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JP4144301B2 - 多層膜反射鏡、反射型マスク、露光装置及び反射型マスクの製造方法 - Google Patents

多層膜反射鏡、反射型マスク、露光装置及び反射型マスクの製造方法 Download PDF

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JP4144301B2 JP2002257348A JP2002257348A JP4144301B2 JP 4144301 B2 JP4144301 B2 JP 4144301B2 JP 2002257348 A JP2002257348 A JP 2002257348A JP 2002257348 A JP2002257348 A JP 2002257348A JP 4144301 B2 JP4144301 B2 JP 4144301B2
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、X線望遠鏡、X線レーザー、X線反射率計、X線分析装置等のX線装置に用いられる多層膜反射鏡に関する。特には、X線露光装置に用いられる反射型マスク、波長フィルタ、二色反射鏡等に使用される多層膜反射鏡に関する。さらには、その反射型マスクを用いたX線露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
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制限される光学系の解像力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(11〜14nm)のX線を使用した投影リソグラフィ技術が開発されている(例えば、D.Tichenor,et al.,SPIE2437(1995)292参照)。この技術は、最近ではEUV(Extreme UltraViolet)リソグラフィと呼ばれており、従来の波長190nmの光線を用いた光リソグラフィでは実現不可能な、70nm以下の解像力を得られる技術として期待されている。
【0003】
X線の波長領域での物質の複素屈折率nは、n=1−δ−ik(δ、k:複素数)で表される。この屈折率の虚部kはX線の吸収を表す。δ、kは1に比べて非常に小さいため、この領域での屈折率は1に非常に近い。したがって従来のレンズ等の光学素子を使用できず、反射を利用した光学系が使用される。反射面に斜め方向から入射したX線を全反射を利用して反射させる斜入射光学系の場合、全反射臨界角θc(波長10nmで20°程度以下)よりも小さい(垂直に近い)入射角度では、反射率が非常に小さい。なお、ここで入射角度とは、入射面の法線と入射光の光軸がなす角度を示す。
【0004】
そこで、界面の振幅反射率がなるべく高い物質を積層させることで反射面を多数(一例で数十〜数百層)設けて、それぞれの反射波の位相が合うように光干渉理論に基づいて各層の厚さを調整した多層膜反射鏡が使用される。多層膜反射鏡は、使用されるX線波長域における屈折率と、真空の屈折率(=1)の差が大きい物質と、その差が小さい物質とを、基板上に交互に積層して形成される。多層膜の材料としては、タングステン/炭素、モリブデン/炭素等の組み合わせを用いたものが知られており、スパッタリングや真空蒸着、CVD等の薄膜形成技術により成膜されている。
なお、多層膜反射鏡は、垂直に入射したX線を反射することも可能であるため、全反射を用いた斜入射光学系よりも収差の少ない光学系を構成することができる。
【0005】
また、多層膜反射鏡は、反射波の位相が合うようにブラッグの式;2dsinθ=nλ(d:多層膜の周期長、θ:斜入射角度、π/2−入射角度、λ:X線の波長)を満たす場合にX線を強く反射する波長依存性を有するため、この式を満たすように各因子を選択する必要がある。
【0006】
多層膜としてモリブデン(Mo)/シリコン(Si)を用いた場合、波長12.6nmのシリコンのL吸収端の長波長側で高い反射率を示すことが知られている。このため、波長13nm付近で、直入射(入射角度が0°)で60%以上の高い反射率を有する多層膜反射鏡を比較的容易に作製することができる。このようなMo/Si多層膜を用いた反射鏡は、EUVL(Extreme Ultraviolet Lithography)と呼ばれる、軟X線を用いた縮小投影リソグラフィ技術へも応用される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
図11は、従来のEUVLリソグラフィに使用される反射型マスクの構造を模式的に示す断面図である。
この反射型マスク80は、基板81上に形成されたMo/Si多層膜83の上に、吸収体層85が設けられている。吸収体層85は軟X線を反射せず吸収する物質からなる。そして、吸収体層85をパターニングすることにより、Mo/Si層が露出した領域87(明部)と、吸収体層85が存在する領域89(暗部)を設け、軟X線の反射にコントラストを付けてマスクパターンとしている。なお、Mo/Si多層膜83と吸収体層85との間にバッファ層を設ける場合もある。
【0008】
吸収体層85は、一例としてタンタル(Ta)で作製される。この層の膜厚が約60nm以下の場合、明部87と暗部89のコントラストは約100となる。吸収体層55の材料としては、他に窒化タンタル(TaN)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)等を使用することができる。
【0009】
このようなマスクにおいては、吸収体層85の厚さが通常50nm〜数100nmである。一方、マスクパターンにおいては、4倍で縮小露光する場合、ウェハ上で50nmのパターンではマスクパターンの幅は200nmとなる。このように、吸収体層85の厚さはマスクパターンの幅と同程度となり、斜入射で軟X線が露光された場合、吸収体層の影がマスクパターンの幅に影響をする。
また、吸収体層85自身が、多層膜の厚さ(約340nm)と同程度の厚さをもつため、その内部応力によるマスクの変形が懸念されている。
【0010】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、多層膜上に厚い吸収体層を設けることなく、コントラストの高いマスクパターンを得られる多層膜反射鏡反射型マスク、その製造方法及び露光装置等を提供することを目的とする。さらに、波長選択性を有する波長フィルタや二色反射鏡にも適用可能は多層膜反射鏡を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の多層膜反射鏡は、 軟X線領域での屈折率と真空の屈折率との差が大きい物質からなる第1層と小さい物質からなる第2層とを基板上に交互に積層してなる多層膜反射鏡において、 前記多層膜の前記第1層と前記第2層との周期的な層構造の途中に位置する層構造中の前記第1層又は前記第2層のいずれか1層の厚さを他の層構造に対して変更したことを特徴とする。
【0012】
本発明においては、 前記厚さを他の層構造に対して変更した層の厚さと、その層の上又は下にある層の厚さとの合計は、使用される軟X線の波長に対する光路長に換算した時に前記軟X線の波長の1/2に対して20%以上の差異を有することが好ましい。
【0013】
このような構造とすることにより、多層膜反射鏡における波長と反射率の関係を示す反射率曲線に変化が生じる。すなわち、途中の層対の1つの層の厚さを他の層対に対して変化させると、反射率に谷が生じることがある。さらには、厚さを変更する層の層序(多層膜上での位置)や、変更する厚さを変えるとによっては、この反射率が谷となる波長がシフトする場合がある。したがって、この層序や厚さを適宜に選択することによって、反射率の谷の発生や、この反射率が谷となる波長の位置や谷の両側のピークが発生する波長を利用して、所望の波長に対するフィルタリング効果を有する多層膜反射鏡を提供することができる。
【0014】
例えば、近傍した2つの波長に輝線のある光源に対し、片方の波長のみを反射して、もう片方はカットしたい波長フィルタや、近傍した2つの波長に対してほぼ同等の反射率をもつ二色多層膜に適用できる。
【0015】
本発明においては、 前記第1層の主成分がモリブデン(Mo)又は珪化モリブデン(MoSi2)であること、及び、 前記第2層の主成分がシリコン(Si)であることが好ましい。
安価で、耐久性に優れ、反射波面の位相が整った多層膜反射鏡を得ることができる。
【0016】
本発明においては、 前記厚さを変更する層が前記第2層であることが好ましい。
【0017】
本発明の反射型マスクは、 感応基板に転写すべきパターンが形成された反射型マスクであって、 軟X線領域での屈折率と真空の屈折率との差が大きい物質からなる第1層と小さい物質からなる第2層とが基板上に交互に積層した多層膜からなり、 前記パターンに対応する前記多層膜の部分で、前記第1層と前記第2層とからなる周期的な層構造の途中に位置する層構造中の前記第1層又は前記第2層のいずれか1層の厚さが他の層構造に対して変更されていることを特徴とする。
【0018】
パターン部において、多層膜中の一層の膜厚を変化させることのみで、コントラストのあるマスクパターンを得ることができる。膜厚の変化は、吸収体層を設けた場合に比べて非常に小さいため、斜露光時に発生する影がパターンに大きな影響を与えることはない。さらに、マスクパターンに新たに吸収層を設ける必要がなく、明部と暗部の構造がほとんど同じであるため、吸収層自体の応力の影響がなくなる。
【0019】
本発明の露光装置は、 X線を発生させるX線光源と、このX線光源からのX線をマスクに導く照明光学系と、前記マスクからのX線を感応基板に導く投影光学系と、を有する露光装置において、 感応基板に転写するパターンを備えた反射型マスクを有し、 この反射型マスクは、軟X線領域での屈折率と真空の屈折率との差が大きい物質からなる第1層と小さい物質からなる第2層とが基板上に交互に積層した多層膜からなり、 前記パターンに対応する前記多層膜の部分で、前記第1層と前記第2層とからなる周期的な層構造の途中に位置する層構造中の前記第1層又は前記第2層のいずれか1層の厚さを他の層構造に対して変更したことを特徴とする。
吸収体層の影や、吸収体層が及ぼす内部応力によるパターン精度の低下を防いだ露光装置を提供することができる。
【0020】
本発明の反射型マスク製造方法は、 請求項7に記載の反射型マスクを製造する方法であって、 基板上に第1層と第2層を交互に複数の層対だけ積層する工程と、 最上層の第2層上に、前記パターンと同一パターンからなるレジストパターンを形成する工程と、 このレジストパターンをマスクとして前記最上層の第2層を所定深さだけエッチング加工する工程と、 レジストパターンを除去する工程と、 最上層の第2層上に第1層と第2層を交互に複数の層対だけ積層する工程と、を具備することを特徴とする。
【0021】
本発明の他の反射型マスク製造方法は、 請求項7に記載の反射型マスクを製造する方法であって、 基板上に第1層と第2層を交互に複数の層対だけ積層する工程と、 最上層の第2層上に第1層を形成する工程と、 この第1層上に、前記パターンと同一パターンからなるレジストパターンを形成する工程と、 このレジストパターンを含む全面上に第2層を第1厚さだけ形成する工程と、 レジストパターンを除去する工程と、 最上層の第2層を含む全面上に第2層を第2厚さだけ形成する工程と、を具備し、 前記第1厚さと前記第2厚さを合計した厚さが、周期的な層構造の第2層と同一の厚さとなることを特徴とする。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
まず、X線露光装置の概要を図2を参照しつつ説明する。
図2は、図1の反射型マスクを搭載したX線露光装置の全体構成を示す図である。
このX線露光装置は、露光用の照明光として、波長13nm近傍の軟X線領域の光(以下、EUV光)を用いて、ステップアンドスキャン方式により露光動作を行う投影露光装置である。
【0023】
X線露光装置100の最上流部には、レーザ光源103が配置されている。レーザ光源103は、赤外域から可視域の波長のレーザ光を供給する機能を有し、例えば半導体レーザ励起によるYAGレーザやエキシマレーザ等を使用する。レーザ光源103から発せられたレーザ光は、集光光学系105により集光され、下部に配置されたレーザプラズマ光源107に達する。レーザプラズマ光源107は、波長13nm近傍のX線を効率よく発生することができる。
【0024】
レーザプラズマ光源107には、図示せぬノズルが配置されており、キセノンガスを噴出する。噴出されたキセノンガスはレーザプラズマ光源107において高照度のレーザ光を受ける。キセノンガスは、高照度のレーザ光のエネルギにより高温になり、プラズマ状態に励起され、低ポテンシャル状態へ遷移する際にEUV光を放出する。EUV光は、大気に対する透過率が低いため、その光路はチャンバ(真空室)109により覆われて外気が遮断されている。なお、キセノンガスを放出するノズルからデブリが発生するため、チャンバ109を他のチャンバとは別に配置する必要がある。
【0025】
レーザプラズマ光源107の上部には、Mo/Si多層膜をコートした回転放物面反射鏡111が配置されている。レーザプラズマ光源107から輻射されたX線は、放物面反射鏡111に入射し、波長13nm付近のX線のみが露光装置100の下方に向かって平行に反射される。
【0026】
回転放物面反射鏡111の下方には、厚さ0.15nmのBe(ベリリウム)からなる可視光カットX線透過フィルタ113が配置されている。放物面反射鏡111で反射されたX線の内、所望の13nmのX線のみが透過フィルタ113を通過する。透過フィルタ113付近は、チャンバ115により覆われて外気を遮断している。
【0027】
透過フィルタ113の下方には、露光チャンバ133が設置されている。露光チャンバ133内の透過フィルタ113の下方には、照明光学系117が配置されている。照明光学系117は、コンデンサー系の反射鏡、フライアイ光学系の反射鏡等で構成されており、透過フィルタ113から入力されたX線を円弧状に整形し、図の左方に向かって照射する。
【0028】
照明光学系117の図の左方には、X線反射鏡119が配置されている。X線反射鏡119は、図の右側の反射面119aが凹型をした円形の回転放物円ミラーであり、保持部材により垂直に保持されている。X線反射鏡119は、反射面119aが高精度に加工された石英の基板からなる。反射面119aには、波長13nmのX線の反射率が高いMoとSiの多層膜が形成されている。なお、波長が10〜15nmのX線を用いる場合には、Ru(ルテニウム)、Rh(ロジウム)等の物質と、Si、Be(ベリリウム)、B4C(4ホウ化炭素)等の物質とを組み合わせた多層膜でも良い。
【0029】
X線反射鏡119の図の右方には、光路折り曲げ反射鏡121が斜めに配置されている。光路折り曲げ反射鏡121の上方には、反射型マスク123(詳細後述)が、反射面が下になるように水平に配置されている。照明光学系117から放出されたX線は、X線反射鏡119により反射集光された後に、光路折り曲げ反射鏡121を介して、反射型マスク123の反射面に達する。
【0030】
反射型マスク123の反射面にも多層膜からなる反射膜が形成されている。この反射膜には、ウェハ129に転写するパターンに応じたマスクパターンが形成されている。反射型マスク123は、その上部に図示されたマスクステージ125に固定されている。マスクステージ125は、少なくともY方向に移動可能であり、光路折り曲げ反射鏡121で反射されたX線を順次マスク123上に照射する。
【0031】
反射型マスク123の下部には、順に投影光学系127、ウェハ129が配置されている。投影光学系127は、複数の反射鏡等からなり、反射型マスク123で反射されたX線を所定の縮小倍率(例えば1/4)に縮小し、ウェハ129上に結像する。ウェハ129は、XYZ方向に移動可能なウェハステージ131に吸着等により固定されている。
【0032】
露光チャンバ33にはゲートバルブを介して予備排気室(ロードロック室)が設けられている。予備排気室には真空ポンプ(いずれも図示されず)が接続しており、真空ポンプの運転により予備排気室は真空排気される。
【0033】
露光動作を行う際には、照明光学系117により反射型マスク123の反射面にEUV光を照射する。その際、投影光学系127に対して反射型マスク123及びウェハ129を投影光学系の縮小倍率により定まる所定の速度比で相対的に同期走査する。これにより、反射型マスク123の回路パターンの全体をウェハ129上の複数のショット領域の各々にステップアンドスキャン方式で転写する。なお、ウェハ129のチップは例えば25×25mm角であり、レジスト上で0.07μmL/SのICパターンが露光できる。
【0034】
次に、図1を参照して本発明の実施の形態に係る反射型マスクの構造について説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る反射型マスクの構造の一例を説明する側面断面図である。上述の反射型マスク23はこの反射型マスク10と同様の構造を有する。
この反射型マスク10は、基板11上にMo/Si多層膜13が形成されたものである。Mo層15の厚さは2.38nm、Si層17の厚さは4.5nmである。Mo層とSi層の対を1層対16といい、この多層膜13は50層対のMo/Si層が積層されている。そして、マスクの暗部19となる領域の上から15層対目のSi層17−15の厚さが、他のSi層の厚さ(α)の4.5nmから所定の差(β、この例では2.65nm)を引いた1.85nm(=α−β)となっている。一方、明部21の上から15層対目のSi層17−15の厚さαは4.5nmのままである。このため、反射型マスク10の表面においては、マスクの暗部19が、明部21より凹んでいる。
【0035】
以下、この多層膜の特性について説明する。
多層膜反射鏡は、上述のブラッグの式により、積層したMo層とSi層の厚さとによって所定の波長で反射ピークをもつ。一例として、厚さ2.38nmのMo層と、厚さ4.5nmのSi層の層対を50層対(合計100層)積層した場合、波長13.5nmで理論反射率は72.1%となる。
【0036】
ここで、本発明者らは、この多層膜の各層対のうち、1つの層対のSi層の厚さを変更すると、波長と反射率との関係を示す反射率曲線に変化が生じることを見出した。
図3は、1つの層対のSi層の厚さを変更した多層膜の構造を模式的に示す側面断面図である。
この多層膜30は、基板31上に、Mo/Si多層膜33が形成されたものである。Mo/Si多層膜33は、厚さ2.38nmのMo層35と、厚さ4.5nmのSi層37の層対36を50層対(合計100層)積層したもので、上から15層対目のSi層37−15のみ、厚さを4.5nmから1.85nmに変更している。
【0037】
図4は、図3の多層膜の反射率と波長との関係を示すグラフである。縦軸は反射率(%)、横軸は波長(nm)を表す。グラフ中の実線は、図3の多層膜(15層対目のSi層の厚さを変更したもの)、破線は通常の多層膜(厚さを変更していないもの)を示す。
破線で示すように、Si層の厚さを変更していないものは、波長13.5nm付近で最大反射率72.1%となる。そして、図3のSi層の厚さを変更したものは、実線で示すように、全体のピークが太くなると共に、波長13.5nmで反射率が谷となり、その両側の波長13.25nm及び13.75nm付近にピークが現れる。なお、波長13.5nmでの反射率は0.017%である。
これにより、所定の位置の層対のSi層の厚さを変化させると、反射率曲線に反射率の谷が現れることがわかる。
【0038】
次に、Si層の厚さを変更させる層対の位置を変化させて、谷の反射率と層対の位置の関係を求めた。
図5は、厚さを変更する層対の位置を変えたときの谷の反射率と層対の位置の関係を示すグラフである。縦軸は反射率曲線が谷となる部分の反射率、横軸は層対の上からの位置を示す。
厚さを4.5nmから1.85nmに変更するSi層を、図3の多層膜の上から順に変えていくと、上から6層対目までのSi層の厚さを変化させても谷は現れないが、7層対目から谷が現れ始める。そして、厚さを変える層対の位置が深くなるほど谷となる波長の反射率は減少し、上から15層対目で最も小さくなり、その後20層対目まで徐々に高くなる。なお、谷が現れる部分の波長は13.5nm付近である。
これにより、上から15層対目のSi層の厚さを変化させたときに、最も谷の反射率が低下することが分かる。
【0039】
次に、Si層の厚さの変更量を変えて、反射率と波長の関係を求めた。
図6は、15層対目のSi層の厚さを変えたときの反射率と波長との関係を示すグラフである。縦軸は反射率、横軸は波長を示す。グラフ中の実線は、Si層の厚さが1.7nm、破線は1.8nm、一点鎖線は1.85nm、二点鎖線は1.9nm、点線は2.0nmを示す。
グラフから分かるように、上から15層対目のSi層の厚さを1.7nmから2.0nmに段階的に変化させると、反射率が谷となる部分は長波長側へシフトし、その両側にあるピークの強度バランスも変化する。
【0040】
ここで、変更したSi層の厚さ(この例では1.85nm)と、この層の上又は下のMo層の厚さ(2.38nm)との合計(4.23nm)は、使用される軟X線の波長に対する光路長に換算した時に、軟X線の波長(13.5nm)の1/2(6.75nm)に対して、20%以上の差異があることが好ましい。
【0041】
図1に示すように、本発明の反射型マスク10は、上述のように、基板11上に、厚さ2.38nmのMo膜15と、厚さ4.5nmのSi膜17が50層対積層されたもので、マスクの暗部19となる領域の上から15層対目のSi層17−15の厚さが1.85nmとなっている。したがって、図3〜図6の結果から、上から15層対目のSi層17−15の厚さが1.85nmの暗部19では、図4に示すように、13.5nmの波長での反射率は0.017%である。一方、Si層の厚さを変更していないその他の部分(明部21)の13.5nmでの反射率は72.1%であり、反射率の比は4000以上となる。
【0042】
したがって、光源にLi(リチウム)蒸気を用いたEUVリソグラフィにこの反射型マスク10を適用する場合、Liは波長13.5nmに輝線をもつため、マスクの明部21に相当する部分を完全な(厚さを変更しない)多層膜とし、暗部19に相当する部分の上から15層対目のSi層17−15の厚さを1.85nmに変更すれば、コントラスト4000が得られることになる。
【0043】
次に、この反射マスクの製造方法を説明する。
まず、基板上に、厚さ2.38nmのMo層と厚さ4.5nmのSi層を35層対を形成する。次に、形成された層の最も上のSi層の表面に、厚さ2.38nmのMo層を形成する。そして、Si層を厚さ4.5nm積層してその上にレジストを塗布し、マスクのパターンを露光する。その後、RIE等のエッチング手法を用いて、最上のSi層を2.65nmだけ均一に削り取る。そしてレジストを除去し、垂直成膜により、厚さ2.38nmのMo層と厚さ4.5nmのSi層を14層対積層する
これにより、パターンの部分のみの上から15層対目のSi層の厚さを1.85nmに変えた多層膜が形成される。
【0044】
または、基板上に、厚さ2.38nmのMo層と厚さ4.5nmのSi層を35層対を形成する。次に、形成された層の最も上のSi層の上に厚さ2.38nmのMo層を形成する。そしてこのMo層上にレジストを塗布し、マスクのパターンを露光する。次に、Si層を2.65nmだけ垂直成膜で均一に積層する。ここでレジストを除去し、全表面に厚さ1.85nmのSi層と、厚さ2.38nmのMo層と厚さ4.5nmのSi層を14層対積層する。
これにより、パターンの部分のみの上から15層対目のSi層の厚さを1.85nmに変えた多層膜が形成される。
【0045】
このような方法により作製された反射型マスク10において、明部21の反射率は63%で暗部19の反射率は0.06%であった。したがって、コントラストは約1000となり、高いコントラストが得られることとなる。また、マスク表面においては、明部21が暗部19より突出した構造となっているため、明部21と暗部19の高さの差がパターン精度に与える影響は少ない。しかも、この差は2.65nm(=4.5−1.85)程度であり、従来の吸収体層の厚さ50nm〜数100nmに比べると非常に小さい。また、吸収体層として別の物質を用いていないため、明部と暗部の構造がほとんど同じとなり、吸収体層自体の応力が発生しない。
【0046】
図7は、本発明の他の実施の形態に係る反射型マスクの構造について説明する側面断面図である。
この反射型マスク40は、基板41上にMo/Si多層膜43が形成されている。Mo層45の厚さは2.38nm、Si層47の厚さは4.5nmであり、50層対のMo/Si層が積層されている。そして、マスクの暗部49となる領域の上から15層対目のSi層47−15の厚さが7.15nmとなっている。この厚さは、他のSi層の厚さ(α)4.5nmに、図1の反射型マスクにおいて上から15層対目のSi層の変更した分の厚さ(β)2.65nmを加えた厚さ(=α+β)である。したがって、反射型マスク40の表面においては、マスクの暗部49が、明部51より突出している。
【0047】
この例の反射型マスク40は、厚さを変更する多層膜上の位置は図1の反射型マスクと同じであるが、同じ変更厚さ分を加えて、厚さを厚くしている。この反射型マスクにおいても、図1の反射型マスクと同様の効果が得られる。この例の反射型マスクでは、暗部49が明部51より突出した構造となっているが、上述のように高さの差は非常に小さく、斜入射による影が大きな影響を与えることはない。
【0048】
次に、本発明の実施の形態に係る波長フィルタ用多層膜について説明する。
波長フィルタ用多層膜は、単色化のためのフィルタの役割をもつ反射鏡に用いるものである。この波長フィルタは、レーザープラズマX線源から照射される、主として酸素原子に起因するスペクトルをもつ光線に対して、使用したい13nmの光を反射し、13.2nmの弱いピークの光をカットするために使用される。
この多層膜は、図3の多層膜反射鏡とほぼ同じ構成であり、基板上に、厚さ2.5nmのMo層、厚さ4.5nmのSi層が50層対積層された多層膜で、上から15層対目のSi層が厚さ1.9nmに変更されている。
【0049】
従来、13.0nmと13.2nmの接近した2つの波長に輝線のある光源に対し、13.0nmのみを反射して13.2nmはカットしたいフィルタが必要な場合、通常のMo/Si多層膜を用いると、13.0nmの波長は反射可能であるが、この部分の反射率曲線の半値幅が広いため、13.2nmの波長も反射してしまう。そこで、反射率は低いが半値幅の狭いMoSi2/Si(珪化モリブデン/シリコン)多層膜を用いて、波長選択ミラー(15°入射)を設けている。
【0050】
図8は、反射ミラー兼波長フィルタに使用される多層膜の波長と反射率の関係を示すグラフである。縦軸は反射率、横軸は波長を示す。グラフ中の実線は本発明に係る多層膜、破線は従来のMoSi2/Si多層膜を示す。なお、MoSi2/Si多層膜はMoSi2層とSi層の100層対からなる。
グラフから分かるように、MoSi2/Si多層膜の反射率は、破線で示すように、13.0nmにおける理論反射率は48%程度で、かつ、13.2nmでは3%程度の反射率を持っている。一方、上から15層対目のSi層の厚さを変更した本発明の多層膜においては、実線で示すように、13.0nmで63%程度の反射率をもち、13.2nmでは1%以下の反射率となる。
【0051】
したがって、所望の波長13.0nmでの反射率を従来より向上させ、光量の損失を少なくした反射ミラーを提供することができる。
【0052】
次に、本発明の実施の形態に係る二色反射鏡用多層膜の構造を説明する。
二色反射鏡は、近接した2つの波長に対してピーク反射率をもつ反射鏡である。
この多層膜は、図3の多層膜反射鏡とほぼ同じ構成を有し、厚さ2.4nmのMo層、厚さ4.5nmのSi層が50層対積層された多層膜で、上から15層対目のSi層が厚さ1.25nmに変更されている。
【0053】
図9は、本発明の二色反射鏡用多層膜の波長と反射率の関係を示すグラフである。縦軸は反射率、横軸は波長を示す。グラフ中の実線は本発明に係る多層膜を示す。
このグラフから、波長が13.45nmで反射率に谷が発生し、このときの反射率は0.04%である。また、谷の両側の2つのピークは、短波長側が13.23nmで反射率が61%、長波長側が13.72nmで反射率が61%で、両側のピークの反射率はほぼ等しい。
【0054】
したがって、わずか0.5nmしか離れていない2つの波長に対して高いピーク反射率をもつ二色多層膜を形成することができる。なお、従来の多層膜において、13.23nmにピークをもつ構造と13.72nmにピークをもつ構造を単に重ねただけでは、両波長で均等な反射率のピークをもつ特性は得られない。
【0055】
次に、反射率が谷となる部分で、反射率がどの程度小さくなるかを求めた。
多層膜を、基板上に、厚さ2.4nmのMo層、厚さ4.5nmのSi層が50層対積層された多層膜とし、上から15層対目のSi層を厚さ1.685nmに変更した。
図10は、多層膜の波長と反射率の関係を示すグラフである。縦軸は反射率、横軸は波長を示す。実線は、図の多層膜、点線はSi層の厚さを変更していない多層膜を示す。
この多層膜は、グラフに示すように、波長13.5159nmの反射率が0.0000000117%とほとんどゼロとなる。また、Si層の厚さを変更していない多層膜では、点線で示すように、波長が13.5159nmでの反射率は72.0%であるため、コントラストは10桁近くなる。
【0056】
(実施例1)
基板上に、厚さ2.5nmのMo層、厚さ4.5nmのSi層が50層対積層された多層膜で、上から15層対目のSi層の厚さを1.9nmに変更した多層膜を波長フィルタとして使用した。この波長フィルタは、レーザープラズマX線源から照射される、主として酸素原子に起因するスペクトルをもつ光線に対して、使用したい13nmの光を反射し、13.2nmの弱いピークの光をカットするものである。
この多層膜は、波長13nmで58%程度の反射率をもち、13.2nmでは0.7%以下の反射率となった。したがって、光源の純度を向上でき、スペクトルの純度は99%程度であった。
一方、MoSi2/Si(珪化モリブデン/シリコン)多層膜を用いて、波長選択ミラー(15°入射)を設けた場合、波長13nmにおける反射率は35%、13.2nmでは2%程度の反射率であった。このため光源の純度が低下し、スペクトルの純度は94%程度であった。
【0057】
(実施例2)
基板上に、厚さ2.4nmのMo層、厚さ4.5nmのSi層が50層対積層された多層膜で、上から15層対目のSi層が厚さ1.25nmに変更された多層膜を二色反射鏡用多層膜として使用した。
反射率は2つの谷を有し、谷の両側の2つのピークは、短波長側が13.23nmで反射率が54%、長波長側が13.72nmで反射率が55%で、両側のピークの反射率はほぼ等しかった。
【0058】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、多層膜を構成する一層対中の一層を、周期構造が規定された他の層を他の層対と異なる厚さとすることにより、多層膜の反射特性を変化させることができる。この特性を利用すれば、特定の波長をカットするフィルタや二色反射鏡、その効果を用いた反射型マスクを構成することができる。特に、反射型マスクに適用した場合は、従来のような厚い吸収体層を設けることなく、わずかな膜厚差でパターンに十分なコントラストを与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る反射型マスクの構造の一例を説明する側面断面図である。
【図2】図1の反射型マスクを搭載したX線露光装置の全体構成を示す図である。
【図3】1つの層対のSi層の厚さを変更した多層膜の構造を模式的に示す側面断面図である。
【図4】図3の多層膜の反射率と波長との関係を示すグラフである。
【図5】厚さを変更する層対の位置を変えたときの谷の反射率と層対の位置の関係を示すグラフである。
【図6】15層対目のSi層の厚さを変えたときの反射率と波長との関係を示すグラフである。
【図7】本発明の他の実施の形態に係る反射型マスクの構造について説明する側面断面図である。
【図8】反射ミラー兼波長フィルタに使用される多層膜の波長と反射率の関係を示すグラフである。
【図9】本発明の二色反射鏡用多層膜の波長と反射率の関係を示すグラフである。
【図10】多層膜の波長と反射率の関係を示すグラフである。
【図11】従来のEUVLリソグラフィに使用される反射型マスクの構造を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
10 反射型マスク 11 基板
13 Mo/Si多層膜 15 Mo層
16 層対 17 Si層
19 暗部 21 明部

Claims (10)

  1. 軟X線領域での屈折率と真空の屈折率との差が大きい物質からなる第1層と小さい物質からなる第2層とを基板上に交互に積層してなる多層膜反射鏡において、
    前記多層膜の前記第1層と前記第2層とからなる周期的な層構造の途中に位置する層構造中の前記第1層又は前記第2層のいずれか1層の厚さを他の層構造に対して変更したことを特徴とする多層膜反射鏡。
  2. 前記厚さを他の層構造に対して変更した層の厚さと、その層の上又は下にある層の厚さとの合計は、使用される軟X線の波長に対する光路長に換算した時に前記軟X線の波長の1/2に対して20%以上の差異を有すること特徴とする請求項1記載の多層膜反射鏡。
  3. 前記第1層の主成分がモリブデン(Mo)であることを特徴とする請求項1又は2記載の多層膜反射鏡。
  4. 前記第1層の主成分が珪化モリブデン(MoSi2)であることを特徴とする請求項1、2又は3記載の多層膜反射鏡。
  5. 前記第2層の主成分がシリコン(Si)であることを特徴とする請求項1〜4いずれか1項記載の多層膜反射鏡。
  6. 前記厚さを変更する層が前記第2層であることを特徴とする請求項1〜5いずれか1項記載の多層膜反射鏡。
  7. 感応基板に転写すべきパターンが形成された反射型マスクであって、
    軟X線領域での屈折率と真空の屈折率との差が大きい物質からなる第1層と小さい物質からなる第2層とが基板上に交互に積層した多層膜からなり、
    前記パターンに対応する前記多層膜の部分で、前記第1層と前記第2層とからなる周期的な層構造の途中に位置する層構造中の前記第1層又は前記第2層のいずれか1層の厚さが、他の層構造に対して変更されていることを特徴とする反射型マスク。
  8. X線を発生させるX線光源と、このX線光源からのX線をマスクに導く照明光学系と、前記マスクからのX線を感応基板に導く投影光学系と、を有する露光装置において、
    感応基板に転写するパターンを備えた反射型マスクを有し、
    この反射型マスクは、軟X線領域での屈折率と真空の屈折率との差が大きい物質からなる第1層と小さい物質からなる第2層とが基板上に交互に積層した多層膜からなり、
    前記パターンに対応する前記多層膜の部分で、前記第1層と前記第2層とからなる周期的な層構造の途中に位置する層構造中の前記第1層又は前記第2層のいずれか1層の厚さを他の層構造に対して変更したことを特徴とする露光装置。
  9. 請求項7に記載の反射型マスクを製造する方法であって、
    基板上に第1層と第2層を交互に複数の層対だけ積層する工程と、
    最上層の第2層上に、前記パターンと同一パターンからなるレジストパターンを形成する工程と、
    このレジストパターンをマスクとして前記最上層の第2層を所定深さだけエッチング加工する工程と、
    レジストパターンを除去する工程と、
    最上層の第2層上に第1層と第2層を交互に複数の層対だけ積層する工程と、を具備することを特徴とする反射型マスクの製造方法。
  10. 請求項7に記載の反射型マスクを製造する方法であって、
    基板上に第1層と第2層を交互に複数の層対だけ積層する工程と、
    最上層の第2層上に第1層を形成する工程と、
    この第1層上に、前記パターンと同一パターンからなるレジストパターンを形成する工程と、
    このレジストパターンを含む全面上に第2層を第1厚さだけ形成する工程と、
    レジストパターンを除去する工程と、
    最上層の第2層を含む全面上に第2層を第2厚さだけ形成する工程と、
    を具備し、
    前記第1厚さと前記第2厚さを合計した厚さが、周期的な層構造の第2層と同一の厚さとなることを特徴とする反射型マスクの製造方法。
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