JP2006506804A - 光学レンズをパージする方法 - Google Patents

Abstract

ガスまたは混合ガスのサブスタンスの割合を定める装置（６０）を用いて、基板（１００）にパターンを投影する投影装置（４１）のレンズをパージするガスまたは混合ガスに対する測定を行う。この場合においては、レンズ（１０）へ供給されたガスに対する第１の測定結果を、レンズ（１０）から除去されたガスの測定結果と比較する。特に、サブスタンスが、照明源（１４）からの高エネルギー放射の影響を受けレンズ（１０）への付着を引き起こす汚染サブスタンスである場合には、この差はレンズ（１０）表面における、不利なように付着を引き起こす光化学反応を推測するために用いられ得る。この比較の結果の信号が生成され、レンズ（１０）の劣化を防止する測定を行うために用いられ得る。質量分析器、電気センサ、または光センサ、およびサブスタンス分析を行う既知の方法は、測定装置（６０）に使用され得る。

Description

本発明は、表面が感光性レジストに覆われた基板を露光する投影装置の光学レンズへの堆積物を避けるために、ガスまたは混合ガスを用いて、レンズをパージする方法に関する。

半導体を製造する際に、表面が感光性レジストに覆われた基板にパターンを投影するために、複数のレンズから組み立てられるレンズ系を使用するのが通例である。このレンズ系は、マスクパターンを感光性レジストに、光の透過照射を受け、ハイコントラストに投影する目的に適合する。汚染を防ぐために、このレンズ系は、特にこの目的のために組み立てたハウジング内に、密閉するようにシールされ、例えば高純度の乾燥空気または窒素を用いてパージされる。ガスまたは混合ガスは、レンズ材料とほとんど相互作用しない。そのため、レンズ表面への望まない堆積物は避けられ得る。

しかしながら、レンズ劣化は、例としては、例えば３６５ｎｍ以下の波長による、半導体ウェーハへの投影パターンの露光に、長時間にわたりレンズを使用した後、常に頻繁に起こる。この理由は、汚染の内部源または外部源に存在し得る。汚染ガスまたは汚染混合ガスの内部源は、例えば、ハウジング内のレンズ系を組み立てる際に使用され徐々に脱ガスする油またはシールリングである。

外部源は、例としては、ウェーハステッパまたはスキャナなどの投影装置付近における常に汚染がないとは限らないクリーンルームエアにより引き起こされる。レンズハウジングおよびフィードラインの気密性は、時間の経過とともに低くなり得る一方、サブスタンス（Ｓｕｂｓｔａｎｚ）は、投影装置付近から、パージするために供給するガスまたは混合ガスの供給源へ通過し得る。

露光に用いる波長を、従来の３６５ｎｍ（ｉ系列）から２４８ｎｍ（ＫｒＦ）、１９３ｎｍ（ＡｒＦ）、１５７ｎｍ（Ｆ２）およびさらに短波長へと変化させることにより、レンズを介するエネルギースループットも高くなる。特に、エネルギーに誘起されたレンズ表面と周囲のガスとの相互作用は、おそらく今後さらに著しく強まるであろう。従って、さらに堆積物に、つまり濁度の影響およびレンズの劣化に注意を払う必要がある。劣化したレンズの作用は、フォトレジスト層における経路の消失もしくは変更、またはフォトレジスト残留物の発生にあり得る。レンズの異常に現れる効果は、認識し難く、そのため、問題が検出される頃には高レベルの製品損失（歩留まりの低下）を引き起こす。

油は、例えば高エネルギー放射により、広がりのあるスポットとして、レンズ表面に焼き付けられる。１９３ｎｍの波長を用いるＣａＦレンズの場合には、濁度効果により、混合ガスの光化学反応を介して、レンズ表面への硫黄またはリンを含む塩の形成が引き起こされることが良く知られている。

初期段階にこれらの問題を認識するために、従来は、表面が感光性レジストに覆われた半導体ウェーハのサンプルを、１つ以上のテストレチクルまたはテストマスクを用いて露光する、いわゆるインラインテストを行う。焦点のずれは、おそらくパターンサイズに依存して、この場合にはレンズをパージするために供給するガスまたは混合ガスの汚染に基づき、増大するレンズの劣化の指標とみなされる。しかし、初めに述べたように、これらのテストには高価な装置時間が必要であり、さらに、エラーは後でのみ検出され得る。

従って、本発明の目的は、レンズの劣化を初期段階に検出し得、妨げ得る手段を提供することである。半導体製造効率の向上および基板を露光する投影装置の生産性の改善も、本発明の目的である。

本目的は、感光性レジストで覆われた基板を露光する投影装置内の光学レンズを、レンズへの堆積物を避けるために、ガスまたは混合ガスを用いてパージする方法であって、ガスまたは混合ガスのための供給源を提供する工程と；ガスまたは混合ガスを供給源から投影装置のレンズへと、第１のラインを介して輸送する工程と；第１のラインのガスまたは混合ガスにおけるサブスタンスの少なくとも第１の割合（Ａｎｔｅｉｌ）に対して第１の測定を行う工程と；レンズをパージする工程；ガスまたは混合ガスを、レンズから投影装置付近へと、第２のラインを用いて除去する工程と；第２のラインのガスまたは混合ガスにおけるサブスタンスの少なくとも第２の割合に対して第２の測定を行う工程と；第１の割合と第２の割合とを比較する工程と；比較の結果に依存して信号を生成する工程を含む、方法により達成される。

本目的は、表面が感光性レジストに覆われた基板にパターンを投影する配置であって、本質的に密閉するようにシールされたハウジング内部に配置された少なくとも１つのレンズと；照明源と；レンズをパージするガスまたは混合ガスの供給源と；この供給源とハウジングの内部とを接続することにより、レンズにガスまたは混合ガスを供給する第１のラインと；ハウジングの内部とこの配置付近を相互接続することにより、レンズからガスまたは混合ガスを除去する第２のライン；ハウジングの内部へのガスまたは混合ガスの流れを制御する制御ユニットと；ガスまたは混合ガスのサブスタンスの割合を測定し、第２のラインに接続された装置とを備える、配置を用いることによりさらに達成される。

本発明に従って、複数のレンズを有するレンズ系を含むハウジングからパージ操作中に流れるガスまたは混合ガスは、ハウジング内部において、すなわちレンズ表面において進行するガス反応または光化学転換反応を推測し得るように、サブスタンスの割合に対して調査される。この調査の間、ガスまたは混合ガスにおける特定のサブスタンスを、割合に関して、量、体積、またはモル比率の点で調査し得るが、完全な分解も行い得る、すなわちガスまたは混合ガスにおける全てのサブスタンスを測定し得る。この測定は、正確な構成割合の代わりに、割合に対する特定のしきい値を超えるか否かのチェックを含み得る。

サブスタンスは、油、水、プラスチックからのガス放出物、または化学プロセスを実行するクリーンルームにおいて一般に使用される材料などの、汚染と推測される物質である。この物質は、パージガスまたはパージ混合ガスなどにおいて、ガス、混合ガス、エアロゾル、蒸気、懸濁粒子などとして存在し得る。

このサブスタンス、または流入するガスもしくは混合ガスのサブスタンスの割合は、測定の基準値として同様に測定される。この基準値と流出するガスの測定値とを比較する。この比較の結果に差がある場合には、レンズを囲むハウジングにおいて、化学反応、特に光化学反応が起こったことを意味する。流入するガスの割合に対する第１の測定は、本発明に従って、比較的長い時間間隔または系のセットアップのために１度実行し得る。このことは、特に、１つのみの測定装置が、ガスまたは混合ガスにおけるサブスタンスの割合の測定に利用できる場合には、本発明に従う方法の周期ごとに、フィードラインまたはドレインラインへの接続をコンスタントに切り換える必要がなくなるために、常に有利である。

その上、ガスまたは混合ガスのコンクリート容器を、ガス流入源としてレンズをパージするために供給する場合に、容器内の組成に変化がないこと、および第１の測定の実行が１回のみ必要であると仮定する。

流入するまたは流出するガスのサブスタンス割合の差が、それぞれ、実験により得られ得る特定のしきい値を超える場合には、レンズの劣化を妨げ得る動作を始める目的で、本発明のさらなる微調節に応じて、使用される信号を生成する。この微調節は、例えば、パージシステムの内部に達し得たサブスタンスが何であるかということに基づき原因を調査するために、投影装置におけるそのときの製造の妨げを含む。この信号は、レンズまたは全ハウジングの交換を始めるためにも使用され得る。このことは、特に、シールリングまたは油からの脱ガスといった内部源が汚染の原因であるということが確かな場合には、常に当てはまる。

本発明による方法は、特に、システムへの動作、例えばレンズの交換を行うためにレンズ系を有するハウジングを開放する場合には、常にその動作の少し後に外部ガスまたは混合ガスが依然としてあり、有利に使用され得る。この残留物がハウジングから除去されるまでに必要なパージする時間を確定するために、流出ガスと流入ガスとを比較し得ると有利である。高純度な乾燥空気をパージ混合ガスとして使用する場合には、正確に言うと、クリーンルーム近傍に依然として存在する水の割合が高い混合空気が、開放した少し後にレンズ系に残る危険がある。しかし、混合空気中の微量の水分は、塩の形成の原因としてレンズの表面を覆う。従って、本発明によると、ガスまたは混合ガスにおける、流入するまたは流出する、酸素および水（Ｈ_２Ｏ）のそれぞれのサブスタンス割合の測定を互いに比較することが可能である。先行技術によれば、製造を再開する、すなわちウェーハを露光する時を、実験から得られた値に基づき定めることのみ可能である。

以下において、本発明は、図面を用いた実施例により、詳説される。

本発明の実施例は、半導体ウェーハ１００を露光する投影装置４１のレンズ系におけるレンズをパージするための配置において、図１に概略的に示される。投影装置４１の基本構成要素は、図１の右側に見られる。照明源１４は、１９３ｎｍの波長の光（ＡｒＦレーザー）を発し、この光は、レンズ１０のシステムにより、半導体基板に塗布された感光性レジストに焦点があわせられる。マスクパターン、および照明源１４とレンズ１０の間に配置されるさらなるレンズを用いて、光を通し構成されたマスク上のパターン（図示されず）は、校正された平行光束による透過照射される。

本発明は、レンズ系を介するマスクの透過照明なしに、鋭く焦点をあわせたレーザービームを直接基板に投影する際の露光および投影配置を含む。例えば、マスクまたはレチクル上の感光性レジストを露光する場合がそうである。本発明のパージ動作の制御は、この配置にも有利に適用し得る。

レンズ系を構成する各レンズ１０は実質上気密なハウジング１２に配置される。窒素ガスで満たされているガス容器２０は、パージガス源として使用される。窒素ガス、またはさらなるガス追加物をある程度使用する混合窒素ガスは、レンズ１０を有するハウジング１２へ、フィードライン３０を介して導入される。この動作は、ガス通過流の制御装置５０により制御する。制御装置５０は、特にハウジング内のガス圧、温度などを測定するために用いられ得るマノメータ５２およびバロメータ５４に接続される。この配置は、ハウジング１２内の一定な物理状態を実質上確保する制御回路を定める。窒素ガスは、レンズ１０を包み、第２のライン(ドレインライン)４０を介してハウジング１２から離れる。この場合には、カーボンフィルタ４５により除去される。ガスまたは混合ガスは、流出する際に制御装置５０により、同様に制御される。本発明の実施例においては、ガスまたは混合ガスは、投影装置４１の外へ、投影装置４１の周囲のクリーンルーム４２に、第２のライン４０を介して導かれる。

後述する配置の設計特徴および構成要素は、投影装置の不可欠な構成要素として、または連結された追加モジュールとして実装され得る。特に第２の場合において、複数の投影装置を含む半導体製造において可動性を有し使用し得る点は有利である。この目的に対して、本発明により、各投影装置に追加モジュールを結合し得る標準化したインターフェースを利用できるようになる。

第２のライン４０は、ガスを除去するが、ライン６６を介して検出チャンバー６８に接続される。第２のライン４０から検出チャンバー６８へと除去されるガス流入は、第１のバルブ６７を用いて制御される。検出チャンバー６８は、連続的に第２のライン４０からその都度時間制御してガスサンプルを導入される複数のサンプルチャンバーを含む。ガスサンプルの取り込みは、検出チャンバー６８に接続された真空ポンプ６４により可能になる。第２のバルブ６２を介し、各々の中間に蓄えられたガスは、サブスタンスごとの質量割合、例えばここでは水の割合、を測定する質量分析器６０に供給される。質量分析器６０における測定のみならず、バルブ６７、バルブ６２、真空ポンプ６４、および検出チャンバー６８の各サンプルチャンバーの制御は、さらなる制御装置（図１には示していない）を用いて、調整される。さらなる制御装置は、好ましくは、測定したサブスタンス割合が格納され、第２のライン４０から除去する回数を割り当てられたデータベースに結合される。

分析は時系列に適用し得、時系列は分析に従って定められる。この分析は、一時的に局在した現象を定めるために用いられ得る一方、トレンド、および今後のしきい値のオーバーシュートを予想するためにも用いられ得る。

検出チャンバー６８は、ガス容器２０からレンズ１０を有するハウジング１２へ、さらなるライン６９を介して窒素を供給する第１のライン３０へも接続される。依然として汚染されていないとみなされるガスの第１の基準測定を行うために、比較的長い時間間隔でサンプルチャンバーのうちの１つに、このガスを同様に導入し、かつ、同一のサブスタンスの割合、ここでは水の割合を定める目的のために、バルブ６２を介して、直にまたは後に質量分析器６０にこのガスを供給する。

さらなる電気センサまたは光センサが、サブスタンスの割合を定める目的のために、バルブ６２を有する質量分析器６０と平行に、さらなるバルブを用いて検出チャンバー６８に接続され得、サブスタンス分析のさらなる既知の方法が本発明に組み込まれる。しかし、センサに供給されるガスを、引き続きパージ中にさらに使用するために、第１のライン３０または第２のライン４０に再び戻すことも可能である。

図１に示される一点鎖線は、投影装置４１を含むモジュール、比較する測定を行う、投影装置４１に結合され得る追加モジュール４３、および周囲のクリーンルーム４２を区分する。

本発明の実施例による、投影装置のレンズをパージするための配置を概略的に示す。

符号の説明

１０ レンズ
１２ レンズ系のハウジング
１４ 照明源、レーザー
２０ パージガスのためのガスコンテナ
３０ パージガスをレンズへ供給するためのフィードラインである、第１のライン
４０ パージガスをレンズから排出するためのドレインラインである、第２のライン
４１ 投影装置
４２ 投影装置のためのクリーンルーム雰囲気
４３ パージガスまたは混合ガスにおけるサブスタンス割合を測定する追加モジュール
４５ カーボンフィルタ
５０ ガス通過流に対する制御ユニット
５２ マノメータ
５４ バロメータ
６０ 質量分析器、電気センサまたは光センサ
６２ 第２のバルブ
６４ 真空ポンプ
６６ ガス除去のための接続ライン
６７ 第１のバルブ
６８ 検出チャンバー
６９ ガス除去のための接続ライン
１００ 表面が感光性レジストに覆われた基板、ウェーハ、フラットパネル、マスク

Claims (16)

1. 感光性レジストで覆われた基板（１００）を露光する投影装置（４１）内の光学レンズ（１０）を、該レンズ（１０）への堆積物を避けるために、ガスまたは混合ガスを用いてパージする方法であって、
   該ガスまたは混合ガスのための供給源（２０）を提供する工程と、
   該ガスまたは混合ガスを、第１のライン（３０）を介して、該供給源（２０）から該投影装置（４１）内の該レンズ（１０）に輸送する工程と、
   該第１のライン（３０）にある該ガスまたは混合ガスのサブスタンスの少なくとも第１の割合の第１の測定を行う工程と、
   該レンズ（１０）をパージする工程と、
   該ガスまたは混合ガスを、該レンズ（１０）から該投影装置近傍に、第２のライン（４０）を用いて除去する工程と、
   該第２のライン（４０）にある該ガスまたは混合ガスのサブスタンスの少なくとも第２の割合の第２の測定を行う工程と、
   該第１の割合と該第２の割合とを比較する工程と、
   該比較の結果に依存して信号を生成する工程と
   を包含する、方法。
2. 前記投影装置（４１）が、１９３ナノメータ以下の波長を有する光を前記レンズ（１０）を介して前記基板（１００）に放射する照明源（１４）を備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記生成された信号の結果として、前記レンズ（１０）がさらなるレンズに交換される、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第１の測定および／または前記第２の測定が、１つ以上の光検出器を用いて実行される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記第１の測定および／または前記第２の測定が、１つ以上の電気センサを用いて実行される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記第１の測定および／または前記第２の測定が、質量分析器（６０）を用いて実行される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記レンズ（１０）から除去された前記ガスまたは混合ガスから、一定の時間間隔でサンプルが取り込まれ、該サンプルが別々のチャンバーに一時的に格納され、該サンプルが前記第２の測定を実行することを目的として連続的に前記質量分析器（６０）に供給される、請求項６に記載の方法。
8. 前記各工程が、前記レンズ（１０）の交換または洗浄動作の直後に実行される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 基板（１００）の露光が、前記信号を生成することに依存して実行される、請求項８に記載の方法。
10. 感光性レジストで覆われた基板（１００）にパターンを投影するための配置であって、
    本質的に気密にシールされたハウジング（１２）の内部に配置された少なくとも１つのレンズ（１０）と、
    照明源（１４）と、
    該レンズ（１０）をパージするガスまたは混合ガスのための供給源（２０）と、
    該ガスまたは混合ガスを、該供給源（２０）と該ハウジング（１２）の内部とを接続することにより、該レンズ（１０）に供給する第１のライン（３０）と、
    該ガスまたは混合ガスを、該ハウジング（１２）の内部と該配置の近傍（４２）とを相互接続することにより、該レンズ（１０）から除去する第２のライン（４０）と、
    該ハウジング（１２）の内部への該ガスまたは混合ガスの流れを制御する制御ユニット（５０）と、
    該ガスまたは混合ガスのサブスタンスの割合を測定する装置であって、該第２のライン（４０）に接続された装置（６０）と
    を備える、配置。
11. 測定のために前記ガスまたは混合ガスを収容する検出チャンバー（６８）によって定義される配置であって、該検出チャンバーは、前記測定装置（６０）と前記第２のライン（４０）との間に配置される、請求項１０に記載の配置。
12. 前記割合を測定する前記測定装置（６０）が質量分析器である、請求項１０または１１のいずれか１項に記載の配置。
13. 前記測定装置（６０）が前記第１のライン（３０）に接続され、または、前記ガスもしくは混合ガスにおけるサブスタンスの割合を測定するさらなる測定装置が該第１のライン（３０）に接続され、該測定装置（６０）または両方の測定装置が測定結果を送る前記制御ユニットに接続される、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の配置。
14. 前記検出チャンバー（６８）が前記測定装置（６０）と前記第１のライン（３０）との間に配置される、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の配置。
15. 前記第１のライン（３０）または前記第２のライン（４０）の少なくとも１つに配置されるバルブ（６７）であって、該バルブを用いて前記検出チャンバー（６８）に、前記レンズ（１０）に供給されるガスもしくは混合ガス、または該レンズ（１０）から除去されるガスもしくは混合ガスを供給するバルブと、ガスまたは混合ガスを該検出チャンバー（６８）に供給するポンプシステム（６４）とによって定義される、請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の配置。
16. 前記検出チャンバー（６８）が多くのサンプルチャンバーを有し、該サンプルチャンバーは、前記割合を測定する前記装置（６０）における測定を行うために、各々がガスまたは混合ガスの異なるサンプルを一時的に格納することができる、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の配置。

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