WO2006016551A1

WO2006016551A1 - 露光装置の制御方法、これを用いた露光方法及び装置、並びに、デバイス製造方法

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Publication number: WO2006016551A1
Application number: PCT/JP2005/014512
Authority: WO
Inventors: Syuuiti Matunari
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 2004-08-09
Filing date: 2005-08-08
Publication date: 2006-02-16
Also published as: CN100530539C; KR20070045235A; JP2006049758A; CN101103440A; IL181243A0; EP1796141A4; EP1796141A1

Abstract

　光学素子の特性を長期間にわたって良好に維持することができる露光装置の制御方法を提供することを目的とする。質量分析装置８７によって酸化性ガスや被膜形成ガスである劣化要因ガスの分圧が監視されており、制御装置９０の制御下でガス供給装置８６からの劣化抑制ガスが真空容器８４中に適宜導入されるので、投影光学系７０等を構成する光学素子の光学特性を長期間にわたって良好に維持することができる。また、照度センサ８８によって投影光学系７０等を構成する光学素子の反射率低下が監視されており、制御装置９０の制御下でガス供給装置８６からの劣化抑制ガスが真空容器８４中に適宜導入される。これによっても、投影光学系７０等を構成する光学素子の光学特性を長期間にわたって良好に維持することができる。

Description

明細書

露光装置の制御方法、これを用いた露光方法及び装置、並びに、デバイス製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、マスクのパターン像を基板上に形成する露光装置の制御方法、これを用いた露光方法及び装置、並びに、紫外線や極端紫外線で露光を行う露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。

背景技術

[0002] 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達成される光学系の解像度を向上させるため、紫外線を用いた露光技術が開発されている。また、紫外線に代えてこれより短い波長（例えば 1 l〜14nm)の極端紫外線を用いた露光技術も開発されつつある（特開 2003— 14893号公報参照)。

発明の開示

[0003] 以上のような露光装置内において、紫外線や極端紫外線下で照明や投影用の光学系が使用される場合、カゝかる光学系のおかれる環境を不活性ガス雰囲気や真空としても、光学系を構成する光学素子の周囲から酸素、水分、有機物等を完全に排除することができない。一方、紫外線や極端紫外線は大きなエネルギーをもつ。この際、酸素や水分と光学素子表面の物質とが紫外線や極端紫外線に照射されることで酸化反応を起こしてしまう。また、有機物と光学素子表面の物質とが紫外線や極端紫外線に照射されることで光化学気相堆積 (光 CVD)を起こし、光学素子表面にカーボン膜が生成してしまう。これらの現象により、光学素子の透過特性や反射特性が劣化してしまい、光学系の寿命が短くなるという問題が生じる。

[0004] そこで、本発明は、光学素子の特性を長期間にわたって良好に維持することができる露光装置の制御方法を提供することを目的とする。

[0005] また、本発明は、光学素子の特性を長期間良好に維持できる上記制御方法を用いた露光方法及び露光装置、並びにかかる露光装置を用いたデバイス製造方法を提供することを目的とする。 [0006] 上記課題を解決するため、発明に係る露光装置の制御方法は、露光装置の光学系に関する劣化の要因及び兆候の少なくとも一方を反映する観察要素をモニタする工程と、前記観察要素のモニタ結果に応じて、還元性ガス、酸ィ匕性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも 1つを含む劣化抑制ガスを、前記容器中に導入する工程とを備える。

[0007] 上記制御方法では、観察要素のモニタ結果に応じて、還元性ガス、酸ィ匕性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも 1つを含む劣化抑制ガスを前記容器中に導入するので、酸素等の劣化要因ガスの存在に起因する光学素子表面の酸化、カーボン膜成長等の影響を劣化抑制ガスによって適宜相殺することができる。よって、光学素子延いては露光装置用の光学系の特性を長期間にわたって良好に維持することができる。

[0008] 上記露光装置の制御方法を具体化した第 1の態様は、露光装置の光学系を収容する容器中における酸素、水、及び有機物の少なくとも 1つを含む劣化要因ガスの分圧をモニタする工程と、容器中における劣化要因ガスの分圧に対して還元性ガス、酸ィ匕性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも 1つを含む劣化抑制ガスの分圧が所定範囲の比率となるように、劣化要因ガスのモニタ結果に応じて容器中に劣化抑制ガスを導入する工程とを備える。

[0009] 上記制御方法では、容器中における劣化要因ガスの分圧に対して劣化抑制ガスの分圧が所定範囲の比率となるように、劣化要因ガスのモニタ結果に応じて容器中に劣化抑制ガスを導入するので、劣化要因ガスによる光学素子表面の酸化やカーボン成長の効果を劣化抑制ガスによって適宜相殺することができる。この際、劣化要因ガスと劣化抑制ガスとの分圧比を所定範囲とすることで、劣化抑制ガスの作用が過剰となって光学素子に逆のダメージを与える可能性を制限することができる。よって、光学素子延いては露光装置用の光学系の特性を長期間にわたって良好に維持することがでさる。

[0010] 本発明の具体的な態様では、上記制御方法において、劣化要因ガスが、酸素及び水の少なくとも 1つを含む酸化劣化性ガスであり、劣化抑制ガスが、還元性ガス及びフッ素化ガスの少なくとも 1つを含む酸ィ匕阻止ガスである。この場合、例えばエネルギ一の高、光線の存在下で、光学素子が表面力酸ィ匕反応によって浸食されることを防止でき、或いは光学素子の表面に特性劣化の原因となる酸ィ匕膜が形成されることを防止でき、光学素子の透過特性や反射特性を長期間にわたって良好に維持することができる。

[0011] 本発明の別の態様では、劣化抑制ガスとしての酸ィ匕阻止ガスに関する所定範囲の比率が 1 X 10_⁷から 1 X 10⁴である。この際、排気用の真空ポンプの安全'確実な動作を確保しつつ還元性ガス若しくはフッ素化ガスの雰囲気による弊害を抑えるベぐこれら酸ィ匕阻止ガスについての上限比率 1 X 10⁴が定められており、酸ィ匕阻止ガスによる効果の確保とモニタ用センサの感度の下限とを考慮して、酸化阻止ガスにっ、ての下限比率 1 X 10_⁷が定められている。

[0012] 本発明のさらに別の態様では、劣化要因ガスが、有機物を含む被膜形成ガスであり、劣化抑制ガス力還元性ガス、酸ィ匕性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも 1つを含む被膜除去ガスである。この場合、例えばエネルギーの高い光線の存在下で、有機物の光 CVDによって光学素子の表面にカーボン膜が生成し吸光が生じることを防止でき、光学素子の透過特性や反射特性を長期間にわたって良好に維持することができる。

[0013] 本発明のさらに別の態様では、劣化抑制ガスとしての被膜除去ガスに関する所定範囲の比率力 1 X 10_²から 1 X 10⁸の範囲である。この際、排気用の真空ポンプの安全'確実な動作を確保しつつ還元性ガス、酸ィ匕性ガス、若しくはフッ素化ガスの雰囲気による弊害を抑えるベぐこれら被膜除去ガスについての上限比率 1 X 10⁸が定められており、被膜除去ガスによる効果の確保とモニタ用センサの感度の下限とを考慮して、被膜除去ガスについての下限比率 1 X 10_²が定められている。

[0014] 本発明に係る露光装置の制御方法を具体化した第 2の態様は、露光装置の光学系を構成する少なくとも 1つの光学素子の分光特性をモニタする工程と、少なくとも 1 つの光学素子の分光特性のモニタ結果に応じて、還元性ガス、酸ィ匕性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも 1つを含む劣化抑制ガスを、少なくとも 1つの光学素子を収容する容器中に導入する工程とを備える。ここで、光学素子の「分光特性」とは、露光光の波長域における光学素子の透過率や反射率等の光学特性を意味するものとする [0015] 上記制御方法では、少なくとも 1つの光学素子の分光特性のモニタ結果に応じて、還元性ガス、酸ィ匕性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも 1つを含む劣化抑制ガスを導入するので、酸素等の劣化要因ガスの存在に起因する光学素子表面の酸化等の効果を劣化抑制ガスによって適宜相殺することができる。よって、光学素子延いては露光装置用の光学系の特性を長期間にわたって良好に維持することができる。

[0016] 本発明の具体的な態様では、上記制御方法において、容器中に収容される光学系が、紫外線及び極端紫外線の少なくとも 1つの波長域で使用される。この場合、光学素子の表面で酸ィ匕ゃカーボン膜生成が生じやすい露光環境となるが、上述のように劣化抑制ガスが適当なタイミングで導入されるので、力かる露光環境に拘わらず、露光装置用光学系の特性を長期間にわたって良好に維持することができる。

[0017] 発明に係る第 1の露光方法は、マスクのパターン像を基板上に形成するための露光方法であって、露光用の光学系を収容する容器中における酸素、水、及び有機物の少なくとも 1つを含む劣化要因ガスの分圧をモニタする工程と、容器中における劣化要因ガスの分圧に対して還元性ガス、酸ィ匕性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも 1つを含む劣化抑制ガスの分圧が所定範囲の比率となるように、劣化要因ガスのモユタ結果に応じて容器中に劣化抑制ガスを導入する工程とを備える。なお、容器中に劣化抑制ガスを導入するタイミングは、例えば露光処理の合間や中断中又は露光処理中とすることができる。

[0018] 上記露光方法では、劣化要因ガスの分圧に対して劣化抑制ガスの分圧が所定範囲の比率となるように、劣化要因ガスのモニタ結果に応じて容器中に劣化抑制ガスを導入するので、劣化要因ガスに起因する光学素子表面の酸ィヒゃカーボン成長の効果を劣化抑制ガスによって適宜相殺することができる。よって、光学素子延いては露光装置用の光学系の特性を長期間にわたって良好に維持することができる。

[0019] 発明に係る第 2の露光方法は、マスクのパターン像を基板上に形成するための露光方法であって、露光用の光学系を構成する少なくとも 1つの光学素子の分光特性をモニタする工程と、少なくとも 1つの光学素子の分光特性のモニタ結果に応じて、還元性ガス、酸ィ匕性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも 1つを含む劣化抑制ガスを、少なくとも 1つの光学素子を収容する容器中に導入する工程とを備える。 [0020] 上記露光方法では、少なくとも 1つの光学素子の分光特性のモニタ結果に応じて、還元性ガス、酸ィ匕性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも 1つを含む劣化抑制ガスを導入するので、酸素等の劣化要因ガスの存在に起因する光学素子表面の酸化等の効果を劣化抑制ガスによって適宜相殺することができる。よって、光学素子延いては露光装置用の光学系の特性を長期間にわたって良好に維持することができる。

[0021] 発明に係る第 1の露光装置は、紫外線及び極端紫外線の少なくとも 1つの波長域にある光源光を発生させる光源と、光源力の光源光を転写用のマスクに導く照明光学系と、マスクのパターン像を基板上に形成する投影光学系と、マスク、照明光学系及び投影光学系のうち少なくとも一部の光学素子を収容する容器中における酸素、水、及び有機物の少なくとも 1つを含む劣化要因ガスの分圧をモニタするセンサと、容器中に還元性ガス、酸ィ匕性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも 1つを含む劣化抑制ガスを導入するガス導入装置と、劣化要因ガスのモニタ結果に応じてガス導入装置の動作を制御することにより、容器中における劣化要因ガスの分圧に対して劣化抑制ガスの分圧を所定範囲の比率とする制御装置とを備える。

[0022] 上記露光装置では、制御装置が、劣化要因ガスのモニタ結果に応じてガス導入装置の動作を制御することにより、容器中における劣化要因ガスの分圧に対して劣化抑制ガスの分圧を所定範囲の比率とするので、劣化要因ガスによる光学素子表面の酸ィ匕ゃカーボン成長の効果を劣化抑制ガスによって適宜抑制 ·相殺することができる。よって、光学素子の特性延いては露光装置の性能を長期間にわたって良好に維持することができる。

[0023] 本発明の具体的な態様では、上記第 1の露光装置において、劣化要因ガスが、酸素及び水の少なくとも 1つを含む酸化劣化性ガスであり、劣化抑制ガスが、還元性ガス及びフッ素化ガスの少なくとも 1つを含む酸ィ匕阻止ガスである。

[0024] 本発明の別の態様では、劣化要因ガスが、有機物を含む被膜形成ガスであり、劣化抑制ガス力還元性ガス、酸ィ匕性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも 1つを含む被膜除去ガスである。

[0025] 本発明に係る第 2の露光装置は、紫外線及び極端紫外線の少なくとも 1つの波長域にある光源光を発生させる光源と、光源力の光源光を転写用のマスクに導く照明光学系と、マスクのパターン像を基板上に形成する投影光学系と、マスク、照明光学系及び投影光学系を構成するとともに容器に収容される少なくとも一部の光学素子のうち、少なくとも 1つの光学素子の分光特性をモニタするセンサと、容器中に還元性ガス、酸ィ匕性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも 1つを含む劣化抑制ガスを導入するガス導入装置と、少なくとも 1つの光学素子の分光特性のモニタ結果に応じて、ガス導入装置の動作を制御する制御装置とを備える。

[0026] 上記露光装置では、制御装置が、少なくとも 1つの光学素子の分光特性のモニタ結果に応じて、ガス導入装置の動作を制御するので、酸素等の劣化要因ガスの存在に起因する光学素子表面の酸化等の効果を劣化抑制ガスによって適宜相殺することができる。よって、光学素子延いては露光装置用の光学系の特性を長期間にわたつて良好に維持することができる。

[0027] また、本発明のデバイス製造方法によれば、上記の露光装置を用いることによって、高性能なデバイスを製造することができる。

図面の簡単な説明

[0028] [図 1]本発明の一実施形態に係る投影露光装置を説明するブロック図である。

[図 2]半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。

発明を実施するための最良の形態

[0029] 図 1は、本発明の一実施形態である露光装置の構造を説明するための図である。この露光装置 10は、光学系として、極端紫外線 (波長 l l〜14nm)を発生する光源装置 50と、極端紫外線の照明光によってマスク MAを照明する照明光学系 60と、マスク MAのパターン像を基板であるウェハ WAに転写する投影光学系 70とを備え、機械機構として、マスク MAを支持するマスクステージ 81と、ウェハ WAを支持するゥェハステージ 82とを備える。また、露光装置 10は、上記光源装置 50の一部及び光学系 60, 70を収納する真空容器 84と、真空容器 84中のガスを排気する排気装置 85と、真空容器 84中に劣化抑制ガスを導入するためのガス導入装置であるガス供給装置 86と、真空容器 84中における特定ガスの分圧をモニタするための質量分析装置 8 7と、投影光学系 70等を構成する特定の光学素子の反射率低下をチックする照度センサ 88とを備える。さらに、露光装置 10は、露光装置 10の各部、具体的には、光源装置 50、マスクステージ 81、ウェハステージ 82、排気装置 85、ガス供給装置 86、質量分析装置 87等の動作を統括的に制御する制御装置 90を備える。

[0030] 光源装置 50は、プラズマ励起用のレーザ光を発生するレーザ光源 51と、ターゲット材料であるキセノン等のガスを筐体 SC中に供給するチューブ 52とを備える。また、この光源装置 50には、コンデンサ 54ゃコリメータミラー 55が付設されている。チューブ 52の先端から出射されるキセノンに対しレーザ光源 51からのレーザ光を集光させることにより、その部分のターゲット材料がプラズマ化して極端紫外線を発生する。コンデンサ 54は、チューブ 52の先端 Sで発生した極端紫外線を集光する。コンデンサ 54 を経た極端紫外線は、収束されつつ筐体 SC外に射出し、コリメータミラー 55に入射する。なお、以上のようなレーザプラズマタイプの光源装置 50からの光源光に代えて、放電プラズマ光源、 SOR (synchrocyclotron oscillation resonance)光源からの放射光等を使用することができる。

[0031] 照明光学系 60は、反射型のオプティカルインテグレータ 61, 62、コンデンサミラー 63、折曲ミラー 64等により構成される。光源装置 50からの光源光を、オプティカルィンテグレータ 61, 62によって照明光として均一化しつつコンデンサミラー 63によって集光し、折曲ミラー 64を介してマスク MA上の所定領域 (例えば帯状領域）に入射させる。これにより、マスク MA上の所定領域を適当な波長の極端紫外線によって均一に照明することができる。

[0032] なお、極端紫外線の波長域で十分な透過率を有する物質は存在せず、マスク MA には透過型のマスクではなく反射型のマスクが使用されている。

[0033] 投影光学系 70は、多数のミラー 71, 72, 73, 74で構成される縮小投影系である。

マスク MA上に形成されたパターン像である回路パターンは、投影光学系 70によつてレジストが塗布されたウェハ WA上に結像してこのレジストに転写される。この場合、回路パターンが一度に投影される領域は、直線状又は円弧状のスリット領域であり、例えばマスク MAとウェハ WAとを同期して移動させる走査露光によって、マスク M A上に形成された矩形の回路パターンをウェハ WA上の矩形領域に無駄なく転写することがでさる。

[0034] マスクステージ 81は、制御装置 90の制御下で、マスク MAを支持しつつマスク MA の位置や速度等を精密に監視しつつ所望の位置に移動させることができる。また、ゥェハステージ 82は、制御装置 90の制御下で、ウェハ WAを支持しつつウェハ WAの位置や速度等を精密に監視しつつ所望の位置に移動させることができる。

[0035] 以上の光源装置 50のうち極端紫外線の光路上に配置される部分と、照明光学系 6 0と、投影光学系 70とは、真空容器 84中に配置されており、露光光の減衰が防止されている。つまり、極端紫外線は大気に吸収されて減衰するが、装置全体を真空容器 84によって外部力も遮断するとともに、極端紫外線の光路を所定の真空度 (例えば、 1. 3 X 10^_3Pa以下）に維持することで、極端紫外線の減衰すなわち転写像の輝度低下やコントラスト低下を防止している。

[0036] 真空容器 84中において極端紫外線の光路上に配置される光学素子 54, 55, 61, 62, 63, 64, 71, 72, 73, 74やマスク MAは、下地となる例えば石英ガラス製の基材上に反射膜を形成したものである。反射膜は、真空に対する屈折率が異なる 2種類以上の物質力なる薄膜層を基板上に例えば交互に積層することによって形成した数層から数百層の多層膜である。この多層膜を構成する 2種類以上の薄膜層として、例えば Mo層及び Si層を用いることができる。

[0037] 排気装置 85は、真空容器 84に接続された真空ポンプを有しており、制御装置 90 力もの制御に基づいて真空容器 84内部を必要な真空度に維持する。一方、ガス供給装置 86は、還元性ガスのガス源 86aと、酸ィ匕性ガスのガス源 86bと、フッ素化ガスのガス源 86cと、これらのガスの流量を調節するマスフローコントローラ 86eとを有している。ガス供給装置 86は、制御装置 90からの制御に基づき、真空容器 84中に導入管を介して還元性ガス、酸ィ匕性ガス、若しくはフッ素化ガスである劣化抑制ガスを適当なタイミングで必要量だけ供給する。これにより、真空容器 84中における還元性ガス、酸ィ匕性ガス、若しくはフッ素化ガスの分圧を目標量に調節することができ、延いては光学素子 54, 55, 61, 62, 63, 64, 71, 72, 73, 74等の表面の酸ィ匕ゃカーボン成長を抑制することができる。なお、マスフローコントローラ 86eは、モータ等の駆動装置を付加したリークバルブに流量計、圧力調整器等を組み合わせたものに置き換えることができる。

[0038] 質量分析装置 87は、例えば四重極質量分析計等からなり、質量スペクトルから真空容器 84中の分子や原子の存在量を検出するための分圧センサとして機能する。この質量分析装置 87は、劣化要因ガスとして、例えば酸素や水といった酸ィ匕劣化性ガスの分圧を検出することができ、このような酸ィ匕劣化性ガスの分圧の計測結果は、制御装置 90に対し常時或いは適当なタイミングで出力される。また、質量分析装置 87 は、劣化要因ガスとして、例えば有機物のような被膜形成ガスの分圧を検出することができ、このような被膜形成ガスの分圧の計測結果も、制御装置 90に対し常時或いは適当なタイミングで出力される。有機物のような被膜形成ガスの検出に際しては、有機物の全部を漏れなく検出することは現実的でないので、質量分析装置 87の能力も考慮して、質量数 45以上 200未満の範囲における質量数の総和で代用する手法が簡便である。なお、上記の四重極質量分析計は、二重極質量分析計等に置き換えることができる。

ここで、酸素、水等の酸化劣化性ガスが光学素子 54, 55, 61, 62, 63, 64, 71, 72, 73, 74等の雰囲気ガスとして存在する場合、このような光学素子 54, 55, 61, 6 2, 63, 64, 71, 72, 73, 74に極端紫外線が入射すると、かかる光学素子表面の多層膜が酸化反応によって徐々に浸食され、或いは多層膜の表面に酸ィ匕膜が形成され、経時的に光学素子の反射率が低下するおそれがある。このため、質量分析装置 87の検出結果に基づ、て酸ィ匕劣化性ガスの分圧をモニタし、酸化劣化性ガスの分圧が一定の上限を超えた場合には、ガス供給装置 86に設けたマスフローコントローラ 86eを調節してガス源 86a, 86cからの劣化抑制ガス (酸化阻止ガス）を適当量だけ真空容器 84に導入する。一方のガス源 86aから供給される劣化抑制ガスは、還元性ガスであり、例えば水素、エタノール等が好適に用いられる。他方のガス源 86cから供給される劣化抑制ガスは、フッ素化ガスであり、例えばフッ化水素、フッ化窒素、フッ化炭素等が好適に用いられる。劣化抑制ガスを真空容器 84に導入する量は、酸化劣化性ガスの分圧と劣化抑制ガスの還元力とに基づいて、酸ィ匕劣化性ガスの効果を相殺できる程度のものとする。例えば、酸化劣化性ガスの分圧を許容される最大限以下に戻すことができた場合には、酸化劣化性ガスによる光学素子の浸食や酸化被膜形成が停止すると考えられるので、酸化劣化性ガスが上記最大限以下の適当な通常値に戻るまで劣化抑制ガスの導入を継続する。別の手法も考えられる。劣化抑制ガスが導入直後の分圧力ゝら顕著に低下する場合は、劣化抑制ガスによって酸ィ匕劣化性ガスを消費することができたことになる。つまり、劣化抑制ガスの分圧低下がなくなるまで劣化抑制ガスの導入を継続することもできる。劣化抑制ガスの導入開始は、酸ィ匕劣化性ガスの分圧が既定値以上に増加した後の適当なタイミングとすることができるが、この際、光源装置 50が動作して照明光学系 60や投影光学系 70を構成する各光学素子に極端紫外線が照射されている状態とすることもできる。この場合、極端紫外線が劣化抑制ガス及び酸化劣化性ガス間の酸化還元反応やフッ素化反応等を促進する役割を果たす。

[0040] 還元性ガスの具体的な例では、水素、エタノール等の劣化抑制ガスの分圧が酸素、水等の酸化劣化性ガスの分圧に対して比率 1 X 10一⁷〜 1 X 10⁴の範囲となるような導入を行った場合、酸ィ匕劣化性ガスの消費が観察され、光学素子 54, 55, 61, 62, 63, 64, 71, 72, 73, 74の反射率低下を回避できた。以下の反応式は、劣化抑制ガスであるエタノールによる酸ィ匕劣化性ガス (酸素、水分)の消費を説明するものである。

〔酸素'水分の還元〕

30 +C H OH→2CO + 3H O

2 2 5 2 2

3H O + C H OH→2CO +6H

2 2 5 2 2

[0041] また、フッ素化ガスの具体的な例では、フッ化水素、フッ化窒素、フッ化炭素等の劣化抑制ガスの分圧が酸素、水等の酸化劣化性ガスの分圧に対して比率 1 X 10一⁷〜 1 X 10⁴の範囲となるような導入を行った場合、表面酸ィ匕膜の成長抑制が観察され、光学素子 54, 55, 61, 62, 63, 64, 71, 72, 73, 74の反射率低下を回避できた。以下の反応式は、劣化抑制ガスであるフッ化水素、フッ化窒素、及びフッ化炭素による酸ィ匕膜の分解を説明するものである。

〔酸ィ匕膜のフッ素化〕

SiO +4HF→SiF + 2H O

2 4 2

3SiO +4NF→3SiF + 2N O

2 3 4 2 3

SiO +CF→SiF +CO

2 4 4 2

[0042] 一方、有機物のような被膜形成ガスが光学素子 54, 55, 61, 62, 63, 64, 71, 72 , 73, 74等の雰囲気ガスとして存在する場合、このような光学素子に極端紫外線が入射すると、有機物が光 CVD現象によって分解され、かかる光学素子の表面にカーボン膜が形成され、経時的に反射率が低下するおそれがある。このため、質量分析装置 87の検出結果に基づヽて被膜形成ガスの分圧をモニタし、被膜形成ガスの分圧が一定の上限を超えた場合には、ガス供給装置 86に設けたマスフローコントローラ 86eを調節してガス源 86a, 86b, 86cからの劣化抑制ガス (被膜除去ガス）を適当量だけ真空容器 84に導入する。ガス源 86aから供給される劣化抑制ガスは、還元性ガスであり、例えば水素、エタノール等が好適に用いられる。また、ガス源 86bから供給される劣化抑制ガスは、酸化性ガスであり、例えばオゾン、酸素、一酸化窒素、二酸化硫黄等が好適に用いられる。さらに、ガス源 86cから供給される劣化抑制ガスは、フッ素化ガスであり、例えばフッ化水素、フッ化窒素、フッ化炭素等が好適に用いられる。劣化抑制ガスを真空容器 84に導入する量は、被膜形成ガスの分圧と劣化抑制ガスの還元力や酸ィ匕カ等とに基づ、て、被膜形成ガスの効果を相殺できる程度のものとする。例えば、被膜形成ガスの分圧を許容される最大限以下に戻すことができた場合には、光学素子表面上でのカーボン膜形成が停止すると考えられるので、被膜形成ガスが上記最大限以下の適当な通常値に戻るまで劣化抑制ガスの導入を継続する。別の手法も考えられる。劣化抑制ガスが導入直後の分圧力顕著に低下する場合は、劣化抑制ガスによって被膜形成ガスを消費しカーボン膜を減少させることができたことになる。つまり、劣化抑制ガスの分圧低下がなくなるまで劣化抑制ガスの導入を継続することもできる。劣化抑制ガスの導入開始は、被膜形成ガスの分圧が既定値以上に増カロした後の適当なタイミングとすることができるが、この際、光源装置 50が動作して照明光学系 60や投影光学系 70を構成する各光学素子に極端紫外線が照射されている状態とすることもできる。この場合、極端紫外線が、劣化抑制ガスと、有機物やカーボン膜との間の酸化還元反応を促進する役割を果たす。

具体的な例では、還元性ガスや酸ィ匕性ガス等である劣化抑制ガスの分圧が有機物の被膜形成ガスの分圧に対して比率 1 X 10^_2〜1 X 10⁸の範囲となるような導入を行つた場合、被膜形成ガスの消費等が観察され、光学素子 54, 55, 63, 61, 62, 64, 71 , 72, 73, 74の反射率低下を回避できた。以下の反応式は、劣化抑制ガスによる被膜形成ガスの消費やカーボン膜の除去を説明するものである。

〔ハイド口カーボンの酸化;酸素、オゾン、一酸化窒素、二酸化硫黄による〕

2C H + (3n+ 1) O→2nCO + (2n+ 2) H O

n 2n+ 2 2 2 2

3C H + (3n+ 1) O→3nCO + (3n+ 3) H O

n 2n+ 2 3 2 2

C H + 2nNO→nCO + (n+ l) H +nN

n 2n+2 2 2 2

C H +nSO→nCO +nH S +H

n 2n+2 2 2 2 2

〔ハイド口カーボンの還元；水素による〕

CnH + (n- l) H→nCH

2n+2 2 4

〔ハイド口カーボンのフッ素化；フッ化水素、フッ化窒素による〕

C H +4nHF→nCF + (3n+ l) H

n 2n+2 4 2

3C H +4nNF→3nCF + 2nN + (3n+ 3) H

n 2n+ 2 3 4 2 2

〔カーボン膜の酸化;酸素、オゾン、一酸化窒素による〕

c+o 2→co 2

3C + 20→3CO

3 2

C + 2NO→CO +N

2 2

〔カーボン膜のフッ素化;フッ化水素、フッ化窒素による〕

C + 4HF→CF + 2H

4 2

3C+4NF→3CF + 2N

3 4 2

[0044] 照度センサ 88は、投影光学系 70の光路上に進退可能に配置されたフォトマル等の光電変換素子であり、投影光学系 70内を通過する露光光 (具体的にはミラー 74からの反射光)である極端紫外線を電気信号に変換することによって露光光の強度の計測を可能にする。照度センサ 88は、制御装置 90に制御されて動作しており、適当なタイミングで露光光の検出結果を制御装置 90に出力する。なお、照度センサ 88は、ミラー 74等力もの反射光を直接検出するものに限らず、投影光学系 70等を構成するミラー 74等の光学素子からの散乱光を検出するものとすることもできる。この場合、照度センサ 88の光路上への進退機構が不要となり、検出強度の増加は光学素子の像光の反射率の低下すなわち光学特性の劣化を示す。

[0045] ここで、上述の被膜形成ガスや酸化性ガスが光学素子 54, 55, 61, 62, 63, 64, 71, 72, 73, 74等の雰囲気ガスとして存在する場合、極端紫外線の存在下で光学素子の表面にカーボン膜や酸ィ匕膜が形成され、経時的に反射率が低下するおそれがある。このため、照度センサ 88の検出結果に基づいて露光光の照度をモニタし、照度が一定の下限に達した場合は、ガス供給装置 86に設けたマスフローコントローラ 86eを調節してガス源 86a, 86b, 86cからの劣化抑制ガスを適当量だけ真空容器 84に導入する。劣化抑制ガスを真空容器 84に導入する量は、光学素子表面のカーボン膜を酸ィ匕還元によって除去でき、或いは光学素子表面の酸ィ匕膜をフッ素化によつて除去できる程度のものとする。劣化抑制ガスの導入は、露光光の照度が既定値以下に減少した後の適当なタイミングとすることができる力この際、光源装置 50が動作して照明光学系 60や投影光学系 70を構成する各光学素子に極端紫外線が照射されている状態とすることもできる。この場合、極端紫外線が、劣化抑制ガスと、力一ボン膜との間の酸ィ匕還元反応を促進する役割を果たす。照度センサ 88による計測の結果、露光光の照度が既定値以上に回復した場合、制御装置 90は、排気装置 85を動作させて真空容器 84中の劣化抑制ガスを外部に排出して、酸化還元反応やフッ素化反応の進行を停止する。

[0046] 具体的な例では、還元性ガス、酸ィ匕性ガス、及びフッ素化ガスである劣化抑制ガスの分圧が有機物の被膜形成ガスの分圧に対して比率 1 X 10^_2〜1 X 10⁸の範囲となるような導入を行った場合、光学素子 54, 55, 61, 62, 63, 64, 71, 72, 73, 74の反射率を回復できた。

[0047] 以下、図 1に示す露光装置の全体的動作について説明する。この露光装置では、照明光学系 60からの照明光によってマスク MAが照明され、マスク MAのパターン像が投影光学系 70によってウェハ WA上に投影される。これにより、マスク MAのパターン像がウェハ WAに転写される。この際、質量分析装置 87によって酸化性ガスや被膜形成ガスである劣化要因ガスの分圧が監視されており、制御装置 90の制御下でガス供給装置 86からの劣化抑制ガスが真空容器 84中に適宜導入されるので、投影光学系 70等を構成する光学素子の光学特性を長期間にわたって良好に維持することができる。また、照度センサ 88によって投影光学系 70等を構成する光学素子の反射率低下が監視されており、制御装置 90の制御下でガス供給装置 86からの劣化抑制ガスが真空容器 84中に適宜導入される。これによつても、投影光学系 70等を構成する光学素子の光学特性を長期間にわたって良好に維持することができる。

[0048] 以上は、露光装置 10やこれを用いた露光方法の説明であった力このような露光装置 10を用いることによって、半導体デバイスその他のマイクロデバイスを高い集積度で製造するためのデバイス製造方法を提供することができる。具体的には、マイク口デバイスは、図 2に示すように、マイクロデバイスの機能や性能設計等を行う工程（ S101)、この設計工程に基づいてマスク MAを製造する工程 (S102)、デバイスの基材である基板すなわちウェハ WAを準備する工程 (S103)、前述した実施形態の露光装置 10によりマスク MAのパターンをウェハ WAに露光する露光処理工程（S104 )、一連の露光やエッチング等を繰り返しつつ素子を完成するデバイス組立工程 (S1 05)、組立後のデバイスの検査工程 (S 106)等を経て製造される。なお、デバイス組立工程（S 105)には、通常ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程等が含まれる。

[0049] 以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、露光光として極端紫外線を用いる露光装置について説明したが、露光光として紫外線を用いる露光装置においても、上述のガス供給装置 86、質量分析装置 87、照度センサ 88等を組み込むことができる。この場合も、ガス供給装置 86、質量分析装置 87、照度センサ 88等の動作を制御装置 90によって制御することにより、露光装置を構成する反射型若しくは透過型の光学素子に関して、酸化やカーボン付着による反射率低下や透過率低下等を含む光学特性劣化を有効に防止することができる。

[0050] また、上記実施形態では、酸ィ匕劣化性ガスのモニタ結果と、被膜形成ガスのモニタ結果と、露光光の照度のモニタ結果とを個別に判断することにより、対応する劣化抑制ガスを真空容器 84中に導入することとして、るが、酸ィ匕劣化性ガスのモニタ結果と、被膜形成ガスのモニタ結果と、露光光の照度のモニタ結果とを総合して、還元性ガス及び酸ィ匕性ガスの何れを真空容器 84中に導入するかを決定し、これらのガスを効果が現れるまで真空容器 84中〖こ導入することもできる。

[0051] また、光学素子 54, 55, 61, 62, 63, 64, 71, 72, 73, 74やマスク MAには、多層膜に代えて単層の金属膜等カゝらなる反射膜等を形成することができる。

また、上記実施形態では、露光光として極端紫外線を用いる露光装置について説明したが、露光光として極端紫外線以外の紫外線を用いる投影露光装置においても

、図 1等に示すような光学素子 54, 55, 61, 62, 63, 64, 71, 72, 73, 74やマスク MAを組み込むことができ、上記と同様の雰囲気制御によって、カーボン付着等による光学素子の反射特性の劣化を抑制することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 露光装置の光学系に関する劣化の要因及び兆候の少なくとも一方を反映する観察要素をモニタする工程と、

前記観察要素のモニタ結果に応じて、還元性ガス、酸ィ匕性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも 1つを含む劣化抑制ガスを、前記容器中に導入する工程と

を備える露光装置の制御方法。

[2] 前記観察要素は、前記光学系を収容する容器中における酸素、水、及び有機物の少なくとも 1つを含む劣化要因ガスの分圧であり、

前記劣化要因ガスのモニタ結果に応じて、前記容器中における前記劣化要因ガスの分圧に対して、前記劣化抑制ガスの分圧が所定範囲の比率となるように前記容器中に当該劣化抑制ガスを導入することを特徴とする請求項 1記載の露光装置の制御方法。

[3] 前記劣化要因ガスは、酸素及び水の少なくとも 1つを含む酸ィ匕劣化性ガスであり、前記劣化抑制ガスは、還元性ガス及びフッ素化ガスの少なくとも 1つを含む酸ィ匕阻止ガスであることを特徴とする請求項 2記載の露光装置の制御方法。

[4] 前記劣化抑制ガスとしての前記酸ィ匕阻止ガスに関する前記所定範囲の比率は、 1

X 10_⁷から 1 X 10⁴であることを特徴とする請求項 3記載の露光装置の制御方法。

[5] 前記劣化要因ガスは、有機物を含む被膜形成ガスであり、前記劣化抑制ガスは、還元性ガス、酸ィ匕性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも 1つを含む被膜除去ガスであることを特徴とする請求項 2記載の露光装置の制御方法。

[6] 前記劣化抑制ガスとしての前記被膜除去ガスに関する前記所定範囲の比率は、 1

X 10_²から 1 X 10⁸の範囲であることを特徴とする請求項 5記載の露光装置の制御方法。

[7] 前記観察要素は、露光装置の光学系を構成する少なくとも 1つの光学素子の分光特性であり、

前記少なくとも 1つの光学素子の分光特性のモニタ結果に応じて、前記劣化抑制ガスを、前記少なくとも 1つの光学素子を収容する容器中に導入することを特徴とする請求項 1記載の露光装置の制御方法。

[8] 前記容器中に収容される光学系は、紫外線及び極端紫外線の少なくとも 1つの波長域で使用されることを特徴とする請求項 1から請求項 7のいずれか一項記載の露光装置の制御方法。

[9] マスクのパターン像を基板上に形成するための露光方法であって、

露光用の光学系に関する劣化の要因及び兆候の少なくとも一方を反映する観察要素をモニタする工程と、

を備える露光方法。

[10] 前記観察要素は、前記光学系を収容する容器中における酸素、水、及び有機物の少なくとも 1つを含む劣化要因ガスの分圧であり、

前記劣化要因ガスのモニタ結果に応じて、前記容器中における前記劣化要因ガスの分圧に対して、前記劣化抑制ガスの分圧が所定範囲の比率となるように前記容器中に当該劣化抑制ガスを導入することを特徴とする請求項 9記載の露光方法。

[11] 前記観察要素は、前記光学系を構成する少なくとも 1つの光学素子の分光特性であり、

前記少なくとも 1つの光学素子の分光特性のモニタ結果に応じて、前記劣化抑制ガスを、前記少なくとも 1つの光学素子を収容する容器中に導入することを特徴とする請求項 9記載の露光方法。

[12] 紫外線及び極端紫外線の少なくとも 1つの波長域にある光源光を発生させる光源と前記光源力の光源光を転写用のマスクに導く照明光学系と、

前記マスクのパターン像を基板上に形成する投影光学系と、

前記投影光学系を含む光学系に関する劣化の要因及び兆候の少なくとも一方を反映する観察要素をモニタするセンサと、

モニタ結果に応じて、還元性ガス、酸ィ匕性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも 1つを含む劣化抑制ガスを導入するガス導入装置と、

モニタ結果に応じて、前記ガス導入装置の動作を制御する制御装置とを備える露光装置。

[13] 紫外線及び極端紫外線の少なくとも 1つの波長域にある光源光を発生させる光源と前記光源力の光源光を転写用のマスクに導く照明光学系と、

前記マスク、前記照明光学系及び前記投影光学系のうち少なくとも一部の光学素子を収容する容器中における酸素、水、及び有機物の少なくとも 1つを含む劣化要因ガスの分圧をモニタするセンサと、

前記容器中に還元性ガス、酸ィ匕性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも 1つを含む劣化抑制ガスを導入するガス導入装置と、

前記劣化要因ガスのモニタ結果に応じて前記ガス導入装置の動作を制御することにより、前記容器中における前記劣化要因ガスの分圧に対して劣化抑制ガスの分圧を所定範囲の比率とする制御装置と

を備える露光装置。

[14] 前記劣化要因ガスは、酸素及び水の少なくとも 1つを含む酸ィ匕劣化性ガスであり、前記劣化抑制ガスは、還元性ガス及びフッ素化ガスの少なくとも 1つ含む酸ィ匕阻止ガスであることを特徴とする請求項 13記載の露光装置。

[15] 前記劣化要因ガスは、有機物を含む被膜形成ガスであり、前記劣化抑制ガスは、還元性ガス、酸ィ匕性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも 1つを含む被膜除去ガスであることを特徴とする請求項 13記載の露光装置。

[16] 紫外線及び極端紫外線の少なくとも 1つの波長域にある光源光を発生させる光源と前記光源力の光源光を転写用のマスクに導く照明光学系と、

前記マスク、前記照明光学系及び前記投影光学系を構成するとともに容器に収容される少なくとも一部の光学素子のうち、少なくとも 1つの光学素子の分光特性をモニタするセンサと、

前記少なくとも 1つの光学素子の分光特性のモニタ結果に応じて、前記ガス導入装置の動作を制御する制御装置と

を備える露光装置。

請求項 12から請求項 16のいずれか一項記載の露光装置を用いるデバイス製造方法。