JP2000082856A

JP2000082856A - 光学素子の光洗浄方法及び光洗浄装置

Info

Publication number: JP2000082856A
Application number: JP11117516A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Matsunari; 秀一松成
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1999-04-26
Publication date: 2000-03-21

Abstract

(57)【要約】【課題】光学素子に付着残留している有機物などの
汚れを効率的、かつ光学素子にダメージを与えずに取り
除くことができる光学素子の洗浄装置及びその装置をも
ちいて行う洗浄方法を提供する。【解決手段】紫外領域の波長を持つレーザー光を発する
レーザー発振装置と、被洗浄物である光学素子を収容す
る収容室と、前記収容室に収容された被洗浄物に前記レ
ーザー光を照射する光学系と、を具備した光洗浄装置及
びそれを用いた光洗浄方法により解決した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光学素子の光洗浄方
法及び光洗浄装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の集積度を増すため
に、半導体素子の製造工程のリソグラフィー工程に用い
る縮小投影露光装置（ステッパー）の高解像力化の要求
が高まっている。そのひとつの方法として、光源波長の
短波長化が挙げられる。そこで最近では、水銀ランプよ
り短い波長域の光を発振でき、かつ、高出力なエキシマ
レーザーを光源としたステッパーの実用化が始まってい
る。しかしながら、有機物をはじめとする汚れの吸収・
散乱や干渉現象などは、光が短波長であるほど顕著にな
るため、光源が短波長になるに連れ、例えばレンズ及び
ミラーなどの光学素子に付着残留している有機物などの
汚れが、光源からの光を吸収・散乱したり、光学素子の
分光特性を変化させたりして、透過率等の光学特性を低
下させる現象が顕著になり、それらの現象がステッパー
の高解像力化を行う上で無視できなくなっている。ま
た、光学特性だけでなく付着物を起点として膜のレーザ
ーダメージが発生することが分かってきている。

【０００３】このような事情から、光学素子に付着残留
している有機物などの汚れを効率的に取り除く光学素子
の洗浄方法が要求されている。しかも、光学素子はプラ
ズマや低波長の光、不適切な有機・無機溶剤を用いると
ダメージが生じやすく、光学素子にダメージを与えない
洗浄方法が求められている。これらのような要求を満た
す洗浄法の１つに、光化学反応を利用する紫外線/オゾ
ン洗浄法がある。本発明者は、この洗浄方法に着目し
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の紫外線
／オゾン洗浄法では紫外線光源として水銀ランプなどの
ランプを用いるため、光洗浄に用いる波長以外の短波長
の紫外光が含まれており、紫外光が光学素子にダメージ
を与えるという問題がある。また、水銀ランプでは、効
率的な光洗浄に重要な光量調整が困難であったり、様々
な方向の紫外光が混じっているので、洗浄したい範囲以
外の広範囲に紫外線が照射されてしまい、例えば光学素
子を保持する光学部材と光学素子を固定するためのシリ
コーン系接着剤に紫外線が照射された場合に脱ガスが生
じて、かえって光学素子が汚染されるという問題があ
る。

【０００５】したがって、被洗浄物のみを洗浄装置に設
置して洗浄しなければならず、光学素子を組み込んだ光
学系全体を光洗浄することができない、という問題があ
る。つまり、従来の紫外線／オゾン洗浄法では、広範囲
にわたって紫外線が照射されてしまうので、紫外線照射
による脱ガスが生じてしまう保持部材（例えば、シリコ
ーン系接着剤）を有する光学系（光学機器・装置）に組
み込んだ状態で光学素子を洗浄することができず、洗浄
する際、光学系を分解して光学素子を取り出して光学素
子のみを洗浄装置に取り付けて洗浄する必要があった。

【０００６】ステッパーの光学系では、光学素子を取り
外すことは、コストがかかる上に、ステッパーの主要部
である光学系を動かすことになるために、その都度光学
調整が必要となり、光学機器・装置が稼働しないダウン
タイムが長くなるといった問題がある。このことは、コ
スト・作業性の観点から効率的な洗浄とは言えない。こ
のような上記の問題点に対し、波長制御のために波長カ
ットに干渉フィルターを用いたり、光量制御のために光
吸収ガスを導入したり、照射範囲制御のために被照射物
にマスクをつけたりといった方法が考えられていた。そ
れでも、効率的で、且つ、光学素子にダメージを与えな
い光学素子の洗浄法としては不十分であり、改善が望ま
れていた。

【０００７】そこで、本発明は、従来のこのような問題
点に鑑みてなされたものであり、光学素子に付着残留し
ている有機物などの汚れを効率的、かつ光学素子にダメ
ージを与えずに取り除くことができる光学素子の洗浄装
置及びその装置を用いて行う洗浄方法を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、「紫外領域の
波長を持つレーザー光を発するレーザー発振装置と、被
洗浄物である光学素子を収容する収容室と、前記収容室
に収容された被洗浄物に前記レーザー光を照射する光学
系と、を具備した光洗浄装置（請求項１）」を提供す
る。

【０００９】また、本発明は「さらに、前記収容室内に
ガスを供給するガス供給機構と、前記収容室内のガスを
排気するガス排気機構と、を具備した請求項１記載の光
洗浄装置（請求項２）」を提供する。また、本発明は
「所定の空間内で光学素子を紫外線照射により光洗浄す
る光学素子の光洗浄方法において、前記紫外線が光量調
整及びビーム成形され、前記光学素子の所定の範囲に照
射されることを特徴とする光学素子の光洗浄方法（請求
項３）」を提供する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図を用
いて説明するが、本発明は本図に限定されるものではな
い。図１は、本発明の実施形態にかかる光洗浄装置の概
略断面図である。本発明の実施形態にかかる光洗浄装置
は、レーザー発振装置１と、レーザー発振装置１から発
せられたレーザー光２ａを成形するビームエキスパンダ
２１、光量（フルエンス）を調整する光量調整光学系
（ズームレンズ）２２、アパーチャー２３、ホルダー３
５に保持された光学素子を収容する収容室３を備えてい
る。ここでフルエンスは、単位面積、１パルス当たりに
照射される光エネルギーを意味する。

【００１１】収容室３にはレーザー光２ｂを透過する窓
３１、３２が設置されている。収容室３には、ガス導入
機構が接続されており、ガス導入機構は、窒素ボンベ６
及び酸素ボンベ７と、各ボンベに備えられた減圧弁８
と、各ボンベからのガスを収容室３に供給する流量計９
付きガス供給管３３とからなる。また、収容室３には、
ガス排気機構が接続され、ガス排気機構は、オゾン濃度
計１０を備えたガス排気管３４からなる。

【００１２】収容室３に設けられた窓３１、３２の材料
としては、レーザー光としてＡｒＦエキシマレーザー光
を用いた場合には、合成石英ガラス、蛍石が用いられ、
その両表面にはＡｒＦエキシマレーザー光用反射防止膜
が形成されている。レーザー発振装置１にはＣＷレーザ
ーやパルスレーザーなどを使用することができる。レー
ザー発振装置１からのレーザー光２ａはビーム成形光学
系２１を用いることにより、後述する光量調整光学系２
２などに適した形状に照射光を成形することができる。
光量調整光学系２２を用いることにより光量を調整して
光学素子４に照射することが可能となる。光量調整光学
系２２を通過した光は、アパーチャ２３を用いることで
光量調整光学系２２で光量を変化させた場合でも光学素
子４上での照射面積を一定にすることができる。

【００１３】このように光学系２１、２２により、光量
及びビーム形状を調整されたレーザー光は、窓３１を通
って、ホルダー３５により保持されている被洗浄物であ
る光学素子４に照射される。そして、被洗浄物である光
学素子４を通過するレーザー光２は、窓３２を通ってレ
ーザートラップ５に到達する。レーザー光が被洗浄物表
面に照射されると、光化学反応が生じ、被照射物である
光学素子に付着残留している有機物などの汚れを取り除
くことができる。即ち、レーザー光による有機物の分
解、光脱離、瞬間的加熱脱離が起こり、洗浄される。

【００１４】更に、レーザー光照射により被照射物であ
る光学素子の汚れからラジカル種が生じて、更にこのラ
ジカル種が洗浄に寄与し、洗浄効果が高まる効果も期待
できる。また積極的に、光学素子の周りに反応性ガスを
導入すると、レーザー照射により光化学反応が生じて、
被照射物である光学素子の汚れを効率的に取り除くこと
ができる。例えば、１９０ｎｍ〜２４０ｎｍにヘルツベ
ルグ（Herzberg）吸収帯と呼ばれる吸収帯を持つ酸素を
被照射物である光学素子の周りに導入しながら１９３．
４ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光を照射すると、酸素
から多くのオゾンや酸素ラジカルが生じて、光学素子に
付着している有機物などの汚れの酸化分解、つまり、洗
浄が早まる。

【００１５】酸素の代わりにオゾンを導入しても、同様
の効果が期待できる。以上の説明では洗浄用の光源とし
て、ＡｒＦエキシマレーザーを用いたが、この他にＫｒ
Ｆ等のエキシマレーザー、Ｆ２レーザ、高調波レーザ等
を用いても良いことは勿論である。［実施例１］図１に示す光洗浄装置を用いて光学素子を
光洗浄した実施例を説明する。

【００１６】図２は、図１に示す光洗浄装置を用いて所
定の条件において光洗浄を行った結果をグラフで示した
ものである。縦軸は、規格化透過率であり、光学素子の
透過率を最も清浄な状態を基準にして規格化したもので
あり、規格化透過率＝Ｔ／Ｔ0 （Ｔ：汚れた光学素子に
ある特定の条件でレーザーを照射した後の光学素子の透
過率、Ｔ0 ：最も清浄な状態での光学素子の透過率）で
定義され、横軸は、フルエンスである。

【００１７】洗浄前の光学素子の規格化透過率は、１９
３．４ｎｍに対して０．９８６程度であった。図１に示
す光洗浄装置のレーザー発振装置１として、１９３．４
ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを用い、フルエンスを１
×１０^-4〜１×１０^-2ｍＪ／（ｃｍ²・ショット）の間
で可変させ、発振周波数１００Ｈｚでそれぞれ１０⁵、
及び１０⁶ショットの光照射をした。

【００１８】光洗浄を行う収容室３内には、窒素ガスボ
ンベ６からの窒素ガスと酸素ボンベ７からの酸素ガスと
が、それぞれの減圧弁８と流量計９とが設けられたガス
供給管３３を介して所定の流量に制御されて導入され、
オゾン濃度計１０を備えたガス排気管３４により排出さ
れる。被洗浄物である光学素子としてＡｒＦエキシマレ
ーザー光で反射防止効果を奏する反射防止膜が形成され
たものを用いた。

【００１９】図２に記載されている酸素中とは、０．２
Ｌ／分の流量で酸素ガスのみを収容室内に導入しながら
レーザー光を照射した場合の光洗浄の効果（規格化透過
率の向上）を示すものであり、レーザー照射中に０．７
ｐｐｍ〜０．９５ｐｐｍのオゾンが検出された。また、
図２に記載されている窒素中とは、０．２Ｌ／分の流量
で窒素ガスのみを収容室内に導入しながらレーザー光を
照射した場合の光洗浄の効果（規格化透過率の向上）を
示すものであり、レーザー照射中にオゾンは検出されな
かった。

【００２０】なお、収納室３内の温度は、常温とした。
結果として酸素導入するか否かにかかわらず、ダメージ
を与える低波長の光は照射されていないので、被洗浄物
である光学素子にダメージは生じなかった。ダメージ判
定の方法は、光学素子の分光特性測定による方法、目視
及びノマルスキー型微分干渉顕微鏡による直接観察によ
る方法等が挙げられ、これらの方法を用いて判定を行っ
た。

【００２１】図２より、フルエンス、及びショット数を
各々増やすに連れて、透過率が増えていることが分か
り、これは光洗浄のための照射光のフルエンス、及びシ
ョット数の増加に連れて、光学素子の汚れを取り除く洗
浄効果が高まることを示す。本実施例の１９３．４ｎｍ
のＡｒＦエキシマレーザー光のフルエンスは、衝撃波脱
離、アブレーションを起こすには充分でない。そこで、
本実施例の光洗浄は、有機物の分解、光脱離、瞬間的加
熱脱離などの光化学反応の効果により行われたものと考
えられる。そして、被洗浄物である光学素子の透過率の
向上の度合い、つまり、洗浄効果は、フルエンス、ショ
ット数に依存しているので、それらを調整することで洗
浄の度合いを調整できること、最適な洗浄条件を見つけ
ることが可能であることが示された。

【００２２】更に図２によれば、特に、酸素を導入した
場合には、酸素を導入しないときよりも低いフルエンス
で且つ少ないショット数で、酸素を導入しないときと同
等の洗浄効果を得ることができた。このことは、２４０
ｎｍから１９０ｎｍの間にヘルツベルグ（Herzberg）吸
収帯と呼ばれる吸収帯を持つ酸素を被洗浄物である光学
素子の周りに導入しながら、１９３．４ｎｍのＡｒＦエ
キシマレーザー光を照射したことで、酸素から多くのオ
ゾンや酸素ラジカルが生じて、光学素子の主に有機物の
汚れの酸化分解、つまり、洗浄速度が早められることが
示された。

【００２３】また、酸素導入するか否かにかかわらず、
光洗浄された部分はレーザー光が照射された部分に限ら
れ、光照射範囲を選択することにより洗浄範囲を選択す
ることができた。〔実施例２〕エキシマステッパーの光学系は、エキシマ
レーザー光を通し、なおかつ、光学系を透過する光量及
びビーム形状を調整できるよう構成されている。

【００２４】この光学系を調整することにより、適当な
光量のレーザー光をステッパー内光学系の光学素子に照
射すれば、光洗浄効果が期待できる。実際、主として芳
香族化合物と推定される様々な有機物を付着させたレン
ズ等の光学素子を有するステッパーの光学系に窒素ガス
を導入しながらＡｒＦエキシマレーザー光をレーザ周波
数を徐々に上げながら２４×１０⁵ショット照射したと
ころ、ＡｒＦエキシマレーザー波長における規格化透過
率がレーザー照射前の０．８から１まで増加した。その
間、発振周波数は１〜１０００Ｈｚの間であり、フルエ
ンスはレンズ毎に異なり、０．０１〜数十ｍＪ／（cm²
・ショット）の範囲内であった。

【００２５】なお、規格化透過率は、実施例１の場合と
同様に、光学素子の透過率を最も清浄な状態を基準にし
て規格化したものである。これは、汚れた光学素子を光
学機器・装置、保持治具から取り外すことなく洗浄でき
たことを示す。以上の説明で、光洗浄は、エキシマステ
ッパーが具えた光源を用いて行なったが、他の適当な光
源から導入された光を用いて行っても良いことは言うま
でもない。

【００２６】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明にかかる光洗
浄装置をもちいて光洗浄を行うと、光洗浄に使用する単
一波長の光（レーザー光）により被洗浄物が洗浄される
ので、光学素子にダメージを与えることなく良好な光洗
浄を行うことができた。また、本発明にかかる光洗浄装
置は、光源としてレーザー発振装置を用いたのでショッ
ト数、発振周波数を調整することができ、レーザー発振
装置から発せられたレーザー光は、光量調整光学系（ズ
ームレンズ）やアパーチャーにより光量調整が容易にで
きる。

【００２７】これらの条件を変えることにより、有機物
の分解、光脱離、瞬間的加熱脱離などの洗浄条件を容易
に調整することができる。反応性ガスが導入された環境
下では、反応性ガスと、レーザー光の光化学反応の結果
として洗浄効果が向上することが期待できる。さらに、
レーザー発振装置から発せられるレーザー光は、平行光
であり、また光学系により所定の光束径を有する平行光
にされるので、被洗浄物である光学素子の特定の範囲の
みを光洗浄することができる。従って、紫外線照射によ
ってガスが発生することが分かっているシリコーン系接
着剤（シリコーン樹脂）によって、光学素子が光学装置
の鏡筒に固定されている場合であっても、レーザー光を
シリコーン系接着剤には照射せずに光学素子にのみ照射
することができるので、脱ガスによる再汚染が生じな
い。

【００２８】また、反応性ガスが導入された環境下にお
いても、最適に条件を選択すれば、ラジカル反応の有効
なガス（オゾン）の発生をレーザー光が照射されている
部分にのみ抑えることができるので、特定の範囲のみ選
択的に洗浄することができる。また、実施例２によれ
ば、汚れた光学素子を光学機器・装置、保持治具から取
り外すことなく洗浄できるので、洗浄が簡便に且つ低コ
ストでできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかる光洗浄装置の概略断
面図である。

【図２】本発明の実施形態にかかる光洗浄装置を用いて
所定の条件により光学素子を洗浄した場合の透過率の変
化を示すグラフである。

【符号の説明】１・・・レーザー発振装置２ａ、２ｂ・・・レーザー光３・・・収容室４・・・被洗浄物である光学素子５・・・レーザートラップ６・・・窒素ボンベ７・・・酸素ボンベ８・・・減圧弁９・・・流量計１０・・・オゾン濃度計２１・・・ビームエキスパンダ２２・・・ズームレンズ２３・・・アパーチャ３１、３２・・・窓３３・・・ガス供給管３４・・・ガス排気管３５・・・ホルダー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】紫外領域の波長を持つレーザー光を発する
レーザー発振装置と、被洗浄物である光学素子を収容す
る収容室と、前記収容室に収容された被洗浄物に前記レ
ーザー光を照射する光学系と、を具備した光洗浄装置。
【請求項２】さらに、前記収容室内にガスを供給するガ
ス供給機構と、前記収容室内のガスを排気するガス排気
機構と、を具備した請求項１記載の光洗浄装置。
【請求項３】所定の空間内で光学素子を紫外線照射によ
り光洗浄する光学素子の光洗浄方法において、前記紫外
線が光量調整及びビーム成形され、前記光学素子の所定
の範囲に照射されることを特徴とする光学素子の光洗浄
方法。