JP4418724B2 - 露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置の動作環境を制御するため、本体の少なくとも一部を隔離するチャンバを備えた露光装置に関する。

半導体製造等に用いられる露光装置の光源は、露光パターンの微細化に伴い短波長化が進んでいる。すなわち、露光光源は、ｉ線からエキシマレーザへとシフトし、さらにはそのレーザ光源もＫｒＦからＡｒＦへとシフトしてきた。現在さらなる微細化への要求を満足するためにＦ_２レーザの使用が検討されている。

Ｆ_２レーザを光源に用いた露光システムを構築するためには、露光光エネルギー減衰に対する対策が必要となる。Ｆ_２レーザ光は大気中に含まれる水分や酸素、有機ガス等にエネルギーが吸収されるため、従来の露光装置をそのまま適用することはできない。

そこでＦ_２レーザへの対応を図る手段として、露光光が通過する空間全てを隔壁で密閉し、その空間に窒素等の不活性ガスを充填する方法が考えられる。しかし、この方法においてもウエハおよびレチクルが配置される空間はステージのリニアモータ等による発熱量が多く、位置精度を維持するためには空間内温度揺らぎ除去を目的とする不活性ガスの温調循環システムを必要とする。

図７に従来の不活性ガス循環システムの概略図を示す。露光装置本体内部のウエハ空間１およびレチクル空間２をチャンバ３で囲み、チャンバ３内部を密閉空間とする。各空間には温調ガス吹出し部４および回収部５が設けられている。

前記チャンバ３に温調およびコンタミ除去された不活性ガスを循環させるために、循環装置６が設置され、チャンバ３の吹出し部４と回収部５にそれぞれ供給ダクト７とリターンダクト８を介して接続される。循環装置６は、不活性ガスの流れ方向に冷却器９、送風機１０、フィルタ１１、加熱器１２の順に配置された内部機器を備える。

ウエハ空間１およびレチクル空間２の内部からリターンダクト８を経て回収された不活性ガスは、ウエハ空間１およびレチクル空間２の内部発熱を吸収しているため、冷却器９にて冷媒と熱交換される。冷却された不活性ガスは、フィルタ１１へ送られコンタミ除去される。ここでフィルタ１１は、レジスト反応性に富むアンモニアを除去するケミカルフィルタや、光学部材を劣化させるシロキサンその他有機ガス等を除去する活性炭フィルタや、さらにはパーティクルを除去するＵＬＰＡフィルタ等で構成される。冷却およびコンタミ除去された不活性ガスは、さらに加熱器１２にて加熱温調され、温調ガス吹出し部４へ循環される。この循環の流体移送の動力源は送風機１０である。

併せて、不活性ガス注入弁１３より高純度の不活性ガスをウエハ空間１およびレチクル空間２に注入することにより、ウエハ空間１およびレチクル空間２内の不活性ガスの濃度を維持し、排出弁１４より所定量のガスを絞り弁１５を経て排出させることにより、ウエハ空間１およびレチクル空間２の内圧を上げて、外気の進入を防止する。

不活性ガスの温調は、温度センサ１６が不活性ガスの温度を検出し、その信号が温調器１７に入力され、ＰＩＤフィードバック制御によりその加熱器１２の出力を調整することにより行われる。
特開２００２−３２４７５０号公報

従来、不活性ガス循環システムにおいては、送風機から気密チャンバまでの供給側の圧損とチャンバから送風機までの吸込み側の圧損が等しい等圧損系が組まれるが、気密チャンバの設定圧力に対し、チャンバから送風機までの吸込み側の圧損の値が前記チャンバ設定圧より大きい場合、このシステムでは送風機の吸込み口が気密チャンバ外に対して負圧エリアとなり外気やコンタミ進入の危険性がある。

また、送風機から気密チャンバまでの供給側の圧損とチャンバから送風機までの吸込み側の圧損が異なる循環系では、循環送風機の起動および停止時に気密チャンバ内圧が過渡的に大きく変動してしまうため、投影レンズ等に予め定められた上限圧と下限圧の範囲を逸脱するだけでなく、レンズ等の圧力に敏感な機器に悪影響を及ぼしたり、破壊する恐れがある。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、露光装置の環境システムにおいて、不活性ガス循環系の全てにおいて陽圧を保持することを目的とする。また、循環送風機の回転数変更時のパージチャンバ内圧変動を抑制し、特に循環送風機の起動および停止時におけるレンズ等の圧力に敏感な機器の破壊を防止するシステムを搭載した露光装置を提供することをさらなる目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の露光装置は、露光装置本体の少なくとも一部を隔離するチャンバと、該チャンバに不活性ガスを循環させる送風機と、前記送風機の回転数変更時の回転数勾配を制御する制御手段とを備え、設定された前記チャンバ内圧に対して、前記チャンバから前記送風機までの吸込み側の圧損が小さくなるように循環系が構成され、前記制御手段は、前記送風機の回転数を変化させる際、所定の回転数だけ変化するまでの時間が、該所定の回転数と前記送風機の能力曲線と循環系の圧損抵抗曲線とによって定まる圧力値に相当する圧力変動が該循環系の容積と排気流量と排気抵抗とによって定まる時定数で安定する時間以上となるような勾配で前記回転数を変化させることを特徴とする。

本発明によれば、設定された前記チャンバ内圧に対して、前記チャンバから前記送風機までの吸込み側の圧損が小さくなるように、圧損となる循環系構成要素を前記送風機から前記チャンバまでの供給側の間に設け、循環系を構成することにより、循環系内の負圧エリアを取り除くことができ、外気やコンタミ進入の危険性を回避することができる。このように意図的に、送風機からチャンバまでの供給側の圧損とチャンバから送風機までの吸込み側の圧損バランスを崩した循環系では、送風機の回転数変更時、特に起動および停止時等にチャンバの内圧変動が発生するが、回転数勾配制御機構を搭載することにより、チャンバの内圧変動をレンズ耐圧等、所定の圧力範囲内に抑え込むことができる。

本発明の好ましい第１の実施形態では、気密チャンバと該気密チャンバに不活性ガスを循環させる送風機と不活性ガスを冷却する冷却器と不活性ガスを加熱する加熱器と不活性ガスのコンタミ除去を行うフィルタとからなる不活性ガス循環系、該循環系の所定の位置に設置されたセンサ、および前記冷却器または加熱器を制御する温調器を備え、前記気密チャンバ内部の温調および清浄化機能を有する露光装置において、設定された前記チャンバ内圧に対して、前記チャンバから前記送風機までの吸込み側の圧損が小さくなるように、圧損となる循環系構成要素を前記送風機から前記チャンバまでの供給側の間に設けることにより、その結果循環系内を全て陽圧に保持する。また、循環送風機に回転数勾配制御機構を設けたことにより、循環送風機の運転および停止時等の回転数変更による圧力変動をレンズ耐圧等、所定の圧力範囲内に抑え込むことができる。

本発明の好ましい第２の実施形態では、露光装置のレンズ鏡筒パージエリアを形成する不活性ガス循環系において、設定された前記レンズ鏡筒パージエリア内圧に対して、前記レンズ鏡筒パージエリアから前記送風機までの吸込み側の圧損が小さくなるように圧損となる循環系構成要素を前記送風機から前記レンズ鏡筒パージエリアまでの供給側の間に設けたことにより、循環系内を全て陽圧に保持する。また、循環送風機に回転数勾配制御機構を設けたことにより、循環送風機の回転数変更時、特に運転および停止時の圧力変動をレンズ耐圧範囲内に抑え込むことができる。

上記、設定された前記レンズ鏡筒パージエリア内圧に対して、前記レンズ鏡筒パージエリアから前記送風機までの吸込み側の圧損が小さくなるように圧損となる循環系構成要素を前記送風機から前記レンズ鏡筒パージエリアまでの供給側の間に設けてもよいが、それ以外にレンズ鏡筒パージエリアから送風機までの吸込み側の圧損を低くしてもよい。

以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
［第１の実施例］
図１は、本発明の第１の実施例に係る露光装置の概念図である。同図の露光装置は、図７に示す従来例に対し、冷却器９の配置位置を変更し、回転数勾配制御機構１８を新たに設けたものである。
すなわち、図１の露光装置では、まず、循環系において、前記チャンバ設定内圧に対して、前記チャンバから前記送風機までの吸込み側の圧損が小さい系になるように送風機から気密チャンバまでの供給側の間に、圧損となる冷却器９を配置し、循環系内で最も低圧状態になる送風機吸い込み圧でも陽圧を保つようにする。循環系内を陽圧に保つことにより、大気やパーティクルの進入を防ぐ。

前記チャンバに対して、前記送風機から前記チャンバまでの供給側の圧損と前記チャンバから前記送風機までの吸込み側の圧損が等しい循環系では、送風機の運転・停止時に前記チャンバ内に圧力変動は起こらない。
しかし本実施例のように循環系内を全て陽圧に保つために、前記チャンバ設定内圧に対して前記チャンバから前記送風機までの吸込み側の圧損が小さいような圧損バランスの異なる循環系であると、送風機の運転・停止時に、送風機のヘッドが変化するため、過渡的な圧力変動が発生する。この圧力変動は、レンズ等の圧力に敏感な機器へ悪影響を及ぼしたり、破壊する恐れがある。
しかしこの圧力変動は、循環系が完全密閉循環ではなく、給気と排気を行っているため、所定の内圧変動はある時間で抑制することができる。
そのため、この過渡的な圧力変動を許容耐圧範囲内に抑えなければならない。

ここに内圧変動発生メカニズムと内圧抑制メカニズムを送風機の回転数（回転周波数）を上昇させる場合を例にとって記す。この循環系は完全密閉循環ではなく、給気と排気を行っているため、所定の内圧変動はある時間で抑制することができる。その関係を図２に示す。ある内圧変動ΔＰが発生した時の内圧変動抑制までに必要な時間をｔとする。この関係は循環系の容積と排気流量と排気口にかかる抵抗によって、時定数が決定される。
ここで所定の内圧変動ΔＰに対する抑制必要時間時間ｔが決定される。

また送風機の能力曲線と、循環系の圧損によって決定される抵抗曲線によって、各回転周波数における運転ポイントが決定される。ここで、回転周波数を上昇させる場合の最大上昇圧力（内圧変動）ΔＰが決定される。この関係を図３に示す。

つまり、送風機の回転数を上げることによって発生する最大上昇圧力ΔＰが、図３より決定され、その回転周波数を変化させるためにかかる時間が、図２で決定される内圧変動抑制までに必要な時間ｔ以上であれば、内圧変動を許容できる範囲内までに抑え込むことができる。ここで内圧変動が発生しないような回転周波数勾配制御特性が決定される。回転周波数勾配制御特性の一例を図４に示す。

循環送風機１０の回転数勾配を制御する回転数勾配制御機構１８を設け、図４より決定される勾配制御を行うことによって、気密チャンバ内の過渡的な圧力変動の発生を許容耐圧範囲内までに抑え込むことができる。回転数を下げる場合でも同様に、回転数を下げる時間を制御することによって内圧変動を抑え込むことができる。

本実施例によれば、送風機から気密チャンバまでの圧損と気密チャンバから送風機までの圧損バランスを意図的に崩すことにより循環系内を陽圧に保つことができる。さらに、送風機の回転数変更時の気密チャンバの内圧変動を許容耐圧範囲内までに抑え込むことができ、その内圧変動を、送風機の起動時および停止時でも、レンズ耐圧範囲内に抑え込むことができる。

なお、本実施例では、循環系の容積、排気流量と排気口の抵抗によって決定する時定数により、回転数勾配制御部のパラメータを決定しているが、圧力計２１を使用して気密チャンバ内圧をモニタしながら、圧力変動が許容範囲以上にならないように送風機の回転数を制御しても良い。

［第２の実施例］
図５は、本発明の第２の実施例に係る露光装置の概念図である。本実施例は、図７に示す露光装置のレンズ鏡筒パージエリアを形成する不活性ガス循環系に本発明を適用した例を示す。図５において、図７および図１と共通する要素には同じ番号を付してある。

図５に示すように、レンズ鏡筒１９内部を密閉空間とする。レンズ鏡筒空間には温調ガス吹出し部４および回収部５が設けられている。レンズ鏡筒１９に温調およびコンタミ除去された不活性ガスを循環させるために、循環装置６が設置され、供給ダクト７を介して吹出し部４およびリターンダクト８を介して回収部５に接続される。循環装置６は、不活性ガスの流れ方向に、送風機１０、冷却器９、フィルタ１１、加熱器１２の順に配置された内部機器を備える。

併せて、不活性ガス注入弁１３より高純度の不活性ガスをレンズ鏡筒空間２０に注入することにより、レンズ鏡筒空間１９内の不活性ガスの濃度を維持し、排出弁１４より所定量のガスを絞り弁１５を経て排出させることにより、レンズ鏡筒空間１９の内圧をあげることにより、外気の進入を防止する。

前記循環系において、送風機からレンズ鏡筒パージエリアまでの圧損がレンズ鏡筒パージエリアから送風機までの圧損より大きくなるように、送風機からレンズ鏡筒パージエリアまでの間に、圧損となる冷却器９を配置することにより、循環系内で最も低圧状態になる送風機吸い込み圧でも陽圧に保つようにする。循環系内を陽圧に保つことにより、大気やパーティクルの進入を防ぐ。

循環送風機において回転数勾配制御機構１８を設け、図２から図４より決定される勾配制御制御を行うことによって、レンズ鏡筒パージエリア内に過渡的な圧力変動を発生させずに許容耐圧範囲内までに抑え込むことができる。
つまり本実施例によれば、送風機からレンズ鏡筒パージエリアまでの供給側の圧損と鏡筒パージエリアから送風機までの吸込み側の圧損バランスを意図的に崩し、回転数周波数勾配制御機構を設けることによって循環系内を陽圧に保ちながら、送風機の運転および停止時に発生するレンズ鏡筒パージエリアの内圧変動を、レンズ耐圧保証値以下に抑制することができる。

なお、本実施例によれば、循環系の容積、排気流量と排気口の抵抗によって決定する時定数により、回転数勾配制御部のパラメータを決定しているが、圧力計２０を使用してレンズ鏡筒パージエリア内圧をモニタしながら、所定の圧力変動以上にならないように送風機の回転数を制御しても良い。

［第３の実施例］
次に、この露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。
図６は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。
ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設計したパターンを形成したマスクを製作する。
一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクを設置した露光装置とウエハを用いて、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。
次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ７でこれを出荷する。

上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに焼付露光する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。

本発明の第１の実施例に係る露光装置の不活性ガス循環系の概略図である。 図１の循環系における圧力変動と抑制必要時間との関係図である。 図１における送風機の能力曲線と循環系の抵抗曲線図である。 図１における回転周波数勾配制御機構の特性図である。 本発明の第２の実施例に係る露光装置のレンズ鏡筒内不活性ガス循環系の概略図である。 デバイスの製造プロセスのフローを説明する図である。 従来の技術の説明図である。

符号の説明

１：ウエハ空間
２：レチクル空間
３：チャンバ
４：温調ガス吹出し部
５：回収部
６：循環装置
７：供給ダクト
８：リターンダクト
９：冷却器
１０：送風機
１１：フィルタ
１２：加熱器
１３：不活性ガス注入弁
１４：排出弁
１５：絞り弁
１６：温度センサ
１７：温調器
１８：回転数勾配制御機構
１９：レンズ鏡筒空間
２０：圧力計

Claims (5)

1. 露光装置本体の少なくとも一部を隔離するチャンバと、該チャンバに不活性ガスを循環させる送風機と、前記送風機の回転数変更時の回転数勾配を制御する制御手段とを備え、設定された前記チャンバ内圧に対して、前記チャンバから前記送風機までの吸込み側の圧損が小さくなるように循環系が構成され、前記制御手段は、前記送風機の回転数を変化させる際、所定の回転数だけ変化するまでの時間が、該所定の回転数と前記送風機の能力曲線と循環系の圧損抵抗曲線とによって定まる圧力値に相当する圧力変動が該循環系の容積と排気流量と排気抵抗とによって定まる時定数で安定する時間以上となるような勾配で前記回転数を変化させることを特徴とする露光装置。
2. 前記制御手段は、前記チャンバの内圧をモニタしながら該内圧の変動が所定値以上とならないように前記送風機の回転数勾配を制御することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記チャンバは、原版空間および基板空間の少なくとも一方を隔離するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
4. 前記チャンバは、当該露光装置のレンズ鏡筒パージエリアを形成するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の露光装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、露光された基板を現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法。

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