JP3743103B2

JP3743103B2 - 照明光学系の耐久性向上方法とこれを用いた露光装置

Info

Publication number: JP3743103B2
Application number: JP07089497A
Authority: JP
Inventors: 恒夫宮井; 伸貴馬込
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-03-10
Filing date: 1997-03-10
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2017-03-10
Also published as: JPH10256143A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や液晶表示デバイス等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される、マスクパターンを感光基板上に露光するための露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ光源から射出されたパルス光を所定パターンの形成されたマスクに照明するための照明光学系を備え、照明されたマスクの所定パターンを感光基板に露光する露光装置において、光源からのレーザ光の透過光量を所定の透過光量に制御するＮＤフィルタ（ｎｅｕｔｒａｌｄｅｎｓｉｔｙｆｉｌｔｅｒ）が照明光学系の途中の光路、または照明光学系とマスクとの間に設置されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き従来の技術においては、照明光学系とマスクとの間にレーザ光の透過率を制御するＮＤフィルタを設置しているので、照明光学系に減衰されていないレーザ光が直接入射する。このため、過剰なエネルギの光が照明光学系を構成する光学要素を照射するため、レーザ光によって照明光学系の光学要素の劣化が著しくなる可能性が考えられる。例えば、光学要素の屈折率の変化やコーティングの悪化である。近年、露光装置の光源が短波長化していく中で、パルス発振するエキシマレーザに代表されるレーザ光源にその主流が移ってきているため、パワーの強いエキシマレーザ光を透過させるための光学材料の耐久性が問題となってきており、かかる照度劣化に対する対策が要求されている。
【０００４】
また、レーザ光源が露光装置本体と切り離されて床下部分に設置される場合、照明光学系全体の配置構成が長くなるため、レーザ光の照射エネルギによって光学要素の劣化が生じて部分交換を行う際に、そのメンテナンスに手間がかかり、メンテナンス性が悪いという問題が生じてしまう。即ち、レーザ光による光学要素の照度劣化の及ぶ範囲は、床下のレーザ光源から上部の露光装置本体のところまで広範囲にわたっているため、交換しなければならない部品の数も多く作業性が悪い。
【０００５】
本発明の目的は、照明光学系における光学要素の劣化を防止するとともに、装置のメンテナンス性を向上させた露光装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、一実施の形態を表す図１に対応付けて説明すると、本発明は、光源（２）から射出されたパルス光を所定パターンの形成されたマスク（８）に照明するための照明光学系（４）を備え、前記照明されたマスクの所定パターンを感光基板（１０）に露光する露光装置において、前記露光装置の本体は床面に配置されており、前記光源は、前記照明光学系とは独立して、前記床面の下方に配置されており、前記床面の下方であって且つ前記パルス光が前記光源から前記照明光学系に至るより前の該光源側に、前記パルス光を減光する減光手段（３）を配置したことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、光源が照明光学系とは独立して配置され、減光手段が光源側に配置されているので、光源側から射出されたパルス光が減光されて照明光学系に入射する。このように減光手段を光源側に配置して、照明光学系の保護を図ることができる。そして、この減光は、感光基板を感光するのに必要且つ十分な光量になる程度まで可能であるから、パルス光が不必要な過剰エネルギを持たない。従って、このパルス光が照明光学系を構成する光学要素を照射するから、光学要素が過剰なエネルギのパルス光に照射されて劣化することはなく、光学要素の耐久性を向上させることができる。このため、レーザ光の照射による劣化が及ぶ範囲を光源近傍の一部に限定することが可能となるので、メンテナンスの行われる場所が限定され、装置のメンテナンス性を向上させることができる。
また、前記露光装置本体を床面に配置し、前記光源を前記床面の下方に配置することにより、床下に配置されている光源付近の光学要素のみのを交換する構成にすることができる。このため、光源近傍の比較的作業の容易な場所のみにおいてメンテナンスが行われるので、メンテナンス性の向上を図ることができ、また、光源は露光装置本体と床面で隔離されているため、露光装置本体が設置されている部屋の環境の清浄度をメンテナンスの実行により悪化させてしまうことはなく、有利である。
【０００８】
また、前記照明光学系は複数の光学要素を備えている場合、前記複数の光学要素の少なくとも一部が石英または蛍石から構成されることが好ましい。特に、パルス光が短波長化した場合、光学要素の材料には高価な石英または蛍石が用いられることが多いが、本発明によれば、これらの高価な材料からなる光学要素の耐久性を向上させることができるのでコスト的に有利である。
【０００９】
また、前記減光手段がＮＤフィルタから構成されることが好ましい。ＮＤフィルタによれば、入射光の成分を変えることなく、透過光量を減少させることができる。
【００１０】
また、前記減光手段が前記光源の光軸と直交する方向に回転し、この回転中心が前記光軸に対して偏心している構成とすることにより、光源からパルス光が射出している間、減光手段の一部分にのみ光源からのパルス光が照射されて減光手段の一部分のみが劣化されることを防止でき、減光手段自体の耐久性を向上させることができる。
【００１１】
また、前記減光手段の光透過率が可変であるように構成すると、最適な光量で露光を常時行うことが可能となる。
【００１２】
また、前記減光手段の光透過率を制御する制御手段を、前記床面に設けた構成が好ましい。これにより、光透過率を容易に制御することが可能となる。
【００１３】
また、前記光源がエキシマレーザであると、短波長のパルスレーザ光を得ることができて好ましい。一方、エキシマレーザはパワーが強く、照明光学系の光学要素を劣化させ易いが、本構成の露光装置によれば、かかるエキシマレーザを採用したことの問題点を解消できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の露光装置全体の概略的構成を示す図である。この露光装置は、ステップアンドリピート方式またはステップアンドスキャン方式の露光装置本体１，パルス光を射出するレーザ光源２，及び照明光学系４を備える。
【００１５】
レーザ光源２は、床１５上に設置される装置本体１と切り離されて、床１５の下方に設置されている。レーザ光源２は、ＡｒＦエキシマレーザから構成され、例えば、レーザ発信周波数１ＫＨｚ、パワー１０Ｗ、１５パルス／秒、ビーム寸法３×１０ｍｍのものである。ＡｒＦエキシマレーザは、中心波長が１９２〜１９３ｎｍである。また、ＫｒＦエキシマレーザも使用でき、その中心波長は２４８ｎｍである。
【００１６】
照明光学系４は、レーザ光源２からの光を折り曲げるミラー５、レンズ群６，６’、及び光を装置本体１方向に折り曲げるミラー５’を備える。これらの光学要素は、石英または蛍石から構成される。ミラー５及びレンズ６は床下に配置されている。
【００１７】
露光装置本体１は、ミラー５’からの光を折り曲げるダイクロイックミラー７，照明光学系４からの光により照明される所定パターンの形成されたマスク８，及び照明されたマスク８の所定パターンを感光基板であるウエハ１０に投影して露光する投影光学系９を備える。
【００１８】
レーザ光源２の光軸ｐ上であって、光源２と照明光学系４のミラー５との間にはフィルタ装置３が配置されている。図２によりフィルタ装置３を説明する。図２は、フィルタ装置３の正面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、フィルタ装置３は、異なる光透過率を選択できるように複数の円盤状のＮＤフィルタ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆを備える。これらの複数のＮＤフィルタ３ａ〜３ｆは円盤状回転部材１３に等間隔に取り付けられている。この円盤状回転部材１３は回転軸１３ａを中心に回転手段（図示省略）により回転可能に構成され、図１に示す制御系１１からの信号に基づき図２（ａ）の矢印両方向に回転軸１３ａを中心に回転する。フィルタ装置３は、レーザ光源２の光軸ｐが例えば図２（ｂ）に示すようにＮＤフィルタ３ａを通るように設置される。そして、円盤状回転部材１３を光軸ｐがフィルタ３ａ〜３ｆのいずれかを通るように回転軸１３ａを中心に回転させることにより、任意のＮＤフィルタに切り替えることができる。
【００２０】
フィルタ装置３では、複数のＮＤフィルタ３ａ〜３ｆを、例えば光透過率４０〜９０％のうちの任意の値のものを順に並べており、光透過率を複数段階に切り替えることができる。この切替は制御系１１からの信号に基づいて行われる。このようにフィルタ装置３は、異なる光透過率をもつＮＤフィルタを選択することができるいわゆるレボルバタイプに構成されている。なお、ＮＤフィルタは、どの波長光に対しても一様に吸収する中性濃度のフィルタであって、入射光の成分を変えることなく、透過光量を減少させる機能を有するものである。
【００２１】
また、円盤状回転部材１３に取り付けられた各フィルタ３ａ〜３ｆは、取り外しが容易な構成とされており、他の任意の光透過率のフィルタと逐次交換可能なため、フィルタ装置３は、所望の光透過率のフィルタに交換することが可能な構成である。また、フィルタ装置３自体を他の光透過率を持つ複数のＮＤフィルタから構成された別のフィルタ装置に切替が可能なように構成することもできる。このようにして、ＮＤフィルタの光透過率を選択でき、任意の光透過率のＮＤフィルタを使用して露光を行うことができる。
【００２２】
次に、上述のような露光装置の動作について説明する。露光装置本体１から切り離されて床下に設置されているレーザ光源２から光軸ｐに沿って出射されたレーザ光は、ＮＤフィルタ装置３を通り、照明光学系４に入射する。照明光学系４に入射した光は、ミラー５、レンズ６，６’、及びミラー５’の光学要素を介して、照明光として露光装置本体１に入り、ダイクロイックミラー７によって向きを変えられ、マスク８に形成されているマスクパターンを照明し、その照明されたマスクパターンが投影光学系９を介して一括方式またはスリットスキャン方式でウエハ１０に逐次、投影されて露光される。
【００２３】
この場合、フィルタ装置３においては、制御系１１からの指令によって所望の光透過率を持つＮＤフィルタ３ａ〜３ｆが選択されている。従って、レーザ光源２から射出されたパルス光が所望の光量に減光されて照明光学系４に入射する。また、制御系１１によって、どの光透過率のＮＤフィルタが円盤状回転部材１３に取り付けられているか、どのＮＤフィルタを使用しているかを、常時把握し、必要に応じてＮＤフィルタを切り替えるように制御できる。このため、露光装置本体１において常に最適な光量で露光を行うことができる。
【００２４】
以上のように、本実施の形態における露光装置において、レーザ光源２の直後にフィルタ装置３を位置させ、光源２からのパルス光が照明光学系４に入射する前に必要な光量に減光できるため、照明光学系を構成する光学要素には過剰なエネルギを持つパルス光が照射されず、光学要素の照度劣化を防止することができる。
【００２５】
また、レーザ光の照射による照度劣化がおよぶ範囲をレーザ光源近傍のフィルタ装置３の部分に限定でき、床下に配置されるレーザ光源２近傍の比較的作業の容易な部分のみを交換する構成となるので、メンテナンス性の向上が達成できる。また、通常、露光装置本体１はクリーンルーム等の環境が高度に清浄にされた場所に設置され、メンテナンスはこれらの清浄な環境を汚染させ易いが、この実施の形態の露光装置によれば、従来の装置と比べて、クリーンルーム内での照明光学系のメンテナンスの必要性を低減させることができるので、クリーンルームの清浄度維持の観点からも好ましい。
【００２６】
また、照明光学系４のレンズ６，６’等には、パルス光が短波長であるので、石英または蛍石を用いているが、本実施の形態によれば、これらの高価な材料からなる光学要素の耐久性を向上させることができるので、コストの面からも効果的である。また、エキシマレーザを光源としているので、パワーの強い光が光源から射出するが、照明光学系に入射する前に減光するため、エキシマレーザを採用したことの問題は解消される。なお、エキシマレーザには最適な出力パワーがあり、レーザ光の過剰エネルギ低減のためレーザ自体の出力パワーを低下させることは好ましくない。
【００２７】
また、エキシマレーザ光の波長は紫外域であり、可視域外のため目に見えずメンテナンスの際の調整が困難になるが、本実施の形態の構成によれば、照明光学系の光学要素のライフサイクルが長くなり、メンテナンスの時期的間隔が長くなり好ましい。
【００２８】
次に、図３によりＮＤフィルタ装置の変形例を説明する。図３に示すフィルタ装置２３は、レーザ光源２の光軸ｐ上にくさび形状をした一対のほぼ相似形状のくさび状部材２３ａ、２３ｂを光軸ｐに対して垂直方向に配置し、各部材２３ａ、２３ｂを図の上下方向ｖに移動機構（図示省略）により移動させて、くさび状部材２３ａと２３ｂとの間の距離ｄを変えることができるように構成したものである。一対のくさび状部材２３ａ、２３ｂはＮＤフィルタを構成し、その間隔ｄを変化させることにより、ＮＤフィルタの光透過率を連続的に変えることができる。制御系１１からの指令に基づいて移動機構（図示省略）を駆動して所定の光透過率になるように各くさび状部材２３ａ，２３ｂをｖ方向に移動させることができる。
【００２９】
次に、図４によりＮＤフィルタ装置の別の変形例を説明する。図４に示すフィルタ装置３３は、円盤状のＮＤフィルタ３３ｂが回転軸３３ａを中心に回転手段（図示省略）により回転することができるように構成されている。図のようにレーザ光源の光軸ｐが回転軸３３ａから離間するようにフィルタ装置３３が設置される。レーザ光源からパルス光が射出されている間、回転軸３３ａがＮＤフィルタ３３ｂを例えば図のｎ方向に回転させると、ＮＤフィルタ３３ｂはその面上で光軸ｐに対して破線で示す円ｍのような軌跡を描いて回転する。このため、レーザ光源からのパルス光がＮＤフィルタの一部分しか通らず部分的に悪化してしまうことはなく、ＮＤフィルタ自体の耐久性を向上させることができる。なお、ＮＤフィルタ３３ｂの回転制御は図１の制御系１１からの指示に基づいて行うことができる。また、図４のフィルタ装置３３の機構を図２または図３に示したフィルタ装置に備えさせてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、減光手段を照明光学系に前置して光源側に配置したので、照明光学系の光学要素の劣化を防止できるとともに、メンテナンスの際の部品交換を容易にできる構成が可能となるメンテナンス性のよい露光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施の形態の露光装置の全体を示す概略図である。
【図２】図１に示すフィルタ装置の正面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。
【図３】フィルタ装置の変形例を示す側面図である。
【図４】フィルタ装置の別の変形例を示す側面図である。
【符号の説明】
１露光装置本体
２レーザ光源
３，２３，３３フィルタ装置
３ａ〜３ｆＮＤフィルタ
２３ａ，２３ｂ，３３ｂＮＤフィルタ
４照明光学系
５，５’ ミラー
６，６’ レンズ
７ダイクロイックミラー
８マスク
９投影光学系
１０ウエハ（感光基板）
１１制御系
１５床
ｐレーザ光源の光軸

Claims

光源から射出されたパルス光を所定パターンの形成されたマスクに照明するための照明光学系を備え、前記照明されたマスクの所定パターンを感光基板に露光する露光装置において、
前記露光装置の本体は床面に配置されており、
前記光源は、前記照明光学系とは独立して、前記床面の下方に配置されており、
前記床面の下方であって且つ前記パルス光が前記光源から前記照明光学系に至るより前の該光源側に、前記パルス光を減光する減光手段を配置した、ことを特徴とする露光装置。
前記照明光学系は複数の光学要素を備えており、前記複数の光学要素の少なくとも一部は石英または蛍石であることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
前記減光手段がＮＤフィルタから構成される請求項１または２記載の露光装置。
前記減光手段が前記光源の光軸と直交する方向に回転し、この回転中心が前記光軸に対して偏心している請求項１，２または３記載の露光装置。
前記減光手段の光透過率が可変である請求項１，２，３または４記載の露光装置。
前記減光手段の光透過率を制御する制御手段を、前記床面に設けたことを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
前記光源がエキシマレーザである請求項１〜６いずれか記載の露光装置。
マスク上の所定パターンを感光基板上に露光する露光装置に設けられ、光源から射出されたパルス光を所定パターンの形成されたマスクに照明するための照明光学系の耐久性向上方法であって、
前記露光装置の本体が配置されている床面の下方に、前記照明光学系とは独立して、前記光源を配置し、
前記床面の下方であって且つ前記パルス光が前記光源から前記照明光学系に至るより前の該光源側に、前記パルス光を減光する減光手段を配置する、ことを特徴とする耐久性向上方法。