JP5926190B2 - Ｅｕｖリソグラフィ用反射マスク - Google Patents
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Description
本発明は基板上に反射多層膜を備えるＥＵＶリソグラフィ用の反射マスクに関する。更に、本発明はこのようなマスクを有するＥＵＶリソグラフィ装置に関する。
例えば半導体コンポーネントのリソグラフィ構造化法においては、マスクの構造が構造化すべき物体上にＥＵＶリソグラフィ装置によって投影される。この目的のために、マスクは照明系によって照明され、その構造が構造化すべき物体上に投影系によって結像される。
リソグラフィを用いる半導体コンポーネントの製造にはますます微細な構造を生成できるようにますます短い波長の光が使用されている。極端紫外（ＥＵＶ）波長域、例えば約５ｎｍ〜２０ｎｍの波長の光を使用する場合、透過モードのレンズ型素子はもはや使用することができず、それぞれの作業波長に適応する反射膜を有するミラー素子で構成される照明系及び投影系が使用される。マスクも反射性にしなければならない。可視及び赤外波長域におけるミラーと対照的に、理論上１つのミラーにつき８０％未満の最大反射率しか達成することができない。ＥＵＶリソグラフィ装置は通常複数のミラーを備えるために、これらのミラーの各々は十分に高い総合反射率を保証するには可能な最高反射率を有するものとしなければならない。
高い反射率を有する約１３ｎｍのＥＵＶ波長域用のミラーは、例えば特許文献１から既知である。これに記載されているミラーは基板上に被着された一連の個別層を備える層配列からなり、この層配列は複数の部分層系を備え、各部分層系は異なる材料の少なくとも２つの個別層の周期的配列を有し、個別の部分系の周期の数及び周期の厚さは基板から表面に向かって減少している。このようなミラーは０°〜２０°の入射角の範囲で３０％以上の反射率を有するが、この反射率はこの入射角の範囲内で強い変化を有し、ＥＵＶリソグラフィプロセスとの関連において不正確な結像を生じ得る。
入射角は光ビームの入射方向と光ビームの入射点におけるミラー表面の法線との間の角度として定義される。入射角の範囲は各ミラー対して考慮される最大及び最小入射角間の角度範囲から導出される。
高い反射率を有する約１３ｎｍのＥＵＶ波長域用のミラーは特許文献２からも既知である。これに示されるミラーは、最高反射率のために３０以上の同一周期のシリコン及びルテニウム層からなる多層膜系に対して高い理論的反射率を有する。しかし、実際にはシリコン層とルテニウム層との間に相互拡散によって中間層が形成され、これらの中間層が層界面においてコントラスト損をもたらし、反射率の低下をもとらすために、これらの理論的反射率は達成できない。このことは、可能な最高反射率を達成するためにシリコン及びルテニウム層に基づく多層膜系とシリコン及びモリブデン層に基づく多層膜系を重ねてなる特許文献３から既知のＥＵＶリソグラフィ用のミラーにも言える。
マスクを備えるＥＵＶリソグラフィ装置は、例えば特許文献４から既知である。
本発明の目的は、ＥＵＶリソグラフィに適したマスクを提供することにある。
この目的を達成するために、本発明によるＥＵＶリソグラフィ用の反射マスクは、基板上に、ＥＵＶ域内の作業波長用に構成された該作業波長で屈折率の異なる実数部を有する少なくとも２つの材料の層を備える積層体を有する反射多層膜系を備え、前記反射多層膜系（Ｖ）は、固定波長のＥＵＶ放射によって２１°までの最小及び最大入射角間の角度範囲で照射されるとき、アポダイゼーションが３０％未満になるように構成されている。
アポダイゼーションとは、入射角範囲内における一波長の反射率の変化を示す量であり、入射角範囲内の最大反射率及び最小反射率の差を最大反射率で割ったものと定義され、パーセントで示すことができる。特に、ＥＵＶリソグラフィプロセスとの関連でマスク構造を構造化すべき物体上に高い品質で決像するには、マスクでの反射が入射角の最大可能な範囲に亘って均一であることが極めて有利である。
マスクへの入射角範囲は、ＥＵＶリソグラフィ装置に使用する場合には、マスクとリソグラフィプロセスで構造化すべき物体との間のビーム路内に配置されてマスクの構造を構造化すべき物体上に結像する投影対物系の開口数及びイメージスケールにより決まる。入射角の範囲は開口数とイメージスケールの積のアークサインの２倍として計算される。ここで提案されるマスクは、好ましくは、ＥＵＶリソグラフィ装置の特定の投影対物系の全入射角範囲に亘って３０％未満のアポダイゼーションを有する。
ＥＵＶ放射の反射用に一般に使用されている多層膜系は、適合する波長を固定の入射角において高い反射率で反射しないで入射角の範囲に亘って幾分減少した反射率で反射するように最適化することができることを確かめた。マスクを照明し、その構造を投影するとき、マスクがいくつかの入射角から同時に照明されるならば、これは高い総合反射率をもたらすことができ、マスク上に存在する多層膜系の特別構造による入射角範囲に亘る反射率の平均値はＥＵＶ域内の一つの波長及び一つの入射角において最大の反射率が得られるように最適化された従来の多層膜系よりも高くなる。
多層膜系は、本質的には、所望の作業波長で僅かに低い屈折性又は僅かに高い吸収性の材料（吸収体ともいう）と僅かに低い吸収性の材料（スペーサとのいう）の交互の層からなる。これらの交互層によって、低屈折性の材料の層がブラッグ反射を生じ得る格子面に相当する結晶が模造される。低屈折性材料の層及び高屈折性材料の層を有する積層体の厚さは、積層体内の層厚比と同様に多層膜系全体に亘って一定又は可変とすることができる。交互層の間に追加の層を設けることもできる。基板上の第１の層は吸収体層又はスペーサ層とすることができる。真空に面する最外層は吸収体層又はスペーサ層の両方とすることができる。基板と多層膜系との間にも、真空に面する多層膜系の最上面の上にも、例えば下側の多層膜系を保護するため又は基板と多層膜系との間又は多層膜系内の応力補償のために、一以上の追加の層を設けることができる。
作業波長は実際には常に有限幅の波長域に対応するが、この波長域は特にＥＵＶ放射源として使用される、例えばプラズマ源のスペクトルの波長域に対して極めて狭くすることができることに注意されたい。
反射マスクは、リソグラフィ方法との関連では、マスク上に存在する構造を構造化すべき物体上に結像することによって物体を構造化する装置である。必ずというわけではないが、多くの場合、マスクの構造は決像時に縮小される。リソグラフィ方法のタイプ及びリソグラフィ装置の構成に応じて、マスクの構造は一つの露光ステップで結像されるか、段階的にサンプリングされて２以上の露光ステップで結像される。後者の場合には、マスクはレチクルとも称される。マスクの構造は構造化すべき物体上に所望の構造のネガ又はポジとして形成できる。マスクの構造は作業波長を強く吸収する層として形成することもできる。これまで、これらのマスクは通常平面を有する。
前記多層膜系は、有利には、固定波長のＥＵＶ放射によって２１°までの最小及び最大入射角間の角度範囲で照射されるとき、アポダイゼーションが３０％未満になるように構成され、好ましくは、固定波長のＥＵＶ放射によって１４°までの最小及び最大入射角間の角度範囲で照射されるとき、アポダイゼーションが２０％未満になるように構成される。
好適実施例では、前記多層膜系は、ＥＵＶリソグラフィ装置に使用して構造化すべき物体の高いスループットを達成するために、固定波長のＥＵＶ放射によって１４°までの最小及び最大入射角間の角度範囲で照射されるとき、反射率が４０％以上になるように構成される。
有利には、前記多層膜系は、決像品質を更に高めるために、中心波長を中心に±２％の幅の波長範囲内のＥＵＶ放射によって１２°までの最小及び最大入射角間の角度範囲で照射されるとき、アポダイゼーションが３０％未満になるように構成される。
前記多層膜系は、リソグラフィプロセス中に構造化すべき物体の十分なスループットを保証するために、中心波長を中心に±２％の幅の波長範囲内のＥＵＶ放射によって１２°までの最小及び最大入射角間の角度範囲で照射されるとき、反射率が３０％以上になるように構成されるのが有利である。
好ましくは、前記マスク上に存在する前記多層膜系は１３．０ｎｍ〜１４．０ｎｍの波長域で最大の反射率になるように構成される。殆どの既存のＥＵＶリソグラフィ装置はこの波長域で動作する。多層膜系の反射率は通常強い波長依存性を示し、顕著な最大反射率範囲を有する。最大反射率を有する波長域は層配列の設計及び寸法決定及び層材料の選択によって調整することができる。
好適実施例では、前記多層膜系は複数の部分系を備え、各部分系は個別層の少なくとも２つの積層体の周期的配列からなり、各部分系内の積層体の層は隣接する部分系の積層体の厚さと異なる積層体の厚さをもたらす一定の厚さを有し、前記基板から最も遠い部分系の高い屈折率実数部を有する第１の層が前記基板から２番目に遠い部分系の高い屈折率実数部を有する最後の層に直接続くように構成される。
ここでは、前記反射マスクの多層膜系の部分系は互いに直接連接し、他の層又はコーティング系によって分離されない。更に、本発明の関連では、部分系は隣接する部分系と相違させ、作業波長で異なる屈折率実数部を有する材料の層の厚さの比が同じであっても、隣接する部分系の積層体の厚さからの差として０．１ｎｍ以上の差を与える。その理由は、同じ層厚比を有する部分系の異なる光学効果が０．１ｎｍの差から始まることが期待できるためである。
本発明によれば、より大きな入射角範囲に亘ってより高くより均一な反射率を達成するためには、基板から最も遠い部分系の高い屈折率実数部を有する材料を基板から２番目に遠い部分系の積層体の高い屈折率実数部を有する材料の最後の層に直接続けて設けるべきことが確かめられた。
好ましくは、本実施例によれば、特に、基板から最も遠い部分系及び基板から２番目に遠い部分系を透過するＥＵＶ放射の透過率は１０％未満、好ましくは２％未満である。
本発明によれば、大きな入射角範囲に亘って高く均一な反射率を達成するためには、多層膜系の下側層又はコーティング又は基板の影響を低減しなければならないことが確かめられた。これは、特に基板から２番目に遠い部分系が一連の積層体を有し、基板から最も遠い部分系の高い屈折率実数部を有する材料の第１の層が基板から２番目に遠い部分系の高い屈折率実数部を有する材料の最後の層に直接続くように構成された多層膜形に対して必要とされる。多層膜系の下側層又は基板の影響を低減する簡単な手段は、多層膜系がＥＵＶ放射を多層膜系の下側層まで殆ど透過しないように構成することである。これらの手段によって、マスクの反射特性への下側層又は基板の有意の影響が防止される。
有利には、前記多層膜系は複数の部分系を備え、各部分系は少なくとも２つの個別層の積層体の周期的配列からなり、各部分系内の積層体の層は隣接する部分系の積層体の厚さと異なる積層体の厚さをもたらす一定の厚さを有し、基板から最も遠い部分系は基板から２番目に遠い部分系の積層体の数より多数の積層体を有するものとする。
本発明によれば、大きな入射角範囲に亘って高く均一な反射率を達成するためには、基板から最も遠い部分系の積層体の数を基板から２番目に遠い部分系の積層体の数より多くしなければならないことが確かめられた。
好ましくは、前記多層膜系は複数の部分系を備え、各部分系は少なくとも２つの個別層の積層体の周期的配列からなり、各部分系内の積層体の層は隣接する部分系の積層体の厚さと異なる積層体の厚さをもたらす一定の厚さを有し、基板から最も遠い部分系の高い屈折率実数部を有する層の厚さが基板から２番目に遠い部分系の高い屈折率実数部を有する層の厚さから０．１ｎｍ以上相違するものとする。
本発明によれば、大きな入射角範囲に亘って高く均一な反射率を達成するためには、基板から最も遠い部分系の高い屈折率実数部を有する層の厚さを基板から２番目に遠い部分系の高い屈折率実数部を有する層の厚さから０．１ｎｍ以上相違させるのが好ましいことが確かめられた。これは、特に基板から最も遠い部分系の積層体の数が基板から２番目に遠い部分系の積層体の数より多い実施例に当てはまる。
好ましくは、マスクの製造を簡単にするために、前記部分系は同じ材料からなる。
更に、基板から最も遠い部分系の積層体の低い屈折率実数部を有する層の厚さを基板から２番目に遠い部分系の積層体の低い屈折率実数部を有する層の厚さの８０%より小さくすると、少数の部分系を有する多層膜系に対して特に高い反射値を達せできることが確かめられた。
また、基板から最も遠い部分系の積層体の高い屈折率実数部を有する層の厚さを基板から２番目に遠い部分系の積層体の高い屈折率実数部を有する層の厚さの１２０%より大きくすると、少数の部分系を有する多層膜系に対して特に高い反射値を達せできることが確かめられた。
有利には、前記多層膜系は少なくとも３つの部分系を備え、基板に最も近い部分系の積層体の数は基板から最も遠い部分系の積層体の数及び／又は基板から２番目に遠い部分系の積層体の数より多くする。これらの手段によって、マスクの多層膜系の下側層又は基板からの反射率特性の分離が助長されるため、例えば多層膜系の下側層又は基板をＥＵＶ放射から十分に保護するために他の機能又は他の特性を有する他の層を使用することが可能になる。
基板から２番目に遠い部分系の積層体の数は２〜１２にするのが有利である。また、基板から最も遠い部分系の積層体の数は９〜１６にするのが有利である。基板から最も遠い部分系の積層体の数が９〜１６である反射多層膜系又は基板から２番目に遠い部分系の積層体の数が２〜１２である反射多層膜系を有するＥＵＶリソグラフィ用の反射マスクは特に製造が容易である。マスクに必要とされる層の総数の制限はマスクの製造時の複雑さ及びリスクの低減をもたらす。
好ましくは、マスクは多層膜系の厚さ係数を有し、マスク表面に沿って０．９５〜１．１０の値を有するものとし得る。厚さ係数は、基板上の一部分に塗布される特定の多層膜系設計の全層厚を実現するファクタである。１の厚さ係数は公称多層膜系設計に対応する。厚さ係数は、更なる自由度として、マスク上の異なる部分をその部分で生じる異なる入射角範囲に選択的に適応させることができ、マスク自体の多層膜系の設計を変更する必要がないため、このマスクは最終的に、関連する設計の多層膜系が１の固定厚さ係数において可能とする反射値より高い反射値をマスクの異なる部分における入射角範囲に対して与えることができる。厚さ係数を調整することによって、高い入射角を保証できるのみならず、アポダイゼーションを更に低減することもできる。特に、より高い最大入射角に適応させるためにはより高い厚さ係数が有益であるため、マスク表面上の部分における多層膜系の厚さ係数はその部分で生じる最大入射角と相互に関連付けるのが好ましい。
有利には、高い屈折率実数部及び低い屈折率実数部を有する材料の交互層の間に、炭化ホウ素、炭素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ホウ化ケイ素、窒化モリブデン、炭化モリブデン、ホウ化モリブデン、窒化ルテニウム、炭化ルテニウム、ホウ化ルテニウム又はそれらの組み合わせからなる障壁層が配置される。障壁層は高い屈折率実数部を有する材料又は低い屈折率実数部を有する材料の個別層間に相互拡散を減少させ、多層膜系内のコントラストをできるだけ理論的理想値に近い値に維持し、実際の反射率をできるだけ理論的理想値に近い値に維持するのに役立つ。好適変形例では、障壁層は異なる屈折率実数部を有する材料のすべての層の間に配置される。２つの層間の種々の界面での相互拡散係数に応じて、障壁層は一つ置きの界面に設ければ十分とすることができ、また異なる界面に異なる厚さの障壁層を設けることができる。
好ましくは、作業波長における高い屈折率実数部を有する材料の層及び低い屈折率実数部を有する材料の層を有する多層膜系の１周期に対して、高い屈折率実数部を有する材料はシリコンであり、低い屈折率実数部を有する材料はルテニウムであり、特に好ましくはいくつかの又はすべてのシリコン及びルテニウム層の間に障壁層が配置される。特に好ましくは、すべての周期は高い屈折率実数部を有する材料としてシリコンを、低い屈折率実数部を有する材料としてルテニウムを含む。
特に好ましくは、後者の場合には、シリコンとルテニウムの間の相互拡散を抑制するためだけでなく、種々の入射角範囲において可能最高の反射率を達成するために、０．３５ｎｍより厚い、特に０．４ｎｍの厚さを有する炭化ホウ素の少なくとも一つの障壁層が設けられる。有利には、マスクの多層膜系は１ｎｍ未満、好ましくは０．８ｎｍ未満、特に好ましくは０．６ｎｍ未満の暑さを有する炭化ホウ素の障壁層を含むべきである。その理由は、これより厚い障壁層では、障壁層により達成される高い屈折率値が、例えば約１３ｎｍ〜１４ｎｍの波長帯においてこれらの層の吸収効果のために低下し始める。特に好ましくは、製造技術上の理由のために、常に０．４ｎｍ〜０．６ｎｍの等しい厚さの炭化ホウ素の障壁層がシリコン及びルテニウムの個別層間に設けられ、これは、コーティングプロセス又はコーティング装置の最調整を回避することができるためである。有利には、シリコンの層は４ｎｍ〜７ｎｍの厚さに、テルニウムの層は２．５ｎｍ〜４．５ｎｍの厚さにすべきである。更に、すべての他の実施例においては、カバー層系でマスクの多層膜系を完成する場合、該カバー層系はマスクを環境影響及びそれにより生じる反射率損から保護するために化学的に不活性な材料の少なくとも一つの層を備えるのが有利である。
好適実施例においては、作業波長における高い屈折率実数部を有する材料の層及び低い屈折率実数部を有する材料の層を有する多層膜系の少なくとも一つの積層体に対して、高い屈折率実数部を有する前記材料はシリコンであり、低い屈折率実数部を有する前記材料はモリブデンである。特に好ましくは、すべての積層体は高い屈折率実数部を有する材料としてシリコンを、低い屈折率実数部を有する材料としてモリブデンを含む。シリコン及びモリブデンを主成分とする多層膜系は約１３ｎｍ〜１４ｎｍの範囲の波長のＥＵＶ放射の反射に特に適している。
更に、前記目的は、ＥＵＶ域内の作業波長用に構成された基板上に、前記作業波長において屈折率の異なる実数部を有する少なくとも２つの材料の層を備える積層体を有する反射多層膜系を備えるＥＵＶリソグラフィ用の反射マスクを備えるＥＵＶリソグラフィ装置によって達成され、前記反射多層膜系は、固定波長のＥＵＶ放射によって２１°までの最小及び最大入射角間の角度範囲で照射されるとき、アポダイゼーションが３０％未満になるように構成されている。
好適実施例では、このＥＵＶリソグラフィ装置は前述したマスクを備える。
上記の特徴及び他の特徴は本明細書の記載及び図面並びに特許請求の範囲の記載から明らかであり、個々の特徴は本発明の実施例の副結合の形で個別に又はグループ単位で実現することができ、また他の分野で実現し、有利な実施例及び保護自体が可能な実施例も構成することができる。
マスクの様々な実施例が図１−図４を参照して例示的に説明され、これらの図において、同じ参照番号は全図を通して等価な特徴部分を示す。更に、これらのマスクの等価な特徴又は特性が図３及び図４の説明の後に図１−図４に対して要約して説明される。
図１は、基板Ｓ及び多層膜系Ｖを備えるＥＵＶリソグラフィ用のマスクＭの概略図である。ここで、多層膜系Ｖは複数の部分系Ｐ′，Ｐ″及びＰ′′′を備え、各部分系は個別層の少なくとも２つの積層体Ｐ１，Ｐ２及びＰ３の周期的配列からなり、積層体Ｐ１，Ｐ２及びＰ３は、ＥＵＶリソグラフィが実行される作業波長で高い屈折率実数部を有する材料の高屈折率層Ｈ′，Ｈ″及びＨ′′′及び低い屈折率実数部を有する材料の低屈折率層Ｌ′，Ｌ″及びＬ′′′のための２つの異なる材料の個別層を備えるとともに、各部分系Ｐ′，Ｐ″及びＰ′′′内において一定の積層体厚さｄ１，ｄ２及びｄ３を有し、それらの厚さは隣接する部分系の積層体厚さと相違する。ここでは、基板Ｓから最も遠い部分系Ｐ′′′は基板Ｓから２番目に遠い部分系Ｐ″の積層体Ｐ２の数Ｎ２より多い数Ｎ３の積層体Ｐ３を有する。更に、基板Ｓから２番目に遠い部分系Ｐ″は一連の積層体Ｐ２を有し、基板Ｓから最も遠い部分系Ｐ′′′の第１の高屈折率層Ｈ′′′が基板Ｓから２番目に遠い部分系Ｐ″の最後の高屈折率層Ｈ″に直接続く。
従って、図１において、基板Ｓから２番目に遠い部分系Ｐ″内における積層体Ｐ２内の高屈折率層Ｈ″及び低屈折率層Ｌ″の順序は他の部分系Ｐ′，Ｐ′′′の他の積層体Ｐ１，Ｐ３内の高屈折率層Ｈ′，Ｈ′′′及び低屈折率層Ｌ′，Ｌ′′′の順序に対して逆転しているため、基板Ｓから２番目に遠い部分系Ｐ″内における積層体Ｐ２内の第１の低屈折率層Ｌ″も基板Ｓに最も近い部分系Ｐ′の最後の低屈折率層Ｌ′に光学的に有効に続く。従って、図１の基板Ｓから２番目に遠い部分系Ｐ″は図２及び図３の他のすべての部分系とも層の順序が異なる。
図２は、基板Ｓ及び多層膜系Ｖを備えるＥＵＶリソグラフィ用の他のマスクＭの概略図であり、このマスクは基板Ｓから２番目に遠い部分系Ｐ″が他の部分系Ｐ′及びＰ′′′の積層体Ｐ１及びＰ３の層順序に相当する積層体Ｐ２の層順序を有するために、基板Ｓから最も遠い部分系Ｐ′′′の第１の高屈折率層Ｈ′′′が基板Ｓから２番目に遠い部分系Ｐ″の最後の低屈折率層Ｌ″に光学的に有効に続く点が図１に示すマスクＭ１から相違する。
図３は第３のマスクＭの概略図である。ここでは、多層膜系Ｖは複数の部分系Ｐ′，Ｐ″及びＰ′′′を備え、各系は個別層の少なくとも２つの積層体Ｐ２及びＰ３の周期的配列からなり、積層体Ｐ２及びＰ３は高屈折率層Ｈ″及びＨ′′′及び低屈折率層Ｌ″及びＬ′′′のための２つの異なる材料の個別層を備えるとともに、各部分系Ｐ″及びＰ′′′内において一定の積層体厚さｄ２及びｄ３を有し、それらの厚さは隣接する部分系の積層体の厚さと相違する。ここでは、基板Ｓから最も遠い部分系Ｐ′′′は基板Ｓから２番目に遠い部分系Ｐ″の積層体Ｐ２の数Ｎ２より多い数Ｎ３の積層体Ｐ３を有する。この実施例の変形例では、図１に示すマスクのように、基板Ｓから２番目に遠い部分系Ｐ″の層の順序は基板Ｓから最も遠い部分系Ｐ′′′に対して逆にして、基板Ｓから最も遠い部分系Ｐ′′′の第１の高屈折率層Ｈ′′′が基板Ｓから２番目に遠い部分系Ｐ″の最後の高屈折率層Ｈ″に光学的に有効に続くようにすることができる。
特に、少数の部分系、例えばたった２つの部分系に対しては、基板Ｓから最も遠い部分系Ｐ′′′の積層体Ｐ３が基板Ｓから２番目に遠い部分系Ｐ″の高屈折率層Ｈ″の厚さの１２０％を超える、特に２倍を超える厚さを有する高屈折率層Ｈ′′′を有する場合に、高い反射率が達成されることが分かった。
図１−図３に示すマスクの多層膜系の部分系は互いに直接連続し、他の層系で分離されない。しかしながら、部分系を互いに適応させるため又は多層膜系の光学特性を最適化するために単一の中間層で部分系を分離することは可能である。しかしながら、例えば図１に示すように高屈折率層が互いに直接続く場合には２つの部分系の間に中間層を設けるべきではない。なぜなら、層の順序が逆になること所望の光学的効果が妨げられるためである。
シリコンは高屈折率層に好適な材料である。モリブデン及びルテニウムはシリコンとの組み合わせで低屈折層として特に好適な材料である。これらの材料の複素屈折率は表１に示されている。
図１−図３における各積層体の層、好ましくはシリコンとモリブデン又はシリコンとルテニウムの層の間には、炭化ホウ素、炭素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ホウ化ケイ素、窒化モリブデン、炭化モリブデン、ホウ化モリブデン、窒化ルテニウム、炭化ルテニウム及びホウ化ルテニウムを含む材料群から選択される、又は化合物として形成される材料からなる障壁層Ｂが存在する。このような障壁層は積層体の２つの個別層間の拡散を抑制し、２つの個別層間の界面における光学的コントラストを増大する。モリブデンとシリコンを積層体の２つの個別層の材料として使用する場合には、十分なコントラストを達成するには基板から見てシリコン層の上の障壁層で十分とすることができる。障壁層は上述した材料と異なる材料からなるものとすることもでき、特に２以上の層からなるものとすることもできる。
材料として炭化ホウ素からなる、０．３５ｎｍ〜０．８ｎｍ、好ましくは０．４ｎｍ〜０．６ｎｍ、の厚さを有する障壁層は、実際上多層膜系の高い反射率をもたらす。マスクの他の模範的実施例に対しては、特に図４に示すように、ルテニウム及びシリコンの部分系において、０．４ｎｍ〜０．６ｎｍの厚さを有する炭化ホウ素の障壁層が最大の反射率を示す。
部分系Ｐ′，Ｐ″及びＰ′′′の積層体Ｐ１，Ｐ２及びＰ３の数Ｎ１，Ｎ２及びＮ３はそれぞれ図１−図４に示す個別の積層体Ｐ１，Ｐ２及びＰ３を最大で１００個までとすることができる。更に、図１−図４に示すように多層膜系Ｖ及び基板Ｓとの間に中間層又は中間層系を設けて多層膜系Ｖと基板Ｓとの間の応力を補償することができる。
中間層又は中間層系の材料としては、多層膜系Ｖ自体と同じ材料を同じ順番で用いることができる。しかし、中間層系に対する障壁層は省略することができ、なぜなら、マスクの反射率に及ぼす障壁層の影響は通常無視でき、障壁層を用いてコントラストを増大することはあまり重要でないためである。中間層又は中間層系としては、クロム及びスカンジウム層又は非晶質のモリブデン又はルテニウム層を交互に含む中間層系とすることも可能である。後者の厚さは、下側の基板がＥＵＶ放射に対して十分に保護されるように例えば２０ｎｍ超に選択することができる。この場合には、これらの層は所謂「表面保護層」（ＳＰＬ）として作用し、保護層としてＥＵＶ放射から保護する。
多層膜系Ｖは図１−３に示すようにキャップ層系Ｃで完成され、このキャップ層系は、最外層Ｉとしてロジウム、プラチナ、ルテニウム、パラジウム、金、シリコン、酸化物などの化学的に不活性な材料の少なくとも一つの層を備える。よって、この最外層Ｉは環境影響によるマスク表面の化学的変化を防止する。図１−３に示す例のキャップ層系Ｃは、最外層Ｉのほかに、高屈折率層Ｈ、低屈折率層Ｌ及び障壁層Ｂからなる。
図１−３に示すように、積層体Ｐ１，Ｐ２及びＰ３の一つの厚さは、対応する周期の個別層の厚さの和、即ち高屈折率層の厚さ、低屈折率層の厚さ及び場合によって２つの障壁層の厚さの和に相当する。従って、図１−３の部分系Ｐ′，Ｐ″及びＰ′′′は異なる厚さｄ１，ｄ２及びｄ３を有するそれらの積層体Ｐ１，Ｐ２及びＰ３により互いに相違させることができる。従って、本発明と関連する異なる部分系Ｐ′，Ｐ″及びＰ′′′は、それらの厚さｄ１,ｄ２及びｄ３が０．１ｎｍ以上相違する積層体Ｐ１，Ｐ２及びＰ３を有する部分系であると理解され、その理由は、０．１ｎｍ未満の差では、それにもかかわらず一積層体内の高及び低屈折率層間の層厚比が同じである部分系が異なる光学効果を有することを期待できないためである。更に、実質的に同じである部分系は、異なる製造システムで製造する際に、それらの積層体の厚さをこの量だけ相違させることができる。
図５は上述したマスクＭＳを用いるＥＵＶリソグラフィ装置２００を概略的に示す。ＥＵＶ放射は、様々なミラー（図示せず）を用いる照明系２１０によってその光学特性に関して処理され、次に一連のミラー、本例では８個のミラー１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０，１８０を有する投影系１００によって、マスクＭＳ上の構造をｙ方向に、例えば段階的に走査し、対応する次の露光ステップでその像をウェハ上に決像させるために、所謂ステップ・アンド・スキャン法で利用される。マスクサポート２２０及びウェハサポート２３０の移動を対応する方法で調整するために制御ユニット２４０が設けられている。
リソグラフィ処理が実行される作業波長域内のＥＵＶ放射は、マスクＭＳが走査されるとき各部ができるだけ均一に照明されるように照明系２１０によって処理される。像の解像度を増大するために、ＥＵＶリソグラフィ装置２００、特に投影系１００の開口数を増大しようとすると、マスクに入射する放射の入射角の変化も各照明点で増大する。
この例における１３．５ｎｍの理想作業波長又は現状における１３．２ｎｍ〜１３．８ｎｍの実際の作業波長域で異なる屈折率実数部を有する交互層材料としてモリブデン及びシリコンを主成分とする通常のコーティングを有する従来のマスクを考察すると、アポダイゼーションが部分的に極めて高くなることを確かめられる。
以下の図に示される反射率値を計算するために、１３．５ｎｍで使用される材料に対して複素屈折率ｎ′＝ｎ−ｉ*ｋを使用した。特に実際の薄い層の屈折率は表１に示す文献値から外れるために、実際のマスクの反射率値はここに示す理論的反射率値より低くなり得る。
従来のマスクの多層膜系は次の構造を有する。
基板/…/ (0.4 B4C 2.799 Mo 0.4 B4C 3.409 Si)*50/5.275 Si 0.4 B4C 2.0 Mo 1.5 Ru
基板/…/ (0.4 B4C 2.799 Mo 0.4 B4C 3.409 Si)*50/5.275 Si 0.4 B4C 2.0 Mo 1.5 Ru
積層体の構造は括弧内に厚さ表示（ナノメートル単位）とともに示され、この構造が５０回反復される。多層膜系は不活性材料としての真空に向かって順に１つのＳｉ層、１つのＭｏ層及び１つのＲｕ層を備える保護層系で完成される。
図６は本例における１３．５ｎｍ±０．３ｎｍの全作業波長域の代表として１３．２ｎｍ，１３．５ｎｍ及び１３．８ｎｍに対する反射率の入射角依存性を示す。図７は６°の入射角における作業波長域に対する反射率の波長依存性を示す。図６に示す反射率プロフィールから明らかなように、本例における６°の中心入射角を中心とする１０°の入射角範囲、即ち１°〜１１°の入射角範囲（例えばＥＵＶリソグラフィ装置の投影対物系の０．３５の開口数及び１：４のイメージスケールに対応）に対して、１３．２ｎｍにおいて３２％、１３．５ｎｍにおいて４％及び１３．８ｎｍにおいて８５％のアポダイゼーションが生じ、アポダイゼーションは多層膜系が構成される理想作業周波数において極めて小さくすることができる。しかし、理想的な場合から外れるやいなや、アポダイゼーションは強く増大する。１：４のイメージスケールにおいて０．４の開口数ＡＮに対応する６°を中心とする１２°の入射角範囲、即ち０°〜１２°の入射角範囲を考察すると、アポダイゼーションは更に大きくなる。この場合には、１３．２ｎｍにおいて３４％、１３．５ｎｍにおいて２１％及び１３．８ｎｍにおいて９３％のアポダイゼーションが生じる。この強いアポダイゼーションのために、従来既知のＷＵＶリソグラフィ装置を用いて例えば十分に均一で欠陥のないウェハの構造化を達成することは困難である。
しかしながら、ＥＵＶリソグラフィ装置がここに提案されるマスクを有する場合には、例えば均一で欠陥のないウェハの構造化を容易に達成することができる。図８及び図９は下記の構造につき計算して得られた図６及び図７に対応する反射率プロファイルを示す。
基板/…/ (0.373 B4C 2.725 Si 0.373 B4C 4.601 Mo)*8/ (0.373 B4C 3.867 Mo 0.373 B4C 2.716 Si)*5/ (3.274 Si 0.373 B4C 3.216 Mo 0.373 B4C)*16/2.975 Si 0.373 B4C 2.0 Mo 1.5 Ru
基板/…/ (0.373 B4C 2.725 Si 0.373 B4C 4.601 Mo)*8/ (0.373 B4C 3.867 Mo 0.373 B4C 2.716 Si)*5/ (3.274 Si 0.373 B4C 3.216 Mo 0.373 B4C)*16/2.975 Si 0.373 B4C 2.0 Mo 1.5 Ru
この構造は図１に示すマスクに相当する。この多層膜系では、３つの部分系が上下に配列され、基板から２番目に遠い部分系の層順序が隣接する部分系と比較して逆であるため、基板から最も遠い部分系の第１のシリコン層が基板から２番目に遠い部分系の最後のシリコン層に続くことになる。これらの部分系の積層数及び層厚は、基板から最も遠い部分系及び基板から２番目に遠い部分系を透過するＥＵＶ放射の透過率が１０％未満になるように構成される。更に、これらの部分系内の積層体の数は、基板から最も遠い部分系が基板から２番目に遠い部分系よりも多数の積層体を有するように選択される。ここでは、基板から２番目に遠い部分系の積層体内のシリコン層の厚さは基板から最も遠い部分系のシリコン層の厚さから０．１ｎｍ以上相違させる。
この多層膜系を有するマスクは図８に示すように従来のマスクよりも相当低いアポダイゼーションを有する。１０°の入射角範囲（即ちＮＡ＝０．３５及び１：４のイメージスケール）において、アポダイゼーションは１３．２ｎｍで３％、１３．５ｎｍで３％、１３．８ｎｍで６％である。１２°の入射角範囲（即ちＮＡ＝０．４０及び１：４のイメージスケール）において、アポダイゼーションは１３，２ｎｍで４％、１３．５ｎｍで７％、１３．８ｎｍで２３％である。ここでは、入射角の全範囲に亘る反射率は、６°の入射角に対して図９にも示されるように、０．４以上である。
図１０は、１３．５ｎｍに対する反射率（実線）をもっと大きな入射角に対しても入射角の関数として示している。アポダイゼーションはもっと大きな入射角範囲に対して、従って０．４０以上の開口数に対して極めて低い。更に、図１０は、厚さ係数１．０７を有する上述した構造に対する反射率を破線で示している。この場合には反射率平坦域が高入射角側に変位する。反射率平坦域が位置する入射角範囲において、厚さ係数を有する多層膜系を備えるマスクのアポダイゼーション（破線）は厚さ係数１．００の場合より殆ど高くならない。ＥＵＶリソグラフィ装置の配置をマスクへの入射角が高くなるようにする場合も、これに対応して多層膜系を厚さ係数で調整することによって低いアポダーゼーションを保証することができる。特にマスク上の大きな表面が同時に照明される場合には、多層膜系は異なる表面部分がその部分で予想される入射角範囲に適合する異なる厚さ係数を有するものとすることができる。
図１１は、下記の構造を有する図２による多層膜系のマスクの１３．５ｎｍに対する反射率を入射角の関数として示す。
基板/…/ (4.420 Si 0.373 B4C 2.185 Mo 0.373 B4C)*28/ (3.212 Si 0.373 B4C 2.009 Mo 0.373 B4C)*5/ (3.287 Si 0.373 B4C 2.979 Mo 0.373 B4C)*15/2.722 Si 0.373 B4C 1.866 Mo 1.340 Ru
基板/…/ (4.420 Si 0.373 B4C 2.185 Mo 0.373 B4C)*28/ (3.212 Si 0.373 B4C 2.009 Mo 0.373 B4C)*5/ (3.287 Si 0.373 B4C 2.979 Mo 0.373 B4C)*15/2.722 Si 0.373 B4C 1.866 Mo 1.340 Ru
アポダイゼーションは１０°及び１２°の両入射角範囲に対して約１０％である。更に、それぞれの全入射角範囲に亘って約４０％の反射率が達成される。
図３に対応する次の構造：
基板/…/ (1.566 Si 0.373 B4C 5.285 Mo 0.373 B4C)*27/ (3.544 Si 0.373 B4C 2.663 Mo 0.373 B4C)*14/1.399 Si 0.373 B4C 1.866 Mo 1.340 Ru
を有するマスクに対しては、アポダイゼーションは、図１２に示すように、１０°及び１２°の両入射角範囲に対して２０％未満である。
基板/…/ (1.566 Si 0.373 B4C 5.285 Mo 0.373 B4C)*27/ (3.544 Si 0.373 B4C 2.663 Mo 0.373 B4C)*14/1.399 Si 0.373 B4C 1.866 Mo 1.340 Ru
を有するマスクに対しては、アポダイゼーションは、図１２に示すように、１０°及び１２°の両入射角範囲に対して２０％未満である。
図３に示すマスクの変形例では、
基板/…/ (0.4 B4C 4.132 Mo 0.4 B4C 2.78Si)*6/ (3.608 Si 0.4 B4C 3.142 Mo 0.4 B4C)*16/ 2.027 Si 0.4 B4C 2 Mo 1.5 Ru
の構造を有し、基板から２番目に遠い部分系の最後のシリコン層の後に基板から最も遠い部分系の第１のシリコン層が続き、図１３に示すように１０°及び１２°の入射角範囲に対するアポダイゼーションは全域で２０％未満であり、反射率は全域で４０％超である。
基板/…/ (0.4 B4C 4.132 Mo 0.4 B4C 2.78Si)*6/ (3.608 Si 0.4 B4C 3.142 Mo 0.4 B4C)*16/ 2.027 Si 0.4 B4C 2 Mo 1.5 Ru
の構造を有し、基板から２番目に遠い部分系の最後のシリコン層の後に基板から最も遠い部分系の第１のシリコン層が続き、図１３に示すように１０°及び１２°の入射角範囲に対するアポダイゼーションは全域で２０％未満であり、反射率は全域で４０％超である。
図１１−図１３に示す実施例では、図１０に示す実施例と同様に、多層膜構造の厚さ係数を考慮することによって十分良好なアポダイゼーション及び反射率を持つ入射角範囲が高入射角側に変位される。
シリコン及びモリブデンを主成分とする多層膜系を有するマスクで達成可能な特性に匹敵する１０°又は１２°の入射角範囲に亘り十分良好なアポダイゼーション及び反射率値は、シリコン及びルテニウムを主成分とする多層膜系、例えば次の構造を有するマスクで達成することもできる。
基板/…/ (5.4348 Si 0.4 B4C 3.0701 Ru 0.4 B4C)*23/ 5.7348 Si 0.4 B4C 3.0701 Ru
基板/…/ (5.4348 Si 0.4 B4C 3.0701 Ru 0.4 B4C)*23/ 5.7348 Si 0.4 B4C 3.0701 Ru
更に、異なる部分系が異なる材料を有する多層膜系を備えるマスクもここに示されるアポダイゼーション及び反射率値を有するようにできる。例えば、シリコン及びモリブデンを主成分とする部分系をシリコンとルテニウムを主成分とする部分系と約１３．５ｎｍの波長に対してここに提案されている方法で組む合わせることができる。
模範的な実施例を１：４のイメージスケール及び０．３５又は０．４の開口数を有するＥＵＶリソグラフィ装置について説明したが、以上の説明は異なる開口数及び／又はイメージスケールを有するＥＵＶリソグラフィ装置に容易に転用できる点に留意されたい。
Claims (15)
- ＥＵＶ域内の作業波長用に構成された該作業波長で屈折率の異なる実数部を有する少なくとも２つの材料の層を備える積層体を有する反射多層膜系を基板上に備えるＥＵＶリソグラフィ用の反射マスクであって、前記反射多層膜系（Ｖ）は、中心波長を中心に±２％の幅の波長範囲内のＥＵＶ放射によって１２°の最小及び最大入射角間の角度範囲で照射されるとき、アポダイゼーションが３０％未満になるように構成され、
前記多層膜系は複数の部分系（Ｐ′，Ｐ″，Ｐ′′′）を備え、各部分系は少なくとも２つの個別層の積層体（Ｐ １ ，Ｐ ２ ，Ｐ ３ ）の周期的配列からなり、各部分系（Ｐ″，Ｐ′′′）内の積層体の層は隣接する部分系の積層体の厚さと異なる積層体の厚さ（ｄ ２ 、ｄ ３ ）をもたらす一定の厚さを有し、前記基板から最も遠い部分系（Ｐ′′′）の高い屈折率実数部を有する第１の層（Ｈ′′′）が前記基板から２番目に遠い部分系（Ｐ″）の高い屈折率実数部を有する最後の層（Ｈ″）に直接続くように構成されている、反射マスク。 - ＥＵＶ域内の作業波長用に構成された該作業波長で屈折率の異なる実数部を有する少なくとも２つの材料の層を備える積層体を有する反射多層膜系を基板上に備えるＥＵＶリソグラフィ用の反射マスクであって、前記反射多層膜系（Ｖ）は、中心波長を中心に±２％の幅の波長範囲内のＥＵＶ放射によって１２°の最小及び最大入射角間の角度範囲で照射されるとき、反射率が３０％以上になるように構成され、
前記多層膜系は複数の部分系（Ｐ′，Ｐ″，Ｐ′′′）を備え、各部分系は少なくとも２つの個別層の積層体（Ｐ １ ，Ｐ ２ ，Ｐ ３ ）の周期的配列からなり、各部分系（Ｐ″，Ｐ′′′）内の積層体の層は隣接する部分系の積層体の厚さと異なる積層体の厚さ（ｄ ２ 、ｄ ３ ）をもたらす一定の厚さを有し、前記基板から最も遠い部分系（Ｐ′′′）の高い屈折率実数部を有する第１の層（Ｈ′′′）が前記基板から２番目に遠い部分系（Ｐ″）の高い屈折率実数部を有する最後の層（Ｈ″）に直接続くように構成されている、反射マスク。 - 前記多層膜系（Ｖ）は１３．０ｎｍ〜１４．０ｎｍの波長域で最大反射率になるように構成されている、請求項１又は２記載の反射マスク。
- 前記多層膜系は複数の部分系（Ｐ″，Ｐ′′′）を備え、各部分系は少なくとも２つの個別層の積層体（Ｐ ２ ，Ｐ ３ ）の周期的配列からなり、各部分系（Ｐ″，Ｐ′′′）内の積層体の層は隣接する部分系の積層体の厚さと異なる積層体の厚さ（ｄ ２ 、ｄ ３ ）をもたらす一定の厚さを有し、前記基板から最も遠い部分系（Ｐ′′′）の層積層体（Ｐ ３ ）の数（Ｎ ３ ）が前記基板から２番目に遠い部分系（Ｐ″）の積層体（Ｐ ２ ）の数（Ｎ ２ ）より多い、請求項１−３のいずれかに記載の反射マスク。
- 前記多層膜系は複数の部分系（Ｐ″，Ｐ′′′）を備え、各部分系は少なくとも２つの個別層の積層体（Ｐ ２ ，Ｐ ３ ）の周期的配列からなり、各部分系（Ｐ″，Ｐ′′′）内の積層体の層は隣接する部分系の積層体の厚さと異なる積層体の厚さ（ｄ ２ 、ｄ ３ ）をもたらす一定の厚さを有し、前記基板から最も遠い部分系（Ｐ′′′）の高い屈折率実数部を有する層（Ｈ′′′）の厚さが前記基板から２番目に遠い部分系（Ｐ″）の高い屈折率実数部を有する層（Ｈ″）の厚さから０．１ｎｍ以上相違する、請求項１−４のいずれかに記載の反射マスク。
- 前記部分系（Ｐ″，Ｐ′′′）は同じ材料からなる、請求項１−５のいずれかに記載の反射マスク。
- 前記基板（Ｓ）から最も遠い部分系（Ｐ′′′）の積層体（Ｐ ３ ）の低い屈折率実数部を有する層（Ｌ′′′）は前記基板（Ｓ）から２番目に遠い部分系（Ｐ″）の積層体（Ｐ ２ ）の低い屈折率実数部を有する層（Ｌ″）の厚さの８０%より小さい厚さを有する、請求項１−６のいずれかに記載の反射マスク。
- 前記基板（Ｓ）から最も遠い部分系（Ｐ′′′）の積層体（Ｐ ３ ）の高い屈折率実数部を有する層（Ｈ′′′）は前記基板（Ｓ）から２番目に遠い部分系（Ｐ″）の積層体（Ｐ２）の高い屈折率実数部を有する層（Ｈ″）の厚さの１２０%より大きい厚さを有する、請求項１−７のいずれかに記載の反射マスク。
- 前記多層膜系は少なくとも３つの部分系（Ｐ′，Ｐ″，Ｐ′′′）を備え、前記基板（Ｓ）に最も近い部分系（Ｐ′）の積層体（Ｐ １ ）の数（Ｎ １ ）は前記基板（Ｓ）から最も遠い部分系（Ｐ′′′）の積層体（Ｐ ３ ）の数及び／又は前記基板（Ｓ）から２番目に遠い部分系（Ｐ″）の積層体（Ｐ ２ ）の積層体の数より多い、請求項１−８のいずれかに記載の反射マスク。
- 前記基板（Ｓ）から２番目に遠い部分系（Ｐ″）の積層体（Ｐ ２ ）の数（Ｎ ２ ）は２〜１２の値である、請求項１−９のいずれかに記載の反射マスク。
- 前記基板（Ｓ）から最も遠い部分系（Ｐ′′′）の積層体（Ｐ ３ ）の数（Ｎ ３ ）は９〜１６の値である、請求項１−１０のいずれかに記載の反射マスク。
- 作業波長で異なる屈折率実数部を有する材料の少なくとも２つの前記層の間に、炭化ホウ素、炭素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ホウ化ケイ素、窒化モリブデン、炭化モリブデン、ホウ化モリブデン、窒化ルテニウム、炭化ルテニウム、ホウ化ルテニウム又はそれらの組み合わせからなる障壁層が配置されている、請求項１−１１のいずれかに記載の反射マスク。
- 少なくとも一つの積層体に対して、高い屈折率実数部を有する前記材料はシリコンであり、低い屈折率実数部を有する前記材料はルテニウムである、請求項１−１２のいずれかに記載の反射マスク。
- 少なくとも一つの積層体に対して、高い屈折率実数部を有する前記材料はシリコンであり、低い屈折率実数部を有する前記材料はモリブデンである、請求項１−１３のいずれかに記載の反射マスク。
- 請求項１−１４のいずれかに記載の反射マスクを備えるＥＵＶリソグラフィ装置。
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