JP2009052998A

JP2009052998A - 多層膜反射鏡、多層膜反射マスク及びそれらを用いたｅｕｖ露光装置

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Publication number: JP2009052998A
Application number: JP2007219228A
Authority: JP
Inventors: Nobuto Toyama; 登山　　伸人
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2007-08-27
Filing date: 2007-08-27
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2027-08-27
Also published as: JP5158331B2

Abstract

【課題】多層膜の層数を増やすことなく反射率の向上を図ることが可能な多層膜反射鏡を提供する。
【解決手段】本発明の多層膜反射鏡は、基材上にＭｏを主成分とするＭｏ層とＳｉを主成分とするＳｉ層とからなるＭｏ-Ｓｉペア層を交互に設けた多層膜反射鏡であって、基材直上の第１番目のＭｏ-Ｓｉペア層から第ｎ番目のＭｏ-Ｓｉペア層におけるＭｏ層の厚さＳｉ層の厚さが等しくなるように設定されることを特徴とする
【選択図】図２

Description

本発明は、１３ｎｍ近傍のＥＵＶ光を用いたリソグラフィプロセスで用いられる多層膜反射鏡、多層膜反射マスク、及びそれらを用いたＥＵＶ露光装置に関する。

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達成される光学系の解像度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（１３ｎｍ近傍の波長）となるＥＵＶ光（ＥＵＶ：ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ、極紫外線）を用いた露光技術が開発されている。このようなＥＵＶ光を用いたリソグラフィ技術によれば約５〜７０ｎｍのパターンサイズの露光が可能になるものと期待されている。

リソグラフィ技術においては、使用する光の波長が短いほど解像力は高くなるが、波長が短くなるとレンズなどの光学品での吸収率が高まり、屈折光学系では縮小投影ができなくなる。すなわち、１３ｎｍ近傍の波長領域の物質の屈折率は１に近いため、従来のように透過屈折型光学素子を使用できず、反射型の光学素子が使用される。そこで、露光装置に用いられるマスクもまた、透過率確保等の観点から、通常反射型の光学素子となる。この際、各光学素子において高い反射率を達成するために、使用波長域での屈折率の高い物質と屈折率の低い物質とを基板上に交互に多数積層して形成された多層反射膜を用いることが一般的である。

このような多層反射膜を用いた光学素子としては、例えば、特許文献１（特開２００７−１４０１４７号公報）に、基板表面にＭｏを主成分とする層とＳｉを主成分とする層を交互に周期的に成膜し、前記Ｓｉを主成分とする層上に拡散防止層を形成した構造を有するＭｏ／Ｓｉ多層膜を備える多層膜反射鏡であって、前記拡散防止層は、前記Ｓｉを主成分とする層が有する原子間空隙に入る最大の球の半径の８０％以上の共有原子価半径を有する原子により構成されることを特徴とする多層膜反射鏡が開示されている。
特開２００７−１４０１４７号公報

ところで、従来の多層膜反射鏡においては、Ｍｏを主成分とする厚さ２．８ｎｍのＭｏ層と、Ｓｉを主成分とする厚さ４．２ｎｍのＳｉ層を交互に周期的に４０ペア層（計８０層）成膜したものを用いるのが一般的であった。このような多層膜反射鏡を形成しても、ＭｏとＳｉともにＥＵＶ光に対して吸収係数を持つため、理想的な４０ペア層における反射率は７１％ほどである。反射率が７１％の多層膜反射鏡、多層膜反射マスクを用いた露光装置では最終的にウエハ上で露光に用いることができる光量は、光源のそれのおよそ１０％程度となってしまう。

そこで、多層膜反射鏡、多層膜反射マスクの反射率を少しでも改善させることが求められている。多層膜のペア数を増加させれば反射率が向上することは認知されているが、ペア数を増やすには、Ｍｏ層とＳｉ層をさらに製膜するためのプロセスが増やす必要がある。ところが、多層膜の製膜プロセスを増やせば増やすほど、コスト的な問題が生じることもさることながら、異物やボイドなどによる欠陥が生じる可能性が高まるので、多層膜の層数を増やすことによる反射率の向上には限界がある、という問題があった。

本発明は以上のような課題を解決するためのもので、請求項１に係る発明は、基材上にＭｏを主成分とするＭｏ層とＳｉを主成分とするＳｉ層とからなるＭｏ-Ｓｉペア層を交互に設けた多層膜反射鏡であって、基材直上の第１番目のＭｏ-Ｓｉペア層から第ｎ番目のＭｏ-Ｓｉペア層におけるＭｏ層の厚さとＳｉ層の厚さとが等しくなるように設定されることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の多層膜反射鏡であって、基材上に設けられる全てのＭｏ-Ｓｉペア層数が４０であり、９≦ｎ≦１８であることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項１に記載の多層膜反射鏡であって、基材上に設けられる全てのＭｏ-Ｓｉペア層数が４０であり、ｎ＝１４であることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、基材上にＭｏを主成分とするＭｏ層とＳｉを主成分とするＳｉ層とからなるＭｏ-Ｓｉペア層を交互に設け、Ｍｏ-Ｓｉペア層上に吸収層を設けた多層膜反射マスクであって、基材直上の第１番目のＭｏ-Ｓｉペア層から第ｎ番目のＭｏ-Ｓｉペア層におけるＭｏ層の厚さとＳｉ層の厚さとが等しくなるように設定されることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、請求項１に記載の多層膜反射マスクであって、基材上に設けられる全てのＭｏ-Ｓｉペア層数が４０であり、９≦ｎ≦１８であることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明は、請求項１に記載の多層膜反射マスクであって、基材上に設けられる全てのＭｏ-Ｓｉペア層数が４０であり、ｎ＝１４であることを特徴とする。

また、請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項３記載の多層膜反射鏡又は請求項４乃至請求項６記載の多層膜反射マスクのいずれかを用いたことを特徴とするＥＵＶ露光装置。

本発明の実施の形態に係る多層膜反射鏡、多層膜反射マスク及びそれらを用いたＥＵＶ露光装置によれば、多層膜の層数を増やすことなく反射率の向上を図ることが可能となり、リソグラフィにおいて効率的な露光プロセスを実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施の形態に係る多層膜反射鏡、多層膜反射マスクを用いたＥＵＶ露光装置を模式的に示す図である。図１において、１０はＥＵＶ光源、１１は多層膜反射マスク、１２、１３は多層膜反射鏡、１４はウエハをそれぞれ示している。

ＥＵＶ光源１０は、例えば、レーザープラズマ光源が用いられる。これは、真空容器中のターゲット材に高強度のパルスレーザー光を照射し、高温のプラズマを発生させる。当該プラズマから、例えば、波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光が放射される。ターゲット材としては、金属膜、ガスジェット、液滴などが用いられる。放射されるＥＵＶ光の平均強度を高くするためにはパルスレーザーの繰り返し周波数は高い方がよい。当該繰り返し周波数は、通常数ｋＨｚである。

多層膜反射マスク１１は、反射型マスクであり、その上には転写されるべき回路パターンが形成され、不図示のマスクステージにより支持及び駆動される。多層膜反射マスク１１から発せれた回折光は、多層膜反射鏡１２、１３からなる投影光学系で反射されて被処理体であるウエハ１４上に投影される。

ウエハ１４は、半導体などの基板であり、不図示のウエハステージにチャッキングされ、ＸＹＺ方向に移動可能に構成される。

ＥＵＶ露光装置の投影光学系は、複数の多層膜反射鏡１２、１３（多層膜ミラー）を用いて、多層膜反射マスク１１面上のパターンを像面に配されたウエハ１４上に縮小投影する。複数の多層膜反射鏡１２、１３の枚数は、本実施形態では２枚としているが、適宜必要枚数設けることができる。

次に本発明の実施の形態に係る多層膜反射鏡１２について説明する。図２は本発明の実施の形態に係る多層膜反射鏡を模式的に示す図である。図２において、１００は超低膨張基材、１０１は厚さ３．５ｎｍのＭｏ層、１０２は厚さ３．５ｎｍのＳｉ層、１１１は厚さ２．８ｎｍのＭｏ層、１１２は厚さ４．２ｎｍのＳｉ層、２０１は第１Ｍｏ-Ｓｉペア層、２０２は第２Ｍｏ-Ｓｉペア層、・・・・・２４０は第４０Ｍｏ-Ｓｉペア層をそれぞれ示している。

図２は、多層膜反射鏡１２の断面図である。図２に示すように、多層膜反射鏡１２は、高精度な形状に研磨された超低膨張基材１００の基板の表面にモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする層（Ｍｏ層）とシリコン（Ｓｉ）を主成分とする層（Ｓｉ層）のＭｏ-Ｓｉペア層が交互に周期的に成膜された構造となっている。

多層膜反射鏡１２は、超低膨張基材１００の基板から順に第１Ｍｏ-Ｓｉペア層２０１、第２Ｍｏ-Ｓｉペア層２０２、第３Ｍｏ-Ｓｉペア層２０３、第４０Ｍｏ-Ｓｉペア層２４０と形成されるが、第１Ｍｏ-Ｓｉペア層２０１〜第１４Ｍｏ-Ｓｉペア層２１４においては、Ｍｏ層１０１の厚さは３．５ｎｍとされ、Ｓｉ層１０２の厚さは３．５ｎｍとされ、Ｍｏ層１０１とＳｉ層１０２は等しくなるように製膜される。

これに対して、第１５Ｍｏ-Ｓｉペア層２１５〜第１６Ｍｏ-Ｓｉペア層２１６においては、Ｍｏ層１１１の厚さは２．８ｎｍとされ、Ｓｉ層１１２の厚さは４．２ｎｍとされ、Ｍｏ層１１１の厚さがＳｉ層１１２の厚さより小さくなるように製膜される。

なお、第１から第４０のどのＭｏ-Ｓｉペア層においても、（Ｍｏ層１０１の厚さ）＋（Ｓｉ層の厚さ）＝（ＥＵＶ光の波長の１／２）となるように設定されている。

本実施形態では、超低膨張基材１００の基板直上の第１Ｍｏ-Ｓｉペア層２０１〜第１４Ｍｏ-Ｓｉペア層２１４において、Ｍｏ層１０１の厚さとＳｉ層１０２の厚さと等しく設定されているが、本発明は必ずしもこれに限定されず、超低膨張基材１００の基板直上の第１Ｍｏ-Ｓｉペア層２０１〜第ｎＭｏ-Ｓｉペア層において、Ｍｏ層１０１の厚さとＳｉ層１０２の厚さと等しく設定することができる。なお、ここで、全Ｍｏ-Ｓｉペア層数を４０としたときにおいて、ｎ＝９〜ｎ＝１８の値を採ることが好ましい。以下、その理由について説明する。

図３はＭｏ層の厚さとＳｉ層の厚さが等しいＭｏ-Ｓｉペア層数と反射率との関係を示す図である。図３において、横軸は超低膨張基材１００直上からの、（Mo層の厚さ）＝（Ｓｉ層の厚さ）であるＭｏ-Ｓｉペア層の数ｎであり、縦軸は反射率が示されている。なお、図３における多層膜反射鏡１２は、全Ｍｏ-Ｓｉペア層数が４０のものである。図３に示されるように、９≦ｎ≦１８であるときに良好な反射率を得ることができ、特にｎ＝１４であるときに最もよい反射率を得ることができる。

以上のような構成によれば、Ｍｏ層の厚さとＳｉ層の厚さをコントロールするのみで、Ｍｏ-Ｓｉペア層の層数を増やすことなく反射率の向上を図ることが可能となり、多層膜反鏡１２、１３を用いたＥＵＶ露光装置によればリソグラフィにおいて効率的な露光プロセスを実現することができる。

次に本発明の実施の形態に係る多層膜反射マスクについて説明する。図４は本発明の実施の形態に係る多層膜反射マスク１１を模式的に示す図である。図４において、１００は超低膨張基材、１０１は厚さ３．５ｎｍのＭｏ層、１０２は厚さ３．５ｎｍのＳｉ層、１１１は厚さ２．８ｎｍのＭｏ層、１１２は厚さ４．２ｎｍのＳｉ層、２０１は第１Ｍｏ-Ｓｉペア層、２０２は第２Ｍｏ-Ｓｉペア層、・・・・・２４０は第４０Ｍｏ-Ｓｉペア層をそれぞれ示している。以上の構成は先の多層膜反射鏡１２の構成と同一である。

多層膜反射マスク１１が多層膜反射鏡１２と異なる点は、最上のＭｏ-Ｓｉペア層の上に、バッファ層３０１、吸収層３００が構成されている点である。

多層膜反射マスク１１の最上のＭｏ-Ｓｉペア層の上に設けられたバッファ層３０１は、例えばＲｕやＳｉＯ₂であり、吸収層３００はＴａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｂやそれらの化合物などである。これらのバッファ層３０１、吸収層３００は転写されるべき回路パターン状に形成されており、ＥＵＶ光を吸収するように構成されている。

以上のよう構成の多層膜反射マスク１１においても、図３において説明した多層膜反射鏡と同様の特性を期待することができる。そして、このような多層膜反射マスク１１によれば、Ｍｏ層の厚さとＳｉ層の厚さをコントロールするのみで、Ｍｏ-Ｓｉペア層の層数を増やすことなく反射率の向上を図ることが可能となり、多層膜反射マスク１１を用いたＥＵＶ露光装置によればリソグラフィにおいて効率的な露光プロセスを実現することができる。

本発明の実施の形態に係る多層膜反射鏡、多層膜反射マスクを用いたＥＵＶ露光装置を模式的に示す図である。本発明の実施の形態に係る多層膜反射鏡を模式的に示す図である。Ｍｏ層の厚さとＳｉ層の厚さが等しいＭｏ-Ｓｉペア層数と反射率との関係を示す図である。本発明の実施の形態に係る多層膜反射マスクを模式的に示す図である。

符号の説明

１０・・・ＥＵＶ光源、１１・・・多層膜反射マスク、１２、１３・・・多層膜反射鏡、１４・・・ウエハ、１００・・超低膨張基材、１０１、１１１・・・Ｍｏ層、１０２、１１２・・・Ｓｉ層、３００・・・吸収層、３０１・・・バッファ層

Claims

基材上にＭｏを主成分とするＭｏ層とＳｉを主成分とするＳｉ層とからなるＭｏ-Ｓｉペア層を交互に設けた多層膜反射鏡であって、
基材直上の第１番目のＭｏ-Ｓｉペア層から第ｎ番目のＭｏ-Ｓｉペア層におけるＭｏ層の厚さとＳｉ層の厚さとが等しくなるように設定されることを特徴とする多層膜反射鏡。
基材上に設けられる全てのＭｏ-Ｓｉペア層数が４０であり、９≦ｎ≦１８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。
基材上に設けられる全てのＭｏ-Ｓｉペア層数が４０であり、ｎ＝１４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。
基材上にＭｏを主成分とするＭｏ層とＳｉを主成分とするＳｉ層とからなるＭｏ-Ｓｉペア層を交互に設け、Ｍｏ-Ｓｉペア層上に吸収層を設けた多層膜反射マスクであって、
基材直上の第１番目のＭｏ-Ｓｉペア層から第ｎ番目のＭｏ-Ｓｉペア層におけるＭｏ層の厚さとＳｉ層の厚さとが等しくなるように設定されることを特徴とする多層膜反射マスク。
基材上に設けられる全てのＭｏ-Ｓｉペア層数が４０であり、９≦ｎ≦１８であることを特徴とする請求項１に記載の多層膜反射マスク。
基材上に設けられる全てのＭｏ-Ｓｉペア層数が４０であり、ｎ＝１４であることを特徴とする請求項１に記載の多層膜反射マスク。
請求項１乃至請求項３記載の多層膜反射鏡又は請求項４乃至請求項６の多層膜反射マスクのいずれかを用いたことを特徴とするＥＵＶ露光装置。