JP4591843B2 - 汚染物質除去方法及び露光方法 - Google Patents
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Description
眼鏡レンズや自動車のフロントガラスといった主に水滴による曇りをきらう部材には、最上層に界面活性剤含有防曇剤を塗布したり(例えば特開昭56−90876号公報参照)、表面粗さを粗にして表面積を大きくすることによって濡れ性を増加させて防曇したり(例えば特開昭55−154348号公報参照)、フッ素を有する物質や疎水性ポリマーでコーティングしたり(例えば特開昭54−74291号公報参照)することによって水滴の付着を防止する方法が採られてきた。
(1) 汚染物質が付着し易い部分の光学部材の表面に光触媒である酸化チタン膜を成膜し、その光触媒作用によって有機系汚染物質を分解させる(例えば特許文献1参照)。
なお、従来は一例として照明光学系又は投影光学系から汚染物質が付着した光学部材を取り外して、その光学部材を交換することも行われていた。
先ず(1) の酸化チタン膜を成膜する方法に関しては、酸化チタン膜はi線(365nm)のような比較的長波長側の光に対する透過率は高いものの、KrF及びArFエキシマレーザーのような短波長のレーザー光を吸収するため、そのようなレーザー光に対する透過率がかなり低い。そのため、KrFやArFエキシマレーザー光を露光ビームとする投影露光装置においては、適正露光量を得るための露光時間が長くなりスループットが低下する。更に、長時間の使用下では、酸化チタン膜が光の吸収により発生する熱等によって破壊し始めるため、光学部材の交換が必要となる。
なお、特にパルスレーザー光を用いる場合には、光学部材の表面に付着した有機物等の汚染物質の除去方法として、そのパルスレーザー光の照射によって汚染物質を揮発させる光洗浄を用いることも考えられる。しかしながら、パルスレーザー光によって一種の光CVD作用によって形成された汚染物質は、光洗浄では除去することが困難であるという問題がある。また、汚染物質の種類によっては、アルコールやケトンによる有機溶剤洗浄でも除去できない場合があった。
更に本発明は、光洗浄や有機溶剤洗浄でも除去が困難な汚染物質を迅速に除去できる汚染物質除去技術を提供することを第2の目的とする。
本願の請求項1に係る発明は、パターンを有する第1物体を介して露光ビームで第2物体を露光する露光装置内で前記露光ビームが通過する光学系の光学部材のフッ化物及び酸化物の少なくとも一方からなる薄膜を含む膜が形成された表面に付着した汚染物質を除去する汚染物質除去方法であって、フッ化水素酸を含む洗浄液を用いて、前記光学部材に付着した汚染物質を除去すると共に、前記光学部材から前記洗浄液を除去し、前記汚染物質及び前記洗浄液の除去を定期的に複数回実行した後で少なくとも前記光学部材を交換するものである。
本発明によれば、酸化珪素を溶解するフッ化水素酸を含むエッチング液を使うことで、これまで除去できなかった酸化珪素を含む汚れ物質を溶解、除去することができる。
また、本発明による第1の投影露光装置は、投影光学系(500)を用いてマスク(R)のパターン像を基板(W)上に投影露光する投影露光装置であって、真空紫外線を露光光としてマスクを照明する照明光学系(101)と、本発明のフッ化物薄膜を有する光学素子を含み、そのマスクのパターン像を基板上に形成する投影光学系と、からなるものである。
この場合、その汚染物質の除去対象の表面は、その光学系(5,PL)の端部に配置された光学部材(20,32A,32B)の外面であり、その第1工程からその第4工程は、それぞれその光学部材がその光学系内に配置された状態で実行されることが望ましい。これによって、その光学部材をその光学系から取り外すことなく、汚染物質を迅速に除去できる。
この場合、その汚染物質の除去対象の表面は、その投影光学系のその第1物体側又はその第2物体側の端部の光学部材(20,32A,32B)の外面であり、その第1工程からその第4工程は、それぞれその光学部材がその投影光学系に組み込まれた状態で実行されることが望ましい。特に投影光学系の内部に不純物を高度に除去した窒素ガスや希ガスなどの露光ビームを透過する気体を供給する場合には、その投影光学系の内部には汚染物質が付着することがなく、周囲の気体と接触するその投影光学系の端部の光学部材の外面に汚染物質が付着することがある。この際に、本発明によれば、その光学部材をその光学系から取り外すことなく、その汚染物質を迅速に除去できる。
また、その露光装置が走査露光型である場合、その第2工程は、その洗浄液を染み込ませた部材をその光学部材の表面に接触させてその第1物体又はその第2物体の走査方向に直交する非走査方向に往復させる工程を含むことが望ましい。
また、その第4工程は、一例として分光光度計を用いてその光学部材の表面の反射率を計測する工程(ステップ208)を含むものである。分光光度計によって例えば反射率を計測できるため、反射率のレベルによって汚染物質の残存の程度を調べることができる。
次に、本発明の第1の汚染物質除去装置は、照明光学系(5)からの露光ビームで第1物体(R)を照明し、その露光ビームでその第1物体及び投影光学系(PL)を介して第2物体(W)を露光する露光装置におけるその照明光学系又はその投影光学系中の光学部材(32A)の表面に付着した汚染物質を除去するための汚染物質除去装置であって、その光学部材の表面までの空間の少なくとも一部を覆う筒状部材(53)と、所定の洗浄液を染み込ませた清掃部材(59A,59B))が着脱自在に取り付けられると共に、その清掃部材をその光学部材の表面に接触させた状態で移動するために、その光学部材の表面に沿って移動自在に配置される支持部材(56)と、その支持部材を移動するために、少なくとも一部がその筒状部材の内部に移動自在に配置される棒状部材(58)とを有するものである。
また、本発明の第2の汚染物質除去装置は、照明光学系(5)からの露光ビームで第1物体(R)を照明し、その露光ビームでその第1物体及び投影光学系(PL)を介して第2物体(W)を露光する露光装置におけるその照明光学系又はその投影光学系中の光学部材(20,32B)の表面に付着した汚染物質を除去するための汚染物質除去装置であって、所定の洗浄液を染み込ませた清掃部材(68)が着脱自在に取り付けられると共に、その清掃部材をその光学部材の表面に接触させた状態で移動するために、その光学部材の表面に沿って移動自在に配置される支持部材(67)を有するものである。
また、その露光装置が走査露光型である場合、その支持部材は、その第1物体又はその第2物体の走査方向に直交する非走査方向に移動自在に配置されることが望ましい。これによって走査露光型に特有の汚染物質を効率的に除去できる。
また、本発明で使用されるその洗浄液は、フッ化水素酸を含むことが望ましい。フッ化水素酸は酸化珪素を溶解するため、それを含む洗浄液を使うことで、これまで除去できなかった酸化珪素を含む汚染物質を溶解し、除去することができる。
また、その光学部材は、一例として石英、蛍石、又はこれ以外の光学ガラスからなる部材の表面にフッ化物及び酸化物の少なくとも一方からなる複数の薄膜を形成したものである。即ち、その光学部材は、その表面に反射防止膜のような膜が形成されたものである。特に露光ビームの光CVD作用によってその反射防止膜の表面に酸化珪素が付着すると、反射率特性が悪化するため、本発明が有効となる。
この場合、その光学系の光学特性を計測し、この計測結果に基づいてその汚染物質の除去の要否を判定することが望ましい。
また、本発明の第5の汚染物質除去方法は、パターンを有する第1物体(R)を介して露光ビームで第2物体(W)を露光する露光装置内でその露光ビームが通過する光学系(5,PL)の光学部材(20,32A,32B)の表面に付着した汚染物質を除去する汚染物質除去方法において、その光学系で生じるフレアに関する情報を計測すると共に、そのフレアが許容範囲を超えているとき、所定の洗浄液を用いてその光学部材に付着した汚染物質を除去すると共に、その光学部材からその洗浄液を除去するものである。
この場合、その汚染物質の除去後にその光学部材に残存する汚染物質に関する情報を求めるか、又はその光学部材の表面の反射率を計測することが望ましい。
また、本発明による第6の汚染物質除去方法は、パターンを有する第1物体(R)を介して露光ビームで第2物体(W)を露光する露光装置内でその露光ビームが通過する光学系(5,PL)の光学部材(20,32A,32B)の表面に付着した汚染物質を除去する汚染物質除去方法において、所定の洗浄液を用いてその光学部材に付着した汚染物質を除去すると共に、その光学部材からその洗浄液を除去する第1工程(ステップ205〜207)と、その除去後にその光学部材の表面の反射率を計測する第2工程(ステップ208)とを含むものである。
この場合、その光学部材の表面の反射率を計測するために分光光度計を用いることが望ましい。
また、その洗浄液はフッ化水素酸を含むことが望ましい。これによって、酸化珪素を含む汚染物質を溶解し、除去することができる。
また、その表面に付着した汚染物質が除去される光学部材は、一例として少なくともその第1物体側のその投影光学系の一端に設けられ、その光学系は、その露光ビームをその第1物体に照射する照明光学系を含み、その第1物体側に配置されるその照明光学系の一部を取り外した後でその汚染物質の除去を行うことが望ましい。
また、その露光装置が、その第1及び第2物体を同期移動する走査露光型である場合に、その光学部材からその汚染物質を除去するために、その洗浄液を染み込ませた部材をその光学部材の表面に接触させてその同期移動が行われる走査方向と直交する非走査方向に往復させることが望ましい。走査露光型では、光学部材の表面の非走査方向に細長い領域に汚染物質が堆積する場合があるため、その非走査方向への往復動作によって効率的に汚染物質を除去できる。
また、別の例として、その光学系は、その露光ビームをその第1物体に照射する照明光学系を含み、その表面に付着した汚染物質が除去される光学部材(20)は、その第1物体側のその照明光学系の一端に設けられるものである。
また、その表面に付着した汚染物質が除去される光学部材は、一例としてフッ化物及び酸化物の少なくとも一方からなる複数の薄膜が表面に形成される。この薄膜が反射防止膜である場合に、その上に汚染物質の膜が形成されると、その反射率特性が劣化するが、汚染物質の除去によって反射率特性を改善できる。
また、その露光ビームは、一例としてその波長が200nm程度以下である。この場合に汚染物質が生じ易いため、本発明の効果が大きくなる。
また、一例としてその露光装置はデバイス製造工場のクリーンルーム内に設置されており、その汚染物質の除去は、その露光装置の運用を停止して行われる。本発明によれば、汚染物質の除去作業は短時間に実行されるため、その運用の停止期間を短縮できる。
また、本発明のデバイス製造方法は、本発明の露光方法を用いてデバイスパターン(R)を感応物体(W)上に転写する工程を含むものである。本発明の適用によってスループットが常に高く維持される。
以下、本発明の第1の実施形態につき図1〜図3を参照して説明する。
(実施例1)
ArFエキシマレーザーを使った投影露光装置において、ステージに最も近いレンズ表面にはシロキサン系汚れ成分がレーザー光で分解、合成して、酸化珪素膜が長い時間かけて堆積していくことが知られている。この酸化珪素膜は純粋なSiO2 であり、深紫外領域でも吸収が無い堆積物である。しかし、反射防止膜の上に屈折率が異なる酸化珪素膜が堆積すると、反射特性が悪化してしまう。
このように汚染物質が酸化珪素だけであると分かっている場合は、フッ化水素酸とフッ化アンモニウム混合液で十分な効果を示す。
(実施例2)
しかし、これに炭化水素などの有機物質や硫酸アンモニウムなどの無機物質を含んだ汚れに対しては、不十分である。そこで、フッ化水素酸水溶液(HF、50wt%)とフッ化アンモニウム(NH4F、40wt%)とを容積比で1:10で混合したBOEと、イソプロピルアルコールとを1:1に混合したエッチング液(BOE/IPA)を調製した。その理由は、炭化水素はイソプロピルアルコールで溶解し、硫酸アンモニウムは水に溶解し、酸化珪素はフッ化水素酸で溶解する。そのため、BOE/IPAをエッチング液として使うことで様々な汚染物質を速やかに除去することが可能であるためである。
また、反射防止膜の膜構成は、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化アルミニウム、クライオライト、チオライト、フッ化ネオジウム、フッ化ランタン、フッ化ガドリニウム、フッ化イットリウム、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムのうち少なくとも1つから構成されればよい。なお、光学部材の最表面(薄膜)はフッ化水素酸を含むエッチング液(BOE)の影響を受けにくい(溶解しにくい)フッ化物が望ましい。
次に、本発明の投影露光装置の一例を説明する。
図3は、本発明に係る汚染物質除去方法が施された光学部材を用いた投影露光装置の基本構造であり、フォトレジストでコートされたウエハ上にレチクルのパターンのイメージを投影するための、ステッパ又はスキャナーと呼ばれるような投影露光装置に特に応用される。
なお、本例では照明光学系101又は投影光学系500を構成する複数の光学部材の少なくとも1つで汚染物質が除去されているものとしているが、例えば照明光学系101又は投影光学系500の内部が、露光光の透過率が高く且つ不純物が高度に除去された気体(例えば、窒素、あるいはヘリウムなどの不活性ガス)でパージされているときは、その外部の雰囲気に一面が曝される光学部材、即ち照明光学系101ではその一端に配置される(最もレチクルRに近い)光学部材、投影光学系500ではその両端に配置される光学部材でその汚染物質を除去することが好ましい。また、本例では汚染物質が除去される光学部材が光学レンズ(レンズエレメント)に限られるものでなくそれ以外、例えば収差補正部材や平行平面板(カバーガラスプレート)などでも構わない。
以下、本発明の第2の実施形態につき図4〜図12を参照して説明する。
図5は、本例の走査露光型の投影露光装置の概略構成を示し、この図5において、露光光源6としてはArFエキシマレーザー光源(波長193nm)が使用されている。なお、露光光源としては、KrFエキシマレーザー光源(波長248nm)、F2 レーザー光源(波長157nm)、Kr2 レーザー光源(波長146nm)、Ar2 レーザー光源(波長126nm)などの紫外パルスレーザー光源、YAGレーザーの高調波発生光源、固体レーザー(半導体レーザーなど)の高調波発生装置、又は水銀ランプ(i線等)なども使用することができる。
先ず図7のステップ201において、図5の投影光学系PLのフレアの量を計測する。そのために、図5のレチクルステージ22上のレチクルRの代わりに、図6(A)に示すフレア評価用のレチクルR2をロードする。レチクルR2の照明領域21Rに対応する領域には、光透過部Tを背景として非走査方向(X方向)の中央部に例えば数mm角の複数の遮光パターンC1が形成され、周辺部にも数mm角の複数の遮光パターンC2及びC3が形成されている。また、レチクルR2の照明領域21Rに対応する領域の走査方向(Y方向)の周辺部にもそれぞれ数mm角の複数の遮光パターンが形成されている。
この場合、図6(B)の概略図で示すように、フレアが無いものとすると、遮光パターンC1,C2,C3に対応するウエハW上の像C1P,C2P,C3Pの各領域は露光されないために、凸部として残るはずである。しかしながら、投影光学系PL内で例えば上端及び下端のレンズの外面の反射率が大きくなって、フレア光L2,L3が生じると、遮光パターンC2,C3の像C2P,C3Pの位置にも露光光が照射されるため、露光量を増加させると現像後にその像C2P,C3Pの位置も凹部となる。
従って、像C3Pの位置でのフレア光の割合はE2/E1×100(%)となる。同様に、中央の像C1Pの位置でのフレア光の割合、及び他の周辺の像C2P等の位置でのフレア光の割合も求めることができる。この詳細については、国際公開(WO)第02/09163号パンフレット及び対応する欧州特許公開EP1308991に開示されている。なお、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、上記国際公開パンフレット及び欧州特許公開の開示を援用して本文の記載の一部とする。
また、BOEを洗浄液として使用する場合には、そのBOEを1cc程度染み込ませたポリプロピレン製の拭き布等の部材51A,51Bをそれぞれポリプロピレン製の容器50A及び50B内に密閉して、開閉部2Aaからチャンバ2A内に作業者が持ち込むようにする。この場合、クリーンルーム内では開閉部2Aa側に向けて空気が常時流れているため、仮に部材51A,51BからBOEの成分が僅かに揮発しても、その成分はエアーダクト部1Bを経て不図示のフィルタで除去されるため、その成分がクリーンルーム内に拡散することはない。
以上のように、ファイバー分光光度計を用いれば自由自在に反射分光プロファイルを測定することができる。手動にて任意の位置での反射分光プロファイルを測定することが可能なため、所望の位置での汚染物質除去状況を把握することができる。また、投影露光装置において、ファイバー分光光度計の被検面へのバンドル化ファイバーの測定子部を自動で移動させ、被検面からの高さを一定に保つ様な機構を設ければ、汚染物質除去を施す前には、その汚染物質の付着状態を径時的に把握することができ、汚染物質除去方法を適用する前後では、その除去程度を確認することが可能である。また、マッピング機構を採用する事により、被検面内での汚染物質の付着状態や汚染物質除去前後での除去程度を2次元的に検知できる。特に汚染物質除去では、拭き残し箇所の特定を行うことが可能である。
図11は、図5の投影光学系PLの下部の要部を示し、この図11において、作業者は、X方向(非走査方向)に細長い楕円型の平板状の移動部材67(支持部材)を投影光学系PLの底面側に移動する。ポリプロピレン製の移動部材67の上面の凹部67aには、押さえ用のポリカーボネート製のねじ69を介してBOEが染み込んだポリプロピレン製の拭き布68が着脱自在に取り付けられている。移動部材67及び拭き布68を含んで本例の第2の汚染物質除去装置(清掃具)が構成されている。図11において、本例は走査露光型であり、下端のレンズ32Bはウエハ面のX方向に細長い露光領域21W(図5参照)に近いため、露光光が通過するのはX方向(非走査方向)に細長いほぼ楕円形の領域66であり、この領域66に酸化珪素膜(汚染物質)が堆積する。なお、本例の下端のレンズ32Bは、下面(洗浄面)が平面である収差補正用の平板部材である。移動部材67の幅は領域66のY方向の幅より十分に広く設定され、移動部材67上に突き出る拭き布67(図12参照)のY方向の幅も領域66のY方向の幅より広く設定されている。
なお、本例では洗浄液としてフッ化水素酸とフッ化アンモニウムとの混合の割合を1:10にしたが、混合割合を変えても効果に大差は無い。また、フッ化水素を水で更に希釈したものでも構わない。このように汚染物質が酸化珪素だけであると分かっている場合は、フッ化水素酸とフッ化アンモニウムとの混合液で十分な洗浄効果を示すことができる。
図2は、波長と光学部材の透過率とを示す図であり、図2の曲線Dは、石英基板上に反射防止膜(MgF2/NdF3/ MgF2)が施された光学部材の透過率、曲線Eはその光学部材上に汚れを付けた部材、曲線Fは、その部材の汚れを本例の汚染物質除去方法で処理した後の透過率部を示す。具体的な汚れは、有機系汚れとレーザー光による酸化珪素とが堆積した厚さ5nmの混合堆積物である。図2に示すように、KrFエキシマレーザーの波長(248nm)における透過率は、汚れの無い部材(曲線D)では100%、汚れのある部材(実線E)では72%、汚れを除去した後(曲線F)では99%である。汚れの原因は、炭化水素と酸化珪素との混合物であると予想される。曲線Fは、その光学部材をB0E/IPAで満たしたビーカーに60秒間漬けて汚染物質を溶解した後、純水及びメタノールでBOE/IPAを洗い流した後の透過率である。
また、上記実施形態では図5のビームスプリッタ14からウエハステージ28までの光学系の透過率、或いは照明光学系5及び投影光学系PLの少なくとも一方で生じるフレアをモニタ(計測)し、その計測結果に基づいて汚染物質の除去の要否(又はその実施のタイミングなど)を判断し、透過率又はフレアが許容範囲を超えているときに汚染物質の除去を行うものとした。しかしながら、本発明はこれに限られるものでなく、透過率及びフレア以外の他の光学特性(例えば、レチクルR又はウエハW上での照度又は照度分布、或いは収差などの結像特性、又は汚染物質の除去対象となる光学部材の表面(清掃面)の反射率など)をモニタして同様に汚染物質の除去を行うようにしてもよい。更に、その計測結果に基づいて前述のフレアなどの光学特性が許容範囲を超えていないと判断されたときに、その計測結果から汚染物質の除去の実施時期(タイミング)を予測(決定)し、その計測後に投影露光装置3を所定期間だけ稼働させてから、上記光学特性の計測を行うことなく直ちに汚染物質の除去を行うようにしてもよい。また、照明光学系5及び投影光学系PLの少なくとも一部を含む光学系の光学特性(透過率、フレアなど)をモニタすることなく、例えば一定期間毎、或いは投影露光装置3の所定の稼働時間毎に、上記実施形態と全く同様に汚染物質の除去を行うようにしてもよい。
また、上記実施形態では、前述の清掃具(図9、図11)を作業者が動かしているが、それらの清掃具をロボットハンドの先端部等で保持し、それらの清掃具を駆動モータやエアーシリンダー等を備えた駆動機構で動かしてもよい。
また、本発明において、洗浄液としてフッ化水素酸を含む液体を用いることで、これまで除去できなかった酸化珪素を含む汚染物質を迅速に溶解し、除去することができる。
Claims (15)
- パターンを有する第1物体を介して露光ビームで第2物体を露光する露光装置内で前記露光ビームが通過する光学系の光学部材のフッ化物及び酸化物の少なくとも一方からなる薄膜を含む膜が形成された表面に付着した汚染物質を除去する汚染物質除去方法であって、
フッ化水素酸を含む洗浄液を用いて、前記光学部材に付着した汚染物質を除去すると共に、前記光学部材から前記洗浄液を除去し、前記汚染物質及び前記洗浄液の除去を定期的に複数回実行した後で少なくとも前記光学部材を交換することを特徴とする汚染物質除去方法。 - 前記除去前後の少なくとも一方で前記光学系の光学特性を計測することを特徴とする請求項1に記載の汚染物質除去方法。
- 前記光学系の光学特性を計測し、該計測結果に基づいて前記汚染物質の除去の要否を判定することを特徴とする請求項1又は2に記載に汚染物質除去方法。
- 前記光学系で生じるフレアに関する情報を計測すると共に、前記フレアが許容値を超えているとき前記光学部材に付着した汚染物質の除去を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の汚染物質除去方法。
- 前記除去後に前記光学部材に残存する汚染物質に関する情報を求めることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の汚染物質除去方法。
- 前記除去後に前記光学部材の表面の反射率を計測することを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の汚染物質除去方法。
- 前記光学部材の表面の反射率を計測するために分光光度計を用いることを特徴とする請求項6に記載の汚染物質除去方法。
- 前記洗浄液は前記フッ化水素酸にフッ化アンモニウムが添加されることを特徴とする請求項1〜7の何れか一項に記載の汚染物質除去方法。
- 前記洗浄液はPHが4〜6程度であることを特徴とする請求項1〜8の何れか一項に記載の汚染物質除去方法。
- 前記光学部材から前記洗浄液を除去するために水及び有機溶剤の少なくとも一方を用いることを特徴とする請求項1〜9の何れか一項に記載の汚染物質除去方法。
- 前記光学部材から前記洗浄液を除去するために前記水を用いた後に前記有機溶剤を用いることを特徴とする請求項10に記載の汚染物質除去方法。
- 前記光学系はチャンバ内に収納され、前記汚染物質の除去対象となる前記光学部材の表面は、前記チャンバ内でその内部気体と接することを特徴とする請求項1〜11の何れか一項に記載の汚染物質除去方法。
- 前記光学系はその内部に前記露光ビームの減衰が空気よりも少ない気体が供給されることを特徴とする請求項12に記載の汚染物質除去方法。
- 請求項1〜13の何れか一項に記載の汚染物質除去方法を用いて、前記光学部材の表面に付着した汚染物質を除去する工程を含み、前記第1物体を介して前記露光ビームで前記第2物体を露光することを特徴とする露光方法。
- 請求項14に記載の露光方法を用いてデバイスパターンを感応物体上に転写する工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
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