JP2003043221A - 反射鏡及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面の形状精度がよく、表面粗さの小さな反
射型インテグレータの製造方法を提供する。 【解決手段】 反射型インテグレータの製造方法におい
て、イオンを基板に衝突させることで基板を加工して表
面形状を形成する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に半導体製造装
置に用いられる反射鏡およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子パターンは年々微細化が進ん
でいる。半導体ウェハの表面に素子パターンを露光する
ための半導体露光装置は、投影光学系の開口数（N.A.：
Numerical Aperture）を大きくすることと、使用する光
源の波長を短かくすることでこの動向に対応してきた。

【０００３】光源の波長が短くなるにつれて使用できる
光学材料は限られてくる。即ち、その波長の光の透過率
が高く、かつ、高精度に加工することが可能な材料は限
られるてくる。例えば、波長193nmのArFエキシマレーザ
ーを光源に用いる場合、使用可能な光学材料は石英と蛍
石に限られる。また、波長157nmのF2レーザーには蛍石
のみが使用可能と考えられている。

【０００４】更に、短い波長の光源を用いる半導体露光
装置の投影光学系としては、現在のところ透過光学系を
採用することは困難と考えられている。従って、このよ
うな短い波長（例えば、軟X線）を採用する場合には反
射光学系を用いることを前提に開発が行なわれている。

【０００５】反射光学系による軟X線用投影光学系とし
ては、複数の反射鏡を組合せることで円弧状の光学視野
（露光領域として使用できる領域）を形成するタイプが
提案されている（例えば、Koichiro Hoh and Hiroshi T
anino; "Feasibility Studyon the Extreme UV/Soft X-
ray Projection-type Lithography", Bulletin of the
Electron-technical Laboratory Vol. 49, No.12, P.98
3-990, 1985 を参照）。

【０００６】また、円弧状の光学視野でマスクを矩形状
に照明する技術に関しては、例えば、特開昭60-232552
号公報に記載されている。しかし、円弧状の光学視野に
より矩形状の照明視野とする方法は、光の利用効率が悪
いため露光時間が長くねるという問題がある。即ち、高
いスループットが実現できない。スループットが高いこ
とは半導体露光装置にとって重要な性能の指標であり、
これは問題である。

【０００７】この問題を解決するため、特開平10-70058
号公報に反射型インテグレータが提案された。これは、
図１０に示したような波状の反射面を有する全反射ミラ
ーで、これにより線分状の２次光源の虚像を複数形成し
て、ケーラー・クリティカル照明とすることにより、マ
スクを円弧状に効率よく照明しようというものである。

【０００８】このような反射面に求められるのは、形状
精度が良好なことと表面が滑らかなことである。表面の
滑らかさは表面粗さのRMS(root mean square)の値で評
価するのが一般的である。ところで、反射型インテグレ
ータを製造する方法としては、ボールエンドミルによる
切削加工によるものが提案されている。この方法は、回
転するボールエンドミルを三次元的に位置制御して被加
工物を切削加工するものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ボールエンド
ミルにより切削加工を行なった面は、切削加工の原理的
な問題として、表面粗さ（例えば、そのRMS値）を所定
の値より小さくすることが難しい。そこで、表面粗さを
小さくするために切削加工後に研磨加工を行なうことが
考えられる。しかし、反射型インテグレータのような複
雑な形状を高精度に研磨加工できるような研磨用ポリッ
シャを作成することは難しく、また、ボールエンドミル
によって良好な形状精度に切削加工した表面を、研磨を
行なうことで低下させてしまうという問題があった。

【００１０】本発明は、上記問題点を解決し、表面の形
状精度がよく、表面粗さの小さな反射型インテグレータ
の製造方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願第１の発明は、反射
型インテグレータの製造方法において、イオンを基板に
衝突させることで基板を加工して表面形状を形成するこ
とを特徴とする。この構成により、表面の形状精度がよ
く、表面粗さの小さな反射型インテグレータの製造が可
能となる。

【００１２】本願第２の発明は、請求項１の反射型イン
テグレータの製造方法において、イオンはプラズマを発
生させることにより得られたものであり、複数の穴を設
けた電極に電圧を印加することにより、イオンを穴から
引出して基板に衝突させることを特徴とする。

【００１３】本願第３の発明は、請求項２の反射型イン
テグレータの製造方法において、電極は、複数の互いに
平行な導体からなることを特徴とする。本願第４の発明
は、請求項３の反射型インテグレータの製造方法におい
て、複数の互いに平行な導体は、各々平板であることを
特徴とする。

【００１４】本願第５の発明は、請求項２、３、及び４
の反射型インテグレータの製造方法において、電極に設
けられた複数の穴は、各々スリット状の形状であること
を特徴とする。本願第６の発明は、請求項２、３、及び
４の反射型インテグレータの製造方法において、電極に
設けられた複数の穴は、各々円形または楕円形であり、
イオンを基板に衝突させる際には、基板を移動させるこ
とを特徴とする。

【００１５】本願第７の発明は、請求項５の反射型イン
テグレータの製造方法において、複数のスリット状の穴
は等間隔に形成されていることを特徴とする。本願第８
の発明は、請求項６の反射型インテグレータの製造方法
において、複数の円形または楕円形の穴は等間隔に形成
されていることを特徴とする。

【００１６】本願第９の発明は、請求項１の反射型イン
テグレータの製造方法において、基板にイオンを衝突さ
せる工程に先立って、基板表面に、フォトレジストを塗
布した後、フォトレジストを所定のパターンに露光し、
更に、フォトレジストを現像することでフォトレジスト
面に凹凸パターンを形成することを特徴とする。

【００１７】本願第１０の発明は、請求項９の反射型イ
ンテグレータの製造方法において、フォトレジストはポ
ジ型のフォトレジストであることを特徴とする。本願第
１１の発明は、請求項９の反射型インテグレータの製造
方法において、フォトレジストにフォトマスクを通して
光を照射することで、フォトレジストを所定のパターン
に露光することを特徴とする。

【００１８】本願第１２の発明は、請求項９の反射型イ
ンテグレータの製造方法において、イオンを衝突させる
工程は、アルゴンと酸素の存在する雰囲気中で、前記凹
凸パターンを形成した前記フォトレジスト面に前記イオ
ンを衝突させながら反応性イオンエッチングを行なうこ
とで、基板表面に凹凸パターンを形成することを特徴と
する。

【００１９】

【発明の実施の形態】反射型インテグレータの表面は断
面形状が正弦波状の波形である。振幅、即ち波形凹凸の
高さは数μm〜数百μm、ピッチは数百μm〜数十mmであ
る。反射型インテグレータ本体の幅（Y方向）は数mm〜
数十mmである。

【００２０】本発明では、チャンバー内に導入した加工
用ガス（加工ガス）をイオン化し、それを被加工物表面
に衝突させてその衝撃力により微細加工を行なう。即
ち、イオンエッチングを行なう。加工用ガスとしては反
応性ガスを用いてもよいし、あるいは、加工用ガスに反
応性ガスを混入して用いてもよい。

【００２１】被加工物としてアモルファス材料を用いる
と、加工した被加工物の表面粗さは良好となる。従っ
て、反射型インテグレータの材料としては、一般のガラ
ス、石英ガラス、低膨張ガラス（ULE）、アモルファスS
iC、その他各種アモルファス材料が好適である。

【００２２】以下、実施例により、本発明の反射型イン
テグレータの製造方法について説明するが、本発明はこ
れに限られるものではない。

【００２３】

【実施例１】図１は、本発明の方法に使用する製造装置
と加工概念を示す。この装置は次のように構成されてい
る。プラズマイオンを発生させるためのプラズマイオン
発生室1と加工チャンバー2で一つのチャンバーを構成し
ている。プラズマイオン発生室1の外側には発生したプ
ラズマイオンを保持しておくための電磁石3が配置され
ている。プラズマイオン発生室1と加工チャンバー2の間
には、プラズマイオン発生室1からイオンを放出させる
ための平行平板電極8が配置されている。平行平板電極8
は２枚の平行平板に複数のスリット状の穴があけられた
もので、この２枚の平行平板にイオン加速電源9により
電圧が印加されることでプラズマイオン発生室1からイ
オンを放出させる。また、プラズマイオン発生室1には
プラズマイオンにマイクロ波を印加するための高周波電
源（不図示）、加工ガス供給系5が接続されている。加
工チャンバー2には排気系10が接続されており、プラズ
マイオン発生室1と加工チャンバー2内の空気を排気す
る。被加工物（基板）は加工チャンバー2内にセットさ
れる。

【００２４】このような構成の装置を用いて、次のよう
に加工を行なう。まず、加工チャンバー2内に被加工物
として25mm×250mm×6mmの石英ガラス基板をセットした
後、排気系10によりプラズマイオン発生室1と加工チャ
ンバー2を一旦1×10^-5 Paまで排気する。

【００２５】次に、加工ガスとしてArガスを5×10^-3 Pa
程度まで導入し、この状態で電磁石3によりプラズマイ
オン発生室1内に875Gの磁場を発生させる。これによ
り、プラズマイオン発生室1内には加工ガスのプラズマ
イオンが発生する。更に、高周波電源により2.45GHzの
マイクロ波をプラズマに印加し、同時に平行平板電極8
にイオン加速電源により1.5 KeVの電圧を印加する。

【００２６】これにより、プラズマイオン発生室1に発
生した加工ガスイオンは加速されて平行平板電極8を通
して加工チャンバー2内に放出され、被加工物に衝突し
てその表面を微細に破壊する。それにより加工物表面は
加工される。平行平板電極8について更に詳しく説明す
る。平行平板電極は標準的には２枚で構成されるが、３
枚構成として各電極に異なった電圧を印可することでよ
り効率よくイオンを放出させてもよい。図２は平行平板
電極の正面図である。電極には複数のスリット状の穴が
平行に設けられている。このスリット状の穴を通じてイ
オンが放出される。スリットの間隔は、製造する反射型
インテグレータの波形のピッチと同じで、ここでは0.28
mmである。スリットの幅は波形のピッチの1/2〜1/4程度
が望ましく、ここでは、0.1mmである。各スリットの長
さは、製造する反射型インテグレータの幅を均一に加工
できるだけの幅が確保できる程度であればよい。

【００２７】上記の複数のスリットを有する平行平板電
極を用いた場合、電極から所定の距離におけるイオン個
数分布は、スリットに対して直角方向（Ａ断面方向）で
は図３に示したようになる。このような分布となる理由
は、平行平板電極のスリット部では加工ガスイオン密度
が高くなるが、イオンは正の電荷を持っているので互い
に反発して発散しながら進む（空間電荷効果）からであ
る。これに対して、スリットに対して平行方向（Ａ断面
方向に直角の方向）ではイオン個数分布は一様である。
イオンによる加工量は被加工物に衝突するイオン個数に
比例するので、加工された面はイオン個数分布に対応し
た形状となる。即ち、石英ガラス基板の表面は図７に示
すような波形状に加工される。

【００２８】なお、プラズマの発生手段としては、通常
のマイクロ波、RF波、DC放電等でも構わない。また、加
工ガスとしては、He、Kr、Xe、N₂等でもよい。また、フ
ッ素系ガス、塩素系ガス等の反応性ガスを上記加工ガス
と併せて用いたり、または、単独に用いることも可能で
ある。この場合は、イオンの衝突による物理的な加工に
加えて化学反応による加工も合わさるので、加工時間を
大幅に短縮できるメリットがある。印加電圧は上記の通
り1.5 KeVとしたが、数十eVから数KeVの範囲が適当であ
る。

【００２９】上記工程により、表面粗さがRMS値で0.12
nmの反射型インテグレータを加工することができる。

【００３０】

【実施例２】実施例１の装置を用いて、実施例１で用い
た平行平板電極の代りに図４に示す平行平板電極を用い
る。即ち、本実施例の平行平板電極は２枚の平行平板に
直径0.1mmの穴が0.28mmピッチで格子状に設けられたも
のである。被加工物サイズは実施例１と同様である。

【００３１】上記の複数の穴を有する平行平板電極を用
いた場合、電極から所定の距離におけるイオン個数分布
は、B断面方向については図５に示すように、また、こ
れとは直角なＣ断面方向については図６に示すようにな
る。このような分布となる理由は、実施例１で説明した
のと同様である。ところで、本実施例では被加工物であ
る石英ガラス基板をＣ断面方向に揺動させるので、被加
工物表面上におけるＣ断面方向イオン個数分布は平均化
されて一様となり、図７に示すようになる。従って、実
施例１と類似の表面形状に石英ガラス基板を加工するこ
とが可能である。また、被加工物の揺動幅を大きくする
ことで幅の大きな反射型インテグレータを加工すること
が可能となる。

【００３２】上記工程により、表面粗さがRMS値で0.12
nmの反射型インテグレータを加工することができる。

【００３３】

【実施例３】図８は、本発明の反射型インテグレータの
製造方法の別の態様を示す概念図である。まず、反射型
インテグレータの材料として、25mm×250mm×6mmの石英
ガラス基板81を用意する。表面を洗浄した後、片面にフ
ォトレジスト82を塗布する。フォトレジストはポジ型を
用い、塗布厚さは4μmとする（図８(a)）。

【００３４】次に、フォトレジスト表面に向けて所定の
ビーム径に絞ったレーザービームを照射する。レーザー
ビームを発生する手段としてはアルゴンイオンレーザー
を用いる。フォトレジストを塗布した石英ガラス基板に
レーザービームを照射する際には、石英ガラス基板をそ
の長辺方向に沿って移動させ、ほぼ端から端まで露光さ
れたところで0.28mm短辺方向に移動させて再び端から端
まで露光し、これを繰り返してフォトレジスト面前面を
ストライプ状に露光する（図８(ｂ)）。

【００３５】次に、現像を行ないフォトレジスト表面に
凹凸パターンを形成する。絞り込んだレーザービームの
強度はほぼガウス分布形状となるため、形成されるパタ
ーンの断面は、正弦波状の波形となる（図８(ｃ)）。次
に、フォトレジスト表面に凹凸パターンが形成された石
英ガラス基板を、イオンエッチング装置内にセットし
て、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行なう。その
結果、石英ガラス基板表面がエッチングされる。エッチ
ング量はフォトレジストの厚さに依存するため、石英ガ
ラス表面にも、正弦波断面を有する凹凸が形成される
（図８(ｄ)）。凹凸の高さは2.5μm、ピッチは0.28mmで
ある。

【００３６】ここで、イオンエッチング工程について詳
しく説明する。図９はイオンエッチング装置の概略を示
す概念図である。この装置は、チャンバー101、排気系1
02、高周波（RF）電源103、電極104、反応性ガス供給系
105、ワーク回転機構106からなる。エッチングを行なう
基板をワーク回転機構106にセットした後、チャンバー1
01内の空気を排気系102により排気する。排気系102とし
ては一般にターボ分子ポンプとクライオポンプを併用す
る。10^-7Pa程度の圧力になるまで排気した後、反応性ガ
ス供給系105により反応性ガスをチャンパー101内に10^-5
Pa程度の圧力で安定するように導入する。反応性ガスは
CHF₃を使うのが一般的である。次に、高周波電源103に
通電することでチャンバー101内の反応性ガスが放電状
態となり基板周辺にプラズマが発生する。この際、基板
は回転機構により回転させておき、基板のエッチング量
が一様になるようにする。所定量のエッチングを行なっ
たら、高周波電源103への通電を停止し、チャンバー101
内を大気圧に戻し、エッチングされた基板を取り出す。
その後、基板を酸処理することで、基板表面に残留して
いるフォトレジストを除去する。

【００３７】上記工程により、表面粗さがRMS値で0.12
nmの反射型インテグレータを加工することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、表
面の形状精度がよく、表面粗さの小さな反射型インテグ
レータの製造方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１及び実施例２に用いる製造
装置の概念図である。

【図２】 本発明の実施例１に用いる平行平板電極の概
念図である。

【図３】 スリットに対して直角方向（A断面方向）の
イオン個数分布を表す説明図である。

【図４】 本発明の実施例２に用いる平行平板電極の概
念図である。

【図５】 複数の穴を有する平行平板電極から所定の距
離におけるB断面方向のイオン個数分布を示す概念図で
ある。

【図６】 複数の穴を有する平行平板電極から所定の距
離におけるB断面方向とは直角のＣ断面方向のイオン個
数分布を示す概念図である。

【図７】 反射型インテグレータの斜視図である。

【図８】 本発明の反射型インテグレータの製造方法を
示す概念図である。

【図９】 イオンエッチング装置の概略を示す概念図で
ある。

【図１０】 波状の反射面を有する全反射ミラーの斜視
図である。

フロントページの続き (72)発明者 木村 幸泰 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 Ｆターム(参考） 2H042 BA04 BA15 BA16 DA12 DB08 DC08 DC11 DD05 DE04

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反射型インテグレータの製造方法におい
   て、 イオンを基板に衝突させることで基板を加工して表面形
   状を形成することを特徴とする反射型インテグレータの
   製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１の反射型インテグレータの製造
   方法において、 前記イオンはプラズマを発生させることにより得られた
   ものであり、複数の穴を設けた電極に電圧を印加するこ
   とにより、前記イオンを前記穴から引出して前記基板に
   衝突させることを特徴とする反射型インテグレータの製
   造方法。
3. 【請求項３】 請求項２の反射型インテグレータの製造
   方法において、 前記電極は、複数の互いに平行な導体からなることを特
   徴とする反射型インテグレータの製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３の反射型インテグレータの製造
   方法において、 前記複数の互いに平行な導体は、各々平板であることを
   特徴とする反射型インテグレータの製造方法。
5. 【請求項５】 請求項２、３、及び４の反射型インテグ
   レータの製造方法において、 前記電極に設けられた複数の穴は、各々スリット状の形
   状であることを特徴とする反射型インテグレータの製造
   方法。
6. 【請求項６】 請求項２、３、及び４の反射型インテグ
   レータの製造方法において、 前記電極に設けられた複数の穴は、各々円形または楕円
   形であり、前記イオンを前記基板に衝突させる際には、
   前記基板を移動させることを特徴とする反射型インテグ
   レータの製造方法。
7. 【請求項７】 請求項５の反射型インテグレータの製造
   方法において、 前記複数のスリット状の穴は等間隔に形成されているこ
   とを特徴とする反射型インテグレータの製造方法。
8. 【請求項８】 請求項６の反射型インテグレータの製造
   方法において、 前記複数の円形または楕円形の穴は等間隔に形成されて
   いることを特徴とする反射型インテグレータの製造方
   法。
9. 【請求項９】 請求項１の反射型インテグレータの製造
   方法において、 前記基板に前記イオンを衝突させる工程に先立って、前
   記基板表面に、フォトレジストを塗布した後、前記フォ
   トレジストを所定のパターンに露光し、更に、前記フォ
   トレジストを現像することで前記フォトレジスト面に凹
   凸パターンを形成することを特徴とする反射型インテグ
   レータの製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項９の反射型インテグレータの製
    造方法において、 前記フォトレジストはポジ型のフォトレジストであるこ
    とを特徴とする反射型インテグレータの製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項９の反射型インテグレータの製
    造方法において、 前記フォトレジストにフォトマスクを通して光を照射す
    ることで、前記フォトレジストを所定のパターンに露光
    することを特徴とする反射型インテグレータの製造方
    法。
12. 【請求項１２】 請求項９の反射型インテグレータの製
    造方法において、 前記イオンを衝突させる工程は、アルゴンと酸素が存在
    する雰囲気中で、前記凹凸パターンを形成した前記フォ
    トレジスト面に前記イオンを衝突させながら反応性イオ
    ンエッチングを行なうことで、前記基板表面に凹凸パタ
    ーンを形成することを特徴とする反射型インテグレータ
    の製造方法。