JP2005142382A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 露光装置の環境システムにおいて、循環運転起動、停止時に生じるパージチャンバー内圧変動をレンズ耐圧範囲内に抑制しレンズの破壊を防止する。
【解決手段】 露光装置本体の一部または全部を包囲するチャンバーに接続した循環装置６に、温調ヒーターの昇温速度の勾配制御部２０と、冷却器２１の冷却速度の勾配制御機構２３を設けて、循環装置６の不活性ガス循環運転起動時、および停止時に生じるパージチャンバー３の内圧変動を抑制可能にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置に関し、特に露光装置本体の一部または全部を包囲するチャンバーと、該チャンバー内の動作環境を制御する空調システムとを有する露光装置において、該空調システムの循環運転起動および停止時のチャンバー内圧変動を抑制した露光装置に関するものである。

半導体製造等に用いられる露光装置の光源は、露光パターンの微細化に伴い短波長化が進んでいる。すなわち、露光光源は、ｉ線からエキシマレーザーへとシフトし、さらにはそのレーザー光源もＫｒＦからＡｒＦへとシフトしてきた。現在更なる微細化への要求を満足するためにＦ₂レーザーの使用が検討されている。

Ｆ₂レーザーを光源に用いた露光システムを構築するためには、露光光エネルギー減衰に対する対策が必要となる。Ｆ₂レーザー光は大気中に含まれる水分や酸素、有機ガス等にエネルギーが吸収されるため、従来の露光装置をそのまま適用することはできない。

そこでＦ₂レーザーへの対応を図る手段として、露光光が通過する空間全てを隔壁で密閉し、その空間に窒素等の不活性ガスを充填する方法が考えられる。しかし、この方法においてもウエハおよびレチクルが配置される空間はステージのリニアモーター等による発熱量が多く、位置精度を維持するためには空間内温度揺らぎ除去を目的とする不活性ガスの温調循環システムを必要とする。

図５に従来の不活性ガス循環システムの概略図を示す。露光装置本体内部のウエハ空間１およびレチクル空間２をチャンバー３Ｒ、３Ｗで囲み、チャンバー３（３Ｒ、３Ｗ）内部を密閉空間とする。各空間には温調ガス吹出し部４および回収部５が設けられている。

前記チャンバー３に温調およびコンタミ除去された不活性ガスを循環させるために、循環装置６が設置され、循環装置６は供給ダクト７を介して吹出し部４に、リターンダクト８を介して回収部５にそれぞれ接続されている。循環装置６は、不活性ガスの流れ方向に冷却器９、送風機１０、フィルター１１、加熱器１２の順に配置された内部機器を備える。

ウエハ空間１およびレチクル空間２内部からリターンダクト８を経て回収された不活性ガスは、ウエハ空間１およびレチクル空間２の内部発熱を吸収しているため、冷却器９にて冷媒と熱交換される。冷却された不活性ガスは、フィルター１１へ送られコンタミ除去される。ここでフィルター１１は、レジスト反応性に富むアンモニアを除去するケミカルフィルターや光学部材を劣化させるシロキサンその他有機ガス等を除去する活性炭フィルターやさらにはパーティクルを除去するＵＬＰＡフィルター等で構成される。冷却およびコンタミ除去された不活性ガスは、さらに加熱器１２にて加熱温調され、温調ガス吹出し部４へ循環される。この循環の流体移送の動力源は送風機１０である。

また、合わせて不活性ガス注入弁１３より高純度の不活性ガスをウエハ空間１およびレチクル空間２に注入することにより、ウエハ空間１およびレチクル空間２内の不活性ガスの濃度を維持し、排出弁１４より所定量のガスを絞り弁１５を経て排出させることにより、ウエハ空間１およびレチクル空間２の内圧を外気圧より高くして、外気の進入を防止する。

不活性ガスの温調は、温度センサー１６が不活性ガスの温度を検出し、その信号が温調器１７に入力され、ＰＩＤフィードバック制御によりその加熱器１２の出力を調整することにより行われる。
特開２００３−１４２３９５ 特開２０００−３１５６４０

不活性ガス循環システム運転開始時において、循環送風機運転後に、温調ヒーターを運転した際、パージチャンバー内圧が大きく変動することが確認された。同様に運転停止時にも内圧変動は確認された。この内圧変動は、循環ガスの昇温をヒーターにより急激に行った場合や、温調ヒーターを落とした際に循環ガスが冷却器により急冷されると、生じることが明らかとなった。さらに投影レンズには耐圧があり、上限圧と下限圧が定められている。すなわち、この圧力変動によってレンズ等、圧力に敏感な機器を破壊する危険がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、より故障の少ない、信頼性の高い露光装置を提供することを課題とする。

上記課題を達成するため、本発明の露光装置は、露光装置本体と、該本体の一部または全部を包囲するチャンバーと、該チャンバー内に空調ガスを循環させるとともに該チャンバー内の温度を制御する空調システムとを有する露光装置において、前記空調システムは、前記チャンバー内の温度を変化させる際の温度勾配を制御する温度勾配制御手段を備えることを特徴とする。

前記勾配制御手段は、例えば、前記空調システムが、前記空調ガスを加熱する加熱手段を備える場合または前記空調ガスを冷却する冷却手段を備える場合、該加熱手段の発熱量または該冷却手段の吸熱量を制御するものである。冷却手段の吸熱量を制御する方法としては、冷却用コンプレッサの回転数を制御する方法、または、圧縮前または圧縮液化後の冷媒をヒーターで加熱する方法を例示することができる。温度勾配は、例えば、前記加熱手段および／または冷却手段の上流側および下流側に温度センサーを設け、該上流側および下流側の温度に基づいて前記発熱量および／または吸熱量を制御するとよい。この場合、勾配制御用温度センサーの少なくとも１つとして、前記チャンバー内に従来より設けられている空調用温度センサーを兼用することができる。

本発明によれば、チャンバー内の温度を変化させる際の温度勾配を制御する温度勾配制御手段を備えることにより、特に、空調システムの運転開始時や運転停止時にチャンバー内の急激な温度変化を防止することができる。また、これにより、チャンバー内の急激な圧力変化を防止でき、例えばレンズの破壊や劣化を防止することができ、露光装置の信頼性を向上させることができる。

本発明の好ましい第１の実施の形態に係る露光装置は、気密チャンバーと、該気密チャンバーに不活性ガスを循環させる送風機と不活性ガスを冷却する冷却器と不活性ガスを加熱する加熱器と不活性ガスのコンタミ除去を行うフィルターと前記気密チャンバー、送風機、冷却器、加熱器、フィルターからなる不活性ガス循環系の所定位置に設置されたセンサーとにより前記気密チャンバー内部の温調並びに清浄化を行う空調手段を有する露光装置において、気密チャンバー内圧変動によるレンズ破壊防止のために、加熱器による目標設定温度までの昇温速度を制御することが可能な勾配制御機構を備えたことを特徴とする。

前記制御機構は循環系において加熱器上流部に温度センサーを有し、循環温度と目標設定温度との差を検知でき、気密チャンバー内圧変動によるレンズ破壊防止のために、体積と流量により決定された単位時間あたりの上昇温度より昇温速度勾配を決定できることを特徴とする。

本発明の好ましい第２の実施の形態に係る露光装置は、気密チャンバーと、該気密チャンバーに不活性ガスを循環させる送風機と不活性ガスを冷却する冷却器と不活性ガスを加熱する加熱器と不活性ガスのコンタミ除去を行うフィルターと前記気密チャンバー、送風機、冷却器、加熱器、フィルターからなる不活性ガス循環系の所定位置に設置されたセンサーとにより前記気密チャンバー内部の温調並びに清浄化を行う空調手段を有する露光装置において、チラーに冷媒用ヒーターと温調器を備え、気密チャンバー内圧変動によるレンズ破壊防止のために、冷却器の目標設定温度までの冷却速度を制御することが可能な勾配制御機構を備えたことを特徴とする。

この第２の実施の形態において、前記制御機構は、循環系において冷却器上流側と下流側に温度センサーを有し、循環温度と目標設定温度との差を検知でき、気密チャンバー内圧変動によるレンズ破壊防止のために、冷却速度勾配を決定できることを特徴とする。

また、冷却速度の制御機構として、チラー内のポンプ回転数制御機構を設けたことにより、気密チャンバー内圧変動によるレンズ破壊防止のために、冷媒の流量制御を行い冷却器の冷却速度勾配を制御することを特徴とする。

本発明の好ましい第３の実施の形態に係る露光装置は、気密チャンバーと、該気密チャンバーに不活性ガスを循環させる送風機と不活性ガスを冷却する冷却器と不活性ガスを加熱する温調用ヒーターと不活性ガスのコンタミ除去を行うフィルターと前記気密チャンバー、送風機、冷却器、加熱器およびフィルターからなる不活性ガス循環系の所定の位置に設置されたセンサーとにより前記気密チャンバー内部の温調並びに清浄化を行う空調手段を有する露光装置であって、温調用ヒーターの目標設定温度までの昇温速度および冷却器の目標設定温度までの降温速度を制御することが可能な勾配制御機構を備えたことを特徴とする。

この第３の実施の形態において、前記勾配制御機構は、ガス循環系においてヒーター上流側に温度センサーを備えた。さらに冷却器の冷却速度を制御できる機構として、チラー内部に冷媒用ヒーターと温調器、勾配制御機構を備え、冷却器上流側と下流側に温度センサーとを設けたことにより、循環内温度と設定温度との差を検知し勾配制御を行い循環運転起動、停止時に生じるパージチャンバー内圧変動をレンズ耐圧範囲内に抑制可能とした。
また、冷却速度の制御機構としては、チラー内のポンプ回転数制御機構を設け、気密チャンバー内圧変動によるレンズ破壊防止のために、冷媒の流量制御を行い冷却器の冷却速度勾配を制御するようにした。

上記第１〜第３の実施の形態に係る露光装置によれば、循環運転起動、停止時の循環ガスの急激な温度上昇や急冷により、起こりうるパージチャンバー内圧変動を抑制し、パージチャンバー内循環温度をモニターしながら昇温、冷却速度の勾配制御をすることにより、レンズ耐圧を守ることを保証することができる。

以下、本発明を実施例により説明する。
［実施例１］
図１は、本発明の一実施例に係る露光装置の概念図である。図１の装置は、図５の従来例に対し、温度センサー１８、１９、２４、ヒーター勾配制御部２０、冷媒用ヒーター２２および勾配制御機構２３を付加したものである。図５の構成と共通する部分は同じ番号で示し、詳細な説明は省略する。なお、２１はチラー、２５はポンプ、２６は熱交換器であり、これらは図５には不図示であるが、図５の従来例と共通のものである。

図１の露光装置において、不活性ガスの温調は、温度センサー１８と温度センサー１６が不活性ガスの温度を検出し、その信号をヒーター勾配制御部２０に入力し、循環内温度と目標設定温度との差より勾配制御を行い、その信号を温調器１７へ出力し加熱器（温調用ヒーター）１２の制御を行う。

また、不活性ガスの冷却についても温度センサー１９と温度センサー２４が不活性ガスの温度を検出し、その信号をチラー２１内の勾配制御機構２３に入力し、循環温度と目標設定温度との差より勾配制御を行う。その信号を温調器１７へ出力し冷媒用ヒーター２２の制御を行う。冷媒の勾配制御を行うことにより不活性ガスの冷却速度を制御する。

本実施例によれば、パージチャンバー内循環温度をモニターしながら、昇温または冷却速度勾配を制御することによって、循環ガスの急激な温度上昇や急冷状態を避け、パージチャンバー内圧変動を抑制し、レンズ耐圧を守ることを保証することができる。

上記実施形態によれば、勾配制御部と温調器は独立して構成されているが、一体化の制御機構として構成されてもかまわない。

［実施例２］
図２は、本発明の他の実施例に係る露光装置の概念図である。図２の装置は、図５の従来例に対し、温度センサー１８、１９、２４、インバーター２７および勾配制御機構２８を付加したものである。前述の従来例並びに実施例１と共通する部分は同じ番号で示し、詳細な説明は省略する。
本実施例は、機能としては実施例１のものと同じであるが、冷却部の冷却速度制御をチラー２１内のインバーター２７を制御してポンプ２５の回転数を制御することにより、冷媒の流量制御を行うことで冷却速度の勾配制御を行うことを特徴とする。

図１の露光装置において、不活性ガスの温調は、温度センサー１８と温度センサー１６が不活性ガスの温度を検出し、その信号をヒーター制御部２０に入力し、循環内温度と目標設定温度との差より勾配制御を行い、その信号を温調器１７へ出力し加熱器１２の出力制御を行う。

また、不活性ガスの冷却についても温度センサー１９と温度センサー２４が不活性ガスの温度を検出し、その信号を勾配制御部２８に入力し循環内温度と目標設定温度との差より勾配制御を行う。勾配制御方法としては、チラー２１内のポンプ２５のインバーター２７によりポンプ回転数を制御することにより、冷媒の流量制御で冷却速度の勾配制御を行う。

本実施例によれば、冷却器の勾配制御を冷媒の流量により行う点以外は、実施例１と同様で、昇温または冷却速度を併せて制御することによって、パージチャンバー内圧変動を抑制しレンズ耐圧を守ることを保証することができる。

実施例２によれば、インバーターと勾配制御機構がそれぞれ独立して構成されているが、一体化の制御機構として構成されてもかまわない。
本実施例によれば、循環運転起動、停止時の循環ガスの急激な温度上昇や急冷により、起こりうるパージチャンバー内圧変動を抑制し、パージチャンバー内循環温度をモニターしながら昇温、冷却速度の勾配制御をすることにより、レンズ耐圧を守ることを保証することができる。

［実施例３］
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（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、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。

図４は上記ウエハプロセス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）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。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。本実施例の生産方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造することができる。

本発明の一実施例に係る露光装置の概略図である。 本発明の他の実施例に係る露光装置の概略図である。 デバイスの製造の流れを示す図である。 図３におけるウエハプロセスの詳細な流れを示す図である。 従来の技術の説明図である。

符号の説明

１ ウエハ空間
２ レチクル空間
３（３Ｒ、３Ｗ） チャンバー
４ 温調ガス吹出し部
５ 回収部
６ 循環装置
７ 供給ダクト
８ リターンダクト
９ 冷却器
１０ 送風機
１１ フィルター
１２ 加熱器
１３ 不活性ガス注入弁
１４ 排出弁
１５ 絞り弁
１６ 温度センサー
１７ 温調器
１８ 温度センサー
１９ 温度センサー
２０ 勾配制御機構
２１ チラー
２２ 冷媒用ヒーター
２３ 勾配制御機構
２４ 温度センサー
２５ ポンプ
２６ 熱交換器
２７ インバーター
２８ 勾配制御機構

Claims (8)

1. 露光装置本体と、該本体の一部または全部を包囲するチャンバーと、該チャンバー内に空調ガスを循環させるとともに該チャンバー内の温度を制御する空調システムとを有する露光装置において、
   前記空調システムは、前記チャンバー内の温度を変化させる際の温度勾配を制御する温度勾配制御手段を備えることを特徴とする露光装置。
2. 前記空調システムは、前記空調ガスを加熱する加熱手段を備え、前記勾配制御手段は、該加熱手段の発熱量を制御することにより前記チャンバー内の昇温速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記空調システムは、前記空調ガスを冷却する冷却手段を備え、前記勾配制御手段は、該冷却手段の吸熱量を制御することにより前記チャンバー内の昇温速度を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
4. 前記勾配制御手段は、前記冷却手段の冷媒を加熱する冷媒用ヒーターを備え、該ヒーターの発熱量を制御することにより該冷却手段の吸熱量を制御することを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
5. 前記勾配制御手段は、前記冷却手段の冷媒を圧縮するポンプの回転数を制御することにより該冷却手段の吸熱量を制御することを特徴とする請求項３または４に記載の露光装置。
6. 前記勾配制御手段は、前記加熱手段および／または冷却手段の上流側および下流側に温度センサーを有し、該上流側および下流側の温度に基づいて前記発熱量および／または吸熱量を制御することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の露光装置。
7. 露光光として遠紫外光を用い、投影光学系を介してレチクルのパターン像を被露光基板上に露光する露光装置であって、前記チャンバーが前記投影光学系の物空間および／または像空間を包囲する密閉チャンバーであり、前記温調ガスが不活性ガスであることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１つに記載の露光装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。

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