JP2010067904A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ステージ空間の雰囲気を短時間で清浄な所定ガスに置換し、ステージ上に置かれた基板の外部雰囲気からの汚染を防止する。
【解決手段】 露光光源からの露光光により照明光学系を介してレチクル、マスク等の原板を照明し、前記原板に形成されたパターンをウエハ、プレート等の基板上に露光する露光装置であって、ステージ空間に少なくとも１個づつの給気ポートと排気ポートを備え、その空間内の気流分布を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、露光光源からの露光光により照明光学系を介してレチクル、マスク等の原板を照明し、前記基板に形成されたパターンをウエハ、プレート等の基板上に露光する露光装置及びその制御方法に関するものである。

ＩＣ、ＬＳＩ、液晶パネル等の製造工程においては、基板等に対して多くの処理を施すが、中でもパターン焼き付けのための露光プロセスは半導体や液晶パネル製造の要となる重要なプロセスである。このプロセスを行う装置として、露光装置（ステッパ、スキャナ等）が知られている。

基板等に塗布されるレジストには電離放射線（紫外線、Ｘ線、電子線等）を当てると効率良く化学反応を起こす高分子膜と、露光により触媒（酸）が発生し、ベーク処理（ＰＥＢ）されることで触媒により像形成が行われる化学増幅レジストに大別できる。化学増幅レジストは、触媒を用いた像形成のため高感度化が容易であり、照度を得にくいエキシマレーザ光用のレジストとして一般的に用いられている。一方、露光により発生した触媒が空気中や基板表面に拡散し、さらにベーク処理（ＰＥＢ）することで触媒作業が促進し、像プロファイルが劣化するため、化学増幅レジストを用いるにはレジスト塗布から露光を経てベーク処理（ＰＥＢ）に至る環境雰囲気中のアミン・アミド等の塩基性ガスに対する化学汚染の制御が必要とされる。

一方、露光装置には、光源から出射した光を原板面に照射する照明光学系をはじめとして、レンズやミラー等の種々の光学部材が使用されている。一般に露光装置の解像力は露光光の波長に比例する為、次第に短波長化され、可視域のｇ線（波長：４３６ｎｍ）から紫外域のＩ線（波長：３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー（波長：２４８ｎｍ）へと変わり、近年ではＡｒＦエキシマレーザー（波長：１９３ｎｍ）、Ｆ２エキシマレーザー（波長：１５７ｎｍ）の開発が行われている。この露光波長の短波長化に伴い、この露光光が透過・照射する光学部材に曇りが発生し、基板面に到達する露光量が減少するという問題があった。この曇りの原因となる物質の材質は有機化合物や硫安（ＮＨ_４）_２ ＳＯ_４であり、その原因は空気中に存在するアンモニウムイオン（ＮＨ_４）＋や硫酸イオン（ＳＯ_４）_２−またはそれらの化合物、あるいは有機ガスが露光光の照射により光化学反応的に光学部材に付着することにあると考えられる。

これら化学増幅レジストの表面難溶化現象や光学部材の曇りという問題に対して、露光装置本体を取り巻く周囲環境の温度や湿度、あるいは塵埃を制御する環境チャンバに不純物ガス除去フィルタを搭載し、この雰囲気中に存在する塩基性ガス、硫酸ガス、有機化合ガス等の物質を除去することが従来から行われてきた。

不純物ガス除去フィルタには、例えばイオン交換繊維を使用したケミカルフィルタ、活性炭粒子や活性炭繊維を使用した活性炭フィルタ、さらにはこれら活性炭に酸性物質やアルカリ物質を添着したケミカルフィルタ等が用いられる。しかし、除去するガスの種類やフィルタの特性を考慮して、最適なフィルタを選択することが望ましい。また、複数種のガスを除去する場合には、各々のガスに最適なフィルタを重ね合わせて使用する場合もある。

図７は、従来例に係るデバイス製造装置の全体構成図である。図７において、１は装置本体の空調を行うチャンバ、１０は空気の温度調整を行う空調機室、２０は微小異物を濾過し清浄空気の均一な流れを形成するフィルタボックス、３０は装置環境を外部と遮断するブースをそれぞれ示す。

１１は冷却器、１２はベースヒータであり、空気の温度調整を行う。１７はブース３０内に供給された空気を空調機室１０に再度取り込むリターン口、１８は外気を空調機室１０に取り込む外気導入口、１４’は外気導入口用ケミカルフィルタをそれぞれ示す。１３は送風機、１４はケミカルフィルタ、１２Ｂは厳密な温度調整を行う再熱ヒータ、１５は除塵フィルタをそれぞれ示す。

２８は温度センサ、２５は露光装置本体部のウエハ／プレートステージ空間、２８Ｗはウエハ／プレートステージ空間２５に備えられた温度センサ、２６は露光装置本体部のレチクル／マスクステージ空間、２８Ｒはレチクル／マスクステージ空間２６に備えられた温度センサをそれぞれ示す。１２Ｗはウエハ／プレートステージ空間２５用の再熱ヒータ、１６Ｗは再熱ヒータ１２Ｗにより厳密に温度調整された空気をウエハ／プレートステージ空間２５に供給する温調エアー供給装置、１５Ｗは除塵フィルタをそれぞれ示す。１２Ｒはレチクル／マスクステージ空間２６用の再熱ヒータ、１６Ｒは再熱ヒータ１２Ｒにより厳密に温度調整された空気をレチクル／マスクステージ空間２６に供給する温調エアー供給装置、１５Ｒは除塵フィルタをそれぞれ示す。２７は各温度センサ２８，２８Ｗ，２８Ｒからの検出値等に基づいて再熱ヒータ１２Ｂ、１２Ｗ，１２Ｒの温度制御を行う温度コントローラを示す。なお、図７中の矢印は、デバイス製造装置内部の空気の流れを示している。

図７に示すように、一般的な環境チャンバは、天井に除塵フィルタ１５（ＵＬＰＡ等）を設け、チャンバ１内をダウンフローしている。一方、露光装置本体部では、ウエハ、プレート等の感光基板やレチクル、マスク等の原板が載るステージの正確な位置決めおよび駆動制御のために干渉計が使用される。この干渉計は、該干渉計用に搭載されたレーザ光源から発せられるレーザ光の干渉現象を利用し、位置情報を検知するものである。しかし、温度変化によりレーザ光の波長は変化するため、正確なステージ位置制御を行うためには干渉計レーザ光路および各ステージ空間２５，２６を均一な温度に保たなければならない。そのために、各ステージ空間２５，２６に温度制御された空気を供給する温調エアー供給装置１６Ｗ，１６Ｒが各ステージ空間２５，２６の側面近傍に配置され一方向流れを形成している。また、温調エアー供給装置１６Ｗ，１６Ｒには、除塵フィルタ１５Ｗ，１５Ｒが搭載されている。

一般的に、高精度な温度制御を必要とする場所には、除塵フィルタをエアー供給経路の最下流である吹き出し部に配置している。その理由は、エアー供給経路中より侵入する塵埃を除去することができることと、フィルタ−メディアの層流効果により吹き出し面の風速分布を均一にすることができるからである。
特開２００３−１６３１５９号公報

近年のウエハ、プレートサイズの大型化（特に液晶用プレートサイズは第６世代（１５００×１８５０ｍｍ）、第７世代（１８７０×２２００ｍｍ）、第８世代（２１６０×２４００ｍｍ）と近年急速に拡大している。）と露光パターンの微細化に伴い、ステージ空間を従来以上に清浄で均一かつ安定した状態で温度制御された空間にすることが要求されている。しかしながら、ウエハ、プレートサイズの大型化によりステージ空間が拡大し、ステージ空間全体を従来以上に清浄かつ高精度で温度制御することが困難になってきた。この要因としては以下のことが考えられる。

(１) ステージ空間に流す温調エアーの経路延長と障害物の存在
温調エアー供給装置から吹き出された空気は下流側へ流れていくが、その経路が長過ぎたり障害物があると流れを妨げられてしまう。このため経路下流や障害物下流に空気溜まりが発生し、その部分に塵埃が溜まり、温度が周囲温度よりも上がってしまう。この対策としては、ステージ空間を流れるエアーの経路を短くしたり流れを妨げる障害物を撤去したりして流れをよくすればよいのだが、現実的には難しい。

(２) ステージ空間周囲に存在する発塵源と発熱源
ステージ空間周囲に存在する発塵源からの塵埃が拡大したステージ空間内に入り込み、ステージ空間を汚染してしまう。また、発熱源からの輻射熱がステージ空間内に入り込み、ステージ空間内の温度分布を不均一にしてしまう。さらに、露光装置の稼働状態で発熱量が変化するため稼働中での温度制御が難しい。

(３) ステージ移動による気流変化と熱源位置の変化
ステージは移動するので、移動位置毎での気流制御が難しい。

また、露光熱や駆動用のリニアモータの影響で発熱し、ステージ空間内を移動するため熱源位置が変化してしまう。よって、ステージの移動位置で温度分布が変化するため、ステージ移動位置毎での温度制御が難しい。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、ステージ空間の雰囲気を短時間で効率的に置換できるようにすることを目的とする。

前述の課題を解決するために本発明の露光装置のステージ空間パージ方法では、円筒の側面に複数の穴をランダムに開けた物を給気ポート、排気ポートとしてステージ空間内にそれぞれ一つ又は複数備え、各ポートの流量を任意もしくは周期的に変動させることを特徴とする。

また、好ましくは前記給気ポートを排気ポートに、前記排気ポートを給気ポートに任意に切り替えて使用する。

このことにより、ポートの周囲全体に清浄な所定ガスの流れ場を発生させることが可能となる。さらに定常流れの時に発生する各ポート間等の滞留部を各ポートの流量を変動させることにより動かし、短時間で清浄な所定気体に置換することが可能となる。

さらに、このポートを一方向流れの時に発生する空気溜まり（経路下流や障害物下流）付近に構成する事によりステージ空間の隅々まで所定気体に置換することが可能となる。

この流量は様々な周波数にて変動させる。また複数の給気ポートから流入するガス流量の合計と複数の吸引ポートから排出されるガス流量の合計をほぼ同一（内圧一定）とする事により、ペリクル膜の保護等が可能となる。

さらにステージの動きに合わせて各ポートの給排気流量を制御する事により、ステージ空間周囲に存在する発熱源およびステージ移動による熱源位置の変化に対応した流れ場を形成することが可能となる。また、ステージ駆動時に引き起こるステージ空間の気流乱れも各ポートの給排気流量を制御することにより短時間で安定させることが可能となる。

上記構成をとることにより、本発明の露光装置のステージ空間パージ方法は、ステージ空間に存在する温調エアーの流れを妨げる障害物、ステージ空間周囲に存在する発塵源、発熱源、およびステージ移動による熱源位置の変化、気流乱れ等の各問題により、従来以上の清浄度及び温度精度でステージ空間を制御することができる。

また、上記構成により前記露光装置中の干渉計の測定精度向上により、アライメント性能の向上が可能となり、従来以上に高精度なデバイス製造が可能な露光装置を提供することができる

以上説明した様に本発明によれば、ステージ空間内に円筒又は扇形の柱の側面にランダムに穴を開けた給排気ポート又は多孔質からなる給排気ポートを２つ以上配置しそれぞれ異なる周期で流量変動させたり、給気と排気を切り替える事により、一定流量を流し続けた時に出来易い滞留部を無くす事が可能となる。またステージ駆動による気流の乱れを最小に抑えるよう流量、周期を制御することによりステージ空間内全体の雰囲気を短時間で効率的に置換することが可能となる。

またこの発明はステージ空間内の雰囲気の置換だけに留まらず露光装置内部で雰囲気置換を必要とする場所へも有用である。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

図１は、第１の実施例に係る露光装置の全体構成図である。この露光装置本体の空調には、チャンバ１が使用されている。このチャンバ１は、主に空気の温度調整を行う空調機室１０および微小異物を濾過し清浄空気の均一な流れを形成するフィルタボックス２０、また装置環境を外部と遮断するブース３０で構成されている。このチャンバ１内では、空調機室１０内にある冷却器１１およびベースヒータ１２により温度調整された空気が、送風機１３によりケミカルフィルタ１４を介して再熱ヒータ１２Ｂで厳密に温度調整され、除塵フィルタ１５を通してブース３０に供給される。ブース３０に供給された空気は、リターン口１７より再度空調機室１０に取り込まれ、チャンバ１内を循環する。通常、このチャンバ１は厳密には完全な循環系ではない。ブース１４内を常時陽圧に保つため、循環空気量の約１割のブース３０内の空気は、空調機室１０に設けられた外気導入口１８から取り入れられ、外気導入口用ケミカルフィルタ１４’、冷却器１１、ベースヒータ１２、および送風機１３を介して導入される。ブース３０を陽圧に保つ理由は、ブース３０にある微小な隙間を通してブース３０外より微小異物がブース３０内に侵入するのを防止するためである。

ウエハ／プレートステージ空間２５には、複数の給排気ポート１９Ｗが最適な場所に配置される。この給排気ポートのエアーの供給及び排気は給排気制御装置２１Ｗを介し専用の再熱ヒータ１２Ｗにより厳密に温度制御された空気を供給する温調エアー供給装置１６Ｗとエアー排気装置２２Ｗにより行われ、ステージ空間２５の近傍に配置される。温調エアー供給装置１６Ｗには、除塵フィルタ１５Ｗが搭載され、ここを通過したエアーは給排気制御装置２１Ｗに送られる。排気装置２２Ｗは給排気制御装置２１Ｗに接続され、ステージ空間の空気を空調気室１０へ戻す。給排気制御装置２１Ｗはステージ空間に配置された複数の給排気ポート１９Ｗの給排気流量を個々に制御するもので、ステージ空間に配置された温度センサ２８Ｗによる温度分布データ、ステージ位置、ステージ速度、内圧等を元に給排気流量を決定する。レチクル／マスクステージ空間２６もウエハ／プレートステージ空間２５同様に、複数の給排気ポート１９Ｒが最適な場所に配置され、同様に制御されたエアーを給排気する構成である。また温度センサ２８，２８Ｗ，２８Ｒの検出値等に基づいて温度コントローラ２７により温度制御が行われる。

図２は、図１の給排気ポートの詳細図である。円柱又は扇形の柱に規則的もしくはランダムに穴を開けた物、もしくは多孔質からなるもので、これらの取付位置はガスの流れやすい位置を考慮して出来るだけ広範囲に取付けるのが望ましい。

給排気制御装置２１Ｒ２１Ｗは各々ポートの給排気量を制御する装置である。元流量一定もしくは変動する清浄な所定ガスを複数のポートへ振分ける機能を有し、かつ供給したガス量と同等もしくは異なる量を排気しながら各々のポート流量に低周波または高周波またはその組合せの変化を加えることが可能な装置である。常に動きのある流れを作り定常流れの時に出来る滞留部を無くす為である。最適な流量、周波数はステージ空間内にある物の配置、干渉計の光軸、ステージ移動速度／距離／範囲、周辺物の配置、ステージ空間形状等により変化する。

例えば図６の様に流量調整機構３５ａに流入した清浄な所定ガスはここでステージ空間の温度／圧力、ステージの位置／速度、ステージ空間形状等の情報を元に流量調整され、その後マニホールド３７により分流される。分流された清浄な所定ガスは電磁弁３８、ピエゾバルブ３６により給気周期及び流量制御され給排気ポート１９へ供給される。排気についても同様にステージ空間の温度／圧力、ステージの位置／速度、ステージ空間形状等の情報を元に３５ｂにて排気流量が決定され、この排気流量情報とステージ空間の温度／圧力、ステージの位置／速度、ステージ空間形状等の情報を元に電磁弁３８、ピエゾバルブ３６により排気周期及び流量制御され給排気ポート１９から排気される。

図３は、ステージ空間の４隅に給排気ポート１９を配置した場合の一例を示す図である。清浄な所定ガスを図３の様に定常に給排気した場合にはステージ空間内に滞留部３１が生ずる。しかし各給排気ポートの流量を連続にかつ周期的に変化させることにより、定常に供給していた時にできていた滞留部３１を動かすことが可能になる。このことにより滞留部３１が拡散し、均一化することでステージ空間の雰囲気を短時間に置換することができる。

図３ではポートの給気、排気が固定され、その流量のみ変動させる形態を示しているが、給気ポートを排気ポートへ、排気ポートを給気ポートへ各々適宜切り替えることによりステージの動き等を考慮した最適な気流の形成を可能にする。また、ここでは給排気ポートの取付位置を構造体３４の脚部内側近傍にしたが、ステージ空間内にある物の配置、干渉計の光軸、ステージ移動範囲、周辺の物の配置等を考慮して最適な位置に配置することが望ましい。

図４は、ステージ３２上の４隅とステージ空間の４隅に給排気ポート１９を配置した場合の一例を示す図である。ステージ３２上に配置した給排気ポート１９から清浄な所定ガスを流し、ステージ周りの給排気ポート１９から排気した場合、ステージ上の雰囲気はほぼ完全に置換される。またステージ上に配置された給排気ポート１９から給気された清浄な所定ガスはステージ空間の外側へ強制的に排出される為、ステージ３２の移動に伴うリニアモータ３３からの熱、図５に示す様なステージ３２後方等に発生する気流乱れ、ステージ空間外からの熱や塵埃をステージ３２上の雰囲気に影響を与えることなく短時間で安定させることができる。

図４ではポートの給気、排気が固定されている形態を示しているが、実施例１同様に各々ポートの流量を連続にかつ周期的に変化させることで滞留部３１は無くなる。また給気ポートを排気ポートへ、排気ポートを給気ポートへ各々適宜切り替えることによりステージの動き等を考慮した最適な気流の形成を可能にする。給排気ポートの取付位置をステージ３２上の４隅と構造体３４の脚部内側近傍にしているが、ステージ３２上の配置位置は露光に影響の無い場所であれば何処に配置しても良い。構造体３４の脚部内側近傍に配置した給排気ポートに関しても、実施形態１同様ステージ空間内にある物の配置、干渉計の光軸、ステージ移動範囲、周辺の物の配置等を考慮して最適な位置に配置することが望ましい。

本発明の実施例におけるデバイス製造装置の全体構成図 本発明の実施例における給排気ポートの概略図 本発明の実施例におけるステージ空間の気流及び滞留部を示す図 本発明の実施例におけるステージ空間の気流及び滞留部を示す図 本発明の実施例におけるステージ空間のステージ駆動時の気流を示す図 本発明の実施例における給排気制御装置の配管系統図を示す図 本発明の従来例におけるデバイス製造装置の全体構成図

符号の説明

１ チャンバ
１０ 空調機室
１１ 冷却器
１２ ベースヒータ
１２Ｂ 再熱ヒータ（ブース用）
１２Ｗ 再熱ヒータ（ウエハ／プレートステージ空間用）
１２Ｒ 再熱ヒータ（レチクル／マスクステージ空間用）
１３ 送風機
１４ ケミカルフィルタ（循環用）
１４’ ケミカルフィルタ（外気導入口用）
１５ 除塵フィルタ
１５Ｗ 除塵フィルタ（ウエハ／プレートステージ空間用）
１５Ｒ 除塵フィルタ（レチクル／マスクステージ空間用）
１６Ｗ 温調エアー供給装置（ウエハ／プレートステージ空間用）
１６Ｒ 温調エアー供給装置（レチクル／マスクステージ空間用）
１７ リターン口
１８ 外気導入口
１９ 給排気ポート
２０ フィルタボックス
２１ 給排気制御装置
２２ エアー排気装置
２５ ウエハ／プレートステージ空間
２６ レチクル／マスクステージ空間
２７ 温度コントローラ
２８ 温度センサ
３０ ブース
３１ 滞留部
３２ ステージ
３３ リニアモータ
３４ 構造体
３５ 流量調整機構
３６ ピエゾバルブ

Claims (8)

1. 露光光源からの露光光により照明光学系を介してレチクル、マスクの原板を照明し、前記基板に形成されたパターンをウエハ、プレートの基板上に露光する露光装置において、前記露光装置のステージ空間に少なくとも１個づつの給気ポートと排気ポートを備え、各ポートの流量を任意もしくは周期的に変動させながら雰囲気を置換することを特徴とする露光装置。
2. 前記給気ポートと排気ポートの流量の変動周波数は低周波または高周波またはその組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記給気ポートと排気ポートの流量の合計がほぼ等しいことを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の露光装置。
4. 前記給気ポートと排気ポートの流量の合計がほぼ一定であることを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の露光装置。
5. 前記給気ポートと排気ポートの流量が前記原板を載置するステージと前記基板を載置するステージの動きに合わせ変化することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の露光装置。
6. 前記給気ポートと排気ポートは円筒又は扇形の柱に放射状に複数の穴を開けた物であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の露光装置。
7. 前記給気ポートと排気ポートが多孔質材であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の露光装置。
8. 前記給気ポートと排気ポートは給気と排気をどちらでも行うことが可能な切替機能を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の露光装置。

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