JP2006245255A - 露光装置、露光方法、および微細パターンを有するデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反射鏡ごとの酸化膜厚もしくは炭化膜厚の厚みまたは反射鏡ごとの反射率を監視することのできる露光装置を提供する。
【解決手段】極端紫外光を用いて、マスクに形成されたパターンを感応基板上に露光転写するための複数の反射鏡を有する投影光学系を備えた露光装置であって、前記複数の反射鏡のうち、少なくとも１つに露光光の反射率を監視する機器１１１を備えたことを特徴とする露光装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、極端紫外線または軟X線（本明細書及び特許請求の範囲においては、波長が150nm以下の光を意味し、「ＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光」と言うことがある）を露光光源として用いる、露光装置、露光方法及びこれらを使用した微細パターンを有するデバイスの製造方法に関するものである。

半導体素子又は液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、マスク(本明細書および特許請求の範囲においてはレチクルを含む)に形成されたパターン像を、投影光学系を介して感光材（レジスト）が塗布されたウエハ上の各投影（ショット）領域に縮小して投影する縮小投影露光装置が使用されている。半導体素子、液晶表示素子等の回路は、上記投影露光装置でウエハやガラス上に回路パターンを露光することにより転写され、後処理によって形成される。

近年、集積回路の高密度集積化、すなわち、回路パターンの微細化が進められてきた。これに対応するため、投影露光装置における投影光も短波長化される傾向にある。すなわち、これまで主流だった水銀ランプの輝線に代わって、KrFエキシマレーザー（248 nm）が用いられるようになり、さらに短波長のArFエキシマレーザー（193 nm）を用いた投影露光装置が実用化されている。また、更なる高密度集積化をめざしてＦ_２レーザー（157 nm）を使用する露光装置や液浸機構を有する光露光機の開発も進められている。

さらに、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（11乃至14 nm）のＥＵＶ光を使用した投影リソグラフィが開発されている（例えば、D.Tichenor, et al. SPIE 2437 (1995) 292）。この技術は、ＥＵＶリソグラフィと呼ばれており、従来の光リソグラフィでは実現不可能な45nm以下の解像力を得られる技術として期待されている。

このような、ＥＵＶ光を使用した露光装置の投影光学系の概要を図１３に示す。光源３１から放出されたＥＵＶ光は、コリメータミラーとして作用する凹面反射鏡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、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反射鏡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。ここで、円弧状の照明領域を形成するための開口板は、図示していない。マスクＭの表面で反射された光は、その後、投影光学系３７のミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６で順に反射されて、露光光１として、マスクＭの表面に形成されたパターンの像を、ウエハ２上に塗布されたレジスト３上に形成する。ここで、ミラー（反射鏡）は、屈折率の異なる２種類の物質を積層した多層膜から構成される。また、レジスト３を塗布したウエハ２を感応基板とも呼ぶ。

一般に、ＥＵＶ光はあらゆる物質で吸光されるので空気中を透過しない。このため、ＥＵＶ光を用いた露光装置では、露光光１をウエハ面上に十分な照度で到達させるためには、露光光路上の吸光物質を低減もしくは排除し、光路空間を高真空に保つ必要がある。このためには、放出ガスが極力少ない物質を用いて露光装置光路空間を構成する必要がある。投影光学系３７を含む露光装置光路空間は、図１３に図示しない真空チャンバに収納してもよい。このように、ＥＵＶ光を用いた露光装置では、より微細な遮光パターンの転写が可能な一方で、吸光物質を排除する必要がある（吸光物質の放出する部材の利用が限られる）など設計が容易でない。

特開平１１-３１２６３８号公報

一般に、真空装置を構成する部材の表面には、数層から数百層といわれる大量のＨ_２Ｏ分子が吸着している。これらのＨ_２Ｏ分子は、その極性の故におもに水素結合で物質表面に吸着する。この水分子は、光路空間内でミラー表面に付着（吸着および堆積）し、露光光もしくは光電子との反応（光化学反応）によって、ミラーの多層膜表層物質を酸化させて酸化膜を形成し、ミラー反射率低下の原因となる。このように、ミラーなどの光学素子の表面に付着（吸着および堆積）して反射率などの光学特性を劣化させる物質をコンタミ物質と呼ぶ。

ミラーの表面に1nmの酸化膜が積層されるとミラーの反射率が約２乃至３％低下する。また、ミラー表面の酸化膜によって収差が発生し、照度ムラ（ばらつき）の原因となるなど反射率以外の光学特性も劣化する。さらに、光学素子（反射鏡）のメンテナンスに起因する露光装置のスループットの低下による生産性の低下といった問題も生じる。

その一方で、従来型光露光装置と異なり、極端紫外光を用いた露光装置では光路空間にガスが充填されていないので、気流制御による放出ガス排除が容易でない。したがって、これらコンタミ物質の光路空間中におけるコンタミ物質分圧の低減が必要となる。

水分子の脱離（による真空度の悪化）を低減する手段として、一般的にはベーキングが行われる。ベーキングは、装置を高温にして水分子の脱離を促す方法である。しかし、図１３に示す露光装置の投影光学系にベーキングを行うと、加熱による熱膨張、特に異質の材料での熱膨張率の相違に起因する位置ズレが原因となって、ミラーの位置が変化して光学性能が劣化する。この光学性能の劣化はＥＵＶ光を用いた露光装置では許容できないもので、ベーキングは適用できない。したがって、ＥＵＶ光を用いた露光装置では、光路空間中の水分を低減するのは容易ではない。このため、ミラーの多層膜表面への水分付着に起因する酸化による反射率劣化を低減するのは容易でない。

以上、コンタミ物質としての水分について説明した。しかし、コンタミ物質は、水分だけではない。

半導体回路などのパターンの露光転写では、ウエハ面上にレジストと呼ばれる感光剤を塗布する必要がある。従来型光露光装置でも問題が顕在化しているように、露光中にレジストから大量に放出される物質は吸光の大きな物質であり、ミラーなどの光学素子表面に吸着して、光学性能を著しく劣化させる。

レジストは感光剤、溶剤、酸発生剤などから構成され、いずれも有機物をその主成分とする。さらに、このレジストに高強度の露光光が照射されることによって分解されてより低分子の物質となり、その成分は上方すなわち露光空間に放出される。

特に、ＥＵＶ光を用いた露光装置では、露光光のエネルギーが高いので、容易にレジスト物質(たとえば、レジスト中に含まれる溶剤物質)を断鎖し、比較的分子数の小さい、すなわち蒸気圧の高い物質がレジスト内に生成される。この物質はレジスト内の熱拡散によってレジスト表面に到達し、やがて蒸発に似たプロセスで露光光路空間にガスとして放出される。投影光学系内の光学素子（反射鏡）とレジストとの間に遮るものが無く、かつこの空間は高真空に保たれているので、この放出ガスのうち、ある立体角内に放出されたものは遮られることなく投影光学系内の反射鏡表面に付着して汚染を生じる。ある立体角外に放出されたガスであっても、いったん鏡筒内壁に付着した後に脱離するなどして、ミラー表面に付着するものもある。

すなわち、レジストからの放出ガスは、図１３における投影光学系３７に放出され、投影光学系のチャンバ内に入り、コンタミ物質としてミラー面に付着する。付着したコンタミ物質は、露光光もしくは光電子との光化学反応によって、緻密な炭素（Ｃ）膜を形成し、吸光（ミラーの反射率の低下）の原因となる。また、コンタミ物質の付着が不均一であれば、照度ムラ（ばらつき）の原因ともなり得る。なお、ここでいうコンタミ物質とは、メタン、エタン、プロパン、ブタンなどの炭化水素、イソプロピルアルコール、ポリメチルメタクリレートなどの直鎖有機物、ベンゼン環を有するフタル酸エステルなどの環状有機物、シラン、シロキサンなどのＳｉ含有有機物、などを指す。

レジストから放出されるガスの様子を図１４により説明する。図１４は、図１３に示すＥＵＶ光露光装置の、ウエハ近傍の構成を示す概要図である。図示していない部分の構成は、図１３に示したＥＵＶ光露光装置と同じである。

ＥＵＶ光は、ミラーＭ５、Ｍ６で反射され、図示しないマスクに形成されたパターンの像を、ウエハ２に塗布されたレジスト３上に形成する。ＥＵＶ光は、ほとんど全ての物質で吸光されるので、露光空間は、たとえば１０^−５Ｐａといった高真空度に保たれている。露光光は、レジスト３上に照射されるが、このとき、レジスト３から大量のレジスト放出ガス４が放出される。

このレジスト放出ガスのうち、ある立体角内に放出されたものは遮られることなくミラーＭ６の表面に付着する。ある立体角外に放出されたガスであっても、いったん鏡筒内壁に付着した後に脱離するなどして、ミラーＭ５やＭ６の表面に付着するものもある。付着したガスの成分は、露光光又は光電子との光化学反応により緻密なＣ膜に変化する。

このＣ膜の厚みは露光時間が増大するとともに増大し、増大とともにミラー多層膜 (Ｓｉ／Ｍｏ多層膜)の反射率が低下する(ミラー表面に1nmのカーボン層が堆積すると反射率が約１％低下する)ので、収差が発生し、照度ムラ（ばらつき）が発生するなど光学特性劣化をもたらす。さらに、反射率低下はスループットの低下となり、露光装置の生産性を著しくおとしめる。反射率低下量の目標は、１％／面程度であり、このためには、これらコンタミ物質の光路空間中分圧の低減が必要となる。

ＥＵＶ光露光装置では、従来型露光装置と異なり、光路空間にガスが充填されていないので、気流制御による放出ガス排除が容易でない。このために、コンタミ物質の光路空間中分圧の低減が必要となる。

しかしながら、ＥＵＶ露光装置光路空間内の、水分や有機物などのコンタミ物質分圧を低減するのは容易でない。このため、酸化膜や炭化膜（Ｃ膜）は徐々に成長し、やがて許容値以上になる可能性がある。この場合は、酸化膜や炭化膜の膜厚を正確に監視し、その値が許容値以上となったときを正確に検出して、対策を講じる必要がある。具体的には、酸化膜厚が許容値を超えたときは多層膜反射鏡を交換し、炭化膜厚が許容値を超えたときは多層膜反射鏡の洗浄もしくは交換を行う。

反射鏡表面の酸化膜や炭化膜の膜厚が増加するにしたがって、反射鏡の反射率は低下する。反射鏡表面の酸化膜や炭化膜の膜厚を監視し、膜厚が許容値を超えた場合に反射鏡の交換またはメンテナンスを行うのは、反射鏡の反射率などの光学特性を所定のレベルに維持するためである。したがって、反射鏡表面の酸化膜や炭化膜の膜厚を監視する代わりに、反射鏡の反射率を監視し、反射率が所定の値以下となった場合に反射鏡の交換またはメンテナンスを行うようにしてもよい。

このように、反射鏡ごとの酸化膜厚もしくは炭化膜厚の厚みまたは反射鏡ごとの反射率を監視することに対するニーズがある。

露光光量を監視することによって酸化膜厚または炭化膜厚を監視することもできるが、露光光量は酸化膜・炭化膜以外の原因によっても変化するので、必ずしも適切ではない。また、露光光量を監視することによっては、複数の反射鏡の内、どの反射鏡の酸化膜厚または炭化膜厚が許容値を超えたかを知ることができない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、反射鏡ごとの酸化膜厚もしくは炭化膜厚の厚みまたは反射鏡ごとの反射率を監視することのできる露光装置、この露光装置を使用した露光方法、およびこの露光方法を使用した微細パターンを有するデバイスの製造方法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、極端紫外光を用いて、マスクに形成されたパターンを感応基板上に露光転写するための複数の反射鏡を有する投影光学系を備えた露光装置であって、前記複数の反射鏡のうち、少なくとも１つに露光光の反射率を監視する機器を備えたことを特徴とする露光装置である。

本手段によれば、反射鏡ごとの反射率を監視し、反射率が所定の値以下となった場合に反射鏡の交換またはメンテナンスを行うことによって、反射鏡の反射率などの光学特性を所定のレベルに維持することができる。

前記課題を解決するための第２の手段は、第１の手段であって、前記露光光の反射率を監視する機器が、反射鏡表面の静電容量の変化を計測する機器であることを特徴とする。

本手段によれば、反射鏡表面の静電容量の変化を計測することによって反射鏡表面の酸化膜または炭化膜の膜厚を推定することができる。反射鏡表面の酸化膜や炭化膜の膜厚が増加するにしたがって、反射鏡の反射率は低下するので、膜厚の変化を監視することにより反射率の変化を監視することができる。

前記課題を解決するための第３の手段は、第１の手段であって、前記露光光の反射率を監視する機器が、反射鏡の多層膜の電気抵抗の変化を計測する機器であることを特徴とする。

本手段によれば、反射鏡の多層膜の電気抵抗の変化を計測することによって反射鏡表面の酸化膜または炭化膜の膜厚を推定することができる。反射鏡表面の酸化膜や炭化膜の膜厚が増加するにしたがって、反射鏡の反射率は低下するので、膜厚の変化を監視することにより反射率の変化を監視することができる。

前記課題を解決するための第４の手段は、第１の手段であって、前記露光光の反射率を監視する機器が、反射鏡表面の温度の変化を計測する機器であることを特徴とする。

反射鏡の反射率が低下すると、反射鏡による露光光の吸収が増加し、反射鏡表面の温度は上昇する。したがって、本手段により反射鏡表面の温度の変化を計測することにより、反射率の変化を監視することができる。

前記課題を解決するための第５の手段は、第１の手段であって、前記露光光の反射率を監視する機器が、紫外線反射率の変化を計測する機器であることを特徴とする。

紫外光反射率とＥＵＶ光反射率との間には相関があるので、紫外光反射率の変化を計測することによりＥＵＶ光反射率の変化を監視することができる。

前記課題を解決するための第６の手段は、第１の手段であって、前記露光光の反射率を監視する機器が、光音響素子を含む機器であることを特徴とする。

反射鏡の反射率が低下して、光音響素子の光吸収量が増えれば音波振幅が大きくなる。したがって、本手段によって音波振幅を計測することにより、反射鏡の反射率を監視することができる。

前記課題を解決するための第７の手段は、第１の手段であって、前記露光光の反射率を監視する機器が、水晶振動子を含む機器であることを特徴とする。

水晶振動子にコンタミ物質が付着すると、そのコンタミ物質の質量（膜厚と膜面密度と有効面積の積に相当する値）が変化するにしたがって、水晶振動子の固有振動数が変化する。したがって、本手段によって水晶振動子の固有振動数の変化を計測することにより、酸化膜または炭化膜の膜厚を推定することができる。反射鏡表面の酸化膜や炭化膜の膜厚が増加するにしたがって、反射鏡の反射率は低下するので、膜厚の変化を監視することにより反射率の変化を監視することができる。

前記課題を解決するための第８の手段は、第１の手段であって、前記露光光の反射率を監視する機器が、反射鏡表面の反射率の分布を監視することを特徴とする。

本手段によれば、反射鏡表面の反射率（露光量）のばらつきを監視することができる。反射率のばらつきが所定の値以上となった場合に反射鏡の交換またはメンテナンスを行うことによって、反射鏡の光学特性を所定のレベルに維持することができる。したがって、露光される線幅を均一に維持することができる。

前記課題を解決するための第９の手段は、第１から第８のいずれかの手段を使用して、マスクに形成された露光パターンをウエハ等の感応基板上に露光転写することを特徴とする露光方法である。

本手段によれば、反射鏡ごとの反射率を監視し、反射率が所定の値以下となった場合に反射鏡の交換またはメンテナンスを行うことによって、反射鏡の反射率などの光学特性を所定のレベルに維持することができる。したがって、高い精度で、マスクに形成された露光パターンをウエハ等の感応基板上に露光転写することができる。

前記課題を解決するための第１０の手段は、第９の手段を用いて、マスクに形成されたパターンを感応基板に露光転写する工程を有することを特徴とする微細パターンを有するデバイスの製造方法である。

本手段によれば、高い精度で、マスクに形成された露光パターンをウエハ等の感応基板上に露光転写することができるので、高品質のデバイスを製造することができる。

本発明によれば、反射鏡の反射率などの光学特性を所定のレベルに維持することができるＥＵＶ光露光装置、露光方法、およびこの露光方法を使用した微細パターンを有するデバイスの製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による反射鏡の構成を示す概要図である。基板１０１上に屈折率の異なるシリコン（Ｓｉ）層とモリブデン（Ｍｏ）層とを繰り返し積層した多層膜１０３の構造を有する。多層膜の表面に酸化膜または炭化膜１０５が形成される。本実施形態においては、反射鏡の多層膜表面から所定の距離に電極１１１が配置されている。電極１１１と、シリコン（Ｓｉ）等の伝導体で成膜されている多層膜表面との間では、コンデンサと同様の回路が形成される。電圧源１１３によって電圧を印加し、流れる電流値を電流計１１５によって計測し、本コンデンサの静電容量の変化を計測する。

本実施形態においては、図１３に示したＥＵＶ露光装置の反射鏡Ｍ１乃至Ｍ６のうちの少なくとも１つが、上記のように構成されている。上記のように構成された反射鏡以外の部分の構成は、図１３に示したＥＵＶ露光装置の構成と同様である。

なお、他の実施形態についても、特に明示する場合を除いて、反射鏡以外の部分の構成は、図１３に示したＥＵＶ露光装置の構成と同様である。

ここで、コンデンサの静電容量は、電極１１１の大きさ（外径など）、電極１１１と多層膜表面との距離および電極１１１と多層膜表面との間の物質の誘電率によって定まる。多層膜表面に酸化膜または炭化膜１０５が成膜し、その厚みが大きくなると、コンデンサの誘電率が変化するので、電圧源１１３によって同一の電圧を印加しても流れる電流値が異なる。この変化を電流計１１５によって計測することで、酸化膜厚または炭化膜厚を計測する。なお、電極１１１、電圧源１１３および電流計１１５を含む市販の静電容量計測器を利用してもよい。

酸化膜または炭化膜の膜厚と電流値の変化の関係は、あらかじめ実験的に検証しておく。投影光学系内の反射鏡の位置によって、酸化膜の膜厚と炭化膜の膜厚との比率を決めるようにしてもよい。あるいは、投影光学系内の反射鏡の位置とその他の操業条件の適切な関数によって、酸化膜の膜厚と炭化膜の膜厚との比率を決めるようにしてもよい。このようにして、露光装置のそれぞれの反射鏡における酸化膜または炭化膜の膜厚を計測することが可能となる。

本実施形態において、静電容量計測用の電極１１１を、たとえば、円形の直径数ミリメータ程度に小さくしておき、図１に示すように、反射鏡表面に沿ってスキャンすることで静電容量の分布を測定することができる。この静電容量の分布から酸化膜または炭化膜の、反射鏡面におけるばらつきを推定することができる。

上記のようにして推定された、酸化膜厚または炭化膜厚の、反射鏡面におけるばらつきが許容値を超えたときは、酸化膜または炭化膜の膜厚が許容値以下であっても回路パターンの転写を中止する必要がある。これは、酸化膜または炭化膜の膜厚のばらつきが反射率（露光量）のばらつきの原因となり、線幅均一性が異常となるからである。

図２および図３は、本発明の第２の実施形態による反射鏡の構成を示す概要図である。基板１０１上に屈折率の異なるシリコン（Ｓｉ）層とモリブデン（Ｍｏ）層とを繰り返し積層した多層膜１０３の構造を有する。多層膜の表面に酸化膜または炭化膜１０５が形成される。本実施形態においては、多層膜１０３の表面に電極１２１が配置され、多層膜１０３の裏面に電極１２２が配置されている。図２および図３に示すように、電極１２２は、多層膜１０３の裏面に固定されている。多層膜表面の電極１２１は半導体回路転写時（露光時）に多層膜表面から離し（図２）、非露光時に多層膜表面に電極を接触させる（図３）。非露光時に多層膜表面に電極１２１を接触させて、電圧源１２３によって一定の電圧を印加し、電流計１２５によって電流値を測定し、電極１２１および１２２の間の抵抗値を測定する。

ここで、抵抗値の測定による膜厚測定の原理について説明する。酸化膜は一般に絶縁体であることが多い。多層膜ミラー表面の物質がSiである場合、その酸化物であるＳｉＯ_２は絶縁体であることが知られている。このような場合、多層膜裏面に固定した電極１２２と酸化物によって隔てられた多層膜表面の電極１２１との間の電気抵抗値（一定電圧下での電流値）が、多層膜表面に成膜した酸化物の厚みによって大きく変化する。電圧源１２３によって一定の電圧を印加し、電流計１２５によって電流値を測定して、上記の抵抗値の変化を測定することで多層膜表面に成膜した酸化物の厚みを導く。酸化膜の膜厚と電気抵抗の関係は、あらかじめ実験的に検証しておく。このように本実施形態によれば、露光装置のそれぞれの反射鏡における酸化膜の膜厚を計測することができる。

炭化膜厚も同様に計測することができる。ただし、炭化膜はその結晶性にもよるが、電気抵抗は一般に小さいので、炭化膜厚の変化による電気抵抗の変化はわずかである。したがって、雑音を低減した回路が必要となる。

電極の大きさを小さくしておき、電極１２１を反射鏡の多層膜表面に沿って移動させ、電極１２１が多層膜表面に接する場所を複数とることで、酸化膜または炭化膜の分布を調べることも可能である。

表面抵抗の計測では、表面に吸着したＨ_２Ｏ分子の影響が無視できない場合がある。この場合は、あらかじめ加熱するなどして、吸着しているＨ_２Ｏ分子を低減しておき、その影響を低減しておくのが好ましい。

図４は、本発明の第３の実施形態による反射鏡の構成を示す概要図である。基板１０１上に屈折率の異なるシリコン（Ｓｉ）層とモリブデン（Ｍｏ）層とを繰り返し積層した多層膜１０３の構造を有する。多層膜の表面に酸化膜または炭化膜１０５が形成される。本実施形態においては、反射鏡の多層膜に温度検出器が配置されている。図４において、多層膜の表面近傍に熱電対の高温点（温度測定点）１３１が配置され、電圧計１３３によって熱起電力が測定され、高温点の温度が求まる。温度計は、熱電対の他に白金温度計などでもよい。温度測定点は、以下に説明するように、多層膜の表面の近くに配置するのが好ましい。

ここで、温度の測定による膜厚測定の原理について説明する。酸化膜または炭化膜の厚みが増加するにしたがって、反射鏡の反射率が低下する。反射鏡の反射率が低下するということは、反射鏡による露光光の吸収が増加することを意味する。したがって、反射鏡の特に表面の近傍では、温度上昇が見られることになる。酸化膜および炭化膜の膜厚と温度上昇との関係は、あらかじめ実験的に検証しておく。この温度上昇を計測することで、酸化膜または炭化膜の厚みを計測する。

温度測定点を複数配置するか、温度計測機器を可動式とすることで、反射鏡の多層膜表面の複数の地点での温度を計測することができる。複数の地点での温度を計測することにより、反射鏡の表面における酸化膜または炭化膜の厚みの分布を計測することも可能である。反射鏡の表面における酸化膜または炭化膜の厚みの分布の重要性については、第１の実施形態に関連して述べたとおりである。

このように、本実施形態によれば、露光装置のそれぞれの反射鏡における酸化膜または炭化膜の膜厚を計測することができる。

図５は、本発明の第３の実施形態の第１変形例による反射鏡の構成を示す概要図である。本変形例においても、第３の実施形態と同様に、反射鏡の多層膜に温度検出器が設置されている。しかし、本変形例においては、多層膜もしくはその近傍に直接温度計を設置するのではなく、遠方から赤外線カメラ１３５で多層膜の表面温度を計測する点が異なる。温度の測定による膜厚測定の原理は、第３の実施形態と同じである。

本変形例によれば、反射鏡の多層膜近傍の複雑な構造から離れた場所に温度計としての赤外線カメラ１３５を設置することができるので、設計が容易であるという利点がある。また、非接触方式の測定であるので、被測定物である反射鏡の多層膜へ影響を与えないという利点もある。

また、赤外線カメラ１３５で画像によって温度分布を取得できるので、酸化膜や炭化膜の分布を調べることができ、反射率のばらつきを監視することもできる。

図６および図７は、本発明の第４の実施形態による反射鏡の構成を示す概要図である。図６は、第４の実施形態の露光時（回路パターン転写時）の構成を示す図である。反射率測定用の紫外線（ＵＶ）光源１４１がマスクＭの背面に設置されている。また、紫外線光量計１４３がウエハ２の背面に設置されている。

図７は、第４の実施形態の非露光時（回路パターン非転写時）の構成を示す図である。非露光時には、マスクＭならびにウエハ２およびレジスト３は、露光空間から取り除かれる。非露光時に紫外線光源１４１がＵＶ光を照射すると、ＥＵＶ光と同様の光路をたどって、紫外線光量計１４３が照射される。紫外線光量計１４３によって紫外線の光量を測定することにより、反射鏡の紫外光反射率を測定することができる。紫外光反射率とＥＵＶ光反射率との間には相関があるので、紫外光反射率からＥＵＶ光反射率を推定することができる。

ここで、図６および７の構成を有する本実施形態によって監視されるのは、厳密には、反射鏡Ｍ１乃至Ｍ６全体の反射率である。しかし、実際上は、反射鏡Ｍ６がレジスト３と直接対面しており、レジスト３から放出される有機物質などのコンタミ物質の影響を最も受けやすい。したがって、紫外線光量計１４３は、主に反射鏡Ｍ６の反射率を監視していると考えることができる。

測定用紫外光の開口数（ＮＡ）をＥＵＶ光のそれと同程度にしておき、ウエハ面位置の紫外線光量計１４３をＣＣＤやＣＭＯＳなどの位置検出型センサとすれば、露光量のばらつきを検出することもできる。また、位置検出型センサの設置が容易でない場合は、測定用紫外光の開口数（ＮＡ）を小さくしておき、スキャンを行うことで、露光量のばらつきを検出することができる。なお、光源はウエハ側に設置することも可能である。その場合、マスク背面に光量計を設置しておけばよい。

酸化膜または炭化膜の膜厚を知る必要がある場合には、酸化膜または炭化膜の膜厚と紫外光の反射率との関係は、あらかじめ計算で求めることもできるし、実験的に検証して明らかにしておくことでもできる。

図８は、本発明の第４の実施形態の第１変形例による反射鏡の構成を示す概要図である。基板１０１上に屈折率の異なるシリコン（Ｓｉ）層とモリブデン（Ｍｏ）層とを繰り返し積層した多層膜１０３の構造を有する。多層膜の表面に酸化膜または炭化膜１０５が形成される。本変形例においては、反射率測定用の紫外線（ＵＶ）光源１４１および紫外線光量計１４３が、反射鏡ごとに設置される。第４の実施形態においては、反射率計測用の紫外光は露光光と同軸であるとしたが、必ずしもそのとおりである必要はない。本変形例においては、図８に示すように、たとえば、紫外線（ＵＶ）光源１４１によって反射鏡に対して斜めに紫外光を入射し、その光が反射する位置に紫外線光量計１４３を設置しておき、光量（反射率）を計測する。

本変形例によれば、反射鏡ごとに反射率計測装置を設置することで、反射鏡ごとの反射率を計測することができ、ミラー毎の酸化膜や炭化膜の膜厚を正確に計測することができる。
図９は、本発明の第５の実施形態による反射鏡の構成を示す概要図である。基板１０１上に屈折率の異なるシリコン（Ｓｉ）層とモリブデン（Ｍｏ）層とを繰り返し積層した多層膜１０３の構造を有する。多層膜の表面に酸化膜または炭化膜１０５が形成される。本実施形態においては、反射鏡裏面もしくは反射鏡ホルダ位置などにピエゾ素子などの圧電素子１５１を圧着しておく。本実施形態においては、光音響法を用いて反射鏡表面の酸化膜や炭化膜の膜厚を監視する。反射鏡の反射率が低下して、圧電素子１５１の光吸収量が増えれば音波振幅が大きくなるので、高感度マイクロフォンなどによって音波振幅を計測し、反射鏡の反射率または反射鏡表面の酸化膜や炭化膜の膜厚を推定する。酸化膜や炭化膜の膜厚と音波振幅の関係をあらかじめ実験的に検証しておくことで、膜厚を推定することができる。

図１０は、本発明の第６の実施形態による反射鏡の構成を示す概要図である。基板１０１上に屈折率の異なるシリコン（Ｓｉ）層とモリブデン（Ｍｏ）層とを繰り返し積層した多層膜１０３の構造を有する。多層膜の表面に酸化膜または炭化膜１０５が形成される。本実施形態においては、水晶振動子１６１を反射鏡の反射面近傍（光路空間外）に設置しておく。

水晶振動子にコンタミ物質が付着すると、そのコンタミ物質の質量（膜厚と膜面密度と有効面積の積に相当する値）が変化するにしたがって、水晶振動子の固有振動数が変化する。この変化を計測することにより、酸化膜または炭化膜の膜厚を監視する。

水晶振動子で炭化膜厚を監視する場合は、水晶振動子の固有振動数の変化が直接多層膜表面の炭化膜の膜厚を監視しているとしてよい。水晶振動子で酸化膜厚を監視する場合は、あらかじめ水晶振動子の表面に多層膜と同じ材質の薄膜を成膜しておけば、酸化膜厚を監視することができる。

上述のように、酸化膜や炭化膜は水分子や有機物分子と露光光（および露光光に起因する2次電子）との光化学反応によって形成される。このため、水晶振動子にも露光光が照射されている必要がある。多層膜表面と水晶振動子との間で照度が異なる場合は、あらかじめ酸化膜や炭化膜の成膜速度の相違を実験的に検証しておくなどの対処が必要となる。

なお、本方式では、直接的に多層膜鏡表面の酸化膜・炭化膜の膜厚を監視するのではなく、多層膜表面近傍で計測した値から多層膜表面上の酸化膜や炭化膜の膜厚を推定している。

図１１は、本発明の第６の実施形態の第１変形例による反射鏡の構成を示す概要図である。本変形例においては、水晶振動子１６１が可動機構を有しており、反射鏡の反射面上（光路空間内）に配置することができる。

回路パターンを転写していない時間（非露光時）に水晶振動子１６１を光路空間内に配置し、露光光照射を行う（この間回路パターンの転写は行わない）ことで水晶振動子の表面に形成された酸化膜や炭化膜の厚みを監視する。回路パターンを照射している時間と水晶振動子を照射している時間の比を記録しておくことで、水晶振動子１６１から求められる膜厚を実際の反射鏡表面の酸化膜や炭化膜の膜厚に換算することができる。

本変形例は、第６の実施形態と比較して機構が複雑になる点が不利であるが、より直接的に反射鏡表面の膜厚の変化、すなわち反射鏡の反射率の変化を監視できる利点がある。

以下、本発明に係わる半導体デバイスの製造方法の実施の形態の例を説明する。図１２は、本発明の半導体デバイス製造方法の実施形態の一例を示すフローチャートである。この例の製造工程は以下の各工程を含む。
（１）ウエハを製造するウエハ製造工程(またはウエハを準備するウエハ準備工程)
（２）露光に使用するマスクを製作するマスク製造工程(またはマスクを準備するマスク準備工程)
（３）ウエハに必要な露光処理を行うウエハプロセッシング工程
（４）ウエハ上に形成されたチップを１個ずつ切り出し、動作可能にならしめるチップ組立工程
（５）できたチップを検査するチップ検査工程
なお、それぞれの工程はさらにいくつかのサブ工程からなっている。

これらの主工程の中で、半導体デバイスの性能に決定的な影響を及ぼす主工程がウエハプロセッシング工程である。この工程では、設計された回路パターンをウエハ上に順次積層し、メモリやＭＰＵとして動作するチップを多数形成する。このウエハプロセッシング工程は、以下の各工程を含む。
（１）絶縁層となる誘電体膜や配線部、あるいは電極部を形成する金属薄膜などを形成する薄膜形成工程（ＣＶＤやスパッタリングなどを用いる）
（２）この薄膜層やウエハ基板を酸化する酸化工程
（３）薄膜層やウエハ基板などを選択的に加工するためにマスク（レクチル）を用いてレジストのパターンを形成するリソグラフィ工程
（４）レジストパターンにしたがって薄膜層や基板を加工するエッチング工程（たとえばドライエッチング技術を用いる）
（５）イオン・不純物注入拡散工程
（６）レジスト剥離工程
（７）さらに加工されたウエハを検査する検査工程
なお、ウエハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造する。

本実施形態においては、上記リソグラフィ工程において、上述のＥＵＶ光露光装置を使用している。上述のＥＵＶ光露光装置によれば、反射鏡ごとの反射率を監視し、反射率が所定の値以下となった場合に反射鏡の交換またはメンテナンスを行うことによって、反射鏡の反射率などの光学特性を所定のレベルに維持することができる。したがって、高い精度で、マスクに形成された露光パターンをウエハ等の感応基板上に露光転写することができるので、高品質のデバイスを製造することができる。

本発明の第１の実施形態による反射鏡の構成を示す概要図である。 本発明の第２の実施形態による反射鏡の構成を示す概要図である。 本発明の第２の実施形態による反射鏡の構成を示す概要図である。 本発明の第３の実施形態による反射鏡の構成を示す概要図である。 本発明の第３の実施形態の第１変形例による反射鏡の構成を示す概要図である。 本発明の第４の実施形態による反射鏡の、露光時（回路パターン転写時）の構成を示す概要図である。 本発明の第４の実施形態による反射鏡の、非露光時（回路パターン非転写時）の構成を示す概要図である。 本発明の第４の実施形態の第１変形例による反射鏡の構成を示す概要図である。 本発明の第５の実施形態による反射鏡の構成を示す概要図である。 本発明の第６の実施形態による反射鏡の構成を示す概要図である。 本発明の第６の実施形態の第１変形例による反射鏡の構成を示す概要図である。 本発明の半導体デバイス製造方法の実施形態の一例を示すフローチャートである。 ＥＵＶ光を使用した露光装置の投影光学系の概要を示す図である。 図１３に示すＥＵＶ光露光装置の、ウエハ近傍の構成を示す概要図である。

符号の説明

１…露光光、２…ウエハ、３…レジスト、３７…投影光学系、１１１、１２１、１２２…電極、１３１、１３３、１３５…温度計、１４３…紫外線光量計、１５１…圧電素子、１６１…水晶振動子

Claims (10)

1. 極端紫外光を用いて、マスクに形成されたパターンを感応基板上に露光転写するための複数の反射鏡を有する投影光学系を備えた露光装置であって、
   前記複数の反射鏡のうち、少なくとも１つに露光光の反射率を監視する機器を備えたことを特徴とする露光装置。
2. 請求項１に記載の露光装置であって、前記露光光の反射率を監視する機器が、反射鏡表面の静電容量の変化を計測する機器であることを特徴とする露光装置。
3. 請求項１に記載の露光装置であって、前記露光光の反射率を監視する機器が、反射鏡の多層膜の電気抵抗の変化を計測する機器であることを特徴とする露光装置。
4. 請求項１に記載の露光装置であって、前記露光光の反射率を監視する機器が、反射鏡表面の温度の変化を計測する機器であることを特徴とする露光装置。
5. 請求項１に記載の露光装置であって、前記露光光の反射率を監視する機器が、紫外線反射率の変化を計測する機器であることを特徴とする露光装置。
6. 請求項１に記載の露光装置であって、前記露光光の反射率を監視する機器が、光音響素子を含む機器であることを特徴とする露光装置。
7. 請求項１に記載の露光装置であって、前記露光光の反射率を監視する機器が、水晶振動子を含む機器であることを特徴とする露光装置。
8. 請求項１に記載の露光装置であって、前記露光光の反射率を監視する機器が、反射鏡表面の反射率の分布を監視することを特徴とする露光装置。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の露光装置を使用して、マスクに形成された露光パターンをウエハ等の感応基板上に露光転写することを特徴とする露光方法。
10. 請求項９に記載の露光方法を用いて、マスクに形成されたパターンを感応基板に露光転写する工程を有することを特徴とする微細パターンを有するデバイスの製造方法。

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