JP2005094018A - リソグラフィック装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リソグラフィック装置及びデバイス製造方法を提供すること。
【解決手段】リソグラフィック装置は、投影放射ビームを提供するための放射システムと、投影ビームの断面をパターン化するべく機能するパターン化手段を支持するための支持構造と、基板を保持するための基板テーブルと、パターン化されたビームを基板の目標部分に投射するための投影システムとを備えている。本発明によれば、リソグラフィック装置は、さらに、赤外放射を前記リソグラフィック装置内の測定帯域に提供するための赤外源、及び前記測定帯域を通過した後の赤外放射を赤外源から受け取り、かつ、測定帯域内にガスが存在していることを示す信号を出力するための検出器を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、リソグラフィック装置及びデバイス製造方法に関する。

リソグラフィック装置は、基板の目標部分に所望のパターンを適用するマシンである。リソグラフィック装置は、たとえば集積回路（ＩＣ）の製造に使用することができる。この場合、マスクなどのパターン化手段を使用して、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンが生成され、このパターンが、放射線感応材料（レジスト）の層を有する基板（たとえばシリコン・ウェハ）上の目標部分（たとえば１つ又は複数のダイ部分からなる）に画像化される。通常、１枚の基板には、順次露光される目標部分に隣接する回路網が含まれている。知られているリソグラフィック装置には、パターン全体を１回の照射で目標部分に露光することによって目標部分の各々が照射される、いわゆるステッパと、パターンを放射ビームで所与の方向（「走査」方向）に走査し、かつ、基板をこの方向に平行に、或いは非平行に同期走査することによって目標部分の各々が照射される、いわゆるスキャナがある。

リソグラフィック装置を使用して画像化することができるフィーチャのサイズを小さくするためには、照明放射線の波長を短くすることが望ましく、したがって、現在、１８０ｎｍ未満のたとえば１５７ｎｍ若しくは１２６ｎｍの紫外波長が使用されている。また、５０ｎｍ未満のたとえば１３．５ｎｍの極紫外（ＥＵＶ）波長が使用されている。

リソグラフィック装置におけるガス汚染粒子は、継続的な問題であるが、より短い波長、たとえば１８０ｎｍ未満の波長で動作するリソグラフィック装置は、より長い波長で動作するリソグラフィック装置より、汚染物質粒子の存在に対して著しく敏感であることが分かっている。炭化水素分子及び水蒸気などの汚染物質粒子は、たとえばガス供給装置、ウェハ或いはマスクなどの外部ソースからリソグラフィック装置にもたらされ、或いはリソグラフィック装置自体の内部で、たとえば装置を脱気することによって発生している。

汚染物質粒子には、リソグラフィック装置内の光学コンポーネントに吸着し、放射ビームの透過損失の原因になる傾向があることが分かっている。１５７ｎｍすなわちＥＵＶ放射を使用した場合、光学表面に１単分子膜若しくは数単分子膜の汚染物質粒子が形成されただけでも、約１％の透過損失が観察されている。このような透過損失は非常に大きく、許容することはできない。また、投影ビームの強度に対する一様性要求事項は、このような装置の場合、０．２％未満であり、汚染は、この要求事項を危うくしている。

また、光学コンポーネントの表面への汚染物質粒子の吸着、或いは多孔性表面、たとえば無反射コーティングの場合における光学表面内への汚染物質粒子の吸着によって、これらの光学コンポーネントが損傷する危険が存在している。光学コンポーネントの損傷は、光学コンポーネントがたとえば高出力１５７ｎｍのＵＶ放射で突発的に照射された場合に生じる。この照射により、水分子などのより微小な汚染物質粒子が急激に蒸発し、蒸発した汚染物質粒子が光学コンポーネントの多孔性表面内にトラップされ、光学コンポーネント自体が損傷する原因になっている。光学コンポーネントが損傷すると、多大な費用のかかる修理或いはコンポーネントの交換が必要である。また、反射器及びレンズなどの光学コンポーネント（より長い波長で動作するリソグラフィック装置内の）への汚染物質の吸着は、このようなコンポーネントの動作寿命を短くしていることが分かっている。さらに、分子の分解がコンポーネントの動作寿命を短くしている。たとえばＥＵＶ露光の間、炭化水素が分解して炭素が生成され、光学エレメントの上に炭素の層が蓄積される。

したがって、汚染物質ガスを始めとするリソグラフィック装置内のあらゆるガスをモニタすることが望ましい。

従来、残留ガス分析（ＲＧＡ）と呼ばれている既知の技法を使用してリソグラフィック装置内のガスをモニタする方法が提案されている。残留ガス・モニタは、最初に荷電粒子（イオン）を生成し、次に、質量の異なるイオンを分離するべく磁界若しくは電界のいずれかを使用して分析する質量分析計であるが、ＲＧＡには欠点があることが分かっている。残留ガス・モニタによって熱が生成され、リソグラフィック装置内におけるこのような熱外乱が画像化誤差の原因になっている。また、ＲＧＡの必要条件として、元の位置、つまり汚染物質が最初に検出される体積中で分析を実施しなければならない。また、測定が完了するまでに相当の時間が必要であり、したがって測定のために極めて多くの時間が消費されている。

ＲＧＡが抱えている他の問題は、ＲＧＡを高圧に晒すことができないことである。そのためにＲＧＡのダイナミック・レンジが制限されている。

さらに他の問題は、ＲＧＡが完全な分子ではなく、イオンを分析しているため、分析の解釈が困難なことである。ＲＧＡにおけるイオン化過程のもう１つの欠点は、より大きい分子が解体してしまうことである。リソグラフィック装置、とりわけ、汚染が重大な問題になる１５７ｎｍより短い波長で動作するリソグラフィック装置の場合、汚染物質の発生源を識別し、かつ、現時点では完全に理解されていない汚染過程を見抜くためには、汚染物質の分子構造を正確に識別することが望ましいため、この欠点はとりわけ問題である。ＲＧＡではより大きい分子が解体するため、その結果の１つとして、広範囲に渡ってＲＧＡ装置を較正しなければならない。イオン化の程度は、分子及びＲＧＡ装置の設定によって様々である。圧力の正確な測定を達成するためには較正が必要であるが、分子は、分子を識別し、測定する前にイオンに解体してしまうため、ＲＧＡ装置の較正がますます複雑になっている。

本発明の目的は、リソグラフィック装置内のガスの検出に関わる問題に対処することである。詳細には、本発明の目的は、高速かつ非破壊方式でガス汚染物質を検出し、かつ、識別するリソグラフィック装置を提供することである。

本発明の一態様によれば、
−投影放射ビームを提供するための照明システムと、
−投影ビームの断面をパターン化するべく機能するパターン化手段を支持するための支持構造と、
−基板を保持するための基板テーブルと、
−パターン化されたビームを基板の目標部分に投射するための投影システムと
を備えたリソグラフィック装置であって、さらに、リソグラフィック装置内の測定帯域に赤外放射を提供するための放射源、及び測定帯域を通過した後の赤外放射を放射源から受け取り、かつ、前記測定帯域にガスが存在していることを示す信号を出力するための検出器を備えたことを特徴とするリソグラフィック装置が提供される。赤外放射及び検出器をリソグラフィック装置に使用することにより、非破壊方式でガスの存在を検出することができる。ガスの存在は、非割込み連続方式で検出される。さらに、個々のスペクトル成分が特定のガスに対応する時間分解スペクトル部分として提供することができる単一信号を生成することができるため、ガスの存在が検出されると、引き続いて、結果に対する複雑な解釈を必要とすることなく、速やかに汚染物質を識別することができる。本発明は、さらに、広範囲のダイナミック・レンジに渡るアプリケーションを有しており、また、検出された信号は、異なるガスとガスの間のクロストークによる雑音に煩わされることはない。

好ましい実施例では、放射源は同調可能赤外源を備えている。この同調可能赤外源は、赤外源が出力する放射波長が所定の１つ又は複数のガスのうちの少なくとも１つによって吸収される波長に対応するように同調されている。所定のガスの波長を出力するべく赤外源を同調させることにより、検出の設計が高度に選択的になり、かつ、ガスの識別が正確になる。

好ましい実施例では、放射源は、複数の同調可能赤外源を備えており、複数の所定のガスに対応する複数の波長にそれぞれ同調されている。既知のガスに対応する複数の所定の波長に同調した複数の赤外源を提供することによって時間分解スペクトルが生成され、所定の汚染物質のすべての存在が提供される。この方法によれば、赤外吸収装置のアプリケーションを、高度に選択的かつ正確な識別が要求されるリソグラフィック装置及び他の装置に見られる極めて特殊な条件に適合させることができる。

好ましい実施例では、測定帯域は、測定帯域の複数の寸法のうちの１つより長い経路長を有する経路を前記赤外放射に追従させるべく配置された少なくとも１つの光学エレメントを備えている。経路長は、特定のガスによる放射の吸着に比例しているため、赤外放射が通過する測定帯域の寸法より長い経路長を提供することにより、特定のガスの存在がより正確に評価される。したがって、経路長が長いほど吸収が多くなり、また、試験放射ビームと制御放射ビームの間の差が大きくなり、かつ、感度が高くなる。

好ましい実施例では、検出器は、投影システム内に１つ又は複数のガスが存在していることを検出するようになされている。投影システム内にガスが存在していることを検出することにより、極めて高価な光学エレメントが動作している状態を厳密にモニタすることができる。

好ましい実施例では、測定した投影システム内に存在しているガス若しくは複数のガスのうちの少なくとも１つの分圧が所定の閾値を超過している場合に、照明システムによる前記投影放射ビームの提供を防止する制御信号を生成するようになされた、検出器に応答する制御回路が提供されている。この方法によれば、たとえ潜在的な損傷ガスの閾値分圧が測定されても、投影システムの損傷が回避される。

好ましい実施例では、測定帯域に配置されている１つ又は複数の光学エレメントは、投影システム内に包含されている。この方法によれば、投影システム内の既存の構造（詳細にはミラー）が使用されるため、測定帯域の統合が都合良く達成される。また、投影システムの支持フレームに設けられている既存の構造、たとえば投影ビームの入射を可能にするべく設けられている孔、或いは支持フレームに設けられた、特定のシステムを排気するための孔を使用して、赤外放射を投影システムに導入することができる。したがって、赤外源、測定帯域及び検出器の統合はいずれも促進が容易であり、また、熱的にも機械的にも安定していなければならない投影システムの支持フレームの構造上の完全性を損なうことはない。

好ましい実施例では、リソグラフィック装置は、前記基板テーブルに基板を供給するための基板取扱い装置を備えており、検出器は、基板取扱い装置内に１つ又は複数のガスが存在していることを検出するようになされている。基板取扱い装置は、リソグラフィック装置における主要なガス源、詳細には汚染ガス源であることが分かっている。したがって、基板取扱い装置内にガスが存在していることを識別することにより、主要な汚染物質源がモニタされる。

好ましい実施例では、検出器に応答する制御回路は、測定したガス若しくは複数のガスのうちの少なくとも１つの分圧が所定の閾値を超過している場合に、基板取扱い装置による基板テーブルへの基板の供給を防止する制御信号を生成するようになされている。ガスの分圧が閾値レベルを超過した場合に、基板取扱い装置による基板テーブルへの基板の供給を防止することにより、投影システムに導入されるガス、詳細には汚染ガスの量が回避される。

好ましい実施例では、検出器は、投影装置内の１つ又は複数の汚染物質ガスの１つ又は複数の分圧を測定するようになされている。汚染ガスの分圧を測定することにより、汚染のレベルを評価し、リソグラフィック装置の損傷を回避することができる。

本発明の他の態様によれば、
−基板を提供するステップと、
−照明システムを使用して投影放射ビームを提供するステップと、
−投影ビームの断面をパターン化するべくパターン化手段を使用するステップと、
−パターン化された放射ビームを基板の目標部分に投射するステップと
を含むデバイス製造方法であって、前記リソグラフィック装置内の測定帯域に赤外放射を提供するステップ、前記赤外放射が前記測定帯域を通過した後、前記赤外放射を受け取るステップ、及び前記測定帯域内にガスが存在していることを示す信号を出力するステップを特徴とするデバイス製造方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、リソグラフィック装置の赤外吸収装置に使用するための赤外源が提供される。この赤外源は同調可能赤外源を備えており、赤外源が出力する放射波長は、所定若しくは期待し得る所定の１つ又は複数のガスのうちの少なくとも１つによって吸収される波長に対応するように同調されている。好ましい実施例では、赤外源は、複数の同調可能赤外源を備えており、複数の所定若しくは期待し得る所定のガスに対応する複数の波長に同調されている。同調可能赤外源を提供することにより、高度に選択的な赤外吸収装置が提供され、任意の特定のアプリケーションの要求事項に合致するべく設計することができる。以下、リソグラフィック装置における赤外源のアプリケーションについて詳細に説明するが、本発明による赤外源は、この特定のアプリケーションに限定されず、他の装置、たとえば既知の所定の範囲のガスから正確にガスを識別するための高度に選択的な赤外源を必要とする装置へのアプリケーションを有していることは理解されよう。

本明細書においては、リソグラフィック装置のとりわけＩＣの製造における使用が参照されているが、本明細書において説明するリソグラフィック装置は、集積光学系、磁気領域メモリのための誘導及び検出パターン、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造などの他のアプリケーションを有していることを理解されたい。このような代替アプリケーションのコンテキストにおいては、本明細書における「ウェハ」或いは「ダイ」という用語の使用はすべて、それぞれより一般的な「基板」或いは「目標部分」という用語の同義語と見なすことができることは、当分野の技術者には理解されよう。本明細書において参照されている基板は、たとえばトラック（通常、基板にレジスト層を塗布し、かつ、露光済みレジストを現像するツール）或いは度量衡学工具若しくは検査工具中で、露光前若しくは露光後に処理することができる。適用可能である場合、本明細書における開示は、このような基板処理ツール及び他の基板処理ツールに適用することができる。また、基板は、たとえば多層ＩＣを生成するべく複数回に渡って処理することができるため、本明細書において使用されている基板という用語は、処理済みの複数の層が既に含まれている基板を指している場合もある。

本明細書に使用されている「放射」及び「ビーム」という用語には、紫外（ＵＶ）放射（たとえば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ若しくは１２６ｎｍの波長を有する放射）、極紫外（ＥＵＶ）放射（たとえば５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する放射）、及びイオン・ビーム或いは電子ビームなどの粒子線を含むあらゆるタイプの電磁放射が包含されている。

本明細書に使用されている「パターン化手段」という用語は、放射ビームの断面をパターン化し、それにより基板の目標部分にパターンを生成するべく使用することができる手段を意味するものとして広義に解釈されたい。投影ビームに付与されるパターンは、基板の目標部分における所望のパターンに厳密に対応させる必要はないことに留意されたい。投影ビームに付与されるパターンは、通常、目標部分に生成される、たとえば集積回路などのデバイス中の特定の機能層に対応している。

パターン化手段は、透過型であっても或いは反射型であっても良い。パターン化手段の実施例には、マスク、プログラム可能ミラー・アレイ及びプログラム可能ＬＣＤパネルがある。マスクについてはリソグラフィにおいては良く知られており、バイナリ、交番移相及び減衰移相などのマスク・タイプ、及び様々なハイブリッド・マスク・タイプが知られている。プログラム可能ミラー・アレイの実施例には、マトリックスに配列された微小ミラーが使用されている。微小ミラーの各々は、入射する放射ビームが異なる方向に反射するよう、個々に傾斜させることができるため、この方法によって反射ビームがパターン化される。パターン化手段の各実施例の支持構造には、たとえば、必要に応じて固定若しくは移動可能にすることができ、かつ、たとえば投影システムに対してパターン化手段を所望の位置に確実に配置することができるフレーム若しくはテーブルが使用されている。本明細書における「レチクル」或いは「マスク」という用語の使用はすべて、より一般的な「パターン化手段」という用語の同義語と見なすことができる。

本明細書で使用されている「投影システム」という用語には、たとえば使用する露光放射に適した、或いは液浸液の使用若しくは真空の使用などの他の要因に適した、屈折光学系、反射光学系及びカタディオプトリック光学系を始めとする様々なタイプの投影システムが包含されているものとして広義に解釈されたい。本明細書における「レンズ」という用語の使用はすべて、より一般的な「投影システム」という用語の同義語と見なすことができる。

また、照明システムにも、投影放射ビームを導き、整形し若しくは制御するための屈折光学コンポーネント、反射光学コンポーネント及びカタディオプトリック光学コンポーネントを始めとする様々なタイプの光学コンポーネントが包含されており、以下、このようなコンポーネントについても、集合的若しくは個々に「レンズ」と呼ぶ。

リソグラフィック装置は、場合によっては２つの基板テーブル（二重ステージ）若しくはそれ以上の基板テーブル（及び／又は複数のマスク・テーブル）を有するタイプの装置であり、このような「多重ステージ」マシンの場合、追加テーブルを並列に使用することができ、或いは１つ又は複数の他のテーブルを露光のために使用している間、１つ又は複数のテーブルに対して予備ステップを実行することができる。

また、リソグラフィック装置は、場合によっては、比較的屈折率の大きい液体中、たとえば水中に基板が液浸され、それにより投影システムの最終エレメントと基板の間の空間が充填されるタイプの装置である。リソグラフィック装置内の他の空間、たとえばマスクと投影システムの第１のエレメントの間に液浸液を適用することも可能である。液浸技法は、当分野では、投影システムの開口数を大きくすることで良く知られている。

以下、本発明の実施例について、単なる実施例に過ぎないが、添付の略図を参照して説明する。図において、対応する参照記号は対応する部品を表している。

図１は、本発明の特定の実施例によるリソグラフィック装置を略図で示したものである。この装置は、
−投影放射（たとえばＵＶ放射若しくはＥＵＶ放射）ビームＰＢを提供するための照明システム（イルミネータ）ＩＬと、
−パターン化手段（たとえばマスク）ＭＡを支持するための、パターン化手段をアイテムＰＬに対して正確に位置決めするための第１の位置決め手段ＰＭに接続された第１の支持構造（たとえばマスク・テーブル）ＭＴと、
−基板（たとえばレジスト被覆ウェハ）Ｗを保持するための、基板をアイテムＰＬに対して正確に位置決めするための第２の位置決め手段ＰＷに接続された基板テーブル（たとえばウェハ・テーブル）ＷＴと、
−パターン化手段ＭＡによって投影ビームＰＢに付与されたパターンを基板Ｗの目標部分Ｃ（たとえば１つ又は複数のダイからなる）に結像させるための投影システム（たとえば反射型投影レンズ）ＰＬと
を備えている。

図に示すように、このリソグラフィック装置は、（たとえば上で参照したタイプの反射型マスク若しくはプログラム可能ミラー・アレイを使用した）反射型装置である。別法としては、このリソグラフィック装置は、（たとえば透過型マスクを使用した）透過型装置であっても良い。

イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射ビームを受け取っている。放射源がたとえばプラズマ放電源である場合、放射源及びリソグラフィック装置は、個別の構成要素にすることができる。その場合、放射源は、リソグラフィック装置の一部を形成しているとは見なされず、通常、放射ビームは、たとえば適切な集光ミラー及び／又はスペクトル純度フィルタからなる放射コレクタを使用して放射源ＳＯからイルミネータＩＬへ引き渡される。それ以外のたとえば放射源が水銀灯などの場合、放射源は、リソグラフィック装置の一構成要素である。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、放射システムと呼ぶことができる。

イルミネータＩＬは、ビームの角強度分布を調整するための調整手段を備えることができる。通常、イルミネータのひとみ平面内における強度分布の少なくとも外部及び／又は内部ラジアル・エクステント（一般に、それぞれσ−外部及びσ−内部と呼ばれている）は調整が可能である。イルミネータは、投影ビームＰＢと呼んでいる、所望する一様な強度分布をその断面に有する調整済み放射ビームを提供している。

マスク・テーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡに投影ビームＰＢが入射する。マスクＭＡで反射した投影ビームＰＢは、ビームを基板Ｗの目標部分Ｃに集束させるレンズＰＬを通過する。基板テーブルＷＴは、第２の位置決め手段ＰＷ及び位置センサＩＦ２（たとえば干渉デバイス）を使用して正確に移動させることができ、それによりたとえば異なる目標部分ＣをビームＰＢの光路内に位置決めすることができる。同様に、第１の位置決め手段ＰＭ及び位置センサＩＦ１を使用して、たとえばマスク・ライブラリから機械的に検索した後、若しくは走査中に、マスクＭＡをビームＰＢの光路に対して正確に位置決めすることができる。通常、対物テーブルＭＴ及びＷＴの移動は、位置決め手段ＰＭ及びＰＷの一部を形成している長ストローク・モジュール（粗位置決め）及び短ストローク・モジュール（精密位置決め）を使用して実現されるが、ステッパ（スキャナではなく）の場合、マスク・テーブルＭＴは、短ストローク・アクチュエータのみに接続することができ、或いは固定することも可能である。マスクＭＡ及び基板Ｗは、マスク位置合せマークＡＭ１、ＡＭ２及び基板位置合せマークＰ１、Ｐ２を使用して整列させることができる。

図に示す装置は、以下に示す好ましいモードで使用することができる。
１．ステップ・モードでは、マスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは、基本的に静止状態に維持され、投影ビームに付与されたパターン全体が目標部分Ｃに１回の照射（すなわち単一静止露光）で投影される。次に、基板テーブルＷＴがＸ及び／又はＹ方向にシフトされ、異なる目標部分Ｃが露光される。ステップ・モードでは、露光視野の最大サイズによって、単一静止露光で画像化される目標部分Ｃのサイズが制限される。
２．走査モードでは、投影ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影されている間、マスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴが同期走査される（すなわち単一動的露光）。マスク・テーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＬの倍率（縮小率）及び画像反転特性によって決定される。走査モードでは、露光視野の最大サイズによって、単一動的露光における目標部分の幅（非走査方向の）が制限され、また、走査運動の長さによって目標部分の高さ（走査方向の）が左右される。
３．他のモードでは、プログラム可能パターン化手段を保持するべくマスク・テーブルＭＴが基本的に静止状態に維持され、投影ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影されている間、基板テーブルＷＴが移動若しくは走査される。このモードでは、通常、パルス放射源が使用され、走査中、基板テーブルＷＴが移動する毎に、或いは連続する放射パルスと放射パルスの間に、必要に応じてプログラム可能パターン化手段が更新される。この動作モードは、上で参照したタイプのプログラム可能ミラー・アレイなどのプログラム可能パターン化手段を利用しているマスクレス・リソグラフィに容易に適用することができる。

上で説明した使用モードの組合せ及び／又はその変形形態或いは全く異なる使用モードを使用することも可能である。

本発明の特定の実施例では、赤外放射を使用して、投影システム及び基板取扱い装置内にガスが存在していることを識別しているが、本発明を使用して、リソグラフィック装置の他のコンポーネント内にガスが存在していることを識別することも可能である。本発明は、リソグラフィック装置内の様々な位置に同時に適用することができる。このような場合、以下で考察するデータ処理は、リソグラフィック装置内の個々の位置で局所的に実行することも、或いはリソグラフィック装置内若しくはリソグラフィック装置から遠隔の位置で集中的に実行することもできる。特定の実施例では、本発明は、リソグラフィック装置内に汚染ガスが存在していることを識別しているが、本発明はそれには何ら限定されず、赤外放射を使用して、何らかの特定の理由でリソグラフィック装置に導入される他のガスの存在を検出することができる。赤外放射を使用してリソグラフィック装置内にガスが存在していることを検出するもう１つの利点は、特定のリソグラフィック装置のパージに使用される窒素ガスによる赤外放射の吸収或いは散乱がないことである。このような装置の場合、窒素ガスの存在を検出する必要がなく、したがって本発明を使用して達成される検出器が出力する信号は、パージ窒素の検出による背景雑音に煩わされることがないため、他のガスの検出、詳細には汚染ガスの検出をより正確に実施することができる。

図２は、本発明の一実施例による赤外吸収装置を備えたリソグラフィック装置を詳細に示したものである。図１に示し、かつ、図１を参照して説明したエレメントと同じ参照数表示を有するエレメントについては図１が参照されている。投影システムＰＬは、通常、支持フレーム４を備えており、支持フレーム４の上に複数の光学エレメント、典型的にはミラーＭ１〜Ｍ６が配置されている。投影ビームＰＢは、支持フレーム４中に形成された開口３を介して投影システムＰＬに入射し、ミラーＭ１〜Ｍ６によって画定された経路に従って進行した後、開口３’を介して投影システムＰＬから射出する。図２に示す実施例では、赤外吸収装置ＩＲＳ、２、６が提供されている。このような赤外ガス吸収分析の原理については良く知られており、また、たとえば参照により本明細書に組み込まれているＵＳ−３ ９３９ ３４８に記載されている。詳細には、すべての分子内の結合が回転し、固有の周波数で振動する。通常、振動周波数は赤外領域内にあるため、分子を赤外放射で照射することにより、放射波長に対応する振動周波数を有する分子が光子を吸収し、その結果、測定帯域１、１００を通過する放射の透過強度が減少する。測定帯域内の分子の濃度すなわち分圧が大きいほど吸収が多くなるため、吸収量を測定することによって吸収分子の分圧を確立することができる。したがって赤外吸収を使用することにより、分子の存在を検出し、かつ、それらの分圧を正確に測定することができる。詳細には、本発明の一実施例によれば、放出される赤外波長、すなわち検出する赤外波長を、特定の分子内の振動−回転遷移、たとえば炭化水素分子内のＣ−Ｃ結合が励起されるように同調させることができる。

赤外源ＩＲＳには、一連の波長の放射を提供する、或いは単一波長若しくは狭い範囲の波長の放射を提供することができる広帯域エミッタを使用することができる。この赤外源は、様々な波長に同調させることができるよう、調整可能であることが好ましい。また、フィルタを使用して所望の波長を選択することも可能である。典型的な赤外源には、同調可能固体ダイオード、バンド・ランプなどのホット・オブジェクト、ヘリウム−ネオン（ＨｅＮｅ）レーザなどのレーザがある。赤外源をピン・ホール（図示せず）の後方に配置することにより、分析が実施されるシステムに対するあらゆる熱負荷を低減することができる。赤外放射に適した波長若しくは波長の範囲は、０．３ｃｍ^−１から４６００ｃｍ^−１までの範囲であり、典型的には４００ｃｍ^−１から４６００ｃｍ^−１までの範囲である。一実施例では、汚染物質分子の振動周波数若しくは汚染物質分子内の結合の振動周波数の赤外放射特性で汚染物質分子を照射することによってその汚染物質分子を識別し、かつ、その分圧を測定している。たとえば振動励起の場合、アルキルＣ−Ｈ結合は、２８００ｃｍ^−１から３００ｃｍ^−１までの範囲のストレッチング周波数を有し、Ｏ−Ｈ結合は、２８００ｃｍ^−１から３８００ｃｍ^−１までの範囲のストレッチング周波数を有している。任意の所与の分子の個々の振動の正確な周波数は、立体効果及び水素結合などの非共有結合など、多数の要因によって決まる。正確な周波数に寄与している支配的な要因は、個々の分子の分子構造である。表１は、様々な化学結合に対する近似周波数を示したものである。

したがって、上記固有周波数のうちのいずれか１つの赤外放射若しくは上記周波数のいずれか１つを含む一連の周波数の赤外放射を使用して、対応する結合タイプを含む分子を励起することができる。表１は、被吸収周波数のリストを示したものであるが、本発明を使用して、散乱した赤外放射の周波数を検出することもできる。散乱する放射の周波数は、上で考察した被吸収周波数とは異なっているが、同じ方法で使用して特定のガスを検出することができる。

リソグラフィック装置に存在する汚染物質分子の多くは、Ｏ−Ｈ結合、たとえば水とアルコールを含有しているため、適切な周波数範囲は、２８００ｃｍ^−１から３８００ｃｍ^−１までである。水の振動周波数はこの範囲の上端部分にあるため、３５００ｃｍ^−１から３８００ｃｍ^−１までの周波数を使用することにより、水蒸気の存在を識別し、かつ、その分圧を測定することができる。同様に、関連する汚染物質の振動周波数に対応する周波数を有する放射を提供することにより、他の汚染物質を識別し、かつ、その分圧を測定することができる。複数の周波数を順次若しくは同時に照射することにより、複数の異なる汚染物質を逐次若しくは同時に識別し、かつ、分析することができる。

赤外吸収装置ＩＲＳ、１、２、１００は、図２に示すように、図１に示すリソグラフィック装置に組み込むことができる。一実施例では、支持フレーム４にウィンドウ５が提供されており、ウィンドウ５を通して赤外放射が測定帯域１に引き渡される。ウィンドウは、とりわけ赤外放射を測定帯域１に引き渡すべく形成することができるが、別法としては、支持フレーム４中の既存の孔すなわちウィンドウを使用することも可能である。一実施例では、開口３、３’を使用して赤外放射を測定帯域１に導入することもできる。このような実施例では、ミラーＭ１〜Ｍ６を使用して赤外放射が反射される。ＩＲ放射の経路長が長くなるため、この特定の構造は有利である。この構造の重要性については、追って図４ａ及び４ｂに関連して説明する。また、別法として、測定帯域１、１００を通る放射経路長を長くするべく、測定帯域１、１００に追加光学エレメントを備えることが意図されている。図２に示す特定の実施例では、赤外源ＩＲＳは検出器２と整列しているように見えるが、これは何ら重要なことではなく、また、ＩＲ源が何らかの特定の方向性を有していることも何ら重要ではない。検出器２は、検出器２に入射するＩＲ放射２２を検出している。検出器２は、入射する放射の波長及び強度を分析している。検出器２の出力は、要求される個々の分析に応じて様々であるが、検出器２の出力には時間分解スペクトルが含まれており、スペクトルの波長成分を参照することにより、この出力から特定のガスに対応するスペクトル成分を識別することができる。個々のガスの分圧は、関連する波長成分の強度に基づいて決定される。検出器を較正するべく、赤外源ＩＲＳから検出器２へ、測定帯域を通過しない赤外ビームからなる較正信号２０が供給されている。これは、たとえば光ファイバ若しくは他の光伝達デバイスを使用して達成することができる。信号２０は、たとえば、装置の構成を可能にしている自由空間を介して印加することができる。他の実施例では、同じく図２に示すように、検出した汚染物質ガスの分圧が所定の閾値を超過している場合に、放射システムによる放射ビームＰＢの提供を防止するべく、制御ループを使用して放射システムＬＡに制御信号が提供されている。そのために、検出器２と放射システムＬＡの間に制御回路６が結合されている。制御回路６は、検出器に応答して、測定した前記汚染物質の分圧が所定の閾値を超過している場合に、放射システムによる前記投影放射ビームＰＢの提供を防止するための制御信号を生成するようになされている。赤外源ＩＲＳ及び検出器２の位置は、本発明には何ら重要ではなく、一実施例では、赤外源ＩＲＳ及び／又は検出器２は、排気領域に配置することができ（たとえば、ＥＵＶレンジで動作するリソグラフィック装置の場合のように）、或いは別法としてリソグラフィック装置の外部に赤外源ＩＲＳ及び／又は検出器２を配置することもできる。この代替実施例では、リソグラフィック装置への放射の入射及びリソグラフィック装置からの射出を可能にするべく、たとえばフッ化カルシウム・ウィンドウ若しくは水晶ウィンドウなどのウィンドウがリソグラフィック装置内に提供されている。他の実施例では、検出器２は、その雑音レベルを小さくするべく、リソグラフィック装置の内部若しくは外部への検出器の配置に無関係に、たとえば液体窒素若しくはペルチェ・エレメントを使用して冷却することができる。

図３は、本発明の他の実施例による赤外吸収装置を備えたリソグラフィック装置を詳細に示したものである。図３に示す実施例には、図２に示す実施例の原理と同じ原理が適用されている。図３に示す原理に対しては図２が参照されている。また、図３に示す、図２に示すコンポーネントと同じ参照数表示を有するコンポーネントについても図２が参照されている。図３には、基板Ｗをウェハ・テーブルＷＴに供給するための基板取扱い装置１２を備えたウェハ（基板）ライブラリＷＬが示されている。ウェハ・ライブラリＷＬはハウジング８を備えており、ハウジング８の中に、露光するための複数のウェハ１０が露光に先立って保管されている。基板取扱い装置１２は、ライブラリからウェハＷを選択している。選択されたウェハＷは、次に、ゲート１４を介してウェハ・テーブルＷＴに供給される。通常、ゲート１４は、動作中はクローズ状態に維持され、ウェハ・テーブルＷＴへのウェハＷの供給を可能にするためにのみオープンされる。赤外吸収ＩＲＳ、２、１００は、上で説明したように、赤外源を使用して実施される。ＩＲ放射は、ハウジング８に設けられたウィンドウ９を介して測定帯域１００に提供される。測定帯域１００に入射した放射は、ウィンドウ９’を介してハウジング８から射出する。ウィンドウ９、９’は気密性であることが好ましく、また、ＩＲ透過材料からなっていることが好ましい。図２に示す実施例の場合と同様、整列したウィンドウが示されているが、これは何ら重要ではない。他の実施例では、ＩＲ放射が通過する経路長を長くするべく、反射器及びプリズム（図示せず）などの光学エレメントをハウジング内に配置することができる。検出器２、制御回路６を含む制御ループ、被検出ビーム２２及び較正信号２０は、それぞれ図２に示す同じ番号が振られたコンポーネントと同じ目的で機能し、かつ、役割を果たしているが、検出器２に応答する制御回路が、測定した汚染物質の分圧が所定の閾値を超過している場合に、基板取扱い装置１２による基板テーブルＷＴへの基板Ｗの供給を防止するための制御信号を生成するようになされている点が異なっている。別法としては、図３に示すＩＲ源及び検出器と同様の構造を、マスク・ライブラリなどのパターン化手段取扱い装置に使用するべく適合させることができる。汚染に関する限り、基板（ウェハ）に適用される構造と同じ構造がパターン化手段（マスク）に適用される。詳細には、マスクは、その保管若しくは取扱い方法に応じて、水若しくは炭化水素を化学処理することができる。したがって本発明は、また、マスク・ライブラリへのアプリケーションを有している。このような実施例では、ＩＲ源は、マスク・ライブラリを介してＩＲ放射ビームを引き渡すべく配置されている。ＩＲ検出器は、ライブラリを通過した放射を受け取るべく配置されている。検出は、他の実施例に関連して説明するように実施される。

図４ａは、本発明の一実施例による検出に使用するための較正信号２０の波長に対する赤外強度をプロットしたものであり、図４ｂは、本発明の一実施例による検出器２によって検出される被検出信号２２の波長に対する赤外強度をプロットしたものである。較正信号２０は赤外源から発信され、赤外源が放出する放射の波長分布及びそれぞれの強度を表している。較正信号２０は直線で示されているが、必ずしも直線である必要はなく、また、個々の赤外源に応じて較正信号を変化させることができる。特定の波長の強度を他の波長の強度より強くし、或いは弱くすることができる。また、図５を参照して以下で考察するように、正確に画定された波長及び比較的強い強度を有する一連の固有波長を提供するように赤外源を適合させることができる。検出器２には、赤外源が放出する複数の波長を代表する較正信号が提供される。較正信号２０は、赤外源が放出する個々の波長を提供する必要はない。被検出ビーム２２は、検出器によって検出される、測定帯域１、１００を通過したビームである。測定帯域に存在しているガスに応じて、赤外放射の特定の波長成分が吸収され、これらの特定の波長における被検出ビームの強度が減少する。図４ｂに示す実施例では、吸収された波長は、トラフ２４及び２６に対応する波長である。トラフの形状は様々な要因によって変化し、たとえば低圧ではトラフの幅が狭くなり、また、温度が高くなるほどトラフの幅が広くなる。トラフの深さは一定である。また、これらの観察は、以下で考察するランベルト−ベールの法則に従っている。

本発明を使用して、リソグラフィック装置内のガスの分圧を検出することができる。この分圧は、高い精度で検出される。ＥＵＶ帯域幅で動作するリソグラフィック装置の投影システム内の圧力は、通常、１０^−３ミリバールである。水及び様々な炭化水素などの汚染物質の分圧は、通常、それぞれ１０^−７ミリバール及び１０^−９ミリバールである。

分圧と吸収線２４、２６の中心における吸収の間の関係は、ランベルト−ベールの法則によって与えられる。
Ｉ／ＩＯ＝ｅｘｐ（−ａ^＊ｌ^＊ｐ） （式１）
ｌは、測定帯域を通過する赤外放射の経路長であり、ｐは、測定すべき分圧である。定数ａは吸収線の強度であり、放射を吸収するガス及び観察中の特定の線によって決まる。上で言及したように、吸収線の幅は、ドップラー効果により、吸収ガスの温度によって決まり、また、全圧によって決まる。０パスカルの圧力における０ケルビンにおいても、自然線幅をトラフが有していることを注釈しておく。

また、システム内のガスの分力を測定するために、本発明を使用して特定のガスが識別されると、さらに、図６に示すデータ・プロセッサ３６を使用して、システム内の温度及び全圧を決定することができる。

図５は、本発明の一実施例による赤外源を詳細に示したものである。本発明による特定の実施例では、特定のガスの存在が検出される。たとえば、いくつかのガス、詳細には、それらの存在が装置のコンポーネント及び画像処理に極めて有害である特定の汚染物質がリソグラフィック装置内で厳密にモニタされる。特定のガスにねらいを定めるために、赤外源は、特定のガスに適合されている。赤外源を適合させることにより、検出が高度に選択的かつ正確になる。赤外源は、このような目的のために開発されている。このような赤外源は、図５に示すように、少なくとも１つのダイオードＤ１〜ＤＮを備えている。該少なくとも１つ若しくは個々のダイオードは、特定の波長の放射２０、２２を放出するべく変調されている。放出すべき波長などの要因に応じて、様々なダイオードを様々な半導体材料で構成することができる。変調器３０は、前記少なくとも１つ若しくは個々のダイオードＤ１〜ＤＮにそれぞれ電圧を印加する少なくとも１つの電圧源Ｖ１〜ＶＮを備えている。変調器３０は、１つ又は複数のダイオードが放出する放射が、ピコメートル（１０^−１２ｍ）のオーダまで制御可能な波長を有する方法で、個々のダイオードに印加する電圧を制御しており、それにより汚染物質を含有する特定のガスに直接ねらいを定めることができる。このような配列のダイオードを使用し、かつ、測定帯域内の経路長が十分な長さになるように配列することにより、被検出信号２２は極めて強い吸収トラフを示し、したがって分圧などの特性を、真空状態で動作するリソグラフィック装置に必要な１０^−９ミリバール程度の大きさまで正確に測定することができる。ダイオードは冷却することができる。

追加若しくは別法として、赤外源に広帯域放射源を持たせることができる。リソグラフィック装置内に存在しているガスを特定することができない場合、広帯域赤外源が使用される。次に被検出信号２２が分析され、被検出信号に含まれている吸収データに基づいて、リソグラフィック装置内に存在しているガスが決定される。特定のガスの存在が確認されると、その特定のガスの分圧をさらに正確に評価するべく、変調器３０によってダイオードが同調され、適切な波長を有する放射が提供される。ガスが始めて検出された場合、このデータによってリソグラフィック装置内で生じ得る可能な汚染過程を見抜くことができる。また、モノクロメータなどの波長セレクタを提供し、後続する測定を特定の波長で実施するべく、１つ又は複数のダイオードが出力する赤外源の波長を同調させることができる。

図６は、本発明の一実施例による赤外検出器を詳細に示したものである。特定の実施例では、検出器２は、検出すべき信号２２を受信している。較正信号２０は、データ処理エレメント３６に直接入力されている。較正信号２０は、特定の波長の相対吸収の示度を得るべく、データ処理エレメント内で被検出信号２２と比較される。検出すべき信号は、検出器２によって受信される。回折格子３２及び角度及び強度測定デバイス３４などの検出デバイス３２、３４は、検出すべき信号が回折格子に入射するように配列されている。図に示す実施例では、回折格子は、反射型回折格子として示されているが、透過型回折格子を使用することも可能である。回折格子による信号の反射角を測定することにより、ブラッグ則を使用して、被検出信号中に存在している光の波長が検出される。
２ｄｓｉｎθ＝ｍλ （式２）
ｄは、回折格子上の線と線の間の間隔であり、θは、反射角（透過型回折格子を使用している場合は透過角）である。ｍは、屈折したスペクトルの次数である。信号の強度は、従来の強度測定回路（図示せず）を使用して測定される。

被検出信号から抽出されたデータは、リソグラフィック装置内におけるガスの存在及びその分圧、温度及び全圧などの他のパラメータを決定するデータ処理エレメント３６に提供される。データ処理エレメント３６は、上で説明した制御回路６への信号の提供の他に、変調器３０に信号２８を提供し、１つのダイオード若しくは複数のダイオードを、後続する測定中の目標にするべく、データ・プロセッサによって確認された、特定のガスによって吸収された（若しくは散乱した）波長に対応する特定の波長に同調させることもできる。任意選択で第２の検出器７を提供することも可能である。この第２の検出器の目的は、制御回路６及び変調器３０に供給される基準信号７５を提供することである。また、第２の検出器７によって生成される基準信号７５を使用して、検出器２を較正することもできる。第２の検出器７は、検出すべき信号２２を受信するようになされており、少なくとも１つの基準セル７１、７２、７３、７Ｎを備えている。基準セル７１、７２、７３、７Ｎは、測定すべき信号２２が通過するＩＲ透過ウィンドウを有する密閉チャンバを備えている。このチャンバには既知の量のガス、たとえば水蒸気などが充填されている。基準セルには同じガス若しくは異なるガスを充填することができる。第２の検出器７は、第１の検出器２に隣接して配置することができるが、これは、第２の検出器７が測定帯域１を通過したＩＲ放射を受信するようになされている場合、何ら重要ではない。詳細には、第２の検出器７をリソグラフィック装置の外部に配置する場合、この第２の検出器を使用して速やかにガスの存在を確認することができる。また、第２の検出器７には、基準セル７１〜７Ｎの出力を処理する処理ユニット７４が提供されている。

以上、本発明の特定の実施例について説明したが、説明した以外の方法で本発明を実践することができることは理解されよう。以上の説明は、本発明の制限を意図したものではない。

本発明の一実施例によるリソグラフィック装置を示す図である。 本発明の一実施例による赤外吸収装置を備えたリソグラフィック装置の詳細を示す図である。 本発明の他の実施例による赤外吸収装置を備えたリソグラフィック装置の詳細を示す図である。 本発明の一実施例による検出に使用するための較正信号の波長に対する赤外強度をプロットしたグラフである。 本発明の一実施例による検出器によって検出される検出信号の波長に対する赤外強度をプロットしたグラフである。 本発明の一実施例による赤外源の詳細を示す図である。 本発明の一実施例による赤外検出器の詳細を示す図である。

符号の説明

１、１００ 測定帯域
２、７ 検出器
３、３’ 開口
４ 支持フレーム
５、９、９’ ウィンドウ
６ 制御回路
８ ハウジング
１０ ウェハ
１２ 基板取扱い装置
１４ ゲート
２０ 較正信号（特定の波長の放射）
２２ ＩＲ放射（特定の波長の放射）
２８ 信号
３０ 変調器
３２、３４ 検出デバイス（回折格子、角度及び強度測定デバイス）
３６ データ・プロセッサ（データ処理エレメント）
７１、７２、７３、７Ｎ 基準セル
７４ 処理ユニット
７５ 基準信号
ＡＭ１、ＡＭ２ マスク位置合せマーク
Ｃ 目標部分
Ｄ１〜ＤＮ ダイオード
ＩＦ１、ＩＦ２ 位置センサ
ＩＬ 照明システム（イルミネータ）
ＩＲＳ、１、２、６、１００ 赤外吸収装置（赤外源）
ＬＡ 放射システム
Ｍ１〜Ｍ６ ミラー
ＭＡ パターン化手段
ＭＴ 第１の支持構造
Ｐ１、Ｐ２ 基板位置合せマーク
ＰＢ 投影放射ビーム（投影ビーム、放射ビーム）
ＰＬ 投影システム
ＰＭ 第１の位置決め手段
ＰＷ 第２の位置決め手段
ＳＯ 放射源
Ｖ１〜ＶＮ 電圧源
Ｗ 基板（ウェハ）
ＷＬ 基板ライブラリ
ＷＴ 基板テーブル（ウェハ・テーブル）

Claims (13)

1. 投影放射ビームを提供するための照明システムと、
   前記投影ビームの断面をパターン化するべく機能するパターン化手段を支持するための支持構造と、
   基板を保持するための基板テーブルと、
   パターン化されたビームを前記基板の目標部分に投射するための投影システムとを備えたリソグラフィック装置であって、前記リソグラフィック装置が、前記リソグラフィック装置内の測定帯域に赤外放射を提供するための放射源、及び前記測定帯域を通過した後の前記赤外放射を前記放射源から受け取り、かつ、前記測定帯域にガスが存在していることを示す信号を出力するための検出器をさらに備えたことを特徴とするリソグラフィック装置。
2. 前記放射源が同調可能赤外源を備え、前記同調可能赤外源が、前記赤外源が出力する放射波長が所定の１つ又は複数のガスのうちの少なくとも１つによって吸収される波長に対応するように同調された、請求項１に記載のリソグラフィック装置。
3. 前記放射源が複数の前記同調可能赤外源を備え、複数の所定のガスに対応する複数の波長に同調された、請求項２に記載のリソグラフィック装置。
4. 前記測定帯域が、前記測定帯域の複数の寸法のうちの１つより長い経路長を有する経路を前記赤外放射に追従させるべく配置された少なくとも１つの光学エレメントを備えた、請求項１から３までのいずれかに記載のリソグラフィック装置。
5. 前記検出器が、前記投影システム内に１つ又は複数のガスが存在していることを検出するようになされた、請求項１から４までのいずれかに記載のリソグラフィック装置。
6. 測定した前記ガス若しくは前記複数のガスのうちの少なくとも１つの分圧が所定の閾値を超過している場合に、前記照明システムによる前記投影放射ビームの提供を防止する制御信号を生成するようになされた、前記検出器に応答する制御回路をさらに備えた、請求項５に記載のリソグラフィック装置。
7. 前記１つ又は複数の光学エレメントが前記投影システム内に包含された、請求項４から６までのいずれかに記載のリソグラフィック装置。
8. それぞれ前記基板テーブルに基板を供給し、或いは前記支持構造にパターン化手段を供給するための基板取扱い装置若しくはパターン化手段取扱い装置をさらに備え、前記検出器が、それぞれ前記基板取扱い装置若しくはパターン化手段取扱い装置内に１つ又は複数のガスが存在していることを検出するようになされた、請求項１から４までのいずれかに記載のリソグラフィック装置。
9. 測定した前記ガス若しくは前記複数のガスのうちの少なくとも１つの分圧が所定の閾値を超過している場合に、前記基板取扱い装置による前記基板テーブルへの基板の供給、或いは前記パターン化手段取扱い装置による前記支持構造へのパターン化手段の供給をそれぞれ防止する制御信号を生成するようになされた、前記検出器に応答する制御回路をさらに備えた、請求項８に記載のリソグラフィック装置。
10. 前記検出器が、前記リソグラフィック装置内の１つ又は複数の汚染物質ガスの１つ又は複数の分圧を測定するようになされた、請求項１から５までのいずれか、若しくは請求項７又は８に記載のリソグラフィック装置。
11. 基板を提供するステップと、
    照明システムを使用して投影放射ビームを提供するステップと、
    前記投影ビームの断面をパターン化するべくパターン化手段を使用するステップと、
    パターン化された放射ビームを前記基板の目標部分に投射するステップとを含むデバイス製造方法であって、前記リソグラフィック装置内の測定帯域に赤外放射を提供するステップ、前記赤外放射が前記測定帯域を通過した後、前記赤外放射を受け取るステップ、及び前記測定帯域にガスが存在していることを示す信号を出力するステップを特徴とするデバイス製造方法。
12. 同調可能赤外源を備え、前記同調可能赤外源が、前記赤外源が出力する放射波長が所定若しくは期待し得る所定の１つ又は複数のガスのうちの少なくとも１つによって吸収される波長に対応するように同調された、請求項１から１０までのいずれかに記載のリソグラフィック装置の赤外吸収装置に使用するための赤外源。
13. 前記赤外源が複数の前記同調可能赤外源を備え、複数の所定若しくは期待し得る所定のガスに対応する複数の波長に同調された、請求項１２に記載の赤外源。

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