JPH1019727A - エキシマレ−ザ照射耐久性の予測方法 及び石英ガラス部材 - Google Patents
エキシマレ−ザ照射耐久性の予測方法 及び石英ガラス部材Info
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- JPH1019727A JPH1019727A JP8171386A JP17138696A JPH1019727A JP H1019727 A JPH1019727 A JP H1019727A JP 8171386 A JP8171386 A JP 8171386A JP 17138696 A JP17138696 A JP 17138696A JP H1019727 A JPH1019727 A JP H1019727A
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Abstract
いたレンズの耐用年数、耐用積算パルス数、照射許容エ
ネルギ−密度等が明確に示されていなかった。 【解決手段】 石英ガラス光学部材中の水素濃度と透過
率変化との相関、及び照射する光のエネルギー密度と透
過率変化との相関を求め、これらの相関から透過率変化
量と石英ガラス光学部材中の水素濃度と照射する光のエ
ネルギー密度との関係式を求め、これにより特定波長に
おける透過率変化を求める。
Description
rF(248nm)、ArF(193nm)エキシマレ
−ザリソグラフィー投影レンズ・照明系レンズ、エキシ
マレ−ザ加工機等の光学系レンズの劣化予測及び耐用パ
ルス数の予測法に関する。エキシマレ−ザ光学系に使用
される合成石英ガラス、光学結晶材料等のエキシマレ−
ザ照射による劣化を原因とする、透過率変化、屈折率変
化、面変化を実験式を用い、簡易にしかも正確に、また
は安全係数つまり誤差成分を考慮して予測可能とする事
を特徴とする。
の微細パターンを露光・転写する光リソグラフィー技術
においては、ステッパーと呼ばれる露光装置が用いられ
る。このステッパーの光源は、近年のLSIの高集積化
に伴ってg線からi線へと短波長化が進み、そして、さ
らなるLSIの高集積化に伴い、ステッパーの光源はK
rFやArFエキシマレーザーへと移行している。この
ようなエキシマレーザーステッパーの照明系あるいは投
影レンズには、もはや一般光学ガラスは使用できず、石
英ガラスや蛍石などの光学素材に限定される。
照明系あるいは投影レンズに用いられる石英ガラス、蛍
石においても、その内部透過率は0.998cm-1ある
いは0.999cm-1以上が要求される。したがって、
紫外光領域での上記光学素材の高透過率化を目指した開
発が進められている。さらに、エキシマレ−ザの短波長
性、閃光性に起因する、照射による光学材料の経年変化
いわゆるソ−ラリゼ−ション、コンパクションが大きな
問題となる。この様な光学的な劣化が進行すると、結像
性能に影響を及ぼす。
光学材料である石英ガラス、及びその他の光学材料の劣
化が、何に起因するかを、精密に実験的に調べる必要が
ある。従来、これらは、断片的または定性的に調べられ
た文献などのデ−タは若干研究されているが、厳密な定
量性を有する予測式は示された事はない。
エキシマレ−ザステッパ、加工機等の製品の光学系の寿
命予測を行うには、レンズ材料のエキシマレ−ザ照射に
よる厳密な予測式が必要である。しかし、信頼のおける
予測式がなかったため、レンズの耐用年数、耐用積算パ
ルス数、照射許容エネルギ−密度等が明確に示されてい
なかった。
のエネルギ−で照射して用いられる石英ガラス部材の劣
化を調べるためには、実エネルギ−密度で照射して、透
過率、屈折率、面変化等の物性変化を確認する事が最も
望ましい。しかし、照射エネルギ−密度が低い領域で
は、照射パルス当たりの各物性変化が微小であるため、
変化率を確認するには、照射パルス数を増やさねばなら
ない。しかし、実際には人的、経済的、時間的にも制約
があり、一つのサンプルを、数年間も実験し続ける事は
困難である。また、高価石英ガラス製の光学レンズなど
は、十数年その性能を保証する事も必要とされている。
長年に渡り石英ガラスをはじめとした紫外光学材料の透
過率、屈折率、面変化に関して鋭意研究している。課題
を達成するには、様々な条件にて、エキシマ照射を行
い、その際測定した透過率、屈折率、面変化等の実験デ
−タを得る。
法、理論的手法を用いて、吸収係数、屈折率変化
量、面変化量の変化の関係式を算出する事が必要であ
る。本特許では、エキシマレ−ザ光学材料の劣化つまり
吸収係数、屈折率変化量、面変化量の変化の予測
式及び予測方法を提供する。
まり吸収係数、屈折率変化量、面変化量の変化の
予測式の算出法の一例を以下に記す。以下の記述は、光
源はKrFエキシマレ−ザ、光学材料として石英ガラス
に関する、実験、予測式の算出法に関する。
系を図1に示す。 吸収係数の変化に付いて述べる。 まず、照射エネルギ−密度依存性を調査した。他の条件
を一定とし、かつ同一サンプルで実験を行った。図2に
照射エネルギ−密度依存性を示す。積算パルス数3E6
パルス時の、照射エネルギ−密度(mJ/cm2 per
pulse)50,100,200,400,800
で依存性を求めた。
(3σ)であった。一般的に、KrFエキシマレ−ザで
誘起される吸収帯生成の原因は、2光子吸収過程で生成
したE’センタ−(215nm帯)、酸素関連欠陥(2
60nm帯)、を主因とした複合ピ−クである。複合ピ
−クのため、248.3nmでは、エネルギ−2乗則か
らややずれると思われる。
を図3に示す。照射エネルギ−密度(mJ/cm2 pe
r pulse)50,100,200,400,80
0で、それぞれ最小2乗法により依存性を求めた。図中
の、5E6等の表示は、5×106を意味する。以降、
図中ではこの様な略号を用いて表示する。 248.3nm吸収係数(/cm)=K×P0.998 積算パルス数依存性は、0.998±0.1(3σ)で
あった。
0.2迄成立する。さらに、溶存H2濃度(mole.
/cm3)依存性をもとめた。照射エネルギ−密度40
0(mJ/cm2 per pulse)、積算パルス数
3E6パルス照射後の溶存H2濃度と248.3nm吸
収係数(/cm)の関係を調べた。結果を図4に示す。
これより最小2乗法にて、依存式を求めた。 248.3nm吸収係数(/cm)=K×H-1.03627 相関係数r=0.92 ここでH:溶存H2濃度(mole./cm3) 相関係数r=0.92が示すように、石英ガラスのKr
Fエキシマレ−ザ耐性−吸収生成−を決定する主因は、
溶存するH2分子濃度であると考える。
ルス数依存性、溶存H2濃度依存性の3式より吸収係数
の予測式を算出した。
75±0.2(3σ) b:0.998±0.1(3σ)、c:−1.0362
7±0.1(3σ) である。 屈折率変化に付いて述べる。ここで、屈折率変化とは
632.8nm(He−Neレ−ザ波長)での屈折率変
化を指す。また、測定はオイルオンプレ−ト法を用いた
縞走査型干渉計で測定される値の事である。記号は△n
でしめす。石英ガラスのエキシマレ−ザ照射誘起によ
り、屈折率は上昇する。
た。他の条件を一定としかつ同一サンプルで実験を行っ
た。図5に照射エネルギ−密度依存性を示す。積算パル
ス数3E6パルス時の、照射エネルギ−密度(mJ/c
m2 per pulse)50,100,200,40
0,800で依存性を求めた。最小2乗法にて算出した
依存式は △n(632.8nm)=K×E0.965 であった。
0.1(3σ)であった。この事は、KrFエキシマレ
−ザ照射誘起の屈折率変化−コンパクション−が2光子
過程ではない事を示す。次に、積算パルス数依存性を調
べた。結果を図6に示す。照射エネルギ−密度(mJ/
cm2 per pulse)50,100,200,4
00,800で、それぞれ最小2乗法により依存性を求
めた。 △n(632.8nm)=K×P0.49 積算パルス数依存性は、0.49±0.1(3σ)であ
った。
化が約〜1×104迄成立する。以上より、エネルギ−
密度依存性、積算パルス数依存性の2式より屈折率変化
の予測式を算出した。
0.965±0.1(3σ) e=0.49±0.1(3σ)である。248.3nm
の△nを求めるには、波長分散性を考慮した計算で算出
できる。他の波長についても同様である。石英ガラスの
エキシマレ−ザ照射誘起の屈折率上昇は、コンパクショ
ン(緻密化)と呼ばれる現象であると考える。上記の式
は、屈折率上昇が、励起光源がKrFエキシマでは、ド
−ズ量のほぼ0.5乗の依存性を持つ事を示す。これ
は、SiO2の本質的な欠陥生成に起因する事を意味す
ると考える。
ラス中の溶存水素分子濃度との依存性が少ないが、Ar
Fエキシマレ−ザでは、これを考慮し、予測式の含ませ
る必要がある。 面変化に付いて述べる。ここで、面変化とは、光学部
品のエキシマレ−ザ照射部分の面の形状変化の事を意味
する。
−によるSiO2構造の収縮−高密度化による体積収縮
現象−であると考える。つまり面は凹む方向に変化す
る。エキシマレ−ザ照射誘起屈折率上昇量とレ−ザ入射
面の相関関係を調べた。その結果を図7に示す。また、
相関係数r=0.913、さらに、最小2乗法により得
られた式を以下に示す。
述べてきたように、式(1)、(2)、(3)を求め、
エキシマレ−ザを光源に用いる製品の使用条件−照射エ
ネルギ−密度、パルス数−及び要求される仕様、つまり
吸収、屈折率変化、面変化とを比較する事で、製品の寿
命予測が可能となる。
の直線領域でのみ成立する。精密光学製品の場合仕様が
厳しいつまり物性変化量が微小の為ほとんどの場合式
(1)、(2)、(3)の様な手法で予測可能である。
また、変化の挙動が明らかに直線でない場合は、最適な
カ−ブフィッティングを行えば、依存式を求める事は可
能である。
ルギ−、パルス数依存性などを算出する事で、予測可能
である。ところで、安全係数を考慮するためには、測定
誤差、カ−ブフィッティング誤差等を求め、これらの
(2乗和)1/2を算出し、予測式に代入する事が必要と
なる。
ットは、原料として高純度の四塩化ケイ素を用い、石英
ガラス製バーナーにて酸素ガス及び水素ガスを混合・燃
焼させ、中心部から原料ガスをキャリアガス(通常酸素
ガスまたは水素ガス)で希釈して噴出させ、ターゲット
上に堆積、溶融して合成した。これにより、直径180
mm、長さ550mmの石英ガラスインゴットを得た。
てKrFエキシマレ−ザステッパ用光学レンズ部品を作
製し、一部物性測定用サンプルも作製した。そのサンプ
ルを、本発明により得られるエキシマレ−ザ耐性評価の
ための照射実験を行い(数1)、(数2)、(数3)を
得た。
×1017 mole./cmであった。KrFエキシマ
レ−ザステッパ光学系の一部である、このレンズ部品に
要求される仕様は、吸収係数:1%/cm以下、屈折率
変化量△n(632.8nm):1×10-5以下、面変
化(片面):0.04μm以下である。
以内の物性変化でなくては、光学性能に影響を及ぼすと
考える。また、このレンズの使用条件は、5mJ/cm
2 per pulse、繰り返し周波数500Hz、一
日当たりの照射パルス数は1×107パルスである。そ
して、上記式にて算出した石英ガラス光学部品の5年後
の予測値と実際の物性変化量とを比較した。
ともに予測誤差は、10%以内であった。
1)、(数2)、(数3)に各仕様及び使用条件を代入
しパルス数を算出すれば良い。 まず、吸収に付いて計算すると、P=EXP((LN
(0.01/(38396×E1.75×
H-1.036271)))/0.998) 次に、屈折率に付いて示す。 P=EXP((LN(△n/(6.1×10-12×E
0.965))/0.49)) 次に、面変化に付いて示す。 P=EXP(LN((凹/4703)/(6.1×10
-12×E0.965))/0.49) それぞれの仕様値、使用エネルギ−代入し、耐用パルス
数を計算すると、吸収に関して3.59×1010、△n
に関して2.03×1011パルス、凹(μm)について
は1.46×1011パルスであった。
ては、9.8年、△nでは55.4年、凹では39.9
年となる。レンズの耐用年数は、各仕様の最も短い項目
に依存するから、9.8年と予測できる。
てKrFエキシマレ−ザステッパ用光学レンズ部品を作
製し、一部サンプルも作製した。そのサンプルを、本発
明により得られるエキシマレ−ザ耐性評価のための照射
実験を行い(数1)、(数2)、(数3)を得た。
部である、このレンズ部品に要求される仕様は、吸収係
数:0.2%/cm以下、屈折率変化量△n(632.
8nm):2×10-6以下、面変化(片面):0.01
μm以下である。また、このレンズの使用条件は、1m
J/cm2 per pulse、繰り返し周波数500
Hz、一日当たりの照射パルス数は1×107パルスで
ある。
耐用年数を求めるためには、(数1)、(数2)、(数
3)に各仕様及び使用条件及び各測定誤差を代入しパル
ス数を算出すれば良い。ここで測定誤差は全て1σであ
り、誤差要因が複数存在するときは(2乗和) 0.5を測
定誤差とすれば良い。
収に関しては、透過率測定精度0.01%、吸収緩
和の影響0.002%、照射実験時の照射エネルギ−
密度誤差±10%、照射ビ−ムプロファイルの影響±
10%を吸収に換算するとそれぞれ0.02%である。
これらの(2乗和)0.5を算出すると、1σでAE=±
0.03%となる。また、溶存H2濃度の測定精度は1
σでHE=±2.5×1017mole./cmである。
の緩和モデルは、−B×(t^0.5) Bは約0.4
t:緩和時間で定義する事が出来ると考える。次に、
△nの測定精度は、1σで△nE=±5×10-7であ
る。また、表面形状凹の測定精度は1σで凹E=±0.
002μmである。求めた誤差を用いて(数1)、(数
2)、(数3)を変形し耐用パルス数を求める式を得
た。
0))/(38396×E1.7 5×(H−H
E)-1.036271)))/0.998) 次に、屈折率に付いて示す。 P=EXP((LN((△n−△nE)/(6.1×1
0-12×E0.965))/0.49)) 次に、面変化に付いて示す。 P=EXP(LN(((凹−凹E)/4703)/
(6.1×10-12×E0.965))/0.49) それぞれの仕様値、使用エネルギ−代入し、耐用パルス
数を計算すると、吸収に関して8.1×1010パルス、
△nに関して1.0×1011パルス、凹(μm)につい
ては1.3×1011パルスであった。
ては、22.2年、△nでは27.5年、凹では35.
5年となる。レンズの耐用年数は、各仕様の最も短い項
目に依存するから、22.2年と予測できる。
法及び予測式を用いる事で、石英ガラスをはじめとする
エキシマレ−ザ光学系に使用される光学部品の吸収、屈
折率変化、面変化量を簡便に予測可能となった。本発明
の手法を用いれば、歪量(複屈折量)等の物性変化の予
測にも適用可能である。
耐用年数の算出も可能となる。さらに、光学薄膜に関し
ても同様の寿命予測を行う事が可能である。
り誘起される248.3nm吸収のエネルギ−密度依存
性を示した図である。
り誘起される248.3nm吸収の積算パルス数依存性
を示した図である。
照射により誘起される248.3nm吸収の石英ガラス
中に溶存する水素分子濃度との依存性を示した図であ
る。
り誘起される屈折率変化ののエネルギ−依存性を示した
図である。
り誘起される屈折率変化の積算パルス数依存性を示した
図である。
り誘起される屈折率変化量と面変化量を示した図であ
る。
Claims (6)
- 【請求項1】0.01〜100mJ/cm2・puls
eの特定波長の光を照射して用いられる石英ガラス光学
部材の光照射による劣化を予測する試験方法において、
以下の工程からなることを特徴とする石英ガラス光学部
材の試験方法。 工程1:石英ガラス光学部材中の水素濃度と透過率変化
との相関、及び照射する光のエネルギー密度と透過率変
化との相関を求め、これらの相関から透過率変化量と石
英ガラス光学部材中の水素濃度と照射する光のエネルギ
ー密度との関係式を求める工程 工程2:石英ガラス光学部材に10〜10000mJ/
cm2・pulseの光を照射したときの透過率変化を
測定する工程 工程3:工程2で得られる透過率変化量、水素濃度、エ
ネルギー密度をそれぞれ工程1で得られる関係式に代入
し、0.01〜100mJ/cm2・pulseの特定
波長における透過率変化を求める工程 - 【請求項2】請求項1に記載の石英ガラス光学部材の試
験方法により求められた0.01〜100mJ/cm2
・pulseの特定波長における透過率変化が1%以下
であることを特徴とする石英ガラス光学部材。 - 【請求項3】0.01〜100mJ/cm2・puls
eの特定波長の光を照射して用いられる石英ガラス光学
部材の光照射による劣化を予測する試験方法において、
以下の工程からなることを特徴とする石英ガラス光学部
材の試験方法。 工程1:石英ガラス光学部材中の水素濃度と透過率変化
との相関、及び照射する光のエネルギー密度と屈折率変
化との相関を求め、これらの相関から屈折率変化量と石
英ガラス光学部材中の水素濃度と照射する光のエネルギ
ー密度との関係式を求める工程 工程2:石英ガラス光学部材に10〜10000mJ/
cm2・pulseの光を照射したときの屈折率変化を
測定する工程 工程3:工程2で得られる屈折率変化量、水素濃度、エ
ネルギー密度をそれぞれ工程1で得られる関係式に代入
し、0.01〜100mJ/cm2・pulseの特定
波長における屈折率変化を求める工程 - 【請求項4】請求項1に記載の石英ガラス光学部材の試
験方法により求められた0.01〜100mJ/cm2
・pulseの特定波長における屈折率変化が1×10
-5以下であることを特徴とする石英ガラス光学部材。 - 【請求項5】0.01〜100mJ/cm2・puls
eの特定波長の光を照射して用いられる石英ガラス光学
部材の光照射による劣化を予測する試験方法において、
以下の工程からなることを特徴とする石英ガラス光学部
材の試験方法。 工程1:石英ガラス光学部材中の水素濃度と透過率変化
との相関、及び照射する光のエネルギー密度と面変化と
の相関を求め、これらの相関から面変化量と石英ガラス
光学部材中の水素濃度と照射する光のエネルギー密度と
の関係式を求める工程 工程2:石英ガラス光学部材に10〜10000mJ/
cm2・pulseの光を照射したときの面変化を測定
する工程 工程3:工程2で得られる面変化量、水素濃度、エネル
ギー密度をそれぞれ工程1で得られる関係式に代入し、
0.01〜100mJ/cm2・pulseの特定波長
における面変化を求める工程 - 【請求項6】請求項1に記載の石英ガラス光学部材の試
験方法により求められた0.01〜100mJ/cm2
・pulseの特定波長における面変化が0.04μm
以下であることを特徴とする石英ガラス光学部材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17138696A JP3663753B2 (ja) | 1996-07-01 | 1996-07-01 | エキシマレ−ザ照射耐久性の予測方法 及び石英ガラス部材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17138696A JP3663753B2 (ja) | 1996-07-01 | 1996-07-01 | エキシマレ−ザ照射耐久性の予測方法 及び石英ガラス部材 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1019727A true JPH1019727A (ja) | 1998-01-23 |
JP3663753B2 JP3663753B2 (ja) | 2005-06-22 |
Family
ID=15922210
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17138696A Expired - Lifetime JP3663753B2 (ja) | 1996-07-01 | 1996-07-01 | エキシマレ−ザ照射耐久性の予測方法 及び石英ガラス部材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3663753B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6075607A (en) * | 1997-10-07 | 2000-06-13 | Nikon Corporation | Method for estimating durability of optical member against excimer laser irradiation and method for selecting silica glass optical member |
DE10225842A1 (de) * | 2002-06-04 | 2003-12-24 | Zeiss Carl Smt Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Strahlungsbeständigkeit eines optischen Materials |
JP2005031076A (ja) * | 2003-07-09 | 2005-02-03 | Carl-Zeiss-Stiftung | 合成石英ガラスのパルスレーザー耐性を定量的に決定する方法 |
-
1996
- 1996-07-01 JP JP17138696A patent/JP3663753B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JP3663753B2 (ja) | 2005-06-22 |
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