JPH07209569A - レンズシステム - Google Patents
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- JPH07209569A JPH07209569A JP6322754A JP32275494A JPH07209569A JP H07209569 A JPH07209569 A JP H07209569A JP 6322754 A JP6322754 A JP 6322754A JP 32275494 A JP32275494 A JP 32275494A JP H07209569 A JPH07209569 A JP H07209569A
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Abstract
内に配置されたレンズエレメントを有するレンズシステ
ムと、このようなシステムを含むフォトリソグラフィ装
置を提供する。 【構成】 高品質なレンズシステム(PL)を低屈折率
のガスで洗浄して、光学的な動作上の環境パラメータの
変化の影響を減少するようにした。このガスに極めて少
量のオゾンを加えることによって、紫外線による有機粒
子の分解および分解生成物の沈殿によるレンズホルダ
(PLH)内のレンズエレメント上への堆積物の生成が
防止される。
Description
され、装置に連結されるレンズホルダ内に配置された複
数のレンズエレメントを具えるレンズシステムに関する
ものである。本発明は、このようなレンズシステムを含
むフォトリソグラフィ用結像装置にも関するものであ
る。
回路の製造を目的とするような装置は、米国特許明細書
第5100237号より周知である。この装置において
は、マスクに光を照射し、半導体基板上に設けられたフ
ォトレジスト層上にマスク像を繰り返し投影させる。非
常に多数のICを基板上に形成しなければならない。こ
のため、マスクの像が基板上に形成された後、この基板
を、形成すべきICの長さまたは幅より僅かに大きい距
離だけマスクに対して移動し、次のマスク像の形成を行
う操作を繰り返している。このような装置において、各
々のICに対する照射時間をできるだけ短くし、基板が
装置を通り抜ける時間をできるだけ短くするように、す
なわちすべてのICを照射するのに必要な時間をできる
だけ短くするには、露光ビームの輝度をできるだけ高く
することが望ましい。したがって、輻射線源が高い輻射
出力を持つことに加え、高い透過率を持つ投影レンズシ
ステムを使用する必要がある。
ライン幅のマスク像を形成できるようにするために、投
影レンズシステムの光学的な品質、特にその分解能に対
する条件を大変厳しくする必要があるだけでなく、照射
ビームの波長をできるだけ短くする必要がある。このよ
うにするために、照射システムは、紫外線(UV)領域
の波長の放射光、例えば水銀ランプによる波長365n
mのIライン放射光や、エキシマレーザによる波長24
3nmの放射光を使用する。
ントを有するレンズホルダ内の媒質が有機分子によって
汚染されていることが確認されている。これらの分子
は、ホルダ内にレンズエレメントを固定する接着剤か
ら、恐らくその一部が蒸発して発生する。さらに、製造
上の状況において、周囲の空気が、例えば基板とフォト
レジストとの間の接着剤層から発生する有機分子によっ
て汚染されており、これらの分子がレンズホルダ内に侵
入する恐れがある。たとえ有機分子がレンズホルダ内に
低い濃度でしか存在しなくても、投影レンズシステムに
破壊的な影響を持つ恐れがある。要するに、この粒子が
UV照射ビームの影響のために分解し、その後レンズエ
レメント上に沈殿し、これらのエレメント上に炭素膜ま
たは炭素を含んだ膜を形成し、やがてこれらのエレメン
トの有効透過率がかなり減少してしまう恐れがある。
いて複雑で高価な部分である。このようなシステムの部
品の組み立ては、複雑で多くの時間を要する。システム
が組み立てられた後、手によって、または機械的な手段
によってこれらの部品を清掃のために分解することは、
もはやできない。
あれば、汚染をおこす有機分子は酸化を経て二酸化炭素
に変成されるので、レンズホルダを空気または酸素で洗
浄することによって、これらの汚染有機分子を減少させ
ることができる。
て、第2の問題が存在する。すなわち、このようなシス
テムの光学的な品質に対する条件はきわめて厳格なもの
であるため、気圧または気温の変化は重要な役割を演じ
る。要するに、「Atmospheric pressure induced reduc
tion errors in reduction stepper lenses 」、 SPIE,
Vol.538, Optical Microlithography IV, 1985, pp.86
-90 に記述されているように、このような変化によっ
て、レンズエレメントの屈折率とこれらのエレメント間
の空間の屈折率との差が変化し、投影レンズシステムの
投影特性が変化してしまう。
国特許明細書第4616908においては、投影レンズ
ホルダをヘリウムで満たすことがすでに提案されてい
る。この気体は、大変低い屈折率を持ち、気圧の変化に
よる屈折率の変化も大変小さい。ヘリウムは非常に揮発
しやすいので、新鮮な気体を投影レンズシステムに絶え
ず供給し、このシステムがヘリウムによって洗浄される
ようにする必要がある。ヘリウムの代わりに、ネオンま
たは窒素のような屈折率の低い他のガスを洗浄に使用す
ることもできる。しかし、このような不活性ガスを使用
した場合、汚染有機粒子は変成も減少もしないので、上
述した汚染の問題が発生してしまう。
または酸素中で洗浄しても清浄にすることはできない。
汚染されたレンズシステムを、オゾン中で洗浄すること
によって清浄にすることも考えられる。しかしながら、
オゾンがレンズエレメントのメッキ層およびこれらエレ
メント自身の材料を侵食し、投影レンズシステムの光学
的品質が再び低下する恐れがある。
シマレーザが使用される装置や、気体充填放射ビーム伝
送システムや、軍用探索システムや、特に、紫外線に曝
される高品質光学システムにおける装置においても発生
する恐れがある。
決し、汚染を予防する手段を組み込んだレンズシステム
を提供することである。
は、レンズホルダ内に充填される低屈折率の気体が、1
m3 あたり数グラム以下の濃度でオゾンを含むことを特
徴とするものである。
食することがないこのような低い濃度で使用される場合
にも、実際の使用中に、すなわちレンズシステムに紫外
線を通過させている間に、汚染を除去することができる
という認識に基づいている。さらに、このようにすると
オゾンの活性が紫外線によって非常に増加し、著しく希
薄にしたオゾンでも、すでに汚染されたレンズシステム
を清浄にすることができる。
は、レンズホルダを保持する装置が、レンズホルダに連
結され、紫外線を透過するチューブと、200nmより
短い波長の紫外線を発生し、この紫外線を前記チューブ
に照射する紫外線源とを有し、前記チューブを経て、酸
素ガスを1容積%以下の濃度で加えた低屈折率のガスを
導くように構成する。
像する装置にも関するものである。本発明によれば、紫
外線を発生する照射ユニット、投射レンズユニットおよ
び基板ホルダを具えるこのような装置は、この投射レン
ズシステムが上述したレンズシステムで構成したことを
特徴とするものである。
投影する装置を図式的に示す。このような装置は、特に
米国特許明細書第5100237号に記述されている。
この装置は、化学作用のある照射ビームIBを発生する
照射ハウジングLHを有する。このビームは絞りDRを
通過し、その後例えばZ方向の高さが調節可能なマスク
台MT上に載置されたマスクM上に入射する。マスク台
MTは、図1中ではL1 およびL2 の2個のみを示して
ある複数のレンズエレメントを具える投影レンズシステ
ムPLを含む投影カラムPCの一部分を形成する。投影
レンズシステムは、フォトレジスト層(図示せず)を設
けられた基板W上にマスクMの像を投影する。この基板
を、基板台WTの、例えば空気ベアリング上の部分を形
成する基板支持台WC上に載置する。投影レンズシステ
ムは、例えば、倍率M=1/5、開口数NA>0.4
8、および回折が制限された像領域の直径が、例えば3
1mmを有する。マスク台MTは、例えば、投影カラム
の下側に結合した剛固な基盤BPによって支持する。投
影カラムの上側をマスク台MTと結合する。
させることができ、例えばZ軸に関して基板台と協働し
て回転させることができる。これらの移動を、焦点サー
ボシステムや、例えば、基板台と協働するX,YψZ 干
渉計システムや、マスクマークを基板マークに整列させ
ることができるアライメントシステムのような種々のサ
ーボシステムによって制御する。これらのサーボシステ
ムは本発明の一部分を構成しないことから、これらを図
1では示していない。アラインメントシステムの、中心
光線AB1 およびAB2 を有するアライメントビームの
みを示す。投影装置の他の各々の部分に関しては、米国
特許明細書第5100237号、第5144363号お
よび第5191200号と、欧州特許出願公開明細書第
0467445号および第0498499号とに記述さ
れている。
スクを多数回、そのたびごとに基板の異なった領域に投
影しなければならない。この目的のために、基板を投影
カラム内に配置し、マスクに対して整列させた後に、基
板の第1の領域にマスクを介して輻射光線を照射する。
その後、基板を、IC領域より僅かに大きい距離だけX
またはY方向に移動し、第2の領域に照射する。この処
理を、基板のすべての領域に照射するまで繰り返す。
の移動速度をできるだけ速くすること、すなわち、基板
全体に照射するのに必要な時間をできるだけ短くするこ
とが重要である。この経過時間は、照射ハウジングLH
から射出される照射ビームIBのパワーに逆比例する。
このハウジングは、例えば楕円反射板によって囲まれた
輻射線源(図1では見えない)と、さらに、例えば、投
影ハウジング内に主な光線のみが示されている投影ビー
ムIB内の輻射線の均一な分配を保証する積分器IN
と、あるいはコンデンサレンズCOとを収容する。さら
に、ハウジングは、投影ハウジングの寸法を制限できる
ように、輻射線の経路を折り返す反射板R 1 およびR2
を収容してもよい。
るために、輻射線源は大出力を発生するものであり、し
たがってこの輻射線源を冷却する必要がある。さらに、
投影レンズシステムによる輻射線の吸収を最少量とする
必要がある。すなわち、投影レンズエレメントは、良好
な透過性を持つ必要がある。上述したように、炭素膜ま
たは炭素を含んだ膜が重合を経てレンズエレメント上に
形成されることによって、透過性が相当に影響される恐
れがある。このような膜は、投影レンズエレメントのホ
ルダ内に存在する有機分子の、紫外線照射ビームIBの
影響による重合によってもたらされる。レンズエレメン
ト表面の透過性が減少するだけでなく、この減少は表面
領域および垂直方向に不均一なので、レンズエレメント
の投影品質も劣化してしまう。
のような膜の形成、すなわち投影レンズシステムの汚染
を、気体中に極めて少量のオゾンを混合して、このシス
テムを洗浄することによって防止することができる。
本的な構成を示す。この図において、符号PLHは、レ
ンズエレメントを収容するレンズホルダを示す。不活性
ガス、例えばヘリウムを、供給容器GSVからこのホル
ダに供給する。ガス制御ユニットGCUを、この容器と
ホルダPLHとの間に配置する。原則的には、このユニ
ットは、ヘリウムがレンズホルダ内の排気開口から帰還
通路RGを経てガス制御ユニットへ逆流するのを防ぐ圧
力制御バルブVAを具える。
オゾン、例えば100万個のヘリウム分子あたり数個の
オゾン分子、すなわち1立方メートルあたり1グラムよ
りもかなり少ないオゾンを含むようにするために、例え
ば99.5%のヘリウムと0.5%の酸素の混合気体が
得られるように、酸素を容器GSV中のヘリウムに加え
てもよい。この酸素の一部が、例えば水銀ランプを具え
るオゾン生成器によってオゾンに変換される。
るヘリウム中のオゾンの残りを再び酸素に変換し、排気
ガス中にオゾンが存在しないようにするオゾン変換器O
Cを設けてもよい。
実施例を示す。この図は、レンズホルダPLH内に多
数、例えば14個のレンズエレメントL1 −Ln を具え
る投影レンズシステムPLの断面図である。このレンズ
ホルダは、その上側および下側において、カバーガラス
CGによって、または上部および下部のレンズエレメン
トによって各々密封されている。レンズホルダは、ヘリ
ウムまたはネオンのような低い屈折率を持ったガスを供
給するために第1チューブTU1 に接続される供給開口
OP1 を有する。レンズホルダは、ヘリウムを排気でき
るようにするために第2チューブTU2 に接続される排
気開口OP2 を有する。これらの開口OP 1 およびOP
2 は異なった高さに配置してもよい。ヘリウムまたはネ
オンは、非常に揮発し易いので、ホルダLH内の空間全
体に渡って分布する。例えば、15リットルの空間を有
する投影レンズシステムに、1時間あたり3リットルの
ガスの流れを通過させることができる。
オゾン、例えば百万個のヘリウム分子あたり数個のオゾ
ン分子を含むように、例えば99.5%のヘリウムと
0.5%の酸素の混合気が得られるように、酸素を供給
容器中のヘリウムに加えてもよい。例えば35Wの低い
出力を有する細長い水銀ランプHLAをチューブTU1
およびTU2 の間に配置してチューブTU1 に紫外線を
照射し、投影レンズホルダに行く途中で酸素の一部をオ
ゾンに変換するように構成する。このチューブは水銀ラ
ンプの紫外線を透過する水晶で造り、この放射光が混合
ガスに到達できるようにする。既知のように水銀ランプ
は、例えば365nmの波長の紫外線だけでなく、18
5nmの波長を持つ深い紫外線もまた発生することがで
きる。この放射光は、次のようにして酸素のオゾンへの
変換を行うことができる。
1から10リットルの流量で流れるガス中に、百万個の
ヘリウム分子あたり、例えば3個のオゾン分子を含むよ
うにすることができる。このオゾンの量は、レンズエレ
メントが十分な清浄さを保つのに十分であるばかりでは
なく、これらが汚染されていても、ゆっくりと清浄にす
るのに十分である。投影装置を5年間継続して使用して
も、投影レンズシステムを通って流れるオゾンの総量
は、レンズシステムを純粋なオゾンによって1回清浄に
する場合に使用されるであろうオゾンの量より少ないで
あろう。これは、本発明によって使用されるオゾンの量
が、投影装置の経済的寿命までの間を通じて、レンズの
品質に悪影響を及ぼさないであろうということを意味す
る。
値よりも高く、例えば百万個のヘリウム分子あたり数百
個のオゾン分子にしてもよく、このようにしてもレンズ
は悪影響を受けない。しかしながら、レンズエレメント
上の堆積物を防ぐために、このようにオゾン濃度を高く
する必要はない。
内の媒体を変化させずに、水銀ランプを容易に交換でき
ることである。
システムにおいて、レンズシステムを幾らか使用した後
に、汚染によって生じるビーム中の不均一な放射分布が
均一な分布に変換されるように、放射光の経路中に光学
補正フィルタを配置することができる。本発明によるレ
ンズエレメントを使用する場合には、オゾンによる洗浄
を行った後にフィルタを取り除くことができ、それ以後
はもはやフィルタを使用する必要はない。
利点は、不活性ガスの供給時においてあり得る汚染を無
害にし、従ってあたかもこのガスを濾過するようにし
て、レンズホルダ内の汚染が有害な影響を持たなくなる
だけでなく、ホルダに侵入する汚染をより少なくできる
ことである。
に、他の場所で、例えば2つの電極間の放電によって形
成し、経路GG内に挿入することもできる。
スクを繰り返し投影する装置に適用したが、本発明はそ
のような用途にのみ限定されるものではない。例えば、
基板上の各IC領域の露光中にマスクパターンを細いビ
ームで走査する、「ステップ・アンド・スキャン」形式
の装置のように、より小さい像領域を持つ投影レンズシ
ステムに適用してもよい。本発明をさらに、異なった短
い波長、例えば波長436nmのgライン放射光を使用
するリソグラフィ投射装置に適用することもできる。本
発明によるフォトリソグラフィ装置を、ICの製造だけ
でなく、液晶ディスプレイ(LCD)パネルの製造にも
使用することができる。さらに、本発明は、投射装置だ
けでなく、自由有機分子が生じ、レンズシステムが紫外
線に曝される環境にある他の光学装置にも適用すること
ができる。
クを投影する装置を示す線図である。
示す線図である。
示す線図である。
Claims (3)
- 【請求項1】低屈折率のガスで満たされ、装置に連結さ
れるレンズホルダ内に配置された複数のレンズエレメン
トを具えるレンズシステムにおいて、前記ガスがオゾン
を1立方メートルあたり数グラム以下の濃度で含むこと
を特徴とするレンズシステム。 - 【請求項2】請求項1に記載のレンズシステムにおい
て、前記装置が、前記レンズホルダに連結され、紫外線
を透過するチューブと、200nmより短い波長の紫外
線を発生し、この紫外線を前記チューブに照射する紫外
線源とを有し、前記チューブを経て、酸素ガスを1容積
%以下の濃度で加えた低屈折率のガスを導くように構成
したことを特徴とするレンズシステム。 - 【請求項3】紫外線を発生する照射ユニット、マスクホ
ルダ、投影レンズシステムおよび基板ホルダをこの順番
で具え、基板上にマスク像を結像する結像装置におい
て、前記投影レンズシステムが請求項1または2に記載
のレンズシステムであることを特徴とする結像装置。
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