JP2002285330A

JP2002285330A - 成膜装置、成膜方法及び多層膜反射鏡の製造方法

Info

Publication number: JP2002285330A
Application number: JP2001083095A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Kamitaka; 典明神高
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2002-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】短時間で所望の膜厚分布が得られる成膜方法
及び成膜装置を提供する。【解決手段】十分に減圧した容器内で、標的材に対し
て加熱あるいはイオンビーム照射を行うことにより前記
標的材の原子を飛散させ、回転対称形状を有する成膜す
べき基板を回転対称軸を中心に回転させ、前記基板の近
傍に膜厚補正板を配置し、前記原子を前記基板に積層さ
せる成膜装置であって、前記膜厚補正板の形状が可変
であることを特徴とする成膜装置とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板表面への成膜
を行う成膜装置、成膜方法及び多層膜反射鏡の製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、半導体集積回路の製造において
は、マスク上に形成された非常に微細なパターンを、レ
ジストを塗布したシリコンウエハ上に可視光あるいは紫
外光によって縮小投影して転写する方法が広く行われて
いる。しかし、パターンサイズの微細化に伴い紫外光を
用いた縮小投影露光でも回折限界に近づいており、紫外
光よりさらに波長の短い、波長１３ｎｍあるいは１１ｎ
ｍの極端紫外（ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａｖｉｏｌｅ
ｔ；以下、ＥＵＶ）の光を用いた縮小投影露光が提案さ
れている。

【０００３】ＥＵＶ領域の光はすべての物質に強く吸収
され、レンズなどの屈折型の光学素子は使用できないた
め、縮小投影を行う光学系は反射鏡によって構成され
る。反射鏡の表面には反射率を高くするために多層膜構
造を有するコートがなされている。波長１３ｎｍ付近で
はＭｏ／Ｓｉ多層膜によって６０％以上の反射率が得ら
れることが報告されている。ＥＵＶリソグラフィでは、
このような多層膜反射鏡により光学系を構成することに
よって、０．１ミクロン以下のパターンサイズで高い処
理能力（スループット）を有する縮小投影露光装置が可
能であると言われている。

【０００４】このような光学系を製作する場合、表面に
コートされる多層膜の周期長制御は非常に重要である。
多層膜が高い反射率を有する波長は、その多層膜の周期
長と入射するＥＵＶ光の入射角に依存している。よっ
て、多層膜の周期長は露光に用いる波長で高い反射率が
得られる周期長でなければならず、また、光学系を構成
する反射鏡上の各位置での入射角は一定ではないため、
入射角に対応させて反射鏡上の周期長の分布を制御し多
層膜の成膜を行う必要がある。さらに、現在基板上に成
膜を行う方法として一般的な真空蒸着やスパッタによっ
て多層膜を成膜した場合、基板上に好ましくない周期長
分布が生じてしまう。よって、成膜時に何らかの方法に
より基板上の周期長分布を制御する必要がある。

【０００５】縮小投影露光装置に用いられる光学系は、
パターンが描かれたマスク上の輪帯の一部の領域（半径
方向に１〜２ｍｍ、円周方向に２５ｍｍ程度）をウエハ
上に縮小投影するように構成されており、各多層膜反射
鏡は凸あるいは凹の回転対称な形状を有する。この構成
において各多層膜反射鏡へのＥＵＶ光の入射角は、多層
膜反射鏡の円周方向には一定であり、半径方向には変化
している。よって、反射鏡に求められる多層膜の周期長
分布は回転対称なものとなる。

【０００６】膜厚分布を制御しながら成膜を行う方法の
例を図を参照しつつ説明する。この成膜方法は、多層膜
の周期長分布を制御しながら基板上に成膜を行う場合に
も適用されているものである。図７は、従来の成膜装置
の主要部の概要を示す図である。

【０００７】図８は、従来の膜厚補正板の形状を示す図
である。図９は、膜厚補正板の有無による膜厚分布の変
化の例を示す図である。まず成膜工程について、図７を
参照しつつ説明する。成膜を行う基板７１は、一例とし
て、中央に開口を有する回転対称な凹面基板（例えばＳ
ｃｈｗａｌｔｓｃｈｉｌｄ鏡の副鏡）である。成膜は、
減圧した容器中（不図示）で膜材となるターゲット材７
２にイオン源７３よりイオンビームを照射することによ
りターゲット材７２の原子をスパッタし、同じく容器中
に配置した基板７１の表面に堆積させることによって行
われる。成膜中、基板７１は対称軸を中心に回転してお
り、周方向には一定の膜厚を持つ成膜がなされる。しか
し、この成膜は基板の半径方向には膜厚が一定ではな
く、例えば図９に示した曲線９１のような膜厚分布を生
じる。

【０００８】次に、この膜厚分布の曲線９１を、目標と
する領域９５に収まるように制御しながら成膜する方法
について説明する。この制御のために、成膜時の基板７
１の近傍に膜厚補正板７６を配置する。膜厚補正板７６
は、図８に示すように開口部８３を有する支持板８１で
できている。この膜厚補正板７６は半径方向に開口率が
制御された形状を有しており、その開口率ｐ（ｒ）は次
式で表わされる。

【０００９】ｐ（ｒ）＝（ｄｍ（ｒ））／（ｄｏ（ｒ））（ｄｏ（ｒ）：補正板を配置しない場合の基板上での膜
厚、ｄｍ（ｒ）：基板上での所望の膜厚）この膜厚補正板７６を用いることで半径位置での膜厚を
相対的に制御し、図９の目標とする領域９５内に収まる
曲線９３のような膜厚分布を実現する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図８に示したような膜
厚補正板７６によって所望の膜厚（周期長）分布を得る
ためには、膜厚補正板の形状には高い精度が求められ
る。例えば、中心から５ｃｍの位置で多層膜の周期長を
制御するために８０％の開口率が必要であり、周期長
６．９ｎｍに対して±０．０１ｎｍ以下の周期長精度で
周期長の制御が必要であった場合、膜厚補正板の開口方
向の形状には少なくとも±０．１８ｍｍの精度が求めら
れる。回転中心により近い部分ではさらに高い精度が必
要となる。膜厚補正板の形状は、ターゲット材から放出
されるスパッタ粒子の分布と基板上で求められる膜厚分
布から最適な形状を予想して決められるが、このように
して得られる形状の膜厚補正板で成膜を行っても、所望
の膜厚分布を得ることは一般にできない。これはターゲ
ット材から放出されるスパッタ粒子の分布を正確に知る
ことが難しく、最初の予想が正確ではないためである。
このため、ある形状の膜厚補正板で実際に成膜を行い、
そのときの膜厚分布を評価して膜厚補正板の形状を調整
・変更して何度か製作する必要がある。また、一度所望
の膜厚分布が得られる膜厚補正板の形状が得られた場合
でも、その膜厚補正板を用いて所望の膜厚分布が恒久的
に得られるわけではない。それは成膜装置の特性がわず
かずつではあるが変動するためであり、それによる膜厚
分布の変動が許容範囲を超えた場合には膜厚補正板の形
状を変更する必要があり、この場合にも上記の手順で膜
厚を制御する必要がある。このとき膜厚補正板は上述し
た要求から少なくとも０．１ｍｍの精度で製造しなけれ
ばならないため、その製造にはある程度の時間が必要で
ある。したがって、所望の膜厚分布での成膜や、所望の
周期長分布を有する多層膜反射鏡の製造に要する時間が
長くなるという問題があった。

【００１１】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、短時間で所望の膜厚分布が得られる成膜方
法及び成膜装置を提供することを目的とする。また、所
望の周期長分布を有する多層膜反射鏡を短時間で製造す
る方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は第一に「十分に減圧した容器内で、標的材
に対して加熱あるいはイオンビーム照射を行うことによ
り前記標的材の原子を飛散させ、回転対称形状を有する
成膜すべき基板を回転対称軸を中心に回転させ、前記基
板の近傍に膜厚補正板を配置し、前記原子を前記基板に
積層させる成膜装置であって、前記膜厚補正板の形状
が可変であることを特徴とする成膜装置（請求項１）」
を提供する。

【００１３】本発明によれば、膜厚補正板の形状の変更
を時間をかけずに自由に行えるようになる。そのため、
所望の膜厚分布を得るまでに要する時間のうち、補正板
の製造に必要であった時間が短縮されて、所望の膜厚分
布をより迅速に得ることができる。

【００１４】また、本発明は第二に「前記膜厚補正板
が、固定型補正板と形状可変型補正板から構成されてい
ることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置（請求項
２）」を提供する。また、本発明は第三に「前記形状可
変型補正板が、遮蔽部材と駆動装置を備えており、前
記駆動装置は前記遮蔽部材の位置を少なくとも０．０１
ｍｍの精度で駆動することを特徴とする請求項２に記載
の成膜装置（請求項３）」を提供する。

【００１５】本発明によれば、膜厚補正板全体の形状を
少なくとも０．１ｍｍの精度で変化させることができ、
より迅速かつ精度良く所望の形状の補正板を得ることが
できる。その結果、求める多層膜の周期長分布をより迅
速に得ることができる。また、本発明は第四に「十分に
減圧した容器内で、標的材に対して加熱あるいはイオン
ビーム照射を行うことにより前記標的材の原子を飛散さ
せ、回転対称形状を有する成膜すべき基板を回転対称軸
を中心に回転させ、前記基板の近傍に膜厚補正板を配置
し、前記原子を前記基板に積層させる成膜方法であっ
て、前記膜厚補正板の形状が可変であることを特徴と
する成膜方法（請求項４）」を提供する。

【００１６】また、本発明は第五に「請求項１乃至３の
いずれかに記載の成膜装置を用いて、屈折率の異なる少
なくとも２種類以上の物質が交互に積層された多層膜構
造を基板上に形成することを特徴とする多層膜反射鏡の
製造方法（請求項５）」を提供する。

【００１７】本発明によれば、膜厚補正板の形状の変更
を時間をかけずに自由に行えるようになる。そのため、
多層膜の周期長分布を得るまでに要する時間のうち、補
正板の製造に必要であった時間が短縮されて、所望の周
期長分布を有する多層膜反射鏡をより迅速に得ることが
できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、多層膜の成膜を例として、
図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施の形
態に係る成膜装置に用いる膜厚補正板の形状を示す図で
ある。

【００１９】図２（Ａ）は、図１の膜厚補正板の一部で
ある形状可変型補正板の形状を示す図であり、図２
（Ｂ）は、形状可変型補正板の部分拡大図である。図３
は、図１の膜厚補正板の一部である固定型補正板の形状
を示す図である。図４は、本発明の実施の形態に係る成
膜装置の主要部の概要を示す図である。

【００２０】図５は、本発明の実施の形態に係る多層膜
反射鏡の製造方法により製造されたＭｏ／Ｓｉ多層膜反
射鏡の概略断面図である。まず、基板上に所望の周期長
分布でＭｏ／Ｓｉ多層膜を成膜する場合について図４及
び図５を参照しつつ説明する。図５に示す多層膜反射鏡
５１は、基板５３の上面にＭｏ層５５とＳｉ層５７が交
互に積層された構造をしており、波長１３ｎｍのＸ線を
反射させる。Ｍｏ層５５とＳｉ層５７からなる多層膜
は、Ｓｉ層を最上層にして例えば５０層対成膜されてい
る。成膜は、減圧した容器中（不図示）で膜材となるタ
ーゲット材４２にイオン源４３よりイオンビームを照射
することによりターゲット材４２の原子をスパッタし、
同じく容器中に配置した基板４１の表面に堆積させるこ
とによって行われる。ターゲット材４２にはＭｏとＳｉ
が備えられており、一方ずつ選択しながら交互に積層す
ることにより多層膜を成膜する。成膜中、基板４１は対
称軸を中心に回転しており、周方向には一定の周期長を
持つ成膜がなされる。本発明に係る成膜装置では、固定
型補正板４４と形状可変型補正板４５の２つの部分から
成る膜厚補正板４６を用いて周期長分布を制御してい
る。

【００２１】次に、膜厚補正板４６の詳細について説明
する。膜厚補正板４６の一部である固定型補正板４４の
形状を図３に示す。固定型補正板４４は開口部３３を有
する支持板３１でできている。この固定型補正板はいく
つかの形状のものが準備されている。その形状の種類は
一般的に考えられる成膜で必要となる分布を形成する形
状を大まかに網羅しており、最適な形状からのズレが５
ｍｍ以内となる固定型補正板を選ぶことができる。膜厚
補正板４６のまた別の部分である形状可変型補正板４５
の形状を図２（Ａ）に示す。形状可変型補正板４５は骨
格を形成する支持板２１、支持板２１に取り付けられた
複数の駆動装置２５、及び駆動装置２５によって駆動さ
れる微小な遮蔽部材２７からなり、開口部２３を有す
る。この形状可変型補正板４５の一部を拡大した図を図
２（Ｂ）に示す。微小な遮蔽部材２７の幅は２ｍｍであ
り、先端部分は半円状に加工されている。これらの遮蔽
部材２７には駆動装置２５が取り付けられており、図中
の横方向に０．０１ｍｍの位置精度で変位させることが
できる。駆動装置２５は支持板２１の表裏両面に取り付
けられており、結果として微小な遮蔽部材２７は１ｍｍ
の間隔で並ぶことになる。固定型補正板４４と形状可変
型補正板４５を組み合わせた膜厚補正板４６の形状を図
１に示す。

【００２２】成膜を行う場合には、ターゲット材から放
出されるスパッタ粒子の大まかな分布と基板の形状か
ら、基板上で所望の多層膜周期長分布を得られるような
補正板の形状を計算により求める。次に、その形状に最
も近い形状の固定型補正板４４を選択し、形状可変型補
正板４５と組み合わせる。形状可変型補正板４５は、固
定型補正板４４と組み合わせたときに計算により最適と
予想した形状となるように、制御しながらその形状を変
化させる。形状可変型補正板４５の形状は取り付けられ
た微小な遮蔽部材２７を駆動装置２５によって駆動する
ことによって変化する。このとき、駆動装置２５の動作
は制御装置（不図示）によって制御されている。このよ
うな形状では、遮蔽部分の境界部が円の一部をつなげた
形状になるが、この形状が周期長分布に影響を与えるこ
とはない。それは、本発明の実施の形態におけるスパッ
タ源が、少なくとも直径１０ｃｍ程度の拡がりを持って
おり、それにより生じる半影ボケのため前述の１ｍｍ周
期の細かな構造は基板上の周期長分布に影響を与えな
い。基板上の周期長分布に影響を与えるのは、図２
（Ｂ）中に点線で示した境界部分の平均的な形状２９で
ある。この平均的な形状２９は、目標とする形状からの
ズレが０．０５ｍｍ以下になるようになっている。この
形状可変型補正板４５を使用することによって、目標と
した形状の膜厚補正板４６が得られる。この膜厚補正板
４６を用いて成膜を行うことによって、目的とした周期
長分布に近い分布が得られる。しかし、最初から所望の
周期長分布を精度良く得ることは困難であり、実際に得
られる周期長分布は目標とする周期長分布からは一般に
ずれている。よって成膜した多層膜の周期長分布を評価
し、その分布をもとに膜厚補正板の形状の変更量を計算
して膜厚補正板の形状を変更する必要がある。変更にお
いては形状可変型補正板４５の微小な遮蔽部材２７を制
御装置で制御した駆動装置２５で駆動するため、膜厚補
正板の形状の変更は短時間で終了し、次の成膜を速やか
に開始することができる。この作業を何度か繰り返すこ
とによって所望の周期長分布を得ることができるが、膜
厚補正板の形状の変更において補正板を作りなおす時間
が必要ないため、所望の周期長分布をより短時間で得る
ことができる。

【００２３】本発明の実施の形態においては、形状可変
型補正板４５の形状を変えるために間隔２ｍｍで微小部
材を駆動しているが、形状可変型補正板４５の形状を変
える機構はこれに限るものではない。図６に形状可変型
補正板４５の他の例を示す。この例では形状可変型補正
板４５は、棒状の微小部材６９を駆動する駆動装置６５
を５ｍｍ間隔で配置し、この微小部材６９の先端部分を
隣の微小部材の先端部分と結ぶ遮蔽部材６７が取り付け
られた構造となっている。棒状の微小部材６９は０．０
１ｍｍの精度で移動させることができ、膜厚補正板の輪
郭が変化する。このような構造では膜厚補正板の輪郭を
５ｍｍ間隔でしか制御することはできないが、一般に膜
厚補正板に求められる形状は半径方向に対して比較的滑
らかに変化するため、５ｍｍ間隔で制御しても目標とす
る曲線形状からのズレは非常にわずかである。間隔５ｍ
ｍの２点を結ぶ線分とこれら２点を通過する円弧の距離
は、円弧の曲率半径が３０ｍｍ以上であれば０．１ｍｍ
以下となる。前述の周期長補正板では１００以上の微小
な遮蔽部材を駆動する必要があったが、このような構成
にすることによって、必要な精度を失うことなく、遮蔽
部材の数を半分以下に減少させることができる。

【００２４】本発明の実施の形態においては、形状可変
型補正板の形状の変更を制御された駆動装置によってお
こなっているが、駆動の方法はこれに限るものではな
く、要求される精度を達成できるのであれば、例えば手
動でもよい。また、主に多層膜の周期長分布を制御しな
がら成膜する方法及び装置について説明したが、膜は多
層膜に限るものではなく例えば単層膜でもよく、本発明
は膜厚制御を必要とする全ての成膜に適用することがで
きる。

【００２５】以上、本発明の実施の形態に係る成膜方法
について説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、様々な変更を加えることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による成膜
装置、成膜方法を用いれば、膜厚補正板の形状の変更を
時間をかけずに自由に行え、短時間で所望の膜厚分布が
得られる。さらに、最適な周期長分布を有する多層膜反
射鏡を短時間で得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る成膜装置に用いる膜
厚補正板の形状を示す図である。

【図２】図２（Ａ）は、図１の膜厚補正板の一部である
形状可変型補正板の形状を示す図であり、図２（Ｂ）
は、形状可変型補正板の部分拡大図である。

【図３】図１の膜厚補正板の一部である固定型補正板の
形状を示す図である。

【図４】本発明の実施の形態に係る成膜装置の主要部の
概要を示す図である。

【図５】本発明の実施の形態に係る多層膜反射鏡の製造
方法により製造されたＭｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡の概略断
面図である。

【図６】本発明の実施の形態に係る成膜装置に用いる膜
厚補正板の一部である形状可変型補正板の他の形状を示
す図である。

【図７】従来の成膜装置の主要部の概要を示す図であ
る。

【図８】従来の膜厚補正板の形状を示す図である。

【図９】膜厚補正板の有無による膜厚分布の変化の例を
示す図である。

【符号の説明】

２１、３１・・・支持板２３、３３・・・開口部２５、６５・・・駆動装置２７、６７・・・遮蔽部材２９・・・境界部分の平均的な形状４１、７１・・・基板４２、７２・・・ターゲット材４３、７３・・・イオン源４４・・・固定型補正板４５・・・形状可変型補正板４６、７６・・・膜厚補正板５１・・・多層膜反射鏡５３・・・基板５５・・・Ｍｏ層５７・・・Ｓｉ層６９・・・微小部材８１・・・支持板８３・・・開口部９１・・・膜厚補正板を用いずに成膜したときの膜厚分
布曲線９３・・・膜厚補正板を用いて成膜したときの膜厚分布
曲線９５・・・目標とする膜厚分布領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】十分に減圧した容器内で、標的材に対し
て加熱あるいはイオンビーム照射を行うことにより前記
標的材の原子を飛散させ、回転対称形状を有する成膜す
べき基板を回転対称軸を中心に回転させ、前記基板の近
傍に膜厚補正板を配置し、前記原子を前記基板に積層さ
せる成膜装置であって、前記膜厚補正板の形状が可変であることを特徴とする成
膜装置。
【請求項２】前記膜厚補正板が、固定型補正板と形状
可変型補正板から構成されていることを特徴とする請求
項１に記載の成膜装置。
【請求項３】前記形状可変型補正板が、遮蔽部材と駆
動装置を備えており、前記駆動装置は前記遮蔽部材の位置を少なくとも０．０
１ｍｍの精度で駆動することを特徴とする請求項２に記
載の成膜装置。
【請求項４】十分に減圧した容器内で、標的材に対し
て加熱あるいはイオンビーム照射を行うことにより前記
標的材の原子を飛散させ、回転対称形状を有する成膜す
べき基板を回転対称軸を中心に回転させ、前記基板の近
傍に膜厚補正板を配置し、前記原子を前記基板に積層さ
せる成膜方法であって、前記膜厚補正板の形状が可変であることを特徴とする成
膜方法。
【請求項５】請求項１乃至３のいずれかに記載の成膜
装置を用いて、屈折率の異なる少なくとも２種類以上の
物質が交互に積層された多層膜構造を基板上に形成する
ことを特徴とする多層膜反射鏡の製造方法。