JP2005300249A - 多層膜反射鏡、多層膜反射鏡の製造方法、及びｅｕｖ露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 酸化により反射特性が劣化しにくい多層膜反射鏡を提供する。
【解決手段】 表面が非球面形状をした低熱膨張ガラスからなる基材１の上に、Mo/Si多層膜２を成膜し、その最表面にMoSi_２薄膜３を成膜して多層膜反射鏡とする。MoSi_２薄膜３は酸化されにくいので、この多層膜反射鏡に付着した炭素を酸化して除去する際に、Mo/Si多層膜２が酸化されて反射率が低下するのを防止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基材の上に屈折率の異なる薄膜を積層して構成される多層膜反射鏡及びその製造方法、さらにはこの多層膜反射鏡を使用したＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）露光装置に関するものである。

現在、半導体集積回路の製造方法として高い処理速度が得られる縮小投影露光が広く利用されている。近年、半導体集積回路素子の微細化の進展に伴い、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、従来の紫外線に代わって、これより波長の短い波長11〜14nm程度の極短紫外線（本明細書及び特許請求の範囲においては、波長が100nm以下の光及びＸ線をいい、ＥＵＶと略称することがある）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 a1, SPIE Proc. 2437 (1995) 292参照)。この技術は、最近ではＥＵＶリソグラフィとも呼ばれている。

ＥＵＶリソグラフィは、従来の光リソグラフィ(波長190nm程度以上)では実現不可能な、50nm以下の解像力を有する将来のリソグラフィ技術として期待されている。可視あるいは紫外光を利用した縮小投影露光光学系では透過型の光学素子であるレンズが使用でき、高い解像度が求められる縮小投影光学系は数多くのレンズによって構成されている。これに対し、ＥＵＶ露光装置ではすべての物質に吸収があるために、光学系は反射鏡によって構成される必要がある。

レンズを使った投影光学系内では、光は光軸に沿って一方向に進むが、反射鏡で投影光学系を構成する場合には光軸が何度も折り返されることになり、折り返された光束と反射鏡基板が空間的に干渉しないようにするために、光学系の開口数（ＮＡ）に制約が生じる。現在、４枚、あるいは６枚の反射鏡からなる投影光学系が提案されているが、十分な解像度を得るためにはより大きな開口数(NA)を得ることができる６枚の反射鏡を使用した光学系が有力である。

この波長域では物質の屈折率が１に非常に近いので、屈折や反射を利用した従来の光学素子は使用できない。よって、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ミラーなどが使用される。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Mo/Si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、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多層膜を用いると直入射で70.2％の反射率を得ることができる。(例えば、C.Montcalm, SPIE Proc., Vol.3331 (1998) P42参照。)
特開２０００−８８９９９号公報 D.Tichenor, et a1,SPIE Proc.2437 (1995) 292 C.Montcalm, SPIE Proc., Vol.3331 (1998) P42 L.E. Klebanoff et al, "First Environmental data from the Engineering Test Stand" 2nd Annual International Workshop on EUV lithography, International SEMATECH (2000)

実際のＥＵＶリソグラフィに利用する反射光学系では、長時間使用した場合の表面の汚れが問題となる。ＥＵＶ光を透過させるために、光学系を含む露光雰囲気は真空に排気されるが、完全な真空を達成するのは不可能であり、1×10^−４Pa程度の圧力で露光が行われる。

このとき、残留ガス中には炭化水素系のガスが極力含まれないように配慮がなされるが、完全に排除することはできず、炭化水素系のガスは微量ながらも必ず存在する。この雰囲気で反射鏡表面に100eV近い光子エネルギーを有するＥＵＶ光が照射されると、ＥＵＶ光によって炭化水素系のガスが分解し、反射鏡表面に炭素が付着する。これはカーボンコンタミネーション(炭素汚れ)と呼ばれ、反射鏡の表面にカーボンコンタミネーションが付着すると反射率の低下など、光学特性の劣化を招く。

この問題を解決するために、雰囲気に酸素を流し、その雰囲気中でＥＵＶ光を照射することで酸素と炭素を反応させてＣＯ_２とし、カーボンコンタミネーションを除去するという提案がなされている(特開２０００−８８９９９号公報)。しかし、この手法では反射鏡表面に対しても強い酸化作用が働き、表面の酸化が問題となる。この問題を克服するために、エタノールを含むガスを導入した条件で酸化を抑えつつ、カーボンコンタミネーションを除去する手法が報告されている(L.E. Klebanoff et al, "First Environmental data from the Engineering Test Stand" 2nd Annual International Workshop on EUV lithography, International SEMATECH (2000))が、完全に酸化を抑制することはできていない。

酸化は表面が自然酸化膜に覆われたシリコンの表面でも膜の内部にまで進行し、酸化しにくいRuが表面に存在する場合にもRuの酸化が進む。酸素はＥＵＶ光を強く吸収するために、表面層の酸化によって反射鏡の反射率は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、酸化により反射特性が劣化しにくい多層膜反射鏡及びその製造方法、さらには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。

前記課題を解決するための第１の手段は、基材の上に、モリブデン又はモリブデンを含む物質と、シリコン又はシリコンを含む物質を積層して形成される多層膜反射鏡であって、その最表層に、珪化モリブデン(MoSi_２)層が付加されていることを特徴とする多層膜反射鏡（請求項１）である。

珪化モリブデン(MoSi_２)は、酸化に対して安定であり、かつ、薄膜であれば反射率をほとんど低下させることがない。よって、基材の上に、モリブデン又はモリブデンを含む物質と、シリコン又はシリコンを含む物質を積層して形成される多層膜反射鏡の表面にMoSi_２からなる層を形成することにより、それより下側にあるモリブデンやシリコンが酸化されて変質し、反射率が低下する程度を低下させることができる。

前記課題を解決するための第２の手段は、基材の上に、ルテニウム又はルテニウムを含む物質と、シリコン又はシリコンを含む物質を積層して形成される多層膜反射鏡であって、その最表層に、シリコンとルテニウムの合金層が付加されていることを特徴とする多層膜反射鏡（請求項２）である。

シリコンとルテニウムの合金層は、シリコン単体及びルテニウム単体に比して酸化されにくく、かつ、薄膜であれば反射率をほとんど低下させることがない。よって、基材の上に、ルテニウム又はルテニウムを含む物質と、シリコン又はシリコンを含む物質を積層して形成される多層膜反射鏡の表面にシリコンとルテニウムの合金からなる層を形成することにより、それより下側にあるシリコンやルテニウムが酸化されて変質し、反射率が低下する程度を低下させることができる。

前記課題を解決するための第３の手段は、基材の上に、モリブデン又はモリブデンを含む物質と、シリコン又はシリコンを含む物質を積層した後、最表面に、MoSi_２をターゲットとしたスパッタリング法、又はSiとMoの両方をターゲットとしたスパッタリング法により、MoSi_２層を形成することを特徴とする前記第１の手段である多層膜反射鏡の製造方法（請求項３）である。

前記課題を解決するための第４の手段は、基材の上に、モリブデン又はモリブデンを含む物質と、シリコン又はシリコンを含む物質を積層した後、最表面に、それぞれ0.5nm以下の厚さのモリブデン層、シリコン層をスパッタリング法を用いて成膜することにより、MoSi_２層を形成することを特徴とする前記第１の手段である多層膜反射鏡の製造方法（請求項４）である。

モリブデンとシリコンは、界面拡散が進みやすいため、0.5nm以下の厚さであれば別々に成膜しても互いに界面拡散して全体としてMoSi_２層を形成するようになる。なお、モリブデンとシリコンはどちらを先に成膜してもよい。

前記課題を解決するための第５の手段は、基材の上に、ルテニウム又はルテニウムを含む物質と、シリコン又はシリコンを含む物質を積層した後、最表面に、Ru-Si合金をターゲットとしたスパッタリング法、又はルテニウムとシリコンの両方をターゲットとしたスパッタリング法により、Ru-Si合金層を形成することを特徴とする前記第２の手段である多層膜反射鏡の製造方法（請求項５）である。

前記課題を解決するための第６の手段は、基材の上に、ルテニウム又はルテニウムを含む物質と、シリコン又はシリコンを含む物質を積層した後、最表面に、それぞれ0.5nm以下の厚さのルテニウム層、シリコン層をスパッタリング法を用いて成膜することにより、Ru-Si合金層を形成することを特徴とする前記第２の手段である多層膜反射鏡の製造方法（請求項６）である。

ルテニウムとシリコンは、界面拡散が進みやすいため、0.5nm以下の厚さであれば別々に成膜しても互いに界面拡散して全体としてRu-Si合金層を形成するようになる。なお、ルテニウムとシリコンはどちらを先に成膜してもよい。

前記課題を解決するための第７の手段は、前記第１の手段又は第２の手段である多層膜反射鏡を、その光学系に有することを特徴とするＥＵＶ露光装置（請求項７）である。

本手段においては、光学素子である多層膜反射鏡の反射率が、多層膜の酸化によって低下する度合いが少なくなるので、寿命の長いＥＵＶ露光装置とすることができる。

本発明によれば、酸化により反射特性が劣化しにくい多層膜反射鏡及びその製造方法、さらには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。

（実施例１）
図１に示すように、表面が非球面形状をした低熱膨張ガラスからなる基材１の上に、Mo/Si多層膜２を成膜し、その最表面にMoSi_２薄膜３を成膜した多層膜反射鏡を製作した。基材１の表面は、表面粗さがRMSで0.1nmとなるまで研磨し、その上にイオンビームスパッタリングによりMoとSiの薄膜層を交互に合計５０層積層した。Mo層の平均厚さは2.8nm、Si層の平均厚さは4.2nmである。MoSi_２薄膜３は、MoSi_２をターゲットとしてイオンスパッタリングにより３nmの厚さとなるように成膜を行った。

このようにして製造された多層膜反射鏡を、実際のＥＵＶ露光装置の投影光学系に使用した。すると、真空中に微量に存在する炭素のために、炭素が多層膜反射鏡の表面に付着したので、酸素を含む雰囲気中で、紫外線照射を行うことによって、炭素を酸素と反応させ、ＣＯ_２として除去した。その際、多層膜が酸素により酸化されることはなく、炭素の除去により、多層膜反射鏡の反射率は初期状態に回復した。

比較例として用いた、同じ条件で製造され、最表面にMoSi_２薄膜が形成されていない多層膜反射鏡では、炭素の除去を行っても、多層膜が酸化され、反射率は初期状態までは回復しなかった。

なお、この実施例では、MoSi_２の成膜は、ターゲット材としてMoSi_２を用いておこなったが、これに限るものではなく、イオンビームが照射される領域の一部がMoターゲット、一部がSiターゲットとなるような配置にして成膜を行ってもよい。また、厚さ0.5nm以下のMo膜とSi膜を交互に成膜してもよい。MoとSiは界面拡散が進み易いため、厚さが0.5nm以下の場合には膜がどちらかの物質によってのみ形成されることはなく、MoとSiの混合層が形成される。この際、膜中のMo原子とSi原子の存在比は必ずしも１：２である必要はない。

又、成膜方法はイオンビームスパッタに限るものではなく、マグネトロンスパッタ、あるいは真空蒸着でもよい。

さらに、本実施例においては、多層膜構造部分はMoとSiによって構成されているが、構造はこれに限るものではなく、MoＣ、SiＣ、Ｂ_４Ｃ、Ruなどを含んでもよく、所望の反射特性が得られるならば、必ずしも完全な周期構造である必要もない。
（実施例２）
図２に示すように、表面が非球面形状をした低熱膨張ガラスからなる基材１の上に、Ru/Si多層膜４を成膜し、その最表面にRu-Si合金薄膜５を成膜した多層膜反射鏡を製作した。基材１の表面は、表面粗さがRMSで0.1nmとなるまで研磨し、その上にイオンビームスパッタリングによりRuとSiの薄膜層を交互に合計４０層積層した。Ru層の平均厚さは2.8nm、Si層の平均厚さは4.2nmである。Ru-Si合金薄膜５は、Ru-Si合金をターゲットとしてイオンスパッタリングにより３nmの厚さとなるように成膜を行った。

このようにして製造された多層膜反射鏡を、実際のＥＵＶ露光装置の投影光学系に使用した。すると、真空中に微量に存在する炭素のために、炭素が多層膜反射鏡の表面に付着したので、酸素を含む雰囲気中で、紫外線照射を行うことによって、炭素を酸素と反応させ、ＣＯ_２として除去した。その際、多層膜が酸素により酸化されることはなく、炭素の除去により、多層膜反射鏡の反射率は初期状態に回復した。

比較例として用いた、同じ条件で製造され、最表面にRu-Si合金薄膜が形成されていない多層膜反射鏡では、炭素の除去を行っても、多層膜が酸化され、反射率は初期状態までは回復しなかった。

なお、この実施例では、Ru-Si合金の成膜は、ターゲット材としてRu-Si合金を用いて行ったが、これに限るものではなく、イオンビームが照射される領域の一部がRuターゲット、一部がSiターゲットとなるような配置にして成膜を行ってもよい。また、厚さ0.5nm以下のRu膜とSi膜を交互に成膜してもよい。RuとSiは界面拡散が進み易いため、厚さが0.5nm以下の場合には膜がどちらかの物質によってのみ形成されることはなく、RuとSiの合金層が形成される。

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１１および照明光学系１２とマスク１４のステージ１５、投影光学系１３、ウエハ１６のステージ１７で構成される。マスク１４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１３は複数の反射鏡１３ａ〜１３ｄ等で構成され、マスク１４上のパターンをウエハ１６上に結像するようになっている。反射鏡１３ａ〜１３ｄは、実施例１に示したような構成を有する反射鏡である。

投影光学系１３は輪帯状の視野を有し、マスク１４の一部をなす輪帯状の領域のパターンを、ウエハ１６上に転写する。マスク１４も反射型のものが用いられる。露光の際は、ＥＵＶ光源１１よりのＥＵＶ光１８ａを照明光学系１２によって照明用ＥＵＶ光１８ｂとし、マスク１４上に照明用ＥＵＶ光１８ｂを照射し、その反射ＥＵＶ光１８ｃを、投影光学系１３を通してウエハ１６上に入射させる。マスク１４とウエハ１６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。

このＥＵＶ露光装置の投影光学系の近傍には、反射面表面の炭素を検出する検出手段としてＸＰＳ分析装置が備えられている（図示せず）。また、投影光学系を収納する真空チェンバには酸素導入口と紫外線ランプ（図示せず）が取り付けられており、ＸＰＳ分析装置により反射鏡１３ａ〜１３ｄの反射面に対する炭素付着が検出された場合、酸素を含む雰囲気中で紫外線ランプの照射が行われ、付着した炭素を除去できるようになっている。その際、反射鏡１３ａ〜１３ｄは実施例１に示したような構成をしているため、表面酸化は起こらず、炭素除去後の反射率は、炭素付着前の反射率にまで回復する。

本発明の第１の実施例である多層膜反射鏡の構成を示す図である。 本発明の第２の実施例である多層膜反射鏡の構成を示す図である。 本発明の実施の形態の１例であるＥＵＶ露光装置の構成の概要を示す図である。

符号の説明

１…基材、２…Mo/Si多層膜、３…MoSi_２薄膜、４…Ru/Si多層膜、５…Ru-Si合金薄膜、１１…ＥＵＶ光源、１２…照明光学系、１３…投影光学系、１３ａ〜１３ｄ…反射鏡、１４…マスク、１５…マスクステージ、１６…ウエハ、１７…ウエハステージ、１８ａ…ＥＵＶ光、１８ｂ…照明用ＥＵＶ光、１８ｃ…反射ＥＵＶ光

Claims (7)

1. 基材の上に、モリブデン又はモリブデンを含む物質と、シリコン又はシリコンを含む物質を積層して形成される多層膜反射鏡であって、その最表層に、珪化モリブデン(MoSi_２)層が付加されていることを特徴とする多層膜反射鏡。
2. 基材の上に、ルテニウム又はルテニウムを含む物質と、シリコン又はシリコンを含む物質を積層して形成される多層膜反射鏡であって、その最表層に、シリコンとルテニウムの合金層が付加されていることを特徴とする多層膜反射鏡。
3. 基材の上に、モリブデン又はモリブデンを含む物質と、シリコン又はシリコンを含む物質を積層した後、最表面に、MoSi_２をターゲットとしたスパッタリング法、又はSiとMoの両方をターゲットとしたスパッタリング法により、MoSi_２層を形成することを特徴とする請求項１に記載の多層膜反射鏡の製造方法。
4. 基材の上に、モリブデン又はモリブデンを含む物質と、シリコン又はシリコンを含む物質を積層した後、最表面に、それぞれ0.5nm以下の厚さのモリブデン層、シリコン層をスパッタリング法を用いて成膜することにより、MoSi_２層を形成することを特徴とする請求項１に記載の多層膜反射鏡の製造方法。
5. 基材の上に、ルテニウム又はルテニウムを含む物質と、シリコン又はシリコンを含む物質を積層した後、最表面に、Ru-Si合金をターゲットとしたスパッタリング法、又はルテニウムとシリコンの両方をターゲットとしたスパッタリング法により、Ru-Si合金層を形成することを特徴とする請求項２に記載の多層膜反射鏡の製造方法。
6. 基材の上に、ルテニウム又はルテニウムを含む物質と、シリコン又はシリコンを含む物質を積層した後、最表面に、それぞれ0.5nm以下の厚さのルテニウム層、シリコン層をスパッタリング法を用いて成膜することにより、Ru-Si合金層を形成することを特徴とする請求項２に記載の多層膜反射鏡の製造方法。
7. 請求項１又は請求項２に記載の多層膜反射鏡を、その光学系に有することを特徴とするＥＵＶ露光装置。
   

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