JP2006194764A - Multilayer reflection mirror and exposure system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軟X線領域で用いられる多層膜反射鏡および露光装置に関する。 The present invention relates to a multilayer mirror and an exposure apparatus used in a soft X-ray region.
半導体集積回路の微細化に伴い、リソグラフィ工程における解像力向上のために、紫外線領域より波長の短い軟X線領域(波長11nm〜14nm程度)の光を使用することが提案されている(例えば非特許文献1を参照)。軟X線領域の光はEUV光とも呼ばれる(Extreme Ultraviolet;極紫外線)。EUV光を使用したリソグラフィ(EUVL)は、波長190nm程度以上の光を使用したリソグラフィでは不可能な“解像力50nm以下”を実現できる将来の技術として期待されている。
With the miniaturization of semiconductor integrated circuits, it has been proposed to use light in the soft X-ray region (
ところで、軟X線領域における物質の屈折率は1に非常に近いため、EUVLの光学系には、屈折型ではなく反射型の光学素子が用いられる。EUVL用の反射型の光学素子として提案されている多層膜反射鏡は、基板の表面に多層膜を形成したものである(例えば特許文献1を参照)。そして、多層膜の界面での微弱な反射光の位相を合わせて多数重畳させることにより、全体として高い反射率を得ている。 By the way, since the refractive index of the substance in the soft X-ray region is very close to 1, an EUVL optical system uses a reflective optical element instead of a refractive type. A multilayer mirror that has been proposed as a reflective optical element for EUVL has a multilayer film formed on the surface of a substrate (see, for example, Patent Document 1). Then, a high reflectivity is obtained as a whole by superimposing a large number of weak reflected lights at the interface of the multilayer film.
また、EUVL用の多層膜反射鏡では、散乱光の発生による光量損失を抑えるため、基板の表面の粗さ(空間周期1000nm以下の微細な構造)が出来るだけ残らないように、多層膜を形成する表面に対して非常に高い精度で加工することが求められる。粗さを持つ表面では、光の波長が短くなると散乱光の強度が急激に(例えば波長の4乗に反比例して)増大するからである。 In addition, in the multilayer mirror for EUVL, in order to suppress the loss of light quantity due to the generation of scattered light, the multilayer film is formed so that the surface roughness of the substrate (fine structure with a spatial period of 1000 nm or less) does not remain as much as possible. It is required to process the surface to be processed with very high accuracy. This is because, on a surface having roughness, the intensity of scattered light increases abruptly (for example, in inverse proportion to the fourth power of the wavelength) as the wavelength of light becomes shorter.
ちなみに、散乱光は反射光の方向から大きく外れて結像領域に到達しないため、多層膜反射鏡の結像性能を低下させることはない。しかし、散乱光が発生した分だけ結像に寄与する光量(つまり反射光の光量)が少なくなる。このため、EUVLでは、レジスト層を感光させるために長時間の露光が必要となり、スループットが低下する。散乱光の発生による光量損失を抑えるためには、表面の粗さを少なくとも0.2nmRMS以下まで低減する必要があると言われている。 Incidentally, the scattered light does not greatly deviate from the direction of the reflected light and does not reach the imaging region, so that the imaging performance of the multilayer reflector is not deteriorated. However, the amount of light that contributes to image formation (that is, the amount of reflected light) is reduced by the amount of scattered light generated. For this reason, EUVL requires long-time exposure to expose the resist layer, resulting in a decrease in throughput. It is said that the roughness of the surface needs to be reduced to at least 0.2 nm RMS or less in order to suppress the light amount loss due to the generation of scattered light.
さらに、EUVL用の多層膜反射鏡では、基板の表面(多層膜の形成面)に対して加工する際、ただ単に粗さを低減すればよい訳ではなく、基板の表面のうねり(空間周期1000nm〜1mmの構造)や、形状誤差(空間周期1mm以上の構造)も小さく抑える必要がある。
形状誤差が生じると、反射光の方向が理想的な方向から極僅かにずれ、多層膜反射鏡の結像性能が悪化して正確なパターンの結像が困難になる。うねりが生じると、形状誤差の場合よりも反射光の方向のずれが大きくなり、結像領域内に光が重なってフレアの原因となる。フレアが生じると、バックグラウンド光の強度が上昇し、像のコントラストが低下するため、レジスト層に良好なパターンを転写することが困難となる。
Further, in the multilayer reflector for EUVL, when processing the surface of the substrate (the surface on which the multilayer film is formed), it is not necessary to simply reduce the roughness, but the substrate surface waviness (spatial period 1000 nm). ~ 1mm structure) and shape errors (structures with a spatial period of 1mm or more) must be kept small.
When the shape error occurs, the direction of the reflected light is slightly deviated from the ideal direction, and the imaging performance of the multilayer reflector is deteriorated, so that it is difficult to form an accurate pattern. When waviness occurs, the deviation of the direction of the reflected light becomes larger than in the case of the shape error, and the light overlaps in the imaging region, causing flare. When flare occurs, the intensity of the background light increases and the contrast of the image decreases, making it difficult to transfer a good pattern to the resist layer.
このように、EUVL用の多層膜反射鏡では、基板の表面(多層膜の形成面)における形状誤差(空間周期1mm以上の構造)、うねり(空間周期1000nm〜1mmの構造)、粗さ(空間周期1000nm以下の構造)を全て低減できるように、その加工が行われる。形状誤差の低減によって結像性能が向上し、うねりの低減によってコントラストが向上し、粗さの低減によって反射光の光量損失を抑えることができる。加工した後の基板の理想的な表面は、フラクタル構造を持つと考えられる。 Thus, in the multilayer mirror for EUVL, the shape error (structure with a spatial period of 1 mm or more), undulation (structure with a spatial period of 1000 nm to 1 mm), roughness (space) on the surface of the substrate (formation surface of the multilayer film) The processing is performed so that all of the structures having a period of 1000 nm or less can be reduced. The imaging performance is improved by reducing the shape error, the contrast is improved by reducing the waviness, and the light loss of reflected light can be suppressed by reducing the roughness. The ideal surface of the substrate after processing is considered to have a fractal structure.
一般に、基板の加工は表面がフラクタル面となるように行われており、EUV領域で使用されるシュバルツシルト光学系用の基板が、そのように加工されていることが報告されている(例えば非特許文献2を参照)。
しかしながら、基板の表面(多層膜の形成面)における形状誤差とうねりと粗さを全て低減することは困難であり、基板の加工に膨大な時間が必要となってしまう。中でも表面の粗さを低減することが特に難しく、基板の加工を短時間で行うために、その加工を単に簡略化すると、粗さの低減のみが不十分となって反射光の光量損失が大きくなり、好ましくない。 However, it is difficult to reduce all of the shape error, waviness and roughness on the surface of the substrate (the surface on which the multilayer film is formed), and enormous time is required for processing the substrate. In particular, it is particularly difficult to reduce the roughness of the surface. To simplify the processing of the substrate in a short time, if the processing is simply simplified, only the reduction of the roughness is insufficient, resulting in a large loss of reflected light. It is not preferable.
本発明の目的は、基板の表面(多層膜の形成面)の加工を簡略化しても、反射光の光量損失を抑えることができる多層膜反射鏡および露光装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a multilayer film reflecting mirror and an exposure apparatus that can suppress the light loss of reflected light even if the processing of the surface of the substrate (the surface on which the multilayer film is formed) is simplified.
請求項1に記載の多層膜反射鏡は、軟X線領域の光を反射する多層膜が基板の表面に形成され、前記表面の粗さのRMS値は、空間周期10nm〜100nmの構造に由来する第1の粗さ成分が、空間周期100nm〜1000nmの構造に由来する第2の粗さ成分より大きいものである。
請求項2に記載の発明、請求項1に記載の多層膜反射鏡において、前記表面の粗さのRMS値は、前記第1の粗さ成分が、前記第2の粗さ成分の1.5倍以上である。
In the multilayer mirror according to
2. The multilayer mirror according to
請求項3に記載の露光装置は、軟X線領域の光を発生する光源と、前記光源からの光をマスクに導く第1光学系と、前記マスクからの光を感光性基板に導く第2光学系とを備え、前記第1光学系および/または前記第2光学系の少なくとも一部の光学素子は、請求項1または請求項2に記載の多層膜反射鏡である。
The exposure apparatus according to claim 3, a light source that generates light in a soft X-ray region, a first optical system that guides light from the light source to a mask, and a second that guides light from the mask to a photosensitive substrate. The multilayer optical reflector according to
本発明によれば、基板の表面(多層膜の形成面)の加工を簡略化しても、反射光の光量損失を抑えることができる。 According to the present invention, even if the processing of the surface of the substrate (the surface on which the multilayer film is formed) is simplified, it is possible to suppress the light amount loss of the reflected light.
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
(第1実施形態)
第1実施形態の多層膜反射鏡10は、図1に示す通り、EUV光を反射する多層膜11が基板12の表面に形成されたものである。多層膜反射鏡10は、直入射近傍(入射角<20度)で使用される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the multilayer
EUV光の波長が13.5nm付近の場合、多層膜11には、モリブデン(Mo)層とシリコン(Si)層とを交互に積層したMo/Si多層膜を用いることが好ましい。この場合、直入射で67.5%の反射率を得ることができる。また、EUV光の波長が11.3nm付近の場合、多層膜11には、Mo層とベリリウム(Be)層とを交互に積層したMo/Be多層膜を用いることが好ましい。この場合、直入射で70.2%の反射率を得ることができる。このような膜構成は、例えば、C.Montcalm,Proc.SPIE,Vol.3331(1998)p.42に記載されている。多層膜11の形成には、例えばスパッタリング法が用いられる。
When the wavelength of EUV light is around 13.5 nm, the
多層膜11では、目的とする波長λ(nm)のEUV光に対して、図2の周期長d(界面の間隔)を調整することにより、各界面での微弱な反射光の位相を合わせて多数重畳させ、全体として高い反射率を得ている。高い反射率を得るために必要な条件は、EUV光の入射角θと、周期長dに物質の屈折率を掛けた光学的厚さd*とを用い、次の式(1)で表される。式(1)の左辺は各界面での反射光どうしの位相差(nm)である。
In the
2×(d*×cos(θ))=λ …(1)
基板12の材料には、石英ガラスや低熱膨張ガラスなどを用いることができる。また、低熱膨張ガラスには、酸化チタン(TiO2)を含むもの(例えばコーニング社製ULEなど)や、微結晶粒を含むもの(例えばショット社製Zerodurなど)がある。
そして、基板12の表面(多層膜11の形成面)に対する加工では、その表面における形状誤差(空間周期1mm以上の構造)、うねり(空間周期1000nm〜1mmの構造)、粗さ(空間周期1000nm以下の構造)を全て低減するのではなく、粗さの中でも空間周期100nm以下の特に微細な構造の低減を緩和して、それ以外の構造(つまり空間周期100nm以上の構造)を低減するようにしている。
2 × (d * × cos (θ)) = λ (1)
As the material of the
In the processing on the surface of the substrate 12 (formation surface of the multilayer film 11), the shape error (structure with a spatial period of 1 mm or more), undulation (structure with a spatial period of 1000 nm to 1 mm), roughness (spatial period of 1000 nm or less) on the surface In the roughness, the reduction of particularly fine structures with a spatial period of 100 nm or less is alleviated, and other structures (that is, structures with a spatial period of 100 nm or more) are reduced. Yes.
この場合、基板12の表面の構造は、PSD(Power Spectral Density)によって表すと、図3のようになっている。図3の横軸は空間周波数f(/nm)であり、空間周期L(nm)の逆数に相当する。図3の縦軸はPSD(nm4)である。PSDは、基板12の表面の構造を、空間周波数f(つまり空間周期L)ごとの成分に分解して、各成分の密度を示したものである。
In this case, the structure of the surface of the
図3から分かるように、空間周波数fが0.01/nm付近より小さい範囲A(つまり空間周期Lが100nm付近より大きい範囲)では、空間周波数fに対してPSDが単調に減少する(つまり空間周期Lに対してPSDが単調に増加する)ような変化を示し、各成分の密度が次式(2)のフラクタル係数で表される。この場合(空間周波数f(つまり空間周期L)が上記の範囲Aのとき)、基板12の表面の構造は、フラクタル構造であるといえる。
As can be seen from FIG. 3, in the range A where the spatial frequency f is smaller than about 0.01 / nm (that is, the range where the spatial period L is larger than about 100 nm), the PSD monotonously decreases with respect to the spatial frequency f (that is, the spatial period L The density of each component is expressed by the fractal coefficient of the following equation (2). In this case (when the spatial frequency f (that is, the spatial period L) is in the above range A), it can be said that the structure of the surface of the
PSD(f)=0.0003×f-2 …(2)
これに対し、図3の空間周波数fが0.01/nm付近より大きい範囲B(つまり空間周期Lが100nm付近より小さい範囲)では、空間周波数f(つまり空間周期L)に対してPSDがほとんど変化せず、ほぼ一定値を示す。また、範囲Bの各成分の密度は、上記式(2)のフラクタル係数より大きい。フラクタル係数と一致する場合の各成分を範囲Bに点線で示した。空間周波数f(つまり空間周期L)が範囲Bのとき、基板12の表面の構造は、フラクタル構造ではない。
PSD (f) = 0.0003 × f −2 (2)
On the other hand, in the range B in which the spatial frequency f in FIG. 3 is larger than about 0.01 / nm (that is, the range in which the spatial period L is smaller than about 100 nm), the PSD changes almost with respect to the spatial frequency f (that is, the spatial period L). It shows almost constant value. Further, the density of each component in the range B is larger than the fractal coefficient of the above formula (2). Each component in the case where it coincides with the fractal coefficient is indicated by a dotted line in a range B. When the spatial frequency f (that is, the spatial period L) is in the range B, the structure of the surface of the
このように、基板12の表面に対する加工では、図3の範囲Bに含まれる特に微細な構造の低減を緩和して、各成分の密度が上記式(2)のフラクタル係数より大きくなるようにした。そして、それ以外の構造(範囲Aに含まれる構造など)を低減して、各成分の密度が式(2)のフラクタル係数と一致するようにした。
表面の加工によって低減された構造は、形状誤差(空間周期1mm以上の構造)と、うねり(空間周期1000nm〜1mmの構造)と、粗さ(空間周期1000nm以下の構造)の中でも大きい方の範囲Aの粗さ(空間周期100nm〜1000nmの構造)である。また、低減が緩和されて表面に残留している構造は、粗さ(空間周期1000nm以下の構造)の中でも特に微細な範囲Bの粗さ(空間周期10nm〜100nmの構造)である。
As described above, in the processing on the surface of the
The structure reduced by surface processing is the larger of shape error (structure with a spatial period of 1 mm or more), waviness (structure with a spatial period of 1000 nm to 1 mm), and roughness (structure with a spatial period of 1000 nm or less). This is the roughness of A (structure with a spatial period of 100 nm to 1000 nm). Further, the structure that is reduced and remains on the surface is the roughness in the fine range B (structure with a spatial period of 10 nm to 100 nm) among the roughness (structure with a spatial period of 1000 nm or less).
ここで、基板12の表面の粗さ(空間周期1000nm以下の構造)をRMS値で表す。RMS値とは、二乗平均の平方根(root-mean-square value)であり、原子間力顕微鏡(AFM)によって測定可能な量である。また、粗さのRMS値(以下「粗さσ(RMS)」という)は、次式(3)によりPSDと関連づけられるため、PSDから計算によって求めることもできる。
σ2=2π∫PSD(f)・f・df …(3)
基板12の表面の粗さ(空間周期1000nm以下の構造)のPSDが図3のような変化を示す場合、上記式(3)を用いて、範囲A(空間周期100nm〜1000nm)における粗さσ(RMS)を計算すると「σ=0.071nmRMS」となる。同様に、範囲B(空間周期10nm〜100nm)における粗さσ(RMS)を計算すると「σ=0.21nmRMS」となる。
Here, the roughness of the surface of the substrate 12 (structure having a spatial period of 1000 nm or less) is expressed by an RMS value. The RMS value is a root-mean-square value and is a quantity that can be measured by an atomic force microscope (AFM). Further, the RMS value of roughness (hereinafter referred to as “roughness σ (RMS)”) is related to the PSD by the following equation (3), and therefore can be calculated from the PSD.
σ 2 = 2π∫ PSD (f) · f · df (3)
When the PSD of the surface roughness (structure with a spatial period of 1000 nm or less) of the
これら2つの計算結果を比較すると分かるように、基板12の表面の粗さσ(RMS)は、範囲B(空間周期10nm〜100nm)の構造に由来する第1の粗さ成分(0.21nmRMS)が、範囲A(空間周期100nm〜1000nm)の構造に由来する第2の粗さ成分(0.071nmRMS)より大きくなっている。具体的には、第1の粗さ成分(0.21nmRMS)が、第2の粗さ成分(0.071nmRMS)の約3倍である。
As can be seen by comparing these two calculation results, the surface roughness σ (RMS) of the surface of the
このようなRMS値の差は、基板12の表面における2つの粗さ成分を比較したときに、第1の粗さ成分(0.21nmRMS)の方が第2の粗さ成分(0.071nmRMS)より多く残留していることを示す。これは、表面を加工する際に、第2の粗さ成分(範囲Aの粗さ)が低減され、第1の粗さ成分(範囲Bの粗さ)の低減が緩和された結果である。粗さ成分の残留の程度は、粗さσ(RMS)を指標として把握することができる。
When the two roughness components on the surface of the
比較のために、表面の粗さ(空間周期1000nm以下の構造)のPSDが全ての空間周期L(つまり空間周波数f)において上記式(2)を満足する場合を説明する。このような表面は全成分の密度(PSD)が式(2)のフラクタル係数と一致し、従来、加工した後の理想的な表面(目標加工面)と考えられていたものである。この場合、上記式(3)を用いて、範囲A(空間周期100nm〜1000nm)における粗さσ(RMS)を計算すると「σ=0.071nmRMS」となる。同様に、範囲B(空間周期10nm〜100nm)における粗さσ(RMS)を計算すると「σ=0.071nmRMS」となる。
For comparison, a case will be described in which the PSD of the surface roughness (structure having a spatial period of 1000 nm or less) satisfies the above formula (2) in all the spatial periods L (that is, the spatial frequency f). Such a surface has a density of all components (PSD) that matches the fractal coefficient of the formula (2), and has been conventionally considered as an ideal surface (target processed surface) after processing. In this case, when the roughness σ (RMS) in the range A (
これらの結果を比較すると分かるように、従来の目標加工面の粗さσ(RMS)は、範囲B(空間周期10nm〜100nm)の構造に由来する第1の粗さ成分(0.071nmRMS)が、範囲A(空間周期100nm〜1000nm)の構造に由来する第2の粗さ成分(0.071nmRMS)と等しくなっている。これは、表面を加工する際に、全ての粗さ成分が等しく低減された結果である。ちなみに、全ての粗さの空間周期(10nm〜1000nm)での粗さσ(RMS)は「0.12nmRMS」である。
As can be seen by comparing these results, the roughness σ (RMS) of the conventional target machining surface is the first roughness component (0.071 nm RMS) derived from the structure in the range B (
第1実施形態の多層膜反射鏡10では、上記した従来の目標加工面とは異なり、図3の範囲Bの粗さ(空間周期10nm〜100nmの構造)の低減が緩和された結果、その表面に範囲Bの粗さ(第1の粗さ成分)が残留することになる。ただし、それ以外の構造(範囲Aの粗さ(空間周期100nm〜1000nmの構造)など)は低減され、その表面に範囲Aの粗さ(第2の粗さ成分)などが残留することはない。
In the multilayer-film
このように、第1実施形態の多層膜反射鏡10では、表面の形状誤差(空間周期1mm以上の構造)が従来の目標加工面と同じであるため、高い結像性能が得られる。うねり(空間周期1000nm〜1mmの構造)も同様であるため高いコントラストが得られる。また、範囲Aの粗さ(空間周期100nm〜1000nmの構造)も低減されるため反射光の光量損失を抑えることができる。
Thus, in the multilayer-film
さらに、第1実施形態の多層膜反射鏡10では、範囲Bの粗さ(空間周期10nm〜100nmの構造)の低減を緩和したことにより、基板12の表面の加工を簡略化することができる。そして、範囲Bの粗さの低減を緩和したことにより、基板12の表面に範囲Bの粗さ(第1の粗さ成分)が残留した場合でも、反射光の光量損失が大きくなる(つまり散乱光の光量が大きくなる)ことはない。
Furthermore, in the multilayer-film
これは、基板12の表面や多層膜11の各界面における範囲Bの粗さによって発生した散乱光の位相が揃わずに、互いに弱め合うからである。この点について次に説明する。
図4に示す通り、各界面における散乱光の方向は、各界面における反射光の方向とは異なっている。さらに、多層膜11の周期長dは、各界面で発生した反射光が強め合うように(上記式(1)を満たすように)調整されている。このため、各界面での散乱光については、次の式(4)から分かるように位相が揃わずに弱め合い、光量が低下する。
This is because the phases of the scattered light generated by the roughness of the range B at the surface of the
As shown in FIG. 4, the direction of scattered light at each interface is different from the direction of reflected light at each interface. Furthermore, the periodic length d of the
(d*×cos(θ))+(d*×cos(θ+α))≠λ …(4)
また、散乱光の方向が反射光の方向から離れる(つまり散乱角度α(deg)が大きくなる)ほど、各界面での散乱光どうしの位相差(式(4)の左辺)が小さくなり、波長λとの差が増大し、その分だけ光量の低下も大きくなる。散乱角度αの基準(α=0)は、反射光の方向である。
(d * × cos (θ)) + (d * × cos (θ + α)) ≠ λ (4)
In addition, as the direction of the scattered light is further away from the direction of the reflected light (that is, the scattering angle α (deg) becomes larger), the phase difference between the scattered lights at each interface (the left side of Equation (4)) becomes smaller, and the wavelength The difference from λ increases, and the decrease in the amount of light increases accordingly. The reference (α = 0) of the scattering angle α is the direction of the reflected light.
ここで、散乱角度α(deg)は、散乱光の発生に関わる各界面での構造の空間周期Lごとに決まっており、次の式(5)とEUV光の波長λとを用いて見積もることができる(ただしL≧λ)。式(5)から分かるように、傾向としては、空間周期Lが大きいほど散乱角度αが小さく、空間周期Lが小さいほど散乱角度αが大きくなる。
sin(α)=λ/L …(5)
そして、EUV光の波長λが13.5nmの場合に、範囲Bの粗さの空間周期L(=10nm〜100nm)に対応する散乱角度αを見積もると、約10度以上となる。この場合、第1実施形態の多層膜反射鏡10では、基板12の表面や多層膜11の各界面に範囲Bの粗さが残留しても、範囲Bの粗さによって発生した散乱光の位相が揃わずに互いに弱め合うため、散乱角度αが約10度以上の範囲で、散乱光の光量が大きくなることはない。
Here, the scattering angle α (deg) is determined for each spatial period L of the structure at each interface related to the generation of scattered light, and is estimated using the following equation (5) and the wavelength λ of EUV light. (Where L ≧ λ). As can be seen from equation (5), the tendency is that the larger the spatial period L, the smaller the scattering angle α, and the smaller the spatial period L, the larger the scattering angle α.
sin (α) = λ / L (5)
When the wavelength λ of EUV light is 13.5 nm, the scattering angle α corresponding to the spatial period L (= 10 nm to 100 nm) of the roughness in the range B is estimated to be about 10 degrees or more. In this case, in the
このような散乱光の光量(以下「散乱光強度I」)の角度分布は、EUV光が入射角θ=5度で多層膜11に入射した場合、図5のように予想される。図5の横軸は散乱角度α(deg)を表し、縦軸は散乱光強度Iを表す。図5から分かるように、散乱光強度Iは、散乱角度αが大きいほど減少し、特に散乱角度αが10度以上の範囲Cで急激に減少している。つまり、基板12の表面や多層膜11の各界面に図3の範囲Bの粗さが残留しても、範囲Cの散乱光強度Iが目立って大きくなることはないことを示している。
Such an angular distribution of the amount of scattered light (hereinafter “scattered light intensity I”) is predicted as shown in FIG. 5 when EUV light is incident on the
ちなみに、散乱角度αが約10度以下の範囲は、空間周期Lが100nm以上の構造(範囲Aの粗さなど)によって散乱光が発生する範囲である。本実施形態の多層膜反射鏡10では、空間周期Lが100nm以上の構造(範囲Aの粗さなど)は表面の加工により低減されているため、散乱角度αが約10度以下の範囲で散乱光の光量が大きくなることはない。
ここで比較のために、1つの界面から発生する散乱光強度Iの角度分布を考える。直入射の場合、単位立体角あたりの散乱光強度Iの角度分布は、入射光強度I0と反射率Rとを用いて、次の式(6)で近似される。この式(6)から分かるように、1つの界面から発生する散乱光強度Iの角度分布は、その界面の構造(つまりPSD(f))に比例する。
Incidentally, the range in which the scattering angle α is about 10 degrees or less is a range in which scattered light is generated by a structure having a spatial period L of 100 nm or more (roughness in the range A, etc.). In the multilayer-film
Here, for comparison, consider the angular distribution of scattered light intensity I generated from one interface. In the case of normal incidence, the angular distribution of the scattered light intensity I per unit solid angle is approximated by the following equation (6) using the incident light intensity I 0 and the reflectance R. As can be seen from this equation (6), the angular distribution of the scattered light intensity I generated from one interface is proportional to the structure of the interface (that is, PSD (f)).
(I/I0)・(dI/dΩ)=(16π2/λ4)・R・PSD(f) …(6)
このため、界面の構造(つまりPSD(f))が図3のような変化を示す場合、その界面から発生する散乱光強度Iの角度分布は、図6に示すようになる。図3の空間周波数fが0.01/nm付近より小さい範囲A(つまり空間周期Lが100nm付近より大きい範囲)は、図6の散乱角度αが10度以下の範囲Dに対応する。また、図3の空間周波数fが0.01/nm付近より大きい範囲B(つまり空間周期Lが100nm付近より小さい範囲)は、図6の散乱角度αが10度以上の範囲Eに対応する。
(I / I 0 ) · (dI / dΩ) = (16π 2 / λ 4 ) · R · PSD (f) (6)
Therefore, when the interface structure (that is, PSD (f)) changes as shown in FIG. 3, the angular distribution of the scattered light intensity I generated from the interface is as shown in FIG. A range A in which the spatial frequency f in FIG. 3 is smaller than about 0.01 / nm (that is, a range in which the spatial period L is larger than about 100 nm) corresponds to a range D in which the scattering angle α is 10 degrees or less in FIG. Further, a range B in which the spatial frequency f in FIG. 3 is larger than about 0.01 / nm (that is, a range in which the spatial period L is smaller than about 100 nm) corresponds to a range E in which the scattering angle α in FIG.
図6から分かるように、1つの界面から発生する散乱光強度Iの角度分布は、散乱角度αが10度以下の範囲Dにおいて、散乱光強度Iが散乱角度αに対して単調に減少するような変化を示す。また、散乱角度αが10度以上の範囲Eでは、散乱光強度Iが散乱角度αに対してほとんど変化せず、ほぼ一定値を示す。つまり、1つの界面から発生する散乱光強度Iは、範囲Bの粗さが残留していると、その分だけ増大することになる。図6には、範囲BのPSDが上記式(2)を満足する場合の散乱光強度Iを範囲Eに点線で示した。 As can be seen from FIG. 6, the angular distribution of the scattered light intensity I generated from one interface is such that the scattered light intensity I decreases monotonously with respect to the scattering angle α in the range D where the scattering angle α is 10 degrees or less. Changes. In the range E where the scattering angle α is 10 degrees or more, the scattered light intensity I hardly changes with respect to the scattering angle α, and shows a substantially constant value. That is, if the roughness of the range B remains, the scattered light intensity I generated from one interface increases accordingly. In FIG. 6, the scattered light intensity I when the PSD in the range B satisfies the above formula (2) is indicated by a dotted line in the range E.
そして図6のような比較例とは異なり、本実施形態の多層膜反射鏡10では、その散乱光強度Iの角度分布(図5)から分かるように、範囲Bの粗さが残留しても、範囲Bの粗さによって発生した散乱光の位相が揃わずに互いに弱め合うため、散乱角度αが10度以上の範囲Cで、散乱光強度Iが大きくなることはない。図6の範囲Eの散乱光強度Iに対して図5の範囲Cの散乱光強度Iが減少した分は、多層膜11の界面散乱における重ね合わせ効果による。
Unlike the comparative example shown in FIG. 6, in the
多層膜11の界面散乱における重ね合わせ効果は、図5と図6の比較から分かるように、散乱角度αが10度以上で顕著に現れ、10度以下では殆ど現れない。このような重ね合わせ効果の現れ方の違いについて、多層膜11の反射率の角度依存性(図7)から検討する。図7の横軸は反射角度θを表し、縦軸は反射率(%)を表す。図7では、多層膜11をMo/Si多層膜とし、EUV光を波長λ=13.5nmの無偏光として計算を行った。図7(a)〜(e)は、各々、周期長d=6.9nm,7.0nm,7.1nm,7.2nm,7.4nmにおける計算結果に対応する。
As can be seen from the comparison between FIG. 5 and FIG. 6, the superposition effect in the interfacial scattering of the
1つの計算結果(例えば図7(d))に注目すると、上記の式(1)を満たす反射角度θpでは各界面での反射光どうしの位相が揃うため反射率がピークとなり、反射角度θpからずれた反射角度θでは各界面での反射光どうしの位相が揃わないため反射率は低下する。そして、反射角度θpからのずれ量が大きいほど、反射光どうしの位相差(nm)が大きくなり、反射率も低下する。 Focusing on one calculation result (for example, FIG. 7 (d)), the reflection angle peaks at the reflection angle θp satisfying the above equation (1) because the phases of the reflected light at each interface are uniform. At a shifted reflection angle θ, the reflectivity decreases because the phases of the reflected light at each interface are not aligned. As the amount of deviation from the reflection angle θp increases, the phase difference (nm) between the reflected lights increases and the reflectance also decreases.
反射角度θpからのずれ量を反射光どうしの位相差(nm)に変換すると、図7は、図8のようになる。図8の横軸は位相差(nm)、縦軸は相対反射率を表す。位相差(nm)=0は上記式(1)を満たす反射角度θpに対応している。図8では、図7(a)〜(e)に対応する各々の計算結果がほぼ重なっている。
図8から分かるように、各界面での反射光どうしの位相差が0.4nmの場合、相対反射率は1/3程度に低下し、位相差が0.6nmになると相対反射率は1/10程度になる。また、このような傾向は各界面での散乱光にも当てはめて考えることができ、各界面での散乱光どうしの位相差が0.4nmの場合、その強度は1/3程度に低下し、位相差が0.6nmになると強度は1/10程度になる。
When the amount of deviation from the reflection angle θp is converted into the phase difference (nm) between the reflected lights, FIG. 7 becomes as shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 8 represents the phase difference (nm), and the vertical axis represents the relative reflectance. The phase difference (nm) = 0 corresponds to the reflection angle θp that satisfies the above formula (1). In FIG. 8, the respective calculation results corresponding to FIGS. 7 (a) to 7 (e) almost overlap.
As can be seen from FIG. 8, when the phase difference between the reflected light at each interface is 0.4 nm, the relative reflectance is reduced to about 1/3, and when the phase difference is 0.6 nm, the relative reflectance is 1 / 10 or so. Such a tendency can also be applied to scattered light at each interface. When the phase difference between scattered lights at each interface is 0.4 nm, the intensity decreases to about 1/3, When the phase difference is 0.6 nm, the intensity is about 1/10.
このため、EUV光が入射角θ=5度で多層膜11に入射した場合、各界面での散乱光に0.4nmの位相差を生じさせるためには、散乱角度αとして9度が必要である。つまり、散乱角度αが数度のときには多層膜11における重ね合わせ効果が顕著に現れることはないが、散乱角度αが10度近くなると多層膜11における重ね合わせ効果によって散乱光強度Iが大きく低下する(図5)。
For this reason, when EUV light is incident on the
基板12の表面や多層膜11の各界面の粗さに由来する図5の散乱光強度I(つまり反射光の光量損失)を、図3の範囲A(空間周期L100nm〜1000nm)と範囲B(空間周期10nm〜100nm)でそれぞれ計算すると、範囲Aに対応する散乱角度αが10度以下の範囲では0.25%、範囲Bに対応する散乱角度αが10度以上の範囲では0.20%となる。ただし、粗さが全く無い場合の多層膜11の反射率を67%とした。
5 derived from the roughness of the surface of the
この計算から分かるように、範囲Bの粗さ(空間周期10nm〜100nmの構造)によって生じる散乱光強度I(つまり反射光の光量損失)は、範囲Aの粗さ(空間周期L100nm〜1000nmの構造)によって生じる散乱光強度I(つまり反射光の光量損失)と比較して、多層膜反射鏡10の反射率低下への寄与が相対的に小さい。
したがって、本実施形態の多層膜反射鏡10では、基板12の表面を加工する際に、範囲Bの粗さ(空間周期10nm〜100nmの構造)の低減を緩和しても反射光の光量損失が大きくならないため、範囲Bの粗さの低減を緩和することにより、基板12の表面の加工を簡略化することができる。
As can be seen from this calculation, the scattered light intensity I (that is, the light loss of reflected light) caused by the roughness of the range B (structure with a spatial period of 10 nm to 100 nm) is the roughness of the range A (structure with a spatial period of L100 nm to 1000 nm). ) Due to the scattered light intensity I (that is, the loss of light quantity of the reflected light), the contribution of the
Therefore, in the
上記のように、本実施形態の多層膜反射鏡10では、表面の粗さを空間周期Lの異なる2つの成分(図3の範囲Aの成分と範囲Bの成分)に分けて、空間周期Lが小さい方(範囲Bの成分)の低減を緩和し、そのRMS値を空間周期Lが大きい方(範囲Aの成分)よりも大きくするため、基板12の表面(多層膜11の形成面)の加工を簡略化しても、反射光の光量損失を抑えることができる。
As described above, in the multilayer-film
基板12の表面の加工を簡略化するため、基板12の加工が容易になり、成膜前の基板12の製造に関わる期間を短縮することができる。しかも、加工の際に低減が緩和された範囲Bの粗さ成分による反射光の光量損失は、従来の理想的な表面(つまり範囲Aと範囲BのRMS値が等しい表面)における範囲Bの粗さ成分による光量損失と比較して、顕著に増大することはない。このため、優れた光学性能を有する多層膜反射鏡10を短期間で製造することが可能となる。
Since the processing of the surface of the
また、本実施形態の多層膜反射鏡10において、基板12の表面の粗さσ(RMS)は、範囲B(空間周期10nm〜100nm)の構造に由来する第1の粗さ成分(0.21nmRMS)が、範囲A(空間周期100nm〜1000nm)の構造に由来する第2の粗さ成分(0.071nmRMS)の約3倍である。上記した具体例に限らず、第1の粗さ成分のRMS値を第2の粗さ成分のRMS値の1.5倍以上とする場合に、同様の効果を得ることができる。
In the multilayer-film
例えば図9に示すように、空間周波数fが0.01/nm付近より小さい範囲AではPSDが式(2)で表され、空間周波数fが0.01/nm付近より大きい範囲BではPSDが次式(7)で表される場合、範囲Bの構造に由来する第1の粗さ成分のRMS値は0.11nmRMSであり、範囲Aの構造に由来する第2の粗さ成分のRMS値(0.071nmRMS)の1.5倍程度となるが、散乱損失光量は0.01%しか増大しない。このため、基板12の表面の加工を簡略化でき、範囲Bの粗さ成分による反射光の光量損失を抑えることもできる。
For example, as shown in FIG. 9, in the range A where the spatial frequency f is smaller than about 0.01 / nm, the PSD is expressed by the equation (2), and in the range B where the spatial frequency f is larger than about 0.01 / nm, the PSD is expressed by the following equation (7 ), The RMS value of the first roughness component derived from the structure of range B is 0.11 nm RMS, and the RMS value of the second roughness component derived from the structure of range A (0.071 nm RMS) Although it is about 1.5 times, the amount of scattering loss increases only by 0.01%. For this reason, the processing of the surface of the
PSD(f)=0.015×f-2 …(7)
(第2実施形態)
ここでは、図10を参照し、第1実施形態の多層膜反射鏡10を用いた露光装置100について説明する。露光装置100は、波長5〜20nm程度のEUV光を使用したリソグラフィ(EUVL)のシステムに組み込まれた縮小投影露光装置であり、投影光学系101を介して反射型マスク102のパターンの縮小像をウエハ103上に転写し、露光する。縮小投影露光装置は、半導体集積回路の製造工程において、高い処理速度を得ることができる。
PSD (f) = 0.015 × f −2 (7)
(Second Embodiment)
Here, with reference to FIG. 10, an
第2実施形態の露光装置100には、EUV光を発生する光源(レーザ源108,キセノンガス供給装置109)と、この光源(108,109)からの光を反射型マスク102に導く第1光学系(放物面ミラー113,集光ミラー114)と、反射型マスク102からの光を感光性基板(ウエハ103)に導く第2光学系(投影光学系101)とが設けられる。EUV光は大気に対する透過性が低いので、EUV光が通過する光路は真空ポンプ107で真空に保たれた真空チャンバ106に囲まれている。
The
EUV光は、レーザ源108(励起光源として作用)とキセノンガス供給装置109からなるレーザプラズマX線源によって生成される。レーザプラズマX線源は、真空チャンバ110によって取り囲まれている。レーザプラズマX線源によって生成されたEUV光は、真空チャンバ110の窓111を通過する。窓111に代えて、レーザプラズマX線源が妨害を受けずに通過できる開口としても構わない。なお、キセノンガスを放出するノズル112によりゴミが生成される傾向があるので、真空チャンバ110は真空チャンバ106から分離されていることが好ましい。
EUV light is generated by a laser plasma X-ray source including a laser source 108 (acting as an excitation light source) and a xenon
レーザ源108は、例えば、YAGレーザ、エキシマレーザなどであり、紫外線より長い波長を持つパルスレーザ光を発生させる。レーザ源108からのレーザ光は集光されて、ノズル112から放出されるキセノンガスの流れに照射される。キセノンガスの流れにレーザ光を照射すると、レーザ光がキセノンガスを十分に加熱し、プラズマを生じさせる。レーザで励起されたキセノンガスの多価イオンが低いエネルギ状態に落ちる時、EUV光の光子が放出される。
The
放物面ミラー113と集光ミラー114は、表面にEUV光を反射する多層膜をそれぞれ備え、反射型マスク102に対する照明手段として機能する。放物面ミラー113はキセノンガス放出部の近傍に配置され、プラズマによって生成されたEUV光を集光する集光光学系を構成する。EUV光は多層膜で反射されて、真空チャンバ110の窓111を通じて集光ミラー114へと達する。そして、集光ミラー114は反射型マスク102へとEUV光を集光、反射させて、反射型マスク102の所定の部分を照明する。
The
反射型マスク102は、可動のマスクステージ104によって少なくともX−Y平面内で下向きに支持されている。EUV光は、反射型マスク102で反射され、反射型マスク102上のパターンが、次に説明する投影光学系101により、ウエハ103上に結像される。
投影光学系101は、凹面第1ミラー115a、凸面第2ミラー115b、凸面第3ミラー115c、凹面第4ミラー115dの4つの反射ミラーから成る。これらの各ミラー115a〜115dは、第1実施形態の多層膜反射鏡10と同様の構成であり、それぞれの光軸が互いに一致するように配置されている。
The
The projection
投影光学系101を反射鏡で構成する場合、光軸が何度も折り返されることになり、折り返された光束と反射鏡とが空間的に干渉しないようにしなければならない。このため、光学系の開口数NAに制約が生じる。図10に示した4枚の反射鏡からなる投影光学系101の他、十分な解像力を得るためには、より大きな開口数NAを得ることができる6枚の構成が有力である。
When the projection
また、投影光学系101では、各ミラー115a〜115dによって決定される光路が妨げられるのを防ぐために、第1ミラー115a、第2ミラー115b、第4ミラー115dに適当な切り欠きが設けられている(図10において、ミラーの破線部分はそれぞれの切り欠き部分を示している)。
反射型マスク102により反射されたEUV光は第1ミラー115aから第4ミラー115dまで順次反射されて、マスクパターンの縮小された像を形成する。この場合、ウエハ103の露光域内で所定の縮小率β(例えば1/4,1/5,1/6)で像が形成される。投影光学系101は、像側(ウエハ103の側)でテレセントリックになるように設定されている。
In the projection
The EUV light reflected by the
ウエハ103は、好ましくはX,Y,Z方向に可動のウエハステージ105によって支持されている。ウエハ上のダイを露光するときには、EUV光が照明システム(113,114)により反射型マスク102の所定の領域に照射される。反射型マスク102とウエハ103は、投影光学系101に対して投影光学系101の縮小率に従った所定の速度で動く。このようにして、マスクパターンはウエハ103上の所定の露光範囲に露光される。
The
つまり、露光装置100による露光は、典型的にはステップ・スキャンによりなされる。マスクパターンは連続的な部分(露光領域)に投影され、露光の間、マスクステージ104とウエハステージ105はそれぞれ相対的に位相を合わせて移動する。反射型マスク102とウエハ103とのスキャンは、投影光学系101に対して1自由度方向に行なわれる。反射型マスク102の全ての領域をウエハのそれぞれの領域に露光すると、ウエハ103のダイ上へのパターンの露光は完了する。次に、露光はウエハ103の次のダイへとステップして進む。
That is, exposure by the
なお、露光の際には、EUV光の照射によりウエハ103上のレジストから生じるガス状のゴミがミラー115a〜115dに影響を与えないように、ウエハ103はパーティション116の後ろに配置されることが好ましい。パーティション116には開口116aが形成され、開口116aを通じてEUV光がミラー115dからウエハ103へと照射される。また、パーティション116内の空間は真空ポンプ117により真空排気されている。これは、上記のレジストから生じるガス状のゴミに起因する投影光学系101の光学性能の悪化を防止するためである。
During the exposure, the
第2実施形態の露光装置100では、投影光学系101の各ミラー115a〜115d(光学素子)を、第1実施形態の多層膜反射鏡10により構成するため、次の効果を奏する。各ミラー115a〜115dの基板12の表面加工を簡略化することにより、各ミラー115a〜115dを短時間で製造できるため、露光装置100の製造に関わる時間が短縮できる。その際、各ミラー115a〜115dにおいて表面の粗さによる反射光の光量損失が増大することはない。
In the
なお、上記した実施形態では、各ミラー115a〜115dを第1実施形態の多層膜反射鏡10により構成したが、本発明はこれに限定されない。第1光学系(放物面ミラー113,集光ミラー114)および/または第2光学系(投影光学系101)の少なくとも一部の光学素子を、第1実施形態の多層膜反射鏡10により構成する場合にも、本発明を適用できる。
In the above-described embodiment, each of the
10 多層膜反射鏡
11 多層膜
12 基板
100 露光装置
101 投影光学系
102 反射型マスク
103 ウエハ
104 マスクステージ
105 ウエハステージ
106,110 真空チャンバ
107,117 真空ポンプ
108 レーザ源
109 キセノンガス供給装置
111 窓
112 ノズル
113 放物面ミラー
114 集光ミラー
115a,115b,115c,115d 反射ミラー
116 パーティション
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記表面の粗さのRMS値は、空間周期10nm〜100nmの構造に由来する第1の粗さ成分が、空間周期100nm〜1000nmの構造に由来する第2の粗さ成分より大きい
ことを特徴とする多層膜反射鏡。 A multilayer film that reflects light in the soft X-ray region is formed on the surface of the substrate,
The RMS value of the surface roughness is characterized in that the first roughness component derived from the structure having a spatial period of 10 nm to 100 nm is larger than the second roughness component derived from the structure having a spatial period of 100 nm to 1000 nm. Multi-layer reflector.
前記表面の粗さのRMS値は、前記第1の粗さ成分が、前記第2の粗さ成分の1.5倍以上である
ことを特徴とする多層膜反射鏡。 The multilayer-film reflective mirror according to claim 1,
The multilayer mirror according to claim 1, wherein the RMS value of the surface roughness is such that the first roughness component is 1.5 times or more the second roughness component.
前記光源からの光をマスクに導く第1光学系と、
前記マスクからの光を感光性基板に導く第2光学系とを備え、
前記第1光学系および/または前記第2光学系の少なくとも一部の光学素子は、請求項1または請求項2に記載の多層膜反射鏡である
ことを特徴とする露光装置。
A light source that generates light in the soft X-ray region;
A first optical system for guiding light from the light source to a mask;
A second optical system for guiding light from the mask to a photosensitive substrate,
The exposure apparatus according to claim 1, wherein at least a part of the optical elements of the first optical system and / or the second optical system is the multilayer-film reflective mirror according to claim 1 or 2.
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