JP2005250187A

JP2005250187A - 多層膜ミラー及びｅｕｖ露光装置

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Publication number: JP2005250187A
Application number: JP2004061598A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Tomofuji; 哲也友藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】スパッタ法で形成した多層膜ミラーであって、反射率の低下が小さい多層膜ミラーを提供する。
【解決手段】スパッタ法で形成した多層膜ミラーであって、前記多層膜ミラーの多層膜中に含まれるスパッタ(プロセス)ガスの含有量が0.005atm％未満であることを特徴とする多層膜ミラー。多層膜ミラーの多層膜中に含まれるスパッタ(プロセス)ガスの含有量が0.005atm％未満となった場合に、反射率の低下が臨界的に変化して小さくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主としてＥＵＶ光学系、Ｘ線光学系に使用される多層膜ミラー、及びこの多層膜ミラーを光学系に使用したＥＵＶ露光装置に関するものである。

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（数nm〜数十nm）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」、１９９５年、第２４３７巻、ｐ．２９２参照）。このＥＵＶリソグラフィ技術は、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。

ＥＵＶ光の波長領域での物質の複素屈折率ｎは、ｎ＝１−δ−ｉｋ（δ、ｋ：実数、ｉは複素記号）で表わされる。この屈折率の虚部ｋはＥＵＶ光の吸収を表す。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ない。屈折率が１よりも僅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を位相を合わせて多数重畳させて全体として高い反射率が得られる多層膜反射鏡等が使用される。

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．４２参照）。

薄膜の形成方法はさまざまあるが、ＥＵＶ光用の多層膜ミラーは一層当たりの膜厚が薄く、多層膜界面および多層膜表面粗さが小さいことを要求されるため、通常スパッタ法が用いられる。

D. Tichenor, et al.、「ＳＰＩＥ」、１９９５年、第２４３７巻、ｐ．２９２ C. Montcalm、「Proceedings of SPIE」、１９９８年、第３３３１巻、ｐ．４２

しかしながら、スパッタ法を用いて成膜を行った場合、多層膜中にスパッタ（プロセス）ガスが混入することが避けられず、これにより、反射率が低下することが知られている。多層膜中に含まれるスパッタガスの含有率と反射率の関係は計算により求めることができる。

その一例を図２に示す。図２は、多層膜中のスパッタガスの含有率と反射率の変化量の関係を示すもので、Ar、Kr、Xeのスパッタガスについて、その含有量が０の場合の反射率からの、反射率の低下量を示したものである。このデータは、５０層のMo／Si多層膜についてのもので、波長13.5nmのＥＵＶ光に対するものである。

図２は、スパッタガス含有率が0.1atm％、１atm％、５atm％について計算した結果をプロットしたものであるが、この結果を見ると、スパッタガス含有率と反射率低下量の関係は、ほぼ直線的に変化することが分かる。

しかしながら、実際に製造される多層膜ミラーにおいては、図２に示したようなデータより大きく反射率が低下するという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、スパッタ法で形成した多層膜ミラーであって、反射率の低下が小さい多層膜ミラー、及びこの多層膜ミラーを光学系に使用したＥＵＶ露光装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、スパッタ法で形成した多層膜ミラーであって、前記多層膜ミラーの多層膜中に含まれるスパッタ(プロセス)ガスの含有量が0.005atm％未満であることを特徴とする多層膜ミラー（請求項１）である。

発明者は、多層膜ミラーにおいて、スパッタガスの含有による反射率の低下を低減する方法について鋭意研究を行った結果、多層膜ミラーの多層膜中に含まれるスパッタ(プロセス)ガスの含有量が0.005atm％未満となった場合に、反射率の低下が臨界的に変化して小さくなると言う、予想できない結果を見いだした。この結果は、後に実施例において詳しく説明する。よって、本手段においては、従来予想されなかったような、反射率の低下が小さい多層膜ミラーを得ることができる。

前記課題を解決するための第２の手段は、スパッタ法で形成した多層膜ミラーであって、前記多層膜ミラーの多層膜中に含まれるスパッタ(プロセス)ガスの含有量が0.003atm％以下であることを特徴とする多層膜ミラー（請求項２）である。

スパッタプロセスガスの含有量を0.003atm％以下とすることにより、より確実に反射率の低下が小さい多層膜ミラーを得ることができる。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、分光反射率のピークが20nm以下にあることを特徴とするもの（請求項３）である。

前記第１の手段、第２の手段は、分光反射率のピークが20nm以下にある多層膜ミラーにおいて、特に有効である。

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、前記スパッタガスがHe、Ar、Kr、Xe、又はこれらのうち２種以上の混合ガスであることを特徴とするもの（請求項４）である。

これらのガスは、プラズマ放電を起こしやすく、多層膜ミラーを形成するためのスパッタ法に用いるのに適当である。

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の手段であって、前記多層膜が金属もしくは半導体からなることを特徴とするもの（請求項５）である。

多層膜ミラーが用いられるのは、特にＥＵＶ光学系、Ｘ線光学系においてであり、これらの波長で反射特性を得るためには、多層膜が金属もしくは半導体からなることが好ましい。

前記課題を解決するための第６の手段は、前記第３の手段であって、前記多層膜がシリコンとモリブデンからなることを特徴とするもの（請求項６）である。

シリコンとモリブデンからなる多層膜は、波長13.5nm近傍の光の反射膜として特に好ましい。

前記課題を解決するための第７の手段は、前記第１の手段から第６の手段のいずれかであって、前記スパッタ法がイオンビームスパッタ法であることを特徴とするもの（請求項７）である。

イオンビームスパッタ法は、特に多層膜界面及び多層膜表面粗さを小さくするために好ましい。

前記課題を解決するための第８の手段は、前記第１の手段から第７の手段のいずれかである多層膜ミラーを光学系中に有することを特徴とするＥＵＶ露光装置（請求項８）である。

本手段においては、前記第１の手段から第７の手段のいずれかである多層膜ミラーを光学系中に使用しているので、ミラーによる反射の際に失われる光量を少なくすることができ、高い照明光率を得ることができる。

本発明によれば、スパッタ法で形成した多層膜ミラーであって、反射率の低下が小さい多層膜ミラー、及びこの多層膜ミラーを光学系に使用したＥＵＶ露光装置を提供することができる。

発明者は、多層膜中に含まれるスパッタガスによる反射率の低下について、理論計算と実験値との差を調査した。その結果を、図１に示す。図１は、シリコン上に成膜した５０層のMo(2.45nm)／Si(4.45nm)多層膜についてのもので、波長13.5nmのＥＵＶ光に対するものである。計算値は、多層膜中のスパッタガス（Kr）の含有率に対する、理想状態（スパッタガスが含まれていない状態）からの反射率の低下量の計算値を示しており、実測値は、実際に計測された反射率の理想状態からの低下量を示している。プロットされているスパッタガス含有量は、0.003atm％、0.005atm％、1.0atm％,2.8atm％である。

図１から分かるように、計算値においては、スパッタガス含有量と理想状態との反射率差は直線的な関係を示しており、スパッタガス含有量が１atm％が増加すると反射率は0.92％低下する。これに対して、実測値は計算値より非常に大きい値を示しているが、スパッタガス含有量が0.005atm％未満になると、臨界的に低下する。図１に示した結果を、表１に併せて示す。
（表１）

表１において、理論反射率と実測反射率との差が、図１の実測値に対応し、スパッタガスによる反射率低下量（計算）が図１の計算値に対応する。

なお、この多層膜の成膜方法には、イオンビームスパッタを用い、多層膜中のスパッタガス含有率は、スパッタガスの流量を調整することにより調整した。試料中のスパッタガス含有量はＲＢＳ（ラザフォード・バック・スキャッタリング）法を用いて測定した。また、膜中のスパッタガス含有率による多層膜ミラーへの影響は膜中にスパッタガスが均一に混入しているものと仮定して計算を行った。

以下、本発明の実施の形態の１例であるＥＵＶ露光装置について、図３を参照して説明する。ＥＵＶ露光装置は、主にＥＵＶ光源１および照明光学系２とマスク４のステージ５、投影光学系３、ウエハ６のステージ７で構成される。マスク４には描画するパターンの等倍あるいは拡大パターンが形成されている。投影光学系３は複数の反射鏡３ａ〜３ｄ等で構成され、マスク４上のパターンをウエハ６上に結像するようになっている。反射鏡３ａ〜３ｄの表面には反射率を高めるための多層光学薄膜が形成されている。

投影光学系３は輪帯状の視野を有し、マスク４の一部をなす輪帯状の領域のパターンを、ウエハ６上に転写する。マスク４も反射型のものが用いられる。露光の際は、ＥＵＶ光源１よりのＥＵＶ光８ａを照明光学系２によって照明用ＥＵＶ光８ｂとし、マスク４上に照明用ＥＵＶ光８ｂを照射し、その反射ＥＵＶ光８ｃを、投影光学系３を通してウエハ６上に入射させる。マスク４とウエハ６を一定速度で同期走査させることで、所望の領域（例えば、半導体チップ１個分の領域）を露光するようになっている。

本実施の形態においては、反射鏡３ａ〜３ｄとして、本発明の多層膜ミラーを使用しているので、各ミラーにおける反射率を高くすることができ、その分、短い露光時間で露光転写を行うことができるので、スループットを高めることができる。

本発明の実施例における、多層膜中のスパッタガス含有率と、理想状態からの反射率低下量との関係を示す図であり、計算結果と実測値の双方を示すものである。多層膜中のスパッタガスの含有率と反射率の変化量の関係（計算値）を示す図である。本発明の実施の形態であるＥＵＶ露光装置の光学系の概要を示す図である。

符号の説明

１…ＥＵＶ光源、２…照明光学系、３…投影光学系、３ａ〜３ｄ…反射鏡、４…マスク、５…マスクステージ、６…ウエハ、７…ウエハステージ、８ａ…ＥＵＶ光、８ｂ…照明用ＥＵＶ光、８ｃ…反射ＥＵＶ光

Claims

スパッタ法で形成した多層膜ミラーであって、前記多層膜ミラーの多層膜中に含まれるスパッタ(プロセス)ガスの含有量が0.005atm％未満であることを特徴とする多層膜ミラー。
スパッタ法で形成した多層膜ミラーであって、前記多層膜ミラーの多層膜中に含まれるスパッタ(プロセス)ガスの含有量が0.003atm％以下であることを特徴とする多層膜ミラー。
分光反射率のピークが20nm以下にあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多層膜ミラー。
前記スパッタガスがHe、Ar、Kr、Xe、又はこれらのうち２種以上の混合ガスであることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の多層膜ミラー。
前記多層膜が金属もしくは半導体からなることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の多層膜ミラー。
前記多層膜がシリコンとモリブデンからなることを特徴とする請求項５に記載の多層膜ミラー。
前記スパッタ法がイオンビームスパッタ法であることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載の多層膜ミラー。
請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載の多層膜ミラーを光学系中に有することを特徴とするＥＵＶ露光装置。