JPH04204904A - 半導体製造装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要コ エキシマレーザ光を用いる半導体製造装置とその製造方
法に関し、 エキシマレーザを用いて安定に性能を発揮することので
きる半導体製造装置を提供することを目的とし、 エキシマレーザ光を用いて露光、ＣＶＤ、エッチングの
少なくとも１つを行う半導体製造装置であって、酸化シ
リコンを主成分とする透明材料の表面にＩＩａ族元素の
弗化物の透明被膜が形成され、レンズ、窓、マスク、ミ
ラーの１つとして作用する光学部品を有するように構成
する。

［産業上の利用分野］ 本発明は半導体製造装置とその製造方法に関し、特にエ
キシマレーザ光を用いる半導体製造装置とその製造方法
に関する。

近年、半導体集積回路装置は高集積化が進み、サブミク
ロンないしそれ以下の幅のパターン形成が必要となって
きた。最小パターン幅の減少に伴い、露光装置の光源も
分解能向上のため短波長化している。水銀のｇ線からｉ
線へと短波長化が進み、さらにエキシマレーザ光の波長
範囲に達しつつある。

［従来の技術］ 第２図に、代表的半導体製造装置であるステッパの光学
系を概略的に示す。光源１１から発射した光は、走査レ
ンズ１２．１３．１４および走査ミラー１５によって対
象とする走査面内で走査される。コンデンサレンズ１６
は、光を集光し、マスク（レチクル）１７を照射する。

マスク１７によってパターン化された光は、対物レンズ
１８によって半導体ウェハ１９に結像される。光源１１
としては、高圧水銀灯等の他、エキシマレーザか使われ
るようになってきた。エキシマレーザとしては、波長２
４８〜２４９　ｎ　ｍのＫｒＦエキシマレーザ、波長１
９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ等が使用ないし検討さ
れている。レンズ、窓等の光学部材は、多くは石英等を
主材料として形成されている。マスク、ミラー等も石英
を主材料とした板材等を用いて構成されている。たとえ
ば、ミラーは、石英ガラスの板の上に金属反射膜を形成
すること等によって形成されている。

使用する光の波長が次第に短波長化してくと、光のエネ
ルギが増大し、物質との相互作用の可能性が増加する。

たとえば、入射光によって光学部材が化学反応を起こし
、変質を起こす可能性が増大する。

［発明が解決しようとする課題］ 半導体製造装置における光学部品が、用いる光によって
変質を起こすと、初期の性能を果せなくなり、製造する
半導体デバイスの高品質化に妨げが生じる。現在、半導
体製造装置における光学系の光学部品の多くは酸化シリ
コンを主成分とした材料によって構成されている。とこ
ろが、たとえばＫｒＦエキシマレーザ光の照射によって
、石英中に酸素欠損が発生することが報告されている（
［表面科学］よ１、Ｎｏ、５　（１９９０）　、ｐ５、
黒沢宏他）。たとえば、８ｘｌＯ”フォトン／ｃｍ”の
ＫｒＦエキシマレーザ光の照射によって、約１８％の酸
素欠損が発生する。これらの酸素欠損は、真空中では酸
素脱離に結びつく。酸化シリコンから酸素が脱離すると
、シリコンのみが残留することになる。すなわち、透明
体が不透明体に変化し、光学部品の光学的性質が大幅に
変化することになる。

本発明の目的は、エキシマレーザを用いて安定に性能を
発揮することのできる半導体製造装置を提供することで
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の半導体製造装置は、エキシマレーザ光を用いて
露光、ＣＶＤ、エツチングの少なくとも１つを行う半導
体製造装置であって、酸化シリコンを主成分とする透明
材料の表面にＵａ族元素の弗化物の透明被膜が形成され
、レンズ、窓、マスク、ミラーの１つとして作用する光
学部品を有することを特徴とする。

［作用］ エキシマレーザ光を用いる半導体製造装置において、酸
化シリコンを主成分とする透明材料がＵａ族元素の弗化
物の透明被覆によって覆われると、たとえ透明材料中に
酸素欠損が生じても遊離された酸素が外部に逃散し難い
。

遊離した酸素を表面内に閉じ込めることにより、未結合
手を有するシリコンと再結合し酸素欠損を消滅させるこ
とができる。

［実施例］ 先ず、背景と基本的概念を説明する。

酸化シリコンを主成分とする透明材料、たとえば石英に
、エキシマレーザ光たとえばＫｒＦエキシマレーザの波
長的２４８ｎｍの光を照射すると、酸化シリコン中の酸
素とシリコンとの化学結合が破壊されることがある。こ
のようにして酸素の２本の結合手の結合が断たれると、
酸化シリコン中において酸素が遊離する。遊離した酸素
は酸化シリコンの中を動き、表面に達すれば外部に逃散
する。

この酸素の逃散を防止するには、表面に酸素の透過しな
い、または透過しにくい酸素遮蔽膜を形成すればよい。

この酸素遮蔽膜は、用いるエキシマレーザ光に対して透
明であることが必要である。

１１ａ族元素の弗化物は、−数的に紫外領域における透
明領域が広く、結合が安定である。たとえば、弗化カル
シウム（ＣａＦ２）、弗化マグネシウム（Ｍ　ｇ　Ｆ　
り　、弗化バリウム（ＢａＦａ）を単独または組み合わ
せて用いることができる。酸化シリコンを主成分とする
透明材料の表面にこれらの弗化物の被膜を厚さ５０〜１
０００人程度形成することにより、酸化シリコン中で発
生した遊離酸素が酸化シリコン界面に達しても、外部に
逃散することを防止ないし低減することができる。遊離
酸素が外部に逃散し難くなるため、−旦離散しても再び
シリコンの未結合手と再結合するため、酸化シリコンの
長時間安定化を図ることが可能となる。

第１図（Ａ）〜（Ｂ）に、本発明の実施例による半導体
製造装置に用いる光学部品を示す。

第１図（Ａ）は、レンズないし窓の構成を概略的に示す
。石英部材１は表面を研磨され、板状もしくは球面ない
し非球面のレンズ状に成型されている。この石英部材１
の表面に厚さ約１０００人のＣａＦ、膜２を形成する。

このような構成のレンズを、たとえば第２図に示すよう
なステッパのレンズ１２．１３．１４．１６．１８とし
て用いる。

石英部材１は、その両面をＣａＦ、膜２で覆われている
ため、エキシマレーザ光が照射し、石英部材１中に遊離
酸素が生じても、遊離酸素は石英部材１の表面で（：ａ
Ｆ、膜によって逃散を防止される。このため、石英部材
１中に残った遊離酸素は再びシリコンの未結合手と再結
合し、酸化シリコンに戻る。

第１図（Ｂ）は、マスクの構造例を示す。マスクの場合
、第１図（Ａ）同様の構成をした板材を作り、その上に
遮光膜３のパターンを形成する。

すなわち、板状の石英部材１の両面にＣａＦ＊膜２を被
覆し、その一方の面上に金属等で遮光膜３を成膜し、パ
ターニングすることによってマスクを形成する。

このような構成のマスクを、たとえば第２図に示すよう
なステッパのマスク（レチクル）１７として用いる。

エキシマレーザ光が石英部材１中に入射した時の作用は
、第１図（Ａ）の場合と同様である。

第１図（Ｃ）は、ミラーの構成例を示す。板状ないしは
球面状の石英部材１の両面にＣａＦ２膜２ａ、２ｂを形
成し、その一方のＣａＦ２膜２ｂの表面にアルミニウム
等の反射膜４を高真空中の蒸着等により成膜する。反射
膜４が酸素遮蔽能を持つ場合は、反射膜４と接する側の
ＣａＦ、膜２ｂは省略することもできる。このミラーは
図中上方から光を入射し、反射させて使用する。図中下
方に配置した反射膜４に、Ｈｅガスを吹きつけること等
により、ミラーを冷却することもできる。

このような構成のミラーを、たとえば第２図に示すよう
なステッパのミラー１５として用いる。

エキシマレーザ光が石英部材１中に入射した時の作用は
、第１図（Ａ）　、（Ｂ）の場合と同様である。

石英を透明材料として用いる場合を説明したが、石英を
主成分とする他の材料を用いてもよい。また、ＣａＦｔ
を被覆材料として用いる場合を説明したが、他のＩＩａ
族元素の弗化膜、たとえばＭｇＦ２を用いることもでき
る。これらの弗化物は、抵抗加熱、電子ビーム加熱等の
真空蒸着法等によって昇華させ、光学部材上に蒸着させ
ることができる。

透明材料である石英部材１の厚さは、目的に応じて種々
に選択する。たとえば第１図（Ａ）の窓材としては、た
とえば厚さ約５ｍｍ、第１図（Ｂ）のマスクとしては、
たとえば厚さ約３ｍｍ、第１図（Ｃ）のミラーとしては
、たとえば厚さ約１ｍｍの石英ガラス基板を用いる。勿
論、他の厚さや他の形状を用いることもできる。弗化物
の被覆は、約５０Å以上の厚さとすることが好ましい。

良質の膜を厚さ約５０Å以上被覆することにより、酸素
の逃散に対する有効な遮蔽膜を形成することが可能であ
る。このような酸素遮蔽膜を表面に形成することにより
、酸化シリコンを主成分とする透明材料の変質を防止す
ることができ、使用寿命を長くすることが可能となる。

弗化物の被覆は、厚い程酸素遮蔽能は高くなるが、製造
の面等から厚さ約２０００λ以下とするのが好適であろ
う。特に厚さ１０００Å以下とするのがよい。

以上、実施例にそって本発明を説明したが、本発明はこ
れらに限定されるものではない。たとえば、種々の変更
、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であ
ろう。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、酸化シリコンを
主成分とする透明材料をエキシマレーザ光を用いる半導
体製造装置の光学部品として用いても、酸素欠損による
変質を防止ないし低減することができる。

このため、半導体製造装置のメインテナンスを簡略化し
、寿命を長くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施例による半導体
製造装置に用いる光学部品の構成を概略的に示す断面図
、 第２図は、ステッパーの光学系を示す概略図である。 図において、 １　　　　　石英部材 ２　　　　　　　ＣａＦ、膜 ２：ＣａＦ２ｌ１ （Ａ）レンズ、窓　　　　　　　　　　　（Ｂ）マスク
（Ｃ）ミラー 実施例による光学部品 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）、エキシマレーザ光を用いて露光、ＣＶＤ、エッ
   チングの少なくとも１つを行う半導体製造装置であって
   、 酸化シリコンを主成分とする透明材料の表面にIIａ族元
   素の弗化物の透明被膜が形成され、レンズ、窓、マスク
   、ミラーの１つとして作用する光学部品 を有することを特徴とする半導体製造装置。（２）、前
   記IIａ族元素の弗化物はＣａＦ＿２、ＭｇＦ＿２、Ｂａ
   Ｆ＿２、ないしこれらの混合物である請求項１記載の半
   導体製造方法。 （３）、エキシマレーザ光を用いて露光、ＣＶＤ、エッ
   チングの少なくとも１つを行なう半導体製造装置の製造
   方法であって、 レンズ、窓、マスク、ミラーの１つとして作用する光学
   部品を製作する工程において、酸化シリコンを主成分と
   する透明材料の表面にIIａ族元素の弗化物を蒸着して透
   明被膜を形成する工程 を含むことを特徴とする半導体製造装置の製造方法。