JPH06260386A

JPH06260386A - 露光装置

Info

Publication number: JPH06260386A
Application number: JP5046520A
Authority: JP
Inventors: Akira Miyaji; 章宮地; Masatoshi Ikeda; 正俊池田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-03-08
Filing date: 1993-03-08
Publication date: 1994-09-16
Anticipated expiration: 2017-07-24
Also published as: JP3306962B2

Abstract

(57)【要約】【目的】不活性ガス雰囲気を破ることなくレチクルを
交換することのでき、さらに好ましくはレチクルに発生
する静電気を除去することによりレチクルの損傷を回避
することのできる、露光装置を提供することを目的とす
る。【構成】マスクのパターンを投影光学系を介して感光
基板に転写する本発明の露光装置は、投影露光すべき第
１のマスクを密封包囲するための第１室と、該第１室に
不活性ガスを供給するための第１の供給手段と、前記第
１のマスクを次に投影露光すべき第２のマスクと交換す
るための交換手段と、前記第２のマスクを密封包囲する
ための第２室と、該第２室に不活性ガスを供給するため
の第２の供給手段と、第１室と第２室との連通を遮断し
たり開放したりするための開閉手段とを備えていること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は露光装置に関し、更に詳
細には紫外域の光を射出する光源を有する露光装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶基板等を製造するた
めのリソグラフィ工程において、レチクル（フォトマス
ク等）のようなマスクのパターン像を投影光学系を介し
て感光基板上に露光する露光装置が使用されている。近
年、半導体集積回路は微細化の方向で開発が進み、リソ
グラフィ工程においては、より微細化を求める手段とし
てリソグラフィ光源の露光波長を短波長化する方法が考
えられている。

【０００３】現在、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレ
ーザをステッパー光源として採用した露光装置がすでに
開発されている。また、Ｔｉ−サファイアレーザ等の波
長可変レーザの高調波、波長２６６ｎｍのＹＡＧレーザ
の４倍高調波、波長２１３ｎｍのＹＡＧレーザの５倍高
調波、波長２２０ｎｍ近傍または１８４ｎｍの水銀ラン
プ、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ等が短波長
光源の候補として注目されている。

【０００４】従来のｇ線、ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ
あるいは波長２５０ｎｍ近傍の光を射出する水銀ランプ
を光源とした露光装置では、これらの光源の発光スペク
トル線は図３に示すような酸素の吸収スペクトル領域と
は重ならず、酸素の吸収による光利用効率の低下および
酸素の吸収によるオゾンの発生に起因する不都合はなか
った。したがって、これらの露光装置では基本的に大気
雰囲気での露光が可能であった。

【０００５】しかしながら、図示のように、ＡｒＦエキ
シマレーザのような光源では、発光スペクトル線は酸素
の吸収スペクトル領域と重なるため、上述の酸素の吸収
による光利用効率の低下および酸素の吸収によるオゾン
の発生に起因する不都合が発生する。たとえば、真空中
または窒素あるいはヘリウムのような不活性ガス中での
ＡｒＦエキシマレーザ光の透過率を１００％／ｍとすれ
ば、フリーラン状態（自然発光状態）すなわちＡｒＦ広
帯レーザでは約９０％／ｍ、図示のようにスペクトル幅
を狭め且つ酸素の吸収線を避けたＡｒＦ狭帯レーザを使
用した場合でさえ、約９８％／ｍと透過率が低下する。

【０００６】透過率の低下は、酸素による光の吸収およ
び発生したオゾンの影響によるものと考えられる。オゾ
ンの発生は透過率（光利用効率）に悪影響を及ぼすばか
りでなく、光学材料表面や他の部品との反応による装置
性能の劣化および環境汚染を引き起こす。

【０００７】このように、ＡｒＦエキシマレーザのよう
な光源を有する露光装置では、光の透過率の低下やオゾ
ンの発生を回避するために光路全体を窒素等の不活性ガ
スで満たす必要があることはよく知られている。一般に
露光装置は、光源の光でレチクルを均一に照明するため
の照明光学系と、レチクルに形成された回路パターンを
ウェハ上に結像させるための投影光学系と、ウェハを支
持し且つ適宜移動させて位置決めするためのステージ手
段とからなっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のような構成の露
光装置では、照明光学系、レチクルおよび投影光学系を
それぞれ容器で密封包囲し、各容器内の空気を窒素ガス
のような不活性ガスで置換して露光投影を行っていた。
照明光学系および投影光学系は基本的に駆動しないユニ
ット部から構成されているので、一度不活性ガス雰囲気
が形成されると所定の露光投影工程中に不活性ガス雰囲
気が破られることはない。しかしながら、レチクル部で
はレチクルの交換の度に不活性ガス雰囲気が破られるの
で、再度真空引きを行い不活性ガスを充填して所望の不
活性ガス雰囲気を形成する時間がかかり、スループット
が著しく低下するという不都合があった。また、１つの
ウェハに対して複数のレチクルを使用するような場合に
は、レチクル交換頻度はさらに高くなりスループットが
さらに低下するという不都合があった。

【０００９】さらに、レチクルを載置したレチクルテー
ブルの周りには、アライメントセンサ等のレチクルのア
ライメントに係わる部材が多く配設されており、不活性
ガスの再導入に伴う気体の流れによるゆらぎが雰囲気の
屈折率変化を生起させ、ひいてはアライメントエラーを
誘発する可能性がある。このため、不活性ガスを再導入
した後、雰囲気が落ち着くまでレチクルのアライメント
を待機しなければならず、所望の不活性ガス雰囲気を再
形成するのにさらに時間がかかるという不都合があっ
た。

【００１０】さらに、従来の露光装置では、レチクルケ
ース物質が帯電し易くその電荷がレチクルに移る。この
ため、レチクルに静電気が発生しこの静電気に起因して
レチクル上に形成された回路パターンが破損し易いとい
う不都合があった。本発明は、前記の課題に鑑みてなさ
れたものであり、不活性ガス雰囲気を破ることなくレチ
クルを交換することができ、さらに好ましくはレチクル
に発生する静電気を除去することによりレチクルの損傷
を回避することのできる、露光装置を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、マスクのパターンを投影光学系
を介して感光基板に転写する露光装置において、投影露
光すべき第１のマスクを密封包囲するための第１室と、
該第１室に不活性ガスを供給するための第１の供給手段
と、前記第１のマスクを次に投影露光すべき第２のマス
クと交換するための交換手段と、前記第２のマスクを密
封包囲するための第２室と、該第２室に不活性ガスを供
給するための第２の供給手段と、第１室と第２室との連
通を遮断したり開放したりするための開閉手段とを備え
ていることを特徴とする露光装置を提供する。

【００１２】本発明の好ましい実施態様によれば、前記
交換手段は第２室にあり、第１のマスクを第２室内に搬
入するための第１のアームと、交換すべき第２のマスク
を第１室内に搬入するための第２のアームとを備えてい
る。あるいは前記交換手段は第２室にあり、第１室と第
２室との間でマスクを搬送するためのアームを備え、第
２室内にはマスクを載置するためのテーブルが設けられ
ている。

【００１３】

【作用】本発明では、露光波長が紫外域の露光装置にお
いて、投影露光すべき第１のレチクルを密封包囲する第
１室と、この第１室に隣接した第２室とを備えている。
第１室と第２室との間には例えば機械式の開閉機構（シ
ャッター）が備えられ、各室には真空ポンプ等の排気系
および不活性ガスの供給系が接続されている。第２室に
は、レチクル搬送機構が設けられ次に投影露光すべき第
２のレチクルが待機状態にある。

【００１４】このように、本発明の露光装置では２つの
独立した密閉可能な室を有し、各室内において個別に所
望の不活性ガス雰囲気を形成することができる。レチク
ルの交換時には、まず第１室と第２室との間の開閉機構
を開放して第１室と第２室を連通させ、次いでレチクル
搬送機構を作動させて第１のレチクルと第２のレチクル
を交換する。レチクルの交換終了後、開閉機構を閉止し
て第１室と第２室との連通を遮断する。第１室および第
２室にはともに不活性ガスが充填されているので、上述
の工程中に第１室の不活性ガス雰囲気が破られることは
ない。また、第１室内にはレチクルの搬送に伴う最小限
の気体流動しか発生しないので、気体流動に起因する雰
囲気の屈折率変化は実質的に回避され、レチクルのアラ
イメント動作も迅速に行われる。したがって、レチクル
交換後、直ちに次の投影露光を開始することができる。

【００１５】交換した第２のレチクルで投影露光中、レ
チクル搬送機構を作動させて第２室内に残された露光済
の第１のレチクルを次に投影露光すべき第３のレチクル
と交換する。このとき、第２室の不活性ガス雰囲気は破
られるが、交換した第２のレチクルでの投影露光が終了
するまでの時間を利用して、所望の不活性ガス雰囲気を
再形成すればよい。

【００１６】また、第２室にイオン化した不活性ガスを
供給することにより、第２室内に搬入されたレチクルの
静電気を除去しさらに待機中もレチクルの帯電を防止す
ることができるので、レチクルに形成された回路パター
ンの損傷が回避される。第２室内に適当にイオン化した
不活性ガス雰囲気を形成することにより、レチクル交換
時に第１室と第２室とを連通させた際、イオン化した不
活性ガスが第１室内に流入する。こうして、第１室内で
のレチクルの帯電を防止してその損傷を避けることがで
きる。

【００１７】

【実施例】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の実施例にかかる露光装置の構成
を模式的に説明する図である。図示の装置は、例えばＡ
ｒＦエキシマレーザのような短波長レーザ光を射出する
光源ＥＸＬを備えている。光源ＥＸＬを発した光ビーム
は、適宜配置された複数のミラーで反射され適当な照明
光学部材を介してレチクルＲを均一に照明する。光源Ｅ
ＸＬからレチクルＲに至る光路は照明光学系ＩＬを構成
している。照明光学系ＩＬは容器に包囲され、この容器
にはバルブＶ５を介して不活性ガスたとえば窒素ガスが
供給されるようになっている。

【００１８】レチクルＲを透過した光は、投影光学系Ｐ
Ｌを構成する種々の光学部材を介して図示を省略したウ
ェハステージに載置されたウェハＷの表面上に到達し、
レチクルＲ上のパターンを結像する。投影光学系ＰＬも
また容器に包囲され、この容器にはバルブＶ１を介して
窒素ガスが供給されるようになっている。さらにレチク
ルもまた容器に包囲され、この容器にはバルブＶ３を介
して窒素ガスが供給されるようになっている。

【００１９】照明光学系ＩＬを包囲している容器は、バ
ルブＶ６、酸素センサＳおよびロータリーポンプＲＰを
介して排気ダクトに連通している。一方、投影光学系Ｐ
Ｌを包囲している容器は、バルブＶ２、酸素センサＳお
よびロータリーポンプＲＰを介して排気ダクトに連通し
ている。また、レチクルを包囲している容器は、バルブ
Ｖ４、酸素センサＳおよびロータリーポンプＲＰを介し
て排気ダクトに連通している。

【００２０】投影光学系ＰＬの最終光学部材とウェハＷ
との間にも適当な方法により、所望の不活性ガス雰囲気
が形成されるようになっている。具体的には、投影光学
系ＰＬの下端からウェハＷが載置されたステージ装置全
体を容器で包囲しその容器に不活性ガスを充填する方法
や、投影光学系ＰＬの下端とウェハＷとの間の開放空間
に不活性ガスを連続的に供給して不活性ガス雰囲気を形
成する方法等がある。

【００２１】図２は、図１の露光装置のレチクル部の構
成を概略的に示す図である。図２に示すように、図１の
装置は投影露光すべき第１のレチクルＲ１を密封包囲す
るための第１室１を備えている。第１室１内において、
レチクルＲ１はアライメント部Ａの作用によりレチクル
テーブルＲＴ上に位置決めされている。図示の装置は第
１室１に隣接して第２室２を備えている。第１室１と第
２室２との間は開閉自在の機械式のシャッターＳ１によ
って仕切られている。第２室２内にはレチクル搬送機構
Ｍの２つのアーム５、６が設けられ、第１のアーム５は
何も把持することなく第２のアーム６は次に投影露光す
べきレチクルＲ２を把持し待機している。

【００２２】前述したように、第１室１はバルブを介し
て排気系およびガス供給系に接続されているが、第２室
２にはバルブＶ７およびイオン化ガス発生器４を介して
イオン化した窒素ガスが供給されるようになっている。
イオン化ガス発生器４では、たとえば紫外光照射による
２光子吸収作用によって窒素ガスをイオン化する。ま
た、第２室２は、バルブＶ８、酸素センサＳおよびロー
タリーポンプを介して排気ダクトに連通している。

【００２３】さらに、第２のシャッターＳ２を介して第
３室３が第２室２に隣接している。第３室３内には、複
数のレチクルを収容するためのレチクルカセット（レチ
クルライブラリ）ＲＣが設けられ、このレチクルカセッ
トＲＣ内には順次投影露光すべきレチクルＲ３乃至ＲＮ
が収容されている。

【００２４】以上のように構成された本発明の実施例に
かかる露光装置では、装置の立ち上げ時には、第１室１
および第２室２は大気雰囲気であり、シャッターＳ１お
よびＳ２は開いている。次いで、搬送機構Ｍの第１およ
び第２のアーム５、６を作動させ、第３室３内のレチク
ルカセットＲＣ内からそれぞれレチクルＲ１およびＲ２
を把持して取り出す。レチクルＲ１を把持した第１のア
ーム５は、第２室２を通過して第１室１内のレチクルテ
ーブルＲＴ上にレチクルＲ１を載置した後第２室２に戻
る。一方、レチクルＲ２を把持した第２のアーム６は、
第２室２内に戻ると第１室１に向かうことなく待機状態
に入る。

【００２５】第１および第２のアーム５、６がそれぞれ
レチクルＲ１およびＲ２を把持して第３室３を退去する
とシャッターＳ２が閉じられ、第１室１内にレチクルＲ
１が搬送され且つ第１のアーム５が第１室１を退去する
とシャッターＳ１が閉じられる。シャッターＳ１および
Ｓ２が閉じられると、第１室１および第２室２をそれぞ
れ個別に真空引きし、第１室１には窒素ガスを第２室２
には適当にイオン化した窒素ガスを充填する。充填圧力
は大気圧以上とする。

【００２６】第１室１内に窒素ガスが充填され所望の不
活性ガス雰囲気が形成されると、アライメント部Ａを作
動してレチクルＲ１をレチクルテーブルＲＴ上で位置決
めする。レチクルＲ１の位置決め終了後、所定の投影露
光を行う。すなわち、レチクルＲ１上に形成された回路
パターンをウェハＷの各露光領域に転写する。

【００２７】レチクルＲ１の投影露光が終了するとシャ
ッターＳ１を開き、搬送機構Ｍを作動させて露光済のレ
チクルＲ１と次に露光すべきレチクルＲ２とを交換す
る。具体的には、第１のアーム５を第１室１内に導入し
て露光済のレチクルＲ１を把持し第２室２内に搬入する
とともに、次に露光すべきレチクルＲ２を把持した第２
のアーム６を第１室内に導入しレチクルＲ２をレチクル
テーブルＲＴに載置する。レチクルＲ２がレチクルテー
ブルＲＴに載置され且つ第２のアーム６が第１室１を退
去して第２室２に戻ると、シャッターＳ１を閉じる。

【００２８】シャッターＳ１が開かれてから再び閉じら
れる間、第１室１内に第２室２内のイオン化された窒素
が流入するが、第１室１内の不活性ガス雰囲気は実質的
に破られることがなく、雰囲気の流動もほとんど発生す
ることはない。したがって、シャッターＳ１を閉じた
後、直ちにレチクルＲ２の位置決めを行い、所定の投影
露光を開始することができる。

【００２９】一方、シャッターＳ１を閉じた後直ちにシ
ャッターＳ２を開き、露光済のレチクルＲ１を把持した
第１のアーム５を第３室３内に導入し、レチクルＲ１を
レチクルカセットＲＣ内の所定の位置に戻すとともに、
第２のアーム６を第３室３内に導入して次の露光のため
に第２室２内で待機すべきレチクルＲ３を把持して第２
室２内に搬送する。

【００３０】第１のアーム５およびレチクルＲ３を把持
した第２のアーム６が第２室２内に戻ると、シャッター
Ｓ２を閉じる。シャッターＳ２が閉じられると、第２室
２を真空引きし適当にイオン化した窒素ガスを大気圧以
上に充填して所望の不活性ガス雰囲気を再形成する。第
２室２の不活性ガス雰囲気の再形成はレチクルＲ２の投
影露光中に行われる。

【００３１】上述の工程を繰り返すことにより、第１室
１内の不活性ガス雰囲気を実質的に破ることなく、順次
レチクルを交換して投影露光を行うことができる。

【００３２】本実施例では、第２室２および第１室１
（第１回目のレチクル交換後徐々に）内にイオン化活性
ガス雰囲気が形成されるようになっている。レチクルカ
セットＲＣおよびレチクルＲは、洗浄工程および搬送工
程において帯電し易く、レチクル上の回路パターンが静
電気により破損する可能性がある。本実施例では、イオ
ン化した不活性ガスの作用により電荷を中和してレチク
ルの静電気を除去することができるので、レチクルの回
路パターンが静電気に起因する損傷を受けることがな
い。

【００３３】また、本実施例では第３室３は大気雰囲気
となっているが、第３室３に排気系およびガス供給系を
接続して第３室３内で不活性ガス雰囲気を形成すること
ができるようにしてもよい。また、本実施例では２アー
ムの搬送機構を例にとって説明したが、第２室内にレチ
クル待機用のテーブルを設置して１アームでレチクルの
交換動作を行うことができることは明らかである。

【００３４】さらに、本実施例では不活性ガスとして窒
素ガスを使用する例を示したが、露光波長領域に酸素の
吸収スペクトルを有しない不活性ガスであれば、例えば
ヘリウム等のガスを使用してもよい。また、投影光学系
ＰＬは、反射系、反射屈折系、屈折系のいずれでも本発
明を有効に適用できる。

【００３５】

【効果】以上説明したごとく、本発明の露光装置では、
不活性ガス雰囲気を実質的に破ることなくレチクルを交
換することができるので、不活性ガス雰囲気を再形成す
る必要がない。また、レチクルの交換に伴う最小限の気
体流動しか発生しないので、気体流動に起因する雰囲気
の屈折率変化は実質的に回避され、レチクルのアライメ
ント動作も迅速に行われる。したがって、装置のスルー
プットが著しく向上する。

【００３６】また、本発明の別の態様によれば、イオン
化した不活性ガス雰囲気でレチクルを待機させ且つ投影
露光するので、レチクルの静電気を除去することができ
る。このため、レチクルに形成された回路パターンの損
傷が回避され、装置の信頼性が著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる露光装置の構成を模式
的に説明する図である。

【図２】図１のレチクル部の構成を概略的に示す図であ
る。

【図３】酸素の吸収スペクトルを示す図である。

【符号の説明】

１第１室２第２室３第３室４イオン化ガス発生器５第１のアーム６第２のアームＲレチクルＲＴレチクルテーブルＡアライメント部Ｓ１シャッターＳ２シャッターＭ搬送機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクのパターンを投影光学系を介して
感光基板に転写する露光装置において、投影露光すべき第１のマスクを密封包囲するための第１
室と、該第１室に不活性ガスを供給するための第１の供
給手段と、前記第１のマスクを次に投影露光すべき第２
のマスクと交換するための交換手段と、前記第２のマス
クを密封包囲するための第２室と、該第２室に不活性ガ
スを供給するための第２の供給手段と、第１室と第２室
との連通を遮断したり開放したりするための開閉手段と
を備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記第２の供給手段は、イオン化された
不活性ガスを供給することを特徴とする請求項１に記載
の装置。
【請求項３】前記交換手段は第２室内にあることを特
徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】前記交換手段は、第１のマスクを第２室
内に搬入するための第１のアームと、交換すべき第２の
マスクを第１室内に搬送するための第２のアームとを備
えていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】前記交換手段は第１室と第２室との間で
マスクを搬送するためのアームを備え、第２室内にはマ
スクを載置するためのテーブルが設けられていることを
特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項６】複数のマスクを収容するための手段を包
囲するための第３室と、該第３室と第２室との連通を遮
断したり開放したりするための第２の開閉手段とを備え
ていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項
に記載の装置。
【請求項７】前記第３室に不活性ガスを供給するため
の第３の供給手段を備えていることを特徴とする請求項
１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】前記第３の供給手段は、イオン化された
不活性ガスを供給することを特徴とする請求項７に記載
の装置。