DE60033642T2

DE60033642T2 - Belichtungsvorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE60033642T2
Application number: DE60033642T
Authority: DE
Inventors: Tohru Yokohama-shi OGAWA; Hideo Yamato-shi HOSONO; Shinya Yokohama-shi KIKUGAWA; Yoshiaki Yokohama-shi IKUTA; Akio Masui; Noriaki Yokohama-shi SHIMODAIRA; Shuhei Yoshizawa
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2020-03-28
Also published as: EP1164629A1; EP1164629A4; DE60033642D1; KR100628015B1; US6611317B1; EP1164629B1; KR20010043714A; ATE355546T1; JP4051805B2; TW508477B; JP2000277419A; WO2000059013A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Belichtungsvorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung, besonders auf eine Belichtungsvorrichtung zur Herstellung eines Halbleiterelements, umfassend einen integrierten Schaltkreis mit einem feinen Muster mit einer Linienbreite von 100 nm oder weniger mittels eines Fluorlasers als eine Aussetzungs-Lichtquelle.
Bisher ist in photolithographischer Technologie häufig eine Belichtungsvorrichtung verwendet worden, welche ein feines Schaltungsmuster auf einen Wafer überträgt, wodurch ein Halbleiterelement, umfassend einen integrierten Schaltkreis, hergestellt wird. Zusammen mit einer hohen Integration und Funktionalität eines integrierten Schaltkreises ist die Belichtungsvorrichtung notwendig, um ein Bild eines Schaltungsmusters mit hoher Auflösung auf einem Wafer mit tiefer Fokustiefe zu erzeugen, damit ein feines Schaltungsmuster mit engerer Linienbreite gezeichnet wird, wobei derzeit Fortschritte beim Verkürzen der Wellenlänge der Aussetzungs-Lichtquelle gemacht werden. Die Aussetzungs-Lichtquelle hat sich von einer herkömmlichen g-Linie (Wellenlänge: 436 nm) oder i-Linie (Wellenlänge: 365 nm) zu einem derzeit verwendeten KrF-Excimerlaser (Wellenlänge: 248 nm) oder einem ArF-Excimerlaser (Wellenlänge: 193 nm) weiterentwickelt. Ferner wird den Erwartungen zufolge ein Fluorlaser (Wellenlänge: 157 nm) ein voraussichtlicher Kandidat für eine Lichtquelle der nächsten Generation sein, welche zum Ziehen einer noch feineren Linie mit einer Breite von 100 nm oder weniger erforderlich ist.
In einem optischen System einer Belichtungsvorrichtung, die einen KrF-Excimerlaser oder einen ArF-Excimerlaser als eine Lichtquelle einsetzt, wird ein synthetisches Quarzglas verwendet, da dieses über einen breiten Wellenlängenbereich von nahem Infrarotbereich bis zum Vakuum-UV-Bereich transparent ist und diverse hervorragende Eigenschaften, wie einen sehr kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten, hat und somit eine hervorragende Dimensionsstabilität und hohe Reinheit aufweist. Ein synthetisches Quarzglas mit einem großen OH-Gruppengehalt, das für einen KrF-Excimerlaser oder einen ArF-Excimerlaser verwendet wird, weist jedoch eine niedrige Transmission in einem Wellenlängenbereich von nicht länger als 165 nm auf, weshalb es als solches nicht für einen Fluorlaser nützlich ist, der erwartungsgemäß eine Lichtquelle der nächsten Generation ist.
Ferner sinkt die Transmission bei einem synthetischen Quarzglas, dessen OH-Gruppengehalt verringert wird, um die Transmission in einem Wellenlängenbereich von nicht länger als 165 nm zu verringern, schnell, wenn die Wellenlänge des durchfallenden Lichts kürzer als etwa 170 nm wird.
Dementsprechend ist in dem Fall, wo ein synthetisches Quarzglas als ein optisches Element in einer Belichtungsvorrichtung, die einen Fluorlaser als eine Lichtquelle einsetzt, verwendet wird, die Verbesserung der Transmission ein wichtiger Gegenstand.
Überdies wird das optische System einer Belichtungsvorrichtung durch eine Kombination vieler optischer Elemente, wie Linsen und Prismen, gebildet. Dementsprechend wird eine Verbesserung der Transmission jedes einzelnen optischen Elements eine starke Verbesserung der Transmission bewirken, wenn es als ein optisches Gesamtsystem integriert wird.
EP 0 691 312 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Kieselglases zur Verwendung mit Vakuumultraviolettlicht, umfassend die Schritte des Herstellens eines Rußvorformlings, des Erwärmens des Rußvorformlings in einer fluorhaltigen Atmosphäre, um einen fluordotierten Rußvorformling zu erhalten, des Verfestigens des fluordotierten Rußvorformlings, um ein fluordotiertes synthetisches Kieselglas zu erhalten, und des Erwärmens des fluordotierten synthetischen Kieselglases in einer Atmosphäre, enthaltend Wasserstoffgas, um ein synthetisches Kieselglas, dotiert mit Fluor- und Wasserstoffmolekülen, zu erhalten.
EP 1 031 877 A1 beschreibt eine Photomaske (R), umfassend ein Substrat, bestehend aus Fluorit (Kalziumfluorid (CaF₂)), und Schutzfilme, bestehend aus Chrom (Cr), Chromoxid (CrO), Siliciumoxid (SiO₂ oder SiO), usw.
EP 1 043 282 A1 beschreibt ein synthetisches Quarzglas zur optischen Anwendung, das durch Bestrahlung mit Licht innerhalb des Bereichs vom UV-Bereich bis zum Vakuum-UV-Bereich verwendet wird, welches Fluor enthält, ein Verhältnis der Streuungspeakintensität von 2250 cm^–1 zur Streuungspeakintensität von 800 cm^–1 von höchstens 1 × 10^–4 im Laser-Raman-Spektrum aufweist und einen Absorptionskoeffizienten von Licht mit 245 nm von höchstens 2 × 10^–3 cm^–1 aufweist.
EP 0 964 307 A2 beschreibt eine Projektionsbelichtungsvorrichtung und ein Verfahren zur Darstellung eines Retikels mit einer gemusterten Oberfläche auf einem Substrat in photolithographischen Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Geräten.
EP 0 720 969 A1 beschreibt ein Kieselglas mit einer Strukturbestimmungstemperatur von 1200 K oder weniger und einer Wasserstoffmolekülkonzentration von 1 × 10¹⁷ Molekülen/cm³ oder mehr.
Bisher ist jedoch noch kein Verfahren zur effizienten und bequemen Herstellung eines synthetischen Quarzglases, das eine verbesserte Transmission in einem Wellenlängenbereich von nicht länger als 165 nm, was der Wellenlängenbereich von Fluorlaser ist, aufweist und das auf ein optisches Element einer Belichtungsvorrichtung, die einen Fluorlaser als eine Lichtquelle einsetzt, angewendet werden kann, vorgeschlagen worden, ist aber mittlerweile ein ernst zu nehmendes Ziel im Hinblick auf die Entwicklung einer Belichtungsvorrichtung der nächsten Generation.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Belichtungsvorrichtung zur Herstellung eines Halbleiterelements, umfassend einen integrierten Schaltkreis mit einem feinen Muster mit einer Linienbreite von 100 nm oder weniger unter Verwendung eines Fluorlaserstrahls als Aussetzungs-Lichtquelle.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Belichtungsvorrichtung bereit, die einen Fluorlaser (nachstehend als „F₂-Laser" bezeichnet) als Lichtquelle einsetzt, wobei mindestens eines der optischen Elemente, die ein Aussetzungs-Lichtquellensystem, ein optisches Beleuchtungssystem, eine Photomaske und ein optisches Projektionssystem bilden, aus einem synthetischen Quarzglas für ein optisches Element hergestellt ist, und das synthetische Quarzglas für ein optisches Element einen Absorptionskoeffizienten von 0,70 cm^–1 oder weniger bei einer Wellenlänge von 157 nm und einen Infrarot-Absorptionspeak, der einer SiOH-Streckschwingung zuzuordnen ist, von etwa 3640 cm^–1 aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt weiter ein Verfahren zur Herstellung einer Belichtungsvorrichtung bereit, wobei mindestens eines der optischen Elemente, die ein Aussetzungs-Lichtquellensystem, das einen F₂-Laser als eine Lichtquelle einsetzt, ein optisches Beleuchtungssystem, eine Photomaske und ein optisches Projektionssystem bilden, aus einem synthetischen Quarzglas für ein optisches Element hergestellt ist, gekennzeichnet durch das Bestrahlen eines synthetischen Quarzglases mit einem OH-Gehalt von 50 ppm oder weniger und einem Wasserstoffmolekülgehalt von 1 × 10¹⁷ Molekülen/cm³ oder mehr mit Vakuumultraviolettlicht mit einer Wellenlänge von 180 nm oder kürzer, um die Transmission in einem Wellenlängenbereich von nicht länger als 165 nm zu verbessern, und anschließend das Installieren des verbesserten synthetischen Quarzglases in der Belichtungsvorrichtung als das synthetische Quarzglas für ein optisches Element.
Die betreffenden Erfinder haben herausgefunden, daß in einer Belichtungsvorrichtung, die einen F₂-Laser mit einer Wellenlänge von 157 nm als eine Lichtquelle einsetzt, ein optisches Element, das jedes von einem Aussetzungs-Lichtquellensystem, einem optischen Beleuchtungssystem, einer Photomaske und einem optischen Projektionssystem, die die Belichtungsvorrichtung bilden, bildet, eine hohe Transmission von F₂-Laser aufweisen muß, und daß es wirksam ist, wenn der Absorptionskoeffizient bei einer Wellenlänge von 157 nm 0,70 cm^–1 oder weniger beträgt. Besonders bevorzugt beträgt der Absorptionskoeffizient bei einer Wellenlänge von 157 nm 0,30 cm^–1 oder weniger.
Es hat sich ferner als wirksam herausgestellt, daß das optische Element einen Infrarot-Absorptionspeak, der einer SiOH-Streckschwingung zuzuordnen ist, von etwa 3640 cm^–1 aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt als eines der optischen Elemente eine Photomaske bereit, die ein synthetisches Quarzglas für ein optisches Element einsetzt, welches einen Absorptionskoeffizienten von 0,70 cm^–1 oder weniger bei einer Wellenlänge von 157 nm und einen Infrarot-Absorptionspeak, der einer SiOH-Streckschwingung zuzuordnen ist, von etwa 3640 cm^–1 aufweist.
1 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform der Belichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine graphische Darstellung, die die Ergebnisse der spektralen Transmissionsmessung vor und nach der Strahlungsbehandlung im Herstellungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
In der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der Photomaske um eine, die ein Muster gemäß einem auf einem Wafer zu bildenden Schaltungsmuster aufweist, wobei das Muster auf der Oberfläche eines transparenten Substrats gebildet ist, und sie wird für eine photolithographische Belichtungsvorrichtung (wie einen Stepper, einen Scanner usw.) verwendet und kann ebenso als Retikel bezeichnet werden. In der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei einer Photomaske oder einem Retikel, die/das ein synthetisches Quarzglas für ein optisches Element einsetzt, um eine(s), die/das ein transparentes Substrat, hergestellt aus einem synthetischen Quarzglas für ein optisches Element, und ein Muster gemäß einem auf einem Wafer zu bildenden Schaltungsmuster aufweist, gebildet auf der Oberfläche.
Die betreffenden Erfinder haben ferner herausgefunden, daß es, um die Transmission bei einer Wellenlänge von 165 nm oder kürzer eines synthetischen Quarzglases, das als ein optisches Element einer Belichtungsvorrichtung unter Verwendung eines F₂-Lasers als eine Lichtquelle verwendet wird, zu verbessern, wirksam ist, eine Strahlungsbehandlung mit Vakuumultraviolettlicht mit einer Wellenlänge von 180 nm oder kürzer auf ein synthetisches Quarzglas, dessen OH-Gehalt und Wasserstoffmolekülgehalt geregelt sind, anzuwenden.
Die Erfinder haben anschließend untersucht, welchen Einfluß der OH-Gruppengehalt und der Wasserstoffmolekülgehalt in einem synthetischen Quarzglas vor der Strahlungsbehandlung (nachstehend als ein „nicht-bestrahltes synthetisches Quarzglas" bezeichnet) auf die Transmission bei einer Wellenlänge von 165 nm oder kürzer des synthetischen Quarzglases nach der Strahlungsbehandlung haben. Im Ergebnis wurde festgestellt, daß der OH-Gruppengehalt in dem nicht-bestrahlten synthetischen Quarzglas Einfluß auf die Lichttransmission in dem Vakuum-UV-Bereich hat, so daß die Lichttransmission bei hohem OH-Gruppengehalt abnimmt, aber bei einem Gehalt von 50 ppm oder weniger kann die Transmission bei einer Wellenlänge von 165 nm oder kürzer durch Bestrahlung mit Vakuumultraviolettlicht verbessert werden, wobei ein solcher Gehalt besonders bei einem Gehalt von 30 ppm oder weniger (weiter bei einem Gehalt von 10 ppm oder weniger) zur Verbesserung der Transmission bei einer Wellenlänge von 165 nm oder kürzer wirksam ist.
Des weiteren wurde herausgefunden, daß Wasserstoffmoleküle in dem nicht-bestrahlten synthetischen Quarzglas dazu dienen, die Bildung von Defekten durch Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen zu unterdrücken und daß, wenn der Wasserstoffmolekülgehalt mindestens 1 × 10¹⁷ Moleküle/cm³ beträgt, er wirksam die Transmission bei einer Wellenlänge von 165 nm oder kürzer verbessert. Besonders wenn er mindestens 1 × 10¹⁸ Moleküle/cm³ beträgt, ist er in bezug auf die Ultraviolettstrahlungsbeständigkeit (das Wesen, durch das sich die Transmission durch Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen nicht wesentlich verringern wird) bei der Verwendung als ein synthetisches Quarzglas für ein optisches Element bevorzugt.
Des weiteren enthält in der vorliegenden Erfindung das nicht-bestrahlte synthetische Quarzglas bevorzugt im wesentlichen keine Defekte vom Reduktionstyp. In der vorliegenden Erfindung bedeuten die Defekte vom Reduktionstyp ≡Si-Si≡ und weisen eine Absorptionsbande mit einer Wellenlänge von 163 nm in der Mitte auf. Es wird angenommen, daß die innere Transmission T₁₆₃ (%/cm) bei 163 nm durch die fol gende Formel (1) dargestellt wird, worin C_OH der OH-Gruppengehalt (ppm) in dem synthetischen Quarzglas ist. T163(%/cm) ≥ exp(–0,02 COH 0,85) × 100 (1)
In der vorliegenden Erfindung bedeutet „enthält im wesentlichen keine Defekte vom Reduktionstyp", daß die Formel (1), bezogen auf die innere Transmission bei 163 nm, erfüllt ist.
Wenn jedoch Defekte vom Reduktionstyp vorliegen, wird es eine Absorptionsbande mit 163 nm in der Mitte geben, wodurch die tatsächliche Transmission (T₁₆₃) bei einer Wellenlänge von 163 nm kleiner sein wird, als der Wert auf der rechten Seite von Formel (1). Daher läßt sich durch das „Enthaltensein von im wesentlichen keinen Defekten vom Reduktionstyp" wirksam eine stärkere Transmission bei einer Wellenlänge von 165 nm oder kürzer erhalten.
Ferner kann Fluor in dem nicht-bestrahlten synthetischen Quarzglas enthalten sein. Wenn Fluor in dem nicht-bestrahlten synthetischen Quarzglas enthalten ist, ist Fluor zur Reduktion einer instabilen Struktur in dem nicht-bestrahlten synthetischen Quarzglas und zur Verbesserung der Transmission bei einer Wellenlänge von 165 nm oder kürzer wirksam. Der Fluorgehalt in dem nicht-bestrahlten synthetischen Quarzglas beträgt vorzugsweise 100 bis 2000 ppm und liegt stärker bevorzugt in einem Bereich von 100 bis 600 ppm.
Metallverunreinigungen wie Alkalimetalle, Erdalkalimetalle oder Übergansmetalle in dem nicht-bestrahlten synthetischen Quarzglas verringern nicht nur die Transmission bei einer Wellenlänge in dem Bereich vom UV-Bereich bis zum Vakuum-UV-Bereich, sondern bewirken auch eine Verringerung der Ultraviolettstrahlungsbeständigkeit, wodurch ihr Gehalt vorzugsweise so klein wie möglich ist. Speziell beträgt die Gesamtmenge an Metallverunreinigungen vorzugsweise höchstens 100 ppb, besonders bevorzugt höchstens 50 ppb.
Das Verfahren zur Herstellung des nicht-bestrahlten synthetischen Quarzglases ist nicht besonders beschränkt, solange es ein Verfahren ist, durch das der OH-Gruppengehalt und der Wasserstoffmolekülgehalt innerhalb der oben erwähnten vorgeschriebenen Bereiche liegen. Genannt werden können zum Bespiel ein direktes Verfahren, ein Rußverfahren (ein VAD-Verfahren, ein OVD-Verfahren) oder ein Plasmaverfahren. Besonders bevorzugt ist ein Rußverfahren in bezug darauf, daß die Temperatur während der Herstellung niedrig ist und der Einschluß von Verunreinigungen wie Chlor und Metallen vermieden werden kann.
Die Wellenlänge von auszustrahlendem Vakuumultraviolettlicht ist 180 nm oder kürzer, vorzugsweise 175 nm oder kürzer. Weiter kann das Vakuumultraviolettlicht Gleichlicht oder monochromatisches Licht sein.
Die Intensität des auszustrahlenden Vakuumultraviolettlichts beträgt vorzugsweise mindestens 1 mJ/cm². Um die Wirkung in einem kürzeren Zeitraum zu erhalten, sind 5 mJ/cm² oder mehr bevorzugt. Die Bestrahlungszeit wird in Abhängigkeit von der Lichtquelle geeignet festgelegt. Die Gesamtbestrahlungsenergiemenge beträgt vorzugsweise mindestens 1000 mJ/cm², besonders bevorzugt mindestens 3000 mJ/cm².
Die Atmosphäre zur Strahlungsbehandlung ist vorzugsweise eine Stickstoffatmosphäre oder einer He-Atmosphäre, da, wenn Sauerstoffmoleküle, Feuchtigkeit usw. in einer großen Menge in der Atmosphäre enthalten sind, diese gewöhnlich das Vakuumultraviolettlicht absorbieren.
Ein spezielles Beispiel für eine Vakuumultraviolettlichtquelle kann beispielsweise eine Xenon-Excimerlampe (Hauptwellenlänge: 172 nm), die Xenon als ein Medium einsetzt, oder ein F₂-Laser (Hauptwellenlänge: 157 nm), der Fluor als ein Medium einsetzt, genannt werden. In dem Fall, wo die Transmission bei einer Wellenlänge von 165 nm oder kürzer über einen breiten Bereich verbessert werden soll, ist eine Xenon-Excimerlampe bevorzugt. In bezug auf die Produktivität wird dagegen ein F₂-Laser bevorzugt.
Die Strahlungsbehandlung kann in irgendeiner Phase vor oder nach jedem Schritt während des Verfahrens zur Bildung eines optischen Elements aus dem synthetischen Quarzglas durchgeführt werden. Hierin bedeutet jeder Schritt zum Beispiel einen Erwärmungsschritt, einen Schneideschritt, einen Polierschritt oder einen Fertigstellungsschritt. Die Strahlungsbehandlung kann nach der Fertigstellung des optischen Elements durchgeführt werden. Ferner kann die Strahlungsbehandlung auch nur auf den lichtdurchlässigen Bereich (den Bereich, der der optischen Weglänge für die Transmission des Lichts entspricht) angewendet werden.
Nun wird die vorliegende Erfindung auf Basis einer Ausführungsform der Belichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, wie in 1 gezeigt, beschrieben. 1 ist allerdings eine schematische Darstellung, die ein Beispiel der Belichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt, und, wenn nicht anders angegeben, sollen die Struktur, die Anordnung usw. keinesfalls die vorliegende Erfindung einschränken. Die in der Figur gezeigte Belichtungsvorrichtung umfaßt als die wichtigen Bestandteile im wesentlichen ein Aussetzungs-Lichtquellensystem, ein optisches Beleuchtungssystem und ein optisches Projektionssystem.
In dem Aussetzungs-Lichtquellensystem wird Fluorgas in eine Laserkammer 1 eingeführt und ein F₂-Laser durch elektrische Entladung mittels einer Stromquelle 2 erzeugt. Der erzeugte F₂-Laser weist gewöhnlich eine gewisse Breite in der oszillierenden Wellenlänge auf und wird folglich einer Verengung der Bande mittels einer Bandenverengungseinheit 3 unterzogen, damit er eine vorgegebene Wellenlängenhalbwerts-Breite aufweist, und wird anschließend über ein Fenstermaterial 4 zu dem optischen Beleuchtungssystem emittiert. Zu dieser Zeit wird ein Teil des Laserstrahls, getrennt von dem F₂-Laser, mittels eines Halbspiegels 5 in einen Strahlenmonitor 6 eintreten, wobei die Wellenlänge und der Output überwacht werden.
Das optische Beleuchtungssystem ist ein optisches System, umfassend Kondensorlinsen 7a und 7b und eine Fliegenaugenlinse (fly eye lens) (nicht gezeigt) usw. Der F₂-Laser aus dem Aussetzungs-Lichtquellensystem bildet eine zweite Lichtquellenseite 8, die ein Bild der Lichtquelle ist, zwischen den Kondensorlinsen 7a und 7b und bildet überdies parallele Strahlen zur gleichmäßigen Ausleuchtung eines Retikels 9, das durch ein Retikeljustiersystem gehalten wird.
Auf der Oberfläche der Lichtaustrittsseite des Retikels 9 wird ein Retikelmuster bei einer vorgegebenen Vergrößerung in Abhängigkeit von einem auf einem Wafer zu bildenden Schaltungsmuster gebildet. Der durch das Retikel 9 geführte F₂-Laser tritt in das optische Projektionssystem ein.
Das optische Projektionssystem ist ein optisches System, umfassend z. B. eine Linse zur Verkleinerung der Projektion 10 und eine Blende 11, gebildet durch eine Kombination zahlreicher optischer Elemente. In dem optischen Projektionssystem wird ein Fourier-Transformationsbild des Retikelmusters auf einer Pupillenebene der Blende 11 gebildet. Des weiteren wird der Fourier-Transformationsbildwiedergeber auf einem Wafer 12 gebildet, der durch eine Waferjustiervorrichtung an einer vorgegebenen Position angeordnet wird, wie eine XY-θ-Stufe an der Position einer Bildoberfläche, wodurch ein Schaltungsmuster belichtet wird.
1 ist eine Figur, die die Konstruktion der Belichtungsvorrichtung schematisch zeigt, wobei jedes optische System durch eine Kombination von optischen Elementen, umfassend eine Gruppe aus einer Vielzahl von Linsen, angeordnet an vorgegebenen Positionen, gebildet wird. Zum Beispiel wird das optische Beleuchtungssystem durch eine Kombination aus optischen Elementen, umfassend eine Vielzahl von Linsen, wie Fliegenaugenlinsen ohne Beschränkung auf Kondensorlinsen (7a und 7b, in 1 gezeigt), gebildet.
Ferner wird das optische Projektionssystem ebenso durch eine Kombination von z. B. einer Gruppe von Linsen mit positiven Brechkräften und einer Gruppe von Linsen mit negativen Brechkräften gebildet, um eine chromatische Abweichung auszugleichen.
Die Belichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist eine, bei der mindestens eines der optischen Elemente, die ein solches Aussetzungs-Lichtquellensystem, ein optisches Beleuchtungssystem, ein Retikel und ein optisches Projektionssystem bil den, aus dem oben erwähnten synthetischen Quarzglas für ein optisches Element hergestellt ist. Das heißt, sie ist eine, bei der mindestens eines von einer Bandenverengungseinheit (Etalon), einem Halbspiegel und einem Fenstermaterial, die das Aussetzungs-Lichtquellensystem bilden; unterschiedliche Linsen, wie Kondensorlinsen, die das optische Beleuchtungssystem bilden; und optische Elementen, wie eine Gruppe von Linsen mit positiven Brechkräften, eine Gruppe von Linsen mit negativen Brechkräften usw., die das optische Projektionssystem bilden, und ein Retikel aus dem obigen synthetischen Quarzglas für ein optisches Element hergestellt ist. In der Belichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung können alle optischen Elemente aus dem obigen synthetischen Quarzglas für ein optisches Element hergestellt sein, oder es kann nur ein Teil davon aus dem obigen synthetischen Quarzglas für ein optisches Element gebildet sein. Als ein Material für andere optische Elemente kann zum Beispiel Fluorit genannt werden.
In der Belichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es besonders bevorzugt, solche optischen Elemente als eine Bandenverengungseinheit (Etalon), einen Halbspiegel und ein Fenstermaterial in dem Aussetzungs-Lichtquellensystem, eine Linse, angeordnet an einer Position, an der die Intensität des durchgelassenen Laserstrahls in dem optischen Beleuchtungssystem höchstens 0,10 mJ/cm² beträgt, und eine Linse, angeordnet an einer Position, an der die Intensität des durchgelassenen Laserstrahls in dem optischen Projektionssystem höchstens 0,05 mJ/cm² beträgt, aus dem obigen synthetischen Quarzglas für ein optisches Element zu bilden.
Ferner nimmt dann, wenn die optischen Elemente aus dem obigen synthetischen Quarzglas für ein optisches Element aufgebaut sind, die Baufreiheit gegenüber dem Fall, wo ein Kristallmaterial wie Fluorit verwendet wird, zu.
Des weiteren ist es in bezug auf die Produktivität und die Kosten sehr vorteilhaft, eine Photomaske (wie ein Retikel) aus dem obigen synthetischen Quarzglas für ein optisches Element zu bilden, da jeder Herstellungsschritt zur Herstellung eines Retikels im wesentlichen der gleiche ist wie der Herstellungsschritt für ein übliches Retikel für einen ArF-Laser oder einen KrF-Laser.
Das Halbleiterelement, erhältlich mittels der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung, wird ein feines Muster mit einer Linienbreite von 100 nm oder enger aufweisen und wird befähigt sein, einen DRAM mit einer Speicherzelle von mindestens 1-GBit zu bilden.
Nun wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Beispiele ausführlicher beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch keinesfalls auf diese Beispiele beschränkt.
Herstellungsbeispiel 1
Feine Quarzglasteilchen, gebildet durch Wärmehydrolyse in einer SiCl₄-Knallgasflamme, wurden durch ein bekanntes Rußverfahren auf einem Substrat abgeschieden, um einen porösen Quarzglaskörper mit einem Durchmesser von 35 cm und einer Länge von 100 cm herzustellen. Der erhaltene poröse Quarzglaskörper wurde in einen Elektroofen gegeben, der befähigt war, die Atmosphäre zu kontrollieren, und der Druck wurde auf 10 Torr bei Raumtemperatur reduziert und für 1 Stunde gehalten, woraufhin ein gemischtes Gas aus He/SiF₄ = 99/1 (Volumenverhältnis) eingeführt wurde, bis der Druck Normaldruck erlangte. In dieser Atmosphäre wurde eine Fluordotierung unter Halten des Systems bei Normaldruck und Raumtemperatur durchgeführt. Dann wurde die Temperatur auf 1450 °C in einer Atmosphäre aus 100 % He erhöht, und das System wurde für 5 Stunden bei dieser Temperatur gehalten, um einen fluorhaltigen transparenten Glaskörper zu erhalten.
Aus dem erhaltenen transparenten Quarzglaskörper wurde ein scheibenförmiger Block von 100 ø × 30 mm herausgeschnitten. Der Block wurde zur Wasserstoffdotierungsbehandlung für 250 Stunden in einer 100%igen Wasserstoffatmosphäre unter 10 atm bei 500 °C gehalten, um ein nicht-bestrahltes synthetisches Quarzglas zu erhalten. Der OH-Gruppegehalt und der Wasserstoffmolekülgehalt des erhaltenen synthetischen Quarzglases betrug 4,8 ppm beziehungsweise 17,4 × 10¹⁷ Moleküle/cm³. Ferner wurde mittels der oben erwähnten Formel (1) die Gegenwart oder Abwesenheit von Defekten vom Reduktionstyp beurteilt, wobei es sich erwies, daß im wesentlichen keine Defekte vom Reduktionstyp enthalten waren.
Überdies wurden beide Seiten des scheibenförmigen synthetischen Quarzglases einer optischen Polierung unterzogen, und dann wurde eine Strahlungsbehandlung für 650 Stunden unter einer Stickstoffatmosphäre durch eine Xenon-Excimerlampe (Hauptwellenlänge: 172 nm) (Gesamtbestrahlungsenergiemenge: etwa 13000 J/cm²) angewendet, um ein synthetisches Quarzglas für ein optisches Element zu erhalten.
Zu der Zeit wurden der Absorptionskoeffizient für Ultraviolettlicht bei einer Wellenlänge von 157 nm („der Absorptionskoeffizient für Ultraviolettlicht bei einer Wellenlänge von 157 nm" wird nachstehend einfach als „der Absorptionskoeffizient bei 157 nm" bezeichnet) des synthetischen Quarzglases vor und nach der Bestrahlungsbehandlung und die Position (cm^–1) des Infrarot-Absorptionspeaks, der einer SiOH-Streckschwingung zuzuordnen ist („der Infrarot-Absorptionspeak, der einer SiOH-Streckschwingung zuzuordnen ist", wird nachstehend einfach als der SiOH-Absorptionspeak bezeichnet), des synthetischen Quarzglases nach der Bestrahlung gemessen.
Herstellungsbeispiel 2
In gleicher Weise wie in Herstellungsbeispiel 1 wurde ein nicht-bestrahltes synthetisches Quarzglas, das einen OH-Gruppengehalt von 19 ppm und einen Wasserstoffmolekülgehalt von 10,3 × 10¹⁷ Molekülen/cm³ aufwies und das im wesentlichen keine Defekte vom Reduktionstyp aufwies, hergestellt und mit einem F₂-Laser in Stickstoffatmosphäre bestrahlt, um ein synthetisches Quarzglas für ein optisches Element zu erhalten. Die Bestrahlungsbedingungen waren 10 mJ/cm² × 40 Hz × 150 min. Zu der Zeit wurden der Absorptionskoeffizient bei einer Wellenlänge von 157 nm des synthetischen Quarzglases vor und nach der Bestrahlungsbehandlung und die Position (cm^–1) des SiOH-Absorptionspeaks des synthetischen Quarzglases nach der Bestrahlung gemessen.
Herstellungsbeispiel 3
In gleicher Weise wie in Herstellungsbeispiel 1 wurde ein nicht-bestrahltes synthetisches Quarzglas, das einen OH-Gruppengehalt von 31 ppm und einen Wasserstoffmolekülgehalt von 2,1 × 10¹⁷ Molekülen/cm³ aufwies und das im wesentlichen keine Defekte vom Reduktionstyp aufwies, hergestellt, und eine Bestrahlungsbehandlung wurde für 650 Stunden in Stickstoffatmosphäre durch eine Excimerlampe mittels Xenon als Medium (Gesamtbestrahlungsenergiemenge: etwa 13000 J/cm²) durchgeführt, um ein synthetisches Quarzglas für ein optisches Element zu erhalten. Zu der Zeit wurden der Absorptionskoeffizient bei einer Wellenlänge von 157 nm des synthetischen Quarzglases vor und nach der Bestrahlungsbehandlung und die Position (cm^–1) des SiOH-Absorptionspeaks des synthetischen Quarzglases nach der Bestrahlung gemessen.
Auswertungsverfahren
Aus dem Mittelteil des erhaltenen Blocks des synthetischen Quarzglases für ein optisches Element wurde zur Auswertung eine Probe von 30 ø × 10 mm herausgeschnitten und poliert. Anschließend wurden der Wasserstoffmolekülgehalt, der OH-Gruppengehalt, der SiOH-Absorptionspeak und der Absorptionskoeffizient bei 157 nm durch die folgenden Verfahren erhalten.
Wasserstoffmolekülgehalt
Es wurde eine Raman-Spektroskopie durchgeführt, und der Wasserstoffmolekülgehalt (Moleküle/cm³) wurde aus dem Intensitätsverhältnis (= I₄₁₃₅/I₈₀₀) der Intensität I₄₁₃₅, nachgewiesen durch den Streuungspeak bei 4135 cm^–1 des Laser-Raman-Spektrums zu der Intensität I₈₀₀ des Streuungspeaks bei 800 cm^–1, was die Grundschwingung zwischen Silicium und Sauerstoff darstellt, erhalten (V.S. Khotimchenko et al., Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, 46(6), 987-997 (1986)).
OH-Gruppengehalt und Si-OH-Absorptionspeak
Wenn ein gewöhnliches synthetisches Quarzglas OH-Gruppen enthält, wird in dem Transmissionsspektrum durch die Infrarot-Spektroskopie ein Peak bei 3673 cm^–1 auftreten. Durch die Absorption dieses Peaks wurde die wesentliche Peakhöhe (H) erhalten, und ferner wurde die Dicke (L, Einheit: cm) des synthetischen Quarzglases, durch das Infrarotlicht während der Messung drang, erhalten, woraufhin der OH-Gruppengehalt durch die folgende Formel erhalten wurde. OH-Gruppengehalt (ppm) = 95 × H/L
Diese Technik wird β-OH genannt und wird allgemein verwendet, um den OH-Gruppengehalt in Glas zu erhalten (zum Beispiel J. P. Williams et al., Ceram. Bull., 55(5), 524 (1976)).
Absorptionskoeffizient bei 157 nm
Unter Verwendung eines Vakuumultraviolettspektrophotometers wurden die Transmissionen bei 157 nm einer Probe mit einer Dicke von 10 mm und einer Probe mit einer Dicke von 2 mm gemessen, und aus diesen Transmissionen wurde der Absorptionskoeffizient bei 157 nm berechnet. Je kleiner der Wert des Absorptionskoeffizienten bei 157 nm war, desto stärker war die Transmission. Die Ergebnisse der Spektrumtransmissionsmessungen vor und nach der Vakuumultraviolettlicht-Bestrahlungsbehandlung in Herstellungsbeispiel 3 sind in 1 gezeigt.
Tabelle 1
Arbeitsbeispiel
Unter Verwendung eines synthetischen Quarzglases, erhalten in den Herstellungsbeispielen 1 bis 3, wurden Retikel (6 Inch² × 1/4 Inch dick) hergestellt. Anschließend wurden die Retikel mit einem belichteten Muster gebildet, das in die Belichtungsvorrichtung, von der ein schematischer Aufbau in 1 gezeigt ist, eingebracht wurde. Unter Verwendung dieser Belichtungsvorrichtung und eines F₂-Laserstrahls mit einer Energie von 5 W als eine Aussetzungs-Lichtquelle wurde das auf dem Retikel gebildete Aussetzungs-Lichtquellenmuster verringert und auf einen Wafer, der auf einer Waferjustiervorrichtung gehalten wurde und dessen Oberfläche mit einem Resist in einer Dicke von 0,5 μm beschichtet war, projiziert, und die Belichtung wurde durchgeführt. Zu der Zeit betrug die Energiedichte des Laserstrahls an dem Retikel 0,01 mJ/cm². Ferner betrug die Energiedichte auf der Waferoberfläche 0,15 mJ/cm².
Der erhaltene belichtete Wafer wurde durch ein bekanntes Verfahren entwickelt, und in bezug auf das gebildete Schaltungsmuster wurden Linienbreite und Reproduzierbarkeit der Linienbreite bewertet, wobei die Linienbreite nicht mehr als 100 nm betrug und die Reproduzierbarkeit der Linienbreite gut war.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Belichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist befähigt, ein Halbleiterelement, umfassend einen integrierten Schaltkreis mit einem feinen Muster mit einer Linienbreite von nicht mehr als 100 nm, unter Verwendung eines F₂-Laserstrahls als eine Aussetzungs-Lichtquelle herzustellen.

Claims

Belichtungsvorrichtung, die einen Fluorlaser als eine Lichtquelle einsetzt, wobei mindestens eines von optischen Elementen, die ein Aussetzungs-Lichtquellensystem (1, 2, 3, 4, 5, 6), ein optisches Beleuchtungssystem (7a, 7b, 8), eine Photomaske (9) und ein optisches Projektionssystem (10, 11, 12) bilden, aus einem synthetischen Quarzglas für ein optisches Element hergestellt ist, und das synthetische Quarzglas für ein optisches Element einen Absorptionskoeffizienten von 0,70 cm^–1 oder weniger bei einer Wellenlänge von 157 nm und einen Infrarot-Absorptionspeak, der einer SiOH-Streckschwingung zuzuordnen ist, von etwa 3640 cm^–1 aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Belichtungsvorrichtung, wobei mindestens eines von optischen Elementen, die ein Aussetzungs-Lichtquellensystem (1, 2, 3, 4, 5, 6), das einen Fluorlaser als eine Lichtquelle einsetzt, ein optisches Beleuchtungssystem (7a, 7b, 8), eine Photomaske (9) und ein optisches Projektionssystem (10, 11, 12) bilden, aus einem synthetischen Quarzglas für ein optisches Element hergestellt ist, gekennzeichnet durch das Bestrahlen eines synthetischen Quarzglases mit einem OH-Gehalt von 50 ppm oder weniger und einem Wasserstoffmolekülgehalt von 1 × 10¹⁷ Molekülen/cm³ oder mehr mit Vakuumultraviolettlicht mit einer Wellenlänge von 180 nm oder kürzer, um die Transmission in einem Wellenlängenbereich von nicht länger als 165 nm zu verbessern, und anschließend das Installieren des verbesserten synthetischen Quarzglases in der Belichtungsvorrichtung als das synthetische Quarzglas für ein optisches Element.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Vakuumultraviolettlicht mit einer Wellenlänge von 180 nm oder kürzer eine Xenon-Excimerlampe (Hauptwellenlänge: 172 nm) ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Vakuumultraviolettlicht mit einer Wellenlänge von 180 nm oder kürzer ein Fluorlaser (Hauptwellenlänge: 157 nm) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei ein synthetisches Quarzglas, das im Wesentlichen keine Defekte vom Reduktionsstyp enthält, als das synthetische Quarzglas vor der Bestrahlung mit dem Vakuumultraviolettlicht mit einer Wellenlänge von 180 nm oder kürzer verwendet wird.