JP2007088237A - 多層膜反射鏡及びｅｕｖ露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
露光に不必要であり、投影光学系を構成する反射鏡の熱膨張をもたらす励起光を、その手前で吸収することができる多層膜反射鏡を提供すること。
【解決手段】
石英からなる基板１の上に、露光光反射膜２が形成され、その上に励起光反射防止膜３が形成されている。長波長である励起光は、表面側に配置された励起光の反射防止部分により吸収されるので、励起光の反射が小さく抑えられる。一方、短波長である露光光は、励起光反射防止部分を透過し、露光光反射部分に到達して反射される。
【選択図】
図１

Description

本発明は、ＥＵＶ露光装置（極端紫外線露光装置とも呼ばれ、本明細書、及び特許請求の範囲においては、波長が１５ｎｍ未満の紫外線を用いた露光装置をいう）に使用するのに好適な多層膜反射鏡、及びこの多層膜反射鏡を有するＥＵＶ露光装置に関するものである。

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光）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

ＥＵＶ光源として、一般的に使用されているものは、レーザー光を励起光としてターゲット物質に照射し、ターゲット物質をプラズマ化し、そのときに発生するＥＵＶ光（露光光）を使用するものである。露光光を発生させる手段としてレーザープラズマを用いる構造の露光装置では、発生した露光光と同一の光路で、励起光であるレーザー光（例えば、波長１５７ｎｍ、１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、２６６ｎｍなどの何れか）が各光学素子（ミラー等）に到達する。

このとき、到達したレーザー光の一部は各光学素子に吸収され、熱膨張による形状変化を誘発して結果的に結像性能に悪影響を及ぼす。特にＥＵＶ光を露光光として用いる露光装置では、各光学素子が真空中に保持されることから気体を介した熱交換が行なわれず、素子の温度上昇はより顕著に生じる。このような現象を回避するため、従来技術ではレーザー光の出力を抑える、フィルターや回折格子を配設するなどの手段により各光学素子の温度上昇を防止してきた。

しかしながら露光装置を用いるリソグラフィープロセスでは、レーザー光出力を抑制すると、露光時間が長時間化し、スループットの低下に結びつくなどの問題点があった。また、フィルターや回折格子等の新たな光学素子を追加すると、光学系が複雑化して結像性能の低下や製造コストの上昇に結びつくなどの問題点があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、露光に不必要であり、投影光学系を構成する反射鏡の熱膨張をもたらす励起光を、その手前で吸収することができる多層膜反射鏡、及びそれを使用したＥＵＶ露光装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、 励起光によって露光光を励起し、当該露光光によって露光を行う露光装置に用いられる多層膜反射鏡であって、前記露光光に対して３０％以上の反射率を有すると共に、前記励起光を含む５０ｎｍ以上の波長帯域に対して２０％以下の反射率を有することを特徴とする多層膜反射膜である。

本手段は、露光光に対しては高い反射率を有するので、露光光を低い損失率で下流側の光学系に伝達することができる。又、励起光に対しては低い反射率を有するので、下流側の光学系に伝達される励起光が大幅に減少し、下流側の光学系が励起光により熱変形する量を小さく抑えることができる。

前記課題を解決するための第２の手段は、 第１の手段であって、前記多層膜が、表面側に配した励起光の反射防止部分と基板側に配した露光光反射部分を有することを特徴とする多層膜反射膜である。

本手段においては、長波長である励起光は、表面側に配置された励起光の反射防止部分により吸収されるので、励起光の反射が小さく抑えられる。一方、短波長である露光光は、励起光反射防止部分を透過し、露光光反射部分に到達して反射される。

前記課題を解決するための第３の手段は、 第２の手段であって、前記反射防止部分は酸化ケイ素（ＳｉＯ）又は炭素（Ｃ）を含む層であることを特徴とする多層膜反射膜である。

本手段においては、安価で容易に反射防止部分を製造することができる。
前記課題を解決するための第４の手段は、 第１の手段から第３の手段のいずれかであって、前記露光光が波長１５ｎｍ以下のＥＵＶ光であることを特徴とする多層膜反射膜である。

波長が１５ｎｍ以下のＥＵＶ光を使用する露光装置は、特に微細なパターンの露光を行うものであり、光学系の熱変形を小さく抑える必要があるので、本手段を用いることが特に有効である。

前記課題を解決するための第５の手段は、第１の手段から第４の手段のいずれかであって、前記励起光が波長１５０ｎｍ以上のレーザー光であることを特徴とする多層膜反射膜である。

励起光が、波長が１５０ｎｍ以上のレーザー光である場合には、光学系に吸収されると熱変形を発生する割合が特に大きくなる。よって、本手段を用いることが特に有効である。

前記課題を解決するための第６の手段は、第１の手段から第５の手段のうちいずれかの多層膜反射鏡を有することを特徴とするＥＵＶ露光装置である。
本手段においては、投影光学系に入ってくる励起光を小さく抑えることができるので、投影光学系の熱変形を小さくでき、よって、正確な露光転写を行うことができる。

本発明によれば、露光に不必要であり、投影光学系を構成する反射鏡の熱膨張をもたらす励起光を、その手前で吸収することができる多層膜反射鏡、及びそれを使用したＥＵＶ露光装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例を説明する。図１は、本発明の実施例である多層膜反射鏡（平面鏡）の構成を示す図である。図１に示すように、石英からなる基板１の上に、露光光反射膜２が形成され、その上に励起光反射防止膜３が形成されている。励起光反射防止膜３の厚さは５〜数１０ｎｍであり、この多層膜反射鏡の露光光（波長１３．５ｎｍ）に対する反射率が直入射で３０％以上となるように設定されている。

（実施例１）
波長が２６６ｎｍのＹＡＧレーザー光４倍波（励起光）でプラズマを励起し、波長が１３．５ｎｍのＥＵＶ光を露光光として使用する場合の多層膜反射鏡を製作した。この多層膜反射鏡においては、入射光は５°の入射角で入射するものとして設計されたものである。

露光光反射膜２は、Ｍｏ（２．４ｎｍ）とＳｉ（４．５ｎｍ）の繰り返しで構成される４０層対の多層膜構造を有しており、励起光反射防止膜３は、ＳｉＯ又はＣの１層構造を有している。

比較例として、基板上にＭｏ（２．４ｎｍ）とＳｉ（４．５ｎｍ）の繰り返しで構成される４０層対の多層膜構造からなる露光光反射膜のみを成膜した多層膜反射鏡を製作した。

図２に、実施例１の、ＳｉＯ（２０ｎｍ）又はＣ（３０ｎｍ）からなる励起光反射防止膜３を有する多層膜反射鏡の露光光（波長１３．５ｎｍ）に対する分光反射率、図３に、この多層膜反射鏡の、励起光に対する分光反射率を示す。一方、図６は比較例の多層膜反射鏡における励起光の分光反射率を示している。

図２から、この多層膜反射鏡の露光光（波長１３．５ｎｍ）に対する反射率は、励起光反射防止膜がＳｉＯ（２０ｎｍ）で５１％程度、Ｃ（３０ｎｍ）で４９％程度であり十分高いことが分かる。また、図３と図６を比較すると、波長が２００ｎｍ〜４００ｎｍの反射率は、実施例１の多層膜反射鏡の場合２５％程度以下であり、比較例の多層膜反射鏡の場合４０％〜６０％程度であり、本実施の形態の多層膜反射鏡においては、従来の多層膜反射鏡の１／２近くまで低下していることが分かる。また、実施例１の多層膜反射鏡の場合、波長が２００ｎｍ〜３５０ｎｍ（波長帯域：１５０ｎｍ程度）において反射率が２０％程度以下となっている。

（実施例２）
波長が２６６ｎｍのＹＡＧレーザー光４倍波（励起光）でプラズマを励起し、波長が１３．５ｎｍのＥＵＶ光を露光光として使用する場合の多層膜反射鏡を製作した。この多層膜反射鏡においては、入射光は５°の入射角で入射するものとして設計されたものである。

露光光反射膜２は、Ｍｏ（２．４ｎｍ）とＳｉ（４．５ｎｍ）の繰り返しで構成される４０層対の多層膜構造を有しており、励起光反射防止膜３は、ＳｉＯとＣの２層構造を有している。

比較例として、基板上にＭｏ（２．４ｎｍ）とＳｉ（４．５ｎｍ）の繰り返しで構成される４０層対の多層膜構造からなる露光光反射膜のみを成膜した多層膜反射鏡を製作した。

図４に、ＳｉＯ（１０ｎｍ〜２２ｎｍ）とＣ（５ｎｍ）からなる励起光反射防止膜３を有する多層膜反射鏡の露光光（波長１３．５ｎｍ）に対する分光反射率、図５に、この多層膜反射鏡の、励起光に対する分光反射率を示す。一方、図６は比較例の多層膜反射鏡における励起光の分光反射率を示している。

図４から、この多層膜反射鏡の露光光（波長１３．５ｎｍ）に対する反射率は、励起光反射防止膜がＳｉＯ（１０ｎｍ）とＣ（５ｎｍ）で５７％程度、ＳｉＯ（１５ｎｍ）とＣ（５ｎｍ）で５１％程度、ＳｉＯ（２０ｎｍ）とＣ（５ｎｍ）で４９％程度、ＳｉＯ（２２ｎｍ）とＣ（５ｎｍ）で４６％程度であり十分高いことが分かる。また、図５と図６を比較すると、波長が２００ｎｍ〜４００ｎｍの反射率は、実施例２の多層膜反射鏡の場合３５％程度以下であり、比較例の多層膜反射鏡の場合４０％〜６０％程度であり、本実施の形態の多層膜反射鏡においては、従来の多層膜反射鏡より低下していることが分かる。また、実施例２の多層膜反射鏡の場合、波長が２００ｎｍ〜２５０ｎｍ（波長帯域：５０ｎｍ程度）において反射率が２０％程度以下となっている。

（発明の実施の形態）
本発明の実施の形態であるＥＵＶ露光装置の概要を図７に示す。ＥＵＶ光源３１から放出されたＥＵＶ光３２は、照明光学系３３に入射し、コリメータミラーとして作用する凹面ミラー３４を介してほぼ平行光束となり、一対のフライアイミラー３５ａおよび３５ｂからなるオプティカルインテグレータ３５に入射する。

こうして、第２フライアイミラー３５ｂの反射面の近傍、すなわちオプティカルインテグレータ３５の射出面の近傍には、所定の形状を有する実質的な面光源が形成される。実質的な面光源からの光は、平面ミラー３６により偏向された後、マスクＭ上に細長い円弧状の照明領域を形成する（円弧状の照明領域を形成するための開口板は図示を省略している）。照明されたマスクＭのパターンからの光は、複数のミラー（図７では例示的に６つのミラーＭ１〜Ｍ６）からなる投影光学系ＰＬを介して、ウエハＷ上にマスクパターンの像を形成する。

なお、このようなミラーを使用した光学系では、投影露光に近軸光線を使用することができないので、全体の収差を一様として補正するために、リング状の投影露光フィールドを有している。このような、リング状の投影露光フィールドでは、３０ｍｍ角程度のチップを一括で露光することはできないので、レチクルとウエハを同期スキャンさせて露光を行うようにされている。

このようなＥＵＶ露光装置に使用される反射鏡としては、基板の上に多層膜を形成し、界面での微弱な反射光を位相を合わせて多数重畳させて高い反射率を得る多層膜反射鏡が一般的に使用されている。

本実施の形態においては、平面ミラー３６として、本発明に係る多層膜反射鏡を使用している。このように、比較的精度を要しない照明光学系における反射鏡として、本発明の多層膜反射鏡を使用することにより、高精度を要する投影光学系の反射ミラー（Ｍ１〜Ｍ６）に入射する露光に不必要な光を減少させ、投影光学系のミラーの熱変形を小さく抑えることができる。よって、露光精度の低下を抑えることができる。

図１は、本発明の実施例に係る多層膜反射鏡の構成を示す概略図である。 図２は、本発明の第１実施例に係る多層膜反射鏡の露光光に対する分光反射率を示す図である。 図３は、本発明の第１実施例に係る多層膜反射鏡の励起光に対する分光反射率を示すを示す図である。 図４は、本発明の第２実施例に係る多層膜反射鏡の露光光に対する分光反射率を示す図である。 図５は、本発明の第２実施例に係る多層膜反射鏡の励起光に対する分光反射率を示すを示す図である。 図６は、比較例の多層膜反射鏡の励起光に対する分光反射率を示す概略図である。 図７は、本発明の実施の形態に係るＥＵＶ露光装置の概要を示す概略図である。

符号の説明

１・・・基板、２・・・露光光反射膜、３・・・励起光反射防止膜

Claims (6)

1. 励起光によって露光光を励起し、当該露光光によって露光を行う露光装置に用いられる多層膜反射鏡であって、前記露光光に対して３０％以上の反射率を有すると共に、前記励起光を含む５０ｎｍ以上の波長帯域に対して２０％以下の反射率を有することを特徴とする多層膜反射膜。
2. 請求項１に記載の多層膜反射膜であって、前記多層膜が、表面側に配した励起光の反射防止部分と基板側に配した露光光反射部分を有することを特徴とする多層膜反射膜。
3. 請求項２に記載の多層膜反射膜であって、前記反射防止部分は酸化ケイ素（ＳｉＯ）又は炭素（Ｃ）を含む層であることを特徴とする多層膜反射膜。
4. 請求項１〜３いずれかに記載の多層膜反射膜であって、前記露光光が波長１５ｎｍ以下のＥＵＶ光であることを特徴とする多層膜反射膜。
5. 請求項１〜４いずれかに記載の多層膜反射膜であって、前記励起光が波長１５０ｎｍ以上のレーザー光であることを特徴とする多層膜反射膜。
6. 請求項１〜５いずれかに記載の多層膜反射鏡を有することを特徴とするＥＵＶ露光装置。