JP2006173497A - Optical element and projection aligner using the same - Google Patents

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Shuichi Matsunari
秀一 松成
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element which shows a good reflection property over a long period of time in usage under extreme ultraviolet rays. <P>SOLUTION: By forming a protection layer 30 of a material having a threshold energy of photoelectron emission higher than Si, a degree at which the optical element 40 produces photoelectrons according to the incident light can be reduced than the case that a multilayer film 20 is exposed. The "electron emission capacity" means a degree of producing photoelectrons according to the incident light, and in particular it can be evaluated by an inverse number of the threshold energy of photoelectron emission occurring by photoexcitation of the surface of a material. In other words, an inverse number of a work function is an indicator of electron emission capacity for a material such as a metal, an inverse number of ionization potential is an indicator of electron emission capacity for a material such as a semiconductor, while an inverse number of a difference in energy between the upper end of the valence electron band and the vacuum level is an indicator of electron emission capacity for a material such as an insulator. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、極端紫外線等に対して用いられる反射型の光学素子及びこれを用いた投影露光装置に関する。   The present invention relates to a reflective optical element used for extreme ultraviolet rays and the like and a projection exposure apparatus using the same.

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の光学素子を使用できず、反射型の光学素子が使用される。投影露光装置に用いられるマスクもまた、透過率確保の観点から、通常反射型の光学素子となる。この際、上記光学素子において高い反射率を達成するために、使用波長域において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積層させて反射面を形成することが一般的である(特許文献1参照)。
特開2003−14893号公報
In recent years, with the miniaturization of semiconductor integrated circuits, in order to improve the resolution of an optical system achieved by the light diffraction limit, extreme ultraviolet rays having a shorter wavelength (11 to 14 nm) are used instead of conventional ultraviolet rays. The exposure technology that has been developed has been developed. This is expected to enable exposure with a pattern size of about 5 to 70 nm. However, since the refractive index of the material in this region is close to 1, it is impossible to use a transmission refraction type optical element as in the past. A reflective optical element is used. The mask used in the projection exposure apparatus is also a normal reflection type optical element from the viewpoint of securing transmittance. At this time, in order to achieve a high reflectance in the optical element, it is common to form a reflective surface by alternately laminating a substance having a high refractive index and a substance having a low refractive index on the substrate in the wavelength range of use. (See Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-14893

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有機物等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、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、光学素子延いては投影露光装置の寿命が短くなるという問題が生じる。   In the projection exposure apparatus, when the optical element as described above is used under extreme ultraviolet rays, the environment is a vacuum, but organic substances and the like cannot be completely excluded from the periphery of the optical element. On the other hand, extreme ultraviolet light has very large energy. At this time, the organic substance and the substance on the surface of the optical element are irradiated with extreme ultraviolet rays to cause photochemical vapor deposition (photo CVD), and a carbon film is generated on the surface of the optical element. Due to these phenomena, the reflection characteristics of the optical element are deteriorated, resulting in a problem that the life of the projection exposure apparatus is shortened.

そこで、本発明は、極端紫外線等での使用において長期間にわたって良好な反射特性を示す光学素子を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an optical element that exhibits good reflection characteristics over a long period of time when used in extreme ultraviolet light or the like.

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投影露光装置を提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide a projection exposure apparatus in which the above optical element is incorporated as a projection optical system for extreme ultraviolet rays.

上記課題を解決するために、第1の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、極端紫外線を反射する多層膜と、(c)多層膜の最表層上に設けられ、光電子抑制材を含有する保護層とを備える。以上の光学素子において、多層膜は、例えば、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大きい物質からなるMo層と、屈折率差が小さい物質からなるSi層とを基板上に積層してなるものとすることができる。   In order to solve the above problems, an optical element according to the first invention includes (a) a supporting substrate, (b) a multilayer film that is supported on the substrate and reflects extreme ultraviolet rays, and (c). And a protective layer provided on the outermost layer of the multilayer film and containing a photoelectron suppressing material. In the above optical element, the multilayer film is formed by, for example, laminating a Mo layer made of a material having a large refractive index difference with respect to the refractive index of vacuum in an extreme ultraviolet region and a Si layer made of a material having a small refractive index difference on a substrate. Can be.

本発明においては、光学素子が多層膜を有する反射型の素子であり、極端紫外線等に対して良好な反射特性を有する。また、本発明においては、光電子抑制材を含有する保護層が多層膜の最表層上に設けられる。この場合、多層膜を露出させた場合に比較して光電子の発生が抑制されるので、光CVDによって光学素子表面にカーボン膜が生成される現象を抑制することができる。つまり、光学素子の表面及び近傍に存在する有機物が光学素子から射出される光電子によって活性化される可能性が低減されるので、光学素子表面で活性有機物が重合して付着が強化されるとともに極端紫外線の影響でカーボン膜化するといった現象を抑制することができる。   In the present invention, the optical element is a reflective element having a multilayer film, and has good reflection characteristics against extreme ultraviolet rays and the like. Moreover, in this invention, the protective layer containing a photoelectron suppression material is provided on the outermost layer of a multilayer film. In this case, since generation of photoelectrons is suppressed as compared with the case where the multilayer film is exposed, a phenomenon in which a carbon film is generated on the surface of the optical element by optical CVD can be suppressed. That is, since the possibility that organic substances existing in and near the surface of the optical element are activated by photoelectrons emitted from the optical element is reduced, the active organic substance is polymerized on the surface of the optical element and adhesion is enhanced and extreme. It is possible to suppress a phenomenon that a carbon film is formed under the influence of ultraviolet rays.

また、第2の発明に係る光学素子では、第1の発明に係る光学素子において、多層膜の最表層は、Siを主成分として含む。この場合、多層膜の最表層は、Siが支配的に存在する表面となっており、少なくとも多層膜表層での吸収を比較的低く設定することができる。   In the optical element according to the second invention, in the optical element according to the first invention, the outermost layer of the multilayer film contains Si as a main component. In this case, the outermost layer of the multilayer film has a surface in which Si is predominantly present, and at least absorption at the surface layer of the multilayer film can be set relatively low.

また、第3の発明に係る光学素子では、第1,2の発明に係る光学素子において、光電子抑制材の電子放出能が、Siの電子放出能よりも低い。この場合、多層膜の最表層上にSi膜やこれより電子放出能の高い物質からなる層が存在する場合に比較して、光学素子から射出される光電子の量を減少させることができ、カーボン膜の生成を確実に抑制することができる。ここで、「電子放出能」とは、入射光に応じて光電子を発生させる程度を意味するものとし、例えば、光電子放出の閾値エネルギーを指標することができる。   In the optical element according to the third invention, in the optical elements according to the first and second inventions, the electron emission ability of the photoelectron suppressing material is lower than the electron emission ability of Si. In this case, the amount of photoelectrons emitted from the optical element can be reduced as compared with the case where a Si film or a layer made of a substance having a higher electron emission capacity is present on the outermost layer of the multilayer film. Film formation can be reliably suppressed. Here, the “electron emission ability” means the degree to which photoelectrons are generated according to incident light, and for example, the threshold energy of photoelectron emission can be indexed.

また、第4の発明に係る光学素子では、第3の発明に係る光学素子において、光電子抑制材は、As、I、Re、W、NiO、CuO、CuO、Co、Ge、Se、AlSb、GaP、GaAs、InP、InAs、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、及びCdTeからなる群から選ばれる少なくとも1種を主成分として含む。これらの物質は、極端紫外線下におけるカーボン膜生成の抑制に好適である。なお、保護層が酸化物である場合、化学的にも構造的にも安定したものとなりやすい。 Further, in the optical element according to the fourth invention, in the optical element according to the third invention, the photoelectron suppressing material is As, I, Re, W, NiO, Cu 2 O, CuO, Co, Ge, Se, AlSb. , GaP, GaAs, InP, InAs, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, and CdTe are included as a main component. These substances are suitable for suppressing carbon film formation under extreme ultraviolet rays. When the protective layer is an oxide, it tends to be chemically and structurally stable.

また、第5の発明に係る投影露光装置は、(a)極端紫外光を発生させる光源と、(b)光源からの極端紫外光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つが上記第1〜4の発明に係る光学素子を含む。   A projection exposure apparatus according to a fifth aspect of the invention includes (a) a light source that generates extreme ultraviolet light, (b) an illumination optical system that guides the extreme ultraviolet light from the light source to a transfer mask, and (c) a mask. A projection optical system for forming the pattern image on the sensitive substrate. In the projection exposure apparatus, at least one of the mask, the illumination optical system, and the projection optical system includes the optical elements according to the first to fourth inventions.

上記投影露光装置では、上述したいずれかの光学素子を用いることにより、装置内において、当該光学素子表面でのカーボン膜の生成によって光学素子の反射率が低下することを抑制できるので、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、光学素子延いては投影露光装置が長寿命となる。   In the projection exposure apparatus, by using any of the optical elements described above, it is possible to suppress a decrease in the reflectance of the optical element due to the formation of a carbon film on the surface of the optical element. Reflective characteristics can be maintained over a long period of time, and the optical element and thus the projection exposure apparatus have a long life.

〔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40は、例えば凹面反射鏡であり、多層膜構造を支持する基板10と、反射用の多層膜20と、表層となる保護層30とを有する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the optical element according to the first embodiment. The optical element 40 of the present embodiment is, for example, a concave reflecting mirror, and includes a substrate 10 that supports a multilayer film structure, a reflective multilayer film 20, and a protective layer 30 that is a surface layer.

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、図示のような凹面とすることもできるが、光学素子40の用途に応じて凸面、平面、多面その他の形状とすることができる。   The substrate 10 is formed by processing, for example, synthetic quartz glass or low expansion glass, and its upper surface 10a is polished to a mirror surface with a predetermined accuracy. The upper surface 10a can be a concave surface as shown in the figure, but can be a convex surface, a flat surface, a multi-surface, or other shapes depending on the application of the optical element 40.

多層膜20は、屈折率が異なる2種類の物質を基板10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20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、比較的屈折率の小さい薄膜層L1と、比較的屈折率の大きい薄膜層L2とを、基板10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20が形成されている。この多層膜20を構成する2種類の薄膜層L1,L2は、それぞれモリブデン層及びシリコン層とすることができる。   The multilayer film 20 is a reflective film composed of several to several hundred thin films formed by, for example, alternately laminating two kinds of substances having different refractive indexes on the substrate 10. The multilayer film 20 is formed by laminating a large number of materials with low absorption in order to increase the reflectance of the optical element 40 that is a reflecting mirror, and based on the optical interference theory so that the phases of the reflected waves are matched. The thickness of each layer is adjusted. That is, the thin film layer L1 having a relatively low refractive index and the thin film layer L2 having a relatively high refractive index are reflected on the substrate 10 with respect to the wavelength region of extreme ultraviolet rays used in the projection exposure apparatus. The multilayer film 20 is formed by stacking alternately or in an arbitrary order with a predetermined film thickness so that the phases are matched. The two types of thin film layers L1 and L2 constituting the multilayer film 20 can be a molybdenum layer and a silicon layer, respectively.

なお、多層膜20において、薄膜層L1と薄膜層L2との間にさらに拡散防止膜(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、Mo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40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との間にさらに拡散防止膜を設ける。材料としては、例えばBC、C、MoC、MoO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。 In the multilayer film 20, a diffusion preventing film (not shown) can be further provided between the thin film layer L1 and the thin film layer L2. When Mo, Si, or the like is used as the thin film layers L1 and L2 forming the multilayer film 20, the materials forming each of them are mixed near the boundary between the thin film layer L1 and the thin film layer L2, and the interface is ambiguous. Prone. Thereby, the reflection characteristic is affected, and the reflectance of the optical element 40 may be lowered. Therefore, in order to clarify the interface, a diffusion prevention film is further provided between the thin film layer L1 and the thin film layer L2 in forming the multilayer film 20. As the material, for example, B 4 C, C, MoC, MoO 2 or the like is used. By clarifying the interface in this way, the reflection characteristics of the optical element 40 are improved.

保護層30は、多層膜20全面を覆うことによって多層膜20をカーボン膜の付着から保護するものである。この保護層30は、Siよりも電子放出能が低い光電子抑制材又はこれを主成分として含む材料で形成される。より具体的には、この保護層30は、砒素、ヨウ素、レニウム、タングステン、コバルト、ゲルマニウム、セレン等の物質又はこれらを主成分とする材料で形成されている。また、この保護層30は、酸化ニッケル(NiO)、亜酸化銅(CuO)、酸化第二銅(CuO)等の酸化物又はこれらを主成分とする材料で形成することもできる。また、この保護層30は、アルミニウムアンチモン(AlSb)、ガリウムリン(GaP)、ガリウム砒素(GaAs)、インジウムリン(InP)、インジウム砒素(InAs)、硫化亜鉛(ZnS)、セレン化亜鉛(ZnSe)、テルル化亜鉛(ZnTe)、硫化カドミウム(CdS)、セレン化カドミウム(CdSe)、及びテルル化カドミウム(CdTe)等の化合物又はこれらを主成分とする材料で形成することもできる。 The protective layer 30 protects the multilayer film 20 from adhesion of the carbon film by covering the entire surface of the multilayer film 20. The protective layer 30 is formed of a photoelectron suppressing material having an electron emission ability lower than that of Si or a material containing this as a main component. More specifically, the protective layer 30 is made of a substance such as arsenic, iodine, rhenium, tungsten, cobalt, germanium, selenium, or a material containing these as a main component. Further, the protective layer 30 is, nickel oxide (NiO), cuprous oxide (Cu 2 O), may also be formed of a material that an oxide or major component thereof, such as cupric oxide (CuO). The protective layer 30 includes aluminum antimony (AlSb), gallium phosphide (GaP), gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), indium arsenide (InAs), zinc sulfide (ZnS), and zinc selenide (ZnSe). , Zinc telluride (ZnTe), cadmium sulfide (CdS), cadmium selenide (CdSe), cadmium telluride (CdTe), or a compound containing these as a main component.

ここで、光電子抑制材で形成された保護層30は、多層膜20を露出させた場合に比較して、光学素子40表面から射出される光電子の発生を抑制する役割を有する。ここで、保護層30を構成する光電子抑制材を、薄膜層L2のSiよりも光電子放出の閾値エネルギーが高い材料で作製することにより、入射光に応じて発生する光電子の量を、薄膜層L2が表面に露出する場合よりも相対的に少なくできるものと考えられる。よって、光電子放出の閾値エネルギーがSiよりも高い材料で保護層30を作製することにより、光学素子40が入射光に応じて光電子を発生させる度合いである「電子放出能」を、多層膜20が露出する場合よりも小さくすることができる。この場合、「電子放出能」は、入射光に応じて光電子を発生させる程度を意味するが、具体的には、各材料の表面の光励起によって生じる光電子放出の閾値エネルギーの逆数によって評価することができる。つまり、金属のような材料では、仕事関数の逆数が電子放出能の指標となり、半導体のような材料では、通常イオン化ポテンシャル(導電バンド下端と真空レベルとのエネルギー差)の逆数が電子放出能の指標となり、絶縁体のような材料では、通常イオン化ポテンシャル(価電子バンド上端と真空レベルとのエネルギー差)の逆数が電子放出能の指標となる。   Here, the protective layer 30 formed of the photoelectron suppressing material has a role of suppressing generation of photoelectrons emitted from the surface of the optical element 40 as compared with the case where the multilayer film 20 is exposed. Here, the amount of photoelectrons generated in response to incident light is reduced by producing the photoelectron suppressing material constituting the protective layer 30 from a material having a threshold energy for photoelectron emission higher than that of Si of the thin film layer L2. Is considered to be relatively less than when exposed to the surface. Therefore, when the protective layer 30 is made of a material whose photoelectron emission threshold energy is higher than that of Si, the multilayer film 20 has an “electron emission ability” that is the degree that the optical element 40 generates photoelectrons according to incident light. It can be made smaller than when exposed. In this case, “electron emission ability” means the degree to which photoelectrons are generated in response to incident light, and specifically, it can be evaluated by the reciprocal of the threshold energy of photoelectron emission generated by photoexcitation of the surface of each material. it can. That is, for materials such as metals, the reciprocal of the work function is an indicator of electron emission ability, and for materials such as semiconductors, the reciprocal of the ionization potential (energy difference between the bottom of the conductive band and the vacuum level) is usually the electron emission ability. For materials such as insulators, the reciprocal of the ionization potential (energy difference between the valence band upper end and the vacuum level) is usually used as an index of electron emission ability.

以上のような考察から、保護層30を作製する材料は、本実施形態の場合、Siよりも光電子放出の閾値エネルギーが高い材料、具体的には、上述のAs、I、Re、W、Co、Ge、Se、NiO、CuO、CuO、AlSb、GaP、GaAs、InP、InAs、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe等又はこれらを主成分とする、電子放出能が相対的に低い材料で形成することとした。このように、電子放出能が多層膜20よりも相対的に低い材料で保護層30を作製することにより、多層膜20を露出させた場合に比較して光電子の発生が抑制されるので、光CVDによって光学素子40表面にカーボン膜が生成される現象を抑制することができる。つまり、光学素子40の表面及び近傍に存在する有機物が光学素子40表面から射出される光電子によって活性化される可能性が低減されるので、光学素子40表面で活性有機物が重合して付着が強化されるとともに極端紫外線の影響でカーボン膜化するといった現象を抑制することができる。これにより、光学素子40の反射率が極端紫外線照射下で徐々に低下することを抑制でき、光学素子40の反射特性を長期にわたって維持することができる。 From the above consideration, in the case of the present embodiment, the material for forming the protective layer 30 is a material having a threshold energy for photoelectron emission higher than that of Si, specifically, As, I, Re, W, Co described above. , Ge, Se, NiO, Cu 2 O, CuO, AlSb, GaP, GaAs, InP, InAs, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, etc. It was decided to form with a low material. As described above, since the protective layer 30 is made of a material whose electron emission ability is relatively lower than that of the multilayer film 20, the generation of photoelectrons is suppressed as compared with the case where the multilayer film 20 is exposed. The phenomenon that a carbon film is generated on the surface of the optical element 40 by CVD can be suppressed. That is, since the possibility that organic substances existing in and near the surface of the optical element 40 are activated by photoelectrons emitted from the surface of the optical element 40 is reduced, the active organic substance is polymerized on the surface of the optical element 40 to enhance adhesion. In addition, the phenomenon of carbon film formation due to the influence of extreme ultraviolet rays can be suppressed. Thereby, it can suppress that the reflectance of the optical element 40 falls gradually under extreme ultraviolet irradiation, and the reflective characteristic of the optical element 40 can be maintained over a long period of time.

保護層30の形成方法は、表面荒さを悪くせず緻密な膜ができれば蒸着、スパッタ法など成膜手法を問わない。また、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、当該膜すなわち保護層30と多層膜20の表面層との間に別の材料を成膜しても構わない。   The protective layer 30 may be formed by any method such as vapor deposition or sputtering as long as a dense film can be formed without deteriorating the surface roughness. In addition, another material may be formed between the film, that is, the protective layer 30 and the surface layer of the multilayer film 20 in order to help form a dense film without deteriorating the surface roughness.

また、保護層30の形成において、保護層30の光電子抑制機能を有効に発揮させるためには、通常緻密な膜形成に必要な膜厚、つまり、大きな膜厚が望まれる。しかし、極端紫外線は保護層30により少なからず吸収される場合があり、保護層30の厚みは例えば4nm程度以下とする。具体的な厚みは、光学素子40に対して望まれる反射特性に応じて適宜決定される。   In order to effectively exhibit the photoelectron suppression function of the protective layer 30 in the formation of the protective layer 30, a film thickness that is usually required for forming a dense film, that is, a large film thickness is desired. However, extreme ultraviolet rays may be absorbed by the protective layer 30 in some cases, and the thickness of the protective layer 30 is, for example, about 4 nm or less. The specific thickness is appropriately determined according to the reflection characteristics desired for the optical element 40.

なお、保護層30と多層膜20との間には、耐酸化性や触媒作用性を有する層を設けることもできる。耐酸化性層の存在により、光学素子40周辺から供給され酸化の原因となる水分や酸素が保護層30内部や多層膜20に侵入することを防止し、光学素子40の極端紫外線照射下における耐酸化性を向上させることができる。また、触媒作用性層の存在により、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二酸化炭素に変換することができる。よって、光学素子40表面にカーボン膜が徐々に堆積される光CVD現象の発生を保護層30と相俟って抑制でき、多層膜20の反射率がカーボン膜の堆積に伴って低下することを防止できる。   Note that a layer having oxidation resistance and catalytic activity may be provided between the protective layer 30 and the multilayer film 20. Due to the presence of the oxidation resistant layer, moisture and oxygen supplied from the periphery of the optical element 40 and causing oxidation are prevented from entering the inside of the protective layer 30 and the multilayer film 20, and the acid resistance of the optical element 40 under extreme ultraviolet irradiation is prevented. Can be improved. Further, due to the presence of the catalytic action layer, carbon in the organic substance supplied to the surface of the optical element 40 or the vicinity thereof can be converted into carbon dioxide. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of a photo CVD phenomenon in which a carbon film is gradually deposited on the surface of the optical element 40 in combination with the protective layer 30, and that the reflectance of the multilayer film 20 is reduced as the carbon film is deposited. Can be prevented.

〔第2実施形態〕
図2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。
[Second Embodiment]
FIG. 2 is a view for explaining the structure of the projection exposure apparatus according to the second embodiment, in which the optical element 40 of the first embodiment is incorporated as an optical component.

図2に示すように、この投影露光装置200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を支持するウェハステージ82とを備える。   As shown in FIG. 2, the projection exposure apparatus 200 includes, as an optical system, a light source device 50 that generates extreme ultraviolet rays (wavelength 11 to 14 nm), and an illumination optical system 60 that illuminates the mask MA with extreme ultraviolet illumination light. And a projection optical system 70 for transferring the pattern image of the mask MA to the wafer WA which is a sensitive substrate, and as a mechanical mechanism, a mask stage 81 for supporting the mask MA and a wafer stage 82 for supporting the wafer WA are provided.

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。   The light source device 50 includes a laser light source 51 that generates laser light for plasma excitation, and a tube 52 that supplies a gas such as xenon that is a target material into the housing SC. Further, the light source device 50 is provided with a capacitor 54 and a collimator mirror 55. By condensing the laser light from the laser light source 51 with respect to xenon emitted from the tip of the tube 52, the target material in that portion is turned into plasma to generate extreme ultraviolet rays. The condenser 54 collects extreme ultraviolet light generated at the tip S of the tube 52. The extreme ultraviolet rays that have passed through the condenser 54 are emitted outside the casing SC while being converged, and enter the collimator mirror 55. Note that, instead of the light source light from the laser plasma type light source device 50 as described above, light emitted from a discharge plasma light source, a SOR light source, or the like can be used.

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。   The illumination optical system 60 includes reflection type optical integrators 61 and 62, a condenser mirror 63, a deflection mirror 64, and the like. Light source light from the light source device 50 is condensed by the condenser mirror 63 while being made uniform as illumination light by the optical integrators 61 and 62, and is incident on a predetermined region (for example, a belt-like region) on the mask MA through the deflection mirror 64. As a result, a predetermined area on the mask MA can be uniformly illuminated by extreme ultraviolet rays having an appropriate wavelength.

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。   Note that there is no substance having sufficient transmittance in the wavelength range of extreme ultraviolet rays, and a reflective mask is used as the mask MA instead of a transmissive mask.

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、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、例えばマスク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。   The projection optical system 70 is a reduction projection system including a large number of mirrors 71, 72, 73 and 74. A circuit pattern, which is a pattern image formed on the mask MA, forms an image on the wafer WA coated with a resist by the projection optical system 70 and is transferred to the resist. In this case, the area where the circuit pattern is projected at once is a linear or arc-shaped slit area, and a rectangular pattern formed on the mask MA, for example, by scanning exposure that moves the mask MA and the wafer WA synchronously. This circuit pattern can be transferred to a rectangular area on the wafer WA without waste.

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。 Of the light source device 50 described above, the portion disposed on the optical path of extreme ultraviolet rays, the illumination optical system 60, and the projection optical system 70 are disposed in the vacuum vessel 84, and attenuation of exposure light is prevented. Yes. That is, the extreme ultraviolet rays are absorbed and attenuated by the atmosphere, but the entire apparatus is blocked from the outside by the vacuum vessel 84 and the optical path of the extreme ultraviolet rays is set to a predetermined degree of vacuum (for example, 1.3 × 10 −3 Pa or less). By maintaining it, the attenuation of extreme ultraviolet rays, that is, the decrease in brightness and contrast of the transferred image is prevented.

以上の投影露光装置において、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、凹面に限らず、平面、凸面、多面等組み込む場所によって適宜調整する。   In the above projection exposure apparatus, the optical elements 54, 55, 61, 62, 63, 64, 71, 72, 73, 74 and the mask MA that are arranged on the optical path of extreme ultraviolet rays and the optical elements exemplified in FIG. 40 is used. At this time, the shape of the optical surface of the optical element 40 is not limited to the concave surface, and is appropriately adjusted depending on the place of incorporation such as a flat surface, a convex surface, or a multi-surface.

以下、図2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。   The operation of the projection exposure apparatus shown in FIG. 2 will be described below. In this projection exposure apparatus, the mask MA is illuminated by illumination light from the illumination optical system 60, and a pattern image of the mask MA is projected onto the wafer WA by the projection optical system 70. As a result, the pattern image of the mask MA is transferred to the wafer WA.

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の表面において図1に示す保護層30が形成されており、カーボン膜の堆積が抑制されている。よって、これら光学素子の反射特性が劣化することを防ぎ、延いては投影露光装置の寿命を長くすることができる。   In the projection exposure apparatus described above, the optical elements 54, 55, 61, 62, 63, 64, 71, 72, 73, 74, MA, which are controlled with high reflectivity and high accuracy, are used. Exposure is possible. Further, in this projection exposure apparatus, the protective layer 30 shown in FIG. 1 is formed on the surfaces of the optical elements 54, 55, 61, 62, 63, 64, 71, 72, 73, 74, MA, and the carbon film Deposition is suppressed. Therefore, it is possible to prevent the reflection characteristics of these optical elements from deteriorating and thereby to prolong the life of the projection exposure apparatus.

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は、As、I、Re、W、Co、Ge、Se等の物質又はこれらを主成分とする材料に限らず、Ni、Cu、Pt、Mo、Ru等の元素又はこれらを主成分とする材料で形成することができる。また、保護層30は、NiO、CuO、CuOの酸化物又はこれらを主成分とする材料に限らず、TiO等の酸化物又はこれを主成分とする材料で形成することもできる。その他、C、Pd、Ir、Pt、Au等を、保護層30の主成分又は補助的添加成分として用いることができる。 Although the present invention has been described based on the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. For example, the protective layer 30 is not limited to a material such as As, I, Re, W, Co, Ge, or Se or a material containing these as a main component, but also includes an element such as Ni, Cu, Pt, Mo, Ru, or the like. It can be formed of a material having a main component. The protective layer 30 is not limited to an oxide of NiO, Cu 2 O, or CuO or a material containing these as a main component, but can be formed of an oxide such as TiO 2 or a material containing this as a main component. In addition, C, Pd, Ir, Pt, Au, or the like can be used as a main component or an auxiliary additive component of the protective layer 30.

また、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40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、MoとSiとの組み合わせに限るものではない。例えば、Mo、ルテニウム、ロジウム等の物質と、Si、ベリリウム、四ホウ化炭素(BC)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。以上の場合、多層膜20の表面が通常Si以外の物質となるが、このような物質よりも電子放出能が低い光電子抑制材又はこれを主成分として含む材料で保護層30を形成することが望ましい。 Further, the order in which the thin film layers L1 and L2 are stacked and the condition of which thin film layer is the uppermost layer can be changed as appropriate according to the use of the optical element 40. The material of the thin film layers L1 and L2 is not limited to the combination of Mo and Si. For example, the multilayer film 20 can be formed by appropriately combining materials such as Mo, ruthenium, and rhodium and materials such as Si, beryllium, and carbon tetraboride (B 4 C). In the above case, the surface of the multilayer film 20 is usually a substance other than Si, but the protective layer 30 may be formed of a photoelectron suppressing material having a lower electron emission capability than such a substance or a material containing this as a main component. desirable.

上記実施形態では、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に示すような光学素子40を組み込むことができ、光学素子の反射特性の劣化を抑制することができる。   In the above embodiment, the projection exposure apparatus using extreme ultraviolet rays as exposure light has been described. However, an optical element 40 as shown in FIG. 1 can also be incorporated in a projection exposure apparatus that uses ultraviolet rays other than extreme ultraviolet rays as exposure light. Deterioration of the reflection characteristics of the optical element can be suppressed.

また、投影露光装置以外にも、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40を組み込むことができる。   In addition to the projection exposure apparatus, for example, an optical element 40 as shown in FIG. 1 is also incorporated in various optical instruments including a soft X-ray optical instrument such as a soft X-ray microscope and a soft X-ray analyzer. Can do.

第1実施形態に係る光学素子を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the optical element which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る投影露光装置を説明する図である。It is a figure explaining the projection exposure apparatus which concerns on 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10…基板、 20…多層膜、 30…保護層、 40…光学素子、 50…光源装置、 60…照明光学系、 70…投影光学系、 81…マスクステージ、 82…ウェハステージ、 L1,L2…薄膜層、 WA…ウエハ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Substrate 20 ... Multilayer film 30 ... Protective layer 40 ... Optical element 50 ... Light source device 60 ... Illumination optical system 70 ... Projection optical system 81 ... Mask stage 82 ... Wafer stage L1, L2 ... Thin film layer, WA ... wafer

Claims (5)

支持用の基板と、
前記基板上に支持されるとともに、極端紫外線を反射する多層膜と、
前記多層膜の最表層上に設けられ、光電子抑制材を含有する保護層と、
を備える光学素子。
A supporting substrate;
A multilayer film supported on the substrate and reflecting extreme ultraviolet rays;
A protective layer provided on the outermost layer of the multilayer film and containing a photoelectron suppressing material;
An optical element comprising:
前記多層膜の前記最表層は、Siを主成分として含むことを特徴とする請求項1記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the outermost layer of the multilayer film contains Si as a main component. 前記光電子抑制材の電子放出能は、Siの電子放出能よりも低いことを特徴とする請求項1及び請求項2のいずれか一項記載の光学素子。   3. The optical element according to claim 1, wherein the electron emission ability of the photoelectron suppressing material is lower than that of Si. 4. 前記光電子抑制材は、As、I、Re、W、NiO、CuO、CuO、Co、Ge、Se、AlSb、GaP、GaAs、InP、InAs、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、及びCdTeからなる群から選ばれる少なくとも1種を主成分として含むことを特徴とする請求項3記載の光学素子。 The photoelectron suppression materials are As, I, Re, W, NiO, Cu 2 O, CuO, Co, Ge, Se, AlSb, GaP, GaAs, InP, InAs, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, and CdTe. The optical element according to claim 3, comprising at least one selected from the group consisting of as a main component. 極端紫外光を発生させる光源と、
前記光源からの極端紫外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1から請求項4のいずれか一項記載の光学素子を含むことを特徴とする投影露光装置。
A light source that generates extreme ultraviolet light;
An illumination optical system that guides extreme ultraviolet light from the light source to a transfer mask;
A projection optical system that forms a pattern image of the mask on a sensitive substrate;
A projection exposure apparatus, wherein at least one of the mask, the illumination optical system, and the projection optical system includes the optical element according to any one of claims 1 to 4.
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