專利名稱：光學(xué)部件對(duì)照射的耐久性預(yù)測(cè)法及石英光學(xué)部件的選擇法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于光學(xué)原材料，特別是KrF(248nm)或者ArF(193nm)激元激光器石版印刷照明系統(tǒng)透鏡投影透鏡、激元激光器加工機(jī)等的光學(xué)系統(tǒng)透鏡的劣化預(yù)測(cè)法以及耐用脈沖數(shù)的預(yù)測(cè)法。
在硅等的晶片上將集成電路的微細(xì)圖案曝光轉(zhuǎn)印的石版印刷技術(shù)中，使用叫做逐次移動(dòng)式曝光裝置的曝光裝置。該逐次移動(dòng)式曝光裝置的光源，近年來隨著LSI的高集成化，進(jìn)行從g線向i線的短波長(zhǎng)化，而且隨著LSI進(jìn)一步的高集成化，逐次移動(dòng)式曝光裝置的光源向KrF和ArF激元激光器轉(zhuǎn)移。而且，在這樣的激元激光器逐次移動(dòng)式曝光裝置的照明系統(tǒng)或者投影透鏡中，已經(jīng)不能使用一般光學(xué)玻璃，而限于石英玻璃和螢石等的光學(xué)原材料。
即使在這樣的激元激光器逐次移動(dòng)式曝光裝置的照明系統(tǒng)或者投影透鏡中使用的石英玻璃和螢石中，與一般光學(xué)玻璃相同，要求其內(nèi)部的透射率是0.995cm-1或者0.998cm-1以上，正在進(jìn)行以在紫外線區(qū)域的上述光學(xué)原材料的高透射率化為目標(biāo)的開發(fā)。其中，對(duì)成象性能造成影響的光學(xué)部件的光學(xué)劣化的進(jìn)行，即起因于激元激光器的短波長(zhǎng)性和閃光性的、由照射產(chǎn)生的光學(xué)部件的長(zhǎng)年變化(所謂的曝曬和收縮)是大問題，調(diào)查該光學(xué)劣化的進(jìn)行變得重要。
特別是，為了調(diào)查以10mJ/cm2·脈沖以下的能量照射而使用的石英玻璃部件劣化的進(jìn)行，最希望確認(rèn)以實(shí)際能量密度進(jìn)行照射，透射率、折射率、面變化等的物性變化，但是，照射能量密度低的區(qū)域，每個(gè)照射脈沖的各物性變化是微小的，因此為了確認(rèn)該物性的變化率，需要增加照射脈沖數(shù)(即測(cè)定期間變得非常長(zhǎng))。但是，實(shí)際上由于人的、經(jīng)濟(jì)的、時(shí)間的制約，因而關(guān)于一個(gè)試樣連續(xù)測(cè)定數(shù)年也是困難的，并且像高價(jià)石英玻璃制的縮小投影透鏡那樣，關(guān)于必須保證十?dāng)?shù)年其性能，其測(cè)定是越發(fā)困難。
鑒于這樣的情況，代替實(shí)際測(cè)定經(jīng)數(shù)年光學(xué)部件劣化的進(jìn)行(物性的變化)的方法，進(jìn)行嚴(yán)密的壽命預(yù)測(cè)(耐久性預(yù)測(cè))的方法成為必要，但是，以往的預(yù)測(cè)方法，尤期其透射率降低與累計(jì)脈沖數(shù)的關(guān)系是僅在直線區(qū)域成立。這在像投影透鏡的極低的能量區(qū)域的預(yù)測(cè)沒有障礙，但像照明系統(tǒng)那樣，當(dāng)以數(shù)mJ/cm2·脈沖～數(shù)十mJ/cm2·脈沖的照射能量密度，預(yù)測(cè)1×109脈沖以上的累計(jì)脈沖數(shù)的透射率變化時(shí)，有估計(jì)透射率降低量極大的可能性。因此不能準(zhǔn)確地估計(jì)光學(xué)部件的壽命。
另外，為了進(jìn)行以激元激光器作為光源的激元激光器逐次移動(dòng)式曝光裝置、加工機(jī)等制品的光學(xué)系統(tǒng)的壽命預(yù)測(cè)，需要透鏡材料由激元激光器照射而產(chǎn)生的嚴(yán)密預(yù)測(cè)式。為此，盡管必須精確地實(shí)驗(yàn)調(diào)查是激元激光器光學(xué)部件的石英玻璃及其它的光學(xué)部件的劣化起因于何種原因，但是在有片斷地或者定性地調(diào)查的文獻(xiàn)的同時(shí)，對(duì)這些原因僅進(jìn)行了某些研究，還沒有揭示具有嚴(yán)密的定量性的預(yù)測(cè)式。
另外，光學(xué)部件是石英玻璃時(shí)，在其透射率的降低發(fā)生3％/cm以上的場(chǎng)合，認(rèn)為該石英玻璃的光學(xué)性能由于發(fā)熱而劣化，但在需要保證由這樣的發(fā)熱不引起劣化的場(chǎng)合，必須選擇透射率的降低是3％/cm以下。
本發(fā)明是鑒于這樣的問題而完成的，提供光學(xué)部件對(duì)激元激光器照射的耐久性預(yù)測(cè)方法以及利用該預(yù)測(cè)方法選擇透射率的降低是3％/cm以下的石英玻璃光學(xué)部件的方法。
為了達(dá)到上述的目的，有關(guān)本發(fā)明的光學(xué)部件對(duì)激元激光器照射的耐久性預(yù)測(cè)方法具有3個(gè)過程在光學(xué)部件的吸收系數(shù)和進(jìn)行照射的激元激光器的累計(jì)脈沖數(shù)的關(guān)系是可能近似直線的直線區(qū)域，求出在光學(xué)部件上照射第1規(guī)定的照射能量密度(例如0.01～10000mJ/cm2·脈沖)的激元激光器激光時(shí)的光學(xué)部件中的氫濃度和/或氯濃度與吸收系數(shù)的相關(guān)值，及照射能量密度和累計(jì)脈沖數(shù)與吸收系數(shù)的相關(guān)值，從這些相關(guān)值求出在直線區(qū)域的吸收系數(shù)與氫濃度和/或氯濃度、照射能量密度及累計(jì)脈沖數(shù)的第1關(guān)系式的第1過程；在考慮光學(xué)部件的飽和吸收系數(shù)的飽和區(qū)域，求出在光學(xué)部件上照射第1規(guī)定的照射能量密度的激元激光器激光時(shí)的飽和吸收系數(shù)與照射能量密度的相關(guān)值及與光學(xué)部件中的氫濃度和/或氯濃度的相關(guān)值，從這些相關(guān)值求出在飽和區(qū)域的吸收系數(shù)與照射能量密度及氫濃度和/或氯濃度的第2關(guān)系式的第2過程；求出在第1關(guān)系式中代入光學(xué)部件中的氫濃度和/或氯濃度、進(jìn)行照射的激元激光器的照射能量密度和累計(jì)脈沖數(shù)而得到的直線區(qū)域的吸收系數(shù)的變化，以及在第2關(guān)系式中代入光學(xué)部件中的氫濃度和/或氯濃度、進(jìn)行照射的激元激光器的照射能量密度而得到的飽和區(qū)域的吸收系數(shù)的值，從光學(xué)部件對(duì)由這些求出的第2規(guī)定照射能量密度(例如0.00001～100mJ/cm2·脈沖)的激元激光器的透射率變化預(yù)測(cè)光學(xué)部件的耐久性的第3過程。
再者，在該過程中，可以利用統(tǒng)計(jì)學(xué)地求出的結(jié)構(gòu)因子、氟、OH基和是光源的激元激光器光的脈沖寬度的影響的系統(tǒng)數(shù)修正第1關(guān)系式。另外，按照該激元激光器照射耐久性預(yù)測(cè)的試驗(yàn)方法，可以選擇對(duì)是第2規(guī)定照射能量密度(實(shí)際使用條件，例如0.00001～100mJ/cm2·脈沖)的激元激光器的透射率變化是3％/cm以下的石英玻璃光學(xué)部件。
以下，參照


本發(fā)明的最佳實(shí)施方式。在圖1中示出激元激光器照射實(shí)驗(yàn)的測(cè)定裝置。該測(cè)定裝置，在激元激光器光源1和照射試樣3(石英玻璃)之間配置兼任賦形波束的均化器光學(xué)系統(tǒng)2，在照射試樣3與ArF激元激光器光源1相反的側(cè)設(shè)置能量監(jiān)測(cè)器4。而且從ArF激元激光器光源1發(fā)出激光束5，用能量監(jiān)測(cè)器4監(jiān)測(cè)通過均化器光學(xué)系統(tǒng)2和照射試樣3后的照射能量，測(cè)定照射試樣3的吸收系數(shù)的變化。
在本發(fā)明的光學(xué)部件對(duì)激元激光器照射的耐久性預(yù)測(cè)方法中，首先使用上述測(cè)定裝置，對(duì)成為對(duì)象的光學(xué)部件以各種條件進(jìn)行激元激光器照射，得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。然后，以得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，使用統(tǒng)計(jì)的手法和理論的手法計(jì)算出吸收系數(shù)變化的關(guān)系式，求出在對(duì)累計(jì)脈沖數(shù)可能近似直線的區(qū)域(直線區(qū)域)的預(yù)測(cè)式和在該光學(xué)部件的吸收達(dá)到飽和的區(qū)域(飽和區(qū)域)的預(yù)測(cè)式，完成叫做將兩者組合的程序。
另外，為了得到上述的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在該測(cè)定中使進(jìn)行照射的激元激光器照射能量密度達(dá)到0.01～10000mJ/cm2·脈沖的范圍的場(chǎng)合，通過加速試驗(yàn)，進(jìn)行預(yù)測(cè)對(duì)象的激元激光器照射能量密度對(duì)應(yīng)于0.00001～100mJ/cm2·脈沖的范圍。按照這樣，在得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)定中，通過使用0.01～10000mJ/cm2·脈沖范圍的照射能量密度，能夠預(yù)測(cè)稱為0.00001～100mJ/cm2·脈沖的極低照射能量密度下的耐久性。
首先，說明在利用上述測(cè)定系統(tǒng)所得到的直線區(qū)域中的吸收系數(shù)。在圖2中示出調(diào)查吸收系數(shù)的照射能量依存性，即193.4nm吸收系數(shù)(/cm)對(duì)照射能量密度的的變化結(jié)果。在此，使用同一個(gè)照射試樣3，僅變化照射能量密度，其他的條件是一定的。照射能量密度達(dá)到25、50、100、200(mJ/cm2每脈沖)。然后，分別測(cè)定累計(jì)脈沖數(shù)1E6脈沖時(shí)和3E6脈沖時(shí)的吸收系數(shù)。照射試樣3的溶存氫濃度達(dá)到1E18(分子/cm3)。在式(1)中表示對(duì)于以該結(jié)果為基礎(chǔ)、以最小平方法算出的ArF激元激光器的試樣3的吸收系數(shù)的能量密度依賴關(guān)系式。在式中，E能量密度(mJ/cm2每脈沖)a能量密度依存性，a=2±0.2(3σ),K1常數(shù)。
193.4nm吸收系數(shù)(/cm)=K1×Ea……(1)一般說來，以ArF和KrF激元激光器誘發(fā)的吸收帶生成的原因，是以在2光子吸收過程中生成的E中心(215nm帶)、O3、NBOHC(260nm吸收帶)作為主因的復(fù)合峰。
接著，在圖3中示出調(diào)查吸收系數(shù)的累計(jì)脈沖數(shù)依存性，即193.4nm吸收系數(shù)(/cm)對(duì)累計(jì)脈沖數(shù)的變化結(jié)果。在此也使照射能量密度達(dá)到25、50、100、200(mJ/cm2每脈沖)。測(cè)定在該圖中表示的各累計(jì)脈沖數(shù)中的吸收系數(shù)。圖中的5E6等的表示意味著5×106(以后，在圖中和文中使用這樣的省略號(hào)表示)。在式(2)中表示以圖3的結(jié)果為基礎(chǔ)、以最小平方法算出的ArF激元激光器的累計(jì)脈沖數(shù)依賴關(guān)系式。式中，P累計(jì)脈沖數(shù)，b累計(jì)脈沖數(shù)依存性，b=0.998+0.1(3σ),K2常數(shù)。
193.4nm吸收系數(shù)(/cm)=K2×Pb……(2)再者，該依賴關(guān)系式，吸收系數(shù)大概僅成立至0.2。在此以上的吸收系數(shù)區(qū)域，累計(jì)脈沖數(shù)依存性b從0.998逐漸變小，哪個(gè)都達(dá)到飽和。
接著，示出調(diào)查吸收系數(shù)的溶存H2濃度依存性，即193.4nm吸收系數(shù)(/cm)對(duì)溶存H2濃度的變化結(jié)果。在圖4中示出在照射能量密度100(mJ/cm2每脈沖)，累計(jì)脈沖數(shù)1E6脈沖照射后的溶存H2濃度(1E17～3E18分子/cm3的范圍)與193.4nm吸收系數(shù)(/cm)的關(guān)系。在式(3)中表示以最小平方法算出的依賴關(guān)系式。式中，H溶存H2濃度(分子/cm3),c溶存H2濃度依存性，K3常數(shù)。
193.4nm吸收系數(shù)(/cm)=K3×Hc……(3)在式(3)中，相關(guān)系數(shù)r=0.92,c=-0.38。如相關(guān)系數(shù)r=0.92所示，決定石英玻璃對(duì)ArF激元激光器照射的耐久性(即吸收生成)的主要因素，認(rèn)為進(jìn)行溶存的H2分子濃度是相當(dāng)大的支配因素。
從以上，由表示吸收系數(shù)的能量密度依存性、累計(jì)脈沖數(shù)依存性、溶存H2濃度依存性的3個(gè)式(1)、(2)、(3)算出照射試樣3在直線區(qū)域的吸收系數(shù)的預(yù)測(cè)式。在式(4)中表示該預(yù)測(cè)式。式中，常數(shù)K:5.54×10-6,a:2+0.2(3σ),b:0.998±0.1(3σ),c:-0.38±0.1(3σ)。
直線區(qū)域吸收系數(shù)(/cm)=K×Ea×Pb×Hc×d……(4)在式(4)中，d是照射終了后的室溫變白現(xiàn)象的修正系數(shù)，透射率測(cè)定值如果是照射中的測(cè)定值，則d=1。而且隨照射終了時(shí)間成指數(shù)函數(shù)地增加，例如，如果是照射終了10分鐘后的測(cè)定值，則d=2。
可是，在ArF波長(zhǎng)193.4nm，光子能量是6.4eV，相對(duì)于KrF激元波長(zhǎng)248.3nm的5eV是相當(dāng)高，因而被照射的光子能量增加，玻璃結(jié)構(gòu)中的波帶間的遷移概率增加，因此Si-Cl鍵被切斷，生成SiE’中心等缺陷的概率增加。為此，在ArF激元激光器波長(zhǎng)，影響在KrF激元激光器照射不成為那樣問題的Si-Cl結(jié)構(gòu)，在ArF激元激光器耐久性預(yù)測(cè)中，必須求出是雜質(zhì)的氯濃度依存性。
在下面示出求出上述氯濃度依存性的例子。調(diào)查照射能量密度200(mJ/cm2每脈沖)、累計(jì)脈沖數(shù)1E6脈沖照射后的Cl濃度與193.4nm吸收系數(shù)(/cm)的關(guān)系。在此，在調(diào)查Cl=50ppm和無(wú)Cl的石英玻璃的直線區(qū)域的吸收系數(shù)變化時(shí)，氯濃度50ppm的吸收系數(shù)大約是無(wú)Cl的石英玻璃的1.3倍。也調(diào)查其他的氯濃度的石英玻璃的舉動(dòng)，但至約200ppm該傾向存在比例關(guān)系。在式(5)中表示以該結(jié)果為基礎(chǔ)、以最小平方法算出的吸收系數(shù)對(duì)氯濃度的依賴關(guān)系式。式中，Cl:Cl濃度(ppm),Z無(wú)Cl制品的吸收系數(shù)。
193.4nm吸收系數(shù)(/cm)=Z×(1+Cl×0.006)…(5)如相關(guān)系數(shù)r=0.90所示，認(rèn)為石英玻璃含有的Cl濃度是決定石英玻璃對(duì)ArF激元激光器的耐久性(即吸收生成)的主要原因之一。
和上述吸收系數(shù)的能量密度依存性、累計(jì)脈沖數(shù)依存性和溶存H2濃度依存性的式(1)、(2)、(3)相同地進(jìn)行，求出在Cl濃度依存性的式(5)中的系數(shù)Z，在吸收系數(shù)的預(yù)測(cè)式(4)中也可能包括Cl濃度的依存性。
像這樣，應(yīng)當(dāng)套用使用實(shí)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)的手法的方式進(jìn)行，在預(yù)測(cè)式(4)中包含統(tǒng)計(jì)學(xué)地求出其他的因子，例如氟濃度、OH基濃度、Si-O-Si基本結(jié)構(gòu)因子、是光源的激元光的脈沖寬度的影響系數(shù)，也能夠修正。另外，也證實(shí)所生成的吸收與激元光的脈沖寬度處于反比例的關(guān)系。但是，按照這些式的預(yù)測(cè)，始終由激元激光器照射產(chǎn)生的吸收系數(shù)對(duì)累計(jì)脈沖數(shù)直線地增加，即僅在透射率直線地降低的區(qū)域成立。
接著，說明在飽和區(qū)域的吸收系數(shù)。首先，調(diào)查吸收系數(shù)對(duì)ArF激元激光器照射能量密度的依存性。使用氯濃度50ppm、且進(jìn)行脫氫處理的試樣，使用氯濃度為1ppm以下、且進(jìn)行脫氫處理的試樣，求出照射能量密度分別為25、50、100、200(mJ/cm2每脈沖)的依存性。激元光照射進(jìn)行至透射率的舉動(dòng)達(dá)到飽和。其結(jié)果示于圖5中。
另外，使用氯濃度為50ppm和1ppm以下、各自的溶存氫濃度為1E18(分子/cm3)的試樣調(diào)查累計(jì)脈沖數(shù)和透射率變化的關(guān)系，如圖6所示，至飽和值的直線區(qū)的舉動(dòng)不相同，但飽和值大致相同。像這樣，在ArF激元激光器中，飽和吸收值幾乎不依賴于氫濃度。但是，在KrF中，發(fā)生影響的吸收帶不同，因此其飽和值依賴于氫濃度。在KrF的場(chǎng)合，也需要使該依存性式化。其程序與其他因子的式化大致相同，在此省去說明。
以圖5為基礎(chǔ)、以最小平方法算出的飽和吸收系數(shù)的能量密度依賴關(guān)系式，脫氫處理試樣、氫分子濃度1E18(分子/cm3)試樣共同是式(6)那樣。式中，能量密度依存性是e=0.43+0.2(3σ)。另外，K4的值依賴于氯濃度和氫分子濃度(特別是KrF)。
193.4nm吸收系數(shù)(/cm)=K4×Ee……(6)下面，調(diào)查在飽和區(qū)的吸收系數(shù)的氯濃度依存性。對(duì)脫氫處理的石英玻璃試樣以及氯濃度0～120(ppm)的石英玻璃試樣，分別求出照射能量密度是200(mJ/cm2每脈沖)的依存性。激元激光照射進(jìn)行至透射率的舉動(dòng)達(dá)到飽和。其結(jié)果示于圖7中，在式7中表示以圖7為基礎(chǔ)、以最小平方法算出的吸收系數(shù)的氯濃度依賴關(guān)系式。式中，Cl是石英玻璃中的氯濃度(ppm),K5是依存于能量密度的常數(shù)。
193.4nm吸收系數(shù)(/cm)=K5×((-2E-6)×Cl2+(5E-4)×Cl+0.01)…(7)若組合以上的關(guān)系式，則可以以式(8)表示。式中，d是上述照射終了后的室溫變白現(xiàn)象的修正系數(shù)。
飽和區(qū)域吸收系數(shù)(/cm)=K×Ee×{(-2E-6)×Cl2+(5E-4)×Cl+0.01}…(8)接著，將直線區(qū)域和飽和區(qū)域組合。圖8的實(shí)線是由式(4)和式(8)得到的透射率變化，相對(duì)于累計(jì)脈沖數(shù)，透射率減少的區(qū)域?qū)?yīng)于直線區(qū)域，相對(duì)于累計(jì)脈沖數(shù)透射率成為一定值的區(qū)域?qū)?yīng)于飽和區(qū)域。另外，圖8的點(diǎn)線是實(shí)際的透射率變化。即透射率隨累計(jì)脈沖數(shù)的增加而降低，或者若在脈沖數(shù)達(dá)到飽和，則在此之后近似地達(dá)到一定值。
以下，說明適用于本發(fā)明的預(yù)測(cè)方法的實(shí)施例。作為原料使用高純度四氯化硅，在石英制的燃燒器中混合氧氣和氫氣并進(jìn)行燃燒，從中心部用載體氣體(通常是氧氣或者氫氣)稀釋原料氣體，然后進(jìn)行噴出，堆積在靶子上，進(jìn)行熔融而合成成為試樣的光學(xué)部件的高純度石英玻璃錠。由此得到直徑180mm、長(zhǎng)550mm的石英玻璃錠。實(shí)施例1從上述石英玻璃錠進(jìn)行切取，制作ArF激元激光器逐次移動(dòng)式曝光裝置用照明系統(tǒng)光學(xué)透鏡部件，也制作一部分物性測(cè)定用試樣。使用該試樣進(jìn)行激元激光器照射實(shí)驗(yàn)，求出關(guān)于吸收系數(shù)的式(4)、式(8)。該光學(xué)石英玻璃部件的H2濃度是1×1018mol/cm3,Cl濃度是20ppm。
另外，使用該部件制造的透鏡的使用條件，用于激光加工機(jī)，照射能量密度是5mJ/cm2每脈沖，反復(fù)頻率數(shù)是500Hz，若開工率達(dá)到70％，則每日的累計(jì)脈沖數(shù)是3×107脈沖，內(nèi)部吸收的規(guī)格參數(shù)是5％/cm以下。透射率的計(jì)算是從使用預(yù)測(cè)式(4)和式(8)求出的吸收系數(shù)，使用式(9)進(jìn)行計(jì)算。
透射率(％)=exp(-(吸收系數(shù))×厚度(cm))×100…(9)在按照該式求出的上述使用條件下的內(nèi)部透射率降低是-3.8％/cm。該透射率的降低至飽和區(qū)域，因此不論任何累計(jì)脈沖數(shù)，都能保證滿足規(guī)格參數(shù)。另外，也知道，在上述使用條件下，上述品質(zhì)的石英玻璃的飽和透射率是96.2/cm。另外，關(guān)于光學(xué)系統(tǒng)全體的透射率可以計(jì)算各部件的每個(gè)透射率，通過簡(jiǎn)單的相乘進(jìn)行計(jì)算。實(shí)施例2從上述石英玻璃錠進(jìn)行切取，制作ArF激元激光器逐次移動(dòng)式曝光裝置用光學(xué)透鏡部件，也制作一部分物性測(cè)定用試樣。該石英玻璃部件的H2濃度是1×1018mol/cm3,Cl濃度是5ppm。再者，該透鏡部件是ArF激元激光器逐次移動(dòng)式曝光裝置投影光學(xué)系統(tǒng)的一部分，所要求的內(nèi)部吸收是0.1％/cm以下。另外，該透鏡的使用條件是照射能量密度為0.1mJ/cm2每脈沖，反復(fù)頻率數(shù)是500Hz，若開工率達(dá)到70％，則每日的累計(jì)脈沖數(shù)是3×107脈沖。
使用預(yù)測(cè)式(4)和式(8)、與上述實(shí)施例1相同地進(jìn)行計(jì)算，在上述使用條件內(nèi)部透射率降低，在7×1010脈沖成為-0.1％/cm。這在直線區(qū)域也是如此，能夠預(yù)測(cè)透鏡的耐用年數(shù)大約是6年，據(jù)此，約6年能夠保證滿足規(guī)格參數(shù)。另外，也知道，在該使用條件，上述品質(zhì)的石英玻璃的飽和透射率是99.5％/cm。實(shí)施例3與實(shí)施例1、實(shí)施例2相同從石英玻璃錠進(jìn)行切取，制作ArF激元激光器逐次移動(dòng)式曝光裝置用光學(xué)透鏡部件，也制作一部分物性測(cè)定用試樣。該石英玻璃部件的H2濃度是2×1018mol/cm3,Cl濃度是1ppm以下。該透鏡部件是ArF激元激光器逐次移動(dòng)式曝光裝置投影光學(xué)系統(tǒng)的一部分，所要求的內(nèi)部吸收的規(guī)格參數(shù)是0.1％/cm以下。另外，該透鏡的使用條件是照射能量密度為0.1mJ/cm2每脈沖，反復(fù)頻率數(shù)是500Hz，若開工率達(dá)到70％，則每日的累計(jì)脈沖數(shù)是3×107脈沖。
使用本發(fā)明的預(yù)測(cè)式(4)、式(8)，在上述使用條件，內(nèi)部透射率在1×1011脈沖成為-0.1％/cm。這和實(shí)施例2相同在直線區(qū)域也是如此，能夠預(yù)測(cè)透鏡的耐用年數(shù)大約是10年，據(jù)此，約10年能夠保證滿足規(guī)格參數(shù)。另外，也知道，在該使用條件下，上述品質(zhì)的石英玻璃的飽和透射率是99.6％/cm。如果在內(nèi)部吸收的標(biāo)準(zhǔn)允許0.2/cm，透鏡的壽命就為約2倍。
另外，在光學(xué)部件的透射率的降低發(fā)生3％/cm以上的場(chǎng)合，認(rèn)為該光學(xué)部件的光學(xué)性能由于發(fā)熱而引起劣化，使用該預(yù)測(cè)法，根據(jù)顯示透射率的降低是3％/cm以下，能夠得到保證由發(fā)熱不引起劣化的石英玻璃。
如上所述，通過組合直線區(qū)域和飽和區(qū)域，估計(jì)透射率相對(duì)于累計(jì)脈沖數(shù)的降低不大，能夠準(zhǔn)確而且簡(jiǎn)便地預(yù)測(cè)石英玻璃部件的透射率變化，即耐久性。再者，在上述實(shí)施例中雖然說明的是關(guān)于石英玻璃，但該耐久性的預(yù)測(cè)方法，不僅石英玻璃，即使是在有關(guān)的其他激元激光器光學(xué)系統(tǒng)中使用的光學(xué)部件，同樣也可以使用。另外，按照該預(yù)測(cè)方法，也能夠預(yù)測(cè)激元激光器光學(xué)系統(tǒng)的壽命，算出耐用年數(shù)。進(jìn)而，對(duì)于其他的光源，或者對(duì)于光學(xué)薄膜，都能進(jìn)行相同的耐久性預(yù)測(cè)。另外，使用該預(yù)測(cè)方法也能夠得到透射率降低是3％/cm以下的石英玻璃。
按照本發(fā)明的激元激光器照射耐久性的預(yù)測(cè)方法，因?yàn)樵诳紤]累計(jì)脈沖數(shù)與石英玻璃光學(xué)部件的吸收系數(shù)的關(guān)系在可能近似直線的累計(jì)脈沖數(shù)區(qū)域中的吸收系數(shù)變化的同時(shí)，也考慮石英玻璃光學(xué)部件中的飽和吸收系數(shù)，所以估計(jì)透射率降低量不大，能夠準(zhǔn)確且簡(jiǎn)便地預(yù)測(cè)石英玻璃光學(xué)部件的透射率變化，即耐久性。另外，按照該方法，能夠得到透射率降低是3％/cm以下的石英玻璃。
再者，該預(yù)測(cè)方法不僅對(duì)石英玻璃，而且對(duì)在其他的激元激光器光學(xué)系統(tǒng)中使用的光學(xué)部件也同樣能夠使用。另外，按照該預(yù)測(cè)方法，也能夠預(yù)測(cè)激元激光器光學(xué)系統(tǒng)的壽命，算出耐用年數(shù)。進(jìn)而，對(duì)于其他的光源，或者對(duì)于光學(xué)薄膜，都能進(jìn)行相同的耐久性預(yù)測(cè)。
附圖的簡(jiǎn)單說明圖1是激元激光器照射實(shí)驗(yàn)裝置的概略圖。
圖2是表示由ArF激元激光器照射誘發(fā)的石英玻璃的直線區(qū)域193.4nm吸收系數(shù)的能量密度依存性的圖。
圖3是表示由ArF激元激光器照射誘發(fā)的石英玻璃的直線區(qū)域193.4nm吸收系數(shù)的累計(jì)脈沖數(shù)依存性的圖。
圖4是表示由ArF激元激光器照射誘發(fā)的石英玻璃的直線區(qū)域193.4nm吸收系數(shù)對(duì)石英玻璃中的溶存氫分子濃度依存性的圖。
圖5是表示由ArF激元激光器照射誘發(fā)的石英玻璃的193.4nm飽和吸收系數(shù)的能量密度依存性的圖。
圖6是表示按照溶存氫分子濃度的ArF激元激光器累計(jì)脈沖數(shù)和石英玻璃的透射率的關(guān)系圖。
圖7是表示由ArF激元激光器照射誘發(fā)的石英玻璃的193.4nm飽和吸收系數(shù)對(duì)石英玻璃中的溶存氫分子濃度的依存性的圖。
圖8是表示基于本發(fā)明的預(yù)測(cè)式，相對(duì)ArF激元激光器累計(jì)脈沖數(shù)的石英玻璃透射率變化與實(shí)際的透射率變化進(jìn)行比較的圖。符號(hào)的說明1ArF激元激光器光源2均化器光學(xué)系統(tǒng)3照射試樣4能量監(jiān)測(cè)器5激光束
權(quán)利要求
1．光學(xué)部件對(duì)激元激光器照射的耐久性預(yù)測(cè)方法，其特征在于，具有以下3個(gè)過程在光學(xué)部件的吸收系數(shù)和進(jìn)行照射的激元激光器的累計(jì)脈沖數(shù)的關(guān)系是可能近似直線的直線區(qū)域，求出在光學(xué)部件上照射第1規(guī)定照射能量密度的激元激光器激光時(shí)的上述光學(xué)部件中的氫濃度和/或氯濃度與吸收系數(shù)的相關(guān)值，及照射能量密度和累計(jì)脈沖數(shù)與吸收系數(shù)的相關(guān)值，從這些相關(guān)值求出在上述直線區(qū)域的吸收系數(shù)與氫濃度和/或氯濃度、照射能量密度及累計(jì)脈沖數(shù)的第1關(guān)系式的第1過程；在考慮上述光學(xué)部件的飽和吸收系數(shù)的飽和區(qū)域，求出在上述光學(xué)部件上照射上述第1規(guī)定照射能量密度的激元激光器激光時(shí)的飽和吸收系數(shù)與照射能量密度的相關(guān)值以及與上述光學(xué)部件中的氫濃度和/或氯濃度的相關(guān)值，從這些相關(guān)值求出在上述飽和區(qū)域的吸收系數(shù)與照射能量密度及氫濃度和/或氯濃度的第2關(guān)系式的第2過程；求出在上述第1關(guān)系式中代入在上述光學(xué)部件中的氫濃度和/或氯濃度、及進(jìn)行照射的激元激光器的照射能量密度和累計(jì)脈沖數(shù)而得到的上述直線區(qū)域的吸收系數(shù)的變化，以及在上述第2關(guān)系式中代入在上述光學(xué)部件中的氫濃度和/或氯濃度、及進(jìn)行照射的激元激光器的照射能量密度而得到的上述飽和區(qū)域的吸收系數(shù)的值，從上述光學(xué)部件對(duì)由這些求出的第2規(guī)定照射能量密度的激元激光器發(fā)生的透射率變化預(yù)測(cè)上述光學(xué)部件的耐久性的第3過程。
2．權(quán)利要求1所述的光學(xué)部件對(duì)激元激光器照射的耐久性預(yù)測(cè)方法，其特征在于，上述第1規(guī)定照射能量密度是0.01～10000mJ/cm2·脈沖，上述第2規(guī)定照射能量密度是0.00001～100mJ/cm2·脈沖。
3．權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)部件對(duì)激元激光器照射的耐久性預(yù)測(cè)方法，其特征在于，上述光學(xué)部件是石英玻璃。
4．權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光學(xué)部件對(duì)激元激光器照射的耐久性預(yù)測(cè)方法，其特征在于，以統(tǒng)計(jì)學(xué)的求出的結(jié)構(gòu)因子、氟、OH基和激元激光器脈沖寬度的影響系數(shù)修正上述第1關(guān)系式。
5．石英玻璃光學(xué)部件的選擇方法，其特征在于，按照權(quán)利要求3或4所述的光學(xué)部件對(duì)激元激光器照射的耐久性預(yù)測(cè)方法，選擇對(duì)權(quán)利要求2所述的上述第2規(guī)定照射能量密度的激元激光器照射的透射率變化是3％/cm以下的石英玻璃光學(xué)部件。
全文摘要
提供光學(xué)部件對(duì)激元激光器照射的耐久性預(yù)測(cè)方法。求出考慮光學(xué)部件中的氫濃度和/或氯濃度、進(jìn)行照射的激元激光器的能量密度和累計(jì)脈沖數(shù)的、光學(xué)部件的吸收系數(shù)與進(jìn)行照射的激元激光器的累計(jì)脈沖數(shù)的關(guān)系在可能近似直線的直線區(qū)域的吸收系數(shù)的變化,以及考慮光學(xué)部件中的氫濃度和/或氯濃度和進(jìn)行照射的激元激光器的能量密度的、光學(xué)部件的吸收成為飽和狀態(tài)的飽和區(qū)域的吸收系數(shù)值,從根據(jù)這兩者求出的透射率變化能夠預(yù)測(cè)該光學(xué)部件的耐久性。
文檔編號(hào)G01N21/59GK1213774SQ9812013
公開日1999年4月14日 申請(qǐng)日期1998年10月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月7日
發(fā)明者神保宏樹, 小峰典男, 藤原誠(chéng)志 申請(qǐng)人:株式會(huì)社尼康