JP2006203095A - 光学素子の製造方法、並びに、光学素子及び投影露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
極端紫外線その他の対象電磁波に対して長期間にわたって良好な反射特性を示す光学素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】
表面保護膜４３は、深さ方向に関して２分割されており、第１及び第２部分膜４３ａ，４３ｂを含む。つまり、両部分膜４３ａ，４３ｂは、ともにＲｕ等の材料で形成された同質の膜であるが、成膜工程に時間的中断を設けることによって２段階で形成されている。そして、両部分膜４３ａ，４３ｂの成膜の合間に、アルゴンイオンを用いたイオンミリングによって、下側の部分膜４３ａ上に付着した微細なパーティクルを除去する洗浄を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、極端紫外線等で使用される光学素子の製造方法、並びに、これを用いて作製した光学素子及び投影露光装置に関する。

近年、半導体集積回路の微細化に伴い、光の回折限界によって達成される光学系の解像度を向上させるために、従来の紫外線に代えてこれより短い波長（例えば１１〜１４ｎｍ）となる極端紫外線（ＥＵＶ）を用いた露光技術が開発されている。これにより約５〜７０ｎｍのパターンサイズの露光が可能になるものと期待されているが、この波長領域の物質の屈折率は１に近いため、従来のように透過屈折型光学素子を使用できず、反射型の光学素子が使用される。露光装置に用いられるマスクもまた、透過率確保等の観点から、通常反射型の光学素子となる。この際、各光学素子において高い反射率を達成するために、使用波長域での屈折率の高い物質と屈折率の低い物質とを基板上に交互に多数積層することが一般的である（例えば、特許文献１，２参照）。
D.Tichenor, et al., SPIE2437(1995)292 特開２００３−１４８９３号公報

投影露光装置内において、極端紫外線下で上述のような光学素子が使用される場合、環境は真空であるが、光学素子の周囲から酸素・水分、有機物を完全に排除することができない。一方、極端紫外線は非常に大きなエネルギーをもつ。この際、酸素・水分などと光学素子表面の物質とが極端紫外線に照射されることで酸化反応を起こしてしまう。また、有機物と光学素子表面の物質とが極端紫外線に照射されることで光化学気相堆積（光ＣＶＤ）を起こし、光学素子表面にカーボン膜が生成してしまう。これらの現象により、光学素子の反射特性が劣化してしまい、寿命が短くなる問題が生じる。

そこで、本発明は、極端紫外線その他の対象電磁波に対して長期間にわたって良好な反射特性を示す光学素子の製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、上記のような製造方法を用いて作製した光学素子と、かかる光学素子を極端紫外線の投影光学系等として組み込んだ投影露光装置とを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、第１発明に係る光学素子の製造方法は、（ａ）支持用の基板上に紫外線波長以下の所定波長の電磁波を反射する反射膜を形成する反射膜形成工程と、（ｂ）深さ方向に関して２回以上に分割された複数の成膜工程によって、反射膜上に表面保護膜を形成する保護膜形成工程とを備える。

上記製造方法では、反射膜上に表面保護膜を形成するので、このようにして得た光学素子の保管や使用中において、酸化等によって光学素子の反射特性が劣化することを抑制できる。特に、光学素子が極端紫外線を利用した投影露光装置等に組み込まれて使用される場合、周囲に存在する水分や酸素によって光学素子が表面から侵食される酸化作用を抑制することができる。また、上述の投影露光装置等に組み込まれた光学素子表面に有機物の光ＣＶＤによって生成されるカーボン膜を酸化雰囲気等を利用して除去する場合にも、かかる酸化雰囲気等によって光学素子が表面から侵食される現象を抑制することができる。さらに、本発明の製造方法では、深さ方向に関して２回以上に分割された複数の成膜工程によって表面保護膜を形成するので、各成膜工程の合間にそれまでに形成した膜表面に対して所望の表面処理を施すことができ、表面保護膜の膜質を改良することができ、延いては光学素子の耐久性等を高めることができる。

なお、上記反射膜は、例えば、上記所定波長における屈折率の１との差が小さい物質からなる第１層と、屈折率の１との差が大きい物質からなる第２層とを基板上に交互に積層してなる多層膜とできる。

また、第２発明に係る光学素子の製造方法では、第１発明の製造方法において、保護膜形成工程が、連続する２つの成膜工程のうち先の成膜工程によって形成された部分膜の表面を洗浄する表面洗浄工程を含む。この場合、下地の反射膜の表面や、表面洗浄工程よりも前に形成された部分膜の表面に付着した意図しないパーティクルを洗浄によって確実に除去することができるので、表面保護膜の成膜に際して表面保護膜にピンホールが形成されたり表面保護膜が局所的に極めて薄くなったりすることを防止できる。よって、下地の反射膜が酸化され、或いは表面保護膜の酸化物に対する耐性が低下することを防止でき、光学素子やこれを組み込んだ装置の寿命を長くすることができる。

また、第３発明に係る光学素子の製造方法では、第２発明の製造方法において、表面洗浄工程が、不活性ガスを用いたドライエッチング法を応用したものである。この場合、表面保護膜のインサイテュ(in situ)成膜が可能になり、表面保護膜の成膜や光学素子の製造を簡易かつ効率的なものとすることができる。

また、第４発明に係る光学素子は、（ａ）支持用の基板と、（ｂ）基板上に支持されるとともに、紫外線波長以下の所定波長の電磁波を反射する反射膜と、（ｃ）反射膜の表面上に設けられ、深さ方向に関して２以上に分割された複数の部分膜を含む表面保護膜とを備える。

上記光学素子では、反射膜の表面上に表面保護膜が設けられているので、光学素子の保管や使用中において、酸化等によって光学素子の反射特性が劣化することを抑制できる。特に、光学素子が極端紫外線を利用した投影露光装置等に組み込まれて使用される場合、光学素子が表面から侵食される酸化作用を抑制することができる。さらに、本発明の光学素子では、表面保護膜が深さ方向に関して２以上に分割された複数の部分膜を含むので、一対の部分膜の成膜工程の合間にそれまでに形成した膜表面に対して所望の表面処理を施すことができ、表面保護膜の膜質を改良することができる。

また、第５発明に係る投影露光装置は、（ａ）極端紫外線を発生させる光源と、（ｂ）光源からの極端紫外線を転写用のマスクに導く照明光学系と、（ｃ）マスクのパターン像を感応基板上に形成する投影光学系とを備える。そして、本投影露光装置は、マスク、照明光学系及び投影光学系のうち少なくともいずれか１つが上記第４発明の光学素子を含む。

上記投影露光装置では、上述の光学素子を用いることにより、装置内において、当該光学素子の表面からの酸化・侵食を抑制でき、光学素子表面におけるカーボン膜生成を抑制できるので、光学素子の反射特性を長期間にわたって維持することができる。このことは、投影露光装置のスループットを長期間にわたって維持できることを意味し、投影露光装置を長寿命とすることができる。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る光学素子の構造を示す部分拡大断面図である。本実施形態の光学素子４０は、例えば極端紫外線用の平面反射鏡であり、多層膜構造を支持する基板４１と、反射用の多層膜４２と、表層となる表面保護膜４３とを有する。

基板４１は、例えば合成石英ガラスや低膨張ガラス等を加工することによって形成されたものであり、その上面４１ａは、この光学素子４０を組み込む装置に要求される所定精度の鏡面に研磨されている。なお、上面４１ａは、図示のように一部を拡大すると平面として表現されるが、全体としては、例えば凹面、平面、凸面、多面その他の形状となっている。つまり、光学素子４０は、凹面ミラー、平面ミラー、凸面ミラー、多面ミラーその他の各種ミラーである。

多層膜４２は、屈折率が異なる２種類の物質を基板４１上に例えば交互に積層することによって形成した数層から数百層の薄膜からなる反射膜である。この多層膜４２は、反射鏡である光学素子４０の反射率を高めるために、吸収の少ない物質を多数積層したものであるとともに、それぞれの反射波の位相が合うように光干渉理論に基づいて各層の膜厚を調整したものである。つまり、投影露光装置内で使用される極端紫外線の波長領域に対して、比較的屈折率の１との差が大きい重原子層である薄膜層Ｌ１と、比較的屈折率の１との差が小さい軽原子層である薄膜層Ｌ２とを、基板４１上に、反射波の位相が合うよう所定の膜厚で交互もしくは任意順序に積層させることで多層膜４２が形成されている。この多層膜４２を構成する２種類の薄膜層Ｌ１、Ｌ２は、それぞれモリブデン層及びシリコン層とすることができる。なお、薄膜層Ｌ１、Ｌ２の材料は、モリブデンとシリコンとの組み合わせに限るものではない。例えば、モリブデン、ルテニウム、ロジウム等の物質と、シリコン、ベリリウム、四ホウ化炭素（Ｂ_４Ｃ）等の物質とを適宜組み合わせることによって多層膜４２を作製することもできる。

以上説明した多層膜４２において、薄膜層Ｌ１と薄膜層Ｌ２との間にさらに境界膜（不図示）を設けることもできる。多層膜４２を形成する薄膜層Ｌ１、Ｌ２として、特に金属やシリコン等を用いた場合には、薄膜層Ｌ１と薄膜層Ｌ２との境界付近においておのおのを形成する材料同士が混ざり合い、界面が曖昧になりやすい。これにより、反射特性が影響を受け、光学素子４０の反射率が下がってしまう。そこで、界面を明瞭化するために、多層膜４２の形成にあたって、薄膜層Ｌ１と薄膜層Ｌ２との間にさらに境界膜を設ける。材料としては、例えば四ホウ化炭素や炭素、炭化モリブデン（ＭｏＣ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ_２）等が用いられる。このように界面を明確化することにより、光学素子４０の反射特性が向上する。

表面保護膜４３は、多層膜４２全面を覆うことによって、多層膜４２を周囲の環境（一般的には、極端紫外線を効率よく透過させるような減圧又は真空環境）から保護するものである。表面保護膜４３は、Ｒｕ等の材料で形成されており、比較的透過損失の少ない酸化防止膜及びカーボン抑制膜としての役割を果たす。つまり、Ｒｕ等で形成された表面保護膜４３を光学素子４０の最表面に形成することで、光学素子４０周囲に存在する水分や酸素が極端紫外線下で活性化された場合にも、このように活性化された成分によって光学素子４０が表面から侵食される酸化作用を抑制することができる。つまり、光学素子４０の反射率が光学素子４０の表面酸化に伴って徐々に低下する現象を防止できる。また、表面保護膜４３の存在により、光学素子４０の表面やその近傍に供給される有機物中の炭素を、Ｒｕ等の触媒作用によって二酸化炭素等に変換することができる。よって、光学素子４０表面に炭素コンタミネーションすなわちカーボン膜が徐々に堆積される光ＣＶＤ現象の発生を確実に抑制でき、光学素子４０の反射率がカーボン膜の堆積に伴って徐々に低下する現象を防止できる。なお、表面保護膜４３の材料は、Ｒｕに限るものではない。例えば、Ｒｈ、Ｐａ、Ｐｔ、Ａｇ等の材料によって多層膜４２を作製することもできる。

本実施形態において、表面保護膜４３は、深さ方向に関して２分割されており、第１及び第２部分膜４３ａ，４３ｂを含む。つまり、両部分膜４３ａ，４３ｂは、ともにＲｕ等の材料で形成された同質の膜であるが、成膜工程に時間的中断を設けることによって２段階で形成されている。そして、両部分膜４３ａ，４３ｂの成膜の合間に、アルゴンイオンを用いたイオンミリングによって、下側の部分膜４３ａ又は多層膜４２上に付着した微細なパーティクルを除去する洗浄を行う。

以下、表面保護膜４３を深さ方向に関して２段階に分けて成膜等する理由についてより詳しく説明する。

本発明者は、光学素子４０の試作を繰り返す過程で、表面保護膜４３を一括して形成した場合、表面保護膜４３の表面にピンポールが形成されやすいことを発見した。つまり、本発明者は、このようなピンホールが形成される原因として、表面保護膜４３の形成前に形成する多層膜４２上にパーティクルが付着する現象に着目するとともに、かかるパーティクルが形成する影によって表面保護膜４３が付着しない領域ができてしまい、このような領域がピンホールとなることを確認した。

表面保護膜４３のピンホールを減少させるためには、表面保護膜４３を形成する段階で多層膜４２上に付着しているパーティクルを減少させる必要があると考えられる。ここで、多層膜４２上に付着しているパーティクルは、多層膜４２あるいは表面保護膜４３の成膜装置内で発生したものであると考えられる。しかしながら、一般的成膜装置を用いて多層膜４２や表面保護膜４３を形成する限り、多層膜４２上に付着するパーティクルを皆無にすることは困難であり現実的でない。このため、本発明者は、成膜装置内で発生したパーティクルが多層膜４２上に付着してもピンホールになりにくい成膜方法を考案する必要があると結論するに至った。

本発明は、上記着想に基づいてなされたものであり、既に説明したように、表面保護膜４３を深さ方向に関して少なくとも２段階以上に分けて成膜する。具体的には、図１を参照して、まず多層膜４２上に第１部分膜４３ａを成膜し、その上に第２部分膜４３ｂを成膜する。さらに、本実施形態では、第１部分膜４３ａの成膜後であって、第２部分膜４３ｂを成膜する前に、第１部分膜４３ａの表面をイオンミリング等によって洗浄する。これにより、最初に形成した第１部分膜４３ａにピンホールＰＨ１が形成されていたとしても、第２部分膜４３ｂの成膜前にパーティクルを除去することができ、その後第２部分膜４３ｂを形成することにより、ピンホールＰＨ１を埋めることができる。なお、第２部分膜４３ｂ上にパーティクルが付着すると、第２部分膜４３ｂにもピンホールＰＨ２が形成される可能性があるが、ピンホールＰＨ２はランダムに形成されるため、ピンホールＰＨ２の下地には第１部分膜４３ａが存在し、多層膜４２を表面保護膜４３によって完全にキャップすることができる。

なお、表面保護膜４３を複数回に分割して成膜する場合、１回に成膜する膜厚が薄いほど１個のパーティクルによる影響は小さくなる。したがって、表面保護膜４３の分割回数を多くすればするほど、パーティクルによる影響を小さくでき、表面保護膜４３全体を均一化することができる。

図２は、第１実施形態の光学素子４０を製造するための成膜装置を概念的に説明する図である。

この成膜装置１０は、イオンビームスパッタ装置とイオンミリング装置とを組み合わせた装置であり、基板ホルダ１１と、ターゲット部１２と、スパッタ用イオン源１３と、洗浄用イオン源１４と、真空排気装置１５とを備える。これらのうち、基板ホルダ１１及びターゲット部１２は、真空容器１７の内部に略全体が収納されており、スパッタ用イオン源１３、洗浄用イオン源１４、及び真空排気装置１５は、真空容器１７に付随して内部を臨むように取り付けられている。

ここで、基板ホルダ１１は、光学素子すなわちミラーの母材である基板４１を保持して基板４１とともに回転する保持部材２１と、保持部材２１を回転軸ＲＡのまわりに回転させる自転機構２３と、保持部材２１の正面に配置されて基板４１に入射する粒子を制御するマスク２５とを備える。基板ホルダ１１は、真空容器１７の内壁から延びる支持部材２７に支持されて回動可能になっており、真空容器１７外に設けた回転駆動装置２９に駆動されて、マスク２５とともに姿勢を変化させることができる。これにより、基板ホルダ１１上の基板４１を、実線で示すように洗浄用イオン源１４に向けたり、一点鎖線で示すようにターゲット部１２に向けたりすることができる。

なお、マスク２５は、基板ホルダ１１すなわち基板４１の半径距離に応じて開口率を変化させるためのものであり、自転する基板４１上の膜厚分布等を自在に調整できるようになっている。

ターゲット部１２は、回転軸ＡＸを中心として回転するターゲットドラム３１と、ターゲットドラム３１の側面に装着された複数のターゲットＴＡ１〜ＴＡ４とを備える。ターゲットドラム３１は、真空容器１７外に設けた回転駆動装置（不図示）に駆動されて、ターゲットＴＡ１〜ＴＡ４とともに回転する。これにより、各ターゲットＴＡ１〜ＴＡ４を、スパッタ用イオン源１３と基板ホルダ１１との双方をそれぞれ斜めに臨む中間方向（スパッタ位置）に向けることができる。ターゲットＴＡ１〜ＴＡ４としては、多層膜４２用として例えばＭｏやＳｉのターゲットを用いることができ、表面保護膜４３用として例えばＲｕターゲット等を用いることができ、薄膜層Ｌ１，薄膜層Ｌ２間に挿入される境界膜用として例えば四ホウ化炭素等のターゲットを用いることができる。

スパッタ用イオン源１３は、Ａｒイオン銃であり、不図示のガス源からアルゴンガスの供給を受けており、内蔵するフィラメントで発生させた熱電子を上記ガス源から供給されたアルゴンに衝突させてイオン化する。イオン化されたアルゴンは、加速電極によって適当な速度に制御されてスパッタ用イオン源１３から射出し、ターゲット部１２のスパッタ位置に配置されたいずれかのターゲットＴＡ１〜ＴＡ４の表面ＴＳにアルゴンイオンビームＩＢ１として入射する。各ターゲットＴＡ１〜ＴＡ４の表面ＴＳからは、アルゴンイオンビームＩＢ１に対応してスパッタ粒子ＳＰが射出する。

洗浄用イオン源１４は、Ａｒイオン銃であり、不図示のガス源からアルゴンガスの供給を受けており、内蔵するフィラメントで発生させた熱電子を上記ガス源から供給されたアルゴンに衝突させてイオン化する。イオン化されたアルゴンは、加速電極によって適当な速度に制御されて洗浄用イオン源１４から射出し、基板ホルダ１１上の基板４１の表面ＷＳに入射する。

真空排気装置１５は、ロータリポンプ、分子ターボポンプ等で構成され、真空容器１７内を成膜や表面洗浄に適した真空度に維持することができる。

以下、図２の装置を用いた成膜について説明する。まず、基板ホルダ１１上に基板４１をセットし、基板ホルダ１１とともに基板４１をターゲット部１２に向けた成膜位置とし、真空容器１７内を適当な真空度に維持する。この際、ターゲット部１２を適宜回転させて例えばＭｏのターゲットＴＡ１が図示のスパッタ位置に配置されるようにする。この状態で、基板４１を自転させつつスパッタ用イオン源１３を動作させて、アルゴンイオンをターゲットＴＡ１に入射させることにより、ターゲットＴＡ１をスパッタ粒子化して基板４１上にターゲットＴＡ１の材料であるＭｏ等を堆積する。次に、ターゲット部１２を適宜回転させて例えばＳｉのターゲットＴＡ２がスパッタ位置に配置されるようにする。この状態で、基板４１を自転させつつスパッタ用イオン源１３を動作させて、アルゴンイオンをターゲットＴＡ２に入射させることにより、ターゲットＴＡ２をスパッタ粒子化して基板４１上にターゲットＴＡ２の材料であるＳｉ等を堆積する。以上のようなスパッタ成膜をターゲットＴＡ１，ＴＡ２を切り換えつつ繰り返すことにより、基板４１上に例えばＳｉ、Ｍｏ等からなる多層膜４２を形成することができる（図１参照）。

次に、ターゲット部１２を適宜回転させて、例えばＲｕのターゲットＴＡ３がスパッタ位置に配置されるようにする。この状態で、基板４１を自転させつつスパッタ用イオン源１３を動作させて、アルゴンイオンをターゲットＴＡ３に入射させることにより、ターゲットＴＡ３をスパッタ粒子化して基板４１上にターゲットＴＡ３の材料であるＲｕ等を堆積する。以上のようなターゲットＴＡ３を用いたスパッタ成膜により、基板４１上に既に形成してある多層膜４２上に第１部分膜４３ａを形成することができる（図１参照）。

次に、基板ホルダ１１とともに基板４１を洗浄用イオン源１４に向けた洗浄位置とし、基板４１を自転させつつ洗浄用イオン源１４を動作させて、アルゴンイオンを基板４１に入射させる。これにより、基板４１表面がアルゴンイオンにさらされ、アルゴンイオンのイオンミリングによって、基板４１上に付着している微細なパーティクルが除去される。このようなスパッタによって、先の工程で成膜した第１部分膜４３ａの表層が一部除去されるが、スパッタ時間、スパッタエネルギー等の調整によって第１部分膜４３ａが十分に残存するようにする。

次に、基板ホルダ１１とともに基板４１を再度ターゲット部１２に向けた成膜位置とし、基板４１を自転させつつスパッタ用イオン源１３を動作させて、アルゴンイオンをターゲットＴＡ３に入射させることにより、ターゲットＴＡ３をスパッタして基板４１上にターゲットＴＡ３の材料であるＲｕ等を堆積する。以上のようなターゲットＴＡ３を用いた再度のスパッタ成膜により、基板４１上に既に形成してある第１部分膜４３ａ上に第２部分膜４３ｂを形成することができる（図１参照）。

以上のような成膜処理や洗浄処理を施すことにより、基板４１上に多層膜４２を形成することができ、かかる多層膜４２上に２重構造を有し被覆性に優れる表面保護膜４３を形成することができる。

〔具体的実施例〕
具体的実施例では、多層膜４２として、ＭｏとＳｉの交互層を形成し、表面保護膜４３として、厚さ２ｎｍのＲｕ薄膜を形成した。

多層膜４２を形成する薄膜層Ｌ１として、図１に示すＭｏのターゲットＴＡ１をスパッタすることによって、基板４１上にＭｏ膜を例えば２．４５ｎｍ堆積させる。続いてターゲットドラム３１を回転させ、ＳｉのターゲットＴＡ２をスパッタ位置に配置するとともに、ＳｉのターゲットＴＡ２をスパッタして、基板４１上にＳｉ膜を例えば４．５５ｎｍ堆積させる。このような工程を４０回繰り返すことによって、多層膜４２を完成した。

続いて、ターゲットドラム３１を回転させ、ＲｕのターゲットＴＡ３をスパッタして、多層膜４２上にＲｕ膜を例えば１．５ｎｍ堆積させる。続いて基板ホルダ１１を回転させ、基板４１すなわち基板４１を洗浄用イオン源１４に対向する方向に回転させるとともに、洗浄用イオン源１４からのアルゴンイオンを基板４１に照射し、第１部分膜４３ａであるＲｕ膜を削るとともにパーティクルも除去する。Ｒｕ膜を削る量としては、厚さ０．５ｎｍ程度とした。その後、再び基板ホルダ１１を再びターゲット部１２に向けた成膜位置に戻し、ＲｕのターゲットＴＡ３をスパッタして、多層膜４２上にＲｕ膜を例えば１．０ｎｍ堆積させる。

上記工程を行うことにより、多層膜４２上にピンホール密度を低減した厚さ２ｎｍの表面保護膜４３を形成することができた。

〔第２実施形態〕
図３は、第１実施形態の光学素子４０を光学部品として組み込んだ、第２実施形態に係る投影露光装置の構造を説明するための図である。

図３に示すように、この投影露光装置１００は、光学系として、極端紫外線（波長１１〜１４ｎｍ）を発生する光源装置５０と、極端紫外線の照明光によってマスクＭＡを照明する照明光学系６０と、マスクＭＡのパターン像を感応基板であるウエハＷＡに転写する投影光学系７０とを備え、機械機構として、マスクＭＡを支持するマスクステージ８１と、ウエハＷＡを支持するウエハステージ８２とを備える。また、投影露光装置１００は、上記光源装置５０の一部及び光学系６０，７０を収納する真空容器８４と、真空容器８４中のガスを排気する排気装置８５と、真空容器８４中に劣化抑制ガスを導入するためのガス供給装置８６と、投影光学系７０等を構成する特定の光学素子の反射率低下をチェックする照度センサ８８とを備える。さらに、投影露光装置１００は、投影露光装置１００の各部、具体的には、光源装置５０、マスクステージ８１、ウエハステージ８２、排気装置８５、ガス供給装置８６等の動作を統括的に制御する制御装置９０を備える。

光源装置５０は、プラズマ励起用のレーザ光を発生するレーザ光源５１と、ターゲット材料であるキセノン等のガスを筐体ＳＣ中に供給するチューブ５２とを備える。また、この光源装置５０には、コンデンサ５４やコリメータミラー５５が付設されている。チューブ５２の先端から出射されるキセノンに対しレーザ光源５１からのレーザ光を集光させることにより、その部分のターゲット材がプラズマ化して極端紫外線を発生する。コンデンサ５４は、チューブ５２の先端Ｓで発生した極端紫外線を集光する。コンデンサ５４を経た極端紫外線は、収束されつつ筐体ＳＣ外に射出し、コリメータミラー５５に入射する。なお、以上のようなレーザプラズマタイプの光源装置５０からの光源光に代えて、放電プラズマ光源、ＳＯＲ光源からの放射光等を使用することができる。

照明光学系６０は、反射型のオプティカルインテグレータ６１，６２、コンデンサミラー６３、偏向ミラー６４等により構成される。光源装置５０からの光源光を、オプティカルインテグレータ６１，６２によって照明光として均一化しつつコンデンサミラー６３によって集光し、偏向ミラー６４を介してマスクＭＡ上の所定領域（例えば帯状領域）に入射させる。これにより、マスクＭＡ上の所定領域を適当な波長の極端紫外線によって均一に照明することができる。

なお、極端紫外線の波長域で十分な透過率を有する物質は存在せず、マスクＭＡには透過型のマスクではなく反射型のマスクが使用されている。

投影光学系７０は、多数のミラー７１，７２，７３，７４で構成される縮小投影系である。マスクＭＡ上に形成されたパターン像である回路パターンは、投影光学系７０によってレジストが塗布されたウエハＷＡ上に結像してこのレジストに転写される。この場合、回路パターンが一度に投影される領域は、直線状又は円弧状のスリット領域であり、例えばマスクＭＡとウエハＷＡとを同期して移動させる走査露光によって、マスクＭＡ上に形成された矩形の回路パターンをウエハＷＡ上の矩形領域に無駄なく転写することができる。

以上の光源装置５０のうち、極端紫外線の光路上に配置される部分と、照明光学系６０と、投影光学系７０とは、真空容器８４中に配置されており、露光光の減衰が防止されている。つまり、極端紫外線は大気に吸収されて減衰するが、装置全体を真空容器８４によって外部から遮断するとともに、極端紫外線の光路を所定の真空度（例えば、１．３×１０^−３Ｐａ以下）に維持することで、極端紫外線の減衰すなわち転写像の輝度低下やコントラスト低下を防止している。

真空容器８４中において極端紫外線の光路上に配置される光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４やマスクＭＡとして、図１に例示される光学素子４０を用いる。この際、光学素子４０の光学面の形状は、凹面、平面、凸面、多面等組み込む場所によって適宜調整する。

排気装置８５は、真空容器８４に接続された真空ポンプを有しており、制御装置９０からの制御に基づいて真空容器８４内部を必要な真空度に維持する。一方、ガス供給装置８６は、劣化抑制ガスのガス源８６ａと、ガスの流量を調節するマスフローコントローラ８６ｅとを有している。ガス供給装置８６は、制御装置９０からの制御に基づき、真空容器８４中に導入管を介して酸化性を有する劣化抑制ガスを適当なタイミングで必要量だけ供給する。これにより、真空容器８４中における酸化性ガスの分圧を目標量に調節することができ、ひいては光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４，ＭＡ等の表面におけるカーボン成長を抑制することができる。

照度センサ８８は、投影光学系７０の光路上に進退可能に配置されたフォトマル等の光電変換素子であり、投影光学系７０内を通過する露光光（具体的にはミラー７４からの反射光）である極端紫外線を電気信号に変換することによって露光光の強度の計測を可能にする。照度センサ８８は、制御装置９０に制御されて動作しており、適当なタイミングで露光光の検出結果を制御装置９０に出力する。なお、照度センサ８８は、ミラー７４等からの反射光を直接検出するものに限らず、投影光学系７０等を構成するミラー７４等の光学素子からの散乱光を検出するものとすることもできる。この場合、照度センサ８８の光路上への進退機構が不要となり、検出強度の減少は光学素子の反射率の低下すなわち光学特性の劣化を示す。

ここで、有機物が光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４，ＭＡの雰囲気ガスとして真空容器８４内に一定以上存在する場合、光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４，ＭＡ自体の触媒機能が十分に発揮されず、極端紫外線の存在下で光学素子の表面にカーボン膜が徐々に堆積され、経時的に反射率が低下するおそれがある。このため、照度センサ８８の検出結果に基づいて露光光の照度をモニタし、照度が一定の下限に達した場合は、ガス供給装置８６に設けたマスフローコントローラ８６ｅを調節してガス源８６ａからの劣化抑制ガスを適当量だけ真空容器８４に導入する。ガス源８６ａから供給される劣化抑制ガスは、酸化性ガスであり、例えば酸素、水蒸気、過酸化水素水等が好適に用いられる。このような酸化性ガスを真空容器８４に導入する量は、光学素子表面のカーボン膜を酸化によって除去できる程度のものとする。酸化性ガスの導入は、露光光の照度が既定値以下に減少した後の適当なタイミングとすることができるが、この際、光源装置５０が動作して照明光学系６０や投影光学系７０を構成する各光学素子に極端紫外線が照射されている状態とすることもできる。この場合、極端紫外線が、酸化性ガスとカーボン膜との酸化反応を促進する役割を果たす。照度センサ８８による計測の結果、露光光の照度が既定値以上に回復した場合、制御装置９０は、排気装置８５を動作させて真空容器８４中の酸化性ガスを外部に排出して、酸化反応の進行を停止する。

以下、図３に示す投影露光装置の動作について説明する。この投影露光装置では、照明光学系６０からの照明光によってマスクＭＡが照明され、マスクＭＡのパターン像が投影光学系７０によってウエハＷＡ上に投影される。これにより、マスクＭＡのパターン像がウエハＷＡに転写される。

以上説明した投影露光装置では、高反射率で高精度に制御された光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４，ＭＡが用いられており、高精度の露光が可能になる。さらに、この投影露光装置では、光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４，ＭＡの表面すなわち光学面において保護層の存在によってカーボン膜の生成が抑制されているので、これら光学素子の反射特性が劣化するのを防ぎ、投影露光装置の寿命を長くすることができる。また、露光に際して、照度センサ８８によって投影光学系７０等を構成する光学素子の反射率低下が監視されており、制御装置９０の制御下でガス供給装置８６からの酸化性ガスが真空容器８４中に適宜導入される。これによっても、投影光学系７０等を構成する光学素子表面上のカーボン膜すなわち炭素コンタミネーションが強制的に酸化除去され、その光学特性を長期間にわたって良好に維持することができ、高い製造安定性維持することができる。具体的な例では、酸化性ガスの分圧が１．３×１０^−４Ｐａの範囲となるような導入を行った場合、光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４，ＭＡの反射率を回復できた。これにより、ウエハＷＡに到達する光量の低下が大幅に抑制された。なお、図１に示す表面保護膜４３を設けない比較例の光学素子の場合、酸化性ガスの導入によっても反射率の回復は認められなかった。

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、以上説明した第１実施形態では、図２の成膜装置１０中で真空を破ることなく基板４１上に多層膜４２と表面保護膜４３とを形成しているが、多層膜４２と表面保護膜４３とを成膜する間、或いは分割した各部分膜４３ａ，４３ｂを成膜する合間に大気中に取り出し、別の成膜手法又は装置を用いてもよい。つまり、多層膜４２や表面保護膜４３等を別個の装置で成膜することができる。

また、第１部分膜４３ａの表面洗浄は、Ａｒガスを用いたイオンミリングに限らず、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン、Ｎ_２等の各種不活性ガスを用いたイオンミリングとすることができる。

また、各部分膜４３ａ，４３ｂを成膜する合間に行う第１部分膜４３ａの表面洗浄は、イオンミリング等のドライエッチに限らない。すなわち、第１部分膜４３ａにダメージを与えない限り、超音波洗浄その他のウエット洗浄を含む各種洗浄方法を用いることができる。

また、両部分膜４３ａ，４３ｂは、同一材料で成膜される必要はなく、別材料で成膜されることも可能である。

また、光学素子４０に形成する多層膜４２に代えて、単層の金属膜等からなる反射膜等を用いることができる。

また、上記第１実施形態では、光学素子４０が極端紫外線に用いられるものとして説明したが、上記のような光学素子４０は、多層膜４２の設計変更によって軟Ｘ線顕微鏡、軟Ｘ線分析装置等の軟Ｘ線光学機器を構成する多層膜反射鏡として用いることもできる。このような、Ｘ線光学機器に適合するように組み込まれた光学素子４０も、上記実施形態の場合と同様に、長期間使用しても反射率が低下しないので、その初期性能を維持し続けることができる。

また、上記第２実施形態では、露光光として極端紫外線を用いる投影露光装置について説明したが、露光光として極端紫外線以外の紫外線を用いる投影露光装置においても、図１等に示すような光学素子４０を組み込むことができ、表面の酸化やカーボン付着による光学素子の反射特性の劣化を抑制することができる。

第１実施形態に係る光学素子を説明する断面図である。 図１の光学素子を作製するための成膜装置を説明する図である。 第２実施形態に係る投影露光装置を説明する図である。

符号の説明

１０…成膜装置、 １１…基板ホルダ、 １２…ターゲット部、 １３…スパッタ用イオン源、 １４…洗浄用イオン源、 １５…真空排気装置、 １７…真空容器、 ２３…自転機構、 ２７…支持部材、 ２９…回転駆動装置、 ３１…ターゲットドラム、 ４０…光学素子、 ４１…基板、 ４２…多層膜、 ４３…表面保護膜、 ４３ａ，４３ｂ…部分膜、 ５０…光源装置、 ５１…レーザ光源、 ６０…照明光学系、 ７０…投影光学系、 ８１…マスクステージ、 ８２…ウエハステージ、 ８４…真空容器、 ８５…排気装置、 ８６…ガス供給装置、 ９０…制御装置、 ＴＡ１〜ＴＡ４…ターゲット、 ＭＡ…マスク、 ＷＡ…ウエハ

Claims (5)

1. 支持用の基板上に紫外線波長以下の所定波長の電磁波を反射する反射膜を形成する反射膜形成工程と、
   深さ方向に関して２回以上に分割された複数の成膜工程によって、前記反射膜上に表面保護膜を形成する保護膜形成工程と
   を備える光学素子の製造方法。
2. 前記保護膜形成工程は、連続する２つの成膜工程のうち先の成膜工程によって形成された部分膜の表面を洗浄する表面洗浄工程を含むことを特徴とする請求項１記載の光学素子の製造方法。
3. 前記表面洗浄工程は、不活性ガスを用いたドライエッチング法を応用したものであることを特徴とする請求項２記載の光学素子の製造方法。
4. 支持用の基板と、
   前記基板上に支持されるとともに、紫外線波長以下の所定波長の電磁波を反射する反射膜と、
   前記反射膜の表面上に設けられ、深さ方向に関して２以上に分割された複数の部分膜を含む表面保護膜と、
   を備える光学素子。
5. 紫外線及び極端紫外線の少なくとも一方の波長域にある光源光を発生させる光源と、
   前記光源からの光源光を転写用のマスクに導く照明光学系と、
   前記マスクのパターン像を感応基板上に形成する投影光学系とを備え、
   前記マスク、前記照明光学系及び前記投影光学系のうち少なくともいずれか１つが請求項４記載の光学素子を含むことを特徴とする投影露光装置。

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