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【発明の名称】 適応性鏡を有する反射屈折投映対物レンズ及び投映照明法
【発明者】 【氏名】クリスティアン ヴァーグナー

【氏名】ミヒャエル ゲールハルト

【氏名】ゲラルト リヒター
【要約】 【課題】反射屈折縮小対物レンズが、可及的に簡単な構造であるにもかかわらず、特に可変の障害に関して写像品質を効果的に制御し得るようにする。

【解決手段】少なくとも１つの湾曲した鏡（Ｓ２）が変形可能である。この変形可能な鏡（Ｓ２）を変形させることのできる調節エレメント（Ａ１，Ａ２）が設けられている。これらの調節エレメント（Ａ１，Ａ２）は特定の像誤差及びその修正に対応し得るように適合せしめられている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 少なくとも１つの湾曲した鏡（Ｓ２）を有している形式の、マイクロリソグラフィーの反射屈折投映対物レンズにおいて、少なくとも１つの湾曲した鏡（Ｓ２）が変形可能であり、この変形可能な鏡（Ｓ２）を変形させることのできる調節エレメント（Ａｉ，４１０）が設けられており、これらの調節エレメント（Ａｉ，４１０）は特定の像誤差及びその修正に対応し得るように適合せしめられていることを特徴とする、反射屈折投映対物レンズ。
【請求項２】 湾曲した鏡（Ｓ２）が１つだけ存在していることを特徴とする、請求項１記載の反射屈折投映対物レンズ。
【請求項３】 １つの作動子（Ａ４）と前記調節可能な鏡（Ｓ２）における２つの接続箇所（Ｂ）とを有する調節エレメント（４１０）が設けられており、この調節エレメントにおいて２つの接続箇所（Ｂ）は鏡（Ｓ２）の光軸に関して対称的に配置されており、この調節エレメントによって非点収差が修正されることを特徴とする、請求項１記載の反射屈折投映対物レンズ。
【請求項４】 ２つの作動子と前記調節可能な鏡（Ｓ２）における４つの接続箇所（Ｃ）とを有する第２の調節エレメントが設けられており、この調節エレメントにおいて４つの接続箇所（Ｃ ）は鏡（Ｓ２）の光軸に関して４点対称で配置されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の反射屈折投映対物レンズ。
【請求項５】 投映された像によって影響を受ける少なくとも１つのセンサ（４２）が設けられており、制御系（２０）がこの少なくとも１つのセンサ（４２）と調節エレメント（Ａｉ）とを１つの制御ループにまとめ、この制御ループ内で像誤差が最小限にされることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の反射屈折投映対物レンズ。
【請求項６】 少なくとも１つの第２のセンサ（２１，２２）が設けられており、制御系（２０）がこの少なくとも１つの第２のセンサ（２１，２２）と調節エレメント（Ａｉ，４１０）とを１つの制御ループにまとめ、この制御ループ内で像誤差が最小限にされることを特徴とする、請求項５記載の反射屈折投映対物レンズ。
【請求項７】 センサ（４２）が波面センサであることを特徴とする、請求項５記載の反射屈折投映対物レンズ。
【請求項８】 センサ（４２）がカメラ、特に電荷結合素子カメラであることを特徴とする、請求項５記載の反射屈折投映対物レンズ。
【請求項９】 センサ（２１，２２）が時間、温度、圧力、光線量あるいは光パルス又は照明の数を把握することを特徴とする、請求項６記載の反射屈折投映対物レンズ。
【請求項１０】 付加的に少なくとも１つの光学エレメント（ＬＺ、ＬＸ）が位置可変であることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載の反射屈折投映対物レンズ。
【請求項１１】 前記位置が軸方向で光軸の方向に可変であるか、あるいは光路が可変であることを特徴とする、請求項１０記載の反射屈折投映対物レンズ。
【請求項１２】 前記位置が光軸に対して横方向に可変であることを特徴とする、請求項１０又は１１記載の反射屈折投映対物レンズ。
【請求項１３】 前記位置が光軸を中心とする回動によって可変であることを特徴とする、請求項１０から１２までのいずれか１項記載の反射屈折投映対物レンズ。
【請求項１４】 単数又は複数の調節エレメント（Ａｉ，４１０）が単数又は複数の作動子（Ａｉ）を有しており、この作動子の形状及び配置は前記鏡（Ｓ２）の変形の形状に適合せしめられていることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか１項記載の反射屈折投映対物レンズ。
【請求項１５】 少なくとも１つの湾曲した鏡（Ｓ２）を有している形式の、マイクロリソグラフィーの反射屈折投映対物レンズにおいて、少なくとも１つの湾曲した鏡（Ｓ２）が変形可能であり、この変形可能性は、前記鏡（Ｓ２）の、２点又は４点の回転対称の形状、あるいは回転対称の形状、あるいはこれらの対称の形状の重合を含み、変形のために作動子（Ａｉ）あるいは作動子（Ａｉ）によって操作される調節エレメント（４１０）が設けられており、前記鏡（Ｓ２）の変形のための前記作動子あるいは調節エレメントの力導入部の数、形状及び位置は前記鏡（Ｓ２）の形状及びその対称性に適合せしめられていることを特徴とする、反射屈折投映対物レンズ。
【請求項１６】 前記鏡（Ｓ２）の基本形状が回転対称であり、半径とともに単調に半径方向に増大する傾斜を有していることを特徴とする、請求項１から１５までのいずれか１項記載の反射屈折投映対物レンズ。
【請求項１７】 調節エレメント（４１０）の４つの作動子（Ａ１−Ａ４）又は作用点が設けられており、これらの作動子又は作用点は、前記鏡の基本形に、光軸に関する４点回転対称の４波形性を重合させることができることを特徴とする、請求項１５又は１６記載の反射屈折投映対物レンズ。
【請求項１８】 １つの作動子（Ａｉ）又は１つの調節エレメント（４１０）がそれぞれ前記鏡（Ｓ２）に作用する６つの箇所が前記鏡に設けられており、これらの箇所のうち４つの箇所（Ｃ）は４点対称で配置されており、残りの２つの箇所（Ｂ）は、２点対称で、４つの作動子（Ａ１−Ａ４）又は調節エレメントの間の角２等分線上に配置されていることを特徴とする、請求項１から１６までのいずれか１項記載の反射屈折投映対物レンズ。
【請求項１９】 作動子（Ａｉ）又は作動子（Ａｉ）によって操作される調節エレメント（４１０）が前記鏡（Ｓ２）の光軸の方向に、あるいはそれに対して垂直に作用することを特徴とする、請求項１から１８までのいずれか１項記載の反射屈折投映対物レンズ。
【請求項２０】 少なくとも１つの湾曲した鏡（Ｓ２）を有している、マイクロリソグラフィーの投映照明装置の、写像品質を上昇させる運転法であって、最高で４対の、有利には３対の作用点（Ａ，Ｂ，Ｃ）を有する作動子（Ａｉ）又は調節部材（４１０）によって湾曲した鏡（Ｓ２）を変形させる、マイクロリソグラフィーの投映照明装置の運転法。
【請求項２１】 照明中に、あるいはそれと交代に、像平面（４）の範囲において、像面ずれ、縮尺、焦点位置、非点収差及び又はイメージシェルを把握し、作動子（Ａｉ）又は調節部材（４１０）をこれに関連して制御することを特徴とする、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】 投映照明装置の運転パラメータ、特に投映対物レンズ（１）の開口数、照明装置（２）の形式及びコヒーレンス係数、及び又はマスク（３）の特性、特にその中央の透過度を把握し、作動子（Ａｉ）又は調節部材（４１０）をこれに関連して制御することを特徴とする、請求項２０又は２１記載の方法。
【請求項２３】 付加的に少なくとも１つのレンズ（ＬＺ，ＬＸ）を動かし、特に光軸に沿ってしゅう動させ、あるいは光軸を中心として回動させ、あるいは光軸に対して垂直にしゅう動させることを特徴とする、請求項２０から２２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２４】 マスク（３）あるいはウェーハ（４）の位置を変化させることを特徴とする、請求項２０から２３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２５】 レンズ加熱及び又はコンパクションを、有利には同時に、補償することを特徴とする、請求項２０から２４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２６】 請求項２０から２５までのいずれか１項記載の方法のために、請求項１から１９までのいずれか１項に記載の照明対物レンズを使用すること。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも１つの湾曲した鏡を有している形式の、マイクロリソグラフィーの反射屈折投映対物レンズ及びこのような対物レンズの運転法に関する。
【０００２】
【従来の技術】US 5,142,132 は上位概念部に記載した対物レンズ及び平面鏡を有するウェーハステッパを記載しており、該平面鏡は、光学誤差を修正するために、ｘ/ｙ列の作動子によって変形させることができる。その都度鏡の可及的に小さな部分のために、可及的に大きな数の作動子が有利であると記載されている。この調節可能な鏡は大きな反射角で運転され、したがってその作用は著しく非対称的である。
【０００３】位置可変のエレメント（ｚ伝動）を有しているか、あるいは充てんガスの圧力又は組成の変化によって光路が変化せしめられる、マイクロリソグラフィーの投映対物レンズは種々の制御系を有する種々の構造のものが公知である。ただしこれらの投映対物レンズはいずれも純粋な屈折対物レンズである。
【０００４】EP 0 660 169 A1 は、回転対称でない誤差を円柱レンズの回転によって修正するマイクロリソグラフィーの投映屈折対物レンズを示している。この場合縦しゅう動可能なレンズについても記載されている。
【０００５】湾曲した鏡及び偏光光線分割器を有する反射屈折投映対物レンズは例えば DE196 16 922.4 並びにそこに挙げられている参考文献によって公知である。この特許出願明細書の内容は本明細書の一部も構成するものとする。
【０００６】別の反射屈折投映対物レンズもやはり公知であり、例えばシュプマン（Schup-man）の色消しレンズを変化させた、Ｈ型とも呼ばれる反射屈折投映対物レンズが US 5,052,763 に記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、反射屈折縮小対物レンズが、可及的に簡単な構造であるにもかかわらず、特に可変の障害に関して写像品質を効果的に制御しかつ調節し得るようにすることである。投映照明装置の相応する運転法も提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題は請求項１の反射屈折投映対物レンズによって解決される。変化形は請求項１５に記載されている。有利な実施例は従属請求項２〜１４及び１６〜１９に記載されている。
【０００９】
【発明の実施の形態】すべての構成に共通なことは、湾曲した鏡、つまり既に基本位置において像を生ぜしめるように作用する鏡を、鏡の必要な変形に対応し得るように配置されているわずかな作動子によって調節することである。
【００１０】部品数並びに組立費及び制御費はこれによって著しく減少せしめられ、必要な形状修正は特定化されていない作動子列によるよりも一層形状に忠実に調整される。
【００１１】請求項２０による運転法は、相応する方法を提示するという課題を解決し、調節装置の最高で８つの作用点を具体化したものである。
【００１２】請求項２１は、有利に把握され修正される像誤差を記載したものであって、その際測定は照明中に、あるいはそれと交代に、像平面の範囲で行われる。
【００１３】補足的に、あるいは代替的に、投映照明装置の運転パラメータあるいはマスクの特性が変形の制御のためのパラメータとして把握される。このために、既に系の構成の際にあるいはキャリブレーションの際に、所属の形状調整を定めておくことができる。
【００１４】更に請求項２３及び２４によれば、写像品質の改善のためにレンズ、マスク及び又はウェーハをしゅう動させることができる。
【００１５】要するに本発明は一次的には、回転対称ではないが、任意に分配されてもいない誤差を、相応して回転対称でない鏡変形によって、修正するのである。このことは、狭い長方形の像面を有するウェーハスキャナにおいて、相応する回転対称でないレンズ変形の修正のために、示される。
【００１６】
【実施例】以下においては、図面に示した実施例に基づいて本発明の構成を詳細に説明する。
【００１７】図１に示した反射屈折投映照明装置の中核は反射屈折縮小対物レンズ１であり、図示の実施例では、 DE 196 16 922.4 (US Ser. 08/845,384) の第１図の構造及び表１はこの中に含まれるものとする。
【００１８】この反射屈折縮小対物レンズ１は第１のレンズ群ＬＧ１、平らな転向鏡Ｓ１，第２のレンズ群ＬＧ２，光線分割立方体ＳＷ、１/４波長板Ｌ、湾曲した鏡Ｓ２及び第３のレンズ群ＬＧ３を有している。照明装置２，マスク３及び保持体（ウェーハチャック）上のウェーハ４が、以上述べた限りでは通常のものである投映照明装置を完全なものにしている。
【００１９】新規な点は、凹面鏡Ｓ２が適応性の鏡として構成されている点である。このために作動子Ａ１，Ａ２及びフレーム１０が設けられている。センサ４２、例えば波面センサがウェーハ４の範囲に設けられており、このセンサはウェーハ照明の間あるいはウェーハ４が光路から取り外されている休止期間の間に写像品質のための寸法を測定する。
【００２０】調節ユニット２０−有利には、ウェーハステッパあるいはウェーハスキャナの別の制御課題及び調節課題も引き受けるコンピュータの１つの機能ユニット−はセンサ４２の信号並びに場合によっては別の−例えば空気圧及び周囲温度のための−センサ２１あるいは−光線分割プリズムＳＷの温度のための−センサ２２からの信号を利用して、作動子Ａ１，Ａ２を制御し、これによって写像品質を調節する。
【００２１】選択的に、軸方向に調節移動可能なレンズ−ここでは第２のレンズ群ＬＧ２のレンズＬＺ−及び又は半径方向に調節移動可能なレンズ−ここではレンズＬＸ−を設けて、調節部材ＬＺ１，ＬＸ１を介して調節ユニット２０によって制御することもできる。
【００２２】半導体リソグラフィーにおいてますます短くなる波長を使用することによって、種々の時間に関連する材料効果が生じ、これは照明光学系の写像品質に敏感な影響を与える。この場合吸収が強化されることに基づくレンズ群の加熱が生じる。この加熱の作用は強く、発生する像誤差をその時間の経過とともに測定して、調節ループによって補正しなければならない。波長が２４８nm よりも短い場合には、吸収は放射強度及び放射持続時間に関連して増大する。吸収の増大は付加的なレンズ加熱をもたらし、これは上述のように補正しなければならない。別の効果は屈折率が連続的に増大し、これと平行して材料が収縮することである。この効果も放射に関連しており、コンパクションと呼ばれる。この場合においても、像誤差の動的な、しかし長い時間に基づいて準静的な修正が必要である。特に大きな像誤差は、光線分割立方体ＳＷを有している型の反射屈折構造におけるレンズ加熱によって生ずる。この場合現時点での材料特性ではひとみ誤差の能動的な修正が必要である。
【００２３】したがって適応性の鏡Ｓ２が提案される。この鏡は、材料及びプロセスに基づくこれらの像誤差を対物レンズ１の運転中に補正して、対物レンズ１の写像品質を補償するために、適当な作動子Ａ１，Ａ２を備えている。適応性の鏡が必要なのは、そうでなければ球面状の心出しされたエレメントだけが使用される場合に、光軸上の非点収差のような特定の像誤差を補正するためである。
【００２４】この提案は、像を生ぜしめる鏡を有している全ての型の反射屈折系に対して普遍化することができる。これら全ての系において、特にスリット形の像面を使用する場合（スキャナ）、対物レンズの加熱は回転対称的ではなく、光軸上に非点収差が生じる。
【００２５】全体として、誘導吸収の結果でもあるレンズ加熱によって、及び光線分割立方体のコンパクションによって生ずる主な像誤差は（典型的な数値を括弧内に示す）：ａ１） 光軸上の非点収差（１５０nm）
ｂ１） 光軸上のコマ収差（２０nm）
ｃ１） 変化せしめられる焦点位置（１μm）
ｄ１） 像面のずれ（横方向）（１００nm）
ｅ１） 縮尺誤差（１〜５ppm）
ｆ１） ひとみ誤差としての４波形性ｇ１） ひとみ誤差としての球面収差これらの誤差は何時間もの経過の後に定常状態に達し、したがって比較的にゆっくりと後修正しなければならない。
【００２６】この場合スキャナ系であるので、像面はスリット形（例えば８ｘ２５mm）である。したがって強くだ円形の照明分配がレンズ（特にウェーハに近いレンズ群ＬＧ３のレンズ）に生じ、この結果次のような像誤差が生じる：ａ２） 光軸上の非点収差ｃ２） 変化せしめられる焦点位置（０．５μm）
ｅ２） 縮尺誤差（１〜５ppm）
ｆ２） イメージシェル（１００nm）
ビームスプリッタ系に必要とされる１/４波長板はスキャナスリットの軸線に対して４５°の角度である。長方形の１/４波長板を保持することによって、板のたわみに基づき４５°方向の非点収差も生ずる：ａ２） ４５°非点収差補償の可能性は：ａ１），ｇ１），ａ２），ａ３）に対して：適応性の鏡、この鏡はａ１）、ａ２）及びａ３）に対しては少なくとも４つの作動子Ａｉを備えていなければならない（０°及び４５°の支配的な０°の非点収差）。支配的な０°の非点収差だけを修正する場合には、２つの作動子Ａｉで充分である。作動子Ａｉは対をなして光軸に関して対称的に配置すべきである：ｇ１） 立方体の幾何形状のために単に０°の４波形性であるので、光軸に関して４点回転対称の４つの集団制御の作動子Ａｉを必要とする：作動子の調節範囲： −５０nm 〜 ＋５０nm解像度及び安定性： ＜１nmｂ１） 半径方向に可動な心出しレンズ（この場合レンズＬＸ）によって補償することができる：ｃ１），ｄ１），ｃ２） ウェーハ４の軸方向の調整ｅ１），ｈ１，ｅ２），ｆ２）：マスク３を軸方向にしゅう動させ、ｚ調節部材ＬＺ１によって個々のレンズＬＺ又はレンズ群をｚ方向（軸方向）に調節する。
【００２７】像誤差の測定のために：像面のずれ（ｄ１）、縮尺（ｅ１，ｅ２）、焦点位置（ｃ１，ｃ２）、非点収差（ａ１，ａ２，ａ３）及びイメージシェル（ｆ１，ｆ２）は、例えば US 5,142,132 に記載されている形式で、ステッパ内で運転中に決定することができる。高次の像誤差は経験的に前もって決定するか、あるいは模擬決定（ＦＥ計算）しなければならない。この場合検査干渉計あるいは波面センサで大きな解像度を測定する際に、対物レンズの種々の運転方式（ＮＡ，σ，マスク透過）が別の状態になることを注意しなければならない。その場合この状態は特別なルックアップテーブルで調節ユニット２０の貯蔵器内に整理しなければならない。
【００２８】図２は凹面鏡Ｓ２の平面図で、図３に相応するスリット形の像面ＢＦにおける凹面鏡Ｓ２に対する作動子Ａｉの作用領域の位置を示す。
【００２９】４点回転対称でｘ軸及びｙ軸上に置かれた４つの領域Ｃは、４波形性を補償するのに適している。このためにこれらの領域は集団的に制御されて、弾性的なダイヤフラムとして構成された鏡Ｓ２を、互いに対称的な４つの局部的な縁部で変形させる。領域Ｃ内での作動子Ａｉの正確な位置（半径）、調節距離及び変形される面の、弾性などを介して影響を受ける形状は個々の対物レンズ１及び像面ＢＦの寸法に適合させなければならない。このことは、光学系の構成の計算の枠内で、有限のエレメントの計算によって実現される。
【００３０】全ての４つの領域Ｃは集団的に調節されるので、図４に示すように、単に１つの作動子Ａ４を設け、この作動子が対称的なブリッジ形の調節部材４１０−正確なモーメントのない力導入のために例えば圧着球４１１，４１２を備えている−を介して凹面鏡Ｓ２を領域Ｃ内で対称的に変形させるようにすることも可能である。単に２つのアームで調節部材４１０は２つの領域Ｂに影響を及ぼすこともできる。
【００３１】やはり図２に示した領域Ａ−これは領域Ｃの２つと合致している−は、ｙ軸に対する０°の非点収差を修正するのに役立つ。ｙ軸に対して４５°の２つの領域Ｂは４５°傾斜した非点収差を修正するのに役立つ。この場合においても作動子Ａｉは対をなして領域Ａ若しくはＢに置かれ、図４に示した調節部材を有する構成が可能である。
【００３２】非点収差を修正するために、領域Ａにおいて押し力を、これと交差する両方の領域Ｃにおいて引き力を（あるいは逆の力を）鏡ダイヤフラムに作用させることも有利である。
【００３３】図示のように、軸方向の力を鏡Ｓ２の光軸の方向に作用させることができるが、それに対して垂直な力を−鏡平面内で光軸に対して垂直に−作用させることもでき、あるいは中間の形で、又は混合した形で、又はモーメントとして、作用させることができる。
【００３４】要するに本発明による構成は特に簡単である。それは互いに無関係なわずかな作動子で特定のわずかな光学誤差に適切に影響を及ぼすからである。この場合純正な調節並びにフィードフォワード制御が考えられている。また、投映照明装置のいずれかの箇所における別のエレメントの誤差影響を持ちこたえるために調節可能なエレメントを過補償することも考えられている。製作公差、レンズ加熱及びコンパクション、また充てんガスの屈折率の変化などは補償することができる。調節距離を減少させるために、能動的な鏡あるいは系の他の部分に調整幅を設けておくことができる。
【出願人】 【識別番号】３９００３２４１４
【氏名又は名称】カール−ツアイス−スチフツング
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＲＬ−ＺＥＩＳＳ−ＳＴＩＦＴＵＮＧ
【出願日】 平成１１年５月２６日（１９９９．５．２６）
【代理人】 【識別番号】１０００６１８１５
【弁理士】
【氏名又は名称】矢野 敏雄 （外３名）
【公開番号】 特開２０００−３１０３９（Ｐ２０００−３１０３９Ａ）
【公開日】 平成１２年１月２８日（２０００．１．２８）
【出願番号】 特願平１１−１４６９１６