHJP

   G02B 13/14 20060101ALI20150709BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/30 515D

   H01L21/30 531A

   G03F7/20 521

   G02B17/08 Z

   G02B13/18

   G02B13/14

【請求項の数】9

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-543592(P2012-543592)

(86)(22)【出願日】2010年12月3日

(65)【公表番号】特表2013-513957(P2013-513957A)

(43)【公表日】2013年4月22日

(86)【国際出願番号】EP2010068782

(87)【国際公開番号】WO2011073039

(87)【国際公開日】20110623

【審査請求日】2012年10月26日

(31)【優先権主張番号】61/286,066

(32)【優先日】2009年12月14日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】503263355

【氏名又は名称】カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100092093

【弁理士】

【氏名又は名称】辻居 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100082005

【弁理士】

【氏名又は名称】熊倉 禎男

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100151987

【弁理士】

【氏名又は名称】谷口 信行

(72)【発明者】

【氏名】マン ハンス−ユールゲン

(72)【発明者】

【氏名】エントレス マルティン

(72)【発明者】

【氏名】シェーファー ディヴィッド

(72)【発明者】

【氏名】ヴァルム ベルント

(72)【発明者】

【氏名】ヘルコマー アロイス

【審査官】 佐野 浩樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−２８６１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２３８６６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２３３００１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５０２３４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０５２９３２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−２３５１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０２９６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２９７９８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ９／００ −１７／０８ 、２１／０２ −２１／０４ 、

２５／００ −２５／０４ 、

Ｇ０３Ｆ ７／２０ − ７／２４ 、 ９／００ − ９／０２ 、

Ｈ０１Ｌ２１／０２７、２１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

物体平面（５）の物体視野（４）内の反射物体（１２）の像平面（１８）の像視野（１７）内へのビームスプリッタを用いない結像のための、１９３ｎｍよりも短い波長を有する結像光（３）の光束を複数のミラー（Ｍ１からＭ６）を用いて誘導するためのリソグラフィ投影露光のための結像光学系（１６；３１；３７）であって、
ミラー（Ｍ１からＭ６）のうちの少なくとも１つが、近視野ミラーとして設計され、
前記物体視野（４）と前記像視野（１７）の間の結像ビーム経路内の最初のミラー（Ｍ１）が、第１の掩蔽ミラー群の一部であって、ここで、前記第１の掩蔽ミラー群は、照明光を、物体視野点が、３°よりも小さい主光線角度（α）を有するように前記結像光学系に結合するための光学要素を配置することを可能とする、前記結像光（３）が通過するための貫通開口部を有する、
ことを特徴とする結像光学系（１６；３１；３７）。

【請求項2】

物体平面（５）の物体視野（４）内の反射物体（１２）の像平面（１８）の像視野（１７）内へのビームスプリッタを用いない結像のための、１９３ｎｍよりも短い波長を有する結像光（３）の光束を複数のミラー（Ｍ１からＭ６）を用いて誘導するためのリソグラフィ投影露光のための結像光学系（１６；３１；３７）であって、
前記物体視野（４）と前記像視野（１７）の間の結像ビーム経路内の最初のミラー（Ｍ１）が、前記結像光（３）が通過するための貫通開口部（２１，２２）を有し、
少なくとも１つのミラー（Ｍ３，Ｍ４）が、前記物体視野（４）と前記像視野（１７）の間の前記結像ビーム経路内の前記最初のミラー（Ｍ１）と、該物体視野（４）と該像視野（１７）の間の該結像ビーム経路内の最後のミラー（Ｍ６）との間に配置され、前記結像光を反射するのに使用される該少なくとも１つのミラー（Ｍ３，Ｍ４）の反射面は貫通開口部を有さず、
前記最初のミラー（Ｍ１）は、第１の掩蔽ミラー群の一部であって、ここで、前記第１の掩蔽ミラー群は、照明光を、物体視野点が、３°よりも小さい主光線角度（α）を有するように前記結像光学系に結合するための光学要素を配置することを可能とする貫通開口部を有する、
ことを特徴とする結像光学系（１６；３１；３７）。

【請求項3】

物体平面（５）の物体視野（４）内の反射物体（１２）の像平面（１８）の像視野（１７）内へのビームスプリッタを用いない結像のための、１９３ｎｍよりも短い波長を有する結像光（３）の光束を複数のミラー（Ｍ１からＭ６）を用いて誘導するためのリソグラフィ投影露光のための結像光学系（１６；３１；３７）であって、
±１次の回折及び／又はより高次の回折のみの結像光（３’）が結像に使用され、
前記物体視野（４）と前記像視野（１７）の間の結像ビーム経路内の最初のミラー（Ｍ１）が、第１の掩蔽ミラー群の一部であって、ここで、前記第１の掩蔽ミラー群は、照明光を、物体視野点が、３°よりも小さい主光線角度（α）を有するように前記結像光学系に結合するための光学要素を配置することを可能とする、前記結像光（３）が通過するための貫通開口部を有するような設計、
を特徴とする結像光学系（１６；３１；３７）。

【請求項4】

前記物体視野（４）と前記像視野（１７）の間の前記結像ビーム経路内の最初のミラー（Ｍ１）が、凹であり、一方、該物体視野（４）と該像視野（１７）の間の該結像ビーム経路内の第２のミラー（Ｍ２）が、凸であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の結像光学系。

【請求項5】

１９３ｎｍよりも短い波長を有する照明光（３）の光束の放射線源（２）から該照明光（３）に対して反射性である物体平面（５）の物体視野（４）内の物体（１２）へのビームスプリッタを用いない誘導のためのリソグラフィ投影露光のための照明光学系（７；２８）であって、
物体視野（４）の少なくとも１つの点に対して、照明光（３）の光束が、物体平面（５）に対する法線（１４）との３°よりも小さい角度をなす該物体視野（４）上へのエネルギ重み付き光線入射方向（１３）を有するような設計、
を特徴とする照明光学系（７；２８）と、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の結像光学系（１６；３１；３７）と、
を含むことを特徴とする光学系。

【請求項6】

前記照明光（３）の前記光束は、前記物体視野（４）上への１０°よりも小さい最大入射角を有することを特徴とする請求項５に記載の光学系。

【請求項7】

貫通開口部（２２）を通じて前記結像光学系（１６；３１；３７）のミラーのうちの１つ（Ｍ２）の中に照明光（３）を結合する前記照明光学系（７；２８）の結合ミラー（１１）を含むことを特徴とする請求項５又は６に記載の光学系。

【請求項8】

請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の光学系と、
照明及び結像光（３）を生成するための光源（２）と、
を含むことを特徴とする投影露光装置（１）。

【請求項9】

構造化構成要素の製作の方法であって、
レチクル（１２）及びウェーハ（１９）を準備する段階と、
請求項８に記載の投影露光装置（１）を用いて、前記レチクル（１２）上の構造を前記ウェーハ（１９）の感光層上に投影する段階と、
前記ウェーハ（１９）上に微細構造又はナノ構造を生成する段階と、
を含むことを特徴とする方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

米国特許仮出願ＵＳ ６１／２８６，０６６の内容が引用によって組み込まれる。

【0002】

本発明は、リソグラフィ投影露光のための結像光学系に関する。本発明は、リソグラフィ投影露光のための照明光学系、この種類の結像光学系及びこの種の照明光学系を含む照明系、この種の照明系を含む投影露光装置、この種の投影露光装置を用いた微細構造化構成要素又はナノ構造化構成要素の製作方法、並びにこの種の方法に従って製作された微細構造化構成要素又はナノ構造化構成要素に関する。この種の結像光学系は、反射リソグラフィマスク及び露光済みウェーハの検査に対して使用することができ、検査対物系の形態で、特に半導体検査デバイスの一部とすることができる。

【背景技術】

【0003】

冒頭に挙げた種類の結像光学系は、ＵＳ ２００９／００７３３９２ Ａ１、ＵＳ ２００８／０１７０３１０ Ａ１、及びＵＳ ６，８９４，８３４ Ｂ２から公知である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】ＵＳ ６１／２８６，０６６

【特許文献2】ＵＳ ２００９／００７３３９２ Ａ１

【特許文献3】ＵＳ ２００８／０１７０３１０ Ａ１

【特許文献4】ＵＳ ６，８９４，８３４ Ｂ２

【特許文献5】ＷＯ ２００９／０２４ １６４ Ａ１

【特許文献6】ＷＯ ２００６／０６９７２５ Ａ

【特許文献7】ＵＳ ２００７／００５８２６９ Ａ１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、反射物体を高い像品質で結像することを可能にするような方法で、冒頭で挙げた種類の結像光学系を開発することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明により、この目的は、請求項１に開示する特徴を備えた結像光学系によって達成される。

【0007】

本発明により、物体視野点の３°よりも小さい主光線角度により、反射物体上の遮蔽効果が低減するか又は完全に回避されることが見出されている。物体視野点の主光線は、例えば、瞳掩蔽の結果としていずれの結像光線も主光線に沿って結像光学系を通過することができない場合であっても、それぞれの物体視野点と結像光学系の瞳の中心との間の接続線として定義される。全体の物体視野の広がりの少なくとも半分の位置に置かれた物体視野点の主光線角度は、３°よりも小さいとすることができる。同様に、全ての物体視野点の主光線角度も、３°よりも小さいとすることができる。本発明の主光線角度は、２°よりも小さいとすることができ、１°よりも小さいとすることができ、特に、０°とすることができる。それによって従来のシステムにおいて６°又は８°の主光線角度で発生する可能性がある望ましくない遮蔽問題を回避することができる。その結果は、有利に低いＣＤ（臨界寸法）変化で反射物体を結像することを可能にする結像光学系である。本発明の主光線角度を有する高口径結像光学系における物体側の結像光線の最大反射角は可能な限り小さく、その結果、遮蔽問題が最底限に抑制される。本発明の結像光学系は、ビームスプリッタを用いない結像に向けて設計される。従って、結像ビーム経路には、例えば、ＵＳ ６，８９４，８３４ Ｂ２の図６に記載の照明において特定の従来技術の照明系に使用されるような照明光を結合し、かつ結像光が通過するためのビームスプリッタは全く存在しない。本発明の近視野ミラーＭは、以下の条件が満たされる場合に設けられる。
Ｐ（Ｍ）＝Ｄ（ＳＡ）／（Ｄ（ＳＡ）＋Ｄ（ＣＲ））≦０．９

【0008】

上述の式では、Ｄ（ＳＡ）は、物体視野点によって放出された光線束のミラーＭの場所における部分開口径であり、それに対してＤ（ＣＲ）は、結像光学系によってミラーＭの面上に結像される有効物体視野の主光線の光学系の基準平面内で測定された最大距離である。基準平面は、結像光学系の対称面又は子午面とすることができる。パラメータＰ（Ｍ）の定義は、ＷＯ ２００９／０２４ １６４ Ａ１に述べされているものに対応する。

【0009】

視野平面内では、Ｐ（Ｍ）は０である。瞳平面内では、Ｐ（Ｍ）は１である。

【0010】

ＵＳ ６ ８９４ ８３４ Ｂ２の実施形態では、Ｐ（Ｍ）は、全てのミラーにおいて０．９よりも大きい。

【0011】

結像光学系のミラーのうちの少なくとも１つは、０．８よりも大きくなく、０．７よりも大きくなく、０．６５よりも大きくないか、又は更に０．６１よりも大きくない値を有することができる。ミラーのうちの一部のものは、０．９よりも小さく、０．８よりも小さく、又は更に０．７よりも小さいＰ（Ｍ）値を有することができる。

【0012】

この種の近視野ミラーは、結像誤差を補正するのに使用することができる。特に、広大な視野では、近視野ミラーは、広大な視野全体にわたって結像誤差を補正することを可能にする。特に、近視野ミラーによってテレセントリック性補正を実施することができる。結像光学系の結像スケール、特に、物体視野から像視野への結像の縮小スケールは、２倍、３倍、又は更に４倍とすることができる。結像スケールは、８倍よりも絶対的に小さいとすることができる。像視野の近くの所定の開口数では、十分に小さい結像スケールは、物体視野の近くで相応に大きい開口数をもたらし、所定の像視野サイズでは相応に小さい物体視野がもたらされる。これは、掩蔽を縮小するために、特に、結像光学系のミラー内の貫通開口部の幅を減幅するために使用することができる。

【0013】

結像光学系は、絶対的に８×よりも小さく、６倍よりも小さく、５倍よりも小さく、４倍よりも小さく、３倍よりも小さく、更に、２倍とすることができる縮小率を有することができる。絶対的に小さい結像スケールは、結像光学系内での光束の誘導を容易にする。結像光学系の像視野のサイズは、１ｍｍ²よりも大きくすることができ、特に、１ｍｍ×５ｍｍよりも大きくすることができ、５ｍｍ×５ｍｍよりも大きくすることができ、特に、１０ｍｍ×１０ｍｍ又は２０ｍｍ×２０ｍｍとすることができる。それによって結像光学系がリソグラフィ目的に使用される場合の高いスループットを保証する。結像光学系が、リソグラフィマスク又は露光済みウェーハの検査に使用される場合には、上に述べた「像視野」は、マスク又はウェーハそれぞれの上で検査される視野として使用される。従って、結像光学系が検査目的に使用されるこの付加的な適用分野では、上に述べた像視野は、逆に検査物体視野である。

【0014】

冒頭に挙げた目的は、請求項２に開示する特徴を備えた結像光学系によっても達成される。この結像光学系の最初のミラーは、第１の掩蔽ミラー群の一部とすることができ、照明光を結合するためにこの最初のミラーの貫通開口部を使用することができる。同様に、物体視野と像視野の間の結像ビーム経路内の最後のミラーは、結像光が通過するための貫通開口部を有することができる。結像ビーム経路内の最後のミラーは、別の掩蔽ミラー群の一部とすることができ、その結果、結像光学系の大きい像側開口数をもたらすことができる。連続するか又は閉じた反射面を有し、言い換えれば、いずれの貫通開口部も設けられない結像光学系ミラーは、結像光学系のテレセントリック性誤差を補正することを可能にする。連続した反射面が設けられた少なくとも１つのこの種のミラーは、近視野、特に、結像光学系の中間像平面の領域に配置することができる。結像光学系には、第１の掩蔽ミラー群と、結像光を像視野に結像する第２の非掩蔽ミラー群とをこれらのミラー群の間にいずれかの他の掩蔽ミラー群を配置することなしに設けることができる。結像光の反射のために閉じた反射面が設けられた少なくとも１つのミラーは、０．９よりも大きくなく、０．８よりも大きくなく、０．７よりも大きくなく、０．６５よりも大きくなく、更に、僅か０．６１とすることさえ可能である上記に定義したパラメータＰ（Ｍ）を有することができる。この種の近視野ミラーの利点は、上述したものに対応する。

【0015】

冒頭に挙げた目的は、請求項３に開示する特徴を備えた結像光学系によって更に達成される。

【0016】

±１次の回折及び／又は高次の回折の結像光しか用いないことにより、照明光を結合するために、ゼロ次の回折が生成される区域を使用することが可能になる。少なくとも±１次の回折及び必要に応じて更に高次の回折を使用することにより、ゼロ次の回折は使用されないので、良好なコントラストを有する像がもたらされる。これは、特に、結像において±１次の回折しか使用されない場合に適用される。

【0017】

特に、瞳掩蔽光学系内に設けられた場合に、本発明の結像光学系は、特に、貫通開口部又は貫通孔を有することができる。この種のミラーを含む結像光学系の瞳平面には、結像光束のうちで結像に使用されない内側区域が存在する。この区域内には、照明光学系の結合ミラーを配置することができる。

【0018】

本発明の結像光学系は、上に述べた結像光学系の特徴の組合せを含むことができる。照明光が反射物体に小さい照明開口数によって小さい入射角でもたらされる照明光学系と協調するこの種の結像光学系では、多重極を配置することを必要とすることなく、及び／又は可能な最大限度に傾いた入射角を使用する照明を必要とすることなく、特に、二重極照明又は四重極照明を必要とすることなく解像度の限界に達する。更に、結像される反射物体上の異なる構造配列に対して異なる多重極照明配列の間で切り換えることが必要とされない。反射物体は、静的な照明にさらされることができ、少なくとも１つの絞りを用いて照明されることができ、及び／又はズーム対物系を用いて照明されることができる。照明光学系は、特定の瞳成形構成要素を用いずに設計することができる。照明光学系は、特に、ファセットミラーを用いずに設計することができる。

【0019】

請求項４に記載のミラー設計は、反射物体に非常に低い入射角でエネルギが重み付けされて入射する照明光の結合を容易にする。

【0020】

本発明の別の目的は、高品質像を得るための反射物体の照明を保証するリソグラフィ投影露光のための照明光学系を提供することである。

【0021】

本発明により、この目的は、請求項５に開示する特徴を有する照明光学系によって達成される。

【0022】

本発明のエネルギ重み付き光線入射方向又は中心光線入射方向は、少なくとも１つの物体視野時点において０°の入射角の前後に集中させることができる。この点では、照明光は、反射物体上に低入射角で入射し、従って、結像中に発生する遮蔽問題が回避される。得られる利点は、本発明の結像光学系を参照して上述したものに対応する。エネルギ重み付き光線入射方向と物体平面に対する法線との間の角度は、２°よりも小さく、１°よりも小さいとすることができ、更に正確に０°とすることができる。照明光束の他のエネルギ重み付き光線は、より大きい入射角を有することができる。照明光束の誘導は、最初に物体視野の下流の結像光の誘導に対してほぼ平行な方向、又は物体視野の下流の結像光の誘導に対してほぼ垂直な方向から始めることができ、結像光が垂直にもたらされる場合に、これらの方向を照明光の「垂直入射」及び「水平入射」と呼ぶ。リソグラフィ投影露光において照明光学系を使用する代わりに、本発明の照明光学系は、欠陥に関して物体を調べるための検査システムに対して使用することができる。この種の検査システムは、特に、レチクル及び／又はウェーハの検査に使用される。

【0023】

請求項６に記載の最大入射角は、反射物体上の構造の遮蔽を大きく低減する。更に、反射物体上に反射コーティングが設けられる場合には、それによって反射物体の有利に高い反射率、従って、照明光又は結像光の高い照明収量を保証する。最大入射角は、８°よりも小さく、６°よりも小さいとすることができ、更に、５°よりも小さいとすることができる。

【0024】

請求項７に記載の照明光学系ミラーの設計は、物体視野によって放出され、物体によって反射される結像光を照明光の最後のミラー、言い換えれば、結合ミラーの貫通開口部を通じて誘導することを可能にする。この種の照明を暗視野照明とも呼ぶ。この場合、物体は、結像開口部の外側の光にのみさらされることができる。特に、物体エッジを結像する場合に、暗視野照明は、別の従来の照明に優る利点を有する。更に、照明光の中心入射光線と物体視野に対する法線との間の小さい角度という上述の利点を従来の非掩蔽結像光学系のものと組み合わせることができる。暗視野照明は、特に、照明光学系が検査システムに使用される場合に、この種の照明が物体視野内の不純物、傷、又は粉塵を非常に高いコントラストで結像することを可能にするので、利点をもたらすことができる。

【0025】

請求項８に記載の照明系の利点は、本発明の結像光学系及び本発明の照明光学系を参照して上述したものに対応する。

【0026】

請求項９に記載の照明光学系では、照明光が結合される際に通過する貫通開口部は、同時に結像光学系の瞳掩蔽を定義する。

【0027】

請求項１０に記載の代替配列の利点は、請求項７に記載の照明光学系を参照して上述したものに対応する。

【0028】

請求項１１に記載の投影露光装置の利点、請求項１２に記載の製作方法の利点、及び請求項１３に記載の構造化構成要素の利点は、本発明の照明系を参照して上述したものに対応する。光源は、ＬＰＰ（レーザ生成プラズマ）光源又はＧＤＰ（ガス放電生成プラズマ）光源のようなＥＵＶ（極紫外）光源とすることができる。本発明の結像光学系は、投影露光装置に対して使用することができるだけではなく、特に、反射リソグラフィマスクの検査又は露光済みウェーハ基板の検査に対して使用することができる。この場合、上に述べた結像光学系の像視野は、検査デバイスの検査物体視野である。

【0029】

以下に図面を用いて本発明の実施形態をより詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】投影露光装置の結像光学系を子午断面内に示すＥＵＶリソグラフィのための投影露光装置の概略図である。

【図2】投影露光によって結像されるレチクルの形状にある反射物体の領域における図１に記載の投影露光装置の照明光及び結像光のビーム経路の拡大区画の図１と比較して正確な縮尺のものではない別の概略図である（垂直入射）。

【図3】投影露光装置の照明光学系の変形が有する光学構成要素を通じた照明光の変形の誘導の図２と類似の図である（水平入射）。

【図4】図１に記載の投影露光装置に使用するための結像光学系の変形である。

【図5】図１に記載の投影露光装置に使用するための結像光学系の変形である。

【図6】物体の領域内とウェーハの場所での像の領域内とにおける図１の方式の投影露光装置におけるビーム経路の非常に概略的な図である。

【図7】物体の代替照明及びそれに適応されたその代替像でのビーム経路関係の図６と類似の図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

微細構造化構成要素又はナノ構造化構成要素の製作のためのリソグラフィ投影露光のための投影露光装置１は、照明光又は結像光３のための光源２を有する。光源２は、例えば、５ｎｍと３０ｎｍの間、特に、５ｎｍと１０ｎｍの間の波長範囲の光を生成するＥＵＶ光源である。光源２は、特に、６．９ｎｍ又は１３．５ｎｍの波長を有する光源とすることができる。他のＥＵＶ波長を考えることができる。投影露光装置１内でもたらされる照明光又は結像光３において、リソグラフィに使用されて適切な光源が利用可能である他の波長を考えることができる。図１には照明光３のビーム経路を極めて概略的な図に示している。

【0032】

照明光学系７は、照明光３を光源２から物体平面５の物体視野４に誘導するために使用される。光源又は放射線源２によって放出された照明光３は、最初にコレクター６によって集光される。コレクター６の下流の照明ビーム経路には、一般的に中間焦点８が配置される。照明ビーム経路は、照明光３がコレクターを平行な形態で射出するように、中間焦点８なしで設計することができる。コレクター６又は中間焦点８の領域内で照明光３のスペクトルフィルタリングを発生させることができる。中間焦点８の下流の照明ビーム経路には、照明光学系７の最初のミラー９が配置される。この最初の照明光学系ミラー９は、視野ファセットミラーとすることができる。最初の照明光学系ミラー９の下流の照明ビーム経路には、照明光学系７の第２のミラー１０が配置される。第２の照明光学系ミラーは、瞳ファセットミラーとすることができる。

【0033】

代替的に、ファセットミラーを持たない照明光学系を使用するように考えることができる。この種の照明光学系は、図１に記載の照明光学系７のものに対応する照明ビーム経路を有することができる。

【0034】

第２の照明光学系ミラー１０の下流の照明ビーム経路には、照明光学系７の結合ミラー１１が配置される。結合ミラー１１は、ＷＯ ２００６／０６９７２５ Ａの図１ｋ、図１１、及び図１ｍから公知の支持体に対応する支持体によって支持することができる。

【0035】

結合ミラー１１は、レチクル又はリソグラフィマスクの形態にある反射物体１２が配置された物体視野４に照明光３を誘導する。

【0036】

コレクター６と最初の照明光学系ミラー９の間の部分照明ビーム経路は、第２の照明光学系ミラー１０と結合ミラー１１の間の部分照明ビーム経路と交わる。

【0037】

レチクル１２上に入射する照明光３の光束のエネルギ重み付き光線入射方向又は中心光線入射方向１３は、物体平面５に対する法線１４と正確に一致する。すなわち、エネルギ重み付き光線入射方向１３は、法線１４と３°よりも小さい角度を構成し、図１に記載の実施形態では正確に０°である。照明光学系７の設計が若干修正される場合には、エネルギ重み付き光線入射方向１３と法線１４の間の他の角度を考えることができ、例えば、エネルギ重み付き光線入射方向１３と法線１４の間の角度は、２．５°、２°、１．５°、１°、又は０．５°である。レチクル１２上に入射する照明光３の光束のエッジ光線１５（図２を参照されたい）は、法線１４と３°よりも小さい角度をなす。従って、レチクル１２上に入射する照明光３の光束は、物体視野４上で３°よりも小さい最大入射角を有する。

【0038】

物体視野４の下流の投影露光装置１のビーム経路には、結像光３を誘導し、レチクル１２を像平面１８の像視野１７に結像するための投影光学系の形態にある結像光学系１６が配置される。結像光学系１６内では、像平面１８は、物体平面５と約１５°の角度をなす。この角度は、結像誤差の補正という観点から、特に、像視野１７にわたるテレセントリック性及び収差の補正という観点から結像光学系１６の設計を容易にする。

【0039】

結像光学系１６を用いた結像は、ウェーハ１９の形態にある基板の面上で発生する。レチクル１２及びウェーハ１９は、支持体（図示せず）によって支持される。投影露光装置１はスキャナである。投影露光装置１が使用状態にある時には、レチクル１２とウェーハ１９の両方が、一方で物体平面５内、かつ他方で像平面１８内で走査される。一方でレチクル１２及び他方でウェーハ１９が、ウェーハ１９の個々の照明の合間に段階的に変位したステッパの形態にある投影露光装置１を使用するように考えることができる。

【0040】

図１は、第１の実施形態の結像光学系１６の光学設計を示している。この図は、中心視野点によって放出された結像光３の１０個の個々の光線２０のビーム経路を示している。

【0041】

図１に記載の結像光学系１６は、物体視野４から始まる個々の光線２０のビーム経路の順序でＭ１からＭ６と番号が振られた合計で６つのミラーを有する。図１は、結像光学系を設計する際に計算されたミラーＭ１からＭ６の反射面を示している。しかし、実際には、図１に示すように、これらの面、特に、ミラーＭ３、Ｍ４の一区画しか使用されない。

【0042】

ミラーＭ１は、凹である。ミラーＭ２は、凸である。ミラーＭ３は、凹である。ミラーＭ４は、凸である。ミラーＭ５は、凸である。ミラーＭ６は、凹である。

【0043】

ミラーＭ１及びＭ２の各々は、結像光３が通過するための貫通開口部２１，２２を有する。従って、ミラーＭ１及びＭ２は掩蔽ミラーである。この掩蔽に起因して、結像光３の光束は、結像光学系１６の近瞳領域内でいずれの個々の光線２０も存在しない内側区域を有する。法線１４及び中心入射光線１３が通過するこの種の空き内側区域２３は、ミラーＭ１とＭ３の間に配置される。この空き区域２３内には、結合ミラー１１が配置される。結合ミラー１１は、結像光学系１６のミラーＭ２内の貫通開口部２３を通じて照明光３をシステム内に結合する。

【0044】

掩蔽されるためにビーム経路の一部ではない中心物体視野点の主光線は、結像光学系１６内で０°の主光線角度αを有する。これは、中心物体視野点の主光線が、物体平面５に対する法線１４と一致することを意味する。主光線角度αの定義は、参照番号２０ｂを有する主光線が物体視野４内で反射レチクル上に入射する時の関係の概略図である図１内の挿入図によって明らかになる。主光線角度αは、法線１４と物体視野４によって反射された主光線２０ｂの間の角度である。

【0045】

ミラーＭ２の下流の結像ビーム経路に配置された２つのミラーＭ３及びＭ４は、結像光３の反射のための連続するか又は閉じた反射面を有し、言い換えれば、これらのミラーはいずれの貫通開口部も持たない。ミラーＭ３及びＭ４に近い結像ビーム経路領域内には、結像光学系１６の中間像２４が配置される。従って、ミラーＭ３及びＭ４は、結像光学系１６のテレセントリック性補正に適する近視野ミラーである。

【0046】

ミラーＭ４の下流の結像光学系１６の結像ビーム経路に配置されたミラーＭ５及びＭ６には、ここでもまた、貫通開口部２５、２６が設けられる。

【0047】

従って、ミラーＭ５及びＭ６は、ここでもまた、掩蔽ミラーである。ミラーＭ５とＭ６の間には、ここでもまた、照明光３の光束内に空き領域２７が存在し、空き領域２７は、空き領域２３の像である。

【0048】

ミラーＭ１及びＭ２は、結像光学系１６の第１の掩蔽ミラー群を形成する。ミラーＭ３及びＭ４は、結像光学系１６の非掩蔽ミラー群を形成する。ミラーＭ１及びＭ２は、結像光学系１６の第２の掩蔽ミラー群を形成する。

【0049】

図２は、レチクル１２において反射される前の照明及び結像光３と、反射された後の照明及び結像光３とのビーム経路関係の略拡大図である。照明光学系７の最初のミラー９は、中間焦点８と最初の照明光学系ミラー９の間の照明光３のビーム経路が、物体視野４の下流の照明光３のビーム経路に対して実質的に平行であるように、中間焦点８に対して配置される。従って、照明光束の誘導は、物体視野４の下流の照明光３の誘導に対して最初はほぼ平行である方向から始まる。従って、中間焦点８と照明光学系７の最初の照明光学系ミラー９との間では、部分照明ビームは、法線１４に対して小さい角度で物体平面５に向けて延びている。法線１４が垂直に延びる場合には、これを照明光学系７の垂直入射と呼ぶ。

【0050】

図３は、照明光３を誘導するミラーの配列の変形、言い換えれば、別の実施形態の照明光学系２８を示している。図１及び図２を参照して上述したものに対応する構成要素は同じ参照番号を有し、これらに対しては再度述べることはしない。

【0051】

図３に記載の実施形態では、照明光学系２８の最初のミラー２９は、中間焦点８と照明光学系ミラー２９の間の照明光３のビーム経路が、物体視野４の下流の結像光３の光束誘導に対して垂直であるように、中間焦点８に対して配置される。従って、中間焦点８と最初の照明光学系ミラー２９の間の部分結像ビームは、結像光３の光束を横切る。照明光３の光束の誘導は、物体視野４の下流の結像光の誘導に対して最初はほぼ垂直である方向から始まる。照明光学系２８では、中間焦点８と最初の照明光学系ミラー２９の間の部分照明ビームは、法線１４に対してほぼ直角に物体平面５に向けて延びている。法線１４が垂直である場合には、これを照明光学系２８の水平入射と呼ぶ。

【0052】

照明光３の光束に対して、照明光学系２８の第２のミラー３０は、中間焦点と同じ側に配置される。従って、最初の照明光学系ミラー２９と第２の照明光学系ミラー３０の間の部分照明ビームは、ミラーＭ１とＭ２の間の結像光３の光束を再度横切る。結合ミラー１１は、ここでもまた、第２の照明光学系ミラー３０の下流のビーム経路に配置される。

【0053】

図３に従って照明光学系ミラー２９、３０を配置することにより、これらの照明光学系ミラー２９、３０上への照明光３の小さい入射角がもたらされ、それによって照明光学系ミラー２９、３０の高い反射性が可能になる。最初の照明光学系ミラー２９は、視野ファセットミラーとすることができる。第２の照明光学系ミラー３０は、瞳ファセットミラーとすることができる。

【0054】

以下は、投影露光装置１において結像光学系１６の代わりに使用することができる別の実施形態の結像光学系３１の図４を用いた説明である。図１及び図２を参照して上述したものに対応する構成要素は同じ参照番号を有し、これらに対しては再度述べることはしない。図４は、図内で互いから垂直に離間された３つの物体視野点によって放出された３つの個々の光線２０ａ、２０ｂ、２０ｃのそれぞれのビーム経路を示している。これらの３つの物体視野点のうちの１つに属する３つの個々の光線２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、各場合にこれらの３つの物体視野点に対する３つの異なる照明方向に関連付けられる。個々の光線２０ａ及び２０ｃは、エッジにおける２つのコマ光線であり、それに対して個々の光線２０ｂは、それぞれの物体視野点によって放出された主光線である。図４では、単に例示目的でこれらの主光線を結像光学系３１の瞳の中心を通って延びるように示しており、これらの主光線は、結像光学系３１の中心掩蔽に起因して結像光学系３１の実結像ビーム経路ではない。

【0055】

結像光学系３１の結像ビーム経路には、物体視野４の隣に結像光学系３１の第１の瞳平面３２が配置される。ミラーＭ２は、物体視野４と物体平面３２の間に配置される。ミラーＭ１内の貫通開口部２１と同じ高さに第１の中間像平面３３が配置される。ミラーＭ２とＭ３の間のビーム経路内では、中間像平面３３の下流に別の瞳平面３４が配置される。ミラーＭ４とＭ５の間の照明ビーム経路には、別の中間像平面３５が配置される。中間像平面３５は、ミラーＭ４とミラーＭ６の間に配置される。

【0056】

結像光学系３１の照明ビーム経路には、別の瞳平面３６が配置され、瞳平面３６は、ミラーＭ６とほぼ同じ高さにある。

【0057】

ミラーＭ１とＭ４は、背中合わせに配置される。ミラーＭ３とＭ６も同様に背中合わせに配置される。

【0058】

結像光学系３１もまた、ミラーＭ１及びＭ２を含む第１の掩蔽ミラー群、それに続くミラーＭ３及びＭ４を含む非掩蔽ミラー群、及びそれに続くミラーＭ５及びＭ６を含む掩蔽ミラー群を有する。

【0059】

結像光学系３１では、ミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭ４は、近視野ミラーであり、言い換えれば、これらのミラーは、次式のパラメータを有する。
Ｐ（Ｍ）＝Ｄ（ＳＡ）／（Ｄ（ＳＡ）＋Ｄ（ＣＲ））
このパラメータは、０．９よりも大きくない値を有する。

【0060】

Ｄ（ＳＡ）は、ミラーＭの場所における物体視野点の部分開口径である。Ｄ（ＣＲ）は、基準平面内、すなわち、同時に結像光学系３１の鏡面対称面である図４の作図面内でミラーＭの面上の有効物体視野の主光線２０ｂの最大距離である。

【0061】

以下の表は、結像光学系３１の６つ全てのミラーＭ１からＭ６のパラメータＰ（Ｍ）に対する値を含む。

【0062】

（表）

【0063】

結像光学系３１では、物体平面５と像平面１８は、互いと平行である。

【0064】

以下は、光学設計プログラム「Ｃｏｄｅ Ｖ（登録商標）」を用いて得られた結像光学系３１に関する光学設計データを含む表である。

【0065】

結像光学系３１のミラーＭ１からＭ６は、回転対称関数によって説明することができない自由曲面である。ミラーＭ１からＭ６のうちの少なくとも１つがこの種の反射自由曲面を備えた結像光学系３１の他の設計を考えることができる。

【0066】

この種の自由曲面は、回転対称基準面から得ることができる。マイクロリソグラフィ投影露光装置の投影光学系のミラーの反射面におけるこの種の自由曲面は、ＵＳ ２００７／００５８２６９ Ａ１に開示されている。

【0067】

自由曲面は、次式によって数学的に表すことができる。

ここで、

Ｚは、点ｘにおける自由曲面のサジタル高さｙ（ｘ²＋ｙ²＝ｒ²）である。

【0068】

ｃは、対応する非球面の頂点曲率に対応する定数である。ｋは、対応する非球面の円錐定数に対応する。Ｃ_jは、単項式Ｘ^mＹⁿの係数である。一般的にｃ、ｋ及びＣ_jの値は、投影光学系７におけるミラーの望ましい光学特性に基づいて判断される。単項式の次数ｍ＋ｎは、ランダムに選択することができる。より高次の単項式は、より優れた像誤差補正を可能にする投影光学系をもたらすが、その計算は一層複雑である。ｍ＋ｎは、３と２０超の間の値を取ることができる。

【0069】

また、例えば、光学設計プログラム「Ｃｏｄｅ Ｖ（登録商標）」のマニュアルに説明されているゼルニケ多項式によって自由曲面を数学的に表すように考えることができる。代替的に、自由曲面は、ベジェ曲線又は不均一有理基底スプライン（ＮＵＲＢＳ）のような２次元スプライン面を用いて表すことができる。２次元スプライン面は、例えば、ｘｙ平面内の点格子及びそれに付随するｚ値により、又はこれらの点及びそれに付随する傾きによって表すことができる。スプライン面の種類に基づいて、全体の面は、例えば、連続性及び微分可能性に関して特定の特性を有する多項式又は関数を使用することによる格子点の間の内挿によって得られる。その例は解析関数である。

【0070】

ミラーＭ１からＭ６は、入射ＥＵＶ照明光３の反射を最適化する複数の反射層を有する。個々の光線２０の入射角が、ミラー面上に入射する時に垂直入射に近づく程、反射はより良好になる。

【0071】

以下に続く表の最初のものは、光学構成要素及び開口絞りの光学面の各々の頂点曲率の逆数（半径）、並びに物体平面から始まるビーム経路内の隣接要素のｚ距離に対応する距離値（厚み）を含む。第２の表は、ミラーＭ１からＭ６に対して上述の自由曲面式における単項式Ｘ^mＹⁿの係数Ｃ_jを含み、Ｎｒａｄｉｕｓは正規化係数である。第３の表は、それぞれのミラーがミラー基準設計から偏心（Ｙ偏心）及び回転（Ｘ回転）した距離（単位ｍｍ）を含む。この距離は、自由曲面が設計される時に行われるｙ方向の平行移動及びｘ軸の回りの傾斜に対応する。傾斜角は度を単位とする。

【0072】

（表）

【0073】

（表）

【0074】

（表）

【0075】

結像光学系は、物体視野４と像視野１７の間で２倍の縮小倍率を有する。結像光学系３１の物体側の開口数は、０．１５である。物体視野４は、２０ｍｍ×２０ｍｍのサイズを有する。結像光学系３１の像側の開口数は、０．３である。結像光学系３１の像視野１７は、１０ｍｍ×１０ｍｍのサイズを有する。

【0076】

以下は、投影露光装置１において結像光学系１６の代わりに使用することができる別の実施形態の結像光学系３７の図５に基づく説明である。図１及び図２を参照して上述したものに対応する構成要素は同じ参照番号を有し、これらに対しては再度述べることはしない。

【0077】

個々の光線２０ａ、２０ｂ、２０ｃを含む結像ビーム経路の図は、図４に対応する図に対応する。

【0078】

結像光学系３７では、物体平面５と像平面１８とは互いと平行である。

【0079】

図６及び図７は、照明光３の中心光線入射方向１３が、レチクル１２上に入射する時に物体平面５に対する法線１４との事実上無視することができる角度をなす照明光３を結合する２つの基本的な可能性を略示している。図６及び図７の結像光を３と記し、結像光３を照明光３から区別することを可能にする。

【0080】

図６及び図７に記載の照明例では、物体平面５に対する法線１４は、照明光３の光束の結合ミラー１１によって反射される時及びレチクル１２上に入射する時の中心光線入射方向１３と一致する。

【0081】

図６は、照明光３がレチクル１２上への入射に向けて結合される時の関係を示しており、これらの関係は、図１から図５を参照して上述したものに対応する。この場合、結合ミラー１１は、結像光３の光束の内側の空き区域２３に配置される。空き区域２３内の結像光３の放射フラックスの内側開口数は、結合ミラー１１において反射された後にレチクル１２上に入射する照明光３の光束の開口数よりも若干大きい。図６に記載の結像光学系は、像側で開口数ＮＡ_Abbを有する。図６に記載の照明例では、結合ミラー１１において反射された後にレチクル１２上に入射する照明光３の光束は、例えば、５°よりも小さく、４°よりも小さく、３°よりも小さく、２°よりも小さく、又は１°よりも小さいとすることができる小さい最大入射角を有する。最大入射角は、照明光３の光束の個々の光線のうちの１つと物体平面５に対する法線１４とで作られる最大角度である。照明光３の光束は、事実上平行な個々の光線を伴ってレチクル１２上に入射することができる。

【0082】

図７は、図６に記載の照明とは逆のレチクル１２の別の照明を示している。他の点では上に述べた実施形態の結合ミラー１１に対応する図７に記載の結合光学系の結合ミラー３８は、図７の挿入図によって略平面図に示すリング形の反射面３９を有する。リング形の反射面３９は、結合ミラー３８の内側貫通開口部４０を取り囲む。

【0083】

図７に記載の照明例では、レチクル１２は、照明光３のリング形の光束、言い換えれば、環状の光束にさらされる。結合ミラー３８上に入射する照明光３の光束の内側空き区域４１は、照明光３のこの入射光束から見た貫通開口部４０の投影部よりも若干大きい幅を有し、その結果、照明光３の光束は、結合ミラー３８によってレチクル１２に向けて完全に反射される。

【0084】

投影露光装置１において上述の結像光学系の代わりに使用することができる図７に示していない結像光学系は、照明光３の光束の空き区域４１の内側境界を定義するエッジ光線の物体側開口数よりも若干小さい物体側開口数を有する。結像光３の物体側開口数は非常に小さいので、結像光３は貫通開口部４０を完全に通過することができ、言い換えれば、結合ミラー３８の貫通開口部４０を通過する時に、結像光３の損失は全くない。

【0085】

像側では、図７に記載の結像光学系は、ここでもまた、ＮＡ_Abbという開口数を有する。

【0086】

例えば、図６に記載の照明例では、結像は、レチクル１２において、言い換えれば、結像される構造において少なくとも±１次の回折によって生成される結像光３によってのみ行うことができる。従って、この場合、ゼロ次の回折は結像に使用されない。

【0087】

上述の全ての実施形態の結像光学系は、各場合に次式を満たす少なくとも１つのミラーＭを有する。
Ｐ（Ｍ）≦０．９

【0088】

微細構造化構成要素又はナノ構造化構成要素は、投影露光装置１を用いて次のように製作される。最初の段階では、レチクル１２及びウェーハ１９が準備される。その後に、レチクル１２上の構造が、投影露光装置１を用いてウェーハ１９上の感光層上に投影される。次に、感光層は現像されてウェーハ１９上に微細構造又はナノ構造が形成され、その結果、微細構造化構成要素、例えば、高度に集積された回路の形態にある半導体構成要素が得られる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】