JP3880006B2 - Method for manufacturing optical article - Google Patents
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Description
本発明は、レンズやミラー等の光学物品の製造方法に係る。より詳細には、エキシマレーザーを用いた露光装置又は光学系に好適に用いられる光学物品用の光学薄膜とその製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an optical article such as a lens or a mirror. More specifically, the present invention relates to an optical thin film for an optical article suitably used for an exposure apparatus or an optical system using an excimer laser, and a manufacturing method thereof.
レンズ、ミラー及び光学フィルタ等の光学物品は、例えば、カメラ、望遠鏡、顕微鏡などの光学装置に用いられている。これらの光学物品は、反射防止や反射増強の為に、その表面に反射防止膜や増反射膜を備えている。 Optical articles such as lenses, mirrors, and optical filters are used in optical devices such as cameras, telescopes, and microscopes, for example. These optical articles are provided with an antireflection film or an increased reflection film on the surface thereof in order to prevent reflection or enhance reflection.
また、このような光学物品が組み込まれた光学装置の一種に露光装置がある。この装置は、半導体集積回路やそれを製造する為のフォトマスク等の製造工程において使用される。この分野の露光装置の代表例としては、ステッパーと呼ばれる露光装置が挙げられる。 An exposure apparatus is one type of optical apparatus in which such an optical article is incorporated. This apparatus is used in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit and a photomask for manufacturing the semiconductor integrated circuit. A typical example of the exposure apparatus in this field is an exposure apparatus called a stepper.
従来、このような露光装置の照明光源としては、g線(435.8nm)、h線(404.7nm)及びi線(365nm)を発する超高圧水銀灯、キセノン・水銀アークランプ等が用いられてきた。しかし最近では、単位時間あたりの露光処理能力(スループット)やウエハのような被露光体上での均一な照明特性を実現する為に、遠紫外線(200〜260nm)や高出力でスペクトル幅の狭い光束を発振するレーザー光を用いる試みがなされている。とりわけエキシマレーザーは、極めて狭いスペクトル幅で且つ高出力の光を放出することから、望ましい光源の1つである。 Conventionally, as an illumination light source of such an exposure apparatus, an ultrahigh pressure mercury lamp that emits g-line (435.8 nm), h-line (404.7 nm), and i-line (365 nm), a xenon / mercury arc lamp, or the like has been used. It was. However, recently, in order to realize exposure processing capability (throughput) per unit time and uniform illumination characteristics on an object to be exposed such as a wafer, deep ultraviolet rays (200 to 260 nm), high output, and a narrow spectrum width. Attempts have been made to use laser light that oscillates the luminous flux. In particular, an excimer laser is one of desirable light sources because it emits high-power light with a very narrow spectral width.
エキシマレーザー用の光学物品としては、特開昭63−113501号公報や特開昭63−113502号公報に記載の反射防止膜を真空蒸着した光学物品が知られている As an optical article for excimer laser, an optical article obtained by vacuum-depositing an antireflection film described in JP-A Nos. 63-113501 and 63-113502 is known.
しかしながら、例えば、可視光の光学系では十分な光学特性が得られていたレンズであっても、エキシマレーザーの光学系に用いようとすると十分使用に耐え得るだけの光学特性が維持し難いことがあった。具体的には、特にレンズやミラーの表面に設けられる光学薄膜の透過特性が、エキシマレーザーの利点を生かすに十分でなく、またその耐久性においても問題があった。 However, for example, even if a lens has sufficient optical characteristics in the visible light optical system, it may be difficult to maintain optical characteristics sufficient to withstand use when used in an excimer laser optical system. there were. Specifically, the transmission characteristics of the optical thin film provided on the surface of the lens or mirror are not sufficient to take advantage of the excimer laser, and there is a problem in its durability.
更には、露光装置用の光学物品では非常に高精度の表面性が要求される為、光学薄膜を形成する際の温度条件が厳しくなっており、一般的に好ましいといわれる成膜技術は、このような光学物品を作製する際にそのまま転用できなかった。 Furthermore, since an optical article for an exposure apparatus requires a very high precision surface property, the temperature conditions when forming an optical thin film are severe, and the film formation technique generally preferred is this. When such an optical article was produced, it could not be diverted as it was.
以上のように、エキシマレーザーの使用に耐え得る光学物品を製造する為には新規な発想と新規なアプローチにより光学物品の設計がなされねばならない。 As described above, in order to manufacture an optical article that can withstand the use of an excimer laser, the optical article must be designed with a new idea and a new approach.
本発明は、上述した技術課題に鑑みなされたものであり、エキシマレーザー用途のような厳しい使用条件にも十分耐え得る光学特性を有する光学物品の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described technical problems, and an object thereof is to provide a method for manufacturing an optical article having optical characteristics that can sufficiently withstand severe use conditions such as an excimer laser application.
本発明の別の目的は、不要な光吸収が少なく、大面積に亘り均質な物理的特性を持つ光学薄膜を有する光学物品の製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a method for producing an optical article having an optical thin film with little unnecessary light absorption and uniform physical characteristics over a large area.
本発明の更に別の目的は、低温での成膜が可能で、膜はがれのような応力による悪影響のない光学薄膜を有する光学物品の製造方法を提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a method for producing an optical article having an optical thin film that can be formed at a low temperature and is not adversely affected by stress such as film peeling.
勿論、エキシマレーザーに耐え得るものであれば他の光を用いた光学系においても、良好な特性を示すであろう。 Of course, as long as it can withstand the excimer laser, it will show good characteristics even in an optical system using other light.
本発明の光学物品の製造方法は、第1の透光性薄層と該第1の透光性薄層より屈折率の高い第2の透光性薄層とが基体の表面に積層された光学物品の製造方法において、
前記基体を100℃以下に保持した状態で、前記第1及び第2の透光性薄層の少なくとも一方を、クリプトン又はキセノンからなる群より選択された少なくとも一つの原子を含むスパッタリングガスを用いたターゲットのスパッタリングにより、前記基体表面に堆積することを特徴とする。
また、前記スパッタリングガスに加えて、反応ガスとして酸化用ガスを用いることを特徴とする。さらに、前記スパッタリングの前に少なくとも前記基体の被成膜面を窒素ガス雰囲気にさらし基体の裏面を100℃以下に保持することが好ましい。
In the method for producing an optical article of the present invention, a first light-transmitting thin layer and a second light-transmitting thin layer having a refractive index higher than that of the first light-transmitting thin layer are laminated on the surface of the substrate. In the method of manufacturing an optical article,
A sputtering gas containing at least one atom selected from the group consisting of krypton or xenon was used for at least one of the first and second light-transmitting thin layers while the substrate was kept at 100 ° C. or lower. Depositing on the surface of the substrate by sputtering of the target .
In addition to the sputtering gas, an oxidizing gas is used as a reaction gas. Furthermore, it is preferable that at least the film-forming surface of the substrate is exposed to a nitrogen gas atmosphere and the back surface of the substrate is kept at 100 ° C. or lower before the sputtering.
本発明者は、真空蒸着やArガスを用いたスパッタリングによって得られたクリプトン、キセノンを含まない膜よりも、これら2つの原子の少なくとも1つを含む膜が、良好な透過率を長期間維持できることを見いだし、本発明をなし得た。 The present inventor found that a film containing at least one of these two atoms can maintain good transmittance for a long period of time, rather than a film containing no krypton or xenon obtained by vacuum deposition or sputtering using Ar gas. As a result, the present invention has been achieved.
請求項1に係る発明によれば、プラズマが均一化して、均一な特性をもつ大面積の光学物品が、100℃以下の低温で容易に製造できる光学物品の製造方法が得られる。 According to the first aspect of the invention, there is provided an optical article manufacturing method in which plasma is uniformized and a large-area optical article having uniform characteristics can be easily manufactured at a low temperature of 100 ° C. or less.
請求項2に係る発明によれば、反応ガスとして酸化作用を持つガスを導入するため、非単結晶膜といえどもストイキオメトリックな組成で、より特性の優れた酸化物膜が作製できる光学物品の製造方法が得られる。
請求項1に係る発明によれば、光学物品の表面形状の変化が抑制できる光学物品の製造方法が得られる。また、成膜中の脱ガスが少なくなり、膜はがれや不要な生成物の発生が抑制される。
According to the second aspect of the present invention, since an oxidizing gas is introduced as a reaction gas, an optical article that can produce an oxide film having a more stoichiometric composition and more excellent characteristics even with a non-single crystal film. The manufacturing method is obtained.
According to the invention which concerns on Claim 1, the manufacturing method of the optical article which can suppress the change of the surface shape of an optical article is obtained. In addition, degassing during film formation is reduced, and film peeling and generation of unnecessary products are suppressed.
請求項3に係る発明によれば、スパッタリングの前に窒素ガス雰囲気に基体晒すことにより、成膜中の脱ガスがおさえられた光学物品の製造方法が得られる。 According to the third aspect of the invention, a method for producing an optical article in which degassing during film formation is suppressed can be obtained by exposing the substrate to a nitrogen gas atmosphere before sputtering.
以下、図面を参照しながら本発明の実施態様について説明するが、本発明はこれらの実施態様に限定されることはなく、本発明の目的が達成されるものであれば、構成要素の代替物や均等物への置換や採用する材料の変更など種々の変更がなされたものであってもよい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments, and can be used as a substitute for components as long as the object of the present invention is achieved. Various changes such as substitution with equivalents and changes in the materials used may be made.
(光学薄膜が基体の表面に積層された光学物品)
図1は、本発明の一実施態様による種々の光学薄膜を有する光学物品の模式的断面図である。
(Optical article in which an optical thin film is laminated on the surface of a substrate)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an optical article having various optical thin films according to an embodiment of the present invention.
図1(a)は、透光性の基体1の表面上に反射防止膜2が設けられた透過型の光学物品であり、レンズや光透過窓などとして用いられる。
反射防止膜2は単一の薄層膜でもよいが、図1(b)に示すように互いに屈折率の異なる透光性の薄層が積層された構成としても良い。ここで薄層2Hは高屈折率の薄層、2Lは低屈折率の薄層であり、表面(空気)側に低屈折率の薄層を設けることで、反射防止効果を持たせている。
FIG. 1A shows a transmissive optical article in which an antireflection film 2 is provided on the surface of a translucent substrate 1, and is used as a lens, a light transmissive window, or the like.
Although the antireflection film 2 may be a single thin film, it may have a configuration in which translucent thin layers having different refractive indexes are laminated as shown in FIG. Here, the thin layer 2H is a thin layer having a high refractive index, and 2L is a thin layer having a low refractive index. By providing a thin layer having a low refractive index on the surface (air) side, an antireflection effect is provided.
図1(c)は、互いに屈折率の異なる透光性の薄層が2層ずつ交互に積層(全4層)された構成を示している。
図1(d)は、互いに屈折率の異なる3種類の透光性の薄層と、一つの低屈折率の薄層と、を有する構成である。ここでは高屈折率の薄層2Hと、低屈折率の薄層2Lと、それらの中間の屈折率をもつ薄層2Mと、が採用されている。
FIG. 1C shows a configuration in which two light-transmitting thin layers having different refractive indexes are alternately stacked (four layers in total).
FIG. 1D shows a configuration having three types of light-transmitting thin layers having different refractive indexes and one low refractive index thin layer. Here, a thin layer 2H having a high refractive index, a thin layer 2L having a low refractive index, and a thin layer 2M having an intermediate refractive index are employed.
図1(e)は、互いに屈折率の異なる透光性の薄層が3層ずつ交互に積層(全6層)された構成である。 FIG. 1E shows a configuration in which three light-transmitting thin layers having different refractive indexes are alternately stacked (six layers in total).
図1(f)は、透光性又は非透光性の基体3上に増反射膜4を有する光学物品を示しており、増反射膜4は互いに屈折率の異なる透光性の薄層が積層された構成である。ここでは表面側に高屈折率の薄層4Hを配置することで反射を増強させている。4Lは低屈折率の薄層である。図示は省略するが増反射膜4としては、薄層4Lと薄層4Hとを多層(例えば、10〜100層)に繰り返し積層してたものでもよい。 FIG. 1 (f) shows an optical article having a light-reflective film 4 on a light-transmitting or non-light-transmitting substrate 3, and the light-reflective film 4 has light-transmitting thin layers having different refractive indexes. It is a laminated structure. Here, reflection is enhanced by disposing a thin layer 4H having a high refractive index on the surface side. 4L is a thin layer having a low refractive index. Although not shown in the drawings, the increased reflection film 4 may be formed by repeatedly laminating the thin layer 4L and the thin layer 4H in multiple layers (for example, 10 to 100 layers).
基体1、3の材料や、各薄層の材料は、使用される光の波長、光学薄膜の構成に応じて適宜選択されるものである。同様のことが、基体1、3の厚みや、各薄層の厚みについてもいえる。各薄層の厚みは、0.1nm〜1μm程度の範囲から選ばれる。 The materials of the substrates 1 and 3 and the material of each thin layer are appropriately selected according to the wavelength of light used and the configuration of the optical thin film. The same applies to the thicknesses of the substrates 1 and 3 and the thickness of each thin layer. The thickness of each thin layer is selected from the range of about 0.1 nm to 1 μm.
(基体)
本発明における基体1の材料としては、例えば、溶融石英、蛍石などの透光性基体が挙げられる。但し、利用する光に適応させる為に多少の調整材料を含んでいても構わない。具体的には、SiO2を主成分とし、B2O3、Na2O、K2O、PbO、Al2O3などを含むものである。ミラーなどの増反射膜用の基体3としては上述した透光の表面に高反射性の金属膜を設けたものや、金属が挙げられる。
(Substrate)
Examples of the material of the substrate 1 in the present invention include translucent substrates such as fused quartz and fluorite. However, some adjustment material may be included to adapt to the light to be used. Specifically, it contains SiO 2 as a main component and contains B 2 O 3 , Na 2 O, K 2 O, PbO, Al 2 O 3 and the like. Examples of the substrate 3 for an increased reflection film such as a mirror include those in which a highly reflective metal film is provided on the light-transmitting surface described above and metals.
(透光性薄層)
本発明における光学薄膜を構成するための透光性薄層の材料としては、反射防止膜2の場合も増反射膜4の場合も、次に示すような同じ材料の群から適宜選択される。その群に含まれる材料としては、例えば、酸化シリコン(1.44)、酸化タンタル(2.17)、酸化アルミニウム(1.72)、酸化ジルコニウム(2.25)、酸化ハフニウム(2.25)、酸化イットリウム(2.10)、酸化スカンジウム(2.11)などの非単結晶性の酸化物、または弗化マグネシウム(1.43)、弗化ネオジウム(1.66)、弗化カルシウム(1.46)、弗化リチウム(1.37)、弗化ナトリウムアルミニウム(1.35)、弗化トリウム(1.59)、弗化ランタン(1.59)などの非単結晶性の弗化物が挙げられる。上記( )内は、KrFエキシマレーザーに対応する波長248nmの光における屈折率の一例である。
(Translucent thin layer)
The material of the light-transmitting thin layer for constituting the optical thin film in the present invention is appropriately selected from the same group of materials as shown below for both the antireflection film 2 and the enhanced reflection film 4. Examples of materials included in the group include silicon oxide (1.44), tantalum oxide (2.17), aluminum oxide (1.72), zirconium oxide (2.25), and hafnium oxide (2.25). , Non-single crystalline oxides such as yttrium oxide (2.10) and scandium oxide (2.11), or magnesium fluoride (1.43), neodymium fluoride (1.66), calcium fluoride (1 .46), non-single crystalline fluorides such as lithium fluoride (1.37), sodium aluminum fluoride (1.35), thorium fluoride (1.59) and lanthanum fluoride (1.59). Can be mentioned. The inside of () is an example of the refractive index in the light of wavelength 248nm corresponding to a KrF excimer laser.
(光学薄膜が含有する元素)
本発明における光学薄膜が含有する元素は、本発明者による数多くの実験を繰り返し行った結果、判明したものである。
(Elements contained in optical thin film)
The elements contained in the optical thin film according to the present invention have been found as a result of repeating many experiments by the present inventors.
エキシマレーザー光学系に用いられる光学物品はレーザー光の吸収が多少でもあると、そのハイパワーが故に発熱し、その熱が使用中に蓄熱される。その結果、光学物品の表面性が劣化したり、光学薄膜の透光性が劣化したりすることが分かった。 An optical article used in an excimer laser optical system generates heat due to its high power if it absorbs some laser light, and the heat is stored during use. As a result, it was found that the surface property of the optical article deteriorates and the translucency of the optical thin film deteriorates.
この対策として、本発明における元素を光学薄膜に含有させたところ、光学薄膜の光吸収がほぼ0に近くなることを見いだした。さらに、多数のレンズを組み合わせた光学系に採用しても、総合的な光吸収ですらほぼ0とすることが可能となった。このような光学物品を用いたため、露光装置の信頼性を顕著に向上させることができた。 As a countermeasure, the present inventors have found that when the element in the present invention is contained in an optical thin film, the optical absorption of the optical thin film is nearly zero. Furthermore, even if it is adopted in an optical system in which a large number of lenses are combined, even total light absorption can be reduced to almost zero. Since such an optical article was used, the reliability of the exposure apparatus could be remarkably improved.
本発明に用いられる光学薄膜は、キセノン(Xe),クリプトン(Kr)の群から選択させる少なくとも1つの原子を含む非単結晶薄膜である。光学薄膜が多数の薄層で構成される場合には、その中の少なくとも一層の薄層が上記原子を含めばよい。とりわけ、薄層を酸化物で形成する場合にはその効果が顕著である。上記原子の含有量が5原子%を超えないようにして薄層に含有させると非晶質膜の充填率が向上し耐久性が優れたものとなる。より好ましくは3原子%以下、最適には1原子%以下とする。含有量の下限の適正値は0.5原子ppmである。光学薄膜が多数の薄層で構成される場合には、夫々の膜中の上記原子の含有量を互いに異ならしめると互いの密着性が向上するので良い。また、上記2つの元素のうち1つ以上を含有する場合には含有量の合計が10原子%を超えないようにすると非晶質膜の充填率が向上し耐久性が優れたものとなる。これらの元素の含有量は、ラザフォード後方散乱分析法(RBS)、2次イオン質量分析法(SIMS)、又は、全反射蛍光X線回折法により測定できる。 The optical thin film used in the present invention is a non-single crystal thin film containing at least one atom selected from the group of xenon (Xe) and krypton (Kr ) . When the optical thin film is composed of a large number of thin layers, at least one thin layer among them may contain the atoms. In particular, when the thin layer is formed of an oxide, the effect is remarkable. When the content of the atoms does not exceed 5 atomic% and is contained in the thin layer, the filling rate of the amorphous film is improved and the durability is excellent. More preferably, it is 3 atomic% or less, and optimally 1 atomic% or less. The appropriate lower limit of the content is 0.5 atomic ppm. In the case where the optical thin film is composed of a large number of thin layers, it is preferable that the adhesiveness of each film is improved by making the content of the atoms in each film different from each other. Further, it is assumed that the excellent total durability improves when should not exceed 10 atomic percent amorphous film packing fraction content when it contains one or more of the above two elements. The content of these elements can be measured by Rutherford backscattering analysis (RBS), secondary ion mass spectrometry (SIMS), or total reflection X-ray fluorescence diffraction.
更には、上記3種の元素を薄層に含有させる場合に、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)の含有量を0.1原子%以下に抑えることが良質の膜を得る上でより好ましい。 Furthermore, when the above three elements are contained in a thin layer, it is possible to obtain a high quality film by suppressing the contents of argon (Ar), helium (He), and neon (Ne) to 0.1 atomic% or less. More preferred above.
(光学物品が用いられる光学系において使用される光)
本発明の光学物品が用いられる光学系において使用される光としては、i線等の紫外光や遠紫外光又はレーザー光が挙げられる。このような光を出力するレーザーとしては、例えば、He−Cdレーザー(442nm)、Ar+レーザー(488,515nm)、He−Neレーザー(544,633nm)、半導体レーザー(780nm)などがある。
(Light used in optical systems in which optical articles are used)
Examples of light used in an optical system in which the optical article of the present invention is used include ultraviolet light such as i-line, far ultraviolet light, and laser light. Examples of lasers that output such light include He—Cd laser (442 nm), Ar + laser (488, 515 nm), He—Ne laser (544, 633 nm), and semiconductor laser (780 nm).
特に、本発明の光学物品は、i線又はエキシマレーザーの光学系に適しており、とりわけエキシマレーザー光学系に対して最適である。エキシマレーザーとしては、例えば、F2(157nm)、ArF(193nm)、KrCl(222nm)、KrF(248nm)、ClF(284nm)、XeCl(308nm)、I2(342nm)、XeF(351nm,353nm)などがある。その中でも、露光装置用としては、KrFエキシマレーザー、XeClレーザー、又は、ArFエキシマレーザーが好適に用いられる。 In particular, the optical article of the present invention is suitable for an i-line or excimer laser optical system, and is particularly suitable for an excimer laser optical system. Examples of the excimer laser include F 2 (157 nm), ArF (193 nm), KrCl (222 nm), KrF (248 nm), ClF (284 nm), XeCl (308 nm), I 2 (342 nm), XeF (351 nm, 353 nm). and so on. Among these, a KrF excimer laser, a XeCl laser, or an ArF excimer laser is preferably used for the exposure apparatus.
更に望ましくは、露光用のこれらエキシマレーザーに加えて、アライメント用のHe−Neレーザーのような比較的長波長の光に対しても透過特性が良好な光学物品が形成できれば、投影光学系にアライメント光を通すことにより精度の高いアライメントを行うTTL(Through The Lens)アライメント方式を採用した露光装置に適用できるので、その用途は更に広がることからより好ましい。 More desirably, in addition to these excimer lasers for exposure, if an optical article with good transmission characteristics can be formed even for light of a relatively long wavelength, such as an alignment He-Ne laser, alignment with the projection optical system is possible. Since it can be applied to an exposure apparatus that employs a TTL (Through The Lens) alignment system that performs high-precision alignment by passing light, its use is more preferable because it further expands.
(作製方法及び作製装置)
以下では、キセノン(Xe),クリプトン(Kr)の群から選択させる少なくとも1つの原子を含む光学薄膜を作製する為の作製方法及び作製装置について述べる。
(Manufacturing method and manufacturing apparatus)
Hereinafter, a manufacturing method and a manufacturing apparatus for manufacturing an optical thin film containing at least one atom selected from the group of xenon (Xe) and krypton (Kr ) will be described.
本発明に用いられる光学薄膜の作製方法としては、上記希ガスを用いた化学的気相堆積法(CVD)や物理的気相堆積法(PVD)が挙げられるが、本発明者の知見によれば、光学薄膜を構成する薄層の少なくとも一方を、クリプトン、キセノンからなる群より選択された少なくとも一つの原子を含むスパッタリングガスを用いたスパッタリングにより堆積する。 Examples of the method for producing the optical thin film used in the present invention include chemical vapor deposition (CVD) and physical vapor deposition (PVD) using the above rare gas. if at least one of the thin layer constituting the optical thin film, krypton, deposited by sputtering using a sputtering gas containing at least one atom selected from xenon emission or Ranaru group.
図2は本発明に用いられる光学薄膜の作製装置の基本構成を示す模式図である。作製装置11は、スパッタリングを行う成膜チャンバ12と、必要に応じて設けられ該チャンバ12に対して被成膜基体1を搬入・搬出しその中に基体1を収容出来る予備室としてのロードロック室13と、排気手段14と、ガス供給手段15と、を具備している。成膜チャンバ12内には、ターゲット12a、基体ホルダ12b、磁石12c、電極12dが配されており、電極12dは高周波電源に接続されている。ロードロック室13と成膜チャンバ12との間にはゲートバルブ13aが配されておりこれら2室の雰囲気を互いに分離独立させている。 FIG. 2 is a schematic diagram showing a basic configuration of an optical thin film manufacturing apparatus used in the present invention. The production apparatus 11 includes a film forming chamber 12 for performing sputtering, and a load lock as a preliminary chamber that is provided as necessary, and that carries the film forming substrate 1 into and out of the chamber 12 and can accommodate the substrate 1 therein. The chamber 13, the exhaust means 14, and the gas supply means 15 are provided. In the film forming chamber 12, a target 12a, a substrate holder 12b, a magnet 12c, and an electrode 12d are arranged, and the electrode 12d is connected to a high frequency power source. A gate valve 13a is disposed between the load lock chamber 13 and the film forming chamber 12, and the atmospheres of these two chambers are separated and independent from each other.
排気手段14はターボ分子ポンプ、クライオポンプ、メカニカルブースタポンプ、油拡散ポンプなどの各種ポンプから適当なもの少なくとも一つを選択して、バルブや配管と共に配設される。 The exhaust means 14 is arranged together with valves and pipes by selecting at least one suitable pump from various pumps such as a turbo molecular pump, a cryopump, a mechanical booster pump, and an oil diffusion pump.
ガス供給手段は、クリプトン、キセノンの一つを収容したガスボンベや、バルブ、ガス流量コントローラー、配管などで構成される。勿論必要に応じて酸素などの酸化ガスを供給できるようにしてもよい。 Gas supply means, krypton, gas cylinder and housing a single xenon emission, valves, gas flow controllers, and piping and the like. Of course, you may enable it to supply oxidizing gas, such as oxygen, as needed.
作製手順は次の通りである。ロードロック室13に収容された基体を、ゲートバルブ13aを開けて、チャンバ12内のホルダ12b上に配置する。ロードロック室13内では必要に応じて基体を窒素雰囲気に晒し基体が100℃を超えない範囲で加熱しても良い。 The production procedure is as follows. The base housed in the load lock chamber 13 is placed on the holder 12b in the chamber 12 with the gate valve 13a opened. In the load lock chamber 13, if necessary, the substrate may be exposed to a nitrogen atmosphere and heated so that the substrate does not exceed 100 ° C.
ゲートバルブ13aを閉じて、チャンバ12内を排気したのちスパッタリング用のガスとして、クリプトン又はキセノンなどを供給する。勿論反応性スパッタリングを行うときには更に酸素などの反応ガスを供給する。電極12dにラジオ周波数の電力を供給し上記希ガスのグロー放電プラズマを起こす。こうすると、ターゲット12aの構成原子は希ガスに叩出されて、基体表面に堆積する。このとき表面形状の変化を抑えるために、プラズマにより基体温度が100℃を超えない様にホルダ12bに加熱冷却手段と温度センサを設けて温度をコントロールすることが望ましい。勿論冷却することなく100℃を超えない場合にはこのようなコントローラがなくてもよい。 After the gate valve 13a is closed and the chamber 12 is evacuated, krypton, xenon, or the like is supplied as a sputtering gas. Of course, when reactive sputtering is performed, a reactive gas such as oxygen is further supplied. Radio frequency power is supplied to the electrode 12d to cause glow discharge plasma of the rare gas. Thus, the constituent atoms of the target 12a are knocked out by the rare gas and deposited on the surface of the substrate. At this time, in order to suppress the change in the surface shape, it is desirable to control the temperature by providing a heating / cooling means and a temperature sensor in the holder 12b so that the substrate temperature does not exceed 100 ° C. by the plasma. Of course, if the temperature does not exceed 100 ° C. without cooling, there is no need for such a controller.
2種類以上の薄層にて光学薄膜を構成する場合には、ターゲット材料を替えて上記工程を繰り返せばよい。スループットを向上させる為には1つのチャンバ内に複数のターゲットを配置して、プラズマに晒されるターゲットを選択すればよい。また、成膜チャンバを複数用意してそれぞれ独立させて、一つの薄層を成膜する為に専用に設けても良い。 When the optical thin film is composed of two or more kinds of thin layers, the above steps may be repeated by changing the target material. In order to improve the throughput, a plurality of targets may be arranged in one chamber and a target exposed to plasma may be selected. Alternatively, a plurality of film formation chambers may be prepared and provided independently to form a single thin layer.
薄層に含有されるクリプトン、キセノンの量を制御する為には、これらのガスの供給量や、基体の温度、成膜時の圧力を制御して含有量が5原子%を超えないように注意する。また、酸化物の薄層を形成する場合には、アルミニウムやタンタルなどの純金属をターゲットとし酸素を反応ガスとする反応性スパッタリングや、酸化物ターゲットによる単純なスパッタリングが挙げられるが、酸化物をターゲットとして、上記希ガスとともに酸化ガスを供給して反応性スパッタリングを行うことが好ましい。 Krypton contained in the thin layer, in order to control the amount of xenon emission is or supply amount of the gas, the temperature of the substrate, so that the content by controlling the pressure during film formation does not exceed 5 atomic% Be careful. In addition, when forming a thin layer of oxide, reactive sputtering using pure metal such as aluminum or tantalum and oxygen as a reactive gas, or simple sputtering using an oxide target can be cited. It is preferable to perform reactive sputtering by supplying an oxidizing gas together with the rare gas as a target.
上記希ガスを用いてスパッタリングを行うと、均質なエネルギ分布を持つ大きなプラズマ領域を生成することができ、しかも膜質のエネルギ依存性が向上する。図3はイオン照射エネルギに対する反射率の変動を示すグラフの一例であり、エネルギの広い範囲で優れた透過率(低反射率)を示すことを表している。これが100%アルゴンの場合には非常に限られた範囲でしか良好な透過率を示さないことがわかる。このことは成膜の再現性がよく、成膜時の各パラメータの調整範囲が広くなり成膜が容易に成ることを示す。 When sputtering is performed using the rare gas, a large plasma region having a uniform energy distribution can be generated, and the energy dependency of the film quality is improved. FIG. 3 is an example of a graph showing the variation of the reflectance with respect to the ion irradiation energy, and shows that the transmittance (low reflectance) is excellent over a wide range of energy. It can be seen that when this is 100% argon, good transmittance is shown only in a very limited range. This indicates that the reproducibility of film formation is good, the adjustment range of each parameter during film formation is widened, and film formation is facilitated.
本発明のスパッタリングにおいて採用される条件は以下の通りである。
スパッタ中の圧力は、放電が安定的に維持できるものであればよく、具体的には1〜5mTorrである。
The conditions employed in the sputtering of the present invention are as follows.
The pressure during sputtering is not particularly limited as long as the discharge can be stably maintained, and is specifically 1 to 5 mTorr.
RF電力としては、薄層にダメージを与えず吸着不純物が除去できる値を選べば良く、具体的には5W〜50W、同様の理由で時間は1分〜20分が適当である。 As the RF power, a value that can remove the adsorbed impurities without damaging the thin layer may be selected. Specifically, the power is 5 W to 50 W. For the same reason, the time is suitably 1 minute to 20 minutes.
スパッタリング用の希ガスはKr,Xe原子単体以外に、これらの混合ガスや、Ar,He,Neとの混合ガスも用いることができる。Kr,Xeの混合ガスの場合は、それらの体積比は問わないが、例えば、XeとKrの体積比を1:1とするとよい。Ar,He,Neと混合する場合には、これらの原子が過剰に薄層中に取り込まれないようにKr,Xeのガスよりも少ない量にしたほうがよい。 Noble gas for sputtering Kr, besides X e atom alone, can be used or a mixed gas thereof, Ar, the He, also mixed gas of Ne. In the case of a mixed gas of Kr and Xe, their volume ratio is not limited, but for example, the volume ratio of Xe and Kr is preferably 1: 1. In the case of mixing with Ar, He, and Ne, it is better to make the amount smaller than the gas of Kr and Xe so that these atoms are not excessively taken into the thin layer.
印加パワーの周波数は、低くなるとターゲットのセルフバイアスが負に大きくなり、スパッタレートが上がるが、その反面、照射エネルギのばらつきが生じるので、10MHz〜500MHzが適している。 As the frequency of the applied power decreases, the self-bias of the target increases negatively and the sputtering rate increases, but on the other hand, variations in irradiation energy occur, so 10 MHz to 500 MHz is suitable.
本発明者の別の実験によれば、シリコン(Si)やアルミニウム(Al)の非透光性膜をスパッタリングにより形成する場合、Xeを用いたスパッタリングでは、堆積されたSi膜やAl膜へのXeの含有は認められなかった。これは、Arを用いたスパッタリングではArが膜中に取り込まれ易いことと対照的である。 According to another experiment of the present inventor, when a non-light-transmitting film of silicon (Si) or aluminum (Al) is formed by sputtering, the sputtering using Xe is performed on the deposited Si film or Al film. Xe content was not observed. This is in contrast to the fact that Ar is easily incorporated into the film by sputtering using Ar.
したがって、本発明のスパッタリング法を用いて、Xe,Kr原子を5原子%を越えない範囲で光学薄膜中に含有させるためには、基体温度を比較的低温とし、プラズマ発生用の電力の周波数を比較的低くし、酸素ガスとの混合雰囲気下で、堆積速度を比較的遅くして行うとよい。具体的な設定値については、後述する。こうすることで、透光性の光学薄膜中に微量のXe,Krを取り込めるようになる。 Thus, by using a sputtering method of the present invention, Xe, to be contained in the optical thin film is in a range not exceeding 5 atomic percent K r atom, a relatively low temperature of the base, for plasma generation power The deposition may be performed at a relatively low frequency and in a mixed atmosphere with oxygen gas at a relatively low deposition rate. Specific setting values will be described later. By doing so, a very small amount of Xe and Kr can be taken into the translucent optical thin film.
金属酸化物の形成であっても、これらのガスに酸素を混合することが好ましい。これは夕ーゲットからの金属酸化物に対して結合がちぎれてしまったボンドを酸化することでダメージの入った金属酸化物を修復する効果がある。比率としては希ガスに対して20体積%以下の酸素が好ましい。酸素の量が多すぎると成膜速度が極端に遅くなったり、希ガスイオンによる表面活性の効果が減少し、緻密な膜が形成できなくなるためである。また夕ーゲットが金属であり、膜として金属酸化物を形成する場合は希ガスに対しての酸素の量は金属酸化物ターゲットの場合に比べて多くなる。しかしながらレンズ上で金属を酸化して金属酸化物を形成するよりも、純度の高い金属酸化物をターゲットとし、部分的に弱い部分を酸化して補強する方法の方がより好ましく、ダメージのすくない緻密な膜が形成できる。 Even in the formation of metal oxides, it is preferable to mix oxygen with these gases. This has the effect of repairing the damaged metal oxide by oxidizing the bond that has broken the bond to the metal oxide from the evening get. The ratio is preferably 20% by volume or less of oxygen with respect to the rare gas. This is because if the amount of oxygen is too large, the film formation rate becomes extremely slow, the effect of surface activity by rare gas ions is reduced, and a dense film cannot be formed. Further, when the evening get is a metal and a metal oxide is formed as a film, the amount of oxygen relative to the rare gas is larger than that in the case of a metal oxide target. However, rather than oxidizing the metal on the lens to form a metal oxide, it is more preferable to target a high-purity metal oxide and oxidize and reinforce a weak part of the lens. A simple film can be formed.
以下では、本発明に用いられる光学薄膜の作製装置の別の例について述べる。 この装置はレンズ表面を照射するイオンのエネルギを制御し、堆積原子を供給することの可能なスパッタ装置である。 Hereinafter, another example of an optical thin film manufacturing apparatus used in the present invention will be described. This apparatus is a sputtering apparatus capable of controlling the energy of ions irradiating the lens surface and supplying deposited atoms.
図6の装置はrf−dc結合型バイアススパッタ装置である。図6において、91、911は真空チヤンバで911はロードロックチャンバである。920はロードロックチャンバと接続されているクリーンなN2が常時流れているレンズストッカーである。912はハロゲンランプであり、ロードロックチャンバ911内で予備加熱が可能である。92はターゲットであり、93はプラズマを効率良く発生させるための磁石、94はレンズ支持部材1002にレンズ抑えにより取り付けられた凸系レンズで、このレンズ支持部材はレンズホルダに取り付けられ、このレンズホルダが回転系を備えている。96は周波数を変えることのできる高周波電源、97はマッチング回路、98はターゲットの直流電位を決定するための直流電源、100はターゲットのローパスフィルターをそれぞれ示す。不図示ではあるがレンズ側に第2の高周波電源を備え更に精度良くレンズに照射するイオンのエネルギ等を制御するとよい。この例ではレンズホルダはSUS316製であるが、電位としてはフローティング電位である。 The apparatus shown in FIG. 6 is an rf-dc coupled bias sputtering apparatus. In FIG. 6, reference numerals 91 and 911 denote vacuum chambers, and reference numeral 911 denotes a load lock chamber. Reference numeral 920 denotes a lens stocker connected to the load lock chamber and having a clean N2 flowing constantly. Reference numeral 912 denotes a halogen lamp, which can be preheated in the load lock chamber 911. Reference numeral 92 is a target, 93 is a magnet for efficiently generating plasma, 94 is a convex lens attached to the lens support member 1002 by lens restraint, and this lens support member is attached to the lens holder. Has a rotating system. Reference numeral 96 denotes a high frequency power source capable of changing the frequency, 97 denotes a matching circuit, 98 denotes a direct current power source for determining the direct current potential of the target, and 100 denotes a low pass filter of the target. Although not shown, it is preferable to provide a second high-frequency power source on the lens side and control the energy of ions irradiated onto the lens with higher accuracy. In this example, the lens holder is made of SUS316, but the potential is a floating potential.
真空チャンバ91、911、920は、脱ガスの少ない材料で構成されており、例えばSUS316製である。チャンバ内面は表面処理として電界研磨、電界複合研磨を施した、表面の平滑度としてRmax<0.1μmの鏡面加工された表面に高純度酸素による不動態酸化膜が形成されている(T.Ohmi et al Extended Abstracts, 174th Electrochemical Society, Fall Meeting, 396, 579-580, Oct. 1988)。従ってガスが吸着しにくく不純物汚染を極力抑える構造となっている。 The vacuum chambers 91, 911, and 920 are made of a material with little degassing, and are made of, for example, SUS316. The inner surface of the chamber was subjected to electric field polishing and electric field composite polishing as surface treatment, and a passive oxide film made of high-purity oxygen was formed on a mirror-finished surface having a surface smoothness of Rmax <0.1 μm (T. Ohmi). et al Extended Abstracts, 174th Electrochemical Society, Fall Meeting, 396, 579-580, Oct. 1988). Therefore, the structure is such that gas is hardly adsorbed and impurity contamination is suppressed as much as possible.
ガス供給系はマスフローコントローラーやフィルタも含めてすべてSUS316製のものに電界研磨及び不動態酸化処理を施すなどしてチャンバ内へのプロセスのガス導入時の不純物量を極力抑えるようにしてある。排気系は以下のように構成されている。メインポンプは磁気浮上型のタンデム型ターボ分子ポンプであり、補助ポンプとしてのドライポンプを使用している。この排気系はオイルフリーシステムであり、該システムは不純物汚染が少ないように構成されている。なお2段目のターボ分子ポンプは大流量型のポンプであって、プラズマ発生中のmTorrオーダーの真空度に対しても排気速度は維持される。なおレンズ94の真空チャンバ91への導入は該チャンバに接して設けられたロードロック室を介して行われ該真空チャンバ91への不純物の混入を抑えてある。 The gas supply system, including the mass flow controller and the filter, is all made of SUS316 by subjecting it to electropolishing and passive oxidation, so as to suppress the amount of impurities when introducing the process gas into the chamber as much as possible. The exhaust system is configured as follows. The main pump is a magnetically levitated tandem turbomolecular pump, which uses a dry pump as an auxiliary pump. The exhaust system is an oil-free system, and the system is configured so that there is little impurity contamination. Note that the second stage turbo molecular pump is a large flow type pump, and the pumping speed is maintained even for a vacuum degree of mTorr order during plasma generation. The lens 94 is introduced into the vacuum chamber 91 through a load lock chamber provided in contact with the chamber to prevent impurities from entering the vacuum chamber 91.
これらの結果チャンバに導入される際の不純物量はもっとも多い水分でさえ数ppb以下である。真空チャンバのバックグラウンド真空度は10-8台以下が達成される。またターゲットには数百MHzまで可能な可変型高周渡電源が設置されていることから高密度のプラズマの発生が可能であるほか、セルフバイアスやプラズマポテンシャル等を変更することが可能である。ターゲットにはローパスフィルタを介して直流電位印加の為の直流電源が接続されていてターゲットが導電性の場合はターゲットの電位を直流電源で制御できるようにもしてある。この構成により、
a)成膜速度
b)基体に照射するイオンのエネルギ
c)プラズマ密度
などの成膜条件を制御することが可能である。
As a result, the amount of impurities introduced into the chamber is several ppb or less even with the largest amount of moisture. The background vacuum degree of the vacuum chamber is achieved at 10 −8 or less. In addition, since a variable high-frequency power supply capable of up to several hundred MHz is installed on the target, high-density plasma can be generated, and self-bias and plasma potential can be changed. A DC power supply for applying a DC potential is connected to the target via a low-pass filter. When the target is conductive, the target potential can be controlled by the DC power supply. With this configuration,
a) Deposition rate b) Energy of ions irradiated on the substrate c) Deposition conditions such as plasma density can be controlled.
図7は本発明に用いられる別のスパッタ装置のチャンバを示す図である。 FIG. 7 is a view showing a chamber of another sputtering apparatus used in the present invention.
このチャンバ91においては、3角柱状のターゲットホルダが2つ配されている。このターゲットホルダの構成が図6に示す装置と異なる点であり、その他の構成は図6の装置と同じである。 In the chamber 91, two triangular columnar target holders are arranged. The configuration of this target holder is different from the apparatus shown in FIG. 6, and other configurations are the same as those of the apparatus of FIG.
このターゲット方式では、ホルダ92a,92bを回転させることにより、3種類のターゲットから1つを選択してスパッタすることができる。 In this target method, one of three types of targets can be selected and sputtered by rotating the holders 92a and 92b.
図7の例では、酸化タンタル、酸化アルミニウム又は酸化シリコンをターゲットとして用いた場合を描いている。 In the example of FIG. 7, the case where tantalum oxide, aluminum oxide, or silicon oxide is used as a target is illustrated.
スパッタ中は、基体の表面に対してターゲットの表面が斜めになるようにホルダの回転角度が調整される。こうすることで、凹レンズ、凸レンズ、凹面ミラー等のあらゆる表面形状と大きさをもつ基体上への均一な膜の形成が容易となる。 During sputtering, the rotation angle of the holder is adjusted so that the surface of the target is inclined with respect to the surface of the substrate. By doing so, it is easy to form a uniform film on a substrate having any surface shape and size such as a concave lens, a convex lens, and a concave mirror.
図8は、アースに接地された基板表面に照射するイオンのもつエネルギ分布を、ターゲットに投入する高周波電力の周波数に対して示したグラフである。この図は圧力7mTorr,Arイオン及びXeイオンの場合であるが、周波数が高いほどエネルギ分布はシャープになり、低周波数の場合に現れる2つのピークも消滅し、1つのエネルギピークを持つ分布となる。これは高周波になるほどイオンは高周波に振られにくくなり、すなわち安定なプラズマポテンシャルを得るためである。そのため制御性を考えた場合には周波数は高い程好ましいが、高すぎるとその波長が基板と同程度になり面内分布を生じる元になる。 FIG. 8 is a graph showing the energy distribution of ions irradiating the surface of the substrate grounded to the ground with respect to the frequency of the high frequency power applied to the target. This figure is for a pressure of 7 mTorr, Ar ions, and Xe ions. The higher the frequency, the sharper the energy distribution, and the two peaks that appear at low frequencies disappear, resulting in a distribution with one energy peak. . This is because the higher the frequency, the more difficult the ions are shaken to the high frequency, that is, to obtain a stable plasma potential. For this reason, when controllability is considered, the higher the frequency, the better. However, when the frequency is too high, the wavelength becomes the same as that of the substrate, which causes in-plane distribution.
イオン種としては重い原子ほど高周波による振られは小さくなり、さらに安定なプラズマポテンシャルを得るためより好ましく、Kr,Xe,Rnの順で重くなるほどエネルギ分布は小さくなり、膜の特性の面内分布がよいものが得られる。使用する原子により周波数の使用範囲は最適値は異なるが、Kr,Xe,Rnを用いる場合は概ね10〜500MHz程度が好ましい。一方イオン照射による堆積膜表面へのエネルギ供給については同じエネルギを持つイオンならば、重い原子ほど表面近傍にのみ効率良くエネルギを与えることができる。しかも膜中に深く入り込んでダメージを与えることも少なくなる。したがって、緻密な膜が形成され表面平坦性も向上する効果がある。 As the ion species, heavier atoms have smaller fluctuations due to high frequency and are more preferable for obtaining a stable plasma potential. The heavier in the order of Kr, Xe, and Rn, the smaller the energy distribution, and the in-plane distribution of film characteristics A good one is obtained. Although the optimum value of the frequency use range varies depending on the atom used, when using Kr, Xe, Rn, about 10 to 500 MHz is preferred. On the other hand, with respect to the energy supply to the surface of the deposited film by ion irradiation, if the ions have the same energy, heavier atoms can efficiently give energy only to the vicinity of the surface. Moreover, it is less likely to penetrate deeply into the film and cause damage. Therefore, a dense film is formed and the surface flatness is improved.
図9にはArとXeガスのSiターゲットに対するスパッタレートを規格化した値で入射エネルギ依存性を示す。同じエネルギ値でもArはSiターゲット深く入り込みスパッタ現象を行う結果、スパッタレートがXeよりも大きい(グラフの傾きが大きい)ことがわかる。 FIG. 9 shows the incident energy dependence as a normalized value of the sputtering rate of Ar and Xe gas with respect to the Si target. It can be seen that even when the energy value is the same, Ar enters the Si target deeply and performs the sputtering phenomenon, and as a result, the sputtering rate is larger than Xe (the slope of the graph is large).
以下では、本発明の光学物品が用いられたレンズストッカーについて説明する。
一般的に、大気中に放置された基体表面には、数10層の水分子が吸着している(中川、泉、大見「無水HFを用いた固体表面吸着水分量の測定」第19回超ウルトラクリーンテクノロジーシンポジウム、pp41,1993)。よって、おそらくこの水分子はレンズ表面に反射防止膜等の膜を堆積させる際にも、汚染物として膜中に取り込まれる等して、膜質を劣化させる大きな要因となるであろう。一方、レンズ表面、即ちSiO2を主成分とした表面に吸着した水分子の表面温度と吸着分子数の面密度から示された活性化エネルギは0.09eV,第2層目以降は水分子同士の結合になるため活性化エネルギは0.12eVであることが報告されている(M.Nakamura et al Extended Abstracts, 180th Electrochemical Society Meeting, Phoenix,Abstract No.534, pp.798-799, October 1991)。この水分子を除去するために、レンズストッカー内には水分子の少ないクリーンな窒素を常時流している。
Hereinafter, a lens stocker using the optical article of the present invention will be described.
In general, several tens of layers of water molecules are adsorbed on the surface of a substrate left in the atmosphere (Nakagawa, Izumi, Ohmi “Measurement of solid surface adsorbed moisture using anhydrous HF”, 19th Ultra Ultra Clean Technology Symposium, pp 41, 1993). Therefore, when this water molecule is deposited on the lens surface, such as an antireflection film, it is likely to be a major factor that degrades the film quality by being taken into the film as a contaminant. On the other hand, the activation energy indicated by the surface temperature of the water molecules adsorbed on the lens surface, that is, the surface containing SiO 2 as a main component and the surface density of the number of adsorbed molecules is 0.09 eV, and the water molecules between the second layer and thereafter are water molecules. It has been reported that the activation energy is 0.12 eV because of the bond (M. Nakamura et al Extended Abstracts, 180th Electrochemical Society Meeting, Phoenix, Abstract No. 534, pp. 798-799, October 1991). . In order to remove the water molecules, clean nitrogen with few water molecules is constantly flowing in the lens stocker.
時間と共に表面の水分子が除去されていく。レンズ温度を90℃程度に保てばこの除去速度は上がるため効率良い。常温の場合は例えば1週間程レンズストッカー内にレンズを入れクリーン窒素を流したままにして、その後レンズをロードロックチャンバに導入し、真空引きする。上記プロセスを経ることによってレンズ表面の水分子はほぼ除去される。 Water molecules on the surface are removed over time. If the lens temperature is kept at about 90 ° C., the removal speed increases, which is efficient. At room temperature, for example, the lens is placed in a lens stocker for about one week, and clean nitrogen is allowed to flow, and then the lens is introduced into the load lock chamber and evacuated. Through the above process, water molecules on the lens surface are almost removed.
レンズストッカーにクリーンな窒素を供給するクリーン窒素供給系について図10を用いて説明する。301は液化窒素ガスタンク、302は蒸発器、303は純化装置、304はSUS配管、305、306、310は不動態酸化処理したSUS配管、307は圧力調整器、308はマスフローコントローラ、309は窒素ガス導入用2連3方弁、311はレンズストッカー、313はバルブ、314は排気ポンプ、315、312はSUS配管である。 For clean nitrogen supply system for supplying clean nitrogen to the lens stocker it will be described with reference to FIG. 1 0. 301 is a liquefied nitrogen gas tank, 302 is an evaporator, 303 is a purifier, 304 is a SUS pipe, 305, 306 and 310 are SUS pipes subjected to passive oxidation treatment, 307 is a pressure regulator, 308 is a mass flow controller, and 309 is nitrogen gas Two-way three-way valve for introduction, 311 is a lens stocker, 313 is a valve, 314 is an exhaust pump, and 315 and 312 are SUS pipes.
液化窒素ガスは301より供給され、純化器を通って水分量を0.1ppb以下、0.1μm以上のパーティクル数は検出限界以下となっている。純化器は吸着タイプ及びゲッタータイプを兼ね備えた日本酸素製のPEGASUS200Eを用いた。レンズストッカーには圧力調整器、マスフローコントローラを通してクリーン窒素ガスを導入するが、レンズストッカー内部でガスが循環するように入力部を6つに分けてある。レンズ表面の水分除去としては導入部付近にレンズ表面を設置し、吹き付けるような構成にしてもよいが、特に限定されるものでもない。レンズストッカー内に導入された窒素はバルブ313を通して排気ポンプより排気される。排気ポンプは通常の大気から窒素に置換する際には大きな効力があるが、その後は排気ポンプを用いなくてもよく、押し出し排気等でも構わない。 The liquefied nitrogen gas is supplied from 301, and the amount of water passing through the purifier is 0.1 ppb or less, and the number of particles of 0.1 μm or more is below the detection limit. As a purifier, PEGASUS200E manufactured by Nippon Oxygen, which has both an adsorption type and a getter type, was used. Clean nitrogen gas is introduced into the lens stocker through a pressure regulator and a mass flow controller, but the input section is divided into six so that the gas circulates inside the lens stocker. For removing moisture from the lens surface, the lens surface may be installed near the introduction portion and sprayed, but is not particularly limited. Nitrogen introduced into the lens stocker is exhausted from the exhaust pump through the valve 313. The exhaust pump has a great effect when substituting nitrogen with air from the normal atmosphere. However, after that, the exhaust pump need not be used, and extruded exhaust or the like may be used.
(露光装置)
以下では、本発明の光学物品が用いられた露光装置について説明する。
露光装置としては、レンズ光学系を用いた縮小投影露光装置、レンズ式等倍投影露光装置が挙げられる。
特に、ウエハー全面を露光するために、ウエハーの1小区画(フィールド)を露光してはウエハーを1ステップ移動させて隣の1フィールドを露光する、ステップ・アンド・リピート方式を採用したステッパーが望ましい。勿論、マイクロスキャン方式の露光装置にも好適に用いられる。
(Exposure equipment)
Hereinafter, an exposure apparatus using the optical article of the present invention will be described.
Examples of the exposure apparatus include a reduction projection exposure apparatus using a lens optical system and a lens-type equal magnification projection exposure apparatus.
In particular, in order to expose the entire wafer surface, a stepper employing a step-and-repeat method in which one small section (field) of the wafer is exposed, the wafer is moved one step, and the next one field is exposed is desirable. . Of course, it is also suitably used in a microscan exposure apparatus.
図4に本発明の露光装置の構成概略図を示す。同図において21は照明光源部であり、22は露光機構部であり、21,22は別個独立に構成されている。即ち両者は物理的に分離状態にある。23は照明光源で、例えばエキシマレーザのような高出力の大型光源である。24はミラーであり、25は凹レンズ、26は凸レンズであり、25,26はビームエキスパンダーとしての役割を持っており、レーザのビーム径をおおよそオプティカルインテグレータの大きさに拡げるものである。27はミラーであり、28はレチクル上を均一に照明するためのオプティカルインテグレータである。照明光源部21はレーザ23からオプティカルインテグレータ28までで構成されている。29はミラーであり、30はコンデンサレンズでオプティカルインテグレータ28を発した光束をコリメートする。31は回路パターンが描かれているレチクル、31aはレチクルを吸着保持するレチクルホルダ、32はレチクルのパターンを投影する投影光学系、33は投影レンズ32においてレチクル31のパターンが焼付けられるウエハである。34はXYステージでありウエハ33を吸着保持し、かつステップアンドリピートで焼付けを行う際にXY方向に移動する。35は露光装置の定盤である。 FIG. 4 shows a schematic configuration of the exposure apparatus of the present invention. In the figure, 21 is an illumination light source unit, 22 is an exposure mechanism unit, and 21 and 22 are configured separately and independently. That is, both are physically separated. Reference numeral 23 denotes an illumination light source, which is a high-output large-sized light source such as an excimer laser. Reference numeral 24 denotes a mirror, reference numeral 25 denotes a concave lens, reference numeral 26 denotes a convex lens, and reference numerals 25 and 26 serve as beam expanders, which expand the laser beam diameter to the size of an optical integrator. Reference numeral 27 denotes a mirror, and 28 denotes an optical integrator for uniformly illuminating the reticle. The illumination light source unit 21 includes a laser 23 to an optical integrator 28. Reference numeral 29 denotes a mirror, and reference numeral 30 denotes a condenser lens that collimates the light beam emitted from the optical integrator 28. Reference numeral 31 denotes a reticle on which a circuit pattern is drawn, reference numeral 31a denotes a reticle holder that sucks and holds the reticle, reference numeral 32 denotes a projection optical system that projects the reticle pattern, and reference numeral 33 denotes a wafer on which the pattern of the reticle 31 is printed on the projection lens 32. Reference numeral 34 denotes an XY stage which holds the wafer 33 by suction and moves in the XY direction when printing is performed by step-and-repeat. Reference numeral 35 denotes a surface plate of the exposure apparatus.
露光機構部22は、照明光学系の一部であるミラー29から定盤35までで構成されている。36は、TTLアライメントに用いられるアライメント手段である。通常露光装置は、この他にオートフォーカス機構、ウエハー搬送機構等々によって構成されこれらも露光機構部22に含まれる。 The exposure mechanism unit 22 includes a mirror 29 to a surface plate 35 that are part of the illumination optical system. Reference numeral 36 denotes an alignment means used for TTL alignment. The normal exposure apparatus includes an autofocus mechanism, a wafer transfer mechanism, and the like, which are also included in the exposure mechanism section 22.
図5は、本発明の露光装置に用いられる光学物品の一例であり、図4に示す露光装置の投影光学系に用いられるレンズである。このレンズアセンブリはL1〜L11の11枚のレンズをお互いに接着することなく組みあわせて構成されている。そして、本発明の光学薄膜は、図4、図5に示すレンズやミラー或いは不図示ではあるがミラー式露光装置のミラーやレンズの表面に反射防止膜または増反射膜として設けることができる。 FIG. 5 is an example of an optical article used in the exposure apparatus of the present invention, and is a lens used in the projection optical system of the exposure apparatus shown in FIG. This lens assembly is constituted by combining 11 lenses L1 to L11 without bonding them to each other. The optical thin film of the present invention can be provided as an antireflection film or an increased reflection film on the surface of the lens or mirror shown in FIGS. 4 and 5 or the mirror or lens of the mirror type exposure apparatus (not shown).
(実施例1)
以下では、図6に示したスパッタ装置により、例えば120mmの石英基板にTa2O5からなる薄膜を形成する方法について具体的に説明する。ターゲットは5インチ×15インチで厚さは6mmのものを用いた。純度は0.9999以上の高純度品である。まず基板表面の極僅かに吸着した汚染物を、エネルギ値の弱いイオン照射を行うことで除去した(表面クリーニング工程とする)。一例として導入ガスとして5mTorrのXeを用いた。
Example 1
In the following, a method for forming a thin film made of Ta 2 O 5 on a 120 mm quartz substrate, for example, using the sputtering apparatus shown in FIG. 6 will be specifically described. A target having a thickness of 5 inches × 15 inches and a thickness of 6 mm was used. The purity is a high-purity product of 0.9999 or higher. First, contaminants slightly adsorbed on the substrate surface were removed by ion irradiation with a weak energy value (referred to as a surface cleaning step). As an example, 5 mTorr of Xe was used as the introduced gas.
先ずロードロックチャンバにクリーン窒素を導入して大気圧とし、続いてレンズストッカーからロードロックチャンバに支持部材ごと基板を搬送した。ロードロックチャンバとストッカーの間のゲートバルブを閉じた後ロードロックチャンバ内を排気した。到達真空度として3×10-8Torrであった。ここでハロゲンランプ等の加熱機構を設けて80℃〜99℃程度の加熱を行い脱ガスを行うことも可能である。ついでロードロックチャンバとスパッタチャンバ間のゲートバルブを開けてレンズを支持部材ごとスパッタチャンバに搬送し、ホルダに装着した。ホルダにつながる回転機構により基板を回転させながら、スパッタチャンバにXeガスを導入すると、圧力が5mTorrになり、安定化した後に周波数100MHz,RF電力として20Wの高周波を導入してプラズマを発生させ、5分間、エネルギ値の弱いXeイオン照射を行うことでレンズ表面の極僅かに吸着した汚染物を除去した。 First, clean nitrogen was introduced into the load lock chamber to atmospheric pressure, and then the substrate together with the support member was transferred from the lens stocker to the load lock chamber. After closing the gate valve between the load lock chamber and the stocker, the load lock chamber was evacuated. The ultimate vacuum was 3 × 10 −8 Torr. Here, it is also possible to perform degassing by providing a heating mechanism such as a halogen lamp and heating at about 80 ° C. to 99 ° C. Next, the gate valve between the load lock chamber and the sputter chamber was opened, the lens was transferred to the sputter chamber together with the support member, and mounted on the holder. When Xe gas is introduced into the sputtering chamber while rotating the substrate by a rotating mechanism connected to the holder, the pressure becomes 5 mTorr, and after stabilization, a high frequency of 100 MHz and a high frequency of 20 W is introduced as RF power to generate plasma. The minutely adsorbed contaminants on the lens surface were removed by performing Xe ion irradiation with a weak energy value for a minute.
この時基板表面はフローティング電位となり、プラズマポテンシャルとの電位差である、およそ3eVのXeイオンがレンズ表面に照射された。この電位差はArガスに対して重いガスを使用することにより、均一化され、照射するイオンエネルギの均一性が増す。照射エネルギが高すぎると表面にダメージが残ってしまい、その後の成膜過程で緻密なTa2O5膜が形成できなくなるようだ。基板の温度は常温であり、イオン照射で若干の上昇はあるが100℃を越えない範囲でレンズ表面のミクロ構造が変化しない程度に抑える必要性がある。 At this time, the substrate surface was in a floating potential, and the lens surface was irradiated with approximately 3 eV of Xe ions, which is a potential difference from the plasma potential. This potential difference is made uniform by using a gas that is heavier than Ar gas, and the uniformity of ion energy to be irradiated is increased. If the irradiation energy is too high, damage will remain on the surface, and it seems that a dense Ta 2 O 5 film cannot be formed in the subsequent film formation process. The temperature of the substrate is room temperature, and there is a slight increase due to ion irradiation, but it is necessary to suppress the lens surface microstructure to the extent that it does not exceed 100 ° C.
その後Ta2O5膜をスパッタ法にて成膜する。1度高周波導入を中断することによって、プラズマを止めた後に、今度はガス流量の体積比Xe/O2=10/1、全圧5mTorrとなるようにXeガス及びO2ガスをスパッタチャンバに導入し、安定化した後に周波数15MHz、RF電力として1kWの高周波を導入してプラズマを発生させ、成膜を行った。成膜速度は0.5nm/sec、水晶振動式膜厚計で膜厚250nmになるまで成膜した。Ta2O51個に対してXeが照射される割合は9.2個であった。この時の基板表面に照射されるXeイオンのエネルギは8eVであった。この時Ta2O5膜中に取り込まれるXeは0.1%であることがRBS分析により確認された。 Thereafter, a Ta 2 O 5 film is formed by sputtering. Once the plasma is stopped by interrupting the high-frequency introduction, Xe gas and O 2 gas are introduced into the sputtering chamber so that the gas flow volume ratio Xe / O 2 = 10/1 and the total pressure becomes 5 mTorr. Then, after stabilization, plasma was generated by introducing a high frequency of 1 kW as a frequency of 15 MHz and RF power to form a film. The film formation rate was 0.5 nm / sec, and the film was formed with a crystal vibration type film thickness meter until the film thickness reached 250 nm. The ratio of Xe irradiation to one Ta 2 O 5 was 9.2. At this time, the energy of Xe ions irradiated on the substrate surface was 8 eV. At this time, it was confirmed by RBS analysis that Xe incorporated into the Ta 2 O 5 film was 0.1%.
上記条件によって形成したTa2O5膜と、Xeガスを粒ガスに変えた以外は全て同様に形成したXeを含まない膜について、その膜にパワーを倍にしたi線を500時間照射した後、透過率と反射率を分光測定法により測定し、その膜の光学的吸収を算出して消衰係数で表した。
消衰係数は、Arで4.5、Xeで0.1であった。
For the Ta 2 O 5 film formed under the above conditions and a film that does not contain Xe formed in the same manner except that the Xe gas is changed to a granular gas, the film is irradiated with i-line with doubled power for 500 hours. The transmittance and reflectance were measured by a spectroscopic method, and the optical absorption of the film was calculated and expressed as an extinction coefficient.
The extinction coefficient was 4.5 for Ar and 0.1 for Xe.
なおこの実施例ではi線の反射防止膜を作製することを目的としたため、測定波長は365nmであった。Arを用いたときよりもXeをスパッタガスとして用いると消衰係数が小さく膜として光学的吸収しにくい良質の膜が形成されていることがわかる。 In this example, since the purpose was to produce an antireflection film for i-line, the measurement wavelength was 365 nm. It can be seen that when Xe is used as the sputtering gas compared to when Ar is used, a high-quality film having a small extinction coefficient and difficult to optically absorb is formed.
このようにして、得られた物品をi線光学系に配置して、通常の露光装置に用いられる照射量の倍のi線を照射しレンズの透過率の経時変化を測定した。その結果を図11に示す。Xeを用いずにArを用いてスパッタしたときの膜を有するものでは照射時間が所定の時間T1を過ぎると透過率が極端に劣化するのに対して、本実施例ではほとんど透過率の劣化が見られなかった。 In this way, the obtained article was placed in an i-line optical system, irradiated with i-rays twice the dose used in a normal exposure apparatus, and the change with time in the transmittance of the lens was measured. The result is shown in FIG. In the case of a film having a film formed by sputtering using Ar without using Xe, the transmittance is extremely deteriorated when the irradiation time exceeds a predetermined time T1, whereas in this embodiment, the transmittance is hardly deteriorated. I couldn't see it.
また、屈折率の面内分布は、Kr,Xe,Rnを用いずにArガスを用いて得た比較サンプルに比べて10%ほどの良くなっていた。 Further, the in-plane distribution of the refractive index was about 10% better than that of the comparative sample obtained using Ar gas without using Kr, Xe, and Rn.
(実施例2)
本例では、イオン照射のエネルギ量を変えることで、数種類の酸化タンタルからなる光学薄膜を作製した点が実施例1と異なる。他の点は、実施例1と同様とした。
実施例1の図11と同様に、本例の光学薄膜に対しても、透過率の経時変化を測定した。図12は、図11と同様の時間T2経過後の透過率が、初期値に比べて劣化した量を纏めたグラフである。
(Example 2)
This example differs from Example 1 in that an optical thin film made of several types of tantalum oxide was produced by changing the amount of ion irradiation energy. The other points were the same as in Example 1.
Similar to FIG. 11 of Example 1, the change with time of the transmittance was measured for the optical thin film of this example. FIG. 12 is a graph summarizing the amount of deterioration of the transmittance after the elapse of the same time T2 as in FIG. 11 compared to the initial value.
実施例1にて比較のためにArガスを用いて作製した方法と同様の方法により得たArの比較データに比べて、経時変化の少ない良質の膜ができるイオン照射エネルギ量の範囲が広いことが分かる。これはスパッタリングガスにXeを用いると良質の膜を如何に容易に再現性良く作製できることを意味している。 Compared to Ar comparison data obtained by the same method as that prepared using Ar gas for comparison in Example 1, the range of ion irradiation energy that can produce a high-quality film with little change over time is wide. I understand. This means that when Xe is used as the sputtering gas, a high-quality film can be easily produced with good reproducibility.
(実施例3)
本例では、実施例1のXe/O2ガスに代えて、以下に示すガスを用い、数種類の酸化タンタルからなる光学薄膜を作製した点が実施例1と異なる。
(Example 3)
This example differs from Example 1 in that instead of the Xe / O 2 gas of Example 1, the following gas was used and an optical thin film made of several types of tantalum oxide was produced.
本例で用いたガスは、100体積%Krガス、KrとXeの体積比が2:8,1:1,8:2である混合ガス、XeとArの体積比が2:8,1:1,8:2である混合ガス、KrとArの体積比が2:8,1:1,8:2である混合ガス、からなる10種類である。また、イオン照射エネルギ量も変えて、多数の試料を作製した。他の点は、実施例1と同様とした。 The gas used in this example is 100 volume% Kr gas, a mixed gas in which the volume ratio of Kr and Xe is 2: 8, 1: 1, 8: 2, and the volume ratio of Xe and Ar is 2: 8, 1: There are 10 types of gas mixtures, which are 1,8: 2 mixed gas and Kr: Ar volume ratios are 2: 8, 1: 1, 8: 2. Moreover, many samples were produced by changing the ion irradiation energy amount. The other points were the same as in Example 1.
試料に対する評価としては、実施例2と同様に透過率の経時変化を測定した。図13は、その結果を示すグラフである。Arの比較データに比べて、経時変化の少ない良質の膜ができるイオン照射エネルギ量の範囲が広いことが分かる。これはKrやXeを用いると良質の膜を如何に容易に再現性良く作製できるかということを意味している。 For evaluation of the sample, the change in transmittance over time was measured in the same manner as in Example 2. FIG. 13 is a graph showing the results. Compared with the comparative data of Ar, it can be seen that the range of the amount of ion irradiation energy that can produce a high-quality film with little change with time is wide. This means how easy it is to produce a good quality film with good reproducibility by using Kr or Xe.
(実施例4)
本例では、XeとO2の体積比をかえた混合ガスを用いるとともに、基体ホルダに温度コントローラを付けて成膜時の温度を150℃〜20℃の範囲でコントロールし又電力エネルギの周波数を200MHz〜10MHzの範囲でコントロールして、堆積速度を0.1nm/sec〜1nm/secとして数種類の酸化タンタルからなる光学薄膜を作製した点が実施例1と異なる。また、イオン照射エネルギ量も変えて、多数の試料を作製した。他の点は、実施例1と同様とした。
Example 4
In this example, a mixed gas having a different volume ratio of Xe and O 2 is used, and a temperature controller is attached to the substrate holder to control the temperature during film formation in the range of 150 ° C. to 20 ° C. The difference from Example 1 is that an optical thin film made of several types of tantalum oxide was produced by controlling the deposition rate in the range of 200 MHz to 10 MHz and setting the deposition rate to 0.1 nm / sec to 1 nm / sec. Moreover, many samples were produced by changing the ion irradiation energy amount. The other points were the same as in Example 1.
試料に対する評価としては、RBS分析を行い、試料中に含まれるXeの量を測定した。図14は、Xeの量をパラメータとして、透過率の経時変化の度合いを纏めたグラフである。図14の縦軸は、Arガスのみを用いた場合を1.0として規格化して示した。 For the evaluation of the sample, RBS analysis was performed to measure the amount of Xe contained in the sample. FIG. 14 is a graph summarizing the degree of change over time in the transmittance with the amount of Xe as a parameter. The vertical axis in FIG. 14 is shown normalized as 1.0 when only Ar gas is used.
図14から、Xeの量が0.5原子ppm〜5原子%の範囲の試料が好ましく、Xeの量が0.5原子ppm〜3原子%の範囲の試料がより好ましく、Xeの量が0.5原子ppm〜1原子%の範囲の試料が最適であることが分かる。 From FIG. 14, a sample in which the amount of Xe is in the range of 0.5 atomic ppm to 5 atomic percent is preferable, a sample in which the amount of Xe is in the range of 0.5 atomic ppm to 3 atomic percent is more preferable, and the amount of Xe is 0. It can be seen that a sample in the range of 5 atomic ppm to 1 atomic% is optimal.
(実施例5)
本例では、実施例4で用いたXeとO2との体積比をかえた混合ガスの代わりに、KrとO2との体積比をかえた混合ガスを用いた点が異なる。他の点は、実施例4と同様とした。
(Example 5)
The present example is different in that instead of the mixed gas in which the volume ratio of Xe and O 2 used in Example 4 is changed, a mixed gas in which the volume ratio of Kr and O 2 is changed is used. The other points were the same as in Example 4.
実施例4と同様に、試料に対してSIMS分析を行った。Krの量をパラメータとして、屈折率の経時変化の度合いをみてみると、実施例4と同様に、Krの量が5原子%の範囲の試料が好ましく、Krが0.5原子ppmのものと13原子%の試料がより好ましく、1原子%のものが最適であることが分かった。 Similar to Example 4, SIMS analysis was performed on the sample. Taking the amount of Kr as a parameter and looking at the degree of change in refractive index with time, a sample with a Kr amount in the range of 5 atomic% is preferable, as in Example 4, and Kr is 0.5 atomic ppm. A 13 atomic percent sample was more preferred and one atomic percent was found to be optimal.
(実施例6)
本例では、実施例4で用いたXeとO2との体積比をかえた混合ガスの代わりに、XeとKrとO2との体積比をかえた混合ガスを用いた点が異なる。他の点は、実施例4と同様とした。
(Example 6)
In this example, a mixed gas in which the volume ratio of Xe, Kr, and O 2 is changed instead of the mixed gas in which the volume ratio of Xe and O 2 used in Example 4 is changed is different. The other points were the same as in Example 4.
実施例4と同様に、試料に対してRBS分析を行った。KrとXeの合計の含有量をパラメータとして、透過率の経時変化の度合いをみてみると、合計の量が10原子%を越えない試料が好ましく、合計で5原子%以下の試料が最適であった。 As in Example 4, RBS analysis was performed on the sample. Using the total content of Kr and Xe as a parameter, looking at the degree of change in transmittance over time, a sample in which the total amount does not exceed 10 atomic% is preferable, and a sample with a total of 5 atomic% or less is optimal. It was.
(実施例7)
本例では、レンズ上に形成した反射防止膜が、空気側からレンズ側にかけて順に第1、第3、第5層がSiO2主成分の低屈折率層、第2、第4、第6層がAl2O3が主成分の高屈折率層である点が、実施例1と異なる。基体としては、石英ガラスを用い、KrFエキシマレーザー用のレンズを作製した。図15は、本例に係る光学薄膜の層構成を示す模式的断面図である。
(Example 7)
In this example, the antireflection film formed on the lens is composed of a low refractive index layer composed mainly of SiO 2 , a second refractive index layer, a fourth refractive index layer and a sixth refractive index layer in order from the air side to the lens side. Is different from Example 1 in that Al 2 O 3 is a high refractive index layer mainly composed of Al 2 O 3 . As the substrate, quartz glass was used, and a lens for a KrF excimer laser was produced. FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing the layer structure of the optical thin film according to this example.
バイアススパッタでの堆積条件は以下に示すが、表面クリーニング工程までは実施例1と同様である。 Deposition conditions for bias sputtering are shown below, but the same conditions as in Example 1 are used until the surface cleaning step.
その後、Al2O3ターゲットに対して放電を起こし、レンズ上にXeを含むAl2O3を堆積させた。この時の成膜条件を以下に示す。 Thereafter, cause discharge against Al 2 O 3 target was deposited Al 2 O 3 containing Xe on the lens. The film forming conditions at this time are shown below.
RF周波数: 20MHz
高周波電力: 1.5kW
Xe/O2ガス=10:1,圧力: 5mTorr
成長速度: 0.2nm/sec
次いでターゲットホルダを回転させてSiO2ターゲットに変更してSiO2を堆積させる。この時の成膜条件を以下に示す。
RF frequency: 20 MHz
High frequency power: 1.5kW
Xe / O 2 gas = 10: 1, pressure: 5 mTorr
Growth rate: 0.2 nm / sec
Then depositing SiO 2 was changed to SiO 2 target by rotating the target holder. The film forming conditions at this time are shown below.
RF周波数: 13.56MHz
高周波電力: 1.5kW
Xe/O2ガス=5:1,圧力: 5mTorr
成長速度: 0.7nm/sec
このような条件で表1に示すような屈折率、光学膜厚になるような248nmのエキシマレーザーの紫外光に対する反射防止膜を形成した。表中の屈折率は248nmの紫外光に対する屈折率である。
RF frequency: 13.56 MHz
High frequency power: 1.5kW
Xe / O 2 gas = 5: 1, pressure: 5 mTorr
Growth rate: 0.7 nm / sec
Under such conditions, an antireflection film for the ultraviolet light of a 248 nm excimer laser having a refractive index and an optical film thickness as shown in Table 1 was formed. The refractive index in the table is a refractive index with respect to 248 nm ultraviolet light.
図16は、この膜の反射特性を示すグラフである。また、図17は、膜の透過率の時間変化を、上記Xeガスの部分をArに代えて同様に形成した場合を1.0として規格化しして示したグラフである。図17から、明らかにXeガスを用いたときに長寿命となることが分かった。 FIG. 16 is a graph showing the reflection characteristics of this film. FIG. 17 is a graph showing the change over time in the transmittance of the film normalized to 1.0 when the Xe gas portion is similarly formed instead of Ar. FIG. 17 clearly shows that a long life is obtained when Xe gas is used.
上記の評価は、本例で作製したレンズを用いて、図5に示す光学系を組んで、通常のエキシマレーザーステッパに用いられる照射光量の倍の光量の光を、1000時間照射した加速耐久試験によって得た。 The evaluation described above is an accelerated durability test in which the optical system shown in FIG. 5 is assembled using the lens produced in this example, and light having a light amount twice as large as the light amount used for a normal excimer laser stepper is irradiated for 1000 hours. Obtained by.
(実施例8)
本例では、レンズ上に形成した反射防止膜が、空気側からレンズ側にかけて順に第1、第3層がSiO2主成分の低屈折率層、第2、第4、第6層がTa2O5が主成分の高屈折率層、第5層Al2O3を含む層である点が、実施例1と異なる。基体としては、石英ガラスからなるレンズを用いた。図18は、本例に係る光学薄膜の層構成を示す模式的断面図である。
(Example 8)
In this example, the antireflection film formed on the lens is composed of a low refractive index layer mainly composed of SiO 2 as the first and third layers in order from the air side to the lens side, and the second, fourth and sixth layers are Ta 2. This is different from Example 1 in that O 5 is a layer containing a high-refractive-index layer whose main component is a fifth layer Al 2 O 3 . As the substrate, a lens made of quartz glass was used. FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing the layer structure of the optical thin film according to this example.
バイアススパッタでの堆積条件は以下に示すが、表面クリーニング工程までは実施例1と同様である。 Deposition conditions for bias sputtering are shown below, but the same conditions as in Example 1 are used until the surface cleaning step.
その後Ta2O5ターゲットに対して放電を起こし、レンズ上にXe,Krを含むTa2O5を堆積させる。この時の成膜条件を以下に示す。
RF周波数: 100MHz
高周波電力: 2kW
Xe/Kr/O2ガス=5:5:1,圧力: 5mTorr
成長速度: 0.2nm/sec
次いでターゲットホルダを回転させてSiO2ターゲットに変更してSiO2を堆積させる。この時の成膜条件を以下に示す。
Thereafter, the Ta 2 O 5 target is discharged to deposit Ta 2 O 5 containing Xe and Kr on the lens. The film forming conditions at this time are shown below.
RF frequency: 100 MHz
High frequency power: 2kW
Xe / Kr / O 2 gas = 5: 5: 1, pressure: 5 mTorr
Growth rate: 0.2 nm / sec
Then depositing SiO 2 was changed to SiO 2 target by rotating the target holder. The film forming conditions at this time are shown below.
RF周波数: 100MHz
高周波電力: 2kW
Xe/Kr/O2ガス=5:5:1,圧力: 5mTorr
成長速度: 0.4nm/sec
Al2O3成膜のときは同様にターゲットホルダを回転させてAl2O3ターゲットに変更してXe,Krを含むAl2O3膜を堆積させる。この時の成膜条件を以下に示す。
RF frequency: 100 MHz
High frequency power: 2kW
Xe / Kr / O 2 gas = 5: 5: 1, pressure: 5 mTorr
Growth rate: 0.4 nm / sec
When forming an Al 2 O 3 film, similarly, the target holder is rotated to change to an Al 2 O 3 target, and an Al 2 O 3 film containing Xe and Kr is deposited. The film forming conditions at this time are shown below.
RF周波数: 100MHz
高周波電力: 2kW
Xe/Kr/O2ガス=5:5:1,圧力: 5mTorr
成長速度: 0.1nm/sec
このような条件で表2に示すような屈折率、光学膜厚になるような中心波長365nmの紫外光と中心波長550〜650nmの可視光の両方に対する反射防止膜を形成した。表中の屈折率は365nmの光に対する屈折率である。
RF frequency: 100 MHz
High frequency power: 2kW
Xe / Kr / O 2 gas = 5: 5: 1, pressure: 5 mTorr
Growth rate: 0.1 nm / sec
Under such conditions, an antireflection film was formed for both ultraviolet light having a center wavelength of 365 nm and visible light having a center wavelength of 550 to 650 nm so as to have a refractive index and an optical film thickness as shown in Table 2. The refractive index in the table is the refractive index for 365 nm light.
図19は、この膜の反射特性を示す図である。また、図20は、膜の透過率の時間変化を、上記Xeガス及びKrガスの部分をArに変えたものを1.0として規格化して示したグラフである。図20から、明らかににXe,Kr混合ガスを用いたときに長寿命となることがわかる。 FIG. 19 is a diagram showing the reflection characteristics of this film. FIG. 20 is a graph showing the change over time in the transmittance of the film normalized by assuming that the Xe gas and Kr gas portions are changed to Ar as 1.0. FIG. 20 clearly shows that a long life is obtained when a mixed gas of Xe and Kr is used.
上記の評価は、本例のレンズで図5の光学系を組み、エキシマレーザーにかえて、365nmの紫外線を発生するi線を光源として実施例7と同じ試験によって得た。 The above evaluation was obtained by the same test as in Example 7 using the lens of this example and the optical system shown in FIG. 5 instead of the excimer laser and using i-line that generates ultraviolet light of 365 nm as a light source.
(実施例9)
本例では、レンズ上に形成した反射防止膜が、空気側からレンズ側にかけて順に第1、第3層…第(49)層がTa2O5主成分の高屈折率層、第2、第4、第6層…第50層がSiO2が主成分の低屈折率層とした点が、実施例1と異なる。基体としては、石英ガラスからなるレンズを用いた。
Example 9
In this example, the antireflection film formed on the lens is formed from the air side to the lens side in order from the first, third,..., (49) layers, a high refractive index layer composed mainly of Ta 2 O 5 , second, second. 4. Sixth layer... The difference from Example 1 is that the 50th layer is a low refractive index layer mainly composed of SiO 2 . As the substrate, a lens made of quartz glass was used.
バイアススパッタでの堆積条件は以下に示すが、表面クリーニング工程までは実施例1と同様である。 Deposition conditions for bias sputtering are shown below, but the same conditions as in Example 1 are used until the surface cleaning step.
その後Ta2O5ターゲットに対して放電を起こし、石英ガラス上にTa2O5を堆積させる。この時の成膜条件を以下に示す。
RF周波数: 100MHz
高周波電力: 2kW
Xe/Kr/Ar/O2ガス=5:5:1:1,圧力: 5mTorr
成長速度: 0.3nm/sec
次いでターゲットホルダを回転させてSiO2ターゲットに変更してSiO2膜を堆積させる。この時の成膜条件を以下に示す。
Then, a Ta 2 O 5 target is discharged to deposit Ta 2 O 5 on the quartz glass. The film forming conditions at this time are shown below.
RF frequency: 100 MHz
High frequency power: 2kW
Xe / Kr / Ar / O 2 gas = 5: 5: 1: 1, pressure: 5 mTorr
Growth rate: 0.3 nm / sec
Then depositing a SiO 2 film was changed to SiO 2 target by rotating the target holder. The film forming conditions at this time are shown below.
RF周波数: 100MHz
高周波電力: 2kW
Xe/Kr/Ar/O2ガス=5:5:1:1,圧力: 5mTorr
成長速度: 0.5nm/Sec
このような条件で中心波長365nmの近紫外光に対する増反射膜を形成した。
RF frequency: 100 MHz
High frequency power: 2kW
Xe / Kr / Ar / O 2 gas = 5: 5: 1: 1, pressure: 5 mTorr
Growth rate: 0.5nm / Sec
Under such conditions, a reflection enhancing film for near ultraviolet light having a center wavelength of 365 nm was formed.
図21は、上記Xeガス及びKrガスの部分をArに代えて、その他は同様に形成した膜との反射率の時間変化を図21に示す。明らかにXe,Krガスを用いたときに長寿命となることがわかる。
上記の実験は、本例で作製したレンズを用いて、図4に示す光学系を組んで行った。
FIG. 21 shows the time change of the reflectance with respect to the film formed in the same manner except that the Xe gas and Kr gas are replaced with Ar and the other portions are formed in the same manner. Obviously, when Xe and Kr gases are used, the lifetime becomes long.
The above experiment was performed using the lens manufactured in this example and assembling the optical system shown in FIG.
(実施例10)
本例では、XeとO2との体積比をかえた混合ガスを用いるとともに、基体ホルダに温度コントローラを付けて成膜時の温度を150℃〜20℃の範囲でコントロールし又電力エネルギの周波数を200MHz〜10MHzの範囲でコントロールして、堆積速度を0.1nm/sec〜1nm/secとして数種類の酸化アルミニウムからなる光学薄膜を作製した。他の点は、実施例4と同様とした。
図22は、Xeの量に対する透過率安定性を示すグラフである。
(Example 10)
In this example, a mixed gas in which the volume ratio of Xe and O 2 is changed is used, and a temperature controller is attached to the substrate holder to control the temperature during film formation in the range of 150 ° C. to 20 ° C. and the frequency of power energy. Was controlled in the range of 200 MHz to 10 MHz, and the deposition rate was 0.1 nm / sec to 1 nm / sec to produce optical thin films made of several types of aluminum oxide. The other points were the same as in Example 4.
FIG. 22 is a graph showing transmittance stability with respect to the amount of Xe.
1、3 基体、
2 反射防止膜、
2H 高屈折率の薄層、
2L 低屈折率の薄層、
2M 高屈折率の薄層2Hと低屈折率の薄層2Lとの中間の屈折率をもつ薄層 4 増反射膜、
4H 高屈折率の薄層、
4L 低屈折率の薄層、
11 作製装置、
12 成膜チャンバ、
12a ターゲット、
12b 基体ホルダ、
12c 磁石、
12d 電極、
13 ロードロック室、
13a ゲートバルブ、
14 排気手段、
15 ガス供給手段、
21 照明光源部、
22 露光機構部、
23 照明光源、
24 ミラー、
25 凹レンズ、
26 凸レンズ、
27 ミラー、
28 オプティカルインテグレータ、
29 ミラー、
30 コンデンサレンズ、
31 回路パターンが描かれているレチクル、
31a レチクルを吸着保持するレチクルホルダ、
32 レチクルのパターンを投影する投影光学系、
33 ウエハ、
34 XYステージ、
35 定盤、
36 TTLアライメントに用いられるアライメント手段、
L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10、L11 レンズ、
91 真空チヤンバ、
92 ターゲット、
92a、92b ホルダ、
93 プラズマを効率良く発生させるための磁石、
94 凸系レンズ、
96 周波数を変えることのできる高周波電源、
97 マッチング回路、
98 ターゲットの直流電位を決定するための直流電源、
100 ターゲットのローパスフィルター、
1002 レンズ支持部材、
911 ロードロックチャンバ、
912 ハロゲンランプ、
920 レンズストッカー、
301 液化窒素ガスタンク、
302 蒸発器、
303 純化装置、
304 SUS配管、
305、306、310 不動態酸化処理したSUS配管、
307 圧力調整器、
308 マスフローコントローラ、
309 窒素ガス導入用2連3方弁、
311 レンズストッカー、
312、315 SUS配管、
313 バルブ、
314 排気ポンプ。
1, 3 substrate,
2 antireflection film,
2H thin layer with high refractive index,
2L low refractive index thin layer,
2M A thin layer having an intermediate refractive index between the high refractive index thin layer 2H and the low refractive index thin layer 2L.
4H high refractive index thin layer,
4L low refractive index thin layer,
11 Production device,
12 Deposition chamber
12a target,
12b substrate holder,
12c magnet,
12d electrode,
13 Load lock room,
13a gate valve,
14 exhaust means,
15 gas supply means,
21 Illumination light source part,
22 exposure mechanism,
23 Illumination light source,
24 mirror,
25 concave lens,
26 Convex lens,
27 Mirror
28 Optical integrator,
29 Mirror,
30 condenser lens,
31 A reticle on which a circuit pattern is drawn,
31a A reticle holder that holds and holds a reticle;
32 projection optical system for projecting a reticle pattern,
33 wafers,
34 XY stage,
35 Surface plate,
36 alignment means used for TTL alignment,
L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, L8, L9, L10, L11 lenses,
91 Vacuum chamber
92 targets,
92a, 92b holder,
93 Magnet for generating plasma efficiently,
94 Convex lens,
96 High-frequency power supply that can change the frequency,
97 matching circuit,
98 DC power supply for determining the DC potential of the target,
100 target low-pass filter,
1002 a lens support member,
911 load lock chamber,
912 halogen lamp,
920 Lens Stocker,
301 liquefied nitrogen gas tank,
302 evaporator,
303 purification device,
304 SUS piping,
305, 306, 310 Passive oxidation treated SUS piping,
307 pressure regulator,
308 Mass flow controller,
309 Double 3-way valve for introducing nitrogen gas,
311 Lens stocker,
312, 315 SUS piping,
313 valve,
314 Exhaust pump.
Claims (3)
前記基体を100℃以下に保持した状態で、前記第1及び第2の透光性薄層の少なくとも一方を、クリプトン又はキセノンからなる群より選択された少なくとも一つの原子を含むスパッタリングガスを用いたターゲットのスパッタリングにより、前記基体表面に堆積することを特徴とする光学物品の製造方法。 In the method of manufacturing an optical article in which a first light-transmitting thin layer and a second light-transmitting thin layer having a refractive index higher than that of the first light-transmitting thin layer are laminated on the surface of the substrate,
A sputtering gas containing at least one atom selected from the group consisting of krypton or xenon was used for at least one of the first and second light-transmitting thin layers while the substrate was kept at 100 ° C. or lower. A method for producing an optical article , comprising depositing on the surface of the substrate by sputtering a target .
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