JP6597523B2 - 多層膜付基板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の多層膜付基板は、膜厚の面内均一性に関する要求が厳しい用途の多層膜付基板に好適である。多層膜付基板としては、反射光学系を用いたリソグラフィプロセスに使用される反射型マスク、例えば、EUV(Extreme Ultraviolet:極端紫外)リソグラフィ用反射型マスクの作製に用いられる多層反射膜付基板が挙げられる。
上記反射層と吸収層の間には、通常、保護層が形成される。該保護層は、吸収層にパターン形成する目的で実施されるエッチングプロセスによって反射層がダメージを受けないように、該反射層を保護する目的で設けられる。
吸収層には、EUV光に対する吸収係数の高い材料、たとえば、クロム(Cr)やタンタル(Ta)を主成分とする材料が用いられる。
従って、近年のEUVLマスクブランクにおいては、高反射率であることだけでなく、中心波長の面内分布特性に影響する多層反射膜の膜厚の面内均一性(面内分布が小さいこと)も求められている。
特許文献1は、低屈折率層と高屈折率層の成膜開始時と成膜終了時の基板回転の方位角のずれによる多層反射膜の面内膜厚分布を抑制することを課題としている。この課題を達成するため、特許文献1では、低屈折率層と高屈折率層の各成膜レートの経時変化を想定して該低屈折率層と該高屈折率層の成膜条件を設定する、としている。
特許文献1では、低屈折率層と高屈折率層の各成膜レートの経時変化を想定した低屈折率層と該高屈折率層の成膜条件の設定について、二つの態様を開示している。一つの態様では、多層反射膜を構成する各低屈折率層と高屈折率層の成膜時の基板回転数を1rpm以上80rpm以下とし、多層反射膜を構成する各層(低屈折率層と高屈折率層)毎に基板回転数を制御することにより、基板回転数を除々に低下させる。別の一つの態様では、多層反射膜を構成する各低屈折率層と高屈折率層の成膜時の基板回転数を80rpm以上300rpm以下とし、当該基板回転数で一定または略一定とする。
なお、上記した“基板回転数”は、その単位がrpmで示されているので、“基板回転速度”を指していると考えられる。
一方、上記した特許文献1における低屈折率層と該高屈折率層の成膜条件の設定の別の一態様では、多層反射膜を構成する各層成膜時の基板回転数(基板回転速度)を80rpm以上300rpm以下に制御する、としている。しかしながら、このような高速で基板の回転を制御するのは現実的には困難であり、また、仮に実施可能であったとしても、欠点が発生するおそれが増加する。
反射型マスク用多層反射膜付基板のように、基板をその中心軸を中心に回転させつつ、繰返し周期の単位となる複数の層を乾式成膜したものを1周期として複数周期積層して多層膜付基板を得る際、形成される多層反射膜の膜厚の面内均一性が低下する。この要因は、多層反射膜を構成する各層の成膜開始位置と成膜終了位置が一定ではなく徐々に変化することである。
この成膜開始位置の変化には以下の3つのパラメータが影響する。
・多層反射膜を構成する各層の成膜時間
・多層反射膜の構成する各層間のインターバル
・基板の回転速度
これら3つのパラメータを所定の条件に一度設定すれば、多層反射膜の膜厚の面内均一性の低下の抑制が可能に思える。
しかしながら、同一の成膜装置を用いて複数の多層反射膜付基板を製造する場合、成膜レートの経時変化する点に留意する必要がある。例えば、多層反射膜を構成する各層の成膜にスパッタリング装置を使用する場合、スパッタリングターゲットのエロージョンの形成などにより成膜レートが低下する。そのため、上記のパラメータのうち、多層反射膜を構成する各層の成膜時間を制御して、成膜レートの低下を補正する必要がある。
したがって、成膜レートの経時変化を想定して、これら3つのパラメータを所定の条件を満たすように制御する必要がある。但し、成膜レートの経時変化は比較的ゆるやかな変化である。そのため、特許文献1,2における提案のように、多層反射膜を構成する各層(低屈折率層と高屈折率層)毎に基板回転数や成膜開始位置を制御する必要はない。同一の成膜装置を用いて複数の多層反射膜付基板を製造する過程で、成膜レートの経時変化を想定して、上記3つのパラメータが所定の条件を満たすように制御すればよい。例えば、成膜レートの経時変化を想定して、ある枚数、例えば、5〜10枚の多層反射膜付基板を製造する。この時点で、上記3つのパラメータが所定の条件を満たすように、上記3つパラメータのうち少なくとも1つを制御してから、多層反射膜付基板の製造を再開すればよい。但し、1枚の多層反射膜付基板を製造した時点で上記3つパラメータのうち少なくとも1つを制御してもよい。
そのため、成膜条件の制御が容易であり、成膜時における欠点の発生のリスクを伴うことなしに、膜厚の面内分布を抑制できる。
成膜レートの経時変化を想定して、乾式成膜プロセスを用いて複数枚の多層膜付き基板を製造する際に、前記1周期をなす複数の層の合計成膜時間Tdepo-totalと、該複数の層の各層間のインターバル時間Tiの合計Ti-totalからなる、前記1周期成膜するのに要する成膜単位時間をTdepo-unit(=Tdepo-total+Ti-total)とし、基板回転周期Trとするとき、下記(1)または(2)を満たす条件で成膜を行うことを特徴とする多層膜付基板の製造方法を提供する。
Tdepo-unit/Tr < m−0.02、または、m+0.02< Tdepo-unit/Tr(ただしmは任意の整数)・・・(1)
n−0.02≦Ti/Tr≦n+0.02(ただしnは任意の整数)・・・(2)
前記多層反射膜は、露光光の中心波長の面内分布が0.03nm以下であることが好ましい。
前記多層膜が多層反射膜である本発明の多層膜付基板の製造方法において、前記多層反射膜上に該多層反射膜の保護層を形成してもよい。
前記多層膜が多層反射膜である本発明の多層膜付基板の製造方法において、前記多層反射膜上、もしくは、該多層反射膜の保護層上に露光光を吸収する吸収層を形成してもよい。
前記吸収層が形成された本発明の多層膜付基板の製造方法において、前記吸収層上にマスクパターンの検査に使用する検査光における低反射層を形成してもよい。
該多層膜付基板は、前記多層膜の合計膜厚の円周方向の面内分布が0.07%以下であることが好ましい。
前記多層反射膜は、露光光の中心波長の面内分布が0.030nm以下であることが好ましい。
前記多層反射膜は、露光光の中心波長の円周方向の面内分布が0.010nm以下であることが好ましい。
そのため、成膜条件の制御が容易であり、成膜時における欠点の発生のリスクを伴うことなしに、膜厚の面内分布を抑制できる。
上記(2)の条件を満たすように、多層膜付き基板の製造開始時に成膜条件を制御した場合、複数の多層膜付き基板を製造する過程での成膜レートの経時変化に関わらず、その後は成膜条件を制御することなしに、多層膜の膜厚の面内分布を抑制できる。
本発明の多層膜付基板の製造方法は、基板上に多層膜を備える多層膜付基板の製造方法である。本発明の多層膜付基板の製造方法では、前記基板をその基板面に対して直交する回転軸を中心に回転させつつ、繰返し周期の単位となる複数の層を、乾式成膜プロセスを用いて形成したものを1周期として複数周期積層して多層膜付基板を得る。
本明細書における多層膜付基板の具体例としては、高屈折率層および低屈折率層を1周期として、若しくは、低屈折率層および高屈折率層を1周期として、これを複数周期基板上に積層することにより、露光光の反射率が高められた多層反射膜が挙げられる。以下、本明細書において、基板上に、高屈折率層としてのSi層、低屈折率層としてのMo層を用いたSi/Mo多層反射膜付基板の製造を例として本発明の多層膜付基板の製造方法を説明する。このSi/Mo多層反射膜付基板は、Si層、および、Mo層を1周期として、これを複数周期基板上に積層することにより、EUV(Extreme Ultraviolet:極端紫外露光光)の反射率が高められる。
なお、高屈折率層がSi層、低屈折率層がMo層の多層反射膜付基板は、Mo層、および、Si層を1周期として、これを複数周期基板上に積層させたMo/Si多層反射膜付基板とすることも可能である。
図1は、イオンビームスパッタリング法を用いて、Si/Mo多層膜付基板を製造する際の成膜パラメータとして、イオンビーム電流の経時変化を模式的に示した図である。
図1に示すように、Si層形成時、および、Mo層形成時のみ、イオンビーム電流が立ち上がるので、イオンビーム電流が立ち上がっている時間から、Si層の成膜時間Tdepo-Si、Mo層の成膜時間Tdepo-Moが定まる。イオンビーム電流が立ち上がっていない時間から各層間のインターバル時間Ti1,Ti2が定まる。なお、各層間のインターバル時間Ti1,Ti2は、同一であっても、異なっていてもよい。
図1中のNは、Si層、および、Mo層の形成時における基板回転速度(rpm)を示している。
図2中、斜め方向に伸びる鎖線は多層膜の膜厚の面内均一性が低くなる条件である。一方、図2中、縦方向に伸びる実線は、多層の膜厚の面内均一性が高くなる条件である。両者を除く条件、すなわち、図2中、斜め方向に伸びる鎖線上、および、縦方向に伸びる実線上を除いた条件は、多層膜の膜厚の面内均一性が両者の中間である。すなわち、斜め方向に伸びる鎖線上よりは多層膜の膜厚の面内均一性が高いが、縦方向に伸びる実線上よりは多層反射膜の膜厚の面内均一性が低い。また、図2中、斜め方向に伸びる鎖線上、かつ、縦方向に伸びる実線上となる条件は、多層膜の膜厚の面内均一性が高くなる。図2から、各層の成膜条件、および、各層間のインターバル時間を所定の条件に設定すれば、多層反射膜の膜厚の面内均一性の低下の抑制が可能になると考えられる。
上述した3つのパラメータのうち、各層間のインターバル時間を一定にして、各層の成膜時間、および、基板回転速度が異なる条件でSi/Mo多層反射膜を製造し、多層反射膜の合計膜厚の面内均一性の高低を調べた。この結果を基に、多層膜付基板製造時における、各層の成膜時間、および、基板回転速度による、多層膜の膜厚の面内均一性への影響を評価した。この評価結果から、各層の成膜時間、および、基板回転速度を所定の条件に設定すれば、多層膜の膜厚の面内均一性の抑制が可能になると考えられる。
しかしながら、製造コスト、連続成膜による成膜プロセス制御の安定化等の観点からは、同一の成膜装置を用いて複数の多層反射膜付基板を製造することが望ましい。
そのため、成膜レートの経時変化を想定して、これら3つのパラメータを所定の条件に設定する必要がある。成膜レートの経時変化を想定して、これら3つのパラメータを所定の条件に設定する方法としては、たとえば、以下の方法がある。
(1)成膜レートの低下に対応する各層の成膜時間の増加に応じて、図3中、斜め方向に伸びる鎖線を回避するように各層間のインターバルを変化させていく方法(矢印b)。
(2)成膜レートの低下に対応する各層の成膜時間の増加により、成膜条件が図3中、斜め方向に伸びる鎖線に近づいた時点で各層間のインターバル時間を斜め方向に伸びる鎖線を回避するように変化させる方法(矢印c、矢印c´)。
(3)各層間のインターバル時間が、図3中、縦方向に伸びる実線上になるよう初期設定する方法。
なお、矢印c´に示す方法で、斜め方向に伸びる鎖線を回避する際には、面内均質性が必要な多層膜付基板の成膜を中断すればよい。
Tdepo-unit/Tr < m−0.02、または、m+0.02< Tdepo-unit/rpm(ただしmは任意の整数)・・・(1)
n−0.02≦Ti/Tr≦n+0.02(ただしnは任意の整数)・・・(2)
ここで、1周期をなす複数の層の合計成膜時間Tdepo-totalは、図1におけるSi層の成膜時間Tdepo-Si、および、Mo層の成膜時間Tdepo-Moの和に相当する。複数の層の各層間のインターバル時間Tiの合計Ti-totalは、図1における各層間のインターバル時間Ti1,Ti2の和に相当する。1周期成膜するのに要する成膜単位時間Tdepo-unit(=Tdepo-total+Ti-total)は、Tdepo- Si+Ti1+Tdepo-Mo+Ti2に相当する。Trは、図1におけるSi層、および、Mo層の形成時の基板回転速度N(rpm)との関係で見た場合、60/Nに相当する。上記(2)における各層間のインターバル時間Tiは、図1におけるTi1,Ti2に相当する。
Tdepo-unit/Trが任意の整数mになるのは、図2,3において、成膜条件が斜め方向に伸びる鎖線上になる場合である。したがって、上記(1)は、図2,3において斜め方向に伸びる鎖線を回避するように、成膜条件を設定することを意味する。上記(1)中、mではなく、m±0.02としているのは、斜め方向に伸びる鎖線上だけではなく、その近傍も多層膜の膜厚の面内均一性が低くなるためである。なお、要求される光学特性が高い製品の場合は、m±0.08としてもよい。
一方、Ti/Trが任意の整数nになるのは、図2,3において、成膜条件が縦方向に伸びる実線上になる場合である。したがって、上記(2)は、図2,3において、縦方向に伸びる実線上になるように、成膜条件を設定することを意味する。上記(2)中、nではなく、n±0.02としているのは、縦方向に伸びる実線上だけではなく、その近傍も多層膜の膜厚の面内均一性が高くなるためである。
本発明の多層膜付基板の製造方法では、上記(1)または(2)のうち、いずれか一方のみを満たす条件で成膜を行ってもよいし、上記(1)および(2)の両方を満たす条件で成膜を行ってもよい。
なお、段落0026に記載した知見との関係で見た場合、上記(1)を満たす条件よりも、上記(2)を満たす条件で成膜を行うほうが、多層膜の膜厚の面内均一性が高くなるのでより好ましい。但し、後述する実施例8〜13に示すように、1周期をなす複数の層の各層間のインターバル時間が異なっている場合、これら全てのインターバル時間が上記(2)を満たす条件で成膜を行う必要がある。
多層膜が多層反射膜の場合、露光光の中心波長の面内分布が0.03nm以下であることが好ましく、0.02nm以下であることがより好ましく、0.01nm以下であることがさらに好ましい。
そのため、多層膜の合計膜厚の円周方向の面内分布が0.2%以下であることが好ましく、0.14%以下であることがより好ましく、0.07%以下であることがさらに好ましい。
多層膜が多層反射膜の場合、露光光の中心波長の円周方向の面内分布が0.03nm以下であることが好ましく、0.02nm以下であることがより好ましく、0.01nm以下であることがさらに好ましい。
以下に示す実施例、比較例では、下記手順で基板上にSi/Mo多層反射膜を形成する。
Si/Mo多層反射膜の形成手順
152mm角の基板をその基板面に対し直交する回転軸を中心に回転させつつ、該基板の表面上にイオンビームスパッタリング法を用いてSi/Mo多層反射膜を形成する。膜厚4.5nmのSi層、および、膜厚2.5nmのMo層の二層(合計膜厚7.0nm)を繰返し周期の単位として、繰り返し単位数が40となるように積層させて、合計膜厚280nm((4.5nm+2.5nm)×40)のSi/Mo多層反射膜を形成する。
Si層の成膜条件
ターゲット:Siターゲット
スパッタリングガス:Arガス
成膜時間:下記表に記載
膜厚:4.5nm
Mo層の成膜条件
ターゲット:Moターゲット
スパッタリングガス:Arガス
成膜時間:下記表に記載
膜厚:2.5nm
Si層とMo層とのインターバルTi1(sec)、および、Mo層とSi層とのインターバルTi2(sec)は下記表に記載する。但し、実施例7、14、23、32では、以下の手順を実施する。図3の矢印c、c´に示すように、成膜条件が斜め方向に伸びる鎖線に近づいた時点で各層間のインターバル時間(Ti1,Ti2)を、該鎖線を回避するように変化させる。具体的には、各層間のインターバル時間を以下に示すように変更する。
変更前 変更後
実施例7 10.02sec 11.00sec
実施例14 10.02sec 10.60sec
実施例23 10.80sec 11.50sec
実施例32 10.80sec 11.30sec
Si層形成時およびMo層形成時の基板回転速度は下記表に記載する条件に保持する。但し、実施例6、13、22、31では、以下の手順を実施する。多層膜付基板製造時における、各層の成膜時間、および、各層形成時の基板回転速度による、多層膜の膜厚の面内均一性への影響についても、図2,3と同様の模式図が作成できる。この図において、成膜条件が斜め方向に伸びる鎖線に近づいた時点で各層形成時の基板回転速度(Tr)を、該鎖線を回避するように変化させる。具体的には、各層形成時の基板回転速度(Tr)を以下に示すように変更する。
変更前 変更後
実施例6 25.00rpm 25.60rpm
実施例13 25.00rpm 25.60rpm
実施例22 25.00rpm 26.10rpm
実施例31 25.00rpm 26.30rpm
下記表中の記号は以下を意味する。
◎:0.01nm以下
○:0.01nm超、0.02nm以下
△:0.02nm超、0.03nm以下
×:0.03nm超
EUV露光光の中心波長は、Si/Mo多層反射膜の1周期の膜厚によって決まる反射光の干渉と対応した関係にあり、相互の面内分布は通常一致する。
(a)に最も近い整数からの差の絶対値が0.02未満の比較例1〜12は条件(1)を満たしていない。比較例1〜12は、中心波長の面内分布の評価結果が×である。(a)に最も近い整数からの差の絶対値が0.02以上の実施例1〜36はいずれも、いずれも条件(1)を満たしている。実施例1〜36はいずれも、中心波長の面内分布の評価結果が△または○である。実施例42、49は、(a)に最も近い整数からの差の絶対値が0.02未満であるため、条件(1)を満たしていない。実施例42、49は、(b),(c)に最も近い整数からの差が0であるため、条件(2)を満たしている。実施例42、49はいずれも、中心波長の面内分布の評価結果が◎である。実施例37〜41、43〜48、50は、(a)に最も近い整数からの差の絶対値が0.02以上であるため、条件(1)を満たしており、かつ、(b),(c)に最も近い整数からの差が0であるため、条件(2)も満たしている。実施例37〜41、43〜48、50は、いずれも、中心波長の面内分布の評価結果が◎である。
Claims (11)
- 基板上に多層膜を備える多層膜付基板の製造方法であって、前記基板をその基板面に対して直交する回転軸を中心に回転させつつ、繰返し周期の単位となる複数の層を乾式成膜プロセスを用いて形成したものを1周期として複数周期積層して多層膜付基板を得るものであり、
成膜レートの経時変化を想定して、乾式成膜プロセスを用いて複数枚の多層膜付き基板を製造する際に、前記1周期をなす複数の層の合計成膜時間Tdepo-totalと、該複数の層の各層間のインターバル時間Tiの合計Ti-totalからなる、前記1周期成膜するのに要する成膜単位時間をTdepo-unit(=Tdepo-total+Ti-total)とし、基板回転周期Trとするとき、下記(1)または(2)を満たす条件で成膜を行うことを特徴とする多層膜付基板の製造方法。
Tdepo-unit/Tr < m−0.02、または、m+0.02< Tdepo-unit/Tr(ただしmは任意の整数)・・・(1)
n−0.02≦Ti/Tr≦n+0.02(ただしnは任意の整数)・・・(2) - 前記多層膜付基板は前記多層膜の合計膜厚における面内分布が0.2%以下である、請求項1に記載の多層膜付基板の製造方法。
- 前記多層膜が、高屈折率層および低屈折率層を1周期として、若しくは、低屈折率層および高屈折率層を1周期として、複数周期積層してなる多層反射膜である、請求項1または2に記載の多層膜付基板の製造方法。
- 前記多層反射膜は、露光光の中心波長の面内分布が0.030nm以下である、請求項3に記載の多層膜付基板の製造方法。
- 前記多層反射膜上に該多層反射膜の保護層を形成する、請求項3または4に記載の多層膜付基板の製造方法。
- 前記多層反射膜上、もしくは、該多層反射膜の保護層上に露光光を吸収する吸収層を形成する、請求項3〜5のいずれかに記載の多層膜付基板の製造方法。
- 前記吸収層上にマスクパターンの検査に使用する検査光における低反射層を形成する、
請求項6に記載の多層膜付基板の製造方法。 - 前記(2)を満たす条件で成膜を行う、請求項1〜7のいずれかに記載の多層膜付基板の製造方法。
- 前記各層間のインターバル時間Tiの制御により、前記(1)または(2)の少なくとも1つを満たす、請求項1〜8のいずれかに記載の多層膜付基板の製造方法。
- 前記基板回転周期Trの制御により、前記(1)または(2)の少なくとも1つを満たす、請求項1〜9のいずれかに記載の多層膜付基板の製造方法。
- 前記1周期成膜するのに要する成膜単位時間Tdepo-unitの制御により前記(1)を満たす、請求項1〜10のいずれかに記載の多層膜付基板の製造方法。
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