技術 吸収縁域に近い波長に対しての光学素子の光透過性を増大するための装置及び方法

0001

本発明は吸収縁域に近い波長をもつ光学素子の光透過性の増大方法、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。

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を露光させ、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は水銀ランプ、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、照明対象物と照明光学装置の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シ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、通常投影装置の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、アリカリ土金属イオンの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、さらにこれら物質の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。

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。

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、一定波長の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、また吸収縁端の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型の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価イオンの半径の二乗と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。

0024

光の各波長に対する吸収係数の対数プロット図である。

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。