JP5305568B2 - 露光装置及びケミカルフィルタ寿命検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置製造用等の露光装置に関し、ケミカルフィルタの寿命をモニターすることができる露光装置及びケミカルフィルタ寿命検知方法に関する。

ＫｒＦ、ＡｒＦレーザーを使用する露光装置では、使用に従いミラーやレンズなどの光学部材に曇りが発生する問題が起きている。これは、露光装置の設置環境中のＳｉ含有有機不純物や硫酸、アンモニアなどが原因であると考えられている。この曇りの発生を防止するために、通常、露光装置の空調系にケミカルフィルタを設置して、光学部材付近の環境中の不純物濃度を下げる対策が行われている。

しかし、ケミカルフィルタ自体の寿命を管理する機構は特に設けられておらず、光学部材の曇りが許容量を超えたところで使用者がケミカルフィルタを交換している。このため、ケミカルフィルタを交換する時点で既に光学部材の交換も必要な場合が多く、光学部材の交換のために費用がかかったり、交換作業のために露光装置の稼働率が低下したりするなどの問題があった。

また、ケミカルフィルタの前後段で不純物の濃度を測定し、ケミカルフィルタの寿命を判断することも可能だが、この場合、定期的な測定作業が必要であり手間がかかる問題がある。

なお、特許文献１では、露光装置用ケミカルフィルタにおいて、該フィルタの上流側に不純物を吸着するガスセンサを設け、そのガスセンサに吸着される物質の量をガスセンサの共振周波数測定により求め、その結果に基づいて該フィルタの寿命を判定している。

特許文献２では、露光装置が収容されたチャンバに、汚染物質を除去する交換型フィルタを通した気体を供給する際、前記フィルタの一部に汚染物質除去容量の低い部位を設け、その下流側に配置した汚染物質検知手段を用いて、フィルタの交換時期を予測している。

特許文献３では、露光装置に用いるケミカルフィルタにおいて、フィルタを厚さ方向に複数個に分割し、フィルタ交換時には上流側のフィルタのみを廃棄し、下流側フィルタは再利用する。

特許文献４では、ケミカルフィルタと同一のフィルタ部材の両側に電極を取り付けた吸着状況検知用センサと、リファレンス用センサとをフィルタユニットに取り付け、各センサのインピーダンスの変化を検出してフィルタの交換時を判定する。

特許文献５では、ケミカルフィルタシートを多段に重ね合わせたケミカルフィルタにおいて、フィルタシート間に塩基性ガス等を検出するＱＣＭガスセンサを設け、空気浄化装置の稼動時間の累計値、ガスセンサがしきい値に達するまでの時間等からフィルタの除去寿命を予測する。
特開平８−５５７７４号公報 特開平８−３０６５９９号公報 特開平９−２８０６４０号公報 特開２００２−２２１５０７号公報 特開２００４−２００４０２号公報

本発明の目的は、露光装置の空調系で使用するケミカルフィルタの寿命を簡易に検知できる露光装置及びケミカルフィルタ寿命検知方法を提供することにある。

本発明の一形態の露光装置は、空調系に備えられ気中の不純物濃度を下げるためのケミカルフィルタと、前記ケミカルフィルタの下流の気体に曝されるよう配置された光学部品と、前記光学部品に露光工程と同じ波長の光を照射する照射手段と、前記照射手段から照射された光が前記光学部品を透過する透過率を測定する測定手段と、を具備する。

本発明の他の形態の露光装置は、空調系に備えられ気中の不純物濃度を下げるための複数のケミカルフィルタと、前記各ケミカルフィルタの下流の気体に曝されるようそれぞれ配置された複数の光学部品と、前記複数の光学部品に露光工程と同じ波長の光を照射する照射手段と、前記照射手段から照射された光が前記複数の光学部品を透過する各透過率を測定する測定手段と、を具備する。

本発明の他の形態のケミカルフィルタ寿命検知方法は、露光装置の空調系に備えられ気中の不純物濃度を下げるためのケミカルフィルタの下流の気体に曝されるよう配置された光学部品に露光工程と同じ波長の光を照射し、前記光が前記光学部品を透過する透過率を測定することで前記ケミカルフィルタの寿命を検知する。

本発明によれば、露光装置の空調系で使用するケミカルフィルタの寿命を簡易に検知できる露光装置及びケミカルフィルタ寿命検知方法を提供できる。

以下、実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態に係る露光装置の概略構成を示す側面図である。本実施の形態の露光装置は半導体装置製造用の露光装置であり、ケミカルフィルタの寿命モニターを備えている。

露光装置本体１の背面には、エアー取り込み口２が設けられており、露光装置本体１内のエアー取り込み口２付近には２段のケミカルフィルタ３１，３２が備えられている。２段のケミカルフィルタ３１，３２は、空調系の気中の不純物濃度を下げるためのものである。

ケミカルフィルタ３１，３２の下流側の光学系エリア４には、各種光学部材が備えられている。露光装置本体１には、レーザー光源５が備えられている。レーザー光源５から出射した露光用のレーザー光ａは、光学系エリア４内の光学部材に照射される。

露光装置本体１内には、レーザー光源５の光路上に分岐ミラー６が設けられており、分岐ミラー６の反射光路上には、ＳｉＯ_２、蛍石等からなる寿命検知用の光学部品７が設けられている。分岐ミラー６は、レーザー光源５から出射された露光用のレーザー光ａを光学系エリア４へ透過するとともに、レーザー光ａの一部を分岐して光学部品７に照射する。

一方、１段目のケミカルフィルタ１の下流側から光学部品７に向けて、エアー吹き付け用チューブ８が備えられている。エアー吹き付け用チューブ８には、ポンプ９が設けられている。これにより、寿命の検知を行いたいケミカルフィルタ３１の下流の気体が、エアー吹き付け用チューブ８を介して寿命検知用の光学部品７の表面まで導かれ、光学部品７の表面に吹き付けられる。

また、露光装置本体１内の光学部品７付近には、透過率測定装置１０が備えられている。透過率測定装置１０は、分岐ミラー６からのレーザー光が寿命検知用の光学部品７を透過する透過率、または、透過率測定用光源１１からの光が光学部品７を透過する透過率を定期的に自動測定し、透過率値をモニターする機構を有する。

以上のように構成された露光装置において、エアー取り込み口２から外部の気体が露光装置本体１内に吸入されると、気体は２段のケミカルフィルタ３１，３２を通過して光学系エリア４へ流れ、露光装置本体１内を循環する。一方で、１段目のケミカルフィルタ３１を通過した気体の一部が、ポンプ９の作用によりエアー吹き付け用チューブ８に吸い込まれ、エアー吹き付け用チューブ８を介して光学部品７の表面に吹き付けられる。

ケミカルフィルタ３１の除去率が低下してケミカルフィルタ３１下流の不純物濃度が高くなると、光学部品７の表面に吹き付けられた気体内の不純物が、光学部品７に照射されるレーザー光により光学部品７上で曇りの原因となる物質（曇り物質）となって部品表面に付着する。その結果として、光学部品７の透過率が低下していく。

透過率測定装置１０では、光学部品７の透過率を定期的にモニターし、時間を横軸、透過率の値を縦軸としてプロットする。そして透過率測定装置１０では、透過率が設定値以下になったとき、または透過率の変化率の絶対値が設定値以上になったときにアラームを表示するように設定される。

また、通常露光装置では、エアー取り込み口とエアー循環経路内にそれぞれケミカルフィルタを取り付けている。これに対して本実施の形態では、エアー取り込み口２に設置した１段目のケミカルフィルタ３１下流の気体を光学部品７に吹き付けることにより、１段目のケミカルフィルタ３１の寿命を検知することができる。この時点では、通常２段目のケミカルフィルタ３２は十分な除去性能を保っているため、露光装置本体１内の光学系には曇りは発生していない。よって、この段階でケミカルフィルタ３１を交換すれば、光学系のメンテナンスは不要である。また、１段目のケミカルフィルタ３１のみを交換すればよいため、作業が容易で装置の稼働時間への影響を少なくすることができる。

なお、モニター用の光学部品７に照射するレーザー光として、露光に用いる光でなく、露光装置本体１内でキャリブレーション用に分岐している光を、キャリブレーションを行わないタイミングで使用することも可能である。また、露光工程に用いる光と同じ波長を有する光を照射するランプ（透過率測定用光源）１１を別途露光装置本体１内に設け、ランプ１１からの光を光学部品７に照射する構成でもよい。モニター用の光学部品７は、露光装置の空調系のリターン領域に設置するのが望ましい。

また、モニター用の光学部品７に曇りをより効率的に速く発生させるべく、分岐ミラー６からのレーザー光を光学部品７に照射させるとともに、光学部品７の透過率測定にランプ１１からの光を光学部品７に照射させてもよい。この場合、分岐ミラー６からのレーザー光は曇り発生の光反応を促すために用いられ、ランプ１１からの光は透過率評価のために用いられる。分岐ミラー６からのレーザー光は、常時照射または露光時に常時照射の状態とする。光反応は光の波長に依存するので、露光用のレーザー光を用いない場合は、露光用のレーザー光と同じ波長のレーザー光を発生するレーザー光源か、同じ波長を多く含むランプを使用してもよい。一方、透過率測定は定期的に（例えば１日に１回）行えばよく、そのときだけランプ１１からの光を照射すればよい。ランプ１１からの光の波長は露光用の光と同じ波長が基本であるが、露光用の光の透過率変化と相関があれば別波長の光を用いることも可能である。

また、エアー吹き付けの流量を増加させることにより、検知感度を上げることが可能であり、早い段階でのケミカルフィルタの寿命検知が可能である。

図２は、本実施の形態の第１の変形例に係る露光装置の概略構成を示す側面図である。ケミカルフィルタが複数設置されている場合、図２に示すように、各ケミカルフィルタ３１，３２下流の大気に対してそれぞれエアー吹き付けチューブ８１，８２を設けて、複数のケミカルフィルタをモニターすることも可能である。その場合は、各ケミカルフィルタ３１，３２に対応するモニター箇所ごとに寿命検知用の光学部品７１，７２を設ける。レーザー光源またはランプ、透過率測定装置などは、各ケミカルフィルタ３１，３２で兼用してもよく、ケミカルフィルタ３１，３２ごとに備えてもよい。図２では、ケミカルフィルタ３１，３２ごとにランプ１１１，１１２と透過率測定装置１０１，１０２が設けられている。

光学部品７１，７２に照射する光としてレーザー光源５からのレーザー光を用いる場合、レーザー光源５から出射した露光用のレーザー光ａの一部が、分岐ミラー６で分岐し、光分岐用部品１１０で分岐され、光学部品７１，７２に照射される。透過率測定装置１０１，１０２は、それぞれ光分岐用部品１１０からのレーザー光が寿命検知用の光学部品７１，７２を透過する透過率、または、ランプ（透過率測定用光源）１１１，１１２からの光が光学部品７１，７２を透過する透過率を定期的に自動測定し、透過率値をモニターする機構を有する。

図３は、本実施の形態の第２の変形例に係る露光装置の概略構成を示す側面図である。

図３に示すように、レーザー光源５１またはランプ１１、寿命検知用の光学部品７、及び透過率測定装置１０を含む外付けユニット２００を構成して露光装置本体１に外付けし、エアー吹き付け用チューブ８を露光装置本体１内のケミカルフィルタ３１の下流から露光装置本体１外部へ導出し、外付けユニット２００内の寿命検知用の光学部品７に向けて備えるように構成することもできる。透過率測定装置１０は、レーザー光源５１からのレーザー光が寿命検知用の光学部品７を透過する透過率、または、ランプ（透過率測定用光源）１１からの光が光学部品７を透過する透過率を定期的に自動測定し、透過率値をモニターする機構を有する。

図４は、本実施の形態の第３の変形例に係る露光装置の概略構成を示す側面図である。露光装置本体１内にケミカルフィルタが複数設置されている場合、図４に示すように、各ケミカルフィルタ３１，３２下流の大気に対してそれぞれエアー吹き付けチューブ８１，８２を設け、それらに対応してそれぞれ外付けユニット２０１，２０２を設けることもできる。外付けユニット２０１，２０２は、それぞれレーザー光源５１，５２またはランプ１１１，１１２、寿命検知用の光学部品７１，７２、及び透過率測定装置１０１，１０２を含む。透過率測定装置１０１，１０２は、それぞれレーザー光源５１，５２からのレーザー光が寿命検知用の光学部品７１，７２を透過する透過率、または、ランプ（透過率測定用光源）１１１，１１２からの光が光学部品７１，７２を透過する透過率を定期的に自動測定し、透過率値をモニターする機構を有する。

図５は、本実施の形態の第４の変形例に係る露光装置の概略構成を示す側面図である。

露光装置本体１内にケミカルフィルタが複数設置されている場合、図５に示すように、各ケミカルフィルタ３１，３２下流の大気に対してそれぞれエアー吹き付けチューブ８１，８２を設け、それらに対して１つの外付けユニット２００を設けることもできる。外付けユニット２００は、レーザー光源５１と光分岐用部品１１０またはランプ１１１，１１２、寿命検知用の光学部品７１，７２、及び透過率測定装置１０１，１０２を含む。透過率測定装置１０１，１０２は、それぞれ光分岐用部品１１０からのレーザー光が寿命検知用の光学部品７１，７２を透過する透過率、または、ランプ（透過率測定用光源）１１１，１１２からの光が光学部品７１，７２を透過する透過率を定期的に自動測定し、透過率値をモニターする機構を有する。

第２〜４の変形例によれば、露光装置内にレーザー光源またはランプ、寿命検知用の光学部品、及び透過率測定装置を設けることなく、外付けユニットによる寿命モニターを簡易に設置することで、ケミカルフィルタの寿命検知を行うことができる。

また、上記実施の形態ではケミカルフィルタの下流の気体をエアー吹き付け用チューブ８を介して光学部品７まで導くようにしたが、光学部品７を露光装置本体１内のケミカルフィルタの下流の気体に曝されるよう、ケミカルフィルタ付近に配置することで、エアー吹き付け用チューブ８を除いた構成とすることもできる。

以上のように本実施の形態では、露光装置の空調系で使用するケミカルフィルタの寿命をモニターする機構を備えた露光装置を提供している。露光装置内にモニター用の光学部品を設け、その部品表面にケミカルフィルタ下流の気体を吹き付けながら、露光用の光源から分岐した光を照射する。一方、モニター用の光学部品の透過率を測定する機構を設けて透過率をモニターする。

ケミカルフィルタの除去率が低下し、ケミカルフィルタ下流の気中の不純物濃度が上がると、モニター用の光学部品上に曇りが発生し透過率が低下する。このため、光学部品の透過率の変化をモニターすることにより、ケミカルフィルタの寿命を検知することができる。

本実施の形態の露光装置により、露光装置内の空調系に搭載されたケミカルフィルタの寿命の検知が容易に行えるようになった。露光装置内のプロセス用光学部材に曇りなどのダメージが発生する前に、ケミカルフィルタの寿命を検知して交換のタイミングを知ることができるようになった。このため、光学部品の交換のための費用を削減でき、また光学部品の交換や洗浄などのメンテナンス時間による露光装置の稼働率低下を改善することができる。ケミカルフィルタが２段に搭載された露光装置では、１段目（上流側）のフィルタの寿命をモニターすることにより、１段目のみの交換で装置を運用できるようになり、交換時間や費用を削減できる。

また、従来ではケミカルフィルタの上流と下流の気中の不純物濃度を測定することにより寿命評価を行っており、測定の手間や費用がかかったり、測定結果が出るまでに時間がかかったりしていたが、本実施の形態により、手間や費用をかけずにリアルタイムで寿命検知が行えるようになった。

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。

本実施の形態に係る露光装置の概略構成を示す側面図。 本実施の形態の第１の変形例に係る露光装置の概略構成を示す側面図。 本実施の形態の第２の変形例に係る露光装置の概略構成を示す側面図。 本実施の形態の第３の変形例に係る露光装置の概略構成を示す側面図。 本実施の形態の第４の変形例に係る露光装置の概略構成を示す側面図。

符号の説明

１…露光装置本体 ２…エアー取り込み口 ３１，３２…ケミカルフィルター ４…光学系エリア ５，５１，５２…レーザー光源 ６…分岐ミラー ７，７１，７２…光学部品 ８，８１，８２…チューブ ９，９１，９２…ポンプ １０，１０１、１０２…透過率測定装置、１１０…光分岐用部品 １１，１１１，１１２…ランプ ２００，２０１，２０２…外付けユニット

Claims (4)

1. 空調系に備えられ気中の不純物の濃度を下げるためのケミカルフィルタと、
   前記ケミカルフィルタの下流に備えられた他のケミカルフィルタと、
   前記ケミカルフィルタの下流且つ前記他のケミカルフィルタの上流の気体に曝されるよう配置された光学部品と、
   前記光学部品に、前記不純物と光反応を起こす露光工程と同じ波長の光を照射する照射手段と、
   前記光学部品を透過する光の透過率を測定する測定手段と、
   を具備することを特徴とする露光装置。
2. 空調系に備えられ気中の不純物の濃度を下げるためのケミカルフィルタと、
   前記ケミカルフィルタの下流の気体に曝されるよう配置された光学部品と、
   前記ケミカルフィルタの下流の気体を前記光学部品の表面にポンプによって導く手段と、
   前記光学部品に、前記不純物と光反応を起こす露光工程と同じ波長の光を照射する照射手段と、
   前記光学部品を透過する光の透過率を測定する測定手段と、
   を具備することを特徴とする露光装置。
3. 空調系に備えられ気中の不純物の濃度を下げるための複数のケミカルフィルタと、
   前記各ケミカルフィルタの下流の気体に曝されるようそれぞれ配置された複数の光学部品と、
   前記各ケミカルフィルタの下流の気体を前記複数の光学部品の表面にポンプによって導く手段と、
   前記複数の光学部品に、前記不純物と光反応を起こす露光工程と同じ波長の光を照射する照射手段と、
   前記複数の光学部品を透過する光の各透過率を測定する測定手段と、
   を具備することを特徴とする露光装置。
4. 露光装置の空調系に備えられ気中の不純物の濃度を下げるためのケミカルフィルタの下流の気体であって且つポンプによって導かれた気体に曝されるよう配置された光学部品に、前記不純物と光反応を起こす露光工程と同じ波長の光を照射し、
   前記光学部品を透過する光の透過率を測定することで前記ケミカルフィルタの寿命を検知することを特徴とするケミカルフィルタ寿命検知方法。

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