JP3386053B2

JP3386053B2 - 光リソグラフィー用光学部材及び光リソグラフィー用光学部材の製造法

Info

Publication number: JP3386053B2
Application number: JP2001038871A
Authority: JP
Inventors: 弘之平岩; 一政田中; 勝也三好
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2003-03-10
Anticipated expiration: 2018-03-10
Also published as: JP2001284249A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、紫外線リソグラフィー
技術において４００nm以下、好ましくは３００nm以下の
特定波長領域で、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用光学部材及び、この光リソグラフ
ィー用光学部材の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年において、VLSIは、ますます高集積
化、高機能化され、論理VLSIの分野ではチップ上により
大きなシステムが盛り込まれるシステムオンチップ化が
進行している。これに伴い、その基板となるシリコン等
のウエハ上において、微細加工化及び高集積化が要求さ
れている。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、ステッパと呼ばれる露光装置が用いられている。

【０００３】VLSIの中でDRAMを例に挙げれば、LSIからV
LSIへと展開されて 1K →256K→1M→4M→16M と容量が
増大してゆくにつれ、加工線幅がそれぞれ 10μm →2μ
m→1μm →0.8μm →0.5μm と微細なステッパが要求さ
れる。

【０００４】このため、ステッパの投影レンズには、高
い解像度と深い焦点深度が要求されている。この解像度
と焦点深度は、露光に使う光の波長とレンズのＮ．Ａ．
（開口数）によって決まる。

【０００５】細かいパターンほど回折光の角度が大きく
なり、レンズのＮ．Ａ．が大きくなければ回折光を取り
込めなくなる。また、露光波長λが短いほど同じパター
ンでの回折光の角度は小さくなり、従ってＮ．Ａ．は小
さくてよいことになる。

【０００６】解像度と焦点深度は、次式のように表され
る。

【０００７】解像度＝k1・λ／Ｎ．Ａ．焦点深度＝k2・λ／Ｎ．Ａ．² （但し、k1、k2は比例定数である。）解像度を向上させるためには、Ｎ．Ａ．を大きくする
か、λを短くするかのどちらかであるが、上式からも明
らかなように、λを短くするほうが深度の点で有利であ
る。このような観点から、光源の波長は、ｇ線（436n
m）からｉ線（365nm）へ、さらにＫｒＦ（248nm）やＡ
ｒＦ（193nm）エキシマレーザーへと短波長化が進めら
れている。

【０００８】また、ステッパに搭載される光学系は、多
数のレンズ等の光学部材の組み合わせにより構成されて
おり、たとえレンズ一枚当たりの透過率低下量が小さく
とも、それが使用レンズ枚数分だけ積算されてしまい、
照射面での光量の低下につながるため、光学部材に対し
て高透過率化が要求されている。

【０００９】そこで、４００nmよりも短い波長領域では
短波長化及び光学部材の組み合わせによる透過率の低下
を考慮した特殊な製法の光学ガラスを用いる。さらに３
００nm以下では合成石英ガラスやＣａＦ₂（蛍石）等の
フッ化物単結晶を用いることが提案されている。

【００１０】一方、投影レンズとしてより微細な線幅を
実現し、微細かつ鮮明な露光・転写パターンを得るため
には屈折率の均質性の高い（測定領域内の屈折率のばら
つきの小さい）光学部材を得ることが不可欠である。し
かし、最近の半導体のウエハサイズの大型化に伴う露光
面積の拡大により、これらの材料の口径や厚さは拡大
し、その品質を得ることがますます困難になっている。
そこで、大口径や厚みのある光学部材の屈折率の均質性
を向上させるために様々な試みが行われている。

【００１１】この屈折率の均質性については、従来、測
定領域内の屈折率の最大値と最小値の差（以下Δｎとす
る）で表され、この値が小さいほど均質性が良い光学部
材であると考えられている。それ故、既存の高均質と称
する光学部材はこのΔｎを最小にすることを目的に製造
が行われている。

【００１２】しかしながら、このようにして製造された
Δｎが充分に小さい、例えば一般に高均質と言われる１
０^-6オーダー以下の光学部材を使用しているにもかかわ
らず、微細かつ鮮明な露光・転写パターンを得られない
場合があった。

【００１３】そこで、本発明者らは４００ｎｍ以下の特
定波長帯域で使用される光リソグラフィー用石英ガラス
部材において、波面収差のＲＭＳ（二乗平均平方根）値
がパワー補正後に０．０１５λ以下、あるいは屈折率の
傾斜成分が±５×１０^-6以下、あるいは屈折率分布が回
転対称であり、該回転対称の対称軸と石英ガラス部材の
中心軸が一致する光リソグラフィー用石英ガラス部材
（特願平5-98218号）を提案した。すなわち、屈折率分
布の各成分（パワー成分、アス成分、回転対称成分、傾
斜成分、ランダム成分等）の比率が異なれば、同じΔｎ
を示す光学部材であっても光学性能に差がでてしまう。
そこで、レンズの曲率半径の誤差と等価であるパワー成
分を補正した後のＲＭＳ値を規定値以下にすることによ
り、所望の光学性能、例えば解像度が線幅０．５μｍ以
下を実現する光学部材が得られることがわかった。

【００１４】あるいは、屈折率分布が回転対称であり、
その対称軸と部材の中心軸とを一致させること、屈折率
分布の傾斜成分を規定値以下にすることによっても所望
の光学性能を有する光学部材を提供できることがわかっ
た。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、光リ
ソグラフィー技術に使用される光学部材の屈折率の均質
性について詳細な評価を行うことにより、微細で鮮明な
露光・転写パターン（例えば線幅０．３μm 以下）を実
現できる光リソグラフィー用光学部材及びこの光リソグ
ラフィー用光学部材の製造方法を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、光リソグ
ラフィー技術において微細かつ鮮明な露光・転写パター
ンを得ることのできる光学部材の均質性について鋭意研
究した。その結果、以下の評価方法が均質性と加工線幅
の相関関係を良好に示すことを見い出した。そしてこの
相関関係をもとに、以下の条件を満たす光学部材を用い
て構成された光学系において、線幅０．３μｍ以下の微
細かつ鮮明な露光・転写パターンを得た。

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】即ち、請求項１記載の光リソグラフィー用
光学部材は、４００ｎｍ以下の特定波長帯域で使用され
る光リソグラフィー用光学部材において、前記光学部材
の波面収差のうち、パワー成分補正及び光軸方向の非回
転対称成分を分離した後の光軸方向の回転対称成分が、
回転対称中心から半径方向に半径のほぼ７０％の位置に
極値をもつことを特徴とする。

【００２１】また、請求項２記載の光リソグラフィー用
光学部材の製造方法は、４００ｎｍ以下の特定波長帯域
で使用される光リソグラフィー用光学部材の製造方法に
おいて、前記光学部材の波面収差のうち、パワー成分補
正及び光軸方向の非回転対称成分を分離した後の光軸方
向の回転対称成分が、回転対称中心から半径方向に半径
のほぼ７０％の位置に極値をもつように、光学部材を切
り出すことを特徴とする。

【００２２】また、請求項３記載の光リソグラフィー用
光学部材は、４００ｎｍ以下の特定波長帯域で使用され
る光リソグラフィー用光学部材において、前記光学部材
の波面収差のうち、パワー成分補正及び光軸方向の非回
転対称成分を分離した後の光軸方向の回転対称成分が、
回転対称中心から半径方向に半径のほぼ７０％の位置に
極値をもち、かつ回転対称中心を含み３個の極値をもつ
ことを特徴とする。

【００２３】また、請求項４記載の光リソグラフィー用
光学部材の製造方法は、４００ｎｍ以下の特定波長帯域
で使用される光リソグラフィー用光学部材の製造方法に
おいて、石英ガラス部材の波面収差のうち、２次成分補
正及び光軸方向の非回転対称成分を分離した後の光軸方
向の回転対称成分が、回転対称中心から半径方向に半径
のほぼ７０％の位置に極値をもち、かつ回転対称中心を
含み３個の極値をもつように、光学部材を切り出すこと
を特徴とする。

【００２４】

【００２５】本発明にかかる光リソグラフィー用光学部
材を用いた光学系によれば、従来のように光学系の組み
立て時の調整に多くの工数を必要とすることなく、光学
系の組立て時の調整を容易に行うことができる。また、
本発明の露光装置によれば、微細で鮮明な露光・転写パ
ターン（例えば線幅０．３μm 以下）が実現できる。

【００２６】以下にその理由を述べる。本発明者らは前
述した先の提案（特願平5-98218号）で、光学部材の屈
折率分布をパワー（２次）成分、アス成分、パワー成分
除去後の回転対称成分、傾斜成分、ランダム成分等に分
離し、各成分が光学性能に及ぼす影響はそれぞれ異なっ
ていることを示した。このうち、パワー成分は、光学系
の曲率半径の誤差と等価であり、レンズの空気間隔の調
整で容易に補正可能な成分である。なお、ここで言うパ
ワー成分とは２次曲線で近似できる屈折率分布である。

【００２７】これに対して、本発明においては、以下の
方法が光学部材の光学性能、すなわち、レンズの空気間
隔で容易に修正できない残存収差の大小の評価に対し有
効であることを見いだした。１．光学部材の屈折率分布の各成分を評価するため、干
渉計により測定された波面収差から光学系の調整で補正
可能なパワ−（２次）成分及び傾斜（チルト）成分を除
去する。２．アス成分は光学系におけるレンズの回転により除去
が可能であるため、アス成分を除去する。３．１及び２のデータ処理により得られた波面収差を、
回転対称成分と非回転対称成分に分離する。４．非回転対称成分はレンズの空気間隔の調整により除
去することができないため、そのまま評価する。５．回転対称成分のうち、２次及び４次成分はレンズの
空気間隔の調整により除去が可能であるため、２次及び
４次成分を除去（補正）した後に残留した６次以上の高
偶数次の波面収差を評価する。

【００２８】４．の波面収差の非回転対称成分をシミュ
レーションにより評価したところ、ＲＭＳ＝０．００４
λ以下とすれば、所望の光学性能が得られることが明ら
かになった。５．については、さらに詳細に説明する。
本発明は、回転対称成分をさらに多項式に展開し、実際
の光学性能に影響する成分のみをより詳しく評価するも
のである。

【００２９】多項式の各々の項に起因する光学収差をシ
ミュレーションにより検討したところ、レンズの空気間
隔の調整で補正可能な収差は２次及び４次の屈折率分布
で発生する収差であり、補正することができない収差は
６次以上の高偶数次の屈折率分布（２次４次残差）で発
生する収差であることが明らかになった。様々な２次４
次残差を想定した残存高次収差のシミュレーションを行
ったところ非常に高い相関が見られた（図２２）。

【００３０】そこで、さらに検討した結果、２次４次成
分を補正した後の残差をＲＭＳ＝０．００５λ以下ある
いは２次４次補正曲線自体のＰＶ値をＰＶ＝０．０２４
λ以下とすれば、所望の光学性能が得られることが明ら
かになった。

【００３１】本発明による光学部材の均質性の評価方法
について具体的に説明する。光学部材の屈折率分布の測
定は従来行われていた方法を用いる。もっとも、本発明
の測定方法は、屈折率分布の測定法に限定されるもので
はなく、たとえばレンズの面精度の測定にも応用される
ものである。

【００３２】まず、レーザー干渉計の光学系に円柱また
は角柱状に加工された光学部材を試料として用い、マッ
チングオイルを使用しオイルオンプレート法により波面
収差の測定を行う。干渉計で得られた波面収差は、光学
部材の厚さで割ることにより屈折率分布に換算すること
ができる。本発明においては、測定された波面収差に関
して、新たにそれ以降のデータ処理を行うことを特徴と
する。

【００３３】図１に本発明に係る波面収差の２次４次成
分による補正の概念図を示す。図１のように、波面収差
にフィッティングする２次４次関数曲線をシミュレーシ
ョンにより求め、そのズレ量を２次４次残差、この近似
曲線を求めることを本発明では２次４次成分補正と言
う。

【００３４】本発明のデータ処理の流れを図２のフロー
チャートに示す。まず、干渉計により、図３に示す測定
範囲で収差データを求める。この撮像された収差データ
から波面収差を計算し、ＰＶ値及びＲＭＳ値を求める
（結果１）。このＰＶ値は、従来光学部材の評価に用い
られていたものである。ＰＶ＝ｍａｘ｛ｄ（ｘ，ｙ）｝
−ｍｉｎ｛ｄ（ｘ，ｙ）｝

【００３５】

【数１】

【００３６】一般に干渉計によるレンズ面の測定を行う
場合は、図４（ａ）のように、干渉計から発射される参
照波面と被検面の曲率の違いにより、レンズそのものの
波面収差ではない誤差収差が乗ってしまうことがある。
この誤差収差ｗをパワー成分もしくはフォーカス成分と
呼ぶ。

【００３７】

【数２】

【００３８】また、測定時に、図４（ｂ）のように、測
定の支持台の傾きによるレンズそのものの波面収差では
ない誤差収差を持つ場合がある。この誤差収差ｗをチル
ト成分と呼ぶ。このような誤差収差としてのパワー成分
及び傾斜成分を取り除くために、上記の式２で最小自乗
法によりフィッティングを行い、パワー成分及び傾斜成
分を減算する。

【００３９】光学部材の屈折率の均質性を測定する場合
は、測定誤差としてのパワー成分は無視でき、屈折率分
布に起因するパワー成分が測定値に反映されるが、これ
も上記の式２で最小自乗法によりフィッティングを行う
ことにより減算される。こうして、パワー成分及び傾斜
成分の減算後のＲＭＳ値とＰＶ値が求められる（結果
２）。

【００４０】続いて、波面収差のアス成分を取り除くた
めに、以下の式で最小自乗法により、フィッティングを
行い、パワー及び傾斜成分を減算した波面収差から、さ
らにアス成分を減算する。

【００４１】

【数３】

【００４２】式３により、アス成分の量及び方向と、ア
ス成分減算後のＲＭＳ値とＰＶ値を求める（結果３）。
さらに、回転対称成分の算出を行う。算出方法として
は、分割法と非分割法がある。

【００４３】分割法では、まず、波面収差の測定データ
を図５のようにｎ分割し、各断面のデータを算出する。
次に、以下のいずれかの方法により、回転対称成分の断
面データを求める。１）ｎ個の断面データの、同一ｒ座標上のデータの平均
を、その位置の回転対称成分の断面データとする（平均
モード）。２）ｎ個の断面データの、同一ｒ座標上のデータの最小
値を、その位置の回転対称成分の断面データとする（最
小値モード）。３）ｎ個の断面データに、最小自乗法により、以下の式
で非球面フィッティングをかけ、その非球面データを回
転対称成分の断面データとする（最小自乗モード）。ｗ(r)＝Ｃ₀＋Ｃ₂ｒ²＋Ｃ₄ｒ⁴＋Ｃ₆ｒ⁶＋・・・・・最後に、求められた回転対称成分の断面データを回転
し、測定範囲全体の回転対称成分を求め、そのＲＭＳ値
とＰＶ値を算出する。

【００４４】非分割法では、波面収差データは画素の集
まりであるため、各画素はそれぞれ中心から、図６のよ
うな距離を持つ。そこで、分割法と同様の３つの方法に
より、回転対称成分のデータを求める。１）中心からの距離が同じ画素のデータの平均を求め、
それをそれぞれの画素のデータとする（平均モード）。２）中心からの距離が同じ画素のデータの最小値を求
め、それをそれぞれの画素のデータとする（最小値モー
ド）。３）全てのデータに、最小自乗法により以下の式で非球
面フィッティングをかけ、その非球面データを各画素の
データとする（最小自乗モード）。ｗ(r)＝Ｃ₀＋Ｃ₂ｒ²＋Ｃ₄ｒ⁴＋Ｃ₆ｒ⁶＋・・・・・最後に、求められた回転対称成分のＲＭＳ値とＰＶ値を
算出する。続いて、回転対称成分を求める前の波面収差
データから、回転対称成分を減算することにより、ラン
ダム成分を求める。さらに、ランダム成分のＲＭＳ値と
ＰＶ値を求める。これにより、回転対称成分とランダム
成分を分離することができた。

【００４５】ランダム成分については、このＲＭＳ値を
基準に使う。回転対称成分については、さらに補正を行
う。回転対称成分断面に、最小自乗法により、偶数次の
多項式のフィッティングを行なう（図１）。ｗ(r)＝Ｃ₀＋Ｃ₂ｒ²＋Ｃ₄ｒ⁴＋Ｃ₆ｒ⁶＋・・・・・これにより、フィッティングを行わない元のデータのノ
イズの影響を除外することが可能になる。

【００４６】次に、元の回転対称成分断面からフィッテ
ィングをかけたデータを減算し、その残差データのＲＭ
Ｓ値とＰＶ値を求める（残差ＲＭＳ値、ＰＶ値）。

【００４７】非球面フィッティングの項で求めた偶数次
の多項式データに、以下の式で４次までの非球面フィッ
ティングを行なう（図１）。ｗ(r)＝Ｃ₀＋Ｃ₂ｒ²＋Ｃ₄ｒ⁴ 次に、偶数次の多項式データから４次の多項式データを
減算し、その残差データのＲＭＳ値とＰＶ値を求める
（２次・４次残差ＲＭＳ値、ＰＶ値）。さらに、４次の
多項式データのＰＶ値（補正のＰＶ値）も求める。この
一連の処理により、２次４次残差および非回転対称（ラ
ンダム）成分のＲＭＳ値を求めることができる。それ以
外の算出データは、レンズ調整時に使用される。

【００４８】２次及び４次成分がレンズの空気間隔で補
正可能な成分であることについて、以下のような説明が
可能である。

【００４９】パワー補正後の屈折率分布を２次及び４次
成分のみで表すとｎ(ｒ)＝ｎ₀＋Ｃ₂ｒ²＋Ｃ₄ｒ⁴ 微分してｎ’(ｒ)＝２Ｃ₂ｒ＋４Ｃ₄ｒ³ さらに、このような近似が可能だとすれば、２次４次残
差を最小するという観点で、光学部材の屈折率分布の最
適な形状も明らかになる。ｒ＝１でｎ(1)＝０とすれば
ｒ＝０．７においてｎ’(0.7)＝０、となる。

【００５０】すなわち、半径の７０％の位置に極値を持
つ形状は、２次４次成分補正が最も容易であることが分
かる。シミュレーションによると半径の６５〜７５％の
位置に極値を持つ形状であれば２次４次残差は問題とな
らない。このような光学部材を得るための製造方法は、
石英ガラスを例に上げると以下のようなものである。

【００５１】石英ガラスの製造方法としては他の製造方
法に比較してエキシマレーザー耐性が高く、大きな形状
が得られるダイレクト法が用いられる。石英ガラスの屈
折率分布は、不純物と密度分布により決まる。不純物と
しては、OH、Cl、金属不純物、溶存ガスが上げられ、ダ
イレクト法の場合は、数百ppm以上含有されるOH、次い
で数十ppmが含有されるCl、が混入量から支配的だと考
えられる。他の不純物は、分析によると５０ppb以下に
過ぎないので、屈折率に対する影響は無視できる。

【００５２】一方、密度分布としては、熱履歴による密
度分布が支配的である。これは、ダイレクト法(Direct
Method)、ＶＡＤ(vapor axial deposition)法、ゾルゲ
ル(sol-gel)法、プラズマバーナー(plasma burnar)法等
の製造方法に依らず存在する。このような成分により屈
折率分布が決定されるため、非回転対称成分の小さい屈
折率の均質性を得るためには、合成、均質化や形状
変更のための熱処理、除歪のためのアニール、および
切断・丸め等の機械的な加工、の各工程で幾何学的な
中心位置を常に維持するような製造方法が必要となる。
以下に製造方法の一例を示す。

【００５３】石英ガラスの合成をインゴットを回転させ
ながら行えば、不純物濃度分布、物性分布、及びそれに
基づく屈折率分布は必ず中心対称になる。得られたイン
ゴットを、まず円筒形状に切断する。この円筒形状の側
面はインゴット側面のままであるため、円筒形状の幾何
学的な中心を側面から求めれば、それがインゴット合成
時の中心、すなわち屈折率分布の中心となる。この点を
円形の切断面上にマーキングし、その後の切断、丸め等
の加工の中心基準とすれば、インゴットの中心軸と石英
ガラス部材の中心軸とが一致し、最終的に中央対称で、
ランダム成分の小さな屈折率分布を有する光学部材を得
ることができる。

【００５４】光学系には、投影レンズに限らず様々な径
のレンズが含まれているが、回転対称成分の２次４次残
差が小さいレンズを得るためには、以下のような手順が
必要になる。

【００５５】従来、インゴットから切断し、アニール等
の熱処理を行った円筒形状のレンズ素材で、屈折率の均
質性の評価を行い、使用可能な径のレンズを想定した
後、レンズ形状に加工しろを加えた円筒形状に加工す
る。この、レンズ形状に近い円筒形状において、品質の
最終評価を行う。

【００５６】この円筒形状のレンズ素材の段階で、干渉
計による均質性の測定を行う、パワー成分補正後の波面
収差の極値が、半径の７０％付近になるような径のレン
ズを想定し、レンズ形状に近い円筒形状への加工を行え
ば、回転対称成分の２次４次残差が小さい光学部材を得
ることが可能である。

【００５７】以下に、ダイレクト法による石英ガラスの
加工工程について、図７に基づいて具体的に述べる。図
７においては、インゴット１１を回転させながら合成す
るため、不純物濃度分布、物性分布は必ず中心対称にな
る。しかし、中心を維持しながら円筒形の石英ガラス素
材１２を切り出していくので、必要な素材径に近い径の
インゴットを使用しなければ、重量歩留まりが著しく低
下する。

【００５８】次に、回転対称成分について述べる。前述
したように、屈折率分布は、不純物と熱履歴による密度
分布により決まるが、これらは合成条件により制御を行
うことができる。

【００５９】合成条件の変動に影響を与える、原料、酸
素、水素等のガス流量、排気流量、回転、引き下げ等の
駆動部は、高精度に制御可能な構成とする。また、レー
ザー光の光軸を基準軸として使用し、炉、駆動部、バー
ナーのアライメントを高精度で行う。

【００６０】このような装置を用いて行った合成により
得られたインゴットの屈折率分布を干渉計で測定した
後、２次４次残差をより減少させるため、さらに合成条
件の調整を行う。具体的には、バーナーのガス流量の制
御もしくは合成時のバーナーとＸＹステージ上に設置し
たターゲットを相対的に平面移動することにより制御を
行う。

【００６１】また、合成後の熱処理においてもＳｉＯ₂
粉または塊を上下・側面に置くことによる降温時の放熱
を制御しながらの熱処理、アニール時の降温速度を調
節、もしくはＨＩＰ処理時の保持圧力調整等により制御
を行うことができる。

【００６２】アニール等の熱処理を加える場合は、対称
性を維持するために、素材形状を円筒形とし、回転対称
な温度分布を持つ炉の中央で熱を加える必要がある。こ
の石英ガラス素材は回転させる事が望ましい。粘性変形
をさせる場合は、片寄った変形とならないように特に配
慮を加える必要がある。

【００６３】これらの方法により、屈折率分布を調整
し、所望の光学部材を得ることができる。さらに、丸め
等の加工を加え、石英ガラス部材１３を得るときは、加
工前に中心位置をマークし、位置のズレがないように加
工を行う。この石英ガラス部材１３をさらに加工・研磨
し、投影レンズ１４を作製する。図８にエキシマレーザ
ステッパの簡単な概略図を示したが、以上のような工程
により様々な形状の投影レンズ１４を作製し、組み合わ
せて鏡筒に組み込むことにより、露光・転写用の投影レ
ンズ系２４ができあがる。この図において、２１はエキ
シマレーザ装置，２２はエキシマレーザステッパの照明
系，２３はレチクル，２５は縮小投影されるシリコンウ
エハである。このような操作を行うことにより、光リソ
グラフィー技術において微細かつ鮮明なパターンを得る
ための光学性能を得る事ができる。

【００６４】すなわち以上のように本発明によれば、光
リソグラフィー技術において、０．３μm 以下の微細パ
ターンを得る事が可能になった。

【００６５】実施例１高純度合成石英ガラスインゴットは、原料として高純度
の珪素の塩素化合物ガスを用い、石英ガラス製多重管バ
ーナにて酸素ガス及び水素ガスを燃焼させ、原料ガスを
キャリアガスで希釈して噴出させる、いわゆるダイレク
ト法と呼ばれる方法により合成した。合成の際、石英ガ
ラス粉を堆積する不透明石英ガラス板からなるターゲッ
トを一定周期で回転及び揺動させ、更に降下を同時に行
うことによりインゴット上部の位置を常時バーナから同
距離に保った。これらの運動に加えて、インゴット上部
の温度分布を計測し、得られた情報に応じてバーナとイ
ンゴットを平面移動させた。これは、バーナの形状やガ
ス量等に起因するインゴット上部の温度分布パターン
と、バーナとインゴットとの相対的な移動に起因する温
度分布パターンを組み合わせることにより、得られる石
英ガラスの屈折率の均質性を最適化するためである。

【００６６】このようにして、ダイレクト法において合
成条件（バーナ構造，ガス量、ターゲットの揺動パター
ン等）を精密に制御することにより、インゴットを合成
した。これらのインゴット（φ２００ｍｍ，Ｌ８００
ｍｍ）から、インゴットの回転中心と一致させる様に、
円板状のテストピースを水平に切り出した。

【００６７】この部材を除歪及び均質性調整のため、中
心対称の温度分布を持つアニール炉の中央に設置しアニ
ールを行った（1000℃で24hr保持後、10℃/minで 500℃
まで降温、以後放冷）。

【００６８】さらに、インゴット外形から割り出した幾
何学的中央部を維持しながらコアドリルにより中心から
円柱状に抜き取り、φ１６５ｍｍ，ｔ５０ｍｍの石英ガ
ラス部材を得た。屈折率の傾斜成分は、干渉計で直接測
定することは非常に困難であるため、この部材の直径方
向での両端から２つのプリズム形状のテストピースを取
り、高精度のスペクトロメーターを使用し最小偏角法に
より１０^-7オーダーの精度で屈折率の測定を行った。こ
の結果、２つのテストピースの屈折率差は測定限界以
下、すなわち傾斜成分は１０^-7以下であった。

【００６９】その後、He−Neレーザ干渉計を用いオイル
オンプレート法により均質性の測定を行ったところ、ＰＶ＝０．１９２５λの結果が得られた（図９）。

【００７０】したがって、 Δｎ＝０．１９２５×６３２．８×１０^-6／５０＝２．
４４×１０^-6 パワー及び傾斜補正を行い（図１０）、アス成分の補正
を行い（図１１）、回転対称成分（図１２）と非回転対
称成分（図１３）の分離を行った。

【００７１】非回転対称成分（ランダム成分）はＲＭＳ＝０．００１７λとなった。

【００７２】さらに回転対称成分に対し２次４次のフィ
ッティングを行い、残差を求めた（図１４）。ＲＭＳ＝０．０００３λ このように、Δｎは２×１０^-6を越える値を示したにも
かかわらず、ランダム成分、２次４次残差とも規格以下
の光学部材が得られた。

【００７３】

【表１】

【００７４】この石英ガラス部材を使用して、図７のよ
うに加工して図８に示すような投影レンズを製造したと
ころ、所望の設計性能を満足することが確認できた。こ
れにより線幅０．３μm 程度の解像力を有し、実用上十
分な平坦性を持つ集積回路パターンを得ることができ
た。

【００７５】実施例２実施例１と同様の方法で、Δｎを小さくする事を優先し
た条件により合成および加工を行った。

【００７６】φ１６５ｍｍ，ｔ５０ｍｍの石英ガラス部
材を得た後、He−Neレーザ干渉計を用いオイルオンプレ
ート法により均質性の測定を行ったところ、ＰＶ＝０．０８８９λの結果が得られた（図１５）。

【００７７】したがって、 Δｎ＝０．０８８９×６３２．８×１０^-6／５０＝１．
１３×１０^-6 パワー及び傾斜成分の補正を行い（図１６）、アス成分
の補正を行い（図１７）、回転対称成分（図１８）と非
回転対称成分（図１９）の分離を行った。

【００７８】非回転対称成分（ランダム成分）はＲＭＳ＝０．００４２λとなった。

【００７９】さらに回転対称成分に対し２次４次のフィ
ッティングを行い、残差を求めた（図２０）。

【００８０】ＲＭＳ＝０．００５６λ このように、Δｎは１．１３×１０^-6と良好な値であっ
たにもかかわらず、ランダム成分、２次４次残差とも規
格を満たす光学部材が得られなかった。

【００８１】

【表２】

【００８２】この石英ガラス部材を使用して、図７のよ
うに加工して図８に示すような投影レンズを製造したと
ころ、所望の設計性能を満足することができなかった。

【００８３】実施例３実施例１と同様の方法で合成および加工を行い、φ２４
０ｍｍ，ｔ１２５ｍｍの石英ガラス部材を得た。

【００８４】その後、He−Neレーザ干渉計を用いオイル
オンプレート法により均質性の測定を行ない、さらに回
転対称成分に対し２次４次のフィッティングを行ったと
ころ５個の極値を持ち（図では１／２しか表示されてい
ない）、その残差は、ＲＭＳ＝０．０１７９λ であった（図２１ａ）。すなわち、得られた波面収差デ
ータの近似曲線の回転対称成分の分布は、２次４次補正
曲線と全く一致していなかった。この回転対称成分分布
の、中心に最も近い極値は、半径の約５７％の位置であ
った。

【００８５】この石英ガラス部材について、近似曲線の
回転対称成分の分布の中心に最も近い極値が、半径の７
０％前後の位置になるように部材の外径を計算すると、２４０ｍｍ×５７／７０＝１９５ｍｍとなる。このような外径となるように加工することによ
り、回転対称成分の分布の極値も３個となることが図２
１ａから予想される。

【００８６】そこで、φ１９５まで丸め加工を行い、再
び同様な測定を行ったところ、その回転対称成分に対す
る２次４次残差はＲＭＳ＝０．００３４λ と１／５以下まで激減し、２次４次補正曲線とも非常に
よい一致性が見られた（図２１ｂ）。

【００８７】この石英ガラス部材を使用して、図７のよ
うに加工して図８に示すような投影レンズを製造したと
ころ、所望の設計性能を満足することが確認できた。こ
れにより線幅０．３μm 程度の解像力を有し、実用上十
分な平坦性を持つ集積回路パターンを得ることができ
た。

【００８８】

【発明の効果】本発明によれば、歩留まりを落とすこと
なく、光学性能を満足する光学部材を提供することがで
きる。さらに、屈折率の傾斜成分が大きかったり光軸を
中心とした屈折率分布が対称でない石英ガラス部材から
製造したレンズを投影レンズに組み込み光学系として調
整する場合、非常に多くの調整の手間がかかっていた
が、本発明により調整に要する時間が大幅に短縮され
た。

【００８９】これらの要因により、光リソグラフィー装
置のコストダウンが可能になった。なお、本発明の石英
ガラス部材を光リソグラフィー技術に用いた場合におい
て、４００nm以下の特定波長領域の光を用いて露光・転
写を行うほか、He‐Ne（６３２．８nm）等のレーザー光
を用いてのウエハのアライメントにも兼用することが可
能である。また、本発明は光学部材の屈折率の均質性に
関するものであるが、レンズの面精度の測定の場合も全
く同様に評価を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る波面収差の２次４次関数による補
正の概略図である。

【図２】本発明に係る均質性評価時のデータ処理の流れ
図である。

【図３】撮像された収差データの概念図である。

【図４】（ａ）フォーカスおよび（ｂ）チルト成分の概
念図である。

【図５】分割法による回転対称成分の算出の概念図であ
る。

【図６】非分割法による回転対称成分の算出の概念図で
ある。

【図７】本発明に係るリソグラフィー用石英ガラスの製
造手順を示す概略図である。

【図８】本発明に係る光学部材を用いて製作された投影
レンズを組み込んだリソグラフィー装置の概略図であ
る。

【図９】実施例１における干渉計による測定結果を示す
図である。

【図１０】図９に対するパワー成分補正後の結果を示す
図である。

【図１１】図１０に対するアス成分補正後の結果を示す
図である。

【図１２】図１１に対する各成分分離を行った後の回転
対称成分図である。

【図１３】図１１に対する各成分分離を行った後の非回
転対称成分図である。

【図１４】図１２に対する２次４次曲線でのフィッティ
ング結果を示す図である。

【図１５】実施例２における干渉計による測定結果を示
す図である。

【図１６】図１５に対するパワー成分補正後の結果を示
す図である。

【図１７】図１６に対するアス成分補正後の結果を示す
図である。

【図１８】図１７に対する各成分分離を行った後の回転
対称成分図である。

【図１９】図１７に対する各成分分離を行った後の非回
転対称成分図である。

【図２０】図１８に対する２次４次曲線でのフィッティ
ング結果を示す図である。

【図２１】実施例３における（ａ）２次４次残差ＲＭＳ
フィティング結果と（ｂ）同じ部材を最適径に丸め加工
を行った後の２次４次残差ＲＭＳフィティング結果を示
す図である。

【図２２】２次４次残差ＲＭＳと残留高次収差の相関図
である。

【符号の説明】

１１…石英ガラスインゴット、１２…切断され熱処理さ
れる石英ガラス部材、１３…まるめられた石英ガラス部
材、１４…石英ガラス部材から加工されたレンズ、２１
…レーザー光源、２２…照明系光学系、２３…レチク
ル、２４…投影レンズ、２５…ウエハ。

フロントページの続き (56)参考文献特開平５−58667（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−28240（ＪＰ，Ａ) 特開平３−5338（ＪＰ，Ａ) 特開平５−335215（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G01M 11/00 - 11/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】４００ｎｍ以下の特定波長帯域で使用さ
れる光リソグラフィー用光学部材において、前記光学部材の波面収差のうち、パワー成分補正及び光
軸方向の非回転対称成分を分離した後の光軸方向の回転
対称成分が、回転対称中心から半径方向に半径のほぼ７
０％の位置に極値をもつことを特徴とする光リソグラフ
ィー用光学部材。
【請求項２】４００ｎｍ以下の特定波長帯域で使用さ
れる光リソグラフィー用光学部材の製造方法において、前記光学部材の波面収差のうち、パワー成分補正及び光
軸方向の非回転対称成分を分離した後の光軸方向の回転
対称成分が、回転対称中心から半径方向に半径のほぼ７
０％の位置に極値をもつように、光学部材を切り出すこ
とを特徴とする光リソグラフィー用光学部材の製造方
法。
【請求項３】４００ｎｍ以下の特定波長帯域で使用さ
れる光リソグラフィー用光学部材において、前記光学部材の波面収差のうち、パワー成分補正及び光
軸方向の非回転対称成分を分離した後の光軸方向の回転
対称成分が、回転対称中心から半径方向に半径のほぼ７
０％の位置に極値をもち、かつ回転対称中心を含み３個
の極値をもつことを特徴とする光リソグラフィー用光学
部材。
【請求項４】４００ｎｍ以下の特定波長帯域で使用さ
れる光リソグラフィー用光学部材の製造方法において、石英ガラス部材の波面収差のうち、２次成分補正及び光
軸方向の非回転対称成分を分離した後の光軸方向の回転
対称成分が、回転対称中心から半径方向に半径のほぼ７
０％の位置に極値をもち、かつ回転対称中心を含み３個
の極値をもつように、光学部材を切り出すことを特徴と
する光リソグラフィー用光学部材の製造方法。