特許 6739576 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6739576

(24)【登録日】2020年7月27日

(45)【発行日】2020年8月12日

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/20 20060101AFI20200730BHJP

   G02B 5/08 20060101ALI20200730BHJP

【ＦＩ】

   G03F7/20 503

   G03F7/20 521

   G02B5/08 A

【請求項の数】13

【外国語出願】

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2019-73224(P2019-73224)

(22)【出願日】2019年4月8日

(62)【分割の表示】特願2016-533181(P2016-533181)の分割

【原出願日】2014年11月24日

(65)【公開番号】特開2019-144569(P2019-144569A)

(43)【公開日】2019年8月29日

【審査請求日】2019年4月23日

(31)【優先権主張番号】102013223895.9

(32)【優先日】2013年11月22日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】503263355

【氏名又は名称】カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100147692

【弁理士】

【氏名又は名称】下地 健一

(72)【発明者】

【氏名】ハルトムット エンキッシュ

(72)【発明者】

【氏名】ハンス−ヨッヒェン ポール

(72)【発明者】

【氏名】トーマス シッケタンツ

(72)【発明者】

【氏名】オリバー ディール

(72)【発明者】

【氏名】ヨルン ウェーバー

(72)【発明者】

【氏名】クリスチャン グラス

(72)【発明者】

【氏名】ラルフ ウィンター

(72)【発明者】

【氏名】セバスチャン シュトローベル

【審査官】 植木 隆和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−３１５５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２７０８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００４／１０９７７８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−２２８６９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

Ｇ０３Ｆ ７／２０

Ｇ０２Ｂ ５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【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の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（Ｄ_ｉ）及び層厚比（Γ_ｉ）を有し、前記層厚比（Γ_ｉ）は、各前記第１層（５４）の厚さと前記部分スタック厚（Ｄ_ｉ）との商として定義され、
前記多層系（５１）の前記基板から離れて配置された第１部分で、前記部分スタック厚（Ｄ_ｉ）及び前記層厚比（Γ_ｉ）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）の前記第１部分の下の前記基板上に配置された第２部分よりも少なくとも２０％小さく、
前記多層系の前記第１部分の全ての前記部分スタックＳ_ｉに関して、２つの連続した前記部分スタックＳ_ｉ、Ｓ_ｉ＋１の前記部分スタック厚をＤ_ｉ、Ｄ_ｉ＋１とするとき、
｜（Ｄ_ｉ−Ｄ_ｉ＋１）／Ｄ_ｉ｜≦０．１
が成り立ち、
前記多層系（５１）の前記第２部分について、前記部分スタック厚（Ｄ_ｉ）及び前記層厚比（Γ_ｉ）は、該反射光学素子（５０）が、反射率Ｒを有し、０．５ｎｍの波長間隔でのその波長依存性が、０．２５未満のＰＶ値を有するようにするものであり、該ＰＶ値は、ＰＶ＝（Ｒ_{ｍａｘ＿ｒｅｌ}−Ｒ_{ｍｉｎ＿ｒｅｌ}）／Ｒ_{ｍａｘ＿ａｂｓ}として定義され、Ｒ_{ｍａｘ＿ｒｅｌ}は、前記波長間隔Δλにおける最大反射率値を示し、Ｒ_{ｍｉｎ＿ｒｅｌ}は、上記波長間隔Δλにおける最小反射率値を示し、Ｒ_{ｍａｘ＿ａｂｓ}は、絶対最大反射率値を示し、
前記多層系（５１）の前記部分スタック厚（Ｄ_ｉ）及び前記層厚比（Γ_ｉ）は、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の波長依存性が、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つの極値を有するようにするものである、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（Ｄ_ｉ）及び前記層厚比（Γ_ｉ）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）の前記第２部分よりも少なくとも２０％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6】

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の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（Ｄ_ｉ）及び層厚比（Γ_ｉ）を有し、前記層厚比（Γ_ｉ）は、各前記第１層（５４）の厚さと前記部分スタック厚（Ｄ_ｉ）との商として定義され、
前記多層系（５１）の前記部分スタック厚（Ｄ_ｉ）及び前記層厚比（Γ_ｉ）は、該反射光学素子（５０）が、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値を有するようにするものであり、該ＰＶ値は、ＰＶ＝（Ｒ_{ｍａｘ＿ｒｅｌ}−Ｒ_{ｍｉｎ＿ｒｅｌ}）／Ｒ_{ｍａｘ＿ａｂｓ}として定義され、Ｒ_{ｍａｘ＿ｒｅｌ}は、前記波長間隔Δλにおける最大反射率値を示し、Ｒ_{ｍｉｎ＿ｒｅｌ}は、前記波長間隔Δλにおける最小反射率値を示し、Ｒ_{ｍａｘ＿ａｂｓ}は、絶対最大反射率値を示し、
前記多層系（５１）の前記部分スタック厚（Ｄ_ｉ）及び前記層厚比（Γ_ｉ）は、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の波長依存性が、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つの極値を有するようにするものである、
反射光学素子。

【請求項7】

請求項５又は６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8】

請求項５〜７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％以下相互に異なることを特徴とする反射光学素子。

【請求項9】

請求項１〜８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10】

請求項１〜９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、該反射光学素子は、３０ｎｍ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12】

マイクロリソグラフィ投影露光装置の光学系であって、前記マイクロリソグラフィ投影露光装置は、請求項１〜１１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13】

請求項１２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。

【発明の詳細な説明】

【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の光学系に関する。

【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、マスク構造を
基板の感光コーティングに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、ミラーを結像プロセス用の光学コンポー
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
有効面に入射した電磁放射線を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の反射率が望ましい。

【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、異なるスタック数を
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、多数の層厚配
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Ｋ_αＸ線波線が、ＥＵＶ波長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
ァ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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】米国出願公開第２０１０／０２３９８２２号明細書

【発明の概要】

【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
長における屈折率の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＝（Ｒ_{ｍａｘ＿ｒｅｌ}−Ｒ_{ｍｉｎ＿ｒｅｌ}）／
Ｒ_{ｍａｘ＿ａｂｓ}として定義され、Ｒ_{ｍａｘ＿ｒｅｌ}は、上記波長間隔Δλにおける最大
反射率値を示し、Ｒ_{ｍｉｎ＿ｒｅｌ}は、上記波長間隔Δλにおける最小反射率値を示し、
Ｒ_{ｍａｘ＿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−Ｋ_α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−Ｋ_α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−Ｋ_α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−Ｋ_α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−Ｋ_α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−Ｋ_α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％以下相互
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。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＝（Ｒ_{ｍａｘ＿ｒｅｌ}−Ｒ_{ｍｉｎ＿ｒｅｌ}）／
Ｒ_{ｍａｘ＿ａｂｓ}として定義され、Ｒ_{ｍａｘ＿ｒｅｌ}は、上記波長間隔Δλにおける最大
反射率値を示し、Ｒ_{ｍｉｎ＿ｒｅｌ}は、上記波長間隔Δλにおける最小反射率値を示し、
Ｒ_{ｍａｘ＿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
射光学素子であって、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Ｓ_ｉが、スタックｉの層の総厚
Ｄ_ｉ及び層厚比Γ_ｉを有し、当該反射光学素子において、総厚Ｄ_ｉ及び層厚比Γ_ｉ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
Ｓ_ｉ及びＳ_ｉ＋１の厚さＤ_ｉ、Ｄ_ｉ＋１又は層厚比Γ_ｉ、Γ_ｉ＋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−Ｋ_α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
Ｋα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Ｓ_ｉ、Ｓ_ｉ＋１の厚さＤ_ｉ
、Ｄ_ｉ＋１又は層厚比Γ_ｉ、Γ_ｉ＋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
Γ_ｉは、上記部分の全スタックＳ_ｉに関して|（Ｄ_ｉ−Ｄ_ｉ＋１）／Ｄ_ｉ|≦０．１が成立
し、且つΓ_ｉ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】

【図1】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。

【図2】反射光学素子の概略図である。

【図3a】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。

【図3b】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。

【図4】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。

【図5】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6】図４からの多層系に関して測定した回折図である。

【図7】図５からの多層系に関して測定したＣｕ−Ｋ_α回折図である。

【図8】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。

【図9】純粋に周期的な多層系に関して測定したＣｕ−Ｋ_α回折図である。

【図10】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。

【発明を実施するための形態】

【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放射線の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、プラズマ源が放射源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
へビームを誘導する。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、ブラッ
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が模倣される。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ソ
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
る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
て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１０ｃ
）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−Ｋ_α回折図を示す。したがって、Ｃｕ−
Ｋ_α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−Ｋ_α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Ｄ_ｉ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
−Ｋ_α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−Ｋ_α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−Ｋ_α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＝（Ｒ_{ｍ
ａｘ＿ｒｅｌ}−Ｒ_{ｍｉｎ＿ｒｅｌ}）／Ｒ_{ｍａｘ＿ａｂｓ}として定義され、Ｒ_{ｍａｘ＿ｒｅ
ｌ}は、この波長間隔における最大反射率値を示し、Ｒ_{ｍｉｎ＿ｒｅｌ}は、この波長間隔に
おける最小反射率値を示し、Ｒ_{ｍａｘ＿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】

【表1】

【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
の等価物の意味の範囲内でのみ制限される。

【図1】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】