JPH1197343A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 露光時間短縮のため露光光源の高照度化を図
る際のネックであったシャッタの損傷を防止する。 【解決手段】 楕円鏡２の第一焦点近傍に光源ランプ１
の発光部を配置し、該発光部からの光束で該楕円鏡を介
して該楕円鏡の第二焦点近傍に該発光部の像を形成し、
結像系を介して複数の微小レンズを二次元的に配列した
オプティカルインテグレータの入射面近傍に該発光部の
像を形成し、該オプティカルインテグレータを介して被
照射基板を照明する照明光学系と、該被照射基板のパタ
ーンを被記録体上に縮小投影する投影光学系と、前記発
光部と被記録体間の露光光路を開閉するため該光路上に
設けられたシャッタ羽根３とを具備する露光装置におい
て、前記シャッタ羽根の温度上昇防止手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の製造に用
いられる露光装置に関し、特に露光装置において露光光
を遮光するシャッタおよびそのシャッタ周辺の構造に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路に対する高密度
化、高集積度化に対する要求はますます高まっている。
このため、回路パターンを加工する、リソグラフィ技術
においては、パターンの微細化に有利な縮小投影露光装
置が用いられることが一般的となっている。この縮小投
影露光装置は、一定の波長の露光光を用いて、レチクル
上のパターンを、投影レンズを介してウエハに縮小投影
し、ウエハに塗布されたフォトレジストを露光すること
により、微細な回路パターンをウエハに転写することを
可能にしている。一枚のウエハには複数のパターンを露
光するため、ひとつのパターンを露光した後、次のパタ
ーンを露光するまでに露光光を遮光したまま、ウエハ支
持台をパターン１個分、ＸまたはＹ方向に移動させる。
この際、露光光を遮光するため、縮小投影露光装置には
シャッタが設けられている。また、パターンをウエハに
露光する際には、ウエハに塗布されたフォトレジストの
種類およびレチクルパターンの種類により適正な露光量
が決まるため、光路中に設けられたハーフミラーにより
導かれた露光光をフォトセンサにより感知またはモニタ
し、露光中の露光量が適正な値になるよう、シャッタの
開閉時間を制御している。

【０００３】この制御を迅速・正確に行なうために、シ
ャッタのイナーシャはできるだけ小さく抑える必要があ
る。イナーシャを小さくするためにシャッタはできるだ
け小型化、軽量化されていなければならない。小型化達
成のため、シャッタは楕円鏡の第二焦点近傍の、光束の
小さな位置に配置される。また、軽量化達成のため、シ
ャッタはできる限り薄くかつ比重の小さい材料で構成さ
れる。さらに、制御性をより向上するためには、シャッ
タの剛性も必要である。

【０００４】一方、上記のようにシャッタが光束の小さ
な位置に配置されることに伴い、シャッタが受ける光
は、その表面上の一部分に集約され、光エネルギーの熱
エネルギー化に伴うシャッタ自身の温度上昇および熱的
変形または破損を招く恐れがある。このため、シャッタ
の材料はある程度の温度上昇に耐え、シャッタの表面
（光照射側）は、光の吸収を極力防止できる処理をして
おくことが必要である。

【０００５】また、近年、半導体素子の生産性の向上を
目的として、露光時間の短縮の必要性が高まってきてい
る。前述のように、縮小投影露光装置においては、露光
とウエハ移動の繰り返しにより、複数のパターンをウエ
ハ上に焼き付けるため、一回あたりの露光時間が短縮で
きれば、そのパターン数の分の合計露光短縮時間が一枚
のウエハについて短縮できる。前述のように、フォトレ
ジストおよびレチクルパターンの種類によって適正な露
光量が決まってしまうが、露光量は露光光の照度に時間
を乗じた値なので、露光時間の短縮のためには、露光光
の照度を上げることが有効である。このため、露光光の
照度アップを目的に、光源ランプの出力が次第に増大し
てきた。

【０００６】このような背景の中、以上の条件を満足す
るため、従来より、材料にアルミニウム合金の薄板を使
用し、この表面（光照射側）を鏡面仕上げとすること
で、低イナーシャ、高剛性および表面反射率の大きなシ
ャッタを形成してきた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述のような背景の
中、今後さらに光源ランプの出力アップの必要性が高ま
っている。これに伴い、従来と同様のシャッタおよびそ
の周辺構成においては、シャッタが受ける光エネルギー
や熱エネルギーが増大し、シャッタが損傷する可能性が
大となることが懸念される。

【０００８】本発明者らによれば、従来タイプのシャッ
タにおいて、シャッタが損傷に至る代表的なプロセスと
して、図４に示す以下の内容が確認された。すなわち、 第１段階…ａ：シャッタ表面の光エネルギー吸収。 ｂ：シャッタの周辺環境（周辺部の気体、シャッタ駆動
用モータ、シャッタ保持部品等）からの熱伝導によるシ
ャッタの熱エネルギー吸収。 ｃ：光源ランプからの直接的・ 間接的熱ふく射によるシ
ャッタの熱エネルギー吸収。 第２段階…ｄ：上記ａ、ｂ、ｃによるシャッタ表面の温
度上昇。 第３段階…ｅ：上記ａ、ｄによるシャッタ表面の変質
（シャッタ内部からの不純物の析出、外気との反応によ
る酸化等）。 第４段階…ｆ：上記ｅによるシャッタ表面（光照射側：
鏡面）の反射率低下。 第５段階…ｇ：上記ｆによるシャッタ表面の光エネルギ
ー吸収量の増加。 第６段階…ｈ：上記ｇによるシャッタ表面の局部的・急
激な温度上昇。 第７段階…ｉ：上記ｈによるシャッタ温度上昇部の変形
・溶融・破損。 シャッタの損傷を防止するためには、以上のプロセスに
おいて、極力初期段階の要因を軽減することが、有効で
ある。

【０００９】本発明は、以上の点を考慮し、シャッタの
損傷を防止するための、シャッタおよびそのシャッタ周
辺の構造に関して提案するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前述ａ〜ｉに示したよう
なシャッタ損傷に至るプロセスにおいて、各々の要因を
軽減し、シャッタの損傷を防止するため、本発明では以
下の方法により解決を図る。 シャッタの材料として、よりＡｌ純度の高いアルミニ
ウム合金を使用することで、鏡面の反射率を向上すると
ともに不純物の析出を防止する（要因ａ・ｅの解消）。
または、比重が小さく融点の高いチタン合金を使用する
ことで、シャッタの耐熱性を向上する（要因ｉの解
消）。 シャッタの表面に増反射膜を形成することで、鏡面の
反射率を大幅に向上する（要因ａ・ｃの解消）。 シャッタ表面に光透過性が良く、外気との遮断性の高
い保護膜を形成することでシャッタ表面の変質を防止す
る（要因ｅの解消）。 シャッタの周辺部に冷却用の気体を吹き付ける、或い
はシャッタ周辺の気体を排気することで、シャッタが吸
収した熱エネルギーおよびシャッタ周辺の熱エネルギー
を強制的に排除する（要因ｂ・ｄの解消）。

【００１１】

【作用】以上の手段またはこれらの組み合わせにより、
シャッタが受けるエネルギーの減少、温度上昇の抑制、
表面の変質・変形等の抑制が可能となり、シャッタの損
傷を防止することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態では、楕円
鏡の第一焦点近傍に発光部を配置し、該発光部からの光
束で該楕円鏡を介して該楕円鏡の第二焦点近傍に該発光
部の像を形成し、結像系を介して複数の微小レンズを二
次元的に配列したオプティカルインテグレータの入射面
近傍に該発光部の像を形成し、該オプティカルインテグ
レータを介して被照射基板を照明し、該被照射基板のパ
ターンを投影光学系を介して基板上に縮小投影する投影
露光装置において、被記録体を照射するための光源ラン
プと被記録体間の露光光路上に設けた、該光路を開閉す
るためのシャッタ羽根の温度上昇を防止する機能を有す
ることを特徴とする。

【００１３】前記シャッタ羽根の温度上昇を防止する機
構の具体例を挙げると、前記シャッタ羽根の表面に増
反射膜を形成することで該シャッタ羽根の光エネルギー
吸収を抑制し、該シャッタ羽根の温度上昇を防止する、
前記シャッタ羽根の表面に保護膜を形成することで該
シャッタ羽根表面の変質を防ぎ、光エネルギー吸収量の
経時的な増加を抑制し、該シャッタ羽根の温度上昇を防
止する、前記シャッタ羽根近傍部に気体を強制的に吹
き当てることにより該シャッタ羽根近傍部を冷却し、該
シャッタ羽根の温度上昇を防止する、前記シャッタ羽
根近傍の気体を強制的に排除することにより、該シャッ
タ羽根の温度上昇を防止する、などがある。

【００１４】

【実施例１】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明
する。図１は本発明に基づくシステムの基本レイアウト
を示す。光源ランプ１により発光した光束が、楕円反射
鏡２を介して反射され、ランプ光を遮光するためのシャ
ッタ３の位置にて集光する。シャッタの材料として、ア
ルミニウム合金またはチタン合金の薄板を用いる。各々
の材料とも、表面（光照射側）の研磨加工を行ない鏡面
とする。

【００１５】アルミニウム合金を用いる場合、よりＡｌ
純度の高い材料を用いる方がシャッタの損傷に対し有効
である。例えば、Ａ５０５２Ｐにおいては代表的な不純
物としてＭｇを２〜３％含有しており、これが光照射に
伴い表面に析出し酸化物となって反射率低下を招く。こ
れに対し、Ａ１０５０ＰやＡ１０８５Ｐ等の材料におい
ては、不純物の含有量が０．５％以下であり、同様の現
象が発生する可能性が極めて小さい。また、鏡面加工後
の表面反射率は、光源の主波長域３００〜４５０ｎｍ程
度において、Ａ５０５２Ｐでは８５％程度であるのに対
し、Ａ１０５０ＰやＡ１０８５Ｐでは９０％程度の実力
値があり、光エネルギー吸収を防止する効果が大きい。

【００１６】チタン合金は、比重が４．５程度であり、
アルミニウム合金の比重２．７程度に対して大きいが、
剛性が高い分、厚さを薄くすることができ、イナーシャ
はアルミニウム合金の場合と同程度に抑えることが可能
である。チタン合金の特徴として、融点が１８００℃程
度であり、アルミニウム合金の融点６６０℃程度と比較
し、極めて高い。このため、シャッタの温度上昇に対す
る耐性が大である。また、熱伝導率がアルミニウム合金
よりも低いため、シャッタの温度上昇によって、他の部
品（駆動用モータ等）に熱的な悪影響を及ぼす危険性が
少ない。

【００１７】上記シャッタに対し、表面（光照射側：ａ
面）に増反射膜をコーティングすることで鏡面の反射率
を大幅に向上する。チタン合金では鏡面において、光源
の主波長域３００〜４５０ｎｍ程度での反射率は、４０
〜５０％程度であり、このままではシャッタが受ける光
エネルギー量が非常に大きい。そのため、この面に増反
射膜を形成することは、必須である。また、アルミニウ
ム合金の場合でも、増反射膜の形成は効果大である。

【００１８】アルミニウム合金・チタン合金とも、その
表面に高反射多層膜を形成することで、光源の主波長域
３００〜４５０ｎｍ程度における反射率を９８％程度に
引き上げることが可能で、光源ランプから受ける光のエ
ネルギーを１／５程度（アルミニウム合金の場合)、ある
いは１／２５程度（チタン合金の場合）に軽減すること
ができる。

【００１９】また、同時に赤外波長域における反射率を
向上させることで、光源ランプからのふく射による、シ
ャッタの直接的な熱エネルギー吸収を防止することがで
きる。

【００２０】

【実施例２】図１において、実施例１の増反射膜の代わ
りに、ａ面に保護膜コーティングを行なう。この保護膜
には、外気との遮断性が高く、シャッタ鏡面の反射率を
損なわない材料を選定する。保護膜を形成することで、
前述した様に光照射時に発生する材料内部からの析出不
純物の酸化等による表面の変質を防止することができ
る。

【００２１】

【実施例３】図２にシャッタ３を駆動するためのモータ
４およびモータにシャッタ羽根３を固定するためのシャ
ッタ保持パーツ５を示す。これらの近傍に、強制空冷用
のエアノズル４を構成している。シャッタ周辺のモータ
や保持パーツを強制的に冷却することで、シャッタが保
持する熱エネルギーを効率的に分散し、シャッタの温度
上昇を抑制することができる。合わせて、シャッタから
の熱伝導によるモータの熱的なダメージを軽減すること
ができる。

【００２２】シャッタが保持する熱エネルギーをより効
率的に分散するためには、シャッタ保持パーツは、熱伝
導率の高い材質を使用することが望ましい。また、シャ
ッタ保持パーツの表面に冷却効率を高めるための冷却フ
ィン等を設けてもよい。また、光源ランプの出力や周辺
部の温度等に応じ、エアノズルより噴出されるエアの量
をコントロールする機構を併用することで、エアの使用
量を節約することができる。

【００２３】

【実施例４】図３はシャッタ３の近傍に強制排気用ダク
ト吸込口７を設けたものである。シャッタの集光部近傍
（Ｈ部）は局部的に高温になっているため、シャッタ羽
根からの放熱を妨げる要因となっている。この集光部近
傍の気体を強制的に外部に排除することで、シャッタ羽
根からの放熱効率を高め、シャッタの温度上昇を抑制す
ることができる。なお、この強制排気用のダクト吸込口
は、同様に高温になっている、シャッタ３の裏側部（ラ
ンプの反対側）の近傍に配置してもよい。

【００２４】

【実施例５】上記実施例１〜４を適宜組み合わせること
で、シャッタの温度上昇をより低く抑え、シャッタの変
形・破損を防止する効果を高めることができる。

【００２５】

【デバイス生産方法の実施例】次に上記説明した露光装
置または露光方法を利用したデバイスの生産方法の実施
例を説明する。図５は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、
マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ１
（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行なう。ス
テップ２（マスク製作）では設計したパターンを形成し
たマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）
ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハを製造す
る。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、
上記用意したマスクとウエハを用いて、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。次のステ
ップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によ
って作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程
であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディン
グ）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含
む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半
導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査
を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成
し、これが出荷（ステップ７）される。

【００２６】図６は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン
打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では上記説明したシャッタ羽根温度上
昇防止機構を有する露光装置によってマスクの回路パタ
ーンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現像）で
は露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチン
グ）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ス
テップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不
要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰
り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パタ
ーンが形成される。

【００２７】本実施例の生産方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造す
ることができる。

【００２８】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、光源ラ
ンプの出力を増大し、露光光の照度を上げてもシャッタ
の劣化を抑制することができる。このため、露光光の照
度アップにより、露光に要する時間を減らすことがで
き、半導体素子を露光する際の生産性を高めることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１および２に係わる露光装置
の概略図である。

【図２】 本発明の実施例３に係わる露光装置の概略図
である。

【図３】 本発明の実施例４に係わる露光装置の概略図
である。

【図４】 従来タイプのシャッタが損傷に至るプロセス
の概略図である。

【図５】 微小デバイスの製造の流れを示す図である。

【図６】 図５におけるウエハプロセスの詳細な流れを
示す図である。

【符号の説明】

１…光源ランプ、２…楕円反射鏡、３…シャッタ、４…
シャッタ駆動用モータ、５…シャッタ保持パーツ、６…
冷却用エアノズル、７…排気用ダクト吸込口。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 楕円鏡の第一焦点近傍に光源ランプの発
   光部を配置し、該発光部からの光束で該楕円鏡を介して
   該楕円鏡の第二焦点近傍に該発光部の像を形成し、結像
   系を介して複数の微小レンズを二次元的に配列したオプ
   ティカルインテグレータの入射面近傍に該発光部の像を
   形成し、該オプティカルインテグレータを介して被照射
   基板を照明する照明光学系と、該被照射基板のパターン
   を被記録体上に縮小投影する投影光学系と、前記発光部
   と被記録体間の露光光路を開閉するため該光路上に設け
   られたシャッタ羽根とを具備する露光装置において、前
   記シャッタ羽根の温度上昇を防止する手段を有すること
   を特徴とする露光装置。
2. 【請求項２】 前記シャッタ羽根が、前記第二焦点近傍
   で前記露光光路を開閉することを特徴とする請求項１記
   載の露光装置。
3. 【請求項３】 前記温度上昇防止手段が、前記シャッタ
   羽根の表面に形成され、該シャッタ羽根の光エネルギー
   吸収を抑制することにより該シャッタ羽根の温度上昇を
   防止する増反射膜であることを特徴とする請求項１また
   は２記載の露光装置。
4. 【請求項４】 前記温度上昇防止手段が、前記シャッタ
   羽根の表面に形成され、該シャッタ羽根表面の変質を防
   いで光エネルギー吸収量の経時的な増加を抑制すること
   により該シャッタ羽根の温度上昇を防止する保護膜であ
   ることを特徴とする請求項１または２記載の露光装置。
5. 【請求項５】 前記温度上昇防止手段が、前記シャッタ
   羽根近傍部に気体を強制的に吹き当てることにより該シ
   ャッタ羽根近傍部を冷却し、該シャッタ羽根の温度上昇
   を防止する空冷手段であることを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の露光装置。
6. 【請求項６】 前記温度上昇防止手段が、前記シャッタ
   羽根近傍の気体を強制的に排除することにより、該シャ
   ッタ羽根の温度上昇を防止する空冷手段であることを特
   徴とする請求項１または２記載の露光装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の露光装
   置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイ
   ス製造方法。