JP2011171620A

JP2011171620A - 露光装置、洗浄方法及びデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2011171620A
Application number: JP2010035696A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Nakayama; 貴博中山; Shigeru Terajima; 茂寺島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-02-22
Filing date: 2010-02-22
Publication date: 2011-09-01

Abstract

【課題】光学素子の洗浄に有利な露光装置の提供。
【解決手段】光源２０と、複数の光学素子１５ａ、１５ｂを収容する真空容器３４、３５とを有する露光装置は、複数の光学素子のうち予め決められた値未満の照度で光が照射されている光学素子に酸素ガスＡ２を供給する酸素ガス供給手段と、記複数の光学素子のうち前記値以上の照度で光が照射されている光学素子に水蒸気Ａ１を供給する水蒸気供給手段と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置、洗浄方法及びデバイス製造方法に関する。

特許文献１は、光学素子を光洗浄するための洗浄光源を有し、極端紫外光（ＥＵＶ光）により基板を露光する露光装置（ＥＵＶ露光装置）を開示している。酸素やオゾンのような酸化性の気体、水素、水などを導入しながら光洗浄を行なうと、炭素を含む化合物がこれらの気体と反応して光学素子から除去されうる。

特開２００５−２４４０１５号公報

しかし、光学素子に付着した炭素あるいは炭素化合物の洗浄速度は、光洗浄に用いる光の照度に依存し、照度が高いところでは洗浄速度が高く、照度の低いところでは洗浄速度が低くなると共に、光洗浄のために導入されるガス種に因っても異なる。ガスを導入しながら露光光を使って露光装置の光学素子を洗浄すると、各光学素子に照射される露光光の照度は異なるため、各光学素子の洗浄速度は異なる。洗浄速度の大きい光学素子に合わせて洗浄時間を設定すると洗浄速度の小さい光学素子の洗浄度は低くなり、洗浄速度の小さい光学素子に合わせて洗浄時間を設定すると洗浄速度の大きい光学素子は劣化（例えば酸化）しうる。

本発明は、光学素子の洗浄に有利な露光装置を提供することを例示的目的とする。

本発明の露光装置は、光源と、複数の光学素子を収容する真空容器とを有し、前記複数の光学素子を介して前記光源からの光で基板を露光する露光装置であって、前記複数の光学素子のうち予め決められた値未満の照度で前記光が照射されている光学素子に酸素を供給する酸素ガス供給手段と、前記複数の光学素子のうち前記値以上の照度で前記光が照射されている光学素子に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、例えば、光学素子の洗浄に有利な露光装置を提供することができる。

図１は、本実施例の露光装置の一部を示すブロック図である。図２は、露光光照度と炭素化合物の除去速度とのガス種に依存した関係を示すグラフである。図３は、本実施例の洗浄方法を説明するためのフローチャートである。

図１は、本実施例の露光装置の一部を示すブロック図である。露光装置は、光源２０からのＥＵＶ光（露光光１４）を用い、光源側から光路に沿って順に配置された第１光学系の光学素子（第１光学素子）１５ａと、第２光学系の光学素子（第２光学素子）１５ｂと、不図示の原版と、を介して、真空中で不図示の基板を露光する。

光源２０からの光は光学素子１５ａと光学素子１５ｂとをこの順番で通過（反射）する。但し、光源２０からの光は、極紫外光（ＥＵＶ光）に限らず、Ｘ線や、（電子ビーム露光装置やイオンビーム露光装置用の）荷電粒子線であってもよい。光源２０は、基板を露光するための光源と光学素子を洗浄する洗浄光を照射する光源とを兼用している。

本実施例の光学素子１５ａと１５ｂとは、ＥＵＶ光を反射する多層膜ミラーであるが、露光光の照度分布を均一にするインテグレータなど多層膜ミラー以外であってもよい。また、プラズマから発生するＥＵＶ光を集光する（楕円）ミラーであってもよい。さらに、スペクトル純化（波長選択）フィルタやアパーチャーなど、光反射部材だけでなく光透過部材や光整形部材であってもよい。

第１光学系の光学素子１５ａは第２光学系の光学素子１５ｂよりも光路において前段（上流側）にある。本実施例の光学素子１５ａと１５ｂとは、両者が原版を照明する照明光学系の一部を構成してもよいし、両者が原版からの光を基板に投影する投影光学系の一部を構成してもよい。あるいは、光学素子１５ａが照明光学系の一部を構成し、光学素子１５ｂが投影光学系の一部を構成してもよい。

露光装置は、図１に示すように、第１光学系の光学素子１５ａを収納する第１真空容器３４と、第２光学系の光学素子１５ｂを収納する第２真空容器３５と、第１真空容器３４と第２真空容器３５との間に設けられた差動排気機構５と、を有する。図１には記載していないが、この差動排気機構５には、例えばシャッターあるいはゲートバルブのような、開閉機構が付いていてもよい。

例えば、光学素子１５ａと光学素子１５ｂとが投影光学系に含まれている場合、投影光学系が複数の真空容器で分割されることになる。

第１真空容器３４は、真空ポンプ１３ａによって高真空状態に維持され、第２真空容器３５は、真空ポンプ１３ｂによって高真空状態に維持される。

また、露光装置は、第１真空容器３４に水蒸気Ａ１を供給して光源２０からの光で第１光学系の光学素子１５ａを洗浄する第１洗浄手段と、第２真空容器３５に酸素ガスＡ２を供給して第１光学系からの光で第２光学素子１５ｂを洗浄する第２洗浄手段と、を有する。

光学素子１５ａには光源からの露光光（洗浄光）が予め決められた値以上の照度で照射され、光学素子１５ｂには光源からの露光光（洗浄光）が予め決められた値未満の照度で照射される。

水蒸気Ａ１は第１ガス供給口３２から供給され、第１ガス供給口３２は水蒸気Ａ１を供給する水蒸気供給手段（水蒸気供給部）を構成する。この水蒸気供給手段は、図には詳細に示していないが、水蒸気発生部（例えば純水気化容器）、圧力および流量の少なくとも一方のコントローラ（調整部）、導入配管、バルブ等から構成されうる。

第１ガス供給口３２に不図示のノズルを取り付けてノズルの先端を光学素子１５ａの表面まで延ばして水蒸気Ａ１を光学素子１５ａの表面に吹き付けてもよい。その際、水蒸気Ａ１は光学素子１５ａの表面の照明領域（露光光(洗浄光)で照明される領域）に吹き付けられれば足りる。即ち、光学素子１５ａはその照明領域が洗浄されれば足りる。

酸素ガスＡ２は第２ガス供給口３３から供給され、第２ガス供給口３３は酸素ガスＡ２を供給する酸素ガス供給手段（酸素ガス供給部）を構成する。この酸素ガス供給手段は、図には詳細に示していないが、不図示の酸素発生部(例えば高純度酸素ボンベ)、圧力および流量の少なくとも一方のコントローラ（調整部）、導入配管、バルブ等から構成されうる。

第２ガス供給口３３に不図示のノズルを取り付けてノズルの先端を光学素子１５ｂの表面まで延ばして酸素Ａ２を光学素子１５ｂの表面に吹き付けてもよい。その際、酸素ガスＡ２は光学素子１５ｂの表面の照明領域に吹き付けられれば足りる。即ち、光学素子１５ｂはその照明領域が洗浄されれば足りる。

なお、本実施例では、第１ガス供給口３２から酸素ガスを意図的には供給せず、第２ガス供給口３３から水蒸気を意図的には供給していない。しかしながら、これに限る必要はない。

例えば、酸素と水蒸気との混合ガスまたは他の混合ガスを用いても、第１ガス供給口３２から供給されるガスの主成分が水蒸気であり、第２ガス供給口３２から供給されるガスの主成分が酸素であれば、本発明の目的は達成されうる。

本実施例は、純水を気化させた水蒸気と高純度酸素（ガス）とを用いているが、第１真空容器３４の中では水蒸気成分が他のガスよりも充分に多く、第２真空容器３５の中では酸素成分が他のガスよりも充分に多ければよい。

より具体的には、第１ガス供給口３２から供給される水蒸気Ａ１は、水の成分が５０％以上（より好ましくは９０％以上）であるようにその他のガスが含まれていてもよい。また、第２ガス供給口３３から供給される酸素ガスは、酸素の成分が５０％以上（より好ましくは９０％以上）であるようにその他のガスが含まれていてもよい。

露光装置を長時間使用すると、露光装置を構成する部材からのアウトガス（脱ガス）やレジストから発生する炭素化合物が原因で、光学素子の表面に炭素化合物が付着する。この炭素化合物の付着は光学素子の反射率や透過率等の光学特性を著しく低下させ、露光装置のスループットを低下させる。

図２は、反応性ガスである水蒸気や酸素を導入しながらＥＵＶ光を照射して光学素子表面を洗浄する場合において、光学素子表面に付着した炭素化合物が除去（洗浄）される速度と（照射）光照度との関係を表すグラフである。

図２にて示されているように、照射光がＩ_０よりも低照度の領域Ｒ１では酸素ガスを供給した方が水蒸気を供給した場合に比べて炭素化合物の除去速度が大きくなる。一方、照射光がＩ_０よりも高照度の領域Ｒ２では水蒸気を供給した方が酸素ガスを供給した場合に比べて炭素化合物の除去速度が大きくなる。

図１において、露光光１４は光学素子で反射されるたびに強度が減衰するため、一般的に上流側に配置されている光学素子１５ａに照射される露光光１４の照度は高く、下流側の光学素子１５ｂに照射される露光光１４の照度は低くなる。本実施例は、光学素子１５ａの露光光の照度は領域Ｒ２にあたり、光学素子１５ｂの露光光の照度は領域Ｒ１にあたる。

そこで、露光光１４による光学素子上の照度がＩ_０以上である（よりも高い）第１真空容器３４には水蒸気を供給し、同照度がＩ_０よりも低い（以下である）第２真空容器３５には酸素ガスを供給して露光光１４を照射する。これにより、光学素子１５ａ上に付着した炭素化合物は水蒸気と露光光１４とによって洗浄され、光学素子１５ｂ上に付着した炭素化合物は酸素ガスと露光光１４とによって洗浄される。このようにすることによって、露光装置を構成する光学素子は効果的に洗浄されることになる。

図３は、本実施例の洗浄方法を説明するためのフローチャートであり、「Ｓ」はＳｔｅｐ（ステップまたは工程）の略である。図３に示す各ステップ（処理）は、露光装置内のコンピュータ（プロセッサ）１０による制御の下で実行されうる。また、対応する洗浄方法は、コンピュータ１０によって実行されるプログラムとしても具現化されうる。

コンピュータ（制御部）１０と光源２０と水蒸気供給部は、第１真空容器３４に水蒸気Ａ１を供給して露光光１４で第１光学系の光学素子１５ａを洗浄する第１洗浄手段として機能する。また、コンピュータ１０と光源２０と酸素ガス供給部は、第２真空容器３５に酸素ガスを供給して露光光１４で第２光学系の光学素子１５ｂを洗浄する第２洗浄手段として機能する。

この場合、各供給部は、コンピュータ１０によって開閉が制御されるように洗浄気体（水蒸気または酸素ガス）を貯蔵する不図示のタンクと第１ガス供給口３２または第２ガス供給口３３との間に設けられた不図示のバルブを有する。あるいは、各供給部は、当該バルブの開閉を制御するように、コンピュータ１０と通信してコンピュータ１０によって制御される別のコントローラを有してもよい。また、第１洗浄手段と第２洗浄手段とを別個の制御手段によって制御してもよい。

まず、コンピュータ１０は、水蒸気供給部を制御して第１真空容器３４に第１ガス供給口３２から水蒸気Ａ１の導入を開始する（Ｓ１０１）。第１光学系の光学素子１５ａを洗浄するためには、第１真空容器３４内の水分圧を０．０００１Ｐａ〜１０Ｐａの範囲に維持する。

水蒸気の導入圧力は、低下するにつれて反応するための水分子が足らなくなり洗浄効率が低下する傾向であるため、下限値は０．０００１Ｐａ程度である。また、１Ｐａを超えると水蒸気によるＥＵＶ光の吸収が顕著になる。

但し、ＥＵＶ光の吸収量は光路長に依存するため、光路長が短い場合には１０Ｐａ程度でも有効である。本例における水蒸気圧力（水分圧）は、効率良く洗浄するため、０．０１Ｐａに維持されている。

次に、コンピュータ１０は、酸素ガス供給部を制御して第２真空容器３５に第２ガス供給口３３から酸素ガスＡ２の導入を開始する（Ｓ１０２）。第２光学系の光学素子１５ｂを洗浄するためには、第２真空容器３５内の酸素ガス圧を０．００１Ｐａ〜１０Ｐａの範囲に維持する。

酸素ガスの導入圧力は、０．００１Ｐａよりも小さくなると洗浄効率が著しく低下することが実験から得られている。また、１Ｐａを超えると酸素によるＥＵＶ光の吸収が顕著になる。ＥＵＶ光の吸収量は光路長に依存するため、光路長が短い場合には１０Ｐａ程度でも有効である。本実施例における酸素ガス圧力(酸素分圧)は、効率良く洗浄するため、０．０１Ｐａに維持されている。本実施例においては、第１光学系と第２光学系とを同時（並行して）洗浄するため、それぞれの真空容器に導入するガス圧は同程度であることが好ましい。

次に、コンピュータ１０は、光源２０を制御して露光光１４の照射を開始する（Ｓ１０３）。露光光１４と水蒸気及び酸素とが反応して活性種を生成し、この活性種が光学素子１５ａ及び１５ｂに形成された炭素化合物のコンタミナントと反応することによって光学素子１５ａ及び１５ｂを洗浄する。

本実施例では、洗浄時間を短縮するために光学素子１５ａ及び１５ｂを同時に洗浄するようにしたが、（実質的に）別々に洗浄されるようにしてもよい。第１光学系と第２光学系とで洗浄が必要となる頻度が異なる場合、そのようにし得る。

例えば、第１光学系の汚れが少ないために第２光学系の光学素子１５ｂのみを洗浄する場合には、第１真空容器３４に水蒸気Ａ１を導入しない。この場合、第２真空容器３５に酸素ガスを０．０１Ｐａ導入し、第２光学系を洗浄する。

このとき、第１真空容器３４内には差動排気機構５を通過して第２真空容器３５から酸素ガスが流入するが、第１真空容器３４内の酸素ガス圧は０．００１Ｐａ程度になり、前述したように洗浄効果は小さく、第１光学系を少し洗浄するにとどまる。

逆に、第２光学系の汚れが少ないために第１光学系の光学素子１５ａのみを洗浄する場合には、第１真空容器３４に水蒸気を０．０１Ｐａ導入し、第１光学系を洗浄する。このとき、第２真空容器３５内には差動排気機構５を通過して第１真空容器３４から水蒸気が流入するが、第２光学系では照度が小さいため、図２に示すように水蒸気での除去速度は小さくなり、第２光学系を少し洗浄するにとどまる。

なお、差動排気機構５を開閉する機構（例えば不図示のシャッター）が設けられていてもよい。この場合、開閉機構で差動排気機構５を閉じれば、第２真空容器３５に光が進入することはなく、第２光学系は全く洗浄されない。

また、例えば、第１光学系の汚れが極端に大きい場合、第２光学系での照度が極端に小さくなってしまう。そのときには、先ず第１真空容器３４に水蒸気を１Ｐａ程度導入して光を照射し、第１光学系を洗浄する。このとき、差動排気機構５を開閉する機構（例えば不図示のシャッター）を閉じて第２真空容器３５に光を進入させないほうがよい。

第１光学系の洗浄が概ね完了したら、第２真空容器３５に酸素を０．０１Ｐａ程度導入し、差動排気機構５を開閉する機構を開けて光を通し、第２光学系を洗浄する。この場合のように、それぞれの真空容器に導入するガス圧が違う場合には、別々に洗浄するとよい。

次に、コンピュータ１０は、露光光１４の照射を開始した後に自身のタイマで照射時間を計測し、設定時間だけ露光光１４を照射し、その後、光源２０を制御して露光光１４の照射を停止する（Ｓ１０４）。Ｓ１０３はＳ１０２よりも先に実施してもよいが、洗浄時間を短縮するためには同時に実施することが好ましい。

次に、コンピュータ１０は、水蒸気供給部を制御して水蒸気Ａ１の導入を停止し（Ｓ１０５）、酸素ガス供給部を制御して酸素ガスＡ２の導入を停止する（Ｓ１０６）。この結果、第１真空容器３４が排気部１３ａによって排気されて第１真空容器３４内の水分圧は０.００００１Ｐａ以下になり、また、第２真空容器３５が排気部１３ｂによって排気されて第２真空容器３５内の酸素ガス分圧は０.００００１Ｐａ以下になる。Ｓ１０６はＳ１０５よりも先に実施してもよいが、洗浄時間を短縮するためには同時に実施することが好ましい。

必要があれば、コンピュータ１０は、各光学素子で反射された露光光の照度を不図示の照度計に計測させ、設定された露光光照度に達したどうかを判断し、達していなければ、再びＳ１０１から処理を繰り返すようにしてもよい。

デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、前述の露光装置を使用して感光剤を塗布した基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、その基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される（デバイス製造方法）。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、本実施例では、真空容器を２つに分割しているが、３つ以上に分割してもよい。そして、コンピュータ１０は、各真空容器に導入される光の照度に応じて各真空容器に導入する気体を適宜選択すればよい。そして、３つの真空容器に光路に沿って上流側から水蒸気、酸素ガス、酸素ガスをそれぞれ供給したり、水蒸気、水蒸気、酸素ガスをそれぞれ供給したりする。

この場合、２番目の真空容器に対しては、酸素ガスと水蒸気とを選択的に供給できるようにしておき、必要に応じて供給するガスを切り替えられる構成にしておいてもよい。あるいは、各真空容器に照度計をそれぞれ設けておき、コンピュータ１０は、各照度計の計測結果としての照度に応じて、導入する気体を選択するようにしてもよい。

また、本実施例では、露光光（波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光など）を光洗浄の光に使用している。しかし、露光光とは異なる波長の光を発する光洗浄用の光源（例えば波長１８５ｎｍの紫外線光源や波長１７２ｎｍのエキシマ光源等）を別途用意し、露光光と異なる波長の光を使用してもよい。

また、本実施例では、光学素子の洗浄を基板の露光とは独立して行っている。しかし、反応性ガスの導入を行いながら基板の露光を行うようにしてもよい。この場合、炭素化合物が付着した直後に洗浄が行われるような状態としうる。この場合にも、それぞれの真空容器に照度に応じて水蒸気または酸素ガスを選択的に導入することができる。

また、上述の例では、各真空容器内の光学素子の照度に適した洗浄気体を各真空容器内に供給するように構成している。しかしながら、そのような構成例に本発明は限定されるものではない。

例えば、各光学素子の照度に適した洗浄気体を当該光学素子に供給するようにしてもよい。この場合、例えば、一つの真空容器内に一つの洗浄気体を供給するのではなく、一つの真空容器に収容されている複数の光学素子に対して、それらの照度に応じて異なる洗浄気体（水蒸気または酸素ガス）を選択的に供給する（吹き付ける）ようにすればよい。また、照度Ｉ_０以上の照度を有する光学素子と照度Ｉ_０より小さい照度を有する光学素子とが一つの真空容器内に混在しないように複数の真空容器で複数の光学素子を収容し、照度に応じて選択された洗浄気体を各真空容器内に供給するようにしてもよい。

露光装置は、デバイスの製造の用途に適用することができる。

１０コンピュータ
１４露光光
１５ａ第１光学素子
１５ｂ第２光学素子
２０光源
３４第１真空容器
３５第２真空容器
Ａ１水蒸気
Ａ２酸素ガス

Claims

光源と、複数の光学素子を収容する真空容器とを有し、前記複数の光学素子を介して前記光源からの光で基板を露光する露光装置であって、
前記複数の光学素子のうち予め決められた値未満の照度で前記光が照射されている光学素子に酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と、
前記複数の光学素子のうち前記値以上の照度で前記光が照射されている光学素子に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、
を有することを特徴とする露光装置。
第１光学素子を収容する第１真空容器と、第２光学素子を収容する第２真空容器とを有し、前記第１光学素子と前記第２光学素子とを順に介して基板を露光する露光装置であって、
前記第１真空容器に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、
前記第２真空容器に酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と、
前記第１光学素子に洗浄光を照射し且つ前記第１光学素子を介して前記第２光学素子に洗浄光を照射するための光源と、
を有することを特徴とする露光装置。
極紫外光、Ｘ線、及び、荷電粒子線のいずれかで前記基板を露光する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
前記光源は、前記基板を露光するための光源と兼用される、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記工程で露光された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。
第１光学素子を収容する第１真空容器と、第２光学素子を収容する第２真空容器とを有し、前記第１光学素子と前記第２光学素子とを順に介して基板を露光する露光装置において、前記第１光学素子と前記第２光学素子とを洗浄する洗浄方法であって、
前記第１真空容器に水蒸気を導入する工程と、
前記第２真空容器に酸素ガスを導入する工程と、
水蒸気を導入された前記第１真空容器における前記第１光学素子に洗浄光を照射するステップと、
酸素ガスを導入された前記第２真空容器における前記第２光学素子に前記第１光学素子を介して前記洗浄光を照射するステップと、
を有することを特徴とする洗浄方法。
前記第１光学素子と前記第２光学素子とを並行して洗浄する、ことを特徴とする請求項６に記載の洗浄方法。
前記第１光学素子と前記第２光学素子とを別々に洗浄する、ことを特徴とする請求項６に記載の洗浄方法。