JP6546391B2 - 多層膜反射鏡およびｅｕｖ光装置 - Google Patents
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Description
本願発明は、レーザープラズマ光源に代表されるＥＵＶ光源に用いられるＥＵＶ反射鏡に関する。
光の波長を短くすればその集光サイズは小さくすることができるという回折の原理に基づき、波長１３．５ｎｍ付近に代表されるＥＵＶ（Extreme Ultra Violet：極端紫外線）光を用いたＥＵＶＬ（Extreme Ultra Violet Lithography）が開発されている（例えば、非特許文献１参照）。
ＥＵＶ光領域における固体物質の屈折率は極めて１に近くかつ１よりも小さな数であるため、可視光領域に比べ、反射には特殊な構造の反射鏡を用いる必要があり、ＥＵＶ光を用いた集光光学系にはその反射面に多層膜をコーティングした反射鏡が用いられている（例えば、非特許文献２参照）。
この多層膜反射鏡は、ＬＰＰ（Laser Produced Plasma ）等の光源の近傍に配置され高温環境下で使用されるため、多層膜反射鏡の光学的安定性の確保がＥＵＶＬを実用化するに際しての課題の一つであり、そのため様々な多層膜反射鏡が提案されている。
多層膜反射鏡が高温環境下で使用された場合、多層膜間で各層を構成する元素の相互拡散や結晶化が発生して反射鏡の性能を劣化させる現象があり、これを抑制する方法として各層間に、数Å程度の炭化物、酸化物等の高耐熱材料を用いた層を形成する高耐熱性多層膜が提案されている（例えば、特許文献１、２、非特許文献３、４参照）。
また、多層膜反射鏡は真空中で使用されるが、真空中に含まれる微量の酸素とＥＵＶ光や紫外光の照射によって多層膜表面が酸化され、その結果反射率が低下するという問題がある。これを抑制する方法として、例えば、特許文献３、４、非特許文献５では、Ｒｕ膜などに代表される耐酸化膜・多層膜保護層を形成することが提案されている。
また、耐コンタミネーション能力の向上を目的とした触媒効果を持つ耐酸化層膜や、多層膜反射鏡が破損することが避けられないことを前提として、再生を容易にする方法も提案されている（例えば、特許文献５、６参照）。
「ＥＵＶ光源の開発と応用」監修豊田浩一、岡崎信次（シーエムシー出版）
「Ｘ線結像光学」波岡武・山下廣順共編（培風館）
"Heat-Resistance of Mo/Si Multilayer EUV Mirrors with Interleaved Carbon Barrier-Layers", H. Takenaka et al, OSA TOPS on EUVL, p.169-172, Vol.4, 1996
"Improved reflectance and stability of Mo/Si multilayers", S. Bajt et al, Proc. SPIE 4506, Soft X-Ray and EUV Imaging Systems II, 65 (December 20, 2001)
"Oxidation resistance of Ru-capped EUV multilayers", S. Bajt et al, Proc. SPIE 5751, Emerging Lithographic Technologies IX, 118 (May 6, 2005)
一方、ＥＵＶ光源として、Ｓｎの液滴やＸｅのガス等に高エネルギーのレーザーを照射することによって、ＥＵＶ光を発生させる方法が実用化に近づいている。これらの光源を用いる際の問題として、光源から発生されるデブリやイオンなどの衝突による多層膜の剥離があり、これは、イオン等の粒子の衝突によるエッチング作用が原因とされている（例えば、非特許文献１参照）。
現状では、光源の直近に置かれるＺｒフィルタによってそのデブリやイオンから多層膜反射鏡を保護しているが、Ｚｒフィルタ自体が薄いため、破損しやすいという問題がある。
本願発明は、上記問題を解決することを目的とし、ＥＵＶ光源から生じるイオン等の粒子の衝突による多層膜劣化を防止し、耐久性に優れた多層膜反射鏡を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本願発明の多層膜反射鏡では、基板上に重元素層と前記重元素層よりも密度の小さい材料からなる軽元素層とが交互に積層されたブラッグ回折効果を有する多層膜を備え、前記重元素層は、ニオブ、ニオブ化合物およびニオブ合金のいずれかからなる。
また、前記重元素層と前記軽元素層との間に、前記重元素層および前記軽元素層よりもスパッタ率の低い材料からなる中間層が積層されていてもよい。
また、前記中間層は、カーボン、炭化物、珪化物および酸化物のいずれかであってもよい。
また、上記の課題を解決するため、本願発明のＥＵＶ光装置では、上述した多層膜反射鏡と、発生するＥＵＶ光の波長に基づいて選択された単元素もしくは化合物の固体、液体もしくは気体に、粒子もしくは電磁波を照射することによりＥＵＶ光を発生させる光源とを有する。
本願発明により、ＥＵＶ光源から生じるイオン等の粒子の衝突による多層膜劣化を防止し、耐久性に優れた多層膜反射鏡を提供し、多層膜反射鏡のライフタイムを長くすることが可能となる。
ＥＵＶ多層膜の設計において最も重要視されるのは、多層膜を構成する重元素層と軽元素層の屈折率の差とその作り易さである。
ＥＵＶ多層膜は、重元素層と軽元素層を数十層から数百層交互に積層された構造をしており、各層の厚みは数ｎｍ程度である。これらの各層の厚みを設計値通りに少ない誤差で積層することにより、反射率の高い多層膜を形成することができる。そのためには、多層膜を短時間で作製することが重要となる。
また、多層膜を形成する方法としては、Ａｒ等の原子をターゲット固体表面に衝突させ、当該固体物質を脱離飛散させるスパッタ作用を利用するスパッタリング法を用いるが、本願発明の課題である粒子の衝突による劣化の防止が要請される場合、多層膜を構成する材料としてはスパッタ作用の小さな材料を選択することが重要となる。
本願発明では、多層膜を構成する材料を選択するにあたり屈折率とともにスパッタ率を考慮し、屈折率の差が大きく適切なスパッタ率を有する材料を選択することによって、多層膜劣化の防止によるライフタイムの向上という課題を解決するものである。
図１は、本願発明の実施の形態に係る多層膜の構成例である。多層膜１０は、基板１１上に重元素層１２と軽元素層１３とが交互に積層され、さらに必要に応じて重元素層１２と軽元素層１３の間に中間層１４が積層されている。
図２は、本願発明の実施の形態に係る多層膜を構成する候補材料の密度、波長１３．５ｎｍにおける光学定数およびスパッタ率を示す図である。本実施の形態においては、各材料の屈折率とスパッタ率を考慮し、最適な重元素層と軽元素層の材料の組み合わせとしてＮｂ／Ｓｉを選択した。
図３は、多層膜を構成する重元素層と軽元素層の材料の組み合わせとしてＮｂ／Ｓｉ、Ｍｏ／Ｓｉ、Ｒｕ／Ｓｉを用いた場合の反射率の波長依存性を表すグラフである。本図は、直入射角４５度で入射した場合の反射特性を表している。最も反射率の高い多層膜はこれまで利用されているＭｏ／Ｓｉ多層膜であるが、本願発明の実施形態に係るＮｂ／Ｓｉ多層膜も波長が１３．５ｎｍにおいては、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜の約９８％の反射率を得ることが可能である。
次に、多層膜のライフタイムについては、多層膜を構成する各層の厚さと図２に示したスパッタ率を用いて、（多層膜のライフタイム＝重元素層の厚み／重元素層のスパッタ率＋軽元素層の厚み／軽元素層のスパッタ率）により計算し比較することができる。
Ｍｏ／Ｓｉ多層膜のライフタイムを１とした場合、Ｎｂ／Ｓｉ多層膜のライフタイムは、約１．３５倍となる。例えば、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜のライフタイムが２年の場合、Ｎｂ／Ｓｉ多層膜のライフタイムは約３年であり、Ｎｂ／Ｓｉ多層膜を採用することにより、より長いライフタイムの多層膜反射鏡を提供することが出来る。
次に、重元素層と軽元素層の間に中間層を挟んだ場合の効果について説明する。図４は、本願発明の実施の形態に係る多層膜の中間層を構成する候補材料（ＭｏＳｉ2、ＳｉＯ2、Ｃ）の密度、波長１３．５ｎｍにおける光学定数およびスパッタ率を示す図である。中間層を構成する材料として重元素層と軽元素層の材料よりもスパッタ率の低い材料を選択することにより、多層膜のライフタイムの増加を図る。
ここで、重元素層と軽元素層の間に中間層がある場合のライフタイムについては、上記と同様に、（多層膜のライフタイム＝重元素層の厚み／重元素層のスパッタ率＋軽元素層の厚み／軽元素層のスパッタ率＋中間層の厚み／中間層のスパッタ率）により計算することができる。
図５、図６および図７は、Ｎｂ／Ｓｉ多層膜における中間層として、それぞれＭｏＳｉ2層、ＳｉＯ2層およびＣ層を用いた場合のライフタイムと反射率の層厚依存性を表すグラフである。横軸は中間層の厚みであり、縦軸は既存のＭｏ／Ｓｉ多層膜のライフタイムと反射率で規格化されたＮｂ／Ｓｉ多層膜のライフタイムと反射率である。本実施の形態では、軽元素層（Ｓｉ層）の厚さは６ｎｍとし、重元素層（Ｎｂ層）と中間層を合わせた層の厚さを４ｎｍとして、中間層の膜厚を変化させている。
これらのグラフから、重元素層と軽元素層の間に中間層を挟みその厚さを適宜設定することによって、多層膜のライフタイムをさらに向上させることが出来ることがわかる。
尚、上述の実施の形態では、重元素層としてＮｂを用いた場合を説明したが、Ｎｂ−Ｍｏ合金、Ｎｂ−Ｒｕ合金、Ｎｂ−Ｒｕ−Ｍｏ合金等のニオブ合金や、珪化ニオブ、炭化ニオブ等のニオブ化合物を用いてもよい。
また、上述の実施の形態では、中間層を構成する材料の例として、ＭｏＳｉ2層、ＳｉＯ2層およびＣ層を用いた場合を説明したが、ＳｉＣ ， Ｂ4Ｃ等の炭化物、ＮｂＳｉ2、ＲｕＳｉ、ＺｒＳｉ2等の他の珪化物や、ＭｏＯ2、ＲｕＯ4、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2等の他の酸化物を用いてもよい。
さらに、本願発明は、上記実施形態の波長に限らず他の波長でのＥＵＶ〜Ｘ線多層膜反射鏡にも適用することが出来る。
図８は、本願発明の実施の形態に係るＥＵＶ光装置のシステム構成例を示す図である。本願発明の実施の形態に係るＥＵＶ光装置２０は、上記で説明した多層膜２４が基板２５上にコーティングされた多層膜反射鏡２６と、光源点２２に配置された発生するＥＵＶ光の波長に基づいて選択された単元素もしくは化合物の固体、液体もしくは気体に、粒子もしくは電磁波２３を照射することによりＥＵＶ光を発生させることが出来る光源２１とを有する。
光源点２２から発せられたＥＵＶ光が多層膜反射鏡２６で反射され、集光点２７で集光されるように多層膜反射鏡２６は構成されている。多層膜２４として上述した多層膜を採用することにより、光源から発生されるデブリやイオンなどの衝突による多層膜の剥離を抑制し、ライフタイムが長く耐久性に優れた多層膜反射鏡を提供することができる。
以上のように、本願発明の実施形態によれば、多層膜反射鏡のライフタイムを長くすることが出来、それを用いる装置のメンテナンスサイクルの長期化、コストダウンを促進し、加工される部品の安価化を実現することができる。
本願発明は、ＥＵＶ光を用いた加工装置や半導体材料の組成、構造解析やたんぱく質をはじめとするソフトマテリアルの構造解析、創薬病理検査等を目的とした分析装置、評価装置に用いられる。
１０…多層膜、１１…基板、１２…重元素層、１３…軽元素層、１４…中間層、２０…ＥＵＶ光装置、２１…光源、２２…光源点、２３…粒子／電磁波、２４…多層膜、２５…基板、２６…多層膜反射鏡、２７…集光点。
Claims (2)
- 基板上に重元素層と前記重元素層よりも密度の小さい材料からなる軽元素層とが交互に積層されたブラッグ回折効果を有するＮｂ／Ｓｉ多層膜を備え、
前記重元素層と前記軽元素層との間の中間層として、ＳｉＯ2層が積層されている
多層膜反射鏡であって、
発生するＥＵＶ光の波長に基づいて選択された単元素もしくは化合物の固体、液体もし
くは気体に、粒子もしくは電磁波を照射することにより発生したＥＵＶ光を反射する
ＥＵＶ光用多層膜反射鏡。 - 請求項１に記載のＥＵＶ光用多層膜反射鏡と、
発生するＥＵＶ光の波長に基づいて選択された単元素もしくは化合物の固体、液体もし
くは気体に、粒子もしくは電磁波を照射することによりＥＵＶ光を発生させる光源と
を有するＥＵＶ光装置。
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