JP2012146712A - クリーニング方法およびクリーニング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＵＶ露光装置のマスクや光学系の表面に付着した炭素コンタミネーションを、当該マスクや光学系にダメージを与えることなく、効率的に分解・除去する。
【解決手段】クリーニング装置４０は、表面に炭素コンタミネーション４４が付着した多層膜ミラー４１を収容する処理室４３を備えている。処理室４３の上面には、水銀ランプ４５を備えた光照射装置４６が設置され、この水銀ランプ４５から発する波長２５４ｎｍの深紫外光が処理室４３の内部に照射される。また、処理室４３の内部には、酸素供給源５１から酸素ガスが導入され、不飽和炭化水素供給源５２からエチレンガスが導入される。処理室４３の内部に導入された酸素ガスおよびエチレンガスに深紫外光が照射されると、これらのガスから生じたイオンやラジカルが炭素コンタミネーション４４を分解する。
【選択図】図１

Description

本発明は、クリーニング技術に関し、特に、露光光源として極端紫外線(Extreme Ultra-Violet：以下、ＥＵＶという)を用いる露光装置に設置されたミラーや光学系の表面に付着した炭素コンタミネーションのクリーニング技術に関するものである。

ＬＳＩ等の半導体装置の製造過程では、半導体ウエハ（以下、ウエハという）の表面に微細な回路パターンを形成する方法として、回路パターンが描かれた原板であるマスク（レチクルともいう）に露光光を照射し、縮小光学系を介してウエハの表面に回路パターンを転写するリソグラフィー技術が用いられている。

近年、ＬＳＩの高集積化および高速化に伴い、回路パターンの微細化が急速に進んでいる。回路パターンの微細化の要求に応える手法としては、一般に露光光源の短波長化が用いられる。具体的には、ｇ線（波長＝４３６ｎｍ）やｉ線（波長＝３６５ｎｍ）のような紫外線を露光光源とするリソグラフィー技術から、ＫｒＦエキシマレーザー（波長＝２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザー（波長＝１９３ｎｍ）を露光光源とするリソグラフィー技術に移行し、最近では、さらなる微細化のために、水の屈折率を利用した液浸ＡｒＦリソグラフィーや、露光を２回行うダブルパターニング技術についても量産化への適用が進められている。

また、最近では、より短波長な高エネルギー線を用いる技術として、ＥＵＶ（波長＝１３．５ｎｍ）を露光光源として用いるリソグラフィー技術も研究されている。このＥＵＶを露光光源に用いた場合は、解像可能な回路パターンの寸法がＡｒＦの波長の１／１０以下となることから、極微細なパターンの形成方法として注目を浴びている。

図５は、走査型ＥＵＶ露光装置の一例を示す概略構成図である。ＥＵＶ露光装置１０は、ＥＵＶ露光光束１２を発生するＥＵＶ光源１１、照明ミラー１４、１５、１６からなる照明光学系１３、投影ミラー３１、３２、３３、３４、３５、３６からなる投影光学系３７、折り返しミラー１７、反射型のマスク２１を装着するマスクステージ２２、被露光体であるウエハ２３を搭載するウエハステージ２４、これらを収納する空間であるチャンバ２５、チャンバ２５内を排気する複数のポンプ２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄなどで構成されている。

図示は省略するが、上記折り返しミラー１７、マスク２１および投影ミラー３１〜３６の各表面には、ＥＵＶ露光光束１２を正反射させるための多層膜が形成されている。また、ウエハ２３の表面にはＥＵＶ用のレジストが塗布されている。マスクステージ２２とウエハステージ２４は、縮小倍率に比例した速度比で同期して走査する機構を有している。

走査型のＥＵＶ露光装置１０は、マスク２１とウエハ２３を同期させて走査し、１ショットの露光を行う（スキャン露光と呼ばれる）。すなわち、ＥＵＶ光源１１から発するＥＵＶ露光光束１２がマスク２１とウエハ２３を同時に走査しながらウエハ２３を露光し、１ショット分の露光が行われた後、ＥＵＶ露光光束１２が停止すると、１ショット（１スキャンとも呼ばれる）が終了する。次に、ステップと呼ばれる次露光ショットの初期位置にウエハ２３が移動する。その後、再度マスク２１とウエハ２３の走査による露光（２回目のスキャン）が行われる。このように、ＥＵＶ露光装置１０を用いた露光工程では、スキャンとステップとが交互に繰り返されながらウエハ２３のほぼ全面が露光される。

一般に、ＥＵＶ光は、あらゆる物質によって吸収される特性があるため、空気中を透過することができない。従って、ＥＵＶ露光装置は、露光光を十分な照度でウエハ表面に到達させるために、露光光路上の吸光物質を低減もしくは排除し、光路空間を高真空状態に保っている。また、光路空間を放出ガスが極力少ない物質で構成している。

上記ＥＵＶ露光装置においては、ＥＵＶ光の照射によってレジストから発生する放出ガスが光路空間に滞在する。ここで、放出ガスとは、露光時にレジスト組成物が分解して発生する炭素化合物を主成分とするガスのことを指す。そして、この放出ガスがＥＵＶ光によって励起されると、炭素化合物同士が結合し、いわゆるコンタミネーションと呼ばれる堆積物となってマスクや光学系（ミラー）の表面に付着する。

上記したコンタミネーションがマスクやミラーの表面に付着すると、ミラーの反射率が低下し、ウエハの表面に到達するＥＵＶ光の光量が減少するので、マスクの回路パターンをレジストに転写するのに要する露光時間が増加してしまう。また、ＥＵＶ光の照度ムラが増大したり、波面収差が増加したりする等、ＥＵＶ露光装置の光学性能が著しく劣化するために、回路パターンの転写精度が低下してしまう。

そこで、下記の特許文献１〜３などに開示されているように、ＥＵＶ露光装置内で発生したコンタミネーションを除去する技術が種々提案されている。

特許文献１（特開２００６−１３５３０７号公報）には、露光装置内に導入した水素含有ガスから生成させた水素ラジカルによって炭素コンタミネーションを除去する技術が開示されている。

特許文献２（特開２００６−２６９９４２号公報）には、ＥＵＶ露光装置の光路空間に不活性ガス供給装置を設けると共に、光路空間とウエハステージ空間との間に排気空間を設け、レジストから発生した炭素コンタミネーションを不活性ガスと共に排気空間に排出させる技術が開示されている。

特許文献３（特開２００５−１０１５３７号公報）には、ＥＵＶ露光装置の光路空間に設けたクライオパネル等のコールドトラップを用いてコンタミネーションを吸着する技術が開示されている。

その他、例えば水銀ランプから発する波長２５４ｎｍの深紫外光や、Ｘｅ_２エキシマランプから発する波長１７２ｎｍの真空紫外光を酸素の存在下で照射するコンタミネーション除去方法なども古くから知られている。

なお、本発明とは適用対象が異なるが、特許文献４（特開２００８−２９４１７０号公報）には、オゾンガスと不飽和炭化水素ガスとを基板に供給することによって、基板上のレジストを除去する技術が開示されいる。また、特許文献５（特開２００８−２９４１６８号公報）には、オゾンガスと不飽和炭化水素ガスと水蒸気とを基板に供給することによって、基板上のレジストを除去する技術が開示されている。

特開２００６−１３５３０７号公報 特開２００６−２６９９４２号公報 特開２００５−１０１５３７号公報 特開２００８−２９４１７０号公報 特開２００８−２９４１６８号公報

本発明者の検討によれば、上記した従来の炭素系コンタミネーション除去方法は、いずれもＥＵＶ露光装置の光学系やマスクなどにダメージを与えることなく、効率的にコンタミネーションを除去することが困難である。

例えば特許文献１に記載された水素ラジカル法では、プラズマ発生法またはホットフィラメント法によって水素ラジカルを発生させるが、プラズマ発生法は、ランプに比べて設備が大掛かりになるという問題がある。一方、ホットフィラメント法の場合は、発生する熱によってマスクがダメージを受けるという問題があり、その対策として熱を回避する装置構成を採用すると設備が重くなり、かつ炭素系コンタミネーションの除去効率が低下するという問題が生じる。

また、酸素の存在下で深紫外光や真空紫外光を照射する方法の場合は、設備が比較的簡便であるものの、コンタミネーションの除去効率が低いという問題がある。

本発明の目的は、ＥＵＶ露光装置のチャンバ内に設置されたマスクや光学系に付着した炭素コンタミネーションを、当該マスクや光学系にダメージを与えることなく、効率的に分解・除去することのできるクリーニング技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの一態様を簡単に説明すれば、次のとおりである。

この一態様であるクリーニング方法は、被処理部材の近傍に酸素と不飽和炭化水素とを含む混合ガスを供給し、前記混合ガスに深紫外光および／または真空紫外光を照射することにより、前記被処理部材の表面の炭素コンタミネーションを分解・除去するものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの一実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

被処理部材の表面に付着した炭素コンタミネーションを、当該被処理部材にダメージを与えることなく、効率的に分解・除去することが可能となる。

本発明の一実施の形態であるクリーニング装置を示す概略図である。 多層膜ミラーの構成を示す概略断面図である。 本発明の他の実施の形態であるクリーニング装置を示す概略図である。 マスクの構成を示す概略断面図である。 走査型ＥＵＶ露光装置の一例を示す概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。さらに、実施の形態を説明する図面においては、構成を分かり易くするために、断面図であってもハッチングを省略する場合がある。

図１は、本発明の一実施の形態であるクリーニング装置４０を示す概略図である。このクリーニング装置４０は、ＥＵＶ露光装置のチャンバに収納された照明光学系、投影光学系といった光学部品やマスクなどの表面に付着した炭素コンタミネーションを除去するために使用される。

図１に示すように、クリーニング装置４０は、被処理部材である多層膜ミラー４１を載置するステージ４２が設けられた処理室４３を備えている。ステージ４２の上に載置された多層膜ミラー４１の表面には、例えば３０ｎｍ程度の膜厚を有する炭素コンタミネーション４４が付着している。この炭素コンタミネーション４４は、ＥＵＶ露光装置のチャンバに収納されたウエハの表面のレジスト組成物が分解して発生した炭素化合物に由来する異物である。

上記処理室４３の上面には、水銀ランプ４５を備えた光照射装置４６が設置されている。そして、この水銀ランプ４５から発する波長２５４ｎｍの深紫外光が処理室４３のウインドウ４７を通じて処理室４３の内部に照射されるようになっている。

また、上記処理室４３の外部には、酸素供給源５１と不飽和炭化水素供給源５２とが設置されている。そして、酸素供給源５１からは配管５３ａを通じて酸素ガスが、また、不飽和炭化水素供給源５２からは、配管５３ｂを通じて不飽和炭化水素ガスの一種であるエチレンガスが、それぞれ処理室４３の内部に供給されるようになっている。さらに、上記処理室４３の一端には、処理室４３の内部を減圧したり、処理室４３の内部で発生した分解ガスを外部に排出したりするための排気装置５４が接続されている。

図２に示すように、上記多層膜ミラー４１は、例えば基板７２と、この基板７２の上面に積層された多層膜７３およびキャッピング層７４などで構成されている。

上記多層膜ミラー４１の表面をクリーニングするには、まず、多層膜ミラー４１をＥＵＶ露光装置（図示せず）から取り外し、図１に示すクリーニング装置４０の処理室４３に収容されたステージ４２の上に載置する。

次に、排気装置５４を使って処理室４３の内部を減圧した後、酸素供給源５１に接続された配管５３ａのバルブ５５ａ、および不飽和炭化水素供給源５２に接続された配管５３ｂのバルブ５５ｂをそれぞれ開放することによって、処理室４３の内部に酸素ガスと、不飽和炭化水素ガスの一種であるエチレンガスとを導入する。

続いて、光照射装置４６の水銀ランプ４５を点灯し、処理室４３の内部に導入された酸素ガスおよびエチレンガスに波長２５４ｎｍの深紫外光を照射する。これにより、酸素およびエチレンから生じたイオンやラジカルによって、多層膜ミラー４１の表面の炭素コンタミネーション４４が徐々に分解する。

多層膜ミラー４１の表面をクリーニングする時間は、あらかじめＥＵＶ露光装置の稼働時間と炭素コンタミネーション４４の膜厚との関係を調べておき、ＥＵＶ露光装置の稼働時間に応じてクリーニング時間を設定すればよい。これにより、過剰なクリーニングによる多層膜ミラー４１の表面のダメージを回避することができる。

クリーニング装置４０の処理室４３に導入する不飽和炭化水素としては、上記エチレンの他、炭素同士の二重結合を有するもの（アルケン）または炭素同士の三重結合を有するもの（アルキン）のうち分子量の小さいもの、具体的にはプロペン、ブテン、アセチレンなどを使用することができる。また、これらの不飽和炭化水素を２種以上混合して使用することもできる。本発明者の実験によれば、これらの低分子アルケンおよび低分子アルキンのうち、エチレン単体を用いたときに最も効率よく炭素コンタミネーション４４を分解・除去することができた。

また、酸素と不飽和炭化水素の組成比（モル比）を種々変化させて炭素コンタミネーション４４の分解・除去レートを調べたところ、酸素が１に対して不飽和炭化水素が１×１０^−３〜１の範囲であるとき、分解・除去レートが最大であった。また、分解・除去レートは多少低くなるが、酸素ガスに代えて空気を使用した場合でも炭素コンタミネーション４４を分解・除去することができた。

また、炭素コンタミネーション４４の除去効率をさらに高めるため、例えば図３に示すように、多層膜ミラー４１を載置するステージ４２の内部にヒータ４８を設置し、多層膜ミラー４１およびその表面の炭素コンタミネーション４４を適度に加熱してもよい。このようにした場合は、処理室４３に酸素のみを導入し、室温で炭素コンタミネーション４４を分解・除去した場合と比べて２倍以上の分解・除去レートが得られた。また、多層膜ミラー４１の耐熱限界以下の温度でクリーニングを行うことにより、多層膜ミラー４１へのダメージも皆無であった。

また、多層膜ミラー４１だけでなく、マスクに対しても同様の処理を行った結果、マスクにダメージを与えることなく、マスク表面の炭素コンタミネーションを効率よく分解・除去することができた。図４に示すように、ＥＵＶ露光で使用するマスク２１は、基板６１と、この基板６１の上面に積層された多層膜６２、キャッピング層６３、バッファー層６４、ＥＵＶ光を吸収する吸収体６５などで構成されている。また、基板６１の裏面にはＥＵＶ光を反射するメタル層６６が形成されている。

酸素と不飽和炭化水素に照射する深紫外光の光源は、上記水銀ランプ４５に限定されるものではなく、例えば波長２２２ｎｍの深紫外光を発するＫｒＣｌエキシマランプなどを使用することもできる。また、深紫外光に限定されず、真空紫外光を照射することもできる。この場合の光源としては、例えば波長１７２ｎｍの真空紫外光を発するＸｅ_２エキシマランプなどを使用することができる。さらに、これらのランプのうち、２種以上のものを同時に使用することもできる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明は、ＥＵＶ露光装置のマスクや光学系の表面に付着した炭素コンタミネーションのクリーニングに利用することができる。

１０ ＥＵＶ露光装置
１１ ＥＵＶ光源
１２ ＥＵＶ露光光束
１３ 照明光学系
１４、１５、１６ 照明ミラー
１７ 折り返しミラー
２１ マスク
２２ マスクステージ
２３ ウエハ
２４ ウエハステージ
２５ チャンバ
２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ ポンプ
３１、３２、３３、３４、３５、３６ 投影ミラー
３７ 投影光学系
４０ クリーニング装置
４１ 多層膜ミラー
４２ ステージ
４３ 処理室
４４ 炭素コンタミネーション
４５ 水銀ランプ
４６ 光照射装置
４７ ウインドウ
４８ ヒータ
５１ 酸素供給源
５２ 不飽和炭化水素供給源
５３ａ、５３ｂ 配管
５４ 排気装置
５５ａ、５５ｂ バルブ
６１ 基板
６２ 多層膜
６３ キャッピング層
６４ バッファー層
６５ 吸収体
６６ メタル層
７２ 基板
７３ 多層膜
７４ キャッピング層

Claims (8)

1. 被処理部材の近傍に酸素と不飽和炭化水素とを含む混合ガスを供給し、前記混合ガスに深紫外光および／または真空紫外光を照射することにより、前記被処理部材の表面の炭素コンタミネーションを分解・除去することを特徴とするクリーニング方法。
2. 前記不飽和炭化水素は、エチレンであることを特徴とする請求項１記載のクリーニング方法。
3. 前記混合ガスは、前記酸素と前記不飽和炭化水素のモル比が、酸素：不飽和炭化水素＝１：１×１０^−３〜１の範囲であることを特徴とする請求項１記載のクリーニング方法。
4. 被処理部材の表面の炭素コンタミネーションを分解・除去するクリーニング装置であって、
   前記被処理部材を収容する処理室と、前記処理室の内部に深紫外光および／または真空紫外光を照射する光照射装置と、前記処理室の内部に酸素と不飽和炭化水素とを含む混合ガスを供給するガス供給源とを備えていることを特徴とするクリーニング装置。
5. 前記不飽和炭化水素は、エチレンであることを特徴とする請求項４記載のクリーニング装置。
6. 前記混合ガスは、前記酸素と前記不飽和炭化水素のモル比が、酸素：不飽和炭化水素＝１：１×１０^−３〜１の範囲であることを特徴とする請求項４記載のクリーニング装置。
7. 前記光照射装置は、前記深紫外光を発する水銀ランプ、前記深紫外光を発するＫｒＣｌエキシマランプ、前記真空紫外光を発するＸｅ_２エキシマランプのうち、いずれか１種以上を備えていることを特徴とする請求項４記載のクリーニング装置。
8. 前記被処理部材を所定の温度に加熱する加熱装置をさらに備えていることを特徴とする請求項４記載のクリーニング装置。

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