JP2007213030A - 投影レンズおよびマイクロリソグラフィを実施する方法 - Google Patents
投影レンズおよびマイクロリソグラフィを実施する方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】深紫外線に用いる投影レンズは、高解像であることが求められるが、レンズが厚くなる等の問題があった。深紫外線を使用するリソグラフィに用いることができる改良型のマイクロリソグラフィ用投影レンズを提供する。
【解決手段】マイクロリソグラフィ用投影レンズは、直接的に接触せず、かつ、該レンズを設計する波長の概ね半分をセパレータによって離間される透過性光学素子を備えて構成される。かくして、対応する空隙により直接接触するのと光学的にほぼ同等となる。
【選択図】図4
【解決手段】マイクロリソグラフィ用投影レンズは、直接的に接触せず、かつ、該レンズを設計する波長の概ね半分をセパレータによって離間される透過性光学素子を備えて構成される。かくして、対応する空隙により直接接触するのと光学的にほぼ同等となる。
【選択図】図4
Description
本発明は、マイクロリソグラフィ用投影レンズに関する。本発明はさらに、該投影レンズを製造する方法に関する。本発明はさらに、該投影レンズを用いてマイクロリソグラフィを実施する方法に関する。本発明はさらに、該投影レンズを採用する、対応するマイクロリソグラフィ装置に関する。
マイクロリソグラフィ用投影レンズの開発を継続する理由の1つは、基板に形成されるストラクチャの微細化が継続されているからである。ストラクチャを微細化することによって、(例えば、電子部品)のような部品の密度を高めることが可能になり、それにより、例えば、集積回路に形成されたストラクチャの能力と製造効率を向上させることができる。
基板上の部品のサイズは、大きくはマイクロリソグラフィ用投影システムの解像度、より具体的には投影レンズの解像度に依る。しかし、高解像度の投影レンズは、照明光を適切に屈折させるためにしばしば極めて厚いレンズになる。
解像度は照明光の波長に依存するために、照明光の波長を短くするという方法もある。波長としては、一般に、例えば193nmまたは157nmの深紫外線が選ばれる。
また、投影システムの基板前方の最終レンズと基板との間に(例えば水のような)浸漬液を用いるという方法もある。浸漬液とともに用いられる投影レンズは、「乾式」構成にした場合より大きい開口数を有する。
本発明は、深紫外線を使用するリソグラフィに用いることができる改良型のマイクロリソグラフィ用投影レンズを提供することを目的とする。
本発明は、また、マイクロリソグラフィ用の改良された投影レンズを製造する方法を提供することを目的とする。
本発明は、また、改良された投影レンズを用いて深紫外線マイクロリソグラフィを実施する方法を提供することを目的とする。
本発明は、さらに、改良された投影レンズを用いて走査ステップ式マイクロリソグラフィを実施する方法を提供することを目的とする。
本発明は、添付の特許請求の範囲に規定されている。以下に開示する内容は、投影レンズとマイクロリソグラフィ用装置に関し、また、本発明による方法にも係わる。
本発明の基本的な着想は、問題を生ずる可能性がある直接的な接触を回避するようにして透過性光学素子と他の光学ユニットを組み合わせることにある。
透過性光学素子を直に接触させた場合、例えば、加温と、異なる熱膨張形のために相対的な移動が発生することによって、光学面の非接触化、局部的移動および再接触が引き起こされる。この現象は、局部応力による複屈折を引き起こし、また、透過性光学素子の面に機械的な損傷を生ずることも想定される。
透過性光学素子は、使用される照明光の波長に対して透明でなければならないことは当然である。そのような光学素子は、例えば、レンズまたは投影レンズの特定の部位を保護するあるいは分離する簡単な透明シートであってもよい。光線を光束に整形するのに好適な透過性光学素子が、一般にレンズと呼称される。
複数の透過性光学素子は、互いに対向して配置されるが、直接接触はしていない。これにより、隣接した透過性光学素子間には空隙が形成される。実際の使用時には、第1の透過性光学素子に入射した照明光はこの空隙を貫通して第2の透過性光学素子に入り、終には投影レンズから飛び出して基板の上にマイクロリソグラフィを実施する。照明光は、空隙の中の断面の全域を通過する。この断面の大きさは、投影光学系の動作条件に応じて変化する。この断面は、光学的な開口部と呼ばれる。光学的な開口部を通過する照明光の吸蔵を避けるために、空隙の水平方向寸法は、光学的な開口部の寸法より大きい。
透過性光学素子が直接接触することを防止するためにセパレータが用いられる。そのようなセパレータの構成については後述する。
隣接する光学素子間の空隙が非常に小さい場合、光学素子は、直接接触とほぼ同様の効果をもたらす。空隙の大きさは、レンズに使用される照明光の波長の半分以下でなければならない。空隙の大きさは、波長の1/10以下であることが好ましい。空隙の大きさは、波長の1/20、1/50は1/100以下であることがより好ましい。好適な波長は、例えば、248nm、193nm、157nmまたは126nmである。空隙は、真空であってもよいし、流体で満たされていてもよい。
好適な実施形態において、隣接した光学素子の対向した面間の空隙は、均一の大きさを有する。空隙を特別な形状に形成した場合にも、工学的均一性を容易に実現するために、空隙を均一の大きさに維持することが好ましい。好適な実施形態において、隣接した光学素子の対向した面は、光学的な開口部において平面かつ平行である。そのような形状は、製造上も極めて容易である。他の好適な実施形態において、隣接した光学素子は、光学的な開口部において所定の曲率を有する曲面である。光学系に対する要求に応じて、例えば非球面のような他の形状を選ぶこともできる。
隣接した光学素子の間に介在して光学的な開口部を囲繞するセパレータには、例えば金のような材料を用いることができる。セパレータは、丸くて連続した、閉環である。また、とりわけ多数の断片を用いた非連続形のセパレータも有用である。スペーサに求められる主な要件は、本質的に均一の厚さを有し、かつ、光学面に対向した光学的な開口部に侵入しないように配置されることである。さらに、セパレータは、潤滑剤としても機能する。セパレータの材料は、有機物または無機物のいずれでもよく、また、合金であってもよい。具体的には、金、PTFE、クロムおよびニッケルを含む。潤滑剤としては、とりわけPTFEが好適である。使用する材料に応じ、セパレータは、蒸着または化学析出によって形成される。セパレータのこの形成方法は、いずれの種類の透過性光学素子にも適用される。
スペーサを水平方向の所望の位置に形成するために、マスクとレジストが用いられる。蒸着の実施後に、均一の厚さにする、または水平方向の位置を変更するために、スペーサを整形することが必要である。このために、研磨、局部研磨、研削、レーザーアブレーション、イオンビーム加工、およびエッチングのいずれの技術を用いてもよい。また、非接触式または接触式マスクおよびレジストを研磨、加工またはエッチングに用いてもよい。
隣接する光学素子を互いに接続するために、クリップを用いてもよい。クリップは、透過性光学素子各々のかなりの部分を囲繞して、縁に固定される。クリップは、光学素子を確実に保持はするが、それを湾曲はさせない大きさの圧力を負荷するようになっていなければならない。
隣接した光学素子の間の透過率を向上させるために、好ましくは少なくとも2つの透明層を介挿してもよい。しかし、透明層は、対向して配置された光学素子間の空隙を埋めるものであってはならない。透明層の各々は、隣接した光学素子より小さい屈折率を有する。透過損は低減化される。
透過性光学素子の間に空隙を設けるために、セパレータとしてナノ粒子を用いることもできる。ここで、投影レンズの隣接した光学素子間の空隙に収容できるほど小さい粒子をナノ粒子とする。また、粒子自体(または、2つの光学素子の対向面)が変形することによって空隙に収まるようになった粒子もナノ粒子であると定義する。しかし、ナノ粒子は、光学素子を形成する原子または分子構造より大きくなければならない。また、ナノ粒子は、光学素子間に空隙を画成するものでなければならない。ナノ粒子は、隣接した光学素子の間に分散配置されて光学素子を互いに分離するとともに、光学素子を転動または滑動によって幾分か相対移動させる。この意味において、ナノ粒子は、潤滑剤として作用する。
とりわけ、平坦なナノ粒子は滑動を容易にする。多くの種類のナノ粒子は少なくとも僅かな延性があるために、隣接した光学素子からの圧力によって圧縮される。ナノ粒子に負荷される圧力は、例えば、隣接した光学素子が瞬間的に押圧された場合のように、投影レンズの製造中に大きくなることがある。ナノ粒子は、隣接した光学素子の横移動または回動によって平坦化が促進される。延性を有しないナノ粒子の場合には、大きさの分散度合いが小さいナノ粒子を選ぶというオプションが興味深い。空隙方向で測定したときのナノ粒子の大きさが小さい分散をしているとき、均等な空隙を形成することが可能になる。同様の効果は、透過性光学素子の変形によっても得られる。数量で66%を超えるナノ粒子が、3:1、2:1、または1.5:1の関係にある小さい値と大きい値の間にあるとき、そのナノ粒子は、好ましい形態の小さい分散をしていると言える。この比率は、記載した順により好ましい値である。さらに好ましい形態の小さい分散の場合には、前述の関係にある小さい値と大きい値の間に、数量で90%を超えるナノ粒子が存在する。
ナノ粒子は、空間的に分散させることによって小さい密度を有するようにされていることが好ましい。ナノ粒子は、凝集性の断片を含んでいてはならない。
ナノ粒子は、空隙からの離散を生じないよう隣接した光学素子の一方または両方の面に付着していなければならない。ナノ粒子は、また、マイクロリソグラフィに一般に使用される紫外線に耐性を有していなければならない。
セパレータとして用いることができるとりわけ興味深いナノ粒子は、フラーレン、特に実質的に球形のフラーレンである。正確に球形のフラーレンは存在しないために、「実質的に」を用いた。有名なバッキーボール(B60)でさえも厳密には球形ではない。ナノチューブのような柱状のフラーレンをセパレータに用いることも可能である。
セパレータに用いることができる他の種類の材料は、ゼオライトである。上述した形状は別にして、ゼオライトAとgmelinit−Iの混合物がとりわけ興味深い。ゼオライトAは実質的に立方構造であるが、gmelinit−Iは実質的に球である。ゼオライトAは空隙の大きさを一定に維持するように作用し、gmelinit−Iは潤滑剤として作用する。
少なくとも一方の面に回転対称になっていない非球面を有する透過性光学素子、とりわけレンズ、を用いた場合、その光学系は、高次の結像補正を行うことが可能になる。レンズが回転可能な場合には、収差を操作し、また、インサイチュで補正することができる。
好適な実施形態において、隣接した光学素子間の空隙には流体が充填される。空隙には、流体を充填することがより好ましい。この流体の屈折率は、隣接した光学素子の屈折率の最大でも30%の差の範囲にある。この差異は、20%または10%を超えない範囲にあることが好ましい。隣接した光学素子の屈折率に応じて、流体は、浸漬液として用いたとき好適ないわゆる「高指数」流体になるよう調節可能である。そのような流体の例には、シクロヘキサン(波長193nmのときn〜1,57)またはデカリン(波長193nmのときn〜1,65)が含まれる。
流体は、水または液体炭化水素であることが好ましい。上述した例に加えて、ヘキサンまたはシクロオクタンが同様に好ましい。
本発明のさらに他の好適な実施形態によると、レンズと浸漬液とを分離するための投影レンズ用透明保護素子が提供される。とりわけ最終レンズ、つまり水の直前に配置されたレンズ、に保護をかけることによって、興味深い結果が得られる。請求項1に記載された第1の透過性光学素子は最終レンズに相当し、第2の透過性光学素子は保護素子に相当する。保護素子がない場合、最終レンズは、使用時には浸漬液に浸漬される。この場合、レンズが、例えば、離脱して浸漬液に浮いているフォトレジストによって汚染される、または、最終レンズと浸漬液との間の物理作用並びに化学反応によって最終レンズが劣化する。最終レンズの調節は極めて重要であり、また、精密な作業を行うことが求められる。そのため、(汚染された)保護素子を交換可能にすることは有効な手段となる。
保護素子と最終レンズは、隣接した透過性光学素子に相当しており、これらは、先に説明したように空隙によって分離される。
最終レンズと保護素子との接触を防止するために、先に説明したようなセパレータを用いることができる。保護素子用のセパレータについては以下でさらに説明する。
最終レンズと保護素子の間の空隙は非常に小さいため、空隙は、光学的にはほぼ直接接触と同等の効果しかない。従って、空隙のために開口数が低下することはない。最終レンズと保護素子の間の空隙は、真空にする、または、空気ないしは他の気体で満たすことが好ましい。
浸漬液のような非極性物体、つまり有機化合物、を用いる場合には、浸漬液がマイクロリソグラフィに使用される紫外線に耐性を有しないという問題が生ずる。従って、本発明を例えば消イオン化水のような極性浸漬液が使用できるようにすることが好ましい。このため、用いられる極性流体に耐性を有する材料が保護素子には使用される。
最終レンズの材料には、しばしばフッ化カルシウムのような塩結晶が選ばれる。フッ化カルシウムは、その他の材料とは異なり、光による圧縮固化を示さず、また、通常はガラス状であってレンズの製造に用いられる。この塩結晶は、消イオン化水のような極性流体にとりわけ溶解しやすい。イオンで飽和された水を用いた場合、塩結晶質量の純減は阻止されるが、レンズ表面の分子配列の組み換えが継続することによって、時間とともに粗さが増して光の散乱が生ずるようになる。このように、極性流体に対して使用可能な保護素子を用いることが極めて有用である。保護素子は、紫外線に対して透明であるとともに、極性流体に耐性を有する融解シリカによって形成される。
最終レンズと保護素子とを連結するために、クリップが取り付けられる。先に説明したように、クリップは、保護素子のかなりの部分を囲繞してその縁に固定された後に、最終レンズの対応したかなりの部分に固定できるようになっている。クリップは、最終レンズを確実に保持はするが、それを湾曲はさせない大きさの圧力を負荷するようになっていなければならない。
クリップを用いて保護素子を最終レンズに取り付ける代わりに、投影レンズの支持構造体に連結された台に装着することもできる。保護素子は、クリップを取り付けて安定化させるための余裕を有していなければならない。保護素子は、1mmより大きい厚さを有するが、3mmより厚い方が好ましい。
保護素子の縁は、最終レンズの縁を越えて伸張する。保護素子は、基板とは反対方向に伸張する延出部を有して、基板に対向して配置された最終レンズの側面を囲繞していてもよい。延出部は、連続した壁の形態である。このために、保護素子はバケツに類似した形状を有する。このようにバケツ形状を用いることによって、空隙を浸漬液の面より低い位置に配置した場合にも、浸漬液が空隙に浸入することを阻止することができる。また、例えばクリップを用いて延出部を台に取り付けることも可能である。延出部は、保護素子に対する、例えば蒸着または化学析出によって形成される。
高エネルギー密度の照明光のために、とりわけ融解シリカの特性にも依存するが、融解シリカを用いて形成された保護素子は損傷を受ける。この問題は、非常に薄い保護素子については厚い素子の場合ほど深刻ではない。一好適な実施形態によると、融解シリカを用いた保護素子は、10mmより薄い。最大厚は、5mm、1mm、500μmまたは200μmであることが好ましい。これらの値は記載の順に好ましくなるが、保護素子は、機械的な安定性のために10μmより厚くしてもよい。最小の厚さは、50μmまたは100μmであることが好ましい。極めて薄い保護素子を製造するために、融解シリカの一方の面の研磨後に例えば、(先に説明した)ナノ粒子のセパレータを取り付け、最終レンズに近接した位置に配置し、さらに、保護素子の側部を固定して保護素子の他方の面が研磨される。
保護素子を台座に固定し、さらに最終レンズを保護素子の上方に配置することによって最終レンズが基本的には重力によって保持されるようにしてもよい。機械的な衝撃が急に負荷された場合には、極めて少量の空気だけが最終レンズと保護素子の間の空隙から出入する。このようにして、最終レンズは、保護素子に隣接した位置を保持する。さらに、例えば輸送中に機械的な衝撃が負荷された場合には、ファン・デル・ワールス力によって容易に元の位置が保持される。
本発明によるセパレータが設けられた構成は、多くの場合保護素子が最終レンズに対して横移動できるようになっているために、保護素子に水平方向の支持部材を取り付ける方が有利である。例えばナノ粒子を用いるという例示した幾つかのセパレータについては、縦方向の支持部材を設ける方が有利である。
横移動の可能性がある場合には、最終レンズを保護素子に対して移動させる、例えばピエゾ素子のような駆動素子を設ける方が有利である。これにより、水平方向の較正が行われる。
最終レンズと保護素子の空隙を受動的に保持する代わりに、その大きさを能動的に調節することもできる。例えばピエゾ素子のような駆動素子を保護素子、保護素子の延出部、または保護素子を支持する台に取り付けることができる。最終レンズに直接または間接的に接続された駆動素子は、最終レンズと保護素子の間の空隙を能動的に調節できる。このような手段は、調節を充分に行うときまたは、例えば、温度変化により構成要素の大きさが変わったことによるレンズ形状の変化が生じたときには必要である。駆動素子を用いる場合には、しっかりと機械的に保持する必要がある。このために、保護素子は少なくとも1mmの厚さを有する。厚さは最小でも3mmであることが好ましい。
最終レンズと保護素子との間の実距離を検出するために、容量性のまたは誘導式の検出手段が用いられる。その場合、電子素子は対向面に埋め込まれるまたは表面に接着される。容量性手段が用いられた場合には、金属製の複数の薄片が対向面の一部に埋め込まれる。適切に配置することによって、薄片はコンデンサとして作用する。充電された薄片間の距離が変化したとき電圧が変化するために、その検出は容易である。較正は、薄片を互いに接触させて空隙をゼロにすることによって行われる。
先に説明したように、回転対称になっていない非球面を少なくとも一方の面に有する最終レンズを用いた場合、高次の結像補正を行うことが可能になる。最終レンズが回転可能な場合には、結像の結果を操作し、また、インサイチュで補正することができる。そのような場合には、少なくとも最終レンズを保護素子に対して回転可能にするために、駆動素子を設ける方が有利である。駆動素子は、小歯車、ピエゾ素子、超音波または回転式電磁界を用いて最終レンズを回転させる。回転式電磁界を最終レンズに連結するために、強磁性体が最終レンズに取り付けられる。
本発明による好適な実施形態によると、投影レンズは、分割されたレンズ素子を用いて形成される。これらのレンズ素子は、請求項1に記載された透過性光学素子に相当する。この方法を用いることにより、比較的薄い素子によって大きい厚さの光学素子の製造が可能になる。大きい厚さの光学素子を製造することは極めて困難である。厚い光学素子を焼結と加圧によって製造する場合には、均質な光学性状を確保するための加熱と冷却に関する適切な加工条件を見出すことが非常に難しい。
透過性光学素子の概要の部分で説明したように、分割レンズ素子は、隣接して配置されて互いに対向するが、直には接触していない。このように、隣接したレンズ素子の間には空隙が設けられる。
分割レンズ素子を直に接触させて1個の厚いレンズに形成する場合、接触面を極めて正確に調節することが求められるため、作業は極めて困難である。ぴったりと当接していないレンズ素子を互いに締着した場合には、例えば複屈折の現象が現れる。これらの問題は、下記の概要のようにして回避する。
レンズ素子の接触を防止するために、レンズ用セパレータが用いられる。このレンズ用セパレータは、先に説明したセパレータと同様の形態である。
上述したように非常に小さい空隙は、光学的には直接接触とほぼ同様の効果を有する。隣接して配置された分割レンズ素子間の空隙は、真空であるまたは流体で満たされる。
レンズ素子の材料には、CaF2、MgAl2O4またはガーネットが用いられるが、Lu3Al5O12がとりわけ好ましい。レンズ素子は、これら材料の単結晶体または多結晶体を用いて形成される(下記参照)。
分割レンズ素子を有する投影レンズを浸漬液から防護するために、先に説明したように保護素子を設けることが好ましい。この好適な実施形態において、分割レンズ素子の1つが最終レンズに相当する。最終レンズの基板側の面は、保護素子によって浸漬液から防護されており、また、最終レンズと保護素子の間の空隙の大きさは保護素子に取り付けられたセパレータによって調節される。同様に、最終レンズの反対側の面と隣接して配置された分割レンズ素子の間の空隙の大きさは、レンズ用セパレータによって調節される。両方の種類の空隙は、光学的には直接接触とほぼ同様の効果を有する。
レンズ素子は、用いられた材料に応じた固有の複屈折を示す。この事は、紫外線に対して使用可能な光学素子に通常用いられる単結晶体について特に強く現れる。マイクロリソグラフィに用いられる投影レンズの最終レンズは、複屈折を示すCaF2の単結晶体によって通常は形成される。光学素子に単結晶体を用いる場合には、単結晶を成長させるためには極めて複雑な工程が必要であるために、いわゆるブランクの製造も容易ではない。単結晶のブランクは、一般に円筒形である。投影レンズ用に円筒形のブランクとは大きく異なる形状の光学素子を形成する場合には、大きい量の材料を除去することが通常求められる。この除去に伴う材料の損失に加え、結晶の硬度や劈開性のような材料の性質にも依るが、ブランクから光学素子を形成することも困難な作業である。
このために、投影レンズのレンズ素子には多結晶体を用いることが好ましい。多結晶体の場合には、クリスタライトまたはグレインとも呼ばれる単結晶ユニットの結晶軸が、殆どランダムに空間に配置される。従って、固有複屈折を全ての方向で平均したとき、その値は本質的にはゼロになる。多結晶体としては、平均結晶サイズが0.5〜100μm、好ましくは10〜100μm、より好ましくは10〜50μm、さらに好ましくは20〜30μmの範囲にあるように選ぶこと方が有利であることが判った。平均結晶サイズは、約25μmであることがとりわけ好ましい。
多結晶の光学用途ブランクは、高純度の粉末混合材料を焼結後に加圧して製造される。このために、製造しようとしている光学素子に類似した形状のブランクを製作することが可能である。これにより、仕上げ加工のために除去される材料も、比較的少量になる。
波長が250nm未満、とりわけ193nm未満の照明光に対して、複屈折が1nm/cm未満、とりわけ0.5nm/cm未満となるような結晶サイズの分布を有する多結晶材料を選ぶことが好ましい。多結晶材料としては、ガーネット、とりわけLu3Al5O12またはMgAl2O4、を選ぶことが好ましい。
他の好適な実施形態において、固有複屈折を示すレンズ素子は、投影レンズを製作するとき、固有複屈折の好ましくない影響が累積しないように配置される。投影レンズの透明な開口部に直交する光軸に沿って、第1のレンズ素子と第2のレンズ素子は連続して配置される。1個のレンズ素子が引き起こす偏光方向を補正するために、2個のレンズ素子は、光軸に対して直交した同一の結晶面を有し、また、光軸に対して互いに捩られる(クロッキング)。
投影レンズは、固有複屈折を示す4個のレンズ素子を用い、それらを光軸に沿い連続して配置することによって製造することがとりわけ好ましい。4個のレンズ素子を対にして構成された二組は、光軸に直交して配置された同一の結晶面を有する。各々の対を構成するレンズ素子の一方は、同一の対に含まれる他方のレンズ素子に対して光軸を中心にして捩られる。また、2対に分けられた4個のレンズ素子は、交互に捩じって配置される。この場合、レンズ素子が偏光を継続的に実施できるように配置されるために、1個のレンズ素子が示す固有複屈折の影響に対して補正を行うときに、とりわけ好適な結果をもたらす。
この事は、固有複屈折を示すレンズについて説明するときに好適ないわゆるジョーンズマトリクスを用いて表現することができる。これらのマトリクスは逆算できない、即ち、各々のレンズ素子の配置が、全てのレンズ素子が引き起こす偏光の蓄積された結果に影響を与える。
他の好適な実施形態によると、レンズ素子の少なくとも1つは固有複屈折を示す結晶材料を用いて製造されるが、そのレンズ素子は、[100]配向、[110]配向、[111]配向とは異なる光軸に平行な結晶方向およびその他の結晶方向を有する。このように「自由」な結晶方向を有するために、自由度が増大して、装置の最適化が容易になる。さらに、(1,1)−ジョーンズの瞳の相が低減される。従って、光学的なマッピング実施時の種々の要請事項を、より良い方法で実現することが可能になる。
本発明のさらに他の観点は、先に説明したような投影レンズを製造する方法に関する。製造方法に関する好適な実施形態によると、最終レンズの基板(ウェハ)に対向される面の形状を決定する段階と、最終レンズの上記面の形状に適合した面形状を備えた保護素子を配置する段階とを有する。
この形状は、干渉計使用法によって得られる。最終レンズの形状に作用する重力の影響を考慮に入れるために、最終レンズの上記面の形状は、組立が完了したときの方向に配置して決定される。同様の理由により、最終レンズの上記面だけではなく、保護素子の面も組立が完了したときの方向に配置して決定される。保護素子の面は、イオンビーム加工(IBF)によって形成される。精密整形を容易に行うことができるよう、最終レンズの面形状の測定は台座に取り付けて実施される。同様の理由により、保護素子も台座に取り付けてイオンビーム加工が行われる。
予定規格の平滑な面を形成するために、研磨が行われる。研磨は、IBFと比較した場合、その作業は複雑ではない。
以下、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。これらの実施形態は単に例示的なものであって、請求項に記載の本発明の範囲を限定するものではない。開示する特徴も、他の組み合わせに関連付けることができる。
以下の実施形態は、マイクロリソグラフィ用投影レンズの分野に言及する。
図1〜図3は、実施形態として適当な種々の形状を示す。これらの図は、最終レンズ素子1〜3と、保護素子30〜32と、最終レンズ素子1〜3および保護素子30〜32間の空隙12〜14を示す。なお、最終レンズ素子1〜3および保護素子30〜32は直接的には接触していない。素子1〜3および30〜32は、互いに対向するように並べられる。さらに、素子1〜3および30〜32間の空隙12〜14の水平方向の伸長は、少なくとも光学的な開口部と同じである(図5aおよび図12a参照)。空隙12〜14は、素子1〜3および30〜32が、設計される動作波長に比較して薄くなる。ここでは、この波長は193nmとなるように選択される。空隙12〜14は、幅が1.5nmであり、かつ、空気で満たされる。この場合、空隙12〜14は、薄くて、光学的にはほとんど直接接触に等しい。
さらに、空隙12〜14は、均一に離間される。生産不充分性によるこの均一性に関する許容度は、さらに以下に考察する。
図1において、素子1および30の対向面は、平坦であり、また図2では、素子2および31は、所定の曲率半径を有する球形である。最終レンズ素子2の曲率は、保護素子31の曲率に合致する。図3は、合致する非球形の保護素子32と共に、非球形の最終レンズ素子32の概略例を示す。この図の特徴は、明確化するためにまたシンボルとして強く誇張される。
図4において、最終レンズ素子4は、保護素子セパレータ50により、保護素子33から分離される。最終レンズ素子4および保護素子33は、図1の最終レンズ素子1および保護素子30に相当する。最終レンズ素子4用の材料として、フッ化カルシウムが選ばれており、保護素子33用に、溶融シリカが選ばれる。保護素子セパレータ50はリング材料であり、ここでは金であり、蒸着たとえば蒸発により保護素子33に対して塗布され、かつここでは、1.5nmだけ素子4および33を離間している。環50は、素子4および33の円周に沿って移動する。その中心は空洞であり、すなわち、空気で満たされており、動作中は、光学的な開口部を閉塞しない。浸漬液60はウェハ70を保護し、ここで、浸漬液60は脱イオン水である。保護素子33は、この浸漬液60に部分的に浸漬される。
図5(a)は、保護素子33の頂面図である。環50は、保護素子33の円周に沿って連続的に広がっている。その中心は、空洞である。環50は連続的であるため、障壁の役目も果たしており、浸漬液60から空隙15を保護する。空隙内の領域12aは、投影レンズの光学的な開口部12a、すなわち光を通過させることを意味する空隙内の最大断面積に相当する。なお、環50により境界が設けられる領域は、光学的な開口部12aよりも水平方向に広い。
図5(b)は、図5(a)の変形例を示す。ここでは、保護素子セパレータ51は、閉じられた環ではなく、内部の空洞領域を囲んでいる幾つかの金のパッチからなる。
図4および図5の金の保護素子セパレータ50は、保護素子セパレータとしての役目を果たすだけでなく、潤滑剤としての役目を果たし、最終レンズ素子4および保護素子33は、例えば、異なる熱膨張挙動により、互いに相対的に摺動できる。
最終レンズ素子5および保護素子34は、図6に示される。それらは、基本的には、図4の素子4および33に相当する。図4に示すように、それらの対向面は、平坦で、かつ幅1.5nmの空隙により均一に離間される。それらは、金の環52(図4の保護素子セパレータ50に相当する)により離される。クリップ80は、素子5および34を共に押圧するよう、保護素子34および最終レンズ素子5に取り付けられる。クリップ80は、素子5および34を囲繞し、かつ最終レンズ素子5および保護素子34での適合した切欠きである凹部90aおよび90bに取り付けられる。保護素子34は、溶融シリカからなり、4mmの厚さである。クリップ80の強度は、素子5および34を共に保持するように調整されるが、保護素子34は、曲げられない。ここで、クリップ80は、さらに空隙15を浸漬液から保護する追加の障壁として作用する。
図7において、最終レンズ素子6、保護素子セパレータ53、浸漬液61、空隙16および基板71は、図4のそれらの同等物に相当する。保護素子35は、バケツ形状であり、すなわち、それは、最終レンズ素子6を囲繞する連続壁を有する。最終レンズ素子6は、この保護素子35内に存在している。なお、浸漬液61の表面は、空隙16のレベルより上にある。保護素子35のバケツ形状により、空隙16への浸漬液61の浸入が防がれる。保護素子35は、循環により象徴されるクリップ81により、マウント100に取り付けられる。マウント100は、投影レンズ内の支持手段に接続される。
図8は、図7に示す実施形態を90度回転した概略断面図である。参照符号は、図7の素子と同じものを参照する。ここで、最終レンズ素子6は、保護素子35に対向する側で、突出部110を備える。突出部110の面積は、光学的な開口部に相当する。保護素子35は、幅4mmの対応する同一物111を示す。光学的な開口部内に位置していない保護素子35の部分112は、より厚く、ここでは10mmである。結果として、保護素子35は、相対的に固い。
図9は、図6および図7の実施形態の組み合わせを示し、基本的には、図7と同じ素子を示す。最終レンズ素子7は、幾つかのクリップ82により、保護素子36に接続される。最終レンズ素子7は、クリップ82を取り付けるための凹部91を示す。図7に示すように、保護素子36は、バケツ形状をしており、空隙17への浸漬液62の浸入を防ぐ手助けをしている。
図10(a)は、最終レンズ素子8(フッ化カルシウム)および保護素子37(溶融シリカ)を分離するための活性な実施を示す。図8に示すように、浸漬液63は水であり、基板73はウェハである。本実施形態では、素子8および37を受動的に分離する材料はない。空隙18は、図1のコンテキストに記載される特性を有する。保護素子37は、バケツ形状をしており、幅が4mmである。その壁は浸漬液63の表面より上に伸びる。その上面に、4個のピエゾ駆動素子120が設けられ、その内の2個のみが図示され、またその残りの2個が図の前後で交差配置される。最終レンズ素子8は、これらの駆動素子上に支持され、かつ、傾斜面を有する。空隙18の幅を調節するために、ピエゾ素子120は伸縮自在である。結果として、最終レンズ素子8は上下に移動する。ピエゾ素子120は、マウント101に接続され、それが、投影レンズ(図示せず)の支持構造に取り付けられる。
図10(b)は、図10(a)の詳細を示す。空隙18の妥当な幅を調節するために、電子式高さ検出装置180を用いる。薄い金属パッチ180は、最終レンズ素子8および保護素子37の表面内に埋設される。それらは、互いの前面に位置付けられるように配列される。各パッチは、細配線(図示せず)を介して電子制御装置(図示せず)に接続される。この制御装置は、金属パッチを帯電させ、かつ、対向パッチ間の電圧を測定できる。標準キャパシタのように、電圧は、算出可能な電極(パッチ)間の分離に依存している。
図11の最終レンズ素子9および保護素子38は、図1の素子1および30と同等である。空隙19も、図1の空隙12と同じ特性を有する。図1の実施形態に加えて、チオライトの各層130および131が、最終レンズ素子9および保護素子38の対向側面上に堆積される。これらの層130および131は、屈折率の中間ステップとして作用する。このようにして、透過損失はさらに減少する。
図12では、図4と同様に、最終レンズ素子10が見られる。空隙20は、基本的には、図1の空隙12と同じ特性を有する。保護素子39は溶融シリカからなり、図4とは異なり、幅が150ミクロンである。保護素子セパレータ140として、ナノ粒子が用いられる。本実施形態においては、これらのナノ粒子140はナノチューブである。ナノチューブ140は、最終レンズ素子および保護素子を離間させ、かつ空隙20の幅を定める。なお、ナノチューブ140は、低密度の空隙20内に分散され、その結果大抵のナノチューブが互いに離間される。ナノチューブの95%は、直径が1.2nm〜1.5nmである。それらは、潤滑剤としても機能し、換言すれば、介在された摺動手段として機能する。
図13は、フッ化カルシウムからなる最終レンズ素子11、溶融シリカ保護素子40、および図1の空隙12と同じ特性を有する空隙21を示す。保護素子40は、バケツ形状であり、ウェハ74を保護する浸漬液64である脱イオン水に浸漬される。球形のナノ粒子141、例えばB60は、空隙21の幅を定める。4本の水平方向支持棒150(これも溶融シリカからなる)は、保護素子40の壁から最終レンズ素子11に向けて伸びる。これら4本の水平方向支持棒150は、交差配置で配置される。4本中2本は図の平面の外側に位置しているので、その内の2本のみが見られる。それらの各端部において、保護素子に相対的に最終レンズ素子を水平方向に移送させるために、弾性ゴムバッファ160およびピエゾ素子152を支持する。ナノ粒子141は潤滑剤として作用するため、保護素子40は、動作中の材料の伸縮により、最終レンズ素子に相対的に移動できる。水平方向支持棒150は、これらの移動を制限する。
4本の縦方向支持棒151(これも、溶融シリカからなる)は、最終レンズ素子11に向けて保護素子40から突出している。縦方向支持棒151もまた、交差状配置で配列される。
最終レンズ素子の上面には、2個の小さな磁石165が配置され、その結果、回転電磁場がこれら磁石と結合して、最終レンズ素子を回転させる。
イオンビーム加工(IBF)の概略図を図14に示す。バケツ形状の溶融シリカ保護素子41は、マウント102により保持され、それは、IBFマシン(図示せず)内の支持構造に接続される。イオンビーム170は、材料の層を正確に除去する。その結果、意図された形状が作られる。保護素子41は、重力の作用を考慮するために、後組立配向に搭載される。さらに、それが、完成された投影レンズに配置されるので、それは、金具(図示せず)に搭載される。
組立ての際、光学的な開口部内の最終レンズ素子および保護素子41の対向ポイント間で測定される表面の均一性のズレは、0.3nm未満である。最終レンズ素子および保護素子41の対向側面(対向ポイントのみならず)を交差して測定される均一性からの最大ズレは、0.4nm以下であり、すなわち、2つの面の各々からの1つの最深窪みの累積深さ以下である。
平坦面に対して、研磨は、予定通りの品質を提供するのに充分である。IBFに比較して、研磨はそれほど細密ではない。
図15は、互いに対向している光軸241に沿って、連続して配置される4個のレンズ素子201〜204を示す。この4個のレンズ素子201〜204は、直接には接触していなくて、空隙231により分離される。空隙231の幅は、レンズセパレータ221により調節される。
4個のレンズ素子201〜204はフッ化カルシウムからなり、波長193nmの光で動作するように設計されるマイクロリソグラフィ用の投影レンズに属している。レンズセパレータ221は金等の材料からなるリングであり、この金は、蒸着によりレンズ素子201〜204に塗布され、ここで、レンズ素子201〜204を、1.5nm離間して保持する。レンズ分離リング221は、レンズ素子201〜204の円周に沿って移動する。リング状レンズセパレータ221の中心は空洞である。このようにして、光軸241は、レンズセパレータ221により閉塞されない光学的な開口部を交差する。例えば、レンズ素子203の上面の光軸241に沿った視野は、該略図においては、基本的に保護素子33または図5aの保護素子セパレータ50と同じように見える。このようにして、レンズ素子201〜204の1個の対応する視野は示されていない。隣接するレンズ素子201〜204の対向側面は、それぞれの球形表面に沿って均一に離間される。空隙231は真空にされ、ここで、レンズセパレータ221は周囲の空気の流入を防ぐ。
図16は、図15と類似の配置を示す。レンズ素子205〜208は、基本的には、図15と同じ方法で配置される。図15とは異なり、レンズ素子205〜208は、代替物としてLu3Al5O12またはMgAl2O4からなる。レンズ素子205〜208の材料は、平均幅がおよそ25ミクロンの多くの結晶を含む。結果として、レンズ素子205〜208は、0.4nm/cmのみの複屈折を示す。投影レンズ内に配置されるレンズ素子205は、最終レンズ素子に相当する。それを浸漬液および浸漬液内での破片の浮遊から保護するため、それは、溶融シリカからなる保護素子281で保護される。保護素子281は4mmの幅を示しており、図6のように、クリップ251によりレンズ素子205に取り付けられる。保護素子281は、図12のコンテキストに記載されたのと同じ特性を示すナノチューブにより、レンズ素子205から分離される。レンズ素子205〜208は、同様にナノチューブ222より、空隙232を経由して分離される。レンズ素子205〜208間のレンズセパレータとして作用するナノチューブ222は、最終レンズ素子205から保護素子281を分離するナノチューブと同じ特性を有する。
ナノチューブに対する第1の代替物であるゼオライトは、レンズ素子205〜208および保護素子281を、最終レンズ素子205からそれぞれ分離するために使用できる。第2の代替物はB60である。レンズ素子208は回転方向に非対称であり、また非球形(図示せず)であり、高次の画像修正のための手段を提供する。
図17は、レンズ素子209および210を互いに分離する空隙233を示す2個の隣接したレンズ素子209および210の部分を示す。セパレータとして、光学的な開口部を囲繞する金属リングは、図15に示すように用いられる。図15とは異なり、レンズ素子209および210の対向側面は、光学的な開口部内では平坦である。チオライトの層261は、2個のレンズ素子209および210の対向側面上に堆積される。これらの層261は、図11のコンテキストにおいて述べたように、透過損失を減少させるための屈折率における中間ステップとして作用する。レンズ素子209および210は、それぞれ、元来複屈折である結晶性フッ化カルシウムからなる。レンズ素子209および210は、投影レンズの光軸243に沿って連続して配置される。レンズ素子210は、光軸243に平行な[100]方位を示し、一方レンズ素子209は、「自由な」方位を示す。
図18は、フッ化カルシウムからなるレンズ素子211〜214の各々を示す。レンズ素子211〜214は、図15におけるようにレンズ素子223により分離されており、図15のように空隙を生じる。図15の配置とは異なって、空隙234は、シクロヘキサンで満たされる。他の相違は、各レンズ素子211〜214は、円周の全長に沿った凹部271を提供するということである。凹部271内では、クリップ272が挿入され、レンズ素子211〜214が互いに取り付けられる。図15に示すように、光軸244は、配置の光学的な開口部を横断している。レンズ素子211〜214は、光軸244に対して垂直な同一結晶平面を表示しており、光軸244の周りに互いに捻られる。同じことは、レンズ素子211および213に対して適用しているが、これらの2個のレンズ素子は、レンズ素子212および214とは異なる結晶面を示す。
1、2、3 最終レンズ素子
30、31、32、33 保護素子
50 保護素子セパレータ
60 浸漬液
30、31、32、33 保護素子
50 保護素子セパレータ
60 浸漬液
Claims (42)
- 動作波長用に設計されるマイクロリソグラフィ用投影レンズであって、
第1の透過性光学素子と、
第2の透過性光学素子と、
セパレータとを備え、
前記第1の光学素子および前記第2の光学素子が、
直接的に接触せず、
得られる空隙が光学的な開口部よりも水平方向に広くなるよう互いに対向して配置され、かつ
少なくとも前記光学的な開口部内で、前記セパレータにより前記動作波長の概ね半分を離間される、レンズ。 - 前記第1の光学素子および前記第2の光学素子が、少なくとも前記光学的な開口部内で、前記セパレータにより前記動作波長の概ね10倍離間される、請求項1に記載のレンズ。
- 193nm波長の紫外線光用に設計される、請求項1または2に記載のレンズ。
- 前記第1の光学素子および前記第2の光学素子の対向側面が、前記光学的な開口部内で均一に離間している、前述の請求項のいずれか1項に記載のレンズ。
- 前記第1の光学素子および前記第2の光学素子の対向側面が、前記光学的な開口部内で平坦である、請求項4に記載のレンズ。
- 前記第1の光学素子および前記第2の光学素子の対向側面が、共に前記光学的な開口部内で曲率半径を示す、請求項4または5に記載のレンズ。
- 前記セパレータが固形材料を含み、
前記第1の光学素子および前記第2の光学素子間に介在し、かつ
前記光学的な開口部を囲繞する、前述の請求項のいずれか1項に記載のレンズ。 - 前記材料が金属を含む、請求項7に記載のレンズ。
- 前記第1の光学素子が、クリップにより前記第2の光学素子に取り付けられる、前述の請求項のいずれか1項に記載のレンズ。
- 前記第1の光学素子および前記第2の光学素子間に介在される少なくとも1つの透過層を備える、前述の請求項のいずれか1項に記載のレンズ。
- 前記セパレータが、前記第1の光学素子および前記第2の光学素子間の距離を画定するナノ粒子を含む、前述の請求項のいずれか1項に記載のレンズ。
- 66%を超える前記ナノ粒子が、3:1の割合である最低値および最高値間の幅を示す、請求項11に記載のレンズ。
- 前記ナノ粒子が、フラーレンおよびゼオライトのいずれかであり、かつ、実質的に球状およびナノチューブ等の実質的に円柱状のいずれかである、請求項11または12に記載のレンズ。
- 前記第1の光学素子が、回転方向に非対称形である、前述の請求項のいずれか1項に記載のレンズ。
- 前記空隙が流体を含む、前述の請求項のいずれか1項に記載のレンズ。
- 前記流体が、水および液体炭化水素のいずれかである、請求項15に記載のレンズ。
- 前記第1の光学素子が最終レンズ素子であり、前記第2の光学素子が、動作中、浸漬液から前記最終レンズ素子を保護するための保護素子であり、前記セパレータが保護素子セパレータである、前述の請求項のいずれか1項に記載のレンズ。
- 該投影レンズが、浸漬液として水等の有極性流体を使用するよう適合される、請求項17に記載のレンズ。
- 前記最終レンズ素子が、フッ化カルシウム等の塩結晶を含む、請求項17または18に記載のレンズ。
- 前記保護素子が融解シリカからなる、請求項17〜19のいずれか1項に記載のレンズ。
- 前記保護素子を保持するためのマウントを備え、前記保護素子がクリップにより前記マウントに取り付けられる、請求項17〜20のいずれか1項に記載のレンズ。
- 前記保護素子の幅が10mm未満である、請求項17〜21のいずれか1項に記載のレンズ。
- 前記保護素子に対して前記最終素子を移動させるための、ピエゾ素子等の少なくとも1つの駆動素子を備える、請求項17〜22のいずれか1項に記載のレンズ。
- 前記保護素子セパレータが、前記空隙の幅を垂直方向に調節するための、ピエゾ素子等の少なくとも1つの駆動素子を備える、請求項23に記載のレンズ。
- 前記駆動素子が、前記保護素子に対して前記最終レンズ素子を回転させることが可能である、請求項23または24に記載のレンズ。
- 前記第1の光学素子が第1のレンズ素子であり、前記第2の光学素子が第2のレンズ素子であり、前記セパレータがレンズセパレータである、請求項1に記載のレンズ。
- 前記第1のレンズ素子および前記第2のレンズ素子の一方が、CaF2、スピネルおよびガーネットのいずれかを含む、請求項26に記載のレンズ。
- 保護素子セパレータおよび保護素子をさらに備え、
前記第1のレンズ素子が前記投影レンズの前記最終レンズ素子であり、
前記最終レンズ素子および前記保護素子が、
直接的に接触せず、
得られる空隙が光学的な開口部よりも水平方向に広くなるよう互いに対向して配置され、かつ
少なくとも前記光学的な開口部内で、前記保護素子セパレータにより前記動作波長の概ね半分を離間される、請求項26または27に記載のレンズ。 - 前記第1のレンズ素子および前記第2のレンズ素子の一方が多結晶材料を含む、請求項26〜28のいずれか1項に記載のレンズ。
- 前記透明な開口部と交差する光軸を備え、前記第1のレンズ素子および前記第2のレンズ素子が前記光軸に沿って連続的に配置され、かつ、結晶性の本質的に複屈折材料からなり、
前記第1のレンズ素子および前記第2のレンズ素子が、前記光軸に直交する同一の結晶面を示し、かつ、前記光軸周りに相互に捻られる、請求項26または27に記載のレンズ。 - 前記光軸に沿って連続的に配置され、かつ、結晶性の本質的に複屈折材料からなる少なくとも4個のレンズ素子を備え、
前記4個のレンズ素子の2対が、前記対内の前記光軸に直交する同一の結晶面を示し、ここで、各対の前記レンズ素子が、同一対の他のレンズ素子に対して前記光軸周りに相互に捻られ、
前記2対の4個のレンズ素子が、前記対に関して交互に配置される、請求項30に記載のレンズ。 - 前記第1のレンズ素子および前記第2のレンズ素子が、前記光軸に沿って連続的に配置され、かつ、結晶性の本質的に複屈折材料からなり、
前記第1および第2のレンズ素子の一方のための少なくとも前記光軸が、[100]配向、[110]配向、[111]配向および同等の結晶方位とは異なる、前記少なくとも1つのレンズ素子の結晶方位に平行である、請求項26または27に記載のレンズ。 - 動作波長用に設計されるマイクロリソグラフィ用投影レンズを製造する方法であって、
第1の透過性光学素子を設ける工程と、
第2の透過性光学素子を設ける工程と、
セパレータを設ける工程と、
前記第1の光学素子および前記第2の光学素子が、直接的に接触せず、得られる空隙が光学的な開口部よりも水平方向に広くなるよう互いに対向し、かつ少なくとも前記光学的な開口部内で、前記セパレータにより前記動作波長の概ね半分を離間されるよう、前記第1の光学素子、前記第2の光学素子および前記セパレータを配置する工程とを含む、方法。 - 前記第1の光学素子が最終レンズ素子であり、前記第2の光学素子が、動作中、浸漬液から前記最終レンズ素子を保護するための保護素子であり、前記セパレータが保護素子セパレータである、請求項33に記載の方法。
- ウェハ等の基板と対向するよう意図される側面で、前記最終レンズ素子のトポグラフィを得る工程を含む、請求項34に記載の方法。
- 前記最終レンズ素子と対向するよう意図される側面で、前記トポグラフィの逆数を前記保護素子に対応付ける工程を含む、請求項35に記載の方法。
- 前記トポグラフィを得る工程が、干渉分光法により実施される、請求項35または36に記載の方法。
- 前記最終レンズ素子の前記トポグラフィを得る工程が、後組立配向において実施される、請求項35〜37のいずれか1項に記載の方法。
- 前記保護素子に前記最終レンズ素子の前記トポグラフィの前記逆数を対応付ける工程が、後組立配向において実施される、請求項36、さらには請求項37または38との組合せに記載の方法。
- 前記保護素子に前記最終レンズ素子の前記トポグラフィの前記逆数を対応付ける工程が、IBF(イオンビーム加工)を用いて実施される、請求項36、さらには請求項37〜39のいずれか1項との組合せに記載の方法。
- 動作波長を用いてマイクロリソグラフィを実施する方法であって、
第1の透過性光学素子、第2の透過性光学素子およびセパレータを備えるマイクロリソグラフィ用投影レンズを採用する工程と、
前記第1の光学素子および前記第2の光学素子を介して光線を投影する工程とを備え、
前記第1の光学素子および前記第2の光学素子が、空隙により、直接的に接触せず、かつ、離間して互いに対向し、
該空隙が光学的な開口部よりも水平方向に広く、
該空隙が少なくとも前記光学的な開口部内で、前記セパレータにより前記動作波長の概ね半分を離間される、方法。 - 請求項1に記載の投影レンズを備える、走査ステップ式マイクロリソグラフィ装置。
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