JP3940378B2 - 半導体露光装置の自己洗浄方法と自己洗浄用透過板 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体露光装置の自己洗浄方法と自己洗浄用透過板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
【0003】
【特許文献1】
特開平5−335206号公報
【0004】
半導体集積回路の製造では、素子や配線のパターン形成において、露光装置を用いて半導体ウエハ上に塗布したホトレジストに光を照射してパターニングを行うホトリソグラフィ技術が用いられている。
【0005】
近年の半導体回路の高集積化に伴い、より高密度かつ微細なパターン形成が求められており、その解決策として露光光源の短波長化が進んでいる。現在、波長193nmのArFエキシマ光源や、波長157nmのF2光源が開発段階となっている。
【0006】
このような光源を用い、高密度かつ微細なパターン形成を行う露光装置では、空気中の汚染物質が光学部品の表面に付着して照度の低下や、照度むらなどの悪影響を及ぼすので、光路内を常に窒素ガスでパージして汚染物質の影響を少なくする窒素パージが行われている。しかし、そのような窒素パージを十分に行っても、光路系のメンテナンスによる大気開放や、通常露光動作でも光学部品の汚染による照度の低下や、照度むらなどの悪影響が発生する。
【0007】
そのため、特に短波長の露光光源を用いた露光装置では、光源から出力される波長200nm以下の紫外線を光学系に照射し、この光学系の表面に付着した汚染物質の主成分である炭素化合物の化学結合を、紫外線の持つ強力なエネルギーで切断して、分解させる光洗浄と呼ばれる自己洗浄方法が併用されている。
【0008】
例えば、前記特許文献1には、照明光を出力するための照明光学系1と、照明光の露光に有効な波長のみを透過するフィルタ3と、所要の露光パターンが形成される露光マスク4と、その露光パターンを被処理物10に投影するための投影光学系5と、被処理物10を載置するホルダ6と、このホルダ6を前記投影光学系5に対して移動させるためのステージ7を有する投影式露光機において、自己洗浄時に、フィルタ3と露光マスク4に代えて紫外線フィルタ2を光路に位置させ、この紫外線フィルタ2を透過した紫外線を投影光学系5を通してホルダ6に照射し、このホルダ6上に付着している有機系の異物及び不純物を酸化除去する技術が記載されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の投影式露光機では、次のような課題があった。
即ち、フィルタ3と露光マスク4に代えて紫外線フィルタ2を光路に位置させているので、光洗浄用の紫外線は、通常の露光時の光路と同じ経路で同じ箇所に照射される。このため、通常の露光経路以外の箇所に付着した汚染物質を洗浄することができず、残留した汚染物質が露光光路に移動して悪影響を与えることがあった。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項1〜4の発明は、露光用の紫外線を出力する光源と、前記光源から出力された紫外線を露光パターンが形成された露光マスクに導く光学系と、前記露光パターンを被処理物に投影する投影レンズとを備えた半導体露光装置の自己洗浄方法で、前記露光マスクはホルダに搭載されており、該ホルダに搭載される該露光マスクに代えて、該露光マスクと同形状を有すると共に前記光学系で導かれた紫外線を拡散させて前記投影レンズに照射するための透過板を搭載し、前記光源から出力されて前記透過板で拡散された紫外線を前記投影レンズの全面に照射して、該投影レンズの表面を光洗浄することを特徴としている。
【0011】
請求項5〜8の発明は、露光用の紫外線を出力する光源と、露光パターンが形成された露光マスクが搭載されるホルダを有し前記光源から出力された紫外線を該ホルダに搭載された該露光マスクに導く光学系と、前記露光パターンを被処理物に投影する投影レンズとを備えた半導体露光装置の自己洗浄方法で、前記露光マスクと同形状を有し前記光学系で導かれた紫外線を集中させて前記投影レンズに照射するための透過板を、該露光マスクに代えて前記ホルダに搭載し、前記光源から出力されて前記透過板で集中された紫外線を前記投影レンズの中央部に照射して、該投影レンズの内部を光洗浄することを特徴としている。
【0012】
請求項9〜13の発明は、露光用の紫外線を出力する光源と、露光パターンが形成された露光マスクが搭載されるホルダを有し前記光源から出力された紫外線を該ホルダに搭載された該露光マスクに導く光学系と、前記露光パターンを被処理物に投影する投影レンズとを備えた半導体露光装置に用いられ、前記紫外線によって前記投影レンズを洗浄するための自己洗浄用透過板を、前記露光マスクと同形状であって該露光マスクに代えて前記ホルダに搭載され、前記光学系で導かれた紫外線を拡散または集中させて前記投影レンズに照射するように構成している。
【0013】
本発明によれば、以上のように半導体露光装置の自己洗浄方法、及び自己洗浄用透過板を構成したので、自己洗浄時に次のような作用が行われる。
【0014】
光源から出力された露光用の紫外線は、光学系を通して露光マスク設置箇所にセットされた自己洗浄用の透過板に導かれる。透過板に入射された紫外線は、この透過板によって拡散または集中されて投影レンズに照射される。このため、投影レンズの周辺部や内部で、通常の露光時には紫外線が通過しない箇所にも紫外線が照射される。これにより、投影レンズの表面に付着されている汚染物質の分子結合が、紫外線の持つ強力なエネルギーで切断され、分解及び気化されて除去される。
【0015】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
図1(a)〜(c)は、本発明の第1の実施形態を示す半導体露光装置の概略の構成図である。なお、図1(a)は全体構成図、同図(b)は自己洗浄時に用いる透過板20の平面図、及び同図(c)は同図(b)のX−X断面を示す図である。
【0016】
この半導体露光装置は、図1(a)に示すように、波長193nmのArFエキシマ光や、波長157nmのF2光等の極短波長の紫外線を発生する露光用の光源11を有している。光源11の出力側には光源側光学系12が配置され、その出力側にミラー13が設けられている。ミラー13で光路を90度変えられた紫外線は、コンデンサレンズ14に導かれ、このコンデンサレンズ14によって均一な平行光線として出力されるようになっている。コンデンサレンズ14の出力側には、パターン原板15をセットするための原板ホルダ16が設けられている。
【0017】
更に、原板ホルダ16の出力側には、パターン原板15上の回路パターンを正確に縮小して被処理物の表面に投影するための投影レンズ17が配置されている。そして、投影レンズ17の先に被処理物であるウエハ18を載置して、この投影レンズ17に対して移動させるためのステージ19が設けられている。
【0018】
一方、図1(b),(c)に示す透過板20は、図1(a)の半導体露光装置の自己洗浄時に、パターン原板15に代えて、原板ホルダ16にセットして用いるものである。この透過板20は、露光処理に用いるパターン原板15と同じ寸法(例えば、厚さが5mmで、1辺が150mm程度の正方形)で、同じ材質(例えば、石英ガラス)で形成されている。但し、透過板20のコンデンサレンズ14側の表面は平らに形成され、投影レンズ17側の面には、周囲のハンドリング部21を除いて、例えば直径130mm程度の凹レンズを形成する凹部22が設けられている。
【0019】
次に、この半導体露光装置の動作を説明する。
通常の露光時には、所定の回路パターンが形成されたパターン原板15を原板ホルダ16にセットすると共に、ステージ19上にウエハ18を載置し、光源11から紫外線を出力する。これにより、光源11から出力された紫外線は、光源側光学系12、ミラー13及びコンデンサレンズ14によって、均一な平行光線となってパターン原板15に照射される。更に、パターン原板15を透過した紫外線は、平行光線のまま投影レンズ17に入射される。
【0020】
投影レンズ17によって、パターン原板15上の回路パターンが縮小されてウエハ18上に投影される。ステージ19を順次移動させ、移動箇所毎に図示しないシャッタを開閉することによって、ウエハ18の表面に回路パターンを露光する。これにより、ウエハ18上に複数の同一の回路パターンが露光される。
【0021】
この半導体露光装置の投影レンズ17やステージ19の汚染物質を洗浄する時は、パターン原板15を取り外し、代わりに原板ホルダ16に透過板20をセットする。そして、光源11から紫外線を出力する。これにより、光源11から出力された紫外線は、光源側光学系12、ミラー13及びコンデンサレンズ14によって、均一な平行光線となって透過板20に照射される。
【0022】
透過板20に照射された紫外線は、この透過板20に形成された凹部22を通過することによって外側に屈折されて拡散され、投影レンズ17の表面全体に射出される。これにより、投影レンズ17の表面に付着されている汚染物質の分子結合が、紫外線の持つ強いエネルギーで切断され、分解及び気化されて除去される。
【0023】
以上のように、この第1の実施形態の半導体露光装置は、原板ホルダ16にセットして、光源側から平行光線として入射される極短波長の紫外線を、外側に拡散して射出する凹レンズ状の凹部22が形成された透過板20を有している。これにより、通常の露光では紫外線が照射されない箇所にも、光洗浄用の紫外線を照射することが可能になり、投影レンズ17の効果的な自己洗浄ができるという利点がある。また、透過板20は、石英ガラスを材料としているので、紫外線の減衰が少なく高い洗浄力が得られるという利点がある。
【0024】
(第2の実施形態)
図2(a),(b)は、本発明の第2の実施形態を示す透過板20Aであり、同図(a)は平面図、同図(b)はこの透過板20Aの中心軸を通り平面に垂直な断面を示す断面図である。
【0025】
この透過板20Aは、図1(b)の透過板20と同じ目的で使用するもので、凹レンズ状の凹部22に代えて、輪帯状にした凹レンズを同心円状に配置したフレネルレンズ23を表面に形成したものである。
【0026】
この透過板20Aの材質や寸法は、図1(b)の透過板20と同じであり、例えば、厚さが5mmで1辺が150mm程度の正方形の石英ガラス板の表面に、断面が鋸歯状となるように同心円状の溝を切削することによって製作することができる。また、耐熱性の透明樹脂で形成されたフレネルレンズを張り付けて製作することも可能である。
【0027】
この第2の実施形態の透過板20Aは、第1の実施形態の透過板20と同様の自己洗浄効果を有し、かつ透過板20よりも薄くしたり、広い範囲に紫外線を拡散することができるという利点がある。
【0028】
(第3の実施形態)
図3(a),(b)は、本発明の第3の実施形態を示す透過板20Bであり、同図(a)は平面図、同図(b)はこの透過板20Bの中心軸を通り平面に垂直な断面を示す断面図である。
【0029】
この透過板20Bは、図1(b)の透過板20と同じ目的で使用するもので、表面に凹レンズ状の凹部22を設けると共に、裏面に図3と同様の、輪帯状にした凹レンズを同心円状に配置したフレネルレンズ23を形成したものである。
【0030】
この透過板20Bの材質や寸法は、図1(b)の透過板20と同じであり、例えば、厚さが5mmで1辺が150mm程度の正方形の石英ガラス板の表面を凹レンズ状に研磨し、裏面には断面が鋸歯状となるように同心円状の溝を切削することによって製作することができる。
【0031】
この第3の実施形態の透過板20Bは、第1及び第2の実施形態の透過板20,20Aよりも薄く形成することができ、かつ、これらの透過板20,20Aと同様の自己洗浄効果を有するという利点がある。
【0032】
(第4の実施形態)
前記第1〜第3の実施形態で使用した透過板20,20A,20Bは、光洗浄用の紫外線を投影レンズ17の表面全体に照射し、その表面における周辺部の汚染物質を除去することを主目的としている。しかし、投影レンズ17は複数のレンズを組み合わせて構成されているので、この投影レンズ17の表面全体に紫外線を照射しても、内部の各レンズの表面全体に紫外線が照射されるとは限らない。むしろ、投影レンズ17の表面に紫外線を拡散して照射することによって、内部のレンズには紫外線が集中して照射されることもある。一方、これらの内部の各レンズの表面にも汚染物質が付着することも考えられる。
【0033】
この第4の実施形態以降は、投影レンズ17を構成する内部のレンズの洗浄を目的としたもので、第1〜第3の実施形態と併用することにより、半導体露光装置の自己洗浄効果を高めるものである。
【0034】
図4(a),(b)は、本発明の第4の実施形態を示す透過板20Cであり、同図(a)は平面図、同図(b)はこの透過板20Cの中心軸を通り平面に垂直な断面を示す断面図である。
【0035】
この透過板20Cは、図1(a)の半導体露光装置の自己洗浄時に、パターン原板15に代えて、原板ホルダ16にセットして用いるものである。この透過板20Cは、パターン原板15と同様に、1辺が150mm程度の正方形の石英ガラスで形成され、その表面には、周囲のハンドリング部21を除いて、例えば直径130mm程度の凸レンズを形成する凸部24が設けられている。
【0036】
この透過板20Cでは、自己洗浄時に表面に照射された紫外線は、中央部に形成された凸部24を通過することによって中心側に屈折されて集中され、投影レンズ17の中央部に照射される。これにより、投影レンズ17を構成する複数のレンズには、通常の露光時とは異なる光路を通って紫外線が照射される。これにより、紫外線の照射された箇所に付着されている汚染物質の分子結合が、紫外線の持つ強力なエネルギーで切断され、分解及び気化されて除去される。
【0037】
以上のように、この第4の実施形態の透過板20Cは、原板ホルダ16にセットして、光源側から平行光線として入射される極短波長の紫外線を、内側に集中して射出する凸レンズ状の凸部24を有している。これにより、通常の露光や第1〜第3の実施形態では紫外線が照射されない投影レンズ17の内部の箇所にも、光洗浄用の紫外線を照射することが可能になる。従って、第1〜第3の実施形態と併用することによって、投影レンズ17内部の効果的な自己洗浄ができるという利点がある。
【0038】
(第5の実施形態)
図5(a),(b)は、本発明の第5の実施形態を示す透過板20Dであり、同図(a)は平面図、同図(b)はこの透過板20Dの中心軸を通り平面に垂直な断面を示す断面図である。
【0039】
この透過板20Dは、図4の透過板20Cと同じ目的で使用するもので、凸レンズ状の凸部24に代えて、輪帯状にした凸レンズを同心円状に配置したフレネルレンズ25を表面に形成したものである。
【0040】
この透過板20Dの材質や寸法は、図2の透過板20Aと同じであり、例えば、厚さが5mmで1辺が150mm程度の正方形の石英ガラス板の表面に、断面が鋸歯状となるように同心円状の溝を切削することによって製作することができる。また、耐熱性の透明樹脂で形成されたフレネル・レンズを張り付けて製作することも可能である。
【0041】
この第5の実施形態の透過板20Dは、第4の実施形態の透過板20Cよりも薄く形成することができ、かつ、この透過板20Cと同様の自己洗浄効果を有するという利点がある。
【0042】
(第6の実施形態)
図6(a),(b)は、本発明の第6の実施形態を示す透過板20Eであり、同図(a)は平面図、同図(b)はこの透過板20Eの中心軸を通り平面に垂直な断面を示す断面図である。
【0043】
この透過板20Eは、図4の透過板20Cと同じ目的で使用するもので、表面に凸レンズ状の凸部24を設けると共に、裏面に図5と同様の、輪帯状にした凸レンズを同心円状に配置したフレネルレンズ25を形成したものである。
【0044】
この透過板20Eの材質や寸法は、図3の透過板20Bと同じであり、例えば、1辺が150mm程度の正方形の石英ガラス板の表面を凸レンズ状に研磨し、裏面には断面が鋸歯状となるように同心円状の溝を切削することによって製作することができる。
【0045】
この第6の実施形態の透過板20Eは、第4及び第5の実施形態の透過板20C,20Dよりも薄く形成することができ、かつ、これらの透過板20C,20Dと同様の自己洗浄効果を有するという利点がある。
【0046】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。この変形例としては、例えば、次のようなものがある。
【0047】
(a) 図1の半導体露光装置では、自己洗浄時に、紫外線を透過板20の平面側から入射し、凹部22側から射出するようにしているが、逆に凹部22側に紫外線を入射するようにセットしても良い。同様に、図2〜図6の透過板20A〜20Eも、セットする向きはどちらでも良い。
【0048】
(b) 透過板20等の寸法及び材質は、例示したものに限定されない。紫外線を低損失で拡散または集中させて透過することができるものであれば良い。
【0049】
【発明の効果】
請求項1〜4の発明によれば、露光マスクに代えて透過板をホルダに配置し、この透過板によって光源から出力された紫外線を拡散させて投影レンズに照射するようにしている。これにより、簡単な構成で効率良く投影レンズの表面を光洗浄することができる。
【0050】
請求項2の発明によれば、透過板を、表面にレンズ状の凹部を有する石英ガラス板、または表面に輪帯状の凹レンズを同心円状に配置した石英ガラス板で構成しているので、紫外線をほとんど減衰させることなく、投影レンズの表面全体に効率良く照射することができる。
【0051】
請求項3及び12の発明によれば、透過板を、一方の面にレンズ状の凹部を有し、他方の面に輪帯状の凹レンズを同心円状に配置した石英ガラス板で構成しているので、より広い範囲に効率良く紫外線を拡散させることができる。
【0052】
請求項5〜8の発明によれば、露光マスクに代えて透過板をホルダに配置し、この透過板によって光源から出力された紫外線を集中させて投影レンズに照射するようにしている。これにより、簡単な構成で効率良く投影レンズを構成する内部のレンズの表面を光洗浄することができる。
【0053】
請求項6の発明によれば、透過板を、表面にレンズ状の凸部を有する石英ガラス板、または表面に輪帯状の凸レンズを同心円状に配置した石英ガラス板で構成しているので、紫外線をほとんど減衰させることなく、投影レンズの中央部に効率良く照射することができる。
【0054】
請求項7及び13の発明によれば、透過板を、一方の面にレンズ状の凸部を有し、他方の面に輪帯状の凸レンズを同心円状に配置した石英ガラス板で構成しているので、より狭い範囲に効率良く紫外線を集中させることができる。
【0055】
請求項9の発明によれば、露光マスクに代えて透過板をホルダに配置し、この透過板によって光源から出力された紫外線を拡散または集中させて投影レンズに照射するようにしている。これにより、簡単な構成で効率良く投影レンズの表面または内部を光洗浄することができる。
【0056】
請求項10の発明によれば、自己洗浄用透過板を、表面にレンズ状の凹部または凸部を有する石英ガラス板、或いは表面に輪帯状の凹レンズまたは凸レンズを同心円状に配置した石英ガラス板で構成している。これにより、紫外線をほとんど減衰させることなく、拡散または集中させて投影レンズに効率良く照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す半導体露光装置の概略の構成図である。
【図2】本発明の第2の実施形態を示す透過板20Aの平面図と断面図である。
【図3】本発明の第3の実施形態を示す透過板20Bの平面図と断面図である。
【図4】本発明の第4の実施形態を示す透過板20Cの平面図と断面図である。
【図5】本発明の第5の実施形態を示す透過板20Dの平面図と断面図である。
【図6】本発明の第6の実施形態を示す透過板20Eの平面図と断面図である。
【符号の説明】
11 光源
12 光源側光学系
13 ミラー
14 コンデンサレンズ
15 パターン原板
16 原板ホルダ
17 投影レンズ
18 ウエハ
19 ステージ
20〜20E 透過板
21 ハンドリング部
22 凹部
23,25 フレネルレンズ
24 凸部
Claims (13)
- 露光用の紫外線を出力する光源と、前記光源から出力された紫外線を露光パターンが形成された露光マスクに導く光学系と、前記露光パターンを被処理物に投影する投影レンズとを備えた半導体露光装置の自己洗浄方法であって、
前記露光マスクはホルダに搭載されており、該ホルダに搭載される該露光マスクに代えて、該露光マスクと同形状を有すると共に前記光学系で導かれた紫外線を拡散させて前記投影レンズに照射するための透過板を搭載し、
前記光源から出力されて前記透過板で拡散された紫外線を前記投影レンズの全面に照射して、該投影レンズの表面を光洗浄することを特徴とする半導体露光装置の自己洗浄方法。 - 前記透過板は、一方の面にレンズ状の凹部を有し、他方の面に平坦面を有する石英ガラス板、または一方の面に輪帯状の凹レンズを同心円状に配置し、他方の面に平坦面を有する石英ガラス板で構成したことを特徴とする請求項1記載の半導体露光装置の自己洗浄方法。
- 前記透過板は、一方の面にレンズ状の凹部を有し、他方の面に輪帯状の凹レンズを同心円状に配置した石英ガラス板で構成したことを特徴とする請求項1記載の半導体露光装置の自己洗浄方法。
- 前記透過板は、表面に輪帯状の凹レンズを同心円状に配置した耐熱性の透明樹脂を石英ガラス板に張り付けて構成したことを特徴とする請求項1記載の半導体露光装置の自己洗浄方法。
- 露光用の紫外線を出力する光源と、露光パターンが形成された露光マスクが搭載されるホルダを有し前記光源から出力された紫外線を該ホルダに搭載された該露光マスクに導く光学系と、前記露光パターンを被処理物に投影する投影レンズとを備えた半導体露光装置の自己洗浄方法であって、
前記露光マスクと同形状を有し前記光学系で導かれた紫外線を集中させて前記投影レンズに照射するための透過板を、該露光マスクに代えて前記ホルダに搭載し、
前記光源から出力されて前記透過板で集中された紫外線を前記投影レンズの中央部に照射して、該投影レンズの内部を光洗浄することを特徴とする半導体露光装置の自己洗浄方法。 - 前記透過板は、一方の面にレンズ状の凸部を有し、他方の面に平坦面を有する石英ガラス板、または一方の面に輪帯状の凸レンズを同心円状に配置し、他方の面に平坦面を有する石英ガラス板で構成したことを特徴とする請求項5記載の半導体露光装置の自己洗浄方法。
- 前記透過板は、一方の面にレンズ状の凸部を有し、他方の面に輪帯状の凸レンズを同心円状に配置した石英ガラス板で構成したことを特徴とする請求項5記載の半導体露光装置の自己洗浄方法。
- 前記透過板は、表面に輪帯状の凸レンズを同心円状に配置した耐熱性の透明樹脂を石英ガラス板に張り付けて構成したことを特徴とする請求項5記載の半導体露光装置の自己洗浄方法。
- 露光用の紫外線を出力する光源と、露光パターンが形成された露光マスクが搭載されるホルダを有し前記光源から出力された紫外線を該ホルダに搭載された該露光マスクに導く光学系と、前記露光パターンを被処理物に投影する投影レンズとを備えた半導体露光装置に用いられ、前記紫外線によって前記投影レンズを洗浄するための自己洗浄用透過板であって、
前記自己洗浄用透過板は前記露光マスクと同形状であって該露光マスクに代えて前記ホルダに搭載され、前記光学系で導かれた紫外線を拡散または集中させて前記投影レンズに照射することを特徴とする自己洗浄用透過板。 - 前記自己洗浄用透過板は、一方の面にレンズ状の凹部または凸部を有し、他方の面に平坦面を有する石英ガラス板、或いは一方の面に輪帯状の凹レンズまたは凸レンズを同心円状に配置し、他方の面に平坦面を有する石英ガラス板で構成したことを特徴とする請求項9記載の自己洗浄用透過板。
- 前記自己洗浄用透過板は、表面に輪帯状の凹レンズまたは凸レンズを同心円状に配置した耐熱性の透明樹脂を石英ガラス板に張り付けて構成したことを特徴とする請求項9記載の自己洗浄用透過板。
- 前記自己洗浄用透過板は、一方の面にレンズ状の凹部を有し、他方の面に輪帯状の凹レンズを同心円状に配置した石英ガラス板で構成したことを特徴とする請求項9記載の自己洗浄用透過板。
- 前記自己洗浄用透過板は、一方の面にレンズ状の凸部を有し、他方の面に輪帯状の凸レンズを同心円状に配置した石英ガラス板で構成したことを特徴とする請求項9記載の自己洗浄用透過板。
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