JP2014123719A - 熱変形を低減するｗｙｎｎ−ｄｙｓｏｎ結像システム - Google Patents

Abstract

【課題】熱変形を低減するＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムを提供する。
【解決手段】レチクルプリズムおよびウェハプリズムは、約１００ｐｐｂ／℃以下の熱膨張係数を有するガラス材料で作られる。Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムは、レチクル１６とレチクルプリズム１１０Ｒとの間に配置される第１窓と、ウェハ１８とウェハプリズムとの間に配置され、像の対称性を維持する第２窓とを含む。第１窓は、対流熱および放射熱がレチクルプリズムに到達するのを実質的にブロックし、それによってウェハ上に形成されるレチクルの像において熱誘導像変形の量を低減する。
【選択図】図３

Description

本開示は、Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム、特に熱変形を低減するＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムに関する。

本願で言及されるいずれの刊行物または特許文献の全開示は、参照により組み込まれる。

Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムは、およそ３０年に亘って、半導体デバイスの製造に用いられている。基本的なＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムは、鏡像焦点の近傍に位置する反射ミラーおよび屈折ダブレットを有する。

この基本的な構造がフォトリソグラフィーに用いられる場合、レチクル像が「ステップ アンド リピート」でウェハを横断してウェハ全面を完全に露光する際に、対物面内の大きなレチクルが、結像面に存在する大きなウェハに干渉するおそれがあるという制限を受ける。

このため、基本的なＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムは、ダブレット組立体に付属するプリズムを用いることによって、フォトリソグラフィーでの使用に適するように改良されてきた。プリズムは、対物面および結像面を非相反面に移動させるのに役立つ。フォトリソグラフィーでの使用に適するように改良されたＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムの例が、米国特許第６，８６３，４０３、７，１１６，４９６、６，８１３，０９８および７，１４８，９５３号明細書に開示されている。

図１には、従前のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム８が示されている。従前のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム８は、凹面鏡１０を有する。凹面鏡１０は、光軸１４に沿って配置されている。凹面鏡１０は、開口絞りＡＳを有する。開口絞りＡＳは、従前のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム８の開口数（ＮＡ）を規定するのに役立つ。レンズシステム（組立体）１３は、光軸１４に沿って配置されており、凹面鏡１０から離間している。レンズシステム１３は、凹面鏡１０に対向する前端１３Ｆと、凹面鏡１０に対向しない後端１３Ｒとを有する。レンズシステム１３では、レンズシステム１３の前端１３Ｆにメニスカスレンズ１３Ａが設けられ、レンズシステム１３の後端１３Ｒに平凸レンズ１３Ｂが設けられる。

また、従前のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム８は、２つのプリズム１７および１９を含む。２つのプリズム１７および１９は、プリズム組立体を規定する。プリズム１７および１９は、各々、光軸１４の反対側に配置されている。それらの面の一つは、レンズシステム１３０の後端１３Ｒを規定する平凸レンズ１３Ｂの平面の各位置に密接している。レチクル１６は対物面ＯＰに存在しており、ウェハ１８は結像面ＩＰに存在している。プリズム１７はレチクル１６に隣接しており、プリズム１９はウェハ１８に隣接している。

典型的なフォトリソグラフィーのレチクル１６は、光透過領域および不透明領域を有する。不透明領域は、典型的にはクロミウムから作られており、その上に入射する紫外線１１の約７０％を反射し、残りの３０％を吸収する。光透過領域は、透明であって紫外線１１をほとんど吸収せずに透過させる。５０％の透過性を有するレチクル１６では、その上に入射する全紫外線の約１５％がレチクル１６によって吸収される。典型的なフォトリソグラフィーシステムでは、レチクル１６上に入射する紫外線１６の出力レベルは、約２ワット／ｃｍ^２である。すなわち、紫外線１１の約３００ｍｗ／ｃｍ^２がレチクル１６によって吸収されていることになる。いくつかの条件では、レチクルは１０％の透過性しか示さず、その場合は光の約５４０ｍｗ／ｃｍ^２がレチクル１６によって吸収されている。これは、レチクル１６を加熱して機械的に変形させるのに十分なものである。

レチクル１６によって吸収される照明装置（図１には図示せず）からの紫外線１１は、プリズム１７に近接するレチクル１６を加熱する。発明者らの測定によると、いくつかのケースにおいて、紫外線１１が照射されたとき、レチクル１６が５０℃まで加熱され得ることが示されている。この熱によって２つの主要な問題が引き起こされる。その一つ目はレチクル１６そのものが変形することである。レチクルの変形量は、レチクル１６に使用されるガラスの種別に依存する。しかしながら、石英のような一般的なレチクル材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）の典型的な値は約１×１０^−６/℃である。したがって、温度が３０度上昇すれば、レチクル１６は約３０ｐｐｍ変形する。ウェハ１８で３６ｍｍ長の画像野に対し、この変形量は、（３６ｍｍ／２）３０×１０^−６＝０．５ミクロンとして計算される。リソグラフィーやオーバーレイ要件にもよるが、これは、かなりの問題であるおそれがある。

二つ目の主要な問題は、レチクル１６からの熱が、隣接プリズム１７に伝達されることである。この熱伝達によってプリズム１７が曲がり得り、その結果、ウェハ１８に非対称な像の歪み（すなわちレチクル像が歪められる）がもたらされることが、発明者らによって観察されている。

図２には、図１の従前のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム８におけるレチクル１６および隣接プリズム１７の拡大模式図が示されている。プリズム１７は、隣接面１７ａと、角または先端１７ｃとを有する。レチクル１６が発熱すると、対流加熱によって、および、熱の放射伝達によって（レチクル１６が、赤外線、例えば、約１０ミクロン波長のもので熱を放出する）、隣接プリズム１７が加熱される。対流熱または対流加熱は、図２において破線で表わされていると共に、２０Ｃで示されている。その一方、放射熱または放射加熱は、矢印で表わされていると共に２０Ｒで示されている。全体的な加熱は２０として示されている。プリズム１７の先端１７ｃは基端よりも発熱して曲がる。このように曲がると、ウェハ１８でのレチクル１６の像が一方向にずれる、つまり、レチクル像が熱誘導変形に見舞われることになる。

プリズムが曲がると、「ｙ」方向の歪み（または倍率）が変化する（すなわち、「Ｙ倍」変化する）。いくつかの条件下では（例えば、レチクル１６が９５％クロミウムである場合、レチクル１６は、約６００ｍｗ／ｃｍ^２を吸収する）、定常状態のＹ倍率変化は５０ｐｐｍを超え得り、それによって１ミクロン超のウェハ（画像）面での像歪がもたらされる。これは、ただちに１ミクロンのオーバーレイエラーをもたらす。

一般的に、フォトリソグラフィーシステムのオーバーレイ精度は、印刷されたライン幅の約２５％であることが要求されている。１ミクロンのオーバーレイエラーが生じる場合、フォトリソグラフィーシステムを用いて製造し得る最小のものは、フォトリソグラフィーシステムの解像度に依存しておよそ４ミクロンである。したがって、たとえフォトリソグラフィーシステムが１ミクロンの解像度を有していたとしても、４ミクロンよりも小さいものの製造にそれを用いることはできない。

プリズム１７の熱変形の問題を解決するための従前の試みとしては、レチクル１６とプリズム１７との間に冷却空気を流すことが挙げられる。この手法は、残念ながら、プリズム１７加熱の時間依存性によって不十分なものとなる。フォトリソグラフィーシステムが数分間以上アイドリングすると、プリズム１７は、元の温度に戻る。そして、フォトリソグラフィーシステムが動作すると、プリズム１７が発熱し始める。プリズムの温度は、処理されるウェハ１８の数量が増えるほど高くなる。

米国特許第６，８１３，０９８号明細書 米国特許第６，８６３，４０３号明細書 米国特許第７，１１６，４９６号明細書 米国特許第７，１４８，９５３号明細書

しかしながら、１つのウェハしか処理されていない後であれば、レチクル温度は典型的には数℃しか高くならない。一方、１０個のウェハの後では、レチクル温度は、典型的には２０℃から３０℃から高くなる。したがって、レチクル温度（この後はプリズム温度）は時間依存性を有する。残念ながら、空冷では、通常、最初の数枚のウェハでレチクル１６を過度に冷却してしまい、多量のウェハ１８（例えば、１０枚以上）に対してレチクル１６を適切に冷却することができない。言い換えると、空冷の時間依存性は、フォトリソグラフィーシステムの過熱プロファイルに対して遅すぎ、空冷を熱誘導変形低減の有効な解決方法とすることができない。さらに、空気流方法では、対流加熱しか軽減されず、放射加熱は軽減されない。

本開示の一局面は、紫外線波長を有する光で動作するＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムである。Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムは、光軸に沿ってミラー、開口絞り、レンズ組立体ならびに第１および第２プリズムを含む。ミラーは、凹状表面を有する。開口絞りは、Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムの開口数を決定するミラーに位置する。レンズ組立体は、正の反射出力を有する。また、レンズ組立体は、前端および後端を有する。レンズ組立体は、ミラーの近傍に配置され、ミラーと対向する前端でミラーから離間している。第１および第２プリズムは、光軸の反対側であってレンズ組立体の後端近傍に、操作可能に配置される。第１および第２プリズムは、それぞれ第１および第２平面を有する。第１および第２平面は、それぞれ、対物面および結像面近傍に配置される。また、Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムは、技術的特徴ａ）および技術的特徴ｂ）の少なくとも一つの技術的特徴を有する。技術的特徴ａ）は、第１および第２プリズムが、それぞれ、約１００ｐｐｂ／℃以下の熱膨張係数を有するガラス材料から作られていることである。技術的特徴ｂ）は、Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムが第１窓および第２窓をさらに含むことである。第１窓は、第１プリズムの平面と対物面との間に操作可能に配置される。第１窓は、実質的に紫外線を透過させるが、２ミクロンから２０ミクロンの範囲の波長の赤外線（ＩＲ）を実質的にブロックする。第２窓は、第２プリズムの平面と結像面との間に操作可能に配置される。第２窓は、実質的に前記紫外線を透過させる。第１および第２窓は、像の対称性を維持するように構成される。

本開示の他の局面は上述のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムであって、Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムは、結像面と第１窓との間に空気を流すように配置される空気供給ユニットさらに含む。

本開示の他の局面は上述のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムであって、第１および第２窓は、それぞれ０．０５から２ｍｍの間の厚みを有する。

本開示の他の局面は上述のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムであって、Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムは、レチクル、ウェハおよび照明システムをさらに含む。レチクルは、正面および背面を有する。レチクルは、実質的に対物面に配置される。ウェハは、実質的に結像面に配置される。照明システムは、レチクルの背面の近傍に配置される。照明システムは、レチクルに紫外線を照射してウェハ上にレチクルの像を形成するように構成される。レチクル像は、０．２５ミクロン以下の光学歪量を有する。

本開示の他の局面は上述のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムであって、レチクルプリズムおよびウェハプリズムは、ＵＬＥ（登録商標）ガラスから作られている。

本開示の他の局面は上述のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムであって、第１窓は、第１窓からの熱を除去するように構成されるヒートシンクマウントに取り付けられている。

本開示の他の局面は上述のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムであって、第１窓は、外縁を有する。ヒートシンクマウントは、第１窓の外縁に熱的に接触している。

本開示の他の局面は上述のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムであって、第１窓は、サファイアから作られている。

本開示の他の局面は、紫外線を用いてウェハ上にレチクルを結像するために使用されるＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムにおいて像の歪みを低減する方法である。本方法は、レチクルと隣接レチクルプリズムとの間に第１窓を配置することを含む。第１窓は、２ミクロンから２０ミクロンの間の波長を有する赤外線（ＩＲ）を実質的にブロックするが、実質的に紫外線を透過させるように構成されている。また、本方法は、ウェハと隣接ウェハプリズムとの間に第２窓を配置することを含む。第２窓は、実質的に紫外線を透過させる。また、本方法は、Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムを用いて、紫外線でレチクルを照射して、ウェハ上にレチクルの像を形成することを含む。紫外線は、レチクルを少なくとも５０℃まで加熱し、それによってレチクルに対流熱および放射熱を放出させる。本方法は、第１窓および前記第２窓を用いない場合に比べてウェハ上のレチクルの像が、低減された歪みを有するように、対流熱および放射熱の大部分を第１窓でブロックすることをさらに含む。

本開示の他の局面は上述の方法であって、レチクルおよびウェハプリズムは、超低膨張（ＵＬＥ（登録商標））ガラス材料から作られている。

本開示の他の局面は上述の方法であって、第１および第２窓は、それぞれ、複屈折性を有するサファイアから作られている。第１および第２窓は、相互に複屈折性による結像効果を実質的に打ち消しあうように構成される。

本開示の他の局面は上述の方法であって、本方法は、レチクルと第１窓との間に空気を流してレチクルおよび窓の両方から熱を除去することをさらに含む。

本開示の他の局面は上述の方法であって、本方法は、第１窓からの熱を除去するように構成されるヒートシンクマウントに第１窓を取り付けることをさらに含む。

本開示の他の局面は上述の方法であって、第１窓は、外縁を有する。第１窓は、第１窓の外縁でヒートシンクマウントと熱的に接触する。

本開示の他の局面は、第１ミラーおよび光学組立体を有し、紫外線（ＵＶ）波長を有する光を用いてウェハ上にレチクルを結像するために使用されるＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムにおいて像の歪みを低減する方法である。本方法は、超低膨張（ＵＬＥ（登録商標））ガラス材料から作られているレチクルプリズムおよびウェハプリズムを光学組立体に付与することを含む。また、本方法は、Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムを用いて、レチクルに紫外線を照射してウェハ上にレチクルの像を形成することを含む。紫外線は、レチクルを少なくとも５０℃まで加熱し、それによってレチクルに対流熱および放射熱を放出させる。ウェハ上のレチクルの像は、０．５ミクロン以下の最大像歪みを有する。

本開示の他の局面は上述の方法であって、その方法は、レチクルと隣接レチクルプリズムとの間に第１窓を配置することをさらに含む。第１窓は、２ミクロンから２０ミクロンの間の波長を有する赤外線（ＩＲ）を実質的にブロックするが、実質的に紫外線を透過させるように構成されている。また、本方法は、ウェハと隣接ウェハプリズムとの間に第２窓を配置することを含む。第２窓は、実質的に紫外線を透過させる。また、本方法は、さもなければレチクルプリズムに到達するであろう対流熱および放射熱の大部分を第１窓でブロックすることをさらに含む。

本開示の他の局面は上述の方法であって、ウェハ上のレチクルの像は、０．２５ミクロン以下の最大像歪みを有する。

本開示の他の局面は上述の方法であって、第１および第２窓は、サファイアから作られている。

本開示の他の局面は上述の方法であって、第１および第２窓は、それぞれ、複屈折性を有し、相互に複屈折性による結像効果を減少させるようにクロックされている。

さらなる特徴及び利点は、詳細な説明に明記されている。また、それらの一部は詳細な説明の記載内容から当業者にとって直ちに明白となるか、詳細な説明、特許請求の範囲、添付図面を含む、ここに記載された発明を実施することによって認識される。上記の背景技術等に関する記載及び下記の詳細な説明に関する記載は、単なる例示であって、特許請求の範囲に記載されている本発明の本質及び特徴を理解するための概略または枠組みを提供するものであることを理解すべきである。

添付図面は、さらなる理解を提供するために含まれており、本明細書の一部を構成すると共に本明細書の一部に組み込まれる。図面は、１または複数の実施形態を示しており、詳細な説明と共に種々の実施形態の原理や動作を説明する役割を担う。このように、本開示は、添付図面と共に以下に示す詳細な説明からより完全に理解されることになるであろう。

フォトリソグラフィーに用いられる従前のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムの例の模式図である。 図１の従前のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムのレチクルおよび隣接プリズムの拡大模式図であって、加熱されたレチクルから熱がどのようにして隣接プリズムを加熱し得るか、またプリズムの角を曲げるか、それによって結像面で光学歪が生じるかを示している。 改良型Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムを形成するのに適した光学組立体の拡大図である。ここで、光学組立体は、第１および第２窓を含む。第１および第２窓は、それぞれプリズム組立体のレチクルプリズムおよびウェハプリズムの近傍に配置される。ここで、第１窓は、赤外線ブロック窓である。 図３の光学組立体を含む改良型Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムの模式図である。 第１（赤外線ブロック）窓の外縁でヒートシンクマウントに取り付けられる赤外線ブロック窓の例の平面図である。ヒートシンクマウントは、第１（赤外線ブロック）窓から熱を除去する。 図５Ａの第１（赤外線ブロック）窓およびヒートシンクマウントの５Ｂ−５Ｂ断面図である。

以降、本開示の様々な実施形態、および、添付の図面に示される複数の例について詳述する。可能な限り、同一または類似の部分の図では、同一または類似の参照番号および参照符号が用いられる。図面には決まった縮尺がなく、当業者であれば、図面は本発明の主要な部分を説明するために簡略化されていることに気づくであろう。

特許請求の範囲の記載は、発明の詳細な説明に組み込まれると共にその一部を構成する。

いくつかの図面において、参考のために直交座標系が描かれているが、これは特定の方向および配置方向を限定するものではない。

図３は、図１に示されるようなＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム８で使用される光学組立体５０の一例の拡大図である。すなわち、この光学組立体５０は、改良型Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムを形成する。改良型Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムの一例が図４に示されている。レチクル１６は正面１６Ｓおよび背面１６Ｂを有し、ウェハ１８は表面１８Ｓを有する。光学組立体５０は、プリズム１１０Ｒおよび１１０Ｗから構成されるプリズム組立体１００を含む。プリズム１１０Ｒはレチクル１６に近接しており、プリズム１１０Ｗはウェハ１８に近接している。したがって、ここで、プリズム１１０Ｒを「レチクルプリズム」１１０Ｒと称し、プリズム１１０Ｗを「ウェハプリズム」１１０Ｗと称する。

レチクルプリズム１１０Ｒは、３つの角１１２Ｒ，１１４Ｒおよび１１６Ｒを有すると共に、３つの表面１２２Ｒ，１２４Ｒおよび１２６Ｒを有する。表面１２２Ｒは、レチクル１６に対向する。同様に、ウェハプリズム１１０Ｗは、３つの角１１２Ｗ，１１４Ｗおよび１１６Ｗを有すると共に、３つの表面１２２Ｗ，１２４Ｗおよび１２６Ｗを有する。表面１２２Ｗは、ウェハ１８に対向する。レチクルプリズム１１０Ｒおよびウェハプリズム１１０Ｗは、それらの角（頂点）１１６Ｒおよび１１６Ｗが近接するか接触するように配置される。レチクルプリズム１１０Ｒおよびウェハプリズム１１０Ｗの表面１２４Ｒおよび１２４Ｗは、平凸レンズ１３Ｂの平面１３ＢＰに近接し得るか接触し得る。図３において、平凸レンズ１３Ｂの輪郭線が破線で示されている。

また、図３には、照明システム１８０が示されている。照明システム１８０は、レチクル１６の背面１６Ｂに近接しており、紫外線１１でレチクルを照射する役目を担う。また、照明システム１８０は、上述の通り、レチクル１６を加熱する役割を果たす。

Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムでは、レチクルプリズム１１０Ｒおよびウェハプリズム１１０Ｗが、フォトリソグラフィーシステムの動作波長（例えば、３６５ｎｍ）で光学的に透明となる高屈折率ガラスで作られていることが必要とされる。必要とされる屈折率は、Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムの要求開口数に依存する。しかしながら、多くのＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム構造では、約１．４よりも大きな屈折率が必要とされる。したがって、光学組立体５０の一実施形態では、レチクルプリズム１１０Ｒおよびウェハプリズム１１０Ｗは、以下のａ）およびｂ）の物性を有するガラスから作られる。
ａ）極めて低い熱膨張係数（ＣＴＥ）（すなわち、「超低熱膨張」またはＵＬＴＥ）、例えば、５℃から３５℃の温度範囲内において１×１０^−７／℃以下、すなわち、１００ｐｐｂ／℃以下。
ｂ）フォトリソグラフィーにおいて使用される紫外線波長（例えば、３６５ｎｍ）での適切な屈折率。

ＵＬＴＥガラスとしては、例えば、ニューヨーク州コーニングのコーニング社から入手可能なＵｌｔｒａ−Ｌｏｗ ＥＸＰＡＮＳＩＯＮ（ＵＲＬ）（登録商標）７２９２ケイ酸チタニウムガラスのようなケイ酸チタニウムから作られているものが挙げられる。コーニングのＵＬＥ（登録商標）ガラスは、関連紫外線波長で光学的に透明性が十分であり、Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムのレチクルプリズム１１０Ｒおよびウェハプリズム１１０Ｗとして使用するのに適切な屈折率も有している。ＵＬＥ（登録商標）ガラスは、５℃から３５℃まで約±３０ｐｐｂ／℃のＣＴＥを示す。

赤外線ブロック窓
また、一実施形態では、光学組立体５０は、レチクル１６とレチクルプリズム１１０Ｒとの間に配置される第１窓１５０Ｒを含む。また、光学組立体１５０は、第２窓１５０Ｗを含む。第２窓１５０Ｗは、像対称性を維持するようにウェハ１８とウェハプリズム１１０Ｗとの間に配置される。すなわち、対物面ＯＰから結像面ＩＰまでの光路は光軸１４に対して略対称であるため、第２窓１５０Ｗは、第１窓１５０Ｒの導入によって生じる像収差（例えば、球面収差）を相殺するように構成される。第１窓１５０Ｒおよび第２窓１５０Ｗは、フォトリソグラフィーで使用される紫外線波長で良好な光学透過性を有することを必要とする。第１窓１５０Ｒおよび第２窓１５０Ｗは、それぞれ厚みＴＲおよびＴＷを有する。像対称性を維持するための直接的な方法は、第１窓１５０Ｒおよび第２窓１５０Ｗを同じ物質で同じ厚さに作ることである。

例えば、少なくとも第1窓１５０Ｒは、２ミクロンから２０ミクロンの間の赤外線波長をブロックする。このため、以降、第１窓１５０Ｒを赤外線ブロック窓１５０Ｒと称する。また、例えば、第２窓１５０Ｗは、実質的に赤外線ブロック窓１５０Ｒと同じものであり、像対称性を維持するのに最も簡便な手段である。しかしながら、第２窓１５０Ｗは、赤外線ブロック窓である必要はない。このため、第２窓１５０Ｗは、赤外線ブロック窓１５０Ｒとは異なる材料で作られてもよい。かかる場合、第２窓１５０Ｗは、異なる屈折率を有する必要があるかもしれない。したがって、第２窓１５０Ｗは、像対称性を維持するには赤外線ブロック窓１５０Ｒの厚みＴＲと異なる厚みＴＷを有する必要があるかもしれない。

例えば、赤外線ブロック窓１５０は、サファイアから作られる。サファイアは、ほとんどのフォトリソグラフィーシステムが動作する紫外線波長域（例えば、３６５ｎｍ）から約５ミクロンまでの光を透過させ、５ミクロン以上の放射線を実質的に吸収する。加熱レチクル１６は、約１０ミクロンで最大となる黒体放射によって放射熱２０Ｒを発生させる。したがって、加熱レチクル１６からの黒体放射（すなわち放射熱２０Ｒ）の多くは、赤外線ブロック窓１５０Ｒによって吸収され、隣接レチクルプリズム１１０Ｒを実質的には加熱しないであろう。

また、サファイアは、高い熱伝導性を有する。したがって、図５Ａおよび図５Ｂの拡大図に示される実施形態では、赤外線ブロック窓１５０Ｒが、その外縁１５５Ｒでヒートシンクと熱的に接続され得り、赤外線ブロック窓１５０Ｒによって吸収された熱が対流的に除去される。図５Ａおよび図５Ｂには、赤外線ブロック窓１５０Ｒが示されている。赤外線ブロック窓１５０Ｒは、その外縁１５５Ｒでヒートシンクマウント１６０Ｒによって操作可能に支持されている。例えば、ヒートシンクマウント１６０Ｒは、銅，ステンレス鋼等の熱導電材料から作られている。対流熱２０Ｃおよび放射熱２０Ｒは、赤外線ブロック窓１５０Ｒを加熱するように示されている。この熱の僅かな一部のみが赤外線ブロック窓１５０Ｒを通り抜ける。対流熱２０Ｃおよび放射熱２０Ｒは相まって赤外線ブロック窓１５０Ｒを加熱し、この熱のほとんどはヒートシンクマウント１６０Ｒを介して（対流熱２１Ｃとして）対流的に除去される。

サファイアは、ガラスよりも熱伝導性が高いため、赤外線ブロック窓１５０Ｒ上を流れる空気は、従前のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムよりもさらに大量の対流熱２０Ｃを除去する点においてより効率的であろう。サファイアの熱時定数は速い。すなわち、（石英ガラスに対するサファイアのような）比較的高熱伝導な赤外線窓は、かなり急速に冷却を行うであろう。これにより、空冷システムの時間的変化が改善される。図３には、赤外線ブロック窓１５０Ｒとレチクル１６との間における空気１７０の流れが示されている。空気１７０の流れは、空気供給器１７２から生じているように示されている。空気１７０の流れは、ヒートシンクマウント１６０Ｒと相まって（図５Ａ，５Ｂ参照）、加熱レチクル１６から赤外線ブロック窓１５０Ｒに伝達される熱２０を効率的に除去することができる。また、赤外線ブロック窓１５０Ｒは、レチクル１６よりも冷却され続けられるであろう。その結果、赤外線ブロック窓１５０Ｒは、実質的にはレチクルプリズム１１０Ｒを加熱しないであろう。したがって、これら両方のタイプの過熱に対して加熱レチクル１６とレチクルプリズム１１０Ｒとの間に防壁を設けることによって、赤外線ブロック窓１５０Ｒは、対流熱２０Ｃおよび放射熱２０Ｒによるレチクルプリズム１１０Ｒの加熱を防ぐことができる。

サファイアは、複屈折材料である。したがって、第１窓１５０Ｒがサファイアから作られている場合、第２窓１５０Ｗもサファイアから作られ、両窓は同じ厚みＴＷ＝ＴＲを有する利点がある。さらに、第１および第２窓１５０Ｒおよび１５０Ｗは、光学組立体５０内に配置されるのが最もよい（例えば、相互に「クロック」される）。その結果、これらの窓１５０Ｒおよび１５０Ｗの「ｅ」および「ｏ」軸が、（改良型Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム８０を通過する光の光路に対して測定されたときに）互いに名目上９０°となる。この配置によって、複屈折によって生じる潜在的な逆像効果が実質的に又は完全に取り除かれる。

例えば、厚みＴＲおよびＴＷは、０．０５から２ｍｍの範囲内である。赤外線ブロック窓１５０Ｒも赤外線ブロック窓１５０Ｗもサファイアから作られている例では、２つの赤外線ブロック窓１５０Ｒおよび１５０Ｗの厚みＴＲおよびＴＷは、（厚みの相違から）もたらされる複屈折率を無視できる程度のものにするように相互に十分近い必要がある。３６５ｎｍにおけるサファイアの「ｅ」軸と「ｏ」軸との屈折率のおよその差は、おおよそ０．００８である。λ／８よりも良好な像波面品質を保つためには、２つ赤外線ブロック窓１５０Ｒおよび１５０Ｗの厚み差ΔＴが５．６ミクロン未満である必要がある。この限界値は、波面精度要件がλ／４程度である条件では１１ミクロンまで引き上げることができる。赤外線ブロック窓１５０Ｒおよび１５０Ｗの横寸法は、それらが全対物面ＯＰおよび結像面ＩＰから光を通過させるのに十分な大きさである。

例えば、赤外線ブロック窓１５０Ｒは、対向面１５２Ｒおよび１５４Ｒ、外縁１５５Ｒならびに厚みＴＲを有する薄い平面シート形状を呈している。同様に、赤外線ブロック窓１５０Ｗは、対向面１５２Ｗおよび１５４Ｗ、外縁１５５Ｗならびに厚みＴＲに等しい厚みＴＷを有する薄い平面シート形状を呈している。赤外線ブロック窓１５０Ｒは、レチクル１６から距離ｄＲ１、レチクルプリズム１１０Ｒの表面１２２Ｒから距離ｄＲ２離間している。同様に、赤外線ブロック窓１５０Ｗは、ウェハ１８から距離ｄＷ１、ウェハプリズム１１０Ｗの表面１２２Ｗから距離ｄＷ２離間している。例えば、距離ｄＲ１およびｄＷ１は、等しく、１から５ｍｍの値をとることができる。同様に、距離ｄＲ２およびｄＷ２は、等しく、１から５ｍｍの値をとることができる。

なお、光学組立体５０の一例には、赤外線ブロック１５０Ｒおよび赤外線ブロック窓１５０Ｗならびに従前のレチクルプリズムおよびウェハプリズムが含まれる。光学組立体５０の他の例には、赤外線ブロック窓１５０Ｒおよび１５０ＷではなくＵＬＴＥプリズム１１０Ｒおよび１１０Ｗが含まれる。他の実施形態では、光学組立体５０には、ＵＬＴＥプリズム１１０Ｒおよび１１０Ｗならびに赤外線ブロック窓１５０Ｒおよび１５０Ｗの両方が含まれる。

また、第２窓１５０Ｗは、光学組立体５０の汚染を軽減または防止する目的を果たす。フォトリソグラフィーでは、結像面ＩＰでのウェハ１８は、フォトレジスト（図示せず）と呼ばれる感光性材料で被覆される。フォトレジストは、紫外線に曝さられると、多くの場合、ガスを放出する。放出された蒸気は、ウェハ１８に最も近い光学素子、従前のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム１８ではウェハプリズム１９（図１参照）の上で凝縮し得る。残念ながら、ウェハプリズム１９は、簡単に置き換えることが可能な部品ではない。ウェハプリズム１９上に汚染物質が凝縮されると、溶媒で定期的に洗浄する必要があるであろう。しかしながら、多くの汚染物質は、紫外線に曝された後は溶媒に溶けなくなる。凝縮された汚染物質は、ウェハ１８に最も近接するウェハプリズム１９の表面上に、薄く、不均一であるが吸収する層を徐々に形成する。この汚染物質は、結像性能を低下させ得る。

図４の改良型Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムにおいて、ウェハ１８とウェハプリズム１１０Ｗの表面１２２Ｗの間に配置される第２窓１５０Ｗは、ウェハプリズム１１０Ｗよりもより簡単に取り換え可能な素子として設計し得る。したがって、汚染物質が第２窓１５０Ｗ上に堆積した場合、第２窓１５０Ｗを光学組立体５０から取り除いて、洗浄するか、清浄な窓に取り換えることができる。

改良型Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム８０において赤外線ブロック窓１５０Ｒおよび１５０Ｗを使用する場合、赤外線ブロック窓１５０Ｒおよび１５０Ｗを収容するために、レチクルプリズム１１０Ｒおよびウェハプリズム１１０Ｗを、Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムで使用されている従前のプリズムよりも薄くすることが必要とされるかもしれない。しかしながら、薄いプリズム１１０Ｒおよび１１０Ｗを使用することによるＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムの光学性能に対する影響は、標準光学設計最適化技術を用いることによって、容易に最小化することができるか、さもなくともフォトリソグラフィー応用に適するようにすることができる。

例えば、赤外線ブロック窓１５０Ｒが設けられても、レチクルプリズム１１０Ｒは、未だある程度加熱されるかもしれないが、その程度は、赤外線ブロック窓を有さない従前のシステムよりは実質的に小さくなる。しかしながら、ＵＬＴＥレチクルプリズム１１０Ｒを使用することによっても、レチクルプリズム１１０Ｒ（図５Ｂ参照）に伝わる残熱が、レチクルプリズム１１０Ｒを実質的に変形させる原因とはならないであろう。 そして、これは、熱誘導光学変形が実質的に低減または削減され得ることを意味する。

フォトリソグラフィーに使用される従前のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムにおける熱誘導光学変形量は、容易に１ミクロンを上回る。ここに開示されると共に上述の通り光学組立体５０の種々の形態を採用する改良型Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム８０は、フォトリソグラフィーに使用される従前のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムよりも熱変形が小さい。例えば、本開示のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム８０における像歪曲の最大量は、０．５ミクロンに満たない。また、他の例では、０．２５ミクロンに満たない。

例えば、像歪曲量は、フォトリソグラフィーに使用される従前のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム８に比べて少なくとも２倍低減される。他の例では、像歪曲量は、フォトリソグラフィーに使用される従前のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム８に比べて少なくとも５倍低減される。他の例では、像歪曲量は、フォトリソグラフィーに使用される従前のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム８に比べて少なくとも１０倍低減される。

本開示の改良型Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム８０の一実施形態では、赤外線ブロック窓１５０Ｒによって、レチクルプリズム１１０Ｒに対する熱負荷が半分以上低減される。すなわち、赤外線ブロック窓１５０Ｒは、加熱レチクル１６からの黒体放射の半分以上をブロックしている。

また、例えば、サファイア製の赤外線ブロック窓１５０Ｒは、従前のガラスよりも１０倍超のＣＴＥを有し、かなり効率的に冷却される。したがって、サファイア製の赤外線ブロック窓１５０Ｒは、加熱レチクル１６からの対流熱２０Ｃおよび放射熱２０Ｒによってレチクルプリズム１１０Ｒが加熱されることを実質的に防ぐ。さらに、ＵＬＴＥレチクルプリズム１１０ＲおよびＵＬＴＥウェハプリズム１１０ＷのＣＴＥは、従前のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム８におけるレチクルプリズム１７およびウェハプリズム１９に通常使用されていたガラス材料のＣＴＥよりも約１０倍低い。

したがって、結像面ＩＰにおける像歪曲量は、実質的に、製造誤差、主に、全反射（ＴＩＲ）表面として機能するレチクルプリズム１１０Ｒおよびウェハプリズム１１０Ｗの表面１２６Ｒおよび１２６Ｗの表面平滑度によって課せられる結像限界にまで低下する。これらの表面の表面平滑度の変動は、典型的には２５０ｎｍ未満である。

当業者には明白であるが、添付の特許請求の範囲に記載される本開示の精神および範囲を逸脱することなく、ここに記述される本開示の好ましい実施形態に対して様々な修正を加えることができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびその均等範囲内において本開示の修正および変更を包含する。

Claims (19)

1. 紫外線（ＵＶ）波長を有する光で動作するＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムであって、光軸に沿って
   凹状表面を有するミラーと、
   前記Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムの開口数を決定する前記ミラーに位置する開口絞りと、
   正の反射出力を有し、前端および後端を有し、前記ミラーの近傍に配置されると共に前記ミラーと対向する前記前端で前記ミラーから離間するレンズ組立体と、
   前記光軸の反対側であって前記レンズ組立体の前記後端近傍に、操作可能に配置される第１および第２プリズムと
   を備え、
   前記第１および第２プリズムは、それぞれ第１および第２平面を有し、
   前記第１および第２平面は、対物面および結像面の近傍にそれぞれ配置され、
   前記Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムは、以下の２つの技術的特徴の少なくとも一つを有する
   ａ）前記第１および第２プリズムは、それぞれ、約１００ｐｐｂ／℃以下の熱膨張係数を有するガラス材料から作られている、
   ｂ）前記Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムは、前記第１プリズムの前記平面と前記対物面との間に操作可能に配置されると共に、実質的に前記紫外線を透過させるが２ミクロンから２０ミクロンの範囲の波長の赤外線（ＩＲ）を実質的にブロックする第１窓と、前記第２プリズムの前記平面と前記結像面との間に操作可能に配置されると共に、実質的に前記紫外線を透過させる第２窓とをさらに備え、前記第１および第２窓は、像の対称性を維持するように構成される
   Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム。
2. 前記結像面と前記第１窓との間に空気を流すように配置される空気供給ユニットをさらに備える
   請求項１に記載のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム。
3. 前記第１および第２窓は、それぞれ０．０５から２ｍｍの間の厚みを有する
   請求項１または２に記載のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム。
4. 正面と背面を有し、実質的に前記対物面に配置されるレチクルと、
   実質的に前記結像面に配置されるウェハと、
   前記レチクルの前記背面の近傍に配置されると共に、前記レチクルに前記紫外線を照射して前記ウェハ上に前記レチクルの像を形成する照明システムと
   をさらに備え、
   前記レチクル像は、０．２５ミクロン以下の光学歪量を有する
   請求項１から３のいずれかに記載のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム。
5. 前記レチクルプリズムおよび前記ウェハプリズムは、ＵＬＥ（登録商標）ガラスから作られている
   請求項４に記載のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム。
6. 前記第１窓は、前記第１窓からの熱を除去するように構成されるヒートシンクマウントに取り付けられる
   請求項１から５のいずれかに記載のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム。
7. 前記第１窓は、外縁を有し、
   前記ヒートシンクマウントは、前記第１窓の前記外縁に熱的に接触している
   請求項６に記載のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム。
8. 前記第１窓は、サファイアから作られている
   請求項１から７のいずれかに記載のＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システム。
9. 紫外線（ＵＶ）を用いてウェハ上にレチクルを結像するために使用されるＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムにおいて像の歪みを低減する方法であって、
   ２ミクロンから２０ミクロンの間の波長を有する赤外線（ＩＲ）を実質的にブロックするが、実質的に前記紫外線を透過させるように構成されている第１窓を、前記レチクルと隣接レチクルプリズムとの間に配置することと、
   実質的に前記紫外線を透過させる第２窓を、前記ウェハと隣接ウェハプリズムとの間に配置することと、
   前記Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムを用いて、前記レチクルを少なくとも５０℃まで加熱して前記レチクルに対流熱および放射熱を放出させる前記紫外線で前記レチクルを照射して、前記ウェハ上に前記レチクルの像を形成することと、
   前記第１窓および前記第２窓を用いない場合に比べて前記ウェハ上の前記レチクルの像が、低減された像歪みを有するように、前記対流熱および前記放射熱の大部分を前記第１窓でブロックすることと
   を備える、方法。
10. 前記レチクルおよびウェハプリズムは、超低膨張（ＵＬＥ（登録商標））ガラス材料から作られている
    請求項９に記載の方法。
11. 前記第１および第２窓は、それぞれ、複屈折性を有するサファイアから作られており、
    前記第１および第２窓は、相互に前記複屈折性による結像効果を実質的に打ち消しあうように構成される
    請求項９または１０に記載の方法。
12. 前記レチクルと前記第１窓との間に空気を流して前記レチクルおよび前記窓の両方から熱を除去することをさらに備える
    請求項９から１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記第１窓からの熱を除去するように構成されるヒートシンクマウントに前記第１窓を取り付けることをさらに備える
    請求項９から１２のいずれかに記載の方法。
14. 前記第１窓は、外縁を有し、
    前記ヒートシンクマウントを前記第１窓の前記外縁に熱的に接触させる
    請求項１３に記載の方法。
15. 第１ミラーおよび光学組立体を有し、紫外線（ＵＶ）を用いてウェハ上にレチクルを結像するために使用されるＷｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムにおいて像の歪みを低減する方法であって、
    超低膨張（ＵＬＥ（登録商標））ガラス材料から作られている前記レチクルプリズムおよび前記ウェハプリズムを前記光学組立体に付与することと、
    前記Ｗｙｎｎ−Ｄｙｓｏｎ結像システムを用いて、前記紫外線で前記レチクルを照射して、前記ウェハ上に前記レチクルの像を形成することと
    を備え、
    前記紫外線は、前記レチクルを少なくとも５０℃まで加熱し、それによって前記レチクルに対流熱および放射熱を放出させ、
    前記ウェハ上の前記レチクルの像は、０．５ミクロン以下の最大像歪みを有する
    方法。
16. ２ミクロンから２０ミクロンの間の波長を有する赤外線（ＩＲ）を実質的にブロックするが、実質的に前記紫外線を透過させるように構成されている第１窓を、前記レチクルと隣接レチクルプリズムとの間に配置することと、
    実質的に紫外線を透過させる第２窓を、前記ウェハと隣接ウェハプリズムとの間に配置することと、
    ブロックされなければ前記レチクルプリズムに到達するであろう前記対流熱および前記放射熱の大部分を前記第１窓でブロックすることと
    をさらに備える、請求項１５に記載の方法。
17. 前記ウェハ上の前記レチクルの像は、０．２５ミクロン以下の最大像歪みを有する
    請求項１５または１６に記載の方法。
18. 前記第１および第２窓は、サファイアから作られる
    請求項１５から１７のいずれかに記載の方法。
19. 前記第１および第２窓は、それぞれ、複屈折性を有し、相互に前記複屈折性による結像効果を減少させるようにクロックされている
    請求項１８に記載の方法。
    
    

Images