JP7049357B2 - ５ｎｍ～２０ｎｍの波長域用の反射光学素子を補正する方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板上の多層系を有する５ｎｍ～２０ｎｍの波長域用の反射光学素子を補正する方法であって、多層系は、極紫外波長域の波長の屈折率の実部が異なる少なくとも２つの異なる材料が交互に配置された層を有する方法に関する。本発明はさらに、基板上の多層系を有する５ｎｍ～２０ｎｍの波長域用の反射光学素子であって、多層系は、極紫外波長域の波長の屈折率の実部が異なる少なくとも２つの異なる材料が交互に配置された層を有する反射光学素子に関する。本発明はさらに、光学系及びＥＵＶリソグラフィ装置に関する。本願は、２０１７年２月２８日の独国特許出願第１０ ２０１７ ２０３ ２４６．４号の優先権を主張し、上記出願の全内容を参照により本明細書に援用する。

ＥＵＶリソグラフィ装置において、極紫外（ＥＵＶ）波長域（例えば、約５ｎｍ～２０ｎｍの波長）用の反射光学素子、例えば多層系に基づくマスク又はミラー等が、半導体コンポーネントのリソグラフィに用いられる。ＥＵＶリソグラフィ装置は、概して複数の反射光学素子を有するので、十分に高い全体的な反射率を確保するためにできるだけ高い反射率を有しなければならない。

反射光学素子の多層系の表面にわたる反射率の分布は、かかる反射光学素子を有する光学系の結像特性、例えばアポダイゼーション及び波面に影響を及ぼし得る。多くの場合の関心事は、反射された放射線の特に高い均一性である。例えば光学系により利用可能となる放射線の均一性を高めるために、場合によっては１つ又は複数のＥＵＶミラー又はマスクを補正する必要があり得る。同様の光学系は、ＥＵＶリソグラフィだけでなくマスク又はウェハ検査用のデバイスでも用いられる。

ＥＵＶリソグラフィ用のマスクの製造に関連して、特に集束電子ビームでの照射によりマスク上の多層系の反射率を局所的に低下させることが、特許文献１から知られている。特に、モリブデン及びケイ素に基づく多層系では、電子ビームにより多層系にエネルギーが導入されることで、エネルギー線量に比例し且つケイ化モリブデンの形成に基づく層厚の収縮が起こる。

米国出願公開第２００２／０１２２９８９号明細書

本発明の目的は、ＥＵＶミラーを補正する方法を提案することである。

この目的は、基板上の多層系を有する５ｎｍ～２０ｎｍの波長域用の反射光学素子を補正する方法であって、多層系は、極紫外波長域の波長の屈折率の実部が異なる少なくとも２つの異なる材料が交互に配置された層を有する方法において、
多層系の表面にわたる反射率分布を測定するステップと、
測定された反射率分布を多層系の表面にわたる反射率の目標分布と比較して、目標反射率を超える測定反射率を有する１つ又は複数の部分表面を求めるステップと、
１つ又は複数の部分表面にイオン又は電子を照射するステップと
を含む方法により達成される。

ＥＵＶ放射線用に設計された多層系の反射率は、材料の交互配列により確保されるが、これは各層厚及び層間の界面に非常に敏感に依存する。正確な周期性が失われる結果としてその点における反射率が低下するように、多層系の照射により構造を局所的に変えることが可能である。

提案される手順の一利点として、光学系にすでに存在しているミラー又はマスクを点検すること、及び場合によっては局所的に照射することができる。光学系の設計に応じて、照射を現場で、おそらく光学系の動作中にさえ行うこともできる。提案される手順は、マスク及びマスクブランクの検査用のデバイスでも同様に用いることができる。光学系外のミラーも提案のように補正することができる。

表面にわたる反射強度の変動は、特に入射放射線の変動に基づき得る。これは、入射放射線の強度変動が少なくとも部分的に補償される反射率の目標分布を確認することにより防ぐことができる。十分に均一な入射放射線強度を取ることができるか、又はＥＵＶミラー若しくは別の反射光学素子での反射により表面にわたる既存の強度分布が大きく変化しすぎることが防止される場合、比較的一定の目標分布、有利には平均からの変動が１％以下、好ましくは０．５％以下、特に好ましくは０．１％以下の目標分布を取ることができる。したがって、反射放射線の表面にわたる強度分布の平均からの変動が１％以下、好ましくは０．５％以下、特に好ましくは０．１％以下であるように、入射放射線の変動を補償するための目標分布を選択することが可能である。目的の用途に応じて、任意の所望の目標分布を選択することができる。提案される手順を用いて、上記点における目標反射率に近似するように実際の反射率を局所的に低下させることができる。

照射中のイオン又は電子のエネルギーは、スパッタ限界又は圧縮限界未満、好ましくはスパッタ限界及び圧縮限界未満であるように選択されることが有利である。多層系の材料の除去は、反射光学素子の光学特性の望ましくない変化と、照射点における反射率の制御下にない低下につながり得る。スパッタリングされた材料は、反射光学素子の表面上の隣接する部分表面の望ましくない汚染も招き得る。圧縮は、反射光学素子の光学特性を変化させ得る。

パルスイオンビーム又はパルス電子ビームが照射に用いられることが有利である。このように、導入されるエネルギー線量をより良好に制御することができる。したがって、特に、エネルギー導入が原子レベルの多層系の構造、特に個々の層間の界面の急峻性を変えるのに十分ではあるものの、多層系の収縮又は膨張につながることによりミラーの光学特性を変化させ得る化学反応を促進しないことを確実にすることが、より容易に可能である。

好ましくは、ガリウム、インジウム、ビスマス、スズ、又は金のイオンが照射に用いられる。特に、これらのイオンビームで集束イオンビームを提供することが可能である。特にガリウムは、低い溶融温度及び低いガス圧を示すので特に適しており、これは、ガリウムイオンビームが特に良好に制御可能であることを意味する。

さらに別の態様では、課題を解決するのは、上述の方法により製造又は補正された、基板上の多層系を有する５ｎｍ～２０ｎｍの波長域用の反射光学素子であって、多層系は、極紫外波長域の波長の屈折率の実部が異なる少なくとも２つの異なる材料が交互に配置された層を有する反射光学素子である。

好ましい実施形態では、反射光学素子、ミラー、マスクブランク、又はマスクの形態で具現される。ミラーの構成を有する反射光学素子は、マスクブランクとして働くことができる。例えば、マスクブランクの反射面を吸収層の塗布により構造化して、このようにマスクを得ることができる。マスク構造を表すのに用いられることが多いパラメータは、例えば、「限界寸法」又はＣＤとして表される線の幾何学的幅である。

さらに別の態様では、目的を達成するのは、記載したような又はさらに上述したように補正された反射光学素子を有する光学系である。かかる光学系は、例えばＥＵＶリソグラフィ装置又はウェハ又はマスク用の検査システムで用いることができる。

さらに目的を達成するのは、記載したような反射光学素子を有するような光学系とＥＵＶ放射源とを有するＥＵＶリソグラフィ装置であって、ＥＵＶ放射源の放射線がミラーの多層系の表面にわたってさまざまな強度でミラーに入射し、二乗平均粗さが０．２５ｎｍを超える１つ又は複数の部分表面が高強度の表面領域にあるＥＵＶリソグラフィ装置である。二乗平均（ＲＭＳ）粗さは、表面の平均面に対する全偏差の和が最小となるような平均面に対する表面上の測定点の偏差の２乗の平均から計算される。特にＥＵＶリソグラフィの光学素子に関して、０．１μｍ～２００μｍの空間周波数の粗さは散乱放射線の増加につながり、これが反射率を低下させるので、この範囲の粗さが特に重要である。

さらに、課題を解決するのは、さらに上述したように補正された反射光学素子を有するような光学系とＥＵＶ放射源とを有するＥＵＶリソグラフィ装置であって、ＥＵＶ放射源の放射線が反射光学素子の多層系の表面にわたってさまざまな強度でミラーに入射し、イオン又は電子を照射された１つ又は複数の部分表面が高強度の表面領域にあるＥＵＶリソグラフィ装置である。

リソグラフィプロセスに用いられる放射場の照明の均一性は、場の中心よりも放射場の縁の方が透過率の低いＥＵＶリソグラフィ装置の光学系により通常は制限されることが分かった。したがって、場の中心等の高入射強度領域で多少低い反射率を有するか又はその点で補正された１つ又は複数の反射光学素子を設けることが特に有利である。

好ましい例示的な一実施形態に関して本発明をより詳細に説明する。

ＥＵＶリソグラフィ装置を概略的に示す。 照明されたＥＵＶミラーの概略平面図を示す。 多層系を有するＥＵＶミラーの構成を概略的に示す。 多層系を有するマスクの構成を概略的に示す。 多層系の構造を概略的に示す。 イオンの進入後の図５の多層系の構造を概略的に示す。 補正方法案の例示的な実行のプロセスを概略的に示す。

図１は、例示的なＥＵＶリソグラフィ装置１０を概略的に示す。基本的なコンポーネントは、照明系１４、マスク１７、及び投影系２０である。ＥＵＶリソグラフィ装置１０は、その内部のＥＵＶ放射線の吸収ができる限り少ないように真空条件下で作動される。

プラズマ源又はシンクロトロンが、例えば放射源１２として働き得る。ここに示す例では、レーザ作動プラズマ源が用いられる。約５ｎｍ～２０ｎｍの波長域の照射された放射線は、最初にコレクタミラー１３により集束される。動作ビーム１１は、続いてビーム経路内で続く照明系１４の反射光学素子に導入される。図１に示す例では、照明系１４はさらに２つのミラー１５、１６を有する。ミラー１５、１６は、ウェハ２１に結像されることを意図した構造を有するマスク１７へビームを誘導する。マスク１７も同様に、ＥＵＶ波長域用の反射光学素子であり、リソグラフィプロセスに応じて交換可能である。投影系２０を用いて、マスク１７から反射したビームは、ウェハ２１に投影され、それによりマスクの構造が上記ウェハに結像される。図示の例では、投影系２０は２つのミラー１８、１９を有する。指摘されるべきは、投影系２０及び照明系１４の両方がそれぞれ１つのみ、又は３つ、４つ、５つ、若しくはそれ以上のミラーを有し得ることである。

ここに示すミラー１３、１５、１６、１８、１９及びマスク１７のそれぞれが、基板上の多層系を有することができ、多層系は、極紫外波長域の波長の屈折率の実部が異なる少なくとも２つの異なる材料が交互に配置された層を有し、以下のステップ：
多層系の表面にわたる反射率分布を測定するステップと、
測定された反射率分布を多層系の表面にわたる反射率の目標分布と比較して、目標反射率を超える測定反射率を有する１つ又は複数の部分表面を求めるステップと、
１つ又は複数の部分表面にイオン又は電子を照射するステップと
により補正することができる。

これが特に有利なのは、ＥＵＶリソグラフィ装置の光学系のミラー２００を補正する場合であり、ミラー２００の多層系の表面２０２にわたってさまざまな強度でＥＵＶ放射源の放射線が入射する。図２には、多層系の表面２０２のうち、平均等の閾値を超える強度の入射放射線が入射する領域２０４が示されている。上記領域２０４におけるミラー２００の反射率を低下させるために、部分表面２０６に電子又は好ましくはイオンを照射した。このような照射により、多層系の周期性が乱され、部分表面の領域の反射率が低下した。特に、個々の層間の界面又は多層系の表面は、０．２５ｎｍを超えるＲＭＳ粗さに粗面化され、それにより散乱放射線の強度が増すと共に対応して反射率が低下する。指摘されるべきは、ここに示す例では、高強度の領域２０４が照射された部分表面２０６を完全に包含し、それよりも多少大きいことである。さらに他の実施形態では、状況が逆であってもよく、又は領域２４０及び部分表面２０６が同一であり得るか若しくは部分的にのみ相互に重なり得る。ミラー２００に関連した言及は、マスク及びマスクブランクにも当てはまる。

図３は、多層系５４に基づく反射コーティングを有するＥＵＶミラー５０の構成を概略的に示す。これは、例えばリソグラフィ露光が実行される動作波長の屈折率の実部が大きい材料の層（スペーサ５６とも呼ぶ）及び動作波長の屈折率の実部が小さい材料の層（アブソーバ５７とも呼ぶ）を基板５１上に交互に施した層を含み、アブソーバ・スペーサ対がスタック５５を形成する。ある意味では、これにより、ブラッグ反射が起こる吸収層に相当する格子面を有する結晶が模倣される。通常、ＥＵＶリソグラフィ装置又は光学系の反射光学素子は、最大反射率の各波長がリソグラフィプロセス又は光学系の他の用途の動作波長と実質的に一致するように設計される。

個々の層５６、５７の厚さは、また反復スタック５５の厚さも、達成しようとするスペクトル若しくは角度依存反射プロファイル又は動作波長の最大反射率に応じて、多層系５４全体で一定であってもよく、又は多層系５４の表面若しくは全厚にわたって変わってもよい。各動作波長の最大反射率を高めるために、アブソーバ５７及びスペーサ５６からなる基本構造にさらに他の吸収性のより高い材料及びより低い材料を補うことにより、反射プロファイルに制御下で影響を及ぼすこともできる。そのために、スタックによってはアブソーバ及び／又はスペーサ材料を相互に交換してもよく、又はスタックを２つ以上のアブソーバ及び／又はスペーサ材料から構成してもよい。さらに、スペーサ及びアブソーバ層５６、５７間に拡散バリアとして追加層を設けることも可能である。例えば１３．４ｎｍの動作波長で一般的な材料の組み合わせは、アブソーバ材料としてのモリブデン及びスペーサ材料としてのケイ素である。この場合、スタック５５は厚さが約６．７ｎｍであることが多く、スペーサ層５６は通常はアブソーバ層５７よりも厚い。さらに他の典型的な材料の組み合わせは、特にケイ素－ルテニウム又はモリブデン－ベリリウムである。さらに、場合によっては多層設計でもある保護層４３を多層系５４に設けることができる。

ＥＵＶリソグラフィ用の反射光学素子、特にコレクタミラーの典型的な基板材料は、ケイ素、炭化ケイ素、シリコン含浸炭化ケイ素、石英ガラス、チタンドープ石英ガラス、ガラス、及びガラスセラミックである。さらに、基板は、銅、アルミニウム、銅合金、アルミニウム合金、又は銅アルミニウム合金からなることもできる。ミラー、マスク、及びマスクブランクに特に好ましいのは、熱膨張率が低い基板材料である。

上記の構成を有するミラーを、マスクの製造用のマスクブランクとして用いることもできる。対応するマスク５９を図４に概略的に示す。マスク５９は、吸収層５８が多層系５４の任意の保護層５３上に設けられる点で図３のミラー５０とは異なる。吸収層５８は、入射ＥＵＶ放射線の大部分を吸収し、これは、この表面領域で反射されるＥＵＶ放射線が大幅に少なく、ウェハの対応する表面領域に位置付けられるフォトレジストが露光されないことを意味する。吸収層５８に適した材料は、例えば特に、アルミニウム、アルミニウム銅合金、クロム、タンタル、チタン、タングステン、ニッケルシリサイド、ホウ化タンタル、窒化タンタル、タンタルシリサイド、タンタルシリコンナイトライド、窒化チタンであり得る。多層吸収層を設けることも可能である。吸収層を施す前のマスクブランク、又はマスクの場合は吸収層が設けられていない部分表面を、上記提案のように補正することができる。

図５は、２つのスペーサ層５６及び２つのアブソーバ層５７に関する照射前の多層系の構造を概略的に示す。一般性を失わずに、本例のスペーサ材料はケイ素であり、ケイ素原子５６０で示し、アブソーバ材料はモリブデンであり、モリブデン原子５７０で示す。非照射状態では、ケイ素原子５６０及びモリブデン原子５７０の配列は、その各層５６、５７で規則性が高く、これは多層系の高い周期性及び高い反射率として表れる。

図６は、ケイ素原子５６０及びモリブデン原子５７０の各層５６、５７における配列に対するガリウムイオン５００の影響を概略的に示す。ガリウムイオン５００は、多層系内で行き詰まるまでその軌道５０１に沿って種々の原子５６０、５７０と繰り返し非弾性散乱を起こす。侵入深さは、ガリウムイオンのエネルギーに応じて、数ナノメートル～数十ナノメートルである。ガリウムイオン５００が非弾性散乱した軌道５０１に沿った原子５６０、５７０は、それ自体が隣接する原子５６０、５７０と非弾性散乱を起こし、原子５６０、５７０の秩序性を低下させた。特に、個々の層５６、５７間の界面が粗面化される。ガリウムイオンの数に応じて、イオンを照射された部分表面の領域の二乗平均粗さは、０．２５ｎｍを超え得る、又は０．３５ｎｍを超え得る、又は０．５ｎｍさえ超え得る。

特に、ミラーの場合、又はすでに非常に均一な照射での使用の場合、又はマスクの場合、補正により、多層系の表面にわたる５ｎｍ～２０ｎｍの波長域の最大反射率の波長でのその反射率は、平均からの変動が１％以下となり得る。

粗さの増加に加えて、イオンの数又は濃度に応じてイオンの存在がスペーサ層又はアブソーバ層の屈折率の実部及び虚部を変えることが可能であるので、スペーサ層とアブソーバ層との間の光学定数を減らすことができ、これも同様に反射率の低下をもたらす。

図７は、ここで提案される補正方法の一実施形態のプロセスを例として示す。第１ステップ６０１において、ＥＵＶミラー、マスク、又はマスクブランクの多層系の表面にわたる反射率分布が測定される。前述のように、これらの光学素子は、いずれの場合も基板上の多層系を有する５ｎｍ～２０ｎｍの波長域用の反射光学素子であり、多層系は、極紫外波長域の波長の屈折率の実部が異なる少なくとも２つの異なる材料が交互に配置された層を有する。

第２ステップ６０３において、測定された反射率分布が多層系の表面にわたる反射率の目標分布と比較される。ＥＵＶミラーの用途及びタイプに応じて、目標分布は、多層系の表面にわたって不均一な強度を有する入射放射線が反射される際に反射放射線の強度分布が表面にわたってより均一になるよう最適化され得るか、又は均一な強度分布を有する入射放射線が反射される際に可能であれば強度分布の均一性が悪化しないよう最適化され得る。この場合、目標分布は、平均値からの変動が１％以下、好ましくは０．５％以下、特に好ましくは０．１％以下となるべきである。

続いて、第３ステップ６０５において、目標反射率を超える測定反射率を有する１つ又は複数の部分表面が求められる。ステップ６０７において、上記１つ又は複数の部分表面にガリウムイオンがパルス状に照射される。ガリウムイオンに加えて、インジウム、ビスマス、スズ、若しくは金のイオン、又は電子も上記１つ又は複数の部分表面にパルス状に照射され得る。パルス照射により、導入されるエネルギー線量をより良好に制御することができる。したがって、特に、エネルギー導入が原子レベルの多層系の構造を変えるのに十分ではあるものの、多層系の収縮又は膨張につながることにより各反射光学素子の光学特性を変化させ得る化学反応を促進しないことを確実にすることが、より容易に可能である。

特に、照射中のイオンの又は場合によっては電子のエネルギーは、スパッタ限界未満及び圧縮限界未満であるように有利に選択されるべきである。多層系の材料の除去は、ＥＵＶミラー、マスク、又はマスクブランクの光学特性の望ましくない変化と、照射点における反射率の制御下にない低下につながり得る。スパッタリングされた材料は、各反射光学素子の表面上の隣接する部分表面の望ましくない汚染も招き得る。材料の性質に応じて、イオン又は電子のエネルギーはさらに、化学反応の高密度化（densification）等により照射中に照射された層の圧縮が起こらず個々の層間の界面の急峻性のみが影響を受けるよう選択され得る。圧縮は、ミラー、マスクブランク、又はマスクの光学特性を変化させ得る。

さらに、集束したイオンビーム又は場合によっては電子ビームで反射率を補正するために１つ又は複数の部分表面が照射されれば特に有用であることが分かった。このように、より小さな部分表面を選択的に補正することもできる。集束イオンビームを利用可能にする市販のデバイスでは、最大１０ｎｍの横分解能が得られる。市販の電子描画装置（writers）を用いて、サブナノメートル範囲までの分解能を達成することができる。したがって、各反射光学素子の反射率を特に精密に補正することが可能である。特に均一な補正を達成することができるのは、数十ナノメートル～数マイクロメートルの範囲の横分解能が用いられる場合である。高度に集束したビームを利用することができるのは、特に、例えば回折素子として働くことができる微細構造又はナノ構造が各層に導入される場合である。

マスクの場合、各目標幅からのマスク構造の幅の局所偏差が起こり、これがマスクＣＤの局所変動として表れ、場合によってはチップ等の製造対象の半導体素子の構造の対応する偏差を招き得る。ＤＵＶ波長域用のマスクに関しては、マスク構造のこのような望ましくない偏差をマスクの透過率の局所的な変更により、例えば国際公開第２０１６／０４２５４９号に記載のようにフェムト秒レーザを用いた散乱画素の書き込みにより補償することができる。ここで本発明者らは、ＥＵＶ波長域用のマスクにおいて、対応するＣＤ補正をここに記載したような局所反射率の局所的な変更により達成することができ、ＣＤ目標値からの偏差を少なくとも部分的に減らすことができることを見出した。

指摘されるべきは、本発明をＥＵＶリソグラフィ装置に基づいてより詳細にここで説明したが、全ての記載が同様に、上述のようにミラー又は光学系を有するマスク検査装置又はウェハ検査装置等の他の用途に当てはまることである。

１０ ＥＵＶリソグラフィ装置
１１ 動作ビーム
１２ ＥＵＶ放射源
１３ コレクタミラー
１４ 照明系
１５ 第１ミラー
１６ 第２ミラー
１７ マスク
１８ 第３ミラー
１９ 第４ミラー
２０ 投影系
２１ ウェハ
５０ コレクタミラー
５１ 基板
５２ 研磨層
５３ 保護層
５４ 多層系
５５ 層対
５６ スペーサ
５７ アブソーバ
５８ マスク
５９ 吸収層
２００ ＥＵＶミラー
２０２ 表面
２０４ 領域
２０６ 部分表面
５００ ガリウムイオン
５０１ 軌道
５６０ ケイ素原子
５７０ モリブデン原子
６０１～６０７ 方法ステップ

Claims (5)

1. 基板上の多層系を有する５ｎｍ～２０ｎｍの波長域用の反射光学素子を補正する方法であって、前記多層系は、極紫外波長域の波長の屈折率の実部が異なる少なくとも２つの異なる材料が交互に配置された層を有する方法において、
   前記多層系の表面にわたる反射率分布を測定するステップと、
   測定された反射率分布を前記多層系の前記表面にわたる反射率の目標分布と比較して、目標反射率を超える測定反射率を有する１つ又は複数の部分表面を求めるステップと、
   前記１つ又は複数の部分表面にイオン又は電子を照射するステップと
   を含み、
   照射中の前記イオン又は前記電子のエネルギーは、スパッタ限界未満及び／又は圧縮限界未満であるように選択されることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記目標分布は、平均からの変動が１％以下であることを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、パルスイオンビーム又はパルス電子ビームを照射に用いることを特徴とする方法。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の方法において、ガリウム、インジウム、ビスマス、スズ、又は金のイオンを照射に用いることを特徴とする方法。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の方法において、前記反射光学素子は、ミラー、マスクブランク、又はマスクであることを特徴とする方法。
   

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