JP2670020B2 - 照明ユニット - Google Patents

照明ユニット

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JP2670020B2
JP2670020B2 JP6296687A JP29668794A JP2670020B2 JP 2670020 B2 JP2670020 B2 JP 2670020B2 JP 6296687 A JP6296687 A JP 6296687A JP 29668794 A JP29668794 A JP 29668794A JP 2670020 B2 JP2670020 B2 JP 2670020B2
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    • G03F7/70933—Purge, e.g. exchanging fluid or gas to remove pollutants

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は照明放射線の影響の下で
分解され得る粒子が存在する環境での使用のめ、及び高
効率で目的物を照明するための照明ユニットに関するも
のであって、該照明ユニットは放射線源とその放射線源
により放射される放射線から照明ビームを形成するため
の光学システムとを収容する照明ハウジングを具えてお
り、ガス質の冷却媒体がその放射線源を冷却するために
前記の照明ハウジングを通過していて、前記の照明ユニ
ットは更にその照明ハウジング内及びその照明ビームの
通路内に存在する表面範囲上への分解し得る粒子から形
成される堆積を防止するための手段を含んでいる。
【０００２】本発明はまた、そのような照明ユニットを
含んでいるフォトリソグラフィー装置にも関連してい
る。
【０００３】
【従来の技術】前記の照明ユニットを含み且つ集積半導
体回路を製造しようとするそのような装置は米国特許明
細書第5,166,530 号から既知である。この装置では、マ
スクが照明されて且つ半導体基板上に設けられたフオト
レジスト層上へ反復的な方法で映像される。多数の集積
回路（ＩＣ）がその基板上に形成されねばならない。マ
スクの映像がその基板上に形成された後に、この基板は
この目的のために形成されるべき集積回路の長さ又は幅
よりも少しだけ大きい距離だけマスクに対して移動され
て、その後次のマスク映像が作られ、以下同様に続けら
れる。この時、各集積回路に対する照明時間が可能な限
り短くなり且つその装置を通る基板の通過時間、すなわ
ち全部の集積回路を照明するために必要な時間が可能な
限り短くなるように、照明ビームが可能なだけ高い強度
を有することが望ましい。従って、高い放射線出力を有
する放射線源が用いられねばならない。そのような放射
線源は、その放射線源へ供給されるエネルギーの大部分
が熱に変換されるので、冷却されねばならない。その
上、前記照明ハウジング内の光学システムは源泉放射線
を集結し且つ更に案内するために効率的であり且つ効率
的であり続けなくてはならず、すなわち光学システムが
源泉から可能な限り多くの放射線を集めねばならず且つ
利用できる放射線を可能な限り少しだけしか吸収あるい
は偏向してはならない。この理由のために照明ビームの
通路内に配置された、照明ハウジング内の他の光学構成
要素もなるべくそれらの退化を防止するように冷却され
ねばならない。
【０００４】照明ハウジングの環境からの空気により放
射線源を冷却することは、米国特許明細書第5,166,530
号内にすでに提案されており、その空気はこの目的のた
めにこのハウジングを通過する。しかしながら、この時
照明ビームの出力は比較的早い時間に減少することが見
出されていた。米国特許明細書第5,166,530 号による
と、この減少は周囲空気がフオトレジスト層の粘着を保
証する基板上の粘着性層からくるヘキサメチルジシラザ
ン(HMDS)のような揮発性あるいはガス質の粒子を含んで
いると言う事実により起こされ、光重合によりその粒子
から酸化珪素が作りだされ、それが例えば放射線源の後
に配置された放射線収集反射鏡上に堆積する。米国特許
明細書第5,166,530 号によると、このSiＯ2 層は 365nm
より小さい波長での放射線に対して高い吸収係数を有し
ている。ますます小さい細部を有する映像を基板上に投
影するためにますます短い波長を有する照明ビームが用
いられねばならないので、照明ハウジング内及び照明ビ
ームの通路内に存在する表面範囲上へのSiＯ2 の堆積は
重大な問題である。
【０００５】この問題を解決するために、前記の揮発性
の粒子を吸収する炭素フィルタが、照明ハウジングの入
口開口部の前方に、米国特許明細書第5,166,530 号に開
示された照明ユニットでは配置されている。しかしなが
ら、そのようなフィルタは時間のたつにつれて飽和され
て、それは幾らかの時間の後には更に増加した量の前記
の粒子が通過するので、照明ビームの出力は減少し、且
つそのフィルタは置き換えられねばならないことを意味
する。最良の環境で用いられる良好な質の新鮮な炭素フ
ィルタでも、前記の粒子から周囲空気を 100％浄化はで
きない。空気がこのフィルタ内に留まる期間が充分に長
いためには、その炭素フィルタは充分に厚なくてはなら
ないので、このフィルタは特別のスペースを必要とす
る。放射線源の強力な冷却のためには、大量の空気が例
えばファンによって照明ハウジングを通って吹きつけら
れねばならない。しかしながら、この時空気が短い期間
の間このフィルタ内に留まるだけで、且つその空気は例
えば60％しか良くは浄化されない。照明ハウジングがフ
ィルタを通過した空気のみを含むことを達成するために
は、このハウジングは気密でなければならず、それはハ
ウジングに対して特別の複雑性を伴う。
【０００６】照明ビームの出力の減少においては、Si０
2 のみならず、 Si3Ｏ4 及び一般に
【化１】 のような珪素と酸素とのその他の化合物も役割を演じ得
ること、及びこれらの化合物がなかんずく放射線源反射
鏡上に拡散層を形成することが見出された。その上、そ
のような層が反射に対して必要な特殊の反射層構造を妨
害するので、反射波長帶域が狭くなる。ヘキサメチルジ
シラザン(HMDS)粒子も深い赤外線領域での波長を有する
放射線の影響を受けて分解し得ることも見出された。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述の欠点を有さず且
つ、放射線源の老化は別として、時間的に一定のまであ
り、且つ珪素含有堆積物の原因に達する別の洞察が用い
られる高出力を有する照明ビームを生じる抗汚染手段を
有する照明ユニットを提供することが本発明の目的であ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によると、照明ユ
ニットは前記の手段が前記照明ハウジング内に存在し且
つそのハウジング内へ導入されてしまって且つ分解し得
る粒子を浄化されなかったガスから堆積が形成されるの
を防止することを特徴としている。
【０００９】堆積を防止する手段が照明ハウジング内に
存在するので、このハウジングの封止に厳格な要求を課
する必要はない。前記の手段はなんらの飽和又は老化現
象を現さないので、照明ビームの出力は時間的により良
く一定のままである。更に、前記の手段は照明ハウジン
グの外側に配設された炭素フィルタと比較して、堆積の
防止に対して一層効果的である。
【００１０】照明ハウジングが放射線出口窓から離れた
放射線源の側に凹面反射鏡を収容している照明ユニット
の第１実施例は、少なくともこの反射鏡がパシベート層
を設けられていることを特徴としている。
【００１１】そのような層が、吸収層を形成し得る粒子
が反射鏡へ固着できないので、これらの粒子が空気流に
より枯渇される。パシベート層も照明ハウジング内の照
明ビームの通路内に存在する他の表面範囲上に設けられ
てもよい。
【００１２】照明ユニットの第２実施例は、前記照明ハ
ウジングがシャワーを設けられており、無酸素ガスがそ
のシャワーを通って少なくとも放射線源反射鏡の表面範
囲に沿って吹きつけられることを特徴としている。
【００１３】無酸素のガス、あるいは不活性ガスがその
反射鏡と汚染された空気との間の障壁層を構成するの
で、この空気は反射鏡へもはや到達できない。
【００１４】このガスは好適には窒素である。
【００１５】照明ハウジング内の光学構成要素上の吸収
層の原因への新奇な洞察を用いる照明ユニットの一実施
例は、前記の放射線源がオゾン形成放射線を放射しない
ような方法で放射線源が設置されていることを特徴とし
ている。
【００１６】Ｉライン放射線と呼ばれている 365nmの波
長で放射線を放射する水銀蒸気ランプ又はキセノンラン
プのような、フォトリソグラフィー装置に今まで使用さ
れていたランプも、例えば 185nmにおける、深い紫外線
領域での波長で放射線を発生する。この放射線がランプ
の環境の下で存在する酸素をオゾンに変換する。本出願
人は照明ハウジングの環境内に存在し、且つ米国特許明
細書第5,166,530 号にすでに示されたヘキサメチルジシ
ラザン(HMDS)が、誘電体反射表面範囲上に沈殿し且つ拡
散層を形成するこの反応の生成物とともに、酸素ラジカ
ル、すなわち電子を無くした酸素微粒子と反応すること
を見出した。この酸素ラジカルは照明ビーム内に存在す
る 254nmの波長を有する放射線成分によってオゾンから
形成される。 200nmよりも小さい深い紫外線領域での波
長で放射線を放射しない紫外線ランプを用いることによ
り、オゾンの形成は防止されるので、前記の反応は起こ
り得ない。
【００１７】無オゾンランプとも呼ばれるそのようなラ
ンプは、他の出願、例えば米国特許明細書第3,949,258
号から本質的に既知である。
【００１８】本発明は基板上にマスクを映像するための
装置にも関係しており、その装置はマスク保持器と投影
レンズ及び基板保持器を、その順序で具えている。短い
照明時間の利点を有する本発明によるそのような装置
は、その装置が投影レンズから離れたマスク保持器の側
に前述のような照明ユニットを具えていることを特徴と
している。
【００１９】
【実施例】本発明のこれらの及びその他の態様が以下に
記載する実施例から明らかになり且つ以下に記載する実
施例を参照して説明される。
【００２０】図１は基板Ｗ上にマスクＭを反復的に映像
するための装置を非常に図式的に示している。
【００２１】そのような装置は、なかんずく米国特許明
細書第5,100,237 号に記載されている。この装置は化学
照明ビームIBを供給する照明ハウジングLHを有する。こ
のビームは絞りDRを通過し、且つ続いてマスクＭ上に入
射し、そのマスクは例えば高さで、Ｚ方向に調節できる
マスクテーブルMT上に配置されている。このマスクテー
ブルMTが複数のレンズ素子（それらのうちの２個、LE1
及びLE2 だけが図１に示されている）を具えている投影
レンズシステムPLをも組み込む投影柱PCの一部を形成し
ている。この投影レンズシステムが（図示されていな
い）フオトレジスト層を設けられている基板Ｗ上にマス
クＭを映像する。この基板は例えば空気軸受け上に基板
テーブルWTの一部を形成する基板支持器WC上に設けられ
る。この投影レンズシステムは、例えば倍率Ｍ＝1/5 、
開口数ＮＡ＞0.48及び例えば22mmの直径を有する回折制
限された映像フィールドを有している。マスクテーブル
MTは例えばそれの低部でこの投影柱を終結させる花崗岩
ベースプレートBPにより支持されている。
【００２２】基板はｘ，ｙ及びｚ方向に移動され得て且
つ例えば基板テーブルの助けによりｚ軸の回りで回転さ
れ得る。これらの移動は、焦点サーボシステム、基板支
持器と協同する例えばＸ，ＹψZ 干渉計システム、及び
マスクマークがそれにより基板マークに対して整列され
得る整列システムのような種々のサーボシステムにより
制御される。これらのサーボシステムは本発明の一部を
形成しないので、それらは図１の回路図には示されてい
ない。ただ整列システムの整列ビームの主光線AB1, AB2
を有する整列ビームだけが示されている。投影装置の
更に詳細に対しては、米国特許明細書第5,100,237 号、
第5,144,363 号及び第5,191,200 号及び欧州特許出願明
細書第0 467 445 号及び第0 498 499 号を参照された
い。
【００２３】マスクは、基板上に形成されるべき集積回
路（ＩＣ）の数に従って、毎回基板の異なる範囲上に、
多数回映像されねばならない。この目的のために、その
基板が投影柱内に配置され且つマスクに対して整列され
た後に、第１基板範囲がマスクを介して照明される。続
いて、基板が一つの集積回路範囲より少しだけ大きい距
離だけｘ又はｙ方向に動かされ、第２範囲が照明され
る。その基板の全部の範囲が照明されてしまうまでこの
過程が反復される。
【００２４】集積回路の製造においては、投影装置を通
る基板の通過の速度が可能な限り高いこと、すなわち完
全な基板を照明するのに必要な時間が可能な限り短いこ
とが大切である。一つの集積回路範囲を照明するために
必要な時間経過はそれ故に可能な限り短くなくてはなら
ない。この時間経過は照明ハウジングLHからの照明ビー
ムIBの出力に逆比例する。このハウジングが、例えば楕
円反射鏡RL、及び更に例えば照明ハウジング内ではその
主光線IBC だけが示されている照明ビームIB内の放射線
の均質な分布を保証するインテグレータIN、及びなるべ
く集光レンズCOにより取り巻かれている放射線源（図１
では見えない）を収容している。更に、このハウジング
は放射線通路を折り重ねる反射鏡R1とR2とを収容し得る
ので、照明ハウジングの寸法は小さいままで留まり得
る。
【００２５】集積回路当たりの照明時間ができるだけ短
いためには、放射線源が大きい出力を供給し且つこの放
射線源が冷却されねばならない。図２に示したように、
照明ハウジングはこの目的のために冷却ガス、例えば周
囲空気がそれを通ってハウジング内へ導入される入口開
口部IOと、このガスが再びそれを通ってハウジングを出
ていく出口開口部EOとを設けられている。図２は図１に
おけるのと少しだけ異なる実施例で、断面図で照明ハウ
ジングを示している。
【００２６】図２の照明ハウジングは再び放射線源LA、
例えば高圧水銀蒸気ランプと、反射鏡RL、及び出口窓EW
へ所望の波長の放射線だけを反射し、且つ例えば熱吸収
素子HSへ他の放射線を吸収させる冷光鏡CMを具えてい
る。冷却ガス用の供給導体IGはこのガスを強制的に通過
させるためのファンVIを組み込んでもよい。類似のファ
ンVOもガス排出導体OG内に配置されてもよい。
【００２７】特にHMDCと略称されるヘキサメチルジシラ
ザンで且つ構造式
【化２】 を有する珪素含有化学要素が照明ハウジングへ入り得
る。周囲空気が冷却ガスとして用いられる場合にこれが
著しい。
【００２８】このヘキサメチルジシラザン(HMDS)は、基
板へのフオトレジスト層の正確な固着の目的のために基
板Ｗ上に設けられる粘着層（プライマ）から発生する。
このヘキサメチルジシラザン(HMDS)は、例えば 365nmの
波長で放射線を放射する既知のランプが用いられた場合
に、照明ハウジングの要素上に、特に反射鏡RL上に拡散
層を形成し得ることが見出された。そのようなランプは
365nmの所望の波長で放射線を放射するのみならず、例
えば 185nmの一層短い波長での放射線も放射する。この
放射線の影響を受けて、照明ハウジング内に存在する酸
素Ｏ2 がオゾンＯ3 に変えられる。このオゾンが今度は
254nmの波長での放射線の影響を受けて酸素ラジカル
【化３】 に変えられる。
【化４】
【００２９】この酸素ラジカルが次のように分解される
ヘキサメチルジシラザン(HMDS)と反応する。
【化５】
【００３０】ＣＨ3 基が吹き飛ばされるか焼かれる間
に、ＯＨ基が好適に反射鏡RLを構成している誘電体層の
酸化金属へ固着し、一方珪素含有層、例えばSiＯ2 層が
その反射鏡上に形成される。そのような層は無定形構造
を有し且つ従って散らばっているので、反射鏡はもはや
所望の方向へ全部の入射放射線を反射しない。その上、
この層が反射鏡の層構造を妨害するので、反射鏡の反射
係数が低減する。この影響によって、照明ビームの出力
が、例えば30％だけ低減され得る。
【００３１】従って、基板上の集積回路面積当たりの照
明時間は比例したパーセントだけ増大されて、それは事
実上受け入れられない。前記の層は照明ハウジング内の
他の光学構成要素上にも形成され得る。
【００３２】オゾンが反射鏡及び他の構成要素上への堆
積の形成の主要部分を演ずると言う新しく得られた洞察
を用いて、本発明は、 250nmより小さい波長では放射線
を放射しないのでオゾンがもはや形成されない紫外線ラ
ンプを使用するために、装置の構造に関しては最も簡単
な第１解決法を提案する。そのような無オゾンランプを
得るために、ランプガラスが非所望の波長での放射線を
吸収するような性質のランプガラスが選ばれてもよい。
容器を有する無オゾンキセノンランプが米国特許明細書
第3,949,258 号に記載されている。
【００３３】本発明によると、照明ハウジング内の光学
構成要素上への非所望の堆積を防止する第２の可能性
が、図３に図解されている。窒素ガスがそれにより反射
鏡表面に沿って吹きつけられるシャワーSHが反射鏡RLの
低部側に今や配置されている。このガスは例えば圧力導
体を介して供給容器NSから供給される。ガス導体NGはフ
ァンVSH を組み込んでもよい。シャワーヘッドは約数十
分の一mmの直径を有し且つ反射鏡に沿って例えば毎分４
リットルを吹きつける数ダースの開口SHO を有してい
る。窒素の流れはできるかぎり多くの薄片をなさなくて
はならない。反射鏡の範囲における窒素層が反射鏡表面
上へ珪素含有粒子の沈殿を防止する。そのような窒素シ
ャワーは照明ビームの通路内に置かれ且つ汚染を受ける
であろう他の構成要素にも配設されてもよい。
【００３４】図４は断面図で反射鏡RLの小さい部分を図
式的に且つ非常に拡大された形態で示している。例えば
ニッケルの支持物SUが例えば28個の、多数の層を設けら
れている。最初の13個の層L1〜L13 は、例えば交互にTi
ＯX 層とSiＯX 層であって、層 L14〜L28 は、例えば交
互にZrTiＯX 層とSiＯX 層である。異なる層系列及び材
料、例えば酸化ハフニウム（HfＯX ）がその代わりに可
能である。その積層の層の厚さは約10nmと60nmとの間で
変動する。本発明による前記の手段の一つを使用しない
と、SiＯX の拡散層がZrTiＯX 層を具えている層L28 上
に形成されるはずであるから、その反射鏡の反射係数は
減少するでろう。本発明によると、相当な程度まで非所
望の層の発生を抑制する第３の可能性は、パシベート層
L29 を設けることである。例えば照明ビームの波長より
小さい大きさ程度の厚さを有し且つ例えば弗素含有シラ
ンを含んでいる透明な層が、珪素含有粒子が分解するで
あろう反射鏡表面上に珪素含有粒子が沈殿できないこと
を保証する。
【００３５】パシベート層は勿論、図３での反射鏡CM及
びR2のような照明ハウジング内の他の重大な構成要素と
同様に、前述の構成以外の構成を有するランプ反射器上
に設けられてもよい。本発明による最初に述べた可能
性、すなわち無オゾンランプの使用も勿論ランプ反射鏡
以外の照明ハウジング内の構成要素上への所望されない
堆積を防止する。
【００３６】基板上へマスクの反復的な映像をするため
の装置を参照して本発明が説明されたと言う事実は、本
発明がそれに制限されることを意味しない。この装置は
代わりに「ステップ−アンド−スキャン」形のものであ
ってもよく、その装置ではマスクパターンが基板上の各
集積回路範囲の照明の間に狭いビームにより走査される
ので、小さい映像フィールドを有する投影レンズシステ
ムが用いられ得る。本発明は更にリソグラフィー投影装
置に用いられてもよく、その装置では照明ビームが異な
る短い波長を有し且つ例えば 436nmの波長を有するｇラ
イン放射線から成っている。本発明によるフォトリソグ
ラフィー装置は集積回路構造を形成するために使用され
るのみならず、液晶表示 (LCD)パネル構造の製造のため
に使用されてもよい。最後に、本発明は酸素ラジカルと
反応し得る有機化合物又は無機化合物が生じる環境にお
いて紫外線放射線による照明が実現されねばならない場
合は何時でも使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が使用され得る、基板上へマスクを映像
するための装置を示している。
【図２】この装置のための照明ハウジングの一実施例を
示している。
【図３】本発明による照明ハウジングの別の実施例を示
している。
【図４】本発明による照明ハウジングのための反射鏡の
一部分を示している。
【符号の説明】
AB1, AB2 整列システムの主光線 BP 花崗岩ベースプレート CM 冷光鏡 CO 集光レンズ DR 絞り EO 出口開口部 EW 出口窓 HS 熱吸収素子 IB 化学照明ビーム IBC 主光線 IG 供給導体 IN インテグレータ IO 入口開口部 LE1, LE2 レンズ素子 L1〜L29 層 LA 放射線源 LH 照明ハウジング Ｍ マスク MT マスクテーブル NG ガス導体 NS 供給容器 OG ガス排出導体 PC 投影柱 PL 投影レンズシステム R1, R2 反射鏡 RL 楕円反射鏡 SH シャワー SHO 開口 SU 支持物 VI, VO, VSH ファン Ｗ 基板 WC 基板支持物 WT 基板テーブル Z, x, y, z 方向
フロントページの続き (72)発明者 ニコラス コルネリス ヨセフス アン トニウス ファン ヘイニンヘン オランダ国 5627 デーヘー アインド ーフェン カルレフィレホフ ５ (72)発明者 ヤドカス マリー ドミニカス ストゥ エルデレーヤー オランダ国 5527 エーデー ハペルト コルフス 46 (56)参考文献 特開 平２−210813（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−178646（ＪＰ，Ｕ) 米国特許3949258（ＵＳ，Ａ)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 照明放射線の影響の下で分解され得る粒
    子が存在する環境で使用するため、及び高効率で目的物
    を照明するための照明ユニットであって、該照明ユニッ
    トは放射線源とその放射線源により放射される放射線か
    ら照明ビームを形成するための光学システムとを収容す
    る照明ハウジングを具えており、ガス質の冷却媒体がそ
    の放射線源を冷却するために前記の照明ハウジングを通
    過していて、前記の照明ユニットは更にその照明ハウジ
    ング内及びその照明ビームの通路内に存在する表面範囲
    上への分解し得る粒子から形成される堆積層を防止する
    ための手段を含んでいる照明ユニットにおいて、 前記の手段が前記照明ハウジング内に存在し且つそのハ
    ウジング内へ導入されてしまって且つ分解し得る粒子か
    ら浄化されなかったガスから堆積が形成されるのを防止
    することを特徴とする照明ユニット。
  2. 【請求項２】 照明ハウジングが放射線出口窓から離れ
    た放射線源の側に凹面反射鏡を収容している請求項１記
    載の照明ユニットにおいて、少なくとも前記の反射鏡が
    不必要な層の発生を防止するためのパシベート層を設け
    られていることを特徴とする照明ユニット。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の照明ユニットにおいて、
    前記照明ハウジングはシャワーを設けられており、無酸
    素ガスがそのシャワーを通って少なくとも放射線源反射
    鏡の表面範囲に沿って通って吹きつけられることを特徴
    とする照明ユニット。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の照明ユニットにおいて、
    前記のガスが窒素であることを特徴とする照明ユニッ
    ト。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の照明ユニットにおいて、
    前記の放射線源がオゾン形成放射線を放射しないような
    方法で放射線源が設置されていることを特徴とする照明
    ユニット。
  6. 【請求項６】 マスク保持器と投影レンズシステム及び
    基板保持器をその順序で具えている、基板上にマスクを
    映像するための装置において、 請求項１〜５のいずれか１項に記載された照明ユニット
    が投影レンズシステムマスク保持器から離れた側に配置
    されていることを特徴とする基板上にマスクを映像する
    ための装置。
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