JP2005129810A - Optical element, and immersion type projection aligner - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to an optical element having a protective film formed on the surface of an optical substrate, and an immersion type projection exposure apparatus provided with the optical element.
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。 In an immersion type projection exposure apparatus that is a next-generation stepper, the optical element is likely to be deteriorated due to liquid penetration at the interface between the liquid and the optical element. Therefore, a protective film for protecting the optical element from the liquid is required. Further, since the immersion type projection exposure apparatus uses a high-power laser such as an ArF (excimer) laser as a light source, the protective film is also required to be an optical thin film having high laser resistance.
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。 Conventionally, a film material with high laser resistance that is transparent in the ultraviolet region has been used for an optical thin film for a stepper. In particular, a dense film such as DLC (Diamond Like Carbon) is used for an optical element that requires water resistance.
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。 However, although a DLC film or the like is dense, absorption in the ultraviolet region is large, and it is difficult to use it as a protective film for an optical element in an immersion projection exposure apparatus using an ArF (excimer) laser.
そこで、フッ化マグネシウム(MgF2)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。 Thus, it is conceivable to use magnesium fluoride (MgF 2 ) or the like as a protective film by forming a film on the outermost surface of the optical element.
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。 However, the surface state on which magnesium fluoride or the like is formed has irregularities and lacks flatness compared to the DLC film. Therefore, the film strength is inferior, and there is a problem with respect to resistance to liquids and lasers.
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。 In view of the above, the present invention has an object to provide an optical element having a protective film highly resistant to liquid and laser and an immersion type projection exposure apparatus provided with the optical element.
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。 According to the first aspect of the present invention, in the optical element in which a protective film is formed on the surface of the optical substrate, the surface of the protective film is uniformly applied with a constant pressure for a predetermined time to polish the convex and concave portions on the surface. By doing so, the difference between the convex and concave portions of the concavo-convex shape is reduced to flatten the surface.
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。 According to a second aspect of the present invention, in the optical element in which a protective film is formed on the surface of the optical substrate, a particulate substance is applied to the surface of the protective film, and the particulate substance is formed in the concave and convex portions on the surface The surface is flattened by reducing the difference between the convex and concave portions of the concavo-convex shape.
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。 According to a third aspect of the present invention, in addition to the structure of the second aspect, the particulate material is the same material as the protective film.
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。 According to a fourth aspect of the invention, in addition to the configuration of the second or third aspect, the protective film is made of magnesium fluoride, and the particulate substance is made of magnesium fluoride which is the same substance as the protective film. It is characterized by.
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。 According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the structure of the first or second aspect, the protective film is characterized in that a difference in unevenness on the surface of the protective film is 10 mm or less.
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。 According to a sixth aspect of the present invention, the optical element according to any one of the first to fifth aspects is disposed at a position facing the exposure object, and a liquid is provided between the optical element and the exposure object. It is characterized by satisfying.
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。 According to the first aspect of the present invention, in the optical element in which a protective film is formed on the surface of the optical substrate, the surface of the protective film is uniformly applied with a constant pressure for a predetermined period of time, so that the convex and concave portions on the surface are formed. Since the surface is flattened by reducing the difference between the convex and concave portions of the concavo-convex shape by reducing the surface area, reducing the surface area of the protective film reduces the probability of changes in physical properties at the interface contacting the liquid Therefore, the film strength increases. Therefore, it is possible to obtain a protective film having high resistance to liquid and laser. Furthermore, in an optical device having an interface between a liquid and an optical element, it is possible to reduce deterioration of the optical element due to liquid penetration.
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。 According to the second aspect of the present invention, in the optical element in which the protective film is formed on the surface of the optical substrate, the particulate material is applied to the surface of the protective film, and the particulates are formed in the concave and convex portions on the surface. Since the surface is flattened by reducing the difference between the convex and concave portions of the concavo-convex shape by entering the material, the probability that a change in physical properties at the interface in contact with the liquid will occur by reducing the surface area of the protective film Increases the film strength. Therefore, it is possible to obtain a protective film having high resistance to liquid and laser. Furthermore, in an optical device having an interface between a liquid and an optical element, it is possible to reduce deterioration of the optical element due to liquid penetration.
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。 According to the third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the second aspect, the particulate substance is the same substance as the protective film, and therefore, the particulate substance is applied by a relatively simple method. Thus, the surface of the protective film can be flattened.
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。 According to the invention described in claim 4, in addition to the configuration of claim 2 or 3, the protective film is made of magnesium fluoride, and the particulate substance is made of magnesium fluoride which is the same substance as the protective film. Thus, the protective film can be made of a substance having high resistance to liquid.
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。 According to the fifth aspect of the invention, in addition to the configuration of the first or second aspect, the protective film is more resistant to liquids and lasers because the difference in irregularities on the surface of the protective film is 10 mm or less. A high protective film can be provided.
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。 According to invention of Claim 6, the optical element as described in any one of Claims 1 thru | or 5 is arrange | positioned in the position which faces an exposure target object, Between the said optical element and the said exposure target object. Since it is filled with liquid, it is possible to provide an immersion type projection exposure apparatus having high resistance to liquid and laser.
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]
Embodiments of the present invention will be described below.
Embodiment 1 of the Invention
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
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。
FIG. 1 is a conceptual diagram of an optical element according to Embodiment 1 of the present invention and an enlarged conceptual diagram of the surface of a protective film. This
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。
The surface of the
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。 FIG. 2 is a schematic view of a liquid contact portion of the immersion type projection exposure apparatus according to the first embodiment of the present invention.
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。
The immersion type projection exposure apparatus 1 includes an
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]
As described above, in the immersion type projection exposure apparatus 1, exposure is performed by emitting a laser from a light source in a state where the space between the
[Embodiment 2 of the Invention]
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。
Hereinafter, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a conceptual diagram of an optical element according to Embodiment 2 of the present invention and an enlarged conceptual diagram of the surface of the protective film. This
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。 Since other configurations and operations are the same as those of the first embodiment of the present invention, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
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]
Embodiments of the present invention will be described below using examples.
[Example 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。 A method for polishing the film surface after film formation according to Embodiment 1 of the present invention will be described below as Example 1.
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。
Fluorite is used for the
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。
A
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。 Thereafter, the sample is placed on a flat plate, and the coated surface is rubbed with BEMOT impregnated with methanol as a lubricant. The rubbing is performed for 1 minute at a pressure of about 5 kgw.
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:Atomic Force Microscopy)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:Root Mean Square)を表1に示す。 The surface roughness (difference d between the convex portion and the concave portion) (Å) of the surface roughness of the sample without rubbing and the sample with rubbing was measured using an AFM (Atomic Force Microscope). Table 1 shows the root mean square (RMS) of the surface roughness.
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。 As shown in Table 1, in the film formation by vacuum deposition, the surface roughness becomes an tens of thousands as the RMS value as described above. In comparison, the RMS value of the surface roughness of the rubbed sample was less than half.
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。
This sample was irradiated with laser, and the change in transmittance before and after irradiation was measured. A sample holder for laser irradiation used for the measurement is shown in FIG. The
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。 Here, as a laser irradiation condition, the wavelength is set to 193. nm, fluence was 5 mJ / cm 2, the number of shots was 10E7 shots, and the oscillation frequency was 500 Hz.
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]
As shown in Table 2, almost no decrease in transmittance was observed in the sample with rubbing. This is because the surface roughness of the coated surface is reduced, and even when a laser is irradiated during contact with the
[Example 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。 A method for applying nanoparticles to the film surface after film formation according to Embodiment 2 of the present invention will be described below as Example 2.
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。
Magnesium fluoride film is applied to the
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。
Similarly to Example 1, 1000 of magnesium fluoride is formed on the
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。
A methanol dilution of hydrofluoric acid was added to a methanol solution of magnesium acetate with sufficient stirring so that the magnesium fluoride concentration of the resulting liquid was 1.0%. This liquid was put into a cell made of polytetrafluoroethylene (PTFE), and further put into a stainless steel pressure vessel, and heated and pressurized at 135 ° C. for 24 hours. After cooling, the liquid was taken out and concentrated to 3.0 wt% with an evaporator to obtain a coating liquid. Next, the
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。
By using this method, there is an effect of reducing the surface area by applying
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。 The surface roughness (difference d between the convex part and the concave part) (Å) of the uncoated sample and the coated sample was measured by AFM. The RMS value of the surface roughness is calculated and shown in Table 3.
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。 As shown in Table 3, the RMS value of the surface roughness of the sample with rubbing was less than half that of the sample without rubbing.
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。 Laser irradiation is performed on this sample, and the change in transmittance before and after irradiation is measured. For the measurement, the sample holder shown in FIG. Table 4 shows the change in transmittance before and after laser irradiation.
なお、レーザ照射条件は、実施例1と同条件である。 The laser irradiation conditions are the same as those in Example 1.
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。 As shown in Table 4, almost no decrease in transmittance was observed in the coated sample. It can be presumed that this is because the surface roughness of the coated surface is reduced, and the change in the film and the influence on the substrate due to the laser irradiation to the contact with water are reduced.
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。
In the present invention, the method of polishing the
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。
In the above-described embodiment, an immersion type projection exposure apparatus that locally fills the space between the projection
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。 Further, according to the present invention, as disclosed in JP-A-10-163099, JP-A-10-214783, JP-T 2000-505958, etc., substrates to be processed such as wafers are separately placed. The present invention can also be applied to a twin-stage type immersion projection exposure apparatus having two stages that can move independently in the XY directions.
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
DESCRIPTION OF
18
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003365369A JP2005129810A (en) | 2003-09-30 | 2003-10-24 | Optical element, and immersion type projection aligner |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003339626 | 2003-09-30 | ||
JP2003365369A JP2005129810A (en) | 2003-09-30 | 2003-10-24 | Optical element, and immersion type projection aligner |
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---|---|
JP2005129810A true JP2005129810A (en) | 2005-05-19 |
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---|---|
JP (1) | JP2005129810A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7916273B2 (en) | 2005-11-16 | 2011-03-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Exposure apparatus and device manufacturing method |
-
2003
- 2003-10-24 JP JP2003365369A patent/JP2005129810A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7916273B2 (en) | 2005-11-16 | 2011-03-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Exposure apparatus and device manufacturing method |
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