JP3368227B2 - 光学素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、カメラ、望遠鏡、
顕微鏡、半導体製造装置等における光学系に使用する光
学素子の製造方法に関するものである。
顕微鏡、半導体製造装置等における光学系に使用する光
学素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１６は或る基板１の自重変形について
の説明図であり、直径１５０ｍｍ、板厚ｔの石英から成
る基板１が、半径位置ａの位置において支持部２により
支持されている。基板１の板厚ｔが薄い場合において
は、基板１の中央部に変形量ｗの自重による変形が発生
する。
の説明図であり、直径１５０ｍｍ、板厚ｔの石英から成
る基板１が、半径位置ａの位置において支持部２により
支持されている。基板１の板厚ｔが薄い場合において
は、基板１の中央部に変形量ｗの自重による変形が発生
する。
【０００３】また、基板１の板厚をｔ＝０．８ｍｍ、支
持部２の半径をａ＝７０ｍｍ、石英のヤング率Ｅ＝７．
３１×１０4Ｎ／ｍｍ2、ポアソン比ν＝０．１７、密度
ρ＝２．２２×１０-6ｋｇ／ｍｍ3とすると、変形量ｗ
は次の式(1)により求めることができ、基板１の中央部
における変形量はｗ＝７．２μｍとなる。 ｗ＝３（１−ν2)９．８１ρｔａ2{(５＋ν）ａ2／（１＋ν)} ／１６Ｅｔ3 ・・・ (1)
持部２の半径をａ＝７０ｍｍ、石英のヤング率Ｅ＝７．
３１×１０4Ｎ／ｍｍ2、ポアソン比ν＝０．１７、密度
ρ＝２．２２×１０-6ｋｇ／ｍｍ3とすると、変形量ｗ
は次の式(1)により求めることができ、基板１の中央部
における変形量はｗ＝７．２μｍとなる。 ｗ＝３（１−ν2)９．８１ρｔａ2{(５＋ν）ａ2／（１＋ν)} ／１６Ｅｔ3 ・・・ (1)
【０００４】図１７は肉厚の薄い、回折光学素子である
バイナリオプティックス素子１１を示しており、このバ
イナリオプティックス素子１１を半径７０ｍｍの支持部
２により支持すると、図１８に示すように図１６の従来
例と同様に肉厚の薄いバイナリオプティクス素子１１に
は自重による変形が生じてしまう。
バイナリオプティックス素子１１を示しており、このバ
イナリオプティックス素子１１を半径７０ｍｍの支持部
２により支持すると、図１８に示すように図１６の従来
例と同様に肉厚の薄いバイナリオプティクス素子１１に
は自重による変形が生じてしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した半導体製造技
術を用いて製造された光学素子は、使用される光学機器
によっては光学素子の肉厚が非常に薄くなり、自重や保
持による変形が生じ易く、光学性能を著しく劣化させる
という問題を生ずる。
術を用いて製造された光学素子は、使用される光学機器
によっては光学素子の肉厚が非常に薄くなり、自重や保
持による変形が生じ易く、光学性能を著しく劣化させる
という問題を生ずる。
【０００６】自重変形等による変形量は、光学素子の形
状、材質、保持方法等により、予め計算することにより
予測可能である。また、光学的な計測手段等を用いた実
測においても変形量を測定することができる。
状、材質、保持方法等により、予め計算することにより
予測可能である。また、光学的な計測手段等を用いた実
測においても変形量を測定することができる。
【０００７】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
変形しないか、或いはあったとしても問題のない程度に
変形量を小さくできるようにした光学素子の製造方法を
提供することにある。
変形しないか、或いはあったとしても問題のない程度に
変形量を小さくできるようにした光学素子の製造方法を
提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項１に係る発明は、光学系において使用する屈折
型又は回折型の光学素子を製造する方法であって、前記
光学系で使用する際の前記光学素子の変形を相殺する方
向の応力を有する膜を前記光学素子の表面に成膜する工
程と、前記光学素子に対する応力を調整するために前記
膜をエッチングする工程とを有することを特徴とする光
学素子の製造方法である。
の請求項１に係る発明は、光学系において使用する屈折
型又は回折型の光学素子を製造する方法であって、前記
光学系で使用する際の前記光学素子の変形を相殺する方
向の応力を有する膜を前記光学素子の表面に成膜する工
程と、前記光学素子に対する応力を調整するために前記
膜をエッチングする工程とを有することを特徴とする光
学素子の製造方法である。
【０００９】請求項２に係る発明は、前記エッチング工
程において、前記光学素子の変形が解消される方向に変
化するように前記エッチングを行うことを特徴とする請
求項１に記載の光学素子の製造方法である。
程において、前記光学素子の変形が解消される方向に変
化するように前記エッチングを行うことを特徴とする請
求項１に記載の光学素子の製造方法である。
【００１０】請求項３に係る発明は、前記光学素子の変
形量を計測する計測工程を有することを特徴とする請求
項１又は２に記載の光学素子の製造方法である。
形量を計測する計測工程を有することを特徴とする請求
項１又は２に記載の光学素子の製造方法である。
【００１１】請求項４に係る発明は、前記計測工程の結
果に基づいて、前記エッチングを行うことを特徴とする
請求項３に記載の光学素子の製造方法である。
果に基づいて、前記エッチングを行うことを特徴とする
請求項３に記載の光学素子の製造方法である。
【００１２】請求項５に係る発明は、光学系において使
用する屈折型又は回折型の光学素子を製造する方法であ
って、前記光学系で使用する際の前記光学素子の変形を
相殺する方向の応力を有する膜を前記光学素子の表面に
成膜する工程と、前記光学素子に対する応力を調整する
ために前記膜にイオンを打ち込む工程とを有することを
特徴とする光学素子の製造方法である。
用する屈折型又は回折型の光学素子を製造する方法であ
って、前記光学系で使用する際の前記光学素子の変形を
相殺する方向の応力を有する膜を前記光学素子の表面に
成膜する工程と、前記光学素子に対する応力を調整する
ために前記膜にイオンを打ち込む工程とを有することを
特徴とする光学素子の製造方法である。
【００１３】請求項６に係る発明は、前記イオンが、ヘ
リウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラ
ドン、水素、酸素、フッ素の何れかのイオンであること
を特徴とする請求項５に記載の光学素子の製造方法であ
る。
リウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラ
ドン、水素、酸素、フッ素の何れかのイオンであること
を特徴とする請求項５に記載の光学素子の製造方法であ
る。
【００１４】請求項７に係る発明は、前記イオン打ち込
み工程において、前記光学素子の変形が解消される方向
に変化するように前記イオンを打ち込むことを特徴とす
る請求項５又は６に記載の光学素子の製造方法である。
み工程において、前記光学素子の変形が解消される方向
に変化するように前記イオンを打ち込むことを特徴とす
る請求項５又は６に記載の光学素子の製造方法である。
【００１５】請求項８に係る発明は、前記光学素子の変
形量を計測する計測工程を有することを特徴とする請求
項５〜７の何れか１つの請求項に記載の光学素子の製造
方法である。
形量を計測する計測工程を有することを特徴とする請求
項５〜７の何れか１つの請求項に記載の光学素子の製造
方法である。
【００１６】請求項９に係る発明は、前記計測工程の結
果に基づいて、前記イオンを打ち込むことを特徴とする
請求項８に記載の光学素子の製造方法である。
果に基づいて、前記イオンを打ち込むことを特徴とする
請求項８に記載の光学素子の製造方法である。
【００１７】請求項１０に係る発明は、請求項１〜９の
何れか１つの請求項に記載の光学素子の製造方法に基づ
いて製造した光学素子を有することを特徴とする光学装
置である。
何れか１つの請求項に記載の光学素子の製造方法に基づ
いて製造した光学素子を有することを特徴とする光学装
置である。
【００１８】請求項１１に係る発明は、請求項１〜９の
何れか１つの請求項に記載の光学素子の製造方法に基づ
いて製造した光学素子を有することを特徴とする露光装
置である。
何れか１つの請求項に記載の光学素子の製造方法に基づ
いて製造した光学素子を有することを特徴とする露光装
置である。
【００１９】請求項１２に係る発明は、請求項１１に記
載の露光装置を用いてウエハを露光する工程と、前記露
光したウエハを現像する工程とを有することを特徴とす
る半導体デバイスの製造方法である。
載の露光装置を用いてウエハを露光する工程と、前記露
光したウエハを現像する工程とを有することを特徴とす
る半導体デバイスの製造方法である。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明を図示の実施例に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施例の光学素
子の断面図を示しており、図１に示すように任意の応力
を有する応力調整薄膜２１を光学素子の基板２０の下面
に形成することにより、この応力調整薄膜２１の内部応
力Ｓにより基板２０を変形させることができる。この変
形量は光学素子の基板２０の材質、板厚、形状及び基板
２０に成膜する応力調整薄膜２１の応力値に依存して決
定され、更に基板２０と応力調整薄膜２１の材料の熱膨
張係数の差及び設置温度によっても変化する。
詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施例の光学素
子の断面図を示しており、図１に示すように任意の応力
を有する応力調整薄膜２１を光学素子の基板２０の下面
に形成することにより、この応力調整薄膜２１の内部応
力Ｓにより基板２０を変形させることができる。この変
形量は光学素子の基板２０の材質、板厚、形状及び基板
２０に成膜する応力調整薄膜２１の応力値に依存して決
定され、更に基板２０と応力調整薄膜２１の材料の熱膨
張係数の差及び設置温度によっても変化する。
【００２１】従って、基板２０の自重変形による変形量
ｗと応力調整薄膜２１の内部応力Ｓによる変形量ｄが相
殺されるように、応力調整薄膜２１の内部応力Ｓを決定
した後に、図２に示すように支持部２２において支持す
ると、基板２０の変形を解消又は最小にすることができ
る。なお、図１、図２においては、基板の表面の回折格
子や球面を図示することを省略している。
ｗと応力調整薄膜２１の内部応力Ｓによる変形量ｄが相
殺されるように、応力調整薄膜２１の内部応力Ｓを決定
した後に、図２に示すように支持部２２において支持す
ると、基板２０の変形を解消又は最小にすることができ
る。なお、図１、図２においては、基板の表面の回折格
子や球面を図示することを省略している。
【００２２】さて、応力調整薄膜２１の膜厚をＴｆとす
ると、応力調整薄膜２１の内部応力Ｓは次の式(2)で与
えられる。なお、Ｅはヤング率、ｔは基板２０の板厚、
ａは支持部の半径、νはポアソン比である。 Ｓ＝ｄＥｔ2／３Ｔｆ（ａ／２)2（１−ν） ・・・ (2)
ると、応力調整薄膜２１の内部応力Ｓは次の式(2)で与
えられる。なお、Ｅはヤング率、ｔは基板２０の板厚、
ａは支持部の半径、νはポアソン比である。 Ｓ＝ｄＥｔ2／３Ｔｆ（ａ／２)2（１−ν） ・・・ (2)
【００２３】ここで、例えば応力調整薄膜２１の内部応
力Ｓによる変形量をｄ＝７．２μｍ、応力調整薄膜２１
の膜厚Ｔｆ＝１μｍとすると、図１６において諸元によ
り計算した自重変形による基板２０の変形量ｗを相殺す
るために必要な応力調整薄膜２１の応力値は、Ｓ＝２７
Ｎ／ｍｍ2となる。
力Ｓによる変形量をｄ＝７．２μｍ、応力調整薄膜２１
の膜厚Ｔｆ＝１μｍとすると、図１６において諸元によ
り計算した自重変形による基板２０の変形量ｗを相殺す
るために必要な応力調整薄膜２１の応力値は、Ｓ＝２７
Ｎ／ｍｍ2となる。
【００２４】図２において、光学素子の基板２０の変形
中心と基板２０の光学中心（光軸）を略一致させてい
る。これは変形中心と光学中心が一致していない場合に
は、問題となる収差が発生してしまうからである。通
常、自重による変形は基板２０の幾何学的中心に対して
点対称に発生するため、基板２０の幾何学的中心と光学
的中心が一致するように基板２０を加工しておくことに
より、結果的に変形中心と光学中心を一致させることが
できる。
中心と基板２０の光学中心（光軸）を略一致させてい
る。これは変形中心と光学中心が一致していない場合に
は、問題となる収差が発生してしまうからである。通
常、自重による変形は基板２０の幾何学的中心に対して
点対称に発生するため、基板２０の幾何学的中心と光学
的中心が一致するように基板２０を加工しておくことに
より、結果的に変形中心と光学中心を一致させることが
できる。
【００２５】また、応力調整薄膜２１の内部応力の測定
には、基板２０の反り量から計算したり、応力調整薄膜
２１が結晶性を有している場合はＸ線回折法、ラマン分
光法等により、応力調整薄膜２１の結晶格子間距離の変
位量から計算することができる。
には、基板２０の反り量から計算したり、応力調整薄膜
２１が結晶性を有している場合はＸ線回折法、ラマン分
光法等により、応力調整薄膜２１の結晶格子間距離の変
位量から計算することができる。
【００２６】使用される応力調整薄膜２１は光学機器に
使用される波長に対して、吸収が小さいことが望まし
く、また基板２０と応力調整薄膜２１は使用される波長
に対する光学定数が一致又はできるだけ近いことが望ま
しい。もし、光学定数が著しく異なった場合には、基板
２０と応力調整薄膜２１の物理的界面が光学的な界面と
なり、この界面における反射による光量損失が生ずる。
例えば、基板２０に石英を用いた場合の応力調整薄膜２
１の材料には二酸化珪素（ＳｉＯ2）が好適である。
使用される波長に対して、吸収が小さいことが望まし
く、また基板２０と応力調整薄膜２１は使用される波長
に対する光学定数が一致又はできるだけ近いことが望ま
しい。もし、光学定数が著しく異なった場合には、基板
２０と応力調整薄膜２１の物理的界面が光学的な界面と
なり、この界面における反射による光量損失が生ずる。
例えば、基板２０に石英を用いた場合の応力調整薄膜２
１の材料には二酸化珪素（ＳｉＯ2）が好適である。
【００２７】図３は上記数値例の応用調整薄膜付のバイ
ナリオプティックス素子の製作方法の一例を示し、図３
(a)は板厚０．８ｍｍ、直径１５０ｍｍの石英基板３１
を示している。続いて、図３(b)において、この基板３
１上にスピンコート法により膜厚０．５μｍのフォトレ
ジスト３２を塗布し、熱処理を施した後にステッパを用
いて目的とするバイナリオプティックスの最小パターン
３４ａを第１レチクル３３ａを用いて基板３１の中央に
光を用いて焼付ける。そして再度、熱処理を施した後に
現像し、最小パターンの線幅０．５μｍの輪帯状のレジ
ストパターンを形成する。
ナリオプティックス素子の製作方法の一例を示し、図３
(a)は板厚０．８ｍｍ、直径１５０ｍｍの石英基板３１
を示している。続いて、図３(b)において、この基板３
１上にスピンコート法により膜厚０．５μｍのフォトレ
ジスト３２を塗布し、熱処理を施した後にステッパを用
いて目的とするバイナリオプティックスの最小パターン
３４ａを第１レチクル３３ａを用いて基板３１の中央に
光を用いて焼付ける。そして再度、熱処理を施した後に
現像し、最小パターンの線幅０．５μｍの輪帯状のレジ
ストパターンを形成する。
【００２８】更に、このレジストパターンをマスクと
し、反応性イオンエッチング法により石英基板３１を深
さ６１ｎｍエッチングした後に、フォトレジスト３２を
除去することにより、図３(c)に示すような２段形状の
バイナリオプティックス素子３５ａを得ることができ
る。更に、図３(d)に示すように、図３(c)において得ら
れた２段形状のバイナリオプティックス素子３５ａ上に
フォトレジスト３２を塗布し、第１レチクル３３ａの２
倍のピッチを有する第２レチクル３３ｂを用いて、エッ
チングパターンに位置合わせを行い、上述したプロセス
を繰り返し行うことにより、図３(e)に示すようにな４
段形状のバイナリオプティックス素子３５ｂを得ること
ができる。
し、反応性イオンエッチング法により石英基板３１を深
さ６１ｎｍエッチングした後に、フォトレジスト３２を
除去することにより、図３(c)に示すような２段形状の
バイナリオプティックス素子３５ａを得ることができ
る。更に、図３(d)に示すように、図３(c)において得ら
れた２段形状のバイナリオプティックス素子３５ａ上に
フォトレジスト３２を塗布し、第１レチクル３３ａの２
倍のピッチを有する第２レチクル３３ｂを用いて、エッ
チングパターンに位置合わせを行い、上述したプロセス
を繰り返し行うことにより、図３(e)に示すようにな４
段形状のバイナリオプティックス素子３５ｂを得ること
ができる。
【００２９】更に、図３(f)に示すように再度、第２レ
チクル３３ｂの２倍のピッチを有する第３レチクル３３
ｃを用い、エッチングパターンに位置合わせを行い、露
光、エッチングを含む工程を繰り返すことにより、図３
(g)に示すような８段形状のバイナリオプティックス素
子３５ｃを製作することができる。更に、図３(h)に示
すように、このバイナリオプティックス素子３５ｃの下
面にスパッタ法を用いて２７Ｎ／ｍｍ2の引っ張り応力
を有する膜厚１μｍの二酸化珪素から成る応力調整薄膜
３６を成膜する。
チクル３３ｂの２倍のピッチを有する第３レチクル３３
ｃを用い、エッチングパターンに位置合わせを行い、露
光、エッチングを含む工程を繰り返すことにより、図３
(g)に示すような８段形状のバイナリオプティックス素
子３５ｃを製作することができる。更に、図３(h)に示
すように、このバイナリオプティックス素子３５ｃの下
面にスパッタ法を用いて２７Ｎ／ｍｍ2の引っ張り応力
を有する膜厚１μｍの二酸化珪素から成る応力調整薄膜
３６を成膜する。
【００３０】実施例に示すような肉厚の薄いバイナリオ
プティクス素子に反射防止膜を形成する場合に、上述し
た自重変形を相殺するための応力調整薄膜３６を特に用
いず、反射防止膜の応力値を制御することによって素子
の自重変形を抑制することができる。
プティクス素子に反射防止膜を形成する場合に、上述し
た自重変形を相殺するための応力調整薄膜３６を特に用
いず、反射防止膜の応力値を制御することによって素子
の自重変形を抑制することができる。
【００３１】この場合に、反射防止膜に使用される材料
は素子の設計波長に対する反射防止条件を、薄膜が満足
することができる材料、例えばアルミナ、二酸化珪素、
酸化ハフニウム等の酸化物、フッ化カルシウム、フッ化
マグネシウム、フッ化リチウム、フッ化アルミニウム等
のフッ化物を、スパッタ法、蒸着法、化学的気相（ＣＶ
Ｄ）法等を用いてバイナリオプティックス素子３５ｃの
表面に成膜する。このバイナリオプティックス素子３５
ｃにおける変形量は、成膜された反射防止膜の内部応力
値と膜厚により変化するため、成膜時の膜厚も同時に制
御する必要がある。この膜厚は成膜装置により制御する
ことも可能であるが、目的の膜厚よりも厚く成膜した後
に、通常の機械的研磨法、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）
法、化学的エッチング法、ＲＩＥ（反応性イオンエッチ
ング）法、イオンビームエッチング法等のドライエッチ
ング法等を使用することにより膜厚を調整してもよい。
また、基板３１と反射防止膜の熱膨張係数の差を利用し
て応力を発生させ、結果的の同等の効果を得ることもで
きる。
は素子の設計波長に対する反射防止条件を、薄膜が満足
することができる材料、例えばアルミナ、二酸化珪素、
酸化ハフニウム等の酸化物、フッ化カルシウム、フッ化
マグネシウム、フッ化リチウム、フッ化アルミニウム等
のフッ化物を、スパッタ法、蒸着法、化学的気相（ＣＶ
Ｄ）法等を用いてバイナリオプティックス素子３５ｃの
表面に成膜する。このバイナリオプティックス素子３５
ｃにおける変形量は、成膜された反射防止膜の内部応力
値と膜厚により変化するため、成膜時の膜厚も同時に制
御する必要がある。この膜厚は成膜装置により制御する
ことも可能であるが、目的の膜厚よりも厚く成膜した後
に、通常の機械的研磨法、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）
法、化学的エッチング法、ＲＩＥ（反応性イオンエッチ
ング）法、イオンビームエッチング法等のドライエッチ
ング法等を使用することにより膜厚を調整してもよい。
また、基板３１と反射防止膜の熱膨張係数の差を利用し
て応力を発生させ、結果的の同等の効果を得ることもで
きる。
【００３２】図４は本発明の第２の実施例を示してお
り、バイナリオプティックス素子４１の下面に、スパッ
タ法により全応力が２７Ｎ／ｍｍ2の引っ張り応力を有
する二酸化珪素とアルミナの４層膜４２より成る反射防
止膜を兼ねた応力調整膜を成膜している。このバイナリ
オプティックス素子４１は図５に示すように、支持部２
２において支持することにより、自重による中心部の変
形を解消することができる。また、図６の拡大断面図に
示すように、バイナリオプティックス素子４１の表面
は、Ａｒスパッタにより表面に光学素子の使用波長以下
の微細な階段構造を有する反射防止層４３を設けること
もある。
り、バイナリオプティックス素子４１の下面に、スパッ
タ法により全応力が２７Ｎ／ｍｍ2の引っ張り応力を有
する二酸化珪素とアルミナの４層膜４２より成る反射防
止膜を兼ねた応力調整膜を成膜している。このバイナリ
オプティックス素子４１は図５に示すように、支持部２
２において支持することにより、自重による中心部の変
形を解消することができる。また、図６の拡大断面図に
示すように、バイナリオプティックス素子４１の表面
は、Ａｒスパッタにより表面に光学素子の使用波長以下
の微細な階段構造を有する反射防止層４３を設けること
もある。
【００３３】次に応力調整用薄膜３６の応力値の修正法
を述べる。図７は光マイクロ計測器の概略図を示してお
り、支持台５１に支持された光学素子５２にインジケー
タ５３に接続された光マイクロヘッド５４により、レー
ザー光Ｌを照射することにより、変形前の光学素子５２
と変形後の光学素子５２’を比較することにより変形量
を測定することができる。
を述べる。図７は光マイクロ計測器の概略図を示してお
り、支持台５１に支持された光学素子５２にインジケー
タ５３に接続された光マイクロヘッド５４により、レー
ザー光Ｌを照射することにより、変形前の光学素子５２
と変形後の光学素子５２’を比較することにより変形量
を測定することができる。
【００３４】図８(a)は本発明の第３の実施例における
バイナリオプティックス素子の或る状態での断面図を示
しており、第１の実施例において製作した応力調整薄膜
３６を成膜したバイナリオプティックス素子３５ｃを支
持部２２において支持し、バイナリオプティックス素子
３５ｃの中心部における変形量を上述の図７に示す光マ
イクロ計測器により計測したところ、応力調整薄膜３６
の成膜時における応力制御が不完全であったため、上方
に凸状の１μｍの変形を生じている。
バイナリオプティックス素子の或る状態での断面図を示
しており、第１の実施例において製作した応力調整薄膜
３６を成膜したバイナリオプティックス素子３５ｃを支
持部２２において支持し、バイナリオプティックス素子
３５ｃの中心部における変形量を上述の図７に示す光マ
イクロ計測器により計測したところ、応力調整薄膜３６
の成膜時における応力制御が不完全であったため、上方
に凸状の１μｍの変形を生じている。
【００３５】そこで、図８(b)に示すように、応力調整
薄膜３６をドライエッチング法により全体を０．０２μ
ｍエッチングすることにより除去した後に、図８(c)に
示すように支持部２２において支持し、中心部の変形量
を計測したところ、基準面に対する変形を解消すること
ができる。
薄膜３６をドライエッチング法により全体を０．０２μ
ｍエッチングすることにより除去した後に、図８(c)に
示すように支持部２２において支持し、中心部の変形量
を計測したところ、基準面に対する変形を解消すること
ができる。
【００３６】図９(a)は本発明の第４の実施例における
バイナリオプティックス素子の断面図を示しており、第
１の実施例において製作した応力調整薄膜３６を成膜し
たバイナリオプティックス素子３５ｃを支持部２２にお
いて支持し、バイナリオプティックス素子３５ｃの中心
部における基準面に対する変形量を計測したところ、応
力調整薄膜３６の成膜時における応力制御が不完全であ
ったため、上方に凸状の０．３μｍの変形を生じてい
る。
バイナリオプティックス素子の断面図を示しており、第
１の実施例において製作した応力調整薄膜３６を成膜し
たバイナリオプティックス素子３５ｃを支持部２２にお
いて支持し、バイナリオプティックス素子３５ｃの中心
部における基準面に対する変形量を計測したところ、応
力調整薄膜３６の成膜時における応力制御が不完全であ
ったため、上方に凸状の０．３μｍの変形を生じてい
る。
【００３７】図９(b)に示すように、支持時における変
形が計測されないか問題にならない程度小さくなるま
で、応力調整薄膜３６にイオン６１の打ち込みを行うこ
とにより、図９(c)に示すように支持部２２において支
持することにより変形を解消することができる。また、
打ち込むイオン６１の種類としては、ヘリウム、ネオ
ン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン等の不活
性種の希ガス、水素、酸素、フッ素等の反応性種等を用
いる。また、応力調整膜３６の成膜後に、この膜に応力
分布が生じた場合等には、応力分布に応じてイオン打ち
込みを行い、応力値の均一性を向上させることもでき
る。
形が計測されないか問題にならない程度小さくなるま
で、応力調整薄膜３６にイオン６１の打ち込みを行うこ
とにより、図９(c)に示すように支持部２２において支
持することにより変形を解消することができる。また、
打ち込むイオン６１の種類としては、ヘリウム、ネオ
ン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン等の不活
性種の希ガス、水素、酸素、フッ素等の反応性種等を用
いる。また、応力調整膜３６の成膜後に、この膜に応力
分布が生じた場合等には、応力分布に応じてイオン打ち
込みを行い、応力値の均一性を向上させることもでき
る。
【００３８】このような方法はバイナリオプティックス
素子に止まらず、プリズム、ミラー、ＣＧＨ（コンピュ
ータジェネレーティッドホログラム）等の光学部品、更
にはフォトマスク、レチクル等の広範囲において使用す
ることが可能である。
素子に止まらず、プリズム、ミラー、ＣＧＨ（コンピュ
ータジェネレーティッドホログラム）等の光学部品、更
にはフォトマスク、レチクル等の広範囲において使用す
ることが可能である。
【００３９】図１０は本発明の第５の実施例を示してお
り、本実施例では第１の実施例における石英基板２０の
代りに同形状の蛍石基板７１を用いている。蛍石のヤン
グ率Ｅ＝７．５８×１０4Ｎ／ｍｍ2、ポアソン比ν＝
０．２６、密度ρ＝３．１８×１０-6ｋｇ／ｍｍ3と
し、第１の実施例と同様に半径７０ｍｍの位置で支持し
た場合の変形量ｗを式(1)を用いて計算すると、中心の
変形量ｗ＝１１．３μｍとなる。変形量をｗ＝１１．３
μｍを相殺する変形量を発生させるためには、応力調整
薄膜７４の膜厚ＴｆはＴｆ＝１μｍであり、その応力値
は、式(2)からＳ＝５０Ｎ／ｍｍ2となる。
り、本実施例では第１の実施例における石英基板２０の
代りに同形状の蛍石基板７１を用いている。蛍石のヤン
グ率Ｅ＝７．５８×１０4Ｎ／ｍｍ2、ポアソン比ν＝
０．２６、密度ρ＝３．１８×１０-6ｋｇ／ｍｍ3と
し、第１の実施例と同様に半径７０ｍｍの位置で支持し
た場合の変形量ｗを式(1)を用いて計算すると、中心の
変形量ｗ＝１１．３μｍとなる。変形量をｗ＝１１．３
μｍを相殺する変形量を発生させるためには、応力調整
薄膜７４の膜厚ＴｆはＴｆ＝１μｍであり、その応力値
は、式(2)からＳ＝５０Ｎ／ｍｍ2となる。
【００４０】図１０(a)は第５の実施例における蛍石基
板７１の断面図を示しており、蛍石基板７１上にスパッ
タ法により、膜厚約４２７ｎｍの二酸化珪素膜７２を成
膜し、更に、図１０(b)に示すように第１の実施例と同
様の加工工程を用いることにより、蛍石基板７１上にバ
イナリオプティックス素子７３を形成することができ
る。続いて図１０(c)に示すように、このバイナリオプ
ティックス素子７３の加工面を下面にし、第１の実施例
と同様に半径位置７０ｍｍの支持部２２において保持
し、バイナリオプティックス素子７３の中心部を計測し
たところ、凹状の１０μｍの変形量が生じていた。
板７１の断面図を示しており、蛍石基板７１上にスパッ
タ法により、膜厚約４２７ｎｍの二酸化珪素膜７２を成
膜し、更に、図１０(b)に示すように第１の実施例と同
様の加工工程を用いることにより、蛍石基板７１上にバ
イナリオプティックス素子７３を形成することができ
る。続いて図１０(c)に示すように、このバイナリオプ
ティックス素子７３の加工面を下面にし、第１の実施例
と同様に半径位置７０ｍｍの支持部２２において保持
し、バイナリオプティックス素子７３の中心部を計測し
たところ、凹状の１０μｍの変形量が生じていた。
【００４１】そこで、図１０(d)に示すように、バイナ
リオプティックス素子７３の下面に膜厚約１μｍのフッ
化マグネシウムから成る応力調整薄膜７４を蒸着法によ
って成膜し、再度バイナリオプティックス素子７３を保
持することにより、基板７１の変形を解消することがで
きる。また、この際の応力調整薄膜７４の内部応力は式
(2)と上述の物性値を用いて計算すると、Ｓ＝４５Ｎ／
ｍｍ2の圧縮応力となる。また、応力調整薄膜７４とし
てはフッ化カルシウムや二酸化珪素等を用いてもよい。
リオプティックス素子７３の下面に膜厚約１μｍのフッ
化マグネシウムから成る応力調整薄膜７４を蒸着法によ
って成膜し、再度バイナリオプティックス素子７３を保
持することにより、基板７１の変形を解消することがで
きる。また、この際の応力調整薄膜７４の内部応力は式
(2)と上述の物性値を用いて計算すると、Ｓ＝４５Ｎ／
ｍｍ2の圧縮応力となる。また、応力調整薄膜７４とし
てはフッ化カルシウムや二酸化珪素等を用いてもよい。
【００４２】図１１(a)は本発明の第６の実施例におけ
る石英基板から成るフォトマスク８１の断面図を示して
おり、１５０ｍｍ角、板厚６．３５ｍｍのフォトマスク
８１にクロムパターン（又はマスクパターン）８２を設
け、図１１(b)に示すように半導体露光装置のマスクチ
ャックと同等の保持方法により、１４０ｍｍ角の位置に
おいて支持部２２により支持し、フォトマスク８１の中
央部における変形量を計測した結果、凹状に０．９μｍ
の変形を生じていた。そこで、図１１(c)に示すように
支持台２２からフォトマスク８１を外し、式(2)を用い
た計算結果に基づいて、内部応力Ｓ＝４３Ｎ／ｍｍ2を
有する膜厚約５μｍの二酸化珪素から成る応力調整薄膜
８３をフォトマスク８１のクロムパターン（マスクパタ
ーン）８２を形成してある面の反対側の面に成膜してか
ら、図１１(d)に示すように支持台２２で支持するとフ
ォトマスク８１の変形を解消することができる。
る石英基板から成るフォトマスク８１の断面図を示して
おり、１５０ｍｍ角、板厚６．３５ｍｍのフォトマスク
８１にクロムパターン（又はマスクパターン）８２を設
け、図１１(b)に示すように半導体露光装置のマスクチ
ャックと同等の保持方法により、１４０ｍｍ角の位置に
おいて支持部２２により支持し、フォトマスク８１の中
央部における変形量を計測した結果、凹状に０．９μｍ
の変形を生じていた。そこで、図１１(c)に示すように
支持台２２からフォトマスク８１を外し、式(2)を用い
た計算結果に基づいて、内部応力Ｓ＝４３Ｎ／ｍｍ2を
有する膜厚約５μｍの二酸化珪素から成る応力調整薄膜
８３をフォトマスク８１のクロムパターン（マスクパタ
ーン）８２を形成してある面の反対側の面に成膜してか
ら、図１１(d)に示すように支持台２２で支持するとフ
ォトマスク８１の変形を解消することができる。
【００４３】図１２(a)は本発明の第７の実施例におけ
る中心肉厚５ｍｍで周辺肉厚２ｍｍの平凸レンズ９１の
断面図を示している。図１２(b)に示すように、この平
凸レンズ９１を支持台２２により保持し変形量を計測し
たところ、凹状に３．５μｍの変形を生じていたので、
図１２(c)に示すように、この平凸レンズ９１の平坦面
には引っ張り応力を有する二酸化珪素膜９２を成膜し、
上方の凸面には圧縮応力を有する二酸化珪素膜９３を成
膜し、支持時の変形が計測されなくなるまで変形量の計
測と二酸化珪素膜９３へのイオン打ち込みを繰り返し行
うことにより、平凸レンズの自重変形を解消することが
できる。
る中心肉厚５ｍｍで周辺肉厚２ｍｍの平凸レンズ９１の
断面図を示している。図１２(b)に示すように、この平
凸レンズ９１を支持台２２により保持し変形量を計測し
たところ、凹状に３．５μｍの変形を生じていたので、
図１２(c)に示すように、この平凸レンズ９１の平坦面
には引っ張り応力を有する二酸化珪素膜９２を成膜し、
上方の凸面には圧縮応力を有する二酸化珪素膜９３を成
膜し、支持時の変形が計測されなくなるまで変形量の計
測と二酸化珪素膜９３へのイオン打ち込みを繰り返し行
うことにより、平凸レンズの自重変形を解消することが
できる。
【００４４】図１３は上述した幾つかの実施例において
製作したバイナリオプティックス素子を搭載した半導体
露光装置の構成図を示している。エキシマレーザー出力
装置１０１から射出されたＫｒＦエキシマレーザー光Ｌ
は反射ミラー１０２、１０３、１０４により反射され、
照明光学系１０５に導光される。この照明光学系１０５
は光強度分布が均一な照明光を形成し、この照明光によ
ってマスクチャック１０６に固定されたレチクル１０７
を均一照度で照明し、このレチクル１０７からのパター
ン光は先の実施例の変形が抑制されたバイナリオプティ
ックス素子を用いた投影光学系１０９により縮小されス
テージ１０９上に設けられたウェハチャック１１０に固
定されたウェハ１１１上に投射される。
製作したバイナリオプティックス素子を搭載した半導体
露光装置の構成図を示している。エキシマレーザー出力
装置１０１から射出されたＫｒＦエキシマレーザー光Ｌ
は反射ミラー１０２、１０３、１０４により反射され、
照明光学系１０５に導光される。この照明光学系１０５
は光強度分布が均一な照明光を形成し、この照明光によ
ってマスクチャック１０６に固定されたレチクル１０７
を均一照度で照明し、このレチクル１０７からのパター
ン光は先の実施例の変形が抑制されたバイナリオプティ
ックス素子を用いた投影光学系１０９により縮小されス
テージ１０９上に設けられたウェハチャック１１０に固
定されたウェハ１１１上に投射される。
【００４５】レチクル１０７からのパターン光と露光光
は、投影光学系１０９によりレチクル１０７のパターン
がウェハ１１１上に結像して転写される。この半導体露
光装置は先の実施例の光学バイナリオプティックス素子
を用いているため、素子の変形が著しく低減されてい
る。従って、光学系１０７の収差も低減され、高精度に
パターンのウエハへの転写が可能である。また、本実施
例の装置は図示しないが、レチクル１０７とウェハ１１
１の相対的なずれ量を計測するアライメント光学系やス
テージ１０９の位置計測をするためのレーザー干渉系
や、ウェハ１１１、レチクル１０７を運搬する運搬装置
が設けられている。このようにして、バイナリオプティ
ックス素子から成る光学素子が組み込まれＫｒＦエキシ
マレーザーを用いたステッパを用いて、半導体デバイス
を製作することができる。
は、投影光学系１０９によりレチクル１０７のパターン
がウェハ１１１上に結像して転写される。この半導体露
光装置は先の実施例の光学バイナリオプティックス素子
を用いているため、素子の変形が著しく低減されてい
る。従って、光学系１０７の収差も低減され、高精度に
パターンのウエハへの転写が可能である。また、本実施
例の装置は図示しないが、レチクル１０７とウェハ１１
１の相対的なずれ量を計測するアライメント光学系やス
テージ１０９の位置計測をするためのレーザー干渉系
や、ウェハ１１１、レチクル１０７を運搬する運搬装置
が設けられている。このようにして、バイナリオプティ
ックス素子から成る光学素子が組み込まれＫｒＦエキシ
マレーザーを用いたステッパを用いて、半導体デバイス
を製作することができる。
【００４６】図１４はＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、
液晶パネル或いはＣＣＤ等の半導体デバイスの製造工程
のフローチャート図を示している。先ず、ステップ１に
おいて半導体デバイスの回路設計を行い、続いてステッ
プ２においてステップ１で設計した回路パターンを、成
形したマスクを製作する。
液晶パネル或いはＣＣＤ等の半導体デバイスの製造工程
のフローチャート図を示している。先ず、ステップ１に
おいて半導体デバイスの回路設計を行い、続いてステッ
プ２においてステップ１で設計した回路パターンを、成
形したマスクを製作する。
【００４７】一方、ステップ３においてシリコン等の材
料を用いてウェハを製造する。その後に、前工程と呼ば
れるステップ４において、ステップ２、３において用意
したマスク及びウェハを用い、リソグラフィ技術によっ
てウェハ上に回路を形成する。フォトマスクを露光装置
内にローディングし、フォトマスクを搬送しマスクチャ
ックにチャッキングし、マスクアライメントを行う。
料を用いてウェハを製造する。その後に、前工程と呼ば
れるステップ４において、ステップ２、３において用意
したマスク及びウェハを用い、リソグラフィ技術によっ
てウェハ上に回路を形成する。フォトマスクを露光装置
内にローディングし、フォトマスクを搬送しマスクチャ
ックにチャッキングし、マスクアライメントを行う。
【００４８】次に、ウェハをローディングすることによ
り、アライメントユニットでウェハとフォトマスクのず
れを検出して、ウェハステージを駆動して両者の位置合
わせを行う。両者が合致したならば露光を行い、露光終
了後にウェハは次のショットへステップ移動し、アライ
メント以下の動作を行う。
り、アライメントユニットでウェハとフォトマスクのず
れを検出して、ウェハステージを駆動して両者の位置合
わせを行う。両者が合致したならば露光を行い、露光終
了後にウェハは次のショットへステップ移動し、アライ
メント以下の動作を行う。
【００４９】更に、後工程と呼ばれるステップ５におい
て、ステップ４によって製造されたウェハを用いてダイ
シング、ボンディング等のアッセンブリ工程、チップ封
入等のパッケージング工程を経て半導体チップ化する。
チップ化された半導体デバイスはステップ６において動
作確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。このような
一連の工程を経て半導体デバイスは完成し、ステップ７
に進み出荷される。
て、ステップ４によって製造されたウェハを用いてダイ
シング、ボンディング等のアッセンブリ工程、チップ封
入等のパッケージング工程を経て半導体チップ化する。
チップ化された半導体デバイスはステップ６において動
作確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。このような
一連の工程を経て半導体デバイスは完成し、ステップ７
に進み出荷される。
【００５０】図１５は図１４におけるステップ３におい
て、ウェハ製造の詳細な製造工程のフローチャート図を
示している。先ず、ステップ１１においてウェハ表面を
酸化させる。続いて、ステップ１２においてウェハ表面
をＣＶＤ法により絶縁膜を形成し、ステップ１３におい
て電極形成を行う。更にステップ１４に進み、ウェハに
イオンを打込む。続いて、ステップ１５においてウェハ
上に感光剤を塗布する。更にステップ１６で、図１４に
おいて説明したＫｒＦエキシマレーザーステッパを用い
て回路パターンをウェハ上に焼付ける。ステップ１７に
おいて、ステップ１６において露光したウェハ上のレジ
ストを現像する。更に、ステップ１８で、ステップ１７
において現像したレジスト像以外の部分をエッチングす
る。その後に、ステップ１９においてエッチングが済ん
で不要となったレジストを剥離する。更に、これらの一
連の工程を繰り返し行うことにより、ウェハ上に多重の
回路パターンを形成することができる。
て、ウェハ製造の詳細な製造工程のフローチャート図を
示している。先ず、ステップ１１においてウェハ表面を
酸化させる。続いて、ステップ１２においてウェハ表面
をＣＶＤ法により絶縁膜を形成し、ステップ１３におい
て電極形成を行う。更にステップ１４に進み、ウェハに
イオンを打込む。続いて、ステップ１５においてウェハ
上に感光剤を塗布する。更にステップ１６で、図１４に
おいて説明したＫｒＦエキシマレーザーステッパを用い
て回路パターンをウェハ上に焼付ける。ステップ１７に
おいて、ステップ１６において露光したウェハ上のレジ
ストを現像する。更に、ステップ１８で、ステップ１７
において現像したレジスト像以外の部分をエッチングす
る。その後に、ステップ１９においてエッチングが済ん
で不要となったレジストを剥離する。更に、これらの一
連の工程を繰り返し行うことにより、ウェハ上に多重の
回路パターンを形成することができる。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る光学素
子の製造方法は、光学系に使用する場合の変形をエッチ
ング又はイオン打ち込みした膜により相殺しているの
で、薄肉にも拘わらず、変形による収差を著しく低減す
ることが可能になる。
子の製造方法は、光学系に使用する場合の変形をエッチ
ング又はイオン打ち込みした膜により相殺しているの
で、薄肉にも拘わらず、変形による収差を著しく低減す
ることが可能になる。
【００５２】また、各種光学装置に適用することによ
り、小型化、軽量化、低コスト化も達成することができ
る。
り、小型化、軽量化、低コスト化も達成することができ
る。
【図１】第１の実施例の光学素子の断面図である。
【図２】作用説明図である。
【図３】バイナリオプティックス素子の製作工程図であ
る。
る。
【図４】第２の実施例の光学素子の断面図である。
【図５】作用説明図である。
【図６】部分拡大断面図である。
【図７】光マイクロ計測器の概略図である。
【図８】第３の実施例の光学素子の説明図である。
【図９】第４の実施例の光学素子の説明図である。
【図１０】第５の実施例の光学素子の説明図である。
【図１１】第６の実施例の光学素子の説明図である。
【図１２】第７の実施例の平凸レンズの説明図である。
【図１３】半導体露光装置の模式図である。
【図１４】半導体デバイスの製造方法のフローチャート
図である。
図である。
【図１５】ウェハの製造方法のフローチャート図であ
る。
る。
【図１６】基板の自重による変形の説明図である。
【図１７】従来の光学素子の説明図である。
【図１８】従来の光学素子の説明図である。
２０ 基板
２１、３６、８３ 応力調整薄膜
２２ 支持部
３１、８１ 石英基板
３２ フォトレジスト
３３ レチクル
３４ レジストパターン
３５、４１、７３ バイナリオプティックス素子
４２ ４層膜
４３ 反射防止膜
７１ 蛍光基板
７２、９２、９３ 二酸化硅素膜
８２ フォトマスク
９１ 平凸レンズ
１０９ 投影光学系
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 5/18
G02B 1/10
G02B 5/20
G02B 5/30
Claims (12)
- 【請求項１】 光学系において使用する屈折型又は回折
型の光学素子を製造する方法であって、前記光学系で使
用する際の前記光学素子の変形を相殺する方向の応力を
有する膜を前記光学素子の表面に成膜する工程と、前記
光学素子に対する応力を調整するために前記膜をエッチ
ング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。 - 【請求項２】 前記エッチング工程において、前記光学
素子の変形が解消される方向に変化するように前記エッ
チングを行うことを特徴とする請求項１に記載の光学素
子の製造方法。 - 【請求項３】 前記光学素子の変形量を計測する計測工
程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光
学素子の製造方法。 - 【請求項４】 前記計測工程の結果に基づいて、前記エ
ッチングを行うことを特徴とする請求項３に記載の光学
素子の製造方法。 - 【請求項５】 光学系において使用する屈折型又は回折
型の光学素子を製造する方法であって、前記光学系で使
用する際の前記光学素子の変形を相殺する方向の応力を
有する膜を前記光学素子の表面に成膜する工程と、前記
光学素子に対する応力を調整するために前記膜にイオン
を打ち込む工程とを有することを特徴とする光学素子の
製造方法。 - 【請求項６】 前記イオンが、ヘリウム、ネオン、アル
ゴン、クリプトン、キセノン、ラドン、水素、酸素、フ
ッ素の何れかのイオンであることを特徴とする請求項５
に記載の光学素子の製造方法。 - 【請求項７】 前記イオン打ち込み工程において、前記
光学素子の変形が解消される方向に変化するように前記
イオンを打ち込むことを特徴とする請求項５又は６に記
載の光学素子の製造方法。 - 【請求項８】 前記光学素子の変形量を計測する計測工
程を有することを特徴とする請求項５〜７の何れか１つ
の請求項に記載の光学素子の製造方法。 - 【請求項９】 前記計測工程の結果に基づいて、前記イ
オンを打ち込むことを特徴とする請求項８に記載の光学
素子の製造方法。 - 【請求項１０】 請求項１〜９の何れか１つの請求項に
記載の光学素子の製造方法に基づいて製造した光学素子
を有することを特徴とする光学装置。 - 【請求項１１】 請求項１〜９の何れか１つの請求項に
記載の光学素子の製造方法に基づいて製造した光学素子
を有することを特徴とする露光装置。 - 【請求項１２】 請求項１１に記載の露光装置を用いて
ウエハを露光する工程と、前記露光したウエハを現像す
る工程とを有することを特徴とする半導体デバイスの製
造方法。
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