JP2006226733A - 軟ｘ線多層膜反射鏡の形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】膜厚を増加させることなく、反射鏡全体の応力を低減することを特徴とする軟Ｘ線多層膜反射鏡の形成方法を提供すること。
【解決手段】互いに屈折率の異なる複数の材料を基板上に複数積層して成る軟Ｘ線多層膜反射鏡において、前記多層膜層成膜時におけるスパッタ粒子の入射角度を調整することによって、反射鏡全体の応力を低減することを特徴とする。ここで、上記多層膜層の材料が、Ｃ, Ｓｉ, Ｂ, Ａｌ, Ｇｅ, ＳｉＯ２, ＳｉＮ, ＢＮ, Ｂ４Ｃ, ＳｉＣ, Ｂｅ, ＡｌＮ, Ｍｏ, Ｗ, Ｎｉ, Ｒｕ, Ｒｅ, Ｒｈ, Ａｕ, Ｐｄ, Ｐｔ, Ｖ, Ｃｕ, Ｃｒ, Ｐｂ, Ｔａ及びこれらの合金、窒化物、炭化物、ホウ化物の内、少なくとも２つを含むことを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】互いに屈折率の異なる複数の材料を基板上に複数積層して成る軟Ｘ線多層膜反射鏡において、前記多層膜層成膜時におけるスパッタ粒子の入射角度を調整することによって、反射鏡全体の応力を低減することを特徴とする。ここで、上記多層膜層の材料が、Ｃ, Ｓｉ, Ｂ, Ａｌ, Ｇｅ, ＳｉＯ２, ＳｉＮ, ＢＮ, Ｂ４Ｃ, ＳｉＣ, Ｂｅ, ＡｌＮ, Ｍｏ, Ｗ, Ｎｉ, Ｒｕ, Ｒｅ, Ｒｈ, Ａｕ, Ｐｄ, Ｐｔ, Ｖ, Ｃｕ, Ｃｒ, Ｐｂ, Ｔａ及びこれらの合金、窒化物、炭化物、ホウ化物の内、少なくとも２つを含むことを特徴とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、互いに屈折率の異なる複数の材料を基板上に複数積層して成る軟Ｘ線多層膜反射鏡において、前記多層膜層成膜時におけるスパッタ粒子の入射角度を調整することによって、反射鏡全体の厚さを増加させることなく、反射鏡全体の応力を低減することを特徴とする軟Ｘ線多層膜反射鏡の形成方法に関する。
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であるＥＵＶリソグラフィ（以下、ＥＵＶＬと呼ぶ）技術が開発されている。
軟Ｘ線領域では、物質の屈折率は１に非常に近く、又、その吸収も大きいため、原理的にレンズ作用を利用することができない。そこで、ＥＵＶＬの光学系は、反射面から斜めに入射したＸ線の全反射を利用して反射させる斜入射反射鏡や、界面での反射光の位相を一致させて、干渉効果により高い反射率を得る多層膜反射鏡により構成されている。
特に、多層膜反射鏡は、Ｘ線を垂直に反射することが可能であり、回折限界に近い解像力を有するＸ線光学系を構成することができる。よって、軟Ｘ線投影露光装置の投影光学系（結合光学系）は全て多層膜反射鏡で構成される。一般的な多層膜反射鏡は、軟Ｘ線領域で吸収が少なく、互いの屈折率差が大きい２種類の物質を交互に積層されたものが基板上に形成されたものである。現在では膜材料として主に、ＭｏとＳｉが利用され、直入射で最大７０％程度である。
高い反射率を有するＭｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡は、スパッタリング法により作製されている。一般的にスパッタリング法で作製された多層膜反射鏡は、圧縮内部応力を有することが知られている。多層膜反射鏡に内部応力が生じると、その内部応力によって、基板が変形し、光学系に波面収差が発生して光学特性が低下する。この問題を解決する方法として、多層膜と基板の間に、多層膜の内部応力と正反対の応力（引っ張り応力）を有する応力緩和層を形成することで多層膜反射鏡全体の内部応力を低減する方法が提案されている（特許文献１）。
）。
）。
露光装置で使用される反射鏡では、反射面内における設計入射角度分布に応じた多層膜層の膜厚分布と、目標波長に応じた膜厚周期長の両方を同時に満たさなければ、目標の波長で高い反射率を得ることはできない。よって、反射鏡の作製には、膜厚と膜厚分布を制御することは非常に重要である。
反射面内で設計膜厚分布が異なる場合、膜厚周期が多くなるほど、設計値からの形状ズレの影響は大きくなる。更に、多層膜と基板の間に応力緩和層を形成した場合も、多層膜反射鏡全体の膜厚が厚くなり、設計値からの形状ズレの影響は大きくなる。
本発明の目的は、膜厚を増加させることなく、反射鏡全体の応力を低減することを特徴とする軟Ｘ線多層膜反射鏡の形成方法を提供することにある。
本発明は、互いに屈折率の異なる複数の材料を基板上に複数積層して成る軟Ｘ線多層膜反射鏡において、前記多層膜層成膜時におけるスパッタ粒子の入射角度を調整することにより、膜厚を増加させることなく、反射鏡全体の応力を低減することを特徴とする軟Ｘ線多層膜反射鏡の形成方法であって、以下の項目を含むものである。
・多層膜層の材料が、Ｃ, Ｓｉ, Ｂ, Ａｌ, Ｇｅ, ＳｉＯ２, ＳｉＮ, ＢＮ, Ｂ４Ｃ, ＳｉＣ, Ｂｅ, ＡｌＮ, Ｍｏ, Ｗ, Ｎｉ, Ｒｕ, Ｒｅ, Ｒｈ, Ａｕ, Ｐｄ, Ｐｔ, Ｖ, Ｃｕ, Ｃｒ, Ｐｂ, Ｔａ及びこれらの合金、窒化物、炭化物、ホウ化物の内、少なくとも２つを含むことを特徴とする。
・多層膜層を形成する材料の成膜入射角度が４５度以上であることを特徴とする。
・多層膜反射鏡の製造方法がマグネトロンスパッタで達成できことを特徴とする。
本発明によれば、互いに屈折率の異なる複数の材料を基板上に複数積層して成る軟Ｘ線多層膜反射鏡において、前記多層膜層成膜時におけるスパッタ粒子の入射角度を調整することにより、膜厚を増加させることなく、反射鏡全体の応力を低減することが可能で、応力による形状変形の非常に少ない高性能な軟Ｘ線多層膜反射鏡の形成方法を提供できる。
本発明では、互いに屈折率の異なる複数の材料を基板上に複数積層して成る軟Ｘ線多層膜反射鏡において、前記多層膜層成膜時におけるスパッタ粒子の入射角度を調整することにより、反射鏡全体の内部応力を制御し、膜厚を増加させることなく、反射鏡全体の応力が低減される。以下、本発明における多層膜反射鏡の内部応力制御について説明する。
通常、スパッタリングを行う場合、スパッタ粒子の基板に対する入射角度は０度である。このとき、基板に入射したスパッタ粒子は基板表面で拡散し、密な膜となるため、作製された膜は、膜を広げる力、つまり圧縮応力を有する。
通常、スパッタリングを行う場合、スパッタ粒子の基板に対する入射角度は０度である。このとき、基板に入射したスパッタ粒子は基板表面で拡散し、密な膜となるため、作製された膜は、膜を広げる力、つまり圧縮応力を有する。
そして、スパッタ粒子の入射角度を大きくしていくと、基板上でのスパッタ粒子による入射エネルギーは減少し、表面拡散が起こりにくくなる。これにより、作製した膜内では隙間が増え、膜として定着した原子は、周囲の原子を引っ張る力、つまり引っ張り応力を有する。この方法により、多層膜を形成する膜の内部応力を自由に制御することができる。
本発明により形成された多層膜反射鏡５の一例を図１に示す。
モリブデンを主成分とする第１のMo層２とシリコンを主成分とする第１のＳｉ層３を交互に積層して構成される多層膜４を基板１上に積層することで、多層膜反射鏡５が形成される。本発明のＭｏ／Ｓｉ多層膜において、シリコン層とモリブデン層形成時のスパッタ粒子入射角度を調整することで、シリコン層及びモリブデン層の内部応力を圧縮応力から引っ張り応力まで自由に制御することができる。
ここで、この現象を利用して、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜の内部応力をゼロにする方法を図２に模式的に示す。横軸をスパッタ粒子の入射角度、縦軸を内部応力とする。このときのモリブデン層及びシリコン層の膜厚は、目標波長で高反射率を持つような条件とする。
モリブデン層及びシリコン層はスパッタ粒子の入射角度に応じて、圧縮応力から引っ張り応力へと変化する。このようなモリブデン層とシリコン層とを交互に積層したＭｏ／Ｓｉ多層膜の内部応力もまた、図２で示すようにスパッタ粒子の入射角度の変化とともに、圧縮応力から引っ張り応力へと変化する。そして、図２中のＡ点において、モリブデン層の引っ張り応力とシリコン層の圧縮応力が打ち消され、多層膜全体の応力はゼロになる。本発明では、モリブデン層とシリコン層成膜時のスパッタ粒子の入射角度を等しくする必要はないので、多層膜全体の応力がゼロとなる点は無数に存在する。
本発明において、シリコン層は強い圧縮応力を持つため、モリブデン層の引っ張り応力でこれを打ち消すには、シリコン層成膜時に４５度以上のスパッタ粒子入射角度が必要である。
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
＜比較例１＞
本発明により形成される反射鏡の比較例１として、Ｍｏ層及びＳｉ層成膜時のスパッタ粒子入射角度が０度であるような、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡５1 を作製した。
本発明により形成される反射鏡の比較例１として、Ｍｏ層及びＳｉ層成膜時のスパッタ粒子入射角度が０度であるような、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡５1 を作製した。
図３は本実施例で用いたスパッタリング成膜装置の模式図である。この装置の全ての制御系はコンピューターに接続されており、一括制御可能である。
この装置を以下のように用いた。
真空ポンプ９０２を有する真空チャンバー９０１にターゲット９０８及び９０９が取り付けられたスパッタ装置で、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。基板及び回転機構９０７を介した基板ホルダーは、ターゲットを回転することでターゲット面に対する角度が変化できる。
又、このホルダーは成膜時に自転する。基板ホルダーとターゲットの間には、基板上の膜厚分布を制御するために、シャッター制御装置９０５を介したシャッター９０６及び制御装置９０３を介した可動式マスク９０４がある。成膜時はプロセスガスとして、Ａｒガス導入制御装置９１３からＡｒガスを３０ｓｃｃｍ導入する。ターゲットに投入する電力は、ＲＦ電源９１１からの１３．５６ＭＨｚの出ＲＦ高周波１５０Ｗとした。
尚、本スパッタ装置は、ＤＣ電源９１０からＤＣ電力もターゲットに供給できる。
各層の膜厚は制御コンピューター９１２により、時間制御している。但し、この装置は、装置性能の問題から、膜厚制御誤差を±０．２％持つ。
比較例１として、作製したＭｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡５1 は、直径３インチ、厚さ７００ｎｍのＳｉ基板１１と、その上にＭｏ層とＳｉ層を交互に５０回積層した多層膜４１から構成される。多層膜４１におけるＭｏ層及びＳｉ層の設計膜厚は、それぞれ３ｎｍ及び４ｎｍとした。Ｍｏ層及びＳｉ層成膜時には、スパッタ粒子入射角度は０度である。
多層膜反射鏡５1 の内部応力を成膜前後の基板変形量から求めたところ、内部応力は約４００ＭＰａの圧縮応力であり、基板のそり変化量は７ｎｍであった。
＜比較例２＞
基板と多層膜間に応力緩和層を有することで、内部応力を減少させたＭｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡５２を作製した。比較例１と同様の作成装置を用い、Ｍｏ層及びＳｉ層成膜時のスパッタ粒子入射角度も０度とした。
基板と多層膜間に応力緩和層を有することで、内部応力を減少させたＭｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡５２を作製した。比較例１と同様の作成装置を用い、Ｍｏ層及びＳｉ層成膜時のスパッタ粒子入射角度も０度とした。
図４に多層膜反射鏡５２の模式図を示す。
多層膜反射鏡５２は、直径３インチ、厚さ７００ｎｍのＳｉ基板１２、応力緩和層６２と、多層膜４２から構成される。応力緩和層６２はＭｏ層とＳｉ層を５０回積層して形成する。設定膜厚は、Ｍｏ層は７ｎｍ、Ｓｉ層は１ｎｍとした。又、多層膜４２は比較例１と同様の膜構成で、設定膜厚はＭｏを３ｎｍ、Ｓｉを４ｎｍとした。
多層膜反射鏡５２の内部応力を、成膜前後の基板変形量から求めたところ、その内部応力は約１０ＭＰａの圧縮応力であり、基板のそり変化量は０．２ｎｍであった。多層膜反射鏡５１と比較し、基板そり量は６．８ｎｍ減少した。これは、応力緩和層６２により、多層膜反射鏡５２の圧縮内部応力が低減されたためと言える。しかし、応力緩和層６２を有することにより、多層膜反射鏡５２全体の膜厚は７５０ｎｍとなり、多層膜反射鏡５１の全膜厚のおよそ２倍である。このため、形状誤差は±１．５ｎｍとなった。
本発明により形成される反射鏡の実施例３として、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡５３を作製した。比較例１と同様の作成装置を用い、Ｍｏ層及びＳｉ層成膜時のスパッタ粒子入射角度を６５度とした。
多層膜反射鏡５３は、直径３インチ、厚さ３００ｎｍのＳｉ基板１３、多層膜４３から構成される。多層膜５３は比較例１と同様の膜構成で、設定膜厚はＭｏを３ｎｍ、Ｓｉを４ｎｍとした。
多層膜反射鏡５３の内部応力を、成膜前後の基板変形量から求めたところ、その内部応力は約１０ＭＰａの圧縮応力であり、基板のそり変化量は０．２ｎｍであった。多層膜反射鏡４１と比較し、基板反り量は６．８ｎｍ減少した。これは、Ｍｏ層及びＳｉ層成膜時のスパッタ粒子入射角度を６５度にしたことにより、多層膜４３の内部応力が減少したためである。又、多層膜反射鏡５３全体の膜厚は３５０ｎｍである。形状誤差は±０．７ｎｍであり、比較例２のおよそ２分の１と言える。
本発明により形成される反射鏡の実施例２として、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡５４を作製した。比較例１と同様の作成装置を用い、Ｍｏ層成膜時のスパッタ粒子入射角度を７５度、Ｓｉ層成膜時のスパッタ粒子入射角度を４５度とした。
多層膜反射鏡５４は、直径３インチ、厚さ７００ｎｍのＳｉ基板１４、多層膜４４から構成される。多層膜４４は比較例１と同様の膜構成で、設定膜厚はＭｏを３ｎｍ、Ｓｉを４ｎｍとした。
多層膜反射鏡５４の内部応力を、成膜前後の基板変形量から求めたところ、その内部応力は約５ＭＰａの圧縮応力であり、基板のそり変化量は０．１ｎｍであった。多層膜反射鏡５１と比較し、基板反り量は６．９ｎｍ減少した。これは、Ｍｏ層及びＳｉ層成膜時のスパッタ粒子入射角度を４５度以上にしたことにより、多層膜２４の内部応力が減少したためである。又、多層膜反射鏡５４全体の膜厚は３５０ｎｍである。形状誤差は±０．７ｎｍであり、比較例２のおよそ２分の１と言える。
以上のように、本発明は、互いに屈折率の異なる複数の材料を基板上に複数積層して成る軟Ｘ線多層膜反射鏡において、前記多層膜層成膜時におけるスパッタ粒子の入射角度を調整することにより、反射鏡全体の内部応力を制御し、膜厚を増加させることなく、反射鏡全体の応力が低減され、応力による形状変形の非常に少ない高性能な軟Ｘ線多層膜反射鏡を提供することができる。
１ 基板
２ Ｍｏ層
３ Ｓｉ層
４ Ｍｏ／Ｓｉ多層膜
５ 多層膜反射鏡
１２ 基板
４２ Ｍｏ／Ｓｉ多層膜
５２ 多層膜反射鏡
６２ 応力緩和層
９０１ 真空チャンバー
９０２ 真空ポンプ
９０３ マスク可動制御装置
９０４ 可動マスク
９０５ シャッター制御装置
９０６ シャッター
９０７ 基板及び回転機構
９０８ Ｓｉターゲット
９０９ Ｍｏターゲット
９１０ Ｄ電源
９１１ ＲＦ電源
９１２ 制御コンピュータ
９１３ Ａｒガス導入制御装置
２ Ｍｏ層
３ Ｓｉ層
４ Ｍｏ／Ｓｉ多層膜
５ 多層膜反射鏡
１２ 基板
４２ Ｍｏ／Ｓｉ多層膜
５２ 多層膜反射鏡
６２ 応力緩和層
９０１ 真空チャンバー
９０２ 真空ポンプ
９０３ マスク可動制御装置
９０４ 可動マスク
９０５ シャッター制御装置
９０６ シャッター
９０７ 基板及び回転機構
９０８ Ｓｉターゲット
９０９ Ｍｏターゲット
９１０ Ｄ電源
９１１ ＲＦ電源
９１２ 制御コンピュータ
９１３ Ａｒガス導入制御装置
Claims (4)
- 互いに屈折率の異なる複数の材料を基板上に複数積層して成る軟Ｘ線多層膜反射鏡において、前記多層膜層成膜時におけるスパッタ粒子の入射角度を調整することによって、反射鏡全体の応力を低減することを特徴とする軟Ｘ線多層膜反射鏡の形成方法。
- 上記多層膜層の材料が、Ｃ, Ｓｉ, Ｂ, Ａｌ, Ｇｅ, ＳｉＯ２, ＳｉＮ, ＢＮ, Ｂ４Ｃ, ＳｉＣ, Ｂｅ, ＡｌＮ, Ｍｏ, Ｗ, Ｎｉ, Ｒｕ, Ｒｅ, Ｒｈ, Ａｕ, Ｐｄ, Ｐｔ, Ｖ, Ｃｕ, Ｃｒ, Ｐｂ, Ｔａ及びこれらの合金、窒化物、炭化物、ホウ化物の内、少なくとも２つを含むことを特徴とする請求項１記載の軟Ｘ線多層膜反射鏡の形成方法。
- 上記多層膜層を形成する材料の成膜入射角度が４５度以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の軟Ｘ線多層膜反射鏡の形成方法。
- 多層膜反射鏡の製造方法がマグネトロンスパッタであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の軟Ｘ線多層膜反射鏡の形成方法。
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