(57)【要約】【課題】基板上に多層システムを具備する光学要素の汚れを減少させることにより長有効寿命の光学要素を提供すること。【解決手段】多層システムの少なくとも１層の層材料及び／又は層厚が、照射された動作波長の反射中に形成する定在波が、多層システムの自由界面の領域に電場強度の節（節条件）を形成するように選択されることを特徴とする。
2005505930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１）と、特定の動作波長、特にＥＵＶ波長範囲の特定の波長について反射率が最大とされる光学多層システム（３）とを具備し、多層システム（３）の少なくとも１層の層材料及び／又は層厚が、照射された動作波長の反射中に形成する定在波（４）が、多層システム（３）の自由界面（１００）の領域に電場強度の節（節条件）を形成するように、選択されることを特徴とする、特にミラー又はマスクである光学要素。
【請求項２】
前記多層システム（３）は、高反射率のために最適化された層パック（共振セクション（１０））を備え、層（１１ａ，・・・１１ｎ）の少なくとも１層の層材料及び／又は層厚が、「節条件」を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学要素。
【請求項３】
共振セクション（１０））の層（１１ａ，・・・１１ｎ）の少なくとも１層の層厚が、層の数が増加するに従って減少又は増加することを特徴とする請求項２に記載の光学要素。
【請求項４】
共振セクション（１０））の層（１１ａ，・・・１１ｎ）の少なくとも１層の層厚が、層の数が増加するに従って変化することを特徴とする請求項２に記載の光学要素。
【請求項５】
共振セクション（１０））内に層パック（相転移セクション（１２））が設けられ、相転移セクション（１２）の少なくとも１層の層材料及び／又は層厚が、「節条件」を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学要素。
【請求項６】
共振セクション（１０）上において、多層システム（３）は少なくとも１つの別の層システム（２０，３０）を備え、別の層システム（２０，３０）の層（２１，３１）の少なくとも１層の層材料及び／又は層厚が、「節条件」を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学要素。
【請求項７】
前記別の層システムは、少なくとも１層の保護層（３２）（キャップ層（３０））を備えることを特徴とする請求項６に記載の光学要素。
【請求項８】
前記保護層（３２）は、動作波長において弱い吸収を有する材料を含み、この材料の半値厚は５０ｎｍを越えることを特徴とする請求項７に記載の光学要素。
【請求項９】
前記保護層（３２）は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｂ、Ｃ、Ｎ及び／又はＯ、又はそれらの合金又は化合物を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の光学要素。
【請求項１０】
前記別の層システムは、共振セクション（１０）とキャップセクション（３０）（相マッチングセクション）との間に配置されることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の光学要素。
【請求項１１】
繰り返しのプロセスにおいて、
Ａ．層の材料及び多層システムの特定の特性を考慮して、デザインがモデル計算により決定されるモデリング工程、
Ｂ．被覆装置において、モデル要素の製造のために前に準備されたモデルデザインに従って、基板が被覆される被覆工程、及び
Ｃ．モデル要素の実際の特性が実験により決定される特性づけ工程
の各工程が１回又は数回行われ、
前記繰り返しのプロセスは、特定の帯域幅内の実際の特性が特定の特性と合致した時に終了し、
工程Ａでは、少なくとも１層の層材料及び／又は層厚は、多層システムの自由界面の領域において、照射された「動作波長」が反射されるときに形成する定在波が、電場強度の節を含むように選択され、
工程Ｃでは、ともに照射された光子エネルギーに依存する反射率曲線及び光電流曲線が測定され、反射曲線の絶対的最大値が、特定の範囲内で光電流曲線の絶対的最小値と合致するとき、繰り返しは終了する
ことを特徴とする光学要素の多層システムのデザインを決定する方法。
【請求項１２】
照射された光子エネルギーに依存して、反射率曲線の絶対的最大値の位置が、反射率曲線の帯域幅の４分の１（ＦＷＨＭ）以内において、光電流曲線の絶対的最小値の位置と合致する時、繰り返しは終了することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
光学多層システムが基板上に堆積され、多層システムの層の層材料及び／又は厚さは、請求項１１又は１２に記載の方法により決定されることを特徴とする光学要素の製造方法。
【請求項１４】
光学多層システムが基板上に堆積され、少なくとも１層の層材料及び／又は厚さは、照射された動作波長の反射の際に形成する定在波（４）が、多層システムの自由界面から照射された動作波長の±２０％間隔をあけた節（５）を形成するように選択されることを特徴とする光学要素の製造方法。
【請求項１５】
前記層の層材料及び／又は厚さは、節（５）が多層システム（３）の自由界面（１００）の前に位置するように選択され、多層システム（３）は、炭化水素及び水分子のような残留ガス分子を含む真空にさらされ、ＥＵＶ波長範囲の照射にさらされることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
マスクのための保持デバイスを備える、ＥＵＶ波長範囲のための照明システムを具備し、かつ基板テーブルを具備するリソグラフィー装置において、前記照明デバイスは、基板に照射されたマスクの像を形成するための投影デバイスを備え、前記照射システムの少なくとも１つの光学要素は、多層システムを備え、少なくとも１層（１１，１３，２１，３１，３２）の層材料及び／又は厚さは、照射された動作波長の反射の際に形成する定在波（４）が、多層システム（３）の自由界面（１００）の領域に電場強度の節（５）を形成するように選択されることを特徴とするリソグラフィー装置。
【請求項１７】
前記光学要素はミラーであることを特徴とする請求項１６に記載のリソグラフィー装置。
【請求項１８】
前記光学要素はマスクであることを特徴とする請求項１６に記載のリソグラフィー装置。
【請求項１９】
感光性材料で少なくとも部分的に被覆された半導体基板を提供する工程、
ホトマスクを提供する工程、及び
ホトマスクを照明し、前記ホトマスクの像を半導体基板の感光性被覆に形成する工程
を含み、照明及び／又は像形成のために、請求項１〜１０のいずれかに記載の少なくとも１つの光学要素を備える光学システムが使用されることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法により製造された半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学要素、特に、基板と、及び特にＥＵＶ波長範囲における特定の波長における特定“動作波長”でその反射率が最大とされる光学多層システムとを含むミラー又はマスクに関する。本発明は、更に、そのような光学要素を製造する方法、及び多層デザインを決定する方法、並びに半導体素子を製造するためのリソグラフィー装置及び方法に関する。
【０００２】
光学要素の“動作波長”とは、多層システムの反射率がその最大値にある波長のことである。
【背景技術】
【０００３】
基板と、特定の波長での高反射のために最適化された多層システムとを含む光学要素、例えば遠紫外（ＥＵＶ）波長範囲、例えば１１ｎｍ〜１６ｎｍのためのホトマスク又はミラーは、半導体装置のＥＵＶリソグラフィーにおける用途に、特に必要とされる。
【０００４】
そのような光学要素はまた、Ｘ線の範囲まで適切なビーム制御要素又はモノクロイルミネータとしても使用可能である。最も単純な場合、高吸収材料及び低吸収材料（異なる複素屈折率を有する）からなる二層の積層を含む多層システムは、ブラッグ条件に合致する理想結晶をシミュレートする。この場合、吸収層は、結晶中の反射面に対応し、低吸収層はスペーサーとして機能する。所定の材料の場合、個々の層の厚さは、多層システムの厚さにわたって一定である。このように、二層の厚さの比もまた一定である。反射プロフィルに関するミラーの要求に応じて、しかし、他の多層システムのすべての型もまた可能である。例えば、帯域幅及び反射率は、多層システムが２種を越える材料からなる（例えば、３層又は４層等）場合に、又は前記多層システムの層の厚さ又は厚さの比が一定ではない（いわゆる、深さグレーデッド多層）場合に設定される。
【０００５】
ＥＵＶスペクトル範囲では、有力な系は、モリブデン／シリコン又はモリブデン／ベリリウム系である。多層系の標準的説明としては、例えば、Eberhard Spiller, Soft X-ray Optics, SPIE Optical Engineering Press, Bellingha, WA 98227, USA, ISBN 0-8194-1655-X, ISBN 0-8184-1654-1 (soft)が参照される。ＥＰ １ ０６５ ５３２ Ａ２は、ＥＵＶ範囲における高度に反射性のミラーの例を提供し、そこでは、反射率を改善するために、他の材質からなる追加の層により、周期性が破壊されている。
【０００６】
多層系の第１の層として、光学要素は、基板上に特別の層を含んでおり、その特別の層の機能は、後続の層（いわゆる緩衝層）のための最も可能な限りの表面仕上げを提供することが有力である。特に、ＥＵＶ範囲では、凹凸又はさざなみ状の小さな領域は、理想的な層の厚さからの隔たりをもたらし、そのような隔たりは反射率に顕著な影響を与えるからである。典型的なＥＵＶリソグラフィー装置は、８個又はそれ以上のミラーを備える。全体の強度は個々のミラーの反射率の積に比例するので、それにもかかわらず、入射光に対する十分な全体の透過性を達成するために、ミラーの反射率は、出来るだけ高くなければならない。出来れば、ミラーは、その全有効寿命中に、この高い反謝率を維持すべきである。このことは、例えば半導体部品及び光学部品の製造コストを減少する上で重要なファクターである。画像形成がされる構造体は、例えばカーボンの堆積の結果、もはや焦点を結ばないので、ホトマスクについても、汚れは大きな問題である。本明細書では、汚れとは、元々自由界面上の堆積、例えばカーボン、及び自由界面下の化学反応、例えば酸化のことである。更に、「動作波長」における反射率にマイナスの影響を与える放射及び熱効果がある。
【０００７】
水の付着は、残留ガスに含まれる水分に由来する。カーボンの堆積は、個々の装置部品から、又は光にさらされる水で被覆されるホトレジストからガス放出される炭化水素に由来する。ＥＵＶ線下の反応の後、酸素（酸化物からの）も（元素）カーボンも、真空に戻ることは出来ないので、例えば、ＥＵＶ線の照射は、酸化物又は元素カーボンを堆積させる。
【０００８】
ミラー面のカーボン汚れと光電子の放出との関係は、H. Bollerらによる、「原子力装置及び方法（Nuclear Instruments and Method) 208 (1983) 273-279において検討されている。ミラー面に堆積する炭化水素は、自由界面の近傍に発生する二次電子により分解され、その結果、ミラー面への永久カーボン層の堆積が促進される。ボラー（Boller）は、このことについて言及していないが、類推すると、高い水含量の残留ガスにおいて、酸化が予想され得る。ボラーによると、照射波長、照射面の構造、及び入射角とは独立に、基本的に二次電子が発生する。
【０００９】
J．H． Underwood らは、SPIE，vol. 3331 pp.52-61において、発光は、多層系の周波数依存反射ピークにより、最小値及び最大値をとること、及び発光の強度は、入射光が反射されるときに形成する定在波の電場の強度に比例することを示している。これらの実験から、電場強度及び光電流の最大値と最小値の間において、π／２の相シフトが反射中に生ずることが結論づけられる。発光は、汚染に敏感に反応する。アンダーウッドら（Underwood et al）は、光電子を測定することにより表面相の化学的及び物理的特性を検査することを提案している。この文献は、多層系が光電流特性に与える影響も、汚れのスピードに与える影響も議論していない。
【００１０】
S. Oesterreichらは、SPIE，vol. 4146 pp.64-71において、ＥＵＶの照射の際の、多層ミラー、特にモリブデン／シリコンミラーの反射の調査結果を提供している。彼らは、入射光の波長の層の厚さとのマッチング（最上層が酸化されず、理想的な厚さであれば）は、ミラー面における最小の電場強度を導くことを指摘している。このことは、恐らくより遅く汚染層が成長し、反射率に与える影響は少なくなるように報告されている。一方、波長のマッチングは、動作波長外での動作に導き、更にこれは反射率の損失に導く。この研究は、一方において発光／電場強度と、他方において発光／汚染との関係について議論していない。
【００１１】
ＥＰ１０６５５６８Ａ２は、ホトマスクに光を照射するための照射システム、ホトマスク保持デバイス、基板にホトマスクの像を形成するための投影システム、及び基板支持デバイスを具備し、照射システム及び／又は投影システムは、不活性材料からなる保護層を備える少なくとも１つの多層ミラーを具備するＥＵＶリソグラフィー装置を提案している。好ましい材料は、ダイヤモンド状カーボン、窒化ホウ素、炭化ホウ素、窒化珪素、炭化珪素、ホウ素、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、金、弗化マグネシウム、弗化リチウム、テトラフルオロエチレン、及びその化合物又は合金である。これらの保護層は、特に酸化に対する耐性があり、ＥＵＶ範囲における低い吸収により特徴づけられる。この層の好ましい厚さは、０．５ｎｍ〜３ｎｍである。保護層は、最良の反射率を達成するため、個々のサブ層（例えば２層）を含み得る。しかし、酸化とは別の、ミラーの他の汚れは、わずかに抑制されるか、或いは殆ど抑制されない。
【００１２】
この事情は、ＷＯ９９／２４８５１に開示されているような、ＥＵＶリソグラフィーで用いられてたミラーのための保護パッシベーション層における場合と類似である。保護層は、パラジウム、カーボン、炭化物、ホウ化物、窒化物又は酸化物からなる外側層と、シリコン又はベリリウムからなる下地層の少なくとも２つのサブ層を含む。これらサブ層の厚さは、良好な反射率を考慮して最適化される。
【００１３】
ＵＳ６，２３１，９３０は、特にＥＵＶ範囲における、リソグラフィー用途の光学面のための、酸化に対する保護層について開示する。保護されるべき面は、良好な表面吸収を有する官能基を有する炭素を含むガスを含む雰囲気に導入される。照射中、ガス分子は、０．５ｎｍ〜２ｎｍの厚さの粘着層を形成する粒子に分解される。前記粘着層は、官能基によりその表面に良く接着するが、真空の残留ガスに留まる分子及び分子部分のための吸収ベースとしては不適切である。
【００１４】
ＵＳ５，３０７，３９５は、軟Ｘ線のための多層ミラーの有効寿命を増加させる試みについて記載する。そこでは、層の厚さ、特に最上層の厚さは、形成する定在波が層の境界に関して目標とされた経路に位置するように、最適化される。この配置では、定在波の節は、最上層の正しく中心に位置する。このことは、電場強度の絶対最大値、即ち、吸収の最大値となり、ミラーの内部にシフトされる。その結果、過剰の照射負荷（約２〜４×１０８Ｗ／ｃｍ２）から生ずる高張力又は亀裂のような損傷が防止される。特に、リソグラフィー装置におけるＥＵＶミラーの場合には、照射負荷は数倍過酷でない（約１Ｗ／ｃｍ２）ので、そのような損傷は非常にまれに生ずる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、汚れを減少することにより、最良の一定の反射率で、出来るだけ長い有効寿命を提供し、リソグラフィー装置のコストを減少すること、及び半導体装置のコストを減少することに寄与し得る、光学要素を提供することにある。
【００１６】
更に、本発明の目的は、そのような光学要素を製造する方法、及び多層デザインを決定する方法を提供することにある。
【００１７】
この目的は、多層システムの少なくとも１層の層材料及び／又は層厚が、照射された「動作波長」の反射中に形成する定在波が、多層システムの自由界面の領域に電場強度の節（節条件）を形成するように、選択される。「節」なる語は、電場強度の静止最小値を意味する。
【００１８】
本発明は、光誘導された二次電子放出により、多層デザインに依存して生ずる、光学要素の自由界面における定在波の電場強度と、この自由界面の汚れとの間に関係があるとの驚くべき認識に基づいている。自由界面において生じた定在波の電場強度が最小であるか、又は定在波の節が自由界面の領域にあるときに、自由界面近傍で生じた二次電子の放出がかなり減少することが、実験により確認された。
【００１９】
光放出が殆ど又は全くないならば、そうでなければ自由界面の汚れを生じてしまう、残留ガスからミラー面に動的平衡状態で堆積する（炭化水素分子又は水分子のような）残留ガス分子の分解が、大きく停止する。真空なる語は、０．１ミリバールか又はそれ未満のチャンバー圧について言う語である。
【００２０】
多層システムの少なくとも１層の材料及び／又は厚さをマッチングすることにより、５−５０のファクターだけ有効寿命の増加が可能となる、汚れを減少又は全体として防止するための、及び光学要素の有効寿命を増加させるための驚異的に簡単な方法が提供される。
【００２１】
節条件へのマッチングに際し、「動作波長」に関連して最初に最大化されるのが有利である、多層システムの反射特性が妨害されないことが保証されねばならない。そのような節条件へのマッチングは、多層システムの１つの層により既に可能であること、及び「動作波長」における反射特性が、節条件にマッチングすることにより、少し（５％以下）妨害されるだけであることが示された。節条件にマッチングすることは、多層システム内において、１つ又は幾つかの層において、どのような層においても生じ得る。
【００２２】
界面の領域における節の位置は、節が、好ましくは正確に界面に位置することを意味する。しかし、節は、照射された波長の±２０％、好ましくは±１０％、特に±５％だけ移動し得る。節は、多層システムの最上層の自由界面又はその内に位置し得る。１１−１６ｎｍの好ましい照射波長では、節の位置は、多層システムの界面の前又は背後の３ｎｍまでであり得る。
【００２３】
好ましくは、多層システムは、高反射（共振セクション）に最適化された、共振セクションの層の材料及び／又は厚さが節条件に合致する、層パックを含む。
【００２４】
すべての証明された層デザイン及び層材料は、特に、ＥＰ１０６５５６８Ａ２、ＥＰ１０６５５３２Ａ２及びＷＯ９９／２４８５１に記載されているように、共振セクションに用いることが出来る。層システムの少なくとも１層の厚さのマッチングは、節条件を設定するために必要である。
【００２５】
節条件にマッチングすることは、例えば、共振セクションの層の少なくとも一部の厚さが、層の数が増加するに従って、減少し、増加し、又は変化することにおいて、生じ得る。更に、深さが次第に変化する多層を用いることが出来る。そのような場合、光学要素の光学特性を定義する共振セクションとは別に、節条件へのマッチングを実施するために別の層を設けることが必要である。
【００２６】
他の態様によると、多層システムは、共振セクションに少なくとも１つの別の層システムを含むことが出来、別の層システム層の材料及び／又は厚さが、節条件に合致するように設定される。
【００２７】
この別の層システムは、少なくとも１つの保護層を含み得る。この場合、別の層システムは、共振セクションをカバーする、いわゆるキャップ層である。通常の光学要素におけるように、共振セクションは、最良の可能な反射率をねらって最適化されるだけである。これに対し、キャップセクションは、上述の節条件をねらって最適化される。しかし、全多層システムの反射率の損失は、光学要素の所望の用途により特定化された境界内に維持されねばならない。キャップセクションは、多層にわたって上述の節条件に層の厚さを段階的にマッチングさせることを保証し得る。しかし、キャップセクションはまた、２層又は３層以内にこのことを可能とし得る。
【００２８】
好ましくは、それは、節条件にマッチングするために使用される保護層自体ではなく、その代わりに、その下に配置された少なくとも１層が使用される。使用される材料及び厚さに関しては、これは、周囲の条件に保護層を最適にマッチングさせることを可能とし、そのため、保護層を選択するときに、節条件を考慮する必要はない。
【００２９】
好ましくは、保権層は、動作波長において弱い吸収を有する材料を含み、材料の半分の厚さは５０ｎｍを越える。
【００３０】
照射波長で既に減少した発光を示す保護層は、このように、汚れの減少に寄与もする。特に、そのような保護層の材料の場合には、節の位置が正確に自由界面にあることは必ずしも必要ではなく、そのため、ある場合には、本発明の利点が失われることなく、照射波長の全領域の±２０％を用いることが出来る。
【００３１】
保護層は、他の材料に比較して、その吸収が比較的弱い化学的に不活性な材料を含み得る。このことは、この結果として反射率がそれほど影響されないだけでなく、より吸収性の材料を用いた場合よりも、より少ない二次電子が放出されるという利点を有する。好ましい材料は、ルテニウム、シリコン、モリブデン、ホウ素、炭素、ジルコン、ニオブ又は炭化物、酸化物、窒化物、又はその化合物又は合金である。
【００３２】
追加の層システムはまた、キャップセクションと共振セクションとの間に設けられ得る。この場合、それは、いわゆる相マッチングセクションと呼ばれ、最も簡単な形では、個々の層、例えばシリコン又はＢ４Ｃを含み、例えば層の厚さｄ（Ｓｉ）又はｄ（Ｂ４Ｃ）＝３−４ｎｍである。相マッチングセクションとして、例えばＢ、Ｃ、Ｎ、Ｏ及び／又はＳｉを含む幾つかの層を設けることも可能である。
【００３３】
好ましくは、光学要素は、１１ｎｍ〜１６ｎｍの間の波長に対し最適化される。この波長は、０．１ｎｍ−１．０ｎｍの帯域幅を含む。
【００３４】
更に、光学要素は、光学要素の平面垂直方向に約±１０°までの範囲の入射角に、光学特性を維持することがわかった。
【００３５】
多層システムの最適デザインを決定するために、数回のサイクルで繰り返しのプロセスが実施される。
【００３６】
第１に、モデリング工程では、多層システムの特定の特性の層のための材料を考慮して、モデル計算が実施される。このプロセスでは、例えば、高反射率、良好な耐食性、大きな帯域幅、欠陥平滑、良好な応力減少、又は容易な層分離に関する目標仕様が規定されている。これらのモデル計算により、最適なデザインが見出されたとき、被覆工程において、被覆装置において、前に準備されたモデルデザインに従って、基板が被覆される。この手順において、それぞれの操作パラメーターは、被覆装置において調整される。それらの操作パラメーターは、所望の特性を達成するように、被覆装置の動作に際し、経験上、適切であることが見出された。
【００３７】
別の工程、即ち、特性づけ工程では、モデル要素の実際の特性は、実験により決定される。
【００３８】
実際の経験上、モデリング工程による所望の特性と特性づけ工程からの実験結果との間に常に偏差がある。これは、所望の特性が最終的にモデル要素で達成されるまで、繰り返し工程を必要とする。すべてのそれぞれのパラメーターが決定された時にのみ、光学要素の被覆が連続して実施される。
【００３９】
本発明によると、工程Ａ（モデリング工程）及び工程Ｂ（被覆工程）では、少なくとも１層の層材料及び／又は層厚は、多層システムの自由界面の領域において、照射された「動作波長」が反射されるとき、形成する定在波が、電場強度の節を含むように、選択される。一方、工程Ｃ（特性づけ工程）では、多層システムの自由界面から放出された二次電子により生じた、反射率曲線及び光電流は、照射された光子エネルギーに応じて測定される。反射曲線の絶対的最大値が、光電流曲線の絶対的最小値を有する所定の範囲内に合致するとき、繰り返しは終了する。好ましくは、モデル要素を測定することにより、照射波長に応じて、反射率曲線の絶対的最大値が、反射率曲線の帯域幅の４分の１以内において、光電流曲線の絶対的最小値の位置と合致する時、繰り返しは終了する。
【００４０】
光学要素を製造する方法は、光学要素の被覆が連続して実施される前に、そのようなデザイン決定法により最初に決定されるべき多層システムの層材料及び／又は層厚を与える。
【００４１】
別の変形例による光学要素を製造する方法は、基板に積層される光学多層システム、及び、照射された「動作波長」の反射中に形成する定在波が、多層システムの自由界面から照射された「動作波長」の±２０％間隔をあけた節を形成するように選択される多層システムの少なくとも１層、層材料及び／又は厚さを用意する。
【００４２】
好ましくは、層材料及び／又は厚さは、節が多層システムの自由界面の前に位置するように選択される。一般に、動作中、多層システムは、例えば炭化水素及び水を含むガス状混合物にさらされる。この動作モードは、汚染の結果として、多層システムの自由界面は、ある程度、定在波の節に向かって移動する。自由界面が節の近くに移動するに従って、より少ない二次電子が発生し、汚染層の成長がより遅くなる。自由界面は、最終的に節に到達し、そのとき汚染層の成長は停止する。
【００４３】
このことは、節条件に合致する光学要素、即ち、「動作波長」において発光が低い要素、及び別の汚れがないか、又は確立された清浄方法を用いて除去され得る最小の汚染を生成する要素を生ずる。
【００４４】
本発明によるリソグラフィー層は、多層システムを構成するように、照射システムの少なくとも１つの光学要素を備え、少なくとも１つの層の層材料及び／又は厚さは、照射された「動作波長」が反射される時に形成する定在波が、多層システムの自由界面の領域に節を含むように、選択される。
【００４５】
本発明による光学要素は、ＥＵＶリソグラフィー装置において、ミラー又は反射ホトマスクとして使用するのに、特に適切である。
【００４６】
本発明によるリソグラフィー装置は、減少した汚れ及び光学要素のより一定の反射率の結果として、製造される半導体装置のスループットが増加し、装置の有効寿命が延びるという利点を提供する。
【００４７】
半導体装置の製造方法は、以下の工程を具備する。
【００４８】
・感光性材料で少なくとも部分的に被覆された半導体基板を提供する工程、
・ホトマスクを提供する工程、
・ホトマスクを照明し、前記ホトマスクの像を半導体基板の感光性被覆に形成する工程を含み、照明及び／又は像形成のために、本発明による少なくとも１つの光学要素を備える光学システムが使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
図１は、基板１、バッファーセクション２、及び共振セクション１０を具備し、バッファーセクション２、及び層１１〜１１ｎを有する共振セクション１０は、多層システム３を構成する。電磁放射１０１は、自由界面１００に向けられている。
【００５０】
例えば、Zerodur （登録商標：Schott社製） 、Clearceram （登録商標：Ohara）、溶融シリカ、シリコン、及びULE（登録商標：Corning）は、基板材料として使用され得る。基板１を、必要とされた０．１ｎｍミクロンの粗さに研磨することは、必ずしも必要ではない。そのため、いわゆるバッファーセクション２は、実際の被覆前に、即ち共振セクション１０の層１１ａ〜１１ｎの適用前に、追加の基板の平滑化又は基板の調製のために使用される。バッファー層２はまた、可能な基板の救済のための分離層として設計され得る。そして、それに対応してバッファー層２は、クロム又はスカンジウムを含み得る。
【００５１】
例えば、多層システムの透過性を減少させるための、シリコン又はＭｏ／Ｓｉを含む二重層ｌは、バッファーセクションのための他の材料であり得る。
【００５２】
例えば、共振セクション１０は、周期的に配置された、ｄ（Ｓｉ）＝４ｎｍ及びｄ（Ｍｏ）＝２．９ｎｍのＭｏ／Ｓｉを含む。他の材料もまた、共振セクション１０の層システムの骨組み内において可能である。本例では、このことが考慮に入れられなかった。ＵＳ５，３０７，３９５（Seely）による通常の多層システムでは、１３．８ｎｍの照射波長において、図２ａに示すように、定在波の電場強度の計算された強度曲線がある。ゼロポイントは、共振セクション１０の最上層１１ｎの自由界面１００にある。破線は、個々の層間の界面を示す。図２の２ａでは、層の厚さは、例えばＵＳ５，３０７，３９５に示されているように、強度の極大値が、示されている層の中央に正確に位置するように、選択される。その界面では、強度曲線への変曲点がある。このことは、図２の２ｂに示す吸収曲線を生ずる。その内部界面が、ここでも破線で示されている。吸収端の位置は、内部界面の位置に対応する。その界面上に高程度の吸収がある。通常の被覆では、しばしばアンチ節もまた、自由界面に対し最適化される。このことは、吸収の増加を生じ、不所望の二次電子放出の増加を生ずる。
【００５３】
最適化を達成するために、本発明によると、節の位置に関する層構造のうち、図３による共振セクション１０のＭｏ層１１ａ−１１ｎの厚さは、界面層１００に向かって、２．２ｎｍまで連続して減少し、一方、Ｓｉ層の厚さは、３．４ｎｍ（３８×Ｍｏ／Ｓｉ、Ｓｉ：３．４ｎｍ、・・・、４．０ｎｍ；Ｍｏ：２．２ｎｍ、２．３ｎｍ、・・・、２．９ｎｍ；Ｓｉ：バッファー層４ｎｍ；ＳｉＯ２基板）まで減少する。
【００５４】
図４の４ａは、自由界面、即ち位置ゼロにおいて最小値に達する、組み合わされた定在波の電場強度を示す。層の厚さは、強度の最小値が正しく自由界面にあるように選択されている。このことは、外側端部におけるわずかな吸収に導く。最外層の通常の厚さは、数ｎｍであり、一方、二次電子の出口深さは２ｎｍ付近である。これは、破線領域により示されている、本実施例に関連する領域である。第１の近似では、吸収曲線の下の破線領域は、発光の強度に比例する。従来技術、例えば図２の２ａ及び２ｂに比較して、後者はかなり減少している。このように、ＥＵＶ放射の下では、真空からの残留ガス分子を分解するために使用され得る、わずかな二次電子が発生し、それらは自由界面において吸収される。このことは、ミラー面の汚れの蓄積の減少を生ずる。
【００５５】
層材料及び／又は層の厚さがうまく選択されるならば、電場強度の最小値をそれなりに減少させることが可能である。特に、層タイプの他の効果により、以下の別の実施例により示されるように、このことは、長い有効寿命と長続きする高い反射率とを結合したミラーを生ずる。
【００５６】
図５は、図３による実施例についての、反射率曲線と、それと組み合わされた光電流曲線を示す。
【００５７】
反射率曲線は、１３．３ｎｍにおいて最大であり、自由界面の汚れの割合を示す光電流曲線は、同一の位置で最小である。この波長では、定在波の節は、多層システムの界面にある。
【００５８】
図６は、光学要素の別の態様を示す。層１３ａ−１３ｃを有する相転移セクション１２が、共振セクション１０内に示されている。
【００５９】
層システムの構造は、以下の通りである。
【００６０】
2005505930.tif 000003
図７は、図６による実施例についての、反射率曲線と光電流曲線を示す。
【００６１】
この実施例においても、反射率曲線の最大値（Ｒｍａｘ＝７１．７％）は、光電流曲線の最小値の位置にある。
【００６２】
図８は、光学要素の別の態様を示す。別の層システム、即ちキャップセクション３０が共振セクション１０上に示されている。キャップセクション３０は、２つの層３１及び３２を含む。
【００６３】
層システムの構造は、以下の通りである。
【００６４】
2005505930.tif 000004
図９では、ミラーにおける定在波の計算された電場強度がプロットされている。なお、ミラーは上述したようにデザインされているが、キャップセクションの２層３１，３２の厚さは、最大の反射率を考慮して選択されているに過ぎない。選択された層３１は、３．４ｎｍの厚さを有するシリコン層であり、選択された層３２は、３ｎｍの厚さを有するカーボン層である。これは、６９％の最大反射率を生ずるが、電場の値は自由界面において非常に高く、発光を増加させ、汚れを増加させる。
【００６５】
しかし、シリコン層とカーボン層の厚さが、自由界面における電場強度が最小である条件で選択されるならば、キャップセクション３０の層３１，３２のそれぞれについて２ｎｍの厚さにおいて、反射率はやはり６７．４％である。この反射率は、層のそれぞれの最適化により更に促進され得る。この光学要素の有効寿命は、自由界面１００において電場強度の最小値に達するので、かなり増加した。
【００６６】
図１１の１１ａは、別の層システム、即ち、キャップセクション３０と共振セクション１０との間に、層２１，２２を有する相マッチングセクションを備える光学要素の別の態様を示す。
【００６７】
2005505930.tif 000005
図１１の１１ｂは、相転移セクション２０を持たず、そのかわりにキャップセクション３０において、厚さ２ｎｍのＭｏ相及び厚さ１．５ｎｍのＲｕ層を備える比較層システムを示す。
【００６８】
層１２及び１３は、図１１の１１ａ及び１１ｂの多層システムについての反射率曲線及び光電流曲線を示す。
【００６９】
図１２は、多層システムが、相マッチングセクションの結果として最適にマッチングされることを示している。約１３．４５ｎｍの波長において、反射率曲線は６５．２％のにおいて最大値にあり、光電流曲線はその最小値にある。
【００７０】
図１３においては、図１１の１１ｂの実施例は６７．６％においてより高い反射率を示すが、しかし、光電流曲線は、反射率曲線と同じ位置において最大値にある。その結果、自由界面のひどい汚れがある。
【００７１】
層の厚さを最適化することにより、広い入射角の範囲にわたって、一定の反射率（図１４参照）及び低電場強度（図１５）を特徴づけるミラーを達成することが出来る。そのような許容性は、照明及び安定な作を保障するため、リソグラフィー装置において特に望ましい。
【００７２】
図１６〜図２１の２１ｂは、光学要素の製造プロセスに関する。このプロセスでは、「動作波長」における動作中に、光学要素が完成する。キャップセクションは、ミラーがＥＵＶ範囲での照射にさらされ、雰囲気ガスが炭化水素を含むときに堆積されるカーボン層を含んでいる。以下の表は、図１６による多層システムの構造の詳細を示す。
【表１】
2005505930.tif 000006
【００７３】
図１７の１７ａ、１７ｂは、図１６に示す実施例について、照射波長に応じた反射率曲線及び光電流曲線、及び動作波長における定在波の電場強度分布を示す。多層システムの自由界面における定在波の高い電場強度により、反射率曲線の最大値の領域において、光電流曲線は非常に高い値に達する。
【００７４】
図１８〜図２１の２１ｂは、異なる厚さのＣ−層についてのそれぞれの曲線を示す。
【００７５】
図１８の１８ａ，１８ｂ：    Ｃ−層    ｄ＝２ｎｍ
図１９の１９ａ，１９ｂ：    Ｃ−層    ｄ＝３ｎｍ
図２０の２０ａ，２０ｂ：    Ｃ−層    ｄ＝３．５ｎｍ
図２１の２１ａ，２１ｂ：    Ｃ−層    ｄ＝４．０ｎｍ
カーボンの厚さが増加するに従って、自由界面における電場強度が減少することは極めて明らかである。その結果、発光、及び別の汚れが実際に無くなるであろう。
【００７６】
・表面における電場強度が減少するに従って、二次電子の発生は少なくなる。
【００７７】
・カーボンの質量密度はルテニウムのそれよりも低く、その結果、光電変換効率は、更に発生率を減少させる。
【００７８】
・このように、自己終了（self-termination)が、３〜４ｎｍのカーボンの厚さの間で生じ、言い換えると、カーボン層は、それ以上成長しない。これは、炭化水素の分解及び汚れの減少に導く発光の減少によるものである。このかなりのカーボンの厚さは、多層システムを更に最適化することにより、約２〜３ｎｍに向かって減少する。
【００７９】
図２２は、以下の層デザインを備える多層システムについてのそれぞれの曲線を示す。
【００８０】
2005505930.tif 000007
図２３の２３ａ及び２３ｂは、図２２に示す実施例について、反射率曲線及び光電流曲線、及び電場強度分布を示す。相マッチングセクションは、わずか１ｎｍのカーボンのキャップセクションであっても、反射率曲線の最大値と光電流曲線の最小値の一致を達成することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】従来技術の基板及び多層システムを具備する光学要素を示す図。
【図２】従来技術の厚さ方向の定在波の電場強度及び吸収曲線を示す図。
【図３】本発明による多層システムを具備する光学要素を示す図。
【図４】図３による多層システムの厚さ方向の定在波の電場強度及び吸収曲線を示す図。
【図５】図３による多層システムの光子エネルギーによる反射率曲線及び光電流曲線を示す図。
【図６】別の実施例による多層システムを具備する光学要素を示す図。
【図７】図４の光学要素の反射率曲線及び光電流曲線を示す図。
【図８】別の実施例による多層システムを具備する光学要素を示す図。
【図９】比較ミラーの厚さに対する定在波の強度を示す図。
【図１０】図８によるミラーの厚さに対する定在波の強度を示す図。
【図１１】相マッチングセクションを備える別の実施例による多層システムを具備する光学要素、及び非マッチング多層システムを具備する光学要素を示す図。
【図１２】図１１の１１ａによるミラーの反射率曲線及び光電流曲線を示す図。
【図１３】図１１の１１ｂによるミラーの反射率曲線及び光電流曲線を示す図。
【図１４】１３．５ｎｍの動作波長における入射角によるミラーの反射率を示す図。
【図１５】１３．５ｎｍの動作波長における入射角による定在波の電場強度を示す図。
【図１６】カーボンキャップ層を備える多層システムを示す図。
【図１７】図１６の多層システムにおける反射率曲線、及び様々な保護層の厚さについての定在波の電場強度を示す図。
【図１８】図１６の多層システムにおける反射率曲線、及び様々な保護層の厚さについての定在波の電場強度を示す図。
【図１９】図１６の多層システムにおける反射率曲線、及び様々な保護層の厚さについての定在波の電場強度を示す図。
【図２０】図１６の多層システムにおける反射率曲線、及び様々な保護層の厚さについての定在波の電場強度を示す図。
【図２１】図１６の多層システムにおける反射率曲線、及び様々な保護層の厚さについての定在波の電場強度を示す図。
【図２２】別の実施例による多層システムを具備する光学要素を示す図。
【図２３】図２２の多層システムにおける反射率曲線、及び様々な保護層の厚さについての定在波の電場強度を示す図。
【符号の説明】
【００８２】
１・・・基体、２・・・バッファーセクション、３・・・多層システム、４・・・定在波、５・・・節、１０・・・共振セクション、１１ａ−ｎ・・・層、１２・・・相転移セクション、１３ａ−ｎ・・・層、２０・・別の層システム，相マッチングセクション、２１ａ−ｎ・・・層、３０・・・別の層システム，キャップセクション、３１・・・層、３２・・・保護層、１００・・・自由系面、１０１・・・入射光。
【図１】
2005505930.tif 000008
【図２】
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【図３】
2005505930.tif 000010
【図４】
2005505930.tif 000011
【図５】
2005505930.tif 000012
【図６】
2005505930.tif 000013
【図７】
2005505930.tif 000014
【図８】
2005505930.tif 000015
【図９】
2005505930.tif 000016
【図１０】
2005505930.tif 000017
【図１１】
2005505930.tif 000018
【図１２】
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【図１３】
2005505930.tif 000020
【図１４】
2005505930.tif 000021
【図１５】
2005505930.tif 000022
【図１６】
2005505930.tif 000023
【図１７】
2005505930.tif 000024
【図１８】
2005505930.tif 000025
【図１９】
2005505930.tif 000026
【図２０】
2005505930.tif 000027
【図２１】
2005505930.tif 000028
【図２２】
2005505930.tif 000029
【図２３】
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【国際公開パンフレット】
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2005505930.tif 000081
2005505930.tif 000082
【手続補正書】
【提出日】平成15年10月7日(2003.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１）と、ＥＵＶ波長範囲の特定の波長について反射率が最大とされ、層材料が吸収率ｋｉ≠ｋｉ＋１を有する光学多層システム（３）とを具備し、層材料は反射率ｎｉ≠ｎｉ＋１を有し、多層システム（３）の少なくとも１層の層材料及び／又は層厚が、照射された動作波長の反射中に形成する定常波（４）が、多層システム（３）の自由界面（１００）の領域に電場強度の節（節条件）を形成するように、選択されることを特徴とする、特にミラー又はマスクである光学要素。
【請求項２】
前記多層システム（３）は、高反射率のために最適化された層パック（共振セクション（１０））を備え、層（１１ａ，・・・１１ｎ）の少なくとも１層の層材料及び／又は層厚が、「節条件」を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学要素。
【請求項３】
共振セクション（１０））の層（１１ａ，・・・１１ｎ）の少なくとも１層の層厚が、層の数が増加するに従って減少又は増加することを特徴とする請求項２に記載の光学要素。
【請求項４】
共振セクション（１０））の層（１１ａ，・・・１１ｎ）の少なくとも１層の層厚が、層の数が増加するに従って変化することを特徴とする請求項２に記載の光学要素。
【請求項５】
共振セクション（１０））内に層パック（相転移セクション（１２））が設けられ、相転移セクション（１２）の少なくとも１層の層材料及び／又は層厚が、「節条件」を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学要素。
【請求項６】
共振セクション（１０）上において、多層システム（３）は少なくとも１つの別の層システム（２０，３０）を備え、別の層システム（２０，３０）の層（２１，３１）の少なくとも１層の層材料及び／又は層厚が、「節条件」を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学要素。
【請求項７】
前記別の層システムは、少なくとも１層の保護層（３２）（キャップ層（３０））を備えることを特徴とする請求項６に記載の光学要素。
【請求項８】
前記保護層（３２）は、動作波長において弱い吸収を有する材料を含み、この材料の半値厚は５０ｎｍを越えることを特徴とする請求項７に記載の光学要素。
【請求項９】
前記保護層（３２）は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｂ、Ｃ、Ｎ及び／又はＯ、又はそれらの合金又は化合物を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の光学要素。
【請求項１０】
前記別の層システムは、共振セクション（１０）とキャップセクション（３０）（相マッチングセクション）との間に配置されることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の光学要素。
【請求項１１】
繰り返しのプロセスにおいて、
Ａ．層の材料及び多層システムの特定の特性を考慮して、デザインがモデル計算により決定されるモデリング工程、
Ｂ．被覆装置において、モデル要素の製造のために前に準備されたモデルデザインに従って、基板が被覆される被覆工程、及び
Ｃ．モデル要素の実際の特性が実験により決定される特性づけ工程
の各工程が１回又は数回行われ、
前記繰り返しのプロセスは、特定の帯域幅内の実際の特性が特定の特性と合致した時に終了し、
工程Ａでは、少なくとも１層の層材料及び／又は層厚は、多層システムの自由界面の領域において、照射された「動作波長」が反射されるときに形成する定常波が、電場強度の節を含むように選択され、
工程Ｃでは、ともに照射された光子エネルギーに依存する反射率曲線及び光電流曲線が測定され、反射曲線の絶対的最大値が、特定の範囲内で光電流曲線の絶対的最小値と合致するとき、繰り返しは終了する
ことを特徴とする光学要素の多層システムのデザインを決定する方法。
【請求項１２】
照射された光子エネルギーに依存して、反射率曲線の絶対的最大値の位置が、反射率曲線の帯域幅の４分の１（ＦＷＨＭ）以内において、光電流曲線の絶対的最小値の位置と合致する時、繰り返しは終了することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
光学多層システムが基板上に堆積され、多層システムの層の層材料及び／又は厚さは、請求項１１又は１２に記載の方法により決定されることを特徴とする光学要素の製造方法。
【請求項１４】
吸収率ｋｉ≠ｋｉ＋１を有する層材料を用いて、光学多層システムが基板上に堆積され、反射率ｎｉ≠ｎｉ＋１を有する層材料が使用され、少なくとも１層の層材料及び／又は厚さは、照射された動作波長の反射の際に形成する定常波（４）が、多層システムの自由界面から照射された動作波長の±２０％間隔をあけた節（５）を形成するように選択されることを特徴とする光学要素の製造方法。
【請求項１５】
前記層の層材料及び／又は厚さは、節（５）が多層システム（３）の自由界面（１００）の前に位置するように選択され、多層システム（３）は、炭化水素及び水分子のような残留ガス分子を含む真空にさらされ、ＥＵＶ波長範囲の照射にさらされることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
マスクのための保持デバイスを備える、ＥＵＶ波長範囲のための照明システムを具備し、かつ基板テーブルを具備するリソグラフィー装置において、前記照明デバイスは、基板に照射されたマスクの像を形成するための投影デバイスを備え、前記照射システムの少なくとも１つの光学要素は、多層システムを備え、層材料が吸収率ｋｉ≠ｋｉ＋１及び反射率ｎｉ≠ｎｉ＋１を有し、少なくとも１層（１１，１３，２１，３１，３２）の層材料及び／又は厚さは、照射された動作波長の反射の際に形成する定常波（４）が、多層システム（３）の自由界面（１００）の領域に電場強度の節（５）を形成するように選択されることを特徴とするリソグラフィー装置。
【請求項１７】
前記光学要素はミラーであることを特徴とする請求項１６に記載のリソグラフィー装置。
【請求項１８】
前記光学要素はマスクであることを特徴とする請求項１６に記載のリソグラフィー装置。
【請求項１９】
感光性材料で少なくとも部分的に被覆された半導体基板を提供する工程、
ホトマスクを提供する工程、及び
ホトマスクを照明し、前記ホトマスクの像を半導体基板の感光性被覆に形成する工程
を含み、照明及び／又は像形成のために、請求項１〜１０のいずれかに記載の少なくとも１つの光学要素を備える光学システムが使用されることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法により製造された半導体装置。
【国際調査報告】
2005505930.tif 000083
2005505930.tif 000084
2005505930.tif 000085