(57)【要約】  【課題】  反射屈折光学系での結像性能を満足する紫外光用反射光学素子，光学系，光学装置及び露光装置を提供する。  【解決手段】  アルミニウム膜１１３上に、複数種の屈折率の異なる誘電体材料からなる誘電体薄膜が積層形成された誘電体多層膜１１４が設けられ、該誘電体多層膜１１４はP偏光とS偏光の平均反射率が８０％以上の高反射膜であって、所要角度帯域においてP偏光とS偏光の反射光の位相差の変化量が４０度以下である紫外光用反射光学素子１１１。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム膜上に、複数種の屈折率の異なる誘電体材料からなる誘電体薄膜が積層形成された誘電体多層膜が設けられ、該誘電体多層膜はP偏光とS偏光の平均反射率が８０％以上の高反射膜であって、所要角度帯域においてP偏光とS偏光の反射光の位相差の変化量が４０度以下であることを特徴とした紫外光用反射光学素子。
【請求項２】
所要角度帯域でP偏光とS偏光の反射光の位相変化量を２００度以下に設定することを特徴とする請求項１に記載の紫外光用反射光学素子。
【請求項３】
前記誘電体多層膜は、層数が３層以上に設定されたことを特徴とする請求項１に記載の紫外光用反射光学素子。
【請求項４】
前記誘電体多層膜の膜厚を２００nm以下に設定することを特徴とする請求項１に記載の紫外光用反射光学素子。
【請求項５】
前記各誘電体薄膜は、MgF2、LaF3、NdF3、YF3、GdF3、AlF3、Na3AlF6、CaF2、SrF2、DyF3、HfF4、LuF3、Al2O3、HfO2、ZrO2、TiO2、Nb2O5、Ta2O5、SiO2、Y2O3からなるグループから選ばれる物質であることを特徴とする請求項１に記載の紫外光用反射光学素子。
【請求項６】
前記誘電体多層膜は、低屈折率物質からなる誘電体薄膜と、高屈折率物質からなる誘電体薄膜とが交互に積層され、前記低屈折率物質は、MgF2、AlF3又はNa3AlF6であり、前記高屈折率物質は、LaF3、GdF3又はAl2O3であることを特徴とする請求項１に記載の紫外光用反射光学素子。
【請求項７】
石英ガラスの基板上に前記アルミニウム膜が形成され、該アルミニウム膜上に三層の誘電体薄膜が積層され、これら三層は、低屈折率層、高屈折率層、低屈折率層の順で積層されたことを特徴とする請求項１に記載の紫外光用反射光学素子。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一つに記載の紫外光用反射光学素子を備えたことを特徴とする光学系。
【請求項９】
請求項８に記載の光学系を有し、紫外線レーザを光源とすることを特徴とする光学装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の光学系を有し、紫外線レーザを光源とすることを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
前記紫外光用反射光学素子への光線の入射角度が２０度乃至７０度の範囲であることを特徴とする請求項１０に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アルミニウム膜上に誘電体多層膜が設けられた紫外光用反射光学素子，この紫外光用反射光学素子が設けられた光学系，この光学系が設けられた光学装置及び露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年において、VLSIの高集積化及び高機能化に伴い、その基板となるシリコン等のウェハ上において、微細化及び高集積化が要求されている。この微細パターンを露光・転写する光リソグラフィーにおいては投影露光装置（ステッパ）が使用される。
【０００３】
微細加工のための投影露光装置には、高い結像性能（解像度・焦点深度）が要求されている。解像度と焦点深度は、露光に用いる光の波長に依存し、波長が短いほど高い結像性能を得ることができる。最近では、水銀ランプより短波長域の光を発振でき、かつ高出力な紫外線レーザーを光源とした投影露光装置の実用化が始まっている。光源として使われる紫外線レーザには、KrFエキシマレーザ（波長λ＝248nm）やArFエキシマレーザ（波長λ＝193nm）、フッ素ガスレーザ（λ＝157nm）等がある。
【０００４】
そして、投影露光装置の光学系には屈折光学部品のみで構成される全屈折光学系と、一部にミラーを用いた反射屈折光学系とがあるが、ミラーは原理的に色収差を生じないという利点があるため、より高い結像性能を要求する場合に反射屈折光学系が有利とされている。
【０００５】
このような光学系の構成部品として用いられるミラーは、大きなNAを持つ投影光学系で特に入射角度範囲が広範にわたる折り曲げ平面鏡を用いる場合、その入射角度範囲内でＰ偏光入射光とS偏光入射光の反射光の位相差が生じ、これが大きくなると、微細パターンの解像線幅ばらつきが大きくなるものと推察される。また、それぞれの偏光成分の位相は、装置構成上偏光成分をコントロールするためにもある値に以下に設定することが望ましいと推察される。
【０００６】
金属膜としてアルミニウム膜を使用して誘電体薄膜を積層してミラーとする場合、誘電体薄膜を高屈折率層と低屈折率層との交互多層膜とし、それぞれの屈折率と膜厚を最適化することによって、反射率の入射角度依存性や偏光依存性を制御することは出来ていた。しかしそれらは、照明部品として使用されていたため位相成分についてまで考慮されたことはなかった。そのため反射光のP偏光とS偏光の位相差や位相成分については投影光学系として使用できるものではなかった。
【０００７】
またアルミニウム膜は、真空紫外域において９０％近い高反射率を有することが出来る反面、非常に活性な金属であるため表面が酸化され酸化アルミニウムを形成し２００ｎｍ以下の波長では、反射率は著しく低下してしまう。この反射率低下を抑制するため保護膜として誘電体膜が使用されていた。
【特許文献１】特開２００５−１７５４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、大きなNAを持つ反射屈折光学系でより高解像度な微細パターンを実用化させるためには、構成する反射ミラーの偏光の方向による反射光の位相差を入射角度範囲内で所定の値以内に小さくすることが必要となる。
【０００９】
また、ミラーを構成するアルミニウム膜上には、表面酸化の抑制のため誘電体保護膜が使用されているが、エキシマレーザー光等の高いエネルギーを持つ紫外線レーザー光を連続的に照射すると、反射率は短期間に低下することが明らかとなった。
【００１０】
反射屈折光学系の投影露光装置においてミラーは必須の構成要素であり、その反射率低下は直接的に露光光量の減少や照度ムラや光量変動という問題を生じるため実用化を進める上で大きな障害となっていた。
【００１１】
そこで、この発明は、反射屈折光学系での結像性能を満足する紫外光用反射光学素子，光学系，光学装置及び露光装置を提供することを課題としている。
【００１２】
他の課題は、紫外線レーザー光に耐久性を向上させて光学性能の劣化を抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記問題を解決するために、請求項１に記載の発明の紫外光用反射光学素子は、アルミニウム膜上に、複数種の屈折率の異なる誘電体材料からなる誘電体薄膜が積層形成された誘電体多層膜が設けられ、該誘電体多層膜はP偏光とS偏光の平均反射率が８０％以上の高反射膜であって、所要角度帯域においてP偏光とS偏光の反射光の位相差の変化量が４０度以下であることを特徴とした。
【００１４】
請求項２に記載の発明の紫外光用反射光学素子は、請求項１に記載の構成に加え、所要角度帯域でP偏光とS偏光の反射光の位相変化量を２００度以下に設定することを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明の紫外光用反射光学素子は、請求項１に記載の構成に加え、前記誘電体多層膜は、層数が３層以上に設定されたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明の紫外光用反射光学素子は、請求項１に記載の構成に加え、前記誘電体多層膜の膜厚を２００nm以下に設定することを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明の紫外光用反射光学素子は、請求項１に記載の構成に加え、前記各誘電体薄膜は、MgF2、LaF3、NdF3、YF3、GdF3、AlF3、Na3AlF6、CaF2、SrF2、DyF3、HfF4、LuF3、Al2O3、HfO2、ZrO2、TiO2、Nb2O5、Ta2O5、SiO2、Y2O3からなるグループから選ばれる物質であることを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明の紫外光用反射光学素子は、請求項１に記載の構成に加え、前記誘電体多層膜は、低屈折率物質からなる誘電体薄膜と、高屈折率物質からなる誘電体薄膜とが交互に積層され、前記低屈折率物質は、MgF2、AlF3又はNa3AlF6であり、前記高屈折率物質は、LaF3、GdF3又はAl2O3であることを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明の紫外光用反射光学素子は、請求項１に記載の構成に加え、石英ガラスの基板上に前記アルミニウム膜が形成され、該アルミニウム膜上に三層の誘電体薄膜が積層され、これら三層は、低屈折率層、高屈折率層、低屈折率層の順で積層されたことを特徴とする。
【００２０】
請求項８に記載の発明の光学系は、請求項１乃至７の何れか一つに記載の紫外光用反射光学素子を備えたことを特徴とする。
【００２１】
請求項９に記載の発明の光学装置は、請求項８に記載の光学系を有し、紫外線レーザを光源とすることを特徴とする。
【００２２】
請求項１０に記載の発明の露光装置は、請求項８に記載の光学系を有し、紫外線レーザを光源とすることを特徴とする。
【００２３】
請求項１１に記載の発明の露光装置は、請求項１０に記載の構成に加え、前記紫外光用反射光学素子への光線の入射角度が２０度乃至７０度の範囲であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
上記請求項１に記載の発明の紫外光用反射光学素子によれば、アルミニウム膜上に、複数種の屈折率の異なる誘電体材料からなる誘電体薄膜が積層形成された誘電体多層膜が設けられ、該誘電体多層膜はP偏光とS偏光の平均反射率が８０％以上の高反射膜であって、所要角度帯域においてP偏光とS偏光の反射光の位相差の変化量が４０度以下であることを特徴としたため、大きなNAを持つ反射屈折光学系でより高解像度な微細パターンを実用化できる。
【００２５】
請求項２に記載の発明の紫外光用反射光学素子によれば、所要角度帯域でP偏光とS偏光の反射光の位相変化量を２００度以下に設定したため、収差をコントロールすることができる。
【００２６】
請求項３に記載の発明の紫外光用反射光学素子によれば、前記誘電体多層膜は、層数が３層以上に設定されたため、各層の膜厚を反射光の入射角度範囲内での位相差が４０度以内になるよう最適化できると共に、紫外線レーザーに対する耐久性を向上させることができ、又、アルミニウム膜の酸化劣化を抑えることができる。
【００２７】
請求項４に記載の発明の紫外光用反射光学素子によれば、アルミニウム膜上の誘電体多層膜の膜厚と位相成分が比例することに着目して、前記誘電体多層膜の膜厚を２００nm以下に設定したため、入射角度範囲内での偏光成分の位相変化量を２００度以下にすることができる。
【００２８】
請求項５に記載の発明の紫外光用反射光学素子によれば、前記各誘電体薄膜は、MgF2、LaF3、NdF3、YF3、GdF3、AlF3、Na3AlF6、CaF2、SrF2、DyF3、HfF4、LuF3、Al2O3、HfO2、ZrO2、TiO2、Nb2O5、Ta2O5、SiO2、Y2O3からなるグループから選ばれる物質とすることにより、より膜構成を好適にできる。
【００２９】
請求項６に記載の発明の紫外光用反射光学素子によれば、前記誘電体多層膜は、低屈折率物質からなる誘電体薄膜と、高屈折率物質からなる誘電体薄膜とが交互に積層され、前記低屈折率物質は、MgF2、AlF3又はNa3AlF6であり、前記高屈折率物質は、LaF3、GdF3又はAl2O3とすることにより、一層膜構成を好適にできる。
【００３０】
請求項７に記載の発明の紫外光用反射光学素子によれば、石英ガラスの基板上に前記アルミニウム膜が形成され、該アルミニウム膜上に三層の誘電体薄膜が積層され、これら三層は、低屈折率層、高屈折率層、低屈折率層の順で積層されたため、一層膜構成を好適にできる。
【００３１】
請求項９，１０に記載の発明の光学装置又は露光装置によれば、紫外線レーザに対する耐久性を向上させることができる。
【００３２】
請求項１１に記載の発明の露光装置によれば、前記紫外光用反射光学素子への光線の入射角度が２０度乃至７０度の範囲とするものにおいて、露光光量の減少や照度ムラ等を抑制し、高解像度な微細パターンを実用化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、この発明の実施の形態を説明する。
【００３４】
図１及び図２には、この発明の実施の形態を示す。
【００３５】
この実施の形態の紫外光用反射光学素子１１１は、図１に示すように、光学研磨された基板１１２上に金属アルミニウム膜１１３と３層以上（ここでは３層）の誘電体多層膜１１４とを積層したものである。
【００３６】
その基板１１２の材料としては、石英ガラス（ＳｉＯ２）、蛍石（ＣａＦ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）などの紫外域で透過する材料から珪素（Ｓｉ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、低熱膨張ガラスのゼロヂュアやＵＬＥ等、又、光学研磨が可能であれば各種（ＮｉやＣｕなどの）金属めっきされた基板など公知の材料を膜のクラック等の破壊や反射率などの光学特性への影響など特に制限無く使用することが出来る。
【００３７】
また、誘電体多層膜１１４は、複数種の屈折率の異なる誘電体材料からなる誘電体薄膜である第１層１１５、第二層１１６及び第三層１１７の３層から構成され、低屈折率物質からなる誘電体薄膜と、高屈折率物質からなる誘電体薄膜とが交互に積層され、低屈折率層、高屈折率層、低屈折率層の順で積層され、全体の膜厚が２００nm以下に設定されている。
【００３８】
これら誘電体薄膜の材料としては、紫外線に対して透明な公知の材料を特に制限無く用いることが出来る。具体例としては、フッ化マグネシウム（MgF2）、フッ化ランタン（LaF3）、フッ化ネオジウム（NdF3）、フッ化イットリウム（YF3）、フッ化ガドリニウム（GdF3）、フッ化アルミニウム（AlF3）、クライオライト（Na3AlF6）、フッ化カルシウム（CaF2）、フッ化ストロンチウム（SrF2）、フッ化ディプシロディウム（DyF3）、フッ化ハフニウム（HfF4）、フッ化ルテチウム（LuF3）、酸化アルミニウム（Al2O3）、酸化ハフニウム（HfO2）、酸化ジルコニウム（ZrO2）、酸化チタニウム（TiO2）、五酸化ニオブ（Nb2O5）、五酸化タンタル（Ta2O5）、二酸化珪素（SiO2）、酸化イットリウム（Y2O3）からなるグループから選ばれる物質である。
【００３９】
これらの中でも、低屈折率物質として、MgF2、AlF3又はNa3AlF6が、又、高屈折率物質としてLaF3、GdF3又はAl2O3を用いるのが好適である。
【００４０】
そして、この誘電体多層膜１１４は、P偏光とS偏光の平均反射率が８０％以上の高反射膜であって、所要角度帯域（光線の入射角度が２０度乃至７０度）においてP偏光とS偏光の反射光の位相差の変化量が４０度以下に設定されている。
【００４１】
また、その所要角度帯域でP偏光とS偏光の反射光の位相変化量が２００度以下に設定されている。
【００４２】
そして、その誘電体多層膜１１４の各層１１５，１１６，１１７は、真空蒸着方法、各種スパッタ法やイオンプロセス方法（イオンアシスト、イオンプレーティング、イオンビームスパッタ）、ＣＶＤ法など任意の方法により成膜することが可能である。特にアルミニウム膜の成膜方法としては、真空蒸着による無加熱成膜でアルミニウム膜の酸化による反射率低下を少なくすることが出来、結果として高い反射率を得ることが出来る。
【００４３】
かかる紫外光用反射光学素子１１１が以下のような露光装置１００に配設されている。
【００４４】
すなわち、この実施の形態に係る露光装置１００は、図２に、その構成が概略的に示されており、エネルギビームとしての露光用照明光（以下、「露光光」と略述する）ＥＬをマスクとしてのレチクルＲに照射して、該レチクルＲに形成されたパターンを投影光学系ＰＬを介して感光物体としてのウエハＷ上に転写するステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、すなわちいわゆるスキャニング・ステッパである。
【００４５】
この露光装置１００は、光源１、設定装置としてのレーザ最適化装置１３７、及び照明ユニット２を含み、露光光ＥＬによりレチクルＲを照明する照明系、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出される露光光ＥＬをウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴ等を備えている。
【００４６】
前記光源１としては、ここでは、波長１５７ｎｍの紫外線レーザー光であるフッ素レーザ光を発振するフッ素レーザ（Ｆ２レーザ）が用いられている。以下、この光源１を「フッ素レーザ１」と記述するものとする。このフッ素レーザ１は、筐体と、この筐体の内部に収容されたレーザチャンバ、レーザ共振器（及び狭帯域化モジュール）などを通常と同様に備えている。このフッ素レーザ１としては、例えば特開２００１−１５６３７４号公報、特開２００１−０９４１８５号公報などに開示されるものと同様の狭帯域化フッ素レーザ装置などを用いても良い。
【００４７】
そのフッ素レーザ１は、レーザ最適化装置１３７及び折り曲げミラー（又は折り曲げプリズム）４を含む送光光学系（ビームライン）３を介して照明ユニット２を構成する照明系ハウジング２ａの一端に接続されている。フッ素レーザ１は、実際には、照明ユニット２及び投影光学系ＰＬ等を含む露光装置本体が設置されるクリーンルームとは別のクリーン度の低いサービスルーム、あるいはクリーンルーム床下のユーティリティスペースなどに設置されている。なお、レーザ最適化装置１３７については後に更に詳述する。
【００４８】
前記照明ユニット２は、内部を外部から隔離する照明系ハウジング２ａと、その内部に所定の位置関係で配置されたオプティカルインテグレータを含む照度均一化光学系、リレーレンズ、可変ＮＤフィルタ、レチクルブラインド、及びダイクロイックミラー等（いずれも不図示）から成る照明光学系とを含んで構成されている。この照明光学系は、例えば特開平６−３４９７０１号公報などに開示されるものと同様の構成となっている。ここで、オプティカルインテグレータとしてはフライアイレンズ、内面反射型インテグレータ（ロッドインテグレータ等）、あるいは回折光学素子等が用いられる。
【００４９】
照明ユニット２では、回路パターン等が形成されたレチクルＲ上で、前記レチクルブラインドで規定されたスリット状の照明領域部分を露光光ＥＬ（すなわちフッ素レーザ光）によりほぼ均一な照度で照明する。
【００５０】
ところで、真空紫外域に属するフッ素レーザ光を露光光とする場合には、その光路から酸素、水蒸気、炭化水素系のガス等の、かかる波長帯域の光に対し強い吸収特性を有するガス（以下、適宜「吸収性ガス」と呼ぶ）を排除する必要がある。このため、本実施形態では、照明系ハウジング２ａの内部に、フッ素レーザ光に対する吸収が上記吸収性ガスより少ない特性を有する特定ガス、例えば窒素、及びヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトンなどの希ガス、又はそれらの混合ガス（以下、適宜「低吸収性ガス」と呼ぶ）を満たしている。この結果、照明系ハウジング２ａ内の吸収性ガスの濃度は数ｐｐｍ以下の濃度となっている。
【００５１】
なお、本実施形態では、フッ素レーザ１及び送光光学系３内部の光路にも上記照明系ハウジング２ａと同様に低吸収性ガスが満たされている。
【００５２】
前記レチクルステージＲＳＴは、レチクルＲを保持してマスク室としてのレチクル室１５内に配置されている。このレチクル室１５は、照明系ハウジング２ａ及び投影光学系ＰＬの鏡筒と隙間なく接合された隔壁１８で覆われており、その内部のガスが外部と隔離されている。レチクル室１５の隔壁１８は、ステンレス（ＳＵＳ）等の脱ガスの少ない材料にて形成されている。
【００５３】
レチクル室１５の隔壁１８の天井部には、レチクルＲより一回り小さい矩形の開口が形成されており、この開口部分に照明系ハウジング２ａの内部空間と、露光すべきレチクルＲが配置されるレチクル室１５の内部空間とを分離する状態で光透過部材１２が配置されている。この光透過部材１２は、照明ユニット２からレチクルＲに照射される露光光ＥＬの光路上に配置されるため、露光光であるフッ素レーザ光に対して透過性の高いホタル石等のフッ化物結晶材料によって形成されている。
【００５４】
なお、照明系ハウジング２ａ内のガス置換を、一度減圧動作を経て行うような場合には、減圧動作時に、光透過部材１２に減圧分の圧力が加わり、ホタル石が損傷するおそれがある。そこで、このような場合には、図２中の光透過部材１２の上部に、すなわち、照明系ハウジング２ａと光透過部材１２との間に、可動式の金属製耐圧蓋を設け、これによって光透過部材１２を気圧差から守ることも可能である。
【００５５】
前記レチクルステージＲＳＴは、レチクルＲをレチクルステージ定盤１９上でＹ軸方向に大きなストロークで直線駆動するとともに、Ｘ軸方向とθｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向）に関しても微小駆動が可能な構成となっている。
【００５６】
これを更に詳述すると、レチクルステージＲＳＴは、レチクルステージ定盤１９上をリニアモータ等を含む不図示のレチクル駆動系によってＹ軸方向に所定ストロークで駆動されるレチクル走査ステージと、このレチクル走査ステージ上に搭載されレチクルＲを吸着保持するレチクルホルダとを含んで構成されている。レチクルホルダは、レチクル駆動系によってＸＹ面内で微少駆動（回転を含む）可能に構成されている。なお、図２においては、便宜上レチクル走査ステージとレチクルホルダを纏めてレチクルステージＲＳＴとして図示している。
【００５７】
本実施形態のように、フッ素レーザ光を露光光ＥＬとする露光装置では、酸素等の吸収性ガスによる露光光の吸収を避けるために、照明ユニット２から投影光学系ＰＬまでの光路についても前述の低吸収性ガスで置換する必要がある。
【００５８】
この場合、レチクル室１５の隔壁１８には、図２に示されるように、給気管路１６の一端と、排気管路１７の一端とがそれぞれ接続されている。給気管路１６の他端は、不図示の低吸収性ガスの供給装置、例えばヘリウムガス供給装置に接続されている。また、排気管路１７の他端は、外部のガス回収装置に接続されている。そして、ヘリウムガス供給装置から高純度のヘリウムガスが給気管路１６を介してレチクル室１５内に常時供給され、レチクル室１５内の気体が排気管路１７を介してガス回収装置内に排気される。すなわち、このようにして、レチクル室１５内にヘリウムガスが常時フローされている。ここで、低吸収性ガスとしては、安価な窒素ガスを用いることも可能である。但し、ヘリウムガスの方が窒素ガスよりも、気圧及び温度変動に対する屈折率の変動が小さい。従って、レチクル室１５内に満たすガスとして、ヘリウムガスを使用すると、レチクル室１５内の気圧及び温度の変動に伴う投影光学系ＰＬの結像性能の悪化や、後述するレーザ干渉計７４Ｘ，７４Ｙの測定誤差を最小限に抑えることができる。一方、ヘリウムガスは、窒素ガスに比べて高価であるため、回収装置で回収し、不純物を除去後、再利用することとしている。
【００５９】
レチクル室１５の隔壁１８の−Ｙ側の側壁には光透過窓７１が設けられている。これと同様に図示は省略されているが、隔壁１８の−Ｘ側（図２における紙面奥側）の側壁にも光透過窓が設けられている。これらの光透過窓は、隔壁１８に形成された窓部（開口部）に該窓部を閉塞する光透過部材、ここでは一般的な光学ガラスを取り付けることによって構成されている。この場合、光透過窓７１を構成する光透過部材の取り付け部分からのガス漏れが生じないように、取り付け部には、インジウム、ガリウム、軟金属、銅等の金属シールや、フッ素系樹脂による封止（シーリング）が施されている。なお、上記フッ素系樹脂としては、８０℃で２時間加熱し、脱ガス処理が施されたものを使うことが望ましい。
【００６０】
前記レチクルステージＲＳＴ上面の−Ｙ側の端部には、平面鏡から成るＹ移動鏡７２ＹがＸ軸方向に延設されている。このＹ移動鏡７２Ｙにほぼ垂直にレチクル室１５の外部に配置されたＹ軸レーザ干渉計７４Ｙからの測長ビームが光透過窓７１を介して投射され、その反射光が光透過窓７１を介してＹ軸レーザ干渉計７４Ｙ内部のディテクタによって受光され、Ｙ軸レーザ干渉計７４Ｙ内部の参照鏡の位置を基準としてＹ移動鏡７２Ｙの位置、すなわちレチクルＲのＹ位置が検出される。
【００６１】
同様に、図示は省略されているが、レチクルステージＲＳＴの−Ｘ側の端部には、平面鏡から成るＸ移動鏡がＹ軸方向に延設されている。そして、このＸ移動鏡を介して不図示のＸ軸レーザ干渉計によって上記と同様にしてＸ移動鏡の位置、すなわちレチクルＲのＸ位置が検出される。上記２つのレーザ干渉計の検出値（計測値）は不図示の制御装置に供給されており、制御装置では、これらのレーザ干渉計の検出値に基づいてレチクルステージＲＳＴの位置制御を行うようになっている。
【００６２】
このように、本実施形態では、レーザ干渉計、すなわちレーザ光源、プリズム等の光学部材及びディテクタ等がレチクル室１５の外部に配置されているので、レーザ干渉計を構成するディテクタ等から仮に微量の吸収性ガスが発生しても、これが露光に対して悪影響を及ぼすことがないようになっている。
【００６３】
前記投影光学系ＰＬは、複数のレンズや反射鏡（紫外光用反射光学素子）１１１及び球面鏡８６からなる光学系を、鏡筒で密閉したものである。投影光学系ＰＬとしては、投影倍率βが例えば１／４あるいは１／５の縮小光学系が用いられている。このため、前述の如く、照明ユニット２からの露光光ＥＬによりレチクルＲが照明されると、レチクルＲの前述の照明領域部分に形成されたパターンが投影光学系ＰＬによりウエハＷ上の上記照明領域に共役な投影領域に縮小投影され、前記パターンの縮小像（レチクルＲ上の回路パターンの一部分の投影像）が形成される。
【００６４】
なお、フッ素レーザ光に対して十分な透過性を有し、高性能レンズ材料として使用可能な均一性を有する材料は、ホタル石（フッ化カルシウム結晶）、フッ化バリウム結晶、フッ化リチウム結晶等のフッ化物結晶に限られる。但し、レンズ材料自身の製造性や加工性を考慮した場合、レンズ材料がホタル石のみに限定される可能性が高く、このように単一のレンズ材料を用いた光学系の場合、色収差の補正を十分に行うことが困難である。このため、本実施形態では、投影光学系ＰＬとしてレンズの他に、球面鏡８６及び反射鏡１１１を含む反射屈折光学系（カタディ・オプトリック系）を用いることとしたものである。
【００６５】
投影光学系ＰＬの鏡筒には、給気管路３０の一端と、排気管路３１の一端とがそれぞれ接続されている。給気管路３０の他端は、不図示の低吸収性ガスの供給装置、例えばヘリウムガス供給装置に接続されている。また、排気管路３１の他端は、外部のガス回収装置に接続されている。そして、前述と同様に、ヘリウムガス供給装置から高純度のヘリウムガスが給気管路３０を介して投影光学系ＰＬの鏡筒の内部にヘリウムガスがフローされている。この場合も、ヘリウムガスがガス回収装置に回収されるようになっている。なお、低吸収性ガスとしてヘリウムガスを用いているのは、前述と同様の理由に加え、投影光学系ＰＬのレンズ材料として熱膨張係数の大きなホタル石が用いられているので、レンズが露光光ＥＬを吸収することにより発生する温度上昇が、レンズの結像特性を劣化させるので、冷却効果の大きな低吸収性ガスを用いる必要があるためである。従って、投影光学系ＰＬの鏡筒内部のパージガスとしては、ヘリウムガスを用いることが望ましい。
【００６６】
前記ウエハステージＷＳＴは、ウエハ室４０内に配置されている。このウエハ室４０は、投影光学系ＰＬの鏡筒と隙間なく接合された隔壁４１で覆われており、その内部のガスが外部と隔離されている。ウエハ室４０の隔壁４１は、ステンレス（ＳＵＳ）等の脱ガスの少ない材料にて形成されている。
【００６７】
ウエハ室４０内には、ベースＢＳが、複数の防振ユニット３９を介して水平に支持されている。この防振ユニット３９は、ウエハステージＷＳＴの移動に伴う振動が投影光学系ＰＬやレチクルＲに伝達するのを抑制するために、振動をマイクロＧレベルで絶縁する。なお、この防振ユニット３９として、装置内の一部に固定された半導体加速度計等の振動センサの出力に基づいてベースＢＳを積極的に制振するいわゆるアクティブ防振装置を用いることは勿論可能である。
【００６８】
前記ウエハステージＷＳＴは、ウエハホルダ３５を介してウエハＷを真空吸着等により吸着保持し、例えばリニアモータ等から成る不図示のウエハ駆動系によって前記ベースＢＳの上面に沿ってＸＹ２次元方向に自在に駆動されるようになっている。
【００６９】
本実施形態のように、フッ素レーザ光を露光光として用いる露光装置では、酸素等の吸収性ガスによる露光光の吸収を避けるために、投影光学系ＰＬからウエハＷまでの光路についても前述の低吸収性ガスで置換する必要がある。
【００７０】
このため、ウエハ室４０の隔壁４１には、図２に示されるように、給気管路３２の一端と、排気管路３３の一端とがそれぞれ接続されている。給気管路３２の他端は、不図示の低吸収性ガスの供給装置、例えばヘリウムガス供給装置に接続されている。また、排気管路３３の他端は、外部のガス回収装置に接続されている。そして、前述と同様にして、ウエハ室４０内にヘリウムガスが常時フローされている。低吸収性ガスとしてヘリウムガスを採用した理由は、レチクル１５の場合と同様である。また、この場合も、ヘリウムガスを回収装置で回収し、不純物を除去後、再利用することとしている。
【００７１】
前記ウエハ室４０の隔壁４１の−Ｙ側の側壁には光透過窓３８が設けられている。これと同様に、図示は省略されているが、隔壁４１の−Ｘ側（図２における紙面奥側）の側壁にも光透過窓が設けられている。これらの光透過窓は、隔壁４１に形成された窓部（開口部）に該窓部を閉塞する光透過部材、ここでは一般的な光学ガラスを取り付けることによって構成されている。この場合、光透過窓３８を構成する光透過部材の取り付け部分からのガス漏れが生じないように、取り付け部には、インジウム、ガリウム、軟金属、銅等の金属シールや、フッ素系樹脂による封止（シーリング）が施されている。なお、上記フッ素系樹脂としては、８０℃で２時間、加熱し、脱ガス処理が施されたものを使うことが望ましい。
【００７２】
前記ウエハホルダ３５の−Ｙ側の端部には、平面鏡から成るＹ移動鏡３６ＹがＸ方向に延設されている。このＹ移動鏡３６Ｙにほぼ垂直にウエハ室４０の外部に配置されたＹ軸レーザ干渉計３７Ｙからの測長ビームが光透過窓３８を介して投射され、その反射光が光透過窓３８を介してＹ軸レーザ干渉計３７Ｙ内部のディテクタによって受光され、Ｙ軸レーザ干渉計３７Ｙ内部の参照鏡の位置を基準としてＹ移動鏡３６Ｙの位置、すなわちウエハＷのＹ位置が検出される。
【００７３】
このようなものにあっては、上記構成の紫外光用反射光学素子１１１の誘電体多層膜１１４がP偏光とS偏光の平均反射率が８０％以上の高反射膜であって、所要角度帯域においてP偏光とS偏光の反射光の位相差の変化量が４０度以下であるため、大きなNAを持つ反射屈折光学系でより高解像度な微細パターンを実用化できる。
【００７４】
また、所要角度帯域でP偏光とS偏光の反射光の位相変化量を２００度以下に設定したため、収差をコントロールすることができる。
【００７５】
さらに、誘電体多層膜１１４は、層数が３層以上に設定されたため、各層の膜厚を反射光の入射角度範囲内での位相差が４０度以内になるよう最適化できると共に、紫外線レーザーに対する耐久性を向上させることができ、又、アルミニウム膜の酸化劣化を抑えることができる。
【００７６】
さらにまた、アルミニウム膜１１３上の誘電体多層膜１１４の膜厚と位相成分が比例することに着目して、誘電体多層膜１１４の膜厚を２００nm以下に設定したため、入射角度範囲内での偏光成分の位相変化量を２００度以下にすることができる。
【００７７】
また、各誘電体薄膜１１４は、MgF2、LaF3、NdF3、YF3、GdF3、AlF3、Na3AlF6、CaF2、SrF2、DyF3、HfF4、LuF3、Al2O3、HfO2、ZrO2、TiO2、Nb2O5、Ta2O5、SiO2、Y2O3からなるグループから選ばれる物質とすることにより、より膜構成を好適にできる。
【００７８】
さらに、低屈折率物質として、MgF2、AlF3又はNa3AlF6を、高屈折率物質として、LaF3、GdF3又はAl2O3を用いることで、より一層膜構成を好適にできる。
【００７９】
しかも、紫外光用反射光学素子１１１への光線の入射角度が２０度乃至７０度の範囲とするものにおいて、露光光量の減少や照度ムラ等を抑制し、高解像度な微細パターンを実用化できる。
【実施例】
【００８０】
以下、この発明の実施例を説明する。
【００８１】
［実施例１］
【００８２】
図３乃至図６には、この発明の実施例１を示す。
【００８３】
本実施例で作製した紫外光用反射光学素子１１１（ミラー）の概略を図１に示すものと同様である。
【００８４】
この実施例での紫外光用反射光学素子１１１の反射面では、表１に示すように、光学研磨された石英ガラス（ＳｉＯ２）製基板１１２上に金属アルミニウム膜１１３の膜厚を１００〜１５０ｎｍ、誘電体多層膜１１４のフッ化マグネシウム薄膜（第一層１１５）の膜厚を５０ｎｍ、フッ化ランタン薄膜（第二層１１６）の膜厚を２５ｎｍ、フッ化マグネシウム薄膜（第三層１１７）の膜厚を５０ｎｍの順で積層された構成である。この膜構成を表１の（１）に示す。
【００８５】
【表１】
2006227099.tif 000003
【００８６】
なお、表１における位相差の計算は、２０度から７０度の範囲での最大差を表し、位相の計算は、２０度から７０度の範囲でのＲａ（ＲｐとＲｓの平均）で定義し、更に、平均反射率は、２０度から７０度の範囲でのＲａの平均値を算出している。
【００８７】
また、表２に示すように、金属アルミニウム膜１１３の屈折率は０．１８、吸収係数は２．２であり、フッ化マグネシウム薄膜とフッ化ランタン薄膜の屈折率はそれぞれ１．４３と１．６３である。
【００８８】
【表２】
2006227099.tif 000004
【００８９】
図３は、この実施例においての紫外線レーザーであるArFエキシマレーザーの波長（193nm）における入射角度と平均反射率の関係を示した図である。
【００９０】
この図３から明らかなように入射角度２０度から７０度全ての範囲内でP,S偏光の平均反射率が８５%以上の高反射率であり、高解像度の微細パターンを得ることができる。
【００９１】
また、図４は、この実施例においてのArFエキシマレーザー波長（193nm）における入射角と位相変化量の関係を示した図である。図４から明らかなように入射角度２０度から７０度全ての範囲内でP,S偏光の位相変化量は、２００度以内を示しており、またＰ―Ｓ偏光の位相差も３０度以内であり、微細パターンを得ることができる。
【００９２】
図５は、この実施例において金属アルミニウム膜１１３の酸化反応を加速させるために、一定環境下に放置した際の入射角度２０度から７０度の範囲内におけるミラーの平均反射率変化を示した図である。ここにおける一定環境とは、湿度８０％、温度８０℃の雰囲気内に７２時間放置している。この図から環境放置前後での反射率変化が殆ど無いことがわかる。これは、金属アルミニウム膜１１３の酸化による劣化が抑えられていることを示している。
【００９３】
また、図６に、このミラーを波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを3mJ/cm2/パルスで105回照射後再び反射率を測定した際の波長特性に対する変化を示した。図から上述した環境放置前後の変化同様、反射率の変化が殆ど無いことがわかる。これら二種類の評価から3層構成にしたことで金属アルミニウム膜１１３の酸化反応を抑えることが可能になり露光装置１００のミラーとしての性能を満足できること確認した。
［比較例１］
【００９４】
図７乃至図９には、比較例１を示す。
【００９５】
この比較例は、図７に示す概略断面図のような紫外光用反射光学素子２１１（ミラー）を用いている。この紫外光用反射光学素子２１１は、光学研磨された石英ガラス（ＳｉＯ２）製基板２１２上に金属アルミニウム膜２１３を膜厚で１００〜１５０ｎｍ、更にフッ化マグネシウム薄膜２１４を積層した構成である。
【００９６】
このフッ化マグネシウム薄膜２１４の膜厚は、金属アルミニウム膜２１３の酸化反応を抑制するため実施例１の誘電体多層膜１１４の総膜厚１２５ｎｍよりもさらに厚くして１７０ｎｍとしている。膜厚を厚くすることで大気から金属アルミニウム膜２１３の表面への水の浸入を遅くしている。成膜したミラーを実施例１と同様の二種類の評価を行った図が図８と図９である。
【００９７】
ここで図８は、湿度８０％、温度８０℃の雰囲気内に７２時間放置した際の入射角度２０度から７０度の範囲内におけるミラーの平均反射率変化を示した図である。図から大幅に反射率が低下していることが分かる。
【００９８】
また、図９は、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを3mJ/cm2/パルスで105回照射後再び反射率を測定した際の波長特性に対する変化を示した図である。図から紫外波長域全般で反射率低下をして劣化していることがわかる。この現象は、フッ化マグネシウム薄膜のかわりにフッ化ランタン薄膜を用いた場合でも同様の現象が見られる。多層構成にすることで金属アルミニウム膜の酸化防止が出来て耐久性を向上させることができることを示している。
［実施例２］
【００９９】
図１０乃至図１２には、この発明の実施例２を示す。
【０１００】
この実施例２は、表１の（２）に示す膜構成であり、図１０の概略断面図に示すように、実施例１のフッ化ランタン薄膜から成る第二層１１６を、酸化アルミニウム膜から成る第二層３１６に代えた場合のものである。
【０１０１】
この実施例２の反射面では、光学研磨された石英ガラス（ＳｉＯ２）製基板１１２上に金属アルミニウム膜１１３を膜厚で１００〜１５０ｎｍ、更にフッ化マグネシウム薄膜（第一層１１５）の膜厚を５０ｎｍ、酸化アルミニウム膜（第二層３１６）の膜厚を２２ｎｍ、フッ化マグネシウム薄膜（第三層１１７）の膜厚を５０ｎｍの順で積層して誘電体多層膜１１４を構成したものである。ここで酸化アルミニウム膜（第二層３１６）の屈折率は１．８である。
【０１０２】
図１１は、実施例２においてArFエキシマレーザー波長（193nm）における入射角と反射率の関係を示した図である。この図１１から明らかなように入射角度２０度から７０度全ての範囲内でP,S偏光の平均反射率が８５%以上の高反射率であり、実施例１と略同様の性能を示している。
【０１０３】
図１２は、実施例２においてArFエキシマレーザー波長（193nm）における入射角と位相変化量の関係を示した図である。図１２から明らかになように入射角度２０度から７０度全ての範囲内でP,S偏光の位相変化量は、２００度以内を示しており、又、Ｐ―Ｓ偏光の位相差も３０度以内であり、材料を変えることでも性能を維持できることを示している。
【０１０４】
なお、上記実施例以外にも、表１の（３）乃至（９）に示すような膜構成とすることもできる。何れの場合も、誘電体多層膜１１４の総膜厚が２００ｎｍ以下に設定され、所要角度（２０°乃至７０°）帯域においてP,S偏光の位相変化量は、２００度以内、又、Ｐ―Ｓ偏光の位相差も３０度以内に設定されている。
【０１０５】
また、この発明の紫外光用反射光学素子１１１は、前記露光装置１００以外の他の光学装置に適用することもできる。また、上記実施の形態では、誘電体多層膜を三層構造としたが、四層以上でも良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】この発明の実施の形態の紫外光用反射光学素子を示す概略断面図である。
【図２】同実施の形態の露光装置を示す概略図である。
【図３】この発明の実施例１にかかる光学素子の入射角と反射率の関係図である。
【図４】同実施例１にかかる光学素子の入射角と位相変化量の関係図である。
【図５】同実施例１にかかる光学素子の環境評価測定結果を示す入射角度と平均反射率との関係図である。
【図６】同実施例１にかかる光学素子のレーザ照射測定結果を示す波長と反射率との関係図である。
【図７】この発明の比較例１の紫外光用反射光学素子を示す概略断面図である。
【図８】同比較例１の光学素子の環境評価測定結果を示す入射角度と平均反射率との関係図である。
【図９】同比較例１の光学素子のレーザ照射測定結果を示す波長と反射率との関係図である。
【図１０】この発明の実施例２の紫外光用反射光学素子を示す概略断面図である。
【図１１】同実施例２の光学素子の入射角度と平均反射率との関係図である。
【図１２】同実施例２の光学素子の入射角と位相変化量との関係図である。
【符号の説明】
【０１０７】
100  露光装置
111  紫外光用反射光学素子
112  基板
113  アルミニウム膜
114  誘電体多層膜
115  第一層
116  第二層
117  第三層
【図１】
2006227099.tif 000005
【図２】
2006227099.tif 000006
【図３】
2006227099.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006227099.tif 000011
【図８】
2006227099.tif 000012
【図９】
2006227099.tif 000013
【図１０】
2006227099.tif 000014
【図１１】
2006227099.tif 000015
【図１２】
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