JP6954996B2 - レンズ汚染防止装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は光学技術の分野に関し、特にレンズ汚染防止装置および方法に関する。

リソグラフィは、半導体製造工程において非常に重要な工程であり、一連のマスク上のチップパターンを露光によって、順番に対応するシリコンウェハの層に転写する工程であり、大規模集積回路製造において核心をなす工程と考えられている。
半導体製造工程における一連の複雑で、時間のかかるリソグラフィプロセスは、主に対応するリソグラフィ装置によって実行される。

リソグラフィ装置が露光工程を行う時には、シリコンウェハ表面のフォトレジスト中の有機溶媒が加熱後ゆっくり揮発し、揮発した有機物が対物レンズの下表面に付着するため、その付着物が直接対物レンズの光の透過率に影響を与えてしまい、これにより、製品の画像の品質に影響することになる。
対物レンズの下表面の最後の一枚レンズとシリコンウェハ表面との距離が近いため、揮発した有機物がレンズ表面に付着しやすくなる。

図１に示すように、従来のリソグラフィ装置では、対物レンズの下表面ミラーベース１０１に対物レンズ保護フィルム１０２を設けて、有機物がレンズを汚染するのを防止する方法がよく採用されていたが、保護フィルム汚染防止装置および方法にはまだ多くの欠点がある。

まず、保護フィルムの使用寿命は透過光のエネルギーで決まり、通常に使用しても365nm、436nmの紫外線照射で、５０００００Ｊ／ｃｍ^２にしか耐えられず、交換頻度は１〜２ヶ月に１回である。

また、保護フィルムは高価であり、各保護フィルムの価格を１５００ＲＭＢとすると、通常の９，０００〜１８，０００ＲＭＢ／年で消耗することになり、頻繁な交換は使用コストをより増加させる。

これ以外に、シリコンウェハ表面と対物レンズの下表面との距離が４０ｍｍしかないため、保護フィルムの交換は困難であり、交換作業中に保護フィルムが破損しやすく、また、保護フィルムの厚さが非常に薄いので、外気圧の変化により、保護フィルムが破裂する原因となることもあり、現在では異常損壊率は15％と非常に高く、もし使用中に不用意に保護フィルムが破損すると撮影中のレンズが汚染され、更に、深刻な場合には撮影に失敗してしまう。

より重要なことには、実際に証明されているように、取り付け構造に制限があるため、保護フィルムはフォトレジスト有機物が揮発して、レンズを汚染することを完全に防止することができない。その上、保護フィルムは、フォトレジスト有機物が揮発してレンズを汚染することを完全に排除すること保証できないため、リソグラフィ装置の内部に汚染される部品が生じる可能性があり、例えば、対物レンズの内部のレンズ、上表面レンズ、シリコンウェハ表面、マスク面などの清浄度が高い部品である。リソグラフィ装置は高精度装置であるので、これはユーザにとってより深刻な損失を引き起こしてしまうことになる。

したがって、フォトレジスト有機物の揮発によるレンズの汚染の問題をより良く解決可能な装置および／または方法が必要とされている。

本発明の目的は、従来の汚染防止対策が整っていないという問題および対物レンズのキャビティ内部を汚染することをよりよく解決することができるレンズ汚染防止装置および方法を提供することである。

前述した技術的な課題を解決するために、本発明は、第一装置と、前記第一装置に接続される第二装置と、を有して構成されるレンズ汚染防止装置を提供する。前記第一装置は前記第二装置と比較してレンズにより近く、前記第一装置は保護層ガスを出力して、レンズの表面にエアカーテン保護層を形成し、前記第二装置は保護層ガス及び／又は汚染ガスを吸排するように用いられる。

選択的なものとして、前記レンズ汚染防止装置において、前記レンズ汚染防止装置は排気通路を含み、前記第一装置及び前記第二装置はそれぞれ排気通路に接続される。

選択的なものとして、前記レンズ汚染防止装置において、前記排気通路は吸排気力源に接続される。

選択的なものとして、前記レンズ汚染防止装置において、保護層ガスは純度９９．９９９％以上の純度を有するガスである。

選択的なものとして、前記レンズ汚染防止装置において、前記第一装置は密閉容器を含む。

選択的なものとして、前記レンズ汚染防止装置では、前記密閉容器にガス入口及びノズルを設け、保護層ガスをガス入口から前記密閉容器に進入させて、ノズルから排出する。

選択的なものとして、前記レンズ汚染防止装置では、前記第二装置は環状キャビティを含む。

選択的なものとして、前記レンズ汚染防止装置では、前記環状キャビティの下表面に複数の小孔が設けられている。

選択的なものとして、前記レンズ汚染防止装置では、前記小孔間の距離は等しい。

本発明はさらに、以下のステップを含むレンズ汚染防止方法を提供する。
前記レンズの下表面に近い位置から保護層ガスを出力し、レンズの表面にエアカーテン保護層を形成するステップ１と、
汚染源に近い位置から前記保護層ガス及び／又は汚染ガスを吸い込み、レンズから遠く離れた環境に排出するステップ２、を含む。

選択的なものとして、前記レンズ汚染防止方法では、前記レンズはリソグラフィ装置のレンズであり、前記ステップ１において、前記保護層ガスの出力は、前記リソグラフィ装置の露光の前後で連続的に行われる。

選択的なものとして、前記レンズ汚染防止方法では、前記レンズはリソグラフィ装置のレンズであり、前記ステップ２において、前記保護層ガス及び／又は汚染ガスの吸い込みおよび排出は、前記リソグラフィ装置の露光中および露光後に連続的に行われる。

本発明によって提供されるレンズ汚染防止装置および方法では、レンズが汚染されるのを防止するために、レンズに近い位置の第一装置によって保護層ガスが出力され、保護層を形成する。さらに、保護層ガスはすでに汚染されたレンズ上の汚染物質をも取り除くことができる。レンズから遠く離れた第二装置によって、汚染源近くのガスが取り除かれ、その結果、汚染物質をレンズから遠く離れた外部環境に直接的に排出することができる。それにより、リソグラフィ装置システムの各精密部品を保護することができる。リソグラフィ装置が露光を行う時には、２つのガス通路の電源が入れられ、それによって二重の保証ができ、高い信頼性が確保できる。

従来のレンズ汚染防止保護フィルムを示す図面である。 本発明の実施例１における第一装置を示す図面である。 本発明の実施例１における第二装置を示す断面図である。 本発明の実施例１における第二装置を示す図面である。 本発明の実施例２における第一装置と第二装置を示す構造分解図である。 は、本発明における第一装置、第二装置及びレンズの組立を示す図面である。

ここで、図１から図６の参照符号は以下のように説明する。
１００−レンズ、１０１−ミラーベース １０２−保護フィルム、２００−排気通路、３００―第一装置、３１０―ガス入口、３２０―密閉容器、３３０−ノズル、４００−第二装置、４１０−小孔、４２０−環状キャビティ、５００−シリコンウェハ、６００−仕切板。

本発明の核となる考えは、レンズ汚染防止装置及び方法を提供することにより、既存の保護フィルムを使用することが非常に困難であり、コストが高く、保護フィルムが容易に破裂し、汚染が適切に管理されず、及び対物レンズのキャビティ内部が汚染されるという問題を解決するものである。

本発明は、既存技術の汚染防止装置及び方法と異なり、ガス循環装置を使用することによって、汚染物質とレンズとを分離させ、さらに汚染源から汚染物質を対物レンズの各部品から直接取り除くことにより、レンズの汚染問題をより良く解決できるものである。本発明によって提供されるレンズ汚染防止装置及び方法は、対物レンズの下表面レンズの汚染を防止するために使用されるだけではなく、リソグラフィ装置全体内部において汚染される可能性のある部品を保護するためにも使用でき、前述の部品は例えば、対物レンズのインナーレンズ、アライメントレンズ、上表面レンズ、シリコンウェハの表面やマスクの表面などの清浄度が要求される部品である。本発明の明細書には、対物レンズの下表面レンズの汚染防止装置及び方法だけが記載されているが、当業者は、所望の装置及び方法が本発明の技術的解決策から抽出されて組み合わされることによって、同じ技術的効果が達成できることを容易に理解するであろう。

上記の考えを実現するために、本発明はレンズ汚染防止装置及び方法を提供するものであり、前記レンズ汚染防止装置は保護層ガスを出力するための第一装置と、汚染源近くのガスを取り除くための第二装置とを有し、また、前記レンズ汚染防止方法は、レンズの下表面に近い位置で保護層ガスを出力し、汚染源の近くでガスを吸い込んでレンズから離れた環境に前記ガスを排出することにより、レンズ汚染防止の技術的効果を達成するものである。

本発明におけるレンズ汚染防止装置及び方法については、図面及び特定の実施形態を参照して以下にさらに詳細に説明される。また、本発明の利点及び特徴は、以下の説明及び特許請求の範囲によって明確になるであろうが、図面は非常に簡略化された形であって、且つすべて不正確な縮尺を使用しており、本発明の実施形態の目的を、簡便かつ明瞭に説明するためだけである。

本発明のレンズ汚染防止装置は、基本的にシリコンウェハと対物レンズとの間に配置されるため、説明の便宜上、以下の「上」又は「上部」はレンズの軸方向に沿って対物レンズに近い側を指し、以下の「下」又は「下部」とは、レンズの軸方向に沿ってシリコンウェハに近い側を指し、また、「内側」又は「内部」は、レンズの径方向に沿ってレンズの中心に近い側を指し、「外側」又は「外部」は、レンズの径方向に沿ってレンズの中心から離れる側を指す。

図２、３及び４に示されるように、本実施形態はレンズ汚染防止装置を開示するものであって、前記レンズは、リソグラフィ装置の対物レンズのレンズでもよく、顕微鏡のような他の光学装置のレンズでもよく、前記汚染物質はフォトレジストから揮発した有機物でもよく、水蒸気、ほこり、浮遊微生物などの光透過性に影響を与えるさまざまな空気中の不純物でもいい。

図６に示されるように、本実施形態のレンズ汚染防止装置は、第一装置３００と、第一装置に接続される第二装置４００とを有し、第一装置３００は前記レンズ１００に近い側に配置され、前記第二装置４００は前記レンズ１００から遠い側となるよう離れて配置される。また、前記第一装置３００は保護層ガスを出力するために使用され、前記レンズの表面にエアカーテン保護層を形成させることにより、既に汚染されたレンズを洗浄し、ガスにて保護層を形成することで再汚染を防ぐことができる。前記第二装置４００は、前記保護層ガス及び／又は汚染ガスを吸排し、汚染源近くのガスをレンズから遠く離れた場所まで取り除くために使用されるものであり、前記ガス保護層を、少なくとも純度が99.999%に達するなど純度が一定の要求を満たすガスにしてもよく、これは、例えば、高純度窒素や他の高純度ガスである。

本実施形態のレンズ汚染防止装置は、排気通路２００をさらに有し、第一装置３００と第二装置４００はそれぞれ排気通路２００に接続されている。前記排気通路２００には吸排気力が形成される。排気通路２００は外部環境から第一装置３００に入るガス、又は第一装置３００に元々存在するガス及び、外部環境から第二装置４００に入るガス、又は第二装置４００に元々存在するガスを吸引するために用いられる。好ましくは、排気通路２００の吸排気力は、第一装置３００及び／又は第二装置４００内のガスが外部環境から入り、また第一装置３００及び／又は第二装置４００を通って流入し、且つ逆流せずに排気通路２００に到達して排気することに十分であり、また、一定の流速を保つことができるものであり、好ましくは、３ｍ／ｓの流速である。さらに、排気通路２００の中間に仕切板を設けることができ、これにより、排気通路２００は２つのチャンバーを形成し、一方が第一装置３００に連通され、他方は第二装置４００に連通される構成とする、又は、第一装置３００と第二装置４００との両方に連通される１つのチャンバーを形成してもよい。

具体的には、第一装置３００は密閉容器３２０を有する。密閉容器３２０は、レンズ１００の縁部下表面の、排気通路２００から離れた一端に配置され、密閉容器３２０は扇型状のエアカーテンキャビティであって、一般に、上部と下部に配置された２つの扇状面と、径方向に配置された内側弧面と外側弧面と、前記扇状面と内／外側弧面に接続される2つの端面を有するものである。密閉容器３２０の内側半径（すなわち、内側弧面に対応する半径）は、レンズ１００の半径とマッチし、好ましくは、レンズ１００の半径と一致し、外側半径（すなわち、外側弧面に対応する半径）は、対物レンズ及び／又は他の装置との組立関係に影響を与えなければよく、好ましくは、レンズ１００の半径より２〜３ｃｍ大きく構成される。また、内側弧面の円弧長は、レンズ１００の円周の１／２から１／４までの間であり、好ましくは、内側弧面の円弧長は、レンズ１００の円周の１／３である。さらに、前記密閉容器３２０の内側弧面は、レンズ１００の縁部の外側面に密着しており、且つ密閉容器３２０の径方向とレンズ１００の径方向は重なる。

図２に示されるように、本実施形態のレンズ汚染防止装置では、密閉容器３２０にはガス入口３１０とノズル３３０が設けられている。ガス入口３１０は、密閉容器３２０の外側弧面のほぼ中心点に位置し、外側弧面に対して垂直な円柱であり、ガス入口３１０の一端がガス発生装置に接続され、また、ガス入口３１０の形は外側弧面に垂直な直方体などの他の形状でもよい。ノズル３３０は、密閉容器３２０の内側弧面の表面に均等に分布しており、複数の小孔から構成されるものである。ノズル３３０の形状は、異なる使用条件下で円形又は正方形のように異なる形状になるように選択することができ、本実施形態では、円形の小孔であることが分かる。また、ノズル３３０の小孔の数は必要に応じて選択することができ、小孔間の距離は、保護層ガスをレンズ１００の表面上に均一に分布させるように均一でもいいが、均一ではなくてもよい。例えば、真ん中部分のガスが流れる経路がより長いため、真ん中部分のいつくかの小孔間の距離を小さくし、両側の小孔間の間隔を比較的大きくすることによって、真ん中部分の保護層ガスの流れをより強くすることができる。小孔は一列又は複数列に配列されてもよく、これは主として小孔の数及び密閉容器３２０の内側弧面の高さ（レンズの軸方向に沿って伸びる距離）に応じるものである。排気通路２００の吸排気力により、保護層ガスがガス入口３１０から吸引され、密閉容器３２０を通過し、ノズル３３０から出力され、レンズ１００の下表面を通って流れた後に排気通路２００に沿って排出される。

図3と図4に示すように、第二装置４００は環状キャビティ４２０を有する。環状キャビティ４２０の内径はレンズ１００の直径以上であり、レンズ１００をブロックして露光に影響を与えないように構成され、環状キャビティ４２０の上表面は、レンズ１００と第一装置３００の下表面の縁部とを囲み且つ密接するが、環状キャビティ４２０の下表面はシリコンウェハ５００に直接面する。

本実施形態に係るレンズ汚染防止装置では、上記環状キャビティ４２０の下表面には複数の小孔４１０が設けられる。また、前記小孔４１０間の距離は等しい。前記小孔は、シリコンウェハ５００上のフォトレジスト汚染源に面しており、小孔の形状は、円形、正方形状など種々の形状とすることができるが、小孔の数は、ガス流の大きさ及び汚染物質揮発の程度に応じて選択することができ、汚染源周囲のガスに対する吸引強度を等しくするため、各小孔間の距離を等しくしなければならなく、また、小孔は一列に並んでもよく、複数列に配置されてもよく、これは主に必要とされる小孔の数及び環状キャビティ４２０のリング幅によるものである。そして、排気通路２００の吸排気力により、環状キャビティ４２０の下表面に対向するシリコンウェハ５００上のフォトレジストから揮発した有機物ガスは、小孔４１０内に吸引され、続いて環状キャビティ４２０に入り、さらに環状キャビティ４２０を通って流れて排気通路２００に直接到達することによって、レンズ１００から遠く離れた外部環境に排出される。

図５及び図６に示すように、本実施形態二と実施形態一との主な違いは、第一装置３００及び第二装置４００は一体的に全体を構成するように形成されることである。例えば、環状仕切板６００（好ましくは環状薄板）の上面及び下面に凸状の容器をそれぞれ形成させることによって、一体的に形成される第一装置と第二装置を製造することができる。仕切板６００の上表面を用いて密閉容器３２０を形成することができ、また、密閉容器３２０は扇型状であって、円弧の長さは仕切板６００の円周の約半分でもよく、また、仕切板６００の円周の１／４から円周の１／２の間でもよく、さらに、密閉容器３２０の内径及び外径は、仕切板６００の内径及び外径に等しい。仕切板６００の下表面は、環状キャビティ４２０を形成するために用いられることができ、環状キャビティ４２０は、全環状であって、内径及び外径は仕切板６００の内径及び外径と等しいものとされる。

本実施形態では、排気通路２００、ガス入口３１０、小孔４１０及びノズル３３０の形状、位置関係と機能、ならびにガス通路の経路、方向、空気力及び発生の態様は、前の実施形態と同一又は同様であるため、本実施形態では、詳細な説明は省略するが、詳細について、前の実施形態の説明を参照されたい。

概括すると、前述の実施形態において、レンズ１００の汚染防止装置の異なる構成は詳細に記載されているが、本発明は、上記の実施形態に記載された構成を含むがそれに限定されないことが明らかである。また、前述の実施形態で説明した構成に基づいて変形した内容は、すべて本発明の保護範囲に属し、当業者は、前述の実施形態の内容から推論を引き出すことができる。

本発明はさらに、レンズ汚染防止方法を提供するものであり、以下のステップを含むものである。
ステップ１：レンズの下表面に近い位置から保護層ガスを出力し、レンズの表面にエアカーテン保護層を形成する；
ステップ２：汚染源に近い位置から前述の保護層ガス及び／又は汚染ガスを吸い込み、レンズから遠く離れた環境に排出する。

さらに、ステップ１において、保護層ガスの出力は、リソグラフィ装置の露光の前後で連続的に行われる。

さらに、ステップ２において、保護層ガス及び／又は汚染ガスの吸い込みおよび排出は、リソグラフィ装置の露光中および露光後に連続的に行われる。

汚染ガスの吸排通路は、コストとエネルギーの消費量を削減するために、リソグラフィ装置の露光終了の１２時間後に閉じられるが、保護層ガスは連続保護層を形成するために連続的に供給され続けてもよく、これにより、空気中の他の汚染物質及び不純物がレンズ１００を汚染することを防止することができる。

ここで、保護層ガス通路は、第一装置３００と排気通路２００とを通路とし、経路方向はガス入口３１０から密閉容器３２０へ、続いてノズル３３０へ、続いてレンズ１００の下表面へ、さらに排気通路２００に到達した後に外部環境へ排出する。汚染ガス吸排通路は、第二装置４００と排気通路２００を通路とし、経路方向は小孔４１０から環状キャビティ４２０へ、排気通路２００に到達した後に外部環境へ排出する。保護層ガスは99.999%以上の純度を有するガスである。

以上の説明は本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の好適な実施形態の説明に過ぎないものであり、上記開示の内容に従って、当業者によるあらゆる変形または修正は本発明の保護範囲に属するものである。

Claims (9)

1. レンズ汚染防止装置であって、
   第一装置、第一装置に接続される第二装置及び排気通路を有し、
   前記第一装置は前記第二装置と比較してレンズの軸方向に沿ってレンズにより近く、
   前記第一装置は保護層ガスを出力するために使用され、前記レンズの表面にエアカーテン保護層を形成させ、
   前記第二装置は前記保護層ガス及び／又は汚染ガスを吸排するために使用され、
   前記第二装置は環状キャビティを有し、
   前記環状キャビティの下表面には複数の小孔が設けられ、
   前記第一装置は密閉容器を有し、
   前記密閉容器は、前記レンズの縁部下表面側に配置される扇型状のエアカーテンキャビティであって、前記密閉容器の内側弧面は、前記レンズの縁部の外側面に密着しており、
   前記密閉容器にはノズルが設けられ、
   前記ノズルは前記排気通路と水平方向において対向して設置され、
   前記保護層ガスは前記ノズルから出力され、前記レンズの下表面を通って流れた後に前記小孔を通じて環状キャビティ内に入り、前記環状キャビティ内に通じる前記排気通路から排出される、
   ことを特徴とするレンズ汚染防止装置。
2. 前記第一装置と前記第二装置がそれぞれ前記排気通路に接続される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ汚染防止装置。
3. 前記排気通路は吸排気力源に接続される、
   ことを特徴とする請求項２に記載のレンズ汚染防止装置。
4. 前記保護層ガスは99.999%以上の純度を有するガスである、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ汚染防止装置。
5. 前記密閉容器にはガス入口が設けられ、前記保護層ガスは前記ガス入口を通過して前記密閉容器の内部に入る、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ汚染防止装置。
6. 前記小孔間の距離は等しい、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ汚染防止装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のレンズ汚染防止装置を用い、レンズ汚染を防止する方法であって、
   レンズの下表面に近い位置において、前記第一装置は保護層ガスを出力し、レンズの表面にエアカーテン保護層を形成するステップ１と、
   汚染源に近い位置において、前記第二装置は上記保護層ガス及び／又は汚染ガスを上に向けて吸い込み、レンズから遠く離れた環境に排出するステップ２と、
   を有する、
   ことを特徴とするレンズ汚染防止方法。
8. 前記レンズはリソグラフィ装置のレンズであり、前記ステップ１において、前記保護層ガスの出力は、前記リソグラフィ装置の露光の前後で連続的に行われる、
   ことを特徴とする請求項７に記載のレンズ汚染防止方法。
9. 前記レンズはリソグラフィ装置のレンズであり、前記ステップ２において、前記保護層ガス及び／又は汚染ガスの吸い込みおよび排出は、前記リソグラフィ装置の露光中および露光後に連続的に行われる、
   ことを特徴とする請求項７に記載のレンズ汚染防止方法。
   

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