JP5054707B2 - 極紫外線スペクトル領域（ｅｕｖ）用の熱安定多層ミラー及び当該多層ミラーの使用 - Google Patents
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Description
本発明は、極紫外線スペクトル領域（ＥＵＶ）用の熱安定多層ミラー及び当該多層ミラーの使用に関する。
本特許出願は、ドイツ特許出願10 2006 006 283.3の優先権を主張するものであり、その開示内容を関連して採用している。
約１０ｎｍ〜約５０ｎｍの波長領域を含む極紫外スペクトル領域（ＥＵＶ）における利用のための反射性光学部材は、多層ミラーで実現することができ、これは、多数の薄層対からなる通常は周期的な層列を有する。薄層対は、一般的に、相違する材料からなる２つの層を有し、これは部材の使用のために設定された波長範囲で、光学定数において可能な限り大きな相違を有することが望ましい。材料の少なくとも１つ、所謂スペーサ材料は、設定された波長で可能な限り少ない吸収を示すことが望ましい。多層ミラーのための材料の選択は従って、特に、この光学部材が使用される波長に依存する。極紫外線スペクトル領域（ＥＵＶ）では従って、そのつど一定の、大抵は単に数ナノメーター幅の波長範囲にとって最適な材料対が存在し、これは前記層材料の光学的コントラストに基づいて、高い反射を保証する。
約１２．５ｎｍ〜１４ｎｍの波長領域では、この波長領域は特にＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）リソグラフィでの適用のための光学系の開発のために重要な意義を有するが、有利には、モリブデン及びケイ素の材料組み合わせからなる多層ミラーが使用される。というのも、これら材料間では、前述の波長領域で特に良好な光学的コントラストが存在するからである。Ｍｏ／Ｓｉ（モリブデン−ケイ素）多層ミラーを用いて、例えば約７０％の反射が、１３．５ｎｍの波長で達成できる。
ＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）リソグラフィ用の光学系の作動のために、放射線供給源として、特に、約１３．５ｎｍの波長で放射するレーザ−プラズマ供給源が考慮されている。ＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）リソグラフィでの全体の光学系の反射は多数のミラーに基づいて比較的少ないので、この光学系中に生ずる反射損失のバランスをとるために、この種のＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビーム供給源は高い出力で作動されなくてはならない。この種の高出力ＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビーム供給源の近くで、ＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）多層ミラーは高温に曝されている可能性がある。これは特に、ビーム成形のために、例えばいわゆる集光ミラーとして、ＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビーム供給源に近接して配置されるＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）多層ミラーの場合である。
他方では、しかしながら、材料であるモリブデン及びケイ素のケイ化モリブデン形成、特にＭｏＳｉ2形成の傾向、及び境界面上での相互拡散プロセスの傾向が、例えばDE 100 11 547 C2から公知である。高められた適用温度では、従って、この種の多層ミラーの劣化の危険が存在し、これにより反射が著しく減少される。反射の減少の他に、相互拡散プロセス及びケイ化モリブデン形成により条件付けられた劣化はまた、層対の厚さ（周期厚さとも呼ばれる）の減少とも関連している。周期厚さのこの減少により、最大反射を生じる波長がより短い波長へと推移する。Ｍｏ／Ｓｉ多層ミラーをベースとする光学系の機能は、この種の劣化プロセスにより著しく損ねられるか又は完全に破壊される可能性すらある。
Ｍｏ／Ｓｉ多層ミラーの熱安定性の向上のために、DE 100 11 547 C2からは、モリブデン層及びケイ素層の間の境界面にそのつど１つの、Ｍｏ2Ｃからなるバリヤー層を挿入することが公知である。更に、DE 100 11 548 C2には、ＭｏＳｉ2からなるバリヤー層の、熱安定性の向上のための使用が記載されている。
更に、US 6,396,900 B1からは、反射及び／又は熱安定性を向上させるために、材料Ｂ4Ｃからなるバリヤー層をＭｏ／Ｓｉ多層ミラー中に挿入することが公知である。
そのような公知のバリヤー層を用いることによって、層系は、高い反射を有するように形成することができ、その熱安定性により、Ｍｏ／Ｓｉ層系を改善することができる。
バリヤー層を有するＭｏ／Ｓｉ層系では、バリヤー層の製造時の技術的な要件は、何れにせよ比較的高い。と言うのは、バリヤー層の厚みは、一般的に０．５ｎｍよりも薄いからである。殊に、そのように薄バリヤー層の層列を、湾曲した基板上に析出するのは困難である。
これは、殊に、ＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビームの入射角が、多層ミラーの表面上で変化し、且つ、この理由から、層列が、ミラー表面の全ての位置でブラッグ反射条件を充足するために、層厚グラジエントを有する必要がある場合に該当する。
本発明の課題は、高い温度安定性によって、殊に、比較的高い長時間安定性によって特徴付けられ、有利には、製造コストが比較的少ない、ＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）スペクトル領域用の多層ミラーを提供することにある。
この課題は、本発明によると、請求項１記載の多層ミラーによって解決される。本発明の有利な構成及び実施態様は、従属請求項に記載されている。
本発明のＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビーム用の多層ミラーは、各々第１の材料製の第１の層と、該第１の層の上に形成された、第２の材料製の第２の層との多数の層対からなる、基板上に設けられた層列を有しており、その際、第１の層及び第２の層は、各々２ｎｍより大きな厚みを有しており、第１の材料又は第２の材料は、ホウ化ケイ素又はモリブデン窒化物である。
層列の、少なくとも各々１つの層は、ホウ化ケイ素層又はモリブデン窒化物層であることにより、層対の第１の層と第２の層との境界面での拡散が、殊に、高い作動温度で低減する。それにより、多層ミラーの長時間温度安定性及びビーム安定性は、従来技術の多層ミラーに対して有利に改善される。
本発明の有利な実施例では、第１の材料は、ホウ化ケイ素であり、第２の材料は、モリブデンである。この多層ミラーでは、従来技術のＭｏ／Ｓｉ多層ミラーに比較して、所謂スペーサ材料のシリコンがホウ化ケイ素によって代替されている。
本発明の別の有利な実施例では、第１の材料は、シリコンであり、第２の材料は、窒化モリブデンである。従来技術のＭｏ／Ｓｉ多層ミラーに較べて、所謂アブソーバ材料のモリブデンが、窒化モリブデンによって代替されている。
材料の名称の、ホウ化ケイ素及び窒化モリブデンは、本願の範囲内では、ＳｉｘＢｙ又はＭｏｘＮｙの組成を有する全ての化合物を含んでおり、各々の材料の化学量論的な組成又は非化学量論的な組成とは無関係である。
境界面での相互拡散を回避するために、典型的なは０．５ｎｍより薄い厚みのバリヤー層が用いられ、従って、層列の各周期が全部で４つの層からなるＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）多層ミラーとは異なり、２つだけの層からなる層対を有している、本発明の多層ミラーでの製造コストは、有利に僅かである。
複数のバリヤー層を有する多層ミラーと比較して、製造コストの点での別の利点は、本発明の多層ミラーの第１の層も第２の層も、各々２ｎｍより大きな厚みを有していることから得られる。
これは、殊に、多層ミラーが、入射角度が多層ミラーの面を介して変えられるビームの反射用に設けられていると有利である。この場合、層対の第１及び／又は第２の層は、層厚グラジエントを有しており、即ち、第１及び／又は第２の層の厚みは、横方向に変えられる。そのような層厚グラジエントの形成は、個別層が少なくとも２ｎｍである層列では、少なくとも、バリヤー層が、サブナノメータ領域内の厚みを有しているバリヤー層を有する層列の場合よりも僅かなコストを有している。
この基板は、例えば、平坦な基板である。更に、多層ミラーが湾曲している基板表面上に設けられていることも可能である。殊に、基板の表面は、非球面状の湾曲部、例えば、放物線又は楕円形状の湾曲部を有している。例えば、放物線状に湾曲した表面は、ほぼ点状のビーム供給源からほぼ平行なビームを発生するのに適しており、その一方で、楕円状に湾曲した表面は、楕円の第１の集点に配置されている、ビーム供給源のビームを、この楕円の第２の集点に集束化するのに適している。
そのような多層ミラーは、有利には、１２．５ｎｍ〜１４ｎｍの波長のＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビームを反射するために用いられている。
多層ミラーは、例えば、第１の層と第２の層との周期的な配列を有しているようにするとよく、その際、周期厚さ、つまり、層対の第１の層の厚みと第２の層の厚みの和は、多層ミラー内で変化しない。この種の周期的な多層ミラーを用いて、高い反射を、予め設定された波長の狭いスペクトル範囲で達成することができる。層列の周期厚さ、つまり、層対の第１の層と第２の層の和は、約６．５ｎｍ〜７．５ｎｍである。
しかし、多層ミラーは、本発明による範囲内で、非周期的な層列を有していてもよく、この層列で第１の層及び／又は第２の層の厚さが変動する。この種の非周期的な多層ミラーを用いて、多層ミラーの高い反射を、比較的幅の広い波長範囲乃至入射角範囲で達成することが可能になり、この最大反射は、予め設定した波長で、何れにせよ、周期的な多層ミラーの場合よりも少ない。
有利には、本発明では、多層ミラーを特に酸化及び汚濁から保護するために、材料及び／又は厚さにおいて層対の各層とは相違するカバー層が多層ミラー上に設けられている。個別のカバー層の代わりに、２つ以上のカバー層が設けられているようにしてもよい。カバー層のための特に適した材料は、酸化物、窒化物、炭化物又はホウ化物、更にルテニウム、ロジウム、スカンジウム及びジルコニウムでもある。
本発明の多層ミラーは、３００℃より高い温度、特に３００℃〜５００℃の温度範囲で使用するのに特に適している。この範囲の記載は、この出願での、他の全ての範囲の記載と同様に、記載した限度値を含む。
本発明による多層ミラーは、特に、３００℃より高い温度での、特に３００℃〜５００℃の温度範囲での高い長時間安定性の利点を有する。例えば、本発明による多層ミラーは、約５００℃の温度での１００時間の作動時間の後にもまだなお、反射及び／又は周期厚さは、さほど減らない。
本発明の有利な一実施例では、多層ミラー上での汚染物の析出を減少するために、多層ミラーは高い作動温度、例えば３００℃以上、有利には４００℃以上にも加熱される。このために、加熱装置を設けるとよく、これは有利には多層ミラーの基板に取り付けられている。これは特に、ＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビーム供給源の近くに配置されている多層ミラーで有利であり、というのは、この多層ミラーは、この場合には、ＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビーム供給源中で使用されるターゲット材料、例えば、リチウム（これは、レーザビームを用いてＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビームの放射のために励起される）により汚染される可能性があり、これにより反射が損なわれる可能性があるからである。多層ミラーの、有利には約４００℃の作動温度への加熱により、例えばリチウムの多層ミラー表面への付着係数は有利に減少され、この結果、反射は１００時間以上の作動後でも、あまり損なわれない。
この高い耐熱性に基づいて、本発明による多層ミラーは、特に、ＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビーム供給源、例えばレーザプラズマ供給源の近くで使用できる。
本発明について、以下、図１〜３の実施例を用いて詳細に説明する。
図には以下が示される：
図１は、本発明による多層ミラーの一実施例の横方向断面略図を示し、
図２は、Ｍｏ／Ｓｉ多層ミラー、Ｍｏ／Ｓｉ３Ｎ４多層ミラー、Ｍｏ２Ｂ多層ミラーと比較した、本発明による多層ミラーの３つの実施例の、波長λに依存した反射Ｒのグラフ表示を示し、
図３は、本発明による多層ミラーの一実施例が、ＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビーム供給源の集光ミラーとして使用される装置構成の略図を示す。
図１は、本発明による多層ミラーの一実施例の横方向断面略図を示し、
図２は、Ｍｏ／Ｓｉ多層ミラー、Ｍｏ／Ｓｉ３Ｎ４多層ミラー、Ｍｏ２Ｂ多層ミラーと比較した、本発明による多層ミラーの３つの実施例の、波長λに依存した反射Ｒのグラフ表示を示し、
図３は、本発明による多層ミラーの一実施例が、ＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビーム供給源の集光ミラーとして使用される装置構成の略図を示す。
図１に示された本発明の多層ミラーには、多数の層対５を有する層列７が取り付けられている。この図の簡略化のために、４つの層対５のみを示した。層対５の有利な数は、３０〜１００である。
層対５は、各々第１の材料からなる第１の層１と、第２の材料からなる第２の層２とから形成されている。その際、各材料の少なくとも１つは、ホウ化ケイ素又はモリブデン窒化物である。
本発明の有利な実施例では、第１の材料は、ホウ化ケイ素、例えば、ＳｉＢ4又はＳｉＢ6である。
本発明の別の有利な実施例では、第１の材料は、ケイ素であり、第２の材料は、モリブデン窒化物、例えば、ＭｏＮである。
基板３は、例えば半導体基板、特にシリコン又はＳｉＣからなる半導体基板、又はガラス又はガラスセラミックからなる基板、特に小さな熱膨張係数のガラスセラミックからなる基板にするとよい。有利には、基板２は、０．２ｎｍよりも少ない表面粗度を有する。ここでは、表面粗度とは、例えば、Ｃｕ Ｋαビームを用いて測定したレントゲン反射曲線に曲線を適合させて決定可能な、表面のｒｍｓ粗度のことである。
多層ミラーは、有利には、層列７上に取り付けられた少なくとも１つのカバー層６を有している。カバー層６のための、酸化に対して比較的感受性の鈍い材料の選択により、多層ミラー１の熱安定性は更に向上できる。
図２は、従来技術のＭｏ／Ｓｉ多層ミラー（曲線８）での、Ｍｏ２Ｂ／Ｓｉ多層ミラー（曲線９）及びＭｏ／Ｓｉ３Ｎ４多層ミラー（曲線１３）での、波長λに依存する垂直方向の入射の際に算出される反射Ｒを、本発明の多層ミラー（曲線１０，１１，１２）の３つの実施例と比較して示す。この実施例は、ＭｏＮ／Ｓｉ多層ミラー（曲線１０）、Ｍｏ／ＳｉＢ４多層ミラー（曲線１１）及びＭｏ／ＳｉＢ６多層ミラー（曲線１２）である。算出された反射曲線では、層対の数は、各々１００であり、ＳｉＯ２の２ｎｍ厚のカバー層が層列上に取り付けられているものとする。
本発明の多層ミラーは、改善された温度安定性の達成のために行われた材料選択に基づいて、従来技術の多層ミラーで使用されている材料対Ｍｏ／Ｓｉよりも僅かな反射を有している。シミュレーション計算から分かるように、モリブデンとＳｉＢ４又はＳｉＢ６からなる層対を含む多層ミラーを用いると、５５％より大きな反射を達成することができる（曲線１１及び１２）。ＭｏＮ／Ｓｉの材料対の場合、ＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）リソグラフィで使用するために使われることが屡々である約１３．５ｎｍの波長での６５％（曲線１０）よりも大きな反射が達成される。
従って、本発明の層系用のシミュレートされた反射は、４０％よりも大きな反射を有する、材料対Ｍｏ／Ｓｉ３Ｎ４（曲線１３）で算出された値と、各々７０％よりも大きな反射が達成される、材料対Ｍｏ２Ｂ／Ｓｉ（曲線９）又はＭｏ／Ｓｉ（曲線８）で算出された値との間に位置している。
実際の層系では、反射は、不可避な境界面の粗さに基づいて、少なくとも、図２が基礎としている、理想的に平滑な境界面の層系の場合よりも小さくなることがある。
図３は、本発明による多層ミラー１９の実施例を略示し、これは湾曲した、有利には非球面状に湾曲した基板１４の上に設けられた層列７を有している。層列７は、第１の層と第２の層（図示していない）からなる層対を有しており、その際、第１及び／又は第２の層は、有利には、横方向に層厚グラジエントを有している。例えば、種々異なる入射角で多層ミラー１９に入射する、ＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビーム源１５のＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビーム１６用のブラッグ反射条件を充足するために、層列７の第１及び／又は第２の層の層厚は、多層ミラーの真ん中から縁領域に向かって低減している。
多層ミラー１９は、ＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビーム源１５のコレクタミラーとして機能する。ＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビーム源１５から放射されたＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビーム１６は、コレクタミラーによって、例えば、焦点でフォーカシングされる。ＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビーム源１５は、例えば、レーザプラズマビーム源であり、レーザプラズマビーム源では、ターゲット材料、例えば、リチウム液滴が、レーザビームを用いて、ＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビームの放射のために励起される。この種のＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビーム供給源はしばしば、放射ビーム供給源の周囲に配置された光学的要素が、このターゲット材料により汚染されるという問題がある。多層ミラー１９では、この問題の解決のために、加熱装置１７を基板１４に設置し、これにより多層ミラー１９は、ＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビーム供給源１５のターゲット材料がわずかな付着係数を有し、従って多層ミラー１９の表面１８から脱着する温度に加熱される。有利には、多層ミラー１９は、約４００℃以上の作動温度に加熱される。約４００℃の温度は、特にリチウムターゲットの場合に有利である。
本発明は、実施例に基づいたこの説明により制限されない。更に本発明は、全ての新規の特徴部並びに特徴部の全ての組み合わせを含み、これは特に、特許請求の範囲中の特徴部の全ての組み合わせを包含し、これらの特徴部又はこれらの組み合わせが自体では特許請求の範囲又は実施例中に明確には挙げられていない場合にも同様である。
Claims (11)
- ＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビーム用の多層ミラーであって、
該多層ミラーは、基板上に設けられた層列（７）を有し、
該層列は、それぞれ第１の材料製の第１の層（１）と、該第１の層（１）の上に形成された、第２の材料製の第２の層（２）との複数の層対（５）からなるＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビーム用の多層ミラーにおいて、
第１の層（１）及び第２の層（２）は、各々２ｎｍより大きな厚みを有しており、
第１の材料がホウ化ケイ素でありかつ第２の材料がモリブデンであるか、または
第１の材料がケイ素でありかつ第２の材料がモリブデン窒化物であるか、または
第１の材料がホウ化ケイ素でありかつ第２の材料がモリブデン窒化物であり、
前記ホウ化ケイ素は、ＳｉＢ 4 またはＳｉＢ 6 であることを特徴とする多層ミラー。 - 前記基板（１４）は、湾曲した表面を有している請求項１記載の多層ミラー。
- 基板（１４）の表面が、非球面状に湾曲している請求項２記載の多層ミラー。
- 第１の層（１）及び／又は第２の層（２）は、横方向に変化する厚みを有している請求項１から３までのいずれか１項記載の多層ミラー。
- 基板（７）上に、カバー層（６）が形成されている請求項１から４までのいずれか１項記載の多層ミラー。
- カバー層（６）が、酸化物またはケイ化物または窒化物または炭化物又はホウ化物を含有する請求項５記載の多層ミラー。
- カバー層（６）が、ルテニウム、ロジウム、スカンジウム又はジルコニウムの少なくとも１つの材料を含有する請求項５又は６記載の多層ミラー。
- 加熱装置（１７）が、多層ミラー（１９）を３００℃以上の作動温度に加熱するべく設けられている請求項１から７までのいずれか１項記載の多層ミラー。
- 多層ミラー（１９）は、前記加熱装置（１７）が取り付けられている基板（１４）上に設けられている請求項８記載の多層ミラー。
- 多層ミラー（１９）が、ＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビーム源（１５）の集光ミラーである請求項１から９までのいずれか１項記載の多層ミラー。
- 作動温度３００℃〜５００℃でのＥＵＶ（極紫外線スペクトル領域）ビームを反射する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の多層ミラー。
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