KR101991530B1

KR101991530B1 - 안정된 조성을 갖는 옥시나이트라이드 캐핑층을 포함하는 euv 미러, euv 리소그래피 장치, 및 그 작동 방법

Info

Publication number: KR101991530B1
Application number: KR1020147007662A
Authority: KR
Inventors: 기젤라 폰 블란켄하겐; 다르크 하인리스 엠
Original assignee: 칼 짜이스 에스엠테 게엠베하
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2019-09-30
Also published as: DE102011083462A1; KR20140069016A; US20140211179A1; CN103827701A; CN103827701B; WO2013045311A1; US9229331B2; JP6159334B2; JP2015501528A

Abstract

본 발명은 예를 들어 EUV 리소그래피 장치 또는 EUV 마스크 계측 시스템에서 사용하기 위한 것으로, 기판(15) 및 EUV 방사선(6)을 반사하는 코팅(16)을 포함하는 미러(13)에 관한 것이고, 상기 반사 코팅은 옥시나이트라이드, 특히 실리콘 옥시나이트라이드(SiN_xO_Y),로 구성된 캐핑층(18)을 갖고, 옥시나이트라이드(N_xO_Y)에서 질소 비율(x)은 0.4 내지 1.4이다. 본 발명은 또한 상기 EUV 미러(13)를 하나 이상 포함하는 EUV 리소그래피 장치 및 상기 EUV 리소그래피 장치의 작동 방법에 관한 것이다.

Description

안정된 조성을 갖는 옥시나이트라이드 캐핑층을 포함하는 EUV 미러, EUV 리소그래피 장치, 및 그 작동 방법 {EUV MIRROR COMPRISING AN OXYNITRIDE CAPPING LAYER HAVING A STABLE COMPOSITION, EUV LITHOGRAPHY APPARATUS, AND OPERATING METHOD}

본 출원은 35 U.S.C §119(a)에 따라 2011년 9월 27일 출원된 독일 특허 출원 제10 2011 083 462호에 대한 우선권을 향유하며, 상기 출원의 전체 개시 내용은 본 출원의 일부로 간주되고 본 출원의 개시 내용에서 참고로 병합된다.

본 발명은 기판 및 EUV 방사선을 반사하는 코팅을 포함하는 미러, 상기 미러를 하나 이상 포함하는 EUV 리소그래피 장치 및 상기 EUV 리소그래피 장치의 작동 방법에 관한 것이다. 상기 미러는 EUV 리소그래피 장치뿐만 아니라 다른 광학 장치, 예를 들면 EUV 마스크 계측 시스템에도 사용될 수 있다.

마이크로리소그래피를 위한 투사 노광 장치는 포토리소그래픽법에 의하여 미세구조화된 부품을 제작하는 역할을 한다. 이 경우에 있어서, 소위 레티클로 불리는 구조가 새겨진 마스크가 투사 광학 기기의 도움으로 감광층 위에 전사된다. 상기 투사 광학 기기의 도움으로 전사될 수 있는 구조의 최소 크기는 사용된 조사광의 파장에 의해 결정된다. 사용된 조사광의 파장이 작을수록, 투사 광학 기기의 도움으로 전사될 수 있는 구조도 더 작아진다. 193nm의 파장을 갖는 조사광 또는 소위 EUV 리소그래피 장치에서 극자외선(EUV) 범위의 파장, 즉 5nm - 30nm의 파장을 갖는 조사광이 오늘날 주로 쓰인다. 이러한 파장에서 충분히 높은 투과성을 갖는 어떠한 광학 물질도 알려져 있지 않기 때문에 반사 광학 요소(EUV 미러)만이 오직 EUV 리소그래피 장치에서 사용된다.

상기 EUV 리소그래피 장치를 위한 EUV 미러는 기판 및 복수의 층을 갖는 반사 코팅을 포함하고, 상기 반사 코팅은 기판에 도포된다. 상기 다층 코팅은 일반적으로 고 굴절률과 저 굴절률을 갖는 재료들로 구성된 교호층(alternating layers), 예를 들면 몰리브덴 및 실리콘으로 구성된 교호층으로 구성되고, 각 층의 두께는 코팅이 그것의 광학 기능을 수행하고 높은 반사율이 보장되도록 서로 조정된다. 다층 코팅은 일반적으로 산화 또는 다른 열화 메커니즘으로부터 기저층을 보호하기 위해 캐핑층(capping layer)을 가진다. 상기 캐핑층은 금속성 물질, 예를 들면 루테늄, 로듐 또는 팔라듐으로 구성될 수 있다.

유럽특허출원공개 제1 065 568 A2호는 캐핑층 물질로 카바이드, 예를 들면 보론 카바이드(B₄C) 또는 실리콘 카바이드(SiC)를 사용하는 것을 개시한다. 또한 나이트라이드, 예를 들어 실리콘 나이트라이드(Si₃N₄) 또는 타이타늄 나이트라이드 (TiN)도 캐핑층 물질로 명시되어 있다. 유사하게, 미국특허출원공개 제2006/0066940 A1호는 캐핑층 시스템을 포함하는 EUV 미러를 기술하며, 실리콘 나이트라이드(Si₃N₄)와 함께 보론 나이트라이드(BN) 역시, 그리고 보론 카바이드(B₄C)와 함께 몰리브덴 카바이드(MoC) 역시 상기 캐핑층 시스템의 물질로 제안되어 있다.

미국특허출원공개 제2008/0316595 A1호 또한 EUV 적용을 위한 다층 미러를 개시하고, 그 중에서도 실리콘 나이트라이드가 캐핑층 물질로 사용된다. EUV 미러의 기판 물질은 일반적으로 과도하게 높은 온도를 견딜 수 없으므로, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PE-CVD) 또는 저압 화학 기상 증착(LP-CVD)을 포함하는 화학 기상 증착(CVD)에 의해 캐핑층을 실시하는 것이 거기 제안되어 있다. 이러한 코팅 방법들은 종래 화학 기상 증착의 경우보다 낮은 온도에서의 증착을 허용한다.

실리콘 나이트라이드로 구성된 캐핑층은 예를 들면 주석과 같은 금속 침착물에 대해 비교적 낮은 부착률을 갖는 장점이 있어서, 이러한 캐핑층을 포함하는 EUV 미러는 예를 들면 가스상의 주석을 방출할 수 있는 LPP(레이저 발생 플라즈마, laser produced plasma) 광원 부근에서 사용될 수 있다. 더욱이, 주석이 침착된 실리콘 나이트라이드로 구성된 캐핑층은 일반적으로 활성화된 수소(예를 들면, 수소 라디칼 또는 수소 이온의 형태)를 사용하여 세정함으로써 주석 침착물을 완전히 제거할 수 있다. 반면에, 예를 들어 루테늄으로 구성된 캐핑층의 경우, 상기 수소 세정 후에도 주석 잔류물이 캐핑층 표면에 남고, EUV 미러의 반사율 및/또는 반사율의 균일성 저하로 이어지는 문제가 자주 있다.

EUV 리소그래피 장치에서 실리콘 나이트라이드로 구성된 캐핑층을 포함하는 EUV 미러의 노광 작동 동안, 캐핑층의 수소 세정 동안 예상되는 결과, 즉 주석 침착물 또는 탄소 침착물을 제거하기 위한 캐핑층 표면의 역세정을 달성하기가 불가능했다는 것이 자주 발견되었다.

본 발명의 목적은 EUV 리소그래피 장치의 노광 작동 동안 광학적 특성의 안정성이 개선된 EUV 미러 및 상기 EUV 미러를 포함하는 EUV 리소그래피 장치, 그리고 EUV 미러의 광학적 특성의 안정성이 증가된 EUV 리소그래피 장치의 작동 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 서두에서 언급된 유형의 미러에 의해 달성되며, 코팅은 옥시 나이트라이드, 특히 실리콘 옥시나이트라이드(SiN_xO_Y)로 구성된 캐핑층을 갖고, 옥시나이트라이드(N_xO_Y)에서 질소 비율(x)은 0.4 내지 1.4이다. 발명자는 EUV 리소그래피 장치에서 노광 작동 중 잔류 가스가 풍부한 분위기에서, 또는 - 사용한 증착 방법에 따라 - 가능하게는 심지어 EUV 리소그래피 장치 내로 도입되기도 전의 불리한 환경 조건 하에서 실리콘 나이트라이드(Si₃N₄ 또는 SiN_x)로 구성된 캐핑층이 (강한) EUV 방사선으로 조사하는 동안 실리콘 옥시나이트라이드(SiN_xO_Y)로 변환된다는 것, 즉 실리콘나이트라이드 물질(Si₃N₄ 또는 SiN_x)에서 질소는 적어도 부분적으로 산소로 대체된다는 것을 인식하였다. 상기 나이트라이드의 옥시나이트라이드로의 대체 또는 변환은 실리콘 나이트라이드 또는 실리콘 옥시나이트라이드의 경우뿐만 아니라, 다른 옥시나이트라이드 화합물, 특히 다른 반도체와 옥시나이트라이드(N_xO_Y)의 화합물 또는 금속 또는 반금속과 옥시나이트라이드(N_xO_Y)의 화합물의 경우에도 일반적으로 나타난다.

EUV 조사 중 나이트라이드 캐핑층에서 옥시나이트라이드 캐핑층으로의 변환이 EUV 리소그래피 장치의 주위 조건, 특히 잔류 가스 분위기의 가스 구성 및 EUV 방사선의 강도에 의존하고, 또한 그로인해 시간에 따른 변환의 프로파일을 예측하기 어렵기 때문에, 옥시나이트라이드 캐핑층, 즉 질소가 이미 부분적으로 산소로 대체된 캐핑층을 갖는 EUV 미러를 제공하는 것이 제안된다. 상기 캐핑층의 경우 얻을 수 있는 것은 그것의 조성, 특히 질소의 함량 또는 비율이 EUV 리소그래피 장치 내의 EUV 미러가 작동하는 동안 그 수명 내내 (대략) 일정하게 유지된다는 것이다. 캐핑층 재료로서 옥시나이트라이드(N_xO_y)와 반도체(예를 들면, 실리콘)의 화합물과 함께, 적절한 경우 옥시나이트라이드(N_xO_Y)와 금속 성분(예를 들면, 티타늄, 지르코늄, 알루미늄)의 화합물 또는 옥시나이트라이드와 반금속(예를 들면, 보론)과의 화합물을 사용하는 것이 가능하다.

물리 기상 증착(PVD), 특히 스퍼터링(캐소드 스퍼터링)에 의해 캐핑층을 도포하는 것이 유리한 것으로 입증되었다. PVD법은 비교적 낮은 온도에서 수행될 수 있는 장점이 있고, 그래서 코팅 중에 기판 재료가 손상되지 않는다. 스퍼터링은, 예를 들어 국제출원 제2010/127845 A1호에 서술되어 있듯이, 마그네트론을 사용하여 수행될 수 있으며, 소위 “고출력 임펄스 마그네트론 스퍼터링(HiPIMS)” 및 “고출력 펄스 마그네트론 스퍼터링(HPPMS)”이 산화물층 또는 질화물층을 형성하는데 사용된다. 국제출원 제2010/127845 A1호에 서술되어 있는 방법은 특히 산소 및 질소의 다양한 비율을 갖는 옥시나이트라이드층을 제작하는데 적합한 것으로 의도된다. 그중에서도, 실리콘 나이트라이드(Si₃N₄), 실리콘 옥시나이트라이드(SiN_xO_Y), 그리고 특히 Si₃ _-2 _xO_2xN₄ _(1-x) (x는 0 내지 1)가 가능한 유형의 층으로 명시되어 있다. 위 설명된 방법으로 제조된 층들은 광학 필터의 반사 방지 코팅 또는 고 굴절률 층으로써 사용될 수 있다. 본 발명에 따르면, 본 명세서에서 설명된 방법은 EUV 미러의 실리콘 옥시나이트라이드 캐핑층의 제조하기 위해 사용될 수 있다.

옥시나이트라이드 캐핑층은 적절한 경우 화학 증착법(CVD 법)에 의해서도 도포될 수 있으며; 그러나 이러한 경우에 기판의 온도는 코팅하는 중에 낮게 유지되어야 하고, 이것은 실리콘 나이트라이드 SiN_x 또는 Si₃ ₊ _xN₄ _-y, 즉 비 화학량론적 실리콘 나이트라이드의 증착을 위해, 예를 들어 크리스텍(Crystec)사의 웹사이트 http://www.crystec.com/trinitre.htm에서 설명된 것처럼, 또한 PE-CVD 프로세스를 통해 실리콘 나이트라이드 또는 실리콘 옥시나이트라이드의 제조를 위한 진공 증착 장치를 설명한 미국 특허 제5,773,100호에서 설명된 것을 참조하면 PE-CVD 또는 LP-CVD법을 사용함으로써 달성될 수 있다.

EUV 미러의 일 실시 예에서, 캐핑층은 SiN_xO_y형태로, 특히 비정질 SiN_xO_Y로 형성된다. 비정질 실리콘 옥시나이트라이드는 일반적으로 PVD 프로세스에서 얻어지고, 반면에 CVD 프로세스는 종종 결정성 물질구조로 이어진다. SiN_xO_Y와 함께 다른 옥시나이트라이드 화합물도 또한 PVD 프로세스에 의해 비정질 형태로 제조될 수 있다.

특히 PVD 프로세스에서의 증착의 경우, 옥시나이트라이드(N_xO_y)의 질소비율 (x)은 0.4 내지 1.4이고, 바람직하게는 0.7 내지 1.4, 특히 바람직하게는 1.0 내지 1.4일 수 있다. 일반적으로, 1.0 보다 큰 질소 비율(x)이 유리한 것으로 입증되었다. 특히 적절히 선택된 파라미터들을 사용하여 PVD 프로세스에 의해 증착된 실리콘 옥시나이트라이드는 질소가 낮은데, 즉 화학량론적으로 사전에 정의된 실리콘 나이트라이드(Si₃N₄)의 경우보다 현저하게 낮은 질소 비율을 갖는다. 실리콘 옥시나이트라이드의 질소 비율은 코팅 중에 특정 한계 내에서, 예를 들어 진공 코팅 장치에서 코팅하는 동안 가스 성분(특히 질소 분압)을 적절히 선택함으로써 변화될 수 있다. 캐핑층에 대한 측정은 PVD 프로세스에 의한 증착 동안 층 내부에서 위치에 따른 조성의 변화가 발생할 수 있다는 것을 밝혀냈고, 그러한 경우에 캐핑층이 가능한 균일한 조성을 갖도록 프로세스 파라미터를 선택하기 위해 노력해야 한다.

옥시나이트라이드(N_xO_Y)에서 산소비율(y)이 y < 0.4인 경우 또한 유리한 것으로 증명되었다. x = 1.0 또는 x > 1.0 및 y = 0.4 또는 y < 0.4인 균일한 SiO_xN_y 분포를 갖는 캐핑층은 특히 유리하다.

캐핑층은 실리콘 옥시나이트라이드 물질의 증착을 촉진하기 위해 바람직하게는 반사 코팅의 실리콘층에 도포된다. 반사 코팅은 일반적으로 서로 다른 굴절률을 갖는 재료가 교대로 구성되어 있는 복수의 개별적 층들을 갖는다. 만약 13.5nm 범위의 파장을 갖는 EUV 방사선이 사용되는 경우, 각 층들은 일반적으로 몰리브덴 및 실리콘으로 구성된다. 몰리브덴 및 베릴륨, 루테늄 및 베릴륨 또는 란타늄 및 B₄C과 같은 다른 물질의 조합도 비슷하게 가능하다. 설명한 각 층들 외에, 반사 코팅은 확산을 방지하기 위한 중간층 및 산화 또는 부식을 방지하기 위한 전술한 캐핑층 또한 포함할 수 있다.

추가적인 실시 예에서, 반사 코팅은 EUV 파장 범위의 작동 파장 λ_B에서 최대 반사를 갖고, 반사 코팅 내에서 작동 파장 λ_B에서 방사선의 반사로 형성되는 정상파의 최대 또는 최소는 캐핑층과 주위 사이의 계면을 형성하는 캐핑층의 표면으로부터 0.1λ_B 또는 그보다 작은 거리에 배치된다. 이상적으로는, 정상파의 최대 또는 최소가 캐핑층의 표면에 정확하게 놓인다.

본 발명자는 만약 정상파의 최대 또는 최소가 캐핑층의 표면 영역 또는 반사 코팅의 표면 영역에 존재한다면, 실리콘 옥시나이트라이드로 구성된 캐핑층에서 질소가 부분적으로 산소로 대체한 결과로써 반사율의 감소가 비교적 작은 것(일반적으로 약 2% 또는 그 이하)으로 판명된 것을 발견하였다. 이를 달성하기 위해, 다층 코팅의 광학 설계, 특히 각 층들의 두께는 적절하게 선택될 수 있다. 따라서, 특히 캐핑층의 두께 및/또는 캐핑층이 도포되는 층의 두께는 정상파가 표면에서 최대 또는 최소를 갖도록 설정될 수 있다.

EUV 리소그래피 장치의 EUV 미러의 작동 동안 주위 조건(특히 산소 및 질소의 분압)은 질소 비율이 바람직하게는 일정하게 유지되도록 선택된다. 만약 실리콘 옥시나이트라이드로 구성된 캐핑층에서 산소에 의한 질소의 (원하지 않는, 비가역적인) 대체가 발생하면, 상술한 대책은 EUV 미러의 반사율 또는 반사율의 균일성에 과도하게 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.

본 발명은 잔류 가스 분위기에 배치되는 전술한 하나 이상의 EUV 미러를 포함하는 EUV 리소그래피 장치에 관한 것이다. 이 경우에 있어서, 잔류 가스 분위기가 EUV 리소그래피 장치의 (진공 처리된) 하우징의 진공 환경 내에 형성된다. 잔류 가스 분위기의 가스 성분을 적절하게 선택함으로써 그리고/또는 EUV 미러 표면에 또는 캐핑층에 EUV 방사선의 적절한(과도하게 높지 않은) 출력 밀도를 선택함으로써, 옥시나이트라이드로 구성된 층의 질소 비율이 EUV 미러의 수명 동안 대체로 일정하게 유지되는 것이 가능하다. 적절한 경우, EUV 미러의 조사 중에, 질소의 일부는 원하는 방식으로 산소로 (일반적으로 비가역적으로)대체될 수 있고, 그래서 옥시나이트라이드로 구성된 캐핑층에서 질소의 비율 또한 설정될 수 있다. 특히, EUV 리소그래피 장치의 작동 조건은, 실리콘 옥시나이트라이드로 구성된 캐핑층의 원하는 질소 비율의 경우, 조사하는 동안 캐핑층의 조성이 더 이상 변하지 않는 평형 상태가 확립되도록 선택될 수 있다.

일 실시 예에서, 노광 작동 동안, 캐핑층 또는 그것의 표면은 출력 밀도가 2000 mW/mm² 미만, 바람직하게는 1000 mW/mm² 미만, 특히 500 mW/mm² 미만인 EUV 방사선에 노출된다. 질소의 산소에 의한 대체에 따른 캐핑층의 불안정성을 방지하기 위해, 캐핑층의 표면이 상기 지정된 임계값을 초과하는 어느 값의 EUV 방사선에 노출되지 않는다면 유리한 것으로 증명되었다.

일 실시 예에서, 잔류 가스 분위기는 질소 분압 p(N₂) 이 10^-2 mbar 내지 10^-6 mbar이고, 바람직하게는 10^-3 mbar 내지 10^-5 mbar이며, 특히 약 10^-4 mbar 부근을 가진다. 비교적 높은 질소 분압은 캐핑층에서 질소의 산소에 의한 대체를 방지한다.

추가 실시 예에서, 잔류 가스 분위기는 산소 분압이 p(O₂)이 10^-7 mbar 내지 10^-11 mbar이고, 바람직하게는 10^-9 mbar 내지 10^-11 mbar를 가진다. 캐핑층의 열화를 늦추거나 방지하기 위해, 잔류 가스 분위기의 산소 분압이 질소 분압보다 현저하게 낮은 경우, 정확히 말하자면 일반적으로 적어도 두 자릿수, 특히 적어도 다섯 자릿수 이상 작은 경우가 유리하다는 것이 증명되었다.

추가 실시 예에서, 잔류 가스 분위기는 물의 분압 p(H₂O)이 10^-5 mbar 내지 10^-9 mbar이고, 바람직하게는 10^-6 mbar 내지 10^-8 mbar이며, 더 바람직하게는 약 10^-7 mbar 부근을 갖는다. EUV 미러가 배치되는 진공 하우징은 일반적으로 베이크 아웃(bake-out)을 할 수 없으므로, 잔류 가스 분위기에서 물의 존재는 일반적으로 완전히 회피할 수 없다. 그러나, 물의 분압은 캐핑층과 물에 포함된 산소가 반응 - EUV 방사선에 의해 유발될 수 있는 - 하는 것을 (가능한 최대범위까지) 방지하기 위해 과도하게 높으면 안 된다.

추가 실시 예에서, 잔류 가스 분위기는 수소의 분압 p(H₂) 이 10^-1 mbar 내지 10^-3 mbar이고, 바람직하게는 약 10^-2 mbar 부근을 갖는다. 잔류 가스 분위기에서 원위치에서 행해지는 EUV 미러의 수소 세정의 경우, 일반적으로 상당한 수소 분압이 존재한다. 그러나, 발명자는 잔류가스 분위기에서 수소의 존재가 캐핑층에서 질소의 산소에 의한 대체에 오직 적은 정도의 영향만을 준다는 것을 발견하였고, 다시 말해서 수소 세정은 실리콘 옥시나이트라이드로 구성된 캐핑층의 조성에 오직 사소한 정도의 영향을 주며, 그래서 캐핑층의 수소 세정은 프로세스에서 캐핑층 조성의 안정성이 손상됨 없이 활성화된 수소에 의해 영향을 받을 수 있다.

본 발명은 또한 상기에 설명된 것과 같이 구현된 EUV 리소그래피 장비의 작동 방법에 관한 것이고, 거기에는 잔류 가스 분위기의 가스 조성 및/또는 캐핑층의 표면에서 EUV 방사선의 출력 밀도가 캐핑층의 질소 비율(x)이 줄어들지 않도록 설정된다. 효과적으로 변환에 대응하기 위해, EUV 미러의 온도는 또한 과도하게 높지 않게 선택되어야 하고, 온도는 바람직하게는 약 10°C 내지 약 40°C 여야 하고, 특히 실온(약 21°C)에서 작동이 유리하다는 것이 밝혀졌다.

상기에 설명한 바와 같이, EUV 노광 장치에서 적절한 작동 조건을 선택함으로써 얻을 수 있는 것은 캐핑층의 질소 비율이 EUV 미러의 수명 동안 (사실상) 일정하게 유지된다는 것이다. 이러한 경우에, 상기 캐핑층은 EUV 조사 동안 질소의 산소에 의한 대체를 덜 허용하기 때문에, EUV 리소그래피 장비에 상기 미러가 도입되기 전에 이미 캐핑층이 산소 비율을 0 < y < 0.4 을 갖는 경우 유리한 것으로 증명한다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 다음의 발명의 실시 예에 대한 설명과 발명의 필수적인 부분을 보여주는 도면 및 청구항을 참고하면 분명해진다. 각각의 특징은 그 자체로 개별적으로 또는 본 발명의 변형에서 임의의 원하는 복수의 조합으로 각각 실현될 수 있다.

본 발명은 잔류 가스 분위기에 배치되는 하나 이상의 EUV 미러를 포함하는 EUV 리소그래피 장치에 관한 것이다. 잔류 가스 분위기의 가스 성분을 적절하게 선택함으로써 그리고/또는 EUV 미러 표면에 또는 캐핑층에 EUV 방사선의 적절한(과도하게 높지 않은) 출력 밀도를 선택함으로써, 옥시나이트라이드로 구성된 층의 질소 비율이 EUV 미러의 수명 동안 대체로 일정하게 유지되는 것이 가능하다.

바람직한 실시 예들은 개략도에 도시되어 있고, 그 아래 묘사가 설명되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 EUV 리소그래피 장치의 일 실시예에 대한 개략도이다.
도 2는 실리콘 옥시나이트라이드로 구성된 캐핑층을 갖는 상기 EUV 리소그래피 장치를 위한 EUV 미러의 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는 실리콘 옥시나이트라이드로 구성된 캐핑층에 대한 XPS 분석에서 얻어진 두 가지 스펙트럼도이다.
도 4a 및 도 4b는 파장의 함수에 따라 각각 실리콘 옥시나이트라이드로 구성된 캐핑층을 갖는 반사 코팅 및 실리콘 옥사이드로 구성된 캐핑층을 갖는 반사 코팅의 정상파의 진공 계면에 대한 각각의 반사율 및 전계 강도의 비교도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4a 및 도 4b와 유사한 도면으로, 캐핑층 표면에서 정상파의 전계 강도가 최대값을 갖는 경우의 도면이다.

도 1은 EUV 리소그래피 장치를 위한 투사 노광 장치를 도시하고, 이하에서는짧게 EUV 리소그래피 장치(1)라고 명명한다. EUV 리소그래피 장치(1)는 광선 발생 시스템(2), 일루미네이션 시스템(3) 및 투사 시스템(4)을 포함하고, 이들은 별도의 진공 하우징에 수납되고 광선 형성 시스템(2)의 EUV 광원(5)으로부터 진행된 빔 경로(6)에 연속적으로 배치된다. 한 실시 예로서, 플라즈마 소스 또는 싱크로트론은 EUV 광원(5) 역할을 할 수 있다. 광원(5)으로부터 나오는 약 5nm 내지 약 20nm 의 파장 범위를 갖는 방사선은 먼저 콜리메이터(collimator)(7)에서 집광된다. 하류 모노크로메이터(downstream monochromator)(8)의 도움으로, 본 실시 예에서는 약 13.5nm인 원하는 작동 파장 λ_B은 양방향 화살표로 표시된 것 같이 입사각의 변화에 의해 필터링된다. 콜리메이터(7) 및 모노크로메이터(8)는 반사 광학 요소들로 구현된다.

광선 발생 장치(2)에서 파장 및 공간분포에 관하여 처리된 방사선은 제1 및 제2 반사 광학 요소(9, 10)를 가지는 일루미네이션 시스템(3)에 도입된다. 상기 두 반사 광학 요소들(9, 10)은 방사선을 또 다른 반사 광학 요소인 포토마스크(11)에 보내는데, 이것은 투사 시스템(4)을 통해 웨이퍼(12) 위에 축소된 스케일로 전사되는 구조를 가진다. 이러한 목적을 위해, 제3 및 제4 반사 광학 요소(13, 14)가 투사 시스템(4)에 제공된다.

반사 광학 요소들(9, 10, 11, 13, 14)은 각각 광원(5)으로부터 나오는 EUV 방사선(6)을 받는 광학 면을 가진다. 이러한 경우에, 광학 요소들(9, 10, 11, 13, 14)은 잔류 가스 분위기(19) 상의 진공 상태에서 작동된다. 투사 노광 장치(1)의 내부는 베이크 아웃(bake-out) 할 수 없기 때문에, 진공 환경 내 잔류 가스 성분의 존재는 완전히 피할 수 없다.

EUV 리소그래피 장치(1)는 공급 채널(21)을 구비한 가스 공급 장치(20)를 갖고, 이것은 가스 저장부(도시되지 않음)와 연결되어 있고 다양한 가스 성분들을 EUV 리소그래피 장치(1)의 잔류 가스 분위기(19)로 공급하고 상기 잔류 가스 분위기(19)로부터 배출하는 역할을 한다. 도 1에서 보이는 바와 같이, 그중에서도 질소 (N₂), 물 (H₂O), 산소 (O₂), 수소 (H₂)가 잔류 가스 분위기(19)의 가스 구성성분으로 존재한다. 해당 공급 채널이 또한 일루미네이션 시스템(3) 및/또는 광선 발생 시스템(2)에 제공될 수 있고, 또는 그 밖에 중앙 공급 채널이 EUV 리소그래피 장치(1) 전체를 위해 제공될 수 있음은 물론이다. 제어 장치(도시되지 않음)는 가스 공급 장치(20)를 제어하고 EUV 리소그래피 장치(1)의 추가 기능을 제어하는 역할을 한다.

EUV 리소그래피 장치에서 반사 광학 요소들(이하에서는, EUV 미러라고 명명된 요소들) 중 하나(13)의 제조는 이하에서 도 2를 참조하여 예시적으로 설명된다. EUV 미러(13)는 낮은 열팽창계수를 갖는 물질로 구성된 기판(15)을 갖고, 이것의 열팽창 계수는 일반적으로 22°C 또는 약 5°C 내지 약 35°C의 온도범위에서 100ppb/K 미만을 갖는다. 이러한 특성을 가지는 하나의 재료는 티타늄 다이옥사이드가 첨가된 실리케이트 또는 쿼츠 글래스이고, 일반적으로 실리케이트 글래스 비율이 90% 보다 많다. 상업적으로 이용 가능한 상기 실리케이트 글래스 중 하나는 코닝 주식회사(Corning Inc.)에 의해 등록상표 유엘이(ULE®) (초저팽창 유리, Ultra Low Expansion glass)라는 상표명으로 시판되고 있다. 매우 낮은 열팽창 계수를 갖는 또 다른 재료의 그룹은 글래스 세라믹으로, 글래스 상에 대한 크리스탈 상의 비율은 서로 다른 상의 열팽창 계수를 사실상 서로 상쇄하도록 설정된다. 상기 글래스 세라믹은 예를 들면 쇼트 에이쥐(Schott AG)사에 의해 등록상표제로더(Zerodur®)라는 상표명 및 오하라 주식회사(Ohara Inc.)에 의해 등록상표 클리어세람(Clearceram®)이라는 상표명으로 제공되고 있다. 또한 일루미네이션 시스템(3)에 설치된 반사 광학 요소(9, 10)를 위해, 예를 들면 금속성 기판 물질이 적절한 경우에 제로 팽창 물질 대신에 사용될 수 있다.

반사 코팅(16)은 기판(15) 위에 도포되고, 상기 반사 코팅은 서로 다른 굴절률을 가지는 재료들이, 더 정확히 말하면 본 실시 예에서는 실리콘 및 몰리브덴이, 교대로 구성된 복수의 개별 층들(17a, 17b)을 가진다. 도 2에 도시된 각 층 이외에도, 반사 코팅(16)은 또한 확산 등을 방지하기 위한 중간층을 포함할 수 있다. 도면에서 상기 보조 층의 도시는 생략되었다.

반사 코팅(16)은 아래에 놓인 개별 층(17a, 17b)의 산화를 방지하고 캐핑층(18) 표면(18a)에 부착된 오염 물질을 세정하는 것을 단순화하기 위해 캐핑층(18)을 가진다. 본 실시 예에서, 캐핑층(18)은 실리콘 옥시나이트라이드(SiN_xO_Y)로 구성되고, 이것은 반사 코팅(16)의 실리콘층(17a)에 도포된다. 캐핑층(18)은 두께 d1(예를 들면 약 1.5nm)을 가지고, 가해지는 EUV 방사선(6)을 투과시킨다. 적용예에 따라, 층의 두께는 약 1nm 내지 약 20nm가 될 수 있고, 특히 콜렉터 또는 콜리메이터(7) 부근에서는 비교적 큰 층의 두께가 사용된다.

도시된 바람직한 실시 예에서, EUV 미러(13)는 평면 표면(18a)를 갖는다. 이는 단지 설명을 간단하게 하기 위해 선택된 것으로, 다시 말해서 EUV 미러(13)는 곡면 표면 형상, 예를 들면 오목 면 형상 또는 볼록 면 형상이 가능하고, 이것은 구형 및 또한 비 구형으로도 구현될 수 있다.

반사 코팅(16)의 층(17a, 17b) 및 캐핑층(18)은 기판(15)에 PVD법으로 도포된다. 이러한 경우에, 캐핑층(18)은 다층 코팅(16)의 최상부 실리콘층(17a)에 스퍼터링 프로세스에 의해 도포되었으며, 실리콘 옥시나이트라이드는 비정질 구조를 갖는다. 캐핑층(18)의 산소 비율(y) 및 질소 비율(x) 모두 스퍼터링법 도중 적절한 코팅 파라미터의 선택으로 설정될 수 있고, 질소 비율(x)의 유익한 값은 약 1.0 내지 약 1.4이고, 특히 x=1 보다 큰 값이 유리함이 밝혀졌다. 산소 비율(y)은 일반적으로 0.4 이하이고, 캐핑층(18) 내에서 x 및 y의 상대적 비율의 변화는 프로세스의 적용 방식에서 발생 가능하다. x=1.0 또는 x>1.0 및 y=0.4 또는 y<0.4인 공간적으로 균일한 조성을 가지는 캐핑층(18)이 특히 유리하다.

전술한 바와 같이, 실리콘 옥시나이트라이드(SiN_xO_y)의 정확한 조성은 코팅 파라미터에 따라 달라진다. 스퍼터링 동안, 자기장이 추가적으로 사용될 수 있고(마그네트론 스퍼터링), 적절한 경우 서두에서 인용된 국제출원 제2010/127845 A1호에서 예로서 설명된 "고출력 임펄스 마그네트론 스퍼터링(HiPIMS)“ 또는 “고출력 펄스 마그네트론 스퍼터링(HPPMS)"이라 불리는 펄스 방전이 코팅을 위해 사용될 수 있다. PVD법 대신에, 적절한 경우 CVD법, 서두에서 인용된 크리스텍 사의 웹 사이트 http://www.crystec.com/trinitre.htm 또는 미국 특허 제5773100호를 참조하면, 특히 PE-CVD법 또는 LP-CVD법에 의해 캐핑층(18)을 도포하는 것도 가능하다.

EUV 리소그래피 장치(1)의 노광 작동 동안, 불리한 조건에서 EUV 방사선(6) 때문에, 캐핑층(18)의 실리콘 옥시나이트라이드(SiN_xO_Y)에 존재하는 질소의 일부분은, 약 10시간 동안의 방사선 조사 후에 캐핑층(18)의 XPS 분석으로 확인했듯이, 산소로 대체될 수 있다. 이러한 경우에, 특히 EUV 방사선(6)의 출력 밀도가 특별히 높은 캐핑층(18)의 부분적 영역에서, 예를 들면 200mW/mm²보다 크고, 적절한 경우 1000 mW/mm²보다 큰 경우, 캐핑층(18)의 질소의 상당 부분이 산소로 대체되었다.

게다가, 잔류 가스 분위기(19)에서 가스 조성, 더 정확하게는 상기 조성의 분압을 적절히 선택함으로써, 이와 같은 대체는 방지되거나 상당히 느려질 수 있다. 잔류가스 분위기(19)의 조성이 캐핑층(18) 재료인 SiN_xO_y의 질소 비율 또는 산소 비율에 영향을 준다는 것은 다층 코팅(16)의 캐핑층(18)에 대한 XPS 스펙트럼 분석으로부터 명백하고(도 3a 및 도 3b 참조), 상기 캐핑층(18)은 스퍼터링 프로세스에 의해 실리콘층(17a)에 도포되고, 상기 층(17a, 17b)의 두께는 후자가 작동 파장 λ_B 가 13.5nm일 때 최대 반사를 갖도록 선택되었다.

도 3a 및 도 3b의 그래프는 (결합력 E_B에 따른) XPS 스펙트럼의 Si 2p 결합에 대해 도시하고, 캐핑층(18)의 표면(18a)으로부터 기울기가 작은 곳에서 나타나는 광전자의 강도 I는 점선으로 표시되는 반면, 표면(18a)에 대해 기울기가 큰 곳(사실상 수직으로)에서 나타나는 광전자의 강도 I는 실선으로 표시되어 있다. 따라서 실선으로 된 강도 곡선은 더 깊은 곳의 캐핑층(18) 조성에 대한 정보를 포함하고, 반면에 점선으로 된 강도 곡선은 대체로 캐핑층의 대략 1nm 내지 2nm 깊이의 표면 부근에 대한 정보를 보여준다.

도 3a 및 도 3b에서 Si 2p 스펙트럼은 대체로 서로 다른 결합 에너지(E_B)에서 세 개의 피크를 갖는 것을 식별할 수 있다. 약 103.5eV의 제1 결합 에너지(E_B)는 옥사이드 결합이고, 약 102eV의 제2 결합 에너지(E_B)는 실리콘 나이트라이드 결합에 대응하고, 약 99eV의 제3 결합 에너지(E_B)는 언바운드 반도체 상태, 즉 언바운드 엘리멘탈 실리콘(unbound elemental silicon)에 대응한다.

도 3b에서 코팅 프로세스 도중 추가적인 가스 형태의 질소가 공급되는 반면, 도 3a에서는 그렇지 않다는 점에서 도 3a 및 도 3b의 두 그래프는 서로 다르다. 도 3a 및 도 3b 사이의 비교는 도 3b의 약 103.5eV에서의 산소 피크가 도 3a에 비해서 현저하게 작음을 명확하게 드러내고, 역으로 약 102eV에서의 질소 결합의 피크는 현저하게 증가했음을 드러내는데, 즉 실리콘 옥시나이트라이드 물질의 조성 또는 화학량론은 필수적으로 코팅 중의 가스 분위기에 따라 달라진다.

그러므로 EUV 광(6)을 조사하는 동안 캐핑층 물질 조성을 가능한 한 일정하게 유지하고, 특히 캐핑층 물질의 질소의 산소에 의한 대체를 막기 위해, EUV 리소그래피 장치(1)의 잔류 가스 분위기(19)의 가스 조성들의 분압은 적절한 방식으로 설정되어야 한다. 특히, 잔류 가스 분위기(19)의 산소 분압(p(O₂))은 약 10^-7mbar 내지 10^-11mbar, 예를 들어 약 10^-9mbar에 있어야 한다. 반면에, 잔류 가스 분위기(19)의 질소 분압(p(N₂))은 더 높고 약 10^-2mbar 내지 10^-6mbar, 예를 들어 약 10^-4 mbar에 있어야 한다. 잔류 가스 분위기(19)에서 물의 분압(p(H₂O))은 또한 물에 있는 산소와 캐핑층(18)의 물질이 반응하는 것을 방지하기 위해 과도하게 높으면 안 된다. 물의 분압(p(H₂O))의 일반적인 값은 약 10^-5mbar 내지 10^-9 mbar, 예를 들어 약 10^-7mbar이다. 수소의 분압(p(H₂)) 역시 캐핑층(18)의 화학량론에 영향을 미칠 수 있고, 그러므로 약 10^-1mbar 내지 약 10^-3mbar 의 범위에 존재해야 하며, 예를 들어 약 10^-2mbar여야 한다.

EUV 리소그래피 장치(1)에서 적절한 조건을 설정함으로써, 실리콘 옥시나이트라이드로 구성된 캐핑층(18)의 조성이 EUV 미러(13)의 전체 수명 동안 (거의) 안정적으로 유지되는 것이 가능하다. 특히, 표면(18a)위에서만 또는 표면(18a)의 오직 몇 옹스트롬 아래에서만 주로 발생하는 가역 전환 프로세스는 적절한 경우 적어도 표면(18a)에서 캐핑층(18)의 원하는 질소비율을 설정하는데 사용될 수 있다.

잔류 가스 분위기(19)의 조건에 원하지 않는 변화가 있거나 EUV 방사선의 높은 출력 밀도가 사용되는 경우, 캐핑층(18) 조성의 원하지 않는 변화가 발생할 수 있기 때문에, EUV 광(6) 조사 중에 반사 코팅(16)에 형성되는 정상파의 배(antinode) 또는 마디(node)가 캐핑층 표면(18a)에 직접적으로 위치거나 또는 - 이것이 불가능할 경우- 정상파의 배 또는 마디와 표면(18a) 사이의 거리가 0.1 λ_S보다 크지 않도록 선택되는 것이 유리한 것으로 증명되었다.

이를 달성하기 위해, 특히 캐핑층(18) 두께 d1과 아래에 놓인 실리콘층(17a) (그리고 또한 적절한 경우 반사코팅(16)의 추가적인 층(17a, 17b))의 두께 d2는 적절하게 선택될 수 있다. 도 4a를 참조하면 알 수 있는 것처럼 상기 조건이 충족되면, 캐핑층(18)에서 질소의 산소에 의한 완전한 대체 시에도 반사율의 변화는 비교적 적고, 도 4a는 실리콘 나이트라이드 캐핑층을 사용할 때 표면(18a)에 정상파의 마디가 형성되는 때의 파장 λ에 대한 반사율(R)을 보여준다. 이러한 경우에 질소가 산소로 완전히 대체될 때의 반사율(R)의 변화는 오직 ΔR/R = -0.02% 이며, 따라서 도 4a는 관련 반사율 곡선이 식별될 수 없는데, 왜냐하면 선택된 스케일에서는 그것이 실리콘 나이트라이드의 반사율 곡선에 대응되기 때문이다. 도 4b는 캐핑층(18)의 표면(18a)에서의 파장 λ 에 따른 전계 강도(I)를 보여주며, 상기 전계 강도는 작동 파장 λ_S 이 13.5　nm일 때 최소 강도(I_min)(즉, 정상파의 마디)를 갖는 것을 분명히 알 수 있다.

정상파의 배가 캐핑층(18) 표면(18a)에 존재할 때, 질소가 산소에 의해 대체됐을 때의 반사율의 변화는 도 5a의 점선으로 도시된 반사 커브에서 가리키듯 더 크고 ΔR/R = -2.1% 이다. 도 5b에서 도시된 바와 같이, 이러한 경우에 반사코팅(16)의 표면(18a)에서의 정상파는 약 13.5　nm의 작동파장 λ_B 에서 최대강도(I_max)를 갖는다. 캐핑층(18)에서 질소에 의한 산소의 대체에 따른 반사율(R) 감소를 최소화하기 위해, 표면(18a)에서 정상파의 최소 강도가 위치하도록 하는 것이 특히 유리하다.

실리콘 옥시나이트라이드 대신에, 적당하다면 다른 옥시나이트라이드 화합물, 예를 들어 다른 반도체와의 화합물 또는 티타늄, 지르코늄 또는 알루미늄과 같은 금속 구성 성분과의 화합물, 또는 보론과 같은 반금속과의 화합물도 캐핑층(18)을 위해 사용될 수 있는 것은 물론이다. 이와 같은 옥시나이트라이드 물질은 일반적으로 위에 설명된 방법으로 도포될 수 있다. 이러한 물질들로 구성된 캐핑 재료들의 경우 역시, 상기한 방법에 의해 일반적으로 달성될 수 있는 것은 질소의 비율이 EUV 조사 과정 동안 일정하게 유지되거나 감소하지 않는 것이다.

실리콘 옥시나이트라이드로 구성된 안정한 캐핑층(18)의 사용은 특히, 불순물 또는 입자, 특히 예를 들면 주석과 같은 금속 또는 탄소를 EUV 미러(13) 표면으로부터 제거하는데 유리하다고 증명되었고, 이러한 목적을 위해 수소 세정, 특히 수소 라디칼 또는 수소 이온과 같은 활성화된 수소가 표면에 공급되는 동안 유리하게 수행된다.

수소 세정은 잔류 가스 분위기에서 적절한 수소 분압(p(H₂))을 설정함으로써 수행될 수 있다. 수소는 EUV 방사선(6)에 의해 표면(18a)에 근접한 곳에서 활성화 될 수 있고, 이 과정에서 주석 또는 카본과 같은 오염 물질을 표면(18a)으로부터 세정하는 수소 이온 또는 수소 라디칼로 전환될 수 있다. 그러나 수소 세정을 위해 EUV 리소그래피 장치(1)에 추가적인 장치, 예를 들어 표면(18a)을 향하는 수소 함유 가스 유동을 발생시키는 역할을 하는 세정 헤드를 제공하는 것 또한 가능하다. 이러한 유형의 세정 헤드는 예를 들어 국제출원 제2009/059614　A1호에 설명되어 있고, 이것은 본 출원 내용에 참조로 병합된다.

상기 가스 유동에서 수소는 활성 수소가 될 수 있으며, 활성화는 예를 들어 국제출원 제2009/059614 A1호 설명되어 있는 것과 같이 전기장을 사용하여 영향받을 수 있고, 또는 아마도 활성화 목적으로 전열선을 따라 (분자) 수소를 인도함으로써 영향받을 수 있다.

1: EUV 리소그래피 장치
2: 광선 발생 시스템
3: 일루미네이션 시스템
4: 투사 시스템
5: EUV 광원
6: EUV 방사선
13: EUV 미러
16 : 반사 코팅
18 : 캐핑층

Claims

기판(15) 및 EUV 방사선(6)을 반사하는 코팅(16)을 포함하고,
상기 반사 코팅(16)은 옥시나이트라이드로 구성된 캐핑층(18)을 갖고,
상기 캐핑층(18)은 SiN_xO_Y로 형성되며, 상기 SiN_xO_Y에서 질소 비율(x)이 0.4 내지 1.4이고,
상기 캐핑층(18)은 반사 코팅(16)의 실리콘층(17a)에 도포되는 것을 특징으로 하는 미러(13).
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제1항에 있어서,
상기 캐핑층(18)은 비정질 SiN_xO_Y로 형성되는 미러(13).
제1항에 있어서,
상기 캐핑층(18)은 물리증착법에 의해 형성되는 미러(13).
제1항에 있어서,
상기 SiN_xO_Y에서 질소 비율(x)은 x>1 인 미러(13).
제1항에 있어서,
상기 SiN_xO_Y에서 산소 비율(y)은 y<0.4 인 미러(13).
삭제
제1항에 있어서,
상기 반사 코팅(16)은 EUV 파장 범위 내의 작동 파장(λ_B)에서 최대 반사를 갖고,
상기 반사 코팅(16)에서 작동 파장(λ_B)에서 방사선의 반사로 형성되는 정상파의 전계 강도(I)의 최대(I_max) 또는 최소(I_min)가 캐핑층(18)의 표면(18a)으로부터 0.1 λ_B 이하의 거리에 배치되는 미러(13).
제1항, 제4항 내지 제7항, 또는 제9항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 미러(9, 10, 11, 13, 14)를 포함하는 EUV 리소그래피 장치(1)이며,
상기 하나 이상의 미러(9, 10, 11, 13, 14)는 EUV 리소그래피 장치(1)의 잔류 가스 분위기(19)에 배치되는 EUV 리소그래피 장치(1).
제10항에 있어서,
상기 잔류 가스 분위기(19)는 질소 분압(p(N₂))이 10^-2mbar 와 10^-6mbar 사이인 EUV 리소그래피 장치(1).
제10항에 있어서,
상기 잔류 가스 분위기(19)는 산소 분압(p(O₂))이 10^-7mbar 와 10^-11mbar 사이인 EUV 리소그래피 장치(1).
제10항에 있어서,
상기 잔류 가스 분위기(19)는 물 분압(p(H₂O))이 10^-5mbar 와 10^-9mbar 사이인 EUV 리소그래피 장치(1).
제10항에 있어서,
상기 잔류 가스 분위기(19)는 수소 분압(p(H₂))이 10^-1mbar 와 10^-3mbar 사이인 EUV 리소그래피 장치(1).
제10항에 따른 EUV 리소그래피 장치의 작동 방법이며,
잔류 가스 분위기(19)의 가스 조성 및/또는 캐핑층(18)의 표면(18a)에서 EUV 방사선(6)의 출력 밀도는 캐핑층(18)의 질소 비율(x)이 감소하지 않도록 설정되는 EUV 리소그래피 장치의 작동 방법.