JP2014112706A - Ｅｕｖリソグラフィ用の光学機構及び該光学機構を構成する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度の影響による変形を低減する、ＥＵＶリソグラフィ用の光学機構と、該光学機構を構成する方法とを提供する。
【解決手段】基板３２に交互に異なる屈折率を有する材料からなる複数の個別層を有する反射コーティング３１が塗布される。反射コーティングは、拡散を防止する中間層及び酸化又は腐食を防止するキャッピング層３１ａも備え得る。基板３２は、キャリア３３に塗布され、キャリア３３内にはペルチェ素子の形態の複数の加熱素子３３ａが設けられ、これらは基板３２を使用温度まで均一に加熱する役割を果たす。温度センサ３５が基板３２の側方に設けられ、制御デバイスに接続され、閉ループにより基板３２の温度を使用温度に制御する。使用温度が基板３２の熱膨張率のゼロ交差温度に可能な限り正確に対応させることにより、温度変動により生じる変形及び／又は基板３２の長さの変化を回避する。
【選択図】図２ａ

Description

本発明は、ＥＵＶリソグラフィ用の光学機構、特に投影レンズと、該光学機構を構成す
る方法とに関する。

特にＥＵＶリソグラフィ装置の投影レンズに存在する幾何学的公差及び安定性に関する
極めて厳しい要件を理由として、ＥＵＶリソグラフィでの反射光学素子用の基板として使
用される材料は、そこで使用される温度範囲内で非常に低い熱膨張率（ＣＴＥ）しか有す
ることが許されない。そこで使用される基板材料は、通常は２つの構成要素を備え、それ
らの熱膨張率は、事実上完全に作動温度範囲内で相互に補償し合うよう相互に反対の温度
依存性を有する。

ＥＵＶ用途に対するＣＴＥの厳しい要件を満たす第１材料群は、ドープドシリケートガ
ラス（doped silicate glasses）、例えば、ケイ酸塩ガラスの割合が通常は８０％を超え
る、二酸化チタンをドープしたケイ酸塩ガラス又は石英ガラスを含む。市販されているこ
のようなケイ酸塩ガラスの１つは、Corning Inc.によりＵＬＲ（登録商標）（超低膨張ガ
ラス）の商品名で販売されている。言うまでもなく、例えば特許文献１に提示されている
ように、ＴｉＯ_２ドープ石英ガラスにさらに他の材料を、例えばガラスの粘度を低下させ
る材料を適宜ドープすることもでき、特にガラス材料の脈理の効果を低減するためにアル
カリ金属が使用される。

ＥＵＶミラー用の基板として適した第２材料群は、ガラスセラミックを含み、そのガラ
ス相に対する結晶相の比は、異なる相の熱膨張率が相互に事実上打ち消し合うよう設定さ
れる。このようなガラスセラミックは、例えば、Schott AGからＺｅｒｏｄｕｒ（登録商
標）の商品名で、又はOhara Inc.からＣｌｅａｒｃｅｒａｍ（登録商標）の商品名で提供
される。

上述の材料の熱膨張（長さの変化）の温度依存性は、該当温度範囲において放物線状で
あり、すなわち、特定の温度で熱膨張の極値が存在する。温度に対するゼロ膨張材料の熱
膨張の微分、すなわち熱膨張率は、この範囲内の温度に略線形に依存し、熱膨張が極値と
なる温度で符号を変え、この理由からこの温度をゼロ交差温度と称する。結果として、熱
膨張は、基板の作動又は使用温度がゼロ交差温度と一致する場合にのみ最小となる。ゼロ
交差温度からわずかにずれている場合、熱膨張率は依然として低いが、ゼロ交差温度に対
する温度差の増加に伴いさらに増加する。

ＴｉＯ_２ドープ石英ガラスのゼロ交差温度は、（軟化点よりも高い温度での）石英ガラ
スの製造中の二酸化チタンの割合の設定により変えることができることが知られている。
従来のＴｉＯ_２ドープ石英ガラスの場合、ゼロ交差温度付近の熱膨張率の勾配は、通常は
約１ｐｐｂ／Ｋ^２〜３ｐｐｂＫ^２の範囲内にある。

特許文献２から、ＴｉＯ_２ドープ石英ガラスのゼロ膨張温度（軟化点を超えない）を、
最終熱処理ステップにより規定の値範囲内の特定の値に設定できることが知られている。
このように、異なるゼロ膨張温度を有する複数の基板を、全く同一のブール（ＴｉＯ_２の
割合が（ほぼ）一定である石英ガラスブロック）の部分体積から製造することができる。
ゼロ膨張温度を追加の熱処理ステップにより設定できるようにする温度範囲は、約±１０
℃又は約±５℃である。ゼロ膨張温度付近の熱膨張率の勾配は、この場合は全く又はごく
わずかにしか変化しない。

ガラスの熱処理プロセス中の温度／時間曲線の適切な選択により、ガラスの仮想温度を
、したがってゼロ交差温度だけでなくゼロ交差温度における熱膨張係数の勾配も設定でき
ることが同様に知られている。したがって、例として、特許文献３は、１２（重量）％〜
２０（重量）％のＴｉＯ_２からなるＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２ガラスの熱膨張率を設定する方法
であって、７００℃〜約９００℃の温度でガラスに熱処理を施すことにより、熱膨張率の
符号を負から正に変えることができる方法を開示している。

石英ガラスのＴｉＯ_２含有量が高く、例えば１０％を超える場合、Ｔｉリッチ粒子が晶
出する傾向があり、これが石英ガラスの研磨性に悪影響を及ぼし得るという問題が生じ得
る。特許文献４は、高いＴｉＯ_２ドープ量（１０％以上）を有する石英ガラス基体に、よ
り弱くドープした石英ガラスから構成された層を塗布し、これを研磨して石英ガラス基体
よりも高い表面品質にすることができることを開示している。

特許文献５は、最高１２００℃の仮想温度と、最高６００ｐｐｍのＯＨ基濃度と、０℃
〜１００℃で０±２００ｐｐｂ／Ｋの熱膨張率とを有することが意図されるＴｉＯ_２含有
石英ガラスを開示している。製造中、石英ガラスを所定の期間にわたり５００℃を超える
温度に保ち、温度をその後最高１０℃／時の平均冷却速度で５００℃に低下させる。

特許文献６は、ゼロ膨張温度の領域が勾配に関して、特に熱膨張率の勾配の符号に関し
て異なる種々の材料から構成された少なくとも２つの光学素子を備える、１５７ｎｍ未満
の波長用の投影レンズを記載している。指定された種々の材料の例として、第１にガラス
セラミック、特にＺｅｒｏｄｕｒ（登録商標）、第２に非晶質チタンケイ酸塩ガラス、特
にＵＬＥ（登録商標）が挙げられる。

特許文献７は、光学部品の材料のゼロ交差温度を、光学部品が加熱される最高温度に実
質的に（約±３Ｋ以内で）対応するよう設定することを開示している。光学系の像収差は
、このようにして最小化されることが意図される。特許文献８は、所望の温度から最高±
１０℃ずれるゼロ交差温度を有するガラスセラミックを製造する方法を記載している。

米国特許出願公開第２００８／０００４１６９号明細書 米国特許出願公開第２０１１／００４８０７５号明細書 独国特許第２１ ４０ ９３１号明細書 米国特許出願公開第２０１１／００５２８６９号明細書 欧州特許第１ ６０８ ５９８号明細書 米国特許出願公開第２００７／００３５８１４号明細書 国際公開第２００４／０１５４７７号明細書 米国特許出願公開第２００３／０１２５１８４号明細書

本発明の目的は、温度の影響による変形を低減する、ＥＵＶリソグラフィ用の光学機構
、特に投影レンズと、光学素子を有する該光学機構を構成する方法とを提供することであ
る。

この目的は、ＥＵＶリソグラフィ用の光学機構、特に投影レンズであって、ＥＵＶ放射
線を反射する表面及び第１ゼロ交差温度でゼロ交差を有する温度依存性の熱膨張率を有す
るＴｉＯ_２ドープ石英ガラスから構成された第１基板を備える第１光学素子と、ＥＵＶ放
射線を反射する表面及び第１ゼロ交差温度とは異なる第２ゼロ交差温度でゼロ交差を有す
る温度依存性の熱膨張率を有するＴｉＯ_２ドープ石英ガラスから構成された第２基板を備
える第２光学素子とを備え、第１ゼロ交差温度における第１基板の熱膨張率の勾配及び／
又は第２ゼロ交差温度における第２基板の熱膨張率の勾配は負の符号を有する光学機構に
より達成される。

本発明は、光学機構の、例えばマイクロリソグラフィ用の投影レンズの少なくとも２つ
の光学素子に、異なるゼロ交差温度を有するＴｉＯ_２ドープ石英ガラス材料から構成され
た基板を設け、各ゼロ交差温度における熱膨張率が基板の少なくとも１つの場合に負の符
号を有するようにすることを提案する。このように、各光学素子の基板材料を、光学素子
を作動させる周囲条件に個別に適合させることができる。特に、基板材料又はゼロ交差温
度を、光学機構における光学素子の作動温度に応じて選択することができる。

基板材料における種々のゼロ交差温度は、例えば、石英ガラスの製造中に異なるＴｉＯ
_２割合を設定することにより、且つ／又は軟化点未満に冷却後の石英ガラス材料のゼロ交
差温度を適切に変更するために、すなわち通常は光学機構における光学素子の作動中の各
使用温度に適合させるために、１つ又は複数の熱処理ステップを実行することにより発生
させることができる。

一実施形態では、第１ゼロ交差温度における第１基板の熱膨張率の勾配及び第２ゼロ交
差温度における第２基板の熱膨張率の勾配は、符号に関して異なる。熱膨張率の勾配の符
号が異なる基板の使用は、光学構成体の、特に投影レンズの性能を高めることを可能にす
るが、それは像収差又は収差をこのようにして低減できるからである。

さらに別の実施形態では、第１ゼロ交差温度における第１基板の熱膨張率の勾配の絶対
値及び／又は第２ゼロ交差温度における第２基板の熱膨張率の勾配の絶対値は、１．０ｐ
ｐｂ／Ｋ^２未満、好ましくは０．５ｐｐｂ／Ｋ^２未満、特に０．２ｐｐｂ／Ｋ^２未満であ
る。言うまでもなく、両方の基板のＣＴＥの勾配は便宜上１．０ｐｐｂ／Ｋ^２未満である
。すでにさらに上述したように、ＣＴＥの勾配は、適切に選択されたパラメータを用いた
熱処理プロセスにより変更することができるので、上記の値未満の勾配の絶対値を達成す
ることが可能である。

一実施形態では、第１ゼロ交差温度と第２ゼロ交差温度との間の差の絶対値は、６Ｋよ
りも大きく、好ましくは１０Ｋよりも大きい。基板材料の熱膨張率のゼロ交差温度の差の
このような絶対値は、例えば投影レンズにおける光学素子の作動温度が通常は少なくとも
上記絶対値だけ異なるので有利であることが分かっている。言うまでもなく、３つ以上の
光学素子が光学機構にある場合、上記条件がそこに設けられた光学素子の少なくとも２つ
について満たされるべきである。

一実施形態では、第１基板のＴｉＯ_２含有量は第２基板のＴｉＯ_２含有量と異なる。ガ
ラスのゼロ交差温度は、確かに熱処理中に特定の限度内で設定することができるが、ゼロ
交差温度に著しい差を与えるために、又はより詳細にはそれぞれ異なる符号を有するＣＴ
Ｅの勾配をもたらすために、ＴｉＯ_２含有量が相互に異なる基板材料が通常は必要である
。

一実施形態では、第１基板のＴｉＯ_２の割合は、８重量％〜１２重量％、好ましくは８
重量％〜１０重量％である。ＴｉＯ_２の割合がこの間隔内にある場合、（温度上昇に伴う
）ＣＴＥの正勾配がゼロ交差温度で普通は生じる。基板のＴｉＯ_２の割合の増加は、概し
て、比較的高いゼロ交差温度（４０℃以上）につながり、低冷却速度での適切な熱処理プ
ロセスによってより低い温度にシフトさせることができ、ＣＴＥの勾配も同時に所望の値
に低下する。この目的で、７８０℃未満の低い仮想温度を得ることが有利である（導入部
で引用した欧州特許第１ ６０８ ５９８号明細書を参照）。９５０℃〜１０５０℃の初
期温度及び０．１℃／時〜２℃／時の範囲の冷却速度での熱処理プロセスの実行が、この
場合に特に有利であることが分かった。

さらに別の実施形態では、第２基板のＴｉＯ_２含有量は、１２％よりも多く、特に約１
５％以上である。ここで該当する温度で、このようなＴｉＯ_２含有量を有する石英ガラス
材料は、通常はまずゼロ交差温度で大きな負勾配を有する。又は、負勾配を、導入部で引
用した独国特許第２１ ４０ ９３１号明細書に示されている熱処理により生じさせるこ
とができる。例えば独国特許第２１ ４０ ９３１号明細書に記載のように、１つ又は複
数の後続の熱処理ステップにおいて、ゼロ交差温度での（負の）勾配の絶対値を、続いて
より小さな値にシフトさせることができる。例として、ＣＴＥの勾配を減らすために、約
７５０℃〜８５０℃の範囲の温度から始めて約１℃／時〜約２℃／時の速度で低速の冷却
を行う熱処理ステップを行うことができる。この熱処理ステップのパラメータは、残留負
勾配（remaining negative gradient）が−１ｐｐｂ／Ｋ^２未満となるよう選択すべきで
ある。言うまでもなく、ＣＴＥの勾配のこの絶対値又は場合によってはさらにより小さな
絶対値を得るために、低冷却速度での複数の熱処理ステップが場合によっては必要であり
得る。これらの低速熱処理ステップ中、０℃よりも高い範囲にあるゼロ交差温度は、通常
は全く又はわずかにしか変化しない。

さらに別の実施形態では、第１ゼロ交差温度及び第２ゼロ交差温度は、０℃〜１００℃
、好ましくは１０℃〜６０℃、特に好ましくは約２０℃〜約４０℃の温度範囲内にある。
基板材料のゼロ交差温度は、光学機構における光学素子の作動温度の範囲内に又はそれよ
りもわずかに低く若しくは高くすべきである。光学素子は通常は冷却されないので、概し
て最低作動温度は室温（約２２℃）に相当する。例えば投影レンズの光学素子の最高作動
温度は、特に、使用されるＥＵＶ放射線の放射パワーに応じて変わり、通常は最高約３０
℃又は最高約４０℃の範囲内で変化する。

ＥＵＶリソグラフィ用の光学素子の十分な反射率を得るためには、各光学素子が４５°
を超える大きな入射角で又は７０°を超える非常に大きな入射角で作動される場合、金属
又は金属層（特にルテニウムから構成される）を基板に塗布すれば十分であり得る。約４
５°未満の小さな入射角では、反射多層コーティングを第１基板及び／又は第２基板に塗
布し、反射面を上記コーティングに形成する。反射コーティングは、概して、高屈折率材
料及び低屈折率材料から構成された複数の交互層、例えばモリブデン及びシリコンから構
成された交互層を有し、それらの層厚は、コーティングがその光学機能を果たして高屈折
率が確保されるよう互いに協調させる。多層コーティングは、酸化又は他の劣化機構から
下位層を保護するためにキャッピング層を通常はさらに有する。該キャッピング層は、金
属材料、例えばルテニウム、ロジウム、又はパラジウムからなり得る。

一展開形態では、少なくとも１つの機能層、特に研磨を簡略化する層が、第１基板及び
／又は第２基板と反射コーティングとの間に嵌められる。機能層も同様に、例えば、基板
よりもＴｉＯ_２の割合が低い、例えばＴｉＯ_２含有量が約５重量％〜約８重量％又は最高
で約１０重量％のＴｉＯ_２ドープ石英ガラスから製造することができ、その理由は、Ｔｉ
Ｏ_２の割合が低いガラス材料が、反射コーティングを塗布するためにより研磨しやすいか
らである。代替的又は付加的に、照射により誘起される劣化効果（特に圧縮）を回避する
ために、例えば高吸収材料、特にニッケルから構成された他の機能層を塗布することも可
能である。

さらに別の実施形態は、少なくとも１つの基板を加熱する少なくとも１つの加熱デバイ
スと、少なくとも１つの基板の温度を使用温度に設定するために少なくとも１つの加熱デ
バイスを駆動する制御デバイスとをさらに備える。投影レンズの基板又は反射面の温度は
、特に照明設定に応じて変わるので、開ループ又は閉ループ制御により基板の温度を使用
温度に制御することが有利であることが分かった。例として、ペルチェ素子、電熱線、放
射源等が、加熱デバイスとしての役割を果たし得る。閉ループ制御により温度を使用温度
に制御するために、１つ又は複数の温度センサを加熱される光学素子又は基板に設けるこ
とができる。基板が加熱される使用温度は、特に、光学機構の作動中に光学素子の反射面
で生じる最高温度に（少なくとも）対応するよう選択され得る。

一展開形態では、基板のゼロ交差温度からの使用温度のずれは、３Ｋ未満、好ましくは
２Ｋ未満、特に１Ｋ未満である。理想的には、使用温度はゼロ交差温度に相当する。使用
温度がゼロ交差温度に非常に近く、熱膨張率の勾配が非常に小さい（１．０ｐｐｂ／Ｋ^２
未満）場合、基板の変形は小さく、したがって特に光学面の変形も小さく、これには光学
機構又は投影レンズの全体的性能に対して有利な効果がある。

本発明は、ＥＵＶ放射線を反射する表面及びＴｉＯ_２ドープ石英ガラスから構成された
基板を有する少なくとも２つの光学素子を備える、ＥＵＶリソグラフィ用の光学機構、特
に投影レンズを構成する方法であって、ＴｉＯ_２ドープ石英ガラスから構成された第１基
板群又は第２基板群から光学素子用の基板材料を選択するステップを含み、第１群は、第
１ゼロ交差温度でゼロ交差を有する温度依存性の熱膨張率を有し、第２群は、第１ゼロ交
差温度とは異なる第２ゼロ交差温度でゼロ交差を有する熱膨張率を有し、第１ゼロ交差温
度における第１基板群の熱膨張率の勾配及び／又は第２ゼロ交差温度における第２基板群
の熱膨張率の勾配は負の符号を有する方法にも関する。

光学機構の構成に関して、少なくとも２つの異なる基板群又は基板バッチを利用可能に
しておき、各群の基板が同じ製造プロセス又は同一タイプの製造プロセスで製造され、し
たがって同一の割合のＴｉＯ_２を含むようにすることが提案される。例として、１群中の
基板は、全く同一のブール（石英ガラスブロック）の部分体積からでき得る。

本方法の一変形形態では、基板材料を選択するステップは、光学機構における各光学素
子の位置に応じて行われる。いずれの場合も、入射ＥＵＶ放射線の約６０％しか各光学素
子で反射されないので、各光学素子に衝突する放射線の放射パワー又はパワー密度は、光
学機構におけるその位置に応じて変わる。より正確に言うと、衝突パワー密度は、したが
って光学素子の作動温度も、特に放射源と光学素子の位置との間に設置される光学素子の
数に応じて変わる。

一変形形態では、第１ゼロ交差温度における第１基板群の熱膨張率の勾配は、第２ゼロ
交差温度における第２基板群の熱膨張率の勾配とは符号が異なる。両方の基板群が熱膨張
率の符号に関して異なれば有利であることが分かった。この場合、熱膨張率の勾配が正で
ある第１基板群が通常有するゼロ交差温度は、例えば光学機構における光学素子の基板又
は反射面の最高予測作動又は使用温度とほぼ同じか又はそれよりも高い。これは有利であ
ることが分かっており、その理由は、適切な熱処理プロセス（下記を参照）によってゼロ
交差温度をより小さな値にシフトさせて、第１群の基板材料を種々の光学素子の使用温度
に柔軟に適合させることができるようにすることができるからである。各基板材料群の各
ゼロ交差温度におけるＣＴＥの勾配の絶対値は、可能な限り小さな値を有するべきであり
、この値は１．６ｐｐｂ／Ｋ^２以下であることが好ましい。

特に、この場合、第１基板材料群のＴｉＯ_２含有量は、第２基板材料群のＴｉＯ_２含有
量とは異なり得る。すなわち、両群が異なる製造プロセスで製造されるか又は異なるブー
ルに属する。この場合、各群の石英ガラス材料のＴｉＯ_２の割合は、特に、光学機構に関
連して上述した値をとり得る。

さらに別の変形形態では、本方法は、ゼロ交差温度を光学素子にとって所望のゼロ交差
温度に変えるため及び／又は光学素子の所望のゼロ交差温度での熱膨張率の勾配を１．０
ｐｐｂ／Ｋ^２未満、好ましくは０．５ｐｐｂ／Ｋ^２未満、特に０．２ｐｐｂ／Ｋ^２未満の
絶対値に減らすために、選択基板の熱処理を行うステップをさらに含む。この追加の熱処
理は、選択基板のゼロ交差温度を各光学素子に与えられた使用温度に適合させること、及
び／又はＣＴＥの勾配の絶対値を減らすことを可能にする。概して、追加の熱処理前に、
基板又はブランクの幾何学的形状が、適当なサイズに切断された選択基板により、それぞ
れ割り当てられた光学素子の幾何学的形状に適合される。ＣＴＥの最大許容勾配も同様に
、光学機構における光学素子の各位置に応じて変わるので、勾配の所望値が得られるまで
複数の熱処理ステップが必要となる可能性があり得る。

一変形形態では、（追加の）熱処理は、選択基板を最低７５０℃、好ましくは最低８０
０℃の保持温度に加熱するステップと、基板を保持温度で少なくとも４０時間保持するス
テップと、基板を０．１Ｋ／時〜５．０Ｋ／時の冷却速度で保持温度〜５００℃の温度範
囲内で冷却するステップとを含む。低冷却速度でのこのような熱処理ステップは、選択基
板のゼロ交差温度をより低い温度にシフトさせ、このようにして所望の使用温度に適合さ
せるのに有利であることが分かった。熱処理プロセス中、８００℃未満の、したがって欧
州特許第１ ６０８ ５９８号明細書で指定されている８４０℃（実施例４）という最低
仮想温度未満の仮想温度を設定することが意図される。言うまでもなく、特定の温度、例
えば５００℃に達しない場合、冷却速度を制御せずに（すなわち基板を放置することによ
り）室温への冷却が通常は行われる。

本発明のさらに他の特徴及び利点は、本発明に重要な細部を示す図面を参照した以下の
発明の例示的な実施形態の説明から、また特許請求の範囲から明らかである。個々の特徴
は、個別に単独で又は任意の所望の組み合わせでまとめて本発明の変形形態においてそれ
ぞれ実現することができる。

例示的な実施形態を概略図で示し、以下の説明において説明する。

４つの反射光学素子を有する投影レンズを備えるＥＵＶリソグラフィ装置の概略図を示す。 第２反射光学素子とは異なる使用温度で作動される図１からの投影レンズの第１反射光学素子の概略図を示す。 第１反射光学素子とは異なる使用温度で作動される図１からの投影レンズの第２反射光学素子の概略図を示す。 第１光学素子用の第１ＴｉＯ_２ドープ石英ガラス基板の温度依存性の熱膨張率の概略図を示す。 第２光学素子用の第２ＴｉＯ_２ドープ石英ガラス基板の温度依存性の熱膨張率の概略図を示す。

図１は、ＥＵＶリソグラフィ装置４０を概略的に示す。ＥＵＶリソグラフィ装置４０は
、５０ｎｍ未満、より詳細には約５ｎｍ〜約１５ｎｍのＥＵＶ波長領域の高エネルギー密
度を有するＥＵＶ放射線を発生させるＥＵＶ光源１を備える。ＥＵＶ光源１は、例えば、
レーザ誘起プラズマを発生させるプラズマ光源の形態で、又はシンクロトロン放射源とし
て具現され得る。特に前者の場合、図１に示すように、コレクタミラー２を使用すること
により、ＥＵＶ光源１からのＥＵＶ放射線を集束させて照明光線３を形成し、且つこのよ
うにしてエネルギー密度をさらに高めることができる。照明光線３は、本例では４つの反
射光学素子１３〜１６を備える照明系１０により構造物Ｍを照明する役割を果たす。

構造物Ｍは、例えば、構造物Ｍ上の少なくとも１つの構造を製造するために反射領域と
非反射領域又は少なくとも反射の少ない領域とを有する反射マスクであり得る。代替的に
、構造物Ｍは、１次元又は多次元配置で配置される複数のマイクロミラーとすることがで
き、適当であれば、各ミラーに対するＥＵＶ放射線３の入射角を設定するために少なくと
も１つの軸を中心に可動である。

構造物Ｍは、照明光線３の一部を反射して構造物Ｍの構造に関する情報を担持する投影
光線４を整形し、投影光線４は投影レンズ２０へ放射され、投影レンズ２０は基板Ｗに構
造物Ｍ又はその各部分領域を結像させる。基板Ｗ、例えばウェーハは、半導体材料、例え
ばシリコンを含み、ウェーハステージＷＳとも称するマウント上に配置される。

本例では、投影レンズ２０は、構造物Ｍ上にある構造の像をウェーハＷに対して生成す
るために、４つの反射光学素子２１〜２３（ミラー）を備える。投影レンズ２０における
ミラーの数は、通常は４つ〜８つであるが、適当であれば２つのミラーしか使用しないこ
とも可能である。

ウェーハＷ上の各像点ＩＰへの構造物Ｍの各物体点ＯＰの結像中に、高い結像品質を達
成するために、ミラー２１〜２４の表面形状に関して極めて厳しい要件が課されなければ
ならず、相互に対する又は対象物Ｍ及び基板Ｗに対するミラー２１〜２４の位置又は向き
も、ナノメートル範囲での精度を必要とする。

投影レンズ２０の作動中、投影光線４のうち最大約３０％になり得る割合の放射線が、
各光学素子２１〜２４により吸収されるという問題が生じる。吸収された放射線の量に応
じて、各ミラー２１〜２４において加熱が生じる結果として熱膨張が生じ、これが各ミラ
ー２１〜２４の反射面の変形を招くことでミラー２１〜２４の向き又は表面形状を不所望
に変化させる。この問題に対処する１つの可能性は、個々のミラー２１〜２４の温度を設
定するために開ループ又は閉ループ制御デバイス３０を使用することである。しかしなが
ら、このような制御デバイス３０が設けられる場合でも、ミラー２１〜２４に、可能な限
り低く、例えば２０℃〜４０℃の該当温度範囲内で２ｐｐｂ／Ｋ未満の絶対値を有する熱
膨張率を有する基板材料を設ける必要がある。このようにして、温度の変動により生じる
各基板の膨張の変化を小さく保つことができる。

図１に示す投影レンズ２０の場合、４つのミラー２１〜２４全部がＴｉＯ_２ドープ石英
ガラスを基板材料として含む。図２ａは、例として投影レンズ２０の第２ミラー２２を概
略図で示す。第２ミラー２２は、ＴｉＯ_２の割合が８重量％を超え、通常は１２重量％以
下である基板３２を備える。

反射コーティング３１が基板３２に塗布され、該反射コーティングは、交互に異なる屈
折率を有する材料からなる複数の個別層（より具体的には指示しない）を有する。約１３
．５ｎｍの領域の波長でのＥＵＶ放射線が投影レンズ２０で使用される場合、個別層は、
普通はモリブデン及びシリコンからなる。例えばモリブデン及びベリリウム、ルテニウム
及びモリブデン、又はランタン及びＢ_４Ｃ等の他の材料の組み合わせも同様に可能である
。個別層に加えて、反射コーティングは、拡散を防止する中間層及び酸化又は腐食を防止
するキャッピング層も備え得る。厳密に言えば反射コーティング３１全体がＥＵＶ放射線
の反射を行うのだが、反射コーティング３１の上側を以下で反射面３１ａと称する。

中間層３４（機能層）は、基板３２と反射コーティング３１との間に導入され、この層
は、反射コーティング３１の塗布前の基板３２の表面の研磨を簡略化する。本例では、中
間層３４は、ＴｉＯ_２の割合がその下の基板３２よりも低く（例えば約５重量％）、した
がって基板３２よりも研磨しやすいＴｉＯ_２ドープ石英ガラスから形成される。

基板３２は、キャリア３３に塗布され、キャリア３３内にはペルチェ素子の形態の複数
の加熱素子３３ａが設けられ、これらは基板３２を使用温度Ｔ_Ａ１（図３ａを参照）まで
均一に加熱する役割を果たす。光学素子２２の反射面３１ａに対する投影光線４の強度が
時間的に変化する場合でも使用温度Ｔ_Ａ１を得るために、図１に示す制御デバイス３０が
使用され、これが加熱デバイス３３ａを駆動する役割を果たす。閉ループにより基板３２
の温度を使用温度Ｔ_Ａ１に制御するために、温度センサ３５が基板３２の側方に設けられ
、該温度センサは、接続線（図示せず）を介して制御デバイス３０に接続される。言うま
でもなく、制御デバイス３０は、投影レンズ２０のさらに他の光学素子２１、２３、２４
の温度の閉ループ制御又は開ループ制御に使用することもできる。

図２ａ及び図３ａに示す例では、基板３２の使用温度はＴ_Ａ１＝３３℃である。温度変
動により生じる変形及び／又は基板３２の長さの変化の結果としての反射面３１ａ全体に
おけるシフトを回避するために、光学素子２２の使用温度Ｔ_Ａ１が基板３２の熱膨張率の
ゼロ交差温度Ｔ_ＺＣ１に可能な限り正確に対応すれば有利である（図３ａを参照）。光学
素子の使用又は作動温度Ｔ_Ａ１がゼロ交差温度Ｔ_ＺＣ１からずれている場合でも基板３２
の長さが最小限にしか変化しないようにするために、ゼロ交差温度Ｔ_ＺＣ１における熱膨
張率ＣＴＥの（正）勾配ΔＣＴＥ_１は、可能な限り小さく、１．０ｐｐｂ／Ｋ^２未満、好
ましくは０．５ｐｐｂ／Ｋ^２未満、特に０．２ｐｐｂ／Ｋ^２未満であるべきである。しか
しながら、小さな勾配ΔＣＴＥ_１の場合でも、使用温度Ｔ_Ａ１とゼロ交差温度Ｔ_ＺＣ１と
の間の差は３Ｋ未満であるべきであり、すなわち|Ｔ_Ａ１−Ｔ_ＺＣ１|＜３Ｋが当てはまる
べきである。

言うまでもなく、この場合、正確には次式に従って、熱膨張率ＣＴＥと勾配ΔＣＴＥ_１
との間で直線関係をとった。
ＣＴＥ（Ｔ）＝ΔＣＴＥ_１（Ｔ−Ｔ_ＺＣ１）
言うまでもなく、この関係は、厳密に言えばゼロ交差温度Ｔ_ＺＣ１からのずれが小さい場
合にのみ当てはまる。

図２ｂは、例として投影レンズ２０の第４光学素子２４を示しており、これは図２ａか
らの光学素子２２のように、反射面３６ａを有する反射コーティング３６と、本例では加
熱デバイスが設けられていないキャリア３８とを有する。図２ｂからの光学素子２４が図
２ａからの光学素子２２と異なるのは、石英ガラス基板３７のＴｉＯ_２の割合が図２ａか
らの光学素子２２の基板３２の石英ガラスのＴｉＯ_２の割合からずれている点である。本
例では、図２ｂからの光学素子２４の基板３７のＴｉＯ_２の割合は、約１５重量％である
。図３ｂで分かり得るように、ゼロ交差温度Ｔ_ＺＣ２は、本例では２２℃の室温である光
学素子２４の使用温度Ｔ_Ａ２に対応する。したがって、図２ａからの光学素子２２の基板
３２及び図２ｂからの光学素子２４の基板３７のゼロ交差温度はそれぞれ、|Ｔ_ＺＣ２−
Ｔ_ＺＣ１|＜１１Ｋだけ異なる。

図３ｂに同様に示すように、図２ｂからの光学素子２４の基板３７の熱膨張率の勾配Δ
ＣＴＥ_２は、負の符号を有し、したがって図２ａからの光学素子２２の熱膨張率ＣＴＥの
勾配ΔＣＴＥ_１の正の符号とは異なる。図２ａからの光学素子２２の場合のように、図２
ｂからの光学素子２４の熱膨張率の勾配ΔＣＴＥ_２の絶対値は、１．０ｐｐｂ／Ｋ^２未満
、好ましくは０．５ｐｐｂ／Ｋ^２未満、特に０．２ｐｐｂ／Ｋ^２未満である。

以下で説明する方法は、投影レンズ２０の光学素子２１〜２４を構成又は提供するため
に実行することができる。

第１に、異なるゼロ交差温度Ｔ_{ＺＣ１，０}、Ｔ_{ＺＣ２，０}を有する２つの材料バッチ（
又は、ＴｉＯ_２ドープ石英ガラスブランク（「ブール」）の形態の基板群）を準備する。
さらに、２つのバッチは、各ゼロ交差温度Ｔ_{ＺＣ１，０}、Ｔ_{ＺＣ２，０}における各熱膨張
率の勾配ΔＣＥ_１，０、ΔＣＴＥ_２，０の異符号に関して異なる。このような異なるゼロ
交差温度Ｔ_{ＺＣ１，０}、Ｔ_{ＺＣ２，０}又は対応の熱膨張率の勾配ΔＣＥ_１，０、ΔＣＴＥ
_２，０は、ガラス製造中に各石英ガラスブランクで異なるＴｉＯ_２の割合を選択すること
により達成することができ、熱膨張率の負勾配は、ＴｉＯ_２の割合が１２重量％を超える
場合に通常は成立する。特に、負勾配を生じさせるために、導入部で引用した独国特許第
２１ ４０ ９３１号明細書におけるような手順を採用し、例えば石英ガラスブランクの
製造中に、約９６０℃の初期温度及び約３℃／時の冷却速度で約７００℃まで熱処理を実
行することが可能である。

本例では、Ｔ_{ＺＣ１，０}＝４０℃の値を第１材料バッチのゼロ交差温度Ｔ_{ＺＣ１，０}と
して選択し、第１材料バッチから図２ａからの光学素子２２を製造した。この値は、投影
レンズ２０の光学素子２１〜２４の作動中に通常使用される使用温度よりもわずかに高い
。本例では、第１材料バッチの熱膨張率の勾配ΔＣＴＥ_１，０は、約＋１．６ｐｐｂ／Ｋ
^２である。図２ａからの光学素子２２を製造するために、石英ガラスブロックが前のステ
ップでＥＵＶミラー用の基板を製造するのに十分なほど大きな基板群又は体積要素群に分
割されていなければ、十分に大きな部分体積を石英ガラスブロックから切り出す。

切り出した石英ガラス体積は、最初に図２からの光学素子２２の幾何学的形状及びサイ
ズに適合させ、続いて加熱処理ステップを施し、このステップを、切り出した石英ガラス
体積を少なくとも４０時間保持する１０００℃の保持温度から始めて、通常は５００℃を
超える温度で約０．１℃／時〜５℃／時の低冷却速度で行う。この場合、ゼロ交差温度は
、第１材料バッチ全体の値Ｔ_{ＺＣ１，０}＝４２℃から、図２ａからの光学素子２２の使用
温度Ｔ_Ａ１に対応する所望値Ｔ_ＺＣ１＝３３℃に低下する。同時に、熱膨張係数の勾配Δ
ＣＴＥ_１，０が減少して、３３℃の使用温度Ｔ_Ａ１における上記勾配が＋１．０ｐｐｂ／
Ｋ^２未満となる。言うまでもなく、熱処理ステップの持続時間又は熱処理中の冷却速度及
び初期温度は、所望のゼロ交差温度Ｔ_ＺＣ１＝Ｔ_Ａ１に対する最大限の近似又は勾配ΔＣ
ＴＥ_１，０の最小限の絶対値が達成されるよう適合させることができる。言うまでもなく
、ゼロ交差温度を使用温度Ｔ_Ａ１に適合させるために複数の熱処理ステップが必要な可能
性があり、熱膨張率の勾配は通常はわずかにしか変化しない。

２０℃のゼロ交差温度Ｔ_{ＺＣ２，０}（図３ｂを参照）を有する第２バッチの石英ガラス
材料を図２ｂからの光学素子２４の使用温度Ｔ_Ａ２＝２２℃における所望の特性に適合さ
せるために、類似の手順を採用することができる。すなわち、熱膨張率の（負）勾配の絶
対値を減らすために、最終的な幾何学的形状に適合させた石英ガラス体積に熱処理プロセ
スを施すことができる。熱処理は、例として、約７５０℃〜約８５０℃の初期温度で開始
して、約１℃／時〜約２℃／時の冷却温度で実行することができる。熱処理中の正確なパ
ラメータは、熱処理後の残留（負）勾配が図３ｂに示すように１．０ｐｐｂ／Ｋ^２未満の
絶対値を有するよう選択すべきである。基板３７のゼロ交差温度は、この熱処理プロセス
中に（変化するとしても）わずかにしか変化しない。図３ｂに示す例の場合、これにより
、第２材料バッチのゼロ交差温度Ｔ_{ＺＣ２，０}に、図２ｂからの光学素子２４の使用温度
Ｔ_Ａ２＝２２℃まで約２℃のわずかなシフトが生じる。他の製造パラメータの選択に応じ
て、このシフトをわずかに異ならせることもでき、又はシフトが全く生じなくてもよい。

２つの材料バッチ又は基板群の一方の選択は、投影レンズ２０における各光学素子２１
〜２４の位置に応じて通常は行われ、これは正確には以下の理由からである。概して入射
放射線の放射パワーの約６０％〜７０％しか各光学素子２１〜２４により反射されず、し
たがって各衝突放射パワーが第１光学素子２１から第４光学素子２４までに減少するので
、位置が光学素子２１〜２４の使用温度に影響を及ぼす。

特に、投影レンズ２０の収差の補正又は低減のためには、光学素子２１〜２４の少なく
とも２つの各ゼロ交差温度における熱膨張率の勾配が逆符号であれば有利であることが分
かった。言うまでもなく、３つ以上の材料バッチ群も、投影レンズ２０の光学素子の出発
材料としての役割を果たすことができる。しかしながら、ゼロ交差温度は特定の限度内で
調整可能であるので、概して２つの材料バッチしか必要なく、これらを使用して熱膨張率
の異符号の勾配の所望の特性を実現することができる。言うまでもなく、上述の方法は、
ＥＵＶ放射線で作動するよう設計された他の光学機構、例えばＥＵＶマスク計測システム
（mask metrology system）で実行することもできる。２つの材料バッチのゼロ交差温度
において熱膨張率の異符号の勾配を生じさせる代替形態として、両方の材料バッチが各ゼ
ロ交差温度において、熱膨張率の負勾配を有することもできる。

Claims (18)

1. ＥＵＶリソグラフィ用の光学機構であって、
   反射面（３１ａ）及び第１ゼロ交差温度（Ｔ_ＺＣ１）でゼロ交差を有する温度依存性の
   熱膨張率を有するＴｉＯ_２ドープ石英ガラスから構成された第１基板（３２）を備える第
   １光学素子（２２）と、
   反射面（３６ａ）及び前記第１ゼロ交差温度とは異なる第２ゼロ交差温度（Ｔ_ＺＣ２）
   でゼロ交差を有する温度依存性の熱膨張率を有するＴｉＯ_２ドープ石英ガラスから構成さ
   れた第２基板（３７）を備える第２光学素子（２４）と
   を備え、前記第１ゼロ交差温度（Ｔ_ＺＣ１）における前記第１基板（３２）の熱膨張率の
   勾配（ΔＣＴＥ_１）及び／又は前記第２ゼロ交差温度（Ｔ_ＺＣ２）における前記第２基板
   （３７）の熱膨張率の勾配（ΔＣＴＥ_２）は、負の符号を有する光学機構。
2. 請求項１に記載の光学機構において、前記第１ゼロ交差温度（Ｔ_ＺＣ１）における前記
   第１基板（３２）の熱膨張率の前記勾配（ΔＣＴＥ_１）及び前記第２ゼロ交差温度（Ｔ_{Ｚ
   Ｃ２}）における前記第２基板（３７）の熱膨張率の前記勾配（ΔＣＴＥ_２）は、符号に関
   して異なる光学機構。
3. 請求項１又は２に記載の光学機構において、前記第１ゼロ交差温度（Ｔ_ＺＣ１）におけ
   る前記第１基板（３２）の熱膨張率の前記勾配（ΔＣＴＥ_１）の絶対値及び／又は前記第
   ２ゼロ交差温度（Ｔ_ＺＣ２）における前記第２基板（３７）の熱膨張率の前記勾配（ΔＣ
   ＴＥ_２）の絶対値は、１．０ｐｐｂ／Ｋ^２未満である光学機構。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学機構において、前記第１ゼロ交差温度（Ｔ_{Ｚ
   Ｃ１}）と前記第２ゼロ交差温度（Ｔ_ＺＣ２）との間の差の絶対値（|Ｔ_ＺＣ２−Ｔ_ＺＣ１|
   ）は、６Ｋよりも大きい光学機構。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学機構において、前記第１基板（３２）のＴｉ
   Ｏ_２含有量は、前記第２基板（３７）のＴｉＯ_２含有量とは異なる光学機構。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学機構において、前記第１基板（３２）のＴｉ
   Ｏ_２含有量は、８％〜１２％である光学機構。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学機構において、前記第２基板（３７）のＴｉ
   Ｏ_２含有量は、１２％を超える光学機構。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学機構において、前記第１ゼロ交差温度（Ｔ_{Ｚ
   Ｃ１}）及び前記第２ゼロ交差温度（Ｔ_ＺＣ２）は、０℃〜１００℃の温度範囲内にある光
   学機構。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学機構において、反射コーティング（３１、３
   ６）が前記第１基板（３２）及び／又は前記第２基板（３７）に塗布され、前記反射面（
   ３１ａ、３６ａ）は前記反射コーティングに形成される光学機構。
10. 請求項９に記載の光学機構において、少なくとも１つの機能層（３４）が、前記第１基
    板（３２）及び前記第２基板（３７）と前記反射コーティング（３１、３６）との間に嵌
    められる光学機構。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光学機構において、
    少なくとも１つの基板（３２）を加熱する少なくとも１つの加熱デバイス（３３）と、
    前記少なくとも１つの基板（３２）の温度を使用温度（Ｔ_Ａ１）に設定するために前記
    少なくとも１つの加熱デバイス（３３）を駆動する制御デバイス（３０）と
    をさらに備える光学機構。
12. 請求項１１に記載の光学機構において、前記基板（３２）の前記ゼロ交差温度（Ｔ_{ＺＣ
    １}）からの前記使用温度（Ｔ_Ａ１）のずれは、３Ｋ未満である光学機構。
13. ＥＵＶ放射線を反射する表面（３１ａ、３６ａ）及びＴｉＯ_２ドープ石英ガラスから構
    成された基板（３２、３７）を有する少なくとも２つの光学素子（２２、２４）を備える
    、ＥＵＶリソグラフィ用の光学機構を構成する方法であって、
    ＴｉＯ_２ドープ石英ガラスから構成された第１基板群又は第２基板群から前記光学素子
    （２２、２４）用の基板（３２、３７）を選択するステップを含み、前記第１群は、第１
    ゼロ交差温度（Ｔ_{ＺＣ１，０}）でゼロ交差を有する温度依存性の熱膨張率を有し、前記第
    ２群は、前記第１ゼロ交差温度とは異なる第２ゼロ交差温度（Ｔ_{ＺＣ２，０}）でゼロ交差
    を有する熱膨張率を有し、前記第１ゼロ交差温度（Ｔ_{ＺＣ１，０}）における前記第１基板
    群（３２）の熱膨張率の勾配（ΔＣＴＥ_１，０）及び／又は前記第２ゼロ交差温度（Ｔ_{Ｚ
    Ｃ２，０}）における前記第２基板群（３７）の熱膨張率の勾配（ΔＣＴＥ_２，０）は、負
    の符号を有する方法。
14. 請求項１３に記載の方法において、前記選択するステップは、前記光学機構における各
    光学素子（２２、２４）の位置に応じて行われる方法。
15. 請求項１３又は１４に記載の方法において、前記第１ゼロ交差温度（Ｔ_{ＺＣ１，０}）に
    おける前記第１基板群（３２）の熱膨張率の前記勾配（ΔＣＴＥ_１，０）は、前記第２ゼ
    ロ交差温度（Ｔ_{ＺＣ２，０}）における前記第２基板群（３７）の熱膨張率の前記勾配（Δ
    ＣＴＥ_２，０）とは符号が異なる方法。
16. 請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の方法において、前記第１基板材料群（３２）
    のＴｉＯ_２含有量は、前記第２基板材料群（３７）のＴｉＯ_２含有量とは異なる方法。
17. 請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の方法において、
    前記ゼロ交差温度（Ｔ_{ＺＣ１，０}、Ｔ_{ＺＣ２，０}）を前記光学素子（２２、２４）にと
    って所望のゼロ交差温度（Ｔ_ＺＣ１、Ｔ_ＺＣ２）に変えるため及び／又は前記光学素子（
    ２２、２４）の前記所望のゼロ交差温度（Ｔ_ＺＣ１、Ｔ_ＺＣ２）での熱膨張率の前記勾配
    （ΔＣＴＥ_１，０、ΔＣＴＥ_２，０）を１．０ｐｐｂ／Ｋ^２未満の絶対値に減らすために
    、選択基板（３２、３７）の熱処理を行うステップをさらに含む方法。
18. 請求項１７に記載の方法において、前記熱処理を行うステップは、前記選択基板（３２
    ）を最低９００℃の保持温度に加熱するステップと、
    前記基板（３２）を前記保持温度で少なくとも４０時間保持するステップと、
    前記基板（３２）を０．１Ｋ／時〜２．０Ｋ／時の冷却速度で前記保持温度〜５００℃
    の温度範囲内で冷却するステップと
    を含む方法。

Images