JP3821324B2 - リソグラフィシステム及び素子製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ装置、露光装置、リソグラフィシステム及び素子製造方法に係り、更に詳しくは混合ガスをレーザ媒質とするレーザ装置、このレーザ装置からのレーザ光を用いてウエハ等の基板上のレジストに微細なパターンの焼き付けを行う露光装置及びリソグラフィシステム、並びに混合ガスをレーザ媒質とするレーザ光源からの光を露光光としてマスクパターンの投影露光を行うリソグラフィ工程を含む素子製造方法に関する。本発明に係るレーザ装置は、露光装置、レーザリペア装置等の半導体製造装置やレーザ加工装置等に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
大出力のレーザ光源としてガスをレーザ媒質にしたガスレーザが様々な分野で用いられ、特に、大出力のパルスレーザ光が得られるものとしてエキシマレーザが知られている。このエキシマレーザのような大出力のパルスレーザ装置は、レーザ加工やＩＣ、ＬＳＩなどの半導体素子の製造工程、特にリソグラフィ工程で用いられている。
【０００３】
かかる用途に用いられるエキシマレーザでは、レーザ媒質としてＫｒＦ（クリプトンフッ素，ＡｒＦ（アルゴンフッ素）などの混合ガスが用いられている。また、このエキシマレーザでは、Ｋｒ（クリプトン）やＦ2 （フッ素），Ａｒ（アルゴン）やＦ2 は、それぞれ数パーセントずつ混合され、バッファガスとしてＮｅ（ネオン）が用いられている。これらの混合比率は製造メーカに応じた最適な濃度になっているが、レーザを使用しているうちに濃度が変化してくる。そのため、レーザのガス寿命を延ばすとともに、ガスの消費量を少なくしてガス交換のダウンタイムを減らすために、特に反応性が強く、レーザ発振器内の金属や水素や炭素と容易に反応して減少し易いフッ素について、フッ素の微量注入（Ｆ2 インジェクション）が行われていた。このフッ素の微量注入は、具体的には２種混合のＦ2 ／Ｎｅ（フッ素／ネオン）を注入することにより行われる。
【０００４】
最近では更に開発が進み、ガスの劣化が減少し更にレーザの長寿命化が可能になってきた。しかし、フッ素の微量注入を行う際には内部圧力の異常上昇を防止するため、一旦レーザ光源内部の混合ガスを抜き取りその後にフッ素の微量注入を行う必要があることから、例えばＫｒＦエキシマレーザの場合、フッ素の微量注入の度毎にクリプトン（Ｋｒ）の濃度が下がり、フッ素とともにクリプトン（Ｋｒ）も同時に注入する必要が生じてきた。そこで、従来フッ素微量注入で用いていた２種混合のＦ2 ／Ｎｅから３種混合のＦ2 ／Ｋｒ／Ｎｅ（フッ素／クリプトン／ネオン）に変更してガス注入を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
エキシマレーザのような混合ガスをレーザ媒質とするレーザでは、レーザ媒質に用いる混合ガスの最適な混合比（濃度）はメーカ毎に異なったものになっている。また、レーザ媒質がＫｒＦ，ＡｒＦである場合のように、一部に同じ種類のガスが含まれていたとしても、ＫｒとＦ2 の濃度、ＡｒとＦ2 の濃度はそれぞれ違ったものになっている。このため、例えば、ＫｒＦレーザの場合には、Ｋｒを含むガスボンベ、例えば、Ｋｒ／Ｎｅ（クリプトン／ネオン）とＦ2 を含むガスボンベ、例えば、Ｆ2 ／Ｎｅを用意し、これらのボンベからのガスをレーザへ供給するガス設備を設ける必要があり、しかもＫｒ、Ｆ2 の濃度がメーカー毎に異なるため、それぞれに対応した供給設備を設ける必要があった。ＡｒＦレーザの場合も全く同様である。
【０００６】
このように、メーカーやレーザ媒質の異なるレーザを用いる場合、ガスを供給するための複数のボンベ及び供給ラインといったガス供給装置（ガス供給設備）をレーザ毎に設置していたので、場所やコストの面で効率的でなかった。特に、フッ素の場合、有毒ガスなので厳しい管理が要求され、有毒ガス対応のガス供給設備をレーザ毎に設ける必要があるとともにその管理負担が大きくなっていた。
【０００７】
ところで、例えば半導体素子等の製造におけるリソグラフィ工程では、同一の製造ラインにおいて、ｋｒＦエキシマレーザを用いた露光装置（ステッパ等）とＡｒＦエキシマレーザを用いた露光装置（ステッパ等）とを用いて露光を行うミックス・アンド・マッチの必要性が近い将来必要になる可能性が高い。かかる場合にも、従来の如く、上記の有毒ガス対応のガス供給設備を露光装置毎に用意するのでは、スペース効率が悪く、コストが掛かり過ぎるという不都合があり、このことがミックス・アンド・マッチ導入の障害となるおそれがあった。
【０００８】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、第１の目的は、管理上の負担の軽減、コストの低減等を図ることが可能なリソグラフィシステムを提供することにある。
【００１１】
また、第２の目的は、素子製造コストを低減することができる素子製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の観点からすると、混合ガスをレーザ媒質とする複数のエキシマレーザ光源（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ）と；前記各エキシマレーザ光源からの光によりマスクを照明し、該マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に投影露光する複数の露光装置本体と；前記複数のエキシマレーザ光源のそれぞれに前記混合ガスの組成を成すガスを含む複数種類のガスの各々を供給可能な複数のガス供給源（３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ）と；前記複数のエキシマレーザ光源毎に設けられ、各エキシマレーザ光源に所定の組成の混合ガスが供給されるように、前記複数のガス供給源からのガスの流量を各々調整するガス流量調整系（３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ）と；を備えるリソグラフィシステムである。
【００１３】
これによれば、複数のエキシマレーザ光源毎に設けられたガス流量調整系により複数のガス供給源からのガスの流量を各々調整して各エキシマレーザ光源に供給することができるので、媒質ガス、バッファガス等の単独ガス、あるいはこれら媒質ガスとバッファガスの混合ガスのガス供給源の適宜の組み合わせによりレーザ光源にとって最適なガス濃度を実現でき、各エキシマレーザ光源は、長時間に渡り良好なレーザ発振が可能となる。このため、各露光装置本体では、このレーザ光源からの光によりマスクを照明し、該マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に投影露光することにより、高精度な露光を維持することが可能になる。それぞれのレーザ光源の媒質である混合ガスの組成ガスが異なっていたとしても、光源毎に設けられたガス流量調整系によりそれぞれの光源毎に最適な組成の混合ガスを所望の濃度で供給することができる。また、同じ種類のガスであれば同じガス供給源から異なるレーザ光源に供給できるので、ガス供給設備の構成を簡略化することができ、特に媒質ガスの中に有毒ガス（例えばフッ素）等が含まれている場合には、当該有毒ガスの供給源を最少にすることができるので、管理上の負担の軽減、コストの低減等を図ることが可能になる。
【００１５】
この場合において、エキシマレーザ光源（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ）はその種類を問わず複数設けられていれば良く、例えば、前記複数のエキシマレーザ光源（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ）は、ＫｒＦエキシマレーザとＡｒＦエキシマレーザの少なくとも２種類の光源を含んでいても良い。この場合、フッ素のガス供給源を同じにすることができる。
【００２０】
本発明は、第２の観点からすると、複数のガス供給源（３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ）からの混合ガスの組成成分を成す各々のガスの流量を個別に調整して複数のレーザ光源の各々に供給するとともに、前記流量調整された混合ガスをレーザ媒質とする各レーザ光源からの光により複数のマスクの各々を個別に照明して、該各マスクにそれぞれ形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に各々投影露光するリソグラフィ工程を含む素子製造方法である。
【００２１】
これによれば、リソグラフィ工程で、複数のガス供給源からの混合ガスの組成成分を成す各々のガスの流量を個別に調整して複数のレーザ光源の各々に供給するので、常に最適なガス濃度にすることができ、レーザ光源は長時間良好なレーザ発振ができるようになる。前記流量調整された混合ガスをレーザ媒質とする各レーザ光源からの光により複数のマスクの各々を個別に照明して投影露光を行うので、良好なリソグラフィを長時間維持できる。また、同じ種類のガスであれば同じガス供給源から異なるレーザ光源に供給できるので、製造に用いる設備をより簡素な構成にすることができ、ひいては素子製造コストを低減させることが可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
【００２３】
図１には、本発明に係るレーザ装置を露光光源として用いた複数台の露光装置を含む第１の実施形態のリソグラフィシステム１０の全体構成が概略的に示されている。
【００２４】
このリソグラフィシステム１０は、複数の露光装置本体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄと、これらの露光装置本体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの露光光源であるレーザ装置３０と、このレーザ装置３０からの露光光を露光装置本体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにそれぞれ導くためのビーム・マッチング・ユニット（以下、「ＢＭＵ」と略述する）１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄとを備えている。この場合、露光装置本体２０ａとＢＭＵ１１ａとレーザ装置３０とによって露光装置が構成され、同様に露光装置本体２０ｂ、ＢＭＵ１１ｂ及びレーザ装置３０、露光装置本体２０ｃとＢＭＵ１１ｃ及びレーザ装置３０、露光装置本体２０ｄ、ＢＭＵ１１ｄ及びレーザ装置３０によってそれぞれ露光装置が構成される。
【００２５】
露光装置本体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、使用される露光光の波長が異なり、露光装置本体２０ａ，２０ｂではＫｒＦレーザ光（波長：２４８ｎｍ）が使用され、露光装置本体２０ｃ，２０ｄではＡｒＦレーザ光（波長：１９３ｎｍ）が用いられる。これらの露光装置本体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、露光光源としてのレーザ装置３０からＢＭＵ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄをそれぞれ介して露光装置本体内に導かれた露光光によりマスクとしてのレチクルＲを照明する照明光学系ＩＯＰと、レチクルＲを保持するマスクステージとしてのレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲに形成されたパターンを基板としてのウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬと、ウエハＷを保持して水平面内を２次元移動するウエハステージＷＳＴと、コンピュータを用いて装置全体の動作を制御するための制御系（図示省略）とを備えている。本実施形態では、露光装置本体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄとしては、ＢＭＵ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄによってそれぞれ導かれたレーザ装置３０からの露光光により照明光学系ＩＯＰを介してレチクルＲを照明し、投影光学系ＰＬによってレチクルＲ上のパターンをウエハＷ上に投影露光する動作と、ウエハステージＷＳＴのステッピング動作とを交互に繰り返し、ステップ・アンド・リピート方式でレチクルパターンをウエハ上のショット領域に順次露光する縮小投影露光装置（ステッパー）が用いられている。これらの露光装置本体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの構成等は、通常のステッパーと同様であるので、詳細な説明については省略する。
【００２６】
前記レーザ装置３０は、エキシマレーザ装置３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄと、これらのエキシマレーザ装置３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄに必要なガスを供給するガス供給源としてのガスボンベ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄと、各エキシマレーザ装置に必要なガスをガスボンベからエキシマレーザ装置に供給するための配管系Ｌ１〜Ｌ４とを含んで構成されている。
【００２７】
前記エキシマレーザ装置３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、それぞれレーザ管及び高圧電源部（いずれも図示省略）を含むレーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄと、ガス流量調整系としてのマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄと、不図示の制御系とを備えている。
【００２８】
前記ガスボンベ３４ａには高圧のＫｒガスが貯えられ、このガスには１００％Ｋｒが用いられている。ガスボンベ３４ａとエキシマレーザ装置３２ａ，３２ｂのマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂと間に配管系Ｌ１が接続され、この配管系Ｌ１を介してＫｒガスがマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂに供給されるようになっている。
【００２９】
ガスボンベ３４ｂにはフッ素が１％の２種混合のＦ2 ／Ｎｅの高圧ガスが貯えられている。このガスボンベ３４ｂのＦ2 ／Ｎｅ混合ガスとしては、フッ素が２．５％あるいは５％のガスでもよいが、安全管理の面から言えばフッ素濃度が低いことが望ましい。ガスボンベ３４ｂとエキシマレーザ装置３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄのマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄとの間に配管系Ｌ２が接続され、配管系Ｌ２を介してＦ2 ／Ｎｅガスがマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄに供給されるようになっている。ここで、この配管系Ｌ２は、有毒ガスであるフッ素を含む混合ガスの経路となっているため、この配管系Ｌ２には緊急遮断弁やガスセンサ等の有毒ガス管理のための機器（図示省略）が設けられている。
【００３０】
ガスボンベ３４ｃには高圧のバッファガスとして用いられるＮｅガスが貯えられ、ここでは１００％Ｎｅが用いられているが、これに代えてバッファガスとしてＨｅ（ヘリウム）ガスを用いても良い。このガスボンベ３４ｃとエキシマレーザ装置３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄのマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄとの間に配管系Ｌ３が接続され、この配管系Ｌ３を介してＮｅガスがマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄに供給されるようになっている。
【００３１】
ガスボンベ３４ｄには高圧のＡｒガスが貯えられ、ここでは１００％Ａｒが用いられている。このガスボンベ３４ｄとエキシマレーザ装置３２ｃ，３２ｄのマスフローコントローラ３８ｃ，３８ｄとの間に配管系Ｌ４が接続され、この配管系Ｌ４を介してＡｒガスがマスフローコントローラ３８ｃ，３８ｄに供給されるようになっている。
【００３２】
マスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄは、配管系Ｌ１〜Ｌ４を介して供給された上記ガスボンベ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄからのガスのを流量を各々調節してレーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄに供給するためのものである。この内、マスフローコントローラ３８ａ，３８ｂはそれぞれ、ボンベ３４ａからのＫｒガス及びボンベ３４ｂからのＦ2 ／Ｎｅガスを混合してレーザ媒質として最適な濃度の混合ガスにしてレーザ光源３６ａ，３６ｂに供給するとともに、ガスボンベ３４ｃ内のバッファガスであるＮｅガスも適量混合して供給する。また、マスフローコントローラ３８ｃ，３８ｄはそれぞれ、ガスボンベ３４ｄ内のＡｒガスとガスボンベ３４ｂ内のＦ2 ／Ｎｅ混合ガスとを混合してレーザ媒質として最適な濃度の混合ガスにしてレーザ光源３６ｃ，３６ｄに供給するとともに、ガスボンベ３４ｃ内のＮｅガスも適量混合して供給する。
【００３３】
マスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄによる各ガスの流量調整は、各レーザー光源に対応してそれぞれ行われるようになっており、所望の最適な濃度及び量で混合ガスをそれぞれレーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄに供給できるようになっている。
【００３４】
前記レーザ光源３６ａ，３６ｂは、Ｋｒ（希ガス）と微小量のＦ2 （ハロゲン）の混合ガスをレーザ媒質とする希ガス−ハロゲン（エキシマ）レーザの一種であるＫｒＦエキシマレーザであり、マスフローコントローラ３８ａ，３８ｂで各ガスの流量が調整された最適な濃度のＫｒとＦ2 の混合ガスを短パルス大電流放電によって励起することによりレーザ発振して、ＫｒＦレーザ光を出力する。
【００３５】
また、レーザ光源３６ｃ，３６ｄはＡｒ（希ガス）と微小量のＦ2 （ハロゲン）の混合ガスをレーザ媒質とする希ガス−ハロゲン（エキシマ）レーザの一種であるＡｒＦエキシマレーザであり、マスフローコントローラ３８ｃ，３８ｄで各ガスの流量が調整された最適な濃度のＡｒとＦ2 の混合ガスを短パルス大電流放電によって励起することによりレーザ発振して、ＡｒＦレーザ光を出力する。
【００３６】
本実施形態では、マスコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄにより常に最適な濃度のＫｒとＦ2 の混合ガス又はＡｒとＦ2 の混合ガスを、レーザ光源３６ａ，３６ｂ又は３６ｃ，３６ｄにインジェクションすることができるようになっているので、レーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄは最適なレーザ発振状態を長時間に渡って維持できる。
【００３７】
上記のようにして構成されたリソグラフィシステム１０の動作を簡単に説明すると次のようになる。
【００３８】
ガスボンベ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄに貯えられたガスのうち、各レーザ光源に必要なものが、配管系Ｌ１〜Ｌ４を介してマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄに供給される。マスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄでは、配管系Ｌ１〜Ｌ４を介してそれぞれ供給されたガスの流量を各々調節して、レーザ光源３６ａ，３６ｂにＫｒＦエキシマレーザ媒質として最適な濃度及び量の混合ガスをそれぞれ供給し、また、レーザ光源３６ｃ，３６ｄにＡｒＦエキシマレーザ媒質として最適な濃度及び量の混合ガスをそれぞれ供給する。そして、レーザ光源３６ａ，３６ｂではマスフローコントローラで混合されたガスをレーザ媒質として前述した如くしてＫｒＦエキシマレーザ発振を行い、レーザ光源３６ｃ，３６ｄではマスフローコントローラで混合されたガスをレーザ媒質として前述した如くしてＡｒＦエキシマレーザ発振を行う。
【００３９】
レーザ光源３６ａ，３６ｂからのエキシマレーザ光がＢＭＵ１１ａ，１１ｂをそれぞれ介して露光装置本体２０ａ，２０ｂにそれぞれ導かれ、レーザ光源３６ｃ，３６ｄからのエキシマレーザ光がＢＭＵ１１ｃ，１１ｄをそれぞれ介して露光装置本体２０ｃ，２０ｄにそれぞれ導かれる。露光装置本体２０ａ，２０ｂでは、ＫｒＦエキシマレーザ光を用いて投影露光が行われ、レチクルＲ上のパターンがウエハＷ上に転写される。また、露光装置本体２０ｃ，２０ｄでは、ＡｒＦエキシマレーザ光を用いて投影露光が行われ、レチクルＲ上のパターンがウエハＷ上に転写される。
【００４０】
なお、図示は省略したが、各レーザ光源の発振器外の光学系、各ＢＭＵ（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）、各露光装置本体内の照明光学系ＩＯＰ及び投影光学系ＰＬ内をパージするためのＨｅやＮ2 ガスを供給する配管も各露光装置に接続されている。
【００４１】
次に本実施形態のリソグラフィシステム１０を用いて露光が行われる露光工程を含む半導体素子の製造方法について、図２の半導体素子の製造工程の流れ図に沿って説明する。
【００４２】
まず、図２のステップ１００において、論理回路設計およびパターン設計が行われる。次に、ステップ１０２で設計図をもとに、各層ごとの回路パターンを刻んだレチクルＲが製作される。このレチクルの製作工程と並行して、ステップ１０４では高純度のシリコン等の材料でウエハＷが製造され、ステップ１０６でそのウエハＷの上にフォトレジスト（感光性樹脂）が塗布される。ここで、半導体素子はウエハ上に多数層の回路パターンを積み重ねて形成されるので、レチクルＲは、各層に対応したものが複数製作される。
【００４３】
以下においては、説明を簡略化するために単一のウエハの処理工程について説明する。
【００４４】
次に、ステップ１０８の露光工程（この露光工程と現像工程とを含んで通常フォトリソグラフィ工程と称される）において、上記工程で製作されあるいはフォトレジストが塗布されたレチクルＲとウエハＷが図１の４つの露光装置本体のいずれか、例えば露光装置本体２０ａにセットされ、露光装置本体２０ａではＫｒＦエキシマレーザ光を用いて、レチクルＲに形成されているパターンをウエハＷ上にステップ・アンド・リピート方式で順次露光、転写する。このとき、露光装置本体２０ａのレーザ光源３６ａには、複数のガスボンベ３４ａ，３４ｂ，３４ｃからのガスが、マスフローコントローラ３８ａによって流量が各々調整・制御されて供給される。
【００４５】
次のステップ１１０では、露光された各ウエハＷが恒温槽に入れられた後、現像液に浸される。これにより、ポジ型レジストの場合は、露光光により感光されたレジスト部分が溶け、非感光のレジスト部が残り（ネガ型レジストの場合は、この反対）、レジスト像が形成される。
【００４６】
次のステップ１１２では、エッチング溶液によりウエハＷ上のフォトレジストが洗い流された部分の酸化膜（例えば、Ｓｉ3Ｎ4）が食刻される。
【００４７】
次のステップ１１４ではトランジスタやダイオード等の素子を形成するためウエハ中のレジストの無い領域にリンやヒ素等の物質を染み込ませるドーピングが行われる。このドーピング後、用済みのレジストが例えばプラズマ・アッシャー（灰化装置）で取り除かれる、すなわちすべてのフォトレジストが取り除かれる。
【００４８】
その後、ステップ１０６〜ステップ１１４までの工程を繰り返すことにより、ウエハ表面に何層もの回路パターンが形成される。この場合において、ウエハＷに対する複数層の露光を全て同一の露光装置本体２０ａを用いてレチクルＲを交換しながら行っても良いが、４つの露光装置本体２０ａ〜２０ｄを順番に用いて露光を行っても良く、あるいは適宜の２つ又は３つの露光装置本体を用いて適宜な順番で露光を行っても良い。すなわち、同一のウエハに対する各層の露光を如何なる露光装置本体の組み合わせで如何なる順序で行っても良い。
【００４９】
何れにしろ、露光装置本体２０ａ（又は２０ｂ）と露光装置本体２０ｃ及び２０ｄのいずれかとの組み合わせにより同一ウエハに対して露光が行われれば、ＫｒＦエキシマレーザ露光とＡｒＦエキシマレーザ露光とによるミックス・アンド・マッチが行われることとなる。
【００５０】
上記のようにして、ステップ１０６〜ステップ１１４までの工程を繰り返すことにより、ウエハ表面に何層もの回路パターンが形成された後、次のステップ１１６では回路パターン形成済みのウエハを用いてチップの組み立てが行われる。具体的には、ウエハにアルミニウム電極を蒸着し、各素子を回路として結び付けた後チップ化し組立てる。ダイシング、ボンディング、モールディング等の工程も含まれる。
【００５１】
次のステップ１１８ではステップ１１６で製作された半導体素子の電気的特性試験、構造検査および信頼性試験等が行われる。これらの製造工程を経ることによって半導体素子が完成する（ステップ１２０）。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態のリソグラフィシステム１０によると、マスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄによって、複数のガスボンベ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄからのガスの流量を各々調整してそれぞれレーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄに供給することができるので、Ｋｒ、Ａｒ等の媒質ガス、Ｎｅ等のバッファガス等の単独ガス、あるいは媒体ガスとバッファガスの混合ガス（Ｆ2 ／Ｎｅ等）の適宜の組み合わせによりそれぞれのレーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄにとって最適なガス濃度を実現できる。従って、同じＫｒＦレーザであってもレーザ光源３６ａと３６ｂのレーザ媒質である混合ガス中のＫｒやＦ2 の組成割合は全く異なるものであっても特に不都合が生じることがなく、ガス供給源としては、ガスボンベ３４ａ、３４ｄ、３４ｂ、３４ｃに限らず、Ｋｒ／ＮｅやＡｒ／Ｎｅが貯蔵されたガスボンベを用いることも可能である。
【００５３】
また、レーザ光源３６ａ，３６ｂのように同じＫｒＦレーザに対しては、同じ種類の混合ガスがレーザ媒質として用いられるので、同じガス供給源から異なるレーザ光源にそれぞれの成分ガスを供給でき、ガス供給設備の構成を簡略化することができる。
【００５４】
特に、本実施形態の場合は、マスフローコントローラが、レーザ光源毎に設けられているので、レーザ光源３６ａ，３６ｂ、レーザ光源３６ｃ，３６ｄのようにレーザ媒質である混合ガスの組成ガスが異なっていたとしても、各マスフローコントローラによりそれぞれのレーザ光源に応じた最適な組成の混合ガスを所望の濃度で供給することができる。これに加え、レーザ光源３６ａ，３６ｂ、レーザ光源３６ｃ，３６ｄのようにそれぞれのレーザ媒質中に同じ成分ガス（この場合フッ素Ｆ2 ）が含まれている場合に、同一のガスボンベ３４ｂからそれぞれのレーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄにフッ素を供給できる。特に、このフッ素Ｆ2 のような有毒でかつ腐蝕性が強く、取り扱いに特別の注意を要するガスの供給源を、同一のフッ素混合ガスのボンベであるガスボンベ３４ｂのみ（若しくはこれに加え予備のボンベ）にすることができることは、ガス供給設備の構成を簡略化することができ、また、監視のためのガスセンサなどの保安設備が少なくて済む等、管理面の負担軽減、コストの低減という面で大きなメリットがある。
【００５５】
また、最適なガス濃度で各レーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄを動作させるので、長時間使用していても安定で良好なレーザ発振が可能となり、各レーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄからの光を用いて投影露光が行われるため、露光装置本体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄでは、高精度な露光を長時間に渡って維持することが可能になる。
【００５６】
更に、上述した半導体素子の製造方法では、リソグラフィ工程で、各レーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄは長時間使用していても安定で良好なレーザ発振ができるようになり、これらのレーザ光源からの光によりマスクを照明して投影露光が行われるので良好なリソグラフィを実現できるのみならず、上述したＫｒＦレーザ（レーザ光源３６ａ又は３６ｂ）とＡｒＦレーザ（レーザ光源３６ｃ又は３６ｄ）とを用いたミックス・アンド・マッチを最小限の用力設備（ガス供給設備）で容易に実現することができ、ひいては素子製造コストを低減させることが可能になる。
【００５７】
《第２の実施形態》
次に本発明の第２の実施形態について、図３に基づいて説明する。ここで、前述した第１の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については、同一の符号を用いるとともにその説明を簡略にし若しくは省略するものとする。
【００５８】
図３には、第２の実施形態に係るレーザ装置を用いた露光装置を含むリソグラフィシステムの全体構成が概略的に示されている。
【００５９】
このリソグラフィシステムは、３つの露光装置本体２０ａ，２０ｂ，２０ｃと、これらの露光光源を構成する３つのエキシマレーザ装置３２ａ、３２ｂ、３２ｃを含むレーザ装置３０とを備えている。エキシマレーザ装置３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、それぞれレーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃと、マスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃとを備えている。
【００６０】
露光装置本体２０ａ，２０ｂではＫｒＦレーザ光を、露光装置本体２０ｃではＡｒＦレーザ光を用い、レーザ光源３６ａ，３６ｂはＫｒＦエキシマレーザ、レーザ光源３６ｃはＡｒＦエキシマレーザである。
【００６１】
ガスボンベ３４ｂには、図１と同様のＦ2 ／Ｎｅガスが貯えられ、ガスボンベ３４ｂとマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃとの間に配管系Ｌ７が接続され、配管系Ｌ７を介してＦ2 ／Ｎｅガスがマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃに供給されるようになっている。ガスボンベ３４ｆには２種混合のＫｒ／Ｎｅガスが貯えられ、ガスボンベ３４ｆとマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂとの間に配管系Ｌ６が接続され、配管系Ｌ６を介してＫｒ／Ｎｅガスがマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂに供給されるようになっている。ガスボンベ３４ｇには、２種混合のＡｒ／Ｎｅガスが貯えられ、ガスボンベ３４ｇとマスフローコントローラ３８ｃとの間に配管系Ｌ８が接続され、配管系Ｌ８を介してＡｒ／Ｎｅガスがマスフローコントローラ３８ｃに供給されるようになっている。
【００６２】
マスフローコントローラ３８ａ，３８ｂには、配管系Ｌ７からＦ2 ／Ｎｅガス、配管系Ｌ６からＫｒ／Ｎｅガスが供給され、マスフローコントローラ３８ｃには、配管系Ｌ７からＦ2 ／Ｎｅガス、配管系Ｌ８からＡｒ／Ｎｅガスが供給される。各マスフローコントローラに供給されるガスは、すべてバッファガスＮｅを含むものにしている点に特徴がある。メンテナンス時に使用するＨｅガスのボンベは省略されている。
【００６３】
レーザ光源３６ａと３６ｂとではレーザ媒質は同じであるが、その成分ガスの組成割合が異なり、また、レーザ光源３６ａ、３６ｂと３６ｃとではレーザ媒質の組成ガスの種類が異なっているが、マスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃで、各ガスボンベから供給されたガスの流量を各々調節して、前述した第１の実施形態の場合と同じガスの組成にしてレーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃにインジェクションをおこなっている。そのため、レーザ光源３６ａ，３６ｂにそれぞれＫｒＦエキシマレーザ媒質として最適な濃度及び量の混合ガスが供給され、また、レーザ光源３６ｃにＡｒＦエキシマレーザ媒質として最適な濃度及び量の混合ガスが供給される。そして、レーザ光源３６ａ，３６ｂではそれぞれ、マスフローコントローラ３８ａ，３８ｂで各ガスの流量が調整された最適な濃度のＫｒとＦ2 の混合ガスを短パルス大電流放電によって励起することによりレーザ発振して、ＫｒＦレーザ光を出力し、このＫｒＦレーザ光がＢＭＵ１１ａ、１１ｂをそれぞれ介して露光装置本体２０ａ、２０ｂにそれぞれ導かれ、第１の実施形態と同様に露光が行われる。また、レーザ光源３６ｃでは、マスフローコントローラ３８ｃ，３８ｄで各ガスの流量が調整された最適な濃度のＡｒとＦ2 の混合ガスを短パルス大電流放電によって励起することによりレーザ発振して、ＡｒＦレーザ光を出力し、このＡｒＦレーザ光がＢＭＵ１１ｃをそれぞれ介して露光装置本体２０ｃに導かれ、第１の実施形態と同様に露光が行われる。
【００６４】
以上説明した本第２の実施形態によると、前述した第１の実施形態と同等の効果が得られる他、バッファガス（Ｎｅ）供給専用のボンベを省略することができるので、システム構成が一層簡略化される。
【００６５】
なお、上記第１、第２の実施形態では、レーザ光源がＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザである場合について説明したが、これに限らず、混合ガスをレーザ媒質とするレーザ光源であれば良く、例えばＦ2 、ｋｒＣｌ（クリプトン塩素）、ＸｅＦ（キセノンフッ素）、ＸｅＣｌ（キセノン塩素）などをレーザ媒質とするレーザ光源であっても良い。
【００６６】
また、レーザ光源の数、ガス供給源の数も上記実施形態で説明したものに限定されないことは勿論であり、レーザ光源及びガスボンベの予備を設けておいても良い。かかる場合にレーザ光源やガスボンベの交換や予備の配置は容易に行うことができ、光源及びガスボンベをある一定の条件を満足するのであれば、異なる種類（あるいは異なるメーカーのもの）に交換しても特に不都合が生じないのでメンテナンスが容易となる。
【００６７】
更に、上記実施形態では、本発明に係るレーザ装置をステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（ステッパー）の露光光源として用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではなく、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置は勿論、その他の装置、例えばレーザ加工装置の光源として用いても良い。また、素子の製造方法として半導体素子の製造方法についてのみ説明したが、これに限らず、液晶表示素子の製造方法にも本発明は適用可能である。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のリソグラフィシステムによれば、特に、媒質ガスの中に有毒ガス等が含まれている場合には、当該有毒ガスの供給源を最少にすることができるので、管理上の負担の軽減、コストの低減等を図ることが可能になる。
【００７１】
また、本発明の素子製造方法によれば、製造に用いる設備をより簡素な構成にすることができ、ひいては素子製造コストを低減させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のリソグラフィシステムの全体構成を概略的に示す図である。
【図２】半導体素子の製造工程を示す流れ図である。
【図３】第２の実施形態のリソグラフィシステムの全体構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ 露光装置本体
３０ レーザ装置
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｆ，３４ｇ ガスボンベ（ガス供給源）
３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ レーザ光源
３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ マスフローコントローラ（流量調整系）
Ｒ レチクル（マスク）
Ｗ ウエハ（基板）
ＰＬ 投影光学系
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ装置、露光装置、リソグラフィシステム及び素子製造方法に係り、更に詳しくは混合ガスをレーザ媒質とするレーザ装置、このレーザ装置からのレーザ光を用いてウエハ等の基板上のレジストに微細なパターンの焼き付けを行う露光装置及びリソグラフィシステム、並びに混合ガスをレーザ媒質とするレーザ光源からの光を露光光としてマスクパターンの投影露光を行うリソグラフィ工程を含む素子製造方法に関する。本発明に係るレーザ装置は、露光装置、レーザリペア装置等の半導体製造装置やレーザ加工装置等に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
大出力のレーザ光源としてガスをレーザ媒質にしたガスレーザが様々な分野で用いられ、特に、大出力のパルスレーザ光が得られるものとしてエキシマレーザが知られている。このエキシマレーザのような大出力のパルスレーザ装置は、レーザ加工やＩＣ、ＬＳＩなどの半導体素子の製造工程、特にリソグラフィ工程で用いられている。
【０００３】
かかる用途に用いられるエキシマレーザでは、レーザ媒質としてＫｒＦ（クリプトンフッ素，ＡｒＦ（アルゴンフッ素）などの混合ガスが用いられている。また、このエキシマレーザでは、Ｋｒ（クリプトン）やＦ2 （フッ素），Ａｒ（アルゴン）やＦ2 は、それぞれ数パーセントずつ混合され、バッファガスとしてＮｅ（ネオン）が用いられている。これらの混合比率は製造メーカに応じた最適な濃度になっているが、レーザを使用しているうちに濃度が変化してくる。そのため、レーザのガス寿命を延ばすとともに、ガスの消費量を少なくしてガス交換のダウンタイムを減らすために、特に反応性が強く、レーザ発振器内の金属や水素や炭素と容易に反応して減少し易いフッ素について、フッ素の微量注入（Ｆ2 インジェクション）が行われていた。このフッ素の微量注入は、具体的には２種混合のＦ2 ／Ｎｅ（フッ素／ネオン）を注入することにより行われる。
【０００４】
最近では更に開発が進み、ガスの劣化が減少し更にレーザの長寿命化が可能になってきた。しかし、フッ素の微量注入を行う際には内部圧力の異常上昇を防止するため、一旦レーザ光源内部の混合ガスを抜き取りその後にフッ素の微量注入を行う必要があることから、例えばＫｒＦエキシマレーザの場合、フッ素の微量注入の度毎にクリプトン（Ｋｒ）の濃度が下がり、フッ素とともにクリプトン（Ｋｒ）も同時に注入する必要が生じてきた。そこで、従来フッ素微量注入で用いていた２種混合のＦ2 ／Ｎｅから３種混合のＦ2 ／Ｋｒ／Ｎｅ（フッ素／クリプトン／ネオン）に変更してガス注入を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
エキシマレーザのような混合ガスをレーザ媒質とするレーザでは、レーザ媒質に用いる混合ガスの最適な混合比（濃度）はメーカ毎に異なったものになっている。また、レーザ媒質がＫｒＦ，ＡｒＦである場合のように、一部に同じ種類のガスが含まれていたとしても、ＫｒとＦ2 の濃度、ＡｒとＦ2 の濃度はそれぞれ違ったものになっている。このため、例えば、ＫｒＦレーザの場合には、Ｋｒを含むガスボンベ、例えば、Ｋｒ／Ｎｅ（クリプトン／ネオン）とＦ2 を含むガスボンベ、例えば、Ｆ2 ／Ｎｅを用意し、これらのボンベからのガスをレーザへ供給するガス設備を設ける必要があり、しかもＫｒ、Ｆ2 の濃度がメーカー毎に異なるため、それぞれに対応した供給設備を設ける必要があった。ＡｒＦレーザの場合も全く同様である。
【０００６】
このように、メーカーやレーザ媒質の異なるレーザを用いる場合、ガスを供給するための複数のボンベ及び供給ラインといったガス供給装置（ガス供給設備）をレーザ毎に設置していたので、場所やコストの面で効率的でなかった。特に、フッ素の場合、有毒ガスなので厳しい管理が要求され、有毒ガス対応のガス供給設備をレーザ毎に設ける必要があるとともにその管理負担が大きくなっていた。
【０００７】
ところで、例えば半導体素子等の製造におけるリソグラフィ工程では、同一の製造ラインにおいて、ｋｒＦエキシマレーザを用いた露光装置（ステッパ等）とＡｒＦエキシマレーザを用いた露光装置（ステッパ等）とを用いて露光を行うミックス・アンド・マッチの必要性が近い将来必要になる可能性が高い。かかる場合にも、従来の如く、上記の有毒ガス対応のガス供給設備を露光装置毎に用意するのでは、スペース効率が悪く、コストが掛かり過ぎるという不都合があり、このことがミックス・アンド・マッチ導入の障害となるおそれがあった。
【０００８】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、第１の目的は、管理上の負担の軽減、コストの低減等を図ることが可能なリソグラフィシステムを提供することにある。
【００１１】
また、第２の目的は、素子製造コストを低減することができる素子製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の観点からすると、混合ガスをレーザ媒質とする複数のエキシマレーザ光源（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ）と；前記各エキシマレーザ光源からの光によりマスクを照明し、該マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に投影露光する複数の露光装置本体と；前記複数のエキシマレーザ光源のそれぞれに前記混合ガスの組成を成すガスを含む複数種類のガスの各々を供給可能な複数のガス供給源（３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ）と；前記複数のエキシマレーザ光源毎に設けられ、各エキシマレーザ光源に所定の組成の混合ガスが供給されるように、前記複数のガス供給源からのガスの流量を各々調整するガス流量調整系（３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ）と；を備えるリソグラフィシステムである。
【００１３】
これによれば、複数のエキシマレーザ光源毎に設けられたガス流量調整系により複数のガス供給源からのガスの流量を各々調整して各エキシマレーザ光源に供給することができるので、媒質ガス、バッファガス等の単独ガス、あるいはこれら媒質ガスとバッファガスの混合ガスのガス供給源の適宜の組み合わせによりレーザ光源にとって最適なガス濃度を実現でき、各エキシマレーザ光源は、長時間に渡り良好なレーザ発振が可能となる。このため、各露光装置本体では、このレーザ光源からの光によりマスクを照明し、該マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に投影露光することにより、高精度な露光を維持することが可能になる。それぞれのレーザ光源の媒質である混合ガスの組成ガスが異なっていたとしても、光源毎に設けられたガス流量調整系によりそれぞれの光源毎に最適な組成の混合ガスを所望の濃度で供給することができる。また、同じ種類のガスであれば同じガス供給源から異なるレーザ光源に供給できるので、ガス供給設備の構成を簡略化することができ、特に媒質ガスの中に有毒ガス（例えばフッ素）等が含まれている場合には、当該有毒ガスの供給源を最少にすることができるので、管理上の負担の軽減、コストの低減等を図ることが可能になる。
【００１５】
この場合において、エキシマレーザ光源（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ）はその種類を問わず複数設けられていれば良く、例えば、前記複数のエキシマレーザ光源（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ）は、ＫｒＦエキシマレーザとＡｒＦエキシマレーザの少なくとも２種類の光源を含んでいても良い。この場合、フッ素のガス供給源を同じにすることができる。
【００２０】
本発明は、第２の観点からすると、複数のガス供給源（３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ）からの混合ガスの組成成分を成す各々のガスの流量を個別に調整して複数のレーザ光源の各々に供給するとともに、前記流量調整された混合ガスをレーザ媒質とする各レーザ光源からの光により複数のマスクの各々を個別に照明して、該各マスクにそれぞれ形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に各々投影露光するリソグラフィ工程を含む素子製造方法である。
【００２１】
これによれば、リソグラフィ工程で、複数のガス供給源からの混合ガスの組成成分を成す各々のガスの流量を個別に調整して複数のレーザ光源の各々に供給するので、常に最適なガス濃度にすることができ、レーザ光源は長時間良好なレーザ発振ができるようになる。前記流量調整された混合ガスをレーザ媒質とする各レーザ光源からの光により複数のマスクの各々を個別に照明して投影露光を行うので、良好なリソグラフィを長時間維持できる。また、同じ種類のガスであれば同じガス供給源から異なるレーザ光源に供給できるので、製造に用いる設備をより簡素な構成にすることができ、ひいては素子製造コストを低減させることが可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
【００２３】
図１には、本発明に係るレーザ装置を露光光源として用いた複数台の露光装置を含む第１の実施形態のリソグラフィシステム１０の全体構成が概略的に示されている。
【００２４】
このリソグラフィシステム１０は、複数の露光装置本体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄと、これらの露光装置本体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの露光光源であるレーザ装置３０と、このレーザ装置３０からの露光光を露光装置本体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにそれぞれ導くためのビーム・マッチング・ユニット（以下、「ＢＭＵ」と略述する）１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄとを備えている。この場合、露光装置本体２０ａとＢＭＵ１１ａとレーザ装置３０とによって露光装置が構成され、同様に露光装置本体２０ｂ、ＢＭＵ１１ｂ及びレーザ装置３０、露光装置本体２０ｃとＢＭＵ１１ｃ及びレーザ装置３０、露光装置本体２０ｄ、ＢＭＵ１１ｄ及びレーザ装置３０によってそれぞれ露光装置が構成される。
【００２５】
露光装置本体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、使用される露光光の波長が異なり、露光装置本体２０ａ，２０ｂではＫｒＦレーザ光（波長：２４８ｎｍ）が使用され、露光装置本体２０ｃ，２０ｄではＡｒＦレーザ光（波長：１９３ｎｍ）が用いられる。これらの露光装置本体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、露光光源としてのレーザ装置３０からＢＭＵ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄをそれぞれ介して露光装置本体内に導かれた露光光によりマスクとしてのレチクルＲを照明する照明光学系ＩＯＰと、レチクルＲを保持するマスクステージとしてのレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲに形成されたパターンを基板としてのウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬと、ウエハＷを保持して水平面内を２次元移動するウエハステージＷＳＴと、コンピュータを用いて装置全体の動作を制御するための制御系（図示省略）とを備えている。本実施形態では、露光装置本体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄとしては、ＢＭＵ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄによってそれぞれ導かれたレーザ装置３０からの露光光により照明光学系ＩＯＰを介してレチクルＲを照明し、投影光学系ＰＬによってレチクルＲ上のパターンをウエハＷ上に投影露光する動作と、ウエハステージＷＳＴのステッピング動作とを交互に繰り返し、ステップ・アンド・リピート方式でレチクルパターンをウエハ上のショット領域に順次露光する縮小投影露光装置（ステッパー）が用いられている。これらの露光装置本体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの構成等は、通常のステッパーと同様であるので、詳細な説明については省略する。
【００２６】
前記レーザ装置３０は、エキシマレーザ装置３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄと、これらのエキシマレーザ装置３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄに必要なガスを供給するガス供給源としてのガスボンベ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄと、各エキシマレーザ装置に必要なガスをガスボンベからエキシマレーザ装置に供給するための配管系Ｌ１〜Ｌ４とを含んで構成されている。
【００２７】
前記エキシマレーザ装置３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、それぞれレーザ管及び高圧電源部（いずれも図示省略）を含むレーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄと、ガス流量調整系としてのマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄと、不図示の制御系とを備えている。
【００２８】
前記ガスボンベ３４ａには高圧のＫｒガスが貯えられ、このガスには１００％Ｋｒが用いられている。ガスボンベ３４ａとエキシマレーザ装置３２ａ，３２ｂのマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂと間に配管系Ｌ１が接続され、この配管系Ｌ１を介してＫｒガスがマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂに供給されるようになっている。
【００２９】
ガスボンベ３４ｂにはフッ素が１％の２種混合のＦ2 ／Ｎｅの高圧ガスが貯えられている。このガスボンベ３４ｂのＦ2 ／Ｎｅ混合ガスとしては、フッ素が２．５％あるいは５％のガスでもよいが、安全管理の面から言えばフッ素濃度が低いことが望ましい。ガスボンベ３４ｂとエキシマレーザ装置３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄのマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄとの間に配管系Ｌ２が接続され、配管系Ｌ２を介してＦ2 ／Ｎｅガスがマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄに供給されるようになっている。ここで、この配管系Ｌ２は、有毒ガスであるフッ素を含む混合ガスの経路となっているため、この配管系Ｌ２には緊急遮断弁やガスセンサ等の有毒ガス管理のための機器（図示省略）が設けられている。
【００３０】
ガスボンベ３４ｃには高圧のバッファガスとして用いられるＮｅガスが貯えられ、ここでは１００％Ｎｅが用いられているが、これに代えてバッファガスとしてＨｅ（ヘリウム）ガスを用いても良い。このガスボンベ３４ｃとエキシマレーザ装置３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄのマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄとの間に配管系Ｌ３が接続され、この配管系Ｌ３を介してＮｅガスがマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄに供給されるようになっている。
【００３１】
ガスボンベ３４ｄには高圧のＡｒガスが貯えられ、ここでは１００％Ａｒが用いられている。このガスボンベ３４ｄとエキシマレーザ装置３２ｃ，３２ｄのマスフローコントローラ３８ｃ，３８ｄとの間に配管系Ｌ４が接続され、この配管系Ｌ４を介してＡｒガスがマスフローコントローラ３８ｃ，３８ｄに供給されるようになっている。
【００３２】
マスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄは、配管系Ｌ１〜Ｌ４を介して供給された上記ガスボンベ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄからのガスのを流量を各々調節してレーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄに供給するためのものである。この内、マスフローコントローラ３８ａ，３８ｂはそれぞれ、ボンベ３４ａからのＫｒガス及びボンベ３４ｂからのＦ2 ／Ｎｅガスを混合してレーザ媒質として最適な濃度の混合ガスにしてレーザ光源３６ａ，３６ｂに供給するとともに、ガスボンベ３４ｃ内のバッファガスであるＮｅガスも適量混合して供給する。また、マスフローコントローラ３８ｃ，３８ｄはそれぞれ、ガスボンベ３４ｄ内のＡｒガスとガスボンベ３４ｂ内のＦ2 ／Ｎｅ混合ガスとを混合してレーザ媒質として最適な濃度の混合ガスにしてレーザ光源３６ｃ，３６ｄに供給するとともに、ガスボンベ３４ｃ内のＮｅガスも適量混合して供給する。
【００３３】
マスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄによる各ガスの流量調整は、各レーザー光源に対応してそれぞれ行われるようになっており、所望の最適な濃度及び量で混合ガスをそれぞれレーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄに供給できるようになっている。
【００３４】
前記レーザ光源３６ａ，３６ｂは、Ｋｒ（希ガス）と微小量のＦ2 （ハロゲン）の混合ガスをレーザ媒質とする希ガス−ハロゲン（エキシマ）レーザの一種であるＫｒＦエキシマレーザであり、マスフローコントローラ３８ａ，３８ｂで各ガスの流量が調整された最適な濃度のＫｒとＦ2 の混合ガスを短パルス大電流放電によって励起することによりレーザ発振して、ＫｒＦレーザ光を出力する。
【００３５】
また、レーザ光源３６ｃ，３６ｄはＡｒ（希ガス）と微小量のＦ2 （ハロゲン）の混合ガスをレーザ媒質とする希ガス−ハロゲン（エキシマ）レーザの一種であるＡｒＦエキシマレーザであり、マスフローコントローラ３８ｃ，３８ｄで各ガスの流量が調整された最適な濃度のＡｒとＦ2 の混合ガスを短パルス大電流放電によって励起することによりレーザ発振して、ＡｒＦレーザ光を出力する。
【００３６】
本実施形態では、マスコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄにより常に最適な濃度のＫｒとＦ2 の混合ガス又はＡｒとＦ2 の混合ガスを、レーザ光源３６ａ，３６ｂ又は３６ｃ，３６ｄにインジェクションすることができるようになっているので、レーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄは最適なレーザ発振状態を長時間に渡って維持できる。
【００３７】
上記のようにして構成されたリソグラフィシステム１０の動作を簡単に説明すると次のようになる。
【００３８】
ガスボンベ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄに貯えられたガスのうち、各レーザ光源に必要なものが、配管系Ｌ１〜Ｌ４を介してマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄに供給される。マスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄでは、配管系Ｌ１〜Ｌ４を介してそれぞれ供給されたガスの流量を各々調節して、レーザ光源３６ａ，３６ｂにＫｒＦエキシマレーザ媒質として最適な濃度及び量の混合ガスをそれぞれ供給し、また、レーザ光源３６ｃ，３６ｄにＡｒＦエキシマレーザ媒質として最適な濃度及び量の混合ガスをそれぞれ供給する。そして、レーザ光源３６ａ，３６ｂではマスフローコントローラで混合されたガスをレーザ媒質として前述した如くしてＫｒＦエキシマレーザ発振を行い、レーザ光源３６ｃ，３６ｄではマスフローコントローラで混合されたガスをレーザ媒質として前述した如くしてＡｒＦエキシマレーザ発振を行う。
【００３９】
レーザ光源３６ａ，３６ｂからのエキシマレーザ光がＢＭＵ１１ａ，１１ｂをそれぞれ介して露光装置本体２０ａ，２０ｂにそれぞれ導かれ、レーザ光源３６ｃ，３６ｄからのエキシマレーザ光がＢＭＵ１１ｃ，１１ｄをそれぞれ介して露光装置本体２０ｃ，２０ｄにそれぞれ導かれる。露光装置本体２０ａ，２０ｂでは、ＫｒＦエキシマレーザ光を用いて投影露光が行われ、レチクルＲ上のパターンがウエハＷ上に転写される。また、露光装置本体２０ｃ，２０ｄでは、ＡｒＦエキシマレーザ光を用いて投影露光が行われ、レチクルＲ上のパターンがウエハＷ上に転写される。
【００４０】
なお、図示は省略したが、各レーザ光源の発振器外の光学系、各ＢＭＵ（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）、各露光装置本体内の照明光学系ＩＯＰ及び投影光学系ＰＬ内をパージするためのＨｅやＮ2 ガスを供給する配管も各露光装置に接続されている。
【００４１】
次に本実施形態のリソグラフィシステム１０を用いて露光が行われる露光工程を含む半導体素子の製造方法について、図２の半導体素子の製造工程の流れ図に沿って説明する。
【００４２】
まず、図２のステップ１００において、論理回路設計およびパターン設計が行われる。次に、ステップ１０２で設計図をもとに、各層ごとの回路パターンを刻んだレチクルＲが製作される。このレチクルの製作工程と並行して、ステップ１０４では高純度のシリコン等の材料でウエハＷが製造され、ステップ１０６でそのウエハＷの上にフォトレジスト（感光性樹脂）が塗布される。ここで、半導体素子はウエハ上に多数層の回路パターンを積み重ねて形成されるので、レチクルＲは、各層に対応したものが複数製作される。
【００４３】
以下においては、説明を簡略化するために単一のウエハの処理工程について説明する。
【００４４】
次に、ステップ１０８の露光工程（この露光工程と現像工程とを含んで通常フォトリソグラフィ工程と称される）において、上記工程で製作されあるいはフォトレジストが塗布されたレチクルＲとウエハＷが図１の４つの露光装置本体のいずれか、例えば露光装置本体２０ａにセットされ、露光装置本体２０ａではＫｒＦエキシマレーザ光を用いて、レチクルＲに形成されているパターンをウエハＷ上にステップ・アンド・リピート方式で順次露光、転写する。このとき、露光装置本体２０ａのレーザ光源３６ａには、複数のガスボンベ３４ａ，３４ｂ，３４ｃからのガスが、マスフローコントローラ３８ａによって流量が各々調整・制御されて供給される。
【００４５】
次のステップ１１０では、露光された各ウエハＷが恒温槽に入れられた後、現像液に浸される。これにより、ポジ型レジストの場合は、露光光により感光されたレジスト部分が溶け、非感光のレジスト部が残り（ネガ型レジストの場合は、この反対）、レジスト像が形成される。
【００４６】
次のステップ１１２では、エッチング溶液によりウエハＷ上のフォトレジストが洗い流された部分の酸化膜（例えば、Ｓｉ3Ｎ4）が食刻される。
【００４７】
次のステップ１１４ではトランジスタやダイオード等の素子を形成するためウエハ中のレジストの無い領域にリンやヒ素等の物質を染み込ませるドーピングが行われる。このドーピング後、用済みのレジストが例えばプラズマ・アッシャー（灰化装置）で取り除かれる、すなわちすべてのフォトレジストが取り除かれる。
【００４８】
その後、ステップ１０６〜ステップ１１４までの工程を繰り返すことにより、ウエハ表面に何層もの回路パターンが形成される。この場合において、ウエハＷに対する複数層の露光を全て同一の露光装置本体２０ａを用いてレチクルＲを交換しながら行っても良いが、４つの露光装置本体２０ａ〜２０ｄを順番に用いて露光を行っても良く、あるいは適宜の２つ又は３つの露光装置本体を用いて適宜な順番で露光を行っても良い。すなわち、同一のウエハに対する各層の露光を如何なる露光装置本体の組み合わせで如何なる順序で行っても良い。
【００４９】
何れにしろ、露光装置本体２０ａ（又は２０ｂ）と露光装置本体２０ｃ及び２０ｄのいずれかとの組み合わせにより同一ウエハに対して露光が行われれば、ＫｒＦエキシマレーザ露光とＡｒＦエキシマレーザ露光とによるミックス・アンド・マッチが行われることとなる。
【００５０】
上記のようにして、ステップ１０６〜ステップ１１４までの工程を繰り返すことにより、ウエハ表面に何層もの回路パターンが形成された後、次のステップ１１６では回路パターン形成済みのウエハを用いてチップの組み立てが行われる。具体的には、ウエハにアルミニウム電極を蒸着し、各素子を回路として結び付けた後チップ化し組立てる。ダイシング、ボンディング、モールディング等の工程も含まれる。
【００５１】
次のステップ１１８ではステップ１１６で製作された半導体素子の電気的特性試験、構造検査および信頼性試験等が行われる。これらの製造工程を経ることによって半導体素子が完成する（ステップ１２０）。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態のリソグラフィシステム１０によると、マスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄによって、複数のガスボンベ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄからのガスの流量を各々調整してそれぞれレーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄに供給することができるので、Ｋｒ、Ａｒ等の媒質ガス、Ｎｅ等のバッファガス等の単独ガス、あるいは媒体ガスとバッファガスの混合ガス（Ｆ2 ／Ｎｅ等）の適宜の組み合わせによりそれぞれのレーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄにとって最適なガス濃度を実現できる。従って、同じＫｒＦレーザであってもレーザ光源３６ａと３６ｂのレーザ媒質である混合ガス中のＫｒやＦ2 の組成割合は全く異なるものであっても特に不都合が生じることがなく、ガス供給源としては、ガスボンベ３４ａ、３４ｄ、３４ｂ、３４ｃに限らず、Ｋｒ／ＮｅやＡｒ／Ｎｅが貯蔵されたガスボンベを用いることも可能である。
【００５３】
また、レーザ光源３６ａ，３６ｂのように同じＫｒＦレーザに対しては、同じ種類の混合ガスがレーザ媒質として用いられるので、同じガス供給源から異なるレーザ光源にそれぞれの成分ガスを供給でき、ガス供給設備の構成を簡略化することができる。
【００５４】
特に、本実施形態の場合は、マスフローコントローラが、レーザ光源毎に設けられているので、レーザ光源３６ａ，３６ｂ、レーザ光源３６ｃ，３６ｄのようにレーザ媒質である混合ガスの組成ガスが異なっていたとしても、各マスフローコントローラによりそれぞれのレーザ光源に応じた最適な組成の混合ガスを所望の濃度で供給することができる。これに加え、レーザ光源３６ａ，３６ｂ、レーザ光源３６ｃ，３６ｄのようにそれぞれのレーザ媒質中に同じ成分ガス（この場合フッ素Ｆ2 ）が含まれている場合に、同一のガスボンベ３４ｂからそれぞれのレーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄにフッ素を供給できる。特に、このフッ素Ｆ2 のような有毒でかつ腐蝕性が強く、取り扱いに特別の注意を要するガスの供給源を、同一のフッ素混合ガスのボンベであるガスボンベ３４ｂのみ（若しくはこれに加え予備のボンベ）にすることができることは、ガス供給設備の構成を簡略化することができ、また、監視のためのガスセンサなどの保安設備が少なくて済む等、管理面の負担軽減、コストの低減という面で大きなメリットがある。
【００５５】
また、最適なガス濃度で各レーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄを動作させるので、長時間使用していても安定で良好なレーザ発振が可能となり、各レーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄからの光を用いて投影露光が行われるため、露光装置本体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄでは、高精度な露光を長時間に渡って維持することが可能になる。
【００５６】
更に、上述した半導体素子の製造方法では、リソグラフィ工程で、各レーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄは長時間使用していても安定で良好なレーザ発振ができるようになり、これらのレーザ光源からの光によりマスクを照明して投影露光が行われるので良好なリソグラフィを実現できるのみならず、上述したＫｒＦレーザ（レーザ光源３６ａ又は３６ｂ）とＡｒＦレーザ（レーザ光源３６ｃ又は３６ｄ）とを用いたミックス・アンド・マッチを最小限の用力設備（ガス供給設備）で容易に実現することができ、ひいては素子製造コストを低減させることが可能になる。
【００５７】
《第２の実施形態》
次に本発明の第２の実施形態について、図３に基づいて説明する。ここで、前述した第１の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については、同一の符号を用いるとともにその説明を簡略にし若しくは省略するものとする。
【００５８】
図３には、第２の実施形態に係るレーザ装置を用いた露光装置を含むリソグラフィシステムの全体構成が概略的に示されている。
【００５９】
このリソグラフィシステムは、３つの露光装置本体２０ａ，２０ｂ，２０ｃと、これらの露光光源を構成する３つのエキシマレーザ装置３２ａ、３２ｂ、３２ｃを含むレーザ装置３０とを備えている。エキシマレーザ装置３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、それぞれレーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃと、マスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃとを備えている。
【００６０】
露光装置本体２０ａ，２０ｂではＫｒＦレーザ光を、露光装置本体２０ｃではＡｒＦレーザ光を用い、レーザ光源３６ａ，３６ｂはＫｒＦエキシマレーザ、レーザ光源３６ｃはＡｒＦエキシマレーザである。
【００６１】
ガスボンベ３４ｂには、図１と同様のＦ2 ／Ｎｅガスが貯えられ、ガスボンベ３４ｂとマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃとの間に配管系Ｌ７が接続され、配管系Ｌ７を介してＦ2 ／Ｎｅガスがマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃに供給されるようになっている。ガスボンベ３４ｆには２種混合のＫｒ／Ｎｅガスが貯えられ、ガスボンベ３４ｆとマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂとの間に配管系Ｌ６が接続され、配管系Ｌ６を介してＫｒ／Ｎｅガスがマスフローコントローラ３８ａ，３８ｂに供給されるようになっている。ガスボンベ３４ｇには、２種混合のＡｒ／Ｎｅガスが貯えられ、ガスボンベ３４ｇとマスフローコントローラ３８ｃとの間に配管系Ｌ８が接続され、配管系Ｌ８を介してＡｒ／Ｎｅガスがマスフローコントローラ３８ｃに供給されるようになっている。
【００６２】
マスフローコントローラ３８ａ，３８ｂには、配管系Ｌ７からＦ2 ／Ｎｅガス、配管系Ｌ６からＫｒ／Ｎｅガスが供給され、マスフローコントローラ３８ｃには、配管系Ｌ７からＦ2 ／Ｎｅガス、配管系Ｌ８からＡｒ／Ｎｅガスが供給される。各マスフローコントローラに供給されるガスは、すべてバッファガスＮｅを含むものにしている点に特徴がある。メンテナンス時に使用するＨｅガスのボンベは省略されている。
【００６３】
レーザ光源３６ａと３６ｂとではレーザ媒質は同じであるが、その成分ガスの組成割合が異なり、また、レーザ光源３６ａ、３６ｂと３６ｃとではレーザ媒質の組成ガスの種類が異なっているが、マスフローコントローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃで、各ガスボンベから供給されたガスの流量を各々調節して、前述した第１の実施形態の場合と同じガスの組成にしてレーザ光源３６ａ，３６ｂ，３６ｃにインジェクションをおこなっている。そのため、レーザ光源３６ａ，３６ｂにそれぞれＫｒＦエキシマレーザ媒質として最適な濃度及び量の混合ガスが供給され、また、レーザ光源３６ｃにＡｒＦエキシマレーザ媒質として最適な濃度及び量の混合ガスが供給される。そして、レーザ光源３６ａ，３６ｂではそれぞれ、マスフローコントローラ３８ａ，３８ｂで各ガスの流量が調整された最適な濃度のＫｒとＦ2 の混合ガスを短パルス大電流放電によって励起することによりレーザ発振して、ＫｒＦレーザ光を出力し、このＫｒＦレーザ光がＢＭＵ１１ａ、１１ｂをそれぞれ介して露光装置本体２０ａ、２０ｂにそれぞれ導かれ、第１の実施形態と同様に露光が行われる。また、レーザ光源３６ｃでは、マスフローコントローラ３８ｃ，３８ｄで各ガスの流量が調整された最適な濃度のＡｒとＦ2 の混合ガスを短パルス大電流放電によって励起することによりレーザ発振して、ＡｒＦレーザ光を出力し、このＡｒＦレーザ光がＢＭＵ１１ｃをそれぞれ介して露光装置本体２０ｃに導かれ、第１の実施形態と同様に露光が行われる。
【００６４】
以上説明した本第２の実施形態によると、前述した第１の実施形態と同等の効果が得られる他、バッファガス（Ｎｅ）供給専用のボンベを省略することができるので、システム構成が一層簡略化される。
【００６５】
なお、上記第１、第２の実施形態では、レーザ光源がＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザである場合について説明したが、これに限らず、混合ガスをレーザ媒質とするレーザ光源であれば良く、例えばＦ2 、ｋｒＣｌ（クリプトン塩素）、ＸｅＦ（キセノンフッ素）、ＸｅＣｌ（キセノン塩素）などをレーザ媒質とするレーザ光源であっても良い。
【００６６】
また、レーザ光源の数、ガス供給源の数も上記実施形態で説明したものに限定されないことは勿論であり、レーザ光源及びガスボンベの予備を設けておいても良い。かかる場合にレーザ光源やガスボンベの交換や予備の配置は容易に行うことができ、光源及びガスボンベをある一定の条件を満足するのであれば、異なる種類（あるいは異なるメーカーのもの）に交換しても特に不都合が生じないのでメンテナンスが容易となる。
【００６７】
更に、上記実施形態では、本発明に係るレーザ装置をステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（ステッパー）の露光光源として用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではなく、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置は勿論、その他の装置、例えばレーザ加工装置の光源として用いても良い。また、素子の製造方法として半導体素子の製造方法についてのみ説明したが、これに限らず、液晶表示素子の製造方法にも本発明は適用可能である。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のリソグラフィシステムによれば、特に、媒質ガスの中に有毒ガス等が含まれている場合には、当該有毒ガスの供給源を最少にすることができるので、管理上の負担の軽減、コストの低減等を図ることが可能になる。
【００７１】
また、本発明の素子製造方法によれば、製造に用いる設備をより簡素な構成にすることができ、ひいては素子製造コストを低減させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のリソグラフィシステムの全体構成を概略的に示す図である。
【図２】半導体素子の製造工程を示す流れ図である。
【図３】第２の実施形態のリソグラフィシステムの全体構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ 露光装置本体
３０ レーザ装置
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｆ，３４ｇ ガスボンベ（ガス供給源）
３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ レーザ光源
３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ マスフローコントローラ（流量調整系）
Ｒ レチクル（マスク）
Ｗ ウエハ（基板）
ＰＬ 投影光学系
Claims (3)
- 混合ガスをレーザ媒質とする複数のエキシマレーザ光源と；
前記各エキシマレーザ光源からの光によりマスクを照明し、該マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に投影露光する複数の露光装置本体と；
前記複数のエキシマレーザ光源のそれぞれに前記混合ガスの組成を成すガスを含む複数種類のガスの各々を供給可能な複数のガス供給源と；
前記複数のエキシマレーザ光源毎に設けられ、各エキシマレーザ光源に所定の組成の混合ガスが供給されるように、前記複数のガス供給源からのガスの流量を各々調整するガス流量調整系と；を備えるリソグラフィシステム。 - 前記複数のエキシマレーザ光源は、ＫｒＦエキシマレーザとＡｒＦエキシマレーザの少なくとも２種類の光源を含むことを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィシステム。
- 複数のガス供給源からの混合ガスの組成成分を成す各々のガスの流量を個別に調整して複数のレーザ光源の各々に供給するとともに、前記流量調整された混合ガスをレーザ媒質とする各レーザ光源からの光により複数のマスクの各々を個別に照明して、該各マスクにそれぞれ形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に各々投影露光するリソグラフィ工程を含む素子製造方法。
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