JP2005332923A

JP2005332923A - Ｅｕｖ露光装置

Info

Publication number: JP2005332923A
Application number: JP2004148964A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Terajima; 茂寺島; Takayasu Hasegawa; 敬恭長谷川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-05-19
Filing date: 2004-05-19
Publication date: 2005-12-02

Abstract

【課題】ＥＵＶ露光装置において、光源から飛来するイオン化したガス粒子が照明光学系のミラーに当たりミラー表面にダメージを与えることを回避する
【解決手段】光源から露光装置にいたる空間において、集光ミラーにて集光されたＥＵＶ光を通すオリフィスにて光源および集光ミラーを配置する空間と照明光学系を配置する空間とに実質的に空間を分離して差動排気構成とし、オリフィスと照明光学系の最初のミラーとの間にてＥＵＶ光路に電界または磁界をかけ、オリフィスを通過して照明光学系空間に飛来するイオン化したガス粒子の軌道を光路からそらすことによってミラーに当たらないようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造における微細なパターンを転写するためのEUV露光装置に関わるものである。

従来、半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造するための焼き付け（リソグラフィー）方法として、紫外線を用いた縮小投影露光が行われてきた。

縮小投影露光で転写できる最小の寸法は転写に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数に反比例する。このため微細な回路パターンを転写するためには用いる光の短波長化が進められ、水銀ランプｉ線（波長365nm）、KrFエキシマレーザー（波長248nm）、 ArFエキシマレーザー（波長193nm）と用いられる紫外光の波長は短くなってきた。

しかし半導体素子は急速に微細化しており、紫外光を用いたリソグラフィーでは限界がある。そこで0.1μmを下回るような非常に微細な回路パターンを効率よく焼き付けるために、紫外線よりも更に波長が短い波長10〜15nm程度の極端紫外光（EUV光）を用いた縮小投影露光装置が開発されている。図５はEUV露光装置の概念図である。

EUV光源は、たとえばレーザープラズマ光源が用いられる。これは真空容器中に置かれたターゲット材に高強度のパルスレーザー光を照射し、高温のプラズマを発生させ、これから放射される例えば波長13nm程度のEUV光を利用するものである。ターゲット材としては、金属薄膜、不活性ガス、液滴などが用いられ、ガスジェット等の手段で真空容器内に供給される。ターゲットから放射されるEUV光の平均強度を高くするためにはパルスレーザーの繰り返し周波数は高い方が良く、通常数kHzの繰り返し周波数で運転される。また、ターゲットから放射されるEUV光を効率よく利用するために集光ミラーが設けられている。集光ミラー等全反射で使用される光学素子は、MoとSiの膜の対を20層ほど積層させた多層膜ミラーからなる。

照明光学系は、複数の多層膜または斜入射ミラーとオプティカルインテグレータ等から構成される。オプティカルインテグレータはレチクルを均一に所定の開口数で照明する役割を持っている。

照明系から供給されたEUV光は原版であるレチクルで反射され、4〜6枚の多層膜ミラーからなる投影光学系で1/4程度に縮小されて、レジストを塗布されたウエハに照射される。レチクル及びウエハは、それぞれレチクルステージ、ウエハステージに保持され、アライメント光学系で精密に位置合わせ、フォーカス検出光学系で精密にフォーカスされた状態で、縮小倍率に比例した速度比で同期して走査する機構をもつ。このようにして、レチクルの縮小投影像がウエハ上に結像した状態でそれらを同期走査するという動作が繰り返される（ステップ・アンド・スキャン）。こうして、ウエハ全面にレチクルの転写パターンが転写される。

EUV光源の一方式であるレーザープラズマは、ターゲットに高強度のパルスレーザー光を照射することでEUV光を発生する。ターゲットとしては、Xeのガス、液滴、クラスタを用いる方式と銅、アルミニウム等の金属を用いる方式が試みられている。また、EUV光とともにデブリと呼ばれる飛散粒子を発生してしまい、それが光学素子を汚染、損傷し、反射率の低下を引き起こす。その影響を緩和するために、He等の不活性ガスをバッファガスとして流す方法が検討されている。

発光部では、ターゲットであるXeやバッファガスであるHeが不可欠であるため、圧力は数Pa〜数十Pa程度になる。

それに対し、光源からウエハまでは照明光学系、フォトマスク、投影光学系と光路が長く、EUV光の減衰を最小限に抑えるためには、高くとも１Ｐａ以下の圧力を維持する必要がある。例えば、特開平5-82417、特開平7-263322では、薄膜窓と差動排気を用いたシステムが提唱されている。
特開平５−８２４１７号公報特開平７−２６３３２２号公報

しかし、EUVの波長領域で透過率の高い自立したフィルタは現在のところ実在しない。このため、光源と露光装置側との間に圧力差を設けるためには、オリフィスを用いて差動排気をするのが一般的である。差動排気で所望の圧力差を得るには、光源チャンバと照明系チャンバの間の導管を細長くするまたはオリフィス径をより小さくする必要がある。（図４に光源チャンバと照明系チャンバ一部の例を示す。）
しかしながら差動排気を設けても光源と露光装置側を空間的に隔絶する訳ではないので、その圧力差分の気体分子が光源側から露光装置側に侵入してくる。これら侵入してくる気体には単に窒素や酸素またはバッファガスとして用いられるヘリウムなど軽元素ばかりでなく、ターゲットに用いられるキセノンや金属元素の蒸発物も含まれている。これらはＥＵＶ光と同じ経路をもって露光装置側に侵入してくる。差動排気のためにオリフィスの導管を細長い構造としている場合、それが気体分子に対してはノズルの構造になりうる。これによって飛来分子は光線と全く同じ方向に指向性をもった速度で飛来する。これらはそのまま光線と同じ経路をたどり、露光装置照明系の第一ミラーに到達することになる。ミラーは前述したように例えばシリコンとモリブデンの多層膜構造となっている。キセノンなどの決して軽くない元素がミラー表面に多数ぶつかることによって、ミラー表面がダメージを受け、その結果反射率が低下するという問題点が発生する。

この問題点を解決するために、本発明において用いる手段およびその作用を列記する。

ＥＵＶ露光装置において、光源と露光装置光学系とが配置されている空間を、露光に用いるＥＵＶ光が通過する部分にのみ開口をつけた隔壁によって光源空間と光学系空間とに実質的に分離してそれぞれの空間の間に圧力差を生じさせ、かつ光学系空間の前記ＥＵＶ光路に対して電界または磁界のいずれか一方あるいは両方をかける手段を用いることにより、開口を通過して飛来した元素の軌道をずらし、ミラーに衝突させない作用がある。

該電界は、前記開口と光学系空間内の最初のミラーとの間に配置する手段を用いることにより、オリィスを通過して飛来した元素の速度や軌道を変更させる作用がある。

複数の電極板または磁極板をＥＵＶ光路を挟むようにそれぞれ対面配置する手段を用いることにより、オリィスを通過して飛来した元素の軌道を光線の軌道からずらす作用がある。

ＥＵＶ露光装置において、光源と露光装置光学系とが配置されている空間を、露光に用いるＥＵＶ光が通過する部分にのみ開口をつけた隔壁によって光源空間と光学系空間とに実質的に分離してそれぞれの空間の間に圧力差を生じさせ、かつ光学系空間の前記ＥＵＶ光路に対して電界または磁界のいずれか一方あるいは両方をかける手段を用いることにより、オリィスを通過して飛来した元素の軌道を光線の軌道からずらすあるいは減速させることにより、少なくともミラー反射面に衝突する飛来物を減少させ、ミラー表面のダメージを軽減でき、その結果ミラーの劣化を防止できるという効果がある。

（実施例１）
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図1は本発明に係るEUV光源の一方式であるレーザープラズマ光源及び差動排気システムの概要図である。図において、１は発光部が収められた光源チャンバ、２はＥＵＶ露光装置の照明系チャンバ、３は発光点、４はターゲット（例えばXe）を供給するノズル、５はパルスレーザー発生装置、６はパルスレーザー、７はレーザー６の透過窓、８はＥＵＶ光集光ミラー、９は露光用ＥＵＶ光束、１０は光源チャンバ用真空ポンプ、１１は光源チャンバから露光装置の照明系チャンバへＥＵＶ光を供給しつつそれぞれのチャンバの圧力差を維持するオリフィス、１２は照明光学系第一ミラー、１３は照明系チャンバ用真空ポンプ、１４と１５は電極、１６は電極１４と１５によって形成された電界、１７はキセノンイオンの軌跡を示す。

レーザー発生装置５より出射されたパルスレーザー６は透過窓８を介して集光され、ターゲットノズルから供給されたキセノンガスに照射し発光点３にてプラズマを生成する。プラズマからＥＵＶ光が放射され、利用効率を上げるために回転楕円面の集光ミラー８にて集光されたＥＵＶ光９はオリフィス１１を通過して照明系チャンバ２に導入される。

光源チャンバ1では、EUV光９の減衰や集光ミラー８の汚染、損傷を軽減するため、真空ポンプ１０で排気しているものの、ターゲットであるXeガスを常に供給しているため、数Ｐａ〜数十Ｐａ程度の圧力に保たれている。数Pa程度では、集光ミラー８は徐々に汚染、損傷により反射率が低下してしまうため、容易に交換できるようになっている。本例においては、光源空間にはプラズマ光源とそこから発散する光を利用するために集光する集光ミラー８が配置されることと定義し、ここで一旦集光され光束となったＥＵＶ光を露光に必要な照明光に加工・整形する照明光学系とは分けて表現している。

一方、照明光学系チャンバ２は照明光学系第一ミラー１２を経て数々の光学素子によってレチクルを照射する照明光を成形するため光路を十分に長く取る必要がある。その際にチャンバ内の圧力を１Ｐａ以下に、より好ましくは０．１Ｐａ以下にしておかなければチャンバ内の残留気体によって吸収が大きくなり露光効率が悪くなるので、真空ポンプ１３で常に排気している。光源チャンバ１との圧力差はオリフィス１１によって保たれている。オリフィス１１は、ＥＵＶ光の集光点に例えば直径５ｍｍで厚みが数ｍｍの丸穴を設置して、必要な排気能力を持つ真空ポンプをそれぞれの空間に配置していれば、その前後にて約２桁程度の圧力差を形成することができる。これによって例えば光源側が数Ｐａとすれば光学系側は０．１Ｐａ以下にすることができる。しかしながらオリフィス１１による差動排気を設けても光源チャンバと照明系チャンバを空間的に隔絶できる訳ではないので、その圧力差分の気体分子が光源チャンバ側から照明系チャンバ側に侵入してくる。これらはＥＵＶ光９と同じ経路、つまりオリフィス１１を通ることで光と同じ方向に指向性をもった速度で光源側から照明系側に飛来する。そしてこれら気体分子はそのまま光線と同じ経路をたどり、露光装置照明系の第一ミラー１２に到達することになる。照明系チャンバに侵入してくる気体の多くは発光源であるイオン化したキセノン原子である。キセノンは決して軽くない元素であり、ミラー表面に高速で多数ぶつかることによって、ミラー表面がダメージを受けてしまう。

これを避けるために、本発明においては、ガスプラズマ光源では発光ガスがイオン化している点に目を付けた。飛来してくるイオン化されたガス原子はその移動方向に交差する方向に電界をかけることによって進行方向を変化させることができる。図に示す様に、ＥＵＶビームと共に流れ込んでくるイオン化されたキセノン原子は、そのままだとミラーに衝突する軌道が、電極板によって飛行方向が変えられてミラーに衝突するのを回避する軌道に変更される。光源チャンバ内ではキセノン原子の飛行方向に指向性はあまりないが、照明系チャンバに飛来する原子はオリフィスがノズルの役割をし、更にチャンバ内の圧力が低いので平均自由行程も長くなるため、光線と同じ方向に指向性を持つことになり、この部分を挟む電極を設けることによって、飛行する方向を制御することができる。電極に電界をかける際には、図に示す様にミラーの反射面方向にそれるように電界をかける方がミラーに衝突する原子数を減らすことができる。

（実施例２）
図２に本発明の別の実施例を示す。

図において、２１はＥＵＶ光を挟むようにかつミラー反射面と直交するように配置された磁極板である。本例の図は電極板、磁極板それぞれの配置をよりわかりやすく説明するために図１に比較して3次元的な表現にしている。

前例ではミラー面からそれる方向に電界をかけるような電極のみを配置した例を示したが、図の紙面に垂直な方向に磁界をかけることによっても同様な効果を得ることができる。図２では電界と磁界の両方を同時に使ってより大きく原子の軌道を曲げる例を図示している。

更に、光源に用いるガス種によって、電極にかける電圧の大きさや極性を変えることでいろいろな光源に対応させることができる。

（実施例３）
図３に本発明の別の実施例を示す。

図において、３１はＥＵＶ光が通過する大きさの開口を持ち光軸に垂直に配置された電極板である。

本例においてはオリフィスの直後に、光線を遮らないような穴を開けた電極板２２を光線に垂直に２枚配置し、その間に光の進行方向に対して逆方向の電界が発生する用に電圧をかけることによって、オリフィスを通過したイオン化した原子の速度を制御する。また、磁極板によって光線方向及びミラー反射面に直交する方向に磁界をかけることによって、その後の飛来原子の飛行軌道を偏向させて第１ミラー１２に衝突しないようにさせる。

オリフィスより通過してきたキセノンイオン原子は、全体として光線と同方向の速度をもっているが、個々の原子については速度・方向共に揃っている訳ではない。中でもより高速で飛び出してくる原子はその後の磁界で曲げることができる量もわずかで、高速のままミラーに衝突する可能性が高い。これは低速で衝突する場合よりもミラーの受けるダメージがおおきい。そこで、本発明ではオリフィス直後に飛び出してくるイオンの速度を緩和させるために、進行方向に対して負の電界をかける構成とする。

本例では、特に図に示すようにオリフィスから第一ミラーまでの距離が十分に無いために電極を十分に配置できないような場合を例に、減速用に電界をかける電極と軌道変更用には磁界をかける磁極板を設置する構成とした。図に示すように磁極板の場合はミラー配置位置においても横方向（紙面垂直方向）から磁界をかけられる構成となるため、原子飛行軌道に影響をあたえる長さを十分にとることが可能となる。

本発明のＥＵＶ露光装置光源および光学系の一部の構成を説明する図。本発明の別の実施例を示す図。本発明の別の実施例を示す図。従来のＥＵＶ露光装置の光源および光学系の一部を示す図。従来のＥＵＶ露光装置の構成図。

Claims

ＥＵＶ露光装置において、光源と露光装置光学系とが配置されている空間を、露光に用いるＥＵＶ光が通過する部分にのみ開口をつけた隔壁によって光源空間と光学系空間とに実質的に分離してそれぞれの空間の間に圧力差を生じさせ、かつ光学系空間の前記ＥＵＶ光路に対して電界または磁界のいずれか一方あるいは両方をかけたことを特徴とした露光装置。
該電界は、前記開口と光学系空間内の最初のミラーとの間に配置したことを特徴とした請求項１に記載の露光装置。
複数の電極板または磁極板をＥＵＶ光路を挟むようにそれぞれ対面配置したことを特徴とした請求項１または２に記載の露光装置。