JP2006153528A - 軟ｘ線多層膜反射鏡、軟ｘ線多層膜反射鏡による投影光学系を備えた露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】膜厚の制御が容易で、光線入射角度範囲を広げることが可能となる軟Ｘ線多層膜反射鏡、及び軟Ｘ線多層膜反射鏡による投影光学系を備えた露光装置を提供する。
【解決手段】互いに屈折率の異なる３種類の物質Ａ、物質Ｂ、物質Ｃを備え、これらを基板側から物質Ａ、物質Ｂ、物質Ｃの順に積層して形成された物質Ａ／物質Ｂ／物質Ｃを一組とする多層膜構造を、複数組繰り返し積層して構成する。その際、前記３種類の物質の屈折率を、物質Ａ＞物質Ｃ＞物質Ｂとする構成を採ることができ、また前記物質ＡをＳｉを主成分とし、物質ＢはＲｕまたはＲｈ、あるいはこれらの化合物を主成分とし、物質ＣはＭｏを主成分とする構成を採ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、軟Ｘ線多層膜反射鏡、及び軟Ｘ線多層膜反射鏡による投影光学系を備えた露光装置に関するものである。

近年、半導体集積回路素子の微細化の進展に伴い、従来の紫外線に変わって軟Ｘ線（１１〜１４ｎｍ）を使用したリソグラフィーである極端紫外（以下、ＥＵＶと記す）リソグラフィー技術が開発されている。
このようなＸ線領域の波長の光に対して、物質の屈折率は１に非常に近く、またその吸収も大きいため、原理的に屈折を利用するレンズを用いることができない。そのため、このような領域の光に対しては反射鏡を利用した光学系が用いられる。

従来において、上記のようなＸ線用の反射鏡として、Ｘ線領域で吸収が少なく、互いの屈折率差の大きい二種類の物質を、交互に何層も積層して形成された反射鏡が知られている。例えば、重元素で低屈折率材料であるＭｏ層と、１３．５ｎｍで吸収の少ない軽元素で高屈折率材料であるＳｉ層とが、交互に所定の膜厚で繰り返し形成された多層構造を有するＥＵＶ多層膜ミラー等が知られている。このような多層膜反射鏡には、全体が一定の膜厚である１／４波長積層体に似た分布ブラッグ反射で構成されるものが広く用いられている。

また、ＥＵＶリソグラフィーで使用する光学素子は、広い光線入射角度範囲をもつ必要があることから、特許文献１のように、ＭｏとＳｉの交互層界面内で多層膜が異なった周期長を有する構成とし、広い光線入射角度を持つようにしたＸ線多層膜反射鏡が提案されている。
特開平０５−１６４８９９号公報

ところで、ＥＵＶリソグラフィーの光源は、従来のレーザーを光源として用いた場合とは異なり、露光波長域に幅を持つ。また、解像度を上げる（開口数をあげる）ため、光学素子への光線入射角度の範囲を広くする必要がある。
したがって、ＥＵＶリソグラフィーで使用する光学素子は、反射可能な波長領域が広いこと、つまり広い光線入射角度範囲をもつ必要がある。
しかしながら、上記した従来のＸ線用の反射鏡において、互いの屈折率差の大きい二種類の物質を、交互に何層も積層して多層膜を形成した分布ブラッグ反射を用いるものでは、ＭｏとＳｉの屈折率差が小さいため、光を５０％以上反射することが可能な波長範囲は０．５ｎｍ、入射角度範囲でわずか１０°であり、上記したＥＵＶリソグラフィーで使用する光学素子として不都合である。

これに対して、特許文献１の多層膜反射鏡では、広い光線入射角度を持つようにしたものであることから、上記ＥＵＶリソグラフィーの要請に添うことができるものであるが、これによる場合においても、つぎのような問題を有している。すなわち、この成膜法で実際に多層膜反射鏡を作製するに際しては、基板表面手前にタングステンワイヤーを配列した状態でスパッタを行うことにより、成膜面にクサビ状の凹凸を設けるようにするものであるが、このような成膜法では膜厚の制御が難しく、設計値通りの多層膜反射鏡が形成されない場合が生じる。

本発明は、上記課題に鑑み、膜厚の制御が容易で、光線入射角度範囲を広げることが可能となる軟Ｘ線多層膜反射鏡、及び軟Ｘ線多層膜反射鏡による投影光学系を備えた露光装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、以下のように構成した軟Ｘ線多層膜反射鏡、及び軟Ｘ線多層膜反射鏡による投影光学系を備えた露光装置を提供するものである。
すなわち、本発明の軟Ｘ線多層膜反射鏡は、互いに屈折率の異なる３種類の物質Ａ、物質Ｂ、物質Ｃを備え、これらを基板側から物質Ａ、物質Ｂ、物質Ｃの順に積層して形成された物質Ａ／物質Ｂ／物質Ｃを一組とする多層膜構造を、複数組繰り返し積層して構成されていることを特徴としている。
また、本発明の露光装置は、軟Ｘ線多層膜反射鏡による投影光学系を備えた露光装置において、前記軟Ｘ線多層膜反射鏡を上記した軟Ｘ線多層膜反射鏡によって構成したことを特徴としている。

本発明によれば、膜厚の制御が容易で、光線入射角度範囲を広げることが可能となる、特にＥＵＶリソグラフィー等に適した軟Ｘ線多層膜反射鏡、及び軟Ｘ線多層膜反射鏡による投影光学系を備えた露光装置を実現することができる。

上記した構成により、本発明の課題を達成することができるものであるが、本発明の実施の形態においては、より具体的には、前記３種類の物質の屈折率を、物質Ａ＞物質Ｃ＞物質Ｂとする構成を採り、また前記物質ＡをＳｉを主成分とし、物質ＢはＲｕまたはＲｈ、あるいはＲｕＯ₂等のようにこれらの化合物を主成分とし、物質ＣはＭｏを主成分とした構成を採ることができる。

光の反射率の値と光線入射角度範囲は、光が入射する物質の複素屈折率（屈折率および消衰係数）に関わっている。反射率が高く、更に光線入射角度範囲の広い多層膜反射鏡を作製するには、互いの屈折率差が大きく、それぞれの吸収の小さい物質を使用しなければならない。Ｒｕ、Ｒｈ、ＲｕＯ₂はＭｏとＳｉと比較し、吸収が大きいため高反射率を得るには不向きであるが、屈折率がＭｏと比較して小さいため、Ｍｏ、Ｓｉとの組み合わせによって光線入射角度範囲を広げることが可能である。
したがって、本実施の形態ではＸ線領域の光に対する吸収の大きいＲｕ（もしくはＲｈ、ＲｕＯ₂）の多層膜反射鏡内の膜厚総和を１００ｎｍ以下にした上で、Ｍｏ、ＳｉおよびＲｕ（もしくはＲｈ、ＲｕＯ₂）の膜厚を最適化し、光線入射角度範囲を広げることとした。これらにより、反射率が５０％を超える光線入射角度範囲を、従来の反射鏡と比較して６０％程度広くすることを可能とした。

以下に、本発明の実施例について説明する。
まず、以下の実施例１〜４との性能比較の基準となる、従来例の構成に基づく比較例１について説明する。

（比較例１）
比較例１として、ＭｏとＳｉ交互層において、全体が一定膜厚で、１／４波長積層体に似た分布ブラッグ反射構造を持ち、入射角度が０度および１５度のときにピーク波長が１３．５ｎｍになるような多層膜反射鏡を作成した。
図１は、ここで用いたスパッタリング成膜装置の模式図である。
図１において、１０１は真空チャンバー、１０２は真空ポンプである。
また、１０３はマスク可動制御装置、１０４は可動マスク、１０５はシャッター制御装置、１０６はシャッターであり、１０７は基板および回転機構である。
１０８はＳｉターゲット、１０９はＭｏターゲット、１１０はＤＣ電源、１１１はＲＦ電源である。
１１２は制御コンピューター、１１３はＡｒガス導入制御装置である。

以上の装置において、すべての制御系はコンピューター１１２に接続されており、一括制御可能に構成されている。
この装置を以下のように用いて、多層膜反射鏡を作成した。
ターゲットは、直径４インチのＢドープした多晶質のＳｉ、金属Ｍｏ、およびＲｕ（もしくはＲｕＯ₂、Ｒｈなど）が取り付けられており、ターゲットが回転し、各材料を切り替えて、基板上に成膜することができる。
基板は、直径５００ｍｍ、厚さ３００μｍのシリコンを用いており、成膜時自転している。
基板とターゲットの間には、シャッターおよび、基板上の膜厚分布を制御するための可動式マスクがある。成膜時はプロセスガスとして、Ａｒガスを３０ｓｃｃｍ導入する。ターゲットに投入する電力は、１３．５６ＭＨｚのＲＦ高周波１５０Ｗとした。各層の膜厚はコンピューターにより、時間制御している。

比較例として作成する多層膜反射鏡は、ＭｏとＳｉの交互層を４０回積層したものである。入射角度が０度のときにピーク波長が１３．５ｎｍにくるように設計した場合では、Ｓｉの厚さは４．３ｎｍ、Ｍｏの厚さは２．６ｎｍであり、成膜時間はそれぞれ４３秒と１３秒であった。
入射角度が１５度のときにピーク波長が１３．５ｎｍにくるように設計した場合では、Ｓｉの厚さは４．４ｎｍ、Ｍｏの厚さを２．８ｎｍであり、成膜時間はそれぞれ４４秒と１４秒であった。コンピューターには成膜時間データを入力する。
図３に、このように成膜された入射角度が０度のときにピーク波長が１３．５ｎｍにくるような多層膜反射鏡の角度反射特性を示す。図３に示されているように、反射率５０％以上の角度領域は図３においては０度から１０度であった。
また、図４に入射角度が１５度のときにピーク波長が１３．５ｎｍにくるような多層膜反射鏡の角度反射特性を示す。図４に示されているように、反射率５０％以上の角度領域は図４においては７度から１８度であった。
上記比較例１は従来例の構成に基づくものであり、以下の実施例１〜４との性能比較の基準となるものである。

［実施例１］
実施例１は、本発明を適用し、０度入射のとき、ピーク波長が１３．５ｎｍになるようにして多層膜反射鏡を作製したものである。作製方法は上記比較例１と同様の方法を用いた。
多層膜反射鏡は、３種類の物質Ａ、物質Ｂ、物質Ｃを基板側から物質Ａ／物質Ｂ／物質Ｃの順で積層し（以下、この物質Ａ／物質Ｂ／物質Ｃを１単位とする多層膜構造をスタックと称する）、このスタックを複数回繰り返して形成された多層膜からなるものである。構成材料には物質ＡとしてＳｉ、物質ＢとしてＲｕ、物質ＣとしてＭｏを使用した。
それぞれの構成材料、成膜時間、膜厚、膜厚周期長、および上記スタックを構成する多層膜の物質Ａ／物質Ｂ／物質Ｃの繰り返し回数（表ではスタック繰り返し回数と記す）の詳細を表１に示す。コンピューターには成膜時間データを入力する。

このように成膜された多層膜反射鏡の模式図を図２に示す。
また、図５に実施例１における角度反射特性を示す。実施例１においては図５に示されているように、反射率は、入射角度１５度まで４０％以上を保つ良好なものであった。
図５から、反射率５０％以上の角度領域は、上記従来例の構成に基づく比較例１の図３と比較して３度増え、０度から１３度までになり、角度領域が広くなることがわかる。
本実施例において成膜方法はスパッタを用いたが、本発明においては製法はこれらに限られるものではなく、例えば蒸着法を用いても同様な膜が成膜可能である。

［実施例２］
実施例２は、本発明を適用し、０度入射のとき、ピーク波長が１３．５ｎｍになるようにして多層膜反射鏡を作製したものである。作製方法は上記比較例１と同様の方法を用いた。
多層膜反射鏡を構成するスタックは、３種類の物質Ａ、物質Ｂ、物質Ｃを基板側から物質Ａ／物質Ｂ／物質Ｃの順で積層した多層膜である。構成材料には物質ＡとしてＳｉ、物質ＢとしてＲｕＯ₂、物質ＣとしてＭｏを使用した。それぞれの構成材料、成膜時間、膜厚、膜厚周期長、およびスタックを構成する多層膜の物質Ａ／物質Ｂ／物質Ｃの繰り返し回数（表ではスタック繰り返し回数と記す）の詳細を表２に示す。コンピューターには成膜時間データを入力する。

図６にこのように成膜された多層膜反射鏡の角度反射特性を示す。図６から、反射率５０％以上の角度領域は、上記従来例の構成に基づく比較例１の図３と比較して、３度増え、０度から１３度までになり、角度領域が広くなることがわかる。
本実施例において成膜方法はスパッタを用いたが、本発明においては製法はこれらに限られるものではなく、例えば蒸着法を用いても同様な膜が成膜可能である。

［実施例３］
実施例３は、本発明を適用し、０度入射のとき、ピーク波長が１３．５ｎｍになるようにして多層膜反射鏡を作製したものである。作製方法は上記比較例１と同様の方法を用いた。
多層膜反射鏡を構成するスタックは、３種類の物質Ａ、物質Ｂ、物質Ｃを基板側から物質Ａ／物質Ｂ／物質Ｃの順で積層した多層膜である。構成材料には物質ＡとしてＳｉ、物質ＢとしてＲｈ、物質ＣとしてＭｏを使用した。それぞれの構成材料、成膜時間、膜厚、膜厚周期長、およびスタックを構成する多層膜の物質Ａ／物質Ｂ／物質Ｃの繰り返し回数（表ではスタック繰り返し回数と記す）の詳細を表３に示す。コンピューターには成膜時間データを入力する。

図７に、このように成膜された多層膜反射鏡の角度反射特性を示す。図７から、反射率５０％以上の角度領域は従来例の構成に基づく比較例１の図３と比較して４度増え、０度から１４度までになり、角度領域が広くなることがわかる。
本実施例において成膜方法はスパッタを用いたが、本発明においては製法はこれらに限られるものではなく、例えば蒸着法を用いても同様な膜が成膜可能である。

［実施例４］
実施例４は、本発明を適用し、１５度入射のとき、ピーク波長が１３．５ｎｍになるようにして多層膜反射鏡を作製したものである。作製方法は上記比較例１と同様の方法を用いた。
多層膜反射鏡を構成するスタックは、３種類の物質Ａ、物質Ｂ、物質Ｃを基板側から物質Ａ／物質Ｂ／物質Ｃの順で積層した多層膜である。構成材料には物質ＡとしてＳｉ、物質ＢとしてＲｕ、物質ＣとしてＭｏを使用した。それぞれの構成材料、成膜時間、膜厚、膜厚周期長、およびスタックを構成する多層膜の物質Ａ／物質Ｂ／物質Ｃの繰り返し回数（表ではスタック繰り返し回数と記す）の詳細を表４に示す。コンピューターには成膜時間データを入力する。

図８に、このように成膜された多層膜反射鏡の角度反射特性を示す。図８から、反射率５０％以上の角度領域は７度から２０度であり、従来例の構成に基づく比較例１の図３と比較して２度増え、角度領域が広くなることがわかる。
本実施例において成膜方法はスパッタを用いたが、本発明においては製法はこれらに限られるものではなく、例えば蒸着法を用いても同様な膜が成膜可能である。

（比較例２）
比較例２では、本発明を適用し、０度入射のとき、ピーク波長が１３．５ｎｍになるようにして多層膜反射鏡を作製した。作製方法は上記比較例１と同様の方法を用いた。
多層膜反射鏡を構成するスタックは、３種類の物質Ａ、物質Ｂ、物質Ｃを基板側から物質Ａ／物質Ｂ／物質Ｃの順で積層した多層膜である。構成材料には物質ＡとしてＳｉ、物質ＢとしてＲｕ、物質ＣとしてＭｏを使用した。それぞれの構成材料、成膜時間、膜厚、膜厚周期長、およびスタックを構成する多層膜の物質Ａ／物質Ｂ／物質Ｃの繰り返し回数（表ではスタック繰り返し回数と記す）の詳細を表５に示す。

比較例２においては、多層膜反射鏡内のスタックを構成する三層膜の膜厚周期長を、スタック１、および３において１２ｎｍ以上とした。
このような条件で成膜された比較例２における多層膜反射鏡の角度反射特性を図９に示す。
図９から、比較例２においては、反射率５０％以上の角度範囲が存在しないことがわかる。

（比較例３）
比較例３では、本発明を適用し、０度入射のとき、ピーク波長が１３．５ｎｍになるようにして多層膜反射鏡を作製した。作製方法は上記比較例１と同様の方法を用いた。
多層膜反射鏡を構成するスタックは、３種類の物質Ａ、物質Ｂ、物質Ｃを基板側から物質Ａ／物質Ｂ／物質Ｃの順で積層した多層膜である。構成材料には物質ＡとしてＳｉ、物質ＢとしてＲｕ、物質ＣとしてＭｏを使用した。それぞれの構成材料、成膜時間、膜厚、膜厚周期長、およびスタックを構成する多層膜の物質Ａ／物質Ｂ／物質Ｃの繰り返し回数（表ではスタック繰り返し回数と記す）の詳細を表６に示す。

比較例３においては、多層膜反射鏡内のスタックを構成する三層膜の膜厚周期長をスタック１、および３において４ｎｍ以下とした。
このような条件で成膜された比較例３における多層膜反射鏡の角度反射特性を図１０に示す。
図１０から、比較例３においては反射率５０％以上の角度範囲が存在しないことがわかる。

［実施例５］
実施例５は、上記実施例１〜４による反射鏡を用いて反射型縮小投影露光装置を構成したものである。
図１１に本実施例の反射型縮小投影露光装置の反射縮小投影光学系の構成を示す。
図１１において、１１０１〜１１０６はそれぞれ反射鏡を示す。また、１１０７は反射型マスク、１１０８は基板である。
光源に１３．５ｎｍのＥＵＶ光を用いて、反射型マスク１１０７上に形成されたパタンを反射鏡１１０１、１１０２、１１０３、１１０４、１１０５、１１０６より構成された反射縮小投影光学系により、基板上１１０８のレジストに転写した。これにより、マスク上０．１μｍのパタンに対して寸法０．０２５μｍのレジストパタンが正確に得られた。本発明は、縮小率、波長等は、本実施例の値に限定されるものではない。レジストについても同様である。さらに、光学系の構成も図１１に示したものに限らない。

図１１の例では、ミラーへの光線入射角度分布範囲が５度以内の小さい反射鏡１１０１、１１０２、１１０４、１１０６は、従来の比較例を用い、ミラーへの光線入射角度分布範囲が５度以上の大きい反射鏡１１０３および１１０５は、本発明の実施例１〜４で作製した反射鏡を用いた。
成膜方法にはスパッタを用いたが、製法はこの限りではなく、例えば蒸着法を用いても同様な膜が成膜可能である。
本実施例において成膜方法はスパッタを用いたが、本発明においては製法はこれらに限られるものではなく、例えば蒸着法を用いても同様な膜が成膜可能である。

比較例１における多層膜反射鏡の作成に用いた成膜装置の模式図である。 本発明の実施例１における多層膜反射鏡の構成例を示す模式図である。 比較例１における、従来例の構成に基づいて、０度入射時にピーク波長が１３．５ｎｍになるように設計した多層膜反射鏡の角度反射特性図である。 比較例１における、従来例の構成に基づいて、１５度入射時にピーク波長が１３．５ｎｍになるように設計した多層膜反射鏡の角度反射特性図である。 本発明の実施例１における、表１に示した構成要素で設計した多層膜反射鏡の角度反射特性図である。 本発明の実施例２における、表２に示した構成要素で設計した多層膜反射鏡の角度反射特性図である。 本発明の実施例３における、表３に示した構成要素で設計した多層膜反射鏡の角度反射特性図である。 本発明の実施例４における、表４に示した構成要素で設計した多層膜反射鏡の角度反射特性図である。 比較例２における、表５に示した構成要素で設計した多層膜反射鏡の角度反射特性図である。 比較例３における、表６に示した構成要素で設計した多層膜反射鏡の角度反射特性図である。 本発明の実施例５における反射型縮小投影露光装置の反射縮小投影光学系の構成を示す図である。

符号の説明

１０１：真空チャンバー
１０２：真空ポンプ
１０３：マスク可動制御装置
１０４：可動マスク
１０５：シャッター制御装置
１０６：シャッター
１０７：基板および回転機構
１０８：Ｓｉターゲット
１０９：Ｍｏターゲット
１１０：ＤＣ電源
１１１：ＲＦ電源
１１２：制御コンピューター
１１３：Ａｒガス導入制御装置
１１０１：反射鏡
１１０２：反射鏡
１１０３：反射鏡
１１０４：反射鏡
１１０５：反射鏡
１１０６：反射鏡
１１０７：反射型マスク
１１０８：基板

Claims (5)

1. 互いに屈折率の異なる３種類の物質Ａ、物質Ｂ、物質Ｃを備え、これらを基板側から物質Ａ、物質Ｂ、物質Ｃの順に積層して形成された物質Ａ／物質Ｂ／物質Ｃを一組とする多層膜構造を、複数組繰り返し積層して構成されていることを特徴とする軟Ｘ線多層膜反射鏡。
2. 前記３種類の物質の屈折率が、物質Ａ＞物質Ｃ＞物質Ｂであることを特徴とする請求項１に記載の軟Ｘ線多層膜反射鏡。
3. 前記物質ＡはＳｉを主成分とし、物質ＢはＲｕまたはＲｈ、あるいはこれらの化合物を主成分とし、物質ＣはＭｏを主成分とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の軟Ｘ線多層膜反射鏡。
4. 前記複数組繰り返し積層して構成されている多層膜中の物質Ａ／物質Ｂ／物質Ｃを一組とする多層膜構造のそれぞれが、４ｎｍ以上１２ｎｍ以下の膜厚周期長を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の軟Ｘ線多層膜反射鏡。
5. 軟Ｘ線多層膜反射鏡による投影光学系を備えた露光装置において、前記軟Ｘ線多層膜反射鏡が、請求項１〜４のいずれか１項に記載の軟Ｘ線多層膜反射鏡によって構成されていることを特徴とする露光装置。

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