(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
４００nm以下の特定波長帯域で使用される光リソグラフィー用石英ガラス部材の製造方法において、
石英ガラスを合成する工程と、
前記合成された石英ガラスから所定の大きさの石英ガラス素材を得る工程と、
前記石英ガラス素材の波面収差を測定する工程と、
前記波面収差のパワー成分補正後のRMS値が０．０１５λ以下であり、屈折率の傾斜成分すなわち石英ガラス素材の直径における両端の屈折率差の最大値が±５×１０-6以下である石英ガラス素材を選択する工程と、
前記ガラス素材から単一の石英ガラス部材を得る工程と、
を含むことを特徴とする石英ガラス部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光リソグラフィー用石英ガラス部材の製造方法において、前記石英ガラス部材の屈折率分布が回転対称であり、該回転対称の対称軸と石英ガラス部材の中心軸とを一致させたことを特徴とする石英ガラス部材の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の光リソグラフィー用石英ガラス部材の製造方法において、前記石英ガラスを合成する工程が、火炎加水分解法を用いて石英ガラスインゴットを回転させながら合成する工程であり、前記石英ガラス素材を得る工程が前記石英ガラスインゴットの回転対称軸を中心とする石英ガラス素材を切り出す工程であることを特徴とする石英ガラス部材の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の光リソグラフィー用石英ガラス部材の製造方法において、前記石英ガラス素材を切り出した後、中心対称の温度分布を持つ熱処理炉の中央に前記石英ガラス素材を設置し熱処理を行うことを特徴とする石英ガラス部材の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の光リソグラフィー用石英ガラス部材の製造方法において、前記熱処理の際、石英ガラス素材を回転させることを特徴とする石英ガラス部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光リソグラフィー 技術において４００nm以下、好ましくは３００nm以下の特定波長帯域で、レンズ やミラー 等の光学系に使用される光リソグラフィー 用石英ガラス 部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年におけるVLSIは、ますます高集積化，高機能化し、論理VLSIの分野ではチップ 上により大きなシステムが盛り込まれるシステムオンチップ 化が進行している。これにともない、その基板となるシリコン等の ウェハ上において、微細加工化及び高集積化が要求されている。 ウェハ上への微細加工の方法としては、直接集積回路 パターン を描画する光リソグラフィー による方法が一般的に行われている。このVLSIの中で、DRAMを例にあげれば LSIからVLSIへと展開され 1K →256K→1M→4M→16M と容量が増大してゆくにつれ、その加工線幅がそれぞれ 10 μm →2 μm →1 μm →0.8 μm →0.5 μm と微細になっている。
【０００３】
このため、現在、光リソグラフィー 技術の主流となっているステッパー の投影レンズ には、高い解像度と深い焦点深度が要求されている。
この解像度と焦点深度は、露光に使う光の波長とレンズ のＮ．Ａ．（開口数）によって決まる。
細かいパターンほど回折光の角度が大きくなり、レンズ のＮ．Ａ．が大きくなければ回折光を取り込めなくなる。また、波長λが短いほど同じパターンでの回折光の角度は小さくなり、従ってＮ．Ａ．は小さくてよいことになる。
【０００４】
解像度と焦点深度は、次式のように表される。
解像度＝k1・λ／Ｎ．Ａ．
焦点深度＝k2・λ／Ｎ．Ａ．2 
（但し、k1、k2は比例定数である。）
解像度を向上させるためには、Ｎ．Ａ．を大きくするか、λを短くするかのどちらかであるが、上式からも明らかなように、λを短くするほうが深度の点で有利である。
【０００５】
それに対応して、加工の際使用する光源の波長も、ｇ線（436nm ）からｉ線（365nm ）へ、さらにＫｒＦ（248nm ）やＡｒＦ（193nm ）エキシマレーザーへと短波長化が進められている。
ステッパー の照明系あるいは投影レンズ として用いられるガラス 部材は、ｉ線よりも短い波長領域では光透過率が低下するため、これらのガラス 部材に代えて合成石英ガラス が用いられる。
【０００６】
合成石英ガラス は、通常の光学ガラス と比べて、光透過率が全波長にわたって非常に高いという特徴があり、特に４００nm以下の短波長領域では他のすべてのガラス よりはるかに良好な透過性を示す。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように、光源の短波長化の目的は、より微細な線幅を実現し微細かつ鮮明なパターンを得ることであるが、これに用いる石英ガラス 部材は特定波長領域での光透過率が高いだけでは充分とは言えず、他の光学性能、例えば屈折率の均質性、脈理や蛍光の有無、耐レーザー性等が影響を与える。
【０００８】
これらのうち、屈折率の均質性（測定領域内の屈折率のばらつき）については、従来、測定領域内の屈折率の最大値と最小値の差（以下ＰＶ値という）で表され、この値が小さいほど屈折率の均質性が良い石英ガラス であると考えられている。それ故、既存の高均質と称する石英ガラス はこのＰＶ値を最小にする事を目的に製造されている。
【０００９】
しかしながら、このようにして製造されたＰＶ値が充分に小さい、例えば一般に言われる２×１０-6以下の石英ガラス を使用しているにもかかわらず、微細かつ鮮明なパターンを得られない場合があった。
そこで、本発明は、光リソグラフィー 技術において、例えば線幅０．５μm 以下の、微細かつ鮮明なパターンを得る事が可能な石英ガラス 部材を提供ことを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者らは、光リソグラフィー 技術において微細かつ鮮明なパターンを得ることのできる石英ガラス の屈折率の均質性について鋭意研究した結果、以下の３つの条件を満たす石英ガラス において、線幅０. ５μm 以下のものが得られた。
従って、本発明は第１に、４００nm以下の特定波長帯域で使用される光リソグラフィー 用石英ガラス 部材において、波面収差のＲＭＳ（二乗平均平方根）値がパワー 成分補正後に０．０１５λ以下である事を特徴とする光リソグラフィー 用石英ガラス 部材を提供する。
【００１１】
本発明は第２に、４００nm以下の特定波長帯域で使用される光リソグラフィー用石英ガラス 部材において、屈折率の傾斜成分が±５×１０-6以下である事を特徴とする光リソグラフィー 用石英ガラス 部材を提供する。
本発明は第３に、４００nm以下の特定波長帯域で使用される光リソグラフィー用石英ガラス 部材において、屈折率分布が回転対称であり、該回転対称の対称軸と石英ガラス 部材の中心軸とが一致する事を特徴とする光リソグラフィー 用石英ガラス 部材を提供する。
【００１２】
なお、上記の３つの発明は独立した発明であり、いずれかの条件を満たす石英ガラス においても目的とする線幅０. ５μm 以下のパターンを得ることができるが、これらの条件を複数満たせば、より満足のいく石英ガラス が得られることは言うまでもない。
【００１３】
【作用】
かかる石英ガラス 部材を用いて製造した投影レンズ を用いる事により、光リソグラフィー 技術において微細かつ鮮明なパターンを得るための光学性能を得る事ができる。
以下にその理由を述べる。
従来、屈折率の均質性は、単にＰＶ値（パワー 成分補正なし）のみで評価されてきた。しかし、屈折率分布をさらに細かく見ると、パワー （２次）成分、アス成分、回転対称成分、傾斜成分、ランダム成分等に分離でき、それぞれが重なりあって全体の屈折率分布を作っている。そして、ここで述べた各成分が光学性能に及ぼす影響はそれぞれ異なっている。このため、同一のＰＶ値の石英ガラス部材を使用してレンズ を製造しても、各成分の比率が異なれば、光学性能に差が出てしまう。したがって、これらの要素を個別に十分考慮せず、単にＰＶ値を一定値以下（例えば一般に言われる２×１０-6以下）に抑えたのみでは、設計性能を満足する投影レンズ を製造することはできず、光リソグラフィー 技術において微細かつ鮮明なパターンを得ることはできない。
【００１４】
これに対し、まず第１の発明に関して、波面収差のＲＭＳ値（パワー 成分補正後）について述べる。
従来用いられているＰＶ値に対し、波面収差のＲＭＳ値（パワー 成分補正後）は、光学性能に直接影響を与える成分のみを表しているため、より確実に光学性能を保証する事ができる。
【００１５】
パワー 成分は、曲率半径の誤差と同一であり、レンズ の曲率で補正も可能であるし、レンズ の空気間隔でも容易に補正可能である。したがって、像質に直接影響を及ぼすパワー 補正（除外）後の成分を問題にすべきである。
以下に、ＰＶ値でなくＲＭＳ値を用いる理由を述べる。
なお、通常は、波面収差のＰＶ値ではなく、以下のように屈折率に換算したＰＶ値（△ｎと呼ばれる）が用いられる事が多い。
【００１６】
例えば波面収差ＰＶ値：０．３０λ、厚さｔ：３０mmの場合、λは干渉計の光源６３２．８nmを使用して、
【００１７】
【数１】
0003656855.tif 000002
のように換算される。。この値は、屈折率差という物理量に換算されているので厚さに依存しない値である。
【００１８】
しかし、投影レンズ の光学系では様々な径、厚さを持つレンズ が多数組み合わされており、厚さの異なるレンズ の性能を個別に規定するためには、この様な換算値ではなく測定された波面収差そのものを使用する必要がある。
さらに、ＰＶ値は測定領域内の最大・最小値各々１点のみを比較しているため、ノイズ 等の誤差要因の影響を受けやすい問題があった。これに対し、ＲＭＳ（二乗平均平方根）値は全測定点を用い計算されるため情報量が多く測定誤差の影響を受けにくく、統計処理も可能である。
【００１９】
以上の理由から、パワー 成分補正後の波面収差のＲＭＳ値を用いることとし、さらに上限である０．０１５λは、パワー 成分を除いた屈折率分布の各成分の影響により発生する諸収差を考慮してシミュレーションし、投影レンズ の性能を発揮できる値として決定したものである。つまり、０．０１５λ以上であると収差が大きくなり、光リソグラフィー 用部材として適さない。
【００２０】
ところで、屈折率の傾斜成分や屈折率分布の形状も光学性能上重要な要素である。
レンズ 部品を光学系に組み込む場合、レンズの中心軸と光学系の光軸を一致させ、レンズ 部品が偏心しないように調整される。しかしながら、このように調整されたレンズ であっても、屈折率分布が回転対称でなく屈折率に傾斜が生じているときは所望の光学性能が得られないことがわかった。
【００２１】
理想的には、屈折率分布が回転対称で傾斜成分がなく、回転対称軸とレンズ の中心軸とを一致させ、これをさらに光学系の光軸と一致させることにより、所望の光学性能が発揮されることがわかった。
【００２２】
以下に、第２の発明に関して、屈折率の傾斜成分について述べる。
屈折率に傾斜が生じると、各レンズ 部品が偏心を起こしたのと同様な影響が出る。投影レンズ の偏心公差（レンズエレメントの横シフト 、チルト ）を見積もるため、１）ディストーションのトラペゾイド（台形歪み）
２）非点収差の露光フィールド 内のばらつき
３）偏心コマ収差
の３条件をシミュレーションで検討した。
【００２３】
この結果、設計性能を満足させるためには、この傾斜成分の大きさは±５×１０-6以下、すなわち、レンズ の直径方向での両端の屈折率差を最大５×１０-6以下に抑える事が望ましいことが明らかになった。
次に、第３の発明に関して、屈折率分布の形状について述べる。
石英ガラス 部材の屈折率分布の対称軸とそれから製造したレンズ 部品（石英ガラス 部材）の中心軸とを一致させる事が望ましいが、工業的にはある程度の公差を見込む必要がある。
【００２４】
そこで、傾斜成分と同様の検討をした。シミュレーションの結果によると、このズレを５mm以下に抑え、屈折率分布の回転対称軸とガラス 部材の中心軸とを事実上一致されることにより、所望の光学性能を得ることが可能である。
このような石英ガラス 部材を得るための製法は以下のようなものである。
石英ガラス の製法としては他の製法に比較してエキシマレーザー耐性が高く、大きな形状が得られる火炎加水分解法が用いられる。
【００２５】
石英ガラス の屈折率分布は、不純物と熱履歴による密度分布により決まる。不純物としては、OH、Cl、金属不純物、溶存ガス等が考えられるが、火炎加水分解法の場合、数百ppm 以上含有されるOH、次いで数十ppm 含有されるClが混入量から考えて支配的だと考えられる。他の不純物は、分析によると５０ppb 以下に過ぎないので、屈折率に対する影響は無視し得る。
【００２６】
一方、熱履歴による密度分布は、直接法，ＶＡＤ法，ゾルゲル法，プラズマバーナー法等の製造方法によらず支配的な要素である。このような要素により屈折率分布が決定されるため、ＲＭＳ値が小さい、または、中心対称に近い屈折率パターンを持つ、あるいは傾斜成分の小さい石英ガラス 素材を得るため、合成、均質化や形状変更のための熱処理、アニール、加工の各工程で幾何学的な中心位置を常に維持するような製造方法が必要となる。
【００２７】
以下に各工程について、図１に基づいて具体的に述べる。
石英ガラス の合成工程においては、インゴット １１を回転させながら合成するため、不純物濃度分布、物性分布は必ず中心対称になる。しかし、中心を維持しながら円筒形の石英ガラス 素材１２を切り出して行くので、必要な素材径に近い径のインゴット を使用しなければ、重量歩留まりが著しく低下する。
【００２８】
アニール等の熱処理を加える場合は、対称性を維持するために、素材形状を円筒形とし、中心対称な温度分布を持つ炉の中央で熱を加える必要がある。この石英ガラス 素材は回転させる事が望ましい。粘性変形をさせる場合は、片寄った変形とならないように特に配慮を加える必要がある。
丸め等の加工を加え、石英ガラス 部材１３を得るときは、加工前に中心位置をマーク し、位置のズレがないように加工を行う。
【００２９】
石英ガラス 部材１３を加工し、投影レンズ １４を製造する事により、光リソグラフィー 技術において微細かつ鮮明なパターンを得るための光学性能を得る事ができる。
【００３０】
【実施例１】
火炎加水分解法において合成条件（バーナ 構造，ガス量、ターゲット の揺動パターン等）を精密に制御する事により、三方向脈理がなく、エキシマレーザー耐性が高い、φ２００，３２０，４５０mm×Ｌ８００mmのインゴット が得られた。このインゴット を切断し、円筒形の形状で干渉計により均質性を測定したところ、測定範囲で屈折率分布は対称であり、インゴット の幾何学的な外形の中心と屈折率分布の中心は一致していた。また、屈折率分布の極値が中央１箇所であった。
【００３１】
さらに、インゴット 外形から割り出した幾何学的中央部を維持しながら丸め、あるいはコアドリル により抜き、φ１４０×ｔ４０，１８０×ｔ６０，３００×ｔ７０の石英ガラス 部材を得た。この部材を中心対称の温度分布を持つアニール炉の中央に設置しアニールを行った。
こうして得られた石英ガラス 部材の均質性を測定したところ、各々のＲＭＳ値＝０．００５λ，０．００６λ，０．００６λであった。
【００３２】
屈折率の傾斜成分を、干渉計で直接測定することは非常に困難である。そこで、この部材の直径上の両端から２つプリズムのテストピースを取り、高精度のスペクトロメーター を使用し最小偏角法により１０-7オーダーの精度で屈折率の測定を行った。この結果、２つのテストピースの屈折率差は測定限界以下であり、従って傾斜成分も１０-7以下であった。
【００３３】
この石英ガラス 部材を使用して、図２に示すような投影レンズ を製造したところ、所望の設計性能を満足する事が確認できた。これにより線幅０．３μm 程度の解像力を有し、実用上十分な平坦性を持つ集積回路パターンを得る事ができた。
【００３４】
【実施例２】
合成で得られたインゴット から中央位置を維持しながら切りだしたφ２５０ｔ１２０の円筒形石英ガラス 素材を、２０００℃で加熱し均質性の調整のための２次的な熱処理を行った。
この場合、冷却時の熱の流れの片寄りにより屈折率分布が非対称となる可能性が高いので、円筒形のガラス 素材の幾何学的中心を炉内のターンテーブル の回転中心に一致させ設置し、回転させた。
【００３５】
その後は実施例１と同様に中央対称性を維持したアニール、加工を行い、ＲＭＳ値＝０．００６λ，かつ中心対称に近く傾斜成分の小さい石英ガラス 部材が得られた。
この石英ガラス 部材を使用して、投影レンズ を製造したところ、所望の設計性能を満足する事が確認できた。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、光リソグラフィー 技術において、０．５μm 以下の微細パターンを得る事が可能になった。
さらに、ＰＶ値はノイズ等の誤差要因の影響を受けやすい問題があったが、ＲＭＳ値を使用する事により測定誤差の影響を受けにくくなり、統計処理も可能になった。
【００３７】
また、石英ガラス の価格は、同一形状、同一重量に対してはＰＶ値が小さいほど高くなっていたが、ＰＶ値が大きく、価格の安い石英ガラス 部材でも、パワー 成分補正後の波面収差のＲＭＳ値が０．０１５λ以下である物が使用可能になり、光リソグラフィー 装置のコストダウンになった。
さらに、屈折率の傾斜成分が大きかったり光軸を中心とした屈折率分布が対称でない石英ガラス 部材から製造したレンズ を投影レンズ に組み込み光学系として調整する場合、非常に多くの調整の手間がかかっていたが、本発明により調整に要する時間が大幅に短縮された。
【００３８】
なお、本発明の石英ガラス 部材を光リソグラフィー 技術に用いた場合において、４００nm以下の特定波長帯域の光を用いて焼き付け・転写を行うほか、He‐Ne（６３２．８nm）等のレーザー光を用いてのウエハーのアライメントにも兼用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るリソグラフィー 用石英ガラス の製造手順を示す概略図である。
【図２】  本発明に係る光リソグラフィー 用石英ガラス 部材を用いて製造された投影レンズ を組み込んだリソグラフィー 装置の概略図である。
【符号の説明】
１１・・・石英ガラスインゴット
１２・・・切断され熱処理された石英ガラス 素材
１３・・・まるめられた石英ガラス 部材
１４・・・石英ガラス 部材（加工されたレンズ ）
２１・・・レーザー光源
２２・・・照明系光学系
２３・・・レチクル
２４・・・投影レンズ
２５・・・ウエハー
【図１】
0003656855.tif 000003
【図２】
0003656855.tif 000004