(57)【要約】紫外光リソグラフィ方法／システムが提供される。リソグラフィ方法及びシステムは、２００ｎｍより短波長光の光源を提供する工程、光分解により透過率が向上した石英ガラスリソグラフィ光学素子を提供する工程及び、印画されたリソグラフィパターンを形成するために感光性リソグラフィ印画材料上に縮小投影されるリソグラフィパターンを形成するために、２００ｎｍより短波長の光子に光分解により透過率が向上した石英ガラスリソグラフィ光学素子を透過させる工程を含む。光分解により透過率が向上した石英ガラスリソグラフィ光学素子を提供する工程はプリフォーム体を提供する工程及び光分解により透過率が向上した石英ガラスリソグラフィ光学素子プリフォーム体からリソグラフィ光学素子を形成する工程を含む。
2004518274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外光リソグラフィ方法において、前記方法が：
２００ｎｍより短波長の光の光源を提供して、リソグラフィ光子を生成する工程；
光分解により透過率が向上した石英ガラスリソグラフィ光学素子を提供する工程；
前記２００ｎｍより短波長のリソグラフィ光子に、前記光分解により透過率が向上した石英ガラスリソグラフィ光学素子を透過させる工程；
前記２００ｎｍより短波長のリソグラフィ光子によりリソグラフィパターンを形成する工程；
前記リソグラフィパターンを縮小し、感光性リソグラフィ印画材料上に前記リソグラフィパターンを投影して印画されたリソグラフィパターンを形成する工程；
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記２００ｎｍより短波長の光の光源を提供して、リソグラフィ光子を生成する工程が、ＡｒＦエキシマーレーザを提供する工程及び複数個の１９３ｎｍリソグラフィ光子を生成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光分解により透過率が向上した石英ガラスリソグラフィ光学素子を提供する工程が、光分解により透過率が向上した石英ガラスリソグラフィ光学素子プリフォーム体を提供する工程及び前記光分解により透過率が向上した石英ガラスリソグラフィ光学素子プリフォームから前記リソグラフィ光学素子を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記光分解により透過率が向上した石英ガラスリソグラフィ光学素子プリフォーム体を提供する工程が、２００ｎｍより短波長の光に対する露光処理前内部透過率Ｔ（％／ｃｍ）を有する光学素子石英ガラス体を提供する工程及び前記石英ガラスを３００ｎｍより短波長の露光光子により光分解性露光して、２００ｎｍより短波長の光に対する高められた内部透過率ＩＮ（％／ｃｍ）をもつ光分解により透過率が向上した石英ガラス体を提供する工程を含み、ＩＮ−Ｔ＝Δ透過率（％／ｃｍ）として、Δ透過率≧０．０７であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記石英ガラスを前記３００ｎｍより短波長の露光光子により光分解性露光する工程が、３００ｎｍより短波長の光を提供する工程及び前記石英ガラスに前記３００ｎｍより短波長の光を当てる工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記方法が前記３００ｎｍより短波長の光を光学的に操作する工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記３００ｎｍより短波長の光に対する露光処理前透過率Ｔ（％／ｃｍ）を有する前記石英ガラスを提供する工程が、非含浸水素ドープ石英ガラスを提供する工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記３００ｎｍより短波長の光に対する透過率Ｔ（％／ｃｍ）を有する前記石英ガラスを提供する工程が、水素の存在の下で複数個のシリカ粒子をまとめて提供する工程を含み、Ｈ２が前記石英ガラスに取り込まれることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記方法が、前記水素の存在の下で直接堆積により前記シリカ粒子から溶融石英ガラス体を形成する工程を含み、前記提供される得られた石英ガラスが複数個のＳｉＨ＊種を含有することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＳｉＨ＊種が、光分解で取り除くことができる３００ｎｍより短波長のＵＶ光吸収を有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記直接堆積で形成された石英ガラスが、形成された層化構造屈折率脈理を有し、前記方法が、前記形成された脈理の除去を抑制する工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記石英ガラスが、＜２×１０１７分子／ｃｍ３のＨ２を含有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
光学素子石英ガラスの作成方法において、前記方法が：
３００ｎｍより短波長の光に対する露光処理前内部透過率Ｔ（％／ｃｍ）を有する光学素子石英ガラスを提供する工程；
前記石英ガラスを３００ｎｍより短波長の露光光子により光分解性露光して、３００ｎｍより短波長の光に対する高められた内部透過率ＩＮ（％／ｃｍ）をもつ光分解により透過率が向上した石英ガラスを提供する工程；
を含み、ＩＮ−Ｔ＝Δ透過率として、Δ透過率≧０．０７であることを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記方法が、前記光分解により透過率が向上した石英ガラスを利用して、波長が≦２４８ｎｍの複数個の光子を操作する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
３００ｎｍより短波長の光に対する露光処理前内部透過率Ｔ（％／ｃｍ）を有する光学素子石英ガラスを提供する工程が、９９．９２％以下の３００ｎｍより短波長の光に対する露光処理前内部透過率Ｔを有する光学素子石英ガラスを提供する工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記ガラスを光分解性露光する工程が、少なくとも９９．９８％／ｃｍの３００ｎｍより短波長の光に対する高められた透過率ＩＮを与えることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記ガラスを提供する工程及び前記ガラスを光分解性露光する工程が、前記ガラスの前記透過率をΔ透過率≧０．０９となるように高める工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記ガラスを提供する工程及び前記ガラスを光分解性露光する工程が、前記ガラスの前記透過率をΔ透過率≧０．１６となるように高める工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記石英ガラスを３００ｎｍより短波長の露光光子により光分解性露光する工程が、３００ｎｍより短波長の光を提供する工程及び前記石英ガラスに前記３００ｎｍより短波長の光を当てる工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記方法が前記３００ｎｍより短波長の光を光学的に操作する工程を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
３００ｎｍより短波長のレーザ光光源を提供する工程、３００ｎｍより短波長のレーザ光ビームを生成する工程、前記３００ｎｍより短波長のレーザ光ビームを拡大する工程及び前記拡大された３００ｎｍより短波長のレーザ光ビームを前記石英ガラスに当てる工程を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
３００ｎｍより短波長の非コヒーレント光光源を提供する工程、反射性容器を提供する工程、前記反射性容器内に前記石英ガラスを配する工程、前記３００ｎｍより短波長の光を前記反射性容器内の前記石英ガラスに当てる工程を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記３００ｎｍより短波長の光に対する露光処理前透過率Ｔ（％／ｃｍ）を有する前記石英ガラスを提供する工程が、非含浸水素ドープ石英ガラスを提供する工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２４】
前記３００ｎｍより短波長の光に対する透過率Ｔ（％／ｃｍ）を有する前記石英ガラスを提供する工程が、水素の存在の下で複数個のシリカ粒子をまとめて提供する工程を含み、Ｈ２が前記石英ガラスに取り込まれることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２５】
前記方法が、シリカ前駆体供給原料を提供する工程、前記シリカ供給原料を転換サイトバーナーに送る工程、前記シリカ供給原料を前記転換サイトバーナーにより複数個のシリカスート粒子に転換する工程、加熱された石英ガラス表面上に前記シリカスート粒子を堆積させる工程を含み、前記シリカスート粒子が前記加熱された石英ガラス表面に融着し、水素分子が前記石英ガラスに取り込まれることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記方法が、前記水素の存在の下で直接堆積により前記シリカ粒子から溶融石英ガラス体を形成する工程を含み、前記提供される得られた石英ガラスが複数個のＳｉＨ＊種を含有することを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記ＳｉＨ＊種が光分解で取り除くことができる３００ｎｍより短波長のＵＶ光吸収を有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記直接堆積で形成された石英ガラスが、形成された層化構造屈折率脈理を有し、前記方法が、前記形成された脈理の除去を抑制する工程を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記３００ｎｍより短波長の光に対する露光処理前透過率Ｔ（％／ｃｍ）を有する前記石英ガラスを提供する工程が＜２×１０１８Ｈ２／ｃｍ３のＨ２を含有する石英ガラスを提供する工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項３０】
前記３００ｎｍより短波長の光に対する露光処理前透過率Ｔ（％／ｃｍ）を有する前記石英ガラスを提供する工程が、汚染Ｎａレベルが一様な石英ガラスを提供する工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項３１】
前記ガラスを、あらかじめ定められた透過誘起フルーエンスをもつ３００ｎｍより短波長の光で、あらかじめ定められた透過誘起露光時間にわたり露光する工程を含み、Δ透過率≧０．１０であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項３２】
前記ガラスが、フルーエンスが＜１ｍＪ／ｃｍ２／パルスの１９３ｎｍ光で、少なくとも４００Ｈｚの繰返しレートにおいて、８００，０００より多くのパルスにより、露光されることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記ガラスが、フルーエンスが＞１５ｍＪ／ｃｍ２／パルスの２４８ｎｍ光で、少なくとも１００万のパルスにより、露光されることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記３００ｎｍより短波長の光に対する露光処理前透過率Ｔ（％／ｃｍ）が１９３ｎｍにおいて≦９９．５％／ｃｍであり、１９３ｎｍにおける高められた透過率ＩＮが≧９９．７％／ｃｍになるまで前記ガラスが光分解性露光されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項３５】
前記３００ｎｍより短波長の光に対する露光処理前透過率Ｔ（％／ｃｍ）が１９３ｎｍにおいて約９９．５から９９．８％／ｃｍの範囲にあり、１９３ｎｍにおける高められた透過率ＩＮが≧９９．９％／ｃｍになるまで前記ガラスが光分解性露光されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項３６】
前記石英ガラスを提供する工程が、直径Ｄ＞１７ｃｍ及び厚さＴＨ＞７ｃｍと大寸の、石英ガラス部材を提供する工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項３７】
ＤＵＶ（深紫外光）処女石英ガラス光学素子プリフォームの紫外光透過率を向上させるための装置において、前記装置が：
ＤＵＶ処女石英ガラス光学素子プリフォームを受け入れるための光学素子プリフォーム受容器；
光分解性露光器であって、３００ｎｍより短波長の露光光を生成するための３００ｎｍより短波長の光の光源及び前記３００ｎｍより短波長の露光光を導くための光学制御システムを有する光分解性露光器；
を備え：
前記３００ｎｍより短波長の露光光が、前記プリフォーム受容器により受け入れられた前記ＤＵＶ処女石英ガラス光学素子プリフォームに当り、前記ＤＵＶ処女石英ガラス光学素子プリフォームを透過し、（ＤＵＶ波長において）高められたＤＵＶ内部透過率（％／ｃｍ）を誘起する；
ことを特徴とする装置。
【請求項３８】
前記３００ｎｍより短波長の光の光源が３００ｎｍより短波長のレーザであることを特徴とする請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記光学制御システムがビーム拡大器を備えることを特徴とする請求項３７に記載の装置。
【請求項４０】
前記３００ｎｍより短波長の光の光源が３００ｎｍより短波長の非コヒーレント光光源であることを特徴とする請求項３７に記載の装置。
【請求項４１】
前記光学制御システムが前記受け入れられたプリフォームを収める反射性容器を備えることを特徴とする請求項３７に記載の装置。
【請求項４２】
前記受容器が少なくとも２個の光学素子プリフォームを受け入れるための複数型光学素子プリフォーム受容器であることを特徴とする請求項３７に記載の装置。
【請求項４３】
前記３００ｎｍより短波長の光の光源が３００ｎｍより短波長のレーザであり、前記受容器が、第１の光学素子プリフォームが第２の光学素子プリフォームに隣接する、前記第１のプリフォーム及び前記第２の隣接プリフォームを含む少なくとも２個の光学素子プリフォームを受け入れるための複数型光学素子プリフォーム受容器であり、前記光学制御システムが拡大されたレーザ光ビームをつくるビーム拡大器を備え、前記拡大されたレーザ光ビームが初めに前記第１のプリフォームに当たり、続いて前記第２の隣接プリフォームに当たることを特徴とする請求項３７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は全般的には光投影リソグラフィ法及びフォトリソグラフィに関し、特に、１９３ｎｍ領域の波長を利用する紫外光（ＵＶ）リソグラフィシステムのような、２００ｎｍより短いＵＶ波長を利用する光フォトリソグラフィシステムに関する。
【０００２】
発明の背景
２００ｎｍより短い紫外光波長を利用する投影光フォトリソグラフィ法／システムは、より小さな集積回路最小寸法の達成に関して有益である。１９３ｎｍ波長領域の紫外光波長を利用するそのような方法／システムは、最小寸法がより小さい集積回路の製造能力を向上させる可能性を有するが、集積回路の大量生産における２００ｎｍより短波長のＵＶの商業的使用及び採用の進展は遅々としている。半導体工業における２００ｎｍより短波長のＵＶの使用の進展が遅々としている理由の一部は、経済的に製造できる、光学性能が高品質の光フォトリソグラフィ素子高純度石英ガラスがなかったことである。ＡｒＦエキシマーレーザ発光スペクトルのような１９３ｎｍ領域における紫外光フォトリソグラフィの利点を集積回路製造に利用するためには、有益な光学特性を有し、経済的に製造でき、２００ｎｍより短波長のＵＶ光子を利用できる、光フォトリソグラフィ素子石英ガラス及びその石英ガラスの光学素子が必要とされている。
【０００３】
リソグラフィ光学素子石英ガラスの３００ｎｍより短波長の光の透過率の、光分解による向上が必要とされている。
【０００４】
石英ガラスの３００ｎｍより短波長の光の透過率を光分解により高めることが必要とされている。
【０００５】
シリカ粒子をまとめて融着させることにより石英ガラスをつくるときにＨ２が石英ガラスに取り込まれている、非含浸水素を有するリソグラフィ素子石英ガラスの３００ｎｍより短波長の光の透過率を光分解により高めることが必要とされている。
【０００６】
ＳｉＨ＊種を含有する石英ガラスの、品質向上、及び３００ｎｍより短波長の光の透過率を光分解により高めることが必要とされている。
【０００７】
ＳｉＨ＊種を含有し、Ｈ２含有量が２×１０１７分子／ｃｍ３より少ない石英ガラスの、品質向上、及び３００ｎｍより短波長の光の透過率を光分解により高めることが必要とされている。
【０００８】
発明の概要
本発明は深紫外光リソグラフィ法を含む。本深紫外光リソグラフィ法は、光子を生成するためのリソグラフィＵＶ波長光源を提供する工程、光分解で透過率が向上した石英ガラスリソグラフィ光学素子を提供する工程、及び生成された光子に光分解で透過率が向上した石英ガラスリソグラフィ光学素子を透過させる工程を含む。本方法は、光子によりリソグラフィパターンを形成する工程及び感光性リソグラフィ印画材料上にリソグラフィパターンを投影して印画されたリソグラフィパターンを形成する工程を含む。
【０００９】
本発明は光学素子石英ガラスの作成方法をさらに含む。本作成方法は、３００ｎｍより短波長の光に対する内部透過率Ｔ（％／ｃｍ）を有する光学素子石英ガラスを提供する工程及び、３００ｎｍより短波長の光に対する高められた内部透過率ＩＮ（％／ｃｍ）をもつ、ＩＮ−Ｔ＝Δ透過率（％／ｃｍ）として、Δ透過率≧０．０７の、光分解により透過率が向上した石英ガラスを提供するため、３００ｎｍより短波長の露光光子で石英ガラスを光分解性露光する工程を含む。
【００１０】
発明の詳細な説明
本発明は紫外光リソグラフィ法を含む。図１に示されるように、本方法は光子２２を生成するための２００ｎｍより短波長光の光源２０を提供する工程及び光分解により透過率が向上した石英ガラスリソグラフィ素子３０を提供する工程を含む。本方法は２００ｎｍより短波長のリソグラフィ光子２２に光分解により透過率が向上した石英ガラスリソグラフィ光学素子３０を透過させる工程を含む。本方法はリソグラフィ光子２２でリソグラフィパターンを形成する工程及びリソグラフィパターンを縮小する工程及びリソグラフパターンを感光性リソグラフィ印画材料２６上に投影して印画されたリソグラフィパターンを形成する工程を含む。図２に示されるように、本発明のリソグラフィ法／システム２８は光分解により透過率が向上した複数の石英ガラスリソグラフィ光学素子３０を利用することが好ましい。図３に示されるように、本リソグラフィ法／システム２８は印画されたリソグラフィパターンをウエハ２７の印画材料２６上に形成するためにリソグラフィ光子及びリソグラフィパターンを操作する、光分解により透過率が向上した多数の石英ガラスリソグラフィ光学素子３０を備えることができる。図５はリソグラフィマスク２４上のリソグラフィＩＣパターンを示す。図６に示されるように、マスク２４の透過特性及びＩＣパターンが２００ｎｍより短波長のリソグラフィ光子によるリソグラフィＩＣパターンを形成する。図７に示されるように、リソグラフィＩＣパターンはウエハ２７上に縮小投影される。同様に図８のマスク２４のマスクパターン３２が図９の感光性リソグラフィ材料２６上に縮小投影されて、印画されたリソグラフィパターン３４が得られる。図４に示されるような、好ましい実施形態においては、光源２０を提供する工程がＡｒＦエキシマーレーザ３６を提供する工程及び１９３ｎｍリソグラフィ光子を生成する工程を含む。光分解により透過率が向上した石英ガラスリソグラフィ光学素子３０を提供する工程は、光分解により透過率が向上した石英ガラスリソグラフィ光学素子プリフォーム体４０を提供する工程及びプリフォーム４０からリソグラフィ光学素子３０を形成する工程を含む。図１０に示されるように、石英ガラス光学素子プリフォーム４０は光学レンズ素子３０の形につくられる。光学素子３０を形成する工程は素子３０の光学形状を与えるために研削及び研磨によりプリフォームを成形する工程を含むことが好ましい。素子３０はコーティングを施すこと及び集成のためのハウジングに収めることもできる。図１０は、円板状であることが好ましいプリフォーム４０の断面及び光学素子３０の断面を示す。石英ガラスプリフォーム体４０は、光学素子３０に成形される前に、本発明にしたがって透過率を向上させるために光分解性露光されることが好ましい。
【００１１】
光分解により透過率が向上した石英ガラスリソグラフィ光学素子プリフォーム体４０を提供する工程は、２００ｎｍより短波長の光に対する露光処理前内部透過率Ｔ（％／ｃｍ）を有する光学素子石英ガラス体５０を提供する工程及び２００ｎｍより短波長の光に対する高められた内部透過率ＩＮ（％／ｃｍ）を有し、ＩＮ−Ｔ＝Δ透過率（％／ｃｍ）として、Δ透過率≧０．０７である、光分解により透過率が向上した石英ガラス体を提供するために３００ｎｍより短波長の露光光子で石英ガラスを光分解性露光する工程を含む。図１１に示されるように、本方法は２００ｎｍより短波長の光に対する露光処理前内部透過率Ｔ（％／ｃｍ）を有する光学素子石英ガラス体５０を提供する工程及び３００ｎｍより短波長の露光光４２で石英ガラスプリフォーム５０を光分解性露光する工程を含む。プリフォーム５０は、ある時間、露光前処女ガラスプリフォーム５０の露光前処女内部透過率Ｔより少なくとも０．０７（％／ｃｍ）高い向上した内部透過率ＩＮまでプリフォームの内部透過率が高められるような露光光子フルーエンスで露光される。図１１に示されるように、石英ガラスを光分解性露光する工程は石英ガラスに当たる３００ｎｍより短波長の光４４を提供する工程を含む。図１２〜１３は３００ｎｍより短波長の光４４によるプリフォーム５０の光分解性露光の実施形態を示す。石英ガラスプリフォーム５０の光分解性露光は３００ｎｍより短波長の光の光学的操作を含むことが好ましい。図１２では、３００ｎｍより短波長の露光光が、３００ｎｍより短波長のレーザ４６で生成されるコヒーレントレーザビームをビーム拡大することにより、光学的に操作される。好ましい実施形態において、レーザ４６はエキシマーレーザである。図１３では、光源４８で生成された３００ｎｍより短波長の露光光が、積分球５２及び積分球５２内部の３００ｎｍより短波長の光を反射する表面５４により光学的に操作される。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態において、３００ｎｍより短波長の光に対する露光処理前内部透過率Ｔ（％／ｃｍ）を有する石英ガラスを提供する工程は非含浸水素ドープ石英ガラスを提供する工程を含む。水素は石英ガラスに固有であって、ガラス形成後含浸プロセスによるような外部からガラスに導入された水素ではないことが好ましい。図１４〜１５に示されるように、ＶＵＶ露光処理前処女石英ガラスプリフォーム５０がとられる石英ガラス５６を提供する工程は水素の存在の下で複数個のシリカ粒子５８を提供する工程を含み、Ｈ２は石英ガラス５６及び石英ガラスプリフォーム５０に取り込まれる。図１４〜１５に示されるように、水素は直接堆積ガラス形成段階中に本発明の高純度石英ガラスに取り込まれることが好ましい。石英ガラスは、高純度Ｓｉ含有供給原料、例えばＳｉＣｌ４またはＯＭＣＴＳ（環式シロキサン−オクタメチルシクロテトラシロキサン）のようなシリカ形成供給原料が熱保持直接堆積石英ガラスボウル炉６４内部の転換サイト６２のバーナー６０に送られる、一段火炎加水分解プロセスによりつくられることが好ましい。Ｓｉ供給原料は、ＣＨ４、Ｈ２、天然ガスのような水素含有燃料及び酸素Ｏ２が供給される、バーナー６０の火炎加水分解転換サイトバーナー炎６６において転換される。図１６に示されるように、直接堆積炉６４でつくられた石英ガラス５６のボウルは露光処理前処女石英ガラスプリフォーム５０の母体である。プリフォーム５０は、切断及びドリル穿孔のようなガラス取出しプロセスによって、より大きな母体ガラスから取り出される。プリフォーム５０は次いで、光分解により透過率が向上した石英ガラスリソグラフィ光学素子プリフォーム体４０を提供するために光分解性露光され、次いでこのプリフォーム体４０からリソグラフィ光学素子３０が形成される。石英ガラス体５６の直接堆積形成工程は、水素の存在の下でシリカ粒子５８から溶融石英ガラス体５６を形成する工程を含み、得られた石英ガラス５６及び石英ガラス５６からのプリフォーム５０がＳｉＨ＊ラジカルを含有することが好ましい。高純度石英ガラス内に形成されたＳｉＨ＊ラジカルは光分解で取り除くことがができる３００ｎｍより短波長のＵＶ吸収を有する。本発明の新規な方法は、３００ｎｍより短波長の露光光子による露光によりこれらのＳｉＨ＊ラジカルをより吸収の小さいガラス種に転換する。図１４に示されるように、直接堆積で形成された石英ガラス５６には層化構造屈折率脈理６８が形成され、図１６に示されるように、本方法はガラス５６に形成された脈理の除去を抑制する工程を含む。ガラスに存在するいかなる脈理の除去も、ガラスの均質化及びモールド成形のような、ガラスの高温機械加工を回避することにより抑制される。プリフォーム５０は既にプリフォーム５０にあるガラス構造を乱さずに光分解性露光される。特に、脈理構造を均質化するためのガラスの均質化及びガラスの高温機械加工／混練が回避され、利用されない。ガラスプリフォーム５０を光分解性露光する工程は均質化及び高温加工／混練がなされていないガラスプリフォーム５０を光分解性露光する工程を含む。ＳｉＨ＊ラジカルを有する石英ガラス５６を提供する工程は、Ｈ２含有量が＜２×１０１７分子／ｃｍ３である石英ガラス５６を提供する工程を含むことが好ましい。
【００１３】
本発明は光学素子石英ガラス４０の作成方法をさらに含む。図１１に示されるように、本方法は、３００ｎｍより短波長の光に対する露光処理前内部透過率Ｔ（％／ｃｍ）を有する光学素子石英ガラス５０を提供する工程及び３００ｎｍより短波長の光に対する高められた内部透過率ＩＮ（％／ｃｍ）を有する光分解により透過率が向上した石英ガラス４０を提供するために石英ガラスを３００ｎｍより短波長の露光光子で光分解性露光し、ＩＮ−Ｔ＝Δ透過率（％／ｃｍ）として、Δ透過率≧０．０７とする工程を含む。本発明は、図１０のガラス４０から図１〜４に示されるようなリソグラフィシステムに利用されるレンズ３０を形成する工程のような、波長が２４８ｎｍ以下の複数の光子を操作するために光分解で透過率が向上した石英ガラス４０を利用する工程も含む。
【００１４】
３００ｎｍより短波長の光に対する露光処理前内部透過率Ｔ（％／ｃｍ）を有する光学素子石英ガラス５０を提供する工程は、９９．９２％／ｃｍ以下の、３００ｎｍより短波長の光に対する露光処理前内部透過率Ｔを有する光学素子石英ガラス５０を提供する工程を含むことが好ましい。ガラス５０を光分解性露光する工程は、少なくとも９９．９８％／ｃｍの、３００ｎｍより短波長の光に対する高められた内部透過率ＩＮを与えることが好ましい。
【００１５】
好ましい実施形態において、本方法は、Δ透過率が≧０．０９であるように、さらに好ましくはΔ透過率が≧０．１６であるように、ガラスの透過率を高めるためにガラスを光分解性露光する工程を含む。３００ｎｍより短波長の露光光子による石英ガラス５０の光分解性露光方法は、３００ｎｍより短波長の光を提供する工程及び３００ｎｍより短波長の光４４を石英ガラスに当てる工程を含む。図１２〜１３に示されるように、本方法は、３００ｎｍより短波長の光を、ビーム拡大器または反射積分球によるように、光学制御システムにより光学的に操作し、導く工程を含む。一実施形態において、本方法は、３００ｎｍより短波長のレーザ光光源を提供する工程、３００ｎｍより短波長のレーザ光ビームを生成する工程、３００ｎｍより短波長のレーザ光ビームを拡大する工程及び拡大された３００ｎｍより短波長のレーザ光ビームを石英ガラス５０に当てる工程を含む。レーザビームは、ＣＷレーザからのような連続ビーム、またはエキシマーレーザからのようなパルスビームとすることができる。図１３に示されるように、本発明の一実施形態は、放電ランプのような３００ｎｍより短波長の非コヒーレント光光源４８を提供する工程、反射性容器５２を提供する工程、石英ガラス５０を反射性容器５２内に配する工程及び反射性容器内で石英ガラスに３００ｎｍより短波長の光４４を当てる工程を含む。反射性容器５２は３００ｎｍより短波長のＵＶを反射する表面を有し、好ましくはガラス５０を包囲する、積分球であることが好ましい。
【００１６】
３００ｎｍより短波長の光に対する露光処理前透過率Ｔ（％／ｃｍ）を有する石英ガラスの提供方法は非含浸水素ドープ石英ガラス５０を提供する工程を含む。ガラス５０は、ガラスに固有であり、含浸処理によりガラスに取り入れられたものではない、水素を含有することが好ましい。３００ｎｍより短波長の光に対する透過率Ｔ（％／ｃｍ）を有する石英ガラス５０を提供する工程は、Ｈ２が直接堆積ガラス形成段階において取り込まれる図１４〜１５の直接堆積プロセスに示されるように、Ｈ２が石英ガラス５６に取り込まれる、水素の存在の下で複数個のシリカ粒子５８をまとめて提供する工程を含む。本方法は、シリカ前駆体供給原料を提供する工程、シリカ供給原料を転換サイトバーナー６０に送る工程、転換サイトバーナーによりシリカ供給原料を複数個のシリカスート粒子５８に転換する工程及び、シリカスート粒子が加熱された石英ガラス表面に融着し、水素分子が石英ガラス５６に取り込まれる、シリカスート粒子をガラス体５６の加熱された石英ガラス表面上に堆積させる工程を含む。この直接堆積プロセスでは、ガラス中の水素が、転換サイト、シリカ形成反応並びにバーナーに送られる燃料及び供給原料から提供される。（Ｈ２，ＣＨ４のような）Ｈを有する燃料及び水素含有供給原料の使用が転換サイトにおいて水素を提供する。水素の存在の下でシリカ粒子から溶融石英ガラス体を形成する直接堆積は複数個のＳｉＨ＊種を含有する石英ガラス５６を結果として提供することが好ましい。ガラス中のＳｉＨ＊種は光分解で取り除くことができる３００ｎｍより短波長におけるＵＶ吸収を有し、ＳｉＨ＊種は、本発明にしたがう露光によって、より吸収が小さい種に転換できる。図１４に示されるように、本発明は直接堆積形成石英ガラス５６が形成された層化構造屈折率脈理６８を有する方法を含み、本方法は形成された脈理の、特に露光工程前の、除去を抑制する工程を含む。除去はガラスの均質化を回避し、ガラスの高温機械加工／混練を回避することにより抑制される。
【００１７】
３００ｎｍより短波長の光に対する露光処理前透過率Ｔ（％／ｃｍ）を有する石英ガラスを提供する工程は、Ｈ２含有量が＜２×１０１８Ｈ２／ｃｍ３の石英ガラスを提供する工程を含むことが好ましい。３００ｎｍより短波長の光に対する露光処理前透過率Ｔ（％／ｃｍ）を有する石英ガラスを提供する工程は、好ましくは汚染レベルがガラス表面領域及びガラス内部のいずれにおいても２０ｐｐｂより低い、一様な汚染Ｎａレベルをもつ石英ガラスを提供する工程を含むことが好ましい。本発明においては、石英ガラス５０を提供する工程が、直径Ｄ＞１７ｃｍ及び厚さＴＨ＞７ｃｍ、好ましくは、直径＞８インチ（２０．３２ｃｍ）及び４インチ（１０．１６ｃｍ）厚の円板形の、大寸高純度石英ガラス部材を提供する工程をさらに含む。高純度石英ガラスは、高い内部ＵＶ透過率、高い屈折率一様性及び低い複屈折を有し、形成、成形及び研磨して光学素子にすることができる。最新リソグラフィステッパツールで用いられる光源はエキシマーレーザであるから、高エネルギーのパルス光への耐性も重要な寿命パラメータである。
【００１８】
石英ガラス中に存在する未反応水素分子（Ｈ２）はレーザ光で形成される色中心と反応して、化学式１：
【化１】
2004518274.tif 000003
【化２】
2004518274.tif 000004
の左辺に示される不対電子種よりＵＶ吸収がかなり小さい水素含有種を与えることにより、ガラス内の誘起吸収を小さくすることができる。
【００１９】
したがって、Ｈ２分子は通常、高純度石英ガラスに望ましい存在物であるとみなされる。Ｈ２が確実にガラスに取り込まれる方法がいくつかある。簡単ではあるが時間のかかる方法は、バルクガラス体へのＨ２ガスの高圧浸透含浸である。この方法はシリカへのＨ２の拡散係数に依存しなければならない点で非常に時間がかかる。実際上、レンズブランクの大きさ（直径＞８インチ，厚さ〜４インチ）の部材では、３５０℃の温度で添加に２２８２日が必要となろう。８００℃の添加温度では、所要時間が６８日に短縮される。ガラスへの含浸に用いられる温度が高くなるほど、Ｈ２がガラスと反応してＳｉＯＨ及びＳｉＨが生じることにも注意されたい。以下で明示されるように、このプロセス及び反応生成物のＳｉＨは材料の透過特性に有害となり得る。これが非常に時間のかかるプロセスであるだけでなく、石英ガラスへの含浸に高温高圧のＨ２ガスを使用することには実際的工業生産上考慮すべき問題があることも明らかである。
【００２０】
高純度石英ガラスを実際に形成している間にＨ２を取り込むガラスの製造は、本発明にしたがう、３００ｎｍより短波長の光に対する露光処理前内部透過率及び、固有であり、導入されたものでも含浸されたものでもない水素を有する、光学素子石英ガラスを提供する好ましい方法である。図１４〜１５に示されるような本発明の好ましい方法は、直接堆積火炎加水分解プロセスを利用して、高純度石英ガラスを提供するためのような同時堆積／固化の間に固有Ｈ２分子が溶融石英ガラスに取り込まれた、レーザ損傷（色中心形成）が最小限に抑えられ、屈折率一様化または水素含浸のようなガラスの後処理が不必要であり、ＳｉＨ形成が最小限にしかおこらない、高純度石英ガラスを作成する。
【００２１】
燃料（ＣＨ４，Ｈ２），酸化剤（Ｏ２）及び供給ガス（ＳｉＣｌ４，ＯＭＣＴＳ環式シロキサン）のバランスを調整することにより、ラマン分光法によるＨ２分子の伸縮で測定して、＜１０１６Ｈ２分子／ｃｍ３ＳｉＯ２から１０１８Ｈ２分子／ｃｍ３ＳｉＯ２の、高純度石英ガラス内固有Ｈ２濃度を達成することが可能である。
【００２２】
発明者等は、Ｈ２が添加され、引き続いて熱処理された高純度石英ガラスの、熱処理後の吸収スパイク挙動の大きさと相関する、２２６０ｃｍ−１におけるラマンスペクトルの特徴的吸収を観察した。このスペクトル位置は、光分解されたＨ２含有シリカ試料でＳｉＨ振動がみられる位置（２２８０ｃｍ−１）に近接している。発明者等は、２２６０ｃｍ−１における振動がシリカとのＨ２の高温反応で形成された（発明者等がＳｉＨ＊と表す）Ｈ−結合ＳｉＨ種によるものであり、このＳｉＨ種がＳｉＥ’中心を生じさせる光分解性前駆体であると考える。吸収の減少は、ＳｉＨが生じる、化学式Ｃにおける対再結合である、ＨとのＥ’の反応によると考えられる。吸収の減少を説明するため、ＳｉＨの吸収断面積はＳｉＨ＊の吸収断面積よりかなり小さいと考えられる。反応は、初期吸収スパイクに関係付けられる前駆体がＳｉＨ＊で表される、化学式Ａ：
【化３】
2004518274.tif 000005
及びＢ：
【化４】
2004518274.tif 000006
に示される。化学式Ｃ：
【化５】
2004518274.tif 000007
は、ＳｉＨ種を生じさせるＨとのＥ’中心の反応を示す。
【００２３】
発明者等は、ＳｉＨ＊の存在の結果、石英ガラスを光分解性露光することによりガラスの透過率を向上させ得ることを発見した。発明者等は、ＳｉＨ＊種を含む石英ガラスの吸収が最終的に初期吸収測定値より小さくなること、すなわち、ガラスの透過率が上記の露光処理により高くなることを見いだした。１９３ｎｍのような２００ｎｍより短波長のリソグラフィ波長においては、高強度エキシマー源光分解性露光によるような光分解性露光により取り除かれる、ＳｉＨ＊種に起因する低エネルギーテールによる吸収がある。ＳｉＨ＊の吸収断面積はＳｉＨの吸収断面積よりかなり大きいと考えられる。
【００２４】
ＳｉＨ＊の実際上考慮すべき重要な事項は、１９３ｎｍにおける初期透過率へのＳｉＨ＊の影響及び透過率が高められて向上した石英ガラスを提供するためのＳｉＨ＊の除去である。本発明にしたがい、高純度石英ガラスを高精度内部透過率測定値を与える分光光度計で測定し、次いでガラスを１９３ｎｍエキシマーレーザ照射で露光し、続いて分光光度計で再測定した。分光光度計測定データは、ＳｉＨ＊の消滅の結果として、１９３ｎｍにおける透過率の０．１７％の増大を示した。
【００２５】
本発明にしたがえば、３００ｎｍより短波長のＵＶ光への石英ガラスの光分解性露光により、ガラスの３００ｎｍより短波長における高められた透過率が得られる。エキシマー照射光源及び連続ＵＶランプ光源が本プロセスに有効であることが示された。
【００２６】
本発明にしたがえば、高濃度Ｈ２分子雰囲気条件を用いて高温で石英ガラスを形成するプロセスにより、ＳｉＨ＊と称される、種の形成がガラス中におこることが示された。与えられた一組の実験すなわちプロセス条件内で、ＳｉＨ＊の強度はガラスの最終Ｈ２分子含有量と十分よく相関する。ＳｉＨ＊種は高エネルギー（＞６．４ｅＶ）において電子遷移を有すると考えられる；これは、低エネルギーの、１９３ｎｍにおいて吸収を生じるＳｉＨ＊種の長波長テールである。ＳｉＨ＊の光分解はＳｉ−Ｈ＊結合を切り離すことによりＳｉＨ＊強度を低下させる。ケイ素原子と水素原子との再結合により、元のＳｉＨ＊ラジカルとは異なる同族ＳｉＨ種が生じる。本発明にしたがえば、生じたＳｉＨ種はＳｉＨ＊の吸収断面積より小さい吸収断面積を有し、よってＳｉＨ種の形成は１９３ｎｍにおける透過率に有害ではない。予備露光による光分解を介したＳｉＨ＊のＳｉＨへの転換は３００ｎｍより短波長における透過率の増大に対して発明された手法である。
【００２７】
一実施形態において、工業生産を考慮した大寸プリフォーム体の露光（全面露光）に対しては、エキシマーレーザビームを拡大してエキシマー照射を与えるためにビーム拡大器が利用される。ランプ露光に対しては、石英ガラス光学素子プリフォーム部材を収容するに十分な大きさの、積分球内部のような、反射性容器内部が確実に一様露光するために利用される。
【００２８】
ガラス中の比較的高濃度のＨ２が比較的低い１９３ｎｍ透過率と相関することが観察された（図１７）。定不純物濃度における２つのＨ２水準に対するデータが示される。この場合、透過率は低光度照明源を用いる分光光度計（日立ＵＶ分光計）により測定されている。
【００２９】
図１８は、一方は火炎加水分解プロセスで作成され、他方はガラス形成後高圧Ｈ２／高温含浸処理を用いて作成された、２つの石英ガラスに対する誘起２１５ｎｍ吸収／ｃｍ対１９３ｎｍ露光パルス数のグラフを示す。ガラスが１９３ｎｍエキシマー照射（６ｍＪ／ｃｍ２／パルス）で露光されると、吸収の急速な増大がみられる（２１５ｎｍ中心は１９３ｎｍにおいてかなりの吸収を有するから、この測定値は１９３ｎｍ透過率の変化の尺度として役立つ）。次いで２１５ｎｍ吸収はある低いレベルまで時間とともに減衰する。高圧Ｈ２／高温条件で処理されたガラスのラマンスペクトルは、本明細書ではＳｉＨ＊（ＳｉＯ２＋Ｈ２→ＳｉＨ＊＋ＨＯＳｉ）と呼ばれる、水素原子結合種に帰せられる吸収の存在を示す。この吸収の強度は吸収スパイクの大きさと十分よく相関し、これら２つが関係付けられることを示唆する。本明細書で説明されるように、ＳｉＨ＊の存在が、Ｈ２含有量が高められている、コーニング社（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）の直接堆積ＨＰＦＳ（登録商標）石英ガラスのような、高純度石英ガラスの比較的低い透過率の原因であると考えられる。２１５ｎｍ中心の光分解により、２１５ｎｍ中心の減少及び１９３ｎｍにおける透過率の増大が生じる。過渡吸収はガラスの処理条件、特に高Ｈ２濃度及び処理温度における時間の条件に関係付けられる。
【００３０】
図１９は、直接堆積火炎加水分解で作成され、さらにかなり低いフルーエンス（＜１ｍＪ／ｃｍ２／パルス：パルス繰返しレート４００Ｈｚ）の１９３ｎｍ光で短時間の露光がなされたガラスについての、誘起１９３ｎｍ吸収／ｃｍ対パルス数のグラフを示す。１ｍＪ／ｃｍ２／パルス以下のフルーエンスは本発明のリソグラフィ光学素子の方法で期待されるであろうフルーエンスである。このグラフは、上記の低フルーエンスにおける〜８０万パルス後にガラスが“誘起透過率”を示すこと、すなわち提供された石英ガラスの光透過性が露光によって高められていることを示す。この石英ガラスの１９３ｎｍにおける光透過性は、２０００秒の露光時間後に、より高くなっている（負吸収）。
【００３１】
図２０は、Ｈ２含有量が異なる２つのガラスについてなされた、（内部透過率として報告される）１９３ｎｍ透過率の測定の結果を含む。“初期”透過率は、分光計を用いて測定された、作成されたままの処女石英ガラスの１９３ｎｍ透過率である。この石英ガラスを次いで、１ｍＪ／ｃｍ２／パルスの露光フルーエンスにおいて１００万パルスの１９３ｎｍエキシマーレーザ光で光分解性露光した。“最終”透過率は、分光計を用いて測定された、上記処理後の石英ガラスの高められた１９３ｎｍ透過率である。０．１２から０．１７％／ｃｍの透過率増大が認められる。さらに、Ｈ２含有量が大きい方の試料ではより大きな透過率増大が測定されることも認められる。−ｌｏｇ（Ｔ／ＴＯ）＝０の線は、石英ガラスの光分解性露光により、石英ガラスの２００ｎｍより短波長の光に対する透過率が向上した（ＳｉＨ＊＋ｈν→［Ｓｉ Ｈ］）ことを示す。
【００３２】
２４８ｎｍエキシマー照射を用いて同様の一組の実験を実行した。この一組の実験では、１５ｍＪ／ｃｍ２／パルスのフルーエンスを１０６パルスについて用いた。レーザ誘起圧密化研究に基づけば、２４８ｎｍ光照射を用いる励起では、同じ効果を達成するために１９６ｎｍ光に必要なフルーエンスのおよそ１０倍のフルーエンスが必要である。そのような結果は、１９３ｎｍ露光と２４８ｎｍ露光に用いられた露光条件が同等であることを示唆する。２４８ｎｍ露光の前と後に測定された１９３ｎｍ内部透過率の結果が表１に示される。
【００３３】
【表１】
2004518274.tif 000008
表２にデータが示されるように、２４８ｎｍにおける透過率も露光後に高められていることも認められる。
【００３４】
【表２】
2004518274.tif 000009
様々なＨ２含有量をもつ一組の石英ガラスの、３００ｎｍより短波長のＵＶ領域出力を有するランプからの非コヒーレント連続光源による露光も行った。Ｘｅランプで２４時間露光した、２．３〜３．２分子／ｃｍ３のＨ２を有するガラスの透過率変化が図２１に示される。ほぼ０．１５％の増大がみられた。
【００３５】
透過率増大をおこさせるために低圧水銀ランプ露光も用いた。図２２に示されるデータは、２４時間露光後のおよそ０．２％の透過率増大をやはり示す。
【００３６】
本発明の精神及び範囲を逸脱することなく本発明に様々な改変及び変形がなされ得ることが、当業者には明白であろう。したがって、本発明は、本発明の改変及び変形が特許請求項及びその等価物の範囲に入れば、そのような改変及び変形を包含するとされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明にしたがう紫外光リソグラフィ法及びシステムを示す
【図２】
本発明にしたがう紫外光リソグラフィ法及びシステムを示す
【図３】
本発明にしたがう紫外光リソグラフィ法及びシステムを示す
【図４】
本発明にしたがう紫外光リソグラフィ法及びシステムを示す
【図５】
本発明にしたがうリソグラフィパターン方法を示す
【図６】
本発明にしたがうリソグラフィパターン方法を示す
【図７】
本発明にしたがうリソグラフィパターン方法を示す
【図８】
本発明にしたがうリソグラフィパターン方法を示す
【図９】
本発明にしたがうリソグラフィパターン方法を示す
【図１０】
本発明にしたがう方法を示し、本発明にしたがう方法の光学素子及びプリフォームを示す
【図１１】
本発明にしたがう方法を示す
【図１２】
本発明にしたがう方法及びシステムを示す
【図１３】
本発明にしたがう方法及びシステムを示す
【図１４】
本発明にしたがう方法を示す
【図１５】
本発明にしたがう方法を示す
【図１６】
本発明にしたがう方法を示す
【図１７】
２水準の石英ガラス内Ｈ２に対する、１９３ｎｍ光％透過率［１／ｃｍ］（ｙ軸）対Ｎａ陽イオン不純物含有量［ｐｐｂ］のグラフである
【図１８】
誘起２１５ｎｍ光吸収度／ｃｍ［−ｌｏｇ（Ｔ／ＴＯ）］（ｙ軸）対１９３ｎｍ光パルス数（６ｍＪ／ｃｍ２／パルス）［時間（分）］（ｘ軸）のグラフである
【図１９】
誘起１９３ｎｍ光吸収度／ｃｍ［−ｌｏｇ（Ｔ／ＴＯ）］（ｙ軸）対１９３ｎｍ光パルス数（６ｍＪ／ｃｍ２／パルス：繰返し周波数４００Ｈｚ）［時間（秒）］（ｘ軸）のグラフである
【図２０】
誘起１９３ｎｍ光吸収度／ｃｍ［−ｌｏｇ（Ｔ／ＴＯ）］（ｙ軸）対１９３ｎｍエキシマーレーザ光露光時間［秒］のグラフである
【図２１Ａ】
１９３ｎｍ光内部透過率対、Ｘｅランプの非コヒーレント光で露光された、石英ガラスの深さ［ｍｍ］のグラフである
【図２１Ｂ】
１９３ｎｍ光内部透過率対、Ｘｅランプの非コヒーレント光で露光された、石英ガラスの深さ［ｍｍ］のグラフである
【図２２】
１９３ｎｍ光内部透過率対、水銀ＵＶランプ光で露光された、石英ガラスの深さ［ｍｍ］のグラフである
【符号の説明】
２０    ２００ｎｍより短波長光の光源
２２    光子
２４    リソグラフィマスク
２６    感光性印画材料
２７    ウエハ
３０    石英ガラスリソグラフィ光学素子
【図１】
2004518274.tif 000010
【図２】
2004518274.tif 000011
【図４】
2004518274.tif 000012
【図１１】
2004518274.tif 000013
【図１４】
2004518274.tif 000014
【図１５】
2004518274.tif 000015
【図１７】
2004518274.tif 000016
【図１８】
2004518274.tif 000017
【図１９】
2004518274.tif 000018
【図２０】
2004518274.tif 000019
【図２１Ａ】
2004518274.tif 000020
【図２１Ｂ】
2004518274.tif 000021
【図２２】
2004518274.tif 000022
【国際公開パンフレット】
2004518274.tif 000023
2004518274.tif 000024
2004518274.tif 000025
2004518274.tif 000026
2004518274.tif 000027
2004518274.tif 000028
2004518274.tif 000029
2004518274.tif 000030
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【国際調査報告】
2004518274.tif 000067