JP6442492B2 - ミラー、特にマイクロリソグラフィー投影露光装置用ミラー - Google Patents

Description

本願は、独国特許出願第１０２０１３２１９５８３．４号、２０１３年９月２７日出願に基づいて優先権を主張する。この独国特許出願の内容は、参照する形で本願の文中に含める。

発明の背景
発明の分野
本発明は、ミラー、特にマイクロリソグラフィー投影露光装置用のミラーに関するものである。

従来技術
マイクロリソグラフィーは、例えば集積回路またはＬＣＤ（liquid crystal display：液晶表示装置）のような微小構造部品を生産するために用いられる。マイクロリソグラフィー・プロセスは、照射装置及び投影レンズを有するいわゆる投影露光装置において実行される。この場合、照射装置によって照射されるマスク（レチクル）の像が、投影レンズを用いて、感光層（フォトレジスト）でコーティングされ投影レンズの像平面内に配置された基板（例えばシリコンウェハー）上に投影されて、マスク構造が基板の感光コーティングに転写される。

ＥＵＶ（extreme ultraviolet：極紫外）範囲用に設計された投影レンズでは、即ち、例えば約１３nmまたは約７nmの波長では、光透過性の屈折材料が利用できないため、ミラーが結像プロセス用の光学部品として使用される。

実際に生じる１つの問題は、特にＥＵＶ光源によって放出される放射の吸収の結果として、ＥＵＶミラーが温度上昇し、このため、これに伴う熱膨張または変形が生じ、こうした熱膨張または変形が光学系の結像特性に悪影響を与え得る、ということである。このことは、比較的少数の照射極を有する照射設定を用いる場合に（例えば、二極または四極の照射設定において）特に当てはまり、この場合、ミラーの加温または変形がミラーの光学有効面全体にわたって強く変化する。

例えば、システムの配置場所または地理的位置に応じた重力の変動は、投影露光装置の動作中に発生する収差の他の原因である。

上述した問題を少なくとも部分的に補正し、そして一般に像の位置精度及び品質も向上させるために（これらは共に、光軸に沿った、あるいは光伝搬方向の値であるが、横方向、あるいは光軸または光伝搬方向に直交する方向の値でもある）、ＥＵＶシステム内の１つ以上のミラーを、圧電材料製のアクチュエータ層を有するアダプティブ（可変形状）ミラーとして設計することが特に知られており、ここでは、こうした圧電層の両側に配置した電極に電圧を印加することによって、局所的に強度が変化する電界が圧電層全体にわたって発生する。圧電層の局所的な変形の場合、アダプティブ・ミラーの反射積層も変形して、（場合によっては時間的に変化する）結像収差を、電極を適切に制御することによって少なくとも部分的に補正することができる、という結果を伴う。

図４に、原理的に可能な従来のアダプティブ・ミラー３０の構成を、単なる概略図で示す。光学有効面３１を有するミラー３０は、ミラー基板３２と（例えば、モリブデン層及びシリコン層性の多層系としての）反射積層４１との間に圧電層３６を有し、圧電層３６は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（Pb(Zr, Ti)O₃）のような圧電材料から製造される。ミラー基板材料は、例えば、二酸化チタンでドーピングした石英ガラスとすることができ、使用可能な材料の例は、商品名ＵＬＥ（登録商標）（コーニング社による）またはZerodur（登録商標）（Schott AG社による）で市販されているものである。圧電層３６は、第１電極３４と構造化された第２電極３８との間に配置され、第１電極３４は、図４によれば、ミラー基板３２上に設けた（この例ではTiO₂製の）接着層３３に付加され、（この例ではLaNiO₃製の）他の接着層３５及び３７が、電極３４及び３８と圧電層３６との間に配置されている。これらの接着層３５及び３７は、圧電層のために利用可能な、できる限り最適な結晶成長条件を作り出す働きをする。

図４によれば、スクリーニング層４０（この例では、電極３４、３８と全く同様に白金（Pt）製であり、原則として随意的である）を、反射積層４１の下面上にさらに堆積させ、スクリーニング層４０は構造化された電極３８に面する。図４によれば、SiO₂層３９を、圧電層３６とスクリーニング層４０との間にさらに堆積させる。局所的に変化する電圧を印加することによって、圧電層３６の局所的に変化する偏向を生成することができ、この偏向は反射積層４１の変形に変わり、従って、光学有効面３１上に入射する光の波面変化に変わり、このことを収差補正に用いることができる。

上述したアダプティブ・ミラーの原理が、ミラー３０の変形または作動と共に、効率的な収差補正をある程度可能にするとしても、より大きな作動または変形の必要性によって、圧電層の偏向により実現可能な変位距離が原理的に制限される、という問題がもたらされる。

こうした実現可能な変位距離の制限の１つの理由は、圧電層の主方向の厚さ制限に基づき、この厚さ制限は、特定の厚さ（例えばチタン酸ジルコン酸鉛を圧電材料とする場合には約２μmとすることができる）を超えた場合に、もはや十分に完全でない結晶構造上に圧電材料が成長することの結果であり、このことは最終的に、電圧に誘発される圧電材料の膨張を特徴付けるいわゆる「ｄ₃₃係数」の低減を生じさせ、従って、ミラーの変形のための作動効果の減少も生じさせる。ここで、ｄ₃₃係数は次式によって定義される：
ΔＤ＝ｄ₃₃×Ｕ (1)
ΔＤは厚さ（の絶対値）の変化を表し、Ｕは電圧を表す。

さらに、より大きな変位距離を実現するために同様に考えられる、圧電層の領域内の電極に印加される電圧の増加にも同様に制限があり、この制限は、より強い電界を印加するか２０Vより高い電圧を印加する際に圧電材料内に発生するヒステリシス効果、及び電圧が過大に増加して動作寿命の減少が生じる場合の圧電層に対する損傷に、共に起因する。

この従来技術に関しては、独国特許出願公開第１０２０１１０８１６０３号明細書（特許文献１）のみを一例として参照している。

独国特許出願公開第１０２０１１０８１６０３号明細書 米国特許出願公開第２００８／０１６５４１５号明細書

本発明の目的は、上述した問題を回避しつつ、例えば収差補正に必要な変位距離による変形または作動を可能にするミラー、特にマイクロリソグラフィー投影露光装置用のミラーを提供することにある。

この目的は、独立請求項１の特徴によるミラーによって達成される。

本発明によるミラーは、光学有効面を有し：
ミラー基板と、
光学有効面に入射する電磁放射を反射させるための反射積層と、
少なくとも２つの圧電層とを有し、これらの圧電層は、ミラー基板と反射積層との間に、反射積層の積層方向に順に配置され、これらの圧電層に電界を印加して、局所的に可変な変形を生成することができ、
結晶材料製の少なくとも１つの中間層が、これらの圧電層間に配置され、
この中間層は、当該中間層に反射積層の積層方向に隣接する圧電層の領域内に存在する電界を実質的に無影響のままにするように設計されている。

上記ミラーは、特にマイクロリソグラフィー投影露光装置用のミラーとすることができる。しかし、本発明はそれに限定されない。他の用途では、本発明によるミラーは、例えばマスク計測用システムにおいて採用または利用することもできる。

本発明は、特に、１つだけでなく複数の（即ち少なくとも２つの）圧電層を設けて、アダプティブ・ミラーの作動及び変形中により大きな変位距離を実現し、これらの層どうしを結晶材料製の適切な中間層（または「バッファ層」）によって分離する、という概念に基づく。

このようにして、ミラーを作動させる際に、上記圧電層の各々の変形または変位距離の効果を得ることができ、達成される総変位距離に対して、全圧電層の寄与に基づく相応に倍増した効果がもたらされる、という結果を伴う。本発明により、いずれの２つの圧電層間にも存在する中間層によって実現されるものは、いずれも積層列の意味で中間層に続くか再度隣接する圧電層が適正に、あるいは（結晶中間層に適切な結晶方位を与えることによる）最適な成長条件下で成長することであり、その結果、より大きな厚さの場合に圧電層の成長が妨げられるという前述した問題が回避される。

本発明の好適例では、上記中間層のいずれもが、さらに、当該中間層に反射積層の積層方向に隣接する圧電層の領域内に存在する電界を実質的に無影響のままにするように設計されている。換言すれば、圧電層の列の上方及び下方に存在する電極に電圧が印加されれば、同じ電界強度が、関係する圧電層のそれぞれをほぼ局所的に貫通し、いずれの圧電層にも、この電界強度に比例した偏向が生じ、総じて、上述した倍増効果が実現される（言わば、印加される電界の結果として、１つだけの偏向の代わりに、圧電層の数に相当する複数の偏向が生じる）という結果を伴う。ここでは、それぞれの中間層が、いずれも、存在する電界が関連する中間層を減衰されない形で偏向されずに貫通して、それぞれに隣接する圧電層に達するように設計されている。

本発明は、さらに、ミラーに関するものであり、このミラーは光学有効面を有し、このミラーは：
ミラー基板と、
光学有効面に入射する電磁放射を反射させるための反射積層と、
少なくとも２つの圧電層とを有し、これらの圧電層は、ミラー基板と反射積層との間に、反射積層の積層方向に順に配置され、これらの圧電層に電界を印加して、局所的に可変な変形を生成することができ、
結晶材料製の少なくとも１つの中間層が、これらの圧電層間に配置されている。

１つの好適例によれば、上記中間層が電気絶縁材料製である。

上記圧電層は、特に、各々が３．０μm未満の厚さを有し、さらに、特に１μm〜２μmの範囲の厚さを有する。

１つの好適例によれば、上記ミラーが、３０nm未満、特に１５nm未満の動作波長用に設計されている。しかし、本発明はそれに限定されず、従って、本発明は、（例えば２００nm未満の）ＶＵＶ（vacuum ultraviolet：真空紫外）波長範囲内の動作波長を有する他の用途でも有利に実現することができる。

本発明は、さらに、上述した特徴を有する少なくとも１つのミラーを有するマイクロリソグラフィー投影露光装置、特に照射装置または投影レンズの光学系に関するものであり、そしてマイクロリソグラフィー投影露光装置にも関するものである。

本発明の他の構成は、発明の詳細な説明及び従属請求項から獲得することができる。

以下、添付する図面中に例示する好適な実施形態に基づいて、本発明をより詳細に説明する。

本発明の一実施形態によるアダプティブ・ミラーの構成を説明するための概略図である。 ＥＵＶでの動作用に設計されたマイクロリソグラフィー投影露光装置の可能な構成を説明するための概略図である。 ＥＵＶでの動作用に設計されたマイクロリソグラフィー投影露光装置の可能な構成を説明するための概略図である。 従来のアダプティブ・ミラーを説明するための概略図である。

好適な実施形態の詳細な説明
図１に、本発明によるミラーの構成を本発明の一実施形態において説明するための概略図を示す。ミラー１０は、特にミラー基板１２を具え、これはあらゆる所望の適切なミラー基板材料製である。適切なミラー基板材料は、例えば二酸化チタン（TiO₂）でドーピングした石英ガラスであり、使用可能な材料は、ほんの一例として（本発明はこれらに限定されない）、商品名ＵＬＥ（登録商標）（コーニング社による）またはZerodur（登録商標）（Schott AG社による）で市販されているものである。

さらに、ミラー１０は、反射積層２１を、それ自体は原則として既知の様式で有し、反射積層２１は、図示する実施形態では、ほんの一例としてモリブデン−シリコン（Mo-Si）積層を具えている。本発明はこうした積層の特定の構成に限定されず、１つの適切な構成は、ほんの一例として、約５０個の層または層パケットの層系を具えることができ、この層系は、各々が２．４nmの層厚を有するモリブデン（Mo）層、及び各々が３．４nmの層厚を有するシリコン（Si）層を含む。

ミラー１０は、特に光学系のＥＵＶミラー、特にマイクロリソグラフィー投影露光装置の投影レンズまたは照射装置のＥＵＶミラーとすることができる。

光学系の動作中に、（図１中に矢印で示す）電磁ＥＵＶ放射がミラー１０の光学有効面１１に当たることによって、光学有効面１１上に不均一に当たる放射の吸収により生じる放射温度分布に起因するミラー基板１２の不均一な体積変化がもたらされる。

図１の好適な実施形態では、本発明によるミラー１０が、反射積層２１の積層方向に（即ち、プロットした座標系に対するｚ方向に）３つの圧電層１６ａ、１６ｂ、１６ｃを有し、これらの各々の間に結晶材料（本例では結晶水晶）製の中間層２２ａ及び２２ｂが配置されている。この好適な実施形態では、圧電層１６ａ、１６ｂ、１６ｃがチタン酸ジルコン酸鉛（Pb(Zr, Ti)O₃、ＰＺＴ）から製造され、例えば１μm〜２μmの範囲の好適な厚さを有することができる。

本発明は前述した材料及び厚さに限定されず、従って、圧電層１６ａ、１６ｂ、１６ｃ及び中間層２２ａ、２２ｂは、互いに適切に整合する異なる材料製とすることもできる。ここでは、結晶中間層２２ａ、２２ｂの各々を、積層方向またはｚ方向に連続する圧電層１６ｂ及び１６ｃの各々にとって最適な成長条件が与えられるように選択するべきである。

中間層用に用いることができる材料は、例えばニオブ酸カルシウム（CaNbO₃）である。ペロブスカイト構造を含む材料が、２、３個のナノ層の形で[001]結晶方向に成長することができる。ここでは、まず、この材料の懸濁液を生成し、この懸濁液中に基板を浸漬させる。約１００℃でのアニール加熱により、層が最終的な結晶状態になる。CaNbO₃層（格子パラメータａ＝０．３８５３nm、ｂ＝０．３８６８nm及びｃ＝２．９４７nm）とこれに続くチタン酸ジルコン酸鉛（Pb(Zr, Ti)O₃、ＰＺＴ）層（格子パラメータａ＝ｂ＝０．４０３nm及びｃ＝０．４１０nm）との約４．４％の比較的小さな格子不整合の結果として、所望の[001]方向のＰＺＴ層の成長が保証される。CaNbO₃層の厚さが２、３ナノメートル（nm）しかないことの結果として、この層は導電性ではない。電界が妨げられずに貫通し、これにより、中間層によって互いに分離された圧電層に対して作用することができる。

上記中間層の代案として用いることができる材料はチタン酸ストロンチウム（SrTiO₃、ＳＴＯ）であり、例えばパルスレーザー堆積によって付加することができる。この材料も同様にベロブスカイト構造の形に結晶化して、とりわけ所望の結晶方向[001]に成長する。その格子パラメータはａ＝０．３９０５nmである。ＰＺＴ層に比べれば、ここでは格子不整合が約２％に過ぎず、このことは、チタン酸ストロンチウム上の圧電層のほとんど完全な結晶成長を可能にする。これに加えて、チタン酸ストロンチウムは、約３００の誘電率を有する絶縁体である。

他の実施形態では、ミラー１０が、中間層によって互いに分離された２つだけの圧電層を有することもでき、あるいは、各々が中間層によって分離された４つ以上の圧電層を有することもできる。

図１によれば、（この好適な実施形態では白金製の）１つの電極１４及び１８が、それぞれ、前述した圧電層１６ａ、１６ｂ、１６ｃの列の上方及び下方に配置され、これらの電極１４及び１８に電圧を印加して、圧電層１６ａ、１６ｂ、１６ｃに、適切であれば局所的に変化する電界を加えることができる。反射積層２１に面した上方の電極１８は適切に構造化されて、こうした局所的に（特に、積層方向またはｚ方向に対する横方向に、即ちｘ−ｙ平面内で）変化する電界を発生する。

「１５」及び「１７」の各々は、関連する電極１４及び１８用の接着層を表し、これらは、それぞれに隣接する圧電層１６ａ及び１６ｃに対する接着力を向上させ、これらの接着層は、例えば酸化ニッケルランタン（LaNiO₃）で構成することができる。図１によるミラー１０は、さらに（本例では二酸化チタンTiO₂製の）接着層１３を、ミラー基板１２とミラー基板１２に面した下部電極１４との間に有する。

図１中の「２０」は（本例では白金製の）スクリーニング層を表し、このスクリーニング層は、反射積層２１の電極１４及び１８に面した下面上に配置され、接地することができる。しかし、スクリーニング層２０は原則として随意的であり、従って、他の実施形態では、反射積層２１自体を接地するか接地に接続することができる。

ミラー１０またはミラー１０を具えた光学系の動作中には、電極１４及び１８への電圧の印加が、圧電層１６ａ、１６ｂ、１６ｃの領域内にもたらされる電界による圧電層１６ａ、１６ｂ、１６ｃの偏向を生じさせ、全体的に達成される変位距離は、個々の圧電層１６ａ、１６ｂ、１６ｃの個別の変位距離を合計した結果である。このようにして（例えば、光学有効面１１に当たるＥＵＶ放射の場合の熱変形の結果としての光収差を補正するために）、相応により大きい変位距離（ほんの一例として１０nmから２０nmまでに及び得る）を有するミラーの作動を実現することができる。

圧電層１６ａ、１６ｂ、１６ｃの各々がこうした合計変位に寄与することにより、上記のように得られる比較的大きな変位距離は、電極１４及び１８に存在する比較的小さい電圧で達成され、例えば圧電層１６ａ、１６ｂ、１６ｃ内のヒステリシス効果を回避することができる、という結果を伴う。

図２に、ＥＵＶでの動作用に設計された１つの好適なマイクロリソグラフィー投影露光装置の概略図を示す。図２によれば、ＥＵＶ用に設計された投影露光装置２００内の照射装置が、視野ファセットミラー２０３及び瞳孔ファセットミラー２０４を具えている。プラズマ光源２０１及びコレクタミラー（集光鏡）２０２を具えた光源部からの光が視野ファセットミラー２０３上に指向される。第１望遠鏡ミラー２０５及び第２望遠鏡ミラー２０６が、瞳孔ファセットミラー２０４の下流の光路中に配置されている。偏向ミラー２０７が光路中の下流に配置され、この偏向ミラーは、当該ミラーに当たる放射を、６つのミラー２５１〜２５６を具えた投影レンズの対物面内の物体視野上に指向させる。マスクステージ２２０上の反射構造を有するマスク２２１は物体視野の位置に配置され、このマスクが投影レンズを利用して像平面内に結像され、この像平面は、ウェハーステージ２６０上の感光層（フォトレジスト）でコーティングされた基板２６１に位置する。

投影レンズのミラー２５１〜２５６のうち、本発明による方法で設計することができるものは、特に光ビーム経路に関して投影レンズの始点領域内に配置されたミラー２５１及び２５２である、というのは、これらのミラー２５１、２５２において合計される、なおも比較的低い反射損失、従って比較的高い光強度の結果として、熱変形を補償するという得られる効果が特に顕著であるからである。

しかし、本発明はミラー２５１、２５２への適用に限定されず、原則として他のミラー、特に瞳孔または視野に近接したミラーも本発明による方法で設計することができる。図３によれば（例えば米国特許出願公開第２００８／０１６５４１５号明細書（特許文献２）に記載されているように）、瞳孔または視野への近接はパラメータＰ(Ｍ)によって定量的に記述することができ、パラメータＰ(Ｍ)は次式のように定義される：
ここに、Ｄ(ＳＡ)はサブ開口の直径を表し、Ｄ(ＣＲ)は、関連する面内の光学面Ｍ上の（光学的に使用される視野のすべての視野点からの、あるいはすべての視野点にわたって定義された）最大の主光線距離を表す。その結果、（０のサブ開口径を有する）視野ミラーについてはＰ(Ｍ)＝０であり、（０の主光線距離を有する）瞳孔ミラーについてはＰ(Ｍ)＝１である。上述したミラー１０は、例えば、瞳孔付近のミラーとして投影レンズのある平面内に配置することができ、この平面内ではパラメータＰ(Ｍ)が少なくとも０．８、特に少なくとも０．９である。ミラー１０は、さらに、視野付近のミラーとして、例えば投影レンズのある平面内に配置することができ、この平面内ではパラメータＰ(Ｍ)が最大でも０．２、特に最大でも０．１である。

本発明は特定の実施形態に基づいて説明してきたが、多数の変形例及び代案の実施形態は、例えば個別の実施形態の特徴の組合せ及び／または交換により、当業者にとって明らかである。従って、こうした変形例及び代案の実施形態は付随的に本発明に包含され、本発明の範囲は、添付した特許請求の範囲及びその等価物の意味の範囲内に限定されることは、当業者にとって言うまでもない。

Claims (11)

1. 光学有効面を有するミラーであって、
   ミラー基板(12)と、
   前記光学有効面(11)上に入射する電磁放射を反射させるための反射積層(21)と、
   少なくとも２つの圧電層(16a, 16b, 16c)とを有し、該圧電層は、前記ミラー基板(12)と前記反射積層(21)との間に、前記反射積層(21)の積層方向に連続して配置され、前記連続して配置された圧電層の最上部及び最下部に配置された電極間に電圧を印加し、これにより前記圧電層に電界を印加して、局所的に可変な変形を生成することができ、
   結晶材料製の少なくとも１つの中間層(22a, 22b)が、前記圧電層(16a, 16b, 16c)間に配置され、
   前記中間層(22a, 22b)は、当該中間層(22a, 22b)に前記反射積層(21)の積層方向に隣接する前記圧電層(16a, 16b, 16c)の領域内に存在する電界を実質的に無影響のままにするように設計されている、ミラー。
2. 前記ミラーが少なくとも３つの前記圧電層(16a, 16b, 16c)を有し、当該圧電層が、前記ミラー基板(12)と前記反射積層(21)との間に、前記反射積層(21)の積層方向に連続して配置されていることを特徴とする請求項１に記載のミラー。
3. 前記結晶材料は、結晶水晶（SiO₂）、ニオブ酸カルシウム（CaNbO₃）、及びチタン酸ストロンチウム（SrTiO₃）を含むグループから選択した結晶材料であることを特徴とする請求項１または２に記載のミラー。
4. 前記少なくとも１つの中間層(22a, 22b)が電気絶縁材料製であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のミラー。
5. 前記圧電層(16a, 16b, 16c)の各々が、３μm未満の厚さを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のミラー。
6. 前記ミラーが、３０nm未満の動作波長用に設計されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のミラー。
7. 前記ミラーが、マイクロリソグラフィー投影露光装置用のミラーであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のミラー。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のミラーを有する光学系。
9. 前記ミラーが平面内に配置され、この平面内で、次式
   で定義されるパラメータＰ(Ｍ)が、少なくとも０．８、特に少なくとも０．９であり、ここに、Ｄ(ＳＡ)はサブ開口の直径を表し、Ｄ(ＣＲ)は、関連する面内の光学面Ｍ上の光学的に使用される視野のすべての視野点にわたる最大の主光線距離を表すことを特徴とする請求項８に記載の光学系。
10. 前記ミラーが平面内に配置され、この平面内で、次式
    で定義されるパラメータが最大でも０．２であり、ここに、Ｄ(ＳＡ)はサブ開口の直径を表し、Ｄ(ＣＲ)は、関連する面内の光学面Ｍ上の光学的に使用される視野のすべての視野点にわたる最大の主光線距離を表すことを特徴とする請求項８に記載の光学系。
11. 照射装置及び投影レンズを有するマイクロリソグラフィー投影露光装置であって、請求項８〜１０のいずれかに記載の光学系を有することを特徴とするマイクロリソグラフィー投影露光装置。