JP2012532829A5 - 合成石英ガラスからなるメニスカスレンズおよびその製造法 - Google Patents

Description

本発明は、第１の光学表面および第１の光学表面と同じ湾曲方向を有する第２の光学表面を有するマイクロリソグラフィー機器において使用するための合成石英ガラスからなるメニスカスレンズに関する。

更に、本発明は、ＳｉＯ₂粒子を珪素含有出発化合物の酸化または火炎加水分解によって形成させ、このＳｉＯ₂粒子を層状に担体上に堆積させ、成長方向に延びる面法線を有する複数の層を含む円柱体状のＳｉＯ₂未完成品を形成させる方法の工程を含む、第１の光学表面および第１の光学表面と同じ湾曲方向を有する第２の光学表面を有するマイクロリソグラフィー機器において使用するための合成石英ガラスからなるメニスカスレンズの製造法に関する。

この場合には、一般的に堆積バーナを用いてＳｉＯ₂粒子が製造され、層状に担体上に堆積される。担体表面の範囲内での十分に高い温度でＳｉＯ₂粒子の直接のガラス化が生じる（"直接ガラス化"）。これとは異なり、いわゆる"スート法"の場合、ＳｉＯ ₂ 粒子の堆積中の温度は、別の方法の工程で透明な石英ガラスに燒結する、多孔質のスート層が得られるように低い。直接ガラス法ならびにスート法は、緊密で透明で高純度な合成石英ガラスを生じる。

これに関連して、前記の複数の層は、重要な役を演じる。それというのも、前記層は、石英ガラスの光学構成部材の結像特性を変えることができるからである。従って、概して、できるだけ複数の層を含まない石英ガラスは、ガラスの合成の際に複数の層の形成を最小化するか、または存在する複数の層を事後に除去することにより、得ようと努力される。

しかし、合成石英ガラスの層状での製造および高い粘度のために、の回避ならびに複数の層の事後の除去は、多大な努力を必要とする。

この努力を回避するために、欧州特許出願公開第０７３５００６号明細書Ａ１には、マイクロリソグラフィーに使用するための合成石英ガラスの両凸レンズならびにその製造方法が提案されており、この場合、複数の層は、当該層が平面である場合に許容される。平面状の複数の層を含むレンズは、光学系の光路に関連して、前記層が本質的に光軸に対して垂直方向に延在するように配置されるべきである。複数の層の望ましい平面性を達成するために、２つの方法が提案される。

１つの方法において、既に堆積処理中にＶＡＤ法により平面に平行な複数の層を形成させることが試みられている。前記条件を満たさない周辺範囲は、切断され、こうして得られた、平面に平行に延在する複数の層を有するブロックまたはインゴットから、両凸レンズは、機械的加工により、即ち切断、フライス加工、研磨およびホーニング仕上げによって形成される。

第２の方法において、湾曲した複数の層延在部は、ＶＡＤ法による石英ガラスインゴットの製造において許容される。引続き、石英ガラスインゴットから機械的に円柱体状の半製品が形成され、この半製品の前面は、湾曲した複数の層と平行に形成される。この半製品は、熱変形法で円柱体状の未完成品に成形され、この場合複数の前面および複数の層は、表面と平面的に平行に延在する。望ましい両凸レンズは、再び前記レンズから切断、フライス加工または研磨による機械的加工によって得られる。

米国特許第５２３６４８６号明細書Ａには、屈折率勾配のプロフィールを有する軟質ガラスから構成された光学レンズが記載されている。前記勾配のプロフィールは、軸線方向ならびに半径方向の構成成分で球面状に形成されていてよい。この勾配のプロフィールは、融通の利くレンズの設計を可能にするはずである。球面状の屈折率勾配のプロフィールは、屈折率勾配を有するガラスの出発体は、型内で軟化され、それによって変形され、この場合この変形は、圧力によって促進されてよい。

技術課題の設定
本発明は、光学的性質または機械的性質のできるだけ僅かな損傷を生じさせる複数の層を可能にする、マイクロリソグラフィーに使用するための合成石英ガラスからなるメニスカスレンズを提供するという課題に基づくものである。

前記方法に関連して、この課題は、冒頭に記載した概念を持つ特徴を有する方法から出発して、本発明により、未完成品を熱変形法で変形力の作用下でプレフォームに可塑的に変形させ、このプレフォームが、少なくとも第１の湾曲した表面を有し、このプレフォーム内で複数の層が、湾曲方向に湾曲して延在し、かつこのプレフォームからメニスカスレンズを得ることによって解決される。

公知技術水準とは異なり、平面に平行な複数の層が可能になるのではなく、光学表面の方向に、即ちメニスカスレンズの２つの光学的に有効な表面の湾曲方向に湾曲して延在するような複数の層が可能になる。湾曲方向に湾曲して延在する複数の層は、光学的な結像に殆ど不利な影響を及ぼさず、むしろそのためにプラスに貢献する。

この場合には、通過する光の方向に対して垂直方向に延在するメニスカスレンズ内の複数の層は、光の屈折および偏りに対して言うに値する影響を全く有しない。通過する光の方向に対する複数の面法線の複数の層上へのずれが小さければ小さいほど、光の屈折および偏りに対する影響は、ますます少ない。

本発明によれば、ＳｉＯ₂未完成品中に存在する複数の層は、光学構成部材の湾曲した表面領域が形成されるような熱変形法によって、この熱変形法により得られたプレフォームにおいて複数の層が第１の湾曲した表面に続くように変形される。この場合、第１の湾曲した表面の光学的に利用される表面領域だけが重要であり、この表面領域は、レンズの意図した使用において光学的結像に貢献する。この場合、この表面領域は、"光学表面"と呼称される。実地において、湾曲した表面に続く複数の層は、光学表面の範囲内の表面と交叉しないか、またはせいぜいできるだけ鋭角の角度で交叉することを得るように努力される。メニスカスレンズは、プレフォームから場合による過剰寸法を取り除くことによって、および機械的な最終加工、例えば研削および研磨によって得られる。また、この機械的な最終加工は、第１の湾曲した表面に対向する、メニスカスレンズの第２の湾曲した表面の製造を含むことができる。プレフォームの機械的な最終加工は、予め設定された層延在部を変更しない。

プレフォームへの未完成品の変形は、変形力を用いて行なわれる。この場合、前記の複数の層は、複数の層法線が本質的に変形力の方向に対して平行に延びるように配向されている。従って、本発明による方法は、熱変形法における変形の際に未完成品中の複数の層延在部についての知識を必要とする。

未完成品は、変形力、例えば本質的に未完成品中の複数の層に対して垂直方向に、および未完成品中の複数の層法線に対して平行に作用する重力によって変形される。また、最適には、前記の複数の層の延在は、第２の湾曲した表面に適合されている。メニスカスレンズの場合、２つの光学表面は、前記の複数の層と同じ湾曲方向を有するので、全ての場合に或る程度の適合は、与えられる。複数のメニスカスレンズの光学表面の湾曲度が互いに区別される場合には、特によりいっそう大きな曲りを有する表面は、第１の湾曲した表面と見なされる。複数の層延在部は、変形工程の間に第１の湾曲した表面にできるだけ適合される。

この種の方法は、複数の層を完全に除去する目的のために、欧州特許出願公開第６７３８８８号明細書Ａ１中に記載されている。しかし、中間工程において、なお複数の層を含み、即ち少なくとも部分的に球面が続く配向を有する球状の石英ガラス塊が得られる。

この場合、メニスカスレンズの第２の湾曲した表面は、特に複数の層の面法線の方向に作用するプレスラムによって得られる。このプレスラムは、場合により凸面形に湾曲したプレス面を有する。別の好ましい変法において、熱変形法は、未完成品をブローパイプを用いて取り上げ、軟化させ、および黒鉛型内でプレフォームに変形させるような変形プロセスを含むことが設けられている。

この場合、ガラス溶融液は、旋盤中に締め付けられていてもよいブローパイプを用いて取り上げられ、このブローパイプによって、第１の湾曲した表面の外部幾何学的寸法を予め定める型内に圧入される。この場合、石英ガラス塊は、ガスバーナー、例えば爆鳴気バーナーにより加熱される。

別の好ましい変法において、熱変形法は、未完成品を炉内で軟化させ、および黒鉛型内に流出させてプレフォームを形成するような変形工程を含むことが設けられている。

この場合、未完成品は、一般的に円柱状の未完成品を炉内で軟化させ、軟化させた石英ガラス塊を単に重力の作用下、または付加的な力、例えば圧力または付加的な重さの作用下で型内に流出させることによって変形される。前記の複数の層が不定に変形されかつ再配向されることを回避させるために、石英ガラス塊を層状に流出させること、およびできるだけ短い流路は、望ましい。これに関連して、黒鉛型が第１の湾曲した表面を形成する、湾曲した底面を有する場合には、第２の湾曲した表面が、複数の層の面法線の方向に未完成品に対して作用する湾曲した物体を用いて可塑性のプレフォームによって形成されることは、有効であることが証明された。

軟化した未完成品に対して作用する湾曲した物体により、特に同時にレンズの第２の湾曲した表面は、予め形成される。この物体は、例えば、それぞれ凹面形または凸面形の曲りを有する、プレスラムであるかまたは未完成品上に載置された質量体である。

実地において、湾曲した表面に続く複数の層は、光学表面の範囲内の表面と交叉しないか、またはせいぜいできるだけ鋭角の角度で交叉することを得るように努力される。本発明によれば、これは、少なくとも湾曲した表面に直接隣接した層に当てはまることである。複数の層が湾曲した光学表面と交叉する角度がますます鈍角になると、光学的に有効な領域内でメニスカスレンズの第１または第２の湾曲した表面と交叉する層は、ますます限界的となる。

特に、複数の面法線は、第１の湾曲した表面に隣接した層に対してこの層の表面延在部全体に亘って７０°〜１１０°の角度、特に８０°〜１００°の角度で第１の湾曲した表面にまで延びる。

公知方法とは異なり、本発明による方法は、少なくとも表面の曲りに隣接した範囲内に本質的に続き、したがって光学的に有効な表面に適合しないかまたはいずれにせよ、（約９０°の）鈍角で適合しない複数の層を生じる。

複数の層、殊に第１の湾曲した表面に隣接した層は、第１の湾曲した表面に類似した曲率半径を示す。従って、理想的には複数の層は、光学的に湾曲した範囲でレンズ面と交叉せず、実際に複数の層は、第１の湾曲した表面にできるだけ十分に形に合わせて湾曲しているか、またはこの第１の湾曲した表面と平行に延在する。

通過する光の方向に対する複数の層法線のずれが大きくなればなるほど、光ビーム上での層の衝撃は、ますます大きくなる。この衝撃は、例えば光ビームが屈折されるかまたは歪められ、場合による偏りが変化されることにある。

複数の層の前記配向は、光学構成部材によって伝送される光ビームの障害が比較的僅かであることを保証し、この種の光学的メニスカスレンズを含む光学的システムにおいて結像誤差が僅かであることを生じることが判明した。

未完成品を変形するための上記の全ての別法において、未完成品中の複数の層の配向および変形の際の未完成品の配向は、注意を払うべきである。

メニスカスレンズに関連して、上記の課題は、冒頭の概念のメニスカスレンズから出発して、本発明により、このメニスカスレンズが湾曲方向に湾曲した複数の層を含むことによって解決される。

メニスカスレンズにおいて、少なくとも第１の湾曲した表面に隣接した層および理想的には全ての複数の層は、第１の湾曲した表面のレンズの曲りと同じ湾曲方向に延在する。

これは、複数の層には、できるだけ表面の湾曲領域全体に亘って表面の湾曲領域が本質的に続くことを意味する。これらの複数の層の配向は、メニスカスレンズによって伝送される光ビームの比較的小さい不利な効果を有し、少ない光学収差を生じ、むしろ結像に貢献する。

図１は、複数の層を含みかつ成形前の光学レンズを製造するために使用される石英ガラスの円柱状の未完成品を示す略図である。 図２は、成形後に未完成品から得られた光学構成部材を示す略図である。

ＳｉＯ₂スート粒子は、ＳｉＣｌ₄の火炎加水分解によって堆積バーナのバーナ火炎内で形成され、ＶＡＤ法により回転する担体上で多孔質のＳｉＯ₂のＶＡＤ一体円柱体の形成下に層状に堆積される。こうして得られたスート円柱体は、一般的に通常のガラス化法により３００ｍｍの外径および８０ｍｍの高さを有する石英ガラス円柱体に加工される。このスート円柱体は、投影レンズのレンズ未完成品として使用され、これは、短波長のＵＶ領域内で高い透明度を示しかつ高いＵＶ線安定性を示し、およびマイクロリソグラフィーにおける使用に適している。

図１は、円柱体状の石英ガラス未完成品１を円柱体の長手軸線２に対して平行な断面で示す。石英ガラス未完成品１は、本質的に未完成品１の上側４および下側５に対して平面に平行な複数の層３を示す。層構造は、元来のＶＡＤスート円柱体の成長方向に長手軸線２に対して垂直方向に延在する。

複数の層３は、干渉法により目視可能にされ、したがってこれらの複数の層の延長部および配向は、未完成品１内で未完成品の後加工前に公知である。

引続き、石英ガラス未完成品１は、熱変形法につき凸面および凹面の表面を有するメニスカスレンズのためのプレフォームに変形される。次に、変形プロセスのための例を詳説する。

実施例１：
石英ガラス未完成品を、複数の層上の面法線が矢印の長手軸線と平行に延びるように、矢印を用いて旋盤上に収容する。未完成品を、外向きに湾曲した底面を有する黒鉛型内に圧入する。この場合、未完成品をガスバーナを用いて約２０００℃の温度に加熱する。黒鉛型を用いて、凸面形に湾曲した第１のレンズ面を形成させる。ブローパイプを取り除き、軟質の石英ガラス溶融液の上側内に凸面の表面を有する黒鉛ラムを圧入することにより、凹面形に湾曲した第２の表面を形成させる。

円柱体状の石英ガラス未完成品１において平面に平行に延びる複数の層は、レンズの形のプレフォーム６中で、この層が少なくとも部分的にレンズの凸面形の外部形状７および凹面形の外部形状８を続けるように変形されている。複数の層は、互いに平行に延びずにプレフォーム６の縁部の形に合わせて湾曲する傾向にある。それによって、公知技術水準に公知であるように、複数の層３が表面に対して鈍角で終わることは、回避される。プレフォームから得られた光学レンズを意図的に使用する場合には、通過する光の方向と複数の層３との角度は、９０°であり、この角度は、冒頭の公知技術水準で推奨されているように、複数の層が平面に平行に延びる場合よりも少なくとも大きい。

複数の層に対する面法線は、２つの湾曲した表面に対して８０゜〜１００°の角度で光学的に有効な領域内でこの層の表面延在部全体に亘って延びる。

レンズ９は、マイクロリソグラフィーの投影システムにおいて、存在する層が通過する光の方向に対してできるだけ垂直方向に延在するか、または換言すれば、通過する光の方向の角度が複数の層の面法線に対してできるだけ小さいように使用される。

Claims (11)

1. ＳｉＯ₂粒子を珪素含有出発化合物の酸化または火炎加水分解によって形成させ、このＳｉＯ₂粒子を層状に担体上に堆積させ、成長方向に延びる面法線を有する複数の層（３）を含む円柱体状のＳｉＯ₂ 未完成品（１）を形成させる方法の工程を含む、第１の光学表面（７）および第１の光学表面と同じ湾曲方向を有する第２の光学表面（８）を有するマイクロリソグラフィー機器において使用するための合成石英ガラスからなるメニスカスレンズの製造法において、未完成品（１）を熱変形法で変形力の作用下でプレフォーム（６）に可塑的に変形し、このプレフォームは、少なくとも第１の湾曲した表面（７）を有し、このプレフォーム内で複数の層が湾曲方向に湾曲して延在し、かつこのプレフォーム（６）からメニスカスレンズを得ることを特徴とする、マイクロリソグラフィー機器において使用するための合成石英ガラスからなるメニスカスレンズの製造法。
2. 熱変形法は、未完成品（１）が旋盤に収容され、軟化され、および工具なしにプレフォーム（６）に変形されるような変形工程を含む、請求項１記載の方法。
3. メニスカスレンズを第２の表面（８）の機械的加工によって、または複数の層の面法線の方向に作用するプレスラムによって得る、請求項２記載の方法。
4. 熱変形法は、未完成品（１）をブローパイプを用いて取り上げ、軟化させ、および黒鉛型内でプレフォーム（６）に変形させる変形工程を含む、請求項１記載の方法。
5. 熱変形法は、未完成品（１）を炉内で軟化させ、およびそこから黒鉛型内に流出させてプレフォーム（６）を形成する変形工程を含む、請求項１記載の方法。
6. 黒鉛型は、第１の湾曲した表面（７）を形成する、湾曲した底面を有し、第２の湾曲した表面（８）は、複数の層の面法線の方向に未完成品（１）に対して作用する湾曲した物体を用いて可塑性のプレフォームによって形成される、請求項５記載の方法。
7. 面法線は、第１の湾曲した表面（７）に隣接した層（３）に対してこの層の表面延在部全体に亘って７０°〜１１０°の角度で第１の湾曲した表面（７）にまで延びる、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
8. 面法線は、８０°〜１００°の角度で第１の湾曲した表面（７）にまで延びる、請求項７記載の方法。
9. 第１の表面（７）および第１の表面と同じ湾曲方向を有する第２の表面（８）を有するマイクロリソグラフィー機器において使用するための合成石英ガラスからなるメニスカスレンズにおいて、このメニスカスレンズが湾曲方向に湾曲した複数の層（３）を有することを特徴とする、マイクロリソグラフィー機器において使用するための合成石英ガラスからなるメニスカスレンズ。
10. 面法線が、第１の湾曲した表面（７）に隣接した層（３）に対してこの層の表面延在部全体に亘って７０°〜１１０°の角度で第１の湾曲した表面（７）にまで延びる、請求項９記載のメニスカスレンズ。
11. 面法線が、８０°〜１００°の角度で第１の湾曲した表面（７）にまで延びる、請求項１０記載のメニスカスレンズ。