JP4341432B2 - 研磨装置および研磨加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、研磨対象物の表面に噴射ノズルから流体を噴射することによって表面の研磨加工を実施する研磨装置および研磨加工方法に関するものである。

従来、研磨材と水などの液体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、研磨材が直接噴射ノズルの圧送路の中を通ってくるので、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。さらに、研磨材が高速で噴射ノズルの細い圧送路を通過することになるので、圧送路自体の摩耗の原因になる。圧送路が摩耗すると、この圧送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号公報

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、図１０に示すように、研磨材と水などの液体からなる研磨液３で満たした研磨液槽１１内に研磨対象物４を浸して噴射ノズル２１から気体２を噴射する研磨装置２０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２１から気体２を噴射することにより、この気体２に巻き込まれた研磨液３によって研磨対象物４の表面研磨を行うものである。

このように気体２を噴射ノズル２１から噴射することにより、上述のような、研磨材噴射に伴う圧送路２１ｄの目詰まりや圧送路２１ｄの摩耗等の問題を回避できる。また、上述のように、噴射ノズル２１から水を噴射させるものではないので、研磨液３の濃度を一定に保つことができる。従って、研磨速度が一定になり、研磨対象物４の研磨表面のむらを防止できる。

図１１は、圧縮性の気体２が研磨液３中に噴射されたときの概念図を示している。すなわち、噴射ノズル２１から気体２が噴射されると、液中において気体７（気泡）が浮力により液体表面に向けて上昇する。上昇する際には、力学的に安定な経路（最短経路）を通り、気体７は噴射ノズル２１の外壁２１ｇに沿って上昇する。

この際には、噴射ノズル２１の内壁２１ｆ及び外壁２１ｇに研磨液３が付着する可能性があり、噴射ノズル２１の内壁２１ｆに液滴５が付着すると、圧縮された気体２の流速分布に乱れが生じてしまうと共に、噴射ノズル２１の外壁２１ｇに液滴６が付着すると、この液滴６が気泡７の上昇の妨げになり、研磨液３の巻き込みが不安定になる。

このように、噴射ノズル１の内壁２１ｆ及び外壁２１ｇに液滴５，６が付着することにより、圧縮された気体２に巻き込まれる研磨液３の流速分布に乱れが生じて、研磨液３の流動状態も乱れることになる。その結果、研磨対象物４の研磨加工量にばらつきが発生し、高精度な研磨加工が困難になるという問題があることに、発明者は見出したのである。

そこで、本発明は上記の問題を鑑みて、噴射ノズルから気体を噴出する際に、研磨液の流動状態を安定させることにより、安定した研磨液を研磨対象物に衝突させて、高精度な研磨加工が可能な研磨装置および研磨加工方法を提供することを課題としている。

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、前記研磨液に噴射ノズルの先端が浸漬された状態で当該噴射ノズルから前記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加工を行う研磨装置であって、前記噴射ノズル全体は、撥水性の材質で形成された研磨装置としたことを特徴とする。

請求項２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、前記研磨液に噴射ノズルの先端が浸漬された状態で当該噴射ノズルから前記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加工を行う研磨装置であって、前記噴射ノズルの外壁側又は内壁側は撥水性の材質で形成された研磨装置としたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の構成に加えて、前記撥水性の材質はフッ素樹脂であることを特徴とする。

請求項４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、前記研磨液に噴射ノズルの先端が浸漬された状態で当該噴射ノズルから前記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加工を行う研磨装置であって、前記噴射ノズルの外壁又は内壁に、撥水性の材質をコートした研磨装置としたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の構成に加えて、前記噴射ノズルの基材の材質はステンレス鋼、前記撥水性の材質はフッ素樹脂であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の構成に加えて、前記噴射ノズルをその中心軸を中心として回転駆動させる駆動装置を設けたことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の研磨装置を用いて前記研磨対象物の研磨加工を行う研磨加工方法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、前記研磨液に噴射ノズルの先端が浸漬された状態で当該噴射ノズルから前記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加工を行う研磨装置であって、前記噴射ノズル全体は、撥水性の材質で形成されたので、気体が通過する噴射ノズルに液滴が付着し難い。従って、付着物による外乱の発生を極力低減し、研磨液の流動状態を安定させることにより、安定した研磨液を研磨対象物に衝突させて、高精度な研磨加工が可能な研磨装置を提供できる。

請求項２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、前記研磨液に噴射ノズルの先端が浸漬された状態で当該噴射ノズルから前記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加工を行う研磨装置であって、前記噴射ノズルの外壁側又は内壁側は撥水性の材質で形成されたので、気体が通過する噴射ノズルの外壁側又は内壁側に液滴が付着し難い。従って、研磨液の流動状態を安定させることにより、安定した研磨液を研磨対象物に衝突させて、高精度な研磨加工が可能な研磨装置を提供できる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加えて、前記撥水性の材質はフッ素樹脂であるので、撥水性の高い材質として、より液滴が付着し難い。

請求項４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、前記研磨液に噴射ノズルの先端が浸漬された状態で当該噴射ノズルから前記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加工を行う研磨装置であって、前記噴射ノズルの外壁又は内壁に、撥水性の材質をコートしたので、気体が通過する噴射ノズルの外壁側又は内壁側に液滴が付着し難い。従って、研磨液の流動状態を安定させることにより、安定した研磨液を研磨対象物に衝突させて、高精度な研磨加工が可能な研磨装置を提供できる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の効果に加えて、前記噴射ノズルの基材の材質はステンレス鋼、前記撥水性の材質はフッ素樹脂であるので、より液滴が付着し難い。

請求項６に記載の発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の効果に加えて、前記噴射ノズルをその中心軸を中心として回転駆動させる駆動装置を設けたので、前記噴射ノズルを該噴射ノズルの中心軸を中心として回転させることにより、気体及び研磨液の平均化により、従来の回転させない噴射ノズルに比べてより安定した研磨液を研磨対象物に衝突させて、高精度な研磨加工が可能な研磨装置を提供できる。さらに、気体が通過する噴射ノズルに液滴が付着していても、その外乱の影響を回転によって平均化して極力低減させ、気体及び気体に巻き込まれた研磨液の流動状態を安定させることができる。従って、安定した研磨液を研磨対象物に衝突させて、高精度な研磨加工が可能な研磨装置を提供できる。

請求項７に記載の発明によれば、請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の研磨装置を用いて前記研磨対象物の研磨加工を行うので、安定した研磨液を研磨対象物に衝突させて、高精度な研磨加工が可能な研磨加工方法を提供できる。

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乃至図３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の概略図である。

まず構成を説明すると、研磨装置１０は、研磨液３に研磨対象物４を浸すための研磨液槽１１と、この研磨対象物４に対して気体２を噴射させるための噴射ノズル１とを備えている。

この噴射ノズル１は、棒状を呈し、内部に気体２が圧送される圧送路１ｄが形成され、下端部１ｅ側が先細り形状に形成されている。そして、噴射ノズル１に図示省略のコンプレッサから気体２が圧送されて、噴射ノズル１の先端から噴射されるように構成されている。この噴射ノズル１は、全体が撥水性の材質で形成されており、内壁面１ｆ及び外壁面１ｇが撥水性を有している。

撥水性の材質としては、フッ素樹脂、有機シリコン化合物等を用いることができる。

かかる研磨装置１０にあっては、噴射ノズル１の中から圧縮された気体２が研磨液３の中に噴射されることにより、気体２が研磨液３を巻き込み、研磨対象物４に研磨液３を衝突させることにより研磨対象物４が研磨加工される。

気体２は、図２中矢印で示すように、噴射ノズル１の圧送路１ｄ内を通り外部に噴射された後、気泡７となって、外壁面１ｇに沿って上昇する。

この際には、内壁面１ｆ及び外壁面１ｇが撥水性を有しているため、気体２が通過する噴射ノズル１の外壁面１ｇや内壁面１ｆに液滴が付着し難い。このように液滴の付着を防ぐことにより、付着物（液滴）による気体２の流れに対する外乱の発生を極力低減でき、気体２と、この気体２に巻き込まれた研磨液３との流動状態を安定させることができる。従って、安定した流動状態の研磨液３を研磨対象物４に衝突させることにより、高精度な研磨加工が可能となる。

なお、図１及び図２において、噴射ノズル１は、先細りになった形状を例にとって示したが、先端まで一定の幅の形状の噴射ノズル１でも同様の効果が得られる。

図３は、本発明の実施の形態１に係る噴射ノズル１の場合と、前述の撥水性を有さない噴射ノズル２１の場合との研磨対象物４の研磨加工深さのプロファイル図である。本発明の噴射ノズル１を用いたプロファイル図を実線で表示し、撥水性を有さない噴射ノズル２１を用いたプロファイル図で破線で表示した。また、横軸は研磨加工位置を、縦軸は各研磨加工位置での研磨加工深さを表わしている。具体的には、研磨加工領域の中心付近の研磨加工面上の１点を基準点として、横軸の研磨加工位置は、基準点から測った水平距離（ｍｍ単位）で示してあり、縦軸の研磨加工深さは、基準点から測った各加工位置での研磨加工面高さ（μｍ単位）で示してある。噴射ノズル１の圧送路１ｄの直径は、いずれの場合も５ｍｍである。また、噴射ノズル１の構成（材質）が異なること以外の、他の研磨加工条件等は、両者とも全て同一としてある。

この図３によれば、発明の実施の形態１では、研磨加工深さは、研磨対象物４の測定範囲±４０ｍｍの範囲で、およそ＋０．０１μｍ、−０．００５μｍ程度の微小なばらつきであることがわかる。一方、撥水性を有さないものの場合には、研磨対象物４の測定範囲±４０ｍｍの範囲で、およそ＋０．０４５μｍ、−０．０２８μｍの範囲の大きなばらつきが発生していることがわかる。従って、本発明のように噴射ノズル１全体を撥水性の材質で形成することにより、研磨加工のばらつきを約５分の１に低減でき、高精度な研磨加工を実施できる。
［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４を用いて説明する。

図４は、本発明の実施の形態２に係る研磨装置１０の概略図である。

本発明の実施の形態２は、噴射ノズル１の構成が本発明の実施の形態１の構成と相違している。すなわち、この噴射ノズル１は、外壁側を構成する外筒１ａと内壁側を構成する内筒１ｂとから構成されている。この外筒１ａは、撥水性の材質、例えばフッ素樹脂で形成されており、内筒１ｂは、撥水性をそれ程有していない、例えばステンレス鋼で形成されている。

このように、噴射ノズル１の外壁側に撥水性の材質を用いることにより、圧縮性の気体２が通過する際の噴射ノズル１の外壁側に液滴が付着し難い。この液滴の付着を防ぐことにより、付着物による外乱の発生を極力低減し、気体２及び気体２に巻き込まれた研磨液３の流動状態を安定させることができる。従って、安定した研磨液３を研磨対象物４に衝突させて、高精度な研磨加工が可能な研磨装置１０を提供できる。

他の構成及び作用は、本発明の実施の形態１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２の変形例として、噴射ノズル１の外壁側を撥水性をそれ程有していない材質、内壁側を撥水性の材質とした構成にしても良い。この場合、噴射ノズル１の内壁側に撥水性の材質を用いることにより、圧縮性の気体２が通過する噴射ノズル１の内壁側に液滴が付着し難い。この液滴の付着を防ぐことにより、付着物による外乱の発生を極力低減し、気体２及び気体２に巻き込まれた研磨液３の流動状態を安定させることができる。従って、安定した研磨液３を研磨対象物４に衝突させて、高精度な研磨加工が可能となる。
［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５を用いて説明する。

図５は、本発明の実施の形態３に係る研磨装置１０の概略図である。

本発明の実施の形態３は、噴射ノズル１の構成が本発明の実施の形態１の構成と相違している。すなわち、この噴射ノズル１は、基材１ｃの外壁に撥水性の材質がコートされて撥水表面部１ｈが形成されている。

噴射ノズル１の基材１ｃには、ステンレス鋼、アルミ、真ちゅう、銅、インバー、鋼材等を用いれば良い。

撥水性の材質としては、フッ素樹脂、有機シリコン化合物等を用いれば良い。

このように、噴射ノズル１の外壁に撥水性の材質をコートすることにより、圧縮性の気体２が通過する噴射ノズル１の外壁に液滴が付着し難い。この液滴の付着を防ぐことにより、付着物による外乱の発生を極力低減し、気体２及び気体２に巻き込まれた研磨液３の流動状態を安定させることができる。従って、安定した研磨液３を研磨対象物４に衝突させて、高精度な研磨加工が可能となる。

他の構成及び作用は、本発明の実施の形態１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３の変形例として、噴射ノズル１の内壁に撥水性の材質をコートしても良い。この場合、圧縮性の気体２が通過する噴射ノズル１の内壁に液滴が付着し難い。この液滴の付着を防ぐことにより、付着物による外乱の発生を極力低減し、気体２及び気体２に巻き込まれた研磨液３の流動状態を安定させることができる。従って、安定した研磨液３を研磨対象物４に衝突させて、高精度な研磨加工が可能となる。また、外壁及び内壁を同時に撥水性の材質でコートし易い場合には、内外壁共にコートする。
［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６〜図８を用いて説明する。

図６は、本発明の実施の形態４に係る研磨装置１０の概略図である。

本発明の実施の形態４の研磨装置１０は、研磨液３に研磨対象物４を浸すための研磨液槽１１と、研磨対象物４に気体２を噴射させるための噴射ノズル１と、この噴射ノズル１を中心軸９を中心として回転駆動させる駆動装置８を備えている。

かかる研磨装置１０によれば、噴射ノズル１は、研磨液３の中から圧縮された気体２が回転しながら、研磨液３の中で噴射される。回転による平均化された気体２は研磨液３を巻き込み、研磨対象物４に研磨液３を衝突させることにより、前述の回転させない噴射ノズル２１に比べてより安定した研磨液を研磨対象物４に供給することができる。

この際の噴射ノズル１の回転数は、５００ｒｐｍ程度の一定の回転数で回転させたり、回転方向を変化させて５００ｒｐｍ程度で回転させたり、平均５００ｒｐｍでランダムに回転数を変えて回転させることができる。これによって、研磨液３の付着をより防止することが可能となる。

図７は、本発明の実施の形態４に係る研磨装置１０の噴出ノズル１付近の拡大概念図である。

図７に示すように、圧縮された気体２が通過する噴射ノズル１の内壁に付着した液滴５又は外壁に付着した液滴６が存在しても、これら液滴５又は液滴６による外乱の影響を回転によって平均化して極力低減し、気体２及び気体２に巻き込まれた研磨液３の流動状態を安定させることができる。従って、回転させない噴射ノズル２１に比べてより安定した研磨液３を研磨対象物４に衝突させて、高精度な研磨加工が可能となる。

図８は、本発明の実施の形態４に係る噴射ノズル１の場合と、回転させない噴射ノズル２１の場合との研磨対象物４の研磨加工深さのプロファイル図である。本発明の噴射ノズル１を５００ｒｐｍで回転させた場合を実線で表示し、回転させない噴射ノズル２１を用いたプロファイル図を破線で表示した。また、横軸は研磨加工位置を、縦軸は各研磨加工位置での研磨加工深さを表わしている。具体的には、研磨加工領域の中心付近の研磨加工面上の１点を基準点として、横軸の研磨加工位置は、基準点から測った水平距離（ｍｍ単位）で示してあり、縦軸の研磨加工深さは、基準点から測った各加工位置での研磨加工面高さ（μｍ単位）で示してある。噴射ノズル１の気体２を通過させるための直径は、いずれの場合も５ｍｍである。また、噴射ノズル１の構成（材質）が異なること以外の、他の研磨加工条件等は、両者とも全て同一としてある。

この図８によれば、実施の形態４では、研磨加工深さは、研磨対象物４の測定範囲±４０ｍｍの範囲で、およそ＋０．０１μｍ、−０．００５μｍ程度の微小なばらつきが発生していることがわかる。一方、回転させない場合には、研磨対象物４の測定範囲±４０ｍｍの範囲で、およそ＋０．０４５μｍ、−０．０２８μｍの範囲の大きなばらつきが発生していることがわかる。従って、本発明のように噴射ノズル１全体に回転を施すことにより、研磨加工のばらつきを約５分の１に低減でき、高精度な研磨加工を実施できる。

なお、本発明の実施の形態１乃至３の何れか一つで述べた構成の噴射ノズル１を、本発明の実施の形態４で述べた駆動装置８を用いた回転可能な噴射ノズル１とすることもできる。これにより、流れのより安定した研磨液３を研磨対象物４に衝突させて、高精度な研磨加工が可能となる。

図９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。

本発明の実施の形態１に係る研磨装置１０の概略図である。 同実施の形態１に係る研磨装置１０の噴射ノズル１付近の拡大概念図である。 同実施の形態１に係る噴射ノズル１の場合と、撥水性を有さない噴射ノズル２１の場合との研磨対象物４の研磨加工深さのプロファイル図である。 本発明の実施の形態２に係る研磨装置１０の概略図である。 本発明の実施の形態３に係る研磨装置１０の概略図である。 本発明の実施の形態４に係る研磨装置１０の概略図である。 同実施の形態４に係る研磨装置１０の噴射ノズル１付近の拡大概念図である。 同実施の形態４に係る噴射ノズル１の場合と、回転させない噴射ノズル２１の場合との研磨対象物４の研磨加工深さのプロファイル図である。 本発明の研磨装置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。 気体噴射による研磨装置２０の概略図である。 研磨装置２０の噴射ノズル２１付近の概念図である。

符号の説明

１ 噴射ノズル
１ａ 外筒
１ｂ 内筒
１ｃ 基材
１ｄ 圧送路
１ｅ 下端部
１ｆ 内壁面
１ｇ 外壁面
１ｈ 撥水表面部
２ 気体
３ 研磨液
４ 研磨対象物
５、６ 液滴
７ 気泡
８ 駆動装置
９ 中心軸
１０ 研磨装置
１１ 研磨液槽
３０ 露光装置

Claims (7)

1. 研磨液槽内の研磨液に研磨対象物を浸し、前記研磨液に噴射ノズルの先端が浸漬された状態で当該噴射ノズルから前記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加工を行う研磨装置であって、
   前記噴射ノズル全体は、撥水性の材質で形成されていることを特徴とする研磨装置。
2. 研磨液槽内の研磨液に研磨対象物を浸し、前記研磨液に噴射ノズルの先端が浸漬された状態で当該噴射ノズルから前記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加工を行う研磨装置であって、
   前記噴射ノズルの外壁側又は内壁側は撥水性の材質で形成されていることを特徴とする研磨装置。
3. 前記撥水性の材質はフッ素樹脂であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の研磨装置。
4. 研磨液槽内の研磨液に研磨対象物を浸し、前記研磨液に噴射ノズルの先端が浸漬された状態で当該噴射ノズルから前記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加工を行う研磨装置であって、
   前記噴射ノズルの外壁又は内壁に、撥水性の材質をコートしたことを特徴とする研磨装置。
5. 前記噴射ノズルの基材の材質はステンレス鋼、前記撥水性の材質はフッ素樹脂であることを特徴とする請求項４に記載の研磨装置。
6. 前記噴射ノズルをその中心軸を中心として回転駆動させる駆動装置を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の研磨装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の研磨装置を用いて前記研磨対象物の研磨加工を行うことを特徴とする研磨加工方法。

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