(57)【要約】【課題】  多層膜上に照度の分布が生じても、温度分布が生じにくい多層膜反射鏡を提供する。【解決手段】  基板１の表面には、金属からなる熱伝導層２が形成され、その上にシリコン層３が形成されている。そして、その上にＭｏとＳｉを交互に積層した多層膜４が形成されている。多層膜４をＥＵＶ光が照射するとき、その照射光量は多層膜４の面内において一様ではないので、多層膜４において発生する熱は、多層膜４の面内において一様ではない。熱伝導層２は、この分布を持って発生する熱を、基板１に平均化して伝達し、基板１の温度上昇むらを低減するために設けられている。多層膜４を照明するＥＵＶ光は、通常、多層膜４の中心に対して回転対称ではないが、熱伝導層２、シリコン層３が円形、すなわち、基板１の中心に対して回転対称となっているので、基板１に対して一様に近い形となるように熱伝達を行うことが可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に屈折率の異なる薄膜を交互に成膜して構成された多層膜反射鏡であって、前記基板と前記多層膜の間に、熱伝達率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属層を有することを特徴とする多層膜反射鏡。
【請求項２】
前記金属層を形成する金属が、銀合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の多層膜反射鏡。
【請求項３】
前記金属層と前記多層膜の間に、厚さが５〜１００ｎｍのシリコン薄膜を有す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鏡。
【請求項４】
前記金属層が、前記多層膜反射鏡の有効領域より広い範囲に、前記基板の対称軸を対称軸とする対称形に形成されていることを特徴する請求項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鏡。
【請求項５】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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１５０ｎｍ以下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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。δは１に比べて非常に小さいため、この領域での屈折率の実部は１に非常に近い。又、ｋは大きな値であり、吸収が非常に大きい。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。
【０００４】
ＥＵＶ露光装置の概要を図３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。一対のフライアイミラー３５ａおよび３５ｂとして、たとえば特開平１１−３１２６３８号公報（特許文献１）に開示されたフライアイミラーを用いることができる。なお、フライアイミラーのさらに詳細な構成および作用については、特許文献１に詳しく説明されており、かつ、本発明と直接の関係がないので、その説明を省略する。
【０００５】
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３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。
【０００６】
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、マスク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。
【０００７】
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。
【０００８】
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）。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−３１２６３８号公報
【非特許文献１】D.Tichenor, et al, SPIE 2437 (1995) 292
【非特許文献２】C. Montcalm、「Proceedings of SPIE」、1998年、第3331巻、p.42
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＥＵＶ露光装置に使用されるＥＵＶ光は波長が13.5nmと短いため、ＥＵＶミラーの変形は大きな光学性能の劣化をもたらす。とりわけ、ＥＵＶ光がＭｏ／Ｓｉ多層膜に照射されたときの吸収熱によるＥＵＶミラーの熱変形は無視できない。Ｍｏ／Ｓｉ多層膜のＥＵＶ反射率は高々７０％程度であるから、残りの３０％程度は熱になる。
【００１１】
通常、ＥＵＶミラーの基板はガラスで構成され、熱の伝達が悪い。そのため、多層膜上に照度の分布があって、多層膜上で吸収される熱量に分布が生じると、それが原因となってＥＵＶミラーに温度分布が生じ、その結果、ＥＵＶミラーが複雑な熱変形を起こす可能性があった。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、多層膜上に照度の分布が生じても、基板の温度分布が生じにくい多層膜反射鏡、及びこの多層膜反射鏡を使用したＥＵＶ露光装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するための第１の手段は、基板上に屈折率の異なる薄膜を交互に成膜して構成された多層膜反射鏡であって、前記基板と前記多層膜の間に、熱伝達率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属層を有することを特徴とする多層膜反射鏡（請求項１）である。
【００１４】
本手段においては、多層膜上で発生する熱量が不均一になった場合でも、その熱が基板に伝達する前に、熱伝達率の良い金属層を通過するので、金属層を伝わって拡散され、基板に伝達される熱の不均一性が緩和される。その結果、基板は熱変形するものの、その変形量が均一になるので、光学的な変化は少なく、光学的な変化がある場合でも、ミラーの位置の調整で大半が除去できる。
【００１５】
金属の種類を熱伝達率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のものに限定しているのは、ＥＵＶ光の反射膜として多用されるＭｏとＳｉからなる多層膜の熱伝達率が８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であると推定されるため、これより大きな熱伝達率でないと効果が小さいからである。
【００１６】
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、前記金属層を形成する金属が、銀合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金のいずれかであることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００１７】
金属層を形成する金属として、銀合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金のいずれかを用いることが好ましい。金属層は多層膜の下地となるので、表面粗さを小さくする必要があるが、これらの金属又は金属合金は、表面粗さを小さくするのが容易であるからである。この中でも特に銀合金（銀ーパラジウム合金、銀ーパラジウムー銅合金）が、表面粗さを小さくする面では好ましい。
【００１８】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１又は第２の手段であって、前記金属層と前記多層膜の間に、厚さが５〜１００ｎｍのシリコン薄膜を有することを特徴とするもの（請求項３）である。
【００１９】
金属層と多層膜の間に、厚さが５〜１００ｎｍのシリコン薄膜を設けることにより、表面粗さをさらに小さくすることができる。シリコン薄膜の厚さが５ｎｍ未満では、十分な熱伝達が行われないため効果が少なく、シリコン薄膜の厚さが１００ｎｍを超えると、表面粗さを小さくする効果が飽和するので、本手段においては、シリコン薄膜の厚さを５〜１００ｎｍに限定している。
【００２０】
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、前記金属層が、前記多層膜反射鏡の有効領域より広い範囲に、前記基板の対称軸を対称軸とする対称形に形成されていることを特徴するもの（請求項４）である。
【００２１】
本手段においては、金属層が、多層膜反射鏡の有効領域より広い範囲に、基板の対称軸を対称軸とする対称形に形成されているので、より均一に、多層膜で発生した熱を基板に伝達することができる。そして、基板の温度上昇が対称軸に対して対称に近い形になるので、補正により、その影響を除去しやすくなる。
【００２２】
基板の対称軸が複数ある場合は、金属層の対称軸も対応するだけあるような形状とすることが好ましいが、金属層の形状を、基板の対称軸のうち１つ以上の任意の対称軸に対して対称となるようにしても、それなりの効果が得られる。
【００２３】
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（請求項５）である。
【００２４】
本手段においては、反射ミラーの熱変形が均一となり、よって光学特性の補正がしやすく、変化を小さく抑えることが出来るため、精密な露光を行うことができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、多層膜上に照度の分布が生じても、基板の温度分布が生じにくい多層膜反射鏡、及びこの多層膜反射鏡を使用したＥＵＶ露光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例である多層膜反射鏡を示す模式図である。実際の多層膜反射鏡の反射面は凹面又は凸面となっているが、簡単化のために図においては平面鏡として扱っている。又、基板の上に形成される各膜の厚さは、基板に比べて極薄いものであるが、説明のために、これらの膜厚を厚く表示している。
【００２７】
ガラス製の基板１の表面には、金属からなる熱伝導層２が形成され、その上にシリコン層３が形成されている。そして、その上にＭｏとＳｉを交互に積層した多層膜４が形成されている。このうち、シリコン層３は、必ずしも必要ではなく、熱伝導層２の表面粗さが十分に小さいときは、省略することができる。
【００２８】
多層膜４をＥＵＶ光が照射するとき、その照射光量は多層膜４の面内において一様ではないので、多層膜４において発生する熱は、多層膜４の面内において一様ではない。熱伝導層２は、この分布を持って発生する熱を、基板１に平均化して伝達し、基板１の温度上昇むらを低減するために設けられている。
【００２９】
基板１は平面形状が円形であり、熱伝導層２、シリコン層３も平面形状が円形となるように成膜されている。多層膜４も平面形状が円形となるように成膜されているが、成膜領域は熱伝導層２、シリコン層３の一部となっている。すなわち、熱伝導層２、シリコン層３は、多層膜４の有効領域外にも成膜されている。多層膜４を照明するＥＵＶ光は、通常、多層膜４の中心に対して回転対称ではないが、熱伝導層２、シリコン層３が円形、すなわち、基板１の中心に対して回転対称となっているので、基板１に対して一様に近い形となるように熱伝達を行うことが可能となる。
【００３０】
以下、熱伝導層２を構成する金属の材質を検討する。銀は、バルクでの熱伝導率が４２７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、厚さ１００ｎｍの薄膜とした場合の熱伝導率が３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるので、熱伝達層２として用いるのに優れている。又、膜応力もほとんどゼロであるので薄膜としても優れている。しかし、表面粗さが、厚さ１００ｎｍの薄膜とした場合に約２ｎｍ（ｒｍｓ）と大きく、粗さの空間周期が約１００ｎｍである。
【００３１】
このように、表面粗さが大きいために、熱伝導層２として用いることには問題がある。そこで、銀の代わりに銀合金（主として、銀−パラジウム、銀−パラジウム−銅）を用いることが好ましい。
【００３２】
銀−パラジウム（−銅）合金（以下、銀系合金と略記する）の特徴（銀との違いや類似点）は、表面粗さが銀より小さいことである。例えば、厚さ１００ｎｍの銀系合金の表面粗さは約0.6〜0.7ｎｍ（ｒｍｓ）であり、その空間周期は数〜１０ｎｍ程度である。粗さの空間周期が数〜１０ｎｍ程度であるので、イオンビームスパッタ法などによってこの上に数ｎｍ程度の厚さのシリコン層を形成すると粗さをさらに低減できるので好適である。また、銀系合金の熱伝導率は、厚さ１００ｎｍの場合、約２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、銀よりは低いが、熱伝導率が高いアルミニウム並みであると考えられる。
【００３３】
上記銀合金を用いることで、高い熱伝導率の層を得ることができ、効率よく熱を均一化することができる。また、応力についても銀主成分であるから、銀同様低応力が期待できる。
【００３４】
膜の酸除去を考える場合でも、構成金属が銀同様硝酸に可溶であり、銀同様、基板にダメージを与えずＭｏ／Ｓｉ多層膜を一緒に剥離して基板を再生できるなど、同等な利点を有すると考えられる。
【００３５】
銀合金以外の物質例としては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金が考えられる。銅は銀についで熱伝導率の高い（バルクで４０２Ｗ／（ｍ・Ｋ））物質であり、かつスパッタで形成した膜の表面粗さが銀よりも小さいので、好適な材料である。
【００３６】
アルミニウムは銀、銅、金についで熱伝導率の高い（バルクで２３７Ｗ／（ｍ・Ｋ））物質である。アルミニウムはスパッタで形成した膜の表面粗さが必ずしも小さくないので、銅などとの合金化により結晶粒の粗大化を防止する。
【００３７】
なお、多層膜にコンタミネーションが付着する等の理由により多層膜の反射率が低下した場合に、多層膜を剥離して除去し、新たに多層膜を成膜し直すことが行われるが、金属として酸に溶解するものを使用すると、酸を使用して金属層を溶解することにより、容易に多層膜を分離して剥離することができるという効果がある。このような理由で、金属として銅、クロム、及びそれらの合金（銅ーアルミニウム合金、クロムーニッケル合金）等を使用することが好ましい。
【００３８】
本発明の実施の形態の１例であるＥＵＶ露光装置の構成は、図３に示したＥＵＶ露光装置の構成と基本的に代わるところが無く、ミラーのうち少なくとも１枚（特に熱変形が露光転写精度に大きく影響するＭ１〜Ｍ６ミラー）が本発明の多層膜反射鏡である点が異なっているだけであるので、説明を省略する。
【実施例】
【００３９】
＜実施例１＞
本実施例では、すべての膜をスパッタにより形成した。
【００４０】
図１に示すように、ガラス製の基板１（円形の凹面鏡の基板であるが、図１においては、簡単化のために平面鏡として描いている。又、基板の上に形成される各膜の厚さは、基板に比べて極薄いものであるが、説明のために、これらの膜厚を厚く表示している。）の上に、銀合金（銀５０％−パラジウム５０％）の層を熱伝導層２として１００ｎｍの厚さで形成した。このときの熱伝導層２の表面の粗さは0.6ｎｍ（ｒｍｓ）（空間周期１０ｎｍ）であった。さらにこの熱伝導層２の上にシリコン層３を５ｎｍ形成した。その結果、シリコン層の粗さ低減効果により、表面粗さは0.2ｎｍ（ｒｍｓ）まで低減され、基板１の表面粗さと同程度となった。この上に、Ｍｏ／Ｓｉからなる多層膜４を５０層対形成した。なお、図１では多層膜４はすべてまとめて１つのブロックとして表示してある。多層膜４の熱伝導率は８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度と推定されるが、熱伝導層２の熱伝導率は２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度と推定された。
【００４１】
この多層膜の反射率は６８％であり、通常の（熱伝導層２等の下地層の無い）Ｍｏ／Ｓｉ多層膜と同程度であった。
【００４２】
なお、本実施例では多層膜４は光学的な有効領域にしか形成していないが、熱伝導層２およびシリコン層３はそれより広い円形領域に形成した。より具体的には、有効領域の形状とガラス基板１の外形との相関からシミュレーションにより最も熱変形が対称形で補正により除去しやすい形状となるよう、熱伝導層２の成膜領域を決定した。これは、発生した熱をガラス基板１へより均一に逃がすためである。これにより、熱伝導層２の形状は、円形の形状となった。
【００４３】
この多層膜反射鏡をＥＵＶ光学系に用いたところ、多層膜への入射光に照度分布がある状態で、熱伝導層が無い場合に比べて表面の熱量分布に起因する変形量が半分に低減され、光学調整によって光学性能の劣化を抑制することができた。これは、熱伝導層２の存在により、熱伝導層がない場合にくらべて数倍の熱量伝達が発生し、照度分布に起因する熱量分布がより均一化されたためと考えられる。
＜実施例２＞
本実施例では、すべての膜をスパッタにより形成した。
【００４４】
図２に示すように、ガラス基板１（円形の凹面鏡の基板であるが、図２においては、簡単化のために平面鏡として描いている。又、基板の上に形成される各膜の厚さは、基板に比べて極薄いものであるが、説明のために、これらの膜厚を厚く表示している。）の上に、銀合金（銀４０％−パラジウム４０％−銅２０％）の層を熱伝導層として１００ｎｍの厚さで形成し、熱伝導層２とした。このときの熱伝導層の表面の粗さは0.6ｎｍ（ｒｍｓ）（空間周期１０ｎｍ）であった。さらにこの層の上にシリコン層３を５ｎｍ形成した。その結果、シリコン層の粗さ低減効果により、表面粗さは0.2ｎｍ（ｒｍｓ）まで低減され、基板と同程度となった。この上に、Mo/Siを交互に積層した多層膜４を５０層対形成した。なお、図２では多層膜４はすべてまとめて１つのブロックとして表示してある。多層膜４の熱伝導率は８０Ｗ／ｍＫ程度と推定されるが、熱伝導層２の熱伝導率は２００Ｗ／ｍＫ程度と推定された。
【００４５】
この多層膜の反射率は６８％であり、通常の（熱伝導層等の下地層の無い）Ｍｏ／Ｓｉ多層膜と同程度であった。
【００４６】
なお、本実施例では基板のほぼ全面が光学的有効面であり、多層膜４は、基板１のほぼ全面に形成された。そのため、熱伝導層２およびシリコン層３もそれと同じ領域に形成することにした。
【００４７】
また、このガラス基板をＥＵＶ光学系に用いたところ、多層膜への入射光に照度分布がある状態で、熱伝導層が無い場合に比べて表面の熱量分布に起因する変形量が半分に低減され、光学調整によって光学性能の劣化を抑制することができた。これは、熱伝導層の存在により、熱伝導層がない場合にくらべて数倍の熱量伝達が発生し、照度分布に起因する熱量分布がより均一化されたためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態の１例、及び第１の実施例である多層膜反射鏡を示す模式図である。
【図２】本発明の第２の実施例である多層膜反射鏡を示す模式図である。
【図３】ＥＵＶ露光装置の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…基板、２…熱伝導層、３…シリコン層、４…多層膜
【図１】
2006177740.tif 000003
【図２】
2006177740.tif 000004
【図３】
2006177740.tif 000005