JP5061903B2 - 多層膜反射鏡、多層膜反射鏡の製造方法、光学系、露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、基板表面に多層膜を形成した多層膜反射鏡、多層膜反射鏡の製造方法、該多層膜反射鏡を備える光学系、露光装置及び該露光装置を用いるデバイスの製造方法に関するものである。

近年、半導体集積回路の微細化の進展に伴い、光の回折限界によって制限される光学系の解像力を向上させるために、従来の紫外線に代えて、これより短い波長（例えば１１〜１４ｎｍ程度）の極端紫外線を使用した投影露光装置が開発されている。（例えば、特開２００３‐１４８９３号公報参照）。

上述の極端紫外線を使用した投影露光装置（ＥＵＶ露光装置）においては、極端紫外線が透過する物質が存在しないため、光学系は反射鏡によって構成される必要があるが、この波長域では物質の屈折率が１よりも僅かに小さいことによる全反射を利用した斜入射ミラーや、界面での微弱な反射光の位相を合わせて多数重畳させて、全体として高い反射率を得る多層膜ミラーなどが使用される。

ＥＵＶリソグラフィに用いられる反射鏡は、波面収差に対して、形状誤差が小さく、高精度な面形状に形成される必要があるが、その加工は容易でない。そこで、多層膜反射鏡の表面を一層ずつ削り取ることによって、実質的にサブｎｍの形状誤差を補正する技術が開発されている（国際公開第０１／４１１５５号パンフレット参照）。ここで、多層膜反射鏡に用いられるモリブデン（Ｍｏ）層及びシリコン（Ｓｉ）層により構成される多層膜の場合、多層膜の表面を削り取ることにより酸化しやすいＭｏ層が露出するため、Ｍｏ層の酸化を防止するルテニウム（Ｒｕ）層等のキャッピング層を成膜する必要がある。このキャッピング層は多層膜に対するカーボンコンタミネーションを防止する層としても機能することがある。

しかしながら、Ｒｕ層は光学的にＭｏ層と略同一であるため、削り取った多層膜の表面にキャッピング層としてＲｕ層を成膜することにより、削り取ったＭｏ層の位置とは異なる位置にＲｕ層が位置することにより膜加工量に対する反射波面の位相が大きく変化する。更に、削り取った部分の反射率も大きく変化し、透過率ムラを発生させる要因となる。

この発明の課題は、高精度な面形状を有する多層膜反射鏡、多層膜反射鏡の製造方法、該多層膜反射鏡を備えた光学系、露光装置及び該露光装置を用いたデバイスの製造方法を提供すことである。

この発明の多層膜反射鏡（２）は、基板（４）と、前記基板の表面に第１材料層（６ａ）と第２材料層（６ｂ）を交互に周期的に成膜した構造を有する多層膜（６）を備え、前記多層膜（６）の表面近傍の前記第１材料層が面内で厚さの分布を有する多層膜反射鏡（２）において、前記多層膜（６）の除去領域表面に前記多層膜（６）の除去厚さと略同一の厚さで成膜されると共に、表面が平坦化されたＳｉまたはＳｉを含む中間層（７）と、前記中間層（７）の表面に均一に成膜されたキャッピング層（８）とを備える。

また、この発明の多層膜反射鏡の製造方法は、基板表面に第１材料層（６ａ）と第２材料層（６ｂ）を交互に周期的に成膜した構造を有する多層膜（６）を形成する多層膜形成工程（Ｓ１０）と、前記多層膜形成工程（Ｓ１０）により形成された前記多層膜（６）の面内で除去量に分布を生じさせて前記多層膜（６）の表面を除去する多層膜除去工程（Ｓ１１）と、前記多層膜除去工程（Ｓ１１）により除去された前記多層膜（６）の除去領域表面に、前記多層膜（６）の除去厚さと略同一の厚さを有し、表面が平坦化されたＳｉまたはＳｉを含む中間層（７）を成膜する中間層成膜工程（Ｓ１２）と、前記中間層成膜工程（Ｓ１２）により成膜された前記中間層（７）の表面にキャッピング層（８）を均一に成膜するキャッピング層成膜工程（Ｓ１３）とを含む。

また、この発明の光学系は、この発明の多層膜反射鏡（２）を少なくとも一部に備える。

また、この発明の露光装置は、この発明の多層膜反射鏡（２）を光学系（３０６〜３０９）の少なくとも一部に備える。

また、この発明のデバイスの製造方法は、この発明の露光装置を用いて、パターンの像を物体上に露光転写する露光工程と、前記露光工程により露光転写された前記物体上のパターンを現像する現像工程とを含む。

第１の実施の形態にかかる多層膜反射鏡の断面図である。 第１の実施の形態にかかる多層膜反射鏡の製造方法について説明するためのフローチャートである。 第１の実施の形態にかかるマグネトロンスパッタ成膜装置の構成を示す図である。 多層膜反射鏡の形状誤差の補正を説明するための図である。 多層膜反射鏡の形状誤差の補正を説明するための図である。 第１の実施の形態にかかる形状誤差の補正がされた多層膜反射鏡を示す図である。 形状誤差の補正がされた多層膜反射鏡の反射率変化及び位相変化を示すグラフである。 Ｓｉ単層膜の成膜方法について説明するためのフローチャートである。 比較例の多層膜反射鏡の構成を示す図である。 比較例の多層膜反射鏡の構成を示す図である。 比較例の多層膜反射鏡の反射率変化及び位相変化を示すグラフである。 第１の実施の形態にかかる多層膜反射鏡の反射率変化及び位相変化を示すグラフである。 多層膜反射鏡のＳｉ単層膜に厚さ誤差が生じた状態を示す図である。 多層膜反射鏡のＳｉ単層膜に厚さ誤差が生じた場合における反射率変化を示すグラフである。 多層膜反射鏡のＳｉ単層膜に厚さ誤差が生じた場合における位相変化を示すグラフである。 第２の実施の形態にかかる多層膜反射鏡の断面図である。 第２の実施の形態にかかる多層膜反射鏡の反射率変化を示すグラフである。 第２の実施の形態にかかる多層膜反射鏡の位相変化を示すグラフである。 第３の実施の形態にかかるＥＵＶ露光装置の概略構成を示す図である。 第３の実施の形態にかかるＥＵＶ露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法を説明するフローチャートである。

図面を参照して、この発明の第１の実施の形態にかかる多層膜反射鏡について説明する。多層膜反射鏡は、例えば極端紫外光（ＥＵＶ光）を露光光とするＥＵＶ露光装置等に用いられる。図１は、第１の実施の形態にかかる多層膜反射鏡２の断面図である。図１に示すように、多層膜反射鏡２は、高精度な形状に研磨された低熱膨張ガラス基板４の表面にモリブデン（Ｍｏ）を含む層（第１材料層）６ａとシリコン（Ｓｉ）を含む層（第２材料層）６ｂを交互に周期的に成膜された構造を有し波長１１ｎｍ〜１４ｎｍの光を反射する多層膜６、多層膜６上に成膜されたＳｉまたはＳｉを含む中間層７、中間層７上に成膜されたカーボンコンタミネーション及び中間層７の酸化を防止するためのルテニウム（Ｒｕ）層により構成されるキャッピング層８を備えている。なお、多層膜６は複数層対のＭｏ層６ａとＳｉ層６ｂにより構成されているが、図１においては４層対のＭｏ層６ａとＳｉ層６ｂのみを図示している。

多層膜６は反射波面の補正を行なうために、多層膜６の表面近傍のＭｏを含む層６ａが面内で厚さの分布を有しており、この面内で厚さの分布を有するＭｏを含む層６ａの表面に、多層膜のＳｉを含む層の表面が位置する位置に、平坦な表面が位置するＳｉまたはＳｉを含む中間層７が成膜されており、中間層７の表面に均一な厚さでＲｕキャッピング層８が成膜されている。ここで、中間層７はＳｉ、ＳｉＯ_２、ＳｉＣ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層とすることができ、Ｓｉ、ＳｉＯ_２、ＳｉＣまたはこれらの組合せからなるグループの異なる材料からなる多層膜とすることができる。また、Ｒｕキャッピング層８は、Ｒｕ、Ｒｕ合金、Ｒｈ、Ｒｈ合金、Ｎｂ、Ｎｂ合金、Ｐｔ、Ｐｔ合金、Ｍｏ、Ｍｏ合金、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｏＳｉ_２、ＳｉＣ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層とすることができる。さらに、Ｒｕキャッピング層８は、Ｒｕ、Ｒｕ合金、Ｒｈ、Ｒｈ合金、Ｎｂ、Ｎｂ合金、Ｐｔ、Ｐｔ合金、Ｍｏ、Ｍｏ合金、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｏＳｉ_２、ＳｉＣまたはこれらの組合せからなるグループの異なる材料からなる多層膜とすることができる。

中間層７の表面位置が多層膜６のＳｉを含む層の表面位置と略同一であるため、多層膜６の周期構造が続いた場合にＭｏを含む層６ａが位置する位置にＲｕキャッピング層８が位置している。Ｒｕキャッピング層８は多層膜６を構成するＭｏ層６ａと光学的に略同一であるので、多層膜反射鏡２の反射率または反射波面の位相が大きく変化することはない。

次に、図２のフローチャートを参照して、この実施の形態にかかる多層膜反射鏡２の製造方法について説明する。

まず、高精度に研磨された低熱膨張ガラス基板４上にＭｏ層（第１材料層）６ａとＳｉ層（第２材料層）６ｂとを交互に周期的に成膜した構造を有する多層膜６を形成する（ステップＳ１０、多層膜形成工程）。即ち、マグネトロンスパッタ成膜装置により、ガラス基板４の反射面（表面）に周期長６．９ｎｍから７．５ｎｍまでの範囲内で複数層対の多層膜６を成膜する。

図３は、マグネトロンスパッタ成膜装置の構成を示す図である。図３に示すように、マグネトロンスパッタ成膜装置は、真空排気された真空チャンバ１０内に収容されている基板ホルダ１２を備えている。基板ホルダ１２は、低熱膨張ガラス基板４を保持しており、図示しない回転駆動機構により低熱膨張ガラス基板４を保持したまま回転軸ＡＸを軸として回転可能に構成されている。

また、マグネトロンスパッタ成膜装置は、真空チャンバ１０内に収容されている膜厚分布補正板１４を備えている。膜厚分布補正板１４は、低熱膨張ガラス基板４の近傍に配置されており、補正板駆動機構１６により図中矢印方向に移動可能に構成されている。膜厚分布補正板１４を図中矢印方向に移動させて低熱膨張ガラス基板４上に到達する成膜粒子の量を調整することにより、低熱膨張ガラス基板４上に成膜される膜の膜厚を制御することができる。

また、マグネトロンスパッタ成膜装置は、カソード１８、ターゲット材としてのモリブデン板２０、ターゲットシャッタ２２を備えている。真空チャンバ１０内に動作ガスを導入し、カソード１８に電圧が印加されることにより、モリブデン板２０の近傍にプラズマが発生する。このプラズマによって、モリブデン板２０がスパッタされ、スパッタされた成膜粒子としてのモリブデン（Ｍｏ）がガラス基板４上に堆積する。なお、ターゲットシャッタ２２は、モリブデンの成膜を行なう際には開放されており、後述するシリコンの成膜を行なう際には閉じられている。

また、マグネトロンスパッタ成膜装置は、カソード２４、ターゲット材としてのシリコン板２６、ターゲットシャッタ２８を備えている。真空チャンバ１０内に動作ガスを導入し、カソード２４に電圧が印加されることにより、シリコン板２６の近傍にプラズマが発生する。このプラズマによって、シリコン板２６がスパッタされ、スパッタされた成膜粒子としてのシリコン（Ｓｉ）がガラス基板４上に堆積する。なお、ターゲットシャッタ２８は、シリコンの成膜を行なう際には開放されており、モリブデンの成膜を行なう際には閉じられている。

次に、ステップＳ１０において形成された多層膜６の面内で除去量に分布を生じさせて多層膜６の表面を除去する（ステップＳ１１、多層膜除去工程）。

通常、ＥＵＶ露光装置を構成する反射光学系に複数の反射鏡を用いる場合、その反射光学系の波面収差（ＷＦＥ）に対して各反射鏡に許容される形状誤差（ＦＥ）は、（１）式で与えられる。

ＦＥ＝ＷＦＥ／２／√ｎ（ＲＭＳ）・・・（１）
ここで、ｎは、光学系を構成する反射鏡の数である。反射光学系においては入射光と反射光の両方がそれぞれ形状誤差の影響を受けるため、波面収差には形状誤差の２倍の誤差が乗ることから、（１）式に示すように、２で割る必要がある。即ち、各反射鏡に許容される形状誤差（ＦＥ）は、波長λと反射鏡の数ｎに対して、（２）式で与えられる。

ＦＥ＝λ／２８／√ｎ（ＲＭＳ）・・・（２）
例えば、波長１３ｎｍで、４つの反射鏡で構成される反射光学系の場合には各反射鏡に許容される形状誤差は０．２３ｎｍＲＭＳ、６つの反射鏡で構成される反射光学系の場合には各反射鏡に許容される形状誤差は０．１９ｎｍＲＭＳとなる。この実施の形態にかかる多層膜反射鏡２をＥＵＶ露光装置に用いる場合についても、許容される形状誤差は同様である。しかしながら、このような高精度の面形状の反射面を有するガラス基板を製造することは非常に困難である。また、高精度に研磨されたガラス基板であっても、多層膜を成膜することにより、反射波面が所望の波面形状に対して誤差を有する場合がある。

ここで、多層膜反射鏡の表面を一層ずつ削り取ることにより、実質的にサブｎｍの形状誤差を補正することができる技術が開示されている（国際公開第０１／４１１５５号パンフレット参照）。例えば、図４に示すようなＡ，Ｂの２種類の物質を一定の周期長ｄで交互に積層した多層膜の表面から、図５に示すように一層対を除去する場合を考える。図４に示す多層膜表面に対して垂直方向に進行する光線に対する、厚さｄの多層膜一層対の光路長ＯＰは、ＯＰ＝ｎＡｄＡ＋ｎＢｄＢである。ここで、ｄＡ、ｄＢは各層の厚さを表し、ｄＡ＋ｄＢ＝ｄである。また、ｎＡ、ｎＢは物質Ａ、Ｂそれぞれの屈折率である。

図５に示す最表面の多層膜一層対を除去した厚さｄの部分の光路長ＯＰ´は、ＯＰ´＝ｎｄで与えられる。ここで、ｎは真空の屈折率を表し、ｎ＝１である。即ち、多層膜の最上層を除去することにより、そこを通過する光線の光学的距離が変化する。これは、実質的にその変化分だけ面形状を修正したことと光学的に等価である。光路長の変化（即ち、面形状の変化）Δは、Δ＝ＯＰ´−ＯＰで与えられる。

極端紫外線の波長域においては物質の屈折率が１に近いため、Δは小さな量となり、多層膜反射鏡の表面を一層ずつ削り取る方法により面形状の補正を精密に行なうことができる。例えば、波長１３．５ｎｍでＭｏ／Ｓｉ多層膜を用いた場合について説明する。直入射で使用するために、一層対の厚さｄを６．９ｎｍ、モリブデン層の厚さｄＭｏを２．４１５ｎｍ、シリコン層の厚さｄＳｉを４．４８５ｎｍとする。波長１３．５ｎｍにおけるモリブデンの屈折率ｎＭｏは０．９２、シリコンの屈折率ｎＳｉは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。多層膜反射鏡の表面を削り取る前の光路長ＯＰは６．６９８ｎｍ、一層対削り取った後の光路長ＯＰ´は６．９ｎｍ、光路長の変化Δ＝ＯＰ´−ＯＰ＝０．２０２ｎｍとなる。

一層対削り取ることにより、０．２ｎｍ相当の面形状の補正を行なうことができる。なお、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜の場合、Ｓｉ層の屈折率は１に近いため、光路長の変化Δは主としてＭｏ層の有無に依存するものであり、Ｓｉ層の有無に殆ど依存しない。従って、多層膜の層を除去する際に、Ｓｉ層の厚さを正確に制御する必要はない。上述の例によれば、Ｓｉ層の厚さは４．４８５ｎｍであり、Ｓｉ層の途中で除去加工を停止すればよい。即ち、数ｎｍの精度の除去加工を施すことにより０．２ｎｍ単位の面形状の補正を行なうことができる。

そこで、上述のステップＳ１１においては、まず、多層膜６が成膜された多層膜反射鏡２のＥＵＶ光反射波面を計測する。計測された反射波面が所望の波面形状に対して誤差を有している場合には、補正を行なうために多層膜６の表面の除去加工量を求め、求めた除去加工量に基づいて多層膜６の除去加工を行なう。図６は、多層膜６の除去加工を行なった後であって、後述する中間層７、Ｒｕキャッピング層８が成膜される前の多層膜反射鏡２の構成を示す図である。なお、多層膜６は複数層対のＭｏ層６ａとＳｉ層６ｂにより構成されているが、図６においては４層対のＭｏ層６ａとＳｉ層６ｂのみを図示している。

ステップＳ１１における除去加工（膜加工量）に対する多層膜反射鏡２の反射率変化及び位相変化を図７のグラフに示す。図７のグラフにおいて、実線Ｌ１は波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光に対する反射率変化、実線Ｌ２は位相変化を示している。膜加工量が多層膜６の１層対（周期長６．９ｎｍ）に及んだ場合の位相の変化は約８度である。このときの波面の変化は、８度÷３６０度×１３．５ｎｍ（波長）＝０．３０ｎｍである。通常、基板を６．９ｎｍ除去加工すると周期長の倍の１３．８ｎｍの波面の変化が発生するので、多層膜６の表面の膜加工量に対する波面への効きは０．３０ｎｍ／１３．８ｎｍ＝４６分の１となる。

次に、ステップＳ１１において除去加工された多層膜６の表面に、多層膜６の除去厚さと略同一の厚さを有し、表面が平坦化された中間層７を成膜する（ステップＳ１２、単層膜成膜工程）。中間層７は、ステップＳ１１において除去加工されたことにより表面に露出することとなったＭｏ層６ａの酸化を防止するＭｏ層酸化防止膜として機能する。

図８は、中間層７の成膜方法について説明するためのフローチャートである。まず、図２のステップＳ１１において除去加工された多層膜６の表面に、所定の厚さの中間層７を成膜する（ステップＳ２０）。即ち、多層膜６の表面に、図２のステップＳ１１において除去加工された膜加工量以上の厚さの中間層７を均一に成膜する。この場合、多層膜６の除去領域よりも広い領域（例えば、多層膜全体または多層膜の反射領域）の表面に所定の厚さの中間層７を成膜してもよい。

次に、多層膜６の除去厚さ、即ち膜加工量に応じて、ステップＳ２０において成膜された中間層７を除去し、中間層７の表面を平坦化する（ステップＳ２１）。即ち、中間層７の表面が除去加工する前の多層膜６の表面と略同一の位置となるように、膜加工量と反対の加工量の中間層７を除去し、中間層７の表面を平坦化する。

次に、ステップＳ１２において成膜された中間層７の表面にＲｕキャッピング層８を厚さ約２ｎｍで均一に成膜する（ステップＳ１３、キャッピング層成膜工程）。Ｒｕキャッピング層８は、多層膜６に対するカーボンコンタミネーションを防止するための機能、及び多層膜６と中間層７の酸化を防止するための機能を有している。

第１の実施の形態にかかる多層膜反射鏡及びその製造方法によれば、除去加工された多層膜の表面に成膜され、除去量に応じた膜厚を有し、表面が平坦な中間層が成膜されているため、中間層の表面にＲｕキャッピング層が均一に成膜された場合においても、除去加工に対する位相変化及び反射率変化の発生を防止することができる。

図９及び図１０は、比較例に係る多層膜反射鏡の構成を示す図である。図９に示す多層膜反射鏡１００は、除去加工された多層膜６上に直接厚さ２ｎｍのＲｕキャッピング層１０２が均一に成膜されている。図１０に示す多層膜反射鏡１０４は、除去加工された多層膜６上に厚さ２ｎｍのＳｉ単層膜１０６及び厚さ２ｎｍのＲｕキャッピング層１０８が均一に成膜されている。なお、多層膜６は複数層対のＭｏ層６ａとＳｉ層６ｂにより構成されているが、図９及び図１０においては４層対のＭｏ層６ａとＳｉ層６ｂのみを図示している。

図９及び図１０に示す多層膜反射鏡１００，１０４の反射率変化及び位相変化を図１１のグラフに示す。図１１のグラフにおいて、実線Ｌ３は波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光に対する反射率変化、実線Ｌ４は位相変化を示している。図１１のグラフに示す反射率変化及び位相変化は、Ｒｕキャッピング層１０２，Ｓｉ単層膜１０６，Ｒｕキャッピング層１０８を成膜する前の多層膜反射鏡の反射率変化及び位相変化（図７参照）と比較して、大きく変動している。この変動は、多層膜６を構成するＭｏ層６ａと光学的に略同一であるＲｕキャッピング層１０２，１０８がＭｏ層６ａが成膜されるべきでない位置に成膜されたために生じたものである。したがって、多層膜６の表面を除去加工することにより多層膜反射鏡の反射波面の補正を行なったにもかかわらず、反射波面の補正の効果を得ることができず、かつ反射率変化も大きく変動するため透過率ムラが発生するおそれがあった。

これに対し、この実施の形態にかかる多層膜反射鏡２の反射率変化及び位相変化を図１２のグラフに示す。図１２のグラフにおいて、実線Ｌ５は波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光に対する反射率変化、実線Ｌ６は位相変化を示している。図１２に示すように、多層膜反射鏡２においては、図１１のグラフに示すような反射率変化及び位相変化の大きな変動が生じることなく、図７に示すような多層膜６の除去加工直後の反射率変化及び位相変化と略同一の反射率変化及び位相変化を示している。図１２において、膜加工量が多層膜６の１層対（周期長６．９ｎｍ）に及んだ場合の位相の変化は約６．６６度である。このときの波面の変化は、６．６６度÷３６０度×１３．５ｎｍ（波長）＝０．２５ｎｍである。通常、基板を６．９ｎｍ除去加工すると周期長の倍の１３．８ｎｍの波面の変化が発生するので、多層膜６の表面の膜加工量に対する波面への効きは０．２５ｎｍ／１３．８ｎｍ＝５５分の１となる。

即ち、この実施の形態にかかる多層膜反射鏡２においては、除去加工された多層膜６の表面に成膜され、除去量に応じた膜厚を有し、表面が平坦な中間層７が成膜されているため、Ｍｏ層６ａが成膜されるべき位置にＲｕキャッピング層８が成膜される。また、新たに成膜された中間層７の膜厚に対する反射率変化及び位相変化は生じない。したがって、高精度に面形状の補正を行なうことができる。

なお、第１の実施の形態にかかる多層膜反射鏡の製造方法においては、除去加工された多層膜６の表面に所定の厚さの中間層７を成膜し、多層膜６の除去厚さに応じて中間層を除去し、中間層７の表面を平坦化しているが、中間層７の表面が除去加工する前の多層膜６の表面と略同一の位置となるように中間層７を成膜してもよい。即ち、多層膜６の除去領域の表面のみに膜加工量と略同一の厚さの中間層７を成膜してもよい。

また、第１の実施の形態においては、中間層７の厚さ誤差が生じた場合であっても反射波面の誤差は微小である。例えば図１３に示すように、中間層７の表面が平坦でなく、平坦でない中間層７上にＲｕキャッピング層８が成膜されたとし、中間層７の厚さ誤差が±０．３ｎｍであったとする。なお、多層膜６は複数層対のＭｏ層６ａとＳｉ層６ｂにより構成されているが、図１３においては４層対のＭｏ層６ａとＳｉ層６ｂのみを図示している。

この場合において、図１４は図１３に示す多層膜反射鏡２の膜加工量に対する反射率変化の変動の様子を示すグラフ、図１５は図１３に示す多層膜反射鏡２の膜加工量に対する位相変化の変動の様子を示すグラフである。図１４及び図１５に示すように、中間層７の厚さ誤差が±０．３ｎｍ、±０．２ｎｍ、±０．１ｎｍ存在する場合の反射率変化と位相変化は、厚さ誤差がない場合（厚さ誤差０ｎｍ）と比較して微小である。

中間層７の厚さ誤差が±０．３ｎｍ変化した場合の位相変化は、厚さ誤差がない場合の位相変化に対して±２．５度である。このときの波面の変化は、±２．５度÷３６０度×１３．５ｎｍ＝±０．０９ｎｍである。通常、厚さ誤差が０．３ｎｍの厚さ誤差が生じた場合、厚さ誤差の倍の０．６ｎｍの波面の変化が発生するので、中間層７の厚さ誤差の波面に対する効きは０．０９ｎｍ／０．６ｎｍ＝約７分の１となる。

次に、図面を参照して、この発明の第２の実施の形態にかかる多層膜反射鏡について説明する。第２の実施の形態にかかる多層膜反射鏡は、例えばＥＵＶ光を露光光とするＥＵＶ露光装置等に用いられる。図１６は、第２の実施の形態にかかる多層膜反射鏡５２の断面図である。図１６に示すように、多層膜反射鏡５２は、高精度な形状に研磨された低熱膨張ガラス基板５４の表面にＭｏ層（第１材料層）５６ａとＳｉ層（第２材料層）５６ｂを交互に周期的に成膜された構造を有する多層膜５６、面内で分布を有する膜加工量で面加工された多層膜５６上に成膜された酸化防止膜としてＳｉまたはＳｉを含む層である中間層５７、中間層５７上に成膜されたカーボンコンタミネーション及び中間層５７の酸化を防止するためのルテニウム（Ｒｕ）層により構成されるキャッピング層５８を備えている。なお、多層膜５６は複数層対のＭｏ層５６ａとＳｉ層５６ｂにより構成されているが、図１６においては４層対のＭｏ層５６ａとＳｉ層５６ｂのみを図示している。

多層膜５６は、図３に示すマグネトロンスパッタ成膜装置により、ガラス基板５４の反射面（表面）に周期長６．９ｎｍから７．５ｎｍまでの範囲内で成膜された複数層対のＭｏ層５６ａとＳｉ層５６ｂにより構成されている。

また、多層膜５６は上述のように反射波面の補正を行なうために面内で除去量に分布を生じさせてその表面が除去されており、中間層５７は多層膜５６の除去厚さより０．４ｎｍ〜１．２ｎｍ薄い膜厚を有しており、表面が平坦に形成されている。中間層５７上に成膜されているＲｕキャッピング層５８は、略同一の厚さで均一に成膜されている。

中間層５７の膜厚を多層膜５６の除去厚さより０．４ｎｍ〜１．２ｎｍ薄くすることにより、中間層５７の厚さ誤差に対する反射率変化及び位相変化の変動を小さくすることができる。図１７は、この実施の形態にかかる多層膜反射鏡５２の反射率変化を示すグラフである。図１７のグラフは、中間層５７を成膜した際に、厚さ誤差がない場合（厚さ誤差０ｎｍ）、±０．３ｎｍ、±０．２ｎｍ、±０．１ｎｍの厚さ誤差がある場合における反射率変化を示している。また、図１８は、この実施の形態にかかる多層膜反射鏡５２の位相変化を示すグラフである。図１８のグラフは、中間層５７を成膜した際に、厚さ誤差がない場合（厚さ誤差０ｎｍ）、±０．３ｎｍ、±０．２ｎｍ、±０．１ｎｍの厚さ誤差がある場合における位相変化を示している。

図１７及び図１８のグラフに示す反射率変化及び位相変化の変動は、第１の実施の形態にかかる多層膜反射鏡の反射率変化及び位相変化の変動を示す図１４及び図１５のグラフと比較して、ばらつきが小さい。即ち、中間層５７の厚さ誤差が±０．３ｎｍ変化した場合の位相変化は厚さ誤差がない場合の位相変化に対して−０．８度〜＋１．４度程度であり、このときの波面変化は±０．０４５ｎｍである。従って、中間層５７の厚さ誤差の波面に対する効きは約１４分の１となり、中間層５７の膜厚を多層膜５６の除去厚さより０．４ｎｍ〜１．２ｎｍ薄くした場合、中間層５７の膜厚を多層膜５６の除去厚さと同一の厚さにした場合と比較して、厚さ誤差に対する反射率変化及び位相変化の変動は小さい。

なお、中間層５７の膜厚を多層膜５６の除去厚さより０．４ｎｍ薄く成膜すると、中間層５７の厚さ誤差に対する波面への効きが最小となる。また、中間層５７の膜厚を多層膜５６の除去厚さより１．２ｎｍ薄く成膜すると、中間層５７の厚さ誤差に対する反射率変動への効きが最小となる。したがって、中間層５７の膜厚をｄ１（ｎｍ）、多層膜５６の除去厚さをｄ２（ｎｍ）としたとき、ｄ２−０．４≦ｄ１≦ｄ２−１．２の条件を満たすように、中間層５７を成膜すればよい。

第２の実施の形態にかかる多層膜反射鏡及びその製造方法によれば、中間層の膜厚を多層膜の除去厚さより０．４ｎｍ〜１．２ｎｍ薄くしているため、中間層の厚さ誤差が生じた場合においても、多層膜反射鏡の反射率変化及び位相変化を微小に抑えることができ、高精度な面形状を有する多層膜反射鏡を提供することができる。

なお、第２の実施の形態にかかる多層膜反射鏡においては、中間層を多層膜の除去厚さより０．４ｎｍ〜１．２ｎｍ薄く成膜しているが、多層膜を構成する最上層のＳｉ層のみ他のＳｉ層より０．４ｎｍ〜１．２ｎｍ薄く成膜し、多層膜の除去厚さと略同一の厚さのＳｉ単層膜を成膜してもよい。

また、上述の各実施の形態にかかる多層膜反射鏡の多層膜は、Ｍｏ及びＳｉにより構成されているが、Ｍｏ及びＳｉ以外の物質により構成してもよい。例えば、モリブデン、ルテニウム、ロジウム等を含む物質と、シリコン、ベリリウム、四ホウ化炭素（Ｂ_４Ｃ）等を含む物質とを適宜組み合わせることによって多層膜を作製してもよい。また、酸化防止膜としてＳｉ単層膜を成膜しているが、例えばＳｉＯ_２、ＳｉＣ等のシリコン化合物等の他の物質を成膜してもよい。更に、中間層として、第１の実施の形態で示した中間層を用いても良い。但し、吸収が小さく、ＥＵＶ波長域における屈折率が１に近い物質を用いるのが望ましい。

また、上述の実施の形態においては、多層膜の反射波面の補正を行なうために面内で除去量に分布を生じさせてその表面を除去しているが、多層膜の表面にＭｏを含む層を面内で厚さをに分布を有するように、Ｍｏを含む層を面内において部分的に付加し、その上に、多層膜のＳｉを含む層の表面が位置する位置と略同一の位置に、平坦な表面が位置するＳｉまたはＳｉを含む中間層を形成し、更に、その表面に均一な厚さのＲｕキャッピング層を形成するようにしても良い。

また、上述の各実施の形態にかかる多層膜反射鏡の多層膜においては、マグネトロンスパッタ成膜装置により成膜しているが、イオンビームスパッタ装置等のマグネトロンスパッタ成膜装置以外の成膜装置により成膜してもよい。

次に、図面を参照して、この発明の第３の実施の形態にかかるＥＵＶ露光装置について説明する。図１９は、第３の実施の形態にかかるＥＵＶ露光装置（縮小投影露光装置）の概略構成を示す図である。図１９に示すＥＵＶ露光装置においては、光路上はすべて真空に保たれている。ＥＵＶ露光装置は、光源を含む照明光学系ＩＬを備えている。照明光学系ＩＬから射出されたＥＵＶ光（一般的には波長５〜２０ｎｍを指し、具体的には波長１３ｎｍ、１１ｎｍが用いられる。）は、折り返しミラー３０１により反射され、パターンが形成されているレチクル３０２上を照射する。

レチクル３０２は、反射型のレチクルであり、レチクルステージ３０３に固定されたチャック３０３ａに保持されている。レチクルステージ３０３は、走査方向に１００ｍｍ以上移動可能に構成されており、走査方向と直交する方向及び光軸方向に微小移動可能に構成されている。レチクルステージ３０３の走査方向及び走査方向に直交する方向の位置は図示しないレーザ干渉計により高精度に制御され、光軸方向の位置はレチクルフォーカス送光系３０４とレチクルフォーカス受光系３０５からなるレチクルフォーカスセンサにより制御されている。

レチクル３０２にはＥＵＶ光を反射する多層膜（例えば、モリブデン（Ｍｏ）／シリコン（Ｓｉ）やモリブデン（Ｍｏ）／ベリリウム（Ｂｅ））が成膜されており、この多層膜の上の吸収層（例えば、ニッケル（Ｎｉ）やアルミニウム（Ａｌ））によりパターニングされている。レチクル３０２により反射されたＥＵＶ光は、光学鏡筒３１４内に入射する。

光学鏡筒３１４内には、複数（この実施の形態においては４つ）のミラー３０６，３０７，３０８，３０９により構成される光学系が設置されている。これらのミラー３０６〜３０９の少なくとも１つは、第１若しくは第２の実施の形態にかかる多層膜反射鏡、または第１の実施の形態にかかる多層膜反射鏡の製造方法を用いて製造された多層膜反射鏡により構成されている。なお、この実施の形態においては、投影光学系として４つのミラーを備えているが、６つまたは８つのミラーを備えるようにしてもよい。この場合には、開口数（ＮＡ）をより大きくすることができる。

光学鏡筒３１４内に入射したＥＵＶ光は、ミラー３０６により反射された後、ミラー３０７、ミラー３０８、ミラー３０９により順次反射され、光学鏡筒３１４内から射出して、ウエハ３１０に入射する。なお、ミラー３０６〜３０９等により構成される投影光学系の縮小倍率は、例えば１／４または１／５である。また、光学鏡筒３１４の近傍には、ウエハ３１０のアライメントを行なうオフアクシス顕微鏡３１５が設置されている。

ウエハ３１０は、ウエハステージ３１１に固定されたチャック３１１ａ上に保持されている。ウエハステージ３１１は、光軸と直交する面内に設置されており、光軸と直交する面内に例えば３００〜４００ｍｍ移動可能に構成されている。また、ウエハステージ３１１は、光軸方向にも微小移動可能に構成されている。ウエハステージ３１１の光軸方向の位置は、ウエハオートフォーカス送光系３１２とウエハオートフォーカス受光系３１３からなるウエハオートフォーカスセンサにより制御されている。ウエハステージ３１１の光軸と直交する面内における位置は、図示しないレーザ干渉計により高精度に制御されている。

露光時には、レチクルステージ３０３とウエハステージ３１１は、投影光学系の縮小倍率と同一の速度比、例えば、（レチクルステージ３０３の移動速度）：（ウエハステージ３１１の移動速度）＝４：１または５：１で同期走査する。

この第３の実施の形態にかかるＥＵＶ露光装置によれば、投影光学系を構成するミラーの少なくとも１つが第１若しくは第２の実施の形態にかかる多層膜反射鏡、または第１の実施の形態にかかる多層膜反射鏡の製造方法を用いて製造された多層膜反射鏡により構成されているため、高精度な面形状を有する光学系により良好な露光を行なうことができる。

なお、第３の実施の形態においては、ミラー３０６〜３０９の少なくとも１つが第１若しくは第２の実施の形態にかかる多層膜反射鏡、または第１の実施の形態にかかる多層膜反射鏡の製造方法を用いて製造された多層膜反射鏡により構成されているが、照明光学系ＩＬに含まれるミラー、折り返しミラー３０１、レチクル３０２等が第１若しくは第２の実施の形態にかかる多層膜反射鏡、または第１の実施の形態にかかる多層膜反射鏡の製造方法を用いて製造された多層膜反射鏡により構成されるようにしてもよい。

また、上述の実施の形態では、露光光としてＥＵＶ光を用いる露光装置について説明したが、露光光としてＥＵＶ光以外の紫外線を用いる投影露光装置においても、図１に示すような多層膜反射鏡２を組み込むことができ、多層膜反射鏡２の反射率変化または位相変化を抑制することができる。

また、露光装置以外にも、例えば、軟Ｘ線顕微鏡や、軟Ｘ線分析装置といった軟Ｘ線光学機器を含む様々な光学機器についても同様に図１に示すような多層膜反射鏡２を組み込むことができる。

上述の実施の形態にかかるＥＵＶ露光装置では、投影光学系を用いてレチクル（マスク）により形成された転写用のパターンを感光性基板（ウエハ）に露光転写する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施の形態にかかるＥＵＶ露光装置を用いて感光性基板としてのウエハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図２０のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図２０のステップＳ３０１において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ３０２において、１ロットのウエハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップＳ３０３において、上述の実施の形態にかかるＥＵＶ露光装置を用いて、マスクのパターンの像が投影光学系を介して、その１ロットのウエハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップＳ３０４において、１ロットのウエハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップＳ３０５において、その１ロットのウエハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスクのパターンに対応する回路パターンが、各ウエハ上の各ショット領域に形成される。

その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行ない、ウエハから複数のデバイスに切断され、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて露光を行なっているため、各レイヤに対応するパターンを良好に露光することができ、良好な半導体デバイスを得ることができる。なお、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０５では、ウエハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウエハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。

この発明の多層膜反射鏡によれば、表面近傍の多層膜が除去された多層膜の表面に成膜され、除去量に応じた膜厚を有し、表面が平坦な中間層が成膜されているため、中間層の表面にキャッピング層が均一に成膜された場合においても、除去加工量に対する位相変化及び反射率変化の発生を防止することができる。したがって、高精度な面形状を有する多層膜反射鏡を提供することができる。

また、この発明の多層膜反射鏡の製造方法によれば、多層膜除去工程により除去された多層膜の表面に、多層膜の除去厚さと略同一の厚さを有し、表面が平坦化された中間層を成膜し、成膜された中間層の表面にキャッピング層を均一に成膜する工程を含んでいるため、多層膜除去工程により除去された部分に対する位相変化及び反射率変化の発生を防止することができる。したがって、高精度な面形状を有する多層膜反射鏡を製造することができる。

また、この発明の露光装置によれば、光学系の少なくとも一部に高精度な面形状を有する多層膜反射鏡を備えているため、良好な露光を行なうことができる。

また、この発明のデバイスの製造方法によれば、この発明の露光装置を用いてデバイスの製造を行なうため、良好なデバイスを製造することができる。

図１に示すように、周期長６．９ｎｍ、５０層対のＭｏ／Ｓｉ多層膜（Ｍｏ層２．４１５ｎｍ、Ｓｉ層４．４８５ｎｍ）６の多層膜表面の膜加工後に、Ｓｉ単層膜（中間層）７で埋め戻し、表面を平坦化し、Ｓｉ単層膜７上に膜厚２ｎｍのＲｕキャッピング層８を設けた。なお、Ｓｉ単層膜７の埋め戻し位置の目標基準高さは、膜加工する前のＭｏ／Ｓｉ多層膜６の最表面位置である。

実施例１によれば、膜加工量に対する位相と反射率の変化は図１２のようになり、精密な波面制御が可能となった。かつ、Ｒｕキャッピング層を形成しているので、耐コンタミネーション性及び耐酸化性を有する堅牢な多層膜反射鏡を製作することができた。

図１３に示すように、周期長６．９ｎｍ、５０層対のＭｏ／Ｓｉ多層膜（Ｍｏ層２．４１５ｎｍ、Ｓｉ層４．４８５ｎｍ）６の多層膜表面の膜加工後に、Ｓｉ単層膜（中間層）７で埋め戻し、表面を平坦化し、Ｓｉ単層膜７上に膜厚２ｎｍのＲｕキャッピング層８を設けた。しかし、Ｓｉ単層膜７の埋め戻しの厚さ誤差や、膜加工形状と反対形状に加工したときの加工誤差があり、表面形状は完全には平坦にならず、±０．３ｎｍの厚さ誤差が残留した。なお、Ｓｉ単層膜７の埋め戻し位置の目標基準高さは、膜加工する前のＭｏ／Ｓｉ多層膜６の最表面位置である。

実施例２によれば、膜加工量に対する位相と反射率の変化は図１４及び図１５のようになった。膜加工量に対する精密な波面制御が可能となった。埋め戻し厚さ誤差は±０．３ｎｍあったが、そのことに起因する波面誤差は、±０．０９ｎｍに収まり、埋め戻し誤差の影響は小さく抑制できた。かつ、Ｒｕキャッピング層を形成しているので、耐コンタミネーション性及び耐酸化性を有する堅牢な多層膜反射鏡を製作することができた。

図１６に示すように、周期長６．９ｎｍ、５０層対のＭｏ／Ｓｉ多層膜（Ｍｏ層２．４１５ｎｍ、Ｓｉ層４．４８５ｎｍ）５６の多層膜表面の膜加工後に、Ｓｉ単層膜（中間層）５７で埋め戻し、Ｓｉ単層膜５７を平坦化し、Ｓｉ単層膜５７上にＲｕキャッピング層５８を設けた。ただし、Ｓｉ単層膜５７は、多層膜５６の除去厚さより０．８ｎｍ薄い膜厚を有するように成膜した。しかし、Ｓｉ単層膜５７の埋め戻しの厚さ誤差や、膜加工形状と反対形状に加工したときの加工誤差があり、表面形状は完全には平坦にならず、±０．３ｎｍの厚さ誤差が残留した。なお、Ｓｉ単層膜５７の埋め戻し位置の目標基準高さは、膜加工する前のＭｏ／Ｓｉ多層膜５６の最表面位置より０．８ｎｍ低い位置である。

実施例３によれば、膜加工量に対する位相と反射率の変化は図１７及び図１８のようになった。膜加工量に対する精密な波面制御が可能となった。埋め戻し厚さ誤差は±０．３ｎｍあったが、そのことに起因する波面誤差は、±０．０９ｎｍに収まり、埋め戻し誤差の影響は小さく抑制できた。かつ、Ｒｕキャッピング層を形成しているので、耐コンタミネーション性及び耐酸化性を有する堅牢な多層膜反射鏡を製作することができた。

なお、本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、背景技術として引用した特開２００３‐１４８９３号公報の開示を援用して本明細書の記載の一部とする。

また、本開示は、２００５年１０月１１日に提出された日本国特許出願２００５-２９５８５６号に含まれた主題に関連し、その開示のすべては、ここに参照事項として明白に組み込まれる。

以上のように、この発明の多層膜反射鏡、多層膜反射鏡の製造方法、該多層膜反射鏡を備える露光装置及び該露光装置を用いるデバイスの製造方法は、高性能な半導体素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスの製造に用いるのに適している。

Claims (16)

1. 基板と、前記基板の表面に第１材料層と第２材料層を交互に周期的に成膜した構造を有する多層膜を備え、前記多層膜の表面の材料を除去することにより前記多層膜の面内で除去量に応じた厚さの分布を有する多層膜反射鏡において、
   前記多層膜の除去領域表面に前記多層膜の除去厚さと略同一の厚さで成膜されると共に、表面が平坦化されたＳｉまたはＳｉを含む中間層と、
   前記中間層の表面に均一に成膜されたキャッピング層と、
   を備える多層膜反射鏡。
2. 前記多層膜は波長１１ｎｍ〜１４ｎｍの光を反射する請求項１記載の多層膜反射鏡。
3. 前記第１材料層はＭｏを含む層であり、前記第２材料層はＳｉを含む層である請求項１記載の多層膜反射鏡。
4. 前記中間層はＳｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＣ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記載の多層膜反射鏡。
5. 前記中間層は前記グループの異なる材料からなる多層膜である請求項４記載の多層膜反射鏡。
6. 前記中間層の表面はほぼ平坦である請求項１記載の多層膜反射鏡。
7. 前記キャッピング層はＲｕ、Ｒｕ合金、Ｒｈ、Ｒｈ合金、Ｎｂ、Ｎｂ合金、Ｐｔ、Ｐｔ合金、Ｍｏ、Ｍｏ合金、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｏＳｉ_２、ＳｉＣ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記載の多層膜反射鏡。
8. 前記キャッピング層は前記グループの異なる材料からなる多層膜である請求項７記載の多層膜反射鏡。
9. 前記中間層の膜厚をｄ１（ｎｍ）、前記多層膜の除去厚さをｄ２（ｎｍ）としたとき、
   ｄ２−０．４≦ｄ１≦ｄ２−１．２
   の条件を満たす請求項１記載の多層膜反射鏡。
10. 基板表面に第１材料層と第２材料層を交互に周期的に成膜した構造を有する多層膜を形成する多層膜形成工程と、
    前記多層膜形成工程により形成された前記多層膜の面内で除去量に分布を生じさせて前記多層膜の表面の材料を除去する多層膜除去工程と、
    前記多層膜除去工程により除去された前記多層膜の除去領域表面に、前記多層膜の除去厚さと略同一の厚さを有し、表面が平坦化されたＳｉまたはＳｉを含む中間層を成膜する中間層成膜工程と、
    前記中間層成膜工程により成膜された前記中間層の表面にキャッピング層を均一に成膜するキャッピング層成膜工程と、
    を含む多層膜反射鏡の製造方法。
11. 前記中間層成膜工程は、前記多層膜除去工程により除去された前記多層膜の表面に、前記多層膜の除去厚さ以上の厚さのＳｉまたはＳｉを含む中間層を成膜する工程と、
    前記除去する前の多層膜の表面と略同一の位置に、前記中間層の表面が位置するように、前記中間層の表面を平坦化する工程と、
    を含む請求項１０記載の多層膜反射鏡の製造方法。
12. 前記中間層成膜工程により成膜された前記中間層の膜厚をｄ１（ｎｍ）、前記多層膜の除去厚さをｄ２（ｎｍ）としたとき、
    ｄ２−０．４≦ｄ１≦ｄ２−１．２
    の条件を満たす請求項１０または請求項１１記載の多層膜反射鏡の製造方法。
13. 請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の多層膜反射鏡を少なくとも一部に備える光学系。
14. 請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の多層膜反射鏡を光学系の少なくとも一部に備える露光装置。
15. 請求項１０乃至請求項１２の何れか一項に記載の多層膜反射鏡の製造方法により製造された多層膜反射鏡を光学系の少なくとも一部に備える露光装置。
16. 請求項１４又は請求項１５に記載の露光装置を用いて、パターンの像を物体上に露光転写する露光工程と、
    前記露光工程により露光転写された前記物体上のパターンを現像する現像工程とを含むマイクロデバイスの製造方法。

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