JP2006173365A - 照射光量測定装置及びｅｕｖ露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＥＵＶ光の被照射面にコンタミネーションが付着しやすい場合においても、照射光量を正確に測定することが可能なＥＵＶ光の照射光量測定装置を提供する。
【解決手段】 ミラー基板１の表面には多層膜２が形成されている。多層膜２はこのミラーの有効領域４を覆うように形成されている。多層膜２には電流計Ａ１が電気的に接続されており、ＥＵＶ光入射時に放出される光電子電流を測定できる。ミラーへ入射するＥＵＶ光は、有効領域４よりも少し広い、ＥＵＶ光入射範囲５に入射している。このＥＵＶ光入射範囲５内で、有効領域４の外の領域に、光電子検出用薄膜３が形成されている。光電子検出用薄膜３には電流計Ａ２が電気的に接続されており、ＥＵＶ光入射時に放出される光電子電流を測定できる。電流計Ａ１、Ａ２での測定を行うことにより、コンタミネーションが付着の影響を補償し、ＥＵＶ光の照射量を正確に測定することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＥＵＶ露光装置（極端紫外線露光装置とも呼ばれ、本明細書、及び特許請求の範囲においては、波長が１０〜１５ｎｍの紫外線を用いた露光装置をいう）において、ＥＵＶ光の被照射面への照射光量を測定する照射光量測定装置、及びこの照射光量測定装置を有するＥＵＶ露光装置に関するものである。

近年、半導体集積回路の微細化に伴い、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、従来の紫外線に代えてこれより短い波長（１０〜１５ｎｍ）のＥＵＶ光を使用した投影リソグラフィ技術が開発されている（例えば、D.Tichenor, et al, SPIE 2437 (1995) 292：非特許文献１参照）。この技術は、最近ではＥＵＶ（Extreme UltraViolet）リソグラフィと呼ばれており、従来の波長１９０ｎｍ程度の光線を用いた光リソグラフィでは実現不可能な、７０ｎｍ以下の解像力を得られる技術として期待されている。

ＥＵＶ光の波長領域での物質の複素屈折率ｎは、ｎ＝１−δ−ｉｋ（ｉは複素記号）で表わされる。この屈折率の虚部ｋは極端紫外線の吸収を表す。δは１に比べて非常に小さいため、この領域での屈折率の実部は１に非常に近い。また、ｋは非常に大きいので、吸収率が大きい。したがって従来のレンズのような透過屈折型の光学素子を使用できず、反射を利用した光学系が使用される。

ＥＵＶ露光装置の概要を図５に示す。ＥＵＶ光源３１から放出されたＥＵＶ光３２は、照明光学系３３に入射し、コリメータミラーとして作用する凹面ミラー３４を介してほぼ平行光束となり、一対のフライアイミラー３５ａおよび３５ｂからなるオプティカルインテグレータ３５に入射する。一対のフライアイミラー３５ａおよび３５ｂとして、たとえば特開平１１−３１２６３８号公報（特許文献１）に開示されたフライアイミラーを用いることができる。なお、フライアイミラーのさらに詳細な構成および作用については、特許文献１に詳しく説明されており、かつ、本発明と直接の関係がないので、その説明を省略する。

こうして、第２フライアイミラー３５ｂの反射面の近傍、すなわちオプティカルインテグレータ３５の射出面の近傍には、所定の形状を有する実質的な面光源が形成される。実質的な面光源からの光は、平面ミラー３６により偏向された後、マスクＭ上に細長い円弧状の照明領域を形成する（円弧状の照明領域を形成するための開口板は図示を省略している）。照明されたマスクＭのパターンからの光は、複数のミラー（図５では例示的に６つのミラーＭ１〜Ｍ６）からなる投影光学系ＰＬを介して、ウエハＷ上にマスクパターンの像を形成する。

なお、このようなミラーを使用した光学系では、投影露光に近軸光線を使用することができないので、全体の収差を一様として補正するために、リング状の投影露光フィールドを有している。このような、リング状の投影露光フィールドでは、３０ｍｍ角程度のチップを一括で露光することはできないので、マスクとウエハを同期スキャンさせて露光を行うようにされている。

このようなＥＵＶ露光装置において、所定の露光状態でマスクＭ面を照明するＥＵＶ光の照射光量、ウエハＷ面を照射するＥＵＶ光の照射光量を知り、それに応じてＥＵＶ光源３１の状態を調整することが必要となる場合がある。

このような目的のために、マスクＭが待避状態にあるときや、ウエハＷがウエハステージに載置されていない状態で、例えば光電素子からなるセンサを、露光時にマスクＭやウエハＷが置かれる位置に入れて、そのセンサの出力から、照射光量を検出する方法が考えられている。

しかし、この方法では、実際の露光時の照射光量を知ることができないという問題点があった。そこで、実際の露光中にＥＵＶ露光装置のミラーの反射膜が受ける光電子の量を検出して、その値から間接的にマスクＭやウエハＷが受ける照射光量を検出することが考えられている。

通常、これらのミラーとしては、ガラス基板の上に、ＭｏとＳｉからなる薄膜を交互に成膜した多層膜ミラーが使用されているが、この多層膜と接地電位の間に流れる電流（光電流）を測定することにより、ミラーを照射するＥＵＶ光の照射光量を知ることができ、これから、マスクＭやウエハＷを照射するＥＵＶ光の照射光量を間接的に求めることができる。

特開平１１−３１２６３８号公報 D.Tichenor, et al, SPIE 2437 (1995) 292

しかしながら、ＥＵＶ露光装置においては、ミラー表面がコンタミネーションにより汚染されるという問題が避けられない。これら、ＥＵＶ露光装置においては、ミラーは、空気による吸収を防ぐために真空中で使用される。しかしながら、露光装置内は完全な真空にはなっておらず、炭化水素等の有機物系のガス等が常に存在する環境にある。炭化水素を含んだ残留ガスには、真空排気系（真空ポンプ）に用いられるオイルに起因するもの、装置内部の可動部分の潤滑材に起因するもの、装置内部で使用される部品（例えば電気ケーブルの被覆材料など）に起因するものなどがある。

ＥＵＶ露光装置の場合は、フォトレジストを塗布したウエハが装置内部の真空中に導入される。ここにＥＵＶ光が照射されると、残留していた溶剤の蒸発やレジストを構成する樹脂の分解脱離などにより、炭化水素を含んだガスが放出される。

炭化水素を含んだ残留ガス分子は、多層膜ミラーの表面に物理吸着する。物理吸着したガス分子は、脱離と吸着を繰り返しており、そのままでは厚く成長することはない。

しかし、ここにＥＵＶ光が照射されると、ミラーの基板内部で二次電子が発生し、この二次電子が表面に吸着している炭化水素を含んだガス分子を分解して炭素を析出させる。

吸着したガス分子がどんどん分解されて析出していくので、多層膜ミラーの表面には炭素層が形成され、その厚さはＥＵＶ光の照射量に比例して増加していく。

多層膜ミラーの表面に炭素等のコンタミネーションが付着すると光電子の放出が阻止される。従って、多層膜と接地電位との間に流れる光電流を測定するだけでは、その変化が、入射するＥＵＶ光の照射光量変化によるものか、コンタミネーション付着の影響によるものかを区別することができず、その結果、照射光量を正確に測定することができないという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ＥＵＶ光の被照射面にコンタミネーションが付着しやすい場合においても、照射光量を正確に測定することが可能なＥＵＶ光の照射光量測定装置、及びこの照射光量測定装置を使用したＥＵＶ露光装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、ＥＵＶ光の被照射面への照射光量を測定する照射光量測定装置であって、前記被照射面の有効領域を照射するＥＵＶ光によって生じる光電子電流と、前記被照射面の前記有効領域外に設けられた光電子検出用薄膜へ入射するＥＵＶ光によって生じる光電子電流とを測定し、両者の測定値に基づいて照射光量を測定することを特徴とする照射光量測定装置（請求項１）である。

ここで、有効領域とは、その領域を照明するＥＵＶ光が目的のために使用される領域のことである。本手段においては、ＥＵＶ光の被照射面の有効領域外に設けられた光電子検出用薄膜へ入射するＥＵＶ光によって生じる光電子電流を、有効領域を照射するＥＵＶ光によって生じる光電子電流に加えて測定している。よって、有効領域外に設けられた光電子検出用薄膜がコンタミネーションによって受ける影響の度合いと、ＥＵＶ光の被照射面の有効領域がコンタミネーションによって受ける影響の度合いを異ならせておくことにより、コンタミネーションの影響を除去して、照射光量を正確に測定することができる。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、ＥＵＶ光を遮蔽する遮蔽部材を、前記光電子検出用薄膜への前記ＥＵＶ光の照射を遮る位置と、遮らない位置との間を移動可能に設けたことを特徴とするもの（請求項２）である。

本手段においては、有効領域外に設けられた光電子検出用薄膜で発生する光電流の測定を行わないときは、遮蔽部材により、光電子検出用薄膜へＥＵＶ光が照射されるのを遮蔽することができる。よって、光電子検出用薄膜へのＥＵＶ光の照射時間を短くすることができ、光電子検出用薄膜へのコンタミネーションの付着を低減できる。よって、光電子検出用薄膜へのコンタミネーションの付着によって発生する測定誤差を小さくすることができる。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記光電子検出用薄膜の表面を光洗浄する光洗浄光源を設けたことを特徴とするもの（請求項３）である。

本手段においては、光電子検出用薄膜の表面を光洗浄する光洗浄光源を設けているので、光洗浄により、光電子検出用薄膜に付着したコンタミネーションを除去することができる。よって、光電子検出用薄膜へのコンタミネーションの付着によって発生する測定誤差を小さくすることができる。

前記課題を解決するための第４の手段は、ＥＵＶ光の被照射面への照射光量を測定する照射光量測定装置であって、前記被照射面の有効領域を照射するＥＵＶ光によって生じる光電子電流と、前記被照射面の前記有効領域外へ挿脱可能に設けられた光電子検出用薄膜へ入射するＥＵＶ光によって生じる光電子電流とを測定し、両者の測定値に基づいて照射光量を測定することを特徴とする照射光量測定装置（請求項４）である。

前記第１の手段から第３の手段においては、光電子検出用薄膜を被照射面の有効領域外に設けていたが、本手段においては、光電子検出用薄膜を、被照射面の有効領域外へ挿脱可能に設けている。よって、照射光量を測定するときだけ、光電子検出用薄膜を、被照射面の有効領域外へ挿入して測定すればよいので、光電子検出用薄膜へのコンタミネーションの付着を低減できる。よって、光電子検出用薄膜へのコンタミネーションの付着によって発生する測定誤差を小さくすることができる。

前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずれかであって、前記光電子検出用薄膜が貴金属からなることを特徴とするもの（請求項５）である。

貴金属は、コンタミネーションが付着しにくいので、これらを光電子検出用薄膜として用いることにより、光電子検出用薄膜へのコンタミネーションの付着を低減できる。よって、光電子検出用薄膜へのコンタミネーションの付着によって発生する測定誤差を小さくすることができる。

前記課題を解決するための第６の手段は、前記第５の手段であって、前記貴金属からなる光電子検出用薄膜がガラス基板上に成膜され、前記貴金属からなる光電子検出用薄膜と前記ガラス基板との間にＣｒ又はＴｉからなる薄膜が成膜されていることを特徴とするもの（請求項６）である。

ガラス基板上に貴金属を成膜した場合に、貴金属薄膜が剥離しやすいという問題点がある。しかし、ガラス基板と貴金属薄膜との間にＣｒ又はＴｉ薄膜を介在させることにより、貴金属薄膜をガラス基板から剥がれにくくすることができる。

前記課題を解決するための第７の手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずかであって、前記光電子検出用薄膜がＮｉからなることを特徴とするもの（請求項７）である。

Ｎｉも貴金属と同様、コンタミネーションが付着しにくいので、これらを光電子検出用薄膜として用いることにより、光電子検出用薄膜へのコンタミネーションの付着を低減できる。よって、光電子検出用薄膜へのコンタミネーションの付着によって発生する測定誤差を小さくすることができる。

前記課題を解決するための第８の手段は、前記第１の手段から第７の手段のいずれかの照射光量測定装置を有することを特徴とするＥＵＶ露光装置（請求項８）である。

本手段においては、マスクやウエハが受けるＥＵＶ光の照射光量を、露光中に正確に測定することができる。

本発明によれば、ＥＵＶ光の被照射面にコンタミネーションが付着しやすい場合においても、照射光量を正確に測定することが可能なＥＵＶ光の照射光量測定装置、及びこの照射光量測定装置を使用したＥＵＶ露光装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態である照射量測定装置の概要を示す図であり、ＥＵＶ露光装置を構成する多層膜ミラーに照射する照射光を測定するものである。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。

低熱膨張ガラス製のミラー基板１の表面には、波長13.5nmのＥＵＶ光を反射するためのモリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）の交互層からなる多層膜２が形成されている。多層膜２はこのミラーの有効領域４を覆うように形成されている。多層膜２には電流計Ａ１が電気的に接続されており、ＥＵＶ光入射時に放出される光電子電流を測定できるようになっている。

ミラーへ入射するＥＵＶ光は、有効領域４よりも少し広い、ＥＵＶ光入射範囲５に入射している。このＥＵＶ光入射範囲５内で、有効領域４の外の領域に、光電子検出用薄膜３が形成されている。光電子検出用薄膜３には電流計Ａ２が電気的に接続されており、ＥＵＶ光入射時に放出される光電子電流を測定できるようになっている。

光電子検出用薄膜３は、多層膜２よりも炭素等のコンタミネーションが付着し難い材料で形成されている。例えば、貴金属である白金（Ｐｔ）を用い、ガラス製のミラー基板１の上に最初にクロム（Ｃｒ）をコーティングして、その上にＰｔをコートする。一般に貴金属材料薄膜をガラス上に成膜すると剥離しやすいが、Ｃｒ層を挿入することにより、ミラー基板１とＰｔ層の間の密着性を高めることができる。貴金属としては、Ｐｔ以外に、金（Ａｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）などを用いてもよい。又、Ｃｒ層の代わりにＴｉ層を設けてもよい。

このミラーにＥＵＶ光が照射されると、電流計Ａ１、Ａ２で測定される光電子電流は照射時間とともに低下する。低下量は、入射ＥＵＶ光の照度の減少と、表面に付着した炭素等のコンタミネーションによる光電子脱出の阻止効果の両方に起因している。

入射ＥＵＶ光の照度の変化をΔＥ、ＥＵＶ光の初期照度をＥ_０、コンタミネーションの付着による光電子電流量の低下をΔＣ、光電子電流の初期値をＣ_０とすると、多層膜２を流れる光電子電流Ａ_１と光電子検出用薄膜３を流れる光電子電流Ａ_２の変化は、それぞれ以下のように表現できる。ただし、ΔＣ、Ｃ_０に対する添え字は、１が多層膜２、２が光電子検出用薄膜３についてのものであることを示す。

多層膜２表面のコンタミネーション付着速度と光電子検出用薄膜３表面のコンタミネーション付着速度を実験により予め測定しておけば、コンタミネーション付着による光電子電流低下の相対的な比率がわかる。それを次式で表現する。
ΔＣ_１＝ｎΔＣ_２
ｎは光電子検出用薄膜に対する多層膜のコンタミネーションの付着しやすさを表す係数である。これらの式から、ＥＵＶ照度の低下ΔＥ／Ｅ_０とコンタミネーションの付着による光電子放出量の低下ΔＣ_１／Ｃ_０１、ΔＣ_２／Ｃ_０２を分離して算出することができる。すなわち、

ＥＵＶ光照射時間に対する光電子電流測定値（Ａ_１，Ａ_２）の変化を示すグラフを図２に示す。図２は、Ａ_１、Ａ_２とも、照度の低下については同じように低下するが、コンタミネーションの付着量が異なるため、Ａ_１の低下がＡ_２に対して著しい場合を示している。上記の式に従って、これらのデータからＥＵＶ光の照度低下とコンタミネーションの付着による光電子電流の減少を分離することができる。

極端なケースとして光電子検出用薄膜３の上に全くコンタミネーションが付着しない場合を考える。この場合は、係数ｎは無限大となるので、上記の各式は次のようになる。

図３は、本発明の第２の実施の形態である照射量測定装置の概要を示す図であり、ＥＵＶ露光装置を構成する多層膜ミラーに照射する照射光を測定するものである。なお、以下の図において、本欄における前出の図に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付して、その説明を省略することがある。

図３において、多層膜ミラーは、図１に示したものと同じであり、ガラス製のミラー基板１の表面に多層膜２が形成されると共に、ＥＵＶ光入射範囲内で有効領域の外側に、光電子検出用薄膜３が形成されている。光電子検出用薄膜３はＲｕの薄膜である。ＥＵＶ光の照射量の測定原理は、図１に示したものと同じである。

この実施の形態においては、光電子検出用薄膜３の近傍には可動遮蔽板６が配置されており、光電流測定時以外には、光電子検出用薄膜３にＥＵＶ光７が照射されないようになっている。このように、光電子検出用薄膜３に、測定時以外にはＥＵＶ光が照射されないようにすることにより、光電子検出用薄膜３へのコンタミネーションの付着を低減させることができ、長期間にわたって感度が変わることのない測定が可能となる。

図４は、本発明の第３の実施の形態である照射量測定装置の概要を示す図であり、ＥＵＶ露光装置を構成する多層膜ミラーに照射する照射光を測定するものである。本手段においては、ミラー基板１の表面には、光電子検出用薄膜が形成されておらず、光電検出面としてＲｕを成膜した部材８がＥＵＶ光７の照射領域の有効領域外の領域に挿入したり、ＥＵＶ照射領域外に引っ込めたりできるようになっている。

部材８がＥＵＶ光７の照射領域に挿入された状態では、光電流の測定によりＥＵＶ照度の測定が可能であり、測定時以外は、部材８はＥＵＶ光照射領域外に移動される。このように、Ｒｕ成膜領域に測定時以外にはＥＵＶ光が照射されないようにすることにより、Ｒｕ領域へのコンタミネーションの付着を防ぐことができ、長期間にわたって感度が変わることのない測定が可能となる。Ｒｕを成膜した部材８の位置再現性は１０μmであり、常にＥＵＶ光束に対して同じ位置に挿入することが可能である。

また、ＥＵＶ非照射領域に移動した状態では、例えば、パルスレーザー光（KrF：248nm、パルス持続時間20ns）を照射することができ、表面の汚れを除去することが可能である。これにより、常に表面状態を汚れていない状態に回復することができ、光電子の発生効率を常に一定の状態に回復することができる。

光洗浄に使用するレーザは、短パルスで短波長の方が進入深さが浅く、熱的な負荷も小さいため、均一なクリーニングができるので望ましく、エキシマレーザ等が好適である。

なお、図１、図２に示すような構成の照射量測定装置においても、ＥＵＶ露光を行っていないときに、光電子検出用薄膜３に対してレーザ光による光洗浄を行えば、常に表面状態を汚れていない状態に回復することができ、光電子の発生効率を常に一定の状態に回復することができる。

以上説明したような、ＥＵＶ光の照射量測定装置を有するミラーは、例えば図５に示すＥＵＶ露光装置のミラー（特にウエハＷに最も近いＭ６ミラー）として使用し、それに照射されるＥＵＶ光の照射量を知ることにより、ウエハＷに照射されるＥＵＶ光の照射量を、露光中に推定することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態である照射量測定装置の概要を示す図であり、ＥＵＶ露光装置を構成する多層膜ミラーに照射する照射光を測定するものである。 ＥＵＶ光照射時間に対する光電子電流測定値（Ａ１，Ａ２）の変化を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態である照射量測定装置の概要を示す図であり、ＥＵＶ露光装置を構成する多層膜ミラーに照射する照射光を測定するものである。 本発明の第３の実施の形態である照射量測定装置の概要を示す図であり、ＥＵＶ露光装置を構成する多層膜ミラーに照射する照射光を測定するものである。 ＥＵＶ露光装置の概要を示す図である。

符号の説明

１…ミラー基板、２…多層膜、３…光電子検出用薄膜、４…有効領域、５…ＥＵＶ光入射範囲、６…可動遮蔽板、７…ＥＵＶ光、８…部材

Claims (8)

1. ＥＵＶ光の被照射面への照射光量を測定する照射光量測定装置であって、前記被照射面の有効領域を照射するＥＵＶ光によって生じる光電子電流と、前記被照射面の前記有効領域外に設けられた光電子検出用薄膜へ入射するＥＵＶ光によって生じる光電子電流とを測定し、両者の測定値に基づいて照射光量を測定することを特徴とする照射光量測定装置。
2. ＥＵＶ光を遮蔽する遮蔽部材を、前記光電子検出用薄膜への前記ＥＵＶ光の照射を遮る位置と、遮らない位置との間を移動可能に設けたことを特徴とする請求項１に記載の照射光量測定装置。
3. 前記光電子検出用薄膜の表面を光洗浄する光洗浄光源を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照射光量測定装置。
4. ＥＵＶ光の被照射面への照射光量を測定する照射光量測定装置であって、前記被照射面の有効領域を照射するＥＵＶ光によって生じる光電子電流と、前記被照射面の前記有効領域外へ挿脱可能に設けられた光電子検出用薄膜へ入射するＥＵＶ光によって生じる光電子電流とを測定し、両者の測定値に基づいて照射光量を測定することを特徴とする照射光量測定装置。
5. 前記光電子検出用薄膜が貴金属からなることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の照射光量測定装置。
6. 前記貴金属からなる光電子検出用薄膜がガラス基板上に成膜され、前記貴金属からなる光電子検出用薄膜と前記ガラス基板との間にＣｒ又はＴｉからなる薄膜が成膜されていることを特徴とする請求項５に記載の照射光量測定装置。
7. 前記光電子検出用薄膜がＮｉからなることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の照射光量測定装置。
8. 請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載の照射光量測定装置を有することを特徴とするＥＵＶ露光装置。
   

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