JP4419291B2 - Inspection method of fluoride single crystal - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、200nm以下の波長の光、例えばArFエキシマレーザ、Fレーザ、固体レーザ等を光源とする装置、例えば投影露光装置、CVD装置、レーザ加工装置などの光学系に用いられるレンズ、プリズム、プレート等の光透過性の光学部材に関し、特にフッ化物単結晶からなる光学部材に関するものである。
【0002】
また、本発明は、このような光学部材に用いられるフッ化物単結晶の検査方法、更には投影露光装置に関するものである。
【0003】
【従来の技術】
LSIなどの半導体デバイスでは高集積化が進み、光を用いた露光が行われている。光リソグラフィー工程では、投影露光装置を用い、マスク上に描かれたパターンをレンズでウエハ上に転写する方法が主に行われている。一般に、転写パターンの解像力はレンズの開口数、および露光する光の波長の逆数に、それぞれ比例して向上する。しかし、レンズの開口数を上げるには大口径のレンズが必要となり製造に限界がある。そこで、光リソグラフィーの解像力を向上させるためには、光源の波長を短くすることが有効である。
【0004】
このため、これまでg線(436nm)やi線(365nm)を光源とする露光装置が使用されてきたが、現在ではKrFエキシマレーザー(248nm)を光源とする露光装置が広く使用されている。さらに、真空紫外光であるArFエキシマレーザ(193.4nm)が搭載された露光装置が実用化され始めている。最近では、さらに波長の短いFレーザ(157.6nm)を光源とした露光装置も期待されている。
【0005】
g線やi線を光源とする露光装置では、レンズ材料として光学ガラスが使用されてきた。しかし、300nm以下の紫外域の光源に対しては、光透過性の観点から、光学ガラスはもはやレンズ材料として使用できない。この領域の光に対しては合成石英ガラスやフッ化物結晶が使用できる。たとえば、KrFエキシマレーザーの露光装置では、大きな口径が得やすいなどの利点から合成石英ガラスが使用されている。
【0006】
200nm以下の波長域(真空紫外波長域)の光に対しても、合成石英ガラスとフッ化物結晶が使用できると考えられている。特に光透過性に優れたフッ化カルシウム結晶等のフッ化物結晶が注目されるようになっている。
【0007】
160nm以下の領域では、合成石英ガラスであっても光透過性に不足があるため使用できなくなり、フッ化カルシウム結晶などのフッ化物結晶だけが使用可能であるとされている。たとえば、Fレーザーを光源とした露光装置にはフッ化カルシウム結晶やフッ化バリウム結晶が期待されており、特にフッ化カルシウム結晶が実用的であると考えられている。
【0008】
露光装置で使用される光学材料には、光透過性に優れていること、複屈折が小さく大口径であること、という品質が要請されている。フッ化物結晶についても同様である。
【0009】
まず、光透過性に優れていることという要請に関してであるが、これは一般に、光学材料内部に起因する散乱や吸収による透過損失が少ないものほど良いといわれている。
【0010】
吸収による透過損失は、光エネルギーが電子遷移によって熱エネルギーに変わり、レンズ等の屈折率分布を変動させたり変形を引き起こすことがあり、結像特性そのものに直接大きな影響を与えるといわれている。
【0011】
一方、散乱による透過損失は、結像特性そのものに直接大きな影響を及ぼすことはないといわれている。すなわち、もし光学材料に非常に強い散乱があれば、散乱により発生した微弱な迷光が像のコントラストを低下させることもあり得る。しかし、散乱の場合、入射した光のエネルギーが材料内部で熱エネルギーに変化することはあまりないため、結像特性そのものに直接大きな影響をおよぼすことはないといわれている。
【0012】
光学ガラスやプラスチックなどでは、レーリー散乱などの散乱が存在することが知られているが、この散乱でさえ吸収に比べると非常に小さいので、透過損失の大半は吸収損失であると考えられている。さらに、結晶であるフッ化物結晶では、このようなレーリー散乱は本質的に存在しないといわれている。
【0013】
そこで、従来は、フッ化物結晶における透過損失は、吸収損失のみであって、散乱損失は含まないものと考えられていた。
【0014】
このように、従来は、フッ化物結晶における透過損失は、結像特性に直接大きな影響を及ぼす吸収損失のみであって、散乱損失は含まないものと考えられていた。
【0015】
光透過性に優れたフッ化物結晶を得ることは、詳細は後述するが、製造工程の一部で透過率を基準とした検査に基づく選別操作を行うことで可能である。透過率は分光光度計などで測定して得られる値であり、光透過性の定量表現である。
【0016】
次に、複屈折が小さく大口径であることという要請に関してであるが、これを満たすには、一般に単結晶であることが必要である。つまり、単に口径が大きなだけでは不十分である。単結晶の集合体のことを多結晶という。もしフッ化物結晶が単結晶ではなく、多結晶であるとすると、隣接する単結晶の界面に歪が残留し、大きな複屈折を示す。また、その界面付近の屈折率分布が不連続になるなどしてレンズ等を構成した場合に結像性能が不十分となる。したがって、露光装置で使用される光学材料には、多結晶のフッ化物結晶ではなく、フッ化物単結晶が用いられる。
【0017】
フッ化物単結晶は、普通ブリッジマン法で製造されている。たとえば、フッ化物単結晶のうちのひとつであるフッ化カルシウム単結晶の製造方法は、「結晶成長ハンドブック(1995年9月1日初版1刷発行P583)」の中で、ブリッジマン・ストックバーガー法(B−S法)として紹介されている。そこで開示されている内容の概要は、以下のとおりである。
【0018】
ブリッジマン法とは、炉内に設定された温度勾配中をルツボが降下することによって、ルツボ中の融液を結晶化させる方法である。ルツボ、ヒータ、断熱材、ベルジャ、排気機構、降下機構からなる結晶成長炉を用いる。また、フッ化カルシウム単結晶の成長には、ブリッジマン法だけでなく、引き上げ法やゾーンメルト法での成長も可能であると示されている。
【0019】
このようにして製造された塊をインゴットと呼ぶ。インゴットの一部を円柱状などの部材として切り出すか、あるいはさらに適当な間隔で輪切りにするなどして円柱状などの部材として切り出す。このような部材は、研磨加工やコーティングを施して、レンズなどの光学部材とする。さらに、光学設計に従って、レンズ群などを形成し光学系とする。
【0020】
以下、露光装置の光学部材の材料として用いるフッ化物単結晶として、フッ化カルシウム単結晶の製造方法について説明する。このフッ化カルシウム単結晶を製造する工程は、おもに次の3つの工程▲1▼〜▲3▼からなる。先に述べたブリッジマン法による単結晶化は、下記工程▲2▼に当たる。
【0021】
工程▲1▼:原料を脱酸素化して前処理品を得る工程、
工程▲2▼:結晶成長させ単結晶のインゴットを得る工程、
工程▲3▼:複屈折を低減させるために熱処理を行い熱処理品を得る工程
【0022】
まず、前記工程▲1▼について述べる。
【0023】
紫外や真空紫外域で使用されるフッ化カルシウム単結晶をブリッジマン法で製造する場合、原料に天然のフッ化カルシウムを使用することはなく、人工合成の高純度の粉末の原料を使用する。このような原料であっても原料のみを融解して結晶化すると白濁して失透する傾向を示すため、スカベンジャーとよばれる試薬を添加して加熱することにより、白濁を防止する処置を施す。含有する不純物と化学反応し、これを取り除く作用をする添加物質のことを、一般にスカベンジャーという。
【0024】
フッ化カルシウム単結晶を製造するための代表的なスカベンジャーとしては、フッ化鉛が挙げられる。フッ化鉛は、フッ化カルシウム単結晶中に含まれる不純物である酸素と反応して酸化鉛となる。生成した酸化鉛は高温で揮発するため、フッ化カルシウム単結晶から酸素を取り除くことができる。白濁による失透は、フッ化カルシウム単結晶に含まれる酸素が原因であると考えられているため、この酸素を除去することにより失透を防止することができる。
【0025】
原料とスカベンジャーとを反応させる手順を説明すると、スカベンジャーと混合された粉末原料を黒鉛製などの清浄な容器に充填し、十分な真空排気のもとフッ化カルシウム融点程度まで温度を上げ脱酸素化反応を進める。その後は、室温まで降温し前処理品とする。
【0026】
次に、前記工程▲2▼について述べる。
【0027】
結晶成長の方法には、一般に、融液の固化、溶液からの析出、気体からの析出、固体粒子の成長、に大別できることが広く知られている。中でもよく行われているのは、前記工程▲1▼により得た前処理品をいったん融解し、融液から固化させることにより結晶成長させる方法である。融液から固化させることにより結晶成長を進める方法のひとつが、ブリッジマン法である。
【0028】
前述したようにブリッジマン法とは、融点より高い温度に制御された高温部(上部)と融点より低い温度に制御した低温部(下部)からなる温度分布中を、上部から下部へと融液(容器)を引き下げて結晶化させる方法である。以下、ブリッジマン法でフッ化カルシウム単結晶を成長させる手順を説明する。
【0029】
前記工程▲1▼により得た前処理品を黒鉛製などの清浄な容器に充填し、真空排気が可能なブリッジマン装置の所定の位置に設置する。十分な真空排気のもと、通電加熱などの加熱手段により、前処理品の温度を上昇させ融解させる。融点に到達した後は、温度の安定を待って数時間程度経過させた後に結晶化(引下げ)を開始する。引下げは1時間あたり0.1mmから5mm程度の速度で行う。引下げが進み融液すべてが結晶化したら、室温まで徐冷してインゴットとして取り出す。
【0030】
この工程▲2▼により得られたインゴットの一部を切断し、強力な照度の集光灯を利用して内部を肉眼で観察する。この観察の結果、内部に光を散乱するような微小粒(微小な粒状に見えるもの)が存在することがある。この微小粒は、結晶の欠陥等であると考えられる。微小粒が生ずる原因は不明であるが、温度の揺らぎなど結晶成長時の条件の変動によるものと思われる。
【0031】
このような微小粒ではないが、このような微小粒に類するものとして、光学ガラスの泡や異物がある。光学ガラスの泡や異物を測定する方法は日本光学硝子工業会規格(JOGIS)にあり、いずれも光学ガラス中に存在する泡や異物の直径と個数を測定して分類するものである。実際の使用にあたって、光学ガラスの泡や異物がどのような影響をおよぼすのかは、不明である。
【0032】
フッ化カルシウム単結晶についても同様で、前記微小粒が光学的にどのような影響を持つのかはわかっていない。前述したような肉眼観察を行って、あまり大量の微小粒がなければ、インゴットを適切な形状に切断し、さらにまるめ加工などの成型加工を行って部材とし、前記工程▲3▼へ進む。
【0033】
次に、前記工程▲3▼について述べる。
【0034】
熱処理する際の部材(前記工程▲2▼の後にインゴットから切り出されて成型加工された部材)は、あらかじめ形状と大きさ共に、目的とする光学部材と同程度に加工されている。たとえば光学レンズが目的の場合には薄い円柱状であり、その口径と厚さは光学レンズにあわせて決められることが多い。熱処理する際の雰囲気は、酸素や水分を避けると良いとされている。また、熱処理する際の雰囲気は、フッ化カルシウムと高温でむやみに反応しない方が良い。このため、熱処理は、真空雰囲気、不活性ガス雰囲気、あるいはフッ素雰囲気で行われる。熱処理する際の温度は1000℃程度である。まず、部材の温度を室温から徐々に上昇させ、たとえばその1000℃程度の一定温度で1日程度保持する。その後徐々に温度を降下させ、室温まで徐冷する。
【0035】
熱処理中は温度むらがないことが必要であるため、部材は熱伝導性の良好な黒鉛製などの容器に収容される。この容器の周囲に加熱手段を設ける。室温まで降温したら部材を取り出す。このように熱処理が完了した部材(熱処理品)は、十分に徐歪され、複屈折性が低減されている。
【0036】
以上説明した工程▲1▼〜▲3▼により、露光装置の光学部材の材料として用いるフッ化カルシウム単結晶が完成する。しかしながら、このようにして製造されたフッ化カルシウム単結晶が常に所望の特性を有しているとは限らない。
【0037】
そこで、従来は、次のような方法で、フッ化カルシウム単結晶を検査していた。
【0038】
すなわち、前述したように前記工程▲2▼により得たインゴットから前記部材を得たが、同じインゴットから、前記部材とは別に小さな成形品を製作する。この成型品から、透過率を測定する際の被測定物として、テストピースと呼ばれるサンプルを製作する。つまり、光学材料向けの円柱状部材とは別に、それと同一のインゴットからテストピースを製作する。テストピースは、普通、分光光度計などの測定装置の試料室内に設置することが可能なような適切な大きさと形状に成形加工されている。また、テストピースの向かい合う平行な2面は、鏡面状に研磨しておく。
【0039】
このようなテストピースの透過率を測定することによって、製造されたフッ化カルシウム単結晶の部材の光透過性を定量評価することができる。そこで、その光透過性が所定水準を満たしているか否かを判定することによって、当該部材を検査していた。すなわち、所定水準を満たしている場合には、当該テストピースと同じインゴットから得た前記部材は露光装置の光学部材の材料として適すると評価する一方、所定水準を満たしていない場合には、当該テストピースと同じインゴットから得た部材は、不適であると評価し露光装置の光学部材の材料として用いない。
【0040】
光透過性の具体的な水準については、以下のとおりであった。つまり、光透過性は可能な限り高いことが良いとされているため、使用する光の波長において、フッ化カルシウム単結晶の部材の光路1cmあたりの内部透過率が99.8%以上であるか否かが、露光装置の光学部材の材料として使用可能であるか否かを判定する基準とされていた。たとえば、フッ化カルシウム単結晶をArFエキシマレーザを光源とした露光装置を構成するレンズ等の光学部材に使用しようとする場合、このような短い波長であるにもかかわらず、波長193.4nmにおける内部透過率が99.8%/cm以上のものを選別して採用していたのである。
【0041】
ここで内部透過率について説明する。内部透過率とは表面での反射などを含まない、材料自体の透過率のことを指し、材料の透過損失がまったくない場合には百分率で100%と示し、材料がまったく光を通さない場合には百分率で0%となる。内部透過率が99.8%/cmであるとは、光路1cmあたりの透過損失が0.2%であることと同じである。ただし、透過損失が吸収による透過損失であるのか、あるいは散乱による透過損失であるのかは、この透過率測定結果から判別することはできない。
【0042】
内部透過率は、表面での反射を含んだ透過率から算出して求めることができる。分光光度計から測定して得られる透過率Tは、表面での反射を含んでいる。透過率Tと内部透過率τとは、下記の数1の関係があることから、透過率Tから内部透過率τへの換算は容易である。ただし、数1中のRは反射率であり、雰囲気の屈折率nと被測定物の屈折率nによって下記の数2により決まる。なお、内部透過率が100%(τ=1)であるとした場合、反射含みの透過率Tは、反射率Rによって決まり、理論透過率Tと呼ばれることもある。その場合、理論透過率Tは下記の数3により表される。
【0043】
【数1】
T={(1−R)τ}/(1−Rτ
【0044】
【数2】
R={(n−n)/(n+n)}
【0045】
【数3】
={(1−R)}/(1−R
【0046】
ここで、内部透過率に関する測定誤差の見積を行う。通常反射率Rは約0.04程度、内部透過率τは約1程度であることから、Rは1やτと比較して十分に小さい。反射含み透過率Tの実測で発生する測定誤差の程度は、そのまま内部透過率τの誤差に伝播するとみなして良い。
【0047】
これは、内部透過率99.8%/cmなどの精密な検査を行うには、0.1%の桁で検討を行うことが必要であることはいうまでもないが、反射含み透過率Tについても同様に0.1%の桁で精密な透過率の測定を行う必要があることを示している。
【0048】
このような測定を分光光度計で行おうとする場合には、波長スキャンによる分光透過率を測定するのではなくて、目的とする波長に固定して透過率を測定する定点測定が行われている。
【0049】
以上説明したフッ化カルシウム単結晶の従来の検査方法を、図4にフローチャートとして示した。従来の検査方法を図4に即して簡単に説明すると、まず、当該露光装置で目的とする波長での前記テストピースの反射含み透過率を分光光度計で実測し、実測された反射含み透過率を前記数1及び数2に従って換算することにより、テストピースの内部透過率Aを測定する(ステップS1)。次に、この内部透過率Aが99.8%/cm以上であるか否かを判定し(ステップS2)、99.8%/cm以上である場合には、当該テストピースと同じインゴットから得た前記部材は当該露光装置の光学部材の材料として適すると評価し(ステップS3)、99.8%/cm未満である場合には、当該テストピースと同じインゴットから得た部材は、当該露光装置の光学部材の材料として適さないと評価し(ステップS4)、検査を終了する。
【0050】
検査の結果、「適」の場合には、もとのインゴットから採取した部材は紫外光露光装置を構成する光学部材に好適な材料として、研磨加工やコーティングを施してレンズなどの光学部材を製作する。「不適」の場合、もとのインゴットは、当該紫外光露光装置の光学部材には用いず、不良品として処分される。
【0051】
ArFエキシマレーザを光源とした露光装置を目的したフッ化カルシウム単結晶についていえば、波長193.4nmでの内部透過率は99.4〜100.0%/cm程度である。これらすべてを露光装置の光学部材に使用することはなく、光学部材に使用しているのはこれらのうちの一部である。
【0052】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、従来の検査方法では、内部透過率が99.8%/cm以上であるという光透過性に関する非常に高い水準を設定することにより、真空紫外光を用いた露光装置の所望の光学特性を確保していた。
【0053】
しかしながら、このように高い水準を設定していたため、製造したフッ化カルシウム単結晶のうち前記水準を満たさずに不良品して処分されるものの率がかなり高く、歩留りが低かった。このため、予定数量の未達により露光装置の生産計画を乱したり、フッ化カルシウム単結晶を製造するための装置への設備投資の増大を引き起こすなどの問題があった。
【0054】
そこで、フッ化カルシウム単結晶の検査基準を内部透過率99.8%/cmより低く設定することが考えられる。しかし、むやみに検査基準を低くすると、その検査に合格したフッ化カルシウム単結晶であっても、当該フッ化カルシウム単結晶による光学部材を使用した露光装置おいて所望の光学特性が得られないという事態を招く場合がある。
【0055】
以上の説明では、材料がフッ化カルシウム単結晶である場合を例に挙げて説明し、また、その材料を用いた光学部材を露光装置に使用する場合を例に挙げて説明したが、前述した説明は、材料がフッ化カルシウム単結晶以外の他のフッ化物単結晶である場合や、フッ化物単結晶を用いた光学部材を露光装置以外の200nm以下の波長の光を光源とする種々の装置に使用する場合についても、同様である。
【0056】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、フッ化物単結晶の歩留りを向上させることができ、しかも、フッ化物単結晶を用いた光学部材を使用する装置において所望の光学特性が得られないという事態を招くことがないフッ化物単結晶の検査方法を提供することを目的とする。
【0057】
また、本発明は、従来の検査方法に従えば不良品として処分されていたようなフッ化物単結晶でありながら、本来的に十分な特性を有しているフッ化物単結晶を用いた光学部材及び投影露光装置を提供することを目的とする。
【0058】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様によるフッ化物単結晶の検査方法は、200nm以下の特定波長の光を透過する光学部材に用いられるフッ化物単結晶の検査方法であって、第一の波長α(nm)と第二の波長β(nm)とがα≦200≦βでかつ(β−α)≧15の関係にある場合において、前記フッ化物単結晶の前記第一の波長αでの内部透過率A(%/cm)と前記フッ化物単結晶の前記第二の波長βでの内部透過率B(%/cm)とから、C=A+(100−B)の式により得られる値C(%/cm)が、99.8%/cm以上であるか否かを判定する段階を含み、前記値Cが99.8%/cm以上であることを必要条件として、当該フッ化物単結晶を前記光学部材の材料として適すると評価するものである。
【0059】
前記フッ化物単結晶は、フッ化リチウム単結晶(LiF)、フッ化マグネシウム単結晶(MgF)、フッ化カルシウム単結晶(CaF)、フッ化ストロンチウム単結晶(SrF)、フッ化バリウム単結晶(BaF)を含む。
【0060】
前記第一の波長αは前記特定波長と一致させてもよいし、必ずしも一致させなくてもよい。
【0061】
前記値C(%/cm)が99.8%/cm以上であるか否かの判定は、予め求めた値Cが99.8%/cm以上であるか否かを直接的に判定することにより行ってもよいし、その判定と等価である判定、例えば、B−A≦0.2%/cmであるか否かの判定を行うことにより、行ってもよい。後者の場合、必ずしも値Cを求める必要はない。
【0062】
前記第一の波長αは140nm以上であってもよい。前記第二の波長βは200nm以上であってもよい。また、前記第二の波長βは400nm以下であってよい。
【0063】
以上の点は、後述する本発明の各態様についても同様である。
【0064】
本発明の第2の態様によるフッ化物単結晶の検査方法は、前記第1の態様において、前記内部透過率Aが99.6%/cm以上であるか否かを判定する段階を含み、前記内部透過率Aが99.6%/cm以上であることを必要条件として、当該フッ化物単結晶を前記光学部材の材料として適すると評価するものである。
【0065】
なお、本発明では、前記第2の態様において99.6%/cmを99.7%/cmに置き換えたものとしてもよい。
【0066】
本発明の第3の態様によるフッ化物単結晶の検査方法は、前記第一の波長αが193.4nm又は157.6nmであるものである。
【0067】
ArFエキシマレーザを光源とする装置においてフッ化物単結晶を使用する場合には、前記第3の態様のように、その光源光の波長に合わせて第一の波長αを193.4nmとすることが好ましい。この場合、第二の波長βは、例えばi線の波長365.1nmとすることができる。また、Fレーザを光源とする装置においてフッ化物単結晶を使用する場合には、前記第3の態様のように、その光源光の波長に合わせて第一の波長αを157.6nmとすることが好ましい。この場合、第二の波長βは、例えば248.3nmとすることができる。これらの点は、後述する第8の態様についても同様である。
【0068】
本発明の第4の態様によるフッ化物単結晶の検査方法は、前記第1乃至第3のいずれかの態様において、前記フッ化物単結晶がフッ化カルシウム単結晶であるものである。
【0069】
本発明の第5の態様による光学部材は、フッ化物単結晶からなり200nm以下の特定波長の光を透過する光学部材であって、第一の波長α(nm)と第二の波長β(nm)とがα≦200≦βでかつ(β−α)≧15の関係にある場合において、前記フッ化物単結晶の前記第一の波長αでの内部透過率A(%/cm)が99.8%/cm未満であり、前記内部透過率Aと前記フッ化物単結晶の前記第二の波長βでの内部透過率B(%/cm)とから、C=A+(100−B)の式により得られる値C(%/cm)が、99.8%/cm以上であるものである。なお、本発明では、前記第5の態様において、前記内部透過率Aは99.7%/cm未満であってもよい。
【0070】
本発明の第6の態様による光学部材は、前記第5の態様において、前記内部透過率Aが99.6%/cm以上であるものである。
【0071】
本発明の第7の態様による光学部材は、前記第5又は第6の態様において、前記フッ化物単結晶が粒径10μm以上500μm以下の微小粒を含有するものである。
【0072】
本発明の第8の態様による光学部材は、前記第5乃至第7のいずれかの態様において、前記第一の波長αが193.4nm又は157.6nmであるものである。
【0073】
本発明の第9の態様による光学部材は、前記第5乃至第8のいずれかの態様において、前記フッ化物単結晶がフッ化カルシウム単結晶であるものである。
【0074】
本発明の第10の態様による光学部材は、前記第9の態様において、前記フッ化カルシウム単結晶に含有されるバリウムが0.02ppm未満、セリウムが0.01ppm未満、鉄が0.1ppm未満、マンガンが0.02ppm未満、鉛が0.1ppm未満、イットリウムが0.01ppm未満であるものである。
【0075】
本発明の第11の態様による投影露光装置は、光源からの所定の波長の光をパターンが形成されたマスク上に導き、該マスク上のパターンを基板上に投影露光する投影露光装置において、前記第5乃至第10のいずれかの態様による光学部材を含む光学系を備えたものである。
【0076】
【発明の実施の形態】
[本発明の原理]
【0077】
本発明の実施の形態の説明に先立って、本発明の原理について説明する。
【0078】
以下、フッ化物単結晶としてフッ化カルシウム単結晶を例に挙げて説明するが、他のフッ化物単結晶についても同様である。また、フッ化物単結晶を用いたレンズ等の光学部材を使用する装置として露光装置を例に挙げて説明するが、他の装置についても同様である。
【0079】
従来は、露光装置で使用する光源の波長、すなわち目的とする波長単一でフッ化カルシウム単結晶の精密な透過率測定を実施してきたのであるが、本発明では、従来の単一波長での精密な透過率測定に加えて、これよりも長い別の波長で精密な透過率を測定する。
【0080】
本来目的とする真空紫外光の特定波長(たとえばArFエキシマレーザの波長やFレーザの波長)を第一の波長α(nm)、これよりも長い紫外光の特定波長をβ(nm)とする。第一の波長αの選定は、露光装置でどういった光源を使用するのかで決まる。ただし、第一の波長αは必ずしも露光装置の光源の波長と一致している必要はない。本発明では、200nm以下の波長域である真空紫外波長域の光を光源とする装置を対象とするため、第一の波長αは200nm以下に選定される。第二の波長βは、フッ化カルシウム単結晶の性質と透過率測定装置の性能によって選定する必要があるが、後で詳細に説明するが、実質的に透過率測定装置の性能によって選定して良い。
【0081】
ここで、透過率測定装置について説明する。透過率測定装置の種類の中に分光光度計がある。このような装置には、測定する波長域やそれに対応した測定雰囲気によって、真空紫外分光光度計、紫外分光光度計、可視分光光度計、赤外分光光度計などがある。本発明では、波長域から、真空紫外分光光度計と紫外分光光度計が対象となる。
【0082】
紫外分光光度計のひとつであるバリアン社製のCary5(商品名)などでは、少なくとも185nmから400nm程度の範囲で透過率の測定ができる。また、真空紫外分光光度計のひとつであるアクトン社製のCAMS(商品名)などでは、少なくとも140nmから200nm程度の範囲で透過率の測定ができる。
【0083】
露光装置で使用しようとする第一の波長αについては、このような装置で透過率が測定可能な真空紫外領域に属するものとして、140〜200nmに設定すればよい。また、第一の波長αよりも長い第二の波長βについても、最大400nm程度を考えておけば良い。勿論、適当な分光光度計を用いれば、第二の波長βは400nmより長い波長に設定してもよい。
【0084】
しかし、第一の波長αと第二に波長βとがあまり接近していると、別の波長で測定するという意義がなくなるので、少なくとも、測定する光の半値幅(通常1〜5nm程度)の3倍程度以上、したがって目安として15nm程度以上は離れていた方が良い。なお、第二の波長βによる透過率測定の存在理由とその効果については、後ほどフッ化カルシウム単結晶の性質の観点から説明する。
【0085】
上記の理由から、第一の波長α(nm)と、これよりも長い第二の波長β(nm)は、α≦200、β≧α+15となるように設定される。また、特に限定されるわけではないが、140≦α、β≦400とすればよい。
【0086】
第一の波長αと第二の波長βの2波長での透過率を測定するにあたっては、同一の測定装置を用いる必要は特にないが、測定精度など性能上に問題がなければ、同一装置で測定を行っても構わない。
【0087】
目的とする波長が真空紫外光のうちArFエキシマレーザの波長193.4nmである場合、第一の波長αをたとえば193.4nmに設定し、第二の波長βをたとえば250nmや350nmなどに選定する。
【0088】
また、目的とする波長が真空紫外光のうちFレーザの波長157.6nmである場合、第一の波長αをたとえば157.6nmに設定し、第二の波長βをたとえば200nm、250nmあるいは350nmなどに選定する。
【0089】
ここで、フッ化カルシウム単結晶の性質について述べる。前述したように、従来は、フッ化物結晶における透過損失は吸収損失のみであって散乱損失は含まないものと考えられていた。しかし、以下に詳述するように、本発明者の研究の結果、フッ化物結晶における透過損失は、吸収損失のみならず、散乱損失(特に、前記微小粒による散乱損失)も含んでいると考えられることが判明した。
【0090】
本発明者は、前述した3つの工程▲1▼〜▲3▼により、実際にフッ化カルシウム単結晶を製造した。このとき、後述するように、前記工程▲1▼の後に得られた前処理品、前記工程▲2▼の後に得られたインゴット、及び前記工程▲3▼の後に得られた熱処理品から、それぞれ透過率測定用のテストピースを製作した。
【0091】
すなわち、粉末原料にスカベンジャーを添加して加熱することにより白濁を防止する処置を施した。スカベンジャーの種類としてはフッ化鉛を用いた。スカベンジャーと混合された粉末原料を黒鉛製などの清浄な容器に充填し、十分な真空排気のもとフッ化カルシウム融点程度まで温度を上げ脱酸素化反応を行った。その後は、室温まで降温し前処理品とした。前処理品を黒鉛製などの清浄な容器に充填し、真空排気が可能なブリッジマン装置の所定の位置に設置した。十分な真空排気のもと、通電加熱などの加熱手段により、前処理品の温度を上昇させ融解させた。融点に到達した後は、すぐに引下げによる結晶化を開始するよりも温度の安定を待って、数時間程度経過させた後に結晶化を開始した。引下げは1時間あたり2mmの速度で行った。引下げが進み融液すべてが結晶化したら、室温まで徐冷してインゴットとして取り出した。インゴットから切り出した部材を熱伝導性の良好な黒鉛製の容器に収容した。この容器の周囲に加熱手段を設け、熱処理を行った後、室温まで降温し部材を取り出した。
【0092】
発明者はこれら前処理品、インゴット、熱処理品のそれぞれから透過率測定用のテストピースを製作した。テストピースの向かい合う平行2面は、鏡面状に精度良く研磨し、平行度は10秒程度以下、表面粗さはRMS表示で0.25nm程度以下とした。湿式洗浄などを施すことによって、テストピースの表面を清浄な状態にすることが望ましい。そのような清浄な表面は純水のぬれ性が非常に良く、接触角は2°程度以下となる。
【0093】
前処理品には、波長204nmを中心とした明瞭な吸収帯がみられた。これはスカベンジャーとして添加した鉛成分が微量に残留しているためである考えられる。ArFエキシマレーザの波長193.4nmでの内部透過率は98.0%/cm以下となることが多く、吸収による大きな影響がみられる。
【0094】
これに対しインゴットと熱処理品には明瞭な吸収帯はなかった。インゴットにおける波長193.4nmでの内部透過率は、99.4〜100.0%/cm程度となる。前処理品に明瞭な吸収帯がみられたのにもかかわらず、インゴットでは見られなかったのは、結晶成長が行われる際の偏析効果によって不純物である鉛成分の取り込みが防止されているためであると考えられる。鉛に限らず他不純物も同様な効果で取り込みが防止されているものと考えられる。こうして得られたインゴットは純度の高いフッ化カルシウムとなり、不純物含有量は低減され、発光分析や質量分析などの分析法で不純物を定量することは、もはや難しい領域となっている。熱処理の工程(工程▲3▼)においては、鉛成分その他の不純物が取り込まれることがないため、インゴットに限らず、熱処理品にも明瞭な吸収帯が見られなかったものと考えられる。
【0095】
以上から、フッ化カルシウム単結晶における吸収原因が、含有する微量不純物によるものと考えた。
【0096】
波長193.4nmでの内部透過率が99.8%/cm以上と比較的良好なものだけではなく、99.4〜100.0%/cmと狭いながらも範囲を持っているのは、上記したような不純物が、極微量ではあるが依然として残留していることが一因であると考えた。
【0097】
そこで、以下のように、さらに高純度化したフッ化カルシウム単結晶を製造して、極微量ではあるが依然として残留していると推察した不純物を低減するように試みた。
【0098】
人工合成の高純度原料の純度についてであるが、たとえば真空紫外用途の中には、バリウム0.02ppm未満、セリウム0.01ppm未満、鉄0.1ppm未満、マンガン0.02ppm未満、鉛0.1ppm未満、イットリウム0.01ppm未満といった高い品質が保証されたフッ化カルシウム単結晶の粉末原料が販売されているので、これを使用した。このように高純度な原料であっても、やはり原料のみを融解して結晶化すると白濁して失透するため、スカベンジャーを添加して加熱することにより白濁を防止する処置を施した。スカベンジャーの種類としてはフッ化鉛の他にフッ化銅、フッ化銀、フッ化亜鉛などを用いた。スカベンジャーと混合された粉末原料を黒鉛製などの清浄な容器に充填し、十分な真空排気のもとフッ化カルシウム融点程度まで温度を上げ脱酸素化反応を進める。その後は、室温まで降温し前処理品とした。前処理品を黒鉛製などの清浄な容器に充填し、真空排気が可能なブリッジマン装置の所定の位置に設置した。十分な真空排気のもと、通電加熱などの加熱手段により、前処理品の温度を上昇させ融解させた。融点に到達した後は、すぐに引下げによる結晶化を開始するよりも温度の安定を待って、数時間程度経過させた後に結晶化を開始した。引下げは1時間あたり1mmの速度で行った。引下げが進み融液すべてが結晶化したら、室温まで徐冷してインゴットとして取り出した。
【0099】
発明者はこれら前処理品、インゴット、熱処理品のそれぞれからも、前述したテストピースと同様に、透過率測定用のテストピースを製作した。それらのテストピースの内部透過率は99.5〜100.0%/cmであり、範囲は狭まった。透過損失で表記すれば0.0〜0.5%/cmを示す。このように内部透過率は向上する方向であるが、依然として内部透過率の低いものがあった。
【0100】
そこで、本発明者は、このような透過損失が、単に不純物に起因する吸収だけによるものではなく、前述した微小粒にもよるのではないかと推察した。微小粒であっても、0.0〜0.5%/cm、つまり0.1%/cmの水準で検討すべき小さな透過損失には、相対的に少なからぬ関与があるのではないかと推定したのである。
【0101】
その場合、微小粒による影響は散乱であり吸収ではないと考えられるので、微小粒が存在して一見内部透過率が低いと思われていたフッ化カルシウム単結晶であっても、実は光学部材に使用できるのではないかと考えた。もし光学部材への使用を試みた場合に重要な点は、それら微小粒の許容量であり、またそれを測定する検査方法である。前述した日本光学硝子工業会規格の測定では泡や異物の直径や個数などの計数にとどまっていて、泡や異物の存在した場合の光学的影響に関して言及するものではなかったので不十分である。これに対し、本発明者は、微小粒が存在したフッ化カルシウム単結晶の光透過性そのものに着眼した。
【0102】
前述したようにして製造した純度の高いフッ化カルシウム単結晶においては、200nm以上の波長領域では、吸収による透過損失は検知されない程度まで小さい。そこで、仮に200nm以上の波長領域で透過損失が検知されたとしたら、それは吸収によるものではなく、微小粒による散乱によるものではないかと推定した。この推定を検討するために、複数のインゴットを作り、それぞれのインゴットから製作したテストピースの透過率を測定した。
【0103】
測定の再現性についていえば、0.1%の桁で検討を行うには±0.05%かあるいは±0.05%よりも良好であることが必要である。測定の再現性については、統計的な処理を行って評価しておくと良い。たとえば、透過率測定装置に試料を設置しない状態(ブランク)の透過率を多数回測定して標準偏差σを求めておく。あるいは、実際に試料の透過率を多数回測定して標準偏差σを求めておいても良い。
【0104】
第一の波長αにはArFエキシマレーザの波長193.4nmをとり、この波長での内部透過率をA(%/cm)とした。この波長を測定するには、透過率測定の再現性に優れているという理由から紫外分光光度計を用いた。
【0105】
また、第二の波長にはHgによるi線の波長365.1nmをとり、この波長での内部透過率をB(%/cm)とした。この波長での測定にも紫外分光光度計を用いたが、第二の波長βを波長365.1nmにとったのは、この付近における透過率測定の再現性が極めて良好なためである。
【0106】
A=100.0%/cmのときB=100.0%/cmであった。A=99.9%/cmのときB=99.9〜100.0%/cmの範囲であった。A=99.8%/cmのときにはB=99.8〜100.0%/cmにあった。同様にA=99.7%/cmのときB=99.7〜99.9%/cm、A=99.6%/cmのときB=99.6〜99.8%/cm、A=99.5%/cmのときB=99.5〜99.7%/cmという結果が得られた。
【0107】
しかし、光学ガラスなどで良く知られているレーリー散乱のように、透過損失には極端な波長依存性がみられない。散乱源の大きさと光の波長が同程度の場合にレーリー散乱であれば波長の4乗に反比例する。短い波長でより多くの透過損失を発現するのであるが、フッ化カルシウムの場合そういった極端な波長依存性がみられない。これは、微小粒の大きさが光の波長よりも十分に大きいので、微小粒が光を遮蔽しているような現象であると考えることができる。
【0108】
実際、光の波長は140nmから400nmであるのに対して、顕微鏡で観察した微粒子の直径は約10μmから500μm程度であるので、波長の50倍から2500倍程度の大きさである。このような微粒子による影響は、もはや波長にはよらず一定とみなして良いはずである。
【0109】
そこで、第二の波長βにおける透過損失(100−B)はそういった微小粒によるものとして、これが第一の波長αにおいても同程度に影響していると考えた。つまり、第一の波長αにおける微小粒による透過損失も(100−B)となる。
【0110】
したがって、第一の波長αにおける透過損失(100−A)は、微小粒による透過損失(100−B)と、微小粒によらない透過損失との和に等しいので、微小粒によらない透過損失を便宜上(100−C)とおくと、下記の数4の関係が成り立つ。数4を下記の数5のように変形すると、実測可能なAとBによってCを示すことができる。
【0111】
【数4】
100−A=(100−B)+(100−C)
【0112】
【数5】
C=A+(100−B)
【0113】
この数5によって算出される透過率C(%/cm)は、微小粒による影響を除いた正味の透過率である。したがって、この透過率Cが99.8%/cm以上であるフッ化カルシウム単結晶であれば、内部透過率Aが99.8%/cmより小さいフッ化カルシウム単結晶であっても、内部透過率Aが99.8%/cm以上であるフッ化カルシウム単結晶と同様に、200nm以下の特定波長の光を透過する光学部材に用いることができ、その光学部材を用いた露光装置の結像特性等が劣るようなことはない。なお、このように微小粒による透過損失を除外して正味の透過率Cを問題とすれば良い理由は、前述したように、微小粒による透過損失が吸収損失ではなく散乱損失であり、散乱損失は、熱エネルギーへ変化することがほとんどなく結像特性等には大きな影響を及ぼすことがないからである。
【0114】
ただし、露光装置で使用される第一の波長α(nm)における透過率A(%/cm)そのものがあまりに低いと、レンズ群全体としての照度低下を引き起こすおそれがある。レンズ全体の光路長にもよるが、たとえばフッ化カルシウム単結晶を基材としたレンズを10枚程度使用したとすると、少なくとも内部透過率Aは99.6%/cm以上であることが望ましい。
【0115】
[第1の実施の形態]
【0116】
前述した原理に従った本発明の第1の実施の形態によるフッ化物単結晶の検査方法について、図1を参照して説明する。図1はこの検査方法を示すフローチャートである。
【0117】
この検査方法では、まず、前述したように、本来目的とする真空紫外光の特定波長に応じて第一の波長α(nm)をα≦200となるように決定した後、第二の波長β(nm)を(β−α)≧15となるように決定する(ステップS11,S12)。
【0118】
次に、前述した従来の検査方法と同様に、検査対象のフッ化物単結晶のテストピースを用意する。このテストピースを用いて、当該フッ化物単結晶の第一の波長αでの反射含み透過率を分光光度計等で実測し、実測された反射含み透過率を前記数1及び数2に従って換算することにより、当該フッ化物単結晶の第一の波長αでの内部透過率Aを測定する(ステップS13)。
【0119】
次いで、前記テストピースを用いて、当該フッ化物単結晶の第二の波長βでの反射含み透過率を分光光度計等で実測し、実測された反射含み透過率を前記数1及び数2に従って換算することにより、当該フッ化物単結晶の第二の波長βでの内部透過率Bを測定する(ステップS14)。
【0120】
その後、ステップS13,14で得た内部透過率A,Bから、前記数5に従って値C(%/cm)を算出する(ステップS15)。
【0121】
次に、ステップS15で算出した値Cが99.8%/cm以上であるか否かを判定し(ステップS16)、99.8%/cm以上である場合には、当該テストピースと同じインゴットから得た当該フッ化物単結晶の部材は当該露光装置等のレンズ等光学部材の材料として適すると評価し(ステップS17)、99.8%/cm未満である場合には、当該テストピースと同じインゴットから得たフッ化物単結晶の部材は、当該露光装置等のレンズ等光学部材の材料として適さないと評価し(ステップS18)、検査を終了する。
【0122】
本実施の形態によれば、前記値Cが99.8%以上である場合に「適」と評価するので、内部透過率Aが99.8%で以上である場合に「適」と評価する前記従来の検査方法に比べて検査基準が緩和されている。したがって、本実施の形態によれば、フッ化物単結晶の歩留りが向上する。その結果、予定数量の未達により露光装置の生産計画を乱したり、フッ化カルシウム単結晶を製造するための装置への設備投資の増大を引き起こすなどの問題が、解消される。
【0123】
また、本実施の形態によれば、前述した原理に従っているので、前記従来の検査方法と同様に、フッ化物単結晶を用いた光学部材を使用する露光装置等の装置において所望の結像特性などの光学特性が得られないという事態を招くこともない。
【0124】
[第2の実施の形態]
【0125】
図2は、本発明の第2の実施の形態によるフッ化物単結晶の検査方法を示すフローチャートである。図2において、図1中のステップと同一又は対応するステップには同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【0126】
本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、検査対象のフッ化物単結晶の第一の波長αでの内部透過率Aが99.6%以上であるか否かを判定するステップS20が追加され、内部透過率Aが99.6%未満であればステップS18で不適と評価され、内部透過率Aが99.6%以上であることも条件として「適」と評価される点のみである。
【0127】
既に説明したように、第一の波長αでの内部透過率Aがあまりに低いと、照度低下が大きくなり、好ましくない。これに対し、本実施の形態によれば、内部透過率Aが99.6%以上であることも必要条件として「適」と評価されるので、そのような照度低下が抑えられ、好ましい。
【0128】
[第3の実施の形態]
【0129】
本発明の第3の実施の形態による光学部材は、前記第1又は第2の実施の形態による検査方法により適すると評価されるフッ化物単結晶のうち、第一の波長αでの内部透過率Aが99.8%未満であるフッ化物単結晶(すなわち、従来の検査方法によれば不良品とされるフッ化物単結晶)からなるものである。
【0130】
このようなフッ化物単結晶は、前述した原理により初めて、十分な特性を有することが判明したものである。このようなフッ化物単結晶は、従来は、レンズ等の光学部材に構成される前に不良品として処分されていたものであり、このようなフッ化物単結晶からなる光学部材は存在しなかった。
【0131】
前記第3の実施の形態による光学部材において、前記フッ化物単結晶が粒径10μm以上500μm以下の微小粒を含有していてもよい。これは、顕微鏡で観察された微粒子の直径が約10μmから500μm程度であり、本発明では、前記原理に関して説明したように、微小粒による影響を除いた正味の透過率を問題とするためである。
【0132】
また、前記第3の実施の形態による光学部材において、フッ化物単結晶がフッ化カルシウム単結晶であり、フッ化カルシウム単結晶に含有されるバリウムが0.02ppm未満、セリウムが0.01ppm未満、鉄が0.1ppm未満、マンガンが0.02ppm未満、鉛が0.1ppm未満、イットリウムが0.01ppm未満であってもよい。このように不純物濃度が少ないと、前記原理に関して説明したように、フッ化カルシウム単結晶における吸収原因が含有する微量不純物によるものと考えられることから、吸収損失が小さくなるので、好ましい。
【0133】
[第4の実施の形態]
【0134】
図3は、本発明の第4の実施の形態による投影露光装置の基本構造を示す図である。
【0135】
本実施の形態による露光装置は、表面3aに置かれた感光剤7を塗布した基板8(これら全体を単に「基板W」と呼ぶ。)を置くことのできるウェハーステージ3,露光光として用意された波長の真空紫外光を照射し、基板W上に用意されたマスクのパターン(レチクルR)を転写するための照明光学系1,照明光学系1に露光光を供給するための光源100,基板W上にマスクRのパターンのイメージを投影するためのマスクRが配された最初の表面P1(物体面)と基板Wの表面と一致させた二番目の表面(像面)との間に置かれた投影光学系5、を含む。照明光学系1は、マスクRとウェハーWとの間の相対位置を調節するための、アライメント光学系110も含んでおり、マスクRは、ウェハーステージ3の表面に対して平行に動くことのできるレチクルステージ2に配置される。レチクル交換系200は、レチクルステージ2にセットされたレチクル(マスクR)を交換し運搬する。レチクル交換系200は、ウェハーステージ3の表面3aに対してレチクルステージ2を平行に動かすためのステージドライバーを含んでいる。投影光学系5は、スキャンタイプの露光装置に応用されるアライメント光学系を持っている。
【0136】
そして、本実施の形態による露光装置は、前記第3の実施の形態による光学部材(例えば、光学レンズ)を使用したものである。具体的には、図3に示した本露光装置は、照明光学系1の光学レンズ9及び投影光学系5の光学レンズ10のうちのいずれか一方又は両方として、前記第3の実施の形態による光学レンズが用いられている。なお、図3中、300はウェハーステージ3を制御するステージ制御系、400は装置全体を制御する主制御部である。
【0137】
この露光装置では、前記第3の実施の形態による光学部材が用いられているので、当該光学部材の歩留りが良いことから装置全体としてのコストダウンを図ることができるとともに、十分な結像特性等を確保することができる。
【0138】
【実施例】
[実施例1]
【0139】
以下、ArFエキシマレーザを光源とする露光装置に使用する光学部材に用いるためにフッ化カルシウム単結晶を製造し、このフッ化カルシウム単結晶を本発明による検査方法により検査し、その検査結果が「適」であった例について説明する。
【0140】
人工合成の高純度原料の純度についてであるが、バリウム0.02ppm未満、セリウム0.01ppm未満、鉄0.1ppm未満、マンガン0.02ppm未満、鉛0.1ppm未満、イットリウム0.01ppm未満が保証されたフッ化カルシウム単結晶の粉末原料を使用した。
【0141】
スカベンジャーとしてフッ化銀1モル%を粉末原料に加え、良く撹拌混合した。混合された粉末原料を黒鉛製の清浄な容器に充填した。真空排気を行い、0.01Paより良好な真空度のもと、フッ化カルシウムの融点1400℃まで温度を上げ、脱酸素化反応を進めた。その後は、室温まで降温し前処理品として取り出した。
【0142】
前処理品を黒鉛製の清浄なルツボに充填した。これをブリッジマン装置の所定の位置に設置した。十分な真空排気により真空度が0.01Paに到達したら、通電加熱により、前処理品の温度を上昇させ融解させた。ルツボ下部の温度が融点に到達したら、8時間経過させた後に引下げによる結晶化を開始した。引下げは1時間あたり1mmの速度で行った。引下げが進み融液すべてが結晶化したら、室温まで徐冷してインゴットとして取り出した。
【0143】
このインゴットから透過率測定用のテストピースを製作した。テストピースの向かい合う平行2面は鏡面状に精度良く研磨した。平行度は5〜10秒、表面粗さはRMS表示で0.10〜0.15nmであった。また、透過率測定直前に湿式洗浄を施すことによって表面を清浄な状態にした。
【0144】
第一の波長αにはArFエキシマレーザの波長193.4nmをとり、この波長αでの内部透過率をA(%/cm)とした。A=99.7%/cmであった。この波長αでの透過率を測定するには、透過率測定の再現性に優れているという理由から、紫外分光光度計Cary5を用いた。ブランクの透過率測定の再現性は、3σ=0.03%と良好であった。
【0145】
また、第二の波長βには波長365.1nmをとり、この波長βでの内部透過率をB(%/cm)とした。B=99.9%/cmであった。この波長βでの透過率の測定にも紫外分光光度計Cary5を用いたが、第二の波長βとした波長365.1nmにおけるブランク透過率測定の再現性は、3σ=0.01%と極めて良好であった。
【0146】
A=99.7%/cm、B=99.9%/cmによって、前記数5に従って算出される透過率C(%/cm)は、C=99.8%/cmであった。Cが99.8%/cm以上であり、Aが99.6%/cm以上であるため、前記図1に示す検査方法及び前記図2に示す検査方法のいずれによっても、「適」と評価された。
【0147】
そこで、このインゴットから切り出した部材を熱伝導性の良好な黒鉛製の容器に収容した。この容器の周囲に加熱手段を設け、熱処理を行った後、室温まで降温し部材を取り出した。このフッ化カルシウム単結晶の熱処理された部材を使用して光学部材としての光学レンズを作製し、このレンズをArFエキシマレーザを光源とする露光装置の照明光学系1及び投影光学系5において使用したところ、所望の結像特性が得られないというようなことがなく、特に問題はなかった。
【0148】
なお、本実施例で製造したフッ化カルシウム単結晶は、Aが99.8%/cm未満であるため、前述した従来の検査方法によれば、不良品と評価されることになる。
【0149】
[実施例2]
【0150】
ArFエキシマレーザを光源とする露光装置に使用する光学部材に用いるためにフッ化カルシウム単結晶を製造し、このフッ化カルシウム単結晶を本発明による検査方法により検査し、その検査結果が「不適」であった例について説明する。
【0151】
本実施例においても、前記実施例1と全く同じ材料を用い、全く同じ製造条件に設定して、実施例1とは別に、フッ化カルシウム単結晶を製造した。また、前記実施例1と同じく、インゴットから実施例1のテストピースと同様の透過率測定用のテストピースを製作した。
【0152】
そして、このテストピースを用いて、実施例1と同じく、第一の波長αにはArFエキシマレーザの波長193.4nmをとり、第二の波長βには波長365.1nmをとり、第一の波長αでの内部透過率A(%/cm)と第二の波長βでの内部透過率B(%/cm)を、実施例1と同じ分光光度計を用いて測定した。
【0153】
実施例1と同じくA=99.7%/cmであったが、実施例1と異なりB=100.0%/cmであった。これらによって前記数5に従って算出される透過率C(%/cm)は、C=99.7%/cmであった。Cが99.8%/cm未満であるため、前記図1に示す検査方法及び前記図2に示す検査方法のいずれによっても、「不適」と評価された。
【0154】
したがって、実施例2で製造したフッ化カルシウム単結晶は、ArFエキシマレーザを光源とする露光装置に使用する光学部材には、採用しない。
【0155】
しかしながら、以下のテストを行った。すなわち、実施例2で製作したインゴットから切り出した部材を熱伝導性の良好な黒鉛製の容器に収容した。この容器の周囲に加熱手段を設け、熱処理を行った後、室温まで降温し部材を取り出した。このフッ化カルシウム単結晶の熱処理された部材を使用して光学部材としての光学レンズを作製し、このレンズをArFエキシマレーザを光源とする露光装置において使用したところ、補正不可能な収差が発生してしまい結像できなかった。
【0156】
[実施例3]
【0157】
レーザを光源とする露光装置に使用する光学部材に用いるためにフッ化カルシウム単結晶を製造し、このフッ化カルシウム単結晶を本発明による検査方法により検査し、その検査結果が「適」であった例について説明する。
【0158】
本実施例においても、前記実施例1と全く同じ材料を用い、全く同じ製造条件に設定して、実施例1とは別に、フッ化カルシウム単結晶を製造した。また、前記実施例1と同じく、インゴットから実施例1のテストピースと同様の透過率測定用のテストピースを製作した。
【0159】
第一の波長αにはFレーザの波長157.6nmをとり、この波長での内部透過率をA(%/cm)とした。A=99.7%/cmであった。この波長αでの透過率を測定するには、透過率測定の再現性に優れているという理由から真空紫外分光光度計CAMSを用いた。ブランクの透過率測定の再現性は3σ=0.05%と良好であった。
【0160】
また、第二の波長には波長248.3nmをとり、この波長での内部透過率をB(%/cm)とした。B=99.9%/cmであった。この波長βでの透過率の測定には紫外分光光度計Cary5を用いたが、第二の波長βとした波長248.3nmにおけるブランク透過率測定の再現性は3σ=0.03%と良好であった。
【0161】
A=99.7%/cm、B=99.9%/cmによって、前記数5に従って算出される透過率C(%/cm)はC=99.8%/cmであった。Cが99.8%/cm以上であり、Aが99.6%/cm以上であるため、前記図1に示す検査方法及び前記図2に示す検査方法のいずれによっても、「適」と評価された。
【0162】
そこで、このインゴットから切り出した部材を熱伝導性の良好な黒鉛製の容器に収容した。この容器の周囲に加熱手段を設け、熱処理を行った後、室温まで降温し部材を取り出した。このフッ化カルシウム単結晶の熱処理された部材を使用して光学部材としての光学レンズを作製し、このレンズをFレーザを光源とする露光装置の照明光学系1及び投影光学系5において使用したところ、所望の結像特性が得られないというようなことがなく、特に問題はなかった。
【0163】
なお、本実施例で製造したフッ化カルシウム単結晶は、Aが99.8%/cm未満であるため、前述した従来の検査方法によれば、不良品と評価されることになる。
【0164】
[実施例4]
【0165】
ArFエキシマレーザを光源とする露光装置に使用する光学部材に用いるためにフッ化カルシウム単結晶を製造し、このフッ化カルシウム単結晶を前記図1に示す検査方法及び前記図2に示す検査方法により検査し、それらの検査結果が「適」と「不適」に分かれた例について説明する。
【0166】
本実施例においても、前記実施例1と全く同じ材料を用い、全く同じ製造条件に設定して、実施例1とは別に、フッ化カルシウム単結晶を製造した。また、前記実施例1と同じく、インゴットから実施例1のテストピースと同様の透過率測定用のテストピースを製作した。
【0167】
そして、このテストピースを用いて、実施例1と同じく、第一の波長αにはArFエキシマレーザの波長193.4nmをとり、第二の波長βには波長365.1nmをとり、第一の波長αでの内部透過率A(%/cm)と第二の波長βでの内部透過率B(%/cm)を、実施例1と同じ分光光度計を用いて測定した。
【0168】
実施例1と異なり、A=99.7%/cm、B=99.6%/cmであった。これらによって前記数5に従って算出される透過率C(%/cm)は、C=99.9%/cmであった。Cが99.8%/cm以上、Aが99.6%/cm未満であるため、前記図1に示す検査方法によれば「適」、前記図2に示す検査方法によれば「不適」と評価された。
【0169】
以下のテストを行った。すなわち、実施例4で製作したインゴットから切り出した部材を熱伝導性の良好な黒鉛製の容器に収容した。この容器の周囲に加熱手段を設け、熱処理を行った後、室温まで降温し部材を取り出した。このフッ化カルシウム単結晶の熱処理された部材を使用して光学部材としての光学レンズを作製し、このレンズをArFエキシマレーザを光源とする露光装置において使用したところ、結像特性の点では問題はなかったが、照度が若干低下していた。このように照度は若干低下するものの、露光装置として必ずしも大きな問題になる程度のものではなかった。
【0170】
以上、本発明の各実施の形態及び各実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0171】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フッ化物単結晶の歩留りを向上させることができ、しかも、フッ化物単結晶を用いた光学部材を使用する装置において所望の光学特性が得られないという事態を招くことがないフッ化物単結晶の検査方法を提供することができる。
【0172】
また、本発明によれば、従来の検査方法に従えば不良品として処分されていたようなフッ化物単結晶でありながら、本来的に十分な特性を有しているフッ化物単結晶を用いた光学部材及び投影露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による検査方法を示すフローチャートである。
【図2】本発明の第2の実施の形態による検査方法を示すフローチャートである。
【図3】本発明の第4の実施の形態による投影露光装置の基本構造を示す図である。
【図4】従来の検査方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 照明光学系
2 レチクルステージ
3 ウェハーステージ
5 投影光学系
100 光源
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to light having a wavelength of 200 nm or less, such as ArF excimer laser, F2Regarding light-transmitting optical members such as lenses, prisms, and plates used in optical systems such as lasers, solid-state lasers, and the like, for example, projection exposure apparatuses, CVD apparatuses, and laser processing apparatuses, particularly from fluoride single crystals It relates to an optical member.
[0002]
The present invention also relates to a method for inspecting a fluoride single crystal used for such an optical member, and further to a projection exposure apparatus.
[0003]
[Prior art]
Semiconductor devices such as LSIs have been highly integrated and exposure using light is performed. In the photolithography process, a method of transferring a pattern drawn on a mask onto a wafer with a lens using a projection exposure apparatus is mainly performed. In general, the resolution of a transfer pattern is improved in proportion to the numerical aperture of a lens and the inverse of the wavelength of light to be exposed. However, in order to increase the numerical aperture of the lens, a large-diameter lens is required, and there is a limit to manufacturing. Therefore, in order to improve the resolution of photolithography, it is effective to shorten the wavelength of the light source.
[0004]
For this reason, an exposure apparatus using g-line (436 nm) or i-line (365 nm) as a light source has been used so far, but now, an exposure apparatus using a KrF excimer laser (248 nm) as a light source is widely used. Furthermore, an exposure apparatus equipped with an ArF excimer laser (193.4 nm), which is vacuum ultraviolet light, has begun to be put into practical use. Recently, F has a shorter wavelength.2An exposure apparatus using a laser (157.6 nm) as a light source is also expected.
[0005]
In an exposure apparatus using g-line or i-line as a light source, optical glass has been used as a lens material. However, for an ultraviolet light source of 300 nm or less, optical glass can no longer be used as a lens material from the viewpoint of light transmittance. Synthetic quartz glass and fluoride crystals can be used for light in this region. For example, in a KrF excimer laser exposure apparatus, synthetic quartz glass is used because of the advantage that a large aperture is easily obtained.
[0006]
It is considered that synthetic quartz glass and fluoride crystals can be used for light in a wavelength range of 200 nm or less (vacuum ultraviolet wavelength range). In particular, a fluoride crystal such as a calcium fluoride crystal excellent in light transmittance has attracted attention.
[0007]
In the region of 160 nm or less, even synthetic quartz glass cannot be used because of its lack of light transmittance, and only fluoride crystals such as calcium fluoride crystals can be used. For example, F2Calcium fluoride crystals and barium fluoride crystals are expected for an exposure apparatus using a laser as a light source. In particular, calcium fluoride crystals are considered to be practical.
[0008]
Optical materials used in an exposure apparatus are required to have a quality that is excellent in light transmission, small in birefringence and large in diameter. The same applies to fluoride crystals.
[0009]
First, regarding the demand for excellent light transmission, it is generally said that the smaller the transmission loss due to scattering and absorption caused by the inside of the optical material, the better.
[0010]
The transmission loss due to absorption is said to change the refractive index distribution of a lens or the like or cause deformation due to the change of light energy to thermal energy due to electron transition, and is said to have a great influence directly on the imaging characteristics.
[0011]
On the other hand, it is said that transmission loss due to scattering does not have a large direct effect on the imaging characteristics themselves. That is, if the optical material has very strong scattering, the weak stray light generated by the scattering can reduce the contrast of the image. However, in the case of scattering, it is said that the energy of incident light does not change to thermal energy within the material, so that it does not directly affect the imaging characteristics.
[0012]
Optical glass and plastics are known to have scattering such as Rayleigh scattering, but even this scattering is very small compared to absorption, so most transmission loss is considered to be absorption loss. . Furthermore, it is said that such Rayleigh scattering does not exist essentially in a fluoride crystal which is a crystal.
[0013]
Thus, conventionally, it has been considered that the transmission loss in a fluoride crystal is only an absorption loss and does not include a scattering loss.
[0014]
Thus, conventionally, it has been considered that the transmission loss in a fluoride crystal is only an absorption loss that directly affects the imaging characteristics, and does not include scattering loss.
[0015]
Although the details of the fluoride crystal having excellent light transmittance will be described later, it is possible to perform a selection operation based on an inspection based on the transmittance in a part of the manufacturing process. The transmittance is a value obtained by measuring with a spectrophotometer or the like, and is a quantitative expression of light transmittance.
[0016]
Next, regarding the requirement that the birefringence is small and the aperture is large, it is generally necessary to be a single crystal to satisfy this requirement. In other words, simply having a large aperture is not sufficient. An aggregate of single crystals is called polycrystalline. If the fluoride crystal is not a single crystal but a polycrystal, strain remains at the interface between the adjacent single crystals and exhibits a large birefringence. In addition, when a lens or the like is configured such that the refractive index distribution near the interface becomes discontinuous, the imaging performance becomes insufficient. Therefore, a fluoride single crystal is used as an optical material used in the exposure apparatus, not a polycrystalline fluoride crystal.
[0017]
Fluoride single crystals are usually produced by the Bridgman method. For example, a method for producing a calcium fluoride single crystal, which is one of fluoride single crystals, is described in the “Bridgeman Stock Burger Method” in the “Crystal Growth Handbook (September 1, 1995, First Edition, 1st Edition, P583)”. It is introduced as (B-S method). The outline of the contents disclosed there is as follows.
[0018]
The Bridgman method is a method of crystallizing the melt in the crucible when the crucible descends through a temperature gradient set in the furnace. A crystal growth furnace comprising a crucible, a heater, a heat insulating material, a bell jar, an exhaust mechanism, and a descending mechanism is used. Further, it has been shown that a calcium fluoride single crystal can be grown not only by the Bridgeman method but also by a pulling method or a zone melt method.
[0019]
The mass produced in this way is called an ingot. A part of the ingot is cut out as a cylindrical member or cut out as a circular member at an appropriate interval. Such a member is polished or coated to form an optical member such as a lens. Furthermore, according to the optical design, a lens group or the like is formed to form an optical system.
[0020]
Hereinafter, a manufacturing method of a calcium fluoride single crystal will be described as a fluoride single crystal used as a material for an optical member of an exposure apparatus. The process for producing this calcium fluoride single crystal mainly comprises the following three processes (1) to (3). The single crystallization by the Bridgman method described above corresponds to the following step (2).
[0021]
Step {circle around (1)}: A step of deoxygenating the raw material to obtain a pretreated product,
Step (2): A step of growing a crystal to obtain a single crystal ingot,
Step (3): Step of obtaining a heat-treated product by performing a heat treatment to reduce birefringence
[0022]
First, the step (1) will be described.
[0023]
When a calcium fluoride single crystal used in the ultraviolet or vacuum ultraviolet region is produced by the Bridgman method, natural calcium fluoride is not used as a raw material, and a raw material of artificially synthesized high-purity powder is used. Even if such a raw material is melted and crystallized only, it shows a tendency to become cloudy and devitrified. Therefore, a reagent called a scavenger is added and heated to prevent white turbidity. An additive substance that chemically reacts with and removes impurities contained therein is generally called a scavenger.
[0024]
A typical scavenger for producing a calcium fluoride single crystal includes lead fluoride. Lead fluoride reacts with oxygen, which is an impurity contained in the calcium fluoride single crystal, to become lead oxide. Since the produced lead oxide volatilizes at a high temperature, oxygen can be removed from the calcium fluoride single crystal. Since devitrification due to white turbidity is considered to be caused by oxygen contained in the calcium fluoride single crystal, devitrification can be prevented by removing this oxygen.
[0025]
The procedure for reacting the raw material with the scavenger is explained. The powder raw material mixed with the scavenger is filled in a clean container such as graphite, and the temperature is raised to the melting point of calcium fluoride by sufficient evacuation to deoxygenate. Advance the reaction. After that, the temperature is lowered to room temperature and used as a pre-processed product.
[0026]
Next, step (2) will be described.
[0027]
It is widely known that crystal growth methods can generally be broadly divided into solidification of a melt, precipitation from a solution, precipitation from a gas, and growth of solid particles. Of these, a method often used is a method in which the pretreated product obtained in the step (1) is once melted and solidified from the melt to grow crystals. One of the methods for promoting crystal growth by solidifying from a melt is the Bridgman method.
[0028]
As described above, the Bridgman method is a solution from the upper part to the lower part in the temperature distribution consisting of the high temperature part (upper part) controlled to a temperature higher than the melting point and the low temperature part (lower part) controlled to a temperature lower than the melting point. In this method, the (container) is pulled down for crystallization. Hereinafter, a procedure for growing a calcium fluoride single crystal by the Bridgman method will be described.
[0029]
The pretreated product obtained in the step (1) is filled in a clean container such as graphite, and is placed at a predetermined position of the Bridgman apparatus that can be evacuated. Under sufficient evacuation, the temperature of the pretreatment product is raised and melted by a heating means such as electric heating. After reaching the melting point, crystallization (reduction) is started after a few hours have elapsed after the temperature has stabilized. The pulling is performed at a speed of about 0.1 mm to 5 mm per hour. When pulling progresses and all the melt is crystallized, it is slowly cooled to room temperature and taken out as an ingot.
[0030]
A part of the ingot obtained by the step (2) is cut, and the inside is observed with the naked eye using a condensing lamp with strong illuminance. As a result of this observation, there may be a minute particle (what looks like a minute particle) that scatters light inside. This fine grain is considered to be a crystal defect or the like. The cause of the formation of fine grains is unknown, but it seems to be due to fluctuations in conditions during crystal growth, such as temperature fluctuations.
[0031]
Although it is not such fine particles, there are bubbles and foreign substances of optical glass as similar to such fine particles. A method for measuring bubbles and foreign matters in optical glass is in the Japan Optical Glass Industry Association Standard (JOGIS), and all of them classify by measuring the diameter and number of bubbles and foreign matters present in optical glass. In actual use, it is unclear how bubbles and foreign substances in the optical glass affect.
[0032]
The same applies to the calcium fluoride single crystal, and it is not known what optical effect the fine particles have. If the macroscopic observation as described above is performed and there is not a very large amount of fine particles, the ingot is cut into an appropriate shape, and further subjected to a molding process such as a rounding process to form a member, and the process proceeds to step (3).
[0033]
Next, the step (3) will be described.
[0034]
The member for heat treatment (the member cut out from the ingot after the step (2) and molded) is processed in advance to the same extent as the target optical member in both shape and size. For example, when the objective is an optical lens, it has a thin cylindrical shape, and its diameter and thickness are often determined according to the optical lens. It is said that the atmosphere during heat treatment should avoid oxygen and moisture. Moreover, it is better for the atmosphere at the time of heat processing not to react with calcium fluoride at high temperature. For this reason, the heat treatment is performed in a vacuum atmosphere, an inert gas atmosphere, or a fluorine atmosphere. The temperature during the heat treatment is about 1000 ° C. First, the temperature of the member is gradually raised from room temperature, and is held for about one day at a constant temperature of about 1000 ° C., for example. Thereafter, the temperature is gradually lowered and the mixture is gradually cooled to room temperature.
[0035]
Since it is necessary that there is no temperature unevenness during the heat treatment, the member is accommodated in a container made of graphite having good thermal conductivity. A heating means is provided around the container. When the temperature is lowered to room temperature, the member is taken out. The member (heat-treated product) that has been heat-treated in this manner is sufficiently gradually strained and has reduced birefringence.
[0036]
By the steps {circle around (1)} to {circle around (3)} described above, the calcium fluoride single crystal used as the material of the optical member of the exposure apparatus is completed. However, the calcium fluoride single crystal produced in this way does not always have the desired characteristics.
[0037]
Therefore, conventionally, a calcium fluoride single crystal has been inspected by the following method.
[0038]
That is, as described above, the member is obtained from the ingot obtained in the step (2), but a small molded product is manufactured separately from the member from the same ingot. From this molded product, a sample called a test piece is manufactured as an object to be measured when measuring the transmittance. That is, apart from the columnar member for optical material, a test piece is manufactured from the same ingot. The test piece is usually molded and processed into an appropriate size and shape so that it can be installed in a sample chamber of a measuring device such as a spectrophotometer. In addition, two parallel faces of the test piece facing each other are polished in a mirror shape.
[0039]
By measuring the transmittance of such a test piece, the light transmittance of the manufactured calcium fluoride single crystal member can be quantitatively evaluated. Therefore, the member is inspected by determining whether or not the light transmittance satisfies a predetermined level. That is, when the predetermined level is satisfied, it is evaluated that the member obtained from the same ingot as the test piece is suitable as a material for the optical member of the exposure apparatus. On the other hand, when the predetermined level is not satisfied, the test is performed. A member obtained from the same ingot as the piece is evaluated as inappropriate and is not used as a material for an optical member of the exposure apparatus.
[0040]
The specific level of light transmission was as follows. In other words, it is said that the light transmittance should be as high as possible. Therefore, whether the internal transmittance per cm of the optical path of the calcium fluoride single crystal member is 99.8% or more at the wavelength of the light to be used. No is used as a reference for determining whether or not the optical member of the exposure apparatus can be used as a material. For example, when an attempt is made to use a calcium fluoride single crystal as an optical member such as a lens constituting an exposure apparatus using an ArF excimer laser as a light source, the internal wavelength at 193.4 nm is achieved despite such a short wavelength. Those having a transmittance of 99.8% / cm or more were selected and used.
[0041]
Here, the internal transmittance will be described. Internal transmittance refers to the transmittance of the material itself, which does not include reflection on the surface, etc. When there is no transmission loss of the material, it is indicated as 100%, and when the material does not transmit light at all Is 0% as a percentage. The internal transmittance of 99.8% / cm is the same as the transmission loss of 0.2% per 1 cm of the optical path. However, whether the transmission loss is a transmission loss due to absorption or a transmission loss due to scattering cannot be determined from the transmittance measurement result.
[0042]
The internal transmittance can be obtained by calculating from the transmittance including reflection on the surface. The transmittance T obtained by measuring from the spectrophotometer includes reflection on the surface. Since the transmittance T and the internal transmittance τ have the following relationship, the conversion from the transmittance T to the internal transmittance τ is easy. However, R in Formula 1 is a reflectance, and the refractive index n of the atmosphere0And refractive index n of the object to be measuredSIs determined by the following equation (2). When the internal transmittance is 100% (τ = 1), the transmittance T including reflection is determined by the reflectance R, and the theoretical transmittance T0Sometimes called. In that case, theoretical transmittance T0Is represented by Equation 3 below.
[0043]
[Expression 1]
T = {(1-R)2τ} / (1-R2τ2)
[0044]
[Expression 2]
R = {(n0-NS) / (N0+ NS)}2
[0045]
[Equation 3]
T0= {(1-R)2} / (1-R2)
[0046]
Here, the measurement error regarding the internal transmittance is estimated. Usually, the reflectance R is about 0.04 and the internal transmittance τ is about 1, so that R is sufficiently smaller than 1 and τ. The degree of measurement error that occurs in the actual measurement of the transmittance T including reflection may be regarded as being directly propagated to the error of the internal transmittance τ.
[0047]
Needless to say, in order to conduct a precise inspection such as the internal transmittance of 99.8% / cm, it is necessary to study in the order of 0.1%. Similarly, it is shown that it is necessary to accurately measure the transmittance with an order of 0.1%.
[0048]
When such a measurement is to be performed with a spectrophotometer, fixed-point measurement is performed in which the transmittance is measured by fixing the wavelength to a target wavelength, instead of measuring the spectral transmittance by wavelength scanning. .
[0049]
The conventional inspection method of the calcium fluoride single crystal described above is shown as a flowchart in FIG. The conventional inspection method will be briefly described with reference to FIG. 4. First, the reflection and transmission of the test piece at the target wavelength in the exposure apparatus is measured with a spectrophotometer, and the measured reflection and transmission is measured. The internal transmittance A of the test piece is measured by converting the rate according to the formulas 1 and 2 (step S1). Next, it is determined whether or not the internal transmittance A is 99.8% / cm or more (step S2). If it is 99.8% / cm or more, it is obtained from the same ingot as the test piece. The member is evaluated as being suitable as a material for the optical member of the exposure apparatus (step S3), and if it is less than 99.8% / cm, the member obtained from the same ingot as the test piece is the exposure apparatus. It is evaluated that it is not suitable as a material for the optical member (step S4), and the inspection is terminated.
[0050]
If the result of the inspection is "appropriate", the member collected from the original ingot is a material suitable for the optical member that constitutes the ultraviolet light exposure device, and is subjected to polishing or coating to produce an optical member such as a lens. To do. In the case of “inappropriate”, the original ingot is not used as an optical member of the ultraviolet light exposure apparatus but is disposed as a defective product.
[0051]
For a calcium fluoride single crystal intended for an exposure apparatus using an ArF excimer laser as a light source, the internal transmittance at a wavelength of 193.4 nm is about 99.4 to 100.0% / cm. All of these are not used for the optical members of the exposure apparatus, and only some of them are used for the optical members.
[0052]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional inspection method, by setting a very high level regarding the light transmittance such that the internal transmittance is 99.8% / cm or more, a desired exposure apparatus using vacuum ultraviolet light is desired. Optical characteristics were ensured.
[0053]
However, since the high level was set in this way, the ratio of the manufactured calcium fluoride single crystals that did not satisfy the level and were discarded as defective products was considerably high, and the yield was low. For this reason, there have been problems such as disturbing the production plan of the exposure apparatus due to the insufficiency of the planned quantity, and increasing the capital investment in the apparatus for manufacturing the calcium fluoride single crystal.
[0054]
Therefore, it is conceivable to set the inspection standard of the calcium fluoride single crystal to be lower than the internal transmittance of 99.8% / cm. However, if the inspection standard is unnecessarily lowered, even if the calcium fluoride single crystal passes the inspection, desired optical characteristics cannot be obtained in an exposure apparatus using an optical member made of the calcium fluoride single crystal. It may lead to a situation.
[0055]
In the above description, the case where the material is a calcium fluoride single crystal has been described as an example, and the case where an optical member using the material is used in an exposure apparatus has been described as an example. In the description, various devices using a light source having a wavelength of 200 nm or less as a light source other than an exposure device when the material is a fluoride single crystal other than the calcium fluoride single crystal or an optical member using the fluoride single crystal is used. The same applies to the case where it is used.
[0056]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, can improve the yield of fluoride single crystals, and obtain desired optical characteristics in an apparatus using an optical member using fluoride single crystals. It is an object of the present invention to provide a method for inspecting a fluoride single crystal that does not cause a situation where it cannot be performed.
[0057]
In addition, the present invention provides an optical member using a fluoride single crystal that is inherently sufficient although it is a fluoride single crystal that has been disposed of as a defective product according to a conventional inspection method. It is another object of the present invention to provide a projection exposure apparatus.
[0058]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a fluoride single crystal inspection method according to a first aspect of the present invention is a fluoride single crystal inspection method used for an optical member that transmits light having a specific wavelength of 200 nm or less. , When the first wavelength α (nm) and the second wavelength β (nm) are in the relationship of α ≦ 200 ≦ β and (β−α) ≧ 15, the first single crystal of the fluoride single crystal From the internal transmittance A (% / cm) at the wavelength α and the internal transmittance B (% / cm) at the second wavelength β of the fluoride single crystal, C = A + (100−B) Including the step of determining whether the value C (% / cm) obtained by the equation is 99.8% / cm or more, and the value C is 99.8% / cm or more as a necessary condition It is evaluated that the fluoride single crystal is suitable as a material for the optical member.
[0059]
The fluoride single crystal includes lithium fluoride single crystal (LiF), magnesium fluoride single crystal (MgF).2), Calcium fluoride single crystal (CaF)2), Strontium fluoride single crystal (SrF)2), Barium fluoride single crystal (BaF)2)including.
[0060]
Said 1st wavelength (alpha) may be made to correspond with the said specific wavelength, and does not necessarily need to correspond.
[0061]
Whether the value C (% / cm) is 99.8% / cm or more is determined directly by determining whether the value C obtained in advance is 99.8% / cm or more. Or may be performed by determining whether the determination is equivalent to the determination, for example, whether B−A ≦ 0.2% / cm. In the latter case, it is not always necessary to obtain the value C.
[0062]
The first wavelength α may be 140 nm or more. The second wavelength β may be 200 nm or more. The second wavelength β may be 400 nm or less.
[0063]
The above point is the same also about each aspect of this invention mentioned later.
[0064]
The method for inspecting a fluoride single crystal according to the second aspect of the present invention includes the step of determining whether or not the internal transmittance A is 99.6% / cm or more in the first aspect, On the condition that the internal transmittance A is 99.6% / cm or more, it is evaluated that the fluoride single crystal is suitable as a material for the optical member.
[0065]
In the present invention, 99.6% / cm may be replaced with 99.7% / cm in the second embodiment.
[0066]
In the method for inspecting a fluoride single crystal according to the third aspect of the present invention, the first wavelength α is 193.4 nm or 157.6 nm.
[0067]
When a fluoride single crystal is used in an apparatus using an ArF excimer laser as a light source, the first wavelength α may be set to 193.4 nm in accordance with the wavelength of the light source light as in the third aspect. preferable. In this case, the second wavelength β can be set to, for example, an i-line wavelength of 365.1 nm. F2When a fluoride single crystal is used in an apparatus using a laser as a light source, it is preferable to set the first wavelength α to 157.6 nm in accordance with the wavelength of the light source light as in the third aspect. In this case, the second wavelength β can be set to 248.3 nm, for example. These points are the same also about the 8th aspect mentioned later.
[0068]
The inspection method for a fluoride single crystal according to the fourth aspect of the present invention is the method according to any one of the first to third aspects, wherein the fluoride single crystal is a calcium fluoride single crystal.
[0069]
The optical member according to the fifth aspect of the present invention is an optical member that is made of a fluoride single crystal and transmits light having a specific wavelength of 200 nm or less, and has a first wavelength α (nm) and a second wavelength β (nm ) Is in a relationship of α ≦ 200 ≦ β and (β−α) ≧ 15, the internal transmittance A (% / cm) of the fluoride single crystal at the first wavelength α is 99.99. Less than 8% / cm, and C = A + (100−B) from the internal transmittance A and the internal transmittance B (% / cm) at the second wavelength β of the fluoride single crystal. The value C (% / cm) obtained by the above is 99.8% / cm or more. In the present invention, in the fifth aspect, the internal transmittance A may be less than 99.7% / cm.
[0070]
The optical member according to a sixth aspect of the present invention is the optical member according to the fifth aspect, wherein the internal transmittance A is 99.6% / cm or more.
[0071]
The optical member according to a seventh aspect of the present invention is the optical member according to the fifth or sixth aspect, wherein the fluoride single crystal contains fine particles having a particle size of 10 μm or more and 500 μm or less.
[0072]
The optical member according to an eighth aspect of the present invention is the optical member according to any one of the fifth to seventh aspects, wherein the first wavelength α is 193.4 nm or 157.6 nm.
[0073]
An optical member according to a ninth aspect of the present invention is the optical member according to any one of the fifth to eighth aspects, wherein the fluoride single crystal is a calcium fluoride single crystal.
[0074]
The optical member according to a tenth aspect of the present invention is the optical member according to the ninth aspect, wherein barium contained in the calcium fluoride single crystal is less than 0.02 ppm, cerium is less than 0.01 ppm, iron is less than 0.1 ppm, Manganese is less than 0.02 ppm, lead is less than 0.1 ppm, and yttrium is less than 0.01 ppm.
[0075]
A projection exposure apparatus according to an eleventh aspect of the present invention is the projection exposure apparatus for guiding light of a predetermined wavelength from a light source onto a mask on which a pattern is formed, and projecting and exposing the pattern on the mask onto a substrate. An optical system including the optical member according to any one of the fifth to tenth aspects is provided.
[0076]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Principle of the present invention]
[0077]
Prior to the description of the embodiments of the present invention, the principle of the present invention will be described.
[0078]
Hereinafter, a calcium fluoride single crystal will be described as an example of the fluoride single crystal, but the same applies to other fluoride single crystals. An exposure apparatus will be described as an example of an apparatus that uses an optical member such as a lens using a fluoride single crystal, but the same applies to other apparatuses.
[0079]
Conventionally, precise measurement of the transmittance of a calcium fluoride single crystal has been carried out at the wavelength of the light source used in the exposure apparatus, that is, the target wavelength, but in the present invention, the conventional single wavelength is used. In addition to precise transmittance measurement, precise transmittance is measured at another wavelength longer than this.
[0080]
The specific wavelength of the intended vacuum ultraviolet light (for example, the wavelength of ArF excimer laser or F2The wavelength of the laser) is the first wavelength α (nm), and the specific wavelength of ultraviolet light longer than this is β (nm). The selection of the first wavelength α depends on what light source is used in the exposure apparatus. However, the first wavelength α does not necessarily need to match the wavelength of the light source of the exposure apparatus. In the present invention, the first wavelength α is selected to be 200 nm or less because it is intended for an apparatus that uses light in the vacuum ultraviolet wavelength region, which is a wavelength region of 200 nm or less, as a light source. The second wavelength β needs to be selected depending on the properties of the calcium fluoride single crystal and the performance of the transmittance measuring device, but will be described in detail later. good.
[0081]
Here, the transmittance measuring device will be described. One type of transmittance measuring device is a spectrophotometer. Such an apparatus includes a vacuum ultraviolet spectrophotometer, an ultraviolet spectrophotometer, a visible spectrophotometer, an infrared spectrophotometer, and the like depending on a wavelength range to be measured and a measurement atmosphere corresponding thereto. In the present invention, vacuum ultraviolet spectrophotometer and ultraviolet spectrophotometer are targeted from the wavelength range.
[0082]
With Cary5 (trade name) manufactured by Varian, which is one of the ultraviolet spectrophotometers, the transmittance can be measured in a range of at least about 185 nm to 400 nm. In addition, in a CAMS (trade name) manufactured by Acton, which is one of vacuum ultraviolet spectrophotometers, transmittance can be measured in a range of at least about 140 nm to 200 nm.
[0083]
The first wavelength α to be used in the exposure apparatus may be set to 140 to 200 nm as belonging to the vacuum ultraviolet region where the transmittance can be measured with such an apparatus. In addition, for the second wavelength β longer than the first wavelength α, a maximum of about 400 nm may be considered. Of course, if an appropriate spectrophotometer is used, the second wavelength β may be set to a wavelength longer than 400 nm.
[0084]
However, if the first wavelength α and the second wavelength β are too close, it is meaningless to measure at another wavelength, so at least the half width of the light to be measured (usually about 1 to 5 nm). It is better that the distance is about 3 times or more, and therefore about 15 nm or more as a guide. The reason for the existence of the transmittance measurement by the second wavelength β and the effect thereof will be described later from the viewpoint of the properties of the calcium fluoride single crystal.
[0085]
For the above reason, the first wavelength α (nm) and the longer second wavelength β (nm) are set to satisfy α ≦ 200 and β ≧ α + 15. Further, although not particularly limited, 140 ≦ α and β ≦ 400 may be satisfied.
[0086]
When measuring the transmittance at the first wavelength α and the second wavelength β, it is not particularly necessary to use the same measuring device, but if there is no problem in performance such as measurement accuracy, the same device is used. Measurement may be performed.
[0087]
When the target wavelength is the ArF excimer laser wavelength 193.4 nm in vacuum ultraviolet light, the first wavelength α is set to 193.4 nm, for example, and the second wavelength β is selected to 250 nm, 350 nm, etc. .
[0088]
The target wavelength is F of vacuum ultraviolet light.2When the laser wavelength is 157.6 nm, the first wavelength α is set to 157.6 nm, for example, and the second wavelength β is selected to be 200 nm, 250 nm, 350 nm, or the like.
[0089]
Here, the properties of the calcium fluoride single crystal will be described. As described above, conventionally, it has been considered that the transmission loss in a fluoride crystal is only an absorption loss and does not include a scattering loss. However, as will be described in detail below, as a result of the inventor's research, transmission loss in fluoride crystals is considered to include not only absorption loss but also scattering loss (particularly, scattering loss due to the fine particles). Turned out to be.
[0090]
The inventor actually produced a calcium fluoride single crystal by the above-described three steps (1) to (3). At this time, as described later, from the pretreated product obtained after the step (1), the ingot obtained after the step (2), and the heat-treated product obtained after the step (3), respectively. A test piece for measuring transmittance was manufactured.
[0091]
That is, a treatment for preventing white turbidity was performed by adding a scavenger to the powder raw material and heating. Lead fluoride was used as the type of scavenger. The powder raw material mixed with the scavenger was filled into a clean container such as graphite, and the temperature was raised to about the melting point of calcium fluoride under sufficient vacuum evacuation to perform the deoxygenation reaction. Thereafter, the temperature was lowered to room temperature to prepare a pretreated product. The pretreated product was filled in a clean container such as graphite and installed at a predetermined position of the Bridgman apparatus which can be evacuated. Under sufficient evacuation, the temperature of the pretreated product was increased and melted by a heating means such as electric heating. After reaching the melting point, crystallization was started after several hours had passed after waiting for the temperature to stabilize rather than immediately starting crystallization by pulling down. Pulling down was performed at a speed of 2 mm per hour. When the pulling progressed and all the melt was crystallized, it was gradually cooled to room temperature and taken out as an ingot. The member cut out from the ingot was accommodated in a graphite container having good thermal conductivity. A heating means was provided around the container, and after heat treatment, the temperature was lowered to room temperature and the member was taken out.
[0092]
The inventor manufactured a test piece for measuring transmittance from each of the pretreated product, the ingot, and the heat-treated product. The parallel two surfaces facing each other of the test piece were polished to a mirror surface with high accuracy, the parallelism was about 10 seconds or less, and the surface roughness was about 0.25 nm or less in RMS display. It is desirable to clean the surface of the test piece by performing wet cleaning or the like. Such a clean surface has very good wettability with pure water and a contact angle of about 2 ° or less.
[0093]
A clear absorption band centered at a wavelength of 204 nm was observed in the pretreated product. This is thought to be because a trace amount of the lead component added as a scavenger remains. The internal transmittance of the ArF excimer laser at a wavelength of 193.4 nm is often 98.0% / cm or less, and a large influence due to absorption is observed.
[0094]
In contrast, ingots and heat-treated products did not have clear absorption bands. The internal transmittance of the ingot at a wavelength of 193.4 nm is about 99.4 to 100.0% / cm. Despite the fact that a clear absorption band was seen in the pre-treated product, the ingot was not found because the lead component, which is an impurity, was prevented from being incorporated by the segregation effect during crystal growth. It is thought that. It is considered that not only lead but also other impurities are prevented from being taken in by the same effect. The ingot thus obtained becomes high-purity calcium fluoride, the impurity content is reduced, and it is no longer difficult to quantify impurities by an analytical method such as emission analysis or mass spectrometry. In the heat treatment step (step {circle around (3)}), since no lead component or other impurities are taken in, it is considered that a clear absorption band was not seen not only in the ingot but also in the heat treatment product.
[0095]
From the above, it was considered that the cause of absorption in the calcium fluoride single crystal was due to the trace impurities contained.
[0096]
The internal transmittance at a wavelength of 193.4 nm is not only relatively good as 99.8% / cm or more, but also has a narrow range of 99.4 to 100.0% / cm. It was thought that this was due to the fact that such impurities remained in a trace amount.
[0097]
Therefore, an attempt was made to reduce the impurities that were presumed to remain even though the amount was extremely small by producing a calcium fluoride single crystal of higher purity as follows.
[0098]
Regarding the purity of high-purity raw materials for artificial synthesis, for example, in vacuum ultraviolet applications, barium is less than 0.02 ppm, cerium is less than 0.01 ppm, iron is less than 0.1 ppm, manganese is less than 0.02 ppm, lead is 0.1 ppm. The powder raw material of calcium fluoride single crystal, which is guaranteed high quality such as less than 0.01 ppm, is used. Even with such a high-purity raw material, when only the raw material is melted and crystallized, it becomes cloudy and devitrified. Therefore, a treatment for preventing white turbidity was performed by adding a scavenger and heating. As the type of scavenger, copper fluoride, silver fluoride, zinc fluoride and the like were used in addition to lead fluoride. The powder raw material mixed with the scavenger is filled into a clean container such as graphite, and the temperature is raised to about the melting point of calcium fluoride under sufficient vacuum evacuation to proceed with the deoxygenation reaction. Thereafter, the temperature was lowered to room temperature to prepare a pretreated product. The pretreated product was filled in a clean container such as graphite and installed at a predetermined position of the Bridgman apparatus which can be evacuated. Under sufficient evacuation, the temperature of the pretreated product was increased and melted by a heating means such as electric heating. After reaching the melting point, crystallization was started after several hours had passed after waiting for the temperature to stabilize rather than immediately starting crystallization by pulling down. Pulling down was performed at a speed of 1 mm per hour. When the pulling progressed and all the melt was crystallized, it was gradually cooled to room temperature and taken out as an ingot.
[0099]
The inventor manufactured a test piece for transmittance measurement from each of the pretreated product, the ingot, and the heat-treated product, similarly to the test piece described above. The internal transmittance of these test pieces was 99.5-100.0% / cm, and the range was narrowed. In terms of transmission loss, 0.0 to 0.5% / cm is indicated. Thus, the internal transmittance is in the direction of improvement, but there are still those with low internal transmittance.
[0100]
Therefore, the present inventor has inferred that such transmission loss may be due not only to absorption due to impurities but also to the fine particles described above. Even for fine particles, it is estimated that there is a relatively small contribution to the small transmission loss that should be considered at a level of 0.0 to 0.5% / cm, that is, 0.1% / cm. It was.
[0101]
In that case, it is thought that the influence by the fine particles is scattering and not absorption, so even if it is a calcium fluoride single crystal that seemed to have low internal transmittance at first glance, it is actually an optical member. I thought it could be used. If it is used for an optical member, an important point is an allowable amount of the fine particles, and an inspection method for measuring it. The above-mentioned measurement of the Japan Optical Glass Industry Association standard is insufficient because it only counts the diameter and number of bubbles and foreign matters, and does not refer to optical effects when bubbles or foreign matters exist. On the other hand, the present inventor has focused on the light transmission itself of the calcium fluoride single crystal in which fine particles are present.
[0102]
In the high-purity calcium fluoride single crystal produced as described above, the transmission loss due to absorption is so small that it is not detected in the wavelength region of 200 nm or more. Therefore, if a transmission loss was detected in a wavelength region of 200 nm or more, it was estimated that it was not due to absorption but due to scattering by fine particles. In order to examine this estimation, a plurality of ingots were made, and the transmittance of a test piece made from each ingot was measured.
[0103]
Speaking of measurement reproducibility, it is necessary to be ± 0.05% or better than ± 0.05% in order to investigate in the order of 0.1%. The reproducibility of measurement should be evaluated by performing statistical processing. For example, the standard deviation σ is obtained by measuring the transmittance in a state where a sample is not installed in the transmittance measuring device (blank) many times. Alternatively, the standard deviation σ may be obtained by actually measuring the transmittance of the sample many times.
[0104]
The wavelength 193.4 nm of the ArF excimer laser was taken as the first wavelength α, and the internal transmittance at this wavelength was A (% / cm). To measure this wavelength, an ultraviolet spectrophotometer was used because of the excellent reproducibility of transmittance measurement.
[0105]
The second wavelength was 365.1 nm of i-line by Hg, and the internal transmittance at this wavelength was B (% / cm). An ultraviolet spectrophotometer was also used for measurement at this wavelength, but the second wavelength β was set at a wavelength of 365.1 nm because the reproducibility of transmittance measurement in this vicinity was very good.
[0106]
When A = 100.0% / cm, B = 100.0% / cm. When A = 99.9% / cm, B = 99.9 to 100.0% / cm. When A = 99.8% / cm, B = 99.8 to 100.0% / cm. Similarly, when A = 99.7% / cm, B = 99.7 to 99.9% / cm, when A = 99.6% / cm, B = 99.6 to 99.8% / cm, A = When 99.5% / cm, the result of B = 99.5-99.7% / cm was obtained.
[0107]
However, the extreme wavelength dependence is not seen in the transmission loss as in Rayleigh scattering well known for optical glass. If Rayleigh scattering is performed when the size of the scattering source and the wavelength of the light are approximately the same, it is inversely proportional to the fourth power of the wavelength. Although more transmission loss is exhibited at a short wavelength, such extreme wavelength dependence is not observed in the case of calcium fluoride. This can be considered as a phenomenon in which the microparticles shield the light because the size of the microparticles is sufficiently larger than the wavelength of the light.
[0108]
Actually, the wavelength of the light is 140 nm to 400 nm, whereas the diameter of the fine particles observed with a microscope is about 10 μm to 500 μm, and is about 50 to 2500 times the wavelength. The influence of such fine particles should no longer depend on the wavelength and should be regarded as constant.
[0109]
Therefore, it was considered that the transmission loss (100-B) at the second wavelength β was caused by such fine particles, and this also had the same effect at the first wavelength α. That is, the transmission loss due to the fine particles at the first wavelength α is also (100−B).
[0110]
Accordingly, the transmission loss (100-A) at the first wavelength α is equal to the sum of the transmission loss (100-B) due to the fine particles and the transmission loss not due to the fine particles, and thus the transmission loss not due to the fine particles. Is represented as (100-C) for the sake of convenience, the following relationship is established. When Equation 4 is transformed into Equation 5 below, C can be indicated by A and B that can be actually measured.
[0111]
[Expression 4]
100-A = (100-B) + (100-C)
[0112]
[Equation 5]
C = A + (100-B)
[0113]
The transmittance C (% / cm) calculated by Equation 5 is a net transmittance excluding the influence of fine particles. Therefore, if the calcium fluoride single crystal has a transmittance C of 99.8% / cm or more, even if the calcium fluoride single crystal has an internal transmittance A of less than 99.8% / cm, the internal transmission Similar to a calcium fluoride single crystal having a rate A of 99.8% / cm or more, it can be used for an optical member that transmits light of a specific wavelength of 200 nm or less, and imaging of an exposure apparatus using the optical member. The characteristics are not inferior. The reason why the net transmittance C should be a problem by excluding the transmission loss due to the fine particles as described above is that the transmission loss due to the fine particles is not an absorption loss but a scattering loss, as described above. This is because there is almost no change to thermal energy, and the imaging characteristics and the like are not greatly affected.
[0114]
However, if the transmittance A (% / cm) itself at the first wavelength α (nm) used in the exposure apparatus is too low, the illuminance of the entire lens group may be reduced. Although depending on the optical path length of the entire lens, for example, when about 10 lenses based on a calcium fluoride single crystal are used, it is desirable that at least the internal transmittance A is 99.6% / cm or more.
[0115]
[First Embodiment]
[0116]
A method for inspecting a fluoride single crystal according to the first embodiment of the present invention in accordance with the above-described principle will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a flowchart showing this inspection method.
[0117]
In this inspection method, first, as described above, the first wavelength α (nm) is determined so as to satisfy α ≦ 200 according to the specific wavelength of the originally intended vacuum ultraviolet light, and then the second wavelength β (Nm) is determined such that (β−α) ≧ 15 (steps S11 and S12).
[0118]
Next, a fluoride single crystal test piece to be inspected is prepared as in the conventional inspection method described above. Using this test piece, the reflection-containing transmittance at the first wavelength α of the fluoride single crystal is measured with a spectrophotometer or the like, and the measured reflection-containing transmittance is converted according to the above formulas 1 and 2. Thus, the internal transmittance A at the first wavelength α of the fluoride single crystal is measured (step S13).
[0119]
Next, using the test piece, the reflection-containing transmittance of the fluoride single crystal at the second wavelength β is measured with a spectrophotometer or the like, and the measured reflection-containing transmittance is measured according to the equations 1 and 2. By converting, the internal transmittance B at the second wavelength β of the fluoride single crystal is measured (step S14).
[0120]
Thereafter, a value C (% / cm) is calculated from the internal transmittances A and B obtained in steps S13 and S14 according to the equation 5 (step S15).
[0121]
Next, it is determined whether or not the value C calculated in step S15 is 99.8% / cm or more (step S16), and if it is 99.8% / cm or more, the same ingot as the test piece. It is evaluated that the member of the fluoride single crystal obtained from the above is suitable as a material for an optical member such as a lens of the exposure apparatus (step S17). If it is less than 99.8% / cm, it is the same as the test piece. It is evaluated that the fluoride single crystal member obtained from the ingot is not suitable as a material for an optical member such as a lens of the exposure apparatus or the like (step S18), and the inspection is terminated.
[0122]
According to the present embodiment, “appropriate” is evaluated when the value C is 99.8% or more, and therefore, “appropriate” is evaluated when the internal transmittance A is 99.8% or more. Compared with the conventional inspection method, the inspection standard is relaxed. Therefore, according to the present embodiment, the yield of the fluoride single crystal is improved. As a result, problems such as disturbing the production plan of the exposure apparatus due to the shortage of the planned quantity and causing an increase in capital investment in the apparatus for producing the calcium fluoride single crystal are solved.
[0123]
Further, according to the present embodiment, since the above-described principle is followed, similar to the conventional inspection method, desired imaging characteristics and the like in an exposure apparatus or the like using an optical member using a fluoride single crystal. This does not cause a situation in which the optical characteristics cannot be obtained.
[0124]
[Second Embodiment]
[0125]
FIG. 2 is a flowchart showing a method for inspecting a fluoride single crystal according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 2, steps that are the same as or correspond to those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.
[0126]
This embodiment is different from the first embodiment in that it is determined whether or not the internal transmittance A at the first wavelength α of the fluoride single crystal to be inspected is 99.6% or more. If step S20 is added and the internal transmittance A is less than 99.6%, it is evaluated as unsuitable in step S18, and the condition that the internal transmittance A is 99.6% or more is also evaluated as “appropriate”. It is only a point.
[0127]
As already described, if the internal transmittance A at the first wavelength α is too low, the decrease in illuminance becomes large, which is not preferable. On the other hand, according to the present embodiment, the internal transmittance A of 99.6% or more is also evaluated as “appropriate” as a necessary condition.
[0128]
[Third Embodiment]
[0129]
The optical member according to the third embodiment of the present invention has an internal transmittance at the first wavelength α among the fluoride single crystals evaluated to be suitable by the inspection method according to the first or second embodiment. It is made of a fluoride single crystal having A of less than 99.8% (that is, a fluoride single crystal that is regarded as a defective product according to a conventional inspection method).
[0130]
Such a fluoride single crystal has been found to have sufficient characteristics for the first time based on the principle described above. Conventionally, such a fluoride single crystal has been disposed of as a defective product before being formed into an optical member such as a lens, and there was no optical member made of such a fluoride single crystal. .
[0131]
In the optical member according to the third embodiment, the fluoride single crystal may contain fine particles having a particle size of 10 μm or more and 500 μm or less. This is because the diameter of fine particles observed with a microscope is about 10 μm to about 500 μm, and in the present invention, as described with respect to the principle, the net transmittance excluding the influence of fine particles is a problem. .
[0132]
In the optical member according to the third embodiment, the fluoride single crystal is a calcium fluoride single crystal, barium contained in the calcium fluoride single crystal is less than 0.02 ppm, cerium is less than 0.01 ppm, Iron may be less than 0.1 ppm, manganese may be less than 0.02 ppm, lead may be less than 0.1 ppm, and yttrium may be less than 0.01 ppm. Thus, it is preferable that the impurity concentration is small because the absorption loss in the calcium fluoride single crystal is considered to be due to a trace amount of impurities contained in the calcium fluoride single crystal, as described above with respect to the principle.
[0133]
[Fourth Embodiment]
[0134]
FIG. 3 is a view showing the basic structure of a projection exposure apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
[0135]
The exposure apparatus according to the present embodiment is prepared as a wafer stage 3 on which a substrate 8 (the whole is simply referred to as “substrate W”) coated with a photosensitive agent 7 placed on the surface 3a can be placed as exposure light. Illumination optical system 1 for transferring a mask pattern (reticle R) prepared on the substrate W by irradiating vacuum ultraviolet light of a different wavelength, a light source 100 for supplying exposure light to the illumination optical system 1, and a substrate A first surface P1 (object plane) on which a mask R for projecting an image of the pattern of the mask R on W is placed and a second surface (image plane) matched with the surface of the substrate W are placed. Projection optical system 5 described above. The illumination optical system 1 also includes an alignment optical system 110 for adjusting the relative position between the mask R and the wafer W, and the mask R can move in parallel to the surface of the wafer stage 3. It is arranged on the reticle stage 2. The reticle exchange system 200 exchanges and transports a reticle (mask R) set on the reticle stage 2. The reticle exchange system 200 includes a stage driver for moving the reticle stage 2 parallel to the surface 3 a of the wafer stage 3. The projection optical system 5 has an alignment optical system applied to a scan type exposure apparatus.
[0136]
The exposure apparatus according to the present embodiment uses the optical member (for example, an optical lens) according to the third embodiment. Specifically, the present exposure apparatus shown in FIG. 3 is according to the third embodiment as one or both of the optical lens 9 of the illumination optical system 1 and the optical lens 10 of the projection optical system 5. An optical lens is used. In FIG. 3, 300 is a stage control system for controlling the wafer stage 3, and 400 is a main control unit for controlling the entire apparatus.
[0137]
In this exposure apparatus, since the optical member according to the third embodiment is used, since the yield of the optical member is good, the cost of the entire apparatus can be reduced, and sufficient imaging characteristics and the like can be achieved. Can be secured.
[0138]
【Example】
[Example 1]
[0139]
Hereinafter, a calcium fluoride single crystal is manufactured for use in an optical member used in an exposure apparatus using an ArF excimer laser as a light source, and the calcium fluoride single crystal is inspected by the inspection method according to the present invention. An example of “appropriate” will be described.
[0140]
Regarding the purity of high-purity raw materials for artificial synthesis, barium is less than 0.02 ppm, cerium is less than 0.01 ppm, iron is less than 0.1 ppm, manganese is less than 0.02 ppm, lead is less than 0.1 ppm, and yttrium is less than 0.01 ppm. A powdered raw material of calcium fluoride single crystal was used.
[0141]
As a scavenger, 1 mol% of silver fluoride was added to the powder raw material and mixed well with stirring. The mixed powder raw material was filled in a clean container made of graphite. The deoxygenation reaction was advanced by evacuation and raising the temperature to a melting point of calcium fluoride of 1400 ° C. under a degree of vacuum better than 0.01 Pa. Thereafter, the temperature was lowered to room temperature and taken out as a pretreatment product.
[0142]
The pretreated product was filled in a clean graphite crucible. This was installed at a predetermined position of the Bridgeman apparatus. When the degree of vacuum reached 0.01 Pa by sufficient evacuation, the temperature of the pretreated product was increased and melted by energization heating. When the temperature at the bottom of the crucible reached the melting point, crystallization was started by pulling down after 8 hours had passed. Pulling down was performed at a speed of 1 mm per hour. When the pulling progressed and all the melt was crystallized, it was gradually cooled to room temperature and taken out as an ingot.
[0143]
A test piece for measuring transmittance was produced from this ingot. Two parallel surfaces of the test piece facing each other were polished into a mirror surface with high accuracy. The parallelism was 5 to 10 seconds, and the surface roughness was 0.10 to 0.15 nm in RMS display. Moreover, the surface was made into the clean state by wet-cleaning just before the transmittance | permeability measurement.
[0144]
The wavelength 193.4 nm of the ArF excimer laser was taken as the first wavelength α, and the internal transmittance at this wavelength α was A (% / cm). A = 99.7% / cm. In order to measure the transmittance at this wavelength α, an ultraviolet spectrophotometer Cary 5 was used because of excellent reproducibility of transmittance measurement. The reproducibility of the transmittance measurement of the blank was as good as 3σ = 0.03%.
[0145]
The second wavelength β is a wavelength of 365.1 nm, and the internal transmittance at this wavelength β is B (% / cm). B = 99.9% / cm. The ultraviolet spectrophotometer Cary 5 was also used to measure the transmittance at this wavelength β, but the reproducibility of the blank transmittance measurement at a wavelength of 365.1 nm, which was the second wavelength β, was extremely 3σ = 0.01%. It was good.
[0146]
The transmittance C (% / cm) calculated according to the equation 5 by A = 99.7% / cm and B = 99.9% / cm was C = 99.8% / cm. Since C is 99.8% / cm or more and A is 99.6% / cm or more, it is evaluated as “suitable” by any of the inspection method shown in FIG. 1 and the inspection method shown in FIG. It was done.
[0147]
Then, the member cut out from this ingot was accommodated in the container made from graphite with favorable heat conductivity. A heating means was provided around the container, and after heat treatment, the temperature was lowered to room temperature and the member was taken out. An optical lens as an optical member was produced using the heat treated member of the calcium fluoride single crystal, and this lens was used in the illumination optical system 1 and the projection optical system 5 of the exposure apparatus using an ArF excimer laser as a light source. However, there was no particular problem because the desired imaging characteristics could not be obtained.
[0148]
Since the calcium fluoride single crystal produced in this example has an A of less than 99.8% / cm, it is evaluated as a defective product according to the conventional inspection method described above.
[0149]
[Example 2]
[0150]
A calcium fluoride single crystal is manufactured for use in an optical member used in an exposure apparatus using an ArF excimer laser as a light source, and the calcium fluoride single crystal is inspected by the inspection method according to the present invention. The example which was was demonstrated.
[0151]
Also in this example, a calcium fluoride single crystal was manufactured separately from Example 1, using the same material as in Example 1 and setting the same manufacturing conditions. Similarly to Example 1, a test piece for measuring transmittance similar to the test piece of Example 1 was manufactured from an ingot.
[0152]
Using this test piece, as in Example 1, the first wavelength α takes the wavelength 193.4 nm of the ArF excimer laser, the second wavelength β takes the wavelength 365.1 nm, and the first wavelength α The internal transmittance A (% / cm) at the wavelength α and the internal transmittance B (% / cm) at the second wavelength β were measured using the same spectrophotometer as in Example 1.
[0153]
As in Example 1, A = 99.7% / cm, but unlike Example 1, B = 100.0% / cm. Thus, the transmittance C (% / cm) calculated according to Equation 5 was C = 99.7% / cm. Since C is less than 99.8% / cm, it was evaluated as “unsuitable” by both the inspection method shown in FIG. 1 and the inspection method shown in FIG.
[0154]
Therefore, the calcium fluoride single crystal manufactured in Example 2 is not adopted as an optical member used in an exposure apparatus using an ArF excimer laser as a light source.
[0155]
However, the following tests were performed. That is, the member cut out from the ingot produced in Example 2 was accommodated in a graphite container having good thermal conductivity. A heating means was provided around the container, and after heat treatment, the temperature was lowered to room temperature and the member was taken out. Using this heat treated member of calcium fluoride single crystal to produce an optical lens as an optical member, when this lens is used in an exposure apparatus using an ArF excimer laser as a light source, an uncorrectable aberration occurs. The image could not be formed.
[0156]
[Example 3]
[0157]
F2A calcium fluoride single crystal is manufactured for use in an optical member used in an exposure apparatus using a laser as a light source, and the calcium fluoride single crystal is inspected by the inspection method according to the present invention, and the inspection result is “appropriate”. An example will be described.
[0158]
Also in this example, a calcium fluoride single crystal was manufactured separately from Example 1, using the same material as in Example 1 and setting the same manufacturing conditions. Similarly to Example 1, a test piece for measuring transmittance similar to the test piece of Example 1 was manufactured from an ingot.
[0159]
The first wavelength α is F2The laser wavelength was 157.6 nm, and the internal transmittance at this wavelength was A (% / cm). A = 99.7% / cm. In order to measure the transmittance at this wavelength α, a vacuum ultraviolet spectrophotometer CAMS was used because of the excellent reproducibility of transmittance measurement. The reproducibility of the transmittance measurement of the blank was as good as 3σ = 0.05%.
[0160]
The second wavelength was 248.3 nm, and the internal transmittance at this wavelength was B (% / cm). B = 99.9% / cm. Although the ultraviolet spectrophotometer Cary 5 was used for the measurement of the transmittance at this wavelength β, the reproducibility of the blank transmittance measurement at the wavelength 248.3 nm with the second wavelength β was as good as 3σ = 0.03%. there were.
[0161]
When A = 99.7% / cm and B = 99.9% / cm, the transmittance C (% / cm) calculated according to Equation 5 was C = 99.8% / cm. Since C is 99.8% / cm or more and A is 99.6% / cm or more, it is evaluated as “suitable” by any of the inspection method shown in FIG. 1 and the inspection method shown in FIG. It was done.
[0162]
Then, the member cut out from this ingot was accommodated in the container made from graphite with favorable heat conductivity. A heating means was provided around the container, and after heat treatment, the temperature was lowered to room temperature and the member was taken out. Using this heat-treated member of calcium fluoride single crystal, an optical lens as an optical member is manufactured.2When used in the illumination optical system 1 and the projection optical system 5 of an exposure apparatus using a laser as a light source, there was no problem that desired imaging characteristics could not be obtained, and there was no particular problem.
[0163]
Since the calcium fluoride single crystal produced in this example has an A of less than 99.8% / cm, it is evaluated as a defective product according to the conventional inspection method described above.
[0164]
[Example 4]
[0165]
A calcium fluoride single crystal is manufactured for use in an optical member used in an exposure apparatus using an ArF excimer laser as a light source, and this calcium fluoride single crystal is produced by the inspection method shown in FIG. 1 and the inspection method shown in FIG. An example in which inspection is performed and the inspection results are divided into “appropriate” and “inappropriate” will be described.
[0166]
Also in this example, a calcium fluoride single crystal was manufactured separately from Example 1, using the same material as in Example 1 and setting the same manufacturing conditions. Similarly to Example 1, a test piece for measuring transmittance similar to the test piece of Example 1 was manufactured from an ingot.
[0167]
Using this test piece, as in Example 1, the first wavelength α takes the wavelength 193.4 nm of the ArF excimer laser, the second wavelength β takes the wavelength 365.1 nm, and the first wavelength α The internal transmittance A (% / cm) at the wavelength α and the internal transmittance B (% / cm) at the second wavelength β were measured using the same spectrophotometer as in Example 1.
[0168]
Unlike Example 1, A = 99.7% / cm and B = 99.6% / cm. Thus, the transmittance C (% / cm) calculated according to Equation 5 was C = 99.9% / cm. Since C is 99.8% / cm or more and A is less than 99.6% / cm, according to the inspection method shown in FIG. 1, it is “suitable”, and according to the inspection method shown in FIG. It was evaluated.
[0169]
The following tests were conducted. That is, the member cut out from the ingot manufactured in Example 4 was accommodated in a graphite container having good thermal conductivity. A heating means was provided around the container, and after heat treatment, the temperature was lowered to room temperature and the member was taken out. Using this heat treated member of calcium fluoride single crystal to produce an optical lens as an optical member and using this lens in an exposure apparatus using an ArF excimer laser as a light source, there is a problem in terms of imaging characteristics. The illuminance was slightly decreased. As described above, although the illuminance is slightly reduced, the exposure apparatus is not necessarily a serious problem.
[0170]
As mentioned above, although each embodiment and each Example of this invention were demonstrated, this invention is not limited to these.
[0171]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the yield of a fluoride single crystal can be improved, and desired optical characteristics cannot be obtained in an apparatus using an optical member using a fluoride single crystal. It is possible to provide a method for inspecting a fluoride single crystal that does not cause a situation.
[0172]
In addition, according to the present invention, a fluoride single crystal that originally has sufficient characteristics while being a fluoride single crystal that was disposed of as a defective product according to a conventional inspection method was used. An optical member and a projection exposure apparatus can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing an inspection method according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing an inspection method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view showing a basic structure of a projection exposure apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing a conventional inspection method.
[Explanation of symbols]
1 Illumination optics
2 Reticle stage
3 Wafer stage
5 Projection optical system
100 light sources

Claims (4)

200nm以下の特定波長の光を透過する光学部材に用いられるフッ化物単結晶の検査方法であって、
第一の波長α(nm)と第二の波長β(nm)とがα≦200≦βでかつ(β−α)≧15の関係にある場合において、前記フッ化物単結晶の前記第一の波長αでの内部透過率A(%/cm)と前記フッ化物単結晶の前記第二の波長βでの内部透過率B(%/cm)とから、C=A+(100−B)の式により得られる値C(%/cm)が、99.8%/cm以上であるか否かを判定する段階を含み、
前記値Cが99.8%/cm以上であることを必要条件として、当該フッ化物単結晶を前記光学部材の材料として適すると評価することを特徴とするフッ化物単結晶の検査方法。
A method for inspecting a fluoride single crystal used in an optical member that transmits light having a specific wavelength of 200 nm or less,
When the first wavelength α (nm) and the second wavelength β (nm) are in the relationship of α ≦ 200 ≦ β and (β−α) ≧ 15, the first single crystal of the fluoride single crystal From the internal transmittance A (% / cm) at the wavelength α and the internal transmittance B (% / cm) at the second wavelength β of the fluoride single crystal, the formula C = A + (100−B) Determining whether the value C (% / cm) obtained by the above is 99.8% / cm or more,
A method for inspecting a fluoride single crystal, wherein the value C is evaluated to be suitable as a material for the optical member on the condition that the value C is 99.8% / cm or more.
前記内部透過率Aが99.6%/cm以上であるか否かを判定する段階を含み、前記内部透過率Aが99.6%/cm以上であることを必要条件として、当該フッ化物単結晶を前記光学部材の材料として適すると評価することを特徴とする請求項1記載のフッ化物単結晶の検査方法。  Including the step of determining whether or not the internal transmittance A is 99.6% / cm or more, and the fluoride single substance is used as a necessary condition that the internal transmittance A is 99.6% / cm or more. The method for inspecting a fluoride single crystal according to claim 1, wherein the crystal is evaluated as suitable as a material for the optical member. 前記第一の波長αが193.4nm又は157.6nmであることを特徴とする請求項1又は2記載のフッ化物単結晶の検査方法。  3. The method for inspecting a fluoride single crystal according to claim 1, wherein the first wavelength α is 193.4 nm or 157.6 nm. 前記フッ化物単結晶がフッ化カルシウム単結晶であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のフッ化物単結晶の検査方法。  4. The method for inspecting a fluoride single crystal according to claim 1, wherein the fluoride single crystal is a calcium fluoride single crystal.
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