JPH01257909A - 紫外線用色消レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は紫外線リソグラフィー等に使用される縮小投影
露光装置、例えば、ＸｅＣＲ、ＫｒＦ等のエキシマレー
ザ−・ステッパーに利用される光学用色消しレンズに関
する。

〔従来の技術〕

近年、ＬＳＩの高集積化を可能とするサブミクロンリソ
グラフィーにおいて、ｉ線（３６５ｎｍ）　　あるいは
エキシマレーザ−（２４８ｎｍ）などの紫外線を利用し
たステッパーの開発が進展している。これらのステッパ
ーでは色収差を除去する必要があり、エキシマレーザ−
では現在２つの方法が提案されている。

１つの方法はレーザー線幅を狭帯域化して、色収差を許
容限度内に抑える方法であり、もう１つの方法は、色消
しレンズを用いて色収差を補正する方法である。

レーザー線幅を狭帯域化することにより色収差を抑制す
る方法の場合、レーザー線幅、をエタロン、プリズム、
インジェクション・ロッキング等の方式を用いて、０．
００３〜０．００５ｎｍまで狭帯域化し、色収差を許容
限度内に抑えている。しかし、狭帯域化によっていくつ
かの問題が発生する。たとえば、レーザー出力が減少す
るため発生装置自体を大型化せざるを得なかったり、ス
ペックルパターンが発生しやすくなったり、照射面積を
大きくとることが困難であるなどの問題が発生する。従
って色消しレンズを使用することにより色収差を補正す
る方法を用いるのが望ましい。

色消しレンズとするためには、分散の異なる２種類の光
学材料が必要とされるが、従来から高純度シリカガラス
とＣａＦ、単結晶（ホタル石）との組み合わせが提案さ
れている。

またＴｉ、Ｆｅ等の遷移金属の酸化物、Ｃｅ、εＵ等の
希土類金属の酸化物、Ａ１等を添加した合成石英ガラス
のレンズを無添加の合成石英ガラスと組み合わせること
により、両者の分散能の差を利用した色消しレンズが提
案されている（特開願６３−６５１２号）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、ホタル石を用いる場合には光学材料とし
て種々の欠点がある。すなわちホタル石はガラスと比較
して低硬度で傷がつきやすく、光学研暦が容易ではない
。また水に対して多少の溶解性があり、耐久性に劣る。

さらに高い透過率が得難く、また機械的強度が劣る。ま
た、大口径化も困難であった。このような光学材料とし
ての数々の欠点のために、ホタル石を用いて、直径１０
０ｍｍ以上の大口径の光学レンズを作製することは、極
めて多くの困難が予想される。従って、光学系に色消し
レンズを用いたエキシマレーザ−・ステッパーは、現在
実用段階に達していない。

以上の問題点に鑑み、色消しガラス用にホタル石に代わ
る光学材料の開発が要望されていた。

一方、遷移金属の酸化物等を含有する合成石英ガラス製
のレンズを用いる場合、これらの添加物はいずれも十分
に大きな屈折率の変化を与えず、また紫外線吸収の原因
ともなり、透過率の低下や蛍光の発生をもたらす。この
ため紫外線用レンズとして不都合であり、むしろできる
だけ除去するのが好ましい。

従って本発明の目的は、上記問題点のない新規な紫外線
用色消しレンズを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者はフッ素含有
シリカガラスでは、フッ素の添加量を調節することによ
って屈折率と分散を自由に変化させることが可能である
うえ、光学材料としてホタル石や遷移金属酸化物等を含
有する石英ガラスに見られる上述の欠点がなく、大口径
かつ高精度の色消しレンズを作製することが可能となる
ことを発見し、本発明に想到した。

すなわち、本発明の色消しレンズは（Ａ＞　純度９９．
９％以上の高純度ＳｉＯ□ガラス、及び（Ｂ）０．１〜
１０重量％のＦを含有するＳｉｎ、ガラスの２種類のガ
ラスから構成されていることを特徴とする。

本発明の色消しレンズはまた波長２４０ｎｍ以上の紫外
線を効率よく透過することができ、エキシマレーザ−縮
小投影露光装置の光学系に利用し得ることを特徴とする
。

本発明を以下詳細に説明する。

本発明の第一の特徴は、フッ素添加シリカガラスと無添
加シリカガラスから構成された新規な紫外線用色消しレ
ンズを提供することにある。

一般に、色消しレンズを構成するためには、分散の異な
る２種類の材料からなるレンズを組み合わせて用いる必
要がある。本発明者等は、シリカガラスと組み合わせる
材料として、フッ素添加シリカガラスが適していること
を見い出した。シリカガラス系においては、フッ素添加
によって、屈折率及び分散がともに低下する。たとえば
、２重量％のＦを添加すると、波長６３０ｎｍの屈折率
は０．５％減少し、無添加ガラスとの分散比ΔＳｉＯ□
／ΔＦ−３ｉｎ□は１．１　となる。従って、フッ素添
加ガラスを凸レンズ、血−添加ガラスを凹レンズとして
、色消しレンズを構成することができる。またＦの添加
による屈折率の変化は遷移金属酸化物等の添加による場
合より大きく、効果が大きい。また紫外線の吸収の原因
とならず、透過率の低下はほとんどない。

一般には、分散比が大きくなるほど、広い波長範囲にわ
たって、色消し可能となるので、Ｆの添加量は多いほど
望ましい。しかし余りＦの添加量が多いとガラス化が困
難となるという問題が生ずる。従ってＦの添加量は０．
１〜１０重量％とする。好ましいＦの添加量は３〜ＩＯ
重量％である。

フッ素添加シリカガラスは種々の方法により製造するこ
とができる。たとえば、ガラスを気相合成する工程にお
いて、フッ化物の気体を作用させて、ガラス中にＦを添
加する方法（特公昭５５−１５６８２号）や、火炎加水
分解法でガラス微粒子（スート母材）を作製し、得られ
たスート母材をフッ素ガスを含んだ雰囲気で熱処理する
ことにより、Ｆをスート中にドープし、これによりＦが
添加されたガラス母材を得る方法（特開昭５５−６７５
３３号）や、５ｉ（ＯＲ）　４−ｎＦｎを用いたゾル−
ゲル法によって、Ｆ添加ガラスを得る方法（特開昭６２
−２４６８２８号）等が知られている。本発明の色消し
レンズを構成するＦ含有ガラスとして、上記方法で得ら
れたものを使うことも原理的に可能であるが、上記方法
は主として光フアイバー用母材として用いるＦ含有ガラ
スを得ることを目的としたものであり、光学用ガラス、
特に大口径レンズ用ガラスを得る方法としては、必ずし
も好ましくはない。

本発明者等は、光学用ガラスを得る目的に適したフッ素
添加ガラスの製法を見い出した。

すなわち、出発原料として高純度シリカ微粉末を用い、
それをまずラバープレス等の方法で圧粉成型体とした後
、ＳｉＦ４などのフッ化物系ガス雰囲気中で焼結するこ
とによって、完全にあるいは部分的にガラス化し、さら
にそれをホットプレスあるいは熱間静水圧プレス装置を
用い、高温高圧下で完全な無気泡ガラスとする方法であ
る。出発原料のガラス微粉末は高純度である必要があり
、そのためにはアルコキシド（Ｓ＋　（ＯＲ）　４）の
加水分解で得られる粉末、或いはＳｉＣｌ　、の熱加水
分解で得られるヒユームドシリカなどが好ましい。フッ
素ガス雰囲気焼結の温度は、１２００〜１４００℃が最
適である。またホットプレスは温度１３００℃以上、圧
力１０ＭＰａ以上で、また熱間静水圧プレスは温度１３
００℃以上、圧力５０ＭＰａ以上で行うことが好ましい
。この方法によれば、ガラスの大型化が可能であるのみ
ならず、光学ガラスとして重要な問題である脈理や歪な
どが存在せず、かつ光学的均質性に優れた材料となる。

なおＦ含有ガラスからなるレンズと組み合わせるレンズ
は高純度ＳｉＯ□ガラス製である必要があるが、本発明
の目的を達成するためにはその純度は９９．９％以上で
ある必要がある。

特に紫外線吸収を避けるため、遷移金属や希土類金属系
の不純物は数百ＰＰｍ以下、好ましくは数十ＰＰｍ以下
に低減しなければならない。

本発明の第二の特徴は、フッ素添加シリカガラスを用い
た色消しレンズを、エキシマレーザ−・ステッパーの縮
小投影光学系に利用することにある。例えばＫｒＦ　エ
キシマレーザ−は通常０．３５ｎｍの線幅を有するレー
ザーを発生する。現在のステッパー装置で、この線幅の
レーザーを用いて、シリカガラス単色レンズ光学系で結
像したとすると、色収差のため焦点距離のずれは、数十
μｍにも達し、鮮明な像を得ることはできない。このた
めレーザーの狭帯域化により色収差を抑制することも考
えられるが、前述の通り問題がある。

本発明の色消しレンズを用いれば、このような問題点を
本質的に解決することができる。

すなわち、レンズ系で色収差の除去ができるため、レー
ザー線幅の極端な狭帯域化は不要となる。

本発明のガラス材のレンズ形状への加工は、ホタル石に
比較して、格段に容易である。即ち、通常の光学レンズ
研磨用の研磨砂を用いて実施することができる。高硬度
であるため研磨中に傷が発生しに＜＜、寸法精度を高め
ることができる。

〔実施例〕

以下、実施例によって、本発明を具体的に説明する。

第１図は本発明の一実施例による色消しレンズを示す。

本実施例においてはレンズ１．３はＦ添加シリカガラス
からなり、レンズ２は高純度シリカガラスからなる。各
レンズ１．２．３の曲率半径、厚さ及びそれぞれの間隔
は各レンズの光学的特性を考慮して適当に選定する。な
お第１図は本発明の一実施例を示したもので、これ以外
にも種々の組み合わせが可能であるのは勿論である。

実施例１ それぞれ直径１３０ｍｍ及び厚さ３０肛の高純度シリカ
ガラス（純度９９．９８％）及びフッ素含有シリカガラ
ス（フッ素含有１：１．０重量％、１．９　重量％、５
．８　重量％）の光学的均質性をＨｅＮｅレーザーを用
いたザイゴ社製干渉計（マーク■）を用いて測定した。

また、各々のガラスのプリズム（１辺２０ｍｍ）　　を
作製し、紫外域における屈折率と分散をゲルドナー式分
光光度計によって測定した。この結果をそれぞれ第１表
に示す。

高純度シリカガラス及びフッ素添加シリカガラスの八〇
は３　Ｘｌ０−’以下であり、光学レンズとして満足で
きる特性であることがわかった。またフッ素添加シリカ
ガラスでは、フッ素量の増加に伴い屈折率及び分散のど
ちらも減少した。なお、２４８　ｎｍにおける各分散は
、２５４　ｎｍまでの屈折率曲線を外挿して求めた値で
ある。

実施例２ それぞれ直径１３０［［ｌＩ［ｌ、厚さ３０胴の円柱形
状の高純度シリカガラス、並びに３．５重量％のフッ素
を添加したシリカガラスを用いて、第１図のような形状
のレンズを作製した。レンズの作製は、まず荒摺り皿と
研磨砂を用いて、所定の形状寸法に仕上げた後、−層微
細な研磨砂による砂かけを施し、さらに酸化セリウム水
溶液で積層する工程により行った。その後、心取り機を
用いて、光軸の位置を求め、心取り作業を行った。寸法
が公差範囲内にあることを検査し、レンズ光学部品とし
た。この作業は通常の光学レンズ作製手順と同様であり
、ホタル石の加工はど複雑な工程を必要とせず、また部
品にはホタル石によく見られる残存研磨傷は認められな
かった。

実施例３ 第１図に示すトリプレットレンズを作製した。各レンズ
の曲率半径及び中心厚み、及び各レンズ間の間隔は以下
の通りであった。

得られた色消しレンズの焦点距離ｆは９５．２７ｍｍ、
開口数ＮＡは０．１２６　であった。

この色消しレンズを用いて、線幅の異なるＫｒＦ　エキ
シマレーザ−光を集光させた場合に発生する縦色収差を
算定した。結果を第２表に示す。比較例としてフッ素添
加ガラスを無添加ガラスで置き換えた単色レンズに関す
る値も示す。

第２表の結果から、フッ素添加ガラスを用いた色消しレ
ンズは単色レンズに比較して優れた色収差補正効果を示
すことがわかる。

〔発明の効果〕

本発明の紫外線用色消しレンズは、ホタル石を用いたも
のと比較して、加工が容易であり、高精度の研磨仕上げ
ができ、光学的均質性が得やすく、耐候性に優れており
、大口径化が可能であるなどの数々の利点を有している
。従って、エキシマレーザ−・ステッパーの光学系など
、紫外線を利用した光学器械に広く利用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によりフッ素添加シリカガラ
スと無添加シリカガラスによって構成された色消しレン
ズを示す断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記のＡ、Ｂ２種類のガラスから構成されている
   ことを特徴とする紫外線用色消しレンズ。 （Ａ）純度９９．９％以上の高純度ＳｉＯ＿２ガラス、
   及び （Ｂ）０．１〜１０重量％のＦを含有するＳｉＯ＿２ガ
   ラス。
2. （２）請求項１に記載の色消しレンズにおいて、波長２
   ４０ｎｍ以上の紫外線を効率よく透過することができ、
   エキシマレーザー縮小投影露光装置の光学系に利用し得
   ることを特徴とする色消しレンズ。