JP2004218047A

JP2004218047A - 光学素子の製造方法

Info

Publication number: JP2004218047A
Application number: JP2003009741A
Authority: JP
Inventors: Tetsuzo Ito; 哲蔵伊藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】蛍石等の光学基板にダメージを与えることなく、成膜直前に光学基板の洗浄を行うこと。
【解決手段】加熱蒸着で加熱された光学基板を実質的に外気に触れさせることなく成膜槽に搬入する工程と、成膜槽内で酸素プラズマを生成し光学基板を洗浄する工程と、成膜槽内の酸素ガスを掃気する工程と、成膜槽内で光学基板に光学薄膜を成膜する工程とを有することを特徴としている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学素子の製造方法に関し、特に真空紫外域で用いる光学素子への光学薄膜の成膜工程に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子のさらなる集積度向上のために、半導体素子の製造工程中のリソグラフィー工程に用いる縮小投影露光装置の高解像力化の要求が高まっている。より高い解像力を実現するために、次世代の露光装置で着目されているのはＦ２レーザーを光源として使用し、波長１５７ｎｍの真空紫外光を露光光として利用するものである。Ｆ２レーザーを光源として利用する露光装置では、この波長領域で十分な透過率を持っている光学素子として蛍石が使用されている。
【０００３】
このような露光装置では、レーザー光源から半導体回路パターンが露光されるウエハまでの間に、数十枚にも及ぶ様々な用途の光学素子が配置されており、これらの光学素子表面にはそれぞれ目的に応じたフッ化物薄膜がコートされている。光学素子やフッ化物薄膜には光吸収があるので、最終的にウエハに到達する光量を十分なものにするために、光学素子及び薄膜の光吸収をできるだけ小さくしなくてはならない。
【０００４】
しかしながら、有機物をはじめとする汚れの吸収・散乱・干渉は短波長になるほど顕著になり、１５７ｎｍの波長においては微小な汚染でレンズの透過率等の光学特性を著しく低下させる。また、付着物を起点として膜のレーザーダメージが発生し、レーザー使用時にその光学特性が著しく劣化していく問題がある。
【０００５】
このような光学素子に付着している有機物などの汚れを効果的に取り除く方法として、紫外線／オゾン洗浄法（特許文献１）やプラズマ洗浄法、または光洗浄方法（特許文献２）がある。これらの方法により、基板に付着した有機物等の汚染を除去できることが確認されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２９３４４２号公報
【特許文献２】
特開２０００−８２８５６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば真空蒸着で成膜を行う場合、成膜前に洗浄していたとしても、真空への排気中や基板の加熱時、及び搬入時に汚れが再付着するという問題がある。このような汚染が付着したまま成膜を行うと、汚染が基板と膜の界面に挟まれてしまうため、吸収損失が増大し光学素子の特性を劣化させる。
【０００８】
成膜直前に基板を洗浄する手法として、可視領域対応の光学薄膜の製法では、蒸着室内にイオンガンを設置しイオンビームを基板に照射して汚染を除去する方法がある。この手法は、アルゴン等のプラズマをイオンガンで照射することにより、基板表面を削り取って洗浄を行うものである。ＳｉＯ２等のガラス基板はダメージが入りにくいので、１００ｅＶ以上の高エネルギーイオンを照射しても光学特性に影響はでないが、蛍石の場合には加熱基板（２５０℃）に高エネルギーをあてるとダメージが入るという問題が指摘されている。特に蛍石表面の化学結合が切られることによって生じるカラーセンターは蛍石の吸収率増大の原因になる。これによって紫外領域における光学吸収損失が増大し、透過率が著しく劣化する。よって蛍石基板においては、可視領域用の光学素子で利用されているこの方法をそのまま適用することはできない。
【０００９】
本発明はこのような従来例を鑑みなされたもので、光学基板にダメージを与えることなく成膜直前に光学基板の洗浄を行うことができる光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光学素子の製造方法は、加熱槽で加熱された光学基板を実質的に外気に触れさせることなく成膜槽に搬入する工程と、成膜槽内で酸素プラズマを生成し光学基板を洗浄する工程と、成膜槽内の酸素ガスを掃気する工程と、成膜槽内で光学基板に光学薄膜を成膜する工程とを有することを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に用いる光学薄膜成膜装置の一実施形態を示す模式図である。この光学薄膜成膜装置は、次の真空チャンバーとプラズマ生成機構からなる。ここでは真空蒸着法を例にとって説明するが、本発明はスパッタリング法などの他の成膜方法にも適用可能である。
【００１２】
加熱用真空チャンバー１４は、その中にフッ化物よりなる光学基板４を固定し、大気圧から１０^−４Ｐａまで減圧し、成膜を行う温度まで基板４を加熱するための加熱槽である。移送用真空チャンバー１３は加熱された基板４を蒸着槽としての蒸着用真空チャンバー１に搬入するための移載槽である。
【００１３】
蒸着用真空チャンバー１は、その中に、蒸着物質３を入れる蒸着ボート２と基板４を固定して回転させるホルダー５が備えられている。また、蒸着用真空チャンバー１内には、プラズマ生成機構としてのイオンガン６及びニュートラライザー７も設けられている。更に蒸着用真空チャンバー１には排気ポンプ１２が接続されている。
【００１４】
イオンガン６には、ガスボンベ９からマスフローコントローラー１１を介して高純度酸素が導入される。また、イオンガン６への電子の供給及び基板４の中性化を行うニュートラライザー７へは、ガスボンベ８からマスフローコントローラー１０を介してキセノンガスが供給される。酸素ガスやキセノンガスの流量はマスフローで適量に調整できる。
【００１５】
ニュートラライザー７にキセノンガスを使用する理由は、イオン化エネルギーが比較的低いために、高電圧をかけずに効率よく電子を供給できるからであるが、このガスはキセノンに限定されるものではなく、例えばクリプトンやラドン等のイオン化電圧の低い他のガスを使用してもよい。
【００１６】
本発明の特徴である光学基板の成膜直前の洗浄方法について図２のフローチャートに基づいて説明する。
【００１７】
まず、基板４をプラズマ洗浄、ないしはＵＶオゾン洗浄して表面を洗浄した後、加熱用真空チャンバー１４内でホルダーに固定する。加熱用真空チャンバー１４を１０^−４Ｐａとなるまで排気した後、基板４を成膜する温度（例えば２５０℃）まで加熱する（ステップＳ１）。
【００１８】
次に基板４を移送用真空チャンバー１３を通して、蒸着用真空チャンバー１に搬入し、ホルダー５に固定する（ステップＳ２）。この加熱時や搬入時に有機物等の汚染が基板４に再付着すると考えられる。
【００１９】
マスフローコントローラー１１を介してイオンガン６に酸素ガス約８０ｓｃｃｍを導入し、電圧約２０Ｖをかける。この時点では電子が供給されていないため、プラズマは発生しない。次にマスフローコントローラー１０を介してニュートラライザー７にキセノンガスを３５ｓｃｃｍ導入する。そして電圧をかけることで、キセノンプラズマ、並びに大量の電子がニュートラライザー７の先端から発生し、これがイオンガン６に引き込まれることで、酸素プラズマの放電が起こる。この際、ホルダー５を回転させ酸素プラズマが均等に基板４に照射されるようにする。この酸素プラズマ及び混在する活性酸素で基板４を再洗浄し、有機物等による汚染を除去する（ステップＳ３）。
【００２０】
なおニュートラライザー７から発生した電子は、蒸着用真空チャンバー１全体にも放出され、基板４が過剰に電荷を帯びることを防ぐ役割も果たす。イオンガン６やニュートラライザー７によって導入されたガスは排気ポンプ１２によって排気されていくので、酸素プラズマ放電時の蒸着用真空チャンバー１の圧力は約１０^−２Ｐａ程度である。
【００２１】
酸素プラズマを（２０Ｖで３０秒）放射したのちに、イオンガンへの加電圧を切り、プラズマ照射を止める。このように酸素プラズマのエネルギーを極力小さくすると共に、プラズマ照射時間も短くし、蛍石よりなる基板４にほぼダメージを与えることなく有機物汚染を除去している。その後酸素ガスを止め、キセノンガスはニュートラライザーの穴がふさがってしまうのを防ぐためと、酸素ガスを蒸着用真空チャンバー１から追い出すために、１５ｓｃｃｍで約３分間流したのちに止める（ステップＳ４）。
【００２２】
蒸着用真空チャンバー１の真空度は約３０分程度で回復するが、蒸着時に真空紫外領域で吸収原因となる酸素が蒸着用真空チャンバー１内に残っていると吸収の大きな薄膜になるので、約１時間はそのまま放置する。
【００２３】
その後、蒸着ボート２に置かれたフッ素化合物からなる蒸着材料３を加熱蒸発させる（ステップＳ５）。
【００２４】
本実施形態で説明した成膜装置を用いて、酸素プラズマ及び活性酸素により成膜直前に基板の洗浄を行うことで、成膜直前に基板の汚染を除去することができる。これにより、低吸収で光学特性に優れた真空紫外波長領域対応の光学薄膜を作製することができる。特に膜と基板の界面の汚染を除去していることから、レーザー耐久に優れた特性をもつ光学薄膜が作製できる。
【００２５】
【実施例】
上記の成膜装置を用いて成膜直前に基板洗浄を行って、実際に作製した反射防止膜の具体的な実施例について以下に説明する。
【００２６】
本実施例では、蛍石よりなる基板４をプラズマ洗浄を行った後、加熱用真空チャンバー１４にその基板４を固定して１０^−４Ｐａまで排気し、基板４を２５０℃に加熱して蒸着用真空チャンバー１に搬送しホルダー５に固定した。
【００２７】
次いで酸素ガス８０ｓｃｃｍをイオンガン６から放出し、キセノンガスをニュートラライザー７に３５ｓｃｃｍ供給して酸素プラズマを放電させる。酸素プラズマは約３０秒基板４に照射し、ガスを止めて１時間放置した。
【００２８】
次にボート２に準備してある蒸着物質３をフッ化ガドリニュウム、フッ化マグネシュウムの順番で、１５７ｎｍで反射率が最低になるように設計された膜厚で反射防止膜の成膜を行った。成膜速度は２Å／ｓで行った。
【００２９】
この成膜前洗浄を行った成膜方法で得られた反射防止膜は、波長１５７ｎｍにおいて約９７％の透過率であった。成膜前洗浄を行わない反射防止膜の透過率は約９６％であったので、約１％透過率が上昇している。２５０℃において基板を蒸着室に入れると約１％の汚染が確認されていたことから、これらの結果より、再付着した汚染がほぼ除去できたと考えることができる。
【００３０】
以下に本発明の実施態様について羅列する。
（態様１）加熱槽で加熱された光学基板を実質的に外気に触れさせることなく成膜槽に搬入する工程と、該成膜槽内で酸素プラズマを生成し、前記光学基板を洗浄する工程と、前記成膜槽内の酸素ガスを掃気する工程と、前記成膜槽内で前記光学基板に光学薄膜を成膜する工程とを有することを特徴とする光学素子の製造方法。
（態様２）前記光学素子が真空紫外波長領域で用いられる素子であることを特徴とする態様１の光学素子の製造方法。
（態様３）前記光学素子は蛍石で構成されることを特徴とする態様１又は２の光学素子の製造方法。
（態様４）基板を加熱する加熱槽と、前記基板に蒸着を行う蒸着槽と、該蒸着槽に加熱された前記基板を搬入する移載槽と、前記蒸着槽内に活性酸素等を発生させるプラズマ生成機構と、プラズマ生成機構にガスを供給するガス供給機構とを有することを特徴とする光学薄膜成膜装置。
（態様５）前記プラズマ生成機構はプラズマを照射するイオンガンを有し、該イオンガンが前記蒸着槽内に設置されていることを特徴とする態様４の光学薄膜成膜装置。
（態様６）前記プラズマ生成機構によって酸素ガスをプラズマ化することを特徴とする態様４又は５の光学薄膜製膜装置。
（態様７）光学薄膜を成膜された前記基板は真空紫外波長領域で用いられる光学素子であることを特徴とする態様４〜６いずれか１項の光学薄膜製膜装置。
（態様８）前記基板は蛍石で構成されることを特徴とする態様４〜７いずれか１項の光学薄膜成膜装置。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光学素子の製造方法によれば、光学基板にダメージを与えることなく、成膜直前にその基板を洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の成膜装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態の成膜方法のフローチャートである。
【符号の説明】
１蒸着用真空チャンバー（蒸着槽）
２蒸着ボート
３蒸着物質
４基板（光学素子）
５ホルダー
６イオンガン
７ニュートラライザー
８キセノンガスボンベ
９酸素ガスボンベ
１０マスフローコントローラー
１１マスフローコントローラー
１２排気ポンプ
１３移送用真空チャンバー（移載槽）
１４加熱用真空チャンバー（加熱槽）

Claims

加熱槽で加熱された光学基板を実質的に外気に触れさせることなく成膜槽に搬入する工程と、該成膜槽内で酸素プラズマを生成し、前記光学基板を洗浄する工程と、前記成膜槽内の酸素ガスを掃気する工程と、前記成膜槽内で前記光学基板に光学薄膜を成膜する工程とを有することを特徴とする光学素子の製造方法。