JP2005019485A - 光学素子の形状修正方法、光学素子及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体露光装置等に用いられる光学素子の形状の修正を容易に行うことのできる光学素子の形状修正方法等を提供する。
【解決手段】多層膜反射鏡１０は、高精度に研磨された基板１の上面に多層膜２が成膜されたものである。基板１の非光学機能面１０ｂの図中下方には、成膜機構５が配置されている。成膜機構５は、ミラー１０の非光学機能面１０ｂに向けて、イオンスパッタリングにより、膜原料物質４（図中矢印）を飛散・堆積させて薄膜３を形成する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子の形状を修正して、同光学素子の光学的特性を容易な方法で改善することのできる光学素子の形状修正方法等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体リソグラフィ等に用いられる露光装置内には、種々の光学素子が設置される。このような光学素子には、収差等の影響による解像度の低下を防ぐため、高い形状精度が要求される。
【０００３】
このような光学素子の一つにミラーがある。ＥＵＶ露光装置に用いられるミラーとしては、ミラーの基板表面に反射多層膜が成膜されたものが用いられる。この反射多層膜は、屈折率の異なる２種類以上の物質を、光学的干渉理論に基づいて膜厚を調整しながら成膜したものである。
【０００４】
上述のような多層膜は、通常は内部応力を有しているため、ミラー基板に変形が生じ、ミラーの光学性能に影響を及ぼす。この問題に対処する方法の例としては、以下の２つを挙げることができる。
一つ目は、多層膜の構成数を制限して、膜全体としての膜応力を抑える方法である。しかしながら、この方法によると、照明光の伝達効率が低下するという問題がある。
【０００５】
二つ目の方法においては、まず、あらかじめミラー基板上に多層膜を成膜して、ミラーの形状を計測しておき、多層膜をミラー基板から剥離する。次に、多層膜を再成膜した際に所望のミラー形状が得られるように、上記の計測結果に基づいてミラーを修正研磨する。そして、同様の多層膜を再成膜することにより、ミラーの形状精度の劣化を抑える。
しかしながら、この方法によると、全工程が完了するまでに非常に長い時間を要する。さらに、全く同様の多層膜を再成膜することは困難なので、再成膜された多層膜の製造誤差等の要因で、多層膜の応力による変形が再現できず、所期の効果が得られない可能性がある。このような場合には、所望のミラー形状が得られるまで、上記の工程を繰り返すことになるためコストがかかる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の点に鑑み、本発明は、半導体露光装置等に用いられる光学素子の形状の修正を容易に行うことのできる光学素子の形状修正方法等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】
以上の課題を解決するため、本発明の光学素子の形状修正方法は、光学素子の非光学機能面（裏面）に内部応力を有する薄膜を形成し、該薄膜の内部応力（膜応力）の作用を利用して光学素子に変形を生じさせ、これにより該光学素子の光学機能面の形状を修正することを特徴とする。
例えば、上述のような多層膜反射ミラーの場合、ミラー基板に内部応力を有する多層膜を成膜するとミラーが変形する。このときの変形の量は、ミラー基板の厚さやミラー基板表面の曲率、形成される多層膜の構成等によって異なるため、多層膜を成膜する前にミラーの変形量を予測することは非常に困難である。
本発明によれば、光学素子を作製した後に、同光学素子の光学的特性を測定して、非光学機能面（同光学素子の、光の伝達に関与しない部位）に内部応力を有する薄膜を形成して、同光学素子の形状を修正することにより、光学素子の光学的特性を高めることができる。
【０００８】
上記の光学素子の形状修正方法においては、前記薄膜の厚さを任意に調整して所望の光学機能面形状を得ることが好ましい。
光学素子の形状誤差に応じて、非光学機能面に成膜される薄膜を、各部分ごとに最適な厚さに成膜あるいは研磨することで、薄膜を成膜したときに生じる回転対称な膜厚分布に起因する、薄膜の応力だけでは修正することのできない、光学素子の局所的な光学機能面の形状精度の低下についても修正することができる。
【０００９】
また、上記の光学素子の形状修正方法においては、前記光学素子が基板、及び、該基板表面に成膜された反射多層膜を有するミラーであってもよい。
【００１０】
上記の光学素子の形状修正方法においては、前記光学素子の光学機能面の光学的特性を計測しながら、光学素子の形状の修正具合を制御することが好ましい。この場合、光学素子の変形を相殺するために、光学素子の非光学機能面側に形成する薄膜の厚さを、同光学素子の変形量に応じて各部分ごとに調整する際に、光学素子の光学機能面側の形状又は波面等の光学的特性の修正状況を計測しながら、薄膜膜厚の加工量（成膜膜厚あるいは研磨膜厚）をほぼリアルタイムで制御することができるので、光学素子の形状精度の修正を精度よく行うことができる。
【００１１】
本発明の光学素子は、非光学機能面（裏面）に内部応力を有する薄膜が形成されており、該薄膜の内部応力（膜応力）の作用を利用して、光学機能面の形状が修正されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の露光装置は、エネルギー線を感応基板に選択的に照射してパターンを形成する露光装置であって、上記の光学素子を具備することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光学素子の形状修正方法を示す図である。
図１に示す多層膜反射鏡１０は、高精度に研磨された基板１の図における上面に多層膜２が成膜されたものである（以下の説明においては、多層膜２の成膜されている面を光学機能面（光学素子（ミラー）の、光の伝達に関与する部位）１０ａという）。基板１は熱膨張率の小さいガラス製であり、多層膜２はモリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）が交互に５０層対積層されたものである。
【００１４】
基板１の図における下面（多層膜のない面、以下の説明においては、非光学機能面（光学素子（ミラー）の、光の伝達に関与しない部位）１０ｂという）の下方には、成膜機構５が配置されている。成膜機構５は、ミラー１０の非光学機能面１０ｂに向けて、イオンスパッタリングにより、膜原料物質４（図中矢印）を飛散・堆積させて薄膜３を成膜する。薄膜３（膜原料物質４）としては、多層膜２と同じ材料（モリブデンやシリコン等）を用いることができる。
【００１５】
本実施形態においては、薄膜３を成膜する際に膜厚分布制御板７を用いてもよい。
図２は、膜厚分布制御板を示す平面図である。
膜厚分布制御板７は、遮蔽部７ａと開口部７ｂとをそれぞれ２つずつ有しており、中心ＣＰに対して点対称となっている。開口部７ｂは、中心ＣＰから伸びる直線７１及び曲線７２と、中心ＣＰ回りの弧７３とに囲まれた略扇形である。
この膜厚分布制御板７は、ミラー１０の非光学機能面１０ｂの近傍（図１参照）に配置される。そして、膜厚分布制御板７を回転軸ＡＸ（中心ＣＰを通る）回りに回転させながら（あるいはミラー１０を回転させながら）、開口部７ｂを通過した膜原料物質４をミラー１０の非光学機能面１０ｂに堆積させて薄膜３を成膜する。この際、開口部７ｂの形状を調整することで、薄膜３の膜厚の周方向分布を制御する。
【００１６】
以下に、本発明の第１の実施形態に係る光学素子の修正方法について、図１及び図５（Ａ）を参照しながら説明する。
図５（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る光学素子の修正方法を示すフローチャートである。
まず、ミラー（光学素子）１０の光学的特性（形状、波面等）を計測する（Ｓ１１）。この計測においては、例えば、特開２００２−１３１４８９号公報に開示されているピンホール干渉計式の計測装置を用いることができる。
そして、Ｓ１１で計測した結果からミラー１０の形状を修正するために、ミラー１０の非光学機能面１０ｂに成膜すべき薄膜の膜厚を決定し（Ｓ１２）、同非光学機能面１０ｂ上に薄膜３を成膜する（Ｓ１３）。
【００１７】
本実施形態によれば、ミラー等の光学素子に生じている形状誤差を、同光学素子の非光学的機能面に内部応力を有する薄膜を成膜することにより相殺することができる。これにより、同光学素子の形状誤差に起因する光学的特性（形状、波面等）の劣化を改善することができる。
【００１８】
なお、薄膜３を成膜する方法としては、上述のスパッタリングのほか、真空蒸着やイオンプレーティング等を用いることができる。また、メッキ等のように液相を用いることもできる。
【００１９】
次に、本発明の第２の実施形態に係る光学素子の形状修正方法について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態に係る光学素子の形状修正方法を示す図である。
ミラー１０の光学機能面１０ａの上方には、ミラー計測機構６が配置されている。ミラー計測機構６は、ミラー１０の光学機能面１０ａの光学的特性（形状、波面等）を計測する。ミラー計測機構６としては、上述の特開２００２−１３１４８９号公報に開示されている計測装置を用いることができる（図中では、ミラー計測機構６は簡略に図示されている）。
図３のミラー１０、成膜機構５等の構成については、図１と同様であるので、同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００２０】
本実施形態においては、ミラー１０の光学的特性をミラー計測機構６で計測しながら、薄膜３を成膜する。
【００２１】
本実施形態によれば、ミラー１０の非光学機能面１０ｂに薄膜３が成膜されていくのに伴って変化するミラー１０の光学的特性を考慮しながら、薄膜３の成膜膜厚を調整することができる。これにより、ミラー１０の形状修正をより精度よく行うことができる。
【００２２】
図４は、本発明の第３の実施形態に係る光学素子の形状修正方法を示す図である。
図４に示すように、ミラー１０の非光学機能面１０ｂの下方には、イオン源８が配置されている。イオン源８は、フィラメント８２、グリッド８３等を含んでいる。イオン源８内には、イオン材料物質（アルゴン（Ａｒ）等）が供給される。このイオン材料物質は、フィラメント８２で励起され、グリッド８３を通過して、所望のビーム径に調節されてイオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）８４となる。
【００２３】
ミラー１０の非光学機能面１０ｂには、あらかじめ薄膜３が成膜されている。イオン源８には、首振り機構８ａが付属しており、薄膜３の任意の場所にイオンビーム８４を照射することができる。
ミラー１０等の構成については、図１と同様であるので、同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００２４】
以下に、本発明の第３の実施形態に係る光学素子の修正方法について、図４及び図５（Ｂ）を参照しながら説明する。
図５（Ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る光学素子の修正方法を示すフローチャートである。
まず、ミラー（光学素子）１０の光学的特性（形状、波面等）を計測する（Ｓ３１）。この計測においては、上述の実施形態と同様に、特開２００２−１３１４８９号公報に開示されている計測装置を用いることができる。
次に、Ｓ３１で計測した結果からミラー１０の形状を修正するために、ミラー１０の非光学機能面１０ｂに成膜すべき薄膜の膜厚を決定し（Ｓ３２）、同非光学機能面１０ｂ上に薄膜３を成膜する（Ｓ３３）。
そして、ミラー１０の光学的特性をミラー計測機構６で計測しながら、イオン源８を用いて薄膜３をエッチングする（Ｓ３４）。この際、ミラー１０の光学的特性を計測した結果に基づいて、薄膜３の研削すべき部分及び研削する量を調整しながらエッチングを行う。
【００２５】
本実施形態によれば、光学素子の変形を相殺するために、光学素子の非光学機能面側に形成する薄膜の厚さを、同光学素子の変形量に応じて各部分ごとに任意に調整する際に、光学素子の光学機能面側の形状又は波面等の光学的特性の修正状況を計測しながら、薄膜膜厚の加工量（成膜膜厚あるいは研磨膜厚）をほぼリアルタイムで調整することができるので、光学素子の形状精度の修正を精度よく行うことができる。
【００２６】
図６は、本発明の一実施形態に係る露光装置を模式的に示す図である。
図６に示すＥＵＶ露光装置１００は、Ｘ線発生装置（レーザープラズマＸ線源）１０１を備えている。このＸ線発生装置１０１は、球状の真空容器１０２を備えており、この真空容器１０２の内部は、図示せぬ真空ポンプで排気されている。
【００２７】
真空容器１０２内の図中上側には、多層膜放物面ミラー１０４が反射面１０４ａを図中下方（＋Ｚ方向）に向けて設置されている。このミラー１０４は、本発明の形状修正方法により調整されている。
【００２８】
真空容器１０２の図中右方にはレンズ１０６が配置されており、このレンズ１０６の右方には図示せぬレーザー光源が配置されている。このレーザー光源は、−Ｙ方向にパルスレーザー光１０５を放出する。このパルスレーザー光１０５は、レンズ１０６によって多層膜放物面ミラー１０４の焦点位置に集光する。この焦点位置には、標的材料１０３（キセノン（Ｘｅ）等）が配置されており、集光されたパルスレーザー光１０５が標的材料１０３に照射されると、プラズマ１０７が生成される。このプラズマ１０７は、１３ｎｍ付近の波長帯の軟Ｘ線（ＥＵＶ光）１０８を放射する。
【００２９】
真空容器１０２の下部には、可視光をカットするＸ線フィルター１０９が設けられている。ＥＵＶ光１０８は、多層膜放物面ミラー１０４によって、＋Ｚ方向に反射されて、Ｘ線フィルター１０９を通過し、露光チャンバ１１０に導かれる。このとき、ＥＵＶ光１０８の可視光帯域のスペクトルがカットされる。
【００３０】
なお、本実施形態においては、Ｘ線発生装置１０１としてレーザープラズマＸ線源を用いているが、放電プラズマＸ線源を採用することもできる。放電プラズマＸ線源とは、パルス高電圧の放電により標的材料をプラズマ化し、このプラズマからＸ線を放射させるものである。
【００３１】
Ｘ線発生装置１０１の図中下方には、露光チャンバ１１０が設置されている。露光チャンバ１１０の内部には、照明光学系１１３が配置されている。照明光学系１１３は、コンデンサ系の反射鏡、フライアイ光学系の反射鏡等で構成されており（図では簡略化して示されている）、Ｘ線発生装置１０１から入射したＥＵＶ光１０８を円弧状に成形し、図中左方に向けて照射する。
【００３２】
照明光学系１１３の左方には、反射鏡１１５が配置されている。この反射鏡１１５は、円形の凹面鏡であり、反射面１１５ａが図中右方（＋Ｙ方向）に向くように、図示せぬ保持部材により垂直に（Ｚ軸に平行に）保持されている。反射鏡１１５の図中右方には、光路折り曲げ反射鏡１１６が配置されている。この光路折り曲げ反射鏡１１６の図中上方には、反射型マスク１１１が、反射面１１１ａが下向き（＋Ｚ方向）になるように水平（ＸＹ平面に平行）に配置されている。照明光学系１１３から放出されたＥＵＶ光は、反射鏡１１５により反射集光された後に、光路折り曲げ反射鏡１１６を介して、反射型マスク１１１の反射面１１ａに達する。
【００３３】
反射鏡１１５、１１６は、反射面が高精度に加工された、熱変形の少ない低熱膨張ガラス製の基板からなる。反射鏡１１５の反射面１１５ａには、Ｘ線発生装置１０１の多層膜放物面ミラー１０４の反射面と同様に、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）が交互に積層されたＭｏ／Ｓｉ多層膜が形成されている。なお、波長が１０〜１５ｎｍのＸ線を用いる場合には、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）等の物質と、シリコン（Ｓｉ）、ベリリウム（Ｂｅ）、４ホウ化炭素（Ｂ_４Ｃ）等の物質とを組み合わせた多層膜でもよい。
【００３４】
反射型マスク１１１の反射面１１１ａにも多層膜からなる反射膜が形成されている。これらのミラー１１５、１１６及びマスク１１１は、本発明の形状修正方法により調整されている。
反射型マスク１１１の反射膜には、ウェハ１１２に転写するパターンに応じたマスクパターンが形成されている。反射型マスク１１１は、図中上方に図示されたマスクステージ１１７に取り付けられている。マスクステージ１１７は、少なくともＹ方向に移動可能であり、光路折り曲げ反射鏡１１６で反射されたＥＵＶ光は、反射型マスク１１１上で順次走査される。
【００３５】
反射型マスク１１１の図中下方には、上から順に投影光学系１１４、ウェハ（感応性樹脂を塗布した基板）１１２が配置されている。投影光学系１１４は、複数の反射鏡等からなっている。ウェハ１１２は、露光面１１２ａが図中上方（−Ｚ方向）を向くように、ＸＹＺ方向に移動可能なウェハステージ１１８上に固定されている。反射型マスク１１１によって反射されたＥＵＶ光は、投影光学系１１４により所定の縮小倍率（例えば１／４）に縮小されてウェハ１１２上に結像し、マスク１１１上のパターンがウェハ１１２上に転写される。
【００３６】
なお、本実施形態においては、ミラー１０４、１１５、１１６及び反射型マスク１１１が、本発明の形状修正方法により調整されているが、例えば、照明光学系１１３や投影光学系１１４に含まれるミラー等、露光装置１００に含まれる任意の光学素子に本発明の形状修正方法を適用して調整することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によると、例えば、多層膜の内部応力に起因する変形が生じたミラーの形状を修正する場合に、多層膜を剥離することなく、同ミラーの非光学機能面側に薄膜を成膜して形状修正を行うことができる。このため、多層膜の再成膜に伴う製造誤差等の影響を受けることがないので、ミラーの形状修正を精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光学素子の形状修正方法を示す図である。
【図２】膜厚分布制御板を示す平面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る光学素子の形状修正方法を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る光学素子の形状修正方法を示す図である。
【図５】（Ａ） 本発明の第１の実施形態に係る光学素子の修正方法を示すフローチャートである。
（Ｂ） 本発明の第３の実施形態に係る光学素子の修正方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態に係る露光装置を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０ ミラー
１ ミラー基板
２ 多層膜
３ 薄膜
４ 膜原料物質
５ 成膜機構
６ ミラー計測機構
７ 膜厚分布制御板
７ａ 遮蔽部
７ｂ 開口部
８ イオン源
８２ フィラメント
８３ グリッド
８４ イオンビーム
８ａ 首振り機構
１００ 露光装置
１０１ Ｘ線発生装置
１０２ 真空容器
１０３ 標的材料
１０４ 多層膜放物面ミラー
１０５ パルスレーザー光
１０６ レンズ
１０７ プラズマ
１０８ 軟Ｘ線
１０９ フィルター
１１０ 露光チャンバ
１１１ 反射型マスク
１１２ ウェハ
１１３ 照明光学系
１１４ 投影光学系
１１５ 多層膜反射鏡
１１６ 光路折り曲げ反射鏡
１１７ マスクステージ
１１８ ウェハステージ

Claims (6)

1. 光学素子の非光学機能面（裏面）に内部応力を有する薄膜を形成し、
   該薄膜の内部応力（膜応力）の作用を利用して光学素子に変形を生じさせ、これにより該光学素子の光学機能面の形状を修正することを特徴とする光学素子の形状修正方法。
2. 前記薄膜の厚さを任意に調整して所望の光学機能面形状を得ることを特徴とする請求項１記載の光学素子の形状修正方法。
3. 前記光学素子が基板、及び、該基板表面に成膜された反射多層膜を有するミラーであることを特徴とする請求項１記載の光学素子の形状修正方法。
4. 前記光学素子の光学機能面の光学的特性を計測しながら、光学素子の形状の修正具合を制御することを特徴とする請求項１〜３記載の光学素子の形状修正方法。
5. 非光学機能面（裏面）に内部応力を有する薄膜が形成されており、
   該薄膜の内部応力（膜応力）の作用を利用して、光学機能面の形状が修正されていることを特徴とする光学素子。
6. エネルギー線を感応基板に選択的に照射してパターンを形成する露光装置であって、
   請求項５記載の光学素子を具備することを特徴とする露光装置。

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