JP2008515232A - リソグラフィ露光装置における汚染検出および監視のための方法およびシステム、ならびに調整された雰囲気条件下でのその動作方法 - Google Patents

Abstract

クロマトグラフィおよび吸収分光法などの非常に効率的な検出法を使用して、１種類以上の汚染物質を特定することができ、その濃度を定量的に決定することができる。このようにして、堆積した無機塩の形で、レチクル、レンズなどの露光装置の重要な構成要素に対する悪影響を大きく低減することができ、プロセス性能を改善することができる。

Description

本発明は、集積回路の製造の分野に関し、より詳細には、基板への半導体関連フィーチャのリソグラフィによる形成に関する。

集積回路の製造では、高性能のデバイス内に、５０ｎｍか場合によってはそれ以下の小さな寸法のフィーチャを正確に形成することが要求され、誤差の許容量を非常に小さくすることが求められる。このようなフィーチャは、適切な基板（例えば半導体基板、金属被覆基板など）の上に形成された材料層に形成されうる。このような正確に制御された寸法のフィーチャは、多くの場合、エッチングプロセスと共に、フォトリトグラフィプロセスを実行することによって材料層をパターニングすることによって形成される。例えば、特定の材料層上に、およびその中に集積回路の回路素子を形成する際に、材料層にこのようなフィーチャを画定するために、パターニングされる材料層にマスク層が形成される。このマスク層は、実質的に異方性のエッチングプロセス中にエッチマスクとして使用される。一般に、マスク層は、リソグラフィプロセスによってパターニングされるフォトレジストの層からなるか、あるいはこれから形成されうる。リソグラフィプロセス中に、レジストが、基板面上にスピンコートされ、その後、紫外放射に選択的に露光される（曝される）。フォトレジストを現像後、レジストの種類（つまりポジ型レジストかネガ型レジストか）によって変わるが、露光部または非露光部が除去され、フォトレジスト層に必要なパターンが形成される。

集積回路の製造に関係する別のリソグラフィプロセスでは、マスク層を改変するために、イオン、電子およびＸ線源などの短波長放射源が使用される。その後、このマスク層が対応するエッチングプロセスによってパターニングされるか、あるいは、表面全体に正確に走査される放射のビームによって、マスク層の材料が直接除去されうる。このようにして、例えば、パターニングされた金属層を石英基板の上に形成するためにレチクルが製造されうる。次に、このレチクルが、半導体基板の上に形成されたフォトレジスト層にレチクルパターンを結像させるための露光マスクとして使われうる。

高度な集積回路のパターンの寸法は微細化し続けているため、デバイスのフィーチャをパターニングするために使用する装置は、複雑な製造プロセスの解像度および重ね合わせ精度に関する非常に厳しい要件を満たす必要がある。この点で、解像度は、所定の製造のばらつき状態下で、最小サイズの像を印刷する安定した能力を定める示度（measure）となると考えられる。解像度を改善する際の１つの重要な要因は、フォトマスクまたはレチクルに含まれるパターンが、光学結像系を介してフォトレジスト層に光学的に転写されるリソグラフィプロセスである。そのため、リソグラフィシステムの光学特性（開口数、焦点深度および使用する光源の波長など）を絶えず改善するために、大きな努力が払われてきた。リソグラフィ像の品質は、非常に微細なフィーチャサイズを形成する上で極めて重要である。

しかし、比較的重要なのは、基板の表面に像を配置できる精度である。集積回路は、通常、材料層を順次パターニングすることによって製造され、連続する材料層上のフィーチャは、相互に空間的な関係を保っている。後の材料層に形成される各パターンは、既にパターニングされている材料層に形成された対応するパターンと、所定のレジストレーション許容範囲内で位置合わせされる必要がある。

例えば、このようなレジストレーション許容量は、レジストの厚さ、ベーク温度、露光および現像等のパラメータの不均一性などによる、基板上のフォトレジスト像のばらつきによって生じる。更に、エッチングプロセスの不均一性によって、エッチングされたフィーチャのばらつきが生じることもある。加えて、フォトリソグラフィによって基板に像を転写させる際に、既に形成されている材料層のパターンに現在の材料層のためのパターンの像を重ね合わせるのも確実ではない。

デバイスフィーチャの品質、ひいてはその電気的挙動に影響する別の面に、大口径の基板（すなわちウエハ）の使用があり、ウエハの代表的な直径は、現在のところ２００ｍｍであるが、最新の半導体工場では標準のウエハ直径が３００ｍｍになるとみられている。大口径化は、経済的な点からみれば好ましいものの、特に最小デバイス寸法（限界寸法（ＣＤ）とも呼ばれる）が絶えず微細化しているため、ウエハ表面内の不均一性の問題を悪化させることがある。このため、ウエハ間のみならず、ウエハ表面内のフィーチャのばらつきを最小化し、例えば、動作速度の観点からデバイス性能を向上させると同時に、製造歩留りの向上を達成するために、許容量を、より厳しく設定できるプロセスを、半導体メーカが使用できるようにすることが望ましい。そうしないと、ウエハ内の（およびウエハ間の）変動を、考慮に入れなければならず、これにより、通常はデバイス性能の低下を引き起こすプロセスの差異に対する許容量の大きな回路設計が要求される。

投影リソグラフィによってレチクルからレジスト層に回路フィーチャを結像させるためのウエハステッパ、およびステップ−走査型リソグラフィ装置の能力を更に向上させるために現在莫大な努力が払われているにも関わらず、最近、数多くの実験結果により、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍおよび１３.４ｎｍのレチクルおよび露光装置の光学素子の汚染欠陥が報告されている。これらの汚染には、無機塩および凝縮性の有機物質が含まれうる。特に、無機塩は、レチクルが半導体製造に使用される前はクリーンであると判断された場合であっても、レチクルおよびレンズ素子を製造に使用していくにつれて欠陥率が上がっていくために累進的欠陥と呼ばれるヘイズ効果を引き起こす。研究により、このような累進的欠陥がほとんどすべてのリソグラフィ波長で観察されうると示されたものの、この汚染の問題は、１９３ｎｍリソグラフィにおいて、特に最新の集積回路工場の標準の基板サイズとなりうる３００ｍｍのウエハの処理と組み合わせて使用されると特に厳しくなる。光学面の汚染は、通常、その組成が不均質であり、通常は光学素子に対して屈折率差がある。これにより、光散乱を引き起こし、その結果、ウエハ平面に入射する放射線束が不均一となる。更に、極端な場合、光学素子が、ある期間使用したのちに、汚染によって、信頼性の低下により使用不可能となることがあり、最終的に、これらの光学素子の交換が必要となる。更に、汚染により、重要な回路素子（ゲート電極または電界効果トランジスタなど）の結像中に大きなばらつきが生じることがあり、これにより、製造歩留りおよびデバイス性能が著しい影響を受ける。

上記に概説した状況を鑑みて、上記の問題の影響の１つ以上を解決するか、少なくとも低減させる技術が求められている。

以下では、本発明の一部の態様の基本を理解できるように、発明の概要を説明する。この概要は、本発明の全てを概観するものではない。本発明の主要または重要な要素を特定したり、本発明の範囲を詳細に記載することを意図するものでもない。その唯一の目的は、後述する詳細な説明に先だって、概念の一部を簡潔に示すことにある。

一般に、本発明は、リソグラフィプロセス中に、光学素子および基板の環境条件（すなわち周囲環境）が考慮されるという点で、リソグラフィ、特に短波長リソグラフィによって、基板表面にフィーチャを結像するためのシステムおよび方法を対象としている。水、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、揮発性濃縮性有機化合物、無機酸性ガス（二酸化硫黄および酸化窒素など）の形の極微量汚染のほか、酸化シリコン化合物（シリコーンおよびシロキサンなど）は、露光放射を減衰させるのみならず、露光放射と相互作用して光学面上に安定した汚染層を形成する可能性もある。本発明によれば、露光装置の動作の間、汚染の存在を考慮に入れ、これを、考慮および監視すべき１つの更に別の「装置パラメータ」であると評価することによって、レチクル、光学素子などに堆積する汚染層の悪影響のほか、揮発性分子の汚染物質による光吸収および散乱の影響を低減させることができる。

本発明の例示的な一実施形態によれば、露光システムは、所定の波長範囲および露光量範囲の放射を与えるように構成された放射源を有する。前記システムは、更に、チャンバ雰囲気を有する露光チャンバと、前記露光チャンバに配置され、前記放射源から放射を受け、前記受けた放射を基板上に結像するように構成された光学系とを有する。更に、前記システムは、前記チャンバ雰囲気中の少なくとも１種類の汚染物質を定量的に検出するように構成された検出システムを有する。

本発明の別の例示的な実施形態によれば、方法は、放射源、露光チャンバおよび前記露光チャンバ内に配置された光学系を有する露光装置を動作させるステップを有する。前記方法は、更に、前記露光チャンバ内の雰囲気中の少なくとも１種類の汚染物質に対する定量的指標を提供するために前記雰囲気を監視するステップを有する。最後に、前記定量的指標に基づいて前記露光装置の動作状態が推定される。

本発明の更に別の例示的な実施形態によれば、方法は、第１の動作期間中に、放射源、露光チャンバおよび前記露光チャンバ内に配置された光学系を有する露光装置を動作させるステップを有する。前記方法は、更に、前記露光チャンバ内の雰囲気中の少なくとも１種類の汚染物質に対する定量的指標を提供するために前記雰囲気を監視するステップを有する。前記定量的指標に基づいて、第２の動作期間中の前記露光装置の動作モードが確立され、前記第２の動作期間中に前記動作モードで前記露光装置が動作される。

本発明の更に別の例示的な実施形態によれば、方法は、放射源、露光チャンバおよび前記露光チャンバ内に配置された光学系を有する露光装置を動作させるステップを有し、露光装置を動作させる前記ステップは、１つ以上の第１の基板に像を転写するステップを有する。この方法は、更に、前記１つ以上の第１の基板に形成された前記像の少なくとも１つの特性の定量的指標を決定するステップを有する。更に、前記露光装置の前記露光チャンバ内で雰囲気に露出される構成要素の状態が決定され、次に、前記定量的指標および前記状態に基づいて、前記定量的指標のしきい値が決定され、前記しきい値は、無効な装置状態を表現している。この方法は、更に、１つ以上の第２の基板上に前記像を形成するために、前記１つ以上の第２の基板を処理するために前記露光装置を動作させるステップと、前記１つ以上の第２の基板に対する前記定量的指標を決定するステップとを有する。最後に、現在の装置状態が無効な装置状態であるかどうかを推定するために、前記１つ以上の第２の基板の前記定量的指標が前記しきい値と比較される。

添付の図面と併せて下記の説明を読めば、本発明が理解されるであろう。添付の図面においては、同一の参照符号は同じ要素を参照している。

本発明は、種々の変形例および他の形態を取り得るが、その特定の実施形態が、図面に例として図示され、ここに詳細に記載されているに過ぎない。しかし、この特定の実施形態の詳細な説明は、本発明を開示した特定の形態に限定することを意図するものではなく、反対に、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の趣旨ならびに範囲に含まれる全ての変形例、均等物および代替例を含むことを理解すべきである。

本発明の例示的な実施形態を下記に記載する。簡潔を期すために、実際の実装の特徴を全て本明細書に記載することはしない。当然、実際の実施形態の開発においては、システム上の制約およびビジネス上の制約に適合させるなど、開発の具体的な目的を達成するために、実装に固有の判断が数多く必要とされ、これは実装によって変わるということが理解される。更に、この種の開発作業は複雑かつ時間がかかるものであるが、本開示の利益を受ける当業者にとって日常的な作業であるということを理解されたい。

添付の図面を参照して本発明を説明する。説明のみを目的として、当業者に知られている細かい点を説明して本発明をわかりにくくすることのないように、さまざまな構造、システムおよびデバイスが、図面で模式的に示されている。それにも関わらず、本発明の例示的な例を記載および説明するために、添付の図面を添付する。本明細書において使用される語句は、関連技術の当業者が理解している意味と同じ意味に使用されていると理解および解釈すべきである。本明細書においてある語句が矛盾なく用いられている場合、その語句が特別な定義を有する、すなわち通常かつ慣用的に用いられ、当業者が理解している意味と異なる定義を有することはない。ある語句が特別な意味を有する、すなわち当業者の理解とは異なる意味に用いられる場合は、そのような特別な定義は本明細書に明示的に記載して、その特別な定義を直接的かつ明確に示す。

上記したように、本発明は、高度な露光装置について、放射源の状態、光学系の状態、レチクルまたはフォトマスクの状態などの装置パラメータだけではなく、特に、基板表面にパターンを結像させるために極短波長の放射が使用される場合、露光装置の性能に著しく影響しうる、露光チャンバ内の環境または雰囲気も重要な装置パラメータであると考えられるという概念に基づいている。それゆえ、紫外線放射、Ｘ線、電子ビームなどを用いる本発明の露光システムは、１種類以上の極微量汚染の検出を可能にする適切な検出および／または監視システムを少なくとも一時的に備えうる。このような汚染は、例えば露光システムおよび／またはレチクルおよび／または処理される基板の材料からのガス放出、パージガス、不良品のフィルタなどのさまざまな発生源から導入されうる。更に、特定の汚染物質が、露光システムの雰囲気中で、短波長放射とガス状成分との相互作用によって発生する。これにより、反応性の非常に高い酸化物質（オゾン、ＯＨラジカルおよび過酸化水素など）が生成され、これが、他の構成要素および汚染物質と反応して、感受性面（例えばレチクル表面、レンズの光学面、鏡など）に堆積しさえしうる化合物を形成する。レチクルおよび１９３ｎｍで動作する露光装置の光学素子への無機塩の付着に関していえば、ラマンスペクトル組成分析によって、大部分は硫酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４）が感受性を有する構成要素の表面に堆積し、累進的欠陥率の形で装置性能を著しく低下させることが明らかになっている。深紫外線ステッパおよびスキャナの露光チャンバにおける物理的および化学的プロセスが、通常は露光チャンバの雰囲気中に微量で存在しうる前駆体ガスＳＯ_２、ＮＯ_ｘから無機塩が生成される原因であると現在考えられている。しかし、本発明を、反応経路に関して以下の説明に限定することはない。これらの前駆体ガスは、露光チャンバ内で露光放射と周囲雰囲気との相互作用により酸素と水から生成されるオゾン、過酸化水素、水酸化物などの酸化物質によって、露光雰囲気内で硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）と硝酸（ＮＨＯ_３）に酸化されうる。Ｈ_２ＳＯ_４とＮＨＯ_３が生成されると、アンモニア（ＮＨ_３）と反応して、対応する塩、すなわち硫酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４）と硝酸アンモニウム（ＮＨ_４ＮＯ_３））を形成しうる。このほかに、気相および液体の溶滴において発生する均質なプロセス、または粒子または溶滴の表面で発生する不均質なプロセスを含め、パージエアまたは露光装置の雰囲気中のＳＯ_２およびＮＯ_ｘが、硫酸塩および硝酸塩に酸化されうる多くの化学経路が存在する。

感受性面に堆積する汚染物質に加えて、揮発性分子の汚染物質も、露光環境中に存在する。これらにより、雰囲気の気相と相互作用する放射粒子の散乱によって、基板平面に到達する放射線束の輝度が変化しうる。特に短い露光波長が使用される場合、露光装置の環境または雰囲気中の汚染物質は、微小な極微量であっても、装置の全体的な性能に著しく影響しうるという知見に基づいて、優れた感度の検出法によって、在空の汚染物質および／または光学面に堆積した汚染物質を検出し、これらの検出法によって提供される測定結果に基づいて、露光装置の動作モードを適合させるためのシステムおよび方法が提供される。そのうえ、別の方法では、動作期間の大半は実際に露光装置の雰囲気を監視しないか、または雰囲気をほぼ一切監視することなく、露光装置の雰囲気中の汚染物質の存在を考慮するために、露光装置の動作モードが確立されうる。このために、装置性能への悪影響を大きく低減させるように設計された確立済みの動作モードに従って、汚染物質の存在に関する、以前に収集された測定結果が１つ以上の露光装置を動作させるために使用されうる。

装置雰囲気内の汚染物質の検出および／または監視のために、非常に高感度の公知の検出法を使用することができる。これには、例えば赤外線分光法、ラマン分光法および紫外可視分光法などの吸収スペクトル法、イオンクロマトグラフィ（ＩＣ）などのクロマトグラフィ法、ガスクロマトグラフィ／質量分析法（ＧＣ−ＭＳ）、固相マイクロ抽出ガスクロマトグラフィ、化学イオン化と併用する質量分析法（ＳＰＭＥ ＧＣ−ＣＩＭＳ）などの分光法などがある。これらの検出法は、１種類以上の特定の汚染物質を特定するために使用されてもよく、極微量しか存在しない場合であっても１種類以上の汚染物質の定量が可能となることもある。更に、一部の実施形態では、これらの検出法の１つ以上（紫外可視分光法など）は、露光チャンバ内でサンプル面（例えば専用のサンプル基板、光学素子の表面の一部など）を提供することによって、露光装置内の感受性面への露光雰囲気の影響を直接監視するために用いることができる。上に記載した検出法の少なくとも一部は、ガスおよび蒸気の濃度および／または堆積された汚染物質を、広ダイナミックレンジの高いＳＮ比で、かつ良好な交差感度（cross-sensiticvity）で検出する能力を提供することが知られている。例えば、空中の汚染物質はＳＰＭＥ ＧＣ−ＣＩＭＳ、ＧＣ−ＭＳおよびＩＣ分光計によって能率的に検出できるが、表面に堆積した汚染物質はＩＣ、赤外、紫外可視およびラマン分光計によって検出できる。特に、ＳＰＭＥ ＧＣ−ＣＩＭＳおよびＧＣ−ＭＳ分光計は、優れた感度、超低検出限界、優れた識別および分解能を提供する。それゆえ、露光装置と組み合わせてこれらの検出法を使用することで、検出システムから受け取った情報に基づいて、露光装置の動作モードが確立され、これにより、汚染物質によって引き起こされる性能低下を大きく低減させる可能性が得られる。

図１ａ〜１ｃを参照すると、本発明の更なる例示的な実施形態が、更に詳細に記載される。図１ａにおいて、露光システム１００は、放射源１１０、露光チャンバ１２０、光学系１３０および化学検出システム１４０を有する。特定の一実施形態では、露光システム１００は、レチクル１０１上に形成されたパターンを、光学系１３０によって基板１０２上に結像させるのに使用されうる、例えば２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍまたは１３.４ｎｍの深紫外線波長で動作させるリソグラフィ装置でありうる。別の実施形態では、露光システム１００は、マイクロメカニカル、マイクロオプティカルおよびマイクロエレクトロニクス素子に関係しうるフィーチャを形成するために使用する他のどのような露光装置であってもよい。すなわち、一部の実施形態では、露光システム１００は、Ｘ線露光装置でも電子ビーム露光装置であってもよい。したがって、放射源１１０は、所定の必要な波長範囲内で、かつ所定の必要な露光量の短波長放射１１１を与えることができる任意の放射源でありうる。例えば、放射源１１０は、約１９３ｎｍの波長において適度に高いパルスレートで動作させるエキシマレーザ装置を有しうる。

光学系１３０は、例えば、基板１０２上に、投射像、すなわち縮小像を形成するために、放射源１１０からおそらくレチクル１０１を介して受け取った放射１１１を、基板１０２上に伝えるように適合されている。例えば、深紫外露光放射１１１の場合、光学系１３０は、符号１３１で示す、屈折性または反射性の面などの１つ以上の光学的に活性な面を有する１つ以上の光学素子（レンズなど）を備えうる。Ｘ線および電子ビームなどのほかの種類の短波長放射の場合、光学系１３０は、対応して放射１１１を基板１０２に導くためのアパーチャ、４重レンズ、光学ブレード、鏡などの対応する構成要素を有しうる。光学系１３０、基板１０２およびレチクル１０１（設けられている場合）は、気体雰囲気１２１を含む特定の環境が優位である露光チャンバ１２０内に配置され、符号１２２で示す、対応する換気システムによって外部供給源、周囲雰囲気などと連通しうる。上記したように、雰囲気１２１の状態（例えばガス状の成分の化学的組成、これらの成分の１つ以上の励起状態または帯電状態など）は、換気システム１２２を介して露光チャンバ１２０に供給されるパージガス、雰囲気１２１と接触している材料（チャンバ１２０、レチクル１０１、光学系１３０、基板１０２の構成材料など）のほか、放射１１１の照射量および波長によって実質的に決定される。したがって、雰囲気１２１の組成は、パージガスおよびそこに含まれる任意の汚染物質（以前に特定された酸素、二酸化硫黄、窒素酸化物、水など）のほか、雰囲気１２１と接触している任意の表面からガスとして放出される成分によって決まりうる。更に、放射１１１の高エネルギーの光子または電子の相互作用が、新たな汚染物質を生み出すか、あるいは既存の汚染物質を変性させることもある。その結果、雰囲気１２１の状態は、非常に複雑な動的なガス系によって定まる。より詳細には、非常に高度なリソグラフィ装置で使用されているような短波長放射の相互作用は、ガス状汚染物質によって、および感受性面（例えば面１３１またはレチクル１０１）に堆積しさえする汚染物質の形で引き起こされる性能のばらつきが起こりうる。汚染物質が放射１１１と雰囲気１２１（すなわちそこに含まれる汚染物質）との相互作用によって著しく影響を受け、最終的に固体の汚染物質が堆積してしまうという事実のため、装置性能に対する影響が次第に大きくなっていく。この結果、従来の高度な露光装置の性能を確実に予測するのが困難となる。従来の露光装置とは逆に、化学検出システム１４０は、雰囲気１２１中の汚染物質および／または感受性面（例えば面１３１）に堆積する汚染物質の存在に関する測定結果に基づいて、露光プロセスの予測性を改善し、このためその制御性を向上させる。一般に、化学検出システム１４０は、雰囲気１２１との接触によって変更されうるセンサ素子１４１を有する。センサ素子１４１は、可変の電気的、光学的または化学的なインピーダンスの対応するインタフェース１４３を介してプラットホーム１４２と通信しており、プラットホーム１４２が、センサ素子１４１によって収集され、インタフェース１４３を介して伝達される情報の定量的指標を表現する電気出力信号１４４を生成できるようにしている。

特定の一実施形態では、センサ素子１４１は、露光システム１００の１つ以上の感受性を有する構成要素と実質的に同じ環境条件を「経験」するために、露光チャンバ１２０内に配置される。例えば、センサ素子１４１は、同じ放射１１１の（レチクルを介した）露光量と露光量分布、ならびに同じガス流を受けるために、レチクル１０１および／または光学系１３０の近くに配置されうる。別の実施形態では、複数のセンサ素子１４１が、異なる位置での雰囲気１２１の状態を推定するために、露光チャンバ１２０内のさまざまな位置に設けられてもよいことを理解されたい。更に、ガス状汚染物質または堆積材料の形で生じた汚染物質に感受性を有するように、異なる種類のセンサ素子を使用することができる。更に、１つ以上のセンサ素子１４１は、雰囲気１２１内の少なくとも１種類の汚染物質の種類と量を決定するために使用される特定の検出法に適切に適合されうる。同様に、インタフェース１４３とプラットホーム１４２は、センサ素子１４１の種類および使用される検出法に対応するように適合されている。異なる種類のセンサ素子１４１を使用する検出システム１４０の更に別の例示的な実施形態は、図１ｂおよび１ｃを参照して後述する。

露光システム１００の動作中に、雰囲気１２１の状態は、換気システム１２２によって供給されるパージガス、雰囲気１２１と接触している材料、および露光システム１００の動作状態（すなわちその露光量と時間など）によって実質的に決定される。例えば、１９３ｎｍの波長で動作し、直径３００ｍｍの基板１０２を処理する深紫外露光装置の場合、マイクロプロセッサなどの高性能デバイスの形成に現在使用されているように、基板１０２の露光時間は、２００ｍｍの基板と比較して著しく長い。約６．４ｅＶの比較的高い光子エネルギーと併用すると、２４８ｎｍ、２００ｍｍの標準的な露光装置と比べて発生する酸化物質の量が増える可能性がある。化学検出システム１４０によって、露光プロセスに著しく影響しうる少なくとも１種類の汚染物質の存在を、定量的に検出可能である。これにより、この定量的測定に基づいて、システム１００の動作モードを確立する可能性が得られる。一部の実施形態では、センサ素子１４１は、無機塩の形成の原因となる少なくとも１種類の前駆体に感受性を有するように構成され、これは、上で指摘したように、例えば、化学的反応経路に従って作成できる。例えば、センサ素子１４１は、換気系１２２によって雰囲気１２１内に実質的に導入されると考えられている二酸化硫黄に感受性を有しうる。このため、雰囲気１２１中にこの前駆体物質が所定のしきい値を超える量で検出されると、この特定の汚染物質の濃度の増加に対処するために、所定の動作を実行しても良い。例示的な実施形態では、少なくとも１種類の汚染物質の検出は、実質的に「リアルタイム」の定量的指標または汚染物質濃度を提供するように、実質的に連続的に実行される。しかし、使用される検出法によっては、「実際の」現在の汚染物質濃度と比べて、実際の測定結果の提供に関して、さまざまな程度の遅延が生じる可能性があることを理解されたい。例えば、クロマトグラフィ法が使用される場合、実質的に連続的にサンプル注入が行われていても、クロマトグラフィカラム中のサンプルイオンの保持時間のため、電気信号１４４の形での定量的指標が、雰囲気１２１の現在の状態に対して時間的遅延を伴って提供されることがある。

別の例示的な実施形態では、雰囲気１２１は一時的に（例えば定期的に）監視され、システム１００が、化学検出システム１４０によって一時的に得られた測定結果と連携して動作される。例えば、１つ以上のセンサ素子１４１が、露光チャンバ１２０内の適切な位置に配置され、特定の期間にわたり（例えば数分から数時間の範囲で）雰囲気１２１に露出され、その後取り外されるか、または新しいセンサ素子と交換される。一方、雰囲気１２１に露出されたセンサ素子は遠隔的に分析されうる。この場合には、インタフェース１４３とプラットホーム１４２は標準的な検出装置（すなわちクロマトグラフィ装置および／または吸収分光計）の形で提供されてもよい。これにより、本発明を従来の露光装置に適用する際に高い柔軟性が得られるようになる。更に、センサ素子１４１を適切な位置に収容するため、従来の露光装置の露光チャンバ１２０を変更する必要がないか、変更が最小限で済む。

汚染物質の一時的な監視または検出を使用する実施形態では、１種類以上の特定の汚染物質に対する所定の臨界しきい値を定義することは、システム１００の動作を制御するのに有利となりうる。一方、実質的に連続的な監視を使用する実施形態では、より柔軟かつ高度な制御手順を確立することができる。特定の実施形態では、１種類以上の重要な汚染物質について、その汚染物質の濃度を表す値と、露光システム１００の１つ以上の重要な構成要素の状態との間の相関を確立することによって、対応するしきい値またはしきい値範囲が決定されうる。すなわち、面１３１またはレチクル１０１の表面などの感受性面が検査される一方で、化学検出システム１４０によって、雰囲気１２１中の１種類以上の特定の汚染物質の「履歴」が監視されている。この相関に基づいて、所定の動作条件（所定の露光露光量と露光時間、および露光量の強度変化など）中の、重要な構成要素（レンズ、レチクルなど）に対する１種類以上の汚染物質の影響が推定され、対応するしきい値またはしきい値範囲を決定するために使用されうる。例えば、装置性能を過度に低下させないこれらの所定の動作条件に対する、対応するＳＯ_２濃度の値の範囲が、露光装置の動作のために設定されるように、ＳＯ_２濃度の経時変化が、対応する硫酸アンモニウムの堆積と相関されうる。例えば、システム１００の動作中に、露光装置の安全な動作のためのしきい値として事前に決定されている濃度水準を上回る臨界汚染物質濃度が検出されると、中断が行われうる。その間、固体の汚染物質の過度の堆積を防ぐか、少なくとも大きく低減させるために、効果のないフィルタを交換するなど、適切な清浄手順または保守手順が実行されるか、または、単に時間をかけてその特定の汚染物質を「希釈」させる。例えば、対応して放射源１１０を制御することで、放射１１１の発生を中断し、非常に反応性の高い酸化物質の生成を中断させる。その間に、露光チャンバ１２０の標準的な換気中に、残った酸化物質の濃度が低減されうる。したがって、化学検出システム１４０によって与えられる定量的指標に基づいてスケジュールされる、適切に実行される動作の中断または清浄手順および保守手順によって、露光プロセスに対するどのような悪影響も大きく低減させることができる。より詳細には、ＳＰＭＥ ＧＣ-ＣＩＭＳ、およびＴＣ-ＭＳ分光法が、化学検出システム１４０で使用される場合、優れた感度と共に極めて低い検出限界が得られ、しきい値を適度に低く設定できるようになる。これにより、汚染物質の堆積、ひいては性能のばらつきの確率を大きく低減させた動作が可能になる。このため、測定が不連続で実行される場合であっても、システムの性能に対する汚染物質の影響がまだ低い装置状態で、適切な措置をとることができる。一方、これらの極めて高感度の方法の１つ以上が実質的に連続的に実行される場合、化学検出システム１４０によって提供される測定結果を受けて、システム１００を制御する上で、より柔軟な応答を達成することができる。例えば、基板のハンドリング、スループット、装置稼働率やその他のプロセス制約も考慮に入れることができるような方法で、中断または清浄手順および保守手順のスケジューリングを実行してもよい。これは、汚染物質濃度の以前のまたは「履歴による」変化から、汚染物質濃度の今後の変化に対する、システム１００の動作を更に続けた場合の影響に関して、ある程度の予測が可能となるからである。

別の例示的な実施形態では、露光システム１００は、所定の動作条件下で１つ以上の第１の基板１０２に、所定の像を形成するために動作されうる。その際、石英基板などのサンプル面の形で提供される、１つ以上の光学素子（例えば感受性面１３１および／またはレチクル１０１および／またはセンサ素子１４１など）が化学検出システム１４０によって検査されうる。例えば、所定の動作条件中に得られる、所定の像が形成されている１つ以上の第１の基板１０２の処理中に、無機塩の堆積が監視されうる。更に、１つ以上の第１の基板１０２上の像が分析されて、第１の基板１０２上の像の１つ以上の特徴と、光学素子（例えば面１３１および／またはレチクル１０１および／またはセンサ素子１４１）の状態間の相関が特定されうる。すなわち、例えば、無機塩の厚さが、１つ以上の第１の基板１０２に形成された像の１つ以上の特徴と相関されうる。その後、露光システム１００が、１つ以上の第２の基板を処理するように動作されうる。その際、動作の制御は、以前に得た相関に従って確立された動作モードに基づくものとなる。このため、露光システム１００の状態を推定するために、以前に確立された相関に基づいて、１つ以上の第２の基板に形成された像が、１つ以上の特徴に関して分析される。その際、１つ以上の第２の基板の処理中に、露光システム１００が、化学検出システム１４０を使用せずに動作されうる。確立された相関に基づいて、第２の基板の一部の像の１つ以上の特徴の分析によって、重大な露光装置状態が示された場合、適切な措置（例えば中断、おそらく何らかの洗浄手順および／または保守手順を含む）が実行されうる。

例えば、相関が、所定の条件（露光時間、汚染物質によって生じる微細な変化または特定の像が、雰囲気１２１の実際の監視または重要な光学素子の検査を必要とせずに第２の基板で観測可能となるような、非常に高い露光量または非常に長い露光時間など）下で露光された試験基板、または製品基板上の試験ダイを評価することに基づいて確立されうる。

別の例示的な実施形態では、上に記載し、更に図１ｂおよび１ｃを参照して以下の説明に記載するように、動作モードは、化学検出システム１４０から得られる測定結果に基づいて確立されることができる。この場合、検出システム１４０が設けられていない場合、あるいは、システム１００と同様の構造を有する他の標準的な露光装置について、対応する動作モードが、システム１００の動作に適用されうる。例えば、高度な露光装置の特定のプロセスレシピに基づいて、および長い動作期間にわたり検出システム１４０によって得られた測定結果に基づいて、動作モードが確立されうる。これには、中断、おそらく清浄手順と保守手順が含まれており、これは、実際に各チャンバ雰囲気１２１の監視を必要とせずに、重要な構成要素の劣化を大きく低減させることができ、かつプロセスの均一性を大幅に改善することもできる。すなわち、測定段階で、所定のプロセスレシピについて、主に１種類以上の汚染物質の存在によって決まる、露出プロセスの所定の「詳細」が明らかにされうる。その後、特定の動作モードの形での適切な措置が確立され、好ましくは、実際の生産の状況において動作モードを使用する前に確認されうる。この確立された動作モードは、汚染物質が引き起こすプロセスの変動および／または構成要素の劣化を低減させる。すなわち、確立された動作モードは、従来の技術で現在見られるような累進的欠陥率を大きく低減させる。

図１ｂは、本発明の更に別の例示的な実施形態による露光システム１００を概略的に示す。一実施形態では、化学検出システム１４０は、吸収分光計１４５および／またはクロマトグラフィ装置１４６を有し、これが質量分析計と有利に組み合わされうる。更に、検出システム１４０は、複数のセンサ素子１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃを有し、これらはチャンバ１２０内での位置とセンサ材料の種類が異なりうる。特定の一実施形態では、吸収分光計１４５に関連するセンサ素子１４１ａは、センサ素子１４１ａに堆積した汚染物質の層厚を有効に決定できるようにするサンプル面１４１ｄを有する。例示的な一実施形態では、サンプル面１４１ｄを有するセンサ素子１４１ａは、吸収分光計１４５、あるいは光源とセンサ素子１４１ａに対して適切な向きに据えられた光検出器とを適切に有する適切な他の光学機器によって、センサ素子１４１ａの透過率および／または反射率を測定できるように、石英基板の形で設けられる。したがって、吸収分光計１４５は、好ましくは、センサ素子１４１ａに堆積した汚染物質を検出するのに使用することができる。これにより、面１３１および／またはレチクル１０１などの重要な構成要素の汚染の指標を提供する。吸収分光計１４５は、赤外、紫外可視、およびラマン分光法の分光法のうちの１つ以上でありうる。別の実施形態では、サンプル面１４１ｄに堆積した汚染物質は、イオンクロマトグラフィによって分析されうる。更に、上記したように、センサ素子１４１ａを分析のために取り外しても、吸収分光計１４５またはイオンクロマトグラフィ装置を露光チャンバ１２０の外部に設けてもよいことを理解されたい。イオンクロマトグラフィによる実質的に連続的な測定に関する実施形態では、クロマトグラフィカラムにサンプルを実質的に連続的に注入できるようにするために、適切な注入システム（図示せず）をセンサ素子１４１ａに取り付けてもよい。特定の実施形態では、吸収分光計１４５は、センサ素子１４１ａを実質的に連続的に分析できるようにするために、露光チャンバ１２０内またはその近くに設けられうる。吸収分光法の種類は、対象の汚染物質に関係する透過の種類によって決まる、すなわち、吸収分光法は、対象の汚染物質によって吸収される電磁放射の周波数範囲によって決まるということも更に理解されたい。対象の汚染物質の振動エネルギー準位間で遷移が生じると、放射は赤外線範囲の一部となり、関係する技術は赤外分光法となる。同様に、関連する遷移が分子の価電子の再配置に関連する場合、放射は紫外可視スペクトルの一部であり、技術は紫外可視または電子吸収の分光法となる。吸収が回転エネルギー準位間の遷移を伴う場合、得られる放射は電磁スペクトルのマイクロ波部分に属し、技術はマイクロ波分光法となる。振動分光法（すなわち赤外およびラマン分光法）においては、これらの技術の双方は補完的であり、振動遷移中に、双極子モーメントが変化する分子と、その分子の分極率の変化の両方の検出が必要とされる場合に、組み合わせて使用することができる。吸収法は、多種多様な材料、化合物、汚染物質ガスおよび層を高感度で特定し、測定するために使用することができ、有利である。更に、吸収法は、「リアルタイム」方式で、汚染物質の実質的に連続的な検出を容易に実現できるようにしうる。

一方、クロマトグラフィ装置１４６は、化学的特異性の異なる分子がクロマトグラフィカラム１４６ａの充填材料と異なって作用し、その結果、その異なる汚染物質が、クロマトグラフィカラム１４６ａから、異なる速度および異なる滞留時間で出るという原理を使用する任意の適切なクロマトグラフィであってよい。カラム１４６ａを質量分析計１４６ｂに接続することによって、汚染物質の異なる成分を、カラム１４６ａから質量分析計１４６ｂに導入し、これによって、測定ピーク間の分解能を改善することができる。質量分析計１４６ｂは、対応するイオン検出器１４６ｃに到達したイオン化分子の電流を検出する。質量分析計１４６ｂでは、分析しようとしている分子が、約１０^−４ｍｍＨｇ以下の低圧の真空下で熱陰極から放出された電子と衝突してイオン化され、電界内で加速される。このような低圧では、衝突する電子の密度は、検出される分子の濃度よりも遙かに高くなる。更に、この圧力は、イオンと分子の相互作用をなくすのに十分低い。したがって、複雑な混合サンプルであっても、各イオン種の濃度は、対応する「元の」分子の濃度に比例し、サンプルの組成に依存することはない。

このため、クロマトグラフィ装置１４６は、複数の汚染物質に対して優れた感度を提供する。サンプルの収集は、所定の期間にわたり、対象となる所定の位置に配置される固相マイクロ抽出膜の形で設けられうるセンサ素子１４１ｂによって行うことができる。その後、センサ素子１４１ｂ，１４１ｃが、適切なカラム１４６aを有するクロマトグラフィ装置１４６に接続され、その後、これが、適切な温度プログラムとキャリヤガスを使用して動作される。例えば、適切なクロマトグラフィカラムは、Ｓｔａｂｉｌｗａｘカラム１５ｃｍ×０．２５ｍｍ（レステック社）などである。適切な温度プログラムは、約０．６分間で約４０℃に設定され、１分間に約１５℃の速度で約２５０℃に昇温されうる。このとき、毎分約１ｍｌの流量のヘリウムが、キャリヤガスとして機能しうる。当業界で公知のように、特定された汚染物質の濃度の範囲は、特定の汚染物質の比質量の総面積と経験的応答係数に基づいて推定することができる。例えば、無機の硫黄含有汚染物質および窒素含有汚染物質は、クロマトグラフィ装置１４６に注入される前にジアゾメタンによって誘導体化されうる。

吸収分光計１４５およびクロマトグラフィ装置１４６は、個別に使用されても、あるいは露光システム１００と組み合わせて使用されてもよいことを理解されたい。更に、１種類以上の特定の汚染物質の検出時のしきい値またはしきい値範囲および適切な動作モードが、上で図１ａを参照して記載したように確立されうる。

図１ｃは、更に別の例示的な実施形態による露光システム１００を模式的に示す。図に示した実施形態では、化学検出システム１４０は、光学素子に堆積した少なくとも１種類の特定の汚染物質（図示した実施形態ではレチクル１０１の一部に存在しうる）の種類と量を決定するように構成された第１の光学検出システム１４５ａを備えうる。例えば、光学検出システム１４５ａは、上で説明した吸収法のうちの１つでありうる。そのため、レチクル１０１は、光学検出システム１４５ａのためのセンサ素子として機能しうる。別法として、または上記に加えて、検出システム１４０は、光学系１３０の光学素子に堆積した少なくとも１種類の特定の汚染物質を定量的に検出するように構成された第２の光学検出システム１４５ｂも有しうる。例えば、基板処理が中断されたときに、システム１００の動作中および／または所定の期間に感受性面１３１の分析を可能にするために、適切に備えられ配置されている第２の光学検出システム１４５ｂのためのサンプル面として、感受性面１３１が選択される。例えば、第２の光学検出システム１４５ｂは、システム１４５ｂの個々の構成要素がシステム１００の通常の動作中に干渉しない位置に移動可能な対応する駆動アセンブリ（図示せず）を設けられうる。別の実施形態では、光学系１３０は、システム１００の通常の動作中に、検出システム１４５ｂが面１３１に接近できるように設計されていてもよい。図１ｃに示した露光システム１００の制御戦略および動作モードに関して、図１ａ，１ｂを参照して記載したのと同じ基準が当てはまる。更に、図１ｃに示す露光システム１００は、雰囲気１２１中のガス状汚染物を確実に検出または監視する図１ｂのクロマトグラフィ装置１４６などの別の検出手段も備えていてもよいことを理解されたい。

更に別の実施形態では、露光システム１００は、チャンバ雰囲気１２１と連通している再生システム１５０を備えていてもよい。再生システム１５０は、１種類以上の特定の汚染物質を除去するかまたは変性させるように構成されうる。例えば、再生システム１５０は、チャンバ雰囲気１２１中の１種類以上のガス状汚染物を変性させるか除去する化学反応を開始させるように構成された触媒表面１５１を備えうる。例えば、サンプル面（センサ素子１４１ａ、レチクル１０１または感受性面１３１など）に堆積した何らかの汚染物質を含め、雰囲気１２１中に１種類以上の特定の汚染物質の臨界濃度が検出されると、露光システム１００は、再生システム１５０の動作がシステム１００の全体の動作に悪影響を与える可能性のない動作モードに切り替えられうる。すなわち、再生システム１５０を動作させるには、基板１０２を実際の処理中には許容できない可能性のある、触媒表面１５１を対応して加熱するか、システム１５０を通るエアフロー量を増加させるか、この両方などが必要とされうる。その結果、露光システム１００の制御戦略が、雰囲気１２１中の１種類以上の特定の汚染物質の濃度の定量的指標に基づいて中断を指示すると、再生システム１５０は、例えば、エアフローを増加させる、触媒表面１５１を加熱する、この両方を行うなどによって汚染物質を有効に除去するか変性させるように動作を指示されうる。再生システム１５０は、物理学または化学に基づいて１種類以上の特定の汚染物質の除去または変性を可能にする任意の種類のシステムであってよく、使用する機構によって、システム１５０の連続的または断続的な動作が実行されうることを理解されたい。上記の通り、得られた測定結果に基づいて、再生システム１５０を含む露光システム１００に対する適切な動作モードが一度確立されていれば、再生システム１５０は、検出システム１４０によって直接制御されずに動作させることができることを更に理解されたい。

結果として、本発明は、少なくとも所定の動作期間に、露光雰囲気中のガス状および／または固体の汚染物質の存在が定量的に決定されるため、短波長放射源に基づいて非常に高度な露光装置の動作を、信頼性および均一性を向上させて可能にする技術を提供する。クロマトグラフィ法および吸収分光法などの非常に効率的で感度の高い検出法を連続的または断続的に使用することで、露光装置の重要な構成要素と共に露光プロセスの均一性への汚染物質の悪影響を大きく低減することができる。更に、本発明は、露光雰囲気中の１種類以上の汚染物質の高感度の測定に基づいて、露光雰囲気を実際に監視することなく、少なくとも長時間にわたって露光装置を動作させることができる、高度な露光装置のための改善された動作モードを確立できるようにする。すなわち、少なくとも一時的に、極微量の汚染物質のための高度で非常に高感度の検出法をリソグラフィプロセスに組み込むことによって、測定データに基づいて、プロセスの不均一性および／または光学素子の早期故障を低減させるための改善された戦略を確立することができる。

上記に記載した特定の実施形態は例に過ぎず、本発明は、本開示の教示の利益を得る当業者にとって自明の、異なるが均等の別法によって変更および実施されてもよい。例えば、上記のプロセス工程を記載した順序とは異なる順序で実行してもよい。更に、ここに記載した構成または設計の詳細が、添付の特許請求の範囲以外によって限定されることない。このため、上記に記載した特定の実施形態を変形または変更することが可能であり、このような変形例は全て本発明の範囲ならびに趣旨に含まれることが意図されることが明らかである。したがって、ここに保護を請求する対象は、添付の特許請求の範囲に記載したとおりである。

揮発性および／または堆積した極微量の汚染物質について雰囲気が監視される、本発明の例示的な実施形態による露光システムを概略的に示す図である。 揮発性および／または堆積した極微量の汚染物質について雰囲気が監視される、本発明の例示的な実施形態による露光システムを概略的に示す図である。 揮発性および／または堆積した極微量の汚染物質について雰囲気が監視される、本発明の例示的な実施形態による露光システムを概略的に示す図である。

Claims (19)

1. 所定の波長範囲および露光量範囲の放射を与えるように構成された放射源１１０と、
   チャンバ雰囲気を有する露光チャンバ１２０と、
   前記露光チャンバ１２０に配置され、前記放射源から放射を受け、前記受けた放射を基板１０２上に結像するように構成された光学系１３０と、
   前記チャンバ雰囲気中の少なくとも１種類の汚染物質を定量的に検出するように構成された検出システム１４０と、を備えた露光システム。
2. 前記検出システム１４０は、前記露光チャンバ１２０に配置されたサンプル面を有し、前記サンプル面は、前記汚染物質および前記少なくとも１種類の汚染物質の少なくとも一方から形成される化合物を受けるために、前記チャンバ雰囲気に露出されている請求項１に記載の露光システム。
3. 前記サンプル面は、前記光学系１３０の少なくとも１つの光学素子の光学面と実質的に同じ材料から形成されたウィットネスサンプル部分を有する請求項２に記載の露光システム。
4. 前記ウィットネスサンプル部分は、前記少なくとも１つの光学素子と、実質的に同じチャンバ雰囲気を経験し実質的に同じ露光量および露光量分布を受けるように、前記露光チャンバ１２０内に配置されている請求項３に記載の露光システム。
5. 前記サンプル面は前記光学系１３０の少なくとも１つの光学素子の表面部分から構成されている請求項２に記載の露光システム。
6. 前記検出システム１４０は前記サンプル面を走査する光検出器を有する請求項５に記載の露光システム。
7. 前記光検出器は前記光学系内に配置されている請求項６に記載の露光システム。
8. 前記検出システム１４０は、クロマトグラフィ法および分光法の少なくとも１つに基づく検出器を有する請求項１に記載の露光システム。
9. 前記検出器は、質量分析計と組み合わされたガスクロマトグラフィ装置を有する請求項８に記載の露光システム。
10. 前記検出システムに動作可能に結合され、前記少なくとも１種類の汚染物質の定量的検出に基づいて装置状態の指標を提供するように構成された指示部を更に有する請求項１に記載の露光システム。
11. 前記指標を受けるために前記指示部に動作可能に結合された制御部を更に有し、前記制御部は、前記指標に基づいて前記露光システムの動作を制御するように構成されている請求項１０に記載の露光システム。
12. 前記チャンバ雰囲気に接続され、前記少なくとも１種類の汚染物質を化学的に変えるように構成された再生反応器を更に有する請求項１１に記載の露光システム。
13. 放射源１１０、露光チャンバ１２０および前記露光チャンバ内に配置された光学系１３０を有する露光装置を動作させるステップと、
    前記露光チャンバ１２０内の雰囲気中の少なくとも１種類の汚染物質に対する定量的指標を提供するために前記雰囲気を監視するステップと、
    前記定量的指標に基づいて前記露光装置の動作状態を推定するステップと、を有する方法。
14. 前記雰囲気を監視するステップは、前記露光チャンバ１２０内にサンプル面を提供するステップと、前記サンプル面に吸着された材料を分析するステップと、を有する請求項１３に記載の方法。
15. 前記雰囲気を監視するステップは、前記雰囲気中のガス状汚染物質を検出するステップを有する請求項１３に記載の方法。
16. 前記雰囲気を監視するステップは、前記露光チャンバ内にセンサ素子を一時的に配置するステップと、前記センサ素子を除去するステップと、前記センサ素子の状態を遠隔的に分析するステップと、を有する請求項１３に記載の方法。
17. 前記吸着された材料を分析するステップは、前記サンプル面に堆積した材料の量を決定するステップと、前記サンプル面の光学的挙動を検査するステップの少なくとも１つを有する請求項１４に記載の方法。
18. 前記装置動作状態に基づいて前記露光装置の動作を制御するステップを更に有する請求項１３に記載の方法。
19. 第１の動作期間中に、放射源１１０、露光チャンバ１２０および前記露光チャンバ内に配置された光学系１３０を有する露光装置を動作させるステップと、
    前記露光チャンバ１２０内の雰囲気中の少なくとも１種類の汚染物質に対する定量的指標を提供するために前記雰囲気を監視するステップと、
    前記定量的指標に基づいて、第２の動作期間中の前記露光装置の動作モードを確立するステップと、
    前記第２の動作期間中に前記動作モードで前記露光装置を動作させるステップと、を有する方法。

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