JP2005524862A - 石英基板からなる光学素子を製造する方法 - Google Patents

Abstract

１５７ｎｍないしそれよりも短い波長の光を放射する照明光源を備えた照明系に用いられる石英基板からなる光学素子を製造する方法において、石英基板９を少なくとも一方の面で支持体１１に接合する。次に、μ領域の厚さの目標値になるまで石英基板９を除去する。この光学素子は、回折光学素子もしくは拡散板としてよい。回折光学素子を製造するには、表面構造９ａが形成されている回折光学素子９の面上において石英基板９に支持体１１を接合し、次に、目標値まで除去された石英基板９を、１５７ｎｍもしくはそれよりも短い波長の光に対して耐性を有しかつ透明な基体１２上に取付け、次に、石英基板９を支持体１１からはがす。拡散板を製造するには、支持体１１を両側で石英基板９に接合し、このとき、後に基体として機能することになる支持体１１を、光源３ａの光に対して耐性を有しかつ透明にする。

Description

本発明は、極短波長の光、特に１５７ｎｍの波長ないしそれより短い波長の光を放射する照明光源を有する照明系のための、石英基板からなる光学素子の製造方法に関する。

本発明はまた、半導体素子を製造するためのマイクロリソグラフィーに用いられる照明系を備えた投影露光装置に関する。

フォトリソグラフィーによる半導体部品製造工程のための照明系で回折光学素子（DOE）によって照明瞳内の照明を調節することが知られている。そのために、投影露光装置の照明系内の適切な位置に回折光学素子が配設されている。回折光学素子に関しては、深ＵＶ領域で動作する照明系内では、これらの素子を然るべき表面構造が設けられた石英ガラスもしくは石英基板から製造することが知られている。

上述の類の照明系では、さらに、瞳の均一化のために同じく石英基板からなる拡散板が用いられている。

ところが、次第に波長の短い光源が用いられるようになってきているために、石英基板を使用すると問題が生じるようになってきている。特に１５７ｎｍないしそれよりも短い波長の光で照射すると、石英基板はもはや十分強度的に安定ではない。こういった理由から、斯かる短波長における回折光学素子ないし拡散板は、透明である一方で、斯かる短波長に対して他方で耐性をも有するような材料から製造しなければならない。これに関しては、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）が特に知られている。しかし、その際に問題なのは、フッ化カルシウムから回折光学素子もしくは拡散板を製造するのは極めて手間がかかりコスト高になるという点にある。

従って、本発明の課題は、極短波長光の光源において使用するための光学素子、それも特に回折型の光学素子（回折光学素子）もしくは拡散板を製造するための方法であって、面倒な製造工程無しで製造できるような方法を提供することにある。

この課題は、本発明により、特に１５７ｎｍないしそれよりも短い波長の極短波長の光を放射する光源を持つ照明系のための、石英基板からなる光学素子を製造するための方法によって解決される。このとき、石英基板は、少なくとも一方の側に支持体が接合され、続いて、厚さがμの領域の目標値になるまで除去される。

意外なことにも本発明者らは、適切に本発明による方法で極めて薄く基板を製造すれば、石英基板（石英ガラス）の強度安定性がそれ自身は十分でないにもかかわらず、この石英基板を１５７ｎｍないしはそれよりも短い波長の場合にも使用できることを認めるに至った。この場合、強度安定性に関る問題は生じず、普通なら石英基板を用いれば生じるはずの光量損失が、この厚さで同じように無視することができる。

とは言え、μ領域の石英基板層の所望厚では、自重に耐える光学素子（例えば回折型の光学素子もしくは拡散板）は作ることができない。そのため、本発明の方法においては、薄い石英基板のために基体が設けられる。この基体は、無論、光学素子上に付けたままにしなければならないのであれば、対象となる波長領域に対して耐性を有しかつ透明でなければならない。この目的のために、フッ化カルシウムを基板として設けた。この基板は、本発明の一態様において、石英基板上に密着接合することができる。

回折光学素子（この回折光学素子には、表面構造が形成されている）を製造する際には、第１の手順段階において、表面構造が形成されている回折光学素子の面上において当該回折光学素子に支持体が設けられる。続いて、そもそも石英基板からなる回折光学素子が所望の目標値になるまで除去される。これは、例えば、ラッピング（Laeppen）とポリシング（Polieren）によって行なうことができる。次に、この薄く磨かれた石英基板上に基体が設けられる（例えば密着接合される）。この後、支持体が石英基板から剥がされる。

拡散板を製造する際には、支持体の両面に石英基板が付けられる。これらの石英基板は、続いてそれぞれが所望の目標値まで研摩される。このようにして作られた両側の非常に薄い石英層に、引き続き、拡散板を形成するようにそれらの表面にプロファイルを形成するエッチングが施される。この場合、支持体は、後にはこのように形成された拡散板としてのユニットを使用する際に同時に基体としても用いられることになるため、例えば１５７ｎｍもしくはそれよりも短い使用波長に対して耐性を有しかつ透過性を有する材料から構成されている必要がある。

本発明の好適な態様及び発展形態は、他の下位請求項ならびに図を参照して以下に述べられる実施形態から明らかとなる。

図１には、マイクロリソグラフィーのための投影露光装置１が示されている。この装置は、例えばコンピュータチップ等の半導体部品を製造するために、感光性材料（一般には大抵シリコンからなり、ウェハ２として示される）が堆積された基板上に構造を露光するために用いられる。

ここで、投影露光装置１は、詳しくは図示されぬ光源３ａを有する照明装置３、格子状構造が設けられたマスクを収納してこれを正確に位置決めするための装置４、所謂レチクル５（後にウェハ２上の構造がこのレチクルにより決まる）、上記ウェハ２を保持し、移動させ、さらにはやはり正確に位置決めするための装置６、及び結像装置つまりは投影光学系７から概略構成されている。

ここで、基本的な動作原理は、レチクル５内に形成された構造を、元の大きさを３分の１ないしそれよりも小さく縮小しながらウェハ２上に露光するというものである。この場合、解像度に関して投影露光装置１それも特に投影光学系７に必要となる仕様は、ナノメータの領域にある。

１回の露光が行なわれた後、ウェハ２はさらに移動させられて、同じウェハ２上で複数の別々のフィールドが、それぞれレチクル５によって決まる構造によって露光されるようになっている。ウェハ２の全表面が露光されたら、このウェハは投影露光装置１から取り出され、通常、材料のエッチングによる除去といった、何回もの化学的な処理工程が施される。必要に応じて、ウェハ２上に複数のコンピュータチップが出来上がるまで、上記の露光プロセスと加工処理プロセスとが順に何回も行なわれる。ウェハ２を投影露光装置１内でステップ式に逐次移動させることから、この装置はよくステッパとも呼ばれている。

照明装置３は、レチクル５をウェハ２上で結像させるために必要な投影光８（例えば光もしくはそれに類する電磁的な放射）を提供する。この放射光源３ａとしてレーザ等を用いることができる。この放射光は、投影光８が、レチクル５上に当たる際に、直径、偏光状態、波面の形状等に関して所望の特性を有するように照明装置３内で光学素子によって成形される。

上記投影光８により、レチクル５の像が生成され、投影光学系７によって然るべく縮小されてウェハ２上に転写される。この点は既に上で説明した通りである。ここで、投影光学系７は、例えばレンズ、反射鏡、プリズム、遮蔽板等といった、複数の個別の屈折型および／または回折型の光学素子から構成されている。

図２乃至図７は、上記のような投影露光装置の一部にできる光学素子の製造の様子を示す。

１５７ｎｍもしくはそれよりも短い波長の光を放射する光源３ａが内部に設けられている照明系３内には、よく知られているように、回折型の光学素子及び拡散板が配置されている。

図２乃至図５には、一つの回折型の光学素子（回折光学素子）を石英基板から製造する様子が示されている。

図２を参照すると、数ｍｍの厚さの石英基板９が貼着層１０によって支持体１１上に付着されている。後続の除去工程のための支持体１１として、やはり同じように石英基板９を用いることができる。上記貼着層１０は、石英基板９における予め表面構造９ａが設けられた面に取り付けられている。

石英基板９に対する除去工程は、第１段階ではラッピングによって、そして第２段階ではポリシングによってマイクロ領域の目標値に達するまで行なうことができる。ＤＯＥとして用いる場合には、目標厚は５〜１０μとすることができる。

石英基板９に対する除去工程は、もちろん、石英基板９の厚さを減らすような他のいかなる方法に関しても行なうことができる。

図３には、除去工程後の所望の目標値を持った石英基板９が示されている。ただし、製図技術上の理由から石英基板９の厚さはかなり誇張して示した。

図４に示される次の段階では、石英基板９の除去された側に基体１２が付設される。これは例えば、よくポリシングされた清浄な表面同士を正確にぴったり合わせると付着により接合する密着接合（Ansprengen）を利用して、然るべく光学的に高精度な表面によって行なうことができる。基体１２（これは、波長が１５７ｎｍの光に対して耐性を有するとともに透明でなければならない）は、フッ化カルシウムから構成することができる。斯かる密着接合法は、例えば独国特許出願公開第１９７０４９３６号公報、及び米国特許第４８１０３１８号明細書から周知である。

石英基板９に基体１２を密着接合させた後で、表面構造９ａを有する石英基板９の面から支持体１１を貼着層１０ごと剥がすことで、数μの厚さを持った石英基板からなる完成した回折光学素子が現れる。基体１２は、必要な強度安定性のためと、照明系３の固定構造との接合のために用いられる。剥離可能な接着剤１０は、例えばカナダバルサムのような熱硬化性接合剤を用いることができる。接合剤そのものが軽微で簡単なブロック（Keil）を有していてもよい。

石英基板９の除去工程の際に均一な層厚を維持することができるように、除去工程の際には、石英基板９の加工すべき面に対して支持体１１の背面が正確に平行に調整されているようにしなければならない。ラッピングによる除去工程は、目標厚よりも１５〜２０μ厚い状態まで行なうことができる。所望の目標厚まで除去するのは、引き続き厚さ測定と組み合わせながら、繰り返しの工程でポリシングにより行なわれる。こうして、除去工程と基体１２の密着接合の後、熱硬化性接着剤を用いる場合には、然るべく加熱することで、支持体１１との接着接合をはがすことができ、その際に回折光学素子の表面構造９ａから接着剤の残りが完全に取り除かれる。

図６及び図７には、拡散板１４の製造が示されている。図６に示すように、支持体１１上に両側から例えば数ｍｍといったよくある厚さの石英基板９が取付けられる。続いて、これら両方の石英基板９がそれぞれ所望の目標値まで除去される。出来上がった厚さ強度が図７から分かる。なお、ここでもまた、製図の技術的な理由から、両石英基板９の厚さは、大幅に拡大して示されている。

支持体１１は、この場合、後から拡散板のための基体としても同時に用いられることになるので、光源３ａの例えば１５７ｎｍもしくはそれよりも短い波長の光に対して耐性を有しかつ透明であるような材料から構成されていなければならない。本実施形態においては、この目的のためにフッ化カルシウムが用いられる。両石英基板９が所望の目標値（拡散板として用いられる場合には、４０μから７０μの間、好ましくは約５０μとすることができる）まで除去された後、拡散板が出来上がるように、周知の方法でエッチング法により所望の表面構造が形成される。より簡単な方法では、この工程は、周知のようにエッチング槽を用いて行なわれる。とは言え、フッ化カルシウムからなる基体１１は、エッチング槽を用いると良くない変化をきたすおそれがあるので、予め支持体１１ないし基体と両石英基板９とからなる単一体には、外周側において密閉部材１３が設けられる。このようにして、支持体つまりは基体１１は、エッチング槽において適切に保護される。

照明系を備えた投影露光装置を概略的に示す図である。 回折光学素子の製造を示す図である。 回折光学素子の製造を示す図である。 回折光学素子の製造を示す図である。 回折光学素子の製造を示す図である。 拡散板の製造を示す図である。 拡散板の製造を示す図である。

符号の説明

１ 投影露光装置
２ ウェハ
３ 照明装置（照明系）
３ａ 光源
５ レチクル
７ 投影光学系
９ 石英基板
９ａ 表面構造
１０ 貼着層（接着剤）
１１ 支持体
１２ 基体
１３ 密閉部材
１４ 拡散板

Claims (20)

1. 極短波長の光、特に波長が１５７ｎｍもしくはそれよりも短い光を放射する光源を有した照明系に用いられる石英基板からなる光学素子を製造するための方法であって、前記石英基板（９）を少なくとも一方の面で支持体（１１）に接合し、次に、厚さがマイクロ領域の目標値になるまで除去する、光学素子を製造するための方法。
2. 表面構造（９ａ）が設けられていて石英基板からなる回折型の光学素子を製造するための請求項１に記載の方法において、
   前記表面構造（９ａ）が形成されている前記回折型の光学素子（９）の面で前記石英基板（９）に前記支持体（１１）を接合し、次に、前記目標値まで除去された石英基板（９）を、１５７ｎｍもしくはそれよりも短い波長の光に対して耐性を有しかつ透明な基体（１２）上に取付け、次に、前記支持体（１１）から前記石英基板（９）をはがすことを特徴とする方法。
3. 請求項２に記載の方法において、
   剥離可能な貼着層（１０）を介して前記石英基板（９）に前記支持体（１１）を接合することを特徴とする方法。
4. 請求項２に記載の方法において、
   前記支持体（１１）として石英ガラスを用いることを特徴とする方法。
5. 請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の方法において、
   前記石英基板（９）とは反対の側にある前記支持体（１１）の面を、前記石英基板（９）の加工すべき面に対して平行に保つことを特徴とする方法。
6. 請求項１に記載の方法において、
   前記目標値に達するまで、第１のステップではラッピングにより、さらに第２のステップではポリシングにより前記石英基板（９）を除去することを特徴とする方法。
7. 請求項２に記載の方法において、
   前記基体（１２）としてフッ化カルシウムを用いることを特徴とする方法。
8. 拡散板を製造するための請求項１に記載の方法において、
   前記支持体（１１）をその両側において石英基板（９）に接合し、このとき、両方の石英基板（９）を目標値まで除去した後には基体として機能することになる前記支持体（１１）は、光源（３ａ）の光に対して耐性を有しかつ透明とされていることを特徴とする方法。
9. 請求項８に記載の方法において、
   前記支持体（１１）としてフッ化カルシウムを用いることを特徴とする方法。
10. 請求項８に記載の方法において、
    前記支持体（１１）をその両側において石英基板（９）に密着接合することを特徴とする方法。
11. 請求項９に記載の方法において、
    前記基体（１１）としての支持体に、その両側に設けられた石英基板（９）とともに、密閉部材（１３）を外周側に設けることを特徴とする方法。
12. 請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の方法において、
    前記支持体（１１）と前記両方の石英基板（９）とから形成された単一体を、拡散板を形成するためにエッチングすることを特徴とする方法。
13. 請求項１２に記載の方法において、
    前記エッチングをエッチング槽内で行なうことを特徴とする方法。
14. 請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の方法によって製造された石英基板（９）からなる光学素子。
15. 数μの厚さの石英基板（９）からなり、特に１５７ｎｍないしそれよりも短い波長の光に対して耐性を有しかつ透明である基体（１１，１２）上に設けられている光学素子。
16. 請求項１５に記載の光学素子において、
    表面構造（９ａ）が形成された回折型の光学素子であることを特徴とする光学素子。
17. 請求項１５に記載の光学素子において、
    拡散板（１４）であることを特徴とする光学素子。
18. 半導体素子を製造するためのマイクロリソグラフィーに用いられる照明系を備えた投影露光装置であって、一つもしくは複数の光学素子を有し、前記光学素子は石英基板（９）を備え、前記石英基板はμ領域の厚さでそれぞれ基体（１１，１２）上に設けられており、前記基体は、該装置の光源の光に対して耐性を有しかつ透明とされている投影露光装置。
19. 請求項１８に記載の投影露光装置において、
    前記光学素子は、表面構造（９ａ）が形成された回折型の光学素子であることを特徴とする投影露光装置。
20. 請求項１８に記載の投影露光装置において、
    前記光学素子は、拡散板であることを特徴とする投影露光装置。
    

Images