合成石英玻璃部件,光刻裝置以及光刻裝置的製造方法
2023-05-21 11:47:51 1
專利名稱：合成石英玻璃部件,光刻裝置以及光刻裝置的製造方法
技術領域：
本發明涉及合成石英玻璃部件，光刻裝置以及光刻裝置的製造方法。更詳細地講，涉及在光刻技術中400nm以下，最好是300nm以下的特定波段中，透鏡或者反光鏡等在光學系統中使用的光刻裝置用的合成石英玻璃部件，使用了這樣的光學部件構成的光刻裝置以及光刻裝置的製造方法。
光刻裝置的光源伴隨近年來LS的高集成化正在從g線(436nm)向i線(365nm)，進而向KrF(248.3nm)或者ArF(193.4nm)受激準分子雷射器和短波長化發展。另外，與此相對應，要求能夠進行更微細的最小加工線寬曝光的光刻裝置。但是，在把波長區為紫外區，特別是250nm以下的區域的光用作為光源時，對應於比i線長的波長區的光而所製造的照明光學系統或者投影光學系統中使用的透鏡材料中，光的透射性差而不實用。因此，這種情況下的照明光學系統或者投影光學系統中使用的透鏡材料限定於光透射率大的石英玻璃或者一部分結晶材料。
在把石英玻璃部件用於光刻裝置的光學系統的情況下，為了在很大的面積上以高解析度把集成電路圖形進行曝光，要求非常高的品質。例如，如果部件的直徑是比較大的200nm左右，則部件的折射率分布需要10-6級以下。另外，減少復折射率量，即要求減小部件的內部畸變，這一點對於提高折射率分布的均勻性，對於光學系統的解析度十分重要。從而，即使僅是石英玻璃，在受激準分子雷射器分檔器那樣把紫外光作為光源的光刻裝置中使用的石英玻璃部件也受到相當大的限制。
進而，在把紫外光作為光源的光刻裝置中使用的石英玻璃部件中，在以上那些條件的基礎上需要還具有高透射率(損失係數小)。這是因為在光刻裝置的照明光學系統以及投影光學系統中，為了進行像差修正而設有非常多的透鏡，各個透鏡的光損失有可能使裝置總體的透射率下降。
石英玻璃除去通過熔化天然的水晶粉末而得到的熔融石英玻璃外，還有化學合成得到的合成石英玻璃，其中合成石英玻璃的金屬雜質少，是高純度，具有對于波長250nm以下的紫外光也具有高透射性的特徵。另外，合成石英玻璃從其製造方法出發，可製造大口徑並具有均勻性的部件。
至今為止，作為採用ArF受激準分子雷射器的200nm以下波長光源的光刻裝置中使用的光學部件所要求的特性，分別獨立要求ArF受激準分子雷射器光(波長193.4nm)在照射之前的損失係數小，或者照射初期吸收少，或者在長時間照射ArF受激準分子雷射器光時透射率下降少(即，透射率的長期變動少)，但是難以加工滿足這些全部條件的石英玻璃部件，沒有把使用了這樣部件的ArF受激準分子雷射器作為光源的光刻裝置。
本發明是鑑於以上的問題而產生的，目的在於提供提高把ArF受激準分子雷射器作為光源的光刻裝置的透射率，能夠發揮充分的實用性的合成石英玻璃部件，使用了該玻璃部件的具有出色解析度的光刻裝置及其製造方法。
本發明者們由於明確了石英玻璃產生的對於紫外光的初期照射吸收的原因，因此調查了石英玻璃的諸多物性與所產生的照射初期吸收大小的關聯性。其結果，發現為了在石英玻璃中摻雜作為提高耐久性因子的氫而在還原氣氛下進行合成時，在提供了高於需要的還原氣氛的強還原氣氛的場合，構成降低石英玻璃部件的透射率原因的構造缺陷即≡Si-H(通過低能量密度的紫外光照射容易切斷，成為E』中心)在所生成的石英玻璃中大量地產生，即，氫分子含有量越多的石英玻璃其表現出大的照射初期吸收的傾向越強。同時還發現，在幾乎不包含氫分子的石英玻璃中，通過長時間ArF受激準分子雷射器的照射也將產生透射率降低。
即，本發明的合成石英玻璃在還原氣氛下的合成時，通過把石英玻璃的氫分子濃度取得適當的值，降低合成時所含有的≡Si-H濃度的同時，使得含有某種程度的氫分子，是一種與400nm以下波段的光一起使用的光刻裝置中所使用的合成石英玻璃部件，其特徵在於在用受激準分子雷射器以0.1μJ/cm2·p～200mJ/cm2·p的能量密度進行了1×104脈衝照射時，照射後測定的193.4nm中的損失係數(即，照射初期吸收)是0.0050cm-1以下，所含有的氫分子濃度是1×1016分子/cm3～2×1018分子/cm3，而且，紫外光照射前的損失係數是0.0020cm-1以下。
另外，本發明的光刻裝置，是具有把400nm以下波長的光作為曝光光而出射的曝光光源，形成了圖形原像的調製盤，把從曝光光源輸出的光照射在調製盤上的照射光學系統，把從調製盤輸出的圖像投影到感光基板上的投影光學系統，以及進行調製盤與上述感光基板定位的對準系統，其特徵在於構成照射光學系統的合成石英玻璃部件，構成投影光學系統的合成石英玻璃部件以及調製盤中的至少一部分(例如，實施形態中的準直透鏡，蠅眼透鏡(フライアイレンズ)，聚光鏡，投影透鏡等)由具有以上特性的合成石英玻璃部件構成。
通過用本發明的合成石英玻璃部件構成光刻裝置(例如實施形態中的分檔器1)的光學部件的一部分或者全部，即使在把光源採用為ArF受激準分子雷射器的情況下也確保高透射率，發揮充分的實用性。另外，這樣的合成石英玻璃部件所含有的氫分子濃度是1×1016分子/cm3～2×1018分子/cm3，而且紫外光照射前的損失係數是0.0020cm-1以下。
如果氫分子濃度小於1×1016分子/cm3，則用ArF受激準分子雷射器進行長時間照射時的透射率降低加大。另一方面，如果在氫分子濃度超過2×1018分子/cm3的條件下進行合成，則≡Si-H濃度升高，具有照射初期吸收增大的傾向，進而，氫分子濃度在石英玻璃中不均勻地存在。
另外，使用紫外線照射前的損失係數超過0.0020cm-1的合成石英玻璃部件構成的光刻裝置其總體的透射率(透過量)降低，另外，可以發現由照射雷射時的部件的發熱或者面形狀的變化產生的解析度的降低。進而，在用ArF受激準分子雷射器以0.1μJ/cm2·p～200mJ/cm2·p能量密度進行1×104脈衝照射時，照射後測定的193.4nm中的損失係數(照射初期吸收)超過0.0050cm-1的合成石英玻璃部件伴隨著雷射器的ON/OFF的透射率的變動大，因此使用了這種玻璃部件的光刻裝置的曝光量變動大。
進而，本發明光刻裝置的製造方法，具有對氫分子濃度是1×1016分子/cm3～2×1018分子/cm3的合成石英玻璃坯料進行合成的坯料合成工序；切割合成石英玻璃坯料，獲得具有所希望的形狀以及大小的合成石英玻璃部件的坯料切斷工序；測定合成石英玻璃部件的紫外線照射前損失係數、以及用ArF受激準分子雷射器以0.1μJ/cm2·p～200mJ/cm2·p的能量密度進行1×104脈衝照射時，照射後測定的193.4nm中的損失係數，從而得到在紫外光照射前的損失係數是0.0020cm-1以下，而且193.4nm下的損失係數是0.0050cm-1以下的合成石英玻璃部件的損失係數測定工序；以及使用在損失係數測定工序中所得到的合成石英玻璃部件，構成照射光學系統的合成石英玻璃部件，構成投影光學系統的合成石英玻璃部件以及構成調製盤中的至少一部分的光學系統構成工序。
如果依據上述製造方法，則可以得到使用了紫外光照射前的損失係數是0.0020cm-1以下，而且，193.4nm中的損失係數是0.0050cm-1以下的合成石英玻璃部件的解析度高的光刻裝置。
另外，在本發明中，最好對於合成石英玻璃部件中任意點的氫分子濃度值的徑向分布範圍(變動寬度)小。另外，所謂徑向，表示沿著垂直於照射光的入射方向的部件中的任意面的方向。具體地講，在以部件中心(幾何重心)的氫分子濃度值為基準時，包括該中心的面上任意點中的氫分子濃度值的變動寬度V最好滿足-50％≤V≤+50％所表示的條件，更理想的是滿足-20％≤V≤+20％所表示的條件。這樣，如果部件內的氫分子濃度值的徑向分布範圍(變動寬度)小，則即使在用ArF受激準分子雷射器進行長時間照射時，部件內任意點的透射率降低量的大小在該部件的徑向觀看也沒有不均勻，能夠穩定地得到長時間的曝光量。
如上述那樣，如果氫分子濃度超過2×1018分子/cm3，則氫分子濃度的變動寬度存在增多的傾向。因此，為了減少氫分子濃度的變動，在石英玻璃坯料合成工序中，從所使用的燃燒器噴出的燃燒氣體(含氧氣體以及含氫氣體)總體的氧氣/氫氣的流量比例最好取為0.25～0.40。如果是在這樣流量比例的範圍內，則為了防止長期照射光時的透射率降低而使得所需要的氫分子存在於石英玻璃中的同時，減少成為照射初期吸收原因的≡Si-H構造，進而能夠減少氫分子濃度的變動寬度。另外，合成用燃燒器的形狀或者原料流量，保持坯料的靶的搖動圖形等，在坯料合成工序中的種種條件成為決定坯料內的氫分子濃度或者其變動寬度以及≡Si-H濃度等的主要原因，因此最好適當地調整這些條件。例如，如果原料流量過多則使火焰的中心溫度下降，使之具有易於產生氫分子濃度的傾向。
圖1是示出本發明的光刻裝置結構一例的概略結構圖。
圖2是示出本發明的合成石英玻璃製造裝置一例的概略剖面圖。
圖3是從噴出口一側觀看圖2所示的製造裝置中的燃燒器的模式圖。
圖4是示出透射率測定方法順序的流程圖。
圖5是在透射率測定中使用的分光光度儀的概略結構圖。
圖6是示出修正用樣品的透射率在洗淨結束後隨時間變化一例的曲線圖。
圖7是在校正值KL的計算中所使用的校正用透射率測定裝置的概略結構圖。
圖8是示出校正用樣品的損失對於樣品厚度的依賴性一例的曲線圖。
圖9是示出實施例5以及對應於比較例1的樣品的損失係數對於照射脈衝數的變動曲線圖。
圖10是示出對應於實施例8以及比較例3的樣品的損失係數對於照射脈衝數的變動曲線圖。
圖1所示的分檔器1主要由把400nm以下波長的光作為曝光光出射的曝光光源310，形成了圖形原像的調製盤R，把從曝光光源310輸出的光照射到調製盤R上的照射光學系統320，把從調製盤R輸出的圖像在晶片(感光基板)W上縮小為四分之一或者五分之一併進行投影的投影光學系統370，進行調製盤R與晶片W對位的對準系統322構成。而且，構成照射光學系統320的合成石英玻璃部件(例如，準直透鏡，蠅眼透鏡，聚光鏡等)，構成投影光學系統370的合成石英玻璃部件(例如，縮小投影透鏡等)以及調製盤R中的至少一部分由本發明的合成石英玻璃部件構成。
即，準直透鏡，蠅眼透鏡，聚光鏡，投影透鏡等合成石英玻璃部件(以及這裡未示出的其它透鏡或者反射鏡部件等也包括在內)的一部分或者全部具有用ArF受激準分子雷射器以0.1μJ/cm2·p～200mJ/cm2·p以下的能量密度進行了1×104脈衝照射時，照射後所測定的193.4nm中損失係數是0.0050cm-1以下這樣的特徵。
具有這樣特徵的合成石英玻璃部件能夠從所含有的氫分子濃度為1×1016分子/cm3～2×1018分子/cm3，而且，紫外光照射前的損失係數是0.0020cm-1以下的材料獲得(參照後述的實施例以及比較例)。
晶片W載置在水平測定載臺(未圖示)上，該水平測定載臺設置在能夠由驅動馬達386朝向投影光學系統370的光軸方向(Z方向)進行微動的Z載臺382上。Z載臺382載置在能夠由驅動馬達388以步進·與·分級方式沿著二維方向(XY)方向移動的XY載臺384上。調製盤R載置在能夠在水平面內進行二維移動的調製盤載臺330上。
從曝光光源310出射的曝光光在照射光學系統320內的準直透鏡(未圖示)中變為平行光，接著通過蠅眼透鏡(未圖示)把光強度均勻化以後，由聚光透鏡(未圖示)聚光，到達調製盤R。經過了調製盤R的光由圖形光學系統370內的投影透鏡(未圖示)聚光，到達晶片W上，由此，可縮小形成在調製盤R上的集成電路圖形，並在晶片W上曝光。
這樣，來自曝光光源310的曝光光均勻照明經過照射光學系統320形成在調製盤R上的圖形，調製盤R的圖像由投影控制系統70曝光並複製在晶片W的發射區。在該曝光光中，可以使用具有248nm(KrF受激準分子雷射器)，193nm(ArF受激準分子雷射器)和157nm(F2雷射器)等波長的曝光光。
XY載臺384如果結束對於晶片W上一個發射區的調製盤R圖形的複製曝光，則晶片W的下一個發射區步進移動使得與投影光學系統370的曝光區一致。載置了晶片W的水平測定載臺的二維位置與固定在水平測定載臺上移動鏡389之間的距離用雷射幹涉儀(未圖示)計測，由此例如常時以0.01μm左右的解析度進行監視，雷射幹涉儀的輸出供給到載臺控制系統350。
調製盤R在調製盤載臺330上，進行定位使得調製盤R上的複製圖形的中心與投影光學系統370的光軸AX一致。調製盤R的定位是使用設置在調製盤R的外周附近的多個調製盤定位標記(調製盤標記)進行。調製盤標記設有用於進行X方向定位的調製盤標記和用於進行Y方向定位的調製盤標記這兩種。對準系統322把從曝光光源310分開並取出曝光光中的一部分的曝光光用作為照明光(定位光)。對準系統322在各個調製盤定位標記的位置上各設置一個。
通過了照射光學系統320的照明光入射到設置在調製盤R圖形區外側的調製盤標記中。調製盤標記例如由形成在圖形周圍的不透明部分中的矩形透明窗構成。用調製盤標記部分反射的定位光再次入射到對準系統322，另一方面通過了調製盤標記的定位光通過投影光學系統370入射到設置在晶片W上的各個發射區周圍的基板定位標記(晶片標記)上。晶片標記不是分別設置在各個發射區周圍，可以僅設置在晶片預定的位置，例如晶片外周部分區域。晶片標記也設有用於對應於調製盤標記進行X方向定位的晶片標記和用於進行Y方向定位的晶片標記這兩種。來自晶片標記的反射光返回到與入射光相反的路徑，通過投影光學系統370，調製盤標記部分，再次入射到對準系統322。
這樣，對準系統322通過入射來自調製盤R和晶片W的定位光的反射光，檢測調製盤R與晶片W相對的位置。該對準系統322的輸出供給到主控制系統360。而且通過將主控制系統360的輸出供給到調製盤交換系統340和載臺控制系統350，從而調整調製盤R與晶片W的空間位置。其結果能夠高精度地維持形成在晶片W上的各發射區中的圖形與從這些圖形複製曝光的調製盤R的圖形的重合精度。照射光學系統320在作為被照射物體的調製盤R上以縫隙形狀進行均勻地照明。另外，投影光學系統370配置在調製盤R的表面P1與晶片W的表面P2之間。
通過具備由本發明的光學玻璃部件構成的投影光學系統370，照射光學系統320以及/或者調製盤R，能夠得到曝光量變動少解析度高的分檔器1。
以下，說明用於獲得本發明的光刻裝置的製造方法。
為了得到本發明的光刻裝置的製造方法，如上述的那樣，主要由坯料合成工序，坯料切斷工序，損失係數測定工序和光學系統構成工序構成。
首先，說明坯料合成工序。在坯料合成工序中合成氫分子濃度為1×1016分子/cm3～2×1018分子/cm3的合成石英玻璃坯料。圖2中示出用於製造作為本發明的合成石英玻璃部件的原材料的合成石英玻璃坯料的裝置一例。該合成石英玻璃製造裝置50如圖2所示，構成為具有爐60，設置在爐60上部的燃燒器70，在形成於爐60內的爐內空間64中並設置在燃燒器70下方的靶80。
爐60構成為在設置於爐底板61上的爐框62內部具有耐火物63，並設置燃燒器70使之貫通爐框62以及耐火物63的上部。燃燒器70如後述那樣是多重管構造，其噴出口70a設置在下方，即朝向爐內空間64。靶80構成為多個不透明石英玻璃部件上下重疊的構造，並載置在上下延伸地設置在支撐棒81上部的水平圓盤82的上面，使得其最上面與燃燒器70的噴出口70a相對。在爐框62中，形成用於在石英玻璃合成時把在爐60內發生的HCl等廢氣排出到爐框60外的排氣口65。在該排氣口65上連接與外氣連通的排氣管66。另外，在爐62的外壁上，設置用於從外部觀察爐內空間64的窗口67。
圖3從噴出口70a一側觀看燃燒器70，從中心一側開始順序地配設原料噴出口71，氧氫噴出口72、73，氧噴出口74，氫噴出口75。原料噴出口71位於燃燒器70的中心，從其內部空間71a噴出作為原料的四氯化矽(SiCl4)等矽化合物以及用於把它們稀釋的輸送氣體(通常是氧氣)。2個氫氧噴出口72、73配置成同心圓形使得包圍原料噴出管71，從其內部空間72a、73a噴出氧氣或者氫氣等用於燃燒的氣體。多個氧噴出管74位於氧氫噴出管73的外方，分別從其內部空間74a噴出氧氣。另外，氫噴出管75與原料噴出管71以及氧氫噴出管72、73成為同心圓形，使得包圍氧噴出管74，而且從其內部空間75a噴出氧氣。另外，這樣分開噴出管而噴出氧氣以及氫氣是為了使得這些氣體在石英玻璃合成時均勻地反應。
石英玻璃的合成是通過從燃燒器70向靶80的上表面噴出原料、氧氣以及氫氣的同時使其燃燒而進行。由此四氯化矽與氧以及氫反應(加水分解)，合成石英玻璃粉末堆積在靶80上，把它們玻璃化從而使之成為合成石英玻璃坯料IG。這裡，在合成過程中驅動支撐棒81使得靶80以預定的速度沿著軸旋轉使得所生成的坯料IG的成分整體上均勻，同時，以一定的時間間隔沿著水平方向搖動。另外，生成中的坯料IG的上端與燃燒器70的噴出口70a之間的間隔始終為一定，靶80總體以預定的速度被引到下方。
這樣生成合成石英玻璃的坯料，而氫分子是在該合成時導入，在熱處理時放出，因此在所生成的合成石英玻璃中含有的氫分子濃度能夠通過合成條件(例如從燃燒器70供給的氧氣與氫氣的比例)以及熱處理條件(例如有無熱處理工序)進行控制。從而調整這些各條件，能夠使坯料中所含有的氫分子濃度成為1×1016分子/cm3～2×1018分子/cm3。另外，在所得到的合成石英玻璃坯料中含有的氫分子濃度能夠通過喇曼分光法等確認。
如果這樣得到具有一定氫分子濃度的合成石英玻璃坯料，則在轉移到後述的坯料切斷工序之前，進行合成石英玻璃坯料的熱處理。作為該熱處理的一例，可以舉出在預定的時間內把所生成的坯料保持為一定溫度，接著以預定的降溫速度降溫以後，進行冷卻的工序。
其次，說明坯料切斷工序。坯料切斷工序是在上述的熱處理以後，切割合成石英玻璃坯料，得到具有所希望的形狀以及大小的合成石英玻璃部件的工序。首先，從坯料切出對應要製作的合成石英玻璃部件大小的塊並且進行研削，接著，通過SiO4等進一步實施精密研磨，加工成預定尺寸的合成石英玻璃部件。
如果這樣得到預定尺寸而且具有預定成分(氫分子濃度為1×1016分子/cm3～2×1018分子/cm3)的合成石英玻璃部件，則轉移到損失係數測定工序。
在損失係數測定工序中，首先，測定紫外光照射前的損失係數。從具有上述氫分子濃度的合成石英玻璃部件中，抽出紫外光照射前的損失係數為0.0020cm-1以下的部分。
接著，說明作為測定合成石英玻璃部件的紫外光照射前的損失係數方法的一例。這裡，以使用市場銷售的分光光度儀測定由紫外用光學部件構成的評價樣品M(厚度Lo)的透射率的情況為例進行說明。
這裡使用的透射率測定方法如圖4所示，以洗淨評價樣品M(包括乾燥工序)的第1步驟(S1)，在預定時間內進行透射率測定並求出透射率T的第2步驟(S2)，把所得到的透射率T修正為經過時間tc的透射率Tc的第3步驟(S3)，把經過評價時間的透射率Tc校正為真正的透射率To的第4步驟(S4)的順序進行。另外，為了實施上述順序，需要在與評價樣品M的材質以及厚度(＝Lo)相對應的透射率降低速度a和臨界經過時間tm的基礎上，預先求出分光光度儀的校正值KL。
首先，說明在該透射率測定中使用的分光光度儀。圖5是示出市場銷售的分光光度儀結構的一例。在使用該分光光度儀110進行測定對象111的透射率的測定時，把測定對象111放置在反射鏡125與反射鏡126之間，從光源112照射光(紫外光)。來自光源112的光經過縫隙141入射到反射鏡121。由反射鏡121反射的光通過縫隙142，經過反射鏡122入射到繞射光柵131。一次繞射光由反射鏡123反射，通過縫隙143出射到反射鏡124。由反射鏡124反射的光經過斬波反射鏡113入射到反射鏡125或者反射鏡127。由反射鏡125反射的繞射光(測定光)入射到測定對象111。透過了測定對象111的光(透射光)經過反射鏡126入射到檢測器114。另一方面，由反射鏡127反射的光(參考光)經過反射鏡128、129入射到檢測器114。由檢測器114感光的透射光和參考光在處理裝置115中進行分離處理，求出透射光強度I和反射光強度Io。而且從它們的比I/Io計算出測定對象111的透射率。另外，除去處理裝置115以外的各裝置由密閉腔116覆蓋，在進行透射率測定時進行氮清除。
其次，說明求出對應於評價樣品M的材質以及厚度(＝Lo)的透射率降低速度a以及臨界經過時間tm這兩個參數的順序。首先，準備具有與評價樣品M相同材質而且相同厚度(＝Lo)的修正用樣品。而且在把它們洗淨(包括乾燥工序)以後，邊改變測定透射率時的經過時間(洗淨結束後的經過時間)邊多次反覆進行使用分光光度儀110測定其透射率的過程，而且在把橫軸作為經過時間，縱軸作為透射率的坐標平面上把其結果作出曲線，做成第1曲線圖。
這樣得到的第1曲線圖表示透射率對於修正用樣品的隨時間的變化，其曲線點列從洗淨結束到某個時間為止，能夠用直線近似(例如，成為圖6所示)。該直線隨著經過時間的增大逐漸減小(即具有負的斜率)。而且，把其斜率作為透射率降低速度a(％/cm)而求出的同時，把上述能夠用直線近似的臨界經過時間可作為臨界經過時間tm(分)而讀出。由此，求出關於評價樣品M的透射率降低速度a和臨界經過時間tm。
這樣，根據修正用樣品而得到的透射率降低速度a以及臨界經過時間tm這兩個值可以認為是對於評價樣品的值，這是因為透射率降低速度a以及臨界經過時間tm這兩個參數在樣品的材質以及厚度相同時是共通的。因此，在透射率的降低速度保持為一定值的預定時間(這相當於從洗淨結束到經過了臨界經過時間tm的期間)內，進行對於評價樣品M的測定，求出了經過時間t(＜tm)的透射率T時，該透射率T根據下述公式(1)，在上述預定時間內能夠進行換算成為任意選擇的評價時間tc(＜tm)的透射率Tc的修正。Tc＝T+(t-tc)×a…(1)另外，公式(1)中的透射率Tc意味著在基準時間tc內進行測定的話可以得到的透射率。
其次，說明求出分光光度儀110的校正值KL的順序。在該校正值KI的計算中，需要以下所示那樣的校正用透射率測定裝置。
圖7示出校正用透射率測定裝置結構的一例。在該校正用透射率測定裝置150中，從光源152照射的光(紫外光)在第1聚光透鏡161中聚光以後，經過分光器入射縫隙171入射到繞射光柵153。在該繞射光柵153中反射繞射的光經過分光器出射縫隙172入射到第2聚光透鏡162，在這裡再次聚光以後，使用光圈173進行亮度調整。通過了光圈173的光在針孔174中整形為預定的形狀以後，在準直透鏡163中成為平行光線，向第1半反射鏡181照射。
在第1半反射鏡181中的反射的光經過測定光光學斬波器154向測定對象151照射。透過了測定對象151的透射光經過反射鏡183，第2半反射鏡184以及聚光透鏡164向檢測器156照射。另一方面，透過第1半反射鏡181的參考光經過第1反射鏡182，參考光用光學斬波器155，向第2半反射鏡184照射，由該第2半反射鏡184反射的參考光經過聚光透鏡164向檢測器156照射。檢測器156感光的透射光和參考光在處理裝置157中進行分離處理，求出透射光強度I和參考光強度Io。而且從這些參考光的強度I以及出射光的強度Io的比I/Io求出透射率。另外，除去檢測器156以及處理裝置157以外的裝置全部密閉設置在真空腔158中，能夠把測定光周圍的氣氛設定於接近真空的壓力。
另外，通過變更分光器入射縫隙171和分光器出射縫隙172的縫隙寬度以及針孔174的孔徑，而且，沿著光軸移動第2聚光透鏡162，光圈173，針孔174以及準直透鏡163，能夠調節在透過測定對象151的位置上的測定光的發散角。而且該發散角調整為10微弧度(0.57度)以下。這是為了減小由測定對象151中的折射引起的測定光路的變化，由此，能夠防止發生由於檢測器156的感光面的感光不均勻引起的測定誤差。
另外，測定光的光路周圍的氣氛調整為幾乎真空，即1×10-2Torr(1.33Pa)以下的壓力，作為氧分壓，調整為2×10-3Torr(0.27Pa)以下的壓力。這是為了減少因測定對象151具有厚度而引起的透射光的光路長度與參考光的光路長度間的差分內的由氧分子引起的吸收所產生的影響。
在使用上述結構的校正用透射率測定裝置150求出分光光度儀110的校正值KL時，首先，準備與修正用樣品M相同材質(即與評價樣品M相同的材質)製作的、但厚度相互不同的多個校正用樣品。另外，該校正用樣品中的一個設為具有與修正用樣品M相同的厚度(即與評價樣品M相同的厚度Lo)(從而，也可以是上述修正樣品)。其次把各個校正樣品洗淨以後，在經過了臨界經過時間tm之前(即上述預定時間內)使用校正用透射率測定裝置150測定它們的透射率T1。這裡的透射率測定對於各個校正用樣品一個個地按照洗淨、透射測定的順序進行，並使測定透射率時的經過時間(從洗淨結束後的經過時間)完全相同。另外，以這樣的順序進行，是因為在很多情況下不能夠在經過了臨界經過時間tm之前結束對於所有的校正用樣品M的透射率測定(從而，不能夠進行使用了公式(1)的修正)。根據這樣得到的各個透射率T1，使用下述公式(2)求出各個校正用樣品的損失Y。Y＝-LN(T1/Tth)……(2)這裡，公式(2)中，Tth是校正用樣品的材質中固有的理論透射率。如果使用公式(2)可以得到樣品厚度L與損失Y的關係，則把這些結果在取橫軸為樣品厚度L，取縱軸為損失Y的坐標平面中作出曲線，做成第2曲線圖。該第2曲線圖中表示的曲線點列能夠用直線近似(例如，成為圖8所示)。該直線隨著樣品厚度L的增大而增加(即具有正的斜率)。而且該直線的斜率是作為校正用樣品的內部損失係數β(/cm)而求出。
這裡，如果使用根據上述順序得到的內部損失係數β(/cm)以及樣品厚度L(cm)表示各校正用樣品的透射率To，則成為下述公式(3)。
To＝Tth×exp(-β×L)…(3)這裡，假設在根據公式(1)得到的基準時間tc的透射率Tc上乘以校正值KL，能夠去除計量儀器誤差，即，由於分光光度儀110的測定精度不充分而產生的與真正值之間的誤差，則可以得到下述公式(4)。
To＝KL×Tc…(4)進而，從公式(3)和公式(4)可以得到下述公式(5)。
KL＝(Tth/Tc)×exp(-β×L)…(5)這裡使用在上述第1曲線圖中近似用的直線，求出對應於基準時間tc的透射率的值，將其作為Tc，並把該值與已經求出的內部損失係數β以及修正樣品厚度(＝Lo)代入公式(5)中求出KL。
根據這樣的順序，求出對應於評價樣品M的材質以及厚度(＝Lo)的分光光度儀110的校正值KL。
這樣，如果求出了對應於評價樣品M的材質以及厚度(＝Lo)的透射率降低速度a以及臨界經過時間tm這兩個參數，以及分光光度儀的校正值KL，則根據圖4所示的第1～4步驟，能夠求出評價樣品M的透射率(真正的透射率To)。以下說明這一點。
為了求評價樣品M的透射率(真正的透射率)To，如圖4所示，首先在評價樣品M中實施洗淨(包括乾燥工序)(第1步驟)。如果洗淨結束，則把評價樣品M設置在分光光度儀110中，根據通過上述的過程已知的臨界經過時間tm，在確定的預定時間內進行透射率測定並求出透射率T(第2步驟)。這裡，把洗淨了的評價樣品M放入到乾燥器中進行保管，僅在透射率測定時從乾燥器中取出(在評價樣品具有多個的情況下也相同)。如果求出了透射率T，則與測定透射率T時的經過時間t的值一起把透射率降低速度a的值代入到公式(1)，獲得基準時間tc的透射率Tc(第3步驟)。如果求出了基準透射率Tc，則使用通過上述的過程已知的校正值KL根據公式(4)進行校正，得到真正的透射率To(第4步驟)。
如果這樣得到真正的透射率To，則通過把公式(3)變形得到的下述公式(6)，能夠求其評價樣品M的內部損失係數β。
β＝-LN(To/Tth)/L…(6)通過這樣的順序進行合成石英玻璃部件在紫外光照射前的損失係數的測定，抽出其值為0.0020cm-1以下的部件。
這樣得到的、氫分子濃度是1×1016分子/cm3～2×1018分子/cm3，而且紫外光照射前的損失係數為0.0020cm-1以下的合成石英玻璃，在大多數情況下用ArF受激準分子雷射器以0.1μJ/cm2·p～200mJ/cm2·p的能量密度進行了1×104脈衝照射時，照射後所測定的193.4nm中的損失係數為0.0050cm-1以下。
其次，在照射過程中使用透射率測定裝置測定照射後所測定的193.4nm中的損失係數。首先，在氫分子濃度為1×1016分子/cm3～2×1018分子/cm3，而且，紫外光照射前的損失係數為0.0020cm-1以下的合成石英玻璃部件中，把從坯料的相同位置得到的具有相同的光學特性的玻璃部件作為一組，分為多個組。其次，從一個組中，隨意地抽取一個合成石英玻璃部件，用ArF受激準分子雷射器以0.1μJ/cm2·p～200mJ/cm2·p的能量密度進行了1×104脈衝照射時，測定照射後所測定的193.4nm中的損失係數。而且，測定的合成石英玻璃部件的193.4nm中的損失係數為0.0050cm-1以下時，把該合成石英玻璃部件中屬於該組的沒有進行ArF受激準分子雷射器照射的合成石英玻璃部件選擇為在後續的光學系統構成工序中使用的合成石英玻璃部件。
這樣，在損失係數測定工序中，選擇滿足紫外光照射前的損失係數為0.0020cm-1以下，而且，193.4nm中的損失係數為0.0050cm-1以下的條件的合成石英玻璃部件。
接著，在光學系統構成工序中，使用滿足上述條件的合成石英玻璃部件，組成構成照射光學系統的合成石英玻璃部件，構成投影光學系統的合成石英玻璃部件以及調製盤中的至少一部分，從而完成分檔器1。
這樣，在分檔器1中，由於透鏡等光學部件的全部或者一部分由具有上述特性的合成石英玻璃部件構成，因此作為裝置總體透射率高，而且即使光源11是ArF受激準分子雷射器那樣200nm以下短波長，也能夠發揮充分的實用性。另外，即使在把分檔器1的光源11改變為照射比ArF受激準分子雷射器長的波長的光情況下也能夠確保高透射率，當然也具有充分的實用性。
以下，舉出實施例以及比較例更詳細地說明本發明，而本發明並不限定於這些實施例。
首先，使用上述合成石英玻璃製造裝置50，改變原料流量或者氧氣/氫氣流量比等合成條件，製造了五種合成石英玻璃坯料。坯料的形狀通常是φ180～φ620(φ直徑/mm)×t600～1200(t厚度/mm)，通常，以把坯料沿著與生長方向垂直地切割出50～300mm的塊形狀進行熱處理。
另外，熱處理條件是以1000℃度保持了10小時以後，以每小時10℃以下的降溫速度降溫到500℃以下，然後進行冷卻。接著，從這些坯料切出φ60mm，厚度10mm形狀的塊以後，將它們實施精密研磨，做成12個評價樣品(合成石英玻璃部件)。
然後，在根據上述的方法算出了這些12個評價樣品的照射前的透射率以後，根據喇曼分光法測定各個樣品中所含有的平均氫分子濃度。該測定是具體地講，根據V.S.Khotimchenko et al.，J.Apll.Spectrosc.，46，632-635(1987)，測定800cm-1以及4135cm-1的喇曼散射強度，取其強度比來進行的。然後用ArF受激準分子雷射器，在能量密度為0.1μJ/cm2·p～200μJ/cm2·p的各個值下進行1×104脈衝照射，求出該照射後的波長193.4nm中的透射率。在求出了對於各個樣品的透射率以後，使用公式(6)，計算出這些樣品的ArF受激準分子雷射器照射後的損失係數。另外，使用公式(6)時的理論透射率作為與合成石英玻璃的波長193.4nm相對應的值，取為90.8748(％)。
另外，對於一部分樣品(實施例5以及實施例9)，對樣品中的上述徑向方向，求出了氫分子濃度的值的變動幅度V。
對於12個評價樣品，求出了ArF受激準分子雷射器照射前後的損失係數。其結果示於表1。另外，12個評價樣品中，把滿足紫外光照射前的損失係數為0.0020cm-1以下，而且，193.4nm中的照射後平均損失係數為0.0050cm-1以下的條件的9個評價樣品作為表1所示的實施例1～實施例9。另外，不滿足上述條件的其餘3個評價樣品作為表1所示的比較例1～比較例3。
另外，在實施例5以及比較例1中，用ArF受激準分子雷射器以能量密度2mJ/cm2·p照射時的對於照射脈衝數的損失係數的變動示於圖9。另外，在實施例8以及比較例3中，用ArF受激準分子雷射器以能量密度200mJ/cm2·p照射時的對於照射脈衝數的損失係數的變動示於圖10。
表1
從表1可以確認，所含有的氫分子濃度為1×1016分子/cm3～5×1018分子/cm3以下，而且紫外光照射前的損失係數為0.0020cm-1以下的樣品，氫分子濃度的變動幅度V每一個都是-50％≤V≤+50％的範圍內，ArF受激準分子雷射器照射後損失係數為0.005cm-1以下。
接著，把在這些實施例中所示出的樣品與具有同等程度的氫分子濃度或者光照射前後的損失係數的多個樣品，搭載到具有上述分檔器1所示結構的分檔器的照明光學系統以及投影光學系統的使用合成石英玻璃的部分中時，可以得到所需要的解析度0.13μm，滿足實用上的性能。
進而，判斷作為分檔器是否滿足實用上的性能。另外，把氫分子濃度為1×1016分子/cm3～2×1018分子/cm3為1點，氫分子濃度的值的變動幅度V在-50％≤V≤+50％的範圍內為1點，紫外光照射前的損失係數為0.0020cm-1以下為1點，用ArF受激準分子雷射器進行了1×104脈衝照射以後193.4nm中的平均損失係數為0.0050cm-1以下為1點，進行採點，求其總點數。這些總點數的結果示於表1。總點數為3以上的分檔器可滿足作為分檔器的實用上的性能。另外，除去實施例9的實施例1～實施例8樣品的氫分子濃度的值的變動幅度V全部都是-50％≤V≤+50％的範圍以內。另外，比較例1～比較例3的樣品的氫分子濃度的值的變動幅度V脫離-50％≤V≤+50％的範圍，是比其大的範圍。
像上述的通過向分檔器的搭載所確認的那樣，可以確認，1×104脈衝左右的ArF受激準分子雷射器照射後的損失係數(照射初期吸收)為0.0050cm-1以下的實施例1～9滿足實用上的性能，ArF受激準分子雷射器照射後的損失係數比0.0050cm-1大的比較例1～3中不滿足實用上的性能。另外，如比較例3那樣，平均氫分子濃度超過5×1018/cm3時的樣品的氫分子濃度的值的變動幅度加大，另外，用ArF受激準分子雷射器進行了1×104脈衝照射後的損失係數非常大。
另外，實施例5的樣品的徑向中的氫分子濃度的值在1.4～2.2分子/cm3的狹窄範圍內分布，氫分子濃度的值的變動幅度V是-20％≤V≤+20％。另外，實施例9的樣品的徑向的氫分子濃度的值在2.9～0.76×1018分子/cm3的範圍內分布，氫分子濃度的值的變動幅度V是-60％≤V≤+60％。
產業上的利用性由以上說明的那樣，本發明的合成石英玻璃部件具有在用ArF受激準分子雷射器以0.1μJ/cm2·p～200mJ/cm2·p的能量密度進行了1×104脈衝照射時，照射後所測定的193.4nm中的損失係數是0.0050cm-1以下的特性，通過使用這樣的合成石英玻璃構成光刻裝置的光學部件的一部分或者全部，能夠提高其光刻裝置的透射率，即使在把ArF受激準分子雷射器作為光源的情況下也可以發揮充分的實用性。
權利要求
1.一種合成石英玻璃部件，是與400nm以下的波段的光一起使用在光刻裝置中的合成石英玻璃部件，其特徵在於在用ArF受激準分子雷射器以0.1μJ/cm2·p～200mJ/cm2·p的能量密度進行了1×104脈衝照射時，照射後所測定的193.4nm中的損失係數是0.0050cm-1以下，所含有的氫分子濃度是1×1016分子/cm3～2×1018分子/cm3，而且紫外光照射前的損失係數是0.020cm-1以下。
2.一種光刻裝置，該光刻裝置具有把400nm以下波長的光作為曝光光而出射的曝光光源；形成了圖形原像的調製盤；把從上述曝光光源出射的光照射到上述調製盤中的照射光學系統；把從上述調製盤輸出的圖像投影到感光基板上的投影光學系統；以及進行上述調製盤與上述感光基板的定位的對準系統，其特徵在於構成上述照射光學系統的合成石英玻璃部件，構成上述投影光學系統的合成石英玻璃部件以及上述調製盤中的至少一部分是由權利要求1中所述的合成石英玻璃部件構成。
3.一種光刻裝置的製造方法，其中，該光刻裝置具有把400nm以下波長的光作為曝光光而出射的曝光光源；形成了圖形原像的調製盤；把從上述曝光光源出射的光照射到上述調製盤上的照射光學系統；把從上述調製盤輸出的圖像投影到感光基板上的投影光學系統；以及進行上述調製盤與上述感光基板的定位的對準系統，其特徵在於具有對氫分子濃度為1×1016分子/cm3～2×1018分子/cm3的合成石英玻璃坯料進行合成的坯料合成工序；切割上述合成石英玻璃坯料，獲得具有所希望的形狀以及大小的合成石英玻璃部件的坯料切斷工序；測定上述合成石英玻璃部件的紫外光照射前的損失係數、以及用ArF受激準分子雷射器以0.1μJ/cm2.p～200mJ/cm2·p的能量密度進行了1×104脈衝照射時，照射後所測定的193.4nm中的損失係數，從而得到在上述紫外光照射前的損失係數為0.0020cm-1以下，而且上述193.4nm中損失係數為0.0050cm-1以下的合成石英玻璃部件的損失係數測定工序；使用在上述損失係數測定工序中得到的合成石英玻璃部件，組成構成上述照射光學系統的合成石英玻璃部件，構成上述投影光學系統的合成石英玻璃部件以及上述調製盤中的至少一部分的光學系統構成工序。
全文摘要
提供合成石英玻璃部件,光刻裝置以及光刻裝置的製造方法。構成具有把400nm以下波長的光作為曝光光進行出射的曝光光源,形成了圖形原像的調製盤,把從曝光光源輸出的光照射到調製盤上的照射光學系統,把從調製盤輸出的圖像投影到感光基板上的投影光學系統,進行調製盤與感光基板的定位的對準系統的光刻裝置。而且,用合成石英玻璃部件組成構成照射光學系統的合成石英玻璃部件,構成投影光學系統的合成石英玻璃部件以及調製盤中的至少一部分,這樣的合成石英玻璃部件用ArF受激準分子雷射器以0.1μJ/cm
文檔編號G02B1/00GK1365343SQ01800713
公開日2002年8月21日 申請日期2001年3月28日 優先權日2000年3月28日
發明者吉田明子, 小峰典男, 神保宏樹 申請人:株式會社尼康