JP2009043810A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 投影光学系内で凹面鏡の温度上昇を抑制するために凹面鏡の反射面に気体を供給すると、揺らぎ、コンタミ付着の問題が発生する。
【解決手段】 凹面鏡１０の反射面１１に気体を供給する際に、１つ以上の凹面鏡１０を含む光学素子と鏡筒壁面１３とで形成される鏡筒空間内に発生する自然対流と同じか略同じ向き３１に、気体供給口２３を向ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等の製造に用いられる露光装置に関するものであり、特に、投影光学系に凹面鏡を有する露光装置に関するものである。

フォトリソグラフィ（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造する際に、縮小投影露光装置が従来から使用されている。この縮小投影露光装置においては、レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウエハ等に投影して回路パターンを転写する。

縮小投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例する。従って、波長を短くすればするほど、解像度はよくなるため、近年の半導体素子の微細化への要求に伴い露光光の短波長化が進められてきた。すなわち、露光光として用いられる紫外光の波長は超高圧水銀ランプ（ｉ線（波長約３６５ｎｍ））、ＫｒＦエキシマレーザ（波長約２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長約１９３ｎｍ）というように短くなってきた。

ＡｒＦエキシマレーザの波長領域に達すると、光を透過する硝材が石英と蛍石（フッ化カルシウム）に限られてくる。レンズのみで構成された光学系である場合、光源の波長がＡｒＦエキシマレーザ程度になると、光学系内での光の吸収量が多くなるため、ウエハ上での露光量が低下し、スループットの低下の原因となる。また、石英と蛍石の分散値の差が大きくないため色収差の補正が難しく、色収差の補正が更に困難となる。

このような透過率や色収差の問題を回避するために反射光学系（ミラー）が用いられる。投影光学系にミラーを用いた場合、レンズよりも露光熱を吸収する割合は大きく、ミラーの温度はレンズよりも上昇してしまうため、ミラーの温度上昇を抑制する必要がある。また、ミラーの温度上昇により、ミラーの露光光照射領域近傍の気体の温度が上昇し、気体の屈折率変化により収差が発生してしまう。

それを解決するために、ミラー表面を気体で吹き、凹面鏡を冷却する方法が考えられる。例えば特許文献１の図３には鏡筒内の平面ミラーに対して気体を吹く方法が記載されている。
ＷＯ２００３／１０５２０３公報

ところで、投影光学系内に凹面鏡を用いる場合、平面ミラーよりも敏感度が高く、温度変動の影響を受けやすい。また、凹面鏡では反射面に曲率があるため、凹面鏡反射面に対して平行に気体を供給することができない。
そのため、例えば、投影光学系内で凹面ミラー温度上昇を抑制するために、特許文献１に記載の方法を適用して、凹面ミラーに気体を供給すると、揺らぎ、コンタミ付着の問題が発生する、という問題があった。
本発明は、凹面鏡を冷却する際の、凹面鏡に対するコンタミ付着や揺らぎの発生を抑制することを課題とする。

上記の課題を解決するため本発明の露光装置は、原版および投影光学系を介して基板を露光する露光装置であって、前記投影光学系は、１つ以上の凹面鏡を含む光学素子と鏡筒壁面に囲まれる空間内に気体を供給する気体供給機構を有し、前記気体供給機構の気体供給口は前記凹面鏡に露光光が照射された際に前記空間内に発生する自然対流に沿った向きに配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、凹面鏡を冷却する際の、凹面鏡に対するコンタミ付着、揺らぎの発生を抑制することができる。

本発明において、自然対流に沿った向きとは、自然対流の流れと同一または略同一の方向である。すなわち、自然対流により気体供給機構の気体供給口からの気体の供給が促進される方向、または気体供給機構の気体供給口から供給される気体が自然対流の流れを乱さない方向である。また、原版はレチクルやマスク等であり、基板は感光剤を塗布した半導体ウエハやガラスプレート等である。さらに、気体は、露光空間をパージするパージガスと同一または同等のガスであることが好ましい。

本発明の好ましい実施の形態において、本発明は、レチクル（原版）および投影光学系を介してウエハ（基板）を露光する露光装置に適用される。この露光装置において、前記投影光学系は、１つ以上の凹面鏡を含む光学素子と鏡筒壁面に囲まれる空間（鏡筒空間）内に気体を供給する気体供給機構と、前記空間内の気体を排気する気体排気機構とを有する。そして、前記気体供給機構の気体供給口は前記凹面鏡に露光光が照射された際に前記空間内に発生する自然対流に沿った向きに配置され、かつ前記気体排気機構の気体排気口は前記自然対流に対向する向きに配置されている。

凹面鏡を有する投影光学系においては露光光の照射領域は決められているため、露光光を凹面鏡に照射することにより自然対流が鏡筒空間内に決まった向きに発生する。本発明によれば、その流れに沿った方向に凹面鏡冷却用の気体を供給し、流れに対向する向きに気体の排気口を配置し気体の排気を行う。そのため、自然対流に逆らわずに気体の供給、排気を行うことができ、自然対流に逆らう方向に気体の供給、排気をする場合に比べて、供給気体の流速が少なくてよく、気体の供給量を減らすことができる。その結果、凹面鏡に対するコンタミ付着、揺らぎの発生を抑制することができる。

前記気体供給機構の気体供給口は、前記凹面鏡の露光光の非照射領域を向いていることが好ましい。気体を供給する向きを凹面鏡の露光光非照射領域とすることで、直接凹面鏡の露光光照射領域に気体を供給するよりも、露光光照射領域内にコンタミが付着することを抑制でき、また、露光光照射領域近傍の気体のゆらぎも抑制することができる。

前記気体供給機構は、気体温調機構を有することが好ましい。気体供給機構が気体温調機構を有し、凹面鏡に供給する気体を環境温度と同程度もしくはわずかに低い温度にして気体を供給することで、少ない気体供給量で凹面鏡温度、凹面鏡表面気体温度上昇を抑制することができる。

以下に、本発明の実施例を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
［実施例１］
図１に露光装置全体概略図を示す。光源１から出た露光光は、照明光学系２を通り、レチクル３へと導かれる。露光光は、レチクル３上に描かれた回路をウエハ７に転写する。レチクル３を透過した露光光は投影光学系６を通りウエハ７に照射される。

露光光がＡｒＦエキシマレーザの波長領域に達すると、光を透過する硝材が石英と蛍石（フッ化カルシウム）に限られてくる。レンズのみで構成された光学系である場合、光源の波長がＡｒＦ程度になると、光学系内での光の吸収量が多くなるため、ウエハ７上での露光量が低下し、スループットの低下の原因となる。また、石英と蛍石の分散値の差が大きくないため色収差の補正が難しく、色収差の補正が更に困難となる。そこで、投影光学系６に関しては、透過率、色収差の問題を回避するために反射光学系（ミラー）が用いられる。

図２は、本発明の第１の実施例に係る投影光学系の要部の概略構成を示す。（ａ）は正面から見た構造を、（ｂ）は上面から見た構造を示す。
投影光学系６を構成する光学系に凹面鏡１０を用いた場合、露光熱を吸収する割合はレンズよりも大きい。したがって、凹面鏡１０の温度は大きく上昇してしまうため、凹面鏡１０の温度上昇を抑制する必要がある。また、凹面鏡１０の温度上昇により、凹面鏡１０の露光光照射領域近傍の気体の温度が上昇し、気体の屈折率変化により収差が発生してしまう。

凹面鏡１０の露光光照射領域１１近傍の気体の温度が上昇することにより、鏡筒空間内に温度分布が発生し、自然対流が発生する。特に凹面鏡反射面側の空間が広い場合は、多少のパージガスが流れていたとしても、自然対流の影響のほうが大きく、空間内に自然対流による流れが発生する。３１は自然対流の向きを示す。

凹面鏡１０を冷却するために気体を供給するが、自然対流と対向する方向に気体を供給すると、流れに逆らって気体を供給するために、気体の供給速度を速く、気体の供給量を大きくする必要がある。気体の供給速度を速く、気体供給量を大きくすると気体供給の影響が大きくなり、凹面鏡１０へコンタミが付着しやすくなり、また、気体の揺らぎが大きくなる。

そこで、図２に示すように気体供給機構２１の気体供給口２３を自然対流の流れの方向に向けて配置する。この結果、自然対流の流れと同じ方向に気体を供給するため、気体供給機構２１で供給する気体供給速度を小さく、気体供給量を少なくすることができ、気体供給機構２１により発生するコンタミ付着、揺らぎの影響を小さくすることができる。

また、凹面鏡表面付近の温度は上昇しているため、気体供給機構２１が気体温調機構
２２を有し、凹面鏡表面付近の気体温度が基準温度と同様になる程度に低い温度の気体を供給する。これにより、凹面鏡１０の温度上昇を抑制することができる。

供給した気体は、気体排気機構２４で排気される。気体排気機構２４の気体排気口２５は自然対流の流れに対向した向きに配置される。自然対流に対向した向きに配置することにより、凹面鏡１０と鏡筒壁面１３で囲まれる空間内において、気体の流れを乱すことなく気体を排気することができ、揺らぎを低減することができる。

さらに、図２で示すように、凹面鏡１０が上向きであり、露光光照射領域１１が、凹面鏡反射面内の片側に偏っている場合、凹面鏡１０および鏡筒壁面１３で囲まれる空間内には、図２で示すような向きの自然対流が発生する。このとき、気体を直接露光光照射領域１１に向けてしまうと、気体供給機構２１から発生するコンタミが凹面鏡１０の露光光反射領域に達してしまい、パターンの転写性能の低下を引き起こす。

そこで、気体供給機構２１の気体供給口２３の向きを凹面鏡１０の露光光照射領域１１に直接向けるのではなく、自然対流の向きに沿って、かつ、凹面鏡１０の反射面内の露光光の非照射領域に気体供給口２３を向け、気体を供給する。

こうすることで、凹面鏡反射面のうちの、露光光の非照射領域に吹き付けられた気体が、自然対流の流れに沿って、供給気体は露光光照射領域１１に対して平行に流れる。そのため、凹面鏡表面方向に移動するコンタミを低減し、露光光照射領域１１に付着するコンタミの低減を図ることができる。図２において、１２はパージ用穴である。

［実施例２］
図３に第２の実施例を示す。図３では、下側、上側に凹面鏡１０が存在し、その他は鏡筒壁面１３に囲まれている。上側凹面鏡１０、下側凹面鏡１０の両方に露光光が照射される場合、それぞれの凹面鏡の温度上昇により、図３で示すような、２つの自然対流の流れが発生する。２つの自然対流は、凹面鏡空間内でぶつかり、ぶつかったところの流れが遅くなり、よどみが発生する。流れが遅くなった分だけ、凹面鏡表面付近の気体の温度が上昇してしまう。

そこで、凹面鏡空間内で流れがぶつかることにより、流れが遅くなることを防ぐために、凹面鏡空間内に部分的に凹面鏡１０で囲まれる空間を仕切るための仕切り板３０を配置する。但し、仕切り板３０は露光光が通過しない領域のみを仕切る。仕切り板３０は、例えば凹面鏡空間内の凹面鏡の反射面に対向する位置に配置する。

凹面鏡空間内に仕切り板３０を配置することで、凹面鏡空間内の流れがスムーズになり、凹面鏡表面付近の流速が大きくなり、凹面鏡表面付近の気体の温度上昇を抑制することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

［デバイス製造方法の実施例］
次に、図４および図５を参照して、上述の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４は、デバイス（半導体デバイス、液晶デバイス等）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、半導体デバイスの製造方法を例に説明する。
ステップ１（回路設計）では半導体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に基づいてマスク（原版またはレチクルともいう）を製作する。ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハ（基板ともいう）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、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組立）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）等の組立工程を含む。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、それが出荷（ステップ７）される。

図５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、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。

本発明の一実施例に係る露光装置の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る投影光学系の要部の概略構成を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る投影光学系の要部の概略構成を示す図である。 露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図４に示すフローチャートにおけるステップ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 光源
２ 照明光学系
３ レチクル
４ レチクルチャック
５ レチクルステージ
６ 投影光学系
７ ウエハ
８ ウエハチャック
９ ウエハステージ
１０ 凹面鏡
１１ 露光光照射領域
１２ パージ用穴
１３ 鏡筒壁面
２１ 気体供給機構
２２ 気体温調機構
２３ 気体供給口
２４ 気体排気機構
２５ 気体排気口
３０ 仕切り板
３１ 自然対流の向き

Claims (6)

1. 原版および投影光学系を介して基板を露光する露光装置であって、
   前記投影光学系は、１つ以上の凹面鏡を含む光学素子と鏡筒壁面に囲まれる空間内に気体を供給する気体供給機構を有し、前記気体供給機構の気体供給口は前記凹面鏡に露光光が照射された際に前記空間内に発生する自然対流に沿った向きに配置されていることを特徴とする露光装置。
2. 前記気体供給機構の気体供給口が前記凹面鏡の露光光の非照射領域を向いていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記気体供給機構が気体温調機構を有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. 前記空間内の気体を排気する気体排気機構を有し、前記気体排気機構の気体排気口を、前記凹面鏡に露光光が照射された際に前記空間内に発生する自然対流に対向する向きに配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の露光装置。
5. 前記空間内の前記凹面鏡の反射面に対向する位置に、前記空間を部分的に仕切る仕切り板を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の露光装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の露光装置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。

Images