(57)【要約】【課題】真空容器内のＥＵＶ光源の異常を、大気解放することなく早期に発見する。【解決手段】大気圧以下の減圧下でプラズマを発生し、プラズマから放射されるＥＵＶ光を取り出すＥＵＶ光源と、ＥＵＶ光源からのＥＵＶ光を、所望の半導体パターンが形成されたマスクに導く第１の光学系と、マスクからの反射光又はマスクの透過光を試料上に導く第２の光学系と、を備え半導体露光装置において、光源のアコースティックエミッションを検出する検出部１８０を設け、検出部１８０の出力から光源の異常を検出する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧以下の減圧下でプラズマを発生し、プラズマから放射されるＥＵＶ光を取り出すＥＵＶ光源と、
前記ＥＵＶ光源からのＥＵＶ光を、所望の半導体パターンが形成されたマスクに導く第１の光学系と、
前記マスクからの反射光又は前記マスクの透過光を試料上に導く第２の光学系と、
前記光源のアコースティックエミッションを検出する検出部と、
を具備したことを特徴とする半導体露光装置。
【請求項２】
前記光源は、リング状のカソード電極と、このカソード電極に対向配置されたリング状のアノード電極と、前記各電極間に設けられた絶縁材とを有し、
前記検出部は、前記絶縁材に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の半導体露光装置。
【請求項３】
大気圧以下の減圧下でプラズマを発生し、プラズマから放射されるＥＵＶ光を取り出すＥＵＶ光源と、
前記ＥＵＶ光源からのＥＵＶ光を、所望の半導体パターンが形成されたマスクに導く光学系と、
前記マスクからの反射光又は前記マスクの透過光を検出する光検出部と、
前記光源のアコースティックエミッションを検出する音響検出部と、
を具備したことを特徴とする半導体検査装置。
【請求項４】
前記光源は、リング状のカソード電極と、このカソード電極に対向配置されたリング状のアノード電極と、前記各電極間に設けられた絶縁材とを有し、
前記音響検出部は、前記絶縁材に取り付けられていることを特徴とする請求項３記載の半導体検査装置。
【請求項５】
請求項１記載の半導体露光装置と同様の構成の複数の露光装置群と、
前記露光装置群の前記各検出部からの信号を入力して記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された情報に基づき、前記露光装置群の前記各光源部の故障診断を行う診断部と、
を具備したことを特徴とする露光装置の故障診断システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、極端紫外光（以下、ＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）光と称す）を露光光源として用いた半導体露光装置と半導体検査装置及び露光装置の故障診断システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の微細化及び高集積化に伴い、その製造用の投影露光装置においては解像力の向上が要請されている。このような要請に応えるために、露光用光源の短波長化が進められており、エキシマレーザ装置に続く次世代の半導体露光用光源として、波長１３〜１４ｎｍ、特に波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光を放出するＥＵＶ光源が開発されている。
【０００３】
ＥＵＶ光源装置は、高密度高温プラズマの生成方式により、ＬＰＰ（Laser Produced Plasma：レーザ生成プラズマ）方式とＤＰＰ（Discharge Produced Plasma:放電生成プラズマ）方式とに大きく分けられる。ＤＰＰ方式は、電流駆動によって生成された高密度高温プラズマから放射されるＥＵＶ光を利用するものであり、ＬＰＰ方式と比較して、光源装置の小型化、光源システムの消費電力が小さいといった利点あり、実用化への期待も大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１７３８９６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本実施形態は、真空容器内のＥＵＶ光源の異常を、大気解放することなく早期に発見することができる半導体露光装置と半導体検査装置及び露光装置の故障診断システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、大気圧以下の減圧下でプラズマを発生し、プラズマから放射されるＥＵＶ光を取り出すＥＵＶ光源と、ＥＵＶ光源からのＥＵＶ光を、所望の半導体パターンが形成されたマスクに導く第１の光学系と、マスクからの反射光又はマスクの透過光を試料上に導く第２の光学系と、を備えた半導体露光装置において、光源のアコースティックエミッションを検出する検出部を設けたことを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係わるＥＵＶ露光装置を示す概略構成図。
【図２】図１のＥＵＶ露光装置に用いたＥＵＶ光源を示す概略構成図。
【図３】第２の実施形態に係わる露光装置の故障診断システムを示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係わるＥＵＶ露光装置の全体構成を示す図である。
【００１０】
図中の１００はＤＰＰ方式のＥＵＶ光源であり、ＥＵＶ光源１００から放出されたＥＵＶ光は、照明光学系（第１の光学系）２０に入射する。照明光学系２０に入射したＥＵＶ光は、コリメータミラーとして作用する凹面ミラー２１を介してほぼ平行光束となり、一対のフライアイミラー２２ａ，２２ｂからなるオプティカルインテグレータ２２に入射する。そして、オプティカルインテグレータ２２の射出面の近傍には、所定の形状を有する実質的な面光源が形成される。
【００１１】
上記の面光源からの光は、平面ミラー４１により偏向された後、マスク４０に細長い円弧状の照明領域を形成する。照明されたマスク４０のパターンからの反射光は、複数のミラー（図１では例示的に６つのミラー５１〜５６）からなる投影光学系（第２の光学系）５０を介して、ウエハ（試料）６０上にマスクパターンの像を形成する。
【００１２】
なお、このようなミラーを使用した光学系では、投影露光に近軸光線を使用することができないので、全体の収差を一様として補正するために、リング状の投影露光フィールドを有している。このような、リング状の投影露光フィールドでは、３０ｍｍ角程度のチップを一括で露光することはできないので、マスク４０とウエハ６０を同期スキャンさせて露光を行うようになっている。
【００１３】
図２は、本実施形態に用いたＤＰＰ方式のＥＵＶ光源１００を示す概略構成図である。
【００１４】
波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光を放出する放射種、即ち高密度高温プラズマ用原料としては、現在１０価前後のキセノン（Ｘｅ）イオンが知られているが、より強い放射強度を得るための原料としては、リチウム（Ｌｉ）イオンと錫（Ｓｎ）イオンが注目されている。例えば、錫（Ｓｎ）は、高密度高温プラズマを発生させるための入力エネルギーに対する波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光放射強度の比である変換効率がキセノン（Ｘｅ）より数倍大きい。本実施形態では、上記の何れを用いることも可能である。
【００１５】
図中の１１０は真空チャンバを構成するための容器、１１１は容器１１０の一部を構成する第１の容器、１１２は容器１１０の一部を構成する第２の容器、１２１はリング状の第１の主放電電極（カソード）、１２２はリング状の第２の主放電電極（アノード）、１２３はリング状の絶縁材、１３０はＥＵＶ光を放射するプラズマを発生させるプラズマ発生部、１３１は高密度高温プラズマ、１４０は第１の主放電電極１２１と第２の主放電電極１２２との間に接続された高電圧パルス発生部、１５０はＳｎ及び／又はＳｎ化合物、又はＬｉ及び／又はＬｉ化合物を含む原料を供給するガス供給ユニット、１５１はガス導入口、１５２はガス排出口、１６１はホイルトラップ、１６２はＥＵＶ集光鏡、１６３は光出射部である。
【００１６】
図２に示すように、このＤＰＰ方式のＥＵＶ光源装置は、容器１１０内に、リング状の第１の主放電電極（カソード）１２１と第２の主放電電極（アノード）１２２とがリング状の絶縁材１２３を挟んで配置されている。第１の主放電電極１２１と第２の主放電電極１２２は、例えばタングステン，モリブデン，タンタル等の高融点金属から構成されている。また、絶縁材１２３は、例えば窒化ケイ素，窒化アルミニウム，ダイヤモンド等から構成されている。
【００１７】
容器１１０は、導電材で形成された第１の主放電電極１２１側の第１の容器１１１と、同じく導電材で形成された第２の主放電電極１２２側の第２の容器１１２とから構成されている。これらの第１の容器１１１と第２の容器１１２とは、絶縁材１２３により分離、絶縁されている。ここで、第２の容器１１２と第２の主放電電極１２２とは接地されている。
【００１８】
リング状の第１の主放電電極１２１、第２の主放電電極１２２、及び絶縁材１２３は、それぞれの貫通穴が略同軸上に位置するように配置され、連通穴を構成している。放電電極１２１，１２２間への電力は高電圧パルス発生部１４０より供給される。放電電極１２１，１２２間に電力が供給されると、絶縁材１２３の表面に沿面放電（creeping discharge）が発生して放電電極１２１，１２２間は実質的に短絡状態になり、放電電極１２１，１２２間にパルス状の大電流が流れる。その後、ピンチ効果によるジュール加熱によってこの連通穴又は連通穴近傍にて高密度高温プラズマ１３１が生成される。ここで、プラズマ発生部１３０は、第１の主放電電極１２１、第２の主放電電極１２２、及び絶縁材１２３に包囲された空間内又はその空間近傍に位置している。
【００１９】
また、絶縁材１２３には、ＡＥ（アコースティックエミッション）を検出するＡＥセンサ１８０が取り付けられている。即ち、絶縁材１２３の一部は容器１１０の外部まで引き出され、この引き出した部分にシリコングリース等などの音響カップラントを介してＡＥセンサ１８０が密着されている。
【００２０】
ＡＥセンサ１８０は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）等の圧電素子で形成され、数ｋＨＺ〜数ＭＨｚの高い音響周波数成分を検出するものである。ＡＥセンサには、ある特定の周波数で高感度となる共振型ＡＥセンサ、広い周波数範囲で一定感度を有する広帯域型ＡＥセンサ、更にはプリアンプ内蔵型ＡＥセンサ等があるが、何れも用いることが可能である。
【００２１】
高電圧が印加される第１の主放電電極１２１と第２の主放電電極１２２との間は、絶縁のための絶縁材１２３を用いて構成しているが、電極付近は高密度高温プラズマに曝され、更には高周波数での繰り返し発光をしているため、絶縁材１２３にクラックのようなひび割れが発生することが多い。このクラックの発生をＡＥセンサ１８０で検出し、真空保持されている第１の容器１１１や第２の容器１１２の真空を破壊することなく、検知することが可能となる。
【００２２】
第１の容器１１１側には、ＥＵＶ放射種である原料ガスを供給するガス供給ユニット１５０に接続されるガス導入口１５１が設けられる。原料ガスは、ガス導入口１５１を介して、プラズマ発生部１３０に供給される。第２の容器１１２側には、容器内圧力（プラズマ発生部圧力）をモニタする圧カモニタ（不図示）が設けられている。また、プラズマ発生部１３０の圧力の調整や、容器１１０内を排気するための真空ポンプ等のガス排気手段（不図示）を有するガス排気ユニット（不図示）が、第２の容器１１２側に設けられたガス排出口１５２に接続されている。
【００２３】
また、第２の容器１１２内には、ＥＵＶ集光鏡１６２が設けられている。ＥＵＶ集光鏡１６２は、例えば径の異なる回転楕円体、又は回転放物体形状のミラーを複数枚備え、これらのミラーは、同一軸上に、焦点位置が略一致するように回転中心軸を重ねて配置される。また、これらのミラーは、例えばニッケル（Ｎｉ）等からなる平滑面を有する基体材料の反射面側に、ルテニウム（Ｒｕ），モリブデン（Ｍｏ），及びロジウム（Ｒｈ）等の金属を緻密にコーティングすることにより、０°〜２５°の斜入射角度のＥＵＶ光を良好に反射できるようにしたものである。
【００２４】
また、このＤＰＰ方式のＥＵＶ光源装置では、高密度高温プラズマ１３１とＥＵＶ集光鏡１６２との間にホイルトラップ１６１が設置されている。ホイルトラップ１６１は、プラズマ発生部１３０と接する金属（第１及び第２の主放電電極１２１，１２２）が高密度高温プラズマ１３１によってスパッタされて生成される金属粉等のデブリや、放射種に起因するデブリ（原料ガスとしてスタナン（ＳｎＨ４）を使用する場合は錫（Ｓｎ）やその化合物）等を捕捉して、ＥＵＶ光のみを通過させ、ＥＵＶ集光鏡１６２の損傷を防いでいる。
【００２５】
また、このＤＰＰ方式のＥＵＶ光源装置は、制御部（不図示）を有しており、この制御部は、露光機の制御部（不図示）からのＥＵＶ発光指令等に基づき、高電圧パルス発生部１４０、ガス供給ユニット１５０、ガス排気ユニットを制御している。例えば、制御部は、露光機の制御部からのＥＵＶ光発光指令を受信すると、ガス供給ユニット１５０を制御して、容器１１０内のプラズマ発生部１３０に原料ガスを供給する。また、圧力モニタからの圧力データに基づき、容器１１１内のプラズマ発生部１３０が所定の圧力となるよう、ガス供給ユニット１５０からの原料ガス供給量を制御すると共に、ガス排気ユニットによる排気量を制御する。その後、ＥＵＶ光を放射する高密度高温プラズマ１３１を発生させるため、高電圧パルス発生部１４０を制御して、第１の主放電電極１２１及び第２の主放電電極１２２問に電力を供給する。
【００２６】
上記構成されたＤＰＰ方式のＥＵＶ光源装置におけるＥＵＶ光の放射は、以下のように行われる。ガス供給ユニット１５０より第１の容器１１１側に設けられたガス導入口１５１を介して放電用ガスが導入される。この放電用ガスは、プラズマ発生部１３０で波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光を放出する放射種を高効率に形成するための原料ガスであり、例えばスタナン（ＳｎＨ４）が用いられる。導入されたスタナン（ＳｎＨ4 ）は第１の容器１１１側から第２の容器１１２側に流れて、ガス排出口１５３に到達する。ガス排出口１５３に到達した放電用ガスは、ガス排気ユニットに備えられるガス排気手段により排気される。
【００２７】
ここで、プラズマ発生部１３０の圧力は１〜２０Ｐａに調節される。この圧力調節は、まず、制御部が容器１１０に備えられた圧力モニタより出力される圧力データを受信する。制御部は受信した圧力データに基づき、ガス供給ユニット１５０及びガス排気ユニットを制御して、容器１１０内へのスタナン（ＳｎＨ4 ）の供給量及び排気量を調節することにより、プラズマ発生部１３０の圧力を所定の圧力に調節する。
【００２８】
接地されている第２の容器１１２及び第２の主放電電極１２２と、第１の容器１１１及び第１の主放電電極１２１との間に、高電圧パルス発生部１４０からおよそ＋２０ｋＶ〜−２０ｋＶの高電圧パルス電圧を印加する。その結果、絶縁材１２３表面に沿面放電（creeping discharge）が発生して第１の主放電電極１２１と第２の主放電電極１２２との間が実質的に短絡状態となり、第１の主放電電極１２１と第２の主放電電極１２２間にパルス状の大電流が流れる。その後、ピンチ効果によるジュール加熱によって第１、第２の各主放電電極１２１，１２２間のプラズマ発生部１３０には、高密度高温プラズマ１３１が発生し、このプラズマからＥＵＶ光が放射される。
【００２９】
放射されたＥＵＶ光は、ＥＵＶ集光鏡１６２により反射され、例えば波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光を選択する波長選択手段（光学フィルタ）を備える光出射部１６３より露光機側光学系である照射部（不図示）に出射される。即ち、波長選択手段により選択された、波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光が露光機側光学系に向けて出射される。
【００３０】
露光機側光学系に照射されたＥＵＶ光は前記図１に示すように、照射光学系２０によりマスク４０に照射され、マスク４０の反射光が投影光学系５０によりウエハ６０上に照射される。これにより、マスク４０のパターンをウエハ６０上のレジスト等に転写することが可能となる。
【００３１】
ここで、ＡＥセンサ１８０は絶縁材１２３からの音響振動を常に検出している。絶縁材１２３の電極付近は高密度高温プラズマに曝されるため、絶縁材１２３にクラックのようなひび割れが発生することがある。絶縁材１２３にクラックが発生すると、絶縁材１２３からの音響振動に変化が生じ、これがＡＥセンサ１８０で検出される。従って、真空保持されている第１の容器１１１や第２の容器１１２の真空を破壊することなく、ＡＥセンサ１８０で電極部分の異常を検知することが可能となる。
【００３２】
なお、従来のＤＰＰ方式のＥＵＶ光源にあっては、高電圧が印加されるアノード−カソード間は、絶縁のためにセラミクスなどの絶縁材を用いて構成されるが、この絶縁材の電極付近は高密度高温プラズマに曝されるため、絶縁材料にクラックのようなひび割れが発生することが多い。絶縁材にクラックが入ってしまうと沿面放電が不均一に発生し、これを元に主放電が起きると、本来意図しなかった場所での異常放電を引き起こしてしまう。また、異常放電を検知しても、実際にクラック等の物理的破損によるものなのかどうかを判別する手法が無く、装置運転を一旦停止し、大気開放して目視確認しないと状況が判別できないという問題がある。本実施形態では、このような問題を未然に解決することができる。
【００３３】
また、高密度高温プラズマに曝される第１の主放電電極１２１や第２の主放電電極１２２はプラズマによる摩耗や、高周波数での繰り返し発光のため、絶縁材１２３と同様にひび割れすることがある。電極部分のひび割れが生じると、その情報が絶縁材１２３を伝わってＡＥセンサ１８０で検出される。このとき、絶縁材１２３と電極１２１，１２２とでは、材料の変形或いは破壊に伴い生じる音響信号の周波数が異なるため、ＡＥセンサ１８０では絶縁材１２３と電極１２１，１２２とを区別して異常検出することができる。つまり、ＡＥセンサ１８０では、絶縁材１２３のみではなく電極１２１，１２２の異常を検出することが可能となる。
【００３４】
また、電極部分の故障をより確実に検出するために、電極自体にＡＥセンサを設置するようにしても良い。例えば、第２の主放電電極１２２の一部を容器外まで引き出し、この部分にＡＥセンサを取り付けるようにしても良い。第１の主放電電極１２１に関しても同様であるが、第１の主放電電極１２１には高電圧が印加されるため、この電極１２１を容器外に引き出す場合は十分な絶縁が必要である。
【００３５】
このように本実施形態によれば、電極部が発する音響信号を検出するＡＥセンサ１８０を設けることにより、真空容器１１０内のＥＵＶ光源の異常を、大気解放することなく早期に発見することができる。このため、露光装置のメインテナンス性の向上をはかることができる。即ち、容器１１０を一旦大気解放するには多大な手間と時間が掛かり、故障でもないのに大気解放すると、露光装置の稼働率の大幅な低下を招くことになる。本実施形態のように、大気解放することなく光源部の故障を発見することは、容器を無駄に大気解放することを未然に防止することになり、露光装置の稼働率の向上につながる。
【００３６】
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係わるＥＵＶ露光装置の故障診断システムを示すブロック図である。
【００３７】
前記図１に示したＥＵＶ露光装置が複数台、例えば３つのＥＵＶ露光装置１１，１２，１３が併設されている。複数台の露光装置１１〜１３のＡＥセンサ１８０からの出力信号が診断部１４を介して記録部１５に供給され、記録部１５に一括記録されるようになっている。そして、診断部１４では、記録部１５に記録された情報に基づき、対応する露光装置の状況を診断するようになっている。
【００３８】
このような構成であれば、複数台の露光装置１１〜１３からのＡＥセンサ１８０の出力信号を診断部１４及び記録部１５で一括管理することにより、複数台の露光装置１１〜１３の光源部に関する故障或いは部品の交換時期等を予め予測することができる。このため、複数台の露光装置を備えたシステムを効率的に運用することができる。
【００３９】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、ウエハ上にＬＳＩパターンを露光する半導体露光装置の例で説明したが、露光装置に限らず、マスクのパターンをＥＵＶ光の照射によって検査する半導体検査装置に適用することも可能である。この場合、前記図１の構成において、ウエハの代わりにマスクからのＥＵＶ光を検出する光センサを配置すればよい。
【００４０】
また、ＡＥセンサは特にその方式に何ら制限されるものではなく、絶縁材や電極の変形や破壊に伴い発生する音響信号の周波数帯域を検出できるものであればよい。さらに、絶縁材や電極に対して複数箇所にＡＥセンサを取り付けることにより、異常の発生を検出するだけではなく、異常発生の位置を特定することも可能である。
【００４１】
また、ＥＵＶ光源の構成は前記図２に限るものではなく、第１及び第２の電極及びこれらの電極間に絶縁材を備えた構成であれば、種々の変形が可能である。さらに、実施形態では、第２の光学系はマスクからの反射光を試料上に導くものとしたが、反射光の代わりにマスクの透過光を用いるようにしてもよい。
【００４２】
本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
１１，１２，１３…ＥＵＶ露光装置
１４…診断部
１５…記録部
２０…入射光学系（第１の光学系）
２１…凹面ミラー
２２…オプティカルインテグレータ
４０…マスク
４１…平面ミラー
５０…投影光学系（第２の光学系）
５１〜５６…ミラー
６０…ウエハ（試料）
１００…ＥＵＶ光源
１１０，１１１，１１２…容器
１２１…カソード（第１の主放電電極）
１２２…アノード（第２の主放電電極）
１２３…絶縁材
１３０…プラズマ領域
１３１…高温高密度プラズマ
１４０…高電圧パルス発生器
１５０…ガス供給ユニット
１５１…ガス導入口
１５２…ガス排出口
１６１…ホイルトラップ
１６２…ＥＵＶ集光鏡
１６３…光出射部
１８０…ＡＥセンサ
【図１】
2012099767.tif 000003
【図２】
2012099767.tif 000004
【図３】
2012099767.tif 000005