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課題

光学素子を構成する材料の吸収縁域に近い一定波長光に対する光学素子の光透過性を増大させる方法及び装置を提供する。

解決手段

光学素子を冷却することにより、光学素子構成材料の吸収縁域に近い一定波長光に対する光学素子の光透過能を増加させる。

概要

背景

電子部品は通常フォトリソグラフィーを用いて製造される。この技術は、回路画像形成マスクを用いて感光性コーティング露光させ、該コーティングの露光あるいは未露光部分を除去し、次いで適当な操作を継続することから成るものである。これらの部品、例えばコンピュータチップ、に対して求められる要求は定常的に増大しつつある。その結果、部品構造あるいは回路素子は益々小型化し、相互にさらに近接して配置されなければならなくなっている。これまで長期に亘り、これら電子部品の照明水銀ランプ、例えば波長365nm(Iライン)の光、あるいは波長248nmのKfFエキシマレーザを用いることで十分であった。ステッパーとして知られる最近の照明器具の中でも、現在では193nmの波長をもつArFエキシマレーザーが用いられている。これにより、石英あるいはフッ化カルシュウムからなる一般的な照明光学システムを用いて幅が100nm未満の回路素子を製造することが可能となっている。特殊技術を用いることにより、上述した波長において、例えば幅が95nmであるさらに狭い構造体を製造することが可能である。さらに狭い構造体、例えば幅40nmの構造体を作製するために、現在では一般的に光学顕微鏡下での公知イマージョン技術が用いられている。この技術では、照明対象物照明光学装置末端光学素子との間にある空気あるいは減圧空間が可能な限り屈折率の高い液体に置き換えられる。ArFレーザーがCaF2からなるイマージョン光学ステム及びイマージョン液としての脱イオン水と共に用いられる場合には、少なくとも理論的に、(193nm/2)x1.44=67nmの解像度を得ることが可能である。レンズの屈折率が用いられるイマージョン液の屈折率よりも小さい場合、最大口径は当然レンズ材料の屈折率によって制限される。波長193nmの光に対して、石英ガラスの屈折率(n193)は1.56、透過性の良いCaF2の屈折率n193は1.50、及びBaF2の屈折率n193は1.58である。他方、屈折率が1.70以下のイマージョン液も入手可能である。このようなイマージョンによってもたらされる高解像度あるいは画像形成精度は、通常投影装置フロントレンズであって高い屈折率をもつ照明装置の末端光学素子がイマージョン液と接触される場合にはさらに増大させることが可能である。

特にイマージョンリソグラフィーに用いるフロントレンズに適する高屈折性材料は、例えばDE102005024682A1に記載がある。この文献によれば、アリカリ金属イオンイオン半径と同様なイオン半径をもつ2価金属イオンを用いてドープすることにより、結晶格子中へアリカリ土金属フッ化物を容易に組み入れることが可能である。さらに、1価および3価の金属イオンが1価イオンのイオン半径の3乗(dritten Potenz)と3価イオンのイオン半径の3乗の総和が2種のアルカリ土金属イオンのイオン半径の3乗の総和と等しい場合には、1価及び3価の金属イオンを化学量論比1:1で組み入れることによって、アルカリ土金属フッ化物の屈折率を増大させることが可能である。このような方法により波長193nmにおける屈折率が1.5を越えとなるアルカリ土金属フッ化物を得ることが可能である。

紫外線用光学素子の製造のために、立方晶ガーネット立方晶スピネルまたは立方晶ペロブスカイト、および立方晶M(II)酸化物、さらにM(IV)酸化物を用いることはEP1701179A1から既知である。このような結晶の典型例としては、Y3Al5O12、Lu3Al5O12、Ca3Al2Si3O12、K2NaAlF6、K2NaScF6、K2LiAlF6、及び又はNa3Al2Li3F12(Mg,Zn)Al2O4、CaAl2O4、CaB2O4、及び又はLiAl5O8があり,またBaZrO3及び又はCaCeO3も挙げられる。

さらに、J.Burnett]らによる「SPIE会報」vol.5754,No.1(2005年5月)では、「高屈折性材料」として、種々の材料、例えばMgO、CaO、SrO及びBaO、さらにこれら物質混合酸化物が記載されている。この論文にはさらに、イマージョンリソグラフィー用のフロントレンズとしてのサファイアの使用が記載されている。

このような材料は、特に波長200nm以下のイマージョン光学系用のフロントレンズとして適するものである。

しかしながら、これらの材料は既に操作波長である193nmに近接した吸収縁域をもっているため、それら縁域による吸収が無視できなくなっている。

概要

光学素子を構成する材料の吸収縁域に近い一定波長光に対する光学素子の光透過性を増大させる方法及び装置を提供する。光学素子を冷却することにより、光学素子構成材料の吸収縁域に近い一定波長光に対する光学素子の光透過能を増加させる。

目的

本発明は、上述した欠点を解消し、及び好ましくはイマージョンリソグラフィーにおいて特にフロントレンズ部分における光透過性を向上させる方法および装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

光学素子を構成する材料の吸収縁域に近い一定波長の光を透過させる該光学素子の光透過増大方法であって、前記光学素子が冷却されることを特徴とする前記方法。

請求項2

光の波長が吸収縁域よりも最大で2eV高いことを特徴とする請求項1項記載の方法。

請求項3

前記光学素子が少なくとも5℃程度冷却されることを特徴とする請求項1項又は2項記載の方法。

請求項4

前記光学素子が強イオン性誘電体から成ることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の方法。

請求項5

冷却された光学素子を用いて感光性コーティング照射し、電子部品を製造することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。

請求項6

前記光学素子が2価金属イオンでドープされたアルカリ土金属フッ化物から成り、前記2価金属イオンが、それら金属イオンがアルカリ土金属フッ化物の結晶格子中へ2価イオン組み入れられるアルカリ土金属イオンイオン半径に極めて近いイオン半径をもつように、あるいは前記光学素子が化学量論比1:1で1価イオンと3価イオンでドープされるアルカリ土金属フッ化物から成り、1価イオンのイオン半径の3乗と3価イオンのイオン半径の3乗の総和が1価イオンと3価イオンの対を成す2種のアルカリ土金属イオンのイオン半径の3乗の総和と極めて近似するように選定される1価イオン及び3価イオンをアルカリ土金属フッ化物の結晶格子中へ組み入れことが可能なことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の方法。

請求項7

材料が立方晶ガーネット立方晶スピネル立方晶ペロブスカイト、または立方晶M(II)又はM(IV)酸化物であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の方法。

請求項8

材料が、Y3Al5O12、Lu3Al5O12、Ca3Al2Si3O12、K2NaAlF6、K2NaScF6、K2LiAlF6、及び又はNa3Al2Li3F12(Mg,Zn)Al2O4、CaAl2O4、CaB2O4及び又はLiAl5O8、さらにBaZrO3及び又はCaCeO3であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の方法。

請求項9

光学素子を構成する材料の193nmにおける屈折率が1.5以上であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の方法。

請求項10

光の照射を受けた光学素子の吸収縁域に近い波長に対して光透過性の増加を示す光学素子を用いた装置であって、該装置に少なくとも最終の光学素子を冷却する冷却システムが含まれることを特徴とする前記装置。

請求項11

前記装置が、特にDUVイマージョンリソグラフィー用のリソグラフィーステッパーであることを特徴とする請求項9項又は10項記載の装置。

請求項12

前記冷却装置が、ペルティエ素子冷却流体及び又はレーザ冷却素子から構成されることを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の装置。

請求項13

前記光学素子が、アルカリ土金属フッ化物、とりわけCaF2、又はスピネル、又はLuAGから成ることを特徴とする請求項9〜12のいずれかに記載の装置。

請求項14

請求項1〜9のいずれかに記載の方法、又は請求項10〜13のいずれかに記載の装置の、レンズプリズム光伝導ロッド光学窓エキシマレーザ、及びDUVフォトリソグラフィー用光学部品、あるいは電子部品、ステッパー、コンピュータチップ、及び集積回路、及び前記回路及びチップを備えて成る電子装置の製造への使用。

技術分野

0001

本発明は吸収縁域に近い波長をもつ光学素子光透過性増大方法、光透過性増大装置、及び電子部品製造のためのそれら方法及び装置の利用に関する。

背景技術

0002

電子部品は通常フォトリソグラフィーを用いて製造される。この技術は、回路画像形成マスクを用いて感光性コーティング露光させ、該コーティングの露光あるいは未露光部分を除去し、次いで適当な操作を継続することから成るものである。これらの部品、例えばコンピュータチップ、に対して求められる要求は定常的に増大しつつある。その結果、部品構造あるいは回路素子は益々小型化し、相互にさらに近接して配置されなければならなくなっている。これまで長期に亘り、これら電子部品の照明水銀ランプ、例えば波長365nm(Iライン)の光、あるいは波長248nmのKfFエキシマレーザを用いることで十分であった。ステッパーとして知られる最近の照明器具の中でも、現在では193nmの波長をもつArFエキシマレーザーが用いられている。これにより、石英あるいはフッ化カルシュウムからなる一般的な照明光学システムを用いて幅が100nm未満の回路素子を製造することが可能となっている。特殊技術を用いることにより、上述した波長において、例えば幅が95nmであるさらに狭い構造体を製造することが可能である。さらに狭い構造体、例えば幅40nmの構造体を作製するために、現在では一般的に光学顕微鏡下での公知イマージョン技術が用いられている。この技術では、照明対象物照明光学装置末端光学素子との間にある空気あるいは減圧空間が可能な限り屈折率の高い液体に置き換えられる。ArFレーザーがCaF2からなるイマージョン光学ステム及びイマージョン液としての脱イオン水と共に用いられる場合には、少なくとも理論的に、(193nm/2)x1.44=67nmの解像度を得ることが可能である。レンズの屈折率が用いられるイマージョン液の屈折率よりも小さい場合、最大口径は当然レンズ材料の屈折率によって制限される。波長193nmの光に対して、石英ガラスの屈折率(n193)は1.56、透過性の良いCaF2の屈折率n193は1.50、及びBaF2の屈折率n193は1.58である。他方、屈折率が1.70以下のイマージョン液も入手可能である。このようなイマージョンによってもたらされる高解像度あるいは画像形成精度は、通常投影装置フロントレンズであって高い屈折率をもつ照明装置の末端光学素子がイマージョン液と接触される場合にはさらに増大させることが可能である。

0003

特にイマージョンリソグラフィーに用いるフロントレンズに適する高屈折性材料は、例えばDE102005024682A1に記載がある。この文献によれば、アリカリ金属イオンイオン半径と同様なイオン半径をもつ2価金属イオンを用いてドープすることにより、結晶格子中へアリカリ土金属フッ化物を容易に組み入れることが可能である。さらに、1価および3価の金属イオンが1価イオンのイオン半径の3乗(dritten Potenz)と3価イオンのイオン半径の3乗の総和が2種のアルカリ土金属イオンのイオン半径の3乗の総和と等しい場合には、1価及び3価の金属イオンを化学量論比1:1で組み入れることによって、アルカリ土金属フッ化物の屈折率を増大させることが可能である。このような方法により波長193nmにおける屈折率が1.5を越えとなるアルカリ土金属フッ化物を得ることが可能である。

0004

紫外線用光学素子の製造のために、立方晶ガーネット立方晶スピネルまたは立方晶ペロブスカイト、および立方晶M(II)酸化物、さらにM(IV)酸化物を用いることはEP1701179A1から既知である。このような結晶の典型例としては、Y3Al5O12、Lu3Al5O12、Ca3Al2Si3O12、K2NaAlF6、K2NaScF6、K2LiAlF6、及び又はNa3Al2Li3F12(Mg,Zn)Al2O4、CaAl2O4、CaB2O4、及び又はLiAl5O8があり,またBaZrO3及び又はCaCeO3も挙げられる。

0005

さらに、J.Burnett]らによる「SPIE会報」vol.5754,No.1(2005年5月)では、「高屈折性材料」として、種々の材料、例えばMgO、CaO、SrO及びBaO、さらにこれら物質混合酸化物が記載されている。この論文にはさらに、イマージョンリソグラフィー用のフロントレンズとしてのサファイアの使用が記載されている。

0006

このような材料は、特に波長200nm以下のイマージョン光学系用のフロントレンズとして適するものである。

0007

しかしながら、これらの材料は既に操作波長である193nmに近接した吸収縁域をもっているため、それら縁域による吸収が無視できなくなっている。

発明が解決しようとする課題

0008

従って、本発明は、上述した欠点を解消し、及び好ましくはイマージョンリソグラフィーにおいて特にフロントレンズ部分における光透過性を向上させる方法および装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

上記目的は本願特許請求の範囲において定義された特徴をもつ方法及び装置によって達成される。

0010

本発明によれば、実際に吸収縁域に近い波長に関し、すなわち光学材料が光に対して不透明になる波長に関し、光学素子が冷却状態にあれば光透過性を大きく増加させることが可能なことを我々は見出した。本発明によって得られたこのような効果は、特に250nm以下の波長において、また好ましくは200nm以下の波長におけるマイクロリソグラフィーに極めて適するものである。

0011

本発明において、吸収縁域とは、一定波長照射を受けた光学素子を構成する材料がそれ以上光を透過しなくなる波領域を意味する。本発明方法は、吸収縁域の波長から、あるいはその位置から約80nm、特に70nm少ない波長に適し、また吸収縁端光エネルギーよりも2.3eV、特に2eV少ない光エネルギーに適している。本発明方法は、吸収縁域の位置から操作(working)波長までの間隔が1.5eVまたは1eV未満、好ましくは0.7または0.5eV未満である波長および材料に特に適することが見出されている。吸収縁域から使用される波長までの最も好ましい間隔は最大で0.3eV、特に好ましくは最大で0.2eVである。

0012

本発明において、光学素子として好ましいものは、屈折率が1.5以上、特に1.55以上、さらに好ましくは屈折率が1.6または1.62以上である材料からなる光学素子である。さらに、屈折率が1.65または1.68以上である材料から成る光学素子が最も好ましい。

0013

このような材料として特に適するものとしては、立方晶ガーネット、立方晶スピネルまたは立方晶ペロブスカイト、および立方晶M(II)酸化物、さらにM(IV)酸化物が挙げられる。適する結晶を例示すれば、Y3Al5O12、Lu3Al5O12、Ca3Al2Si3O12、K2NaAlF6、K2NaScF6、K2LiAlF6、及び又はNa3Al2Li3F12(Mg,Zn)Al2O4、CaAl2O4、CaB2O4、及び又はLiAl5O8があり,またBaZrO3及び又はCaCeO3、一般式(A1−xDx)3Al5O12で表わされる立方晶ガーネットが挙げられる。上記式において、Dは格子の歪みを可能な限り小さく保てるような結合価及びイオン半径においてA3+に類似する元素を表す。本発明において、特に好ましい元素Aはイットリウム希土酸化物又はランタン系列元素、すなわちCe、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb及び又はLu,さらにスカンジュウムであるが、特に好ましい元素はY,Lu,Yb,Tm,Dy及びScである。ドープ剤Dとして適する代表例もイットリウム、希土酸化物及びスカンジュウムから選抜される。特に適するドープ剤として、Y3Al5O12、Lu3Al5O12、Dy3Al5O12、Tm3Al5O12及びYb3Al5O12型ガーネットが見出されており、他の希土酸化物及び又はScを用いてドープされた(Y1−xLux)3Al5O12で示される混合結晶は特に適する。

0014

上記式においてxは0〜1のモル数を表し、A及びDは好ましくは異なるものである。

0015

別のアルカリ土金属フッ化物から成る好適な光学材料の場合には、1価イオン及び3価イオンが化学量論比1:1でドープされ、これらの1価イオン及び3価イオンは、1価イオンの半径二乗と3価イオンの半径の二乗の総和が、1価イオンと3価イオンの対を成す2種のアルカリ土金属イオンの半径の二乗の総和と類似するように選択され、これら1価イオン及び3価イオンをアルカリ土金属フッ化物の結晶格子中へ組み入れることが可能である。

0016

特に好ましい方法においてCaF2結晶格子中へ組み入れられる2価金属イオンの半径は80〜120pmである。このようなイオンとしては、例えばCd2+、Sr2+、Hg2+、Sn2+、Zn2+及び又はPb2+が挙げられる。これらすべてのイオンの半径はCa2+の半径に類似しているため、これらイオンをCaF2の結晶格子中へ組み入れることが可能である。他方、Ca2+の半径は100pm、Cd2+の半径は95pm、Sr2+の半径は118pm、Hg2+の半径は102pm、Sn2+の半径は118pm、そしてPb2+の半径は119pmである。特に好ましくはCd2+、Hg2+、Sn2+及び又はPb2+が用いられる。

0017

同じことはBaF2からなる材料にも当て嵌まる。Ba2+のイオン半径は143pmであるため、この場合ドーピングは、半径が110〜170pmである2価金属イオン、即ちBaF2結晶格子中へ組み入れることが可能なBa2+に極めて類似する2価金属イオンを用いて実施可能である。

0018

好ましい態様において、1価金属イオンはNa+であり、また3価金属イオンはLa3+、Bi3+、Y3+、Tm3+、Yb3+、Lu3+及び又はTl3+である。同様な好ましい態様において、前記1価金属イオンはAg+であり、また前記3価金属イオンはY3+、Ir3+、In3+、Sb3+及び又はTl3+である。また、前記1価金属イオンはK+及び又はAu+であり、また前記3価金属イオンはAl3+であってもよい。

0019

好ましい実施態様においては、光学素子は通常の操作温度よりも少なくとも5℃程度低くされ、特に好ましくは通常の作動温度よりも少なくとも10℃程度低くされる。典型的な操作温度は例えば室温であるが、光学素子中の強放射エネルギーによって上昇される可能性がある。しかしながら、本発明においては、少なくとも20℃又は25℃程度の温度降下を行うことが特に有利である。しかしながら、少なくとも30℃、特に少なくとも40℃、さらには50℃の温度降下を行うことが最も好ましいことが見出された。

0020

前記冷却自体は、当業者に公知な一般的方法、例えばガス状あるいは液状の冷却流体用いて濯ぎを行うことによって達成可能である。一般的なガス状流体としては、例えば空気、窒素、又はアルゴンを挙げることができる。これらの気体は好ましくは乾燥処理される。適する液状流体としては、例えば水又は有機液体、例えば油を挙げることができる。関与される光学素子がイマージョン光学装置のフロントレンズである場合は、イマージョン液も冷却液として使用可能である。他にペルティエ素子も冷却手段として適するものである。さらに、レーザ冷却も本発明に従った光学素子冷却に適することが見出されている。この場合、光学素子に対してレーザ光が照射される。レーザ光が光学素子中を透過する際にその放射線はレンズ材料中に存在するドープ剤によって吸収され、次いでエネルギーに富んだ放射線の形で放出される。このような方式によって光学素子全体が冷却される。

0021

本発明はさらに本発明方法を実施するための装置にも関する。本発明装置には特に光学素子、好ましくは画像形成光学システムが含まれ、少なくとも1個の光学素子、特にマイクロリソグラフィーを冷却するように配置構成されている。光学素子自体は、操作波長に近く、かつ光学素子に対して照射が行われるバンド縁域をもつ材料から成る。必要な放射線は装置中に備えられた放射線源から生成されるか、又は外部から導入される。一般的な放射線源としては、例えばKrFエキシマレーザ又はArFエキシマレーザが用いられる。本発明装置には好ましくは特に250nm又は200nm以下の波長を取り扱う高エネルギー照明光学システムが備えられる。典型例として、この装置は、材料、特に例えばコンピュータチップ製造用の感光性コーティングが処理され、またこの目的のために必要な成分から成る材料に対する照明に適する。

0022

この目的に適する光学システムは投影光学システムである。特に好ましい実施態様において、本発明装置の場合にはフロント素子又はフロントレンズが冷却される。冷却されたフロントレンズは好ましくはイマージョン光学システムの一部として用いられる。

0023

このように、本発明装置には光学素子あるいは素子の冷却システムが備えられる。冷却配列構成には、特に上述した冷却技術も含まれる。従って、冷却配列構成には、送りパイプや、光学素子からエネルギーを取り除く冷媒の排出口も設けられる。前記冷媒としては、ガス状流体、液体、あるいは電磁冷却波の使用が可能である。冷却された流体の場合は、それが光学素子と接触することによって熱が除去され、他方電磁波の場合はそれが光学素子中を通過する際に光学素子からエネルギーが取り出され、エネルギーに富んだ放射線として排出される。前記流体の典型例としては空気、窒素又はヘリウムが挙げられ、また電磁冷却波の典型例としてはレーザ冷却が挙げられる。また、別法としてペルティエ素子によっても冷却は可能である。当然であるが、当業者に公知な他の適当な方法を用いても十分な冷却効果を得ることが可能である。本発明に従ったかかる装置の典型例としてはマイクロリソグラフィー用ステッパーがある。
従って、本発明は本発明装置あるいは本発明方法のレンズ、プリズム光伝導ロッド光学窓、及びDUVフォトリソグラフィー用光学部品、ステッパー、及びエキシマレーザへの使用に関し、さらに電子部品、コンピュータチップ及び集積回路、及びこれら回路及びチップを用いた電子装置の製造にも関する。

図面の簡単な説明

0024

光の各波長に対する吸収係数対数プロット図である。

発明を実施するための手段

0025

(実施例)

0026

次に下記実施例を用いて本発明についてさらに詳細に説明する。
図1は光の各波長に対する吸収係数(eV)の対数によるプロット図であり、この図に高度に精製されたルテニウムアルミニウムガーネット結晶(LuAG)による吸収測定値を示した。LuAgは例えば約170nm又は波長7eVに吸収縁域を有する。この吸収は、2つの異なる高度精製LuAg試料上において0.65mmの放射線通路標本1)及び14.82mmの放射線通路(標本2)を用いて206〜177nmの波長において測定し、この測定値から1cmについての減衰係数を求めた。厚さの異なる標本について測定行うことにより、表面吸収による歪みのない純粋な吸収量の測定が可能である。この方法では、206〜177nmの波長についての収係係数を5℃(*)、24℃(x)、80℃(+)の各温度において測定している。図のプロットから理解されるように、178〜190nm以上の波長域において冷却によって吸収の明瞭な減少が齎されるが、波長183nmにおいては吸収は猶明瞭に増加している。我々は、室温及び194nmの操作波長において、LuAG結晶を冷却することにより吸収が0.0060/cmから0.0039/cmまで減少すること、すなわち係数が0.64であることを見出した。冷却を+5℃まで拡げると0.0026/cmの吸収係数が得られるが、この係数は室温での吸収係数の僅か43%である。さらに、冷却温度幅を10、20、30、さらには50℃ずつ下げることによりさらなる吸収係数の減少が齎される。

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