JP2006183093A - 成膜装置、成膜方法、多層膜反射鏡及びｅｕｖ露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
所望の多層膜周期長を有する多層膜反射鏡、その製造装置（成膜装置）等を提供すること。
【解決手段】
膜厚補正板の厚さをｄ、傾斜角をθとする場合、開口部内側面の遮蔽部としての寄与はｄ×ｓｉｎθである。厚さを０．５ｍｍとすると、膜厚補正板を３０°傾斜させた場合、膜厚補正板を傾けない場合に比べて開口率は約７１％に減少する。膜厚補正板の一部削って厚さを０．４ｍｍに減少させると、膜厚補正板を傾けない場合と比べた開口率の減少幅は縮小し、開口率は約７７％に縮小する。そこで、中央部分の厚さが０．５ｍｍであり、周辺部に向かって板の厚さが徐々に減少し、最周辺部で０．４ｍｍであった場合、この膜厚補正板を３０°傾けて配置して成膜を行えば、周辺部の開口率が周辺部に比べて約８％大きい状態で成膜を行うことができる。
【選択図】
図２

Description

本発明は、成膜装置、成膜方法、多層膜反射鏡、及びこの多層膜反射鏡を使用したＥＵＶ露光装置に関するものである。

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露光装置の解像度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（数ｎｍ〜数十ｎｍ）の極端紫外線光（ＥＵＶと称することがある）を用いた露光技術が開発されている。これにより約５０〜７０ｎｍの線幅のパターンの露光転写が可能になるものと期待されている。

この波長領域においては、物質の屈折率は１に近いため、従来のように透過屈折型光学素子を使用できず、反射型の光学素子が使用される。露光装置に用いられるマスクもまた、反射型のものが使用される。反射型光学素子においても、ＥＵＶ光領域において高い反射率を有するものが存在しないので、反射型光学素子としては、使用される波長域において屈折率の高い物質と屈折率の低い物質を基板上に交互に積層し、光の干渉を利用して高い反射率が得られる多層膜反射鏡等の光学素子が使用される（特許文献１参照）。
特開２００３−１４８９３号公報

多層膜反射鏡を製造する場合、表面にコートされる多層膜の周期長を制御することが非常に重要である。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、各位置での入射角に対応した周期長でなければならない。そのために、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。

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、所望の多層膜周期長を有する多層膜反射鏡、その製造方法（成膜方法）、製造装置（成膜装置）及びこの多層膜反射鏡を使用したＥＵＶ露光装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、 減圧可能な容器と、 前記容器内に配置された、成膜すべき基板を保持する保持手段と、 前記容器内に配置された標的材料保持台と、 前記標的材料の原子を飛散させる飛散手段と、 前記保持手段と前記標的材料保持台との間に配置された、飛散した前記原子の一部を遮蔽する膜厚補正板と、を具備し、 前記補正板は複数の開口を備えるとともに、該補正板の厚さが分布を有し、 前記補正板を、飛散した前記原子の飛散方向に対して傾斜可能に設けたことを特徴とする成膜装置である。

本手段においては、膜厚補正板を成膜物質の飛来する方向に対して傾斜させて配置しているので、開口部の内側面の一部が実質的に遮蔽部として作用するようになる。図１に膜厚補正板の形状の一例を示す。また、図２には膜厚補正板の断面の模式図を示す。図１に示すように、膜厚補正板には全体に細かな開口が施されている。膜厚補正板の厚さをｄ、傾斜角をθとする場合、内側面の遮蔽部としての寄与はｄ×ｓｉｎθであるので、図２に示すように、厚さｄが違っている部分では実質的な開口率が違う。よって、基板上の面内で膜厚に分布を生じさせることができる。所望の分布からずれている場合には、膜厚が目標値よりも薄い部分に対応する部分の膜厚補正板を削って薄くして実質的な開口率を大きくすることにより、当該部分の膜厚を厚くすることができ、目標の分布に近づけることができる。よって、本手段により、所望の多層膜周期長を有する多層膜反射鏡等を容易に製造することが可能な成膜装置を得ることができる。

前記課題を解決するための第２の手段は、 十分に減圧した容器内で、成膜すべき基板を保持する工程と、 前記容器内で、標的材料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該標的材料の原子を飛散させる工程と、 飛散した前記原子を前記基板に積層させる工程と、を含む成膜方法であって、 複数の開口を備えるとともに厚さが分布を有する膜厚補正板を、飛散した前記原子の飛散方向に対して傾けて配置することにより、飛散した前記原子の一部を遮蔽する工程を有することを特徴とする成膜方法である。本手段により、所望の多層膜周期長を有する多層膜反射鏡の多層膜、良好な特性の半導体薄膜又は光学薄膜等を成膜することが可能となる。

前記課題を解決するための第３の手段は、 減圧可能な容器と、 前記容器内に配置された、成膜すべき基板を保持する保持手段と、 前記容器内に配置された標的材料保持台と、 前記標的材料の原子を飛散させる飛散手段と、 前記保持手段と前記標的材料保持台との間に配置された、飛散した前記原子の一部を遮蔽する膜厚補正板と、を具備し、 前記補正板は複数の開口を備える２枚の遮蔽板から構成され、 前記補正板を、２枚の前記遮蔽板の間隔に分布を持たせるとともに、飛散した前記原子の飛散方向に対して傾斜可能に設けたことを特徴とする成膜装置である。

本手段においては、２枚の遮蔽板を重ね、その間にスペーサを挟むことなどにより、２枚の遮蔽板間の距離を変化させたものを膜厚補正板としている。このようにすると、実質的には膜厚補正板の厚さを変化させた場合と同様な効果が得られる。図３に膜厚補正板の断面の模式図を示す。図３に示すように、均一な面密度で開口径Ｌの小径開口を有する２枚の遮蔽板３０１、３０２をぴったりと重ねると、どのように遮蔽板を傾けても、開口率はどこでも同じである。これに対し、２枚の遮蔽板間の一部に隙間ｄを設けると、遮蔽板を傾斜させた場合には実質的な開口径Ｌ１、Ｌ２が面内の位置で変化し、開口率の分布を持たせることができる。また、間隔を元に戻すことにより、開口率分布を元に戻すことも可能である。よって、本手段により、所望の多層膜周期長を有する多層膜反射鏡等を容易に製造することが可能な成膜装置を得ることができる。

前記課題を解決するための第４の手段は、 十分に減圧した容器内で、成膜すべき基板を保持する工程と、 前記容器内で、標的材料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該標的材料の原子を飛散させる工程と、 飛散した前記原子を前記基板に積層させる工程と、を含む成膜方法であって、 複数の開口を備える２枚の遮蔽板から構成される膜厚補正板を、２枚の前記遮蔽板の間隔に分布を持たせるとともに、飛散した前記原子の飛散方向に対して傾けて配置することにより、飛散した前記原子の一部を遮蔽する工程を有することを特徴とする成膜方法である。本手段により、所望の多層膜周期長を有する多層膜反射鏡の多層膜、良好な特性の半導体薄膜又は光学薄膜等を成膜することが可能となる。

前記課題を解決するための第５の手段は、 支持用の基板と、該基板上に支持される多層膜と、を有する多層膜反射鏡であって、 前記多層膜は、前記第２の手段又は第４の手段に記載の成膜方法により成膜されたことを特徴とする多層膜反射鏡である。本手段においては、所望の多層膜周期長を有する多層膜反射鏡を容易に得ることができる。

前記課題を解決するための第６の手段は、 前記第５の手段である多層膜反射鏡を備えたことを特徴とするＥＵＶ露光装置である。本手段においては、前記第５の手段である多層膜反射鏡を光学系中に使用しているので、正確なパターンの露光転写が可能になる。また、多層膜反射鏡による反射の際に失われる光量を少なくすることができ、高い照明効率を得ることができる。その結果、高スループットで露光を行うことができる。

本発明によれば、所望の多層膜周期長を有する多層膜反射鏡、そのような多層膜反射鏡等の製造方法（成膜方法）及び製造装置（成膜装置）、さらにはこの多層膜反射鏡を使用したＥＵＶ露光装置を提供することができる。

まず、膜厚補正板の実質的な開口率について、図２を参照しつつ説明する。
膜厚補正板の小開口（開口部）の径が２ｍｍ、厚さが０．５ｍｍとすると、膜厚補正板を３０°傾斜させた場合、膜厚補正板を傾けない場合に比べて開口率は約７１％に減少する。膜厚補正板の一部削って厚さを０．４ｍｍに減少させると、膜厚補正板を傾けない場合と比べた開口率の減少幅は縮小し、開口率は約７７％に縮小する。例えば、外形が円板状で直径２ｍｍの小開口が多数形成された膜厚補正板において、中央部分の厚さが０．５ｍｍであり、周辺部に向かって板の厚さが徐々に減少し、最周辺部で０．４ｍｍであった場合、この膜厚補正板を３０°傾けて配置して成膜を行えば、周辺部の開口率が周辺部に比べて約８％大きい状態で成膜を行うことができる。この開口率の分布幅は膜厚補正板の傾斜角を小さくすると小さくなり、０度では分布も無くなる。この膜厚補正板における開口率（傾斜角を０度とした場合の開口率に対する相対値）、及び中央部と周辺部の開口率の差（（周辺部開口率−中央部開口率）／中央部開口率）を表１に示す。

表１から分かるように、傾斜角を変えることにより中央部と周辺部の開口率の差を変化させることができ、分布を調整することができる。特に、傾斜角が小さい領域では開口率の変化はわずかで、傾斜角を調整することで開口率の分布幅を微妙に調整することができる。

〔第１実施形態〕
図４は、第１実施形態に係る成膜装置の概略構造を示す図である。本実施形態における成膜装置４１０は、成膜すべき基板４０６を保持する保持手段（基板ホルダー４０７）と、標的材料４０３を保持する標的材料保持台４１１とを備える。この基板ホルダー４０７と標的材料保持台４１１は、成膜装置４１０の減圧可能な容器（真空容器４１２）内に配置されている。また、成膜装置４１０は、標的材料４０３にイオンビーム４０２を照射する照射手段（イオン銃４０１）を備える。成膜装置４１０は、さらに、基板ホルダー４０７と標的材料保持台４１１との間に配置された、飛散した原子の一部を遮蔽する膜厚補正板４０５を有する。

成膜装置４１０では、真空容器４１２内を減圧（例えば、１×１０^-4Ｐａ程度）しておき、イオン銃４０１内にプラズマを生成するガス（例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅガス等）を導入し、イオン銃４０１内でフィラメントからの熱電子又は高周波をかけることによりプラズマを生成する。そして、イオン銃４０１内で生成されたプラズマ中のイオン（例えば、Ａｒイオン等）はイオン銃４０１の外に放出される。イオン銃４０１はモリブデン（Ｍｏ）等の標的材料４０３の方向に向けられているため、イオン銃４０１より引き出されたＡｒイオン等のイオンビーム４０２は標的材料４０３に照射される。そうすると、標的材料４０３を構成する原子（Ｍｏ等）がＡｒイオン等の衝突によって叩き出され、原子状の蒸気が発生する。標的材料４０３に対向する位置には、基板４０６を装着した基板ホルダー４０７が設置されており、蒸気は基板４０６上に付着して薄膜層（交互多層膜を構成する一方のＭｏ薄膜層等）が形成される。

その後は、先ほどとは別のシリコン（Ｓｉ）等の標的材料を用いて、交互多層膜を構成する他方の薄膜層（例えば、Ｓｉ薄膜層等）を形成する。これらの操作を交互に繰り返すことにより、基板上に数十から数百の層からなる多層膜（例えば、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜やＭｏ／Ｂｅ多層膜等）を設けた多層膜反射鏡を製造する。なお、標的材料保持台４１１には、少なくとも二つの材料からなるターゲット（例えば、ＭｏやＳｉ等）が装着されており、標的材料保持台４１１は、いずれのターゲットもイオン銃４０１に対向する位置に動かせるように回転機構を備えていることが好ましい。また、基板４０６は回転対称形状を有する基板であり、成膜中、基板４０６を駆動機構４０９により対称軸４０８を中心に回転させることにより、周方向には一定の周期長を持つ成膜がなされる。

成膜装置４１０では、基板４０６の近傍に膜厚補正板４０５を設け、基板４０６に成膜される多層膜の周期長分布を制御している。なお、膜厚補正板４０５は厚さ０．５ｍｍのステンレス板を加工したものであり、成膜時に成膜粒子の飛来する方向に対して膜厚補正板４０５の傾斜角を変化させることが可能な補正板ホルダ４０４上に載置されている。この膜厚補正板４０５の概略形状を図５に示す。図５（Ａ）に示すように、膜厚補正板４０５には、エッチングにより直径２ｍｍの円形の小径開口が多数加工されている。膜厚補正板４０５に加工された小径開口の数密度は全面で均一ではなく、中央部ほど数密度が低い。これは、所望の膜厚分布（周期長分布）に比べて、膜厚補正板４０５を用いずに基板４０６上に成膜を行った場合の膜厚分布は、基板中央部ほど膜厚が厚くなるためである。所望の膜厚分布を得ることを目的としてこのような開口の数密度分布が施されている。なお、各開口間の距離は十分に小さく、開口間ステンレスの像は基板４０６上では十分にボケており、基板４０６の自転により、開口間ステンレスの影の影響で膜厚分布が乱される事はない。

図５（Ｂ）に示すように、膜厚補正板４０５は、周辺部の厚さは０．５ｍｍに保ったまま、中央部の厚さが０．４ｍｍに減少するように加工が施されている。膜厚補正板４０５を傾斜させずに利用して基板４０６上に成膜を行うと、面内分布は中央に頂点を持ち、周辺部ほど厚い２次曲線状の分布が生じる。中央部と周辺部の膜厚の差は２％である。これは、開口の数密度の分布が最適ではなく、中央部で数密度が低すぎるために生じている現象である。ここで、マスクを１０°傾斜させて成膜を行うと、膜厚補正板４０５の厚さが面内で変化しているために、中央部に比べて周辺部では開口率が２％大きくなる。よって、基板４０６上にはより均一な膜厚で成膜が行なわれ、所望の周期長分布を有する多層膜反射鏡を得ることができる。

なお、本実施形態では、膜厚補正板４０５の材質をステンレスとし、厚さを０．５ｍｍとしたが、膜厚補正板４０５の材質、厚さともにこれに限るものではない。また、小径開口はエッチングにより加工したが、加工方法もこれに限るものではない。さらに、小径開口の数密度を変えることにより膜厚補正板４０５の開口率分布を生じさせているが、開口率分布を生じさせる手法はこれに限るものではなく、例えば、小径開口の径を面内で変化させても良い。

〔第２実施形態〕
図６は、第２実施形態に係る成膜装置の概略構造を示す図である。本実施形態の成膜装置６１０は、図４に示す第１実施形態の成膜装置４１０を変形したものであり、同一の部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、特に説明しない部分については第１実施形態と同様であるものとする。

本実施形態の成膜装置６１０において、基板４０６の近傍に膜厚補正板６０５を設け、基板４０６に成膜される多層膜の周期長分布を制御している。この膜厚補正板６０５の概略形状を図７に示す。膜厚補正板６０５は、厚さ０．１５ｍｍの２枚の遮蔽板７０１、７０２を重ねたものである。２枚の遮蔽板７０１、７０２の形状は同じで、総ての小径開口は重なっている。ただし、遮蔽板の周辺部には両遮蔽板間の距離を調整するためのスペーサ７０３を挿入することができるようになっている。つまり、２枚の遮蔽板７０１、７０２の間にスペーサ７０３が挟み込まれ、遮蔽板間の間隔を調整できるようになっている。スペーサ７０３は中央部では０．１ｍｍ、周辺部では０．２ｍｍの間隔を有している。このような構成の膜厚補正板６０５を傾斜させると、第１実施形態と同様の効果が得られ、基板４０６上に所望の周期長分布で成膜することができる。しかも、本実施形態では２枚の遮蔽板間の間隔をスペーサによって自由に変えられるので、目標とする分布が変化した場合にも、容易に対応が可能である。

〔第３実施形態〕
図８は、第３実施形態に係る多層膜反射鏡の構造を示す断面図である。本実施形態における多層膜反射鏡８０は、第１実施形態又は第２実施形態に係る成膜装置で製造された凹面反射鏡であり、多層膜構造を支持する基板８１と、基板８１上に支持される多層膜８３とを有する。多層膜８３は、基板８１上に屈折率が異なる２種類の物質を、例えば、交互に積層することで形成した数層から数百層の多層膜である。この多層膜を構成する２種類の薄膜層Ｌ１、Ｌ２は、例えば、Ｍｏ層及びＳｉ層とすることができる。なお、多層膜反射鏡８０の光学面の形状は凹面に限らず、多層膜反射鏡８０の用途に応じて平面、凸面、多面その他の形状とすることができる。

〔第４実施形態〕
図９は、第３実施形態に係る多層膜反射鏡を組み込んだ、第４実施形態に係るＥＵＶ露光装置の構造を説明するための図である。ＥＵＶ露光装置９０は、主にＥＵＶ光源９１および照明光学系９２とマスク９４のステージ９５、投影光学系９３、ウエハ９６のステージ９７で構成される。マスク９４には描画するパターンの等倍あるいは拡大パターンが形成されている。投影光学系９３は複数の反射鏡９３ａ〜９３ｄ等で構成され、マスク９４上のパターンをウエハ９６上に結像するようになっている。反射鏡９３ａ〜９３ｄの表面には反射率を高めるための多層光学薄膜が形成されている。

投影光学系９３は輪帯状の視野を有し、マスク９４の一部をなす輪帯状の領域のパターンを、ウエハ９６上に転写する。マスク９４も反射型のものが用いられる。露光の際は、ＥＵＶ光源９１よりのＥＵＶ光９８ａを照明光学系９２によって照明用ＥＵＶ光９８ｂとし、マスク９４上に照明用ＥＵＶ光９８ｂを照射し、その反射ＥＵＶ光９８ｃを、投影光学系９３を通してウエハ９６上に入射させる。マスク９４とウエハ９６を一定速度で同期走査させることで、所望の領域（例えば、半導体チップ１個分の領域）を露光するようになっている。

本実施の形態においては、反射鏡９３ａ〜９３ｄとして、図８に例示される本発明の多層膜反射鏡８０を使用しているので、正確なパターンの露光転写が可能になる。また、各反射鏡における反射率を高くすることができ、その分、短い露光時間で露光転写を行うことができるので、スループットを高めることができる。

図１は、本発明の膜厚補正板の形状の一例を示す図である。 図２は、本発明の膜厚補正板の断面を示す模式図である。 図３は、本発明の膜厚補正板の断面の他の例を示す模式図である。 図４は、第１実施形態に係る成膜装置の概略構造を示す図である。 図５は、第１実施形態に係る成膜装置の膜厚補正板の概略形状を示す図である。 図６は、第２実施形態に係る成膜装置の概略構造を示す図である。 図７は、第２実施形態に係る成膜装置の膜厚補正板の概略形状を示す図である。 図８は、第３実施形態に係る多層膜反射鏡の構造を示す断面図である。 図９は、第３実施形態に係る多層膜反射鏡を組み込んだ、第４実施形態に係るＥＵＶ露光装置の構造を説明するための図である。

符号の説明

８０・・・多層膜反射鏡 ８１・・・基板
８３・・・多層膜 ９０・・・ＥＵＶ露光装置
９１・・・ＥＵＶ光源 ９２・・・照明光学系
９３・・・投影光学系 ９３ａ〜９３ｄ・・・反射鏡
９４・・・マスク ９５・・・マスクステージ
９６・・・ウエハ ９７・・・ウエハステージ
９８ａ・・・ＥＵＶ光 ９８ｂ・・・照明用ＥＵＶ光
９８ｃ・・・反射ＥＵＶ光 ３０１、３０２・・・遮蔽板
４０１・・・イオン銃 ４０２・・・イオンビーム
４０３・・・標的材料 ４０４・・・補正板ホルダ
４０５・・・膜厚補正板 ４０６・・・基板
４０７・・・基板ホルダー ４０８・・・対称軸
４０９・・・駆動機構 ４１０・・・成膜装置
４１１・・・標的材料保持台 ４１２・・・真空容器
６０５・・・膜厚補正板 ６１０・・・成膜装置
７０１、７０２・・・遮蔽板 ７０３・・・スペーサ

Claims (6)

1. 減圧可能な容器と、
   前記容器内に配置された、成膜すべき基板を保持する保持手段と、
   前記容器内に配置された標的材料保持台と、
   前記標的材料の原子を飛散させる飛散手段と、
   前記保持手段と前記標的材料保持台との間に配置された、飛散した前記原子の一部を遮蔽する膜厚補正板と、
   を具備し、
   前記補正板は複数の開口を備えるとともに、該補正板の厚さが分布を有し、
   前記補正板を、飛散した前記原子の飛散方向に対して傾斜可能に設けたことを特徴とする成膜装置。
2. 十分に減圧した容器内で、成膜すべき基板を保持する工程と、
   前記容器内で、標的材料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該標的材料の原子を飛散させる工程と、
   飛散した前記原子を前記基板に積層させる工程と、
   を含む成膜方法であって、
   複数の開口を備えるとともに厚さが分布を有する膜厚補正板を、飛散した前記原子の飛散方向に対して傾けて配置することにより、飛散した前記原子の一部を遮蔽する工程を有することを特徴とする成膜方法。
3. 減圧可能な容器と、
   前記容器内に配置された、成膜すべき基板を保持する保持手段と、
   前記容器内に配置された標的材料保持台と、
   前記標的材料の原子を飛散させる飛散手段と、
   前記保持手段と前記標的材料保持台との間に配置された、飛散した前記原子の一部を遮蔽する膜厚補正板と、
   を具備し、
   前記補正板は複数の開口を備える２枚の遮蔽板から構成され、
   前記補正板を、２枚の前記遮蔽板の間隔に分布を持たせるとともに、飛散した前記原子の飛散方向に対して傾斜可能に設けたことを特徴とする成膜装置。
4. 十分に減圧した容器内で、成膜すべき基板を保持する工程と、
   前記容器内で、標的材料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該標的材料の原子を飛散させる工程と、
   飛散した前記原子を前記基板に積層させる工程と、
   を含む成膜方法であって、
   複数の開口を備える２枚の遮蔽板から構成される膜厚補正板を、２枚の前記遮蔽板の間隔に分布を持たせるとともに、飛散した前記原子の飛散方向に対して傾けて配置することにより、飛散した前記原子の一部を遮蔽する工程を有することを特徴とする成膜方法。
5. 支持用の基板と、該基板上に支持される多層膜と、を有する多層膜反射鏡であって、
   前記多層膜は、請求項２又は４に記載の成膜方法により成膜されたことを特徴とする多層膜反射鏡。
6. 請求項５に記載の多層膜反射鏡を備えたことを特徴とするＥＵＶ露光装置。