JP2006216783A

JP2006216783A - 多層膜反射鏡

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Publication number: JP2006216783A
Application number: JP2005028049A
Authority: JP
Inventors: Takeharu Komiya; 毅治小宮
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2005-02-03
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2025-02-03
Also published as: JP4591686B2

Abstract

【課題】露光に不必要であり、投影光学系を構成する反射鏡の熱膨張をもたらす励起光を、その手前で吸収することができる多層膜反射鏡を提供する。
【解決手段】石英からなる基板１の上に、励起光反射防止膜２が形成され、その上に露光光反射膜３が形成されている。短波長である露光光は、表面側に配置された露光光反射膜３により反射される。一方、長波長である励起光は、露光光反射膜３を透過し、励起光反射防止膜２に到達して吸収されるので、励起光の反射が小さく抑えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＥＵＶ露光装置（極端紫外線露光装置とも呼ばれ、本明細書、及び特許請求の範囲においては、波長が１５ｎｍ未満の紫外線を用いた露光装置をいう）に使用するのに好適な多層膜反射鏡、及びこの多層膜反射鏡を有するＥＵＶ露光装置に関するものである。

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制限される光学系の解像力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（１１〜１４ｎｍ）のＥＵＶ光を使用した投影リソグラフィ技術が開発されている（例えば、D.Tichenor, et al, SPIE 2437 (1995) 292：非特許文献１参照）。この技術は、最近ではＥＵＶ（Extreme UltraViolet）リソグラフィと呼ばれており、従来の波長１９０ｎｍ程度の光線を用いた光リソグラフィでは実現不可能な、７０ｎｍ以下の解像力を得られる技術として期待されている。

ＥＵＶ光の波長領域での物質の複素屈折率ｎは、ｎ＝１−δ−ｉｋ（ｉは複素記号）で表わされる。この屈折率の虚部ｋは極短紫外線の吸収を表す。δｋは１に比べて非常に小さいため、この領域での屈折率は１に非常に近い。又、ｋは大きな値であるため、吸収率が大きくなる。したがって従来のレンズのような透過屈折型の光学素子を使用できず、反射を利用した光学系が使用される。

ＥＵＶ露光装置の概要を図８に示す。ＥＵＶ光源３１から放出されたＥＵＶ光３２は、照明光学系３３に入射し、コリメータミラーとして作用する凹面ミラー３４を介してほぼ平行光束となり、一対のフライアイミラー３５ａおよび３５ｂからなるオプティカルインテグレータ３５に入射する。

こうして、第２フライアイミラー３５ｂの反射面の近傍、すなわちオプティカルインテグレータ３５の射出面の近傍には、所定の形状を有する実質的な面光源が形成される。実質的な面光源からの光は、平面ミラー３６により偏向された後、マスクＭ上に細長い円弧状の照明領域を形成する（円弧状の照明領域を形成するための開口板は図示を省略している）。照明されたマスクＭのパターンからの光は、複数のミラー（図８では例示的に６つのミラーＭ１〜Ｍ６）からなる投影光学系ＰＬを介して、ウエハＷ上にマスクパターンの像を形成する。

なお、このようなミラーを使用した光学系では、投影露光に近軸光線を使用することができないので、全体の収差を一様として補正するために、リング状の投影露光フィールドを有している。このような、リング状の投影露光フィールドでは、３０ｍｍ角程度のチップを一括で露光することはできないので、レチクルとウエハを同期スキャンさせて露光を行うようにされている。

このようなＥＵＶ露光装置に使用される反射鏡としては、基板の上に多層膜を形成し、界面での微弱な反射光を位相を合わせて多数重畳させて高い反射率を得る多層膜反射鏡が一般的に使用されている。

１３．４ｎｍ付近の波長域では、モリブデン（Ｍｏ）層とシリコン（Ｓｉ）層を交互に積層したＭｏ／Ｓｉ多層膜を用いると垂直入射で６７．５％の反射率を得ることができ、波長１１．３ｎｍ付近の波長域では、Ｍｏ層とベリリウム（Ｂｅ）層を交互に積層したＭｏ／Ｂｅ多層膜を用いると垂直入射で７０．２％の反射率を得ることができる（例えば、C. Montcalm、「Proceedings of SPIE」、1998年、第3331巻、p.42 ：非特許文献２参照）。

特開平１１−３１２６３８号公報特開２０００−５６０９９号公報 D.Tichenor, et al, SPIE 2437 (1995) 292 C. Montcalm、「Proceedings of SPIE」、1998年、第3331巻、p.42

ＥＵＶ光源３１として、一般的に使用されているものは、レーザー光を励起光としてターゲット物質に照射し、ターゲット物質をプラズマ化し、そのときに発生するＥＵＶ光（露光光）を使用するものである。このようなＥＵＶ光源は、例えば（特許文献２）に記載されている。

露光光を発生させる手段としてレーザープラズマを用いる構造の露光装置では、発生した露光光と同一の光路で、励起光であるレーザー光（例えば、波長１０６００ｎｍ、１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、２６６ｎｍなどの何れか）が各光学素子（ミラー等）に到達する。

このとき、到達したレーザー光の一部は各光学素子に吸収され、熱膨張による形状変化を誘発して結果的に結像性能に悪影響を及ぼす。特にＥＵＶ光を露光光として用いる露光装置では、各光学素子が真空中に保持されることから気体を介した熱交換が行なわれず、素子の温度上昇はより顕著に生じる。このような現象を回避するため、従来技術ではレーザー光の出力を抑えるなどの手段により各光学素子の温度上昇を防止してきた。

しかしながら露光装置を用いるリソグラフィープロセスでは、レーザー光出力を抑制すると、露光時間が長時間化し、スループットの低下に結びつくなどの問題点があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、露光に不必要であり、投影光学系を構成する反射鏡の熱膨張をもたらす励起光を、その手前で吸収することができる多層膜反射鏡、及びそれを使用したＥＵＶ露光装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、励起光によって露光光を励起し、当該露光光によって露光を行う露光装置に用いられる多層膜反射鏡であって、前記露光光に対して斜入射角１５°以下で５０％以上の反射率を有すると共に、前記励起光に対して５０％以下の反射率を有することを特徴とする多層膜反射膜である。

本手段は、露光光に対しては高い反射率を有するので、露光光を低い損失率で下流側の光学系に伝達することができる。又、励起光に対しては低い反射率を有するので、下流側の光学系に伝達される励起光が大幅に減少し、下流側の光学系が励起光により熱変形する量を小さく抑えることができる。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記多層膜が、表面側に配した露光光反射部分と基板側に配した励起光の反射防止部分を有することを特徴とするものである。

本手段においては、短波長である露光光は、表面側に配置された露光光反射部分により反射される。一方、長波長である励起光は、露光光反射部分を透過し、励起光の反射防止部分に到達して吸収されるので、励起光の反射が小さく抑えられる。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記露光光が波長１５ｎｍ以下のＥＵＶ光であることを特徴とするものである。

波長が１５ｎｍ以下のＥＵＶ光を使用する露光装置は、特に微細なパターンの露光を行うものであり、光学系の熱変形を小さく抑える必要があるので、本手段を用いることが特に有効である。

前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれかであって、前記励起光が波長１５０ｎｍ以上のレーザー光であることを特徴とするものである。

励起光が、波長が１５０ｎｍ以上のレーザー光である場合には、光学系に吸収されると熱変形を発生する割合が特に大きくなる。よって、本手段を用いることが特に有効である。

前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段のうちいずれかの多層膜反射鏡を有することを特徴とするＥＵＶ露光装置である。

本手段においては、投影光学系に入ってくる励起光を小さく抑えることができるので、投影光学系の熱変形を小さくでき、よって、正確な露光転写を行うことができる。

本発明によれば、露光に不必要であり、投影光学系を構成する反射鏡の熱膨張をもたらす励起光を、その手前で吸収することができる多層膜反射鏡を提供することができる。

以下、本発明の実施例を説明する。図１は、本発明の実施例である多層膜反射鏡（平面鏡）の構成を示す図である。図１に示すように、石英からなる基板１の上に、励起光反射防止膜２が形成され、その上に露光光反射膜３が形成されている。
（実施例１）
波長が１０６４ｎｍのＹＡＧレーザー光（励起光）でプラズマを励起し、波長が13.5ｎｍのＥＵＶ光を露光光として使用する場合の多層膜反射鏡を製作した。この多層膜反射鏡においては、入射光は１３.５°の斜入射角で入射するものとして設計されたものである。

励起光反射防止膜２は、基板１側から順にMo（１０７ｎｍ）、SiＯ_２（４０２ｎｍ）、Si（１１ｎｍ）、Mo（６ｎｍ）、Si（８７ｎｍ）、SiＯ_２（１７７ｎｍ）の６層の膜構造を有しており、露光光反射膜３は、基板１側から順にMo（８ｎｍ）、Si（３ｎｍ）の２層構造を有している。

比較例として、基板上に基板側からMo（６６ｎｍ）、Si（１１ｎｍ）の２層構造からなる露光光反射膜のみを成膜した多層膜反射鏡を製作した。

図２に、実施例１の多層膜反射鏡の露光光（波長13.5ｎｍ）に対する反射率の角度依存性、図３に、この多層膜反射鏡の、励起光（波長１０６４ｎｍ）に対する分光反射率を示す。一方、図４は比較例の多層膜反射鏡における励起光（波長１０６４ｎｍ）の分光反射率を示している。

図２から、この多層膜反射鏡の斜入射角１３．５°における露光光の反射率は、７４％程度で十分高いことが分かる。斜入射角が１７．５°以下では、反射率は５０％以上となっている。又、図３と図４を比較すると、波長が１０６４ｎｍの励起光の反射率は、実施例１の多層膜反射鏡の場合２４％、比較例の多層膜反射鏡の場合６４％程度であり、本実施の形態の多層膜反射鏡においては、従来の多層膜反射鏡の１／３近くまで低下していることが分かる。
（実施例２）
波長が２６６ｎｍのレーザー光（励起光）でプラズマを励起し、波長が13.5ｎｍのＥＵＶ光を露光光として使用する場合の多層膜反射鏡を製作した。この多層膜反射鏡においては、入射光は１３.５°の斜入射角で入射するものとして設計されたものである。

励起光反射防止膜２は、基板１側から順にHfＯ_２（３３ｎｍ）、SiＯ_２（４ｎｍ）、MgＦ_２（６６ｎｍ）の４層の膜構造を有しており、露光光反射膜３は、基板１側から順にMo（５ｎｍ）、Si（２ｎｍ）の２層構造を有している。

図５に、実施例１の多層膜反射鏡の露光光（波長13.5ｎｍ）に対する反射率の角度依存性、図６に、この多層膜反射鏡の、励起光（波長２６６ｎｍ）に対する分光反射率を示す。一方、図７は比較例の多層膜反射鏡における励起光（波長２６６ｎｍ）の分光反射率を示している。

図５から、この多層膜反射鏡の斜入射角１３．５°における露光光の反射率は、６０％程度で十分高いことが分かる。斜入射角が１５°以下では、反射率は５０％以上となっている。又、図６と図７を比較すると、波長が２６６ｎｍの励起光の反射率は、実施例２の多層膜反射鏡の場合４０％、比較例の多層膜反射鏡の場合６３％程度であり、実施例２の多層膜反射鏡においては、従来の多層膜反射鏡の２／３近くまで低下していることが分かる。
（発明の実施の形態）
本発明の実施の形態であるＥＵＶ露光装置は、図８に示した従来のＥＵＶ露光装置の構成と基本的に同じであるが、本実施の形態においては、平面ミラー３６として、本発明に係る多層膜反射鏡を使用している。このように、比較的精度を要しない照明光学系における反射鏡として、本発明の多層膜反射鏡を使用することにより、高精度を要する投影光学系の反射ミラー（Ｍ１〜Ｍ６）に入射する露光光を減少させ、投影光学系のミラーの熱変形を小さく抑えることができる。よって、露光精度の低下を抑えることができる。

本発明の実施例に係る多層膜反射鏡の構成を示す概略図である。本発明の第１実施例に係る多層膜反射鏡の露光光に対する反射率を示す概略図である。本発明の第１実施例に係る多層膜反射鏡の励起光に対する反射率を示すを示す概略図である。比較例の多層膜反射鏡の励起光に対する反射率を示す概略図である。本発明の第２実施例に係る多層膜反射鏡の露光光に対する反射率を示す概略図である。本発明の第２実施例に係る多層膜反射鏡の励起光に対する反射率を示すを示す概略図である。比較例の多層膜反射鏡の励起光に対する反射率を示す概略図である。ＥＵＶ露光装置の概要を示す図である。

符号の説明

１…基板、２…励起光反射防止膜、３…露光光反射膜

Claims

励起光によって露光光を励起し、当該露光光によって露光を行う露光装置に用いられる多層膜反射鏡であって、前記露光光に対して斜入射角１５°以下で５０％以上の反射率を有すると共に、前記励起光に対して５０％以下の反射率を有することを特徴とする多層膜反射膜。
前記多層膜が、表面側に配した露光光反射部分と基板側に配した励起光の反射防止部分を有することを特徴とする請求項１に記載の多層膜反射膜。
前記露光光が波長１５ｎｍ以下のＥＵＶ光であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多層膜反射膜。
前記励起光が波長１５０ｎｍ以上のレーザー光であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の多層膜反射膜。
請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の多層膜反射鏡を有することを特徴とするＥＵＶ露光装置。