JPWO2008090988A1 - 光学素子、これを用いた露光装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐酸化性及び非露光光吸収という２つの性質を両立するように組み込むことによって光学特性を向上させた光学素子を提供すること。【解決手段】保護層３０は、その組成を深さ方向に変化させて形成されており、多層膜２０の最表層上である薄膜層Ｌ１上に設けられる界面側層３１と、界面側層３１上に設けられて光学素子１００の最表面とされる表面側層３２と、中間層３３とを有する。界面側層３１は、光源から非露光光を相対的に吸収する性質を有する。また、表面側層３２は、多層膜２０の表面が酸化するのを抑制する。これにより、露光装置内において極端紫外線が照射されても光学素子１００表面の反射率低下の抑制、非露光光の反射の低減が可能となる。

Description

本発明は、極端紫外線等に対して用いられる光学素子、これを用いた露光装置、及びデバイス製造方法に関する。

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（１１〜１４ｎｍ）となる極端紫外線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１参照）。
特開２００３−１４８９３号公報

上記のような露光装置内において、酸素・水分等が残存している場合、極端紫外線が光学素子表面に照射されると酸化反応が生じる。この現象により、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。

また、露光装置に使用される光源は、露光に必要な極端紫外線以外に、露光に不要な非露光光も放出する。非露光光が光源光に含まれていると、（１）投影光学系の結像特性の劣化、（２）パターンの解像度の低下、（３）感応基板のアライメント精度の低下及び歪みの発生といった問題が生じる。

そこで、本発明は、耐酸化性及び非露光光吸収性という２つの性質を両立するように組み込むことによって光学特性を向上させた光学素子を提供することを目的とする。

また、本発明は、上記のような光学素子を極端紫外線用の投影光学系等として組み込んだ露光装置、及びデバイス製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本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、所定波長域の光源光のうち極端紫外線及び軟Ｘ線の少なくとも一方を含む露光光を反射する多層膜と、（ｃ）多層膜上に設けられ、当該多層膜の酸化を防止するとともに、露光光以外の非露光光に対する吸収率が露光光に対する吸収率よりも大きい保護層とを備える。

上記光学素子において、例えば保護層において、例えば組成を深さ方向に変化させることにより、１つの層に耐酸化性及び非露光光吸収性の２つの性質を持たせている。そのため、保護層の耐酸化性を受け持つ、例えば耐酸化性部分で光学素子の酸化が抑制され、光学素子の反射率低下を防止することができる。また、保護層の非露光光の吸収性を受け持つ、例えば非露光光吸収性部分で非露光光が露光光と比較して相対的に吸収され、ウェハ等である感応基板に投影される非露光光を低減することができる。

また、本発明に係る別の光学素子は、（ａ）支持用の基板と、（ｂ）基板上に支持されるとともに、所定波長域の光源光のうち極端紫外線及び軟Ｘ線の少なくとも一方を含む露光光を反射する多層膜と、（ｃ）多層膜上に設けられた保護層であって、最表面側において酸化が飽和した状態の表面側層と、多層膜との境界面側において酸化が不飽和である状態の界面側層を有する保護層とを備える。

この光学素子においても上記光学素子と同様に、酸化が飽和した状態では、それ以上酸化しないことにより、耐酸化性を有する。また、酸化が不飽和である状態では、酸化が飽和した状態よりも非露光光を吸収することにより、非露光光吸収性を有する。つまり、保護層の酸化が飽和した耐酸化性部分で光学素子の酸化が抑制され、光学素子の反射率低下を防止することができる。また、保護層の酸化が不飽和である非露光光吸収性部分で非露光光が露光光と比較して相対的に吸収され、ウェハ等である感応基板に投影される非露光光を低減することができる。

本発明に係る露光装置は、（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、本露光装置では、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つが上記光学素子を含む。

上記露光装置では、少なくとも１つの上記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における酸化を抑制できるので、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、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、露光装置を長寿命とすることができる。また、上記光学素子を用いることにより、光源光から露光に不要な非露光光を低減させ、感応基板等に入射する非露光光を抑えることができるので、露光装置を高精度とすることができる。

本発明に係るデバイス製造方法によれば、製造工程において、上記露光装置を用いることによって、高性能なデバイスを製造することができる。

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の光学素子のうち多層膜上層及び保護層周辺の詳細を説明する断面図である。 光源光に含まれる所定の波長に対するＳｉＯ及びＳｉＯ_２の透過率の関係を示すグラフである。 ４Ａ、４Ｂは、第２実施例の光学素子の反射特性について説明する図である。 ５Ａ、５Ｂは、第３実施例の光学素子の反射特性について説明する図である。 ６Ａ、６Ｂは、第４実施例の光学素子の反射特性について説明する図である。 第３実施形態に係る露光装置を説明する断面図である。 第４実施形態に係るデバイス製造方法を説明する図である。

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る光学素子の構造を示す断面図である。本実施形態の光学素子１００は、例えば平面反射鏡であり、多層膜構造を支持する基板１０と、反射用の多層膜２０と、表層の保護層３０とを有する。

下側の基板１０は、例えば合成石英ガラスや低膨張ガラス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１０ａは、所定精度の鏡面に研磨されている。上面１０ａは、図示のような平面とすることもできるが、光学素子１００の用途に応じて凹面、凸面、多面その他の形状とすることができる（不図示）。

上側の多層膜２０は、屈折率が異なる２種類の物質を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である。この多層膜２０は、反射鏡である光学素子１００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、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、比較的屈折率の小さい薄膜層Ｌ１と、比較的屈折率の大きい薄膜層Ｌ２とを、反射波の位相が合うよう所定の膜厚で交互に積層させることで多層膜２０が形成されている。これにより、目的とする波長の極端紫外線等の反射率を効率的に高めることができる。なお、説明を簡単にするため、図では多層膜２０の積層数を省略して示している。

この多層膜２０を構成する２種類の薄膜層Ｌ１、Ｌ２は、それぞれシリコン（Ｓｉ）層及びモリブデン（Ｍｏ）層とすることができる。なお、薄膜層Ｌ１、Ｌ２の積層の順序、最上層をいずれの薄膜層とするかといった条件は、光学素子１００の用途に応じて適宜変更することができる。また、薄膜層Ｌ１、Ｌ２の材料は、ＳｉとＭｏとの組み合わせに限るものではない。例えば、Ｓｉ、ベリリウム（Ｂｅ）、四ホウ化炭素（Ｂ_４Ｃ）等の物質と、Ｍｏ、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）等の物質とを適宜組み合わせることによって多層膜２０を作製することもできる。

なお、多層膜２０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２０を形成する薄膜層Ｌ１、Ｌ２として、特に金属やＳｉ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１００の反射率が下がってしまうことがある。そこで、界面を明瞭化するために、多層膜２０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。境界膜の材料としては、例えばＢ_４Ｃ、炭素（Ｃ）、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瞭化することにより、光学素子１００の反射特性が向上する。

図２は、多層膜２０の上層部と保護層３０とを説明する断面図である。保護層３０は、多層膜２０全面を覆うことによって多層膜２０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。また、保護層３０は、入射した光源光のうち露光光に比較して非露光光を相対的により吸収するものである。

保護層３０は、その組成を深さ方向に変化させることによって形成されており、多層膜２０の最表層上である薄膜層Ｌ１上に設けられる界面側層３１と、界面側層３１上に設けられて光学素子１００の最表面とされる表面側層３２、と両層３１、３２の間に設けられる中間層３３とを有する。なお、説明の都合上、保護層３０を３つの層３１、３２、３３に分けているが、これらの層３１、３２、３３は、組成の連続的変化によって一体的に形成されており明確な境界は存在しない。

保護層３０は、スパッタリング中に酸素分圧を増加させることにより一括して形成される。界面側層３１、表面側層３２、中間層３３のそれぞれの厚さは、スパッタリング中における酸素分圧変化のタイミングを調整することにより制御することができる。これらの厚さは、光学素子１００の反射特性を考慮し適宜調整する。

保護層３０のうち、界面側層３１は、酸化が不飽和である状態の化合物によって形成されている。具体的には、界面側層３１の材料として一酸化ケイ素（ＳｉＯ）を用いることができるが、一酸化チタン（ＴｉＯ）、一酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）等も同様の性質を有する他の材料として用いることができる。界面側層３１は、光源光から非露光光を相対的に吸収する性質を有する。なお、界面側層３１がＳｉをターゲット材として形成される場合、界面側層３１を構成するＳｉＯ_Ｘは、Ｘ＝０〜２の範囲とすることができる。Ｔｉ及びＺｒについても同様である。

また、表面側層３２は、酸化が飽和した状態の化合物によって形成されている。具体的には、表面側層３２の材料として二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を用いることができるが、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）等も同様の性質を有する他の材料として用いることができる。表面側層３２はそれ以上酸化しないので、構造が安定している。表面側層３２は、酸化が不飽和である界面側層３１よりも耐酸化性に優れている。すなわち、安定した耐酸化性を有する。

図３は、図２の界面側層３１、表面側層３２の役割を説明するために掲げたものであり、光源光に含まれる所定波長に対する厚さ１０ｎｍのＳｉＯ及びＳｉＯ_２の透過率の関係を示すグラフである。光源光のうち露光光以外の非露光光は、紫外線、可視光、及び赤外光のいずれかを少なくとも含み、特に波長約１５０〜４００ｎｍの紫外線領域は、露光すなわちレジストの感光に悪影響を及ぼす。図から、波長１５０〜４００ｎｍの紫外線領域において、ＳｉＯ_２の透過率は高いが、ＳｉＯの透過率は低いことが分かる。つまり、酸化が飽和したＳｉＯ_２はこの領域の紫外線において透明であり、非露光光を透過させる性質を有する。一方、酸化が不飽和であるＳｉＯは光源光から非露光光を吸収する性質を有する。以上は、ケイ素酸化物についての説明であったが、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物の場合も同様の性質が得られる。

図２に戻って、中間層３３は、酸化が飽和した状態と不飽和である状態との遷移状態にあり、界面側層３１及び表面側層３２の両方の性質を有する。例えば、ＳｉＯ及びＳｉＯ_２を含む保護層３０の場合、中間層３３の組成はＳｉＯ_Ｘ（Ｘ＝１〜２）となり、Ｘ＝１のＳｉＯからＸ＝２のＳｉＯ_２にかけて組成が連続的に変化する状態となっている。また、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物の場合も同様に、中間層３３の組成は、それぞれＴｉＯ_Ｘ（Ｘ＝１〜２）、ＺｒＯ_Ｘ（Ｘ＝１〜２）となり、Ｘ＝１からＸ＝２にかけて組成が連続的に変化する状態となっている。なお、遷移状態は、漸次組成が一様に変化する場合に限らず、例えば、Ｓｉをターゲット材として形成される場合、中間層を形成するＳｉＯｘは、Ｘ＝０〜２の範囲で非一様に変化してもよい。Ｔｉ及びＺｒについても同様である。

なお、露光装置内において、有機物が残存している場合にも、光学素子１００表面に炭素が析出し、光学素子１００の反射特性が劣化する現象が起きる。光学素子１００表面上に析出した炭素は、酸化すると除去される。よって、光学素子１００の多層膜２０を保護しつつ炭素の析出を抑制するには、光学素子１００表面が耐酸化性を有していればよい。本実施形態によれば、表面側層３２は、多層膜２０の表面が酸化するのを防ぐことができるだけでなく、酸化雰囲気下で使用した場合、多層膜２０の表面に析出した炭素を酸化することで、表面の炭素の析出を防止することもできる。以上のような酸化防止と炭素析出防止により、多層膜２０の反射率の低下を長期にわたって抑制できる。

また、本実施形態によれば、界面側層３１は、非露光光が投影光学系からウェハへ投射されるのを抑制する役割を果たしており、ウェハが非露光光によって感光することを抑制できる。なお、非露光光を低減させる方法として、非露光光分離フィルタを光学系に挿入する方法も考えられるが、このような非露光光分離フィルタは、非常に壊れやすく大口径化が難しい、露光光の透過率が約５０％で低い等の欠点がある。一方、本実施形態の光学素子１００は、非露光光分離フィルタを独立して設ける必要性をなくすものであり、露光光を効率良く反射しつつ非露光光を吸収するので、露光光の反射光量の損失を低減することができる。

〔第１実施例〕
以下、第１実施形態に係る光学素子１００の具体的な第１実施例について説明する。基板１０の材料としては、低熱膨張ガラスであるコーニングインターナショナル社製の「ＵＬＥ（Ｕｌｔｒａ Ｌｏｗ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）（商標名）」を用いた。ＵＬＥの代わりに、ショット社製の「Ｚｅｒｏｄｕｒ（商標名）」、オハラ社製の「ＣＬＥＡＲＣＥＲＡＭ−Ｚ（商標名）」等の他の低熱膨張ガラスを用いることもできる。基板１０の表面粗さによる反射率低下を防ぐために、基板１０表面は、０．３ｎｍＲＭＳ以下の表面粗さに研磨されている。

以上のような基板１０上に、スパッタリング法でＭｏ／Ｓｉ系の多層膜２０を成膜した。この場合、薄膜層Ｌ１は、屈折率の１との差が小さいＳｉ層であり、その厚さを４．６ｎｍとした。また、薄膜層Ｌ２は、屈折率の１との差が大きいＭｏ層であり、その厚さは２．３ｎｍとした。したがって、多層膜２０の一周期の厚さ（周期長）は６．９ｎｍとなっている。多層膜２０の形成に際しては、Ｍｏの薄膜層Ｌ２から始めて、Ｓｉの薄膜層Ｌ１とＭｏの薄膜層Ｌ２とを交互に積層し、Ｓｉの薄膜層Ｌ１を計４５層、Ｍｏの薄膜層Ｌ２を計４５層積層して多層膜２０を完成した。

そして、多層膜２０の最上層すなわち４５層目のＳｉの薄膜層Ｌ１上に、スパッタリング法で保護層３０を形成した。保護層３０としての薄膜の厚さは、Ｍｏの薄膜層Ｌ２と同じ２．３ｎｍとした。この場合の保護層３０の厚さは、極端紫外線の波長１３．５ｎｍでの反射の寄与を考慮して決められているので、物質によって変化する。また、Ｍｏは極端紫外線を吸収する傾向、一方、Ｓｉは透過する傾向にある。そのため、極端紫外線の反射特性を向上させるために、多層膜２０上に積層する順番は、極端紫外線に対して吸収性を有するもの、透過性を有するものが交互になることが望ましい。ここで、保護層３０の界面側層３１は極端紫外線に対し吸収性を有し、表面側層３２は、透過性を有する。したがって、界面側層３１の上に表面側層３２が設けられているという保護層３０の構成から、保護層３０はＳｉの薄膜層Ｌ１上に形成する。

本実施例において、界面側層３１がＳｉＯ、表面側層３２がＳｉＯ_２となる場合、ＳｉＯ及びＳｉＯ_２を含む保護層３０は、Ｓｉをターゲット材として用いて、アルゴン等の不活性ガスに酸素を混入する反応性スパッタリング法により形成した。成膜中に酸素分圧を変化させることにより、保護層３０の深さ方向の組成をＳｉＯからＳｉＯ_２へと変化させることができる。具体的には、酸素分圧は１×１０^−２〜５×１０^−２Ｐａに変化させた。

なお、以上説明した、Ｍｏ／Ｓｉ系の多層膜２０と、保護層３０とは、同一の成膜装置内で真空を破らずに連続して成膜した。成膜中は、基板１０を水冷して室温に保った。

本実施形態において、界面側層３１をＳｉＯ、表面側層３２をＳｉＯ_２とした例を説明したが、それ以外に、上述のように界面側層３１をＴｉＯ、表面側層３２をＴｉＯ_２としてもよい。この場合、Ｔｉをターゲット材として用いて上記と同様に酸素分圧を調整しつつ成膜する。また、界面側層３１をＺｒＯ、表面側層３２をＺｒＯ_２としてもよい。この場合、Ｚｒをターゲット材として用いて上記と同様に酸素分圧を調整しつつ成膜する。

〔第２実施例〕
以下、第１実施形態に係る光学素子１００の具体的な第２実施例について説明する。なお、第２実施例に係る光学素子１００は、第１実施例を変形したものであり、特に説明しない部分については、第１実施例と同様であるものとする。
本第２実施例において、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜２０の最上層であるＳｉ層（最上のＳｉ薄膜層Ｌ１）の厚さを３．２ｎｍとし、その上に保護層３０を形成している。保護層３０は、ＳｉＯを成分とする界面側層３１が厚さ３．２ｎｍで形成され、ＳｉＯ_１．５を成分とする中間層３３が厚さ３．２ｎｍで形成され、ＳｉＯ_２を成分とする表面側層３２が厚さ３．２ｎｍで形成されている。
図４Ａ及び図４Ｂは、第２実施例の光学素子１００の反射特性について説明する図である。図中の実線は、図４Ａにおいて、波長１３〜１４ｎｍ付近の光に対する反射率、図４Ｂにおいて、波長１９０〜４００ｎｍ付近の光に対する反射率を示す。比較例として、図４Ａ及び図４Ｂにおいて、一点鎖線は、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜２０の上に保護層３０として非露光光吸収性であるＳｉ_３Ｎ_４を厚さ１０ｎｍ、耐酸化性であるＲｕを厚さ１．５ｎｍで順に形成した光学素子の反射特性を示す。また、図４Ｂにおいて、点線は、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜２０の上に保護層３０が形成されていない光学素子の反射特性を示す。
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、本実施例において、保護層３０の材料としてＳｉＯ、ＳｉＯ_１．５、及びＳｉＯ_２を用いることにより、光学素子１００に露光光を効率良く反射しつつ非露光光を吸収する性質をもたせることができる。
〔第３実施例〕

以下、第１実施形態に係る光学素子１００の具体的な第３実施例について説明する。なお、第３実施例に係る光学素子１００は、第１実施例を変形したものであり、特に説明しない部分については、第１実施例と同様であるものとする。
本第３実施例において、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜２０の最上層であるＳｉ層（最上のＳｉ薄膜層Ｌ１）の厚さを１．３ｎｍとし、その上に保護層３０を形成している。保護層３０は、ＳｉＯを成分とする界面側層３１が厚さ１．３ｎｍで形成され、ＳｉＯ_１．５、ＳｉＯ_２、ＳｉＯ_１．５、ＳｉＯ、Ｓｉ、ＳｉＯ、ＳｉＯ_１．５を成分とする中間層３３がそれぞれ順に厚さ１．３ｎｍで形成され、ＳｉＯ_２を成分とする表面側層３２が厚さ１．３ｎｍで形成されている。
図５Ａ及び図５Ｂは、第２実施例の光学素子１００の反射特性について説明する図である。実線、一点鎖線、及び点線については、第２実施例と同様である。
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、本実施例において、保護層３０の材料としてＳｉ、ＳｉＯ、ＳｉＯ_１．５、及びＳｉＯ_２を用いることにより、光学素子１００に露光光を効率良く反射しつつ非露光光を吸収する性質をもたせることができる。

〔第４実施例〕
以下、第１実施形態に係る光学素子１００の具体的な第４実施例について説明する。なお、第４実施例に係る光学素子１００は、第１実施例を変形したものであり、特に説明しない部分については、第１実施例と同様であるものとする。
本第４実施例において、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜２０の最上層であるＳｉ層（最上のＳｉ薄膜層Ｌ１）の厚さを２．９ｎｍとし、その上に保護層３０を形成している。保護層３０は、ＳｉＯを成分とする界面側層３１が厚さ１５．１ｎｍで形成され、ＳｉＯ_２を成分とする表面側層３２が厚さ１．５ｎｍで形成されている。
図６Ａ及び図６Ｂは、第４実施例の光学素子１００の反射特性について説明する図である。実線、一点鎖線、及び点線については、第２実施例と同様である。
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、本実施例において、保護層３０の材料としてＳｉＯ及びＳｉＯ_２を用いることにより、光学素子１００に露光光を効率良く反射しつつ非露光光を吸収する性質をもたせることができる。

〔第２実施形態〕
本実施形態は、上記第１実施形態の光学素子１００の製作方法を変形したものであり、同一の部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、特に説明しない部分については第１実施形態と同様であるものとする。

第２実施形態の光学素子は、図１に示す光学素子１００と略同一の構造を有する。ただし、第１実施形態では、保護層３０の成膜方法として、酸素分圧を変化させたスパッタリング法を用いる場合について説明したが、第２実施形態では、酸素分圧を変化させないでＳｉＯの成膜後に表面をＳｉＯ_２に酸化する方法で保護層３０を形成する。具体的には、界面側層３１がＳｉＯ、表面側層３２がＳｉＯ_２となる場合、基板１０上に多層膜２０を形成し、この多層膜２０上にＳｉＯをターゲット材として用いてＳｉＯ層を例えば２．３ｎｍ成膜する。その後、基板を大気中に放置することにより、ＳｉＯ層の表面側層を酸化させてＳｉＯ_２を形成する。これにより、界面側層３１にＳｉＯ、表面側層３２にＳｉＯ_２を有する保護層３０を形成できる。界面側層３１がＴｉＯ、表面側層３２がＴｉＯ_２となる場合、界面側層３１がＺｒＯ、表面側層３２がＺｒＯ_２となる場合も、それぞれターゲット材にＴｉＯ、ＺｒＯを用いることによって同様の方法で保護層３０を形成することができる。

〔第３実施形態〕
図７は、第１及び第２実施形態の光学素子１００を光学部品として組み込んだ、第３実施形態に係る露光装置２００の構造を説明するための図である。

図７に示すように、この露光装置２００は、光学系として、極端紫外線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のパターン像をウェハ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、ウェハＷＡを支持するウェハステージ８２とを備える。ここで、ウェハＷＡは、感応基板を具体化し、レジスト等の感光層を表面コートしたものである。

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の先端から射出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、この部分のターゲット材料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からの光源光に替えて、放電プラズマ光源、シンクロトロン放射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、折曲ミラー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、折曲ミラー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ェハ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、マスクＭＡとウェハＷＡとを同期して移動させる走査露光によって、例えばマスクＭＡ上に形成された矩形領域の回路パターンをウェハ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。

以上の露光装置２００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１００を用いる。この際、光学素子１００の光学面の形状は、平面に限らず、凹面、凸面、多面等、組み込む場所によって適宜調整する。

また、露光装置２００は、光学素子１００表面に析出する炭素を除去するために、露光装置２００内のガス制御によって酸化雰囲気の状態にすることができる。この酸化雰囲気状態は、露光光の照度を基に酸化ガス導入・排出を適宜行うことで調整される。

以下、図７に示す露光装置２００の動作について説明する。この露光装置２００では、照明光学系６０からの照明光によってマスクＭＡが照射され、マスクＭＡのパターン像が投影光学系７０によってウェハＷＡ上に投影される。これにより、マスクＭＡのパターン像がウェハＷＡに転写される。

以上説明した露光装置２００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やマスクＭＡが用いられており、高い分解能を有し、高精度の露光が可能になる。さらに、光学素子５４、５５、６１、６２、６３、６４、７１、７２、７３、７４やマスクＭＡが、光学素子の酸化や炭素析出の抑制によって、光学特性を長時間にわたって維持することができる。そのため、露光装置２００の分解能を維持し、延いては露光装置２００の寿命を長くすることができる。また、光学素子の非露光光の反射抑制によって、光源光から非露光光を低減することで露光装置を高精度にすることができる。

〔第４実施形態〕
以上は、露光装置２００やこれを用いた露光方法の説明であったが、このような露光装置２００を用いることによって、半導体デバイスやその他のマイクロデバイスを高い集積度で製造するためのデバイス製造方法を提供することができる。具体的に説明すると、マイクロデバイスは、図８に示すように、マイクロデバイスの機能や性能設計等を行う工程（Ｓ１０１）、この設計工程に基づいてマスクＭＡを作製する工程（Ｓ１０２）、デバイスの基材である基板すなわちウェハＷＡを準備する工程（Ｓ１０３）、前述した実施形態の露光装置２００によりマスクＭＡのパターンをウェハＷＡに露光する露光処理過程（Ｓ１０４）、一連の露光やエッチング等を繰り返しつつ素子を完成するデバイス組立工程（Ｓ１０５）、組立後のデバイスの検査工程（Ｓ１０６）等を経て製造される。なお、デバイス組立工程（Ｓ１０５）には、通常、ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程等が含まれる。

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、保護層３０の成膜方法は、表面粗さを悪くせず緻密な膜ができれば、スパッタリング法以外の成膜方法を用いてもよい。また、表面粗さを悪くせず、緻密な膜を形成するのを助けたり、多層膜２０と保護層３０との界面を明瞭化したりするために、多層膜２０と保護層３０との間に別の材料を成膜してもよい。

なお、多層膜２０上に設ける保護層３０として、非露光光吸収層の上に非露光光吸収層とは異なる材料で形成される耐酸化性の保護層を設けて２層構造にすることもできる。ただし、一般的に耐酸化性の保護層として用いられる材料は非露光光を反射する性質を有するので、効率良く光源光から非露光光を低減させることが容易でない。ここで、両層に異なる物質の酸化物（例えば、界面側層３１にＳｉＯ、表面側層３２にＴｉＯ_２という組み合わせ）を用いれば、上記の問題は解決する。ただし、成膜工程が同じ物質の酸化物を用いる場合と比較して複雑になる。

また、上記実施形態では、露光光として極端紫外線を用いる露光装置２００について説明したが、露光光として極端紫外線以外の軟Ｘ線等を用いる露光装置においても、図１に示すような光学素子１００と同様の光学素子を組み込むことができ、光学素子の光学特性の劣化を抑制したり、光源光から非露光光を低減したりすることができる。

また、露光装置以外に、例えば、軟Ｘ線顕微鏡や、軟Ｘ線分析装置といった軟Ｘ線光学機器を含む様々な光学機器についても同様に図１に示すような光学素子１００を組み込むことができる。このような、軟Ｘ線光学機器に適合するように組み込まれた光学素子１００も、上記実施形態の場合と同様に長期的に光学素子１００の光学特性の劣化を抑制したり、光源光から利用される光である露光光（この場合、露光光には単なる照明光も含まれる）から不要な非露光光を低減したりすることができる。

Claims (23)

1. 支持用の基板と、
   前記基板上に支持されるとともに、所定波長域の光源光のうち極端紫外線及び軟Ｘ線の少なくとも一方を含む露光光を反射する多層膜と、
   前記多層膜上に設けられ、当該多層膜の酸化を防止するとともに、前記露光光以外の非露光光に対する吸収率が前記露光光に対する吸収率よりも大きい保護層と、
   を備える光学素子。
2. 前記非露光光は、紫外線、可視光、及び赤外光のいずれかを少なくとも含む請求項１記載の光学素子。
3. 前記保護層の材料の組成は、深さ方向に変化する請求項１及び請求項２のいずれか一項記載の光学素子。
4. 前記保護層は、最表面側において酸化が飽和した状態の表面側層を有し、前記多層膜との境界面側において酸化が不飽和である状態の界面側層を有する請求項１から請求項３のいずれか一項記載の光学素子。
5. 前記保護層は、前記表面側層によって前記多層膜の酸化を防止する請求項４記載の光学素子。
6. 前記保護層は、前記界面側層によって、前記光源光から前記非露光光を相対的に吸収する請求項４及び請求項５のいずれか一項記載の光学素子。
7. 前記表面側層は、ＳｉＯ_２で形成され、前記界面側層は、ＳｉＯで形成される請求項４から請求項６のいずれか一項記載の光学素子。
8. 前記表面側層は、ＴｉＯ_２で形成され、前記界面側層は、ＴｉＯで形成される請求項４から請求項６のいずれか一項記載の光学素子。
9. 前記表面側層は、ＺｒＯ_２で形成され、前記界面側層は、ＺｒＯで形成される請求項４から請求項６のいずれか一項記載の光学素子。
10. 前記保護層は、前記表面側層と前記界面側層との間に中間層を有する請求項４から請求項９のいずれか一項記載の光学素子。
11. 前記中間層は、Ｓｉ、ＳｉＯ、ＳｉＯ_１．５、ＳｉＯ_２のうち少なくともひとつを含む請求項１０記載の光学素子。
12. 前記多層膜は、前記極端紫外線領域における真空の屈折率に対する屈折率差が小さい物質からなる第１層と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請求項１から請求項１１のいずれか一項記載の光学素子。
13. 前記保護層は、前記多層膜の最上層である前記第１層上に設けられる請求項１から請求項１２のいずれか一項記載の光学素子。
14. 支持用の基板と、
    前記基板上に支持されるとともに、所定波長域の光源光のうち極端紫外線及び軟Ｘ線の少なくとも一方を含む露光光を反射する多層膜と、
    前記多層膜上に設けられた保護層であって、最表面側において酸化が飽和した状態の表面側層と、前記多層膜との境界面側において酸化が不飽和である状態の界面側層を有する保護層と、
    を備える光学素子。
15. 前記表面側層は、ＳｉＯ_２で形成され、前記界面側層は、ＳｉＯで形成される請求項１４記載の光学素子。
16. 前記表面側層は、ＴｉＯ_２で形成され、前記界面側層は、ＴｉＯで形成される請求項１４記載の光学素子。
17. 前記表面側層は、ＺｒＯ_２で形成され、前記界面側層は、ＺｒＯで形成される請求項１４記載の光学素子。
18. 前記保護層は、前記表面側層と前記界面側層との間に中間層を有する請求項１４から請求項１７のいずれか一項記載の光学素子。
19. 前記中間層は、Ｓｉ、ＳｉＯ、ＳｉＯ_１．５、ＳｉＯ_２のうち少なくともひとつを含む請求項１８記載の光学素子。
20. 前記多層膜は、前記極端紫外線領域における真空の屈折率に対する屈折率差が小さい物質からなる第１層と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請求項１４から請求項１９のいずれか一項記載の光学素子。
21. 前記保護層は、前記多層膜の最上層である前記第１層上に設けられる請求項１４から請求項２０のいずれか一項記載の光学素子。
22. 極端紫外線を発生させる光源と、
    前記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、
    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１から請求項２１のいずれか一項記載の光学素子を含む露光装置。
23. 請求項２２記載の露光装置を用いるデバイス製造方法。

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