JP3667050B2

JP3667050B2 - Semiconductor manufacturing exposure apparatus and semiconductor device manufacturing process using the same

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Publication number: JP3667050B2
Application number: JP26568797A
Authority: JP
Inventors: 啓太酒井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: JPH11111585A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイス製造プロセスにて使用される半導体製造用露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路の高集積化はギガビットＤＲＡＭ世代へ向けて進んでいる。そして、この高集積化に伴い、露光装置とりわけ投影光学系に要求される性能もさらに高レベルとなってきている。
【０００３】
ここで、露光装置の解像度は、投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくすることによって高めることができるが、ＮＡを大きくすることによって焦点深度が浅くなる。したがって、ある程度以上ＮＡを大きくすることができず、解像度を高めるためには露光波長を短波長化することが要求されている。
【０００４】
このような理由で、ギガビットＤＲＡＭ世代の露光装置に用いられる光源として、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザが有望視されているが、光源の短波長化に伴いレジストも解像度の高い化学増幅型レジストへと移行する。化学増幅型レジストは、ＫｒＦ等の光源を用いて露光することにより酸を発生させ、露光後のベーク処理時に酸を触媒として、ポジ型では保護基脱離反応を、ネガ型では架橋反応を起こさせるものであり、これによりアルカリ現像液に対する溶解速度を変化させて現像後に高アスペクト比のパターンを得ることができる。
【０００５】
図６には、ポジ型化学増幅レジストの反応の概略を示している。図中（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）の順に反応は進行する。レジストは保護基６２を有したベース樹脂６１および光酸発生剤６３から構成される（Ａ）。ＫｒＦやＡｒＦ光源からの光によって露光されると、光酸発生剤６３が反応し、酸６４を発生する（Ｂ）。酸６４は触媒となって保護基６２を脱離し、反応生成物６５を作る（Ｃ）。反応生成物６５は気化し、レジスト膜外へと出ていくため、レジストの膜厚は減少する（Ｄ）。
【０００６】
図中（Ｃ），（Ｄ）の現象は、主に露光後の熱処理時に起きるものであるが、実際に用いられている化学増幅レジストは、露光中あるいは露光からベーク処理までの間にも起きる。これは、露光装置のスループットを上げるためにレジストの感度を向上させた結果、保護基脱離反応が酸の存在に対して敏感に起こり、高温にベークしなくても常温で反応が進行することが原因である。なお、図７には、実際の露光後のレジスト膜厚の変化を示している。この図から分かるように、露光量に応じて反応速度が異なり、膜厚の減少速度に差が生じる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、露光中から熱処理時にかけて反応生成物が気化してガスが生じるのであるが、このガスが露光光と反応して有機物が生じ、投影レンズ系が汚染されるという問題がある。
【０００８】
すなわち、図８に示すように、光源から照明光学系、レチクルおよび投影光学系８６を通過して被露光基板９０に光が照射されると、基板９０のレジストが反応してガス８８が発生する。発生したガス８８が光源光に反応して有機物８７が発生し、この有機物８７が投影光学系８６の最終段レンズ８９の表面に付着する。
【０００９】
例えば、保護基として代表的なものである１エトキシエトキシ基の脱離反応は、温度よりもむしろ触媒となる酸に敏感であり、ベーク前の状態において反応が進行する。この脱離反応（化１）において生成されたアセトアルデヒドとエタノールは揮発性が高く、レジスト中に存在する残存溶媒や酸、酸発生剤、界面活性剤等の添加剤等とともに揮発する。
【００１０】
【化１】

【００１１】
このように反応生成ガスとともに膜外に放出された有機物が、光照射による分解、再結合を含む複雑な反応過程を経て、投影レンズ等の表面に付着固化する。そして、このように投影レンズが汚染された場合、露光装置の解像性能が低下したり、照度むらによる画角内の線幅のばらつきが生じたりして、製造した半導体デバイスの歩留まりが低下するという問題がある。
【００１２】
このような問題に対して、特開平６−１４０３０４号公報にて提案され、本願図９に示す露光装置では、投影光学系９６のレンズ９９と被露光基板１００との間にフィルム１０１を設けて、レジストからの発生ガス９８がレンズ表面に付着するのを防止している。
【００１３】
しかしながら、このような露光装置では、露光光の短波長化に対応した十分な透過率を有するフィルム材料がないという問題がある。また、露光光によりフィルムがダメージを受けて透過率が変化したり、フィルム面に付着した物質によってフイルム面内での透過率の偏りが生じたりして、解像性能が劣化したり照度が変動したりするという問題もある。
【００１４】
また、特開平６−２６０３８５号公報にて提案され、本願図１０に示す露光装置では、被露光基板１１０の周辺にノズル１１３を設け、投影光学系１０６のレンズ１０９と被露光基板１１０との間に不活性ガス１１２を供給することにより、スループットを落とさずに不活性ガス中での露光を可能としている。
【００１５】
しかしながら、このような露光装置では、レジストからの発生ガス１０８は投影光学系に付着しにくいものの、不活性ガスのフローによって露光雰囲気中の屈折率がゆらぎ、被露光基板の露光むらを引き起こすという問題がある。
【００１６】
そこで、本発明は、化学増幅レジストを用いた際の投影光学系の汚染を防いで、長期間安定した高精度のパターン転写が可能な半導体製造用露光装置を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、投影光学系からの露光光により半導体基板を露光する半導体製造用露光装置において、投影光学系と基板との間に設けられ、露光光を通過させるための開口を有した遮蔽部材と、投影光学系と遮蔽部材との間の空間（光学系側空間）の圧力を基板と遮蔽部材との間の空間（基板側空間）の圧力よりも高くする圧力設定手段とを設けている。
半導体基板に露光を行うと、この間に露光された領域のレジストから脱ガスが生じ、投影光学系汚染の原因となる。撮影レンズ最終面と被露光基板との距離は３０ｍｍ程度と近く、従来の露光装置ではその間に何もないためレジストからの発生ガスに接触し易い構造となっている。しかし、投影光学系と被露光基板との間の露光光路が妨げられてはならない。
そこで、本発明では、遮光部材を、露光時に開口を開き、非露光時に開口を閉じるシャッター状に構成している。すなわち、純粋な露光時間の間だけ露光用開口を開き、これ以外の時間は露光用開口を閉じるようにすれば、露光光路が妨げられることなく、レジストからの発生ガスによる投影光学系（特に、投影レンズの最終面）の汚染を効果的に防止することが可能となる。
【００１８】
しかも、圧力設定手段により光学系側空間に不活性ガスを導入する等して光学系側空間の圧力を基板側空間の圧力によりも高くすることにより、遮蔽部材の開口を通じて光学系側空間内にガスが流入するのを防止でき、高い光学系汚染防止効果を得ることが可能となる。なお、光学系側空間の圧力は、基板側空間の圧力を１．０００気圧とした場合、１．００１〜１．２気圧、好ましくは１．００１〜１．０１気圧に設定するのがよい。
【００１９】
また、本発明は、投影光学系からの露光光により半導体基板を露光する半導体製造用露光装置において、投影光学系と基板との間に設けられ、露光光を通過させるための開口を有した遮蔽部材と、投影光学系と遮蔽部材との間の空間の圧力を基板と遮蔽部材との間の空間の圧力よりも高くする圧力設定手段とを有し、遮蔽部材の開口面積を投影光学系の開口数に応じて変更できるようにしている。これにより、露光時の遮蔽部材の開口面積を常に光路を妨げない最小の面積とすることができ、光学系汚染防止効果を高めることができる。
【００２０】
さらに、本発明は、投影光学系からの露光光により半導体基板を露光する半導体製造用露光装置において、投影光学系と基板との間に設けられ、露光光を通過させるための開口を有した遮蔽部材と、投影光学系と遮蔽部材との間の空間の圧力を基板と遮蔽部材との間の空間の圧力よりも高くする圧力設定手段とを有し、遮蔽部材の表面に有機ガスを吸着する物質をコーティングしている。これにより、ガスをより効果的に吸着することを可能とし、光学系汚染防止効果を一層高めることができる。
【００２１】
なお、コーティング材料としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロドリン、セルロース等のデンプン類、ポリエチレングリコール、ゼラチン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸、ポリアクリルアミドやこれらの誘電体等の水溶性の高分子や、メタクリル酸エステル、アクリル酸エステル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリエステルやこれらの誘電体等の有機可溶性ポリマー等が挙げられる。また、コーティング材料中に、有機ガスを化学吸着する物質、例えばカルシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、鉄等を含有させてもよい。
【００２２】
また、本発明は、投影光学系からの露光光により半導体基板を露光する半導体製造用露光装置において、投影光学系と基板との間に設けられ、露光光を通過させるための開口を有した遮蔽部材と、投影光学系と遮蔽部材との間の空間の圧力を基板と遮蔽部材との間の空間の圧力よりも高くする圧力設定手段とを有し、遮蔽部材を透明な材料で作り、この遮蔽部材の表面（基板側表面）に酸化チタンをコーティングしている。これにより、遮蔽部材にクリーニング光を照射したときに表面に付着した有機物を酸化チタンの光触媒反応の効果により分解・除去させることができる。この酸化チタンのクリーン化作用により、遮蔽部材の頻繁な交換が不要となり、生産ラインを頻繁に止めなければならないといった不都合を回避することが可能となる。なお、ここにいう透明とは、クリーニング光（露光光等）に対する透過率が少なくとも３０％以上、好ましくは８０％以上であることを指す。
【００２３】
そして、これらの結果、露光装置の解像性能および照度の長期安定性を向上させ、良好なレジストパターンを安定的に得ることが可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１には、本発明の第１実施形態であるＫｒＦ逐次移動型縮小投影露光装置（ステッパ）の露光部の構成を示している。この図中、６は投影光学系であり、９は最終段の投影レンズである。１０は被露光基板であり、この基板１０と投影レンズ９との間には、シャッター（遮蔽部材）１４が設けられている。
【００２６】
シャッター１４は、露光時に露光光を通過させるための開口を開き、非露光時には開口を閉じる。なお、シャッター１４は、その開口面積を、露光光の光路を妨げない最小の面積とするために、投影光学系６の開口数（ＮＡ）に応じて変更できる構造となっている。つまり、ＮＡが大きい場合には、シャッター１４の開口面積は大きく設定され、ＮＡが小さい場合には、シャッター１４の開口面積は小さく設定される。
【００２７】
さらに、本実施形態では、シャッター１４を挟んで投影光学系６側の空間（光学系側空間）Ｓ１と基板１０側の空間（基板側空間）Ｓ２とが形成され、光学系側空間Ｓ１内にはガス導入口（圧力設定手段）１６を通じて不活性ガスが導入される。これにより、光学系側空間Ｓ１内の圧力が基板側空間Ｓ２内の圧力よりもわずかに高くなる。本実施形態では、基板側空間Ｓ２内の圧力を１．０００気圧とした場合、光学系側空間Ｓ１内の圧力を１．００５気圧に設定している。
【００２８】
以上のように構成されたステッパでは、図１（Ａ）に示すように、シャッター１４の開口を開いた状態で、ＫｒＦ光源（図示せず）からの露光光１５が、レチクル（図示せず）がセットされている投影光学系６を通して被露光基板１０に照射されて露光が行われる。
【００２９】
露光終了後は、図１（Ｂ）に示すように、直ちにシャッター１４の開口が閉じ、基板１０上のレジストから発生したガス８が投影光学系６側に移動しないようにする。これにより、露光直後（被露光基板１０が次のショット位置に移動する前）における投影レンズ９のガス８による汚染が防止される。
【００３０】
続いて、図１（Ｃ）に示すように、被露光基板１０が次のショット位置に移動するとともにシャッター１４の開口が開かれるが、このとき既に露光されてレジストからガス８が発生している領域はシャッター１４の開口の真下から移動し、しかも、光学系側空間Ｓ１内の圧力が基板側空間Ｓ２内の圧力よりもわずかに高くなっているため、ガス８はシャッター１４の開口を通して投影光学系６側に移動しない。これにより、被露光基板１０が次のショット位置に移動した後の投影レンズ９のガス８による汚染も防止される。
【００３１】
なお、このようなステッパを定常稼働により６ヶ月間使用した後に、投影レンズ９を検査したところ、投影レンズ９への付着物は極めて少なく、許容できる範囲内であった。
【００３２】
（第２実施形態）
図２には、本発明の第２実施形態であるＫｒＦ走査型縮小投影露光装置（スキャナ）の露光部の構成を示している。なお、本実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素については第１実施形態と同符号を付して説明に代える。
【００３３】
本実施形態は、被露光基板１０と投影レンズ９との間に、常時開口したスリット状開口を有するスリット板２４が設けられている点で第１実施形態と異なる。このスリット板２４は、その開口面積（スリット長辺の長さ）を、露光光の光路を妨げない最小の面積とするために、投影光学系６の開口数（ＮＡ）に応じて変更できる構造となっている。つまり、ＮＡが大きい場合には、スリット板３４の開口面積は大きく設定され、ＮＡが小さい場合には、スリット板３４の開口面積は小さく設定される。
【００３４】
また、スリット板３４の基板側表面はカルシウムを５部含んだ５００ｎｍ厚のポリメタクリル酸メチルフィルムでコーティングされている。
【００３５】
さらに、本実施形態でも、第１実施形態と同様に、光学系側空間Ｓ１内にはガス導入口１６を通じて不活性ガスが導入される。これにより、光学系側空間Ｓ１内の圧力が基板側空間Ｓ２内の圧力よりもわずかに高くなる。本実施形態では、基板側空間Ｓ２内の圧力を１．０００気圧とした場合、光学系側空間Ｓ１内の圧力を１．００５気圧に設定している。
【００３６】
以上のように構成されたスキャナでは、図２（Ａ）に示すように、、ＫｒＦ光源（図示せず）からの露光光が、レチクル（図示せず）がセットされている投影光学系６およびスリット板２４の開口を通して被露光基板１０に照射されて露光が行われる。
【００３７】
露光終了後は、図２（Ｂ）に示すように、直ちに基板１０が次のショット位置に移動するが、このとき既に露光されてレジストからガス８を発生している領域もスリット板２４の開口の真下から移動する。しかも、スキャナの場合はスキャン方向のスリットサイズがステッパの開口サイズより小さいことに加え、光学系側空間Ｓ１内の圧力が基板側空間Ｓ２内の圧力よりもわずかに高くなっており、かつスリット板３４の基板側表面には有機ガスを化学吸着する物質がコーティングされているため、ガス８はスリット板２４の開口を通して投影光学系６側に移動しない。このため、ガス８による投影レンズ９の表面の汚染を第１実施形態のものよりも効果的に防止することができる。
【００３８】
なお、このようなスキャナを定常稼働により６ヶ月間使用した後に、投影レンズ９を検査したところ、投影レンズ９への付着物は極めて少なく、許容できる範囲内であった。
【００３９】
また、上記第１および第２実施形態では、遮蔽部材１４，２４の基板側表面をポリメタクリル酸メチルによりコーティングした場合について説明したが、本発明の遮蔽部材にこれ以外の吸着材料をコーティングしてもよい。
【００４０】
（第３実施形態）
図３には、本発明の第３実施形態であるＫｒＦ走査型縮小投影露光装置（スキャナ）の露光部の構成を示している。なお、本実施形態において、第２実施形態と同じ構成要素については第２実施形態と同符号を付して説明に代える。
【００４１】
本実施形態でも、被露光基板１０と投影レンズ９との間にスリット板３４が設けられているが、このスリット板３４は石英で作られており、その基板側表面には酸化チタンが１００ｎｍの厚さでコーティングされている。
【００４２】
また、本実施形態でも、第２実施形態と同様に、光学系側空間内にはガス導入口１６を通じて不活性ガスが導入される。これにより、光学系側空間内の圧力が基板側空間内の圧力よりもわずかに高くなる。本実施形態では、基板側空間内の圧力を１．０００気圧とした場合、光学系側空間内の圧力を１．００５気圧に設定している。
【００４３】
このように構成されたスキャナにおいても、第２実施形態と同様に、スリット板３４および光学系側空間と基板側空間との気圧差によりガスによる投影レンズ９の表面の汚染を防止することができる。なお、本実施形態では、図３に示すように、酸化チタン（つまりはスリット板３４）に定期的に（定常稼働において１週間に１回程度の割合で）、図示しないＫｒＦ光源からのクリーニング光１９を投影光学系６を通して照射する。クリーニング光１９の照射により酸化チタンが光触媒として作用し、スリット板３４の基板側表面に付着した有機物が分解除去される。このため、スリット板３４の頻繁な交換が不要となる。
【００４４】
なお、本実施形態では、スリット板を石英で作った場合について説明したが、石英以外の透明材料を用いてもよい。また、第１実施形態に示したステッパのシャッターを石英等の透明材料で作って酸化チタンでコーティングしてもよい。
【００４５】
また、上記第１から第３実施形態では、ＫｒＦ等の光源を使用するステッパおよびスキャナについて説明したが、本発明はこれら以外の光源又は方式を用いた露光装置にも適用することができる。
【００４６】
（第４実施形態）
図４および図５には、上記各実施形態にて説明したステッパ又はスキャナを使用する半導体デバイスの製造プロセスを示している。この製造プロセスは、ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシンおよびマイクロオプティクス等の製造に使用される。
【００４７】
図４には、回路設計から出荷までのフローを示しており、まずステップ１で半導体デバイスの回路設計が行われると、次にステップ２で、設計された回路パターンを形成したマスク（レチクル）構造体が作られる。一方、ステップ３では、シリコン等の材料を用いてウエハが製造される。
【００４８】
次にステップ４では、前工程、すなわちマスク構造体とウエハとを用い、フォト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工程が行われる。そして、ステップ５では、後工程、すなわち回路が形成されたウエハを半導体チップ化する工程が行われる。なお、この後工程では、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング工程）やパッケージング工程も含まれる。
【００４９】
こうして製造された半導体デバイスは、ステップ６で動作確認、耐久性等の各種検査が行われ、ステップ７で出荷される。
【００５０】
図５には、上記前工程の詳細なフローを示している。まずステップ１１でウエハの表面が酸化され、ステップ１２でウエハ表面にＣＶＤにより絶縁膜が形成される。次に、ステップ１３では、ウエハ上に電極が蒸着形成され、ステップ１４では、ウエハにイオンが打ち込まれる。
【００５１】
続いてステップ１５では、ウエハに感光剤が塗布され、ステップ１６ではマスクの回路パターンをウエハ上に焼き付け露光する。このステップ１６において、上記各実施形態のステッパ等が使用されることにより、従来難しかった高集積度の半導体デバイスの製造が可能になる。なお、このステップ１６の実行前に、ガス導入口１６を通じて光学系側空間に不活性ガスを導入し、光学系側空間内の気圧を昇圧させる（ステップ１６′）。また、第３実施形態のスキャナを用いる場合には、このステップ１６の実行前に、定期的にシャッター２４にクリーニング光を照射する（ステップ１６″）。
【００５２】
露光後、ステップ１７でウエハ上の回路パターンが現像され、ステップ１８では、エッチングにより現像したパターン像以外の部分が削り取られ、ステップ１９では、エッチング後不要となったレジストが取り除かれる。これらのステップが繰り返し行われることで、ウエハ上に回路パターンが多重形成される。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、投影光学系と被露光基板との間に、シャッター状の遮蔽部材若しくは投影光学系の開口数によって開口の大きさが変更される遮蔽部材を設け、この遮光部材によって仕切られて形成される光学系側空間の圧力を基板側空間の圧力よりも高くするようにしているので、基板の露光を妨げることなく、レジストからの発生ガスの光学系側空間内への流入を阻止することができ、高い光学系汚染防止効果を得ることができる。そして、この結果、露光装置の解像性能および照度の長期安定性を向上させ、良好なレジストパターンを安定的に得ることができる。
また、遮光部材の表面に有機ガスを吸着する物質をコーティングすることにより、ガスをより効果的に吸着でき、光学系汚染防止効果を一層高めることができる。
【００５４】
なお、遮蔽部材を透明な材料で作り、この遮蔽部材の表面（基板側表面）に酸化チタンをコーティングすれば、クリーニング光の照射によって遮蔽部材の表面に付着した有機物を酸化チタンの光触媒反応の効果により分解・除去することができるため、遮蔽部材の頻繁な交換を不要とし、生産ラインの頻繁な停止といった不都合を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態であるステッパの構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第２実施形態であるスキャナの構成を示す概略図である。
【図３】本発明の第３実施形態であるスキャナの構成を示す概略図である。
【図４】上記ステッパおよびスキャナが使用される半導体デバイスの製造プロセスを示すフローチャートである。
【図５】上記製造プロセス中の前工程のフローチャートである。
【図６】ポジ型化学増幅レジストの反応説明図である。
【図７】露光後のレジスト膜厚の変化を示したグラフ図である。
【図８】レジストからの発生ガスによる投影レンズの汚染構造を示す説明図である。
【図９】従来のレンズ汚染防止用フィルムを備えた露光装置の概略図である。
【図１０】従来のレンズ汚染防止用ノズルを備えた露光装置の概略図である。
【符号の説明】
６，８６，９６，１０６投影光学系
８，８８，９８，１０８ガス
９，８９，９９，１０９投影レンズ
１０，９０，１００，１１０被露光基板
１４シャッター
１５露光光
１６ガス導入口
１９クリーニング光
２４，３４スリット板
６１ベース樹脂
６２保護基
６３光酸発生剤
６４酸
６５反応生成物
１０１フィルム
１１３ノズル
１１２不活性ガス[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor manufacturing exposure apparatus used in a semiconductor device manufacturing process.
[0002]
[Prior art]
In recent years, higher integration of semiconductor integrated circuits has progressed toward the gigabit DRAM generation. Along with this high integration, the performance required for the exposure apparatus, particularly the projection optical system, has become higher.
[0003]
Here, the resolution of the exposure apparatus can be increased by increasing the numerical aperture (NA) of the projection optical system. However, increasing the NA decreases the depth of focus. Therefore, the NA cannot be increased to some extent, and it is required to shorten the exposure wavelength in order to increase the resolution.
[0004]
For these reasons, KrF excimer lasers and ArF excimer lasers are promising as light sources for use in gigabit DRAM generation exposure apparatuses. However, as the wavelength of light sources becomes shorter, resists also become chemically amplified resists with higher resolution. And migrate. Chemically amplified resist generates acid by exposure using a light source such as KrF, and causes a protective group elimination reaction in the positive type and a crosslinking reaction in the negative type by using the acid as a catalyst during baking after exposure. Thus, a high aspect ratio pattern can be obtained after development by changing the dissolution rate in an alkaline developer.
[0005]
FIG. 6 shows an outline of the reaction of the positive chemically amplified resist. In the figure, the reaction proceeds in the order of (A), (B), (C), (D). The resist is composed of a base resin 61 having a protective group 62 and a photoacid generator 63 (A). When exposed to light from a KrF or ArF light source, the photoacid generator 63 reacts to generate an acid 64 (B). The acid 64 acts as a catalyst to remove the protecting group 62 to produce a reaction product 65 (C). Since the reaction product 65 is vaporized and goes out of the resist film, the resist film thickness decreases (D).
[0006]
The phenomena (C) and (D) in the figure mainly occur during heat treatment after exposure, but the chemically amplified resist actually used also occurs during exposure or from exposure to baking. . This is because, as a result of improving the sensitivity of the resist in order to increase the throughput of the exposure apparatus, the protective group elimination reaction occurs sensitively to the presence of acid, and the reaction proceeds at room temperature without baking at a high temperature. Is the cause. FIG. 7 shows a change in resist film thickness after actual exposure. As can be seen from this figure, the reaction rate differs depending on the exposure dose, and a difference occurs in the film thickness reduction rate.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the reaction product is vaporized from the exposure to the heat treatment to generate a gas. However, this gas reacts with the exposure light to produce an organic substance, and there is a problem that the projection lens system is contaminated.
[0008]
That is, as shown in FIG. 8, when light is irradiated to the exposed substrate 90 from the light source through the illumination optical system, the reticle, and the projection optical system 86, the resist on the substrate 90 reacts to generate gas 88. . The generated gas 88 reacts with the light source light to generate an organic substance 87, which adheres to the surface of the final stage lens 89 of the projection optical system 86.
[0009]
For example, the elimination reaction of 1 ethoxyethoxy group, which is a typical protecting group, is sensitive to a catalyst acid rather than temperature, and the reaction proceeds in a state before baking. Acetaldehyde and ethanol produced in this elimination reaction (Chemical Formula 1) have high volatility, and volatilize together with residual solvents and additives such as acids, acid generators and surfactants present in the resist.
[0010]
[Chemical 1]

[0011]
In this way, the organic substance released to the outside of the film together with the reaction product gas adheres to the surface of the projection lens and the like through a complicated reaction process including decomposition and recombination by light irradiation. When the projection lens is contaminated in this way, the resolution performance of the exposure apparatus decreases, or the line width varies within the angle of view due to illuminance unevenness, which decreases the yield of the manufactured semiconductor device. There is a problem.
[0012]
To solve this problem, the exposure apparatus proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-140304 and shown in FIG. 9 has a film 101 provided between the lens 99 of the projection optical system 96 and the substrate 100 to be exposed. The generated gas 98 from the resist is prevented from adhering to the lens surface.
[0013]
However, such an exposure apparatus has a problem that there is no film material having a sufficient transmittance corresponding to the shortening of the exposure light wavelength. In addition, the film may be damaged by exposure light, resulting in a change in transmittance, and a substance adhering to the film surface may cause an uneven transmission in the film surface, resulting in degraded resolution performance and fluctuations in illuminance. There is also the problem of doing.
[0014]
Further, in the exposure apparatus proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-260385 and shown in FIG. 10 of the present application, a nozzle 113 is provided around the substrate 110 to be exposed, and between the lens 109 of the projection optical system 106 and the substrate 110 to be exposed. By supplying the inert gas 112 to the substrate, exposure in the inert gas can be performed without reducing the throughput.
[0015]
However, in such an exposure apparatus, although the gas 108 generated from the resist is difficult to adhere to the projection optical system, the refractive index in the exposure atmosphere fluctuates due to the flow of the inert gas , causing uneven exposure of the exposed substrate. There is.
[0016]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor, which prevents contamination of the projection optical system when using a chemically amplified resist and enables stable and high-precision pattern transfer for a long period of time.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, in an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor that exposes a semiconductor substrate with exposure light from a projection optical system, the exposure light is provided between the projection optical system and the substrate. And the pressure in the space between the projection optical system and the shielding member (optical system side space) is higher than the pressure in the space between the substrate and the shielding member (substrate side space). Pressure setting means .
When the semiconductor substrate is exposed, degassing occurs from the resist in the exposed area during this time, causing contamination of the projection optical system. The distance between the final surface of the photographic lens and the substrate to be exposed is as short as about 30 mm, and the conventional exposure apparatus has nothing in between, so that it is easy to come into contact with the gas generated from the resist. However, the exposure optical path between the projection optical system and the substrate to be exposed must not be disturbed .
Therefore, in the present invention, the light shielding member is configured in a shutter shape that opens an opening during exposure and closes the opening during non-exposure. That is, if the exposure aperture is opened only during pure exposure time, and the exposure aperture is closed during other times, the exposure optical path is not obstructed, and the projection optical system by the gas generated from the resist (particularly, It is possible to effectively prevent contamination on the final surface of the projection lens .
[0018]
In addition, the pressure in the optical system side space is made higher than the pressure in the substrate side space by, for example, introducing an inert gas into the optical system side space by the pressure setting means. Gas can be prevented from flowing in, and a high optical system contamination prevention effect can be obtained. The pressure in the optical system side space is preferably set at 1.001 to 1.2 atm, preferably 1.001 to 1.01 atm when the pressure in the substrate side space is 1.000 atm.
[0019]
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor manufacturing exposure apparatus that exposes a semiconductor substrate with exposure light from a projection optical system, and is a shield provided between the projection optical system and the substrate and having an opening through which the exposure light passes. A member, and pressure setting means for making the pressure in the space between the projection optical system and the shielding member higher than the pressure in the space between the substrate and the shielding member, and the opening area of the shielding member of the projection optical system It can be changed according to the numerical aperture . Thereby , the opening area of the shielding member at the time of exposure can always be the minimum area that does not disturb the optical path, and the effect of preventing optical system contamination can be enhanced.
[0020]
Furthermore, the present invention provides a semiconductor manufacturing exposure apparatus that exposes a semiconductor substrate with exposure light from a projection optical system, and is a shield provided between the projection optical system and the substrate and having an opening for allowing exposure light to pass therethrough. A member, and pressure setting means for making the pressure in the space between the projection optical system and the shielding member higher than the pressure in the space between the substrate and the shielding member, and adsorbing organic gas on the surface of the shielding member The substance is coated . Thereby , it becomes possible to adsorb | suck gas more effectively and can further improve the optical system contamination prevention effect .
[0021]
The coating materials include starches such as polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrodrine and cellulose, polyethylene glycol, gelatin, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polymaleic acid, polyacrylamide and water-soluble polymers such as dielectrics thereof. And organic soluble polymers such as methacrylic acid ester, acrylic acid ester, polyetheretherketone, polycarbonate, polyester, and dielectrics thereof. The coating material may contain a substance that chemisorbs organic gas, such as calcium, strontium, barium, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, iron, and the like.
[0022]
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor manufacturing exposure apparatus that exposes a semiconductor substrate with exposure light from a projection optical system, and is a shield provided between the projection optical system and the substrate and having an opening for allowing exposure light to pass therethrough. And a pressure setting means for making the pressure in the space between the projection optical system and the shielding member higher than the pressure in the space between the substrate and the shielding member, and the shielding member is made of a transparent material. The surface of the shielding member (substrate side surface) is coated with titanium oxide . Thus, it is possible to decompose and remove the effect of the photocatalytic reaction of titanium oxide an organic matter attached to the surface upon irradiation of the cleaning light shielding member. This cleaning action of titanium oxide eliminates the need for frequent replacement of the shielding member, thereby avoiding the inconvenience of having to frequently stop the production line. Here, the term “transparent” means that the transmittance with respect to cleaning light (exposure light or the like) is at least 30% or more, preferably 80% or more.
[0023]
As a result, the resolution performance of the exposure apparatus and the long-term stability of the illuminance can be improved, and a good resist pattern can be stably obtained.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 1 shows a configuration of an exposure unit of a KrF successive movement reduction projection exposure apparatus (stepper) according to the first embodiment of the present invention. In this figure, 6 is a projection optical system, and 9 is a final stage projection lens. Reference numeral 10 denotes a substrate to be exposed, and a shutter (shielding member) 14 is provided between the substrate 10 and the projection lens 9.
[0026]
The shutter 14 opens an opening for allowing exposure light to pass during exposure, and closes the opening during non-exposure. The shutter 14 has a structure that can be changed according to the numerical aperture (NA) of the projection optical system 6 so that the opening area thereof is the minimum area that does not interfere with the optical path of the exposure light. That is, when the NA is large, the opening area of the shutter 14 is set large, and when the NA is small, the opening area of the shutter 14 is set small.
[0027]
Further, in the present embodiment, a space (optical system side space) S1 on the projection optical system 6 side and a space (substrate side space) S2 on the substrate 10 side are formed across the shutter 14, and the optical system side space S1 is formed. Inert gas is introduced through the gas inlet 16 (pressure setting means). Thereby, the pressure in the optical system side space S1 becomes slightly higher than the pressure in the substrate side space S2. In the present embodiment, when the pressure in the substrate side space S2 is 1.000 atm, the pressure in the optical system side space S1 is set to 1.005 atm.
[0028]
In the stepper configured as described above, as shown in FIG. 1A, exposure light 15 from a KrF light source (not shown) is exposed to a reticle (not shown) with the opening of the shutter 14 opened. The substrate 10 to be exposed is irradiated through the projection optical system 6 in which is set to perform exposure.
[0029]
After the exposure is completed, as shown in FIG. 1B, the opening of the shutter 14 is immediately closed so that the gas 8 generated from the resist on the substrate 10 does not move to the projection optical system 6 side. This prevents the projection lens 9 from being contaminated by the gas 8 immediately after exposure (before the exposed substrate 10 moves to the next shot position).
[0030]
Subsequently, as shown in FIG. 1C, the substrate to be exposed 10 moves to the next shot position and the opening of the shutter 14 is opened. At this time, the gas 8 is generated from the resist by being already exposed. The region moves from directly below the opening of the shutter 14, and the pressure in the optical system side space S1 is slightly higher than the pressure in the substrate side space S2. Does not move to the system 6 side. As a result, contamination of the projection lens 9 with the gas 8 after the exposed substrate 10 has moved to the next shot position is also prevented.
[0031]
When the projection lens 9 was inspected after such a stepper was used for 6 months by steady operation, the amount of deposits on the projection lens 9 was very small and within an acceptable range.
[0032]
(Second Embodiment)
FIG. 2 shows a configuration of an exposure unit of a KrF scanning reduction projection exposure apparatus (scanner) according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description is omitted.
[0033]
This embodiment is different from the first embodiment in that a slit plate 24 having a slit-like opening that is always open is provided between the substrate to be exposed 10 and the projection lens 9. The slit plate 24 has a structure that can be changed according to the numerical aperture (NA) of the projection optical system 6 so that the opening area (length of the slit long side) is the minimum area that does not interfere with the optical path of the exposure light. It has become. That is, when the NA is large, the opening area of the slit plate 34 is set large, and when the NA is small, the opening area of the slit plate 34 is set small.
[0034]
Further, the substrate-side surface of the slit plate 34 is coated with a 500 nm thick polymethyl methacrylate film containing 5 parts of calcium.
[0035]
Further, in this embodiment, similarly to the first embodiment, an inert gas is introduced into the optical system side space S1 through the gas inlet 16. Thereby, the pressure in the optical system side space S1 becomes slightly higher than the pressure in the substrate side space S2. In the present embodiment, when the pressure in the substrate side space S2 is 1.000 atm, the pressure in the optical system side space S1 is set to 1.005 atm.
[0036]
In the scanner configured as described above, as shown in FIG. 2A, the exposure light from the KrF light source (not shown) is used as the projection optical system 6 in which the reticle (not shown) is set and Exposure is performed by irradiating the substrate to be exposed 10 through the opening of the slit plate 24.
[0037]
After the exposure is completed, as shown in FIG. 2B, the substrate 10 immediately moves to the next shot position. At this time, the region that has already been exposed and generates the gas 8 from the resist is also opened in the slit plate 24. Move from directly below. In addition, in the case of the scanner, the slit size in the scanning direction is smaller than the opening size of the stepper, the pressure in the optical system side space S1 is slightly higher than the pressure in the substrate side space S2, and the slit plate Since the substrate side surface 34 is coated with a substance that chemically adsorbs organic gas, the gas 8 does not move to the projection optical system 6 side through the opening of the slit plate 24. For this reason, contamination of the surface of the projection lens 9 with the gas 8 can be prevented more effectively than in the first embodiment.
[0038]
When the projection lens 9 was inspected after such a scanner was used for 6 months by steady operation, the amount of deposits on the projection lens 9 was extremely small and within an allowable range.
[0039]
In the first and second embodiments, the case where the substrate side surfaces of the shielding

members

14 and 24 are coated with polymethyl methacrylate has been described. However, the shielding member of the present invention is coated with an adsorbing material other than this. Also good.
[0040]
(Third embodiment)
FIG. 3 shows the configuration of the exposure unit of a KrF scanning reduction projection exposure apparatus (scanner) according to the third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the same components as those of the second embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the second embodiment, and the description thereof is omitted.
[0041]
Also in this embodiment, a slit plate 34 is provided between the substrate 10 to be exposed and the projection lens 9. This slit plate 34 is made of quartz, and titanium oxide is 100 nm on the substrate side surface. It is coated with a thickness.
[0042]
Also in this embodiment, as in the second embodiment, an inert gas is introduced into the optical system side space through the gas inlet 16. As a result, the pressure in the optical system side space is slightly higher than the pressure in the substrate side space. In this embodiment, when the pressure in the substrate side space is 1.000 atm, the pressure in the optical system side space is set to 1.005 atm.
[0043]
Also in the scanner configured as described above, as in the second embodiment, the surface of the projection lens 9 can be prevented from being contaminated by gas due to the pressure difference between the slit plate 34 and the optical system side space and the substrate side space. . In the present embodiment, as shown in FIG. 3, cleaning light from a KrF light source (not shown) is periodically applied to titanium oxide (that is, the slit plate 34) periodically (at a rate of about once a week in steady operation). 19 is irradiated through the projection optical system 6. By irradiation with the cleaning light 19, titanium oxide acts as a photocatalyst, and organic substances adhering to the substrate side surface of the slit plate 34 are decomposed and removed. For this reason, frequent replacement of the slit plate 34 becomes unnecessary.
[0044]
In this embodiment, the case where the slit plate is made of quartz has been described, but a transparent material other than quartz may be used. Further, the shutter of the stepper shown in the first embodiment may be made of a transparent material such as quartz and coated with titanium oxide.
[0045]
In the first to third embodiments, the stepper and scanner using a light source such as KrF have been described. However, the present invention can also be applied to an exposure apparatus using a light source or method other than these.
[0046]
(Fourth embodiment)
4 and 5 show a semiconductor device manufacturing process using the stepper or scanner described in the above embodiments. This manufacturing process is used for manufacturing semiconductor chips such as IC and LSI, liquid crystal panels, CCDs, thin film magnetic heads, micromachines, microoptics and the like.
[0047]
FIG. 4 shows a flow from circuit design to shipment. First, when the circuit design of the semiconductor device is performed in step 1, a mask (reticle) structure in which the designed circuit pattern is formed in step 2 is shown. The body is made. On the other hand, in step 3, a wafer is manufactured using a material such as silicon.
[0048]
Next, in step 4, a pre-process, that is, a process of forming an actual circuit on the wafer by photolithography using the mask structure and the wafer is performed. In step 5, a post-process, that is, a process of forming a wafer on which a circuit is formed into a semiconductor chip is performed. In this post-process, an assembly process (dicing and bonding process) and a packaging process are also included.
[0049]
The semiconductor device thus manufactured is subjected to various inspections such as operation confirmation and durability in step 6 and shipped in step 7.
[0050]
FIG. 5 shows a detailed flow of the previous step. First, in step 11, the surface of the wafer is oxidized, and in step 12, an insulating film is formed on the wafer surface by CVD. Next, in step 13, electrodes are deposited on the wafer, and in step 14, ions are implanted into the wafer.
[0051]
Subsequently, in step 15, a photosensitive agent is applied to the wafer. In step 16, the circuit pattern of the mask is printed on the wafer for exposure. In step 16, by using the stepper or the like of each of the above-described embodiments, it becomes possible to manufacture a highly integrated semiconductor device that has been difficult in the past. Prior to the execution of step 16, an inert gas is introduced into the optical system side space through the gas inlet 16 to increase the pressure in the optical system side space (step 16 '). When the scanner of the third embodiment is used, the cleaning light is periodically irradiated to the shutter 24 before the execution of this step 16 (step 16 ″).
[0052]
After the exposure, the circuit pattern on the wafer is developed in step 17; in step 18, portions other than the developed pattern image are removed by etching; in step 19, the resist that is no longer necessary after etching is removed. By repeating these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention , a shutter-like shielding member or a shielding member whose opening size is changed by the numerical aperture of the projection optical system is provided between the projection optical system and the substrate to be exposed . Since the pressure in the optical system side space formed by partitioning by the light shielding member is made higher than the pressure in the substrate side space, the optical system side space for the gas generated from the resist is not hindered from exposing the substrate. Inflow can be prevented, and a high optical system contamination prevention effect can be obtained. As a result, the resolution performance of the exposure apparatus and the long-term stability of illuminance can be improved, and a good resist pattern can be stably obtained.
Further, by coating the surface of the light shielding member with a substance that adsorbs organic gas, the gas can be adsorbed more effectively, and the optical system contamination prevention effect can be further enhanced.
[0054]
If the shielding member is made of a transparent material and the surface of the shielding member (substrate-side surface) is coated with titanium oxide, the organic matter adhering to the surface of the shielding member by the irradiation of the cleaning light is removed by the photocatalytic reaction effect of titanium oxide. Therefore, it is possible to avoid frequent inconveniences such as frequent stoppage of the production line.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a stepper according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of a scanner according to a second embodiment of the invention.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration of a scanner according to a third embodiment of the invention.
FIG. 4 is a flowchart showing a manufacturing process of a semiconductor device in which the stepper and scanner are used.
FIG. 5 is a flowchart of a previous step in the manufacturing process.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a reaction of a positive chemically amplified resist.
FIG. 7 is a graph showing changes in resist film thickness after exposure.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a contamination structure of a projection lens caused by a gas generated from a resist.
FIG. 9 is a schematic view of an exposure apparatus provided with a conventional lens contamination preventing film.
FIG. 10 is a schematic view of an exposure apparatus provided with a conventional lens contamination prevention nozzle.
[Explanation of symbols]
6, 86, 96, 106 Projection

optical system

8, 88, 98, 108

Gas

9, 89, 99, 109

Projection lens

10, 90, 100, 110 Substrate to be exposed 14 Shutter 15 Exposure light 16 Gas inlet 19

Cleaning light

24 , 34 Slit plate 61 Base resin 62 Protective group 63 Photoacid generator 64 Acid 65 Reaction product 101 Film 113 Nozzle 112 Inert gas

Claims

In an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor that exposes a semiconductor substrate with exposure light from a projection optical system,
A shielding member provided between the projection optical system and the substrate and having an opening for allowing exposure light to pass through;
Pressure setting means for making the pressure in the space between the projection optical system and the shielding member higher than the pressure in the space between the substrate and the shielding member;
An exposure apparatus for manufacturing a semiconductor, wherein the shielding member is configured in a shutter shape that opens the opening during exposure and closes the opening during non-exposure.

In an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor that exposes a semiconductor substrate with exposure light from a projection optical system,
A shielding member provided between the projection optical system and the substrate and having an opening for allowing exposure light to pass through;
Pressure setting means for making the pressure in the space between the projection optical system and the shielding member higher than the pressure in the space between the substrate and the shielding member;
An exposure apparatus for manufacturing a semiconductor, wherein the size of the opening can be changed according to the numerical aperture of the projection optical system.

In an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor that exposes a semiconductor substrate with exposure light from a projection optical system,
A shielding member provided between the projection optical system and the substrate and having an opening for allowing exposure light to pass through;
Pressure setting means for making the pressure in the space between the projection optical system and the shielding member higher than the pressure in the space between the substrate and the shielding member;
An exposure apparatus for manufacturing a semiconductor, wherein a surface of the shielding member is coated with a substance that adsorbs an organic gas.

In an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor that exposes a semiconductor substrate with exposure light from a projection optical system,
A shielding member provided between the projection optical system and the substrate and having an opening for allowing exposure light to pass through;
Pressure setting means for making the pressure in the space between the projection optical system and the shielding member higher than the pressure in the space between the substrate and the shielding member;
An exposure apparatus for manufacturing a semiconductor, wherein the shielding member is made of a transparent material, and the surface of the shielding member is coated with titanium oxide.

5. The exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device according to claim 4 , wherein the shielding member is irradiated with cleaning light from the projection optical system.

Semiconductor device fabrication process characterized by using a semiconductor manufacturing exposure apparatus according to claims 1 any one of 5.

7. The method according to claim 6 , further comprising the step of causing the pressure in the space between the projection optical system and the shielding member to be higher than the pressure in the space between the substrate and the shielding member by the pressure setting means. The semiconductor device manufacturing process as described.

A semiconductor manufacturing exposure apparatus according to claim 4 or 5, a semiconductor device manufacturing process which comprises a step of irradiating the cleaning beam to said shielding member.