【手続補正書】
【提出日】平成18年8月30日(2006.8.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】極端紫外リソグラフィー用気体幕を有するウエハー容器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハー上にマスクパターンの光学画像を形成する装置であって、
前記ウエハー上にパターン画像を形成するために極端紫外光にて露光されるウエハーをハウジングする第1容器と、
前記第１容器の光学的に上流にあり、真空システムにおいて良好なエックス線透過率を有する気体を透過させるアパ−チャを規定する仕切りによって前記第1容器と分離され、前記マスクにより反射された極端紫外光を受光し、且つ、前記アパ−チャを通して前記ウエハーに前記極端紫外光を方向付けるための、回路製造のためのパターンを有するマスクと前記ウエハーとの間に配置された画像システムをハウジングする第２容器と、
前記極端紫外光の露光時に前記ウエハーから生じる不純物を取り除いて、気体流によって前記不純物が前記第２容器に到達することを妨げるように、前記ウエハー表面上に前記真空システムにおいて良好なエックス線透過率を有する気体の気体流を保持する手段とを具えるマスクパターン光学画像形成装置。
【請求項２】
前記気体流を保持する手段は、物質移動ペクレ数として２０から３５の間にあるように気体流量を確立する請求項１に記載のマスクパターン光学画像形成装置。
【請求項３】
前記気体流を保持する手段は、前記アパ−チャ下の前記ウエハーの表面に気体流を供給する、真空システムにおいて良好なエックス線透過率を有する気体の気体源を具える請求項１に記載のマスクパターン光学画像形成装置。
【請求項４】
前記アパ−チャは、前記仕切りの下部表面上において1 cm2から5 cm2の面積を有する開口部として規定される請求項３に記載のマスクパターン光学画像形成装置。
【請求項５】
前記開口部は、幅0.4 cmから1.5 cm、長さ2.6 cmから3.7 cmのスリットとして規定される請求項４に記載のマスクパターン光学画像形成装置。
【請求項６】
前記第２容器を真空排気する真空排気手段を、更に具える請求項１に記載のマスクパターン光学画像形成装置。
【請求項７】
前記第１容器は、真空システムにおいて良好なエックス線透過率を有する気体の気体源を有し、前記第１容器の第１の側にある入口部と、前記入口部と略対向する前記第１容器の第２の側にある出口部とを有する請求項１に記載のマスクパターン光学画像形成装置。
【請求項８】
前記真空システムにおいて良好なエックス線透過率を有する気体は、ヘリウム、アルゴン、水素、酸素、及びこれらの混合物を含む請求項１に記載のマスクパターン光学画像形成装置。
【請求項９】
前記不純物は、炭化水素を含む請求項１に記載のマスクパターン光学画像形成装置。
【請求項１０】
前記第２容器は、前記気体の一部と不純物とを放出する第２の出口部を具える請求項１に記載のマスクパターン光学画像形成装置。
【請求項１１】
ウエハー上にマスクパターンの光学画像を形成する方法であって、
(a)(i) 極端紫外光に対して高感度であり、パターン画像を形成するために極端紫外光にて露光される前記ウエハーをハウジングする第1容器と、
(ii) 前記第１容器の光学的に上流にあり、真空システムにおいて良好なエックス線透過率を有する気体を透過させるアパ−チャを規定する仕切りによって前記第1容器と分離され、回路製造のためのパターンを有するマスクと前記ウエハーとの間に配置された画像システムをハウジングする第２容器とを具える光リソグラフィーシステムを形成するステップと、
(b) 前記ウエハーの表面上にパターン画像を形成するために、前記ウエハーの表面上で少なくとも部分的に反射される極端紫外光にて前記マスクを露光するステップと、
(c) 前記極端紫外光の露光時に前記ウエハーから生じる不純物を取り除いて、気体流によって前記不純物が前記第２容器に到達することを妨げるように、前記ウエハー表面上に前記真空システムにおいて良好なエックス線透過率を有する気体の気体流を保持するステップとを含む方法。
【請求項１２】
前記気体流は、物質移動ペクレ数として２０から３５の間にある請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記気体流を保持するための手段は、前記アパ−チャ下の前記ウエハーの表面に、気体流を供給する、真空システムにおいて良好なエックス線透過率を有する気体の気体源を具える請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記気体流を保持するための手段は、物質移動ペクレ数として２０から３５の間にあるように気体流量を確立する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記アパ−チャは、前記仕切りの下部表面上において1 cm2から5 cm2の面積を有する開口部として規定されている請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２容器を真空排気するステップを更に含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１容器は、真空システムにおいて良好なエックス線透過率を有する気体の気体源を有し、前記第１容器の第１の側にある入口部と、前記入口部と略対向する前記第１容器の第２の側にある出口部とを有している請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記真空システムにおいて良好なエックス線透過率を有する気体は、ヘリウム、アルゴン、水素、酸素、及びこれらの混合物を含んでいる請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記不純物は、炭化水素を含んでいる請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２容器は、前記気体の一部と不純物とを放出する第２の出口部を具えている請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
複数の連続した工程の製造を含み、各工程の製造は投影リソグラフ描画を含み、前記投影リソグラフ描画に従って被写体のマスクパターンへの光照射により製造中の前記デバイス上に前記マスクに対応するパターン画像が形成され、最終的には前記パターン画像領域に材料の除去または付加が為され、少なくとも１つの工程の製造に用いられる照射光が極端紫外光である、0.25 μm以下の大きさの少なくとも１つの素子を具えるデバイスの製造方法において、ウエハー上にパターン画像を形成するために極端紫外光にて露光される前記ウエハーをハウジングする第1容器を用い、前記第１容器は仕切りを有し、前記仕切りは照射光を前記第1容器に入射させるアパ−チャを有し、前記仕切りと前記ウエハーの表面は経路を規定しており、第２容器は前記第1容器の光学的に上流にあり、且つ、画像システムをハウジングし、前記真空システムにおいて良好なエックス線透過率を有する気体の気体流は、前記極端紫外光の露光時に前記ウエハーから生じる不純物を取り除いて、前記気体流によって前記不純物が前記第２容器に到達することを妨げるように、前記ウエハー表面上に前記経路に沿って保持されることを特徴とする製造方法。
【請求項２２】
前記投影は、投影マスクの直線状または弓状の領域の照射光を含むリングフィールド走査を含んでいる請求項２１に記載の製造方法。
【請求項２３】
前記投影は、縮小投影系のリングフィールド走査を含み、前記縮小投影系のリングフィールド走査に従って、前記パターン画像が前記マスク領域に対し縮小されるように、前記画像平面上の弓状画像領域が弓状の被写体領域に対して縮小される請求項２１に記載の製造方法。
【請求項２４】
前記気体流は、物質移動ペクレ数として２０から３５の間にある気体流量を有する請求項２１に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軟エックス線を用いる投影リソグラフィーに関し、特に、前記ウエハーから発生した不純物が鏡やレンズの表面に付着するのを防ぐ方法に関する。本発明は狭いアークやリングフィールドに沿って鮮明な画像をつくるカメラを用いるシステムに特に適している。前記カメラは、前記リングフィールドを用いて反射マスクを走査したり、前記ウエハー表面にパターンを転写したりすることができる。
【０００２】
【従来の技術】
一般にリソグラフィーは様々な媒体間のパターン転写のための加工をつかさどる。リソグラフィー塗布とは一般に光照射に高感度な塗布であり、前記被写体パターンの投影画像を得るのに適している。一度、前記画像が投影されると、前記塗布において、消えることがない。投影された前記画像は、前記被写体パターンのネガまたはポジとなり得る。特に前記被写体パターンの“透明部分”は、前記“投影”照射に対して選択的に透明、不透明、反射、または非反射の領域をもつように作られる。前記透明部分を透過させて前記塗布を露光すると、前記画像領域が特定の現像液において選択的にクロスリンクし、結果的には多少可溶（これは前記塗布の程度による）となる。より可溶な（クロスリンクしていない）領域が前記塗布の前記画像パターンを残して前記現像過程で取り除かれるほど、クロスリンクしたポリマーはますます難溶になる。
【０００３】
投影リソグラフィーは、マイクロエレクトロニクスの加工に対し、強力かつ必須の技術である。素子の寸法がより小さく制御されるほど、光学系は前記光放射の波長で決まる限界値に近づく。“長波長”エックス線または“軟”エックス線（極端紫外光として知られている）（波長領域λ = 100から200Å（“オングストローム”））は、より小型化が要求される前記素子寸法を実現するための研究の今や中心にある。しかし、軟エックス線はそれ自身に問題がある。従来からの投影リソグラフィーで用いられている複雑で精密な前記光学レンズ系は様々な理由からうまく機能しないからである。様々な理由の中で主たるものは、軟エックス線に対し透明つまり吸収のないレンズ材料が存在しないこと、及びほとんどのエックス線反射器がおよそ７０％の反射効率しかないことである。この反射効率は表面部分をほとんど有さない極めて単純なビームガイド光学系と同程度のものである。
【０００４】
少ない表面部分のみを使用し、狭いアークやリングフィールドに沿ってのみ鮮明な画像（感覚認識の鮮明さ）を作るカメラを開発する試みがなされてきた。このようなカメラが前記リングフィールドをまたいで反射マスクを走査し、走査したウエハー上に、加工のために前記画像転写を行う。例えばJewell他の米国特許番号5,315,629及びOffnerの米国特許番号3,748,015のように、カメラはリングフィールド走査のために設計されているにもかかわらず、シンクロトロン源から、この種のカメラに必要とされる前記リングフィールドまでの前記光を効率的に結合させることが可能な集光レンズは未だ開発されていない。さらに、リングフィールド画像形成に相対して、全画像形成は前記カメラの非常に精巧な非球面鏡を要求する。このような鏡は、要求された前記波長領域に対して、現在の技術で、許容精度内で製作されることは不可能である。
【０００５】
大規模集積回路（“VLSI”）の現状における最先端の技術によれば、0.25 μmのデザインルール条件を満足した回路チップを得ることができる。現在使用されている紫外光の照射描画の分解能をより完全に引出して、さらなる微細化を達成しようとする試みがなされている。位相シフトマスク、オフ・アクシス照射、ステップアンドリピートなどと組み合わせて“遠紫外光”（波長領域がλ = 0.3 μmから0.1 μmまで）を用いることにより、0.18 μm、またこれより幾分小さなデザインルール（最小の部分または最小の空間の大きさ）を実現することができる。
【０００６】
さらに、より小さなデザインルールを実現するためには、波長によって分解能
が制限されるのを回避すべく、異なる態様の照射描画が要求される。例えば電子またはその他の荷電粒子照射を利用することが試みられている。また、電磁波としては、エックス線領域のものが必要と予想される。
【０００７】
今、２つのエックス線照射源を用いる場合を考える。１つはプラズマエックス線源で、高出力パルスレーザー（例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（“YAG”）レーザー）、または50 μmから250 μm領域に500から1000ワットの出力ができるエキシマーレーザーで構成され、これにより、例えば250000 ℃までエックス線源材料を加熱し、生成した前記プラズマからエックス線を放出させる。プラズマ光源は小さく、（動作不良で全プラントが止まることがないように）単一の生産ラインにおいて使用される。もう1つの線源として前記電子蓄積リングシンクロトロンが長年使われており、現在、より高度な展開が期待されている。シンクロトロンは安定かつ各エックス線に対応したエックス線源として機能するので、リソグラフィーのためのエックス線の特に有望な線源である。
【０００８】
電子は相対論的速度まで加速されると、前記シンクロトロンの真空容器の中で磁場によって決められた軌道に沿って動き、この電子が電子の経路を決定する磁場により曲げられると、電磁波を放出する。これによってリソグラフィーに必要な波長領域の照射光は高い信頼性のもとに作ることができる。前記シンクロトロンは目的とする照射光を正確に生成し、極めて高度な実験の要求に合致させることができる。前記電子から放出される前記電磁波は前記電子の飛跡が変化することによって生じるものであり、一般にはシンクロトロン放射と呼ばれている。電子や陽電子が、前記シンクロトロン内において、磁場によって規定された軌道をそれて光速に近い速度で動く時、シンクロトロン放射光は非常に大きな指向性をもつ電磁波で構成される。
【０００９】
シンクロトロン放射光は連続スペクトルまたは扇形の“光”として放出され、ラジオ波から赤外までの波長領域を有する前記スペクトルに見えるシンクロトロン放射光として規定される。この放射光は他の光源に由来した強く鋭いピークを有しない。シンクロトロン放射光はビーム強度が高く、発散が小さいという特性をもっているために厚く塗布したレジストに対して、光リソグラフィーマスクパターンを正確に深く感光させることができる。一般に全てのシンクロトロンは、Cerrina他（米国特許番号5,371,774）のスペクトルを規定している図１（Cerrina他の図）に示されたスペクトルと類似したスペクトル曲線を有する。前記特性強度と臨界光エネルギーは前記装置パラメータに依存し、シンクロトロン間で異なる。
【００１０】
様々なエックス線パターン化手段は現在研究中である。恐らく最も発展したエックス線リソグラフィーはプロキシミティプリントである。プロキシミティプリントでは、対象物と画像とが１：１の寸法比を限度とするように要求され、この寸法比はフォトグラフィー接触プリントにより大きくなる。薄膜マスクは前記ウエハーから１または２、３ミクロンの間隙を保たれており（即ち、前記ウエハーと接触していない故に“プロキシミティ”である）、この間隙によりマスク損傷の可能性が低くなっているが、この間隙により損傷の可能性がすべて除去されているわけではない。壊れやすい薄膜上に完璧なマスクを作ることが、大きな問題であり続けている。前記マスクと前記ウエハーの間に光学系が必要ないことから、前記初期放射光に、高レベルの平行性（即ち照準性）が要求される。前記マスクの特性端での回折を限界づけている0.25 μmまたはそれ以下のパターン化に対しては、波長が16Å以下のエックス線照射が要求される。
【００１１】
プロキシミティプリントには前記シンクロトロン光源が用いられてきた。伝統的かつ高需要の科学的慣習に従って、プロキシミティプリントは通常の小さなアーク集合体に基づいて行われてきた。10 mradまたは20 mradのアーク集合体から得られる比較的小さな出力は、高アスペクト比の前記シンクロトロン放射光とともに、（全画像場の用途より）走査性高アスペクト比光照射場の用途に用いられるようになってきた。
【００１２】
投影リソグラフィーはプロキシミティプリントを行う上で本質的な利点をそなえている。その1つは、マスク損傷の可能性が低くなり、現在の大型化マスクのコストを削減できる点にある。前記マスク及び前記ウエハー間に形成された画像またはカメラ光学系は、端散乱を補償するものであり、その結果、より長波長の放射を用いることもできる。極端紫外光（軟エックス線として知られている）を用いることにより、光学系の照角に対して大きな入射角がとれる。このシステムは、（軟エックス線投影リソグラフィーが（“SXPL”）で知られているように）極端紫外リソグラフィー（“EUVL”）として知られている。
【００１３】
極端紫外リソグラフィーの好ましい態様はリングフィールド走査である。すべてのリングフィールド光学系の態様は、収差の半径依存性に基づいており、また低次元の収差、例えば３次元収差と高次元の収差とをバランスさせる手法を使用するため、長く狭い光照射場または前記システムの前記光軸から離隔した補正環状領域（定半径で軸に対して回転対称な領域）が生成される。結果として、補正領域の形状は直線片というよりはむしろ弓状、即ち曲線状の小片となる。前記弓状の小片は、前記カメラの前記光軸に回転の中心をもつ前記円輪の弧である。以下に述べる弓状スリットの典型的な模式図は米国特許番号5,315,629の図４を参照されたい。ここにおいて前記弓状スリットは幅W、長さLで定義づけられ、動径Rで定義づけられるリングフィールドの一部として記述されている。そして、前記動径Rによって、光軸と前記弓状スリットの中心が隔てられている。前記小片の幅は最も小さな部分の関数であり、大きな解像度を得るべく比較的大きく設定された半径よりも大きいか小さい距離における残留非点収差、歪み、ペッツヴァル曲率の増大に伴いプリントが行われる。このような弓状場を用いることにより、前記画像中における半径依存の画像収差を極小化することができる。対象物対画像の寸法比を例えば５：１に縮小することにより、ここでは拡大特性マスクの顕著な費用削減がもたらされる。
【００１４】
極端紫外リソグラフィーの電子蓄積リングシンクロトロン光源の改良努力は将来も続くと期待される。シンクロトロンにより発生したエックス線描画の照射を用いることによって0.25 μmまたはそれ以下のデザインルールに従ったデバイスを経済的に高いスループットで製造することが実現できる。デバイス製造に際しては、少なくとも100 mradに及ぶ大きな角度の集光が重要となるだろう。前記集光レンズに対する集光と加工の光学系の設計は、前記シンクロトロン光の放射パターンと前記リングフィールド走査線のパターンの重大なミスマッチにより複雑化している。
【００１５】
極端紫外リソグラフィーシステムで使われる前記光学系の性能とは別に、製造ウエハーの品質に影響する他の因子としては、不純物がレンズ、ウエハー、及び他の光学装置表面に付着するのを阻止する性能が挙げられる。不純物源は露光された前記ウエハーから生じた前記炭化水素である。前記投影光学系上に前記炭化水素が堆積することによって、極端紫外光のスループットを減少させる。そして、前記レティクル上へ炭化水素が不均一に堆積することによって線幅が広く変化する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
先行のエックス線リソグラフィーデバイスは複数容器の装置を含み、この容器内では、固体フィルター窓により、前記ウエハーステージをハウジングする容器が前記投影エックス線源から分離されている。前記窓が壁として効率的に機能することにより、潜在的な気体不純物が前記ウエハーステージより上流の前記デバイスをハウジングする前記容器に入ることが阻止される。しかし、前記窓は前記極端紫外光の多くを吸収するため、前記ウエハーに到達する光が減ってしまう。例えば、厚さ0.5 μmの珪素窓はおよそ５０％の前記極端紫外光を吸収する。本技術では、ウエハーの上流にある装置に不純物気体が到達する量を著しく増やすことなく、極端紫外光の吸収量を減らす方法を模索したものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、例えばカメラといった反射放射光源と前記ウエハーの間に固体フィルター窓がない場合でも、ウエハー近傍で不活性気体の幕を保持すれば、極端紫外リソグラフィーデバイスの前記光学系に不純物が近づくのを効果的に阻止するという認識に基づいている。前記不活性気体、例えばヘリウムなどが、飛沫同伴法により不純物を除去する。
【００１８】
従って、１つの態様において、本発明はウエハーの上にマスクパターンの光学画像を形成するための装置に対するもので、この装置は、パターン画像を形成するために、極端紫外光にて露光されるウエハーをハウジングする第1容器と、不活性気体を透過させるアパ−チャを規定する仕切り、即ち壁によって前記第1容器と分離され、前記マスクにより反射された極端紫外光を受光し、前記アパ−チャを通して前記ウエハーに照射するために、回路製造のためのパターンを有するマスクと前記ウエハーの間に配置された画像システムをハウジングする第２容器と、前記極端紫外光の露光時に前記ウエハーより生じた不純物を取り除くために前記ウエハー表面上に不活性気体流を保持する手段とを含むものである。
【００１９】
もう１つの態様において、本発明はウエハー上にマスクパターンの光学画像を形成するための方法に対するもので、この方法は、(a)(i) 極端紫外光に対して高感度であり、パターン画像を形成するために極端紫外光に露光されるウエハーをハウジングする第1容器と、(ii) 不活性気体を透過させるアパ−チャを規定する仕切りによって前記第1容器と分離され、回路製造のためのパターンを有するマスクと前記ウエハーの間に配置された画像システムをハウジングする第２容器とを具えることを特徴とする光リソグラフィーシステムを与える工程と、(b) 少なくとも一部が前記ウエハー表面上で反射される極端紫外光にてマスクを露光して、前記ウエハー表面上にパターン画像を形成する工程と、(c) 前記ウエハー表面上に不活性気体流を保持し、前記極端紫外光の露光時に、前記ウエハー上に生じた不純物を除去する工程とを具えるものである。
【００２０】
さらなる態様において、本発明は、0.25 μm以下の大きさの、少なくとも１つの素子を具えるデバイス製造方法に対するものである。この製造方法は複数の連続した工程の製造を含み、各工程の製造はリソグラフ描画を含み、このリソグラフ描画に従って被写体のマスクパターンへの光照射により製造中の前記デバイス上に前記マスクに対応するパターン画像を形成し、最終的には前記パターン画像領域に材料の除去または付加が為されることを特徴とする。また、少なくとも１つの工程の製造に用いられる照射光が極端紫外光であり、前記工程は、極端紫外光に露光させてパターン画像を形成するウエハーをハウジングする容器を用い、前記ウエハー上に不活性気体流を保持して、前記照射によって生じたウエハー上の不純物を除去することを特徴とする。
【００２１】
モデル計算によれば、不活性気体が、飛沫同伴法により効果的に炭化水素を除去でき、ウエハーに対して上流に置かれた光学デバイスは不純物からの有害な影響を受けない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は極端紫外リソグラフィーの装置を模式的に表したものである。この装置はシンクロトロンまたはレーザープラズマ光源のような光照射源（１１）を具えており、この照射源は集光レンズ（１３）の中にエックス線（１２）を放出する。次いで、集光レンズからビーム（１４）が放出されて、これがレティクルの一部分、即ちマスク（１５）に照射される。この前記パターンビームはマスクステージ（１７）上に取り付けられたマスク（１５）の画像をステージ（１９）上に取り付けられたウエハー（１８）上に投影する画像光学系（１６）中に導かれる。構成要素（２０）は２次元走査機であり、所望のマスク対画像の縮尺を得るべく、マスク（１５）及びウエハー（１８）を任意の方向に任意の相対速度で走査し、所望のマスク対画像縮尺比率が得られるようにしている。
【００２３】
以下にさらに詳しく説明されるように、前記ウエハーは、図１に表わされるように、上流に配置された光リソグラフィーシステムの他の部品から分離されたウエハー容器にハウジングされている。これら他の部品は１個ないしはそれ以上の容器にハウジングされ、これらの容器はエックス線の減衰を最小にするため、好ましくは真空に保たれる。前記マスクから投影され、前記カメラで転写された極端紫外光は前記ウエハー容器のアパ−チャを通って伝播する。本発明において、このアパ−チャには、固体フィルター窓、例えば軟エックス線透過材料で作られた窓は用いられない。
【００２４】
本発明の極端紫外リソグラフィーデバイスは、0.25 μm以下の大きさの、少なくとも１つの素子を具える集積デバイスの製造に特に適している。この集積デバイス製造の工程は、マスクパターンを用いたリソグラフ描画による複数の連続した工程の製造を含む。このマスクパターンに光照射されると製造中の前記デバイスの上に前記マスクに対応するパターンができ、究極的には前記パターン画像の領域に材料の除去や付加ができるようになる。特にリソグラフ描画が投影により行われる場合は、集光された放射光は、加工されて、カメラの光学画像を得るとともに、スキャン及びクロススキャンの方向において、実質上等しい画像品質を得ることができる。また、前記集光された放射光は、隣接ライン間の間隔が変化するにつれて、滑らかに変化する。好ましい態様においては、投影マスクの直線、または弓状の領域に光照射するリングフィールド走査が投影操作に含まれている。もう１つ好ましい態様においては、前記画像パターンの大きさが前記マスク領域に対して相対的に縮小されるように、前記平面画像上の弓状に屈曲した画像領域が、相当する被写体の弓状に屈曲した領域に対して縮小されるような、縮小投影系のリングフィールドを、投影操作が含む。
【００２５】
図１に示された極端紫外リソグラフィーデバイスを構成する個々の部品は、投影極端紫外リソグラフィーのための従来の光学部品、例えば集光レンズ、カメラ、及びレンズ類を具えることができる。極端紫外リソグラフィーデバイスには、軟エックス線を集光してリングフィールドカメラに照射できる集光レンズを使用することが好ましい。特に好ましい極端紫外リソグラフィーデバイスにおいては、臨界サイズ制御を高める前記反射マスク上流の鏡表面に回折格子を有する集光レンズが用いられており、このデバイスはSweatt他の米国特許出願番号09/130,224、“極端紫外リソグラフィー集光レンズにおける回折素子”、１９９８年８月６日出願、において参考文献として記述されている。前記特許申請に図示された集光レンズは、ひとみ入口で、線光源または準点光源からの光をいくつかの分離した線や変換点焦点の光に分離する性能をもつ。そしてこれらの線や変換点焦点は前記リングフィールド半径の上で依然、お互い重なりあっており、これによって前記集光レンズの集光効率が最大化され、前記光源のいかなる不均一性も除去される。
【００２６】
図２Aと２Bは、図１に記述されている前記部品をハウジングする前記真空容器と、前記気体幕の関連デバイスを表わしている。仕切り（４０）（一部切り取られて表示されている）は前記容器を分断して水平にのびており、前記容器を下部容器（４１）と上部容器（４２）に分けている。この仕切り（４０）は下部容器（４１）の前記不純物が上部容器（４２）に浸入するのを防ぐ役割をもつ。最も問題となる不純物は炭化水素気体であり、特に光レジスト層をもつウエハーが極端紫外光にて露光された時に生成される。仕切り（４０）は、極端紫外光（４４）が上部容器（４２）から下部容器（４１）向けて透過するためのアパ−チャ（４３）を有している。このアパ−チャ（４３）は前記ウエハーステージの中心の真上に作られることが好ましく、また前記アパ−チャは前記極端紫外光の線束が前記ウエハーに向けて透過するのに十分な大きさを有することが好ましい。仕切り（４０）がその周辺部分を封じている場合においては、アパ−チャ（４３）は下部容器（４１）から上部容器（４２）に不純物が透過する唯一の経路となっている。従って、この経路を流れる不純物の量をゼロにするかまたは最小にするように、前記気体幕の位置が決められる。さらに、アパ−チャ（４３）の面積は上部容器（４２）に入る気体の量を減らすべく最小限に保たれなければならない。好ましくは、前記アパ−チャは1 cm２から5 cm２の面積の開口部を有する。１つの態様として、スリットは幅0.4 cmから1.5 cm、長さは2.6 cmから3.7 cmに形成することができる。
【００２７】
下部容器（４１）はウエハーステージ（４５）をハウジングし、上部容器（４２）は他のデバイス、例えば図１に表された、前記ウエハーステージの上流にあるカメラや集光レンズをハウジングする。上部容器（４２）を独立に１つ使う代わりに、追加の容器を使うこともできる。これは、前記投影リソグラフィーシステムの様々なデバイスを別々の環境を有する別々の容器に独立して配置した方がより便利であり、望ましいからである。
【００２８】
不活性気体幕はアパ−チャ（４３）の直下で生成され、前記アパ−チャを通って上部容器（４２）に流れる炭化水素気体を阻止したり、少なくともその量を最小にしたりする。不活性気体は気体源（４６）から出て、管（４７）中を流れる。この管は、下部容器（４１）内の不活性気体の入口管（４８）とつながっている。図２Bに示されているように、不活性気体の入口管（４８）は水平に存在していて、前記極端紫外光の光路に対して、前記不活性気体がそれを妨げることなく、できるだけ現実的に近接した点までに至っている。前記不活性気体は入口管（４８）を通って左右に流れ、管の右端から出射される。そして、この管の右端は極端紫外光の光路に隣接している。前記不活性気体は、前記ウエハー上の前記極端紫外光の光路を水平に交差して流れて、前記ウエハーから出る前記炭化水素気体を除去する。この結果できた混合気体は、経路（４９）で表されるように、下部容器（４１）内を水平に右に向かって流れる。この混合気体は、真空デバイス（５１）につながった出口管（５０）を通って下部容器（４１）を出る。下部容器（４１）で達成される真空度は、特に0.005 torrから0.5 torrである。
【００２９】
一般に入口管（４８）はウエハーステージ（４５）に置かれたウエハー上にある空間をもつ。この隙間は、好ましくは2 mmから10 mmがよく、また仕切り（４０）の真下にも同じような隙間があることが好ましい。‘煙突’即ち導管（５２）は入口管（４８）と仕切り（４０）間の隙間を塞ぎ、前記ウエハーから生じた前記炭化水素気体が前記不活性気体入口管上流やその周辺を流れるのを防止したり、アパ−チャ（４３）を通って前記上部容器の前記光学系に流れたりすることを防止する。一般に、下部容器（４１）の圧力は上部容器（４２）の圧力より高い。この結果、不活性気体入口管（４８）から不活性気体が放出されたり、煙突（５２）を流れて上部容器（４２）に入ったりする。上部容器（４２）中の気体は気体幕や上部容器中の様々な要因からの脱ガスによって生じたものであり、１ないしは２以上の出口管（５４）を通して真空デバイス（５３）とつながった前記上部容器から排気できる。これにより、上部容器（４２）では、特に10-6 torrから0.005 torr領域の真空が達成できる。
【００３０】
図２Bに示されているように、前記極端紫外光のアパ−チャ（４３）は幅方向が拡張されてwの値を有し、前記マスクから投影され前記ウエハー容器に向けて前記カメラで転写された前記極端紫外ビームの外郭と一致している。そしてこの外郭は前記マスクから投影され、前記ウエハーに向けて前記カメラで転写される。不活性気体の入口管（４８）の幅は、仕切り（４０）のアパ−チャ（４３）と同じが好ましい。図２Bでは、不活性気体の前記入口管縦方向の大きさはhiと示されている。
【００３１】
前記不活性気体は、前記投影リソグラフィーデバイスの動作に悪い影響を及ぼさない、例えば真空下で良好なエックス線透過率の気体であれば、いかなる気体でも含むことができる。例えば、水素、ヘリウム、アルゴン、酸素、及びこれらの混合物を含むことが望ましい。
【００３２】
好ましくは、ウエハー上の不活性気体の気体流は、物質移動ペクレ数（Vhi/Dで与えられる無次元量で、Vは気体の速度、hiは不活性気体入口管の縦寸法、及びDは不活性気体中の炭化水素気体の拡散定数を表す）が、20から35の値を有する。この好適なペクレ数を実現するには、気体流量、管の大きさ、気体の種類、またはこれらの条件の組み合わせに適切な値を用いればよい。これらの数値一式として典型的なものは、(i) 気体流量が0.025 g/secから0.05 g/secで好ましくはおよそ0.03 g/sec、(ii) 管の縦方向の高さが1 cmから5 cmで好ましくはおよそ4 cmで、幅が2 cmから4 cm好ましくは2.92 cm、及び前記不活性気体としてはアルゴンを用いる。
【００３３】
前記上部容器にある前記投影光学系を炭化水素汚染から守るために前記気体幕を用いる効果を決定する目的で、モデル計算を行った。前記計算は図３Aと３Bに表された特定の真空容器の２次元モデルについて行った。図３Aと３Bでは、前記容器の内側の幅は1.06 mで、前記装置の高さは1.37 mである。上部容器（６０）は２つの気体出口（６１）がある。仕切り（６２）は上部容器（６０）と下部容器（６３）を分けている。前記不活性気体を流すための入口（６４）は下部容器（６３）の左側にあり、ウエハー（６５）は下部容器（６３）の底から18 cmの位置にある。下部容器（６３）はその右側に出口（６６）を有する。前記計算のために上部容器（６０）は空とした。即ち前記数値計算には前記投影光学系は含まれない。図３Aの領域（６７）の拡大図が図３Bである。
【００３４】
仕切り（６２）とウエハー（６５）は、アパ−チャ（６８）とともに図３Bにおいて部分的に示されている。この数値計算モデルでは、不活性気体の入口管（７０）の上部境界壁は仕切り（６２）で与えられる。そして前記入口管の下部境界壁（６９）はウエハー（６５）上に1 mmの隙間を有している。入口管（７０）の縦方向の高さはhiである。
【００３５】
前記数値計算ではアルゴン気体幕を取り扱った。このアルゴン気体幕は炭化水素源であるウエハー（６５）の真上に位置し、前記炭化水素を前記アルゴン流の中に閉じ込め、前記真空容器の外に放出する。前記計算結果によれば、前記上部容器中の前記炭化水素の分圧がペクレ数Pe=Vhi/Dの増加とともに減少した。ここでVは前記ウエハー上での前記アルゴンの気体速度、hiは前記アルゴン入口管の寸法、及びDは質量拡散を表わしている。
【００３６】
数値計算は前記真空容器での運動量、エネルギー、及び物質移動について行われる。前記真空容器中では、前記ウエハーから脱ガスした炭化水素が前記上部容器に到達することを阻止するために気体幕が用いられる。前記計算では、気体運動方程式の圧縮形式を解いた。前記計算は、運動量と物質移動の過程が連続方程式に従うことと２次元移動過程を仮定している。
【００３７】
【数１】
2002529927.tif 000001
【００３８】
前記方程式システムを閉じたものにするためには、前記方程式システムの境界条件が明確にされなければならない。前記入口から前記管にかけての前記アルゴン気体の温度を常温（295°K）とし、前記入口速度には様々な値が与えられて、所定の範囲の入口流量が得られた。全ての固体壁で、速度はゼロ、温度は常温とされた。前記下部容器の前記出口における圧力、pw、には所定の範囲内で変化させた。前記上部容器の出口における圧力は、低い値（0.0075 torr）とした。この圧力は使用される真空ポンプの種類や前記上部容器への前記流量に依存して、実際的には変化すると考えられる。前記上部容器内の圧力が十分に小さければ、この結果、前記仕切り上の前記アパ−チャでチョーク流条件（マッハ数が１）がもたらされる。チョーク流が生じている場合、前記上部容器への質量流量は、前記上部容器内の圧力とは無関係になり、正確な値に意味がなくなる。前記数値計算により得られた前記上部容器への前記炭化水素の流量と質量成分の結果は、以下に示すように、前記上部容器の前記炭化水素分圧を得るために、前記真空ポンプスループットに関する推奨値と合わせて用いられた。
【００３９】
前記ウエハーからの脱ガスレートは低く見積もって1014 molecules/(second・cm2)であると明らかになった。この脱ガスレートは極端紫外リソグラフィーで生ずる脱ガスレートよりも高いと予想される。前記数値計算のほとんどの段階で、前記炭化水素はメタンであると仮定され、アルゴンが前記気体幕に用いられた。用いられた特性量は、μ = 2.281e-5 Kg/(m s)、Cv = 319 J/(Kg K)、k = 0.018 W/(mK)、及びD = 3.283 Kg/(m s)である。前記数値計算は定常状態に対して行われた。すべての前記計算段階において、標準的な市販のシミュレーションソフトウェアが使用された。
【００４０】
前記真空ポンプスループットは気体の体積流量とポンプ入口の圧力の積で与えられる。多くのターボ分子ポンプにおいてそのスループットは、ポンプ入口圧力の広い範囲で、およそ一定である。前記気体幕から前記上部容器に入る気体の質量流量をm0とし、前記ポンプスループットをQとすると、式５によりポンプ入口の圧力、p0が与えられる。ここでRは混合気体の気体定数、Tは気体の温度で、これは常温（295°K）に等しいと仮定されている。好ましい態様においては、Q値が6000 torr・l/sとなるように前記上部容器に２台のターボ分子ポンプを配置する。前記上部容器の圧力は均一で、かつp0に等しいと仮定された。式６は、前記上部容器に流れ込む前記炭化水素の質量成分、y0、から前記炭化水素のモル成分、x0、を得るために用いられる。ここで、WAとWHCは、それぞれアルゴンと前記炭化水素（メタン）の分子量を表わす。また、前記上部容器の前記炭化水素分圧、pCH、はp0とx0の積で与えられる。
【００４１】
p0 = RTm0/Q                                                            5
x0 = WA/WHC y0/[1 - y0(1 - WA/WHC)]                                        6
【００４２】
図４は、前記真空容器中でシミュレーションされた流線を示しており、この流線はアルゴン/炭化水素の混合気体（８０）が流れる経路を表わしている。図４で明らかなように、一部の気体（８２）が前記上部容器に流れ前記上部出口を通りぬける。他方、残りの気体（８１）は前記下部出口を通りぬける。前記上部容器に流れ込む気体はほとんどが純アルゴンである。即ち、前記炭化水素のほとんどが、意図した通りに前記下部出口を通って流れ出る。前記上部容器に流れ込む気体は、ウエハーと仕切りの間の閉鎖領域で生じる局所的な高圧によって生じる。前記ウエハー上の流体のクヌーセン数は、分子の平均自由行程と、前記ウエハーと前記仕切り間の距離の比で与えられ、本発明で行った前記数値計算では0.02から0.04の範囲であった。この計算は連続体を取り扱ったものに近似しており、従ってこの連続方程式の使用によって、ほんの小さな誤差しか生じないはずである。
【００４３】
図４に示された前記フローフィールドは粒子輸送に関して重要な意味をもつ。低圧気体中の粒子の抵抗係数に経験値データを用いた計算によれば、本発明で考慮された低圧条件の場合でさえ、粒子は前記気体流に従いやすい。即ち、図４に示された前記フローフィールドは前記真空容器の外に粒子を掃き出すのに有効である。
【００４４】
図５には前記ウエハー近傍での前記炭化水素の質量成分分布が示されている。この結果は、図５の左から右に流れる前記アルゴン気体が前記炭化水素気体を前記真空容器の右側に掃き寄せ、さらに掃き出すのに有効だということを示している。より高濃度な炭化水素気体の領域（図５の灰色で示されている）は、図の左側の前記アルゴン入口管と前記ウエハーの間に発生している。前記炭化水素は前記ウエハー表面に沿った領域に主に限定される。前記炭化水素気体は前記仕切りにより前記上部容器には入れないことに注目しなければならない。
【００４５】
前記気体幕の中の前記アルゴン流量（これに対応する物質移動ペクレ数も横軸に示した）に対する前記上部容器中の前記炭化水素分圧、pHC、の計算結果が図６に示されている。ここでhiは1.4 cmとしてある。pHCは前記アルゴン流量の増加につれて減少している。そして、pHCに対する10-10 torrの値（我々の到達目標値）が前記アルゴン流量、12.2 torr・l/secで得られる。
【００４６】
本発明の好ましい態様において開示し、述べているが、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、上述した教示内容に鑑み、多くの変更や変形が可能である。
【００４７】
【図面の簡単な説明】
【図１】  典型的な光リソグラフィー装置の主要部品を概念的に示す図である。
【図２】  ２A及び２Bは、それぞれ、前記システムを２つの容器に分ける仕切りを具えた真空システムの一部と気体幕を生成する機構を示した概念図である。
【図３】  ３A及び３Bは、前記気体幕の動作の計算に用いられた真空システムの一例としての２次元モデルを示す図である。
【図４】  前記真空システム内での前記気体幕の前記流線を表した図である。
【図５】  ウエハー近傍の前記真空システムでの前記炭化水素質量成分の分布を表した、前記ウエハーの拡大図である。
【図６】  前記真空システムの前記上部容器における前記炭化水素の分圧を前記気体幕の気体流量とペクレ数に対してグラフ化した図である。