九州シンクロトロン光研究センター
課題番号：080617N（様式第４号）

極端紫外線露光装置用多層膜ミラー表面の局所構造解析
Local structure analysis of multi-layer mirror for extreme ultraviolet lithography tool.
松成秀一、角谷幸信

Shuichi MATSUNARI, Yukinobu KAKUTANI
株式会社ニコン

Nikon Corporation
１．概要
TiO2 単層膜、TiO2 最表面の多層膜ミラー、RuO2 最表面の多層膜ミラーについて小角 X 線散乱測定を実施した。それらから面内構造による散乱は観測されず、ナノレベルで面内は均一な構造であることが示された。多層膜ミラーでは周期長起因の回折が観測された。
We measured small angle X-ray scatterings of TiO2 single layer, multi layer with TiO2 surface and multilayer with RuO2 surface at the BL15 in the SAGA Light Source. Their spectrums showed no scattering peaks.
It means that layers are homogeneous in nm range. Multi layer showed diffraction peaks which come from theperiodic distances.

２．背景と研究目的：
露光装置はメモリ、中央処理演算装置などの半 導 体 製 造 に 必要 不 可 欠な 装置 で 、 現 在、32nm ノードに向けた次世代の極端紫外線露光装置の開発が進められている。この露光装置には、極端紫外線を反射する Si/Mo 多層膜ミラーが使用されている。これら露光装置用ミラーは使用していると残留水分と極端紫外線による光化学反応で表面が酸化していく問題がある。そこで、TiO2 や RuO2 などの酸化物の保護層を最上層につけて酸化防止を行うことが検討されている。しかし、最上層酸化物の種類や、成膜条
件によって酸化防止能に差が生じる。この理由として、最上層酸化物に構造上の差があることが考えられる。小角 X 線散乱測定により、面内構造の知見が得られることになる。そこで、今回、単層膜と多層膜を用意して、小角 X 線散乱測定を行った。
３．実験内容：（試料）
10×8mmサイズのSi基板上にスパッタ法で作成した以下のサンプルを用いた。
１．TiO2 単層膜（膜厚 20nm）
２．RuO2 膜（膜厚 1.7nm）が最表面に積層されたSiとMo 50 ペアの交互多層膜ミラー

３．RuO2 膜（膜厚 1.7nm）が最表面に積層されたSiとMo 50 ペアの交互多層膜ミラー（小角X線散乱）九州シンクロトロン光研究センターのBL15 において、小角X線散乱測定を実施した。測定条
件はエネルギー8keV（λ=0.155nm）、スリット
幅 1.0×0.1mm、照射時間 30 分、TiO2 単層膜、TiO2 最表面多層膜は 0.2 度の斜入射、像を焼き付けるイメージングプレートまでの距離を190cm、RuO2 最表面多層膜ミラーは 0.25 度の斜入射、像を焼き付けるイメージングプレートまでの距離を 75cmとした。
４．結果、および、考察：
TiO2 単層膜について小角 X 線散乱測定を行ったが、散乱が見られず、均一な面内構造であることが示された。（図１参照）。
TiO2 最表面の多層膜ミラー、RuO2 最表面の多層膜ミラーについても小角 X 線散乱測定を行ったが、散乱が見られず、均一な面内構造であることが示された。（図２参照）。
しかし、これら多層膜ミラーでは、楕円形状で傾いた形の回折が観測された。これら回折ピークは、サンプルを入射光に対して回転させると、傾き方が変わった。RuO2 最表面多層膜ミラーの例を図３に示す。90 度ではサンプル表面に対して水平、180 度では 0 度と逆の傾き、270度では再び水平になった。この回折が、サンプル由来であることが分かる。回折ピークから面間隔を求めると、6.9nm であった。
（図４参照）
X 線回折(CuKα)で、今回用意した多層膜ミラーの周期長を測定すると 6.75nm であり、上記の値とほぼ一致する。また、90 度方向に見るとサンプル面内（サンプル端から端まで）に周期長が6.67nm から 6.84nm に長くなる分布が観察された。90 度方向に周期長分布があると 0 度、180度方向から見たときに これらが観察されることになり、小角 X 線散乱像にみえる回折ピークに影響を与えていると思われる。

図２ TiO2 表面多層膜ミラーの小角 X 線散乱像
（左右反転）
模式図で示した 0 度方向からの測定。ダイレク
ト光、反射光の上に回折ピークが見える。

回折光
回折光
回折光
ダイレクト光示した小角X線散乱
反射光

散乱、回折、ダイレクト光

反射光
ダイレクト光サンプルX線

図１ TiO2 単層膜の小角 X 線散乱像（左右反転）
模式図で示した配置での観察結果。下半分がサンプルになり、中央付近の境目にダイレクト光が見える。その上に反射光が見える。回折・散乱ピークは見えない。

図３ RuO2 最表面多層膜ミラーの小角 X 線散乱

回折光像（左右反転）回折光
反射光

左上：0 度方向、右上：90 度方向、左下：1800度方向度方向、右下 270 度方向から測定。ダイレクトダイレクト光

光、反射光の上に回折ピークがあり、X 線入射270度方向90度方向

サンプル180度方向
X 線入射方向図方向（サンプル回転）により傾きが変わる。

100

強度/a.u.

100度

10.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.00q/(nm-1)

図４ RuO2 最表面多層膜ミラーの小角 X 線散乱スペクトル（逆空間での強度分布）0 度方向から測定。面間隔は 6.9nm。
５．今後の課題：
今回の小角 X 線散乱測定からサンプル面内が均一構造であることが示された。では、なぜ、最上層酸化物の種類や、成膜条件によって酸化防止能に差が生じるのか、最上層酸化物に構造上の差がないのかを改めて調査していく必要がある。
多層膜サンプルからは回折が見られたが、この様子については更なる解析が必要である。
６．論文発表状況・特許状況：
特になし
７．参考文献：[1] 第 52 回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集, 30a-YW-10, (2005)[2] EUVA 装置プロジェクト 16 年度成果報告書,(2005)[3] EUVA 装置プロジェクト 17 年度成果報告書,(2006)[4] “Development of Capping Layers on Multi-layer
Mirrors for EUV Lithography Tool”, Papers ofTechnical Meeting on Light Application and VisualScience, LAV-06, No.1-7, P29-33 (2005)[5] EUVA 装置プロジェクト 18 年度成果報告書,(2007)[6] 第 55 回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集, 28a-ZL-2, (2008)[7] EUVA 装置プロジェクト 19 年度成果報告書,(2008)
８．キーワード
・極端紫外線露光装置
13.5nm の極端紫外線を利用した露光装置。反射光学系で、多層膜ミラーが使用されている。
・小角 X 線散乱