JP2012142462A - ミラーおよびその製造方法、露光装置、ならびに、デバイス製造方法 - Google Patents

ミラーおよびその製造方法、露光装置、ならびに、デバイス製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】簡単な構成で優れた形状精度を持つミラーを得るために有利な技術を提供する。
【解決手段】ミラーの製造方法は、熱により膜厚が変化する形状修正層12を基板11の上に配置する第1工程と、第1層、第2層、および、前記第1層と前記第2層との間に配置されて前記第1層を構成する材料と前記第2層を構成する材料との反応を防止するバリア層16を含む反射層13を前記形状修正層12の上に配置する第2工程と、前記第2工程の後に、前記形状修正層12の膜厚分布を変化させることによって前記反射層13の形状を目標形状に近づける第3工程とを含み、前記第3工程は、前記形状修正層12を部分的にアニールする処理を含む。
【選択図】図1

Description

本発明は、ミラーおよびその製造方法、露光装置、ならびに、デバイス製造方法に関する。
EUV(Extreme Ultra Violet)露光装置などの露光装置において、多層膜ミラーおよび斜入射全反射ミラーなどのミラーが使用される。EUV領域では屈折率の実部が1より僅かに小さいので、反射面にすれすれにEUV光を入射させる斜入射においては全反射が起きる。通常、反射面から測って数度以内の斜入射では数十%以上の高い反射率が得られるが、このような斜入射では光学設計上の自由度が小さい。そこで、光学設計上の自由度が高いEUV光用のミラーとして、光学定数(屈折率)の異なる2種類の物質を交互に積層した多層膜ミラーが有用である。多層膜ミラーであれば、垂直入射に近い入射角で所望の反射率が得られる。
EUV光用の多層膜ミラーは、例えば、精密な面形状に研磨されたガラス基板の表面にモリブデンとシリコンとを交互に積層することで形成される。例えば、モリブデン層の厚さは2nm、シリコン層の厚さは5nm、これらの複合膜の積層回数は60回程度である。2種類の物質の層の厚さを加えたものを膜周期とよぶ。上記の例では、膜周期は2nm+5nm=7nmである。
このようなモリブデンとシリコンからなるモリブデン/シリコン多層膜ミラーにEUV光を入射させると、特定の波長のEUV光が反射される。入射角をθ、EUV光の波長をλ、膜周期をdとすると、近似的にはブラッグの式
2×d×cosθ=λ ・・・(1)
の関係を満足するような、λを中心とした狭いバンド幅のEUV光だけが効率よく反射される。このときのバンド幅は0.6〜1nm程度である。反射率は最大で70%程度である。図4には、入射角15度でEUV光を膜周期7.2nmの多層膜ミラーに入射させたときの反射率の波長依存性が示されている。
多層膜を構成するモリブデンとシリコンとの界面では、モリブデンとシリコンとが反応しうる。これにより、ピーク反射率を示す波長が変化したり、反射率が低下したりしうる。特許文献1には、モリブデンとシリコンとの間に中間層としてBCまたはSiOを配置することが開示されている。
投影光学系を構成するミラーの枚数をn、EUV光の波長をλとすると許容される形状誤差σ(rms値)はマレシャルの式
σ=λ/(28×√n) ・・・(2)
で与えられる。例えば、6枚ミラーでは、波長が13.5nmであるとすると、許容される形状誤差σは0.2nmである。形状誤差は、基板形状の誤差と膜形状の誤差を含みうる。基板形状および膜形状をともに許容される誤差内に収めることは困難である。特許文献2には、ミラーに取り付けたヒーターで熱膨張によりミラーの形状を補正する技術が提案されている。
特開2007−155407号公報 特開2005−19628号公報
特許文献2に記載された技術では、ミラーを常に温度制御する必要があり、また、温度制御機構が不可欠であるためにミラーユニットの構造が複雑になる。
本発明は、簡単な構成で優れた形状精度を持つミラーを得るために有利な技術を提供することを目的とする。
本発明の1つの側面は、ミラーの製造方法に係り、該製造方法は、熱により膜厚が変化する形状修正層を基板の上に配置する第1工程と、第1層、第2層、および、前記第1層と前記第2層との間に配置されて前記第1層を構成する材料と前記第2層を構成する材料との反応を防止するバリア層を含む反射層を前記形状修正層の上に配置する第2工程と、前記第2工程の後に、前記形状修正層の膜厚分布を変化させることによって前記反射層の形状を目標形状に近づける第3工程とを含み、前記第3工程は、前記形状修正層を部分的にアニールする処理を含む。
本発明によれば、簡単な構成で優れた形状精度を持つミラーを得るために有利な技術が提供される。
本発明の一実施形態のミラーの構成を模式的に示す断面図。 本発明の一実施形態のEUV露光装置の概略を示す図。 本発明の一実施形態のミラーの製造方法を示す図。 モリブデン/シリコン多層膜ミラーの反射率特性を示す図。 本発明の一実施形態のミラーの構成を模式的に示す断面図。 形状修正層の最大膜厚変化量の温度依存性を例示する図。 本発明の一実施形態のミラーの構成を模式的に示す断面図。 形状修正層の膜厚変化量の温度および時間依存性の傾向を示す図。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図2を参照しながら本発明の一実施形態の露光装置EXの構成を説明する。ここでは具体例を提供するために露光装置EXがEUV露光装置として構成された例を説明するが、本発明の露光装置はEUV露光装置に限定されるものではなく、光学系がミラーを含むあらゆる露光装置に適用可能である。また、本発明のミラーは、EUV露光装置などの露光装置の構成部品としてのミラーのみならず、他のあらゆる装置の構成部品として使用されうる。
露光装置EXは、光源LS、照明光学系IL、投影光学系PO、原版ステージ機構412、基板ステージ機構415を備える。光源LSは、この実施形態ではEUV光源である。光源LSは、例えば、ターゲット供給装置401から真空容器中に供給されたターゲット材に対してパルスレーザー光源402からレーザ光を照射する。これによって高温のプラズマが発生し、該プラズマから放射されるEUV光(例えば、波長=13.5nm)が取り出される。ターゲット材としては、例えば、金属薄膜、不活性ガス、液滴などを使用することができ、ガスジェット等の方法で真空容器内に供給されうる。生成されるEUV光の平均強度を高くするためには、パルスレーザー光源402の繰り返し周波数が高い方が良く、通常は数kHzの繰り返し周波数で運転される。
照明光学系ILは、複数の多層膜ミラー403、405、407とオプティカルインテグレータ404とを含みうる。初段の多層膜ミラー403は、プラズマからほぼ等方的に放射されるEUV光を集める。オプティカルインテグレータ404は、原版414を均一に所定の開口数で照明する。原版414と共役な位置には、原版414の照明領域を円弧状に限定するためのアパーチャ406が設けられうる。投影光学系POは、複数の多層膜ミラー408、409、410、411を含みうる。ミラー枚数は少ない方がEUV光の利用効率が高いが、収差補正が難しくなる。図2に示される例では、4枚のミラーで投影光学系POが構成されているが、例えば、6枚または8枚のミラーで投影光学系POが構成してもよい。各ミラーの反射面の形状は、凸面または凹面の球面または非球面である。投影光学系POの開口数NAは、0.2〜0.3程度でありうる。
原版ステージ機構412および基板ステージ機構415とは、縮小倍率に比例した速度比で同期して原版414および417を走査する。ここで、原版414又は基板417の面に沿った面内における走査方向をX軸方向、それに垂直な方向をY軸方向、原版414および基板417の面に垂直な方向をZ軸方向とする。原版414は、原版ステージ機構412に搭載された原版チャック413によって保持される。原版ステージ機構412は、原版414をX軸方向に高速移動させる機構を有する。原版ステージ機構412はまた、原版414をX軸方向、Y軸方向、Z軸方向および各軸の周りの回転方向に関して微動させる位置決め機構を有する。原版414の位置と姿勢は、レーザ干渉計418によって計測され、その結果に基づいて原版414の位置と姿勢が制御される。
基板417は、基板ステージ機構415に搭載された基板チャック416によって保持される。基板ステージ機構415は、原版ステージ機構412と同様に、基板417をX軸方向に高速移動させる機構を有する。基板ステージ機構415はまた、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向および各軸の周りの回転方向に関して微動させる位置決め機構を有する。基板417の位置と姿勢は、レーザ干渉計419によって計測され、その結果に基づいて、基板417の位置と姿勢が制御される。基板417の1つのショット領域の走査露光が終わると、基板ステージ機構415は、基板417をX軸および/またはY軸方向にステップ移動させて次のショット領域を走査露光する。このようにして基板417の全てのショット領域が走査露光される。
次に、図1を参照しながら本発明の第1実施形態のミラーM1の構成を説明する。図1に示されるミラーM1は、例えば上記の露光装置EXの照明光学系ILおよび/または投影光学系POのような光学系の構成部品として有用であるが、他の露光装置、または、露光装置以外の他の装置の構成部品としても使用されうる。ミラーM1は、基板(基材)11と、基板11の上に配置された形状修正層12と、形状修正層12の上に配置された反射層13とを含む。
基板11は、例えば、低膨張率ガラスなどのガラス材料、または、シリコンカーバイド等の剛性及び硬度が高く熱膨張率が小さい材料で構成されうる。形状修正層12は、熱によって膜厚が変化するように構成される。形状修正層12は、第1材料層15’と第2材料層14’とを含み、形状修正層12に部分的に与えられる熱によって第1材料と第2材料とが反応することによって形状修正層12の膜厚分布が変化する。第1材料層15’を構成する第1材料は、例えば、Be、B、C、Si、P、S、K、Ca、Sc、Br、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ba、La、Ce、Pr、Pa、Uからなるグループから選択される1つの材料でありうる。第2材料層14’を構成する第2材料は、前記グループから選択される1つの材料であって前記第1材料とは異なる材料でありうる。
反射層13は、第1層15、第2層14、および、第1層15と第2層14との間に配置されて、第1層15を構成する材料と第2層14を構成する材料との反応を防止するバリア層16を含む。ここで、第1材料層15’を構成する材料と第1層15を構成する材料とは同一材料であり、かつ、第2材料層14’を構成する材料と第2層14を構成する材料とは同一材料でありうる。この場合、形状修正層12と反射層13とを1つの成膜装置のチャンバ内で基板11の上に連続的に形成することが容易である。第1材料層15’を構成する材料と第1層15を構成する材料とは、典型的にはモリブデン(Mo)であり、第2材料層14’を構成する材料と第2層14を構成する材料とは、典型的にはシリコン(Si)である。バリア層16は、例えば、BC層またはSiO層でありうる。
図3を参照しながらミラーM1の製造方法を例示的に説明する。まず、ステップ1では、例えば、低膨張率ガラスなどのガラス材料、または、シリコンカーバイド等の剛性及び硬度が高く熱膨張率が小さい材料で形成された材料基板を準備し、その反射面を研磨等の加工を施して基板11を得る。
ステップ2(第1工程)では、基板11の上に形状修正層12として形状修正層12を形成する。形状修正層12は、例えば、第1材料層15’としてのモリブデン層と第2材料層14’としてのシリコン層とを交互に積層して形成することができる。ここで、第1材料層15’としてのモリブデン層の膜厚をM1[nm]、第2材料層14’としてシリコン層の膜厚をS1[nm]とすると、M1=2nm、S1=5nm程度でありうる。第1材料層15’と第2材料層14’からなる複合膜は、例えば40回程度積層されうる。形状修正層12の膜厚は、目標とする修正量の上限で決まる。M1=2nm、S1=5nmとして、第1材料層15’および第2材料層14’の複合膜を40回ほど積層することによって、最大で0.7nm程度の形状の修正をすることができる。目標とする修正量の上限を大きくするためには、積層数を増加させればよい。
図6には、M1=2nm、S1=5nmとして、第1材料層15’および第2材料層14’の複合膜を40回ほど積層して構成された形状修正層12をアニールしたときの最大膜厚変化量の温度依存性が例示されている。アニールによって第1材料層15’を構成する材料と第2材料層14’を構成する材料とが反応し、これによって形状修正層12の膜厚が減少する。レーザ光の照射などによって形状修正層12を部分的にアニールすることによって形状修正層12の膜厚を部分的に変化(減少)させることができる。つまり、レーザ光の照射などによって形状修正層12を部分的にアニールすることによって形状修正層12の膜厚分布を調整することができる。アニールによる形状修正層12の最大膜厚変化量(減少量)は、アニール温度が440℃以下であるときは、アニール温度が高いほど大きい。アニールによる形状修正層12の膜厚変化量(減少量)は、アニール時間とともに増加するが、ある時間(例えば60分)を超えると飽和する傾向が認められる。
ステップ3(第2工程)では、形状修正層12の上に反射層13を形成する。これにより、形状が未調整のミラーM1が形成される。反射層13は、例えば、第1層15としてのモリブデン層と、第2層14としてのシリコン層と、第1層15と第2層14との間に配置されるバリア層16としてのBC層またはSiO層とを積層することで形成されうる。ここで、形状修正層12の最上層に接する層は、バリア層16とされうる。第1層15としてのモリブデン層の膜厚をM2[nm]、第2層14としてのシリコン層の膜厚をS2[nm]、バリア層16としてのBC層の膜厚をB2[nm]とすると、M2=2nm、S2=4nm、B2=0.5nm程度でありうる。第1層15、第2層14およびバリア層16の複合膜が60回ほど積層されうる。
一般的に、EUV領域で使用するモリブデン/シリコン多層膜ミラーであれば、複合膜を60回ほど積層することによって、反射層13よりも下から反射するEUV光はほとんど無視できる量である。このように、反射層13を構成する複合層の積層回数は、その下の層である形状修正層12に変化があっても、反射層13の反射率に影響を受けない積層回数にされうる。
ステップ3の後のステップ4〜9(第3工程)では、形状修正層12の膜厚分布を変化させることによって反射層13の形状を目標形状に近づける。この一連の処理は、形状修正層12を部分的にアニールする処理を含む。具体的には、ステップ4では、ミラーM1の反射層13の形状を計測する。この計測では、例えば、反射層13の最表面の形状、または反射層13の膜厚分布が光干渉を用いて計測されうる。ステップ5では、ステップ4で計測した計測値が目標形状を示す目標値の許容値に収まっているかどうかを評価し、計測値が許容値に収まっていればミラーM1が完成したものと判断し、そうでなければ、ステップ6〜9を実行する。ここで、許容値は、例えば、目標形状を示す目標値の±0.2nm以内とされうる。
ステップ6では、反射層13の形状を目標形状に近づけるために形状修正層12を修正すべき位置(修正位置)と、修正すべき量(修正量)とを算出する。図8は、形状修正層12の膜厚変化量の温度および時間依存性の傾向を示す図である。図8に示されるように、アニールの温度を高くすると、アニールによる形状修正層12の膜厚変化量(減少量)が増大する。ただし、アニールの温度がある温度を超えると、アニールの温度を高くすると、アニールによる形状修正層12の膜厚変化量が飽和する。また、アニールの時間を長くすると、アニールによる形状修正層12の膜厚変化量が増大する。ただし、アニールによる形状修正層12の膜厚変化量は、ある時間で飽和する。形状修正層12の修正量は、図8に例示されるような形状修正層12の温度および時間依存性に基づいて決定されうる。形状修正層12の温度および時間依存性は、テーブルまたは関数で与えられうる。ここで、1回あたりのアニールによる形状修正層12の膜厚減少量を目標修正量よりも十分に小さくすれば、形状修正層12の温度および時間依存性の正確なテーブルまたは関数は不要である。形状修正層12の修正位置は、ステップ4または8において計測された計測値が許容値に収まっていない位置である。
ステップ7では、ステップ6で決定された修正位置および修正量に基づいて、ミラーM1の当該修正位置に対して当該修正量に応じてレーザ光を照射する。レーザ光の照射によって形状修正層12の当該修正位置に熱が与えられて、陽該修正位置の膜厚が変化する。形状修正層12の膜厚の変化は不可逆的であり、レーザ光の照射を停止した後も元には戻らない。
ここで、反射層13については、バリア層16が存在するので、第1層15の構成材料と第2層14の構成材料とが反応することによる膜厚の変化は起こりにくい。しかしながら、バリア層16の厚さや温度によっては、アニールによって反射層13の膜厚が変化する可能性がある。米国特許第6396900号には、300℃以上の温度にする場合、熱的安定性を保つにはモリブデンとシリコンとの間のBC層の膜厚を0.3nm以上にするべきであることが記載されている。一方、特開2006−308483号公報には、BC層の膜厚を増すとモリブデン層が薄くなることで結晶化しにくくなり、反射率が低下することが報告されている。反射率の低下を避けるためにバリア層としてのBC層の膜厚を0.3nm以下にする場合には、特に反射層13の膜厚の変化を考慮することが好ましい。そこで、ステップ6における修正量の算出の際は、形状修正層12の修正量と反射層13の修正量との合計の修正量を決定することが好ましい。これにより、形状修正層12の厚さの変化および反射層13の厚さの変化の双方によって反射層13の形状が目標形状に近づくように部分的にアニールを実施することができる。
ステップ8では、ステップ4と同様にして、ミラーM1の反射層13の形状を計測する。ステップ9では、ステップ8で計測した計測値が目標形状を示す目標値の許容値に収まっているかどうかを評価し、計測値が許容値に収まっていればミラーM1が完成したものと判断し、そうでなければ、ステップ6〜9を再実行する。
図5を参照しながら本発明の第2実施形態のミラーM2の構成を説明する。第2実施形態のミラーM2は、第1実施形態のミラーM1の代わりに用いられうる。ここで言及しない事項、例えば、露光装置EXの構成やミラーの製造方法などは、第1実施形態に従いうる。第2実施形態は、第1実施形態で列挙された材料の特定の組み合わせを規定する実施形態として理解することができる。形状修正層12は、第1材料層17と第2材料層14’とを含み、形状修正層12に部分的に与えられる熱によって第1材料と第2材料とが反応することによって形状修正層12の厚さ分布が変化する。第2実施形態では、第1材料層17を構成する材料は、炭素(C)であり、第2材料層14’を構成する材料は、シリコン(Si)である。形状修正層12をアニールすることにより、シリコンと炭素との層の界面でシリコンと炭素とが反応してシリコンカーバイドが形成され、形状修正層12の膜厚が変化する。
図7を参照しながら本発明の第3実施形態のミラーM3の構成を説明する。3実施形態のミラーM3は、第1実施形態のミラーM1の代わりに用いられうる。ここで言及しない事項、例えば、露光装置EXの構成やミラーの製造方法などは、第1実施形態に従いうる。形状修正層12は、第1実施形態や第2実施形態のように多層膜で構成されてもよいが、単層膜で形成されてもよい。第3実施形態では、形状修正層12は、単層のアモルファスシリコン層で構成される。アモルファスシリコンは、1000K程度の温度で結晶化し、密度が変化する。この密度変化を用いて形状修正層12の膜厚を変化させることができる。
本発明の好適な実施形態のデバイス製造方法は、例えば、半導体デバイス、液晶デバイス等のデバイスの製造に好適である。前記方法は、感光剤が塗布された基板を、上記の露光装置EXを用いて露光する工程と、前記露光された基板を現像する工程とを含みうる。さらに、前記デバイス製造方法は、他の周知の工程(酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等)を含みうる。

Claims (11)

  1. 熱により膜厚が変化する形状修正層を基板の上に配置する第1工程と、
    第1層、第2層、および、前記第1層と前記第2層との間に配置されて前記第1層を構成する材料と前記第2層を構成する材料との反応を防止するバリア層を含む反射層を前記形状修正層の上に配置する第2工程と、
    前記第2工程の後に、前記形状修正層の膜厚分布を変化させることによって前記反射層の形状を目標形状に近づける第3工程と、を含み、
    前記第3工程は、前記形状修正層を部分的にアニールする処理を含む、
    ことを特徴とするミラーの製造方法。
  2. 前記第3工程では、前記反射層の形状を計測する計測工程と、前記計測工程による計測の結果に基づいて前記形状修正層を部分的にアニールするアニール工程とを繰り返す、
    ことを特徴とする請求項1に記載のミラーの製造方法。
  3. 前記第3工程において前記形状修正層を部分的にアニールする際の温度および時間が、前記反射層の形状を前記目標形状に近づけるために前記形状修正層の膜厚を変化させるべき量に基づいて決定される、
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載のミラーの製造方法。
  4. 前記形状修正層の部分的なアニールによって前記形状修正層の膜厚とともに前記反射層の膜厚も変化し、前記第3工程では、前記形状修正層の膜厚の変化および前記反射層の膜厚の変化によって前記反射層の形状が前記目標形状に近づくようにアニールを実施する、
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のミラーの製造方法。
  5. 前記処理は、レーザ光の照射によって前記形状修正層に熱を与える処理を含む、
    ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のミラーの製造方法。
  6. 前記形状修正層は、多層膜である、
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のミラーの製造方法。
  7. 前記形状修正層は、単層膜である、
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のミラーの製造方法。
  8. 基板と、
    前記基板の上に配置され形状修正層と、
    前記形状修正層の上に配置された反射層と、を含み、
    前記形状修正層は、熱によって膜厚が変化するように構成され、
    前記反射層は、第1層、第2層、および、前記第1層と前記第2層との間に配置されて前記第1層を構成する材料と前記第2層を構成する材料との反応を防止するバリア層を含む、
    ことを特徴とするミラー。
  9. 前記形状修正層は、Be、B、C、Si、P、S、K、Ca、Sc、Br、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ba、La、Ce、Pr、Pa、Uからなるグループから選択される1つの材料である第1材料で構成された第1材料層と、前記グループから選択される1つの材料であって前記第1材料とは異なる第2材料で構成された第2材料層とを含み、前記形状修正層に部分的に与えられる熱によって前記第1材料と前記第2材料とが反応することによって前記形状修正層の厚さ分布が変化する、
    ことを特徴とする請求項8に記載のミラー。
  10. 請求項8又は9に記載のミラーを含む光学系を備え、前記光学系を通して基板を露光するように構成された露光装置。
  11. 請求項10に記載の露光装置によって基板を露光する工程と、
    該基板を現像する工程と、
    を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
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