JPH085801A - 光リソグラフィー用蛍石 - Google Patents
光リソグラフィー用蛍石Info
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- JPH085801A JPH085801A JP6134720A JP13472094A JPH085801A JP H085801 A JPH085801 A JP H085801A JP 6134720 A JP6134720 A JP 6134720A JP 13472094 A JP13472094 A JP 13472094A JP H085801 A JPH085801 A JP H085801A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 蛍石をステッパー等の光リソグラフィー用の
光学部材として用いたときに充分な結像性能が得られる
ような蛍石を提供する。 【構成】 350nm以下の特定波長帯域で使用される光リ
ソグラフィー用蛍石において、屈折率差Δｎが5×10-6
以下とすることにより、光学系を組み立てたときの波面
収差を小さくすることが可能となる。
光学部材として用いたときに充分な結像性能が得られる
ような蛍石を提供する。 【構成】 350nm以下の特定波長帯域で使用される光リ
ソグラフィー用蛍石において、屈折率差Δｎが5×10-6
以下とすることにより、光学系を組み立てたときの波面
収差を小さくすることが可能となる。
Description
【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350nm以下の特定波長帯域で、レンズ等の光学
系に使用される光リソグラフィー用蛍石に関する。
において350nm以下の特定波長帯域で、レンズ等の光学
系に使用される光リソグラフィー用蛍石に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年におけるVLSIは、高集積化、高機能
化が進行し、ウェハ上の微細加工技術が要求されてい
る。その加工方法として、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、1
6Mと容量が増大してゆくにつれ、その加工線幅がそれぞ
れ 10μm、2μm、1μm、0.8μm、0.5μmと微細になって
いる。このため、光リソグラフィー技術の主流になって
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。
化が進行し、ウェハ上の微細加工技術が要求されてい
る。その加工方法として、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、1
6Mと容量が増大してゆくにつれ、その加工線幅がそれぞ
れ 10μm、2μm、1μm、0.8μm、0.5μmと微細になって
いる。このため、光リソグラフィー技術の主流になって
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。
【０００３】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、露光波長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。
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、露光波長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。
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】露光波長の短波長化はこうした技術の流れ
により進んできている。350nm以下の波長になると、レ
ンズ等の光学系に通常の光学ガラスを用いると透過率が
低いため、使用可能な光学材料は限定されてくる。蛍石
は石英ガラスと共に透過率の優れた光学材料としてよく
知られている。また、この２つの光学材料を組み合わせ
ることで色収差を補正することもできる。
により進んできている。350nm以下の波長になると、レ
ンズ等の光学系に通常の光学ガラスを用いると透過率が
低いため、使用可能な光学材料は限定されてくる。蛍石
は石英ガラスと共に透過率の優れた光学材料としてよく
知られている。また、この２つの光学材料を組み合わせ
ることで色収差を補正することもできる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ステッパーの
結像性能を向上させるために、光源の波長を350nm以下
とし、350nm以下の特定波長帯域での光透過率が高いだ
けの従来の蛍石を用いて投影レンズを製作しても、ステ
ッパーとして充分な結像性能は得られなかった。本発明
は、従来の問題点を解決し、ステッパー等の光リソグラ
フィー用の光学部材として用いたときに充分な結像性能
が得られるような蛍石を提供することを目的とする。
結像性能を向上させるために、光源の波長を350nm以下
とし、350nm以下の特定波長帯域での光透過率が高いだ
けの従来の蛍石を用いて投影レンズを製作しても、ステ
ッパーとして充分な結像性能は得られなかった。本発明
は、従来の問題点を解決し、ステッパー等の光リソグラ
フィー用の光学部材として用いたときに充分な結像性能
が得られるような蛍石を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、微細かつ鮮明な結像性能
を得ることができる光リソグラフィー用蛍石について鋭
意研究した結果、以下の３つの条件を満たす蛍石におい
て充分な結像性能を得ることができた。従って、本発明
は第１に、350nm以下の特定波長帯域で使用される光リ
ソグラフィー用蛍石において、屈折率差Δｎが5×10-6
以下であることを特徴とする光リソグラフィー用蛍石を
提供する。ここで、屈折率差とは最大屈折率と最小屈折
率との差である。
リソグラフィー技術において、微細かつ鮮明な結像性能
を得ることができる光リソグラフィー用蛍石について鋭
意研究した結果、以下の３つの条件を満たす蛍石におい
て充分な結像性能を得ることができた。従って、本発明
は第１に、350nm以下の特定波長帯域で使用される光リ
ソグラフィー用蛍石において、屈折率差Δｎが5×10-6
以下であることを特徴とする光リソグラフィー用蛍石を
提供する。ここで、屈折率差とは最大屈折率と最小屈折
率との差である。
【０００８】本発明は第２に、350nm 以下の特定波長領
域で使用される光リソグラフィー用蛍石において、波面
収差のＲＭＳ（２乗平均平方根）の値がパワー成分補正
後に0.015λ以下であることを特徴とする光リソグラフ
ィー用蛍石を提供する。本発明は第３に、350nm 以下の
特定波長領域で使用される光リソグラフィー用蛍石にお
いて、３座標方向のいずれの方向においても複屈折によ
る光路差が10nm/cm以下であることを特徴とする光リソ
グラフィー用蛍石を提供する。
域で使用される光リソグラフィー用蛍石において、波面
収差のＲＭＳ（２乗平均平方根）の値がパワー成分補正
後に0.015λ以下であることを特徴とする光リソグラフ
ィー用蛍石を提供する。本発明は第３に、350nm 以下の
特定波長領域で使用される光リソグラフィー用蛍石にお
いて、３座標方向のいずれの方向においても複屈折によ
る光路差が10nm/cm以下であることを特徴とする光リソ
グラフィー用蛍石を提供する。
【０００９】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蛍石においても目的とす
る結像性能が得られるが、２つ以上の条件を満たせば、
より満足のいく性能が得られることは言うまでもない。
あり、いずれかの条件を満たす蛍石においても目的とす
る結像性能が得られるが、２つ以上の条件を満たせば、
より満足のいく性能が得られることは言うまでもない。
【００１０】
【作用】一般に蛍石といっても、原料の純度や結晶の育
成方法によって品質はかなりのばらつきがある。解像
度、焦点深度等の結像性能を向上させるためには、高品
質の蛍石を用いることが考えられるが、一口に高品質と
言っても結像性能と結びつく品質を見極めることは容易
なことではない。
成方法によって品質はかなりのばらつきがある。解像
度、焦点深度等の結像性能を向上させるためには、高品
質の蛍石を用いることが考えられるが、一口に高品質と
言っても結像性能と結びつく品質を見極めることは容易
なことではない。
【００１１】まず、本発明は第１に、測定領域内の屈折
率の最大値と最小値との差（屈折率のばらつき）を規定
する。この値はＰＶ値とも呼ばれ、Δｎで表される。こ
の値が小さいほど屈折率の均質性が良い蛍石であると考
えられる。屈折率差Δｎが5×10-6以下であることは、
波面収差を小さくすることに効果的であり、結像性能の
向上に大きく寄与すると考えられる。
率の最大値と最小値との差（屈折率のばらつき）を規定
する。この値はＰＶ値とも呼ばれ、Δｎで表される。こ
の値が小さいほど屈折率の均質性が良い蛍石であると考
えられる。屈折率差Δｎが5×10-6以下であることは、
波面収差を小さくすることに効果的であり、結像性能の
向上に大きく寄与すると考えられる。
【００１２】また、本発明は第２に、波面収差のパワー
成分補正後のＲＭＳ（２乗平均平方根）の値を規定す
る。蛍石の屈折率分布を細かく見ると、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値の蛍石を使用して光学部材を製造しても、
各成分の比率が異なれば、光学性能に差が出てしまう恐
れがある。したがって、これらの要素を個別に考慮せ
ず、単にＰＶ値を一定値以下に抑えたのみでは、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が得ら
れない場合がある。
成分補正後のＲＭＳ（２乗平均平方根）の値を規定す
る。蛍石の屈折率分布を細かく見ると、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値の蛍石を使用して光学部材を製造しても、
各成分の比率が異なれば、光学性能に差が出てしまう恐
れがある。したがって、これらの要素を個別に考慮せ
ず、単にＰＶ値を一定値以下に抑えたのみでは、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が得ら
れない場合がある。
【００１３】そこで、光学性能に直接影響を与える成分
のみを表す波面収差のＲＭＳ値（パワー成分補正後）を
規定することにより、より確実に光学性能を保証するこ
とが可能となる。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。
のみを表す波面収差のＲＭＳ値（パワー成分補正後）を
規定することにより、より確実に光学性能を保証するこ
とが可能となる。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。
【００１４】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。上限である０．０１
５λ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、
光リソグラフィー用光学部材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、光学部材として適さない。
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。上限である０．０１
５λ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、
光リソグラフィー用光学部材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、光学部材として適さない。
【００１５】本発明は第３に、３座標方向の複屈折によ
る光路差を規定する。レンズに複屈折があると、像が半
径方向と光軸方向にそれぞれ２重になって現れるため好
ましくない。複屈折がある蛍石光学部材をレンズとして
使用するとなると、光源からの光は結晶中をいろいろな
向きに進むため、３座標方向の複屈折を小さくする必要
がある。本発明の光リソグラフィー用蛍石は、３座標方
向のいずれの方向においても複屈折による光路差が10nm
/cm以下であり、これにより、光学性能を損なうことの
ない光学部材が得られる。
る光路差を規定する。レンズに複屈折があると、像が半
径方向と光軸方向にそれぞれ２重になって現れるため好
ましくない。複屈折がある蛍石光学部材をレンズとして
使用するとなると、光源からの光は結晶中をいろいろな
向きに進むため、３座標方向の複屈折を小さくする必要
がある。本発明の光リソグラフィー用蛍石は、３座標方
向のいずれの方向においても複屈折による光路差が10nm
/cm以下であり、これにより、光学性能を損なうことの
ない光学部材が得られる。
【００１６】
【実施例】ブリッジマン法（ストックバーガー法、ルツ
ボ降下法ともいう）を用いて、温度条件、引き下げ速度
等を精密に制御することにより、φ250mm、高さ300mmの
蛍石単結晶を育成した。以下にその製造方法の一例を述
べる。紫外ないし真空紫外域で使用される蛍石の場合、
原料に天然の蛍石を使用することはなく、化学合成で作
られた高純度原料を使用することが一般的である。原料
は粉末のまま使用することも可能であるが、熔融したと
きの体積の減少が激しいため、半熔融品やその粉砕品を
用いることが普通である。蛍石単結晶の育成装置の中に
上記原料を充填したルツボを置き、育成装置内を10-5〜
10-6Torrの真空雰囲気に保つ。次に、育成装置内の温度
を蛍石の融点以上（1390℃〜1450℃）の温度まで上げ、
原料を熔融する。結晶育成段階では、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化させる。育
成した結晶（インゴット）は、急冷をさけ、簡単な徐冷
を行う。このままでは残留応力と歪が非常に大きいた
め、インゴットを熱処理する。
ボ降下法ともいう）を用いて、温度条件、引き下げ速度
等を精密に制御することにより、φ250mm、高さ300mmの
蛍石単結晶を育成した。以下にその製造方法の一例を述
べる。紫外ないし真空紫外域で使用される蛍石の場合、
原料に天然の蛍石を使用することはなく、化学合成で作
られた高純度原料を使用することが一般的である。原料
は粉末のまま使用することも可能であるが、熔融したと
きの体積の減少が激しいため、半熔融品やその粉砕品を
用いることが普通である。蛍石単結晶の育成装置の中に
上記原料を充填したルツボを置き、育成装置内を10-5〜
10-6Torrの真空雰囲気に保つ。次に、育成装置内の温度
を蛍石の融点以上（1390℃〜1450℃）の温度まで上げ、
原料を熔融する。結晶育成段階では、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化させる。育
成した結晶（インゴット）は、急冷をさけ、簡単な徐冷
を行う。このままでは残留応力と歪が非常に大きいた
め、インゴットを熱処理する。
【００１７】こうして得られたインゴットインゴットか
ら｛１１１｝面が上下面となるようにφ200mm、厚さ50m
mの試料を切りだした。この試料の屈折率差Δｎは3×10
-6であった。さらにアニール工程を付加することによ
り、633nmのHe-Neレーザー光で波面収差を測定したとこ
ろ、ＲＭＳが0.010λになった。この結晶の複屈折によ
る光路差をHe-Neレーザー光で測定したところ、３座標
方向ともに１０nm/cm以下であった。
ら｛１１１｝面が上下面となるようにφ200mm、厚さ50m
mの試料を切りだした。この試料の屈折率差Δｎは3×10
-6であった。さらにアニール工程を付加することによ
り、633nmのHe-Neレーザー光で波面収差を測定したとこ
ろ、ＲＭＳが0.010λになった。この結晶の複屈折によ
る光路差をHe-Neレーザー光で測定したところ、３座標
方向ともに１０nm/cm以下であった。
【００１８】この蛍石を投影レンズの光学部材として用
いて、図１に概略を示したような装置を製作したとこ
ろ、線幅0.3μm程度の解像力が得られた。
いて、図１に概略を示したような装置を製作したとこ
ろ、線幅0.3μm程度の解像力が得られた。
【００１９】
【発明の効果】光リソグラフィーの投影レンズとして、
ＫｒＦエキシマレーザー（248nm）を光源としたものに
ついては、現在、石英ガラスを単一素材として用いた光
学系が主流である。しかし、この光学系に蛍石を組み入
れることで色収差の除去に大変な効果がある。このた
め、本発明の光リソグラフィー用蛍石を用いることでス
テッパーの露光光源の単色性に許容度が広がり、照明系
の大幅なコストダウンが実現できる。結像性能について
は、石英ガラスだけで光学系を組み立てた場合とほとん
ど差がなかった。さらに、より短波長のＡｒＦエキシマ
レーザー（193nm）を光源とした場合は、石英ガラスで
は充分な光透過率を得ることは難しいため、本発明の光
リソグラフィー用蛍石を単一素材として用いた光学系を
構成することも考えられる。その場合でも充分な結像性
能が保証できる。
ＫｒＦエキシマレーザー（248nm）を光源としたものに
ついては、現在、石英ガラスを単一素材として用いた光
学系が主流である。しかし、この光学系に蛍石を組み入
れることで色収差の除去に大変な効果がある。このた
め、本発明の光リソグラフィー用蛍石を用いることでス
テッパーの露光光源の単色性に許容度が広がり、照明系
の大幅なコストダウンが実現できる。結像性能について
は、石英ガラスだけで光学系を組み立てた場合とほとん
ど差がなかった。さらに、より短波長のＡｒＦエキシマ
レーザー（193nm）を光源とした場合は、石英ガラスで
は充分な光透過率を得ることは難しいため、本発明の光
リソグラフィー用蛍石を単一素材として用いた光学系を
構成することも考えられる。その場合でも充分な結像性
能が保証できる。
【００２０】よって、本発明によれば、ステッパーの投
影レンズ等として充分な結像性能を持つ光リソグラフィ
ー用蛍石が得られる。
影レンズ等として充分な結像性能を持つ光リソグラフィ
ー用蛍石が得られる。
【図１】 本発明に係る光リソグラフィー用蛍石を用い
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。
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。
１・・・レーザー光源 ２・・・照明系光学系 ３・・・レチクル ４・・・投影レンズ ５・・・ウエハー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩澤 正樹 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 (72)発明者 高野 修一 東京都福生市大字熊川1642番地26 応用光 研工業株式会社内 (72)発明者 西川 秀美 東京都福生市大字熊川1642番地26 応用光 研工業株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】350nm以下の特定波長帯域で使用される光
リソグラフィー用蛍石において、屈折率差Δｎが5×10
-6以下であることを特徴とする光リソグラフィー用蛍
石。 - 【請求項２】350nm以下の特定波長帯域で使用される光
リソグラフィー用蛍石において、波面収差のＲＭＳ値が
パワー成分補正後に0.015λ以下であることを特徴とす
る光リソグラフィー用蛍石。 - 【請求項３】350nm以下の特定波長帯域で使用される光
リソグラフィー用蛍石において、３座標方向のいずれの
方向においても複屈折による光路差が10nm/cm以下であ
る光リソグラフィー用蛍石。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13472094A JP3083957B2 (ja) | 1994-06-16 | 1994-06-16 | 光リソグラフィー用蛍石 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13472094A JP3083957B2 (ja) | 1994-06-16 | 1994-06-16 | 光リソグラフィー用蛍石 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH085801A true JPH085801A (ja) | 1996-01-12 |
| JP3083957B2 JP3083957B2 (ja) | 2000-09-04 |
Family
ID=15135028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13472094A Expired - Lifetime JP3083957B2 (ja) | 1994-06-16 | 1994-06-16 | 光リソグラフィー用蛍石 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3083957B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| EP0939147A3 (en) * | 1998-02-26 | 2001-08-16 | Nikon Corporation | A manufacturing method for calcium fluoride and calcium fluoride for photolithography |
| WO2002103413A1 (en) * | 2001-06-15 | 2002-12-27 | Nikon Corporation | Optical member, process for producing the same, and projection aligner |
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| JP2005508018A (ja) * | 2001-10-30 | 2005-03-24 | アプティカル リサーチ アソシエイツ | 光学系における収差を軽減する構造及び方法 |
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| WO2012011372A1 (ja) | 2010-07-22 | 2012-01-26 | 日本結晶光学株式会社 | 蛍石 |
-
1994
- 1994-06-16 JP JP13472094A patent/JP3083957B2/ja not_active Expired - Lifetime
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