JP2004108876A - 多層膜ミラーの検査修正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＵＶ露光装置用多層膜ミラーの作成後に波面収差の不具合を検査及び修正する。
【解決手段】ＥＵＶ波面収差計測と修正のための多層膜を部分的に除去する（Ｃｏａｔｉｎｇ　Ｍｉｌｌｉｎｇ）方法を多層膜ミラーを同一ホールディングで行う装置。多層膜ミラーのホールディングを同一に行うことで、熱の影響が少なく、ホールディングによるひずみもなく、自重変形も少ない正確なＥＵＶ露光用ミラーの検査及び修正が可能となる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多層膜ミラーにおける計測および修正に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造するための焼き付け（リソグラフィー）方法として、紫外線を用いた縮小投影露光が行われてきた。
【０００３】
縮小投影露光で転写できる最小の寸法は転写に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数に反比例する。このため微細な回路パターンを転写するために用いる光の短波長化が進められ、水銀ランプｉ線（波長３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）と用いられる紫外光の波長は短くなってきた。
【０００４】
しかし半導体素子は急速に微細化しており、紫外光を用いたリソグラフィーでは限界がある。そこで０．１μｍを下回るようなの非常に微細な回路パターンを効率よく焼き付けるために、紫外線よりも更に波長が短い波長１０〜１５ｎｍ程度の極端紫外光（ＥＵＶ光）を用いた縮小投影露光装置が開発されている。
【０００５】
ＥＵＶ光領域では物質による吸収が非常に大きくなるので、可視光や紫外光で用いられるような光の屈折を利用したレンズ光学系は実用的ではなく、ＥＵＶ光を用いた露光装置では反射光学系が用いられる。この場合、レチクルもミラーの上に吸収体によって転写すべきパターンを形成した反射型レチクルが用いられる。
【０００６】
ＥＵＶ光を用いた露光装置を構成する反射型光学素子としては、多層膜ミラーと斜入射全反射ミラーとがある。ＥＵＶ領域では屈折率の実部は１より僅かに小さいので、面にすれすれにＥＵＶ光を入射する斜入射で用いれば全反射が起きる。通常、面から測って数度以内の斜入射では数十％以上の高い反射率が得られる。しかし光学設計上の自由度が小さく、全反射ミラーを投影光学系に用いることは難しい。
【０００７】
直入射に近い入射角で用いるＥＵＶ光用のミラーとしては、光学定数の異なる２種類の物質を交互に積層した多層膜ミラーが用いられる。精密な面形状に研磨されたガラス基板の表面にモリブデンとシリコンを交互に積層する。その層の厚さは、たとえばモリブデン層の厚さは２ｎｍ、シリコン層の厚さは５ｎｍ程度、積層数は４０層対程度である。２種類の物質の層の厚さを加えたものを膜周期とよぶ。上記例では膜周期は２ｎｍ＋５ｎｍ＝７ｎｍである。
【０００８】
このような多層膜ミラーにＥＵＶ光を入射すると、特定の波長のＥＵＶ光が反射される。
【０００９】
入射角をθ、ＥＵＶ光の波長をλ、膜周期をｄとすると近似的にはブラッグの式
２×ｄ×ｓｉｎθ＝λ
の関係を満足するようなλを中心とした狭いバンド幅のＥＵＶ光だけが効率よく反射される。このときのバンド幅は０．６〜１ｎｍ程度である。
【００１０】
反射されるＥＵＶ光の反射率は最大でも０．７程度であり、反射されなかったＥＵＶ光は多層膜中あるいは基板中で吸収され、そのエネルギーの大部分が熱になる。
【００１１】
多層膜ミラーは可視光のミラーに比べて光の損失が大きいので、ミラーの枚数は最小限に抑えることが必要である。少ない枚数のミラーで広い露光領域を実現するには、光軸から一定の距離だけ離れた細い円弧状の領域（リングフィールド）だけを用いて、レチクルとウエハを同時に走査して広い面積を転写する方法（スキャン露光）が行われる。
【００１２】
ＥＵＶ光を用いた縮小投影露光装置は
ＥＵＶ光源
照明光学系
反射型レチクル
投影光学系
レチクルステージ
ウエハステージ
アライメント光学系
真空系
などで構成される。
【００１３】
ＥＵＶ光源は、たとえばレーザープラズマ光源が用いられる。これは真空容器中に置かれたターゲット材に高強度のパルスレーザー光を照射し、高温のプラズマを発生させ、これから放射される例えば波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光を利用するものである。ターゲット材としては、金属薄膜、不活性ガス、液滴などが用いられ、ガスジェット等の手段で真空容器内に供給される。放射されるＥＵＶ光の平均強度を高くするためにはパルスレーザーの繰り返し周波数は高い方が良く、通常数ｋＨｚの繰り返し周波数で運転される。
【００１４】
照明光学系は、複数の多層膜または斜入射ミラーとオプティカルインテグレータ、等から構成される。初段の集光ミラーはレーザープラズマからほぼ等方的に放射されるＥＵＶ光を集める役割を果たす。オプティカルインテグレータはマスクを均一に所定の開口数で照明する役割を持っている。また照明光学系のレチクルと共役な位置にはレチクル面で照明される領域を円弧状に限定するためのアパーチャが設けられる。
【００１５】
ミラーは低膨張率ガラスやシリコンカーバイド等の剛性が高く硬度が高く、熱膨張率が小さい材料からなる基板を、研削・研磨して所定の反射面形状を創生した後、反射面にモリブデン／シリコンなどの多層膜を成膜したものである。ミラー面内の場所によって入射角が一定でない場合、前述のブラッグの式から明らかなように、膜周期一定の多層膜では場所によって反射率が高くなるＥＵＶ光の波長がずれてしまう。そこでミラー面内で同一の波長のＥＵＶ光が効率よく反射されるように膜周期分布を持たせることが必要である。
【００１６】
ミラーの性能は多層膜の膜厚及び膜質が大きく反射率に影響する、さらに多層膜の成膜前のミラー面を研磨するがこのときの最終研磨精度が非常に厳しく、波面収差として０．２ｎｍの面精度が必要になる。この精度は高分解能を可能とするＥＵＶ露光装置では現在の計測においても限界に近く計測中の雰囲気制御、温度制御、ホールディング方法が大きく影響する。
【００１７】
本発明は特にＥＵＶ露光装置用のミラーの作成後、多層膜ミラーの露光光源に対する波面収差を計測し不具合を短時間で正確に修正を行う装置である。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
微細な回路パターンを転写するためのＥＵＶ露光装置用多層膜ミラーの作成において許容範囲外の波面収差が発生した場合、多層膜を剥離し研磨をやり直し、また多層膜を成膜するという再加工が必要であった。さらに０．２ｎｍの波面収差の修正は熱的、ホールディング状態、自重等で変化し再加工による修正は非常に困難であった。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は多層膜ミラーの波面収差の検査及びＣｏａｔｉｎｇ　Ｍｉｌｌｉｎｇ法による波面収差の修正を、同一のホールディング状態で行うことで、熱的、自重等の影響をなくし０．数ｎｍの波面収差の修正をおこなう。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本実施例の項ではまず実施に必要な技術であるＣｏａｔｉｎｇ　ＭｉｌｌｉｎｇおよびＡｔ　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｐｏｉｎｔ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ（露光波長を用いた点回折干渉計　：　以下ＰＤＩ）　　について説明する。これらの説明の後に本発明の詳細な実施例である多層膜ミラーの修正方法について述べる。
・Ｃｏａｔｉｎｇ　Ｍｉｌｌｉｎｇ
個々のミラーに存在する多層膜ミラーの基板面形状の補正方法として、「ＳＵＢ−ｎｍ　Ｆｉｇｕｒｅ　Ｅｒｒｏｒ　Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ　Ｍｉｒｒｏｒ　ｂｙ　Ｉｔｓ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｍｉｌｌｉｎｇ」（Ｍａｓａｋｉ　Ｙａｍａｍｏｔｏ，　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｉｎ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　ＲｅｓｅａｒｃｈＡ，　４６７−４６８　（２００１）　ｐｐ．１２８２−１２８５）によりＣｏａｔｉｎｇ　Ｍｉｌｌｉｎｇの手法が提案されている。以下に図２〜図７を用い、この手法について説明する。
【００２１】
図２ａのように全く均一に膜が成膜されている多層膜ミラーに位相の揃った平行光を入射すると完全に位相の揃った反射光が得られる（図２ｂ）。しかし、図３ａのように一層対膜数が異なる部分で反射光の波面の比較をする場合、反射光の波面に位相の違いが生じる（図３ｂ）。
【００２２】
多層膜ミラーの反射率が膜周期数に依存する。図４に多層膜の周期数と最大値で規格化した反射率を示す。４０層対程度までは膜周期数の増加と共に反射率は大きく増加する。しかし４０層対以上では反射率はほぼ飽和する。反射率が飽和した後に十分な膜周期数が積層された状態、例えば６０層対程度積層された状態であれば膜周期数の違いにより生じる現象は波面の違いだけである。
【００２３】
以下ＭｏＳｉ多層膜ミラーに１３．５ｎｍのＥＵＶ光を入射角１０°で入射した場合を例にとり、説明する。
【００２４】
ここで最上層の多層膜を原点とし、最上層から多層膜を削る場合について考える。多層膜を削る量をｍｉｌｌｉｎｇ　ｄｅｐｔｈと呼ぶ。ＭｏＳｉ多層膜ミラーに１３．５ｎｍのＥＵＶ光を入射角１０°で入射した場合についてｍｉｌｌｉｎｇ　ｄｅｐｔｈと反射率のグラフを図５ａ、ｍｉｌｌｉｎｇ　ｄｅｐｔｈと波面のずれ量のグラフを図５ｂに示す。通常、Ｍｏの酸化の影響を考慮し、Ｓｉ層を最上層にするため、本計算においてもＳｉ層を最上層として計算を行なった。多層膜を１層対（＝６．９９ｎｍ）取り除くことで、反射光の波面が０．０２５波長程度動くことが分かる。また波面のずれ量を空間的な反射位置のずれに換算したグラフを図５ｃに示す。ここで入射光の波長λ、波面のずれ量Ｗと空間的な反射位置のずれＬの関係は次式、λ×Ｗ＝２Ｌにより与えられる。この例であれば多層膜を１層対（＝６．９９ｎｍ）削ることは反射位置が０．２ｎｍ程度動くことに等しい。図５ａから分かるようにＣｏａｔｉｎｇ　Ｍｉｌｌｉｎｇを行なうと屈折率の関係からＳｉ層に比べ、Ｍｏ層で大きく反射率および波面が変化する。上述したように、６０層対程度積層していれば反射率は膜周期に関して飽和しているので、ちょうど１周期膜厚を取り除くと反射率は変化せずに波面だけが変化する。
【００２５】
図２〜図５を用いて示した以上の関係を用いれば、多層膜ミラーの基板面形状の０．２ｎｍ程度の補正を、多層膜を一層対（＝６．９９ｎｍ）と大きく削ることで容易に達成することができる。この手法をＣｏａｔｉｎｇ　Ｍｉｌｌｉｎｇと呼ぶ。
【００２６】
例えば図６ａのように歪んだミラー基板に均一な多層膜が成膜された多層膜ミラーに入射する場合を考える。Ｃｏａｔｉｎｇ　Ｍｉｌｌｉｎｇは位相を遅らせる手法であるので、もっとも位相の遅れているミラーのＡ点を原点としてＣｏａｔｉｎｇ　Ｍｉｌｌｉｎｇを行なう。上述したようにＳｉ層で波面の変化はほとんどなく、Ｍｏ層で大きく波面が変化するがＭｏ層は酸化に弱い。このため特殊なコーティングをしない場合は、Ｍｏ層の中間でＣｏａｔｉｎｇ　Ｍｉｌｌｉｎｇを終えて連続的に波面を調整するのは困難である。よって、図６ｂのようにＭｏとＳｉをあわせた層を１層対ずつ取り除き不連続的に波面を調整する。Ｓｉ層に関しては波面に大きな影響を及ぼさないためＳｉ層の中間でＣｏａｔｉｎｇ　Ｍｉｌｌｉｎｇを終えたとしても大きな影響はない。上述したように１３．５ｎｍのＥＵＶ光を入射角１０°で入射した場合、膜を１層対（６．９９ｎｍ）ずつ取り除くことで０．２ｎｍ刻みで、空間的な反射位置すなわちミラー基板の形状誤差を補正することができる。
【００２７】
図６ａのＢ点におけるミラー基板の形状がＡ点から見て０．４ｎｍの形状誤差を持ち、Ｃ点が０．２ｎｍの形状誤差を持つとする。図６ｂのＢ点の多層膜を２層対取り除き、さらにＣ点の多層膜を１層対取り除くことでミラー基板の形状誤差に起因する波面収差が補正できる。
【００２８】
また同様に、例えば図７ａのように端部に比べ中心部が盛り上がっているミラー基板に均一な多層膜が成膜された多層膜ミラーに入射する場合を考える。ここではミラーのＥ点の位相が相対的に最も遅れているので、Ｅ点を原点としてＣｏａｔｉｎｇ　Ｍｉｌｌｉｎｇを行なう。端部Ｆ点と中心部とのミラー基板の形状誤差が０．４ｎｍ程度でその間が連続的に変化している場合、中心部の多層膜を２層対取り除く。さらに、その両脇を１層対取り除くことで基板の形状誤差に起因する波面収差が補正できる。
【００２９】
いずれの例においてもＣｏａｔｉｎｇ　Ｍｉｌｌｉｎｇを行なうには膜数を減少させても反射率が減少しないように十分な膜数を積層させるのが好ましい。
【００３０】
多層膜ミラーの波面収差の修正は以上のようなＣｏａｔｉｎｇ　Ｍｉｌｌｉｎｇを用いることで、多層膜の剥離、再研磨、再び多層膜を成膜する工程を短縮し高精度の修正を行うことができる。しかし、さらに問題なのが、波面収差の計測後、修正のためのイオンミーリング等の装置への移送及びホールディング方法との違いによりミラーに温度差が発生したり僅かに計測後と波面収差が変化してしまうことである。この問題を解決するために、多層膜ミラーの波面収差を計測すること、さらに波面の不具合部分を修正する薄膜除去装置を備えることで問題を解決した。
【００３１】
図１は本実施例を詳細に説明する。０１真空チャンバー内には０５多層膜ミラーをホルダーごと移動できる０８移動機構のステージを配置し、ＥＵＶ光による０２波面収差計測装置を備える。また１２開閉遮蔽板をかえして、０４イオンビームエッチングとエッチング状態を監視する可視光による０３波面収差計測機が備えられている。
【００３２】
検査から修正、再検査の工程を説明する。
【００３３】
０５多層膜ミラーはまず１０ロードロック室をかえしチャンバー内の０６ホルダーにセッティングされる。０６ホルダーにはミラーの球面，非球面を波面検査機及び０４イオンビームエッチング装置に垂直に位置が変えるため０７あおり機構（ωｘωｙステージ）を備えている。次に０２ＥＵＶ波面収差計測装置により多層膜面の波面の検査を行うここでたとえば許容値を超える０．数ｎｍ以上の波面収差の部分を特定し、０５ミラー面の座標を記憶装置（不図示）により記録する。次に１２開閉遮蔽板を開き０４イオンビームエッチングと０３可視光モニター側へ移動する。ここで記憶した許容値を超えた波面収差部分にイオンビームを照射し多層膜の積層部分をエッチングする。エッチングの状態はリアルタイムで可視光による波面収差計測でモニターしていく、前記許容値を超えた部分の多層膜積層を計算値分の積層数のエッチングを終えたら、０８移動装置（真空内ＸＹステージ）により０２ＥＵＶ波面収差計測を行い許容値に入ったことを確認する。
【００３４】
０４イオンビームエッチング装置について説明する。イオンビームはプラズマ発生室から加速されたイオンビームをミラーに照射し被エッチング膜（多層膜）エッチングする。イオンビームエッチングは電気的にコントロールしやすいので比較的容易に制御でき、さらにドライプロセスであり汚染が極めて少なく他のミラー部分への影響が少ない。また方向性がよくマスキングプレート遮蔽部分を作ることで部分エッチングが可能である。モニタリングの可視光波面収差はミラーの面状態をあらかじめ備えた参照面（不図示）によるフィゾー干渉法によりエッチング状態をモニターする。
【００３５】
モニターに関しては、可視光の干渉法以外にも、時間によるエッチングレートから算出する方法でも良い。
【００３６】
また、イオンビームエッチング以外に、スパッタリングエッチング等のドライプロセスであれば多層膜のエッチングは可能である。
【００３７】
さらに、本実施例ではＥＵＶ波面収差の測定とドライエッチングを同一の真空チャンバーで説明したが、ホールディング状態を変えなければ、チャンバーをそれぞれ別に持っても同様の効果が得られる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は多層膜ミラーの波面収差の検査及びＣｏａｔｉｎｇ　Ｍｉｌｌｉｎｇ法による修正をミラーの状態を同一で行うことで、熱的、ホールディング状態、自重等の影響をなくし０．数ｎｍの波面収差の修正を比較的短時間に正確に再研磨の必要性をなくした可能としたものである。
【００３９】
高精度なＥＵＶ露光装置用ミラーの作成を可能にしたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の多層膜ミラーの検査，修正を行う装置
【図２】ａ，ｂは完全に位相の揃った反射光
【図３】ａ，ｂは一層対膜数が異なる部分で反射光
【図４】多層膜の周期数と最大値で規格化した反射率を示すグラフ。
【図５】多層膜上層除去の効果を表すグラフ。
【図６】ａ，ｂはミラー基板の形状。
【図７】ａ，ｂはミラー基板の形状。

Claims (7)

1. 多層膜ミラーの波面収差を計測すること、さらに不具合部分を修正する薄膜除去装置を備えることを特徴とする多層膜ミラー修正装置。
2. 請求項１の波面収差と薄膜の修正を行う薄膜削除装置は多層膜ミラーの移動機構を備えた、真空チャンバー内にあることを特徴とする。
3. 多層膜ミラーの波面収差を計測し、さらに不具合を修正する薄膜除去装置を備え薄膜除去状態をモニターする機能を備えた多層膜ミラー修正装置。
4. 薄膜除去装置はドライエッチングによる。
5. 波面収差計測はＥＵＶ光により測定する。
6. モニターは可視光により計測する。
7. モニターはエッチングの時間を管理する。

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