コンタミネーション(Contamination)

　

＜コンタミ防止機構＞

<概要>
近年、次世代半導体露光装置では、極端紫外線露光システム(EUVL)が有力な候補として研究開発が進められている。 このシステムでは、6枚の投影光学系Mo/Si多層膜ミラーを用いてマスクパターンをウェハ上に縮小露光する。 照射雰囲気中の水分圧を一定量以下にできないことから、これらのミラーは使用を続けるにあたり、表面に酸化やカーボン堆積（コンタミ）が生じ、反射率が低下することが知られている。 現在、これらのコンタミによる相対的な反射率低下は、数年間の使用に対し数%以下を目指し、開発が行われている。 NewSUBARU BL9の長尺アンジュレーターを用いた評価は、実機の数百倍から千倍の強度のEUV光を得られることから、反射率低下を時間的に大幅に短縮して観測する加速試験を目的として研究開発を行っている。 

<実験システム>
2005年4月より、コンタミ実験用に設計開発した専用チャンバーを利用している。 BL9では、LUからの放射光を、ミラー反射による未分光光および回折格子による分光光の両方を簡単に切換えて、実験チャンバーに導くことが可能である。 未分光光は、メインチャンバー前段のミラーチャンバー内において、斜入射ミラーによる高次光成分を遮断され、13.5nmのEUV光のみが試料ミラーに照射される。 この時、最大で250mW/mm2程度のEUV光の照射が可能である。 また、試料ミラーへの入射ビームと試料ミラーからの反射ビームをPDで検出可能なので、反射率の測定をオンラインで行うことが可能である。 一方で、分光光を用いた場合は、全反射ミラーと組み合わせて、2-16nm程度の波長の光を試料に照射することが可能である。 C,Oなどの吸収端近傍前後のエネルギーの光を試料に照射して、光電子放出電流の比較することで、試料表面に存在する原子のおおよその傾向を知ることが可能である。 この実験もオンライン(in situ)で行うことができ、リアルタイムに照射中の試料表面の変化を見ることができるのではと期待されている。 100um程度のピンホールと水平・鉛直方向に移動する自動ステージとの組み合わせによって、反射率、光電子放出電流とも、試料上の分布を観測することが可能である。 

 

 

Fig. コンタミ実験装置外観

 

 

　

Fig. コンタミ実験装置ミラーチャンバー内部　　　　　Fig. コンタミ実験装置メインチャンバー内部

 

 

 

<公表論文>
[1]
Y. Kakutani, M. Niibe, K. Kakiuchi, H. Takase, S. Terashima, H. Kondo, S. Matsunari, T. Aoki, Y. Gomei, and Y. Fukuda
"A reflectance measurement system for investigating radiation damage to EUVL mirrors in NewSUBARU"
Proceedings of SPIE 5533 (2004) 47.

[2]
M. Niibe, Y. Kakutani, K. Kakiuchi, S. Terashima, H. Takase, Y. Gomei, T. Aoki, S. Matsunari, H. Kondo, and Y. Fukuda
"Contamination Evaluation System for Extreme Ultraviolet Mirrors with the Use of Undulator Radiation"
Japanese Journal of Applied Physics 44 (2005) 5552.

[3]
Y. Kakutani, M. Niibe, H. Takase, S. Terashima, H. Kondo, S. Matsunari, T. Aoki, Y. Gomei, and Y. Fukuda
"Reflectance change of Si- and Ru-capped Mo/Si multilayer mirrors caused 
by intense EUV irradiation"
Proceedings of SPIE 5751 (2005) 1077.

[4]
H. Takase, Y. Gomei, S. Terashima, H. Kondo, T. Aoki, S. Matsunari, M. Niibe, and Y. Kakutani
"Characterization of capped multilayer mirrors using XPS, AES and SIMS"
Proceedings of SPIE 5751 (2005) 1084.

[5]
Y. Gomei, H. Takase, T. Aoki, S. Matsunari, S. Terashima, Y. Kakutani, and M. Niibe
"Scaling law in acceleration test of extreme ultraviolet lithography projection optics mirror contamination"
Journal of Vacuum Science and Technology B 23 (2006) 2848.

[6]
Y. Gomei, Y. Kakutani, H. Takase, M. Niibe, S. Terashima, T. Aoki, and S. Matsunari
"The role of ambient hydrocarbon species to reduce oxidation in Ru capping layers for EUVL optics mirros"
Microelectronic Engineering 83 (2006) 676.

[7]
M. Niibe, Y. Kakutani, S. Terashima, H. Takase, Y. Gomei, S. Matsunari, T. Aoki, K. Murakami, and Y. Fukuda
"New Extreme Ultraviolet Irradiation and Multilayer Evaluation System for Extreme Ultraviolet Lithograohy Mirror Contamination in the NewSUBARU"
Japanese Journal of Applied Physics 45 (2006) 5373.

[8]
Y. Kakutani, M. Niibe, Y. Gomei, H. Takase, S. Terashima, S. Matsunari, T. Aoki, K. Murakami, and Y. Fukuda
"Effect of residual gas atmosphere on lifetime of Ru-capped EUVL projection optics mirror"
Proceedings of SPIE 6151 (2006) 61510H.

[9]
M. Niibe, Y. Kakutani, S. Terashima, H. Takase, Y. Gomei, S. Matsunari, T. Aoki, K. Murakami, and Y. Fukuda
"New contamination experimental equipment in the NewSUBARU and evaluation of Si-capped multilayer mirrors using it"
Proceedings of SPIE 6151 (2006) 615134.

[10]
H. Takase, S. Terashima, Y. Gomei, M. Tanabe, Y. Watanabe, T. Aoki, K. Murakami, S. Matsunari, M. Niibe, and Y. Kakutani 
"Study of ruthenium-capped multilayer mirror for EUV irradiation durability"
Proceedings of SPIE 6151 (2006) 615135.

 

[11]

Kakutani, M. Niibe, Y. Gomei, Terashima, H. Takase, S. S. Matsunari, T. Aoki, and Y. Fukuda:

“Long-term durability of a Ru capping layer for EUVL projection optics by introducing ethanol”,

SPIE Vol.6517, 651731-1 (2007).


[12]

  1. Y. Kakutani, M. Niibe, Y. Gomei, H. Takase, S. Terashima, S. Matsunari, T. Aoki, K. Murakami, and Y. Fukuda:
  2. “Inhibition of Contamination of Ru-Capped Multilayer Mirrors for Extreme Ultraviolet Lithograpy Projection Optics by Ethanol”,

Jpn. J. Appl. Phys., 46, 6155-6160 (2007).

 

[13]

  1. M. Niibe, Y. Kakutani, K. Koida, S. Matsunari, T. Aoki, S. Terashima, H. Takase, K. Murakami, and Y. Fukuda:
  2. “In situ x-ray absorption near-edge structure analysis for extreme ultraviolet lithography projection optics contamination”,

J. Vac. Sci. Technol. B 25 2118-2122 (2007).

 

[14]

  1. 新部正人，古井田啓吾，角谷幸信，松成秀一，青木貴史，寺島茂，高瀬博光：
  2. 「In situ軟Ｘ線吸収分光法を用いた極紫外線用多層膜ミラーのコンタミネーション防止機構の研究」、

放射光 21, 26-33 (2008).

 

[15]

  1. K. Koida, M. Niibe, Y. Kakutani, S. Matsunari, T. Aoki, S. Terashima, T. Nakayama, H. Takase, Y. Fukuda:
  2. “Protection from surface oxidation of Ru capping layers for EUVL projection optics mirrors by introducing hydrocarbon gas”,
SPIE Vol.6921, 6921125-1 (2008).


[16]

  1. M. Niibe, K. Koida and Y. Kakutani: ”Protection and reduction of surface oxidation of Mo/Si multilayers for extreme ultraviolet lithography projection optics by control of hydrocarbon gas atmosphere”,

J. Vac. Sci Technol. B 26, 2230-2235 (2008).

 

[18]

  1. Masahito Niibe and Keigo Koida:

“Competitive reaction of carbon deposition and oxidation on the surface of Mo/Si multilayer mirrors by EUV irradiation”
SPIE Vol.7361, 73610L-1-8 (2009).

 

[19]

  1. Keigo Koida and Masahito Niibe:

“Study on contamination of projection optics surface for extreme ultraviolet lithography”
Appl. Surf. Sci., 256, 1171-1175 (2009).

 

[20]

  1. ”Inhibition of carbon growth and removal of carbon deposits on extreme ultraviolet lithography mirrors by extreme ultraviolet irradiation in the presence of water, oxygen, or oxygen/ozone mixtures”
  2. M. Niibe, K. Koida, Y. Kakutani:
J. Vac. Sci. Technol. B 29 011030-1~5 (2011).

 

[21]

”Nonlinear behavior of decrease in reflectivity of multilayer mirrors for extreme ultraviolet lithography optics by high-flux extreme ultraviolet irradiationin various vaccum environment”

M. Niibe, K. Koida, Y. Kakutani, T. Nakayama, S. Terashima, A. Miyake, H. Kubo, S. Matsunari, T. Aoki, and S. Kawata:

Jpn. J. Appl. Phys., 50, 06GB05-1~6 (2011).

 

[22]

  1. ”Contamination expreiments for Mo/Si multilayer mirrors with the use of single-bunch synchrotron radiation”
  2. Masahito Niibe, Keigo Koida, Yukinobu Kakutani:

J. Phys.: Conf. Series, 425, 132021 (2013).

 

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