JP2004522981A - 光マイクロリソグラフィーシステム用のフッ化物レンズ結晶 - Google Patents
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- G03F7/70216—Mask projection systems
Abstract
本発明は、VUV光リソグラフィーシステムおよびプロセスのためのフッ化物レンズ結晶を提供する。本発明は、193nm未満で光リソグラフィーフォトンを操作する光マイクロリソグラフィー要素の157nmにおける利用のためのフッ化バリウム光リソグラフィー結晶を提供する。本発明は、160nm未満の光リソグラフィープロセスの分散マネジメントに使用するためのフッ化バリウム結晶質材料を含む。
Description
【0001】
関連出願の説明
本出願は、その内容に依存し、全てをここに引用する、米国特許法第120条の元で優先権が主張される、Robert W.Sparrowの、Lenses For Optical Systemsと題する、1999年6月4日に出願された米国仮特許出願第60/137,486号、Robert W.Sparrowの、Lenses For Optical Systemsと題する、2000年2月8日に出願された米国仮特許出願第60/180,886号、およびRobert W.Sparrowの、Lenses For Optical Systemsと題する、2000年2月9日に出願された米国仮特許出願第60/181,338号の優先権を主張する。
【0002】
発明の背景
発明の分野
本発明は、広く、光リソグラフィーに関し、特に、157nm領域の波長を用いたVUV投影リソグラフィー屈折システムのような、193nm未満、好ましくは、175nm未満、より好ましくは、164nm未満の真空紫外線(VUV)波長を用いた光フォトリソグラフィーシステムに使用するための光マイクロリソグラフィー結晶に関する。
【0003】
技術背景
マイクロプロセッサおよびDRAMのような半導体チップが、「光リソグラフィー」と呼ばれる技術を用いて製造されている。光リソグラフィー用の器具は、パターンの形成されたマスクを照射するための照射レンズ系、光源およびそのマスクパターンの像をシリコン基板上に形成するための投影レンズ系を含む。
【0004】
半導体の性能は、特徴構造(feature)のサイズを減少させることにより改善されてきた。これは転じて、光リソグラフィー用器具の解像度の改善が必要になる。一般に、転写パターンの解像度は、レンズ系の開口数に正比例し、照射光の波長に反比例する。1980年代の初期には、使用された光の波長は、水銀ランプのg線の436nmであった。その後、波長は、365nm(水銀ランプのi線)まで減少され、現在では、製造に用いられている波長は、KrFレーザの発光から得られる248nmである。次世代のリソグラフィー用器具は、光源を193nmで発光するArFレーザのものに変える。光リソグラフィーの当然の発展は、光源を157nmで発光するフッ化物レーザのものに変えることであろう。各々の波長に関して、レンズの製造に異なる材料が必要とされる。248nmでは、光学材料は溶融シリカである。193nmの系に関しては、溶融シリカレンズとフッ化カルシウムレンズの組合せがある。157nmでは、溶融シリカはレーザ放射線を伝送しない。現在、157nmで使用可能と考えられている唯一の材料はフッ化カルシウムである。例えば、1996年7月14日に出願された特願平第8−153769号からの、1998年1月6日に公開された特開平第10−1310号、および1996年8月20日に出願された出願に基づいて1998年3月3日に公開された特開平第10−59799号を参照のこと。両者の出願人は、ニコン社である。
【0005】
193nm未満の真空紫外線波長の光を用いた投影光フォトリソグラフィーシステムにより、より小さい特徴構造の寸法を達成する上で利点が得られる。157nmの波長領域の真空紫外線波長を用いたそのようなシステムには、より小さな特徴構造サイズを有する集積回路を改良する可能性がある。集積回路の製造において半導体産業で用いられている現在の光リソグラフィーシステムは、一般的な248nmおよび193nmの波長のような、より短い波長の光に向かって進歩してきているが、157nmのような、193nm未満の真空紫外線波長の商業的使用および適応は、光学材料を通る157nm領域のそのような真空紫外線波長の透過性質により妨げられている。集積回路の製造に使用すべきF2エキシマレーザの発光スペクトルVUVウィンドウのような157nm領域における真空紫外線フォトリソグラフィーの利点のためには、164nm未満および157nmでの有益な光学的特性を有する光リソグラフィー結晶が必要とされる。
【0006】
本発明は、従来技術における問題点を克服し、真空紫外線波長により集積回路の製造を改善するために用いることのできるフッ化物光リソグラフィー結晶を提供する。
【0007】
発明の概要
本発明のある態様は、160nm未満の光リソグラフィーフッ化バリウム結晶である。このフッ化バリウム結晶は、157nmで−0.003未満の屈折率波長分散dn/dλを有する。
【0008】
別の態様において、本発明は、分散マネジメント光リソグラフィー結晶を含む。この分散マネジメント結晶は等方性フッ化バリウム結晶である。好ましくは、フッ化バリウム結晶は、157.6299nmでの−0.003未満の屈折率波長分散dn/dλおよび157.6299nmでの1.56より大きい屈折率nを有する。
【0009】
さらなる態様において、本発明は、160nm未満での光リソグラフィー方法であって、160nm未満での光リソグラフィー照射レーザを提供し、フッ化カルシウム結晶の光学素子を提供し、160nm未満での−0.003未満の屈折率波長分散dn/dλを有するフッ化バリウム結晶光学素子を提供し、前記160nm未満での光リソグラフィー光に、前記フッ化カルシウム光学素子および前記フッ化バリウム光学素子を透過させて、光リソグラフィーパターンを形成する各工程を含む方法を含む。
【0010】
別の態様において、本発明は、分散マネジメントを行う光リソグラフィー素子の製造方法を含む。この方法は、フッ化バリウム供給材料を提供し、このフッ化バリウム供給材料を溶融して、プリクリスタリン(precrystalline)フッ化バリウム溶融物を形成し、このフッ化バリウム溶融物をフッ化バリウム結晶に固化させ、このフッ化バリウム結晶をアニールして、157nmでの−0.003未満の屈折率波長分散を有する等方性フッ化バリウム結晶を提供する各工程を含む。
【0011】
本発明の追加の特徴および利点が、以下の詳細な説明に述べられており、一部には、その説明から当業者にとっては容易に明らかとなる、または以下の詳細な説明および特許請求の範囲を含む、ここに記載された本発明を実施することにより認識されるであろう。
【0012】
上述した一般的な説明および以下の詳細な説明は、単に本発明の例示であって、請求項に記載された本発明の性質および特徴を理解するための構想の概要を提供することを意図したものであることを理解すべきである。
【0013】
より高い解像度を達成するために、リソグラフィープロセスの照射光の波長を減少させる必要がある場合、照射光のレーザ発光は、有限の帯域幅を有する。100nmノードで必要とされる解像度を達成するために、全ての屈折光学設計を用いた光リソグラフィー用器具の製造業者は、非常に高度に狭い線の(line narrowed)レーザ(2pm未満まで)を使用するか、またはそのレーザの帯域幅を補償する分散特性を有する2つの光学材料を使用することができる。
【0014】
好ましい実施の形態において、本発明は、一般的ではあるが、特に157nmの領域において、屈折レンズを、2pm未満まで線が狭くされていないフッ化物エキシマレーザからの光を使用するように構成できるようにするVUVリソグラフィーのための色補正用等方性光リソグラフィー結晶質を提供する工程を含む。本発明は、157nmでの光リソグラフィーに利点を与えるある範囲のフッ化物結晶質を含む。好ましい実施の形態において、分散マネジメントを行う光リソグラフィー結晶が、0.2ピコメートル以上の帯域幅を有する157nmでの光リソグラフィー照射レーザと共に用いられる。
【0015】
好ましい実施の形態の詳細な説明
材料の屈折率は、そこを通過するエネルギーの波長によって変化し、これは、材料の分散と称される。それゆえ、ある光学材料から構成されたレンズ系を通過する光がある範囲の波長を有する場合、各々の波長は、異なる焦点に持って行かれ、したがって、解像度が減少してしまう。この影響は、異なる分散特徴を有する第2の光学材料を使用することにより克服できる。この技法は、色補正として知られている。色補正材料として用いられるには、満たさなければならない特別な基準があり、すなわち、その材料は、動作波長で伝送し、等方性であり、最適分散特徴を有さなければならない。157nmにおいて、必要な精度まで測定された分散特徴を有する唯一の材料はフッ化カルシウムである。157nmでの透過の基準および等方性であることの基準を適用すると、以下の材料を色補正材料として使用することができる。
【0016】
I. アルカリ金属フッ化物に基づく材料
フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、および次の化学式の材料:MがLi、NaまたはKのいずれかであり、RがCa、Sr、BaまたはMgのいずれかであるMRF3。そのような材料の例としては、以下に限定されるものではないが、KMgF3、KSrF3、KBaF3、KCaF3、LiMgF3、LiSrF3、LiBaF3、LiCaF3、NaMgF3、NaSrF3、NaBaF3、およびNaCaF3が挙げられる。
【0017】
II. アルカリ土類金属フッ化物に基づく材料
フッ化カルシウム、フッ化バリウムおよびフッ化ストロンチウム。これらの材料の各々は、M1がBa、CaまたはSrのいずれかであり、M2がBa、CaまたはSrのいずれかであり、xが0および1の間の数である化学式(M1)x(M2)1−xF2の混合結晶を形成するために、他のものと組み合わせることができる。非限定的実施例としては、x=0.5であるBa0.5Sr0.5F2およびx=0.75であるBa0.25Sr0.75F2である。
【0018】
III. MがCa、BaまたはSrのいずれかであり、Rがランタンである、化学式M1−xRxF2+xの混合結晶に基づく材料
そのような材料において、その結晶構造は、0.3のxの値まで等方性である。この化学式の例としては、以下に限定するものではないが、x=0.28であるCa0.72La0.28F2.28、x=0.26であるBa0.74La0.26F2.26、およびx=0.21であるSr0.79La0.21F2.21が挙げられる。
【0019】
上述した材料I、IIおよびIIIの各々は、結晶成長の「ストックバーガー(Stockbarger)」または「ブリッジマン」技法として知られている技法を用いて製造できる。このプロセスは、成長させるべき材料の粉末を坩堝として知られている容器中に装填する工程を含む。通常は高純度グラファイトから製造された坩堝が、温度を、成長させるべき材料の融点より高いレベルまで上昇させるのに十分なパワーを有する加熱器内の移動可能な支持構造体上に配置される。加熱器システムを坩堝の周りに組み立てた後、そのシステムを、ガラス鐘で閉ざし、真空ポンプの組合せを用いて排気する。10−5Torrを超える真空が達成された後、パワーを加熱器に加え、設定レベルが達成されるまで連続的に上昇させる。このパワーの設定レベルは、溶融の試験的実行により定義される。溶融パワーで数時間経過した後、移動可能な支持構造体を作動させ、坩堝を炉内にゆっくりと降下させる。坩堝の先端が降下するときに、その先端が冷め、溶融材料が凝固し始める。降下を続けることにより、溶融物の全てが凝固するまで、固化が進行する。この時点で、炉へのパワーが溶融パワー未満まで減少され、坩堝が加熱器中に上昇されて戻され、数時間の期間で熱平衡に到達され、次いで、加熱器へのパワーをゆっくりと減少させることにより室温まで冷まされる。一旦室温まで戻ったら、真空が解放され、ガラス鐘を取り除き、次いで、加熱器を取り除き、結晶を坩堝から取り出すことができる。
【0020】
結晶成長のブリッジマンまたはストックバーガー法は、フッ化物ベースの材料の結晶を成長させる通常の方法であるが、これが利用できる唯一の方法ではない。ツォクラルスキー、キロポロス(Kyropoulos)またはストバー(Stober)法のような技法を用いても差し支えない。
【0021】
これらの材料から得られたディスクのサイズおよび形状は、例えば、レンズに関して、様々である:118−250mmの直径および30−50mmの厚さ。ディスクは、従来の様式で、ほぼ同じ寸法の、所望の曲率を有するレンズに研磨される。それらレンズには、例えば、色補正が必要とされるときはいつも、一般用途がある。次いで、レンズは、様々な光学系、例えば、以下に限定されるものではないが、157nm系、分光系、顕微鏡および望遠鏡を含むレーザに組み込むことができる。
【0022】
先の特定の実施の形態は、単に説明のためであって、制限的ではないこの開示の残りの部分のようにいかようにも構成される。
【0023】
上記と以下に挙げられた全ての出願、特許および公報の全部の開示をここに引用する。
【0024】
当業者は、上述した記載から、本発明の基本的な特徴を容易に確認でき、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、本発明の様々な変更および改変を様々な用途および条件に適応させることができる。
【0025】
本発明は、少なくとも0.2pmの帯域幅を有する160nm未満でのリソグラフィーレーザに使用するための160nm未満での光学結晶伝送を含む。光リソグラフィー結晶は、85%より大きい157nmでの透過率および157nmでの−0.003未満の屈折率波長分散dn/dλを有する等方性フッ化バリウム結晶から構成される。好ましくは、そのフッ化バリウム結晶は、157nmでの−0.004未満、より好ましくは、−0.0043未満の屈折率波長分散dn/dλを有する。好ましくは、そのフッ化バリウム結晶は、157nmでの1.56より大きい屈折率nを有する。より好ましくは、nは1.6以上であり、最も好ましくは、nは1.64以上である。好ましくは、フッ化バリウム結晶は、157nmでの、8×10−6/℃より大きい、より好ましくは、8.5×10−6/℃以上の、屈折率温度係数dn/dtを有する。好ましい実施の形態において、光リソグラフィーフッ化バリウム結晶は、100mmより大きい寸法の直径および30mmより大きい厚さを、より好ましくは、約118−250mmの範囲の直径および約30−50mmの範囲の厚さを有する。少なくとも0.5pmの帯域幅を有するF2エキシマレーザのような広帯域幅照射源に用いる場合、前記フッ化バリウム結晶は、帯域幅分散マネジメントを行う光学素子から構成される。好ましくは、フッ化バリウム光リソグラフィー結晶は、10重量ppm未満、より好ましくは、5重量ppm未満、最も好ましくは、1重量ppm未満しかナトリウム汚染物含有量を有さない。好ましくは、フッ化バリウム光リソグラフィー結晶は、1重量ppm未満しか全希土類汚染物含有量を有さない。好ましくは、フッ化バリウム光リソグラフィー結晶は、50重量ppm未満、より好ましくは、20重量ppm未満しか全酸素汚染物含有量を有さない。そのような低汚染物レベルにより、有益な光学的特徴が提供され、好ましくは、前記結晶は、157nmで、86%以上、より好ましくは、88%以上の透過率を有する。
【0026】
さらなる態様において、本発明は、160nm未満の分散マネジメント光リソグラフィー結晶を含む。この分散マネジメント光リソグラフィー結晶は、157.6299nmで、−0.003未満の屈折率波長分散dn/dλおよび157.6299nmでの、1.56より大きい屈折率nを有する等方性フッ化バリウム結晶から構成される。好ましくは、分散マネジメントを行う結晶のdn/dλは−0.004未満であり、dn/dλは、より好ましくは、−0.0043未満である。好ましくは、結晶の屈折率nは1.6より大きい。
【0027】
さらなる態様において、本発明は、160nmでの光リソグラフィー方法であって、160nm未満での光リソグラフィー照射レーザを提供し、フッ化カルシウム結晶光学素子を提供し、160nmでの−0.003未満の屈折率波長分散dn/dλを有するフッ化バリウム結晶光学素子を提供する各工程を含む方法を含む。この方法は、160nm未満での光リソグラフィー光に、前記フッ化カルシウム光学素子および前記フッ化バリウム光学素子を透過させて、好ましくは100nm以下の特徴構造寸法を有する、光リソグラフィーパターンを形成する工程を含む。前記フッ化バリウム結晶光学素子を提供する工程は、好ましくは、フッ化バリウム結晶供給原料を容器中に装填し、この供給原料を溶融して、プリクリスタリンフッ化バリウム溶融物を形成し、そのフッ化バリウム溶融物をフッ化バリウム結晶に次第に凝固させる各工程を含む。この方法はさらに、好ましくは、そのフッ化バリウム結晶を加熱し、この結晶をゆっくりと熱平衡冷却し、そのフッ化バリウム結晶を光学素子に形成する各工程を含む。好ましくは、前記照射レーザは、0.5pm以上、好ましくは、1pm以上の帯域幅を有する、別の態様において、本発明は、分散マネジメントを行う光リソグラフィー素子の製造方法を含む。この方法は、フッ化バリウム供給材料を提供し、このフッ化バリウム供給材料を溶融して、プリクリスタリンフッ化バリウム溶融物を形成し、そのフッ化バリウム溶融物をフッ化バリウム結晶に固化させ、そのフッ化バリウム結晶をアニールして、157nmで、−0.003未満の屈折率波長分散dn/dλを有する等方性フッ化バリウム結晶を提供する各工程を含む。この方法は、好ましくは、汚染物を除去するフッ化物掃去剤を提供し、この掃去剤を前記フッ化バリウム供給材料と共に溶融して、汚染物を除去する各工程を含む。好ましくは、掃去剤はフッ化鉛である。
【0028】
実施例
フッ化バリウム光リソグラフィー結晶試料を製造した。製造した結晶について、157nm範囲での屈折率測定を行った。製造した結晶について、157nm範囲での透過率露出を行った。
【0029】
結晶は、高純度グラファイト坩堝容器内で成長させた。高純度フッ化バリウム粉末をその坩堝中に装填した。装填された坩堝を、温度を1280℃より高い温度まで上昇させるのに十分なパワーを有する結晶成長加熱装置内にある移動可能な支持構造体上に配置した。フッ化バリウム粉末を1280℃よりも高い温度でプリクリスタリンフッ化バリウム溶融物に溶融し、次いで、坩堝を1280℃の含有熱勾配に通して降下させて、溶融物を結晶性形態に次第に凝固させた。次いで、形成された結晶を、1280℃未満の温度まで加熱し、次いで、ゆっくりと冷却して、フッ化バリウム結晶に熱平衡に到達させ、結晶の応力および複屈折を減少させることにより、アニールした。次いで、そのように形成されたフッ化バリウム結晶試料を分析した。157nmでの透過率レーザ耐久性試料は、86%の外部透過率を示した。157nmでの絶対屈折率試料は、dn/dλ(157.6299)=−0.004376±0.000004nm−1の20℃での157nm分散を示し、157.6299の157nm波長での絶対屈折率は、n(λ=157.6299)=1.656690±0.000006であり、約20℃での屈折率温度係数は、dn/dT(約20℃、1気圧のN2)=10.6(±0.5)×10−6/℃およびdn/dT(約20℃、真空)=8.6(±0.5)×10−6/℃であることが分かった。
【0030】
本発明に様々な改変および変更を、本発明の精神および範囲から逸脱せずに行えることが当業者には明らかである。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの同等物に含まれるのであれば、それらの改変および変更を包含することが意図されている。
関連出願の説明
本出願は、その内容に依存し、全てをここに引用する、米国特許法第120条の元で優先権が主張される、Robert W.Sparrowの、Lenses For Optical Systemsと題する、1999年6月4日に出願された米国仮特許出願第60/137,486号、Robert W.Sparrowの、Lenses For Optical Systemsと題する、2000年2月8日に出願された米国仮特許出願第60/180,886号、およびRobert W.Sparrowの、Lenses For Optical Systemsと題する、2000年2月9日に出願された米国仮特許出願第60/181,338号の優先権を主張する。
【0002】
発明の背景
発明の分野
本発明は、広く、光リソグラフィーに関し、特に、157nm領域の波長を用いたVUV投影リソグラフィー屈折システムのような、193nm未満、好ましくは、175nm未満、より好ましくは、164nm未満の真空紫外線(VUV)波長を用いた光フォトリソグラフィーシステムに使用するための光マイクロリソグラフィー結晶に関する。
【0003】
技術背景
マイクロプロセッサおよびDRAMのような半導体チップが、「光リソグラフィー」と呼ばれる技術を用いて製造されている。光リソグラフィー用の器具は、パターンの形成されたマスクを照射するための照射レンズ系、光源およびそのマスクパターンの像をシリコン基板上に形成するための投影レンズ系を含む。
【0004】
半導体の性能は、特徴構造(feature)のサイズを減少させることにより改善されてきた。これは転じて、光リソグラフィー用器具の解像度の改善が必要になる。一般に、転写パターンの解像度は、レンズ系の開口数に正比例し、照射光の波長に反比例する。1980年代の初期には、使用された光の波長は、水銀ランプのg線の436nmであった。その後、波長は、365nm(水銀ランプのi線)まで減少され、現在では、製造に用いられている波長は、KrFレーザの発光から得られる248nmである。次世代のリソグラフィー用器具は、光源を193nmで発光するArFレーザのものに変える。光リソグラフィーの当然の発展は、光源を157nmで発光するフッ化物レーザのものに変えることであろう。各々の波長に関して、レンズの製造に異なる材料が必要とされる。248nmでは、光学材料は溶融シリカである。193nmの系に関しては、溶融シリカレンズとフッ化カルシウムレンズの組合せがある。157nmでは、溶融シリカはレーザ放射線を伝送しない。現在、157nmで使用可能と考えられている唯一の材料はフッ化カルシウムである。例えば、1996年7月14日に出願された特願平第8−153769号からの、1998年1月6日に公開された特開平第10−1310号、および1996年8月20日に出願された出願に基づいて1998年3月3日に公開された特開平第10−59799号を参照のこと。両者の出願人は、ニコン社である。
【0005】
193nm未満の真空紫外線波長の光を用いた投影光フォトリソグラフィーシステムにより、より小さい特徴構造の寸法を達成する上で利点が得られる。157nmの波長領域の真空紫外線波長を用いたそのようなシステムには、より小さな特徴構造サイズを有する集積回路を改良する可能性がある。集積回路の製造において半導体産業で用いられている現在の光リソグラフィーシステムは、一般的な248nmおよび193nmの波長のような、より短い波長の光に向かって進歩してきているが、157nmのような、193nm未満の真空紫外線波長の商業的使用および適応は、光学材料を通る157nm領域のそのような真空紫外線波長の透過性質により妨げられている。集積回路の製造に使用すべきF2エキシマレーザの発光スペクトルVUVウィンドウのような157nm領域における真空紫外線フォトリソグラフィーの利点のためには、164nm未満および157nmでの有益な光学的特性を有する光リソグラフィー結晶が必要とされる。
【0006】
本発明は、従来技術における問題点を克服し、真空紫外線波長により集積回路の製造を改善するために用いることのできるフッ化物光リソグラフィー結晶を提供する。
【0007】
発明の概要
本発明のある態様は、160nm未満の光リソグラフィーフッ化バリウム結晶である。このフッ化バリウム結晶は、157nmで−0.003未満の屈折率波長分散dn/dλを有する。
【0008】
別の態様において、本発明は、分散マネジメント光リソグラフィー結晶を含む。この分散マネジメント結晶は等方性フッ化バリウム結晶である。好ましくは、フッ化バリウム結晶は、157.6299nmでの−0.003未満の屈折率波長分散dn/dλおよび157.6299nmでの1.56より大きい屈折率nを有する。
【0009】
さらなる態様において、本発明は、160nm未満での光リソグラフィー方法であって、160nm未満での光リソグラフィー照射レーザを提供し、フッ化カルシウム結晶の光学素子を提供し、160nm未満での−0.003未満の屈折率波長分散dn/dλを有するフッ化バリウム結晶光学素子を提供し、前記160nm未満での光リソグラフィー光に、前記フッ化カルシウム光学素子および前記フッ化バリウム光学素子を透過させて、光リソグラフィーパターンを形成する各工程を含む方法を含む。
【0010】
別の態様において、本発明は、分散マネジメントを行う光リソグラフィー素子の製造方法を含む。この方法は、フッ化バリウム供給材料を提供し、このフッ化バリウム供給材料を溶融して、プリクリスタリン(precrystalline)フッ化バリウム溶融物を形成し、このフッ化バリウム溶融物をフッ化バリウム結晶に固化させ、このフッ化バリウム結晶をアニールして、157nmでの−0.003未満の屈折率波長分散を有する等方性フッ化バリウム結晶を提供する各工程を含む。
【0011】
本発明の追加の特徴および利点が、以下の詳細な説明に述べられており、一部には、その説明から当業者にとっては容易に明らかとなる、または以下の詳細な説明および特許請求の範囲を含む、ここに記載された本発明を実施することにより認識されるであろう。
【0012】
上述した一般的な説明および以下の詳細な説明は、単に本発明の例示であって、請求項に記載された本発明の性質および特徴を理解するための構想の概要を提供することを意図したものであることを理解すべきである。
【0013】
より高い解像度を達成するために、リソグラフィープロセスの照射光の波長を減少させる必要がある場合、照射光のレーザ発光は、有限の帯域幅を有する。100nmノードで必要とされる解像度を達成するために、全ての屈折光学設計を用いた光リソグラフィー用器具の製造業者は、非常に高度に狭い線の(line narrowed)レーザ(2pm未満まで)を使用するか、またはそのレーザの帯域幅を補償する分散特性を有する2つの光学材料を使用することができる。
【0014】
好ましい実施の形態において、本発明は、一般的ではあるが、特に157nmの領域において、屈折レンズを、2pm未満まで線が狭くされていないフッ化物エキシマレーザからの光を使用するように構成できるようにするVUVリソグラフィーのための色補正用等方性光リソグラフィー結晶質を提供する工程を含む。本発明は、157nmでの光リソグラフィーに利点を与えるある範囲のフッ化物結晶質を含む。好ましい実施の形態において、分散マネジメントを行う光リソグラフィー結晶が、0.2ピコメートル以上の帯域幅を有する157nmでの光リソグラフィー照射レーザと共に用いられる。
【0015】
好ましい実施の形態の詳細な説明
材料の屈折率は、そこを通過するエネルギーの波長によって変化し、これは、材料の分散と称される。それゆえ、ある光学材料から構成されたレンズ系を通過する光がある範囲の波長を有する場合、各々の波長は、異なる焦点に持って行かれ、したがって、解像度が減少してしまう。この影響は、異なる分散特徴を有する第2の光学材料を使用することにより克服できる。この技法は、色補正として知られている。色補正材料として用いられるには、満たさなければならない特別な基準があり、すなわち、その材料は、動作波長で伝送し、等方性であり、最適分散特徴を有さなければならない。157nmにおいて、必要な精度まで測定された分散特徴を有する唯一の材料はフッ化カルシウムである。157nmでの透過の基準および等方性であることの基準を適用すると、以下の材料を色補正材料として使用することができる。
【0016】
I. アルカリ金属フッ化物に基づく材料
フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、および次の化学式の材料:MがLi、NaまたはKのいずれかであり、RがCa、Sr、BaまたはMgのいずれかであるMRF3。そのような材料の例としては、以下に限定されるものではないが、KMgF3、KSrF3、KBaF3、KCaF3、LiMgF3、LiSrF3、LiBaF3、LiCaF3、NaMgF3、NaSrF3、NaBaF3、およびNaCaF3が挙げられる。
【0017】
II. アルカリ土類金属フッ化物に基づく材料
フッ化カルシウム、フッ化バリウムおよびフッ化ストロンチウム。これらの材料の各々は、M1がBa、CaまたはSrのいずれかであり、M2がBa、CaまたはSrのいずれかであり、xが0および1の間の数である化学式(M1)x(M2)1−xF2の混合結晶を形成するために、他のものと組み合わせることができる。非限定的実施例としては、x=0.5であるBa0.5Sr0.5F2およびx=0.75であるBa0.25Sr0.75F2である。
【0018】
III. MがCa、BaまたはSrのいずれかであり、Rがランタンである、化学式M1−xRxF2+xの混合結晶に基づく材料
そのような材料において、その結晶構造は、0.3のxの値まで等方性である。この化学式の例としては、以下に限定するものではないが、x=0.28であるCa0.72La0.28F2.28、x=0.26であるBa0.74La0.26F2.26、およびx=0.21であるSr0.79La0.21F2.21が挙げられる。
【0019】
上述した材料I、IIおよびIIIの各々は、結晶成長の「ストックバーガー(Stockbarger)」または「ブリッジマン」技法として知られている技法を用いて製造できる。このプロセスは、成長させるべき材料の粉末を坩堝として知られている容器中に装填する工程を含む。通常は高純度グラファイトから製造された坩堝が、温度を、成長させるべき材料の融点より高いレベルまで上昇させるのに十分なパワーを有する加熱器内の移動可能な支持構造体上に配置される。加熱器システムを坩堝の周りに組み立てた後、そのシステムを、ガラス鐘で閉ざし、真空ポンプの組合せを用いて排気する。10−5Torrを超える真空が達成された後、パワーを加熱器に加え、設定レベルが達成されるまで連続的に上昇させる。このパワーの設定レベルは、溶融の試験的実行により定義される。溶融パワーで数時間経過した後、移動可能な支持構造体を作動させ、坩堝を炉内にゆっくりと降下させる。坩堝の先端が降下するときに、その先端が冷め、溶融材料が凝固し始める。降下を続けることにより、溶融物の全てが凝固するまで、固化が進行する。この時点で、炉へのパワーが溶融パワー未満まで減少され、坩堝が加熱器中に上昇されて戻され、数時間の期間で熱平衡に到達され、次いで、加熱器へのパワーをゆっくりと減少させることにより室温まで冷まされる。一旦室温まで戻ったら、真空が解放され、ガラス鐘を取り除き、次いで、加熱器を取り除き、結晶を坩堝から取り出すことができる。
【0020】
結晶成長のブリッジマンまたはストックバーガー法は、フッ化物ベースの材料の結晶を成長させる通常の方法であるが、これが利用できる唯一の方法ではない。ツォクラルスキー、キロポロス(Kyropoulos)またはストバー(Stober)法のような技法を用いても差し支えない。
【0021】
これらの材料から得られたディスクのサイズおよび形状は、例えば、レンズに関して、様々である:118−250mmの直径および30−50mmの厚さ。ディスクは、従来の様式で、ほぼ同じ寸法の、所望の曲率を有するレンズに研磨される。それらレンズには、例えば、色補正が必要とされるときはいつも、一般用途がある。次いで、レンズは、様々な光学系、例えば、以下に限定されるものではないが、157nm系、分光系、顕微鏡および望遠鏡を含むレーザに組み込むことができる。
【0022】
先の特定の実施の形態は、単に説明のためであって、制限的ではないこの開示の残りの部分のようにいかようにも構成される。
【0023】
上記と以下に挙げられた全ての出願、特許および公報の全部の開示をここに引用する。
【0024】
当業者は、上述した記載から、本発明の基本的な特徴を容易に確認でき、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、本発明の様々な変更および改変を様々な用途および条件に適応させることができる。
【0025】
本発明は、少なくとも0.2pmの帯域幅を有する160nm未満でのリソグラフィーレーザに使用するための160nm未満での光学結晶伝送を含む。光リソグラフィー結晶は、85%より大きい157nmでの透過率および157nmでの−0.003未満の屈折率波長分散dn/dλを有する等方性フッ化バリウム結晶から構成される。好ましくは、そのフッ化バリウム結晶は、157nmでの−0.004未満、より好ましくは、−0.0043未満の屈折率波長分散dn/dλを有する。好ましくは、そのフッ化バリウム結晶は、157nmでの1.56より大きい屈折率nを有する。より好ましくは、nは1.6以上であり、最も好ましくは、nは1.64以上である。好ましくは、フッ化バリウム結晶は、157nmでの、8×10−6/℃より大きい、より好ましくは、8.5×10−6/℃以上の、屈折率温度係数dn/dtを有する。好ましい実施の形態において、光リソグラフィーフッ化バリウム結晶は、100mmより大きい寸法の直径および30mmより大きい厚さを、より好ましくは、約118−250mmの範囲の直径および約30−50mmの範囲の厚さを有する。少なくとも0.5pmの帯域幅を有するF2エキシマレーザのような広帯域幅照射源に用いる場合、前記フッ化バリウム結晶は、帯域幅分散マネジメントを行う光学素子から構成される。好ましくは、フッ化バリウム光リソグラフィー結晶は、10重量ppm未満、より好ましくは、5重量ppm未満、最も好ましくは、1重量ppm未満しかナトリウム汚染物含有量を有さない。好ましくは、フッ化バリウム光リソグラフィー結晶は、1重量ppm未満しか全希土類汚染物含有量を有さない。好ましくは、フッ化バリウム光リソグラフィー結晶は、50重量ppm未満、より好ましくは、20重量ppm未満しか全酸素汚染物含有量を有さない。そのような低汚染物レベルにより、有益な光学的特徴が提供され、好ましくは、前記結晶は、157nmで、86%以上、より好ましくは、88%以上の透過率を有する。
【0026】
さらなる態様において、本発明は、160nm未満の分散マネジメント光リソグラフィー結晶を含む。この分散マネジメント光リソグラフィー結晶は、157.6299nmで、−0.003未満の屈折率波長分散dn/dλおよび157.6299nmでの、1.56より大きい屈折率nを有する等方性フッ化バリウム結晶から構成される。好ましくは、分散マネジメントを行う結晶のdn/dλは−0.004未満であり、dn/dλは、より好ましくは、−0.0043未満である。好ましくは、結晶の屈折率nは1.6より大きい。
【0027】
さらなる態様において、本発明は、160nmでの光リソグラフィー方法であって、160nm未満での光リソグラフィー照射レーザを提供し、フッ化カルシウム結晶光学素子を提供し、160nmでの−0.003未満の屈折率波長分散dn/dλを有するフッ化バリウム結晶光学素子を提供する各工程を含む方法を含む。この方法は、160nm未満での光リソグラフィー光に、前記フッ化カルシウム光学素子および前記フッ化バリウム光学素子を透過させて、好ましくは100nm以下の特徴構造寸法を有する、光リソグラフィーパターンを形成する工程を含む。前記フッ化バリウム結晶光学素子を提供する工程は、好ましくは、フッ化バリウム結晶供給原料を容器中に装填し、この供給原料を溶融して、プリクリスタリンフッ化バリウム溶融物を形成し、そのフッ化バリウム溶融物をフッ化バリウム結晶に次第に凝固させる各工程を含む。この方法はさらに、好ましくは、そのフッ化バリウム結晶を加熱し、この結晶をゆっくりと熱平衡冷却し、そのフッ化バリウム結晶を光学素子に形成する各工程を含む。好ましくは、前記照射レーザは、0.5pm以上、好ましくは、1pm以上の帯域幅を有する、別の態様において、本発明は、分散マネジメントを行う光リソグラフィー素子の製造方法を含む。この方法は、フッ化バリウム供給材料を提供し、このフッ化バリウム供給材料を溶融して、プリクリスタリンフッ化バリウム溶融物を形成し、そのフッ化バリウム溶融物をフッ化バリウム結晶に固化させ、そのフッ化バリウム結晶をアニールして、157nmで、−0.003未満の屈折率波長分散dn/dλを有する等方性フッ化バリウム結晶を提供する各工程を含む。この方法は、好ましくは、汚染物を除去するフッ化物掃去剤を提供し、この掃去剤を前記フッ化バリウム供給材料と共に溶融して、汚染物を除去する各工程を含む。好ましくは、掃去剤はフッ化鉛である。
【0028】
実施例
フッ化バリウム光リソグラフィー結晶試料を製造した。製造した結晶について、157nm範囲での屈折率測定を行った。製造した結晶について、157nm範囲での透過率露出を行った。
【0029】
結晶は、高純度グラファイト坩堝容器内で成長させた。高純度フッ化バリウム粉末をその坩堝中に装填した。装填された坩堝を、温度を1280℃より高い温度まで上昇させるのに十分なパワーを有する結晶成長加熱装置内にある移動可能な支持構造体上に配置した。フッ化バリウム粉末を1280℃よりも高い温度でプリクリスタリンフッ化バリウム溶融物に溶融し、次いで、坩堝を1280℃の含有熱勾配に通して降下させて、溶融物を結晶性形態に次第に凝固させた。次いで、形成された結晶を、1280℃未満の温度まで加熱し、次いで、ゆっくりと冷却して、フッ化バリウム結晶に熱平衡に到達させ、結晶の応力および複屈折を減少させることにより、アニールした。次いで、そのように形成されたフッ化バリウム結晶試料を分析した。157nmでの透過率レーザ耐久性試料は、86%の外部透過率を示した。157nmでの絶対屈折率試料は、dn/dλ(157.6299)=−0.004376±0.000004nm−1の20℃での157nm分散を示し、157.6299の157nm波長での絶対屈折率は、n(λ=157.6299)=1.656690±0.000006であり、約20℃での屈折率温度係数は、dn/dT(約20℃、1気圧のN2)=10.6(±0.5)×10−6/℃およびdn/dT(約20℃、真空)=8.6(±0.5)×10−6/℃であることが分かった。
【0030】
本発明に様々な改変および変更を、本発明の精神および範囲から逸脱せずに行えることが当業者には明らかである。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの同等物に含まれるのであれば、それらの改変および変更を包含することが意図されている。
Claims (27)
- 160nm未満の光リソグラフィー結晶であって、フッ化バリウム結晶から構成され、該フッ化バリウム結晶が、157nmで、85%より大きい透過率を有し、該結晶が、157nmで、−0.003未満の屈折率波長分散dn/dλを有することを特徴とする光リソグラフィー結晶。
- 前記分散dn/dλが−0.004未満であることを特徴とする請求項1記載の光リソグラフィー結晶。
- 前記分散dn/dλが−0.0043未満であることを特徴とする請求項1記載の光リソグラフィー結晶。
- 前記フッ化バリウム結晶が、157nmで、1.56より大きい屈折率nを有することを特徴とする請求項1記載の光リソグラフィー結晶。
- 前記フッ化バリウム結晶が、157nmで、1.6より大きい屈折率nを有することを特徴とする請求項1記載の光リソグラフィー結晶。
- 前記フッ化バリウム結晶が、157nmで、1.64より大きい屈折率nを有することを特徴とする請求項1記載の光リソグラフィー結晶。
- 前記フッ化バリウム結晶が、157nmで、8×10−6/℃より大きい屈折率温度係数dn/dtを有することを特徴とする請求項1記載の光リソグラフィー結晶。
- 100mmより大きい寸法の直径および30mmより大きい厚さを有することを特徴とする請求項1記載の光リソグラフィー結晶。
- 約118−250mmの範囲の直径および約30−50mmの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項1記載の光リソグラフィー結晶。
- 前記結晶が、帯域幅分散マネジメントを行う光学素子から構成されることを特徴とする請求項1記載の光リソグラフィー結晶。
- 前記フッ化バリウム結晶が、10重量ppm未満のナトリウム含有量を有することを特徴とする請求項1記載の光リソグラフィー結晶。
- 前記フッ化バリウム結晶が、1重量ppm未満の全希土類汚染物含有量を有することを特徴とする請求項1記載の光リソグラフィー結晶。
- 前記フッ化バリウム結晶が、50重量ppm未満の酸素汚染物含有量を有することを特徴とする請求項1記載の光リソグラフィー結晶。
- 前記フッ化バリウム結晶が、20重量ppm未満の酸素汚染物含有量を有することを特徴とする請求項1記載の光リソグラフィー結晶。
- 前記フッ化バリウム結晶が、157nmで、86%以上の透過率を有することを特徴とする請求項1記載の光リソグラフィー結晶。
- 前記フッ化バリウム結晶が、20重量ppm未満の酸素汚染物含有量および157nmでの86%より大きい透過率を有することを特徴とする請求項1記載の光リソグラフィー結晶。
- 等方性フッ化バリウム結晶から構成される分散マネジメントを行う光リソグラフィー結晶であって、該フッ化バリウム結晶が、157.6299nmで、−0.003未満の屈折率波長分散dn/dλおよび1.56より大きい屈折率nを有することを特徴とする分散マネジメントを行う光リソグラフィー結晶。
- dn/dλが−0.004未満であることを特徴とする請求項17記載の分散マネジメントを行う光リソグラフィー結晶。
- dn/dλが−0.0043未満であることを特徴とする請求項17記載の分散マネジメントを行う光リソグラフィー結晶。
- 前記屈折率nが1.6より大きいことを特徴とする請求項17記載の分散マネジメントを行う光リソグラフィー結晶。
- 前記結晶が、157nmで、83%より大きい測定された外部透過率を有することを特徴とする請求項17記載の分散マネジメントを行う光リソグラフィー結晶。
- 前記結晶が、157nmで、85%以上の測定された外部透過率を有することを特徴とする請求項17記載の分散マネジメントを行う光リソグラフィー結晶。
- 160nm未満の光リソグラフィー方法において、
160nm未満の光リソグラフィー照射レーザを提供し、
フッ化カルシウム結晶光学素子を提供し、
フッ化バリウム結晶光学素子であって、160nm未満で、−0.003未満の屈折率波長分散dn/dλを有するフッ化バリウム結晶光学素子を提供し、
160nm未満の光リソグラフィー光に、前記フッ化カルシウム光学素子および前記フッ化バリウム光学素子を透過させて、光リソグラフィーパターンを形成する、
各工程を含むことを特徴とする方法。 - 前記フッ化バリウム結晶光学素子を提供する工程が、
フッ化バリウム結晶供給原料を容器中に装填し、
該フッ化バリウム結晶供給原料を溶融して、プリクリスタリンフッ化バリウム溶融物を形成し、
該フッ化バリウム溶融物をフッ化バリウム結晶に次第に凝固させ、
該フッ化バリウム結晶を加熱し、該結晶を熱平衡冷却し、
該フッ化バリウム結晶を光学素子に形成する、
各工程をふくむことを特徴とする請求項23記載の方法。 - 分散マネジメントを行う光リソグラフィー素子を製造する方法であって、
フッ化バリウム供給材料を提供し、
該フッ化バリウム供給材料を溶融して、プリクリスタリンフッ化バリウム溶融物を形成し、
該フッ化バリウム溶融物をフッ化バリウム結晶に固化させ、
該フッ化バリウム結晶をアニールして、157nmで、−0.003未満の屈折率波長分散dn/dλを有する等方性フッ化バリウム結晶を提供する、
各工程を含むことを特徴とする方法。 - 汚染物を除去するフッ化物掃去剤を提供し、該掃去剤を前記フッ化バリウム供給材料と共に溶融して、汚染物を除去する各工程を含むことを特徴とする請求項25記載の方法。
- 157nmで色補正を行うフッ化カルシウムのための分散マネジメントを行う光リソグラフィー結晶を製造する方法であって、
フッ化物色補正材料を提供し、
該フッ化物色補正材料を溶融して、プリクリスタリンフッ化物色補正材料溶融物を形成し、
該フッ化物色補正材料溶融物を色補正材料フッ化物結晶に固化させ、
該色補正材料フッ化物結晶をアニールして、157nmで、−0.003未満の屈折率波長分散dn/dλおよび80%未満の透過率を有する等方性色補正材料フッ化物結晶を提供する、
各工程を含むことを特徴とする方法。
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