JP4458330B2 - 光源ユニットの多層膜ミラーを交換する方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置、特にＥＵＶ光（波長１０〜１５ｎｍの波長の光）を用いる露光装置の光源近傍の光源ユニットやその光源ユニットを有する露光装置等に関する。

従来、半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造するための焼き付け（リソグラフィー）方法として、紫外線を用いた縮小投影露光が行われてきた。

縮小投影露光で転写できる最小の寸法は転写に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数に反比例する。このため微細な回路パターンを転写するためには用いる光の短波長化が進められ、水銀ランプｉ線（波長３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）と用いられる紫外光の波長は短くなってきた。

しかし半導体素子は急速に微細化しており、紫外光を用いたリソグラフィーでは限界がある。そこで０．１μｍを下回るようなの非常に微細な回路パターンを効率よく焼き付けるために、紫外線よりも更に波長が短い波長１０〜１５ｎｍ程度の極端紫外光（ＥＵＶ光）を用いた縮小投影露光装置が開発されている。

このようなＥＵＶ光を発するＥＵＶ光源は、たとえばレーザープラズマ光源が用いられる。これは真空容器中に置かれたターゲット材に高強度のパルスレーザー光を照射し、高温のプラズマを発生させ、これから放射される例えば波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光を利用するものである。ターゲット材としては、金属薄膜、不活性ガス、液滴などが用いられ、ガスジェット等の手段で真空容器内に供給される。放射されるＥＵＶ光の平均強度を高くするためにはパルスレーザーの繰り返し周波数は高い方が良く、通常数ｋＨｚの繰り返し周波数で運転される。

図５にこのレーザープラズマ光源の概略模式図を示す。これは図示しない真空容器中に置かれたターゲット材の噴射ノズル９５１に高強度のパルスレーザー光９０５を照射し、高温のプラズマ１を発生させ、ここから放射される例えば波長１３ｎｍ程度の極端紫外光（ＥＵＶ光）を利用するものである。また一部不要となったターゲット材及び排出物の回収ノズル９５２を備えている。

ターゲット材としては、金属薄膜、不活性ガス、液滴などが用いられ、ガスジェット等の手段で真空容器内に供給される。放射されるＥＵＶ光の平均強度を高くするためにはパルスレーザーの繰り返し周波数は高い方が良く、通常数ｋＨｚの繰り返し周波数で運転される。

プラズマ１には極端紫外光（ＥＵＶ光）以外の光もあり、また一般にデブリとよばれる不要な物質が飛散するため、それが反射型光学素子である多層膜集光ミラー９０６の損傷、コンタミネーションの付着の要因となっている。このようなミラー劣化を防止するために、特許文献１では、レーザーの集光位置にキセノンガスを吹き付けている。
特開２０００−３４９００９号公報

しかしながら、照明系の集光ミラーは光源により近く、特許文献１の方法では、光源から発生するデブリを完全に防止することはできないため、光源からの露光光を集光するための集光ミラー面にデブリが付着してしまっていた。また、プラズマ中性原子が集光ミラーの多層膜を破壊することによる反射率の低下も発生する。このため集光ミラーは反射率の低下があるレベルに達したときに、定期的に交換する必要がある。

この交換方法としては、露光装置の照明系真空チャンバー内を大気圧に戻し、メンテナンス蓋を取り外し、デブリにより反射率が低下した集光ミラーを取り外し、新しい集光ミラーを取り付け、反射面を光学的あるいは機械的に位置合わせする。またこのとき、集光ミラー以外の光学部材も外す可能性が有り、メンテナンス後集光ミラーとその他の部材との位置合わせを行う必要があるし、また、チャンバーの大気開放時間が長いと、ミラー系及びチャンバーが汚染されてしまう可能性があった。さらには、このメンテナンスにかかる時間を短く、またはメンテナンス後、次のメンテナンスまでの間隔をできるだけ長くする必要があった。

本発明は、スループットを向上させることが可能な露光装置を提供することを目的としている。

本発明の一側面としての光源ユニットの多層膜ミラーを交換する方法は、ＥＵＶ光で被露光体を露光する露光装置に取り付けられている光源ユニットの多層膜ミラーを交換する方法であって、前記露光装置への取り付け基準であるマウントを持つ光源ユニットベースと、発光点からの前記ＥＵＶ光を集光する前記多層膜ミラーと、前記発光点または該発光点近傍から発生するデブリを低減するデブリ低減手段と、前記光源ユニットベースのマウントに対し原器となる治具と、を前記露光装置外に用意するステップと、前記治具に前記光源ユニットベースを載せた状態で、前記多層膜ミラーの基準面を変位計で計測しながら、該光源ユニットベースに該多層膜ミラーを固定するステップと、固定された前記多層膜ミラーと前記光源ユニットベースとを含む前記光源ユニットに、前記デブリ低減手段を固定するステップと、前記治具のマウントと同じ形状および寸法の前記露光装置内のマウントに、固定された前記デブリ低減手段と固定された前記多層膜ミラーと前記光源ユニットベースとを含む前記光源ユニットを取り付けるステップと、を有することを特徴としている。

このように構成することにより、露光装置のスループットを向上させることが可能になった。

以下に図面を用いて実施例について詳細に説明する。

まず、ＥＵＶ光（波長１０〜１５ｎｍの光）を用いた露光装置は、ＥＵＶ光源と、ＥＵＶ光源からの光を用いて反射型レチクルを略均一に照明する照明光学系と、前述の反射型レチクルを駆動可能に載置するレチクルステージと、前述のレチクルからの光をウエハ等の被露光体に投影する投影光学系と、前述のウエハ等の被露光体を駆動可能に載置するウエハステージと、レチクルとウエハ等の位置合わせや、投影光学系とレチクルステージ、ウエハステージとの位置合わせ等を行うアライメント光学系と、照明光学系、レチクルステージ、投影光学系、ウエハステージ等を囲む空間を真空雰囲気（真空状態）にする真空排気系などを備えている。その他、若干のヘリウム、窒素等の不活性ガスを照明光学系、レチクルステージ、投影光学系、ウエハステージ等を囲む空間等に供給する不活性ガス供給手段や、照明光学系や投影光学系が有する反射部材（ミラー等）を駆動する駆動機構等を備えていても構わない。

このようなＥＵＶ露光装置においては、ＥＵＶ光領域では物質による吸収が非常に大きくなるので、可視光や紫外光で用いられるような光の屈折を利用したレンズ光学系は実用的ではない。そこで、本実施例の露光装置においては、レチクルもミラーの上に吸収体によって転写すべきパターンを形成した反射型レチクルが用いる。

ＥＵＶ露光装置を構成する反射型光学素子としては、多層膜ミラーと斜入射全反射ミラーとがある。ＥＵＶ領域では屈折率の実部は１より僅かに小さいので、面にすれすれにＥＵＶ光を入射する斜入射で用いれば全反射が起きる。通常、面から測って数度以内の斜入射では数十％以上の高い反射率が得られる。しかし光学設計上の自由度が小さく、全反射ミラーを投影光学系に用いることは難しい。垂直入射に近い入射角で用いるＥＵＶ光用のミラーとしては、光学定数の異なる２種類の物質を交互に積層した多層膜ミラーが用いられる。精密な面形状に研磨されたガラス基板の表面にモリブデンとシリコンを交互に積層する。その層の厚さは、たとえばモリブデン層の厚さは０．２ｎｍ、シリコン層の厚さは０．５ｎｍ程度、積層数は２０層対程度である。２種類の物質の層の厚さを加えたものを膜周期とよぶ。本実施例では膜周期は０．２ｎｍ＋０．５ｎｍ＝０．７ｎｍとするが、勿論この限りではなく、他の膜周期であっても構わない。

多層膜ミラーは低膨張率ガラスやシリコンカーバイド等の剛性が高く硬度が高く、熱膨張率が小さい材料からなる基板を、研削・研磨して所定の反射面形状を創生した後、反射面にモリブデン／シリコンなどの多層膜を成膜したものである。ミラー面内の場所によって入射角が一定でない場合、前述のブラッグの式から明らかなように、膜周期一定の多層膜では場所によって反射率が高くなるＥＵＶ光の波長がずれてしまう。そこでミラー面内で同一の波長のＥＵＶ光が効率よく反射されるように膜周期分布を持たせることが必要である。

このような多層膜ミラーにＥＵＶ光を入射すると、特定の波長のＥＵＶ光が反射される。

入射角をθ、ＥＵＶ光の波長をλ、膜周期をｄとすると近似的にはブラッグの式
２×ｄ×ｓｉｎθ＝λ
の関係を満足するようなλを中心とした狭いバンド幅のＥＵＶ光だけが効率よく反射される。このときのバンド幅は０．６〜１ｎｍ程度である。しかしながら、反射されるＥＵＶ光の反射率は最大でも０．７程度であり、反射されなかったＥＵＶ光は多層膜中あるいは基板中で吸収されてしまう。

多層膜ミラーは可視光のミラーに比べて光の損失が大きいので、ミラーの枚数はできるだけ少なくすることが必要である。少ない枚数のミラーで広い露光領域を実現するには、光軸から一定の距離だけ離れた細い円弧状の領域（リングフィールド）だけを用いて、レチクルとウエハを同時に走査して広い面積を転写する方法（スキャン露光）が行われる。

次に、デブリ低減手段（ここでは、フォイ−ルトラップと称する）について説明する。図５にはフォイ−ルトラップを備える光源ユニットを、図６にはフォイ−ルトラップの拡大図を示している。ここで、９０１は発光点、９０２はフォイ−ルトラップ、９０３は、発光点９０１から発する光を実質的に遮光しないように設けられた（発光点を含む所定の平面上に配置された）デブリ付着部材、９０４は発光点９０１から発するＥＵＶ光、９０５はターゲット材に照射するパルスレーザー光、９０６は発光点から発する光を集光する多層膜集光ミラー、９５１はターゲット材を噴射する噴射ノズル、９５２は不要となったターゲット材及び排出物の少なくとも一部を回収する回収ノズルである。

この光源でも電極材などのデブリとよばれる不要な物質が飛散する。このようなデブリによる多層膜ミラー（斜入射全反射ミラー）９０６の損傷、コンタミネーションの付着を防止するとともに、フォイールトラップを設け、さらにヘリウム等のガスが所定の圧力により満たされている。ここで、フォイ−ルトラップは、出来るだけクリーンな光源を投影光学系側に供給するために設けられたものであり、発光点とミラーの間に図示しない架台に設置されている。

フォイールトラップの構造であるが、一般的には図６に示すように中空の球状金属体９０２の一部にアルミなどの薄板状のデブリ付着部材９０３を発光点９０１の中心に放射円状に複数枚光を遮らない（発光点を含む平面上にデブリ付着部材を配置する）ように並べられ、ＥＵＶ光９０４はその間を抜け多層膜ミラーへ到達する。デブリなどの不要な物質は、満たされたヘリウム等のガス分子とランダムに衝突し運動方向が曲げられ、９０７に示す様に不規則な動きにより壁の壁面に付着、蓄積することになる。

しかし、このフォイ−ルトラップのようなデブリ低減手段を設けても、デブリを完全に無くすことは難しい。従って、集光ミラーの反射率が低下したり、プラズマ中性原子が集光ミラーの多層膜を破壊したりすると、集光ミラーを交換する必要が生じる。

この交換方法としては、露光装置の照明系真空チャンバー内を大気圧に戻し、メンテナンス蓋を取り外し、デブリにより反射率が低下した集光ミラーを取り外し、新しい集光ミラーを取り付け、反射面を光学的あるいは機械的に位置合わせする。またこの時点でフォイールトラップ、ターゲット材の噴射ノズル、回収ノズルの交換もしくは再度の位置合わせが必要となり、この一連の作業のためには装置内に大きなメンテナンススペースが必要であり、また長時間照明系のチャンバー内を大気中にさらさなくてはならなかった。このことは高真空へ戻すのに時間がかかり、後にメンテナンス時間がかかりトータルスループットの低下を招き、またチャンバーの大気開放時間が長いことからミラー系及びチャンバーが汚染されてしまう。本実施例においては、メンテナンス時間を短縮することができるように下記の実施例１のような構成としている。

図１は本実施例の平面図である、２０１の光源から発せられた極端紫外光（ＥＵＶ光）でありここで発散したＥＵＶ露光光は１０１の多層膜集光ミラーで光を集光する。この多層膜集光ミラーのミラー面はＥＵＶ露光光を集光するために球面または、さらに効率を上げるため非球面に仕上げられこの面に従来例のごとく、多層膜が形成されている。この多層膜集光ミラーにはＥＵＶ光による発熱を押さえる為に１０２の冷却板が接合され、冷却板１０２内部は水路（不図示）が形成されている。

冷却板付き多層膜集光ミラーは光源ユニットベース１０７に固定されている。この多層膜集光ミラーは精度良く、さらには交換した場合は再現性良く固定する必要がる。このため固定位置は光源ユニットベース１０７の裏面に３点の基準に対し、相対的に位置を合わせる必要かある。

図２において多層膜集光ミラーの組み立て方法を説明する。多層膜集光ミラー１０１の取り付け方法は、取り付け基準であるキネマチックマウント３点の球１０６に対し原器となる治具２１２を用意する。

この治具は露光装置と同じ形状及び寸法のキネマチックマウント（Ｖ、フラット、コーン形状）を備えている。この位置決め治具に光源ユニットを載せた状態で多層膜集光ミラーの反射基準面を非接触変位計２１１で計測しながら所定の位置にミラー取り付け部材１０８により固定する。

ミラー取り付け部材は位置が確定し経時的変動が無いものであれば良く、例えば多層膜集光ミラー側に変形を与えない３点支持の突起又は穴、又は固定のための突起を設けてもよい（不図示）。さらには高真空（または超高真空）中においてアウトガス等に問題のない接着によって固定してもよい。

ミラーを固定したならば、図１に示すように発光点からのデブリを止めるフォイールトラップ、光源ターゲットを噴射するターゲットノズル、ターゲットからの排出物を回収する回収ノズルを所定の精度で位置決め固定する。この固定方法は一般的なネジ等による固定方法で良い。

続いて、光源ユニットベース１０７を露光装置に配置する方法を説明する。前記したキネマチックマウント３点球面に対する、照明系本体に設けたＶ型１１１ａ（Ｖ型の皿）、コーン型１１１ｂ（Ｖ型の長溝）、フラット型１１１ｃ（平面）の受けである。

露光装置の照明系本体にはこの光源ユニットベース１０７を前記キネマチックマウントと一致した垂直対向位置を押さえ機構２１３により完全拘束する。この押さえ機構は光源ユニットベース１０７に備えているキネマチックマウントの垂直対向の位置を押さえることにより、あらかじめ高精度に位置決め固定している、多層膜集光ミラー及びミラー固定部に力が作用することはなく、本固定による変形は発生しない。

図４の斜視図で簡単にキネマチックマウントの説明をする。光源ユニットベース１０７の底面にＶ型１１１ａ，コーン型１１１ｂ、フラット型１１１ｃを配置し、露光装置側の重力方向３点球面に受けて光源ユニットを拘束し位置を決める。

図３により固定方法をさらに詳しく説明する。

露光装置３０１内部は光源部分のみを示す。また、レーザー透過窓１１３を備えている。

露光装置３０１は大気等のガスによるＥＵＶ光源の吸収が無くまたミラー等をクリーンに保つように高真空（又は超高真空）のチャンバー内に収められている。

光源ユニット１０８は多層膜集光ミラー、フォイールトラップ、ターゲットノズル、回収ノズルを備えている。

露光装置には光源ユニットを位置決め固定する為にＶ，フラット、コーンの受けを備え、光源ユニットベース１０８ｂキネマチックマウントの３点球面に位置を合わせる。

この光源ユニットベース１０８ｂの上から押さえ機構２１３により３点の球面上を押さえ込む。この押さえにより光源ユニットが完全拘束される。また、この固定方法により多層膜集光ミラーに力が伝わることが無く、変形することがない。真空導入２１４は光源ユニット内のターゲット材及び回収用の配管、また必要により温度センサーの配線を真空チャンバーである露光装置内に導入するものである。

この光源ユニットの固定方法により、交換時に特別な光学調整が要らずに光源に対する位置が再現し、作業性が格段に向上する。

また、図１，図２ともに水平方向で示したが、垂直方向においても本発明は同様の効果が得られる。

図１、及び図２では多層膜集光ミラーに冷却板を図示しているが、ミラーへの熱的問題が解決された場合、冷却板がなくとも構わない。

本発明の多層膜集光ミラーは図において２枚多層膜集光ミラーによる絵で説明したが、露光光の集光率を上げるためには複数のミラーを配置する場合もあるが、本発明はさらに複数ミラー系においても、同様の構成で同様の効果が得られることは言うまでもない。

上記のような実施例によれば、本発明は、プラズマ光源を利用する露光装置において、光源の集光ミラーを小スペースで短時間での交換を容易とし、３点球面先端を照明系架台にキネマチックマウント（Ｖ、フラット、コーン）機構を備えることで、多層膜集光ミラーへの過拘束を防ぎ位置決めによる光源ミラーユニットの変形を押さえることが可能となった。

さらに、多層膜集光ミラー、フォイールトラップ、ターゲットノズル、回収ノズルをユニット化することにより各位置精度が露光装置内で調整する必要がなく、大幅に作業時間が短縮される。

また、３点の球面位置とミラー面の関係を一定に保つことで常に照明光学系内の同じ位置へ多層膜集光ミラー光源ユニットが小スペースで短時間に位置決めできる。作業性が一段と向上し、ミラー交換時間の短縮になりトータルでのスループットが向上する。

また、フランジと冷却板の冷却水配管をフレキシブルチューブで冷却水を供給することで、配管でのミラーに与える拘束力を低減すること共に交換による真空チャンバー内の配管の手間を省きくことができる。さらに作業性が向上する。

このことから、メンテナンス時間が大幅に短縮されトータルのスループットが向上し、またメンテナンススペースが小さく済み装置の小型化が可能となる。

次に、図７及び図８を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例３を説明する。

図７は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。本実施形態においては、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。

図８は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

本発明の第一の実施例を説明した平面図 本発明の第一の実施例を説明した組み立ての平面図 本発明の露光装置を説明した平面図 本発明の実施例を説明した斜視図 光源ユニットの全体図 フォイ−ルトラップの説明図 実施例５のデバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャート 図７に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャート

Claims (4)

1. ＥＵＶ光で被露光体を露光する露光装置に取り付けられている光源ユニットの多層膜ミラーを交換する方法であって、
   前記露光装置への取り付け基準であるマウントを持つ光源ユニットベースと、発光点からの前記ＥＵＶ光を集光する前記多層膜ミラーと、前記発光点または該発光点近傍から発生するデブリを低減するデブリ低減手段と、前記光源ユニットベースのマウントに対し原器となる治具と、を前記露光装置外に用意するステップと、
   前記治具に前記光源ユニットベースを載せた状態で、前記多層膜ミラーの基準面を変位計で計測しながら、該光源ユニットベースに該多層膜ミラーを固定するステップと、
   固定された前記多層膜ミラーと前記光源ユニットベースとを含む前記光源ユニットに、前記デブリ低減手段を固定するステップと、
   前記治具のマウントと同じ形状および寸法の前記露光装置内のマウントに、固定された前記デブリ低減手段と固定された前記多層膜ミラーと前記光源ユニットベースとを含む前記光源ユニットを取り付けるステップと、
   を有することを特徴とする交換方法。
2. 前記発光点にターゲット材を供給する供給器と、前記ターゲット材のうち不要なターゲット材を回収する回収器と、を前記露光装置外に用意するステップと、
   前記露光装置内のマウントに前記光源ユニットを取り付ける前に、固定された前記多層膜ミラーと前記光源ユニットベースとを含む前記光源ユニットに前記供給器または前記回収器を固定するステップと、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の交換方法。
3. 前記光源ユニットベースと前記治具または前記露光装置とは、キネマチックマウントで位置決めされる
   ことを特徴とする請求項１に記載の交換方法。
4. 前記光源ユニットベースのマウントは、３点の球面からなり、
   前記治具または前記露光装置内のマウントは、Ｖ、フラット、コーンからなる
   ことを特徴とする請求項３に記載の交換方法。

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