JP2002033264A

JP2002033264A - 投影露光装置

Info

Publication number: JP2002033264A
Application number: JP2000217216A
Authority: JP
Inventors: Koji Hattori; 孝司服部; Toshihiko Tanaka; 稔彦田中; Akiyoshi Shigeniwa; 明美茂庭; Tsuneo Terasawa; 恒男寺澤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2002-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】少ないエネルギや不活性ガス使用量で酸素濃度
の低い露光環境を確保し、高いウェハ処理能力を持つ真
空紫外露光領域対応の露光装置を提供する。【解決手段】装置外部とウェハを受け渡しするためのウ
ェハ前室と装置外部とフォトマスクを受け渡しするため
のフォトマスク前室を備え、各前室にはウェハステージ
およびマスクステージを含む露光本体部と隔壁させるロ
ードロック機構と排気および不活性ガスを導入する設備
を備え、かつ露光本体部には酸化反応により雰囲気酸素
の濃度を低減させる酸素吸着材を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路装
置（ＬＳＩ）等のパターン転写に使用される投影装置に
関し、特に露光光学系に窒素パージが必要な場合のマス
クやウェハの取り扱いに有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路装置（ＬＳＩ）の製造に
おいては、微細パターンを半導体ウェハ上に形成する方
法として、リソグラフィ技術が用いられる。このリソグ
ラフィ技術としては、フォトマスク上に形成されている
パターンを縮小投影光学系を介して半導体ウェハ上に転
写する、光学式投影露光方法が主流となっている。

【０００３】これは、図３に示すような光源から発する
光１を導く光路２、デフューザ３、照明絞り４、照明光
学系（コンデンサレンズなど）５〜７、マスクステージ
９、投影光学系１１、ウェハステージ１３等からなる投
影露光装置を用いる方法である。マスク８をマスクステ
ージ９の上に、ウェハ１２をウェハステージ１３の上に
それぞれ載置し、マスク上のパターンをウェハ上に転写
する。パターンの種類によってマスク８を適宜交換す
る。

【０００４】このような投影露光法における解像度Ｒ
は、一般に、Ｒ＝ｋ×λ／ＮＡで表現される。ここにｋ
はレジスト材料やプロセスに依存する定数、λは照明光
の波長、ＮＡは投影露光用レンズの開口数である。この
関係式から分かるように、パターンの微細化が進むにつ
れて、より短波長の光源を用いた投影露光技術が必要と
されている。

【０００５】現在、照明光源として水銀ランプのｉ線
（λ＝３６５ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４
８ｎｍ）を用いた投影露光装置によって、ＬＳＩの製造
が行なわれている。更なる微細化を実現するためには、
より短波長の光源が必要となり、ＡｒＦエキシマレーザ
（λ＝１９３ｎｍ）やＦ₂エキシマレーザ（λ＝１５７
ｎｍ）の採用が検討されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】光リソグラフィの高解
像度化を狙って、露光光をＡｒＦエキシマレーザやＦ₂
エキシマレーザにまで短波長化すると、これらの露光光
は大気中に含まれる酸素の存在で著しく減衰する。特
に、Ｆ₂エキシマレーザを用いる場合、雰囲気中の許容
酸素濃度はできるだけ減少させることが要求されてい
る。

【０００７】例えば、亀山雅臣、第９回光反応・電子用
材料研究会講座「ＡｒＦの限界と次世代リソグラフィ−
講演要旨集」ｐ．３３（２０００）の「Ｔａｂｌｅ１」
ではガスパージングにより酸素濃度を１〜１０ｐｐｍに
保つことが必要条件とされている。

【０００８】このように、Ｆ₂エキシマレーザを用いる
光リソグラフィでは、光源から照明光学系、マスク、投
影光学系を介してウェハ表面に至る全ての光路におい
て、酸素濃度を１０ｐｐｍ以下に制御することが求めら
れている。

【０００９】そこで、特開２０００−１３３５８８号公
報や特開２０００−０９１１９２号公報に示されている
ように、光源や各種光学系内は、それぞれ密封に近い状
態で個別に環境制御する方法が提案されている。その密
封環境の中で雰囲気を窒素に置換することにより、酸素
濃度を許容値以下にしようとしている。また、半導体ウ
ェハを載置するウェハステージの領域も密封された空間
として外気と遮断し、酸素濃度を許容値以下に保持する
試みがなされている。また露光すべきウェハを一旦予備
室に入れて真空状態にし、ウェハステージの領域も真空
とする、あるいは窒素等の不活性ガスで置換して酸素濃
度を許容値以下に保つといういわゆるロードロック式環
境対策が考えられている。

【００１０】しかし、従来の方法では酸素濃度を１０ｐ
ｐｍ以下に制御するには前室で十分な真空度に達するま
で排気し、かつ十分な窒素パージをする必要があった。
これはスループットが低いという問題ばかりでなく、エ
ネルギの浪費、ガス使用量の増大という観点からも問題
であった。

【００１１】本発明の目的は、マスク周辺部の酸素濃度
を許容値以下に保つための不活性ガス置換を容易にし
て、短波長化した光リソグラフィを実現する投影露光装
置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、装置外部とウェハを受け渡しするため
のウェハ前室と装置外部とフォトマスクを受け渡しする
ためのフォトマスク前室をウェハステージおよびマスク
ステージを含む露光本体部と隔壁させるいわゆるロード
ロック機構を備え、かつ露光本体部には酸化反応により
雰囲気酸素の濃度を低減させる酸素吸着材を備える。前
室には真空排気設備と不活性ガス導入設備を設ける。前
室で雰囲気ガスを不活性ガスに置換させておくが、露光
本体部に酸素を吸着させて減らす設備が備わっているこ
とから前室の酸素濃度は２０ｐｐｍ程度であっても露光
に問題が生じない。したがって真空排気量や不活性ガス
パージ量を抑えることができる。

【００１３】すなわち本方法では真空にする、そして不
活性ガスで置換するという物理的に酸素濃度を低減する
方法にくわえて、化学的な反応により酸素を吸着させる
機構を備えることによりより、効率的に光路の酸素濃度
を所定値以下に制御する。本発明の酸素を吸着する機構
としては、鉄、アスコルビン酸、カテコール、不飽和脂
肪酸等の酸化反応を利用することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】（実施例１）図１は本発明を実施
する装置の構成を示す図である。Ｆ₂エキシマレーザ
（図示せず）から発した光１を導く光路や光源絞り部
４、照明光学系５〜７および投影レンズ１１は窒素循環
装置に繋がっていて窒素封入され、個別に酸素濃度を１
０ｐｐｍ以下となるよう制御されている。また、マスク
搭載室１０７には窒素パージ手段１２０に繋がっていて
大気圧の窒素が充填されている。そしてマスク搭載室１
０７は他の光学系部材とは独立に酸素濃度が制御されて
いる。ここの酸素濃度はモニタ１０８で監視されてい
る。

【００１５】露光光１は、光源絞り部４やコンデンサレ
ンズ５〜７を介してマスク８を照明し、マスク８上に描
かれているパターンは、投影レンズ１１による結像作用
でウェハー１２上に転写される。

【００１６】マスク８は、それをマスクステージ９に載
置するのに先立って、マスク搭載室１０７とバルブ１０
１を隔てて隣接するマスク前室１０４に準備される。マ
スク８は、従来マスクと同様にペリクルが貼り付けられ
ているが、図１ではペリクルを省略し、マスク基板のみ
を示した。このマスク前室１０４には排気設備１０３と
窒素導入設備１０５が繋がっており、排気と窒素導入を
行ってマスク前室は通常窒素で満たされている。マスク
８が搬入されると、排気設備１０３と窒素導入設備１０
５を使って搬入時に入る空気を窒素に置換する。

【００１７】つぎに酸素濃度モニタ１０６により酸素濃
度が１５ｐｐｍ以下になった時点でバルブ１０１が開放
され、マスク８が、マスクステージ９の上に載置され
る。マスク搭載室内には、化学的に酸素を吸着する酸素
吸着材１０９を備えており、酸素濃度は１０ｐｐｍ以下
に常に保たれている。

【００１８】以上の工程により、酸素濃度を１０ｐｐｍ
以下に保ちながら、マスクをマスクステージに載置する
ことができた。

【００１９】一方、半導体ウェハ１２は、個別に環境制
御できる露光室１１６内のウェハステージ１３に搭載さ
れる。半導体ウェハ１２は、ウェハステージ１３に載置
するに先立って、露光室１１６とバルブ１１０を隔てて
隣接する予備室（ウェハ前室）１１４に準備される。

【００２０】上記予備室１１４には排気設備１１５およ
び窒素導入設備１１２が繋がっている。ウェハ１２が予
備室１１４に搬入されると排気設備１１５および窒素導
入設備１１２により排気と窒素充填を行って窒素置換を
行う。つぎに酸素濃度モニタ１１１により酸素濃度が１
５ｐｐｍ以下になったと判断した時点でバルブ１１０が
開放され、ウェハー１１３が、露光室１１６中のウェハ
ステージ１３の上に載置される。

【００２１】露光室１１６内には、窒素パージ手段１１
８および化学的に酸素を吸着する脱酸素剤１１９を備え
ており、酸素濃度は１０ｐｐｍ以下に常に保たれてい
る。またそれは酸素濃度モニタ１１７により管理されて
いる。

【００２２】以上の工程により、酸素濃度を１０ｐｐｍ
以下に保ったまま，露光室１１６のウェハステージ１３
にウェハ１２を載置することができた。

【００２３】通常の方法でマスクとウェハを所定位置に
位置決めした後、マスクパターンをウェハ上に転写し
た。転写のフローを図２に示す。工程２０から工程２５
では、マスクを準備し、マスクステージ上に載置する。
既にマスクが載置されている状態で新規ウェハにパター
ン転写を開始する場合は、このマスクを準備する工程は
省略される。工程２６により、再度マスク搭載室の酸素
濃度をチェックするようにした。一方、被露光基板とな
るウェハを、工程３０から工程３３を経て露光室に搬送
した。

【００２４】ウェハステージが置かれている露光室は窒
素で充填されているので、まずウェハを通常の大気環境
下で露光予備室に入れ、つぎに予備室を窒素置換し、酸
素濃度が１５ｐｐｍ以下になったとを確認した後、ウェ
ハを予備室から露光室内に搬送した。

【００２５】工程２７、２８は従来と同様のウェハへの
パターン転写工程である。すなわち、マスク８はマスク
ステージ駆動手段１０により、ウェハ１２はウェハステ
ージ駆動手段１４により、それぞれ移動または位置決め
され、制御系１６の指示の基にステッピングあるいは同
期スキャンにより、ウェハ全面にパターンを転写する。
特に、ウェハ位置はレーザ干渉計１５により正確に計測
される。また、オペレータによる露光に必要なデータ入
力や露光状態の把握はインターフェース１７を介して行
われるようにした。

【００２６】１枚のウェハへのパターン転写が終了する
と、そのウェハは排出され、つぎに準備されているウェ
ハがウェハステージ上に搬送される。工程３０〜３３は
ウェハを１枚づつ取り扱ってもよいし、複数枚まとめて
取り扱ってもよい。ウェハを１枚づつ取り扱う場合は、
工程２８によるパターン転写と工程３０〜３３によるウ
ェハの準備を並行して実施できるようにした。

【００２７】以上により全露光光学系内の酸素濃度を許
容値である１０ｐｐｍ以下に保ち、マスクの交換も可能
にしてパターン転写を行なうことができた。そのため、
Ｆ₂レーザ（波長＝１５７ｎｍ）を光源とする露光装置
により、図４に示すような０．１μｍオーダーの微細ゲ
ートパターン４１や密集配線パターン４２を精度よく形
成することができた。

【００２８】ここで、上記実施例の説明では主に窒素パ
ージの例を示したが、窒素の代わりにアルゴン、ヘリウ
ム、ネオン等の不活性ガスの置換も有効である。特にヘ
リウムの場合は、温度変化に対する屈折率変化が充分小
さいため、干渉光を用いてマスクやウェハの位置計測を
精度よく行なえるという特徴がある。これらの不活性ガ
スは基本的に循環して使用する。

【００２９】本実施例では脱酸素剤として還元性鉄粉を
用いたが、本発明に用いるの化学的な反応により酸素を
吸着する機構としては、脱酸素剤と使用されている固体
のものはすべて使用できる。通常は還元性のものが好ま
しく、その適当な例としては、還元性を有する金属粉、
例えば還元性鉄、還元性亜鉛、還元性錫粉、金属低位酸
化物、例えば酸化第１鉄、四三酸化鉄、さらに還元性金
属化合物、例えば炭化鉄、ケイ素鉄、鉄カルボニル、水
酸化鉄；などの１種または組み合わせたものを主成分と
したものが挙げられる。これらは必要に応じてアルカリ
金属、アルカリ土類金属の水酸化物、炭酸塩、亜硫酸
塩、チオ硫酸塩、第３リン酸塩、第２リン酸塩、有機酸
塩、ハロゲン化物、さらに活性炭、活性アルミナ、活性
白土のような助剤と組み合わせて使用することもでき
る。

【００３０】また、多価フェノールを骨格内に有する高
分子化合物、例えば多価フェノール含有フェノール・ア
ルデヒド樹脂等が挙げられる。さらに、アスコルビン
酸、エリソルビン酸、ヒドロキシカルボン酸あるいはそ
れらの塩類等も挙げられる。これらの高分子化合物や酸
類はウェハプロセスに金属汚染をもたらすことがないた
め、特にウェハを扱う露光室用の酸素吸着材として有効
であった。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば露光環境内で酸素濃度を
下げることが可能なため、マスク交換やウェハ交換の際
の酸素濃度を従来法ほど下げる必要がない。したがっ
て、それらの交換に要する時間を短縮でき、またガス交
換に必要なガス使用量およびエネルギ使用量を削減する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の露光装置の構成を示すブロ
ック図。

【図２】本発明の一実施例の露光方法のフロー図。

【図３】従来の露光装置の構成例を示すブロック図。

【図４】半導体装置の断面図。

【符号の説明】

１…照明光、４…照明絞り、７…コンデンサレンズ、
８，１０２…マスク、９…マスクステージ，１１…縮小
投影レンズ、１２…ウェハ、１３…ウェハステージ，１
０１，１１０…バルブ、１０３，１１５…排気設備、１
０４…マスク前室、１０７…マスク搭載室、１０６，１
０８，１１１，１１７…酸素濃度モニター，１１６…露
光室、１１４…露光準備室，１０５，１１２，１１８，
１２０…窒素導入設備，１０９，１１９…脱酸素剤，１
０…マスクステージ駆動機構，１４…ウェハステージ駆
動機構，１５…レーザ干渉計，１６…制御系，１７…イ
ンターフェース。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者茂庭明美東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者寺澤恒男東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内Ｆターム(参考） 2H097 BA02 BA04 CA13 LA10 5F046 AA28 BA04 CA07 DA27 DA30 DB11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源、照明光学系、マスクステージ、投影
光学系、ウェハステージ、ステージ制御駆動系、露光量
制御系、ウェハ搬送系、マスク搬送系を有し、マスクス
テージ上に載置されたホトマスクに光源の光を照明系を
介して照射し、その光を投影光学系を介してウェハステ
ージ上に載置されたウェハに露光する投影露光装置にお
いて、装置外部とウェハを受け渡しするためのウェハ前
室と装置外部とフォトマスクを受け渡しするためのフォ
トマスク前室を有し、上記ウェハ前室およびフォトマス
ク前室はウェハステージおよびマスクステージを含む露
光本体部と隔壁される機構を有し、かつ前記露光本体部
には酸化反応により雰囲気酸素の濃度を低減させる酸素
吸着材が具備されていることを特徴とする投影露光装
置。
【請求項２】請求項１記載の投影露光装置において、前
記酸化反応が金属の酸化反応であることを特徴とした投
影露光装置。
【請求項３】請求項１記載の投影露光装置において、ウ
ェハステージの周りの酸素吸着材として多価フェノール
を骨格に有する高分子化合物を用いることを特徴とした
投影露光装置。
【請求項４】請求項１記載の投影露光装置において、露
光光として波長２００ｎｍ未満の光を用いることを特徴
とした投影露光装置。