JP2005202375A - 液浸リソグラフィー用投影対物レンズ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 自身の物体平面内に配置されるパターンを自身の像面に、光路上における自身の最後の光学素子と前記像面との間において配置される浸液媒体を利用して結像させる投影対物レンズにおいて、前記最後の光学素子は、透明な基板と、該基板に取り付けられるとともに、前記浸液媒体との接触用に設けられ、かつ前記浸液媒体によって引き起こされる劣化に対する前記最後の光学素子の耐性を高める役割を果たす保護層システムとを有する。
【選択図】 図1
Description
であるフッ化リチウム(LiF)である。193nmにおいて、
の屈折率を有する超純水が浸液として用いられる場合は、板材料に対する重大な屈折率差Δnは、0.01未満となり、その結果として、略理想的な屈折率適合が可能になる。塊状材料板は、交換可能(交換可能な板)でありうる。
を有し、前記第2の材料は、屈折率
を有し、ここで、nIは、浸液媒体の屈折率であり、nSは、基板材料の屈折率であり、前記第1および第2の材料の比は、前記混合材料の平均屈折率nMIXが得られるように選択される。材料の組合せの選択にあたっては、混合相手が浸液に対して本質的に同じ溶解度を有することを確実にして、浸液が動作時において前記構成要素の一方を選択的に攻撃することがないように配慮しなければならない。このようにすると、光学特性の漸進的な変化および/または混合相手が溶解しやすいことによる空孔率の増大を防ぐことができる。
を設定することが好適でありうる。両側において隣接する材料の屈折率の幾何平均の領域における平均屈折率により、基板と保護層との間およびさらにまた保護層と浸液との間の界面において反射される振幅が本質的に同じ大きさになることが確実になり、その結果として、反射される部分ビームの相対的位相を適切に設定すると、最適な干渉による弱め合いが可能になる。好ましくは、以下の少なくとも1つの条件が満たされるべきである:
、特に±1%およびまたは
<0.02、特に<0.01。これにより、光学厚さl・dQWOTを有する光学的に有効な単一層形反射防止層を得ることが可能になり、ここで、dQWOTは、材料の4分の1波長層の層厚さであり、lは、奇数の整数である。
程度であり、以って193nmにおける超純水の屈折率n=1.44に十分に合致するフッ化マグネシウムにより製作される層を設けることも可能である。
としてとられる場合は、前記単層の反射防止効果は、入射角I0を有する光入射と所定の動作波長λとの場合において、前記単層の厚さに関して、
が成り立つ場合に最適となり、ここで、Iは奇数である。この場合、Iは、屈折角であり、前記屈折角Iと入射角I0との間における関係は、以下のスネルの法則によって与えられる:
。このため、光学層厚さが波長の4分の1(λ/4)またはその奇数倍に対応する単層が好適である。nH2O=1.437およびnCaF2=1.502を有する本例の装置(193nmでのフッ化カルシウム/水、ここでI=0°)においては、これは、単層の材料が屈折率
を有するとともに、幾何学的層厚さに関して、dL4=I・32.8nmが成り立つ場合に可能であり、ここで、I=1、3、5、…‥である。最後の光学素子の基板が、合成石英ガラス(nSiO2=1.552)によって構成されるまた他の実施例において、前記単層の材料は、最適化された屈折率
を有し、前記単層の幾何学的層厚さは、dL4=I・32.3nm(I=0°)である。
の低い屈折率を有する少なくとも1つの材料と、屈折率
の高い屈折率を有する少なくとも1つの材料とが、適切な混合比で用いられるべきである。本明細書において考慮される液浸系においては、これらは、例として、低い屈折率を有する材料に関してはフッ化アルミニウム、チオライト、氷晶石、フッ化マグネシウム、フッ化ナトリウム、フッ化リチウムまたはこれらの材料の混合物であり、高い屈折率を有する材料に関してはフッ化ランタン、フッ化エルビウム、フッ化ガドリニウム、フッ化ネオジム、フッ化鉛、二酸化ケイ素、フッ化カルシウム、酸化アルミニウム、フッ化トリウムおよびこれらの材料の混合物である。浸液に対して同等の溶解度を有する材料を選択すると、大体において、除去時において材料によって引き起こされる不均一性と、それが該当する場合は、その結果として生じる多孔状態を大きく防ぐことができる。フッ化マグネシウムとフッ化ランタンとからなる混合系は、特に超純水に対するこれらの材料の溶解度が軽微であることから、このような層システムは、長期にわたって最適な厚さ条件を満たしうるため、有利でありうる。
に関する入射角Iに対する反射率Rの対応する依存性は、図6において、曲線IVにより示されている。反射率は、I=60°までの入射角範囲全体において0.5%未満となっている。表1に、単層の光学的層厚さが、対応する材料のλ/4層の光学的層厚さdQWOTに細分されて示されている。
を有する水が、浸液220として用いられる。保護層210の材料は、低い屈折率を有するフッ化マグネシウムと高い屈折率を有するフッ化ランタンとが、平均屈折率
が生じしめられるような混合量で含まれる混合材料である。混合層210は、本質的に均質な混合層として、フッ化マグネシウムとフッ化ランタンとの同時蒸着によって形成された。その他の実施例においては、これらの材料は、単層がいずれの場合も数ナノメートルの厚さしか有さない層パターン状の混合材料が形成されて、透過光240には平均屈折率しか「作用」しないように、交互に蒸着された。
)が、摩耗層として蒸着せしめられる。これは、さらにまた、摩耗層と浸液媒体との屈折率を、多くの場合に十分な適合状態にすることを可能にする。MgF2層の緻密度を制御することにより、前記層の屈折率を制御し、かつ193nmにおける超純水の屈折率に適合させることができる。これは、2つの物質の蒸着に代わるものとなる。
)に対して約Δn=0.006の屈折率差しかない。板310は、浸液に対する屈折率差が小さいことから、材料が浸液との長期にわたる接触において徐々に溶解しても、システムの光学特性にとっては事実上問題にならないため、摩耗システムとしての役割を果たしうる(図7に関する説明参照)。長期にわたる使用後に、摩耗板を交換することが必要になれば、基板310への剥離可能な接続によって、ほとんど苦もなく、対物レンズの構造に介入することなしに、これを行なうことができる。
)とする前記例の場合を用いて、基本概念をより詳細に説明する。層材料として適するとともに、略この屈折率を有する材料、たとえばフッ化マグネシウム(nI=1.44)がある。さらにまた、より低い屈折率を有する入手可能な材料、たとえば
のフッ化アルミニウム(AlF3)もある。
である基板材料のフッ化カルシウムの屈折率は、nIより高い。さらにまた、屈折率が、基板材料の屈折率より高い入手可能な材料、たとえばn≒1.71程度であるフッ化ランタン(LaF3)もある。フッ化ランタンとフッ化マグネシウムを適切な混合比にすると、フッ化ランタンの比率を低くするとともに、フッ化マグネシウムの比率を高くすることによって、基板材料に近接して、本質的に基板材料の屈折率を有するとともに、屈折率が、基板からより大きい距離を有する浸液媒体の屈折率の方向に徐々に減少する屈折率分布型層を製造することができる。図9において、例として、多層システムにおける屈折率プロファイルが、層システムの厚さdに対して図示されており、連続する層の平均屈折率は、基板(屈折率nS)から浸液媒体(屈折率nI)へと小刻みに減少する。同様の屈折率プロファイルは、さらにまた、厚さ比が基板からの距離とともに変動する数ナノメートルの一連の非常に薄い非合金のフッ化ランタンおよびフッ化マグネシウムの単層によって実現されうる。材料または材料混合物の選択においては、水溶性を全くまたはわずかしか有さない材料を選択するべきである。
3 照明系
5 投影対物レンズ
6 マスク
10 ウェーハ、425、725
12 像面
13 光軸
15 受容装置
16 周辺縁部
20、220、420、520、720 浸液媒体
25、522、501 平凸レンズ
30、60、80、100、310、630 保護層システム
50、90、200、300、400、500、600、700 光学素子
54、321 ホルダ
55 透明基板
70、310 平行平面板
102、122 交互層システム
202、301、601、701 フッ化カルシウム基板
518 交換可能板
602 平面状基板面
730 保護板
750 ホルダ要素
760、770 温度調整装置
Claims (69)
- 自身の物体平面内に配置されるパターンを自身の像面に、自身の光学素子と前記像面との間において配置される浸液媒体を利用して結像させる投影対物レンズにおいて、
透明基板と、該透明基板に取り付けられる保護層システムとを有する前記光学素子は、前記浸液媒体との接触用に設けられるとともに、前記浸液媒体によって引き起こされる劣化に対する前記光学素子の耐性を高める役割を果たす投影対物レンズ。 - 前記光学素子は、投影対物レンズの光路内における最後の光学素子である請求項1に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムは、前記浸液媒体に対して本質的に不透過性である少なくとも1つの障壁層からなる請求項1または2に記載の投影対物レンズ。
- 前記障壁層は、前記浸液媒体に対して本質的に化学的耐性を有するとともに、前記基盤から遠い自身の外側から前記基板の方を向く自身の側まで貫通する孔を本質的に有さない少なくとも1つの障壁層材料からなる請求項3に記載の投影対物レンズ。
- 前記障壁層は、単層である請求項3または4に記載の投影対物レンズ。
- 前記障壁層は、多層形層として形成される請求項3または4に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムは、フッ化アクチニウム(AcF3)、フッ化ビスマス(BiF3)、フッ化エルビウム(ErF3)、フッ化ユーロピウム(EuF3)、フッ化ガドリニウム(GdF3)、フッ化ホルミウム(HoF3)、フッ化マグネシウムカリウム(KMgF3)、フッ化ランタン(LaF3)、フッ化イットリウムナトリウム(NaYF4)、フッ化ネオジム(NdF3)、フッ化サマリウム(SmF3)、フッ化テルビウム(TbF3)、フッ化チタン(TiF3)、フッ化ツリウム(TmF3)、フッ化バナジウム(VF3)、フッ化イッテルビウム(YbF3)、フッ化イットリウム(YF3)の少なくとも1つのフッ化物材料を含有するか、または本質的にこのような材料によって構成される少なくとも1つの障壁層からなる請求項1〜6の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムは、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウムマグネシウム(MgAl2O4)、酸化アルミニウム(Al2O3)、二酸化タングステン(WO2)、三酸化タングステン(WO3)の少なくとも1つの酸化物材料を含有するか、または本質的に前記材料の一つによって構成される少なくとも1つの障壁層からなる請求項1〜7の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムは、高い充填密度を有する酸化物材料によって製作される少なくとも1つの障壁層からなり、前記充填密度は、好ましくは塊状材料の密度の95%を超え、特に97%または98%を超え、かつ/または前記塊状材料の屈折率からの前記酸化物材料の平均屈折率の偏差は、5%未満、好ましくは3%未満、特に2%未満である請求項1〜8の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムは、本質的に、イオンスパッタリングされた酸化物材料、特に二酸化ケイ素によって構成される少なくとも1つの障壁層からなる請求項1〜9の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムは、本質的に、プラズマ促進化学蒸着法により施された酸化物材料、特にプラズマ促進化学蒸着二酸化ケイ素によって構成される少なくとも1つの障壁層からなる請求項1〜10の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムは、0.15λ〜0.6λ、特に約0.2λ〜0.3λまたは約0.4λ〜0.6λの範囲内の光学的層厚さを有する少なくとも1つの障壁層からなり、ここで、λは、投影対物レンズの動作波長である請求項1〜11の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記障壁層材料と前記浸液媒体との屈折率間における屈折率差Δnに関して、Δn>0.4が成り立つ請求項12に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムは、反射防止層として設計される少なくとも1つの障壁層からなる請求項1〜13の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムは、少なくとも1つの障壁層からなり、前記障壁層の光学的層厚さは、前記障壁層に隣接する単一層形または多層形誘電層システムの光学特性に適合せしめられて、前記層システムとともに増透効果をもたらすようにされる請求項1〜14の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムは、前記基板の出射側表面に直接施される少なくとも1つの障壁層からなる請求項1〜15の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムは、少なくとも1つの障壁層からなり、反射防止層システムが、前記基板と前記障壁層との間において配置される請求項1〜16の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムは、少なくとも1つの障壁層からなり、反射防止層システムが、前記基板から遠い前記障壁層の表面に施される請求項1〜17の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記反射防止層システムは、フッ化マグネシウム/フッ化ランタンの交互層システムである請求項17または18に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムは、前記浸液媒体に対して本質的に不浸透性である有機材料、特にパーフルオロ系フルオロカーボン、好ましくはポリテトラフルオロエチレンによって製作される少なくとも1つの障壁層からなる請求項1〜19の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムは、層範囲に対して垂直に連続的または断続的な屈折率プロファイルを有する屈折率分布型層として設計され、前記基板付近の領域における屈折率は、本質的に前記基板材料の屈折率に対応し、前記浸液媒体との接触用に設けられる領域における屈折率は、本質的に前記浸液媒体の屈折率に対応する請求項1〜20の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムは、前記浸液媒体との接触によって引き起こされる漸進的な材料溶解が前記保護層システムの光学特性の実質的な変化をもたらすことがないように、屈折率の点において最適化される摩耗システムとして設計される請求項1〜21の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムは、前記浸液媒体との接触用に設けられるとともに、屈折率が前記浸液媒体の屈折率nIに近接する板材料によって製作される塊状材料板からなり、前記浸液媒体に対する屈折率差Δnは、好ましくは0.1未満、特に0.005未満である請求項1〜22の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記浸液媒体は、本質的に水によって構成され、かつ前記板材料は、フッ化リチウム(LiF)であるか、または前記浸液材料は、液状フッ化物であり、前記板材料は、フッ化ナトリウム(NaF)またはフッ化カルシウム(CaF2)またはフッ化リチウム(LiF)である請求項23に記載の投影対物レンズ。
- 前記塊状材料板は、交換可能(交換可能な板)である請求項23または24に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムは、少なくとも前記浸液媒体に隣接する領域において、有効屈折率nSSを有して、前記浸液媒体の屈折率nIに対する屈折率差Δn=|nI−nSS|に関して、Δn<0.05、好ましくはΔn<0.01、特にΔn<0.005が成り立つようになっている請求項1〜25の1項に記載の投影対物レンズ。
- 1つまたは複数の単層を有する少なくとも1つの誘電性反射防止層が、前記基板と前記摩耗システムとの間において配置される請求項1〜26の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記平均屈折率nMIXは、前記浸液媒体の屈折率nIに近接するように設定され、この場合に、好ましくはΔn=|nI−nMIX|<0.05が、特にΔn<0.01が成り立つ請求項28に記載の投影対物レンズ。
- 前記混合材料は、ナノパターン状の多層材料として構成される請求項28〜31の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記混合材料は、2つ以上の構成要素の連続的な混合物を有する請求項28〜31の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記基板は、フッ化物結晶材料、特にフッ化カルシウムによって構成される請求項1〜33の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムを備える前記光学素子、特に前記最後の光学素子は、球面状または非球面状に湾曲する入射面と、前記保護層システムが取り付けられる本質的に平面状の出射面とを有する平凸レンズである請求項1〜34の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムを備える前記光学素子は、本質的に平行平面板である請求項1〜34の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記平行平面板は、光学素子上に密着せしめられるか、または該光学素子に異なる方法で光学的に中性的に接続される請求項36に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムを備える前記光学素子は、交換可能である請求項1〜37の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムは、浸液によって形成されるとともに、前記保護層システム内において配置される少なくとも1つの層(二重液浸)からなる請求項1〜38の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムは、本質的に、前記保護層システムを備える前記光学素子の像側出射面のみに取り付けられる請求項1〜39の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムは、前記基板の像側出射面に取り付けられるとともに、さらにまた、前記基板の隣接する側部部分上にわたって連続的に延在する請求項1〜40の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムは、本質的に、前記基板の全ての外側部分を覆う請求項1〜41の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムは、第1の欠陥を有する第1の層と、第2の欠陥を有する少なくとも一つの第2の層とを有する多層システムからなり、前記第1の欠陥と前記第2の欠陥とは、前記層内において異なる横方向位置にわたって分布して、少なくとも一方の前記層内において本質的に前記多層システムの全ての位置に無欠陥領域が存在するようになる請求項1〜42の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記基板に近い方の前記第1の層と前記基板から遠い方の前記第2の層との間における界面は、前記第1の層を前記第2の層による被覆前に研磨することにより生じしめられる研磨界面として構成される請求項43に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムは、前記基板の基板表面上に密着せしめられる本質的に平行平面状の保護板によって形成される請求項1または2に記載の投影対物レンズ。
- 前記基板は、フッ化物結晶材料、特にフッ化カルシウムによって構成され、前記保護板は、合成石英ガラスによって構成される請求項45に記載の投影対物レンズ。
- 前記基板は、フッ化カルシウムによって構成され、前記保護板は、フッ化バリウムによって構成される請求項45に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護板は、5mm未満の板厚さを有し、前記板厚さは、好ましくは2mmより小かつ50μmより大である請求項45〜47の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記保護層システムを備える前記光学素子の温度調整のための温度調整装置を備える請求項1〜48の1項に記載の投影対物レンズ。
- 前記温度調整装置は、前記保護層システムを備える前記光学素子を投影対物レンズの周囲温度より低い温度に冷却する冷却装置として形成される請求項49に記載の投影対物レンズ。
- 像側開口数NA≧0.80、好ましくはNA≧0.98、特にNA≧1を有する請求項1〜50の1項に記載の投影対物レンズ。
- 自身の物体平面内に配置されるパターンを自身の像面に、自身の光学素子と前記像面との間において配置される浸液を利用して結像させるために設計される投影対物レンズを、前記浸液媒体によって引き起こされる光学特性の劣化に対して保護する方法において:
前記浸液媒体との接触用に設けられる保護層システムを少なくとも前記基板の出射側に取り付ける段階からなる方法。 - 前記保護層システムは、投影対物レンズの光路内における最後の光学素子に取り付けられる請求項52に記載の方法。
- 前記保護層システムは、請求項3〜39または43〜50の少なくとも1項の主要部に記載の特徴にしたがって設計される請求項52または53に記載の方法。
- 前記保護層システムの前記取付けは、
多層システムの第1の層を前記基板上または前記基板に施される被覆上において形成させる段階と;
前記第1の層の一部分を研磨によって除去して研磨面を形成させる段階と;
前記第1の層の前記研磨面上に第2の層を形成させる段階とからなる請求項52〜54の1項に記載の方法。 - 前記第2の層の一部分を研磨によって除去して前記第2の層の研磨面を形成させる段階と;
前記第2の層の前記研磨面上に第3の層を形成させる段階とが少なくとも1回が行なわれる請求項55に記載の方法。 - 層の一部分を除去する段階とまた他の層を前記除去された層上に形成させる段階との間において、前記除去された層を清浄化する段階が行なわれる請求項55または56に記載の方法。
- 光学素子において:
透明基板と;
前記基板に取り付けられるとともに、前記浸液媒体との接触用に設けられ、かつ前記浸液媒体によって引き起こされる劣化に対する光学素子の耐性を高める役割を果たす少なくとも1つの保護層システムとを有する光学素子。 - 前記基板は、フッ化物結晶材料、特にフッ化カルシウムによって構成される請求項58に記載の光学素子。
- 球面状または非球面状に湾曲する第1の面と、前記保護層システムが取り付けられる本質的に平面状の第2の面とを有する平凸レンズとして設計される請求項58または59に記載の光学素子。
- 本質的に平行平面板である請求項58および59のいずれかに記載の光学素子。
- 前記保護層システムは、前記基板の第1の外側部分に取り付けられるとともに、さらにまた前記基板の隣接する側部部分上にわたって連続的に延在し、前記保護層システムは、好ましくは本質的に前記基板の全ての外側部分を覆う請求項58〜61の1項に記載の光学素子。
- 前記保護層システムは、請求項3〜33または39または43〜50の少なくとも1項の主要部に記載の特徴にしたがって設計される請求項58〜62の1項に記載の光学素子。
- 光学系において:
浸液媒体との接触用に設けられる少なくとも1個の光学素子を有し、
前記光学素子は、透明基板と、前記基板に取り付けられるとともに前記浸液媒体との接触用に設けられ、かつ前記浸液媒体によって引き起こされる劣化に対する前記光学素子の耐性を高める役割を果たす保護層システムとを有する光学系。 - 前記浸液媒体との接触用に設けられる前記光学素子に加えて、好ましくは浸液との接触用に設けられるわけではない少なくとも1個のまた他の素子を含む請求項64に記載の光学系。
- 前記光学素子は、請求項59〜63の1項にしたがって設計される請求項64または65に記載の光学系。
- 自身の物体平面内に配置されるパターンを自身の像面に、自身の光学素子と前記像面との間において配置される浸液媒体を利用して結像させるために設計される投影対物レンズを、前記浸液媒体によって引き起こされる光学特性の劣化に対して保護する方法において:
前記投影対物レンズの周囲温度より低い媒体温度を有する冷却された浸液媒体を用いる段階からなる方法。 - 前記媒体温度は、15°C未満に設定され、前記媒体温度は、好ましくは10°C〜5°Cの範囲内の温度に設定される請求項67に記載の方法。
- 本質的に水によって構成される浸液媒体が用いられる請求項67および68のいずれかに記載の方法。
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