JPH11116281A - 基板の光洗浄方法 - Google Patents

基板の光洗浄方法

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JPH11116281A
JPH11116281A JP9277855A JP27785597A JPH11116281A JP H11116281 A JPH11116281 A JP H11116281A JP 9277855 A JP9277855 A JP 9277855A JP 27785597 A JP27785597 A JP 27785597A JP H11116281 A JPH11116281 A JP H11116281A
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JP
Japan
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light
substrate
cleaning
laser
energy density
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JP9277855A
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Inventor
Noriyuki Irie
則行 入江
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学薄膜、しいては光学部材のレーザー耐久
性を低下させ、光学部材の寿命を短くする原因となる有
機物等を除去することが可能な洗浄方法を提供する。 【解決手段】 基板上に光学薄膜を成膜する前に、エネ
ルギー密度が0.6J/cm2〜10J/cm2 の紫外
線を照射して前記基板表面を洗浄することを特徴とする
基板の光洗浄方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は紫外域の高出力レ−
ザ用光学素子の反射防止膜、反射膜等を製作する場合の
成膜前の洗浄方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光学系において、レンズ等の光学素子の
表面反射による光量損失やフレア・ゴースト等を低減す
るために反射防止膜を形成する必要がある。また、基板
にミラーとしての機能を持たせるためには金属膜又は誘
電体多層膜からなる反射膜を形成する必要がある。
【0003】これらの光学薄膜を形成する前には、基板
は、有機溶剤を使用して作業者による手拭きや、超音波
洗浄装置による超音波洗浄により、洗浄されている。し
かし、手拭き作業では拭き残りが発生したり、有機溶剤
では除去されない不純物等が残留するため、基板の洗浄
は不十分である。また、超音波洗浄では超音波により基
板が破損したり、液だれによる不純物が基板上に残留す
る等の問題点がある。
【0004】また、近年、半導体素子の集積度を増すた
めに、半導体製造用縮小投影露光装置(ステッパー)の
高解像力化の要求が高まっている。このステッパーによ
るフォトリソグラフィーの解像度を上げる一つの方法と
して、光源波長の短波長化が挙げられる。そのため、ス
テッパーの光源はg線、i線からKrF、ArF等のエ
キシマレーザーへと移行されつつある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述した洗浄方法によ
って洗浄した微量の有機物等の不純物が残留した基板上
に薄膜を成膜した光学部材であっても、一般光学部材と
して可視光領域内で使用される場合にはほとんど問題は
ない。しかしながら、半導体製造装置のエキシマステッ
パ−の光源であるエキシマレーザーは、g線、i線に比
べて高出力であるため、微量の有機物等の不純物が残留
した基板上に薄膜を成膜した光学部材を使用した場合に
は、レ−ザ光が残留不純物に吸収されて熱が発生し、そ
の熱により光学薄膜の熱破壊をまねき、光学部材のレ−
ザ耐久性を低下させるという問題がある。特に、蛍石基
板の場合は不純物の影響により薄膜のレ−ザ耐久性が著
しく低下している。
【0006】即ち、基板上に残留した有機物等の不純物
が原因となって、ステッパ−装置内で使用されているレ
ンズやミラ−等の光学部材にダメ−ジ(損傷)を与え、
光学部材の寿命を著しく短くするという問題点がある。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたも
のであり、光学薄膜、しいては光学部材のレーザー耐久
性を低下させ、光学部材の寿命を短くする原因となる有
機物等を除去することが可能な洗浄方法を提供すること
を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は第一に「基板上
に光学薄膜を成膜する前に、エネルギー密度が0.6J
/cm2〜10J/cm2 の紫外線を照射して前記基板
表面を洗浄することを特徴とする基板の光洗浄方法(請
求項1)」を提供する。光洗浄に供する紫外線のエネル
ギー密度を0.6J/cm2〜10J/cm2の範囲にし
たので、基板が破壊されることなく、十分な光洗浄効果
を得ることができる。
【0008】また、本発明は第二に「前記紫外線がF
2 、ArF、KrF、XeClのエキシマレ−ザ光源、
低圧水銀ランプ、又はエキシマランプの紫外線ランプか
ら発生した光であることを特徴とする請求項1記載の光
洗浄方法(請求項2)」を提供する。低圧水銀ランプか
らは185nmと254nmの光が放出される。この光
洗浄のメカニズムを簡単に説明すると、酸素(O2)は
185nmの光を吸収し、活性酸素(酸素ラジカル)に
なり、その活性酸素の一部が酸素と反応してオゾン(O
3)になる。 また、オゾンは254nmの光を吸収
し、活性酸素と酸素を発生する。この様にして発生した
オゾンと活性酸素により、被洗浄物上の有機物は酸化さ
れ、洗浄される。 また、紫外域の高出力レ−ザを照射
すると、有機物等は光のエネルギーにより分解し、熱に
よるアブレーションにより除去され、基板は洗浄され
る。
【0009】したがって、基板上に有機物の不純物がな
いため、紫外線を吸収して発熱することがないので、薄
膜のレ−ザ耐久性は向上する。また、本発明は第三に
「前記基板が蛍石基板であることを特徴とする請求項1
又は2記載の基板の光洗浄方法(請求項3)」を提供す
る。
【0010】
【発明の実施形態】図1は、本発明にかかる実施形態の
光洗浄方法で使用する光洗浄装置内の概略斜視図であ
る。サンプル2を載置するサンプル載置台3と、その上
方に低圧水銀ランプ1が設けられており、低圧水銀ラン
プ1から照射された紫外線により、サンプル2は光洗浄
される。
【0011】図2は、本発明にかかる実施形態の光洗浄
方法で使用する光洗浄装置内の概略断面図である。エキ
シマレーザー光源11と、光源からの光の光路を変える
ミラー12と、ビームエキスパンダー(ケプラータイ
プ)13と、サンプル14を載置するサンプル載置台1
5とが設けられている。
【0012】エキシマレーザー光源11としては、F
2 、ArF、KrF、XeCl等が用いられる。エキシ
マレ−ザ光源より照射された光は12のミラ−で折り曲
げられて、13の光学系を通り、サンプル載置台15に
載置したサンプル14の全面に照射出来る様に照射径を
広げてサンプル14に照射し、光洗浄をおこなう。
【0013】次に、図1の光洗浄装置を用いて、成膜前
に基板を光洗浄することにより、膜のレーザ耐久性が向
上することを示す。まず、Ф30mm、厚さ3mmの石
英基板および蛍石基板を各3枚用意し、有機溶剤による
手拭き洗浄をおこなった。次に、図1の低水銀ランプの
光洗浄装置を用いて、パワ−4mW/cm2の光を10
分間照射(エネルギー密度2.4J/cm2)して光洗
浄した石英基板及び蛍石基板(サンプル1、11とい
う)と、パワー1mW/cm2の光を10分間照射(エ
ネルギー密度0.6J/cm2)して光洗浄した石英基
板及び蛍石基板(サンプル2、12という)、光洗浄を
行わない石英基板及び蛍石基板(サンプル3、13とい
う)の各々3種類のサンプルを作製した。
【0014】このあと、各サンプルの表面上に、公知の
真空蒸着法により、MgF2 (LaF3 /MgF22
からなる五層構造の反射防止膜を成膜した。図3に示す
光学薄膜損傷測定装置を用いて、照射エネルギ−密度
(照射光強度)と照射回数を変えて、照射回数に対する
レーザー耐久性のしきい値(膜が破壊される起点)の測
定を行った。
【0015】図3は、本発明にかかる実施形態の光学薄
膜損傷測定装置の概略断面図である。本発明にかかる実
施形態の光学薄膜損傷測定装置のチャンバー(図示され
ていない)内には、主に、光源21からのエキシマレー
ザーを成形するビーム成形光学系22と、光量を調節す
る光量調整光学系(ズームレンズ)23と、光量調整さ
れたエキシマレーザーを参照光と測定光に分離するビー
ムスプリッタ24と、エキシマレーザーをサンプル上に
集光させる集光光学系25と、参照光を受光する光量モ
ニタセンサー26と、サンプル27に取り付けられた音
響検知素子28(圧電素子など)と、測定光を吸収する
ビームストップ(図示されていない)が設置されてい
る。
【0016】光源21は、波長が193nm、パルス巾
40nsecのエキシマレーザーである。光学薄膜損傷
測定装置において、光源21からの光は、ビーム成形光
学系22で成形され、光量調整光学系23で光量(エネ
ルギー密度、照射光強度)を変化させ、ビームスプリッ
タ24により参照光と測定光に分離される。照射光強度
は参照光を用いて光量モニタセンサー26でモニタし、
測定光はサンプル27に照射される。光量モニタセンサ
ー26でモニタされた照射光強度でサンプル27に照射
し続けたとき発生する音響信号を測定し、照射光強度を
変化させながら照射し続けたときの音響信号の変化を観
察するシステムである。
【0017】ここで、レーザー耐力しきい値(膜破壊の
起点)は音響信号が急激に増加し始めた時のエネルギー
密度(照射光強度)である。これらに関する内容は、特
願平9−34706号に詳細に記載されている。図4
は、サンプル1、2、3の光学薄膜損傷測定装置の光源
からの光の照射回数に対するレーザー耐久性のしきい値
を(エネルギー密度)を示すグラフである。縦軸に照射
エネルギ−密度、横軸にレ−ザの照射回数をとる。
【0018】図5は、サンプル11、12、13の光学
薄膜損傷測定装置の光源からの光の照射回数に対するレ
ーザー耐久性のしきい値(エネルギー密度)を示すグラ
フである。縦軸に照射エネルギ−密度、横軸にレ−ザの
照射回数をとる。図4からサンプル1、2、3のレーザ
ー耐久性は、顕著な差はみられないが、レ−ザの照射回
数が1発、10発では、サンプル1は、他のサンプルに
比べてわずかレーザー耐久性が向上し、光洗浄の効果は
あるが、照射回数を10発以上にするとほとんど、効果
がないことがわかる。
【0019】図5からサンプル11はサンプル12、1
3に比べて、レーザー耐久性がはるかに向上している、
つまり、パワー4mW/cm2の光を10分間照射(エ
ネルギー密度2.4J/cm2)する光洗浄によりレー
ザー耐久性が向上することがわかる。また、レ−ザの照
射回数を105発まで増加しても、サンプル11はサン
プル13に比べても約2倍以上のレ−ザ耐久性を示して
いる。光洗浄による効果が大きいと考えられる。
【0020】また、サンプル12と13のレーザー耐久
性は、誤差の範囲内で、ほぼ同じくらいである。図4、
図5に示すように、光洗浄の効果に差が生じた理由は、
石英基板と蛍石基板では表面の結晶性の違いにより、吸
着不純物が違うからである、と考えられる。すなわち、
石英基板は光洗浄前の有機溶剤による洗浄により、ほと
んどレ−ザ光を吸収する不純物を除去することが出来る
が、蛍石基板は、光洗浄前の有機溶剤による洗浄では除
去することが出来ず、光洗浄によってはじめて、不純物
を除去することが出来るからである。
【0021】また、エネルギー密度10J/cm2以上
の紫外線を照射すると石英基板及び蛍石基板自体が破壊
することが現時点でわかっている。但し、この値は基板
表面の状態、即ち表面粗さに起因するので、基板の表面
粗さを現在知られている研磨法(加工法)を用いて研磨
した場合に比べて、小さくすることができる研磨法(加
工法)を用いて研磨した基板については、エネルギー密
度10J/cm2以上の紫外線を照射しても破壊されな
いと考えられる。
【0022】これらのことから、基板を光洗浄する際に
適切な紫外線のエネルギー密度は、0.6/cm2〜1
0J/cm2 である。最適なエネルギー密度は、約2.
4J/cm2である。光洗浄効果は、同じエネルギー密
度であっても、照射する光の波長、照射する光のパワ
−、照射時間の関係によって異なり、最適条件は実験等
によって、導き出すことができるが、パワー1mW/c
2以下の紫外線を照射する場合は、照射時間をいくら
長くしても洗浄効果はない。 J また、照射する紫外線のパワーが50mW/cm2をこ
えると、エネルギー密度が10J/cm2に至らなくて
も破壊される可能性がある。
【0023】また、エネルギー密度が所定の値より大き
くなると、あまり洗浄効果に変化がなく、必要以上にエ
ネルギーを与え続けると、基板の劣化につながる。これ
らの効果は、光洗浄の使用波長としてエキシマレ−ザを
使用した場合にも同様である事を確認している。
【0024】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明にかかる基板
の光洗浄方法によれば、紫外線を吸収して発熱の原因と
なる 基板上の有機物等の不純物を薄膜の成膜前にほぼ
完全に除去することができるので、光学薄膜のレーザー
耐久性を向上させることができる。特に、基板が蛍石基
板の場合に光洗浄による効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる実施形態の光洗浄方法で使用す
る光洗浄装置の一例を示す概略斜視図である。
【図2】本発明にかかる実施形態の光洗浄方法で使用す
る光洗浄装置の一例を示す概略断面図である。
【図3】本発明にかかる実施形態の光学薄膜損傷測定装
置の概略断面図である。
【図4】本発明にかかる実施形態のサンプル1、2、3
に成膜した反射防止膜のレーザ損傷しきい値を示す図で
ある。
【図5】本発明にかかる実施形態のサンプル11、1
2、13に成膜した反射防止膜のレーザ損傷しきい値を
示す図である。
【符号の説明】
1・・・低圧水銀ランプ 2、14・・・サンプル(石英基板、蛍石基板) 3、15・・・サンプル載置台 11・・・エキシマレ−ザ 12・・・ミラー 13・・・ビームエキスパンダー(ケプラータイプ) 21・・・光源 22・・・ビ−ム成形用光学系 23・・・光量調整用光学系 24・・・ハ−フミラ− 25・・・集光光学系 26・・・光量モニタセンサ 27・・・サンプル 28・・・音響検知素子(圧電素子) 29・・・散乱光測定用センサ− 30・・・サンプル移動用ステ−ジ 31・・・アンプ 32・・・オシロスコ−プ 33・・・コンピュ−タ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に光学薄膜を成膜する前に、エネル
    ギー密度が0.6J/cm2〜10J/cm2 の紫外線
    を照射して前記基板表面を洗浄することを特徴とする基
    板の光洗浄方法。
  2. 【請求項2】前記紫外線がF2 、ArF、KrF、Xe
    Clのエキシマレ−ザ光源、低圧水銀ランプ又はエキシ
    マランプの紫外線ランプから発生した光であることを特
    徴とする請求項1記載の光洗浄方法。
  3. 【請求項3】前記基板が蛍石基板であることを特徴とす
    る請求項1又は2記載の基板の光洗浄方法。
JP9277855A 1997-10-09 1997-10-09 基板の光洗浄方法 Pending JPH11116281A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6627843B2 (en) * 2000-10-06 2003-09-30 Arms Komatsu Ltd. Casing for laser device, production method and cleaning method of the same
JP2005296809A (ja) * 2004-04-12 2005-10-27 Hugle Electronics Inc 除塵装置用異物検出装置
KR101220219B1 (ko) 2010-10-05 2013-01-21 에코페라 주식회사 표면 미세 요철이 있는 유리기판에 적용되는 저반사 코팅 방법

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