JP2005129810A

JP2005129810A - 光学素子及び液浸型投影露光装置

Info

Publication number: JP2005129810A
Application number: JP2003365369A
Authority: JP
Inventors: Atsunobu Murakami; 敦信村上
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2005-05-19

Abstract

【課題】液浸法を適用した露光装置おいて、光学素子を液体から保護することが可能な、液体やレーザに対する耐性の高い保護膜を提供する。
【解決手段】光学基板１１の表面に保護膜１２を形成した光学素子１３において、保護膜１２の表面に所定の時間一定の圧力を均一に加えて表面の凹凸形状の凸部を研磨することにより、凹凸形状の凸部と凹部の差を小さくして表面を平坦化した光学素子を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学基板の表面に保護膜が形成された光学素子及びこの光学素子が設けられた液浸型投影露光装置に関するものである。

次世代ステッパーである液浸型投影露光装置において、液体と光学素子との界面にて、液の浸透などによる光学素子の劣化が起こりやすい。そのため、光学素子を液体から保護するための保護膜が必要となる。また、液浸型投影露光装置では、ＡｒＦ（エキシマ）レーザ等の高出力レーザを光源とするため、保護膜は、レーザ耐性の高い光学薄膜であることも要求される。

従来、ステッパー用の光学薄膜には紫外域で透明なレーザ耐性の高い膜材料が用いられていた。特に、耐水性の必要な光学素子に関してはＤＬＣ（Diamond Like Carbon）などの緻密な膜が用いられている。

ところが、ＤＬＣ膜などは緻密ではあるが、紫外域での吸収が大きく、ＡｒＦ（エキシマ）レーザを用いる液浸型投影露光装置において、光学素子の保護膜として使用するのは困難である。

そこで、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）等を光学素子の最表面に成膜することにより、保護膜として使うことが考えられる。

しかしながら、フッ化マグネシウムなどの成膜した表面状態は、ＤＬＣ膜に比べて凹凸があり平坦性に欠ける。そのため、膜強度が劣り、液体やレーザに対する耐性に関して問題がある。

本発明は、かかる点に鑑み、液体やレーザに対する耐性の高い保護膜を有する光学素子及びこの光学素子が設けられた液浸型投影露光装置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、光学基板の表面に保護膜を形成した光学素子において、該保護膜の表面に所定の時間一定の圧力を均一に加えて前記表面の凹凸形状の凸部を研磨することにより、前記凹凸形状の凸部と凹部の差を小さくして前記表面を平坦化したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、光学基板の表面に保護膜を形成した光学素子において、該保護膜の表面に粒子状の物質を塗布して前記表面の凹凸形状の凹部に前記粒子状の物質を入り込ませることにより、前記凹凸形状の凸部と凹部の差を小さくして前記表面を平坦化したことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２の構成に加えて、前記粒子状の物質は、前記保護膜と同一物質であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は３の構成に加えて、前記保護膜はフッ化マグネシウムからなり、前記粒子状の物質は前記保護膜と同一物質であるフッ化マグネシウムからなることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１又は２の構成に加えて、前記保護膜は、該保護膜の表面の凹凸の差が１０Å以下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５のいずれか一つに記載の光学素子を、露光対象物と対面する位置に配置し、前記光学素子と前記露光対象物の間を液体で満たしたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、光学基板の表面に保護膜を形成した光学素子において、該保護膜の表面に所定の時間一定の圧力を均一に加えて前記表面の凹凸形状の凸部を研磨することにより、前記凹凸形状の凸部と凹部の差を小さくして前記表面を平坦化したので、保護膜の表面積を減らすことにより、液体と接する界面での物性変化が起こる確率を減少させるため、膜強度が上がる。したがって、液体やレーザに対する耐性の高い保護膜を得ることができる。さらに、液体と光学素子との界面を有する光学機器において、液の浸透などによる光学素子の劣化を低減させる事ができる。

請求項２に記載の発明によれば、光学基板の表面に保護膜を形成した光学素子において、該保護膜の表面に粒子状の物質を塗布して前記表面の凹凸形状の凹部に前記粒子状の物質を入り込ませることにより、前記凹凸形状の凸部と凹部の差を小さくして前記表面を平坦化したので、保護膜の表面積を減らすことにより、液体と接する界面での物性変化が起こる確率を減少させるため、膜強度が上がる。したがって、液体やレーザに対する耐性の高い保護膜を得ることができる。さらに、液体と光学素子との界面を有する光学機器において、液の浸透などによる光学素子の劣化を低減させる事ができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記粒子状の物質は、前記保護膜と同一物質であるので、粒子状物質を比較的平易な方法で塗り込むことにより保護膜表面を平坦化することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項２又は３の構成に加えて、前記保護膜はフッ化マグネシウムからなり、前記粒子状の物質は前記保護膜と同一物質であるフッ化マグネシウムからなるので、液体に対する耐性の高い物質で保護膜を作製することができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１又は２の構成に加えて、前記保護膜は、該保護膜の表面の凹凸の差が１０Å以下であるので、より液体やレーザに対する耐性の高い保護膜を提供できる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の光学素子を、露光対象物と対面する位置に配置し、前記光学素子と前記露光対象物の間を液体で満たしたので、液体やレーザに対する耐性の高い液浸型投影露光装置を提供できる。

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について、図１及び図２を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る光学素子の概念図及び保護膜表面の拡大概念図であり、この光学素子１３は、光学基板１１の表面は液体１７から保護するための保護膜１２が成膜されて構成されている。

この保護膜１２は、その表面に所定の時間一定の圧力を均一に加えて表面の凹凸形状の凸部を研磨することにより、凹凸形状の凸部と凹部の差ｄを小さくして表面を平坦化してある。

図２は、本発明の実施の形態１に係る液浸型投影露光装置の接液部分の概略図である。

液浸型投影露光装置１は、光学素子１３、投影光学系１４、ステージ１５、照明光学系（不図示）、光源（不図示）から構成される。光源から照射されたレーザ光は、照明光学系からマスクを介してマスクパターンを投影した後、投影光学系１４を経て光学素子１３で縮小されステージ１５に設置した露光対象物、例えばシリコンウエハー１６に投影露光される。光学素子１３及びシリコンウエハー１６は液体１７によって満たされた状態で露光が行われる。液体１７は、大気に比べて屈折率が高いため、解像度の高い露光を実施することができる。

上述のように、液浸型投影露光装置１では、光学素子１３とシリコンウエハー１６との間を所定の液体１７で満たした状態で光源からレーザが発射されて露光が行われる。保護膜１２は、保護膜１２の表面を平坦化することにより保護膜１２の強度が高められ、液体１７やレーザに対して耐性が高い。
［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３を用いて説明する。
図３は、本発明の実施の形態２に係る光学素子の概念図及び保護膜表面の拡大概念図であり、この光学素子１３は、保護膜１２の表面に粒子状物質１８を塗布して表面の凹凸形状の凹部に粒子状物質１８を入り込ませることにより、凹凸形状の凸部と凹部の差ｄを小さくして表面を平坦化してある。

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。

以下、実施例を用いて本発明の実施の形態を説明する。
［実施例１］

本発明の実施の形態１に係る成膜後の膜表面を研磨する方法を実施例１として、以下に説明する。

光学素子１３の光学基板１１に蛍石、保護膜１２の材料としてフッ化マグネシウムを用い、研磨方法として、拭き布（商品名ＢＥＭＣＯＴ：旭化成製）による擦りを行う。

直径３０mm、厚さ３ｍｍの蛍石平行平板の光学基板１１上に、真空蒸着法にてフッ化マグネシウムの保護膜１２をおよそ１０００Å形成する。

その後、サンプルを平板上に設置し、潤滑材としてメタノールをしみこませたＢＥＭＣＯＴでコート面を擦る。擦りは、５ｋｇｗ程度の圧力で１分間行う。

擦り無しサンプルと擦り有りサンプルの表面粗さを原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて表面粗さ（凸部と凹部の差ｄ）（Å）を計測した。この表面粗さの自乗和平均（ＲＭＳ：ＲｏｏｔＭｅａｎＳｑｕａｒｅ）を表１に示す。

表１に示すように、真空蒸着による成膜では、表面の粗さは上記のように、ＲＭＳ値で十数Åとなる。それに比べて、擦り有りサンプルの表面粗さのＲＭＳ値は、半分以下となった。

このサンプルにレーザ照射を行い、照射前後での透過率の変化を測定した。測定に用いるレーザ照射用サンプルホルダーを図４に示す。ステンレス製のサンプルホルダー２１に評価用サンプルとして上述の方法で作製した光学素子１３と未コート石英基板２２をセットし、ホルダー内部を純水１７で満たす。この時、評価サンプルのコート面は純水１７と接するように設置する。レーザ照射前後の透過率変化を表２に示す。

ここで、レーザ照射条件として、波長を１９３．ｎｍ、フルエンス（fluence）を５ｍＪ／ｃｍ２、ショット数を１０Ｅ７ｓｈｏｔｓ、発振周波数５００Ｈｚとした。

表２に示すように、擦り有りのサンプルでは透過率低下はほとんど見られなかった。これはコート面の表面粗さが小さくなったため、純水１７との接触中にレーザが照射されても、保護膜１２の強度が高いため、保護膜１２の劣化が減少したためである。
［実施例２］

本発明の実施の形態２に係る成膜後の膜表面にナノ粒子を塗布する方法を実施例２として、以下に説明する。

光学基板１１に蛍石、保護膜１２の材料としてフッ化マグネシウム、塗布方法として、ナノ粒子法（Sol-gel法の一種）によって、フッ化マグネシウム膜の塗布を行う。

実施例１と同様に、蛍石基板１１上に保護膜１２としてフッ化マグネシウムを１０００Å形成する。以下、光学基板１１上にナノ粒子法に基づくフッ化マグネシウム膜の作製方法に関して説明する。

得られる液のフッ化マグネシウム濃度が１．０％となるよう、酢酸マグネシウムのメタノール溶液にフッ酸のメタノール希釈液を十分撹拌しながら添加した。この液をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製のセルに入れ、さらにステンレス製の圧力容器に入れて、１３５℃で２４時間加熱・加圧処理した。冷却後、液を取り出し、エバポレーターで３．０ｗｔ％まで濃縮し、塗布液とした。次いで、光学基板１１をスピンコーターにセットし、直径８０ｍｍ、厚さ４ｍｍの円板状の基板に塗布液を滴下後、液が乾くまで１５００ｒ．ｐ．ｍで回転してフッ化マグネシウム膜の塗布を行った。その後１５０℃で２時間アニールを行った。なお、アニール温度は、１００℃〜２００℃、アニール時間は１〜３時間の間で行えば良い。

この方法を用いることによって、真空蒸着で形成したフッ化マグネシウム膜の表面の段差に、フッ化マグネシウム粒子１８を塗り込むことで表面積を減少させる効果がある。

塗り無しサンプルと塗り有りサンプルの表面粗さ（凸部と凹部の差ｄ）（Å）をＡＦＭにて計測した。この表面粗さのＲＭＳ値を算出すると表３に示す。

表３に示すように、擦り有りサンプルの表面粗さのＲＭＳ値は、擦り無しサンプルに比べて半分以下となった。

このサンプルにレーザ照射を行い、照射前後での透過率の変化を測定する。測定には実施例１と同じく図４のサンプルホルダーを用いた。レーザ照射前後の透過率変化を表４に示す。

なお、レーザ照射条件は、実施例１と同条件である。

表４に示すように、塗り有りのサンプルでは透過率低下はほとんど見られなかった。これはコート面の表面粗さが小さくなったため、水との接触へのレーザ照射による膜の変化および基板への影響が減少したためであると推測できる。

なお、本発明においては、保護膜１２を研磨する方法を実施例１として、保護膜１２上に粒子状物質１８を塗布する方法を実施例２として説明したが、実施例２で述べた方法で保護膜１２上に粒子状物質１８を塗布し、アニールした後に、実施例１で述べた方法で保護膜１２を研磨しても良い。その場合、実施例１や実施例２を単独に行った場合に比べて、より保護膜１２の表面は平坦化される。

上述の実施の形態においては、投影光学系１４とシリコンウエハー１６との間を局所的に液体１７で満たす液浸型投影露光装置を採用しているが、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる液浸型投影露光装置や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されるようなステージ上に所定の深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する液浸型投影露光装置にも本発明を適用可能である。

また、本発明は、特開平１０−１６３０９９号公報、特開平１０−２１４７８３号公報、特表２０００−５０５９５８号公報等に開示されているように、ウエハ等の被処理基板を別々に載置してＸＹ方向に独立に移動可能な２つのステージを備えたツインステージ形の液浸型投影露光装置にも適用できる。

本発明の実施の形態１に係る光学素子の概念図及び保護膜表面の拡大概念図である。同実施の形態１に係る液浸型投影露光装置である。本発明の実施の形態２に係る光学素子の概念図及び保護膜表面の拡大概念図である。測定に用いるレーザ照射用サンプルホルダーの概念図である。

符号の説明

１１光学基板
１２保護膜
１３光学素子
１４投影光学系
１５ステージ
１６シリコンウエハー
１７液体（純水）
１８粒子状物質
２１サンプルホルダー
２２未コート石英基板

Claims

光学基板の表面に保護膜を形成した光学素子において、該保護膜の表面に所定の時間一定の圧力を均一に加えて前記表面の凹凸形状の凸部を研磨することにより、前記凹凸形状の凸部と凹部の差を小さくして前記表面を平坦化したことを特徴とする光学素子。
光学基板の表面に保護膜を形成した光学素子において、該保護膜の表面に粒子状の物質を塗布して前記表面の凹凸形状の凹部に前記粒子状の物質を入り込ませることにより、前記凹凸形状の凸部と凹部の差を小さくして前記表面を平坦化したことを特徴とする光学素子。
前記粒子状の物質は、前記保護膜と同一物質であることを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
前記保護膜はフッ化マグネシウムからなり、前記粒子状の物質は前記保護膜と同一物質であるフッ化マグネシウムからなることを特徴とする請求項２又は３に記載の光学素子。
前記保護膜は、該保護膜の表面の凹凸の差が１０Å以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の光学素子を、露光対象物と対面する位置に配置し、前記光学素子と前記露光対象物の間を液体で満たしたことを特徴とする液浸型投影露光装置。