TWI410676B - 多層膜反射鏡、多層膜反射鏡的製造方法、光學系統、曝光裝置以及元件的製造方法 - Google Patents

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Description

多層膜反射鏡、多層膜反射鏡的製造方法、光學系統、曝光裝置以及元件的製造方法
本發明是關於一種於基板表面上形成多層膜的多層膜反射鏡、多層膜反射鏡的製造方法、具備該多層膜反射鏡的光學系統、曝光裝置以及使用該曝光裝置的元件的製造方法。
近年來，伴隨著半導體積體電路的微細化的發展，已開發有投影曝光裝置(Projection Exposure Equipment)，其中為提高因光的繞射極限而受限制的光學系統的析像度，而使用波長較紫外線還短(例如，11~14 nm左右)的極端紫外線(Extreme Ultraviolet)以代替先前之紫外線。(例如，參照日本專利特開2003－14893號公報)。
於上述使用極端紫外線的投影曝光裝置(EUV曝光裝置)中，由於不存在可透過極端紫外線的物質，因此光學系統必須由反射鏡構成，使用斜入射鏡片或多層膜鏡片等，該斜入射鏡片利用該波長域內物質的折射率稍小於1所引起的全反射，該多層膜鏡片使界面上的微弱的反射光之相位一致而進行多數重疊，使得整體可獲得較高反射率。
EUV微影技術中所用之反射鏡，相對於波面像差(Wavefront Aberrations)而言，需要形成為形狀誤差較小且高精度的面形狀，然而其加工並不容易。故而，開發有下述技術，即：藉由逐層地削去多層膜反射鏡之表面，而實質上可修正亞(sub)nm的形狀誤差(參照國際公開第01/41155號文件(Pamphlet))。此處，當為多層膜反射鏡中所用之由鉬(Mo)層及矽(Si)層所構成之多層膜的情形時，由於削去多層膜之表面而露出容易氧化的Mo層，故而需要形成一種用於防止Mo層氧化的釕(Ru)層等覆蓋層。該覆蓋層在功能上亦作為防止對多層膜造成碳污染(Carbon Contamination)之層。
然而，Ru層在光學性上與Mo層大致相同，因此，在經削去處理後的多層膜之表面上形成Ru層以作為覆蓋層後，Ru層位於與經削去處理後的Mo層之位置不同的位置，由此相對於膜加工量的反射波面之相位產生較大變化。進而，經削去的部分之反射率亦產生較大變化，從而成為產生透過率不均的主要原因。
本發明之課題在於提供一種具有高精度之面形狀的多層膜反射鏡、多層膜反射鏡的製造方法、具備該多層膜反射鏡的光學系統、曝光裝置以及使用該曝光裝置的元件的製造方法。
本發明之多層膜反射鏡(2)包括基板(4)、及構造上是第1材料層(6a)及第2材料層(6b)交替成膜於上述基板之表面上的多層膜(6)，上述多層膜(6)表面附近的上述第1材料層在面內具有厚度上的分佈；其中，該多層膜反射鏡(2)包括：中間層(7)，其是成膜於上述多層膜(6)的表面上的Si層或含有Si之層，上述中間層(7)之表面所處的位置與上述多層膜(6)的上述第2材料層(6b)之表面所處的位置大致相同；以及覆蓋層(Capping Layer)(8)，其均勻地成膜於上述中間層(7)的表面。
又，本發明之多層膜反射鏡之製造方法包括下述過程：多層膜形成過程(S10)，其中於基板表面上形成多層膜(6)，該多層膜(6)具有由第1材料層(6a)與第2材料層(6b)週期性地交替成膜的結構；多層膜去除過程(S11)，其中於藉由上述多層膜形成過程(S10)所形成的上述多層膜(6)之面內根據去除量而進行分佈，以去除上述多層膜(6)之表面；中間層成膜過程(S12)，於藉由上述多層膜去除過程(S11)而去除的上述多層膜(6)的去除區域表面上形成中間層(7)，該中間層(7)具有與上述多層膜(6)的去除厚度大致相同的厚度、表面受到平坦化、且是Si層或含有Si之層；以及覆蓋層成膜過程(S13)，其於藉由上述中間層成膜過程(S12)所形成的上述中間層(7)的表面上均勻地形成覆蓋層(8)。
又，本發明之光學系統之至少一部分具備本發明之多層膜反射鏡(2)。又，本發明之曝光裝置中，光學系統(306~309)之至少一部分具備本發明之多層膜反射鏡(2)。
又，本發明之元件的製造方法包括：曝光過程，使用本發明之曝光裝置，將圖案影像曝光轉印於物體上；以及顯影過程，使藉由上述曝光過程而曝光轉印之上述物體上的圖案顯影。
參照圖式，就本發明之第1實施形態之多層膜反射鏡加以說明。多層膜反射鏡，例如，用於以極端紫外光(EUV光)作為曝光光束的EUV曝光裝置等中。圖1是第1實施形態之多層膜反射鏡2的剖面圖。如圖1所示，多層膜反射鏡2包括：多層膜6，其是由在研磨為高精度形狀的低熱膨脹玻璃基板4的表面上週期性地交替形成包含鉬(Mo)之層(第1材料層)6a、與包含矽(Si)之層(第2材料層)6b而構成，且可反射波長為11 nm~14 nm的光；中間層7，其成膜於多層膜6上且是Si或含有Si之層；及覆蓋層8，其成膜於中間層7上，且由用以防止碳污染及中間層7氧化的釕(Ru)層所構成。再者，多層膜6是由複數層對(pair)的Mo層6a與Si層6b所構成，然而於圖1中僅表示4層對的Mo層6a與Si層6b。
多層膜6為進行反射波面的修正，而使多層膜6表面附近的含有Mo之層6a在面內具有厚度上的分佈，於該在面內具有厚度上的分佈的、含有Mo之層6a之表面上，在多層膜之含有Si之層之表面所處之位置處，形成一種具有位於平坦表面處的Si層或含有Si的中間層7，於中間層7表面上以均勻厚度形成有Ru覆蓋層8。此處，中間層7可為含有選自一種由Si、SiO2 、SiC或該等之組合所構成之群組中的材料之層，亦可為含有選自一種由Si、SiO2 、SiC或該等之組合所構成之群組中的不同材料所構成的多層膜。又，Ru覆蓋層8可為含有選自一種由Ru、Ru合金、Rh、Rh合金、Nb、Nb合金、Pt、Pt合金、Mo、Mo合金、TiO2 、SiO2 、ZrO2 、MoSi2 、SiC或該等之組合所構成之群組中的材料之層。進而，Ru覆蓋層8可為含有選自一種由Ru、Ru合金、Rh、Rh合金、Nb、Nb合金、Pt、Pt合金、Mo、Mo合金、TiO2 、SiO2 、ZrO2 、MoSi2 、SiC或該等之組合所構成之群組中的不同材料所構成之多層膜。
中間層7的表面位置與多層膜6之含有Si之層的表面位置大致相同，故而，於保持多層膜6之週期結構之情形時，Ru覆蓋層8位於含有Mo之層6a所處的位置處。Ru覆蓋層8與構成多層膜6的Mo層6a在光學性上大致相同，故而，多層膜反射鏡2之反射率或反射波面之相位不會產生較大變化。
繼而，參照圖2之流程圖，就該實施形態之多層膜反射鏡2的製造方法加以說明。
首先，於經過高精度地研磨之低熱膨脹玻璃基板4上形成多層膜6，該多層膜6具有由Mo層(第1材料層)6a與Si層(第2材料層)6b週期性地交替成膜的結構(步驟S10，多層膜形成過程)。即，藉由磁控濺鍍(Magnetron Sputter)成膜裝置，於玻璃基板4之反射面(表面)上在週期長為6.9 nm~7.5 nm的範圍內形成複數層對的多層膜6。
圖3是表示磁控濺鍍成膜裝置之結構的圖。如圖3所示，磁控濺鍍成膜裝置具備基板固持器12，其收容於已經過真空排氣的真空腔室10內。基板固持器12保持低熱膨脹玻璃基板4且結構為：藉由未圖示之旋轉驅動機構來保持低熱膨脹玻璃基板4，且於該狀態下可以旋轉軸AX為軸而旋轉。
又，磁控濺鍍成膜裝置具備膜厚分佈修正板14，該膜厚分佈修正板14收容於真空腔室10內。膜厚分佈修正板14之結構為：配置於低熱膨脹玻璃基板4附近，且可藉由修正板驅動機構16而在圖中的箭頭方向上移動。藉由使膜厚分佈修正板14在圖中的箭頭方向上移動，來調整到達低熱膨脹玻璃基板4上的成膜粒子的量，以此，可控制形成於低熱膨脹玻璃基板4上的膜的膜厚。
又，磁控濺鍍成膜裝置具備陰極18、作為靶材的鉬板20、及靶閘22(Target Shutter)。將工作氣體導入真空腔室10內，對陰極18施加電壓，藉此，於鉬板20附近產生電漿。藉由該電漿，對鉬板20進行濺鍍，所濺鍍之作為成膜粒子的鉬(Mo)沈積於玻璃基板4上。再者，使靶閘22在進行鉬成膜時開放，而在進行下述矽成膜時關閉。
又，磁控濺鍍成膜裝置具備陰極24、作為靶材之矽板26、及靶閘28。將工作氣體導入真空腔室10內，對陰極24施加電壓，藉此，於矽板26附近產生電漿。藉由該電漿，對矽板26進行濺鍍，所濺鍍之作為成膜粒子的矽(Si)沈積於玻璃基板4上。再者，使靶閘28在進行矽成膜時開放，而在進行鉬成膜時關閉。
繼而，在步驟S10中所形成之多層膜6面內，根據去除量進行分佈而去除多層膜6之表面(步驟S11，多層膜去除過程)。
通常，於在構成EUV曝光裝置的反射光學系統中使用複數個反射鏡之情形時，相對於該反射光學系統之波面像差(WFE)而言，各反射鏡中所容許的形狀誤差(FE)是使用(1)式而計算出。
FE＝WFE/2/√n(RMS)………(1)
此處，n是構成光學系統的反射鏡的數量。於反射光學系統中，入射光與反射光雙方分別受形狀誤差的影響，因此波面像差具有形狀誤差的2倍誤差，故而如(1)式所示，需要除以2。即，各反射鏡中所容許之形狀誤差(FE)相對於波長λ及反射鏡數n而言，可使用(2)式計算出。
FE＝λ/28/√n(RMS)………(2)
例如，波長為13 nm的條件下，於由4個反射鏡構成的反射光學系統之情形時，各反射鏡所容許的形狀誤差為0.23 nmRMS，於由6個反射鏡構成反射光學系統之情形時，各反射鏡所容許的形狀誤差為0.19 nmRMS。就將該實施形態之多層膜反射鏡2用於EUV曝光裝置中之情形而言，所容許之形狀誤差亦相同。然而，此種具有高精度的面形狀的反射面的玻璃基板的製造非常困難。又，即便是經過高精度研磨的玻璃基板，亦存在下述情形：由於形成多層膜，使得反射波面與預期之波面形狀之間存有誤差。
此處，揭示有下述技術：藉由逐層地削去多層膜反射鏡之表面，可實質上修正亞nm之形狀誤差(參照國際公開第01/41155號文件)。例如，考慮到下述情形：自如圖4所示之使A、B該兩種物質以固定之週期長d交替地積層的多層膜表面，如圖5所示去除一層對。對於沿垂直於如圖4所示之多層膜表面的方向而前進之光線，厚度為d的多層膜中一層對的光路長OP為OP＝nAdA＋nBdB。此處，dA、dB表示各層之厚度，且dA＋dB＝d。又，nA、nB分別表示物質A、B之折射率。
圖5所示之去除了最表面的多層膜中一層對的厚度d的部分之光路長OP'可由OP'＝nd而計算出。此處，n表示真空的折射率，且n＝1。即，藉由去除多層膜之最上層，可改變通過該處的光線的光學距離。圖5中，多層膜在光學上實質上與僅對應於該變化部分而修正的情形是等價的。光路長的變化(即，面形狀之變化)△可由△＝OP'－OP而計算出。
於極端紫外線之波長區域內，物質的折射率近似於1，故而△變為較小之量，可藉由逐層地削去多層膜反射鏡表面的方法，來對面形狀進行精密修正。例如，就波長為13.5 nm、使用Mo/Si多層膜之情形加以說明。為了用於直入射中，而將一層對之厚度d設為6.9 nm、鉬層之厚度dMo設為2.415 nm、矽層之厚度dSi設為4.485 nm。波長13.5 nm時，鉬的折射率nMo為0.92、矽的折射率nSi為0.998。使用該等數值來計算光路長之變化。削去多層膜反射鏡之表面之前，光路長OP為6.698 nm，而削去一層對之後的光路長OP'為6.9 nm，光路長之變化△＝OP'－OP＝0.202 nm。
藉由削去一層對，可進行相當於0.2 nm之面形狀的修正。再者，於Mo/Si多層膜之情形時，Si層之折射率近似於1，故而光路長之變化△主要依存於Mo層之有無，而幾乎不依存於Si層之有無。故而，去除多層膜之層時，無需正確控制Si層之厚度。根據上述示例，Si層之厚度為4.485 nm，可於Si層之中途使去除加工停止。即，藉由實施數nm精度之去除加工，則可進行0.2 nm單位的面形狀的修正。
故而，於上述步驟S11中，首先，測量一種形成有多層膜6的多層膜反射鏡2之EUV光反射波面。當所測量之反射波面與預期之波面形狀之間存有誤差之情形時，為了進行修正而求出多層膜6表面的去除加工量，根據所求出的去除加工量來對多層膜6進行去除加工。圖6是表示在進行多層膜6之去除加工之後、且在形成下述中間層7、Ru覆蓋層8之前，多層膜反射鏡2之結構的圖。再者，多層膜6由複數層對的Mo層6a與Si層6b構成，然而於圖6中僅表示4層對的Mo層6a與Si層6b。
於圖7之圖表中表示相對於步驟S11中的去除加工(膜加工量)的多層膜反射鏡2之反射率變化及相位變化。於圖7之圖表中，實線L1表示相對於波長為13.5 nm的EUV光的反射率變化，實線L2表示相位變化。膜加工量達到多層膜6的1層對(週期長為6.9 nm)之情形的相位變化約為8度，此時的波面變化為8度÷360度×13.5 nm(波長)＝0.30 nm。通常而言，若對基板進行6.9 nm的去除加工，則產生為週期長二倍即13.8 nm的波面變化，故而相對於多層膜6之表面的膜加工量的對波面的作用為0.30 nm/13.8 nm＝46分之1。
繼而，於在步驟S11中經過去除加工的多層膜6的表面上形成中間層7，該中間層7具有與多層膜6之去除厚度大致相同的厚度、且表面已平坦化(步驟S12，單層膜成膜過程)。中間層7作為Mo層抗氧化膜而起作用，其防止由於步驟S11中進行去除加工而露出於表面的Mo層6a受氧化。
圖8是用以說明中間層7的成膜方法之流程圖。首先，於圖2之步驟S11中經過去除加工的多層膜6的表面上，形成具有規定厚度的中間層7(步驟S20)。即，於多層膜6表面上，均勻地形成中間層7，其具有圖2之步驟S11中已去除加工的膜加工量以上之厚度。於該情形時，亦可於較多層膜6之去除區域更廣的區域(例如，整個多層膜或多層膜之反射區域)的表面上形成一種具有規定厚度的中間層7。
繼而，根據多層膜6之去除厚度、即，膜加工量，去除於步驟S20中所成膜的中間層7，使中間層7之表面平坦(步驟S21)。即，使得中間層7的表面與去除加工前之多層膜6的表面位於大致相同的位置，而去除該與膜加工量不同之加工量的中間層7，使中間層7之表面平坦化。
繼而，在步驟S12中所成膜的中間層7表面上，均勻地形成厚度約為2 nm的Ru覆蓋層8(步驟S13，覆蓋層成膜過程)。Ru覆蓋層8具有用以防止對多層膜6造成碳污染的功能、及用以防止多層膜6及中間層7氧化的功能。
根據第1實施形態之多層膜反射鏡及其製造方法，形成有形成於已經過去除加工的多層膜表面上、且具有對應於去除量的膜厚、表面平坦的中間層，故而，即便於中間層表面上均勻地形成有Ru覆蓋層之情形時，亦可防止對應於去除加工的相位變化及反射率變化的發生。
圖9及圖10是表示比較例之多層膜反射鏡的結構的圖。圖9所示之多層膜反射鏡100中，於已經過去除加工的多層膜6上直接均勻地形成有厚度為2 nm的Ru覆蓋層102。圖10所示之多層膜反射鏡104中，於已經過去除加工的多層膜6上均勻地形成有厚度為2 nm的Si單層膜106及厚度為2 nm的Ru覆蓋層108。再者，多層膜6由複數層對的Mo層6a與Si層6b構成，然而於圖9及圖10中僅表示4層對的Mo層6a與Si層6b。
於圖11之圖表中顯示圖9及圖10所示的多層膜反射鏡100、104的反射率變化及相位變化。於圖11之圖表中，實線L3表示相對於波長為13.5 nm的EUV光的反射率變化，實線L4表示相位變化。圖11之圖表中所示的反射率變化及相位變化，與形成Ru覆蓋層102、Si單層膜106、Ru覆蓋層108之前的多層膜反射鏡的反射率變化及相位變化(參照圖7)相比，產生較大變動。該變動是由於下述原因而產生，即，與構成多層膜6的Mo層6a在光學性上大致相同的Ru覆蓋層102、108，成膜於不應形成有Mo層6a的位置上。故而，亦可能導致即便藉由對多層膜6之表面進行去除加工而對多層膜反射鏡的反射波面進行修正，仍無法獲得反射波面的修正效果，且由於反射率變化亦較大地變動而發生透過率不均。
對此，將該實施形態之多層膜反射鏡2的反射率變化及相位變化示於圖12之圖表中。於圖12之圖表中，實線L5表示相對於波長為13.5 nm的EUV光的反射率變化，實線L6表示相位變化。如圖12所示，於多層膜反射鏡2中，反射率變化及相位變化並未如圖11之圖表所示產生較大變動，且表示出與圖7所示的對多層膜6進行去除加工後立即產生的反射率變化及相位變化大致相同的反射率變化及相位變化。於圖12中，膜加工量達到多層膜6之1層對(週期長為6.9 nm)之情形時的相位變化約為6.66度。此時的波面變化為6.66度÷360度×13.5 nm(波長)＝0.25 nm。通常而言，若對基板進行6.9 nm的去除加工，則會產生週期長二倍即13.8 nm的波面變化，故而相對於多層膜6的表面之膜加工量的對波面的作用為0.25 nm/13.8 nm＝55分之1。
即，於該實施形態之多層膜反射鏡2中，形成有形成於已經去除加工的多層膜6的表面上、具有對應於去除量的膜厚、表面平坦的中間層7，故而，於應形成有Mo層6a之位置上形成有Ru覆蓋層8。又，並未產生相對於新成膜之中間層7的膜厚的反射率變化及相位變化。故而，可高精度地對面形狀進行修正。
再者，於第1實施形態之多層膜反射鏡的製造方法中，於已經過去除加工的多層膜6的表面上形成具有規定厚度的中間層7，根據多層膜6的去除厚度而去除中間層，使中間層7之表面平坦化，然而，亦可形成中間層7使得中間層7的表面位於與去除加工前的多層膜6的表面大致相同的位置。亦即，亦可僅於多層膜6之去除區域表面上形成具有一種與膜加工量大致相同的厚度的中間層7。
又，於第1實施形態中，即便中間層7產生厚度誤差，反射波面的誤差亦微小。例如，如圖13所示，中間層7之表面並不平坦，於並不平坦的中間層7上形成有Ru覆蓋層8，使中間層7的厚度誤差成為±0.3 nm。再者，多層膜6是由複數層對的Mo層6a與Si層6b構成，但於圖13中僅表示出4層對的Mo層6a與Si層6b。
於該情形中，圖14是表示圖13所示之多層膜反射鏡2相對於膜加工量的反射率變化之變動狀況的圖表，圖15是表示圖13所示之多層膜反射鏡2相對於膜加工量的相位變化之變動狀況的圖表。如圖14及圖15所示，與中間層7不存在厚度誤差之情形(厚度誤差為0 nm)相比，當中間層7的厚度誤差為±0.3 nm、±0.2 nm、±0.1 nm之情形時反射率變化及相位變化較微小。
相對於不存在厚度誤差之情形的相位變化，中間層7之厚度誤差在±0.3 nm內變化之情形的相位變化為±2.5度。此時的波面變化為±2.5度÷360度×13.5 nm＝±0.09 nm。通常而言，於厚度誤差為0.3 nm之情形時，產生厚度誤差二倍即0.6 nm的波面變化，故而，中間層7之厚度誤差對波面之作用為0.09 nm/0.6 nm＝約7分之1。
繼而，參照圖式，就本發明之第2實施形態之多層膜反射鏡加以說明。第2實施形態之多層膜反射鏡，例如，用於將EUV光作為曝光光束的EUV曝光裝置等中。圖16是第2實施形態之多層膜反射鏡52的剖面圖。如圖16所示，多層膜反射鏡52包括：多層膜56，其具有下述結構：於研磨成高精度之形狀的低熱膨脹玻璃基板54的表面上週期性地交替形成Mo層(第1材料層)56a與Si層(第2材料層)56b；中間層57，其成膜於分佈在面內且根據膜加工量而進行面加工的多層膜56上，作為抗氧化膜，此中間層57為Si層或含有Si之層；及覆蓋層58，其成膜於中間層57上，由用以防止碳污染及中間層57氧化的釕(Ru)層所構成。再者，多層膜56由複數層對的Mo層56a與Si層56b所構成，然而，於圖16中僅表示出4層對的Mo層56a與Si層56b。
多層膜56是藉由圖3所示之磁控濺鍍成膜裝置，由在週期長為6.9 nm~7.5 nm之範圍內形成於玻璃基板54之反射面(表面)上的複數層對的Mo層56a與Si層56b所構成。
又，如上所述，多層膜56為進行反射波面的修正，而於面內根據去除量進行分佈而去除其表面，形成有中間層57，該中間層57具有與多層膜56之去除厚度相比薄0.4 nm~1.2 nm之膜厚且表面平坦。形成於中間層57上的Ru覆蓋層58以大致相同之厚度均勻地形成。
藉由使中間層57之膜厚與多層膜56之去除厚度相比薄0.4 nm~1.2 nm，可使相對於中間層57之厚度誤差的反射率變化及相位變化的變動較小。圖17是表示該實施形態之多層膜反射鏡52之反射率變化的圖表。圖17之圖表中表示，形成中間層57後，不存在厚度誤差之情形(厚度誤差0 nm)、存有±0.3 nm、±0.2 nm、±0.1 nm的厚度誤差之情形時的反射率變化。又，圖18是表示該實施形態之多層膜反射鏡52的相位變化的圖表。圖18的圖表是表示，形成中間層57後，不存在厚度誤差之情形(厚度誤差為0 nm)、存有±0.3 nm、±0.2 nm、±0.1 nm之厚度誤差之情形時的相位變化。
與圖14及圖15之圖表中所表示的第1實施形態之多層膜反射鏡的反射率變化及相位變化的變動相比，圖17及圖18之圖表中所示的反射率變化及相位變化的變動的不均一較小。即，相對於不存在厚度誤差之情形的相位變化，中間層57之厚度誤差在±0.3 nm內變化之情形的相位變化為－0.8度~＋1.4度左右，此時的波面變化為±0.045 nm。故而，中間層57的厚度誤差對波面的作用約為14分之1，並且，與中間層57之膜厚與多層膜56之去除厚度為相同厚度之情形相比，中間層57的膜厚與多層膜56的去除厚度相比薄0.4 nm~1.2 nm之情形時，相對於厚度誤差的反射率變化及相位變化的變動較小。
再者，當使中間層57的膜厚與多層膜56的去除厚度相比薄0.4 nm而成膜時，相對於中間層57之厚度誤差的對波面的作用最小。又，當使中間層57之膜厚與多層膜56之去除厚度相比薄1.2 nm而成膜時，相對於中間層57之厚度誤差的對反射率變動的作用最小。故而，當中間層57之膜厚為d1(nm)、多層膜56之去除厚度為d2(nm)時，可形成中間層57，使之滿足d2－0.4≦d1≦d2－1.2之條件即可。
根據第2實施形態之多層膜反射鏡及其製造方法，中間層的膜厚與多層膜之去除厚度相比薄0.4 nm~1.2 nm，故而，即便於中間層具有厚度誤差之情形時，亦可將多層膜反射鏡之反射率變化及相位變化抑制為較微小，從而可提供具有高精度之面形狀的多層膜反射鏡。
再者，於第2實施形態之多層膜反射鏡中，使中間層與多層膜之去除厚度相比薄0.4 nm~1.2 nm而成膜，然而既可僅使構成多層膜的最上層的Si層較其他Si層薄0.4 nm~1.2 nm而成膜，亦可形成厚度與多層膜之去除厚度大致相同的Si單層膜。
又，上述各實施形態之多層膜反射鏡中的多層膜是由Mo及Si構成的，然而亦可由Mo及Si以外之物質構成。例如，亦可藉由適當組合含有鉬、釕、銠等之物質，及含有矽、鈹、四硼化碳(B4 C)等之物質而製作多層膜。又，形成Si單層膜而作為抗氧化膜，然而，例如亦可使SiO2 、SiC等矽化合物等其他物質成膜。進而，作為中間層，亦可使用第1實施形態中所示的中間層。其中，較理想的是使用吸收較小、EUV波長區域之折射率近似於1的物質。
又，於上述實施形態中，為進行多層膜之反射波面的修正，於面內根據去除量進行分佈而去除其表面，然而，亦可於多層膜表面上使含有Mo之層於面內具有厚度上的分佈，以上述方式於面內局部地添加含有Mo之層，於其上，形成一種位於與多層膜之含有Si之層的表面所處的位置大致相同的位置處、表面平坦、且為Si層或含有Si之中間層，進而，於該表面上形成具有均勻厚度之Ru覆蓋層。
又，於上述各實施形態之多層膜反射鏡的多層膜中，藉由磁控濺鍍成膜裝置而成膜，然而亦可藉由離子束濺鍍裝置等磁控濺鍍成膜裝置以外的成膜裝置來進行成膜。
繼而，參照圖式，就本發明之第3實施形態之EUV曝光裝置加以說明。圖19是表示第3實施形態之EUV曝光裝置(縮小投影曝光裝置)之概略結構的圖。於圖19所示之EUV曝光裝置中，整個光路上均保持為真空。EUV曝光裝置具備一種含有光源之照明光學系統IL。自照明光學系統IL射出的EUV光(一般而言是指波長為5~20 nm的光，具體而言是使用波長為13 nm、11 nm的光。)藉由折射鏡301而產生反射，而照射於形成有圖案的光罩302上。
光罩302是反射型光罩，且由固定於光罩平臺303上的夾盤(chuck)303a所保持著。光罩平臺303的結構為，在掃描方向上可移動100 mm以上，可在與掃描方向正交之方向及光軸方向上微小移動。光罩平臺303的掃描方向、及與掃描方向正交的方向的位置，受到未圖示的雷射干涉計的高精度控制，光軸方向的位置受到由光罩聚焦發光系統304及光罩聚焦受光系統305所構成的光罩聚焦感測器的控制。
於光罩302上形成有用於反射EUV光的多層膜(例如，鉬(Mo)/矽(Si)或鉬(Mo)/鈹(Be))，藉由該多層膜上的吸收層(例如，鎳(Ni)或鋁(Al))來進行圖案化。藉由光罩302而反射的EUV光入射至光學鏡筒314內。
於光學鏡筒314內，設置有由複數個(於該實施形態中為4個)鏡片306、307、308、309構成之光學系統。該等鏡片306~309中至少一個是由第1或第2實施形態之多層膜反射鏡、或使用第1實施形態之多層膜反射鏡的製造方法所製造的多層膜反射鏡而構成的。再者，於該實施形態中，投影光學系統具備4個鏡片，然而亦可具備6個或8個鏡片。於該情形時，可擴大數值孔徑(NA)。
入射至光學鏡筒314內之EUV光藉由鏡片306產生反射後，藉由鏡片307、鏡片308、鏡片309依序產生反射，自光學鏡筒314內射出後入射至晶圓310。再者，由鏡片306~309等所構成之投影光學系統的縮小倍率，例如為1/4或1/5。又，於光學鏡筒314附近，設置有進行晶圓310的對準用之偏向軸(Off－axis)顯微鏡315。
將晶圓310保持於固定在晶圓平臺311上的夾盤311a上。晶圓平臺311之結構為，設置於與光軸正交之面內，於與光軸正交之面內可移動例如300~400 mm。又，晶圓平臺311之結構為，亦可於光軸方向上微小移動。晶圓平臺311之光軸方向的位置，受到由晶圓自動聚焦發光系統312及晶圓自動聚焦受光系統313所構成的晶圓自動聚焦感測器的控制。晶圓平臺311在與光軸正交之面內的位置，受到未圖示的雷射干涉計的高精度控制。
於曝光時，光罩平臺303及晶圓平臺311，以與投影光學系統的縮小倍率相同的速度比，例如，(光罩平臺303之移動速度)：(晶圓平臺311之移動速度)＝4：1或5：1，進行同步掃描。
根據該第3實施形態之EUV曝光裝置，構成投影光學系統的鏡片中至少有一個是由第1或第2實施形態之多層膜反射鏡、或使用第1實施形態之多層膜反射鏡的製造方法所製造的多層膜反射鏡而構成，故而，可藉由具有高精度之面形狀的光學系統來進行良好的曝光。
再者，於第3實施形態中，鏡片306~309中至少有一個是由第1或第2實施形態之多層膜反射鏡、或使用第1實施形態之多層膜反射鏡的製造方法所製造的多層膜反射鏡而構成，然而，照明光學系統IL中所含有之鏡片、折射鏡301、光罩302等亦可由第1或第2實施形態之多層膜反射鏡、或使用第1實施形態之多層膜反射鏡的製造方法所製造的多層膜反射鏡而構成。
又，於上述實施形態中，就使用EUV光作為曝光光束的曝光裝置加以說明，然而，於使用EUV光以外的紫外線作為曝光光束的投影曝光裝置中，亦可設置如圖1所示之多層膜反射鏡2，從而可抑制多層膜反射鏡2的反射率變化或相位變化。
又，除曝光裝置以外，例如，於含有例如軟X線顯微鏡、或軟X線分析裝置等軟X線光學儀器的各種光學儀器中，亦可同樣設置如圖1所示之多層膜反射鏡2。
於上述實施形態之EUV曝光裝置中，使用投影光學系統於感光性基板(晶圓)上曝光轉印藉由光罩(遮罩)所形成的轉印用圖案(曝光過程)，藉此可製造微型元件(半導體元件、拍攝元件、液晶顯示元件、薄膜磁頭等)。以下，參照圖20之流程圖，就使用上述實施形態之EUV曝光裝置於作為感光性基板的晶圓等上形成規定的電路圖案、藉此獲得作為微型元件(Microdevice)的半導體元件的方法之一例，加以說明。
首先，於圖20之步驟S301中，於一批次之晶圓上蒸鍍金屬膜。於下一步驟S302中，於一批次晶圓上之金屬膜上塗佈光阻劑(Photoresist)。其後，於步驟S303中，使用上述實施形態之EUV曝光裝置，藉由投影光學系統，將遮罩之圖案影像依序曝光轉印於該一批次的晶圓上之各投射(shot)區域。其後，於步驟S304中，一批次的晶圓上之光阻劑進行顯影之後，於步驟S305中，於該一批次的晶圓上將光阻劑圖案作為遮罩以進行蝕刻，藉此於各晶圓上之各投射區域上形成有與遮罩圖案相對應之電路圖案。
其後，進而形成上層之電路圖案等，自晶圓切斷為複數個元件，製造出半導體元件等元件。根據上述半導體元件的製造方法，使用上述實施形態之曝光裝置來進行曝光，故而，可使與各層相對應之圖案良好地曝光，可獲得良好的半導體元件。再者，於步驟S301~步驟S305中，於晶圓上蒸鍍金屬，於該金屬膜上塗布光阻劑，繼而進行曝光、顯影、蝕刻各過程，然而，當然亦可於該等過程之前，於晶圓上形成矽氧化膜後，於該矽氧化膜上塗佈光阻劑，繼而進行曝光、顯影、蝕刻等各過程。
根據本發明之多層膜反射鏡，形成有成膜於已將表面附近之多層膜去除後的多層膜表面上、具有對應於去除量的膜厚、表面平坦的中間層，故而，即便於在中間層表面上均勻地形成有覆蓋層之情形時，亦可防止對應於去除加工量的相位變化及反射率變化的發生。故而，可提供一種具有高精度之面形狀的多層膜反射鏡。
又，根據本發明之多層膜反射鏡的製造方法，包含下述過程：於已藉由多層膜去除過程進行去除的多層膜表面上，形成一種具有與多層膜的去除厚度大致相同的厚度、表面已經平坦化的中間層，於所形成之中間層的表面上均勻地形成覆蓋層，故而，可防止一種與藉由多層膜去除過程而去除的部分對應的相位變化及反射率變化的發生。故而，可製造具有高精度之面形狀的多層膜反射鏡。
又，根據本發明之曝光裝置，於光學系統之至少一部分具備一種具有高精度之面形狀的多層膜反射鏡，故而可進行良好之曝光。
又，根據本發明之元件的製造方法，使用本發明之曝光裝置以製造元件，故而可製造良好之元件。
[實施例1]
如圖1所示，於進行週期長為6.9 nm、50層對的Mo/Si多層膜(Mo層為2.415 nm，Si層為4.485 nm)6的多層膜表面之膜加工後，嵌設Si單層膜(中間層)，使表面平坦化，於Si單層膜7上設置膜厚為2 nm的Ru覆蓋層8。再者，Si單層膜7的嵌設位置的目標基準高度是膜加工前的Mo/Si多層膜6的最表面位置。
根據實施例1，相對於膜加工量的相位及反射率之變化如圖12所示，可進行精密的波面控制。且，形成了Ru覆蓋層，故而可製作具有抗污染性及抗氧化性的堅固的多層膜反射鏡。
[實施例2]
如圖13所示，於進行週期長為6.9 nm、50層對的Mo/Si多層膜(Mo層為2.415 nm，Si層為4.485 nm)6的多層膜表面之膜加工後，嵌設Si單層膜(中間層)7，使表面平坦化，於Si單層膜7上設置膜厚為2 nm的Ru覆蓋層8。然而，Si單層膜7之嵌設存在著厚度誤差、或加工為與膜加工形狀不同的形狀時存在著加工誤差，表面形狀並非完全平坦，殘留有±0.3 nm之厚度誤差。再者，Si單層膜7之嵌設位置的目標基準高度達到膜加工前的Mo/Si多層膜6之最表面位置。
根據實施例2，相對於膜加工量的相位及反射率之變化如圖14及圖15所示。可相對於膜加工量進行精密的波面控制。嵌設的厚度誤差是±0.3 nm，但由此引起之波面誤差在±0.09 nm內，可將嵌設誤差之影響抑制為較小。而且，形成了Ru覆蓋層，故而可製作具有抗污染性及抗氧化性的堅固的多層膜反射鏡。
[實施例3]
如圖16所示，於進行週期長為6.9 nm、50層對的Mo/Si多層膜(Mo層為2.415 nm，Si層為4.485 nm)56的多層膜表面之膜加工後，嵌設Si單層膜(中間層)57，使Si單層膜57平坦化，於Si單層膜57上設置Ru覆蓋層58。其中，形成Si單層膜57，且使其具有較多層膜56之去除厚度薄0.8 nm的膜厚。然而，Si單層膜57之嵌設存在著厚度誤差、或加工為與膜加工形狀不同的形狀時存在著加工誤差，表面形狀並非完全平坦，殘留有±0.3 nm的厚度誤差。再者，Si單層膜57之嵌設位置的目標基準高度達到較膜加工前之Mo/Si多層膜56之最表面位置低0.8 nm的位置。
根據實施例3，相對於膜加工量的相位及反射率之變化如圖17及圖18所示。可相對於膜加工量進行精密的波面控制。嵌設厚度的誤差為±0.3 nm，但由此引起之波面誤差在±0.09 nm內，因此可將嵌設誤差之影響抑制為較小。而且，形成了Ru覆蓋層，故而可製作具有抗污染性及抗氧化性的堅固的多層膜反射鏡。
再者，於本國際申請案所指定的指定國或所選擇的選擇國的國內法律所允許的範圍內，沿用一種引用作背景技術的日本專利特開2003－14893號公報之揭示，作為本說明書之揭示的一部分。
又，本揭示與於2005年10月11日所申請之日本國專利申請案2005－295856號所含之主題相關聯，該案之所有揭示皆作為參照事項而明確地編入本案中。
如上所述，本發明之多層膜反射鏡、多層膜反射鏡的製造方法、具備該多層膜反射鏡的曝光裝置以及使用該曝光裝置的元件的製造方法，適用於製造高性能之半導體元件、薄膜磁頭等微型元件。
2、52、100．104．．．多層膜反射鏡
4、54．．．基板
6、56．．．多層膜
6a．．．第1材料層
6b．．．第2材料層
7、57．．．中間層
8．．．覆蓋層
10．．．真空腔室
12．．．基板固持器
14．．．膜厚分佈修正板
16．．．修正板驅動機構
18、24．．．陰極
20．．．鉬板
22、28．．．靶閘
26．．．矽板
56a．．．Mo層
56b．．．Si層
58、102、108．．．Ru覆蓋層
106．．．Si單層膜
301．．．折射鏡
302．．．光罩
303．．．光罩平臺
303a、311a．．．夾盤
304．．．光罩聚焦發光系統
305．．．光罩聚焦受光系統
306、307、308、309．．．鏡片
310．．．晶圓
311．．．晶圓平臺
312．．．晶圓自動聚焦發光系統
313．．．晶圓自動聚焦受光系統
314．．．光學鏡筒
315．．．偏向軸顯微鏡
A、B．．．物質
AX．．．旋轉軸
d．．．週期長
IL．．．照明光學系統
S10~S13、S20~S21、S301~S305．．．步驟
圖1是第1實施形態之多層膜反射鏡之剖面圖。
圖2是用以說明第1實施形態之多層膜反射鏡的製造方法的流程圖。
圖3是表示第1實施形態之磁控濺鍍成膜裝置的結構的圖。
圖4是用以說明多層膜反射鏡之形狀誤差的修正的圖。
圖5是用以說明多層膜反射鏡之形狀誤差的修正的圖。
圖6是表示第1實施形態之已經過形狀誤差修正的多層膜反射鏡的圖。
圖7是表示已經過形狀誤差修正的多層膜反射鏡之反射率變化及相位變化的圖表。
圖8是用以說明Si單層膜之成膜方法的流程圖。
圖9是表示比較例中的多層膜反射鏡之結構的圖。
圖10是表示比較例中的多層膜反射鏡之結構的圖。
圖11是表示比較例中的多層膜反射鏡之反射率變化及相位變化的圖表。
圖12是表示第1實施形態之多層膜反射鏡之反射率變化及相位變化的圖表。
圖13是表示於多層膜反射鏡之Si單層膜上產生厚度誤差的狀態的圖。
圖14是表示於多層膜反射鏡之Si單層膜上產生厚度誤差之情形時的反射率變化的圖表。
圖15是表示於多層膜反射鏡之Si單層膜上產生厚度誤差之情形時的相位變化的圖表。
圖16是第2實施形態之多層膜反射鏡的剖面圖。
圖17是表示第2實施形態之多層膜反射鏡的反射率變化的圖表。
圖18是表示第2實施形態之多層膜反射鏡的相位變化的圖表。
圖19是表示第3實施形態之EUV曝光裝置之概略結構的圖。
圖20是說明使用第3實施形態之EUV曝光裝置的微型元件的製造方法的流程圖。
2．．．多層膜反射鏡
4．．．基板
6．．．多層膜
6a．．．第1材料層
6b．．．第2材料層
7．．．中間層
8．．．覆蓋層

Claims (17)

  1. 一種多層膜反射鏡，其包括基板、及構造上是第1材料層及第2材料層交替成膜於上述基板表面上的多層膜，藉由去除上述多層膜表面的材料而在上述多層膜的面內具有對應於去除量的厚度上的分佈，其特徵為，此多層膜反射鏡包括：中間層，其形成於上述多層膜表面上且為Si層或含有Si之層，上述中間層具有對應於上述多層膜的去除厚度的膜厚；以及覆蓋層，其均勻地成膜於上述中間層上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之多層膜反射鏡，其中上述多層膜可反射波長為11nm~14nm的光。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之多層膜反射鏡，其中上述第1材料層是含有Mo之層，上述第2材料層是含有Si之層。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之多層膜反射鏡，其中上述中間層包含下述材料，該材料選自由Si、SiO2 、SiC或該等之組合所構成之群組。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之多層膜反射鏡，其中上述中間層是含有上述群組中之不同材料所形成的多層膜。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之多層膜反射鏡，其中上述中間層之表面為平坦。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之多層膜反射鏡，其中上述覆蓋層包含下述材料，該材料選自由Ru、Ru合金、 Rh、Rh合金、Nb、Nb合金、Pt、Pt合金、Mo、Mo合金、TiO2 、SiO2 、ZrO2 、MoSi2 、SiC或該等之組合所構成的群組。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之多層膜反射鏡，其中上述覆蓋層是含有上述群組中之不同材料的多層膜。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之多層膜反射鏡，其中去除表面附近的上述多層膜，藉此使得上述多層膜表面附近之上述第1材料層在面內具有厚度上的分佈之情形時，上述中間層之膜厚與上述多層膜的去除厚度為相同。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之多層膜反射鏡，其中當上述中間層之膜厚為d1(nm)、上述多層膜之去除厚度為d2(nm)時，滿足d2-1.2≦d1，d1≦d2-0.4的條件。
  11. 一種多層膜反射鏡的製造方法，其包括：多層膜形成過程，其形成具有下述結構的多層膜，即，第1材料層與第2材料層週期性地交替形成於基板表面上；多層膜去除過程，於藉由上述多層膜形成過程所形成的上述多層膜之含有表面材料的面內，對應於去除量進行厚度分佈，去除上述多層膜的表面的材料；中間層成膜過程，於藉由上述多層膜去除過程所去除的上述多層膜之去除區域表面上形成中間層，該中間層具有：對應於上述多層膜的去除厚度的膜厚、且是Si層或含有Si材料之層；及覆蓋層成膜過程，於藉由上述中間層成膜過程所形成 的上述中間層表面上均勻地形成覆蓋層。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之多層膜反射鏡的製造方法，其中上述中間層成膜過程包括下述過程：於藉由上述多層膜去除過程所去除的上述多層膜的表面上，形成具有規定厚度的Si層或含有Si的中間層；以及使上述中間層之表面平坦化，使得上述中間層表面位於與上述第2材料層之表面所處之位置為相同的位置。
  13. 如申請專利範圍第11項或第12項所述之多層膜反射鏡的製造方法，其中當藉由上述中間層成膜過程所形成的上述中間層之膜厚為d1(nm)、上述多層膜之去除厚度為d2(nm)時，滿足d2-1.2≦d1，d1≦d2-0.4的條件。
  14. 一種光學系統，其至少有一部分具備申請專利範圍第1項至第10項中任一項所述之多層膜反射鏡。
  15. 一種曝光裝置，包括：投影光學系統，所述投影光學系統之至少一部分具備申請專利範圍第1項至第10項中任一項所述之多層膜反射鏡。
  16. 一種曝光裝置，包括：投影光學系統，所述投影光學系統之至少一部分具備藉由申請專利範圍第11項至第13項中任一項所述之多層膜反射鏡的製造方法所製造的多層膜反射鏡。
  17. 一種微型元件的製造方法，其包括：準備過程，準備在晶圓上形成金屬膜、且在上述金屬 膜上塗佈光阻劑的物體；曝光過程，其使用申請專利範圍第15項或第16項所述之曝光裝置，使圖案影像曝光轉印至上述物體上；以及顯影過程，其使藉由上述曝光過程所曝光轉印之上述物體上的所述圖案顯影；蝕刻過程，其在上述物體上進行蝕刻；且切斷上述物體，而製造半導體元件。
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