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技術 反射光学素子及びマイクロリソグラフィ投影露光装置の光学系

出願人 カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー
発明者 ハルトムットエンキッシュハンス-ヨッヒェンポールトーマスシッケタンツオリバーディールヨルンウェーバークリスチャングラスラルフウィンターセバスチャンシュトローベル
出願日 2019年4月8日 (1年7ヶ月経過) 出願番号 2019-073224
公開日 2019年8月29日 (1年2ヶ月経過) 公開番号 2019-144569
状態 特許登録済
技術分野 レンズ以外の光学要素
主要キーワード 部分スタック 周期的部分 絶対最大 横方向プロファイル スペーサ対 X線回折法 ビーム光線 反射率プロファイル
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (12)

課題

EUVの比較的広い入射角スペクトル対する反射特性のさらなる改善を可能にする反射光学素子を提供する。

解決手段

反射光学素子は、基板52と基板上に配置された多層系51とを備え、多層系51は、第1材料の第1層54及び第2材料の少なくとも1つの第2層55をそれぞれが備えた複数の部分スタックを有し、第1材料及び第2材料は、反射光学素子50の作動波長における屈折率実部の値が相互に異なり、部分スタック53のそれぞれが、部分スタック厚及び層厚比を有し、層厚比は、各第1層54の厚さと部分スタック厚との商として定義され、多層系51の第1部分で、部分スタック厚及び層厚比の2つの変数の少なくとも一方に関して、各平均値からの平均二乗偏差が多層系51の第2部分よりも少なくとも10%小さい。

概要

背景

マイクロリソグラフィは、例えば集積回路又はLCD等の微細構造コンポーネントの製
造に用いられる。マイクロリソグラフィプロセスは、照明デバイス及び投影レンズを有す
るいわゆる投影露光装置で実行される。この場合、照明デバイスにより照明されたマスク
レチクル)を、投影レンズにより、感光層フォトレジスト)で被覆されて投影レンズ
の像平面に配置された基板(例えばシリコンウェーハ)に投影することで、マスク構造
基板の感光コーティング転写するようにする。

EUV領域、すなわち、例えば約13nm又は約7nmの波長用に設計した投影レンズ
では、適当な光透過屈折材料がないことにより、ミラー結像プロセス用の光学コンポ
ネントとして用いる。このようなEUVミラーは、基板と、上記基板上に配置されて光学
有効面入射した電磁放射線反射する多層系とを備える。十分に高い全反射率を確保す
るために個々の反射光学素子最大限反射率が望ましい。

マイクロリソグラフィ投影露光装置において最大限の放射スループットを確保するため
に、広い局所入射角帯域幅の場合に、全ての局所ビーム光線を個々の反射光学素子におい
てできる限り均一に反射するよう試みられている。この目的で、多層系の個々の部分スタ
ックの数及び厚さ(すなわち、個々の周期の「周期長」)が最適化される。最も単純な場
合には、周期的な多層系を含むことができ、これはすなわち、実質的に同一の部分スタッ
クを有する多層系であり、反射率曲線が所望の幅を有するような程度まで周期数を減少さ
せたものだが、反射率は入射角及び波長によって変わる。

さらに別のステップにおいて、多層系は、各総スタック厚及びスタック内の層厚比が異
なる2つの部分を有することもできる。さらに、上記2つの部分は、異なるスタック数
有することもできる。変形形態において、異なる総スタック厚及び層厚比を有する3つ以
上の部分を設けることもできる。さらに別の手法は、個々の層の厚さの境界条件を完全に
無くすことにある。これにより、完全に確率的な、又は非周期的と称する多層系が得られ
る。このように、入射角及び波長による反射率の変化ができる限り小さい最も柔軟な多層
系を設計することが可能である。このような確率的多層系の1つの特徴は、多数の層厚
列から、波長及び入射角の両方に応じて非常に類似した反射率曲線を得ることができるこ
とである。

マイクロリソグラフィ投影露光装置においてさらに他の反射光学素子と共に用いられる
反射光学素子の性能及び光学特性にとって、プロファイルとも称する個々の層厚の横方向
プロファイルも、多層系の垂直構造に加えて重要である。反射光学素子の製造時に横方向
プロファイルを制御するために、例えばX線回折を用い、入射角に応じて反射率を測定す
ることが可能である。この場合、銅KαX線波線が、EUV波領域用の反射光学素子に
適当である。回折図が十分に鋭いピークを十分な数だけ有する場合、層厚の横方向プロフ
イルの特に正確な特性化が可能である。

従来技術に関しては、例として特許文献1を参照されたい。

概要

EUVの比較的広い入射角スペクトル対する反射特性のさらなる改善を可能にする反射光学素子を提供する。反射光学素子は、基板52と基板上に配置された多層系51とを備え、多層系51は、第1材料の第1層54及び第2材料の少なくとも1つの第2層55をそれぞれが備えた複数の部分スタックを有し、第1材料及び第2材料は、反射光学素子50の作動波長における屈折率実部の値が相互に異なり、部分スタック53のそれぞれが、部分スタック厚及び層厚比を有し、層厚比は、各第1層54の厚さと部分スタック厚との商として定義され、多層系51の第1部分で、部分スタック厚及び層厚比の2つの変数の少なくとも一方に関して、各平均値からの平均二乗偏差が多層系51の第2部分よりも少なくとも10%小さい。

目的

本発明の目的は、特に比較的広い入射角スペクトルでも反射特性のさらなる改善を可能
にする反射光学素子を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

基板(52)と該基板上に配置された多層系(51)とを備えた反射光学素子であって、前記多層系(51)は、第1材料の第1層(54)及び第2材料の少なくとも1つの第2層(55)をそれぞれが備えた複数の部分スタックを有し、前記第1材料及び前記第2材料は、該反射光学素子(50)の作動波長における屈折率実部の値が相互に異なり、前記部分スタック(53)のそれぞれが、部分スタック厚(Di)及び層厚比(Γi)を有し、前記層厚比(Γi)は、各前記第1層(54)の厚さと前記部分スタック厚(Di)との商として定義され、前記多層系(51)の第1部分で、前記部分スタック厚(Di)及び前記層厚比(Γi)の2つの変数の少なくとも一方に関して、各平均値からの平均二乗偏差が前記多層系(51)の第2部分よりも少なくとも10%小さく、該反射光学素子(50)は、反射率Rを有し、0.5nmの波長間隔でのその波長依存性は、0.25未満のPV値を有し、該PV値は、PV=(Rmax_rel−Rmin_rel)/Rmax_absとして定義され、Rmax_relは、前記波長間隔Δλにおける最大反射率値を示し、Rmin_relは、上記波長間隔Δλにおける最小反射率値を示し、Rmax_absは、絶対最大反射率値を示す反射光学素子。

請求項2

請求項1に記載の反射光学素子において、前記多層系(51)の前記第1部分で、前記部分スタック厚(Di)及び前記層厚比(Γi)の2つの変数の少なくとも一方に関して、各平均値からの平均二乗偏差が前記多層系(51)の第2部分よりも少なくとも20%、特に少なくとも30%、特に少なくとも50%小さいことを特徴とする反射光学素子。

請求項3

請求項1又は2に記載の反射光学素子において、Δλ=0.5nmの波長間隔での前記反射率Rの波長依存性は、0.20未満、特に0.18未満、より詳細には0.15未満のPV値を有することを特徴とする反射光学素子。

請求項4

請求項1〜3のいずれか1項に記載の反射光学素子において、前記第2部分は、前記第1部分よりも前記基板(52)の近くに配置されることを特徴とする反射光学素子。

請求項5

請求項1〜4のいずれか1項に記載の反射光学素子において、前記第1部分及び前記第2部分は、合わせて前記多層系(51)全体を形成することを特徴とする反射光学素子。

請求項6

請求項1〜5のいずれか1項に記載の反射光学素子において、Δλ=0.5nmの波長範囲での該反射光学素子(50)の前記反射率Rの波長依存性は、反射率に関して大きな方の値に対して0.1%以上相互に異なる少なくとも2つの極値を有することを特徴とする反射光学素子。

請求項7

請求項1〜6のいずれか1項に記載の反射光学素子において、前記極値は、反射率に関して大きな方の値に対して5%以下相互に異なることを特徴とする反射光学素子。

請求項8

基板(52)と該基板上に配置された多層系(51)とを備えた反射光学素子であって、前記多層系は、第1材料の第1層(54)及び第2材料の少なくとも1つの第2層(55)をそれぞれが備えた複数の部分スタックを有し、第1材料及び第2材料は、該反射光学素子(50)の作動波長における屈折率の実部の値が相互に異なり、該反射光学素子(50)は、反射率Rを有し、0.5nmの波長間隔でのその波長依存性は、0.25未満のPV値を有し、該PV値は、PV=(Rmax_rel−Rmin_rel)/Rmax_absとして定義され、Rmax_relは、前記波長間隔Δλにおける最大反射率値を示し、Rmin_relは、前記波長間隔Δλにおける最小反射率値を示し、Rmax_absは、絶対最大反射率値を示し、Δλ=0.5nmの波長範囲での該反射光学素子(50)の前記反射率Rの波長依存性は、反射率に関していずれの場合も大きな方の値に対して0.1%以上及び5%以下相互に異なる少なくとも2つの極値を有する反射光学素子。

請求項9

請求項7又は8に記載の反射光学素子において、前記2つの極値は、反射率に関して大きな方の値に対して0.5%以上相互に異なることを特徴とする反射光学素子。

請求項10

請求項7〜9のいずれか1項に記載の反射光学素子において、前記極値は、反射率に関して大きな方の値に対して2.5%以下、より詳細には1%以下相互に異なることを特徴とする反射光学素子。

請求項11

請求項1〜10のいずれか1項に記載の反射光学素子において、前記第1材料は、モリブデン(Mo)、ルテニウム(Ru)、及びロジウム(Rh)を含む群から選択されることを特徴とする反射光学素子。

請求項12

請求項1〜11のいずれか1項に記載の反射光学素子において、前記第2材料はケイ素(Si)であることを特徴とする反射光学素子。

請求項13

請求項1〜12のいずれか1項に記載の反射光学素子において、該反射光学素子は、30nm未満、特に15nm未満の作動波長用に設計されることを特徴とする反射光学素子。

請求項14

マイクロリソグラフィ投影露光装置光学系であって、前記マイクロリソグラフィ投影露光装置は、請求項1〜13のいずれか1項に記載の反射光学素子を備えていることを特徴とする光学系。

請求項15

請求項14に記載の光学系を含むことを特徴とする、マイクロリソグラフィ投影露光装置。

技術分野

0001

本発明は、反射光学素子及びマイクロリソグラフィ投影露光装置光学系に関する。

0002

本願は、2013年11月22日付けで出願された独国特許出願第10 2013 2
23 895.9号の優先権を主張する。上記独国特許出願の内容を、参照により本願の
本文に援用する。

背景技術

0003

マイクロリソグラフィは、例えば集積回路又はLCD等の微細構造コンポーネントの製
造に用いられる。マイクロリソグラフィプロセスは、照明デバイス及び投影レンズを有す
るいわゆる投影露光装置で実行される。この場合、照明デバイスにより照明されたマスク
レチクル)を、投影レンズにより、感光層フォトレジスト)で被覆されて投影レンズ
の像平面に配置された基板(例えばシリコンウェーハ)に投影することで、マスク構造
基板の感光コーティング転写するようにする。

0004

EUV領域、すなわち、例えば約13nm又は約7nmの波長用に設計した投影レンズ
では、適当な光透過屈折材料がないことにより、ミラー結像プロセス用の光学コンポ
ネントとして用いる。このようなEUVミラーは、基板と、上記基板上に配置されて光学
有効面入射した電磁放射線反射する多層系とを備える。十分に高い全反射率を確保す
るために個々の反射光学素子の最大限反射率が望ましい。

0005

マイクロリソグラフィ投影露光装置において最大限の放射スループットを確保するため
に、広い局所入射角帯域幅の場合に、全ての局所ビーム光線を個々の反射光学素子におい
てできる限り均一に反射するよう試みられている。この目的で、多層系の個々の部分スタ
ックの数及び厚さ(すなわち、個々の周期の「周期長」)が最適化される。最も単純な場
合には、周期的な多層系を含むことができ、これはすなわち、実質的に同一の部分スタッ
クを有する多層系であり、反射率曲線が所望の幅を有するような程度まで周期数を減少さ
せたものだが、反射率は入射角及び波長によって変わる。

0006

さらに別のステップにおいて、多層系は、各総スタック厚及びスタック内の層厚比が異
なる2つの部分を有することもできる。さらに、上記2つの部分は、異なるスタック数
有することもできる。変形形態において、異なる総スタック厚及び層厚比を有する3つ以
上の部分を設けることもできる。さらに別の手法は、個々の層の厚さの境界条件を完全に
無くすことにある。これにより、完全に確率的な、又は非周期的と称する多層系が得られ
る。このように、入射角及び波長による反射率の変化ができる限り小さい最も柔軟な多層
系を設計することが可能である。このような確率的多層系の1つの特徴は、多数の層厚
列から、波長及び入射角の両方に応じて非常に類似した反射率曲線を得ることができるこ
とである。

0007

マイクロリソグラフィ投影露光装置においてさらに他の反射光学素子と共に用いられる
反射光学素子の性能及び光学特性にとって、プロファイルとも称する個々の層厚の横方向
プロファイルも、多層系の垂直構造に加えて重要である。反射光学素子の製造時に横方向
プロファイルを制御するために、例えばX線回折を用い、入射角に応じて反射率を測定す
ることが可能である。この場合、銅KαX線波線が、EUV波領域用の反射光学素子に
適当である。回折図が十分に鋭いピークを十分な数だけ有する場合、層厚の横方向プロフ
イルの特に正確な特性化が可能である。

0008

従来技術に関しては、例として特許文献1を参照されたい。

先行技術

0009

米国出願公開第2010/0239822号明細書

発明が解決しようとする課題

0010

本発明の目的は、特に比較的広い入射角スペクトルでも反射特性のさらなる改善を可能
にする反射光学素子を提供することである。

課題を解決するための手段

0011

この目的は、独立請求項の特徴に従って達成される。

0012

本発明による反射光学素子は、基板と当該基板上に配置された多層系とを備え、
多層系は、第1材料の第1層及び第2材料の少なくとも1つの第2層をそれぞれが備え
た複数の部分スタックを有し、第1材料及び第2材料は、反射光学素子(50)の作動波
長における屈折率実部の値が相互に異なり、上記部分スタックのそれぞれが、部分スタ
ック厚及び層厚比を有し、層厚比は、各第1層(54)の厚さと部分スタック厚との商と
して定義され、
多層系の第1部分では、部分スタック厚及び層厚比の2つの変数の少なくとも一方に関
して、各平均値からの平均二乗偏差が多層系の第2部分よりも少なくとも10%小さく、
反射光学素子は、反射率Rを有し、0.5nmの波長間隔でのその波長依存性は、0.
25未満のPV値を有し、PV値は、PV=(Rmax_rel−Rmin_rel)/
Rmax_absとして定義され、Rmax_relは、上記波長間隔Δλにおける最大
反射率値を示し、Rmin_relは、上記波長間隔Δλにおける最小反射率値を示し、
Rmax_absは、絶対最大反射率値を示す。

0013

本発明は、特に、多層系の適切な構成によって、第1に波長及び/又は入射角に応じた
反射率の広帯域化と同時に、例えばX線回折法又はCu−Kα回折法の際に十分な数の明
瞭なピークを得る結果として、横方向層厚プロファイルの効果的な制御及び最適化を実施
できるという概念に基づく。

0014

本発明はさらに、多層系の構造において、(部分スタック厚及び/層厚比に関する周期
性からの)偏差が比較的大きな第1部分又は第1部分スタック群を周期性からの偏差が比
較的小さな第2部分又は第2部分スタック群と組み合わせる結果として、さらに詳細に説
明するような関連するCu−Kα回折図中の(第2部分によって得られた)反射光学素子
の十分な広帯域性と共に、(第1部分によって得られた)離散的なピークがなおも見てと
れるという概念に基づく。

0015

一実施形態によれば、多層系の第1部分では、部分スタック厚及び層厚比の2つの変数
の少なくとも一方に関して、各平均値からの平均二乗偏差が、多層系の第2部分よりも少
なくとも20%、特に少なくとも30%、より詳細には少なくとも50%小さい。

0016

一実施形態によれば、波長間隔Δλ=0.5nmにおける反射率Rの波長依存性は、0
.20未満、特に0.18未満、より詳細には0.15未満のPV値を有する。

0017

一実施形態によれば、第2部分は、第1部分よりも基板の近くに配置される。

0018

したがって、本発明の実施形態において、層構造の上側部分(すなわち、基板から遠い
部分)は、十分に正確に評価可能なCU−Kα回折図を得るのに必要な「周期性」をなお
も含むが、層構造の下側部分(すなわち、基板に近い部分)は、反射率曲線の十分な広帯
域性をなおも達成するのに必要な非周期性を備える。換言すれば、層構造の上側部分によ
り、明白に識別可能な構造又はピークがCu−Kα回折図に存在する。

0019

しかしながら、本発明は、基板から遠い側に層構造の比較的周期的な部分を位置決めす
ることに制限されない。正確には、原理上、層構造の比較的周期的な部分を基板の近くに
設け、その代わりに、反射率曲線の十分な広帯域性に必要な層構造の比較的非周期的な部
分を基板から遠くに設けることも可能である。この場合、Cu−Kα回折図において得ら
れた構造又はピークがあまり顕著ではなくても、これらは依然としてはっきりと識別可能
であり、したがって一方では完全に非周期的な層構造と比べてCu−Kα回折図中の層厚
プロファイルの評価可能性の向上につながり、他方では完全に周期的な層構造と比べて回
折図中の反射率曲線の広帯域性の向上につながる。

0020

一実施形態によれば、第1部分及び第2部分は、合わせて多層系全体を形成する。しか
しながら、本発明はこれに制限されず、第1部分及び/又は第2部分と比べて周期性から
多かれ少なかれ偏差を有し得る多層系の少なくとも1つのさらなる部分がある構成も、本
発明によって包含されることが意図される。

0021

一実施形態によれば、Δλ=0.5nmの波長範囲での反射光学素子(50)の反射率
Rの波長依存性は、反射率に関して大きな方の値に対して0.1%以上相互に異なる少な
くとも2つの極値を有する。

0022

この構成は、波長又は入射角に対する反射率の依存として本発明による多層系に関して
求められる反射曲線が、「完全な横ばい」ではなく重畳した弱い振動のように複数の極値
極大又は極小)を有する場合、上記反射曲線を層配列の個々のパラメータの最適化に有
利に用いることができるというさらなる見識に基づく。

0023

一実施形態によれば、上記極値は、反射率に関して大きな方の値に対して5%以下相
に異なる。

0024

これはさらに、光学系(例えば、マイクロリソグラフィ投影露光装置)を特定のスペ
トル分布で、したがって種々の波長で通常は作動させ、波長毎に得られる強度の特定の平
均化も行われる状況を利用する。換言すれば、多層系の特性化又は最適化に適した反射曲
線中の極値(極大及び極小)が光学系の動作中に上記平均化効果により再度補償されるこ
とで、結果として結像結果の不所望な悪化が起こらない。

0025

反射率曲線に含まれる極値に関する上記構成は、周期性からの偏差の程度が異なる少な
くとも2つの部分を備えた多層系の上記構成とは無関係に有利でもある。

0026

したがって、さらに別の態様によれば、本発明は、基板と当該基板上に配置された多層
系とを備えた反射光学素子であって、
多層系は、第1材料の第1層及び第2材料の少なくとも1つの第2層をそれぞれが備え
た複数の部分スタックを有し、第1材料及び第2材料は、反射光学素子の作動波長におけ
る屈折率の実部の値が相互に異なり、
反射光学素子は、反射率Rを有し、0.5nmの波長間隔でのその波長依存性は、0.
25未満のPV値を有し、PV値は、PV=(Rmax_rel−Rmin_rel)/
Rmax_absとして定義され、Rmax_relは、上記波長間隔Δλにおける最大
反射率値を示し、Rmin_relは、上記波長間隔Δλにおける最小反射率値を示し、
Rmax_absは、絶対最大反射率値を示し、
Δλ=0.5nmの波長範囲での反射光学素子の反射率Rの波長依存性は、反射率に関
していずれの場合も大きな方の値に対して0.1%以上及び5%以下相互に異なる少なく
とも2つの極値を有する
反射光学素子にも関する。

0027

一実施形態によれば、上記2つの極値は、反射率に関して大きな方の値に対して0.5
%以上相互に異なる。

0028

一実施形態によれば、上記極値は、反射率に関していずれの場合も大きな方の値に対し
て2.5%以下、より詳細には1%以下相互に異なる。

0029

一実施形態によれば、第1材料は、モリブデンルテニウム、及びロジウムを含む群か
ら選択される。第2材料は、特にケイ素であり得る。これらの材料の組み合わせの1つに
基づく多層系を備えた反射光学素子が、12.5nm〜15nmの波長での使用に特に適
している。

0030

一実施形態によれば、反射光学素子は、30nm未満、特に15nm未満の作動波長用
に設計される。

0031

本発明はさらに、上述の特徴を有する反射光学素子を備えたマイクロリソグラフィ投影
露光装置の光学系と、マイクロリソグラフィ投影露光装置とに関する。

0032

さらに別の手法によれば、本開示は、基板上の多層系を備えた極紫外線波長領域用の反
射光素子であって、多層系は、EUV波長領域の波長で屈折率の異なる実部が異なる少
なくとも2つの異なる材料を含む層を有し、屈折率の実部が大きな層及び屈折率の実部が
小さな層が交互に配置され、特定の材料の層が、この層と基板から離れて最も近くに位置
する同じ材料の1つ又は複数の層との間に配置された層と共にスタックを形成し、多層系
は、N個のスタックを有し、i=1〜Nとした各スタックSiが、スタックiの層の総厚
Di及び層厚比Γiを有し、当該反射光学素子において、総厚Di及び層厚比Γiの値は
、確率的に分配され、多層系は、少なくとも2つの部分を有し、2つの連続したスタック
Si及びSi+1の厚さDi、Di+1又は層厚比Γi、Γi+1が相互に10%未満ず
れる確率は、1つの部分の方が他の部分よりも高い反射光学素子に関する。

0033

この場合、本開示は、任意の確率的多層系を備えた反射光学素子が、場合によってはご
くわずかな不鮮明なピークを有し得るのでCu−Kα回折法に適し難いという見識に基づ
く。提案されるのは、X線回折法を用いた横方向層厚最適化を可能にするのに十分なほど
多く鋭いピークを有する確率的多層系の一種を有する反射光学素子である。周期性からの
スタックの偏差が大き過ぎない少なくとも1つの部分を多層系に設けることは、例えば銅
α線を用いた回折法用の反射光学素子で一定数の十分に鋭いピークが利用可能となり、
反射光学素子の製造時に横方向層厚プロファイルを良好に制御できることを意味する。ピ
ーク形成を促進する周期性は、その場合、少なくとも1つの部分において、個々のスタッ
クの総厚が相互にあまり大きくずれないか又は層厚比が相互にわずかしかずれないことに
よって近似され得る。

0034

好適には、上記1つの部分における2つの連続したスタックSi、Si+1の厚さDi
、Di+1又は層厚比Γi、Γi+1は、相互に1%未満ずれる確率が考慮され得るよう
選択される。この場合、全スタックに関する偏差が1%未満である部分を周期的とみなす
ことができる。好適な実施形態では、スタック内のスタック厚又は厚さ比に関して周期性
からの偏差が多層系のさらに他の部分(単数又は複数)よりも小さくなる確率が高い部分
は、確率が低い部分(単数又は複数)よりも基板から遠くに配置される。したがって、生
じるピークが特に鋭いことが確実となり得る。好適には、多層系に確率の異なる2つの部
分を設けることで、多層系の設計及び反射光学素子の製造の複雑性を低減する。好適な実
施形態では、周期性からの偏差が小さい可能性が高い部分において、厚さDi及び層厚比
Γiは、上記部分の全スタックSiに関して|(Di−Di+1)/Di|≦0.1が成立
し、且つΓiが基板からの距離の増加に伴って増加するのではなく減少するよう選択され
る。スタック厚が実質的に一定であり、スタック内の層厚比が基板からの距離の増加に伴
って減少する傾向があるという、この部分に関する付加的な境界条件に従うことによって
提供可能な光学素子は、第1に広い局所入射角帯域幅の場合及び多少広い波長領域でさえ
も均一に反射し、第2にX線回折法による層厚の横方向プロファイルの特性化に十分な数
で且つ十分に明瞭なピークを有する。

0035

本発明のさらに他の構成は、説明及び従属請求項から得ることができる。

0036

添付図面に示す例示的な実施形態に基づき、本発明を以下でより詳細に説明する。

図面の簡単な説明

0037

EUVで動作するよう設計されたマイクロリソグラフィ投影露光装置の概略図である。
反射光学素子の概略図である。
種々の多層系を備えた反射光学素子の反射率プロファイルR対λを説明する図である。
種々の多層系を備えた反射光学素子の反射率プロファイルR対λを説明する図である。
aは、2つの異なる周期的部分を有する多層系の層厚プロファイルの図である。bは、2つの異なる周期的部分を有する多層系の層厚プロファイルの図である。cは、2つの異なる周期的部分を有する多層系の層厚プロファイルの図である。
aは、異なる非周期性を示す2つの部分を有する多層系の層厚プロファイルの図である。bは、異なる非周期性を示す2つの部分を有する多層系の層厚プロファイルの図である。cは、異なる非周期性を示す2つの部分を有する多層系の層厚プロファイルの図である。
図4からの多層系に関して測定した回折図である。
図5からの多層系に関して測定したCu−Kα回折図である。
本発明のさらに別の態様を説明するための反射率曲線R対λの図である。
純粋に周期的な多層系に関して測定したCu−Kα回折図である。
aは、図9からの多層系の層厚プロファイルの図である。bは、図9からの多層系の層厚プロファイルの図である。cは、図9からの多層系の層厚プロファイルの図である。

実施例

0038

図1は、EUVで動作するよう設計されたマイクロリソグラフィ投影露光装置10を概
略的に示す。基本的なコンポーネントは、照明系14、マスク17、及び投影レンズ20
である。マイクロリソグラフィ投影露光装置10は、EUV放射線吸収損失を最小化す
るために真空条件下で作動される。図示の例では、プラズマ源放射源12として用いら
れる。さらに、シンクロトロンを放射源として用いることもできる。約5nm〜20nm
の波長領域の放出された放射線は、最初にコレクタミラー13によって集束され、続いて
照明系14へ導入される。図1に示す例では、照明系14は2つのミラー15、16を有
する。ミラー15、16は、ウェーハ21への結像が意図された構造を有するマスク17
ビーム誘導する。マスク17も同様に、EUV及び軟X線波長領域用の反射光学素子
であり、製造プロセスに応じて交換される。投影系20を用いて、マスク17から反射さ
れたビームがウェーハ21に投影され、それによりマスクの構造が上記ウェーハに結像さ
れる。図示の例では、投影系20は2つのミラー18、19を有する。投影系20及び照
明系14の両方が、いずれの場合も1つのみ又は3個、4個、5個、若しくはそれ以上の
数のミラーを有し得る。

0039

図2は、多層系51に基づく反射光学素子50の例示的な基本構造を概略的に示す。多
層系51は、作動波長での屈折率の実部が比較的大きな材料(「スペーサ」とも称する)
及び作動波長での屈折率の実部が比較的小さな材料(「アブソーバ」とも称する)の交互
層を有し、アブソーバ・スペーサ対が部分スタック53を形成する。それにより、ブラ
グ反射が起こるアブソーバ層に相当する格子面を有する結晶模倣される。個々の層54
、55の厚さと、同じく反復部分スタック53の厚さとは、多層系51全体にわたって一
定であり得るか、又は達成しようとするスペクトル又は角度依存反射プロファイルに応じ
て変わり得る。各作動波長での最大反射率を増加させるために、アブソーバ及びスペーサ
からなる基本構造に多少の吸収材料をさらに補うことによって、反射プロファイルに目標
通りに影響を及ぼすこともできる。この目的で、いくつかの部分スタックにおいてアブ
ーバ及び/又はスペーサ材料を交換してもよく、又は部分スタックが2つ以上のアブソー
バ及び/又はスペーサ材料から構成されるか又はさらに他の材料からなる追加層を有して
もよい。アブソーバ及びスペーサ材料は、反射率を最適化するために全ての部分スタック
で一定の又は変動する厚さを有することができる。さらに、例えば拡散バリアとしての追
加層をスペーサ層とアブソーバ層との間に設けることも可能である。

0040

多層系51は、基板52に施されて反射面60を形成する。熱膨張率の低い材料を基板
材料として選択することが好ましい。保護層56を多層系51上に設けることができ、上
記保護層は、特に反射光学素子50を汚染から保護する。

0041

本発明による概念を、図3a図7を参照して以下でより詳細に説明する。

0042

図3aは、異なる多層系を備えた3つの反射光学素子(以下でより詳細に説明する)の
反射率を、表面法線に対して10°の入射角での波長の関数として示すものであり、上記
多層系は、いずれの場合もアブソーバ材料としてのモリブデン(Mo)及びスペーサ材料
としてのケイ素(Si)に基づく。例として、ルテニウム(Ru)及び/又はロジウム(
Rh)をアブソーバ材料としてのモリブデンの代替物として、又はモリブデンに加えて用
いることもできる。

0043

上記反射光学素子の1つ(図3a中の点線)は、図10a〜図10cに示す構造を有す
標準的な多層系を有する。これは、40個のモリブデン・ケイ素部分スタック又は周期
を有する純粋に周期的な多層系を含む。この多層系では、部分スタック厚D及び部分スタ
ック内の層厚比Γの両方が、垂直層構造で多層系全体にわたって一定である。図10a〜
図10cでは、各(モリブデン及びケイ素)個別層の厚さd(図10a)、部分スタック
厚D(図10b)、及び層厚比Γ(図10c)が、部分スタックの数又は指数の関数とし
プロットされている。層厚比Γは、低屈折率層(例えば、モリブデン)の厚さと部分ス
タック厚との商としてここでは定義される(すなわち、モリブデン層及びケイ素層の厚さ
が同一であれば、層厚比Γは値0.5を有する)。「層」は、(均一又は均質な光学特性
を有する)個々の層を意味するとここでは理解される。各低屈折率(例えば、モリブデン
)層は、高屈折率(例えば、ケイ素)層と共に、いずれの場合も部分スタックを形成し、
これら2つの層の総厚は部分スタック厚に相当する。

0044

図10a〜図10cに示す素子は、13.7nmの波長及び面法線に対して10°の入
射角で約65%という比較的高い最大反射率を有し、図3aに示す反射率曲線は、この純
粋に周期的な層構造に関しては比較的狭帯域である。図9は、(モリブデン及びケイ素)
個別層の厚さd(図10a)、部分スタック厚D(図10b)、及び層厚比Γ(図10
)が層構造全体にわたって一定である、図10a〜図10cに示す層厚プロファイルを有
する純粋に周期的な層構造に関する関連のCu−Kα回折図を示す。したがって、Cu−
Kα回折図において、対応するピークは比較的狭い。

0045

図4a〜図4cは、比較のために、2つの異なる周期性を有する2つの部分からできた
従来の広帯域幅多層系として構成された多層系の構造を示す。これらの部分の場合、部分
スタック厚Dは、第1又は「上側」部分では一定の比較的小さな値を有し、(13番の部
分スタックから始めて)第2又は「下側」部分では一定の比較的大きな値を有する。基板
から遠くに配置された第1部分は、部分スタック厚Dが約6.4nmで層厚比Γが約0.
45である12個の部分スタック又は周期を含む。その下の基板上には第2部分が配置さ
れ、これに関しては、部分スタック厚Dが約7.0で層厚比Γが約0.5である10個の
部分スタック又は周期を含む。多層系のこの二分割構造は、図3aによれば、標準的な多
層系と比べて55%未満という低い最大反射率を有する反射率曲線(破線曲線)をもたら
し、曲線の半値全幅FWHM)が(図9図10cからの標準的な多層系の場合の値0
.6nmと比べて)約0.9nmである。

0046

図6は、この反射光学素子のCu−Kα回折図を示す。上記構造には、二分割周期的多
層系を備えた反射光学素子の場合にも0°〜6°の入射角範囲にわたって複数の鋭いピー
クが依然として存在し、これを製造時に多層系の横方向層厚プロファイルの制御及び最適
化に用いることができるという効果がある。

0047

波長又は入射角に対する依存性がさらに低い反射率曲線を得るために、本発明が提案す
る多層系は、本質的に非周期的又は確率的だが、周期性からの偏差が比較的小さな少なく
とも1つの部分を有する。

0048

図5a〜図5cでは、本発明による反射光学素子に関して、各(モリブデン及びケイ素
)個別層の厚さd(図5a)、部分スタック厚D(図5b)、及び層厚比Γ(図5c)が
、部分スタックの数又は指数の関数としてプロットされている。2つの異なる部分からな
る多層系が、図5a〜図5cの例に含まれる。最初に、多層系の完全に確率的な部分が基
板に施され、上記部分は25個の部分スタック(指数「18」〜「42」を有する)を含
む。その上に配置されるのは比較的「周期的な」部分であり、これは17個のスタックを
含み、隣接する部分スタックの部分スタック厚Diの変動が10%未満であるが、各部分
スタックにおける層厚比Γ又はモリブデンの割合が基板に向かって増加する傾向にある。

0049

図3aの反射率曲線から明らかなように、図5a〜図5cに示す多層系の構造は、半値
全幅が波長の約1.1nmである特に広帯域の反射率プロファイルをもたらす。同時に、
図5a〜図5cに示すこの反射光学素子の多層系の利点は、図7によれば、関連するCu
−Kα回折図が(例えば、0.154nmの波長で)、同様に複数の十分に鋭いピークを
依然として有することである。0°〜6°の入射角範囲にわたって、複数のさらに明瞭な
ピークが見られ、その中でも図示の例では、上記ピークを用いて横方向層厚プロファイル
を制御又は最適化するために垂直線によって識別される4個のピークを選択した。

0050

図5a〜図5cの例示的な実施形態において、多層系の第1部分(層配列の「上側」領
域)では部分スタック厚Dがほぼ一定のままである(例えば、18番の部分スタック又は
周期まで)という状況には、ほぼ周期的な部分が存在しているので、図7における関連す
るCu−Kα回折図で離散的なピークがなおも認識できるという効果がある(これとは対
照的に、「完全に非周期的な」層構造では、このようなピークが認識できなくなる)。図
6からのCu−Kα回折図中の2つのピークのうち、図7に示す本発明による反射光学素
子では、ほぼ一定の部分スタック厚を有する多層系の上側部分のピークのみが残るが、こ
れは、図5a〜図5cに示す層厚プロファイルを有する関連の反射光学素子では、層スタ
ックの下側部分が比較的確率的に構成されるからである。

0051

図3bでは、図3aでの値から、種々の反射率曲線に関する相対PV値を読み取ること
ができるようプロッティングが行われている。上記相対PV値は、ここではPV=(Rm
ax_rel−Rmin_rel)/Rmax_absとして定義され、Rmax_re
lは、この波長間隔における最大反射率値を示し、Rmin_relは、この波長間隔に
おける最小反射率値を示し、Rmax_absは、絶対最大反射率値を示す。好適には、
反射光学素子50は、反射率Rを有し、0.5nmの波長間隔でのその波長依存性は、0
.25未満のPV値を有する。

0052

本発明による多層系の構造は、第1に波長及び/又は入射角に応じた反射率の広帯域幅
を可能にしながらも回折図中で十分な数の明瞭なピークを示す反射光学素子を提供するこ
とを可能にし、その結果として、X線回折法による横方向層厚プロファイルの制御及び適
当な場合は最適化を実行することが可能である。

0053

本発明のさらに別の態様を、図8を参照して以下で説明する。この態様は、波長又は入
射角に対する反射率の依存として本発明による多層系に関して求められる反射率曲線が、
「完全な横ばい」ではなく重畳した弱い振動のように複数の極値(極大又は極小)を有す
る場合、上記反射曲線を層配列の個々のパラメータの最適化に有利に用いることができる
というさらなる見識に基づく。

0054

この点で図8に単なる例として示す反射曲線(この反射曲線では、図3aに類似して、
反射率が非偏光に関して、又は全偏光状態にわたる平均化後にプロットされている)は、
例として、表1に記した反射率値を有する3つの極大及び2つの極小を有する。

0055

0056

このとき、反射率曲線において相互に並んで位置する極値(すなわち極大及び極小)が
、反射率に関していずれも大きな方の値に対して0.1%以上、好ましくは0.5%以上
相互に異なれば、多層系の個々のパラメータを最適化するための評価に有利である。図8
及び表1の例では、例えば、3番及び4番の極値間の差は(52.689−51.451
)/52.689=2.35%であり、その結果として層パラメータの特性化又は最適化
が可能となる。

0057

さらに、有利には、上記極値(極大及び極小)の関連反射率値も大きく異なりすぎず、
その結果として、光学系(例えば、マイクロリソグラフィ投影露光装置)を特定のスペク
トル分布で、したがって種々の波長で通常は作動させ、波長毎に得られる強度の特定の平
均化も行われる状況を利用することが可能である。換言すれば、多層系の特性化又は最適
化に適した反射曲線中の極値(極大及び極小)が光学系の動作中に上記平均化効果により
再度補償されることで、結果として結像結果の不所望な悪化が起こらない。

0058

本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、例えば個々の実施形態の特徴の組み合
わせ及び/又は交換によって、多数の変形形態及び代替的な実施形態が当業者には明らか
である。したがって、当業者には言うまでもなく、このような変形形態及び代替的な実施
形態は、本発明によって同時に包含され、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそ
等価物の意味の範囲内でのみ制限される。

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