JP2007281321A - 光学素子表面の酸化膜・カーボン膜の除去方法、露光方法及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子表面に生成される酸化膜・カーボン膜を除去する光学素子表面の酸化膜・カーボン膜の除去方法を提供する。
【解決手段】 露光装置の光学素子が設置された空間内に所定のガス圧で窒素、アンモニア、硫化水素、アルゴン、クリプトン、ラドン、ヘリウム、ネオン、フッ素、塩素からなる群の中の１つ以上のガスからなる還元性ガスを導入し（ステップＳ１０）、前記還元性ガスが導入された状態で前記光学素子の表面に露光光を照射し（ステップＳ１１）、前記光学素子が設置された空間内から前記還元性ガスを排気する（ステップＳ１２）。
【選択図】 図２

Description

この発明は、光学素子表面の酸化膜・カーボン膜を除去する光学素子表面の酸化膜・カーボン膜の除去方法、光学素子表面の酸化膜・カーボン膜の生成を抑制する露光方法及び光学素子表面における酸化膜・カーボン膜の生成を抑制すると共に生成された酸化膜・カーボン膜を除去する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の進展に伴い、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（例えば１１〜１４ｎｍ程度）の極端紫外線を使用した投影露光装置が開発されている（特許文献１参照）。
特開２００３−１４８９３号公報

上述の極端紫外線を使用した投影露光装置（ＥＵＶ露光装置）においては、極端紫外線が透過する物質が存在しないため、光学系は反射鏡によって構成される必要があるが、ＥＵＶ露光装置において光学素子を使用していると、光学素子表面に酸化膜やカーボン膜が生成され、光学素子の性能を劣化させるという問題が生じる。即ち、ＥＵＶ露光装置内部の環境から水分や有機物を完全には排除することができず、また、極端紫外線は非常に大きなエネルギーを持っているため、水分などと光学素子表面の物質（例えば、光学素子表面に成膜されている金属膜）とに極端紫外線が照射されることによって酸化反応が生じ光学素子表面に酸化膜が生成され、また、有機物と光学素子表面の物質とが極端紫外線に照射されることによって化学反応が促進されカーボン膜が生成される。

ここで、露光装置において発生した光学素子表面の酸化膜やカーボン膜を除去したり、光学素子表面に酸化膜やカーボン膜が生成されるのを抑制することができれば、光学素子の使用可能期間を長くすることが可能になり、光学素子を交換すべく新たな光学素子を再作製する場合と比較して大幅にコストを削減することができる。

この発明の課題は、光学素子表面に生成される酸化膜・カーボン膜を除去する光学素子表面の酸化膜・カーボン膜の除去方法、光学素子表面における酸化膜・カーボン膜の生成を抑制する露光方法及び光学素子表面における酸化膜・カーボン膜の生成を抑制すると共に生成された酸化膜・カーボン膜を除去できる露光装置を提供することである。

この発明の光学素子表面の酸化膜・カーボン膜の除去方法は、露光装置の光学素子が設置された空間（３１４）内に所定のガス圧で窒素、アンモニア、硫化水素、アルゴン、クリプトン、ラドン、ヘリウム、ネオン、フッ素、塩素からなる群の中の１つ以上のガスからなる還元性ガス、または、質量数１００以下の有機ガス群の中の１つ以上のガスからなる還元性ガスを導入するガス導入工程と、前記ガス導入工程において前記還元性ガスが導入された状態で、前記光学素子の表面に露光光を照射する露光光照射工程と、前記光学素子が設置された空間（３１４）内から前記還元性ガスを排気する排気工程とを含むことを特徴とする。

この発明の露光方法は、露光装置の光学素子が設置された空間（３１４）内に所定のガス圧で窒素、アンモニア、硫化水素、アルゴン、クリプトン、ラドン、ヘリウム、ネオン、フッ素、塩素からなる群の中の１つ以上のガスからなる還元性ガス、または、質量数１００以下の有機ガス群の中の１つ以上のガスからなる還元性ガスを導入するガス導入工程と、前記ガス導入工程において前記光学素子が設置された空間（３１４）内に前記還元性ガスが導入された状態で露光を行う露光工程とを含むことを特徴とする。

この発明の露光装置は、複数の光学素子と、該複数の光学素子が設置された鏡筒（３１４）を有する投影光学系を備える露光装置であって、前記鏡筒（３１４）内空間に窒素、アンモニア、硫化水素、アルゴン、クリプトン、ラドン、ヘリウム、ネオン、フッ素、塩素からなる群の中の１つ以上のガスからなる還元性ガス、または、質量数１００以下の有機ガス群の中の１つ以上のガスからなる還元性ガスを導入するガス導入部（３１６）と、前記鏡筒（３１４）内空間に導入された前記還元性ガスの排気を行う排気部（３１７）とを備えることを特徴とする。

この発明の光学素子表面の酸化膜・カーボン膜の除去方法によれば、露光装置の光学素子が設置された空間内に所定のガス圧で還元性ガスを導入した状態で光学素子表面に露光光を照射した後、光学素子が設置された空間内から還元性ガスを排気している。即ち、還元性ガスを導入した状態で光学素子表面に露光光を照射することにより、光学素子表面に生成された酸化膜・カーボン膜を除去することができる。従って、光学素子の性能劣化を適切に防止することができ、光学素子を再作製する必要がなくなるため、大幅なコスト削減を実現することができる。

また、この発明の露光方法によれば、露光装置の光学素子が設置された空間内に所定のガス圧で還元性ガスを導入した状態で露光を行っている。即ち、還元性ガスを導入した状態で露光を行うことにより、光学素子表面における酸化膜・カーボン膜の生成を抑制することができる。従って、光学素子の性能劣化を適切に防止して光学素子の使用可能期間を長くすることができ、露光装置の稼動効率を向上させ、適切なコスト削減を実現することができる。

また、この発明の露光装置によれば、ガス導入部により複数の光学素子が設置された鏡筒内空間に還元性ガスを導入し、導入されたガスを排気部により排気している。即ち、鏡筒内空間に還元性ガスを導入することにより、還元性ガスが導入された状態で露光を行うことができ、光学素子表面における酸化膜・カーボン膜の生成を抑制することができる。また、還元性ガスが導入された状態で光学素子表面に露光光を照射することができ、光学素子表面に生成された酸化膜・カーボン膜を除去することができる。従って、光学素子の性能劣化を適切に防止して光学素子の使用可能期間を長くすることができ、露光装置の稼動効率を向上させ、適切なコスト削減を実現することができる。

図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる光学素子表面の酸化膜・カーボン膜の除去方法について説明する。図１は、実施の形態にかかるＥＵＶ露光装置（縮小投影露光装置）の概略構成を示す図である。図１に示すＥＵＶ露光装置においては、光路上はすべて真空（例えば、１×１０^−３Ｐａ以下）に保たれている。ＥＵＶ露光装置は、光源を含む照明光学系ＩＬを備えている。照明光学系ＩＬから射出されたＥＵＶ光（一般的には波長５〜２０ｎｍを指し、具体的には波長１３．５ｎｍ、１１ｎｍが用いられる。）は、折り返しミラー３０１により反射され、パターンが形成されているレチクル３０２上を照射する。

レチクル３０２は、反射型のレチクルであり、レチクルステージ３０３に固定されたチャック３０３ａに保持されている。レチクルステージ３０３は、走査方向に移動可能に構成されており、走査方向と直行する方向及び光軸方向に微小移動可能に構成されている。レチクルステージ３０３の走査方向及び走査方向に直交する方向の位置は図示しないレーザ干渉計により高精度に制御され、光軸方向の位置はレチクルフォーカス送光系３０４とレチクルフォーカス受光系３０５からなるレチクルフォーカスセンサにより制御されている。

レチクル３０２にはＥＵＶ光を反射する多層膜（例えば、モリブデン（Ｍｏ）／シリコン（Ｓｉ）やモリブデン（Ｍｏ）／ベリリウム（Ｂｅ））が成膜されており、この多層膜の上の吸収層（例えば、ニッケル（Ｎｉ）やアルミニウム（Ａｌ））によりパターニングされている。レチクル３０２により反射されたＥＵＶ光は、光学鏡筒３１４内に入射する。

光学鏡筒３１４内には、複数（この実施の形態においては４つ）の光学素子であるミラー３０６、３０７、３０８、３０９が設置されている。また、光学鏡筒３１４には、該光学鏡筒３１４内に所定の還元性ガスを導入するポンプ等により構成されるガス導入部３１６、光学鏡筒３１４内に導入された還元性ガスを排気する吸引ポンプ等により構成される排気部３１７、ガス導入部３１６により光学鏡筒３１４内に導入される還元性ガスのガス圧を測定する圧力計等により構成される圧力測定部３１８が設けられている。また、ガス導入部３１６、排気部３１７及び圧力計側部３１８には、制御部３１９が接続されており、この制御部３１９は、圧力計側部３１８による圧力の測定結果に基づいて、ガス導入部３１６による還元性ガスの導入及び排気部３１７による還元性ガスの排気を制御することによって、光学鏡筒３１４内のガス圧を制御する。なお、この実施の形態においては、投影光学系として４つのミラーを備えているが、６つまたは８つのミラーを備えるようにしてもよい。この場合には、開口数（ＮＡ）をより大きくすることができる。

光学鏡筒３１４内に入射したＥＵＶ光は、ミラー３０６により反射された後、ミラー３０７、ミラー３０８、ミラー３０９により順次反射され、光学鏡筒３１４内から射出して、ウエハ３１０に入射する。なお、ミラー３０６〜３０９等により構成される投影光学系の縮小倍率は、例えば１／４または１／５である。また、光学鏡筒３１４の近傍には、ウエハ３１０のアライメントを行うオフアクシス顕微鏡３１５が設置されている。

ウエハ３１０は、ウエハステージ３１１に固定されたチャック３１１ａ上に保持されている。ウエハステージ３１１は、光軸と直交する面内に設置されており、光軸と直交する面内に移動可能に構成されている。また、ウエハステージ３１１は、光軸方向にも微小移動可能に構成されている。ウエハステージ３１１の光軸方向の位置は、ウエハオートフォーカス送光系３１２とウエハオートフォーカス受光系３１３からなるウエハオートフォーカスセンサにより制御されている。ウエハステージ３１１の光軸と直交する面内における位置は、図示しないレーザ干渉計により高精度に制御されている。

露光時には、レチクルステージ３０３とウエハステージ３１１は、投影光学系の縮小倍率と同一の速度比、例えば、（レチクルステージ３０３の移動速度）：（ウエハステージ３１１の移動速度）＝４：１または５：１で同期走査する。

次に、図１に示すＥＵＶ露光装置の光学鏡筒に設置された光学素子表面に生成された酸化膜・カーボン膜を除去する工程について、図２のフローチャートを参照して説明する。まず、複数の光学素子が設置された空間（光学鏡筒３１４）内に所定のガス圧で還元性ガスを導入する（ステップＳ１０）。即ち、窒素、アンモニア、硫化水素、アルゴン、クリプトン、ラドン、ヘリウム、ネオン、フッ素、塩素からなる群の１つ以上のガスからなる還元性ガス、または、ハイドロカーボン、ブタン、ヘキサン、メタン、プロパン等の質量数１００以下の有機ガス群の中の１つ以上のガスからなる還元性ガスを、所定のガス圧、例えば、１０^−９Ｐａ〜１００Ｐａのガス圧で光学鏡筒３１４内に導入する。

ここで、光学鏡筒３１４内に還元性ガスを導入する際には、圧力測定部３１８により導入ガス圧が測定される。そして、圧力測定部３１８による測定結果を用いて、制御部３１９により、ガス導入部３１６による還元性ガスの導入及び排気部３１７による還元性ガスの排気が制御され、光学鏡筒３１４内のガス圧が所定のガス圧、例えば、１０^−９Ｐａ〜１００Ｐａに保たれる。

次に、光学鏡筒３１４内に還元性ガスが導入された状態で、ミラー３０６、３０７、３０８、３０９に露光光が照射される（ステップＳ１１）。即ち、強いエネルギーを持つ極端紫外線である露光光を還元性ガスが導入された状態でミラー３０６、３０７、３０８、３０９に照射することにより、露光光により還元反応が促進され、ミラー表面に生成された酸化膜・カーボン膜が除去される。

なお、ＥＵＶ露光装置において、光学鏡筒３１４内に還元性ガスが導入された状態で露光を行うようにしてもよい。即ち、露光時に還元性ガスが導入されている場合であっても、所定の範囲内で導入されている限りは露光に影響を及ぼさない。従って、ミラー表面に酸化膜・カーボン膜が生成されることを抑制すべく、所定の範囲内において還元性ガスが導入された状態で露光を行い、ミラー表面における酸化膜・カーボン膜の生成を抑制するようにしてもよい。

ここで、還元性ガスが導入された状態で露光を行う場合には、光学鏡筒３１４内を真空（例えば、１０^−３Ｐａ以下）に保つように還元性ガスの導入圧力が制御される。即ち、光学鏡筒３１４内の圧力を圧力測定部３１８により測定し、測定結果を用いて制御部３１９によりガス導入部３１６による還元性ガスの導入圧力が制御される。

次に、光学鏡筒３１４内に導入された還元性ガスを、排気部３１７を介して排気する（ステップＳ１２）。なお、還元性ガスを導入した状態で露光を行っている場合には、露光工程が終了した後、排気部３１７により光学鏡筒３１４内の還元性ガスの排気が行われる。

この実施の形態にかかる光学素子表面の酸化膜・カーボン膜の除去方法によれば、複数のミラーが設置された光学鏡筒空間内に還元性ガスを導入した状態でミラー表面に露光光を照射している。従って、還元性ガスが導入された状態で極端紫外線である露光光がミラーに照射されることによって還元反応が促進され、ミラー表面に生成された酸化膜・カーボン膜を除去することができる。

また、この実施の形態にかかる露光方法によれば、複数のミラーが設置された光学鏡筒空間内に還元性ガスを導入した状態で露光を行っている。従って、極端紫外線を露光光として用いることによって、還元反応が促進され、ミラー表面における酸化膜・カーボン膜の生成を抑制することができる。

また、この実施の形態にかかるＥＵＶ露光装置によれば、複数のミラーが設置された光学鏡筒空間内に還元性ガスを導入するガス導入部と、光学鏡筒内に導入された還元性ガスを排気する排気部とを備えている。従って、ミラー表面に酸化膜・カーボン膜が生成されてしまった場合には、光学鏡筒空間内に還元性ガスを導入した状態でミラー表面に露光光を照射することによって、ミラー表面に生成された酸化膜・カーボン膜を除去した後、還元性ガスを排気することができる。また、光学鏡筒空間内に還元性ガスを導入した状態で露光を行うことによって、ミラー表面における酸化膜・カーボン膜の生成を抑制することができる。そのため、ミラーの性能劣化を適切に防止し、ＥＵＶ露光装置におけるミラーの使用可能期間を長くすることができ、ＥＵＶ露光装置を効率的に稼動させ適切なコスト削減を実現することができる。

実施の形態にかかるＥＵＶ露光装置の概略構成を示す図である。 実施の形態にかかる光学素子表面の酸化膜・カーボン膜の除去工程を示すフローチャートである。

符号の説明

ＩＬ・・・照明光学系、３０２・・・レチクル、３０３・・・レチクルステージ、３０６〜３０９・・・ミラー、３１０・・・ウエハ、３１１・・・ウエハステージ、３１４・・・光学鏡筒、３１６・・・ガス導入部、３１７・・・排気部、３１８・・・圧力測定部、３１９・・・制御部。

Claims (7)

1. 露光装置の光学素子が設置された空間内に所定のガス圧で窒素、アンモニア、硫化水素、アルゴン、クリプトン、ラドン、ヘリウム、ネオン、フッ素、塩素からなる群の中の１つ以上のガスからなる還元性ガスを導入するガス導入工程と、
   前記ガス導入工程において前記還元性ガスが導入された状態で、前記光学素子の表面に露光光を照射する露光光照射工程と、
   前記光学素子が設置された空間内から前記還元性ガスを排気する排気工程と、
   を含むことを特徴とする光学素子表面の酸化膜・カーボン膜の除去方法。
2. 露光装置の光学素子が設置された空間内に所定のガス圧で質量数１００以下の有機ガス群の中の１つ以上のガスからなる還元性ガスを導入するガス導入工程と、
   前記ガス導入工程において前記還元性ガスが導入された状態で、前記光学素子の表面に露光光を照射する露光光照射工程と、
   前記光学素子が設置された空間内から前記還元性ガスを排気する排気工程と、
   を含むことを特徴とする光学素子表面の酸化膜・カーボン膜の除去方法。
3. 露光装置の光学素子が設置された空間内に所定のガス圧で窒素、アンモニア、硫化水素、アルゴン、クリプトン、ラドン、ヘリウム、ネオン、フッ素、塩素からなる群の中の１つ以上のガスからなる還元性ガスを導入するガス導入工程と、
   前記ガス導入工程において前記光学素子が設置された空間内に前記還元性ガスが導入された状態で露光を行う露光工程と、
   を含むことを特徴とする露光方法。
4. 露光装置の光学素子が設置された空間内に所定のガス圧で質量数１００以下の有機ガス群の中の１つ以上のガスからなる還元性ガスを導入するガス導入工程と、
   前記ガス導入工程において前記光学素子が設置された空間内に前記還元性ガスが導入された状態で露光を行う露光工程と、
   を含むことを特徴とする露光方法。
5. 複数の光学素子と、該複数の光学素子が設置された鏡筒を有する投影光学系を備える露光装置であって、
   前記鏡筒内空間に窒素、アンモニア、硫化水素、アルゴン、クリプトン、ラドン、ヘリウム、ネオン、フッ素、塩素からなる群の中の１つ以上のガスからなる還元性ガスを導入するガス導入部と、
   前記鏡筒内空間に導入された前記還元性ガスの排気を行う排気部と
   を備えることを特徴とする露光装置。
6. 複数の光学素子と、該複数の光学素子が設置された鏡筒を有する投影光学系を備える露光装置であって、
   前記鏡筒内空間に質量数１００以下の有機ガス群の中の１つ以上のガスからなる還元性ガスを導入するガス導入部と、
   前記鏡筒内空間に導入された前記還元性ガスの排気を行う排気部と
   を備えることを特徴とする露光装置。
7. 前記鏡筒内空間に導入された前記還元性ガスのガス圧を測定する圧力測定部を更に備えることを特徴とする請求項５又は請求項６記載の露光装置。
   

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