JP2009054739A - 光学素子及び露光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】波長約１９３ｎｍの光及び屈折率１．６４±０．０１の液体に使用され、屈折率が２．１０乃至２．２０のＬｕＡＧ基板を硝材とし、特性に優れた反射防止膜を有する光学素子、光学系、及び、露光装置を提供する。
【解決手段】設計中心波長λが約１９３ｎｍの光Ｂに使用され、屈折率１．６４±０．０１を有する液体Ｅと接触可能であり、屈折率２．１４±０．０１を有するＬｕＡＧ基板から構成される基材１２と、当該基材に形成される反射防止膜２０とを有する光学素子１０であって、前記反射防止膜２０は、基材１２上に形成され、屈折率１．８７乃至１．９２を有するＡｌ２Ｏ３を含み、光学膜厚が０．２１λ乃至０．３４λである高屈折率層２２と、高屈折率層２２よりも液体Ｅ側にあり、屈折率が液体Ｅの屈折率よりも大きく１．７８以下であるＡｌ２Ｏ３を含み、光学膜厚が０．２９λ乃至０．５２λである低屈折率層２４と、を有することを特徴とする光学素子１０を提供する。
【選択図】図１
【解決手段】設計中心波長λが約１９３ｎｍの光Ｂに使用され、屈折率１．６４±０．０１を有する液体Ｅと接触可能であり、屈折率２．１４±０．０１を有するＬｕＡＧ基板から構成される基材１２と、当該基材に形成される反射防止膜２０とを有する光学素子１０であって、前記反射防止膜２０は、基材１２上に形成され、屈折率１．８７乃至１．９２を有するＡｌ２Ｏ３を含み、光学膜厚が０．２１λ乃至０．３４λである高屈折率層２２と、高屈折率層２２よりも液体Ｅ側にあり、屈折率が液体Ｅの屈折率よりも大きく１．７８以下であるＡｌ２Ｏ３を含み、光学膜厚が０．２９λ乃至０．５２λである低屈折率層２４と、を有することを特徴とする光学素子１０を提供する。
【選択図】図１
Description
本発明は、光学素子、それを有する光学系及び露光装置に関する。
原版（レチクル又はマスク）のパターンを投影光学系によってウェハなどの基板に露光する投影露光装置は従来から使用されており、近年、高解像度の要請に応える一手段として液浸露光が注目されている。投影光学系のＮＡは、その基板側の媒質の屈折率をｎとするとＮＡ＝ｎ×ｓｉｎθであるので、投影光学系と基板との間を空気よりも高い屈折率（ｎ＞１）の媒質で満たすことでＮＡをｎまで大きくすることができる。これを利用して、液浸露光は、プロセス定数ｋ１と光源の波長λによって表される露光装置の解像度Ｒ（Ｒ＝ｋ１×（λ／ＮＡ））を小さくしようとするものである。
液浸露光においては、近年、より高い屈折率を有する媒質の開発が進められており、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザからのレーザ光に対して屈折率１．６４±０．０１を有する液体が発表されている（非特許文献１乃至３）。また、これらの高屈折液体に適合する投影光学系の最終レンズの硝材として屈折率約２．１４を有するＬｕＡＧ基板も発表されている（非特許文献４）。更に、媒質が純水である場合に、レンズ基材側から順にＡｌ２Ｏ３膜、ＳｉＯ２膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＳｉＯ２膜により構成される多層膜からなる反射防止膜を使用することも知られている（特許文献１を参照）。なお、ＡｒＦエキシマレーザからのレーザ光の波長は厳密には約１９３．４ｎｍであるが、本出願では便宜上「１９３ｎｍ」と称するものとする。
特開２００６−１７９７５９号公報（請求項７、段落００６１）
Ｒｏｇｅｒ Ｈ． Ｆｒｅｎｃｈ， ｅｔ ａｌ．， "Ｓｅｃｏｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｆｌｕｉｄｓ ｆｏｒ １９３ｎｍ ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，" Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ＸＩＸ， ｅｄｉｔｅｄ ｂｙ Ｄｏｎｉｓ Ｇ． Ｆｌａｇｅｌｌｏ， Ｐｒｏｃ． ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ． ６１５４， ６１５４１５， （２００６）
Ｙｏｎｇ Ｗａｎｇ， ｅｔ ａｌ．， "Ｈｉｇｈ−Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ−Ｉｎｄｅｘ Ｆｌｕｉｄｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｎｅｘｔ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ＡｒＦ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，" Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｒｅｓｉｓｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ＸＸＩＩ， ｅｄｉｔｅｄ ｂｙ Ｑｉｎｇｈｕａｎｇ Ｌｉｎ， Ｐｒｏｃ． ｏｆ ＳＰＩＥ， Ｖｏｌ． ６１５３， ６１５３０Ａ， （２００６）
Ｊｕｌｉｕｓ Ｓａｎｔｉｌｌａｎ， ｅｔ ａｌ．， "Ｎｏｖｅｌ Ｈｉｇｈ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｉｎｄｅｘ Ｆｌｕｉｄｓ ｆｏｒ １９３−ｍｎ ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，"Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ＸＩＸ， ｅｄｉｔｅｄ ｂｙ Ｄｏｎｉｓ Ｇ． Ｆｌａｇｅｌｌｏ， Ｐｒｏｃ． ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ． ６１５４， ６１５４４Ｑ， （２００６）
Ｊｏｈｎ Ｈ． Ｂｕｒｎｅｔｔ， ｅｔ ａｌ．， "Ｈｉｇｈ−ｉｎｄｅｘ ｏｐｔｉｃａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ １９３−ｎｍ ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，" Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ＸＩＸ， ｅｄｉｔｅｄ ｂｙ Ｄｏｎｉｓ Ｇ． Ｆｌａｇｅｌｌｏ， Ｐｒｏｃ． ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ． ６１５４， ６１５４１８， （２００６）
しかし、特許文献１記載の反射防止膜は、非特許文献１乃至３に開示された高屈折率液体に対するものではなく、高屈折率液体に対しては入射角度０°から７０°に至るまでの反射率を１％以下に抑制することができない。このため、特許文献１記載の反射防止膜を非特許文献１乃至３に開示された高屈折率液体に対して使用するとフレアーやゴーストによる像性能悪化が問題となる。
本発明は、波長約１９３ｎｍの光及び屈折率１．６４±０．０１の液体に使用され、屈折率が２．１４±０．０１のＬｕＡＧ基板を硝材とし、特性に優れた反射防止膜を有する光学素子、光学系、及び、露光装置に関する。
本発明の一側面としての光学素子は、屈折率２．１４±０．０１のＬｕＡＧ基板から構成される基材と、当該基材に形成される反射防止膜とを有し、設計中心波長λが約１９３ｎｍの光に使用され、屈折率１．６４±０．０１の液体と接触する光学素子であって、前記反射防止膜は、前記基材上に形成され、屈折率１．８７乃至１．９２を有するＡｌ２Ｏ３を含み、光学膜厚が０．２１λ乃至０．３４λである高屈折率層と、前記高屈折率層よりも前記液体側にあり、屈折率が前記液体の屈折率よりも大きく１．７８以下であるＡｌ２Ｏ３を含み、光学膜厚が０．２９λ乃至０．５２λである低屈折率層と、を有することを特徴とする。
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
本発明によれば、屈折率１．６４±０．０１の液体に接触する光学素子として、特性に優れた反射防止膜を有する光学素子、光学系、及び、露光装置を提供することができる。
図１は、液体Ｅと接触する光学素子１０の概略断面図を示している。光学素子１０は、設計中心波長λが約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザからのレーザ光Ｂに使用され、屈折率１．６４±０．０１を有する液体Ｅと接触可能である。ここで、液体Ｅは、例えば、非特許文献１乃至３に開示され、液浸露光に使用される高屈折率の液体である。
光学素子１０は、光Ｂに対する屈折率２．１４±０．０１を有するＬｕＡＧ基板から構成される基材１２と、基材１２に形成される反射防止膜２０と、を有する。光学素子１０は、例えば、液浸露光装置の投影光学系の最も基板側の最終レンズか、液浸露光装置の液体中に配置され、フォーカスなどを検出する検出光学系に使用されるレンズである。ＬｕＡＧ基板には、例えば、非特許文献４に開示されている屈折率約２．１４のＬｕＡＧ基板（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２）を使用することができる。
反射防止膜２０は、高屈折率層２２と低屈折率層２４とを有する。これらのペアは、高屈折率層２２、低屈折率層２４、高屈折率層２２、低屈折率層２４、・・・と繰り返し複数ペア積層されてもよい。また、高屈折率層２２と低屈折率層２４との間に両者の間の屈折率を有する別の屈折率層が介在してもよい。
高屈折率層２２は、基材上に形成され、光Ｂに対する屈折率１．８７乃至１．９２を有するＡｌ２Ｏ３を含み、光学膜厚が０．２１λ乃至０．３４λである。低屈折率層２４は、同じペア内にある高屈折率層２２よりも液体側に配置され、光Ｂに対する屈折率が液体Ｅの屈折率よりも大きく１．７８以下であるＡｌ２Ｏ３を含み、光学膜厚が０．２９λ乃至０．５２λである。
図２は、光学素子１０を液体Ｅに浸漬させた場合の光Ｂに対する反射率の入射角度特性を示すグラフである。なお、この時の光学素子１０は、光Ｂに対する屈折率が２．１４のＬｕＡＧ基板を基材１２に使用し、光Ｂに対する屈折率が１．６４の液体Ｅに使用されている。また、光学素子１０は、光Ｂに対する屈折率が１．８９のＡｌ２Ｏ３からなる高屈折率層２２を３０ｎｍ積層し、光Ｂに対する屈折率が１．７４のＡｌ２Ｏ３からなる低屈折率層２４を３３ｎｍ積層している。また、光Ｂは、無偏光光（ランダム光）、Ｓ偏光光、Ｐ偏光光を使用した。図２を参照するに、光学素子１０の光Ｂに対する入射角度０°から７０°に至るまで反射率が１％以下に抑制されていることが理解される。
設計中心波長λが１９３ｎｍである光Ｂに対して屈折率２．１４を有するＬｕＡＧ基板からなる基材１２上に光Ｂに対して屈折率１．８９を有するＡｌ２Ｏ３からなる高屈折率層２２を光学膜厚０．２９λだけ積層する。次に、光Ｂに対して屈折率１．７４を有するＡｌ２Ｏ３からなる低屈折率層２４を光学膜厚が０．３０λだけ高屈折率層２２上に積層する。これにより、図２に示す入射角度特性を有する光学素子１０が得られる。
本実施例では、ターゲットにＡｌを用い、スパッタガスにＯ２ガスを用いた反応性マグネトロンスパッタにより反射防止膜を形成した。高屈折率層２２は圧力を０．１３Ｐａとして成膜を行い、低屈折率層２４は放電中にＣＦ４ガスを３．０ｓｃｃｍ導入しながら成膜を行った。
図３は、マグネトロンスパッタ装置により作製されたＡｌ２Ｏ３膜の膜密度と屈折率の関係を示すグラフである。薄膜密度はＸ線の反射スペクトル（角度掃引）の臨界角より算出した。図３を参照するに、Ａｌ２Ｏ３膜の膜密度を２．９４ｇ／ｃｍ３以上に高めることにより、光Ｂに対して屈折率１．８７以上を有する高屈折率層２２を作成することができることが理解される。
また、本実施例で用いたマグネトロンスパッタ装置の場合、膜密度は成膜圧力に依存する。図４は、マグネトロンスパッタ装置の成膜圧力とＡｌ２Ｏ３膜の膜密度の関係を示すグラフである。図４を参照するに、成膜圧力０．３３Ｐａ以下で成膜を行うことにより、２．９４ｇ／ｃｍ３以上の密度を有するＡｌ２Ｏ３膜が得られることが理解される。
マグネトロンスパッタを用いた場合、Ａｌ２Ｏ３中にフッ素を添加する手段としてＣＦ４ガスを添加させる手法が有効である。図５は、ＣＦ４ガスの導入量とＡｌ２Ｏ３膜の屈折率との関係を示すグラフである。図５を参照するに、ＣＦ４ガスの流量制御によりＡｌ２Ｏ３膜の屈折率を制御することができることが理解される。低屈折率層２４の光Ｂに対する屈折率を１．７４以上１．７８以下に制御するためには、図５から１．８５ｓｃｃｍ以上３ｓｃｃｍ以下のＣＦ４ガスを導入すればよいことが理解される。
光Ｂに対して屈折率１．７８以下の低屈折率層２４は膜密度を２．６ｇ／ｃｍ３以下にすることとでも作製することができるように思える。しかし、密度を小さくすると機械強度が低くなり、拭き洗浄が行えないなど、保守性が悪化する。このため、フッ素添加により低屈折率層２４を形成することが好ましい。
なお、本実施例のように、マグネトロンスパッタリングによりＡｌ２Ｏ３膜を形成する代わりに電子ビーム（ＥＢ）蒸着法を使用してもよい。
以下、図６は、光学素子１０を使用した露光装置１００について説明する。ここで、図６は、露光装置１００の概略ブロック図である。図６に示すように、露光装置１００は、照明装置１１０と、レチクル１３０と、レチクルステージ１３２と、投影光学系１４０と、ウェハ１７０と、ウェハステージ１７４と、を有する。このように、露光装置１００は、投影光学系１４０のウェハ１７０側にある最終光学素子の最終面が部分的に又は全体的に液体Ｅに浸漬し、液体Ｅを介してレチクル１３０のパターンをウェハ１７０に露光する液浸露光装置である。露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置であるが、本発明はステップ・アンド・リピート方式その他の露光方式を適用することができる。
照明装置１１０は転写用の回路パターンが形成されたレチクル１３０を照明し、光源１１２と照明光学系とを有する。光源１１２は、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを使用する。照明光学系は、レチクル１３０を均一に照明する光学系である。レチクル１３０は、その上に転写されるべきパターンを形成され、レチクルステージ１３２に支持及び駆動される。レチクル１３０から発せられた回折光は投影光学系１４０を通りウェハ１７０上に投影される。レチクル１３０とウェハ１７０とは光学的に共役の関係に配置される。露光装置１００はステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（即ち、スキャナー）であるため、レチクル１３０とウェハ１７０とを光で走査することによりレチクル１３０のパターンをウェハ１７０上に転写する。
投影光学系１４０は、レチクル１３０のパターンを経た回折光をウェハ１７０上に結像する機能を有する。図７は、投影光学系１４０のウェハ１７０に最も近い光学素子（最終レンズ）１４１の概略拡大断面図である。レンズ１４１には、図１に示す光学素子１０を適用することができる。レンズ１４１の底部は、露光時にウェハ１７０のパターンが投影される領域（露光スリット範囲）と一致している。但し、レンズ１４１の底部を露光スリット領域よりも大きくしてその外側を遮光してもよい。なお、レンズ１４１の底面は平面に限定されない。
ウェハ１７０は、別の実施形態では液晶基板その他の基板に置換される。ウェハ１７０ではフォトレジストが基板上に塗布されている。ウェハ１７０はウェハステージ１７４に支持及び駆動される。
露光においては、ウェハ１７０の表面と投影光学系１４０のレンズ１４１との間に液体Ｅを充填した後に連続的に液体Ｅを供給及び回収し、レチクルパターンを、投影光学系１４０及び液体Ｅを介して、ウェハ１７０上に投影する。投影光学系１４０のウェハ側の媒質は空気よりも屈折率の高い液体Ｅで満たされているので、投影光学系１４０のＮＡは高くなり、ウェハ１７０に形成される解像度も小さくなる。また、最終レンズ１４１（１０）の反射防止膜２０は入射角度０°から７０°に至るまでの反射率を１％以下に抑制し、フレアーやゴーストを遮光して高精度な線幅制御を確保する。これにより、露光装置１００はレジストへのパターン転写を高精度に行って高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
次に、図８及び図９を参照して、露光装置１００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図８は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、レチクルとウェハを用いて本発明のリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。
図９は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１００によってレチクルパターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本発明のデバイス製造方法によれば、高屈折率の液体Ｅを使用すると共に反射防止膜２０がフレアーやゴーストを抑制するので、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置１００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。また、本発明は、かかるデバイス製造方法の中間及び最終結果物であるデバイス自体もカバーする趣旨である。また、かかるデバイスは、例えば、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサ、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されずその要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
１０ 光学素子
１２ 基材
２０ 反射防止膜
２２ 高屈折率層
２４ 低屈折率層
１００ 露光装置
１４０ 投影光学系
１４１ 最終レンズ
１２ 基材
２０ 反射防止膜
２２ 高屈折率層
２４ 低屈折率層
１００ 露光装置
１４０ 投影光学系
１４１ 最終レンズ
Claims (6)
- 屈折率２．１４±０．０１のＬｕＡＧ基板から構成される基材と、当該基材に形成される反射防止膜とを有し、設計中心波長λが１９３ｎｍの光に使用され、屈折率１．６４±０．０１の液体と接触する光学素子であって、
前記反射防止膜は、
前記基材上に形成され、屈折率１．８７乃至１．９２のＡｌ２Ｏ３を含み、光学膜厚が０．２１λ乃至０．３４λである高屈折率層と、
前記高屈折率層よりも前記液体側にあり、屈折率が前記液体の屈折率よりも大きく１．７８以下であるＡｌ２Ｏ３を含み、光学膜厚が０．２９λ乃至０．５２λである低屈折率層と、を有することを特徴とする光学素子。 - 前記高屈折率層はマグネトロンスパッタにより形成され、Ａｌ２Ｏ３の膜密度は２．９４ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
- 前記低屈折率層は添加しながらマグネトロンスパッタにより形成され、マグネトロンスパッタに添加されるＣＦ４ガスは１．８５ｓｃｃｍ以上３ｓｃｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
- 請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の光学素子を有する光学系。
- 請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の光学素子を有する露光装置。
- 請求項５に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
露光された前記基板を現像するステップと、を有することを特徴とするデバイス製造方法。
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