(57)【要約】【課題】応力を低減した多層膜反射鏡を提供する。【解決手段】本発明による多層膜反射鏡は、反射層（１０３）と前記反射層の応力を低減する応力低減層（１０１）とを備え、前記応力低減層が、モリブデン層（１０１１）、酸化モリブデン層（１０１３）およびシリコン層（１０１５）を含む層対を備えることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射層と前記反射層の応力を低減する応力低減層とを備えた多層膜反射鏡であって、
前記応力低減層が、モリブデン層、酸化モリブデン層およびシリコン層を含む層対を備えることを特徴とする多層膜反射鏡。
【請求項２】
前記シリコン層が前記酸化モリブデン層上に積層されてい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】
前記モリブデン層の厚さが、モリブデンのみから成る層の厚さに対する引っ張り応力の値がピークとなるような値であることを特徴とする請求項１または２に記載の多層膜反射鏡。
【請求項４】
前記モリブデン層の厚さが、１．５乃至３．５ナノメータであることを特徴とする請求項１または２に記載の多層膜反射鏡。
【請求項５】
前記シリコン層の厚さが、界面拡散層形成の影響を受けずに前記シリコン層が存在する最小限の厚さであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の多層膜反射鏡。
【請求項６】
前記シリコン層の厚さが、２ナノメータ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の多層膜反射鏡。
【請求項７】
前記酸化モリブデン層の厚さが、前記酸化モリブデン層の上に成膜されるシリコン層が前記酸化モリブデン層の下にあるモリブデン層の影響を受けない最小限の厚さであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の多層膜反射鏡。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の多層膜反射鏡を使用した光学系を含む露光装置。
【請求項９】
請求項８に記載された露光装置を使用して露光転写する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項１０】
反射層と前記反射層の応力を低減する応力低減層とを備えた多層膜反射鏡を製造する方法であって、前記応力低減層を成膜する際に、
イオンビームスパッタ法によりモリブデン層を成膜し、
前記モリブデン層上に、イオンビームスパッタ法により酸化モリブデン層を成膜し、
前記酸化モリブデン層上に、イオンビームスパッタ法によりシリコン層を成膜する、多層膜反射鏡の製造方法。
【請求項１１】
イオンビームスパッタ法により酸化モリブデン層を成膜する際に、モリブデンをターゲット物質として、雰囲気ガスに酸素を導入することにより酸化モリブデン層を成膜することを特徴とする請求項１０に記載の多層膜反射鏡の製造方法。
【請求項１２】
イオンビームスパッタ法により酸化モリブデン層を成膜する際に、酸化モリブデンをターゲット物質として酸化モリブデン層を成膜することを特徴とする請求項１０に記載の多層膜反射鏡の製造方法。
【請求項１３】
イオンビームスパッタ法により酸化モリブデン層を成膜する際に、モリブデンをターゲット物質としてモリブデン層を成膜した後に、酸素イオンビームを照射することにより酸化モリブデン層を形成することを特徴とする請求項１０に記載の多層膜反射鏡の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光学系に使用される多層膜反射鏡、その製造方法、当該多層膜反射鏡を使用する露光装置および当該露光装置を使用する半導体製造方法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（Extreme Ultraviolet）光（極端紫外線）を使用した投影リソグラフィ技術が開発されている（たとえば、特許文献１）。この技術は、最近ではＥＵＶ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。
【特許文献１】特開２００３-１４８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＥＵＶ光を露光光として使用するＥＵＶ露光装置においては、基板上に多層膜を積層した多層膜反射鏡などが使用される。多層膜反射鏡においては、多層膜の有する膜応力が問題となる。多層膜の総膜厚は1ミクロン以下と薄いため、膜応力による基板の変形量は小さいが、ＥＵＶリソグラフィで使用される多層膜反射鏡には非常に高い形状の精度が求められるので、応力を制御し、低減する必要がある。
【０００４】
したがって、応力を低減した多層膜反射鏡などに対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による多層膜反射鏡は、反射層と前記反射層の応力を低減する応力低減層とを備え、前記応力低減層が、モリブデン層、酸化モリブデン層およびシリコン層を含む層対を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明による多層膜反射鏡においては、酸化モリブデン層の働きにより、応力低減層に引張り応力が生じ、反射層の圧縮応力を低減する。したがって、多層膜の全応力の絶対値は小さくなる。したがって、膜応力による多層膜反射鏡の基板の変形がほとんどなく、多層膜反射鏡の高い光学的な精度を維持することができる。また、応力低減層のモリブデンおよびシリコンの薄膜表面の粗さは小さいので、多層膜反射鏡の反射率への影響は小さい。
【０００７】
本発明の一実施形態による多層膜反射鏡は、前記シリコン層が前記酸化モリブデン層上に積層されていることを特徴とする。
【０００８】
本実施形態による多層膜反射鏡においては、シリコン層と酸化モリブデン層との境界が存在することにより、応力低減層の引張り応力が大きくなる。
【０００９】
本発明の他の実施形態による多層膜反射鏡は、前記モリブデン層の厚さが、モリブデンのみから成る層の厚さに対する引っ張り応力の値がピークとなるような値であることを特徴とする。
【００１０】
本実施形態による多層膜反射鏡においては、モリブデン層の引張り応力への寄与が最大となり、応力低減層の引張り応力は大きくなる。
【００１１】
本発明の他の実施形態による多層膜反射鏡は、前記モリブデン層の厚さが、１．５乃至３．５ナノメータであることを特徴とする。
【００１２】
本実施形態による多層膜反射鏡においては、モリブデン層の引張り応力への寄与が最大となり、応力低減層の引張り応力は大きくなる。
【００１３】
本発明の他の実施形態による多層膜反射鏡は、前記シリコン層の厚さが、界面拡散層形成の影響を受けずに前記シリコン層が存在する最小限の厚さであることを特徴とする。
【００１４】
本実施形態による多層膜反射鏡においては、シリコン層が応力低減層における働きを維持しながら、シリコン層自体による圧縮応力は最小となり、応力低減層の引張り応力は大きくなる。
【００１５】
本発明の他の実施形態による多層膜反射鏡は、前記シリコン層の厚さが、２ナノメータ以下であることを特徴とする。
【００１６】
本実施形態による多層膜反射鏡においては、シリコン層自体による圧縮応力は小さくなり、応力低減層の引張り応力は大きくなる。
【００１７】
本発明の他の実施形態による多層膜反射鏡は、前記酸化モリブデン層の厚さが、前記酸化モリブデン層の上に成膜されるシリコン層が前記酸化モリブデン層の下にあるモリブデン層の影響を受けない最小限の厚さであることを特徴とする。
【００１８】
本実施形態による多層膜反射鏡においては、酸化モリブデン層とシリコン層との境界が有効に存在しながら、酸化モリブデン層自体による圧縮応力は最小となり、応力低減層の引張り応力は大きくなる。
【００１９】
本発明による露光装置は、本発明による多層膜反射鏡を使用した光学系を含む。
【００２０】
したがって、本発明による露光装置の光学系は、高い光学的な精度を維持することができる。
【００２１】
本発明による半導体デバイスの製造方法は、本発明による露光装置を使用して、露光転写する工程を有することを特徴とする。
【００２２】
したがって、露光装置において、高い光学精度を維持することができるので、高い精度で半導体デバイスを製造することができる。
【００２３】
本発明による多層膜反射鏡の製造方法は、反射層と前記反射層の応力を低減する応力低減層とを備えた多層膜反射鏡を製造する方法である。本製造方法においては、前記応力低減層を成膜する際に、イオンビームスパッタ法によりモリブデン層を成膜し、前記モリブデン層上に、イオンビームスパッタ法により酸化モリブデン層を成膜し、前記酸化モリブデン層上に、イオンビームスパッタ法によりシリコン層を成膜する。
【００２４】
本発明による多層膜反射鏡の製造方法によれば、酸化モリブデン層上に、イオンビームスパッタ法によりシリコン層を成膜することによって、応力低減層に引張り応力を生じさせ、反射層の圧縮応力を低減することができる。また、本方法によれば、簡単な工程で、応力を低減した多層膜反射鏡を製造することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、応力を低減した多層膜反射鏡、その製造方法、当該多層膜反射鏡を使用する露光装置および当該露光装置を使用する半導体製造方法が得られる。本発明による多層膜反射鏡においては、膜応力による基板の変形がほとんどなく、高い光学的な精度を維持することができる。したがって、当該多層膜反射鏡を使用した露光装置の光学系は、高い光学的な精度を維持することができる。また、当該露光装置を使用する半導体製造方法によって、高い精度で半導体デバイスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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は極端紫外線の吸収を表す。δ、ｋは１に比べて非常に小さいため、この領域での屈折率は１に非常に近い。したがって、ＥＵＶ光学系において従来のレンズのような透過屈折型の光学素子を使用することはできない。
【００２７】
ＥＵＶ光を露光光として使用するＥＵＶ露光装置においては、屈折率が１よりもわずかに小さいことによる全反射を利用した斜入射ミラーや、界面での微弱な反射光の位相を合わせて多数重畳させて、全体として高い反射率を得る多層膜反射鏡などが使用される。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モリブデン／シリコン多層膜を用いると直入射で６７．５％の反射率を得ることができる。
【００２８】
図１は本発明の一実施形態による多層膜反射鏡の構成を示す図である。多層膜反射鏡は、低熱膨張ガラスからなる基板２０１とその上に形成された多層膜とからなる。多層膜については以下に説明する。
【００２９】
図２は本発明の一実施形態による多層膜反射鏡の断面を示す図である。多層膜は、基板２０１の上に形成された応力低減層１０１と、応力低減層１０１の上に形成された反射層１０３とから構成される。
【００３０】
応力低減層１０１は、モリブデン層１０１１、酸化モリブデン層１０１３およびシリコン層１０１５を交互に３５層対成膜したものである。モリブデン層１０１１の厚さは２．５ナノメータ、酸化モリブデン層１０１３の厚さは０．７５ナノメータ、シリコン層１０１５の厚さは１．７５ナノメータであり、１層対の厚さは５．０ナノメータである。応力低減層１０１全体の厚さは１７５ナノメータである。ここで、応力低減層に使用されるモリブデンおよびシリコンの薄膜表面の粗さは小さいので、多層膜反射鏡の反射率低下への影響は小さい。
【００３１】
反射層１０３は、モリブデン層１０３１およびシリコン層１０３５を交互に５０層対成膜したものである。モリブデン層１０３１の厚さは２．４５ナノメータ、シリコン層１０３５の厚さは４．５５ナノメータであり、１層対の厚さは７．０ナノメータである。反射層１０３全体の厚さは３５０ナノメータである。
【００３２】
反射層１０３の表面には、ルテニウム（Ｒｕ）などの金属、酸化チタン（ＴｉＯ２）および酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの、酸化その他の汚れから反射層１０３を保護する保護膜を備えてもよい。
【００３３】
以下において、応力低減層の各層の厚さについて説明する。
【００３４】
図３はモリブデンのみから成る層の厚さと応力との関係を示す図である。図３の横軸は厚さを表し、単位はナノメータである。図３の縦軸は応力の相対値を表し、単位はない。正の応力値は引張り応力を表し、負の応力値は圧縮応力を表す。図３において応力の値は、約２．５ナノメータに達するまで厚さが増加するにしたがって増加する。しかし、上記の値を過ぎると応力の値は減少する。このように、応力値はモリブデン層の厚さに対してピークを有する。応力低減層の応力をできるだけ大きくするには、モリブデン層の厚さをピークに対応する厚さとするのが好ましい。具体的に、ピークに対応するモリブデン層の厚さは、１．５ナノメータ乃至３．５ナノメータである。
【００３５】
シリコンのみから成る層は圧縮応力を示す。したがって、シリコン層の厚さはできるだけ小さくするのが望ましい。しかし、シリコン層の厚さを過度に小さくすると、モリブデン層とシリコン層との界面に形成される界面拡散層の影響によりシリコン層が存在しない状態となる。このようなシリコン層が存在しない状態においては、モリブデンのみから成る層と同様に、応力低減層の厚さが増加するにしたがって応力が減少してしまう。そこで、シリコン層の厚さは、界面拡散層形成の影響を受けずにシリコン層が存在する最小限の厚さであるのが好ましい。上記を考慮して、シリコン層の厚さは、２ナノメータ以下であるのが好ましい。
【００３６】
酸化モリブデンのみから成る層は圧縮応力を示す。したがって、酸化モリブデン層の厚さはできるだけ小さくするのが望ましい。他方、酸化モリブデン層が存在することにより、シリコン層による応力の減少分は小さくなる。このように応力の減少分を小さくするには、酸化モリブデン層とシリコン層との境界が有効に存在すること、すなわち、酸化モリブデン層の厚さを、酸化モリブデン層上に成膜されるシリコン層が、酸化モリブデン層の下にあるモリブデン層の影響を受けない厚さとすることが必要である。そこで、酸化モリブデン層の厚さを、酸化モリブデン層上に成膜されるシリコン層が、酸化モリブデン層の下にあるモリブデン層の影響を受けない最小限の厚さとする。具体的に、酸化モリブデン層の下にあるモリブデン層の影響を受けない最小限の厚さは、０．７５ナノメータである。
【００３７】
図４は、応力低減層の厚さと応力との関係を示す図である。図４の横軸は厚さを表し、単位はナノメータである。図４の縦軸は応力の相対値を表し、単位はない。正の応力値は引張り応力をあらわし、負の応力値は圧縮応力を表す。本実施形態において、モリブデン層の厚さは、ピークに対応する２．５ナノメータとした。モリブデン層において、モリブデンのみから成る層の場合と同様に、応力は厚さの増加にしたがって増加する。その後、厚さ０．７５ナノメータの酸化モリブデン層および厚さは１．７５ナノメータのシリコン層において、応力は厚さの増加にしたがって減少する。しかし、５．０ナノメータから７．５ナノメータの範囲のモリブデン層において、応力は、再び、厚さの増加にしたがって増加する。このように、応力低減層の応力は常に正の値となる。
【００３８】
本実施形態において反射層の応力は、−４００ＭＰａ（圧縮応力）であり、反射層および応力低減層全体の応力は、−１００ＭＰａ（圧縮応力）である。
【００３９】
ここで、基板の変形には、多層膜の全応力が影響する。多層膜の全応力は当該多層膜の応力に多層膜の厚さを掛けたものである。本実施形態において、反射層の全応力は、以下のとおりである。
350(nm)x(-400)(MPa)=-140(N/m)  （圧縮応力）
また、反射層および応力低減層全体の全応力は、以下のとおりである。
(175+350)(nm)x(-100)(MPa)=-52.5(N/m)   （圧縮応力）
したがって、反射層および応力低減層全体の全応力は、反射層の全応力の４０％以下となる。
【００４０】
ここで、応力低減層による全応力の上昇分（引張り応力）は以下のとおりである。
-52.5 (N/m)- (-140 )(N/m)=87.5(N/m)
したがって、応力低減層の応力は以下のとおりである。
87.5 (N/m)/ 175(nm)=500(MPa)  （引張り応力）
そこで、応力低減層を３５層対から５６層対に増加すれば、応力低減層の厚さおよび全応力は以下のとおりとなる。
【００４１】
応力低減層（５６層対）の厚さ
5(nm)x56(pairs)=280(nm)
応力低減層（５６層対）の全応力
280(nm) x500(MPa)=140(N/m)  （引張り応力）
したがって、反射層の全応力と相殺され、反射層および応力低減層全体の全応力はほぼゼロになる。つまり、反射層および応力低減層全体が基板を変形させる力はほぼゼロになる。
【００４２】
このように、本発明によれば、反射率を低減させずに応力を低減した多層膜反射鏡が得られる。本発明による多層膜反射鏡は応力を低減しているので変形が少なく、高い光学的な精度を維持することができる。
【００４３】
図５は、本発明の一実施形態による、多層膜反射鏡の製造方法を示す流れ図である。
【００４４】
図５のステップＳ５０１０において、イオンビーム（ＩＢ）スパッタ法によりモリブデン層を成膜する。具体的には、モリブデンをターゲット材として、クリプトンガスを動作ガスとしてイオンビームを照射して成膜する。
【００４５】
図５のステップＳ５０２０において、イオンビーム（ＩＢ）スパッタ法によりモリブデン層上に酸化モリブデン層を成膜する。具体的には、モリブデンをターゲット材として、酸素を雰囲気ガスとしてイオンビームを照射して成膜する。あるいは、酸化モリブデンをターゲット材として、イオンビームを照射して成膜してもよい。さらに、モリブデンを成膜した後に酸化イオンビームを照射することにより酸化モリブデン層を形成してもよい。
【００４６】
図５のステップＳ５０３０において、イオンビーム（ＩＢ）スパッタ法により酸化モリブデン層上にシリコン層を成膜する。具体的には、シリコンをターゲット材として、クリプトンガスを動作ガスとしてイオンビームを照射して成膜する。
【００４７】
本発明によれば、簡単な工程で、反射率を低減させずに応力を低減した多層膜反射鏡を製造することができる。
【００４８】
図６は、本発明の一実施形態によるＥＵＶ露光装置の構成を示す図である。
【００４９】
ＥＵＶ露光装置は、ＥＵＶ光源３１、照明光学系３３および投影光学系４１を含む。
【００５０】
ＥＵＶ光源３１から放出されたＥＵＶ光は、コリメータミラーとして作用する凹面反射鏡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。
【００５１】
こうして、フライアイミラー３５ａ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反射鏡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。ここで、円弧状の照明領域を形成するための開口板は、図示していない。マスクＭの表面で反射された光は、その後、投影光学系４１の多層膜反射鏡Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６で順に反射されて、露光光１として、マスクＭの表面に形成されたパターンの像を、レジスト３を塗布したウエハ２（感応基板）上に形成する。
【００５２】
本発明によるＥＵＶ露光装置は、投影光学系４１の多層膜反射鏡Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６などに、本発明による多層膜反射鏡を使用しているので、膜応力による基板の変形がほとんどなく、高い光学的な精度を維持することができる。
【００５３】
以下、本発明に係わる半導体デバイスの製造方法の実施の形態の例を説明する。図７は、本発明の半導体デバイス製造方法の実施形態の一例を示す流れ図である。この例の製造工程は以下の各工程を含む。
【００５４】
（１）ウエハを製造するウエハ製造工程(またはウエハを準備するウエハ準備工程)
（２）露光に使用するマスクを製作するマスク製造工程(またはマスクを準備するマスク準備工程)
（３）ウエハに必要な露光処理を行うウエハプロセッシング工程
（４）ウエハ上に形成されたチップを１個ずつ切り出し、動作可能にならしめるチップ組立工程
（５）できたチップを検査するチップ検査工程
なお、それぞれの工程はさらにいくつかのサブ工程からなっている。
【００５５】
これらの主工程の中で、半導体デバイスの性能に決定的な影響を及ぼす主工程がウエハプロセッシング工程である。この工程では、設計された回路パターンをウエハ上に順次積層し、メモリやＭＰＵとして動作するチップを多数形成する。このウエハプロセッシング工程は、以下の各工程を含む。
【００５６】
（１）絶縁層となる誘電体膜や配線部、あるいは電極部を形成する金属薄膜などを形成する薄膜形成工程（ＣＶＤやスパッタリングなどを用いる）
（２）この薄膜層やウエハ基板を酸化する酸化工程
（３）薄膜層やウエハ基板などを選択的に加工するためにマスク（レクチル）を用いてレジストのパターンを形成するリソグラフィ工程
（４）レジストパターンにしたがって薄膜層や基板を加工するエッチング工程（たとえばドライエッチング技術を用いる）
（５）イオン・不純物注入拡散工程
（６）レジスト剥離工程
（７）さらに加工されたウエハを検査する検査工程
なお、ウエハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造する。
【００５７】
本実施形態においては、上記リソグラフィ工程において、本発明による多層膜反射鏡を備えたＥＵＶ露光装置を使用している。したがって、ＥＵＶ露光装置において、高い光学精度を維持することができるので、高い精度で半導体デバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態による多層膜反射鏡の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による多層膜反射鏡の断面を示す図である。
【図３】モリブデンのみから成る層の厚さと応力との関係を示す図である。
【図４】応力低減層の厚さと応力との関係を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による、多層膜反射鏡の製造方法を示す流れ図である。
【図６】本発明の一実施形態によるＥＵＶ露光装置の構成を示す図である。
【図７】本発明の半導体デバイス製造方法の実施形態の一例を示す流れ図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０１…応力低減層、１０３…反射層、２０１…基板
【図１】
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【図２】
2008153395.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2008153395.tif 000007
【図６】
2008153395.tif 000008
【図７】
2008153395.tif 000009