(57)【要約】【課題】反射率を向上させることのできる多層膜の成膜方法及び多層膜反射鏡を提供する。【解決手段】低圧放電の回転マグネットカソード（ＲＭＣ）式スパッタ装置１０において、スパッタガスとしてＸｅガスをチャンバ１１内に導入し、圧力を約０．０８Ｐａに設定する。回転マグネットカソード１７Ａ、１７Ｂに電源２３Ａ、２３Ｂから所定の電力（一例で２００Ｗ）を交互に投入するとともに同カソードを交互に回転させ、ターゲット（Ｍｏ）１９及びターゲット（Ｓｉ）２１をスパッタリングし、Ｍｏ層とＳｉ層を基板２７上に交互に成膜して５０層対の多層膜を成膜する。これにより、垂直入射に換算して６８％程度のＥＵＶ反射率の多層膜を作製できる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率の異なる少なくとも二種類以上の物質からなる膜を周期的に積層してなる多層膜の製造方法であって、
Ｋｒ、Ｘｅを含む圧力範囲０．００６Ｐａ〜０．０８Ｐａのスパッタガスの存在下でスパッタリングすることにより前記物質からなる膜を成膜することを特徴とする多層膜成膜方法。
【請求項２】
低圧放電の回転マグネットカソード方式のスパッタ装置を用いることを特徴とする請求項１記載の多層膜成膜方法。
【請求項３】
屈折率の異なる少なくとも二種類以上の物質を周期的に積層してなる多層膜を備えた反射鏡であって、
前記多層膜が、Ｋｒ、Ｘｅを含む圧力範囲０．００６Ｐａ〜０．０８Ｐａのスパッタガスの存在下でスパッタリングして成膜されていることを特徴とする反射鏡。
【請求項４】
ＥＵＶ光を発生させるＥＵＶ光源と、該ＥＵＶ光源からのＥＵＶ光をマスクに導く照明光学系と、前記マスクからのＥＵＶ光を感応基板に導く投影光学系とを有し、前記マスクのパターンを前記感応基板へ転写するＥＵＶ光露光装置であって、
前記光学系が請求項３に記載の反射鏡を備えることを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路等のリソグラフィーに使用される露光装置に用いられる多層膜反射鏡及び多層膜の成膜方法に関する。
【０００２】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、半導体集積回路の微細化の進展に伴い、光の回折限界によって制限される光学系の解像力を向上させるために、従来の紫外線に変わって、１１〜１４ｎｍ程度の波長を有する軟Ｘ線（ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ：極紫外線）光）を使用した投影リソグラフィー技術が開発されている（例えば、非特許文献１参照）。この技術は、ＥＵＶリソグラフィーと呼ばれており、従来の波長が１５０ｎｍの光線を用いた光リソグラフィーでは実現不可能な７０ｎｍ以下の解像力を有する将来のリソグラフィー技術として期待されている。
【０００３】
ＥＵＶ光の波長領域では、物質の屈折率が１に非常に近いので、屈折や反射を利用した従来の光学素子は使用できない。このため、屈折率が１よりも僅かに小さいことによる全反射を利用した斜め入射ミラーや、界面での微弱な反射光の位相を合わせて多数重畳させて、全体として高い反射率を得る多層膜反射鏡等が使用される。１３．４ｎｍ付近の波長域では、モリブデン（Ｍｏ）層とシリコン（Ｓｉ）層を交互に積層したＭｏ／Ｓｉ多層膜を用いると、垂直入射で６７．５％の反射率を得ることができる。また、１１．３ｎｍ付近の波長域では、Ｍｏ層とベリリウム（Ｂｅ）層を交互に積層したＭｏ／Ｂｅ多層膜を用いると、垂直入射で７０．２％の反射率を得ることができる（例えば、非特許文献２参照）。
【０００４】
露光装置の光学系を構成する場合、複数枚の多層膜反射鏡が必要となる。多層膜反射鏡の反射率をＲとし、枚数をｎとすると、光学系全体の反射率はＲｎとなる。露光装置に使用される反射マスクや反射鏡の枚数が１３枚程度の場合には、７０％程度の反射率の多層膜反射鏡を用いても、光学系全体の反射率は０．７１３＝０．００９６程度となり、非常に低い値である。露光時間を短縮して装置のスループットを上げるには、各々の多層膜反射鏡の反射率を少しでも高めることが重要になる。
【０００５】
多層膜反射鏡の反射率は、成膜時の同鏡の界面状態（例えば、拡散層の厚さ、界面粗さ）に影響を受け、平坦で密度の高い緻密な薄膜ほど高い反射率を得ることができる。このような多層膜は、従来、イオンビームスパッタ装置やマグネトロンスパッタ装置を用いたスパッタリングにより成膜されている。スパッタガス（成膜ガス）としてはイオン化しやすいＡｒなどのガスが用いられている。
【０００６】
スパッタリングの際は、Ａｒガスの圧力を下げた方が反射率の高い多層膜が得られることが知られている（例えば、非特許文献３参照）。その理由は次の通りである。すなわち、スパッタリング時には、基板表面にＡｒ原子が入射する。Ａｒ原子は基板上に一定時間物理吸着した後脱離する。基板表面にＡｒ原子が存在すると、基板表面に入射したスパッタ原子は表面上での移動を妨げられ、安定な位置に落ち着くことができない。そこで、Ａｒガスの圧力を下げて基板表面へ入射するＡｒ原子の数を少なくすると、スパッタ原子の移動度が大きくなり平坦な薄膜を成膜できる。
【０００７】
また、圧力が低い方が気体分子の平均自由行程が大きく、Ａｒ原子とスパッタ原子との衝突によるエネルギの損失が少ない。そのため、スパッタされた原子の基板表面への入射エネルギが大きくなり、基板表面にＡｒ原子が吸着していても、表面をある程度自由に移動できる。このため、平坦な薄膜が成長し、密度も高くなる。
【０００８】
このように、従来より、スパッタガスとしてＡｒガスを用いるスパッタリング装置においては、多層膜の反射率を向上させる方法が検討されている。一方、多層膜の界面構造を安定化させる方法として、他の種類のスパッタガス（例えばＸｅガス）を使用して多層膜を成膜する方法についても、一部で検討されている（例えば、非特許文献４参照）。この方法によれば、低圧放電カソード式スパッタリング方法において、スパッタガスにＸｅガスを使用し、成膜時の圧力を７．５×１０−４ＴｏｒｒでＭｏ／Ｓｉ多層膜を成膜した結果、垂直入射において６７．３％の高い反射率が得られることがわかった。
【０００９】
本発明は、Ｘｅガスをスパッタガスに使用する方法において、より反射率を向上させることのできる多層膜の成膜方法及び多層膜反射鏡を提供することを目的とする。さらに、そのような多層膜反射鏡を備えた露光装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【非特許文献１】
Ｄ．Ｔｉｃｈｅｎｏｒ，  ｅｔ  ａｌ．，ＳＰＩＥ  ２４３７（１９９５）２９２
【非特許文献２】
Ｃ．Ｍｏｎｔｃａｌｍ，  Ｐｒｏｃ．  ＳＰＩＥ，  Ｖｏｌ．  ３３３１（１９９８）Ｐ．４２
【非特許文献３】
Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．  ２９（３）、１９９０、Ｐ．５６９
【非特許文献４】
白石、神高、村上、「低圧放電カソード方式スパッタリングによるＭｏ／Ｓｉ多層膜」、第４９回応用物理学会関係連合講演会、２００２年３月、講演予稿集、Ｐ．７００
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するため、本発明の多層膜成膜方法は、  屈折率の異なる少なくとも二種類以上の物質からなる膜を周期的に積層してなる多層膜の製造方法であって、  Ｋｒ、Ｘｅを含む圧力範囲０．００６Ｐａ〜０．０８Ｐａのスパッタガスの存在下でスパッタリングすることにより前記物質からなる膜を成膜することを特徴とする。
【００１２】
ＫｒガスやＸｅガスは従来のＡｒガスに比べて重いため、同じ加速電圧における飛来速度が遅くなり、ターゲットへの衝突の様相がＡｒガスの場合と比べて異なり、その結果成膜時の多層膜の界面構造が安定するなどの可能性がある。このため、多層膜表面の界面状態を改善でき、同鏡の反射率の向上を期待できる。
【００１３】
本発明においては、Ｋｒ、Ｘｅを含むスパッタガスとして以下のガスを用いることができる。
・Ｘｅガス。
・ＸｅガスとＡｒガスの混合ガス（Ｘｅガスの分圧が５０％以上）。
・Ｋｒガス。
・ＫｒガスとＡｒガスの混合ガス（Ｋｒガスの分圧が５０％以上）。
・ＸｅガスとＫｒガスの混合ガス（分圧は任意）。
・ＸｅガスとＫｒガスとＡｒガスの混合ガス（ＸｅガスとＫｒガスの分圧が５０％以上）。
このように、Ｘｅガス、又はＫｒガス、又はそれらの混合ガスの分圧を５０％以上とすることにより、上述の効果を期待できる。
【００１４】
本発明においては、  低圧放電の回転マグネットカソード方式のスパッタ装置を用いることとすれば、低圧放電が可能となるため、成膜時の多層膜の界面構造が安定したり、スパッタのプラズマが基板へ悪影響の防止などが期待できる。
【００１５】
本発明の反射鏡は、  屈折率の異なる少なくとも二種類以上の物質を周期的に積層してなる多層膜を備えた反射鏡であって、  前記多層膜が、Ｋｒ、Ｘｅを含む圧力範囲０．００６Ｐａ〜０．０８Ｐａのスパッタガスの存在下でスパッタリングして成膜されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の露光装置は、  ＥＵＶ光を発生させるＥＵＶ光源と、該ＥＵＶ光源からのＥＵＶ光をマスクに導く照明光学系と、前記マスクからのＥＵＶ光を感応基板に導く投影光学系とを有し、前記マスクのパターンを前記感応基板へ転写するＥＵＶ光露光装置であって、  前記光学系が上記に記載の反射鏡を備えることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明の多層膜成膜方法により成膜される多層膜反射鏡の構造を説明する。
図４は、多層膜反射鏡の一例の断面図である。
多層膜反射鏡５０は、石英基板５１上に、Ｍｏ層５２とＳｉ層５３を、以下に説明するスパッタリングにより交互に積層したものである。周期長（隣り合うＭｏ層５２一層とＳｉ層５３一層からなる一層対５４の厚さ）は約７ｎｍで、Ｍｏ層とＳｉ層の１層対５４が基板５１上に５０層対積層されている。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る多層膜の成膜方法に用いる装置を模式的に示す図である。
この例の成膜装置１０は、低圧放電の回転マグネットカソード（ＲＭＣ）式スパッタ装置である。同スパッタ装置１０のチャンバ１１にはバルブ１３を介して真空ポンプ１５が接続しており、チャンバ１１を真空に引くことができる。チャンバ１１内部の一側面には、２つの回転マグネットカソード１７が回転可能に設けられている。図の左側の回転マグネットカソード１７Ａの先方には、第１のターゲット（Ｍｏ）１９が配置されており、図の右側の回転マグネットカソード１７Ｂの先方には第２のターゲット（Ｓｉ）２１が配置されている。各カソード１７Ａ、１７Ｂは、チャンバの外部でＤＣ電源２３Ａ、２３Ｂに接続している。
【００１９】
チャンバ内の、回転マグネットカソードが設けられている面に対向する面には、基板ホルダ２５が回転可能に設けられている。同基板ホルダ２５には、基板２７が保持されている。基板２７は接地されている。基板２５とターゲット１９、２１との距離は約３００ｍｍである。
【００２０】
基板２７上に各ターゲット（ＭｏとＳｉ）からなる多層膜を成膜する方法を説明する。
まず、チャンバ１１内を真空引きした後、図示せぬポートからＸｅガスをチャンバ内に導入する。チャンバ内のＸｅガスの圧力は、一例として、約０．０８Ｐａに設定する。この圧力は、従来のマグネトロンスパッタ装置の放電下限圧力（一例で０．５Ｐａ）より低い圧力である。次に、回転マグネットカソード１７Ａに電源２３Ａから所定の電力（一例で２００Ｗ）を投入するとともに同カソード１５Ａを回転させ、ターゲット（Ｍｏ）１９の真上にグロー放電によるプラズマを発生させる。プラズマ中ではＸｅガスのイオンが生成する。イオンはカソード１７Ａに向かって加速されて飛んで行き、ターゲット１９に衝突する。この衝突により、ターゲット１９から原子が弾き飛ばされる。この原子は、基板２７上に堆積して、Ｍｏ層を成膜する。基板２７は基板ホルダ２５に取り付けられ回転しているため、Ｍｏ層は基板２７上に均一に成膜される。
【００２１】
基板２７上にターゲット１９が所定の厚さ堆積した後、回転マグネットカソード１７Ａを停止し、他方の回転マグネットカソード１７Ｂを作動させて、同様に他方のターゲット（Ｓｉ）２１を、基板２７上に成膜されたＭｏ膜上に成膜する。この例では、周期長が約７ｎｍとなるように各カソード及び基板ホルダ２５の回転を制御した。これらの操作を５０回繰り返して、５０層対のＭｏ／Ｓｉ多層膜を成膜した。
【００２２】
この多層膜のＥＵＶ反射率を計測したところ、入射角２１°付近で６９％程度の反射率を得ることができた。垂直入射に換算すると６８％程度となり、露光装置に実用化できるレベルの反射率をもつ多層膜反射鏡を得ることができた。
【００２３】
これは、スパッタガスとして、従来使用されているＡｒガスに代えて、Ａｒガスより重いＸｅガスを使用したため、同じ加速電圧におけるイオンの飛来速度が遅くなったことと、従来の放電圧力より低い圧力で放電させたことにより、成膜速度が遅くなったためと考えられる。これらのことにより、イオンが基板に衝突する様相が異なって界面状態が安定したためと考えられる。
【００２４】
また、低圧放電が可能であるため、ターゲットから弾き飛ばされた（スパッタされた）原子の平均自由行程が長くなり、ターゲットと基板との距離を長くすることができる。これにより、プラズマが基板や成膜された膜の表面を荒らすことが避けられたためと考えられる。さらに、Ｘｅ原子とスパッタ原子との衝突によるエネルギの損失が少なく、スパッタされたターゲット原子の基板表面への入射エネルギが大きくなり、基板表面をある程度自由に移動できるため、多層膜の平坦度が向上したと考えられる。
【００２５】
なお、Ｘｅガスの圧力は、０．０４Ｐａ〜０．０８Ｐａの範囲内で、上記反射率より１％程度の低下内の反射率を得ることができる。
【００２６】
上述の方法による他の例を説明する。
スパッタガスとして、ＸｅガスとＫｒガスとＡｒガスの混合ガスを使用した。Ｘｅガスの分圧比は３５％、Ｋｒガスの分圧比は３５％、Ａｒガスの分圧比は３０％であり、ＸｅガスとＫｒガスの分圧は全体の７０％である。スパッタ時の混合ガスの圧力は０．０８Ｐａとした。上記の例と同様に、周期長が７ｎｍ、５０層対のＭｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡を作製し、ＥＵＶ反射率を計測したところ、入射角２１°付近で６９％程度の反射率を得ることができた。垂直入射に換算すると６８％程度となり、露光装置に実用化できるレベルの反射率をもつ多層膜反射鏡を得ることができた。
【００２７】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る多層膜の成膜方法に用いる装置を模式的に示す図である。
この例の成膜装置３０は、イオンビームスパッタ装置である。同スパッタ装置３０のチャンバ３１にはバルブ３３を介して真空ポンプ３５が接続しており、チャンバ３１を真空に引くことができる。チャンバ３１内部の一側面には、フィラメント３９と引き出し電極４１を備えたイオン源３７が設けられている。引き出し電極４１は２〜３枚の電極が重ねられたもので、ＤＣ電源４３に接続している。チャンバ内の、イオン源３７と対向する位置にはターゲットホルダ４５が回転可能に設けられている。この例では、ターゲットホルダ４５の平面形状は四角で、一対の外面には第１のターゲット（Ｍｏ）１９、他の一対の外面には第２のターゲット（Ｓｉ）２１が装着されている。
【００２８】
チャンバ３１内には、回転可能な基板ホルダ４７に設けられている。同基板ホルダ４７には、基板２７が保持されている。基板２７とターゲット１９、２１との距離は６００ｍｍである。
【００２９】
基板２７上にＭｏとＳｉからなる多層膜を成膜する方法を説明する。
まず、チャンバ３１内を真空引きした後、図示せぬポートからＸｅガスをチャンバ内に導入し、チャンバ３１内のＸｅガスの圧力を、一例として、約０．０２Ｐａに設定する。そして、ターゲットホルダ４５を回転させて、第１のターゲット（Ｍｏ）１９をイオン源３７に対向させる。
【００３０】
次に、イオン源３７のフィラメント３９を加熱し、Ｘｅガスのプラズマを発生させる。プラズマ中ではＸｅガスのイオンが生成する。続いて引き出し電極４１に印加すると、イオンは引き出し電極４１によって引き出されてターゲット１９に向かって加速されて飛んで行き、ターゲット１９に衝突する。この衝突により、ターゲット１９から原子が弾き飛ばされる。この原子は基板２７上に堆積して、ターゲット１９からなる層（Ｍｏ層）を成膜する。基板２７は基板ホルダ４７に取り付けられて回転しているため、Ｍｏ層は基板２７上に均一に成膜される。
【００３１】
基板２７上にターゲット１９を所定の厚さ堆積させた後、ターゲットホルダ４５を回転させて、同様に第２のターゲット（Ｓｉ）２１をイオン源３７に対向させる。そして、このターゲット２１の層を基板２７上に成膜されたＭｏ膜上に成膜する。この例でも、周期長が約７ｎｍとなるように、イオン源３７、ターゲットホルダ４５及び基板ホルダ４７の回転を制御した。これらの操作を５０回繰り返して、５０層対のＭｏ／Ｓｉ多層膜を成膜した。なお、各ターゲットの各対は、交互に選択されるように、ターゲットホルダ４５を回転させた。
【００３２】
この多層膜のＥＵＶ反射率を計測したところ、入射角１５°付近で６９％程度の反射率を得ることができた。垂直入射に換算すると６８％程度となり、露光装置に実用化できるレベルの反射率をもつ多層膜反射鏡を得ることができた。
なお、Ｘｅガスの圧力は、０．０１Ｐａ〜０．０８Ｐａの範囲内で、上記反射率より１％程度の範囲内の反射率を得ることができる。
【００３３】
これは、スパッタガスとして、従来使用されているＡｒガスに代えてＡｒガスより重いＸｅガスを使用したため、同じ加速電圧におけるイオンの飛来速度が遅くなったことと、ターゲットで跳ね返ったスパッタガスの速度も低速であり、同ガスによる多層膜へのダメージが少なくなったためと考えられる。
【００３４】
なお、スパッタガスとしては、Ｘｅガス、ＸｅガスとＫｒガスとＡｒガスの混合ガスの他に以下のガスを使用することができる。
・ＸｅガスとＡｒガスの混合ガス（Ｘｅガスの分圧が５０％以上）。
・Ｋｒガス。
・ＫｒガスとＡｒガスの混合ガス（Ｋｒガスの分圧が５０％以上）。
・ＸｅガスとＫｒガスの混合ガス（分圧は任意）。
また、このようなガスを０．００６〜０．０８Ｐａの圧力範囲で使用するスパッタリング装置の方式としては、他に、マグネトロンスパッタ装置（ＤＣ、ＲＦ）などを使用できる。
【００３５】
次に、このような多層膜反射鏡を使用したＥＵＶ露光装置について説明する。
図３は、本発明の実施の形態に係る露光装置の構成を模式的に示す図である。
この露光装置１００は、反射型マスク１３０を使用し、マスク上に描画されたパターンの複数の領域を照射し、同領域で反射したＥＵＶ光をウェハ１４０上の所定の領域に投影しつつ、マスク１３０とウェハ１４０を相対的に走査することにより、ウェハ上でパターン全体を転写する。露光に使用されるＥＵＶ光は大気に吸収されて減衰するため、光路は全て真空チャンバ１０１内に維持されている。
【００３６】
レーザ光源１１１から射出されたレーザ光は光学系１１２で集光され、ノズル１１３から噴出されるＥＵＶ光発生物質１１４に照射される。レーザによって同物質１１４はプラズマ状態に励起され、ＥＵＶ光が発せられる。ＥＵＶ光は楕円鏡１１５で反射され、放物面鏡１１６に入射し、平行光束の照射ビームに成形されて反射型フライアイ光学系１１７に入射する。反射型フライアイ光学系１１７は、第１反射素子１１８と第２反射素子１１９から構成される。反射型フライアイ光学系１１７に入射した照射ビームは、コンデンサミラー１２０で反射し、光路折り曲げミラー１２１で折り曲げられて反射マスク１３０に照射される。
【００３７】
反射マスク１３０で反射された照射ビームは、投影光学系１３１を介してウェハ１４０に照射される。投影光学系１３１は、第１ミラー１３２、第２ミラー１３３、第３ミラー１３４、第４ミラー１３５で構成される。ウェハ２４０上には適当なレジストが塗布されており、マスク２３０上のデバイスパターンが転写される。
【００３８】
ここで、楕円鏡１１５、放物面鏡１１６、反射型フライアイ光学系１１７の反射素子１１８、１１９、コンデンサミラー１２０、光路折り曲げミラー１２１、投影光学系１３１の各ミラー１３２、１３３、１３４、１３５、及び、反射マスク１３０の反射面には、上記の多層膜成膜方法で成膜された多層膜が成膜されている。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、スパッタガスとしてＸｅガスやＫｒガスを使用し、スパッタガスの圧力範囲を０．００６〜０．０８Ｐａとすることにより、膜の界面状態が向上し、反射率の高い多層膜反射鏡を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る多層膜の成膜方法に用いる装置を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る多層膜の成膜方法に用いる装置を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る露光装置の構成を模式的に示す図である。
【図４】多層膜反射鏡の一例の断面図である。
【符号の説明】
１０  低圧放電回転マグネットカソード（ＲＭＣ）式スパッタ装置
１１  チャンバ                      １３  バルブ
１５  真空ポンプ                    １７  回転マグネットカソード
１９  ターゲット（Ｍｏ）            ２１  ターゲット（Ｓｉ）
２３  ＤＣ電源                      ２５  基板ホルダ
２７  基板
３０  イオンビームスパッタ装置      ３１  チャンバ
３３  バルブ                        ３５  真空ポンプ
３７  イオン源                      ３９  フィラメント
４１  引き出し電極                  ４３  ＤＣ電源
４５  ターゲットホルダ              ４７  基板ホルダ
５０  多層膜反射鏡                  ５１  石英基板
５２  Ｍｏ層                        ５３  Ｓｉ層
５４  一層対
１００  露光装置                    １０１  真空チャンバ
１１１  レーザ光源                  １１２  光学系
１１３  ノズル                      １１４  ＥＵＶ光発生物質
１１５  楕円鏡                      １１６  放物面鏡
１１７  反射型フライアイ光学系      １１８  第１反射素子
１１９  第２反射素子                １２０  コンデンサミラー
１２１  光路折り曲げミラー          １３０  反射型マスク
１３１  投影光学系
１３２、１３３、１３４、１３５  ミラー
１４０  ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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