JP2008270808A - 多層膜反射鏡、露光装置、デバイス製造方法、多層膜反射鏡の製造方法 - Google Patents

多層膜反射鏡、露光装置、デバイス製造方法、多層膜反射鏡の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】所望の光学特性が得られる多層膜反射鏡を提供する。
【解決手段】多層膜反射鏡は、基材と、基材上に形成される多層膜とを備える。多層膜は、交互に積層される第1層と第2層とをそれぞれが含む複数の層対と、極端紫外光を反射可能な第1領域及び第2領域と、第1及び第2領域に配されかつ第1周期長を有する第1群と、第1領域に配されかつ第1周期長と異なる第2周期長を有する第2群と、第2領域に配されかつ第1周期長と実質的に同じ周期長を有する第3群とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、多層膜反射鏡、露光装置、デバイス製造方法、多層膜反射鏡の製造方法に関する。
フォトリソグラフィ工程で用いられる露光装置において、例えば下記特許文献1に開示されているような、露光光として極端紫外(EUV:Extreme Ultra-Violet)光を用いるEUV露光装置が案出されている。EUV露光装置の光学系には多層膜反射鏡が用いられる。
米国公開第2005/157384号公報
多層膜反射鏡の光学特性を調整するために、多層膜の表面を加工して表面の一部の層を取り去る場合、加工上の負担が大きくなる可能性がある。また、多層膜の表面を加工して表面の一部の層を取り去る場合、加工した領域と加工しない領域との間で位相変化量がステップ的に変化する等、所望の光学特性が得られない可能性がある。
本発明の態様は、所望の光学特性が得られる多層膜反射鏡を提供することを目的とする。また別の目的は、加工上の負担が大きくなることを抑制し、所望の光学特性が得られる多層膜反射鏡の製造方法を提供することである。また別の目的は、所望の光学特性が得られる多層膜反射鏡を用いて基板を良好に露光できる露光装置、及びその露光装置を用いるデバイス製造方法を提供することである。
本発明を例示する各態様として実施の形態に示す各図に対応付けした以下の構成を採用している。但し、各要素に付した括弧付き符号はその要素の例示に過ぎず、各要素を限定するものではない。
本発明を例示する第1の態様に従えば、基材(5)と、前記基材上に形成される多層膜(4)であり、交互に積層される第1層(1)と第2層(2)とをそれぞれが含む複数の層対(7)と、極端紫外光を反射可能な第1領域(A1)及び第2領域(A2)と、前記第1及び第2領域に配されかつ第1周期長(d1)を有する第1群(G1)と、前記第1領域に配されかつ前記第1周期長と異なる第2周期長(d2)を有する第2群(G2)と、前記第2領域に配されかつ前記第1周期長と実質的に同じ周期長を有する第3群(G3)とを備える前記多層膜と、を備える多層反射鏡が提供される。
本発明を例示する第1の態様によれば、多層膜が、第1周期長の第1群と、第1周期長と異なる第2周期長の第2群とを含む第1領域を有するので、所望の光学特性を得ることができる。
本発明を例示する第2の態様に従えば、露光光(EL)で基板(P)を露光する露光装置であって、上記態様の多層膜反射鏡(10)を備えた露光装置(EX)が提供される。
本発明を例示する第2の態様によれば、所望の光学特性が得られる多層膜反射鏡を備えているので、基板を良好に露光できる。
本発明を例示する第3の態様に従えば、上記態様の露光装置(EX)を用いて基板(P)を露光することと、露光された基板を現像することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
本発明を例示する第3の態様によれば、基板を良好に露光できる露光装置を用いてデバイスを製造することができる。
本発明を例示する第4の態様に従えば、基材(5)上に第1層(1)及び第2層(2)を交互に積層して極端紫外光を反射可能な多層膜(4)を形成することと、多層膜の少なくとも一部分を加熱して、多層膜に、第1周期長(d1)の第1群(G1)と、第1周期長と異なる第2周期長(d2)の第2群(G2)とを含む領域(A1)を形成することと、を含む多層膜反射鏡(10)の製造方法が提供される。
本発明を例示する第4の態様によれば、多層膜の少なくとも一部分を加熱することによって、第1周期長の第1群と、第1周期長と異なる第2周期長の第2群とを含む領域を形成するので、加工上の負担が大きくなることを抑制しつつ、所望の光学特性が得られる多層膜反射鏡を製造することができる。
本発明の態様によれば、多層膜反射鏡は、所望の光学特性を得ることができる。その多層膜反射鏡を備えた露光装置は、基板を良好に露光できる。また、その露光装置を用いて所望の性能を有するデバイスを製造できる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら例示的に説明するが、本発明はこれに限定されない。以下の説明においては、XYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。そして、水平面内の所定方向をX軸方向、水平面内においてX軸方向と直交する方向をY軸方向、X軸方向及びY軸方向のそれぞれに直交する方向(すなわち鉛直方向)をZ軸方向とする。また、X軸、Y軸、及びZ軸まわりの回転(傾斜)方向をそれぞれ、θX、θY、及びθZ方向とする。
<第1実施形態>
第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態に係る多層膜反射鏡10の一例を示す模式図である。図1において、多層膜反射鏡10は、基材5と、基材5上に交互に積層された第1層1及び第2層2を含み、極端紫外光を反射可能な多層膜4とを備えている。また、多層膜反射鏡10は、第1層1と第2層2との間に、第1層1を形成する物質と第2層2を形成する物質とが拡散して形成された拡散層3を備えている。
極端紫外光は、例えば波長5〜50nm程度の軟X線領域(極端紫外領域)の電磁波であって、多層膜4で反射される。以下の説明において、極端紫外光を適宜、EUV光、と称する。
基材5は、例えば超低膨張ガラスで形成される。基材5としては、例えばコーニング社製ULE、ショット社製Zerodur(登録商標)等を用いることができる。
第1層1、第2層2、及び拡散層3は、多層膜4の厚み方向とほぼ平行なZ軸方向において、周期的に形成されている。すなわち、本実施形態においては、多層膜4は、1つの第1層1、1つの第2層2、及び2つの拡散層3を含む1組の集合体を複数重ねたものである。光干渉理論に基づいて、多層膜4の各層の各界面で反射した反射波の位相が一致するように、各層の厚みのそれぞれが設定されている。多層膜4は、例えば60%以上の高い反射率でEUV光を反射可能である。
多層膜4は、所定の周期長を有する。本実施形態においては、周期長は、1つの第1層1、1つの第2層2、及び2つの拡散層3を含む1組の集合体の厚みである。すなわち、周期長は、第1層1の厚み、第1層1上に形成された拡散層3の厚み、第2層2の厚み、及び第2層2上に形成された拡散層3の厚みの和である。換言すれば、周期長は、所定の第1層1の下面と、その所定の第1層1に次いで多層膜4の表面4Sに近い第1層1の下面とのZ軸方向における距離(厚み)である。
以下の説明において、1つの第1層1、1つの第2層2、及び2つの拡散層3を含む1組の集合体を適宜、層対7、と称する。本実施形態においては、1つの層対7に関して、第1層1が第2層2に対して基材5側(図中、−Z側)に配置される。なお、多層膜4の表面4Sを形成する層対7においては、拡散層3は1つである。多層膜4の表面4Sは、第2層2によって形成されている。
本実施形態においては、基材5の表面は、XY平面とほぼ平行であり、+Z方向に複数の層対7が順次積層されている。
なお、拡散層3がない場合には、周期長は、1つの第1層1の厚みと1つの第2層2の厚みとの和であり、層対7は、1つの第1層1と1つの第2層2とからなる1組の集合体である。
多層膜4は、第1周期長d1の第1層群G1と、第1周期長d1と異なる第2周期長d2の第2層群G2とを含む第1領域A1を有する。また、多層膜4は、第1周期長d1の第1層群G1と、第1周期長d1と同じ周期長の第3層群G3とを含む第2領域A2を有する。
本実施形態においては、第1領域A1は、多層膜4の表面4Sとほぼ平行なXY平面内における多層膜4の一部分であって、第1層群G1、及び第2層群G2を含む。第2領域A2は、XY平面内において第1領域A1とは異なる多層膜4の一部分であって、第1層群G1、及び第3層群G3を含む。
第1層群G1は、多層膜4の厚み方向(Z軸方向)における多層膜4の一部分であって、多層膜4を形成する層対7(層)の複数の集合体である。第2層群G2は、Z軸方向において第1層群G1とは異なる多層膜4の一部分であって、多層膜4を形成する層対7(層)の複数の集合体である。第3層群G3は、Z軸方向において第1層群G1とは異なる多層膜4の一部分であって、多層膜4を形成する層対7(層)の複数の集合体である。
本実施形態においては、第1層群G1は、基材5上において、第1領域A1及び第2領域A2のそれぞれに亘って配置されている。第1領域A1の第1層群G1の層対7(層)の数と、第2領域A2の第1層群G1の層対7(層)の数とは等しい。
第2層群G2及び第3層群G3は、第1層群G1の+Z側(多層膜4の表面4S側)に配置されている。第2層群G2は、第1層群G1の+Z側において、第1領域A1に配置されている。第3層群G3は、第1層群G1の+Z側において、第2領域A2に配置されている。
第1領域A1の、第1層群G1の第1層1及び第2層2と、第2層群G2の第1層1及び第2層2とは、Z軸方向に関して連続している。すなわち、第1層群G1と第2層群G2との間には、他の層は存在しておらず、第1層群G1の第1層1及び第2層2と、第2層群G2の第1層1及び第2層2とは、Z軸方向に関して周期的に連続するように配置されている。同様に、第2領域A2の、第1層群G1の第1層1及び第2層2と、第3層群G3の第1層1及び第2層2とは、Z軸方向に関して連続している。
第2層群G2の第1層1及び第2層2と、第3層群G3の第1層1及び第2層2とは、第1領域A1と第2領域A2とで連続している。第1領域A1の第2層群G2の層対7(層)の数と、第2領域A2の第3層群G3の層対7(層)の数とは等しい。すなわち、第2層群G2の第1層1及び第2層2と、第3層群G3の第1層1及び第2層2との間には、段差等は存在しておらず、第1領域A1と第2領域A2とで滑らかに連続している。
本実施形態においては、第1領域A1において、第2層群G2の拡散層3の厚みは、第1層群G1の拡散層3の厚みよりも厚い。また、本実施形態においては、第1領域A1において、第2層群G2の第2周期長d2は、第1層群G1の第1周期長d1よりも小さい。また、第2層群G2の第2周期長d2は、第3層群G3の周期長(第1周期長)d1よりも小さい。
基材5上には、例えば数十〜数百組の層対7が積層される。一例として、本実施形態においては、基材5上に50組の層対7が積層されている。第2層群G2は、多層膜4の第1領域A1の表面から1層対〜10層対の部分である。一例として、本実施形態においては、第2層群G2は、多層膜4の第1領域A1の表面から5層対の部分である。すなわち、第2層群G2は、第1領域内における、多層膜4の表面に隣接する、5層対に対応する。
第1層1は、EUV光に対する屈折率と真空の屈折率との差が大きい物質で形成されている。第2層2は、EUV光に対する屈折率と真空の屈折率との差が小さい物質で形成されている。すなわち、第1層1のEUV光に対する屈折率と真空の屈折率との差は、第2層2の前記差よりも大きい。本実施形態においては、第1層(重原子層)1は、モリブデン(Mo)で形成されており、第2層(軽原子層)2は、シリコン(Si)で形成されている。すなわち、本実施形態の多層膜4は、モリブデン層(Mo層)とシリコン層(Si層)とを交互に積層したMo/Si多層膜である。多層膜4の表面4Sは、第2層2であるシリコン層で形成されている。
真空の屈折率n=1である。また、例えば波長13.5nmのEUV光に対するモリブデンの屈折率nMo=0.92であり、シリコンの屈折率nSi=0.998である。このように、第2層2は、EUV光に対する屈折率が真空の屈折率とほぼ等しい物質で形成される。
次に、上述の多層膜反射鏡10を製造する方法について説明する。まず、図2に示すように、基材5上に第1層1及び第2層2が交互に積層され、EUV光を反射可能な多層膜4が形成される。第1層1及び第2層2は、例えばスパッタリング法によって形成される。本実施形態においては、第1層1及び第2層2は、イオンビームスパッタリング法によって形成される。また、例えばマグネトロンスパッタ装置を用いて第1層1及び第2層2を形成することができる。
本実施形態においては、設計値(目標値)上の第1層1の厚みと設計値上の第2層2の厚みとの和、すなわち設計値上の周期長(目標値)を、6.95nmとする。また、設計値上の第1層1の厚みと第2層2の厚みとの比(以下、層厚比、と称する)(目標比率)を、2:3とする。すなわち、設計値上の第1層1の厚みを2.78nmとし、設計値上の第2層2の厚みを4.17nmとする。そして、この設計値に基づいて、第1層1及び第2層2を形成するときのスパッタ条件を含む製造条件が設定される。
第1層1及び第2層2を積層することによって、実際には、第1層1を形成する物質と第2層2を形成する物質とが拡散して、図2に示すように、第1層1と第2層2との間に拡散層3が形成される。上述のように、本実施形態においては、第1層1を形成する物質は、モリブデン(Mo)を含み、第2層2を形成する物質は、シリコン(Si)を含む。拡散層3を形成する物質は、珪化モリブデン(MoSix)を含む。これにより、基材5上に、第1層1、第2層2、及び拡散層3を含む多層膜4が形成される。基材5上には、第1周期長d1で、第1層1、第2層2、及び拡散層3が形成される。
一例として、図2の状態においては、第1層1の厚みは、2.3131nmであり、第2層2の厚みは、2.6369nmであり、拡散層3の厚みは、1.0000nmであり、周期長(第1周期長)d1は、6.95nmである。なお、上述の数値は、モリブデン、シリコンの分子量、密度等をパラメータとして、設計値上の層厚比に基づくモリブデンとシリコンとの原子数の比が維持されるようにシミュレーション実験を行った結果である。また、シミュレーション実験は、拡散層3がMoSiである場合を例にして行った。
なお、拡散層3の厚みは、第1層1及び第2層2を形成するときのスパッタ条件を含む製造条件を調整することによって、調整可能である。
次に、多層膜4の少なくとも一部分を加熱する処理が実行される。多層膜4の一部分を加熱することによって、その加熱した部分の多層膜4の周期長を変化させることができる。具体的には、多層膜4の一部分を加熱することによって、その加熱した部分の多層膜4の周期長を小さくすることができる。これにより、多層膜4に、第1周期長d1の第1層群G1と、第1周期長d1と異なる第2周期長d2の第2層群G2とを含む第1領域A1が形成される。
図3の(A)部は、加熱される前の多層膜4の一部分を示す模式図、図3の(B)部は、加熱された後の多層膜4の一部分を示す模式図である。図3に示すように、本実施形態においては、多層膜4を加熱することによって、その加熱した部分の多層膜4が収縮する現象が生じる。
すなわち、本実施形態においては、多層膜4を加熱することによって、拡散層3の形成が促進され、拡散層3の厚みが増大する現象が生じる。拡散層3の形成が促進され、拡散層3の厚みが増大すると、第1層1の厚み、及び第2層2の厚みが減少する。拡散層3の厚みが増大するとともに、第1層1及び第2層2の厚みが減少すると、第1層1、第2層2、及び拡散層3それぞれの密度に応じて、多層膜4が収縮する。すなわち、加熱することによって、モリブデン及びシリコンの原子の総数は変化しないものの、モリブデン、シリコン、珪化モリブデンの密度の関係によって、拡散の進行とともに1つ層対7の厚みが減少する。これにより、周期長が小さくなる。
このように、本実施形態においては、多層膜4の一部分を加熱することによって、その加熱した部分の多層膜4を収縮させ、周期長を小さくすることができる。
本実施形態においては、加熱する処理は、多層膜4の表面に対して光を照射する処理を含む。図4の(A)部に示すように、本実施形態においては、多層膜4の少なくとも一部を加熱するために、多層膜4の表面4Sにレーザ装置50からのレーザ光が照射される。レーザ装置50は、レーザ光を発生するレーザ光発生器と、レーザ光発生器から射出されたレーザ光を集光する集光光学系とを含む。レーザ装置50から射出されたレーザ光は、多層膜4の表面4Sの一部の局所的な領域に照射される。多層膜4の少なくとも一部分は、レーザ光によって加熱される。これにより、多層膜4の一部分が収縮し、周期長が変化する。本実施形態においては、多層膜4の温度が100℃以上になるように、多層膜4を加熱する。
また、加熱条件を調整することによって、周期長を調整することができる。上述のように、本実施形態においては、加熱する処理は、多層膜4の表面4Sに光(レーザ光)を照射する処理を含み、加熱条件は、光照射条件を含む。加熱条件(光照射条件)は、例えばレーザ光の光量(パワー)、波長、及び照射時間の少なくとも1つを含む。これら加熱条件(光照射条件)を調整することによって、周期長を調整することができる。また、加熱条件を調整することによって、周期長を変化させる層対7の数を調整することができる。層対7の数は、多層膜4の表面からの層対7の数を含む。
本実施形態においては、第1周期長d1の多層膜4の一部分を加熱して、その加熱した部分の第1周期長d1が所定量減少して、第2周期長d2となるように、加熱条件が調整されている。本実施形態においては、第1周期長d1が1%減少して、第2周期長d2となるように、加熱条件(光照射条件)が調整されている。なお、周期長の減少量は、小角X線散乱等の方法により、精確に計測できる。
また、本実施形態においては、多層膜4を加熱することによって、多層膜4の第1領域A1の表面から5層対の部分の周期長が第2周期長d2となるように、加熱条件(光照射条件)が調整されている。本実施形態においては、多層膜4の表面4Sと対向する位置から、多層膜4の表面4Sにレーザ光を照射するので、多層膜4の第1領域A1の表面から所定数の層対7の部分の周期長を変化させることができる。
これにより、図4の(B)部に示すように、多層膜4には、第1周期長d1の第1層群G1、及び第2周期長d2の第2層群G2を含む第1領域A1と、第1周期長d1の第1層群G1、及び第1周期長d1の第3層群G3を含む第2領域A2とが形成される。
このように、本実施形態においては、第2層群G2は、加熱されることによって形成される。換言すれば、本実施形態においては、第2層群G2は、加熱処理された加工領域(加熱領域)であり、第1層群G1及び第3層群G3は、加熱処理されない未加工領域(未加熱領域)である。そして、加熱処理された部分の第2層群G2の第1層1及び第2層2と、加熱処理されていない部分の第1層群G1の第1層1及び第2層2とは、滑らかに連続する。
一例として、本実施形態においては、第1層群G1及び第3層群G3の第1層1の厚みは、2.3131nmであり、第2層2の厚みは、2.6369nmであり、拡散層3の厚みは、1.0000nmである。第2層群G2の第1層1の厚みは、2.2437nmであり、第2層2の厚みは、2.4585nmであり、拡散層3の厚みは、1.0891nmである。第1層群G1及び第3層群G3の周期長である第1周期長d1は、6.95nmであり、第2層群G2の周期長である第2周期長d2は、6.8804nmである。
本実施形態によれば、多層膜4の局所的な領域を加熱して、多層膜4の周期長を所定量だけ変化させているので、多層膜反射鏡10にEUV光を入射させたとき、所望の反射率を維持しつつ、所望の位相変化を得ることができる。反射率は、多層膜4の表面4SにEUV光を入射したときの入射光の光量と、多層膜4で反射した反射光の光量との比である。位相変化は、多層膜4の表面4SにEUV光を入射したときの入射光の位相と、多層膜4で反射した反射光の位相と差である。
多層膜4の周期長を変化させた場合、多層膜反射鏡10のピーク波長を変化させることができる。ピーク波長は、電磁波(光)が多層膜反射鏡10に入射したとき、その多層膜反射鏡10が最も高い反射率で反射することができる電磁波の波長である。本実施形態においては、ピーク波長は、極端紫外領域(波長5〜50nm程度)において、多層膜反射鏡10が最も高い反射率で反射することができる電磁波の波長を含む。多層膜4の周期長とピーク波長とは対応する関係にあり、ピーク波長は、多層膜4の周期長に応じて変化する。一般に、周期長が短くなると、ピーク波長は短くなる。
ある所定波長(以下、使用波長、と称する)の電磁波(例えば波長13.5nmの電磁波)を多層膜反射鏡10に入射させる場合において、多層膜4の周期長を変化させてピーク波長を変化させた場合、ピーク波長の変化量に応じて、その使用波長の電磁波に対する位相変化量が変化する。すなわち、ピーク波長を変化させることによって、使用波長の電磁波に対する位相変化を調整することができる。位相変化を調整することによって、波面を変化させることができ、波面(波面収差)を良好に制御できる。
すなわち、本実施形態においては、多層膜4を加熱することによって周期長を調整し、周期長を調整することによってピーク波長を調整し、ピーク波長を調整することによって使用波長の電磁波に対する位相変化、ひいては波面を制御する。これにより、多層膜反射鏡10を含む光学系の波面を制御することができ、収差を低減するような位相制御を行うことができる。
ピーク波長が変化した場合、使用波長の電磁波に対する反射率が変化(低下)する可能性がある。本実施形態においては、反射率の変化量(低下量)が許容範囲内に収まるように、且つ所望の位相変化が得られるように、周期長の変化量(減少量)が調整される。周期長は、加熱条件を調整することによって、調整できる。
図5Aは、加熱前、及び加熱後のそれぞれの多層膜反射鏡10(多層膜4)に入射する電磁波の波長と反射率変化との関係を示す図、図5Bは、加熱前、及び加熱後のそれぞれの多層膜反射鏡10に入射する電磁波の波長と位相変化との関係を示す図である。加熱前の多層膜反射鏡10は、図2及び図4の(A)部に示したものであり、加熱後の多層膜反射鏡10は、図1及び図4の(B)部に示したものである。図5A及び5Bは、所定の照射条件でEUV光を多層膜反射鏡10に入射させたときのシミュレーション実験の結果を示す図であり、加熱前の多層膜反射鏡10に電磁波を入射させたときの結果を破線で示し、加熱後の多層膜反射鏡10に電磁波を入射させたときの結果を実線で示す。
シミュレーション実験を行った結果、加熱前の多層膜反射鏡10の直入射でのピーク波長は13.50nm、ピーク波長における反射率(以下、ピーク反射率、と称する)は70.1%、使用波長13.5nmにおける反射率は70.1%、使用波長13.5nmにおける位相変化量は−142°であった。
また、加熱後の第1領域A1における多層膜反射鏡10の直入射でのピーク波長は13.49nm、ピーク反射率は69.8%、使用波長13.5nmにおける反射率は69.8%、使用波長13.5nmにおける位相変化量は−126°であった。
上述のように、加熱前の使用波長13.5nmにおける反射率は、70.1%であり、加熱後の使用波長13.5nmにおける反射率は、69.8%であり、加熱前と加熱後にいて、反射率は、−0.3%しか変化しない。一方、加熱前の使用波長における位相変化量は、−142°であり、加熱後の使用波長における位相変化量は、−126°であり、加熱前と加熱後において、位相は、16°変化する。このように、多層膜4の周期長を所定量(ここでは1%)変化させることによって、多層膜反射鏡10にEUV光を入射させたとき、所望の反射率を維持しつつ、所望の位相変化を得ることができる。
なお、使用波長(13.5nm)の電磁波に関して位相を360°変化させるということは、例えば使用波長の半分(6.75nm)の量だけ基材5の表面を削ることと等価であり、位相を16°変化させるということは、約0.3nmだけ基材5の表面を削ることと等価である。また、従来のように多層膜の表面を加工して表面の一部の層を取り去る場合、位相を16°変化させるということは、多層膜の表面から2層対分の層を取り去ることと等価である。本実施形態によれば、多層膜4を加熱するといった簡易な方法で、位相を精確に変化させることができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、多層膜4の一部に、第1周期長d1の第1層群G1と、第2周期長d2の第2層群G2とを含む第1領域A1を設けたので、多層膜反射鏡10は、所望の光学特性を得ることができる。
また、第2層群G2の第1層1及び第2層2と、第3層群G3の第1層1及び第2層2との間には、段差等は存在しておらず、第1領域A1と第2領域A2とで滑らかに連続しており、多層膜4の面内の各領域間において、位相変化量がステップ的に変化する等の現象が生じることを抑制できる。
また、多層膜4の一部を加熱することで、加工上の負担が大きくなることを抑制しつつ、所望の光学特性を有する多層膜反射鏡10を製造できる。本実施形態においては、多層膜4に光を照射することによって、多層膜4を加熱するので、多層膜4の任意の位置(領域)を円滑に加熱できる。
また、本実施形態においては、多層膜4の第1領域A1の表面から5層対の部分の周期長が第2周期長d2となるように、加熱条件(光照射条件)が調整されている。例えば、50層対の全ての周期長を変化させるように多層膜4を加熱すると、ピーク波長が著しく変化し、所望の光学特性が得られない可能性がある。多層膜4の第1領域A1の表面から1層対〜10層対の部分の周期長を変化させるようにすることで、ピーク波長の著しい変化を抑え、所望の光学特性を得ることができる。
なお、本実施形態においては、多層膜4を加熱するために、その多層膜4にレーザ光を照射しているが、多層膜4に電子ビームを照射して、多層膜4を加熱してもよい。また、光照射に限られず、例えばヒータ等を用いて、多層膜4を加熱してもよい。
<第2実施形態>
次に、第2実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
図6は、第2実施形態に係る多層膜反射鏡10Bの一例を示す模式図である。本実施形態においては、多層膜反射鏡10Bは、多層膜4の表面4Sを覆うように配置された保護層6を備える。
多層膜4は、上述の実施形態と同様、第1周期長d1の第1層群G1と、第2周期長d2の第2層群G2とを含む第1領域A1と、第1周期長d1の第1層群G1と、第1周期長d1と同じ周期長の第3層群G3とを含む第2領域A2とを有している。多層膜4の表面4Sは、第2層2によって形成されている。
保護層6は、多層膜4の表面4Sを覆うように配置されている。本実施形態においては、保護層6は、ルテニウム(Ru)で形成されている。一例として、本実施形態における保護層6の厚みは、2nmである。
EUV光は、大気に吸収され、減衰するので、多層膜反射鏡をEUV露光装置の光学系として使用する場合、多層膜反射鏡が配置される所定空間は真空状態に設定される。しかしながら、所定空間を完全な真空状態にすることは困難であり、その所定空間に酸素(及び/又は水分)等が僅かに存在する可能性がある。保護層が無く、多層膜反射鏡の表面が多層膜で形成されている場合、所定空間に酸素等が存在する状態でEUV光が多層膜反射鏡の表面に照射されると、その表面が酸化する可能性がある。多層膜(Mo/Si多層膜)は酸化し易く、この場合、多層膜反射鏡の光学性能が劣化する可能性がある。
また、多層膜反射鏡が配置される所定空間を完全な真空状態にできず、例えば露光対象の基板の感光材(フォトレジスト)、所定空間を真空状態にするための真空システムに用いられるオイル、及び各種可動機構に用いられる潤滑剤等から所定空間に有機ガスが放出される可能性がある。放出された有機ガスが多層膜反射鏡の表面と接触し、その有機ガスと接触した状態の多層膜反射鏡の表面にEUV光が照射されると、光化学反応により、炭素を主成分とする物質が多層膜反射鏡の表面に付着する可能性がある。炭素を主成分とする物質の付着は、カーボンコンタミネーション(カーボンコンタミ)と呼ばれる。多層膜反射鏡の表面にカーボンコンタミが形成されると、その多層膜反射鏡の光学性能が劣化する。カーボンコンタミを除去するために、そのカーボンコンタミを酸化させる処理(例えばオゾンアッシング処理)を実行することが考えられるが、保護層が無く、多層膜反射鏡の表面が多層膜で形成されている場合、カーボンコンタミとともに、多層膜反射鏡の表面も酸化してしまい、光学性能が劣化する可能性がある。
本実施形態においては、多層膜4の表面に保護層6が配置されているので、表面が酸化したり、カーボンコンタミが多層膜に付着したり、カーボンコンタミを除去するための処理に起因して反射面が酸化したりする等の不具合の発生を抑制できる。したがって、多層膜4の表面の劣化を抑制できる。
次に、上述の多層膜反射鏡10Bを製造する方法について説明する。まず、上述の第1実施形態と同様、基材5上に第1層1及び第2層2が交互に積層され、EUV光を反射可能な多層膜4が形成される。第1層1、第2層2、及び拡散層3を含む多層膜4は、例えばスパッタリング法によって形成される。
次に、図7に示すように、多層膜4の表面4Sを覆うように、保護層6が形成される。保護層6は、例えばイオンビームスパッタリング法及びマグネトロンスパッタリング法を含むスパッタリング法等の所定の成膜方法を用いて形成される。なお、図7及び図8の(A)部に示す第1層1、第2層2、及び拡散層3の各層の厚み、周期長等は、図2に示したものと同等である。
次に、多層膜4の少なくとも一部分を加熱する処理が実行される。加熱する処理は、多層膜4の表面に対して光を照射する処理を含む。図8の(A)部に示すように、本実施形態においては、多層膜4の少なくとも一部を加熱するために、保護層6の表面にレーザ装置50からのレーザ光が照射される。多層膜4の少なくとも一部分は、レーザ光によって加熱される。これにより、多層膜4の一部分が収縮し、図8の(B)部に示すように、多層膜4には、第1周期長d1の第1層群G1、及び第2周期長d2の第2層群G2を含む第1領域A1と、第1周期長d1の第1層群G1、及び第1周期長d1の第3層群G3を含む第2領域A2とが形成される。なお、図6及び図8の(B)部に示す第1層1、第2層2、及び拡散層3の各層の厚み、周期長等は、図1に示したものと同等である。
なお、ここでは、多層膜4の表面4Sを覆うように保護層6を配置した後、その保護層6にレーザ光を照射することによって、多層膜4を加熱して、周期長を変化させているが、基材5上に多層膜4を形成した後、保護層6を形成する前に、多層膜4にレーザ光を照射して、周期長を変化させ、その後、その多層膜4の表面を覆うように、保護層6を配置するようにしてもよい。
図9Aは、加熱前、及び加熱後のそれぞれの多層膜反射鏡10Bに入射する電磁波の波長と反射率変化との関係を示す図、図9Bは、加熱前、及び加熱後のそれぞれの多層膜反射鏡10Bに入射する電磁波の波長と位相変化との関係を示す図である。加熱前の多層膜反射鏡10Bは、図7及び図8の(A)部に示したものであり、加熱後の多層膜反射鏡10Bは、図6及び図8の(B)部に示したものである。図9A及び9Bは、所定の照射条件でEUV光を多層膜反射鏡10Bに入射させたときのシミュレーション実験の結果を示す図であり、加熱前の多層膜反射鏡10Bに電磁波を入射させたときの結果を破線で示し、加熱後の多層膜反射鏡10Bに電磁波を入射させたときの結果を実線で示す。
シミュレーション実験を行った結果、加熱前の多層膜反射鏡10Bの直入射でのピーク波長は13.47nm、ピーク反射率は70.8%、使用波長13.5nmにおける反射率は70.7%、使用波長13.5nmにおける位相変化量は+113°であった。
また、加熱後の第1領域A1における多層膜反射鏡10の直入射でのピーク波長は13.45nm、ピーク反射率は69.8%、使用波長13.5nmにおける反射率は69.2%、使用波長13.5nmにおける位相変化量は+128°であった。
上述のように、加熱前の使用波長13.5nmにおける反射率は、70.7%であり、加熱後の使用波長13.5nmにおける反射率は、69.2%であり、加熱前と加熱後にいて、反射率は、−1.5%しか変化しない。一方、加熱前の使用波長における位相変化量は、+113°であり、加熱後の使用波長における位相変化量は、+128°であり、加熱前の加熱後において、位相は、15°変化する。このように、保護層6を設けた場合であっても、多層膜4の周期長を所定量変化させることによって、多層膜反射鏡10BにEUV光を入射させたとき、所望の反射率を維持しつつ、所望の位相変化を得ることができる。
なお、本実施形態においては、保護層6がルテニウム(Ru)で形成されている場合を例にして説明したが、例えば、ルテニウム合金、ロジウム(Rh)、ロジウム合金、ニオブ(Nb)、ニオブ合金、白金(Pt)、白金合金、モリブデン(Mo)、モリブデン合金、二酸化チタン(TiO)、二酸化シリコン(SiO)、二酸化ジルコニウム(ZrO)、二珪化モリブデン(MoSi)、炭化シリコン(SiC)、酸化ニオブ等の無機酸化物又はこれらの組合せからなるグループから選ばれる材料を用いることもできる。
なお、本実施形態においては、保護層6を形成するために、スパッタリング法を用いているが、それら保護層6を形成する物質に応じて、スパッタリング法のみならず、真空蒸着法、CVD法等、他の成膜方法を用いて、保護層6を形成することができる。
なお、上述の第1、第2実施形態においては、第1層1、及び第2層2を形成するために、スパッタリング法を用いているが、それら各層を形成する物質に応じて、スパッタリング法のみならず、真空蒸着法、CVD法等、他の成膜方法を用いて、各層を形成することができる。
なお、上述の第1、第2実施形態においては、基材5の表面、加熱前の多層膜4の表面4Sが、XY平面とほぼ平行な平面である場合を例にして説明したが、基材5の表面、及び多層膜4の表面が、多層膜4側(+Z側)に対して突出する凸面であってもよい。また、基材5の表面、及び多層膜4の表面が、多層膜4側(+Z側)に対して凹む凹面であってもよい。
なお、上述の第1、第2実施形態においては、多層膜4がMo/Si多層膜である場合を例にして説明したが、例えばEUV光の波長帯域に応じて、多層膜4を形成する材料を変更することができる。例えば、11.3nm付近の波長帯域のEUV光を用いる場合には、モリブデン層(Mo層)とベリリウム層(Be層)とを交互に積層したMo/Be多層膜を用いることで、高い反射率を得ることができる。
また、上述の第1、第2実施形態において、多層膜4の第1層1を形成するための物質として、ルテニウム(Ru)を用いることができる。また、多層膜4の第1層1を形成するための物質として、モリブデン(Mo)とルテニウム(Ru)とを組み合わせてもよい。また、多層膜4の第1層1を形成するための物質として、炭化モリブデン(MoC)、酸化モリブデン(MoO)、珪化モリブデン(MoSi)等を用いてもよい。また、多層膜4の第2層2を形成する物質として、炭化シリコン(SiC)を用いることができる。
なお、上述の第1、第2実施形態において、例えば、基材5と多層膜4との間に銀合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の熱伝達率が大きい金属層が設けられてもよいし、基材5と多層膜4との間に、フッ化リチウム(LiF)、フッ化マグネシウム(MgF)、フッ化バリウム(BaF)、フッ化アルミニウム(AlF)、フッ化マンガン(MnF)、フッ化亜鉛(ZnF)等の水溶性の下地層や、共晶合金、Bi、Pb、In、Sn、及びCdからなる群から選ばれる2種類以上の組合せからなる2元系から5元系の共晶合金、Au−Na共晶合金、Na−Tl共晶合金、K−Pb共晶合金等の低融点の合金を含む下地層が設けられてもよい。
<第3実施形態>
次に、第3実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
図10は、第3実施形態に係る露光装置EXである。本実施形態の露光装置EXは、露光光ELとしてEUV光を用いるEUV露光装置である。上述の第1、第2実施形態で説明した多層膜反射鏡10(10B)が、本実施形態に係るEUV露光装置EXの光学系として用いられる。
図10において、露光装置EXは、マスクMを保持しながら移動可能なマスクステージ11と、露光光ELが照射される基板Pを保持しながら移動可能な基板ステージ12と、マスクステージ11に保持されたマスクMを露光光ELで照明する照明光学系ILと、露光光ELで照明されたマスクMのパターンの像を基板Pに投影する投影光学系PLと、少なくとも露光光ELが通過する所定空間を形成し、その所定空間を真空状態(例えば、1.3×10−3Pa以下)にする真空システムを有するチャンバ装置VCとを備えている。
照明光学系ILは、複数の光学素子IR〜IRを含み、光源13からの露光光ELで、マスクMを照明する。本実施形態の光源13は、レーザ励起型プラズマ光源であって、ハウジング14と、レーザ光を射出するレーザ装置15と、キセノンガス等のターゲット材料をハウジング14内に供給する供給部材16とを含む。レーザ装置15から射出され、集光光学系17で集光されたレーザ光は、供給部材16の先端から射出されるターゲット材料に照射される。レーザ光が照射されたターゲット材料は、プラズマ化してEUV光を発生する。供給部材16の先端で発生したEUV光は、コンデンサ18によって集光される。コンデンサ18を介したEUV光は、ハウジング14の外側に配置されているコリメータミラー19に入射する。なお、光源13は、放電型プラズマ光源でもよい。
照明光学系ILは、複数の光学素子IR〜IRを有し、マスクM上の照明領域を均一に照明する。照明光学系ILにより照明され、マスクMで反射した露光光(EUV光)は、投影光学系PLに入射する。
投影光学系PLは、複数の光学素子PR〜PRを有する。露光光ELで照明されたマスクMのパターンの像は、投影光学系PLを介して、感光材(レジスト)の膜が形成された基板Pに投影される。
本実施形態においては、照明光学系ILの複数の光学素子IR〜IR、及び投影光学系PLの複数の光学素子PR〜PRの少なくとも1つに、上述の第1〜第4実施形態で説明した多層膜反射鏡が用いられている。これにより、照明光学系IL及び投影光学系PLの光学性能が維持されるので、基板Pを良好に露光できる。
なお、上述の実施形態の基板Pとしては、半導体デバイス製造用の半導体ウエハのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスク又はレチクルの原版(合成石英、シリコンウエハ)等が適用される。
露光装置EXとしては、マスクMと基板Pとを同期移動してマスクMのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置(スキャニングステッパ)の他に、マスクMと基板Pとを静止した状態でマスクMのパターンを一括露光し、基板Pを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置(ステッパ)にも適用することができる。
さらに、ステップ・アンド・リピート方式の露光において、第1パターンと基板Pとをほぼ静止した状態で、投影光学系を用いて第1パターンの縮小像を基板P上に転写した後、第2パターンと基板Pとをほぼ静止した状態で、投影光学系を用いて第2パターンの縮小像を第1パターンと部分的に重ねて基板P上に一括露光してもよい(スティッチ方式の一括露光装置)。また、スティッチ方式の露光装置としては、基板P上で少なくとも2つのパターンを部分的に重ねて転写し、基板Pを順次移動させるステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。
また、例えば米国特許第6,611,316号公報に開示されているように、2つのマスクのパターンを、投影光学系を介して基板上で合成し、1回の走査露光によって基板上の1つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置などにも本発明を適用することができる。
また、本発明は、米国特許6,341,007号、米国特許6,400,441号、米国特許6,549,269号、及び米国特許6,590,634号、米国特許6,208,407号、米国特許6,262,796号などに開示されているような複数の基板ステージを備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。
更に、例えば米国特許第6,897,963号等に開示されているように、基板を保持する基板ステージと基準マークが形成された基準部材及び/又は各種の光電センサを搭載した計測ステージとを備えた露光装置にも本発明を適用することができる。また、複数の基板ステージと計測ステージとを備えた露光装置にも適用することができる。
露光装置EXの種類としては、基板Pに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置、薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD)、マイクロマシン、MEMS、DNAチップ、あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。
なお、法令で許容される限りにおいて、上述の各実施形態及び変形例で引用した露光装置等に関する全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。
以上のように、上記実施形態の露光装置EXは、各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図11に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ201、この設計ステップに基づいたマスク(レチクル)を製作するステップ202、デバイスの基材である基板を製造するステップ203、前述した実施形態に従って、マスクのパターンの像で基板に露光し、露光した基板を現像する基板処理(露光処理)を含む基板処理ステップ204、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む)205、検査ステップ206等を経て製造される。
第1実施形態に係る多層膜反射鏡の一例を示す模式図である。 第1実施形態に係る多層膜反射鏡の製造方法を説明するための模式図である。 第1実施形態に係る多層膜反射鏡の製造方法を説明するための模式図である。 第1実施形態に係る多層膜反射鏡の製造方法を説明するための模式図である。 第1実施形態に係る多層膜反射鏡に対する加熱処理と反射率変化との関係を示す図である。 第1実施形態に係る多層膜反射鏡に対する加熱処理と位相変化との関係を示す図である。 第2実施形態に係る多層膜反射鏡の一例を示す模式図である。 第2実施形態に係る多層膜反射鏡の製造方法を説明するための模式図である。 第2実施形態に係る多層膜反射鏡の製造方法を説明するための模式図である。 第2実施形態に係る多層膜反射鏡に対する加熱処理と反射率変化との関係を示す図である。 第2実施形態に係る多層膜反射鏡に対する加熱処理と位相変化との関係を示す図である。 第3実施形態に係る露光装置の一例を示す模式図である。 マイクロデバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。
符号の説明
1…第1層、2…第2層、3…拡散層、4…多層膜、4S…表面、5…基材、6…保護層、7…層対、10…多層膜反射鏡、A1…第1領域、A2…第2領域、G1…第1層群、G2…第2層群、G3…第3層群、EX…露光装置

Claims (24)

  1. 基材と、
    前記基材上に形成される多層膜であり、交互に積層される第1層と第2層とをそれぞれが含む複数の層対と、極端紫外光を反射可能な第1領域及び第2領域と、前記第1及び第2領域に配されかつ第1周期長を有する第1群と、前記第1領域に配されかつ前記第1周期長と異なる第2周期長を有する第2群と、前記第2領域に配されかつ前記第1周期長と実質的に同じ周期長を有する第3群とを備える前記多層膜と、
    を備える多層反射鏡。
  2. 前記第2群の前記第1及び第2層と、前記第3群の前記第1及び第2層とは、前記第1領域と前記第2領域とで連続している請求項1記載の多層膜反射鏡。
  3. 前記第2領域の、前記第1群の前記第1及び第2層と前記第3群の前記第1及び第2層とは連続している請求項1又は2記載の多層膜反射鏡。
  4. 前記第1領域の第2群の層の数と、前記第2領域の第3群の層の数とは等しい請求項1〜3のいずれか一項記載の多層膜反射鏡。
  5. 前記第1領域の第1群の層の数と、前記第2領域の第1群の層の数とは等しい請求項1〜4のいずれか一項記載の多層膜反射鏡。
  6. 前記第1領域の、前記第1群の前記第1及び第2層と前記第2群の前記第1及び第2層とは連続している請求項1〜5のいずれか一項記載の多層膜反射鏡。
  7. 前記第1層と前記第2層との間に、前記第1層を形成する物質と前記第2層を形成する物質とが拡散して形成された拡散層を備え、
    前記第1領域において、前記第2群の拡散層の厚みは、前記第1群の拡散層の厚みよりも厚い請求項1〜6のいずれか一項記載の多層膜反射鏡。
  8. 前記第2周期長は、前記第1周期長よりも小さい請求項7記載の多層膜反射鏡。
  9. 前記第2群は、前記多層膜の前記第1領域の表面から1層対〜10層対の部分である請求項7又は8記載の多層膜反射鏡。
  10. 前記第1層の、極端紫外光に対する屈折率と真空の屈折率との差は、前記第2層の前記差よりも大きい請求項1〜9のいずれか一項記載の多層膜反射鏡。
  11. 前記第1層は、モリブデン及びルテニウムの少なくとも1つを含む請求項1〜10のいずれか一項記載の多層膜反射鏡。
  12. 前記第2層は、シリコンを含む請求項1〜11のいずれか一項記載の多層膜反射鏡。
  13. 前記多層膜の表面を覆うように配置された保護層を備える請求項1〜12のいずれか一項記載の多層膜反射鏡。
  14. 前記保護層は、ルテニウム、ルテニウム合金、ロジウム、ロジウム合金、ニオブ、ニオブ合金、白金、白金合金、モリブデン、モリブデン合金、二酸化チタン、二酸化シリコン、二酸化ジルコニウム、二珪化モリブデン、炭化シリコン又はこれらの組合せからなるグループから選ばれる材料を含む請求項13記載の多層膜反射鏡。
  15. 露光光で基板を露光する露光装置であって、
    請求項1〜請求項14のいずれか一項記載の多層膜反射鏡を備えた露光装置。
  16. 請求項15記載の露光装置を用いて基板を露光することと、
    前記露光された基板を現像することと、を含むデバイス製造方法。
  17. 基材上に第1層及び第2層を交互に積層して極端紫外光を反射可能な多層膜を形成することと、
    前記多層膜の少なくとも一部分を加熱して、前記多層膜に、第1周期長の第1群と、前記第1周期長と異なる第2周期長の第2群とを含む領域を形成することと、を含む多層膜反射鏡の製造方法。
  18. 前記加熱は、該加熱した部分の前記多層膜の周期長を小さくすることを含む請求項17記載の製造方法。
  19. 前記加熱は、該加熱した部分の前記多層膜を収縮させることを含み、
    加熱した部分の前記第1層及び前記第2層と加熱していない部分の前記第1層及び前記第2層とは連続する請求項17又は18記載の製造方法。
  20. 前記加熱は、前記第1層を形成する物質と前記第2層を形成する物質とが拡散して前記第1層と前記第2層との間に形成される拡散層の厚みを増大させることを含む請求項17〜19のいずれか一項記載の製造方法。
  21. 前記加熱は、前記多層膜の表面を光で照射することを含む請求項17〜20のいずれか一項記載の製造方法。
  22. 前記加熱は、前記多層膜の表面を電子ビームで照射することを含む請求項17〜20のいずれか一項記載の製造方法。
  23. 前記多層膜の少なくとも一部の周期長を調整するために、加熱条件を調整することをさらに含む請求項17〜22のいずれか一項記載の製造方法。
  24. 前記加熱は、前記多層膜の面内の一領域の表面から1層対〜10層対の少なくとも一部の周期長を変化させる請求項17〜23のいずれか一項記載の製造方法。
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