JP4927529B2 - 反射性光学要素およびｅｕｖリソグラフィー装置 - Google Patents
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Description
本発明は、多層システムおよび保護層システムを有し、保護層システムに面する多層システムの側が吸収体層中に終わるところの、ＥＵＶおよび軟Ｘ線波長領域のための反射性光学要素に関する。さらに、本発明は、この種の反射性光学要素を有するＥＵＶリソグラフィー装置に関する。
多層は、周期的繰返しからなり、最も単純な場合には、周期は２つの層からなる。一方の層材料はいわゆるスペーサ材料からなるべきであり、他方の層材料はいわゆる吸収体材料からなるべきである。スペーサ材料は、１に近い屈折率の実部を有し、吸収体材料は、１とは有意に異なる屈折率の実部を有する。周期厚さおよび個々の層の厚さは、反射率が一般に操作波長で最大化されるように、その操作波長に依存して選ばれる。
反射プロファイルに関する反射性光学要素の要求に依存して、種々の形態の多層システムが考えられる。例えばバンド幅と反射率は、１つの周期内に２つを超える材料を有することにより、または一定の層厚さからもしくは一定の厚さ比からさえ、はずれることにより（いわゆる深さ勾配多層）、調整することができる。
ＥＵＶリソグラフィー装置は、集積回路のような半導体部品の製造に用いられている。極紫外波長領域に用いられているリソグラフィー装置は、主に、光学的反射要素として、例えばモリブデンとシリコンの多層システムを有する。ＥＵＶリソグラフィー装置はその内部に真空もしくは残留ガス雰囲気を有するが、炭化水素および／または他の炭素化合物が装置内に存在することを防止することは完全にはできない。これら炭素化合物は極紫外放射または二次電子により***し、光学要素上に炭素含有汚染物の堆積をもたらす。この炭素化合物による汚染は、ＥＵＶリソグラフィープロセスの経済的有効性に対しかなりの影響を有し得る機能性光学表面の実質的な反射損失をもたらす。この効果は、典型的なＥＵＶリソグラフィー装置が８個またはそれ以上の反射性光学要素を有するという点で増強される。それらの透過率は、個々の光学的反射要素の反射率の積に比例する。
汚染は、反射率損失ばかりでなく、最悪の場合結像を不可能にする結像誤差をももたらす。すなわち、ＥＵＶリソグラフィー装置を操作するとき、または反射性光学要素を用いるとき、クリーニングサイクルを設けなければならない。これらのことは、操作コストを有意に増加させる。しかし、クリーニングサイクルは、停止時間を増加させるばかりでなく、反射性光学要素の層厚さの均質性を悪化させる危険性およびさらなる反射損失をもたらす表面レリーフを増加させる危険性を伴う。
Ｍｏ／Ｓｉ多層ミラーに対する汚染を防除するための１つのアプローチが、Ｍ．マリノウスキーら、プロシーディングズ・オブ・ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．４６８８（２００２）、４４２〜４５３頁に見いだされる。モリブデンとシリコンの４０対の多層システムであって、対の厚さが７ｎｍであり、Γ＝（ｄMo／（ｄMo＋ｄSi）（ここで、ｄMoはモリブデン層の厚さであり、ｄSiはシリコン層の厚さである）がほぼ０．４である多層システムが、最上層のモリブデン層の上に追加のシリコン層を有して設けられた。２〜７ｎｍにわたる異なる厚さのシリコン保護層を有する多層システムが測定された。伝統的なＭｏ／Ｓｉ多層システムは、４．３ｎｍのシリコン保護層を有し、これは汚染に対する保護するものであるが、非常に迅速に酸化されてしまう。測定は、放射線量に依存して、３ｎｍのシリコン保護層について反射率のプラトーが存在することを明らかにした。したがって、４．３ｎｍの厚さを有するシリコン保護層の代わりに３ｎｍの厚さを有するシリコン保護層を用いることが推奨される。反射率損失における同じ許容度について、３ｎｍの厚さのシリコン保護層ではより長い操作時間が達成され得る。
本発明の課題は、実現可能な最長の寿命を有する、ＥＵＶおよび軟Ｘ線波長領域用の反射性光学要素を提供することである。さらに、本発明の課題は、実現可能な最短の停止時間を有するＥＵＶリソグラフィー装置を提供することである。
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この課題は、請求項１による反射性光学要素、並びに請求項１３によるＥＵＶリソグラフィー装置により解決される。
特定の屈折率を有する材料の１つまたはそれ以上の層を有する保護層システムを備え、保護層システムの総厚さが特定の基準に従って選択されれば、長い寿命を有するＥＵＶおよび軟Ｘ線波長領域用の反射性光学要素が達成されることが見いだされた。保護層システムの１つまたはそれ以上の層は、１２．５ｎｍ〜１５ｎｍの操作波長において、実部が０．９０〜１．０３、好ましくは０．９５〜１．０２であり、虚部が０〜０．０２５、特に好ましくは０〜０．０１５であるところの屈折率を有すべきである。こうして、下に位置する多層システムの層に比べて、保護層システムの層は、スペーサの光学特性を有し、またはスペーサおよび吸収体の光学特性の間にある。実現可能な最小の虚部と、１にできるだけ近い実部を有する材料の選択は、２つの厚さｄ１とｄ２の間の保護層システムの厚さに依存して、プラトー形状の反射率曲線をもたらす。このことは、これらの選択された材料用いると、多層システムと保護層システムから作られた反射性光学要素が特定領域における保護層システムの層の厚さの変動に不感受性であることを意味する。本発明によると、反射性光学要素は、ｄ２よりも小さい厚さを有する保護層システムを備える。
本発明の反射性光学要素は、保護層システムにおける厚さの変動に対するその不感受性が汚染層の堆積に対する不感受性にも移るという利益を有する。反射率の実質的な変化を伴わずに、伝統的な反射性光学要素ついてよりも一層厚い炭素層が許容され得る。このことは、また、結像の均質性に正の影響を有する。全領域にわたる厚さの変動さえ無視し得るからである。
基本的に、ある与えられた操作波長について、材料、保護層システムの構成、および個々の層の厚さを、保護層システムの厚さの関数として、２つの厚さｄ１とｄ２の間に反射率におけるプラトーが生じるように選択する。そして、保護層システムの具体的な厚さを、有利には、できるだけ小さいがなお反射率のプラトー内にあるように選択する。実際には、閉じた層を得ることができるように、各層について最小の層厚さが常に観察されることを確実にしなければならない。
保護層の厚さｄ１についての最小が真空において操作波長の分数のところにあるところの定在波領域が反射性光学要素での反射により形成されることが見いだされた。さて、保護層システムの層厚さが増加すると、定在波領域の最小は表面に近づく。したがって、表面での定在波領域の値は、最大にも達するまで増加する。かくして、保護層システムの厚さに依存する反射率のプラトーが形成される。層厚さが増加すると、追加的に生じる吸収、すなわち生じる反射率の低下が、反射率利得がある層厚さを超えて増加的に生成される界面により生じるという点で補償される。
追加の効果として、定在波領域の最小近くでより少ない光電子が発生する。光電子は、また、残存ガス雰囲気からの炭化水素を炭素または炭素含有粒子に分解するので、このことは、顕著に遅い汚染の蓄積をもたらす。
したがって、好ましい態様は、保護層システムの厚さｄ１が、操作波長λBにおいて反射により形成される定在波が該反射性光学要素の表面からの距離０．１λB以下で最小有するものであることを特徴とする。すなわち、最小は真空中にある。厚さが増加すると、表面は、いわば、厚さｄ２に達するまで最小を通って移行する。これは、表面から０．２λBの最小までの距離に相当し、最小は、反射性光学要素内に位置する。
実質的に一定の反射率挙動の明細は、反射性光学要素の性能を制限しない領域におけるすべての反射率変動が一定とみなされるということを意味するものと理解されるべきである。特に好ましい態様において、ｄ１〜ｄ２の保護層厚さ領域において最大反射率の１％の反射率低下は、無害であり、本発明において一定の反射率挙動であるとみなされる。
それにより、ｄ１〜ｄ２の保護層厚さの関数としての反射率が保護層の厚さｄWにおいて少なくとも１つの変曲点を通ることが導き出される。ｄ１〜ｄ２の保護層の厚さ領域における反射率損失の部分的な補償により、反射率曲線の傾きはこの保護層の厚さ領域で変化する。有利には、具体的な保護層システムの厚さは、≦ｄWである。このことにより、保護層の厚さが本発明の意味合いにおいて一定の反射率の領域にある反射率に対応することが確保される。その結果、反射性光学要素は、例えば汚染による、保護層の厚さの増加に対して不感受性となる。
特に好ましい態様において、保護層システムの厚さは、ｄ１に等しい。
本発明の反射性光学要素の有利な特性は、それらがＥＵＶリソグラフィー装置に用いられたときに特に正に効果が現れる。特にいくつかの反射性光学要素を直列に接続すると、長期にわたるより均一な反射率とより均一なフィールド照明が特に正に効果が現れる。汚染が増加しても、ＥＵＶリソグラフィー装置の複雑な光学システムにおける波頭誤差を小さく維持できることがわかった。大きな利益は、反射性光学要素のより長い寿命により、ＥＵＶリソグラフィー装置に対しより少ないクリーニングサイクルが必要とされることである。このことは、停止時間を減少させるばかりでなく、強すぎるクリーニングから生じる層の均質性の低下の危険性、表面のより大きい粗さまたは最上層保護層の部分的な破損を有意に減少させる。特に、本発明の反射性光学要素に対するクリーニングプロセスは、汚染層を、故意に、全体的に除去せず、最小の汚染層を常に最上層上に残しておくように制御することができる。このことは、反射性光学要素を、強すぎるクリーニングにより破損されることに対して保護する。汚染層の厚さは、通常の方法により、好適な現場監視システムを用いて、その蓄積中またはクリーニング中に測定することができる。
保護層システムを、Ｃｅ、Ｂｅ、ＳｉＯ、ＳｉＣ、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、Ｃ、Ｙ、ＭｏＳｉ2、Ｂ、Ｙ2Ｏ3、ＭｏＳ2、Ｂ4Ｃ、ＢＮ、ＲｕxＳｉy、Ｚｒ、Ｎｂ、ＭｏＣ、ＺｒＯ2、ＲｕxＭｏy、ＲｈxＭｏy、ＲｈxＳｉyからなる群の中から選ばれる１種またはそれ以上の材料から構成することが特に有利であることが立証されている。ＳｉＯ2は、好ましくは、非晶質または多結晶質である。
Ｍｏ／Ｓｉ層からなり、かつ保護層に面する側においてモリブデン層で終わる多層システムにより最良の結果が得られる。操作波長、多層システムおよび反射性光学要素の要求に依存して、保護層システムが２層または３層からなることが有利であり得る。
好ましい態様において、保護層システムは、真空側において、炭素含有物質の蓄積を抑制する材料の層で終わる。ある種の材料が炭素含有物質に対し低い親和性を有すること、言い換えると炭素含有物質はそれら物質に対し付着する可能性が低い、あるいはそれら物質がわずかな吸着率を有することが見いだされた。すなわち、それらの物質に対し、炭素含有物質の蓄積が大幅に減少または抑制される。そのような物質が、反射性光学要素の光学的挙動に有意の負の影響を示すことなく、ＥＵＶおよび軟Ｘ線波長領域用の反射性光学用そのための保護層として使用できることが見いだされた。そのような材料として特に好ましいものは、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、および種々の化学量論的関係にある二酸化シリコンである。二酸化シリコンは、非晶質または多結晶状態で、あるいはおそらく結晶状態でも用いることができる。
他の好ましい態様において、保護層システムは、真空側において、エネルギーの注入、すなわちＥＵＶプロトンによる衝撃または外部電場に不活性な材料の層で終わる。これは、残存ガスを反応性***生成物へと***させ得る自発的電子発生の可能性を減少させる。したがって、保護層上の汚染の蓄積がさらに減少する。外部電磁場に対する不活性さは、例えば、表面に対し可能な最も低いレリーフを与えることにより、および／または原子価帯と伝導帯間の大きなギャップを有する材料を用いることにより、影響され得る。そのために特に好ましいものは、Ｎｂ、ＢＮ、Ｂ4Ｃ、Ｙ、非晶質炭素、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＣ、および種々の化学量論的関係にある二酸化シリコンである。二酸化シリコンは、非晶質または多結晶状態で、あるいはおそらく結晶状態でも用いることができる。
本発明をいくつかの例および図面によりより詳しく説明する。
例１
非晶質二酸化シリコンの基板上に設けられた、５０対の２．７６ｎｍのモリブデンと４．１４ｎｍの非晶質シリコン（ａ−ＳｉＯ2）からなるＭｏ／Ｓｉ多層システム上に、３層保護層システムを堆積させる。保護層システムは、多層システムの最上層モリブデン層と、１．２ｎｍ厚のＹ層をもって接している。Ｙ層上に、１．５ｎｍのＹ2Ｏ3層が設けられている。真空側で、保護層は、保護層システムは、１ｎｍの厚さの非晶質二酸化シリコン層で終わっている。材料およびその厚さは、本発明の基準に基づいている。特に、材料は、また、炭素の蓄積を抑制するように（Ｙ2Ｏ3、ａ−ＳｉＯ2）、またはエネルギー注入に対し不活性であるように（Ｙ、ａ−ＳｉＯ2）選択される。
非晶質二酸化シリコンの基板上に設けられた、５０対の２．７６ｎｍのモリブデンと４．１４ｎｍの非晶質シリコン（ａ−ＳｉＯ2）からなるＭｏ／Ｓｉ多層システム上に、３層保護層システムを堆積させる。保護層システムは、多層システムの最上層モリブデン層と、１．２ｎｍ厚のＹ層をもって接している。Ｙ層上に、１．５ｎｍのＹ2Ｏ3層が設けられている。真空側で、保護層は、保護層システムは、１ｎｍの厚さの非晶質二酸化シリコン層で終わっている。材料およびその厚さは、本発明の基準に基づいている。特に、材料は、また、炭素の蓄積を抑制するように（Ｙ2Ｏ3、ａ−ＳｉＯ2）、またはエネルギー注入に対し不活性であるように（Ｙ、ａ−ＳｉＯ2）選択される。
界面および表面粗さを無視すると、表面に対する垂線に対し０度の入射角において、１３．５ｎｍの操作波長で７０．２％の反射率が得られる。図１は、保護層システムの厚さの関数としての、これら条件における反射性光学要素全体の反射率を示すものであり、ただしここでは、Ｙについて厚さを１．２ｎｍと一定にし、Ｙ2Ｏ3については厚さを１．５ｎｍと一定にしている。保護層システムの厚さｄ１＝２．７ｎｍ〜厚さｄ２＝６．６８ｎｍで、すなわちそれぞれ１ｎｍおよび２．９８ｎｍのａ−ＳｉＯ2層の厚さで、明確な反射率のプラトーが形成されている。したがって、二酸化シリコンの厚さを１．０ｎｍに選んだ。
図２ａおよび図２ｂに、得られた定在波域を、保護層システムの厚さ３．７ｎｍについて（図２ａ）および保護層システムの厚さ６．６８ｎｍについて示す。セグメントａ〜ｃは、非晶質ＳｉＯ2（ａ）、Ｙ2Ｏ3（ｂ）およびＹ（ｃ）からなる保護層システムに相当し、セグメントｄ、ｅは、モリブデン（ｄ）および非晶質シリコン（ｅ）からなる多層システムに対応する。明確にみられるように、保護層システムの増加する厚さとともに、反射性光学要素の表面は存在する波領域の最小の近傍に位置し、これは該最小を通って移行する。
図３は、蓄積汚染層の関数としての、Ｙ、Ｙ2Ｏ3およびａ−ＳｉＯ2からなる保護層システムを備える反射性光学要素の反射率を示す。反射率の変動について１％の許容範囲を選択すれば、反射率における有意の変化を伴うことなく、４ｎｍの厚さまでの炭素層を許容することができる。したがって、操作時間は、伝統的な反射性光学要素の場合よりも、多数倍長い。
図４ａおよび図４ｂにおいて、これらの明確な結果が、また、本発明による６個の反射性光学要素（Ｓ１〜Ｓ６）をミラーとして有するＥＵＶリソグラフィー装置により示されている。試験したミラー構造は、図４ａに示されている。図４ｂにおいて、波頭誤差（wavefront error）が炭素の厚さの関数として示されている。
炭素の厚さが増加するにつれ、波頭は周期的に変化するが、波頭誤差の絶対値は、いずれの炭素の厚さについても、リソグラフィーの結像品質を有意に損なうような値を超えない。
ここで記述した反射性光学要素の、炭素汚染層の蓄積に対する強さのために、反射性光学要素をクリーニングするとき、またはＥＵＶリソグラフィー装置全体をクリーニングするとき、０．５ｎｍの層までだけ汚染層を除去することが可能である。このことは、一方で、クリーニングされた光学要素が再び長寿命を有することを保証する。しかし、また、このことは、強すぎるクリーニングによる層の均質性の低下または表面の粗化もしくは最上層の部分的な破壊の危険性を低下させることを確実にする。
例２
非晶質二酸化シリコン基板に設けられ、１３．５ｎｍの操作波長について最適化された５０のＭｏ／Ｓｉ対の多層システム上に、この多層システムの最上層モリブデン層に隣接する２．０ｎｍの厚さのセリウム層および１．５ｎｍの厚さの二酸化シリコン層からなる保護層システムを設ける。操作波長λBにおける非汚染反射性光学要素上の反射により生じた定在波の最小は、真空中で、該光学要素の表面からλB０．０５のところにある。１３．５ｎｍでの操作波長における７０．９％の最大反射率および１％の許容される反射率低下において、炭素汚染層は、３．５ｎｍまでの厚さが許容される（図５参照）。この反射性光学要素は、ＥＵＶリソグラフィー装置における使用にも好適である。
非晶質二酸化シリコン基板に設けられ、１３．５ｎｍの操作波長について最適化された５０のＭｏ／Ｓｉ対の多層システム上に、この多層システムの最上層モリブデン層に隣接する２．０ｎｍの厚さのセリウム層および１．５ｎｍの厚さの二酸化シリコン層からなる保護層システムを設ける。操作波長λBにおける非汚染反射性光学要素上の反射により生じた定在波の最小は、真空中で、該光学要素の表面からλB０．０５のところにある。１３．５ｎｍでの操作波長における７０．９％の最大反射率および１％の許容される反射率低下において、炭素汚染層は、３．５ｎｍまでの厚さが許容される（図５参照）。この反射性光学要素は、ＥＵＶリソグラフィー装置における使用にも好適である。
Claims (12)
- ＥＵＶおよび軟Ｘ線波長領域用の反射性光学要素であって、
多層システムと、
１２．５ｎｍ〜１５ｎｍの操作波長における実部が０．９０〜１．０３であり、かつ虚部が０〜０．０２５の屈折率を有する材料の少なくとも１つの層を有する保護層システムと、を備え、
前記保護層システムに面する前記多層システムの側は、実部が１とは異なる屈折率を有する吸収体からなる層であり、
前記保護層システムの厚さｄは、０＜ｄ１≦ｄ＜ｄ２であって、前記ｄ１及びｄ２は、以下の条件を満たすような値であり、
前記保護層システムの厚さがｄ１以下の場合に、前記保護層システムの厚さの増加に応じて前記反射性光学要素の反射率が低下し、
前記保護層システムの厚さがｄ１及びｄ２の間である場合に、前記反射性光学要素の反射率が実質的に一定であり、
前記保護層システムの厚さがｄ２より大きい場合に、前記保護層システムの厚さの増加に応じて前記反射性光学要素の反射率が低下し、
前記厚さｄ１は、前記操作波長λBにおいて、前記多層システムとの反射により形成される定在波が該反射性光学要素の表面から０．１λB以下の距離において最小となるように選択され、この定在波が最小となる位置は、真空中にあることを特徴とする
反射性光学要素。 - 前記虚部が、０〜０．０１５であり、前記実部が、０．９５〜１．０２であることを特徴とする請求項１に記載の反射性光学要素。
- 前記保護層システムが、Ｃｅ、Ｂｅ、ＳｉＯ、ＳｉＣ、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、Ｃ、Ｙ、ＭｏＳｉ2、Ｂ、Ｙ2Ｏ3、ＭｏＳ2、Ｂ4Ｃ、ＢＮ、ＲｕxＳｉy、Ｚｒ、Ｎｂ、ＭｏＣ、ＺｒＯ2、ＲｕxＭｏy、ＲｈxＭｏy、ＲｈxＳｉyからなる群の中から選ばれる少なくとも１種の材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の反射性光学要素。
- 前記多層システムが、モリブデン層とシリコン層からなり、前記保護層システムに面する層はモリブデン層であるシステムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の反射性光学要素。
- 前記保護層システムが、真空側において、炭素の蓄積を抑制するための材料の層を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の反射性光学要素。
- 前記保護層システムが、真空側において、エネルギーの注入に不活性な材料の層を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の反射性光学要素。
- 前記保護層システムが、２つの層からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の反射性光学要素。
- 前記保護層システムが、３つの層からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の反射性光学要素。
- 前記保護層システムの厚さの関数としての反射率が、前記保護層の厚さｄ１とｄ２の間の領域において最大反射率の１％低下の範囲内で一定であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の反射性光学要素。
- ｄ１〜ｄ２の保護層厚さの関数としての反射率が保護層の厚さｄWにおいて少なくとも１つの変曲点を通り、前記保護層システムの厚さがｄWよりも小さいことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の反射性光学要素。
- 前記保護層システムの厚さが、ｄ１に等しいことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の反射性光学要素。
- 請求項１〜８のいずれか１項に記載の少なくとも１つの反射性光学要素を備えるＥＵＶリソグラフィー装置。
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