JPH11111586A

JPH11111586A - 半導体製造用露光装置およびこれを用いた半導体デバイス製造プロセス

Info

Publication number: JPH11111586A
Application number: JP9265688A
Authority: JP
Inventors: Keita Sakai; 啓太酒井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1999-04-23
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: JP3563935B2

Abstract

(57)【要約】【課題】被露光基板から発生するガスにより投影光学
系が汚染される。【解決手段】投影光学系６からの露光光１７により半
導体基板１０を露光する半導体製造用露光装置におい
て、投影光学系と基板との間に、露光光を通過させるた
めの開口を有した光学系汚染防止用遮蔽部材１４を設
け、さらにこの遮蔽部材を帯電させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス製
造プロセスにて使用される半導体製造用露光装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路の高集積化はギガ
ビットＤＲＡＭ世代へ向けて進んでいる。そして、この
高集積化に伴い、露光装置とりわけ投影光学系に要求さ
れる性能もさらに高レベルとなってきている。

【０００３】ここで、露光装置の解像度は、投影光学系
の開口数（ＮＡ）を大きくすることによって高めること
ができるが、ＮＡを大きくすることによって焦点深度が
浅くなる。したがって、ある程度以上ＮＡを大きくする
ことができず、解像度を高めるためには露光波長を短波
長化することが要求されている。

【０００４】このような理由で、ギガビットＤＲＡＭ世
代の露光装置に用いられる光源として、ＫｒＦエキシマ
レーザやＡｒＦエキシマレーザが有望視されているが、
光源の短波長化に伴いレジストも解像度の高い化学増幅
型レジストへと移行する。化学増幅型レジストは、Ｋｒ
Ｆ等の光源を用いて露光することにより酸を発生させ、
露光後のペーク処理時に酸を触媒として、ポジ型では保
護基脱離反応を、ネガ型では架橋反応を起こさせるもの
であり、これによりアルカリ現像液に対する溶解速度を
変化させて現像後に高アスペクト比のパターンを得るこ
とができる。

【０００５】図６には、ポジ型化学増幅レジストの反応
の概略を示している。図中（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），
（Ｄ）の順に反応は進行する。レジストは保護基６２を
有したベース樹脂６１および光酸発生剤６３から構成さ
れる（Ａ）。ＫｒＦやＡｒＦ光源からの光によって露光
されると、光酸発生剤６３が反応し、酸６４を発生する
（Ｂ）。酸６４は触媒となって保護基６２を脱離し、反
応生成物６５を作る（Ｃ）。反応生成物６５は気化し、
レジスト膜外へと出ていくため、レジストの膜厚は減少
する（Ｄ）。

【０００６】図中（Ｃ），（Ｄ）の現象は、主に露光後
の熱処理時に起きるものであるが、実際に用いられてい
る化学増幅レジストは、露光中あるいは露光からベーク
処理までの間にも起きる。これは、露光装置のスループ
ットを上げるためにレジストの感度を向上させた結果、
保護基脱離反応が酸の存在に対して敏感に起こり、高温
にベークしなくても常温で反応が進行することが原因で
ある。なお、図７には、実際の露光後のレジスト膜厚の
変化を示している。この図から分かるように、露光量に
応じて反応速度が異なり、膜厚の減少速度に差が生じ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、露光
中から熱処理時にかけて反応生成物が気化してガスが生
じるのであるが、このガスが露光光と反応して有機物が
生じ、投影レンズ系が汚染されるという問題がある。

【０００８】すなわち、図８に示すように、光源から照
明光学系、レチクルおよび投影光学系８６を通過して被
露光基板９０に光が照射されると、基板９０のレジスト
が反応してガス８８が発生する。発生したガス８８が光
源光に反応して有機物８７が発生し、この有機物８７が
投影光学系８６の最終段レンズ８９の表面に付着する。

【０００９】例えば、保護基として代表的なものである
１エトキシエトキシ基の脱離反応は、温度よりもむしろ
触媒となる酸に敏感であり、ベーク前の状態において反
応が進行する。この脱離反応（化１）において生成され
たアセトアルデヒドとエタノールは揮発性が高く、レジ
スト中に存在する残存溶媒や酸、酸発生剤、界面活性剤
等の添加剤等とともに揮発する。

【００１０】

【化１】

【００１１】このように反応生成ガスとともに膜外に放
出された有機物が、光照射による分解、再結合を含む複
雑な反応過程を経て、投影レンズ等の表面に付着固化す
る。そして、このように投影レンズが汚染された場合、
露光装置の解像性能が低下したり、照度むらによる画角
内の線幅のばらつきが生じたりして、製造した半導体デ
バイスの歩留まりが低下するという問題がある。

【００１２】このような問題に対して、特開平６−１４
０３０４号公報にて提案され、本願図９に示す露光装置
では、投影光学系９６のレンズ９９と被露光基板１００
との間にフィルム１０１を設けて、レジストからの発生
ガス９８がレンズ表面に付着するのを防止している。

【００１３】しかしながら、このような露光装置では、
露光光の短波長化に対応した十分な透過率を有するフィ
ルム材料がないという問題がある。また、露光光により
フィルムがダメージを受けて透過率が変化したり、フィ
ルム面に付着した物質によってフイルム面内での透過率
の偏りが生じたりして、解像性能が劣化したり照度が変
動したりするという問題もある。

【００１４】また、特開平６−２６０３８５号公報にて
提案され、本願図１０に示す露光装置では、被露光基板
１１０の周辺にノズル１１３を設け、投影光学系１０６
のレンズ１０９と被露光基板１１０との間に不活性ガス
１１２を供給することにより、スループットを落とさず
に不活性ガス中での露光を可能としている。

【００１５】しかしながら、このような露光装置では、
レジストからの発生ガス１０８は投影光学系に付着しに
くいものの、不活性ガスのフローによって露光雰囲気中
の屈折率がゆらぎ、被露光基板の露光むら引き起こすと
いう問題がある。

【００１６】そこで、本発明は、化学増幅レジストを用
いた際の投影光学系の汚染を防いで、長期間安定した高
精度のパターン転写が可能な半導体製造用露光装置を提
供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、投影光学系からの露光光により半導
体基板を露光する半導体製造用露光装置において、投影
光学系と基板との間に、露光光を通過させるための開口
を有した光学系汚染防止用遮蔽部材を設け、この遮蔽部
材を帯電させるようにしている。

【００１８】例えば、逐次移動型縮小投影露光装置（ス
テッパ）で８インチ基板を露光する場合、１枚の基板を
処理するのに必要な時間は６０秒程度である。この間に
露光された領域のレジストから脱ガスが生じ、投影光学
系汚染の原因となる。撮影レンズ最終面と被露光基板と
の距離は３０ｍｍ程度と近く、従来の露光装置ではその
間に何もないためレジストからの発生ガスに接触し易い
構造となっている。しかし、投影光学系と被露光基板と
を通じさせる空間は露光光路を妨げない最小の領域でよ
いはずであり、そのような領域を確保できる開口を有す
る遮蔽部材を設けることによって、レジストからの発生
ガスが投影光学系（特に、投影レンズの最終面）に接触
する確率はきわめて低くなる。

【００１９】さらに、遮蔽部材を帯電させることによ
り、イオン状態のガスをより効果的に吸着することを可
能とし、光学系汚染防止効果を一層高めることが可能と
なる。なお、帯電させる遮蔽部材の材質としては、導電
性の高い金属上に誘電体をコーティングしたものが好ま
しい。誘電体としては、ポリビニルアルコール、ポリビ
ニルピロドリン、セルロース、ポリエチレングリコー
ル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン
酸、ポリアクリルアミド、メタクリル酸アミド、メタク
リル酸エステル、アクリル酸エステル、ポリエーテルエ
ーテルケトン、ポリカーボネート、ポリエステルやこれ
らのポリマー等が挙げられる。また、これら以外にも、
絶縁性が高くて安定な材料であれば、誘電体コーディン
グ材料として使用することができる。また、帯電方法と
しては、コロナ放電による帯電方法が簡便なため好まし
いが、これ以外にも電子線照射など、誘電体を荷電でき
る方法であればよい。

【００２０】さらに、誘電体中に有機ガスを化学吸着す
る物質、例えばカルシウム、ストロンチウム、バリウ
ム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、
タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、鉄等を
含有させることにより、電気的、物理的および化学的に
有機ガスによる投影光学系の汚染を防止することができ
るようにしてもよい。

【００２１】また、遮蔽部材の開口面積を投影光学系の
開口数に応じて変更できるようにすれば、露光時の遮蔽
部材の開口面積を常に光路を妨げない最小の面積とする
ことができ、レンズ汚染防止効果を高めることができ
る。

【００２２】そして、これらの結果、露光装置の解像性
能および照度の長期安定性を向上させ、良好なレジスト
パターンを安定的に得ることが可能となる。

【００２３】なお、遮蔽部材を、常時開口したスリット
状開口を有するものとしてもよいが、露光時に開口を開
き、非露光時に開口を閉じるシャッター状に構成しても
よい。前述のようにステッパで８インチ基板を露光する
場合、１枚の基板を処理するのに必要な時間は６０秒程
度である。しかし、この時間から非露光基板の移動等に
要する時間を除いた純粋な露光時間は数秒である。この
ため、純粋な露光時間の間だけ露光用開口を開き、これ
以外の時間の間は露光用開口を閉じるようにすれば、レ
ジストからの発生ガスによる投影光学系の汚染を効果的
に防止することが可能となる。

【００２４】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）図１には、本発明の第１実施形態であ
るＫｒＦ逐次移動型縮小投影露光装置（ステッパ）の露
光部の構成を示している。この図中、６は投影光学系で
あり、９は最終段の投影レンズである。１０は被露光基
板であり、この基板１０と投影レンズ９との間には、シ
ャッター（遮蔽部材）１４が設けられている。

【００２５】シャッター１４は、露光時に露光光を通過
させるための開口を開き、非露光時には開口を閉じる。
なお、シャッター１４は、その開口面積を、露光光の光
路を妨げない最小の面積とするために、投影光学系６の
開口数（ＮＡ）に応じて変更できる構造となっている。
つまり、ＮＡが大きい場合には、シャッター１４の開口
面積は大きく設定され、ＮＡが小さい場合には、シャッ
ター１４の開口面積は小さく設定される。

【００２６】また、シャッター１４はアルミニウムで作
られており、その基板側表面にはポリメタクリル酸メチ
ルが１μｍの厚さでコーティングされている。

【００２７】さらに、本実施形態では、図２に示すよう
に、ステッパの使用前に定期的に、シャッター１４の基
板側表面をコロナ帯電装置により帯電させるようにして
いる。具体的には、シャッター１４に対して基板側に針
電極１６を配置し、シャッター１４の金属部を対向電極
として、シャッター１４の表面の誘電体にコロナ放電
し、帯電を行う。帯電後のシャッター１４の表面電位は
１００Ｖ程度が望ましい。

【００２８】以上のように構成されたステッパでは、図
１（Ａ）に示すように、シャッター１４の開口を開いた
状態で、ＫｒＦ光源（図示せず）からの露光光１７が、
レチクル（図示せず）がセットされている投影光学系６
を通して被露光基板１０に照射されて露光が行われる。

【００２９】露光終了後は、図１（Ｂ）に示すように、
直ちにシャッター１４の開口が閉じ、基板１０上のレジ
ストから発生したガス８が投影光学系６側に移動しない
ようにする。これにより、露光直後（被露光基板１０が
次のショット位置に移動する前）における投影レンズ９
のガス８による汚染が防止される。

【００３０】続いて、図１（Ｃ）に示すように、被露光
基板１０が次のショット位置に移動するとともにシャッ
ター１４の開口が開かれるが、既に露光されてレジスト
からガス８が発生している領域はシャッター１４の開口
の真下から移動し、しかも、シャッター１４の表面は帯
電状態にあるため、イオン状態のガス８はシャッター１
４に電気的に吸着されて、シャッター１４の開口を通し
て投影光学系６側に移動しない。これにより、被露光基
板１０が次のショット位置に移動した後の投影レンズ９
のガス８による汚染も防止される。

【００３１】なお、このようなステッパを定常稼働によ
り６ヶ月間使用した後に、投影レンズ９を検査したとこ
ろ、投影レンズ９への付着物は極めて少なく、許容でき
る範囲内であった。

【００３２】（第２実施形態）図３には、本発明の第２
実施形態であるＫｒＦ走査型縮小投影露光装置（スキャ
ナ）の露光部の構成を示している。なお、本実施形態に
おいて、第１実施形態と同じ構成要素については第１実
施形態と同符号を付して説明に代える。

【００３３】本実施形態は、被露光基板１０と投影レン
ズ９との間に、常時開口したスリット状開口を有するス
リット板３４が設けられている点で第１実施形態と異な
る。なお、スリット板３４は、その開口面積（スリット
長辺の長さ）を、露光光の光路を妨げない最小の面積と
するために、投影光学系６の開口数（ＮＡ）に応じて変
更できる構造となっている。つまり、ＮＡが大きい場合
には、スリット板３４の開口面積は大きく設定され、Ｎ
Ａが小さい場合には、スリット板３４の開口面積は小さ
く設定される。

【００３４】また、スリット板３４はアルミニウムで作
られており、その基板側表面はカルシウムを５部含んだ
１μｍ厚のポリメタクリル酸メチルフィルムでコーティ
ングされている。

【００３５】さらに、本実施形態でも、第１実施形態と
同様にして、スキャナの使用前に定期的に、スリット板
３４の基板側表面をコロナ帯電装置により帯電させるよ
うにしている。帯電後のスリット板３４の表面電位は１
００Ｖ程度が望ましい。

【００３６】以上のように構成されたスキャナでは、図
３（Ａ）に示すように、、ＫｒＦ光源（図示せず）から
の露光光が、レチクル（図示せず）がセットされている
投影光学系６およびスリット板３４の開口を通して被露
光基板１０に照射されて露光が行われる。

【００３７】露光終了後は、図３（Ｂ）に示すように、
直ちに基板１０が次のショット位置に移動するが、この
とき既に露光されてレジストからガス８を発生している
領域もスリット板３４の開口の真下から移動する。しか
も、スキャナの場合はスキャン方向のスリットサイズが
ステッパの開口サイズより小さいことに加え、スリット
板３４の基板側表面は帯電状態にあり、かつ基板側表面
には有機ガスを化学吸着する物質がコーティングされて
いるため、レジストから発生したガス８は電気的、化学
的にスリット板３４に吸着され、スリット板３４の開口
を通して投影光学系６側に移動しない。このため、ガス
８による投影レンズ９の表面の汚染を第１実施形態のも
のよりも効果的に防止することができる。

【００３８】なお、このようなスキャナを定常稼働によ
り６ヶ月間使用した後に、投影レンズ９を検査したとこ
ろ、投影レンズ９への付着物は極めて少なく、許容でき
る範囲内であった。

【００３９】また、上記第１および第２実施形態では、
遮蔽部材１４，３４をアルミニウムで作り、コーティン
グ材料をポリメタクリル酸メチルにした場合について説
明したが、本発明の遮蔽部材にはこれら以外の材料を用
いることができる。

【００４０】また、上記第１および第２実施形態では、
ＫｒＦ等の光源を使用するステッパおよびスキャナにつ
いて説明したが、本発明はこれら以外の光源又は方式を
用いた露光装置にも適用することができる。

【００４１】（第３実施形態）図４および図５には、上
記各実施形態にて説明したステッパ又はスキャナを使用
する半導体デバイスの製造プロセスを示している。この
製造プロセスは、ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶
パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシンおよ
びマイクロオプティクス等の製造に使用される。

【００４２】図４には、回路設計から出荷までのフロー
を示しており、まずステップ１で半導体デバイスの回路
設計が行われると、次にステップ２で、設計された回路
パターンを形成したマスク（レチクル）構造体が作られ
る。一方、ステップ３では、シリコン等の材料を用いて
ウエハが製造される。

【００４３】次にステップ４では、前工程、すなわちマ
スク構造体とウエハとを用い、フォトリソグラフィ技術
によってウエハ上に実際の回路を形成する工程が行われ
る。そして、ステップ５では、後工程、すなわち回路が
形成されたウエハを半導体チップ化する工程が行われ
る。なお、この後工程では、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング工程）やパッケージング工程も含ま
れる。

【００４４】こうして製造された半導体デバイスは、ス
テップ６で動作確認、耐久性等の各種検査が行われ、ス
テップ７で出荷される。

【００４５】図５には、上記前工程の詳細なフローを示
している。まずステップ１１でウエハの表面が酸化さ
れ、ステップ１２でウエハ表面にＣＶＤにより絶縁膜が
形成される。次に、ステップ１３では、ウエハ上に電極
が蒸着形成され、ステップ１４では、ウエハにイオンが
打ち込まれる。

【００４６】続いてステップ１５では、ウエハに感光剤
が塗布され、ステップ１６ではマスクの回路パターンを
ウエハ上に焼き付け露光する。このステップ１６におい
て、上記各実施形態のステッパ等が使用されることによ
り、従来難しかった高集積度の半導体デバイスの製造が
可能になる。なお、このステップ１６の実行前に、定期
的にシャッター１４又はスリット板３４の帯電を行う
（ステップ１６′）。

【００４７】露光後、ステップ１７でウエハ上の回路パ
ターンが現像され、ステップ１８では、エッチングによ
り現像したパターン像以外の部分が削り取られ、ステッ
プ１９では、エッチング後不要となったレジストが取り
除かれる。これらのステップが繰り返し行われること
で、ウエハ上に回路パターンが多重形成される。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
投影光学系と被露光基板との間に、露光光を通過させる
ための開口を有した光学系汚染防止用遮蔽部材を設けた
上、この遮蔽部材を帯電させるようにしているので、基
板の露光を妨げることなく、イオン状態のガスを効果的
に吸着して、高い光学系汚染防止効果を得ることができ
る。そして、この結果、露光装置の解像性能および照度
の長期安定性を向上させ、良好なレジストパターンを安
定的に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態であるステッパの構成を
示す概略図である。

【図２】上記ステッパにおけるマスク部材の帯電方法を
示す説明図である。

【図３】本発明の第２実施形態であるスキャナの構成を
示す概略図である。

【図４】上記ステッパおよびスキャナが使用される半導
体デバイスの製造プロセスを示すフローチャートであ
る。

【図５】上記製造プロセス中の前工程のフローチャート
である。

【図６】ポジ型化学増幅レジストの反応説明図である。

【図７】露光後のレジスト膜厚の変化を示したグラフ図
である。

【図８】レジストからの発生ガスによる投影レンズの汚
染構造を示す説明図である。

【図９】従来のレンズ汚染防止用フィルムを備えた露光
装置の概略図である。

【図１０】従来のレンズ汚染防止用ノズルを備えた露光
装置の概略図である。

【符号の説明】

６，８６，９６，１０６投影光学系８，８８，９８，１０８ガス９，８９，９９，１０９投影レンズ１０，９０，１００，１１０被露光基板１４シャッター１６針電極１７露光光３４スリット板６１ベース樹脂６２保護基６３光酸発生剤６４酸６５反応生成物１０１フィルム１１３ノズル１１２不活性ガス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投影光学系からの露光光により半導体基
板を露光する半導体製造用露光装置において、前記投影光学系と前記基板との間に、露光光を通過させ
るための開口を有した遮蔽部材を設けるとともに、この遮蔽部材を帯電させたことを特徴とする半導体製造
用露光装置。
【請求項２】前記遮蔽部材を、コロナ帯電させたこと
を特徴とする請求項１の半導体製造用露光装置。
【請求項３】前記遮蔽部材が、金属を誘電体でコーテ
ィングしたものであることを特徴とする請求項１又は２
に記載の半導体製造用露光装置。
【請求項４】前記誘電体が、有機ガスを吸着する物質
を含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体製造用
露光装置。
【請求項５】前記遮蔽部材が、露光時に前記開口を開
き、非露光時に前記開口を閉じるシャッター状に構成さ
れていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに
記載の半導体製造用露光装置。
【請求項６】前記遮蔽部材が、スリット状開口を有す
ることを特徴とする請求項１から４のいずかれかに記載
の半導体製造用露光装置。
【請求項７】前記遮蔽部材の開口の大きさを、前記投
影光学系の開口数に応じて変更可能としたことを特徴と
する請求項１から６のいずれかに記載の半導体製造用露
光装置。
【請求項８】請求項１から７のいずれかに記載の半導
体製造用露光装置を用いたことを特徴とする半導体デバ
イス製造プロセス。
【請求項９】前記遮蔽部材を帯電させる工程を含むこ
とを特徴とする請求項８に記載の半導体デバイス製造プ
ロセス。