(57)【要約】【課題】固有複屈折の悪影響を制限することを可能にし、同時に、適正な透過特性を持ち、合わせて、比較的単純に製造される透過光学素子を内包した、マイクロリソグラフィ投影露光装置用の対物レンズを提供する。【解決手段】マイクロリソグラフィ投影露光装置用の対物レンズにおいて用いるようにされた透過光学素子（３３、３７）が多結晶材料（１００）から成っており、その多結晶材料（１００）は立方晶系結晶構造の微結晶（１０２）を持ち、それらの微結晶（１０２）の平均微結晶サイズは、最小で（０.５）マイクロメートルであり、最大で（１００）マイクロメートルである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロリソグラフィ用の投影露光装置（１）の対物レンズ（１１）に用いるように適合された多結晶材料（１００）から成る透過光学素子（３３）。
【請求項２】
前記多結晶材料（１００）が、結晶構造を持つ微結晶（１０２）を有する請求項１に記載の透過光学素子（３３）。
【請求項３】
前記微結晶（１０２）の前記結晶構造が立方晶である請求項２に記載の透過光学素子（３３）。
【請求項４】
前記微結晶（１０２）が最小で０.５マイクロメートルで、かつ、最大で１００マイクロメールの平均微結晶サイズを持つ請求項２または３に記載の透過光学素子（３３）。
【請求項５】
前記平均微結晶サイズが１０マイクロメートルから１００マイクロメートルまで、好ましくは、１０マイクロメートルから５０マイクロメートルまでの範囲にあり、そして、さらに、より好ましくは、２０マイクロメートルから３０マイクロメートルまでの範囲にあり、とりわけ、およそ２５マイクロメートルである請求項２から４のいずれか１項に記載の透過光学素子（３３）。
【請求項６】
λが動作波長を表わし、ｎとΔｎが、それぞれ、この動作波長における前記多結晶材料（１００）の屈折率と複屈折を表わすとしたとき、Ｄ＝√（λ／６ｎΔｎ）の条件式が、前記微結晶（１０２）の前記平均微結晶サイズＤに対して、実質的に満足される請求項２または３に記載の透過光学素子（３３）。
【請求項７】
気孔密度が、前記多結晶材料（１００）において、１〜１０気孔／ｍｍ3の範囲にある場合に、その平均気孔サイズが、０.１マイクロメートルから２マイクロメートルまでの範囲にあり、そして、好ましくは、０.５マイクロメートルから１マイクロメートルまでの範囲にある請求項１から６のいずれか１項に記載の透過光学素子（３３）。
【請求項８】
前記多結晶材料（１００）の光学的不均質性が０.１ｐｐｍ未満である請求項１から７のいずれか１項に記載の透過光学素子（３３）。
【請求項９】
２５０ｎｍ未満、特に、１９３ｎｍ未満の波長の光に対する前記多結晶材料（１００）のストレス複屈折が、１ｎｍ／ｃｍ未満、特に、０.５ｎｍ／ｃｍ未満である請求項１から８のいずれか１項に記載の透過光学素子（３３）。
【請求項１０】
前記多結晶材料（１００）の総不純物が、１００ｐｐｍ未満、特に、７０ｐｐｍ未満である請求項１から９のいずれか１項に記載の透過光学素子（３３）。
【請求項１１】
前記多結晶材料（１００）が、多結晶ＭｇＡｌ2Ｏ4、多結晶ＭｇＯ、多結晶Ｙ3Ａｌ5Ｏ12を含むグループから選択される請求項１から１０のいずれか１項に記載の透過光学素子（３３）。
【請求項１２】
前記多結晶材料（１００）が、化学組成（Ｍ１）3（Ｍ２）5Ｏ12を持つ微結晶（１０２）から形成され、Ｍ１が、イットリウム、ランタン、ガドリニウム、テルビウム、エルビウム、スカンジウム、ルテチウムを含むグループから選ばれる金属であり、そして、Ｍ２が、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムを含むグループから選択される金属である請求項１から１０のいずれか１項に記載の透過光学素子（３３）。
【請求項１３】
前記多結晶材料（１００）が、式ＭｇＯ × ｍ Ａｌ2Ｏ3を持つ混晶であり、ｍは、０.９と４の間の値である請求項１から１０のいずれか１項に記載の透過光学素子（３３）。
【請求項１４】
前記透過光学素子（３３）が多結晶材料（１００）で作られている、少なくとも２つのサブ素子（５４１、５４３）を有する請求項１から１３のいずれか１項に記載の透過光学素子（３３）。
【請求項１５】
前記サブ素子（５４１、５４３）が、光学的接触、溶融接合、または、低温接合によって結合している請求項１４に記載の透過光学素子（３３）。
【請求項１６】
前記サブ素子（５４１、５４３）の間に、中間スペース（５４９）が設けられ、前記中間スペース（５４９）が、気体、または、１.４を超過する屈折率、特に、１.６を超過する屈折率を持つ液体で満たされる請求項１４に記載の透過光学素子（３３）。
【請求項１７】
少なくとも２つのサブ素子（５４１、５４３）の間、または、前記サブ素子（５４１、５４３）のうちの少なくとも１つと前記中間スペース(５４９)の間の接触面（５４５、５４７）が球形状である請求項１４から１６のいずれか１項に記載の透過光学素子（３３）。
【請求項１８】
前記サブ素子（５４１、５４３）が、相異なる材料で作られている請求項１４から１７のいずれか１項に記載の透過光学素子（３３）。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれかによる、少なくとも１つの透過光学素子（３３、３７）を備えたマイクロリソグラフィ用の投影露光装置（１）の対物レンズ（１１）。
【請求項２０】
前記光学素子（３３、３７）が、その像平面側の最後の３つの光学素子のうちの１つである請求項１９に記載の対物レンズ（１１）。
【請求項２１】
前記光学素子（３３）が前記像平面（２３）に最近接している光学素子である請求項１９または２０に記載の対物レンズ（１１）。
【請求項２２】
前記光学素子（３３、３７）が、瞳面または視野面のエリア内に配置される請求項１９に記載の対物レンズ（１１）。
【請求項２３】
前記対物レンズが、１.２を超過する、好ましくは、１.３５を超過する、そして、より好ましくは、１.５を超過する、開口数（ＮＡ）を持つ請求項１９から２２のいずれか１項に記載の対物レンズ（１１）。
【請求項２４】
前記光学素子（３３、３７）が、別の光学素子に、光学的にシームレスに結合されている請求項１９から２３のいずれか１項に記載の対物レンズ（１１）。
【請求項２５】
前記光学素子（３３、３７）と前記別の光学素子との間の接触面（５４５、５４７）が球形状である請求項２４に記載の対物レンズ（１１）。
【請求項２６】
前記光学素子（３３、３７）が、光学的接触、溶融接合、または、低温接合によって、前記別の光学素子に結合されている請求項２４または２５に記載の対物レンズ（１１）。
【請求項２７】
前記別の光学素子が、前記光学素子（３３、３７）と同じ材料から成る請求項２４から２６のいずれか１項に記載の対物レンズ（１１）。
【請求項２８】
前記別の光学素子が、前記光学素子（３３、３７）と異なる材料、特に、石英ガラスまたはフッ化カルシウムから成る請求項２４から２６のいずれか１項に記載の対物レンズ（１１）。
【請求項２９】
前記対物レンズが、２５０ｎｍ未満、好ましくは、２００ｎｍ未満、さらに、より好ましくは、１６０ｎｍ未満、の動作波長用に設計されている請求項１９から２８のいずれか１項に記載の対物レンズ（１１）。
【請求項３０】
請求項１９から２９のいずれか１項に記載の対物レンズ（１１）を持つ、マイクロリソグラフィ用の投影露光装置（１）であって、特に、液浸リソグラフィ用の投影露光装置（１）。
【請求項３１】
感光性基板（１９）上に構造を投影する投影用対物レンズ（１１）を有する投影露光装置（１）であって、
液浸液（３１）が、前記投影用対物レンズ（１１）の透過光学素子（３３）と感光性基板（１９）との間に配置され、前記透過光学素子（３３）が多結晶材料（１００）から成る、投影露光装置（１）。
【請求項３２】
前記光学素子（３３）が、コーティングを施されている請求項３１に記載の投影露光装置（１）。
【請求項３３】
前記多結晶材料が、２００ｎｍ未満の波長において、１.７を超過する屈折率、特に、１.８を超過する屈折率を持つ請求項３１または３２に記載の投影露光装置（１）。
【請求項３４】
前記多結晶材料が、多結晶ＭｇＡｌ2Ｏ4、多結晶ＭｇＯ、多結晶イットリウム・アルミニウム・ガーネットＹ3Ａｌ5Ｏ12を含むグループから選ばれる請求項３１から３３のいずれか１項に記載の投影露光装置（１）。
【請求項３５】
前記多結晶材料（１００）が、化学組成（Ｍ１）3（Ｍ２）5Ｏ12を持つ微結晶（１０２）から形成され、Ｍ１が、イットリウム、ランタン、ガドリニウム、テルビウム、エルビウム、スカンジウム、ルテチウムを含むグループから選ばれる金属であり、そして、Ｍ２が、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムを含むグループから選択される金属である請求項３１から３３のいずれか１項に記載の投影露光装置（１）。
【請求項３６】
前記多結晶材料（１００）が式ＭｇＯ × ｍ Ａｌ2Ｏ3を持つ混晶であり、ｍが０.９と４の間の値である請求項３１から３３のいずれか１項に記載の投影露光装置（１）。
【請求項３７】
前記投影露光装置（１）が、２５０ｎｍ未満の波長で動作するように適合されている請求項３０から３６のいずれか１項に記載の投影露光装置（１）。
【請求項３８】
マイクロリソグラフィ用の投影露光装置（１）の対物レンズ（１１）内で用いる透過光学素子（３３）の製造方法であって、
多結晶材料（１００）から成る多結晶ブランクを製造するステップと、
前記多結晶ブランクから透過光学素子（３３、３７）を製造するステップと、を有する製造方法。
【請求項３９】
多結晶材料（１００）から成るブランクを製造する前記ステップが、前記多結晶ブランクを焼結するステップを含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記製造するステップが、前記多結晶ブランクを加圧して、前記多結晶ブランクから製造される前記透過光学素子（３３、３７）と実質的に同じ幾何学的形状を持つ形状に形作るステップを含む請求項３８または３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記多結晶ブランクが加圧されて実質的に球形状に形作られる請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記多結晶ブランクが、熱間静水圧圧縮成形法を用いて焼結される請求項３８から４１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４３】
前記多結晶材料（１００）が、ＭｇＯとＭｇＡｌ2Ｏ4を有するグループから選択される請求項３８から４２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４４】
前記多結晶材料が、化学組成（Ｍ１）3（Ｍ２）5Ｏ12を持つ微結晶から形成され、Ｍ１が、イットリウム、ランタン、ガドリニウム、テルビウム、エルビウム、スカンジウム、ルテチウムを含むグループから選ばれる金属であり、そして、Ｍ２が、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムを含むグループから選択される金属である請求項３８から４２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４５】
前記多結晶材料が式ＭｇＯ × ｍ Ａｌ2Ｏ3を持つ混晶であり、ｍが０.９と４の間の値である請求項３８から４２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４６】
マイクロリソグラフィ用の投影露光装置（１）の対物レンズ（１１）の透過光学素子（３３、３７)のための多結晶材料（１００）から成るブランク。
【請求項４７】
マイクロリソグラフィ用の投影露光装置（１）の対物レンズ（１１）内で用いる透過光学素子（３３）の製造方法であって、
少なくとも２つの多結晶ブランクを製造するステップと、
前記少なくとも２つの多結晶ブランクからのサブ素子（５４１、５４３）を製造するステップと、
透過光学素子（３３）を形成するための、前記サブ素子（５４１、５４３）を結合するステップと、を有する方法。
【請求項４８】
前記多結晶ブランクを製造する前記ステップが、前記多結晶ブランクを焼結するステップを含む請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記サブ素子（５４１、５４３）が、光学的接触、溶融接合、または、低温接合によって結合される請求項４７または４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記サブ素子（５４１、５４３）の少なくとも１つの、接触面（５４５、５４７）の少なくとも一部が、結合に先立って、コーティングを施される請求項４７から４９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５１】
前記サブ素子（５４１、５４３）は、中間スペース（５４９）が前記サブ素子（５４１、５４３）間に残されるように結合される請求項４７から４９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５２】
前記中間スペース（５４９）が、気体、または、１.４を超過する屈折率、特に、１.６を超過する屈折率を持つ液体で満たされる請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記多結晶ブランクが加圧されて、前記多結晶ブランクから製造される前記サブ素子（５４１、５４３）と実質的に同じ幾何学的形状を持つ形状に形作られる請求項４７から５２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５４】
前記多結晶ブランクが熱間静水圧圧縮成形法を用いて焼結される請求項４６から５１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５５】
マイクロリソグラフィ用の投影露光装置（１）の対物レンズ（１１）の製造方法であって、
多結晶ブランクを製造するステップと、
加圧下での前記多結晶ブランクを焼結するステップと、
前記多結晶ブランクからの透過光学素子（３３、３７）を製造するステップと、
前記対物レンズ（１１）内への前記透過光学素子（３３、３７）を挿入するステップと、を有する方法。
【請求項５６】
前記多結晶ブランクが、加圧されて、前記多結晶ブランクから製造される前記透過光学素子（３３、３７）と実質的に同じ幾何学的形状を持つ形状に形作られる請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記多結晶ブランクが、加圧されて、実質的に球形状に形作られる請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記多結晶ブランクが、熱間静水圧法を用いて加圧される請求項５５から５７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５９】
マイクロリソグラフィ用の投影露光装置（１）の対物レンズ（１１）の製造方法であって、
７０ｐｐｍ未満の総不純物を持つ原料から成る多結晶スピネル素地を製造するステップと、
加圧下での前記多結晶スピネル素地を焼結するステップと、
前記多結晶スピネル素地からの透過光学素子（３３、３７）を製造するステップと、
前記対物レンズ（１１）内への前記透過光学素子（３３、３７）の挿入ステップと、を有する方法。
【請求項６０】
前記多結晶スピネル素地が、加圧されて、前記多結晶スピネル素地から製造される前記透過光学素子（３３、３７）と実質的に同じ幾何学的形状を持つ形状に形作られる請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記多結晶スピネル素地が、加圧されて、実質的に球形状に形作られる請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記多結晶スピネル素地が、熱間静水圧法を用いて加圧される請求項５９から６１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６３】
マイクロリソグラフィ用の投影露光装置（１）の対物レンズ（１１）における透過光学素子（３３、３７）の材料としての、多結晶スピネル素地の使用。
【請求項６４】
マイクロリソグラフィ投影露光装置（１）用の対物レンズ（１１）における透過光学素子の製造のための材料の使用であって、前記材料が、立方晶系結晶構造を持つ微結晶（１０２）を含む多結晶材料（１００）を持ち、そして、それらの微結晶（１０２）の平均微結晶サイズが、最小で０.５マイクロメートルで、最大で１００マイクロメートルであり、特に、最小で１０マイクロメートルで、最大で１００マイクロメートルである、使用。
【請求項６５】
マイクロリソグラフィ投影露光装置（１）用の対物レンズ（１１）における透過光学素子の製造のための材料の使用であって、前記材料が、立方晶系結晶構造を持つ微結晶（１０２）を含む多結晶材料（１００）を持ち、そして、λが、前記対物レンズ（１１）の動作波長を表わし、そして、ｎとΔｎが、それぞれ、この動作波長における前記多結晶材料（１００）の屈折率および複屈折を表わすとしたとき、Ｄ＝√（λ／６ｎΔｎ）の条件式が、前記微結晶（１０２）の平均微結晶サイズＤに対して、実質的に満足される、使用。
【請求項６６】
感光性材料から成る層（２１）が少なくとも幾つかの場所に塗付されている基板（１９）を配置するステップと、
像形成のための構造を持つマスク（１３）を配置するステップと、
請求項１２による投影露光装置（１）を準備するステップと、
前記投影露光装置（１３）を用いて、前記層（２１）の１つのエリア上への前記マスク（１３）の少なくとも一部を投影するステップと、を有する、
微細構造部品のマイクロリソグラフィ製造のための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００４年１２月９日に出願された米国仮出願第６０／６３４，７９２号、２００５年１月２１日に出願された米国仮出願第６０／６４６，０４６号、２００５年９月９日に出願された米国仮出願第６０／７１５，８１３号の、米国特許法第１１９条（ｅ）（１）に基づく利益を要求するものである。
【０００２】
２００４年１２月９日に出願された米国仮出願第６３４，７９２号、２００５年１月２１日に出願された米国仮出願第６０／６４６，０４６号、２００５年９月９日に出願された米国仮出願第６０／７１５，８１３号の開示は、本出願の開示の一部とみなされ、参照によって、本出願の開示に組み込まれる。
【０００３】
本発明は、マイクロリソグラフィ用投影露光装置の対物レンズにおいて用いるようにされた透過光学素子と、マイクロリソグラフィ用投影露光装置の対物レンズに関するものである。本発明は、詳細には、少なくとも１つの光学素子を持つ対物レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００４】
マイクロリソグラフィ用投影露光装置は、集積回路またはＬＣＤ（液晶デイスプレイ）のような、半導体デバイスや、その他の微細構造部品を製造するために用いられる。そのような投影露光装置は、フォトマスクまたはレチクルを照射するための光源や照射系だけなく、感光性基板（例えば、フォトレジストを塗付されているシリコン・ウエハ）上にレチクルのパターンを投影する投影用対物レンズをも備えている。
【０００５】
これまでのところ、１００ｎｍ未満の大きさの程度の、これまでよりも微小な構造を製造するために、３つのアプローチが、特に、採用されている。第１に、これまでよりも大きな範囲まで、投影用対物レンズの像側開口数ＮＡを大きくする試みがなされている。第２に、照射光の波長が、これまでよりもさらに、好ましくは２５０ｎｍ未満、例えば２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、または、さらに短い波長まで、低下させている。最後に、位相シフト・マスク、多重極照射、または傾斜照射のような、さらなる手段が、解像度を改善するために用いられている。
【０００６】
解像度能力を上昇させるための別の１つのアプローチは、投影用対物レンズの像側の最後の光学素子、特にレンズと、露光されるフォトレジスト、または、他の感光性層との間に残存する中間の空間に液浸液を注入するという考えに基づく。この技術は、液浸リソグラフィと呼ばれる。液浸動作用に設計された投影用対物レンズは、この理由によって、液浸対物レンズとも呼ばれる。
【０００７】
液浸リソグラフィの利点は、真空の屈折率に比して、より高い液浸液の屈折率が、照射波長を、実効照射波長まで低下させるという事実による。これは、解像度と焦点深度の増加をもたらす。
【０００８】
高い屈折率を持つ液浸液を用いると、液浸を用いないシステムに比して、レジスト中への入射角の相当に増加させることができる。これは、１.０よりも大きくさえなる開口数（ＮＡ）の値を実現できる。しかしながら、高屈折率液浸液の利点を最大限に利用するためには、液浸液に接する最後の光学素子も高屈折率を持つ必要がある。この場合、「高」とは、所定の動作波長における値が、水晶の値（λ＝１９３ｎｍにおいて、ｎ≒１.５６）よりも相当に大きい、すなわち、１０％を超過して大きい屈折率を意味する。
【０００９】
２５０ｎｍ未満の波長におけるマイクロリソグラフィ用投影露光装置の対物レンズにおける光学素子としては、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）のような単結晶物質か、または、石英ガラスかのどちらかが、これまで、材料として用いられている。しかし、石英ガラスは、１９３ｎｍの波長において、１.５６という比較的低い屈折率を持つだけではなく、さらに、石英ガラスは、ＵＶ（紫外光）放射負荷が高いときに、局所的な密度変化が生じ、それが、結像品質を劣化させるという欠点を持つ。
【００１０】
ＣａＦ2のような単結晶材料を用いる場合には、ＵＶ放射光による局所的な密度変化の問題は生じない。しかしながら、１９３ｎｍの波長におけるＣａＦ2の屈折率は、１.５０１６にすぎない。さらに、ＣａＦ2においては、固有複屈折の効果が、この波長範囲において顕著になり、そして、１５７ｎｍのような、より短い動作波長では、さらに大きくなる。屈折率と、固有複屈折によって引き起こされる入射光の偏極状態との間の関係が、これらの材料を用いて製造された投影用対物レンズの結像品質に限界を与える。したがって、相異なる複屈折性レンズ材料、または、相異なる結晶方位を組み合わせる、特異な対物レンズ設計のような、複雑な補償手段が、そのような投影用対物レンズの適正な結像品質を確実にするために必要とされる。
【００１１】
フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化バリウム（ＢａＦ2）、フッ化カリウム（ＫＣｌ）、フッ化ナトリウム（ＮａＣｌ）、または、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）のような、マイクロリソグラフィ用の投影用対物レンズに用いてもよい、さらなる結晶材料が、非特許文献１の論文において言及されている。
【００１２】
非特許文献２は、同様に、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、または酸化バリウム（ＢａＯ）のようなアルカリ土類金属酸化物単結晶を含むだけでなく、さらにＭｇＡｌ2Ｏ4（マグネシウム・スピネルまたはスピネル）またはＭｇxＣａ1-xＯのような混晶をも含む、マイクロリソグラフィ用の投影用対物レンズ、特に、液浸対物レンズに用いるための、さまざまな材料について言及している。しかしながら、これらの材料の全てが、１９３ｎｍにおいてさえ、相当な固有複屈折（しばしば、ＩＢＲと呼ばれる）を示す。例えば、マグネシウム・スピネルに対するＩＢＲ依存リターデーション（位相遅れ）の測定は、λ＝１９３ｎｍの波長において、マグネシウム・スピネルに対して、５２ｎｍ／ｃｍの値を提示している。その結果として、ＣａＦ2を用いる場合の問題と極めて同様の問題が起こる。
【００１３】
単結晶の成長は、高度に精巧なプロセスであるから、光学素子のために単結晶材料を用いることに伴う、さらなる１つの難事は、ブランクの製造である。単結晶ブランクは、一般に、円柱対称を持ち、とりわけ、円柱形状さえ持つ。幾何学的形状が、しばしば、ブランクの円柱対称または円柱形状と際立つ程度まで異なる、投影用対物レンズのための光学素子を製造する際には、したがって、一般に、相当な量の材料を取り除く必要がある。これに伴う材料損失に加えて、これは、さらに、用いる結晶の硬度または劈開性のような材料特性に依存する、特異な製造問題を引き起こす。
【００１４】
ガラスや単結晶に加えて、多結晶固体も、光学材料として知られている。例えば、特許文献１は、腕時計用の多結晶スピネルから成るカバーガラスの供給を開示している。
特許文献２は、内視鏡用の単結晶スピネルまたは多結晶スピネルから成る密閉窓を開示している。
【００１５】
ナノセラミック分野における最近の進展と連動して、光学的に透明なナノ結晶酸化物が、知られるようになってきている。例えば、非特許文献３の論文は、特に、多結晶Ａｌ2Ｏ3に対して、Ａｌ2Ｏ3微結晶のグレイン・サイズが減少するにつれて、透明度が増加することを開示している。
【００１６】
１００ｎｍ未満の微結晶サイズを持つナノ結晶ＭｇＡｌ2Ｏ4の製造方法が、非特許文献４の論文に開示されている。
【００１７】
【特許文献１】米国特許第６４０６７６９号明細書
【特許文献２】米国特許第５５３６２４４号明細書
【非特許文献１】G. Roblin、「Problemes poses par la conception d'un objectif photoreducteur fonctionnant en UV」［ＵＶで動作する光還元型対物レンズのデザインによってもたらされる問題］、J. Optics、パリ、１９８４年、第１５巻、第４号、ｐ.２８１−２８５
【非特許文献２】John H. Burnett、外、「High Index Materials for 193 nm and 157 nm Immersion Lithography（193ｎｍおよび157ｎｍ液浸リソグラフィ用高屈折率材料）」International Symposium on Immersion & 157 nm Lithography（液浸リソグラフィおよび１５７ｎｍリソグラフィに関する国際シンポジウム）、バンクーバー、２００４年８月２日
【非特許文献３】G. D. West、J. M. Perkins、M. H. Lewis、「Transparent Fine-Grained Oxide Ceramics（透明な微細グレイン酸化物セラミック）」、Key Engineering Materials、２００４年、第２６４−２６８巻、ｐ.８０１−８０４
【非特許文献４】Xianghui Chang、外、「MgAl2O4 Transparent Nano-Ceramics Prepared by Sintering under High Pressure（高圧下での焼結によって供給されるＭｇＡｌ2Ｏ4透明ナノセラミック）」、Key Engineering Materials、２００５年、第２８０−２８３巻、ｐ.５４９−５５２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の１つの目的は、固有複屈折の悪影響が制限され、同時に、適正な透過特性を持ち、合わせて、比較的単純に製造される透過光学素子を内包した、マイクロリソグラフィ投影露光装置用の対物レンズを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この目的は、請求項１で要求しているような、マイクロリソグラフィ用の投影露光装置の対物レンズに用いるようにされた透過光学素子によって達成される。
【００２０】
本発明のさらなる態様は、請求項１９で請求しているような、マイクロリソグラフィ用の投影露光装置の対物レンズ、および、請求項３０および３１で請求しているような投影露光装置、請求項３８で請求しているような、投影露光装置の対物レンズ用の透過光学素子の製造方法、請求項４６で請求しているようなブランク、請求項４７による、透過光学素子の製造方法、請求項５５および５９で請求しているような、投影露光装置の対物レンズの製造方法、および、請求項６３による多結晶固体の使用、請求項６４および６５で請求しているような、透過光学素子の製造のための材料の使用、さらに、請求項６６による、微細構造部品のマイクロリソグラフィによる製造方法、である。
【００２１】
本発明の有利な改良が、従属請求項における特徴、および、記述によってもたらされる。
【００２２】
投影露光装置の対物レンズ用の透過光学素子として多結晶材料を用いることで、従来技術の欠点を克服することができる。多結晶材料は、微結晶またはグレインとも呼ばれる個々の単結晶ユニットが、その結晶軸を空間的にランダムに配向させて配置されている。感光性基板上にレチクルのパターンを投影する投影用対物レンズに加えて、投影露光装置は、照射系中に、少なくとも１つの透過光学素子を持つ、別の対物レンズを含んでもよい。本発明によれば、多結晶材料から成る透過光学素子を用いることは、照射系のこれらの対物レンズにおいても有利である。
【００２３】
ブランクを焼結させて、その後、熱間静水圧圧縮成形を行うことによって、光学的応用のための多結晶ブランクを、高純度の粉末原料から製造することができる。このように、この段階において、既に、製造される光学素子と実質的に同じ幾何学的形状を持つブランクを製造することが可能である。光学素子を製造するための、このようなブランクの処理を通じて、最終処理のために取り除かなければならない材料の量は、相対的に少くなる。
【００２４】
液浸リソグラフィ用に設計されている投影露出装置においては、液浸液に接している光学素子は、しばしば、実質的に半球レンズの形状をしている。この場合には、例えば、焼結と、その後の熱間静水圧圧縮成形とによって、レンズ・ブランクを、直接、球形状に製造することができるから、この場合、多結晶材料の使用は、特に、有利である。球状のブランクを二等分し、そして、必要であれば、単に、半球面への比較的小さな修正を行なうことによって、円柱状の単結晶ブランクからよりも相当に少ない労力で、対応するレンズを、このようなブランクから製造することができる。
【００２５】
多結晶固体中の個々の結晶ユニットの結晶軸のランダムな配向のために、全空間方向において、固有複屈折の平均値は、実質的に、ゼロである。マイクロリソグラフィ用の投影露光装置のための対物レンズにおいて、例えば、投影用対物レンズにおいて、多結晶材料から成る透過光学素子を用いると、例えば、単結晶ＣａＦ2レンズを用いた投影用対物レンズにおいて知られている補償のような、固有複屈折に対する補償のための複雑な構成が回避される。
【００２６】
特定の結晶方位において、光学的均質性に、重大な擾乱、すなわち、いわゆる「シュリーレン」（縞）、が生じることが知られている、単結晶ＣａＦ2とは対照的に、多結晶固体の光学的均質性が、入射放射光の入射角によって変わることはない。
【００２７】
単結晶材料に勝る多結晶材料のさらなる１つの利点は、何らの異方性も、材料処理中でさえ、例えば、研削中または研摩中でさえ、生じないということである。
【００２８】
入射波長に対する光学素子の十分な透明度を確実にするために、１つの可能性は、個々の微結晶のサイズを、この波長未満になるように選ぶことである。（２／３）λ未満の、または、（ｌ／３）λ未満でさえの平均微結晶サイズを選ぶことができる。ここで、λは、用いている放射光の波長である。投影露光装置の対物レンズにおける光学素子として用いるためには、この場合、５００ｎｍ未満の、および、１００ｎｍ未満でさえの、微結晶サイズを持つ多結晶材料が適切である。そのような微結晶サイズを持つ酸化物材料は、「ナノ結晶セラミック」とも呼ばれている。
【００２９】
しかしながら、最小で０.５マイクロメートルから、最大で１００マイクロメートルまでの、特に、最小で１０マイクロメートルから、最大で１００マイクロメートルまでの範囲の、多結晶材料の平均微結晶サイズを選択することによって、一方では、多結晶材料内に生じる光吸収メカニズム、そして、他方では、光散乱を考慮に入れて、多結晶材料から製造される光学素子を、望ましくない光散乱の観点から見て、その全体的な透過、および、その性能に関して最適化することが可能になるということが判明している。
【００３０】
この場合、本発明は、多結晶材料から製造されている光学素子の全体的な透過と性能を、光散乱の観点から見て最適化するためには、平均微結晶サイズを、用いている波長未満であるほど小さく選ぶ必要はないという認識に基づいている。実際、発明者は、多結晶材料から製造されている光学素子の全体的な透過と性能の、散乱光の観点から見た最適化は、以下において、より詳細に記述されるように、用いている波長よりも相当に大きな、個々の微結晶の平均微結晶サイズで、十分に達成することができることを見出している。
【００３１】
したがって、本発明の目的のためには、微結晶サイズを、動作波長未満まで下げて最小化することは、意図的に不要にされる。この場合には、一方では、このように微結晶サイズを最小化させる［λ＜２５０ｎｍの、ＤＵＶ（深紫外）範囲やＶＵＶ（真空紫外）範囲のマイクロリソグラフィにおいて用いられる波長に対して］ときに生じる製造問題が回避される。他方では、これは、材料の吸収挙動の最適化を可能にする。これは、材料内部の吸収が、実質的に、異原子の濃度によって支配され、そのため、（極度に清浄な状態で行われる製造プロセスに加えて、）さらに、微結晶サイズが重要であるという認識に基づいている。結晶粒界に導入される外来原子の総濃度は、微結晶サイズの増加とともに減少するから、微結晶サイズを、動作波長未満まで下げて最小化することからの、本発明による離脱は、同時に、材料内に生じる吸収の減少をもたらす。
【００３２】
多結晶材料中の散乱光の発生は、微結晶サイズに関して、少なくとも部分的に互いに補償しあう効果を基礎にしているから、微結晶サイズを、λ＜２５０ｎｍという典型的な動作波長よりも相当に大きい、０.５マイクロメートルから１００マイクロメートルまでの範囲、特に、１０マイクロメートルから１００マイクロメートルまでの範囲に選ぶことは、さらに、光散乱の観点から見た性能に関して、材料を最適化することを可能にする。この場合、本発明は、以下のメカニズムが、多結晶材料中の散乱光の発生の主たる原因であるという認識に基づく。
【００３３】
ａ）ビームが相異なる配向の微結晶を通過するときの複屈折。
ｂ）非常に高角度で結晶粒界を通過する際の全反射。
ｃ）微結晶の間に封入されている気孔上での散乱。
【００３４】
この場合、一方では、（ａ）ビームが相異なる配向の微結晶を通過するときの複屈折に起因する散乱光の出現、そして、他方では、（ｂ）結晶粒界における全反射に起因する散乱光の出現は、それぞれ、平均微結晶サイズに、反対の意味で依存する効果であり、したがって、(互いに理想的につながった微結晶を持つ理想的な材料という仮定の下で、）これは、散乱光の生成に対する両効果の結果として生じる総作用が最小化される範囲に一致する最適微結晶サイズ値をもたらす。
【００３５】
より厳密に言うと、一次元「光線追跡」モデルを使ったシミュレーション、および、 統計分析を用いた、発明者による理論的な研究は、複屈折Δｎ（ｎｍ／ｃｍ）、平均微結晶サイズＤ、厚さ（＝ビームが伝播する距離）Ｌを持つ媒体を通るビームの複屈折によって引き起こされる散乱光の強度を、以下のように表わすことができることを示している。
【００３６】
【数１】
2008523426.tif 000003
【００３７】
したがって、複屈折によって引き起こされる散乱光の割合は、微結晶サイズ、および、複屈折の二乗に対して線形に増加する。
【００３８】
全反射によって引き起こされる散乱光の割合は、以下のように表わすことができる。
【００３９】
【数２】
2008523426.tif 000004
【００４０】
したがって、全反射によって引き起こされる散乱光の割合は微結晶サイズに反比例し、そして、複屈折に線形に依存する。
【００４１】
微結晶／結晶粒界上の散乱によって引き起こされる２つの効果の、すなわち（ａ）ビームが相異なる配向の微結晶を伝播するときの複屈折および（ｂ）結晶粒界上の全反射の組み合わせは、以下の総散乱光強度をもたらす。
【００４２】
【数３】
2008523426.tif 000005
【００４３】
散乱光の割合の、微結晶サイズＤからの相補的な依存性は、図２の図にグラフを使って図解されているように、最低値を持つ複屈折と全反射に起因する総散乱光強度をもたらす。
【００４４】
最適微結晶サイズＤoptが、以下の条件
【００４５】
【数４】
2008523426.tif 000006
【００４６】
から、動作波長λと複屈折Δｎの関数として、以下のように得られる。
【００４７】
【数５】
2008523426.tif 000007
【００４８】
ここで、λは、動作波長を表わし、ｎとΔｎは、それぞれ、この動作波長における多結晶材料の屈折率と複屈折（ｎｍ／ｃｍ）を表わし、そして、以下が、仮定されている。
【００４９】
【数６】
2008523426.tif 000008
【００５０】
例えば、マグネシウム・スピネルに対する値ｎ＝１.８７、Δｎ＝５２ｎｍ／ｃｍ、λ＝１９３ｎｍでは、これは、微結晶サイズＤの最適値が、およそ，Ｄopt≒＝２５μｍであるという結果に導く。
【００５１】
したがって、本発明のさらなる一態様によれば、条件Ｄ＝√（λ／６ｎΔｎ）が、平均微結晶サイズＤに対して実質的に満足されている。
ここで、λは、動作波長を表わし、ｎとΔｎは、それぞれ、この動作波長における多結晶材料の屈折率と複屈折を表わしている。
【００５２】
条件Ｄ＝√（λ／６ｎΔｎ）が、平均微結晶サイズＤに対して「実質的に」満足されるということに基づく、本発明による基準は、本例においては、そして、本出願の目的のために、平均微結晶サイズＤが、その理想値Ｄ＝√（λ／６ｎΔｎ）から、まだ容認可能と見なされる最大５０％まで、しかしながら、好ましくは、最大２０％まで、異なる状態をカバーするように解釈される。
【００５３】
微結晶の間に封入されている気孔上での散乱の効果（ｃ）に起因する散乱光の寄与に関しては、発明者による理論的な研究は、全ての気孔が、それにぶつかる光ビームを散乱させるという仮定に基づいて、散乱光への気孔の寄与が、以下のように表わされることを示している。
Ｉsca＝ρＬＤ2v                       （６）
ここで、ρとＤvは、それぞれ、多結晶材料の気孔密度と気孔直径である。この場合、微結晶サイズを増加させることによって、総細孔体積が減少し、同時に、平均気孔サイズが増加する。
【００５４】
好適な一実施態様によれば、多結晶材料において、１〜１０気孔／ｍｍ3の範囲の気孔密度における平均気孔サイズは、０.５マイクロメートルから２マイクロメートルまでの範囲にあり、そして、好ましくは、およそ１マイクロメートル以下である。約１マイクロメートルほどの気孔サイズは、多結晶材料（例えば、マグネシウム・スピネル）から製造されている光学素子の典型的な大きさ（例えば、４ｃｍ）においては、０.１％未満の、まだ容認可能な散乱光の割合をもたらし、そして、散乱光のこの割合は、その、気孔サイズからの二乗関係によって、およそ２マイクロメートルを超過する範囲で急激に増加する。散乱光の発生に関する、本発明の特に有利な一実施態様において、気孔サイズは、０.１マイクロメートルから１マイクロメートルまでの範囲にある。
【００５５】
マイクロリソグラフィ用の投影露光装置の対物レンズにおける透過光学素子として多結晶材料を用いることの、さらなる１つの利点は、十分に低い欠陥濃度の多結晶材料にＵＶ放射負荷を印加したとき、石英ガラスとは対照的に、何らの密度変化も、または、ほんのわずかの密度変化しか、生じないということである。したがって、それらは、放射負荷が特に厳しい対物レンズ内の場所において、例えば、投影用対物レンズの像平面に最も接近して置かれる光学素子の材料として用いるのに、特に、好適である。さらに、強く負荷の掛かる場所が、投影露光装置の対物レンズの全ての視野面と瞳面のエリアに生じる。特に、多重極照射を用いると、局所的な強い放射負荷が、瞳面上に、または、少なくとも、瞳面のエリア内に生じる。対物レンズの視野面上に、または、少なくとも視野面のエリア内に配置された光学素子に対する強い放射負荷は、方形対物レンズ視野で、例えばレンズのような、円形光学素子のサブエリアだけが照射されるという事実に起因する。
【００５６】
好適な一実施態様によれば、その光学素子は、像平面側の３つの最後の光学素子のうちの１つであり、そして、好ましくは、対物レンズの像平面側の最後の光学素子である。
【００５７】
さらなる好適な一実施態様によれば、その光学素子は、瞳面または視野面の領域内に配置されている。
【００５８】
マグネシウム・スピネルと呼ばれることもある、多結晶スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）が、透過光学素子、特にレンズの材料として用いて、特に有利であることが見出されている。以下において、語「スピネル」は、正確に化学量論的組成の化合物ＭｇＡｌ2Ｏ4を意味するものとしてだけではなく、一般式（ＭｇＯ × ｍ Ａｌ2Ｏ3）を持つ混晶をも意味するものとして用いられる。ここで、ｍは、０.９と４の間の値を持ってもよい。多結晶スピネルは、１９３ｎｍの波長において、約１.８、または、１.９さえもの高い屈折率を持つことに加えて、ＤＵＶ波長に対して、良好な透過を持つ。酸化マグネシウムは、同様に、１９３ｎｍにおいて２.０２という、非常に高い屈折率を持つ。
【００５９】
さらなる実施態様によれば、動作波長において透明で、かつ、立方晶系結晶構造を持つ他の多結晶材料を用いることもできる。本発明によれば、理想的な単結晶形状において、７ｅＶを超過するエネルギー・ギャップを持つ材料も、２００ｎｍ未満の動作波長において、やはり、光学的に十分に透明であるから、それらの材料を、本目的のために用いることができる。例えば、これに関連して、多結晶酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いることができる。
【００６０】
本発明のさらに別の一実施態様によれば、Ｍ１が、イットリウム、ランタン、ガドリニウム、テルビウム、エルビウム、スカンジウム、ルテチウムを含むグループから選ばれる金属であり、また、Ｍ２が、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムを含むグループから選択される金属であるとしたとき、化学組成（Ｍ１）3（Ｍ２）5Ｏ12（この種の分子式を持つ材料は、一般に、ガーネットと呼ばれる）を持つ微結晶は、本目的に、特に、好適である。すなわち、特に、そして、例えば、多結晶イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）、多結晶スカンジウム・アルミニウム・ガーネット（Ｓｃ3Ａｌ5Ｏ12）、または、多結晶ルテチウム・アルミニウム・ガーネット（Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12）である。多結晶イットリウム・アルミニウム・ガーネット（頭字語ＹＡＧでも知られている）は、透過光学素子、特にレンズ用の材料として用いて、特に有利である。イットリウム・アルミニウム・ガーネットは、２５０ｎｍ未満の、特に２４８ｎｍ未満の、または、１９３ｎｍでさえの、ＤＵＶ波長における非常に良好な透過に加えて、１.８５を超過する高い屈折率を持つ。
【００６１】
これらの特性のゆえに、これらの材料の全てが、液浸対物レンズにおいて用いるのに特に好適であり、とりわけ、液浸液に直接接する光学素子用の材料として好適である。現時点で可能な限り高い屈折率を持つ材料を用意するのが望ましい。屈折率が、液浸媒体の屈折率と比較して低すぎると、最大達成可能な開口数が、境界面における屈折によって減じられる。
【００６２】
スピネルや、酸化マグネシウム、ガーネットのさらなる１つの利点は、水、リン酸、硫酸、または、炭化水素若しくはペルフルオロエーテルなどの有機物のような、通常用いられる液浸媒体に対する、それらの良好な耐薬品性である。
【００６３】
マイクロリソグラフィ用の投影露光装置の対物レンズに多結晶レンズ材料を用いると、光学的不均質性が、０.１ｐｐｍ未満であることが有利である。本明細書の文章において、語「光学的不均質性」は、レンズ内部の光路長に対する波面の変化を意味している。
【００６４】
光学素子が、特に、投影露光装置のできるだけ長い動作波長において透過性であるためには、多結晶材料の総不純物が、１００ｐｐｍ未満、特に、７０ｐｐｍ未満であるのが有利である。これは、マイクロリソグラフィ用の投影露光装置の対物レンズにおいて用いるようにされた透過光学素子の製造方法における、または、マイクロリソグラフィ用投影露光装置の対物レンズの製造方法における、多結晶ブランクの製造において、７０ｐｐｍ未満の総不純物の原料を用いることによって確実になる。
【００６５】
したがって、投影露光装置の対物レンズにおいて用いるための透過光学素子の製造方法において、および、マイクロリソグラフィ用の投影露光装置の対物レンズの製造方法において、多結晶構造中の空洞数を減少させるために、加圧下で、多結晶ブランクを焼結するのが有利である。一様な高圧下での焼結プロセスも、ストレス複屈折に有利に作用する。
【００６６】
有利な一実施態様において、光学素子が、さらなる光学素子の上に、特に、異なる材料（例えば、石英ガラスまたはＣａＦ2）から成るさらなる光学素子の上に、光学的にシームレスに（とぎれなく）接している。光学素子と、さらなる光学素子との間の接触は、２つの固体の境界面が、互いに、ごく接近してきて、分子間相互作用によって、２つの固体ボディが互いに接着し合う、２つの個体の間の押し込み嵌合結合を意味する、しばしば、「光学的接触」または「密着」と呼ばれる技術によって達成することができる。これは、透過される放射光のための、２つの光学素子間の直接接合をもたらす。光学素子間に如何なるエア・ギャップもないことが、例えば、より大きな入射角を可能にする。多結晶材料、特に、スピネル、ＭｇＯ、または、ガーネットは、単結晶から製造される光学素子と対照的に、何らの異方性も、研磨された表面上に生じないから、実際、特に、この結合技術に好適である。
【００６７】
別の有利な一実施態様において、光学素子が、多結晶材料で作られた少なくとも２つのサブ素子から成る。これは、いくつかの相対的に薄い素子を組み合わせることによって、相当に労力を減らしてた上で、厚い厚さの光学素子を製造することを可能にする。像平面に近接する液浸対物レンズ内に配置される、半球形状の透過光学素子の標準的な最大厚さは、約３０ｍｍから５０ｍｍまでの範囲にある。そのような光学素子が、焼結、および、任意選択の、その後の熱間静水圧圧縮成形による、上述の方法によって製造される場合には、光学素子の全体積にわたって、十分に均質な、最終光学素子の光学的品質を達成するために、例えば、加熱・冷却プログラムのような、適切な処理条件を見出すことは、高度に手腕を問われることである。しかしながら、約１０ｍｍから約２０ｍｍまでの範囲の最大厚さの、少なくとも２つのサブ素子を用意し、結合して、最終光学素子を形成することによって、比較的単純な製造プロセスを用いて、適切な品質を確実に得ることができる。
【００６８】
サブ素子は、光学的接触、昇温状態での溶融接合、または、１００℃未満の温度での低温接合によって、結合させることができる。低温接合は、結合させる２つの固体の表面上に、２つの表面が互いに密着状態に至ったときに、結合のための結晶ネットワークの形成を促進するアルカリ溶液を注入することによって遂行される。接合プロセスに先立って、結合させる表面の少なくとも１つに、例えばＳｉＯ2から成る薄層を付けるのが、有利となる場合もある。
【００６９】
結合させるサブ素子の表面（本明細書においては、結合面または接触面と呼ばれる）は、平面または球面形状であることができ、または、それらは、わずかに非球面形状を持つことさえできる。
【００７０】
中間スペースが、サブ素子の間に設けられるように、サブ素子の結合を実現することができる。この中間スペースは、気体、または、１９３ｎｍの波長の光に対して１.４４である水の屈折率と同じ大きさか、または、それよりも大きな屈折率、特に、高感度かつ多様に、光学素子の総屈折力に作用を与えるように、１.５を超過する屈折率を持つ液体で満たすことができる。
【００７１】
本発明の別の一実施態様において、サブ素子が、相異なる材料で作られている。これは、透過光学素子自体内に屈折率の変化をもたらす。
【００７２】
本発明による対物レンズは、２５０ｎｍ未満、好ましくは、２００ｎｍ未満の動作波長に対して設計するのが好ましく、そして、さらに、１.２を超過する開口数（ＮＡ）を持つのが好ましく、１.３５を超過するＮＡを持つのがより好ましく、１.５を超過するＮＡを持つのがさらにより好ましい。
【００７３】
本発明は、さらに、マイクロリソグラフィ投影露光装置、対物レンズにおける透過光学素子の製造のための、本発明による多結晶材料の使用、および、微細構造部品のマイクロリソグラフィによる製造方法に関する。
【００７４】
本発明が、付属の図面に図解されている例示的な実施形態を参照して、以下に、より詳細に説明されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７５】
図１は、本発明によって用いられる多結晶材料の構造を、概略的に、かつ、原寸に比例せずに示している。材料１００は、多結晶マグネシウム・スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）からなり、多数の方位の異なるグレインすなわち微結晶１０２を持っており、結晶方位の異なる領域が、結晶粒界１０３によって分けられている。好適な例示的な実施形態において、平均微結晶サイズは、およそ、２５μｍである。気孔１０４の形態をしたギャップが、微結晶１０２間に封入されており、気孔１０４の平均サイズは、およそ、１μｍであり、気孔の密度は、およそ、１０気孔／ｍｍ3である。
【００７６】
多結晶材料１００の最適透過を確実にするためには、製造中、出発原料が高純度であることを確実にするだけではなく、反応制御と後処理を、確実に最適の光学的均質性を得、かつ材料内の気孔と空洞の密度を可能な限り少なくなるようにすることが必要である。さらに、ＵＶ安定性が、結晶構造中の欠陥の数と直接相関するから、強いＵＶ放射にさらされたときの、このような材料からなる光学素子の安定性は、さらに、適切な製造方法の選択に高度に依存する。
【００７７】
多結晶材料１００、例えば多結晶スピネルは、アルミニウム塩とマグネシウム塩と水酸化物の水溶液の混合に基づいた沈殿反応によって製造される、多結晶スピネルの暫定製品から製造することができる。沈殿が、乾燥され、そして、次に、４００〜９００℃の温度で焼き固められる。
【００７８】
最初の化合物が、７０ｐｐｍ未満の総不純物しか持たないことと、製造プロセス中に、さらなる汚染が生じないことの、どちらにも、注意を払わなければならない。液相から沈殿反応によって暫定製品を製造する既知の方法に加えて、熱分解法が、特に、好適であり、粉末中間生成物の汚染を、いかなる特別な労力も伴わずに、２００ｐｐｍ未満に減少させることができる。この方法は、西独国特許出願公開第２１４９６４０号明細書に記述されている。粉末原料と暫定製品に、特に小さなグレイン・サイズ分布を明確に作り出すために、例えば、ナノ結晶の暫定製品を作り出すために、最新のゾル−ゲル・プロセスが、特に好適であることが見出されている。１つの好適なゾル−ゲル・プロセスが、Ronald Cook、Michael Kochis、Ivar Reimanis、Hans-Joachim Kleebe、「A new powder production route for transparent spinel windows: powder synthesis and window properties（透明なスピネル窓の新しい粉末製造手段：粉末合成および窓特性）」、Proc. SPIE、第５７８６巻、ｐ.４１−４７、Window and Dome Technologies and Materials IX、Randal W. Tustison編、に記述されている。
【００７９】
封入されている気孔体積が最小化され、そして、密度が、理想結晶の理論的密度（スピネルの場合、およそ、３.５９ｇ／ｃｍ3）に収束するほどに高い光学的品質の多結晶ブランクが、焼結によって製造される。焼結プロセス中の微結晶サイズの、いかなる必要以上の増大も防ぐために、１５００℃未満の温度がこのプロセスに好適である。任意選択に、ブランクの焼結に続いて、熱間静水圧圧縮成形ステップを行うことができる。
【００８０】
光学的不均質性が０.１ｐｐｍの値を超過しないような、また、λ＝１９３ｎｍにおけるストレス複屈折が０.５ｎｍ／ｃｍ未満となるような、製造される光学素子の光学的均質性が、焼結されたブランクの冷却プロセス中の適切なプロセス制御、または、製造プロセスに続くアニーリング・プロセスによって選択される。例えば、半球状の平凸レンズ用のブランクが、約１８００℃の温度での熱間静水圧圧縮成形プロセス中に、球状ブランクに、全ての側から一様に圧力を与えることによって製造され、その後、その球状ブランクを二等分し、そして、研削し、研磨し、さらに、ほんのわずかの労力を伴って、平凸レンズが、製造される。
【００８１】
本発明による光学素子が、多結晶イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）、または、多結晶酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のような、他の立方晶系結晶材料から製造されている場合には、圧力または焼結温度のようなプロセス・パラメータの、それぞれの材料特性への適切な整合を行う必要があるかもしれない。
【００８２】
図２は、４ｃｍの厚さを持つマグネシウム・スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）からなる多結晶材料における、ビームが種々の方位の微結晶１０２を通過するときに生じる複屈折に起因する散乱光のパーセンテージＩret、結晶粒界１０３において生じる全反射に起因する散乱光のパーセンテージＩscatt、および、両方の効果に起因する総散乱光の割合Ｉsumを、微結晶サイズの関数として示している。
【００８３】
図２からわかるように、およそ０.５％の最小値（矢印Ｐによって表示されている）が、多結晶材料中に散乱光の生成をもたらす、（ａ）一方では、ビームが種々の方位の微結晶を伝播するときの複屈折と、（ｂ）他方では、結晶粒界における全反射と、の効果を考慮に入れて、４ｃｍの代表的な厚さ（光ビームが伝播する距離に一致する）で、Ｄ＝２５μｍの微結晶サイズにおける散乱光の総割合Ｉsumに対して、得られている。
【００８４】
Ｌ＝４ｃｍの厚さで、Ｄ＝５０μｍの微結晶サイズを持つマグネシウム・スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）からなる多結晶材料では、およそ４ｎｍのリターデーションの実効値が生じる。語「リターデーション」は、２つの直交する偏光状態（すなわち、互いに直角な偏光状態）の光路長差を意味する。これに基づくと、Ｄmin＝１０μｍとＤmax＝１００μｍとの間に、多結晶マグネシウム・スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）の微結晶サイズが分布するという統計モデルは、ほぼ ４.５ｎｍのリターデーションの実効値と、０.５％のコントラスト損失とを与える。
【００８５】
図３は、Ｌ＝４ｃｍの厚さで、１０気孔／ｍｍ3の気孔密度を持つ、マグネシウム・スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）からなる多結晶材料１００に対して、気孔サイズ（μｍ）の関数として、多結晶材料１００の微結晶１０２の間に封入されている気孔１０４上の光散乱に起因する散乱光の割合（％として）を示している。
【００８６】
図３からわかるように、Ｄv≒１μｍの気孔サイズに対して、これらのパラメータは、０.１％未満（より正確には、およそ０.０４％）の散乱光の割合を与える。
【００８７】
図４は、概略的に、液浸リソグラフィによる大規模集積半導体部品の製造を目的としたマイクロリソグラフィ投影露光装置１を示している。
【００８８】
投影露光装置１は、光源として、１９３ｎｍの動作波長を持つエキシマ・レーザ３を備えている。それに代えて、異なる動作波長、例えば、２４８ｎｍまたは１５７ｎｍを持つ光源を用いることも可能である。下流の照射系５は、その出口面または物体平面７上に、広い、明確に輪郭を定められた、極めて均質に照射される照射フィールドを作り出し、それは、下流の投影用対物レンズ１１のテレセントリシティ（光軸と主光線との平行性）要求に一致する。照射系５は、瞳面照射を制御するためのデバイス、および、照射光に対してあらかじめ定められた偏光状態を設定するためのデバイスを持っている。特に、電界ベクトルの振動面が、マスク１３の構造と平行になるように、照射光を偏光させるデバイスを備えている。
【００８９】
マスク１３を保持して移動させるためのデバイス（レチクル・ステージ）が、照射系５よりも下流のビーム通路中に、投影用対物レンズ１１の物体平面７上に位置し、そして、この面上を、スキャニングのために、移動方向１５に移動することができるように配置されている。
【００９０】
マスク面とも呼ばれる物体平面７の真下には、フォトレジスト２１で覆われた基板１９（例えば、シリコン・ウエハ）上に、マスク像を縮尺して投影する投影用対物レンズ１１がある。基板１９は、レジスト２１を設けた平坦な基板表面が、実質的に、投影用対物レンズ１１の像平面２３と一致するように配置される。基板１９は、マスク１３と同期して基板１９を移動させるためのドライブを備えたデバイス１７によって保持される。このデバイス１７は、さらに、投影用対物レンズ１１の光軸２５に平行なｚ−方向、および、この軸に直交するｘ−方向およびｙ−方向のいずれにも、基板１９を移動させるためのマニピュレータを持っている。光軸２５に対して垂直に走行する、少なくとも１つの傾斜軸を持つ傾斜デバイスが組み込まれている。
【００９１】
基板１９を保持することを目的とするデバイス１７（ウエハ・ステージ）は、液浸リソグラフィで用いるように設計されている。それは、スキャナ・ドライブの正面に移動することができる保持デバイス２７を持っており、保持デバイス２７のベースは、基板１９を保持するための水平な凹所を持っている。周縁リム２９は、液浸液３１のための、上部で開口している水平な液密の容器を形成している。リムの高さは、それを満たす液浸液３１が、レジスト２１をつけた基板表面を完全に覆うことができ、また、対物レンズ出口と基板表面との間の作動距離が、正しく設定されたときに、投影用対物レンズ１１の出口側終端エリアが、液浸液内に浸ることができるようなサイズである。
【００９２】
投影用対物レンズ１１は、少なくともＮＡ＝１.２の像側開口数ＮＡを持つのが好ましいが、１.３５を超過するのがより好ましく、そして、１.５を超過するのが特に好ましい。
【００９３】
投影用対物レンズ１１は、像平面２３に隣接する最後の光学素子として、半球状の平凸レンズ３３を持ち、その出口面３５が、投影用対物レンズの最後の光学面である。最後の光学素子の出口側は、投影露光装置の作動中、液浸液に完全に浸され、それによって湿らせられている。半球状の平凸レンズ３３は、別のレンズ３７と同様に、上述の実施形態によって選ばれた平均微結晶サイズと気孔サイズを持つ多結晶スピネルから製造される。
【００９４】
平凸レンズ３３と別のレンズ３７には、任意選択に、反射防止コーティングを設けてもよい。この反射防止コーティングは、低屈折率と高屈折率とを交互に持つ、一連の材料から成っている。特に、１９３ｎｍの、投影露光装置１の動作波長における低屈折率材料としては、ＭｇＦ2、ＡｌＦ3、Ｎａ5Ａｌ3Ｆ14、Ｎａ3ＡｌＦ6、ＳｉＯ2、ＬｉＦ、ＮａＦがある。ＬａＦ3、ＧｄＦ3、ＮｄＦ3、Ａｌ2Ｏ3、ＤｙＦ3を、高屈折率材料として用いるのが適切である。
【００９５】
文献から、例えば、J.D. Woosley、C. Wood、E. Sonder、R.A. Weeksによる論文「Photoelectric Effects in Magnesium Aluminum Spinel（マグネシウム・アルミニウム・スピネルにおける光電効果）」Phys. Rev. B、１９８０年、第２２巻、ｐ.１０６５から、スピネルに対して、９ｅＶのバンド・ギャップが知られている。この値から、１６０ｎｍの理論的吸収端を導出することができる。したがって、スピネルは、２４８ｎｍの動作波長を持つ投影露光装置中の光学材料としてだけではなく、１９３ｎｍ、および、それ未満の波長における光学材料としても用いることができる。ＭｇＯは、これもまた、照応して、同様に、この材料における、１９３ｎｍの波長の光に対する十分な透過を保証する、約７ｅＶのバンド・ギャップを持つ。このことは、７ｅＶを超過するバンド・ギャップを持つＹＡＧにもあてはまる。
【００９６】
多結晶スピネルの屈折率も、同様に、文献から知られており、そして、E.D.Palik編、「Handbook of optical constants of solids II（固体の光学定数ハンドブックII）」、サンディエゴ、１９９８年、に従えば、以下の形式のセルマイヤ（Sellmeier）の式を用いて、特定することができる。
【００９７】
【数７】
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【００９８】
ここで、νは、波数で表わした、透過光の周波数である。この式によれば、１９３ｎｍの波長における屈折率は、１.８である。
【００９９】
より最近の測定によれば、それぞれ、スピネルのバンド・ギャップは、正しくは、約７.７ｅＶであり、その屈折率は、約１.９である。
【０１００】
本発明による対物レンズの別の１つの有利な実施形態において、多結晶材料（例えば、スピネル）からなる光学素子が、同じ材料または異なる材料からなる、さらなる光学素子と光学的接触を行っている。スピネルは、７×１０-6Ｋ-1の線形熱膨脹係数を持っている。
【０１０１】
相異なる材料からなる光学素子が、互いに光学的接触を行っている場合には、それぞれの線形熱膨脹係数が、過度に異ならないように注意を払うべきである。そうしないと、加熱されたときに、２つの材料の異なる膨張が、結合を引き離す場合がある。一例として、どちらも、８×１０-6ｋ-1の線形熱膨張係数を持つ、ＭｇＯまたはＹＡＧとスピネルの組み合わせが最適である。これらの材料は、ＣａＦ2（２５×１０-6Ｋ-1）、または、石英ガラス（０.５１×１０-6Ｋ-1）と組み合わせることもできる。ＢａＦ2（１８×１０-6Ｋ-1）との組み合わせも、同様に、極めて好適である。
【０１０２】
本発明の、さらなる有利な実施形態が、図５に示されている。図５ａは、光学的接触結合によって、光学的にシームレスな結合を形成するように連結している接触面５４５、５４７の間で結合されている、２つのサブ素子５４１、５４３からなる透過光学素子５３３を概略的に示している。これらの素子の安定した結合を確実にし、かつ、サブ素子５４１、５４３の内部における応力の発生を回避するためには、互いに対して、無視できる程度の不整合しかもたない、非常に平らな接触面５４５、５４７を用意する必要である。
【０１０３】
図５ｂにおいては、接触面５４５、５４７が平面ではなく、球形状である。図５ａに示されている平面５４５、５４７とまさに同様に、図５ｂによる球状の接触面５４５、５４７も、安定した結合を確実にするために、接触プロセスに先立って、非常に高精度に削って、研磨することが必要不可欠である。サブ素子５４１、５４３を結合するために、低温接合または溶融接合を用いると、接触面５４５、５４７との嵌め合いが、光学的接触の場合よりもわずかに悪いときでさえ、それらの間に、良好な結合を達成することができる。これは、溶融接合中や、低温接合中、接触面５４５、５４７の間の界面が、その形状に関して、わずかの変化を受け、その結果、表面５４５、５４７の間のわずかの不整合は、サブ素子５４１、５４３の間の安定な結合を妨げないという事実による。
【０１０４】
図５ｃと図５ｄには、透過光学素子５３３の、２つのさらなる実施形態が示されている。図５ｃによる光学素子５３３は、やはり、平面の接触面５４５、５４７を持つ２つのサブ素子５４１、５４３からなる。しかしながら、この場合には、サブ素子５４１、５４３は、接触面５４７、５４５の間に、中間スペース５４９が残されるように結合される。このスペースは、空気、別の気体、または、混合気体で、または、液体で満たすことができる。光学素子５３３の高い総屈折率を確実にするために、例えば超純水のような、１.４の屈折率、または、それを超過する屈折率を持つ液体が選択される。中間スペースは、必ずしも、平行平面形状である必要はない。それは、さらに、図５ｄに示されているように、曲面でもよく、図５ｄは、球状の接触面を持つ２つのサブ素子５４１、５４３からなる光学素子５３３を示している。
【０１０５】
本発明が、特定の実施形態に対して記述されているが、当業者であれば、例えば、個々の実施形態の特徴を組み合わせることによって、および／または、置き換えることによって、多数の変形形態および代替形態にも気付くであろう。当業者であれば、したがって、本発明のそのような変形形態および代替形態も包含され、そして、本発明の範囲は、添付の請求項、および、それらの均等物の意味においてのみ制限されるということを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明によって用いられる多結晶材料の概略的な説明図を示している。
【図２】好適な一実施形態による１つの多結晶材料における微結晶サイズの関数として、ビームが種々の配向の微結晶中を伝播するときの複屈折に起因する散乱光のパーセンテージ（＝Ｉret）、および、結晶粒界における全反射に起因する散乱光のパーセンテージ（＝Ｉscatt）のグラフを示している。
【図３】好適な一実施形態による１つの多結晶材料における気孔サイズの関数として、多結晶材料の微結晶の間に封入されている気孔上における散乱に起因する散乱光のパーセンテージのグラフを示している。
【図４】本発明による、多結晶材料から成る２つの光学素子が用いられているマイクロリソグラフィ投影露光装置の概略的な説明図を示している。
【図５】本発明の一実施形態による、２つのサブ素子から成っている透過光学素子の概略的な説明図を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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