JP4382037B2 - 光学要素、このような光学要素を含むリソグラフィ装置、デバイス製造方法およびそれによって製造したデバイス - Google Patents

Description

本発明は光学要素、このような光学要素を含むリソグラフィ装置、デバイス製造方法およびそれによって製造したデバイスに関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、通常は基板の目標部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は例えば、集積回路（ＩＣ）の製造において使用可能である。このような場合、代替的にマスクまたはレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスは、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンの生成に使用することができる。このパターンを、基板（例えばシリコンウェハ）上の目標部分（例えば１つあるいはそれ以上のダイの一部を含む）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板に設けた放射線感光材料（レジスト）の層への描像を介する。一般的に、１枚の基板は、順次照射される近接目標部分のネットワークを含んでいる。既知のリソグラフィ装置は、パターン全体を目標部分に１回露光することによって各目標部分が照射される、いわゆるステッパと、所定の方向（「走査」方向）にパターンを投影ビームで走査し、これと同時に基板をこの方向と平行に、あるいは反平行に走査することにより、各目標部分が照射される、いわゆるスキャナとを含む。パターンを基板に刻印することによって、パターニングデバイスからのパターンを基板へと転写することも可能である。

超紫外線（ＥＵＶ）放射線に加えて、ＥＵＶソースは多くの異なる波長の光を放射する。この非ＥＵＶ放射線は、ＥＵＶリソグラフィシステムにとって有害になることがあり、したがってスペクトル純度フィルタによって除去しなければならない。現在のスペクトル純度フィルタは、ブレーズド格子（ｂｌａｚｅｄ ｇｒａｔｉｎｇ）に基づく。このような格子は、三角形のパターンの表面品質が非常に高くなければならないので、生産するのが困難である。表面の粗さは１ｎｍＲＭＳより小さくなければならない。

ＥＵＶ放射線を反射し、望ましくない放射線が反射しないように設計されたスペクトル純度フィルタを提供することが、本発明の態様である。

本発明の実施形態によると、光学要素は反射防止膜を含み、反射防止膜はＥＵＶ放射線を反射し、それによって放射線ビームのスペクトル純度を改善するように構成され、光学要素がかすめ入射鏡であり、かすめ入射鏡が２つの反射を生成できるようにするために実質的に十字形である。

反射防止膜は、ＥＵＶ放射線のみを反射するように構成することができる。

スペクトル純度を向上させることにより、これは放射線ビーム中のＥＵＶ放射線の割合を増加させることができる。したがって、例えばＩＲ放射線などに対するＥＵＶ放射線の割合は、本発明による光学要素から放射線ビームを反射することによって増大させることができる。

反射防止膜を含む光学要素は、例えばかすめ入射鏡または集光器などのスペクトル純度フィルタでよい。

反射防止膜は、望ましくない放射線（つまりＥＵＶ以外）を反射しないような方法で設計することができる。ＥＵＶ放射線が反射し、ＩＲおよびＵＶのような他の放射線は透過する。ＥＵＶ放射線の約７０〜９０％を反射することができる。

反射防止膜は、光の弱め合う干渉および屈折率に対する反射率の依存度を使用して、ＥＵＶ放射線を反射し、ＤＵＶおよびＩＲ放射線のような望ましくない放射線を反射しない。

反射防止膜の厚さは、例えば使用する放射線の波長および抑制すべき放射線によって決定することができる。実施形態では、５°というかすめ角の場合、約５０〜９０ｎｍの厚さのＣａＦ_２層を使用してよい。また、約２０〜５０ｎｍの厚さのダイアモンド層を使用してよい。反射防止膜の厚さは、１／４λよりわずかに薄くてよい。１／４λにする必要があるのは厚さではなく、放射線が光学的に移動する距離だからである。

したがって、本発明は望ましくない放射線の抑制に関する。例えば、本明細書ではＤＵＶ抑制とは、ＤＵＶ光の反射率をＥＵＶ光の反射率で割ることである。したがって、抑制を参照すると、ＤＵＶ放射線とＥＵＶ放射線の間のパワー比がどの程度改善されるか求めることができる。したがって、１０％の抑制とは、ＥＵＶと比較してＤＵＶの量が元の値の１０％まで減少した、という意味である。

反射防止膜は、任意の適切な反射防止材料を含んでよい。例えば、以下のいずれかの組み合わせを使用してよい。つまり、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、ダイアモンド、非晶質炭素、ＴｉＮ、ＳｉＣおよびＳｉ_３Ｎ_４である。

光学要素は約４ｃｍ×２０ｃｍのサイズを有してよい。

かすめ入射鏡は、約５°のような小さいかすめ入射角を獲得するように構成することができ、これはＥＵＶリソグラフィ装置の中間焦点に配置する必要がある。したがって、かすめ入射鏡は少なくとも２つの非平面区間を含み、それぞれが放射線を反射するように構成される。かすめ入射鏡は、２つの反射光を生成し、反射光が両方とも反射防止膜にとって異なる偏光方向を有するために、２つの反射光を生成するように構成することができる。かすめ入射鏡は、２つの反射光を生成するために、実質的に十字形である。ＥＵＶ放射線は、入射角を減少させるために、かすめ入射鏡の表面の両側で反射性である。十字形鏡は、約４ｃｍ×４ｃｍ×２０ｃｍの寸法を有してよい。

したがってかすめ入射鏡は、入射角を減少させるために中間焦点に配置することができる。

ＥＵＶ放射線が反射防止膜から反射するので、下にある基板は光学要素の反射防止特性を改善するように設計することができる。基板は良好な熱伝導性を有する任意の適切な金属または合金から作成してよい。基板はシリコンまたは銅で作成することができる。基板は、抑制されている光を吸収することができ、これは透過した光がリソグラフィ装置に入るのを防止するのに役立つ。さらに、基板は低い熱膨張率を有してよい。

ＤＵＶおよびＩＲのような望ましくない放射線の抑制を広げるために、例えばＵＶ範囲などのように他の波長で低い自然かすめ入射反射率を有する膜材料を使用することができる。例えば、基板は厚さ約４０ｍｍのダイアモンドの膜を有してよい。ダイアモンドはＵＶ範囲で低いかすめ入射反射率を有する。したがって特定の実施形態では、他の波長で光の自然抑制を有する反射防止膜を使用することが望ましい。

本発明のさらなる実施形態によると、リソグラフィ装置は、放射線ビームを調整するように構成された照明システムと、パターニングデバイスを支持するように構成された支持体とを含み、パターニングデバイスは放射線の断面にパターンを与えて、パターン形成した放射線ビームを形成するように構成され、さらに基板を保持するように構成された基板テーブルと、パターン形成した放射線ビームを基板の目標部分に投影するように構成された投影システムと、ＥＵＶ放射線を反射し、それによって放射線ビームのスペクトル純度を改善するように構成された少なくとも１つの光学要素とを含む。

少なくとも１つの光学要素は、反射防止膜を有するかすめ入射鏡でよい。

本発明の別の実施形態によると、リソグラフィ装置は光学要素を含み、光学要素は反射防止膜を含み、光学要素は、ＥＵＶ放射線を反射し、それによって放射線ビームのスペクトル純度を改善するように構成される。

少なくとも１つの光学要素は、かすめ入射鏡でよい。

本発明のさらなる実施形態によると、デバイス製造方法は、放射線ビームを提供することと、放射線ビームにパターンを形成することと、パターン形成した放射線のビームを基板の目標部分に投影することと、ＥＵＶ放射線を反射するように構成された反射防止膜を含む光学要素で放射線ビームを反射し、それによって放射線ビームのスペクトル純度を改善することとを含む。

少なくとも１つの光学要素は、かすめ入射鏡でよい。

本発明のさらなる実施形態によると、放射線ビームを設けることと、放射線ビームにパターンを形成することと、パターン形成した放射線のビームを基板に投影することと、ＥＵＶ放射線を反射するように構成された少なくとも１つの光学要素で放射線ビームを反射し、それによって放射線ビームのスペクトル純度を改善することとを含む方法により、デバイスが製造される。

少なくとも１つの光学要素は、かすめ入射鏡でよい。

製造されたデバイスは、例えば集積回路（ＩＣ）、集積光学装置、磁気ドメインメモリ用ガイダンスおよび検出パターン、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）および薄膜磁気ヘッドでよい。

次に、本発明の実施形態を添付の略図を参照に、例示の方法においてのみ説明する。図面では対応する参照記号は対応する部品を示すものとする。

図１は、本発明の１つの実施形態によるリソグラフィ装置を概略的に示したものである。この装置は、放射線ビームＢ（例えばＵＶ放射線またはＥＷ放射線）を調整するように構成された照明システム（照明装置）ＩＬを含む。支持体（例えばマスクテーブル）は、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するように構築され、特定のパラメータに従って正確にパターニングデバイスの位置決めを行うように構成された第一位置決めデバイスＰＭに接続される。基板テーブル（例えばウェハテーブル）ＷＴは、基板（例えばレジスト塗布したウェハ）Ｗを支持するように構成され、かつ、特定のパラメータに従って正確に基板の位置決めを行うように構成された第二位置決めデバイスＰＷに接続される。投影システム（例えば屈折性投影レンズシステム）ＰＳは、パターニングデバイスＭＡによって放射線ビームＢに与えられたパターンを基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、１つあるいはそれ以上のダイから成る）に投影するように構成される。

照明システムは、放射線の誘導、成形、あるいは制御を行うために、屈折、反射、磁気、電磁気、静電気、または他のタイプの光学構成要素、またはその組み合わせなどの様々なタイプの光学構成要素を含むことができる。

支持体は、パターニングデバイスを支持、つまりその重量を担持する。これは、パターニングデバイスの方向、リソグラフィ装置の設計、および他の条件、例えばパターニングデバイスが真空環境で保持されているか否かに応じた方法で、パターニングデバイスを保持する。支持体は、パターニングデバイスを保持するために、機械的、真空、静電気、または他の締め付け技術を使用することができる。支持体は、例えばフレームもしくはテーブルでよく、これは必要に応じて、固定式となるか、もしくは可動式となる。支持体は、パターニングデバイスが例えば投影システムなどに対して所望の位置にあることを保証することができる。本明細書において使用する「レチクル」または「マスク」なる用語は、より一般的な「パターニングデバイス」なる用途と同義と見なすことができる。

本明細書において使用する「パターニングデバイス」なる用語は、基板の目標部分にパターンを生成するように、放射線ビームの断面にパターンを与えるために使用し得るデバイスを指すものとして広義に解釈されるべきである。放射線ビームに与えられるパターンは、例えばパターンが移相形体またはいわゆるアシスト形体を含む場合、基板の目標部分における所望のパターンに正確に対応しないことがあることに留意されたい。一般的に、放射線ビームに与えられるパターンは、集積回路などの目標部分に生成されるデバイスの特別な機能層に相当する。

パターニングデバイスは透過性または反射性でよい。パターニングデバイスの例には、マスク、プログラマブルミラーアレイ、およびプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、様々なハイブリッドマスクタイプのみならず、バイナリマスク、レベンソンマスク、減衰位相シフトマスクといったようなマスクタイプも含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例は小さなミラーのマトリクス配列を用いる。そのミラーの各々は、異なる方向に入射の放射線ビームを反射するよう個々に傾斜することができる。傾斜したミラーは、ミラーマトリクスによって反射する放射線ビームにパターンを与える。

本明細書において使用する「投影システム」なる用語は、例えば使用する露光放射線、または浸漬流体の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、例えば屈折光学システム、反射光学システム、反射屈折光学システム、磁気光学システム、電磁気光学システムおよび静電気光学システムを含むさまざまなタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書において「投影レンズ」なる用語を使用した場合、これはさらに一般的な「投影システム」なる用語と同義と見なされる。

ここで示しているように、本装置は透過タイプである（例えば透過マスクを使用する）。あるいは、装置は反射タイプでもよい（例えば上記で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイを使用する、または反射性マスクを使用する）。

リソグラフィ装置は２つ（デュアルステージ）あるいはそれ以上の基板テーブル（および／または２つもしくはそれ以上のマスクテーブル）を有するタイプのものである。このような「多段」機械においては、追加のテーブルが並列して使用される。もしくは、１つ以上の他のテーブルが露光に使用されている間に予備工程が１つ以上のテーブルにて実行される。

リソグラフィ装置は、投影システムと基板との間の空間を充填するよう、基板の少なくとも一部を水などの比較的高い屈折率を有する液体で覆うタイプでもよい。浸漬液は、例えばマスクと投影システムの間など、リソグラフィ装置の他の空間に適用してもよい。浸漬技術は、投影システムの開口数を増加させるために使用可能である。本明細書で使用する「浸漬」なる用語は、基板などの構造を液体に浸さなければいけないという意味ではなく、露光中に投影システムと基板の間に液体を配置するというだけの意味である。

図１を参照すると、照明装置ＩＬは放射線ソースＳＯから放射線ビームを受け取る。ソースとリソグラフィ装置とは、例えばソースがエキシマレーザである場合に、別個の存在でよい。このような場合、ソースはリソグラフィ装置の一部を形成すると見なされず、放射線ビームは、例えば適切な集光ミラーおよび／またはビーム拡大器などを含むビーム送出システムＢＤの助けにより、ソースＳＯから照明装置ＩＬへと渡される。他の場合、例えばソースが水銀ランプの場合は、ソースが装置の一体部品でもよい。ソースＳＯおよび照明装置ＩＬは、必要に応じてビーム送出システムＢＤとともに放射線システムと呼ぶことができる。

照明装置ＩＬは、放射線ビームの角度強度分布を調節するように構成された調節装置ＡＤを含んでよい。一般的に、照明装置の瞳面における強度分布の外部および／あるいは内部放射範囲（一般的にそれぞれ、σ−ｏｕｔｅｒおよびσ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）を調節することができる。また、照明装置ＩＬは、積分器ＩＮおよびコンデンサＣＯのような他の様々な構成要素を含む。照明装置は、その断面に亘り所望する均一性と強度分布とを有するように、放射線ビームの調整に使用することができる。

放射線ビームＢは、支持体（例えばマスクテーブルＭＴ）上に保持されているパターニングデバイス（例えばマスクＭＡ）に入射し、パターニングデバイスによってパターン形成される。放射線ビームＢはマスクＭＡを通り抜けて、基板Ｗの目標部分Ｃ上にビームを集束する投影システムＰＳを通過する。第二位置決めデバイスＰＷおよび位置センサＩＦ２（例えば干渉計デバイス、リニアエンコーダまたは容量性センサ）の助けにより、基板テーブルＷＴは、例えば放射線ビームＢの経路における異なる目標部分Ｃに位置を合わせるために正確に運動可能である。同様に、第一位置決めデバイスＰＭおよび別の位置センサＩＦ１（干渉計デバイス、リニアエンコーダまたは容量性センサでよい）を使用して、例えばマスクライブラリから機械的に検索した後に、あるいは走査運動の間に、放射線ビームＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。一般的に、マスクテーブルＭＴの運動は、第一位置決めデバイスＰＭの部分を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）にて行われる。同様に、基板テーブルＷＴの運動は、第二位置決めデバイスＰＷの部分を形成するロングストロークモジュールおよびショートストロークモジュールを使用して実現することができる。ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、マスクテーブルＭＴはショートストロークアクチュエータに連結されるだけであるか、あるいは固定される。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスクアラインメントマークＭ１、Ｍ２および基板アラインメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。図示のような基板アラインメントマークは、専用の目標位置を占有するが、目標部分の間の空間に配置してもよい（スクライブレーンアラインメントマークと呼ばれる）。同様に、マスクＭＡに複数のダイを設ける状況では、マスクアラインメントマークをダイ間に配置してもよい。

ここに表した装置は以下のモードのうち少なくとも１つにて使用可能である。
１．ステップモードにおいては、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴは、基本的に静止状態に保たれている。そして、放射線ビームに与えたパターン全体が１回で目標部分Ｃに投影される（すなわち１回の静止露光）。次に基板テーブルＷＴがＸ方向および／あるいはＹ方向にシフトされ、異なる目標部分Ｃが照射され得る。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズが、１回の静止露光で描像される目標部分Ｃのサイズを制限する。
２．走査モードにおいては、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴを同期走査する一方、放射線ビームに与えられたパターンを目標部分Ｃに投影する（つまり１回の動的露光）。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＬの拡大（縮小）および像反転特性によって決定される。走査モードでは、露光フィールドの最大サイズが、１回の動的露光で目標部分の（非走査方向における）幅を制限し、走査動作の長さが目標部分の（走査方向における）高さを決定する。
３．別のモードでは、マスクテーブルＭＴが基本的に静止状態に維持されて、プログラマブルパターニングデバイスを保持し、放射線ビームに与えられたパターンを目標部分Ｃに投影する間に、基板テーブルＷＴが動作するか、走査される。このモードでは、一般的にパルス状放射線ソースを使用して、基板テーブルＷＴを動作させるごとに、または走査中に連続する放射線パルス間に、プログラマブルパターニングデバイスを必要に応じて更新する。この動作モードは、以上で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを使用するマスクなしリソグラフィに容易に適用することができる。

上述した使用モードの組合せおよび／または変形、または全く異なる使用モードも使用することができる。

図２は、本発明の実施形態によるＥＵＶリソグラフィ装置の側面図を示す。この配置構成は図１で示した装置のそれとは異なるが、動作原理は同様であることが分かる。装置は、ソース・集光器・モジュールまたは放射線ユニット３、照明システムＩＬおよび投影システムＰＬを含む。放射線ユニット３には放射線ソースＬＡを設け、これは気体または蒸気、例えばＸｅガスまたはＬｉ蒸気を使用してよく、この中では電磁放射線スペクトルのＥＵＶ範囲で放射線を放出するように非常に高温の放電プラズマが生成される。放電プラズマは、電気放電の部分的に電離したプラズマを光学軸Ｏ上で崩壊させることによって発生する。放射線を効率的に発生させるには、０．１ｍバールの分圧のＸｅ、Ｌｉ蒸気または任意の他の適切な気体または蒸気が必要である。放射線ソースＬＡが放射する放射線は、ソース室７から集光器室８へと気体バリア構造または「箔トラップ」９を介して通過する。気体バリア構造は、例えば参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，６１４，５０５号および第６，３５９，９６９号で詳述されているようなチャネル構造を含む。集光器室８は、例えばかすめ入射集光器によって形成された放射線集光器１０を含む。集光器１０によって渡された放射線は、反射防止膜を含む本発明による光学要素１１を透過する。ブレーズドスペクトル純度フィルタとは対照的に、光学要素１１は放射線ビームの方向を転換しないことに留意されたい。代替実施形態では、図示されていないが光学要素１１が放射線ビームを反射することができる。光学要素１１がかすめ入射鏡の形態で、または集光器１０上に実現されているからである。放射線は、集光室の開口からの仮想ソースポイント１２（つまり中間焦点）に集束する。室８から、投影ビーム１６は照明システムＩＬ内で垂直入射反射鏡１３、１４を介してレチクル、またはレチクルまたはマスクテーブルＭＴ上に位置決めされたマスクへと反射する。投影システムＰＬによって反射性要素１８、１９を介してウェハステージまたは基板テーブルＷＴ上に描像されるパターン形成ビーム１７が形成される。通常、照明システムＩＬおよび投影システムＰＬには、図示より多くの要素が存在する。

反射要素１９の一つは、その前方に、開口２１を有するＮＡディスク２０を有する。開口２１のサイズは、放射線ビーム１７が基板テーブルＷＴに当たった時にそれによって範囲が決定される角度α_ｉを決定する。

本発明は、ＥＵＶ放射線に対して妥当な反射を示す反射防止膜に使用される材料を含むスペクトル純度フィルタに関する。したがって、本発明はＥＵＶ放射線の鏡として使用される反射防止膜を有する基板に関する。反射防止膜は、望ましくない放射線（つまりＥＵＶ以外）は反射されないような方法で設計される。これによって、反射防止膜を有するかすめ入射鏡を使用してスペクトル純度フィルタを作成することができる。

図３は、ＥＵＶ放射線が基板によって反射し、ＵＶおよびＩＲ放射線が透過するか、吸収される基板上の反射防止（ＡＲ）膜の原理に関する。図３の基板はシリコンから作成される。

図３で示すような反射防止膜は、反射防止特性を有する任意の適切な材料から作成される。例えば、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、ダイアモンド、炭素、および特に非晶質炭素、ＴｉＮ、ＳｉＣおよびＳ_３Ｎ_４などの材料を使用することができる。

反射防止膜は、光の波の性質を、特に光の弱め合う干渉の現象および屈折率への反射率の依存性を利用する。約１／４λの厚さまたは約１／４λ未満の厚さの単一の膜で表面（つまり基板）を覆うことにより、その特定のλを有する放射線の反射が消去される。頂部表面で反射した光線は、下部表面で反射した光線とは１８０°位相がずれる。つまり弱め合う干渉が発生する。また、多層膜を使用することにより、より広い範囲のスペクトルにわたって光の損失を減少させることが可能である。かすめ角のせいで、反射防止膜の厚さを調節する必要がないことに留意されたい。実際には、１／４λになる必要があるのは厚さではなく、光が光学的に進む距離であるので、反射防止膜の厚さが１／４λより小さくなるからである。

例えば、約２０〜５０ｎｍの厚さのダイアモンド反射防止膜または約５０〜９０ｎｍのＣａＦ_２を使用する。

しかし、前述した材料を使用する上記の実施形態は、鏡の表面に対する入射角が小さい、つまり約１０°未満、例えば約５°未満である場合に、ＥＵＶ反射鏡としてのみ効率的であることに留意されたい。小さいかすめ入射角度（例えば約５°）を獲得できるためには、スペクトル純度フィルタをＥＵＶリソグラフィ設定の中間焦点に配置することができる。５°の角度は、実際にはある角度の範囲が存在するので、計算した平均入射角の値であることに留意されたい。角度の範囲は約５°〜７°でよい。反射防止膜の性能は、入る放射線の偏光によって決定されるので、本発明の実施形態は、反射の両方とも反射防止膜に対して異なる偏光を有する２つの反射を生成するために、ほぼ十字の形状のスペクトル純度フィルタを有する。図４のスペクトル純度フィルタ１００は十字の形状および反射したＥＵＶ光を明瞭に示す。図４は、スペクトル純度フィルタ１００が断面形状に４つの平面部分１０２、１０４、１０６、１０８を含むことを示す。図４のＥＵＶ光は、入射角を減少させるために、図４に示すスペクトル純度フィルタ１００の部分１０２、１０４から反射する。

図５は、リソグラフィ装置の中間焦点にスペクトル純度フィルタ１００を配置することによってこれを達成する方法を示す。図５は、表面の入射角を減少するために、スペクトル純度フィルタ１００の十字形状を中間焦点に配置できる方法について、像を示す。図５は、異なる角度から来る様々な光線も示す。

したがってＥＵＶ放射線は、反射防止膜の頂部から反射する。ＥＵＶの反射率は、入射角および反射防止膜に使用する材料のタイプによって決定される。

ソース集光器モジュールの中間焦点における入射角は、約５°になる。以下の表１は、反射防止膜に使用する幾つかの材料、および５°におけるそのかすめ入射反射率を列挙する。

反射防止膜に使用する材料のタイプは、これが働く必要がある波長によって決定される。例えば、ＶＵＶ（１３０〜２５０ｎｍ）放射線ではＣａＦ_２が良好な選択肢であり、これはＥＵＶ放射線に対しては７７％の反射率を有する。（スペクトル純度フィルタの十字形状による）２つの反射の損失を考慮すると、これはＥＵＶ放射線の５０％の合計反射率となり、これはスペクトル純度フィルタでは許容可能である。実際には、全ての入射光線が５°で入るわけではなく、角度が０°から５°の範囲であるので、反射率はこれより高くなる。したがって、ＥＵＶの合計反射率のより良い推定値は約７０〜８０％である。

単純な１／４λ層を、反射防止膜として使用することができる。５°のかすめ角度の場合、８０ｎｍの厚さのＣａＦ_２層の結果、波長２００ｎｍのｐ偏光は反射しない。層の厚さを調整することにより、反射防止曲線を調整することができる。１つの１／４波長層では、反射率は約２００ｎｍの周囲では４ｎｍ波長帯で１％未満を維持する。多層反射防止膜を有することにより、この波長帯は劇的に増加する。ＥＵＶ放射線が頂部表面で反射するので、その下の層を自由に設計して反射防止を改善することができる。つまり、反射防止膜の下では、他のどの材料を使用するかは問題ない。これによって、ＤＵＶの反射率を更に低下させ、ＤＵＶを更に吸収し、熱伝導性のような基板の材料特性を改善することができる。

熱安定性を良好にするために、吸収されたパワーは、厚さが約１ｍｍ、長さが１０ｃｍのシリコンのシートで約２ｃｍにわたって伝達されなければならない。２００Ｋという許容可能な温度差を使用すると、これは１枚のシートについて２００×（１５０×１×１０^３×１０×１０^−２／２×１０^−２）＝２００ケルビン×０．７５Ｗ／ケルビン＝１５０ワットという最大吸収パワーになる。本発明のスペクトル純度フィルタは、２枚のシートで作成した十字で構成され、したがって最大許容吸収パワーは３００ワットである。

３００ワットの吸収パワーを使用すると、熱放射冷却を使用する温度の計算も可能である。この温度は６００Ｋである。つまり熱伝導が、使用するのに望ましい方法である。

中間焦点で必要な総合帯域内ＥＵＶパワーは、ほぼ１２０Ｗであり、約８００Ｗの合計ＥＵＶ放射になる。７０〜８０％というＥＵＶ反射率推定値を使用すると、ＥＵＶ吸収は２０〜３０％となり、これは１６０〜２４０ワットである。つまり、２００Ｋという温度差を超えてはならない場合、最大で６０〜１４０Ｗをスペクトル純度フィルタで吸収することができる。これは、ＤＵＶパワーの大部分を除去できるのに十分な余裕を与える。

合計許容吸収パワーを増加するにはこの計算の他に幾つかの選択肢もある。
１．シートの厚さを増加させる。この計算では、１ｍｍの厚さを使用する。厚さを２ｍｍに増加すると、合計許容吸収率が２倍になる。余分に吸収されたパワーは、ＥＵＶ範囲以外を吸収するために全て使用することができる。
２．異なる基板材料を使用する。例えば、シリコンの代わりに銅を使用すると、合計許容吸収パワーが２倍になる。
３．能動的冷却。例えば、マイクロチャネルでは冷却率を大幅に増加させることができる。
４．温度差を増大させる。反射防止膜に使用する材料の特性に応じて、より高い許容温度差を使用することができる。

上記の方法が望ましい理由は以下の通りである。
１．現在のスペクトル純度フィルタよりも、生産に費用がかからず、簡単である。
２．現在のスペクトル純度フィルタに比較して、損失が低下する。
３．目標波長で光の強度を強力に抑制する。つまり、フォトレジストが影響を受けやすいウェハレベルにおいて強度が高すぎるＵＶ波長を強力に抑制するために、使用することができる。
４．ＵＶ領域の隣の可視または赤外線波長で使用可能である。これらの波長範囲では、本発明はさらに良好な性能を有することが予想される（他の材料を使用することができる）。
５．ＥＵＶ放射線が頂部表面で反射する。したがって、反射防止を改善するために、下にある多層のスタックを自由に設計することができる。
６．中間焦点で十字形の反射鏡を使用するので、光線の入射角が減少し、その結果、反射率が高くなる。

しかし、上述したかすめ入射鏡は、幾つかの方法で改善することができる。第一に、かすめ入射反射防止膜での抑制は、非常に広いわけではない。第二に、かすめ入射鏡は、望ましくない損失をシステムに導入することがある。

図６は、図４および図５で示す十字形スペクトル純度フィルタからのＤＵＶ反射率を示す。これは、シリコン上の７３ｎｍのＣａＦ_２反射防止膜を使用して、５°のかすめ入射角について、Ｓ偏光とＰ偏光の寄与率を掛けることによって計算される。図６は、十字形のスペクトル純度フィルタが良好に働くが、かなり小さい波長範囲の波長の場合のみであることを示す。しかし、その波長範囲で、反射率は０．０００６もの低さにすることができ（図７参照）、これは３桁の抑制以上に相当する。つまり、十字形スペクトル純度フィルタは、抑制すべき波長が特定の周波数で放射されている場合、スペクトル純度を向上させるために非常に適している。これは、例えばリチウムＥＵＶソースの場合である。

十字形スペクトル純度フィルタの抑制帯域の幅が狭いことに対する解決法は、ＵＶ範囲で低い「自然」かすめ入射反射率を有する膜材料を使用することによって、抑制を広くすることである。この例が図８で図示され、これはダイアモンドの反射防止膜を含む十字形スペクトル純度フィルタの反射率曲線である。

特に、図８はシリコン上の約４０ｎｍのダイアモンド層で構成された十字形スペクトル純度フィルタに関する。ダイアモンドはＵＶ範囲で低いかすめ入射反射率を有するので、この場合では約２５０ｎｍにある通常の反射防止抑制に加えて、多少のＤＵＶ抑制をこの範囲で達成することができる。反射率曲線は、５°のかすめ入射角について計算したものである。２本の水平の線は、ＥＵＶ反射率およびＥＵＶ反射率の１０％を示す。

十字形スペクトル純度フィルタは一般的に、損失が非常に低く、例えばＣａＦ_２の膜では２０〜３０％である。しかし、これらの損失は、システムに十字形スペクトル純度フィルタを導入する代わりに、リソグラフィシステムの既存のかすめ入射鏡に反射防止膜を適用することによって、さらに低下させることができる。

例えば図２を参照すると、かすめ入射鏡は反射防止膜で被覆し、照明システムＩＬ内でレチクルの前、またはその付近に配置することができる。表２は、幾つかの異なる材料のかすめ入射反射率を比較する。表２が示すのは、例えばＲｕの代わりにＣａＦ_２を使用した場合、７°のＥＵＶかすめ入射反射率が９２％から７６％になり、これは余分なかすめ入射鏡をシステムに導入した場合に生じる２４％の損失ではなく、１６％という余分なＥＵＶ損失になることである。

十字形スペクトル純度フィルタの損失を減少させるために、既存のかすめ入射鏡を使用することが有用である。例えば、集光器を反射防止膜で被覆するか、十字形スペクトル純度フィルタを１枚の板（２つの反射ではなく、１つの反射しか与えない）と置換し、次にこの１枚の板を既存のかすめ入射鏡の反射防止膜と組み合わせて、Ｓ偏光とＰ偏光両方の抑制を達成することができる。

ＤＵＶに対してかなり低いかすめ入射反射率を有する材料もある。その例が図９に図示され、これはＤＵＶ波長範囲におけるダイアモンドの偏光依存のかすめ入射反射率を示す。図９は、７°の角度でのダイアモンドのかすめ入射反射率に関する。Ｐ偏光とＳ偏光の両方で反射がある場合は、合計反射率に関してＲｐ曲線を得ることができる。しかし、集光器は両方ともＰ偏光または両方ともＳ偏光である２つの反射を有するので、ＲｐとＲｓの間で平均が得られる。ダイアモンドで被覆した集光器では、ＤＵＶ−ＵＶのほぼ６０％が反射されないことが分かる。この実施形態では、反射防止効果を使用しない（つまりダイアモンドの層が比較的厚い）ことに留意されたい。

図９では、（Ｒｐ×Ｒｐ＋Ｒｓ×Ｒ）ｓ／２の線は、ダイアモンドを被覆した集光器によってＤＵＶ−ＵＶのほぼ６０％が吸収されることを示す。反射防止膜が集光器に与えられているだけであれば、スペクトル純度を向上させるためにかすめ入射鏡に反射防止膜を与えても働かない。これは、集光器中では反射面が両方の反射に対して同じであり、同じ偏光の２つの反射になるが、かすめ入射反射防止膜の良好な性能のためには、Ｐ偏光とＳ偏光の両方の反射がある必要があるからである。

シリコン上にダイアモンドの薄い層があっても、必ずしも集光器上に反射防止効果が達成できないことに留意されたい。同じ偏光の２つの反射があるからである。そのために、反射防止膜は、抑制している波長以外の波長でも反射率を改善することができる。このような場合、「自然に」低いかすめ入射反射率を使用するだけのために、厚いダイアモンド層を使用することが望ましいこともある。

図１０は、７°の角度において幾つかの異なる材料のかすめ入射反射率曲線を示す。特に、図１０は、Ｓ偏光とＰ偏光の両方について配置構成された２つの反射を使用する場合の１反射ごとの抑制を示す。表３および表４は、このような材料の１００〜２００ｎｍでの平均ＤＵＶ抑制率を、対応するＥＵＶ反射率とともにまとめている。表３および表４は、集光器に関する値を示し、したがってこれらの表では、偏光が同じであった２つの反射率について計算を実行している（つまり図１２とは異なる）ことに留意されたい。前述したように、ＤＵＶ抑制率は、ＤＵＶ光の反射率をＥＵＶ光の反射率で割った値に関する。

集光器の半分のみをダイアモンドで被覆した場合は、表３が当てはまる。集光器全体をダイアモンドで被覆した場合は、表４が当てはまる。

ダイアモンド、炭素またはＭｇＦ_２のような材料は、現在使用されているＲｕと比較して、反射光のスペクトル純度を改善し、ＥＵＶ光ではわずかに追加的な損失があることが明白である。

したがって、かすめ入射鏡にＲｕとは異なる材料を使用すると、ＵＶ波長範囲でスペクトル純度を向上できることが分かる。このような材料の例はダイアモンド、非晶質炭素およびＭｇＦ_２である。

例えば、集光器をダイアモンドで作成すると、これはＲｕ集光器の７４％と比較して、５３％のＤＵＶ抑制率を有する。つまり、Ｒｕ集光器と比較して、ダイアモンド集光器を使用すると、ＥＵＶパワー／ＤＵＶパワーの比率が１−（０．７４／０．５３）＝約４０％だけ改善され、約１０％のＥＵＶの損失がある。

さらに優れた技術は、Ｐ偏光とＳ偏光の両方とも反射するような方法で２枚のかすめ入射鏡を配置構成することである。その方法で、抑制率ははるかに高くなる。例えば、ダイアモンドを被覆した２枚のかすめ入射鏡は、２枚のＲｕかすめ入射鏡と比較して、ＥＵＶパワー／ＤＵＶ−ＵＶパワーの比率を１桁改善し、ＥＵＶの余分な損失はわずか１０％である。

本文ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及しているが、本明細書で説明するリソグラフィ装置が他の多くの用途においても使用可能であることは明確に理解されるべきである。例えば、これは、集積光学装置、磁気ドメインメモリ用ガイダンスおよび検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造に使用され得る。こうした代替的な用途の状況においては、本文にて使用した「ウェハ」または「ダイ」といった用語は、それぞれ「基板」または「目標部分」といった、より一般的な用語に置き換えて使用され得ることが当業者には理解される。本明細書で言及する基板は、露光前または露光後に、例えばトラック（通常はレジストの層を基板に塗布し、露光したレジストを現像するツール）または計測または検査ツールで処理することができる。適宜、本明細書の開示は、以上およびその他の基板処理ツールに適用することができる。さらに、基板は、例えば多層ＩＣを生成するために、複数回処理することができ、したがって本明細書で使用する基板という用語は、既に複数の処理済み層を含む基板も指す。

上記の説明は例示的であり、制限的ではない。したがって、請求の範囲から逸脱することなく、記載されたような本発明を変更できることが当業者には明白である。

以上では光学リソグラフィの状況における本発明の実施形態の使用に特に言及しているが、本発明は、刻印リソグラフィなどの他の用途においても使用可能であり、状況が許せば、光学リソグラフィに制限されないことが分かる。刻印リソグラフィでは、パターニングデバイスの構造が、基板上に生成されるパターンを画定する。パターニングデバイスの構造を、基板に供給されたレジストの層に押しつけ、その後に電磁放射線、熱、圧力またはその組み合わせを適用して、レジストを硬化する。パターニングデバイスをレジストから離し、レジストを硬化した後にパターンを残す。

本明細書では、「放射線」および「ビーム」という用語は、イオンビームあるいは電子ビームといったような粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）放射線（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、あるいは１２６ｎｍの波長を有する）、Ｘ線および超紫外線（ＥＵＶ）放射線（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射線を網羅するものとして使用される。

「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁気および静電気光学構成要素を含む様々なタイプの光学構成要素のいずれか、またはその組み合わせを指す。

以上、本発明の特定の実施形態を説明したが、説明とは異なる方法でも本発明を実践できることが理解される。例えば、本発明は、上記で開示したような方法を述べる機械読み取り式命令の１つまたは複数のシーケンスを含むコンピュータプログラム、または自身内にこのようなコンピュータプログラムを有するデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気または光ディスク）の形態をとることができる。

本発明の実施形態によるリソグラフィ装置を示したものである。 本発明の実施形態により超紫外線（ＥＵＶ）放射線で使用するリソグラフィ装置を示したものである。 超紫外線（ＥＵＶ）放射線を反射する反射防止（ＡＲ）膜を示したものである。 本発明の実施形態によるほぼ十字形のかすめ入射鏡を示したものである。 リソグラフィ装置の中間焦点にある、図４に示した十字形スペクトル純度フィルタを示したものである。 ほぼ十字形のかすめ入射鏡および５°のかすめ入射角を使用したシリコンのＣａＦ_２の反射率曲線を示したものである。 ２００ｎｍの範囲でほぼ十字形のかすめ入射鏡の反射率曲線を示したものである。 ダイアモンドの反射防止膜を含む十字形のスペクトル純度フィルタの反射率曲線を示したものである。 ＰおよびＳ偏光のダイアモンドのかすめ入射反射率を示したものである。 ７°の角度で幾つかの異なる基板のかすめ入射反射率を示したものである。

Claims (21)

1. 反射防止膜を有する光学要素であって、反射防止膜がＥＵＶ放射線を反射し、それによって放射線ビームのスペクトル純度を改善するように構成され、
   光学要素がかすめ入射鏡であり、かすめ入射鏡が２つの反射を生成できるようにするために実質的に十字形である光学要素。
2. 光学要素がリソグラフィ装置の集光器である、請求項１に記載の光学要素。
3. 反射防止膜が、特定波長の放射線の反射を防止するように構成される、請求項１に記載の光学要素。
4. 実質的にＥＵＶ放射線のみが反射する、請求項１に記載の光学要素。
5. ＥＵＶ放射線の約７０〜９０％が反射する、請求項１に記載の光学要素。
6. 反射防止膜の厚さは、反射防止膜を通って放射線ビームが進む光路長が約１／４λであるように構成される、請求項１に記載の光学要素。
7. 反射防止膜として８０ｎｍ厚さのＣａＦ_２層を使用する、請求項１に記載の光学要素。
8. 反射防止膜が任意の適切な反射防止材料を有する、請求項１に記載の光学要素。
9. 反射防止膜が、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、ダイアモンド、非晶質炭素、ＴｉＮ、ＳｉＣまたはＳｉ_３Ｎ_４のいずれか、およびその組み合わせで作成される、請求項１に記載の光学要素。
10. 光学要素が、５°から７°という１組の入射角を獲得するように構成されるかすめ入射鏡である、請求項１に記載の光学要素。
11. かすめ入射鏡の２つの面で２つの反射が生じるように構成される、請求項１に記載の光学要素。
12. かすめ入射鏡が、良好な熱伝導率を有する任意の適切な材料で作成した基板を有する、請求項１に記載の光学要素。
13. かすめ入射鏡がＳｉまたはＣｕで作成した基板を有する、請求項１に記載の光学要素。
14. 光学要素がかすめ入射鏡であり、入射角を低下させるために、かすめ入射鏡の表面の２つの面でＥＵＶ放射線が反射するように構成される、請求項１に記載の光学要素。
15. 光学要素がかすめ入射鏡であり、前記かすめ入射鏡が反射防止膜を被覆した基板を有する、請求項１に記載の光学要素。
16. 基板がシリコンまたは銅で作成される、請求項１５に記載の光学要素。
17. ＥＵＶの波長以外の波長で光を抑制するように構成された材料を、反射防止膜に使用する、請求項１に記載の光学要素。
18. 材料が約２０〜５０ｎｍの厚さのダイアモンド膜である、請求項１７に記載の光学要素。
19. リソグラフィ装置であって、
    放射線ビームを調整するように構成された照明システムと、
    パターニングデバイスを支持するように構成された支持体とを有し、パターニングデバイスが、放射線ビームの断面にパターンを与えて、パターン形成した放射線ビームを形成するように構成され、さらに、
    基板を保持するように構成された基板テーブルと、
    パターン形成した放射線ビームを基板の目標部分に投影するように構成された投影システムと、
    リソグラフィ装置内にあって反射防止膜を有する少なくとも１つの光学要素とを有し、反射防止膜が、ＥＵＶ放射線を反射し、それによって放射線ビームのスペクトル純度を改善するように構成され、光学要素がかすめ入射鏡であり、かすめ入射鏡が２つの反射を生成できるようにするために実質的に十字形であるリソグラフィ装置。
20. 反射防止膜を有する光学要素を有するリソグラフィ装置であって、反射防止膜が、ＥＵＶ放射線を反射し、それによって放射線ビームのスペクトル純度を改善するように構成され、
    光学要素がかすめ入射鏡であり、かすめ入射鏡が２つの反射を生成できるようにするために実質的に十字形であるリソグラフィ装置。
21. デバイス製造方法であって、
    放射線ビームを提供することと、
    放射線ビームにパターンを形成することと、
    パターン形成した放射線ビームまたは放射線を基板の目標部分に投影することと、
    ＥＵＶ放射線を反射し、それによって放射線ビームのスペクトル純度を改善するように構成された少なくとも１つの光学要素で、放射線ビームを反射することとを含み、
    光学要素がかすめ入射鏡であり、かすめ入射鏡が２つの反射を生成できるようにするために実質的に十字形である方法。