JP2010270354A

JP2010270354A - 多層膜成膜方法

Info

Publication number: JP2010270354A
Application number: JP2009121187A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Miura; 隆幸三浦; Kenji Ando; 謙二安藤; Hidehiro Kanazawa; 秀宏金沢; Masanori Matsumoto; 誠謙松本; Shunpei Tatsumi; 俊平辰巳; Takako Nagata; 香子永田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2010-12-02

Abstract

【課題】多層膜の周方向の膜厚分布誤差を低減する。
【解決手段】成膜基板８を自転させながら、モリブデンとシリコンのターゲット５、７を交互に用いてスパッタ成膜を行い、多層膜の各層を成膜する。成膜中に成膜基板８の周方向に発生する各層の膜厚むらが互いに重なるのを防ぐため、成膜中の成膜基板８の自転速度を一層ごとに段階的に変化させる。複数層の膜厚分布を各層ごとに分散させることで、多層膜全体の周方向の膜厚分布誤差を低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＥＵＶ露光装置に用いられる多層膜ミラー等を製造するための多層膜成膜方法に関するものである。

従来、半導体集積回路素子を製造するための回路焼き付け方法として、紫外線よりもさらに波長が短い波長１２〜１５ｎｍ程度の軟Ｘ線（ＥＵＶ）を用いた露光装置（ＥＵＶ露光装置）の開発が進められている。

ＥＵＶ露光装置に搭載される投影光学系の多層膜ミラーは、光学的に設計された反射面の面形状を有しており、光学設計値に対して忠実な形状をもつことが要求される。また、反射面に成膜される反射多層膜の膜厚も面形状に影響するため、非常に高い精度で膜厚をコントロールする必要がある。

通常、この多層膜は、ミラー基板を自転、公転、及びスキャン動作をさせながら物理蒸着法にて成膜され、膜厚分布誤差を最小限にするように基板の動作をコントロールする。成膜面内に発生する膜厚分布誤差は、自転軸中心位置から成膜面外側方向へ向けて発生する径方向膜厚分布誤差と、自転軸を中心に円周上に発生する周方向の膜厚分布誤差からなる。このため、どちらかの膜厚分布による誤差が大きい場合は、もう一方膜厚分布を低減する必要がある。

このうち、径方向の膜厚分布誤差を低減する方法としては、成膜粒子の飛散経路を制限する遮蔽マスクに開口可変機構を付与し、膜厚分布を制御する方法が知られている（特許文献１参照）。また、スパッタ法にて成膜する際にカソードとミラー基板の相対位置関係を３軸以上の独立制御軸にて制御する方法が提案されている（特許文献２参照）。

周方向の膜厚分布誤差を低減する方法としては、一般的には基板の自転速度を増すことで周方向の膜厚を平均化する方法が用いられる。たとえば、膜厚４ｎｍの膜を自転速度３０ｒｐｍにて成膜し、成膜時間が１００秒である場合、周方向の膜厚分布誤差は最大０．０４ｎｍとなるが、自転速度を５０ｒｐｍに増すことで周方向の膜厚分布誤差は最大０．０２４ｎｍまで低減される。さらに高速化させて自転速度５００ｒｐｍで成膜すれば周方向の膜厚分布誤差は最大０．００２４ｎｍとわずかな値になり、相対的に径方向の膜厚分布誤差の許容値が緩和される。しかし、ＥＵＶ用のミラー基板と基板ホルダーの合計重量は数百キロに達し、これを安定的に高速回転させることのできる成膜装置は作成困難であるため、現実的には最大でも３００ｒｐｍ程度で成膜することが一般的であった。

また、多層膜を成膜する際に、各層ごとに成膜を開始する回転角度（回転位相）を制御することで、各層の周方向の膜厚誤差の発生位置が重ならないようにする方法が提案されている（特許文献３参照）。

特開２００６−１８３０９３号公報特開２００４−２６９９８８号公報特開２００５−０２６３９６号公報

しかし、成膜を開始する回転角度を制御する方法によって周方向の膜厚分布誤差を低減する場合、自転速度と自転位相を正確にコントロール及びモニタリングし、成膜開始のタイミングを高精度で制御する必要があった。さらに、数十ｒｐｍ程度の低速回転の場合は、各層に％オーダーの周方向の膜厚分布誤差が残ることになるため、総膜厚の周方向の膜厚分布誤差が低減できた場合でも波面収差発生の原因となる。一方、１層１層の周方向の膜厚分布を低減するために自転速度を高速化すると、自転速度と回転位相のコントロール性及びモニタリング精度、成膜開始のタイミング精度を向上させるためには技術的困難が伴い、装置コストも高額になるという問題があった。

本発明は、簡易な方法で反射多層膜の周方向の膜厚分布誤差を低減できる多層膜成膜方法を提供することを目的とするものである。

本発明の多層膜成膜方法は、複数の層からなる多層膜を成膜する成膜方法であって、前記複数の層をそれぞれ成膜する工程において、各層ごとに異なる自転速度で成膜基板を自転させながら成膜することを特徴とする。

本発明に依れば、成膜開始時の基板回転角度をランダムに選んだ場合でも各層の成膜開始、及び成膜終了時の成膜基板の回転角度を分散させることが可能となり、多層膜を構成する複数の層で周方向の膜厚分布誤差を持つ部位が重複することを防ぐことができる。基板角度を監視及び制御する場合よりも簡便な方法で周方向の膜厚分布誤差を低減することが可能となる。

実施例１に係る多層膜成膜装置を示す模式図である。実施例２に係る多層膜成膜装置を示す模式図である。

図１に示す多層膜成膜装置は、真空チャンバ１、ターボ分子ポンプ２、ゲートバルブ３等を有し、ゲートバルブ３を介してターボ分子ポンプ２によって真空引きされる真空チャンバ１内にターゲットホルダ４が配置されている。３面をもつターゲットホルダ４の各面にはモリブデン、ルテニウム、シリコンのターゲット５〜７が配置されており、成膜する材料に応じてターゲットホルダ４が回転することで成膜する材料を選択する。ここでは３面ターゲットホルダの例を挙げたが、必要な成膜材料数に応じた面数を持つターゲットホルダを用いる。成膜基板８はサセプタ９を介して回転駆動系１０に接続されており、回転軸ＡＸの周りに自転運動をしながら矢印で示すように横方向に移動する。ここで、成膜基板８内に回転対象軸がない場合であっても、面形状の曲面から算出される回転対称軸を回転軸ＡＸに一致させた位置関係にてサセプタ９に接続すればよい。

アルゴンボンベ１１から供給されたアルゴンガスは、ガス流量コントローラー１２で流量を調整された後に真空チャンバ１内に供給され、ターゲット表面近傍でプラズマ放電を生じさせることでターゲット材料がスパッタされてスパッタ粒子が上向きに飛散する。スパッタ粒子は、成膜範囲制限マスク１３によってある程度絞られる。成膜基板８の横方向の駆動スピードを最適化することで、径方向の膜厚分布を制御する。

まず、シリコンのターゲット７を上向きに配置し、ガス流量コントローラー１２にてアルゴンガス流量を１０ｓｃｃｍとする。その際の真空チャンバ内１の圧力は０．１Ｐａである。シリコンのターゲット７にＤＣ３００Ｖの電圧をかけることで表面近傍にプラズマ放電を生じさせ、スパッタを行う。同時に、成膜基板８の自転運動を開始させ、自転速度１００ｒｐｍにて自転させる。プラズマが安定した後に、成膜基板８の横方向駆動を開始し、最適化されたスピード分布で横方向駆動を行い、径方向の膜厚分布を制御する。横方向駆動を開始する前の成膜基板８は成膜範囲制限マスク１３によってスパッタ粒子が到達しない位置にあり、この位置から横方向駆動を開始し、成膜範囲制限マスクの開口エリアに達した位置から成膜が開始されることになる。横方向駆動が終了したらプラズマ放電を停止し、成膜基板８は元の位置まで戻る。前記成膜条件下で横方向駆動のスピード分布を最適化した結果、成膜開始から成膜終了までの時間は３２１．５秒であった。自転速度が１００ｒｐｍであるため、５３５回転後に成膜開始角度と成膜終了角度の差は３００度となる。

次に、モリブデンのターゲット５を上向きに配置し、ガス流量コントローラー１２にてアルゴンガス流量を２０ｓｃｃｍとする。その際の真空チャンバ１内の圧力は０．１５Ｐａである。モリブデンのターゲット５にＤＣ２００Ｖの電圧をかけることで表面近傍にプラズマ放電を生じさせ、スパッタを行う。同時に、成膜基板８の自転運動を開始させ、自転速度９９．６３ｒｐｍにて自転させる。プラズマが安定した後に、成膜基板８の横方向駆動を開始し、最適化されたスピード分布で横方向駆動を行い、径方向の膜厚分布を制御する。横方向駆動を開始する前の成膜基板８は成膜範囲制限マスク１３によってスパッタ粒子が到達しない位置にあり、この位置から横方向駆動を開始し、成膜範囲制限マスクの開口エリアに達した位置から成膜が開始されることになる。横方向駆動が終了したらプラズマ放電を停止し、成膜基板８は元の位置まで戻る。モリブデンについて前記成膜条件下で横方向駆動のスピード分布を最適化した結果、成膜開始から成膜終了までの時間は５３６．２秒であった。自転速度が９９．６３ｒｐｍであるため、成膜開始角度と成膜終了角度の差は１２９．６３６度となる。

次に、前記条件で再度シリコンを成膜し、その際の自転速度は９９．２６ｒｐｍとする。横方向駆動のスピード分布は一層目のシリコンと同じであるため、成膜開始から成膜終了までの時間は３２１．５秒である。一方、自転速度が９９．２６ｒｐｍであるため成膜開始角度と成膜終了角度の差は３１２．５４度となる。その後も順次モリブデン、シリコンと成膜することで多層膜を形成するが、一層ごとに自転速度を０．３７ｒｐｍずつ減じてゆくことで各層の成膜開始角度から成膜終了角度の差がずれて行くことになる。成膜開始時の基板回転角度を監視及び制御しない場合は、成膜開始角度はランダムになるが、前述のように各層で成膜開始角度と終了角度の差が異なるため、多層膜の複数層に渡って成膜開始角度と終了角度が重複することはない。従って、多層膜の総膜厚における周方向の膜厚分布を均一にすることができる。

このように、複数の層をそれぞれ成膜する工程において、各層ごとに異なる自転速度で成膜基板を自転させることによって、簡便に周方向の膜厚分布を均一化することができる。成膜方法は、加熱蒸着、マグネトロンスパッタなどの他の成膜方法でもよい。径方向の膜厚分布を制御する方法としては、成膜範囲限定マスクを移動させる方法、ターゲットを移動させる方法が挙げられる。そのほかにも開口形状を最適化した成膜範囲限定マスクを回転させる方法などがある。

また、各層の成膜工程において、任意の関数に応じて連続的に自転速度を変化させながら成膜してもよい。各層ごとの成膜開始角度は変化してゆくため、各層ごとに異なる自転速度になるように段階的に変化させる場合と同様の効果を得ることができる。

なお、１層のなかの周方向の膜厚分布は生じたままであるから、これを低減させるために成膜基板の自転速度をより高速化すれば、全体の膜厚誤差をよりいっそう低減できることは言うまでもない。

図２は、実施例２に係る多層膜成膜装置を示すもので、プラズマ放電によるスパッタリングの代わりにイオンビームスパッタ方式を用いた点のみが実施例１と異なる。ゲートバルブ３を介してターボ分子ポンプ２で真空引きされる真空チャンバ１内に３面をもつターゲットホルダ４が配置され、その各面にはモリブデン、ルテニウム、シリコンのターゲット５〜７が配置されている。

アルゴンボンベ３１から供給されたアルゴンガスがガス流量コントローラー３２で流量を調整された後にイオンビーム源３３に供給される。ここで、アルゴンガスではなくクリプトンガスボンベ３４からの供給ガスをガス流量コントローラー３５を介して供給してもよい。イオンビーム源３３内で生成されたイオンは電界によって加速されることでイオンビーム３６となり、ターゲットをスパッタする。スパッタされた飛散粒子は成膜範囲制限マスク１３にてある程度絞られる。この状態で、成膜基板８の横方向の駆動スピードを最適化することで、径方向の膜厚分布を制御する。

まず、シリコンのターゲット７を上向きに配置し、ガス流量コントローラー３２にてアルゴンガス流量を８ｓｃｃｍとする。その際の真空チャンバ１内の圧力は０．０５Ｐａである。イオンビームは電位差６００Ｖで加速され、シリコンのターゲット７に斜めに照射されることでスパッタを行う。シリコンのターゲット７を水平な角度から４５度傾けた姿勢にしておけば、スパッタ粒子は上方に向かって飛散する。同時に、成膜基板８の自転運動を開始させ、２００ｒｐｍの自転速度にて自転させる。イオンビームが安定した後に、成膜基板８の横方向駆動を開始し、最適化されたスピード分布で横方向駆動を行い、径方向の膜厚分布を制御する。横方向駆動を開始する前の成膜基板８は成膜範囲制限マスク１３によってスパッタ粒子が到達しない位置にあり、この位置から横方向駆動を開始し、成膜範囲制限マスクの開口エリアに達した位置から成膜が開始されることになる。横方向駆動が終了したらプラズマ放電を停止し、成膜基板８は元の位置まで戻る。前記成膜条件下で横方向駆動のスピード分布を最適化した結果、成膜開始から成膜終了までの時間は４３２．２３秒であった。自転速度が２００ｒｐｍであるため、成膜開始角度と成膜終了角度の差は２７６度となる。

次に、モリブデンのターゲット５を上向きに配置し、ガス流量コントローラー３２にてアルゴンガス流量を１２ｓｃｃｍとする。その際の真空チャンバ１の圧力は０．１Ｐａである。イオンビームは電位差４００Ｖで加速され、モリブデンのターゲット５に斜めに照射されることでスパッタを行う。モリブデンのターゲット５を水平な角度から４５度傾けた姿勢にしておけば、スパッタ粒子は上方に向かって飛散する。同時に、成膜基板８の自転運動を開始させ、１９９．７８ｒｐｍの自転速度にて自転させる。イオンビームが安定した後に、成膜基板８の横方向駆動を開始し、最適化されたスピード分布で横方向駆動を行い、径方向の膜厚分布を制御する。横方向駆動を開始する前の成膜基板８は成膜範囲制限マスク１３によってスパッタ粒子が到達しない位置にあり、この位置から横方向駆動を開始し、成膜範囲制限マスクの開口エリアに達した位置から成膜が開始されることになる。横方向駆動が終了したらイオンビームを停止し、成膜基板８は元の位置まで戻る。モリブデンについて前記成膜条件下で横駆動のスピード分布を最適化した結果、成膜開始から成膜終了までの時間は７６２．２３秒であった。自転速度が１９９．７８ｒｐｍであるため、成膜開始角度と成膜終了角度の差は３４９．８５６４度となる。

上記条件での各層の周方向の膜厚分布を見ると、シリコンではＰＶ０．００３２２５ｎｍ、モリブデンではＰＶ０．００１７ｎｍであった。それぞれの単層膜厚はシリコン４．１５ｎｍ、モリブデン２．８５ｎｍであるので、周方向の膜厚分布誤差はそれぞれ０．０７８％、０．０５９％となる。

次に、前記条件で再度シリコンを成膜し、その際の自転速度は１９９．５６ｒｐｍとする。その後も順次モリブデン、シリコンと成膜することで多層膜を形成する。成膜開始時の基板回転角度を監視及び制御しない場合は、成膜開始角度はランダムになるが、前述のように各層で成膜開始角度と終了角度の差が異なるため、多層膜の複数層に渡って成膜開始角度と終了角度が重複することはない。従って、多層膜の総膜厚における周方向の膜厚分布を均一にすることができる。

前記の手法にて８１層の多層膜を成膜した場合、成膜開始位置又は終了位置が例えば８１層中１５層重複した場合、総膜厚に対する周方向膜厚誤差は０．０１３％となり、全層で重複した場合の膜厚誤差０．０７１％と比較して膜厚誤差を低減できる。

このように、本発明の多層膜成膜方向によれば、成膜基板の自転速度を制御するだけの簡易な手法で、多層膜における周方向の膜厚分布誤差を低減することができる。

１真空チャンバ
２ターボ分子ポンプ
３ゲートバルブ
４ターゲットホルダ
５〜７ターゲット
８成膜基板
１０回転駆動系

Claims

複数の層からなる多層膜を成膜する成膜方法であって、
前記複数の層をそれぞれ成膜する工程において、各層ごとに異なる自転速度で成膜基板を自転させながら成膜することを特徴とする多層膜成膜方法。
各層の成膜工程において、連続的に変化する自転速度で成膜基板を自転させながら成膜することを特徴とする請求項１に記載の多層膜成膜方法。