JP2006049596A - Ｅｕｖ露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＥＵＶ光に適した空間像検出機構を具備するＥＵＶ露光装置を提供する。
【解決手段】 空間像検出機構７は、少なくとも、投影光学系５によって生成した縮小転写像を検出する受光センサ８を具備しており、受光センサ８は光電子を検出して電流又は電圧を発生する機能を有している。受光センサ８に、ＥＵＶ光が入射すると光電子が生成し、例えばその電流量を測定することによって、ＥＵＶ光の強度を測定することができる。ウエハステージ６に搭載された空間像検出機構７を、ウエハステージ６を駆動することによって、空間像の幅方向に走査した場合に、受光センサ８から得られる電流の変化を検出することにより、転写原盤パターン９に形成された標準パターンの像を検出し、それにより、投影光学系５の特性を評価する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＥＵＶ光（(Extreme Ultraviolet：極端紫外光)、本明細書及び特許請求の範囲では、波長が１００ｎｍ以下の光を言う）を使用したＥＵＶ露光装置に関するものである。

半導体集積回路の集積度が増すに従い、回路パターンが微細化し、従来使用されていた可視光や紫外光を使用した露光装置では、その解像度が足らなくなってきている。周知のように、露光装置の解像度は、転写光学系の開口数（ＮＡ）に比例し、露光に使用する光の波長に逆比例する。そのため、解像度を上げる一つの試みとして、可視光や紫外光に代わり、波長の短いＥＵＶ（軟Ｘ線と称されることもある）光源を露光転写に使用する試みがなされている。

このような露光転写装置に使用されるＥＵＶ光発生装置として、特に有力視されているのがレーザプラズマＥＵＶ光源（以下では「ＬＰＰ（Laser Produced Plasma）」と記載することがある）と放電プラズマＥＵＶ光源である。

ＬＰＰは、パルスレーザ光を真空容器内の標的材料上に集光し、標的材料をプラズマ化して、このプラズマから輻射されるＥＵＶ光を利用するものであり、小型でありながら、アンジュレータに匹敵するほどの輝度を持つ。

又、Dense Plasma Focus（ＤＰＦ）などの放電プラズマを用いたＥＵＶ光源は小型であり、ＥＵＶ光量が多く、低コストである。これらは波長１３．５ｎｍのＥＵＶを用いたＥＵＶ露光装置の光源として近年注目を集めている。

このようなＥＵＶ露光装置の概要を図４に示す。図中、ＩＲ１〜ＩＲ４は照明光学系の反射鏡であり、ＰＲ１〜ＰＲ４は投影光学系の反射鏡である。Ｗはウエハ、Ｍはマスクである。

レーザ光源Ｌから照射されたレーザ光は、ターゲットＳに集光され、プラズマ現象により、ターゲットＳからＸ線を発生させる。このＸ線は、反射鏡Ｃ、Ｄにより反射され、平行なＸ線として照明光学系に入射する。そして、照明光学系の反射鏡ＩＲ１〜ＩＲ４により順次反射され、マスクＭの照明領域を照明する。マスクＭに形成されたパターンによって反射されたＸ線は、投影光学系の反射鏡ＰＲ１〜ＰＲ４によって順次反射され、パターンの像をウエハＷ面に結像する。

実際には、マスクＭはマスクステージに搭載され、ウエハＷはウエハステージに搭載されている。照明光学系は、マスクＭの全面を一度に照明することもできず、投影光学系もマスクＭの全面を一度に投影することができないので、マスクステージとウエハステージを同期して移動させ、露光転写領域を走査させることによって、マスクＭのパターンをウエハＷに露光転写している。

所望のパターンをウエハＷ上に形成するためには、投影光学系の収差を十分小さくすることが好ましく、特に投影光学系の波面収差（ｒｍｓ値）を波長の１／３０以下に、かつパターン歪を露光線幅の１／１０以下に保つと、コントラストの高い微細なパターンを形成することができる。例えば、露光波長が１３．５ｎｍ、投影光学系のＮＡが０．２５である場合、波面収差を０．５ｎｍｒｍｓ以下に、パターン歪を５ｎｍ以下にすると、４５ｎｍ程度のサイズのレジストパターンを形成することができる。

このような微小な波面収差およびパターン歪を長い期間維持するためには、投影光学系の光学性能を、逐次測定してやることが好ましい。さらに必要に応じて、劣化した投影光学系の性能を回復させる機能を露光装置に備えるとよい。

投影光学系の光学性能を評価する方法として、マスクＭ上に形成された基準となるパターンをウエハＭに露光転写し、レジストの露光とエッチングによりウエハ上に形成されたパターンの形状をＳＥＭ等で評価する方法が挙げられる。しかし、このような方法は、評価に時間がかかる上、レジストプロセスの不安定性に起因する誤差が大きいという欠点があった。

投影光学系の光学性能を評価する他の方法として、マスクＭ上に形成された基準となるパターンの投影像を、ウエハＷのあるべき位置で検出する方法が、従来の紫外線露光装置において用いられてきた。このような、従来の紫外線露光装置における空間像検出機構の例を図５に示す。

マスクステージ３１に搭載されたマスク３２には、所定形状の標準パターンが形成されており、この標準パターンの像が、照明光学系３３からの照明光により照明され、投影光学系３４により、ウエハ３５が存在すべき面に形成される。ウエハ３５を搭載するウエハステージ３６には、スリット状の開口を有する透過スリット３７が搭載されており、このスリットを透過した光が、空間像検出機構３８で検出されるようになっている。

空間像検出機構は、レンズ３９、４０、ミラー４１、及び光センサ４３を有し、スリット状の透過パターン（透明なガラス等）を透過してきた光の像を、レンズ３９、４０により光センサ４３の光電素子面に結像させ、スリットを透過した光量を測定するようになっている。

この状態でウエハステージ３６を図の矢印の方向（図面の左右方向）に走査することにより、図の左右方向の空間像の光量分布が計測できる。この光量分布を計測することにより、マスク３２に形成された標準パターンの像の形状を知ることができ、検出された像の形状から、投影光学系３４の性能を評価することができる。

しかし、ＥＵＶ露光装置に、上述の従来の空間像検出機構を適応する場合、ＥＵＶ光の強度ロスが大きいという問題点があった。例えば、透過パターンの基板のガラス板は、ＥＵＶ光を全く透過しない。ガラス板の代わりに非常に薄いメンブレン膜を基板に採用したり、スリット状の穴の明いたステンシルパターンを採用することも考えられるが、パターンがゆがみやすいという問題点があった。また、従来のレンズ光学系はＥＵＶ光には適応できない。レンズ光学系の代わりに反射光学系を採用しても、反射率が低いために、従来の空間像センサのような十分な光量を確保することは困難であった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ＥＵＶ光に適した空間像検出機構を具備するＥＵＶ露光装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、所望の回路パターンを形成したマスクに極短紫外線を照射する照明光学系と、前記マスクを保持するマスクステージと、前記回路パターンの像をウエハ上に縮小転写する投影光学系と、前記ウエハを保持するウエハステージと、前記投影光学系で形成される像の光強度分布を検出する空間像検出機構を具備したＥＵＶ露光装置であって、前記空間像検出機構は、前記マスク位置に形成された基準マークの、前記投影光学系によって生成した縮小転写像を検出する受光センサを具備し、当該受光センサは、受光部表面に光電変換効率の異なる少なくとも２種類の部材を所定の形状を有するように形成した構造を有するものであることを特徴とするＥＵＶ露光装置（請求項１）である。

本手段においては、受光センサによって、直接投影光学系で形成される像の光強度分布を検出する。このような受光センサは、受光部表面に光電変換効率の異なる少なくとも２種類の部材を所定の形状を有するように形成することによって実現できる。すなわち、例えば受光部表面の中央部分に光電変換率の高い部材をスリット状に形成し、受光部のその他の部分には光電変換率の低い部材を形成するようにすれば、受光センサを移動させることによって、従来の空間像検出機構と同様の機能を得ることができる。本手段の空間像検出機構は、レンズやミラーを使用していないので、これらの光学部材により、受光センサにとって十分検出可能な光量を得ることができる。なお、基準マークはマスク位置に形成されていればよく、マスクに形成しても良いし、マスクステージに直接形成しても良い。また、所定の形状とは基準マーク像の強度分布を測定可能な形状であればスリット状や十字状等どのようなパターンに配置されても良い。この基準マークの形成位置及び所定形状については後述する第２の手段を含め、本明細書中及び特許請求の範囲において同様に解釈される。

前記課題を解決するための第２の手段は、所望の回路パターンを形成したマスクに極短紫外線を照射する照明光学系と、前記マスクを保持するマスクステージと、前記回路パターンの像をウエハ上に縮小転写する投影光学系と、前記ウエハを保持するウエハステージと、前記投影光学系で形成される像の光強度分布を検出する空間像検出機構を具備したＥＵＶ露光装置であって、前記空間像検出機構は、前記マスク位置に形成された基準マークの、前記投影光学系によって生成した縮小転写像を検出する受光センサを具備し、当該受光センサは、受光部表面の一部に、ＥＵＶ光を吸収又は反射する部材を、所定の形状を有するように形成した構造を有することを特徴とするＥＵＶ露光装置（請求項２）である。

本手段においては、受光部表面の一部に、ＥＵＶ光を吸収又は反射する部材を、所定の形状を有するように形成している。よって、受光センサの光電変換面に入射する光量が、この部材の形状に従って変化するので、例えば、この部材の形状を、中央部にスリット状の穴が明いたようにすれば、前記第１の手段と同様の機能と作用効果を奏することができる。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記受光センサの最表面に、チタン層又はニッケル層のうち少なくとも一つが形成されていることを特徴とするもの（請求項３）である。

本手段においては、受光センサの最表面に、チタン層又はニッケル層のうち少なくとも一つが形成されているので、受光センサ表面への不純物の堆積を抑制することができる。

前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれかであって、少なくとも酸素を含んだガスを前記受光センサの表面に吹き付けるクリーニング機構を具備したことを特徴とするもの（請求項４）である。

本手段においては、受光センサの表面に堆積する不純物をパージすると共に、酸化して除去することが可能になる。

前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずれかであって、前記受光センサが、前記ウエハステージに固定されていることを特徴とするもの（請求項５）である。

受光センサをウエハステージに固定することにより、ウエハステージを駆動することにより受光センサを走査させることが可能になり、かつ、受光センサを標準パターンの結像面に位置させることが容易になる。

本発明によれば、ＥＵＶ光に適した空間像検出機構を具備するＥＵＶ露光装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例であるＥＵＶ露光装置の概要を示す図である。

ＥＵＶ露光装置は、回路パターンを形成したマスク１にＥＵＶ光を照射する照明光学系２と、マスク１を保持するマスクステージ３と、回路パターンの像をウエハ４上に縮小転写する投影光学系５と、ウエハ４を保持するウエハステージ６と、投影光学系５で形成される像の光強度分布を検出する空間像検出機構７とを有している。空間像検出機構７は、少なくとも、投影光学系５によって生成した縮小転写像を検出する受光センサ８を具備しており、受光センサ８は光電子を検出して電流又は電圧を発生する機能を有している。受光センサ８に、ＥＵＶ光が入射すると光電子が生成し、例えばその電流量を測定することによって、ＥＵＶ光の強度を測定することができる。

この実施の形態で使用されるＥＵＶ光の波長は１３．５ｎｍであり、投影光学系５の開口数は０．２５、投影倍率は１／４である。

標準となる空間像を生成させるために必要な転写原版パターンは、マスク１上に設けられたパターンでよいが、図１に示すようにマスクステージ３上に専用の転写原盤パターン９を設けて、その縮小投影像を空間像検出機構７で検出してもよい。

この実施の形態においては、転写原盤パターン９は、多層膜表面にタンタルの膜をパターン状に形成したものとしている。パターンとして、線幅１８０ｎｍの５本のラインを用いると、像面上に線幅４５ｎｍのライン上のパターンが５本形成される。

本実施の形態における空間像検出機構７で使用される受光センサ８の例を図２に示す。図２（ａ）は、受光センサの表面に、光電変換効率の異なる少なくとも２種類の部材Ａ、Ｂを設けて、これらがＥＵＶ光を受けて発生する電流を検出するようにしている。すなわち、基板８ａの上に光電変換効率の小さな物質Ａを形成し、さらのその上に光電変換効率の大きい物質Ｂを所定形状に形成している。物質Ｂのパターンは、空間像サイズの１／２の幅を有し、空間像サイズと同じ長さを有するライン状の形状としている。すなわち、線幅４５ｎｍのパターンを検出するために、物質Ｂのパターン幅は約２２．５ｎｍとしている。

図１におけるウエハステージ６に搭載された空間像検出機構７を、ウエハステージ６を駆動することによって、空間像の幅方向に走査した場合に、受光センサ８から得られる電流の変化を図３に示す。図３（ａ）は、受光センサ８と空間像の強度分布との位置関係を、図３（ｂ）は受光センサの出力を示す。図３（ｂ）において、横軸は受光センサ８の位置、縦軸は受光センサ８の出力（電流）である。図３に示すような受光センサ８の出力のパターンから、空間像のパターンを検出することができる。なお、図３においては、空間像を１個しか示していないが、実際には、転写原版パターンは５本のラインからなっているので、５個の空間像ができる。測定は、これら５個の空間像について行い、その平均値を採用している。

なお、以上の説明においては、図３の紙面の左右方向における空間像のパターンの検出について説明したが、転写原版パターンを、以上の説明におけるパターンと直角な方向に向いたラインパターンとし、受光センサにおける物質Ｂのパターンも以上の説明におけるパターンと直角な方向に向いたものとし、ウエハステージ６を、以上の説明における移動方向と直角に移動させることにより、以上説明した方向と直角な方向における空間像のパターンの検出を行うことができる。

物質Ａ、Ｂの選択は、ＥＵＶ光の波長により異なるが、例えば波長が１３−１４ｎｍにおいては、物質Ａとして、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、ＳｉＣ、Ｂ_４Ｃなどが好ましい。また、物質ＢとしてはＡｕ、Ｔａなどが好ましい。物質Ｂはパターンが形成しやすい材料を選ぶことが好ましい。また、物質Ａを光電変換効率の高い材料とし、物質Ｂを低い材料としてもよい。

図２（ｂ）に、受光センサ８の他の実施の形態の例を示す。この例においては、図２（ａ）における物質Ａからなる層の上に、多層膜コート８ｂを設け、その上にパターン化した物質Ｂを設けている。多層膜コート８ｂによって物質Ａに入射するＥＵＶ光の大部分が反射して物質Ａに到達しない。その結果、物質Ａで生成される光電子が低減し、物質Ｂで生成される光電子は低減しないため、電流変化のＳ／Ｎが向上でき、空間像をより精密に測定することができる。

前記多層膜コート８ｂは、ＥＵＶの反射率が高いものが好ましい。例えば、波長１３−１４ｎｍのＥＵＶ光に対してはモリブデンとシリコンを交互に積層した多層膜が好ましい。モリブデンの代わりにルテニウムやロジウムを用いてもよい。これらの多層膜は導電性があるので、物質Ｂで発生した光電子を多層膜コート８ｂ、物質Ａを介して外部に取り出して測定することができる。

図２（ｃ）は、物質Ａからなる層の上に、多層膜コート８ｂを設け、その中央部にスリット状の開口部を設けたものである。このようなものでも、図２（ｂ）と同様の作用効果が得られることは、説明を要しないであろう。

これらの空間像検出機構７は、シンプルな受光センサ８を使用して構成することができるという特徴がある。その結果、ウエハステージ６に搭載することが可能である。ウエハステージ６に搭載することによって、受光センサ８の位置を精密に制御することができ、空間像の検出精度が高くなる。

ＥＵＶ光は一般に物質による吸収が大きい。よって、受光センサ８の表面に不純物が堆積することによって、光電子の量が変化してしまうという問題が生じる場合がある。この影響を低減するために、ＥＵＶ露光装置においては、受光センサ８の表面をクリーニングする機能を具備することが好ましい。

この目的のため、図１に示す実施の形態においては、受光センサ８の近傍に、受光センサ８にガスを吹き付けるクリーニング機構１０を設けている。ガスは少なくとも酸素を含んだものとしている。このような機構を設けることによって、受光センサ８の表面への不純物の堆積を低減し、付着した不純物を酸化して除去することができる。なお、図１に示す実施の形態においては、転写原盤パターン９の近傍に、転写原盤パターン９にガスを吹き付け、転写原盤パターン９の表面をクリーニングするクリーニング機構１１を設けている。

図２（ｄ）は、図２（ａ）に示すような受光センサ８の最表面に不純物の堆積を抑制する物質Ｃの層を設けたものである。例えば、物質Ｃとしてチタン又はニッケルを用いることによって、不純物の堆積を低減することができる。

本発明の実施の形態の１例であるＥＵＶ露光装置の概要を示す図である。 本実施の形態における空間像検出機構で使用される受光センサの例を示す図である。 空間像検出機構を、ウエハステージを駆動することによって、空間像の幅方向に走査した場合に、受光センサから得られる電流の変化を示す図である。 ＥＵＶ露光装置の概要を示す図である。 従来の紫外線露光装置における空間像検出機構の例を示す図である。

符号の説明

１…マスク、２…照明光学系、３…マスクステージ、４…ウエハ、５…投影光学系、６…ウエハステージ、７…空間像検出機構、８…受光センサ、８ａ…基板、８ｂ…多層膜コート、９…転写原盤パターン、１０…クリーニング機構、１１…クリーニング機構

Claims (5)

1. 所望の回路パターンを形成したマスクに極短紫外線を照射する照明光学系と、前記マスクを保持するマスクステージと、前記回路パターンの像をウエハ上に縮小転写する投影光学系と、前記ウエハを保持するウエハステージと、前記投影光学系で形成される像の光強度分布を検出する空間像検出機構を具備したＥＵＶ露光装置であって、前記空間像検出機構は、前記マスク位置に形成された基準マークの、前記投影光学系によって生成した縮小転写像を検出する受光センサを具備し、当該受光センサは、受光部表面に光電変換効率の異なる少なくとも２種類の部材を所定の形状を有するように形成した構造を有するものであることを特徴とするＥＵＶ露光装置。
2. 所望の回路パターンを形成したマスクに極短紫外線を照射する照明光学系と、前記マスクを保持するマスクステージと、前記回路パターンの像をウエハ上に縮小転写する投影光学系と、前記ウエハを保持するウエハステージと、前記投影光学系で形成される像の光強度分布を検出する空間像検出機構を具備したＥＵＶ露光装置であって、前記空間像検出機構は、前記マスク位置に形成された基準マークの、前記投影光学系によって生成した縮小転写像を検出する受光センサを具備し、当該受光センサは、受光部表面の一部に、ＥＵＶ光を吸収又は反射する部材を、所定の形状を有するように形成した構造を有することを特徴とするＥＵＶ露光装置。
3. 前記受光センサの最表面に、チタン層又はニッケル層のうち少なくとも一つが形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＥＵＶ露光装置。
4. 少なくとも酸素を含んだガスを前記受光センサの表面に吹き付けるクリーニング機構を具備したことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のＥＵＶ露光装置。
5. 前記受光センサが、前記ウエハステージに固定されていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載のＥＵＶ露光装置。
   

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