JP2009038342A

JP2009038342A - 干渉フィルタ及びその製造方法

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Publication number: JP2009038342A
Application number: JP2008144211A
Authority: JP
Inventors: Ulf Brauneck; ブラウネクウルフ; Ulrich Jeschkowski; イェシュコヴスキウーリッヒ; Thomas Strohmaier; ストロマイアートーマス; Wolfgang Erbach; エルバッハヴォルフガンク
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2008-06-02
Publication date: 2009-02-19
Anticipated expiration: 2028-06-02
Also published as: JP5399006B2; TWI432799B; DE102007025600B4; EP1998195A1; TW200909892A; CN101393294B; US8000002B2; US20080297886A1; EP1998195B1; CN101393294A; DE102007025600A1

Abstract

【課題】水銀ランプのｉ線などに対し十分な狭帯域性を有して選択的にフィルタリングでき、かつ長期にわたる安定性を改善できるＵＶ干渉フィルタを製造するための方法を提供する。
【解決手段】基板３にフッ化マグネシウム、フッ化鉛、及び酸化アンチモンなどから成る高屈折率を有する層５１と、低屈折率を有する層５２を共蒸着によって交互に堆積する。堆積後、基板に熱処理及びＵＶ光による照射を行い、層系を安定化させて誘電体透過干渉フィルタ１を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は概して干渉フィルタに関する。特に、本発明は、ＵＶリソグラフィ用の干渉フィルタに関する。

高品質ＵＶ干渉フィルタを使用する１つの分野は、特に半導体部品の製造におけるリソグラフィである。例えば、通常使用される蒸気ランプのスペクトルからできるだけ単色光をフィルタリングするために、干渉フィルタを、いわゆるステッパにおいて使用する。ステッパでは、ウエハ、又は施されたフォトレジストが、縮小されるようにウエハ上に投影されるマスクを介して段階的に露光される。

多くの場合、この目的のために水銀ランプの水銀のｉ線が用いられる。ここで、この光をフィルタリングするためのフィルタに関して特定の要件が生じる。より短い波長では、それに応じて干渉層の光学的厚さの許容差も減少する。許容差は、新たに組み込まれたフィルタの場合においてのみ適合させる必要があるだけではなく、長期にわたる安定性という厳しい要件もある。ここでは、透過も透過窓（単数又は複数）のエッジの位置も比較的長期にわたって変化するべきではない。

したがって、本発明は、長期にわたる安定性を改善したＵＶ干渉フィルタを提供するという目的に基づく。この目的は、独立請求項の主題によって達成される。本発明の有利な構成及び発展は、それぞれの従属請求項において明記される。

したがって、誘電体透過干渉フィルタを製造する方法であって、基板を蒸着室に配置し、高屈折率を有する層及び低屈折率を有する層を基板上に交互に堆積 (deposit) させ、前記層は、構成成分であるフッ化マグネシウム、フッ化鉛、及び酸化アンチモンのうちの少なくとも２つの共蒸着によってそれぞれ製造され、高屈折率及び低屈折率を有するこれらの層は異なる組成を有する、方法を提供する。このようにコーティングされた基板は次いで、層を堆積した後に少なくとも５０℃の温度で熱処理を受けると共にＵＶ光で照射される。このプロセスにおいて、照射の過程で、スペクトル透過窓内の中心透過波長に対して、フィルタの透過において透過窓(transmission window)の中心波長が減少する。

透過フィルタの場合、もちろんここでは、層系の透過窓において透明である基板を選択することが好都合である。

換言すると、本発明による方法は、蒸着室内で誘電体干渉フィルタを製造するために、高屈折率を有する層及び低屈折率を有する層を基板上に交互に堆積し、構成成分であるフッ化マグネシウム、フッ化鉛、及び酸化アンチモンの異なる組成を有する交互の第１の層及び第２の層を有する交互の層系を堆積させ、コーティング後、透過窓又は反射窓の中心波長は、熱処理を受けると共にＵＶ光で照射される、コーティングされた基板によって、設計波長の方向内のより短い波長の方にシフトされる。より短い波長へのシフトは、関連する層の屈折率の増加によって生じる。屈折率の増加は一般的に、非常に小さくではあるが、透過窓の拡張も伴う。

したがって、コーティングの結果得られるものは、誘電体ＵＶ干渉フィルタを製造するための中間製品であり、これは、基板と、当該基板に堆積される、交互の第１の層及び第２の層を有する交互の層系とからなり、第１の層及び第２の層は、構成成分である酸化アンチモン、フッ化鉛、及びフッ化マグネシウムの互いに異なる組成を含有し、これらの層の厚さは、設計波長ｅの１／４の倍数であり、熱処理及び／又はＵＶ照射によって、透過窓又は反射窓の中心波長を、設計波長よりも長い波長から生じる設計波長の方向にシフトさせることが可能である。

特に、低屈折率を有する層は、フッ化マグネシウム及びフッ化鉛の共蒸着によって製造され、高屈折率を有する層は、フッ化鉛及び酸化アンチモンの共蒸着によって製造され、それによって、低屈折率を有する層がフッ化マグネシウム及びフッ化鉛の混合物を含有し、かつ、高屈折率を有する層がフッ化鉛及び酸化アンチモンの混合物を含有する。代替形態として、低屈折率を有する層の堆積がフッ化マグネシウム及び酸化アンチモンを蒸着することからなり、高屈折率を有する層の堆積がフッ化鉛及び酸化アンチモンを蒸着することからなり、それによって、低屈折率を有する層がフッ化マグネシウム及び酸化アンチモンの混合物を含有し、かつ、高屈折率を有する層がフッ化鉛及び酸化アンチモンの混合物を含有するようにすることも可能である。

本発明において、中心波長は、プラトー型の最大透過（plateau-shaped transmission maximum）の場合におけるプラトーの平均波長であるものと理解され、その他の場合、窓内の最大透過の波長である。

照射は、熱処理の前、最中、又は後に行うことができる。熱処理後の照射が好ましい。

この場合驚くべきことに、熱処理後、特にＵＶ照射後に、中心波長は長期間安定であり、それによってフィルタは、ＵＶ範囲に関して他の誘電体透過フィルタと比べて大幅に長い寿命を有するようになる。

現在の知識レベルによれば、様々な分析方法を使用して、ＵＶ照射前後の層系において実質的に差異がないことそれ自体を証明することができる。層の形態は、例えば破損エッジを走査型電子顕微鏡で見た場合、変わらないように見える。

この効果は、主に層の組成の変化によるものであると推測される。ＭｇＦ_２及び特にＰｂＦ_２は、蒸着の際に分離し、堆積の際に再結合する。この場合、フッ素はより容易に揮発するため、不完全な再結合が起こる可能性があり、結果としてサブストチオメトリック（substochiometric）層が得られる。

この場合、ＵＶ照射は明らかに、例えばＵＶ励起された酸素マイグレーションによって酸素による後充填(post-loading)を引き起こし、これは次いで、一方ではこの場合の層の光学密度の変化につながり、他方では化学的安定化につながる。コーティング後に熱処理及びＵＶ処理が行われない場合、水が酸素欠陥部に取り込まれる可能性があり、これはさらに、化学的安定化を恒久的に妨げる可能性がある。

ＵＶ透過フィルタは、特に、ＵＶ照射後に、透過窓が、長い波のエッジが４５０ナノメートル未満の波長にあるスペクトル位置を有するように、層の厚さが調整されるようなフィルタであると理解される。本発明の特に好ましい用途は、半導体リソグラフィの露光装置においてフィルタを使用するために、水銀のｉ線用の透過フィルタを製造することにある。したがって、この目的のために、コーティングの層の厚さは、透過窓が、特にＵＶ光での照射後に、３６５ナノメートルの波長を含むように選択される。

良好な狭帯域性（narrowband nature）は一般的に、ラインフィルタに必要とされる。したがって好ましくは、層系、又は層の数及び厚さは、最大透過が最大で２０ナノメートル、好ましくは最大で１５ナノメートルの半値幅を有するように選択される。合計で少なくとも１５層、好ましくは少なくとも２０層を有する層系がこの目的に適している。

設計波長をシフトすると共に安定化させるためのＵＶ光による照射は、好ましくは少なくとも５時間の持続時間、好ましくは約２４時間〜４８時間の持続時間にわたって行われる。特に、水銀ランプ、又は同様に３６５ナノメートルの波長でＵＶ光を放射するランプがＵＶ光源として適している。

一般的に、透過窓の中心波長の、より短い波長へのシフト（少なくとも０．１ナノメートル、好ましくは少なくとも０．２ナノメートル）は、照射及び／又は熱処理によって達成される。通常の値は、０．２ナノメートル〜０．５ナノメートルの範囲のシフトである。しかし、一般的に必要とされる狭帯域性の場合、このようなシフトは、蒸気ランプの線のかなりの透過増加に直ちにつながる。これは、通常の線幅も数ナノメートルの範囲にしかないためである。

熱処理は、好ましくは２５０℃未満の中温で行われる。熱処理の持続時間は、さらに好ましくは、少なくとも１２時間である。例として、１００℃での２４時間の熱処理が好適であると分かっている。

特に有利な方法では、広面積で長期安定のフィルタも、本方法によって製造することができる。この場合、少なくとも１００ミリメートルの横方向寸法又は直径を有する基板領域を、本発明に従ってコーティングし後処理することができる。

本発明を、添付の図面を参照して、以下詳細に説明する。

図１は、水銀ランプのｉ線をフィルタリングする誘電体透過干渉フィルタ１を概略的に示す。フィルタは、側部３１、３２を有する基板３を有し、この基板は、ｉ線、すなわち３６５ナノメートルの波長を有する光に対して透過性である。例えば、ガラスが基板材料として適している。

交互の層５１、５２を有する交互の干渉層系５が基板に堆積される。この場合、層５１及び層５２がそれぞれ交互になっており、層５１は層５２よりも高い屈折率を有し、分かりやすくするために以下では高屈折率を有する層と呼ぶ。

高屈折率を有する層５１は、Ｓｂ_２Ｏ_３及びＰｂＦ_２の共蒸着によって製造され、低屈折率を有する層５２は、ＰｂＦ_２及びＭｇＦ_２の共蒸着によって製造され、各材料に対して専用の供給源が使用される。一般的に、特に電子ビーム蒸着が、高融点を有する材料を堆積するのに適している。１つ又は複数の層が、層系におけるスペーサ層又は共振層として設けられ得る。図１に示される例は、１つのそのような層５３を有する。１つ又は複数の共振層は、設計波長ｅの半分の奇数倍数の光学的厚さを有する。他の層の光学的厚さは、それぞれの場合においてｅ／４の奇数倍数である。

層の数は、好ましくは図１に示す例におけるよりも多く、蒸気ランプのスペクトルの特定のＵＶ線を、十分な狭帯域性を有してできるだけ選択的にフィルタリングできるようにする。例えば、層系は３つの共振層５３を含む２９の層５１、５２を含み得る。１２ナノメートルの半値幅を有する水銀ｉ線付近の透過窓を、そのような層系を用いて得ることができる。２つの共振層５３を含む２７の層５１、５２が、さらなる例に従って提供される。３６５ナノメートルの設計波長付近の６ナノメートルの半値幅を有する透過窓を、水銀ｉ線の波長に従って達成することができる。

図２は、説明のための水銀ランプのスペクトルを示す。水銀スペクトルのｉ線、ｈ線、及びｇ線を、対応する文字で特定している。リソグラフィにはｉ線が特に好ましい。したがって、それぞれ４３６ナノメートル及び４０５ナノメートルの波長のｇ線及びｈ線が、フィルタによって可能な限り遮蔽されるべきである。ｉ線による、設計波長付近の対応した狭帯域のフィルタリングがこの目的のために好適である。他方では、これは、水銀ランプ及びそのようなフィルタを有する装置の光強度が、フィルタの透過窓のスペクトル位置に非常に繊細に依存するという事実に関連する。

これはまた、図２に示される透過窓９を有するスペクトル透過の抜粋から明らかになる。窓は、２９の層を有するフィルタの上述の例に従って、約１２ナノメートルの半値幅を有する。窓の中心波長、すなわちその最大透過、及びｉ線がもはや正確に一致しない場合、窓９の形態の輝線の折れによって、光強度の低下及びスペクトルの拡大が急激に起こる。もちろん、この効果は、６ナノメートルの半値幅を有する窓を有する、より狭帯域のフィルタの場合ではより顕著なものとなる。

図３は、熱処理及びＵＶ照射による後処理の前後の、本発明によって製造されるフィルタの透過特徴を示す。この場合、実線の曲線は、後処理を受けていないフィルタのスペクトル透過形状であり、破線で示す曲線は、熱処理及びＵＶ光による照射を受けたフィルタの透過形状を示す。これらの曲線はそれぞれ、高屈折率を有する層及び低屈折率を有する層において起こる屈折率の変化に基づいて計算された。高屈折率を有する層及び低屈折率を有する層の屈折率は、この場合では異なる方法で増加する。詳細には、Ａｎ＝０．００３の増加が、高屈折率を有するＳｂ_２Ｏ_３＋ＰｂＦ_２層において推測され、低屈折率を有するＭｇＦ_２＋ＰｂＦ_２の混合層においてはＡｎ＝０．０１の増加が推測された。

屈折率が異なって増加する理由は、サブストチオメトリックフッ化鉛Ｐｂ_ｘＦ_ｙが、熱処理、特にＵＶ照射の過程においてＰｂ_ａＯ_ｂＦ_ｃに変化し、屈折率が増加するためである。この効果は、フッ化マグネシウムにおいても起こる。高屈折率を有する材料はフッ素をあまり含有しない。すなわち、酸化鉛への酸素のマイグレーション効果は、低屈折率を有する材料の場合ほどではないため、屈折率のシフトもより大きい。

異なる程度まで起こる、屈折率におけるこの相対的な変化は、高屈折率を有する層及び低屈折率を有する層間の小さい屈折率の差を生じる可能性もあるため、フィルタの半値幅は幾分増加し、これもまた実際に観察されるであろう。

実際に観察されるであろう透過率の増加は、熱処理及びＵＶ照射後の吸収係数の減少によって、図３に示す曲線の計算においてシミュレートされた。

透過形状に基づいて認識され得るように、中心透過波長のスペクトル位置（すなわちここではプラトー型の最大透過の平均波長）は、個々の層の屈折率の変化によって、約０．２ナノメータだけ長い波長の方へシフトされる。

したがって、一般的には図３の例に限定されない層の厚さの場合、熱処理及びＵＶ照射後に所望の中心透過波長が達成されるように対応するマージンが設定される。図３に示す例では、また本発明の好適な実施形態では、これは３６５ナノメータの波長、すなわち水銀ランプのスペクトルのｉ線である。

図４は、干渉フィルタが本発明に従って製造されるウエハステッパの、好適に使用されるところの概略図である。ステッパは、図２に示すようなスペクトルを有する光を放射する水銀ランプ１０を備える。凹面鏡１１が、光路に対して後方側に放射された光を反射し戻す。光は、本発明に従って製造される干渉フィルタ１によってフィルタリングされ、実質的に水銀のｉ線の光のみが干渉フィルタ１の下流に存在するようになる。

光は、集光レンズ１２によって集められ、ウエハ１５のフォトレジスト層に転写されるパターンを有するマスク１３を通過する。次に、縮小レンズ１４によって、マスク１３の像が縮小されるようにウエハ１５に結像される。ステッパユニット１６によって、ウエハ１５は像平面内を段階的に移動し、ウエハ１５の異なる領域が連続的に露光されるようにする。

本発明は、単なる例示である上述の例示的な実施形態に限定されず、多様な方法で変更することができることが当業者には明らかである。特に、例示的な実施形態の個々の特徴も、互いに組み合わせることができる。

本発明に従って製造され得るような干渉フィルタの断面図である。干渉フィルタのスペクトル透過の抜粋を重ね合わせた水銀ランプのスペクトルを示す図である。熱処理及びＵＶ照射による後処理前後の、本発明に従って製造されるフィルタの透過特徴を示す図である。図１に例として示されるようなフィルタを用いてウエハを露光するステッパの概略図である。

Claims

誘電体透過干渉フィルタ、特に半導体リソグラフィ用の透過干渉フィルタを製造する方法であって、基板を蒸着室に配置し、高屈折率を有する層及び低屈折率を有する層を前記基板上に交互に堆積し、前記層は、構成成分であるフッ化マグネシウム、フッ化鉛、及び酸化アンチモンのうちの少なくとも２つの共蒸着によってそれぞれ製造され、前記層の堆積後、前記基板は少なくとも５０℃の温度で熱処理を受けると共にＵＶ光で照射され、該照射の過程で、スペクトル透過窓内の中心透過波長に対して、前記フィルタの透過において透過窓の中心波長が減少することを特徴とする方法。
低屈折率を有する前記層の堆積は、フッ化マグネシウム及びフッ化鉛を蒸着することからなり、高屈折率を有する前記層の堆積は、フッ化鉛及び酸化アンチモンを蒸着することからなり、それによって、低屈折率を有する前記層がフッ化マグネシウム及びフッ化鉛の混合物を含有し、かつ、高屈折率を有する前記層がフッ化鉛及び酸化アンチモンの混合物を含有する、請求項１に記載の方法。
低屈折率を有する前記層の堆積は、フッ化マグネシウム及び酸化アンチモンを蒸着することからなり、高屈折率を有する前記層の堆積はフッ化鉛及び酸化アンチモンを蒸着することからなり、それによって、低屈折率を有する前記層がフッ化マグネシウム及び酸化アンチモンの混合物を含有し、かつ、高屈折率を有する前記層がフッ化鉛及び酸化アンチモンの混合物を含有する、請求項１に記載の方法。
前記熱処理中に、前記層が、ＵＶ光の作用下で酸素の後充填を受ける、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
前記層の厚さは、前記ＵＶ照射後に、前記透過窓が長い波のエッジが４５０ナノメートル未満の波長にあるようなスペクトル位置を有するように調整される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
前記層の数及び厚さは、最大透過が最大で２０ナノメートル、好ましくは最大で１５ナノメートルの半値幅を有するように選択される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
コーティングされた基板が、少なくとも５時間の持続時間にわたってＵＶ光で照射される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
前記照射が、水銀ランプ、又は３６５ナノメートルの波長でＵＶ光を放射するランプによって行われる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
前記基板がコーティング後に少なくとも１２時間熱処理を受ける、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
前記基板が２５０℃未満の温度で熱処理を受ける、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
少なくとも１００ミリメートルの横方向寸法又は直径を有する基板領域がコーティングされる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
前記層の厚さは、前記フィルタが、前記ＵＶ照射後に３６５ナノメートルの波長付近の透過窓を有するように調整される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
合計で少なくとも１５層、好ましくは少なくとも２０層が互いに重なって堆積される、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
特に請求項１〜１３のいずれか１項に記載の誘電体干渉フィルタを製造する方法であって、基板を蒸着室に配置し、高屈折率を有する層及び低屈折率を有する層を前記基板上に交互に堆積し、交互の層系を堆積させ、該交互の層系は、構成成分である酸化アンチモン、フッ化マグネシウム、及びフッ化鉛の異なる組成を有する交互の第１の層及び第２の層からなり、コーティング後、透過窓又は反射窓の中心波長は、熱処理を受けると共にＵＶ光で照射される前記コーティングされた基板によって、設計波長の方向内のより短い波長の方にシフトされる、方法。
前記透過窓の前記中心波長は、前記熱処理及び前記ＵＶ照射中に少なくとも０．１ナノメートル、好ましくは少なくとも０．２ナノメートル、より短い波長の方へシフトされる、請求項１４に記載の方法。
誘電体ＵＶ干渉フィルタを製造するための中間製品であって、基板と、該基板に堆積される、構成成分である酸化アンチモン、フッ化マグネシウム、及びフッ化鉛の異なる組成を有する交互の第１の層及び第２の層を有する交互の層系とからなり、前記層の厚さは設計波長ｅの１／４の倍数であり、熱処理及び／又はＵＶ照射によって、設計波長よりも長い波長から生じる該設計波長の方向へ、透過窓又は反射窓の中心波長をシフトすることが可能であることを特徴とする中間製品。