JP2011086885A - 極端紫外光利用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 極端紫外光利用装置に関し、反射光学部材に劣化を生ずることなく、炭素汚染をその場クリーニングで効率的に除去する。
【解決手段】 処理室と、前記処理室の内部に配置され、１００ｎｍ以下の波長を発生する極端紫外光源と、前記処理室に収容され、前記極端紫外光を反射する反射光学部材と、処理室内において不飽和炭化水素とオゾンとを反応させて発生した活性種によって反射光学部材の炭素汚染をクリーニングするクリーニング機構とを備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は極端紫外光利用装置に関するものであり、例えば、ＥＵＶ光の照射に伴う炭素汚染を除去するためのクリーニング機構を備えた極端紫外光利用装置に関する。

半導体製造工程において現在主流の真空紫外光源によるリソグラフィーは、年々進行する加工寸法の縮小に伴い限界を迎え、より波長の短い極端紫外（ＥＵＶ）光源を用いたリソグラフィー技術の開発が行なわれている。ＥＵＶ光は大気中を透過しないため、ＥＵＶリソグラフィーは真空中で行なわれる。

また、同様にＥＵＶ光を透過させるガラス材が存在しないため、光学系は全て反射型で構成される。ＥＵＶリソグラフィーにおいてはマスクもまた反射型であり、ミラーの表面にＥＵＶ光を吸収する材料でパターンを描いたようなものとなっている。これらの反射型光学素子は屈折率の異なる物質の積層多層膜、例えば、Ｓｉ／Ｍｏ多層膜で構成される。

ＥＵＶリソグラフィーの露光装置は、放射光光源あるいはスズやキセノン等を媒体とした放電プラズマもしくはレーザ生成プラズマ等を光源として用い、光源からのＥＵＶ光を照明光学系を用いてマスクに照射し、その反射光を投影光学系によりレジストを塗布したウェーハ上に結像させる構成となっている。

ＥＵＶリソグラフィーに用いられる露光装置では、真空中の炭化水素等の残留ガスが光学素子の表面に吸着し、その炭化水素等の分子がＥＵＶ光で光化学分解を起こして、光学素子表面に炭素系薄膜として堆積する。或いは、ＥＵＶ光により発生した光電子もしくはその２次電子により分解反応を起こして、光学素子表面に炭素系薄膜として堆積する。これが本考案で言う炭素汚染である。

この炭素汚染はＥＵＶ光を吸収し光学素子の反射率低下ひいてはリソグラフィープロセスのスループット低下を引き起こす。この炭素汚染は露光装置に限らず、程度の差はあれ、ＥＵＶ検査装置やＥＵＶ顕微鏡、光源として用いられる放射光のビームライン、その他ＥＵＶ光学系を利用するあらゆる装置においてスループットの低下や信号／雑音比の低下などの問題を引き起こす虞がある。したがってある程度堆積した炭素汚染は除去しなければならない。

ここで、図９を参照して、従来のＥＵＶ露光装置を説明する。図９は従来のＥＵＶ露光装置の概念的構成図であり、ここでは、一般的なＥＵＶ露光装置のマスクおよび投影光学系部分の模式図を示す。ＥＵＶ露光装置は、筐体１１、ＥＵＶマスク１３を走査するマスク走査機構１２、投影ミラー１４〜１９、ウェーハ２１を走査するウェーハ走査機構２０を備えている。また、迷光を遮蔽する迷光遮蔽板２２〜２５が設けられている。

また、筐体１１の内部を１０^−６Ｐａ程度の超高真空にするためのドライポンプ系２６が設けられている。このドライポンプ系２６は、ターボ分子ポンプ２７_１〜２７_４とドライポンプ２８_１〜２８_４を連結したもので、仕切弁２９_１〜２９_４を介して筐体１１と結合している。

これらの各ポンプの位置や個数などはそれぞれの露光機により異なるが、一般にＥＵＶマスク１３およびマスク走査機構１２、投影ミラー１４〜１９部分、ウェーハ２１およびウェーハ走査機構２０部分など、各部分相互の影響を防ぐため、適宜仕切が設けられて実質的に別室となっており、それぞれを排気する構造とすることが多い。図９は、現在主流である６枚光学系露光機の説明であるが、次世代の８枚系などでも本質的な部分は同じである。

ＥＵＶ光源から照明光学系（図示は省略）によって整形されて所定の方向から入射したＥＵＶ光３０は迷光遮蔽板２２に設けたスリットを介してＥＵＶマスク１３に入射する。ＥＵＶマスク１３に形成されたパターンに応じて反射されたＥＵＶ光３０は投影ミラー１４〜投影ミラー１９を多重反射したのち、ウェーハ２１上に縮小投影される。

ＥＵＶマスク１３はマスク走査機構１２により走査されてＥＵＶ光３０が順次全面に当たるようになっている。ＥＵＶマスク１３の移動に同期してウェーハ２１もウェーハ走査機構２０により走査され、ＥＵＶマスク１３のパターン全体がウェーハ２１に縮小転写される仕組みとなっている。

以上のようにＥＵＶ露光装置は多数の排気装置を装備し可能な限り真空度を高める努力がされているが、微量の炭化水素ガスは排気しきれず、それが投影ミラー１４〜１９の表面に吸着し、ＥＵＶ光で分解して炭素汚染として堆積する。

次に、図１０を参照して従来の位相欠陥検査装置を説明する。図１０は、従来の位相欠陥検査装置の概念的構成図であり、ＥＵＶ光源４０、ＥＵＶ光源４０とスペクトル純化フィルタ４１を介して結合された照明光学系チャンバー４２、照明光学系チャンバー４２と結合管４３を介して結合された検査チャンバー４４を備える。

照明光学系チャンバー４２には楕円ミラー４５が格納されている。また、検査チャンバー４４には、被検査マスク４７を保持・走査するマスク走査ステージ４６が収容されるとともに、複数枚のＥＵＶミラーで構成されるシュヴァルツシルト型拡大ミラー４８、及び、折り返しミラー４９が収容されている。また、検査チャンバー４４には、被検査マスク４７からの反射光をシュヴァルツシルト型拡大ミラー４８を介して受光するＣＣＤカメラ５０が装備されている。

また、ＥＵＶ光源４０、照明光学系チャンバー４２及び検査チャンバー４４のそれぞれに個別にターボ分子ポンプ５１_１〜５１_３とドライポンプ５２_１〜５２_３を連結した真空排気系が接続され１０^−６Ｐａ程度の超高真空に引く。

ＥＵＶ光源４０のプラズマ発光点５３から発したＥＵＶ光５４は、まず多数の波長を含むプラズマ発光から不要なスペクトルをカットするためのスペクトル純化フィルタ４１を通って照明光学系の楕円ミラー４５に入射する。入射したＥＵＶ光は楕円ミラー４５で集光されつつ検査チャンバー４４に導入され、折り返しミラー４９で折り返されて被検査マスク４７上に直入射される。

被検査マスク４７に位相欠陥が無い場合は、反射光は入射光と同じ光路を通り光源方面へと戻っていくが、位相欠陥がある場合、ＥＵＶ光５４は散乱されて被検査マスク４７の上部に位置するシュヴァルツシルト型拡大ミラー４８へと進む。シュヴァルツシルト型拡大ミラー４８の結像点にはＣＣＤカメラ５０が取り付けられ、位相欠陥を輝点として検出する。

この位相欠陥検査装置においても、ＥＵＶ反射光学系に炭素汚染が堆積し、被検査マスク４７に欠陥があった場合にＣＣＤカメラ５０に入射する光強度が低下して検出感度が落ちてしまうという問題がある。

そこで、多くのＥＵＶ反射光学系を利用する装置では光学系の調整に高い精度が必要であり、再組立て後の調整の手間と時間を考慮すると、分解―クリーニング―再組立てという方法は現実的でなく、必然的にその場クリーニングが要求される。

一方、炭素汚染の性質をみると、反射光学部材表面に堆積した直後は有機高分子的だったものが、ＥＵＶ光照射量が増えるとともに薄膜内部での化学反応が進行し、水素が脱離すると共に炭素―炭素間結合が発達する。つまり、化学変化を起こして最終的にはアモルファスカーボン様薄膜となる。

このようなアモルファスカーボン様薄膜は、原料である炭化水素ガスや堆積した直後の有機高分子的な薄膜とは化学的に全く異なった無機的物質である。例えば、炭素系無機材料のひとつであるアモルファスカーボンあるいはガラス状炭素は、高分子樹脂を高温で焼成して作製したものである。これらは、化学的に安定で耐食性や耐薬品性、耐熱性がきわめて高いことで知られ、プラズマエッチャーや電解装置の電極、坩堝などに利用されている。

ＥＵＶ光（光子エネルギーが１００ｅＶ，温度換算で１０^６Ｋ程度) に照射され続けた炭素汚染膜もそれに近い状態となっていると考えられ、アモルファスカーボン同様に化学的反応性にきわめて乏しい。

この炭素汚染のクリーニング方法を検討すると、高エネルギー粒子による物理的なエッチングは、表面荒れによる反射率低下を引き起こす可能性があるため実質上適用不可能である。また、ＥＵＶ反射光学部材を構成する多層膜は熱的に不安定であるため、クリーニングにおいては極力温度上昇を避けなければならない。

さらに、ＥＵＶ利用装置の反射光学系は高精度に組み立てられ、わずかな温度上昇でも光学系のゆがみを引き起こすため、光学系が組み立てられた状態でのクリーニングの際の温度要求は非常に厳しいものになる。

炭素汚染による悪影響を解消するため、これまでにも様々なＥＵＶ光学系あるいは反射光学部材の炭素汚染クリーニング手法が提案されている。例えば、オゾン等の酸化性の反応性ガスの導入によるクリーニングが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、酸素や水素、窒素などのラジカルによるクリーニングも提案されおり、ラジカルの発生方法としては通常のプラズマによる方法のほか、熱触媒体を用いて分子を解離して用いる方法が示されている（例えば、特許文献２乃至特許文献５参照）。

また、酸素プラズマによるマスククリーニング（例えば、特許文献６参照）や、グロー放電酸素プラズマによるミラークリーニングも提案されている（例えば、特許文献７参照）。或いは、荷電粒子による物理スパッタおよび化学スパッタも提案されている（例えば、特許文献８参照）。

また、ガスとともに光を使う方法は特に多く、分子酸素、水、窒素酸化物、オゾン等とともに紫外光や露光にも使われるＥＵＶ光を照射して光洗浄を行なう方法が提案されている（例えば、特許文献９乃至特許文献１６参照）。

このガスとともに光を使う方法は、大きく分けて２つの方法がある。第１は露光に用いるＥＵＶ光を照射中にクリーニングガスを供給することによりクリーニングする方法である。第２の方法は、所謂ＵＶオゾン法に代表されるクリーニングガスを供給すると同時にクリーニング用の光を照射する方法である。なお、ＵＶオゾン法は、酸素ガス含有雰囲気下で紫外光を照射することにより、酸素ガスの光解離により生成される酸素ラジカルやオゾンと照射される紫外光とによる表面光化学反応でクリーニングする方法である。

特開２００４−１８６６１４号公報 特開２００４−２００６８６号公報 特開２００６−１３５３０７号公報 特開２００７−１８０５４９号公報 特開２００７−０９６２９７号公報 特開２００２−０１５９７０号公報 特開２００６−１９４６９０号公報 特開２００４−２０７７４０号公報 特開２００３−２３４２８７号公報 特開２００２−２６１００１号公報 特開２００３−１８８０９６号公報 特開２００５−２４４０１５号公報 特開２００３−２３４２８７号公報 特開２００３−２４３２９２号公報 特開２００５−３３２９７２号公報 特開２００４−０１４９６０号公報

Ｋ．Ｈａｍａｍｏｔｏ，ｅｔ ａｌ．，"Ｃｌｅａｎｉｎｇ ｏｆ ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ ｍａｓｋｓ ｕｓｉｎｇ １３．５ｎｍ ａｎｄ １７２ｎｍ"，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｖｏｌ．Ｂ２３，ｐ．２４７，２００５ 松成等，「Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ露光機多層膜ミラーの耐酸化性評価」，九州大学超高圧電子顕微鏡室・九州シンクロトロン光研究センター合同シンポジウム報告書，ｐ．１００

前述のように、炭素汚染は反応性にきわめて乏しく、除去が困難であるという特徴を持っている。そのため、これまで試みられている汚染除去方法では除去速度が遅いか、或いは、反射光学部材に損傷が生じるという問題があった。

例えば、上述のオゾンによる方法は反応に１００℃程度以上、典型的には百数十℃以上の温度を必要とし、室温では実質的に反応が進行しないという問題がある。前述のごとくＥＵＶ光学系は熱に弱く、耐熱限界温度は１００℃程度であるので、単純なオゾンによる方法でのクリーニングは現実にはほとんど不可能である。

また、各種ラジカルによる方法は、いかに大量のラジカルを発生させ、いかに炭素汚染に供給するかが問題となる。例えば、プラズマによりラジカルを発生させる方法は、ラジカル発生量がさほど多くないという問題がある。また、プラズマ発生部分が大掛かりになり、また高エネルギー粒子が損傷を与える可能性があることにより反射光学部材近傍には設置が難しいという問題がある。また、熱触媒体による方法は、熱触媒体からの熱輻射により反射光学部材が損傷を受ける場合があり、やはり反射光学部材近傍には設置しづらい。

以上の問題を解決するため、反射光学部材から離れた場所でラジカルを発生させて輸送する方法がある。しかし、ラジカルをある程度の距離輸送しようとすると、ラジカルは失活してしまう。例えば、水素ラジカルはきわめて活性が高く熱触媒体で発生させた水素ラジカルにより反応性に乏しい炭素膜でも典型的には１ｎｍ／分程度の速度でクリーニングすることが可能である。

しかし、水素ラジカルの場合、数１０ｃｍの輸送でラジカル密度が１桁から２桁も減少することが知られており、輸送した場合、クリーニング速度は０．０１ｎｍ／分〜０．１ｎｍ／分程度以下になる。

また、プラズマによる方法や荷電粒子によるスパッタは、高エネルギー粒子による反射光学部材の損傷のため、やはり適用は困難である。

また、ガスと光とを用いる方法の内の第１のＥＵＶ光による方法は、ガスを導入するだけという簡便な方法でクリーニングできるものの、クリーニング速度が極めて遅いという問題がある。クリーニング速度は照射光強度が強いほど速くなるが、量産用露光装置を想定した高光強度照射でも、クリーニングガスとして水蒸気や酸素ガスを用いた場合、典型的には０．００１ｎｍ／分以下でしかクリーニングできない。

また、第２のクリーニング用の光を用いる方法では、十分な量のクリーニングガスを供給しつつ、いかに各反射光学部材の炭素汚染部に強い光を照射するかが問題となる。例えば、上述の特許文献１２においては露光装置のマスクを一時待避させ、マスクのあった位置から露光時の開口指数に相当する広がりで照射することで、投影光学系のミラー全てにクリーニング光を照射する方法を開示している。

しかしながら、クリーニングに有効な波長の光はクリーニングガスに吸収されやすいという性質を持つため伝播する過程で減衰してしまい、ミラーを十分な強度で照射することができない。一方、吸収が少なくなるようにガスの圧力を十分に小さくすると、今度はクリーニングに必要な量の活性種を発生させることができない。

この問題を解決するため、典型的な単独使用の（その場クリーニングでない）ＵＶオゾンクリーニングではクリーニング光源を汚染から数ｍｍ程度の至近距離に位置させ、場合によっては減圧下でさらに光吸収を減らしてクリーニングする（例えば、非特許文献１参照）。ここでは、光源と汚染との距離を約１ｍｍとして波長１７２ｎｍの紫外光と酸素による炭素汚染の除去試験が報告されている。

試験結果としては、大気下で０．５３ｎｍ／分で、減圧酸素雰囲気下でも２ｎｍ／分であり、現時点で知られているＵＶオゾン法による炭素汚染クリーニングで最高水準のクリーニング速度である。しかし、このクリーニング機構を実際の露光装置等に組み込む場合、数ｍｍのような極限のクリーニング光源配置をとることはほぼ不可能である。したがって、仮に、露光装置の各反射光学部材ごとにクリーニング用光源を取り付けたとしても、実際のクリーニング速度は２ｎｍ／分より何桁も落ちてしまう。

したがって、本発明は、極端紫外光利用装置に備えられた反射光学部材に劣化を生ずることなく、炭素汚染をその場クリーニングで効率的に除去することを目的とする。

開示する一観点からは、処理室と、前記処理室の内部に配置され、１００ｎｍ以下の波長を発生する極端紫外光源と、前記処理室に収容され、前記極端紫外光を反射する反射光学部材と、前記処理室内において前記不飽和炭化水素とオゾンとを反応させて発生した活性種によって前記反射光学部材の炭素汚染をクリーニングするクリーニング機構とを備えた極端紫外光利用装置が提供される。

開示の極端紫外光利用装置によれば、オゾンと不飽和炭化水素との反応により発生する活性種を用いたクリーニング機構を装置に備えているので、反射光学部材に劣化を生ずることなく、炭素汚染をその場クリーニングで効率的に除去することができる。

活性種のクリーニング能力を評価するために用いた炭素汚染除去処理装置の概念的断面図である。 炭素汚染除去速度の説明図である。 本発明の実施の形態の極端紫外光使用装置に用いられる反射光学部材の概念的断面図である。 本発明の実施例１のクリーニング機構内蔵ＥＵＶ露光装置の概念的構成図である。 本発明の実施例２のクリーニング機構内蔵ＥＵＶ露光装置の概念的構成図である。 本発明の実施例３のクリーニング機構内蔵ＥＵＶ露光装置に用いる複合ノズルの概念的断面図である。 本発明の実施例４のクリーニング機構内蔵位相欠陥検査装置の概念的断面図である。 本発明の実施例５のミラークリーニング機構の概念的断面図である。 従来のＥＵＶ露光装置の概念的構成図である。 従来の位相欠陥検査装置の概念的構成図である。

ここで、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態を説明する。本発明は、オゾンガスと不飽和炭化水素ガスとの反応で発生する活性種を用いて炭素汚染を酸化除去するクリーニング機構を極端紫外光利用装置自体に具備したものである。

即ち、本発明者は鋭意研究の結果、不飽和炭化水素とオゾンガスとを反応させて発生させた活性種を利用することによって、室温で７０ｎｍ／分〜８０ｎｍ／分で高速にアモルファスカーボン膜を除去することができることを見出した。また、ＥＵＶ反射光学部材の耐熱限界温度に近い基板温度１００℃では１５０ｎｍ／分〜２００ｎｍ／分と極めて高速にアモルファスカーボン薄膜を除去することができることを確認した。

図１は、活性種のクリーニング能力を評価するために用いた炭素汚染除去処理装置の概念的断面図である。図に示すように、被処理反射光学部材３を載置する試料台２を収容する処理容器１、処理容器１にオゾン発生器５からオゾンガスを導入するノズル４、処理容器１に不飽和炭化水素源７から不飽和炭化水素ガスを供給するガス導入管６を備える。また、処理容器１には、除害装置８を介して排気装置９が接続されている。

処理容器１、試料台２及びノズル４はステンレス製であり、試料台２はヒーターが組み込まれ昇温できるようになっている。また、試料台２には水平方向、即ち、Ｘ−Ｙ方向への移動機構が備えられている。なお、ノズル４の噴出孔の直径は、１／４インチ（＝６．３５ｍｍ）である。

処理容器１は排気装置９により真空に排気される。処理容器１には不飽和炭化水素源７からの不飽和炭化水素ガスが満たされた状態で、オゾン発生器５からノズル４を介して被処理反射光学部材３上の炭素汚染膜１０上にオゾンガスが供給される。ノズル４から噴出したオゾンガスは充満している不飽和炭化水素ガスと反応して活性種を発生させ、この活性種が炭素汚染膜１０に作用して除去する。

この場合の典型的な処理条件は、不飽和炭化水素ガスとしてエチレンガスを用いた場合には、エチレンガス及びオゾンをそれぞれ１００ｓｃｃｍで供給して流量比を１：１とし、ガス圧を数１００Ｐａして処理する。また、オゾン発生器５としては、９５％以上の高純度のオゾンガスの供給が可能な、例えば、明電ピュアオゾンジェネレータ（明電舎製商品名）を用いる。但し、９５％以上の高純度オゾンガスに限られるものではなく、例えば、１０％以下程度の濃度の通常のオゾンガスを用いても効率は落ちるものの、同様の効果が得られる。

余剰のエチレンガスならびにオゾンガス、及び、反応により発生したケトン、アルデヒド、アルコール等は除害装置８により燃焼除害され、最終的に炭酸ガスと水等となって排気装置９で排気される。

図２は、炭素汚染除去速度の説明図であり、ここでは、シリコン基板上に堆積した模擬炭素汚染の除去例を示す。模擬汚染はフェナントレンガスと電子線による電子線誘起化学蒸着法により作製した炭素膜を使用し、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定した模擬炭素汚染表面の断面形状を示した。

図２から明らかなように、初期膜厚が２０ｎｍ〜２３０ｎｍの模擬汚染を室温で１分間処理したところ、初期膜厚８０ｎｍ以下の模擬汚染は全て除去された。また、初期膜厚が２３０ｎｍの模擬汚染は膜厚が１６０ｎｍまで減少した。したがって、本発明の実施例１においては、室温で１分間に７０ｎｍ〜８０ｎｍの炭素汚染を除去することができた。なお、基板温度を１００℃とした場合には、除去速度を１５０ｎｍ／分〜２００ｎｍ／分と加速することができた。

また、使用する不飽和炭化水素としては、エチレンガスに限られものではなく、炭素原子同士の二重結合或いは三重結合を有するものであれば良く、例えば、アセチレンガス、プロペンガス、或いは、ブテンガスが挙げられる。この炭素原子同士の二重結合或いは三重結合にＯ3 が作用して二重結合或いは三重結合を開き、さらに、それが分解して活性種が生成される。

図３は、本発明の実施の形態の極端紫外光使用装置に用いられる反射光学部材の概念的断面図であり、典型的にはＥＵＶ反射ミラーである。ＥＵＶ反射ミラー８０は低熱膨張材料であるＬＴＥＭ（極低膨張ガラス）８１を研磨して平面あるいは凹面もしくは凸面の反射鏡の形状をつくる。次いで、その上に反射させたい波長とミラーへの入射角に応じて膜厚がそれぞれ数ｎｍの例えばＭｏ／Ｓｉからなる多層膜反射層８２を形成する。

ＥＵＶ反射ミラー８０はこの多層膜反射層８２によるＥＵＶ光の干渉により高い反射率を実現している。ここで、多層膜反射層８２が酸化すると、周期構造の破壊や表面粗さの増加、酸化膜による散乱や吸収などにより反射率低下を引き起こすため、多層膜表面はキャップ層８３と呼ばれる薄膜で被覆する必要がある。

キャップ層８３の材料は一般にＲｕ金属などが用いられるが、Ｒｕは耐酸化性が比較的高いが、本発明のオゾンと不飽和炭化水素との反応で発生する活性種に対する耐酸化性は大きくない。

そこで、クリーニング工程におけるキャップ層８３の活性種による酸化や劣化を防止するため、キャップ層８３を本発明で利用する活性種に対して安定で、かつ、緻密で酸素透過率が低い材料で構成する。これは貴金属やその合金、既に酸化していてそれ以上酸化劣化しない酸化膜を用いる。

例えば、シリコン酸化物（自然酸化膜を含む）やバルブメタル酸化物などが該当するが、これに限らない。また、なるべく反射損失を防ぐためＥＵＶ光吸収率が低いものが望ましいが、膜厚を薄くすることにより、ある程度ＥＵＶ光吸収率が高いものでも使用可能である。具体的な耐酸化性キャップ層材料としてはシリコン酸化物の他に、金属酸化物ではチタン酸化物、バナジウム酸化物、クロム酸化物、ニオブ酸化物、セリウム酸化物などが挙げられる。

また、本発明の構成が適用される極端紫外線利用装置としては、典型的には、ＥＵＶ露光装置、ＥＵＶ検査装置やＥＵＶ顕微鏡、光源として用いられる放射光のビームライン等が挙げられる。

以上を前提として、次に、図４を参照して、本発明の実施例１のクリーニング機構内蔵ＥＵＶ露光装置を説明する。図４は本発明の実施例１のクリーニング機構内蔵ＥＵＶ露光装置の概念的構成図であり、露光に関する基本的な構成は図９に示した従来のＥＵＶ露光装置と全く同様であり、同じ部材は同じ符号を付している。

本発明の実施例１のＥＵＶ露光装置は、従来のＥＵＶ露光装置にクリーニング機構を具備したものである。このクリーニング機構は、不飽和炭化水素ガス供給機構とオゾンガス供給機構と、除害機構とにより構成される。不飽和炭化水素ガス供給機構は、不飽和炭化水素源３１とガス供給管３２からなり、不飽和炭化水素源から不飽和炭化水素ガスを筐体１１の内部全体に充満させる。

オゾンガス供給機構は、高純度オゾン源３３、ノズル３４、高純度オゾン３３とノズル３４を接続するフレキシブル管３５、ノズル３４を水平方向及び鉛直方向に移動させるノズル移動機構３６を備えている。また、除害機構は、真空弁３７と、除害装置３８と、ドライポンプ３９から構成される。

次に、クリーニングの基本的な手順を説明する。まず、仕切弁２９_１〜２９_４を閉じてターボ分子ポンプ２７_１〜２７_４を保護すると共に、排気を停止する。次に、真空弁３７を開けて除害装置３８及びドライポンプ３９を動作させる。

その後、露光機内に不飽和炭化水素源３１から不飽和炭化水素ガスを導入する。ここでは、エチレンガスを用いるエチレンガスの導入速度をマスフローコントローラ（図示は省略）で制御し、筐体１１内のエチレン圧を１０Ｐａ〜５００Ｐａ、例えば、２００Ｐａとする。

この状態で高純度オゾン源３３からのオゾンガスをノズル３４から炭素汚染膜の付着した投影ミラー、ここでは、投影ミラー１４に供給すると、オゾンとエチレンとの反応により活性種が発生し、投影ミラー１４の炭素汚染膜が除去される。

なお、この条件では活性種の到達範囲は、筐体１１内のエチレン圧が１００Ｐａの場合、概ね数ｃｍ程度であるため、投影ミラーの面積が大きい場合はノズル３４を複数設ける。或いは、ノズル３４を走査してミラー全面をクリーニングする。クリーニングの度合いは、予め処理時間を設定しておいてもかまわないし、ノズル３４付近などに取り付けた、例えば、紫外あるいは可視光等を用いた反射率や偏光度等を測定するセンサーその他炭素汚染量を評価する機構によりクリーニングの終点を判定してもかまわない。

ノズル３４はノズル移動機構３６により投影ミラー上で汚染の付着した部分を走査すると共に、クリーニング時以外は露光の障害にならない場所へと退避する。これらノズル３４およびノズル移動機構３６は６枚のミラーそれぞれに装備しても良いし、ノズル移動機構３６を大きく動かせるように構成して、ミラーの総枚数より少ない数のノズル３４およびノズル移動機構３６でクリーニングを行なっても良い。

ノズル３４より供給されたオゾンガスのうち余剰のものは筐体１１内に満たされたエチレンガスと反応することにより活性種を生じた後、さらにその活性種が安定な物質へと転換されるため、露光機内の部品を劣化させることはない。また、オゾンとエチレンとの反応生成物および余剰のエチレンは除害装置３８によって無害化された後にドライポンプ３９により排気される。

このように、クリーニン機構をＥＵＶ露光装置に具備しているので、炭素汚染膜の付着した反射光学部材を、光学系を分解することなく、かつ、反射光学部材自体および露光装置の他の部分になんらの損傷を与えることなく、高速にクリーニングすることができる。これにより、炭素汚染で低下したＥＵＶ露光装置のスループットを回復することができる。

次に、図５を参照して、本発明の実施例２のＥＵＶ露光装置を説明する。図５は本発明の実施例２のクリーニング機構内蔵ＥＵＶ露光装置の概念的構成図であり、露光に関する基本的な構成は図９に示した従来のＥＵＶ露光装置と全く同様であり、同じ部材は同じ符号を付している。

本発明の実施例２のＥＵＶ露光装置は、従来のＥＵＶ露光装置に実施例１とは異なった構成のクリーニング機構を具備したものである。このクリーニング機構は、不飽和炭化水素ガス供給機構として、実施例１におけるガス供給管３２による筐体１１の内部全体へのガスの充満の代わりに、ノズル６１を用いて不飽和炭化水素ガスをクリーニング部位へ局所的に供給するものである。

即ち、不飽和炭化水素ガス供給機構は、不飽和炭化水素源３１とノズル６１と、不飽和炭化水素源３１とノズル６１とを結合するフレキシブル管６２とからなり、ノズル６１が、オゾンを供給するノズル３４を移動させるノズル移動機構３６に支持・固定される。したがって、不飽和炭化水素ガスを供給するノズル６１は、オゾンを供給するノズル３４と連動して移動し、クリーニング部位で活性種を局所的に発生させることになる。

この実施例２においては、不飽和炭化水素ガスをオゾンガスと共に必要量だけ供給することにより、不飽和炭化水素ガスの使用量および除害装置の負荷を低減することができる。また、クリーニング終了後に装置内から不飽和炭化水素を排気する時間を短縮するとともに、不飽和炭化水素による装置汚染の可能性を減少させることが可能となる。

次に、図６を参照して、本発明の実施例３のクリーニング機構内蔵ＥＵＶ露光装置を説明するが、基本的な構成は上記の実施例２と同じであり、ガス供給部の構成が異なるだけであるので、ガス供給部の構成のみを説明する。図６（ａ）は、本発明の実施例３のクリーニング機構内蔵ＥＵＶ露光装置に用いる複合ノズルの概念的断面図である。

この複合ノズル６３は、ノズルの中央部にオゾンガス噴出孔６４を有し、このオゾンガス噴出孔６４を囲むように同心円環管状の不飽和炭化水素ガス噴出孔６５を設けたものである。例えば、ここでは、オゾンガス噴出孔６４の直径を２.０ｍｍとし、不飽和炭化水素ガス噴出孔６５の開口幅を０.５ｍｍとし、オゾンガス噴出孔６４から５.０ｍｍ離れた位置に設ける。

このように、中央から噴出するオゾンガスを不飽和炭化水素ガスで包み込むので、オゾンガスと不飽和炭化水素ガスとの反応効率を高めるとともに、オゾンの一部が未反応のままＥＵＶ露光装置内に流出することを抑制することができる。それによって、ＥＵＶ露光装置内の各種部品の損傷を防止することができる。

図６（ｂ）は、改良型複合ノズルの概念的断面図である。この複合ノズル６６は、ノズルの中央部にオゾンガス噴出孔６４を有し、このオゾンガス噴出孔６４を囲むように同心円環管状の不飽和炭化水素ガス噴出孔６５を設け、さらに、その周囲を囲むように同心円環管状のガードガス噴出孔６７を設けたものである。

例えば、ここでは、オゾンガス噴出孔６４の直径を２.０ｍｍとし、不飽和炭化水素ガス噴出孔６５の開口幅を０.５ｍｍとし、オゾンガス噴出孔６４から３ｍｍ離れた位置に設ける。また、ガードガス噴出孔６７の開口幅を０.５ｍｍとし、不飽和炭化水素ガス噴出孔６５から３ｍｍ離れた位置に設ける。なお、ガードガスとしては不活性ガスが望ましく、典型的にはＡｒガスを用いる。

このように、オゾンガスおよび不飽和炭化水素ガスの周囲をさらにガードガスで囲むことによって不飽和炭化水素ガスの必要量を低減することができ、除害装置の負荷および装置汚染を低減することが可能となる。

次に、図７を参照して、本発明の実施例４のＥＵＶリソグラフィー用マスク多層膜基板の位相欠陥検査装置を説明するが、位相欠陥検査に関する基本的な構成は図１０に示した従来の位相欠陥検査装置と全く同様であり、同じ部材は同じ符号を付している。なお、ここでは、説明を簡単にするために、照明光学系チャンバーと検査チャンバーのみを示している。

本発明の実施例４の位相欠陥検査装置は、従来の位相欠陥装置にクリーニング機構を具備したものである。このクリーニング機構は、不飽和炭化水素ガス供給機構とオゾンガス供給機構と、除害機構とにより構成される。なお、除害機構は実施例１の除害機構と同じであり、それぞれ照明光学系チャンバーと検査チャンバーに別個に設けられるが、ここでは、図示を省略する。

不飽和炭化水素ガス供給機構とオゾンガス機構は、それぞれクリーニング部位に対してオゾンガス導入管７１_１〜７１_４と不飽和炭化水素ガス導入管７３_１〜７３_４とが対になって固定配置される。この場合、ＥＵＶ光の光路は一定であるので、ＥＵＶ光の光路を遮らない位置にオゾンガス導入管７１_１〜７１_４と不飽和炭化水素ガス導入管７３_１〜７３_４を配置すれば良い。

また、オゾンガス導入管７１_１〜７１_４と不飽和炭化水素ガス導入管７３_１〜７３_４の先端にはそれぞれマイクロキャピラリーアレイ７２_１〜７２_４，７４_１〜７４_４が取り付けられ、装置に導入するガスの発散を防ぐ仕組みになっている。これらにより、オゾンガス導入管７１_１〜７１_４及び不飽和炭化水素ガス導入管７３_１〜７３_４と各ミラーとの距離が離れていても効率良く活性種を供給することができる。

図７（ａ）は、実施例４の位相欠陥検査装置を構成する照明光学系チャンバーの概念的構成図であり、オゾンガス導入管７１_１と不飽和炭化水素ガス導入管７３_１とからなるノズル対を楕円ミラー４５に対向するように配置する。この場合、上述のように、ＥＵＶ光の光路を遮らない位置に配置する。

図７（ｂ）は、実施例４の位相欠陥検査装置を構成する検査チャンバーの概念的構成図であり、オゾンガス導入管７１_２と不飽和炭化水素ガス導入管７３_２とからなるノズル対を折り返しミラー４９の左右に配置する。また、オゾンガス導入管７１_３と不飽和炭化水素ガス導入管７３_３とからなるノズル対をシュヴァルツシルト拡大ミラー４８を構成する凹面ミラー４８_１の左右に配置する。さらに、オゾンガス導入管７１_４と不飽和炭化水素ガス導入管７３_４とからなるノズル対をシュヴァルツシルト拡大ミラー４８を構成する凸面ミラー４８_２の左右に配置する。

なお、図においては、全ての反射光学部材にガス導入管を取り付けているが、炭素汚染が少ない反射光学部材に取り付ける必要が無いのはもちろんである。逆に、シュヴァルツシルト型拡大ミラー４８の凹面ミラー４８_１及び凸面ミラー４８_２は面積が広いため、ガス導入管を２方向だけではなく、さらに多方面に設けても良い。

本発明の実施例４においては、位相欠陥検査装置にオゾンと不飽和炭化水素ガス反応で発生する活性種によるクリーニング機構を組み込んでいるので、光学系を分解することなく反射光学部材の炭素汚染を除去することができる。

また、オゾンと不飽和炭化水素ガス反応で発生する活性種を用いているので、反射光学部材自体および露光装置の他の部分になんらの損傷を与えることなく、室温（２０℃）〜１００℃の温度で高速にクリーニングすることが可能になる。これにより、炭素汚染で低下した位相欠陥検査装置の検出感度を回復する効果を得ることが可能となる。

次に、図８を参照して、本発明の実施例５のＥＵＶ露光装置を説明するが、露光に関する基本的な構成は図９に示した従来のＥＵＶ露光装置と全く同様である。なお、この実施例５においては、各ＥＵＶ反射ミラー、即ち、投影ミラーを保持するミラー保持部材自体にガス供給機構を設けたものであるので、投影ミラーとミラー保持部材の構成のみを説明する。

図８（ａ）は、本発明の実施例５のミラークリーニング機構の概念的断面図であり、ここでは、投影ミラー１４を例に説明する。この実施例５においては、投影ミラー１４を保持するミラー保持部材７５にオゾンノズル７６_１，７６_２と不飽和炭化水素ノズル７７_１，７７_２からなるノズル対を嵌入する。なお、図においては、ノズル対を２対図示しているが、ＥＵＶ反射ミラーのサイズに応じて、４対或いは８対設けても良い。

なお、オゾンノズル７６_１，７６_２と不飽和炭化水素ノズル７７_１，７７_２の位置関係については、不飽和炭化水素ノズル７７_１，７７_２を投影ミラー１４から相対的に離れた部分に位置するように構成する。各ノズルから噴出されるオゾンガスおよび不飽和炭化水素ガスとの流量を調整することにより、活性種の濃度および濃度分布を変化させることが可能であり、それによりミラーの周縁部から中心部に渡り効率よくクリーニングすることが可能になる。

図８（ｂ）は、改良ミラークリーニング機構の概念的断面図であり、上記の図８（ａ）に示したミラークリーニング機構に可動式のシャッター７８を設けたものである。ミラークリーニング工程において可動式のシャッター７８により投影ミラー１４を囲う閉鎖空間を構成し、この閉鎖空間にオゾンと不飽和炭化水素ガスを供給する。両者の反応により発生した活性種はシャッター７８により閉鎖空間に閉じ込められるので活性種の散逸が抑制される。

本発明の実施例５においては、各ＥＵＶ反射ミラーにクリーニング機構を組み込んでいるので、クリーニングノズルを込み入ったＥＵＶ露光装置内に挿入しなくてもすむようになる。また、図８（ｂ）に示すように、シャッターを設けた場合には、より少量のガスで、他の部品の損傷や露光機の汚染を気にせずクリーニング可能となる。なお、各ガス供給手段としてはノズルの代わりに、投影ミラー囲むようにスリット組を設けても良い。

以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は、各実施例に示した構成及び条件に限られるものではない。例えば、以上の説明はＥＵＶ露光装置及び位相欠陥検査装置の反射光学系についてのものであるが、これらに限定されるものではない。

例えば、ＥＵＶ露光装置の照明光学系の反射光学部材や、プラズマ光源のコレクタミラー等の反射光学部材、光路中の各種フィルタ、ＥＵＶマスクなど、任意の反射光学部材のその場クリーニングにも適用可能であることは言うまでもない。

さらに、ＥＵＶ光を利用した他の検査装置やＥＵＶ顕微鏡、放射光のビームライン光学系などＥＵＶ反射光学部材を利用した任意の装置にも適用可能である。それにより、それぞれ信号／雑音比の回復による検査精度あるいはコントラスト等の復旧や、照射強度の復旧および炭素汚染による共鳴的吸収で引き起こされるスペクトル異常の解消などの効果を得ることができる。

ここで、実施例１乃至実施例５を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を開示する。
（付記１） 処理室と、前記処理室の内部に配置され、１００ｎｍ以下の波長を発生する極端紫外光源と、前記処理室に収容され、前記極端紫外光を反射する反射光学部材と、前記処理室内において前記不飽和炭化水素とオゾンとを反応させて発生した活性種によって前記反射光学部材の炭素汚染をクリーニングするクリーニング機構と
を備えた極端紫外光利用装置。
（付記２） 前記反射光学部材のクリーニングの開始或いは完了の少なくとも一方を検知するための、炭素汚染状況検知手段を備えている付記１に記載の極端紫外光利用装置。
（付記３） 前記クリーニング機構が、前記不飽和炭化水素ガスを前記処理室内全体に導入する手段と、前記オゾンガスを局所的に供給する可動式ノズルとを備えた付記１または付記２に記載の極端紫外光利用装置。
（付記４） 前記クリーニング機構が、前記不飽和炭化水素ガスを局所的に供給する第１の可動式ノズルと、前記オゾンガスを局所的に供給する第２の可動式ノズルを備え、前記第１の可動ノズルと前記第２の可動ノズルとが互いに一定の間隔で近接してノズル対をなす付記１または付記２に記載の極端紫外光利用装置。
（付記５） 前記クリーニング機構が、前記オゾンガスを局所的に供給するオゾン噴出孔と、前記オゾン噴出孔を同心円環状に包囲して不飽和炭化水素ガスを供給する同心円環管状噴出孔とを備えた複合ノズルを備えた付記１または付記２に記載の極端紫外光利用装置。
（付記６） 前記同心円環管状噴出孔をさらに同心円環状に包囲して不活性ガスをガードガスとして供給する第２の同心円環管状噴出孔を備えた付記５に記載の極端紫外光利用装置。
（付記７） 前記クリーニング機構が、前記複数の反射光学部材に対して個別に設けた付記１または２に記載の極端紫外光利用装置。
（付記８） 前記クリーニング機構が前記反射光学部材の保持部材を兼ねるとともに、オゾンガス供給口と不飽和炭化水素ガス供給口とを有し、前記オゾンガス供給口が不飽和炭化水素ガス供給口より前記反射光学部材に近い位置に配置された付記７に記載の極端紫外光利用装置。
（付記９） 前記オゾンガス供給口からのオゾンガス供給量と前記不飽和炭化水素ガス供給口からの不飽和炭化水素ガス供給量の少なくとも一方を制御することにより、前記活性種の生成位置を制御する生成位置制御手段を備えた付記８に記載の極端紫外光利用装置。
（付記１０） 前記反射光学部材の少なくとも表面が、シリコン、チタン、バナジウム、クロム、ニオブ、セリウムのいずれかの酸化物、或いは、それらの合金の酸化物のいずれかで被覆されている付記１乃至付記９のいずれか１に記載の極端紫外光利用装置。

１ 処理容器
２ 試料台
３ 被処理反射光学部材
４ ノズル
５ オゾン発生器
６ ガス導入管
７ 不飽和炭化水素源
８ 除害装置
９ 排気装置
１０ 炭素汚染膜
１１ 筐体
１２ マスク走査機構
１３ ＥＵＶマスク
１４〜１９ 投影ミラー
２０ ウェーハ走査機構
２１ ウェーハ
２２〜２５ 迷光遮蔽板
２６ ドライポンプ系
２７_１〜２７_４ ターボ分子ポンプ
２８_１〜２８_４ ドライポンプ
２９_１〜２９_４ 仕切弁
３０ ＥＵＶ光
３１ 不飽和炭化水素源
３２ ガス供給管
３３ 高純度オゾン源
３４ ノズル
３５ フレキシブル管
３６ ノズル移動機構
３７ 真空弁
３８ 除害装置
３９ ドライポンプ
４０ ＥＵＶ光源
４１ スペクトル純化フィルタ
４２ 照明光学系チャンバー
４３ 結合管
４４ 検査チャンバー
４５ 楕円ミラー
４６ マスク走査ステージ
４７ 被検査マスク
４８ シュヴァルツシルト型拡大ミラー
４８_１ 凹面ミラー
４８_２ 凸面ミラー
４９ 折り返しミラー
５０ ＣＣＤカメラ
５１_１〜５１_３ ターボ分子ポンプ
５２_１〜５２_３ ドライポンプ
５３ プラズマ発光点
５４ ＥＵＶ光
６１ ノズル
６２ フレキシブル管
６３，６６ 複合ノズル
６４ オゾンガス噴出孔
６５ 不飽和炭化水素ガス噴出孔
６７ ガードガス噴出孔
７１_１〜７１_４ オゾンガス導入管
７２_１〜７２_４ マイクロキャピラリーアレイ
７３_１〜７３_４ 不飽和炭化水素ガス導入管
７４_１〜７４_４ マイクロキャピラリーアレイ
７５ ミラー保持部材
７６_１，７６_２ オゾンノズル
７７_１，７７_２ 不飽和炭化水素ノズル
７８ シャッター
８０ ＥＵＶ反射ミラー
８１ ＬＴＥＭ
８２ 多層膜反射層
８３ キャップ層

Claims (5)

1. 処理室と、
   前記処理室の内部に配置され、１００ｎｍ以下の波長を発生する極端紫外光源と、
   前記処理室に収容され、前記極端紫外光を反射する反射光学部材と、
   前記不飽和炭化水素とオゾンとを反応させて発生した活性種によって前記反射光学部材の炭素汚染をクリーニングするクリーニング機構と
   を備えた極端紫外光利用装置。
2. 前記反射光学部材のクリーニングの開始或いは完了の少なくとも一方を検知するための、炭素汚染状況検知手段を備えている請求項１に記載の極端紫外光利用装置。
3. 前記クリーニング機構が、
   前記不飽和炭化水素ガスを局所的に供給する第１の可動式ノズルと、
   前記オゾンガスを局所的に供給する第２の可動式ノズルを備え、
   前記第１の可動ノズルと前記第２の可動ノズルとが互いに一定の間隔で近接してノズル対をなす請求項１または請求項２に記載の極端紫外光利用装置。
4. 前記クリーニング機構が、
   前記オゾンガスを局所的に供給するオゾン噴出孔と、
   前記オゾン噴出孔を同心円環状に包囲して不飽和炭化水素ガスを供給する同心円環管状噴出孔と
   からなる複合ノズルを備えた請求項１または請求項２に記載の極端紫外光利用装置。
5. 前記クリーニング機構が、前記複数の反射光学部材に対して個別に設けられた請求項１または２に記載の極端紫外光利用装置。

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