(57)【要約】【課題】合成石英ガラスのコンパクション起因及びレアファクション起因の屈折率変化を個別に算出する。【解決手段】ＡｒＦエキシマレーザー光源１から出射されたレーザー光Ｌは、ビーム整形光学系２を通過し、ＮＤフィルタ３によりエネルギが調整され、更にアパーチャ４を介してサンプルＳに照射され、エネルギモニタ５によってエネルギ密度が測定される。  レーザー光Ｌの偏光方向に対し垂直方向の屈折率変化Δｎ1はコンパクション起因の影響しか受けておらず、コンパクション起因の屈折率変化Δｎcと等しい。また、レーザー光Ｌの偏光方向に対し平行方向の屈折率変化Δｎ2はコンパクション起因とレアファクション起因の双方の影響を受け、屈折率変化Δｎcとレアファクション起因の屈折率変化Δｎrの加算に等しい。このことから、Δｎc＝Δｎ1、Δｎr＝Δｎ2−Δｎ1が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成石英ガラスに生ずる屈折率変化を評価する方法において、紫外領域の光を、被検体である合成石英ガラスに直線偏光で入射し、その際に生ずる前記光の偏光方向に対し垂直方向の屈折率変化Δｎ1及び前記光の偏光方向に対し平行な方向の屈折率変化Δｎ2を測定することにより、コンパクション起因及びレアファクション起因のそれぞれの屈折率変化を算出することを特徴とする合成石英ガラスの耐久性能の評価方法。
【請求項２】
前記コンパクション起因の屈折率変化Δｎc及び前記レアファクション起因の屈折率変化Δｎrを、下記の関係式により算出することを特徴とする請求項１に記載の合成石英ガラスの耐久性能の評価方法。
Δｎc＝Δｎ1
Δｎr＝Δｎ2−Δｎ1
【請求項３】
前記合成石英ガラスに直線偏光で入射した際に生ずる複屈折変化を測定することにより、前記レアファクション起因の屈折率変化を算出することを特徴とする請求項１に記載の合成石英ガラスの耐久性能の評価方法。
【請求項４】
前記紫外領域の光はＡｒＦエキシマレーザー光とした請求項１に記載の合成石英ガラスの耐久性能の評価方法。
【請求項５】
請求項１又は請求項３に記載の方法を用いて算出した前記屈折率変化を基に選択した合成石英ガラスを用いた露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成石英ガラスの耐久性能を評価する合成石英ガラスの耐久性能の評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を製造するためのリソグラフィ工程において、レチクル上のパターン像を投影光学系を介してウエハ上に露光する露光装置が用いられている。半導体集積回路の線幅の微細化が進み、その手段として露光源の露光波長を短波長化する方法が一般的である。
【０００３】
波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー光を露光装置光源として採用した露光装置が既に開発され、更に短い波長である波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光が用いられている。
【０００４】
これら露光装置の投影系・照明系に使用される光学材料には、真空紫外領域においても高い透過率を有する合成石英ガラスが用いられる。露光装置に適用される合成石英ガラスに要求される光学性能には、光源波長に対する透過率のみならず屈折率均質性、複屈折、更に耐久性能がある。長期に渡る露光装置の像性能を保証するためには、この屈折率均質性の悪化の低減が重要になる。
【０００５】
しかし、ＡｒＦエキシマレーザー光を長期間照射することにより、合成石英ガラスにコンパクション起因及びレアファクション起因の屈折率変化が生ずることは一般に知られている。
【０００６】
なお、コンパクションとは、紫外線照射により照射部の合成石英ガラス密度が増加し、この密度変化に伴い合成石英ガラスの屈折率が上昇する現象である。またレアファクションとは、紫外線照射により照射部の合成石英ガラスの密度が減少し、この密度変化に伴い照射部の合成石英ガラスの屈折率が低下する現象である。従来から、このコンパクション起因及びレアファクション起因による屈折率変化は、以下に説明する手順により算出している。
【０００７】
合成石英ガラスに露光装置で実際に照射されている条件、即ち極めて低いエネルギ密度のＡｒＦエキシマレーザー光の照射を行う。例えば非特許文献１では、コンパクション起因及びレアファクション起因の屈折率変化のモデル式を立て、実験データと整合が取れるように各パラメータを設定している。
【０００８】
コンパクション起因の屈折率変化をモデル化したコンパクション起因の屈折率変化Δｎcを式（１）に示し、レアファクション起因の屈折率変化をモデル化した屈折率変化Δｎrを式（２）に示す。ただし、コンパクション比例係数をｋ1、レアファクション比例係数をｋ2、コンパクションべき乗係数をβ、レアファクションべき乗係数をαとする。また、レーザー光のエネルギ密度をＩ、パルス数をＮ、パルス発光幅をｔisとする。
Δｎc＝ｋ1（ＮＩ2／ｔis）β                    ・・・（１）
Δｎr＝ｋ2（ＮＩ）α                           ・・・（２）
【０００９】
【非特許文献１】J.M Algots,et al“Verification of compaction and rarefaction models for fused silica with 40 billion pulses of 193-nmexcimer laser exposure and their effects on projection lens imaging performance”Proc SPIE 5377,pp1815-1827,2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述の従来技術では、合成石英ガラスに紫外領域で光を照射すると、コンパクション起因とレアファクション起因の屈折率変化が同時に進行してしまい、これらの屈折率変化を個別に算出することは困難である。
【００１１】
また、コンパクション起因とレアファクション起因の屈折率変化は照射エネルギ密度に対する依存性が異なっており、高エネルギ密度で照射した場合と低エネルギ密度で照射した場合とで、合成石英ガラスに与えるダメージが全く異なってくる。つまり、高エネルギ密度で照射する加速耐久試験から、露光装置で実際に照射されている低いエネルギ密度の照射による屈折率変化を予測することは困難である。そのため、合成石英ガラスの耐久試験は露光装置で、実際に照射されている低いエネルギ密度のＡｒＦエキシマレーザー光の照射を行う必要がある。しかし、この耐久試験には膨大な時間と費用がかかり、極めて困難である。
【００１２】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、合成石英ガラスのコンパクション起因及びレアファクション起因の屈折率変化を個別に算出し、加速耐久試験を可能とする合成石英ガラスの耐久性能の評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明に係る合成石英ガラスの耐久性能の評価方法における技術的特徴は、合成石英ガラスに生ずる屈折率変化を評価する方法において、紫外領域の光を、被検体である合成石英ガラスに直線偏光で入射し、その際に生ずる前記光の偏光方向に対し垂直方向の屈折率変化Δｎ1及び前記光の偏光方向に対し平行な方向の屈折率変化Δｎ2を測定することにより、コンパクション起因及びレアファクション起因のそれぞれの屈折率変化を算出することにある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る合成石英ガラスの耐久性能の評価方法によれば、コンパクションとレアファクションとが同時に進行してしまう合成石英ガラスのこれらの屈折率変化は、それぞれ個別の事象として測定することができる。
【００１５】
また、露光装置において設定される照度以上の照度を照射する加速耐久試験においても、コンパクション起因及びレアファクション起因の屈折率変化を個別に算出することが可能となる。
【００１６】
そのことにより、短期間にかつ実験コストを抑え、コンパクション起因及びレアファクション起因の屈折率変化を評価することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は合成石英ガラスの耐久性能の評価するための装置の構成図を示す。紫外領域の光を含むＡｒＦエキシマレーザー光源１からのレーザー光Ｌの出射方向には、ビーム整形光学系２、ＮＤフィルタ３、アパーチャ４、被検体である合成石英ガラスのサンプルＳ、エネルギモニタ５が配列されている。
【００１９】
ＡｒＦエキシマレーザー光源１から出射されたＡｒＦエキシマレーザー光Ｌは、ビーム整形光学系２を通過した後に、ＮＤフィルタ３によりエネルギが調整され、更にアパーチャ４を通過しサンプルＳに入射される。サンプルＳを透過したレーザー光Ｌは、エネルギモニタ５によってエネルギ密度が測定される。
【００２０】
この照射実験においては、一定照射数毎にフィゾー干渉計により屈折率変化を測定し、複屈折測定装置により複屈折変化を測定する。
【００２１】
サンプルＳに対し、４（ｋＨｚ）、レーザーＴｉｓ２０（ｎｓ）、照射エネルギ密度０．２０〜０．０２（ｍＪ／ｃｍ2）のＡｒＦエキシマレーザー光Ｌにより、照射パルス数５、１０、１５、２０billionの照射を行った。その際に、直線偏光光のレーザー光Ｌの偏光方向に対し垂直方向の屈折率変化Δｎ1及びレーザー光Ｌの偏光方向に対し平行方向の屈折率変化Δｎ2を測定した。
【００２２】
図２はその測定結果を示し、縦軸はΔｎ1（ｐｐｂ）、横軸はＮ（billion パルス）としている。同様に、図３はΔｎ2の測定結果を示し、縦軸はΔｎ2（ｐｐｂ）、横軸はＮ（billion パルス）としている。
【００２３】
更に図２の測定結果を、横軸をＮＩ2／ｔis（パルス×（Ｊ／ｃｍ2）2／ｎｓ）としたグラフを図４に示す。この図４の近似曲線のように、Δｎ1（ｐｐｂ）は式（１）で近似することができる。つまり、ＡｒＦエキシマレーザー光Ｌの偏光方向に対し垂直方向の屈折率変化Δｎ1は、コンパクション起因の影響しか受けておらず、コンパクション起因の屈折率変化Δｎcと等しいことが分かる。
【００２４】
更に図５は、Δｎ2−Δｎ1（ｐｐｂ）を縦軸に、ＮＩ（パルス×ｋＪ／ｃｍ2）を横軸としたグラフ図である。この図５の近似曲線のように、Δｎ2−Δｎ1（ｐｐｂ）は式（２）で近似することができる。つまり、ＡｒＦエキシマレーザー光Ｌの偏光方向に対し平行方向の屈折率変化Δｎ2から垂直方向の屈折率変化Δｎ1を減算したΔｎ2−Δｎ1は、レアファクション起因の屈折率変化Δｎrと等しいことが分かる。
【００２５】
このことから、屈折率変化Δｎcと屈折率変化Δｎrを、屈折率変化Δｎ1とΔｎ2から算出する式に変形すると、下記の関係式となる。
Δｎc＝Δｎ1                              ・・・（３）
Δｎr＝Δｎ2−Δｎ1                       ・・・（４）
【００２６】
式（３）、（４）にΔｎ1、Δｎ2を代入することにより、コンパクション起因の屈折率変化Δｎc及びレアファクション起因の屈折率変化Δｎrを算出できる。
【００２７】
上記記載の測定手法を用いて、多種の合成石英ガラスを測定した。その結果、コンパクション起因の屈折率変化は空間的な方向性を持たず、ＡｒＦエキシマレーザー光Ｌの偏光方位に拘らず屈折率変化は等しく、等方的に屈折率変化が起きることが確認された。一方、レアファクション起因の屈折率変化は空間的な方向性を持っており、照射を行ったＡｒＦエキシマレーザー光Ｌの偏光方位の方向に限って、屈折率変化が生じていることが分かった。以上のことから、照射エネルギ密度に拘らず、コンパクション起因及びレアファクション起因の屈折率変化Δｎc、Δｎrを式（３）、（４）を用いることで個別に算出することができる。更に、屈折率変化Δｎc、Δｎrを個別に算出することで、露光装置において設定される照度以上の照度を照射する加速耐久試験が可能となり、短期間にかつ実験コストを抑えた耐久試験ができる。
【実施例２】
【００２８】
実施例２においては、合成石英ガラスのサンプルＳに対して実施例１と同様のＡｒＦエキシマレーザー光Ｌを照射し、その際のＡｒＦエキシマレーザー光の照射部の複屈折変化ΔＲｅを測定した。図６はその測定結果を縦軸ΔＲｅ（ｎｍ／ｃｍ）、横軸Ｎ（Billion pulse）として示している。更に図６を単位、符号換算を行うと図７になる。図７は縦軸ΔＲｅ（ppb）とし、ＮＩ（パルス×ｋＪ／ｃｍ2）を横軸としたグラフ図である。
【００２９】
実施例１中の図５と実施例２中の図７は、同じ近似曲線にて示すことができる。つまり、複屈折変化ΔＲｅは屈折率変化Δｎrと等しくなる。このことからも、レアファクション起因の屈折率変化Δｎrは、ＡｒＦエキシマレーザー光Ｌの偏光方向に対し平行方向にしか発生していないことが分かる。
【００３０】
以上のことから、照射部の複屈折変化ΔＲｅを測定することで、照射エネルギ密度に拘らず、レアファクション起因の屈折率変化を個別に算出することができる。これにより、露光装置において設定される照度以上の照度を照射する加速耐久試験が可能となり、短期間にかつ実験コストを抑えた耐久試験ができる。
【００３１】
また、上述のようにして求めた耐久性能の評価を基に選択した合成石英ガラスを用いた露光装置は、合成石英ガラスの屈折率の低下が少ないので、耐久性に優れ好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例１の評価装置の構成図である。
【図２】屈折率変化Δｎ1のグラフ図である。
【図３】屈折率変化Δｎ2のグラフ図である。
【図４】屈折率変化Δｎ1のグラフ図である。
【図５】屈折率変化Δｎ2-Δｎ1のグラフ図である。
【図６】複屈折率変化ΔＲｅのグラフ図である。
【図７】複屈折率変化ΔＲｅのグラフ図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  ＡｒＦエキシマレーザー光源
２  ビーム整形光学系
３  ＮＤフィルタ
４  アパーチャ
５  エネルギモニタ
Ｌ  ＡｒＦエキシマレーザー光
Ｓ  サンプル
【図１】
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【図２】
2008111745.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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