JP3421629B2 - 蛍石の透過率検査方法 - Google Patents

蛍石の透過率検査方法

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【発明の詳細な説明】 【0001】本発明は、ArFエキシマレーザを光源と
する光学系例えば光リソグラフィー技術において、耐紫
外線性が必要となるレンズ等の紫外線光学用蛍石の透過
率検査方法に関する。 【0002】 【従来の技術】近年におけるVLSIは、高集積化、高機能
化が進行し、ウェハ上の微細加工技術が要求されてい
る。その加工方法として、光リソグラフィーによる方法
が一般的に行われている。このVLSIの中で、DRAMを例に
あげればLSIからVLSIへと展開され1K、256K、1M、4M、1
6Mと容量が増大してゆくにつれ、その加工線幅がそれぞ
れ 10μm、2μm、1μm、0.8μm、0.5μmと微細になっ
ている。このようなシリコン等のウエハ上に微細パター
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る。 【0003】ステッパーの光学系に用いられる投影レン
ズ等の光学部材には、高い解像度と深い焦点深度が要求
されている。また、露光波長の短波長化も、すでにg線
(436nm)、i線(365nm)と進んできており、今後さら
に波長の短いKrFエキシマレーザー光(248nm)、A
rFエキシマレーザー光(193nm)等になると、通常の
光学ガラスでは吸収が生じてしまい、使用できなくな
る。このため、エキシマレーザーステッパーの光学系に
は、合成石英ガラスまたは蛍石を使用するのが一般的と
なっている。 【0004】蛍石は、透過率の点で優れているだけでな
く、等軸晶系に属するため光学的に等方体であり、また
潮解性などもないため光学材料としてはたいへん使いや
すい。このことは、蛍石がこれまでカメラ、顕微鏡など
に多く使われていることからもわかる。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】ステッパーの投影レン
ズとして用いる光学部材は、光源となる光の波長に対し
て透過率が100%であることが望ましいが、現実には不可
能なことも多い。 【0006】また、当然のことながら、長時間の露光に
対しても高透過率が維持される耐久性のよい光学部材が
要求される。 【0007】このように、ステッパーの要求する高透過
率を満足し、長時間の露光に対しても透過率低下の少な
い(耐紫外線性のある)蛍石を得ることは、ステッパー
の結像性能を保証するためにも重要なことである。 【0008】このため、従来は多くの人手と時間をかけ
て透過率および露光時間に伴う透過率の変化を検査して
いた。つまり、従来は、実際にステッパーに使用した際
に蛍石光学部材に照射される紫外線を蛍石光学部材に連
続照射し、そのときの透過率を測定することにより耐紫
外線性の検査を行っていた。 【0009】具体的には、結像性能を1年間保証をする
ためには、1日8時間ステッパーを稼働させるとして10
9ショット(約3000時間)の照射試験をしなければなら
ない。 【0010】このような検査では、手間と時間がかかる
ばかりでなく、消耗材料のコストも多くかかるという問
題があった。 【0011】そこで、本発明においては、ステッパーの
要求する高透過率を満足し、長時間の紫外線照射に対し
ても透過率低下の少ない(耐紫外線性のある)蛍石を得
ることを目的とする。 【0012】 【課題を解決するための手段】本発明者等は、蛍石の透
過率の経時変化について、鋭意研究した。 【0013】その結果、透過率変化は照射する光のエネ
ルギー密度に依存し、ショット数には無関係であること
がわかった。そこで、照射試験の際に、実際にステッパ
ーとして稼働させるときよりもエネルギー密度の高い光
を用いることにより、長時間の照射試験をせずに、高透
過率で耐紫外線性に優れた紫外線光学用蛍石の検査方法
を提供するに至った。 【0014】よって、本発明は、「ArFエキシマレー
ザーを光源とする光学系に用いられる蛍石の透過率検査
方法において、エネルギー密度10〜100mJ/cm 2 、50〜500
HzのArFエキシマレーザー光を10 4 〜10 7 ショット照射
することを特徴とする蛍石の透過率検査方法」を提供す
る。 【0015】 【作用】ArFエキシマレーザーを光源とする光学系の
耐紫外線性の検査方法は未だ確立されていない。そこ
で、前述したように対象となる光学機器の実際の稼働状
態に即して耐紫外線性を検査することになる。ステッパ
ーの場合には、光源の光が投影レンズに到達するときの
エネルギー密度数mJ/cm2、100Hz程度と予想されるた
め、1日8時間ステッパーを稼働させるとすれば、一年
間で109ショットの光が照射されることになる。 【0016】一般的に、エキシマレーザーを光源とする
光学系の光学部材においては、耐紫外線性は照射した全
エネルギー量、すなわちエネルギー密度およびショット数の
積に依存することが知られている。例えば蛍石と同様、
紫外線光学用の光学部材として用いられる合成石英ガラ
スにおいては、耐紫外線性がエネルギー密度とショット
数の両者に依存している。 【0017】しかしながら、本発明者等は、蛍石にレー
ザー光を照射した場合の透過率変化、すなわち耐紫外線
性は、あるエネルギー密度の範囲においてはエネルギー
密度に依存し、ショット数には無関係であることを見い出し
た。 【0018】そこで、本発明においては、レーザー光の
エネルギー密度を稼働条件より高く設定することによ
り、短時間の照射試験、すなわち少ないショット数で検
査を行うことが可能となり、これにより耐紫外線性に優
れた紫外線光学用蛍石を提供するに至った。 【0019】蛍石に紫外線のレーザーを照射することに
よる蛍石の構造変化、構造欠陥の生成機構等の詳細は不
明であるが、本発明の紫外線光学用蛍石を用いることに
より耐紫外線性は確保できる。 【0020】本発明において注意しなければならないの
は、レーザー光のエネルギー密度が高すぎると透過率の
低下量が著るしくなり、耐紫外線性のエネルギー密度依
存性を論ずることはできなくなることである。 【0021】KrFエキシマレーザーの場合には、400m
J/cm2で照射してもほとんど透過率は変化しないが、A
rFエキシマレーザーの場合には、100mJ/cm2で照射す
ると試料厚さ10mm当たり5%程度の透過率が変化する。仮
に5%の光が吸収されると、蛍石の温度が上昇し屈折率が
変化するため、結像性能に影響が出る。しかしながら、
実際のステッパーではエネルギー密度がたとえば5mJ/cm
2と小さいため、透過率低下は5%より小さいことが予想
される。また、ArFエキシマレーザーの場合、100mJ/
cm2以下のエネルギー密度では透過率の変化量とエネル
ギー密度がほぼ比例関係にあることがわかったので、エ
ネルギー密度100mJ/cm2で5%透過率が低下しても、5mJ/c
m2では0.25%の低下しか起こさないことになる(図1参
照)。そこで、本発明の蛍石を用いれば、実際のステッ
パーの稼働条件では透過率の変化がごくわずかであるこ
とになり、結像性能上全く問題にならないことになる。 【0022】本発明の紫外線光学用蛍石は、エキシマレ
ーザーステッパーに代表される略400nm以下の特定波長
域の紫外線レーザーを用いた光リソグラフィーの光学系
を構成するレンズやプリズム等の光学部材として使用さ
れる。その他の紫外線光学系を用いるものとしては、紫
外線顕微鏡、紫外線カメラ、紫外線計測器等が挙げら
れ、本発明の紫外線光学用蛍石はこの様な光学系の部材
として有用である。 【0023】もっとも、従来の顕微鏡やカメラ等の光学
部材としても使用することが可能であるが、波長域が略
400nm以上ではフォトンエネルギーが小さくなり、透過
率の安定性を考慮する必要が少ないので、本発明の紫外
線光学用蛍石を必ずしも使用する必要はない。 【0024】 【実施例】ブリッジマン法(ストックバーガー法、ルツ
ボ降下法ともいう)を用いて、温度条件、引き下げ速度
等を精密に制御することにより、φ250mm、高さ300mmの
蛍石単結晶を育成した。以下にその製造方法を述べる。 【0025】紫外ないし真空紫外域で使用される蛍石の
場合、原料に天然の蛍石を使用することはなく、化学合
成で作られた高純度原料を使用することが一般的であ
る。原料は粉末のまま使用することも可能であるが、熔
融したときの体積の減少が激しいため、半熔融品やその
粉砕品を用いることが普通である。蛍石単結晶の育成装
置の中に上記原料を充填したルツボを置き、育成装置内
を10-5〜10-6Torrの真空雰囲気に保つ。次に、育成装置
内の温度を蛍石の融点以上(1390℃〜1450℃)の温度ま
で上げ、原料を熔融する。結晶育成段階では、ルツボを
引き下げることによりルツボの下部から徐々に結晶化さ
せる。育成した結晶(インゴット)は、急冷をさけ、簡
単な徐冷を行う。このままでは残留応力と歪が非常に大
きいため、インゴットを熱処理する。こうして得られた
インゴットを切断加工し、φ60mm、厚さ10mmの形状の光
学部材が得られた。 【0026】この光学部材に、KrFレーザー、あるい
はArFレーザーを照射した。照射条件は、KrFレー
ザーの場合は400mJ/cm2、100Hz、ArFレーザーの場合
には100mJ/cm2、100Hzである。照射のショット数と照射
後のレーザー波長における透過率(表面の多重反射を考
慮した10mm内部透過率)の値を表1に示した。 【0027】 【表1】 【0028】また、ArFレーザーをエネルギー密度1
0,25,50mJ/cm2で照射し、透過率を測定した。図1はこ
のときのエネルギー密度と透過率変化の関係を示したグ
ラフである。 【0029】ArFレーザーの場合、エネルギー密度10
0mJ/cm2では内部透過率は94.3%にまで低下しているが、
エネルギー密度が5mJ/cm2の場合には、内部透過率は99.
7%となり性能は充分保証できる。 【0030】同じインゴットから、φ150mm、厚さ40mm
の部材を切り出し、投影レンズの中に組み込んだとこ
ろ、線幅0.5μm以下のパターンを露光できた。この投影
レンズを組み込んだステッパーをのべ稼働時間1000時間
経過しても性能に変化は起こらなかった。 【0031】 【効果】以上のように、本発明においては、ステッパー
の要求する高透過率を満足し、長時間の紫外線照射に対
しても透過率低下の少ない(耐紫外線性のある)蛍石が
得られる。 【0032】また、本発明の蛍石の透過率検査方法を用
いることにより、例えばエキシマレーザーを光源とした
光リソグラフィー装置の光学部材として、従来約3000時
間かかって保証してきた結像性能が、わずか40秒程度の
検査により保証できるようになった。
【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明の実施例で作製した蛍石光学部材にA
rFレーザーを照射したときの透過率変化を測定したグ
ラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩澤 正樹 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 (72)発明者 高野 修一 東京都福生市大字熊川1642番地26 応用 光研工業株式会社内 (72)発明者 西川 秀美 東京都福生市大字熊川1642番地26 応用 光研工業株式会社内 (56)参考文献 特許3083952(JP,B2) Doug J.Krajnovich et al.,Testing of the durability of single−crytal cal sium floride with and without antire flection...,Appl.O pt.,米国,1992年10月 1日,Vo l.31 No.28,6062−6075 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01M 11/00 JICSTファイル(JOIS)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 ArFエキシマレーザーを光源とする光
    学系に用いられる蛍石の透過率検査方法において、エネ
    ルギー密度10〜100mJ/cm 2、50〜500HzのArFエキシマ
    レーザー光を104〜107ショット照射することを特徴とす
    る蛍石の透過率検査方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Doug J.Krajnovich et al.,Testing of the durability of single−crytal calsium floride with and without antireflection...,Appl.Opt.,米国,1992年10月 1日,Vol.31 No.28,6062−6075

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