JP2006210529A - 投影露光装置及び光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
カーボン付着による光学素子の反射特性の劣化を抑制し、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を提供すること。
【解決手段】
イオン化ガスＩＧが、ジェット状に真空容器８４内にくまなく行き渡り、真空容器８４中に浮遊する劣化要因粒子ＨＰに衝突する。この際、イオン化ガスＩＧが有する電荷の一部を劣化要因粒子ＨＰに与えることで、劣化要因粒子ＨＰが帯電する。一方、電源装置８９により所望の電圧が捕集電極８８に印加される。これにより、劣化要因粒子ＨＰは、捕集電極８８側即ち排気装置８５の近傍に引き寄せられて捕集電極８８を通過し、排気装置８５を介して真空容器８４外に排出される。
【選択図】
図１

Description

本発明は、極端紫外線等で使用され、マスクのパターン像を基板上に形成する投影露光装置その他の光学装置に関する。

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達成される光学系の解像度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（例えば１１〜１４ｎｍ）となる極端紫外線（ＥＵＶ）を用いた露光技術が開発されている。これにより約５〜７０ｎｍのパターンサイズの露光が可能になるものと期待されている（例えば、非特許文献１、特許文献１参照）。
D. Tichenor, et al., SPIE2437(1995)292 特開２００３−１４８９３号公報

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、か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炭素化合物微粒子や炭素化合物分子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、炭素化合物微粒子や炭素化合物分子等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。

そこで、本発明は、極端紫外線等の照射下でも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等を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、第１の発明に係る投影露光装置は、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、光源から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に用いる光学素子のうち少なくとも一部を収容する真空容器と、劣化要因粒子を帯電させるためのイオン化ガスを真空容器中へ供給するイオン化ガス発生装置と、イオン化ガスにより帯電した劣化要因粒子を捕集する捕集電極と、真空容器内を排気する排気装置とを備える。

本発明においては、イオン化ガス発生装置により真空容器中へ供給されたイオン化ガスが、真空容器内に存在する劣化要因粒子を帯電させる。さらに、捕集電極が帯電した劣化要因粒子を所望の場所に集め、排気装置によって集められた劣化要因粒子を効果的に排気することができる。これにより、劣化要因粒子である炭素化合物微粒子、炭素化合物分子等が、マスク、照明光学系及び投影光学系に用いられる光学素子表面の物質とともに紫外線や極端紫外線に照射されることを回避できる。以上のような理由により、光学素子表面で光ＣＶＤ現象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が劣化することを抑制することができる。

また、第２の発明は、第１の発明に係る投影露光装置において、イオン化ガス発生装置が、イオン化ガスを間欠的に真空容器内に供給する。この場合、イオン化ガスの供給を間欠的に行うことで、真空容器内を一般的に高い真空度に維持でき、紫外線や極端紫外線が光路上で吸収されることによる投影露光装置の性能の低下を防止できる。

また、第３の発明は、第１または第２の発明に係る投影露光装置において、捕集電極が、排気装置の近傍に設置される。この場合、捕集電極が排気装置の近傍に設置されているので、捕集電極により引き寄せられた劣化要因粒子が、効率よく排気装置から排気される。

また、第４の発明は、第１〜第３の発明に係る投影露光装置において、イオン化ガス発生装置が、真空容器内の雰囲気圧との差圧によってイオン化ガスを供給する。この場合、当該差圧により、イオン化ガスが真空容器内にくまなく迅速に行き渡るので、真空容器中に存在する劣化要因粒子を効果的に帯電させることができる。

また、第５の発明は、第１〜第４の発明に係る投影露光装置において、イオン化ガス発生装置が、ＲＦ電極によるヘリウムガスのプラズマ化によってイオン化ガスを発生させる。この場合、ＲＦ電極により汚染の問題を生じることなくイオン化ガスを発生させることができる。また、イオン化ガスの材料としてヘリウムガスを用いるので、紫外線や極端紫外線の吸収が少なく、当該吸収による投影露光装置の性能の低下を抑制することができる。

また、上記課題を解決するために、第６の発明に係る光学装置は、紫外線波長以下の所定波長の電磁波に対して使用される光学素子と、光学素子を収容する真空容器と、劣化要因粒子を帯電させるためのイオン化ガスを真空容器中へ供給するイオン化ガス発生装置と、イオン化ガスにより帯電した劣化要因粒子を捕集する捕集電極と、真空容器内を排気する排気装置とを備える。

本発明においては、イオン化ガス発生装置により真空容器中へ供給されたイオン化ガスが、真空容器内に存在する劣化要因粒子を帯電させる。さらに、捕集電極が帯電した劣化要因粒子を適所に集め、排気装置が集められた劣化要因粒子を排気する。これにより、劣化要因粒子である炭素化合物微粒子、炭素化合物分子等が、光学素子表面の物質とともに極端紫外線等の高エネルギーの電磁波に照射されることを回避できる。以上により、光学素子の透過特性や反射特性が劣化することを抑制することができるため、当該光学装置では、用いている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。

図１は、本発明の一実施形態に係る投影露光装置の構造を説明するための図である。この投影露光装置１００は、光学系として、極端紫外線（波長１１〜１４ｎｍ）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エハ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、ウエハＷＡを支持するウエハステージ８２とを備える。また、投影露光装置１００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、イオン化ガスＩＧを真空容器８４中へ供給するためのイオン化ガス発生装置８６と、イオン化ガスＩＧの原料であるヘリウムガスをイオン化ガス発生装置８６に供給するガス源８７と、イオン化ガスＩＧにより帯電した劣化要因粒子ＨＰを捕集する捕集電極８８と、捕集電極８８に所望の電圧を印加する電源装置８９とを備える。さらに、投影露光装置１００は、光源装置５０と、マスクステージ８１と、ウエハステージ８２と、排気装置８５と、イオン化ガス発生装置８６と、ガス源８７と、電源装置８９とを統括して動作の制御を行う制御装置９０を備える。

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やコリメータミラー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光源からの放射光等を使用することができる。

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、偏向ミラー６４等により構成される。光源装置５０からの光源光を、オプティカルインテグレータ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、偏向ミラー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。

尚、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。

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によってレジストが塗布されたウエハ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とウエハＷＡとを同期して移動させる走査露光によって、マスクＭＡ上に形成された矩形の回路パターンをウエハＷＡ上の矩形領域に無駄なく転写することができる。

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６０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によって外部から遮断するとともに、極端紫外線の光路を所定の真空度（例えば、１．３×１０^−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。

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反射型の光学素子であるコンデンサ５４、コリメータミラー５５、オプティカルインテグレータ６１，６２、コンデンサミラー６３、偏向ミラー６４、ミラー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種類の物質からなる薄膜層を当該基材上に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。この際、光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４の光学面の形状は、平面に限らず、凹面、凸面、多面等組み込む場所によって適宜調整する。

排気装置８５は、排気口８５aを介して真空容器８４に接続された真空ポンプを有しており、真空容器８４内部を必要な真空度に維持する。つまり、真空ポンプによって、真空容器８４内部の雰囲気が排気口８５aから排気装置８５内部へ吸引され、真空ポンプの動作を制御することによって、真空容器８４内部の真空度が調整される。尚、排気装置８５において、排気口８５ａと真空ポンプとの間に導管、補助室等を介在させ、両者を分離して配置することもできる。

イオン化ガス発生装置８６は、容量結合方式によりプラズマを発生させるＲＦ（高周波）電極８６ａと接地電極８６ｂとを真空槽８６ｃ内に内蔵するとともに、イオン化ガスＩＧの材料となるヘリウムガスの供給源であるガス源８７に接続されている。イオン化ガス発生装置８６は、ガス源８７から流入するヘリウムガスを、ＲＦ電極８６ａと接地電極８６ｂとによりプラズマ化することで、劣化要因粒子ＨＰを帯電させるためのイオン化ガスＩＧを発生させる。尚、ＲＦ電極８６ａは、ブロッキングコンデンサ８６ｄを介してＲＦ電源８６ｅに接続されている。一方、接地電極８６ｂは、アースされている。

尚、発生したイオン化ガスＩＧが真空容器８４内にくまなく行き渡るために、排気装置８５とイオン化ガス発生装置８６とは、対極した位置になるように真空容器８４に取り付けられている。

捕集電極８８は、板状の電極であり、排気装置８５の排気口８５aの近傍に設置されている。より具体的には、捕集電極８８は、一対の板状電極であり、両板状電極間の間隙が排気口８５aの正面に位置するように排気口８５aに近接して設置されている。また、捕集電極８８は、電源装置８９に接続されている。電源装置８９により捕集電極８８に所望の電圧が印加される。捕集電極８８に印加する電圧とは、例えば、所定のＤＣ電圧とするが、ＤＣ電圧以外にも、例えば、連続パルス状の電圧とすることもできる。

以下、図１に示す投影露光装置１００内における劣化要因粒子ＨＰの捕捉について説明する。ガス源８７からイオン化ガス発生装置８６に流入されたヘリウムガスは、イオン化ガス発生装置８６の真空槽８６ｃ内に注入される。ＲＦ電源８６ｅが制御装置９０によって制御されることにより、平行に配置されたＲＦ電極８６ａと接地電極８６ｂとの間で電界が生じ、ヘリウムガスがプラズマ化する。これにより、ヘリウムイオンと電子とがＲＦ電極８６ａと接地電極８６ｂとの間において混在した状態となり、劣化要因粒子ＨＰを帯電させるためのイオン化ガスＩＧとしてヘリウムイオンを発生させることができる。

ここで、劣化要因粒子ＨＰとは、炭素化合物微粒子や炭素化合物分子等を意味し、分子レベルの粒子から塵のような大きな粒子までを含む。劣化要因粒子ＨＰは、投影露光装置等において、光学系のおかれる環境（ここでは真空容器８４内）で高い真空性を維持したとしても、光学系を構成する光学素子の周囲から完全に排除することはできない。劣化要因粒子ＨＰは、例えば極端紫外線下での光化学気相堆積等により、光学系の光学素子表面にカーボン膜を生成し、光学系の寿命を短くする。従って、劣化要因粒子ＨＰを捕捉あるいは集塵し、真空容器８４内から取り除くことは重大な課題である。

イオン化ガス発生装置８６及びガス源８７は、制御装置９０の制御下で駆動され、真空容器８４内の雰囲気圧との差圧によってイオン化ガスＩＧを真空容器８４中に適当なタイミングで必要量だけ供給する。イオン化ガスＩＧを真空容器８４に供給する量は、光学素子表面のカーボン膜形成を防止できる程度のものに制御される。また、イオン化ガスＩＧを供給するタイミングは、例えば、制御装置９０がマスクステージ８１及びウエハステージ８２等の動作に関連させて制御を行うことで、極端紫外線を照射しないウエハＷＡの交換時とすることができる。これにより、極端紫外線の光路を所定の真空度に維持することが可能となり、かつ、スループットを低下させることがない。尚、イオン化ガスＩＧとして、当該プラズマ化によって生じるヘリウムイオンを用いているため、特にイオン化ガスＩＧによる極端紫外線の吸収が少ない。

真空容器８４中に射出されたイオン化ガスＩＧは、真空容器８４内の雰囲気圧との差圧によりジェット状に真空容器８４内にくまなく行き渡る。これにより、イオン化ガスＩＧ（図１中白丸で誇張して表示）は、真空容器８４中に浮遊して存在する炭素化合物微粒子や炭素化合物分子等の劣化要因粒子ＨＰ（図１中黒丸で誇張して表示）に衝突する。この際、正に帯電したヘリウムイオンであるイオン化ガスＩＧが有する電荷を劣化要因粒子ＨＰに与えることで、劣化要因粒子ＨＰが正に帯電する。一方、排気装置８５の近傍に設置されている捕集電極８８には、電源装置８９により適当な負の電圧が印加されている。つまり、電源装置８９が制御装置９０の制御下で駆動され、正に帯電した劣化要因粒子ＨＰが捕集電極８８に吸引されるように捕集電極８８の周辺に電界勾配が形成される。これにより、正に帯電した劣化要因粒子ＨＰは、捕集電極８８側即ち排気装置８５の近傍に引き寄せられて捕集電極８８を通過し、制御装置９０の制御下で排気装置８５が電源装置８９に連動して駆動されることにより、効率よく排気装置８５を介して真空容器８４外に排出される。

通常、劣化要因粒子ＨＰである炭素化合物微粒子や炭素化合物分子等は、真空容器８４内に浮遊しているが、真空容器８４は、内部が所定の真空度に維持されているため、気流による劣化要因粒子ＨＰの捕捉は困難である。また、劣化要因粒子ＨＰは、電気的、磁性的に中性であるため、電界や磁界をかけても捕捉することはできない。しかし、本実施形態における投影露光装置１００では、イオン化ガスＩＧとの衝突によって劣化要因粒子ＨＰが帯電するので、排気装置８５の近傍に設置された捕集電極８８の周辺に電界が発生し、劣化要因粒子ＨＰを引き寄せて捕捉することが可能となる。

劣化要因粒子ＨＰを捕捉することにより、光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４，ＭＡ表面にカーボン膜が生成することを抑制できるので、各光学系６０，７０やマスクＭＡの寿命を延ばすことができる。

以下、図１に示す投影露光装置１００の露光動作について説明する。この投影露光装置では、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によってウエハＷＡ上に投影される。これにより、マスクＭＡのパターン像がウエハＷＡに転写される。

以上説明した投影露光装置では、高反射率で高精度に制御された光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４，ＭＡが用いられており、高精度の露光が可能になる。さらに、この投影露光装置では、光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４，ＭＡの表面すなわち光学面において保護層の存在によってカーボン膜の生成が抑制されているので、これら光学素子の反射特性が劣化するのを防ぎ、投影露光装置の寿命を長くすることができる。

また、イオン化ガスＩＧを真空容器８４中に供給するタイミングの例示として、極端紫外線を照射しないウエハＷＡの交換時としたが、露光過程において大きな影響が出るほどのスループットの低下が生じなければ、これ以外のタイミングであってもよい。例えば、極端紫外線を規定回数又は規定時間照射した後、一旦照射を中止してからイオン化ガスＩＧを供給し、劣化要因粒子ＨＰを帯電させ、さらに、排気装置８５により、イオン化ガスＩＧや劣化要因粒子ＨＰを含む真空容器８４中の雰囲気を排気してもよい。

また、電極８６ａは、容量結合方式によりプラズマを発生させるものとしているが、所望のイオン化ガスＩＧを得られるのであれば、これ以外の方法であってもかまわない。例えば、同じくＲＦを用いるものとして、誘導結合方式によってもプラズマを発生させることができ、また、この他にも、例えば、フィラメントを用いたプラズマ発生方法であってもよい。

また、捕集電極８８は、板状の電極としたが、電源装置８９により電圧が印加されることで捕集電極８８の周辺に劣化要因粒子ＨＰを捕捉するための適当な電界を発生させることができれば、捕集電極８８の形状はこれに限られない。例えば、図２（ａ）、（ｂ）のようなハニカム状の捕集電極１８８であってもよい。この場合、より効果的な劣化要因粒子ＨＰの捕捉が可能となる。

また、図１では、排気装置８５及び捕集電極８８を一箇所に設けているが、これらを複数個所に設けることにより、さらに捕捉効果を高めることも可能である。尚、単一の排気装置８５に対して排気口８５aを複数設けることもできる。

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、上記本実施形態では、光学素子光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４，ＭＡ等が極端紫外線に用いられるものとして説明したが、上記のような光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４，ＭＡ等は、これらの光学素子反射面の形状やこれを形成する多層膜の設計変更によって軟Ｘ線顕微鏡、軟Ｘ線分析装置等の軟Ｘ線光学機器を構成する多層膜反射鏡として用いることもできる。このような、Ｘ線光学機器に適合するように真空容器中に組み込まれた光学素子も、上記実施形態の場合と同様に、長期間使用しても反射率が低下しないので、その初期性能を維持し続けることができる。

また、上記本実施形態では、露光光として極端紫外線を用いる投影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、同様の技術によりカーボン付着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。

本実施形態に係る投影露光装置の構造について説明するための図である。 本実施形態に係る捕集電極の変形例について説明するための図である。

符号の説明

１００…露光装置、 ５０…光源装置、 ５１…レーザ光源、 ５２…チューブ、 ５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４…光学素子、 ６０…照明光学系、 ７０…投影光学系、 ８１…マスクステージ、 ８２…ウエハステージ、 ８４…真空容器、 ８５…排気装置、 ８６…イオン化ガス発生装置、 ８７…ガス源、 ８８…捕集電極、 ＭＡ…マスク、 ＷＡ…ウエハ

Claims (6)

1. 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、
   前記光源から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、
   前記マスク、前記照明光学系及び前記投影光学系に用いる光学素子のうち少なくとも一部を収容する真空容器と、
   劣化要因粒子を帯電させるためのイオン化ガスを前記真空容器中へ供給するイオン化ガス発生装置と、
   前記イオン化ガスにより帯電した前記劣化要因粒子を捕集する捕集電極と、
   前記真空容器内を排気する排気装置と
   を備える投影露光装置。
2. 前記イオン化ガス発生装置は、前記イオン化ガスを間欠的に前記真空容器内に供給することを特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
3. 前記捕集電極は、前記排気装置の近傍に設置されることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項記載の投影露光装置。
4. 前記イオン化ガス発生装置は、前記真空容器内の雰囲気圧との差圧によって前記イオン化ガスを供給することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載の投影露光装置。
5. 前記イオン化ガス発生装置は、ＲＦ電極によるヘリウムガスのプラズマ化によって前記イオン化ガスを発生させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項記載の投影露光装置。
6. 紫外線波長以下の所定波長の電磁波に対して使用される光学素子と、
   前記光学素子を収容する真空容器と、
   劣化要因粒子を帯電させるためのイオン化ガスを前記真空容器中へ供給するイオン化ガス発生装置と、
   前記イオン化ガスにより帯電した前記劣化要因粒子を捕集する捕集電極と、
   前記真空容器内を排気する排気装置と
   を備える光学装置。

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