(57)【要約】【課題】  酸化反応が起こりにくく、従って反射特性が変化することが少ない極短紫外線光学系用光学素子を提供する。【解決手段】  反射ミラーにおいては、基板１の上に、低屈折物質であるMo薄膜２と高屈折物質であるSi薄膜３が交互に積層され、反射膜４を構成している。そして、この反射膜４の上に、ニオブ・ロジウム・不動態金属・窒化物・フッ化物・炭化物のいずれかの物質からなる保護膜５が成膜されている。保護膜５としては、これらの物質を任意に混合したものでもよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
極短紫外線光学系に用いられる反射型光学素子であって、その最表層に、ニオブ、ロジウム、不動態金属、窒化物、フッ化物、炭化物のいずれか１種、又は、これらのうち２種以上からなる保護層を備えることを特徴とする極短紫外線光学系用光学素子。
【請求項２】
請求項１に記載の極短紫外線光学系用光学素子を少なくとも一つ有することを特徴とする極短紫外線露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極短紫外線（本明細書及び特許請求の範囲では、波長が15nm以下の光をいう）光学系に用いられる反射型光学素子及び極短紫外線を使用した露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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制限される露光装置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(通常11〜14nm)の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の線幅のパターンの露光転写が可能になるものと期待されている。
【０００３】
この波長領域においては、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、反射型のものが使用される。反射型光学素子においても、極短紫外線領域において高い反射率を有するものが存在しないので、反射型光学素子としては、使用される波長域において屈折率の高い物質と屈折率の低い物質を基板上に交互に積層し、光の干渉を利用して高い反射率の光学素子を得ることが行われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような極端紫外線用の光学素子を使用していると、光学素子表面が酸化する問題が生じる。酸化が生じると光学素子の反射特性が変化し、光学素子の寿命を短くする原因となっている。反射特性が変化する原因は、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すためである。極端紫外線用の光学素子が使用される環境は高度の真空であるが、酸素・水分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持つので、このように微量の酸素・水分が存在するだけでも、その照射を受けることにより、酸化反応が進みやすいために前述の問題が生じざるをえない。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、酸化反応が起こりにくく、従って反射特性が変化することが少ない極短紫外線光学系用光学素子、及びこの極短紫外線光学系用光学素子を使用した極短紫外線露光装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための第１の手段は、極短紫外線光学系に用いられる反射型光学素子であって、その最表層に、ニオブ、ロジウム、不動態金属、窒化物、フッ化物、炭化物のいずれか１種、又は、これらのうち２種以上からなる保護層を備えることを特徴とする極短紫外線光学系用光学素子（請求項１）である。
【０００７】
酸素・水分などが存在する雰囲気中で極端紫外線が照射されることで生じる酸化反応を抑制する方法として、光学素子表面に耐酸化性物質からなる保護層を形成する方法が考えられる。金属で耐酸化性を示すものとしては、以下の基準を満たすものが考えられる。
（１）金属イオン＋電子→金属  の反応の酸化還元電位が＋であること。
（２）金属＋酸素→金属酸化物  の反応の反応熱が小さい。
（３）反射率を大幅に低下させない。
【０００８】
（１）は、電子を離さず、金属でいる傾向が強いことを示す。酸化反応自身も電子のやりとりであり、電子を離す傾向が強いものが酸化されやすい。（２）は、熱力学的に金属と比べて酸化物がさほど安定ではないことを示す。通常、酸化物は非常に熱力学的に安定で、酸化反応において酸化物が生成する方向に反応が進む。しかし、金属の酸化反応において、酸化物がさほど安定でない場合、反応が進みにくくなる傾向がある。
【０００９】
前記（１）、（２）の条件を満たす金属は耐酸化性を示すが、極端紫外線用光学素子として使用するには、極端紫外線の吸収が小さい必要がある。耐酸化性を最大限に利用するためには、緻密な膜形成に必要な膜厚、酸素・水分の拡散が遅くなる膜厚、つまり、厚い膜厚が望まれる。しかし、ほとんどの物質においては極短紫外線の吸収率が高い。また、光学素子として反射率を高めたりするためには、使用する極端紫外線の波長1/4程度の厚み(２〜５nm程度)であることが必要になる。
【００１０】
例えば極端紫外線用の光学素子の表面に形成される多層膜が、SiとMoが交互に積層されたものである場合について検討する。この多層膜のSi膜表面に複素屈折率を（ｎ−ｉ・ｋ）とするとき（ｉは複素数記号）、ｋ＜−0.23ｎ＋0.23の関係を満たす膜を２nmつけた際には反射率の低下が生じない。
【００１１】
前述のような基準（１）、（２）、（３）を満たす金属としてニオブ、ロジウム、テクネチウムが存在する。しかし、テクネチウムは人工元素であるため、光学素子製造の材料としては適さない。これより、ニオブ又はロジウムを保護層として最表層に備えることで光学素子の反射率をあまり低下させず、酸素・水分などが存在する雰囲気中で極端紫外線が照射された場合でも、酸化反応による劣化を抑制することができる。
【００１２】
前述の金属以外に耐酸化性を示す金属としては、酸化しても緻密な酸化膜を形成して酸化が進みにくくなる不動態金属が考えられる。ただし、反射率の大幅な低下が生じないように膜厚は２nm以下とする必要がある。鉄、ニッケル、チタン、タンタル、ジルコニウム、アルミニウムなどが不動態金属にあたる。
【００１３】
不動態金属や前述の金属のほかに、耐酸化性を示す物質としては窒化物、フッ化物、炭化物が挙げられる。これらは酸化物への反応熱が小さく、酸化反応が進みにくい。また、これらは不動態金属のように、最表面に緻密な酸化物を生成して酸化反応を進みにくくする特性を示す。ただし、反射率の大幅な低下が生じないように膜厚は２nm以下とする必要がある。これら物質には、窒化珪素、窒化ボロン、窒化ジルコニア、窒化ニオブ、フッ化ストロンチウム、フッ化ニッケル、フッ化イットリウム、炭化珪素、炭化ジルコニア、炭化モリブデンなどが該当する。
【００１４】
光学素子の最上層の耐酸化性をあげるために、ニオブ、ロジウム、不動態金属、窒化物、フッ化物、炭化物のいずれかの材料を混合・混入させることでも耐酸化性を向上させることができる。
【００１５】
極端紫外線用の光学素子を使用していると、光学素子表面の酸化以外にも、炭素膜形成という問題が生じる。これは、有機物と光学素子表面の物質が極端紫外線に照射されることで光ＣＶＤを起こすためである。しかし、前述の耐酸化性物質の表面は非常に安定であるため、有機物の吸着も少なく、有機物ラジカルの攻撃に対しても不活性であることが多い。従って、炭素膜形成の問題に対しても光ＣＶＤ反応が生じにくくなる効果も期待できる。
【００１６】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段である極短紫外線光学系用光学素子を少なくとも一つ有することを特徴とする極短紫外線露光装置（請求項２）である。
【００１７】
本手段においては、特に反射ミラーとして使用されている光学素子の反射特性の変化が起こりにくくなるので、オーバホールまでの時間を長くすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
酸化反応が起こりにくく、従って反射特性が変化することが少ない極短紫外線光学系用光学素子、及びこの極短紫外線光学系用光学素子を使用した極短紫外線露光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態の１例である極端紫外線用反射ミラーの構成を示す図である。この反射ミラーにおいては、基板１の上に、低屈折物質であるMo薄膜２と高屈折物質であるSi薄膜３が交互に積層され、反射膜４を構成している。そして、この反射膜４の上に、ニオブ・ロジウム・不動態金属・窒化物・フッ化物・炭化物のいずれかの物質からなる保護膜５が成膜されている。保護膜５としては、これらの物質を任意に混合したものでもよい。
【００２０】
保護膜５を反射膜４の上に成膜する方法は、表面荒さを悪くせず緻密な膜ができれば、特に限定されるものではなく、蒸着、スパッタ法などが使用できる。表面荒さを悪くせず緻密な膜を形成するのを助けるため、又は拡散を防止するため、保護膜５と反射膜４間に別の材料を成膜しても構わない。保護膜５の厚さは、反射率特性を大幅に変化させない２nm程度としている。最適な厚さは、保護膜５、反射膜４、基板１の構成に応じて決める必要がある。勿論、保護膜５を設けることを考慮して、光学素子の反射特性が所望の値になるように予め設計するようにしてもよい。
【００２１】
図２は、本発明の実施の形態の１例である極短紫外線投影露光装置の一部の概要を示す図である。装置は、主にＥＵＶ光源２１および照明光学系２２とマスク２４のステージ２５、投影光学系２３、ウェハ２６のステージ２７で構成される。マスク２４には描画するパターンの等倍あるいは拡大パターンが形成されている。投影光学系２３は複数の反射鏡２３ａ〜２３ｄ等で構成され、マスク２４上のパターンをウェハ２６上に結像するようになっている。反射鏡２３ａ〜２３ｄの表面には反射率を高めるための多層光学薄膜が形成されている。
【００２２】
投影光学系２３は輪帯状の視野を有し、マスク２４の一部をなす輪帯状の領域のパターンを、ウェハ２６上に転写する。マスク２４も反射型のものが用いられる。露光の際は、ＥＵＶ光源２１よりのＥＵＶ光２８ａを照明光学系２２によって照明用ＥＵＶ光２８ｂとし、マスク２４上に照明用ＥＵＶ光２８ｂを照射し、その反射ＥＵＶ光２８ｃを、投影光学系２３を通してウェハ２６上に入射させる。マスク２４とウェハ２６を一定速度で同期走査させることで、所望の領域（例えば、半導体チップ１個分の領域）を露光するようになっている。
【００２３】
本実施の形態においては、反射鏡２３ａ〜２３ｄとマスク２４として、本発明の極短紫外線光学系用光学素子を使用している。すなわち、これらの反射鏡２３ａ〜２３ｄとマスク２４の最表面には、本発明の材質からなる保護膜が設けられている。よって、これらの反射鏡２３ａ〜２３ｄとマスク２４の反射特性が、酸化により変化することが少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態の１例である極端紫外線用反射ミラーの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の１例である極短紫外線投影露光装置の一部の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…基板、２…Mo薄膜、３…Si薄膜、４…反射膜、５…保護膜、２１…ＥＵＶ光源、２２…照明光学系、２３…投影光学系、２３ａ〜２３ｄ…反射鏡、２４…マスク、２５…マスクステージ、２６…ウェハ、２７…ウエハステージ、２８ａ…ＥＵＶ光、２８ｂ…照明用ＥＵＶ光、２８ｃ…反射ＥＵＶ光
【図１】
2005302860.tif 000003
【図２】
2005302860.tif 000004