JP2004512552A - ８反射鏡型マイクロリソグラフィ用投影光学系 - Google Patents

Abstract

本発明は、物体面内のオブジェクトフィールドを像面内のイメージフィールドに結像させるための、入射瞳及び射出瞳を有した１０〜３０ｎｍの領域の波長によるＥＵＶ（極短紫外線）リソグラフィに用いられるマイクロリソグラフィ用投影光学系に関するものである。本発明は、第１の反射鏡、第２の反射鏡、第３の反射鏡、第４の反射鏡、第５の反射鏡、第６の反射鏡、第７の反射鏡、及び第８の反射鏡（Ｓ１〜Ｓ８）を備え、物体面１００から像面１０２までのビーム径路に食が無いことを特徴とする。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前提部分おいて書き部に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系、請求項１８に記載の投影露光装置、ならびに請求項１９に記載のチップの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１９３ｎｍより短い波長を用いたリソグラフィ、とりわけ使用する波長λがλ＝１１ｎｍ、ないしはλ＝１３ｎｍとされた極短紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィが、１３０ｎｍ未満、とくに１００ｎｍ未満の構造を結像するための実現可能な技術として論じられるようになってきている。リソグラフィの光学系の解像度（ＲＥＳ）は、下記の式で記述される：
【数１】

ここで、ｋ_１はリソグラフィ工程における固有の係数であり、λは入射する光の波長、ＮＡは系（光学系）の像側の開口数を表す。
【０００３】
極短紫外線（ＥＵＶ）領域における結像光学系には、光学要素として、主に多層膜を用いた反射系が用いられる。多層膜系としては、波長λ＝１１ｎｍでは特にＭｏ／Ｂｅ系が、波長λ＝１３ｎｍではＭｏ／Ｓｉ系が好適に用いられている。
【０００４】
使用される多層膜の反射率は、現在最大でおよそ７０％程度の値であるため、ＥＵＶマイクロリソグラフィに用いられる投影光学系（投影対物系）には、光学要素をできるだけ少なくして十分な光量を得ることが要求される。
【０００５】
他方、できるだけ高い解像度を得るには、光学系ができるだけ大きな像側の開口を有していなければならない。
【０００６】
リソグラフィ光学系に関して好ましいのは、投影光学系の内部での光線径路が、影が作られない、すなわち食が起こらない状態とされている場合である。とりわけ、通過領域、それも特に開口部を持った反射鏡は、投影光学系（投影対物系）に設けられるべきではない。というのも、通過領域によって影がつけられるからである。通過領域を持った反射鏡がこの対物系に無ければ、対物系は食の無い光線径路を有し、対物系の射出瞳は影が作られない状態となる。しかも、こういった影が作られない系の開口絞りに、あるいは、この開口絞りに対して共役な面に、影をつける装置を配置する必要がない。いわゆるシュバルツシルト反射鏡系等、影が作られた射出瞳を有する系の欠点は、所定の大きさの構造が、制限されてしか結像されないということにある。射出瞳は、開口絞りと像面との間の光線径路中に存在する対物系の構成部分によって結像される開口絞りの像として定義されている。
【０００７】
例えば、米国特許第５，３１５，６２９号明細書、あるいは、欧州特許第０４８０６１７号明細書より、マイクロリソグラフィ用の４反射鏡系が公知となっている。この種の光学系ではしかしながら、少なくとも１ｍｍの走査スリット幅のフィールドの十分な大きさでは、像側の開口数がＮＡ＝０．１の値にしかならない。従って、１０〜３０ｎｍの波長を有したＸ線光を用いる場合、解像度の限界は７０ｎｍ程度である。
【０００８】
マイクロリソグラフィ用の６反射鏡系が、以下の刊行物、米国特許第５１５３８９８号明細書、欧州特許出願公開第０２５２７３４号明細書、欧州特許出願公開第０９４７８８２号明細書、米国特許第５６８６７２８号明細書、欧州特許出願公開第０７７９５２８号明細書、米国特許第５８１５３１０号明細書、国際公開第９９／５７６０６号パンフレット、及び米国特許第６０３３０７９号明細書より公知となっている。
【０００９】
上記の類の６反射鏡系の光学系は、像側の開口数が０．３より小さい値を有している。これにより、１０〜３０ｎｍの波長を有したＸ線を用いる場合には、３０ｎｍ程度の解像度が得られる。
【００１０】
４反射鏡系でも、６反射鏡系でも、これらの光学系のさらなる欠点は、これらの光学系が収差を補正するための手段をほとんど持たないという点である。
【００１１】
米国特許第５，６８６，７２８号明細書により、８枚の反射鏡を有するマイクロリソグラフィ用投影光学系が公知となっている。この投影光学系は、像側の開口数としてＮＡ＝０．５５という高い値を有している。もっとも、この米国特許第５，６８６，７２８号明細書に開示された投影光学系は、１２６ｎｍより大きな波長にのみ適している。というのも、例えば、オブジェクトフィールドの中心で対称軸線上に位置するフィールド点の主光線の入射角があまりに大きく、このため、１０〜３０ｎｍのＥＵＶ波長領域で、この８枚反射鏡系を用いることができないからである。米国特許第５，６８６，７２８号明細書による光学系のさらなる欠点は、全ての８枚の反射鏡が非球面に形成され、さらに、物側の開口数が０．１１の場合に、物体における主光線の角度（主光線角）が１３°の値を有するということである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第一の課題は、従来より知られたＥＵＶマイクロリソグラフィ用投影光学系に比べて、大きな開口数、ならびに、収差を補正する手段が改善されている点において優れ、かつ１０〜３０ｎｍの領域の極短紫外線の短い波長を用いたリソグラフィに適した投影光学系を提供することにある。
【００１３】
本発明のさらなる課題は、１９３ｎｍ以下の波長によるリソグラフィに用いられ、大きな開口数を有するとともに、容易に製造することのできるマイクロリソグラフィ用投影光学系を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第一の課題は、本発明により、１０〜３０ｎｍの領域の波長による極短紫外線リソグラフィのためのマイクロリソグラフィ用投影光学系（投影対物系）を用い、このマイクロリソグラフィ用投影光学系が、４枚もしくは６枚の反射鏡の代わりに、８枚の反射鏡を有していることによって解決される。
【００１５】
本発明者らは、驚くべきことに、このような対物系（対物光学系）によって、十分な光量が得られるようになるとともに、高解像度に対する要求を満たすために、十分な大きさの開口数、ならびに収差を補正する十分な手段が自由に使えるようになるという知見を得て本発明に至った。
【００１６】
できるだけ大きな解像度を得るために、好ましい実施態様においては、投影光学系の像側の開口数は、０．２より大きいものとされている。
【００１７】
オブジェクトフィールドの中心かつ対称軸線上に位置するフィールド点の主光線の入射角を小さく保つために、本発明による投影光学系の像側の開口数は有限とされ、具体的にはＮＡ＜０．５とされていることが好ましい。
【００１８】
光線束を光軸（ＨＡ）の方向に強制的に向けるため、また、使用領域が軸から離れた所にできることを可能な限り防ぐため、とりわけ好ましい実施態様においては、投影光学系は、オブジェクトフィールドとイメージフィールドとの間における該投影光学系の光線径路内に、少なくとも一つのオブジェクトフィールドの中間像が結像されるように構成されている。
【００１９】
反射鏡の使用領域とは、本明細書中、当該投影光学系を通して導かれる光線が当たる反射鏡の部分のことをいう。使用領域の距離とは、本明細書中、中心のフィールド点の主光線が当たる位置の、光軸からの距離のことをいう。
【００２０】
本発明に係る投影光学系の第一の反射鏡上への入射角を小さく保つために、とりわけ好ましい実施態様においては、光線径路中における第１の反射鏡と第３の反射鏡との間に、好ましくは第１の反射鏡上もしくは第１の反射鏡付近に、あるいは第２の反射鏡上もしくは第２の反射鏡付近に、絞りが配置されている。「付近」とは、本明細書中、隣接して配置される各反射鏡から当該絞りまで所定距離があることと解し、上流側の反射鏡から当該絞りに近い各反射鏡までの距離の１／１０よりも前記距離が小さいことをいう。例えば、「Ｓ２付近」とは、
【数２】

が成り立つことを意味している。このような配置により、第１、第２、及び第３の反射鏡上への入射角を低減するような、上流側の対物系の構成部分における複数光束の最小限の分離が実現される。さらに、絞りがこのように配置されることによって、第３の反射鏡の使用領域が、光軸の直ぐ下側、かつ第１の反射鏡Ｓ１の使用領域に対して概ね鏡像的に位置することになる。この特性により、第４及び第５の反射鏡への入射角も低減する。というのも、光軸からの光線束の距離は、第４及び第５の反射鏡の間で最小となるからである。
【００２１】
上記反射鏡への小さい入射角を実現するために好ましいのは、さらに、反射鏡の使用領域の距離が小さく保たれている場合である。距離は、適当なスケーリングで任意に変更することができるので、本明細書中、距離は、対物系の長さ寸法に対する大きさの比によって表現される。とりわけ好ましいのは、以下の関係、
使用領域の距離の大きさ ＜ ０．３×長さ寸法
とくに、
使用領域の距離の大きさ ＜ ０．２５×長さ寸法
が満たされている場合である。というのも、これにより特に小さな角度が生成されるからである。
【００２２】
本発明のさらに発展した実施態様において、少なくとも一つの反射鏡の曲率半径は、該投影光学系の長さ寸法よりも大きく選択される。光学系の長さ寸法とは、本明細書中、結像対象の物体から、この物体の像までの距離のことである。とりわけ好ましいのは、この曲率半径に対する条件が、第２、第３、及び第４の反射鏡の曲率半径に対して当てはまる場合で、この結果、第１の反射鏡から第２の反射鏡への、及び第３の反射鏡から第４の反射鏡への光線束の複数径路が、略平行になる。このような構成により、複数光線束の分離が最小限となり、大きな走行区間が実現される。走行区間とは、本明細書中、光学的な光線径路内で連続して並んだ二つの反射鏡の間の頂点の距離である。これが、反射鏡上への入射角が小さくなるのに役立っている。
【００２３】
本発明のさらに発展した実施態様において、上記マイクロリソグラフィ用投影光学系は、物体における主光線角が、物側の開口ＮＡＯの値の２倍より小さくなるように構成される。斯かる構成が好ましいのは、このような構成により、影が作られる影響がマスク上において低減されるためである。
【００２４】
特に好ましいのは、上記投影光学系が二つの中間像を有する場合である。二つの中間像を有した光学系における第１の中間像は、第２の反射鏡及び第３の反射鏡の間に形成されることが好ましい。これにより、第１、第２、第３、及び第４の反射鏡が軸に近い使用領域を持つようになる。第５、第６、第７、及び第８の反射鏡を有する後続の対物光学系の構成部分においても、できるだけ多くの反射鏡に関して軸に近い使用領域を確保するためには、光線径路内において第２の中間像が第６及び第７の反射鏡の間に形成されるように上記投影光学系が構成されていることが好ましい。特に好ましいのは、二つの中間像を有した光学系において、オブジェクトフィールドの中心かつ対称軸線上に位置するフィールド点の主光線の入射角が２０°より小さい場合である。
【００２５】
二つの中間像を有した本発明の一態様においては、８枚の反射鏡の表面の少なくとも一つは球面に形成されている。
【００２６】
とくに好ましいのは、対物光学系の一つ又は複数の反射鏡が球面に形成されており、この球面の反射鏡の使用領域が投影光学系の光軸から最も遠くに離れている場合である。というのも、使用領域が光軸のかなり外側に位置している場合の偏心位置の非球面度を干渉によって検査できるかどうかは、使用領域が光軸から遠く離れれば離れるほど難しくなるからである。
【００２７】
第２及び第３の反射鏡の間、そして、第６及び第７の反射鏡の間に二つの中間像を有する光学系においては、第６の反射鏡が、最も軸から離れた使用領域を有した反射鏡となる。斯かる実施態様においては、第６の反射鏡は、干渉による検査が容易であることから球面に成形されることが好ましい。
【００２８】
投影光学系の他にも、本発明は、投影露光装置を提供する。この投影露光装置は、リングフィールドを照明するための照明装置と、本発明に係る投影光学系とを有している。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳述する。
【００３０】
図１に、本明細書中、使用領域ならびに使用領域の直径と称されるものを示す。
【００３１】
図１には、投影光学系の反射鏡上に照明されたフィールド１として、腎臓の形をしたフィールドが一例として示されている。本発明に係る対物光学系をマイクロリソグラフィ用投影露光装置に用いる場合、このような形状が使用領域として得られるはずである。包絡円２は、この腎臓の形を完全に取り囲んで、２点６，８でこの腎臓の形をした境界線１０に接している。包絡円は、使用領域を取り囲むいつも最小の円とされている。この包絡円２の直径が使用領域の直径Ｄを与える。
【００３２】
図２には、投影光学系の物体面内における、投影露光装置のオブジェクトフィールド１１が示されている。このオブジェクトフィールドは、本発明に係る投影光学系を用いることで、例えばウェハ等の感光性物体が配置された像面に結像される。イメージフィールドの形状は、オブジェクトフィールドの形状に対応している。マイクロリソグラフィによく用いられるような縮小光学系の場合、イメージフィールドは、予め設定された因子だけオブジェクトフィールドに対して縮小される。オブジェクトフィールド１１は、リングフィールドの一部のセグメントの形を有している。このセグメントは、一つの対称軸線１２を有している。
【００３３】
図２にはさらに、物体面または像面に張られた軸としてｘ軸及びｙ軸が記されている。図２から分るように、リングフィールド１１の対称軸線１２は、ｙ軸方向に延びている。また、ｙ軸は、リングフィールド・スキャナとして設けられたＥＵＶ投影露光装置の走査方向にも一致している。ｘ軸の方向は、物体面内で走査方向に直交する方向に向いている。図２にはさらに、ｘ軸方向の単位ベクトルｘが記されている。
【００３４】
光学系の光軸ＨＡは、ｚ軸の方向に延びている。
【００３５】
図３に、投影光学系の第一の実施形態を示す。この投影光学系は、λ＝１０〜３０ｎｍの波長を有した極短紫外線（ＥＵＶ）領域で使用することができ、全ての反射鏡への入射角が小さいという点で優れている。
【００３６】
投影光学系によって、例えばウェハ等を置くことができる像面１０２に、物体面１００内の物体が結像される。本発明に係る投影光学系は、第１の反射鏡Ｓ１、第２の反射鏡Ｓ２、第３の反射鏡Ｓ３、第４の反射鏡Ｓ４、第５の反射鏡Ｓ５、第６の反射鏡Ｓ６、第７の反射鏡Ｓ７、及び第８の反射鏡Ｓ８を備えている。図３に示される実施形態においては、全ての反射鏡Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８は、非球面の反射鏡として形成されている。この光学系は、中間像Ｚ１を第５の反射鏡Ｓ５及び第６の反射鏡Ｓ６の間に有している。図３にさらに示されているのは、右手系とされたｘ，ｙ，ｚ座標系のｙ方向およびｚ方向である。このｚ軸は、光軸ＨＡに対して平行に延び、さらに、ｚ軸の方向は、物体面１００から像面１０２の方を指している。ｙ軸は、オブジェクトフィールド１１の対称軸線１２に対して平行に延びている。このオブジェクトフィールド１１は、図２に示されている。ｙ軸の方向は、光軸ＨＡからオブジェクトフィールド１１の方に向いている。加えて、図３には、第１の反射鏡Ｓ１に対して、単位ベクトルｎ _１ ^前及びｎ _２ ^後が示されている。これらの単位ベクトルによって、第１の反射鏡での反射の前と後の主光線ＣＲの方向が与えられる。主光線ＣＲは、図２に示されたオブジェクトフィールド１１の中心の対称軸線１２上の物点から出射し、イメージフィールドまで延びている。他の反射鏡Ｓ２〜Ｓ８に対しても、同じようにして単位ベクトルが与えられる。
【００３７】
この光学系は、光軸ＨＡに対して中心合わせされ、像側で、つまり像面１０２でテレセントリックとされている。像側でテレセントリックとは、主光線ＣＲが、略９０°ないしは９０°近くの角度を有して像面１０２に当たることをいう。主光線ＣＲは、該主光線が光軸から離れて延びるように第４の反射鏡Ｓ４で反射される。
【００３８】
特性値Ｃ_ｉとして、反射鏡に対して次のような不等式：Ｃ_１＞０，Ｃ_２＜０，Ｃ_３＞０，Ｃ_４＜０，Ｃ_５＜０，Ｃ_６＞０，Ｃ_７＜０，Ｃ_８＞０が得られる。これらの特性値は、第ｉの反射鏡上に入射する主光線の方向を有する単位ベクトルｎ _ｉ ^前 及び第ｉの反射鏡上で反射された主光線の方向を有する単位ベクトルｎ _ｉ ^後の間のベクトル積と、ｘ軸方向の単位ベクトルｘとによるスカラー積として、
Ｃ_ｉ＝ｘ・（ｎ _ｉ ^前×ｎ _ｉ ^後）
と定義されている。分かりやすく言えば、Ｃ_ｉの値は、反射鏡上に当たる主光線ＣＲがｙ軸の正の方向に反射されるのか、それともｙ軸の負の方向に反射されるのかについての情報を与える。このとき、主光線ＣＲが物体面１００の方向から当たるのか、それとも像面１０２の方向から当たるのかということに注意すべきである。主光線が物体面１００の方向から反射鏡に当たってｙ軸の負の方向に反射される場合には、Ｃ_ｉ＞０が成り立っている。主光線が物体面１００の方向から反射鏡上に当たってｙ軸の正の方向に反射される場合には、Ｃ_ｉ＜０が成り立っている。主光線が像面１０２の方向から反射鏡上に当たってｙ軸の正の方向に反射される場合には、Ｃ_ｉ＞０が成り立っている。主光線が像面１０２の方向から反射鏡上に当たってｙ軸の負の方向に反射される場合には、Ｃ_ｉ＜０が成り立っている。
【００３９】
反射鏡系の内部で多層膜によって引き起こされる波面収差や光損失をできるだけ低く抑えるため、中心のフィールド点の主光線ＣＲが各反射鏡表面に当たる角度は、図３の実施形態の場合、２６°より小さいものとされている。中心フィールド点の主光線の入射角は、以下の表１に与えられている。
【表１】

【００４０】
図３に示される８反射鏡型対物光学系（対物系）は、ＮＡ＝０．４の像側の開口で、１ｍｍの走査スリット幅を有している。個々の反射鏡上での入射角を最小限にするために、以下のように対処した。物体１００における主光線の角度を最小限にして、このとき物体側の開口をＮＡＯ＝０．１の大きさにする。これにより、第１の反射鏡上における入射角が最小となる。設定された物側の開口数ＮＡＯ＝０．１では、物体での主光線の最大角は６．１°にすぎず、従って、米国特許第５，６８６，７２８号明細書で示されるような、物体における最大の主光線角１３°に比べ、はるかに小さいものになる。
【００４１】
物理的な絞りは、第２の反射鏡Ｓ２上に配置されている。これにより、対物系の上流側の構成部分での複数光線束の最小限の分離が実現でき、第１、第２、及び第３の反射鏡への入射角が低減される。さらに、例えば米国特許第５，６８６，７２８号明細書に記載された１２６ｎｍより長い波長用の８反射鏡型対物系と異なり、斯かる構成によって、Ｓ３の使用領域が、光軸の真下かつ使用領域Ｓ１に対して略鏡像的に位置するようになる。斯かる手段を講じることによって、Ｓ４上及びＳ５上への入射角もまた低減される。というのも、光軸からの光線束の距離は、Ｓ４とＳ５との間で最小となるからである。個々の反射鏡セグメントの使用領域は、図４ａ〜図４ｈに示されている。ここで、図３に示された８反射鏡型対物系の実施形態における反射鏡Ｓ１上の使用領域が図４ａに、反射鏡Ｓ２上の使用領域が図４ｂに、反射鏡Ｓ３上の使用領域が図４ｃに、反射鏡Ｓ４上の使用領域が図４ｄに、反射鏡Ｓ５上の使用領域が図４ｅに、反射鏡Ｓ６上の使用領域が図４ｆに、反射鏡Ｓ７上の使用領域が図４ｇに、そして、反射鏡Ｓ８上の使用領域が図４ｈに示されている。図４ａ〜４ｈから明らかに分かるように、反射鏡Ｓ１からＳ８までの全ての使用領域は、影が作られない、つまり食が無い。このことは、物体面から像面へと対物系を通りかつ物体面内のオブジェクトフィールドを像面内のイメージフィールドに結像させる光束の光線径路に影が作られない、つまり食が無いことを意味する。
【００４２】
さらに、反射鏡Ｓ２〜Ｓ４うちの少なくとも一つの曲率半径は、好ましくは、投影光学系の長さ寸法よりも大きいものが選ばれ、これにより、できるだけ長い走行区間が形成されて、反射鏡Ｓ１からＳ２に向かう、及び反射鏡Ｓ３からＳ４に向かう複数光線束径路が略平行になる。同じことがＳ２からＳ３に向かう、そしてＳ４からＳ５に向かう複数光線束径路についても当てはまる。また、このことから、複数光線束の最小限の分離が得られる。
【００４３】
波面は、０．０３０λより小さい最大の二乗平均値を有している。歪曲は、走査スリット上で最大１ｎｍの値にまで修正され、３次多項式の形をしており、その結果、走査工程を経て均される動的な歪曲が最小化される。イメージフィールドの湾曲は、ペッツヴァル条件を考慮して修正される。
【００４４】
図３に示される対物光学系の詳しいデータは、Ｃｏｄｅ−Ｖ形式で表２及び表３に与えられている。
【表２】

【表３】

【００４５】
図５に、反射鏡Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７及びＳ８を備えた本発明に係る８反射鏡型対物系の第二の実施形態を示す。図３におけるものと同じ部材には、同じ符号が付されている。特にｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸、そして特性値は、図３で述べたものと同様に定義されている。特性値Ｃｉは、図３に関する記載と同様に定義されており、Ｃ_１＞０，Ｃ_２＜０，Ｃ_３＜０，Ｃ_４＞０，Ｃ_５＜０，Ｃ_６＞０，Ｃ_７＞０，Ｃ_８＜０が成り立っている。
【００４６】
８反射鏡型対物系をできるだけ低コストで製造するために、そして、干渉による検査を確実に可能にするために、この対物系においては、軸から最も離れた使用領域を有する反射鏡が球面に形成されている。
【００４７】
入射角を小さく保つため、そして、光線束を光軸の方向に強制的に向けるため、さらに、これによって軸から遠い使用領域が生じるのを制限するため、図５による実施形態は、二つの中間像Ｚ１，Ｚ２を有している。
【００４８】
二つの中間像を有する図５に示された実施形態の場合、反射鏡Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５、ならびにＳ７及びＳ８は、非球面形に形成されている。これに対して、軸から最も遠い位置に使用領域を有している反射鏡Ｓ６は、球面に形成されている。この系は、ＮＡ＝０．４の像側の開口を有している。図５における実施形態を見れば、反射鏡Ｓ２及びＳ３の間の第１の中間像によって、最初の４枚の反射鏡Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４が軸に近い使用領域を有するようになることが分かるであろう。対物系の下流側の開口の大きな構成部分においてだけでは、第２の中間像Ｚ２を用いてこれほど確実に軸に近い使用領域を持たせるようにはできない。こうして、第６の反射鏡Ｓ６は、軸から遠い使用領域を有している。反射鏡Ｓ６が非球面として形成されると、軸上の検査光学系を用いて第６の反射鏡を検査することは困難となろう。このため、本発明により、この反射鏡Ｓ６は球面に形成されている。中心のフィールド点の主光線の入射角は、以下の表４に掲げられている。
【表４】

【００４９】
個々の反射鏡セグメントの使用領域は、図６ａ〜図６ｈに示されている。ここで、図５に示された８反射鏡型対物光学系の実施形態における反射鏡Ｓ１上の使用領域が図６ａに、反射鏡Ｓ２上の使用領域が図６ｂに、反射鏡Ｓ３上の使用領域が図６ｃに、反射鏡Ｓ４上の使用領域が図６ｄに、反射鏡Ｓ５上の使用領域が図６ｅに、反射鏡Ｓ６上の使用領域が図６ｆに、反射鏡Ｓ７上の使用領域が図６ｇに、そして、反射鏡Ｓ８上の使用領域が図６ｈに示されている。図６ａ〜６ｈから明らかに分かるように、反射鏡Ｓ１からＳ８までの全ての使用領域は、影が作られない、つまりは食が無い。このことは、物体面から像面へと対物系を通りかつ物体面内のオブジェクトフィールドを像面内のイメージフィールドに結像させる光束の光線径路に影が作られない、つまり食が無いことを意味する。
【００５０】
図５に示される対物光学系の詳しいデータは、Ｃｏｄｅ−Ｖ形式で表５及び表６に与えられている。
【表５】

【表６】

【００５１】
本発明による上記のいずれの実施形態の場合においても、反射鏡への小さな入射角を実現するために、反射鏡の使用領域の距離は、小さく抑えられていることが好ましい。この距離は、適当なスケーリングで任意に変更することができるので、ここでは、距離は、対物系の長さ寸法に対する大きさの比によって表現される。以下の表７には、使用領域の距離と長さ寸法との比の大きさが、二つの実施形態における全ての反射鏡について挙げられている。
【表７】

【００５２】
図７には、本発明に係る８反射鏡型投影光学系２００を備えたマイクロリソグラフィ用投影露光装置が示されている。照明光学系２０２は、例えば「Ｂｅｌｅｕｃｈｔｕｎｇｓｓｙｓｔｅｍ， ｉｎｓｂｅｓｏｎｄｅｒｓ ｆｕｅｒ ｄｉｅ ＥＵＶ−Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ」と題した欧州特許出願第９９１０６３４８．８号明細書、あるいは、「Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｙ ｆｏｒ ＥＵＶ−Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」と題した米国特許出願第０９／３０５，０１７号明細書に記載されているように構成されてもよい。これらの開示内容は、本明細書に包括的に取り込まれている。このような類の照明光学系は、ＥＵＶ光源２０４を備えている。ＥＵＶ光源の光は、集光反射鏡２０６によって集光される。そして、フィールドハニカムと称される網目状素子（ラスタ素子）を備えた第１の反射鏡２０７と、瞳ハニカムと称される網目状素子（ラスタ素子）を備えた第２の反射鏡２０８と、反射鏡２１０とによってレチクル２１２が照明される。レチクル２１２から反射された光は、本発明に係る投影光学系によって、感光性の層を有するホルダ２１４に結像される。
【００５３】
本発明により、λ＝１１〜３０ｎｍを持つＥＵＶ波長領域で使用可能な点において優れかつ構成上及び製造上の技術的な観点から見て特に好ましい、コンパクトな投影光学系を実現する８枚の反射鏡を有した投影光学系がはじめて提供される。
【００５４】
加えて、本発明に係る投影光学系は、影が出来ない、すなわち食の起こらない光線径路を実現しながら同時に大きな開口が得られるという点で優れている。これにより、影が作られない射出瞳が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】反射鏡の使用領域の定義を説明するための図である。
【図２】対物光学系の物体面、または像面におけるフィールドの形状を示す図である。
【図３】本発明に係る投影光学系の第一の実施形態を示す図であって、中間像を有する８枚の反射鏡を用いた投影光学系を示す図である。
【図４ａ】第一の実施形態における第１の反射鏡Ｓ１の使用領域を示す図である。
【図４ｂ】第一の実施形態における第２の反射鏡Ｓ２の使用領域を示す図である。
【図４ｃ】第一の実施形態における第３の反射鏡Ｓ３の使用領域を示す図である。
【図４ｄ】第一の実施形態における第４の反射鏡Ｓ４の使用領域を示す図である。
【図４ｅ】第一の実施形態における第５の反射鏡Ｓ５の使用領域を示す図である。
【図４ｆ】第一の実施形態における第６の反射鏡Ｓ６の使用領域を示す図である。
【図４ｇ】第一の実施形態における第７の反射鏡Ｓ７の使用領域を示す図である。
【図４ｈ】第一の実施形態における第８の反射鏡Ｓ８の使用領域を示す図である。
【図５】本発明に係る投影光学系の第二の実施形態を示す図であって、７枚の非球面反射鏡、及び１枚の球面反射鏡、ならびに二つの中間像を有する投影光学系を示す図である。
【図６ａ】第二の実施形態における第１の反射鏡Ｓ１の使用領域を示す図である。
【図６ｂ】第二の実施形態における第２の反射鏡Ｓ２の使用領域を示す図である。
【図６ｃ】第二の実施形態における第３の反射鏡Ｓ３の使用領域を示す図である。
【図６ｄ】第二の実施形態における第４の反射鏡Ｓ４の使用領域を示す図である。
【図６ｅ】第二の実施形態における第５の反射鏡Ｓ５の使用領域を示す図である。
【図６ｆ】第二の実施形態における第６の反射鏡Ｓ６の使用領域を示す図である。
【図６ｇ】第二の実施形態における第７の反射鏡Ｓ７の使用領域を示す図である。
【図６ｈ】第二の実施形態における第８の反射鏡Ｓ８の使用領域を示す図である。
【図７】本発明に係る対物光学系を有する投影露光装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１・・・フィールド
１１・・・オブジェクトフィールド
１００・・・物体面
１０２・・・像面
２００・・・投影光学系（対物光学系、対物系）
２０２・・・照明光学系（照明装置）
２０４・・・ＥＵＶ光源
２１４・・・ホルダ（保持システム）
Ｂ・・・絞り
ＣＲ・・・主光線
ＨＡ・・・光軸
Ｓ１〜Ｓ８・・・第１〜第８の反射鏡
Ｚ１，Ｚ２・・・中間像

Claims (39)

1. １０〜３０ｎｍの領域の波長によるＥＵＶリソグラフィに用いられ、物体面内のオブジェクトフィールドを像面内のイメージフィールドに結像させるためのマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
   第１の反射鏡（Ｓ１）、第２の反射鏡（Ｓ２）、第３の反射鏡（Ｓ３）、第４の反射鏡（Ｓ４）、第５の反射鏡（Ｓ５）、第６の反射鏡（Ｓ６）、第７の反射鏡（Ｓ７）、及び第８の反射鏡（Ｓ８）を備え、前記物体面から前記像面まで食の無い光線径路が得られるように構成されていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
2. 請求項１に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
   影が作られない射出瞳を有していることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
3. 請求項１または請求項２に記載のＥＵＶリソグラフィに用いられるマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
   前記物体面から前記像面までの間に、絞り（Ｂ）を有していることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
4. 請求項３に記載のＥＵＶリソグラフィに用いられるマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
   前記絞り（Ｂ）は、円形ないし円形に近い形状とされていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
5. 請求項３または請求項４に記載のマイクロリソグラフィ用投影系において、
   前記絞り（Ｂ）は、好ましくは、前記第１の反射鏡（Ｓ１）の上か又はその近くに、あるいは、前記第２の反射鏡（Ｓ２）の上か又はその近くに配置されていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影系。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影系において、
   前記オブジェクトフィールドは、光軸（ＨＡ）に対して垂直な対称軸線を有したリングフィールドのセグメントをなし、
   前記オブジェクトフィールドの中心における前記対称軸線上に一つの物点が定められ、この物点から、イメージフィールドまで延びる主光線（ＣＲ）が出射し、
   当該マイクロリソグラフィ用リソグラフィ投影光学系に対してｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸を有する右手座標系が定められ、
   前記ｚ軸は、前記光軸に対して平行に延び、かつ該ｚ軸の方位は、前記オブジェクトフィールドから前記イメージフィールドの方に向き、
   前記ｙ軸は、前記対称軸線に対して平行に延び、かつ該ｙ軸の方位は、前記光軸から前記オブジェクトフィールドの方に向き、
   前記反射鏡ｉ（ｉ＝１〜８）のそれぞれに対して一つの特性値Ｃ_ｉが与えられ、該特性値Ｃ_ｉは、第ｉの反射鏡上に入射する主光線の方向を有する単位ベクトルｎ _ｉ ^前 及び第ｉの反射鏡上で反射された主光線の方向を有する単位ベクトルｎ _ｉ ^後の間のベクトル積と、ｘ軸方向の単位ベクトルｘとによるスカラー積として定義され、すなわち、
   Ｃ_ｉ＝ｘ・（ｎ _ｉ ^前×ｎ _ｉ ^後）とされ、
   このとき、第１の反射鏡（Ｓ１）に対してＣ_１＞０が成り立ち、
   このとき、第２の反射鏡（Ｓ２）に対してＣ_２＜０が成り立ち、
   このとき、第５の反射鏡（Ｓ５）に対してＣ_５＜０が成り立ち、さらに、
   このとき、第６の反射鏡（Ｓ６）に対してＣ_６＞０が成り立っていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
   前記反射鏡（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８）は、一つの光軸（ＨＡ）に関して中心に位置合わせされて配置されていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
   像側の開口数ＮＡがＮＡ＞０．２とされていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
9. 請求項８に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
   像側の開口数ＮＡがＮＡ＜０．５とされていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    オブジェクトフィールドとイメージフィールドとの間の該投影光学系の光線径路内に少なくとも一つの前記オブジェクトフィールドの中間像が結像されるように構成されていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    前記イメージフィールドは、リングフィールドのセグメントをなし、該セグメントは、対称軸線と、この対称軸線に垂直な広がりとを有していて、その広がりの大きさは少なくとも２０ｍｍ、より好ましくは２５ｍｍとされていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
12. 請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    前記オブジェクトフィールドの中心かつ対称軸線上に位置するフィールド点の主光線の入射角の正弦は、前記オブジェクトフィールドで、物側の開口ＮＡＯの２倍値より小さいことを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
13. 請求項１から請求項１２のいずれかに記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    前記対称軸線上かつ前記オブジェクトフィールドの中心に位置する前記フィールド点の主光線の入射角は、全ての前記反射鏡上で４５°未満とされ、好ましくは２６°未満、とりわけ２０°未満とされていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
14. 請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    ８枚の前記反射鏡（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８）のそれぞれは、物体から像まで一貫して走行する光線が当たる使用領域を有し、前記光軸までの該使用領域の距離は、前記反射鏡のそれぞれに関して、最大で長さ寸法の３０％、好ましくは２５％とされていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
15. 請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系装置において、
    当該対物系が像側でテレセントリックとされていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系装置。
16. 請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    前記第１の反射鏡（Ｓ１）、前記第３の反射鏡（Ｓ３）、及び前記第４の反射鏡（Ｓ４）は、凹形とされていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
17. 請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    前記第６の反射鏡（Ｓ６）及び前記第８の反射鏡（Ｓ８）は、凹形とされていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
18. 請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    前記第２の反射鏡（Ｓ２）は、凹形とされていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
19. 請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    前記第７の反射鏡（Ｓ７）は、凸形とされ、前記第８の反射鏡（Ｓ８）は、凹形とされていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
20. 請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    前記第３の反射鏡（Ｓ３）に対してＣ_３＞０が成り立ち、
    前記第４の反射鏡（Ｓ４）に対してＣ_４＜０が成り立ち、
    前記第７の反射鏡（Ｓ７）に対してＣ_７＜０が成り立ち、さらに、
    前記第８の反射鏡（Ｓ８）に対してＣ_８＞が成り立っていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
21. 請求項６から請求項２０のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    前記第４の反射鏡（Ｓ４）上で反射された前記主光線（ＣＲ）は、前記光軸（ＨＡ）から離れて延在するように構成されていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
22. 請求項１から請求項２１のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    少なくとも一つの反射鏡の曲率半径の大きさは、該投影光学系の長さ寸法より大きいことを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
23. 請求項２２に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    前記第２の反射鏡（Ｓ２）、および／または前記第３の反射鏡（Ｓ３）、および／または前記第４の反射鏡（Ｓ４）の曲率半径の大きさは、該投影光学系の長さ寸法より大きいことを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
24. 請求項１から請求項２３のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    該対物系の二つの前記反射鏡の間に形成される少なくとも１つの走行区間は、該投影光学系の前記長さ寸法の７０％より長いことを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
25. 請求項１から請求項２３のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    光学的な光線径路内で互いに前後に並んだ二つの前記対物系の反射鏡の間の全ての走行区間、及び前記物体面から前記第１の反射鏡（Ｓ１）の頂点までの区間、及び光学的な光線径路内の最後の前記反射鏡（Ｓ８）から前記像面までの区間の総和は、少なくとも該投影光学系の前記長さ寸法の２．５倍の大きさとされていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
26. 請求項１から請求項２５のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    前記第５の反射鏡（Ｓ５）は、凹形とされていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
27. 請求項１から請求項２６のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    前記第６の反射鏡（Ｓ６）は、凸形とされていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
28. 請求項１から請求項２７のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    前記オブジェクトフィールドと前記イメージフィールドとの間に、一つの中間像（Ｚ１）がちょうど形成されるように構成されていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
29. 請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影系において、
    前記第３の反射鏡（Ｓ３）に対してＣ_３＜０が成り立ち、
    前記第４の反射鏡（Ｓ４）に対してＣ_４＞０が成り立ち、
    前記第７の反射鏡（Ｓ７）に対してＣ_７＞０が成り立ち、さらに、
    前記第８の反射鏡（Ｓ８）に対してＣ_８＜０が成り立っていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
30. 請求項１から請求項１９のいずれか１項または請求項２９に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    該マイクロリソグラフィ用投影光学系が三つの副光学系を有し、
    第１の前記副光学系は、前記オブジェクトフィールドを、前記オブジェクトフィールドの第１の中間像に結像させ、第２の前記副光学系は、前記オブジェクトフィールドの前記第１の中間像を、前記オブジェクトフィールドの第２の中間像に結像させ、かつ、第３の前記副光学系は、前記オブジェクトフィールドの前記第２の中間像を、イメージフィールドに結像させるように構成されていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
31. 請求項３０に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    それぞれの副光学系は、少なくとも二つの反射鏡を備えていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
32. 請求項３０または請求項３１に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    前記第１の副光学系は、前記第１及び第２の反射鏡（Ｓ１，Ｓ２）を有し、前記第２の副光学系は、前記第３、第４、第５、及び第６の反射鏡（Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６）を有し、前記第３の副光学系は、前記第７及び第８の反射鏡（Ｓ７，Ｓ８）を有していることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
33. 請求項１から請求項１９のいずれか１項または請求項２９から請求項３２のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    前記第６の反射鏡（Ｓ６）は、凹形とされていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
34. 請求項１から請求項１９のいずれか１項または請求項２９から請求項３３のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    前記第５の反射鏡（Ｓ６）は、凸形とされていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
35. 請求項１から請求項３４のいずれか１項に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    前記８枚の反射鏡（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８）の少なくとも一つは球面に形成されていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
36. 請求項３５に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    前記８枚の反射鏡のうち７枚が非球面に形成されているとともに、１枚の反射鏡が球面に形成されており、球面に形成された前記反射鏡の前記使用領域が前記光軸まで最大の距離を有していることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
37. 請求項３５に記載のマイクロリソグラフィ用投影光学系において、
    前記第６の反射鏡（Ｓ６）は、球面に形成されていることを特徴とするマイクロリソグラフィ用投影光学系。
38. 投影露光装置において、
    極短紫外線を生成するための光源と、
    前記光源から生成された光線を一部集光しかつリングフィールドの照明のためにさらに先へと送る照明装置と、
    前記リングフィールドの面内に位置した、保持システム上における構造を有するマスクと、
    前記構造を有するマスクの照明された部分をイメージフィールドに結像させる請求項１から請求項３７のいずれか１項に記載の投影光学系と、
    前記投影光学系のイメージフィールドの面内に位置した、保持システム上における感光性基板とを有していることを特徴とする投影露光装置。
39. 請求項３８に記載の投影露光装置を用いたチップの製造方法。

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