DE69702830T2

DE69702830T2 - Projektionsgerät mit ausrichtvorrichtung zur herstellung integrierter schaltungen

Info

Publication number: DE69702830T2
Application number: DE69702830T
Authority: DE
Inventors: Akira Fujinoki; Toshiki Mori; Hiroyuki Nishimura
Original assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG; Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Current assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG; Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Priority date: 1996-07-02
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 2001-03-29
Anticipated expiration: 2017-07-01
Also published as: EP0852742A1; DE69702830D1; US6031238A; EP0852742B1; WO1998000761A1

Description

Industrieller Anwendungsbereich

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung, das sich für die Herstellung von integrierten Speicherschaltungen von 64 Mbit bis 256 Mbit eignet, genauer gesagt, ein Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung, das ArF-Excimer-Laser und ein optisches System, bestehend aus optischen Bauteilen aus Quarzglas, umfasst.

Bekannter Stand der Technik

Optische Lithographie, bei der ein Muster von einer Maske unter Lichteinwirkung auf einen Wafer übertragen wird, war bisher für die Herstellung integrierter Schaltungen mit einem Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung weit verbreitet, da sie im Hinblick auf den Kostenfaktor im Vergleich zu anderen Techniken, die einen Elektronenstrahl oder Röntgenstrahlen verwenden, besser bewertet wurde.
Es wurde ein Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung entwickelt, das i-Linien-Strahlung mit einer Wellenlänge von 365 nm von einer Quecksilber-Hochdrucklampe als Lichtquelle verwendet, um ein Muster mit einer Linienstärke von 0,5 bis 0,4 um auf einem Wafer abzubilden. Dieses Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung ermöglicht die Herstellung von integrierten Schaltungen mit 16 Mbit.
Für die Herstellung von integrierten Schaltungen mit 64 bis 256 Mbit ist jedoch eine Auflösung im Bereich von 0,25 bis 0,35 um erforderlich, die einer neuen Generation angehören, und die Herstellung von integrierten Schaltungen mit 1 Gbit erfordert eine noch höhere Auflösung im Bereich von 0,13 bis 0,20 um. Zur Erzielung dieser Auflösung wird ein ArF-Laser, genauer gesagt, ein ArF-Excimer-Laser verwendet.
Jedoch bringt die optische Lithographie unter Verwendung eines ArF-Excimer-Lasers als Lichtquelle verschiedene Probleme mit sich, wie beispielsweise qualitativ hochwertiges optisches Material zur Verfügung zu stellen, das sich für die Herstellung von Linse, Spiegel und Prisma eignet, woraus sich ein optisches System für die Projektion einer Abbildung zusammensetzt.
Die Auswahl an optischem Material für ArF-Laserlicht mit einer Wellenlänge von 193 nm beschränkt sich im wesentlichen auf Quarzglas, insbesondere auf hochreines synthetisches Quarzglas, wegen seiner hervorragenden Durchlässigkeit für ArF-Laserlicht. Die Schädigung des Quarzglasvolumens ist durch die Bestrahlung mit ArF-Laserlicht mehr als zehnmal höher als durch die Bestrahlung mit KrF-Licht.
Die Beständigkeit des Quarzglases gegen die Bestrahlung mit einem Excimer-Laser hängt von der Wasserstoffmolekül-Konzentration im Quarzglas ab, wie in EP-A-0 401 845 beschrieben. Es wird beschrieben, dass Quarzglas bei der praktischen Anwendung in einem Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung und einem KrF-Excimer-Laser als Lichtquelle eine ausreichende Beständigkeit gegen Excimer-Laserstrahlen aufweist, wenn das Quarzglas eine Wasserstoffmolekül-Konzentration von 5 · 10¹&sup6; Molekülen/cm³ oder mehr aufweist. Experimente haben gezeigt, dass zur Minimierung der durch den ArF-Laser verursachten Schädigung die Wasserstoffmolekül-Konzentration in dem Glas höher sein sollte, zum Beispiel höher als 5 · 10¹&sup8; Moleküle/cm³.
Synthetisches Quarzglas, das als Material zur Herstellung von optischen Bauteilen wie Spiegel; Linse und dergleichen in verschiedenen optischen Systemen für die optische Lithographie verwendet wurde, wies im allgemeinen immer dieselbe Wasserstoffmolekül- Konzentration auf, da die Konzentration eine physikalische Größe darstellt, die durch die Synthesebedingungen des Ausgangsmaterials und/oder der anschließenden Wärmebehandlung (inclusive Wasserstoff-Dotierung) bestimmt wird, wobei die physikalische Größe im allgemeinen eine feste Größe darstellen sollte, abgesehen von Größenschwankungen, die aufgrund von geringen unbeabsichtigten Änderungen der Betriebsbedingungen entstehen und wegen ihrer Geringfügigkeit vernachlässigt werden können.
Anhand zweier Verfahren können Wasserstoffmoleküle in synthetisches Quarzglas eingebracht werden. Bei dem ersten Verfahren werden Wasserstoffmoleküle in einer Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre bei Atmosphärendruck eingebracht. Anhand dieses Verfahrens kann eine maximale Wasserstoffmolekül-Konzentration in der Größenordnung von 5 · 10¹&sup8; Molekülen/cm³ erreicht werden. Bei dem zweiten Verfahren wird das synthetische Quarzglas in einer Atmosphäre unter Wasserstoff-Überdruck mit Wasserstoffmolekülen dotiert. Anhand dieses Verfahrens kann die maximale Wasserstoffmolekül-Konzentration nur bei einem Druck von mehr als 10 at über den Wert von 5 · 10¹&sup8; Molekülen/cm³ ansteigen.

Aufgabe der Erfindung

Die Temperatur der Wärmebehandlung sollte für die Dotierung mit Wasserstoff vorzugsweise im Bereich zwischen 200 und 800ºC liegen, denn höhere Temperaturen bei der Erhitzungs-/ Schmelzbehandlung verursachen neue Defekte in dem Quarzglasvolumen. Die Wärmebehandlung im Temperaturbereich zwischen 200 und 800ºC hat jedoch den Nachteil, dass das Einbringen einer hohen Anzahl an Wasserstoffmolekülen entsprechend einer Konzentration von 5 · 10¹&sup8; Molekülen/cm³ oder mehr in ein optisches Quarzglasbauteil sehr zeitaufwendig ist, da bei niedrigen Temperaturen die Diffusionsrate der Wasserstoffmoleküle gering ist. Die Anwendung von hohem Druck führt zu einer Reduzierung der Homogenität der Brechungsindexverteilung und/oder zu auftretenden Schlieren in dem Volumen, auch bei derart geringen Temperaturen wie 200 bis 800ºC.
Bei einer Behandlung von Quarzglas unter hohem Druck bei hohen Temperaturen ist aufgrund der oben erwähnten Tatsache eine zusätzliche Wärmebehandlung erforderlich. Quarzglas mit einer Wasserstoffmolekül-Konzentration von mindestens 5 · 10¹&sup8; Molekülen/cm³ und mit optischen Eigenschaften wie hervorragender Homogenität der Brechungsindexverteilung, einem geringen Grad an Schlieren und ähnliches, das den Anforderungen an optische Bauteile, aus denen sich das optische System eines Projektionsgerätes mit Ausrichtvorrichtung zusammensetzt, gerecht wird, ist sehr teuer, da dieses Quarzglas durch sehr komplexe und zeitaufwendige Verfahren nach industriellem Maßstab erhalten wird.
Nach einem Artikel von Kazuo USHIDA mit dem Titel "Quartz Glass for a Stepper" (Quarzglas für einen Stepper), erschienen in New Glass, Bd. 6, Nr. 2 (1989), S. 191-196, liegen die Qualitätsanforderungen für die Linse eines Steppers bei einer Lichtdurchlässigkeit von 99,0 % /cm oder mehr, einer Brechungsindexschwankung (Δ n) von 1 · 10&supmin;&sup6; oder weniger und einer Doppelbrechung von 1,00 nm/cm oder weniger. Quarzglas mit einer derart homogenen Brechungsindexverteilung wie oben erwähnt kann nicht erhalten werden, wenn die Wasserstoff-Dotierung in einer Konzentration von 5 · 10¹&sup8; Molekülen/cm³ in einer Druckbehandlung durchgeführt wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung zur Verfügung zu stellen, das einen ArF-Excimer-Laser als Lichtquelle verwendet und das ein optisches System umfasst, das aus optischen Quarzglas-Bauteilen zusammengesetzt ist, wobei optische Eigenschaften wie Beständigkeit, Lichtdurchlässigkeit und anderes auch nach längerer Betriebsdauer erhalten bleiben und das optische System insgesamt kostengünstig hergestellt werden kann.

Maßnahmen zur Lösung der Aufgabe

Wie oben erwähnt, war es bisher schwierig, in das Quarzglasvolumen optischer Bauteile Wasserstoffmoleküle einzubringen, deren Konzentration gleich oder größer als 5 · 10¹&sup8; Moleküle/cm³ ist, um die Haltbarkeit des Projektionsgeräts mit Ausrichtvorrichtung und ArF- Excimer-Laser zu verbessern, da zur Herstellung dieser optischen Quarzglas-Bauteile sehr komplexe und zeitaufwendige Verfahren nach industriellem Maßstab erforderlich sind, wobei die Herstellung des Projektionsgerätes mit Ausrichtvorrichtung nicht nur schwierig, sondern auch sehr teuer ist.
Wenn das erzeugte Quarzglas die oben genannte Anforderung bezüglich der Homogenität der Brechungsindexverteilung erfüllt, kann eine Dotierstoffkonzentration mit Wasserstoffmolekülen im oben genannten Bereich nicht erreicht werden, was bei der Bestrahlung mit ArF- Excimer-Laserlicht zum Ausfall der aus diesem Quarzglas hergestellten Stepper-Linse führen kann.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung zur Herstellung integrierter Schaltungen, wobei das optische System aus Gruppen optischer Quarzglas-Bauteile besteht, umfassend eine erste Gruppe optischer Quarzglas-Bauteile, deren Wasserstoffmolekül-Konzentration im Bereich zwischen 1 · 10¹&sup7; und 5 · 10¹&sup8; Molekülen/cm³ liegt und eine dritte Gruppe optischer Quarzglas-Bauteile, deren Wasserstoffmolekül-Konzentration im Bereich zwischen 5 · 10¹&sup8; und 5 · 10¹&sup9; Molekülen/cm³ liegt.
Das optische System setzt sich aus Gruppen optischer Quarzglas-Bauteile wie Linse, Spiegel und Prisma zusammen. Ein zweiter Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die gesamte optische Weglänge der dritten Gruppe optischer Quarzglas-Bauteile gleich oder kleiner als 20%, vorzugsweise gleich oder kleiner als 15% der gesamten optischen Weglänge des ganzen optischen Systems beträgt.
Ein dritter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung, wobei das optische System eine zweite Gruppe optischer Quarzglas-Bauteile umfasst, deren Wasserstoffmolekül-Konzentration im Bereich von 5 · 10¹&sup7; bis 5 · 10¹&sup8; Molekülen/cm³ liegt.
Die gesamten optischen Weglängen der zweiten und dritten Gruppe optischer Quarzglas- Bauteile betragen jeweils vorzugsweise 20% oder weniger, besser 15% oder weniger der gesamten optischen Weglänge des ganzen optischen Systems.
Ein vierter und fünfter Aspekt der Erfindung beziehen sich auf Projektionsgeräte mit Ausrichtvorrichtung mit jeweils effektiven Kombinationen aus Gruppen optischer Quarzglas- Bauteile mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften, um die erforderliche Auflösung und eine hohe Lichtdurchlässigkeit der jeweils gesamten optischen Systeme zu erreichen. Jedes Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung weist eine dritte Gruppe optischer Quarzglas- Bauteile mit einer geringeren Homogenität der Brechungsindexverteilung (Δ n) und einer geringeren Doppelbrechung, jedoch mit einer höheren Wasserstoff-Konzentration auf und mindestens eine weitere Gruppe optischer Quarzglas-Bauteile mit einer höheren Homogenität der Brechungsindexverteilung (Δ n) und einer höheren Doppelbrechung, jedoch mit einer geringeren Wasserstoff-Konzentration.
Im einzelnen bezieht sich der vierte Aspekt der Erfindung auf ein Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung, umfassend ein optisches System, das sich aus drei Gruppen optischer Quarzglas-Bauteile zusammensetzt, die eine spezifische Homogenität der Brechungsindexverteilung (Δ n) sowie eine spezifische Doppelbrechung aufweisen, wie folgt:
Die Lichtdurchlässigkeit des ganzen optischen Systems beträgt 99% / cm oder mehr. Die Gruppen optischer Quarzglas-Bauteile sind vorzugsweise in Abhängigkeit der Energiedichte pro Puls &epsi; (mJ/cm²) des ArF-Excimer-Laserlichtes angeordnet, wobei optische Bauteile der ersten Gruppe einer Energiedichte von 0,2 oder weniger, optische Bauteile der zweiten Gruppe einer Energiedichte zwischen 0,2 und 0,6, und optische Bauteile der dritten Gruppe einer Energiedichte von 0,6 oder mehr ausgesetzt sind.
Ein fünfter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung zur Herstellung integrierter Schaltungen gemäß dem vierten Aspekt, wobei die gesamten optischen Weglängen der zweiten und dritten Gruppe optischer Bauteile beide jeweils 20% oder weniger, vorzugsweise 15% der Gesamtlänge des ganzen optischen Systems betragen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung, umfassend ein erstes optisches Bauteil der dritten Gruppe, das nächstmöglich an der Abbildungsebene eines Wafers und/oder einer Pupillenebene angeordnet ist und der höchsten Energiedichte pro Puls &epsi; (mJ/cm²) des übertragenen ArF-Excimer-Laserlichtes ausgesetzt ist. Genauer gesagt, wird das optische Bauteil mit der höchsten Wasserstoffmolekül-Konzentration der höchsten Energiedichte ausgesetzt und nächstmöglich an der Abbildungsebene eines Wafers und/oder einer Pupillenebene angeordnet. Das erste optische Bauteil wird im folgenden als "optisches Bauteil neben dem Wafer" bezeichnet. Sein Wasserstoffgehalt ist höher als zumindest bei einem anderen, zweiten optischen Bauteil, das einer geringeren Energiedichte ausgesetzt ist und zu der ersten oder zweiten Gruppe optischer Bauteile gehört und am weitesten entfernt von der Abbildungsebene eines Wafers und/oder der Pupillenebene angeordnet ist. Das zweite optische Bauteil wird im folgenden als "optisches Bauteil neben der Lichtquelle" bezeichnet. Es weist eine höhere Homogenität der Brechungsindexverteilung (Δ n) und eine geringere Doppelbrechung (nm/cm) auf als das optische Bauteil neben dem Wafer.
Vorzugsweise erfolgt die Herstellung des optischen Bauteils neben dem Wafer aus synthetischem Quarzglas mit einer Wasserstoffmolekül-Konzentration im Bereich von 5 · 10¹&sup8; bis 5 · 10¹&sup9; Molekülen/cm³, einer Homogenität der Brechungsindexverteilung (Δ n) von 5 · 10-&sup6; /cm oder weniger und einer Doppelbrechung von 5 nm/cm oder weniger, und die Herstellung des optischen Bauteils neben der Lichtquelle erfolgt vorzugsweise aus synthetischem Quarzglas mit einer Wasserstoffmolekül-Konzentration im Bereich von 1 · 10¹&sup7; bis 5 · 10¹&sup8; Molekülen/cm³, einer Homogenität der Brechungsindexverteilung (Δ n) von 3 · 10&supmin;&sup6; /cm oder weniger und einer Doppelbrechung von 3 nm/cm oder weniger.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in der Betrachtung, dass bei einem Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung zur Herstellung integrierter Schaltungen unter Verwendung von Refraktionsoptiken ein Durchmesser der Pupillenebene im Bereich von 30 mm bis 50 mm erforderlich ist. Zumindest einige der optischen Bauteile des Projektionsgerätes mit Ausrichtvorrichtung sind als optische Linsen konstruiert, wobei die Linsen der ersten Gruppe einen Durchmesser von 100 mm oder mehr, die Linsen der zweiten Gruppe einen Durchmesser im Bereich von 80 bis 100 mm und die Linsen der dritten Gruppe einen Durchmesser von 80 mm oder weniger aufweisen. Vorzugsweise werden die Wasserstoffmolekül-Konzentrationen, die Homogenität der Brechungsindexverteilung (Δ n) und die Doppelbrechung derart eingestellt, wie oben unter dem vierten Aspekt der Erfindung erläutert.
Ein letzter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung, in dem zumindest einige der optischen Bauteile als optische Linsen konstruiert sind, wobei die optischen Linsen der ersten Gruppe für die Bestrahlung mit ArF-Laserlicht mit einer Energiedichte pro Puls &epsi; von weniger als 0,2 mJ/cm² ausgelegt sind, und die optischen Linsen der dritten Gruppe für die Bestrahlung mit ArF-Laserlicht mit einer Energiedichte pro Puls &epsi; von 0,2 mJ/cm² oder mehr ausgelegt sind, wobei der Wasserstoffgehalt CH2 (Moleküle/cm³) der Linsen gemäß folgender Gleichungen eingestellt wird:
(1) 19,2 + 2,98 · Log &epsi; ≤ Log (CH2) < 18,6 für &epsi; < 0,2 mJ/cm²
(2) 19,2 + 2,98 · Log &epsi; ≤ Log (CH2) ≤ 20,7 + 2,98 · Log &epsi; für &epsi; ≥ 02 mJ/cm².

Ausführungsform der Erfindung

Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei, sofern keine Spezifizierung vorliegt, Größe, Material und Form der Konstruktionsteile und ihrer entsprechenden Konfigurationen nur als Beispiel dienen und keinerlei Beschränkung der vorliegenden Erfindung darstellen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Struktur eines Projektionsgerätes mit Ausrichtvorrichtung unter Verwendung von Refraktionsoptiken gemäß vorliegender Erfindung.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Struktur eines Projektionsgerätes mit Ausrichtvorrichtung unter Verwendung von Reflexionsoptiken gemäß vorliegender Erfindung.
Bei dem Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung gemäß Fig. 1 wird ein ArF-Excimer-Laser als Lichtquelle verwendet, wobei Ziffer 1 den ArF-Excimer-Laser als Lichtquelle bezeichnet und Ziffer 2 ein modifiziertes Belichtungsmedium bezeichnet zur Abbildung eines Musters auf einem Wafer ohne Interferenz jeglichen gebrochenen Lichtes, wobei das Belichtungsmedium die Ebene einer Lichtquelle, zum Beispiel eine Quadropol- oder zonale Beleuchtung, umfasst, wie im Querschnitt anhand eines Teils zum Auffangen von Licht im mittleren Bereich der Ebene ersichtlich.
Ziffer 3 bezeichnet eine Kondensor-Linse, die den von oben genannter Lichtquelle emittierten Excimer-Laserstrahl zu einer Maskenplatte führt. Ziffer 4 bezeichnet eine Maskenplatte, die eine strukturierte Maske darstellt. Ziffer 5 bezeichnet eine Refraktionsoptik, wobei zum Beispiel eine Gruppe von Linsen mit einer positiven Brechung und eine weitere Gruppe von Linsen mit einer negativen Brechung kombiniert werden, um eine schmalere spektrale Bandbreite zu erhalten und eine Pupillenebene in der Refraktionsoptik zu bilden, was zu einer besseren Auflösung führt. Ziffer 6 bezeichnet einen auf einem Wafer-Träger 7 angeordneten Wafer, und das auf der Maskenplatte dargestellte Maskenmuster wird auf den Wafer 6 projiziert, wobei anhand der Refraktionsoptik die Abbildung eines Musters erfolgt.
Das Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung umfasst eine Gruppe von Kondensor-Linsen 5b, die in der Nähe der Pupillenebene angeordnet ist (nachfolgend als Linsen neben der Lichtquelle bezeichnet) sowie eine weitere Gruppe von Linsen 5a, die nächstmöglich bei der Wafer-Ebene angeordnet ist (nachfolgend als Linsen neben dem Wafer bezeichnet). Durch die zuerst genannten Kondensor-Linsen entsteht ein Bild der Lichtquelle, das als zweite Lichtquelle dient. Wird entsprechend das Bild der Lichtquelle in disperser Form in der Pupillenebene gebildet, führt dies zu einer lokalen Konzentration der Lichtenergie, was eine der Ursachen für den Ausfall eines Teils des optischen Systems darstellen kann, wie es in einem Bereich des optischen Systems neben dem Wafer der Fall sein könnte.
Neben der Maskenplatte des optischen Systems herrschen weniger belastende Betriebsbedingungen als neben dem Wafer, da die Energiedichte um zwei Größenordnungen geringer ist als bei einer Abbildungsvergrößerung.
Bei dieser Ausführungsform werden die oben genannten Gesichtspunkte betrachtet. Dies bedeutet, dass eine Energiedichte in bezug auf ein Vergrößerungsverhältnis in einer Fläche einer Pupillenebene definiert wird, wobei gemäß dem oben genannten Fachartikel die Größe der Pupillenebene bei einem ArF-Excimer-Laserstrahl im Durchmesserbereich von 30 bis 50 mm liegt.
Vorausgesetzt, dass die Photoresist-Empfindlichkeit im Bereich von 20 bis 50 mJ liegt und ein Photoresist-Film einer Laserstrahlung von 20 bis 30 Pulsen ausgesetzt ist, beläuft sich die Energiedichte pro Puls auf der Pupillenebene auf 0,7 bis 1,7 mJ/cm². Die Energiedichte pro Puls der Linsen, die nächstmöglich an der Waferoberfläche angeordnet sind, liegt in der Praxis schätzungsweise in einem Bereich zwischen 80 und 90% der oben genannten Energiedichte, das bedeutet, in einem Bereich zwischen 0,6 und 1,5 mJ/cm², selbst, um genau zu sein, bei einer angenommenen Differenz zwischen der Energiedichte auf einer Abbildungsebene und der Pupillenebene und bei einer größeren Energiedichte auf der Waferebene als auf der Pupillenebene. Die Energiedichte auf der Pupillenebene scheint bei einer geringen Differenz weniger als im Bereich zwischen 0,6 und 1,5 mJ/cm² zu betragen.
Es erfolgt der Aufbau eines optischen Systems unter Verwendung von Linsen mit positiver Brechung sowie anderer Linsen mit negativer Brechung, um eine schmalere spektrale Bandbreite und eine bessere Auflösung zu erhalten (siehe zum Beispiel die Veröffentlichung der japanischen Offenlegungsschrift 3-34308). In diesem Fall ist das Beseitigen von Aberrationen in hohem Maße erforderlich, daher werden Vergrößerungs- bzw. Verkleinerungsgrad der eingebauten Linsen in gemäßigten Bereichen gewählt. Hinsichtlich dieser Bedingungen liegt die Energiedichte pro Puls der Linsen der dritten Gruppe, die sich neben der nächstmöglichen Position an der Wafer- oder Pupillenebene befinden, schätzungsweise im Bereich von etwa einem Drittel des oben genannten Bereichs von 0,6 bis 1,5 mJ/cm², das heißt im Bereich von 0,2 bis 0,6 mJ/cm².
Die Energiedichte pro Puls &epsi; beträgt fast bei allen anderen Gruppen von Linsen, besonders bei Linsen neben der Lichtquelle, die weit entfernt von einem Wafer oder einer Pupille angeordnet sind, weniger als 0,2 mJ/cm².
Unter den oben genannten Bedingungen bezüglich der Energiedichte pro Puls kann die Lichtdurchlässigkeit des ganzen optischen Systems verbessert werden, wobei bei einer der Gruppen von Linsen neben dem Wafer mit einer Energiedichte pro Puls von weniger als 0,2 mJ/cm² der optischen Durchlässigkeit eine größere Bedeutung beigemessen wird als der Haltbarkeit. Deshalb werden in dieser Ausführungsform optische Bauteile neben der Licht quelle mit einer Energiedichte pro Puls von 0,2 mJ/cm² oder weniger, die weit entfernt von dem Wafer und der Pupillenebene angeordnet sind, als qualitativ hochwertig betrachtet, wobei diese eine Schwankung des Brechungsindexes (Δ n) von 1 · 10&supmin;&sup6; /cm oder weniger und eine Doppelbrechung von 1,00 nm/cm oder weniger aufweisen, während die Wasserstoffmolekül-Konzentration CH2 auf einen derart geringen Wert im Bereich zwischen 1 · 10¹&sup7; bis 5 · 10¹&sup8; Molekülen/cm³ eingestellt wird.
Die Pupillenebene umgebenden Gruppen von Linsen sowie Linsen, die nächstmöglich an dem Wafer angeordnet sind, weisen eine Energiedichte pro Puls &epsi; im Bereich von 0,6 bis 1,5 mJ/cm² auf und können in ihrer Haltbarkeit insgesamt verbessert werden, wenn man sich intensiv damit befasst. Entsprechend wird in dieser Ausführungsform die Wasserstoffmolekül-Konzentration CH2 im Bereich von 5 · 10¹&sup8; bis 5 · 10¹&sup9; Molekülen/cm³ für ein optisches System festgesetzt, dessen Energiedichte pro Puls &epsi; im Bereich von 0,6 bis 1,5 mJ/cm² liegt, während zwei weitere optische Eigenschaften zur einfachen Herstellung auf moderate Werte eingestellt werden, das heißt der Wert der Schwankung des Brechungsindexes Δn beträgt 5 x 10&supmin;&sup6; oder weniger, und der Wert der Doppelbrechung beträgt 5,0 nm/cm oder weniger für dasselbe optische System.
Für optische Bauteile wie Linsen, die sich neben optischen Bauteilen mit einer hohen Energiedichte pro Puls befinden, oder anders gesagt, die eine Energiedichte pro Puls &epsi; des auftreffenden Lichtes im Bereich von 0,2 bis 0,6 mJ/cm², das heißt zwischen den oben genannten Bereichen, aufweisen, wird sowohl die Wasserstoffmolekül-Konzentration CH2 im moderaten Bereich von 5 · 10¹&sup7; bis 5 · 10¹&sup8; Molekülen/cm³ als auch die Schwankung des Brechungsindexes sowie die Doppelbrechung auf moderate Werte von 3 · 10&supmin;&sup6; beziehungsweise 3,0 nm/cm oder weniger eingestellt, wodurch die Herstellung vereinfacht wird.
Außerdem werden Gruppen optischer Bauteile mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften kombiniert, um eine hohe Durchlässigkeit ohne Verminderung der Haltbarkeit des ganzen optischen Systems zu erzielen, wie später in einer zweiten Ausführungsform beschrieben, wobei die gesamte optische Weglänge durch die optischen Bauteile, die eine Energiedichte pro Puls &epsi; im Bereich von 0,6 bis 1,5 mJ/cm² aufweisen, 20% oder weniger, vorzugsweise 15% der gesamten optischen Weglänge durch das ganze optische System beträgt, und die gesamte optische Weglänge durch die optischen Bauteile, die eine Energiedichte pro Puls &epsi; im Bereich von 0,6 bis 1,5 mJ/cm² aufweisen, 20% oder weniger, vorzugsweise 15% oder weniger der gesamten optischen Weglänge durch das ganze optische System beträgt.
Das Material der Linsen, die das oben genannte optische Brechungssystem bilden, sollte unter Berücksichtigung des Grades der Verschlechterung der optischen Eigenschaften einer Linse mit einem bestimmten Durchmesser gewählt werden. Entsprechend sollte der Linsendurchmesser unter Anwendung eines Vergrößerungsfaktors auf den Bereich einer Pupille bestimmt werden, wobei gemäß dem oben genannten Fachartikel die Pupillenebene des ArF-Excimer-Lasers einen Durchmesser im Bereich von 30 bis 50 mm aufweist.
Eine an die Pupillenebene und an die Abbildungsebene eines Wafers angrenzende Linse, die ArF-Excimer-Laserlicht mit einer Energiedichte &epsi; im Bereich von 0,6 bis 1,5 mJ/cm² überträgt, weist einen Maximaldurchmesser von 80 mm auf, wobei der Maximaldurchmesser der Pupille 50 mm beträgt, einen Arbeitsbereich der Linse von 80% vorausgesetzt. Entsprechend ergeben allgemeine Schätzungen, dass der Durchmesser der Linse als optisches Bauteil bei einer Energiedichte &epsi; im Bereich von 0,6 bis 1,5 mJ etwa 80 mm oder weniger beträgt.
Eine Linse mit einer Energiedichte &epsi; im Bereich von 0,2 bis 0,6 mJ/cm² weist einen Vergrößerungsfaktor von etwa 2 bis 3 auf, und demgemäß liegt der Linsendurchmesser nach einer ähnlichen Berechnung im Bereich von 80 bis 100 mm.
Für die Übertragung von ArF-Laserlicht mit einer Energiedichte &epsi; von 0,2 mJ/cm² oder weniger sollte natürlich eine Linse mit einem Durchmesser von mehr als 100 mm verwendet werden.
Bei diesem Durchmesser sowie dieser Energiedichte beträgt die gesamte optische Weglänge durch optische Bauteile wie Linsen mit einem Durchmesser von 80 mm 20% oder weniger, vorzugsweise 15%, der gesamten optischen Weglänge des ganzen optischen Systems, und die gesamte optische Weglänge durch optische Bauteile wie Linsen mit einem Durchmesser im Bereich von 80 bis 100 mm beträgt ebenfalls 20% oder weniger, vorzugsweise 15%, der gesamten optischen Weglänge des ganzen optischen Systems.
Die vorliegende Erfindung kann sowohl auf ein Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung angewendet werden, das Reflexionsoptiken verwendet, als auch auf ein Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung, das Refraktionsoptiken verwendet, wie in Fig. 1 gezeigt.
Das Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung, das Reflexionsoptiken verwendet, wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Linsenkonfiguration und ähnlichem eines Projektionsgerätes mit Ausrichtvorrichtung, das Refle xionsoptiken verwendet, wobei die Ausrichtvorrichtung zur Erzielung einer hohen Auflösung einen Strahlenteiler in Form eines Prismas verwendet. Einfach gesagt, wird ein Strahl von einer Lichtquelle 11 emittiert, der erstens eine erste Gruppe von Linsen 12 passiert, zweitens den Strahlenteiler 13, drittens eine zweite Gruppe von Linsen 14 passiert und schließlich auf einen Spiegel 15 trifft. Der Strahl wird von dem Spiegel 15 abgelenkt und von einer dritten Gruppe von Linsen 16 konzentriert. Danach wird eine Maskenplatte 17 mit dem konzentrierten Strahl abgetastet, wonach der reflektierte Strahl wieder durch die dritte Gruppe von Linsen 16 hindurchgeht, auf den Spiegel 15 trifft, der ihn ablenkt, wonach er erneut die zweite Gruppe von Linsen 14 passiert und den Strahlenteiler 13 erreicht. Diesmal wird der Strahl in dem Strahlenteiler 13 abgelenkt, und er passiert eine vierte Gruppe von Linsen 19, um integrierte Schaltungen auf einem Wafer 18 abzubilden, wobei die Abbildung, nach Aktivierung eines photosensitiven, auf dem Wafer aufgebrachten Lacks und nach einer Behandlung in Entwicklerlösung, ein Lackmuster ergibt.
In diesem Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung weist die vierte Gruppe von Linsen 19, die der Strahl nach der Ablenkung in dem Strahlenteiler 13 passiert, eine Wasserstoffmolekül- Konzentration CH2 im Bereich von 5 · 10¹&sup8; bis 5 · 10¹&sup9; Molekülen/cm³ auf, während die Schwankung des Brechungsindexes Δn auf einen moderaten Wert von 5 · 10&supmin;&sup6; oder weniger eingestellt wird und die Doppelbrechung ebenfalls auf einen moderaten Wert von 5,0 nm/cm oder weniger eingestellt wird, da auf die vierte Gruppe von Linsen 19 Lichtenergie &epsi; im Bereich von 0,6 bis 1,5 mJ/cm² auftrifft, was die höchste Lichtenergie im ganzen optischen System darstellt. Die dritte Gruppe von Linsen 16 weist eine Wasserstoffmolekül-Konzentration CH2 im Bereich von 5 · 10¹&sup7; bis 5 · 10¹&sup8; Molekülen/cm³ auf sowie eine Schwankung des Brechungsindexes Δn mit einem moderaten Wert von 3 · 10&supmin;&sup6; oder weniger und eine moderate Doppelbrechung von 3,0 nm/cm oder weniger, da der Strahl mit einer geschätzten Energiedichte pro Puls &epsi; im Bereich von 0,2 bis 0,6 mJ/cm² das Volumen der dritten Gruppe von Linsen 16 passiert, wobei diese Schätzung darauf basiert, dass durch die dritte Gruppe von Linsen 16 die Konzentration des Strahls erfolgt, der anschließend zum Abtasten der Maskenplatte 17 verwendet wird. Die Wasserstoffmolekül-Konzentration CH2 der anderen optischen Bauteile des optischen Systems, wie weitere Linsen, der Spiegel und Strahlenteiler in Form eines Prismas werden im Bereich von 1 · 10¹&sup7; bis 5 · 10¹&sup8; Moleküle/cm³ eingestellt, die Schwankung des Brechungsindexes Δn wird auf eine hohe Qualität eingestellt und beträgt 1 · 10&supmin;&sup6; oder weniger, und die Doppelbrechung wird ebenfalls auf eine hohe Qualität eingestellt und beträgt 1,00 nm/cm oder weniger, da diese optischen Bauteile durch einen Strahl mit einer geringen Energiedichte pro Puls &epsi; von 0,2 mJ/cm² oder weniger beeinträchtigt werden.
Man geht davon aus, dass die dritte und die vierte Gruppe von Linsen, die sich in ihren optischen Eigenschaften unterscheiden, miteinander kombiniert werden, um ein optisches System hoher Lichtdurchlässigkeit, jedoch ohne Verringerung der Haltbarkeit, in dieser Ausführungsform zu erhalten, wobei die gesamte optische Weglänge durch die vierte Gruppe von Linsen 19 20% oder weniger, vorzugsweise 15%, der gesamten optischen Weglänge durch das ganze optische System beträgt, und die gesamte optische Weglänge durch die dritte Gruppe von Linsen 16 20% oder weniger, vorzugsweise 15%, der gesamten optischen Weglänge durch das ganze optische System beträgt.
Das Verhältnis zwischen Linsendurchmesser und Energiedichte pro Puls bei der Übertragung von ArF-Laserlicht ist ähnlich wie bei dem Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung. Die gesamte optische Weglänge durch die vierte Gruppe von Linsen 19 mit einem vorgegebenen Durchmesser von 80 mm oder weniger beträgt 20% oder weniger, vorzugsweise 15%, der gesamten optischen Weglänge des ganzen optischen Systems. Die gesamte optische Weglänge durch die dritte Gruppe von Linsen 16 mit einem vorgegebenen Durchmesser von 80 bis 100 mm beträgt 20% oder weniger, vorzugsweise 15%, der gesamten optischen Weglänge des ganzen optischen Systems. Es wird davon ausgegangen, dass eine Kombination aus der dritten und der vierten Gruppe von Linsen eine Durchlässigkeit des optischen Systems als Ganzes von 99,8% ergibt, ohne jegliche Beeinträchtigung der Haltbarkeit.

Ausführungsbeispiele der Erfindung

Die Langzeit-Stabilität der optischen Eigenschaften unter realen Bedingungen wurde durch einen Beschleunigungstest unter belastenden Bedingungen an optischen Bauteilen aus Quarzglas simuliert, wie Linse, Spiegel oder Prisma, die aus einem optischen System entfernt und in jedes der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Projektionsgeräte mit Ausrichtvorrichtung eingesetzt wurden, da der Langzelt-Stabilitätstest für jedes der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Projektionsgeräte mit Ausrichtvorrichtung unter realen Betriebsbedingungen sehr zeitaufwendig ist.
Die Schädigungsrate durch die Bestrahlung mit Laserlicht steigt im allgemeinen mit dem Quadrat der Energiedichte des Excimer-Laserlichts gemäß einem japanischen Artikel von Akira FUJINOKI mit dem Titel "Quartz Glass for the Excimer Laser Use" (Quarzglas zur Verwendung von Excimer-Laser), veröffentlicht in "Optics", Bd. 23, Nr. 10. In dem Artikel wurde der Beschleunigungstest auf der Basis des Beschleunigungseffekts auf die Schädigungsrate durchgeführt.
Siliziumtetrachlorid wurde in einer Knallgasflamme hydrolysiert und entstehendes Siliziumdioxid wurde des weiteren auf einem rotierenden Substrat zur Herstellung eines Quarzglasblocks abgeschieden. Dieses Verfahren wird als "DQ-Verfahren" bezeichnet.
Der hergestellte Quarzglasblock enthielt Hydroxylgruppen mit einer Konzentration im Bereich von 800 bis 1000 ppm sowie Wasserstoffmoleküle mit einer Konzentration von 5 · 10¹&sup8; Molekülen/cm³. Er wurde einer Homogenisierungsbehandlung unterzogen, umfassend 40 Stunden langes Erhitzen auf 1150ºC und allmähliches Kühlen gemäß einem Verfahren, das in der Veröffentlichung der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 7-267662 beschrieben wurde, um Schlieren in dem Quarzglasvolumen zu entfernen.
Es erfolgten Messungen der optischen Eigenschaften des erhaltenen homogenen Quarzglases. Diese Messungen ergaben, dass es in drei Richtungen schlierenfrei war, eine sehr gute Homogenität der Brechungsindexverteilung Δn von 1 · 10&supmin;&sup6; gemessen anhand eines Interferometers (ZYGO MARK IV), aufwies und dass die Doppelbrechung, gemessen mittels Brechungsindex-Messgerät unter Einsatz gekreuzter Polarisation, 1 nm/cm betrug.
Dieses optische Quarzglas erfüllt die Anforderungen an die Eigenschaften von Quarzglas zur Verwendung als Material für optische Bauteile in einem Excimer-Laserstepper, die in einem japanischen Artikel von Kazuo USHIDA mit dem Titel "Quartz Glass for a Stepper" (Quarzglas für einen Stepper), veröffentlicht in New Glass, Bd. 6, Nr. 2 (1989), S. 191-196, beschrieben werden. Ein Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung zur Verwendung für Halbleiter mit einem ArF-Excimer-Laser als Lichtquelle kann anhand optischer Bauteile, bestehend aus diesem optischen Quarzglas, konstruiert werden.
Bei dem auf diese Weise hergestellten Quarzglas wurde anhand einer Laser-Raman- Spektroskopie die Wasserstoffmolekül-Konzentration gemessen, die 5 · 10¹&sup7; Moleküle/cm³ betrug (das für diese Messung verwendete Probestück wird im folgenden als Probe A bezeichnet).
Die Wasserstoffmolekül-Konzentration wurde anhand eines Raman-Spektrophotometers ermittelt. Die Bezeichnung des für diese Messungen verwendeten Raman- Spektrophotometers lautet NR 1100, hergestellt von "Nihon Bunkou Kougyo K. K.", und es wurde ein Verfahren zur Bestimmung der Photonenanzahl angewendet, wobei ein Ar-Laser mit einer Leistung von 700 mW und einer Erreger-Wellenlänge von 488 nm sowie ein "Pho toelektronenvervielfacher R943-02", hergestellt von "Hamamatsu photonics K. K.", verwendet wurden. Eine Messung wurde durchgeführt, indem ein Intensitätsverhältnis des Integrals einer Streubande von SiO&sub2; bei einer Wellenzahl von 800 cm&supmin;¹ und des Integrals einer Streubande von Wasserstoff im Bereich der Wellenzahlen von 4135 bis 4140 cm&supmin;¹, wie sie anhand von Raman-Streuspektren ermittelt werden, in eine Wasserstoffmolekül-Konzentration umgerechnet werden, wobei die Umrechnungskonstante 1,22 · 10²¹ beträgt, so dass CH2 = Integral der Streubande von SiO&sub2; / Integral der Streubande von Wasserstoff · 1,22 · 10²¹, wobei die genannte Konstante in Zhurnal Pri-Kladnoi Spectroskopii, Bd. 46, Nr. 6, S. 987-991, Juni 1987, angegeben wird.
Das oben genannte Quarzglas wurde zur Herstellung eines Probestücks mit einem Durchmesser von 60 mm und einer Dicke von 20 mm geschnitten. Das Probestück wurde in atmosphärischer Luft bei 1000ºC 20 Stunden lang oxidiert und dann einer Autoklaven- Behandlung unterzogen, wobei es in einer Hochdruck-Wasserstoffatmosphäre von etwa 5 Mpa (50 kgf/cm²) bei 600ºC 1000 Stunden lang mit Wasserstoff dotiert wurde. Bei dem auf diese Weise behandelten Probestück wurde die Schwankung des Brechungsindexes Δn, die Doppelbrechung sowie die Wasserstoffmolekül-Konzentration CH2 gemessen, die 4 · 10&supmin;&sup6; 5 nm/cm beziehungsweise 2 · 10¹&sup9; Moleküle/cm³ betrugen (dieses Probestück wird im folgenden als Probe D bezeichnet).
Das oben genannte Quarzglas wurde des weiteren derart geschnitten, dass das Probestück dieselbe Größe wie Probe D aufwies, und das Probestück wurde unter denselben Bedingungen wie Probe D oxidiert. Das oxidierte Probestück wurde dann einer Autoklaven- Behandlung unterzogen, wobei es in einer Wasserstoff-Druckatmosphäre von etwa 0,9 Mpa bei 600ºC 1000 Stunden lang mit Wasserstoff dotiert wurde. Bei dem auf diese Weise behandelten Probestück wurde die Schwankung des Brechungsindexes Δn, die Doppelbrechung sowie die Wasserstoffmolekül-Konzentration CH2 gemessen, die 3 · 10&supmin;&sup6;, 3 nm/cm beziehungsweise 5 · 10¹&sup8; Moleküle/cm³ betrugen (dieses Probestück wird im folgenden als Probe B bezeichnet).
Das oben genannte Quarzglas wurde des weiteren derart geschnitten, dass das Probestück dieselbe Größe wie Probe D aufwies, und das Probestück wurde unter denselben Bedingungen wie Probe D oxidiert. Das oxidierte Probestück wurde dann einer Autoklaven- Behandlung unterzogen, wobei es in einer Wasserstoff-Druckatmosphäre von 0,3 Mpa bei 600ºC 1000 Stunden lang mit Wasserstoff dotiert wurde. Bei dem auf diese Weise behandelten Probestück wurde die Schwankung des Brechungsindexes An, die Doppelbrechung sowie die Wasserstoffmolekül-Konzentration CH2 gemessen, die 2 · 10&supmin;&sup6;, 2 nm/cm beziehungsweise 2 · 10¹&sup8; Moleküle/cm³ betrugen (dieses Probestück wird im folgenden als Probe C bezeichnet).
Wie aus den oben genannten Messungen ersichtlich, weisen die Proben B und D keine ausreichende Homogenität sowie eine zu große Doppelbrechung für die Herstellung, ausgehend von dem einzelnen Material, von optischen Bauteilen auf, die für ein Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung und einem ArF-Excimer-Laser als Lichtquelle verwendet werden. Wird jedoch das Quarzglas der Proben A, B, C und D jeweils als Material für unterschiedliche optische Bauteile in einem Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung gemäß Fig. 1 im Verhältnis 4 : 2 : 1 : 1 bezogen auf die optische Weglänge in einem optischen System verwendet, entspricht die Homogenität des ganzen optischen Systems in ausreichendem Maße den Anforderungen für ein Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung, da die durchschnittliche Homogenität des ganzen optischen Systems derart berechnet wird, dass die Schwankung des Brechungsindexes Δn 2 · 10&supmin;&sup6; und die Doppelbrechung 2 nm/cm betragen.
Die Lichtdurchlässigkeit wurde bei jeder der vier Proben anhand von UV-Strahlen mit einer Wellenlänge von 193 nm gemessen, wobei die Messungen 99,8% pro cm der inneren Durchlässigkeit ergaben, was ausreichend hoch war. Demgemäß weisen die vier Proben eine ausreichend hohe Durchlässigkeit für die Verwendung als Material für optische Bauteile auf, aus denen sich ein optisches System in einem Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung zusammensetzt.
Die vier Proben wurden der Bestrahlung durch ArF-Excimer-Laserlicht ausgesetzt, um Änderungen der optischen Eigenschaften zu untersuchen. Die Energiedichte pro Puls der Bestrahlung betrug 10 mJ/cm², und die Strahlenfrequenz belief sich auf 300 Hz. Wie aus dem japanischen Artikel von Akira FUJINOKI mit dem Titel "Quartz Glass for the Excimer Laser Use" (Quarzglas zur Verwendung von Excimer-Laser), veröffentlicht in "Optics", Bd. 23, Nr. 10, ersichtlich, sind die Bestrahlungsbedingungen mit denen des Beschleunigungstests mit einem Effekt des Faktors (100/&epsi;)² gleichzusetzen, im Vergleich zu den Einflüssen unter realen Betriebsbedingungen des Projektionsgeräts mit Ausrichtvorrichtung, wobei ein Laserstrahl mit einer Energiedichte pro Puls &epsi; durch die optischen Bauteile übertragen wird.
Tabelle 1 zeigt Änderungen der optischen Eigenschaften wie Durchlässigkeit und Brechungsindex verschiedener Proben bei der Bestrahlung mit Excimer-Laserlicht mit über 2,5 · 10&sup7; Pulsen. Tabelle 1
Eine Schwankungsänderung des Brechungsindexes Δn konnte bei Probe D nicht exakt gemessen werden, da die Änderung für eine Messung zu gering war.
Wie aus den Angaben in der Tabelle ersichtlich, stellen die Schwankungsänderungen des Brechungsindexes durch die Bestrahlung mit ArF-Laserlicht den wichtigsten der Parameter dar, die für die Leistungsstabilität eines Projektionsgerätes mit Ausrichtvorrichtung relevant sind.
Das Verhältnis zwischen Wasserstoffmolekül-Konzentrationen und der Anstiegsrate des Brechungsindexes wurde aus den Angaben von Proben A bis C erhalten und für die Berechnung extrapoliert, da die Angaben von Probe D in ihrer Genauigkeit nicht zuverlässig genug waren.
Die zu erwartenden Änderungen des Brechungsindexes nach einer Bestrahlung mit 1 · 10¹&sup0; Pulsen (was einer drei Jahre andauernden kontinuierlichen Bestrahlung mit 100 Hz entspricht) durch einen ArF-Excimer-Laser mit einer Energiedichte von 0,2 mJ/cm² sind aus Tabelle 2 zu entnehmen, wobei die Beschleunigungsrate als (100/&epsi;)² der gegebenen Bedingungen in den Experimenten der Beschleunigungssimulation angenommen wird, im Ver gleich zu den Einflüssen auf optische Quarzglas-Bauteile eines Projektionsgeräts mit Ausrichtvorrichtung unter realen Bedingungen, wobei ArF-Excimer-Laserlicht die optischen Quarzglas-Bauteile mit einer Energiedichte von &epsi; mJ/cm² passiert. Tabelle 2
Um die oben genannten Angaben in der Tabelle zu erhalten, wurde zunächst das Verhältnis zwischen den Wasserstoff-Konzentrationen und den Anstiegsraten des Brechungsindexes aus den Messungen unter Verwendung der Angaben für die Proben A bis C ermittelt und anschließend das Verhältnis extrapoliert, da die Messungen an Probe D nicht mit ausreichender Genauigkeit durchgeführt wurden.
Die zu erwartenden Änderungen des Brechungsindexes nach der Bestrahlung mit 1 · 10¹&sup0; Pulsen eines ArF-Excimer-Laserstrahls mit einer Energiedichte von 0,6 mJ/cm² werden in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3
Zu erwartende Änderungen des Brechungsindexes nach der Bestrahlung mit 1 · 10¹&sup0; Pulsen eines ArF-Excimer-Laserstrahls mit einer Energiedichte von 1,0 mJ/cm² werden in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4
Gemäß den oben genannten Simulations-Experimenten ist zu erwarten, dass ein Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung, das ein optisches System aufweist, welches aus einer Vielzahl verschiedener optischer Bauteile aus synthetischem Quarzglas besteht, beziehungsweise das unterschiedliche Bereiche jeder optischen Eigenschaft aufweist, über einen längeren Zeitraum mit ausreichend stabilen optischen Eigenschaften unter realen Betriebsbedingungen eingesetzt werden kann, wobei die Bereiche jeder optischen Eigenschaft in den beigefügten Ansprüchen im engsten Sinn zu verstehen sind.
Die folgende Gleichung wurde durch die Untersuchung des Verhältnisses zwischen den Änderungsraten des Brechungsindexes und den Wasserstoff-Konzentrationen bei einer Energiedichte von 10 mJ/cm² des übertragenen ArF-Laserlichts in den Angaben zu den Proben A bis C ermittelt.
Log[dn/dp10 mJ] = -1,13 - 0,67 · Log[CH2]
Es wurde festgestellt, dass die Änderungsraten des Brechungsindexes durch eine weitere Gleichung ausgedrückt werden, wobei von einem Beschleunigungsfaktor von (100/&epsi;*)² ausgegangen wird, verglichen mit einer realen Betriebsbedingung eines Projektionsgeräts mit Ausrichtvorrichtung bei einer Energiedichte &epsi; von (mJ/cm²) des übertragenen ArF-Excimer- Laserlichts, ausgehend von den gegebenen Bedingungen in den Experimenten der Beschleunigungssimulation.
Log[dn/dp&epsi; mJ] = -3,13 - 0,67 · Log[CH2] + 2 · Log[&epsi;]
Für ein Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung, das sich aus optischen Bauteilen aus Quarzglas zusammensetzt und einen ArF-Excimer-Laser als Lichtquelle aufweist, wurde festgestellt, dass die Änderungsrate des Brechungsindexes nach einer Strahlendosis vorzugsweise im Bereich gemäß der Gleichung
17 ≤ Log[dn/dp&epsi; mJ] ≤ -16,
liegen sollte, vorausgesetzt, dass die Änderung des Brechungsindexes bei einer Bestrahlung mit einer Bestrahlungsdosis von 1 · 10¹&sup0; bis 1 · 10¹¹ Pulsen bei 1 · 10&supmin;&sup6; oder weniger liegt, wobei davon ausgegangen wird, dass eine ausreichende Stabilität des Projektionsgerätes mit Ausrichtvorrichtung bei der Halbleiterherstellung in der Praxis gewährleistet ist, wenn besagte Bestrahlungsdosis einer Bestrahlung von einem halben Jahr mit einer Frequenz von 600 Hz bis zu einer Bestrahlung von mehr als fünf Jahren mit einer Frequenz von 600 Hz entspricht.
Aufgrund der oben genannten Entdeckung wurde festgestellt, dass sich die Wasserstoffmolekül-Konzentration CH2 in optischen Quarzglas-Bauteilen eines Projektionsgerätes mit Ausrichtvorrichtung mit einem ArF-Excimer-Laser als Lichtquelle in dem Bereich gemäß der Gleichung
19,2 + 2,98 · Log &epsi; ≤ Log (CH2) ≤ 20,7 + 2,98 · Log &epsi;
befinden sollte, wobei die Energiedichte pro Puls des ArF-Excimer-Laserstrahls zur Bestrahlung &epsi; mJ/cm² beträgt, damit die optischen Quarzglas-Bauteile eine ausreichende Stabilität für die praktische Anwendung aufweisen.
Gemäß der letztgenannten Gleichung erfolgt die Aufstellung von Tabelle 5, die für verschiedene &epsi;-Werte die erforderlichen Wasserstoffmolekül-Konzentrationen angibt. Tabelle 5
In derart niedrigen Bereichen wie &epsi; < 0,2 mJ/cm² kann ein optisches Bauteil mit einer Wasserstoffmolekül-Konzentration von 4 · 10¹&sup8; Molekülen/cm³ durch jedes andere mit maximalen Wasserstoffmolekül-Konzentrationen in den Bereichen ersetzt werden, die den Bereichen &epsi; < 0,2 mJ/cm² entsprechen, da ein optisches Bauteil mit einer Wasserstoffmolekül- Konzentration von 4 · 10¹&sup8; Molekülen/cm³ ohne Mehraufwand hergestellt werden kann, verglichen mit einem optischen Bauteil mit einer geringeren Wasserstoffmolekül-Konzentration. Die letztgenannte Gleichung für den Bereich &epsi; < 0,2 mJ/cm² kann daher folgendermaßen umgeschrieben werden:
19,2 + 2,98 · Log &epsi; ≤ Log (CH2) < 18,6

Wirkung der Erfindung

Entsprechend dem Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung der vorliegenden Erfindung, das in der vorangegangenen Beschreibung ausführlich dargestellt wurde, kann sogar die Herstellung eines Projektionsgeräts mit Ausrichtvorrichtung, das einen ArF-Excimer-Laser als Lichtquelle aufweist, unter Verwendung eines optischen Systems, bestehend aus optischen Bauteilen aus wasserstoffdotiertem Quarzglas, erfolgen, die sich nicht nur durch geringe Kosten, sondern auch durch eine Vereinfachung des gesamten Systems auszeichnet, wobei außerdem weder die Haltbarkeit noch die optischen Eigenschaften auf Dauer beeinträchtigt werden.

Claims

1. Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung zur Herstellung integrierter Schaltungen, in dem die Abbildung einer integrierten Schaltung auf einen Wafer projiziert wird, umfassend einen ArF-Excimer-Laser und ein optisches System, das sich aus Gruppen von optischen Quarzglas-Bauteilen aus synthetischem Quarzglas zusammensetzt, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System eine erste Gruppe optischer Quarzglas- Bauteile, deren Wasserstoffmolekül-Konzentration im Bereich zwischen 1 · 10¹&sup7; und 5 · 10¹&sup8; Molekülen/cm³ liegt, und eine dritte Gruppe optischer Quarzglas-Bauteile umfasst, deren Wasserstoffmolekül-Konzentration im Bereich zwischen 5 · 10¹&sup8; und 5 · 10¹&sup9; Molekülen/cm³ liegt.

2. Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte optische Weglänge der dritten Gruppe optischer Quarzglas-Bauteile 20% oder weniger, vorzugsweise weniger als 15%, der gesamten optischen Weglänge des ganzen optischen Systems beträgt.

3. Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System eine zweite Gruppe optischer Quarzglas-Bauteile umfasst, deren Wasserstoffmolekül-Konzentration im Bereich von 5 · 10¹&sup7; bis 5 · 10¹&sup8; Molekülen/cm³ liegt.

4. Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen der optischen Quarzglas-Bauteile eine spezifische Homogenität der Brechungsindexverteilung Δ n und eine spezifische Doppelbrechung aufweisen wie folgt:

5. Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen der optischen Quarzglas-Bauteile je nach Energiedichte pro Puls &epsi; (mJ/cm²) des ArF-Excimer-Laserlichtes angeordnet sind, wobei die optischen Bauteile der ersten Gruppe einer Energiedichte von 0,2 oder weniger ausgesetzt sind, die optischen Bauteile der zweiten Gruppe einer Energiedichte zwischen 0,2 und 0,6 ausgesetzt sind und die optischen Bauteile der dritten Gruppe einer Energiedichte von 0,6 oder mehr ausgesetzt sind.

6. Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der optischen Bauteile als optische Linsen konstruiert sind, wobei die Linsen der ersten Gruppe einen Durchmesser von 100 mm oder mehr, die Linsen der zweiten Gruppe einen Durchmesser im Bereich von 80 bis 100 mm und die Linsen der dritten Gruppe einen Durchmesser von 80 mm oder weniger aufweisen.

7. Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte optische Weglänge der zweiten und dritten Gruppe der optischen Quarzglas-Bauteile jeweils 20% oder weniger, vorzugsweise weniger als 15%, der Gesamtlänge des ganzen optischen Systems betragen.

8. Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes optisches Bauteil der dritten Gruppe in der nahegelegensten Position zur Abbildungsebene eines Wafers und / oder einer Pupillenebene (pupil plane) angeordnet ist und der höchsten Energiedichte pro Puls &epsi; (mJ/cm²) des übertragenen ArF-Excimer-Laserlichtes ausgesetzt ist.

9. Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites optisches Bauteil der ersten Gruppe in der am weitesten entfernten Position zur Abbildungsebene eines Wafers und 1 oder einer Pupillenebene angeordnet ist und einer niedrigeren Energiedichte pro Puls &epsi; (mJ/cm²) des ArF-Excimer- Laserlichtes ausgesetzt ist, wobei dieses zweite optische Bauteil eine geringere Doppelbrechung und eine höhere Homogenität der Brechungsindexverteilung Δ n aufweist als das erste optische Bauteil.

10. Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Bauteil eine Homogenität der Brechungsindexverteilung Δ n von 5 · 10&supmin;&sup6;/cm oder weniger und eine Doppelbrechung von 5 nm/cm oder weniger aufweist, und dass das zweite Bauteil eine Homogenität der Brechungsindexverteilung Δ n von 3 · 10&supmin;&sup6;/cm oder weniger und eine Doppelbrechung von 3 nm/cm oder weniger aufweist.

11. Projektionsgerät mit Ausrichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der optischen Bauteile als optische Linsen konstruiert sind, wobei die optischen Linsen der ersten Gruppe für die Bestrahlung durch ArF-Laserlicht mit einer Energiedichte pro Puls &epsi; von weniger als 0,2 mJ/cm² ausgelegt sind, und die optischen Linsen der dritten Gruppe für die Bestrahlung durch ArF-Laserlicht mit einer Energiedichte pro Puls &epsi; von 0,2 mJ/cm² oder mehr ausgelegt sind, wobei der Wasserstoffgehalt CH2 (Moleküle/cm³) der Linsen gemäß folgender Gleichungen angepaßt wird:

(1) 19, 2 + 2, 98 · Log &epsi; ≤ Log (CH2) < 18,6 für &epsi; < 0,2 mJ/cm²

(2) 19, 2 + 2, 98 · Log &epsi; ≤ Log (CH2) ≤ 20,7 + 2,98 · Log &epsi; für &epsi; ≥ 0,2 mJ/cm²