JP2000275416A - 光学素子及び該素子を用いた光学系 - Google Patents

光学素子及び該素子を用いた光学系

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日出夫 加藤
Hiroshi Maehara
広 前原
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    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems
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    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回折光学素子の汚染を防止する。 【解決手段】 レンズユニット21には前玉レンズ2
2、後玉レンズ23、BO基板11とBO素子15から
構成されているBOレンズ1が組み込まれている。ま
た、レンズユニット21内部の雰囲気を不活性ガスによ
り置換するために、BO素子15の外周部のBO基板1
1に4個の貫通孔25が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レンズ、露光装
置、撮影装置、照明装置等に使用される光学素子及び該
素子を用いた光学系に関するものである。
【0002】
【従来の技術】回折格子は従来から分光器の分光素子と
して使用されてきており、その形状は鋸歯状の所謂ブレ
ーズドタイプと呼ばれており、回折効率は100%に達
するものもある。
【0003】また近年では、回折を利用した光学素子と
して階段状形状のバイナリオプティクス(BO)素子が
注目されており、BOレンズと呼ばれ、色消し効果、非
球面効果を有しているため、新しい光学系への発展に大
きな期待が持たれている。
【0004】一般のスチールカメラ等の可視光線に適用
するレンズ光学系は、金属の型材を用いたプラスチック
の型加工法及びガラスのモールド法により製造が可能で
ある。しかし、紫外線等の波長の短い光線に適用させる
ためには、光の吸収が少ない紫外線用の硝材や、より微
細な加工精度が要求されるため、型加工法、モールド加
工法、レンズ材料等の技術の確立が困難である。また、
紫外線等の波長の短い光線に適用するBOレンズヘの要
求仕様は、現状のブレーズドタイプの加工限界つまり切
削加工限界を大幅に越えている。
【0005】そこで、石英に対し半導体製造用の紫外線
を用いたフォトリソグラフィ技術とドライエッチング加
工技術を用いた手法が考案され、それにより高精度の微
細加工が或る程度可能となっている。しかし、希望する
BOレンズのサイズが直径20mm程度であれば、3枚
のクロムマスクを用いた各1回の露光、即ち合計3回の
露光と各3回のフォトリソグラフィプロセスとドライエ
ッチングプロセスの繰り返しにより製造が可能である。
しかし、実際に半導体用縮小露光焼付装置(ステッパ)
に適用するための直径200mm程度のBOレンズを製
作するためには、100近い分割が必要となり、分割に
応じてマスクの数が増加し、少なくとも15枚のマスク
が必要とされる。このように、製造工数の増加と複雑な
工程はBO素子の生産性の低下とコストアップにつなが
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来例により得られたBO素子の表面には微細な加工が
施してあるため、取り扱いに非常に注意を要する。更
に、最近では光学系の汚染が問題となってきており、従
来のg線(λ=435nm)及びi線(λ=365n
m)では顕著ではなかったものの、KrF(λ=248
nm)、ArF(λ=194nm)そしてF2 (λ=1
57nm)レーザー光のような高エネルギの光線を使用
することにより、周囲の雰囲気等の影響により汚染物質
が析出、堆積することがある。また、従来の清浄ルーム
は塵埃に対してのみ対処しており、化学物質に対しては
対応しておらず、またレジストの露光、現像プロセスに
起因し発生する分解、揮発成分もBO素子に大きな影響
を与えている。
【0007】このような問題の対策として、従来の光学
レンズにおいてはレンズ系の分解、拭き、洗浄等により
或る程度は解決可能であるが、BOレンズにおいては表
面に微細な凹凸が施してあるため対応は極めて困難であ
る。
【0008】また、従来のシールド方法としては、BO
レンズの上面をペリクル等の薄膜又は光透過性樹脂によ
り覆う方法があり、可視光線領域において使用する光学
系に対しては或る程度対応できるが、遠紫外線領域に適
用させるためには光の吸収が大きいために採用すること
ができない。
【0009】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
表面が汚れ難いシールドタイプの回折光学素子を提供す
ることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る光学素子は、回折格子を設けた面をシー
ルドした回折光学素子であって、表裏面間を貫通する貫
通孔を設け、該貫通孔を介して気体を排気又は置換する
ことを特徴とする。
【0011】また、本発明に係る光学素子は、凹凸構造
を設けた面をシールドした光学素子であって、表裏面間
を貫通する貫通孔を設け、該貫通孔を介して気体を排気
又は置換することを特徴とする。
【0012】本発明に係る光学系は、表裏面に対し貫通
孔を有する回折光学素子を組み込んだことを特徴とす
る。
【0013】本発明に係る光学系は、表裏面に対し貫通
孔を有する光学素子と表裏面に対し貫通孔を有する光学
レンズとから成ることを特徴とする。
【0014】本発明に係る光学系の汚染防止方法は、光
学部材に設けた貫通孔を介して気体を置換し内部の汚染
を防止することを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明を図示の実施例に基づいて
詳細に説明する。図1は第1の実施例におけるのBOレ
ンズ1の斜視図、図2は断面図を示している。設計上で
は、使用波長248nmのKrFエキシマレーザー用を
想定したものであり、約18000本の輪帯2が刻設さ
れ、各輪帯2はそれぞれ8段の階段状のBO形状を有し
ている。
【0016】図3は8段の階段状BO素子単位の摸式図
を示しており、最外殻の輪帯2は設計値では各段の幅が
0.35μm、高さが0.062μmであり、輪帯単位
の幅と高さはそれぞれ2.8μm、0.434μmであ
る。
【0017】図4は製造時のBOレンズ1及びマスクの
断面図を示しており、BO基板11には直径220m
m、厚さ2mmの石英基板を使用し、BO基板11の上
方に3枚のクロムマスク12〜14を配置する。
【0018】BOレンズ1の作成にはλ=365nmの
i線用のステッパを使用し、クロムマスク12〜14の
パターンをBO基板11上のフォトレジストに縮小焼付
けした後に、現像されたレジストパターンを平行平板型
のドライエッチング(RIE)装置を用いてBO基板1
1の表面をエッチング加工することによりBOレンズ1
が得られる。本実施例においては、3枚のクロムマスク
12〜14を使用し、上述のプロセスを3回繰り返すこ
とにより、BO基板11上に輪帯2から成る8段のBO
素子15が形成される。
【0019】直径220mmのBO基板11への露光焼
付け及び加工プロセスは、BO基板11を76分割し、
3枚のマスク12〜14を5組、つまり合計15枚のク
ロムマスクを用いて、76×3の合計228回による露
光焼付けと3回のドライエッチングプロセスにより得る
ことができる。
【0020】図5はBOレンズ1を組み込んだレンズユ
ニット21の断面図を示している。このレンズユニット
21には、前玉レンズ22、後玉レンズ23、BO基板
11とBO素子15から構成されたBOレンズ1が組み
込まれている。また、BOレンズ1と前玉レンズ22、
後玉レンズ23との間はそれぞれ密閉空間とされ、円筒
状の外周部材24により閉塞されている。BOレンズ1
のBO基板11は外周部材24に支持されており、BO
基板11の密閉空間に面する外周部に例えば直径3mm
の4個の貫通孔25が対称的に穿けられている。
【0021】この貫通孔25の孔穿け加工は、予めBO
基板11にBO素子15を加工する前に行う場合と加工
後に行う場合があるが、本実施例においては、BO素子
15が加工されたBOレンズ1に孔穿け加工を施してい
る。また、密閉空間内の雰囲気を置換するため、後玉レ
ンズ23の付近のガス導入口26から、清浄な窒素ガス
Gを貫通孔25を介してBOレンズ1と前玉レンズ22
との密閉空間に導入する。これらの密閉空間を満たして
いた空気及び置換した窒素ガスGは絞り板27を有する
ガス放出口28から排気される。また、本実施例におい
ては窒素ガスを使用したがBOレンズ1の汚染原因とな
る塵、化学物質、湿気等を含まないガスであれば、ヘリ
ウム、水素、清浄空気等でもよい。
【0022】このような汚染防止対策を施したレンズユ
ニット21は、6ヶ月間の使用においても汚染が見られ
ず良好な結果を得ることができる。なお、本発明は必ず
しも回折格子を有する光学素子だけではなく、凹凸構造
等を有する光学素子に対しても適用できる。
【0023】図6はBOレンズ1を組み込んだレンズユ
ニット31の断面図を示している。本実施例において
は、BOレンズ1及びその前後に配置されている前玉レ
ンズ22、後玉レンズ23に貫通孔32、33、34が
それぞれ穿孔されている。
【0024】レンズユニット31の外周部材35に設け
られたガス導入口36から導入された置換ガスGは、前
玉レンズ22に設けた貫通孔33を介してBO素子15
との空間における雰囲気を置換し、更に置換ガスGはB
Oレンズ1及びBO基板11に設けた貫通孔32、25
を介して後玉レンズ25との空間に導入される。そし
て、この空間をガス置換した後に、後玉レンズ23に設
けられた貫通孔34を介して外部に排気される。
【0025】このような汚染防止対策を施したレンズユ
ニット31においても、6ヶ月間の使用においても汚染
が見られず、良好な結果を得ることができる。
【0026】図7はKrFエキシマレーザー光(λ=2
48nm)を用いたステッパの模式図を示しており、エ
キシマレーザー出力装置41から射出されたKrFエキ
シマレーザー光は反射ミラー42により反射され、第
1、2の実施例において製作されたレンズユニット21
又はレンズユニット31を組み込んだ照明光学系43に
導光される。この照明光学系43において均一な照度分
布に揃えられた光束はレチクル44を照明し、このレチ
クル44の照明により形成されたパターン光はレンズユ
ニット21又はレンズユニット31を組込んだ投影光学
系45により1/4の大きさに縮小され、シリコンウェ
ハ46上のレジスト膜47上に投射される。この投射に
よる焼付けは、ステージ48により位置決めとステップ
アンドリピートにより順次、焼付けられる。
【0027】このように、レンズユニット21又はレン
ズユニット31が組み込まれKrFエキシマレーザーを
用いたステッパを用いて半導体デバイスを製作すること
ができる。この場合に、照明光学系43、投影光学系4
5はBOレンズ1を使用しているために、薄型化、軽量
化が実現でき、更には光学系の汚染対策が容易となる。
【0028】図8はICやLSI等の半導体チップ、液
晶パネル或いはCCD等の半導体デバイスの製造工程図
を示している。先ず、ステップ1において半導体デバイ
スの回路設計を行い、続いてステップ2においてステッ
プ1で設計した回路パターンをEB描画装置を用いてク
ロムマスク板上に描画を行い、レチクルを作成する。
【0029】一方、ステップ3においてシリコン等の材
料を用いてウェハを製造する。その後に、前工程と呼ば
れるステップ4において、ステップ2、3において用意
したレチクル及びウェハを用い、リソグラフィ技術によ
ってウェハ上に回路を形成する。更に、後工程と呼ばれ
るステップ5において、ステップ4で製造されたウェハ
を用いてダイシング、ボンディング等のアッセンブリ工
程、チップ封入等のパッケージング工程を経て半導体チ
ップ化する。その後に、チップ化された半導体デバイス
はステップ6において動作確認テスト、耐久テスト等の
検査を行われる。このような一連の工程を経て、半導体
デバイスは完成し、ステップ7に進み出荷される。
【0030】図9は図8において上述したステップ3に
おけるウェハ製造の詳細な製造工程図を示している。先
ず、ステップ11においてウェハ表面を酸化させる。続
いてステップ12においてウェハ表面をCVD法により
絶縁膜を形成し、ステップ13において電極形成を行
う。更にステップ14に進み、ウェハにイオンを打込
み、続いてステップ15においてウェハ上に化学増幅型
レジストを塗工する。更にステップ16で、図8におい
て説明したKrFエキシマレーザーステッパのステップ
アンドリピート露光によりレチクルの回路パターンをウ
ェハ上のレジスト膜上に焼付ける。その後に、ステップ
17においてステップ16において露光したウェハ上の
レジストを現像する。
【0031】また、この工程では予め、化学増幅型レジ
ストに特有なPEB(Post ExposureBake)工程を含む。
更にステップ18に進み、ステップ17において現像し
たレジスト像以外の部分をエッチングする。その後に、
ステップ19においてエッチングが済んで不要となった
レジストを剥離する。更に、これらの一連の工程を繰り
返し行うことにより、ウェハ上に多重の回路パターンを
形成することができる。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る光学素
子は、貫通孔を有するために密閉空間に配置した場合
に、貫通孔を介して雰囲気ガスを置換できる。
【0033】また、本発明に係る光学系は、貫通孔を有
する回折光学素子を組込んでいるために内部の汚染され
た内部雰囲気を清浄ガスと置換できる。
【0034】更に、本発明に係る光学系は、貫通孔を有
する回折光学素子を組込んでいるために内部の汚染され
た内部雰囲気を清浄ガスと置換できる。
【0035】また、本発明に係る光学系の汚染防止方法
は、内部の密閉空間に配置した回折光学素子、光学レン
ズの貫通孔を介して気体を置換することにより内部の汚
染された雰囲気を置換する。
【図面の簡単な説明】
【図1】BOレンズの斜視図である。
【図2】BOレンズの断面図である。
【図3】階段状BO素子の模式図である。
【図4】BOレンズ及びマスクの断面図である。
【図5】レンズユニットの断面図である。
【図6】レンズユニットの断面図である。
【図7】ステッパの模式図である。
【図8】半導体デバイスの製造工程図である。
【図9】ウエハの製造工程図である。
【符号の説明】
1 BOレンズ 11 BO基板 12、13、14 クロムマスク 15 BO素子 21、31 レンズユニット 22 前玉レンズ 23 後玉レンズ 24、32、33、34 貫通孔 25 ガス導入口 28 ガス放出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H049 AA04 AA33 AA36 AA37 AA44 AA48 AA55 AA63 AA64 5F046 AA11 AA13 AA22 BA04 CA04 CB17 CB23 CB24

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回折格子を設けた面をシールドした回折
    光学素子であって、表裏面間を貫通する貫通孔を設け、
    該貫通孔を介して気体を排気又は置換することを特徴と
    する光学素子。
  2. 【請求項2】 凹凸構造を設けた面をシールドした光学
    素子であって、表裏面間を貫通する貫通孔を設け、該貫
    通孔を介して気体を排気又は置換することを特徴とする
    光学素子。
  3. 【請求項3】 前記貫通孔は外周部に設けたことを特徴
    とする請求項1又は2に記載の光学素子。
  4. 【請求項4】 表裏面に対し貫通孔を有する回折光学素
    子を組み込んだことを特徴とする光学系。
  5. 【請求項5】 表裏面に対し貫通孔を有する光学素子と
    表裏面に対し貫通孔を有する光学レンズとから成ること
    を特徴とする光学系。
  6. 【請求項6】 光学部材に設けた貫通孔を介して気体を
    置換し内部の汚染を防止することを特徴とする光学系の
    汚染防止方法。
  7. 【請求項7】 請求項4の光学系を備えたことを特徴と
    する照明光学系。
  8. 【請求項8】 請求項5の光学系を備えたことを特徴と
    する投影光学系。
  9. 【請求項9】 請求項7の照明光学系を備えたことを特
    徴とする半導体製造用露光焼付装置。
  10. 【請求項10】 請求項8の投影光学系を備えたことを
    特徴とする半導体製造用露光焼付装置。
  11. 【請求項11】 請求項8又は9の半導体製造用露光焼
    付装置を用いて製造したことを特徴とする半導体デバイ
    ス。
  12. 【請求項12】 請求項10の半導体製造用露光焼付装
    置を用いて製造したことを特徴とする半導体デバイス。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006137582A1 (en) * 2005-06-24 2006-12-28 Fujifilm Corporation Exposure method and apparatus
CN102656515A (zh) * 2009-12-14 2012-09-05 派因布鲁克成像系统公司 光学成像写入系统

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