JP2005085775A - 露光装置の露光光路洗浄方法及び露光装置の露光光路洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 露光光路における、軽微な有機物のコンタミの洗浄を目的とする。
【解決手段】 露光装置の露光光路内に不活性ガスを供給する供給部７と、上記供給部７により不活性ガスが供給された上記露光装置の露光光路２内に、上記露光装置により所定の試料にパターンを露光するための露光光、あるいは露光光とは異なる光を露光光路洗浄のために照射するＦ_２レーザー発振機１とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体製造装置に係り、特に半導体装置を製造するための露光装置における、露光光路の洗浄方法に関する発明である。

近年の半導体プロセスにおけるパターンの微細化に伴い、露光波長の短波長化が進んでいる。これに伴い、現在では、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーや、真空紫外領域の光線である波長である１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーが光源に使用されている。さらに、波長１５７ｎｍのＦ_２レーザーの光線を、露光光源に用いる研究も行われている。

Ｆ_２レーザーの光源は、酸素、水蒸気など、酸素を含む活性ガスの分子により吸収されるため、光源であるＦ_２レーザー発振機から、露光光伝達筒、照明光学系、レチクルステージ部、投影レンズ、ウエハステージ部に至るまでの露光光路を、酸素、水蒸気など、酸素を含む活性ガスが除去された、窒素、ヘリウムなどの不活性ガスによって、パージする必要がある。

しかし、反射ミラーや照明光学系、投影レンズなどが、有機物質のコンタミの付着によって汚染された場合、窒素、ヘリウムなどの不活性ガスに、酸素、水蒸気など、酸素を含む活性ガスを数ｐｐｍから数１００ｐｐｍ添加した混合ガスを露光光路内に満たし、Ｆ_２レーザーの光、あるいは波長１７２ｎｍの光など、真空紫外領域の光を照射することで、反射ミラーや照明光学系、投影レンズなどの表面に付着した、有機物質のコンタミを除去し、露光光路内の硝材を洗浄する方法が提案されている。

以上のように、酸素などの活性ガスを含む環境下で、真空紫外領域の光を照射することにより、露光光路の洗浄は効果的に行うことができる。特に、有機物質のコンタミによる照度均一性の劣化が重大な場合は、大きな効果が期待できる。しかし、Ｆ２レーザーは非常に高エネルギーの光であるため、照射雰囲気中に酸素分子、あるいは酸素原子を含む分子が存在する場合、Ｆ２レーザーのエネルギーによって活性化され、オゾン、あるいは活性酸素などが発生する。そのため、これら活性化した酸素によって、反射ミラー表面や、照明光学系、投影レンズなどの反射防止膜を劣化させてしまうリスクがある。そのため、軽微な有機物のコンタミにおいて、以上の方法は適切ではない。また、酸素などの活性ガスを導入するシステムを、露光装置に設置する必要があり、露光装置のコストが高くなるという問題もある。さらに、洗浄後、導入した酸素などの活性ガス、および、二酸化炭素など、除去された有機物質のコンタミと酸素が反応して発生したガスが、十分に排出されるまでに時間がかかり、露光作業の開始が遅れるという問題もある。

本発明は、露光光路における、軽微な有機物のコンタミの洗浄を目的とする。

本発明の露光装置の露光光路洗浄方法は、露光装置の露光光路内に不活性ガスを供給する供給工程と、
上記供給工程により不活性ガスが供給された上記露光装置の露光光路内に、上記露光装置により所定の試料にパターンを露光するための露光光とは異なる光を照射する照射工程と
を備えたことを特徴とする。

上記供給工程は、酸素分子を含むガスを供給しないことを特徴とする。

上記照射工程は、露光装置により、レジストが塗布されたウエハにパターンを露光するための露光光の周波数よりも低周波数の光を照射することを特徴とする。

上記照射工程は、露光装置により、レジストが塗布されたウエハにパターンを露光するための露光光のパルスエネルギーよりも低いパルスエネルギーの光を照射することを特徴とする。

上記照射工程は、露光装置により、レジストが塗布されたウエハにパターンを露光する際に用いるレチクルの開口率と同等、あるいはより大きい開口率のレチクルを用いて光を照射することを特徴とする。

上記照射工程は、露光装置により、レジストが塗布されたウエハにパターンを露光する際のσ絞り値と同等、あるいはより大きいσ絞り値で光を照射することを特徴とする。

上記照射工程は、露光装置により、レジストが塗布されたウエハにパターンを露光する際のレンズ開口数と同等、あるいはより大きいレンズ開口数で光を照射することを特徴とする。

上記照射工程は、照射開始後、光強度の測定値が飽和するまで照射を続け、光強度の測定値が飽和した時点で照射を終了することを特徴とする。

この発明の露光装置の露光光路洗浄装置は、露光装置の露光光路内に不活性ガスを供給する供給部と、
上記供給部により不活性ガスが供給された上記露光装置の露光光路内に、上記露光装置により所定の試料にパターンを露光するための露光光、あるいは露光光とは異なる光を露光光路洗浄のために照射する照射部と
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、露光光路の軽微な有機物のコンタミの洗浄において、反射ミラー表面や、照明光学系、投影レンズなどの反射防止膜の劣化というリスクを回避できる。また、酸素などの活性ガスを導入するシステムを、露光装置に設置する必要がないため、露光装置のコストを削減できる。さらに、酸素などの活性ガスを導入する必要がないため、洗浄後の露光開始まで、時間を要さない。

実施の形態１．
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図中、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。なお、本発明は下記実施例に制限されるものではない。

図１は、実施の形態１における露光装置の露光光路の洗浄方法を説明するための概略図である。

本実施の形態１において、露光装置の露光光路洗浄装置は、供給部７、照射部を備えている。

供給部７は、露光装置の露光光路内に不活性ガスを供給する。

照射部は、上記供給部により不活性ガスが供給された上記露光装置の露光光路内に、上記露光装置により所定の試料としてのレジストが塗布されたウエハにパターンを露光するための露光光とは異なる光を露光光路洗浄のために照射する。

図１において、露光装置の露光光路洗浄装置は、レチクルに形成されたデバイスパターンをウエハ上に転写する露光装置の各構成を流用して構成されている。

図１に示すように、実施の形態１における露光装置は、Ｆ_２レーザー発振機１（照射部の一例である）、露光光路２、光強度センサー３、ウエハステージ４、光強度判定機５、供給部７を備えている。また、６は、信号回線を示している。

露光光路２は、露光光伝達筒２１、照明光学系２２、レチクルステージ室２３、投影レンズ２４、ウエハステージ室２５により構成されている。レチクルステージ室２３には、レチクルステージと、レチクルを搬送するアームが設置されており、所望のレチクルをレチクルステージ上に固定し、露光を実施する。

また、ウエハステージ室２５には、ウエハステージ４と、ウエハを搬送するアームが設置されており、レジストが塗布されているウエハをウエハステージ４上に固定し、露光を実施する。

また、ウエハステージ４の端部に光強度センサー３が設置されている。光強度センサー３によって測定した光強度測定結果は信号回線６により、光強度測定機５へ送信される。光強度判定機５は、光強度測定結果の上昇が飽和したかどうかを判定する。飽和したかどうかの判断は、例えば、照射部より一定の光強度の光を照射し、所定の時間、光強度測定結果の上昇が無くなった場合に、飽和したと判断し、飽和の判定をおこなう。

図１において、供給部７は、照明光学系２２に不活性ガスが供給されるように接続されているが、これに限るものではない。他の構成に接続されるように配置されても構わない。また、供給部７は、複数箇所に配置されても構わない。例えば、露光光伝達筒２１、照明光学系２２、レチクルステージ室２３、投影レンズ２４用と、ウエハステージ室２５用とに分けても構わない。或いは、その他の分け方でも構わない。

図２は、実施の形態１における露光装置の露光光路洗浄のフローチャート図である。

まず、レチクルの開口率、および、σ絞り、ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ：レンズ開口数）を選択する。例えば、開口率９０％以上のレチクル、および、０．７以上のσ絞りを選択する。また、ＮＡについても、最大とする。これは、投影レンズ２４において、できるだけ広い領域にＦ_２レーザー光を照射することを目的とする。すなわち、本実施の形態では、開口率９０％以上のレチクルを用いて、反射ミラー、照明光学系、投影レンズ、などの露光光路に照射することにより、前記露光光路を洗浄することを特徴とする。また、本実施の形態では、σ絞り０．７以上の大σを用いて、反射ミラー、照明光学系、投影レンズ、などの露光光路に照射することにより、前記露光光路を洗浄することを特徴とする。

Ｓ（ステップ）２０１において、供給部７は、窒素、あるいはヘリウムなどの不活性ガスを露光装置の露光光路２内に供給する。よって、露光光路２内は、窒素、あるいはヘリウムなどの不活性ガスにより満たされている。言いかえれば、供給部７は、露光装置における反射ミラー、照明光学系２２、投影レンズ２４などの露光光路２内に、酸素、あるいは酸素分子を含む活性ガスが除去された、窒素、ヘリウムなどの不活性ガスを封入する。

Ｓ２０２において、照射部の一例であり、露光装置の露光光源であるＦ_２レーザー発振機１は、自己から発振する露光光を、前記露光光路２に照射することにより、前記露光光路２を洗浄する。Ｆ_２レーザーから発信する露光光は通常の露光に用いる周波数、あるいはパルスエネルギーでも良い。しかし、周波数、あるいはパルスエネルギー、またはその両方は低い方が望ましい。

ここで、Ｆ_２レーザー発振機１により、Ｆ_２レーザー光を発振する際、通常露光時のレーザー周波数である１ｋＨｚ、２ｋＨｚ、あるいは４ｋＨｚよりも、十分低い周波数のＦ_２レーザー光を照射する。洗浄効果は、総照射量が大きいほど良い反面、硝材のいたむ可能性が大きくなる。そこで、照射するレーザーの周波数は限定しないが、例えば、２００Ｈｚ程度が適当である。以上のように、真空紫外領域のレーザー光を露光光源とする露光装置において、レチクルに形成されたデバイスパターンを、ウエハ上に転写する際の周波数よりも、十分に低い周波数にて、反射ミラー、照明光学系、投影レンズ、などの露光光路に照射することにより、前記露光光路を洗浄することを特徴とする。このように、Ｆ_２レーザー光の周波数を十分低くして照射することにより、従来のような非常に高エネルギーであるＦ_２レーザー光の照射によって生じる、反射ミラー表面や、照明光学系、投影レンズなどの反射防止膜の劣化を防止することができる。

あるいは、通常露光時のパルスエネルギーよりも、十分低いパルスエネルギーのＦ_２レーザー光を照射する。洗浄効果は、総照射量が大きいほど良い反面、硝材のいたむ可能性が大きくなる。そこで、パルスエネルギーについても限定しないが、例えば、通常露光時の１０％程度が適当である。すなわち、真空紫外領域のレーザー光を露光光源とする露光装置において、レチクルに形成されたデバイスパターンを、ウエハ上に転写する際のパルスエネルギーよりも、十分に低いパルスエネルギーにて、反射ミラー、照明光学系、投影レンズ、などの露光光路に照射することにより、前記露光光路を洗浄することを特徴とする。このように、Ｆ_２レーザー発振機１がＦ_２レーザー光のパルスエネルギーを十分低くして照射することにより、上記周波数を十分低くして照射することと同様、従来のような非常に高エネルギーであるＦ_２レーザー光の照射によって生じる、反射ミラー表面や、照明光学系、投影レンズなどの反射防止膜の劣化を防止することができる。
ここで、通常の周波数、あるいは通常のパルスエネルギーを用いると洗浄効果が高くなるが、上述したように洗浄効果が高い反面、過剰照射の危険がある。過剰照射により、反射ミラーや投影レンズの反射防止膜を劣化させてしまう危険が高くなる。したがって、過剰照射の危険回避のための周波数、あるいはパルスエネルギーを通常の露光よりも低下させて、光路の洗浄をする。

Ｆ_２レーザー発振機１から発振されたＦ_２レーザー光は、露光光伝達筒２１、照明光学系２２、レチクルステージ室２３、投影レンズ２４を通り、ウエハステージ室２５内の光強度センサー３に到達する。この光強度センサー３によって、測定されたＦ_２レーザー光の強度は、信号回線６を介して光強度判定機５に伝えられる。

そして、この光強度判定機５において、光強度の上昇が飽和したと判定された際、光強度判定機５から信号回線６を介して、Ｆ_２レーザー発振機１へ、Ｆ_２レーザー光の発振を止める命令信号が伝えられ、Ｆ_２レーザー発振機１は、命令信号が伝えられることによりＦ_２レーザー光の発振を終了する。言いかえれば、照射を終了する。

以上のように、露光光源から発振され、反射ミラー、照明光学系、投影レンズ、などの露光光路を通った露光光の光強度を、ウエハステージ部にて測定し、前記光強度の上昇が飽和した時点において、前記露光光路の光洗浄を完了する。

Ｓ２０３において、図示しない排気装置により光洗浄された露光光路２内を排気する。本実施の形態では、従来のような導入した酸素などの活性ガスを導入しないため、洗浄後のガスを十分に排出するのに従来と比べ時間がかからないようにすることができる。

以上のように、本実施の形態では、反射ミラー、照明光学系、投影レンズなどの露光光路内に、酸素、あるいは酸素分子を含む活性ガスが除去された、窒素、ヘリウムなどの不活性ガスを封入した露光装置において、前記窒素、ヘリウムなどの不活性ガスに、酸素、あるいは酸素分子を含む活性ガスを添加せずに、前記露光光路を洗浄することを特徴とする。

図３は、長時間露光作業を実施しなかった場合と、装置暖気直後とにおける、Ｆ_２レーザー光を光源とする露光装置のレジストの感度、および照度均一性を比較する表である。

図３に示すように、Ｆ_２レーザー光を光源とする露光装置の、長時間露光作業を実施しなかった場合と、装置暖気直後とにおいての、レジストの感度、および照度均一性を比較すると、長時間露光作業を実施しなかった場合、レジストの感度、照度均一性は劣化していることが分かる。逆に考えれば、装置暖気により、劣化したレジストの感度、および照度均一性が回復したということになる。

ここで、実施の方法について示す。長時間露光作業を実施しなかった際のレジストの感度、および照度均一性は、１２時間以上未使用状態の露光装置にて調べた。装置暖気後、同様にレジストの感度、および均一性について調べた。ここで、装置暖気とは、露光光路２内に１５ｍＪ・ｃｍ^−２のＦ_２レーザーを５５ショット照射することを示す。次にレジストの感度、および照度均一性について説明する。レジストの感度は、抜け始めと抜け終わりの両方について調べた。用いたレチクルは開口率１００％（透過率は、８０〜８５％程度）である。抜け始めとは、ショットエリアの一部（場所は限定しない）において、レジストが完全に消失した時の露光量を示す。抜け終わりとは、ショットエリアの全部において、レジストが完全に消失した時の露光量を示す。また、照度均一性は図４の式より求めた。

図４は、照度均一性を求める計算式を示す図である。

図３によれば、装置暖気によるレジストの感度、照度均一性の回復量は、さほど大きくない。しかし、条件を最適化すれば、露光光路２の簡易洗浄手段として、十分な効果が期待できる。

以上のように、従来、酸素などの活性ガスを添加した環境下で、真空紫外領域の光を照射し、露光光路を洗浄する方法では、真空紫外領域の光は非常に高エネルギーの光であるため、反射ミラー表面や、照明光学系、投影レンズなどの反射防止膜を劣化させてしまうリスクがある。また、酸素などの活性ガスを導入するシステムを、露光装置に設置する必要があり、露光装置のコストが高くなるという問題もある。さらに、洗浄後、導入した酸素などの活性ガス、および、二酸化炭素など、除去された有機物質のコンタミと酸素が反応して発生したガスが、十分に排出されるまでに時間がかかり、露光作業の開始が遅れるという問題もある。

そこで、本実施の形態１は、酸素などの活性ガスを添加しない環境下で、十分に低い周波数、あるいは十分に低いパルスエネルギーの真空紫外領域のレーザー光を、開口率９０％以上のレチクル、およびσ絞り０．７以上の大σを用いて、露光光路に照射し、ウエハステージ部分にて、その照射した光の光強度を測定し、光強度が飽和した時点で、真空紫外領域のレーザー光の照射を止めることで、露光光路の洗浄を行った。

実施の形態１における露光装置の露光光路の洗浄方法を説明するための概略図である。 実施の形態１における露光装置の露光光路洗浄のフローチャート図である。 長時間露光作業を実施しなかった場合と、装置暖気直後とにおける、Ｆ_２レーザー光を光源とする露光装置のレジストの感度、および照度均一性を比較する表である。 照度均一性を求める計算式を示す図である。

符号の説明

１ Ｆ_２レーザー発振機、２ 露光光路、３ 光強度センサー、４ ウエハステージ、５ 光強度判定機、６ 信号回線、７ 供給部、２１ 露光光伝達筒、２２ 照明光学系、２３ レチクルステージ室、２４ 投影レンズ、２５ ウエハステージ室。

Claims (8)

1. 露光装置の露光光路内に不活性ガスを供給する供給工程と、
   上記供給工程により不活性ガスが供給された上記露光装置の露光光路内に、上記露光装置により所定の試料にパターンを露光するための露光光、あるいは露光光とは異なる光を照射する照射工程と
   を備えたことを特徴とする露光装置の露光光路洗浄方法。
2. 上記照射工程は、露光装置により、レジストが塗布されたウエハにパターンを露光するための露光光の周波数よりも低周波数の光を照射することを特徴とする請求項１記載の露光装置の露光光路洗浄方法。
3. 上記照射工程は、露光装置により、レジストが塗布されたウエハにパターンを露光するための露光光のパルスエネルギーよりも低いパルスエネルギーの光を照射することを特徴とする請求項１記載の露光装置の露光光路洗浄方法。
4. 上記照射工程は、露光装置により、レジストが塗布されたウエハにパターンを露光する際に用いるレチクルの開口率と同等、あるいはより大きい開口率のレチクルを用いて光を照射することを特徴とする請求項１記載の露光装置の露光光路洗浄方法。
5. 上記照射工程は、露光装置により、レジストが塗布されたウエハにパターンを露光する際のσ絞り値と同等、あるいはより大きいσ絞り値で光を照射することを特徴とする請求項１記載の露光装置の露光光路洗浄方法。
6. 上記照射工程は、露光装置により、レジストが塗布されたウエハにパターンを露光する際のレンズ開口数と同等、あるいはより大きいレンズ開口数で光を照射することを特徴とする請求項１記載の露光装置の露光光路洗浄方法。
7. 上記照射工程は、照射開始後、光強度の測定値が飽和するまで照射を続け、光強度の測定値が飽和した時点で照射を終了することを特徴とする請求項１記載の露光装置の露光光路洗浄方法。
8. 露光装置の露光光路内に不活性ガスを供給する供給部と、
   上記供給部により不活性ガスが供給された上記露光装置の露光光路内に、上記露光装置により所定の試料にパターンを露光するための露光光、あるいは露光光とは異なる光を露光光路洗浄のために照射する照射部と
   を備えたことを特徴とする露光装置の露光光路洗浄装置。

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