KR20020036946A - 합성석영유리부재, 광리소그래피장치 및광리소그래피장치의 제조방법 - Google Patents

합성석영유리부재, 광리소그래피장치 및광리소그래피장치의 제조방법 Download PDF

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고미네노리오
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Abstract

400nm 이하의 파장의 광을 노광광으로서 출사하는 노광광원과, 패턴원상 (原象) 의 형성된 레티클과, 노광광원으로부터 출력되는 광을 레티클에 조사하는 조사광학계와, 레티클로부터 출력되는 패턴상을 감광기판상에 투영하는 투영광학계와, 레티클과 감광기판의 위치맞춤을 하는 얼라이먼트계를 갖는 광리소그래피장치를 구성한다. 그리고, 조사광학계를 구성하는 합성석영유리부재 및, 투영광학계를 구성하는 합성석영유리부재 및 레티클중 적어도 일부를, ArF 엑시머레이저를 0.1μJ/cm2·p∼200 mJ/cm2·p의 에너지밀도로 1×104펄스 조사하였을 때, 조사후에 측정되는 193.4nm 에 있어서의 손실계수가 0.0050cm-1이하이고, 함유되는 수소분자농도가 1×1016분자/cm3∼2×1018분자/cm3이고, 또한 자외광 조사전의 손실계수가 0.0020cm-1이하인 합성석영유리부재에 의해 구성한다.

Description

합성석영유리부재, 광리소그래피장치 및 광리소그래피장치의 제조방법 {SYNTHETIC QUARTZ GLASS MEMBER, PHOTOLITHOGRAPHY APPARATUS, AND METHOD FOR PRODUCING PHOTOLITHOGRAPHY APPARATUS}
종래, 실리콘 등의 웨이퍼상에 집적회로의 미세패턴을 노광·전사하는 광리소그래피 기술에 있어서는, 스텝퍼라고 불리는 광리소그래피장치 (투영노광장치) 가 사용되고 있다. 이 스텝퍼의 광학계는, 광원의 광을 레티클상에 균일하게 조명하는 조명광학계와, 레티클에 형성된 집적회로패턴을 예를 들면 5분의 1로 축소하여 웨이퍼상에 투영하여 전사하는 투영광학계로 구성된다.
광리소그래피장치의 광원은, 최근의 LSI의 고집적화에 수반하여 g선 (436nm) 로부터 i선 (365nm), 또는 KrF (248.3nm) 나 ArF (193.4nm) 엑시머레이저로 단파장화가 진행되고 있다. 또한, 이에 대응해서, 보다 미세한 최소 가공선폭이 노광 가능한 광리소그래피장치가 요구되고 있다. 그러나, 파장영역이 자외 (紫外) 영역, 특히 250nm 이하의 영역의 광을 광원으로서 사용하는 경우, i선보다도 긴 파장영역의 광에 대응하도록 제조된 조명광학계나 투영광학계에 사용되는 렌즈재료로서는 광의 투과성이 나빠서 실용에 견딜수 없다. 그래서, 이 경우의 조명광학계나 투영광학계에 사용되는 렌즈재료는, 광투과율이 큰 석영유리나 일부의 결정재료로 한정되어 있다.
석영유리부재를 광리소그래피장치의 광학계에 사용하는 경우, 집적회로패턴을 큰 면적에서 고해상도로 노광하기 위해서는 상당한 고품질이 요구된다. 예컨대, 부재의 지름이 비교적 크게 200mm 정도의 것이면, 부재의 굴절율분포는 10-6오더 (order) 이하일 필요가 있다. 또한, 복굴절량을 감소시키는 것, 즉 부재의 내부변형을 작게 하는 것도 필요하며, 이러한 것이 굴절율분포의 균질성을 향상시킴과 동시에, 광학계의 해상도에 대하여 중요하게 된다. 따라서, 단지 석영유리라고 하여도 엑시머레이저스텝퍼와 같은 자외광을 광원으로 하는 광리소그래피장치에 사용할 수 있는 석영유리부재는 상당히 한정된 것으로 된다.
또한, 자외광을 광원으로 하는 광리소그래피장치에 사용하는 석영유리부재에 있어서는, 이들의 조건에 더하여 높은 투과율을 갖고 있는 (손실계수가 작은) 것이 필요하다. 이것은, 광리소그래피장치의 조명광학계 및 투영광학계에는, 수차 (收差) 보정을 위해 비상의 많은 렌즈가 구비되고 있고, 개개의 렌즈의 광손실이 장치전체의 투과율저하를 초래하는 염려가 있기 때문이다.
석영유리는, 천연의 수정의 가루를 녹이는 것에 의해 얻어지는 용융석영유리 외에, 화학적으로 합성하여 얻어지는 합성석영유리가 있지만, 이 중 합성석영유리는 금속불순물이 적고 고순도이며, 파장 250nm 이하의 자외광에 대해서도 높은 투과율성을 갖는 특징이 있다. 또한, 합성석영유리는 그 제조방법으로부터 대구경으로 균질한 것을 제조하는 것이 가능하다.
발명의 개시
그러나, 합성석영유리이어도 고출력의 자외광이나 엑시머레이저광이 작용하면, NBOHC (Non-Bridging 0xygen Hole Center, ≡ Si - O ·의 구조를 가진다.) 라고 불리는 구조결함에 기인하는 260nm 흡수대나, E' 센터 (≡ Si·의 구조를 가진다. 단지, ≡ 는 3중결합이 아니라, 3개의 산소원자와 결합하고 있는 것을 나타내며, ·는 불대 (不對) 전자를 나타낸다.) 라고 불리는 구조결함에 기인하는 215nm 의 흡수대가 나타나, 자외영역의 투과율이 현저하게 저하한다. 이들의 흡수대 중심파장은, 스텝퍼의 광원인 KrF 엑시머레이저나 ArF 엑시머레이저의 발진파장에 가깝기 때문에, 광흡수에 의해 광학계의 투과율이 현저하게 저하하는 일이 있다. 215nm 흡수대는, 자외선조사총량이 적은 (= 조사에너지가 낮고, 또는 조사시간이 짧은) 경우라도 크게 생기는 경우가 있다. 이 흡수대는 통상 엑시머레이저의 조사초기단계에서 생기기 때문에, 이 흡수를 조사초기흡수라고 칭한다. 이 때문에 합성석영유리의 모두가 이러한 장치의 렌즈부재로서 사용할 수 있다고는 할 수 없으며, 장치의 실용성능을 양호하게 유지하기 위해서는, 조사초기흡수가 적은 합성석영유리가 필요하게 된다.
지금까지, ArF 엑시머레이저등의 200nm 이하의 파장의 광원으로 하는 광리소그래피장치에 사용되는 광학부재에 요구되는 특성으로서, ArF 엑시머레이저광 (파장 193.4nm) 의 조사전에 있어서의 손실계수가 작은 것, 또는 조사초기흡수가 적은 것, 또는 장기간에 걸쳐 ArF 엑시머레이저광을 조사하였을 때에도 투과율저하가 적은 (즉, 투과율의 장기변동이 적은) 것은 각각 독립적으로 알려져 있었지만, 이들을 모두 만족하는 석영유리부재를 입수하는 것은 곤란하며, 이러한 부재를 사용한 ArF 엑시머레이저를 광원으로 하는 광리소그래피장치는 존재하지 않았다.
본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것이며, ArF 엑시머레이저를 광원으로 하는 광리소그래피장치의 투과율을 높여 충분한 실용성을 발휘시키는 것이 가능한 합성석영유리부재, 이것을 사용한 뛰어난 해상도를 갖는 광리소그래피장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 석영유리의 자외광에 대한 조사초기흡수가 생기는 원인을 명확하게 하기 위해서, 석영유리의 여러 물성과, 발생하는 조사초기흡수의 크기와의 관련을 조사하였다. 그 결과, 석영유리를, 내구성을 향상하는 인자인 수소를 도프 (dope) 하기 위해 환원분위기하에서 합성할 때에, 필요이상으로 강한 환원분위기를 부여한 경우에는, 석영유리부재의 투과율을 낮추는 원인으로 되는 구조결함인 ≡ Si-H (이것은, 저 에너지밀도의 자외광조사에 의해 용이하게 절단되어 E' 센터로 되는) 가 생성된 석영유리중에 대량으로 발생되는 것, 즉, 수소분자 함유량이 많은 석영유리만큼 큰 조사초기흡수가 나타나는 경향이 강한 것을 발견하였다. 또한 동시에, 수소분자를 거의 포함하지 않는 석영유리에 있어서는, 장기간에 걸치는 ArF엑시머레이저의 조사에 의해서 투과율저하가 일어나는 것을 발견하였다.
즉, 본 발명의 합성석영유리는, 환원분위기 하에 있어서의 합성시에 있어서, 석영유리의 수소분자농도를 적절한 값으로 함으로써, 합성시에 함유되는 ≡ Si-H 농도를 저감하면서, 어느 정도의 수소분자를 함유시키기 위한 것이며, 400nm 이하의 파장대역의 광과 함께 사용되는 광리소그래피장치에 사용되는 합성석영유리부재이고, 엑시머레이저를 0.1μJ/cm2·p∼200mJ/cm2·p의 에너지밀도로 1 ×104펄스 조사하였을 때, 조사 후에 측정되는 193.4nm 에서의 손실계수 (즉, 조사초기흡수) 가 0.0050cm-1이하이고, 함유되는 수소분자농도가 1 ×1016분자/cm3∼2 ×1018분자/cm3이고, 또한, 자외광조사 전의 손실계수가 0.0020cm-1이하 인 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 광리소그래피장치는, 400nm 이하의 파장의 광을 노광광으로서 출사하는 노광광원과, 패턴원상의 형성된 레티클과, 노광광원으로부터 출력되는 광을 레티클에 조사하는 조사광학계와, 레티클로부터 출력되는 패턴상을 감광기판상에 투영하는 투영광학계와, 레티클과 상기 감광기판의 위치맞춤을 하는 얼라이먼트 (alignment) 계를 갖는 광리소그래피장치로서, 조사광학계를 구성하는 합성석영유리부재, 투영광학계를 구성하는 합성석영유리부재 및 레티클 중 적어도 일부 (예컨대, 실시형태에 있어서의 콜러메이터 (collimator) 렌즈, 플라이아이렌즈, 콘덴서렌즈, 투영렌즈등) 가, 상기와 같은 특성을 갖는 합성석영유리부재로 이루어지는 것이다.
광리소그래피장치 (예컨대, 실시형태에 있어서의 스텝퍼(1)) 의 광학부재의 일부 또는 전부를 본 발명에 관련되는 합성석영유리부재로 구성하는 것에 의해, 광원을 ArF 엑시머레이저로 한 경우이어도 높은 투과율이 확보되어, 충분한 실용성이 발휘된다. 또한, 이러한 합성석영유리부재는, 함유되는 수소분자농도가 1 ×1016분자/cm3∼2 ×1018분자/cm3이고, 또한 자외광 조사전의 손실계수가 0.0020cm-1이하 인 것으로부터 대부분 얻어진다.
수소분자농도가 1 ×1016분자/cm3미만으로 되면 ArF 엑시머레이저를 장시간 조사하였을 때의 투과율저하가 커진다. 한편, 수소분자농도가 2 ×1018분자/cm3를 넘는 바와 같은 조건으로 합성하면 ≡ Si-H 농도도 높게 되어 조사초기흡수가 커지는 경향이 있고, 또한, 수소분자농도가 석영유리중에 있어서 편중하여 존재하는 것으로 된다.
또한, 자외광 조사전의 손실계수가 0.0020cm-1를 넘는 합성석영유리부재를 사용하여 구성된 광리소그래피장치는 광학계 전체의 투과율 (throughput) 이 낮고, 또한, 레이저를 조사하였을 때의 부재의 발열이나 면형상의 변화에 의한 해상도의 저하가 발생한다. 또한, ArF 엑시머레이저를 0.1μJ/cm2·p∼200mJ/cm2·p의 에너지밀도로 1 ×104펄스 조사하였을 때, 조사 후에 측정되는 193.4nm 에서의 손실계수 (조사초기흡수) 가 0.0050cm-1를 넘는 합성석영유리부재는, 레이저의 ON/OFF에 동반하는 투과율의 변동이 크고, 그 때문에, 이것을 사용한 광리소그래피장치는 노광량 변동이 크다.
또, 본 발명의 광리소그래피장치의 제조방법은, 수소분자농도가 1 ×1016분자/cm3∼2 ×1018분자/cm3인 합성석영유리 잉곳을 합성하는 잉곳 합성공정과, 합성석영유리잉곳을 절단하여 소망의 형상 및 크기를 갖는 합성석영유리부재를 얻는 잉곳절단공정과, 합성석영유리부재의 자외광 조사전의 손실계수와, ArF 엑시머레이저를 0.1μJ/cm2·p∼200mJ/cm2·p의 에너지밀도로 1 ×104펄스 조사하였을 때에 조사 후에 측정되는 193.4nm 에서의 손실계수를 측정하고, 자외광 조사전의 손실계수가 0.0020cm-1이하이고, 또한, 193.4nm 에서의 손실계수가 0.0050cm-1이하인 합성석영유리부재를 얻는 손실계수측정공정과, 손실계수측정공정에서 얻어진 합성석영유리부재를 사용하여, 조사광학계를 구성하는 합성석영유리부재, 투영광학계를 구성하는 합성석영유리부재 및 레티클 중 적어도 일부를 구성하는 광학계 구성공정을 갖는다.
상기의 제조방법에 의하면, 자외광 조사전의 손실계수가 0.0020cm-1이하이고, 또한, 193.4nm 에서의 손실계수가 0.0050cm-1이하인 합성석영유리부재를 사용한 해상도가 높은 광리소그래피장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서는, 합성석영유리부재중의 임의의 점에서의 수소분자농도의 값의 직경방향에 관한 분포범위 (변동폭) 가 작은 것이 바람직하다. 또, 직경방향이란, 조사광의 입사방향에 수직인 부재중의 임의의 면에 따르는 방향을 나타낸다. 구체적으로는, 부재의 중심 (기하학적중심) 의 수소분자농도치를 기준으로 한 경우, 이 중심을 포함하는 면상의 임의의 점에서의 수소분자농도치의 변동폭 V 가, -50%≤V≤+50%로 나타내여지는 조건을 만족하는 것이 보다 바람직하고, -20%≤V≤+20%로 나타내여지는 조건을 만족하는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이, 부재내의 수소분자농도의 값의 직경방향에 관련하는 분포범위 (변동폭) 가 작으면, ArF 엑시머레이저를 장기간에 걸쳐 조사하였을 때에도, 부재내의 임의의 점에서의 투과율의 저하량의 크기가 그 부재의 직경방향에서 보면 불균일이 없어, 장기간에 걸쳐 노광량을 안정적으로 얻는 것이 가능해진다.
상술하였듯이, 수소분자농도가 2 ×1018분자/cm3를 넘으면 수소분자농도의 변동폭이 커지는 경향이 있다. 그래서, 수소분자농도의 변동을 적게 하기 위해서는, 석영유리 잉곳합성공정에서, 사용되는 버너로부터 분출하는 연소가스 (산소함유가스 및 수소함유가스) 전체의 산소가스/수소가스의 유량비율을 0.25∼0.40으로 하는 것이 바람직하다. 이러한 유량비율의 범위내이면, 광을 장기간 조사하였을 때의 투과율저하를 막기 위해서 필요한 수소분자를 석영유리 중에 존재시키면서, 조사초기흡수의 원인으로 되는 ≡ Si-H 구조를 적게 하고, 또한 수소분자농도의 변동폭을 작게 할 수가 있다, 또한, 합성용 버너의 형상이나 원료유량, 잉곳을 유지하는 타겟의 요동패턴 등, 잉곳합성공정에서의 여러 조건이 잉곳 내의 수소분자농도나 그 변동폭, ≡ Si-H 농도 등을 결정하는 요인으로 되는 것으로부터, 이들의 조건을 적시 조정하는 것이 바람직하다. 예컨대, 원료유량이 지나치게 많으면 화염의 중심온도가 내려가, 수소농도분포가 되기 쉬운 경향이 있다.
도면의 간단한 설명
도 1 은, 본 발명의 광리소그래피장치의 구성의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2 는, 본 발명의 합성석영유리의 제조장치의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3 은, 도 2 에 나타내는 제조장치에 있어서의 버너를 분출구 측에서 본 모식도이다.
도 4 는, 투과율측정방법의 순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 5 는, 투과율측정에 있어서 사용되는 분광광도계의 개략 구성도이다.
도 6 은, 보정용 샘플의 투과율의 세정종료로부터의 경시변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 7 은, 교정치 KL의 산출에 사용되는 교정용투과율측정장치의 개략 구성도이다.
도 8 은, 교정용 샘플의 손실의 샘플두께에 대한 의존성의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 9 는, 실시예 5 및 비교예 1 에 대응하는 샘플의 조사펄스수에 대한 손실계수의 변동을 나타내는 그래프이다.
도 10 은, 실시예 8 및 비교예 3 에 대응하는 샘플의 조사펄스수에 대한 손실계수의 변동을 나타내는 그래프이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명이 바람직한 실시형태에 관해서 도면을 참조하고 설명한다. 도 1 은, 본 발명의 광리소그래피장치 (스텝퍼(1)) 의 일례의 개략 구성도를 나타낸다. 도 1 에 있어서, 투영광학계 (370) 의 광축으로 평행한 방향을 Z방향, 지면내에 있고 Z방향으로 수직인 방향을 Y방향, 지면 및 Z방향에 수직인 방향을 X방향으로 한다.
도 1 에 나타내는 스텝퍼 (1) 는, 주로 400nm 이하의 파장의 광을 노광광으로서 출사하는 노광광원 (310) 과, 패턴 원상 (原象) 의 형성된 레티클 (R) 과, 노광광원 (310) 으로부터 출력되는 광을 레티클 (R) 에 조사하는 조사광학계 (320) 와, 레티클 (R) 에서 출력되는 패턴상을 웨이퍼 (감광기판:W) 상에 4분의 1 또는 5분의 1로 축소하여 투영하는 투영광학계 (370) 와, 레티클 (R) 과 웨이퍼 (W) 의 위치맞춤을 하는 얼라이먼트계 (322) 로 구성되어 있다. 그리고, 조사광학계 (320) 를 구성하는 합성석영유리부재 (예컨대, 콜러메이터렌즈, 플라이아이렌즈, 콘덴서렌즈 등),투영광학계 (370) 를 구성하는 합성석영유리부재 (예컨대, 축소투영렌즈 등) 및 레티클 (R) 중 적어도 일부가, 본 발명의 합성석영유리부재로 이루어진다.
즉, 콜러메이터렌즈, 플라이아이렌즈, 콘덴서렌즈, 투영렌즈 등의 합성석영유리부재 (및 여기에는 나타내지 않은 다른 렌즈나 거울부재 등도 포함시킨다) 의 일부 또는 전부는, ArF 엑시머레이저를 0.1μJ/cm2·p∼200mJ/cm2·p 이하의 에너지밀도로 1 ×104펄스 조사하였을 때, 조사 후에 측정되는 193.4nm 에서의 손실계수가 0.0050cm-1이하라는 특성을 갖은 것으로 되어 있다.
이러한 특성을 갖는 합성석영유리부재는, 함유되는 수소분자농도가 1 ×1016분자/cm3∼2 ×1018분자/cm3이고, 또한, 자외광 조사전의 손실계수가 0.0020cm-1이하 인 것으로부터 얻어진다 (후술하는 실시예 및 비교예를 참조).
웨이퍼 (W) 는, 레벨링스테이지 (도시하지 않고) 상에 탑재되며, 이 레벨링스테이지는, 구동모터 (386) 에 의해 투영광학계 (370) 의 광축방향 (Z방향) 에 미동가능한 Z스테이지 (382) 상에 설치되어 있다. Z스테이지 (382) 는, 구동모터 (388) 로부터 스텝 앤드 리피트방식으로 2차원방향 (XY) 방향에 이동가능한 XY스테이지 (384) 에 탑재되어 있다. 레티클 (R) 은 수평면내에서 2차원 이동 가능한 레티클스테이지 (330) 상에 탑재되어 있다.
노광광원 (310) 으로부터 사출된 노광광은 조사광학계 (320) 내의 콜러메이터렌즈, (도시하지 않음) 에 있어서 평행광으로 되어, 다음에 플라이아이렌즈 (도시하지 않음) 에 의해 광강도를 균일화시킨 후, 콘덴서렌즈 (도시하지 않음) 에 의해 집광되어 레티클 (R) 에 도달한다. 레티클 (R) 을 통과한 광은 투영광학계 (370) 내의 투영렌즈, (도시하지 않음) 에 의해 집광되어 웨이퍼 (W) 상에 도달하지만, 이것에 의해 레티클 (R) 에 형성된 집적회로패턴이 축소되어 웨이퍼 (W) 상에 노광되게 된다.
이리하여 노광광원 (310) 으로부터의 노광광은, 조사광학계 (320) 를 통하여 레티클 (R) 에 형성된 패턴을 균일하게 조명하고, 레티클 (R) 의 패턴상은 투영광학계 (70) 에 의해서 웨이퍼 (W) 의 쇼트영역에 노광전사 된다. 이 노광광에는, 248nm (KrF 엑시머레이저), 193nm (ArF 엑시머레이저), 157nm (F2 레이저) 등의 파장을 갖는 노광광을 사용할 수 있다.
XY 스테이지 (384) 는, 웨이퍼 (W) 상의 1개의 쇼트영역에 대한 레티클 (R) 의 패턴의 전사노광이 종료하면, 웨이퍼 (W) 의 다음 쇼트영역이 투영광학계 (70) 의 노광영역과 일치하 도록 스테핑 이동된다. 웨이퍼 (W) 가 탑재된 레벨링스테이지의 2차원적인 위치는 레벨링스테이지에 고정된 이동거울 (389) 과의 거리를 레이저간섭계 (도시하지 않음) 로 계측함으로써, 예컨대 0.01㎛정도의 분해능력으로 상시 모니터되어 있고, 레이저간섭계의 출력은 스테이지컨트롤계 (350) 에 공급되어 있다.
레티클 (R) 은 레티클스테이지 (330) 상에서, 레티클 (R) 상의 전사패턴의 중심이 투영광학계 (370) 의 광축 (AX) 과 일치하도록 위치결정 된다. 레티클 (R) 의 위치결정은, 레티클 (R) 의 외주부근에 형성된 복수의 레티클얼라이먼트마크 (레티클마크) 를 사용하여 행하여진다. 레티클마크는, X방향의 위치결정을 하기 위한 레티클마크와, Y방향의 위치결정을 하기 위한 레티클마크의 2종류의 것이 설치되어 있다. 얼라이먼트계 (322) 는, 노광광원 (310) 으로부터 노광광의 일부를 분기하여 취출한 노광광을 조명광 (얼라이먼트광) 으로 하여 사용한다. 얼라이먼트계 (322) 는 각 레티클 얼라이먼트마크의 위치에 하나씩 설치되어 있다.
조사광학계 (320) 를 통과한 조명광은, 레티클 (R) 의 패턴영역의 외측에 형성된 레티클마크에 입사한다. 레티클마크는, 예컨대, 패턴주위의 불투명부에 형성된 직사각형의 투명창으로 이루어진다. 레티클마크부에서 반사된 얼라이먼트광은, 얼라이먼트계 (322) 에 재차 입사한다. 한편 레티클마크를 통과한 얼라이먼트광은, 투영광학계 (370) 를 통하여 웨이퍼 (W) 상의 각 쇼트영역의 주위에 설치된 기판 얼라이먼트마크 (웨이퍼마크) 상에 입사한다. 웨이퍼마크는 각 쇼트영역의 주위에 각각 형성되는 것은 아니며, 웨이퍼의 소정의 위치, 예컨대 웨이퍼의 외주부 영역에만 형성하여도 된다. 웨이퍼마크도 레티클마크에 대응하여 X방향의 위치 결정을 하기 위한 웨이퍼마크와, Y방향의 위치 결정을 하기 위한 웨이퍼마크의 2종류의 것이 형성되어 있다. 웨이퍼마크로부터의 반사광은 입사광과 반대의 경로를 더듬어, 투영광학계 (370), 레티클마크부를 통과하여 얼라이먼트계 (322) 에 다시 입사한다.
이리하여 얼라이먼트계 (322) 는, 레티클 (R) 과 웨이퍼 (W) 로부터의 얼라이먼트광의 반사를 입력하는 것에 의해, 레티클 (R) 과 웨이퍼 (W) 와의 상대적인 위치를 검출한다. 이 얼라이먼트계 (322) 의 출력은 주제어계 (360) 에 공급된다. 그리고 주제어계 (360) 의 출력이 레티클교환계 (340) 와 스테이지컨트롤계 (350) 에 공급되는 것에 의해, 레티클 (R) 과 웨이퍼 (W) 와의 공간적인 위치가 조정된다. 그 결과, 웨이퍼 (W) 상의 각 쇼트영역에 형성되어 있는 패턴과, 이것으로부터 전사노광하는 레티클 (R) 의 패턴상과의 겹침정밀도를 고정밀도로 유지할 수가 있다. 조사광학계 (320) 는, 피조사물체로서의 레티클 (R) 상을 슬릿상에 균일하게조명한다. 또한, 투영광학계 (370) 는, 레티클 (R) 의 표면 (P1) 과, 웨이퍼 (W) 의 표면 (P2) 과의 사이에 배치된다.
이와 같이 본 발명의 광학유리부재에 의해 구성된 투영광학계 (370),조사광학계 (320) 및/또는 레티클 (R) 을 구비하는 것에 의해, 노광량의 변동이 적고 해상도가 높은 스텝퍼를 얻는 것이 가능해진다.
이하, 본 발명의 광리소그래피장치를 얻기 위한 제조방법에 관해서 설명한다. 본 발명의 광리소그래피장치를 얻기 위한 제조방법은, 상기한 바와 같이, 주로, 잉곳합성공정과, 잉곳절단공정과, 손실계수측정공정과, 광학계구성공정으로 구성되어 있다.
먼저, 잉곳합성공정에 관해서 설명한다. 잉곳합성공정에서는, 수소분자농도가 1 ×1016분자/cm3∼2 ×1018분자/cm3인 합성석영유리잉곳을 합성한다. 도 2 는 본 발명의 합성석영유리부재의 원래가 되는 합성석영유리잉곳을 제조하기 위한 장치의 일례를 나타낸 것이다. 이 합성석영유리제조장치 (50) 는 도 2 에 나타내듯이, 로 (60) 와, 로 (60) 의 상부에 설치되는 버너 (70) 와, 로 (60) 내에 형성된 로내공간 (64) 에 있어서 버너 (70) 의 하방에 설치되는 타겟 (80) 을 가지고 구성되어 있다.
로 (60) 는, 로마루판 (61) 에 형성된 로테두리 (62) 의 내부에 내화물 (63) 을 가지며 구성되어 있고, 로테두리 (62) 및 내화물 (63) 의 상부를 관통하도록 버너 (70) 가 형성되어 있다. 버너 (70) 는 후술하듯이 다중관구조로 되어 있고, 그분출구 (70a) 는 하방, 즉 로내공간 (64) 으로 향하여져 있다. 타겟 (80) 은 복수의 불투명석영유리판이 상하로 겹쳐 쌓아진 구성으로 되어 있고, 그 최상면이 버너 (70) 의 분출구 (70a) 에 대향하도록, 상하로 연장된 지지막대 (81) 의 상부에 형성된 수평원반 (82) 의 상면에 탑재되어 있다. 로테두리 (62) 에는, 석영유리의 합성시에 로 (60) 내에 발생하는 HCl 등의 폐가스를 로 (60) 밖으로 배출시키기 위한 배기구 (65) 가 형성되어 있고, 이 배기구 (65) 에는 외기와 통하는 배기관 (66) 이 접속되어 있다. 또한, 로 (62) 의 외벽에는, 외부에서 로내 공간 (64) 을 관찰하기 위한 창 (67) 이 형성되어 있다.
도 3 은 버너 (70) 를 분출구 (70a) 측에서 본 것이며, 중심측으로부터 순차로 원료분출관 (71), 산수소분출관 (72,73), 산소분출관 (74), 수소분출관 (75) 이 형성되어 있다. 원료분출관 (71) 은 버너 (70) 의 중심에 위치하고 있고, 그 내부공간 (71a) 에서는 원료로 되는 4염화규소 (SiCl4) 등의 규소화합물 및 이것을 희석하기 위한 캐리어가스 (통상, 산소가스) 가 분출된다. 2개의 산수소분출관 (72,73) 은 원료분출관 (71) 을 둘러싸도록 동심원상에 배치되어 있고, 그 내부공간 (72a,73a) 에서는 산소가스 또는 수소가스등의 연소시키기 위한 가스가 분출된다. 복수의 산소분출관 (74) 은 산수소분출관 (73) 의 바깥쪽에 위치하고 있어, 각각의 내부공간 (74a) 으로부터는 산소가 분출된다. 또한, 수소분출관 (75) 은 이들 산소분출관 (74) 을 둘러싸도록 원료분출관 (71) 및 산수소분출관 (72,73) 과 동심상에 위치하고 있고, 그 내부공간 (75a) 에서는 수소가스가 분출된다. 또, 이와 같이 산소가스 및 수소가스를 분출관을 나눠 분출시키고 있는 것은, 이들의 가스가 석영유리합성시에 균일하게 반응하도록 하기 위해서이다.
석영유리의 합성은, 버너 (70) 로부터 타겟 (80) 의 상면에 향하여 원료, 산소 및 수소를 분출시키면서 이들을 연소시키는 것에 의해 행하여진다. 이에 의해 4염화규소가 산소 및 수소와 반응 (가수 (加水) 분해) 하여, 합성된 석영유리가루가 타겟 (80) 상에 퇴적하여 가지만, 이것을 유리화한 것이 합성석영유리잉곳 (IG) 으로 된다. 여기서, 생성되는 잉곳 (IG) 의 조성이 전체적으로 균일해지도록, 합성중에는, 지지봉 (81) 을 구동하여 타겟 (80) 을 소정의 속도로 축회전으로 회전시킴과 동시에, 일정한 시간간격으로 수평방향으로 요동시킨다. 또한, 생성중의 잉곳 (IG) 의 상단과 버너 (70) 의 분출구 (70a) 와의 간격이 항상 일정하도록, 타겟 (80) 전체는 소정속도로 하방으로 인하된다.
이리하여 합성석영유리의 잉곳이 생성되지만, 수소분자는 이 합성시에 있어서 도입되며, 열처리시에는 방출되는 것부터, 생성된 합성석영유리에 함유되는 수소분자농도는 합성조건 (예컨대, 버너 (70) 로부터 공급되는 산소가스와 수소가스의 비율) 및 열처리조건 (예컨대, 열처리공정의 유무) 에 의해 제어 가능하다. 따라서 이들의 여러조건을 조정하여, 잉곳에 함유되는 수소분자농도를 1×1016분자/cm3∼2 ×1018분자/cm3로 되도록 한다. 또, 얻어진 합성석영유리잉곳에 함유되는 수소분자농도는, 라만분광법 등에 의해 확인할 수가 있다.
이리하여 소정의 수소분자농도를 갖는 합성석영유리잉곳이 얻어지면, 후술하는 잉곳절단공정에 옮기기 전에 합성석영유리잉곳의 열처리를 한다. 이 열처리의 일례로서는, 생성된 잉곳을 소정시간의 동안 일정온도로 유지하여, 계속해서 소정의 강온 (降溫) 속도로 강온한 후, 방냉하는 공정의 것을 들 수 있다.
다음으로, 잉곳절단공정에 관해서 설명한다. 잉곳절단공정은, 상기의 열처리의 후에, 합성석영유리잉곳을 절단하여 소망의 형상 및 크기를 갖는 합성석영유리부재를 얻는 공정이다. 먼저, 제작하고자 하는 합성석영유리부재의 크기에 대응한 크기의 덩어리를 잉곳으로부터 절단하여 연삭한다. 다음에, SiO2등에 의해 정밀연마를 실시하여 소정치수의 합성석영유리부재로 마무리한다.
이리하여 소정의 치수이며, 또한, 소정의 조성 (수소분자농도가 1 ×1016분자/cm3∼2 ×1018분자/cm3) 을 갖는 합성석영유리부재가 얻어지면, 손실계수측정공정으로 옮긴다.
손실계수측정공정에서는, 먼저, 자외광 조사전의 손실계수를 측정한다. 그리고, 상기 의 수소분자농도를 갖는 합성석영유리부재 중에서, 자외광 조사전의 손실계수가 0.0020cm-1이하로 되는 것을 추출한다.
다음으로, 합성석영유리부재의 자외광 조사전의 손실계수를 측정하는 방법의 일례에 관해서 설명한다. 여기서는 자외용 광학부재로 이루어지는 평가 샘플 (M) (두께 (Lo)) 의 투과율을 시판의 분광광도계를 사용하여 측정하는 경우를 예로 설명한다.
여기서 사용하는 투과율측정방법은, 도 4 에 나타내듯이, 평가 샘플 (M) 을세정 (건조공정을 포함한다) 하는 제 1 스텝 (S1), 소정시간내에 투과율측정을 하여 투과율 (T) 을 구하는 제 2 스텝 (S2), 얻어진 투과율 (T) 을 평가시간 (tc) 에 있어서의 투과율 (Tc) 로 보정하는 제 3 스텝 (S3), 평가시간에 있어서의 투과율 (Tc) 을 참된 투과율 (To) 로 교정하는 제 4 스텝 (S4) 의 순으로 진행한다. 또, 상기 수순을 실시하기 위해서는, 평가 샘플 (M) 의 재질 및 두께 (= Lo) 에 대응하는 투과율저하속도 (a), 한계경과시간 (tm) 에 더하여 분광광도계의 교정치 (KL) 를 미리 구하여 놓을 필요가 있다.
먼저, 이 투과율측정에 있어서 사용되는 분광광도계에 관해서 설명한다. 도 5 는 시판의 분광광도계의 구성의 일례를 나타내고 있다. 이 분광광도계 (110) 를 사용하여 측정대상 (111) 의 투과율을 측정하기 위해서는, 측정대상 (111) 을 거울 (125) 과 거울 (126) 과의 사이에 탑재하고, 광원 (112) 으로부터 광 (자외광) 을 조사한다. 광원 (112) 으로부터의 광은 슬릿 (141) 을 통하여 거울 (121) 에 입사한다. 거울 (121) 에 의해서 반사된 광은 슬릿 (142) 을 지나, 거울 (122) 을 통하여 회절격자 (131) 에 입사한다. 일차회절광은 거울 (123) 에 의해서 반사장되어, 슬릿 (143) 을 지나 거울 (124) 에 입사한다. 거울 (124) 에 의해서 반사된 광은 초퍼 (chopper) 거울 (113) 을 통하여 거울 (125) 또는 거울 (127) 에 입사한다. 거울 (125) 에 의해서 반사된 광 (측정광) 은 측정대상 (111) 에 입사한다. 측정대상 (111) 을 투과한 광 (투과광) 은 거울 (126) 을 통하여 검출기 (114) 에 입사한다. 한편, 거울 (127) 에 의해서 반사된 광 (참조광) 은 거울 (128,129) 을 통하여 검출기 (114) 에 입사한다. 검출기 (114) 로 수광된 투과광과 참조광은 처리장치(115) 에 있어서 분리처리되어, 투과광강도 (I) 와 참조광강도 (Io) 가 구해진다. 그리고 이들의 비 I/Io로부터, 측정대상 (111) 의 투과율이 산출된다. 또, 처리장치 (115) 를 제외하는 여러장치는 밀폐챔버 (116) 에 의해 덮어져 있고, 투과율측정에 있어서는 질소퍼지 (purge) 된다.
다음에, 평가 샘플 (M) 의 재질 및 두께 (= Lo) 에 대응하는 투과율저하속도 (a) 및 한계경과시간 (tm) 의 양 파라미터를 구하는 순서에 관해서 설명한다. 먼저, 평가샘플 (M) 과 같은 재질이고, 또한 같은 두께 (= Lo) 를 갖는 보정용 샘플을 준비한다. 그리고 이것을 세정 (건조공정을 포함한다) 한 후 분광광도계 (110) 를 사용하여 그 투과율을 측정한다고 하는 순서를, 투과율을 측정할 때의 경과시간 (세정종료로부터의 경과시간) 을 바꾸면서 복수회 되풀이한다. 그리고 그 결과를 횡축을 경과시간, 세로축을 투과율로 한 좌표평면에 플롯 (plot) 하여 제 1 플롯 도를 작성한다.
이리하여 얻어진 제 1 플롯 도는 보정용 샘플에 관해서의 투과율이 경시변화를 나타내고, 그 플롯점열은 세정종료로부터 어느 시간까지는 직선에 의해 핏팅할 수가 있다 (예컨대, 도 6 과 같이 된다). 이 직선은 경과시간의 증대와 동시에 점차로 감소하게 (즉 부 (負) 의 경사를 가진다) 된다. 그리고, 그 경사를 투과율저하속도 (a:%/cm) 로서 구함과 동시에, 상기 직선으로 핏팅할 수 있는 한계의 경과시간을 한계경과시간 (tm:분) 으로서 읽어낸다. 이에 의해, 평가 샘플 (M) 에 관해서의 투과율저하속도 (a) 와 한계경과시간 (tm) 이 구해진다.
이와 같이, 보정용 샘플에 의해 얻어진 투과율저하속도 (a) 및 한계경과시간(tm) 의 양값을 평가 샘플에 관한 것으로서 취급할 수 있는 것은, 투과율저하속도 (a) 및 한계경과시간 (tm) 의 양 파라미터는, 샘플의 재질 및 두께가 동일인 경우에는 공통으로 되기 때문이다. 이 때문에, 투과율의 저하속도가 일정치를 유지하는 소정시간내 (이것은, 세정종료로부터 한계경과시간 (tm) 이 경과할 때까지에 상당한다) 에 평가 샘플 (M) 에 관해서의 투과율측정을 하여, 경과시간 (t:<tm) 에 있어서의 투과율 (T) 가 구해진 경우에는, 이 투과율 (T) 은 하기식 (1) 에 의해, 상기 소정시간내에서 임의로 선택된 평가시간 (tc:<tm) 에 있어서의 투과율 (Tc) 로 환산하는 보정을 할 수 있다.
Tc = T+ (t-tc) × a ··· (1)
또한, 식 (1) 중의 투과율 (Tc) 은, 기준시간 (tc) 에 있어서 측정되면 얻어졌을 투과율을 의미한다.
다음에, 분광광도계 (110) 의 교정치 (KL) 를 구하는 순서에 관해서 설명한다. 이 교정치 (KL) 의 산출에는, 다음에 나타내는 바와 같은 교정용 투과율측정장치가 필요하다.
도 7 은 교정용 투과율측정장치의 구성의 일례를 나타내고 있다. 이 교정용 투과율측정장치 (150) 에 있어서는, 광원 (152) 으로부터 조사된 광 (자외광) 은, 제 1 집광렌즈 (161) 에 있어서 집광된 후, 분광기입사슬릿 (171) 을 통하여 회절격자 (153) 로 입사된다. 이 회절격자 (153) 에 있어서 반사회절된 광은 분광기출사슬릿 (172) 을 통하여 제 2 집광렌즈 (162) 로 조사되어, 여기서 재차 집광된 후, 조리개 (173) 에 의해 명도조정이 이루어진다. 조리개 (173) 를 통한 광은 핀홀 (174) 에 있어서 소정의 형으로 정형된 후, 콜러메이터렌즈 (163) 에 있어서 평행광선으로 되어, 제 1 하프거울 (181) 로 조사된다.
제 1 하프거울 (181) 에 있어서 반사된 광은, 측정광용 옵티컬초퍼 (154) 를 통하여 측정대상 (151) 으로 조사된다. 측정대상 (151) 을 투과한 투과광은 거울 (183), 제 2 하프거울 (184) 및 집광렌즈 (164) 를 통하여 검출기 (156) 로 조사된다. 한편, 제 1 하프거울 (181) 을 투과한 참조광은 제 1 거울 (182), 참조광용 옵티컬초퍼 (155) 를 통하여 제 2 하프거울 (184) 로 조사되고, 이 제 2 하프거울 (184) 로 반사된 참조광은 집광렌즈 (164) 를 통하여 검출기 (156) 로 조사된다. 검출기 (156) 로 수광된 투과광과 참조광은 처리장치 (157) 에 있어서 분리처리되어, 투과광강도 (I) 와 참조광강도 (Io) 가 구해진다. 그리고 이들 참조광의 강도 (Io) 및 투과광의 강도 (I) 와의 비 I/Io로부터 투과율이 구해진다. 또, 검출기 (156) 및 처리장치 (157) 를 제외하는 장치는 모두 진공챔버 (158) 의 속에 밀폐되어 설치되어 있고, 측정광 주변의 분위기를 진공에 가까운 압력으로 설정할 수가 있게 되어 있다.
또한, 분광기입사슬릿 (171) 과 분광기출사슬릿 (172) 의 슬릿폭 및 핀홀 (174) 의 구멍직경을 변경시키고, 또한, 제 2 집광렌즈 (162), 조리개 (173), 핀홀 (174) 및 콜러메이터렌즈 (163) 를 광축에 따라 이동시킴으로써 측정대상 (151) 을 투과하는 위치에 있어서의 측정광의 발산각을 조절하는 것이 가능하다. 그리고 이 발산각은, 10 milli radian (0.57도) 이하로 조정된다. 이것은, 측정대상 (151) 에서의 굴절에 의한 측정광로의 변화를 작게 하기 위해서이고, 이것에 의해, 검출기(156) 의 수광면의 감도 불균일에 기인하는 측정오차의 발생을 방지할 수가 있다.
또한, 측정광의 광로주변의 분위기는 거의 진공, 즉 1 ×10-2Torr (1.33Pa) 이하의 압력, 산소분압 2 ×10-3Torr (0.27pa) 이하의 압력으로 조정된다. 이것은, 측정대상 (151) 이 두께를 갖고 있는 것에 기인하는 투과광의 광로길이와 참조광의 광로길이와의 차이분 내의 산소분자에 의한 흡수의 영향을 작게 하기 위해서 이다.
상기 구성의 교정용 투과율측정장치 (150) 를 사용하여 분광광도계 (110) 의 교정치 (KL) 를 구하기 위해서는, 먼저, 보정용 샘플 (M) 과 같은 재질 (즉 평가 샘플 (M) 과 같은 재질) 로 제작되어, 두께가 서로 다른 복수의 교정용 샘플을 준비한다. 또, 이 교정용 샘플 중의 하나는, 보정용 샘플 (M) 과 같은 두께 (즉 평가 샘플 (M) 과 같은 두께 (Lo)) 를 갖는 것으로 한다 (따라서 상기 보정용 샘플 그 자체이어도 된다). 다음으로 각 교정용 샘플을 세정한 후, 한계 경과시간 (tm) 이 경과하기 전에 (즉 상기 소정시간 내에) 교정용 투과율측정장치 (150) 를 사용하여 이들의 투과율 (T1) 을 측정한다. 여기서의 투과율측정은, 각 교정용 샘플당 하나씩, 세정, 투과율측정의 순으로 하여, 투과율을 측정할 때의 경과시간 (세정종료로부터의 경과시간) 이 모두 동일하게 되도록 한다. 또, 이러한 순서로 하는 것은, 모든 교정 샘플에 대해서의 투과율측정을 한계경과시간 (tm) 이 경과하기 전에 종료시킬 수 없는 경우가 많기 (따라서 식 (1) 을 사용한 보정을 할 수 없는) 때문이다. 이렇게 하여 얻어진 각 투과율 (T1) 로부터, 하기식 (2) 을 사용하여 각 교정용 샘플의 손실 Y 가 구해진다.
Y=-LN (T1/Tth) ··· (2)
여기서, 식 (2) 중, Tth는 교정용 샘플의 재질에 고유의 이론투과율이다. 식 (2) 를 사용하여 샘플두께 (L) 와 손실 (Y) 과의 관계가 얻어지면, 이것들의 결과를 횡축을 샘플두께 (L), 세로축을 손실 (Y) 로 한 좌표평면에 플롯하고 제 2 플롯 도를 작성한다. 이 제 2 플롯 도에 표시된 플롯점열은 직선에 의해 핏팅할 수가 있다 (예컨대, 도 8 과 같이 된다). 이 직선은 샘플두께 (L) 의 증대에 따라서 증가하여 가는 (즉 정의 경사를 가진다) 것으로 된다. 그리고 그 직선의 경사는 교정용 샘플의 내부손실계수 (β:/cm) 로서 구해진다.
여기서, 각 교정용 샘플의 투과율 (To) 을, 상기 순서에 의해 얻어진 내부손실계수 (β:/cm) 및 샘플두께 (L:cm) 을 이용하여 나타내면 하기식 (3) 과 같이 된다.
To = Tth × exp (-β× L) ··· (3)
여기서, 식 (1) 에 의해 얻어지는 기준시간 (tc) 에 있어서의 투과율 (Tc) 에 교정치 (KL) 를 곱함으로써 계기오차, 즉 분광광도계 (110) 의 측정정밀도가 불충분하기 때문에 생기는 참된 값과의 차를 제거할 수가 있는 것으로 가정하면, 하기식 (4) 이 얻어진다.
To= KL× Tc ··· (4)
또한, 식 (3) 과 식 (4) 로부터 하기식 (5) 이 얻어진다.
KL= (Tth/Tc) × exp (-β× L) ··· (5)
여기서 KL 은, 상술의 제 1 플롯 도에 있어서 핏팅에 사용된 직선을 사용하여 기준시간 tc 에 대응하는 투과율의 값을 구하여 Tc 로 하고, 이것과, 이미 구한 내부손실계수 (β) 및 보정용 샘플두께 (= Lo) 를 식 (5) 에 대입하는 것에 의해 구해진다.
이러한 순서에 의해, 평가 샘플 (M) 의 재질 및 두께 (= Lo) 에 대응하는 분광광도계 (110) 의 교정치 (KL) 가 구해진다.
상술한 바와 같이 하여, 평가 샘플 (M) 의 재질 및 두께 (= Lo) 에 대응하는 투과율저하속도 (a) 및 한계경과시간 (tm) 의 양 파라미터, 및 분광광도계의 교정치 (KL) 가 얻어지면, 도 4 에 나타내는 제 1∼4 스텝에 따라서 평가 샘플 (M) 의 투과율 (참된 투과율 (To)) 을 구할 수 있다. 다음에 이것을 설명한다.
평가 샘플 (M) 의 투과율 (참된 투과율:To) 을 구하기 위해서는, 도 4 에 나타내듯이, 먼저 평가 샘플 (M) 에 세정 (건조공정을 포함한다) 을 실시한다 (제 1 스텝). 세정이 종료하면 평가 샘플 (M) 을 분광광도계 (110) 에 설치하여, 전술의 과정에 의해서 이미 알려진 한계경과시간 (tm) 으로부터 정해지는 소정시간내에 투과율측정을 하여 투과율 (T) 을 구한다 (제 2 스텝). 여기서, 세정이 종료한 평가 샘플 (M) 은 데시케이터에 넣어 보관하고, 투과율측정 시에만 데시케이터로부터 취출하도록 한다 (평가 샘플이 복수 있을 때에도 동일). 투과율 (T) 이 구해지면, 투과율 (T) 을 측정하였을 때의 경과시간 (t) 의 값과 동시에 투과율 저하속도 (a) 의 값을 식 (1) 에 대입하여, 기준시간 (tc) 에서의 투과율 (Tc) 을 얻는다 (제 3 스텝). 기준투과율 (Tc) 이 구해지면, 전술의 과정에 의해서 이미 알려져 있는 교정치 (KL) 를 사용하여 식 (4) 에 의해 교정하고, 참된 투과율 (To) 을 얻는다 (제4 스텝).
이렇게 하여 참된 투과율 (To) 이 얻어지면, 식 (3) 을 변형하여 얻어지는 하기식 (6) 에 의해, 그 평가 샘플 (M) 의 내부손실계수 (β) 를 구하는 것이 가능하다.
β= -LN (To/Tth) /L ··· (6)
이러한 순서에 의해 합성석영유리부재의 자외광 조사전에 있어서의 손실계수의 측정을 하여, 그 값이 0.0020cm-1이하로 되는 것을 추출한다.
이렇게 하여 얻어진, 수소분자농도가 1 ×1016분자/cm3∼2 ×1018분자/cm3이고, 또한 자외광 조사전의 손실계수가 0.0020cm-1이하인 합성석영유리는, 대부분의 경우, ArF 엑시머레이저를 0.1μJ/cm2·p∼200mJ/cm2·p의 에너지밀도로 1 ×104펄스 조사하였을 때에 조사 후에 측정되는 193.4nm 에서의 손실계수가 0.0050cm-1이하로 된다.
다음에, 조사 후에 측정되는 193.4nm 에서의 손실계수를, 조사중에 투과율측정장치를 사용하여 측정한다. 먼저, 수소분자농도가 1×1016분자/cm3∼2 ×1018분자/cm3이고, 또, 자외광 조사전의 손실계수가 0.0020cm-1이하인 합성석영유리부재 중에서, 잉곳의 같은 위치로부터 얻어진 동등의 광학특성을 갖는 유리부재를 1개의 그룹으로 복수의 그룹을 만든다. 다음에, 1개의 그룹으로부터, 하나의 합성석영유리부재를 무작위로 채취하여, ArF 엑시머레이저를 0.1μJ/cm2·p ∼200mJ/cm2·p의 에너지 밀도로 1 ×104펄스 조사하였을 때에 조사 후에 측정되는 193.4nm 에서의 손실계수를 측정한다. 그리고, 측정한 합성석영유리부재의 193.4nm 에서의 손실계수가 0.0050cm-1이하인 경우에는, 해당 합성석영유리부재가 속하는 그룹의 ArF 엑시머레이저를 조사하지 않는 합성석영유리부재를 후술하는 광학계 구성공정에서 사용하는 합성석영유리부재로서 선택한다.
이렇게 하여 손실계수측정공정에서, 자외광 조사전의 손실계수가 0.0020cm-1이하 이고, 또한, 193.4nm 에서의 손실계수가 0.0050cm-1이하가 되는 조건을 만족하는 합성석영유리부재가 선택된다.
그리고, 광학계 구성공정에서는, 상기 의 조건을 만족하는 합성석영유리부재를 사용하여, 조사광학계를 구성하는 합성석영유리부재, 투영광학계를 구성하는 합성석영유리부재 및 레티클중 적어도 일부를 구성하여, 스텝퍼 (1) 를 완성시킨다.
이와 같이, 스텝퍼 (1) 에 있어서는 렌즈 등의 광학부재의 전부 또는 일부가, 상기 특성을 갖는 합성석영유리부재로 되어 있기 때문에, 장치전체로서 투과율이 높고, 광원 (11) 이 ArF 엑시머레이저와 같은 200nm 이하의 단파장이어도 충분한 실용성이 발휘된다. 또, 스텝퍼 (1) 의 광원 (11) 을 ArF 엑시머레이저보다도 긴 파장의 광을 조사하는 것으로 바꾼 경우에도 높은 투과율이 확보되어, 충분한 실용성을 갖는 것은 말할 필요도 없다.
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들의 실시예에 한정되는 것이 아니다.
먼저, 전술의 합성석영유리제조장치 (50) 를 사용하여, 원료유량이나 산소가스/수소가스유량비등의 합성조건 등을 바꿔 5종류의 합성석영유리잉곳을 제조하였다. 잉곳의 형상은, 통상, ø180∼ø620 (ø;지름/mm) ×t600∼1200 (t;두께/mm) 이고, 통상, 잉곳을 성장방향에 수직으로 t50∼300mm로 절단한 블록형상으로 열처리를 한다.
또한, 열처리조건은, 1000℃에서 10시간 유지한 후, 매시 10℃ 이하의 강온속도로 500℃ 이하까지 강온하여, 그 후 방냉한다. 계속해서, 이들의 잉곳으로부터ø60mm, 두께 10mm의 형상의 덩어리를 절단한 후, 이것에 정밀연마를 실시하여, 12개의 평가 샘플 (합성석영유리부재) 로 하였다.
그리고 이것들의 12개의 평가 샘플의 조사전의 투과율을 상술한 방법에 의거하여 산출한 후, 각 샘플에 함유되는 평균수소분자농도를 라만분광법에 의해 측정하였다. 이 측정은, 구체적으로는, V.S.Khotimchenko etal., J.Appl.Spectrosc., 46,632-635 (1987) 에 따라서 800cm-1및 4135cm-1의 라만산란강도를 측정하여, 그 강도비를 취함으로써 행하였다. 그 후 ArF 엑시머레이저를, 에너지밀도 0.1μJ/cm2·p∼200mJ/cm2·p의 여러 값으로 1 ×104펄스 조사하고, 이 조사 후에 있어서의 파장 193.4nm 에서의 투과율을 구하였다. 각 샘플에 관해서의 투과율을 구한 후, 식 (6) 을 사용하여 이들의 샘플의 ArF 엑시머레이저 조사 후의 손실계수를 산출하였다. 또, 식 (6) 을 사용할 때의 이론투과율은, 합성석영유리의 파장 193.4nm에 대응하는 값으로서 90.8748 (%) 로 하였다.
또한, 일부의 샘플 (실시예 5 및 실시예 9) 에 대해서는, 샘플중의 전술한 직경방향에 관해서 수소분자농도의 값의 변동폭 (V) 을 구하였다.
12개의 평가 샘플에 관해서, ArF 엑시머레이저 조사전후에 있어서의 손실계수를 구하였다. 그 결과를 표 1 에 나타낸다. 또, 12개의 평가 샘플중, 자외광 조사전의 손실계수가 0.0020cm-1이하이고, 또한, 193.4nm 에서의 조사 후의 평균손실계수가 0.0050cm-1이하가 되는 조건을 만족하는 9개의 평가 샘플을 표 1 에 나타내는 실시예 1∼실시예 9로 하였다. 또한, 상기의 조건을 만족하지 않는 나머지의 3개의 평가 샘플을, 표 1 에 나타내는 비교예 1∼비교예 3으로 하였다.
또한, 실시예 5 및 비교예 1에 ArF 엑시머레이저를 에너지밀도 2mJ/cm2·p로 조사하였을 때의 조사펄스수에 대한 손실계수의 변동을 도 9에 나타낸다. 또한, 실시예 8 및 비교예 3에 ArF 엑시머레이저를 에너지밀도 200mJ/cm2·p로 조사하였을 때의 조사펄스수에 대한 손실계수의 변동을 도 10에 나타낸다.
표 1
표 1로부터, 함유되는 수소분자농도가 1 ×1016분자/cm3∼5 ×1018분자/cm3이하이고, 또한 자외광 조사전에 있어서의 손실계수가 0.0020cm-1이하인 샘플에 관해서는, 수소분자농도의 변동폭 (V) 이 모두 -50%≤V≤+50%의 범위내이고, ArF 엑시머레이저 조사후에 있어서의 손실계수는 0.005cm-1이하로 되는 것이 확인되었다.
계속해서, 이들 실시예에 나타내여진 샘플과 같은 정도의 수소분자농도나 광조사 전후의 손실계수를 갖는 복수의 샘플을, 전술의 스텝퍼 (1) 에 나타내는 구성의 스텝퍼의 조명광학계 및 투영광학계의 합성석영유리를 사용하는 부분에 탑재한 바, 필요로 되는 해상도 0.13㎛가 얻어져, 실용상의 성능을 만족하는 것이 확인되었다.
그리고 또한, 스텝퍼로서의 실용상의 성능을 만족하는 지의 여부를 판정하였다. 또한, 수소분자농도가 1 ×1016분자/cm3∼2 ×1018분자/cm3의 것을 1점, 수소분자농도의 값의 변동폭 (V) 이 -50%≤V≤+50%의 범위내의 것을 1점, 자외광 조사전에 있어서의 손실계수가 0.0020cm-1이하의 것을 1점, ArF 엑시머레이저를 1 ×104펄스조사한 후의 193.4nm 에서의 평균손실계수가 0.0050cm-1이하의 것을 1점으로서 채점하여, 그 합계점수를 구하였다. 이들의 합계점수의 결과도 표 1에 나타낸다. 합계점수가 3점이상인 스텝퍼는, 스텝퍼로서의 실용상의 성능을 만족한다. 또, 실시예 9 를 제외하는 실시예 1∼실시예 8 샘플의 수소분자농도의 값의 변동폭 (V) 은, 모두 -50%≤V≤+50%의 범위내 이였다. 또한, 비교예 1∼비교예 3의 샘플의 수소분자농도의 값의 변동폭 (V) 은, -50%≤V≤+50%의 범위를 벗어나, 이것보다도 큰 범위이었다.
상술한 스텝퍼로의 탑재로 확인한 바와 같이, 1 ×104펄스 정도의 ArF 엑시머레이저 조사후에 있어서의 손실계수 (조사초기흡수) 가 0.0050cm-1이하가 되는 실시예 1∼9에서는 실용상의 성능을 만조하며, ArF 엑시머레이저 조사후에 있어서의 손실계수가 0.0050cm-1보다도 큰 비교예 1∼3에서는 실용상의 성능을 만족하지 않는다. 또한, 비교예 3과 같이, 평균수소분자농도가 5 ×1018/cm3을 상회하는 것은, 수소분자농도의 값의 변동폭이 크고, 또한, ArF 엑시머레이저를 1×104펄스 조사한 후의 손실계수는 대단히 커지는 것이 확인되었다.
또, 실시예 5의 샘플의 직경방향에서의 수소분자농도의 값은 1.4 ∼2.2분자/cm3의 좁은 범위로 분포하고 있으며, 수소분자농도의 값의 변동폭 (V) 은, -20%≤V≤+20% 이었다. 또한, 실시예 9의 샘플의 직경방향에서의 수소분자농도의 값은 2.9∼0.76 ×1018분자/cm3의 범위로 분포하고 있고, 수소분자농도의 값의 변동폭 (V) 은, -60%≤V≤+60% 이었다.
산업상의 이용가능성
이상 설명하였듯이, 본 발명에 관련되는 합성석영유리부재는, ArF 엑시머레이저를0.1μJ/cm2·p∼200mJ/cm2·p의 에너지밀도로 1×104펄스 조사하였을 때, 조사후에 측정되는 193.4nm 에 있어서의 손실계수가 0.0050cm-1이하인 특성을 갖는 것이지만, 이러한 합성석영유리를 사용하여 광리소그래피장치의 광학부재의 일부 또는 전부를 구성하는 것에 의해, 그 광리소그래피장치의 투과율을 높이는 수 있어, ArF 엑시머레이저를 광원으로 하는 경우이어도 충분한 실용성이 발휘된다.
본 발명은, 합성석영유리부재, 광리소그래피장치 및 광리소그래피장치의 제조방법에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 광리소그래피기술에 있어서 400nm 이하, 바람직하게는 300nm 이하의 특정파장대역으로, 렌즈나 거울등의 광학계에 사용되는 광리소그래피장치용의 합성석영유리부재, 이러한 광학부재를 사용하여 구성한 광리소그래피장치 및 광리소그래피장치의 제조방법에 관한 것이다.

Claims (3)

  1. 400nm 이하의 파장대역의 광과 동시에 이용되는 광리소그래피장치에 사용되는 합성석영유리부재로서,
    ArF 엑시머레이저를 0.1μJ/cm2·p∼200mJ/cm2·p의 에너지밀도로 1×104펄스 조사하였을 때, 조사 후에 측정되는 193.4nm에 있어서의 손실계수가 0.0050cm-1이하이고,
    함유되는 수소분자농도가 1×1016분자/cm3∼2×1018분자/cm3이고, 또한,
    자외광 조사전의 손실계수가 0.0020cm-1이하인 합성석영유리부재.
  2. 400nm 이하의 파장의 광을 노광광으로서 출사하는 노광광원과, 패턴원상 (原象) 의 형성된 레티클과, 상기 노광광원으로부터 출력되는 광을 상기 레티클에 조사하는 조사광학계와, 상기 레티클로부터 출력되는 패턴상을 감광기판상에 투영하는 투영광학계와, 상기 레티클과 상기 감광기판의 위치맞춤을 행하는 얼라이먼트계를 갖는 광리소그래피장치로서,
    상기 조사광학계를 구성하는 합성석영유리부재, 상기 투영광학계를 구성하는 합성석영유리부재 및 상기 레티클 중 적어도 일부가, 청구항 1 항 기재의 합성석영유리부재로 이루어지는 것인, 광리소그래피장치.
  3. 400nm 이하의 파장의 광을 노광광으로서 출사하는 노광광원과, 패턴원상의 형성된 레티클과, 상기 노광광원으로부터 출력되는 광을 상기 레티클에 조사하는 조사광학계와, 상기 레티클로부터 출력되는 패턴상을 감광기판상에 투영하는 투영광학계와, 상기 레티클과 상기 감광기판의 위치맞춤을 행하는 얼라이먼트계를 갖는 광리소그래피장치의 제조방법으로서,
    수소분자농도가 1×1016분자/cm3∼2×1018분자/cm3인 합성석영유리잉곳을 합성하는 잉곳합성공정과,
    상기 합성석영유리잉곳을 절단하여 소망의 형상 및 크기를 갖는 합성석영유리부재를 얻는 잉곳절단공정과,
    상기 합성석영유리부재의 자외광 조사전의 손실계수와, ArF 엑시머레이저를 0.1μJ/cm2·p∼200mJ/cm2·p의 에너지밀도로 1×104펄스 조사하였을 때에 조사 후에 측정되는 193.4nm 에 있어서의 손실계수를 측정하고, 상기 자외광 조사전의 손실계수가 0.0020cm-1이하이고, 또한, 상기 193.4nm 에 있어서의 손실계수가 0.0050cm-1이하인 합성석영유리부재를 얻는 손실계수측정공정과,
    상기 손실계수측정공정에서 얻어진 합성석영유리부재를 사용하여, 상기 조사광학계를 구성하는 합성석영유리부재, 상기 투영광학계를 구성하는 합성석영유리부재 및 상기 레티클중 적어도 일부를 구성하는 광학계구성공정을 갖는 광리소그래피장치의 제조방법.
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