JP2003532282A - レチクル回折誘起バイアスのない光学縮小システム - Google Patents

レチクル回折誘起バイアスのない光学縮小システム

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JP2003532282A JP2001579030A JP2001579030A JP2003532282A JP 2003532282 A JP2003532282 A JP 2003532282A JP 2001579030 A JP2001579030 A JP 2001579030A JP 2001579030 A JP2001579030 A JP 2001579030A JP 2003532282 A JP2003532282 A JP 2003532282A
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ジャスティン エル. クレウザー,
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Abstract

(57)【要約】 長共役端部近傍で動作する1つ以上の1/4波長板を有する、半導体デバイスのフォトリソグラフィー製造において用いるための光学縮小システム。レチクルの後にある1/4波長板(315)は、ビームスプリッター(350)においてまたはその近傍で直線偏光を提供する。レチクルの前にある1/4波長板(305)は、レチクルにおいて、またはレチクルの近傍で円偏光またはほぼ非偏光を提供する。さらなる1/4波長板を用いて、透過損および特徴部の配向からの非対称性をさらに低減する。光学縮小システムは、26mm×5mmの視野にわたって0.25ミクロンよりも小さな特徴部をパターニングすることが可能な、0.7の比較的高い開口数を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (発明の背景) (発明の分野) 本発明は、概して、半導体製造において使用される光学システムに関する。
【0002】 (関連技術) 半導体デバイスは、一般に、さまざまなフォトリソグラフィ技術を用いて製造
される。半導体チップで使用される回路機構は、ウェハ上にレチクルから投射さ
れる。この投射は、しばしば、光学システムの使用で為される。これらの光学シ
ステムの設計は複雑なことが多く、半導体チップ上に配置される、サイズが小さ
くなる一方の構成要素を生成するために必要とされる所望な分解能を得ることは
困難である。したがって、0.25ミクロンより小さい、極めて精細な構成要素
のフューチャを生成することが可能な光縮小システムを開発するために、多くの
労力が費やされてきた。極めて精細な構成要素のフューチャを生成することが可
能な光学システムを開発する必要性が、システムの性能を向上させるために必要
とされる。
【0003】 従来の光学システムは、1996年7月16日にWilliamsonに発行
された、名称「Catadioptric Optical Reductio
n System with High Numerical Apertur
e」の米国特許5,537,260号に開示される。この文献は、開口数0.3
5を有する光縮小システムを記載する。別の光学システムは、1990年9月4
日にWilliamsonに発行された、名称「Optical Reduct
ion System」の米国特許4,953,960号に開示される。この文
献は、248nmの範囲で動作し、開口数0.45を有する光学システムを記載
する。
【0004】 (発明の要旨) これらの光学システムは、それぞれの意図する目的を十分に実行するが、シス
テムの性能を向上することがさらに必要とされる。本発明者は、レチクルにおい
てバイアスによって生じる回折を取り除く必要性があることを特定した。さらに
、大きなスペクトル周波数帯に対するシステム性能に受容可能な低いレチクル回
折を有する光学システムが必要とされる。
【0005】 レチクル回折は、直線偏光がレチクルのフューチャと相互作用する態様からの
結果によって生じる。レチクルのフューチャ配向は、投射される半導体デバイス
によって決定される。半導体デバイスのサイズを減らす必要性が存在し、半導体
デバイスの用途によってフューチャ配向が命令されるために、本発明者は、レチ
クル回折の取り扱いに焦点を当てる。
【0006】 直線偏光は、一般には、特定のフォトリソグラフィ投射光学システムにおいて
使用される。回折は、レチクルにおける光およびフューチャの相互作用から生じ
る。直線偏光は、フューチャの配向に応じて異なって、レチクルを通過する。非
対称性が、この相互作用から生じる。非対称性またはプリントバイアスは、ウェ
ハ上の光学システムを通って投射される。プリントバイアスは、ウェハに投射さ
れる線の厚さを変更するのに十分である。ウェハの変動は半導体デバイスの性能
に影響し、ある場合、そのデバイスが必要とされる仕様で実行されることを防ぐ
【0007】 レチクルにおける円偏光の使用により、フューチャ配向から生じる非対称性を
取り除き得る。この円偏光は、そのイメージングの挙動における非偏光から識別
不可能である。非偏光のイメージングの挙動は、投射されるフューチャの配向に
かかわらず等しく回折されるようなものである。したがって、プリントバイアス
は、光学システムにわたって縮小される。
【0008】 しかし、透過損失などの他の要因は、光学システムにわたる円偏光の使用を防
ぐ。したがって、本発明は、位相器の使用に関する。位相器は、波長板、リタデ
ーション板などの形態を取り得、レチクルおよび光学システムの前の光の偏光を
選択的に変更する。
【0009】 ある実施形態において、本発明は、半導体デバイスのフォトリソグラフィ製造
において使用される反射屈折光縮小システムであり、これは、長い共役端の近傍
で動作する1つ以上の1/4波長板を有する。レチクルの後の1/4波長板は、
ビームスプリッタで、または、ビームスプリッタの近傍で直線偏光を提供する。
レチクルの前の1/4波長板は、レチクルで、または、レチクルの近傍で円偏光
またはほぼ非偏光を提供する。さらなる1/4波長板を使用すると、透過損失お
よびフューチャ配向からの非対称性をさらに減らす。反射屈折光縮小システムは
、26mm×5mmフィールド上の0.25ミクロンより小さいフューチャをパ
ターン化することができる0.7の比較的高い開口数を提供する。それにより、
光縮小システムは、ステップ、走査ミクロリソグラフィ露光ツールにうまく適応
される。幾つかの他の実施形態は、得られ得るスペクトル帯域幅を広げるために
、異なる屈折力の要素を組み合わせる。
【0010】 別の実施形態において、本発明は、オブジェクトまたは長い共役端から縮小イ
メージまたは短い共役端まで、第1の1/4波長板、レチクル、第2の1/4波
長板、第1のレンズ群、第2のレンズ群、ビームスプリッタ立方、同心円凹面鏡
および第3のレンズ群を有する反射屈折縮小システムである。第1の1/4波長
板は、レチクルに通過した放射を円偏光するように動作する。第2の1/4波長
板は、第1のレンズ群の前のレチクルの後で、放射を直線偏光するように動作す
る。凹面鏡は、単位倍率近くで動作する。これは、その鏡によって導入される収
差およびビームスプリッタ立方に入力する放射の直径を減らす。凹面鏡の前の第
1のレンズ群および第2のレンズ群は、凹面鏡およびその近傍におけるアパーチ
ャストップで無限に入射瞳をイメージするのに十分な出力を提供する。凹面鏡の
後の第3のレンズ群は、オブジェクトから光学システムのイメージまでの縮小し
たかなりの部分、および、アパーチャストップの無限の射出瞳への投射を提供す
る。高次の収差は、非球面凹面鏡を用いることによって、縮小される。
【0011】 本発明のさらなる実施形態、特徴および利点は、本発明のさまざまな実施形態
の構造および動作と同様に、添付の図面を参照して、以下に詳細に記載される。
【0012】 本明細書に組み込まれ、本明細書の一部分を形成する添付の図面は、本発明を
その記載とともに図示し、さらに、本発明の原理を説明する役割を果たし、当業
者が本発明を行なうこと、かつ、使用することを可能にする。
【0013】 ここで、添付の図面を参照して、本発明を説明する。図面において、同じ参照
符号は、同じまたは機能的に類似な要素を示す。さらに、参照番号の最も左の番
号(単数または複数)は、その参照符号が始めに登場した図面を特定する。
【0014】 (好適な実施形態の詳細な説明) I. 概説 A. 従来の光学システム B. レチクル回折 C. 偏光および波長板 II. 専門用語 III. 例示のインプリメンテーション A. レチクル回折誘導バイアスを削減した光学システム B. 別の実施形態 C. さらなる実施形態 IV. 別のインプリメンテーション I. 概説 A. 従来の光学システム 図1は、従来の光縮小システムを図示する。レチクルが配置される長い共役端
からウェハが配置される短い共役端にまで、従来の光縮小システムは、第1の光
学要素群120と、ビームスプリッタ立方150と、第1の1/4波長板140
と、凹面鏡130と、第2の1/4波長板160と、第2の光学要素群170と
を有する。任意の光学システムのフューチャは、開口数のサイズおよびスペクト
ル放射の要件に相互依存する。イメージまたはウェハ平面180に効率的に照射
するために、直線偏光が使用され得る。上で紹介された直線偏光に限定して、以
下のセクションを説明する。
【0015】 B. レチクル回折誘導バイアス 本発明者が認識したように、約0.5より大きい開口数における直線偏光の使
用により、イメージングにおいて、小さいが注目すべき非対称性が導入される。
イメージングにおけるこれらの非対称性は、特定のフューチャ配向における直線
偏光の回折によって少なくとも部分的に生じる。
【0016】 図2Aは、レチクル110における直線偏光の使用から生じる非対称性または
プリントバイアスを図示する。同様に、レチクル110は、直線偏光205およ
び円偏光210の両方の経路に配置される。2つのタイプの光は、分離器215
によって分離される。レチクルの後、光の強度は、分布曲線220、225によ
って示されるように、異なって分布される。その結果は、ウェハ180に示され
る。ここで、直線偏光205の使用から生じる投射イメージ230は、円偏光2
10の使用から生じる投射イメージ235ほど明瞭またはシャープではない。
【0017】 円偏光210は、イメージングの挙動において非偏光から識別不能である。非
偏光のイメージングの挙動は、投射されるフューチャの配向にかかわらず、等し
く回折される。投射光学要素は非偏光を受容することができないが、直線偏光を
必要とする場合、レチクルを照射するための円偏光を提供し、それにより、フュ
ーチャ配向バイアスを取り除くことができる。したがって、プリントバイアスが
減少する。
【0018】 C. 偏光および波長板 波長板の特性を図2Bおよび図2Cに示す。図2Bは、1/4波長板の特性を
図示する。直線偏光入力240は、入力偏光平面255において波長板245に
入力する。光軸250および以下に詳細に記載されるほかの要因が、出力光の配
向を決定する。ここで、波長板245は、円偏光出力260を生成するように設
計される。
【0019】 図2Cは、半波長板の特性を図示する。直線偏光入力265は、入力偏光平面
280において波長板270に入力する。光軸275および以下に詳細に記載さ
れるほかの要因が、出力光の配向を決定する。ここで、波長板270は、偏光リ
タデーション出力285の平面で直線偏光するように設計される。
【0020】 波長板(リタデーション板または位相器)は、複屈折を示す材料から作製され
る。石英のような、複屈折材料は、ほぼ非等方性である。これは、電子雲におけ
る原子結合力が異なる方向で異なり、結果として、屈折率も同様に異なることを
意味する。
【0021】 単軸複屈折結晶の場合、光学軸(図2Bおよび図2Cにおいて、要素250、
275として、それぞれ示される)として知られた1つの対称軸(実際には、1
つの方向)は、2つの異なる主屈折率を示す。これは、最大屈折率no(遅軸)
と最小屈折率ne(速軸)である。これら2つの屈折率は、光軸に平行および垂
直な光フィールド発振に対応する。
【0022】 最大屈折率は、その材料を通過する常光線の結果である。最小屈折率は、その
材料を通過する異常光線の結果である。複屈折材料を通る常光線および異常光線
の速度は、屈折率とともに激しく変化する。2つの光線を再び結合する場合、速
度の差は位相差を生じる。直線偏光光線を入射する場合、これは、
【0023】
【数1】 によって与えられ、ここで、αは位相差、dは波長板の厚さ、ne、noは異常光
および常光のそれぞれの屈折率、λは波長である。したがって、任意の特定の波
長において、位相差は、波長板の厚さによって統制される。
【0024】 上述したように、図2Bは、1/4波長板の動作を図示する。1/4波長板の
厚さは、位相差が1/4波長の(ゼロ次)または1/4波長の数倍(多次)にな
るようなものである。入射する直線偏光光線の電場ベクトルと1/4波長板のリ
タデーション主断面との間の角度が45度である場合、発生するビームは円偏光
される。
【0025】 さらに、1/4波長板を2回通過すると、例えば、光がミラーによって反射さ
れて1/4波長板を2回通過すると、それは半波長板のように作用する。
【0026】 入射光の波長の1/4を導入する複屈折材料の厚さは、1/4波長板を意味す
る。これは、半波長の整数倍に1/4波長を足したもの、または、1/4波長だ
け異なる位相リタデーションの材料の2つの厚さと比較される。それにより、入
射角度の大きな変動の悪影響は、ゼロ次の波長板の使用によって、かつ、入射平
面のフィールドサイズを制限することによって、高開口数において最小化される
【0027】 同様に、図2Cは、半波長板の動作を図示する。半波長板の厚さは、位相差が
1/2波長(ゼロ次)または1/2波長の奇数倍(多次)であるようなものであ
る。半波長板に入射する直線偏光光線は、光軸に対する角度が入射光線の2倍の
角度であるように回転された直線偏光光線として、発せられる。
【0028】 II. 専門用語 本発明をより明らかに描写するために、可能な限り一貫して以下の用語規定に
忠実になるように明細書全体にわたって尽力されている。
【0029】 用語「回路機構」は、半導体デバイスにおいて使用するために設計されたフュ
ーチャを指す。
【0030】 用語「線量配向」は、投射に対してレチクルにプリントされたパターンを指す
【0031】 用語「長い共役端」は、光学システムのオブジェクトまたはレチクル端におけ
る平面を指す。
【0032】 用語「プリントバイアス」は、光学システムの非対称性によって生成されたウ
ェハ上の線における変動を指す。非対称性は、システムおよびレチクルのさまざ
まなステージでの回折によって生成される。
【0033】 用語「半導体」は、電気的に変更され得る固体基板を指す。
【0034】 用語「半導体チップ」は、任意の数のトランジスタまたは他の構成要素を有す
る半導体デバイスを指す。
【0035】 用語「半導体デバイス」は、電子機器所有半導体チップまたは他の構成要素を
指す。
【0036】 用語「短い共役端」は、光学システムのイメージまたはウェハ端における平面
を指す。
【0037】 用語「波長板」は、複屈折を示す材料から作成されるリタデーション板または
位相器を指す。
【0038】 (III.例示的なインプリメンテーション) (A.レチクル回折誘起バイアスのない光学システム) 本発明は、従来のシステムのレチクル回折誘起バイアスをなくすために円偏光
を用いる。図3は、このような非対称またはプリントバイアスをなくす本発明の
実施形態を示す。第1の1/4波長板305は、物体またはレチクル面110の
前に導入される。第1の1/4波長板305は、図2Bに示されるように直線偏
光を円偏光に変換する。上述されたように、円偏光は、結像挙動にいては非偏光
と区別することができない。非偏光の結像挙動は、特徴部(ここを通って投影さ
れる)の配向に関わらず、等しく回折される。従って、レチクル回折によって得
られるプリントバイアスは小さくなる。
【0039】 残りの光学システムを通って生じる透過損を最小にするために、第2の1/4
波長板315が、光学構成要素群320の前に放射を直線偏光にするために挿入
される。
【0040】 1/4波長板305、315、340および360に関して、1つの配向は入
射光の速い軸に平行な速い軸に向けられた第1の1/4波長板305を有する。
第2の1/4波長板315および第4の1/4波長板360は、平行な速い軸を
有するが、第3の1/4波長板340の速い軸に垂直である。
【0041】 (B.別の実施形態) また、第2の1/4波長板315が、ビームスプリッター350の前であれば
システム内のどこにでも挿入することができることは当業者にとって明らかであ
る。この局面を図4に示す。図4では、第2の1/4波長板425が同じ機能を
果たす。光学構成要素群320内の円偏光を用いたことによって生じる透過損は
、第2の1/4波長板425の配置に影響を及ぼす。
【0042】 具体的には、ビームスプリッターにおいて非偏光または円偏光を用いることに
よって50%の透過損が生じる。非偏光ビームスプリッターを用いた場合、光の
75%を損失することになる。従って、別の実施形態が可能であるが、適切にイ
ンプリメントすることができないかもしれない。
【0043】 1/4波長板405、425、440および460に関して、1つの配向は、
入射光の速い軸に平行な速い軸に向けられた第1の1/4波長板405を有する
。第2の1/4波長板425および第4の1/4波長板460は、平行な速い軸
を有するが、第3の1/4波長板440の速い軸に垂直である。
【0044】 (C.さらなる実施形態) 本発明は、種々の投影光学システムにおいて実現され得る。例えば、本発明は
、本明細書中に詳細に説明されるカタディオプトリックシステムならびに屈折シ
ステムおよび反射システムにおいて実現され得る。本明細書において提供される
教示内容に少なくとも基づけば、当業者であれば、本発明の実施形態が他の縮小
システムにも適用可能であることを理解する。本発明のさらなる詳細な実施形態
を以下に提供する。
【0045】 図5は、本発明の光学縮小システムの1実施形態を示す。この光学縮小システ
ムは、図5の長共役端部から、第1の1/4波長板508、物体またはレチクル
面110、第2の1/4波長板511、第1のレンズ群LG1、折りたたみ式ミ
ラー520、第2のレンズ群LG2、ビームスプリッター立方530、第3の1
/4波長板532、凹面ミラー534、第2の1/4波長板538および第3の
レンズ群LG3を含む。画像は、画像面またはウェハ面180に形成される。第
1のレンズ群LG1は、シェル512、正レンズ514および負レンズ516を
含む間隔を空けて配置されるデュプレットおよび正レンズ518を含む。シェル
512は、ほぼ0の出力または0の出力レンズである。第2のレンズ群LG2は
、正レンズ522、正レンズ524および負レンズ526を含む間隔を空けて配
置されるデュプレットおよび負レンズ528を含む。第3のレンズ群LG3は、
強い正である2つの正レンズ540と542、および弱い正である2つの正レン
ズ546と548を含む。第1の1/4波長板508は、物体またはレチクル面
110に入射する円偏光を透過させる。折りたたみ式ミラー520は、本発明を
動作させるために必須ではない。しかしながら、折りたたみ式ミラーは、物体面
および画像面が平行となることを可能にする。このことは、本発明の光学システ
ムの1つの目的とするアプリケーションにとって都合がよい。このアプリケーシ
ョンは、ステップおよびスキャンシステムによるフォトリソグラフィーを用いた
半導体デバイスの製造である。
【0046】 放射が、長共役端部においてシステムに入り、第1のレンズ群LG1を通って
、折りたたみ式ミラー520で反射され、第2のレンズ群LG2を通る。放射は
、ビームスプリッター立方530に入って、表面536で反射され、1/4波長
板532を通過して凹面ミラー534で反射される。次いで、放射は、再度1/
4波長板532、ビームスプリッター立方530を通り、1/4波長板538、
レンズ群LG3を通って、画像またはウェハ面180で焦点を合わせられる。
【0047】 ミラーのレンズ群上流LG1、LG2は、凹面ミラー534でまたは近傍での
アパーチャストップ531に無限遠における入射瞳を結像するのに十分な出力の
みを提供する。レンズ群LG1とLG2とを組み合わせた出力は、わずかに負で
ある。シェル512および空隙デュプレット514と516は、非点収差、像面
湾曲およびディストーションを含む収差補正を助ける。凹面ミラー534の後に
あるレンズ群LG3は、物体から画像サイズへの縮小のほとんどを提供し、かつ
無限遠の出射瞳へとアパーチャストップを投影する。2つの強い正レンズ540
および542は、画像および無限遠での出射瞳における高い開口数を提供する。
シェル544はほとんど出力を有さない。2つの弱い正レンズ546および54
8は、高次数の収差の補正を促進する。凹面ミラー534は、全体のシステムの
縮小率の1.6〜2.7倍の縮小率を提供し得る。
【0048】 第2のレンズ群LG2における負レンズ524は、ビームスプリッター立方5
30および凹面ミラー534に向けられた強い発散ビームを提供する。強い正レ
ンズ522は横方向の色補正を提供する。レンズ524および526を含む空隙
デュプレットは、球面収差およびコマ収差を補正するのを助ける。凹面ミラー5
34は好ましくは非球面であり、従って高次の収差をさらに低減するのに役立つ
【0049】 ビームスプリッター立方530によって生じる透過損は、線形な偏光によって
物体またはレチクルを照射し、ビームスプリッター立方530と凹面ミラー53
4との間に1/4波長板532を含むことによって、最小化される。さらに、凹
面ミラー534およびビームスプリッター立方530の後にあるレンズ群LG3
の開口数を増やすことによって、これらのエレメントにおける最大角範囲がみら
れなくなる。
【0050】 しかしながら、約0.5より大きな開口数の直線偏光を用いると、結像におい
て微小であるが、顕著な非対称性が生じる。本発明では、ビームスプリッター立
方530を最後に通った後別の1/4波長板538を導入して、直線偏光を円偏
光に変換することによって、上記のことは効果的になくなり得る。この円偏光は
、基本的には、その結像挙動において非偏光と区別不可能である。
【0051】 図5に示される光学システムは、4対1の縮小率で動作するように設計されて
いる。従って、画像空間における開口数は、物体またはレチクル面110におい
て4〜0.175の因子によって0.7から減少される。すなわち、物体空間開
口数は0.175であり、画像空間開口数は0.7である。第1のレンズ群LG
1を離れると、開口数は0.12まで減少し、その結果、無限遠での入射瞳を凹
面ミラー534の近傍にあるシステムのアパーチャストップに結像するのにレン
ズ群LG1に正出力が必要となる。第2のレンズ群LG2を離れた後、ビームス
プリッターに入ると、開口数は0.19である。従って、第2のレンズ群LG2
からの出射開口数(0.19)は、レンズ群LG1の入射、または物体空間開口
数(0.175)に比べて大きい。すなわち、第2のレンズ群LG2は、第1の
レンズ群LG1の入射開口数よりも大きな出射開口数を有する。これは、第2の
レンズ群LG2の負出力全体に起因して、物体空間開口数(0.175)と極め
て類似している。これは、ビームスプリッター立方に入ってくる開口数が典型的
には0に近い、すなわちほぼ平行化された従来のシステムと異なる。凹面ミラー
534はほぼコンセントリックであり、その凹面ミラー534から反射される放
射の開口数は、0.19から0.35へとわずかに増えるのみである。第3のレ
ンズ群LG3は、ウェハまたは画像面180において最終的な値0.7へと開口
数を効果的に2倍にする。
【0052】 本発明は、負の第2のレンズ群LG2および強い正の第3のレンズ群LG3に
よってビームスプリッター立方のエッジが遮ることなく、比較的高い開口数を達
成する。板ビームスプリッターではなくてビームスプリッター立方530を用い
ることが本発明において重要である。なぜなら、約0.45より大きな開口数で
、ビームスプリッター立方はより良好なパフォーマンスを提供するためである。
ガラスの屈折率により立方内の開口数が減少し、非平行なビームがチルトした板
ビームスプリッターに入射された際にその板ビームスプリッターによって生じる
収差はない。本発明による図5に示されるレンズシステムの構成データを以下の
表1に示す。
【0053】
【表6】 凹面ミラー534は、以下の式に従う非球面屈折面を有する。
【0054】
【数2】 ここで定数は以下のようになる。 CURV=−0.00289051 K=0.000000 A=6.08975×10-11 B=2.64378×1014 C=9.82237×10-19 D=7.98056×10-23 E=−5.96805×10-27 F=4.85179×10-31 表1の構成によるレンズは、中心が248.4ナノメートルの放射に対して最
適化されている。石英ガラスおよび屈折力の大部分をなす1つの屈折材料は、図
5に示す実施形態のスペクトル帯域幅を約10ピコメートルすなわち0.01ナ
ノメートルに制限する。このスペクトル帯域幅は、狭い線幅のフッ化クリプトン
エキシマレーザ光源に非常によく適している。図5に示す実施形態は、石英ガラ
スが適切に透過する任意の波長に対して最適化され得る。
【0055】 より広いスペクトル帯域幅は、異なる分散を有する2つの光学材料を用いて達
成され得る。本発明の第2の実施形態を図6に示す。図6の長共役端部から、第
1の1/4波長板608、物体またはレチクル面110、第2の1/4波長板6
11、レンズ群LG4、折りたたみ式ミラー622、レンズ群LG5、表面63
8を有するビームスプリッター立方632、第3の1/4波長板634、凹面ミ
ラー636、第4の1/4波長板640およびレンズ群LG6を含む。画像は、
画像またはウェハ面180で形成される。レンズ群LG4は、負レンズ612と
正レンズ614とを含む間隔を空けて配置されるデュプレット、弱い正レンズ6
16、正レンズ618およびシェル620を含む。レンズ群LG5は、正レンズ
624、負レンズ626、正レンズ628および負レンズ630を含む。レンズ
群LG6は、2つの正レンズ642、正レンズ644と負レンズ646とを含む
複合デュプレット、正レンズ648およびシェル650と正レンズ652とを含
む複合デュプレットを含む。
【0056】 この第2の実施形態は、レンズ群LG4の個々の正レンズ、レンズ群LG5の
個々の負のレンズのうちの1つおよびレンズ群LG6の正のレンズのうち2つに
フッ化カルシウムを用いる。本発明の図6に示される第2の実施形態の構成デー
タを以下の表2に示す。
【0057】
【表7】 ここで、表1の後の式に用いられた非球面ミラー634の定数は、以下のように
なる。 CURV=−0.00286744 K=0.000000 A=−1.92013×10-09 B=−3.50840×10-14 C=2.95934×10-19 D=−1.10495×10-22 E=9.03439×10-27 F=−1.39494×10-31 この第2の実施形態は、中心が193.3ナノメートルの放射に対して最適化
されており、約200ピコメートル、すなわち0.2ナノメートルのスペクトル
帯域幅を有する。わずかに狭い線幅のフッ化アルゴンエキシマレーザが適切な光
源である。さらに、この設計は、両方の屈折材料が適切に透過する任意の波長に
対して最適化され得る。材料の分散が小さくなるにつれて、帯域幅は一般に、よ
り長い波長に対して増加する。例えば、このような2つの材料設計は、248.
4ナノメートル付近では、少なくとも400ピコメートル(0.4ナノメートル
)の帯域幅にわたって動作する。
【0058】 360ナノメートルよりも長い波長では、光学ガラスのより広い範囲で適切に
透過し始める。図7に示される第3の実施形態は、このガラスの広い選択範囲を
利用して、さらに分散を減少させる。第3の実施形態は、図7の長共役端部から
、第1の1/4波長板708、物体またはレチクル面110、第2の1/4波長
板711、レンズ群LG7、折りたたみ式ミラー722、レンズ群LG8、表面
738を有するビームスプリッター立方732、第3の1/4波長板734、凹
面ミラー736、第4の1/4波長板740およびレンズ群LG9を含む。画像
は、画像またはウェハ面180で形成される。レンズ群LG7は、負レンズ71
2と正レンズ714とを含む間隔を空けて配置されるデュプレット、正レンズ7
16と負レンズ718とを含む間隔を空けて配置されるデュプレットおよび正レ
ンズ720を含む。レンズ群LG8は、正レンズ724、負レンズ726、正レ
ンズ728および負レンズ730を含む。レンズLG9は、正レンズ742、正
レンズ744と負レンズ746とを含む複合デュプレット、正レンズ748およ
びシェル750と正レンズ752とを含む複合デュプレットを含む。
【0059】 図7に示す第3の実施形態の構成データを以下の表3に示す。
【0060】
【表8】 ここで、表1の後の式に用いられた非球面ミラー736の定数は、以下のように
なる。 CURV=−0.00291648 K=0.000000 A=−1.27285×10-09 B=−1.92865×10-14 C=6.21813×10-19 D=−6.80975×1023 E=6.04233×10-27 F=3.64479×10-32 この第3の実施形態は、中心が365.5ナノメートルで8ナノメートルのス
ペクトル帯域幅にわたって動作する。このスペクトル帯域幅の放射は、Iライン
周波帯においてフィルタリングされた水銀アークランプによって提供され得る。
この第3の実施形態において用いられる石英ガラス以外の光学ガラスは、一般に
はIラインガラスとして知られている。これらの光学ガラスは、水銀Iライン波
長において少なくとも吸収またはソラリゼーション効果を有する。
【0061】 図8は、本発明の光学縮小システムの第4の実施形態を示す。この実施形態は
0.63の開口数を有し、中心が248.4ナノメートルにおいて300ピコメ
ートル(好ましくは100ピコメートル)のスペクトル帯域幅で動作し得る。図
8の長共役端部から、光学縮小システムは、第1の1/4波長板808、物体ま
たはレチクル面110、第2の1/4波長板811、第1のレンズ群LG1、折
りたたみ式ミラー820、第2のレンズ群LG2、ビームスプリッター立方83
0、第1の1/4波長板832、凹面ミラー834、第2の1/4波長板838
および第3のレンズ群LG3を含む。画像は画像またはウェハ面180に形成さ
れる。
【0062】 第1のレンズ群LG1は、シェル812、正レンズ814と負レンズ816と
を含む間隔を空けて配置されるデュプレットおよび正レンズ818を含む。第2
のレンズ群LG2は、正レンズ822、負レンズ824と正レンズ826とを含
む間隔を空けて配置されるデュプレットおよび負レンズ828を含む。第3のレ
ンズ群LG3は、2つの正レンズ840と842、シェル844および2つの正
レンズ846と848を含む。ここでもやはり、図5に示される実施形態と同様
に、図8の折りたたみ式ミラー820は、本発明の動作に必須ではないものの、
物体110および画像面180を互いに平行にすることができる。このことは、
フォトリソグラフィーを用いて半導体デバイスを製造するのに都合がよい。
【0063】 図8に示す第4の実施形態の構成データを以下の表4に示す。
【0064】
【表9】 ここで、表1の後の式に用いられた非球面ミラー834の定数は、以下のように
なる。 CURV=−0.00332614 K=0.000000 A=−4.32261E−10 B=3.50228E−14 C=7.13264E−19 D=2.73587E−22 この第4の実施形態は、中心が248.4nmの放射に対して最適化されてい
る。石英ガラスおよび屈折力の大部分をなす1つの屈折材料は、図8に示される
実施形態のスペクトル帯域幅を制限する。しかしながら、第4の実施形態は、最
初の3つの実施形態と同様に最大開口数0.7ではなくて最大開口数0.63を
有するので、第4の実施形態は、スペクトルの半波高全幅値300ピコメートル
(または好ましくは、100ピコメートル)にわたって許容され得る結像を提供
する。従って、前者では狭くない、後者では狭いエキシマレーザが光源に採用さ
れ得る。
【0065】 第4の実施形態は、以下の点で最初の3つの実施形態と異なる。すなわち、第
4の実施形態のLG1およびLG2の正味の出力は、最初の3つの実施形態にお
けるように弱い負ではなくて弱い正である。さらに、このことは、LG1とLG
2とを合わせた全体の集光力は、正または負の何れかであり得、やはり無限遠に
て入射瞳を凹面ミラー834でまたはその付近で結像することを可能にすること
を示す。
【0066】 図9は、本発明の光学縮小システムの第5の実施形態を示す。好ましくは、こ
の実施形態は、開口数0.60を有し、中心が248.4ナノメートルにおいて
300ピコメートルのスペクトル帯域幅で動作する。この光学縮小システムは、
図9の長共役端部から、第1の1/4波長板908、物体またはレチクル面11
0、第2の1/4波長板911、第1のレンズ群LG1、折りたたみ式ミラー9
20、第2のレンズ群LG2、ビームスプリッター立方930、第3の1/4波
長板932、凹面ミラー934、第4の1/4波長板938および第3のレンズ
群LG3を含む。画像は、画像またはウェハ面180に形成される。
【0067】 第1のレンズ群LG1は、シェル912、正レンズ914と負レンズ916と
を含む間隔を空けて配置されるデュプレットおよび正レンズ918を含む。第2
のレンズ群LG2は、正レンズ922、負レンズ924と正レンズ926とを含
む間隔を空けて配置されるデュプレットおよび負レンズ928を含む。第3のレ
ンズ群LG3は、2つの正レンズ940と942、シェル944および2つの正
レンズ946と948を含む。ここでもやはり、図5に示される実施形態と同様
に、図9の折りたたみ式ミラー920は、本発明の動作に必須ではないものの、
物体および画像面を互いに平行にすることができる。このことは、フォトリソグ
ラフィーを用いて半導体デバイスを製造するのに都合がよい。
【0068】 図9に示す第5の実施形態の構成データを以下の表4に示す。
【0069】
【表10】 ここで、表1の後の式に用いられた非球面ミラー934の定数は、以下のように
なる。 CURV=−0.00325995 K=0.000000 A=−6.91799E−10 B=5.26952E−15 C=6.10046E−19 D=1.59429E−22 この第5の実施形態は、中心が248.4nmの放射に対して最適化されてい
る。石英ガラスおよび屈折力の大部分をなす1つの屈折材料は、図9に示される
実施形態のスペクトル帯域幅を制限する。しかしながら、第5の実施形態は、最
初の3つの実施形態と同様に最大開口数0.7ではなくて最大開口数0.6を有
するので、第5の実施形態は、スペクトルの半波高全幅値300ピコメートルに
わたって許容され得る結像を提供する。従って、狭くないエキシマレーザが光源
に採用され得る。第5の実施形態は、以下の点で最初の3つの実施形態と異なる
。すなわち、第5の実施形態のLG1およびLG2の正味の出力は、最初の3つ
の実施形態におけるように弱い負ではなくて弱い正である。さらに、このことは
、LG1とLG2とを合わせた全体の集光力は、正または負の何れかであり得、
やはり無限遠にて入射瞳を凹面ミラー934でまたはその付近で結像することを
可能にすることを示す。
【0070】 (IV.別のインプリメンテーション) 上記のどの実施形態においても第1の1/4波長板の使用は、長共役端部に入
射する放射の初期偏光に依存することが当業者には明らかである。従って、光の
偏光が、長共役端部の前で円偏光または非偏光である場合には、直線偏光を円偏
光に変換するために用いられる第1の1/4波長板を省くことができる。
【0071】 このようなインプリメンテーションは、図3から第1の1/4波長板305お
よび/または図4から第1の1/4波長板405を省くことによって示され得る
。上述の他の実施形態におけるこの構成のさらなるインプリメンテーションは、
当業者に明らかである。
【0072】 (結論) 本発明の特定の実施形態を上述してきたが、これらは単なる例示として示され
たものであって、制限するものではないことを理解されたい。当業者であれば、
上掲の特許請求の範囲に規定される本発明の意図および範囲を逸脱することなく
、本明細書中において形態および細部における種々の変更を為し得ることを理解
する。従って、本発明の広さおよび範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれに
よっても制限されるのではなく、上掲の特許請求の範囲およびその均等物によお
ってのみ規定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、従来の光学投射システムの模式図である。
【図2A】 図2Aは、レチクルにおける回折を示す図である。
【図2B】 図2Bは、1/4波長板の特性を示す図である。
【図2C】 図2Cは、半波長板の特性を示す図である。
【図3】 図3は、2つより1/4波長板を用いた、本発明の模式図である。
【図4】 図4は、別の実施形態の模式図である。
【図5】 図5は、単屈折材料を用いた本発明のある実施形態の模式図である。
【図6】 図6は、2つの異なる屈折材料を用いた本発明の別の実施形態である。
【図7】 図7は、2つより多くの異なる屈折材料を用いた本発明の別の実施形態である
【図8】 図8は、本発明の別の実施形態である。
【図9】 図9は、本発明のさらに別の実施形態である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,B Z,CA,CH,CN,CO,CR,CU,CZ,DE ,DK,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD, GE,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,I S,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK ,LR,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG, MK,MN,MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,P T,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL ,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,UZ, VN,YU,ZA,ZW Fターム(参考) 2H087 KA21 NA02 NA04 RA32 RA41 RA42 RA43 TA01 TA03 TA04 TA06 UA03 UA04 5F046 BA04 BA05 CB03 CB05 CB10 CB11 CB12 CB17 CB23 CB25

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 物体空間開口数を有する光学縮小システムであって、 1/4波長位相差を提供する第1の位相シフト手段と、 投影された画像を提供する物体手段であって、該第1の位相シフト手段の位相
    差は円偏光を提供し、該物体手段から投影された画像は、同じ円偏光を用いて画
    像の細部を提供する、物体手段と、 1/4波長位相差を提供する第2の位相シフト手段と を備える、光学縮小システム。
  2. 【請求項2】 前記物体空間開口数よりも大きな入射開口数を備えた負の出
    力を提供する第1のレンズ手段と、 ビームスプリッターと、 凹面ミラーと、 正の出力を提供する第2のレンズ手段と をさらに備え、前記位相シフト手段の位相差は直線偏光を提供し、該第1のレ
    ンズ手段の該負の出力は、無限遠において前記システムの入射瞳を該ミラーにお
    けるまたは該ミラーの近傍のアパーチャストップへ結像するのに十分な出力を提
    供し、該第2のレンズ手段の該正の出力は、該システムの出力の実質的に全てを
    提供し、かつ該システムの出射瞳を無限遠へと結像する、請求項1に記載の光学
    縮小システム。
  3. 【請求項3】 長共役端部から短共役端部の光学縮小システムであって、 第1の1/4波長板と、 物体面と、 第2の1/4波長板と、 入射開口数を有する正の出力の第1のレンズ群と、 負の出力の第2のレンズ群であって、該第2のレンズ群は、第1のレンズ群か
    ら隔てられ、該第1のレンズ群の該入射開口数よりも大きな出射開口数を有する
    、第2のレンズ群と、 ビームスプリッターと、 1/4波長板と、 凹面ミラーと、 正の出力の第3のレンズ群と を備え、該第1のレンズ群の該正の出力は、無限遠において該システムの入射
    瞳を該第2のレンズ群を通して該ミラーにおけるまたは該ミラーの近傍における
    アパーチャストップへ結像するの十分な出力を提供し、該第2のレンズ群の該負
    の出力は、該凹面ミラーに必要な共役を提供し、該第3のレンズ群の該正の出力
    は、システム全体の出力の残りを提供し、該システムの出射瞳を無限遠に結像す
    る、光学縮小システム。
  4. 【請求項4】 前記第2の1/4波長板は、前記ビームスプリッターの前の
    任意の場所に配置することが可能である、請求項3に記載の光学縮小システム。
  5. 【請求項5】 前記ビームスプリッターと前記凹面ミラーとの間に配置され
    る第3の1/4波長板をさらに備える、請求項4に記載の光学縮小システム。
  6. 【請求項6】 前記ビームスプリッターと前記第3のレンズ群との間に配置
    される第4の1/4波長板をさらに備える、請求項5に記載の光学縮小システム
  7. 【請求項7】 長共役端部から短共役端部の光学縮小システムであって、 第1の1/4波長板と、 正の出力の第1のレンズ群と、 負の出力の第2のレンズ群と、 ビームスプリッターと、 第2の1/4波長板と、 凹面ミラーと、 正の出力の第3のレンズ群と を備え、該第1のレンズ群は、 少なくとも1つの正の出力のレンズと、 実質的に0の出力の第1のレンズと、 第1のデュプレットと を含み、該実質的に0の出力の第1のレンズおよび該第1のデュプレットは、
    非点収差のような収差、視野曲率、歪みを補正するのを助け、 該第2のレンズ群は、 少なくとも1つの負の出力のレンズと、 正のレンズと、 第2のデュプレットと を含み、該少なくとも1つの負の出力のレンズは、該ビームスプリッターおよ
    び該ミラーに発散ビームを提供し、該正のレンズは、横方向の色補正を提供し、
    該第2のデュプレットは、球面収差およびコマ収差を補正するのを助け、 該第1のレンズ群の該正の出力は、無限遠において該システムの入射瞳を、該
    第2のレンズ群を介して該ミラーにおけるまたは該ミラー近傍のアパーチャスト
    ップへと結像するのに十分な出力を提供し、該第2のレンズ群の該負の出力は、
    該凹面ミラーに必要な共役を提供し、該第3のレンズ群の該正の出力は、システ
    ム全体の出力の残りを提供し、該システムの出射瞳を無限遠に結像する、光学縮
    小システム。
  8. 【請求項8】 前記ビームスプリッターと前記第3のレンズ群との間に配置
    される第3の1/4波長板をさらに備える、請求項7に記載の光学縮小システム
  9. 【請求項9】 前記光学縮小システムの前に配置される第4の1/4波長板
    をさらに備え、それにより該システムに入射する直線偏光が円偏光にされる、請
    求項8に記載の光学縮小システム。
  10. 【請求項10】 以下の構成データによる構成を備える光学縮小システム。 【表1】
  11. 【請求項11】 比較的高い開口数を有する、長共役端部から短共役端部の
    光学縮小システムであって、 物体面と、 第1の1/4波長板と、 第1のデュプレットと、 第1の正のレンズと、 第2の正のレンズと、 シェルと、 折りたたみ式ミラーと、 第3の正のレンズと、 第1の負のレンズと、 第4の正のレンズと、 第2の負のレンズと、 ビームスプリッター立方と、 第2の1/4波長板と、 凹面ミラーと、 第3の1/4波長板と、 第5の正のレンズと、 第2のデュプレットと、 第6の正のレンズと、 第3のデュプレットと を備え、該システムに入射する放射が、該物体面、該第1の1/4波長板と、
    該第1のデュプレット、該第1の正のレンズ、該第2の正のレンズ、該シェル、
    該折りたたみ式ミラー、該第3の正のレンズ、該第1の負のレンズ、該第2の負
    のレンズ、該ビームスプリッター立方、該第2の1/4波長板を通って、該凹面
    ミラーで反射されて、再度該第2の1/4波長板と該ビームスプリッター立方を
    通り、該第3の1/4波長板、該第5の正のレンズ、該第2のデュプレット、第
    6の正のレンズおよび第3のデュプレットを通るように配列される、光学縮小シ
    ステム。
  12. 【請求項12】 前記第1の1/4波長板は前記ビームスプリッターの前の
    任意の場所に配置することが可能である、請求項11に記載の光学縮小システム
  13. 【請求項13】 前記物体面の前に第4の1/4波長板をさらに備える、請
    求項12に記載の光学縮小システム。
  14. 【請求項14】 以下の構成データによる構成を有する、請求項13に記載
    の光学縮小システム。 【表2】
  15. 【請求項15】 比較的高い開口数を有する、長共役端部から短共役端部の
    光学縮小システムであって、 物体面と、 第1の1/4波長板と、 第1のデュプレットと、 第2のデュプレットと、 第1の正のレンズと、 折りたたみ式ミラーと、 第2の正のレンズと、 第1の負のレンズと、 第3の正のレンズと、 第2の負のレンズと、 ビームスプリッター立方と、 第2の1/4波長板と、 凹面ミラーと、 第3の1/4波長板と、 第4の正のレンズと、 第3のデュプレットと、 第5の正のレンズと、 シェルと、 第6の正のレンズと を備え、該システムに入射する放射が、該物体面、該第1の1/4波長板と、
    該第1のデュプレット、該第2のデュプレット、該第1の正のレンズ、該折りた
    たみ式ミラー、該第2の正のレンズ、該第1の負のレンズ、該第3の正のレンズ
    、該第2の負のレンズ、該ビームスプリッター立方、該第2の1/4波長板を通
    って、該凹面ミラーで反射されて、再度該第2の1/4波長板と該ビームスプリ
    ッター立方を通り、該第3の1/4波長板、該第4の正のレンズ、該第3のデュ
    プレット、第5の正のレンズ、該シェルおよび第6の正のレンズを通るように配
    列される、光学縮小システム。
  16. 【請求項16】 前記第1の1/4波長板は前記ビームスプリッターの前の
    任意の場所に配置することが可能である、請求項15に記載の光学縮小システム
  17. 【請求項17】 前記物体面の前に第4の1/4波長板をさらに備える、請
    求項16に記載の光学縮小システム。
  18. 【請求項18】 以下の構成データによる構成を有する、請求項17に記載
    の光学縮小システム。 【表3】
  19. 【請求項19】 比較的高い開口数を有する、長共役端部から短共役端部の
    光学縮小システムであって、 物体面と、 正の出力の第1のレンズ群と、 負の出力の第2のレンズ群と、 ビームスプリッターと、 凹面ミラーと、 正の出力の第3のレンズ群と、 該物体面の前に配置される第1の1/4波長板と、 該物体面と該第1のレンズ群との間に配置される第2の1/4波長板と、 該ビームスプリッターと該凹面ミラーとの間に配置される第3の1/4波長板
    と、 該ビームスプリッターと該第3のレンズ群との間に配置される第4のビームス
    プリッターと を備え、該第1の1/4波長板の特性は、該システムに入射する直線偏光した
    放射を円偏光させ、該第2の1/4波長板の特性は、該物体面を離れる楕円偏光
    した放射を直線偏光させる、光学縮小システム。
  20. 【請求項20】 前記第1の1/4波長板は0次の1/4波長板である、請
    求項19に記載の光学縮小システム。
  21. 【請求項21】 前記第2の1/4波長板は0次の1/4波長板である、請
    求項19に記載の光学縮小システム。
  22. 【請求項22】 比較的高い開口数を有する、長共役端部から短共役端部の
    光学縮小システムであって、 第1の1/4波長板と、 物体面と、 第2の1/4波長板と、 正の出力の第1のレンズ群と、 負の出力の第2のレンズ群であって、該第1のレンズ群および該第2のレンズ
    群は正味の出力を有する、第2のレンズ群と、 ビームスプリッターであって、該第1のレンズ群および該第2のレンズ群の正
    味の出力により、該第1のレンズ群および該第2のレンズ群から該ビームスプリ
    ッターに非平行ビームで入ってくる、ビームスプリッターと、 第3の1/4波長板と、 凹面ミラーであって、該第1のレンズ群および該第2のレンズ群の正味の出力
    が、無限遠において該システムの入射瞳を該凹面ミラーにおけるまたは該凹面ミ
    ラー近傍のアパーチャストップへと結像するのに十分な出力のみを提供する、凹
    面ミラーと、 第4の1/4波長板と、 正の出力の第3のレンズ群と を備え、該システムに入射する放射が、該第1のレンズ群、該第2のレンズ群
    、該ビームスプリッターを通って、該凹面ミラーで反射されて再度該ビームスプ
    リッターを通り、該第3のレンズ群を通るように配列される、光学縮小システム
  23. 【請求項23】 前記第1の1/4波長板は入射光に向けられており、前記
    第2の1/4波長板および前記第4の1/4波長板は互いに平行に配置され、前
    記第3の1/4波長板は、該第2の1/4波長板に垂直に配置される、請求項2
    2に記載の光学縮小システム。
  24. 【請求項24】 以下のデータによる構成を有する、請求項23に記載の光
    学縮小システム。 【表4】
  25. 【請求項25】 以下のデータによる構成を有する、請求項23に記載の光
    学縮小システム。 【表5】
  26. 【請求項26】 画像空間開口数および物体空間開口数を有する、長共役端
    部から短共役端部の光学縮小システムであって、 正の出力の第1のレンズ群と、 負の出力の第2のレンズ群であって、該第2のレンズ群は該物体空間開口数に
    実質的に同じ入射開口数を有する、第2のレンズ群と、 ビームスプリッターと、 凹面ミラーと、 正の出力の第3のレンズ群と を備え、該システムに入射する放射が、該第1のレンズ群、該第2のレンズ群
    、該ビームスプリッターを通り、該凹面ミラーで反射されて再度該ビームスプリ
    ッターを通り、該第3のレンズ群を通るように配列される、光学縮小システム。
  27. 【請求項27】 前記入射開口数は前記物体空間開口数よりもわずかに大き
    い、請求項26に記載の光学縮小システム。
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