JP2001151531A - 真空紫外線リソグラフィーに用いられる投影レンズ用シリカガラス光学材料およびその製造方法ならびに投影レンズ - Google Patents
真空紫外線リソグラフィーに用いられる投影レンズ用シリカガラス光学材料およびその製造方法ならびに投影レンズInfo
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Abstract
透過率が高く、高精度、高耐久性、均質性にも優れたシ
リカガラス光学材料およびその製造方法ならびに投影レ
ンズを提供する。 【解決手段】 本発明のシリカガラス光学材料は、波長
155〜195 nmの真空紫外線リソグラフィーに用いられる
投影レンズ用シリカガラス光学材料において、超高純度
で、OH基を1〜10 wtppm、F を100〜10,000 wtppm、そ
してH2 を1×1017〜1×1019分子/cm3含有し、F濃度分
布が、中心軸について軸対称であることを特徴とする。
Description
およびその製造方法ならびに投影レンズに関し、更に詳
細には、波長155〜195nmの真空紫外線リソグラフィー
(主としてエキシマレーザ、エキシマランプを光源とす
る超高密度集積回路作成用露光装置)に用いられる投影
レンズ用シリカガラス光学材料およびその製造方法なら
びに投影レンズに関するものである。
パターンを描画する光リソグラフィー装置の光源として
g線やi線などの水銀ランプによる紫外線が用いられて
きたが、半導体素子の 微細化が高まるに従い前記g線
やi線では解像度に限界があり、より波長の短いエキシ
マレーザが注目され、KrFエキシマレーザ(248nm)を利
用した光リソグラフィー装置が開発され実施段階に入っ
ている。しかしながら、半導体素子の集積度は近い将来
さらに高まることが予測され、それには線幅0.1μm以
下の微細パターンを描画できる光源が必要とされる。前
記光源としてはArFエキシマレーザ(193nm)を主に、Ar
Clエキシマレーザ(175nm)、F2エキシマレーザ(157n
m)等の波長155〜195nmの高出力の真空紫外線が考えら
れ、その開発が始まっている。ところが、前記高出力真
空紫外線は従来の光リソグラフィー装置で使用する紫外
線よりさらに高出力であるところから、その照射を受け
た光学材料は透過率の低下、屈折率の上昇、歪みの発
生、蛍光の発生、マイクロクラックの発生等のダメージ
が急激に起り投影レンズとして機能しなくなる。こうし
た事情から、高出力真空紫外線であるエキシマレーザ、
エキシマランプに対してダメージが少なくかつ高均質な
光学材料の開発が熱望されていた。
足する光学材料としては、特開平6−227827号公
報に開示されたものが知られている。すなわち、上記公
報に開示された光学材料は、ガラス形成原料を火炎加水
分解させて得られる石英ガラス微粒子を基材に堆積・成
長させて形成された多孔質石英ガラス体を加熱して得ら
れる透明石英ガラスにおいて、該透明石英ガラス中のOH
基含有量が10ppm以下であって、ハロゲンを400ppm以上
含有し、かつ水素を含有することを特徴とするものであ
る。
発明者等は、特公平6-48734号公報で水素ガス濃度が少
なくとも5×1016(molecules/cm3)以上、OH基濃度が1
00wtppm以上のレーザ光用光学部材を、また特公平6-270
13号公報で水素ガス濃度が少なくとも5×1016(molecul
es/cm3)以上、OH基濃度が50 wtppm以上で、OH基の濃
度分布に基づく屈折率変動分布で仮想温度に基づく屈折
率変動分布を打ち消し、実質的に屈折率変動分布のない
合成シリカガラス光学体を提案した。
は、195〜250 nmのエキシマレーザ、エキシマランプ用
として、また195 nm以下のエキシマ光の場合において
は、フォトマスク等の薄い部材に用いられた場合に満足
のゆくものであった。
パターンの描画には、シリカガラス製の投影レンズが用
いられるが、このような投影レンズは直径200 mm×厚さ
30 mmを超える大型光学素子となるため、上記従来のシ
リカガラス光学材料を用いて投影レンズとすると、含有
する水素分子やOH基濃度に不均一分布が起こりやすく、
エキシマレーザ、エキシマランプ照射下において、透過
率、屈折率が変化し光学特性の低下が起こりやすい。ま
た、OH基濃度が100 wtppm超と高濃度でシリカガラス光
学材料に含まれると、真空紫外域で初期透過率が低くな
り、耐久性の低下が起りやすい。つまり、前記公報で提
案された光学材料は155〜195 nm域の初期透過率が低
く、耐久性も不足していたという問題があった。
示された光学材料では、ハロゲン全般を用いているが、
ハロゲンの中でもCl等にあっては、紫外線照射により常
磁性欠陥を生成しやすく、目的とするスペクトル領域で
透過率等、光学材料の性能を劣化させるという大きな問
題点を抱えていた。そこで、本発明者等は鋭意研究を続
けた結果、光学材料に含まれる不純物濃度を上記公報記
載の光学材料よりさらに高純度とするとともに、OH基濃
度や水素分子濃度を特定の範囲とし、かつハロゲンの中
から特にフッ素を選択し、しかも該フッ素元素を一定濃
度以上で軸対称濃度分布で含有することにより、透過率
が高く、高均質で、耐久性にも優れた合成シリカガラス
光学材料が得られることを見出し、本発明を完成したも
のである。
真空紫外線に対して初期透過率が高く、高精度、高耐久
性、均質性にも優れたシリカガラス光学材料およびその
製造方法ならびに投影レンズを提供することを目的とす
る。
記(1)〜(14)のいずれかに記載の構成により達成
される。 (1) 波長155〜195 nmの真空紫外線リソグラフィー
に用いられる投影レンズ用シリカガラス光学材料におい
て、超高純度で、OH基を1〜10 wtppm、F を100〜10,00
0 wtppm、そしてH2 を1×1017〜1×1019分子/cm3含有
し、F濃度分布が、中心軸について軸対称であることを
特徴とするシリカガラス光学材料。 (2) F/OHの値が50〜1000である上記(1)のシリ
カガラス光学材料。 (3) Li、NaおよびKが各1 wtppb以下、CaおよびMgが
各0.5 wtppb以下、Cr、Fe、Ni、MoおよびWが各0.1 wtpp
b以下の超高純度である上記(1)または(2)のシリ
カガラス光学材料。 (4) 含有するH2O量が1×1017分子/cm3以下である
上記(1)〜(3)のいずれかのシリカガラス光学材
料。 (5) F濃度軸対称分布が、シリカガラス光学材料の
中心部から外周部に向って徐々に増大または減少する上
記(1)〜(4)のいずれかのシリカガラス光学材料。 (6) F濃度軸対称分布の曲線が放物線又は楕円の2
次曲線に近似している上記(5)のシリカガラス光学材
料。 (7) F濃度変動幅 ΔFが 50 wtppm以内である上記
(1)〜(6)のいずれかのシリカガラス光学材料。 (8) 含有するCl量が10 wtppm以下である上記(1)
〜(7)のいずれかのシリカガラス光学材料。 (9) H2 濃度変動幅ΔH2 が1×1017分子/cm3以内で
ある上記(1)〜(8)のいずれかのシリカガラス光学
材料。 (10) 屈折率変動幅Δnが 2×10-6以下である上記
(1)〜(9)のいずれかのシリカガラス光学材料。 (11) 歪量が1 nm/cm以下である上記(1)〜(1
0)のいずれかのシリカガラス光学材料。 (12) 上記(1)〜(11)のいずれかに記載のシ
リカガラス光学材料を用いた真空紫外線リソグラフィー
に用いられる投影レンズ。 (13) 波長155〜195 nmの真空紫外線リソグラフィ
ーに用いられる投影レンズ用シリカガラス光学材料の製
造方法において、珪素化合物の火炎加水分解法により略
円柱体形状のOH基含有白色スート体を作り、該スート体
をフッ素含有ガス雰囲気加熱処理によりフッ素ドープ処
理を行い、OH基とフッ素を含有するスート体とし、次に
減圧雰囲気加熱により透明ガラス化処理を行い、次に火
炎加熱成形により丸棒状透明シリカガラス体とし、該透
明ガラス体の端部から他方の端部へ順次火炎加熱により
帯状溶融回転攪拌処理を行い、フッ素濃度分布を回転軸
対称とし、次に、円柱状の成形キャビティを備える成形
型枠を準備し、前記透明ガラス体を、その回転軸が前記
成形型枠の中心軸に重なるようして、該成形型枠内に配
置して溶融成形し略円柱体形状とし、次に歪除去のため
アニール処理を行い、最後に水素ガス含有ガス雰囲気熱
処理により水素ガスドープ処理を行うシリカガラス光学
材料の製造方法。 (14) アニール処理を水素分子含有ガス雰囲気にて
行うことにより、アニール処理と水素ガスドープ処理を
同時に行う上記(13)のシリカガラス光学材料の製造
方法。
フッ素軸対称濃度分布含有、溶存水素ガスの物性組合せ
により、さらなる耐エキシマレーザ性、耐エキシマラン
プ性の向上とともに均質性の向上も達成した。
の通りである。超高純度について、シリカガラス中の不
純物金属濃度を少なくすることにより真空紫外域での透
過率の向上と紫外線照射時のエネルギー吸収を少なくで
きる。Li、Na、Kは各々 1 wtppb以下、Ca、Mgは各々 0.
5 wtppb以下、Cr、Fe、Ni、Mo、Wは各々0.1 wtppb以下
であることが好ましい。Li、Na、K、Ca、Mgはアルミナ
等各種耐熱性セラミックスの不純物として含有されてお
り、シリカガラス製造時に汚染元素となりやすく、Cr、
Fe、Ni、Mo、Wはプラントの金属構造材の組成物、特にM
oとWは耐熱性金属元素として使用されており、やはり汚
染元素となりやすい。
段を用いればよい。即ち、液状のケイ素化合物原料を2
〜3回蒸留処理を繰り返すことにより不純物濃度を低減
させる。蒸留処理された高純度ケイ素化合物原料は、不
純物汚染を防ぐためにテフロン樹脂ライニングの容器に
貯蔵される。また、原料を使用するときも、テフロン樹
脂ライニングパイプを通して合成装置に導入する。合成
装置の耐熱材としては、高純度アルミナを使用する。更
に、加熱成形に使用するグラファイト型枠も高純度グラ
ファイトとする。アニール処理する電気炉の耐熱材とし
ても高純度アルミナを使用する。このように、全ての装
置及び治具を高純度とすることによって、目的が達成さ
れる。
量含有することにより構造をリラックスさせ、Si‐O‐S
iの結合角度を安定値に近づけエキシマレーザ照射によ
る電離作用を低減させる。しかしながらOH基が高濃度に
含有されると真空紫外域での透過率低下の原因となる。
したがって、OH基含有量は1〜10 wtppmが良い。
となる、またFは、他のハロゲンと異なり高濃度で含有
させても真空紫外域での透過率低下の原因とならない。
しかしOH基を全く含ませずFのみ高濃度で含有するガラ
スは加熱処理により分解し、F2ガス発生や酸素欠損型生
成による7.6 eV(約163 nm)吸収帯を生ずる。従って、
OH基とFを同時に含有させ、ガラスの熱分解と酸素欠損
型欠陥の生成を抑制することが重要となる。
01 wtppm以上であり、かつF/OHが50〜1000を満足する
ことが好ましい。この場合、OH基を1〜10 wtppm、Fを1
00〜10,000 wtppm、特に200〜2,000 wtppm含有している
ことが好ましい。
外のハロゲンを実質的に含有せず、特に、Clにあって
は、エキシマレーザやエキシマランプの照射によってガ
ラスの真空紫外域、すなわちエキシマ光波長域での透過
率の低下を生じさせるので、その含有量が10 wtppm以下
であることが好ましい。
いて中心軸について軸対称濃度分布とし、F濃度変動が
緩やかであることが好ましい。すなわち、F濃度変動曲
線に変曲点がないことが好ましい。このF濃度変動幅ΔF
は50 wtppm以内、特に30wtppm以内であることが好ま
しい。例えば円柱形状のレンズ用シリカガラス体いわゆ
るレンズブランクスの場合、軸方向から見たFの濃度分
布が軸対称であり、該レンズブランクスの中心部から外
周部にかけて徐々に増大あるいは減少することが好まし
い。Fはシリカガラスの屈折率を低下させる作用がある
ため、本発明では、F濃度変動を軸対称分布とすること
により、高精度のレンズブランクスを得ることができる
ようにした。これと同時に上記のようにF濃度変動幅Δ
Fを一定値以内に制御することにより、より均質なレン
ズブランクスが得られる。上記ΔFの下限値は特にない
が、現在のところ、10 wtppm程度である。
直径250mm、厚さ50mmの円柱状シリカガラス光学材料に
おいて、回転対称軸方向からみて直径方向に10mm間隔に
て25点のF濃度測定を行い、25点のF濃度の最大値と最小
値の差を計算して光学材料全体におけるフッ素濃度変動
幅(ΔF)を求めるが、このとき上記の測定点の1cm
で隣り合った測定点間でのフッ素濃度の差Δfが10 wtp
pm/cm以下であることが好ましい。
次式で示される放物線(図1参照)または楕円(図2参
照)の2次曲線であることが好ましい。 y=lx2 +a x: 対称軸からの距離 (mm) y: F濃度 (wtppm) l: 定数 a: 対称軸位置でのF濃度 (wtppm) (y−b)2 /n+x2 /m= 1 x: 対称軸からの距離 (mm) y: F濃度 (wtppm) m: 楕円の長軸長さの1/2 n: 楕円の短軸長さの1/2 b: 対称軸位置でのF濃度 (wtppm)
子は紫外線照射によるE’センター(イープライムセン
ターと呼び約215 nm吸収帯を示す)やNBOHセンター(ノ
ンブリッジング、オキシジェン、ホールセンターと呼び
約260 nm及び約630nm吸収帯を示すとされている)の生
成を抑制する作用があり、その含有量は、1×1017〜1×
1019分子/cm3、特に5×1017〜5×1018 分子/cm3で
あることが好ましい。
する水分子はエキシマレーザ、エキシマランプの真空紫
外線照射により光化学反応を起こし、水素と酸素に分解
される。生成した酸素は真空紫外線を吸収するためシリ
カガラスの155〜195 nm透過率を低下させる。さらに酸
素は真空紫外線吸収によりオゾンに変化しオゾンバンド
と呼ばれる約260 nm吸収帯を生成しシリカガラスの光学
的ダメージを進行させる。溶存水分子濃度は1×1017分
子/cm3以下が好ましい。下限は特にないが現在のとこ
ろ、1×1016分子/cm3程度である。
は、その屈折率変動幅Δnが2×10-6以下であることが好
ましい。上記の範囲とすることで光リソグラフィー装置
に組み込まれる光学的に高均質なレンズ、プリズム等に
使用可能となる。Δnが2×10- 6以下ということは前提
として少なくとも1方向脈理フリーであることが必要と
なる。またΔnを2×10-6以下とすることで水素ガスを
均一濃度にてドーピングすることが可能となる。この理
由は、Δn値の大きなガラスはF濃度変動幅の値が大き
く、水素ガス濃度はF濃度に影響を受けているものと推
定している。さらにΔnを2×10-6以下とするために
は、フッ素濃度分布を軸対称分布とし、かつ濃度変動幅
を50 wtppm以内とし、かつシリカガラス体中の温度分布
を精密に保ってアニール処理することが必要となる。な
お、Δnに特に下限はないが、現在のところ、3×10
-7 程度が達成できている。
は、歪量が、1 nm/cm以下であることが好ましい。歪量
を1 nm/cm以下とすることで、光リソグラフィー装置に
組み込まれる光学的高均質レンズに使用可能となる。こ
の値を達成するためには特にフッ素濃度分布を軸対称分
布とし、かつその濃度変動幅ΔFを50 wtppm以内とする
こと、また、シリカガラスを精密な温度分布を保ってア
ニール処理することが必要となる。なお、歪量に特に下
限はないが、現在のところ、0.3 nm/cm程度が達成でき
ている。
造方法について説明する。シリカガラス光学材料を製造
するにあたっては、まず、珪素化合物を原料として火炎
加水分解法により、略円柱体形状のOH基含有白色スート
体を合成する。
l3、SiH2Cl2、SiCH3Cl3、Si(CH3)2Cl2、Si(CH3) 3(OC
H)、Si(CH3)2(OCH) 2、Si(CH3)(OCH)3、SiF4、SiHF3、S
iH2F2 等が好ましい。上記火炎としては、酸水素火炎、
プロパン酸素火炎等が好ましい。
フッ素含有ガス雰囲気中で熱処理して、フッ素ドープ処
理して、OH基とフッ素を含有するスート体とする。フ
ッ素含有ガスとしては、SiF4、CHF3、SF6等0.1〜100 vo
l.%含有するガスを用いることが好ましい。処理温度
は、400〜1200℃で、処理圧力は、0.1〜10 kgf/cm2程
度が好ましい。
処理を行う。この処理は、温度 1400〜1600℃程度、
圧力1 kgf/cm2以下、特に0.1〜0.01 kgf/cm2の減圧雰
囲気で行うことが好ましい。特に、高真空雰囲気を用い
ないことにより、材料の外側部のフッ素放出を防止し、
材料の内側部、外側部におけるフッ素濃度勾配を緩和さ
せる。上記雰囲気は、Heを含有しても良い。
リカガラス体への成形及びこの丸棒状透明シリカガラス
体の一端部から他端部へ順次火炎加熱して帯溶融回転攪
拌処理を行う。この帯溶融回転攪拌処理は、往復して行
うのが好ましく、とくに2〜4往復することが好まし
い。これらの処理は、USP2904713、USP3128166、USP312
8169、USP3483613に示される方法を用いて行うことがで
きる。これにより、材料中のフッ素濃度分布を回転軸対
称分布とする。上記丸棒状透明シリカガラス体は、直径
が30〜90 mm程度、長さが1〜3 m程度とすることが好ま
しい。
キャビティ12を有する成形型枠14を備えた真空成形
炉10を準備する。成形キャビティ12の直径は200〜4
00mm、高さは400〜2000 mm程度であることが好まし
い。このキャビティ12を形成する型枠壁は、高純度グ
ラファイト等で形成することが好ましい。上記の成形キ
ャビティ12内に上記丸棒状透明シリカガラス体Sを、
その回転軸が上記円柱状の成形キャビティの中心軸に一
致するようにして配置し(すなわち鉛直状態)、この状
態で加熱する。加熱温度は、1700〜2000 ℃程度とす
る。このとき、上記丸棒状透明シリカガラス体Sの上方
からの圧縮すなわち押圧は実質的に行わず、ほぼ重力の
みにより溶融沈降させ、成形キャビティ内に納まるのを
待つ。このとき、押圧して無理に押しつけると、丸棒状
透明シリカガラス体Sの軸が折れ曲がってしまったり、
鉛直でなくなったりするので、材料中のフッ素濃度分布
が回転軸対称でなくなってしまう。なお、このとき、丸
棒状透明シリカガラス体Sの上に、図3に示したように
グラファイト等の薄い蓋16を配置してもよい。
雰囲気としては、一般的には大気が用いられており、そ
の他不活性ガス雰囲気も用いることができる。処理温度
は、1000〜1200 ℃で、1〜100時間程度保持し、その後
800℃以下まで1℃/hr〜5℃/hrにて徐冷却し、さらに
室温まで5℃/hr〜20℃/hrにて徐冷却する。この十分
な長さのアニール処理により、十分な歪み除去と、水分
含有量の十分な低減を行うことができる。
水素ガスドープ処理を行う。水素分子含有雰囲として
は、水素ガス100% 又はAr等の希ガスと水素ガスとの混
合ガス雰囲気を用いることが好ましい。処理温度は100
〜1000 ℃、特に200〜600 ℃であることが好ましい。上
記温度範囲より高温であると還元作用が強くなり、酸素
欠損型欠陥を生成させ、低温であると水素ガスの透明ガ
ラス体への拡散溶存への時間がかかりすぎる。
0 kgf/cm2が好ましい。水素ガス100%で1 kgf/cm2で
の透明ガラス体の水素ガス飽和溶存濃度は約1×1017 〜
4×1017分子/cm3、10 kgf/cm2、100 kgf/cm2では各
々 1×1018 〜 4×1018、1×1019 〜 4×1019分子/cm3
である。
ス雰囲気にて行うことにより、アニール処理と水素ガス
ドープ処理を同時に行うことができる。得られた材料
は、外表面を研削し所望の形状のレンズブランクスとさ
れる。さらに外表面を研磨することにより所望のレンズ
とされる。
する酸水素炎加水分解法により、略円柱体形状のOH基含
有白色スート体を合成した。ついで、得られたOH基含有
白色スート体を、SiF4 1%含有ガス雰囲気中、1 kg/c
m2(ほぼ大気圧と同じ)、600〜800 ℃の範囲の条件下
で、加熱処理して、上記白色スート体をフッ素ドープ処
理した。このとき、熱処理温度と処理時間とを種々変え
て表に示したように各実施例および各比較例のOH基およ
びF量を変化させた。
のHe含有減圧雰囲気中で、温度1500〜1600 ℃で加熱し
て、上記白色スート体を透明ガラス化した。続いて、プ
ロパンガス火炎加熱により直径60mm、長さ1.5mの丸棒状
透明シリカガラス体とした後、該ガラス体の両端を把持
し、一端部よりプロパンガス火炎により加熱しながら捻
って行う帯溶融回転攪拌処理を2往復行うことにより1
方向脈理フリーの透明ガラス体とした。加熱は、材料が
2000 ℃程度になるようにして行った。
示したように、その回転軸が、真空成形炉内の高純度グ
ラファイト成形型枠の成形キャビティの中心軸に重なる
ようして、該成形キャビティ内に配置して溶融し、寸
法、直径270nm、厚さ70nmのガラス成形体を得た。
ッチングした後、高純度アルミナ耐火材、二珪化モリブ
デンヒーターの電気炉内に設置し、大気中雰囲気下、11
50℃で、20時間保持後、2℃/hrにて800℃まで徐冷し、
その後、電気炉電源を切り10℃/hr〜20℃/hrで自然冷
却してアニール処理を行った。
チールジャケット、タングステン、メッシュヒータの電
気炉内に設置し、水素100%雰囲気下、400 ℃、1kgf/
cm2又は10kgf/cm2加圧下にて水素ガスドープを行
った。最後に、ガラス成形体の外表面を研削し、直径25
0nm、厚さ50mmの扁平円柱体の実施例のシリカガラスレ
ンズブランクスとした。
クスは下記のようにして作製した。比較例1では、実施
例と同一の条件にてOH基含有略円柱体形状の白色スート
体を合成した後、SiF4 100%ガス雰囲気、1 kgf/cm2、
900 ℃の条件にて加熱処理を行いOH基フリー、Fドープ
を行った。その後、実施例と同様に透明ガラス化、帯溶
融回転攪拌処理、アニール処理、水素ガスドープ処理を
行った。
ドープ処理を行わず、水素ガスを溶存していないガラス
を得た。
転攪拌処理を行わないガラスである。
処理を行わず、その代りにCl2 100%ガス雰囲気1 kgf/
cm2、900℃にてClドープを行った。
処理を行わなかった。
き、上記のOH基濃度の他、OH基濃度変動幅ΔOH、F濃度
及びF濃度変動幅ΔF、F濃度分布および測定点の隣り
合った測定点での1cm当たりのフッ素濃度の差Δf、Cl
濃度、溶存水素濃度及び溶存水素濃度変動幅ΔH2、屈
折率変動幅Δn、歪量、H2O濃度、ならびにレーザおよ
びランプからの光線照射前後の透過率を測定した。その
結果を各表に示した。また、実施例1および5、ならび
に比較例1および3のフッ素濃度分布を、図4〜7に示
した。更に、実施例1〜5のサンプルのガラスの不純物
含有量を表3に示した。
は下記の方法による。 (i)OH基濃度の測定法 D.M. DODD and D.B. FRASER, Optical determination o
f OH in fused silica, Journal of Applied Physics,
Vol. 37 (1966) p. 3911文献記載の測定法。 (ii)OH基濃度変動幅ΔOHの測定法 直径250mm、厚さ50mmの円柱状シリカガラス光学材料に
おいて、回転対称軸方向からみて直径方向に10mm間隔に
て25点のOH基濃度測定を行う。25点のOH基濃度の最大値
と最小値から光学材料全体におけるOH基濃度変動幅(Δ
OH)を、25点のOH基濃度の算術平均値からOH基平均濃度
を計算する測定法。 (iii)水素分子濃度の測定法 V.K. KHOTIMCHENKO,et al., Determining the content
of hydrogen dissolved in quartz glass using the m
ethods of Raman scattering and mass spectrometry,
Journal of Applied Spectroscopy, Vo.46, No.6 (198
7) pp.632〜635の文献記載の測定法。 (iv)水素分子濃度変動幅ΔH2の測定法 直径250mm、厚さ50mmの円柱状シリカガラス光学材料に
おいて、回転対称軸方向からみて直径方向に10mm間隔に
て25点のH2濃度測定を行う。25点のH2濃度の最大値と最
小値から光学材料全体におけるH2濃度変動幅(ΔH2)
を、25点のH2濃度の算術平均値からH2平均濃度を計算す
る測定法。 (v)塩素濃度の測定法 HF水溶液により分解後、AgNO3添加による比濁法による
測定法。 (vi)フッ素濃度の測定法 NaOH水溶液にて分解後、イオン電極法による測定法。 (vii)フッ素濃度変動幅ΔFの測定法 直径250mm、厚さ50mmの円柱状シリカガラス光学材料に
おいて、回転対称軸方向からみて直径方向に10mm間隔に
て25点のF濃度測定を行う。25点のF濃度の最大値と最小
値から光学材料全体におけるフッ素濃度変動幅(ΔF)
を、25点のF濃度の算術平均値から濃度平均値を計算す
る方法。 (viii)測定点の隣り合った測定点でのフッ素濃度の差
Δf 上記(vii)のフッ素濃度変動幅ΔFの測定法での25
点の測定点の1cm隣り合った測定点における1cm当た
りのフッ素濃度の差Δf(wtppm/cm)のうち最大の
もの。 (ix)シリカガラス中の不純物測定 Na、K、Mg、Ca、Feは原子吸光光度法による測定法、L
i、Cr、Ni、Mo、Wはプラズマ質量分析法により測定(IC
P-MS法)。 (x)屈折率変動幅(Δn)の測定法 He-Neレーザ(633nm)を光源とする光干渉法による測定
法。ただし、直径230mmエリアにおける値を示す。 (xi)複屈折量(歪量)の測定法 偏光板歪計を用いたレターデーション測定法。ただし、
直径230mmエリアにおける値を示す。 (xii)ArFエキシマレーザ照射前後の193 nmの透過率
の測定法 サイズ30×20×厚さ10 mm、両面鏡面研磨仕上したサン
プルに波長193nm、波長半長値幅3nm、パルス寿命半値幅
17 nsec、エネルギー密度30 mJ/cm2/shot、周波数100
Hzで照射ショット数1×106 shotのレーザ照射した直後
1分後の193nmでの透過率を測定する測定法。 (xiii)Xe2エキシマランプ照射後の波長172nmの透過
率の測定法 サイズ30×20×厚さ10 mm、両面鏡面研磨仕上したサン
プルに波長172nm、波長半値幅14nm、ランプエネルギー
密度10 mW/cm2で14日間照射した直後1分後の172nmでの
透過率を測定する測定法。 (xiv)分子濃度の測定法 Y. Morimoto, et.al., Analysis of gas release from
vitreous silica,Journal of Non-crystalline solids,
Vol. 1, No. 139 (1992) pp. 35〜46の文献記載の10
00℃真空下における水蒸気放出量の測定法。
る。すなわち、実施例1〜5のガラスはエキシマ光照射後
も高透過率を示し、Δn値も1×10-6以下と高均質性を
示した。
せず、Fを5000 wtppm含有するガラスであるため、各種
加熱処理によりFが分解してF2ガスを放出し、7.6 eV吸
収帯を生成し、耐エキシマ光性が不良であった。
ず、水素ガスを溶存していないガラスであるため、耐エ
キシマ光性が悪く、透過率低下が大きかった。
ないガラスであるため、ΔF、ΔH2の値が他と比較して
大きくなっており、Δnの値も大きい数値である。また
耐エキシマ光性もガラスの部位によって変化が大きく、
透過率低下に差が生じた。
の代りにCl2 100%ガス雰囲気にてClドープを行って得
られたガラスで、Clを1000 wtppm含みFフリーであるた
め、7.6 eV吸収体を生成し、エキシマランプ光では当初
から透過率が悪く、一方、エキシマレーザー光照射によ
りE’センターが生成し透過率が激減してしまった。
基を200 wtppm含むガラスであるため、耐エキシマラン
プ性が悪かった。
いフッ素濃度変動曲線(放物線)を示すグラフ図であ
る。
いフッ素濃度変動曲線(楕円曲線)を示すグラフ図であ
る。
けるシリカガラス光学材料の円柱状成形工程を説明する
ための図である。
ッ素濃度変動曲線を示すグラフ図である。
ッ素濃度変動曲線を示すグラフ図である。
ッ素濃度変動曲線を示すグラフ図である。
ッ素濃度変動曲線を示すグラフ図である。
29)
示したように、その回転軸が、真空成形炉内の高純度グ
ラファイト成形型枠の成形キャビティの中心軸に重なる
ようして、該成形キャビティ内に配置して溶融し、寸
法、直径270mm、厚さ70mmのガラス成形体を得た。
チールジャケット、タングステン、メッシュヒータの電
気炉内に設置し、水素100%雰囲気下、400 ℃、1kgf/
cm2又は10kgf/cm2加圧下にて水素ガスドープを行
った。最後に、ガラス成形体の外表面を研削し、直径25
0mm、厚さ50mmの扁平円柱体の実施例のシリカガラスレ
ンズブランクスとした。 ─────────────────────────────────────────────────────
の真空紫外線リソグラフィーに用いられる投影レンズ用
シリカガラス光学材料において、不純物としてのLi、Na
およびKが各1 wtppb以下、CaおよびMgが各0.5 wtppb以
下、Cr、Fe、Ni、MoおよびWが各0.1 wtppb以下の超高純
度であり、OH基を1〜10 wtppm、F を100〜10,000 wtpp
m、そしてH2を1×1017〜1×1019分子/cm3含有し、F/O
Hの値が50〜1000であり、溶存水分子濃度が1×1017
分子/cm3以下であり、F濃度分布が、円柱状シリカガ
ラス光学材料の中心軸について軸対称であり、該光学材
料の中心部から外周部に向かって徐々に増大または減少
し、間隔1cmで隣り合った測定点間でのフッ素濃度の
差Δfが10wtppm以下であることを特徴とするシリカ
ガラス光学材料。 (2) F濃度軸対称分布の曲線が放物線又は楕円の2
次曲線に近似している上記(1)のシリカガラス光学材
料。 (3) F濃度変動幅 ΔFが 50 wtppm以内である上記
(1)または(2)のシリカガラス光学材料。 (4) 含有するCl量が10 wtppm以下である上記(1)
〜(3)のいずれかのシリカガラス光学材料。 (5) H2 濃度変動幅ΔH2 が1×1017分子/cm3以内で
ある上記(1)〜(4)のいずれかのシリカガラス光学
材料。 (6) 屈折率変動幅Δnが 2×10-6以下である上記
(1)〜(5)のいずれかのシリカガラス光学材料。 (7) 歪量が1 nm/cm以下である上記(1)〜(6)
のいずれかのシリカガラス光学材料。 (8) 上記(1)〜(7)のいずれかに記載のシリカ
ガラス光学材料を用いた真空紫外線リソグラフィーに用
いられる投影レンズ。 (9) 上記(1)〜(7)のいずれかのシリカガラス
光学材料の製造方法において、珪素化合物の火炎加水分
解法により略円柱体形状のOH基含有白色スート体を作
り、該スート体をフッ素含有ガス雰囲気加熱処理により
フッ素ドープ処理を行い、OH基とフッ素を含有するスー
ト体とし、次に減圧雰囲気加熱により透明ガラス化処理
を行い、次に火炎加熱成形により丸棒状透明シリカガラ
ス体とし、該透明ガラス体の端部から他方の端部へ順次
火炎加熱により帯状溶融回転攪拌処理を行い、フッ素濃
度分布を回転軸対称とし、次に、円柱状の成形キャビテ
ィを備える成形型枠を準備し、前記透明ガラス体を、そ
の回転軸が前記成形型枠の中心軸に重なるようにして、
該成形型枠内に配置し、ほぼ自重により溶融沈降させて
成形し略円柱体形状とし、次に歪除去のためアニール処
理を行い、最後に水素ガス含有ガス雰囲気熱処理により
水素ガスドープ処理を行うシリカガラス光学材料の製造
方法。 (10) アニール処理を水素分子含有ガス雰囲気にて
行うことにより、アニール処理と水素ガスドープ処理を
同時に行う上記(9)のシリカガラス光学材料の製造方
法。 ─────────────────────────────────────────────────────
5)
の真空紫外線リソグラフィーに用いられ、直径が200mm
を超える大型の投影レンズ用シリカガラス光学材料にお
いて、不純物としてのLi、NaおよびKが各1 wtppb以下、
CaおよびMgが各0.5 wtppb以下、Cr、Fe、Ni、MoおよびW
が各0.1 wtppb以下の超高純度であり、OH基を1〜10 wt
ppm、F を100〜10,000 wtppm、そしてH2 を1×1017〜1
×1019分子/cm3含有し、F/OHの値が50〜1000であり、
溶存水分子濃度が1×1017分子/cm3以下であり、F
濃度分布が、円柱状シリカガラス光学材料の中心軸につ
いて軸対称であり、該光学材料の中心部から外周部に向
かって徐々に増大または減少し、間隔1cmで隣り合っ
た測定点間でのフッ素濃度の差Δfが10wtppm以下で
あることを特徴とするシリカガラス光学材料。 (2) F濃度軸対称分布の曲線が放物線又は楕円の2
次曲線に近似している上記(1)のシリカガラス光学材
料。 (3) F濃度変動幅 ΔFが 50 wtppm以内である上記
(1)または(2)のシリカガラス光学材料。 (4) 含有するCl量が10 wtppm以下である上記(1)
〜(3)のいずれかのシリカガラス光学材料。 (5) H2 濃度変動幅ΔH2 が1×1017分子/cm3以内で
ある上記(1)〜(4)のいずれかのシリカガラス光学
材料。 (6) 屈折率変動幅Δnが 2×10-6以下である上記
(1)〜(5)のいずれかのシリカガラス光学材料。 (7) 歪量が1 nm/cm以下である上記(1)〜(6)
のいずれかのシリカガラス光学材料。 (8) 上記(1)〜(7)のいずれかに記載のシリカ
ガラス光学材料を用いた真空紫外線リソグラフィーに用
いられる投影レンズ。 (9) 上記(1)〜(7)のいずれかのシリカガラス
光学材料の製造方法において、珪素化合物の火炎加水分
解法により略円柱体形状のOH基含有白色スート体を作
り、該スート体をフッ素含有ガス雰囲気加熱処理により
フッ素ドープ処理を行い、OH基とフッ素を含有するスー
ト体とし、次に減圧雰囲気加熱により透明ガラス化処理
を行い、次に火炎加熱成形により丸棒状透明シリカガラ
ス体とし、該透明ガラス体の端部から他方の端部へ順次
火炎加熱により帯状溶融回転攪拌処理を行い、フッ素濃
度分布を回転軸対称とし、次に、円柱状の成形キャビテ
ィを備える成形型枠を準備し、前記透明ガラス体を、そ
の回転軸が前記成形型枠の中心軸に重なるようにして、
該成形型枠内に配置し、ほぼ自重により溶融沈降させて
成形し略円柱体形状とし、次に歪除去のためアニール処
理を行い、最後に水素ガス含有ガス雰囲気熱処理により
水素ガスドープ処理を行うシリカガラス光学材料の製造
方法。 (10) アニール処理を水素分子含有ガス雰囲気にて
行うことにより、アニール処理と水素ガスドープ処理を
同時に行う上記(9)のシリカガラス光学材料の製造方
法。
Claims (14)
- 【請求項1】 波長155〜195nmの真空紫外線リソグラフ
ィーに用いられる投影レンズ用シリカガラス光学材料に
おいて、超高純度で、OH基を1〜10 wtppm、F を100〜1
0,000 wtppm、そしてH2 を1×1017〜1×1019分子/cm3
含有し、F濃度分布が、中心軸について軸対称であるこ
とを特徴とするシリカガラス光学材料。 - 【請求項2】 F/OHの値が50〜1000である請求項1の
シリカガラス光学材料。 - 【請求項3】 Li、NaおよびKが各1 wtppb以下、Caおよ
びMgが各0.5 wtppb以下、Cr、Fe、Ni、MoおよびWが各0.
1 wtppb以下の超高純度である請求項1または2のシリ
カガラス光学材料。 - 【請求項4】 含有するH2O量が1×1017分子/cm3以下
である請求項1〜3のいずれかのシリカガラス光学材
料。 - 【請求項5】 F濃度軸対称分布が、シリカガラス光学
材料の中心部から外周部に向って徐々に増大または減少
する請求項1〜4のいずれかのシリカガラス光学材料。 - 【請求項6】 F濃度軸対称分布の曲線が放物線又は楕
円の2次曲線に近似している請求項5のシリカガラス光
学材料。 - 【請求項7】 F濃度変動幅 ΔFが 50 wtppm以内である
請求項1〜6のいずれかのシリカガラス光学材料。 - 【請求項8】 含有するCl量が10 wtppm以下である請求
項1〜7のいずれかのシリカガラス光学材料。 - 【請求項9】 H2 濃度変動幅ΔH2 が1×1017分子/cm3
以内である請求項1〜8のいずれかのシリカガラス光学
材料。 - 【請求項10】 屈折率変動幅Δnが 2×10-6以下であ
る請求項1〜9のいずれかのシリカガラス光学材料。 - 【請求項11】 歪量が1 nm/cm以下である請求項1〜
10のいずれかのシリカガラス光学材料。 - 【請求項12】 請求項1〜11のいずれかに記載のシ
リカガラス光学材料を用いた真空紫外線リソグラフィー
に用いられる投影レンズ。 - 【請求項13】 波長155〜195nmの真空紫外線リソグラ
フィーに用いられる投影レンズ用シリカガラス光学材料
の製造方法において、珪素化合物の火炎加水分解法によ
り略円柱体形状のOH基含有白色スート体を作り、該スー
ト体をフッ素含有ガス雰囲気加熱処理によりフッ素ドー
プ処理を行い、OH基とフッ素を含有するスート体とし、
次に減圧雰囲気加熱により透明ガラス化処理を行い、次
に火炎加熱成形により丸棒状透明シリカガラス体とし、
該透明ガラス体の端部から他方の端部へ順次火炎加熱に
より帯状溶融回転攪拌処理を行い、フッ素濃度分布を回
転軸対称とし、次に、円柱状の成形キャビティを備える
成形型枠を準備し、前記透明ガラス体を、その回転軸が
前記成形型枠の中心軸に重なるようにして、該成形型枠
内に配置して溶融成形し略円柱体形状とし、次に歪除去
のためアニール処理を行い、最後に水素ガス含有ガス雰
囲気熱処理により水素ガスドープ処理を行うシリカガラ
ス光学材料の製造方法。 - 【請求項14】 アニール処理を水素分子含有ガス雰囲
気にて行うことにより、アニール処理と水素ガスドープ
処理を同時に行う請求項13のシリカガラス光学材料の
製造方法。
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