JP4597565B2 - 超小型構成部品の表面への汚染粒子付着を防止する方法、超小型構成部品保管装置及び薄層堆積装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空チャンバ内に置いた超小型構成部品（以下、「マイクロコンポーネントネント」という）の自由表面への、少なくとも1つの汚染粒子ソースからの第1有極粒子の付着を防止する方法に係る。

また本発明は上記の方法を実施する保管装置であって、少なくとも1つのマイクロコンポーネントをその中に置く真空チャンバで構成した保管装置にも係る。

さらに本発明は上記の方法を実施する薄層形成装置であって、少なくとも1つの基板がその中に置いた真空チャンバと、マイクロコンポーネントの表面に少なくとも1つの薄膜を形成する物質の流れをスパッタする手段とで構成した薄層形成装置にも係る。

特に光学分野または機械分野において使用する薄層についてはその欠陥（きず）個数が少なくしかもそれら欠陥の許容サイズも極めて小さいことが要求される。実際、薄層に生じる欠陥はその薄層を使用劣化させる、あるいは機能させないことすらある。このため、耐摩耗性層、耐食性層あるいは潤滑層等の、機械的機能を有する薄層においては、欠陥は薄層の摩耗を惹起しかねない弱点となる。

上記同様に、光学層に生じた欠陥は機能不良を来すおそれがある。反射層となる複数の重層を順次形成した基板と、保護層と、さらに緩衝層と吸光層とから構成したリトグラフ・マスクであって、波長範囲を10nm乃至20nmとする超紫外線（EUV）中で使用するものを例として説明する。先ず、緩衝層と吸光層にパターンをエッチング形成し、次いでそれらのパターンをシリコン・ウエハー上に描画し、このシリコン・ウエハーを絶縁して印刷回路を形成する。この場合にマスクの表面または反射層の第１層に欠陥があると投影パターン像が乱れてしまうおそれがある。こうした乱れによって、前記シリコンにおいて、条帯部（以下、「トラック」という）に切れ目が、あるいは印刷回路のレベルで回路パターンに欠陥が発生するおそれがある。

さらには、欠陥のサイズもEUVリトグラフ・マスクに対して大きな影響を及ぼす。実際のEUVリトグラフ投光系の使用時光量低減係数（optical reduction factor）は４である。このため、限界寸法30nm乃至50nmの印刷回路を得るには、吸光層および緩衝層に形成するパターンのサイズは120nm乃至200nmの範囲内でなければならない。したがって、リトグラフ・マスクは直径50nm以上の欠陥を含んでいてはならない。

薄層の欠陥の一部は、薄層形成中、例えば、真空蒸着中に、発生した汚染粒子、あるいはマイクロコンポーネントの保管の際に同マイクロコンポーネントの表面に付着した汚染粒子に因らない欠陥よりも発生頻度が高い。例えば、EUVリトグラフ・マスクの場合は、反射層の形成が極めて重要である。すなわち、一般にはモリブデンとシリコンとから、反射層を成す重層の薄層の形成すること、が極めて重要なプロセスである。一般に、反射層に要求される欠陥率は0.003個／cm²以下（50nm径以上の欠陥で）である。しかしながら、反射層となる複数層の形成技法は欠陥発生を伴うことが知られている。EUVリトグラフ・マスクの反射層を形成するのにイオン・ビーム・スパッタリング（IBS）法が一般に使用されているが、この技法でも要求を満たすプロセスを保証できない。したがって、スパッタリング・ソース自体が150nm以下のサイズの汚染粒子を発生させるので、欠陥密度を要求レベルに低減するとともにその低減欠陥密度レベルを再現することは極めて困難である。

ところで、EUVリトグラフ・マスクの反射層を成す薄層を形成するために、IBS技法に改変を加えた技法が提案されている（“Extreme Ultraviolet Lithography-reflective Mask Technology”, C. C. Walton et al., Emerging Lithography Technologies IV, Proceedings of SPIE, vol. 3997, 2000, pages 496 - 507参照）。この技法においては、欠陥を低減させるとともに改良された成膜装置を提供すべく、スパッタリング・ターゲットであるモリブデンとシリコンに対し機械的研磨を行うとともにエッチングを施し、イオン銃およびチャンバの壁面に金属スクリーンを装着し、成膜装置に剛性線形系を嵌め込んでスパッタリング・ターゲットからの飛散粒子に対する捕獲面を形成する、等を行う。しかるに、従来のIBS技法のこうした改変によって、EUVリトグラフ・マスクに対する要求欠陥率を再現することができる。

本発明の１つの目的は、真空チャンバ内に置いたマイクロコンポーネントの自由表面の汚染のおそれを、寄生粒子を付着させることによって効率的、簡単かつ再現可能に低減する方法を提供することにある。

本発明の別の目的は、少なくとも1つのマイクロコンポーネントを保管する保管装置であって、そのマイクロコンポーネントの表面を汚染粒子の付着のおそれからを効率的かつ簡単に保護することのできる保管装置を提供することにある。

本発明のまた別の目的は、汚染粒子の付着による薄層の汚染のおそれを効率的に制限することのできる薄層形成装置を提供することにある。

本発明を適用した、真空チャンバ内に置いたマイクロコンポーネントの自由表面に、少なくとも1つの汚染粒子ソースからの第1有極粒子が付着するのを防止する方法は、少なくともその一部が上記第1粒子とは逆の極性を有する第2粒子のビームを汚染粒子ソースとマイクロコンポーネントとの間においてスパッタして第1粒子をマイクロコンポーネントから粒子コレクタへと移動させることを特徴とする。

本発明の上記方法において、上記第2粒子のビームがプラズマである。

また本発明の上記方法において、上記マイクロコンポーネントが、少なくとも1つの薄層をその上に形成する基板を含んでおり、また上記第1粒子を、上記薄層を形成するスパッタ物質の流れによって移動させ、第2粒子のビームをマイクロコンポーネントの上流で上記スパッタ物質の流れを通過させる。

また本発明の上記方法において、上記スパッタ物質の流れをスパッタリング・プラズマによってターゲットに衝突させることによって形成する。

また本発明を適用した、少なくとも1つのマイクロコンポーネントをその中に置く真空チャンバを含むマイクロコンポーネント保管装置は、マイクロコンポーネントと平行にかつその近傍において第2粒子のビームを放射する粒子ソースを有することを特徴とする。

また本発明を適用した、少なくとも1つの基板を含むマイクロコンポーネントをその中に置く真空チャンバと、上記マイクロコンポーネントの表面に少なくとも1つの薄層を形成する物質の流れをスパッタリングする手段とから構成される薄層形成装置は、上記薄層形成物質の流れに含まれる第1粒子を小型構成部品から移動させるように上記薄層形成物質の流れ方向に第2粒子の流れを放射する粒子ソースを含むことを特徴とする。

本発明によれば、マイクロコンポーネントの自由表面に、汚染粒子ソースからの有極汚染粒子が付着するのを防止するために、上記汚染粒子とは逆の極性を少なくともその一部において有する粒子のビーム（「粒子の流れ」または「プラズマ」ともいう）をスパッタする。上記マイクロコンポーネントは真空チャンバ内に置かれている。粒子ビームを汚染粒子ソースとマイクロコンポーネントとの間でスパッタして、汚染粒子をマイクロコンポーネントから粒子コレクタへと移動させる。粒子ビームは好ましくはプラズマである。

図１に示すように、上記方法を実施する装置１は基板２上に少なくとも1つの薄層を形成してマイクロコンポーネントを形成するようになっている。この装置１を構成するのは真空チャンバ３である。この真空チャンバ３はその内部に、基板２を保持する基板保持部材４と、基板２の自由表面に向かって軸線A1に沿って原子状または分子状の物質の流れ６をスパッタするスパッタリング・ソース５とが２つの対向壁面にそれぞれ配設されている。スパッタされた上記物質の流れ（以下、「スパッタ物質の流れ」という）６は基板２の自由表面に薄層を形成する。

上記のスパッタリング・ソース５は実施する成膜プロセスに応じた種類のものでよい。つまり、陰極スパッタリング成膜の場合は陰極スパッタリング用陰極、イオン・ビーム・スパッタリング（IBS）の場合はスパッタリング・ターゲット、ジュール効果熱蒸着成膜の場合はジュール効果蒸着ソース、等々と様々な種類のソースを使用できる。また、電子ビームまたはレーザー・ビームを放射するソース、あるいは化学蒸着（CVD）用ソースもスパッタリング・ソース５として使用できる。この薄層形成装置１を稼動すると、スパッタリング・ソース５が有極汚染粒子７を放射する。これら有極汚染粒子７は上記スパッタ物質の流れ６とともに移動させられまた基板２の自由表面を汚染するおそれがある。

基板２の自由表面への上記汚染粒子７の付着を防止するために、イオン・ソース（イオン源）９からの粒子のビーム８を軸線A2に沿ってスパッタして基板よりも上流おいて上記スパッタ物質の流れ６を通過させる。軸線A2は前記軸線A1と直交している。イオン・ソース９からの粒子の少なくとも一部に汚染粒子７とは逆の極性を与えて、汚染粒子７を基板２から、軸線A2上に設けた粒子コレクタ10へ向かって移動させる。この、粒子コレクタ10への汚染粒子７の移動は図1において破線矢印で示す。薄層をなす上記スパッタ物質の流れ６は有極ではないので、粒子の流れ８によっては移動させられない。したがって、そのスパッタ物質の流れ６は粒子の流れ８を通過して基板の自由表面に付着して薄層を形成する。

上記粒子コレクタは例えば収集板でよく、また粒子のビーム８は好ましくは、陽イオンと中性化電子とからなるプラズマである。一般的に、イオンと電子とはプラズマが全体として中性となるような割合となっている。しかしながら、このプラズマも局部的には中性ではない。このため、汚染粒子７はプラズマ通過時に、特に、プラズマ・イオンによって汚染粒子７に加えられる移動力によって捕集される。この移動力は衝撃力であって、イオンの運動量を汚染粒子へ移すものである。汚染粒子７は正負いずれかに帯電するので、プラズマと汚染粒子７との電気的相互作用によっても汚染粒子７がより多く捕集される。プラズマを成す、イオン・ソース９からのガスまたは混合ガスは好ましくは、ネオン、ヘリウム、水素等の低比重ガスあるいは、アルゴンまたはキセノン等のその他の希ガスから選ぶ。こうれすれば、発生させたプラズマは粒子コレクタ10のスパッタリング時に追加汚染を誘起することがない。同様に、かかる汚染を防止するには、イオン・ソースに印加するイオン抽出電圧、すなわち、プラズマ発生電圧、は好ましくは50V乃至200Vの範囲内とする。また、高エネルギー・プラズマを、陽極性の粒子コレクタ10とともに用いることによって入射イオンを速度低下させることもできる。

基板２の上に第1薄層を形成する上記方法を用いて、薄層を連続形成することもできる。この場合、基板と既成薄層とからなるマイクロコンポーネントの自由表面から汚染粒子を粒子ビームで移動させる必要がある。ここで、マイクロコンポーネントの自由表面とは、第1薄層を基板２の上に形成する場合について言えばその基板２の表面であり、また基板２上にすでに形成した薄層についてはその自由表面である、ということになる。

イオン・ビーム・スパッタリング（IBS）で薄層を形成する場合は、スパッタ物質の流れ６を、スパッタリング・プラズマ13（図２参照）をターゲット11に衝突させることによって形成する。スパッタ・ガン12が軸線A3に沿ってスパッタリング・プラズマ13をスパッタする。しかるに、このスパッタ・ガン12は有極汚染粒子7aを発生させ、それらの汚染粒子7aはスパッタリング・プラズマ13とともに移動させられる。スパッタリング・プラズマ13がターゲット11に衝撃を加え、このターゲット11が基板２に向かって軸線A1に沿って原子状または分子状のスパッタ物質の流れ６を放射する。またターゲット11は有極汚染粒子7bも発生する。これら有極汚染粒子7bはスパッタ物質の流れ６の中で汚染粒子7aとともに、イオン・ソース９から出されてスパッタ物質の流れ６を通過したプラズマ８にそれらが出会うまで移動させられる。

遮蔽となるプラズマ８は汚染粒子を粒子コレクタ10へと移動させるとともにスパッタ物質の流れを通過させる。図２に示すように、スパッタリング・プラズマ13の軸線A3はプラズマ８の軸線A2と平行になっており、またそれら軸線A1、A3は鋭角をなしている。汚染粒子7a、7bの移動は図２において破線矢印で示す。この実施例は、使用波長が13.7nmであるEUVリソグラフ・マスクの反射層を形成するモリブデンとシリコンの薄層を形成するのに特に適している。

図３は本発明の薄層形成装置の第２実施例の変形例を示しており、この例においては、遮蔽となるプラズマ８を形成するイオン・ソース９は、上記遮蔽プラズマ８がスパッタリング・プラズマ13とスパッタ物質の流れ６とを同時に通過するように配置されている。この場合、スパッタ・ガン12とターゲット11とからそれぞれ来る汚染粒子7a、7bは図２に破線で示す矢印の方向に遮蔽プラズマ８によってそれぞれ移動させられる。この遮蔽プラズマ８はターゲット11の表面近傍でスパッタ物質の流れ６を通過するので、形成された汚染粒子7bが直ちに、スパッタリング・プラズマ13から離れて設けられている粒子コレクタ10へ向かって移動させられる。この変形例においては、粒子コレクタ10は基板２から離して設けられており、このことは粒子コレクタ10のスパッタリングによる汚染のおそれを遮蔽プラズマ８が低減するという利点がある。しかしながら、本発明は上記実施例に限定されるものではない。

図２に示す第２実施例および図3に示すその第２実施例の変形例においては、薄層をIBS技法で形成する。この成膜は陰極スパッタリングによっても行うことができ、この場合は、ターゲット11に代えて、スパッタリング・プラズマ13によって衝撃を与えるスパッタリング陰極を使用する。この場合においても、粒子のビーム８はスパッタリング・プラズマ13とスパッタリング陰極からのスパッタ物質の流れとを同時に通過する。

マイクロコンポーネントまたは基板から汚染粒子を移動させる有極粒子ビーム８を使用することによって通常の薄層形成技法を使用することができるとともに、それら薄層を成す物質を発生するソースからの粒子による汚染のおそれを簡単、効率的かつ再現可能に低減することができる。これは、薄層形成プロセスに係わる欠陥個数が極めて少ないことを要求される薄層を含むマイクロコンポーネントであればその種類を問わず適用できる。すなわち、EUV（超紫外線）の中で使用するミラーや、高レーザ流抵抗（high laser flow resistance）の光学部品、環境効果耐性の高い保護層、特に耐食層、印刷回路の誘電体層、磁性層、抵抗層（resistive layer）、等々に適用可能である。

真空チャンバ内に保管したマイクロコンポーネントにも汚染は発生し得る。実際に、真空チャンバの壁部からも汚染粒子が発生し得るのである。図４は本発明の汚染粒子付着防止方法を実施する保管装置14を示す。この保管装置14は、EUVリトグラフ・マスク等のマイクロコンポーネント16を内部に置く真空チャンバ15で構成されている。真空チャンバ15の壁部はマイクロコンポーネント16の自由表面を汚染するおそれのある有極粒子17を放出するものである。そうした粒子がマイクロコンポーネント16の自由表面に付着するのを防ぐために、ソース18を設けて、汚染粒子17とは逆の極性をその少なくとも一部が有する粒子ビーム19を同ソース18に放出させるようにしている。

上記の有極粒子ビーム8はマイクロコンポーネント16の表面と平行にかつその近傍においてスパッタされる。粒子ビーム19はプラズマで形成するのが好ましい。これにより、汚染粒子17はマイクロコンポーネント16の自由表面から、粒子トラップたるべき粒子コレクタ20に向かって粒子ビーム19によって移動させられる。したがって、マイクロコンポーネント16は汚染されるおそれなく保管装置内に保管できる。

本発明を適用した薄層形成装置の第１実施例の概略図。 本発明を適用した薄層形成装置の第２実施例の概略図。 図２に示す薄層形成装置の第２実施例の変形例の図。 本発明を適用したマイクロコンポーネント保管装置の実施例の概略図。

符号の説明

１ 薄層形成装置
２ 基板
５ 汚染粒子ソース
７ 汚染粒子
10 粒子コレクタ
16 マイクロコンポーネント

Claims (11)

1. 真空チャンバ（３、１５）内に置いた超小型構成部品（１６）の自由表面に、少なくとも１つの汚染粒子源（５、１１、１３）からの第１有極粒子（７、１７）が付着するのを防止する方法において、少なくともその一部が上記第１粒子（７、１７）とは逆の極性を有する第２粒子のビーム（８、１９）を前記汚染粒子源（５、１１、１３）と前記超小型構成部品（１６）との間においてスパッタして前記第１粒子（７、１７）を前記超小型構成部品（１６）から粒子コレクタ（１０、２０）へと移動させることを備え、
   前記第２粒子のビーム（８、１９）として、陽イオンと中性化電子とからなるプラズマを用い、前記陽イオンと前記中性化電子との割合は、前記プラズマが全体として中性となるような割合となっている、
   ことを特徴とする方法。
2. 上記プラズマをネオン、ヘリウム、水素、アルゴンまたはキセノンの各ガスあるいはそれらの混合で形成する、上記請求項１に記載の方法。
3. プラズマ発生用電圧を５０Ｖ乃至２００Ｖの範囲内とした、上記請求項１または２に記載の方法。
4. 上記超小型構成部品が、少なくとも１つの薄層をその上に形成される基板（２）を含んでおり、また上記第１粒子（７）を、上記薄層を成すスパッタ物質の流れ（６）によって移動させ、前記第２粒子のビーム（８）を超小型構成部品の上流で上記スパッタ物質の流れ（６）を通過させる、上記請求項１乃至３のいずれか１つに記載の方法。
5. 上記スパッタ物質の流れ（６）を、スパッタリング・プラズマ（１３）をターゲット（１１）に衝突させることによって形成する、上記請求項４に記載の方法。
6. 上記第２粒子のビーム（８）を、上記スパッタリング・プラズマ（１３）と前記スパッタ物質の流れ（６）とを同時通過させる、上記請求項５に記載の方法。
7. 上記薄層をイオン・ビーム・スパッタリングによって形成する、上記請求項５または６に記載の方法。
8. 上記薄層を陰極スパッタによって形成する、上記請求項５または６に記載の方法。
9. 上記薄層をジュール効果熱蒸着によって形成する、上記請求項４に記載の方法。
10. 少なくとも１つの超小型構成部品（１６）をその中に置く真空チャンバを含む超小型構成部品保管装置において、超小型構成部品と平行にかつその近傍において第２粒子のビーム（１９）を放射する粒子源（１８）を有することを特徴とする、上記請求項１乃至３のいずれか１つに記載の方法を実施する保管装置。
11. 少なくとも１つの基板（２）を含む超小型構成部品をその中に置く真空チャンバ（３）と、上記超小型構成部品の表面上に少なくとも１つの薄層を形成する物質の流れ（６）をスパッタする手段とから構成される薄層形成装置において、上記薄層形成物質の流れ（６）に含まれる第１粒子（７）を小型構成部品から移動させるように上記薄層形成物質の流れ（６）の方向に第２粒子の流れ（８）を放射する粒子源（９）を含むことを特徴とする、上記請求項４乃至９のいずれか１つに記載の方法を実施する薄層堆積装置。

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