JP3757476B2

JP3757476B2 - 石英ガラス光学部材、その製造方法、及び投影露光装置

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Publication number: JP3757476B2
Application number: JP20590696A
Authority: JP
Inventors: 典男小峯; 弘之平岩
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-08-05
Filing date: 1996-08-05
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2016-08-05
Also published as: JPH1053432A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばエキシマレーザリソグラフィ装置、光ＣＶＤ装置、レーザ加工装置などの、２５０ｎｍ以下の紫外、真空紫外線あるいは同波長領域のレーザを光源とした照明用光学系あるいは結像用光学系などのレンズ部材、ファイバ、窓部材、ミラー、エタロン、プリズムなどの光学素子として使用される石英ガラス光学部材、およびその石英ガラス光学部材をその光学系の一部あるいは全部に使用した光リソグラフィ装置に関するものである。
【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技術においては、ステッパと呼ばれる縮小投影型露光装置が用いられる。このステッパの光学系は、光源の光を集積回路パターンが描かれたレチクル上に均一に照明する照明光学系と、レチクルの集積回路パターンを例えば五分の一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ている。このような光を用いて集積回路パターンをウエハ上に転写する装置を総称して光リソグラフィ装置と呼ぶことにする。ウエハ上の転写パターンの解像度は近年のＬＳＩの高集積化に伴ってより高くする必要がある。このとき、転写パターンの解像度は投影光学レンズ系の開口数および光源の波長の逆数に比例するため、開口数を高めるか光源の波長を短くすることにより高解像度を得ることが可能である。しかし、レンズの開口数にはレンズ製造上の限界があるため、解像度を高めるためには光源の波長を短くするしかない。このため、ステッパの光源はｇ線（４３６ｎｍ）からｉ線（３６５ｎｍ）、さらにはＫｒＦ（２４８ｎｍ）やＡｒＦ（１９３ｎｍ）エキシマレーザへと短波長化が進められている。特に、６４、２５６メガビットあるいは1、4ギガビット以上の記憶容量をもつＤＲＡＭなどの超ＬＳＩを製造するためには、ステッパの解像度の指標であるラインアンドスペースを0.3μm以下にする必要がある。このとき、ステッパの光源としては、エキシマレーザなどの250nm以下の紫外、真空紫外線を用いるしかない。
【０００３】
一般に、ｉ線より長波長の光源を用いたステッパの照明光学系あるいは投影光学系のレンズ部材として用いられる光学ガラスは、ｉ線よりも短い波長領域では光透過率が急激に低下し、特に250nm以下の波長領域ではほとんどの光学ガラスでは光を透過しなくなってしまう。そのため、エキシマレーザを光源としたステッパの光学系に使用可能な材料は、石英ガラスの他、一部の結晶材料に限られてしまう。その中でも特に石英ガラスは、250nm以下の波長領域での高透過率のため、エキシマレーザステッパのみならず一般の紫外真空紫外線の光学系に広く用いられている材料である。
【０００４】
しかし、石英ガラスを光リソグラフィ装置の光学系で用いる場合、集積回路パターンを大きな面積で高解像度で露光するためには、その石英ガラス光学部材には非常に高品質が要求される。例えば、部材の屈折率分布が、直径２００ｍｍ程度の非常に大きな口径内で、１０^-6オーダー以下であることが要求される。また、複屈折量を減少させること、すなわち光学部材の内部歪を減少させることが、屈折率分布の均質性を向上させることと同様に、光学系の解像度に対して重要である。
【０００５】
さらに、そのような屈折率に関する均質性、歪が高品質であると同時に、透過率が非常に優れている必要がある。例えば、光リソグラフィ装置の投影光学系には、収差補正のために非常に多く曲率を有するレンズが必要になり、そのため、投影光学系全体の総光路長が１０００ｍｍ以上にも及ぶ場合がある。この場合、投影光学系のスループットを８０％以上に保つためには、光学部材の１ｃｍ当たりの内部透過率は９９．８％以上（内部吸収係数に換算すると０．００２ｃｍ^-1以下）という高透過率が必要になる。さらに、そのような高透過率が部材の中心部だけでなく、全域にわたって保たれている必要がある。このため、単に石英ガラスといっても、エキシマレーザステッパのような精密な光学系に使用できるものは限られる。
【０００６】
石英ガラスは、製法により大まかに溶融石英ガラスと合成石英ガラスとに分類される。
溶融石英ガラスは、天然水晶粉を電気溶融あるいは火炎溶融して得られる。
合成石英ガラスは、製造方法によりさらに分類され、直接法、スート法、プラズマ法などの気相合成法という製造方法により得られる。
【０００７】
まず、直接法は、原料に四塩化ケイ素などの高純度のケイ素化合物を用い、原料を酸素水素火炎で加水分解して石英ガラス微粒子（スート）を形成させ、それを回転、引き下げを行っているターゲット上で堆積、溶融、透明化を一気に行うことによって石英ガラス塊を得る方法である。また、この方法で得られた石英ガラス光学部材を、さらに高品質なものとするため、石英ガラスを合成する一次工程の後に、さらに２次的な熱処理を行って所望の物性を得る方法が試みられている。例えば、２０００℃付近で二次的な熱処理を行うことにより、屈折率の均質性が向上することが知られている。
【０００８】
次に、スート法は、原料に高純度のケイ素化合物を用い、原料を酸水素火炎で加水分解してスートを形成させ、それをターゲット上に堆積させてスート塊を得たのち、２次処理で透明化して石英ガラス塊を得る方法である。
さらに、プラズマ法は、原料に高純度のケイ素化合物を用い、原料を酸素＋アルゴン混合の高周波プラズマ火炎で酸化することによりスートを形成させ、それを回転、引き下げしているターゲット上に堆積、溶融、透明化を一気に行うことによって石英ガラス塊を得る方法である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
これらの製造方法により得られる合成石英ガラスは、一般に、溶融石英ガラスに比較して金属不純物が少なく、高純度である。そのため、２５０ｎｍ以下の紫外線波長領域で高透過性を有し、大口径で均質な石英ガラス光学部材を得ることが可能であり、エキシマレーザステッパなどの光リソグラフィ装置の光学系として合成石英ガラスを用いることが有望視されている。
【００１０】
しかしながら、そのような合成石英ガラスであっても、２５０ｎｍ以下の波長領域で部材の透過光路長１ｃｍ当たりの透過率を９９．８％以上確保することは非常に困難であった。特に波長２２０ｎｍ以下の真空紫外領域になると急激に透過率が悪化するため、ＡｒＦエキシマレーザステッパの光学部材としては全く使用できないような、光路長１ｃｍ当たりの吸収量が数％以上になってしまう。
【００１１】
さらに、例えば光リソグラフィ装置の投影光学系などのように高精度の石英ガラスが必要な場合、良好な透過性と同時に直径２００ｍｍ程度の非常に大きな口径内での屈折率の均質性、歪が高品質である必要があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らはまず、合成石英ガラスの紫外透過性に対する金属不純物の影響を調べた。
その結果、ＫｒＦエキシマレーザの波長である２４８ｎｍにおいて内部透過率が光路長1cm当たり９９．９％以上である合成石英ガラスであっても、さらに短波長側の透過特性を調べたところ、２２０ｎｍ以下の波長領域で急激に透過率が低下し、ＡｒＦエキシマレーザの波長である１９３ｎｍにおいて内部透過率が光路長１ｃｍ当たり９９％以下であって、光学部材として使用できないようなものがあることが判明した。
【００１３】
本発明者らは、このような波長２２０ｎｍ以下の真空紫外領域における合成石英ガラスの急激な透過率低下の原因について鋭意研究を行った結果、その領域の透過率を支配する因子が不純物であるアルカリ金属にあることを突き止めた。特にＮａはその波長領域の透過率に大きく影響しているが、図２に示したように、Ｎａ濃度が２０ｐｐｂ以下になると実質的に吸収が発生しなくなる。
【００１４】
そこで、本発明は、２５０ｎｍ以下の波長領域の光学系に使用される石英ガラス光学部材において、石英ガラス中に含有されるＮａの濃度が２０ｐｐｂ以下であることを特徴とする石英ガラス光学部材を提供する。
また、本発明者らは、さらに重要な点として、Ａｌが適当な含有量である場合、Ｎａの含有量が増加してもモル濃度でＡｌと等量になるまでは実質的に２２０ｎｍ以下の波長領域での吸収を発生させないということを見い出した。
【００１５】
そこで、本発明はさらに、波長２５０ｎｍ以下の波長領域の光学系に使用される石英ガラス光学部材において、ＮａとＡｌのモル濃度比率が［Ｎａ］／［Ａｌ］≦１であることを特徴とする石英ガラス光学部材を提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
前述のように、本発明は、波長２５０ｎｍ以下の紫外線領域、特に波長２２０ｎｍ以下の真空紫外領域における石英ガラスの急激な透過率低下の原因がアルカリ金属にあり、特にＮａが影響していることを見い出した。Ｎａは、空気や水、人体などどこにでも存在し、かつ拡散しやすいため、光学部材などに不純物として非常に混入しやすい物質である。さらに、高温状態になると拡散がさらに起こりやすくなる。このため、石英ガラス部材を、例えば電気炉などで数百℃以上の温度で加熱処理すると容易に部材内に拡散してしまい、特に１０００℃以上の温度では失透の原因になることもある。
【００１７】
本発明者らは、例えば光リソグラフィ装置の投影光学系の部材に要求される高均質性を達成するために２０００℃付近での二次的な熱処理を行うと、部材内部に容易にＮａが拡散してしまうことを実験的に確認した。熱処理炉内部の構造物、例えば断熱材や通常カーボンなどで作られた試料容器などをいかに高純度に、特にＮａ不純物を低減させたとしても、熱処理したのちには石英ガラス部材内部に数十ｐｐｂレベルはどうしても混入してしまうことがわかった。
【００１８】
同じアルカリ金属であるが、Ｋは、前述のような二次的な熱処理によってもほとんど混入しないこともわかった。例えば、前述のような２０００℃付近での熱処理でもＫの濃度は５０ｐｐｂ以下を達成でき、２２０ｎｍ以下の透過率に影響を与えないことを確認した。これは、Ｎａに比較してＫの石英ガラス中での拡散係数が小さいことに起因していると考えられる。
【００１９】
従って、Ｋは２２０ｎｍ以下の波長領域の透過率に影響を及ぼすが、その影響はＮａに比較して小さく、濃度５０ｐｐｂ以下にすれば２２０ｎｍ以下の波長領域での透過率低下を実質的に生じさせなくすることができる。
以上の点を踏まえて、本発明者らは、石英ガラス中のアルカリ金属不純物、特にＮａを低減する方法として、二次的な熱処理を行わずに、合成時に屈折率の均質化を達成する方法を採用した。しかし、単に合成時に均質化を達成するにしても、Ｎａができあがった石英ガラスにわずかに混入してしまう危険性は避けられない。例えば、石英ガラスの合成炉壁として使用される耐火物から高温下で不純物が放出されてしまう可能性がある。この耐火物は通常、合成炉内の石英ガラスインゴットの周りに断熱材として使用されている。そこで、本発明者らは石英ガラスインゴットと耐火物の距離を適当な距離に保つことにより、石英ガラス部材内に混入するＮａの濃度を２０ｐｐｂ以下、Ｌｉ、Ｋの濃度を５０ｐｐｂ以下にすることが可能であることを確認した。具体的には、合成炉の耐火物内面から積層点までの距離を最短でも２５０ｍｍ以上保つように配置することにより本発明を達成できる。このとき、積層点とはバーナから噴出されるスートがインゴットヘッドに到達する場所のことである。スートのほとんどがこの積層点でインゴットに捕獲される。
【００２０】
また、従来の合成炉では、耐火物は、ＪＩＳ規格にあるような市販の耐火れんがが用いられている。例えば、粘土質耐火れんがや、けい石耐火れんがや、高アルミナ質耐火れんがである。例えば、高アルミナ質耐火れんがは、９０％程度のＡｌ₂Ｏ₃からなり、不純物としてＮａ₂Ｏを０．５〜１％（蛍光Ｘ線分析法）含んでいる。このＮａ₂Ｏが、耐火物から石英ガラス中にＮａが分散する原因となる。
【００２１】
そこで、本発明では、合成炉内の耐火物としてアルミナを主成分とし、Ｎａ₂Ｏを含まない耐火物を用いることとした。具体的には、９９％以上のＡｌ₂Ｏ₃からなる耐火物を作製し、これを用いた。この耐火物を有する合成炉を用いて石英ガラスインゴットを合成したところ、石英ガラス中のＮａ含有量は放射化分析法で検出限界以下（１ｐｐｂ以下）となった。
【００２２】
このインゴットから所望の光学部材の形状を切り出し、アニールして得られた合成石英ガラス光学部材のＮａ濃度は、１０ｐｐｂ以下となった。
なお、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を主成分（９９％以上）とする耐火物を用いた場合、合成される石英ガラスに最低でも数ｐｐｂ以上、Ａｌが混入する。Ａｌは、石英ガラスにとって不純物であるが、少量のＡｌがこれと同程度のＮａと共存する場合、Ｎａの含有により生ずる吸収を抑制する働きがあることがわかった。
【００２３】
これは、Ａｌが、石英ガラス中のＮａの存在により生ずる非架橋酸素を消失させて架橋させることによると推定される。すなわち、Ｎａが微量に存在する石英ガラス中にＮａと同程度のＡｌを含有させることにより、紫外域の吸収をなくし、優れた紫外特性を得ることが可能である。
もっとも、Ａｌが多量、例えば１００ｐｐｂ以上であると、Ａｌ自身により生ずる吸収や構造欠陥が問題となるので、Ａｌの含有量は５ｐｐｂ〜１００ｐｐｂであることが好ましい。
【００２４】
【実施例１】
＜石英ガラスの合成＞
図１は、合成石英ガラスを製造するための合成炉の概略を示す概念図である。バーナ２は、合成炉の炉壁を構成する耐火物１（耐火物については、後で説明する）の上部に、ターゲットにその先端を向けて設置されている。炉壁には、観察用の窓（図示せず）と排気管がそれぞれ設けられている。合成炉の下部には、インゴット形成用のターゲット４が配置されている。
【００２５】
バーナは、石英ガラス製の多重管構造のものを使用した。このバーナにて酸素ガス及び水素ガスを混合、燃焼させ、原料として高純度（純度９９．９９％以上で、金属不純物Ｆｅ濃度が１０ｐｐｂ以下、Ｎｉ、Ｃｒ濃度が２ｐｐｂ以下）の四塩化ケイ素をキャリアガス（通常、酸素ガス）で希釈して、バーナの中心管から原料流量３０ｇ／分で噴出させる。バーナ先端の火炎中で原料が加水分解することにより、石英ガラス微粒子（スート）が発生する。これを、１分間に７回転の速度で回転し、８０ｍｍの移動距離、９０秒周期で揺動し、１時間当たり４ｍｍの速度で引き下げを行っているφ２００のターゲット板上に堆積、溶融してインゴットを合成した。このとき、インゴット上部は、火炎により覆われている。バーナから噴出される水素ガス流量は約５００ｓｌｍで、酸素ガス流量と水素ガス流量との比率をＯ₂／Ｈ₂＝０．４と設定した。
【００２６】
ターゲット板を、一定周期で回転及び揺動することにより、インゴット上部の合成面の温度分布が小さくなるので、得られる石英ガラスの屈折率の均質性が向上する。さらに、ターゲット板は、インゴット上部の合成面の位置を常にバーナから等距離に保つように引き下げられる。このように、合成時に一定周期でターゲットを回転、揺動、引き下げをすることによって、３方向脈理がなく、脈理に伴う複屈折がなく、屈折率の均質性が２×１０^-6以下の石英ガラスインゴットが得られる。
【００２７】
また、この合成炉では、合成炉壁を構成する耐火物から合成面までの距離を最短で３００ｍｍとなるようにして合成した。合成面とはバーナから噴出されるスートがインゴット上部に到達する場所のことである。また、合成炉の耐火物は石英ガラスインゴットの周りに縦６００ｍｍ×横８００ｍｍ×高さ８００ｍｍの内面形状になるように配置されたもので、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）製とした。この耐火物は、バブル状のアルミナ中空粒子を高アルミナ質のバインダーと混合して１５００℃で２４時間焼結し、揮発成分を取り除いて作製した。これは、９９．５％以上のＡｌ₂Ｏ₃からなり、Ｎａ₂Ｏの含有量は蛍光Ｘ線分析法で測定限界（０．０３％）以下である。
【００２８】
この方法により、直径３００ｍｍ、長さ６００ｍｍの石英ガラスインゴットを得た。得られた石英ガラスインゴットの径方向中心部、ヘッドから１００ｍｍのところから、直径６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの形状を持つ透過率測定用試験片を切り出し、向かい合う２面に光学研磨を施した。また、その透過率測定用試験片切り出し部の直下から、１０×１０×５ｍｍ³のＮａ、Ｋ分析用試験片を切り出した。透過率は紫外用分光光度計で測定した。また、Ｎａ、Ｋの定量は熱中性子線照射による放射化分析によって行った。
【００２９】
また、それらの試験片に隣接する場所から、アルカリ土類金属、遷移金属およびＡｌの元素分析用の試料を切り出した。各元素の定量は誘導結合型プラズマ発光分光法によって行った。
その結果、実施例１の試験片のアルカリ土類金属のＭｇ、Ｃａ、遷移金属のＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎの各元素濃度はそれぞれ２０ｐｐｂ以下であった。また、Ａｌの濃度は５ｐｐｂであった。さらに、実施例１の試験片のＮａ濃度は２ｐｐｂであり、Ｋ濃度は検出下限（５０ｐｐｂ）以下であった。
【００３０】
透過特性を評価した結果、実施例１の試験片の波長１９３ｎｍでの吸収係数は０．００１ｃｍ^-1となり、内部透過率に換算すると１ｃｍ当たり９９．９％という非常に良好な値が得られた。なお、吸収係数は以下の式で算出した。
吸収係数＝−ｌｎ（透過率／理論透過率）／試験片厚さ
このとき、理論透過率とは内部吸収損失がゼロで試料表面の反射損失のみで決まる透過率のことである。
【００３１】
なお、得られた石英ガラスインゴットの屈折率均質性をHe-Neレーザを光源としたフィゾー干渉計で測定したところ、φ２００ｍｍの領域内で屈折率差の最大値が１×１０^-6という非常に均質なものであることがわかった。
【００３２】
【実施例２】
実施例２の石英ガラスは、実施例１と同様の方法により、合成炉耐火物からの積層点までの距離を最短で２００ｍｍとなるように配置して合成した。この方法により、直径２００ｍｍ、長さ６００ｍｍの石英ガラスインゴットを得た。得られた石英ガラスインゴットの径方向中心部、ヘッドから１００ｍｍのところから、直径６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの形状を持つ透過率測定用試験片を切り出し、向かい合う２面に光学研磨を施した。また、その透過率測定用試験片切り出し部の直下から、１０×１０×５ｍｍ³のＮａ、Ｋ分析用試験片を切り出した。また、それらの試験片に隣接する場所から、アルカリ土類金属、遷移金属およびＡｌの元素分析用の試料を切り出した。
【００３３】
その結果、実施例２の試験片のアルカリ土類金属のＭｇ、Ｃａ、遷移金属のＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎの各元素濃度はそれぞれ２０ｐｐｂ以下であった。また、Ａｌの濃度は２５ｐｐｂであった。さらに実施例２の試験片のＮａ濃度は１９ｐｐｂであり、Ｋ濃度は検出下限（５０ｐｐｂ）以下であった。また、波長１９３ｎｍでの吸収係数は０．００２ｃｍ^-1となり、内部透過率に換算するとは１ｃｍ当たり９９．８％という良好な値が得られた。
【００３４】
また、得られた石英ガラスインゴットの屈折率均質性を測定したところ、φ１５０ｍｍの領域内で屈折率差の最大値が２×１０^-6であった。
【００３５】
【比較例１】
実施例２のインゴットについてさらに屈折率均質性を向上させるために、アルゴン雰囲気中で、圧力１０ｋｇ／ｃｍ²、保持温度１９００℃、保持時間１０時間で熱処理を行った。処理する実施例２で得られた石英ガラス母材はカーボングラファイト製のφ２００ｍｍ、肉厚１０ｍｍの外型にセットした。また、熱処理後に外型から母型が取り出せなくなることを防ぐために、外型の内面にカーボンファイバーフェルトを設置した。なお、処理炉は上下部と側部にヒータを有し、加熱炉全体は断熱層でおおわれている。このようにして得られたφ１９０の厚さ５０ｍｍの試料を比較例２とした。この比較例２の試料の径方向中心部、厚さ方向中心部から直径６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの形状を持つ透過率測定用試験片を切り出し、向かい合う２面に光学研磨を施した。また、その透過率測定用試験片切り出し部の直下から、１０×１０×５ｍｍ³のＮａ、Ｋ分析用試験片を切り出した。また、それらの試験片に隣接する場所から、アルカリ土類金属、遷移金属およびＡｌの元素分析用の試料を切り出した。
【００３６】
その結果、比較例２の試験片のアルカリ土類金属のＭｇ、Ｃａ、遷移金属のＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎの各元素濃度はそれぞれ２０ｐｐｂ以下であった。また、Ａｌの濃度は１０ｐｐｂであった。
さらに、比較例２の試験片のＮａ濃度は１２０ｐｐｂであり、Ｋ濃度は検出下限（５０ｐｐｂ）以下であった。また、波長１９３ｎｍでの吸収係数は０．０４８ｃｍ^-1と非常に大きく、内部透過率に換算すると1cm当たり９５．３％と不良であることがわかった。
【００３７】
【比較例２】
比較例２の試料は比較例２の方法と同様にして作製した。ただし、実施例２で得られた石英ガラス母材は、ＳｉＯ₂粉末またはＳｉＯ₂粉末を溶融して作製した内径１５０ｍｍ、外形２５０ｍｍのドーナツ状の母型の中に設置し、さらにそれを内径３００ｍｍのカーボングラファイト製外型内に設置して熱処理を行った。このようにしてφ１５０ｍｍ、厚さ５０ｍｍの試料を比較例３とした。この比較例３の試料の中心部から評価用試験片を切り出した。
【００３８】
分析の結果、比較例３の試験片のアルカリ土類金属のＭｇ、Ｃａ、遷移金属のＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎの各元素濃度はそれぞれ２０ｐｐｂ以下であった。また、Ａｌの濃度は１０ｐｐｂであった。さらに、比較例３の試験片のＮａ濃度は４７ｐｐｂであり、Ｋ濃度は検出下限（５０ｐｐｂ）以下であった。また、波長１９３ｎｍでの吸収係数は０．０１２ｃｍ^-1で、内部透過率に換算すると１ｃｍ当たり９８．８％と不良であることがわかった。
【００３９】
実施例１、２、比較例１、２の試験片について、波長１９３ｎｍでの吸収係数のＮａ濃度依存性をプロットした図を図２に示した。図２に示したように、波長１９３ｎｍでの吸収係数はＮａ濃度に強く依存し、さらに、Ｎａ濃度が２０ｐｐｂ以下になると吸収がほぼゼロになることがわかった。
【００４０】
【比較例３】
比較例３の試料は基本的に実施例１と同様の方法で作製されたが、異なる点は、ターゲットとして石英ガラス板に代えて、アルミナで作られた円筒径の耐火物の内面と下面に、ＳｉＣを敷き詰めた容器を使用した。この容器の内径はφ３００ｍｍであった。この容器に直接石英ガラスを堆積させてφ３００ｍｍ、厚さ２００ｍｍの比較例３の試料を作製した。得られた比較例３の試料の中心部から、評価用試験片を切り出した。
【００４１】
分析の結果、比較例３の試験片のアルカリ土類金属のＭｇ、Ｃａ、遷移金属のＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎの各元素濃度はそれぞれ２０ｐｐｂ以下であった。また、Ａｌの濃度は１０ｐｐｂであった。さらに比較例４の試験片のＮａ濃度は１３ｐｐｂであったが、Ｋ濃度が１００ｐｐｂであった。そしてこの試験片の波長１９３ｎｍでの吸収係数は０．０１０ｃｍ^-1で、内部透過率に換算すると１ｃｍ当たり９９．０％と不良であることがわかった。
【００４２】
【実施例３】
本発明の石英ガラス光学部材のうち、最大口径２５０ｍｍ、厚さ７０ｍｍの、エキシマレーザ照射領域内での最大屈折率差が△ｎ≦２×１０^-6であり、最大複屈折率が２ｎｍ／ｃｍ以下であり、さらに部材全域にわたって、アルカリ土類金属のＭｇ、Ｃａ、遷移金属のＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎの各元素濃度がそれぞれ２０ｐｐｂ以下、Ａｌの濃度が５〜１００ｐｐｂ、アルカリ金属のＮａ濃度が２０ｐｐｂ以下、Ｋ不純物濃度が５０ｐｐｂ以下の特性を有する部材を用いて、ＡｒＦエキシマレーザステッパ投影レンズを作製した。そして、得られた投影光学系の解像度はラインアンドスペースで０．１９μｍを達成し、ＡｒＦエキシマレーザステッパとして良好な結像性能を得ることができた。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、例えばエキシマレーザリソグラフィ装置などに設置されている、２５０ｎｍ以下の紫外、真空紫外線あるいは同波長領域のレーザの光学系のスループットを向上させ、広い領域にわたって均一に結像することができる光学系を実現できるような石英ガラス光学部材や、ファイバ、窓部材、ミラー、エタロン、プリズムなど、２５０ｎｍ以下の紫外、真空紫外線あるいは同波長領域のレーザに対して高スループットを有する光学素子を提供することが可能になった。さらに、波長２５０ｎｍ以下の光源を用いた高精度な光リソグラフィ装置を提供することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】合成石英ガラスを製造するための合成炉の概略を示した概念図である。
【図２】合成石英ガラスのＡｒＦエキシマレーザー波長である１９３ｎｍでの吸収係数とＮａ濃度との相関を示した図である。縦軸のｃｍ^-1はｃｍ^-1を表している。

Claims

２５０ｎｍ以下の波長領域の光学系に使用される石英ガラス光学部材において、石英ガラス中に含有されるＮａとＡｌのモル濃度比率が［Ｎａ］／［Ａｌ］≦１であり、かつＮａの濃度が２０ｐｐｂ以下、Ａｌの濃度が１００ｐｐｂ未満であることを特徴とする石英ガラス光学部材。
投影光学系を用いてマスクのパターン像を基板上に投影露光する装置であって、２５０ｎｍ以下の波長領域の光を露光光としてマスクを照明する照明光学系と、請求項１に記載の石英ガラス光学部材を含み、前記マスクのパターン像を基板上に形成する投影光学系と、からなる投影露光装置。
投影光学系を用いてマスクのパターン像を基板上に投影露光する装置であって、請求項１に記載の石英ガラス光学部材を含み、２５０ｎｍ以下の波長領域の光を露光光としてマスクを照明する照明光学系と、前記マスクのパターン像を基板上に形成する投影光学系と、からなる投影露光装置。