JP2001270731A - 合成石英ガラス部材及びこれを用いた光リソグラフィー装置 - Google Patents

合成石英ガラス部材及びこれを用いた光リソグラフィー装置

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JP2001270731A JP2000089108A JP2000089108A JP2001270731A JP 2001270731 A JP2001270731 A JP 2001270731A JP 2000089108 A JP2000089108 A JP 2000089108A JP 2000089108 A JP2000089108 A JP 2000089108A JP 2001270731 A JP2001270731 A JP 2001270731A
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明子 吉田
Norio Komine
典男 小峯
Hiroki Jinbo
宏樹 神保
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＡｒＦエキシマレーザを光源とする光リソグ
ラフィー装置の透過率を高めて十分な実用性を発揮させ
ることが可能な合成石英ガラス部材及びこれを用いた光
リソグラフィー装置を提供する。 【解決手段】 光源１１からのＡｒＦエキシマレーザ光
により、レチクル２１に形成された集積回路パターンが
投影レンズ２２により縮小されてウエハ３０上に露光さ
れるようにステッパー１を構成する。そして、ステッパ
ー１を構成するレンズ類１２，１３，１４，２２を、Ａ
ｒＦエキシマレーザを０．１μＪ／ｃｍ2・ｐ以上２０
０ｍＪ／ｃｍ2・ｐ以下のエネルギー密度で１×１０4パ
ルス照射したとき、照射後に測定される１９３．４ｎｍ
における損失係数が０．００５０ｃｍ-1以下となる特性
を有する合成石英ガラス部材により構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光リソグラフィー
技術において４００ｎｍ以下、好ましくは３００ｎｍ以
下の特定波長帯域で、レンズやミラー等の光学系に使用
される光リソグラフィー装置用の合成石英ガラス部材及
びこのような光学部材を用いて構成した光リソグラフィ
ー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、シリコン等のウエハ上に集積回路
の微細パターンを露光・転写する光リソグラフィー技術
においては、ステッパーと呼ばれる露光装置が用いられ
ている。このステッパーの光学系は、光源の光をレチク
ル上に均一に照明する照明光学系と、レチクルに形成さ
れた集積回路パターンを例えば５分の１に縮小してウエ
ハ上に投影して転写する投影光学系とで構成される。
【０００３】光リソグラフィー装置の光源は、近年のＬ
ＳＩの高集積化に伴ってｇ線（４３６ｎｍ）からｉ線
（３６５ｎｍ）、更にはＫｒＦ（２４８．３ｎｍ）やＡ
ｒＦ（１９３．４ｎｍ）エキシマレーザへと短波長化が
進められている。また、これに応じて、より微細な最小
加工線幅が露光可能な光リソグラフィー装置が要求され
るようになってきているが、光源の波長が紫外、特に２
５０ｎｍ以下である場合には、照明光学系や投影光学系
に用いられるレンズ材料はｉ線よりも長い波長の光に対
応したものでは光の透過性が悪くて実用に耐えず、光透
過率の大きな石英ガラスや一部の結晶材料に限定されて
いる。
【０００４】石英ガラス部材を光リソグラフィー装置の
光学系に用いる場合、集積回路パターンを大きな面積で
高解像度に露光するためには非常な高品質が要求され
る。例えば、部材の直径が比較的大きく２００ｍｍ程度
のものであれば、部材の屈折率分布は１０-6オーダー以
下である必要がある。また、複屈折量を減少させるこ
と、すなわち部材の内部歪を小さくすることも必要であ
り、このことが屈折率分布の均質性を向上させるととも
に、光学系の解像度に対して重要となる。従って、単に
石英ガラスといってもエキシマレーザステッパーのよう
な紫外光を光源とする光リソグラフィ装置に使用できる
石英ガラス部材はかなり限定されたものとなる。
【０００５】更に、紫外光を光源とする光リソグラフィ
装置に使用する石英ガラス部材においては、これらの条
件に加えて高い透過率を有している（損失係数が小さ
い）ことが必要である。これは、光リソグラフィ装置の
照明光学系及び投影光学系には、収差補正のために非常
の多くのレンズが備えられており、個々のレンズの光損
失が装置全体の透過率低下を来す虞があるからである。
【０００６】石英ガラスは、天然の水晶の粉を溶かすこ
とにより得られる溶融石英ガラスのほか、化学的に合成
して得られる合成石英ガラスがあるが、このうち合成石
英ガラスは金属不純物が少なく高純度であり、波長２５
０ｎｍ以下の紫外光に対しても高い透過率性を有する特
徴がある。また、合成石英ガラスはその製造方法から大
口径で均質なものを製造することが可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、合成石
英ガラスであっても高出力の紫外光やエキシマレーザ光
が作用すると、ＮＢＯＨＣ（Non-Bridging Oxygen Hole
Center、≡Ｓｉ−Ｏ・の構造を持つ。）と呼ばれる構
造欠陥に起因する２６０ｎｍ吸収帯や、Ｅ’センター
（≡Ｓｉ・の構造を持つ。但し、≡は３重結合ではな
く、３つの酸素原子と結合していることを表し、・は不
対電子を表す。）と呼ばれる構造欠陥に起因する２１５
ｎｍの吸収帯が現れ、紫外領域の透過率が著しく低下す
る。これらの吸収帯中心波長は、ステッパの光源である
ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザの発振波
長に近いため、光吸収により光学系の透過率が著しく低
下することがある。２１５ｎｍ吸収帯は、紫外線照射総
量が少ない（＝照射エネルギーが低い、又は照射時間が
短い）場合でも大きく生じる場合がある。この吸収帯は
エキシマレーザの照射初期段階でも生じることがあるた
め、この吸収を照射初期吸収と称する。このため合成石
英ガラスの全てがこのような装置のレンズ部材として用
いることができるとは限らず、装置の実用性能を良好に
保つためには、照射初期吸収が生じない合成石英ガラス
が必要となる。
【０００８】これまで、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長
１９３．４ｎｍ）の照射前における損失係数が０．００
２０ｃｍ-1程度という合成石英ガラスは得られていたも
のの、このような高透過率が長期間にわたるＡｒＦエキ
シマレーザ光の照射後においても維持されるようなもの
はなく、ＡｒＦエキシマレーザを光源とし、且つ十分な
実用性を有する光リソグラフィー装置は存在していなか
った。
【０００９】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであり、ＡｒＦエキシマレーザを光源とする光リソ
グラフィー装置の透過率を高めて十分な実用性を発揮さ
せることが可能な合成石英ガラス部材及びこれを用いた
光リソグラフィー装置を提供することを目的としてい
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、石英ガラ
スの紫外光に対する照射初期吸収が生じる原因を明確に
するため、石英ガラスの諸物性と、生じる照射初期吸収
の大きさとの関連を調査した。その結果、石英ガラス
を、耐久性を向上する因子である水素をドープするため
還元雰囲気下で合成するときに、必要以上に強い還元雰
囲気を与えた場合には、石英ガラス部材の透過率を低め
る原因となる構造欠陥である≡Ｓｉ−Ｈ（これは、低エ
ネルギー密度の紫外光照射により容易に切断されてＥ’
センターとなる）が生成された石英ガラス中に大量に生
じてしまうこと、すなわち、水素分子含有量が多い石英
ガラスほど大きな照射初期吸収が現れる傾向が強いこと
を検知し、本発明を完成するに至った。
【００１１】すなわち本発明に係る合成石英ガラスは、
還元雰囲気下における合成時において、石英ガラスの水
素分子濃度を適切な値にすることにより、合成時に含有
される≡Ｓｉ−Ｈ濃度を低減して得られるものであり、
ＡｒＦエキシマレーザを０．１μＪ／ｃｍ2・ｐ以上２
００ｍＪ／ｃｍ2・ｐ以下のエネルギー密度で１×１０ 4
パルス照射したとき、照射後に測定される１９３．４ｎ
ｍにおける損失係数が０．００５０ｃｍ-1以下であると
いう特性を有するものである。また、本発明に係る光リ
ソグラフィー装置は、光学部材（例えば、実施形態にお
けるコリメータレンズ１２、フライアイレンズ１３、コ
ンデンサーレンズ１４、投影レンズ１５等）の一部又は
全部を、このような特性を有する合成石英ガラス部材で
構成したものである。
【００１２】光リソグラフィー装置（例えば、実施形態
におけるステッパー１）の光学部材の一部又は全部を本
発明に係る合成石英ガラス部材で構成することにより、
光源をＡｒＦエキシマレーザとした場合でも高い透過率
が確保され、十分な実用性が発揮される。なお、このよ
うな合成石英ガラス部材は、含有される水素分子濃度が
１×１０16分子／ｃｍ3以上５×１０18分子／ｃｍ3以下
であり、且つ紫外光照射前の損失係数が０．００２０ｃ
ｍ-1以下であるものから多く得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について図面を参照して説明する。図１は本発明に係る
光リソグラフィー装置の一例であるステッパー１の構成
を示したものである。このステッパー１は、光源１１か
ら射出された紫外光をレチクル２１上に均一に照射する
照明光学系１０と、レチクル２１に形成された集積回路
パターンを４分の１又は５分の１に縮小してウエハ３０
上に投影する投影光学系２０とから構成されている。
【００１４】照明光学系１０は光源１１のほか、コリメ
ータレンズ１２、フライアイレンズ１３及びコンデンサ
ーレンズ１４を有して構成され、投影光学系２０は、レ
チクル２１及び複数のレンズからなる投影レンズ（縮小
投影レンズ）２２を有して構成されている。
【００１５】光源１１から射出された光はコリメータレ
ンズ１２において平行光にされ、フライアイレンズ１３
により光強度が均一にされた後、コンデンサーレンズ１
４により集光されてレチクル２１に至る。レチクル２１
を通過した光は投影レンズ２２により集光されてウエハ
３０上に至るが、これによりレチクル２１に形成された
集積回路パターンが縮小されてウエハ３０上に露光され
ることとなる。
【００１６】ここで、コリメータレンズ１２、フライア
イレンズ１３、コンデンサーレンズ１４、投影レンズ２
２等のレンズ部材（及びここには示さない他のレンズや
ミラー部材等も含めて）は合成石英ガラスから作製され
るが、これら合成石英ガラス部材の一部又は全部は、Ａ
ｒＦエキシマレーザを０．１μＪ／ｃｍ2・ｐ以上２０
０ｍＪ／ｃｍ2・ｐ以下のエネルギー密度で１×１０4パ
ルス照射したとき、照射後に測定される１９３．４ｎｍ
における損失係数が０．００５０ｃｍ-1以下であるとい
う特性を有したものとなっている。
【００１７】このような特性を有する合成石英ガラス部
材は、含有される水素分子濃度が１×１０16分子／ｃｍ
3以上５×１０18分子／ｃｍ3以下であり、且つ紫外光照
射前の損失係数が０．００２０ｃｍ-1以下であるものか
ら得られる（後述する実施例及び比較例を参照）。以
下、このような合成石英ガラス部材を得る手順について
説明する。
【００１８】図２はこのような合成石英ガラス部材のも
ととなる合成石英ガラスインゴットを製造するための装
置の一例を示したものである。この合成石英ガラス製造
装置５０は図から分かるように、炉６０と、炉６０の上
部に設置されるバーナ７０と、炉６０内に形成された炉
内空間６４においてバーナ７０の下方に設けられるター
ゲット８０とを有して構成されている。炉６０は、炉床
板６１に設けられた炉枠６２の内部に耐火物６３を有し
て構成されており、炉枠６２及び耐火物６３の上部を貫
通するようにバーナ７０が設けられている。バーナ７０
は後述するように多重管構造になっており、その噴出口
７０ａは下方、すなわち炉内空間６４に向けられてい
る。ターゲット８０は複数の不透明石英ガラス板が上下
に積み重ねられた構成となっており、その最上面がバー
ナ７０の噴出口７０ａに対向するように、上下に延びた
支持棒８１の上部に設けられた水平円盤８２の上面に載
置されている。炉枠６２には、石英ガラスの合成時に炉
６０内に発生するＨＣｌなどの廃ガスを炉６０外に排出
させるための排気口６５が形成されており、この排気口
６５には外気と通じる排気管６６が接続されている。ま
た、炉６２の外壁には、外部から炉内空間６４を観察す
るための窓６７が設けられている。
【００１９】図３はバーナ７０を噴出口７０ａ側から見
たものであり、中心側から順に原料噴出管７１、酸水素
噴出管７２，７３、酸素噴出管７４、水素噴出管７５が
配設されている。原料噴出管７１はバーナ７０の中心に
位置しており、その内部空間７１ａからは原料となる四
塩化珪素（ＳｉＣｌ4）及びこれを希釈するためのキャ
リヤガス（通常、酸素ガス）が噴出される。二つの酸水
素噴出管７２，７３は原料噴出管７１を取り囲むように
同心円状に配設されており、その内部空間７２２ａ，７
３ａからは酸素ガス又は水素ガスが噴出される。複数の
酸素噴出管７４は酸水素噴出管７３の外方に位置してお
り、それぞれの内部空間７４ａからは酸素が噴出され
る。また、水素噴出管７５はこれら酸素噴出管７４を取
り囲むように原料噴出管７１及び酸水素噴出管７２，７
３と同心状に位置しており、その内部空間７５ａからは
水素ガスが噴出される。なお、このように酸素ガス及び
水素ガスを噴出管を分けて噴出させているのは、これら
のガスが石英ガラス合成時に均一に反応するようにする
ためである。
【００２０】石英ガラスの合成は、バーナ７０からター
ゲット８０の上面に向けて原料、酸素及び水素を噴出さ
せながらこれらを燃焼させることにより行われる。これ
により四塩化珪素が酸素及び水素と反応（加水分解）
し、合成された石英ガラス粉がターゲット８０上に堆積
していくが、これがガラス化したものが合成石英ガラス
インゴットＩＧとなる。ここで、生成されるインゴット
ＩＧの組成が全体的に均一となるように、合成中には、
支持棒８１を駆動してターゲット８０を所定の速度で軸
まわりに回転させるとともに、一定の時間間隔で水平方
向に揺動させる。また、生成中のインゴットＩＧの上端
とバーナ７０の噴出口７０ａとの間隔が常に一定となる
ように、ターゲット８０全体は所定速度で下方に引き下
げられる。
【００２１】このようにして合成石英ガラスのインゴッ
トが生成されるが、水素分子はこの合成時において導入
され、熱処理時には放出されることから、生成された合
成石英ガラスに含有される水素分子濃度は合成条件（例
えば、バーナ７０から供給される酸素ガスと水素ガスの
割合）及び熱処理条件（例えば、熱処理工程の有無）に
より制御可能である。従ってこれらの諸条件を調整し、
インゴットに含有される水素分子濃度を１×１０16分子
／ｃｍ3以上５×１０18分子／ｃｍ3以下となるようにす
る。なお、得られた合成石英ガラスインゴットに含有さ
れる水素分子濃度は、ラマン分光法などにより確認する
ことができる。
【００２２】このようにして所定の水素分子濃度を有す
る合成石英ガラスインゴットが得られたら熱処理を行
う。この熱処理の一例としては、生成されたインゴット
を所定時間の間一定温度に保持し、続いて所定の降温速
度で降温した後、放冷する工程のものが挙げられる。こ
のような熱処理の後、作製しようとする合成石英ガラス
部材の大きさに応じた大きさの塊をインゴットから切り
出して研削し、更にＳｉＯ2等により精密研磨を施して
所定寸法に仕上げる。
【００２３】このようにして所定の寸法であり、且つ所
定の組成（水素分子濃度が１×１０ 16分子／ｃｍ3以上
５×１０18分子／ｃｍ3以下）を有する合成石英ガラス
部材が得られたら、これらの中から、紫外光照射前の損
失係数が０．００２０ｃｍ-1以下となるものを抽出す
る。
【００２４】次に、合成石英ガラス部材の紫外光照射前
の損失係数を測定する方法の一例について説明する。こ
こでは紫外用光学部材からなる評価サンプルＭ（厚さＬ
ｏ）の透過率を市販の分光光度計を用いて測定する場合
を例に説明する。
【００２５】ここで用いる透過率測定方法は、図４に示
すように、評価サンプルＭを洗浄（乾燥工程を含む）す
る第１ステップ（Ｓ１）、所定時間内に透過率測定を行
って透過率Ｔを求める第２ステップ（Ｓ２）、得られた
透過率Ｔを評価時間ｔｃにおける透過率Ｔｃに補正する
第３ステップ（Ｓ３）、評価時間における透過率Ｔｃを
真の透過率Ｔｏに校正する第４ステップ（Ｓ４）の順で
進行する。なお、上記手順を実施するには、評価サンプ
ルＭの材質及び厚さ（＝Ｌｏ）に対応する透過率低下速
度ａ、限界経過時間ｔｍに加えて分光光度計の校正値Ｋ
Ｌを予め求めておく必要がある。
【００２６】先ず、この透過率測定において用いられる
分光光度計について説明する。図５は市販の分光光度計
の構成の一例を示している。この分光光度計１１０を用
いて測定対象１１１の透過率を測定するには、測定対象
１１１をミラー１２５とミラー１２６との間に載置し、
光源１１２から光（紫外光）を照射する。光源１１２か
らの光はスリット１４１を介してミラー１２１に入射す
る。ミラー１２１によって反射された光はスリット１４
２を通り、ミラー１２２を介して回折格子１３１に入射
する。一次回折光はミラー１２３によって反射され、ス
リット１４３を通ってミラー１２４に入射する。ミラー
１２４によって反射された光はチョッパーミラー１１３
を介してミラー１２５又はミラー１２７に入射する。ミ
ラー１２５によって反射された光（測定光）は測定対象
１１１に入射する。測定対象１１１を透過した光（透過
光）はミラー１２６を介して検出器１１４に入射する。
一方、ミラー１２７によって反射された光（参照光）は
ミラー１２８、１２９を介して検出器１１４に入射す
る。検出器１１４で受光された透過光と参照光は処理装
置１１５において分離処理され、透過光強度Ｉと参照光
強度Ｉｏとが求められる。そしてこれらの比Ｉ／Ｉｏか
ら、測定対象１１１の透過率が算出される。なお、処理
装置１１５を除く諸装置は密閉チャンバ１１６により覆
われており、透過率測定に際しては窒素パージされる。
【００２７】次に、評価サンプルＭの材質及び厚さ（＝
Ｌｏ）に対応する透過率低下速度ａ及び限界経過時間ｔ
ｍの両パラメータを求める手順について説明する。先
ず、評価サンプルＭと同じ材質で、且つ同じ厚さ（＝Ｌ
ｏ）を有する補正用サンプルを用意する。そしてこれを
洗浄（乾燥工程を含む）した後分光光度計１１０を用い
てその透過率を測定するという手順を、透過率を測定す
るときの経過時間（洗浄終了からの経過時間）を変えな
がら複数回繰り返す。そしてその結果を横軸を経過時
間、縦軸を透過率とした座標平面にプロットして第１プ
ロット図を作成する。
【００２８】このようにして得られた第１プロット図は
補正用サンプルについての透過率の経時変化を表し、そ
のプロット点列は洗浄終了から或る時間までは直線によ
りフィッティングすることができる（例えば、図６のよ
うになる）。この直線は経過時間の増大とともに次第に
減少する（すなわち負の傾きを持つ）ものとなる。そし
て、その傾きを透過率低下速度ａ（％／ｃｍ）として求
めるとともに、上記直線でフィッティングできる限界の
経過時間を限界経過時間ｔｍ（分）として読み取る。こ
れにより、評価サンプルＭについての透過率低下速度ａ
と限界経過時間ｔｍが求まる。
【００２９】このように、補正用サンプルにより得られ
た透過率低下速度ａ及び限界経過時間ｔｍの両値を評価
サンプルについてのものとして扱うことができるのは、
透過率低下速度ａ及び限界経過時間ｔｍの両パラメータ
は、サンプルの材質及び厚さが同一である場合には共通
となるためである。このため、透過率の低下速度が一定
値を保つ所定時間内（これは、洗浄終了から限界経過時
間ｔｍが経過するまでの間に相当する）に評価サンプル
Ｍについての透過率測定を行い、経過時間ｔ（＜ｔｍ）
における透過率Ｔが求められた場合には、この透過率Ｔ
は下式（１）により、上記所定時間内において任意に選
択された評価時間ｔｃ（＜ｔｍ）における透過率Ｔｃに
換算する補正を行うことができる。
【００３０】
【数１】Ｔｃ＝Ｔ＋（ｔ−ｔｃ）×ａ …（１）
【００３１】なお、この透過率Ｔｃは、基準時間ｔｃに
おいて測定されたら得られたであろう透過率を意味す
る。
【００３２】次に、分光光度計１１０の校正値ＫＬを求
める手順について説明する。この校正値ＫＬの算出に
は、次に示すような校正用透過率測定装置が必要であ
る。
【００３３】図７は校正用透過率測定装置の構成の一例
を示している。この校正用透過率測定装置１５０におい
ては、光源１５２から照射された光（紫外光）は、第１
集光レンズ１６１において集光された後、分光器入射ス
リット１７１を介して回折格子１５３へ入射される。こ
の回折格子１５３において反射回折された光は分光器出
射スリット１７２を介して第２集光レンズ１６２へ照射
され、ここで再び集光された後、絞り１７３により明度
調整がなされる。絞り１７３を通った光はピンホール１
７４において所定の形に整形された後、コリメータレン
ズ１６３において平行光線とされ、第１ハーフミラー１
８１へ照射される。
【００３４】第１ハーフミラー１８１において反射され
た光は、測定光用オプティカルチョッパ１５４を介して
測定対象１５１へ照射される。測定対象１５１を透過し
た透過光はミラー１８３、第２ハーフミラー１８４及び
集光レンズ１６４を介して検出器１５６へ照射される。
一方、第１ハーフミラー１８１を透過した参照光は第１
ミラー１８２、参照光用オプティカルチョッパー１５５
を介して第２ハーフミラー１８４へ照射され、この第２
ハーフミラー１８４で反射された参照光は集光レンズ１
６４を介して検出器１５６へ照射される。検出器１５６
で受光された透過光と参照光は処理装置１５７において
分離処理され、透過光強度Ｉと参照光強度Ｉｏとが求め
られる。そしてこれら参照光の強度Ｉｏ及び透過光の強
度Ｉとの比Ｉ／Ｉｏから透過率が求められる。なお、検
出器１５６及び処理装置１５７を除く装置は全て真空チ
ャンバ１５８の中に密閉されて設けられており、測定光
周辺の雰囲気を真空に近い圧力に設定することができる
ようになっている。
【００３５】また、分光器入射スリット１７１と分光器
出射スリット１７２のスリット幅及びピンホール１７４
の穴径を変更させ、且つ、第２集光レンズ１６２、絞り
１７３、ピンホール１７４及びコリメータレンズ１６３
を光軸に沿って移動させることによって測定対象１５１
を透過する位置における測定光の発散角を調節すること
が可能である。そしてこの発散角は、１０ミリラジアン
（０．５７度）以下に調整される。これは、測定対象１
５１での屈折による測定光路の変化を小さくするためで
あり、これにより、検出器１５６の受光面の感度むらに
起因する測定誤差の発生を防止することができる。
【００３６】また、測定光の光路周辺の雰囲気はほぼ真
空、すなわち１×１０-2Ｔｏｒｒ（１．３３Ｐａ）以下
の圧力、酸素分圧にして２×１０-3Ｔｏｒｒ（０．２７
Ｐａ）以下の圧力に調整される。これは、測定対象１５
１が厚みを有していることに起因する透過光の光路長と
参照光の光路長との差分内の酸素分子による吸収の影響
を小さくするためである。
【００３７】上記構成の校正用透過率測定装置１５０を
用いて分光光度計１１０の校正値Ｋ Ｌを求めるには、先
ず、補正用サンプルＭと同じ材質（すなわち評価サンプ
ルＭと同じ材質）で作製され、厚さが互いに異なる複数
の校正用サンプルを用意する。なお、この校正用サンプ
ルのうちの一つは、補正用サンプルＭと同じ厚さ（すな
わち評価サンプルＭと同じ厚さＬｏ）を有するものとす
る（従って上記補正用サンプルそのものでもよい）。次
に各校正用サンプルを洗浄した後、限界経過時間ｔｍが
経過する前に（すなわち上記所定時間内に）校正用透過
率測定装置１５０を用いてこれらの透過率Ｔ１を測定す
る。ここでの透過率測定は、各校正用サンプルにつきひ
とつづつ、洗浄、透過率測定の順で行い、透過率を測定
するときの経過時間（洗浄終了からの経過時間）が全て
同一になるようにする。なお、このような手順にするの
は、全ての校正サンプルについての透過率測定を限界経
過時間ｔｍが経過する前に終了させることができない場
合が多い（従って式（１）を用いた補正ができない）た
めである。このようにして得られた各透過率Ｔ１から、
下式（２）を用いて各校正用サンプルの損失が求められ
る。
【００３８】
【数２】損失＝−ＬＮ（Ｔ１／Ｔｔｈ） …（２）
【００３９】ここで、Ｔｔｈは校正用サンプルの材質に
固有の理論透過率である。式（２）を用いてサンプル厚
さと損失との関係が得られたら、これらの結果を横軸を
サンプル厚さ、縦軸を損失とした座標平面にプロットし
て第２プロット図を作成する。この第２プロット図に表
されたプロット点列は直線によりフィッティングするこ
とができる（例えば、図８のようになる）。この直線は
厚さの増大に従って増加していく（すなわち正の傾きを
持つ）ものとなる。そしてその直線の傾きは校正用サン
プルの内部損失係数β（／ｃｍ）として求められる。
【００４０】ここで、各校正用サンプルの透過率Ｔｏ
を、上記手順により得られた内部損失係数β（／ｃｍ）
及びサンプル厚さＬ（ｃｍ）とを用いて表すと下式
（３）のようなる。
【００４１】
【数３】Ｔｏ＝Ｔｔｈ×ｅｘｐ（−β×Ｌ） …（３）
【００４２】ここで、式（１）により得られる基準時間
ｔｃにおける透過率Ｔｃに校正値Ｋ Ｌを乗ずることによ
り計器誤差、すなわち分光光度計１１０の測定精度が不
充分であるために生じる真の値との差を除去することが
できるのものと仮定すると、下式（４）が得られる。
【００４３】
【数４】Ｔｏ＝ＫＬ×Ｔｃ …（４）
【００４４】更に、式（３）と式（４）とから下式
（５）が得られる。
【００４５】
【数５】 ＫＬ＝（Ｔｔｈ／Ｔｃ）×ｅｘｐ（−β×Ｌ） …（５）
【００４６】ここでＫＬは、前述の第１プロット図にお
いてフィッティングに用いられた直線を用いて基準時間
ｔｃに対応する透過率の値を求めてＴｃとし、これと、
既に求めた内部損失係数β及び補正用サンプル厚さ（＝
Ｌｏ）とを式（５）に代入することにより求められる。
【００４７】このような手順により、評価サンプルＭの
材質及び厚さ（＝Ｌｏ）に対応する分光光度計１１０の
校正値ＫＬが求められる。
【００４８】上述のようにして、評価サンプルＭの材質
及び厚さ（＝Ｌｏ）に対応する透過率低下速度ａ及び限
界経過時間ｔｍの両パラメータ、及び分光光度計の校正
値Ｋ Ｌが得られたら、図４に示す第１〜４ステップに従
って評価サンプルＭの透過率（真の透過率Ｔｏ）を求め
ることができる。次にこれを説明する。
【００４９】評価サンプルＭの透過率（真の透過率）Ｔ
ｏを求めるには、図４に示すように、先ず評価サンプル
Ｍに洗浄（乾燥工程を含む）を施す（第１ステップ）。
洗浄が終了したら評価サンプルＭを分光光度計１１０に
設置し、前述の過程によって既知となっている限界経過
時間ｔｍから定められる所定時間内に透過率測定を行っ
て透過率Ｔを求める（第２ステップ）。ここで、洗浄が
終了した評価サンプルＭはデシケータに入れて保管し、
透過率測定のときにのみデシケータから取り出すように
する（評価サンプルが複数ある場合においても同じ）。
透過率Ｔが求められたら、透過率Ｔを測定したときの経
過時間ｔの値とともに透過率低下速度ａの値を式（１）
に代入し、基準時間ｔｃにおける透過率Ｔｃを得る（第
３ステップ）。基準透過率Ｔｃが求められたら、前述の
過程によって既知となっている校正値ＫＬを用いて式
（４）により校正し、真の透過率Ｔｏを得る（第４ステ
ップ）。
【００５０】このようにして真の透過率Ｔｏが得られれ
ば、式（３）を変形して得られる下式（６）により、そ
の評価サンプルＭの内部損失係数βを求めることが可能
である。
【００５１】
【数６】β＝−ＬＮ（Ｔｏ／Ｔｔｈ）／Ｌ …（６）
【００５２】このような手順により合成石英ガラス部材
の紫外光照射前における損失係数の測定を行い、その値
が０．００２０ｃｍ-1以下となるものを抽出する。
【００５３】このようにして得られた、含有される水素
分子濃度が１×１０16分子／ｃｍ3以上５×１０18分子
／ｃｍ3以下であり、且つ紫外光照射前の損失係数が
０．００２０ｃｍ-1以下である合成石英ガラスは、多く
の場合、ＡｒＦエキシマレーザを０．１μＪ／ｃｍ2・
ｐ以上２００ｍＪ／ｃｍ2・ｐ以下のエネルギー密度で
１×１０4パルス照射したとき、照射後に測定される１
９３．４ｎｍにおける損失係数が０．００５０ｃｍ-1以
下となる。そして、そのような条件を満たす合成石英ガ
ラスが選択されて、上記のステッパー１に用いられるこ
とになる。
【００５４】このように、ステッパー１においてはレン
ズ等の光学部材の全部又は一部が、上記特性を有する合
成石英ガラス部材からなっているので、装置全体として
透過率が高く、光源１１がＡｒＦエキシマレーザのよう
な２００ｎｍ以下の短波長であっても十分な実用性が発
揮される。なお、ステッパー１の光源１１をＡｒＦエキ
シマレーザよりも長い波長の光を照射するものに変えた
場合でも高い透過率が確保され、十分な実用性を有する
ことはいうまでもない。
【００５５】
【実施例及び比較例】以下、本発明の具体的な実施例
（及び比較例）を示す。なお、ここに示す実施例により
本発明は限定されない。
【００５６】先ず、前述の合成石英ガラス製造装置５０
を用い、原料流量や酸素ガス／水素ガス流量比等の合成
条件等を変えて５種類の合成石英ガラスインゴットを製
造した。また、製造した一部のインゴットには、１００
０℃で１０時間保持した後、毎時１０℃以下の降温速度
で５００℃以下まで降温し、その後放冷する熱処理を施
した。続いて、これらのインゴットからφ６０ｍｍ、厚
さ１０ｍｍの形状の塊を切り出した後これに精密研磨を
施し、１３個の評価サンプルとした。そしてこれらのサ
ンプルの照射前の透過率を上述の方法に基づいて算出し
た後、各サンプルに含有される水素分子濃度をラマン分
光法により測定した。この測定は、具体的には、V.S.Kh
otimchenko et al.,J.Appl.Spectrosc.,46,632-635(198
7)に従って８００ｃｍ-1及び４１３５ｃｍ-1のラマン散
乱強度を測定し、その強度比を取ることにより行った。
その後ＡｒＦエキシマレーザを、エネルギー密度０．１
μＪ／ｃｍ2・ｐ〜２００ｍＪ／ｃｍ2・ｐの様々な値で
１×１０4パルス照射し、この照射後における波長１９
３．４ｎｍにおける透過率を求めた。各サンプルについ
ての透過率を求めた後、式（６）を用いてこれらのサン
プルのＡｒＦエキシマレーザ照射後の損失係数を算出し
た。なお、式（６）を用いるときの理論透過率は、合成
石英ガラスの波長１９３．４ｎｍに対応する値として９
０．８７４８（％）とした。
【００５７】ＡｒＦエキシマレーザ照射前後における損
失係数を求めた結果を図９の表に示す。また、ＡｒＦエ
キシマレーザをエネルギー密度２ｍＪ／ｃｍ2・ｐで照
射したときの照射パルス数に対する損失係数の変動（実
施例５及び比較例１に対応）を図１０に、ＡｒＦエキシ
マレーザをエネルギー密度２００ｍＪ／ｃｍ2・ｐで照
射したときの照射パルス数に対する損失係数の変動（実
施例８及び比較例３に対応）を図１１に示した。図９の
表から、含有される水素分子濃度が１×１０16分子／ｃ
ｍ3以上５×１０18分子／ｃｍ3以下であり、且つ紫外光
照射前における損失係数が０．００２０ｃｍ-1以下であ
るサンプルについては、ＡｒＦエキシマレーザ照射後に
おける損失係数は０．００５ｃｍ-1以下となることが分
かる。
【００５８】続いて、これらのサンプルと同一の水素分
子濃度、紫外光照射前の損失係数を有する合成石英ガラ
ス部材を前述のステッパー１に用い、実用上の性能を満
たすか否か（ステッパー１の性能が十分であるか否か）
を判定した。その結果、図９の表に示すように、ＡｒＦ
エキシマレーザ照射後における損失係数が０．００５ｃ
ｍ-1以下となる実施例１〜８では実用上の性能を見た
し、ＡｒＦエキシマレーザ照射後における損失係数が
０．００５ｃｍ-1よりも大きい比較例１〜３では実用上
の性能を満たさなかった。比較例３のように、水素分子
濃度が５×１０18／ｃｍ3を上回るものでは、ＡｒＦエ
キシマレーザを１×１０4パルス照射した後の損失係数
は非常に大きくなることも分かる。
【００５９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る合成
石英ガラス部材は、ＡｒＦエキシマレーザを０．１μＪ
／ｃｍ2・ｐ以上２００ｍＪ／ｃｍ2・ｐ以下のエネルギ
ー密度で１×１０4パルス照射したとき、照射後に測定
される１９３．４ｎｍにおける損失係数が０．００５０
ｃｍ-1以下である特性を有するものであるが、このよう
な合成石英ガラスを用いて光リソグラフィー装置の光学
部材の一部又は全部を構成することにより、その光リソ
グラフィー装置の透過率を高めることができ、ＡｒＦエ
キシマレーザを光源とする場合であっても十分な実用性
が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光リソグラフィー装置の構成の一
例を示す模式図である。
【図２】本発明に係る合成石英ガラスの製造装置の一例
を示す略断面図である。
【図３】上記製造装置におけるバーナを噴出口側から見
た図である。
【図４】透過率測定方法の手順を示すフローである。
【図５】透過率測定において用いられる分光光度計の構
成を示す図である。
【図６】補正用サンプルの透過率を洗浄終了からの経過
時間に対応して示したプロット図の一例である。
【図７】校正値ＫＬの算出に用いられる校正用透過率測
定装置の構成を示す図である。
【図８】校正用サンプルの損失をサンプル厚さに対応し
て示したプロット図の一例である。
【図９】実施例及び比較例における結果を示す図表であ
る。
【図１０】実施例５及び比較例１に対応するサンプルの
照射パルス数に対する損失係数の変動を示すグラフであ
る。
【図１１】実施例８及び比較例３に対応するサンプルの
照射パルス数に対する損失係数の変動を示すグラフであ
る。
【符号の説明】
１ ステッパー（光リソグラフィー装置） １０ 照明光学系 １１ 光源 １２ コリメータレンズ １３ フライアイレンズ １４ コンデンサーレンズ ２０ 投影光学系 ２１ レチクル ２２ 投影レンズ ３０ ウエハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１５Ｄ (72)発明者 神保 宏樹 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 Ｆターム(参考） 2H097 CA13 GB01 LA10 4G014 AH15 AH19 AH21 4G062 AA04 BB02 CC07 MM02 NN16 5F046 BA04 CA04 CB12

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ４００ｎｍ以下の波長帯域の光とともに
    用いられる光リソグラフィー装置に使用される合成石英
    ガラス部材であって、 ＡｒＦエキシマレーザを０．１μＪ／ｃｍ2・ｐ以上２
    ００ｍＪ／ｃｍ2・ｐ以下のエネルギー密度で１×１０4
    パルス照射したとき、照射後に測定される１９３．４ｎ
    ｍにおける損失係数が０．００５０ｃｍ-1以下であるこ
    とを特徴とする合成石英ガラス部材。
  2. 【請求項２】 含有される水素分子濃度が１×１０16分
    子／ｃｍ3以上５×１０18分子／ｃｍ3以下であり、且つ
    紫外光照射前の損失係数が０．００２０ｃｍ-1以下であ
    ることを特徴とする請求項１記載の合成石英ガラス部
    材。
  3. 【請求項３】 ４００ｎｍ以下の波長帯域の光とともに
    用いられる光リソグラフィー装置であって、 この光リソグラフィー装置を構成する光学部材の一部又
    は全部が請求項１又は２記載の合成石英ガラス部材から
    なることを特徴とする光リソグラフィー装置。
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