JP2008227083A - 露光装置および半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置内の光学素子の表面に生成されるカーボン膜を洗浄することのできるＥＵＶ露光装置を提供する。
【解決手段】本発明によるＥＵＶ露光装置は、ＥＵＶ光を取り除くフィルタ（１００）を、露光光の経路上に設置することができるように構成されたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を使用する露光装置および該露光装置を使用して露光転写する工程を有する半導体デバイスの製造方法に関するものである。また、本発明は、ＥＵＶ光を使用する露光装置に使用される光学素子を洗浄する洗浄方法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（１１〜１４ｎｍ）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光（極端紫外線）を使用した投影リソグラフィ技術が開発されている（たとえば、特許文献１）。この技術は、最近ではＥＵＶ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、４５ｎｍ以下の解像力を得られる技術として期待されている。

ＥＵＶ光の屈折率はほとんどの物質で１に近いので、ＥＵＶ光用の光学素子として透過屈折型の光学素子を使用することができない。そこで、ＥＵＶ光用の光学素子としては、基板上に多層膜を積層した多層膜反射鏡などが使用される。
米国特許６８３３２２３号

ＥＵＶ光を使用する露光装置（ＥＵＶ露光装置）において光学素子を長期間使用すると、光学素子の表面にカーボン膜が生成される。光学素子の表面にカーボン膜が生成されると、光学素子の反射率などの光学特性が劣化する。光学素子の光学特性が劣化すると、露光装置のスループットが減少し、露光安定性が低下し、露光ムラが生じるなど、露光装置全体の性能が劣化する。

したがって、装置内の光学素子の表面に生成されるカーボン膜を洗浄することのできるＥＵＶ露光装置および該ＥＵＶ露光装置を使用して露光転写する工程を有する半導体デバイスの製造方法に対するニーズがある。また、ＥＵＶ露光装置に使用される光学素子を洗浄する洗浄方法に対するニーズがある。

本発明の第１の態様によるＥＵＶ露光装置は、ＥＵＶ光を取り除くフィルタを、露光光の経路上に設置することができるように構成されたことを特徴とする。

本発明の第２の態様による、ＥＵＶ露光装置に使用される光学素子を洗浄する洗浄方法は、前記光学素子を基準として光源側の、露光光の経路上にＥＵＶ光を取り除くフィルタを設置し、所定の時間露光光を照射する。

本発明のＥＵＶ露光装置および光学素子を洗浄する洗浄方法によれば、光学素子の表面に生成されたカーボン膜を洗浄することができるので、光学素子の反射率などの光学特性が維持される。したがって、ＥＵＶ露光装置のスループットおよび露光安定性が維持され、露光ムラが生じることはなく、ＥＵＶ露光装置全体の性能が維持される。

ＥＵＶ露光装置の光源として、レーザプラズマ方式光源または放電プラズマ方式光源が使用される。いずれの光源も、ＥＵＶ光だけではなく、真空紫外光、紫外光、可視光および赤外光を含む光を放出する。真空紫外光、紫外光および可視光（波長１１０乃至８００ナノメータ）は、光学素子の表面に生成されたカーボン膜を洗浄、除去する機能を有する。そこで、ＥＵＶ露光装置の光源が放出した光から、光学素子の表面におけるカーボン膜の生成を引き起こすＥＵＶ光を除去し、真空紫外光、紫外光および可視光の少なくとも一部を光学素子の表面に照射することができれば、光学素子の表面に生成されたカーボン膜を洗浄、除去することが可能である。

本発明による露光装置は、ＥＵＶ露光装置の露光光の経路にＥＵＶ光を取り除くフィルタを設置し、真空紫外光、紫外光および可視光の少なくとも一部を光学素子の表面に照射するように構成されている。したがって、真空紫外光、紫外光および可視光の少なくとも一部を光学素子の表面に照射することができるので、光学素子の表面に生成されたカーボン膜を洗浄、除去することができる。

図１は、本発明の一実施形態による露光装置の露光光の経路に設置されるフィルタ１００の構成を示す図である。フィルタ１００は、基板１０１とその上に形成された膜１０３とを備える。基板１０１の材質は、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）であってもよい。基板１０１上に膜１０３を積層させることによって、特定の波長を透過させたり、特定の波長を阻止したりすることができる。たとえば、カーボン膜除去に有用な１７２ナノメータの真空紫外光を中心に照射する場合、基板１０１上にフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）からなる膜１０３を厚さ
λ/(4n)（λ＝１７２ナノメータ、n は膜の屈折率）
積層させて使用する。この場合に、膜１０３は反射防止膜として機能し該波長の光の透過率を向上させる。

一般的に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、フッ化バリウム（ＢａＦ_２）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ_２）、フッ化ランタン（ＬａＦ_３）およびフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）などのフッ化物や、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）および酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）などの酸化物は、吸収端が真空紫外域または紫外域にあるので、基板１０１または膜１０３の材質として有用である。真空紫外域または紫外域において、波長の短い光ほど、カーボン膜の洗浄効果が高いので、フッ化物は特に有用である。膜の材質は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの炭化物、窒化チタン（ＴｉＮ）などの窒化物、炭素またはクロム（Ｃｒ）などの金属であってもよい。

図２は、本発明の一実施形態によるＥＵＶ露光装置の構成を示す図である。

ＥＵＶ露光装置は、ＥＵＶ光源３１、照明光学系３３および投影光学系３０１を含む。

ＥＵＶ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。

こうして、フライアイミラー３５ａ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(レチクル)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３０１の多層膜反射鏡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、レジスト３を塗布したウエハ２（感応基板）上に形成する。

本実施形態において、フィルタ１００は、露光光の経路上において光源３１と照明光学系３３との間に設置されている。一般的に、フィルタ１００は、露光光の経路上において光源３１とカーボン膜を除去したい光学素子との間に設置される。露光装置内に複数のフィルタを設置してもよい。

フィルタ１００を光源３１の近くに設置する場合、光源３１から飛来するデブリ（debris 飛散粒子）を除去するため、フィルタ１００の光源３１側にデブリを低減するガスカーテンやデブリを除去するシステムを構築してもよい。また、膜１０３はデブリの影響を受けやすいので、フィルタ１００の、膜１０３の面を光源３１側に配置しないのが好ましい。

図３は、本発明の一実施形態による露光装置の、フィルタ１００の周辺の構成を示す図である。図３において、フィルタ１００は、露光光の経路の周囲のハウジング２０１に設置されている。フィルタ１００の膜１０３は、光源と反対側に配置される。フィルタ１００は、ハウジング２０１の支持部と密着して露光装置内の空間を区切るように設置される。フィルタ１００によって露光装置内の空間が区切られていれば、フィルタ１００に関して、光源と反対側の区切られた空間にカーボン膜の除去に有効な酸素や活性酸素を導入しても、光源の電極が酸化される恐れはない。あるいは、カーボン膜の除去を促進するように、光源と反対側の区切られた空間に水素、窒素、水、ハロゲンまたは不活性ガスなどを導入してもよい。

露光装置の稼動時（露光時）にはＥＵＶ光が必要なので、フィルタ１０１は光の経路外に移動させ、光学素子のカーボン膜を除去したいときに光の経路に設置する。このため、フィルタ１００にハンドル１０５を取り付けて、フィルタ１００を移動できるようにしてもよい。

本実施形態によるＥＵＶ露光装置によれば、ＥＵＶ光源が放出する光を利用して光学素子のカーボン膜を洗浄するので、カーボン膜を除去するための紫外線ランプやプラズマ源などの装置が不要である。また、本実施形態によるＥＵＶ露光装置によれば、ＥＵＶ光源が放出する光によって洗浄を行うので、ＥＵＶ光の経路と洗浄用の光の経路が同一である。したがって、ＥＵＶ光用の光学素子の洗浄を効率的に行うことができる。さらに、フィルタによって露光装置内の空間が区切られるので、光源の電極に影響を与えずに、フィルタに関して、光源と反対側の区切られた空間にカーボン膜の除去に有効な酸素や活性酸素を導入することができる。

図４は、本発明の一実施形態によるＥＵＶ光を露光光として使用するＥＵＶ露光装置に使用される光学素子を洗浄する洗浄方法を示す流れ図である。

図４のステップＳ４０１０において、光学素子のカーボン膜を除去したいときに、露光装置内の露光光の経路上にフィルタを設置する。たとえば、図１に示すようなフィルタ１００を、露光装置内に図３に示すように設置してもよい。

ウエハ上のＥＵＶ光の光量を監視して、所定の光量を下回った場合に、露光装置内の露光光の経路上にフィルタを設置してもよい。あるいは、露光装置の光学系の位置調整を行う際に、露光装置内の露光光の経路上にフィルタを設置し、フィルタを透過した光で光学系の位置調整を行ってもよい。

図４のステップＳ４０２０において、露光光の照射を開始する。

図４のステップＳ４０３０において、所定の時間待機する。この間、酸素、水素、窒素、水、ハロゲンまたは不活性ガスなどを導入しながら洗浄を行ってもよい。波長１７２ナノメータの真空紫外光を使用し、１０００パスカルの酸素を導入すれば、約２ナノメータ／時の速度でカーボン膜を除去することが可能である。

図４のステップＳ４０４０において、光学素子に生成されたカーボン膜が十分に洗浄されたか否か判断する。カーボン膜が十分に洗浄されていると判断すれば、処理を終了する。カーボン膜が十分に洗浄されていないと判断されれば、ステップＳ４０３０に戻る。

光学素子に生成されたカーボン膜が十分に洗浄されたか否かは、フィルタを光の経路外に移動させ、たとえば、ウエハ上でＥＵＶ光の光量を監視して光量が回復しているか否かによって判断してもよい。あるいは、洗浄に使用する、真空紫外光を透過させるフィルタを光の経路に設置した場合の光量と、たとえば、紫外光または可視光を透過させるフィルタを光の経路に設置した場合の光量とをウエハ上で観察し、両者の光量の比から判断してもよい。真空紫外光は、たとえば、紫外光または可視光と比較してカーボンにより多く吸収される。したがって、カーボン膜の洗浄が進めば、カーボンに吸収される真空紫外光が減少し、紫外光または可視光の光量に対する真空紫外光の光量の比が増大する。

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５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流れ図である。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（レチクル）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、本発明によるＥＵＶ露光装置を使用している。本発明によるＥＵＶ露光装置においては、光学素子の反射率などの光学特性が維持されるので、スループットおよび露光安定性が維持され、露光ムラが生じることはなく、ＥＵＶ露光装置全体の性能が維持される。したがって、高いスループット、露光安定性および均一露光性でリソグラフィ工程を実施して半導体デバイスを製造することができる。

本発明の一実施形態による露光装置の露光光の経路に設置されるフィルタの構成を示す図である。 本発明の一実施形態によるＥＵＶ露光装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態による露光装置の、フィルタの周辺の構成を示す図である。 本発明の一実施形態によるＥＵＶ光を露光光として使用するＥＵＶ露光装置に使用される光学素子を洗浄する洗浄方法を示す流れ図である。 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流れ図である。

符号の説明

１００…フィルタ、１０１…基板、１０３…膜

Claims (15)

1. ＥＵＶ光を露光光として使用するＥＵＶ露光装置であって、
   ＥＵＶ光を取り除くフィルタを、露光光の経路上に設置することができるように構成されたことを特徴とするＥＵＶ露光装置。
2. 前記フィルタがフッ化物または酸化物からなる基板を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＥＵＶ露光装置。
3. 前記フィルタがフッ化物または酸化物からなる基板および前記基板上に形成されたフッ化物、酸化物、炭化物、窒化物、炭素または金属からなる膜を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のＥＵＶ露光装置。
4. 前記フィルタがＥＵＶ光を取り除き、真空紫外光、紫外光および可視光を透過させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のＥＵＶ露光装置。
5. 前記フィルタが光源と照明光学系との間に設置されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のＥＵＶ露光装置。
6. 前記フィルタが照明光学系と投影光学系との間に設置されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のＥＵＶ露光装置。
7. 前記フィルタが、前記ＥＵＶ露光装置の光源、照明光学系および投影光学系を内部に備えたチャンバー内の光源側の空間と非光源側の空間とを分離するように設置されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のＥＵＶ露光装置。
8. 露光対象面における光の光量を測定する測定装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のＥＵＶ露光装置。
9. 前記測定装置が真空紫外光の光量と、紫外光または可視光の光量とを測定することを特徴とする請求項８に記載のＥＵＶ露光装置。
10. ＥＵＶ光を露光光として使用するＥＵＶ露光装置に使用される光学素子を洗浄する洗浄方法であって、
    前記光学素子を基準として光源側の、露光光の経路上にＥＵＶ光を取り除くフィルタを設置し、
    所定の時間露光光を照射する洗浄方法。
11. 前記フィルタがＥＵＶ光を取り除き、真空紫外光、紫外光および可視光を透過させることを特徴とする請求項１０に記載の洗浄方法。
12. 前記フィルタが、前記ＥＵＶ露光装置の光源、照明光学系および投影光学系を内部に備えたチャンバー内の光源側の空間と非光源側の空間とを分離するように設置されることを特徴とする請求項１０または１１に記載の洗浄方法。
13. 露光光を照射しながら前記フィルタの非光源側に酸素、水素、窒素、水、ハロゲンまたは不活性ガスを供給することを特徴とする請求項１２に記載の洗浄方法。
14. 所定の時間露光光を照射する際に、露光対象面において、真空紫外光の光量と、紫外光または可視光の光量とを測定し、前記２つの光量の比に基づいて露光光の照射を終了する時点を定めることを特徴とする請求項１０から１３のいずれか１項に記載の洗浄方法。
15. 請求項１から９のいずれか１項に記載のＥＵＶ露光装置を使用して露光転写する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

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