JP2005246585A

JP2005246585A - 研磨装置、研磨方法、光学素子及び露光装置

Info

Publication number: JP2005246585A
Application number: JP2004064245A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Kato; 英文加藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2004-03-08
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2024-03-08
Also published as: JP4228146B2

Abstract

【課題】研磨対象物の表面に気体を噴射ノズルから噴射させて表面研磨を行う際に、研磨速度を一定に保ち研磨の安定性を保つことが可能な研磨装置、研磨方法、光学素子及び露光装置を提供する。
【解決手段】研磨時間中の研磨液１３の温度を一定に保つための温度調節手段として、研磨液槽１１の周囲にヒーター１７を設置して、ヒーター１７の温度を制御することにより、研磨液１３の温度を一定の温度に保つ。
【選択図】図１

Description

本発明は、研磨液槽内の研磨液に研磨対象物を浸して、研磨対象物の表面に気体を噴射することによって研磨を実施する研磨装置、研磨方法、光学素子及び露光装置に関する。

従来、水等の液体と研磨材とを混合した研磨液を噴射ノズルから噴射させて研磨対象物の表面を研磨する、という方法が知られている。この場合には、研磨材が直接噴射ノズルの通路中を通過するので、噴射ノズルの先端に研磨材が付着して目詰まりを起こすという問題がある。また、研磨材が高速で噴射ノズルの細い通路を通過することになるので、通路内壁の摩耗の原因になり、通路内壁が摩耗すると、噴射ノズルの通路の径が変わることになり、このような状況で研磨を実施すると、研磨液の流量変化に伴う研磨速度の変化により、研磨対象物の表面にむらができる原因になる。

一方、被加工物のバリ取りを行う装置として特許文献１に記載の液中表面加工装置が公開されている。ここでは、この装置は、タンク内の研磨剤混入液中に被加工物が載置され、この被加工物の加工対象表面へ向けてノズル装置から加工流体が高圧噴射されるようになっており、この加工流体として各種液体及び気体が利用可能である旨記載されている。但し、この特許文献１では、加工流体として気体を用いた実施形態は記載されていないものである。
特開２００２−１１３６６３公報

しかしながら、この特許文献１に記載のものは、バリ取りを行う装置であるため、高精度の表面研磨が要求される光学素子等の研磨に適用するのは難しいものである。

そこで、本発明者らは、研磨材と水などの液体からなる研磨液で満たした研磨液槽内に研磨対象物を浸して噴射ノズルから気体を噴射する研磨装置を特許出願している（但し、現時点では未公開）。この噴射ノズルから気体を噴射することにより、この気体に巻き込まれた研磨液によって研磨対象物の表面研磨を行うものである。

しかし、図６に示すように、気体１４の噴射を用いて研磨対象物を研磨する際に、噴射ノズル１５から噴射された気体１４は、研磨液中で急激に膨張することにより温度低下する。従って、この気体噴射による研磨を実行し続けると研磨液の温度も低下することになり、単位時間当たりの研磨除去量が低下し、研磨対象物の研磨加工時間が長くなってしまい、研磨の安定性に欠ける、という現象を本発明者らは見出した（図７参照）。

そこで、本発明は、研磨速度を一定に保ち研磨の安定性を保つことが可能な研磨装置、研磨方法、光学素子及び露光装置を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、研磨液槽内の研磨液に研磨対象物を浸し、該研磨対象物の表面に気体を噴射することによって前記表面の研磨を行う研磨装置であって、研磨時間中の前記研磨液の温度を一定に保つための温度調節手段を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１の構成に加えて、前記温度調節手段は、前記研磨液槽の周囲又は内部にヒーターを設置して該ヒーターの温度を制御することにより、前記研磨液の温度を一定に保つことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１の構成に加えて、前記温度調節手段は、前記研磨液槽の周囲に水槽を設置し、該水槽内の水の温度を制御することにより、前記研磨液の温度を一定に保つことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３の構成に加えて、前記温度調節手段は、前記水槽内に供給する所定の温度の水の流量を調整することにより、前記水槽内の水の温度を制御するようにしたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項３の構成に加えて、前記温度調節手段は、前記水槽内に供給する水の温度を制御することにより、前記水槽内の水の温度を制御するようにしたことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項３の構成に加えて、前記温度調節手段は、前記水槽の周囲又は内部にヒーターを設置して該ヒーターの温度を制御することにより、
前記水槽内の水の温度を制御するようにしたことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項３の構成に加えて、前記温度調節手段は、前記水槽に気体を吹き付ける気体吹付手段を設置し、該気体吹付手段により吹き付ける気体の温度を制御することにより、前記研磨液の温度を一定に保つことを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項３の構成に加えて、前記温度調節手段は、請求項３の構成に加えて、前記水槽に所定の温度の気体を吹き付ける気体吹付手段を設置し、該気体吹付手段により吹き付ける気体の送風量を制御することにより、前記研磨液の温度を一定に保つことを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項１の構成に加えて、前記温度調節手段は、前記研磨液槽の壁面に気体を吹き付ける気体吹付手段を設置し、該気体吹付手段により吹き付ける気体の温度を制御することにより、前記研磨液の温度を一定に保つことを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項１の構成に加えて、前記温度調節手段は、前記研磨液槽の壁面に所定の温度の気体を吹き付ける気体吹付手段を設置し、該気体吹付手段により吹き付ける気体の送風量を制御することにより、前記研磨液の温度を一定に保つことを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、研磨液槽内の研磨液に研磨対象物を浸し、該研磨対象物の表面に気体を噴射することによって前記表面の研磨を行う研磨方法であって、研磨時間中の前記研磨液の温度を一定に保った状態で研磨することを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の研磨方法により研磨された光学素子としたことを特徴とする。

請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の光学素子を光学系に配置した露光装置としたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、研磨液槽内の研磨液に研磨対象物を浸し、該研磨対象物の表面に気体を噴射することによって前記表面の研磨を行う研磨装置であって、研磨時間中の前記研磨液の温度を一定に保つための温度調節手段を備えるので、研磨速度が一定であり、安定した研磨が実施可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、前記温度調節手段は、前記研磨液槽の周囲又は内部にヒーターを設置して該ヒーターの温度を制御することにより、前記研磨液の温度をより容易に一定に保つことができる。

請求項３乃至６に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、前記温度調節手段は、前記研磨液槽の周囲に水槽を設置し、該水槽内の水の温度、供給する所定の温度の水の流量、水槽の周囲又は内部にヒーターを設置して該水槽内の水の温度を制御することにより、前記研磨液の温度を一定に保つので、水槽内の熱容量が大きい水を用いることで、研磨液の温度をより一定に保ち易い。

請求項７に記載の発明によれば、請求項３の効果に加えて、前記温度調節手段は、前記水槽に気体を吹き付ける気体吹付手段を設置し、該気体吹付手段により吹き付ける気体の温度を制御することにより、気体は温度を制御し易いことから、研磨液の温度を容易に一定に保つことができる。

請求項８に記載の発明によれば、請求項３の効果に加えて、前記温度調節手段は、前記水槽に所定の温度の気体を吹き付ける気体吹付手段を設置し、該気体吹付手段により吹き付ける気体の送風量を制御することにより、気体は送風量を制御し易いことから、研磨液の温度を容易に一定に保つことができる。

請求項９に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、前記温度調節手段は、前記研磨液槽の壁面に気体を吹き付ける気体吹付手段を設置し、該気体吹付手段により吹き付ける気体の温度を制御することにより、前記研磨液の温度を一定の温度に保つので、より研磨速度が一定で、安定した研磨が実施可能となる。また、水槽を設置する場合に比べて、より簡易な装置で安定した研磨が実施可能となる。

請求項１０に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、前記温度調節手段は、前記研磨液槽の壁面に所定の温度の気体を吹き付ける気体吹付手段を設置し、該気体吹付手段により吹き付ける気体の送風量を制御することにより、前記研磨液の温度を一定に保つので、より研磨速度が一定で、安定した研磨が実施可能となる。また、水槽を設置する場合に比べて、より簡易な装置で安定した研磨が実施可能となる。

請求項１１に記載の発明によれば、研磨液槽内の研磨液に研磨対象物を浸し、該研磨対象物の表面に気体を噴射することによって前記表面の研磨を行う研磨方法であって、研磨時間中の前記研磨液の温度を一定に保った状態で研磨するので、研磨速度が一定で、安定した研磨が実施できる。

請求項１２に記載の発明によれば、請求項１１に記載の研磨方法により研磨されたため、より高精度の研磨面を有する光学素子を得ることができる。

請求項１３に記載の発明によれば、請求項１２に記載の光学素子を光学系に配置した露光装置としたため、高精度に表面形状が研磨されて優れた光学特性を有する光学素子を用いているので、より高精度に露光することが可能である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］

以下、本発明の実施の形態１について、図１を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る研磨装置１０の概念図である。

まず、構成を説明する。研磨装置１０は、研磨液１３に研磨対象物１２を浸すための研磨液槽１１と、研磨対象物１２に気体１４を噴射させるための噴射ノズル１５と、研磨液槽１１の周囲に設けられ、研磨時間中の研磨液１３の温度を一定に保つための「温度調節手段」であるヒーター１７及び温度コントローラー１８とを備えている。

その研磨液槽１１は、所定の容量の研磨液１３が貯留可能な大きさの四角形の箱形状を呈し、内部の略中央部に研磨対象物１２が配設できるように構成されている。

その研磨液１３は、研磨材と水とを混合したもので、この研磨材としては、酸化物系（ＣｅＯ_２、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３）の研磨材、コロイダルシリカ等が用いられる。

また、研磨対象物１２としては、蛍石、石英、紫外線用多成分ガラス、低熱膨張ガラス、シリコン、無電解ニッケル等が用いられる。

さらに、前記ヒーター１７は、研磨液層１１の周壁の外側（周囲）に設置され、温度コントローラー１８からの指令により、温度が制御されるように構成されている。

さらにまた、温度コントローラー１８は、研磨液１３の温度を計測するための温度計１６に接続され、研磨液１３の温度が一定となるようにヒーター１７を制御するように構成されている。

このようなものにあっては、噴射ノズル１５から気体１４が噴射され、その気体１４に巻き込まれた研磨液１３が、研磨対象物１２の表面に衝突することにより、この研磨対象物１２の表面が研磨される。噴射された気体１４は、図４で示したように、急激に温度低下するが、温度計１６で計測された温度を基に、所定の温度になるように温度コントローラー１８が演算を行い、演算結果をヒーター１７にフィードバックさせることにより、ヒーター１７の設定温度を制御して、研磨液１３の温度を一定に保つことができる。したがって、研磨速度を一定に保ち、安定した研磨が実施可能な研磨装置１０を提供できる。

なお、図１においては、ヒーター１７を研磨液槽１１の周囲に設置した例を示したが、ヒーター１７を研磨液槽１１の内部に設けても良い。
［発明の実施の形態２］

以下、本発明の実施の形態２について、図２を用いて説明する。

本実施の形態２は、実施の形態１と比較すると、研磨液層１１の周囲に水槽１９が設けられている点で異なっている。この水槽１９には、水２０がポンプ２１により供給されるようになっており、このポンプ２１に温度コントローラー１８が接続され、この温度コントローラー１８に、研磨液１３の温度を計測するための温度計１６が接続されている。この水槽１９及び温度コントローラー１８等により、研磨中の研磨液１３の温度を一定に保つための「温度調節手段」が構成されている。

このようなものにあっては、温度計１６で計測された温度を基に、所定の温度になるように温度コントローラー１８が演算を行い、演算結果をポンプ２１にフィードバックさせることにより、水槽１９内の水２０の温度を制御する。すなわち、温度コントローラー１８は、研磨液１３の温度より高い所定の温度の水２０の流量をポンプ２１へ指示することにより、このポンプ２１はこの指示された温度と流量の水２０を水槽１９内に供給することにより、研磨液１３の温度を一定に保っている。この際には、水槽１９内の水２０は循環又は排水するようにする。

また、本発明の実施の形態２の温度調節手段の変形例として、ポンプ２１にて、水槽１９内に供給する水２０の温度を制御することにより、研磨液１３の温度を一定に保つこともできる。この際には、ポンプ２１に温度を制御できる機能を持たせて、温度コントローラー１８の指示により、このポンプ２１から温度制御された水２０を水槽１９に供給する。

また、研磨材と混合させる液体として、水など沸点が比較的高く、化学反応性のない液体の場合は、本発明の実施の形態１の如く、ヒーター１７を利用する構成が好適であるが、アルコール類やその他有機溶媒のように沸点が比較的低くて化学反応性が高く、場合によっては引火する液体を使用する場合には、ヒーター１７を用いて研磨液１３、若しくは研磨液槽１１を加熱すると、熱が局所に集中して、局所的に沸点を超えてしまったり、又、液体の変性を引き起こす虞がある。

そこで、このような場合は、ヒーター１７で研磨液１３を加熱するかわりに、より穏やかな温度調節手段を用いることが望ましい。そこで本発明の実施の形態２では水槽１９の水２０の温度をポンプ２１により制御することとしたのである。

さらに、本発明の実施の形態２の温度調節手段の他の変形例として、前述の構成に加え、ポンプ２１の代わりに、水槽１９の周囲に図２中二点鎖線で示すようにヒーター１７を配設し、このヒーター１７を温度コントローラー１８に接続することもできる。

かかる構成によれば、温度計１６で計測された温度を基に、所定の温度になるように温度コントローラー１８が演算を行い、演算結果をヒーター１７にフィードバックさせることにより、水２０の温度が制御されるので、研磨液１３の温度を一定に調節できる。勿論、このヒーター１７の配設位置は、水槽１９の内部等としても良い。

なお、この場合には、ヒーター１７を用いているが、直接的には水槽１９の温度を制御しているため、ヒーター１７で研磨液１３を直接加熱しているものではないことから、研磨液１３の変性等を引き起こす虞はない。

このように、水２０の温度を制御することにより、研磨液１３の温度を一定に保つことが可能となる。従って、研磨速度を一定に保つことができ、安定した研磨が実施可能となる。また、水槽１９を設けることにより、熱容量が大きい水を用いることで、研磨液１３の温度をより一定に保ち易い。

他の構成及び作用は実施の形態１と同様であるので重複した説明を省略する。
［発明の実施の形態３］

以下、本発明の実施の形態３について、図３を用いて説明する。

本実施の形態３は、実施の形態２と比較すると、水槽１９に気体（空気）２４を吹き付けるための送風機２２が設けられている点で異なっている。この送風機２２は、所定の温度の気体（空気）２４を温度安定用ノズル２３を介して水槽１９に吹き付けるように構成されていると共に、この送風機２２は温度コントローラー１８に接続され、この温度コントローラー１８が研磨液１３の温度を計測するための温度計１６と接続されている。この水槽１９、送風機２２及び温度コントローラー１８等により、「温度調節手段」が構成され、「気体吹付手段」としての送風機２２が用いられている。

このようなものにあっては、温度計１６で計測された温度を基に、所定の温度になるように温度コントローラー１８が演算を行い、演算結果を送風機２２にフィードバックさせることにより、送風機２２から送風される気体２４の温度を制御したり、或いは、所定の温度の気体２４の送風量を制御することによって、水槽１９内の水２０の温度を調節して、間接的に研磨液１３の温度を一定に調節するようにしている。

このように、水２０の温度を制御することにより、研磨液１３の温度を一定に保つことが可能となる。従って、研磨速度を一定に保つことができ、安定した研磨が実施可能となる。また、送風機２２を設けることにより、気体２４の送風量や温度を制御し易いことから、研磨液１３の温度をより容易に一定に保つことができる。

他の構成及び作用は、本発明の実施の形態２と同様であるので、同一の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
［発明の実施の形態４］

以下、本発明の実施の形態４について、図４を用いて説明する。

図４は、本発明の実施の形態４に係る研磨装置１０の概念図である。

上記実施の形態３では、水槽１９に気体２４を吹き付けて温度制御するようにしているが、この実施の形態４では、研磨液層１１に直接吹き付けることにより温度制御するようにしている。すなわち、この実施の形態４では、水槽１９が設けられておらず、送風機２２からの気体２４を吹き付ける温度安定用ノズル２３が直接、研磨液層１１に対面している。そして、その送風機２２が温度コントローラー１８に接続され、この温度コントローラー１８が温度計１６に接続されている。この送風機２２及び温度コントローラー１８等により、「温度調節手段」が構成されている。

このようなものにあっては、温度計１６で計測された温度を基に、所定の温度になるように温度コントローラー１８が演算を行い、演算結果を送風機２２にフィードバックさせることにより、送風機２２から送出される気体２４の温度を制御したり、所定の温度の気体２４の送風量を制御することによって、研磨液１３の温度を一定に調節するようにしている。これにより、研磨速度を一定に保つことができ、安定した研磨が実施可能となる。

本発明の実施の形態２に関連して述べたように、アルコール類や有機溶媒を使用する場合には、穏やかな温度調節手段を用いることが望ましい。そこで、本発明の実施の形態４のように、気体２４を用いて研磨液槽１１を加温することとすれば、研磨液槽１１を穏やかに加温するということができる。

他の構成及び作用は、本発明の実施の形態２と同様であるので、同一の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。

なお、本発明の実施の形態４の変形例として、噴射ノズル１５から噴射される気体１４自体を所定の温度に暖めて、噴射ノズル１５から噴出させても良い。また、噴射ノズル１５自体を所定の温度に暖めることにより、研磨液１３を暖めるためのヒーターとして用いても良い。これらの構成を用いることで、研磨液１３の温度を一定に保つことが可能となる。したがって、研磨速度を一定に保つことができ、安定した研磨が実施可能となる。
［発明の実施の形態５］

以下、本発明の実施の形態５について図５を用いて説明する。

本発明の実施の形態５は、上述のような研磨装置１０により研磨された光学素子を配置した露光装置である。

この露光装置３０は、少なくとも、エキシマレーザ等を露光光として供給するための光源３１、この露光光をマスクＲに供給するための照明光学系３２、マスクＲのパターンのイメージを被露光基板Ｗ上に投影するための投影光学系３３を含んでいる。

照明光学系３２は、マスクＲと被露光基板Ｗとの間の相対位置を調節するためのアライメント光学系３４を含んでいる。マスクＲは、マスク交換系３５により位置が制御されるマスクステージ３６に配置されている。被露光基板Ｗは、ステージ制御系３７により位置が制御されるウェハーステージ３８に配置されている。さらに、光源３１、アライメント光学系３４、マスク交換系３５、ステージ制御系３７は、主制御部３９によって制御されている。

このような露光装置３０では、詳細な図示は省略されているが、多数の光学素子が、照明光学系３２及び／又は投影光学系３３に配置されている。そして、これらの多数の光学素子のうちのより多くのものとして、前記のような研磨装置１０を用いて研磨された光学素子が用いられている。

このような露光装置３０によれば、照明光学系３２及び／又は投影光学系３３を構成する光学素子として、高精度に表面形状が研磨されて優れた光学特性を有する光学素子を用いているので、より高精度に露光することが可能である。

以下、本発明の実施の形態１を用いた実施例として研磨対象物１２の研磨例を示す。

酸化セリウムの濃度が２０％なる研磨液１３に、研磨対象物１２として、直径５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの石英を浸す。研磨液槽１１の周囲に設置したヒーター１７で、研磨液１３が２５℃の一定値になるように制御しておく。次に噴射ノズル１５から、研磨速度１μｍ／ｍｉｎになるような圧力で、気体１４を噴射する。

本発明の実施の形態に係る研磨装置１０を用いることにより、温度一定のままで研磨を行うことができ、研磨速度が一定で安定した研磨が実施される。

本発明の実施の形態１に係る研磨装置１０の概念図である。本発明の実施の形態２に係る研磨装置１０の概念図である。本発明の実施の形態３に係る研磨装置１０の概念図である。本発明の実施の形態４に係る研磨装置１０の概念図である。本発明の実施の形態５に係る研磨装置１０により研磨された光学素子が搭載された露光装置を示す概略図である。気体噴射による温度分布図である。気体噴射による研磨加工量の温度依存性を示す図である。

符号の説明

１０研磨装置
１１研磨液槽
１２研磨対象物
１３研磨液
１４気体
１５噴射ノズル
１６温度計
１７ヒーター
１８温度コントローラー
１９水槽
２０水
２１ポンプ
２２送風機
２３温度安定用ノズル
２４気体

Claims

研磨液槽内の研磨液に研磨対象物を浸し、該研磨対象物の表面に気体を噴射することによって前記表面の研磨を行う研磨装置であって、研磨時間中の前記研磨液の温度を一定に保つための温度調節手段を備えることを特徴とする研磨装置。
前記温度調節手段は、前記研磨液槽の周囲又は内部にヒーターを設置して該ヒーターの温度を制御することにより、
前記研磨液の温度を一定に保つことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
前記温度調節手段は、前記研磨液槽の周囲に水槽を設置し、該水槽内の水の温度を制御することにより、
前記研磨液の温度を一定に保つことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
前記温度調節手段は、前記水槽内に供給する所定の温度の水の流量を調整することにより、
前記水槽内の水の温度を制御するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の研磨装置。
前記温度調節手段は、前記水槽内に供給する水の温度を制御することにより、
前記水槽内の水の温度を制御するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の研磨装置。
前記温度調節手段は、前記水槽の周囲又は内部にヒーターを設置して該ヒーターの温度を制御することにより、
前記水槽内の水の温度を制御するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の研磨装置。
前記温度調節手段は、前記水槽に気体を吹き付ける気体吹付手段を設置し、該気体吹付手段により吹き付ける気体の温度を制御することにより、
前記研磨液の温度を一定に保つことを特徴とする請求項３に記載の研磨装置。
前記温度調節手段は、前記水槽に所定の温度の気体を吹き付ける気体吹付手段を設置し、該気体吹付手段により吹き付ける気体の送風量を制御することにより、
前記研磨液の温度を一定に保つことを特徴とする請求項３に記載の研磨装置。
前記温度調節手段は、前記研磨液槽の壁面に気体を吹き付ける気体吹付手段を設置し、該気体吹付手段により吹き付ける気体の温度を制御することにより、
前記研磨液の温度を一定に保つことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
前記温度調節手段は、前記研磨液槽の壁面に所定の温度の気体を吹き付ける気体吹付手段を設置し、該気体吹付手段により吹き付ける気体の送風量を制御することにより、
前記研磨液の温度を一定に保つことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
研磨液槽内の研磨液に研磨対象物を浸し、該研磨対象物の表面に気体を噴射することによって前記表面の研磨を行う研磨方法であって、研磨時間中の前記研磨液の温度を一定に保った状態で研磨することを特徴とする研磨方法。
請求項１１に記載の研磨方法により研磨されたことを特徴とする光学素子。
請求項１２に記載の光学素子を光学系に配置したことを特徴とする露光装置。