JP2000098110A - 多光源形成反射鏡の製造方法及び該反射鏡を用いた光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決すべき課題】所定の面形状を繰り返し配列してな
る、多光源形成反射鏡を製造する場合、所定の形状を有
する基本反射鏡（要素反射素子）を個々に形成しても、
切り出し時に変形してしまい、所定の面精度が得られな
かった。それによって、スループットの良い、反射型の
投影露光系を用いた半導体露光装置を実現することが出
来なかった。本発明は、光利用効率の良い、多光源形成
反射鏡を精度良く、安価に製造し、それによって、スル
ープットの良い半導体露光装置を提供することを目的に
する。 【解決手段】予め変形を考慮した平板プレートを、研磨
された曲面より切り出し、これをＵ字型に変形させて、
所定の反射面を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射鏡の製造方法
及び半導体製造装置に関するものであり、特には、微小
な基本反射面の繰り返し配列により構成される反射面を
有する反射鏡の製造方法、反射型照明装置、更にはその
照明装置を用いた半導体露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、ＤＲＡＭやＭＣＰ等の半導体デバ
イスの製造においては、最小線幅をより狭くする開発研
究が盛んに行われており、デザインルール ０．１３μm
（４Ｇ・ＤＲＡＭ相当）、０．１μm（１６Ｇ・ＤＲＡ
Ｍ相当）、更には０．０７μm（３２Ｇ・ＤＲＡＭ相
当）の実現に向けて種々の技術が開発されている。この
最小線幅の問題と切っても切れない関係を有するのが、
露光時に生じる光の回折現象であり、これに起因する、
像や集光点のボケが必要な最小線幅を実現する時の最大
の問題点である。この回折現象の影響を押さえるために
は露光光学系の開口数（N.A.： Numerical aperture)を
大きくする必要があり、光学系の大口径化と波長の短波
長化が開発のポイントになっている。ところが、光の波
長が短くなると、特に 200 nm 以下になると、加工が容
易で、光吸収の少ない光学材料が見当たらなくなってく
る。そこで、透過光学系を捨てて、反射光学系による投
影光学系の開発がなされており、相当な成果を上げてい
る。その中に、複数の反射鏡の組み合わせによって、軟
Ｘ線に対して円弧状の光学視野（露光領域として使用出
来る領域）を実現し、マスクとウェハを投影縮小率比の
相対速度で、互いに同期して移動させることによってチ
ップ全体を露光しようとする方法がある。(例えば、Koi
chiro Hoh and Hiroshi Tanino ;“Feasibility Study
on the Extreme UV/Soft X-ray Projection-type Lith
ography”, Bulletin of the Electrontechnical Labor
atory Vol. 49, No.12, P.983-990, 1985、を参照
： 以後、参考文献１と記す）。 ところで、最小線
幅と並んで上記の様な半導体デバイス製造にとって重要
な要素にいわゆるスループットがある。このスループッ
トに関与する要因としては、光源の発光強度、照明系の
効率、反射系に使用する反射鏡の反射率、ウェハ上の感
光材料・レジストの感度等がある。現在、光源として
は、ＡｒＦレーザー、Ｆ２レーザー、更に短波長光の光
源としてシンクロトロン放射光やレーザープラズマ光が
開発されており、反射鏡に関しても、反射率を上げる多
層膜からなる反射鏡の開発も急ピッチで行われ、実用化
のレベルに近い（詳細は前述の参考文献１、及び、Andr
ew M. Hawryluk et al ;“Soft x-ray beamsplittersan
d highly dispersive multilayer mirrors for use as
soft x-ray laser cavity component”, SPIE Vol. 688
Multilayer Structure and Laboratory X-ray Laser
Research (1986) P.81-90 及び、特開昭 ６３−３１２
６４０を参照： 以後、参考文献２と記す）。さて、照
明系の技術開発であるが、要求される、一様照明性や開
口数を実現する技術に関しては、例えば特開昭６０ー２
３２５５２号公報に矩形形状の照明領域を対象とした技
術が提案されている。しかし、上記投影系の様に投影光
学系の視野が円弧上である場合、照明視野が矩形形状で
は光の利用効率が悪く、どうしても露光時間を短縮出来
ず、従って、スループットが上がらなかった。最近、こ
の問題を解決する方法として、投影光学系の有する光学
視野に合わせて照明視野を設定し、これによって照明効
率を上げ、スループットの問題を解決する方法が特願平
１０ー０４７４００に提案されている。この技術を図５
を基に簡単に説明する。図５は投影露光装置の概要図で
あり、光源１より出た光は提案になる多光源形成反射反
射鏡２、コンデンサー光学素子３及び反射鏡４を経てマ
スクステージ５ｓ上に保持されたマスク５を照明する。
マスク５には、ウェハステージ７ｓ上に保持されたウェ
ハ上に描くべきパターンが反射体図形として形成されて
いる。マスク上のパターンは２、３、４からなる反射型
照明光学装置によって照明され、６ａ、６ｂ、６ｃ、６
ｄからなる投影光学装置６を通じてウェハ７上に投影さ
れる。この時投影光学装置の光学視野は製作すべきデバ
イスチップ全体をカバー出来るほど広くはなく、マスク
５とウェハ７を同期させて相対的に移動（スキャン）さ
せながら露光を行うことによってチップ全体のパターン
をウェハ上に形成する。このために、ステージの移動量
を制御する、レーザー干渉距離計を含むマスクステージ
コントローラ８とウェハステージコントローラ９が備わ
っている。（このスキャンを伴う露光方式に関しては先
の参考文献１を参照）。この際のポイントは、多光源形
成反射鏡２をひとつ又は複数の微小な基本反射面の繰り
返し配列により反射鏡を構成することであり、その基本
反射面の外形状を投影光学装置の光学視野形状と相似形
にすることである。これによって位置Ｐ２に多数の点光
源像Ｉがほぼ円形状に形成され、これがコンデンサー光
学素子によって必要な照明視野を形成する。上記のよう
な技術を用いると、マスク上の照明すべき領域を無駄無
く一様に照明出来、露光時間の短縮が可能になって、高
いスループットを有する半導体露光装置の実現が可能に
なる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の様な、円弧状の
照明視野を有する反射型照明光学装置用の多光源形成反
射鏡、及びその基本反射面を実際に設計した結果を図
６、７を用いて説明する。図６（ａ）に示すように、こ
の多光源形成鏡は、３種類の基本反射面（Ａ１、Ｂ１、
Ｃ１）から構成されている。すなわち、図６（ａ）の多
光源形成反射鏡の各列は、各基本反射面がＡ１、Ｂ１、
Ｃ１、…の順に配列されている。図７（ａ），（ｂ），
（ｃ）には、各基本反射面の形状を示す。これらの図に
示すように各基本反射面は、曲率半径Ｒの凹の球面４１
に、図６（ｂ）に示すようなＹＺ面に平行な円弧状帯
（平均半径がＺｈの円の円弧状帯）を投影した形状にな
っている。この時投影する円弧の円の中心を球面の中心
軸に合わせた場合の投影像がＡ１であり、円弧の中心を
球面の軸に垂直にＹｈだけずらせた場合の投影像がＢ
１、Ｃ１である。この投影像形状を切り出して基本反射
面とする。いずれも、ほぼ円弧状になる。少なくともＸ
方向より見れば完全な円弧状である。そしてＢ１，Ｃ１
をそれぞれＹ軸方向に平行移動してＡ１と組み合わせて
いく。このようにして出来た反射鏡に例えばＸ方向より
平行光線を入射させるとＡ１による点像が球面４１の焦
点に、Ｂ１による点像が焦点よりＹｈだけ横すれして、
Ｃ１による点像が焦点よりーＹｈだけ横ずれして形成さ
れる。ここで、例えば、基本反射面の、好適な実用的な
設計解としては、凹球面の曲率半径Ｒは１６０〜２００
ｍｍ、Ｚｈは４．５〜５．５ｍｍ、円弧の幅（円弧状帯
の幅）は０．３〜２ｍｍ、円弧の長さは４．５〜５．５
ｍｍ、Ｙｈは約 ２．３〜２．７mm となり、更に表面粗
さがＲｒｍｓ＜０．３ｎｍである。

【０００４】ところで、この様な多光源形成反射鏡を加
工する場合、その表面粗さの観点や面形状の加工精度か
ら考えて、まず、被加工物を第１の所定の曲面に仕上げ
ておき、その曲面の所定の位置より基本反射面を切り出
している。例えば、基板用の被加工物に、アルミ合金を
用い、図１に示すように、被加工物１１３をワークホル
ダ１１４に保持して回転させ、バイトホルダ１１１によ
って保持されたダイヤモンドバイト１１２を使ったＮＣ
切削加工機により第１の所定の曲面に形状創成する。こ
の後加工面を図２に示すように、被加工物をワークホル
ダ１１５に保持して回転させ、研磨皿１１６に貼り付け
られたポリシャ１１７を揺動軸を揺動させて研磨するこ
とによって必要となる表面粗さＲｒｍｓ＜０．３ｎｍを
満足させる。次に、本被加工物の一部を図８に示すよう
なワイヤ放電加工機により切り出し、これを張り合わせ
ることによって、図６のような複雑な形状を基本反射面
を有する多光源形成反射鏡を加工することができる。
しかしながら、このように材料としてアルミニュウムの
ような、切削が容易な金属材料を使用して加工しても、
ワイヤー放電加工機によって、その曲面より所定の円弧
状の反射要素素子を切り出すには膨大な時間が掛かり加
工コストが莫大になる。また、切り出す平行プレートが
薄いために切り出し中に、また切り出し後に変形してし
まい、正しい形状に修正する必要があった。それゆえ、
前記の照明装置を高精度に、安価に製造することが難し
かった。

【０００５】そこで、本発明はこのような課題を解決す
るべく考案したものであり、設計通りの反射面形状を有
する多光源形成反射鏡を歩留まり良く製造できる製造方
法を提供することを第１の目的にし、更には、よりスル
ープットの高い半導体露光装置を得ることを第２の目的
にしている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、第１の手段として、第１の所定の曲
面の一部を面形状とする基本反射面を繰り返し配置して
なる多光源形成反射鏡を製造する場合、該基本反射鏡の
基材となる金属又は樹脂のブロックを被加工物として用
意し、 該被加工物を第２の所定の曲面を有し、かつ所
定の表面粗さ以下になるように加工し、形成された第２
の所定の曲面の一部を平行プレート状に切り出し、該平
行プレートをＵ字型に変形させ、これを多数所定の条件
に組み上げるようにした。これによって、薄い形状のプ
レートが若干変形しても正しい形状に必然的に修正され
るし、平行プレートを切り出すのであるから、加工機と
して、切断機（例えば、フライスカッタ）を用いること
が出来て、高速加工が可能になる。請求項１での、第１
の所定の曲面は照明系の設計値より決められるものであ
り、第２の所定の曲面は、それほど精度が要求されない
場合には第１の曲面と同じでよい。

【０００７】第２の手段として、第１の手段を実施する
際に、切り出された平行プレートがＵ字型に変形された
後で前記第１の所定の曲面になるように、被加工物を第
２の所定の曲面に仕上げるようにした。 これによっ
て、面精度が設計値通りである基本反射面が得られれ、
精度の良い、安価な多光源形成反射鏡が得られる。

【０００８】第３の手段として、複数の反射鏡からなる
反射型照明装置に上記第１〜２の手段によって製造され
た多光源形成反射鏡を有するようにした。これによっ
て、反射型照明装置の光利用効率が良くなり、コストも
低減される。第４の手段として、光源、マスクを保持し
て移動するマスクステージ、該マスクを照明する照明装
置、該マスク上ののパターンをウェハ上に投影する投影
光学装置、ウェハを保持して移動させるウェハステージ
を有する半導体露光装置に、上記第３の手段で得られた
反射型照明装置を用い、その反射型照明装置の多光源形
成反射鏡が有する基本反射面が前記投影光学装置の光学
視野と相似形であるようにした。これによって、露光装
置として、照明系と投影系の光学視野を合わせる事が出
来、従って、光利用効率が各段に向上してスループット
の高い半導体露光装置が得られる。

【０００９】第５の手段として、第４の手段で得られる
半導体露光装置に、投影光学装置が複数の反射鏡からな
る反射型投影光学装置を用い、かつ投影光学装置の光学
視野が円弧状であるようにした。これによって、１５７
ｎｍの波長を有するＦ２レーザーや軟Ｘ線を利用する半
導体露光装置が得られる。なお、円弧状の投影系視野の
利用は、少ない反射鏡数で、広い視野が得られることに
よっている。

【００１０】

【発明の実施の形態】先にも記したように、本発明が対
象とする基本反射鏡は反射面形状の精度が高く、表面粗
さも極力低いものでなければならず、しかも、外寸法的
には極めて薄いものである。これを製作するための本発
明の基本的な考え方は、切り出し工程での変形を修正す
る必要が有るのなら、加工しやすい平行プレート板状に
基本反射鏡を切り出し、切り出し後、所定の形状に変形
させることであり、さらにコストの点でさらに安価な加
工法を得たいと、いうことである。

【００１１】

【実施例】以下に、加工方法の実施例を示す。ここで
は、基本反射面の、切り出すべき凹球面の曲率半径Ｒは
１８０ｍｍ、Ｚｈは５．０ｍｍ、円弧の幅（円弧状帯の
幅）は１．０ｍｍ、円弧の長さは５．０ｍｍ、Ｙｈは約
２．５mm の場合を例にとる。基材用の材料としては無
酸素銅を用いている。

【００１２】まず、第２の所定の曲面の設計を行う。こ
れには、所定の第１の曲面を反射面として有し、かつ円
弧状の長さが５ｍｍで、幅が１．０ｍｍのニッケルを平
行プレートに変形させた時の表面の曲面形状を有限要素
法や差分法等の数値解析によって求め、この曲面を第２
の所定の曲面形状とする。次に、図１のように、被加工
物１１３の無酸素銅のブロック（ワークという）を回転
ワークホルダ１１４に固定し、３次元的に精密に移動可
能な、バイトホルダ１１１に保持されたダイヤモンドバ
イト１１２によって、表面を計算で求めた第２の所定の
曲面形状に仕上げる。研削された表面を図２に示すよう
に研磨することによって、所定の表面粗さ以下の反射面
を得る。研磨終了後、図３のように、フライスカッタ３
１３によって、反射鏡前駆体３１２が切り出される。こ
の反射鏡前駆体を図４のように、図示しない、半径５ｍ
ｍの円筒形の加工補助具（金型）に押し当てて塑性変形
させる、いわゆるプレス加工によって、円弧状の外形を
有する基本反射鏡を得る。なお、基材の弾性変形領域の
ままで使用できるが、その場合、光学素子の両端面に拘
束が必要である。

【００１３】この様に出来あがった基本反射鏡を所定の
配置に組み上げると、図６のような複雑な形状を基本反
射面を有する多光源形成反射鏡を加工することができ
る。この切り出された基本反射鏡の組み上げは、図９
（ａ）のように、基本反射鏡２００の裏面に作りつけた
調整用の部材（ｘ１、ｙ１、ｚ１の基準面）２０１を同
図（ｂ）の多光源形成反射鏡基盤２０２に設けた基準部
材（ｘ２、ｙ２、ｚ２の基準面）２０３にはめ合わせる
ことによって容易に行える。

【００１４】また、このように加工した面に対して、反
射率を上げるために、Ｆ２レーザーを光源に使用する時
のために、アルミニュウム薄膜を約１００ｎｍの厚さに
蒸着によって形成し、さらにその上に同一真空層内にて
酸化防止と反射率の維持の観点よりＭｇＦ２を数十ｎｍ
の厚さに蒸着により形成した。また、軟Ｘ線領域の光
（電磁波）を使用する時のためには、ＳｉとＭｏの多層
膜による反射鏡（前述の参考文献、１、２を参照）を形
成した。また、前記の反射鏡前駆体の切り出しには放電
ワイヤ加工法を用いても良い。

【００１５】また、ＰＭＭＡやＰＣなどの樹脂を反射鏡
の材料として用いる場合には、切り出した反射鏡前駆体
に加熱した金型を押し当てて塑性変形させるようにす
る。これにより、反射鏡前駆体を容易に、且つ正確に塑
性変形させることが出来る。上記多光源形成反射鏡を半
導体露光装置に組み込むには、図５のように構成すれば
良い。

【００１６】以上のように本実施例では、球面の１部分
である要素光学素子Ａ１、Ｂ１、Ｃ１から構成される光
学素子の加工方法を示した。しかし、本発明で加工でき
る光学素子はこれに限られない。たとえば、基本反射鏡
の種類は、３種類よりも多くても、少なくても良い。ま
た、基本反射鏡は非球面の１部分であっても良い。

【００１７】

【発明の効果】上述のように、本発明によって提供され
る加工方法により、多数の基本反射面からなる複雑形状
の光学素子を高精度かつ高い加工効率で製造できる。ま
た本製造方法により得られた光学素子は、半導体デバイ
ス製造装置用の照明装置に好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の研削図

【図２】本発明の実施例の研磨図

【図３】本発明の実施例の切り出し法

【図４】本発明に係る光学素子の形成法

【図５】本発明に係る投影光学系

【図６】本発明に係わる多光源形成反射鏡

【図７】本発明に係わる基本反射面の形状

【図８】反射面の切り出し

【図９】組み上げ調整部材

【符号の説明】

１ ・・・・・ 光源 ２ ・・・・・ 多光源形成反射鏡 ３ ・・・・・ コンデンサー光学系 ４ ・・・・・ 反射鏡 ５ ・・・・・ マスク、 ５ｓ ・・・・・ マ
スクステージ ６ ・・・・・ 投影光学装置 ７ ・・・・・ ウェハ、 ７ｓ ・・・・・
ウェハステージ ８ ・・・・・ マスクステージコントローラ ９ ・・・・・ ウェハステージコントローラ ４１ ・・・・・ 基本反射面を切り出す母体となる凹
球面 １１１ ・・・・・ バイトホルダ １１２ ・・・・・ ダイヤモンドバイト １１３ ・・・・・ 被加工物 １１４ ・・・・・ ワークホルダ １１５ ・・・・・ ワークホルダ １１６ ・・・・・ 研磨皿 １１７ ・・・・・ ポリシャ １１８ ・・・・・ 揺動軸 ２００ ・・・・・ 基本反射鏡 ２０１ ・・・・・ 調整部材 ２０２ ・・・・・ 多光源形成反射鏡の基盤 ２０３ ・・・・・ 基準部材 ３１０ ・・・・・ 被加工物 ３１１ ・・・・・ 放電ワイヤ ３１２ ・・・・・ 基本反射面 ３１３ ・・・・・ フライスカッタ ４１０ ・・・・・ 切り出し面 Ａ１、Ｂ１、Ｃ１・基本反射面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の所定の曲面の一部を面形状とする基
   本反射面を繰り返し配置してなる多光源形成反射鏡の製
   造方法であって、該基本反射鏡の基材となる金属又は樹
   脂のブロックを被加工物として用意し、 該被加工物を
   第２の所定の曲面を有してかつ所定の表面粗さ以下にな
   るように加工し、形成された第２の所定の曲面の一部を
   平行プレート状に切り出し、該平行プレートをＵ字型に
   変形させ、これを多数所定の条件に組み上げることを特
   徴とする多光源形成反射鏡の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の製造方法において、切
   り出された平行プレートがＵ字型に変形された後で前記
   第１の所定の曲面になるように、被加工物を第２の所定
   の曲面に仕上げることを特徴とする多光源形成反射鏡。
3. 【請求項３】複数の反射鏡からなる反射型照明装置であ
   って、請求項１〜２のいずれかに記載の製造方法によっ
   て製造された多光源形成反射鏡を有することを特徴とす
   る反射型照明装置。
4. 【請求項４】光源、マスクを保持して移動するマスクス
   テージ、該マスクを照明する照明装置、該マスク上のパ
   ターンをウェハ上に投影する投影光学装置、ウェハを保
   持して移動させるウェハステージを有する半導体露光装
   置であって、請求項３に載の反射型照明装置を有し、該
   反射型照明装置の多光源形成反射鏡が有する基本反射面
   は前記投影光学装置の光学視野と相似形であることを特
   徴とする半導体露光装置。
5. 【請求項５】請求項４記載の半導体露光装置であって、
   該投影光学装置が複数の反射鏡からなる反射型投影光学
   装置であり、かつ該投影光学装置の光学視野が円弧状で
   あることを特徴とする半導体露光装置。