JP3976083B2 - 回路パターン露光用光学系 - Google Patents
回路パターン露光用光学系 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3976083B2 JP3976083B2 JP09023297A JP9023297A JP3976083B2 JP 3976083 B2 JP3976083 B2 JP 3976083B2 JP 09023297 A JP09023297 A JP 09023297A JP 9023297 A JP9023297 A JP 9023297A JP 3976083 B2 JP3976083 B2 JP 3976083B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- optical system
- quartz glass
- optical body
- transmittance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70058—Mask illumination systems
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
- G03F7/7055—Exposure light control in all parts of the microlithographic apparatus, e.g. pulse length control or light interruption
- G03F7/70575—Wavelength control, e.g. control of bandwidth, multiple wavelength, selection of wavelength or matching of optical components to wavelength
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Lenses (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は６４Ｍから２５６Ｍをにらんだ集積回路製造用露光装置に使用される露光光学系に係り、特に約１９０〜２５０ｎｍの短波長エキシマレーザ、より好ましくは狭帯化したＡｒＦ紫外レーザ光により照明された回路パターンを被露光体上に露光せしめる回路パターン露光用光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光を用いてマスク上のパターンをウエーハ上に転写する光リソグラフィ技術は電子線やΧ線を用いる他の技術に比較してコスト面で優れている事から集積回路を製造する為の露光装置として広く用いられている。
従来かかる光リソグラフィ技術を利用した露光装置には光源に高圧水銀ランプから発する波長３６５ｎｍのｉ線を用いて線幅０．５〜０．４μｍのパターン形成が露光装置が開発されているが、かかる露光装置は１６Ｍビット−ＤＲＡＭ以下の集積回路に対応するものである。
一方次世代の６４Ｍビット〜２５６Ｍビットでは０．２５〜０．３５μｍの結像性能を、更には１Ｇビットでは０．１３〜０．２０μｍの解像性能を必要とするが、０．３５μｍという解像性能はｉ線の波長を上回るもので、光源としてＫｒＦ光が用いられる。そして更に０．２０μｍを切る領域ではＫｒＦ光に代ってＡｒＦ光、特にＡｒＦエキシマレーザが使用される。
【０００３】
しかしながらＡｒＦエキシマレーザを用いた光リソグラフィ技術には種々の課題があり、その一つが投影光学系を構成するレンズ、ミラーやプリズムを形成するための光学材料の問題である。
即ちＡｒＦの１９３ｎｍ波長で透過率のよい光学材料は実質的に石英ガラス、特に高純度の合成石英ガラスに限定されるが、ＡｒＦ光は石英ガラスに与えるダメージがＫｒＦ光に比べて１０倍以上大きい。
【０００４】
さて、石英ガラスのエキシマレーザ照射に対する耐性は、本出願人の出願にかかる特願平１−１４５２２６号に示されるように含有される水素濃度に依存する。
このため従来のＫｒＦエキシマレーザを光源とする露光装置では光学系を構成する石英ガラスはその含有する水素濃度が５×１０16分子／ｃｍ3 以上あれば、十分な耐性を確保することが出来たと前記出願に記載されている。
しかしながらＡｒＦレーザ光が石英ガラスに与える影響は前記したようにＫｒＦに比べて甚大であるために、ＡｒＦレーザ光によって合成石英ガラスに引き起こされるダメージの程度（透過率の変化及び屈折率の変化）を調べてみると、必要とされる水素分子濃度はＫｒＦレーザ光に比べて場合によっては１００〜１０００倍以上も高濃度、具体的には５×１０18分子／ｃｍ3 以上の水素分子濃度が必要である事が判明した。
【０００５】
合成石英ガラスに水素分子を含ませる方法は２つあるが、まず製造時の雰囲気を調整して常圧で合成石英ガラスに水素分子を含ませる場合、含ませうる水素分子濃度は最高で５×１０18分子／ｃｍ3 程度までである。またもう１つの方法として水素雰囲気での加圧熱処理により水素分子を石英ガラス中にドープする場合でも、高圧ガス取締法の対象とならない上限の１０気圧／ｃｍ2 の水素処理において導入される水素分子濃度はやはり５×１０18分子／ｃｍ3 が上限である。
【０００６】
このため石英ガラス中に５×１０18分子／ｃｍ3 以上の水素分子を含ませようとする場合には、１０気圧より遥かに高い例えば１００気圧以上の高圧水素圧力で且つ１０００℃以上の温度で熱処理を行う事が必要となる。（特開平４−１６４８３３号他）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら１００気圧以上の高圧水素圧力で且つ１０００℃以上の温度で加熱処理することは石英ガラスに新たな欠陥を誘起するために、熱処理温度は２００〜８００℃の範囲で行う事が好ましいが（特開平６−１６６５２８号）、この温度領域で水素熱処理により石英ガラス光学体に５×１０18分子／ｃｍ3 以上の多量の水素分子を導入する場合、水素分子の拡散速度があまり大きくないので大きな光学体においては処理に非常に時間がかかるという欠点を有するうえに、高圧雰囲気で熱処理を行う事は石英ガラス光学体の屈折率の均質性が低下し、また歪みが導入されるという問題点も有している。
従って高圧熱処理を行った場合においても再度の調整のための熱処理が必要で、このため５×１０18分子／ｃｍ3 以上水素分子を含有しかつ露光装置の光学系を構成するに足りる屈折率の均質性、低歪み等の光学特性を兼ね備えた石英ガラスは工業的には極めて複雑で長時間の処理を経た非常に高価なものとなってしまう。
【０００８】
又５×１０18分子／ｃｍ3 以上水素分子を含有しかつ屈折率の均質性、低歪み等の光学特性を兼ね備えた石英ガラスが提供できたにしても、ＡｒＦエキシマレーザ光はＫｒＦに比べて石英ガラスに与えるダメージが１０倍程度大きい為に、そのダメージにより石英ガラスの屈折率変化をもたらす体積収縮（compaction）が経年的に生じるのを避けられない。
【０００９】
本発明は、狭帯化した短波長紫外レーザ光、特にＡｒＦエキシマレーザを照明した場合においても、耐久性や光透過性等の品質を劣化させる事なく、光学系全体として低コストで製造容易に構成することのできる露光光学系を提供する事を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、次の点に着目したものである。
前記したようにＡｒＦエキシマレーザが照明される露光光学系の耐久性の向上を図るために５×１０18分子／ｃｍ3 以上の水素分子を含有することは工業的には極めて複雑で長時間の処理を必要とし製造困難であるとともに非常に高価になってしまう。
そこで本発明は合成石英ガラスと蛍石の組み合わせにより前記光学系を構成したことを要旨とする。
【００１１】
このような露光光学系に合成石英ガラスと蛍石とを組み合わせた技術は、特開平８−７８３１９号（第一従来技術）にも開示されているが、その技術思想が全く異なり異質な発明である。
【００１２】
すなわち前記第一従来技術は、前記光学系を正のパワーを有する回析光学素子と負のパワーを有する石英レンズと正のパワーを有する蛍石レンズとで構成したものであるが、かかる技術は色収差を補正するために前記構造を取るもので、本従来技術においては、前記パワーの回析光学素子と屈折レンズである石英レンズや蛍石レンズを組み合わせて用いる事で、互いに異なる分散をもつ光学素子を利用して色収差の補正を行うものであり、特にこれらを組み合わせて、色収差の二次スペクトルの小さい結像特性を有する光学系を実現し、これによりレンズの曲率半径を大きくでき、光学設計上は大ＮＡ化、大フィールド化等の仕様向上の余裕が生れるのみならず、製造上も偏心公差が緩くなり、製造容易性を高めるものである。
従って前記従来技術においては設計上及び製造上の問題より負のパワーを有する石英レンズと正のパワーを有する蛍石レンズを組み合わせたもので、本発明のように高出力レーザ照射による耐レーザ劣化を防止する事を目的とするもので、従って本発明と従来技術は、前記目的の相違に起因してその構成も異なる。
【００１３】
すなわち本発明は耐レーザ性を向上するために、請求項１記載の発明は、
約１９０〜２５０ｎｍの短波長エキシマレーザにより照明された回路パターンを被露光体上に露光せしめる回路パターン露光用光学系において、前記光学系を構成するレンズ、ミラー、プリズム等の光学体を適切な濃度の水素を含有する合成石英ガラス製光学体と単結晶蛍石の組み合わせで構成するとともに、該光学体を透過するＡｒＦエキシマレーザ光の１パルス当たりのエネルギー密度をε（ｍＪ／ｃｍ2 ）として、
ε≦０．１ｍＪ／ｃｍ2 の範囲に位置する光学体においては、
水素分子濃度ＣH2分子／ｃｍ3 が１×１０17≦ＣH2≦５×１０18、屈折率の均質性Δｎが２×１０-6／１ｃｍ以下で且つ複屈折量が１ｎｍ／ｃｍ以下で更にＡｒＦレーザの波長である１９３ｎｍにおける透過率が９９．５％以上である第１の合成石英ガラス光学体で、
ε：０．１≦ε≦０．４ｍＪ／ｃｍ2 の範囲に位置する光学体においては、
水素分子濃度ＣH2を５×１０17≦ＣH2≦５×１０18分子／ｃｍ3 、屈折率の均質性Δｎが２×１０-6／１ｃｍ以下で且つ複屈折量が１ｎｍ／ｃｍ以下で更にＡｒＦレーザの波長である１９３ｎｍにおける透過率が９９．５％以上である第２の合成石英ガラス光学体で、
ε≧０．４ｍＪ／ｃｍ2 の範囲に位置する光学体においては、
屈折率分布（Δｎ）は≦３×１０-6、複屈折量は≦２．０ｎｍ／ｃｍ、ＡｒＦレーザの波長である１９３ｎｍにおける透過率が９９．８％以上に維持してなる単結晶蛍石光学体を用いて構成し、
光学系全体としての平均透過率、略９８．０％／ｃｍ以上を達成させた事を特徴とするものである。
【００１５】
すなわち本発明は、レーザの高エネルギレベル領域においては、石英ガラス光学体を用いる代わりにレーザの透過率変化に対する耐性を有する蛍石、特に単結晶蛍石を用い、compactionが全く生じない光学体を用いるも、蛍石においてもリソグラフィに用いる大口径のものについては屈折率の均質性や低い複屈折率といった光学特性を達成するのは著しく困難である。
そこでレーザの低エネルギレベル領域においては常圧でドープ可能で且つ高均質性の合成石英ガラスを用いる事により光学系全体としての耐透過率性と高均質性を維持できる。
【００１６】
尚、 エキシマレーザ光は一般に発振波長に幅を持っており、通常のレーザ光を用い、構成レンズ部材が石英のみの単色レンズ系では発振波長幅を狭帯化しないと、色収差が生じてしまう。そこで本発明は前提条件で狭帯化したＡｒＦエキシマレーザを用いる事も特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１は本発明に適用されるＡｒＦエキシマレーザを用いたリソグラフィ露光装置の概略構成図（基本構成はNo.182・O plus E,特集リソグラフィ技術の最先端１）光リソグラフィにおける光解像技術参照）で、１はＡｒＦエキシマレーザ光源、２はウエーハ面上において回析光の干渉のないパターン像を形成するための変形照明手段で、中心部が遮光面となる例えば四重極照明若しくは輪帯照明光源状の形状を有す。
【００１８】
３は前記光源より照射されたＡｒＦエキシマレーザ光をレチクルに導く為のコンデンサレンズ、４はマスク（レチクル）、５は投影光学系で、例えば屈折力が正のレンズ群と、屈折力が負のレンズ群を組合せて光の狭帯域化を図りつつ、前記光学系中に瞳面を形成し、解像力の向上を図っている。６はウエーハステージ７上に載置されたウエーハで、前記レチクル４に形成したマスクパターンが前記投影光学系を介してウエーハ６上に結像描画される。
【００１９】
かかる装置において、前記ＡｒＦエキシマレーザ光源は、公知の様にレーザの共振器内にプリズム、回析格子、エタロンなどの波長選択素子を配置する事により、１．０〜１．５ｐｍスペクトル幅をもつ狭帯化エキシマレーザを得る事が出来る。（Optical and Quantum Electronics Vol.25(1993）p.293〜 310参照）
【００２０】
投影光学系５にはウエーハ面にパターン光を結像させるために、ウエーハ面と最近接位置に配置した集光レンズ群５ｂと、瞳面近傍に配置したレンズ群５ａが存在するが、瞳面には光源の像である二次光源が形成される。従って瞳面に光源像が離散的に表われると、そこにエネルギーが集中し、ウエーハ側とともに光学系の破損要因となる。
一方レチクル側はウエーハ側に比べ結像倍率の２乗でエネルギー密度が小さくなる為厳しい条件とはならない。
【００２１】
本実施形態はかかる点に着目したのであり、
即ち、具体的に説明すると、ＡｒＦエキシマレーザの瞳面の大きさは参考文献によるとφ３０〜φ５０ｍｍ程度であり、この面積に対して何倍かという基準でエネルギー密度を決める事が合理的である。
例えばレチクル感度２０〜５０ｍＪとし、これを２０〜３０パルスのレーザ照射で露光するとすると、瞳面上のパルス当たりのエネルギー密度は ０．６〜１．７ｍＪ／ｃｍ2 、正確には露光面と瞳面ではエネルギー密度は異なり、ウエーハ面の方が僅かに大きいと仮定した場合ででも前記ウエーハ面に最も近接された位置に配置されたウエーハ側レンズ群のエネルギー密度はその７５〜９０％程度の０．４〜１．５ｍＪ／ｃｍ2 程度であると推定される。又瞳面はこれより僅かに低いものと思料される。
【００２２】
一方、解像力の向上を図るために、屈折力が正のレンズ群と、屈折力が負のレンズ群を組合せて前記投影光学系を構成するが（例えば前記従来技術や特開平３−３４３０８号参照）、この場合夫々のレンズ群は収差を極力排除する必要があり、このような場合実際の夫々のレンズ群の縮小若しくは拡大する倍率はある程度抑えて設定するのがよく、してみると前記ウエーハ側若しくは瞳面最近接位置より次段のレンズ群のエネルギー密度は０．４〜１．５ｍＪ／ｃｍ2 の１／３程度、具体的には０．１〜０．４ｍＪ／ｃｍ2 程度であると推定される。
その他のほとんどのレンズ群（光源側レンズも含めて）は１パルス当たりのエネルギー密度ε≦０．１ｍＪ／ｃｍ2 である。
従ってウエーハ側レンズ群のうち１パルス当たりのエネルギー密度がε≦０．１ｍＪ／ｃｍ2 であるレンズ群においては、耐久性より光学的均質性を重視することにより、光学系全体としての解像度の向上が図れる。
【００２３】
そこで、本実施形態においてはε：≦０．１ｍＪ／ｃｍ2 の光源側光学体を構成する合成石英ガラスの場合は、水素分子濃度ＣH2を１×１０17≦ＣH2≦５×１０18分子／ｃｍ3 に低く設定するも、屈折率分布（Δｎ）は≦１×１０-6、複屈折量は≦１．００ｎｍ／ｃｍと高品質に維持するもＡｒＦレーザの波長である１９３ｎｍにおける透過率は９９．５％以上と緩やかに設定させている。
【００２４】
また、瞳面周辺やウエーハに最も近接するウエーハ側レンズ群において、１パルス当たりのエネルギー密度が０．４≦ε（ｍＪ／ｃｍ2 ）であるレンズ群においては、耐久性を重視することにより、光学系全体としての耐久性の向上が図れる。
そこで、本実施形態においてはε：０．４≦εの光学体の場合は単結晶蛍石製のレンズを用い、屈折率分布（Δｎ）は≦３×１０-6、複屈折量は≦２．０ｎｍ／ｃｍと緩やかに設定し、製造の容易化を図るも、光透過率については、ＡｒＦレーザの波長である１９３ｎｍにおける透過率は９９．８％以上に維持させている。
【００２５】
更に前記受光エネルギーが高密度レンズ等の次段に位置するレンズ等の光学体は前記両者の中間を取り、ε：０．１≦ε≦０．４ｍＪ／ｃｍ2 の範囲に位置する光学体の場合は、水素分子濃度ＣH2を５×１０17≦ＣH2≦５×１０18分子／ｃｍ3 に、又屈折率分布（Δｎ）は≦２×１０-6、複屈折量は≦１．０ｎｍ／ｃｍ、ＡｒＦレーザの波長である１９３ｎｍにおける透過率は９９．５％以上と僅かに緩やかに設定し、製造の容易化を図る。
そして、好ましくは０．４≦ε≦１．５ｍＪ／ｃｍ2 の光学体の光路長さの合計は、光学系全体の光路長の２５％以下で、前記０．１≦ε≦０．４（ｍＪ／ｃｍ2 ）の光学体の光路長の合計が光学系の光路長全体の２５％以下になるように光学系を組合せ配置することにより後記実施例に示すように、耐久性を維持しつつ光学系全体として高透過率を達成させることが出来る。
【００２６】
さて前記投影光学系を構成するレンズ材を考えるとき、レンズ等の径がいくらの時、劣化の程度が激しいかという事を決めなければならないが、前記した参考文献によるとＡｒＦエキシマレーザの瞳面の大きさはφ３０〜φ５０ｍｍ程度であり、この面積に対して何倍かという基準で決める事が合理的である。
即ち、瞳面やウエーハ面に近接する位置で前記した０．４≦ε（ｍＪ／ｃｍ2 ）、より具体的には０．４≦ε≦１．５（ｍＪ／ｃｍ2 ）のエネルギー密度のＡｒＦエキシマレーザを受光するレンズ径は使用面積を８０％とすると瞳面の最大値がφ５０ｍｍであることを考慮すると、そのレンズ口径が最大φ８０ｍｍ程度であり、従ってε：０．４≦ε≦１．５ｍＪ／ｃｍ2 の光学体のレンズ径は略８０φ以下であると推定される。
更に同様の計算により、ε：０．１≦ε≦０．４ｍＪ／ｃｍ2 のレンズ等の場合は前記瞳面に対し、拡大率が２〜３倍程度であり、従ってそのレンズ直径はφ８０〜１００ｍｍ前後のレンズに対応する。
【００２７】
そしてこれ以上（１００ｍｍ）のレンズ径では当然エネルギ密度ε：≦０．１ｍＪ／ｃｍ2 と低くなる。
そしてこの場合も、直径φ８０ｍｍ以下のレンズ等光学体の光路長さの合計が光学系全体の２５％以下で、直径φ８０ｍｍ以上φ１００ｍｍ以下のレンズ等光学体の光路長の合計が光学系の光路長全体の２５％以下に設定するのが良い。
【００２８】
尚、本発明は前記図１に示した投影光学系露光装置のみならず、反射光学系露光装置にも適用可能である。
即ち、図２は高解像度を図るためにプリズム型のビームスプリッタを用いた反射光学系露光装置（基本構成はNo.182・O plus E,特集リソグラフィ技術の最先端１）光リソグラフィにおける光解像技術参照）のレンズ等構成を示す概略図で、その構成を簡単に説明するに、光源１１より第１レンズ群１２を介してビームスプリッタ１３を通過した光が第２レンズ群１４を通過し、その後ミラー１５で変向されて、その後第３レンズ群１６で集光した後、該集光光で、レチクル１７をスキャンした後、再度第３レンズ群１６、ミラー１５、第２レンズ群１４を介して再びビームスプリッタ１３に戻り、今度は該スプリッタ１３に変向されて第４レンズ群１９で結像されてウエーハ１８上に集積回路パターンを焼き付ける。
【００２９】
かかる装置においても、前記ＡｒＦエキシマレーザ光源は、公知のようにレーザの共振器内にプリズム、回析格子、エタロンなどの波長選択素子を配置する事により、１．０〜１．５ｐｍスペクトル幅をもつ狭帯化エキシマレーザを得る事が出来る。
又前記スプリッタ１３に変向後のウエーハに最も近い第４レンズ群１９は１パルス当たりのエネルギー密度０．４≦ε≦１．５ｍＪ／ｃｍ2 の最も強い光エネルギーを受ける為単結晶蛍石製のレンズを用い、屈折率分布（Δｎ）は≦３×１０-6、複屈折量は≦２．０ｎｍ／ｃｍと緩やかに設定し、製造の容易化を図るも光透過率については、ＡｒＦレーザの波長である１９３ｎｍにおける透過率は９９．８％以上に維持させている。
【００３０】
また、本装置においてはレチクル１７側で第３レンズ群１６については集光／スキャンされるために１パルス当たりのエネルギー密度０．１≦ε≦０．４ｍＪ／ｃｍ2 のエネルギーを受けると推定される為水素分子濃度ＣH2分子／ｃｍ3 を５×１０17≦ＣH2≦５×１０18に設定、又屈折率分布（Δｎ）は≦２×１０-6、複屈折量は≦１．０ｎｍ／ｃｍと緩やかに設定すればよく、そして他のレンズ、ミラー、及びプリズム型のビームスプリッタ、特に光源側に近い光学体においては１パルス当たりのエネルギー密度ε≦０．１ｍＪ／ｃｍ2 のエネルギーしか受けない為に、そのレンズ群等の水素分子濃度ＣH2分子／ｃｍ3 は、１×１０17≦ＣH2≦５×１０18に設定するも、屈折率分布（Δｎ）は≦１×１０-6、複屈折量は≦１ｎｍ／ｃｍと高品質に維持する。
【００３１】
そしてレンズ径の関係は前記と同様で、更にレンズ口径をφ８０ｍｍ以下に設定した第４レンズ群１９の光路長さの合計が光学系全体の光路長の２５％以下で、前記レンズ口径をφ８０〜１００ｍｍに設定した第３レンズ群１６の光学体の光路長の合計が光学系の光路長全体の２５％以下になるように光学系を組合せ配置することにより本実施形態においても、耐久性を維持しつつ光学系全体として透過率９９．８％／ｃｍを達成させることが出来ると推定される。
【００３２】
【発明の実施例】
さて前記図１及び図２に示す露光装置において実際の操業条件における光学特性の長期にわたる安定性を確認する事は非常に時間がかかるので、レンズ、ミラー、及びプリズム等を製造するための石英ガラス光学体のみを取り出し、実際の操業を加速したシュミレーション実験を行った。
【００３３】
一般に石英ガラスのレーザ照射におけるダメージの進行速度は照射エキシマレーザのエネルギー密度（フルエンス）の２乗に比例して早くなるが（光学 第２３巻１０号“エキシマレーザ用石英ガラス”藤ノ木朗著参照、以下文献１という）この事を利用して加速実験の基準とした。
【００３４】
先ず使用する光学材料について説明する。
四塩化珪素を酸水素火炎で加水分解しながら回転する基体上に堆積させるいわゆるＤＱ法で石英ガラスインゴットを作成した。
得られた石英ガラスインゴットはＯＨ基を８００〜１０００ｐｐｍ含有し、かつ水素分子を５×１０18分子／ｃｍ2 含有していた。この石英ガラスインゴットを特開平７−２６７６６２号に示される方法で均質化処理を行い１１５０℃で４０時間の歪取アニール為の加熱、徐冷を行った。
得られた均質な光学用石英ガラス材料の光学特性を測定したが、３方向に脈理が存在せず、また屈折率分布を干渉計（Zygo MarkIV ）で測定したところΔｎは１×１０-6と極めて良好な値を示した。また直交ニコルの歪み測定器で複屈折量を測定したが、複屈折量は１ｎｍ／ｃｍ以下であった。
【００３５】
この光学用石英ガラス材料は文献（New Glass VoL6 No,2(1989)191-196“ステッパ用石英ガラスについて”）に示されるエキシマレーザステッパーに用いられる石英ガラス部材として必要な光学特性を満たしているために、この光学用石英ガラス材料を用いて光学部品を構成する事によりＡｒＦを光源とする半導体露光装置を作る事が可能である。
一方で該光学用石英ガラス材料に含有された水素分子濃度をレーザラマン法にて測定したところ、５×１０17分子／ｃｍ2 であった。（サンプル番号Ａ）
【００３６】
水素分子含有量はラマン分光光度計を用いて行なったが、これは日本分光工業社製のラマン分光光度計・ＮＲ１１００を用いて、励起波長４８８ｎｍのＡｒレーザ光で出力７００ｍＷ、浜松ホトニクス社製のホトマル・Ｒ９４３−０２を使用するホストカウンティング法で行なった。なお、この水素分子含有量はこのときのラマン散乱スペクトルで８００ｃｍ-1に観察されるＳｉＯ2 の散乱バンドと水素の４１３５−４０ｃｍ-1に観察される散乱バンドの面積強度比を濃度に換算して求めた。また、換算定数は文献値４１３５ｃｍ-1／８００ｃｍ-1×１．２２×１０21（Zhurnal Pri-Kladnoi Spektroskopii, Vol.46、No.6、PP987〜991,June,1987）を使用した。
【００３７】
また該光学用石英ガラス材料からφ６０ｍｍ×ｔ２０ｍｍの試料を切り出し、大気雰囲気で１０００℃×２０時間の酸化処理を行った後、雰囲気炉中で水素ガスの加圧（８気圧）雰囲気で６００℃×１０００時間の水素ドープ処理を行った。処理後のサンプルの屈折率分布を測定したところΔｎが２×１０-6で複屈折量は２ｎｍ／ｃｍ、含有される水素分子濃度は４×１０18分子／ｃｍ2 であった。
（サンプル番号Ｂ）
【００３８】
一方、φ６０×ｔ２０の高純度光学用蛍石の内、ＵＶグレード品（例、応用光研ＣａＦ２／ＵＶグレード、オプトロンＣａＦ２／ＵＶグレード等）を用意し、レーザ特性の評価を行った。
評価は１．０〜１．５ｐｍスペクトル幅をもつ狭帯化ＡｒＦエキシマレーザを用い、パルス当たりのエネルギー密度５０ｍＪ／ｃｍ2 ｐ、３００Ｈｚで１０6ショットの照射による透過率の変化により行った。
【００３９】
同じＵＶグレードであってもレーザ照射により２００ｎｍに小さな吸収、３２０ｎｍ及び３８０ｎｍに大きな吸収が現れるものとそうでないものがある事が判った。図３に示すようにサンプルCにおいては、上記エキシマレーザ照射後の透過率は１９３ｎｍで９９．０％と良好な数値を示したが、図４に示すサンプルＤにおいては、２５０ｎｍ及び３７０ｎｍに非常に大きな吸収バンドが発現し、１９３ｎｍにおける透過率は９５．３％であった。
尚、サンプルＣ，Ｄ共に屈折率の均質性Δｎは２×１０-6以下であり、複屈折量は２ｎｍ／ｃｍ以下であった。更にレーザ照射以前の１９３ｎｍの透過率は９９．８％と良好な数値を示した。
【００４０】
次に前記サンプルＡ〜Ｄの光学体を用いて、露光装置を構成した場合の光学系の寿命を予測するための実験を行った。
寿命予測実験は、サンプルＡ〜ＤにＡｒＦエキシマレーザをエネルギー密度５０ｍＪ／ｃｍ2 ｐ、３００Ｈｚで１×１０6 ショット照射し(加速試験)生じる光学特性の変化を１９３ｎｍにおける透過率の変化及び屈折率の変化として測定を行った。
これは文献１に示される様に実際の操業における光学体を透過するレーザの光エネルギー密度をεｍＪ／ｃｍ2 とすると、（１００／ε）2 倍の加速試験に該当する。
結果を表１に示す。尚、表中の想定エネルギー密度とは透過率変化の予測のために想定される実際に光学体が使用される際のエネルギー密度を現し、透過率変化及び屈折率変化の予測値は、その想定エネルギー密度で５×１０10ショットレーザを照射した際の透過率の変化及び屈折率の変化の予測値である。
【００４１】
【表１】
【００４２】
この実験結果からこれらの光学体を組み合わせて、縮小光学系を構成した場合、長期にわたって高い透過率を維持し、かつ屈折率の安定性を維持しうる組み合わせについて調べた結果を下記表２に示す。
【００４３】
【表２】
【００４４】
本表２より理解されるように、エネルギー密度（ｍＪ／ｃｍ2 ）に対応して小（０．１≧ε）、中（０．１≦ε≦０．４、大（０．４≦ε）とした場合、Ｎｏ．５で［Ａ＋Ｂ＋Ｃ］の構成を取る事により、全体の平均透過率が９８．６％／ｃｍ、平均屈折率変化が１．３×１０-6／１ｃｍと目的とする基準値を満足している。
【００４５】
又Ｎｏ．３の［Ａ＋Ａ＋Ｃ］の構成を取った場合には、全体の平均透過率が９７．１％／ｃｍ、平均屈折率変化が２．２×１０-6／１ｃｍと目的とする基準値を僅かにオーバしている。
更にＮｏ．６は前記Ｎｏ．５と同様の複数種の合成石英ガラス［Ａ＋Ｂ］と蛍石Ｄの組み合わせ［Ａ＋Ｂ＋Ｄ］であるが、全体の平均透過率が９５．６％／ｃｍと目的とする基準値よりオーバしている。これは図４に示すサンプルＤにおいて、２５０ｎｍ及び３７０ｎｍに非常に大きな吸収バンドが発現し、１９３ｎｍにおける透過率は９５．３％であったことに起因する。
従って請求項１に記載のように光学系全体としての平均透過率、略９８．０％／ｃｍ以上を達成させるという条件が必要になる。
尚、本実験により、レーザの照射による透過率低下を問題ないレベルに抑えるためには、パルス当たりのレーザエネルギー密度が０．１ｍＪ／ｃｍ2 以下の領域にある合成石英ガラス光学体の厚さの総和が、少なくとも全体の光路長の５０％以上である事が必要であり、又エネルギー密度（ｍＪ／ｃｍ2 ）が０．４≦εの領域にある蛍石光学体配設部位の光路長が、全体光路長の２５％以下である事が必要である事が判った。
【００４６】
尚、計算のため各エネルギー密度における光路長は前記エネルギー密度の小：中：大でそれぞれ約２（５０％）：1（２５％）：1（２５％）と想定した。
【００４７】
本シュミレーション実験により、請求範囲に定められた合成石英ガラス光学体と蛍石光学体により構成される光学系よりなる露光装置は、実際の操業においても長期にわたって十分な光学特性の安定性を実現できると予想される。
【００４８】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、耐久性や品質を劣化させる事なく、光学系全体として低コストで製造容易に構成することのできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される投影光学系を用いた集積回路製造用露光装置である。
【図２】本発明が適用される反射光学系を用いた集積回路製造用露光装置である。
【図３】本発明の実施例たるサンプルＣの蛍石のレーザ照射による吸収バンドを示すグラフ図である。
【図４】本発明の比較例たるサンプルＤの蛍石のレーザ照射による吸収バンドを示すグラフ図である。
【符号の説明】
１ ＡｒＦエキシマレーザ光源
２ 変形照明手段
３ コンデンサレンズ
４ マスク（レチクル）
５ 投影光学系
６ ウエーハ
１１ 光源
１２ 第１レンズ群（合成石英ガラス光学体）
１３ ビームスプリッタ
１４ 第２レンズ群（合成石英ガラス光学体）
１５ ミラー
１６ 第３レンズ群（合成石英ガラス光学体）
１７ レチクル
１９ 第４レンズ群 （蛍石光学体）
１８ ウエーハ
【発明の属する技術分野】
本発明は６４Ｍから２５６Ｍをにらんだ集積回路製造用露光装置に使用される露光光学系に係り、特に約１９０〜２５０ｎｍの短波長エキシマレーザ、より好ましくは狭帯化したＡｒＦ紫外レーザ光により照明された回路パターンを被露光体上に露光せしめる回路パターン露光用光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光を用いてマスク上のパターンをウエーハ上に転写する光リソグラフィ技術は電子線やΧ線を用いる他の技術に比較してコスト面で優れている事から集積回路を製造する為の露光装置として広く用いられている。
従来かかる光リソグラフィ技術を利用した露光装置には光源に高圧水銀ランプから発する波長３６５ｎｍのｉ線を用いて線幅０．５〜０．４μｍのパターン形成が露光装置が開発されているが、かかる露光装置は１６Ｍビット−ＤＲＡＭ以下の集積回路に対応するものである。
一方次世代の６４Ｍビット〜２５６Ｍビットでは０．２５〜０．３５μｍの結像性能を、更には１Ｇビットでは０．１３〜０．２０μｍの解像性能を必要とするが、０．３５μｍという解像性能はｉ線の波長を上回るもので、光源としてＫｒＦ光が用いられる。そして更に０．２０μｍを切る領域ではＫｒＦ光に代ってＡｒＦ光、特にＡｒＦエキシマレーザが使用される。
【０００３】
しかしながらＡｒＦエキシマレーザを用いた光リソグラフィ技術には種々の課題があり、その一つが投影光学系を構成するレンズ、ミラーやプリズムを形成するための光学材料の問題である。
即ちＡｒＦの１９３ｎｍ波長で透過率のよい光学材料は実質的に石英ガラス、特に高純度の合成石英ガラスに限定されるが、ＡｒＦ光は石英ガラスに与えるダメージがＫｒＦ光に比べて１０倍以上大きい。
【０００４】
さて、石英ガラスのエキシマレーザ照射に対する耐性は、本出願人の出願にかかる特願平１−１４５２２６号に示されるように含有される水素濃度に依存する。
このため従来のＫｒＦエキシマレーザを光源とする露光装置では光学系を構成する石英ガラスはその含有する水素濃度が５×１０16分子／ｃｍ3 以上あれば、十分な耐性を確保することが出来たと前記出願に記載されている。
しかしながらＡｒＦレーザ光が石英ガラスに与える影響は前記したようにＫｒＦに比べて甚大であるために、ＡｒＦレーザ光によって合成石英ガラスに引き起こされるダメージの程度（透過率の変化及び屈折率の変化）を調べてみると、必要とされる水素分子濃度はＫｒＦレーザ光に比べて場合によっては１００〜１０００倍以上も高濃度、具体的には５×１０18分子／ｃｍ3 以上の水素分子濃度が必要である事が判明した。
【０００５】
合成石英ガラスに水素分子を含ませる方法は２つあるが、まず製造時の雰囲気を調整して常圧で合成石英ガラスに水素分子を含ませる場合、含ませうる水素分子濃度は最高で５×１０18分子／ｃｍ3 程度までである。またもう１つの方法として水素雰囲気での加圧熱処理により水素分子を石英ガラス中にドープする場合でも、高圧ガス取締法の対象とならない上限の１０気圧／ｃｍ2 の水素処理において導入される水素分子濃度はやはり５×１０18分子／ｃｍ3 が上限である。
【０００６】
このため石英ガラス中に５×１０18分子／ｃｍ3 以上の水素分子を含ませようとする場合には、１０気圧より遥かに高い例えば１００気圧以上の高圧水素圧力で且つ１０００℃以上の温度で熱処理を行う事が必要となる。（特開平４−１６４８３３号他）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら１００気圧以上の高圧水素圧力で且つ１０００℃以上の温度で加熱処理することは石英ガラスに新たな欠陥を誘起するために、熱処理温度は２００〜８００℃の範囲で行う事が好ましいが（特開平６−１６６５２８号）、この温度領域で水素熱処理により石英ガラス光学体に５×１０18分子／ｃｍ3 以上の多量の水素分子を導入する場合、水素分子の拡散速度があまり大きくないので大きな光学体においては処理に非常に時間がかかるという欠点を有するうえに、高圧雰囲気で熱処理を行う事は石英ガラス光学体の屈折率の均質性が低下し、また歪みが導入されるという問題点も有している。
従って高圧熱処理を行った場合においても再度の調整のための熱処理が必要で、このため５×１０18分子／ｃｍ3 以上水素分子を含有しかつ露光装置の光学系を構成するに足りる屈折率の均質性、低歪み等の光学特性を兼ね備えた石英ガラスは工業的には極めて複雑で長時間の処理を経た非常に高価なものとなってしまう。
【０００８】
又５×１０18分子／ｃｍ3 以上水素分子を含有しかつ屈折率の均質性、低歪み等の光学特性を兼ね備えた石英ガラスが提供できたにしても、ＡｒＦエキシマレーザ光はＫｒＦに比べて石英ガラスに与えるダメージが１０倍程度大きい為に、そのダメージにより石英ガラスの屈折率変化をもたらす体積収縮（compaction）が経年的に生じるのを避けられない。
【０００９】
本発明は、狭帯化した短波長紫外レーザ光、特にＡｒＦエキシマレーザを照明した場合においても、耐久性や光透過性等の品質を劣化させる事なく、光学系全体として低コストで製造容易に構成することのできる露光光学系を提供する事を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、次の点に着目したものである。
前記したようにＡｒＦエキシマレーザが照明される露光光学系の耐久性の向上を図るために５×１０18分子／ｃｍ3 以上の水素分子を含有することは工業的には極めて複雑で長時間の処理を必要とし製造困難であるとともに非常に高価になってしまう。
そこで本発明は合成石英ガラスと蛍石の組み合わせにより前記光学系を構成したことを要旨とする。
【００１１】
このような露光光学系に合成石英ガラスと蛍石とを組み合わせた技術は、特開平８−７８３１９号（第一従来技術）にも開示されているが、その技術思想が全く異なり異質な発明である。
【００１２】
すなわち前記第一従来技術は、前記光学系を正のパワーを有する回析光学素子と負のパワーを有する石英レンズと正のパワーを有する蛍石レンズとで構成したものであるが、かかる技術は色収差を補正するために前記構造を取るもので、本従来技術においては、前記パワーの回析光学素子と屈折レンズである石英レンズや蛍石レンズを組み合わせて用いる事で、互いに異なる分散をもつ光学素子を利用して色収差の補正を行うものであり、特にこれらを組み合わせて、色収差の二次スペクトルの小さい結像特性を有する光学系を実現し、これによりレンズの曲率半径を大きくでき、光学設計上は大ＮＡ化、大フィールド化等の仕様向上の余裕が生れるのみならず、製造上も偏心公差が緩くなり、製造容易性を高めるものである。
従って前記従来技術においては設計上及び製造上の問題より負のパワーを有する石英レンズと正のパワーを有する蛍石レンズを組み合わせたもので、本発明のように高出力レーザ照射による耐レーザ劣化を防止する事を目的とするもので、従って本発明と従来技術は、前記目的の相違に起因してその構成も異なる。
【００１３】
すなわち本発明は耐レーザ性を向上するために、請求項１記載の発明は、
約１９０〜２５０ｎｍの短波長エキシマレーザにより照明された回路パターンを被露光体上に露光せしめる回路パターン露光用光学系において、前記光学系を構成するレンズ、ミラー、プリズム等の光学体を適切な濃度の水素を含有する合成石英ガラス製光学体と単結晶蛍石の組み合わせで構成するとともに、該光学体を透過するＡｒＦエキシマレーザ光の１パルス当たりのエネルギー密度をε（ｍＪ／ｃｍ2 ）として、
ε≦０．１ｍＪ／ｃｍ2 の範囲に位置する光学体においては、
水素分子濃度ＣH2分子／ｃｍ3 が１×１０17≦ＣH2≦５×１０18、屈折率の均質性Δｎが２×１０-6／１ｃｍ以下で且つ複屈折量が１ｎｍ／ｃｍ以下で更にＡｒＦレーザの波長である１９３ｎｍにおける透過率が９９．５％以上である第１の合成石英ガラス光学体で、
ε：０．１≦ε≦０．４ｍＪ／ｃｍ2 の範囲に位置する光学体においては、
水素分子濃度ＣH2を５×１０17≦ＣH2≦５×１０18分子／ｃｍ3 、屈折率の均質性Δｎが２×１０-6／１ｃｍ以下で且つ複屈折量が１ｎｍ／ｃｍ以下で更にＡｒＦレーザの波長である１９３ｎｍにおける透過率が９９．５％以上である第２の合成石英ガラス光学体で、
ε≧０．４ｍＪ／ｃｍ2 の範囲に位置する光学体においては、
屈折率分布（Δｎ）は≦３×１０-6、複屈折量は≦２．０ｎｍ／ｃｍ、ＡｒＦレーザの波長である１９３ｎｍにおける透過率が９９．８％以上に維持してなる単結晶蛍石光学体を用いて構成し、
光学系全体としての平均透過率、略９８．０％／ｃｍ以上を達成させた事を特徴とするものである。
【００１５】
すなわち本発明は、レーザの高エネルギレベル領域においては、石英ガラス光学体を用いる代わりにレーザの透過率変化に対する耐性を有する蛍石、特に単結晶蛍石を用い、compactionが全く生じない光学体を用いるも、蛍石においてもリソグラフィに用いる大口径のものについては屈折率の均質性や低い複屈折率といった光学特性を達成するのは著しく困難である。
そこでレーザの低エネルギレベル領域においては常圧でドープ可能で且つ高均質性の合成石英ガラスを用いる事により光学系全体としての耐透過率性と高均質性を維持できる。
【００１６】
尚、 エキシマレーザ光は一般に発振波長に幅を持っており、通常のレーザ光を用い、構成レンズ部材が石英のみの単色レンズ系では発振波長幅を狭帯化しないと、色収差が生じてしまう。そこで本発明は前提条件で狭帯化したＡｒＦエキシマレーザを用いる事も特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１は本発明に適用されるＡｒＦエキシマレーザを用いたリソグラフィ露光装置の概略構成図（基本構成はNo.182・O plus E,特集リソグラフィ技術の最先端１）光リソグラフィにおける光解像技術参照）で、１はＡｒＦエキシマレーザ光源、２はウエーハ面上において回析光の干渉のないパターン像を形成するための変形照明手段で、中心部が遮光面となる例えば四重極照明若しくは輪帯照明光源状の形状を有す。
【００１８】
３は前記光源より照射されたＡｒＦエキシマレーザ光をレチクルに導く為のコンデンサレンズ、４はマスク（レチクル）、５は投影光学系で、例えば屈折力が正のレンズ群と、屈折力が負のレンズ群を組合せて光の狭帯域化を図りつつ、前記光学系中に瞳面を形成し、解像力の向上を図っている。６はウエーハステージ７上に載置されたウエーハで、前記レチクル４に形成したマスクパターンが前記投影光学系を介してウエーハ６上に結像描画される。
【００１９】
かかる装置において、前記ＡｒＦエキシマレーザ光源は、公知の様にレーザの共振器内にプリズム、回析格子、エタロンなどの波長選択素子を配置する事により、１．０〜１．５ｐｍスペクトル幅をもつ狭帯化エキシマレーザを得る事が出来る。（Optical and Quantum Electronics Vol.25(1993）p.293〜 310参照）
【００２０】
投影光学系５にはウエーハ面にパターン光を結像させるために、ウエーハ面と最近接位置に配置した集光レンズ群５ｂと、瞳面近傍に配置したレンズ群５ａが存在するが、瞳面には光源の像である二次光源が形成される。従って瞳面に光源像が離散的に表われると、そこにエネルギーが集中し、ウエーハ側とともに光学系の破損要因となる。
一方レチクル側はウエーハ側に比べ結像倍率の２乗でエネルギー密度が小さくなる為厳しい条件とはならない。
【００２１】
本実施形態はかかる点に着目したのであり、
即ち、具体的に説明すると、ＡｒＦエキシマレーザの瞳面の大きさは参考文献によるとφ３０〜φ５０ｍｍ程度であり、この面積に対して何倍かという基準でエネルギー密度を決める事が合理的である。
例えばレチクル感度２０〜５０ｍＪとし、これを２０〜３０パルスのレーザ照射で露光するとすると、瞳面上のパルス当たりのエネルギー密度は ０．６〜１．７ｍＪ／ｃｍ2 、正確には露光面と瞳面ではエネルギー密度は異なり、ウエーハ面の方が僅かに大きいと仮定した場合ででも前記ウエーハ面に最も近接された位置に配置されたウエーハ側レンズ群のエネルギー密度はその７５〜９０％程度の０．４〜１．５ｍＪ／ｃｍ2 程度であると推定される。又瞳面はこれより僅かに低いものと思料される。
【００２２】
一方、解像力の向上を図るために、屈折力が正のレンズ群と、屈折力が負のレンズ群を組合せて前記投影光学系を構成するが（例えば前記従来技術や特開平３−３４３０８号参照）、この場合夫々のレンズ群は収差を極力排除する必要があり、このような場合実際の夫々のレンズ群の縮小若しくは拡大する倍率はある程度抑えて設定するのがよく、してみると前記ウエーハ側若しくは瞳面最近接位置より次段のレンズ群のエネルギー密度は０．４〜１．５ｍＪ／ｃｍ2 の１／３程度、具体的には０．１〜０．４ｍＪ／ｃｍ2 程度であると推定される。
その他のほとんどのレンズ群（光源側レンズも含めて）は１パルス当たりのエネルギー密度ε≦０．１ｍＪ／ｃｍ2 である。
従ってウエーハ側レンズ群のうち１パルス当たりのエネルギー密度がε≦０．１ｍＪ／ｃｍ2 であるレンズ群においては、耐久性より光学的均質性を重視することにより、光学系全体としての解像度の向上が図れる。
【００２３】
そこで、本実施形態においてはε：≦０．１ｍＪ／ｃｍ2 の光源側光学体を構成する合成石英ガラスの場合は、水素分子濃度ＣH2を１×１０17≦ＣH2≦５×１０18分子／ｃｍ3 に低く設定するも、屈折率分布（Δｎ）は≦１×１０-6、複屈折量は≦１．００ｎｍ／ｃｍと高品質に維持するもＡｒＦレーザの波長である１９３ｎｍにおける透過率は９９．５％以上と緩やかに設定させている。
【００２４】
また、瞳面周辺やウエーハに最も近接するウエーハ側レンズ群において、１パルス当たりのエネルギー密度が０．４≦ε（ｍＪ／ｃｍ2 ）であるレンズ群においては、耐久性を重視することにより、光学系全体としての耐久性の向上が図れる。
そこで、本実施形態においてはε：０．４≦εの光学体の場合は単結晶蛍石製のレンズを用い、屈折率分布（Δｎ）は≦３×１０-6、複屈折量は≦２．０ｎｍ／ｃｍと緩やかに設定し、製造の容易化を図るも、光透過率については、ＡｒＦレーザの波長である１９３ｎｍにおける透過率は９９．８％以上に維持させている。
【００２５】
更に前記受光エネルギーが高密度レンズ等の次段に位置するレンズ等の光学体は前記両者の中間を取り、ε：０．１≦ε≦０．４ｍＪ／ｃｍ2 の範囲に位置する光学体の場合は、水素分子濃度ＣH2を５×１０17≦ＣH2≦５×１０18分子／ｃｍ3 に、又屈折率分布（Δｎ）は≦２×１０-6、複屈折量は≦１．０ｎｍ／ｃｍ、ＡｒＦレーザの波長である１９３ｎｍにおける透過率は９９．５％以上と僅かに緩やかに設定し、製造の容易化を図る。
そして、好ましくは０．４≦ε≦１．５ｍＪ／ｃｍ2 の光学体の光路長さの合計は、光学系全体の光路長の２５％以下で、前記０．１≦ε≦０．４（ｍＪ／ｃｍ2 ）の光学体の光路長の合計が光学系の光路長全体の２５％以下になるように光学系を組合せ配置することにより後記実施例に示すように、耐久性を維持しつつ光学系全体として高透過率を達成させることが出来る。
【００２６】
さて前記投影光学系を構成するレンズ材を考えるとき、レンズ等の径がいくらの時、劣化の程度が激しいかという事を決めなければならないが、前記した参考文献によるとＡｒＦエキシマレーザの瞳面の大きさはφ３０〜φ５０ｍｍ程度であり、この面積に対して何倍かという基準で決める事が合理的である。
即ち、瞳面やウエーハ面に近接する位置で前記した０．４≦ε（ｍＪ／ｃｍ2 ）、より具体的には０．４≦ε≦１．５（ｍＪ／ｃｍ2 ）のエネルギー密度のＡｒＦエキシマレーザを受光するレンズ径は使用面積を８０％とすると瞳面の最大値がφ５０ｍｍであることを考慮すると、そのレンズ口径が最大φ８０ｍｍ程度であり、従ってε：０．４≦ε≦１．５ｍＪ／ｃｍ2 の光学体のレンズ径は略８０φ以下であると推定される。
更に同様の計算により、ε：０．１≦ε≦０．４ｍＪ／ｃｍ2 のレンズ等の場合は前記瞳面に対し、拡大率が２〜３倍程度であり、従ってそのレンズ直径はφ８０〜１００ｍｍ前後のレンズに対応する。
【００２７】
そしてこれ以上（１００ｍｍ）のレンズ径では当然エネルギ密度ε：≦０．１ｍＪ／ｃｍ2 と低くなる。
そしてこの場合も、直径φ８０ｍｍ以下のレンズ等光学体の光路長さの合計が光学系全体の２５％以下で、直径φ８０ｍｍ以上φ１００ｍｍ以下のレンズ等光学体の光路長の合計が光学系の光路長全体の２５％以下に設定するのが良い。
【００２８】
尚、本発明は前記図１に示した投影光学系露光装置のみならず、反射光学系露光装置にも適用可能である。
即ち、図２は高解像度を図るためにプリズム型のビームスプリッタを用いた反射光学系露光装置（基本構成はNo.182・O plus E,特集リソグラフィ技術の最先端１）光リソグラフィにおける光解像技術参照）のレンズ等構成を示す概略図で、その構成を簡単に説明するに、光源１１より第１レンズ群１２を介してビームスプリッタ１３を通過した光が第２レンズ群１４を通過し、その後ミラー１５で変向されて、その後第３レンズ群１６で集光した後、該集光光で、レチクル１７をスキャンした後、再度第３レンズ群１６、ミラー１５、第２レンズ群１４を介して再びビームスプリッタ１３に戻り、今度は該スプリッタ１３に変向されて第４レンズ群１９で結像されてウエーハ１８上に集積回路パターンを焼き付ける。
【００２９】
かかる装置においても、前記ＡｒＦエキシマレーザ光源は、公知のようにレーザの共振器内にプリズム、回析格子、エタロンなどの波長選択素子を配置する事により、１．０〜１．５ｐｍスペクトル幅をもつ狭帯化エキシマレーザを得る事が出来る。
又前記スプリッタ１３に変向後のウエーハに最も近い第４レンズ群１９は１パルス当たりのエネルギー密度０．４≦ε≦１．５ｍＪ／ｃｍ2 の最も強い光エネルギーを受ける為単結晶蛍石製のレンズを用い、屈折率分布（Δｎ）は≦３×１０-6、複屈折量は≦２．０ｎｍ／ｃｍと緩やかに設定し、製造の容易化を図るも光透過率については、ＡｒＦレーザの波長である１９３ｎｍにおける透過率は９９．８％以上に維持させている。
【００３０】
また、本装置においてはレチクル１７側で第３レンズ群１６については集光／スキャンされるために１パルス当たりのエネルギー密度０．１≦ε≦０．４ｍＪ／ｃｍ2 のエネルギーを受けると推定される為水素分子濃度ＣH2分子／ｃｍ3 を５×１０17≦ＣH2≦５×１０18に設定、又屈折率分布（Δｎ）は≦２×１０-6、複屈折量は≦１．０ｎｍ／ｃｍと緩やかに設定すればよく、そして他のレンズ、ミラー、及びプリズム型のビームスプリッタ、特に光源側に近い光学体においては１パルス当たりのエネルギー密度ε≦０．１ｍＪ／ｃｍ2 のエネルギーしか受けない為に、そのレンズ群等の水素分子濃度ＣH2分子／ｃｍ3 は、１×１０17≦ＣH2≦５×１０18に設定するも、屈折率分布（Δｎ）は≦１×１０-6、複屈折量は≦１ｎｍ／ｃｍと高品質に維持する。
【００３１】
そしてレンズ径の関係は前記と同様で、更にレンズ口径をφ８０ｍｍ以下に設定した第４レンズ群１９の光路長さの合計が光学系全体の光路長の２５％以下で、前記レンズ口径をφ８０〜１００ｍｍに設定した第３レンズ群１６の光学体の光路長の合計が光学系の光路長全体の２５％以下になるように光学系を組合せ配置することにより本実施形態においても、耐久性を維持しつつ光学系全体として透過率９９．８％／ｃｍを達成させることが出来ると推定される。
【００３２】
【発明の実施例】
さて前記図１及び図２に示す露光装置において実際の操業条件における光学特性の長期にわたる安定性を確認する事は非常に時間がかかるので、レンズ、ミラー、及びプリズム等を製造するための石英ガラス光学体のみを取り出し、実際の操業を加速したシュミレーション実験を行った。
【００３３】
一般に石英ガラスのレーザ照射におけるダメージの進行速度は照射エキシマレーザのエネルギー密度（フルエンス）の２乗に比例して早くなるが（光学 第２３巻１０号“エキシマレーザ用石英ガラス”藤ノ木朗著参照、以下文献１という）この事を利用して加速実験の基準とした。
【００３４】
先ず使用する光学材料について説明する。
四塩化珪素を酸水素火炎で加水分解しながら回転する基体上に堆積させるいわゆるＤＱ法で石英ガラスインゴットを作成した。
得られた石英ガラスインゴットはＯＨ基を８００〜１０００ｐｐｍ含有し、かつ水素分子を５×１０18分子／ｃｍ2 含有していた。この石英ガラスインゴットを特開平７−２６７６６２号に示される方法で均質化処理を行い１１５０℃で４０時間の歪取アニール為の加熱、徐冷を行った。
得られた均質な光学用石英ガラス材料の光学特性を測定したが、３方向に脈理が存在せず、また屈折率分布を干渉計（Zygo MarkIV ）で測定したところΔｎは１×１０-6と極めて良好な値を示した。また直交ニコルの歪み測定器で複屈折量を測定したが、複屈折量は１ｎｍ／ｃｍ以下であった。
【００３５】
この光学用石英ガラス材料は文献（New Glass VoL6 No,2(1989)191-196“ステッパ用石英ガラスについて”）に示されるエキシマレーザステッパーに用いられる石英ガラス部材として必要な光学特性を満たしているために、この光学用石英ガラス材料を用いて光学部品を構成する事によりＡｒＦを光源とする半導体露光装置を作る事が可能である。
一方で該光学用石英ガラス材料に含有された水素分子濃度をレーザラマン法にて測定したところ、５×１０17分子／ｃｍ2 であった。（サンプル番号Ａ）
【００３６】
水素分子含有量はラマン分光光度計を用いて行なったが、これは日本分光工業社製のラマン分光光度計・ＮＲ１１００を用いて、励起波長４８８ｎｍのＡｒレーザ光で出力７００ｍＷ、浜松ホトニクス社製のホトマル・Ｒ９４３−０２を使用するホストカウンティング法で行なった。なお、この水素分子含有量はこのときのラマン散乱スペクトルで８００ｃｍ-1に観察されるＳｉＯ2 の散乱バンドと水素の４１３５−４０ｃｍ-1に観察される散乱バンドの面積強度比を濃度に換算して求めた。また、換算定数は文献値４１３５ｃｍ-1／８００ｃｍ-1×１．２２×１０21（Zhurnal Pri-Kladnoi Spektroskopii, Vol.46、No.6、PP987〜991,June,1987）を使用した。
【００３７】
また該光学用石英ガラス材料からφ６０ｍｍ×ｔ２０ｍｍの試料を切り出し、大気雰囲気で１０００℃×２０時間の酸化処理を行った後、雰囲気炉中で水素ガスの加圧（８気圧）雰囲気で６００℃×１０００時間の水素ドープ処理を行った。処理後のサンプルの屈折率分布を測定したところΔｎが２×１０-6で複屈折量は２ｎｍ／ｃｍ、含有される水素分子濃度は４×１０18分子／ｃｍ2 であった。
（サンプル番号Ｂ）
【００３８】
一方、φ６０×ｔ２０の高純度光学用蛍石の内、ＵＶグレード品（例、応用光研ＣａＦ２／ＵＶグレード、オプトロンＣａＦ２／ＵＶグレード等）を用意し、レーザ特性の評価を行った。
評価は１．０〜１．５ｐｍスペクトル幅をもつ狭帯化ＡｒＦエキシマレーザを用い、パルス当たりのエネルギー密度５０ｍＪ／ｃｍ2 ｐ、３００Ｈｚで１０6ショットの照射による透過率の変化により行った。
【００３９】
同じＵＶグレードであってもレーザ照射により２００ｎｍに小さな吸収、３２０ｎｍ及び３８０ｎｍに大きな吸収が現れるものとそうでないものがある事が判った。図３に示すようにサンプルCにおいては、上記エキシマレーザ照射後の透過率は１９３ｎｍで９９．０％と良好な数値を示したが、図４に示すサンプルＤにおいては、２５０ｎｍ及び３７０ｎｍに非常に大きな吸収バンドが発現し、１９３ｎｍにおける透過率は９５．３％であった。
尚、サンプルＣ，Ｄ共に屈折率の均質性Δｎは２×１０-6以下であり、複屈折量は２ｎｍ／ｃｍ以下であった。更にレーザ照射以前の１９３ｎｍの透過率は９９．８％と良好な数値を示した。
【００４０】
次に前記サンプルＡ〜Ｄの光学体を用いて、露光装置を構成した場合の光学系の寿命を予測するための実験を行った。
寿命予測実験は、サンプルＡ〜ＤにＡｒＦエキシマレーザをエネルギー密度５０ｍＪ／ｃｍ2 ｐ、３００Ｈｚで１×１０6 ショット照射し(加速試験)生じる光学特性の変化を１９３ｎｍにおける透過率の変化及び屈折率の変化として測定を行った。
これは文献１に示される様に実際の操業における光学体を透過するレーザの光エネルギー密度をεｍＪ／ｃｍ2 とすると、（１００／ε）2 倍の加速試験に該当する。
結果を表１に示す。尚、表中の想定エネルギー密度とは透過率変化の予測のために想定される実際に光学体が使用される際のエネルギー密度を現し、透過率変化及び屈折率変化の予測値は、その想定エネルギー密度で５×１０10ショットレーザを照射した際の透過率の変化及び屈折率の変化の予測値である。
【００４１】
【表１】
この実験結果からこれらの光学体を組み合わせて、縮小光学系を構成した場合、長期にわたって高い透過率を維持し、かつ屈折率の安定性を維持しうる組み合わせについて調べた結果を下記表２に示す。
【００４３】
【表２】
本表２より理解されるように、エネルギー密度（ｍＪ／ｃｍ2 ）に対応して小（０．１≧ε）、中（０．１≦ε≦０．４、大（０．４≦ε）とした場合、Ｎｏ．５で［Ａ＋Ｂ＋Ｃ］の構成を取る事により、全体の平均透過率が９８．６％／ｃｍ、平均屈折率変化が１．３×１０-6／１ｃｍと目的とする基準値を満足している。
【００４５】
又Ｎｏ．３の［Ａ＋Ａ＋Ｃ］の構成を取った場合には、全体の平均透過率が９７．１％／ｃｍ、平均屈折率変化が２．２×１０-6／１ｃｍと目的とする基準値を僅かにオーバしている。
更にＮｏ．６は前記Ｎｏ．５と同様の複数種の合成石英ガラス［Ａ＋Ｂ］と蛍石Ｄの組み合わせ［Ａ＋Ｂ＋Ｄ］であるが、全体の平均透過率が９５．６％／ｃｍと目的とする基準値よりオーバしている。これは図４に示すサンプルＤにおいて、２５０ｎｍ及び３７０ｎｍに非常に大きな吸収バンドが発現し、１９３ｎｍにおける透過率は９５．３％であったことに起因する。
従って請求項１に記載のように光学系全体としての平均透過率、略９８．０％／ｃｍ以上を達成させるという条件が必要になる。
尚、本実験により、レーザの照射による透過率低下を問題ないレベルに抑えるためには、パルス当たりのレーザエネルギー密度が０．１ｍＪ／ｃｍ2 以下の領域にある合成石英ガラス光学体の厚さの総和が、少なくとも全体の光路長の５０％以上である事が必要であり、又エネルギー密度（ｍＪ／ｃｍ2 ）が０．４≦εの領域にある蛍石光学体配設部位の光路長が、全体光路長の２５％以下である事が必要である事が判った。
【００４６】
尚、計算のため各エネルギー密度における光路長は前記エネルギー密度の小：中：大でそれぞれ約２（５０％）：1（２５％）：1（２５％）と想定した。
【００４７】
本シュミレーション実験により、請求範囲に定められた合成石英ガラス光学体と蛍石光学体により構成される光学系よりなる露光装置は、実際の操業においても長期にわたって十分な光学特性の安定性を実現できると予想される。
【００４８】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、耐久性や品質を劣化させる事なく、光学系全体として低コストで製造容易に構成することのできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される投影光学系を用いた集積回路製造用露光装置である。
【図２】本発明が適用される反射光学系を用いた集積回路製造用露光装置である。
【図３】本発明の実施例たるサンプルＣの蛍石のレーザ照射による吸収バンドを示すグラフ図である。
【図４】本発明の比較例たるサンプルＤの蛍石のレーザ照射による吸収バンドを示すグラフ図である。
【符号の説明】
１ ＡｒＦエキシマレーザ光源
２ 変形照明手段
３ コンデンサレンズ
４ マスク（レチクル）
５ 投影光学系
６ ウエーハ
１１ 光源
１２ 第１レンズ群（合成石英ガラス光学体）
１３ ビームスプリッタ
１４ 第２レンズ群（合成石英ガラス光学体）
１５ ミラー
１６ 第３レンズ群（合成石英ガラス光学体）
１７ レチクル
１９ 第４レンズ群 （蛍石光学体）
１８ ウエーハ
Claims (1)
- 約１９０〜２５０ｎｍの短波長エキシマレーザにより照明された回路パターンを被露光体上に露光せしめる回路パターン露光用光学系において、
前記光学系を構成するレンズ、ミラー、プリズム等の光学体を水素ドープされた合成石英ガラス製光学体と単結晶蛍石の組み合わせで構成するとともに、該光学体を透過するＡｒＦエキシマレーザ光の１パルス当たりのエネルギー密度をε（ｍＪ／ｃｍ2 ）として、
ε≦０．１ｍＪ／ｃｍ2 の範囲に位置する光学体においては、
水素分子濃度ＣH2分子／ｃｍ3 が１×１０17≦ＣH2≦５×１０18、屈折率の均質性Δｎが２×１０-6／１ｃｍ以下で且つ複屈折量が１ｎｍ／ｃｍ以下で更にＡｒＦレーザの波長である１９３ｎｍにおける透過率が９９．５％以上である第１の合成石英ガラス光学体で、
ε：０．１≦ε≦０．４ｍＪ／ｃｍ2 の範囲に位置する光学体においては、
水素分子濃度ＣH2を５×１０17≦ＣH2≦５×１０18分子／ｃｍ3 、屈折率の均質性Δｎが２×１０-6／１ｃｍ以下で且つ複屈折量が１ｎｍ／ｃｍ以下で更にＡｒＦレーザの波長である１９３ｎｍにおける透過率が９９．５％以上である第２の合成石英ガラス光学体で、
ε≧０．４ｍＪ／ｃｍ2 の範囲に位置する光学体においては、
屈折率分布（Δｎ）は≦３×１０-6、複屈折量は≦２．０ｎｍ／ｃｍ、ＡｒＦレーザの波長である１９３ｎｍにおける透過率が９９．８％以上に維持してなる単結晶蛍石光学体を用いて構成し、
光学系全体としての平均透過率、略９８．０％／ｃｍ以上を達成させた事を特徴とする回路パターン露光用光学系。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09023297A JP3976083B2 (ja) | 1997-03-25 | 1997-03-25 | 回路パターン露光用光学系 |
| PCT/EP1998/001692 WO1998043135A1 (en) | 1997-03-25 | 1998-03-23 | Optical system for integrated circuit fabrication |
| DE69801731T DE69801731T2 (de) | 1997-03-25 | 1998-03-23 | Optisches system zur herstellung integrierter schaltungen |
| US09/194,536 US6483639B2 (en) | 1997-03-25 | 1998-03-23 | Optical system for integrated circuit fabrication |
| EP98912497A EP0901650B1 (en) | 1997-03-25 | 1998-03-23 | Optical system for integrated circuit fabrication |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09023297A JP3976083B2 (ja) | 1997-03-25 | 1997-03-25 | 回路パターン露光用光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10270351A JPH10270351A (ja) | 1998-10-09 |
| JP3976083B2 true JP3976083B2 (ja) | 2007-09-12 |
Family
ID=13992754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09023297A Expired - Lifetime JP3976083B2 (ja) | 1997-03-25 | 1997-03-25 | 回路パターン露光用光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3976083B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6829041B2 (en) | 1997-07-29 | 2004-12-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Projection optical system and projection exposure apparatus having the same |
| EP1330679A4 (en) * | 2000-10-03 | 2006-09-06 | Corning Inc | PHOTOLITHOGRAPHIC PROCESSES AND SYSTEMS |
| JP2005310942A (ja) | 2004-04-20 | 2005-11-04 | Canon Inc | 露光装置、露光方法、及びそれを用いたデバイス製造方法 |
| EP2708921B1 (en) | 2010-07-22 | 2014-11-05 | Nihon Kessho Kogaku Co., Ltd | Fuorite having excellent laser durability |
-
1997
- 1997-03-25 JP JP09023297A patent/JP3976083B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10270351A (ja) | 1998-10-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6672109B1 (en) | Silica glass member, method for producing the same, and projection aligners using the same | |
| KR100392127B1 (ko) | 광리소그래피용석영유리,이를함유하는광학부재,이를사용한노광장치및그의제조방법 | |
| KR101432809B1 (ko) | 투사 노광 장치, 투사 노광 방법 및 투사 대물렌즈 | |
| JP5299477B2 (ja) | 合成石英ガラスの製造方法 | |
| KR100291564B1 (ko) | 광리소그래피용광학부재및광학부재의평가방법 | |
| EP0901650B1 (en) | Optical system for integrated circuit fabrication | |
| KR20010062343A (ko) | 투영노광장치 및 이 투영노광장치를 사용한 디바이스의제조방법 | |
| JPWO2003004987A1 (ja) | 光リソグラフィー用光学部材とその評価方法 | |
| JP3976083B2 (ja) | 回路パターン露光用光学系 | |
| JP2770224B2 (ja) | 光リソグラフィ−用石英ガラス、それを含む光学部材、それを用いた露光装置、並びにその製造方法 | |
| US6611317B1 (en) | Exposure apparatus, semiconductor device, and photomask | |
| US6031238A (en) | Projection aligner for integrated circuit fabrication | |
| JP3641767B2 (ja) | 集積回路製造用露光装置 | |
| JP3607006B2 (ja) | 集積回路製造用露光装置 | |
| JPH10270352A (ja) | 集積回路製造用露光装置 | |
| JP3641766B2 (ja) | 集積回路製造用露光装置 | |
| JPH06308717A (ja) | 光リソグラフィー用石英ガラス部材 | |
| JPH01167258A (ja) | レーザ光学系素体 | |
| JPH0825773B2 (ja) | レーザー光学系の製造素体 | |
| JP2558217B2 (ja) | 光リソグラフィ装置 | |
| JPH11109101A (ja) | レーザ光用光学部材 | |
| JPH1029831A (ja) | リソグラフィ用レーザ露光装置 | |
| JP2001338869A (ja) | リソグラフィ用レーザ露光装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050825 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050902 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051101 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070608 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070612 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100629 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100629 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110629 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110629 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120629 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120629 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130629 Year of fee payment: 6 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |