JP2007163180A - 軟x線多層膜ミラー - Google Patents
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Abstract
【課題】反射率の低下を招く拡散層の低減を図ることが可能となる軟X線多層膜ミラーを提供する。
【解決手段】軟X線多層膜ミラーを、X線領域における、真空の屈折率との差が相対的に大きい屈折率を有する材料からなる低屈折率層と、相対的に小さい屈折率を有する材料からなる高屈折率層とを交互に積層した多層膜層により構成する。
その際において、前記低屈折率層と高屈折率層との間に、ボロン(B)からなる中間層を設ける構成とする。
【選択図】 図6
【解決手段】軟X線多層膜ミラーを、X線領域における、真空の屈折率との差が相対的に大きい屈折率を有する材料からなる低屈折率層と、相対的に小さい屈折率を有する材料からなる高屈折率層とを交互に積層した多層膜層により構成する。
その際において、前記低屈折率層と高屈折率層との間に、ボロン(B)からなる中間層を設ける構成とする。
【選択図】 図6
Description
本発明は、半導体露光装置やその他の光学素子に用いられる軟X線多層膜ミラー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、従来の紫外線に代えてこれより短い軟X線(11〜14nm)を使用したリソグラフィーであるEUVリソグラフィー(EUVLとも呼ばれる)技術が開発されている。
この技術は、従来の波長190nmや157nmの光線を用いた光リソグラフィーでは実現不可能な、70nm以下の解像力を得られる技術として期待されている。
この技術は、従来の波長190nmや157nmの光線を用いた光リソグラフィーでは実現不可能な、70nm以下の解像力を得られる技術として期待されている。
軟X線を用いる場合、この、X線波長域の光に対して考えると、物質の屈折率は、つぎのように表される。
すなわち、n=1−δ−iβ (δ、β:正の実数)
と表され、δ、βともに1に比べて非常に小さい(屈折率の虚部βはX線の吸収を表す)値を示す。
したがって、屈折率がほぼ1に近くなりX線はほとんど屈折せず、また、必ずX線を吸収する。そのため、可視光領域の光のように屈折を利用したレンズ系はX線波長域の光には使用できない。そのため反射を利用した光学系が使用される。しかし、屈折率が1に近いために反射率は非常に低く、大部分のX線は透過するか或いは吸収されてしまうこととなる。
すなわち、n=1−δ−iβ (δ、β:正の実数)
と表され、δ、βともに1に比べて非常に小さい(屈折率の虚部βはX線の吸収を表す)値を示す。
したがって、屈折率がほぼ1に近くなりX線はほとんど屈折せず、また、必ずX線を吸収する。そのため、可視光領域の光のように屈折を利用したレンズ系はX線波長域の光には使用できない。そのため反射を利用した光学系が使用される。しかし、屈折率が1に近いために反射率は非常に低く、大部分のX線は透過するか或いは吸収されてしまうこととなる。
このような問題を解決するために、つぎのような多層膜反射鏡が開発されている。
これは、使用するX線の波長域での屈折率と真空の屈折率(=1)との差が大きい物質と、差の小さい物質とを交互に何層も積層する。
これにより、それらの界面である反射面を多数設け、それぞれの界面からの反射波の位相が一致するように光学的干渉理論に基づいて各層の厚さを調整した多層膜からなる反射鏡が得られる。
このような多層膜反射鏡の代表的なものとして、W(タングステン)/C(炭素)、Mo(モリブデン)/Si(シリコン)等の組み合わせが知られている。
例えば、特許文献1では、入射波の波長が軟X線領域である11〜14[nm]の範囲で高反射率が得られるMo層(屈折率:0.92)とSi層(屈折率:0.99)の交互多層膜による多層膜ミラーが提案されている。
そして、これらの多層膜はスパッタリング、真空蒸着等の薄膜形成技術によって作製されていた。
これは、使用するX線の波長域での屈折率と真空の屈折率(=1)との差が大きい物質と、差の小さい物質とを交互に何層も積層する。
これにより、それらの界面である反射面を多数設け、それぞれの界面からの反射波の位相が一致するように光学的干渉理論に基づいて各層の厚さを調整した多層膜からなる反射鏡が得られる。
このような多層膜反射鏡の代表的なものとして、W(タングステン)/C(炭素)、Mo(モリブデン)/Si(シリコン)等の組み合わせが知られている。
例えば、特許文献1では、入射波の波長が軟X線領域である11〜14[nm]の範囲で高反射率が得られるMo層(屈折率:0.92)とSi層(屈折率:0.99)の交互多層膜による多層膜ミラーが提案されている。
そして、これらの多層膜はスパッタリング、真空蒸着等の薄膜形成技術によって作製されていた。
しかしながら、例えば、SiおよびMoからなる多層反射鏡をイオンビームスパッタ装置にて成膜した場合、SiとMoの界面においてそれぞれの物質が相互拡散し、MoとSiの拡散層(例えばMoSi2)を形成する。
この物質は、軟X線リソグラフィーでは非常に重要な部品であるミラーの反射率低下を引き起こす。たとえ微小な反射損失であっても、リソグラフィーでもちいる場合、ミラーを数枚組み合わせて使用することから反射損失は大きくなり無視できない値となる。
例えば、Mo/Si交互多層膜を成膜した場合、Mo層とSi層の間には、MoSi2と考えられる化合物による拡散層が生成される。
このMoSi2が形成されると、Mo/Siで設計された多層膜と比較し、反射率の低下が生じる。
例えば、Mo/Siを40周期で13.5nmに反射率ピークがくるように設計された多層膜の反射率は、計算上、軟X線入射角度5°で約73.5%である。これに対して、MoSi2による拡散層が1周期あたり約1.4nmできると、71.6%程度まで減少する。
また、これらの多層膜は少なからず光吸収(X線吸収)を起こし、この吸収によりミラー部で熱が発生し、この熱が原因で成膜でできた拡散層以上の拡散層が形成され、大きな反射率損失を起こすことも知られている。
そのため、例えば特許文献2では、低屈折率層と高屈折率層との交互層の間に中間層として、B4C(ボロンカーバイド)等を用いることで、上記した相互拡散の防止を図るようにした提案がなされている。
特開平05−089818号公報
特開昭60−7400号公報
この物質は、軟X線リソグラフィーでは非常に重要な部品であるミラーの反射率低下を引き起こす。たとえ微小な反射損失であっても、リソグラフィーでもちいる場合、ミラーを数枚組み合わせて使用することから反射損失は大きくなり無視できない値となる。
例えば、Mo/Si交互多層膜を成膜した場合、Mo層とSi層の間には、MoSi2と考えられる化合物による拡散層が生成される。
このMoSi2が形成されると、Mo/Siで設計された多層膜と比較し、反射率の低下が生じる。
例えば、Mo/Siを40周期で13.5nmに反射率ピークがくるように設計された多層膜の反射率は、計算上、軟X線入射角度5°で約73.5%である。これに対して、MoSi2による拡散層が1周期あたり約1.4nmできると、71.6%程度まで減少する。
また、これらの多層膜は少なからず光吸収(X線吸収)を起こし、この吸収によりミラー部で熱が発生し、この熱が原因で成膜でできた拡散層以上の拡散層が形成され、大きな反射率損失を起こすことも知られている。
そのため、例えば特許文献2では、低屈折率層と高屈折率層との交互層の間に中間層として、B4C(ボロンカーバイド)等を用いることで、上記した相互拡散の防止を図るようにした提案がなされている。
しかしながら、拡散層防止のため、B4C等の拡散防止層を用いた従来例の特許文献2のものにおいては、つぎのように問題を有している。
例えば、このようなB4Cによる拡散防止層を有する多層膜を、スパッタリングで成膜する際、用いるターゲット(B4C)の純度が低い場合には、膜中に微少ながらコンタミネーションが入ることとなり、そのため反射率を低下するおそれが生じる。
また、B4C自体が軟X線領域で、少なからず吸収をもつことから、拡散層生成を防止したとしても、B4C自体の吸収で反射率が低下してしまうという問題が生じる。
例えば、このようなB4Cによる拡散防止層を有する多層膜を、スパッタリングで成膜する際、用いるターゲット(B4C)の純度が低い場合には、膜中に微少ながらコンタミネーションが入ることとなり、そのため反射率を低下するおそれが生じる。
また、B4C自体が軟X線領域で、少なからず吸収をもつことから、拡散層生成を防止したとしても、B4C自体の吸収で反射率が低下してしまうという問題が生じる。
本発明は、上記課題に鑑み、反射率の低下を招く拡散層の低減を図ることが可能となる軟X線多層膜ミラーを提供することを目的とするものである。
本発明は上記課題を解決するため、つぎのように構成した軟X線多層膜ミラーを提供するものである。
本発明は、軟X線多層膜ミラーをつぎのように構成したことを特徴としている。本発明の軟X線多層膜ミラーは、X線領域における、真空の屈折率との差が相対的に大きい屈折率を有する材料からなる低屈折率層と、相対的に小さい屈折率を有する材料からなる高屈折率層とを交互に積層した多層膜層により構成されている。
本発明は、このような構成の軟X線多層膜ミラーにおける前記低屈折率層と高屈折率層との間に、ボロン(B)からなる中間層が設けられていることを特徴としている。
また、本発明の軟X線多層膜ミラーは、前記高屈折率層が、Siで構成されていることを特徴としている。
また、本発明の軟X線多層膜ミラーは、前記低屈折率層が、MoまたはRuで構成されていることを特徴としている。
本発明は、軟X線多層膜ミラーをつぎのように構成したことを特徴としている。本発明の軟X線多層膜ミラーは、X線領域における、真空の屈折率との差が相対的に大きい屈折率を有する材料からなる低屈折率層と、相対的に小さい屈折率を有する材料からなる高屈折率層とを交互に積層した多層膜層により構成されている。
本発明は、このような構成の軟X線多層膜ミラーにおける前記低屈折率層と高屈折率層との間に、ボロン(B)からなる中間層が設けられていることを特徴としている。
また、本発明の軟X線多層膜ミラーは、前記高屈折率層が、Siで構成されていることを特徴としている。
また、本発明の軟X線多層膜ミラーは、前記低屈折率層が、MoまたはRuで構成されていることを特徴としている。
本発明によれば、反射率の低下を招く拡散層の低減を図ることが可能となる軟X線多層膜ミラーを実現することができる。
上記構成により、X線用多層膜において反射率の低下を招く拡散層の低減を図ることが可能となるが、それは本発明者らの鋭意研究した結果によるつぎのような知見に基づくものである。
前述したように、Mo/Si交互多層膜を成膜した場合、Mo層とSi層の間には、MoSi2による拡散層が生成され、これにより反射率の低下が生じる。
そのため、特許文献2等では、中間層として、B4C(ボロンカーバイド)等を用いることで相互拡散の防止を図るようにした提案がなされている。
しかしながら、これらによってもB4C(ボロンカーバイド)の光吸収の影響で、単純なMo/Si多層膜ミラーの反射率よりも反射率が低下することが、本発明者らの、さらなる検討によって明らかとなった。
本発明者らは、これらの検討を踏まえて鋭意研究した結果、中間層としてB(ボロン)をMo,Si間に形成することで、中間層としてB4C(ボロンカーバイド)を形成したものよりも、さらに高反射率を達成できるということを見出した。
前述したように、Mo/Si交互多層膜を成膜した場合、Mo層とSi層の間には、MoSi2による拡散層が生成され、これにより反射率の低下が生じる。
そのため、特許文献2等では、中間層として、B4C(ボロンカーバイド)等を用いることで相互拡散の防止を図るようにした提案がなされている。
しかしながら、これらによってもB4C(ボロンカーバイド)の光吸収の影響で、単純なMo/Si多層膜ミラーの反射率よりも反射率が低下することが、本発明者らの、さらなる検討によって明らかとなった。
本発明者らは、これらの検討を踏まえて鋭意研究した結果、中間層としてB(ボロン)をMo,Si間に形成することで、中間層としてB4C(ボロンカーバイド)を形成したものよりも、さらに高反射率を達成できるということを見出した。
以下に、図を用いて、これらについて詳細に説明する。
まず、単純なMo/Si多層膜ミラーの反射率において、計算上の反射率よりも実際の反射率が低下する原因について説明する。
図1に、本発明の実施の形態で用いるSi層の軟X領域での屈折率および吸収係数を示す。
図2に、本発明の実施の形態で用いるMo層の軟X領域での屈折率および吸収係数を示す。
図3に、図1及び図2の物性を用い13.5nmにて反射ピークを持つように設計されたSi/Mo多層膜(40周期)の反射特性を示す。
この多層膜の構成は、Si 4.11nm,Mo 2.84nmを1周期として40周期積層した上にSi 4.11nmを積層させた反射特性である。
図3より、Mo,Si多層膜の反射率は13.5nmで計算上73.78%となることが確認できる。
しかしながら、実際に、このような設計となるように多層膜ミラーを成膜装置で成膜を行うと、反射率は計算上の値を出すことはなく、反射率が低下したものとなる。
これは、Mo層とSi層の間にシリサイドが形成されることである。すなわち、この物質の吸収などが原因となり反射率が低下する。
まず、単純なMo/Si多層膜ミラーの反射率において、計算上の反射率よりも実際の反射率が低下する原因について説明する。
図1に、本発明の実施の形態で用いるSi層の軟X領域での屈折率および吸収係数を示す。
図2に、本発明の実施の形態で用いるMo層の軟X領域での屈折率および吸収係数を示す。
図3に、図1及び図2の物性を用い13.5nmにて反射ピークを持つように設計されたSi/Mo多層膜(40周期)の反射特性を示す。
この多層膜の構成は、Si 4.11nm,Mo 2.84nmを1周期として40周期積層した上にSi 4.11nmを積層させた反射特性である。
図3より、Mo,Si多層膜の反射率は13.5nmで計算上73.78%となることが確認できる。
しかしながら、実際に、このような設計となるように多層膜ミラーを成膜装置で成膜を行うと、反射率は計算上の値を出すことはなく、反射率が低下したものとなる。
これは、Mo層とSi層の間にシリサイドが形成されることである。すなわち、この物質の吸収などが原因となり反射率が低下する。
つぎに、このようなシリサイドの形成が反射率の低下する原因となることについて、さらに説明する。
図4に、Mo層とSi層の間にシリサイドが形成された多層膜ミラーの反射特性を示す。
図4に示された多層膜ミラーの膜構成は、Mo層とSi層の各層間にシリサイドが形成されている以外は、図3の膜構成と同じである。
図4は、Mo/Si多層膜ミラーにおいて、Si上およびMo上にシリサイドが形成され、そのシリサイドの1ペアー(1周期)あたりの量が1.5nmとして計算上の反射率を13.5nmで反射ピークがくるように最適化した多層膜ミラーの反射特性である。
図4に示された構成のものを図3のものと比較した場合、図4のものでは13.5nmで反射率が約2.4%低下しており、シリサイドの形成が多大な反射率低下を引き起こすことが確認できる。
また、この影響は、バンド幅も狭くなり、製造誤差に関しても、より敏感度を増すこととなり、歩留まりの低下などが起こる可能性がある。
このような反射率低下の対策として、前述した特許文献2のように、Mo層とSi層の間に中間層(拡散防止層)としてB4C(ボロンカーバイド)を成膜する提案がなされている。
図4に、Mo層とSi層の間にシリサイドが形成された多層膜ミラーの反射特性を示す。
図4に示された多層膜ミラーの膜構成は、Mo層とSi層の各層間にシリサイドが形成されている以外は、図3の膜構成と同じである。
図4は、Mo/Si多層膜ミラーにおいて、Si上およびMo上にシリサイドが形成され、そのシリサイドの1ペアー(1周期)あたりの量が1.5nmとして計算上の反射率を13.5nmで反射ピークがくるように最適化した多層膜ミラーの反射特性である。
図4に示された構成のものを図3のものと比較した場合、図4のものでは13.5nmで反射率が約2.4%低下しており、シリサイドの形成が多大な反射率低下を引き起こすことが確認できる。
また、この影響は、バンド幅も狭くなり、製造誤差に関しても、より敏感度を増すこととなり、歩留まりの低下などが起こる可能性がある。
このような反射率低下の対策として、前述した特許文献2のように、Mo層とSi層の間に中間層(拡散防止層)としてB4C(ボロンカーバイド)を成膜する提案がなされている。
つぎに、上記従来例における中間層(拡散防止層)としてB4C(ボロンカーバイド)を成膜した多層膜ミラーについて、さらに説明する。
図5に、B4Cの量を各Si層Mo層の間に0.5nm成膜し、13.5nmでピークがくるように最適化した多層膜ミラーの反射特性を示す。
図5に示された多層膜ミラーの膜構成は、Mo層とSi層の各層間にB4Cが形成されている以外は、図3の膜構成と同じである。
図5より、B4C(ボロンカーバイド)を各々Mo層およびSi層の中間に挿入することで、Mo/Si多層膜で且つシリサイド層が形成された場合よりも、高反射率が得られることが分かる。
しかし、一方ではB4C(ボロンカーバイド)の光吸収の影響で、単純なMo/Si多層膜ミラーの反射率よりも、約1.8%低下することが計算上わかった。
図5に、B4Cの量を各Si層Mo層の間に0.5nm成膜し、13.5nmでピークがくるように最適化した多層膜ミラーの反射特性を示す。
図5に示された多層膜ミラーの膜構成は、Mo層とSi層の各層間にB4Cが形成されている以外は、図3の膜構成と同じである。
図5より、B4C(ボロンカーバイド)を各々Mo層およびSi層の中間に挿入することで、Mo/Si多層膜で且つシリサイド層が形成された場合よりも、高反射率が得られることが分かる。
しかし、一方ではB4C(ボロンカーバイド)の光吸収の影響で、単純なMo/Si多層膜ミラーの反射率よりも、約1.8%低下することが計算上わかった。
露光機において、例えば投影系を構成するミラーの枚数が6枚とすると、Mo/Si多層膜で構成されシリサイド層を形成していないミラーを用いる場合、初期入射X線強度を1とするとMo/Si多層膜ミラーの計算上の反射率は73.782%となる。
したがって、6枚系の投影系を通したあとの光は(0.7382)6≒0.162(16.2%)となり、かなりの光が吸収・損失されてしまう。
このことから、例え微少な損失であっても、できる限り小さくすることが望まれる。
したがって、6枚系の投影系を通したあとの光は(0.7382)6≒0.162(16.2%)となり、かなりの光が吸収・損失されてしまう。
このことから、例え微少な損失であっても、できる限り小さくすることが望まれる。
そこで、本発明者らは、上記検討を踏まえ、鋭意研究した結果、中間層物質としてボロン(B)を用いることで、高反射率化が達成できるという知見を得た。以下に、本発明の実施の形態におけるMo,Siの各層間に中間層物質としてボロン(B)を用いた多層膜ミラーについて説明する。
図6に、本発明の実施の形態における中間層(拡散防止層)としてボロン(B)を用いた多層膜ミラーと、従来例における中間層(拡散防止層)としてB4C(ボロンカーバイド)を用いた多層膜ミラーとの、反射特性の比較例を示す。これらは、ボロン(B)の量を各Si層Mo層の間に0.5nm成膜し、また、B4Cの量を各Si層Mo層の間に0.5nm成膜して、13.5nmでピークがくるように最適化した際の反射特性である。
また、これらの多層膜ミラーの膜構成は、Mo層とSi層の各層間に上記した各中間層(拡散防止層)が形成されている以外は、図3の膜構成と同じである。
図6に、本発明の実施の形態における中間層(拡散防止層)としてボロン(B)を用いた多層膜ミラーと、従来例における中間層(拡散防止層)としてB4C(ボロンカーバイド)を用いた多層膜ミラーとの、反射特性の比較例を示す。これらは、ボロン(B)の量を各Si層Mo層の間に0.5nm成膜し、また、B4Cの量を各Si層Mo層の間に0.5nm成膜して、13.5nmでピークがくるように最適化した際の反射特性である。
また、これらの多層膜ミラーの膜構成は、Mo層とSi層の各層間に上記した各中間層(拡散防止層)が形成されている以外は、図3の膜構成と同じである。
図6より、例えば、13.5nmを露光波長とする露光機に用いる場合、B(ボロン)を用いた方がB4C(ボロンカーバイド)を用いたものよりも吸収係数が小さいことから膜で吸収される軟X線量が少なく、より高反射率を実現できることがわかる。
すなわち、図6から、13.5nmの反射率ピーク値は計算上72.686%であり、B4C(ボロンカーバイド)を層間に入れたものよりも高反射率を達成できることがわかる。
また、拡散防止層としてシリサイドの形成も抑制でき、より高い反射率を達成することが可能となる。
さらに、EUV光を照射した際、膜の吸収により熱が発生し、この熱が原因でシリサイド量が成膜直後よりEUV光照射後で増加していることも報告されている。
本発明の実施の形態における上記構成によれば、吸収係数が小さいこと、シリサイド形成を抑制できることから、EUV光に対しても、高耐久性を期待することができる。
すなわち、図6から、13.5nmの反射率ピーク値は計算上72.686%であり、B4C(ボロンカーバイド)を層間に入れたものよりも高反射率を達成できることがわかる。
また、拡散防止層としてシリサイドの形成も抑制でき、より高い反射率を達成することが可能となる。
さらに、EUV光を照射した際、膜の吸収により熱が発生し、この熱が原因でシリサイド量が成膜直後よりEUV光照射後で増加していることも報告されている。
本発明の実施の形態における上記構成によれば、吸収係数が小さいこと、シリサイド形成を抑制できることから、EUV光に対しても、高耐久性を期待することができる。
なお、本発明の実施の形態では、Si,Moの周期層による多層膜について説明したが、本発明はこのような構成に限られるものではなく、Si,Moの界面が存在する膜構成に適用できるものである。
また、Moの他にRuを用いた場合でも、同様の結果を実現し得る。
また、Moの他にRuを用いた場合でも、同様の結果を実現し得る。
Claims (3)
- X線領域における、真空の屈折率との差が相対的に大きい屈折率を有する材料からなる低屈折率層と、相対的に小さい屈折率を有する材料からなる高屈折率層とを交互に積層した多層膜層により構成された軟X線多層膜ミラーにおいて、
前記低屈折率層と高屈折率層との間に、ボロン(B)からなる中間層が設けられていることを特徴とする軟X線多層膜ミラー。 - 前記高屈折率層が、Siで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の軟X線多層膜ミラー。
- 前記低屈折率層が、MoまたはRuで構成されてい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線多層膜ミラー。
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---|---|---|---|
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Publication Number | Publication Date |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009052998A (ja) * | 2007-08-27 | 2009-03-12 | Dainippon Printing Co Ltd | 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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2005
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009052998A (ja) * | 2007-08-27 | 2009-03-12 | Dainippon Printing Co Ltd | 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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