JPH10242029A

JPH10242029A - 露光装置

Info

Publication number: JPH10242029A
Application number: JP9043731A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Suzuki; 康之鈴木; Kenji Ando; 謙二安藤; Minoru Otani; 実大谷; Riyuuji Hiroo; 竜二枇榔; Hidehiro Kanazawa; 秀宏金沢
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 1998-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】長期間使用しても、照度低下、照度ムラ変化
が少なく、安定して露光が行え、また、照度が変化した
場合にも、容易にメンテナンス可能な露光装置を提供す
る。【解決手段】光源からの光束をレンズを含む光学系を
介して通過させ、レチクルを通して露光対象物上に露光
する露光装置において、前記光学系を含むチャンバー２
と、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、ＮＨ₄、およびこれらを含む化
合物をあらかじめ除去した酸化性ガスを前記チャンバー
内に供給する手段４と、前記チャンバーに設けられたガ
ス排出孔と、前記チャンバー内のガスを処理する手段６
とを有する露光装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造等
に用いられる露光装置に関し、特に縮小露光系を含むス
テッパ露光装置を用いた露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステッパ露光装置は、レチクルないしマ
スク（以下、まとめて「レチクル」と呼ぶ。）上のパタ
ーンを１／１０ないし１／５に縮小して半導体ウエハ上
のフォトレジスト膜等の露光対象物上に結像させるもの
である。ステッパ露光装置の露光波長は、半導体装置の
高集積化、小型化に伴い、水銀ランプのｇ線からｉ線へ
と短波長化し、さらにはエキシマレーザのＫｒＦレーザ
光、ＡｒＦレーザ光へと短波長化を進められている。こ
れらの露光に用いられる紫外線は、フォトンエネルギが
高く、照射されたホトレジスト等の感光体に化学変化を
生じさせ、レチクルパターンを露光対象物上に形成させ
る。

【０００３】図７は、従来のステッパ露光装置を示す。
図７においては、照明系の鏡筒１内に、紫外線を発光す
る光源７１と、光源７１から発した光をレチクル７４上
に照射するためのコンデンサレンズ７２が配置されてい
る。ランプ７１から発し、コンデンサレンズ７２で平行
光束にされた光はレチクル７４を照射する。さらに、レ
チクル７４の開口部を通過した紫外光は、鏡筒１内を通
過し、縮小投影系レンズ群７５によって集束され、半導
体ウエハ７７上に塗布されたホトレジスト膜を露光す
る。なお、半導体ウエハ７７は、ベース７８上に固定さ
れたＸＹステージ７９に配置される。露光は、不図示の
シャッター、絞り等により、適当な照度で露光した後、
ＸＹステージを移動し、同様の手順で繰り返し行なわれ
る。

【０００４】なお、ステッパの処理速度を高めるために
は、照明系、露光系全レンズ群を透過する光量を大きく
するとともに、フレアーや露光対象物上の照度ムラを極
力抑えなければならない。このため、通常、レンズ表面
には反射防止膜が形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ｇ線、およびｉ線のス
テッパを長期間使用すると、図７における照明系レンズ
群７２や投影系縮小レンズ群７５のレンズ表面にくもり
や、有機物が堆積する。一般的にこれらレンズ群の表面
には露光波長に対する反射防止膜等がコーティングされ
ており、くもりや、有機物が堆積することで反射率が変
化するために、透過率が減少し、露光光が散乱するとい
う問題があった。また、レンズ群表面に付着した堆積物
が露光光を吸収する場合にも、同様にレンズの透過率の
減少や、レンズ面内の透過率のムラが生じる。このよう
な状態になると、ステッパの投影照度が減少し、照度ム
ラが発生し、フレアー等が大きくなるなど、性能が全体
として低下してしまう。

【０００６】一方、露光波長がエキシマＫｒＦレーザ
（２４８ｎｍ）、ＡｒＦレーザ（１９３ｎｍ）と短波長
になり、フォトンエネルギー、エネルギー密度が大きく
なると、クリーンルーム中や、レンズ鏡筒内で付着した
有機物等が除去され、短期間においても露光面での照度
が変化するなどの問題があった。

【０００７】以上の問題点を解決するために、特開平７
−２０１７０２号公報では非酸化性ガスであるＮ₂等の
ガスで鏡筒内を充填する改善策が開示されている。ま
た、特開平７ −２７３０１６号公報ではシールガラス
でレンズ等への付着を防止し、シールガラスを交換可能
にすることで、性能劣化を防止する改善策が開示されて
いる。

【０００８】しかしながら、レンズ鏡筒内にはレンズと
鏡筒の固定のための接着剤や、鏡筒内部表面に付着した
有機物等の汚染物質が存在し、これら汚染物質と紫外線
の反応による光デポジションがおこる。また、紫外線を
照射しなくても有機物が表面に付着する。したがって、
上記の対策では、有機物の付着による光学性能の劣化を
防止するには十分でなく、また、縮小露光系レンズ群は
交換が非常に困難であるという問題点を有していた。

【０００９】本発明の目的は、いずれの露光波長におい
ても、長期間性能の劣化が少ない露光装置を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、性能の劣
化したｉ線露光レンズをフーリエ変換赤外分光装置（以
下ＦＴＩＲと表示）によって分析した結果、各種のハイ
ドロカーボン、カルボン酸化合物、アクリルアミド等の
有機化合物がレンズ表面上に堆積していることを見いだ
した。未使用の同一レンズ系を分析したところ、各種の
ハイドロカーボンが検出された。従って、カルボン酸化
合物、アクリルアミド等は、雰囲気中の成分やレンズア
センブリからのアウトガス成分が反応して形成されたと
判断することができる。通常、大気中に放置されたサン
プル上には各種ハイドロカーボンが付着することが知ら
れており、ハイドロカーボンについては大気中で付着し
たものと光化学反応により形成されたものかの区別が出
来ていないが、通常のレンズ作成工程中や洗浄後にレン
ズ表面に付着することは明らかになっている。紫外線に
よる有機物堆積反応を抑制するには、原料物質を除去す
ることが考えられるが、有機物原料供給元になる鏡筒と
レンズを固定する接着剤等は除去することが非常に困難
であり、また、鏡筒内表面に付着している有機物や、接
着剤以外の鏡筒内物質を完全に取り除くことも難しい。

【００１１】図２に、アクリルボックス中で高純度Ｎ₂
（９９．９９％以上、露点−７０度）ガスでパージしな
がら２４０〜４００ｎｍの波長領域の紫外線を照射した
時の反射率の変化の様子を示す。サンプルは石英基板上
に反射防止膜を形成した基板である。この図から、反射
特性が長波長側にシフトしていることがわかる。シミュ
レーションとＦＴＩＲ分光測定の結果、サンプル表画に
ハイドロカーボン膜が数ｎｍ〜十数ｎｍ形成されている
ことがわかった。すなわち、高純度Ｎ₂でパージしてい
ても、ハイドロカーボンの付着を防ぐことはできない。
また、このハイドロカーボンの付着によって反射率が変
化し、その結果透過率も変化してしまう。また、露光光
が短波長になれば付着物の吸収の影響も大きくなってく
る。

【００１２】これに対し、本発明は、光学系を含むチャ
ンバーに酸化性ガスを供給することによりレンズに付着
するハイドロカーボン等を除去するものである。すなわ
ち、本発明の露光装置は、光源からの光束をレンズを含
む光学系を介して通過させ、レチクルを通して露光対象
物上に露光する露光装置において、前記光学系を含むチ
ャンバーと、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、ＮＨ₄、およびこれら
を含む化合物をあらかじめ除去した酸化性ガスを前記チ
ャンバー内に供給する手段と、前記チャンバーに設けら
れたガス排出孔と、前記チャンバー内のガスを処理する
手段とを有することを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明における光学系を含むチャ
ンバーとは、縮小露光系レンズ群および照明系レンズ群
のチャンバーの両方を含み、これらのいずれか一方また
は両方のチャンバーに、ガス排出孔と、チャンバー内の
ガスを処理する手段とが設けられている。

【００１４】本発明において、酸化性ガスは、レンズ表
面に付着した有機膜を除去する役割を果たす。これによ
り、レンズの反射率、透過率の変化を防ぎ、長時間性能
の劣化しない露光装置が実現される。このような効果を
有するガスとして、オゾン、Ｎ₂Ｏ、Ｈ₂Ｏ₂等を含むガ
スが用いられる。また、酸素ラジカル、Ｎ₂Ｏラジカル
等の酸化性ラジカルを含むガスも好適に用いられる。酸
化性ガスは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、ＮＨ₄、およびこれら
を含む化合物をあらかじめ除去したものを用いる。これ
らの化合物は、酸化されてレンズ表面に固形物として堆
積するからである。

【００１５】酸化性ガスは、レンズ表面に付着した有機
化合物等を蒸気圧の高いガス状物質に変化させ、これと
ともに鏡筒に設けられた排出孔より外部に排出される。
排出されたガスは処理設備に導かれる。この処理設備に
より有害なオゾンは分解処理され、その他のガス成分は
無害化され、その後、パーティクル除去フィルターを通
してクリーンルーム内に排出される。

【００１６】本発明においては、光学系は、レンズ鏡
筒、レンズを接着する接着剤、鏡筒内面等により構成さ
れるが、これらの少なくとも一部が、酸化性ガスに対す
る耐久性の高い耐酸化性材料からなるものであるか、ま
たは酸化性ガスに触れないよう保護膜でコーティングさ
れることが望ましい。ここで、耐酸化性材料としては、
ガラス、セラミック、金属酸化物、Ｓｉ₃Ｎ₄等のチッ化
物、金属、ＡｌＦ₃等のフッ化物等が用いられる。ま
た、保護膜の材料としては、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｔｉ
Ｏ₂等の金属酸化物、金属、Ｓｉ₃Ｎ₄等のチッ化物、Ａ
ｌＦ₃等のフッ化物等が用いられる。

【００１７】本発明における光源としては、ｉ線、ｇ
線、エキシマＫｒＦ、ＡｒＦ等を用いることができる。
ただし、露光波長にエキシマ（ＫｒＦ、ＡｒＦ）を使う
場合、エキシマのフォトンエネルギーが大きいため、露
光中に付着したハイドロカーボンが除去される効果があ
り、従って放置中に付着する有機系付着物をクリーニン
グすることで、光学性能の安定化を図ることができる。

【００１８】本発明の露光装置には、パージガスをチャ
ンバーに供給する手段を設けても良い。これにより、パ
ージガスと酸化性ガスを併用し、レンズ表面への有機物
の付着を防止することが可能となる。露光系のメンテナ
ンスも容易となる。パージガスとしては、Ｎ₂、Ａｒ、
Ｎｅ等の不活性ガスが用いられる。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。

【００２０】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例
に係るｉ線露光装置の要部概略図である。図において、
１は照明系レンズ封止チャンバー、２は投影系レンズ封
止チャンバー、３は酸素ガスボンベ、４はオゾン発生装
置、６はオゾン処理装置である。１１は光源としての発
光管であり、紫外線および遠紫外線等を放射する高輝度
の発光部を有している。１１から放射された紫外線は１
２のコンデンサーレンズおよび本概略図では省略した、
ｉ線フィルター、ミラー、オプティカルインテグレー
タ、ズームレンズ等の光学部品によって、レチクルを均
一に照明するよう調整されている。レチクル１４を通っ
た紫外光は、鏡筒１６内に収められた縮小露光系レンズ
群１５を密封する封止チャンバー２内に入射し、さらに
縮小露光レンズ群１５をへて、ウエハー１７上にレチク
ルパターンを転写する。鏡筒１６内には縮小レンズ群１
５と鏡筒１６を接着する接着剤や、レンズ固定治具など
があるが省略している。

【００２１】鏡筒内にはクリーンルーム内の各種溶剤、
フィルター材から放出される有機金属系ガス等の様々な
ガスが混入しているため、露光中、縮小露光系レンズ群
の表面には、紫外線の光化学反応等によって、金属酸化
物、各種のハイドロカーボン、カルボン酸化合物、アク
リルアミド等の有機化合物が堆積してしまう。

【００２２】ここで、酸素ガスボンベ３、オゾン発生器
４により、オゾンガスを封止チャンバー２内に導入す
る。オゾンガス発生用酸素ガスはクリーンルーム内に混
入する有機溶剤、有機金属系ガスの他、光化学反応によ
って固形物を生成するガスを除去し、デポジションが起
こらない状態まで純化している。又、オゾンの生成効率
を向上するために、数％のＮ₂ガスを添加している。封
止チャンバー２内にある鏡筒１６には、このオゾンガス
が縮小露光系レンズ群１５に効率よく行き渡るように、
貫通孔５があけられている。このオゾンガスを封止チャ
ンバー２内にしばらく流し、鏡筒内の不純物ガスを十分
に置換する。その後、オゾンガスを流しながら露光を行
う。有機金属ガス等の不純物ガスが取り除かれているた
め、露光中、金属酸化物は堆積することはなくなるが、
ハイドロカーボン等の有機膜は堆積する。しかし、オゾ
ンガスによって、レンズ表面に付着した有機化合物は蒸
気圧の高いガス状物質に変化し、オゾンガスとともにレ
ンズより除去され、鏡筒外部に排出される。排出された
ガスは有害なオゾンは分解処理され、その他のガス成分
も無害化して、さらにパーティクル除去フィルターを通
してクリーンルーム内に排出されるようになっている。

【００２３】尚、封止チャンバー１、２の露光光照射部
の大気側にも有機物が付着するが、この部分には防着ガ
ラス等を配置し、着脱容易にして交換する。また、レン
ズ鏡筒とレンズを接着する接着剤、鏡筒内面等の使用材
料はオゾンに対して耐性の高いものを用いるか、または
オゾンガスに触れないよう保護膜をコーティングするこ
とが望ましい。また、本実施例では縮小露光系レンズの
みを清浄化する実施例を示したが、照明系レンズについ
てもまったく同様の処理が可能であることは言うまでも
ない。

【００２４】本発明による図１に示した露光装置を用い
れば、レンズ表面に付着して反射率を変化させたり、ｉ
線を吸収するような有機物を常に除去することが可能に
なり、透過率、照度ムラが変化せず、長期間安定して露
光することが可能になる。また、レンズ群を分解し清掃
するなどの手間かかからず、装置を効率よく使用するこ
とができる。

【００２５】（実施例２）図３は本発明の第２の実施例
に係るｉ線露光装置の要部概略図である。図において、
３１はＮ₂ガス、３２ガス流切り替え器である。露光の
ためにレンズ群１５に紫外線を照射する前に、ガス切り
替え器３２によりＮ₂ガス３１を鏡筒内に流し、鏡筒内
をＮ₂ガスで十分にパージする。ここで使用するＮ₂ガス
は、有機金属、ＮＨ₄等のデポジションを起こす不純物
を除去したものを使用する。又、ここではＮ₂ガスを使
用しているが、Ａｒ、Ｎｅ等の不活性ガスでも良いし、
また、金属不純物、有機不純物を除去した空気でもよい
が、安価で、高純度のガス入手でき、屈折率が大気と同
程度のものであることが望ましい。Ｎ₂ガスでパージし
た後、ガスを微少流量流しながら露光を行う。この時、
鏡筒内や、接着剤等から放出されるガスと紫外線によっ
て、レンズ表面にハイドロカーボン等の有機膜が付着す
る。しかし、付着する速度は非常に遅いため、しばらく
は露光装置の性能に影響することはない。定期的に、ガ
ス切り替え器３２を切り替え、酸素ガス３とオゾン発生
器４により、鏡筒内にオゾンガスを導入する。このオゾ
ンガスによって、露光中にレンズ表面に付着した有機膜
が除去され、縮小露光系のメンテナンスを容易に行うこ
とができる。照明系の性能を評価し、劣化してきたタイ
ミングでオゾンによりクリーニングすればよく、オゾン
処理器６の寿命も長く、又、鏡筒内の接着剤等の劣化も
少なくできる。

【００２６】（実施例３）図４は本発明の第３の実施例
に係るｉ線露光装置の要部概略図である。図において、
４１はＮ₂ガス、４２は酸素ガス、４３は電極、４４は
高周波電源およびマッチングボックス、４５は排気系で
ある。鏡筒１６内を４１のＮ₂ガスで十分にパージした
後、露光を行う。長時間使用するとレンズ表面に有機物
が付着し、ウエハ１７上の照度、照度分布が変化してし
まう。そこで、照度、照度分布モニター値が規格値をオ
ーバーしたところで、露光を一旦中止し、鏡筒内にＯ₂
ガスを導入し、４５の排気系で適当な圧力まで減圧状
態にする。ここで、高周波電源４４より、電極４３に高
周波電力を印可し、酸素および窒素プラズマを形成す
る。このプラズマ中で形成された酸素ラジカル、オゾン
等により、レンズ上の有機物を除去する。除去された有
機物は排気系４５により鏡筒から排出され、処理系６に
よって無害化され、排出される。有機物付着の多い部位
にのみ放電を形成し、除去できるので、接着剤、封止チ
ャンバー内面等の劣化を防止することができる。又、効
率よくレンズにオゾン等を供給できるため、有機物除去
速度が非常に速い特徴を有する。本実施例では供給ガス
にＮ₂とＯ₂を用いたが、放電によって有機膜除去効果の
活性物質を生成するガスならばＮ₂Ｏ、Ｈ₂Ｏ、Ｈ₂Ｏ₂等
でもよい。特に活性な酸素原子を生成し、且つ分解する
以前は安全なガスが望ましい。

【００２７】（実施例４）図５は本発明の第４の実施例
に係るｉ線露光装置の要部概略図である。図において、
５１はｉ線フィルター、５２はｉ線フィルター駆動系、
５３は金属不純物、有機不純物等を除去したＮ₂／Ｏ₂混
合ガスである。露光を行う前に鏡筒１６内を５３のガス
で十分に置換する。露光中も十分な流量のガスを流しな
がらウエハの焼き付けを行う。こうすることで金属酸化
物の付着を防止する。ウエハ上の照度、および照度分布
モニタにより、規格値をはずれそうになったところで、
露光を中断し、５１のｉ線フィルタをフィルター駆動系
５２により取り外す。ここで、縮小露光系レンズ群１５
に光源１１からの紫外光をｉ線フィルターを通さずに照
射する。光源１１は焼き付け波長のｉ線以外にも多くの
輝線を有し、より短波長の紫外線も放出されている。鏡
筒１６内の酸素は、この紫外線により、活性化され、オ
ゾン等の活性種を生成し、レンズに付着した有機物を除
去する。活性種の生成には紫外線が有効であり、露光系
の加熱を防止するために、赤外線カットフィルターを通
して照射しても、有機物除去効果はほとんど変わらな
い。又、本実施例では露光に使う光源を用いているが、
外部から紫外光を導入してもよい。ｉ線フィルターをは
ずして、有機物を除去する場合、できるだけ照度をあげ
るため、レチクル１４もはずして行うことが望ましい。

【００２８】（実施例５）図６は本発明の第５の実施例
に係るｉ線露光装置の要部概略図である。図において、
１６は内部にオゾンガスを充填した密封型鏡筒、６１は
金属および金属化合物、有機不純物等を除去したＮ₂／
Ｏ₂混合ガス、６２はストップバルブ、６３はガス排出
孔である。縮小露光系に金属酸化物等の容易に除去でき
ない付着物が析出しないように６１のボンベ等より金属
および金属化合物、有機不純物等を除去したＮ₂／Ｏ₂混
合ガスでパージを行いながら、露光を行う。レンズ鏡筒
内には高濃度のオゾンガスが充填されており、レンズ表
面に付着した有機物を除去し、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ等に変化さ
せる。これらのガスは、ｉ線で分解することはなく、安
定してガス状で存在する。鏡筒内の有機物汚染は、製造
時に鏡筒内部に付着したハイドロカーボン、接着剤等か
ら放出されるガスが主成分となるが、長時間使用するう
ちに枯れてくる。従って、初期に放出されるガスによる
有機付着物を再付着しないガス状に変換してしまうこと
で、長期間安定した光学性能を維持することが可能とな
る。本実施例では、除去できる有機付着物の量を無限に
はできないが、酸化物ガス処理系、酸化物ガス供給系等
が必要なく、使いやすく、安価で、しかも長期間光学性
能の安定した露光装置を提供できるという利点がある。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レンズ表面に付着した有機膜を酸化性ガスにより除去す
ることができ、レンズの反射率、透過率の変化を防ぎ、
長時間性能の劣化しない露光装置を実現することができ
る。また、光学系の性能が劣化した場合においてもメン
テナンスを容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の露光装置のレンズ系を示す概略断面図
である。

【図２】高純度Ｎ₂パージ環境下で紫外線を照射した際
の反射防止膜の反射率変化を示す図である。

【図３】本発明の露光装置のレンズ系を示す概略断面図
である。

【図４】本発明の露光装置のレンズ系を示す概略断面図
である。

【図５】本発明の露光装置のレンズ系を示す概略断面図
である。

【図６】本発明の露光装置のレンズ系を示す概略断面図
である。

【図７】従来の露光装置のレンズ系を示す概略断面図で
ある。

【符号の説明】

１照明系レンズ封止チャンバー２投影系レンズ封止チャンバー３酸素ガスボンベ４オゾン発生装置５貫通孔６オゾン処理設備１１光源１２コンデンサーレンズ１４レチクル１５縮小露光系レンズ１６鏡筒１７シリコンウエハ１８ベース１９ＸＹステージ３１窒素ガスボンベ３２ガス流切り替え器４１窒素ガスボンベ４２酸素ガスボンベ４３電極４４高周波電源およびマッチングボックス４５排気系５１ｉ線フィルタ５２フィルター駆動系５３Ｎ₂／Ｏ₂混合ガスボンベ６１Ｎ₂／Ｏ₂混合ガスボンベ６２ストップバルブ６３ガス排出孔７１光源７２コンデンサーレンズ７４レチクル７５縮小露光系レンズ７７シリコンウエハ７８ベース７９ＸＹステージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者枇榔竜二東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者金沢秀宏東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光束をレンズを含む光学系を
介して通過させ、レチクルを通して露光対象物上に露光
する露光装置において、前記光学系を含むチャンバー
と、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ、ＮＨ₄、およびこれらを含む化
合物をあらかじめ除去した酸化性ガスを前記チャンバー
内に供給する手段と、前記チャンバーに設けられたガス
排出孔と、前記チャンバー内のガスを処理する手段とを
有することを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記チャンバー内にパージガスを供給す
る手段を有する請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】前記酸化性ガスがオゾンを含むガスであ
って、前記チャンバー内のガスを処理する手段がオゾン
処理設備である請求項１または２記載の露光装置。
【請求項４】前記酸化性ガスがＮ₂Ｏを含むガスであ
って、前記チャンバー内のガスを処理する手段がＮ₂Ｏ
処理設備である請求項１または２記載の露光装置。
【請求項５】前記酸化性ガスがＨ₂Ｏ₂を含むガスで
あって、前記チャンバー内のガスを処理する手段がＨ₂
Ｏ₂処理設備である請求項１または２記載の露光装置。
【請求項６】前記酸化性ガスが酸化性ガスラジカルを
含むガスであって、前記チャンバー内のガスを処理する
手段が前記酸化性ガスラジカルを含むガスの処理設備で
ある請求項１または２記載の露光装置。
【請求項７】前記光学系の少なくとも一部が耐酸化性
材料からなる請求項１乃至６いずれかに記載の露光装
置。