JPWO2006049022A1 - イオンビームスパッタリング装置およびｅｕｖリソグラフィ用反射型マスクブランクの多層膜の成膜方法 - Google Patents

イオンビームスパッタリング装置およびｅｕｖリソグラフィ用反射型マスクブランクの多層膜の成膜方法 Download PDF

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Abstract

成膜中の膜にパーティクルが混入することによる欠点が防止されたＥＵＶマスクブランクの多層膜の成膜方法および該方法に好適なイオンビームスパッタリング装置を提供する。イオンビームスパッタリング法を用いて、成膜用基板上にＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクの多層膜を成膜する方法であって、スパッタリングターゲットと、成膜用基板とを所定の間隔を開けて対向配置し、前記成膜用基板から前記スパッタリングターゲットの方向に粒子が直線移動可能な領域外の位置に配置されたイオン源からイオンビームを前記スパッタリングターゲットに対して入射することを特徴とする。

Description

本発明は、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ：極端紫外）リソグラフィ用反射型マスクブランクの多層膜を成膜するのに好適なイオンビームスパッタリング装置、およびイオンビームスパッタリング法を用いて、ＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクの多層膜を成膜する方法に関する。
従来、半導体産業において、Ｓｉ基板等に微細なパターンからなる集積回路を形成する上で必要な微細パターンの転写技術として、可視光や紫外光を用いたフォトリソグラフィ法が用いられてきた。しかし、半導体デバイスの微細化が加速している一方で、従来の光露光の露光限界に近づいてきた。光露光の場合、パターンの解像限界は露光波長の１／２と言われ、Ｆ2レーザ（１５７ｎｍ）を用いても７０ｎｍ程度が限界と予想される。そこで７０ｎｍ以降の露光技術として、Ｆ2レーザよりさらに短波長のＥＵＶ光を用いた露光技術であるＥＵＶリソグラフィが有望視されている。本明細書において、ＥＵＶ光とは、軟Ｘ線領域または真空紫外線領域の波長の光線をさし、具体的には波長１０〜２０ｎｍ程度の光線を指す。
ＥＵＶ光は、あらゆる物質に対して吸収されやすく、かつＥＵＶ光が吸収される物質の屈折率が１に近いため、従来の可視光または紫外光を用いたフォトリソグラフィのような屈折光学系を使用することができない。このため、ＥＵＶ光リソグラフィでは、反射光学系、すなわち反射型フォトマスクとミラーとが用いられる。
マスクブランクは、フォトマスク製造用のパターニング前の積層体である。反射型フォトマスク用のマスクブランクの場合、ガラス製等の基板上にＥＵＶ光を反射する反射層と、ＥＵＶ光を吸収する吸収層とがこの順で形成された構造を有している。反射層としては、高屈折率材料の膜と低屈折材料の膜とを交互に積層することで、光線を層表面に照射した際の光線反射率、より具体的にはＥＵＶ光を層表面に照射した際の光線反射率が高められた多層膜が通常使用される。このような多層膜において、高屈折率材料には、Ｍｏが広く使用され、低屈折材料にはＳｉが広く使用される。多層膜の成膜には、従来マグネトロンスパッタリング法が用いられていたが（特許文献１参照）、欠点が少なく精度が高い膜が得られることからイオンビームスパッタリング法が主流になりつつある（特許文献２参照）。
イオンビームスパッタリングでは、高真空に保たれたチャンバ内にスパッタリングターゲット（以下、ターゲットという場合もある。）と成膜用基板とをそれぞれ収容し、該チャンバ壁面に取り付けられたイオン源からスパッタリングターゲットにイオンビームを高速で入射し、ターゲット内に突入したイオンにより、ターゲットを構成する材料の原子（粒子）をその表面から上方へ放出させ、すなわちスパッタさせ、スパッタされた原子を基板に付着させて、基板上にターゲット材料の薄膜を形成する。
上記手順において、スパッタリングターゲットに照射されたイオンビームの中には、ターゲットをスパッタせずに（内部に突入しないで）ターゲット表面で反射されたり、散乱されたりするイオン（反跳イオン）も存在し、このような反跳イオンもかなりの量で基板に到達する。これら反跳イオンは元の運動エネルギーを十分に失うことなく高速で基板に到達するため、基板に突入すると基板に堆積した膜物質を再びスパッタしたり、膜面を粗くしたりして、形成される膜の特性を悪化させる原因となっていた。
また、ターゲット表面で反射または散乱された高速の反跳イオンがチャンバ内壁や内部機構に突入すると、それらの構成材料の原子をスパッタさせる。スパッタした原子が基板上に成膜されている膜中に不純物として混入し、膜質を悪化させるという欠点もあった。
このような反跳イオンによる膜質の劣化を防止するイオンビームスパッタリング装置が、特許文献３および４に記載されている。特許文献３の装置では、チャンバ内においてスパッタリングターゲットと成膜用基板とを対向状態に配置し、イオン源からのイオンビームがスパッタリングターゲットに対して斜め方向から入射し、ターゲット表面で反射または散乱された反跳イオンをイオン源とほぼ対向するように配置されたトラップ部でトラップすることで、上記した反跳イオンによる膜質の劣化を防止する。一方、特許文献４の装置は、スパッタリングターゲットと被処理基板との間に、イオントラップ用リングを設けることで、反跳イオンによる膜質劣化を防止する。
しかしながら、ターゲット内に突入したイオンによってターゲットを構成する物質の原子をスパッタさせるという原理上、スパッタされた原子を全て意図した方向、具体的には基板方向に誘導することは現実的には不可能である。よって、スパッタされた原子の一部は、付着膜としてチャンバ内壁や、チャンバ内の構造物に付着する。
これらの付着膜は、チャンバ内壁等に強く結合しているものではないので、チャンバ内壁等から剥離する場合がある。チャンバ内壁等から剥離しパーティクルとなったものが、成膜されている膜中に混入すると、製造されるマスクブランクの欠点となる。
これまでのイオンビームスパッタ装置の用途では、成膜されている膜中にパーティクルが混入することによって生じる欠点は、反跳イオンによる膜質の劣化に比べると軽微であるため、イオンビームスパッタリングを用いて形成される膜の用途（例えば、熱線吸収等の目的で建築用窓ガラスの表面に付与される膜等）によっては無視できるものであった。しかし、ＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクの場合、このような微細な欠点でも問題となる。ＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクの場合、将来的には反射膜とその上に形成される保護層を含めた多層膜で３０ｎｍ以上の欠点を０．００５個／ｃｍ2以下にすることが要求されると考えられるが、従来のイオンビームスパッタリング装置では、このようなレベルまで欠点を低減することができなかった。
さらにまた、イオンビームスパッタリングの原理上さらに留意すべき点がある。イオンビームスパッタリングにおいて、イオン源では、放電によって高密度プラズマが形成されている。イオン源は、少なくとも一部、具体的には、ビーム加速電極が設けられたビーム放出部がチャンバ内に存在しているため、パーティクルの主要な発生源の１つと考えられる。また、ターゲットからスパッタされた粒子の一部がイオン源に付着し、これが何らかの原因で剥離してパーティクルとなる場合もある。
これらイオン源で発生したパーティクルが成膜されている膜中に混入すると、製造されるマスクブランクの欠点となる。
特開２００２−２２２７６４号公報 特開２００４−２４６３６６号公報 特開平７−９０５７９号公報 特開２００４−１３７５５７号公報
上記の問題を解決するため、本発明は、成膜中の膜中にパーティクルが混入することによる欠点が防止されたＥＵＶマスクブランクの多層膜の成膜方法、およびこの方法に好適なイオンビームスパッタリング装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、真空排気装置を用いて真空状態に保持可能なチャンバと、成膜用基板の表面に成膜される薄膜の材料となるスパッタリングターゲットと、プラズマから引き出されたイオンをイオンビームとしてスパッタリングターゲット上へ照射するイオン源と、を備えたイオンビームスパッタリング装置であって、
前記スパッタリングターゲットと、前記成膜用基板とが、その相対距離が６３〜１４１ｃｍとなるように対向配置されていることを特徴とするイオンビームスパッタリング装置（第１のイオンビームスパッタリング装置）を提供する。
また、本発明は、真空排気装置を用いて真空状態に保持可能なチャンバと、成膜用基板の表面に成膜される薄膜の材料となるスパッタリングターゲットと、プラズマから引き出されたイオンをイオンビームとしてスパッタリングターゲット上へ照射するイオン源と、を備えたイオンビームスパッタリング装置であって、
前記スパッタリングターゲットと、前記成膜用基板とは、所定の間隔を開けて対向配置されており、
前記イオン源は、前記成膜用基板から前記スパッタリングターゲット側に粒子が直線移動可能な領域外の位置に配置されていることを特徴とするイオンビームスパッタリング装置（第２のイオンビームスパッタリング装置）を提供する。
さらに、本発明は、真空排気装置を用いて真空状態に保持可能なチャンバと、成膜用基板の表面に成膜される薄膜の材料となるスパッタリングターゲットと、プラズマから引き出されたイオンをイオンビームとしてスパッタリングターゲット上へ照射するイオン源と、を備えたイオンビームスパッタリング装置であって、
前記チャンバ内には、さらに、磁場を印加してイオンビームを偏向させる手段が設けられていることを特徴とするイオンビームスパッタリング装置（第３のイオンビームスパッタリング装置）を提供する。
また、本発明は、イオンビームスパッタリング法を用いて、成膜用基板上にＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクの多層膜を成膜する方法であって、
スパッタリングターゲットと、成膜用基板と、をその相対距離が６３〜１４１ｃｍとなるように対向配置することを特徴とするＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクの多層膜の成膜方法（第１の成膜方法）を提供する。
また、本発明は、イオンビームスパッタリング法を用いて、成膜用基板上にＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクの多層膜を成膜する方法であって、
スパッタリングターゲットと、成膜用基板とを所定の間隔を開けて対向配置し、
前記成膜用基板から前記スパッタリングターゲット側に粒子が直線移動可能な領域外の位置に配置されたイオン源からイオンビームを前記スパッタリングターゲットに対して入射することを特徴とするＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクの多層膜の成膜方法（第２の成膜方法）を提供する。
また、本発明は、イオンビームスパッタリング法を用いて、成膜用基板上にＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクの多層膜を成膜する方法であって、
スパッタリングターゲットと、成膜用基板とを所定の間隔を開けて対向配置し、
イオン源からのイオンビームを磁場の印加により偏向させて、前記スパッタリングターゲットに対して入射することを特徴とするＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクの多層膜の成膜方法（第３の成膜方法）を提供する。
また、本発明は、イオンビームスパッタリング法を用いて成膜用基板上にＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクの多層膜を成膜する方法であって、
イオンビームスパッタリングを行う真空雰囲気内における温度変化を常に１０℃未満に保持することを特徴とするＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクの多層膜の成膜方法（第４の成膜方法）を提供する。
本発明の第１の成膜方法によれば、現実的な成膜レートを維持しつつ、チャンバ内壁等からのパーティクルが成膜中の基板に到達することが防止される。本発明の第１の成膜方法によれば、許容不可能な欠点のない、具体的には、反射層およびその上に形成される保護層を含めた多層膜で３０ｎｍ以上の欠点が０．０５個／ｃｍ2以下、特に０．００５個／ｃｍ2以下の高品質なＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクを製造することができる。
本発明の第１のイオンビームスパッタリング装置は、上記した本発明の第１の成膜方法を実施するのに好適である。
本発明の第２の成膜方法によれば、イオン源で発生するパーティクルが成膜中の基板に到達することが同様に防止される。これにより、許容不可能な欠点のない、具体的には、反射層およびその上に形成される保護層を含めた多層膜で３０ｎｍ以上の欠点が０．００５個／ｃｍ2以下の高品質なＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクを製造することができる。
本発明の第２のイオンビームスパッタリング装置は、上記した本発明の第２の成膜方法を実施するのに好適である。
本発明の第３の成膜方法では、イオン源からのイオンビームを偏向させてスパッタリングターゲットに対して入射するため、対称となるように配置された複数のイオン源を使用した場合であっても、イオンビームによりスパッタされた原子が他のイオン源の方向へ移動するのを減少させる。これによって、イオン源でのパーティクルの発生を減少させることができる。
さらに、イオンビームを偏向させて、スパッタリングターゲットに対して垂直方向に入射すれば、スパッタされた原子は、成膜用基板方向に移動する割合が最も大きくなり、他の方向、具体的には、チャンバ内壁や他のイオン源の方向、への移動は、最小限におさえることができる。この結果、チャンバ内壁やイオン源でのパーティクルの発生を著しく減少させることができる。
本発明の第３の成膜方法によれば、許容不可能な欠点のない、具体的には、反射層およびその上に形成される保護層を含めた多層膜で３０ｎｍ以上の欠点が０．００５個／ｃｍ2以下の高品質なＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクを製造することができる。
本発明の第３のイオンビームスパッタリング装置は、上記した本発明の第３の成膜方法を実施するのに好適である。
本発明の第４の成膜方法では、チャンバ内雰囲気の温度変化、チャンバ内壁の温度変化およびチャンバ内の構造物の温度変化を含む、チャンバ内におけるあらゆる温度変化を常に１０℃未満に保持することで、チャンバ内壁等から付着膜が剥離することが防止される。本発明の第４の成膜方法によれば、許容不可能な欠点のない、具体的には、反射層およびその上に形成される保護層を含めた多層膜で３０ｎｍ以上の欠点が０．００５個／ｃｍ2以下の高品質なＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクを製造することができる。
また、本発明の第４の成膜方法を用いた場合、チャンバ内壁等の付着膜を除去することなしに、数多くのバッチ数の成膜を行うことができる。
図１は、本発明の第１のイオンビームスパッタ装置を示す概念図である。 図２は、本発明の第２のイオンビームスパッタ装置を示す概念図である。 図３は、本発明の第３のイオンビームスパッタ装置を示す概念図である。
符号の説明
１，１′，１″：イオンビームスパッタリング装置
１０：チャンバ
２０：ターゲットユニット
２１：高屈折率材料のスパッタリングターゲット
２２：低屈折率材料のスパッタリングターゲット
２３，２４：保護膜材料のスパッタリングターゲット
２５：基台
２００：スパッタされた原子
３０：基板
４０：イオン源
４１：ビーム加速電極
４００：イオンビーム
５０：邪魔板
５１：パーティクルトラップ
６０：イオンビーム偏向手段
７０：反射板
１００：真空減圧装置（真空ポンプ）
本発明は、イオンビームスパッタリング法を用いて、成膜用基板上にＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランク（以下、「ＥＵＶマスクブランク」という。）の多層膜を成膜する方法（以下、「本発明の成膜方法」という場合もある）およびこの方法に好適なイオンビームスパッタリング装置に関する。本明細書において、ＥＵＶマスクブランクの多層膜とは、基板上に高屈折率材料の膜と低屈折材料の膜とを交互に積層することで形成される反射層と、反射層上に随意に形成される保護層と、を含む。この多層膜上にさらにバッファ層および吸収層をこの順番で形成することでＥＵＶマスクブランクとなる。
以下、図面を参照して本発明についてさらに説明する。図１は、本発明の成膜方法の第１実施形態に使用されるイオンビームスパッタリング装置（本発明の第１のイオンビームスパッタリング装置）を示した概念図である。図１に示すイオンビームスパッタリング装置１において、チャンバ１０は、真空減圧手段（真空ポンプ）１００を用いて、その内部を真空状態に保持することができる。チャンバ１０内には、スパッタリングターゲット２１および成膜用基板（以下、基板という場合もある。）３０が所定の間隔を開けて対向配置されている。チャンバ１０の壁面には、図面中左右対称となる位置に２基のイオン源４０が配置されている。イオン源４０は、プラズマから引き出されたイオンをイオンビーム４００として放出する。イオン源４０からのイオンビーム４００は、スパッタリングターゲット２１に対して斜め方向に入射する。２基のイオン源４０は、イオンビーム４００の経路がスパッタリングターゲット２１の垂線ａについて対称となるように配置されている。以下、本明細書において、イオン源を対称になるように配置すると言った場合、イオンビームの経路がスパッタリングターゲットの垂線について対称になるようにイオン源を配置することを意味する。
スパッタリングターゲット２１に入射されたイオンビーム４００は、スパッタリングターゲット２１を構成する原子をスパッタさせる。スパッタされた原子２００は、成膜用基板３０へと移動し、該成膜用基板３０上に成膜材料の薄膜を形成する。スパッタリングターゲットは、回転可能な基台２５上に、形成する膜に対応する複数のスパッタリングターゲット２１，２２，２３，２４が配置されたターゲットユニット２０をなしている。
成膜用基板３０上に組成の異なる膜を積層させるため、基台２５を回転させて異なるスパッタリングターゲット２１，２２，２３，２４にイオンビーム４００を入射する。この手順を繰り返すことで、成膜用基板３０上に多層膜が形成される。
本発明の成膜方法の第１実施形態（以下、「本発明の第１の成膜方法」という。）は、スパッタリングターゲット２１と、成膜用基板３０とが、その相対距離が６３〜１４１ｃｍとなるように対向配置されていることを特徴とする。
多層膜としてＭｏ／Ｓｉ反射層を成膜する際に、チャンバ１０内にＭｏパーティクルが存在する場合を仮定して、チャンバ１０内におけるパーティクル（Ｍｏパーティクル）の移動距離を以下の手順で求めた。
チャンバ１０内に、室温（２９８（Ｋ））でのガス分子の平均エネルギーを持つＡｒガス分子、および直径３０ｎｍのＭｏパーティクルが存在すると仮定して、Ａｒガス分子がＭｏパーティクルに複数回衝突して、同等の運動量を与えるまでにＭｏパーティクルが移動する距離を求めた。
温度Ｔ（Ｋ）におけるガス分子の平均速度ｃave（ｍ／ｓ）は下記式で表される。
ｃave＝（８ｋＴ／πｍ）1/2 （ｍ：ガス分子の質量）
２９８（Ｋ）におけるＡｒガス分子および直径３０ｎｍのＭｏパーティクルの平均速度はそれぞれ３９７（ｍ／ｓ）、０．２６９（ｍ／ｓ）となる。ここから、２９８（Ｋ）におけるＡｒガス分子および直径３０ｎｍのＭｏパーティクルの運動量は、それぞれ２．６４×１０-23（ｋｇ・ｍ／ｓ）、３．８９×１０-20（ｋｇ・ｍ／ｓ）となる。
一方、チャンバ１０内におけるＡｒガス分圧ｐが１．３３×１０-2（Ｐａ）であると仮定した場合、該Ａｒガス雰囲気中での直径３０ｎｍのＭｏパーティクルの平均自由工程λは、下記近似式を用いて求めることができる。
λ＝ｋＴ／σｐ （σ：衝突断面積）
上式により、Ａｇガス雰囲気中のＭｏパーティクルの平均自由工程は、４．２６×１０-4（ｍ）と求まる。
ここで、Ａｒガス分子が直径３０ｎｍのＭｏパーティクルに同等の運動量を与えるのに必要な衝突回数は、３．８９×１０-20／２．６４×１０-23＝１４７５．５回である。これに上記したＭｏパーティクルの平均自由工程をかけると、Ａｇガス分子がＭｏパーティクルに複数回衝突し、同等の運動量を与えるまでにＭｏパーティクルが移動する距離が以下のように求まる。
１４７５．５ × ４．２６×１０-4 ≒ ６３ｃｍ
スパッタリングターゲット２１と成膜用基板３０との相対距離が６３ｃｍ以上であれば、スパッタリングターゲット２１周辺、具体的には、ターゲットユニット２０やターゲットユニット２０付近のチャンバ１０内壁からのパーティクル、およびイオン源４０で発生したパーティクルが成膜用基板３０方向に移動したとしても、チャンバ１０内のガス分子（例えば、Ａｒガス分子）との衝突によって、その運動量が減衰され、成膜用基板３０に到達することができない。これらの部位は、チャンバ１０内において、最もパーティクルが発生する部分である。したがって、スパッタリングターゲット２１と成膜用基板３０との相対距離が６３ｃｍ以上であれば、チャンバ１０内壁等からのパーティクルや、イオン源４０からのパーティクルが成膜用基板３０に到達することが防止される。
一方、スパッタリングターゲット２１と成膜用基板３０との相対距離が１４１ｃｍを超えると、成膜レートが低くなりすぎ、実用的な成膜レートを維持することができない。
イオン源４０からのイオンビーム４００をスパッタリングターゲット２１に対して斜め方向から入射する場合、図１に示すように、複数のイオン源４０を対称となるように配置することは、成膜される膜が均一になることから好ましい。なお、イオン源の数は、図１に示す２基に限定されず、互いに対称となる位置に配置するのであれば、３基、４基またはそれ以上であってもよく、成膜される膜を均一にするためにはむしろ好ましい。また、イオン源４０を対称となるように配置した場合、イオンビーム４００でスパッタされた原子が、かなりの量で他のイオン源４０の方向に移動するが、イオン源を３基使用した場合、スパッタされた原子が他のイオン源４０の方向に移動するのを減少させることができる。
なお、複数のイオン源を対称となるように配置することは、以下に示す本発明の第２、第３および第４の成膜方法においても同様に好ましい。
上記スパッタリングターゲット２１，２２，２３，２４の幅は、イオン源４０からのイオンビーム４００の幅よりも狭いことが好ましい。スパッタリングターゲット２１，２２，２３，２４の幅がイオンビーム４００の幅よりも広い場合、スパッタリングターゲット２１，２２，２３，２４上にイオンビーム４００が入射しない部分が生じる。この部分に付着膜が堆積するおそれがある。この付着膜が剥離して生じたパーティクルが成膜されている膜中に混入するとマスクブランクの欠点となる。スパッタリングターゲット２１，２２，２３，２４の幅がイオンビーム４００の幅よりも狭ければ、スパッタリングターゲット２１，２２，２３，２４全体にイオンビーム４００が入射するため、上記したような付着膜の堆積が防止される。なお、スパッタリングターゲット２１，２２，２３，２４の幅をイオンビーム４００の幅よりも狭くすることは、以下に示す本発明の第２、第３および第４の成膜方法においても同様に好ましい。
図２は、本発明の成膜方法の第２実施形態に使用されるイオンビームスパッタリング装置（第２のイオンビームスパッタリング装置）を示した概念図である。なお、図２において、図１と同一の符号は、図１と同じ意味で用いている。
本発明の成膜方法の第２実施形態（以下、「本発明の第２の成膜方法」という。）は、成膜用基板からスパッタリングターゲット側に粒子が直線移動可能な領域外の位置に配置されたイオン源からイオンビームをスパッタリングターゲットに対して入射することを特徴とする。
図２のイオンビームスパッタリング装置１′には、本発明の第２の成膜方法を実施するための手段が示されている。具体的に説明すると、イオン源４０が設置されている位置から成膜用基板３０の方向のチャンバ１０内壁には、チャンバ１０の中心方向に向かって張り出した邪魔板５０が取り付けられている。この邪魔板５０の存在によって、成膜用基板３０からスパッタリングターゲット２１側に粒子が直線移動可能な領域は、図２において破線または二点鎖線で示す範囲に制限される。
なお、本明細書において粒子といった場合、チャンバ１０内壁等からのパーティクル、イオン源４０で発生するパーティクル、またはスパッタリングターゲット２１からスパッタされた原子といった具体的な特定の粒子を指すものではなく、以下の説明のために用いる仮想粒子を意味している。成膜用基板３０からスパッタリングターゲット２１側に粒子が直線移動可能な領域とは、この仮想粒子が基板３０からスパッタリングターゲット２１側、すなわち、図２の上方向に移動した場合に、該仮想粒子がチャンバ１０内壁やチャンバ１０内の構造物と衝突することなしに、直線移動することが可能な範囲を意味している。図２において、破線は、仮想粒子が成膜用基板３０から、スパッタリングターゲット２１側に真上方向に直線移動可能な領域の境界を表している。図２において、二点鎖線は、仮想粒子が成膜用基板３０から、スパッタリングターゲット２１側に、斜め上方向に移動した場合に、直線移動可能な領域の境界を表している。
本発明の第２の成膜方法では、成膜用基板３０からスパッタリングターゲット２１側に仮想粒子が直線移動可能な領域外の位置、すなわち図２の破線で示す範囲および二点鎖線で示す範囲のいずれにも属さない位置、にイオン源４０を配置する。このような位置にイオン源４０を配置すれば、邪魔板５０の存在により、イオン源４０で発生したパーティクルが成膜用基板３０へと移動するのが防止される。
本発明の第２の成膜方法において、イオン源４０全体を、成膜用基板３０からスパッタリングターゲット２１側に仮想粒子が直線移動可能な領域外の位置に配置することが必須ではない。イオン源４０において、パーティクルが発生する部分は、ビーム加速電極４１が設けられたビーム放出部である。したがって、少なくともビーム加速電極４１を、成膜用基板３０からスパッタリングターゲット２１側に仮想粒子が直線移動可能な領域外の位置に配置すればよい。よって、図２に示すイオンビームスパッタリング装置１′のような邪魔板５０を用いることなしに、本発明の第２の成膜方法を実施することもできる。例えば、図１に示すイオンビームスパッタリング装置１において、スパッタリングターゲット２１の垂線ａと、イオン源４０の長軸ｂとのなす角度αを４５度以下にすれば、ビーム加速電極４１の位置は、イオン源４０のハウジング部分の存在により、成膜用基板３０からスパッタリングターゲット２１側に仮想粒子が直線移動可能な領域外の位置となる。
なお、図２に示すイオンビームスパッタリング装置１′には、パーティクルが成膜中の膜に混入するのに有用な構造がさらに示されている。具体的に説明すると、邪魔板５０の一部は、チャンバ１０の壁面方向に鋭く折り曲げられ、深い凹部５１を形成している。この凹部５１は、パーティクルトラップとして機能する。チャンバ１０の内壁等からのパーティクルや、イオン源４０で発生したパーティクルは、該凹部５１にトラップされる。
図３は、本発明の成膜方法の第３実施形態に使用されるイオンビームスパッタリング装置（第３のイオンビームスパッタリング装置）を示した概念図である。なお、図３において、図１と同一の符号は、図１と同じ意味で用いている。
本発明の成膜方法の第３実施形態（以下、「本発明の第３の成膜方法」という。）は、イオン源からのイオンビームを磁界の作用によって偏向させて、スパッタリングターゲットに入射させることを特徴とする。
図３のイオンビームスパッタリング装置１″には、本発明の第３の成膜方法を実施するための手段が示されている。
図３に示すイオンビームスパッタリング装置１″は、磁界の作用によってイオン源４０からのイオンビーム４００を偏向させる手段（イオンビーム偏向手段）６０を有している。イオン源４０からのイオンビーム４００は、イオンビーム偏向手段６０によって偏向されて、スパッタリングターゲット２１に入射する。
スパッタリングターゲット２１に対して斜め方向からイオンビーム４００が入射した場合、スパッタされた原子は、必ずしも全て成膜用基板３０方向に移動するわけではなく、その一部は他の方向にも移動する。例えば、スパッタされた原子の一部は、チャンバ１０の内壁方向や、他のイオン源４０の方向に移動する。特に、複数のイオン源４０を対称となるように配置した場合、スパッタされた原子はかなりの量で他のイオン源４０の方向に移動し、パーティクルの発生原因となるおそれがある。
本発明の第３の成膜方法では、イオン源４０からのイオンビーム４００を偏向させることで、スパッタされた原子が他のイオン源４０方向へ移動するのを減少させる。
本発明の第３の成膜方法では、イオン源４０からのイオンビーム４００を偏向させて、スパッタリングターゲット２１に対して垂直方向に入射することが好ましい。
イオンビーム４００をスパッタリングターゲット２０に対して垂直方向に入射させた場合、スパッタされた原子２００は、その大半が成膜用基板３０方向に移動するようになり、他の方向、具体的には、チャンバ１０の内壁や他のイオン源４０の方向、への移動が減少する。これによって、チャンバ１０内におけるパーティクルの発生を減少させることができる。
なお、磁界の作用によってイオンビームを偏向させるには、例えば、イオンビームの経路を挟むように１対の電磁石を配置して、イオンビームの進行方向に対して直交する方向の磁界を生じさせればよい。イオンビームの偏向は、生じさせる磁界の範囲や強さを変えることで調節することができる。
本発明の成膜方法の第４実施形態（以下、「本発明の第４の成膜方法」という。）は、イオンビームスパッタリングを行う真空雰囲気内、すなわちチャンバ１０内における温度変化を常に１０℃未満に保持することを特徴とする。ここで、チャンバ１０内における温度変化とは、例えばチャンバ１０内の真空雰囲気の温度変化、チャンバ１０の内壁の温度変化、イオン源４０、ターゲットユニット２０、成膜用基板３０といったチャンバ１０内の構造物の温度変化など、成膜を行うために必要とされる所定の真空度に保持されたチャンバ１０内で生じうるあらゆる温度変化を意味する。
ＥＵＶマスクブランクの多層膜の成膜工程では、成膜用基板３０上に高屈折率材料の膜と低屈折率材料の膜とを交互に複数回、具体的には例えば４０回積層させて反射層を形成し、さらにその上に保護層が形成される。このように組成の異なる膜を積層させるために、成膜する膜に応じて、基台２５を回転させて、イオンビーム４００を異なるスパッタリングターゲット２１，２２，２３，２４に入射させる。通常イオンビームスパッタリングにおいて、チャンバ１０内を所定の温度に管理することが必要になるのは、実際にスパッタリングを行う段階、すなわち、イオンビーム４００をスパッタリングターゲット２１，２２，２３，２４に入射させて、原子をスパッタさせる段階のみである。これ以外の段階、例えば、イオンビーム４００を入射するスパッタリングターゲット２１，２２，２３，２４を変えるために基台２５を回転させている時には、チャンバ１０内の温度を同様の温度に保持する必要はなく、コスト面を考えると、チャンバ１０内の温度を同様の温度に保持することは好ましくないと考えられていた。チャンバ１０内に成膜用基板３０を配置する段階や、成膜の終了した基板をチャンバ１０から取り出す段階についても、チャンバ１０内の温度を所定の温度に保持する必要はないと考えられていた。このため、実際にスパッタリングを行う段階と、それ以外の段階と、でチャンバ１０内の温度にかなりの差があった。この結果、多層膜の成膜時には、チャンバ１０内にかなりの温度変化が生じていた。しかし、実際には、この温度変化によって、チャンバ１０の内壁や、イオン源４０から付着膜が剥離してパーティクルとなるおそれがある。
上記したように、チャンバ１０の内壁等からのパーティクルによる影響は、形成される膜の用途によっては無視できるため、これまで問題視されていなかったが、微細な欠点でも問題となりうるＥＵＶマスクブランクの場合、チャンバ１０内でのパーティクルの発生を可能な限り低減することが望ましい。
本発明の第４の成膜方法は、チャンバ１０内における温度変化を常に１０℃未満に保持することで、チャンバ１０内壁や、イオン源４０から付着膜が剥離するのを防止する。
本発明の第４の成膜方法では、チャンバ１０内に成膜用基板３０を配置する段階から、成膜の終了した基板をチャンバ１０から取り出す段階までの全工程を通して、常にチャンバ１０内における温度変化を１０℃未満に保持する。このため、チャンバ１０内への成膜用基板３０の配置およびチャンバ１０からの成膜の終了した基板の取り出しは、ロードロックを用いて実施する。
本発明の第４の成膜方法を実施するには、例えば、チャンバ１０内壁やイオン源４０といった付着膜の存在が予想される部位に温度センサを設置して、これら部位の温度をモニタしながら、加熱手段または冷却手段を用いてチャンバ１０内における温度変化が常に１０℃未満になるように制御すればよい。チャンバ１０内における温度変化は、１℃未満であることがより好ましい。
本発明の第４の成膜方法では、チャンバ１０内に成膜用基板３０を配置する段階から、成膜の終了した基板をチャンバ１０から取り出す段階までの全工程を通して、常にチャンバ１０内における温度変化を１０℃未満に保持するため、複数の多層膜を連続して成膜するのにも好適である。
本発明の第４の成膜方法を用いて複数の多層膜を連続して成膜した場合、チャンバ１０の内壁等の付着膜の厚さが大きくなり、最終的にはチャンバ１０内に温度変化が生じなかったとしても重力等の作用で付着膜が剥離するため、チャンバ１０の内壁等の付着膜を除去することが必要となるが、チャンバ１０の内壁等の付着膜を除去するまでの間に、数多くのバッチ数の多層膜を連続して成膜することができる。
上記した本発明の第１〜第４の成膜方法は、それぞれ単独で実施してもよいし、いずれか複数の方法を併用してもよい。成膜中の膜にパーティクルが混入するのを防止するためには、本発明の第１〜第４の成膜方法を併用することが好ましい。
図１〜図３に示すイオンビームスパッタリング装置１，１′，１″は、成膜中の膜にパーティクルが混入するのを防止するために有用な他の構成を有している。これらの構成について以下に説明する。
図１〜図３に示すイオンビームスパッタリング装置１，１′，１″では、多層膜のうち、反射層を成膜する際に使用される高屈折率材料のスパッタリングターゲット２１と、低屈折率材料のスパッタリングターゲット２２が、基台２５上の互いに反対側となる位置に形成されている。上記したように、成膜用基板上に多層膜を形成する場合、基台２５を回転させて、異なるスパッタリングターゲット２１，２２，２３，２４に対してイオンビーム４０を入射する。この際、スパッタされた原子によって、スパッタリングに関与していないスパッタリングターゲットが汚染されるおそれがあった。図１〜図３に示すイオンビームスパッタリング装置１，１′，１″では、反射層を成膜する際に使用される高屈折率材料のスパッタリングターゲット２１と、低屈折率材料のスパッタリングターゲット２２が基台２５上の互いに反対側となる位置に形成されているため、一方のスパッタリングターゲットからスパッタされた原子によって、他方のスパッタリングターゲットが汚染されることが防止される。
基台２５の側面に形成されたスパッタリングターゲット２３，２４は、多層膜のうち、保護層を形成するためのスパッタリングターゲット２３，２４である。保護層は反射層の形成後に形成されるため、ターゲット２３，２４からスパッタされた原子による、ターゲット２１，２２の汚染はそれほど問題にはならない。また、保護層は反射層表面の酸化防止を目的とするものであるため、ターゲット２１，２２からスパッタされた原子によって、ターゲット２３，２４が汚染されたとしてもそれほど問題にはならない。
図１〜図３に示すイオンビームスパッタリング装置１，１′，１″では、真空ポンプ１００がスパッタリングターゲット２１よりも図面上側に設置されている。これにより、チャンバ１０内には成膜用基板３０からスパッタリングターゲット２１の方向、すなわちスパッタされた原子２００の移動方向とは反対方向、のガスの流れが生じる。このガスの流れによって、チャンバ１０内壁等からのパーティクルや、イオン源４０で発生したパーティクルは、図面上側、すなわち、成膜用基板３０から遠ざかる方向、に誘導される。これによって、チャンバ１０の内壁等からのパーティクルや、イオン源４０で発生したパーティクルが成膜用基板３０方向に移動することが防止される。
例えば、図１に示すイオンビームスパッタリング装置１では、上記したように、スパッタリングターゲット２１と成膜用基板３０との相対距離が６３〜１４１ｃｍとすることで、チャンバ１０の内壁等からのパーティクルや、イオン源４０で発生したパーティクルが成膜用基板３０に到達することが防止されているが、上記のガスの流れにより、この効果をさらに高めることができる。
なお、成膜用基板３０の温度をチャンバ１０内の温度よりも高くすることによって、成膜用基板３０からスパッタリングターゲット２１の方向へのガスの流れを生じさせてもよい。
図１〜図３に示すイオンビームスパッタリング装置１，１′，１″において、図面上下方向のチャンバ１０内壁には、反射板７０が該内壁に対して傾斜させて取り付けられている。反射板７０は、チャンバ１０の内壁に対して斜め方向を向くように角度を持たせて取り付けられている。チャンバ１０の内壁に到達したパーティクルは、反射板７０によって図面左右方向に誘導されるため、パーティクルが基板３０方向に移動することが防止される。
図２に示すイオンビームスパッタリング装置１′の場合、図面左右方向に邪魔板５０が設けられているため、パーティクルが成膜用基板３０方向に移動することがさらに防止される。そして、図面左右方向に誘導されたパーティクルは、邪魔板５０に設けられた凹部５１でトラップされる。なお、図１〜図３に示すイオンビームスパッタリング装置１，１′，１″では、図面上下方向のチャンバ１０の内壁に反射板７０が設けられているが、図面左右方向のチャンバ１０の内壁にも反射板を設けてもよい。
さらにまた、上記した構造以外であっても、成膜中の膜にパーティクルが混入するのを防止するのに有用な構成または手段であれば、本発明の成膜方法とともに使用することが好ましい。
例えば、従来のイオンビームスパッタリング装置では、均一な成膜を得るために、回転体を用いて成膜用基板を回転させる場合もある。本発明の成膜方法の場合、上記したように、複数のイオン源を対称になるように配置することで、均一な成膜が得られるようになっているが、均一な成膜を得るうえで、好ましいと考えられる場合、従来の装置のように、回転体を用いて成膜用基板を回転させてもよい。
但し、チャンバ１０内に回転体を配置した場合、その回転体の機械的構造上、回転体からパーティクルが発生し、成膜中の膜に混入するおそれがある。したがって、回転体なしで均一な成膜が得られるのであれば、回転体の使用はできるだけ避けることが好ましい。
本願の成膜方法で回転体を使用する場合、回転体からのパーティクルを防止することが必要となる。回転体からのパーティクルを防止する手段としては、例えば、成膜用基板と、回転体の本体部分と、をある程度の長さを有する回転軸を介して連結してもよい。
本発明の成膜方法において、成膜用基板は、低熱膨張係数（０±１．０×１０-7／℃であることが好ましく、より好ましくは０±０．３×１０-7／℃）を有し、平滑性、平坦度、およびマスクブランクまたはパターン形成後のフォトマスクの洗浄等に用いる洗浄液への耐性に優れたものが好ましい。具体的には、低熱膨張係数を有するガラス、例えばＳｉＯ2−ＴｉＯ2系ガラス、製の基板が挙げられる。但し、これに限定されず、β石英固溶体を析出した結晶化ガラスや石英ガラスやシリコンや金属製の基板を用いることもできる。
また、成膜用基板は、Ｒｍｓが０．２ｎｍ以下の平滑な表面と１００ｎｍ以下の平坦度を有していることがパターン形成後のフォトマスクにおいて高反射率および転写精度が得られるために好ましい。さらにまた、成膜用基板は、その上に形成される多層膜、バッファ層および吸収層が膜応力により変形するのを防止するために、高い剛性を有しているものが好ましい。特に、６５ＧＰａ以上の高いヤング率を有しているものが好ましい。
成膜用基板の大きさや厚みなどは、マスクの設計値等により適宜決定されるものである。具体例を挙げると、例えば外形６インチ（１５２．４ｍｍ）角で、厚さ０．２５インチ（６．３ｍｍ）のものがある。
本発明の成膜方法により形成される多層膜は、ＥＵＶマスクブランクの多層膜として要求されるものから広く選択することができる。反射層としては、Ｍｏ／Ｓｉ反射層、Ｒｕ／Ｓｉ反射層、Ｍｏ／Ｂｅ反射層、Ｍｏ化合物／Ｓｉ化合物反射層、Ｓｉ／Ｎｂ反射層、Ｓｉ／Ｍｏ／Ｒｕ反射層、Ｓｉ／Ｍｏ／Ｒｕ／Ｍｏ反射層、Ｓｉ／Ｒｕ／Ｍｏ／Ｒｕ反射層が挙げられる。Ｍｏ／Ｓｉ反射層を例にとると、ターゲットとしてＳｉターゲットを用い、スパッタガスとしてＡｒガス（ガス圧１．３×１０-2Ｐａ〜２．７×１０-2Ｐａ）を使用して、イオン加速電圧３００〜１５００Ｖ、成膜速度０．０３〜０．３０ｎｍ／ｓｅｃで厚さ４．５±０．１ｎｍとなるようにＳｉ膜を成膜し、次に、ターゲットとしてＭｏターゲットを用い、スパッタガスとしてＡｒガス（ガス圧１．３×１０-2Ｐａ〜２．７×１０-2Ｐａ）を使用して、イオン加速電圧３００〜１５００Ｖ、成膜速度０．０３〜０．３０ｎｍ／ｓｅｃで厚さ２．３±０．１ｎｍとなるようにＭｏ膜を成膜することが好ましい。これを１周期として、Ｓｉ膜およびＭｏ膜を３０〜６０周期積層させることで反射層（Ｍｏ／Ｓｉ反射層）が形成される。
反射層の上には、本発明の多層膜の成膜方法を用いて、保護層が形成される。保護層は、反射層表面が酸化されるのを防止するのに有効である。本発明の多層膜の成膜方法を用いて形成される保護層の具体例としては、Ｓｉ層およびＲｕ層を例示することができる。
保護層を構成する材料が、反射層を構成する材料と同一である場合、上記した反射層を形成する手順において、最上層が保護層を構成する材料の膜になるように成膜すればよい。
具体的には、例えばＭｏ／Ｓｉ反射層の場合、最上層がＳｉ膜となるように成膜すれば、Ｓｉ層の保護層を形成することができる。一方、Ｒｕ／Ｓｉ反射層の場合、最上層がＲｕ膜となるように成膜すれば、Ｒｕ層の保護層を形成することができる。保護層を構成する材料が反射層を構成する材料と異なる場合、上記した手順で反射層を形成した後、保護層の膜組成に対応するターゲット材料を用いてイオンビームスパッタリングを行う。
ＥＵＶマスクブランクを製造する場合、本発明の成膜方法を用いて成膜用基板上に多層膜を成膜した後、その上にバッファ層および吸収層をこの順で成膜する。これらの層の成膜は、公知の成膜方法を用いて実施することができ、具体的にはマグネトロンスパッタリング法やイオンビームスパッタリング法を用いて実施することができる。
バッファ層を構成する材料としては、たとえば、Ｃｒ、Ａｌ、Ｒｕ、Ｔａおよびこれらの窒化物、ならびにＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3が挙げられる。バッファ層は厚さ１０〜６０ｎｍであることが好ましい。
吸収層を構成する材料としては、たとえば、Ｃｒが挙げられる。吸収層は、厚さ５０〜１００ｎｍであることが好ましい。
ＥＵＶマスクブランクを製造する場合、本発明の成膜方法を用いて多層膜を成膜する段階と、その後バッファ層および吸収層を形成する段階とは、異なるチャンバを用いて実施してもよい。この場合に、２つのチャンバがロードロックを介して連結されており、チャンバ間の基板の移動をロボット手段やマニピュレータといった機械的手段を用いて、閉鎖環境内で実施可能ないわゆるデュアルチャンバタイプの装置を用いてもよい。デュアルチャンバタイプの装置を使用すれば、成膜用基板を外部環境にさらすことなしに、ＥＵＶマスクブランクを製造することができる。
本発明は、チャンバ内壁等からのパーティクルやイオン源で発生するパーティクル等が成膜中の基板に到達することを防止できるので、ＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクの製造に好ましく適用できる。

なお、２００４年１１月４日に出願された日本特許出願２００４−３２０２８４号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。

Claims (13)

  1. 真空排気装置を用いて真空状態に保持可能なチャンバと、成膜用基板の表面に成膜される薄膜の材料となるスパッタリングターゲットと、プラズマから引き出されたイオンをイオンビームとしてスパッタリングターゲット上へ照射するイオン源と、を備えたイオンビームスパッタリング装置であって、
    前記スパッタリングターゲットと前記成膜用基板とが、その相対距離が６３〜１４１ｃｍとなるように対向配置されていることを特徴とするイオンビームスパッタリング装置。
  2. 真空排気装置を用いて真空状態に保持可能なチャンバと、成膜用基板の表面に成膜される薄膜の材料となるスパッタリングターゲットと、プラズマから引き出されたイオンをイオンビームとしてスパッタリングターゲット上へ照射するイオン源と、を備えたイオンビームスパッタリング装置であって、
    前記スパッタリングターゲットと前記成膜用基板とは、所定の間隔を開けて対向配置されており、
    前記イオン源は、前記成膜用基板から前記スパッタリングターゲット側に粒子が直線移動可能な領域外の位置に配置されていることを特徴とするイオンビームスパッタリング装置。
  3. 真空排気装置を用いて真空状態に保持可能なチャンバと、成膜用基板の表面に成膜される薄膜の材料となるスパッタリングターゲットと、プラズマから引き出されたイオンをイオンビームとしてスパッタリングターゲット上へ照射するイオン源と、を備えたイオンビームスパッタリング装置であって、
    前記チャンバ内には、さらに、磁界の作用によってイオンビームを偏向させる手段が設けられていることを特徴とするイオンビームスパッタリング装置。
  4. 前記イオン源が複数存在し、かつ複数のイオン源が前記スパッタリングターゲットに対して対称となるように設置されている請求項１、２または３に記載のイオンビームスパッタリング装置。
  5. 前記スパッタリングターゲットの幅が、前記イオン源からのイオンビームの幅よりも狭い請求項１〜４のいずれかに記載のイオンビームスパッタリング装置。
  6. 前記スパッタリングターゲットとして、高屈折率材料のスパッタリングターゲットと、低屈折率材料のスパッタリングターゲットとが存在し、前記高屈折率材料のスパッタリングターゲットと低屈折率材料のスパッタリングターゲットとがターゲット取付け基台の互いに反対側となる位置に形成されている請求項１〜５のいずれかに記載のイオンビームスパッタリング装置。
  7. 前記チャンバの内壁に、反射板が内壁に対して傾斜させて取り付けられている請求項１〜６のいずれかに記載のイオンビームスパッタリング装置。
  8. イオンビームスパッタリング法を用いて、成膜用基板上にＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクの多層膜を成膜する方法であって、
    スパッタリングターゲットと成膜用基板とを、その相対距離が６３〜１４１ｃｍとなるように対向配置することを特徴とするＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクの多層膜の成膜方法。
  9. イオンビームスパッタリング法を用いて、成膜用基板上にＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクの多層膜を成膜する方法であって、
    スパッタリングターゲットと、成膜用基板とを所定の間隔を開けて対向配置し、
    前記成膜用基板から前記スパッタリングターゲット側に粒子が直線移動可能な領域外の位置に配置されたイオン源からイオンビームを前記スパッタリングターゲットに対して入射することを特徴とするＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクの多層膜の成膜方法。
  10. イオンビームスパッタリング法を用いて、成膜用基板上にＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクの多層膜を成膜する方法であって、
    スパッタリングターゲットと、成膜用基板とを所定の間隔を開けて対向配置し、
    イオン源からのイオンビームを磁界の作用によって偏向させて、前記スパッタリングターゲットに入射することを特徴とするＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクの多層膜の成膜方法。
  11. イオンビームスパッタリング法を用いて成膜用基板上にＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクの多層膜を成膜する方法であって、
    イオンビームスパッタリングを行う真空雰囲気内における温度変化を常に１０℃未満に保持することを特徴とするＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクの多層膜の成膜方法。
  12. 前記多層膜における３０ｎｍ以上の欠点が０．０５個／ｃｍ２以下である請求項８〜１１のいずれかに記載のＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクの多層膜の成膜方法。
  13. 請求項８〜１２のいずれかに記載の方法により成膜されるＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクブランクの多層膜。
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