JP2006287003A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 露光装置内部でのＸ線の減衰を来たすことなく、優れたパーティクル付着防止効果を発揮できるＥＵＶ露光装置を提供する。
【解決手段】 ガス注入口９を備え、反射型マスク４を収容する低圧ガス充満室２と、低圧ガス充満室２に隣接し、排気口１０ｂを備え、反射型マスク４に入射されると共に反射されるＸ線を通過可能な中間室３とを有している。低圧ガス充満室２の内部と中間室３の内部とは、反射型マスク４に入射されると共に反射されるＸ線を通過可能な第１のスリット部１１ａを介して互いに連通している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体製造時に利用される露光装置に関し、特に、極短波長（一般に、ＥＵＶ（Extreme UltraViolet）と示される）を露光光源としたＥＵＶ露光装置に関する。

現在、露光装置としては、波長１９３ｎｍの紫外のレーザ光を発生するＡｒＦエキシマレーザを露光光源としたＡｒＦ露光装置が広く用いられている。

ＡｒＦ露光装置の次世代の露光装置としては、波長約１３．５ｎｍのＸ線を露光光源として用いたＥＵＶ露光装置の利用が広く検討されている。Ｘ線を透過させることが可能なレンズが存在しないため、ＥＵＶ露光装置では、ＡｒＦ露光装置とは異なり、縮小投影光学系は全て反射鏡で構成され、またパターンを有するマスク（以下、特にＥＵＶマスクと示すこともある）も反射型になる。また、Ｘ線は空気や窒素もほとんど透過しないため、ＥＵＶ露光装置では、通常、内部を真空に排気するようになっている。

ＥＵＶ露光装置の実用上の問題点は、マスクにペリクルが無いことである。ＡｒＦ以前の露光装置用のマスクに一般に利用されるペリクルと呼ばれる厚さ１μｍ前後の薄膜は、マスクのパターン面にパーティクルが付着するのを抑制する機能がある。ところが、波長１３．５ｎｍのＸ線を高く透過させかつ耐久性を有する薄膜が存在しないため、ＥＵＶマスクにはペリクルが利用できない。したがって、露光に用いる場合やＥＵＶマスクを運ぶ際に、パーティクルがマスクのパターン面に付着する可能性が高い。パーティクルがマスクのパターン面に付着した場合、露光で形成されるパターンに欠陥が生じてしまう。

そこで、従来、ＥＵＶ露光装置内に配置されるＥＵＶマスクのパターン面にパーティクルが付着することを防ぐために、サーモフォレティック・マスク・プロテクション（thermophoretic mask protection）と呼ばれる技術が検討されてきた。これによると、マスクを加熱して、周囲温度より上昇させることで、周囲に滞在するパーティクルがマスクから遠ざかるようになる。その原理としては、パーティクル周辺に存在する気体分子の運動速度の差を利用するものであり、周囲よりも温度の高いマスクにぶつかった気体分子は温度上昇するため、これがパーティクルにぶつかる際の平均速度は、周囲の低い温度に滞在していた気体分子がパーティクルにぶつかる際の平均速度よりも高くなる。これによって、パーティクルは徐々にマスクから遠ざかるようになる。

尚、サーモフォレティック・マスク・プロテクションに関しては、例えば、特許文献１に示されている。

米国特許第６，２５３，４６４号

ところで、サーモフォレティック作用を起こそうとする場所には気体分子が必要であり、特に、その気体の圧力が高い程、パーティクル付着防止効果は高い。ところが、気体が存在すると、露光光であるＸ線が減衰し、しかも、気体の量が多い程、Ｘ線の減衰量も大きい。つまり、パーティクル付着防止効果の向上と、Ｘ線の減衰とは、相反関係にある。

これに対し、波長１３．５ｎｍのＸ線の減衰率が比較的小さい水素やヘリウムを、サーモフォレティック作用のための気体として用い、しかも、その気体の圧力を数十ミリトールといった低圧にして、パーティクル付着防止をなそうとすることが検討されてきた。

しかし、水素やヘリウムといった気体を用いたとしても、サーモフォレティック作用を十分に奏させるべく気体の量を増やすと、やはりＸ線の減衰が生じてしまうという実情にある。

それ故、本発明の課題は、露光装置内部でのＸ線の減衰を来たすことなく、優れたパーティクル付着防止効果を発揮できる露光装置を提供することである。

本発明によれば、以下の態様１〜９が少なくとも得られる。

（１）複数枚の反射鏡から構成される縮小投影光学系を用いて、反射型マスク上のパターンを、光源が発生するＸ線によって基板上に縮小投影露光する露光装置において、ガス注入部を備え、反射型マスクを収容する第１の容器と、前記第１の容器に隣接し、真空排気部を備え、反射型マスクに入射されると共に反射されるＸ線を通過可能な第２の容器とを有し、前記第１の容器の内部と前記第２の容器の内部とは、反射型マスクに入射されると共に反射されるＸ線を通過可能な第１の開口部を介して互いに連通していることを特徴とする露光装置。

（２）前記第１の開口部は、前記反射型マスクと前記縮小投影光学系との間に位置する態様１の露光装置。

（３）前記第２の容器は、光源乃至反射型マスク間に設けられたマスク前光学系の構成要素の一部、ならびに、前記縮小投影光学系の構成要素の一部のうちの少なくとも一方を、収容している態様１または２の露光装置。

（４）前記第２の容器は、該第２の容器に収容された前記マスク前光学系の構成要素のうちの最も光源寄りの構成要素に入射するＸ線を通過可能な第２の開口部を備えており、前記最も光源寄りの構成要素に入射するＸ線は、前記第２の開口部において最も集光するように一旦集光される態様２または３の露光装置。

（５）前記第２の容器は、該第２の容器に収容された前記縮小投影光学系の構成要素のうちの最も基板寄りの構成要素から出射するＸ線を通過可能な第３の開口部を備えており、前記最も基板寄りの構成要素から出射するＸ線は、前記第３の開口部において最も集光するように一旦集光される態様２乃至４のいずれかの露光装置。

（６）電界を形成することで、帯電したパーティクルを捕獲可能な対の電極を、前記第１の開口部の付近に有する態様１乃至５のいずれかの露光装置。

（７）前記ガス注入部から注入されるガスは、水素ガスまたはヘリウムガスである態様１乃至６のいずれかの露光装置。

（８）反射型マスクを加熱するヒータを有する態様１乃至７のいずれかの露光装置。

（９）前記第１の開口部は、反射型マスクに入射されるＸ線を通過可能な第１開口部片と、反射型マスクに反射されるＸ線を通過可能な第２開口部片とを含んでいる態様１乃至８のいずれかの露光装置。

本発明によれば、マスクを収容する第１の容器に満たされる気体の圧力を従来同様かそれよりも高くすることによりパーティクル付着防止効果の向上を図ったとしても、Ｘ線の経路の周辺に満たされる気体の圧力は、十分下げることができる。したがって、本発明によれば、パーティクル付着防止効果のより一層の向上と、Ｘ線の減衰防止とを両立できる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例１によるＥＵＶ露光装置１００の断面図である。

ＥＵＶ露光装置１００のボディ１の中には、ガス注入部を備え、反射型マスクを収容する第１の容器としての低圧ガス充満室２と、第１の容器に隣接し、真空排気部を備え、反射型マスク４に入射されると共に反射されるＸ線を通過可能な第２の容器としての中間室３との２つの容器が設けられている。低圧ガス充満室２内には、反射型マスク４が配置されている。ＥＵＶ露光装置１００は、反射型マスク４に形成されているパターンを、露光対象基板としてのウエハ５に縮小投影するものである。

反射型マスク４は、マスクステージ６のステージ台７ａに静電力で保持されており、ステージ台７ａがマスクステージ６において、Ｘ方向に往復移動できるようになっている。一方、ウエハ５は、ウエハステージ８のステージ台７ｂに載せられており、ステージ台７ｂがウエハステージ８上で、Ｘ方向に往復移動できるようになっている。即ち、反射型マスク４とウエハ５とは、どちらもＸ方向に往復移動するが、互いに逆向きに移動しており、この結果、スキャン露光方式になっている。

図示しないＸ線の光源は、波長１３．５ｎｍであるライン状のＸ線Ｘ１を、露光光として発生および出射する。ライン状のＸ線の長手方向は、図中、紙面に垂直なＹ方向になっている。

Ｘ線Ｘ１は反射鏡Ｍ０で反射され、その反射光であるＸ線Ｘ２が、反射型マスク４の表面にライン状に照射される。この際に、Ｘ線Ｘ２は、低圧ガス充満室２、中間室３に設けられた長手方向がＹ方向のスリット状の開口部である第２のスリット部１１ｂ、第１のスリット部１１ａを通過する。

第１のスリット部１１ａ、第２のスリット部１１ｂはそれぞれ、反射型マスク４に入射されると共に反射されるＸ線を通過可能な開口部である。特に、第１のスリット部１１ａは、反射型マスク４と、反射鏡Ｍ１〜Ｍ６で構成される縮小投影光学系との間に位置している。

反射型マスク４で反射したＸ線Ｘ３は、第１のスリット部１１ａ、第２のスリット部１１ｂを通過した後、６枚の反射鏡Ｍ１〜Ｍ６で構成される縮小投影光学系に入射される。これによって、反射型マスク４におけるライン状のパターンが、ウエハ５上に縮小投影される。

以上の露光を繰り返し、反射型マスク４における平面に亘るパターンが、ウエハ５上に縮小投影される。

ここで、第１の開口部としての第１のスリット部１１ａは、反射型マスク４に入射および反射されるＸ線が蹴られずに通過できる寸法および形状であることは勿論であるが、後述のごとく、パーティクル付着防止用のガスが第１の容器としての低圧ガス充満室２から漏出することを抑制する目的から、可及的小さい（細い）寸法であることが望ましい。例えば、本実施例において、第１のスリット部１１ａは、１０ｍｍ×１００ｍｍの寸法に設定されている。

また、第２の開口部としての第２のスリット部１１ｂも、反射型マスク４に入射および反射されるＸ線が蹴られずに通過できる寸法および形状である。その一方で、第１のスリット部１１ａを通って低圧ガス充満室２から到来し得るパーティクル付着防止用のガスのうち真空排気部から排気することができなかったガスが、第２のスリット部１１ｂから漏出してしまうことを抑制する目的からは、第１のスリット部１１ａと同様に、可及的小さい（細い）寸法であることが望ましい。例えば、本実施例において、第２のスリット部１１ｂは、１５ｍｍ×１００ｍｍの寸法に設定されている。

尚、露光時は、ボディ１に設けられている排気口１０ａからガスＧ３のように排気しており、内部はほぼ真空に近い状態になっている。

低圧ガス充満室２には、ガス注入口９が設けられており、露光中は極めて清浄なガスＧ１がサーモフォレティック作用のための気体として内部に注入される。ガスＧ１の種類としては、Ｘ線の吸収が最も少ない水素が用いられている。ただし、水素の代わりにヘリウムを用いてもよい。

低圧ガス充満室２に数トールの圧力で満たされる水素は、第１のスリット部１１ａから中間室３に侵入し得るものの、中間室３では排気口１０ｂからガスＧ２のように排気されているため、中間室３の圧力は、数百ミリトールと低い値に保たれている。

また、中間室３に設けられた第２のスリット部１１ｂから水素が漏れ出すが、ボディ１では常時排気口１０ａから排気しているため、ボディ１内では数十ミリトール以下の低い圧力に保つことができるようになった。

このように、仮に従来のごとく中間室３が存在しなかったならば、反射型マスク４の周辺に数トールの水素を満たすと、ボディ１内の圧力は数百ミリトールに上昇するため、光源、反射鏡Ｍ０、縮小投影光学系を形成する６枚の反射鏡、ならびにウエハが配置されている空間、即ち、Ｘ線の経路の周囲において、Ｘ線の減衰は無視できない程度に増大した状況となっていた。これに対して、本発明では、中間室３を設置したことで、ボディ１内での残留水素による圧力を低くでき、その結果、Ｘ線の減衰を大幅に抑制できるようになった。

尚、ＥＵＶ露光装置１００では、前述したサーモフォレティック・マスク・プロテクションを適用するために、反射型マスク４をステージ台７ａによって加熱してもよいし、あるいは、単に低圧ガス充満室２にガス注入口９から清浄な水素かヘリウム等を注入するだけでもよい。

後者のように、サーモフォレティック作用を奏させずともパーティクルの付着を防止できる理由は、次のとおりである。即ち、本発明では、前述したごとく従来よりも反射型マスク４の周囲の気体圧力を高めることができるため、気体の流れを速めることができ、その結果、ボディ１内から低圧ガス充満室の中に進入するパーティクルを抑制できるからである。

尚、以上説明した実施例１では、Ｘ線がライン状を呈するものであったが、本発明において、Ｘ線はスポット状を呈するものであってもよい。この場合には、反射型マスクやウエハをＸ−Ｙ方向、即ち、二次元的に動かして走査するようにする。スポット状のＸ線を用いる装置の場合、Ｘ線を通過させる開口部は、ライン状ではなく、円形等の形状でよいことは言うまでもない。

また、本実施例において第１の開口部（第１のスリット部１１ａ）は、反射型マスクに入反射されるＸ線の両方を通過可能な単一の開口であったが、本発明においては、第１の開口部を、反射型マスクに入射されるＸ線を専用に通過可能な第１開口部片と、反射型マスクに反射されるＸ線を専用に通過可能な第２開口部片との二開口により構成してもよい。この場合、それぞれの開口寸法をより小さく（細く）設定し、パーティクル付着防止用ガスの漏出をより一層抑制できる可能性がある。

図２は、本発明のＥＵＶ露光装置２００の断面図である。ただし、装置の基本構成は、図１に示されたＥＵＶ露光装置１００とほぼ同様であり、同様の構成（ボディ、マスクステージおよびステージ台、ウエハステージおよびステージ台）は、図示を省略している。また、本実施例において、実施例１と同様の構成については、その説明を省略する。

ＥＵＶ露光装置２００では、主に中間室２３の構造が図１に示されたＥＵＶ露光装置１００の中間室１とは異なっている。即ち、縮小投影光学系を形成する６枚の反射鏡Ｍ21〜Ｍ26のうちの反射鏡Ｍ21〜Ｍ24と、光源〜反射型マスク４間に設けられたマスク前光学系を形成する光学要素のうちの反射鏡Ｍ20とが、中間室２３内に配置されている。

ＥＵＶ露光装置２００は、第１、第２、および第３の開口部としての第１、第２、および第３のスリット部２１１ａ、２１１ｂ、および２１１ｃを有している。第１、第２、および第３のスリット部２１１ａ、２１１ｂ、および２１１ｃはそれぞれ、反射型マスク２４に入射されると共に反射されるライン状のＸ線を通過可能で、かつ、可及的小さい（細い）開口寸法の開口部である。第１のスリット部２１１ａは、反射鏡Ｍ2１〜Ｍ26で構成される縮小投影光学系と反射型マスク２４との間に位置している。第２のスリット部２１１ｂは、中間室２３に収容された光源〜反射型マスク２４間のマスク前光学系の構成要素の一部である反射鏡Ｍ20に入射するライン状のＸ線を通過可能である。第３のスリット部２１１ｃは、中間室２３に収容された縮小投影光学系の構成要素の一部のうちの最も基板寄りの構成要素である反射鏡Ｍ24から出射するＸ線を通過可能である。本実施例において、ライン状のＸ線、ならびに、各スリット部の長手方向は、図２中、紙面に垂直な方向となっている。

反射鏡Ｍ24と、ライン状のＸ線Ｘ20を反射鏡Ｍ20に供給するための反射鏡Ｍ27とは、反射面が僅かに凹面になっており、これらの反射鏡Ｍ24、Ｍ27で反射後のライン状のＸ線Ｘ21、Ｘ24は小さく（細く）集光される。そこで、これらのＸ線が中間室２３の第２および第３のスリット部２１１ｂおよび２１１ｃにおいて最も集光される（最も細くなる）ようにすることで、第２および第３のスリット部２１１ｂおよび２１１ｃを比較的小さく（細く）できるようになった。

例えば、本実施例において、第１の開口部としての第１のスリット部２１１ａは、１０ｍｍ×１００ｍｍである。また、第２の開口部としての第２のスリット部２１１ｂは１ｍｍ×１００ｍｍ、第３の開口部としての第３のスリット部２１１ｃは１ｍｍ×４０ｍｍである。

さて、低圧ガス充満室２２に数トールの圧力で満たされる水素は、第１のスリット部２１１ａから中間室２３に侵入し得るものの、中間室２３では排気口３０からガスＧ22のように排気されているため、中間室２３の圧力は数百ミリトールと低い値に保たれる。

また、ＥＵＶ露光装置２００において、図１に示したＥＵＶ露光装置１００と同様に、中間室２３に設けられた第２および第３のスリット部２１１ｂおよび２１１ｃから水素が漏出し得るが、その量は、第２および第３のスリット部２１１ｂおよび２１１ｃが特に小さい（細い）ため、ＥＵＶ露光装置１００の場合に比べて大幅に低減でき、中間室２３の外側の圧力をより低く保つことができる。

しかも、ウエハ２５上に塗布されたレジストからの脱ガスが中間室２３内に配置される４枚の反射鏡Ｍ21〜Ｍ24に付着する量も低減され、反射鏡Ｍ21〜Ｍ24を長期間クリーンに保つことも可能になった。

さらに、本実施例のＥＵＶ露光装置２００では、第１のスリット部２１１ａの直下に一対の電極３１ａ、３１ｂが備えられており、それらの間で電界を印加できるようになっている。

第１のスリット部２１１ａ周辺の微量のパーティクルは、露光光であるＸ線に照射されることで帯電するが、電極３１ａ、３１ｂによる電界によって移動し、電極３１ａあるいは電極３１ｂに捕集される。尚、このような電界を利用したパーティクルの捕集手段を、第２のスリット部２１１ｂや、第３のスリット部２１１ｃ、さらには、その近傍に設置してもよい。

以上、本発明ついて実施例に即して説明してきたが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。

本発明の実施例１によるＥＵＶ露光装置の概念的な断面図である。 本発明の実施例２によるＥＵＶ露光装置の概念的な断面図である。

符号の説明

２、２２ 低圧ガス充満室
３、２３ 中間室
４、２４ 反射型マスク
５、２５ ウエハ
６ マスクステージ
７ａ、７ｂ ステージ台
８ ウエハステージ
９、２９ ガス注入口
１０ａ、１０ｂ、３０ 排気口
１１ａ、２１１ａ 第１のスリット部
１１ｂ、２１１ｂ 第２のスリット部
３１ａ、３１ｂ 電極
１００、２００ ＥＵＶ露光装置
２１１ｃ 第３のスリット部
Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ20、Ｘ21、Ｘ24 Ｘ線
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ21、Ｇ22 ガスの流れ方向
Ｍ０、Ｍ１〜Ｍ６、Ｍ20、Ｍ21〜Ｍ26、Ｍ27 反射鏡

Claims (8)

1. 複数枚の反射鏡から構成される縮小投影光学系を用いて、反射型マスク上のパターンを、光源が発生するＸ線によって基板上に縮小投影露光する露光装置において、
   ガス注入部を備え、反射型マスクを収容する第１の容器と、
   前記第１の容器に隣接し、真空排気部を備え、反射型マスクに入射されると共に反射されるＸ線を通過可能な第２の容器とを有し、
   前記第１の容器の内部と前記第２の容器の内部とは、反射型マスクに入射されると共に反射されるＸ線を通過可能な第１の開口部を介して互いに連通していることを特徴とする露光装置。
2. 前記第１の開口部は、前記反射型マスクと前記縮小投影光学系との間に位置する請求項１に記載の露光装置。
3. 前記第２の容器は、光源乃至反射型マスク間に設けられたマスク前光学系の構成要素の一部、ならびに、前記縮小投影光学系の構成要素の一部のうちの少なくとも一方を、収容している請求項１または２に記載の露光装置。
4. 前記第２の容器は、該第２の容器に収容された前記マスク前光学系の構成要素のうちの最も光源寄りの構成要素に入射するＸ線を通過可能な第２の開口部を備えており、
   前記最も光源寄りの構成要素に入射するＸ線は、前記第２の開口部において最も集光するように一旦集光される請求項２または３に記載の露光装置。
5. 前記第２の容器は、該第２の容器に収容された前記縮小投影光学系の構成要素のうちの最も基板寄りの構成要素から出射するＸ線を通過可能な第３の開口部を備えており、
   前記最も基板寄りの構成要素から出射するＸ線は、前記第３の開口部において最も集光するように一旦集光される請求項２乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 電界を形成することで、帯電したパーティクルを捕獲可能な対の電極を、前記第１の開口部の付近に有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の露光装置。
7. 前記ガス注入部から注入されるガスは、水素ガスまたはヘリウムガスである請求項１乃至６のいずれか１項に記載の露光装置。
8. 反射型マスクを加熱するヒータを有する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の露光装置。
   

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