JP2006173502A - 光学素子及びこれを用いた投影露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
極端紫外線下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。
【解決手段】
保護層３０は、ＮｉＣｒ系、ＮｉＴｉ系、ＮｉＣｕ系、ＮｉＣｒＳｉ系、ＮｉＣｒＡｌ系、ＮｉＣｏ系、及びＮｉＦｅ系のいずれかの合金材料を含有する。これにより、保護層３０は、構造的に安定したものとなり、比較的透過損失の少ないカーボン抑制膜及び酸化防止膜としての役割を果たす。つまり、Ｎｉ系の合金で形成された保護層３０を光学素子４０の最表面に形成することで、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表面に炭素コンタミネーションが徐々に堆積される光ＣＶＤ現象の発生を確実に抑制できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、極端紫外線等で使用される光学素子及びこれを用いた投影露光装置に関する。

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（例えば１１〜１４ｎｍ）となる極端紫外線（ＥＵＶ）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、この波長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（特許文献１参照）。
特開２００３−１４８９３号公報

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酸素・水分、有機物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。また、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、寿命が短くなる問題が生じる。

なお、上記投影露光装置が、例えば照明系６枚、反射マスク、及び投影系６枚からなる合計１３枚の多層膜反射鏡で構成される場合、例えば光学素子１枚当りの反射率が６％低下すると、光学系全体の透過率は元の３割まで低下する。このことからも明らかなように、光学素子表面におけるカーボン膜の形成の抑止や、酸素・水分による光学素子表面の侵食の防止は、投影露光装置の開発にとって重要な課題である。

そこで、本発明は、極端紫外線その他の対象電磁波に対し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。

また、本発明は、上記のような光学素子を極端紫外線その他の対象電磁波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。

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、紫外線波長以下の所定波長の電磁波を反射する多層膜と、（ｃ）多層膜の最表層上に設けられ、ＮｉＣｒ系、ＮｉＴｉ系、ＮｉＣｕ系、ＮｉＣｒＳｉ系、ＮｉＣｒＡｌ系、ＮｉＣｏ系、及びＮｉＦｅ系の合金からなる群から選択される少なくとも一種の合金材料を含有してなる保護層とを備える。

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、紫外線波長以下の所定波長の電磁波、具体的には極端紫外線等に対して良好な反射特性を有する。また、本光学素子においては、多層膜の最表層上に、ＮｉＣｒ系、ＮｉＴｉ系、ＮｉＣｕ系、ＮｉＣｒＳｉ系、ＮｉＣｒＡｌ系、ＮｉＣｏ系、及びＮｉＦｅ系のいずれかの合金材料を含有してなる保護層が設けられる。この場合、保護層が含有するＮｉ系の合金材料の触媒作用により、光学素子の周囲に存在する有機物中に含まれる炭素を二酸化炭素等のガスに効率的に変換することができるので、光学素子表面にカーボン膜が生成される現象を抑制できる。また、保護層が含有するＮｉＣｒ系、ＮｉＴｉ系等の合金材料の耐酸化性により、光学素子の周囲に存在する水分や酸素によって光学素子が表面から侵食される酸化作用を抑制することが可能となる。ここで、Ｎｉを単独で成膜した場合、成膜の初期段階にＮｉの微結晶が成長するため、島状の膜成長が生じやすくなるが、上述のようにＮｉを合金化して成膜した場合、島状成長が抑制され結晶性の低いアモルファス状の層が徐々に成長するので、薄くても均一な保護膜を形成することができる。

上記第１の発明に係る光学素子において、例えば、多層膜は、上記所定波長における屈折率の１との差が小さい物質からなる第１層と、屈折率の１との差が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ものとできる。具体的には、第１層が例えばＳｉで形成され、第２層が例えばＭｏで形成される。この場合、多層膜を構成する各層の透過率を高くすることができ、極端紫外線等の反射効率を高めることができる。また、多層膜の最表層を例えば上記第１層で形成することとした場合、屈折率の１との差が大きい第２層を保護層に置き換えることになり、保護層の存在によって反射率が損なわれることを抑制できる。また、保護層の膜厚については、多層膜を構成する第２層のいずれか１つの膜厚と略等しくすることができる。

また、第２の発明に係る投影露光装置は、（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の発明に係る光学素子を含む。

上記投影露光装置では、上述の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、当該光学素子の表面におけるカーボン膜生成を抑制でき、光学素子表面からの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、投影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、投影露光装置を長寿命とすることができる。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第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、例えば極端紫外線用の平面反射鏡であり、多層膜構造を支持する基板１０と、反射用の多層膜２０と、表層となる保護層３０とを有する。

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４０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。

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１との差が小さい軽原子層である薄膜層Ｌ１と、比較的屈折率の１との差が大きい重原子層である薄膜層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、それぞれシリコン層及びモリブデン層とすることができる。なお、薄膜層Ｌ１、Ｌ２の材料は、シリコンとモリブデンとの組み合わせに限るものではない。例えば、シリコン、ベリリウム、四ホウ化炭素（Ｂ_４Ｃ）等の物質と、モリブデン、ルテニウム、ロジウム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。

以上説明した多層膜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、特に金属やシリコン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。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。材料としては、例えば四ホウ化炭素や炭素、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確化することにより、光学素子４０の反射特性が向上する。

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。

保護層３０は、ＮｉＣｒ系、ＮｉＴｉ系、ＮｉＣｕ系、ＮｉＣｒＳｉ系、ＮｉＣｒＡｌ系、ＮｉＣｏ系、及びＮｉＦｅ系のいずれかの合金材料を含有する。これにより、保護層３０は、構造的に安定したものとなり、比較的透過損失の少ないカーボン抑制膜及び酸化防止膜としての役割を果たす。つまり、Ｎｉ系の合金で形成された保護層３０を光学素子４０の最表面に形成することで、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表面に炭素コンタミネーションすなわちカーボン膜が徐々に堆積される光ＣＶＤ現象の発生を確実に抑制でき、光学素子４０の反射率がカーボン膜の堆積に伴って徐々に低下する現象を防止できる。また、ＮｉのみならずＣｒ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｆｅ等を含む合金で形成された保護層３０を光学素子４０の最表面に形成することで、光学素子４０の表面やその近傍に供給される水分や酸素により光学素子４０（特に多層膜２０）が侵食されることを確実に防止でき、光学素子４０の反射率がこのような侵食に伴って徐々に低下することを防止できる。

また、保護層３０は、Ｎｉを合金化して成膜したものであり、島状成長が抑制され結晶性の低いアモルファス状の層が成長するので、薄くても均一で欠陥のないものとなる。以下、保護層３０の欠陥が少なくなる理由について説明する。

保護層３０は、多層膜２０の反射率を損なわないようにするために、多層膜２０を構成する屈折率の１との差が大きな重原子層と置換したものとすることが望ましい。つまり、多層膜２０がＭｏ／Ｓｉ多層膜である場合、その上の保護層３０は上記Ｎｉ系合金で形成され比較的重原子といえるので、多層膜２０の最表層が軽原子層すなわちＳｉの薄膜層Ｌ１になるようにし、その下がＭｏの薄膜層Ｌ２、その後は両薄膜層Ｌ１，Ｌ２の交互層となるようにする。ここで、保護層３０の厚さは、多層膜２０の重原子層であるＭｏの薄膜層Ｌ２と同じ厚さにする必要がある。その厚さは、例えば波長１３．５ｎｍにおいてほぼ垂直入射で使用される場合、約２ｎｍとなる。なお、Ｓｉの薄膜層Ｌ１と、Ｍｏの薄膜層Ｌ２とを合わせた周期長は約７ｎｍとなる。

ここで、保護層３０が仮に単一成分のＮｉ薄膜で形成されているものとすると、Ｎｉ薄膜は、薄くなると島状成長しやすい性質があるため、Ｎｉ薄膜の厚さを２ｎｍ程度にすると、もはや連続な薄膜にはならず多数のピンホールがある島状の薄膜になってしまう。このように、保護層３０が島状薄膜になってしまうと、多層膜２０表面全体を被覆できないので、炭素コンタミネーションの付着を防止するカーボン抑制効果が低下する。ここで、付着した炭素コンタミネーションを除去するために、光学素子４０を酸化性雰囲気にさらすと、Ｎｉ薄膜によって被覆されていない欠陥箇所からＳｉの薄膜層Ｌ１つまり多層膜２０の酸化が進んでしまう。いずれも光学素子４０の反射率の低下をもたらすことになる。

一方、保護層３０を本実施形態のようにＮｉ系の合金で形成した場合、他の金属材料との合金化によって、薄くても連続的で欠陥のない保護層３０を形成することができる。すなわち、Ｎｉを合金化すると、結晶性の低いアモルファス状の構造を得ることができるので、多層膜２０表面への成膜に際して島状成長が抑制され、薄くても連続的で欠陥のない薄膜を得ることができる。そのために、多層膜２０表面を保護層３０によって良好に被覆することができ、保護層３０に含まれるＮｉによって炭素コンタミネーションの付着を効果的に抑制するとともに、付着した炭素コンタミネーションを除去するために保護層３０を酸化性雰囲気にさらしても、下地の多層膜２０が直接酸化されてしまうことが無い。なお、本実施形態のように、保護層３０がＮｉのみならずＣｒ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｆｅ等を含む合金で形成されている場合、これらのＣｒ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｏ、ＦｅとＮｉとの合金自体によってバリア機能が高まり、或いはその酸化によって表面に保護膜が形成されるので、多層膜２０を目的に適合させて使用する際に、或いは、保護層３０を酸化性雰囲気に強制的にさらす際に、水分や酸素等の酸化性ガスにより下地の多層膜２０が侵食されることを確実に防止できる。

以上説明した保護層３０については、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、各種成膜方法で作製することができる。なお、保護層３０と多層膜２０との間には、保護層３０の成分が多層膜２０側に拡散することを阻止する拡散防止膜を形成することもできる。

以下、第１実施形態に係る光学素子４０の具体的な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社製の「ＵＬＥ」を用いた。このようなＵＬＥの代わりに、ショット社製の「Ｚｅｒｏｄｕｒ」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。成膜中は、基板１０を水冷して室温に保った。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、Ｓｉの薄膜層Ｌ１から始めて、Ｍｏの薄膜層Ｌ２とＳｉの薄膜層Ｌ１とを交互に積層し、Ｓｉの薄膜層Ｌ１を計４６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の最表層上すなわち４６層目のＳｉの薄膜層Ｌ１上に、保護層３０として、炭素付着防止用のＮｉＣｒ合金薄膜を形成した。このＮｉＣｒ合金薄膜に含まれるＮｉとＣｒの比率は、Ｎｉが７０ｗｔ％、Ｃｒが３０ｗｔ％とした。保護層３０としてのＮｉＣｒ合金薄膜の厚さは、Ｍｏの薄膜層Ｌ２の厚さと同じ２．３ｎｍとした。なお、以上説明したＭｏ／Ｓｉ系の多層膜２０と、ＮｉＣｒ合金の保護層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。

本実施例では、保護層３０としてＮｉＣｒ合金を成膜したことにより、極めて薄いながら、ピンホールがなく連続的で均一な薄膜が得られた。なお、多層膜２０にＮｉ単体の薄膜を厚さ２．３ｎｍだけ形成する比較例の実験も行った。この場合、多層膜２０上に島状成長によりピンホールの多数あるＮｉ薄膜が形成された。

なお、本実施例ではＮｉを含む保護層３０用の合金材料としてＮｉＣｒを用いた例を説明したが、それ以外に、ＮｉＴｉ、ＮｉＣｕ、ＮｉＣｒＳｉ、ＮｉＣｒＡｌ、ＮｉＣｏ、ＮｉＦｅその他のＮｉ系合金材料を用いて保護層３０を形成してもよい。例えば、ＮｉＴｉ合金の保護層３０として、Ｎｉが５０ｗｔ％、Ｔｉが５０ｗｔ％のものを成膜したが、上記実施例同様にピンホールがなく連続的で均一な薄膜が得られた。また、ＮｉＣｕ合金の保護層３０として、Ｎｉが５０ｗｔ％、Ｃｕが５０ｗｔ％のものを成膜したが、上記実施例同様にピンホールがなく連続的で均一な薄膜が得られた。また、ＮｉＣｒＳｉ合金の保護層３０として、Ｎｉが６０ｗｔ％、Ｃｒが２３ｗｔ％、Ｓｉが１７ｗｔ％のものを成膜したが、上記実施例同様にピンホールがなく連続的で均一な薄膜が得られた。また、ＮｉＣｒＡｌ合金の保護層３０として、Ｎｉが３０ｗｔ％、Ｃｒが６０ｗｔ％、Ａｌが１０ｗｔ％のものを成膜したが、上記実施例同様にピンホールがなく連続的で均一な薄膜が得られた。また、ＮｉＣｏ合金の保護層３０として、Ｎｉが９０ｗｔ％、Ｃｏが１０ｗｔ％のものを成膜したが、上記実施例同様にピンホールがなく連続的で均一な薄膜が得られた。また、ＮｉＦｅ合金の保護層３０として、Ｎｉが８０ｗｔ％、Ｆｅが２０ｗｔ％のものを成膜したが、上記実施例同様にピンホールがなく連続的で均一な薄膜が得られた。

〔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。

図２に示すように、この投影露光装置１００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を支持するウエハステージ８２とを備える。また、投影露光装置１００は、上記光源装置５０の一部及び光学系６０，７０を収納する真空容器８４と、真空容器８４中のガスを排気する排気装置８５と、真空容器８４中に劣化抑制ガスを導入するためのガス供給装置８６と、投影光学系７０等を構成する特定の光学素子の反射率低下をチェックする照度センサ８８とを備える。さらに、投影露光装置１００は、投影露光装置１００の各部、具体的には、光源装置５０、マスクステージ８１、ウエハステージ８２、排気装置８５、ガス供給装置８６等の動作を統括的に制御する制御装置９０を備える。

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。

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。

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、例えばマスク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、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。

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。

真空容器８４中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、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。

排気装置８５は、真空容器８４に接続された真空ポンプを有しており、制御装置９０からの制御に基づいて真空容器８４内部を必要な真空度に維持する。一方、ガス供給装置８６は、劣化抑制ガスのガス源８６ａと、ガスの流量を調節するマスフローコントローラ８６ｅとを有している。ガス供給装置８６は、制御装置９０からの制御に基づき、真空容器８４中に導入管を介して酸化性を有する劣化抑制ガスを適当なタイミングで必要量だけ供給する。これにより、真空容器８４中における酸化性ガスの分圧を目標量に調節することができ、ひいては光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４，Ｍ等の表面におけるカーボン成長を抑制することができる。

照度センサ８８は、投影光学系７０の光路上に進退可能に配置されたフォトマル等の光電変換素子であり、投影光学系７０内を通過する露光光（具体的にはミラー７４からの反射光）である極端紫外線を電気信号に変換することによって露光光の強度の計測を可能にする。照度センサ８８は、制御装置９０に制御されて動作しており、適当なタイミングで露光光の検出結果を制御装置９０に出力する。なお、照度センサ８８は、ミラー７４等からの反射光を直接検出するものに限らず、投影光学系７０等を構成するミラー７４等の光学素子からの散乱光を検出するものとすることもできる。この場合、照度センサ８８の光路上への進退機構が不要となり、検出強度の減少は光学素子の反射率の低下すなわち光学特性の劣化を示す。

ここで、有機物が光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４，ＭＡの雰囲気ガスとして一定以上存在する場合、光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４，ＭＡ自体の触媒機能が十分に発揮されず、極端紫外線の存在下で光学素子の表面にカーボン膜が徐々に堆積され、経時的に反射率が低下するおそれがある。このため、照度センサ８８の検出結果に基づいて露光光の照度をモニタし、照度が一定の下限に達した場合は、ガス供給装置８６に設けたマスフローコントローラ８６ｅを調節してガス源８６ａからの劣化抑制ガスを適当量だけ真空容器８４に導入する。ガス源８６ａから供給される劣化抑制ガスは、酸化性ガスであり、例えば酸素、水蒸気、過酸化水素水等が好適に用いられる。このような酸化性ガスを真空容器８４に導入する量は、光学素子表面のカーボン膜を酸化によって除去できる程度のものとする。酸化性ガスの導入は、露光光の照度が既定値以下に減少した後の適当なタイミングとすることができるが、この際、光源装置５０が動作して照明光学系６０や投影光学系７０を構成する各光学素子に極端紫外線が照射されている状態とすることもできる。この場合、極端紫外線が、酸化性ガスとカーボン膜との酸化反応を促進する役割を果たす。照度センサ８８による計測の結果、露光光の照度が既定値以上に回復した場合、制御装置９０は、排気装置８５を動作させて真空容器８４中の酸化性ガスを外部に排出して、酸化反応の進行を停止する。

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。

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の表面すなわち光学面において保護層の存在によってカーボン膜の生成が抑制されているので、これら光学素子の反射特性が劣化するのを防ぎ、投影露光装置の寿命を長くすることができる。また、露光に際して、照度センサ８８によって投影光学系７０等を構成する光学素子の反射率低下が監視されており、制御装置９０の制御下でガス供給装置８６からの酸化性ガスが真空容器８４中に適宜導入される。これによっても、投影光学系７０等を構成する光学素子表面上のカーボン膜すなわち炭素コンタミネーションが強制的に酸化除去され、その光学特性を長期間にわたって良好に維持することができる。具体的な例では、酸化性ガスの分圧が１．３×１０^−４Ｐａの範囲となるような導入を行った場合、光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４，ＭＡの反射率を回復できた。これにより、ウエハＷに到達する光量の低下が大幅に抑制された。なお、図１に示す保護層３０を設けない比較例の光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４，ＭＡの場合、酸化性ガスの導入によっても反射率の回復は認められなかった。

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、上記第１実施形態では、光学素子４０が極端紫外線に用いられるものとして説明したが、上記のような光学素子４０は、多層膜２０の設計変更によって軟Ｘ線顕微鏡、軟Ｘ線分析装置等の軟Ｘ線光学機器を構成する多層膜反射鏡として用いることもできる。このような、Ｘ線光学機器に適合するように組み込まれた光学素子４０も、上記実施形態の場合と同様に、長期間使用しても反射率が低下しないので、その初期性能を維持し続けることができる。

また、上記第２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等に示すような光学素子４０を組み込むことができ、カーボン付着による光学素子の反射特性の劣化を抑制することができる。

第１実施形態に係る光学素子を説明する断面図である。 第２実施形態に係る投影露光装置を説明する図である。

符号の説明

１０…基板、 ２０…多層膜、 Ｌ１、Ｌ２…薄膜層、 ３０…保護層 ４０…光学素子、 ５０…光源装置、 ５１…レーザ光源、 ５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４，ＭＡ…光学素子、 ６０…照明光学系、 ７０…投影光学系、 ８１…マスクステージ、 ８２…ウエハステージ、 ８４…真空容器、 ８６…ガス供給装置、 １００…投影露光装置

Claims (2)

1. 支持用の基板と、
   前記基板上に支持されるとともに、紫外線波長以下の所定波長の電磁波を反射する多層膜と、
   前記多層膜の最表層上に設けられ、ＮｉＣｒ系、ＮｉＴｉ系、ＮｉＣｕ系、ＮｉＣｒＳｉ系、ＮｉＣｒＡｌ系、ＮｉＣｏ系、及びＮｉＦｅ系の合金からなる群から選択される少なくとも一種の合金材料を含有してなる保護層と、
   を備える光学素子。
2. 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記載の光学素子を含むことを特徴とする投影露光装置。
   

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