JP5045144B2 - 多層膜反射鏡、露光装置、デバイス製造方法、及び多層膜反射鏡の製造方法 - Google Patents

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

多層膜反射鏡において、反射面の劣化を抑制するために、反射面を保護層で覆うことが考えられる。また、多層膜反射鏡の光学特性を調整するために、反射面を加工することが考えられる。加工された多層膜反射鏡の反射面を保護層で覆うと、その保護層によって多層膜反射鏡の光学特性が変化する可能性がある。そのため、多層膜反射鏡において、反射面の劣化を抑制しつつ、所望の光学特性が得られる技術の案出が望まれる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、反射面の劣化を抑制しつつ、所望の光学特性が得られる多層膜反射鏡、及び多層膜反射鏡の製造方法を提供することを目的とする。また、その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を目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は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。

本発明の第１の態様に従えば、基材（５）と、基材（５）上に所定の周期長（ｄ）で交互に積層された第１層（１）及び第２層（２）を含み、表面（４Ｓ）が凹凸状に形成され、極端紫外光を反射可能な多層膜（４）と、多層膜（４）の表面（４Ｓ）を覆うように配置され、極端紫外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た第３層（３）と、第３層（３）の表面（３Ｓ）を覆うように配置された保護層（６）と、を備えた多層膜反射鏡（１０）が提供される。

本発明の第１の態様によれば、凹凸状に形成された多層膜の表面を第３層で覆い、その第３層を覆うように保護層を配置することによって、反射面の劣化を抑制しつつ、所望の光学特性を得ることができる。

本発明の第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。

本発明の第２の態様によれば、反射面の劣化が抑制され、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。

本発明の第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（Ｐ）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。

本発明の第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。

本発明の第４の態様に従えば、基材（５）上に所定の周期長（ｄ）で第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（４）の表面（４Ｓ）を凹凸状に加工することと、多層膜（４）の表面（４Ｓ）を覆うように、極端紫外光に対する屈折率が真空の屈折率とほぼ等しい物質で第３層（３）を形成することと、第３層（３）の表面（３Ｓ）を覆うように保護層（６）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。

本発明の第４の態様によれば、表面を凹凸状に加工した後、その表面を覆うように第３層を形成し、その第３層を覆うように保護層を形成することによって、反射面の劣化が抑制され、所望の光学特性が得られる多層膜反射鏡を製造できる。

本発明によれば、多層膜反射鏡は、反射面の劣化を抑制しつつ、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説明するが、本発明はこれに限定されない。なお、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上に所定の周期長ｄで交互に積層された第１層１及び第２層２を含み、表面４Ｓが凹凸状に形成され、極端紫外光を反射可能な多層膜４と、多層膜４の表面４Ｓを覆うように配置され、極端紫外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た第３層３と、第３層３の表面３Ｓを覆うように配置された保護層６とを備えている。

極端紫外光は、例えば波長１１〜１４ｎｍ程度の軟Ｘ線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。

多層膜４は、所定の周期長ｄで交互に積層された第１層１及び第２層２を含む。周期長ｄは、第１層１の厚みｄ_１と第２層２の厚みｄ_２との和（ｄ_１＋ｄ_２）である。光干渉理論に基づいて、第１層１と第２層２との各界面で反射した反射波の位相が一致するように、第１層１の厚みｄ_１及び第２層２の厚みｄ_２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。

一例として、本実施形態における第１層１の厚みｄ_１は、２．４１５ｎｍであり、第２層２の厚みｄ_２は、４．４８５ｎｍであり、周期長ｄは、６．９ｎｍである。以下の説明において、１組の第１層１と第２層２とを適宜、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。

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。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。

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ｎ_Ｍｏ＝０．９２であり、シリコンの屈折率ｎ_Ｓｉ＝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。

多層膜４の表面４Ｓは、凹凸状に形成されている。本実施形態においては、波面収差を制御するために、多層膜４の表面４Ｓが凹凸状に形成されている。多層膜４の表面４Ｓは、第１層１及び第２層２の少なくとも一方で形成されている。本実施形態においては、多層膜４の表面４Ｓは、第１層１と第２層２との両方で形成されている。

第３層３は、多層膜４の表面４Ｓを覆うように配置されている。第３層３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ている。第３層３は、ＥＵＶ光に対する屈折率がＥＵＶ光に対する第２層２の屈折率とはほぼ等しい物質で形成されている。本実施形態においては、第３層３は、第２層２を形成する物質と同じ物質で形成されている。すなわち、本実施形態においては、第３層３は、シリコン（Ｓｉ）で形成されている。

保護層６は、第３層３の表面３Ｓ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。

本実施形態においては、第３層３と保護層６との界面、すなわち第３層３の表面３Ｓは、複数の層対７のうち、所定の層対７の第１層１の基材５側（−Ｚ側）の表面（下面）から、基材５から離れる方向（＋Ｚ方向）に対して、周期長ｄの整数倍の位置に配置されている。換言すれば、第３層３と保護層６との界面は、所定の層対７の基材５側（−Ｚ側）の面から、＋Ｚ方向に周期長ｄの整数倍の位置に配置されている。

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。以下の説明において、所定の層対７の第１層１の基材５側（−Ｚ側）の表面（下面）のＺ軸方向に関する位置を適宜、第１位置Ｚ_１、と称する。

次に、上述の多層膜反射鏡１０を製造する方法について、図２〜図４の模式図を参照しながら説明する。

図２（Ａ）に示すように、基材５上に所定の周期長ｄで第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。これにより、図２（Ａ）に示すように、基材５上に、第１層１及び第２層２を含む多層膜４が形成される。

図２（Ａ）の状態において、多層膜４の表面４Ｓ（４Ｓａ）は、ＸＹ平面とほぼ平行である。以下の説明において、図２（Ａ）の状態の多層膜４の表面４ＳａのＺ軸方向に関する位置を適宜、第２位置Ｚ_２、と称する。図２（Ａ）に示す状態においては、多層膜４の表面４Ｓａは、第２層２で形成されている。第２位置Ｚ_２は、第１位置Ｚ_１から＋Ｚ方向に周期長ｄの整数倍の位置である。

次に、図２（Ｂ）に示すように、多層膜４の表面が凹凸状に加工される。本実施形態においては、波面収差を制御するために、多層膜４の表面が所定の形状に調整される。本実施形態においては、研磨装置２０が多層膜４の表面の一部を研磨し、除去することによって、多層膜４の表面を所定の形状に加工する。なお、例えば多層膜４の表面に液体を噴射することによって、多層膜４の表面を所定の形状に加工してもよい。

次に、図３（Ａ）に示すように、多層膜４の表面４Ｓを覆うように、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第３層３が形成される。第３層３は、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、所定の成膜方法を用いて形成することができる。図３（Ａ）に示すように、第３層３の表面３Ｓは、加工後の多層膜４の表面４Ｓの形状に沿うように形成される。本実施形態においては、Ｚ軸方向に関して基材５に最も近い第３層３の位置Ｚ_３Ｓが、第２位置Ｚ_２よりも＋Ｚ側に配置されるように、第３層３が形成される。

次に、図３（Ｂ）に示すように、第３層３の表面３Ｓが第１位置Ｚ_１から周期長ｄの整数倍の位置に配置されるように、その第３層３の表面３Ｓが加工される。本実施形態においては、図２（Ａ）に示す加工前の多層膜４の表面４Ｓａの位置（第２位置Ｚ_２）と第３層３の表面３Ｓとが一致するように、第３層３の表面が加工される。本実施形態においては、研磨装置２０が第３層３の表面の一部を研磨し、除去することによって、第２位置Ｚ_２と第３層３の表面３Ｓの位置とが一致するように、第３層３の表面が加工される。

本実施形態においては、研磨装置２０は、例えば位置センサ等、多層膜４を加工したときの多層膜４の加工量（多層膜４を除去した厚み）を検出可能な検出装置を備えており、多層膜４の表面の各位置における加工量、換言すれば除去した多層膜４の膜厚分布を記憶している。研磨装置２０は、第３層３を加工するときに、上述の記憶情報に基づいて、第３層の表面の位置が第２位置Ｚ_２と一致するように、第３層３の表面を加工（研磨）する。これにより、図４（Ａ）に示すように、第３層３の表面３Ｓが第１位置Ｚ_１から周期長ｄの整数倍の位置に配置される。

なお、多層膜４の表面形状及び第３層３の表面形状を計測可能な面形状計測装置、あるいは多層膜４の膜厚及び第３層３の膜厚を計測可能な膜厚計測装置を用いて、多層膜４及び第３層３を計測し、その計測結果に基づいて、第３層３の表面が加工前の多層膜４の表面４Ｓａと一致するように、研磨装置２０の動作が制御されてもよい。

なお、図２（Ｂ）に示す状態から、スパッタリング法に基づいて第３層３を形成する際、多層膜４の表面４Ｓと対向する位置に開口を有するマスク部材を配置し、第３層３の表面３Ｓの位置が第２位置Ｚ_２と一致するように、マスク部材の開口を介して、多層膜４の表面４Ｓに、第３層３を形成するためのスパッタ粒子（成膜種）を供給するようにしてもよい。すなわち、第３層３の表面３Ｓが第２位置Ｚ_２と一致するように、多層膜４の表面４Ｓとマスク部材の開口との位置関係を調整しつつ、多層膜４の表面４Ｓに第３層３を形成するためのスパッタ粒子をマスク部材の開口を介して供給する。これにより、第３層３は、所望の膜厚分布を有するように形成される。この場合、第３層３を研磨装置２０で研磨する処理を省略可能である。

次に、図４（Ｂ）に示すように、第３層３の表面３Ｓ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。以上により、多層膜反射鏡１０が形成される。

以上説明したように、本実施形態によれば、凹凸状に形成された多層膜４の表面４Ｓを第３層３で覆い、その第３層３を覆うように保護層６を配置するようにしたので、多層膜反射鏡１０の反射面の劣化を抑制しつつ、所望の光学特性を得ることができる。

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、多層膜反射鏡の反射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反射面に照射されると、その反射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反射面と接触し、その有機ガスと接触した状態の多層膜反射鏡の反射面に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反射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。多層膜反射鏡の反射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、多層膜反射鏡の反射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、多層膜反射鏡の反射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、多層膜反射鏡１０の反射面に保護層６が配置されているので、反射面が酸化したり、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、多層膜反射鏡１０の反射面の劣化を抑制できる。

また、本実施形態の多層膜反射鏡１０は、ＥＵＶ露光装置の投影光学系に使用可能であり、波面収差を制御するために、多層膜４の表面４Ｓが凹凸状に形成されている。露光装置の投影光学系は、いわゆる回折限界の光学系であり、波面収差を十分に小さくしておかないと設計どおりの性能が得られない。回折限界の光学系における波面収差の許容値の目安としては、Marechalによる、二乗平均値（ＲＭＳ）で、使用波長λの１４分の１以内という基準がある。これは、Strehl比（収差のある光学系と無収差光学系との間の点像強度の最大値の比）が、８０％以上になるための条件である。実際の露光装置の投影光学系は、これよりも更に低い収差になるように製造されている。

ＥＵＶ露光装置の光学系は、全て反射鏡で構成され、光学系の波面収差（ＷＦＥ）に対して、個々の反射鏡に許容される形状誤差（ＦＥ）は、
ＦＥ＝ＷＦＥ／２／√Ｎ（ＲＭＳ） …（１）
で与えられる。ここで、Ｎは、光学系を構成する反射鏡の枚数であり、更に２で割るのは、反射光学系では入射光と反射光との両方がそれぞれ形状誤差の影響を受けるので、波面収差には形状誤差の２倍の誤差が乗るからである。

結局、回折限界の光学系において、個々の反射鏡に許容される形状誤差（ＦＥ）は、波長λと反射鏡の枚数Ｎに対して、
ＦＥ＝λ／２８／√Ｎ（ＲＭＳ） …（２）
で与えられる。この値は、波長１３．５ｎｍでは６枚の反射鏡で構成された光学系の場合、０．２ｎｍＲＭＳとなる。

しかし、このような高精度の非球面形状の反射鏡を製造することは非常に困難であり、非球面の加工技術および計測技術の大幅な向上が必要とされている。

一方、山本によって多層膜反射鏡の表面を１層ずつ削り取ることによって、実質的にｎｍ以下の形状誤差を補正できるという画期的な技術が報告されている（M. Yamamoto, 7th International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation, Berlin Germany, August 21-25, 2000, POS2-189）。図５を参照しながら、その原理を説明する。以下、簡単のために、基材及び多層膜は平面であると仮定する。

図５（Ａ）に示すような、第１層１及び第２層２を一定の周期長ｄで交互に積層した多層膜４を形成した後、表面４Ｓに最も近い１つの層対７を除去して、図５（Ｂ）に示すような状態にする場合を考える。図５（Ａ）において、多層膜４の表面４Ｓに対して垂直方向に進行する光線に対する、厚みｄの多層膜４の１つの層対７の光路長をＯＰ、第１層１の厚みをｄ_１、第２層２の厚みをｄ_２、第１層１の屈折率をｎ_１、第２層２の屈折率をｎ_２としたとき、
ＯＰ＝ｎ_１ｄ_１＋ｎ_２ｄ_２ …（３）
となる。なお、ｄ＝ｄ_１＋ｄ_２である。

図５（Ａ）に示す多層膜４から、表面４Ｓに最も近い１つの層対７を除去した部分（図５（Ｂ）中、符号７Ａ参照）の光路長をＯＰ’、真空の屈折率をｎ（＝１）としたとき、
ＯＰ’＝ｎｄ …（４）
となる。

（３）式、及び（４）式から分かるように、多層膜４の最も上層の層対７を除去することによって、そこを通過する光線が進む光学的距離が変化することになる。これは、実質的に、その変化分だけ面形状を補正（調整）したことと光学的に等価である。光路長の変化、すなわち面形状の変化をΔとしたとき、
Δ＝ＯＰ’−ＯＰ …（５）
で与えられる。ＥＵＶ光の波長領域では、物質の屈折率が１に近いので、Δは小さい値となる。したがって、本実施形態のように、多層膜の一部を除去することによって、実質的に精密な面形状の補正（調整）を実行できる。

一例として、ＥＵＶ光の波長を１３．５ｎｍとし、多層膜４がＭｏ／Ｓｉ多層膜であって、ｄ＝６．９ｎｍ、ｄ_１＝２．４１５ｎｍ、ｄ_２＝４．４８５ｎｍである場合について考える。このとき、１つの層対の厚みｄに対するＭｏ層の厚みｄ_１の比をΓとしたとき、Γ＝０．３５である。また、上述のように、波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光に対するＭｏの屈折率ｎ_Ｍｏ＝０．９２であり、Ｓｉの屈折率ｎ_Ｓｉ＝０．９９８である。これらの数値を用いて光路長の変化を計算すると、ＯＰ＝６．６９８ｎｍ、ＯＰ’＝６．９ｎｍ、Δ＝０．２０２ｎｍとなる。厚み６．９ｎｍの層を除去する加工を実行することによって、０．２ｎｍ相当の面形状の補正（調整）を実行できる。なお、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜の場合、Ｓｉ層の屈折率は１に近いので、光路長の変化は主としてＭｏ層の有無によるものであり、Ｓｉ層の有無にはほとんど依存しない。したがって、多層膜４の一部を除去する際に、Ｓｉ層の厚みを正確に制御する必要は無い。この例では、Ｓｉ層の厚みは、４．４８５ｎｍであり、この層の途中で加工を停止すればよい。すなわち、数ｎｍの精度の加工を施すことによって、面形状換算で０．２ｎｍ単位の面形状の補正を実行できる。

本実施形態においては、図６の模式図に示すように、多層膜４の表面４Ｓを凹凸状に形成しているので、実質的に精密な面形状の補正（調整）を実行できる。

図７は、図６の模式図に示したような、第３層及び保護層が無い場合において、多層膜４の表面の一部を除去する加工を実行したときの、加工量と反射率変化及び位相変化との関係をシミュレーションした結果を示す図である。図７において、加工量は、例えば図２（Ａ）、図５（Ａ）等に示した状態から多層膜４を除去した量（除去した厚み）である。反射率は、それぞれの加工量で加工された多層膜反射鏡の反射面にＥＵＶ光を入射したときの入射光の光量と、反射面で反射した反射光の光量との比である。位相変化は、それぞれの加工量で加工された多層膜反射鏡の反射面にＥＵＶ光を入射したときの入射光の位相と、反射面で反射した反射光の位相と差である。

加工量が０ｎｍである状態から、加工量が４．４８５ｎｍとなる状態までにおいては、Ｓｉ層のみが除去されることとなり、反射率の変化及び位相変化はほぼ生じない。加工量が４．４８５ｎｍ以上となり、Ｍｏ層の除去が開始されると、反射率の変化及び位相変化が発生する。図７に示すように、１つの層対７（厚み６．９ｎｍ）の全てが除去された場合における位相変化は約８度である。これは、０．３０ｎｍ（＝８度÷３６０度×１３．５ｎｍ（波長））の波面の変化に相当する。

このように、本実施形態によれば、多層膜４の一部を除去することによって、波面を精密に変化させることができ、波面収差を良好に制御できる。

そして、本実施形態においては、波面収差を制御できる多層膜４の表面４Ｓと、保護層６との間に、第３層３を配置しているので、所望の反射率、位相変化を維持でき、所望の光学特性を得ることができる。

図８は、本実施形態に係る図１の模式図に示したような、第３層３と保護層６とが配置される場合において、多層膜４の表面の一部を除去する加工を実行したときの、加工量と反射率変化及び位相変化との関係をシミュレーションした結果を示す図である。第３層３のＥＵＶ光に対する屈折率は、真空の屈折率とほぼ等しく、第３層３での光路長と、真空中での光路長とはほぼ等しい。また、第３層３と保護層６との界面は、第１位置Ｚ_１から周期長ｄの整数倍の位置に配置されている。したがって、図８に示すように、本実施形態によれば、保護層６を設けた場合であっても、所定の第３層３を配置することによって、図６及び図７を参照して説明した形態と同様、所望の反射率、及び所望の位相変化を維持できる。また、第３層３は、ＥＵＶ光に対する吸収率が低いシリコンで形成されているので、ＥＵＶ光の減衰を抑制できる。

図８において、加工量が０ｎｍである状態から、加工量が４．４８５ｎｍとなる状態までにおいては、Ｓｉ層のみが加工されることとなり、反射率の変化及び位相変化はほぼ生じない。加工量が４．４８５ｎｍ以上となり、Ｍｏ層の除去が開始されると、除去されずに残留しているＭｏ層の厚みに応じた反射率の変化及び位相変化が発生する。１つの層対７（厚み６．９ｎｍ）の全てが除去された場合における位相変化は約６．６６度である。これは、０．２５ｎｍ（＝６．６６度÷３６０度×１３．５ｎｍ（波長））の波面の変化に相当する。このように、本実施形態によれば、大きな位相変化をもたらすことなく、波面を精密に変化させることができ、波面収差を良好に制御できる。

＜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９は、第２実施形態に係る多層膜反射鏡１０Ａを示す模式図である。上述の第１実施形態においては、第３層３と保護層６との界面（第３層３の表面３Ｓ）が、第１位置Ｚ_１から周期長ｄの整数倍の位置に配置される場合（第２位置Ｚ_２に一致する場合）を例にして説明したが、図９に示すように、第３層３の表面３Ｓの位置が、第１位置Ｚ_１から周期長ｄの整数倍の位置（ここでは第２位置Ｚ_２）に対して僅かにずれていてもよい。第２位置Ｚ_２に対する第３層３の表面３Ｓの位置の誤差Ｇ１が許容範囲内であれば、多層膜反射鏡１０Ａは、所望の光学性能を維持できる。

図１０（Ａ）は、図９の模式図に示したような多層膜反射鏡１０Ａにおいて、多層膜４の表面の一部を除去する加工を実行したときの、加工量と位相変化との関係をシミュレーションした結果を示す図、図１０（Ｂ）は、加工量と反射率率変化との関係をシミュレーションした結果を示す図である。図１０には、誤差Ｇ１が、０ｎｍ、＋０．１ｎｍ、＋０．２ｎｍ、＋０．３ｎｍ、−０．１ｎｍ、−０．２ｎｍ、及び−０．３ｎｍのそれぞれである場合のシミュレーション結果が示されている。

図１０に示すように、誤差Ｇ１が±０．３ｎｍの範囲で存在すると、誤差Ｇ１が無い場合に対して、位相変化及び反射率変化のそれぞれは若干変化するが、その変化量は非常に小さい。誤差Ｇ１が±０．３ｎｍであるときの位相変化は、±２．５度程度である。これは、波面に換算すると、±０．０９ｎｍに相当する。このように、誤差Ｇ１が生じた場合であっても、波面の変化は、０．０９ｎｍ程度と微小であり、多層膜反射鏡１０Ａの光学性能は維持される。

＜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１１は、第３実施形態に係る多層膜反射鏡１０Ｂを示す模式図である。図１１に示すように、第３層３と保護層６との界面（第３層３の表面３Ｓ）を、第１位置Ｚ１から周期長ｄの整数倍の位置（ここでは第２位置Ｚ２）に対して基材５側（−Ｚ側）に０．８ｎｍの位置に配置することができる。本実施形態において、多層膜４の周期長ｄは、上述の各実施形態と同様、６．９ｎｍである。本発明者は、第３層３の表面３Ｓが、図１１に示す位置に配置される場合においても、多層膜反射鏡１０Ｂは、所望の光学性能を維持できることを見出した。

以下の説明において、第１位置Ｚ１から、基材５から離れる方向（＋Ｚ方向）に対して、周期長ｄの整数倍の位置（第２位置Ｚ２）に対して基材５側（−Ｚ側）に０．８ｎｍの位置を適宜、第３位置Ｚ３、と称する。

図１２（Ａ）は、図１１の模式図に示したような多層膜反射鏡１０Ｂにおいて、多層膜４の表面の一部を除去する加工を実行したときの、加工量と位相変化との関係をシミュレーションした結果を示す図、図１２（Ｂ）は、加工量と反射率率変化との関係をシミュレーションした結果を示す図である。図１２には、誤差Ｇ２が、０ｎｍ、＋０．１ｎｍ、＋０．２ｎｍ、＋０．３ｎｍ、−０．１ｎｍ、−０．２ｎｍ、及び−０．３ｎｍのそれぞれである場合のシミュレーション結果が示されている。誤差Ｇ２は、第３位置Ｚ_３に対する第３層３と保護層６との界面の位置である。

図１２に示すように、誤差Ｇ２が±０．３ｎｍの範囲で存在すると、誤差Ｇ２が無い場合に対して、位相変化及び反射率変化のそれぞれは若干変化するが、その変化量は非常に小さく、図１０に示した変化量よりも小さい。このように、本実施形態の多層膜反射鏡１０Ｂの光学性能は、誤差Ｇ２に対して高い堅牢性を有する。誤差Ｇ２が±０．３ｎｍであるときの位相変化は、−０．８度〜＋１．４度程度である。これは、波面に換算すると、±０．０４５ｎｍに相当する。このように、誤差Ｇ２が生じた場合であっても、波面の変化は、０．０４５ｎｍ程度と微小であり、多層膜反射鏡１０Ｂの光学性能は維持される。

なお、第３実施形態においては、周期長ｄが６．９ｎｍである場合を例にして説明したが、周期長ｄが例えば７．２ｎｍであっても、第３層３と保護層６との界面（第３層３の表面３Ｓ）が、第３位置Ｚ_３に配置されることによって、多層膜反射鏡１０Ｂは、所望の光学性能を得ることができる。

＜第４実施形態＞
次に、第４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。

上述の各実施形態においては、基材５の表面、加工前の多層膜４の表面が、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、図１３に示す多層膜反射鏡１０Ｃのように、基材５Ｒの表面、及び加工前の多層膜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。この場合においても、上述の第１、第２実施形態で説明したように、第３層３の表面３Ｓが、第１位置Ｚ_１から周期長ｄの整数倍の位置に配置されたり、上述の第３実施形態で説明したように、第３層３の表面３Ｓが、第３位置Ｚ_３の位置に配置されたりすることによって、多層膜反射鏡１０Ｃは、所望の光学性能を維持できる。

また、本実施形態において、基材５Ｒの表面、及び加工前の多層膜４の表面は、多層膜４側（＋Ｚ側）に対して凹む凹面であってもよい。

＜第５実施形態＞
次に、第５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１４は、第５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４実施形態で説明した多層膜反射鏡１０（１０Ａ〜１０Ｃ）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１４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_１〜ＩＲ_４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_１〜ＩＲ_４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_１〜ＰＲ_４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_１〜ＩＲ_４、及び投影光学系ＰＬの複数の光学素子ＰＲ_１〜ＰＲ_４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、上述の第１〜第４実施形態においては、多層膜４の表面を研磨して、多層膜４の少なくとも一部を除去することによって、多層膜４の表面が凹凸状に形成されているが、例えば平坦な多層膜４の表面の一部に第１層１及び第２層２の少なくとも一方を付加することによって、その多層膜４の表面を凹凸状にすることもできる。例えば、スパッタリング等の成膜時に、開口を有するマスク部材を多層膜４の表面と対向する位置に配置し、マスク部材の開口を介して、多層膜４の表面の一部に、第１層１及び第２層２の少なくとも一方を形成するためのスパッタ粒子（成膜種）を供給することで、多層膜４の表面を凹凸状にすることができる。

なお、上述の各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、上述の各実施形態において、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）、炭化モリブデン（Ｍｏ_２Ｃ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ_２）、珪化モリブデン（ＭｏＳｉ_２）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、上述の各実施形態においては、第３層３がシリコン（Ｓｉ）で形成されている場合を例にして説明したが、第３層３を形成するための物質として、シリコン（Ｓｉ）、ベリリウム（Ｂｅ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）また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ができる。

なお、上述の各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（Ｒｕ）、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_２）、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ_２）、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、上述の各実施形態においては、第１層１、第２層２、第３層３、及び保護層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、上述の各実施形態において、例えば、基材と多層膜との間に銀合金、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、基材と多層膜との間に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、フッ化バリウム（ＢａＦ_２）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）、フッ化マンガン（ＭｎＦ_２）、フッ化亜鉛（ＺｎＦ_２）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。

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、本願実施形態の露光装置ＥＸは、本願請求の範囲に挙げられた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１５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。 多層膜反射鏡を加工することの作用を説明するための模式図である。 表面が加工された多層膜反射鏡の一例を示す模式図である。 図６に示す形態の多層膜反射鏡における加工量と反射率及び位相変化との関係を示す図である。 図１に示す形態の多層膜反射鏡における加工量と反射率及び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。 図９に示す形態の多層膜反射鏡における加工量と反射率及び位相変化との関係を示す図である。 第３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。 図１１に示す形態の多層膜反射鏡における加工量と反射率及び位相変化との関係を示す図である。 第４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５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…第３層、３Ｓ…表面、４…多層膜、４Ｓ…表面、５…基材、６…保護層、１０…多層膜反射鏡、ＥＸ…露光装置

Claims (13)

1. 基材と、
   前記基材上に所定の周期長で交互に積層された第１層及び第２層を含み、表面が凹凸状に形成され、極端紫外光を反射可能な多層膜と、
   前記多層膜の表面を覆うように配置され、極端紫外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た第３層と、
   前記第３層の表面を覆うように配置された保護層と、を備え、
   前記第３層と前記保護層との界面は、前記第１層の前記基材側の表面から前記周期長の整数倍の位置に配置されている多層膜反射鏡。
2. 基材と、
   前記基材上に所定の周期長で交互に積層された第１層及び第２層を含み、表面が凹凸状に形成され、極端紫外光を反射可能な多層膜と、
   前記多層膜の表面を覆うように配置され、極端紫外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た第３層と、
   前記第３層の表面を覆うように配置された保護層と、を備え、
   前記第３層と前記保護層との界面は、前記第１層の前記基材側の表面から前記周期長の整数倍の位置に対して前記基材側に０．８ｎｍの位置に配置されている多層膜反射鏡。
3. 波面収差を制御するために、前記多層膜の表面が凹凸状に形成されている請求項１又は２記載の多層膜反射鏡。
4. 前記多層膜の表面は、前記第１層及び前記第２層の少なくとも一方で形成されている請求項１から３のいずれか一項記載の多層膜反射鏡。
5. 前記第１層は、極端紫外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、前記第２層は、前記差が小さい物質で形成されている請求項１〜４のいずれか一項記載の多層膜反射鏡。
6. 前記第３層は、前記第２層を形成する物質と同じ物質で形成されている請求項１〜５のいずれか一項記載の多層膜反射鏡。
7. 前記第１層は、モリブデンを含む請求項１〜６のいずれか一項記載の多層膜反射鏡。
8. 前記第２層は、シリコンを含む請求項１〜７のいずれか一項記載の多層膜反射鏡。
9. 前記第３層は、シリコン、ベリリウム、炭化シリコン、二酸化シリコンまた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１〜８のいずれか一項記載の多層膜反射鏡。
10. 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１〜９のいずれか一項記載の多層膜反射鏡。
11. 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１０のいずれか一項記載の多層膜反射鏡を備えた露光装置。
12. 請求項１１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。
13. 基材上に所定の周期長で第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、
    前記多層膜の表面を凹凸状に加工することと、
    前記多層膜の表面を覆うように、極端紫外光に対する屈折率が真空の屈折率とほぼ等しい物質で第３層を形成することと、
    前記第３層の表面を覆うように保護層を形成することと、を含み、
    前記第３層は、前記第３層と前記保護層との界面が前記第１層の前記基材側の表面から前記周期長の整数倍の位置に配置されるように形成される多層膜反射鏡の製造方法。

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