JP2001318049A - 合成石英ガラスの光透過率測定方法および光学装置 - Google Patents

合成石英ガラスの光透過率測定方法および光学装置

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JP2001318049A
JP2001318049A JP2001055220A JP2001055220A JP2001318049A JP 2001318049 A JP2001318049 A JP 2001318049A JP 2001055220 A JP2001055220 A JP 2001055220A JP 2001055220 A JP2001055220 A JP 2001055220A JP 2001318049 A JP2001318049 A JP 2001318049A
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quartz glass
synthetic quartz
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wavelength
temperature
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JP2001055220A
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Akira Ikushima
明 生嶋
Kazuya Saito
和也 齋藤
Kensho Shimodaira
憲昭 下平
Yorisuke Ikuta
順亮 生田
Shinya Kikukawa
信也 菊川
Shuhei Yoshizawa
修平 吉沢
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Toyota Gauken
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Asahi Glass Co Ltd
Toyota Gauken
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Abstract

(57)【要約】 【課題】波長165nm以下における合成石英ガラスの
光透過率を精度良く測定する方法を得る。 【解決手段】波長165nm以下における合成石英ガラ
スの光透過率の測定方法において、合成石英ガラス試料
内の温度ばらつきを±1℃以内に制御した状態で測定す
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、合成石英ガラスの
光透過率の測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、半導体デバイス製造用ステッ
パのレンズやフォトマスクなどの用途で、合成石英ガラ
ス光学部材が使用されており、その光透過率を精密に測
定することは重要である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ごく短波長の
光、すなわち、波長165nm以下の光領域において、
その光透過率を精密に測定する試みは少なかった。本発
明は、波長165nm以下における合成石英ガラスの光
透過率を精度良く測定する方法を提供することを目的と
する。本発明は、また、合成石英ガラスを光学部材とし
て用いるとともに安定した光量が得られる、波長165
nm以下の光を光源とする光学装置の提供を目的とす
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、波長16
5nm以下における合成石英ガラスの光透過率に影響を
与える因子について詳細な検討を行った結果、合成石英
ガラスの温度および温度ばらつきがこの因子となること
を知見した。
【0005】すなわち本発明の第1は、波長165nm
以下における合成石英ガラスの光透過率の測定方法にお
いて、合成石英ガラス試料内の温度ばらつきを±1℃以
内、好ましくは±0.5℃以内に制御した状態で測定す
ることを特徴とする合成石英ガラスの光透過率の測定方
法である。
【0006】合成石英ガラスの温度が高くなればなるほ
ど、波長165nm以下における光透過率は低下し、逆
に温度が低くなればなるほど、波長165nm以下にお
ける光透過率は上昇する。このことから波長165nm
以下における光透過率およびそのばらつきを安定して測
定するためには、温度ばらつきを±1℃以内に制御す
る。こうすると、温度に起因する合成石英ガラスにおけ
る光透過率のばらつき、すなわち最大光透過率と最小光
透過率との差をおおよそ1%以下に抑制できる。
【0007】本発明の光透過率測定方法は、試料室およ
び試料室内部の雰囲気における温度ばらつきが±1℃以
内に制御可能な分光光度計を用いることにより、実施で
きる。具体的には、温度制御された窒素ガスを試料室内
に流し、温度が安定したところで光透過率を測定すれば
よい。
【0008】本発明の光透過率測定方法は、比較的大型
の光学部材、たとえば、100mm角以上の光学部材に
用いると効果が大きい。たとえば、ステッパ用フォトマ
スクなどである。また、F2レーザに対応する波長15
7.6nmにおける光透過率を測定するうえで、本発明
は効果が高い。
【0009】また本発明の第2は、合成石英ガラスを光
学部材として使用し、かつ波長165nm以下の光を光
源とした光学装置において、該合成石英ガラスは、OH
基含有量が10ppm以下かつOH基含有量ばらつきが
3ppm以下であって実質的に還元型欠陥を含有しない
ものであり、該合成石英ガラスの温度を30℃以下、お
よびその温度ばらつきを±1℃以内、好ましくは±0.
5℃以内に制御する手段を備えることを特徴とする光学
装置である。
【0010】ここで、光学装置とは、半導体デバイス製
造用のステッパなどである。また、温度ばらつきを制御
する手段としては、温度制御された窒素ガスを合成石英
ガラス光学部材近傍に流し、温度を安定させる手段など
が採用できる。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の光学装置の光学部材とし
て使用する合成石英ガラスの温度が30℃を超えると、
波長165nm以下における光透過率が低下するおそれ
がある。本発明の光学装置には、特に、温度25℃にお
ける波長157.6nmでの内部光透過率が70%/c
m以上であるF2レーザリソグラフィ用合成石英ガラス
を用いることが、好ましい。
【0012】本発明では、上記のような合成石英ガラス
の組成と温度制御を採用することにより、合成石英ガラ
ス内における光透過率のばらつき、すなわち最大光透過
率と最小光透過率との差は、おおよそ3%以下に抑える
ことが好ましい。
【0013】本発明において、光学装置に使用される合
成石英ガラス中の塩素含有量は、波長165nm以下の
光透過率に影響を与えるため、少ない方が好ましい。具
体的には10ppm以下、さらには1ppm以下である
ことが好ましい。
【0014】また、本発明において、光学装置に使用さ
れる合成石英ガラス中の三員環構造、四員環構造などの
歪んだ構造は、波長165nm以下の光透過率に影響を
与えるため、少ない方が好ましい。具体的にはレーザラ
マンスペクトルにおける495cm-1の散乱ピーク強度
1および606cm-1の散乱ピーク強度I2が、440
cm-1の散乱ピーク強度I0に対してそれぞれI1/I0
≦0.59、I2/I0≦0.14であることが好まし
い。
【0015】
【実施例】四塩化ケイ素(SiCl4)を、酸素と水素
の体積比が四塩化ケイ素を1として15:25となる酸
水素火炎中で加水分解させ、形成されたSiO2微粒子
を基材上に堆積させて直径350mm、長さ600mm
の多孔質石英ガラス体を作製した。この多孔質石英ガラ
ス体を雰囲気制御可能な電気炉に設置し、表1に示す脱
水処理条件にて多孔質石英ガラス体を保持することによ
り、多孔質石英ガラス体の脱水(OH基含有量の低減
化)を行った。
【0016】続いて圧力150Pa以下の減圧に保持し
た状態で1450℃まで昇温し、この温度にて10時間
保持し透明石英ガラス体(直径180mm、長さ400
mm)を作製した。得られた透明石英ガラス体を、カー
ボン製発熱体を有する電気炉内で、軟化点以上の175
0℃に加熱して自重変形を行わせ、200mm角で25
0mm長のブロック形状に成形し、合成石英ガラスブロ
ックを得た。
【0017】例1〜5の合成石英ガラスブロックの長さ
方向の中心付近から200mm角で10mm厚の評価用
試料を切出し、OH基含有量および還元型欠陥の有無を
下記の方法に従って求め、表1に記載した。
【0018】なお本方法により得られた合成石英ガラス
中の塩素含有量は5ppm以下、歪んだ構造について
は、I1/I0≦0.59、I2/I0≦0.14といずれ
も充分低いレベルであった。
【0019】歪み構造の解析方法は以下のように行っ
た。まず例えば波長514.5nmのアルゴンイオンレ
ーザを励起光として、1000〜720cm-1の波数範
囲でその合成石英ガラスのラマンスペクトルを取得す
る。すると、Si−Oを1単位として立体六員環を形成
する基本骨格振動に基づいた非常にブロードなピークが
約420cm-1に現れる。それと重複して、約495c
-1には平面四員環構造(D1とも称される)に基づく
ピークが、それらとはほぼ独立して約605cm-1には
平面三員環構造(D2とも称される)に基づくピークが
現れる。四員環構造、三員環構造ともに石英ガラスの立
体六員環構造を歪ませる。
【0020】すなわちD1、D2ピークとも、石英ガラ
ス中の歪み構造が大きいほど強度が大きくなる傾向を持
つ。故に、そのスペクトルにピーク分離を行い、立体六
員環の基本骨格振動ピーク強度に対する、各D1、D2
ピークの強度比を求めると、歪み構造が定量的に求めら
れる。スペクトルのベースラインに二次関数を、D1、
D2ピークにはローレンツ関数を、その他に3つのガウ
ス関数を用いて、実スペクトルに対してカーブフィッテ
ィングすると、ほぼ100%の精度でスペクトルが再現
される。
【0021】この方法は特開平11−230830に詳
細に記載されている。3つのガウス関数を用いたピーク
を合成して得られたピークが、その合成石英ガラスの立
体六員環の基本骨格振動ピークに相当する。これをピー
ク強度I0とした。次にローレンツ関数を用いてピーク
分離されたD1、D2ピークの強度、すなわちI1、I2
を求めた。以上よりI0に対するI1、I2のピーク強度
比を用いて「歪み構造」の指標値とした。
【0022】(評価1:OH基含有量)例1〜5の評価
用試料の200mm角の面内において25mm間隔で計
36点の赤外分光光度計による測定を行い、波長2.7
μmにおける吸収ピークからOH基含有量を求め、OH
基含有量の最大値と最小値を求めた(J.P.Wiliams et.a
l., Ceramic Bulletin, 55(5), 524, 1976)。本法によ
る検出限界は0.1ppmである。
【0023】(評価2:還元型欠陥)例1〜5の評価用試
料の200mm角の中央付近より20mm×20mm×
3mmの試料、および20mm×20mm×10mmの
試料を切り出し、それぞれ20mm角の2面を鏡面研磨
し、試料の温度を25℃に保持した状態で真空紫外分光
光度計(分光計器社製「UV201M」、以下同じ)に
より波長163nmにおける光透過率を測定した。厚み
3mmおよび厚み10mmの2種類の試料の波長163
nm光透過率T1、T2より、波長163nmにおける内
部光透過率T 163を式(1)に従って求め、式(2)の
条件が満足するかどうかを調べた。式(2)の条件を満
たさない場合、すなわち式(2)の左辺の値が右辺の値
より小さい場合は、還元型欠陥が存在することを意味す
る。
【0024】
【数1】
【0025】(評価3:波長157.6nmでの内部光
透過率)例1〜5の評価用試料のOH基含有量が最大で
あった箇所より20mm×20mm×3mmの試料、お
よび20mm×20mm×10mmの試料を切り出し、
それぞれ20mm角の2面を鏡面研磨し、試料の温度を
25℃に保持した状態で真空紫外分光光度計により波長
157.6nmにおける光透過率を測定し、表1に記載
した。厚み3mmおよび厚み10mmの2種類の試料の
波長157.6nm光透過率T1、T2より、波長15
7.6nmにおける内部光透過率T157.6を式(3)に
従って求めた。なお測定に際して、試料の温度は25±
0.5℃の範囲に制御した。
【0026】
【数2】
【0027】例4および例5の合成石英ガラスは、光透
過率が低く、本発明の光学装置の光学部材として用いる
のには適当ではない。
【0028】(評価4:温度およびそのばらつき)例2
および例3にて得られた評価用試料(10mm厚)の波
長157.6nmでの光透過率を、表2に示すさまざま
な温度ばらつきのもとで、25mm間隔で計36点測定
した。ここで測定には、温度制御された窒素ガスを試料
室の中にパージすることにより試料の温度およびそのば
らつきを制御できる真空紫外分光光度計を使用した。実
質的に還元型欠陥を含有しない合成石英ガラス(10m
m厚)の波長157.6nmでの光透過率はOH基含有
量より式(4)を用いて計算できる。計算値と実測値と
を表2に示した。
【0029】合成石英ガラス内の温度ばらつきを±1℃
以内に抑えることにより、例2および例3では、波長1
57.6nmでの光透過率のばらつきが約3%以内に抑
えられていることがわかる。真空紫外分光光度計により
測定した波長157.6nmでの光透過率のばらつきが
OH基含有量のばらつきより計算される値とほぼ等しく
なることがもっとも好ましい。
【0030】
【数3】
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、合成石英ガラスの波長
165nm以下における光透過率を精度良く測定する方
法が得られる。また、合成石英ガラスを光学部材として
用いるとともに安定して光量を得ることのできる、波長
165nm以下の光を光源とする光学装置が得られる。
───────────────────────────────────────────────────── 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 516E (72)発明者 齋藤 和也 愛知県名古屋市天白区久方2−12−1 豊 田工業大学内 (72)発明者 下平 憲昭 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社内 (72)発明者 生田 順亮 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社内 (72)発明者 菊川 信也 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社内 (72)発明者 吉沢 修平 東京都千代田区有楽町一丁目12番1号 旭 硝子株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】波長165nm以下における合成石英ガラ
    スの光透過率測定方法において、合成石英ガラス試料内
    の温度ばらつきを±1℃以内に制御した状態で測定する
    ことを特徴とする合成石英ガラスの光透過率測定方法。
  2. 【請求項2】合成石英ガラス試料の大きさが100mm
    角以上である請求項1記載の合成石英ガラスの光透過率
    測定方法。
  3. 【請求項3】合成石英ガラスを光学部材として使用し、
    かつ波長165nm以下の光を光源とした光学装置にお
    いて、該合成石英ガラスは、OH基含有量が10ppm
    以下かつOH基含有量ばらつきが3ppm以下であって
    実質的に還元型欠陥を含有しないものであり、該合成石
    英ガラスの温度を30℃以下、およびその温度ばらつき
    を±1℃以内に制御する手段を備えることを特徴とする
    光学装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009013048A (ja) * 2007-06-06 2009-01-22 Shin Etsu Chem Co Ltd ナノインプリントモールド用チタニアドープ石英ガラス
CN114034669A (zh) * 2021-12-13 2022-02-11 中国建筑材料科学研究总院有限公司 石英玻璃光谱透过率的检测方法

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