JP2007027258A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＵＶ露光装置又は高真空雰囲気下で光学素子を用いて露光を行うことができる露光装置を提供すること。
【解決手段】本発明に係る露光装置は、パルス光を発光する光源と、前記光源からの光を集光し、原版を照明する照明光学系と、前記原版からの光を被露光体に導く投影光学系と、前記被露光体を載置するステージと、光が通過する空間内に、浮遊する汚染物質をイオン化させるイオン化手段と、イオン化された汚染物質を排気する排気手段とを備え、前記排気手段は電圧源に接続され、又、前記排気手段は冷却手段を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体デバイス等の微細なパターンを有するデバイスの製造等に用いて好適な、露光雰囲気汚染の影響を抑制する技術に関する。

本発明は、特に、ＥＵＶ光のような短波長（０．５〜５０ｎｍ）の光を用いて露光を行う露光装置、又は、高真空雰囲気下においてミラーやレンズ等の光学素子を用いて露光を行う露光装置に好適である。

近年、半導体を製造するための光リソグラフィ技術においては、露光光の短波長化が進められ、ｉ線、ｇ線からＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザへと進化してきた。露光光の短波長化が進めば、より微細なマスクパターンをウエハに転写することが可能となる。

しかし、細い線幅のパターンを露光するためには、紫外光を用いたリソグラフィでは原理的限界にある。そこで、紫外光より短波長である極端紫外光（ＥＵＶ光、１３〜２０ｎｍ）を用いたＥＵＶリソグラフィが注目を集めている。

ＥＵＶ光で用いられる代表的な波長は１３．５ｎｍであるため、これまでの光リソグラフィを遥かに上回る解像度を実現することが可能であるが、その反面物質に吸収され易いいという性質を持つ。このため、従来のような紫外光を光源としたリソグラフィのように、屈折光学系を用いた縮小露光を行うと、硝材によってＥＵＶ光が吸収されてしまい、ウエハ等の被露光体に到達する光量が極端に少なくなってしまう。そのため、ＥＵＶ光を用いて露光を行う際には、反射光学系を用いた縮小露光を構成する必要がある。

図３に、従来のＥＵＶ光を用いた縮小投影露光装置の概略図（特許文献１参照）を示す。

ＥＵＶ露光装置２００は、ＥＵＶ光源２１０、照明光学系２２０、レチクル（マスク）２３０、アライメント光学系２４０、レチクルステージ２５０、ウエハステージ２６０、ウエハ２７０、真空容器２８０と、反射型縮小投影光学系１００、第１のミラー１１０、第２のミラー１２０、第３のミラー１３０、第４のミラー１４０、第５のミラー１５０、第６のミラー１６０を有しており、真空容器２８０内のガスを排気する不図示の排気系等も備えている。

ＥＵＶ光源には幾つかの種類があり、その中の１つであるレーザ生成プラズマ光源は、ターゲット材の選択により、ほぼ必要な波長帯のみの発光が可能である。例えば、Ｘｅをターゲット材としてパルスノズルから噴出し、これにパルスレーザを照射してプラズマを発生させると、波長１３〜１４ｎｍのＥＵＶ光が放射される。

照明光学系は、複数枚の多層膜ミラーと、オプティカルインテグレータ等から構成されている。照明光学系の役割は、光源から放射された光を効率よく集光すること、そして、露光領域の照度を均一にすること等が挙げられる。又、オプティカルインテグレータは、マスクを均一に所定の開口数で照明する役割を持っている。

投影光学系は、Ｍｏ，Ｓｉが交互にコーティングされた多層膜ミラーを用いた反射光学系で構成される。このＭｏ／Ｓｉ多層膜は、波長１３ｎｍ付近で、６７％程度の直入反射率を得ることができる。反射率を１００％にすることは原理的に困難であり、吸収されたエネルギーの大部分は熱に変わる。そのため、ミラーの基盤材料には低熱膨張ガラス等が用いられる。反射光学系には、このようなＭｏ／Ｓｉ多層膜ミラーが収差補正のため複数枚用いられるが、ＥＵＶ光の透過率を保つためには多層膜ミラーの枚数を極力少なくする必要がある。

ＥＵＶ露光装置のレチクルステージ及びウエハステージは、真空環境下で駆動する機構を持ち、レチクルステージとウエハステージは、縮小倍率に比例した速度比で、同期して走査する。又、レチクルステージ及びウエハステージの位置や姿勢は、不図示のレーザ干渉計によって観測され、制御される。

レチクルチャックに保持されたレチクルやウエハチャックに保持されたウエハは、レチクルステージ及びウエハステージに搭載された微動機構によって高精度に位置決めが行われる。

アライメント光学系は、レチクルの位置と投影光学系の光軸との位置関係、そしてウエハと投影光学系の光軸との位置関係を検出する装置である。これにより、投影像がウエハ上の所定の位置に照射されるようにレチクルステージ及びウエハステージの位置と角度が設定される。又、フォーカス検出機構によりウエハ面に対して垂直方向のフォーカス位置が検出され、ウエハステージの位置、角度を制御することによって、ウエハ面の結像位置が常に保たれる。

ＥＵＶ露光装置は、ＥＵＶ光の物質による吸収を避けるため、ＥＵＶ光を照射する空間を真空に保つ必要がある。そのため、露光装置には真空ポンプ等の排気系が複数台取り付けられている。
特開２００３−０４５７８２号公報

ＥＵＶ露光装置に使用されるＥＵＶ光は装置内の雰囲気によって吸収されてしまう。特に、酸素や水分はＥＵＶ光を強く吸収する。そのため、ＥＵＶ光の透過率を高く保つには、真空ポンプ等を利用してチャンバ内を真空状態にする必要がある。ＥＵＶ光が通過するチャンバ内の圧力は１０^‐3Ｐａ以下、且つ酸素及び水分の分圧が限りなく低いことが望ましい。

しかし、水分等はウエハの搬送に伴って、ウエハに付着してきたものがチャンバ内で拡散する。更に、水分はチャンバ内壁に付着し易く、排気しにくい。水分が光学素子に付着すると光学素子を酸化させ、光学素子の反射率を低下させる原因の１つとなる。

又、チャンバ内が真空状態になるとステージ等の機構部から炭化水素が発生する。更に、露光中、露光光とレジストが反応することでも炭化水素が発生し、これらの炭化水素が光学素子表面において露光光に照射されると、光学素子表面に炭素として付着する。光学素子に付着した炭素はＥＵＶ光を吸収し、光学素子の反射率を低下させてしまう。光学素子の反射率が低下するとスループットの低下へと繋がる。

以上のことより、ＥＵＶ露光装置内の光学素子が設置された空間内においては特に、水分と炭化水素の分圧は、低く保つ必要がある。

露光装置内における水分や炭化水素等の分圧を下げるには、真空ポンプ等の排気系の能力を高める措置も有効である。しかし、搬送されたウエハに付着した水分、レジストやステージの機構部から発生した炭化水素は拡散により、光学素子が設置されている空間に漂うことは免れないため、スループットの向上は難しい。

又、ＥＵＶ露光装置では、レチクルやウエハが装置チャンバに搬送されるまでに、ロボットハンドやゲートバルブの動作等、摺動、摩擦によりパーティクルが発生し、これがレチクルやウエハに付着する可能性がある。更に、ステージなどの可動部から発生するパーティクルが、露光時にレチクルやウエハの表面に付着する可能性がある。

このようにレチクルやウエハの表面にパーティクルが付着すると、デバイス製造の歩留まりやデバイスの信頼性が低下するという問題があった。特に、レチクルの回路パターン面にパーティクルが付着すると、実際の露光では、ショット毎に全く同じ位置にパーティクルが転写されることになる。このため、デバイス製造の歩留まりやデバイスの信頼性が大幅に低下するという問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、ＥＵＶ露光装置又は高真空雰囲気下で光学素子を用いて露光を行うことができる露光装置を提供することにある。

上述の目的を達成するための発明は、パルス光を発光する光源と、前記光源からの光を集光し、原版を照明する照明光学系と、前記原版からの光を被露光体に導く投影光学系と、前記被露光体を載置するステージと、光が通過する空間内に、浮遊する汚染物質をイオン化させるイオン化手段と、イオン化された汚染物質を排気する排気手段とを備え、前記排気手段は電圧源に接続され、又、前記排気手段は冷却手段を有する露光装置である。

本発明の特徴並びにそれに対応した目的及び効果は、添付図面を参照してなされた後述の説明で明らかにされている。尚、当該図面において、同一又は類似の符号は複数の図面を通して同一又は類似の構成要素を表す。

本発明によれば、半導体デバイス等の微細なパターンを有するデバイスの製造等に用いて好適な、露光雰囲気汚染の影響を抑制する技術、特に、ＥＵＶ露光装置又は高真空雰囲気下で光学素子を用いて露光を行うことができる露光装置を提供することができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。

＜実施の形態１＞
図１及び図２に本発明のＥＵＶ光（ここでは、０．１〜３０ｎｍ、より好ましくは１０〜１５ｎｍの波長の光）を用いた露光装置の実施形態を示す。

図１においては、８はＥＵＶ光源から発し、不図示の照明光学系により導かれたＥＵＶ光であり、このＥＵＶ光８は、レチクル照明ミラー１を介してレチクル１２に照射される。又、２は投影系第１ミラー、３は投影系第２ミラー、４は投影系第３ミラー、５は投影系第４ミラー、６は投影系第５ミラー、７は投影系第６ミラー、１４はレチクル保持装置、１１はレチクルステージ、１６はレチクルアライメント光学系、２２はウエハ、２１はウエハステージ、２４はウエハ保持装置、２５はウエハアライメント光学系である。

不図示のＥＵＶ光源には幾つかの種類があり、その中の１つであるレーザ生成プラズマ光源は、ターゲット材の選択により、ほぼ必要な波長帯のみの発光が可能である。例えば、Ｘｅをターゲット材としてパルスノズルから噴出し、これにパルスレーザを照射してプラズマを発生させると、波長１３〜１４ｎｍのＥＵＶ光が放射される。

不図示の照明光学系は、複数枚の多層膜ミラーとオプティカルインテグレータ等から構成されている。照明光学系の役割は光源から放射された光を効率良く集光すること、そして露光領域の照度を均一にすること等が挙げられる。又、オプティカルインテグレータは、マスクを均一に所定の開口数で照明する役割を持っている。

投影光学系はＭｏ，Ｓｉが交互にコーティングされた複数枚の多層膜ミラーで構成される。この多層膜はＥＵＶ光の直入反射率が６７％程度であるため、多層膜ミラーに吸収されたエネルギーの大部分は熱に変わる。そのため、ミラーの基盤材料には低熱膨張ガラス等が用いられる。

レチクルステージ１１及びウエハステージ２１は、真空環境下で駆動する機構を持ち、縮小倍率に比例した速度比により同期して走査する。又、レチクルステージ１１及びウエハステージ２１の位置や姿勢は不図示のレーザ干渉計によって観測され、制御される。

レチクル１２はレチクルステージ１１上のレチクル保持装置１５に保持される。また、ウエハ２２はウエハステージ２１上のウエハ保持装置２４に保持される。レチクルステージ１１及びウエハステージ２１はそれぞれ微動機構を持ち、レチクル１２またはウエハ２２の位置決めが可能である。

アライメント検出機構１６，２５は、それぞれレチクルの位置と投影光学系の光軸との位置関係、ウエハと投影光学系の光軸との位置関係を計測する。その結果に基づき、レチクルの投映像がウエハ上における所定の位置に一致するように、レチクルステージ１１及びウエハステージ２１の位置、角度が調整される。

又、フォーカス位置検出機構２６は、投影光学系の結像位置をウエハ面上に保つためにウエハ面上における垂直方向のフォーカス位置を検出する。

１回の露光が終わるとウエハステージ２１はＸ，Ｙ方向にステップ移動して次の走査露光開始位置に移動し、再び露光を行う。

ＥＵＶ露光装置は、前述したように照射されたＥＵＶ光がウエハ表面に塗布されたレジストと反応することで有機ガスが発生し、その有機ガスが投影光学系のミラー表面で再びＥＵＶ光と反応するとミラー表面にカーボンとして付着してしまう問題を抱えている。

本実施の形態では、レジストから発生する有機ガスがミラー表面に付着することを極力防ぎ、露光性能及びスループットの低下を防ぐ露光装置を提供する。

投影光学系第３ミラー４と投影光学系第４ミラー５との間の空間に、電子銃５１とクライオパネル４５を配置する。又、投影光学系第５ミラー６と投影光学系第６ミラー７との間の空間に、電子銃５２と排気手段のクライオパネル４６を配置する。

電子銃５１，５２の電子ビーム５３，５４は、露光光８の一部を横切り、クライオパネル４５，４６に向けて照射される。

クライオパネル４５、４６は、冷凍機４１，４２に接続され極低温（１００Ｋ程度若しくは１００Ｋ以下）に冷却される。又、クライオパネル４５，４６には電圧源５５，５６が接続され、プラスの電圧が印加される。印加されたクライオパネルから冷凍機への電流を絶縁するために、クライオパネルと冷凍機の接続面には、熱伝導率が高く、導電性の低い物質、例えばセラミクス、ＳｉＣ等を配置することが好ましい。

投影光学系第１〜６ミラー２〜７は、それぞれミラーカバー６１〜６６が設置され、クライオパネル４５，４６からの輻射冷却を防ぎ、ミラーの形状精度が保たれる。

図２に有機ガス分子９５の捕獲方法について詳しく説明する。

ウエハ２２に塗布されたレジストから発生した有機ガス分子９５は、本体チャンバ９内が真空環境であるため、容易に投影光学系第５ミラー６、投影光学系第６ミラー７が収容されている空間内へ進入する。この有機ガス分子９５を捕獲するために、電子銃５２から放出された電子９６によって有機ガス分子９５を負に帯電させる。このとき、電子銃５２の電子ビーム５４は、ステージ空間開口部９１直上を通過するように構成されることが好ましい。

負に帯電した有機ガス分子９５は、電圧源５６によりプラスの電圧が印加されたクライオパネル４６が発生する電界に誘引され、クライオパネル４６表面でトラップされる。

又、投影光学系第５ミラー６と投影光学系第６ミラー７は、電圧源５７，５８によりマイナスの電圧が印加される。その結果、負に帯電した有機ガス分子９５は、ミラー表面で反発するため、ミラー表面に有機ガス分子９５が付着することを防ぐことができる。

投影光学系第５ミラー６と投影光学系第６ミラー７は、絶縁体７１，７２により本体チャンバ９から電気的に絶縁される。

又、クライオパネル４５，４６を冷却する冷凍機４１，４２、ターボ分子ポンプ３１〜３３及び電子銃５１，５２は、本体チャンバ９と振動絶縁されていることが好ましい。

本発明はこの限りではなく、イオン化手段にＵＶ光、レーザ光、Ｘ線等の放射光源、又はイオンソースを用いても構わない。

又、複数のイオン化手段を組み合わせて用いても構わない。或は、ＥＵＶ光８をイオン化手段として用いても構わない。

イオンソースの場合、有機ガス分子９５は正に帯電されるため、クライオパネル４５，４６はマイナスの電圧を印加する。又、投影光学系第５ミラー６と投影光学系第６ミラー７は、プラスの電圧を印加することで同様の効果を得ることが可能である。

＜実施の形態２＞
本発明の実施の形態における構成を図３に示す。

電圧源５６に接続された電極４７に、プラスの電圧を印加することで電界を発生させ、イオン化された汚染物質を誘引し、ターボ分子ポンプ３４で排気する以外は実施の形態１と同様である。

電極４７は、図４に示すように格子状をしており、格子間は少なくとも有機ガス分子が通過できる隙間を有する。この電極をターボ分子ポンプの吸気口近傍に配置する。電極４７は、本体チャンバ９間との間に絶縁体７３を介して支持され、本体チャンバ９と電気的に絶縁される。本体チャンバ９内のイオン化された汚染物質は、電極４７によって発生した電界に誘引され、ターボ分子ポンプ３４によって外部へ排気される。

＜実施の形態３＞
以下述べることを除いて実施の形態１と同じで良い本発明の実施の形態３の構成を図５に示す。

ターボ分子ポンプ３４の吸気口近傍に配置された電極４８には、電圧源５６が接続され、プラスの電圧を印加する。又、電極４８には冷凍機４２が接続され、電極４８は極低温（１００Ｋ以下）に冷却される。印加された電極４８から、冷凍機４２への電流を絶縁するために、電極４８と冷凍機４２の接続面には、熱伝導率が高く、導電性の低い物質、例えばセラミクス、ＳｉＣ等の部材を配置することが好ましい。

電極４８は、図６に示すように格子状をしており、格子間は少なくとも有機ガス分子が通過できる隙間を有する。この電極４８をターボ分子ポンプ３２の吸気口近傍に配置することで、イオン化された汚染物質は、電極４８によって発生した電界に誘引され、極低温に冷却された格子状の電極４８にトラップされるか、若しくはターボ分子ポンプ３４によって外部へ排気される。

本発明の実施の形態１の構成を概略的に示す図である。 本発明の実施の形態１の構成の一部を示す図である。 本発明の実施の形態２の構成の一部を示す図である。 本発明の実施の形態２の一部品を示す図である。 本発明の実施の形態３の構成の一部を示す図である。 本発明の実施の形態３の一部品を示す図である。 従来例のＥＵＶ露光装置を示す図である。

符号の説明

１ レチクル照明ミラー
２〜７ 投影系第１〜６ミラー
８ ＥＵＶ光
９ 本体チャンバ
１１ レチクルステージ
１２ レチクル
１３ レチクル交換扉
１４ レチクル保持装置
１６ レチクルアライメント光学系
２１ ウエハステージ
２２ ウエハ
２３ ウエハ交換扉
２４ ウエハ保持装置
２５ ウエハアライメント光学系
２６ フォーカス位置検出機構
３１〜３４ ターボ分子ポンプ
４１，４２ 冷凍機
４５，４６ クライオパネル
５１，５２ 電子銃
５３，５４ 電子ビーム
５５〜５８ 電圧源
６１〜６６ ミラーカバー
７１〜７３ 絶縁体
９１ ステージ空間開口部
９５ 有機ガス分子
９６ 電子
Ｓ１〜Ｓ４ 圧力センサ

Claims (7)

1. パルス光を発光する光源と、
   前記光源からの光を集光し、原版を照明する照明光学系と、
   前記原版からの光を被露光体に導く投影光学系と、
   前記被露光体を載置するステージを有し、
   前記照明光学系又は前記投影光学系の少なくとも一部を含む空間内に浮遊する汚染物質をイオン化させるイオン化手段と、イオン化した汚染物質を排気する排気手段とを備えることを特徴とする露光装置。
2. 前記排気手段又は前記排気手段近傍に設けられた少なくとも１つの電極に電圧源が接続されることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記電極は、前記イオン化手段と対向した位置に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の露光装置。
4. 前記排気手段は、冷却手段を有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の露光装置。
5. 前記イオン化手段は電子源、イオンソース、ＵＶ光、レーザ光、Ｘ線等の放射光源の何れかであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の露光装置。
6. 前記イオン化手段による放射線の軌跡の少なくとも一部が、前記原版から導かれる光の少なくとも一部を横切ることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の露光装置。
7. 前記投影光学系に含まれる少なくとも一部の光学素子は、電圧源に接続されていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の露光装置。

Images