(57)【要約】  【課題】  レンズの動きと液体環境との間のエネルギ移動に伴う波動および乱流を最小限に抑えることができるデバイスを提供する。  【解決手段】  液浸光リソグラフィのための装置は、液体環境において半導体ウエハの水平移動と同期した相対移動が可能であるレンズを有する。レンズ装置および半導体ウエハの同期した動きは、液体環境に伴う乱流および空気の泡を少なくするという利点がある。レンズおよび半導体ウエハの相対移動は、走査プロセスが行われるのとほぼ同時であり、この結果、液体環境での空気の泡、乱流、および崩壊を最小として、最適な画像解像度が得られる。【選択図】  図１
2005197690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を投射することができる装置であって、
フレームと、
前記フレーム内に配置されたレンズ・システムと、
半導体ウエハを保持することができる、前記フレームに全体的に関連付けられた水平支持面と、
前記フレームの第１の端部の近くに配置された、前記レンズ・システム内の最終レンズ要素であって、前記半導体ウエハの近くに配置することができる最終レンズ要素表面を有する、前記最終レンズ要素と、
前記フレームの第２の端部の近くに配置され、前記レンズ・システムに光を通過させることができる光源と、
を備え、前記最終レンズ要素は前記フレームに対して動くことができることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記最終レンズ要素表面上の近接レンズ表面が、動作可能位置にある場合に、液体内に部分的または全体的に入れられることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記フレームに対して前記水平支持面のｘ、ｙ、およびｚ寸法の動きを生成することができる第１の動き制御デバイスを更に備えることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記最終レンズ要素は、前記フレームに対して前記最終レンズ要素を動かすことができる第２の動き制御デバイスに結合されていることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記最終レンズ要素は軸を中心として角移動を行うことができることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記最終レンズ要素は単一の軸を中心として角移動を行うことができることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
拡張コネクタによって、前記最終レンズ要素に１つ以上の結合点が結合されていることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の動き制御デバイスは、コンピュータ・システム、モータ、ベルト・システム、ねじ切りした軸またはキー軸、ギア・システム、カム機構、およびオペレータによって制御される手動機構から成る群の１つ以上から選択されることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項９】
前記近接レンズ表面と前記水平支持面との間の相対水平速度は、前記相対水平速度によって前記液体内に形成される乱流および空気の泡が前記装置の撮像品質を著しく劣化させないことを保証するのに充分なほど小さいことを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項１０】
前記最終レンズ要素は一定の角速度で前記フレームに結合された軸を中心に回転し、前記フレームに対する前記水平支持面の水平速度は一定であることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記最終レンズ要素は可変角速度で前記フレームに結合された軸を中心に回転し、前記フレームに対する前記水平支持面の水平速度は一定であることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記最終レンズ要素は一定の角速度で前記フレームに結合された軸を中心に回転し、前記フレームに対する前記水平支持面の水平速度は可変であることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記最終レンズ要素は可変の角速度で前記フレームに結合された軸を中心に回転し、前記フレームに対する前記水平支持面の水平速度は可変であることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
前記液体は、イオン化水、過フッ化ポリエーテルから成る群から選択されることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項１５】
前記装置は、閉じた環境に存在し、前記閉じた環境の雰囲気は、アルゴン、乾燥窒素、および空気から成る群から選択された１つ以上の元素または組成で主に構成されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記装置は、閉じた環境に存在し、前記閉じた環境の雰囲気は、１つ以上の不活性の光学的に透明な気体を備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記最終レンズ要素の断面は実質的に円柱形であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記最終レンズ要素は、第１の湾曲表面領域および第２の湾曲表面領域を備え、前記第１の湾曲表面領域の湾曲度は前記第２の湾曲表面領域の湾曲度よりも大きく、前記第２の湾曲表面領域は前記水平支持面に実質的に対向していることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記最終レンズ要素は、第１の湾曲表面領域および第２の湾曲表面領域を更に備え、前記第１の湾曲表面領域の湾曲度は前記第２の湾曲表面領域の湾曲度よりも小さく、前記第２の湾曲表面領域は前記水平支持面に実質的に対向していることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記最終レンズの断面は円柱形であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
光リソグラフィ装置においてフレーム内のレンズ・システムの最終レンズ要素を動かすための方法であって、
前記レンズ・システムを含む前記フレームに対して水平移動することができる水平支持面上にウエハを配置するステップと、
前記水平支持面上に前記ウエハを固定するステップと、
前記レンズ・システム内の前記最終レンズ要素を開始位置に配し、前記ウエハの走査中に前記水平支持面と同期して前記最終レンズ要素を動かすステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記水平支持面上に前記ウエハを固定するステップの後に、前記方法は、
前記ウエハを液体に浸漬するステップと、
前記ウエハの上面の近くで前記最終レンズ要素の一部を前記液体内に浸漬するステップと、
を更に備えることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記水平支持面と同期して前記最終レンズ要素を動かすステップは、前記最終レンズ要素の近接レンズ表面と前記ウエハの水平速度との間の相対水平速度を、前記相対水平速度によって前記液体内に形成される乱流および空気の泡が前記装置の撮像品質を著しく損なわないほどに小さく維持するステップを更に備えることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記水平支持面と同期して前記最終レンズ要素を動かすステップは、前記フレームに結合された軸を中心として前記最終レンズ要素を回転させるステップを備えることを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記水平支持面と同期して前記最終レンズ要素を動かすステップは、
前記最終レンズ要素を一定の角速度で回転させるステップと、
一定の水平速度で前記フレームに対して前記水平支持面を動かすステップと、
を更に備えることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記水平支持面と同期して前記最終レンズ要素を動かすステップは、
前記最終レンズ要素を可変の角速度で回転させるステップと、
前記フレームに対して一定の水平速度で前記水平支持面を前記フレーム対して動かすステップと、
を更に備えることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記水平支持面と同期して前記最終レンズ要素を動かすステップは、
前記最終レンズ要素を一定の角速度で回転させるステップと、
前記フレームに対して可変の水平速度で前記水平支持面を前記フレームに対して動かすステップと、
を更に備えることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記水平支持面と同期して前記最終レンズ要素を動かすステップは、
前記最終レンズ要素を可変の角速度で回転させるステップと、
前記フレームに対して可変の水平速度で前記水平支持面を前記フレームに対して動かすステップと、
を更に備えることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
前記最終レンズ要素の同期した動きは、
コンピュータ・システム、
モータ、
ギア・システム、
カム、
オペレータの手動制御、
から成る群から選択された１つ以上の制御機構によって形成されることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
前記方法は、前記ウエハを走査し前記最終レンズ要素を同期して動かすステップの後に、前記ウエハの各フィールドの走査の後に、前記ウエハの必要な走査が完了するまで、前記ウエハの次のフィールドに前記最終レンズ要素を再び位置決めするステップを更に備えることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項３１】
前記方法は、前記ウエハを走査し前記最終レンズ要素を同期して動かすステップの後に、
前記液体環境から前記最終レンズ要素を除去するステップと、
前記液体を除去することによって前記液体環境を取り除くステップと、
前記液体環境から前記ウエハを除去するステップと、
前記ウエハを解放し除去するステップと、
を更に備えることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項３２】
前記方法は、前記ウエハを走査し前記最終レンズ要素を同期して動かすステップの後に、前記最終レンズ要素をきれいにするステップを更に備えることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項３３】
前記方法は、前記ウエハを走査し前記最終レンズ要素を同期して動かすステップの後に、前記走査の解像度がほぼ最適化されるように前記水平支持面のｚ寸法位置を調節するステップを更に備えることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に光リソグラフィに関し、更に特定すれば、浸漬液体環境において実施される光リソグラフィに関する。
【背景技術】
【０００２】
複雑な問題を解決するためのコンピュータ・システムの広範な利用によって、ますます複雑になるアルゴリズムを用いて問題を解決するように設計されたアプリケーションに対する需要が生じている。問題の複雑さが増すと、これらの問題を解決するために用いられるアプリケーションの計算上の要求も増す。効率的に正確な結果を生成するコンピュータ・システムの能力は、アプリケーション設計およびアプリケーションを実行するコンピュータ・システム・ハードウエアの双方によって決定する。
【０００３】
コンピュータ・ハードウエア性能の向上は、コンピュータ・チップを構成する物質の物理的特性を追及する設計仕様によって常に過大に要求されている。性能における要求が増していることにより、許容可能な時間フレームで複雑な計算を実行するため、より多くの層により多くのワイヤを有するコンピュータ・チップが必要となる。これらの要求を満たすために必要なコンピュータ・チップ上のコンポーネントおよびワイヤの数は常に増え続けており、コンピュータ・チップの設計者は、より高密度のチップ・レイアウトを作成したり、チップの物理的寸法を大きくしたりせざるを得ない。チップ製造業者は、時間が経ってもチップ・サイズを比較的一定に保ち、チップ上のコンポーネントの密度を高めることを選んでいる。
【０００４】
コンピュータ・チップ上のワイヤ、コンポーネント、および層の密度が増すにつれて、製造業者は、有用な動作のために必要な精度を維持しようと努めた。ますます厳しくなる精度の要求を満たすため、光リソグラフィの方法が実施され、光を用いてチップ層上にデバイスおよびワイヤ・パターンを印刷した。光リソグラフィは、レンズ・システムを含む光投影デバイスを用いて、特定の波長の光をウエハ上に集める。ウエハは、最初に、露光に敏感なレジスト物質によって被覆する。光がウエハを走査すると、ウエハ上に画像が印刷される。あるいは、「走査」を「撮像（imaging）」と呼び、光リソグラフィの分野内で交換可能に用いることも可能である。次いで、ウエハに化学薬品浴を行い、光走査に露呈したポジティブ作用フォトレジスト物質を除去する。１９９０年代初めには、光リソグラフィは、製造において０．３５マイクロメートルの線幅を作成することができた。現在の光リソグラフィ技法は、製造において１００から１５０ナノメートルの線幅を作成することができる。開発およびプロトタイプの目的のため、同様のラインを作成することができる。
【０００５】
光リソグラフィの基礎は、主にレイリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）の２つの式に基づいている。これらの式は、撮像システムの波長および開口数（ＮＡ：numerical aperture）に対する解像度（Ｗ）および焦点深度（ＤＯＦ：depth of focus）の依存性を規定する。ここで、開口数は、レンズの集光力の尺度として規定される（Ｌｉｎ，Ｂ．Ｊ．「New λ/NA scalingequations for resolution and depth-of-focus」、Optical Microlithography XIII （２０００年）：７５９）。撮像の解像度は、レイリーの式：Ｗ＝ｋ1&middot;λV／ＮＡに規定される。解像度は、光リソグラフィを用いて印刷可能な最小のフィーチャであり、パターン転写の忠実度を決定する。焦点深度は、画像がシャープに見える像面周囲の領域として規定することができる。（「Depth of field and depth of focus」、２０００年７月２５日、http://www.matter.org.uk/tem/depth_of_field.htm.）レイリーの研究に基づいて、焦点深度は、近軸の場合に導出されるように、ＤＯＦ：ｋ2&middot;λV／ＮＡ2と規定される。ここで、λVは真空内の波長であり、ＮＡ＝ｎ  ｓｉｎθである。ここで、ｎは屈折率であり、θはレンズの許容角度である。
【０００６】
高ＮＡ液浸の場合に一致させるため、Ｂｕｒｎ  Ｌｉｎは、解像度をＷ＝ｋ1&middot;λ／ｓｉｎ  θと規定し、ここでλ＝λV／ｎである。また、Ｂｕｒｎ  Ｌｉｎは、液浸光リソグラフィ（immersion opticallithography）について、ＤＯＦ＝ｋ3&middot;λ／ｓｉｎ2（θ／２）であることを示し、ここでλ＝（λV／ｎ）であり、ｋ3は、リソグラフィ・プロセスに固有の設計定数であり、θはＮＡを規定するために用いる角度であり、λは液浸媒体における波長（λV／ｎ）である。この２番目の形態は、高ＮＡおよび液浸光リソグラフィについてあいまいさが少ない。
【０００７】
光リソグラフィは、パターンの製造に１９３ナノメートルを用いるまでに拡大されているが、この波長未満では問題が発生し始める。コンポーネントおよびワイヤの寸法が小さくなると、光の波長およびコンポーネント間のサイズの差が小さくなる。ある臨界点で、コンポーネントおよびワイヤは、光の波長と同じサイズになるか、またはもっと小さくなる。この時点で、実施された波長はもはや充分な忠実度でチップ設計を印刷することができない。この問題を克服するため、もっと短い波長を用いなければならない。しかしながら、より短い波長を用いる場合、新たな問題が生じる。ｘ線等の短波長は、より小さい線幅を達成するために用いられているが、ｘ線を生成することができる機器の採用は、ｘ線と共に用いる場合に充分な撮像品質が得られる製造レンズに伴う困難によって妨げられている。これらの困難は、高いレンズ・コストをもたらし、その結果、過去の光リソグラフィ機器からｘ線光リソグラフィ機器への移行には大きな費用がかかる。また、短波長は高エネルギ波長であり、従って、高い線量のｘ線は、固体チップ材料、特に誘電体に損傷を与える可能性が高い。更に、レジスト内の光に敏感な化合物は、ある特定範囲の波長の光を吸収するのみであり、代替的な物質は、必要に応じて常にうまく機能するわけではない。「Optical Lithography」、Ｃｒａｉｇ  Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈ、１９９８年、http://www.me.mtu.edu/~microweb/chap1/ch1-4-1.htm.を参照のこと。
【０００８】
光リソグラフィの解像度を向上させる１つの方法は、レイリーの式における開口数の変数またはＢｕｒｎ  Ｌｉｎの式におけるｓｉｎ  θ／２を操作することである。従来の乾式光リソグラフィ（dry optical lithography）方法における開口数の最大達成可能値は１である。しかしながら、光顕微鏡検査およびＥ．Ａｂｂｅ（１８７８年）の研究から、最終レンズとウエハとの間の空間を高屈折率の液体で充填することによって、そうでなければ完全に内部に反射する光が、液体を通過してウエハ表面まで到達可能であることが知られている（Ｓｗｉｔｃｋｅｓ，Ｍ、Ｍ．Ｒｏｔｈｓｃｈｉｌｄ「Resolution Enhancement of 157 nm Lithography by Liquid Immersion」Optical Microlithography XV（２００２年）：４５９）。１よりも大きく、浸漬液体の屈折率ほどに高い開口数を達成することは可能である。光リソグラフィに液体を用いると、ＮＡが一定に保たれる場合、浸漬液体の屈折率と等しい率だけ焦点深度が増大し、従って、プロセスにおける許容可能な誤差が大きくなる。
【０００９】
液浸光リソグラフィによって、光リソグラフィ露光装置製造業者は、最小の開発コストで、現在の光リソグラフィ機器の使用を次世代のチップ設計に拡張することができる。１．２５以上の開口数および５０ナノメートルの解像度を達成する可能性があるので、短波長に必要な新しい主要機器およびレジスト物質に高リスクの高い費用をかけることなく、最新の液浸リソグラフィ技法を用いて、将来のチップを作成することができる。水の特性により１９３ナノメートル撮像のための理想的な浸漬液体が得られ、更に、既存の機器に対して必要な変更は比較的小さいので、乾式光リソグラフィから液浸光リソグラフィへの移行は、経済的に実行可能な、かつ低リスクの決定である。また、新しい光源および新しいレジストは必要ない。
【非特許文献１】Ｌｉｎ，Ｂ．Ｊ．の論文「Newλ/NA scaling equationsfor resolution and depth-of-focus」Optical Microlithography XIII （２０００年）：７５９
【非特許文献２】「Depth of field and depth of focus」、２０００年７月２５日、インターネット＜URL: http://www.matter.org.uk/tem/depth_of_field.htm.＞
【非特許文献３】「Optical Lithography」、Ｃｒａｉｇ  Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈ、１９９８年、インターネット＜URL: http://www.me.mtu.edu/~microweb/chap1/ch1-4-1.htm＞
【非特許文献４】Ｓｗｉｔｃｋｅｓ，Ｍ、Ｍ．Ｒｏｔｈｓｃｈｉｌｄの論文「Resolution Enhancement of 157 nm Lithography by Liquid Immersion」Optical Microlithography XV（２００２年）：４５９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
また、液浸光リソグラフィの出現によって、多数の付加的な問題が生じる結果となっている。開口数の大きさで最大の利得を得るために、最終レンズと浸漬液体との間に空気は存在することができない。これは、最終レンズ要素が液体に浸漬されることを必要とする。プロセス全体を通じて、ウエハは、ｘ、ｙ、およびｚ方向に移動可能な水平支持面に固定される。走査の間、ウエハ表面を走査するにつれて、最終レンズ要素および／または水平支持面は移動する。レンズが液体中を動くと、レンズの動きがレンズから液体内にエネルギを移動させ、このため液体環境の波動、乱流、崩壊が発生する。気体および空気の泡が、液体内に取り込まれるか、またはレンズ表面に付着し、結果として光が拡散し、撮像の品質が低下する可能性がある。従って、レンズの動きと液体環境との間のエネルギ移動に関連した波動および乱流を最小限に抑えることができるデバイスに対する要望がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、液浸光リソグラフィ環境において最終レンズ要素の相対的な動きに関連した乱流および空気の泡を低減させる。レンズ装置は、ウエハに対する最終レンズの角度方位を調整することができる動き制御デバイスに結合されている。本発明においては、ウエハが走査される際に、ウエハ表面に対する最終レンズ要素の一部の水平速度が、撮像品質を損なう空気の泡、乱流、および他のいずれかの前記液体の崩壊を実質的に最小限に抑えるように、レンズ装置を移動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明について、以下の図面を参照して詳細に説明する。この説明およびこれらの図面は、例示的な目的のためのみのものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものではないことは認められよう。特に、本発明の適用性、用途、および利点の様々な記述および例示は、単に代表的なものであり、本発明の範囲を規定するものではない。従って、全ての範囲の疑問は、特許請求の範囲からのみ解決されなければならない。
【００１３】
図１は、本発明全体の一実施形態の側面図である。フレーム１００は、様々な関連コンポーネントを保持するための支持構造として機能する。光源１０４は、フレーム１００に取り付けられ、フォトマスク１１３およびレンズ要素１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを有するレンズ・システム１０１および最終レンズ要素１０３を介して光を投射する。光源１０４のための光源の例は、エキシマ・レーザおよび水源アーク・ランプである。レンズ・システム１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、および最終レンズ１０３は、光源１０４によって投射される光を操作するように機能する。レンズ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃのレンズのレンズ形状は、図では円形断面を有するように示すが、この形状には限定されず、球面または非球面および凹面または凸面である湾曲を有することができる。多くの場合、レンズ１０１ａ、１０１ｂ、および１０１ｃは、両凸面を有する。ウエハ１１１が、水平支持面１０２に固定され、光源１０４によって露光されて走査される。光源１０４からの光を投射するマスク１１３を用いて、ウエハ上に、指定されたパターンを印刷する。水平支持面１０２の動きは、第１の動き制御デバイス１０６によって制御され、これは、フレーム１００に対してｘ、ｙ、およびｚ方向に水平支持面１０２の動きを制御する。第１の動き制御デバイス１０６は、第１の静止表面１０８に固定されている。ウエハ１１１は、光リソグラフィ・プロセスの一部として、脱イオン水または過フッ化ポリエーテル等の液体１１２に浸漬されている。
【００１４】
図１の最終レンズ要素１０３は、１つ以上の結合点１１０で、第２の動き制御デバイス１０５に結合されている。そして、最終レンズ要素１０３は、装置が動作可能に動いている場合に、結合点１１０によって規定された軸上で枢動する。この枢動は、コンピュータ制御軸を用いた第２の動き制御デバイス１０５、適切なトルクおよび精度を有するモータ、カム、ギア・システム、ベルト・システムの制御、またはオペレータの手動制御によって達成される。周囲の気体環境は、空気、アルゴン、乾燥窒素、または他の不活性の光学的に透明な気体の１つまたは組み合わせから成るものとすることができる。
【００１５】
図２、３、４、および５は、最終レンズ要素１０３の形状の例示的な変形である。図２では、レンズ要素１０３の実施形態は、第１の湾曲表面領域２０１Ａおよび第２の湾曲表面領域２０１Ｂを有する。第１の湾曲表面領域２０１Ａおよび第２の湾曲表面領域２０１Ｂを分ける水平線は、例示的な目的のみに用いるものであり、実際の実施形態には存在しない。第１の湾曲表面領域２０１Ａの湾曲度は、第２の湾曲表面領域２０１Ｂのものよりも大きい。最終レンズ要素１０３のこの変形例において、第２の湾曲表面領域２０１Ｂは、水平支持面１０２と実質的に対向して、ウエハ１１１を有効に走査する。最終レンズ要素１０３は、結合点１１０上で枢動する。図３の第２の変形では、第１の湾曲表面２０１Ａの湾曲度は、第２の湾曲表面領域２０１Ｂのものよりも小さい。この変形例において、第２の湾曲表面領域２０１Ｂは、水平支持面１０２と実質的に対向して、ウエハ１１１を有効に走査する。図４に示す最終レンズ要素の第３の例示的な形状では、最終レンズ要素１０３の湾曲度は不変である。最終レンズ要素１０３は、結合点１１０上で枢動する。ウエハ１１１は、水平支持面１０２に固定され、プロセスの間に走査される。図５は、最終レンズ要素１０３の第４の例示的な形状である。図５では、第２の湾曲表面領域２０１Ｂは、図示のように、第１の湾曲表面領域２０１Ａよりも大幅に小さい半径を有する。
【００１６】
図６は、円柱レンズとして示す最終レンズ要素１０３、拡張コネクタ３０２、および第２の動き制御デバイス１０５を示す、図１の簡略化側面図である。拡張コネクタの例は、ねじ切りした固い軸、１つ以上のフレキシブル・コネクタ（Flexor）、または固体軸および接着物質の組み合わせを含む。最終レンズ要素１０３は、端部カバー３０１Ａおよび３０１Ｂを含み、これらによって拡張コネクタ３０２が最終レンズ要素１０３を第２の動き制御デバイス１０５に結合することが可能となる。最終レンズ要素１０３は、第２の動き制御デバイス１０５によって動きが駆動される拡張コネクタ３０２によって作成される軸上で有効に枢動する。
【００１７】
図７、８、および９は、最終レンズ要素１０３の相対的な動きを示す。図７において、最終レンズ要素１０３は、軸上で回転可能な結合点１１０に結合された第２の動き制御デバイス１０５（図６に示す）によって開始位置に置かれる。最終レンズ要素１０３を、部分的に液体１１２に浸水させ、ウエハ１１１の上に配置する。ウエハ１１１は、第１の動き制御デバイス１０６の制御のもとで、ｘ（図で水平方向）、ｙ（図の紙面に向かう方向）、およびｚ（図の垂直方向）方向に移動可能な水平支持面１０２に固定されている。点４０１Ａと４０１Ｂとの間のレンズ上に、近接レンズ表面が存在する。近接レンズ表面４０１Ａ、４０１Ｂは、ウエハの走査中にウエハに最も近い最終レンズ要素１０３上の表面の部分である。最終レンズ要素１０３が動く（例えば軸を中心に枢動する）と、近接レンズ表面４０１Ａ、４０１Ｂは最終レンズ要素１０３の表面に沿って移動することに留意すべきである。ウエハ１１１が走査され、近接レンズ表面４０１Ａ、４０１Ｂおよび水平支持面１０２の同一方向の同期した動きが起こると、最終レンズ要素１０３および／または水平支持面１０２の速度を調節して、近接レンズ表面４０１Ａ、４０１Ｂおよびウエハ１１１間の相対速度が、撮像品質を損なう空気の泡、乱流、および他の前記液体の崩壊を実質的に最小限に抑えるようになっている。
【００１８】
ウエハ１１１の走査が行われると、図７の開始から図８の走査中間まで示すように、最終レンズ要素１０３の動きは、液体１１２中を動く最終レンズ要素１０３からのエネルギ移動に伴う乱流および空気の泡が実質的に最小限に抑えられるようなものである。この走査プロセスの間、近接レンズ表面４０１Ａ、４０１Ｂおよび／または水平支持面１０２の速度を調節して、近接レンズ表面４０１Ａ、４０１Ｂおよびウエハ１１１間の相対速度を充分に小さく保って、撮像品質を損なう空気の泡、乱流、および他の前記液体の崩壊を最小限とする。また、水平支持面１０２は、ｚ方向に動いて、最終レンズ要素１０３とウエハ１１１との間の距離を変動させ、これによって、画像焦点および画像解像度を最適化することができる。第１の動き制御デバイス１０６は、オートフォーカス・デバイス（図示せず）からの信号に応答し、水平面１０２をｚ方向に移動させて、画像焦点を最適化する。ｚ方向に移動するオートフォーカス機構は、当技術分野では周知である。従って、３つの可能な調節の状況が存在する。第１の状況では、水平支持面１０２は一定の速度で動き、一方、相対的な移動において、最終レンズ要素１０３は可変角速度で動く。第２の状況では、最終レンズ要素１０３は一定の角速度で動き、水平支持面１０２は水平方向に可変速度で動く。第３の状況では、最終レンズ要素１０３および水平支持面１０２は双方とも可変速度で動き、相対的な動きが撮像品質を損なう空気の泡、乱流、他の前記液体の崩壊を充分に低減させて、それらが撮像を著しく妨げないようになっている。図９は、最終レンズ要素１０３の動きが相対的な動きの終了に近付いていることを示し、最終レンズ要素１０３は最終位置にある。相対的な動きの程度およびレンズの形状に応じて、一定の角速度および水平支持面１０２の一定の水平速度によって、充分に相対速度を小さくし、空気および乱流の形成を充分に低減させて、それらが撮像を著しく妨げないようにすることができる。
【００１９】
図１０は、最終レンズ要素１０３が、球形または円柱形であり、図４に示すような円柱の断面を有する例示的な場合である。ウエハ１１１を走査すると、最終レンズ要素１０３の近接レンズ表面４０１Ａ、４０１Ｂは距離ＸL動き、水平支持面１０２に固定したウエハ１１１は距離ＸW移動する。レンズが角速度ｄθ／ｄｔで移動すると、ウエハに最も近い最終レンズ要素１０３の近接レンズ表面４０１Ａ、４０１Ｂの速度ベクトルのｘ成分はｄｘL／ｄｔ＝ｒ1ｄθ／ｄｔである。最終レンズ要素１０３とウエハ１１１との間のこの相対的移動に伴う乱流および空気の泡を充分に低減させるため、水平支持面１０２の速度ベクトルのｘ成分ｄｘW／ｄｔを充分にｒ1ｄθ／ｄｔに近くして、撮像を著しく妨げる程度に乱流および空気の泡が形成されるのを低減しなければならない。以下の式は、簡略化のため、近接レンズ表面４０１Ａ、４０１Ｂの速度の水平成分が水平支持面１０２（この上にウエハ１１１を固定する）の水平速度に等しいことを示し、本発明は、乱流および泡を低減させるように相対速度の差を十分に小さくして、乱流および泡が撮像を著しく妨げないようにすることを考慮することは理解されよう。
【００２０】
ここで、図１１を参照して、最終レンズ要素１０３（図２および図７、８、９）の近接レンズ表面４０１Ａ、４０１Ｂの相対移動および水平支持面１０２の移動のｘ寸法の速度調整の数学的プロセスを例示する。以下の数学的プロセスは、例示の目的のために示し、同様のまたは同一の最終結果が得られる他の数学的プロセスも考えられるが、この考察は、本発明の範囲および精神に関して限定的と見なされるものではない。θは、結合点１１０（Ｏ1）を中心とした最終レンズ要素１０３の角度回転であり、時計回りの方向に移動する場合に正と規定され、このため、ｘ方向の最終レンズ要素１０３の近接レンズ表面４０１Ａ、４０１Ｂの速度を表すために用いる。Ｏ1は、第１の球形または円柱形の表面（図１０に示すが図１１に示さない）の中心であり、半径ｒ1を有する。Ｏ2は、第２の球形または円柱形の表面の中心であり、半径ｒ2を有する。
【００２１】
ｄｘL／ｄｔは、最終レンズ要素１０３上の近接レンズ表面４０１Ａ、４０１Ｂが図１１に示すようにｘ方向（水平方向）に移動する際の、ｘ方向の速度成分である。距離ｈは、中心Ｏ2の円上で、中心Ｏ1と点ｘ1、ｙ1との間に作成される半径である。ｄｘL／ｄｔは、近接レンズ表面４０１Ａ、４０１Ｂについて最初にｄｘL／ｄｔ＝ｈｄθ／ｄｔと表すことによって計算可能である。本例では、ｈは角度シータの関数であり、従って最終レンズ要素１０３が回転すると変化することに留意すべきである。
（ｈ＋ｃ1）2＋（ｃ2）2 ＝ｒ2 2、そして、ｃおよびｃについて代入すると、
（ｈ＋ｃｃｏｓθ）2 ＋（ｃｓｉｎθ）2 ＝ｒ2 2  従って、
【数１】
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ここで、ｒ2＞ｃ
【００２２】
距離ｈは、最終レンズ要素１０３の結合点１１０（すなわちＯ1は結合点１１０に結合されている）と、光線ｖ1と交差する最終レンズ要素１０３上の点（すなわち近接レンズ表面４０１Ａ、４０１Ｂ）との間のｚ方向（垂直方向）の距離を表し、これは、光源１０４からの光がウエハ１１１を露光する最終レンズ要素の浸漬部分内にある。
【００２３】
走査の一部の間、ウエハ１１１は時間ｔで距離ＸWを移動する。最終レンズ要素１０３の近接レンズ表面４０１Ａ、４０１Ｂおよびウエハ１１１は、同じ方向に、充分に小さい相対速度で動き、液体１１２内の乱流および／または泡の形成を低減または排除する。（式（２）は、「等式」として示すが、本発明は、近接表面４０１Ａ、４０１Ｂと水平支持面１０２との間の相対速度を十分に小さくして、乱流および泡が撮像を著しく妨げない程度に乱流および泡を低減させることを考慮することは理解されよう。）
【数２】
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【００２４】
先の数学的説明は、図２に示すような最終レンズ要素１０３の形状の例示的な場合を用いて計算したが、この装置および動きはこの例示的な形状に限定されない。他のレンズ形状も実施され、本発明の範囲および精神に該当する。
【００２５】
図１２は、図２に示した実施形態に従って最終レンズ要素１０３の相対移動によって形成されるｈの長さ対角度の大きさの図であり、上述の式（１）を、例示的なパラメータＲ2＝２およびＣ＝１．５で用い、θを−３０度から＋３０度まで変動させる。最終レンズ要素１０３が、図７に示すような第１の位置から図８に示すような走査中間位置まで相対移動する際、シータは小さくなり、ｈも小さくなり、近接レンズ表面４０１Ａ、４０１Ｂの水平速度は低減する。最終レンズ要素１０３が、図８に示すような走査中間位置から図９に示すような最終位置まで相対移動で移動し続けると、ｈは増大し、近接レンズ表面４０１Ａ、４０１Ｂの水平速度は比例して増大する。先に述べたように、近接レンズ表面４０１Ａ、４０１Ｂの水平速度は、角速度対シータを変化させて可変長ｈを補償することによって、一定に維持することができる。先に述べたように、最終レンズ要素１０３の角速度は一定に維持することができ、第１の動き制御デバイス１０６は、可変レートで水平支持面１０２の水平速度を制御して、近接レンズ表面４０１Ａ、４０１Ｂの可変水平速度を考慮する。本発明は、水平支持面１０２の水平速度と実質的に同じ近接レンズ表面４０１Ａ、４０１Ｂの相対速度を維持するための代替的な機構として、水平支持面１０２および最終レンズ要素１０３の角速度の双方が変動する動きを考慮に入れる。あるいは、最終レンズ要素１０３の角速度が一定であり水平支持面１０２の水平速度が一定である場合に、乱流および泡が最小であるならば、かかる一定の角速度および水平速度は、本発明の実施形態として許容可能である。
【００２６】
図１３は、光リソグラフィ・プロセスを構成する方法ステップの例である。ステップ７０１において、ｘ、ｙ、およびｚ寸法に移動可能な水平支持面上に、半導体ウエハを配置する。ステップ７０２では、ウエハを水平支持面に固定して、ウエハおよび水平支持面の水平および垂直方向の移動が同一となるようにする。ステップ７０３は、水平支持面上に液体の容器を形成することによって、液体内にウエハを浸漬することを含む。液体は、一般に、脱イオン水または過フッ化ポリエーテルである。ステップ７０４では、最終レンズ要素を液体内に下ろすこと、または、水平支持面を最終レンズ要素に向けて上げること、またはその双方によって、ウエハの上面の近くで、最終レンズ要素を液体環境に浸漬する。ウエハの上面は、走査されるウエハの表面であり、水平支持面上に置かれた場合に最終レンズ要素に対向する。ステップ７０５において、最終レンズ要素に結合された動き制御デバイスによって、最終レンズ要素を開始位置に配置する。コンピュータ・システム、適切なトルクおよび精度を有するモータまたは複数のモータ、カム・システム、ギア・システム、またはオペレータの手動制御により、最終レンズ要素の動きを制御する。
【００２７】
ステップ７０６は、水平支持面と同期して最終レンズ要素を動かすことによってウエハを走査し、これによって液体中での最終レンズ要素の動きに伴う乱流および空気の泡を実質的に低減させることを伴う。最終レンズの速度および水平支持面の速度の調節は、プロセス中に行って、ウエハと近接レンズ表面との間の相対速度が実質的に小さいことを保証する。適切な調整は、コンピュータ・システム、１つ以上の精密モータ、カム・システム、またはオペレータの手動制御によって実行可能である。
【００２８】
ステップ７０７では、ウエハの必要な走査が完了するまで、ウエハの各フィールドごとに走査プロセスを繰り返す。各フィールドを走査した後、最終レンズ要素を液体から上げて次のフィールドに再配置するか、または、液体から最終レンズ要素を除去することなく最終要素を再配置することができる。新たな各走査の開始時には、最終レンズ要素およびマスクを再び開始位置に配して、プロセスを繰り返す。ウエハ上の１つのフィールドを走査した後、最終レンズ要素は終了位置にあるが、これは、次の新たなフィールドのための反対方向の走査の開始位置でもあり得る。全ての走査が完了すると、最終レンズ要素を液体環境から取り除き、ステップ７０８において、液体の吸引または排水によって液体環境を除去する。次いで、ステップ７０９で、ウエハを解放し除去する。ステップ７１０では、布、空気圧、または液体クリーナを含むがこれらには限定されない様々な方法によって、最終レンズ要素をきれいにする。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】液浸光リソグラフィ装置の側面図である。
【図２】最終レンズ要素の変形例を示す。
【図３】最終レンズ要素の別の変形例を示す。
【図４】最終レンズ要素の別の変形例を示す。
【図５】最終レンズ要素の別の変形例を示す。
【図６】最終レンズ要素および第２の動き制御デバイスの図１に直交した簡略化側面図である。
【図７】最終レンズ要素が走査プロセス中に動く際の図である。
【図８】最終レンズ要素が走査プロセス中に動く際の図である。
【図９】最終レンズ要素が走査プロセス中に動く際の図である。
【図１０】球形の最終レンズ要素および走査中の最終レンズ要素の動きの幾何学的表現である。
【図１１】最終レンズ要素およびこの最終レンズ要素が走査中にたどる経路の幾何学的表現である。
【図１２】角度θと長さｈとの間の関係を示すスプレッドシート部分およびそのスプレッドシート部分から結果として得られるｘ−ｙプロットである。
【図１３】光リソグラフィ・プロセスのフローチャートである。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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