JP2007142020A

JP2007142020A - 露光装置

Info

Publication number: JP2007142020A
Application number: JP2005331424A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Tanabe; 正幸田邉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-11-16
Filing date: 2005-11-16
Publication date: 2007-06-07
Anticipated expiration: 2025-11-16
Also published as: JP4724537B2

Abstract

【課題】部材劣化や光学特性劣化を低減することができる露光装置を提供する。
【解決手段】露光光によって活性化された物質に対して、これらを不活性化状態に戻す効果のある物質を添加する機構を設ける。投影レンズ近傍にガス噴出口３３及びガス吸引口３６を設け、ガス供給部３１から一酸化炭素を含有したガスを流して系内の活性物質、例えばオゾン、活性酸素、ＯＨラジカルなどと反応させてこれを不活性化させる。ガスは回収部３４で回収する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、またはＣＣＤ等の製造過程において、マスク等の原板上の回路パターンを基板上に縮小投影して焼付け形成する、装置内に光学素子を含んだ露光装置および方法に関する。また、このような露光装置または露光方法を用いたデバイス製造方法に関する。

近年、露光装置の光源は、次第に短波長化が要求され、普通紫外から真空紫外領域の光も用いられている。光源が、ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ_２エキシマレーザ、更にＥＵＶ光や、Ｘ線のように短波長になるにつれ、光のエネルギーは次第に大きくなる。ｉ線の波長は約３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザの波長は約２４８ｎｍ、ＡｒＦエキシマレーザの波長は約１９３ｎｍ、Ｆ_２エキシマレーザの波長は約１５７ｎｍ、ＥＵＶ光の波長は約１５ｎｍである。
短波長の露光光照射では、光化学反応による様々な物質の分解反応や生成反応、あるいは活性化反応が引き起こされる。このような反応が関与して、光学素子表面に物質が形成され、露光装置の光学特性が劣化することは大きな問題である。

そこで、このような問題に対して、光学素子を含んだ空間を清浄な不活性ガスで流通することで対応がなされてきた（例えば、特許文献１参照）。更に、導入するガスの純度を高める対応もなされてきた。例えば、特許文献２では、装置へのガス導入口にフィルタを取りつけることによって、供給源のガス中に含まれる不純物や給気ユニット通過時に部材脱離ガス成分から発生する不純物を、除去している。これに加えて、光学装置内の部品等からの脱離ガスによる不純物への対応として、脱離ガスが少ない部材あるいは脱離ガスが光学素子の光学性能劣化に与える影響が少ない部品の選択がされている。

また、露光エリア内に存在する酸素の一部は、露光光によってオゾンに変化する。一般に温調制御のために、空調気体の一部は循環させる構成となっている。そこで発生したオゾンは、部品劣化を引き起こしたり、部品から脱離ガスを発生させたり、あるいは脱離ガス量を増加させたりする場合もある。これらを防止するために、オゾンを酸素に変換するためのオゾン変換器が配置されたりもしている（特許文献３参照。）。
特開平２−２１０８１３号公報特開平６−７７１１４号公報特開平１１−２７４０５０号公報

しかし、従来よりも短波長の光源、あるいは高照度での露光においては、露光によって生成するオゾン量が従来に比べて増加する。このため、露光空間からオゾン変換器に移動する間にも、その間に存在する部品の劣化を引き起こす。また、部品から脱離ガスを発生させたり、あるいは部材からの脱離ガスを増加させたりすることで、光路中の不純物量を増やし、装置の光学性能を劣化させる場合もある。
また、露光によって生成したオゾンは、近傍の光学素子表面上に物質を形成する反応を促進させる場合もある。例えば、有機珪素化合物と反応して、酸化珪素を光学素子表面に形成したり、硫黄含有化合物と反応して硫酸イオンを形成し、硫酸塩を光学素子表面に形成したりする。

上述した作用は、露光によって酸素やオゾンあるいは窒素酸化物などから生成する活性酸素や、露光によって水などから生成するＯＨラジカルなどにもあり、対処が必要である。
そこで、本発明は、露光光によって活性化された物質による部品劣化を抑制・防止することを課題とする。または、露光光によって活性化された物質による部品からの脱離ガスの発生を抑制・防止することを課題とする。あるいは光学素子表面への物質形成反応を抑制・防止することによって、性能劣化を抑制・防止することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明では、露光光によって活性化された物質に対して、これらを不活性化状態に戻す効果のある物質を添加することを特徴とする。

本発明によれば、露光によって活性化した物質が不活性化されるので、活性化物質が周囲や気体流路下流に存在する部品を劣化させることを抑制・防止することができる。また、活性化物質が、周囲や気体流路下流に存在する部品からの脱離ガスを発生あるいは増加させることを抑制・防止することができる。更に、活性化物質が光学素子表面への物質形成反応を促進することを、抑制・防止することができる。
したがって、本発明では、光学素子表面上への物質形成に起因する光学特性の劣化を低減できるとともに、部品劣化も低減できる露光装置および方法を提供することができる。

本発明の好ましい実施の形態において、前記の添加物質は、一酸化炭素、あるいはメタンをはじめとする炭化水素であることを特徴とする。また、前記の添加物質は、光路近傍において添加することを特徴とする。かかる添加方法によれば、露光光で活性化した物質を即座に不活性化することができ、部材劣化、あるいは光学素子上への物質形成を抑制・防止することができる。
なお、活性化物質が、周囲や気体流路下流に存在する部品からの脱離ガスを発生あるいは増加させることを抑制・防止する場合は、その部品の近傍など、光路近傍以外において前記の添加物質を添加するようにしてもよい。

前記の添加物質を添加する方式に関しては、露光装置の照明モード・照度の設定によって、予め決められた添加物質量またはガス流量の少なくとも一方を制御することを特徴とする。あるいは、活性化した物質の濃度測定値によって、添加物質量またはガス流量の少なくとも一方を制御することを特徴とする。あるいは、露光照度の測定値によって、添加物質量またはガス流量の少なくとも一方を制御することを特徴とする。
これらの添加方法によれば、適度な量の物質を添加することで、露光光で活性化した物質を即座に不活性化することができ、部材劣化、あるいは光学素子上への物質形成を抑制・防止することができる。

前記の添加物質は、露光雰囲気中の濃度が１ｐｐｍ以下となるように添加することを特徴とする。かかる物質量では、添加物質自身の光吸収による露光性能の劣化は大きな問題とはならない。ここで、露光雰囲気とは、少なくとも露光光の光路ならびにマスクおよびウエハを含む部分を示す。
本発明の別の側面としてのデバイス製造方法は、前記のいずれかの露光装置を用意する工程と、この露光装置を用いて露光を行う工程とを具備することを特徴とする。

本発明の更なる課題またはその他の特徴は、以下の添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
以下、図面を参照して、本発明の例示的一形態である露光装置と装置内雰囲気への物質の添加方法について説明する。なお、各図において、同一の部材については、同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

本発明を露光装置に具体化した一実施例を説明する。図１は、ステップ・アンド・スキャン型のＡｒＦ露光装置全体の概略構成を示したものである。同図において、１はＡｒＦエキシマレーザ光源であり、１９３ｎｍ付近の発振波長をもち、パルス発光を行う。この露光装置の照明光学系では、エキシマレーザ光源１から照射された光は、ミラー２によって折り曲げられ、ビーム整形光学系３を介して所定の形状に整形された後、ミラー４を介してオプティカルインテグレータ５に入射する。オプティカルインテグレータ５は、その射出面６近傍に二次光源を形成している。二次光源からの光束は第１集光レンズ７によって集光される。この集光点８を含む光軸に直交する平面の近傍には、照明範囲を規制するブラインド９が配置されている。第１集光レンズ７からの光束は、第２集光レンズ１０、ミラー１１および第３集光レンズ１２により、マスク１３のパターン面を均一に照明する。また、エキシマレーザ光源１の射出口から第３集光レンズ１２までの各光学素子を含んだ光路は、照明系容器１０１に収納されており、装置外の雰囲気と遮断されている。

この照明光学系は、図２に示すように、マスク１３のようなパターン１７の一部に対してスリット状の光束１８によりスリット状照明を行う。照明されるパターン１７の一部は、投影光学系１４によりウエハ１６上に縮小投影される。この時、マスク１３およびウエハ１６を、投影光学系１４の縮小比率と同じ速度比率で、図示されている矢印１１１および１１２のように互いに逆方向にスキャンさせる。同時に、エキシマレーザ光源１からのパルス光による多パルス露光を繰り返すことにより、マスク１３全面のパターン１７をウエハ１６上の１チップ領域または複数のチップ領域に転写する。

なお、図１において、２１はマスク１３を保持しているマスクステージであり、図示矢印１１１の方向にスキャン駆動する。２２はマスクステージ２１に固定されたバーミラー、２３はバーミラー２２を用いてマスクステージ２１の速度を検出するレーザ干渉計、２４はウエハ１６を保持しているウエハチャックである。２５はウエハチャック２４を保持しているウエハステージであり、不図示の駆動系により図示矢印１１２方向にスキャン駆動する。２６はウエハステージ２５に固定されたバーミラー、２７はバーミラー２６を用いてウエハステージ２５の速度を検出するレーザ干渉計である。１０２はマスク室であり、マスク１３の交換口に開閉可能な開閉手段２８が取りつけられており、開放状態と密封状態が切り替わる。

次に、投影光学系１４において、ウエハ１６に最も近い投影レンズ１５近傍について、本発明を実施した際の概略図を図３に示す。投影レンズ１５の近傍には、ガス噴出口３３、ガス吸引口３６を設けている。一酸化炭素を含有したガスが、ガス供給部３１からガス供給配管３２を通じ、図示矢印５１のように噴出される。オゾン、活性酸素、ＯＨラジカルといった活性物質が、一酸化炭素と反応して、不活性物質に変化する。供給されるガスの量や方向、供給のタイミングは、露光装置の照明モード・照度の設定に関連して、予め決められた条件で制御系１２１によって制御される。図示矢印５２のようにガス吸引口３６からガスが吸引され、ガス回収配管３５を通じてガス回収部３４に回収される。このガス回収における吸引力や方向、回収のタイミングも、露光装置の照明モード・照度の設定に関連して、予め決められた条件で制御系１２１によって制御される。

本実施例では、ガス中に含有する物質として一酸化炭素について説明したが、オゾン、活性化酸素、ＯＨラジカルといった活性化物質を不活性化できるものであれば、他の物質を用いてもよい。例えば、メタンなどの炭化水素を添加したガスを使用する。また、必要があれば、複数の物質を添加したガスを供給してもよい。図３においては、ガス噴出口３３、ガス吸引口３６は、対面にそれぞれ２個ずつ存在しているが、活性物質の不活性化という目的を達するものであれば、それらの数、配置は問わない。また、ガス回収部３４、ガス回収配管３５、ガス吸引口３６からなるガス回収機構は、不要であれば、取りつけなくてもよい。

図４は、ガス噴出口３３から供給するガス量や方向、供給のタイミング、あるいはガス吸引口３６で吸引するガス量や方向、吸引のタイミングを制御する方式の他の例を示す。図４のように、光路近傍に活性化物質の濃度測定機構３７を設け、その測定結果をもとに、制御部１２１で制御してもよい。活性化物質の濃度測定機構としては、具体的には、紫外光を用いてその吸収を検出する紫外線吸収法、電極を用いて吸着物質の反応による電流を検出する定電位電解法などを用いる。
また、ガス噴出口３３から供給するガス量や方向、供給のタイミング、あるいはガス吸引口３６で吸引するガス量や方向、吸引のタイミングは、露光照度の測定値を測定して、その測定結果をもとに制御してもよい。

なお、上記実施例では、投影光学系１４とウエハ１６との空間について物質を添加する構成について記載したが、これに限定するものではなく、本発明は、マスク１３の周辺空間に適用してもよい。
また、以上の実施例は、ステップ・アンド・スキャン型のＡｒＦ露光装置についての説明を行った。しかし、ステップ・アンド・リピート型の露光装置、ＫｒＦレーザ光やＦ_２レーザ光や紫外線ランプやＥＵＶ光を光源に用いた露光装置に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。また、レジストからの脱離ガスを汚染原因として、その近傍の投影レンズが汚染されることについて述べたが、その他の付着汚染原因および光学素子に関して本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。

［デバイス製造方法の実施例］
次に、図５及び図６を参照して、上述の露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図５は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウエハ製造）では、シリコンなど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、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。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成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で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。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６は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。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、ウエハの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などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）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、露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。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。本実施例のデバイス製造方法によれば従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

本発明の一実施例に係る露光装置の全体概略図である。図１の装置におけるマスクの説明図である。図１の装置において本発明が適用された要部の概略図である。図３の変形例を示す図である。デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。図５に示すステップ４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：ＡｒＦエキシマレーザ、１３：マスク、１４：投影光学系、１５：投影レンズ、１６：ウエハ、２１：マスクステージ、２５：ウエハステージ、３１：ガス供給部、３３：ガス噴出口、３４：ガス回収部、３６：ガス吸引口、３７：活性化物質濃度測定機構。

Claims

露光光によって活性化された物質に対して、これらを不活性化状態に戻す効果のある物質を添加する手段を有することを特徴とする露光装置。
前記の添加物質が、一酸化炭素、あるいは炭化水素であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記添加手段は、前記添加物質を、光路近傍において添加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。
露光雰囲気にガスを供給する手段を有し、前記添加手段は、露光装置の照明モードまたは照度の設定状態に応じて、前記添加物質の量および前記ガスの流量の少なくとも一方を制御す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。
露光雰囲気にガスを供給する手段と、前記露光雰囲気における活性化した物質の濃度を測定する手段とを有し、前記添加手段は、前記活性化した物質の濃度測定値に応じて、前記添加物質の量および前記ガスの流量の少なくとも一方を制御す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。
露光雰囲気にガスを供給する手段と、露光照度を測定する手段とを有し、前記添加手段は、前記露光照度の測定値に応じて、前記添加物質の量および前記ガスの流量の少なくとも一方を制御す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。
前記添加手段は、前記露光雰囲気のガスに対してその１ｐｐｍ以下の前記添加物質を添加することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の露光装置。
露光光によって活性化された物質に対して、これらを不活性化状態に戻す効果のある物質を添加することを特徴とする露光方法。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の露光装置または請求項８に記載の露光方法を用いて基板を露光する工程と、露光した前記基板を現像する工程とを有することを特徴とするデバイス製造方法。