JP2010118437A - Multilayer film reflection mirror, multilayer film reflection mask, and euv exposure device using those - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、13nm近傍のEUV光を用いたリソグラフィプロセスで用いられる多層膜反射鏡、多層膜反射マスク、及びそれらを用いたEUV露光装置に関する。 The present invention relates to a multilayer film reflecting mirror, a multilayer film reflecting mask, and an EUV exposure apparatus using them, which are used in a lithography process using EUV light near 13 nm.
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達成される光学系の解像度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(13nm近傍の波長)となるEUV光(EUV:Extreme Ultra Violet、極紫外線)を用いた露光技術が開発されている。このようなEUV光を用いたリソグラフィ技術によれば約5〜70nm のパターンサイズの露光が可能になるものと期待されている。 In recent years, with the miniaturization of semiconductor integrated circuits, in order to improve the resolution of the optical system achieved by the diffraction limit of light, EUV light (wavelength near 13 nm) is used instead of conventional ultraviolet rays (wavelength near 13 nm). An exposure technique using EUV (Extreme Ultra Violet) has been developed. Lithography technology using such EUV light is expected to enable exposure with a pattern size of about 5 to 70 nm.
リソグラフィ技術においては、使用する光の波長が短いほど解像力は高くなるが、波長が短くなるとレンズなどの光学品での吸収率が高まり、屈折光学系では縮小投影ができなくなる。すなわち、13nm近傍の波長領域の物質の屈折率は1 に近いため、従来のよ
うに透過屈折型光学素子を使用できず、反射型の光学素子が使用される。そこで、露光装置に用いられるマスクもまた、透過率確保等の観点から、通常反射型の光学素子となる。この際、各光学素子において高い反射率を達成するために、使用波長域での屈折率の高い物質と屈折率の低い物質とを基板上に交互に多数積層して形成された多層反射膜を用いることが一般的である。
In lithography technology, the shorter the wavelength of light used, the higher the resolution, but as the wavelength becomes shorter, the absorptance of an optical product such as a lens increases, and the refraction optical system cannot perform reduced projection. That is, since the refractive index of the substance in the wavelength region near 13 nm is close to 1, the transmission refractive optical element cannot be used as in the prior art, and the reflective optical element is used. Therefore, the mask used in the exposure apparatus is also a normal reflection type optical element from the viewpoint of ensuring transmittance. At this time, in order to achieve a high reflectance in each optical element, a multilayer reflective film formed by alternately laminating a large number of substances having a high refractive index and a substance having a low refractive index in the used wavelength range on the substrate. It is common to use.
このような多層反射膜を用いた光学素子としては、例えば、特許文献1(特開2007−140147号公報)に、基板表面にMoを主成分とする層とSiを主成分とする層を交互に周期的に成膜し、前記Siを主成分とする層上に拡散防止層を形成した構造を有するMo/Si多層膜を備える多層膜反射鏡であって、前記拡散防止層は、前記Siを主成分とする層が有する原子間空隙に入る最大の球の半径の80%以上の共有原子価半径を有する原子により構成されることを特徴とする多層膜反射鏡が開示されている。
ところで、従来の多層膜反射鏡においては、Moを主成分とする厚さ2.8nmのMo層と、Siを主成分とする厚さ4.2nmのSi層を交互に周期的に40ペア層(計80層)成膜したものを用いるのが一般的であった。このような多層膜反射鏡を形成しても、MoとSiともにEUV光に対して吸収係数を持つため、理想的な40ペア層における反射率は71%ほどである。反射率が71%の多層膜反射鏡、多層膜反射マスクを用いた露光装置では最終的にウエハ上で露光に用いることができる光量は、光源のそれのおよそ10%程度となってしまう。 By the way, in the conventional multilayer mirror, a Mo layer having a thickness of 2.8 nm containing Mo as a main component and a Si layer having a thickness of 4.2 nm containing Si as a main component are periodically and alternately paired 40 pairs. In general, a total of 80 layers were used. Even when such a multilayer film reflecting mirror is formed, both Mo and Si have an absorption coefficient for EUV light, so the reflectance in an ideal 40 pair layer is about 71%. In an exposure apparatus using a multilayer film reflecting mirror and a multilayer film reflecting mask having a reflectance of 71%, the amount of light that can be finally used for exposure on the wafer is about 10% of that of the light source.
そこで、多層膜反射鏡、多層膜反射マスクの反射率を少しでも改善させることが求められている。多層膜のペア数を増加させれば反射率が向上することは認知されているが、ペア数を増やすには、Mo層とSi層をさらに製膜するためのプロセスが増やす必要がある。ところが、多層膜の製膜プロセスを増やせば増やすほど、コスト的な問題が生じることもさることながら、異物やボイドなどによる欠陥が生じる可能性が高まるので、多層膜の層数を増やすことによる反射率の向上には限界がある、という問題があった。 Therefore, it is required to improve the reflectivity of the multilayer film reflecting mirror and the multilayer film reflecting mask as much as possible. It is recognized that increasing the number of pairs of multilayer films improves the reflectivity, but in order to increase the number of pairs, it is necessary to increase the number of processes for further forming the Mo layer and the Si layer. However, as the number of multilayer film formation processes increases, the possibility of defects due to foreign matters and voids increases, as well as the cost problem, so the reflection by increasing the number of layers in the multilayer film There was a problem that the rate improvement was limited.
本発明は以上のような課題を解決するためのもので、請求項1に係る発明は、基材上に
Moを主成分とするMo層とSiを主成分とするSi層とからなるMo-Siペア層を交
互に設けた多層膜反射鏡であって、基材直上の第1番目のMo-Siペア層から第n番目
のMo-Siペア層におけるMo層の厚さとSi層の厚さとが等しくされると共に、nの
値がn≦20となるように設定されることを特徴とする。
The present invention is to solve the above-mentioned problems, and the invention according to claim 1 is a Mo-- comprising a Mo layer containing Mo as a main component and a Si layer containing Si as a main component on a substrate. A multilayer mirror in which Si pair layers are alternately provided, and the thickness of the Mo layer and the thickness of the Si layer from the first Mo-Si pair layer to the nth Mo-Si pair layer immediately above the substrate Are equal to each other, and the value of n is set to satisfy n ≦ 20.
また、請求項2に係る発明は、請求項1に記載の多層膜反射鏡において、基材直上の第1番目のMo-Siペア層から第n番目のMo-Siペア層におけるMo層の厚さ及びSi層の厚さが3.50nm以上3.57nm以下であることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the multilayer reflector according to claim 1, wherein the thickness of the Mo layer in the first to n-th Mo-Si pair layer immediately above the substrate is changed. And the thickness of the Si layer is from 3.50 nm to 3.57 nm.
また、請求項3に係る発明は、請求項1に記載の多層膜反射鏡において、n=12に設
定されると共に、基材直上の第1番目のMo-Siペア層から第n番目のMo-Siペア層におけるMo層の厚さ及びSi層の厚さが3.53nmであることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the multilayer mirror according to the first aspect, n = 12, and the nth Mo to Sith layer from the first Mo—Si pair layer directly above the substrate. The thickness of the Mo layer in the Si pair layer and the thickness of the Si layer are 3.53 nm.
また、請求項4に係る発明は、基材上にMoを主成分とするMo層とSiを主成分とするSi層とからなるMo-Siペア層を交互に設け、Mo-Siペア層上に吸収層を設けた多層膜反射マスクであって、基材直上の第1番目のMo-Siペア層から第n番目のMo-Siペア層におけるMo層の厚さとSi層の厚さとが等しくされると共に、nの値がn≦20となるように設定されることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, a Mo—Si pair layer composed of a Mo layer containing Mo as a main component and a Si layer containing Si as a main component is alternately provided on a base material. A multilayer film reflective mask provided with an absorption layer on the substrate, wherein the thickness of the Mo layer and the thickness of the Si layer in the first to Mo-Si pair layers immediately above the substrate are equal to each other. And the value of n is set so that n ≦ 20.
また、請求項5に係る発明は、請求項4に記載の多層膜反射マスクにおいて、基材直上の第1番目のMo-Siペア層から第n番目のMo-Siペア層におけるMo層の厚さ及びSi層の厚さが3.50nm以上3.57nm以下であることを特徴とする。
The invention according to
また、請求項6に係る発明は、請求項4に記載の多層膜反射マスクにおいて、n=12
に設定されると共に、基材直上の第1番目のMo-Siペア層から第n番目のMo-Siペア層におけるMo層の厚さ及びSi層の厚さが3.53nmであることを特徴とする。
The invention according to claim 6 is the multilayer reflective mask according to claim 4, wherein n = 1 2.
And the thickness of the Mo layer and the thickness of the Si layer from the first Mo-Si pair layer to the n-th Mo-Si pair layer immediately above the base material are 3.53 nm. And
また、請求項7に係る発明は、請求項1乃至請求項3記載の多層膜反射鏡又は請求項4乃至請求項6の多層膜反射マスクのいずれかを用いたことを特徴とするEUV露光装置である。 An invention according to claim 7 is an EUV exposure apparatus characterized by using any of the multilayer film reflector according to claims 1 to 3 and the multilayer film reflection mask according to claims 4 to 6. It is.
本発明の実施の形態に係る多層膜反射鏡、多層膜反射マスク及びそれらを用いたEUV露光装置によれば、多層膜の層数を増やすことなく反射率の向上を図ることが可能となり、リソグラフィにおいて効率的な露光プロセスを実現することができる。 According to the multilayer mirror, the multilayer reflective mask, and the EUV exposure apparatus using the multilayer mirror according to the embodiment of the present invention, it becomes possible to improve the reflectance without increasing the number of layers of the multilayer film. An efficient exposure process can be realized.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の実施の形態に係る多層膜反射鏡、多層膜反射マスクを用いたEUV露光装置を模式的に示す図である。図1において、10はEUV光源、11は多層膜反射マスク、12、13は多層膜反射鏡、14はウエハをそれぞれ示している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a view schematically showing an EUV exposure apparatus using a multilayer film reflecting mirror and a multilayer film reflecting mask according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 10 is an EUV light source, 11 is a multilayer film reflecting mask, 12 and 13 are multilayer film reflecting mirrors, and 14 is a wafer.
EUV光源10は、例えば、レーザープラズマ光源が用いられる。これは、真空容器中のターゲット材に高強度のパルスレーザー光を照射し、高温のプラズマを発生させる。当該プラズマから、例えば、波長13nm程度のEUV光が放射される。ターゲット材としては、金属膜、ガスジェット、液滴などが用いられる。放射されるEU V 光の平均強度を高くするためにはパルスレーザーの繰り返し周波数は高い方がよい。当該繰り返し周波数は、通常数kHzである。
As the
多層膜反射マスク11は、反射型マスクであり、その上には転写されるべき回路パター
ンが形成され、不図示のマスクステージにより支持及び駆動される。多層膜反射マスク11から発せれた回折光は、多層膜反射鏡12、13からなる投影光学系で反射されて被処理体であるウエハ14上に投影される。
The multilayer film
ウエハ14は、半導体などの基板であり、不図示のウエハステージにチャッキングされ、XYZ方向に移動可能に構成される。
The
EUV露光装置の投影光学系は、複数の多層膜反射鏡12、13(多層膜ミラー)を用いて、多層膜反射マスク11面上のパターンを像面に配されたウエハ14 上に縮小投影
する。複数の多層膜反射鏡12、13の枚数は、本実施形態では2枚としているが、適宜必要枚数設けることができる。
The projection optical system of the EUV exposure apparatus uses a plurality of multilayer
次に本発明の実施の形態に係る多層膜反射鏡12について説明する。図2は本発明の実施の形態に係る多層膜反射鏡を模式的に示す図である。図2において、100は超低膨張基材、101は厚さ3.53nmのMo層、102は厚さ3.53nmのSi層、111は厚さ2.8nmのMo層、112は厚さ4.2nmのSi層、201は第1Mo-Siペ
ア層、202は第2Mo-Siペア層、・・・・・、240は第40Mo-Siペア層をそれぞれ示している。
Next, the multilayer
図2は、多層膜反射鏡12の断面図である。図2に示すように、多層膜反射鏡12は、高精度な形状に研磨された超低膨張基材100の基板 の表面にモリブデン(Mo)を主
成分とする層(Mo層)とシリコン(Si)を主成分とする層(Si層)のMo-Siペ
ア層が交互に周期的に成膜された構造となっている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
多層膜反射鏡12は、超低膨張基材100の基板から順に第1Mo-Siペア層201
、第2Mo-Siペア層202、第3Mo-Siペア層203、・・・第40Mo-Siペ
ア層240と形成されるが、第1Mo-Siペア層201〜第12Mo-Siペア層217
においては、Mo層101の厚さは3.53nmとされ、Si層102の厚さは3.53nmとされ、Mo層101とSi層102は略等しくなるように製膜される。
The
, The second Mo—
In FIG. 5, the thickness of the
これに対して、第13Mo-Siペア層218〜第40Mo-Siペア層240において
は、Mo層111の厚さは2.8nmとされ、Si層112の厚さは4.2nmとされ、Mo層111の厚さがSi層112の厚さより小さくなるように製膜される。
In contrast, in the first 3 Mo-
なお、第1から第40のどのMo-Siペア層においても、(Mo層101の厚さ)+
(Si層の厚さ)≒(EUV光の波長の1/2)となるように設定されている。
In any of the first to forty Mo-Si pair layers, (the thickness of the Mo layer 101) +
It is set so that (the thickness of the Si layer) ≈ (1/2 of the wavelength of EUV light).
本実施形態では、超低膨張基材100の基板直上の第1Mo-Siペア層201〜第12Mo-Siペア層214において、Mo層101の厚さとSi層102の厚さと等しく設
定されているが、本発明は必ずしもこれに限定されず、超低膨張基材100の基板直上の第1Mo-Siペア層201〜第nMo-Siペア層において、Mo層101の厚さとSi層102の厚さと等しく設定することができる。なお、ここで、全Mo-Siペア層数を
40としたときにおいて、nがn≦20の値を採ること、特にn=12の値を採ることが好ましい。また、第1Mo-Siペア層201〜第nMo-Siペア層において、Mo層101の厚さとSi層102の厚さは、3.50nm以上3.57nm以下であることが好ましい。以下、その理由について説明する。
In the present embodiment, the thickness of the
図3はMo層の厚さとSi層の厚さが等しいMo-Siペア層数と反射率との関係を示
す図である。図3において、横軸は超低膨張基材100直上からの、(Mo層の厚さ)=(Si層の厚さ)であるMo-Siペア層の数nであり、縦軸は反射率が示されている。な
お、図3における多層膜反射鏡12は、全Mo-Siペア層数が40のものである。図3
に示されるように、n≦20であるときに良好な反射率を得ることができ、特にn=12
であるときに最もよい反射率を得ることができる。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the number of Mo—Si pair layers in which the thickness of the Mo layer and the thickness of the Si layer are equal and the reflectance. In FIG. 3, the horizontal axis is the number n of Mo—Si pair layers from the top of the
As shown in FIG. 4, good reflectivity can be obtained when n ≦ 20, particularly n = 1 2.
The best reflectivity can be obtained.
図4はMo層の厚さとSi層の厚さが等しいMo-Siペア層を10層としたときにお
ける各層の厚さの変化に伴う反射率の変化を示す図である。図4から、第1Mo-Siペア層201〜第10Mo-Siペア層で構成されているときにおいて、Mo層101の厚さ
とSi層102の厚さが、3.50nm以上3.57nm以下であることが好ましいこと
がわかる。また、図4から、特にMo層101の厚さとSi層102の厚さが3.53nmであるときが最も高い反射率となり、最適であることがわかる。
FIG. 4 is a diagram showing a change in reflectance accompanying a change in the thickness of each layer when ten Mo—Si pair layers having the same Mo layer thickness and Si layer thickness are used. From FIG. 4, when the first Mo—
また、図4は、層厚変化に伴う反射率の変化を示したものであるが、MoとSi各層の厚さが3.50nmから3.57nmの範囲では、最適な層厚3.53nmに対し、劣化を0.05%以内に抑えることができ、本発明の反射率向上0.1%に対し有効の範囲と考えられる。 FIG. 4 shows the change in reflectivity accompanying the change in layer thickness. When the thickness of each Mo and Si layer is in the range of 3.50 nm to 3.57 nm, the optimum layer thickness is 3.53 nm. On the other hand, the deterioration can be suppressed to within 0.05%, which is considered to be an effective range for the reflectance improvement of 0.1% of the present invention.
以上のような構成によれば、Mo層の厚さとSi層の厚さをコントロールするのみで、Mo-Siペア層の層数を増やすことなく反射率の向上を図ることが可能となり、多層膜
反鏡12、13を用いたEUV露光装置によればリソグラフィにおいて効率的な露光プロセスを実現することができる。
According to the configuration as described above, it is possible to improve the reflectance without increasing the number of Mo—Si pair layers only by controlling the thickness of the Mo layer and the thickness of the Si layer. According to the EUV exposure apparatus using the
次に本発明の実施の形態に係る多層膜反射マスクについて説明する。図5は本発明の実施の形態に係る多層膜反射マスク11を模式的に示す図である。図5において、100は超低膨張基材、101は厚さ3.53nmのMo層、102は厚さ3.53nmのSi層、111は厚さ2.8nmのMo層、112は厚さ4.2nmのSi層、201は第1Mo-Siペア層、202は第2Mo-Siペア層、・・・・・、240は第40Mo-Siペ
ア層をそれぞれ示している。以上の構成は先の多層膜反射鏡12の構成と同一である。
Next, the multilayer reflective mask according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a diagram schematically showing a multilayer
多層膜反射マスク11が多層膜反射鏡12と異なる点は、最上のMo-Siペア層の上
に、バッファ層301、吸収層300が構成されている点である。
The multilayer
多層膜反射マスク11の最上のMo-Siペア層の上に設けられたバッファ層301は
、例えばRuやSiO2であり、吸収層300はTa、Cr、Ti、Nbやそれらの化合
物などである。これらのバッファ層301、吸収層300は転写されるべき回路パターン状に形成されており、EUV光を吸収するように構成されている。
The
以上のよう構成の多層膜反射マスク11においても、図3において説明した多層膜反射鏡と同様の特性を期待することができる。そして、このような多層膜反射マスク11によれば、Mo層の厚さとSi層の厚さをコントロールするのみで、Mo-Siペア層の層数
を増やすことなく反射率の向上を図ることが可能となり、多層膜反射マスク11を用いたEUV露光装置によればリソグラフィにおいて効率的な露光プロセスを実現することができる。
The multilayer
10・・・EUV光源、11・・・多層膜反射マスク、12、13・・・多層膜反射鏡、14・・・ウエハ、100・・超低膨張基材、101、111・・・Mo層、102、112・・・Si層、300・・・吸収層、301・・・バッファ層
DESCRIPTION OF
Claims (7)
ア層を交互に設けた多層膜反射鏡であって、
基材直上の第1番目のMo-Siペア層から第n番目のMo-Siペア層におけるMo層の厚さとSi層の厚さとが等しくされると共に、nの値がn≦20となるように設定されることを特徴とする多層膜反射鏡。 A multilayer reflector in which Mo-Si pair layers composed of Mo layers mainly composed of Mo and Si layers mainly composed of Si are alternately provided on a base material,
The thickness of the Mo layer and the thickness of the Si layer in the first to Mo-Si pair layers immediately above the base material are made equal, and the value of n is n ≦ 20 A multilayer film reflecting mirror characterized by being set to.
ア層を交互に設け、Mo-Siペア層上に吸収層を設けた多層膜反射マスクであって、
基材直上の第1番目のMo-Siペア層から第n番目のMo-Siペア層におけるMo層の厚さとSi層の厚さとが等しくされると共に、nの値がn≦20となるように設定されることを特徴とする多層膜反射マスク。 A multilayer reflective mask in which Mo-Si pair layers composed of Mo layers mainly composed of Mo and Si layers mainly composed of Si are alternately provided on the base material, and an absorption layer is provided on the Mo-Si pair layer. Because
The thickness of the Mo layer and the thickness of the Si layer in the first to Mo-Si pair layers immediately above the base material are made equal, and the value of n is n ≦ 20 A multilayer film reflective mask, characterized in that
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