(57)【要約】  露出装置内の光学素子の炭素汚染が、炭化水素ゲッターの搭載により最小限に低減される。実施形態は、基板（１０，１１）と、重炭化水素を分解し、前記基板（１０，１１）に炭素を形成させるのに十分なエネルギーを有するエネルギービームを案内するために配置された、電子銃または別個のＥＵＶ源などの高エネルギー源を備えた少なくとも１つの炭化水素ゲッターを有するＥＵＶリソグラフィ装置を含む。また、実施形態は、水晶膜厚モニタ（１０，１１）にエネルギーを有するビームを照射するために配置されたエネルギー源と、残留ガス分析器と、電子電流を制御し、系内の炭化水素の量を所定の低いレベルに維持するコントローラと、を備えた炭化水素ゲッターを有する露光装置も含む。
2010532094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素ゲッターを有するリソグラフィ露出装置。
【請求項２】
主極端紫外線（ＥＵＶ）源と、軟Ｘ線または極端紫外波長（ＥＵＶ）域放射用の少なくとも１つの反射光学素子と、を有するＥＵＶリソグラフィ露出装置であり、前記炭化水素ゲッターは、基板（１０，１１）と、炭化水素を分解し、前記基板（１０，１１）に炭素を形成させるために十分なエネルギーを有するエネルギービームを案内するために配置された高エネルギー源とを有する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記エネルギー源は電子銃または別個のＥＵＶ源であり、
前記基板（１０，１１）はガラスまたはルテニウム（Ｒｕ）コーディングガラスを含む請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記反射光学素子への炭素の堆積を低減させるために前記反射光学素子の十分近くに配置された少なくとも１つの炭化水素ゲッターを有する請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記基板（１０，１１）は水晶膜厚モニタを有し、前記装置は、
前記装置内の前記炭化水素のレベルを求めるための残留ガス分析器と、
系内の前記炭化水素の量を所定の低いレベルに維持するために、前記電子ビーム電流を制御するためのコントローラと、を有する請求項２に記載の装置。
【請求項６】
リソグラフィ露出装置の反射素子への炭素の堆積を低減させるための方法であって、前記方法は、
炭化水素ゲッターと、
系内の炭化水素の量を所定の低いレベルに維持するために、電子ビーム電流を制御するためのコントローラと、を前記リソグラフィ露出装置に搭載させるステップと、を有する方法。
【請求項７】
前記リソグラフィ露出装置は、主極端紫外線（ＥＵＶ）源と、軟Ｘ線またはＥＵＶ波長放射域用の少なくとも１つの反射光学素子と、を有し、
前記炭化水素ゲッターは、基板（１０，１１）と、前記基板（１０，１１）にエネルギービームを照射するために配置された高エネルギー源とを有し、
前記装置内の前記炭化水素のレベルを求めるための残留ガス分析器と、
前記系内の前記炭化水素の前記量を所定の低いレベルに維持するために、前記電子ビーム電流を制御するためのコントローラと、を更に有し、
前記エネルギー源は電子銃または別個のＥＵＶ源を有する請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記反射光学素子への炭素の堆積を低減させるために前記反射光学素子の十分近くに１つの炭化水素ゲッターを配置するステップを更に有する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記エネルギー源は電子銃または別個のＥＵＶ源を有する請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板（１０，１１）は水晶膜厚モニタを有し、前記方法は、
前記装置内の前記炭化水素の前記量を求めるステップと、
前記基板に堆積された炭素の膜厚を測定するステップと、
前記堆積された炭素の前記膜厚の測定に応じて、前記装置内の前記炭化水素の前記量を所定の低いレベルに維持するために、前記エネルギービームの強度を制御するステップと、を有する請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高精度の極めて微細な設計の特徴を有する半導体デバイスの効率的な作製に関する。本発明は、詳細には、ダウンタイムを最小限に短縮することにより、極端紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィ装置などのリソグラフィ露出装置の有効利用に利用可能である。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの特徴の寸法は、絶え間なく微細化を続け、ディープサブミクロン範囲に達し、従来の製造能力に難題を突きつけている。クリティカルディメンションの縮小に伴い、高い製造スループットで、効率的に高い寸法精度を達成することが一層困難を増している。最小特徴サイズは、特定のリソグラフィ系の化学的および光学的な制約と、ひずみに対する許容誤差とによって決まる。従来のリソグラフィの制約に加えて、寸法の微細化と記憶容量の増大に伴って製造コストも上昇しており、このため、設備の有効利用と、高い製造スループットを目指し、処理の改善が求められている。今日の競争的な市場においては、採算性を確保するには、少なくとも７０％の歩留まりが必要とされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、例えば約３〜２０ｎｍの短波長放射を使用することが提案されている。このような放射は、従来、「ＥＵＶまたは軟Ｘ線」と呼ばれている。発生源としては、例えば、レーザー生成プラズマ源、放電プラズマ源または電子蓄積リングからのシンクロトロン放射などがある。しかし、このようなＥＵＶリソグラフィ露光装置は問題を抱えている。問題の主因は、真空雰囲気からの残留ガスによる、動作時の反射光学素子の汚染である。
【０００４】
フォトマスクまたは多層膜ミラーといった軟Ｘ線〜ＥＵＶ波長範囲用の反射光学素子は、半導体部品のＥＵＶリソグラフィに使用するために必要とされる。通常のＥＵＶリソグラフィ露出装置は、８以上の反射光学素子を有する。ワーキングラジエーション（使用放射）の総強度は、個々のミラーの反射率の積に比例するため、十分な総強度を得るためには、ミラーの反射率を最大限に上げる必要がある。反射光学素子は、反射光学素子の寿命にわたって、可能であればこの高い反射率を保持する必要がある。更に、反射光学素子の表面全体の反射率の均一性を、全寿命にわたって維持する必要がある。このような反射光学素子の反射率と寿命は、特に、使用波長への露出時に、炭素堆積物の形の表面汚染と、表面酸化とによって損なわれる。
【０００５】
反射光学素子は、動作時に、真空雰囲気中の残留ガスによって汚染される。汚染の機構としては、反射光学素子の表面への残留ガスの吸着がある。吸着されたガスは、光電子の放出によるエネルギーの高い光子照射によって分解される。残留ガス雰囲気中に炭化水素が存在すると、炭素の層が形成され、この炭素の層は、反射光学素子の反射率を、膜厚１ｎｍあたり約１％低下させる。約１０−９ｍｂａｒの炭化水素分圧下では、約２０時間後には１ｎｍの膜厚の層が形成されてしまう。投射光学部品の寿命の商業規格では、表面あたりの反射率の低下を１％未満と規定している。１５オングストロームのグラファイトの形の炭素膜は、ＥＵＶ光学部品の反射率を２％低下させる。例えば、１つの反射光学素子につき反射率が１％低下しているＥＵＶリソグラフィ装置では、必要な生産速度が得られないため、この汚染層は、通常、最大５時間を要するクリーニングプロセスによって除去しなければならず、これにより製造スループットが低下してしまう。また、このようなクリーニングは、表面の荒れまたは酸化などにより、反射光学素子の表面を傷つけてしまい、元の反射率を取り戻すことができなくなる可能性がある。
【０００６】
また、炭素堆積の問題に対する従来の手法では、ガラス基板に成膜された、各種元素を含む多層膜を有するＥＵＶ撮像光学部品が使用される。従来、シリコンは、空気への露出に対してモリブデンよりも酸化されにくいため、最終キャッピング層に選択されてきた。しかし、シリコンは、ＥＵＶによって引き起こされる水蒸気による急速な酸化を受けやすい。ルテニウム（Ｒｕ）は、放射による酸化を受けにくいため、代替のキャッピング層として有望であることがわかっている。しかし、Ｒｕでキャップされた多層膜は炭素の堆積を受けやすい。ＥＵＶの露出を確実に最大化するためには、動作時に、ＥＵＶ光学部品をできる限りクリーンな状態に保つことが不可欠である。
【０００７】
このため、使用中の反射素子の炭素汚染の少ない露光装置、特にＥＵＶリソグラフィ露光装置が求められている。また、炭化水素のレベルを、破損しやすい多層反射層を酸化から保護するのに十分高いが、ＥＵＶ放射による炭化水素の分解による光学素子への炭素堆積を防ぐのに十分低い値に厳密に制御できるようにする方法論も求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の利点は、使用中に光学素子への炭素堆積の少ないリソグラフィ露出装置である。
【０００９】
本発明の別の利点は、反射光学素子の有害な酸化と、反射光学素子への有害な炭素堆積を防ぐために炭化水素のレベルを維持することができるＥＵＶリソグラフィ露出装置である。
【００１０】
本発明の更に別の利点は、ＥＵＶ装置の反射光学素子への炭素の堆積を低減させるための方法である。
【００１１】
本発明の別の利点は、ＥＵＶリソグラフィ露出装置内の炭化水素の量を、反射光学素子の酸化を防ぐと共に、かつ反射光学素子への炭素の堆積を最小限に抑えるのに十分なレベルに制御するための方法である。
【００１２】
本発明の追加の利点とほかの特徴は、以下に記載され、その一部は、下記の内容を検討するか、本発明を実施することで、通常の知識を有する当業者に明らかとなるであろう。本発明の利点は、添付の請求の範囲に記載のように実現および達成することができる。
【００１３】
本発明によれば、上に記載した利点、およびその他の利点が、炭化水素ゲッターを有するリソグラフィ露出装置によって一部実現される。
【００１４】
本発明の別の利点は、主ＥＵＶ源と、軟Ｘ線またはＥＵＶ波長放射域用の反射光学素子と、基板、およびエネルギービームを基板に案内するために配置された電子銃または別個のＥＵＶ源を備えた炭化水素ゲッターと、を有する極端紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィ露出装置である。
【００１５】
本発明の更に別の利点は、リソグラフィ露出装置において炭素堆積を低減させるための方法であり、この方法は、リソグラフィ露出装置に炭化水素ゲッターを搭載することを有する。
【００１６】
本発明の実施形態は、従来の主ＥＵＶ源と、基板、およびエネルギービームを基板に案内するために配置された高エネルギー源を有する少なくとも１つの炭化水素ゲッターと、を備え、エネルギービームは、系内の炭化水素を分解するのに十分な強度（例えば、少なくとも主ＥＵＶ源から放出されるエネルギービームと同程度の強度など）を有するＥＵＶリソグラフィ露出装置を含む。適した高エネルギー源としては、電子銃や、別個のＥＵＶ源がある。適した基板としては、ガラス、Ｒｕなどの金属、金属コーティングガラス、および水晶膜厚モニタなどがある。本発明の実施形態は、ＥＵＶリソグラフィ露光装置内の炭化水素のレベルを求めるための残留ガス分析器と、水晶膜厚モニタに堆積されている炭素の膜厚が測定されると、炭化水素の量を、反射光学素子の酸化と有害な炭素汚染とを防ぐのに十分な所定の低いレベルに制御するために、電子ビーム電流を制御するためのコントローラとを備えるＥＵＶリソグラフィ露光装置を含む。
【００１７】
本発明のほかの利点は、以下に記載する詳細な説明から当業者にとって容易に明白となろう。以下の詳細な説明では、本発明を実施するための、考えられる最良の形態の単なる例示として、本発明の実施形態を記載する。理解されるように、本発明は、別の異なる実施形態も可能であり、その詳細のいくつかは、さまざまな自明の点で変更が可能であり、全て本発明に含まれる。したがって、図面と説明は、その性質上、限定するものではなく例示に過ぎないとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態による電子ビーム炭化水素ゲッターを模式的に示す。
【図２】本発明の一実施形態による、反射光学素子への炭素の堆積を最小限に抑えるための電子ビーム炭化水素ゲッターの使用を模式的に示す。
【図３】ＥＵＶリソグラフィ露出装置内の炭化水素のレベルを制御するための本発明の実施形態を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、反射光学素子への炭素の堆積を最小限に抑えて制御し、反射光学素子の酸化を防ぎ、これにより、ダウンタイムを短縮し、製造スループットを上げることにより、超短波長（例えば、軟Ｘ線およびＥＵＶ波長域放射）で動作するリソグラフィ露光装置などのリソグラフィ露光装置の使用に付随する問題に対処し、これを解決するものである。
【００２０】
本発明の実施形態は、ＥＵＶリソグラフィ露出装置内の重炭化水素の分圧を、反射光学コーティングの酸化を防ぐのに十分高いが、反射光学コーティングへの炭素膜の急速な堆積を防ぐのに十分低い値になるように、約１０−９ｍｂａｒ〜約１０−７ｍｂａｒのレベルなどに厳密に制御する。炭素汚染は、露出装置の主ＥＵＶ源からのＥＵＶ放射による炭化水素の分解によって発生する。
【００２１】
本発明の実施形態は、従来のＥＵＶリソグラフィ露出装置などの従来のリソグラフィ露出装置に炭化水素ゲッターを配置することを有する。本発明の実施形態は、少なくとも１つの炭化水素ゲッターを有するリソグラフィ露光装置を含み、少なくとも１つの炭化水素ゲッターは、基板と、炭化水素を分解し、基板に炭素膜を形成させるのに十分なエネルギーを有するビームを照射するために配置された高エネルギー源とを有する。本発明の実施形態で使用するために適したエネルギー源は、別個のＥＵＶ源、または電子銃（１〜２ｋＶで動作する電子銃等）などの、露出装置の主ＥＵＶ源が発生させる強度と少なくとも同程度の強度を有するエネルギービームを発生させることができる本発明の実施形態に係る炭化水素ゲッターに使用するために適した基板には、ガラス、石英、水晶膜厚モニタ（Ｒｕコーティングなどの金属コーティングを施したもの、あるいは金属コーティングを施さないもの）、積層体、ならびに金属基板などがある。本発明の実施形態に係るゲッターを使用して炭化水素を除去することにより、炭素に分解されて、反射光学素子の堆積物を形成する炭化水素の量を大幅に低減できる。
【００２２】
また、本発明の実施形態は、電子銃と、水晶膜厚モニタまたは金属（Ｒｕなど）コーティングされた水晶膜厚モニタとを備えた炭化水素ゲッターを有するＥＵＶリソグラフィ露光装置も含む。このような装置には、系内の炭化水素の量を決定するための残留ガス分析器が搭載されており、コントローラも設けられている。コントローラは、水晶膜厚モニタへの炭素の堆積速度に応じて、残留ガス分析器によって求められる系内の炭化水素の量が、低いが有限の所定のレベル（約１０−９ｍｂａｒ〜約１０−７ｍｂａｒの分圧など）に維持されるように、電子ビーム電流を制御する。このようにして、炭化水素の量が、精密な反射光学素子の酸化を防ぐのに十分であるが、反射光学素子に炭素被膜が急速に形成されるのを防ぐのに十分低いレベルに維持され、ダウンタイムを大幅に短縮でき、製造スループットを上げることができる。
【００２３】
本発明の一実施形態に係る炭化水素ゲッターは、図１に模式的に示され、１〜２ｋＶで動作する電子銃を備える。電子銃は、約２ｎｍ〜約２００ｎｍの膜厚のＲｕ層が成膜されているガラス基板１０などを含む基板の表面に、電子を直接照射するように配置されている。基板の近くに存在する系内の炭化水素（ＨｘＣｙ）、特に、例えば４４〜２００原子質量単位（ＡＭＵ）の質量を有する重炭化水素が、電子銃から照射された電子によって分解され、基板に炭素膜が形成される。炭素に分解されて基板に堆積する炭化水素は、リソグラフィ露出装置の主ＥＵＶ源からのＥＵＶ放射によって分解されて反射光学素子に炭素を堆積させることはない。
【００２４】
図２に、ＥＵＶ放射を受けているＥＵＶ光学部品を備えたＥＵＶリソグラフィ露出装置の内部が模式的に示されている。図１に示したような２つの電子ビーム炭化水素ゲッターが、炭素がゲッターの基板に優先して堆積するようにＥＵＶ光学部品の十分近くに配置されており、このため、ＥＵＶ光学部品への炭素の堆積が大幅に低減される。本発明の実施形態では、炭化水素ゲッターは、ＥＵＶ光学部品から約１ｃｍ〜約１０ｃｍ離れて配置されうる。
【００２５】
本発明の別の実施形態では、図３に模式的に示すように、ＥＵＶリソグラフィ露光装置は、水晶膜厚モニタ３１に、約２ｎｍ〜約２００ｎｍの膜厚の任意選択のＲｕコーティング３０を施した基板に、電子を照射するために配置された電子銃を備えた炭化水素ゲッターを有する。水晶膜厚モニタによって、Ｒｕコーティングへの炭素の堆積速度が記録される。コントローラが、炭素の堆積速度をモニタし、残留ガス分析器（説明の便宜のため図示なし）によって測定される系内の炭化水素のレベルが、所定の低いレベルの範囲内に維持されるように、電子ビーム電流を制御する。一般に、炭化水素のレベルは、精密な光学素子の酸化を防ぐのに十分に高いが、光学素子への炭素堆積を最小限に抑えるのに十分に低い約１０−９ｍｂａｒ〜約１０−７ｍｂａｒの分圧に維持され、これにより、装置の有効寿命を延ばし、クリーニングのためにダウンタイムが頻繁に発生するのを防ぐことができる。
【００２６】
本発明の実施形態によれば、ＥＵＶによるＥＵＶ光学部品への炭素の堆積が、炭化水素ゲッターを使用することによって最小限に抑えられ、制御される。ＥＵＶ光学部品の表面での放射による化学現象は、発生する二次電子の数が同程度である限り、入射する放射が、ＥＵＶ光子でも、１〜２ｋｅＶの電子であっても、質的には変わらないことが知られている。例えば、２ｋｅＶのビームエネルギーで５μＡ／ｍｍ２の入射電子電流密度により、約５μＡ／ｍｍ２の二次電子が発生することが示されている。これは、ＥＵＶ光学部品が、約１０ｍＷ／ｍｍ２のパワー密度の１３．４ｎｍの放射に露出されたときに観察される二次光電子放出電流とほぼ同じである。約１０ｍＷ／ｍｍ２のパワー密度は、市販のＥＵＶＬ露光装置のパワー密度の範囲の上端、いわゆるハイエンドに位置する。このため、本発明の実施形態に係る炭化水素ゲッターの使用は、ＥＵＶ光子による炭化水素分解を模倣しており、ＥＵＶ装置の精密な光学素子への堆積に消費される炭化水素の量を低減させる。したがって、本発明の実施形態に係る炭化水素ゲッターは、重炭化水素を分解して炭素を堆積させるのに十分なエネルギー（１〜２ＫｅＶのエネルギーまたは少なくとも約１０ｍＷ／ｍｍ２のパワー密度など）を有するビームを発生させることができるエネルギー源を有する。
【００２７】
本発明は、炭化水素を除去するためのゲッターを設けて、光学素子への過剰な炭素の堆積を防ぐことによって、リソグラフィ露出装置（特にＥＵＶリソグラフィ露出装置）を有効利用できるようにする。本発明の実施形態は、ＥＵＶリソグラフィ露光装置を、インサイチュクリーニングを必要とすることなく長時間、使用できるようにし、光学素子の有効寿命を延ばし、製造スループットを上げる。本発明の実施形態は、ＥＵＶリソグラフィ露出装置内の炭化水素の量を、射光学素子の酸化を防ぐのに十分かつ、反射光学素子への炭素の堆積を最小限に抑えるのに十分なレベルに制御できるようにする。
【００２８】
本発明は、ディープサブミクロン範囲で精巧に形成された特徴を有するデバイスを有する半導体チップを、高い製造スループットかつ高い歩留りで、効率的に製造できるようにする。本発明は、消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュ消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（ＦＥＰＲＯＭ）等の半導体メモリデバイスなど、さまざまな種類の半導体デバイスのいずれかを含む半導体チップの製造において、産業上の利用可能性を有する。
【００２９】
上記の説明では、本発明を、その特に代表的な実施形態を採り上げて説明した。しかし、特許請求の範囲に記載する本発明の広範な趣旨および範囲を逸脱することなく、さまざまな変形および変更を行うことができることが明らかである。したがって、明細書および図面は例示に過ぎず、限定するものではないとみなすべきである。本発明は、さまざまな他の組み合わせ、および実施形態を使用することができ、本明細書に記載の発明の概念の範囲を逸脱することなく、任意に変形または変更できることを理解されたい。
【図１】
2010532094.tif 000003
【図２】
2010532094.tif 000004
【図３】
2010532094.tif 000005
【国際調査報告】
2010532094.tif 000006
2010532094.tif 000007
2010532094.tif 000008