JP2001148343A

JP2001148343A - 露光装置およびデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2001148343A
Application number: JP33190099A
Authority: JP
Inventors: Sumimasa Yamamoto; 純正山本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-11-22
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2001-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】フッ素樹脂やフッ素ゴムを素材としたチュー
ブやシール材等を介して露光光の光路上等へ外気が侵入
するのを防止する。【解決手段】露光光の光路上に存在する光学部品を密
閉して収容するとともに、内部を所定のガスで置換する
ための前記ガスの流入口および流出口を備えた容器９
と、この容器内を前記流入口および流出口を用いて前記
ガスで置換する置換手段１〜８、１０とを備えた露光装
置において、前記ガスが満たされる空間のうち少なくと
も外部との隔壁を構成する素材に金属以外の材料が用い
られている部分３、９の圧力を外部より高い圧力に維持
する手段１、２、４、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、８を具
備することを特徴とする露光装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、雰囲気ガスを活性
化したり酸素による吸収を受け易い短波長のエキシマレ
ーザ光等を照明光とする場合に適した露光装置およびこ
れを用いたデバイス製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体の製造に用いられている露
光装置に対し、パターン線幅の微細化のための解像度の
向上やスループットの向上が要求されるようになってい
る。これに伴い、露光光としてはますます高照度なもの
が要求されると同時に、露光光の短波長化が進んでい
る。

【０００３】しかし、ｉ線（波長λ＝３６５ｎｍ）を露
光光とする露光装置およびｉ線より短波長の露光光を用
いる露光装置においては、短波長化により、露光光が空
気中の不純物を酸素と光化学反応させることが知られて
おり、かかる反応による生成物（曇り物質）がガラス部
材に付着し、ガラス部材に不透明な「曇り」が生じると
いう不都合がある。曇り物質としては、例えば亜硫酸
（ＳＯ₂）が光のエネルギーを吸収して励起状態とな
り、空気中の酸素と反応（酸化）することによって生じ
る硫酸アンモニウム（ＮＨ₄）₂ＳＯ₄ が代表としてあげ
られる。この硫酸アンモニウムは白色を帯びており、レ
ンズやミラー等の光学部材の表面に付着すると前記「曇
り」状態となる。そして、露光光は硫酸アンモニウムで
散乱され吸収される結果、前記光学系の透過率が減少す
ることになる。

【０００４】特に、ＫｒＦエキシマレーザのように露光
光の波長がｉ線より短い２４８ｎｍ以下である短波長領
域にある場合は、露光光がより強い光化学反応を起こさ
せ、前記「曇り」がより顕著に生じる。さらに同時に露
光光が空気中の酸素を反応させてオゾンを発生し、残存
酸素と生成オゾンがともに露光光を吸収してしまうとい
う現象がある。

【０００５】そこで、光源のレンズ系や投影レンズ系等
の光学部品を、密閉した容器内に収容し、該容器内の大
気を窒素等の不活性ガスに置換することによって各光学
部材の汚染や露光光の吸収を防ぐ方法が開発されてい
る。容器内が大気で満たされている初期状態から、不活
性ガスに置換し、その濃度を維持するためには、はじめ
に大量の不活性ガスを供給し、容器内を短時間で不活性
ガスに置換した後、その不活性ガス濃度を維持するため
に少量の不活性ガスを流しつづける必要がある。これに
ついては、従来、特開平６−２１６０００号公報に開示
されているように不活性ガス供給用の配管を切り換える
ことによって対応している。これらの配管用のチューブ
には、柔軟性、クリーン度、放出ガス量等の点での優位
性によりフッ素樹脂やフッ素ゴムを素材としたものが多
く用いられている。また、光学部品は光源であるレーザ
から最終的に露光する基板までの数メートルの距離に複
雑に配置されているため、それらを収容する容器も、形
状が複雑になり、単部品では形成不可能である。そのた
め、複数の部品を接合して容器を形成することになる
が、その際、各部品の接合部にはＯリング、ガスケット
などが多く用いられる。そしてこれらの素材にもまたク
リーン度、放出ガス等の点での優位性よりフッ素樹脂や
フッ素ゴムが多く用いられている。

【０００６】また、露光装置には、所望の露光条件を得
ることができるように、ズームレンズ等のような、光学
部品が稼動する箇所が存在し、その稼動のためにアクチ
ュエータを用いている。しかし、アクチュエータにはベ
アリング、接着剤など多くの放出ガス源となりうる要素
が存在する。したがって、放出ガス量の低減のために
は、アクチュエータを容器外に配置するのが望ましい。
これを実現するために、動力伝達軸などの回転部の密閉
度を保つ必要性が生じる。このため、こういった部位に
はクリーン度、放出ガス量等の点での優位性とさらに潤
滑性の理由から、フッ素樹脂製のシール材が多く用いら
れている。以上のように、従来、配管系統や密閉容器内
にはフッ素樹脂やフッ素ゴムを素材とした部品が数多く
使われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら最近、焼
付け線幅の微細化によりＡｒＦエキシマレーザ（波長１
９３ｎｍ）、Ｆ２エキシマレーザ（波長１５７．６ｎ
ｍ）などのようなＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎ
ｍ）よりもさらに短波長のレーザを使用する必要性が生
じている。ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）の
波長の近辺は、酸素のシューマン・ルンゲ吸収帯にかか
るため、酸素による光の吸収を受け易い多数の周波数域
が存在し、その影響により、ＫｒＦエキシマレーザに比
べ、酸素による光の吸収量が多くなる。しかもＦ２エキ
シマレーザ（波長１５７．６ｎｍ）の波長近辺において
は、さらに高いレベルの吸収が連続した周波数で起こる
ため、ＡｒＦエキシマレーザに比べ、さらに酸素による
光の吸収の影響を多く受けることが予想される。よっ
て、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ２エキシマレーザなどの
ようなより短い波長のレーザを光源に用いる場合には、
前述のような曇り防止の目的もさることながら、酸素に
よる光の吸収を防ぐ目的のため、より密閉容器内の残存
大気濃度を低く保つ必要がある。そのためには前述の従
来技術のように、光源のレンズ系や投影レンズ系等の光
学部品を密閉容器内に収容し、はじめに容器内に大量の
不活性ガスを供給して容器内を短時間で不活性ガスに置
換し、その不活性ガス濃度を維持するために、その後、
少量の不活性ガスを流しつづけ、そしてこの不活性ガス
を供給する配管に、配管作業性や柔軟性、クリーン度、
放出ガス量などの点での優位性によりフッ素樹脂やフッ
素ゴムを素材としたチューブを多く用いるのみでは不十
分である。

【０００８】すなわち、このフッ素樹脂やフッ素ゴムは
金属に比べ、気体の透過率が高いという性質をもってい
る。そのため、例えば絞りの後のようなチューブ内の圧
力がほぼ大気圧と同等の状態で長い距離を配管すると、
チューブ内に大気が透過し、侵入することが考えられ
る。また、前記のように、不活性ガスの流量を切り換え
て、大流量および小流量のそれぞれ違う流量の不活性ガ
スを流すために、２系統の不活性ガス配管系統を用意す
ると、例えば大流量を流している間に小流量用の配管に
大気が浸透し、小流量に切り換えた際にこの大気が装置
に流れ込んでしまうことも考えられる。さらに、容器の
密閉度を高める目的のために部品の接合面に用いられて
いるフッ素樹脂やフッ素ゴムを素材としたＯリング、ガ
スケットその他のシール材も、金属やガラスに比ベ、ガ
ス透過率が数桁高いため、微量ながら大気の透過および
侵入を許してしまう。これらのチューブやシール材を透
過して侵入する大気は、密閉容器内に数十ｐｐｍの残存
大気を許容する露光装置であれば問題にならない量であ
るが、数ｐｐｍの残存大気が問題になることが予測され
る短波長レーザを用いた露光装置の場合は無視できない
量となる。

【０００９】そこで、本発明は、露光装置およびデバイ
ス製造方法において、フッ素樹脂やフッ素ゴムを素材と
したチューブやシール材からの外気の透過や侵入を抑え
ることを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するた
め、本発明の第１の露光装置は、露光光の光路上に存在
する光学部品を密閉して収容するとともに、内部を所定
のガスで置換するための前記ガスの流入口および流出口
を備えた容器と、この容器内を前記流入口および流出口
を用いて前記ガスで置換する置換手段とを備えた露光装
置において、前記ガスが満たされる空間のうち少なくと
も外部との隔壁を構成する素材に金属以外の材料が用い
られている部分の圧力を外部より高い圧力に維持する手
段を具備することを特徴とする。

【００１１】第２の露光装置は、第１の露光装置におい
て、前記金属以外の材料が用いられている部分は、フッ
素樹脂またはフッ素ゴムが用いられている部分であるこ
とを特徴とする。

【００１２】第３の露光装置は、第１の露光装置におい
て、前記金属以外の材料が用いられている部分は、フッ
素樹脂またはフッ素ゴムを素材とした、ガスケット、Ｏ
リング等の密閉用部品または前記ガスの配管用チューブ
が用いられている部分であることを特徴とする。

【００１３】第４の露光装置は、第１〜第３のいずれか
の露光装置において、前記金属以外の材料が用いられて
いる部分は、前記容器へ前記ガスを供給するための配管
系統の部分であることを特徴とする。

【００１４】そして、第５の露光装置は、第１〜第４の
いずれかの露光装置において、前記置換手段は、前記容
器内の置換を行った後も前記ガスを供給し続けることに
よって前記容器内における前記ガスの濃度を維持するも
のであり、置換時と濃度を維持するときとで前記ガスの
供給量を切り換える手段を有することを特徴とする。

【００１５】また、本発明のデバイス製造方法は、露光
装置で露光を行うことによりデバイスを製造するデバイ
ス製造方法において、前記露光装置として本発明の第１
〜第５のいずれかの露光装置を用いるとともに、その機
能により、その露光光の光路上に存在する光学部品の雰
囲気を所定のガスによる所定の濃度の雰囲気に維持する
工程を具備することを特徴とする。

【００１６】これら本発明の構成において、置換手段に
より、光学部品を収容した容器内の置換が行われると、
容器内や置換用ガスの供給路が置換用ガスで満たされる
が、それらのガスが満たされた空間のうち少なくとも外
部との隔壁を構成する素材に金属以外の材料が用いられ
ている部分の圧力が外部より高い圧力に維持される。例
えば、光学部品を収容した容器内を大流量の不活性ガス
で置換し、その後、その不活性ガスの濃度を小流量の不
活性ガスの供給により維持する場合には、大流量または
小流量のどちらの不活性ガス流量の状態においても、配
管系統に用いられているフッ素樹脂やフッ素ゴムを素材
としたチューブ内の不活性ガスは、常に陽圧に保たれ
る。絞りを通過するなどして減圧された不活性ガスは金
属製のチューブや金属製のマニホールドを通すようにす
る。また、容器内のフッ素樹脂やフッ素ゴムを素材とし
たＯリング、ガスケットその他シール材を使用している
箇所においても常に不活性ガスによる陽圧が維持され
る。

【００１７】気体が物質を透過する際、その透過量は物
質の両面の圧力差に依存する。このため、上記のように
配管系統において、フッ素樹脂やフッ素ゴムを素材とし
たチューブに常に内側から陽圧がかかるようにしておく
ことにより、フッ素樹脂などを素材としたチューブを透
過してチューブ内に侵入する外気の量が低く抑えられ
る。また、容器内のフッ素樹脂やフッ素ゴムを素材とし
たＯリング、ガスケット等のシール材を使用している箇
所においても不活性ガス側を常に陽圧に保っておくこと
により、シール材を透過して侵入してくる大気の量が低
く抑えられる。

【００１８】

【実施例】（第１の実施例）図１は本発明の第１の実施
例に係る露光装置の光学パーツを内包した密閉容器に不
活性ガスを供給するための配管系統を示す。同図に示す
ように、この配管系統では、窒素供給装置１から供給さ
れた窒素はレギュレータ２によって一定の圧力に保たれ
た状態で密閉容器の所望の位置までフッ素樹脂製チュー
ブ３によって導かれる。初期状態では大気で満たされて
いる容器内を窒素に入れ替える置換時には同図（ａ）に
示すように大流量の窒素を流し、その後、窒素濃度を維
持したり、内部から放出されたガスを除くために、同図
（ｂ）に示すように小流量の窒素を流す必要がある。こ
の流量の切換えができるようにチューブ３はＴ字継手４
によって途中で分岐させてある。分岐した先にそれぞれ
流量調整用可変絞り５ａおよび５ｂならびに電磁弁６ａ
および６ｂが配置されている。これらの電磁弁はコント
ローラ７によって開閉が制御される。分岐された配管経
路は金属製マニホールド８によって合流させた後、光学
パーツが収められた密閉容器９に接続される。なお、流
量調整用可変絞り５ａおよび５ｂ以降の絞り５ａおよび
５ｂ、電磁弁６ａおよび６ｂ、金属製マニホールド８な
らびに密閉容器９の接続部には金属製のジョイント部品
１０を用いている。

【００１９】この配管系統の構成において、流量調整用
可変絞り５ａおよび５ｂは次のように調整される。ま
ず、電磁弁６ａを開けて６ｂを閉じた状態の時に、密閉
容器９に小流量時に所望される流量の窒素が流れるよう
に流量調整用可変絞り５ａを調整する。次に、電磁弁６
ａおよび６ｂの両方を開けた時に、密閉容器９に大流量
時に所望される流量の窒素が流れるように流量調整用絞
り５ｂを調整する。そして露光装置を稼動する際には、
光学パーツに露光光を照射する前に、同図（ａ）に示す
ように、電磁弁６ａおよび６ｂの両方を開けることによ
って密閉容器９内に大流量の窒素を流し、密閉容器９内
の気体を短時間で窒素に置換する。置換が終了した後
は、同図（ｂ）に示すように、電磁弁６ａを開けて６ｂ
を閉じることによって密閉容器９内に小流量の窒素を供
給し、密閉容器９内の窒素濃度を維持する。露光装置を
長期間使用しないときは、電磁弁６ａおよび６ｂを共に
閉じておく。

【００２０】これによれば、大流量供給時、小流量供給
時および窒素停止のすべての状態において、窒素供給装
置１に十分な供給能力が維持されている限り、チューブ
３内部の不活性ガスを常に陽圧に保つことができる。こ
のため、外部からチューブ３を透過して侵入する大気の
量を著しく減少させることができる。

【００２１】（第２の実施例）図２は本発明の第２の実
施例に係る露光装置の構成を示す。この露光装置Ｅ１
は、レーザからなる光源１１と、光源１１から発せられ
た照明光であるレーザ光Ｌ１を所定の形状の光束に成形
する光学系である光源レンズ系１２と、光源レンズ系１
２によって所定の形状に形成されたレーザ光Ｌ１を、レ
チクルＲ１を経て基板であるウエハＷ１に結像させる投
影レンズ系１６を備える。

【００２２】光源レンズ系１２は多数のレンズ、ミラー
１４ａ、１４ｂ等の光学要素を含んで構成され、光源１
１からのレーザ光Ｌ１によりレチクルＲ１上の照明領域
を均一な照度で照明する。光源レンズ系１２は、コリメ
ータレンズ１５ａおよび１５ｂ、オプティカルインテグ
レータとしてのフライアイレンズ１７、コンデンサレン
ズ１８ａおよび１８ｂ、ズームレンズ１９、レチクルＲ
１上の照明領域の形状を規定するブラインド部２０等の
サブユニットによって構成される。

【００２３】光源レンズ系１２は密閉容器１３の内部に
配置されている。実際の密閉容器１３は単部品では製作
できないため、複数の部品が接合されて成り立ってい
る、また、メンテナンス時に開けて内部にアクセスでき
るようなメンテナンス蓋２１も設けられている。それら
の部品どうしの接合部は、クリーン度、放出ガス量など
における優位な点を考慮し、フッ素ゴム製のＯリング２
２によってシールされている。

【００２４】ズームレンズ１９は、所望の光源を得るた
めに、各々のレンズ間隔を変化させることができる駆動
機構を有している。しかし、この駆動機構を駆動させる
ためのアクチュエータ２３にはベアリングや接着剤が使
用されており、これがガスの発生源となってしまう。こ
のため、アクチュエータ２３は密閉容器１３の外に配置
し、その駆動軸を、フッ素樹脂を素材とした動的シール
材２４によって密閉している。

【００２５】容器１３内部には、不活性なガスである窒
素を供給する窒素供給装置２５、および第１実施例にお
ける配管系統と同様の窒素配管系統２６によって窒素が
供給される。容器１３には、窒素の出口として、絞り２
７が設けられている。窒素配管系統２６の作動タイミン
グは、コントローラ２８に設定されたプログラムにより
制御される。

【００２６】この構成において、露光装置の稼動初期に
は、第１実施例の配管系統と同様の構成を有する窒素配
管系統２６の内部機構の切換えにより大流量の窒素を供
給して、密閉容器１３内の気体を短時間に窒素に置換す
る。置換が終了した後、窒素配管系統２６内部機構の切
換えにより小流量の窒素を供給し、密閉容器１３内の窒
素濃度を維持する。以上の、大流量供給時および小流量
供給時の両方の状態において、出口の固定絞り２７の働
きにより、密閉容器１３内の不活性ガスの圧力は常に陽
圧に維持される。したがって、先述のＯリング２２やシ
ール材２４には常に陽圧がかかるため、外部からＯリン
グ２２やシール材２４を透過して侵入する大気の量を著
しく減少させることができる。

【００２７】＜デバイス製造方法の実施例＞次に上記説
明した露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を
説明する。図３は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導
体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイ
クロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ１（回
路設計）ではデバイスのパターン設計を行う。ステップ
２（マスク製作）では設計したパターンを形成したマス
クを製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシ
リコンやガラス等の材料を用いてウエハを製造する。ス
テップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用
意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によ
ってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５
（組立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４において作製
されたウエハを用いて半導体チップ化を行う工程であ
り、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、
パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ス
テップ６（検査）では、ステップ５で作製された半導体
デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行
う。こうした工程を経て、半導体デバイスが完成し、こ
れが出荷（ステップ７）される。

【００２８】図４は上記ウエハプロセス（ステップ４）
の詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエ
ハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウ
エハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形
成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステ
ップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込
む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハにレジス
トを塗布する。ステップ１６（露光）では、上記説明し
た露光装置によって、露光光の光路上に存在する光学部
品の雰囲気を不活性ガスによる所定の濃度の雰囲気に維
持しながら、マスクの回路パターンをウエハの複数のシ
ョット領域に並べて焼付露光する。ステップ１７（現
像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エ
ッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取
る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済
んで不要となったレジストを取り除く。これらのステッ
プを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回
路パターンが形成される。

【００２９】本実施例の製造方法を用いれば、従来は製
造が難しかった大型のデバイスを高い精度で製造するこ
とができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、置
換用ガスが満たされる空間のうち少なくとも外部との隔
壁を構成する素材に金属以外の材料が用いられている部
分の圧力を外部より高い圧力に維持するようにしたた
め、これらの部材、例えばフッ素樹脂、フッ素ゴムなど
を素材としたチューブやシール材を通して外気が内部に
侵入するのを最小限に抑えることができる。これによ
り、露光光が通過する経路の残存大気濃度を数ｐｐｍに
抑えることができる。よって、残存大気中の主に酸素に
よる光の吸収の影響を強く受け易い短波長のレーザを、
露光装置の光源として用いることが可能となる。したが
って、より高い解像力をもった露光装置の製作が可能と
なる。また、かかる露光装置を利用した本発明のデバイ
ス製造方法によれば、高い解像力による露光により、高
い精度のデバイスを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る露光装置の配管
系統部分を概略的に示す図である。

【図２】本発明の第２の実施例に係る露光装置の全体
構成を概略的に示す図である。

【図３】本発明の露光装置を利用できるデバイス製造
方法を示すフローチャートである。

【図４】図３中のウエハプロセスの詳細なフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１：窒素供給装置、２：レギュレータ、３：フッ素樹脂
製チューブ、４：Ｔ字継手、５ａ，５ｂ：流量調整用可
変絞り、６ａ，６ｂ：電磁弁、７：コントローラ、８：
金属製マニホールド、９：密閉容器、１０：金属製ジョ
イント部品、Ｅ１：エキシマレーザステッパ、Ｌ１：レ
ーザ光、Ｒ１：レチクル、Ｗ１：ウエハ、１１：光源、
１２：光源レンズ系、１３：密閉容器、１４ａ，１４
ｂ：ミラー、１５ａ〜１５ｂ：コリメータレンズ、１
６：投影レンズ系、１７：フライアイレンズ、１８ａ，
１８ｂ：コンデンサレンズ、１９：ズームレンズ、２
０：ブラインド部、２１：メンテナンス用蓋、２２：Ｏ
リング、２３：アクチュエータ、２４：シール材、２
５：窒素供給装置、２６：窒素配管系統、２７：絞り、
２８：コントローラ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光光の光路上に存在する光学部品を密
閉して収容するとともに、内部を所定のガスで置換する
ための前記ガスの流入口および流出口を備えた容器と、
この容器内を前記流入口および流出口を用いて前記ガス
で置換する置換手段とを備えた露光装置において、前記
ガスが満たされる空間のうち少なくとも外部との隔壁を
構成する素材に金属以外の材料が用いられている部分の
圧力を外部より高い圧力に維持する手段を具備すること
を特徴とする露光装置。
【請求項２】前記金属以外の材料が用いられている部
分は、フッ素樹脂またはフッ素ゴムが用いられている部
分であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】前記金属以外の材料が用いられている部
分は、フッ素樹脂またはフッ素ゴムを素材とした、ガス
ケット、Ｏリング等の密閉用部品または前記ガスの配管
用チューブが用いられている部分であることを特徴とす
る請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】前記金属以外の材料が用いられている部
分は、前記容器へ前記ガスを供給するための配管系統の
部分であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
項に記載の露光装置。
【請求項５】前記置換手段は、前記容器内の置換を行
った後も前記ガスを供給し続けることによって前記容器
内における前記ガスの濃度を維持するものであり、置換
時と濃度を維持するときとで前記ガスの供給量を切り換
える手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいず
れか１項に記載の露光装置。
【請求項６】露光装置で露光を行うことによりデバイ
スを製造するデバイス製造方法において、前記露光装置
として請求項１〜５のいずれかの露光装置を用いるとと
もに、その機能により、その露光光の光路上に存在する
光学部品の雰囲気を所定のガスによる所定の濃度の雰囲
気に維持する工程を具備することを特徴とするデバイス
製造方法。