WO2008065821A1 - Elément optique, unité d'exposition associée et procédé de production du dispositif - Google Patents

Elément optique, unité d'exposition associée et procédé de production du dispositif Download PDF

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layer
alloy
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Masayuki Shiraishi
Katsuhiko Murakami
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Nikon Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to an optical element used for extreme ultraviolet light (EUV), an exposure apparatus using the same, and a device manufacturing method.
  • EUV extreme ultraviolet light
  • a shorter wavelength (11 to 14 ⁇ m) is used instead of conventional ultraviolet rays.
  • An exposure technique using extreme ultraviolet rays has been developed. This is expected to enable exposure with a pattern size of about 5 to 70 nm, and because the refractive index of the material in this region is close to 1, a transmission refractive optical element is used as in the past. It is not possible to use reflective optical elements.
  • the mask used in the exposure apparatus is also a normal reflection type optical element from the viewpoint of securing transmittance.
  • a large number of substances having a high refractive index and a substance having a low refractive index in the used wavelength region are alternately laminated on the substrate.
  • a molybdenum (Mo) / silicon (Si) multilayer film is used as the high reflectivity multilayer film.
  • the Mo / Si multilayer film may have strong // compressive internal stress.
  • a Mo / Si multilayer film is formed on an optical element substrate polished with high accuracy, the substrate is deformed by the compressive stress, and wavefront aberration occurs in the optical system, resulting in deterioration of optical characteristics.
  • Patent Document 1 a second Mo / Si multilayer in which the thickness of Mo or Si is different from that of the first Mo / Si multilayer film below the first Mo / Si multilayer film that is a multilayer film. A method of improving by providing a film is disclosed.
  • Patent document 1 WO2004 / 109778
  • Another object of the present invention is to provide an exposure apparatus and a device manufacturing method in which the above optical element is incorporated as an extreme ultraviolet projection optical system or the like.
  • An optical element according to the present invention is provided on a supporting substrate, a multilayer film that is supported on the substrate and reflects an extreme ultraviolet line, and is provided between the multilayer film and the substrate. And an alloy layer that reduces stress.
  • an alloy layer is provided between the multilayer film and the substrate, and this alloy layer can realize various internal stresses by adjusting the components and the composition ratio. Can be offset or mitigated. Therefore, deformation of the optical element can be suppressed, and high optical characteristics can be maintained. At this time, since the alloy layer is difficult to crystallize, the surface roughness can be reduced. Therefore, by ensuring the flatness of the base surface of the multilayer film, the decrease in the reflectance of the multilayer film is suppressed, and high optical characteristics can be maintained.
  • the above optical element is a reflective element having a multilayer film and has good reflection characteristics with respect to extreme ultraviolet rays, but has reflectivity with respect to soft X-rays other than extreme ultraviolet rays. You can also.
  • the alloy layer has a tensile internal stress.
  • the compressive internal stress of the multilayer film can be offset or alleviated by the tensile internal stress of the alloy layer, and deformation of the substrate can be reduced.
  • An exposure apparatus includes a light source that generates extreme ultraviolet rays, an illumination optical system that guides the extreme ultraviolet rays from the light source to a transfer mask, and a projection optical that forms a pattern image of the mask on a sensitive substrate.
  • a light source that generates extreme ultraviolet rays
  • an illumination optical system that guides the extreme ultraviolet rays from the light source to a transfer mask
  • a projection optical that forms a pattern image of the mask on a sensitive substrate.
  • at least one of the mask, the illumination optical system, and the projection optical system includes the optical element.
  • deformation of the optical element can be suppressed in the apparatus, and the optical characteristics of the optical element can be improved. Thereby, the resolution of the exposure apparatus can be maintained. Further, it is possible to suppress the optical element from being gradually deformed, and to extend the lifetime of the optical element and the exposure apparatus.
  • a high-performance device can be manufactured by using the above-described exposure apparatus in the manufacturing process.
  • the internal stress can be reduced and the optical characteristics can be improved, and the optical function can be maintained for a long time in the apparatus using the optical element.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an optical element according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the optical element according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an optical element according to a second embodiment.
  • FIG. 4 is a sectional view for explaining an exposure apparatus according to a third embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a device manufacturing method according to a fourth embodiment.
  • optical element 100, 200, 300 ... optical element, 50 ... light source device, 51 ... laser light source, 54, 55, 61, 62, 63, 64, 71, 72, 73, 74 ... optical element, 60 ... illumination optical system, 70 ... Projection optical system, 81 ⁇ ⁇ ⁇ Mask stage, 82 ⁇ ⁇ Wafer stage, ⁇ ⁇ ⁇ Vacuum container, 400 ⁇ ⁇ Exposure apparatus
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the optical element according to the first embodiment.
  • the optical element 100 of the present embodiment is, for example, a planar reflecting mirror, and includes a substrate 10 that supports a multilayer film structure, a multilayer film 30 for reflection, and an alloy layer 20 for stress relaxation.
  • the lower substrate 10 is formed, for example, by processing synthetic quartz glass or low expansion glass, and the upper surface 10a thereof is polished to a mirror surface with a predetermined accuracy.
  • the top surface 10a can be a concave surface like the optical element 200 shown in FIG. Further, although not shown in the drawing, it can have a convex surface, multiple surfaces, or other shapes according to the use of the optical element 100.
  • the upper multilayer film 30 is a thin film of several to several hundred layers formed by alternately laminating two kinds of substances having different refractive indexes on the alloy layer 20.
  • This multilayer film 30 is formed by laminating a large number of materials with low absorption in order to increase the reflectivity of the optical elements 100 and 200, which are reflecting mirrors, and the optical interference theory so that the phases of the reflected waves are matched.
  • the film thickness of each layer is adjusted based on the above. That is, for the extreme ultraviolet wavelength region used in the exposure apparatus, a thin film layer L1 having a relatively high refractive index and a thin film layer L2 having a relatively low refractive index are reflected on the alloy layer 20 on the reflected wave.
  • the multilayer film 30 is formed by alternately laminating with a predetermined film thickness so that these phases are matched. As a result, the reflectance of extreme ultraviolet light having the target wavelength can be increased efficiently. In order to simplify the explanation, the number of stacked layers of the multilayer film 30 is omitted in the figure.
  • the two types of thin film layers Ll and L2 constituting the multilayer film 30 can be made into a Mo layer and a Si layer, respectively.
  • the order in which the thin film layers Ll and L2 are stacked and the condition of which thin film layer is the uppermost layer can be appropriately changed according to the use of the optical elements 100 and 200.
  • the material of the thin film layers Ll and L2 is not limited to the combination of Mo and Si.
  • the multilayer film 30 may be fabricated by appropriately combining materials such as Mo, ruthenium (Ru), and rhodium (Rh) with materials such as Si, beryllium (Be), and carbon tetraboride (BC).
  • a boundary film (not shown) can be further provided between the thin film layer L1 and the thin film layer L2.
  • the materials forming each of them are mixed near the boundary between the thin film layer L1 and the thin film layer L2, and the interface is ambiguous. It is easy to become. As a result, the reflection characteristics are affected, and the reflectivity of the optical elements 100 and 200 may be lowered. Therefore, in order to clarify the interface, when forming the multilayer film 30, an additional boundary is formed between the thin film layer L1 and the thin film layer L2.
  • a boundary film is provided. Examples of materials include BC, carbon (C), molybdenum carbide (MoC), and oxidation.
  • Molybdenum (MoO) or the like is used.
  • the reflection characteristics of the children 100 and 200 are improved.
  • a protective film having an oxidation suppressing effect and a carbon deposition suppressing effect can be further provided on the outermost layer of the multilayer film 30.
  • the alloy layer 20 sandwiched between the substrate 10 and the multilayer film 30 described above is a thin film made of an alloy having an internal stress.
  • An alloy generally refers to a substance in which two or more metal elements, or one or more metal elements and one or more non-metal elements are mixed and dissolved at the atomic level. Although a single metal always contains impurity atoms, generally impurities are not considered an additive forming an alloy. Therefore, in this specification, ⁇ two or more elements are mixed and dissolved in an atomic level. It has the properties of a metal and has the highest atomic ratio among the constituent elements! /, The element is a metal element, and the second largest atomic ratio!
  • the alloy layer 20 includes a combination of two or more selected from the group consisting of Mo, Ru, niobium (Nb), palladium (Pd), and copper (Cu), and alloyed them. Is. Such an alloy layer 20 is structurally easy to stabilize. Further, when the alloy layer 20 is formed, an island-like growth is suppressed and an amorphous layer with low crystallinity is grown.
  • the alloy layer 20 described above can be produced by a vapor deposition method if a dense film can be formed without deteriorating the surface roughness. Further, the internal stress of the alloy layer 20 can be set and adjusted according to the film formation conditions of the alloy layer 20. A diffusion preventing film that prevents the components of the alloy layer 20 from diffusing into the multilayer film 30 can also be formed between the alloy layer 20 and the multilayer film 30.
  • the alloy layer 20 has a tensile internal stress
  • the multilayer film 30 has a tensile stress.
  • the compressive internal stress of the multilayer film 30 is reduced.
  • the thickness of the alloy layer 20 is adjusted according to the tensile stress necessary to reduce the compressive internal stress of the multilayer film 30. As a result, deformation of the optical elements 100 and 200 is suppressed, and these optical characteristics are improved.
  • optical elements 100 and 200 Specific examples of the optical elements 100 and 200 according to the first embodiment will be described below.
  • ULE Ultra Low Expansion
  • Zerodur trade name manufactured by Schott
  • the surface of the substrate 10 is polished to a surface roughness of 0.2 nm RMS or less! /.
  • a MoRu alloy was formed by sputtering to form an alloy layer 20.
  • the thickness of the alloy layer 20 was 56 nm.
  • a MoRu single-layer film is used as the alloy layer 20
  • another Mo-based alloy layer 20 using MoNb, MoPd, MoCu, or the like is used. May be formed.
  • As such an alloy layer 20 single layer films of MoNb, MoPd, and MoCu were formed, respectively, but a continuous and uniform thin film was obtained as in the case of the MoRu example.
  • the alloy monolayer film has compressive internal stress or tensile internal stress may differ depending on the method of film formation. Therefore, a single metal having a tensile internal stress when it is formed alone is selected and combined to obtain the target tensile internal stress.
  • the alloy layer 20 relaxes the compressive internal stress of the multilayer film 30 and, as long as it does not affect the surface roughness of the alloy layer 20, two or more types of alloys, two layers, or three layers as necessary.
  • the above may be laminated.
  • the alloy layer 20 can be formed by a simple process.
  • the thin film layer L1 is a Mo layer having a large difference from the refractive index of 1, and its thickness is 2.3 nm.
  • the thin film layer L2 is a Si layer having a small difference from the refractive index of 1, and its thickness is 4.6 nm. Therefore, the thickness (period length) of one cycle of the multilayer film 30 is about 7 nm.
  • the MoRu alloy layer 20 and the Mo / Si-based multilayer film 30 described above were continuously formed in the same film forming apparatus without breaking the vacuum. During film formation, the substrate 10 was cooled with water and kept at room temperature.
  • the sign for stress (Pa) represents a compressive stress with a negative value and a tensile stress with a positive value.
  • the force applied to the substrate is considered by the total stress, which is the product of the film thickness and stress, because the stress varies with the film thickness. That is, the force per unit length acting on the cross section of the multilayer film 30 is considered.
  • the Mo / Si-based multilayer film 30 has a total film thickness of about 280 nm and a compressive internal stress of about 400 MPa. At this time, the Mo / Si-based multilayer film 30 has a total stress of 112 N / m.
  • the MoRu alloy layer 20 has a tensile internal stress of about +2 GPa at a film thickness of 56 nm.
  • the MoRu alloy layer 20 has a total stress of +112 N / m in the tensile direction. Therefore, the tensile internal stress of the MoRu alloy layer 20 cancels out the compressive internal stress of the Mo / Si-based multilayer film 30, and the force applied to the substrate 10 can be reduced.
  • the internal stress varies depending on the material, film thickness, film forming method, etc., and the internal stress may not be completely offset by the material, film thickness, film forming method, etc. selected as described above. In this case, the material, film thickness, film forming method, and the like may be changed as appropriate so that the internal stress is offset.
  • the surface roughness of the MoRu alloy layer 20 having a thickness of 56 nm is 0.2 to 0.3 nm RMS, and the Mo / Si-based multilayer film 30 is formed thereon. Even so, the decrease in reflectivity due to the surface roughness can be kept small.
  • the Mo single-layer film has a tensile internal stress of 56 nm in thickness, and the stress is It is about +2 GPa, similar to the above alloy layer 20.
  • the surface roughness of the 56 nm Mo single-layer film is increased to about 0.8 nm RMS by increasing the surface roughness due to the microcrystallization of Mo. Since the substrate 10 is usually polished to 0.2 nmRMS or less, if the surface roughness of the Mo single layer film is large to 0.8 nmRMS, the reflectance of the Mo / Si-based multilayer film 30 to be formed on this is increased. Decrease significantly.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the optical element according to the second embodiment.
  • the optical element 300 of the present embodiment is a modification of the optical elements 100 and 200 of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, and the same parts are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted. .
  • parts that are not particularly described are the same as those in the first embodiment.
  • the resin layer 40 is provided between the alloy layer 20 and the multilayer film 30.
  • the surface of the alloy layer that is the base of the multilayer film 30 can be smoothed, and the surface roughness can be prevented from being affected when the multilayer film 30 is formed.
  • the thickness of the resin layer is appropriately determined according to the reflection characteristics desired for the optical element 300.
  • a polyimide resin As a material constituting the resin layer 40, a polyimide resin can be used. Specifically, a polyimide solution is spin-coated on the upper part of the alloy layer and fired to form a thin film. Its film thickness is about 50 ⁇ ; OOnm.
  • the polyimide resin is excellent in heat resistance, and the resin layer 40 is not affected by deterioration or the like when the multilayer film 30 is formed. Therefore, the resin layer 40 of the polyimide resin is effective for further smoothing the outermost surface of the alloy layer 20 and is excellent as a base for forming the multilayer film 30.
  • the material of the resin layer 40 is not limited to polyimide resin, and an organic material having the same function may be used.
  • FIG. 4 is a view for explaining the structure of an exposure apparatus 400 according to the third embodiment in which the optical elements 100, 200, 300 of the first and second embodiments are incorporated as optical components.
  • the exposure apparatus 400 illuminates the mask MA with a light source device 50 that generates extreme ultraviolet rays (wavelength;!;! To 14 nm) as an optical system, and extreme ultraviolet illumination light.
  • You Illumination optical system 60, and a projection optical system 70 that transfers the pattern image of the mask MA to the wafer WA, which is a sensitive substrate.
  • a mask stage 81 that supports the mask MA, and a wafer that supports the wafer WA Stage 82.
  • the light source device 50 includes a laser light source 51 that generates laser light for plasma excitation, and a tube 52 that supplies a gas such as xenon that is a target material into the housing SC. Further, the light source device 50 is provided with a condenser 54 and a collimator mirror 55. By condensing the laser light from the laser light source 51 on the xenon emitted from the tip of the tube 52, the target material in this portion is turned into plasma and generates extreme ultraviolet rays. The condenser 54 collects extreme ultraviolet light generated at the tip S of the tube 52. The extreme ultraviolet rays that have passed through the capacitor 54 are converged and emitted to the outside of the housing SC and enter the collimator mirror 55. In place of the light source light from the laser plasma type light source device 50 as described above, radiation light from a discharge plasma light source, synchrotron radiation light source, or the like can be used.
  • the illumination optical system 60 includes reflection type optical integrators 61 and 62, a condenser mirror 63, a bending mirror 64, and the like.
  • Light source light from the light source device 50 is condensed by the condenser mirror 63 while being made uniform as illumination light by the optical integrators 61 and 62, and is condensed through the folding mirror 64 to a predetermined area on the mask MA (for example, a band-like area). ). This makes it possible to uniformly illuminate a predetermined area on the mask MA with extreme ultraviolet rays having an appropriate wavelength.
  • the mask MA is a reflective mask that is not a transmissive mask.
  • the projection optical system 70 is a reduction projection system including a large number of mirrors 71, 72, 73, 74.
  • a circuit pattern which is a pattern image formed on the mask MA, forms an image on the wafer WA coated with a resist by the projection optical system 70 and is transferred to the resist.
  • the area on which the circuit pattern is projected at once is a linear or arcuate slit area, and a rectangular pattern formed on the mask MA, for example, by scanning exposure that moves the mask MA and the wafer WA synchronously. Transfer the circuit pattern in the area onto the rectangular area on the wafer WA without waste.
  • the portion arranged on the optical path of extreme ultraviolet rays, the illumination optical system 60, and the projection optical system 70 are arranged in the vacuum vessel 84, and the attenuation of the exposure light is reduced. It is prevented.
  • extreme ultraviolet as well as blocking the entire force device for damping it is absorbed by the atmosphere from the outside by the vacuum vessel 84, the optical path a predetermined degree of vacuum extreme ultraviolet (For example, 1. 3 X 10- 3 Pa or less)
  • the attenuation of extreme ultraviolet rays that is, the reduction in brightness and contrast of the transferred image is prevented.
  • optical elements 54, 55, 61, 62, 63, 64, 71, 72, 73, 74 and mask MA arranged on the extreme ultraviolet light path are arranged in FIG.
  • the shape of the optical surfaces of the optical elements 100, 200, and 300 is not limited to a flat surface and a concave surface, but is appropriately adjusted depending on the place of incorporation, such as a convex surface or a multi-surface.
  • the mask MA is irradiated with illumination light from the illumination optical system 60, and a pattern image of the mask MA is projected onto the wafer WA by the projection optical system 70. As a result, the pattern image of the mask MA is transferred to the wafer WA.
  • optical elements 54, 55, 61, 62, 63, 64, 71, 72, 73, 74 and mask MA are used which are controlled with high reflectivity and high accuracy. Therefore, by preventing the deformation, high resolution and high-precision exposure are possible.
  • optical elements 54, 55, 61, 62, 63, 64, 71, 72, 73, 74 and mask MA force can be used to prevent gradual deformation and maintain the optical characteristics of optical elements for a long time. Can do. Therefore, the resolution of the exposure apparatus 400 can be maintained, and the life of the exposure apparatus 400 can be extended.
  • the microdevice is a step of designing the function and performance of the microdevice (S 101), a step of producing a mask MA based on this design step (S 102), The step of preparing the substrate, ie, wafer WA, which is the base material of the device (S 103), Exposure process (S 104) for exposing mask WA pattern onto wafer WA using exposure apparatus 400 of the embodiment, device assembly process (S 105) for completing the device while repeating a series of exposure and etching, etc.
  • the device is manufactured through the device inspection step (S106).
  • the device assembly process (S105) usually includes a dicing process, a bonding process, a package process, and the like.
  • the present invention has been described based on the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments.
  • the exposure apparatus 400 that uses extreme ultraviolet light as exposure light has been described.
  • an exposure apparatus that uses soft X-rays or the like other than extreme ultraviolet light as exposure light as shown in FIG.
  • Optical elements similar to the optical elements 100, 200, and 300 can be incorporated, and deterioration of the optical characteristics of the optical elements can be suppressed.
  • optical elements 100, 200, 300 can be incorporated.
  • Such optical elements 100, 200, and 300 that are incorporated so as to be compatible with soft X-ray optical equipment also deteriorate the optical characteristics of the optical elements 100, 200, and 300 over the long term as in the case of the above embodiment. Can be suppressed.

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Description

明 細 書
光学素子、これを用いた露光装置、及びデバイス製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、極端紫外線等（E U V)に対して用いられる光学素子、これを用いた露 光装置、及びデバイス製造方法に関する。
背景技術
[0002] 近年、半導体集積回路の微細化に伴い、光の回折限界によって達成される光学系 の解像度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（11〜； 14η m)となる極端紫外線を用いた露光技術が開発されている。これにより、約 5〜70nm のパターンサイズの露光が可能になるものと期待されている力 S、この領域の物質の屈 折率は 1に近いため、従来のように透過屈折型光学素子を使用できず、反射型の光 学素子が使用される。露光装置に用いられるマスクもまた、透過率確保等の観点から 、通常反射型の光学素子となる。この際、各光学素子において高い反射率を達成す るために、使用波長域での屈折率の高い物質と屈折率の低い物質とを基板上に交 互に多数積層している。また、高反射率の多層膜としては、モリブデン (Mo) /シリコ ン（Si)多層膜が使用されてレ、る。
[0003] ここで、 Mo/Si多層膜は、強!/、圧縮内部応力を有する場合がある。そのような場 合、高精度に研磨した光学素子基板上に Mo/Si多層膜を形成すると、その圧縮応 力により、基板が変形し、光学系に波面収差が発生して光学特性が低下するという 問題があった。特許文献 1には、多層膜である第 1層の Mo/Si多層膜の下層に、 M o又は Siの厚さが第 1層の Mo/Si多層膜とは異なる第 2の Mo/Si多層膜を設けて 、改善を図る方法が開示されている。
特許文献 1： WO2004/109778号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] しかしながら、第 2層として Mo/Si多層膜を用いると、その内部応力は単層で実現 可能な値に比べ小さいため、総膜厚が大きくなり、より高精度な膜厚分布制御が求め られる、また、成膜工程で時間力 Sかかるという問題があった。
[0005] なお、多層膜の下層に Mo層の単層膜を設けることによつても、多層膜の内部応力 を低減させること力 Sできる。し力もながら、多層膜の内部応力を低減させるほどの厚さ で成膜すると、微結晶化によって表面粗さが増大し、光学素子の反射率が低下する という問題がある。
[0006] そこで、本発明は、内部応力を低減し、光学特性を向上させた光学素子を提供す ることを目白勺とする。
[0007] また、本発明は、上記のような光学素子を極端紫外線用の投影光学系等として組 み込んだ露光装置、及びデバイス製造方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明に係る光学素子は、支持用の基板と、基板上に支持されるとともに、極端紫 外線を反射する多層膜と、多層膜と基板との間に設けられ、多層膜の内部応力を低 減する合金層とを備える。
[0009] 上記光学素子では、多層膜と基板との間に合金層が設けられており、この合金層 は、成分や組成比の調整によって多様な内部応力を実現できるので、多層膜の内部 応力を相殺又は緩和することができる。そのため、光学素子の変形が抑えられ、光学 特性を高く維持できる。この際、合金層は結晶化しにくいため、その表面粗さを少なく すること力 Sできる。よって、多層膜の下地表面の平坦性確保によって多層膜の反射率 低下が抑制され、光学特性を高く維持できる。なお、上記光学素子は多層膜を有す る反射型の素子であり、極端紫外線に対して良好な反射特性を有するが、極端紫外 線以外の軟 X線等に対して反射性を持たせることもできる。
[0010] また、上記光学素子において、合金層が、引張内部応力を有する。この場合、多層 膜が有する圧縮内部応力を合金層の引張内部応力によって相殺又は緩和すること ができ、基板の変形を低減することができる。
[0011] 本発明に係る露光装置は、極端紫外線を発生させる光源と、光源からの極端紫外 線を転写用のマスクに導く照明光学系と、マスクのパターン像を感応基板上に形成 する投影光学系とを備える。そして、本露光装置では、マスク、照明光学系、及び投 影光学系のうち少なくともいずれか 1つが上記光学素子を含む。 [0012] 上記露光装置では、少なくとも 1つの上記光学素子を用いることにより、装置内にお いて、当該光学素子の変形を抑制でき、光学素子の光学特性を良好なものとするこ とができる。これにより、露光装置の分解能を維持することができる。また、光学素子 が徐々に変形することを抑制し、光学素子延いては露光装置を長寿命とすることが できる。
[0013] 本発明に係るデバイス製造方法によれば、製造工程にお!/、て、上記露光装置を用 いることによって、高性能なデバイスを製造することができる。
発明の効果
[0014] 本発明の光学素子によれば、その内部応力を低減し、光学特性を向上させること ができ、また、この光学素子を利用した装置では、光学機能を長い間維持できる。 図面の簡単な説明
[0015] [図 1]第 1実施形態に係る光学素子を説明する断面図である。
[図 2]第 1実施形態に係る光学素子を説明する断面図である。
[図 3]第 2実施形態に係る光学素子を説明する断面図である。
[図 4]第 3実施形態に係る露光装置を説明する断面図である。
[図 5]第 4実施形態に係るデバイス製造方法を説明する図である。
符号の説明
[0016] 10· · ·基板、 20· · ·合金層、 L1、 L2〜薄膜層、 30· · ·多層膜、 40· · ·樹脂層、
100、 200、 300…光学素子、 50…光源装置、 51…レーザ光源、 54、 55、 61、 62、 63、 64、 71、 72、 73、 74…光学素子、 60…照明光学系、 70…投影光学系 、 81 · · ·マスクステージ、 82· · ·ウェハステージ、 84· · ·真空容器、 400· · ·露光装 置
発明を実施するための最良の形態
[0017] 〔第 1実施形態〕
図 1は、第 1実施形態に係る光学素子の構造を示す断面図である。本実施形態の 光学素子 100は、例えば平面反射鏡であり、多層膜構造を支持する基板 10と、反射 用の多層膜 30と、応力緩和用の合金層 20とを有する。 [0018] 下側の基板 10は、例えば合成石英ガラスや低膨張ガラスを加工することによって 形成されたものであり、その上面 10aは、所定精度の鏡面に研磨されている。上面 10 aは、図示のような平面とすることもできる力 図 2に示した光学素子 200のように凹面 にもできる。さらに、図示を省略するが、光学素子 100の用途に応じて凸面、多面そ の他の形状とすることができる。
[0019] 上側の多層膜 30は、屈折率が異なる 2種類の物質を合金層 20上に、交互に積層 することによって形成した数層から数百層の薄膜である。この多層膜 30は、反射鏡で ある光学素子 100、 200の反射率を高めるために、吸収の少ない物質を多数積層し たものであるとともに、それぞれの反射波の位相が合うように光干渉理論に基づいて 各層の膜厚を調整したものである。つまり、露光装置内で使用される極端紫外線の 波長領域に対して、比較的屈折率の大きい薄膜層 L1と、比較的屈折率の小さい薄 膜層 L2とを、合金層 20上に、反射波の位相が合うよう所定の膜厚で交互に積層させ ることで多層膜 30が形成されている。これにより、 目的とする波長の極端紫外線等の 反射率を効率的に高めることができる。なお、説明を簡単にするため、図では多層膜 30の積層数を省略して示して!/、る。
[0020] この多層膜 30を構成する 2種類の薄膜層 Ll、 L2は、それぞれ Mo層及び Si層とす ること力 Sできる。なお、薄膜層 Ll、 L2の積層の順序、最上層をいずれの薄膜層とす るかといった条件は、光学素子 100、 200の用途に応じて適宜変更することができる 。また、薄膜層 Ll、 L2の材料は、 Moと Siとの組み合わせに限るものではない。例え ば、 Mo、ルテニウム（Ru)、ロジウム（Rh)等の物質と、 Si、ベリリウム（Be)、四ホウ化 炭素（B C)等の物質とを適宜組み合わせることによって多層膜 30を作製することも
4
できる。
[0021] なお、多層膜 30において、薄膜層 L1と薄膜層 L2との間にさらに境界膜 (不図示） を設けることもできる。多層膜 30を形成する薄膜層 Ll、 L2として、特に金属や Si等を 用いた場合には、薄膜層 L1と薄膜層 L2との境界付近においておのおのを形成する 材料同士が混ざり合い、界面が曖昧になりやすい。これにより、反射特性が影響を受 け、光学素子 100、 200の反射率が下がってしまうことがある。そこで、界面を明瞭化 するために、多層膜 30の形成にあたって、薄膜層 L1と薄膜層 L2との間にさらに境 界膜を設ける。材料としては、例えば B C、炭素（C)、炭化モリブデン (MoC)、酸化
4
モリブデン (MoO )等が用いられる。このように界面を明瞭化することにより、光学素
2
子 100、 200の反射特性が向上する。
[0022] また、多層膜 30において、多層膜 30の最表層上にさらに酸化抑制効果や炭素析 出抑制効果を有する保護膜を設けることもできる。
[0023] 以上で説明した基板 10と多層膜 30との間に挟まれた合金層 20は、内部応力を有 する合金からなる薄膜である。合金とは、一般に 2以上の金属元素、もしくは、 1以上 の金属元素と 1以上の非金属元素とが、原子レベルで混合し固溶した物質をいう。な お、単体の金属も必ず不純物原子を含有するが、一般には不純物は合金を形成す る添加物とはみなされないため、本明細書では、「2以上の元素が原子レベルで混合 し固溶した物質であって金属の性質を有するもので、構成元素のうち最も原子数比 が多!/、元素が金属元素であり、第 2番目に原子数比が多!/、元素の含有率が 1 % (原 子数％)以上であるもの」を合金と呼ぶものとする。特に、第 2番目に原子数比が多い 元素の含有率が 5%以上の場合に、合金として元の単体金属とは異なる性質が顕著 となる。さらに、第 2番目に原子数比が多い元素の含有率が 10%以上の場合に本発 明の効果がより好適である。より具体的には、合金層 20は、 Mo、 Ru、ニオブ（Nb)、 パラジウム（Pd)、及び銅 (Cu)からなる群から選ばれる 2種類以上の組み合わせを含 み、これらを合金化したものである。このような合金層 20は、構造的に安定させやす い。また、この合金層 20の成膜に際して、島状成長が抑制され結晶性の低いァモル ファス状の層が成長するので、薄くても均一で欠陥のないものとなり、表面粗さを小さ く抑えること力 Sできる。そのため、合金層 20上に多層膜 30を成膜する際に、多層膜 3 0の構造の乱れが生じにくくなり、光学特性を劣化させないようにすることができる。
[0024] 以上説明した合金層 20については、表面粗さを悪くせず緻密な膜ができれば、蒸 成膜方法で作製することができる。また、合金層 20の成膜条件により合金層 20の内 部応力の設定調整が可能である。なお、合金層 20と多層膜 30との間には、合金層 2 0の成分が多層膜 30に拡散することを阻止する拡散防止膜を形成することもできる。
[0025] 本実施形態の場合、合金層 20は、引張内部応力を有し、多層膜 30に引張応力を 作用させることによって、多層膜 30が有する圧縮内部応力を低減する。合金層 20の 厚さは、多層膜 30の圧縮内部応力を低減するのに必要な引張応力に応じて調整す る。結果的に、光学素子 100、 200の変形が抑えられ、これらの光学特性を良好なも のとでさる。
[0026] 以下、第 1実施形態に係る光学素子 100、 200の具体的な実施例について説明す る。基板 10の材料としては、低熱膨張ガラスであるコーニングィンターナショナル社 製の「ULE (Ultra Low Expansion) (商標名）」を用いた。 ULEの代わりに、ショ ット社製の「Zerodur (商標名）」等の他の低熱膨張ガラスを用いることもできる。基板 10の表面粗さによる反射率低下を防ぐために、基板 10表面は、 0. 2nmRMS以下 の表面粗さに研磨されて!/、る。
[0027] 以上のような基板 10上に、スパッタリング法で MoRu合金を成膜し、合金層 20を形 成した。合金層 20の厚さは 56nmとした。
[0028] なお、本実施例によれば、合金層 20として MoRuの単層膜を用いた例を説明した 、それ以外に、 MoNb、 MoPd、 MoCu等を用いて別の Mo系の合金層 20を形成 してもよい。このような、合金層 20として、 MoNb、 MoPd、 MoCuの単層膜をそれぞ れ成膜したが、上記 MoRuの実施例同様に連続的で均一な薄膜が得られた。合金 単層膜が、圧縮内部応力あるいは引張内部応力のどちらを有するかは、膜形成の方 法により異なる場合もある。そこで、単独で成膜した場合に引張内部応力を有するよ うな単体金属を選択し、組み合わせることで目的とする引張内部応力を得る。また、 合金層 20は、多層膜 30の圧縮内部応力を緩和し、合金層 20の表面粗さに影響しな い程度であれば、必要に応じて合金を 2種類以上、 2層又は 3層以上積層してもよい 。ただし、 1層にすることで、合金層 20は簡単な工程で形成できる。
[0029] 以上のような合金層 20上に、スパッタリング法で Mo/Si系の多層膜 30を成膜した 。この場合、薄膜層 L1は、屈折率の 1との差が大きい Mo層であり、その厚さを 2. 3n mとした。また、薄膜層 L2は、屈折率の 1との差が小さい Si層であり、その厚さは 4. 6 nmとした。したがって、多層膜 30の一周期の厚さ（周期長）は約 7nmとなっている。 多層膜 30の形成に際しては、 Moの薄膜層 L1から始めて、 Siの薄膜層 L2と Moの薄 膜層 L1とを交互に積層し、 40層対からなる多層膜 30を完成した。多層膜 30の総膜 厚は約 280nmとなって!/、る。
[0030] なお、以上説明した、 MoRuの合金層 20と Mo/Si系の多層膜 30とは、同一の成 膜装置内で真空を破らずに連続して成膜した。成膜中は、基板 10を水冷して室温に 保った。
[0031] ここで、実施例の光学素子 100、 200の内部応力について考えてみる。応力（Pa) についての符号は、負の値で圧縮応力、正の値で引張応力を表す。また、基板にか 力、る力は、応力が膜厚によって変化するため、膜厚と応力の積である全応力によって 考慮している。つまり、多層膜 30の断面に作用する単位長さあたりの力を考える。
[0032] 本実施例によれば、 Mo/Si系の多層膜 30は、総膜厚約 280nmで約 400MPa の圧縮内部応力を有する。このとき、この Mo/Si系の多層膜 30は、 112N/mの 全応力を有する。
[0033] また、 MoRuの合金層 20は、膜厚 56nmで約 + 2GPaの引張内部応力を有する。
このとき、 MoRuの合金層 20は、引張方向に + 112N/mの全応力を有する。した がって、 MoRuの合金層 20が有する引張内部応力により、 Mo/Si系の多層膜 30が 有する圧縮内部応力が相殺され、基板 10にかかる力を低減することができる。ただし 、内部応力は、材料、膜厚、成膜方法等によって変化し、上記のように選択した材料 、膜厚、成膜方法等で完全に内部応力が相殺されない場合がある。この場合、内部 応力が相殺されるよう、適宜材料、膜厚、成膜方法等を変えてよい。
[0034] また、本実施例によれば、厚さが 56nmの MoRuの合金層 20の表面粗さは 0. 2〜 0. 3nmRMSであり、この上に Mo/Si系の多層膜 30を形成しても、表面粗さによる 反射率低下は小さく抑えることができる。
[0035] ここで、合金層 20の代わりとして、仮に単一成分の Mo単層膜を使用した比較例の 場合、 Mo単層膜は、膜厚 56nmで引張内部応力を有し、その応力は上記合金層 20 同様の約 + 2GPa程度である。しかしながら、 56nmの Mo単層膜は、 Moの微結晶 化によってその表面粗さが増大し、約 0. 8nmRMS程度にまで大きくなる。基板 10 は通常 0. 2nmRMS以下に研磨されているので、 Mo単層膜が 0. 8nmRMSまで表 面粗さが大きいと、この上に成膜する Mo/Si系の多層膜 30の反射率が大きく低下 する。 [0036] 一方、合金層 20の代わりとして、仮に Mo層の厚さの比が異なる Mo/Si系の多層 膜を使用した比較例の場合、このような多層膜は Si層に対する Mo層の厚さの比の 調整によって引張内部応力を有し、膜厚が 560nmで + 200MPa程度である。しかし ながら、全体の Mo/Si系の多層膜の厚さが、本来の Mo/Si系の多層膜 30の厚さ の 3倍となるので、膜厚分布制御を非常に高精度にする必要があり、工程が複雑に なる。
[0037] 〔第 2実施形態〕
図 3は、第 2実施形態に係る光学素子の構造を示す断面図である。本実施形態 の光学素子 300は、図 1、 2に示す第 1実施形態の光学素子 100、 200を変形したも のであり、同一の部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、特に 説明しない部分については、第 1実施形態と同様であるものとする。
[0038] 本光学素子 300において、樹脂層 40は、合金層 20と多層膜 30との間に設けら れる。これにより、多層膜 30の下地である合金層の表面がより平滑化し、多層膜 30 の成膜の際に、表面粗さに影響を与えないようにすることができる。なお、樹脂層の 厚みは、光学素子 300に対して望まれる反射特性に応じて適宜決定される。
[0039] 樹脂層 40を構成する材料として、ポリイミド樹脂を用いることができる。具体的に は、合金層の上部に、ポリイミド溶液をスピンコートし、焼成して薄膜を形成する。その 膜厚は 50〜； !OOnm程度である。ポリイミド樹脂は耐熱性の点で優れており、多層膜 30の成膜の際に、樹脂層 40に劣化等の影響が生じない。このため、ポリイミド樹脂の 樹脂層 40は、合金層 20の最表面のさらなる平滑化に効果的であり、多層膜 30の成 膜に際しての下地として優れる。
[0040] なお、樹脂層 40の材料には、ポリイミド樹脂に限らず、同様の機能を有する有機材 料等を用いてもよい。
[0041] 〔第 3実施形態〕
図 4は、第 1及び第 2実施形態の光学素子 100、 200、 300を光学部品として組み 込んだ、第 3実施形態に係る露光装置 400の構造を説明するための図である。
[0042] 図 4に示すように、この露光装置 400は、光学系として、極端紫外線 (波長；！;!〜 1 4nm)を発生する光源装置 50と、極端紫外線の照明光によってマスク MAを照明す る照明光学系 60と、マスク MAのパターン像を感応基板であるウェハ WAに転写する 投影光学系 70とを備え、機械機構として、マスク MAを支持するマスクステージ 81と 、ウェハ WAを支持するウェハステージ 82とを備える。
[0043] 光源装置 50は、プラズマ励起用のレーザ光を発生するレーザ光源 51と、ターグ ット材料であるキセノン等のガスを筐体 SC中に供給するチューブ 52とを備える。また 、この光源装置 50には、コンデンサ 54ゃコリメータミラー 55が付設されている。チュ ーブ 52の先端から射出されるキセノンに対しレーザ光源 51からのレーザ光を集光さ せることにより、この部分のターゲット材料がプラズマ化して極端紫外線を発生する。 コンデンサ 54は、チューブ 52の先端 Sで発生した極端紫外線を集光する。コンデン サ 54を経た極端紫外線は、収束されつつ筐体 SC外に射出し、コリメータミラー 55に 入射する。なお、以上のようなレーザプラズマタイプの光源装置 50からの光源光に替 えて、放電プラズマ光源、シンクロトロン放射光源からの放射光等を使用することがで きる。
[0044] 照明光学系 60は、反射型のォプティカノレインテグレータ 61、 62、コンデンサミラ 一 63、折曲ミラー 64等により構成される。光源装置 50からの光源光を、オプティカル インテグレータ 61、 62によって照明光として均一化しつつコンデンサミラー 63によつ て集光し、折曲ミラー 64を介してマスク MA上の所定領域 (例えば、帯状領域）に入 射させる。これにより、マスク MA上の所定領域を適当な波長の極端紫外線によって 均一に照明することができる。
[0045] なお、極端紫外線の波長域で十分な透過率を有する物質は存在せず、マスク M Aには透過型のマスクではなぐ反射型のマスクが使用されている。
[0046] 投影光学系 70は、多数のミラー 71、 72、 73、 74で構成される縮小投影系である。
マスク MA上に形成されたパターン像である回路パターンは、投影光学系 70によつ てレジストが塗布されたウェハ WA上に結像してこのレジストに転写される。この場合 、回路パターンが一度に投影される領域は、直線状又は円弧状のスリット領域であり 、マスク MAとウェハ WAとを同期して移動させる走査露光によって、例えばマスク M A上に形成された矩形領域の回路パターンをウェハ WA上の矩形領域に無駄なく転 写すること力 Sでさる。 [0047] 以上の光源装置 50のうち極端紫外線の光路上に配置される部分と、照明光学系 60と、投影光学系 70とは、真空容器 84中に配置されており、露光光の減衰が防止 されている。つまり、極端紫外線は大気に吸収されて減衰する力 装置全体を真空 容器 84によって外部から遮断するとともに、極端紫外線の光路を所定の真空度（例 えば、 1. 3 X 10— 3Pa以下）に維持することで、極端紫外線の減衰すなわち転写像の 輝度低下やコントラスト低下を防止してレ、る。
[0048] 以上の露光装置 400において、極端紫外線の光路上に配置される光学素子 54、 55、 61、 62、 63、 64、 71、 72、 73、 74やマスク MAとして、図 1等に列示される光学 素子 100、 200、 300を用いる。この際、光学素子 100、 200、 300の光学面の形状 は、平面、凹面に限らず、凸面、多面等、組み込む場所によって適宜調整する。
[0049] 以下、図 4に示す露光装置 400の動作について説明する。この露光装置 400では 、照明光学系 60からの照明光によってマスク MAが照射され、マスク MAのパターン 像が投影光学系 70によってウェハ WA上に投影される。これにより、マスク MAのパ ターン像がウェハ WAに転写される。
[0050] 以上説明した露光装置 400では、高反射率で高精度に制御された光学素子 54、 5 5、 61、 62、 63、 64、 71、 72、 73、 74やマスク MAカ用いられており、その変形防止 によって高い分解能を有し、高精度の露光が可能になる。さらに、光学素子 54、 55、 61、 62、 63、 64、 71、 72、 73、 74やマスク MA力 使用とともに徐々に変形するの を抑制でき、光学素子の光学特性を長時間にわたって維持することができる。そのた め、露光装置 400の分解能を維持し、延いては露光装置 400の寿命を長くすること ができる。
[0051] 〔第 4実施形態〕
以上は、露光装置 400やこれを用いた露光方法の説明であつたが、このような露光 装置 400を用いることによって、半導体デバイスやその他のマイクロデバイスを高い 集積度で製造するためのデバイス製造方法を提供することができる。具体的に説明 すると、マイクロデバイスは、図 5に示すように、マイクロデバイスの機能や性能設計等 を行う工程（S 101)、この設計工程に基づいてマスク MAを作製する工程（S 102)、 デバイスの基材である基板すなわちウェハ WAを準備する工程（S 103)、前述した実 施形態の露光装置 400によりマスク MAのパターンをウェハ WAに露光する露光処 理過程（S 104)、一連の露光やエッチング等を繰り返しつつ素子を完成するデバイ ス組立工程（S 105)、組立後のデバイスの検査工程（S106)等を経て製造される。な お、デバイス組立工程（S 105)には、通常、ダイシング工程、ボンディング工程、パッ ケージ工程等が含まれる。
[0052] 以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定される ものではない。例えば、上記実施形態では、多層膜 30が圧縮内部応力を有する場 合について主に説明した力 S、多層膜 30が引張内部応力を有する場合については、 合金層 20が圧縮内部応力を有するような材料を選び形成すればよい。
[0053] また、上記実施形態では、露光光として極端紫外線を用いる露光装置 400につい て説明したが、露光光として極端紫外線以外の軟 X線等を用いる露光装置において も、図 1等に示すような光学素子 100、 200、 300と同様の光学素子を組み込むこと ができ、光学素子の光学特性の劣化を抑制することができる。
[0054] また、露光装置以外に、例えば、軟 X線顕微鏡や、軟 X線分析装置と!/ヽつた軟 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等に示すような光学素子 10 0、 200、 300を組み込むことができる。このような、軟 X線光学機器に適合するように 組み込まれた光学素子 100、 200、 300も、上記実施形態の場合と同様に長期的に 光学素子 100、 200、 300の光学特性の劣化を抑制することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 支持用の基板と、
前記基板上に支持されるとともに、極端紫外線を反射する多層膜と、
前記多層膜と前記基板との間に設けられた合金層と、
を備える光学素子。
[2] 前記合金層は、前記多層膜に対し引張応力を作用させることを特徴とする請求項 1 記載の光学素子。
[3] 前記合金層は、合金の単層膜からなることを特徴とする請求項 1及び請求項 2のい ずれか一項記載の光学素子。
[4] 前記多層膜は、極端紫外線領域における真空の屈折率に対する屈折率差が大き い物質力 なる第 1層と小さい物質力 なる第 2層とを基板上に交互に積層してなる ことを特徴とする請求項 1から請求項 3のいずれか一項記載の光学素子。
[5] 前記合金層は、モリブデン系の合金からなり、添加物として、ルテニウム、ニオブ、 ノ ラジウム、及び銅のうち少なくともいずれ力、 1つ以上を含むことを特徴とする請求項
1から請求項 4の!/、ずれか一項記載の光学素子。
[6] 前記合金層は、モリブデン、ルテニウム、ニオブ、パラジウム、及び銅からなる群か ら選ばれる 2種類以上の組み合わせからなる合金であることを特徴とする請求項 1か ら請求項 4の!/、ずれか一項記載の光学素子。
[7] 前記合金層と前記多層膜との間に樹脂層を有することを特徴とする請求項 1から請 求項 6の!/、ずれか一項記載の光学素子。
[8] 前記樹脂層は、ポリイミド樹脂で形成されることを特徴とする請求項 7記載の光学素 子。
[9] 極端紫外線を発生させる光源と、
前記光源からの極端紫外線を転写用のマスクに導く照明光学系と、
前記マスクのパターン像を感応基板上に形成する投影光学系とを備え、 前記マスク、前記照明光学系、及び前記投影光学系のうち少なくともいずれ力、 1つ が請求項 1から請求項 8のいずれか一項記載の光学素子を含むことを特徴とする露 光装置。 [10] 請求項 9記載の露光装置を用いるデバイス製造方法。
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