JP2007335444A - 光学素子及び光学装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 表面粗さを高い精度で制御可能な光学素子を提供する。
【解決手段】 基板10、基板10上に配置され、磁場の強さに応じて膜厚が変動する磁歪膜11、及び磁歪膜11上に配置され、光を反射する反射膜12を備える。
【選択図】 図4
【解決手段】 基板10、基板10上に配置され、磁場の強さに応じて膜厚が変動する磁歪膜11、及び磁歪膜11上に配置され、光を反射する反射膜12を備える。
【選択図】 図4
Description
本発明は光学技術に関し、特に光学素子及び光学装置に係る。
近年、半導体装置の微細化が進み、半導体装置を製造する露光装置に波長が5〜15nmの極紫外(EUV)光を用いることが検討されている。しかし、EUV光はあらゆる物質に吸収されやすい。またEUV光を用いると、物質の屈折率は1.0近くになるため、従来の露光装置で用いられた屈折光学系が使用できない。そのためEUV光を用いる露光装置では、複数のミラーからなる反射光学系が採用されている。しかしEUV光用のミラーの反射率は通常70%程度であり、ミラーに入射するEUV光のエネルギーのうち30%はミラーに吸収され、熱膨張の原因となっている。そのため、ミラーの内部に空気袋を配置し、空気袋の伸縮によって熱膨張によるミラーの変形を補正する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、空気袋の伸縮をナノメートルオーダーで制御するのは困難であり、ひいてはミラーの表面粗さをナノメートルオーダーで制御するのは不可能であった。
特開2004-56125号公報
本発明は、表面粗さを高い精度で制御可能な光学素子及び光学装置を提供することを目的とする。
本発明の態様によれば、基板と、基板上に配置され、磁場の強さに応じて膜厚が変動する磁歪膜と、磁歪膜上に配置され、光を反射する反射膜とを備える光学素子が提供される。
本発明の他の態様によれば、光を発する光源と、複数の磁場発生部と、複数の磁場発生部上に配置され、磁場の強さに応じて膜厚が変動する磁歪膜と、磁歪膜上に配置され、光を反射する反射膜と、複数の磁場発生部のそれぞれが発生させる磁場を制御し、磁歪膜の膜厚を制御する制御機構とを備える光学装置が提供される。
本発明によれば、表面粗さを高い精度で制御可能な光学素子及び光学装置を提供可能である。
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。なお以下の示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部品の配置等を下記のものに特定するものではない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
本発明の実施の形態に係る光学装置は、半導体装置を製造する露光装置である。露光装置は、図1に示すように、光を発する光源31、光源31から発せられた光を伝搬する照明光学系130、及び照明光学系130で伝搬された光が照射されるマスク40を保持するマスクステージ41を備える。さらに露光装置は、マスク40で反射された光を伝搬する投影光学系131、及び投影光学系131で伝搬された光で露光されるレジスト膜が塗布されたウェハ57を保持するウェハステージ48を備える。
光源31は、赤外域から可視域の波長のレーザ光を発する。例えば、半導体レーザ励起によるイットリウム‐アルミニウム‐ガーネット(YAG)レーザやエキシマレーザ等が光源31から発せられる。光源31に隣接して集光レンズ32が配置される。集光レンズ32は光源31から発せされたレーザ光を焦点33に集光する。焦点33にはキセノン(Xe)ガスが供給されている。Xeガスはレーザ光で照射されることにより高温になる。さらにXeがプラズマ状態に励起され、低ポテンシャル状態へ遷移する際に波長が12nm〜14nmの軟X線領域のEUV光が放出される。放出されたEUV光は楕円鏡34で集光され、放物面鏡35で反射される。
放物面鏡35で反射されたEUV光が伝搬される照明光学系130は、反射鏡36, 37、コンデンサミラー38、及び光路折り曲げ鏡39を備える。EUV光は反射鏡36, 37で反射され、さらにコンデンサミラー38で反射集光される。コンデンサミラー38で反射集光されたEUV光は光路折り曲げ鏡39で反射され、マスクステージ41に静電吸着力で固定されたマスク40に到達する。
マスク40の下方には投影光学系131が配置されている。また投影光学系131の下方には、ウェハ57を保持するウェハステージ48が配置されている。投影光学系131は、コンデンサミラー42、光路折り曲げ鏡43, 44、コンデンサミラー45、光路折り曲げ鏡46、及びコンデンサミラー47を備える。マスク40で反射されたEUV光は、コンデンサミラー42で反射集光され、光路折り曲げ鏡43, 44で反射される。さらにEUV光はコンデンサミラー45で反射集光され、光路折り曲げ鏡46で反射される。光路折り曲げ鏡46で反射されたEUV光はコンデンサミラー47で集光反射され、ウェハ57表面に塗布されたレジスト膜上で焦点を結ぶ。投影光学系131の倍率は、例えば1/4である。EUV光は空気に吸収されるため、照明光学系130及び投影光学系131等の環境は真空に保たれるのが好ましい。
マスクステージ41は、図2の上面図に示すように、複数の開口51a, 51b, 51c, 51d…がマトリックス状に設けられた支持体141を備える。A-A方向から見た断面図である図3に示すように、複数の開口51a〜51dの内部には複数の磁場発生部61a, 61b, 61c, 61d…が各々配置されている。複数の磁場発生部61a〜61dのそれぞれには、電磁コイル等が使用可能である。磁場発生部61aには電源62a及びスイッチ63aが接続されている。スイッチ63aが通電状態になると、電源62aから磁場発生部61aに電流が供給され、磁場発生部61aから磁場が生じる。磁場発生部61bには電源62b及びスイッチ63bが接続されている。磁場発生部61cには電源62c及びスイッチ63cが接続されている。磁場発生部61dには電源62d及びスイッチ63dが接続されている。複数のスイッチ63a〜63d及び複数の電源62a〜62dのそれぞれは、図1に示す制御機構150に接続されている。制御機構150は複数のスイッチ63a〜63dのそれぞれの開閉、及び複数の電源62a〜62dのそれぞれが供給する電流の大きさを制御し、複数の磁場発生部61a〜61dのそれぞれが発生させる磁場の大きさを制御する。
実施の形態に係る光学素子であるマスク40は、図4に示すように、基板10、基板10上に配置され、磁場の強さに応じて膜厚が変動する磁歪膜11、磁歪膜11上に配置され、EUV光を反射する反射膜12、及び反射膜12上に部分的に配置され、EUV光を吸収する吸収膜15を備える。基板10の材料には、チタン(Ti)がドープされた溶融シリカ(Si)等の低熱膨張物質(LTEM : Low Thermal Expansion Material)が使用可能である。磁歪膜11の材料には、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)等の鉄族元素、あるいはランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)等のランタノイド、あるいはホイスラー合金等が使用可能である。
反射膜12は、モリブデン(Mo)を材料とするMo薄膜と、シリコン(Si)を材料とするSi薄膜を交互に40層から50層堆積させた多層膜である。例えば、一対のMo薄膜とSi薄膜の膜厚は6.6nmである。また一対のMo薄膜とSi薄膜の膜厚に対するMo薄膜の膜厚の比は0.33である。反射膜12上には、反射膜12の酸化等を防止する保護膜13が配置されている。保護膜13の材料としては、Siあるいはルテニウム(Ru)等が使用可能である。保護膜13上には、中間層14が部分的に配置されている。中間層14は、反射膜12上に吸収膜15を形成する際に、反射膜12及び保護膜13をドライエッチングから保護するために配置されている。中間層14の材料としては、酸化シラン(SiO2)等が使用可能である。吸収膜15の材料としては、アルミニウム(Al)、窒化タンタル(TaN)、タングステン(W)等が使用可能である。中間層14及び吸収膜15は、製造される半導体装置の回路パターンに対応して、保護膜13上に部分的に配置されている。なおマスク40は、吸収膜15が配置された面を下側にして、図1に示すマスクステージ41に固定される。図4に示す基板10の磁歪膜11が配置された面と対向する面上には、導電膜16が配置されている。導電膜16を基板10上に配置することにより、マスク40をマスクステージ41に静電吸着力で固定することが可能となる。
磁歪膜11は、図5に示すように、複数の磁区111a, 111b, 111c, 111dからなる。図6に示すように、複数のスイッチ63a〜63dのそれぞれが開いている場合、磁歪膜11には磁場が加わらない。磁場が加わらない場合、図5に示す複数の磁区111a〜111dのそれぞれの磁化の方向はまちまちである。これに対し、図7に示すように例えばスイッチ63aが閉じられ、磁場発生部61aから磁場が発生すると、磁場発生部61a上の磁歪膜11の一部に磁場が加えられ、複数の磁区111a〜111dのそれぞれの磁化の方向は、図8に示すように磁場の方向と同方向に揃えられる。そのため複数の磁区111a, 111b, 111c, 111dのそれぞれの形状は変形し、磁場の方向に沿って伸長する。磁場が加えられていない場合の磁歪膜11の膜厚をtとし、磁歪膜11の磁場が加えられた部分の膜厚の増加分をΔtとすると、磁場と磁歪膜11の膜厚tに対する増加分Δtの関係は図9で与えられる。
図4に示すマスク40の吸収膜15や反射膜12に光が吸収されると、熱膨張により吸収膜15や反射膜12の膜厚が変化し、吸収膜15の高さ位置が変化する。吸収膜15の高さ位置が変化すると、図1に示すウェハ57上のマスク40の投影像の位置がずれ、半導体装置の製造誤差の原因となる。また熱膨張により図4に示す吸収膜15や反射膜12の膜厚が変化すると、図1に示す投影光学系131において収差やフレアが生じることもある。さらに図6に示すマスク40の基板10やマスクステージ41の支持体141が欠陥等により平坦でない場合や、マスク40とマスクステージ41との間にゴミ等の粒子が存在する場合にも、図1に示すウェハ57上のマスク40の投影像の位置がずれる。
これに対し、マスク40の図7に示す磁歪膜11の膜厚は、露光装置の複数の磁場発生部61a〜61dのそれぞれによって部分的に伸縮させることが可能である。そのため、吸収膜15や反射膜12が熱膨張しても、反射膜12の位置を補正したり、あるいは投影光学系131の収差を補正することが可能となる。そのため、図1に示すウェハ57上のマスク40の投影像の位置ずれや収差によるディストーションも補正することが可能となる。またマスク40の図7に示す磁歪膜11の膜厚は、機械的な駆動によらず、複数の磁場発生部61a〜61dのそれぞれから発生する磁場によって制御される。そのため、クロストーク等が生じず、真空中においても、容易に磁歪膜11の膜厚を制御することが可能となる。さらに複数の磁場発生部61a〜61dがマスクステージ41に設けられているため、磁歪膜11以外に膜厚を制御する複雑な機構をマスク40に設ける必要がない。またマスク40とマスクステージ41との間に電気配線や機械的な接続を設ける必要もない。そのため、マスク40の製造コストを低く抑えることが可能となる。半導体装置の製造現場ではマスクの交換がしばしば行われるが、実施の形態に係るマスク40を用いれば、半導体装置の製造コストも低く抑えられる。
次に図10乃至図18を用いて、実施の形態に係るマスクの製造方法を説明する。
(a) まず図10に示す第1主面101及び第1主面と対向する第2主面102を有する基板10を用意する。次に蒸着法等により基板10の第2主面102上に導電膜16を形成する。その後、粉末冶金法等により製造された磁歪膜11を準備し、図11で基板10の第1主面101上に磁歪膜11を密着させる。
(b) 図12で、磁歪膜11上にマグネトロンスパッタ法により、Siターゲットを用いてアルゴン(Ar)ガス環境下でSi薄膜を磁歪膜11上に形成する。次にMoターゲットを用いてArガス環境下でMo薄膜をSi薄膜上に形成する。以後、Mo薄膜の形成とSi薄膜の形成を交互に繰り返し、反射膜12を磁歪膜11上に形成する。その後、Siターゲットを用いてArガス環境下で図13に示す保護膜13を反射膜12上に形成する。
(c) 図14で化学蒸着(CVD)法等により保護膜13上にSiO2を蒸着させ、中間層14を形成する。次に図15で、スパッタリング法等により中間層14上にAlを堆積させ、吸収膜15を形成する。図16で、吸収膜15上にレジスト膜をスピン塗布し、リソグラフィ法等によりレジスト膜に開口パターンを設け、吸収膜15上にエッチングマスク17を形成する。
(d) 図17でArガスを用いたドライエッチング法等により、エッチングマスク17から表出する吸収膜15の複数の部分を選択的に除去する。この時、保護膜13は中間層14で保護される。その後、アッシング法等によりエッチングマスク17を吸収膜15表面から除去する。図18で、複数の部分が選択的に除去された吸収膜15をマスクにして、中間層14の表出する部分を異方性エッチング法等により選択的に除去し、図4に示すマスク40が完成する。
次に図19のフローチャートを用いて、実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。
(a) ステップS101で、図10乃至図18で説明した手順に従って、図4に示すマスク40を製造する。ステップS102で、マスク40の吸収膜15及び保護膜13の表面粗さを、走査型電子顕微鏡(SEM)や原子間力顕微鏡(AFM)等の表面分析装置を用いて分析する。許容値以上の大きさの突起や窪みが吸収膜15及び保護膜13に存在する場合、表面分析装置で突起や窪みの大きさを計測する。
(b) ステップS103で、吸収膜15及び保護膜13の突起や窪みを補正するために磁歪膜11に加える磁場の強度を、図9に示す予め取得された磁場と磁歪膜11の膜厚変動量との関係等を用いて決定する。次にステップS104で、図6に示すように、露光装置のマスクステージ41にマスク40を固定する。
(c) ステップS105で、複数の磁場発生部61a〜61dのうち、吸収膜15及び保護膜13の突起や窪みの近傍にある磁場発生部が磁場を発生するよう、図1に示す制御機構150は、図6に示す複数のスイッチ63a〜63dのそれぞれの開閉を制御する。また図1に示す制御機構150は、ステップS103で決定された強度の磁場が発生するように、図6に示す複数の電源62a〜62dが複数の磁場発生部61a〜61dのそれぞれに供給する電流の大きさを制御する。磁場が加えられることにより磁歪膜11の膜厚が変動し、吸収膜15及び保護膜13の突起や窪みが補正される。
(d) ステップS106で、図1に示すウェハステージ48にレジスト膜をスピン塗布したウェハ57を配置する。次に光源31からレーザ光を発し、Xeガス環境下の焦点33で発生するEUV光をマスク40に照射する。マスク40で反射されたEUV光は投影光学系131を経て、ウェハ57上にマスク40の投影像を形成する。その後、レジスト膜の現像処理、及び配線工程等を経て半導体装置が完成する。
以上示した半導体装置の製造方法によれば、図4に示すマスク40の吸収膜15、保護膜13、あるいは反射膜12に突起や窪みが存在した場合でも、磁歪膜11の膜厚を制御することにより、吸収膜15及び保護膜13の突起や窪みを補正することが可能となる。そのため、マスク40を製造する時の吸収膜15及び保護膜13の表面粗さの許容範囲を広くとることが可能となる。したがって、マスク40の製造コストを低下させ、マスク40の製造歩留まりを向上させることが可能となる。
また、図6に示すマスク40の基板10は、必ずしも平坦ではなく湾曲している場合がある。マスクステージ41の支持体141も、平坦ではなく湾曲している場合がある。さらにそれぞれ異なる回路パターンに対応する複数のマスク40を製造し、マスクステージ41上のマスク40を順次交換して半導体装置を製造する場合があるが、複数のマスク40のそれぞれの基板10の湾曲の程度が一致しないこともある。しかし、図19のステップS102で基板10や支持体141の湾曲の程度も測定し、ステップS105で湾曲を補正するよう磁歪膜11に磁場を加えれば、設計通りのマスク40で得られる投影像と同等の投影像を、図1に示すウェハ57上に形成することが可能となる。
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。例えば実施の形態においては、磁歪膜を備える光学素子として図4に示すマスク40を説明した。しかし磁歪膜を備える光学素子は、反射鏡等にも適用可能である。例えば図1に示す反射鏡36が、図20に示すように、基板110、基板110上に配置された磁歪膜211、及び磁歪膜211上に配置された反射膜112を備えていてもよい。反射鏡36はさらに導電膜116を備え、静電吸着力等により反射鏡ステージ341に固定される。反射鏡ステージ341は、複数の開口が設けられた支持体241、支持体241の複数の開口にそれぞれ挿入された複数の磁場発生部161a, 161b, 161c, 161d…、複数の磁場発生部161a〜161dにそれぞれ接続された複数の電源162a, 162b, 162c, 162d…、及び複数の磁場発生部161a〜161dと複数の電源162a〜162dの間にそれぞれ接続された複数のスイッチ163a, 163b, 163c, 163d…を備える。例えば図1に示す投影光学系131に収差やフレアが生じた場合、図20に示す複数の磁場発生部161a〜161dのそれぞれから磁場を発生させて反射鏡36の磁歪膜211の膜厚を調節し、収差やモアレを除去してもよい。さらには、図4等には磁性膜11は反射膜12と基板10との間に配置されているが、反射膜12の中に配置されていてもよい。また、実施の形態では光学装置として露光装置を説明したが、他に光学顕微鏡及びホログラム製作装置等にも本発明は適用可能である。さらに、図19のステップS102でマスク40の反射膜12の熱膨張をシミュレーション等で予測し、ステップS105で反射膜12の熱膨張を補正するよう磁歪膜11に磁場を加えてもよい。以上示したように、本発明の技術的範囲は上記の説明からは妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
10…基板
11…磁歪膜
12…反射膜
15…吸収膜
31…光源
40…マスク
41…マスクステージ
61a, 61b, 61c, 61d…磁場発生部
111a, 111b, 111c, 111d…磁区
150…制御機構
11…磁歪膜
12…反射膜
15…吸収膜
31…光源
40…マスク
41…マスクステージ
61a, 61b, 61c, 61d…磁場発生部
111a, 111b, 111c, 111d…磁区
150…制御機構
Claims (5)
- 基板と、
前記基板上に配置され、磁場の強さに応じて膜厚が変動する磁歪膜と、
前記磁歪膜上に配置され、光を反射する反射膜
とを備えることを特徴とする光学素子。 - 前記反射膜上に部分的に配置され、前記光を吸収する吸収膜を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
- 光を発する光源と、
複数の磁場発生部と、
前記複数の磁場発生部上に配置され、磁場の強さに応じて膜厚が変動する磁歪膜と、
前記磁歪膜上に配置され、前記光を反射する反射膜と、
前記複数の磁場発生部のそれぞれが発生させる前記磁場を制御し、前記磁歪膜の前記膜厚を制御する制御機構
とを備えることを特徴とする光学装置。 - 前記複数の磁場発生部のそれぞれは、コイルであることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
- 前記反射膜上に部分的に配置され、前記光を吸収する吸収膜を更に備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の光学装置。
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