(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ化物結晶からなる光リソグラフィー用光学部材の評価方法において、
前記光学部材の結晶面方位を測定する工程と、
前記測定の結果に基づいて双晶の領域を特定する工程と、
を有し、
前記光学部材から製造する光学素子の有効領域に対して、前記特定した双晶の領域が占める割合を算出する工程を有することを特徴とする光学部材の評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光学部材の評価方法において、
前記光学部材の結晶面方位を測定する工程は、Ｘ線を前記光学部材に照射することにより行なうことを特徴とする光学部材の評価方法。
【請求項３】
請求項２に記載の光学部材の評価方法において、
前記Ｘ線を前記光学部材に照射することにより行なう工程は、ラウエ法であることを特徴とする光学部材の評価方法。
【請求項４】
請求項３に記載の光学部材の評価方法において、ラウエ法は側面反射型であることを特徴とする光学部材の評価方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の光学部材の評価方法において、
前記光学部材から製造する光学素子の有効領域に対して、前記特定した双晶の領域が占める割合は、前記光学部材から製造する光学素子の有効領域内における前記双晶の領域の光軸方向へ投影した領域の面積の和が、前記光学素子の有効径面積に占める割合であることを特徴とする光学部材の評価方法。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の光学部材の評価方法において、
前記光学部材から製造する光学素子の有効領域に対して、前記特定した双晶の領域が占める割合は、前記光学部材から製造する光学素子の有効領域内における前記双晶の領域の光軸方向へ投影した領域の面積の和が、前記光学素子のパーシャル径面積に占める割合であることを特徴とする光学部材の評価方法。
【請求項７】
請求項５に記載の光学部材の評価方法において、
前記光学素子の有効領域内における前記双晶の領域の光軸方向へ投影した領域の面積の和が、前記光学素子の有効径面積に占める割合が、10％以下の場合に使用可能と判断する工程を更に含むことを特徴とする光学部材の評価方法。
【請求項８】
請求項６に記載の光学部材の評価方法において、
前記光学素子の有効領域内における前記双晶の領域の光軸方向へ投影した領域の面積の和が、前記光学素子のパーシャル径面積に占める割合が、10％以下の場合に使用可能と判断する工程を更に含むことを特徴とする光学部材の評価方法。
【請求項９】
波長250nm以下の特定波長領域で使用される光リソグラフィー用光学素子の製造方法であって、
フッ化物結晶からなる光学部材の結晶面方位を測定する工程と、
前記測定の結果に基づいて双晶の領域を特定する工程と、
前記光学部材から製造する光学素子の有効領域に対して前記特定した双晶の領域が占める割合を算出する工程と、
前記割合に基づいて前記光学部材の使用可否を判断する工程と、
使用可能と判断された前記光学部材に対して、研削工程、研磨工程、および反射防止膜または反射膜のコーティングを施して所定の形状の光学素子を製造する工程と、を有することを特徴とする光リソグラフィー用光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記光学部材から製造する光学素子の有効領域に対して前記特定した双晶の領域が占める割合は、前記光学部材から製造する光学素子の有効領域内における前記双晶の領域の光軸方向へ投影した領域の面積の和が、前記光学素子の有効径面積に占める割合であることを特徴とする請求項９に記載の光リソグラフィー用光学素子の製造方法。
【請求項１１】
前記光学部材から製造する光学素子の有効領域に対して前記特定した双晶の領域が占める割合は、前記光学部材から製造する光学素子の有効領域内における前記双晶の領域の光軸方向へ投影した領域の面積の和が、前記光学素子のパーシャル径面積に占める割合であることを特徴とする請求項９に記載の光リソグラフィー用光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラ、顕微鏡、望遠鏡などの光学機器やステッパーなどの光リソグラフィー用投影露光装置の光学系を構成する光学素子を製造するための素材である、フッ化物結晶からなる光学部材とその評価方法、および、その光学部材から製造した光学素子を組込んだ光学系ないしは光リソグラフィー用投影露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ウエハ上に集積回路パターンを描画するリソグラフィー技術が急速に発展している。集積回路の高集積化の要求は年々高まっており、その実現のためには投影露光装置の投影光学系の解像力を上げる必要がある。投影光学系の解像力は、使用する光の波長と投影光学系のＮＡ（開口数）により決定される。即ち、使用する光の波長をより短く（短波長化）、また、投影光学系のＮＡがより大きい（大口径化）ほど解像力を上げることができる。
【０００３】
まず、光の短波長化について述べる。投影露光装置に使用する光源の波長は、すでにｇ線（波長436nm）、ｉ線（波長365nm）と変遷してきている。そして今後、更に波長の短いＫｒＦエキシマレーザー光（波長248nm）、ＡｒＦエキシマレーザー光（波長193nm）等を用いるには、投影光学系等の結像光学系のレンズ材料として、一般の多成分系の光学ガラスを使用することは、透過率低下が大きくなるため不可能である。
【０００４】
このため、エキシマレーザー投影露光装置の光学系には、石英ガラスまたはフッ化物結晶、例えばフッ化カルシウム結晶を光学部材として使用することが一般的である。
次に大口径化について述べる。エキシマレーザー投影露光装置の光学系に用いるための光学部材として、必要な結像性能を満たすためには、結晶材料の場合には単結晶であることが望ましいとされている。
【０００５】
また、投影露光装置の高性能化に伴って、最近は口径φ120 mm〜φ350mm程度の大口径のフッ化カルシウム単結晶が要求されるようになってきた。このようなフッ化カルシウム単結晶は、一般の光学ガラスや石英ガラスに比べて屈折率が小さく分散（屈折率の波長依存性）も小さい。そのため、石英ガラス等の材料からなる光学部材と併用することで色収差を補正できるというメリットもある。また、直径φ120mmを超えるような大口径の単結晶の入手も可能である。
【０００６】
これらの利点を有するフッ化カルシウム単結晶は、投影露光装置用光学材料の他に、カメラ、顕微鏡及び望遠鏡のレンズ材料としても従来から用いられている。また最近では、フッ化カルシウム単結晶以外のフッ化物単結晶であるフッ化バリウムやフッ化ストロンチウムの単結晶も同じ立方晶系に属し、性質が類似しているという点で、次世代の光学材料として注目されている。
【０００７】
フッ化物単結晶の製造方法としては、ブリッジマン法（ストックバーガー法または引き下げ法ともいう）やタンマン法といった融液法など多くの単結晶育成方法が知られている。以下、ブリッジマン法によるフッ化カルシウム単結晶の製造方法の一例を示す。図２は、ブリッジマン法によるフッ化カルシウム単結晶の育成装置の概念図である。
【０００８】
紫外ないし真空紫外域で使用するためのフッ化カルシウム単結晶を製造するには、その原料として化学的に合成して製造された高純度なフッ化カルシウム原料を使用することが一般的である。結晶を育成するための原料として粉末状態のものを用いると、熔融したときの体積減少が大きいので、これを避けるために、半熔融品やその粉砕品の形にしたものを用いて結晶を育成するのが一般的である。
【０００９】
まず、育成装置の中に半熔融品、あるいは、その粉砕品を充填したルツボをセットして、育成装置内を10-3〜10-4Paの真空雰囲気に維持する。次に、育成装置内の温度をフッ化カルシウムの融点以上（1370℃〜1450℃）まで上げて原料を熔融する。
【００１０】
結晶育成（結晶成長）段階では、0.1 〜5mm/h 程度の速度でルツボを引き下げることにより、ルツボの下部から徐々に結晶育成を進行させる。融液の最上部まで結晶化したところで結晶育成は終了する。育成された結晶（インゴット）は割れないように室温近傍まで徐冷し、その後、育成装置内を大気開放してインゴットを取り出す。
【００１１】
この結晶育成には黒鉛製のルツボを使用するのが一般的である。ルツボは先端部が円錐形状のペンシル型となっている。従って、ルツボ下端の円錐形状の先端から結晶成長が開始して徐々に結晶化が進み最終的にインゴットが得られることになる。
【００１２】
インゴットの結晶面方位を制御する目的で先端部分に種結晶を入れることもある。しかし、一般的には、ブリッジマン法によって大きなフッ化物結晶を製造する場合には、その結晶成長方位には法則性がなく、結晶成長を行なう毎にインゴットの結晶方向はランダムに決まると考えられている。特に、直径がφ120mmを越えるような大きなインゴットでは結晶面方位の制御は極めて難しい。
【００１３】
結晶成長後、ルツボから取り出したインゴットには大きな残留応力が存在するため、インゴット形状のままで簡単な熱処理が行われる。
このようにして得られたフッ化カルシウム単結晶のインゴットは、目的の製品に応じて適当な大きさに切断加工される。
【００１４】
結晶面方位が問題とされない光学素子を製造する場合には、より効率よく素材をインゴットから切り出すために、インゴットは水平に平行平板状に切断（輪切り）される。切断された素材は、所望の結像性能(屈折率の均質性と複屈折)を得るために熱処理が施される。
【００１５】
結晶面方位を考慮しなければならない光学素子を製造する場合、例えば、光軸を｛１１１｝結晶面に垂直とする場合には、フッ化物単結晶インゴットの｛１１１｝結晶面を測定し、｛１１１｝面が平行二平面となるように素材を切り出した後、熱処理が行われる。
【００１６】
ところで、これまで立方晶系の単結晶は、物質固有の複屈折を持たないか、あるいは、持つとしても問題ないレベルであると考えられていた。従って、例えばフッ化カルシウムの単結晶では、その製造工程における熱応力によって発生する複屈折を問題ないレベルまで低減すれば、複屈折が光学設計にとって大きな問題となることはないと考えられていた。
【００１７】
しかし最近になって、物質固有の複屈折には波長依存性があり、使用する光の波長が250nm程度より長い場合には物質固有の複屈折は小さく殆ど無視できるのに対し、波長が短くなるに従って物質固有の複屈折は大きくなることがわかってきた。例えば｛１１０｝面では波長が633nm、193nm、及び157nmの光に対して、複屈折の値は、それぞれ0.2nm/cm以下、3.4nm/cm、及び11.2nm/cmとなることがわかった。波長157nmはＦ２レーザー光の波長であり、このような短波長の光に対しては、光学系の結像性能に与える物質固有の複屈折の影響を無視できないことがわかってきた。
【００１８】
光学素子内部で物質固有の複屈折がどのように分布するかは、その光学素子と結晶の向きの関係に依存する。従って、単結晶を光学部材に加工する際に、単結晶の結晶面方位と光軸の向きの関係が変われば、その分布も変化する。このことについて簡単に説明する。図３は、立方晶系のフッ化物結晶の結晶面方位を示した模式図である。図３に示したように、［１００］軸および［１１１］軸の方向には複屈折は存在しないのに対して、［１１０］軸の方向には複屈折は最大となる。なお、上記結晶面方位の表記はミラー指数によっている。ミラー指数とは、結晶面が各結晶軸と交点する点から結晶の格子原点までの距離を各結晶軸の格子間距離で除算した値の逆数である。例えば、フッ化カルシウムのように立方晶系の場合、各結晶軸の格子間距離は全て同じなので、これをaとすると、ある結晶面が格子原点からそれぞれａ／ｈ、ａ／ｋ、ａ／l離れた点で結晶軸と交わっている場合、その結晶面方位はミラー指数で（ｈｋｌ）と表す。ここで、ｈ、ｋ、およびｌは整数である。ミラー指数によれば、立方晶系においては、方向［ｈｋｌ］は、結晶面（ｈｋｌ）に垂直である。また、対称関係にある方向はひとつの指数で代表させて＜  ＞で括って示す。対称関係にある結晶面もひとつの指数で代表させて｛  ｝で括って示す。例えば、立方体の対角線［１１１］、［１−１1］、［−１−１１］、［−１１１］は全て＜１１１＞によって代表され、また、立方体の結晶面（１００）、（０１０）、（−１００）、（０−１０）、（００１）、（００−１）は｛１００｝によって代表される。
【００１９】
従って、例えば＜１１１＞軸を光軸と一致させた光学系では、図４に示したように、複屈折の分布のピーク（複屈折対称軸）は３方向に存在する。また、＜１００＞軸を光軸とした場合には、図５に示したように、複屈折対称軸は４方向に存在する。更に、＜１１０＞軸を光軸とした場合にも、図６に示したように、複屈折対称軸は４方向に存在する。
【００２０】
上記説明の通り、光学素子内部の物質固有の複屈折は、その結晶方位に応じた分布をすることがわかった。そこで、複数の光学素子を、光軸を中心に互いに所定の角度を持つように回転させて組み合わせることで、複屈折分布のピークを互いに打ち消す方法が提案された。これをクロッキングと呼ぶ。
【００２１】
例えば、図７は、＜１１１＞軸を光軸とした光学系において、２枚の光学部材を光軸を中心に＜１１０＞軸を互いに60゜回転させて配置させた状態を示している。また、図８は、＜１００＞軸を光軸とした光学系において、２枚の光学部材を光軸を中心に＜１１０＞軸を互いに45゜回転させて配置させた状態を示している。更に、図９は、＜１１０＞軸を光軸とした光学系において、４枚の光学部材を光軸を中心に、＜１１１＞軸と＜１００＞軸が各々45°、90°、135°回転させて配置させた状態を示している。
【００２２】
このように複数の光学部材を互いに所定の角度をなすようにセットする（クロッキングを行なう）ことにより、各々の光学素子の複屈折分布による結像性能への影響を互いに打ち消すことが可能となるので、これにより点像強度分布(Strehl Intensity)が改善され、結像性能の低下を防ぐことができる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、クロッキングを行なっても、結像性能が依然として改善されない場合がある。本発明者がその原因について研究した結果、フッ化物単結晶から加工したレンズ等の光学素子に、双晶と呼ばれる領域が存在することによるものであることがわかった。
【００２４】
双晶とは、周辺の領域の結晶面方位とは対称な関係の結晶面方位を有する結晶領域が内在している場合、その結晶領域のことをいう。例えば、双晶の領域とそうでない領域では、どちらの領域においても＜１１１＞軸は同一方向であるが、＜１００＞軸は互いに180°反転した結晶面方位を有する関係となる。
【００２５】
双晶が内在する光学素子では、双晶の部分とそれ以外の部分で複屈折の分布が異なるため、クロッキングを行なっても複屈折分布の極性を低減するという効果が得られない。
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、結像性能が良好なフッ化物結晶からなる光学素子を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フッ化物結晶からなる光リソグラフィー用光学部材の結晶面方位を測定することで双晶の領域を特定し、その光学部材の有効領域に対する双晶の領域の割合を算出することを特徴とする。
【００２７】
従って、本発明は第１に、フッ化物結晶からなる光リソグラフィー用光学部材の評価方法において、光学部材の結晶面方位を測定する工程と、測定の結果に基づいて双晶の領域を特定する工程を有し、光学部材から製造する光学素子の有効領域に対して、特定した双晶の領域が占める割合を算出する工程を有する光学部材の評価方法を提供する。
【００２８】
また、本発明は第２に、請求項１に記載の光学部材の評価方法において、光学部材の結晶面方位を測定する工程は、Ｘ線を光学部材に照射することにより行なう光学部材の評価方法を提供する。
また、本発明は第３に、請求項２に記載の光学部材の評価方法において、Ｘ線を光学部材に照射することにより行なう工程は、ラウエ法である光学部材の評価方法を提供する。
【００２９】
また、本発明は第４に、請求項３に記載の光学部材の評価方法において、ラウエ法は側面反射型である光学部材の評価方法を提供する。
また、本発明は第５に、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の光学部材の評価方法において、光学部材から製造する光学素子の有効領域に対して、特定した双晶の領域が占める割合は、光学部材から製造する光学素子の有効領域内における双晶の領域の光軸方向へ投影した領域の面積の和が、光学素子の有効径面積に占める割合である光学部材の評価方法を提供する。
【００３０】
また、本発明は第６に、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の光学部材の評価方法において、光学部材から製造する光学素子の有効領域に対して、特定した双晶の領域が占める割合は、光学部材から製造する光学素子の有効領域内における双晶の領域の光軸方向へ投影した領域の面積の和が、光学素子のパーシャル径面積に占める割合である光学部材の評価方法を提供する。
【００３１】
また、本発明は第７に、請求項５に記載の光学部材の評価方法において、光学素子の有効領域内における双晶の領域の光軸方向へ投影した領域の面積の和が、光学素子の有効径面積に占める割合が、10％以下の場合に使用可能と判断する工程を更に含む光学部材の評価方法を提供する。
【００３２】
また、本発明は第８に、請求項６に記載の光学部材の評価方法において、光学素子の有効領域内における双晶の領域の光軸方向へ投影した領域の面積の和が、光学素子のパーシャル径面積に占める割合が、10％以下の場合に使用可能と判断する工程を更に含む光学部材の評価方法を提供する。
【００３９】
【発明の実施の形態】
本発明においては、結晶育成工程は、従来のフッ化物結晶の製造方法と同様の方法を用いる。以下、ブリッジマン法（ストックバーガー法または引き下げ法）によるフッ化カルシウム単結晶の育成方法について説明する。図１０は、フッ化カルシウム単結晶の育成過程を示した概念図である。
【００４０】
原料は化学合成により製造された高純度粉末を使用する。まず、以下の手順により粉末原料から半熔融品を得る。
熔融装置の中に高純度粉末原料を充填した黒鉛製のルツボを積み重ねて配置する。粉末原料には粉末状のフッ素化剤を予め添加してある。フッ素化剤としてはフッ化鉛を用いるが、四フッ化エチレン樹脂等のフッ素系高分子材料を用いると、より純度の高い半熔融品が得られ、それにより、最終的により双晶の発生の少ない結晶が得られることが期待できる。
【００４１】
次に、熔融装置内を10-3〜10-4Paの真空雰囲気とし、その状態を維持しながら熔融装置内の温度を原料の融点以上（1370℃〜1450℃）まで昇温させて粉末原料を熔融した後、室温まで降温する。この際、熔融装置内の温度制御はＰＩＤ制御により正確に行なうことが望ましい。次に、黒鉛製ルツボから半熔融品を取り出す。
【００４２】
このようにして得られた半熔融品を、先端部が円錐形状をした直径φ300mmのペンシル型の結晶育成用の黒鉛製ルツボに入れて結晶育成炉にセットする。次に、結晶育成炉内を原料の融点以上まで昇温させ、半熔融品を熔融させる。次に、0.1 〜5mm/h 程度の速度でルツボを引き下げる。結晶育成炉内の下部は融点以下の結晶化が起こる温度に制御されているので、ルツボを引き下げるのに応じて、結晶化する温度領域にゆっくりと移動することになる。これにより、ルツボの下部から徐々に結晶化が進行し、融液の最上部まで結晶化が進んだところで結晶育成が完了する。
【００４３】
次に、育成した結晶（インゴット）が割れないように結晶育成炉内を徐冷し、室温近傍まで下がった時点で結晶育成炉内を大気開放してインゴットを取り出す。
次に、インゴット先端の円錐形状部分（コーン部と称する）と、その反対側の端面部分（トップ部と称する）を所定の厚さに切断して、結晶面方位測定用のテストピースとする。これらのテストピースの結晶面方位測定をラウエ法にて行ない、インゴットの結晶面方位を特定する。
【００４４】
結晶面方位の評価方法には、Ｘ線による方法、機械的方法、光学的方法等がある。これらの中でＸ線による方法は、短時間で高精度に、しかも非破壊で測定することができる。Ｘ線による方法の中でも、特にラウエ法は本発明に適している。
【００４５】
結晶面方位が特定されたインゴットは、所望の結晶面方位の光学素子を加工するのに適した方向に、平行平板状の形に切断加工される。
次に、切断された平行平板状の材料に対して双晶の評価を行なう。双晶の評価は、Ｘ線による結晶面方位の特定と基本的に同じ原理で、材料の表面の結晶面方位をより詳細に評価することで行う。Ｘ線を用いた方法には、ラウエ法、回転法、振動法、ワイセンベルグ法、プリセッション法等があるが、ここでもラウエ法は本発明に適している。
【００４６】
既に説明した通り、双晶は、周辺の結晶面方位とは対称な関係の結晶面方位を有する結晶の領域である。例えば、双晶の領域はその周辺の領域と比べて、＜１１１＞軸は同一方向であるのに対して、＜１００＞軸は180°反転している。従って、Ｘ線により結晶面方位を詳細に評価することで、上記の関係になっている領域を特定することができ、また、双晶の領域が光学素子の有効部分に対してどの程度の比率になるかを知ることができる。
【００４７】
本発明者の研究によれば、双晶の領域が、製造すべき光学素子の有効部分に対して10％以下、より好ましくは5％以下であれば、光学系の結像性能を大きく損なわないことがわかった。
Ｘ線による双晶の評価方法についてＸ線回折法を例にあげてより詳しく説明する。Ｘ線回折法は、Ｘ線管から出たＸ線を試料に照射して反射させ、一定の反射角度においてその反射Ｘ線をゴニオメータでカウントする方法である。Ｘ線管はMo、Cu、Ｗ等のターゲットを用いたものが多い。Ｘ線は物質を構成する原子が持っている電子により散乱される。物質は多数の原子により成り立っているので、物質が結晶構造を有する場合には、このＸ線散乱現象は特異的なパターンとなる。即ち、結晶に対してある特定の入射角度の場合に限って強い散乱が観測される。これをブラッグの反射といい、結晶の面間隔をd、入射角および反射角をθ、Ｘ線の波長をλ とすると、λ＝２ｄ×sinθ という関係が成り立つ。これをブラッグ条件という。この現象により、物質の原子配列構造を知ることができる。
【００４８】
ラウエ法はＸ線回折法の一種で、固定された結晶に白色Ｘ線が照射されるようにしたもので、各結晶面は、それぞれの面間隔ｄと入射角ないし反射角θに対してブラッグ条件を満たすような波長λのＸ線のみを選択的に回折する。結晶面から回折されたＸ線をラウエカメラにより撮影し、得られた写真画像パターン（ラウエ斑点）により試料物質の原子構造を解析する。写真画像の解析は、手計算により行なうか、あるいは、写真画像をスキャナでコンピュータに取り込み計算させることにより行なう。
【００４９】
ラウエ法には、Ｘ線源、結晶（被測定物）、ラウエカメラの相対的位置関係の違いにより、透過型、背面反射型、側面反射型の３タイプがある。透過型では、Ｘ線の進行方向への回折ビームを記録するために、ラウエカメラは結晶の後方に配置される。背面反射型ではラウエカメラは結晶とＸ線源の間に配置され、入射ビームはフィルムにあけた穴を通り結晶に達し、Ｘ線源側への回折ビームがフィルムに記録される。側面反射型では結晶に対してある入射角ωで入射するようにＸ線源を配置し、ラウエカメラは任意の側面方向の回折ビームを記録するために入射ビームに対して所定の角度に配置される。いずれのタイプでもラウエ斑点の位置は入射ビームに対する結晶の相対的関係によって決まるので、このことを応用して結晶面方位の決定に用いられる。図１１に側面反射型のラウエ装置を示す。
【００５０】
ラウエ法は様々な結晶面方位を簡便に測定することができ、信頼性が高く測定に要する時間も短くて済むので本発明に適しており、中でも側面反射型では、試料面に60°の入射角でＸ線を入射させるのでＸ線の浸透が浅い分、ダメージが小さいというメリットがあり、本発明には好適であると言える。
【００５１】
本発明ではφ300mm×ｔ60mmのような大きな結晶を扱うので、以下に説明する方法を用いると都合がよい。
まず、被測定物をステージに平置きし、その下にＸ線源とラウエカメラを設置する。被測定物をステージに平置きすることで、大きな試料の表面を詳細に評価し易くなる。なお、結晶面方位の測定は、結晶軸方位の測定と同義である。即ち、｛１１１｝面方位を測定することは＜１１１＞軸方位を測定することと等価である。
【００５２】
双晶の評価により光学素子として使用可能と判断された被測定物は、複屈折量を小さくするために熱処理が施された後、研削、研磨、反射防止膜のコーティング等の加工が施され最終的にレンズやプリズム等の光学素子となる。そして、様々な形状のレンズやプリズム、反射鏡等の光学素子を適当に組合せて鏡筒に組込むことで光学系が構成される。このように構成された光学系は露光装置本体に組み込まれ、光リソグラフィー用露光装置となる。
【００５３】
図１２にＦ２レーザーを光源とする光リソグラフィー用露光装置の概念図を示す。図１２において、100はＦ２レーザー光源（発振中心波長157.6 nm）、ＩＬは照明光学系、ＰＬは投影光学系、Ｒはレチクル、Ｗは縮小投影されるシリコンウェハである。光源100から出射された光は、照明光学系ＩＬを介して、所定のパターンが形成されたレチクルＲを均一な照度で照明する。
【００５４】
光源100と照明光学系ＩＬの間の光路はケーシング（不図示）で密封されており、光源100から照明光学系ＩＬの最もレチクルに近い側のレンズまでの空間は、露光光の吸収率が低い不活性ガスが充填されている。
レチクルＲは、レチクルホルダＲＨを介してレチクルステージＲＳ上においてＸＹ平面に対して平行となるように保持されている。レチクルＲにはウェハＷ上に転写するためのパターンが形成されている。パターン領域全体のうち、Ｘ方向に沿って短辺を有し、かつ、Ｙ方向に沿って長辺を有する矩形状（スリット状）領域が照明される。
【００５５】
レチクルステージＲＳは、レチクル面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はレチクル移動鏡ＲＭを用いたレチクル干渉計ＲＩＦによって計測され位置制御される。
レチクルＲに形成されたパターンを通過した光は、投影光学系ＰＬを介して感光性基板であるウェハＷ上にレチクルパターン像を形成する。ウェハＷは、ウェハテーブルＷＴを介してウェハステージＷＳ上においてＸＹ平面に対して平行となるように保持される。ウェハステージＷＳは、ウェハＷ上においてＸ方向に沿って短辺を有し、かつ、Ｙ方向に沿って長辺を有する矩形状の露光領域が、レチクルＲ上における矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ＸＹ平面に沿って二次元的に移動可能である。ウェハテーブルＷＴの位置座標はウェハ移動鏡ＷＭを用いてウェハ干渉計ＷＩＦにより計測され位置制御される。
【００５６】
投影光学系ＰＬの内部は機密状態を保つように構成され、その内部の空間には不活性ガスが充填されている。
また、照明光学系ＩＬと投影光学系ＰＬの間の狭い光路には、レチクルＲ及びレチクルステージＲＳなどが配置されている。レチクルＲ及びレチクルステージＲＳなどを密封包囲するケーシング（不図示）の内部には不活性ガスが充填されている。
【００５７】
このように、光源100からウェハＷまでの光路全体にわたって、露光光が殆ど吸収されることのない雰囲気が形成されている。
上述した通り、投影光学系ＰＬを介して照明されるレチクルＲ上の照明領域及びウェハＷ上の露光領域は、Ｘ方向に沿って短辺を有する矩形状である。従って、駆動系及び干渉計（ＲＩＦ、ＷＩＦ）等を用いてレチクルＲ及びウェハＷの位置制御を行ないながら、矩形状の照明領域及び露光領域の短辺方向、即ちＸ方向に沿ってレチクルステージＲＳとウェハステージＷＳとを同期して移動（走査）させることで、ウェハＷ上には露光領域の長辺に等しい幅を有し、かつ、ウェハＷの移動（走査）量に応じた長さを有する領域に対してレチクルパターンが走査露光される。
【００５８】
このような構成により、微細かつ鮮明なパターンを得られる光リソグラフィーが実現できる。本発明によれば、線幅0.3μｍ以下のパターンを得ることが可能である。
次に、本発明に係るＦ２レーザーを光源とする光リソグラフィー用露光装置に用いる投影光学系について図１３を用いて詳しく説明する。図１３はその投影光学系の一例を示す概念図である。図１３に示した投影光学系は、第一結像光学系Ｇ１、光路折り曲げ鏡ＦＭ、第二結像光学系Ｇ２、および第三結像光学系Ｇ３で成り立っている。光路折り曲げ鏡ＦＭは第一光路折り曲げ鏡1と第二光路折り曲げ鏡2からなっている。第一結像光学系Ｇ１は投影原板としてのレチクルＲ上に形成されたパターンの第一の中間像を形成する。第一光路折り曲げ鏡1は第一の中間像の近傍に配置され、第一結像光学系Ｇ１の光軸ＡＸ1を第二結像光学系Ｇ２の光軸ＡＸ2の方向に折り曲げる。第二結像光学系Ｇ２は凹面鏡ＣＭと少なくとも１個の凹レンズを含み、第二の中間像を形成する。第二光路折り曲げ鏡2は第二の中間像の近傍に配置され、第二結像光学系Ｇ２の光軸ＡＸ2を第三結像光学系Ｇ３の光軸ＡＸ3の方向に折り曲げる。第三結像光学系Ｇ３はレチクルＲ上に形成されたパターンの縮小像をウェハ上に結像する。また、第三結像光学系Ｇ３は、コヒーレンスファクターを制御するための可変開口絞りＡＳも有している。
【００５９】
図１３では、それぞれ複数のレンズを有する第一結像光学系Ｇ１、第二結像光学系Ｇ２、および第三結像光学系Ｇ３を備える投影光学系を示したが、各結像光学系のレンズ枚数は図１３に示された枚数に限られるものではない。また、光軸ＡＸ1と光軸ＡＸ2、及び光軸ＡＸ2と光軸ＡＸ3のなす角度は必ずしも90゜でなくてもよい。ただし、レチクルＲとウエハＷは平行であることが望ましい。
【００６０】
このような投影光学系においては、既に説明した通り、光学系を構成しているレンズ等の光学素子に双晶がある場合には、ウェハ面上における結像性能に悪影響を与える。しかし、結像性能に与える影響の度合いは、どのレンズも同じという訳ではない。図１３で、レチクルＲ上の一点から射出してウェハ上の一点に集光する各レンズ面上での光束の径（パーシャル径という）に着目すると、第一結像光学系Ｇ１では、レチクルＲに近い側のレンズの光束径（パーシャル径）は、レチクルＲから遠いレンズの光束径に比べて小さいことがわかる。また、第三結像光学系Ｇ３では、第二光路折り曲げ鏡2やウェハＷに近い側のレンズの光束径は、両者の中間付近にあるレンズの光束径に比べて小さいことがわかる。同じ大きさの欠陥であってもパーシャル径が小さいほど影響は大きい。レンズの欠陥がウェハ上への結像性能に与える影響の度合いはレンズによって一様ではなく、パーシャル径が小さいほどレンズに存在する欠陥の影響は大きい。即ち、双晶もパーシャル径が小さいレンズほど影響が大きいのである。従って、双晶の領域の大きさをパーシャル径に関連させて規定することでより合理的な評価が可能となる。
【００６１】
本発明者の研究によれば、光学素子の双晶の領域が、そのパーシャル径の10％以下とすれば結像性能を大きく損なうことがなく、また、パーシャル径の5％以下であれば更に良好な結像性能が得られる。
なお、上記説明では、双晶の評価を光学素子としての加工を施す前の光学部材に対して行なったが、加工を施して光学素子としてから双晶の評価を行なっても構わない。
【００６２】
以下、実施例により具体的な評価の例を示す。
【００６３】
【実施例】
ブリッジマン法により製造したフッ化カルシウム単結晶インゴットのコーン部とトップ部からそれぞれ30mm以上の厚さの結晶面方位測定用テストビースを切断する（図１４）。ラウエ法によりテストピースの結晶面方位測定を行ないインゴットの結晶面方位を特定する。インゴットが完全な単結晶であれば、コーン部またはトップ部のどちらか一方の１カ所の結晶面方位のみ測定すれば、インゴット全体の結晶面方位を特定できる。しかし、完全な単結晶でない場合もあるので、コーン部とトップ部でそれぞれ数点ずつ結晶面方位を測定し、それらの測定結果が相互に矛盾がないことを確認することが望ましい。
【００６４】
コーン部とトップ部を切断した残りのインゴット本体は、側面部の表面部分を切除（丸め加工）した後、その部分を砂かけ仕上げ相当面に加工する。次に、側面部の一部を平面研削して、幅数センチメートルの平面部分を形成する。その部分にフッ化カルシウムとほぼ同じ屈折率を有するマッチングオイルを塗布して見かけの表面粗さを小さくし、インゴット内部を観察しやすいようにする。その状態で暗室内でインゴットに光を照射し、インゴットを透過してくる光をクロスニコル光学系により観察し、界面での応力集中などを調べる。また、平面部分を観察することでサブグレインバウンダリー、ポリクリスタルの状態、その界面の位置等を確認する。また、内部の泡や異物の状況も確認する。
【００６５】
次に、インゴットから｛１１１｝面が平行二平面となるような平行平板状に材料を切り出す。切り出された材料の表面をラウエ法により詳細に評価し、双晶の領域を特定し、その材料から製造すべき光学素子の有効領域、あるいは、パーシャル径に対する双晶の割合を求める。双晶の割合が10％以下のものは次の工程に回し、それ以上のものは使用しない。
【００６６】
ここで、側面反射型のラウエ法による自動測定装置について説明する。自動測定装置は、Ｘ線源と試料ステージおよびＣＣＤカメラから構成されている。試料はステージに平置きし、その下側にＸ線源とＣＣＤカメラが設置された構成となっている。このような構成により、大きな試料でも詳細に評価し易いようになっている。Ｘ線管はＷターゲットを装備しており、管電圧50kV、管電流40mAで駆動し、最大出力は2kWである。Ｘ線管で発生したＸ線は直径約φ１mmのダブルピンホールコリメータによって平行ビームとなり、ビーム径φ2mm程度に絞られた状態で試料に入射する。Ｘ線照射時間は約１分である。回折ビームは蛍光板に投影され、これをＣＣＤカメラにより撮像し、その画像をラウエパターンとしてコンピュータに取り込む。ＣＣＤはペルチェ素子により約−50℃に冷却されＳＮ比が保たれるようになっている。コンピュータに取り込まれたラウエパターン画像は方位解析画面で解析する。ラウエパターンは複数の点列によって構成され、一つの点列は同じ晶帯軸からの回折斑点を表している。複数の晶帯軸に属する斑点（点列の交点）から４点をマウスで選択指定すると各交点毎に自動的にミラー指数付けが行われ、４点の指数が一致するとシミュレーションパターンとラウエパターンが重ねて表示されるようになっている。シミュレーションパターンとラウエパターンが一致しているかどうかは測定者が判断する。ミラー指数が決定されると方位解析結果が出力される。面方位角度は、試料ステージの奥側をＸ軸方向、試料ステージの鉛直下向き方向をＺ軸方向とした座標系において、Ｚ軸と各方位軸のなす角度をα、また、各方位軸を測定面に投影した線のＸ軸の＋方向から反時計回りになす角度をβとして表す。
【００６７】
図１５は平行平板状の部材における＜１１１＞軸に関するαとβの概念を示す説明図である。この場合、平行平板状部材が正確に｛１１１｝面が平行二平面となっていれば、＜１１１＞軸は測定面に垂直になるので、α＝0となり、βも存在しないことになる。しかし、実際には、切断面が｛１１１｝面に全く一致することは希で、＜１１１＞軸はＺ軸に対して僅かの傾きがあるので、αとβの数値が表示されるのが普通である。
【００６８】
平行平板状に切り出された光学部材に対して、上記方法で表面を２ｍｍ間隔で測定し、各測定点における＜１１１＞軸および＜１００＞軸に関してαおよびβを測定し、それぞれの軸のβの方向を矢印で示してマッピングした一例を図１６に示す。図１６から、測定面全面にわたって＜１１１＞軸は同じ方向であるのに対して、右下の斜線部分では＜１００＞軸の方向がそれ以外の領域に対して180°反転しているのがわかる。即ち、斜線部分は双晶であることが特定できる。なお、破線で囲んだ２つの円形領域のうち、大きい方の円形領域は、この光学部材から製造するレンズの有効径領域を示しており、小さい方の円形領域は、そのレンズにおいて双晶領域を最も大きく包含するパーシャル径の領域を示している。この例では、双晶領域はレンズの有効径領域に対しては10％に達していないが、パーシャル径に対しては10％を超えていると判断できる。即ち、双晶領域の面積が特定でき、光学素子の有効領域やパーシャル径領域に対して占める割合を求めることができる。
【００６９】
なお、本実施例では、｛１１１｝面が平行二平面となるような平行平板状に材料を切り出しているが、他の結晶面が平行二平面となるように切り出す場合も、同様の方法で行なうことができることは言うまでもない。
双晶を評価して光学素子として使用可能と判断した平行平板状材料に熱処理を行なう。熱処理の目的は、複屈折を低減して光学素子の結像性能を上げることにある。具体的には、平行平板状材料を熱処理装置の容器内に平面部が上下となるように設置して、ヒーターにより1080℃程度に加熱して熱処理を施す。その際、フッ化カルシウムの濁りの原因となる酸素を排除する目的で、熱処理装置内は真空状態とする。
【００７０】
熱処理装置本体はステンレス製で、内部に黒鉛製ヒーターと黒鉛製容器が設けられている。熱処理を行なう際には材料と一緒に酸性フッ化アンモニウム約100ｇを入れる。この目的は、内部の酸素を完全に排除すると同時に、熱処理装置内面のステンレス部分をフッ化物で被覆してしまうことにある。真空ポンプを用いて装置内部を真空状態にした後、昇温を開始する。装置内温度が500℃を越える前後から、酸性フッ化アンモニウムの気化が始まり、装置内部圧力はわずかに正圧に変わり、大気圧に対して2〜8kPa高い状態となる。この状態を保つように、圧力を制御しながら1080℃まで昇温してその温度を所定時間保持した後、徐冷を行う。
【００７１】
以上のような熱処理を行うことにより、フッ化カルシウム材料の全結晶面方位における、熱応力に起因する複屈折量を最小限にすることができる。
熱処理を行なったフッ化カルシウム材料には、所定の研削、研磨、反射防止膜のコーティング等の加工が施されて光学素子となる。光学素子は適当に組み合わされて光学系が構成され、投影露光装置に組み込まれる。即ち、｛１１１｝、｛１００｝、｛１１０｝結晶面が平行二平面となるように加工した各光学部材の面方位の光学設計値と合致している（3°以内）ことを確認した後、＜１１１＞軸を光軸と一致させたレンズは＜１１０＞軸を60°回転させたもう１枚のレンズで複屈折を相殺し、＜１００＞軸を光軸と一致させたレンズは＜１１０＞軸を45°回転させたもう１枚のレンズで複屈折を相殺する。更に、＜１１０＞軸を光軸と一致させたレンズは＜１１１＞軸及び＜１００＞軸を45°、90°、135°回転させた３枚のレンズで複屈折を相殺する。このように光学系を構成することにより、投影レンズとしての結像性能が得られる。複屈折分布によるストレール値を測定したところ、0.99であり、投影光学系としての性能を得ることができた。
【００７２】
なお、更に残留する複屈折の影響は、複屈折の分布をコントロールし、フッ化カルシウムの複屈折を打ち消すように製造した石英ガラス、フッ化カルシウム、フッ化バリウムなどの結晶の複屈折分布を測定し、光学系内に挿入することで補正し、結像性能をさらに向上させることも可能である。この場合、結晶材料では結晶面方位の管理を行う必要があることは言うまでもない。
【００７３】
以上、本発明のように光学部材の双晶を管理することは、光学系の性能を確保するためには極めて重要であり、レンズ１枚１枚の双晶の領域をより精密に管理することにより、光学系の結像性能を最大限に引き出すことが可能となる。
【００７４】
【比較例１】
双晶の領域が各光学部材の有効径、あるいは、パーシャル径の10％を超えているレンズを１枚用いて、実施例１と同様の光学系を構成した。複屈折分布によるストレール値を測定したところ、0.91となり、投影光学系としての性能を得ることはできなかった。
【００７５】
【比較例２】
双晶の領域が各光学部材の有効径、あるいは、パーシャル径の10％を超えているレンズを５枚用いて、実施例１と同様の光学系を構成した。複屈折分布によるストレール値を測定したところ、0.82となり、投影光学系としての性能を得ることはできなかった。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、双晶の管理された光学部材を提供することができ、所望の結像性能を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の光学部材の評価方法を示すフローチャートである。
【図２】  ブリッジマン法によるフッ化物結晶の育成装置の概念図である。
【図３】  立方晶系のフッ化物単結晶の結晶面方位を示した模式図である。
【図４】  ［１１１］を光軸としたフッ化物結晶光学部材の概念図である。
【図５】  ［１００］を光軸としたフッ化物結晶光学部材の概念図である。
【図６】  ［１１０］を光軸としたフッ化物結晶光学部材の概念図である。
【図７】  ［１１１］を光軸としたフッ化物結晶光学部材の組み合わせを示す概念図である。
【図８】  ［１００］を光軸としたフッ化物結晶光学部材の組み合わせを示す概念図である。
【図９】  ［１１０］を光軸としたフッ化物結晶光学部材の組み合わせを示す概念図である。
【図１０】  フッ化物結晶の製造工程を示す概念図である。
【図１１】  ラウエ法（側面反射法）による結晶面方位測定装置を示す概念図である。
【図１２】  本発明に係るＦ２レーザーを光源とするリソグラフィー用露光装置を示す概念図である。
【図１３】  本発明に係るＦ２レーザーを光源とするリソグラフィー用露光装置の投影光学系を示す概念図である。
【図１４】  フッ化物結晶インゴットから光学部材を加工する工程を示す概念図である。
【図１５】  平行平板状の光学部材におけるαおよびβの概念を示す説明図である。
【図１６】  ラウエ法による光学部材の結晶面方位のマッピング測定図である。
【図１】
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【図２】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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