本発明は、極端紫外線または軟Ｘ線（本明細書及び特許請求の範囲においては、波長が１５０ｎｍ以下の光を意味し、「ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光」と言うことがある）を露光光源として用いる、露光装置、及びこれらを使用した微細パターンを有するデバイスの製造方法に関するものである。 The present invention uses extreme ultraviolet rays or soft X-rays (in the present specification and claims, means light having a wavelength of 150 nm or less, sometimes referred to as “EUV (Extreme Ultraviolet) light”) as an exposure light source. The present invention relates to an exposure apparatus to be used, and a method for manufacturing a device having a fine pattern using these.
半導体素子又は液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、マスク（本明細書および特許請求の範囲においてはレチクルを含む）に形成されたパターン像を、投影光学系を介して感光材（レジスト）が塗布されたウエハ上の各投影（ショット）領域に縮小して投影する縮小投影露光装置が使用されている。半導体素子、液晶表示素子等の回路は、上記投影露光装置でウエハやガラス上に回路パターンを露光することにより転写され、後処理によって形成される。
近年、集積回路の高密度集積化、すなわち、回路パターンの微細化が進められてきた。これに対応するため、投影露光装置における投影光も短波長化される傾向にある。すなわち、これまで主流だった水銀ランプの輝線に代わって、ＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）が用いられるようになり、さらに短波長のＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）を用いた投影露光装置が実用化されている。また、更なる高密度集積化をめざしてＦ２レーザー（１５７ｎｍ）を使用する露光装置や液浸機構を有する光露光装置の開発も進められている。
さらに、光の回折限界によって制限される光学系の解像力を向上させるために、従来の紫外線に代えてこれより短い波長（１１〜１４ｎｍ）のＥＵＶ光を使用した投影リソグラフィが開発されている。この技術は、ＥＵＶリソグラフィと呼ばれており、従来の光リソグラフィでは実現不可能な４５ｎｍ以下の解像力を得られる技術として期待されている。
このような、ＥＵＶ光を使用した露光装置（ＥＵＶ露光装置）の投影光学系の概要を図１１に示す。光源３１から放出されたＥＵＶ光３２は、コリメータミラーとして作用する凹面反射鏡３４を介してほぼ平行光束となり、一対のフライアイミラー３５ａおよび３５ｂからなるオプティカルインテグレータ３５に入射する。
こうして、フライアイミラー３５ｂの反射面の近傍、すなわちオプティカルインテグレータ３５の射出面の近傍には、所定の形状を有する実質的な面光源が形成される。実質的な面光源からの光は平面反射鏡３６により偏向された後、マスクＭ上に細長い円弧状の照明領域を形成する。ここで、円弧状の照明領域を形成するための開口板は、図示していない。
マスクＭの表面で反射された光は、その後、投影光学系３７のミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６で順に反射されて、マスクＭの表面に形成されたパターンの像を、ウエハ３８上に塗布されたレジスト３９上に形成する。これらの光学系は、チャンバ４０中に収納され、チャンバ４０中は、真空度の高い状態に保たれているが、その中でも、とくに投影光学系チャンバ３７は、さらに真空度の高い状態に保たれている。このために、真空チャンバ４０は真空ポンプ４３により排気され、更に、投影光学系チャンバ３７は真空ポンプ４２により排気され真空度の高い状態が達成される。
一般に、ＥＵＶ光はあらゆる物質で吸光されるので空気中を透過しない。このため、ＥＵＶ光を用いた露光装置では、露光光をウエハ面上に十分な照度で到達させるためには、露光光路上の吸光物質を低減もしくは排除し、光路空間を高真空に保つ必要がある。このためには、放出ガスが極力少ない物質を用いて露光装置光路空間を構成する必要がある。このように、ＥＵＶ光を用いた露光装置では、より微細な遮光パターンの転写が可能な一方で、吸光物質を排除する必要がある（吸光物質の放出する部材の利用が限られる）など設計が容易でない。When a semiconductor element or a liquid crystal display element is manufactured by a photolithography process, a pattern image formed on a mask (including a reticle in the present specification and claims) is transferred to a photosensitive material (through a projection optical system). 2. Description of the Related Art A reduction projection exposure apparatus that reduces and projects each projection (shot) area on a wafer coated with a resist is used. Circuits such as semiconductor elements and liquid crystal display elements are transferred by exposing a circuit pattern onto a wafer or glass with the projection exposure apparatus, and are formed by post-processing.
In recent years, high density integration of integrated circuits, that is, miniaturization of circuit patterns has been promoted. In order to cope with this, the projection light in the projection exposure apparatus also tends to be shortened in wavelength. That is, KrF excimer laser (248 nm) has been used in place of the emission lines of mercury lamps that have been the mainstream until now, and projection exposure apparatuses using a shorter wavelength ArF excimer laser (193 nm) have been put into practical use. . Development of an exposure apparatus using an F2 laser (157 nm) and an optical exposure apparatus having a liquid immersion mechanism are also being promoted for further high-density integration.
Furthermore, in order to improve the resolving power of an optical system limited by the diffraction limit of light, projection lithography using EUV light having a shorter wavelength (11 to 14 nm) instead of conventional ultraviolet rays has been developed. This technique is called EUV lithography and is expected as a technique capable of obtaining a resolution of 45 nm or less, which cannot be realized by conventional optical lithography.
FIG. 11 shows an outline of the projection optical system of such an exposure apparatus (EUV exposure apparatus) using EUV light. The EUV light 32 emitted from the light source 31 becomes a substantially parallel light beam through a concave reflecting mirror 34 that acts as a collimator mirror, and enters an optical integrator 35 including a pair of fly-eye mirrors 35a and 35b.
Thus, a substantial surface light source having a predetermined shape is formed in the vicinity of the reflective surface of the fly-eye mirror 35b, that is, in the vicinity of the exit surface of the optical integrator 35. The light from the substantial surface light source is deflected by the plane reflecting mirror 36 and then forms an elongated arc-shaped illumination area on the mask M. Here, an aperture plate for forming an arcuate illumination region is not shown.
The light reflected by the surface of the mask M is then sequentially reflected by the mirrors M1, M2, M3, M4, M5, and M6 of the projection optical system 37, and the pattern image formed on the surface of the mask M is converted into a wafer. It is formed on the resist 39 applied on the surface 38. These optical systems are housed in the chamber 40, and the chamber 40 is kept in a high vacuum state. Among them, the projection optical system chamber 37 is particularly kept in a higher vacuum state. ing. For this reason, the vacuum chamber 40 is evacuated by the vacuum pump 43, and the projection optical system chamber 37 is evacuated by the vacuum pump 42 to achieve a high degree of vacuum.
In general, EUV light is absorbed by any substance and does not pass through the air. For this reason, in an exposure apparatus using EUV light, in order to allow exposure light to reach the wafer surface with sufficient illuminance, it is necessary to reduce or eliminate light-absorbing substances on the exposure optical path and maintain the optical path space at a high vacuum. is there. For this purpose, it is necessary to construct the optical path space of the exposure apparatus using a substance that emits as little gas as possible. As described above, the exposure apparatus using EUV light is capable of transferring a finer light-shielding pattern, but has a design in which it is necessary to exclude the light-absorbing substance (use of a member that emits the light-absorbing substance is limited). Not easy.
半導体回路などのパターンの露光転写では、ウエハ面上にレジストと呼ばれる感光剤を塗布する必要がある。従来型光露光装置でも問題が顕在化しているように、露光中にレジストから大量に放出される物質は吸光の大きな物質であり、ミラーなどの光学素子表面に吸着して、露光光の光量を減じる、照度ムラを増大させる等、光学性能を著しく劣化させる。
レジストは感光剤、溶剤、酸発生剤などから構成され、いずれも有機物をその主成分とする。さらに、このレジストに高強度の露光光が照射されることによって、その成分は露光空間に放出される。
特に、ＥＵＶ光を用いた露光装置では、露光光のエネルギーが高いので、容易にレジスト物質（たとえば、レジスト中に含まれる溶剤物質）を断鎖し、比較的分子数の小さい、すなわち蒸気圧の高い物質がレジスト内に生成される。この物質はレジスト内の熱拡散によってレジスト表面に到達し、やがて蒸発に似たプロセスで露光光路空間にガスとして放出される。投影光学系内の光学素子（反射ミラー）とレジストとの間に遮るものが無く、かつこの空間は高真空に保たれているので、この放出ガスのうち、ある立体角内に放出されたものは遮られることなく投影光学系内の反射ミラー表面に付着して汚染を生じる。ある立体角外に放出されたガスであっても、いったん鏡筒内壁に付着した後に脱離するなどして、ミラー表面に付着するものもある。
すなわち、レジストからの放出ガスは、図１１における投影光学系３７に放出され、投影光学系３７のチャンバ内に入り、コンタミ物質としてミラー面に付着する。付着したコンタミ物質は、露光光もしくは光電子との光化学反応によって、緻密な炭素（Ｃ）膜を形成し、吸光（ミラーの反射率の低下）の原因となる。また、コンタミ物質の付着が不均一であれば、照度ムラの原因ともなり得る。なお、ここでいうコンタミ物質とは、メタン、エタン、プロパン、ブタンなどの炭化水素、イソプロピルアルコール、ポリメチルメタクリレートなどの直鎖有機物、ベンゼン環を有するフタル酸エステルなどの環状有機物、シラン、シロキサンなどのＳｉ含有有機物、などを指す。
レジストから放出されるガスの様子を図１２により説明する。図１２は、図１１に示すＥＵＶ光露光装置の、ウエハ近傍の構成を示す概要図である。図示していない部分の構成は、図１１に示したＥＵＶ光露光装置と同じである。
ＥＵＶ光は、ミラーＭ５、Ｍ６で反射され、図示しないマスクに形成されたパターンの像を、ウエハ３８に塗布されたレジスト３９上に形成する。ＥＵＶ光は、ほとんど全ての物質で吸光されるので、露光空間は、たとえば１０−５Ｐａといった高真空度に保たれている。露光光は、レジスト３９上に照射されるが、このとき、レジスト３９から大量のレジスト放出ガス４１が放出される。
このレジスト放出ガス４１のうち、ある立体角内に放出されたものは遮られることなくミラーＭ６の表面に付着する。ある立体角外に放出されたガスであっても、いったん鏡筒内壁に付着した後に脱離するなどして、ミラーＭ５やＭ６の表面に付着するものもある。ミラー表面に付着した放出ガス物質は、露光光や光電子との反応により緻密なＣ膜に変化する。
このＣ膜の厚みは露光時間が増大するとともに増大し、増大とともにミラー多膜層（Ｓｉ／Ｍｏ多膜層）の反射率が低下する（ミラー表面に１ｎｍのカーボン層が堆積すると反射率が約１％低下する）ので、収差が発生し、照度ムラが発生するなど光学特性劣化をもたらす。さらに、反射率低下はスループットの低下となり、装置の生産性を著しくおとしめる。反射率低下量の目標は、１％／面程度である。また、ＥＵＶ光露光装置では、従来型露光装置と異なり、光路空間にガスが充填されていないので、気流制御による放出ガス排除が容易でない。以上のことから、コンタミ物質の光路空間中分圧の低減が必要となる。
本発明はこのような問題点を解決するためにされたもので、投影光学系の光学素子へのコンタミ物質の付着をできるだけ少なくして光学特性の劣化を抑えつつ、パージガスの投影光学系内への侵入量を低減することで、オーバホールまでの寿命を長くしたＥＵＶ光露光装置、及びこの露光方法を使用した微細パターンを有するデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するための第１の発明は、極端紫外光を用いて、マスクに形成されたパターンをウエハ等の感応基板上に露光転写する露光装置であって、前記マスクに形成されたパターンを感応基板上に投影する投影光学系と、前記投影光学系を囲う真空チャンバと、前記真空チャンバに配置され、前記感応基板に向かう極端紫外光を通過させる開口と、前記感応基板に塗布されたレジストから発生するレジスト放出ガスをパージするガスを給気する給気口と、前記パージガスを排気する排気口とが設けられていることを特徴とする極端紫外線露光装置である。
本発明においては、ガスを給気口から流すと共に、そのガスを排気口で排気することにより、レジスト放出ガスをこのガス流中に引き込み、レジスト放出ガスが投影光学系のチャンバ内の光学系に達する前に系外に排出する。これにより、投影光学系のチャンバ内に入るコンタミ物質を含んだレジスト放出ガスを低減させることができるので、コンタミ物質のミラーへの付着を低減でき、ミラーの反射率の低下を緩和できる。よって、光学特性の劣化を抑え、又はオーバホールまでの寿命の長いＥＵＶ露光装置とすることができる。
なお、本発明をはじめとする以下の発明において、「排気口」は、一般にチャンバ内や、チャンバとウエハの間の空間を高真空度に保つために使用されている真空引き用の排気口を使用してもよいし、これとは別に設けてもよい。特に、給気口に対面させて特別の排気口を設けると効果が大きい。
前記目的を達成するための第２の発明は、前記第１の発明であって、前記開口より感応基板側の空間に比べて相対的に前記投影光学系の真空チャンバ内の空間の真空度が高いことを特徴とするものである。
本発明によれば、開口より感応基板側の空間に比べて相対的に投影光学系の真空チャンバ内の空間の真空度が高いので、反射鏡が汚染されることを低減することが可能となる。
前記目的を達成するための第３の発明は、前記第１の発明又は第２の発明であって、前記開口が前記開口を通過する極短紫外光の光束形状と実質的に同一形状であることを特徴とするものである。
開口は実質的に露光に必要なＥＵＶ光の透過する領域（露光エリアと露光光の開口数によって決まる）程度の開口とすることが好ましく、このようにすることによって、真空チャンバ内に入るレジスト放出ガスの低減をより効果的に行うことが可能である。
前記課題を解決するための第４の発明は、前記第１の発明から第３の発明のいずれかであって、前記給気口と前記排気口は前記真空チャンバと前記感応基板の間に配置されていることを特徴とするものである。
本手段においては、給気口と前記排気口は、真空チャンバと感応基板の間に配置されているので、吸気口から放出されるガスが、真空チャンバ内に入り込む量を少なくすることができる。
前記課題を解決するための第５の発明は、前記第４の発明であって、前記パージガスの流通路と前記真空チャンバとの間に、露光に必要な極短紫外光を通過させる開口を有する遮蔽板が設けられていることを特徴とするものである。
本発明においては、レジスト放出ガスが投影光学系のチャンバ内に入る場所が、遮蔽板の開口部に限定される。よって、このことによって、投影光学系のチャンバ内に入るコンタミ物質を含むレジスト放出ガスを低減させることができるほか、給気口から排気口に向かって流すガス流が、この開口部を覆って流れるようにするだけで十分にレジスト放出ガスを前記ガス流中に引き込むことができるので、給気口から排気口に向かって流すガス流の流れを狭くすることができる。なお、開口は、露光に必要な極短紫外光を通過させることができるという条件を満たす限り、できるだけ狭い方が好ましい。
前記目的を達成するための第６の発明は、前記第１の発明であって、前記給気口から給気されるパージガスの流速は超音速であることを特徴とするものである。
本発明においては、レジスト放出ガスが高速に放出される場合でも、その大部分が投影光学系のチャンバ内に入らないようにすることができる。
前記目的を達成するための第７の発明は、前記第１の発明から第６の発明のいずれかであって、前記パージガスの圧力を０．１〜１０Ｐａとしたことを特徴とするものである。
パージガスの圧力が低すぎると、パージガスの分子とレジスト放出ガスの分子が衝突しなくなり、パージの効果が失われる。パージガスの圧力が０．１Ｐａ以上であると、通常のパージ空間である約１０ｍｍの距離をレジスト放出ガスが移動する間に、期待値として１回以上パージガスの分子とレジスト放出ガスの分子が衝突することが計算上求められるので、本発明においては、パージガスの圧力の下限値を０．１Ｐａに規定している。一方、パージガスの圧力が大きすぎると、パージガスが投影光学系のチャンバ内に入り込み、真空度が低下する恐れがある。パージガスの圧力を１０Ｐａ以下とすると、チャンバ内に流入するパージガスが十分低減できるので、本発明においては、パージガスの圧力の上限値を１０Ｐａとしている。
前記目的を達成するための第８の発明は、前記第１の発明から第７の発明のいずれかであって、前記レジスト放出ガスをパージするためのガスの流れの方向を、交互に逆向きにしながら露光を行うことを特徴とするものである。
パージガスの流れによって捕捉されなかったレジスト放出ガスは、投影光学系内に侵入するが、その侵入位置は、パージガスの流れの影響を受けてパージガスの下流側になる。よって、パージガスの流れの方向を切り換えることにより、レジスト放出ガスの投影光学系内への侵入位置を変えることができ、投影光学系のミラーの反射率が不均一に低下するのを緩和することができる。
前記目的を達成するための第９の発明は、前記第１の発明から第８の発明のうちいずれかであって、前記レジスト放出ガスをパージするためのガスが、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ２、Ｈｅ、Ｎｅ、又はこれらの２種以上の混合体であることを特徴とするものである。
パージ用のガスとしては、ＥＵＶ光が吸収されにくく、ＥＵＶ光もしくは光電子によって光化学反応が発生しにくく、それ自身が、光学素子面に付着してカーボン膜を生成せず、分子の質量が大きくてレジスト放出ガスを効率良く排出することができるものである必要がある。そのためには、パージ用のガスとしてこれらの気体を使用することが好ましい。
前記目的を達成するための第１０の発明は、前記第１の発明であって、前記投影光学系中の前記複数の反射鏡のうち、前記極短紫外光の光路に沿って最も感応基板に近い反射鏡と前記開口との間に前記給気口が配置されていることを特徴とする露光装置である。
本発明によれば、ＥＵＶ照射によって生じるレジスト放出ガス６のうち、光学系へ向かわないガスは第１の遮蔽板（真空チャンバの壁）で遮蔽し、第１遮蔽板を通過したレジスト放出ガスのみの方向をパージガスによって変更し、遮蔽するため、前述のように、パージガスを流すことによって投影光学系に向かわないはずの放出ガスが投影光学系へ向かうという悪影響を低減することが可能となる。
前記課題を解決するための第１１の発明は、前記第１０の発明であって、前記給気口と前記最も感応基板に近い反射鏡との間に前記極端紫外線が通過可能な開口を有する遮蔽板が配置されることを特徴とするものである。
本発明においては、遮蔽板の作用により、光路に沿って最も感応基板に近い反射鏡に、レジスト放出ガスとパージガスが到達することをより効果的に防止することができる。
前記課題を解決するための第１２の発明は、前記第１１の発明であって、前記遮蔽板と前記真空チャンバの壁によって囲まれる空間が前記開口部以外で閉じられた空間であることを特徴とするものである。
本手段においては、遮蔽板と前記真空チャンバの壁によって囲まれる空間を、その外側にある空間、及び投影光学系を囲う真空チャンバによって形成される空間と実質的に別空間とすることができるので、パージガスが、投影光学系を囲う空間に漏れる量を少なくでき、また、この空間の真空度を制御しやすくなる。
前記課題を解決するための第１３の発明は、前記第１１の発明又は第１２の発明であって、前記遮蔽板と前記真空チャンバの間に排気口を有することを特徴とするものである。
遮蔽板と真空チャンバの間に排気口を設けることにより、真空チャンバ内へのパージガスの浸入をより効果的に防止することができる。
前記課題を解決するための第１４の発明は、前記第１１の発明から第１３の発明のいずれかであって、前記遮蔽板及び前記真空チャンバのうち、少なくとも一方の開口が前記開口を通過する極短紫外光の光束形状と実質的に同一形状であることを特徴とするものである。
開口は実質的に露光に必要なＥＵＶ光の透過する領域（露光エリアと露光光の開口数によって決まる）程度の開口とすることが好ましく、このようにすることによって、真空チャンバ内に入るレジスト放出ガスの低減をより効果的に行うことが可能である。
前記課題を解決するための第１５の発明は、前記第１０の発明であって、前記開口より感応基板側の空間に比べて、相対的に、前記投影光学系の真空チャンバ内の空間の真空度が高いことを特徴とするものである。
本発明によれば、開口より感応基板側の空間に比べて相対的に投影光学系の真空チャンバ内の空間の真空度が高いので、反射鏡が汚染されることを低減することが可能となる。
前記課題を解決するための第１６の発明は、前記第１１の発明であって、前記真空チャンバの開口より感応基板側の空間に比べて、相対的に、前記真空チャンバの開口より前記反射鏡側の空間の真空度が高いことを特徴とするものである。
本発明によれば、より反射鏡に近い空間の真空度を高くすることができるので、投影光学系を構成する反射鏡が汚染されることを低減することが可能である。
前記課題を解決するための第１７の発明は、前記第１１の発明であって、前記遮蔽板の開口より感応基板側の空間に比べて、相対的に、前記遮蔽板の開口より前記反射鏡側の空間の真空度が高いことを特徴とするものである。
本手段においては、より反射鏡に近い空間を段階的に高い真空度とすることができ、反射鏡が汚染されることを低減することが可能となる。
前記目的を達成するための第１８の発明は、前記第１０の発明から第１７の発明のいずれかであって、前記給気口から供給されるパージガスが前記真空チャンバの開口を通して前記感応基板の方向に供給されるように前記給気口が配置されることを特徴とするものである。
本発明によれば、ＥＵＶ照射によって生じるレジスト放出ガスのうち、遮蔽板の開口から投影光学系へ向かおうとするガスを、給気口からウエハの方向に供給されるパージガスによって押し戻す。また、パージガス自体も感応基板（レジストを塗布したウエハなど）の方向に供給されるので、ほとんど投影光学系に進入することがない。
前記目的を達成するための第１９の発明は、前記第１８の発明であって、前記排気口は前記真空チャンバの開口よりも前記感応基板の側に配置されることを特徴とするものである。
排気口が、感応基板（ウエハおよびレジスト）の側においてパージガスの流れの近傍に配置されているので、効率的にレジストからの放出ガスおよびパージガスを回収することができる。
前記目的を達成するための第２０の発明は、前記第１８の発明又は第１９の発明であって、前記給気口のガスを供給する開口の寸法を、前記パージガス流のレイノルズ数が２０００以下となるように定めたことを特徴とするものである。
パージガス流のレイノルズ数が２０００以下となるので乱流による給気口（ノズル）の振動による投影光学系の振動を抑えることができる。この結果、結像性能の劣化を抑えることができる。
前記目的を達成するための第２１の発明は、前記第１８の発明から第２０の発明のいずれかであって、感応基板に向けてガスを供給する方向が感応基板に対して３０〜６０度であることを特徴とするものである。
現実的なワーキングディスタンスの高さ（５ｍｍ以上１０ｍｍ以下）では、ノズルからのガス噴出方向とウエハ（感応基板）面とがなす角度が、３０〜６０°の間でレジスト放出ガスの投影光学系内流入率が極小となる。他方、パージガスの投影光学系内流入率は、この角度の範囲で単調に減少する。
前記目的を達成するための第２２の発明は、前記第１８の発明から第２１の発明のいずれかであって、給気口から供給されるガスの流量が６００〜１０００ｃｃ／ｍｉｎ（１．００ｘ１０−５〜１．６７ｘ１０−５Ｍ３／ｓｅｃ）となるように定めたことを特徴とするものである。
パージガスは流量６００ｃｃ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）程度以上でレジスト放出ガス投影光学系内流入率を１％以下にすることが可能である。また、パージガスは流量１０００ｃｃ／ｍｉｎ程度以下でパージガス投影光学系内圧力を０．４Ｐａ以下にすることが可能である。
前記目的を達成するための第２３の発明は、前記第１の発明から第２１の発明のうちいずれかの露光装置を用いて、マスクに形成されたパターンを感応基板に露光転写する工程を有することを特徴とする微細パターンを有するデバイスの製造方法である。
本発明においては、光学特性の劣化を抑え、又は露光装置を長期間に亘って連続運転可能となるので、微細パターンを有するデバイスをスループット良く製造することができる。In exposure transfer of patterns such as semiconductor circuits, it is necessary to apply a photosensitive agent called a resist on the wafer surface. As the problem has become apparent in conventional light exposure systems, the substance released in large quantities from the resist during exposure is a substance that absorbs a lot of light, and is absorbed on the surface of an optical element such as a mirror to reduce the amount of exposure light. The optical performance is remarkably deteriorated, such as reducing or increasing the illuminance unevenness.
The resist is composed of a photosensitizer, a solvent, an acid generator, and the like, all of which have an organic substance as a main component. Further, when the resist is irradiated with high-intensity exposure light, its components are released into the exposure space.
In particular, in an exposure apparatus using EUV light, since the energy of exposure light is high, the resist material (for example, a solvent material contained in the resist) is easily broken, and the number of molecules is relatively small, that is, the vapor pressure is low. High material is produced in the resist. This substance reaches the resist surface by thermal diffusion within the resist, and is eventually released as a gas into the exposure optical path space in a process similar to evaporation. Since there is nothing to block between the optical element (reflection mirror) in the projection optical system and the resist, and this space is kept at a high vacuum, this emitted gas is emitted within a certain solid angle. Adheres to the reflecting mirror surface in the projection optical system without being blocked, causing contamination. Even gas released outside a certain solid angle may adhere to the mirror surface by, for example, being detached after being attached to the inner wall of the lens barrel.
That is, the gas released from the resist is released to the projection optical system 37 in FIG. 11, enters the chamber of the projection optical system 37, and adheres to the mirror surface as a contaminant. The adhered contaminant material forms a dense carbon (C) film by a photochemical reaction with exposure light or photoelectrons, and causes light absorption (decrease in the reflectivity of the mirror). Moreover, if the adhesion of the contaminant substance is non-uniform, it can cause uneven illumination. Contaminants as used herein include hydrocarbons such as methane, ethane, propane and butane, linear organic substances such as isopropyl alcohol and polymethyl methacrylate, cyclic organic substances such as phthalic acid esters having a benzene ring, silane, siloxane, etc. Si-containing organic substances, etc.
The state of the gas released from the resist will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a schematic diagram showing a configuration in the vicinity of the wafer of the EUV light exposure apparatus shown in FIG. The configuration of the portion not shown is the same as that of the EUV light exposure apparatus shown in FIG.
The EUV light is reflected by the mirrors M5 and M6, and an image of a pattern formed on a mask (not shown) is formed on the resist 39 applied to the wafer. Since EUV light is absorbed by almost all substances, the exposure space is kept at a high degree of vacuum, for example, 10 −5 Pa. The exposure light is irradiated onto the resist 39. At this time, a large amount of the resist discharge gas 41 is released from the resist 39.
Of the resist release gas 41, the one released within a certain solid angle adheres to the surface of the mirror M6 without being blocked. Even gas released outside a certain solid angle may adhere to the surfaces of the mirrors M5 and M6 by, for example, being detached after being attached to the inner wall of the lens barrel. The released gas substance adhering to the mirror surface changes into a dense C film by reaction with exposure light or photoelectrons.
The thickness of the C film increases as the exposure time increases, and the reflectivity of the mirror multi-layer (Si / Mo multi-layer) decreases as the exposure time increases (the reflectivity decreases when a 1 nm carbon layer is deposited on the mirror surface). 1%), aberrations occur, and illuminance unevenness occurs, resulting in deterioration of optical characteristics. Furthermore, a decrease in reflectivity results in a decrease in throughput and significantly reduces the productivity of the apparatus. The target of the reflectance reduction amount is about 1% / surface. Also, in the EUV light exposure apparatus, unlike the conventional exposure apparatus, since the gas path space is not filled with gas, it is not easy to exclude the released gas by airflow control. From the above, it is necessary to reduce the partial pressure in the optical path space of the contaminant material.
The present invention has been made to solve such a problem, and the purge gas is introduced into the projection optical system while suppressing the deterioration of optical characteristics by minimizing the adhesion of contaminants to the optical elements of the projection optical system. It is an object of the present invention to provide an EUV light exposure apparatus having a long life until overhaul by reducing the amount of penetration and a method for manufacturing a device having a fine pattern using this exposure method.
A first invention for achieving the above object is an exposure apparatus for exposing and transferring a pattern formed on a mask onto a sensitive substrate such as a wafer using extreme ultraviolet light, the pattern formed on the mask. A projection optical system for projecting on the sensitive substrate, a vacuum chamber surrounding the projection optical system, an opening arranged in the vacuum chamber for passing extreme ultraviolet light toward the sensitive substrate, and applied to the sensitive substrate An extreme ultraviolet exposure apparatus comprising: an air supply port for supplying a gas for purging a resist discharge gas generated from the resist; and an exhaust port for exhausting the purge gas.
In the present invention, the gas is supplied from the air supply port, and the gas is exhausted through the exhaust port, whereby the resist emission gas is drawn into the gas flow, and the resist emission gas enters the optical system in the chamber of the projection optical system. Drain out of the system before reaching. As a result, it is possible to reduce the resist emission gas containing the contaminant substance entering the chamber of the projection optical system, so that the adhesion of the contaminant substance to the mirror can be reduced, and the decrease in the reflectivity of the mirror can be mitigated. Therefore, it is possible to obtain an EUV exposure apparatus that suppresses deterioration of optical characteristics or has a long lifetime until overhaul.
In the following inventions including the present invention, the “exhaust port” is a vacuum exhaust port generally used for maintaining a high degree of vacuum in the chamber or the space between the chamber and the wafer. You may use, and you may provide separately. In particular, if a special exhaust port is provided facing the air supply port, the effect is great.
A second invention for achieving the object is the first invention, wherein the degree of vacuum of the space in the vacuum chamber of the projection optical system is relatively larger than the space on the sensitive substrate side from the opening. It is characterized by being high.
According to the present invention, since the degree of vacuum of the space in the vacuum chamber of the projection optical system is relatively higher than the space on the sensitive substrate side from the opening, it is possible to reduce the contamination of the reflecting mirror. .
A third invention for achieving the above object is the first invention or the second invention, wherein the opening has substantially the same shape as a luminous flux of ultrashort ultraviolet light passing through the opening. It is characterized by this.
It is preferable that the aperture be an aperture that is substantially the region through which EUV light necessary for exposure is transmitted (determined by the exposure area and the numerical aperture of the exposure light), and in this way, resist emission entering the vacuum chamber. It is possible to reduce gas more effectively.
A fourth invention for solving the above-mentioned problems is any one of the first to third inventions, wherein the air supply port and the exhaust port are disposed between the vacuum chamber and the sensitive substrate. It is characterized by being.
In the present means, since the air supply port and the exhaust port are disposed between the vacuum chamber and the sensitive substrate, the amount of gas released from the air intake port can be reduced.
A fifth invention for solving the above-mentioned problems is the fourth invention, wherein an opening that allows passage of ultrashort ultraviolet light necessary for exposure is provided between the purge gas flow passage and the vacuum chamber. A shielding plate is provided.
In the present invention, the place where the resist emission gas enters the chamber of the projection optical system is limited to the opening of the shielding plate. Therefore, this makes it possible to reduce the resist emission gas containing contaminants entering the chamber of the projection optical system, and the gas flow flowing from the air supply port toward the exhaust port flows over the opening. By doing so, the resist discharge gas can be sufficiently drawn into the gas flow, so that the flow of the gas flow flowing from the air supply port toward the exhaust port can be narrowed. Note that the opening is preferably as narrow as possible as long as the condition that the ultra-short ultraviolet light necessary for exposure can pass is satisfied.
A sixth invention for achieving the above object is the first invention, characterized in that the flow rate of the purge gas supplied from the supply port is supersonic.
In the present invention, even when the resist discharge gas is released at a high speed, most of it can be prevented from entering the chamber of the projection optical system.
A seventh invention for achieving the object is any one of the first to sixth inventions, characterized in that the pressure of the purge gas is set to 0.1 to 10 Pa. .
If the pressure of the purge gas is too low, the purge gas molecules do not collide with the resist discharge gas molecules, and the purge effect is lost. When the pressure of the purge gas is 0.1 Pa or more, the purge gas molecules collide with the resist discharge gas molecules at least once as an expected value while the resist discharge gas moves through a distance of about 10 mm, which is a normal purge space. Therefore, in the present invention, the lower limit value of the purge gas pressure is set to 0.1 Pa. On the other hand, if the pressure of the purge gas is too high, the purge gas may enter the chamber of the projection optical system and the degree of vacuum may decrease. When the pressure of the purge gas is 10 Pa or less, the purge gas flowing into the chamber can be sufficiently reduced. Therefore, in the present invention, the upper limit value of the purge gas pressure is set to 10 Pa.
An eighth invention for achieving the object is any one of the first to seventh inventions, wherein the directions of gas flow for purging the resist release gas are alternately reversed. In this case, the exposure is performed.
The resist discharge gas that has not been captured by the purge gas flow enters the projection optical system, but the penetration position is downstream of the purge gas due to the influence of the purge gas flow. Therefore, by switching the direction of the purge gas flow, the entry position of the resist emission gas into the projection optical system can be changed, and the reduction of the uneven reflectance of the projection optical system mirror can be mitigated. it can.
A ninth invention for achieving the object is any one of the first to eighth inventions, wherein the gas for purging the resist release gas is Ar, Kr, Xe, N 2 , He, Ne, or a mixture of two or more thereof.
As a purge gas, EUV light is not easily absorbed, photochemical reaction is not easily generated by EUV light or photoelectrons, and itself does not adhere to the optical element surface to form a carbon film, resulting in a large molecular mass. It is necessary that the resist discharge gas can be efficiently discharged. For this purpose, it is preferable to use these gases as purge gases.
A tenth invention for achieving the above object is the first invention, wherein the most sensitive substrate along the optical path of the ultrashort ultraviolet light among the plurality of reflecting mirrors in the projection optical system. In the exposure apparatus, the air supply port is disposed between a near reflecting mirror and the opening.
According to the present invention, among the resist emission gas 6 generated by EUV irradiation, the gas not directed to the optical system is shielded by the first shielding plate (the wall of the vacuum chamber), and only the resist emission gas that has passed through the first shielding plate. As described above, it is possible to reduce the adverse effect that the emitted gas that should not be directed to the projection optical system is directed to the projection optical system by flowing the purge gas as described above.
An eleventh invention for solving the above-mentioned problem is the tenth invention, wherein the shield has an opening through which the extreme ultraviolet light can pass between the air supply port and the reflecting mirror closest to the sensitive substrate. A board is arranged.
In the present invention, the action of the shielding plate can more effectively prevent the resist discharge gas and the purge gas from reaching the reflecting mirror closest to the sensitive substrate along the optical path.
A twelfth invention for solving the above-mentioned problems is the eleventh invention, wherein the space surrounded by the shielding plate and the wall of the vacuum chamber is a space closed except for the opening. It is what.
In this means, the space surrounded by the shielding plate and the wall of the vacuum chamber can be made substantially different from the space outside and the space formed by the vacuum chamber surrounding the projection optical system. The amount of purge gas leaking into the space surrounding the projection optical system can be reduced, and the degree of vacuum in this space can be easily controlled.
A thirteenth invention for solving the above-mentioned problems is the eleventh invention or the twelfth invention, characterized in that an exhaust port is provided between the shielding plate and the vacuum chamber.
By providing an exhaust port between the shielding plate and the vacuum chamber, it is possible to more effectively prevent the purge gas from entering the vacuum chamber.
A fourteenth invention for solving the above-mentioned problem is any one of the eleventh to thirteenth inventions, wherein at least one of the shielding plate and the vacuum chamber passes through the opening. The shape is substantially the same as the shape of the light beam of the ultra-short ultraviolet light.
It is preferable that the aperture be an aperture that is substantially the region through which EUV light necessary for exposure is transmitted (determined by the exposure area and the numerical aperture of the exposure light), and in this way, resist emission entering the vacuum chamber. It is possible to reduce gas more effectively.
A fifteenth aspect of the present invention for solving the above-mentioned problem is the tenth aspect of the present invention, wherein the vacuum in the space in the vacuum chamber of the projection optical system is relatively compared to the space closer to the sensitive substrate than the opening. It is characterized by a high degree.
According to the present invention, since the degree of vacuum of the space in the vacuum chamber of the projection optical system is relatively higher than the space on the sensitive substrate side from the opening, it is possible to reduce the contamination of the reflecting mirror. .
A sixteenth aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems is the eleventh aspect of the present invention, wherein the reflecting mirror is relatively closer to the sensitive substrate side than the opening of the vacuum chamber than to the opening of the vacuum chamber. It is characterized in that the degree of vacuum in the side space is high.
According to the present invention, since the degree of vacuum in the space closer to the reflecting mirror can be increased, it is possible to reduce the contamination of the reflecting mirror constituting the projection optical system.
A seventeenth aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems is the eleventh aspect of the present invention, wherein the reflector is relatively more open than the opening of the shielding plate relative to the space on the sensitive substrate side than the opening of the shielding plate. It is characterized in that the degree of vacuum in the side space is high.
In this means, the space closer to the reflecting mirror can be gradually increased to a high degree of vacuum, and contamination of the reflecting mirror can be reduced.
An eighteenth invention for achieving the above object is any one of the tenth to seventeenth inventions, wherein the purge gas supplied from the air supply port passes through the opening of the vacuum chamber and the sensitive substrate. The air supply port is arranged to be supplied in a direction.
According to the present invention, of the resist emission gas generated by the EUV irradiation, the gas going from the opening of the shielding plate to the projection optical system is pushed back by the purge gas supplied from the air supply port toward the wafer. Further, since the purge gas itself is supplied in the direction of the sensitive substrate (such as a wafer coated with a resist), it hardly enters the projection optical system.
A nineteenth aspect of the invention for achieving the object is the eighteenth aspect of the invention, wherein the exhaust port is disposed closer to the sensitive substrate than the opening of the vacuum chamber. .
Since the exhaust port is disposed in the vicinity of the flow of the purge gas on the sensitive substrate (wafer and resist) side, the gas released from the resist and the purge gas can be efficiently recovered.
A twentieth aspect of the invention for achieving the object is the eighteenth aspect or the nineteenth aspect of the invention, wherein the size of the opening for supplying the gas at the supply port is set so that the Reynolds number of the purge gas flow is 2000 or less. It is characterized by being determined to be
Since the Reynolds number of the purge gas flow is 2000 or less, the vibration of the projection optical system due to the vibration of the air supply port (nozzle) due to the turbulent flow can be suppressed. As a result, it is possible to suppress degradation of the imaging performance.
A twenty-first invention for achieving the object is any one of the eighteenth to twentieth inventions, wherein a direction in which a gas is supplied toward the sensitive substrate is 30 to 60 degrees with respect to the sensitive substrate. It is characterized by being.
At an actual working distance height (5 mm or more and 10 mm or less), the angle formed between the gas ejection direction from the nozzle and the wafer (sensitive substrate) surface is within a range of 30 to 60 ° in the projection optical system of the resist emission gas. The inflow rate is minimized. On the other hand, the inflow rate of the purge gas into the projection optical system monotonously decreases within this angle range.
A twenty-second invention for achieving the object is any one of the eighteenth to twenty-first inventions, wherein the flow rate of the gas supplied from the air supply port is 600 to 1000 cc / min (1.00 × 10 −5 to 1.67 × 10 −5 M 3 / sec).
The purge gas can have a flow rate of about 600 cc / min (sccm) or more and the inflow rate in the resist emission gas projection optical system can be 1% or less. Further, the purge gas can have a flow rate of about 1000 cc / min or less and the internal pressure of the purge gas projection optical system can be set to 0.4 Pa or less.
According to a twenty-third aspect of the invention for achieving the above object, the method includes the step of exposing and transferring a pattern formed on a mask to a sensitive substrate using the exposure apparatus of any one of the first to twenty-first aspects. This is a method for manufacturing a device having a fine pattern.
In the present invention, since deterioration of optical characteristics is suppressed or the exposure apparatus can be operated continuously for a long period of time, a device having a fine pattern can be manufactured with high throughput.
図１は、本発明の第１の実施の形態であるＥＵＶ露光装置の概要を示す図である。
図２は、本発明の第２の実施の形態であるＥＵＶ露光装置の概要を示す図である。
図３は、本発明の第３の実施の形態であるＥＵＶ露光装置の概要を示す図である。
図４は、図３における投影光学系下部の拡大図である。
図５は、本発明の第４の実施の形態であるＥＵＶ露光装置の概要を示す図であり、ウエハ近傍の構成を示す概要図であって、図４に対応する部分を示すものである。
図６は、最適化されたノズル形状の一例を示す図である。
図７は、図５、図６に示した投影光学系チャンバ５と、給気口２１、排気口２３等の関係を示した図である。
図８は、パージガス噴出角度とレジスト放出ガス投影光学系内流入率およびパージガス投影光学系内流入率との関係の数値解析結果を示す図である。
図９は、本発明の第５の実施の形態であるＥＵＶ露光装置の構成を示す図であり、図５に対応するものである。
図１０は、本発明の半導体デバイス製造方法の実施形態の一例を示すフローチャートである。
図１１は、ＥＵＶ光を使用した露光装置（ＥＵＶ露光装置）の投影光学系の概要を示す図である。
図１２は、レジストから放出されるガスの様子を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an outline of an EUV exposure apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an outline of an EUV exposure apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view showing an outline of an EUV exposure apparatus according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an enlarged view of the lower part of the projection optical system in FIG.
FIG. 5 is a diagram showing an outline of an EUV exposure apparatus according to the fourth embodiment of the present invention, which is a schematic diagram showing a configuration in the vicinity of the wafer, and shows a portion corresponding to FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an optimized nozzle shape.
FIG. 7 is a view showing the relationship between the projection optical system chamber 5 shown in FIGS.
FIG. 8 is a diagram showing a numerical analysis result of the relationship between the purge gas ejection angle, the inflow rate in the resist emission gas projection optical system, and the inflow rate in the purge gas projection optical system.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an EUV exposure apparatus according to the fifth embodiment of the present invention, and corresponds to FIG.
FIG. 10 is a flowchart showing an example of the embodiment of the semiconductor device manufacturing method of the present invention.
FIG. 11 is a view showing an outline of a projection optical system of an exposure apparatus (EUV exposure apparatus) using EUV light.
FIG. 12 is a diagram showing the state of the gas released from the resist.
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態であるＥＵＶ露光装置の概要を示す図である。図１は、図１１に示したＥＵＶ露光装置と同じものの、投影光学系を中心とした部分のみを示した図である。光源からのＥＵＶ光は平面反射鏡１により偏向された後、マスクＭ上に細長い円弧状の照明領域を形成する。ここで、円弧状の照明領域を形成するための開口板は、図示していない。
マスクＭの表面で反射された光は、その後、投影光学系２のミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６で順に反射されて、マスクＭの表面に形成されたパターンの像を、ウエハ３上に塗布されたレジスト４上に形成する。
投影光学系のミラーＭ１〜Ｍ６は、投影光学系チャンバ５の中に収納され、投影光学系チャンバ５の中は高い真空度に保たれている。図１１において説明したように、投影光学系チャンバ５の外側も高い真空度に保たれているが、投影光学系チャンバ５中の真空度が、その外側よりも高くされている。なお、図１１の真空ポンプの配置や真空チャンバの構成は一つの例であり、他の形態でも構わない。例えば、図１１では真空チャンバ４０は装置全体を囲うチャンバであるが、レチクルステージ、ウエハステージ、照明光学系、投影光学系が各々別の真空チャンバで各々独立して真空排気が行われるように真空ポンプを配置することも可能である。この場合においても投影光学系が最も高い真空度を保つようにすることが好ましい。投影光学系チャンバ５におけるＥＵＶ光の入射位置と出射位置とには、それぞれ開口部５ａ、５ｂが設けられている。
ＥＵＶ光はレジスト４に照射されるが、このとき、レジスト４から大量のレジスト放出ガス６が放出される。
本実施の形態においては、図１に示されるように、ワーキングディスタンス（投影光学系チャンバ５とウエハ３の間の空間）に、給気管７とその先端部の給気口８、及び排気管９とその先端部の排気口１０が設置されている。給気口８からはＥＵＶ光もしくは光電子と光化学反応を引き起こさない高純度（ミラーの反射率低下の原因となる有機物＝コンタミ物質を極力低減した）パージガスが供給され、パージガスの大半は排気口１０から排出される。ここでは、ガス種としてＡｒを使用している。ＥＵＶ照射によって生じるレジスト放出ガス６は、上方に向かって移動するが、このパージガス流に乗って、からめとられるように運び去られるため、レジスト放出ガス６のほとんどすべては投影光学系チャンバ５内に侵入することがなくなる。
ただし、パージガスが大量に投影光学系チャンバ５内に侵入する可能性がある。このため、給気口８から供給されるパージガスは高速に噴出されていることが望ましい。レジスト４からのレジスト放出ガス６が高速である場合には、その対処のために、パージガスは超音速にする必要性があることもある。開口部５ｂを極力小さくすることにより、パージガスが大量に投影光学系内に侵入するのを防止することができる。すなわち、開口部５ｂの大きさと形状を、開口部５ｂを通過しレチクルパターンの結像に寄与するＥＵＶ光の通過する領域（露光エリアと露光光の開口数によって決まる）に限ることが最も好ましい。不必要に大きくすると、投影光学系内にパージガスが流入し、露光光の透過率低下を招く恐れがある。具体的には、外周部長さが３３ｍｍ以下、幅４ｍｍ以下の露光エリアと同様である部分輪体状形状であることが好ましい。このような開口部５ｂの形状の例は、後に説明する。これによって、パージガスによるＥＵＶ光の吸収を、無視できる程度以下に抑えることができる。このように、レジスト放出ガスやパージガスが通過する開口の大きさを露光に必要な最小限の大きさとすることは、特に断らなくても、全ての実施の形態について同様である。
又、本実施の形態では、投影光学系のチャンバの下部でかつウエハ３の真上に給気口８、排気口１０を設置しているが、必要な量のパージガスが供給・排出されれば給気口８、排気口１０の一方あるいは両方を他の位置に配置しても良い。すなわち、給気口８，排気口１０は高さ方向が、投影光学系チャンバ５とウエハ３の間にあれば、水平方向では、必ずしも、投影光学系のチャンバがある部分の下で、かつウエハ３の上に位置する必要はない。そこで、ウエハステージ上部より遠方の空間からガスを供給し、ウエハステージ上部より遠方で排出してもよい。又、パージガスの排出口は、図１１においてチャンバ４０内を高真空に保つために内部の気体を排気している排気口と共用して真空ポンプ４３で排気してもよい。このことは、本実施の形態のみならず、他の実施の形態に置いても適宜適用することができる。
なお、前述のような理由により、ワーキングディスタンス部の圧力を０．１〜１０Ｐａ以下とすることが好ましい。特に、ワーキングディスタンス部の圧力が１Ｐａ程度であれば、ワーキングディスタンス部（高さ１０ｍｍ程度）におけるレジスト放出ガス６とパージガスの衝突回数が１０回以上となり、反重力方向にレジスト放出ガス６が高速で放出されたとしても、確実にパージガスにからめとられて排気口１０へと導かれるので好ましい。
又、給気口８と排気口１０を別々に設けず、双方を吸排気口として、交互に、一方を給気口、他方を排気口として用いることも可能である。パージガスの流速を高速にすることで、レジスト放出ガス６の投影光学系内への侵入を極力低減することができるが、完全に排除できる訳ではない。排除し切れなかったレジスト放出ガス６は投影光学系内に侵入するが、パージガスとの衝突の影響で、ミラーＭ６の、パージガス流下流側に比較的多く付着することになる。このような状況が長時間続くと、ミラーＭ６の反射率が不均一に低下し、光学性能が劣化する。そこで、給気と排気の方向を入れ替えることで、ミラー反射率の低下の不均一性を低減し、パターン線幅の不均一性の劣化を低減することができる。このことは、本実施の形態のみならず、他の実施の形態においても適宜適用することができる。
以上の実施の形態では、パージガスとして、Ａｒを使用しているが、パージガスとしては、不活性であること、有機物でなくカーボン膜の原因とならないこと、運動量が大きい（質量が大きい）こと、ＥＵＶ光吸収係数が小さいことといった条件を満たしているものであれば他のガスを使用することができる。例えば、Ｋｒ、Ｘｅ等を使用することができ、この他にも、Ｎ２、Ｎｅ等を使用することができる。Ｎ２はガス価格が安価なので、ランニングコストの上昇を低減できるメリットがある。質量の大きい分子の方が、運動量が大きくなるので、レジスト放出ガスを効率よく排除することができ、大きすぎると、分子の熱運動の速度が小さくなり（温度が同じ場合）、相殺する（レジスト放出ガスとパージガスの衝突による吹き飛ばし効果と衝突回数の積が大きく変わらない）ので、十分な効果が得られない場合がある。このような好ましいガス種については、以下の全ての実施形態について同じである。
また、本発明は、主にレジストからの放出ガスがコンタミ物質となり、ミラー表面に付着するのをできるだけ少なくするためのものであるが、レジスト放出ガスからのコンタミ物質の付着を少なくするためだけに使用されるものではない。他の部材から発生するコンタミ物質に対しても、同様に、ミラー表面に付着するのを少なくすることができる。例えば、ウエハステージ近傍の装置構成部材から放出される有機物等のコンタミ物質に対しても、同様にミラー表面に付着するのを少なくすることができるのは言うまでもない。このことは、本実施の形態のみならず、他の全ての実施の形態について同様である。
図２は、本発明の第２の実施の形態であるＥＵＶ露光装置の概要を示す図である。このＥＵＶ露光装置も、全体の概要は図１１に示したものと同じであり、図２には、投影光学系周りの概要を示す。なお、以下の図において、本欄における前出の図に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略する。
この実施の形態においては、図１に示した実施の形態の構成に加え、投影光学系チャンバ５より下に、遮蔽板１１が設置されている。この遮蔽板１１によって、レジスト放出ガスの大半が、投影光学系内に侵入するのを防止する。この場合も、遮蔽板１１の開口部を極力小さくすることにより、パージガスが大量に投影光学系内に侵入するのを防止することが好ましいのは前述のとおりである。
図３は、本発明の第３の実施の形態であるＥＵＶ露光装置の概要を示す図であり、図４は、図３における投影光学系下部の拡大図である。このＥＵＶ露光装置も、全体の概要は図１１に示したものと同じであり、図３には、投影光学系周りの概要を示す。
この実施の形態においては、図１に示した実施の形態の構成に加え、給気管７、給気口８、排気管９、排気口１０の下部に遮蔽板１２が設けられ、遮蔽板１２の下部に排気管９、排気口１０とは別の排気管１３とそれにつながる排気口１４が設けられていることが異なっている。
遮蔽板１２を配置することによって、レジスト４から放出した、図４に矢印で示す放出ガスのうち、遮蔽板１２の開口１２ａを通過しないガスは遮蔽板１２によって遮蔽され、排気口１４で排気されて系外に排出される。開口１２ａの大きさは投影露光に必要な光束の形状とほぼ同じ形状としておく。この有効光束１７の形状を図４に例示的に破線で示した。このようにすることによって、遮蔽板１２より上流（投影光学系方向）に向かうガスは、有効光束１７の範囲に限定される。
遮蔽板１２を通過した矢印で示す放出ガスは、給気口８からのパージガス１６によって紙面左方向へ向きを変えられる。パージガス１６として、Ａｒを使用しているが、その他、前述のようなガスを適宜使用することができる。また、パージガスを流す方向は必ずしも水平方向に流す必要はなく、他の方向でも良く、例えば、斜め下方向に向かって流すことも効果的である。また、給気口の位置、個数、開口径、形状等は装置に対して振動を極力発生させないよう、また、効果的にパージガスを流せるように決定される。このことは、図１、図２に示した実施の形態についても同様である。
パージガス１６によって向きを変えられたレジスト放出ガス６の一部もしくは大部分は投影光学系チャンバ５の下壁５ｃによって遮蔽される。このようにすることによって、パージガス１６を流すことによって本来投影光学系に向かわない放出ガスが投影光学系に向かってしまうというような問題が解決され、より効果的にレジスト放出ガス６のミラーへの侵入を低減させることが可能となる。
遮蔽板１２を通過してきた放出ガスをパージガスによって効果的に遮蔽することが可能であれば、下壁５ｃを無くして遮蔽板１２そのものを真空チャンバ５の下壁とすることも可能である。但し、下壁５Ｃと遮蔽板１２の両方を設けておく方が放出ガスの除去効率がより高くなる。
なお、遮蔽板１２に衝突したレジスト放出ガス６が真空装置内で浮遊すると、露光光束を吸収したり、他の部品に対するコンタミネーションの発生原因となり、問題となることがある。従って、本実施の形態では、前述のように、遮蔽板１２の下側に排気口１４、排気管１３を配置し、遮蔽板１２に衝突して浮遊するレジスト放出ガス６を排気するようにしている。なお、この排気口の数は特に一つである必要はなく、多数配置してもよい。また、図の便宜上、排気ポンプ１５を１つだけ図示しているが、排気管９，１３の各々が別の排気ポンプに接続され、独立に排気する方が好ましい。
また、本実施の形態では、遮蔽板１２の左右を、投影光学系チャンバ５に接続することで、分離された空間を作り出している。つまり、投影光学系を構成する反射鏡Ｍ１−Ｍ６が配置される空間Ａと、チャンバの下壁５ｃと遮蔽板１２とで囲まれる空間Ｂと、遮蔽板１２とウエハステージとの間の空間Ｃである。このことにより、空間Ｃに比べて空間Ｂの真空度が高くなり、更に、空間Ｂに比べて空間Ａの真空度を高くすることが可能となる。このようにすることによって、投影光学系を構成する反射鏡の汚染をより効果的に低減させることが可能となる。但し、遮蔽板１２を単なる遮蔽板として、上述のような分離された空間を作り出さなくても、遮蔽板としての効果を奏することは言うまでもない。
なお、図３においては、投影光学系チャンバ５の下面の下に遮蔽板１２を設け、これらの間に形成された空間（ＥＵＶ光の光路を確保するための開口部を除いて密閉されている）に給気口８と排気口１０とを設けているが、図３における遮蔽板１２に相当する部分（空間ＡとＢの部分）までを投影光学系チャンバ５とし、図３においてハッチングで示される下壁５ｃを遮蔽板として投影光学系チャンバ５の内部に遮蔽板を設けるようにしても名称が変更するだけであり、実質的な構成は同じであり、同じ作用効果を有する。
図５は、本発明の第４の実施の形態であるＥＵＶ露光装置の概要を示す図であり、ウエハ近傍の構成を示す概要図であって、図４に対応する部分を示すものである。このＥＵＶ露光装置も、全体の概要は図１１に示したものと同じである。
本実施の形態においては、投影光学系チャンバ５の下部の開口部５ｂは、露光に必要なＥＵＶ光の透過する領域（露光エリアと露光光の開口数によって決まる）程度とし、必要以上に大きくしない。放出ガスやパージガスの投影光学系内への流入をできるだけ防止するためである。具体的には、外周部長さが３３ｍｍ以下、幅４ｍｍ以下の露光エリアと同様である部分輪帯状形状であることが好ましい。このことは前述の実施形態においても同様である。
本実施の形態においては、投影光学系チャンバ５の内側にノズル形状の給気口２１が設けられており、その開口部２２から、パージガスが吹き出されている。
給気口２１がパージガスを供給する方向は、ウエハ３およびレジスト４からなる感応基板の面に対して所定の角度θを有する。この角度については後で詳細に説明する。
さらに、本実施の形態においては、遮蔽板の機能を有する投影光学系チャンバ５の下部とレジスト４およびウエハ３との間においてパージガスの流れの近傍に排気口２３を設置することで、レジスト放出ガスとパージガスがより効率よく排出されるので、投影系内に侵入する量を低減することができる。
投影光学系チャンバ５の開口部５ｂは上述のように、部分輪帯（円弧）状形状となるので、ノズル形状の給気口２１の形状に工夫が必要である。図６に、最適化されたノズル形状の一例を示す。ノズル形状の給気口２１の開口部２２（パージガス噴出口）は投影光学系チャンバ５の開口部５ｂの形状に添うような円弧形状とするのが好ましい。その理由は、ガスの流れを開口の幅がより短い方向に一致させることにより、パージガスが投影光学系チャンバ５内に逆流しないようにすることができるからである。投影光学系チャンバ５の開口部５ｂ、又は必要に応じて設けられる遮蔽板の開口部を図６に示すような円弧形状とするのが好ましいことは他の実施の形態においても同じである。
また、ガスの噴出効率を高めるために、パージガスを噴出させるノズル形状の給気口２１の開口部２２の高さｄを０．５ｍｍ程度とし、ノズル形状の給気口２１の開口部２２の幅は投影光学系チャンバ５の開口部５ｂと同程度かそれよりやや小さい程度とする。ノズルの開口高さｄを０．５ｍｍ程度とすることで、パージガスの噴出方向を揃えることができ効率よくレジスト放出ガスの投影光学系内流入を低減できる。また、流量を後で説明するように６００〜１０００ｃｃ／ｍｉｎと仮定するとパージガス流のレイノルズ数が２０００以下となるので乱流によるノズルの振動による投影光学系の振動を抑えることができる。この結果、結像性能の劣化を抑えることができる。
図７は、図５、図６に示した投影光学系チャンバ５と、給気口２１、排気口２３等の関係を示した図である。投影光学系内は光学素子の劣化を防ぐため、より真空度の高い環境とされる必要があり、投影光学系チャンバ５内に投影光学系を構成する各ミラーＭ１〜Ｍ６が配置される。なお、場合によっては、平面反射鏡１や他の光学素子がこの投影光学系チャンバ５内に配置されることもある。
本実施の形態ではこの投影光学系チャンバ５の下側の開口部５ｂが遮蔽板の開口部としての役割を果たしている。そして、ガス導入機２４から導入されたパージガスが配管２５を通ってノズル状の給気口２１より上述のように射出するものである。投影光学系チャンバ５の隔壁を遮蔽板として使用しているため、ワーキングディスタンスの小さい場所であっても、問題なく、遮蔽板とノズルを配置することが可能である。なお、投影光学系チャンバ５の下側に遮蔽板を別に設ける場合であっても、遮蔽板の下側よりも上側の真空度を高くすることが好ましい。何故ならば、投影光学系内にレジスト放出ガスやパージガスの混入を防ぐことができるからである。
ノズルから噴出させるパージガスにより、投影光学系内に侵入するレジスト放出ガス量を低減する。しかし、パージガス量が多すぎると、投影光学系内のパージガス圧が高くなり、上述のように、露光光の吸収の原因となり、スループットの低下をもたらす。したがって、すべてのレジスト放出ガス分子数に対する投影光学系内に流入するレジスト放出ガスの分子数の割合であるレジスト放出ガス投影光学系内流入率と、すべてのパージガス分子数に対する投影光学系内に流入するパージガスの分子数の割合であるパージガス投影光学系内流入率とをともに低減する必要がある。
パージガスの流量について以下に説明する。本実施の形態においては、パージガスは流量６００ｃｃ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）程度以上でレジスト放出ガス投影光学系内流入率を１％以下にすることが可能である。一方、パージガス投影光学系内流入率の低減も重要である。現在最も現実的と考えられている６枚反射鏡による投影光学系の場合、露光光の投影系内光路長は３６００ｍｍ程度である。この光学系で、投影光学系内パージガスにおける吸収を５％まで許容できるとすると、投影光学系内に流入したパージガスの圧力は０．４Ｐａ以下であることが求められる。本実施の形態のような構成の場合、パージガスは流量１０００ｃｃ／ｍｉｎ程度以下でパージガス投影光学系内圧力を０．４Ｐａ以下にすることが可能である。
また、パージガスは、屈折率の変化を生じ、ウエハ・オートフォーカスのＺ方向（投影光学系の光軸方向）位置測定誤差の要因となることも考えられる。しかし、Ａｒ流量が６００〜１０００ｃｃ／ｍｉｎの領域ではほぼ無視できるレベルまで抑えることができ、問題はない。
つぎに、パージガス噴出角度について説明する。パージガス噴出角度とは、ノズルからのガス噴出方向とウエハ（感応基板）面とがなす角度である。図８に、パージガス噴出角度とレジスト放出ガス投影光学系内流入率およびパージガス投影光学系内流入率との関係の数値解析結果を示す。図８に示すように、現実的なワーキングディスタンスの高さ（５ｍｍ以上１０ｍｍ以下）では、３０〜６０°の間でレジスト放出ガス（ＣＯ２）の投影光学系内流入率が極小となる。他方、パージガス（Ａｒ）の投影光学系内流入率は、このパージガス噴出角度の範囲で単調に減少する。したがって、パージガス噴出角度は、好ましくは、３０〜６０°であり、さらに好ましくは、３５〜５５°である。
数値解析の結果では、ガスの流れは０．１秒程度で定常状態に達するので、パージガスの流れを開始するのは、露光開始直前であっても問題はない。
図９は、本発明の第５の実施の形態であるＥＵＶ露光装置の構成を示す図であり、図５に対応するものである。第５の実施の形態の構成は、投影光学系チャンバ５の開口部５ｂの周囲に、複数のノズル状の給気口２１が設置されている点が、第４の実施の形態と異なる。第５の実施の形態の方が、投影系内に侵入するレジスト放出ガスとパージガスの量を低減することが可能であるので好ましい。ただし、機構がより複雑になるという短所がある。
投影光学系チャンバ５の開口部５ｂの周囲全面にわたってノズルを設置すれば、より効率のよく投影系内に侵入するレジスト放出ガスとパージガスの量を低減することが可能である。
以下、本発明に係わる半導体デバイスの製造方法の実施の形態の例を説明する。図１０は、本発明の半導体デバイス製造方法の実施形態の一例を示すフローチャートである。この例の製造工程は以下の各工程を含む。
（１）ウエハを製造するウエハ製造工程（またはウエハを準備するウエハ準備工程）
（２）露光に使用するマスクを製作するマスク製造工程（またはマスクを準備するマスク準備工程）
（３）ウエハに必要な加工処理を行うウエハプロセッシング工程
（４）ウエハ上に形成されたチップを１個ずつ切り出し、動作可能にならしめるチップ組立工程
（５）できたチップを検査するチップ検査工程
なお、それぞれの工程はさらにいくつかのサブ工程からなっている。これらの主工程の中で、半導体デバイスの性能に決定的な影響を及ぼす主工程がウエハプロセッシング工程である。この工程では、設計された回路パターンをウエハ上に順次積層し、メモリやＭＰＵとして動作するチップを多数形成する。このウエハプロセッシング工程は、以下の各工程を含む。
（１）絶縁層となる誘電体膜や配線部、あるいは電極部を形成する金属薄膜などを形成する薄膜形成工程（ＣＶＤやスパッタリングなどを用いる）
（２）この薄膜層やウエハ基板を酸化する酸化工程
（３）薄膜層やウエハ基板などを選択的に加工するためにマスク（レクチル）を用いてレジストのパターンを形成するリソグラフィ工程
（４）レジストパターンにしたがって薄膜層や基板を加工するエッチング工程（たとえばドライエッチング技術を用いる）
（５）イオン・不純物注入拡散工程
（６）レジスト剥離工程
（７）さらに加工されたウエハを検査する検査工程
なお、ウエハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造する。
本実施形態においては、上記リソグラフィ工程において、上述のＥＵＶ光露光装置を使用している。よって、露光装置を長期間にわたって連続運転可能となるので、微細パターンを有するデバイスをスループットよく製造することができる。また、投影光学系を構成する光学素子の反射特性などが光学素子の部分によって変わることが少なくなるので、露光性能が劣化するのを抑えることができる。Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an outline of an EUV exposure apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 is the same as the EUV exposure apparatus shown in FIG. 11, but shows only the part centered on the projection optical system. The EUV light from the light source is deflected by the plane reflecting mirror 1 and then forms an elongated arc-shaped illumination area on the mask M. Here, an aperture plate for forming an arcuate illumination region is not shown.
The light reflected on the surface of the mask M is then reflected in turn by the mirrors M1, M2, M3, M4, M5, and M6 of the projection optical system 2, and an image of the pattern formed on the surface of the mask M is converted into a wafer. 3 is formed on the resist 4 applied on the substrate 3.
The projection optical system mirrors M1 to M6 are housed in the projection optical system chamber 5, and the projection optical system chamber 5 is kept at a high degree of vacuum. As described with reference to FIG. 11, the outside of the projection optical system chamber 5 is also maintained at a high degree of vacuum, but the degree of vacuum in the projection optical system chamber 5 is set higher than the outside thereof. Note that the arrangement of the vacuum pump and the configuration of the vacuum chamber in FIG. 11 are merely examples, and other forms may be used. For example, in FIG. 11, the vacuum chamber 40 is a chamber surrounding the entire apparatus, but the reticle stage, the wafer stage, the illumination optical system, and the projection optical system are evacuated so that the vacuum evacuation is performed independently in separate vacuum chambers. It is also possible to arrange a pump. Even in this case, it is preferable that the projection optical system maintain the highest degree of vacuum. Openings 5a and 5b are provided at the EUV light incident position and the emission position in the projection optical system chamber 5, respectively.
The EUV light is irradiated onto the resist 4, and at this time, a large amount of resist discharge gas 6 is released from the resist 4.
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a working pipe (a space between the projection optical system chamber 5 and the wafer 3) has an air supply pipe 7, an air supply opening 8 at the tip thereof, and an exhaust pipe 9. And an exhaust port 10 at the tip thereof. A purge gas that does not cause a photochemical reaction with EUV light or photoelectrons is supplied from the air supply port 8 (organic matter that causes a reduction in mirror reflectivity = contaminant substances are reduced as much as possible), and most of the purge gas is supplied from the exhaust port 10. Discharged. Here, Ar is used as the gas species. Although the resist discharge gas 6 generated by the EUV irradiation moves upward, it is carried away so as to be entangled on this purge gas flow, so that almost all of the resist discharge gas 6 is put into the projection optical system chamber 5. No intrusion.
However, a large amount of purge gas may enter the projection optical system chamber 5. For this reason, it is desirable that the purge gas supplied from the air supply port 8 be ejected at a high speed. When the resist discharge gas 6 from the resist 4 is high speed, the purge gas may need to be supersonic in order to cope with it. By making the opening 5b as small as possible, it is possible to prevent a large amount of purge gas from entering the projection optical system. That is, it is most preferable that the size and shape of the opening 5b be limited to a region (determined by the exposure area and the numerical aperture of the exposure light) through which the EUV light that passes through the opening 5b and contributes to the imaging of the reticle pattern passes. If it is unnecessarily large, purge gas may flow into the projection optical system, leading to a reduction in the transmittance of exposure light. Specifically, it is preferably a partial ring-like shape that is the same as the exposure area having an outer peripheral length of 33 mm or less and a width of 4 mm or less. An example of the shape of the opening 5b will be described later. Thereby, the absorption of EUV light by the purge gas can be suppressed to a negligible level or less. In this manner, the size of the opening through which the resist discharge gas and the purge gas pass is set to the minimum size necessary for the exposure, as long as it is not particularly specified, in all the embodiments.
In the present embodiment, the air supply port 8 and the exhaust port 10 are provided at the lower part of the chamber of the projection optical system and directly above the wafer 3. However, if a necessary amount of purge gas is supplied and discharged, One or both of the air supply port 8 and the exhaust port 10 may be arranged at other positions. In other words, if the air supply port 8 and the exhaust port 10 are in the height direction between the projection optical system chamber 5 and the wafer 3, the horizontal direction is not necessarily below the portion where the chamber of the projection optical system is located, and the wafer. There is no need to be above 3. Therefore, the gas may be supplied from a space far from the upper part of the wafer stage and discharged away from the upper part of the wafer stage. Further, the purge gas discharge port may be exhausted by the vacuum pump 43 in common with the exhaust port for exhausting the internal gas in order to keep the inside of the chamber 40 in a high vacuum in FIG. This can be appropriately applied not only to this embodiment but also to other embodiments.
For the reasons described above, it is preferable to set the pressure in the working distance portion to 0.1 to 10 Pa or less. In particular, when the pressure of the working distance portion is about 1 Pa, the number of collisions between the resist discharge gas 6 and the purge gas in the working distance portion (height of about 10 mm) is 10 times or more, and the resist discharge gas 6 is high in the antigravity direction. Even if it is discharged, it is preferable because it is surely entangled in the purge gas and led to the exhaust port 10.
Further, the air supply port 8 and the exhaust port 10 are not provided separately, but both can be used as intake and exhaust ports, and one can be alternately used as an air supply port and the other as an exhaust port. By increasing the flow rate of the purge gas, the intrusion of the resist discharge gas 6 into the projection optical system can be reduced as much as possible, but it cannot be completely eliminated. Although the resist discharge gas 6 that has not been completely removed enters the projection optical system, a relatively large amount of the resist discharge gas 6 adheres to the downstream side of the purge gas flow of the mirror M6 due to the collision with the purge gas. If such a situation continues for a long time, the reflectivity of the mirror M6 decreases non-uniformly and the optical performance deteriorates. Therefore, by switching the direction of air supply and exhaust, it is possible to reduce non-uniformity in the reduction in mirror reflectivity and to reduce deterioration in non-uniformity in the pattern line width. This can be appropriately applied not only to this embodiment but also to other embodiments.
In the above embodiment, Ar is used as the purge gas. However, the purge gas is inert, does not cause a carbon film rather than an organic substance, has a large momentum (mass is large), EUV Other gases can be used as long as they satisfy the condition that the light absorption coefficient is small. For example, Kr, Xe, etc. can be used, and N 2 , Ne, etc. can be used besides these. Since N 2 has a low gas price, there is a merit that an increase in running cost can be reduced. A molecule with a large mass has a larger momentum, so that the resist emission gas can be efficiently removed. If it is too large, the speed of the thermal movement of the molecule is reduced (when the temperature is the same), and cancels out (resist Since the product of the blow-off effect and the number of collisions due to the collision between the released gas and the purge gas does not change significantly), a sufficient effect may not be obtained. Such preferred gas species are the same for all of the following embodiments.
In addition, the present invention is mainly for reducing the amount of contamination substances from the resist emission gas as much as possible to reduce the contamination gas from the resist as a contamination substance and adhere to the mirror surface as much as possible. It is not used. Similarly, it is possible to reduce the adhesion of contaminants generated from other members to the mirror surface. For example, it goes without saying that contaminants such as organic substances emitted from apparatus constituent members in the vicinity of the wafer stage can be similarly reduced from adhering to the mirror surface. This applies not only to the present embodiment but also to all other embodiments.
FIG. 2 is a diagram showing an outline of an EUV exposure apparatus according to the second embodiment of the present invention. The overall outline of this EUV exposure apparatus is the same as that shown in FIG. 11, and FIG. 2 shows an outline around the projection optical system. In the following drawings, the same components as those shown in the preceding figures in this column are assigned the same reference numerals and explanations thereof are omitted.
In this embodiment, a shielding plate 11 is installed below the projection optical system chamber 5 in addition to the configuration of the embodiment shown in FIG. This shielding plate 11 prevents most of the resist emission gas from entering the projection optical system. In this case as well, as described above, it is preferable to prevent a large amount of purge gas from entering the projection optical system by making the opening of the shielding plate 11 as small as possible.
FIG. 3 is a view showing an outline of an EUV exposure apparatus according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an enlarged view of a lower portion of the projection optical system in FIG. The overall outline of this EUV exposure apparatus is the same as that shown in FIG. 11, and FIG. 3 shows an outline around the projection optical system.
In this embodiment, in addition to the configuration of the embodiment shown in FIG. 1, a shielding plate 12 is provided below the air supply pipe 7, the air supply port 8, the exhaust pipe 9, and the exhaust port 10. The difference is that an exhaust pipe 13 different from the exhaust pipe 9 and the exhaust port 10 and an exhaust port 14 connected thereto are provided in the lower part.
By disposing the shielding plate 12, the gas released from the resist 4 and indicated by the arrow in FIG. 4 that does not pass through the opening 12 a of the shielding plate 12 is shielded by the shielding plate 12 and exhausted through the exhaust port 14. Are discharged outside the system. The size of the opening 12a is set to be approximately the same as the shape of the light beam necessary for projection exposure. The shape of the effective light beam 17 is exemplarily shown by a broken line in FIG. By doing so, the gas traveling upstream (in the direction of the projection optical system) from the shielding plate 12 is limited to the range of the effective light flux 17.
The direction of the released gas indicated by the arrow that has passed through the shielding plate 12 is changed in the left direction by the purge gas 16 from the air supply port 8. Although Ar is used as the purge gas 16, other gases as described above can be used as appropriate. Further, the flow direction of the purge gas does not necessarily have to flow in the horizontal direction, and may be in other directions. For example, it is effective to flow in the obliquely downward direction. Further, the position, number, opening diameter, shape, and the like of the air supply port are determined so that vibration is not generated as much as possible in the apparatus and purge gas can be effectively flowed. This also applies to the embodiments shown in FIGS.
Part or most of the resist discharge gas 6 whose direction is changed by the purge gas 16 is shielded by the lower wall 5 c of the projection optical system chamber 5. By doing so, the problem that the emission gas that is not originally directed to the projection optical system by flowing the purge gas 16 is directed to the projection optical system is solved, and the resist emission gas 6 is more effectively applied to the mirror. Intrusion can be reduced.
If the emitted gas that has passed through the shielding plate 12 can be effectively shielded by the purge gas, the lower wall 5 c can be eliminated and the shielding plate 12 itself can be used as the lower wall of the vacuum chamber 5. However, the removal efficiency of emitted gas becomes higher when both the lower wall 5C and the shielding plate 12 are provided.
If the resist discharge gas 6 colliding with the shielding plate 12 floats in the vacuum apparatus, it may cause a problem because it absorbs the exposure light beam or causes contamination with other parts. Therefore, in the present embodiment, as described above, the exhaust port 14 and the exhaust pipe 13 are arranged below the shielding plate 12 so that the resist discharge gas 6 that has collided with the shielding plate 12 and floated is exhausted. Yes. Note that the number of exhaust ports is not necessarily one, and a large number may be arranged. For convenience of illustration, only one exhaust pump 15 is shown. However, it is preferable that each of the exhaust pipes 9 and 13 is connected to another exhaust pump and exhausts independently.
In the present embodiment, the left and right sides of the shielding plate 12 are connected to the projection optical system chamber 5 to create a separated space. That is, a space A in which the reflecting mirrors M1-M6 constituting the projection optical system are arranged, a space B surrounded by the lower wall 5c of the chamber and the shielding plate 12, and a space C between the shielding plate 12 and the wafer stage. It is. As a result, the degree of vacuum in the space B becomes higher than that in the space C, and further, the degree of vacuum in the space A can be made higher than that in the space B. By doing so, it is possible to more effectively reduce the contamination of the reflecting mirror constituting the projection optical system. However, it goes without saying that the shield plate 12 can be used as a simple shield plate, and the effect as a shield plate can be obtained without creating the separated space as described above.
In FIG. 3, a shielding plate 12 is provided under the lower surface of the projection optical system chamber 5, and a space formed therebetween (except for an opening for securing an optical path of EUV light is hermetically sealed. ) Is provided with an air supply port 8 and an exhaust port 10, and the portion corresponding to the shielding plate 12 (space A and B) in FIG. 3 is used as the projection optical system chamber 5, and hatched in FIG. 3. Even if a shielding plate is provided inside the projection optical system chamber 5 using the lower wall 5c as a shielding plate, the name is merely changed, the substantial configuration is the same, and the same operation and effect are obtained.
FIG. 5 is a diagram showing an outline of an EUV exposure apparatus according to the fourth embodiment of the present invention, which is a schematic diagram showing a configuration in the vicinity of the wafer, and shows a portion corresponding to FIG. The outline of this EUV exposure apparatus is the same as that shown in FIG.
In the present embodiment, the lower opening 5b of the projection optical system chamber 5 is set to an area through which EUV light necessary for exposure is transmitted (determined by the exposure area and the numerical aperture of the exposure light) and not larger than necessary. . This is to prevent the discharge gas and purge gas from flowing into the projection optical system as much as possible. Specifically, it is preferable to have a partial annular shape that is the same as the exposure area having an outer peripheral length of 33 mm or less and a width of 4 mm or less. This also applies to the above-described embodiment.
In the present embodiment, a nozzle-shaped air supply port 21 is provided inside the projection optical system chamber 5, and purge gas is blown out from the opening 22.
The direction in which the supply port 21 supplies the purge gas has a predetermined angle θ with respect to the surface of the sensitive substrate made of the wafer 3 and the resist 4. This angle will be described in detail later.
Further, in the present embodiment, an exhaust port 23 is provided in the vicinity of the flow of the purge gas between the lower portion of the projection optical system chamber 5 having a function of a shielding plate and the resist 4 and the wafer 3, thereby resist release gas. Since the purge gas is discharged more efficiently, the amount of penetration into the projection system can be reduced.
Since the opening 5b of the projection optical system chamber 5 has a partial annular (arc) shape as described above, it is necessary to devise the shape of the nozzle-shaped air supply port 21. FIG. 6 shows an example of the optimized nozzle shape. The opening 22 (purge gas ejection port) of the nozzle-shaped air supply port 21 preferably has an arc shape that follows the shape of the opening 5 b of the projection optical system chamber 5. This is because the purge gas can be prevented from flowing back into the projection optical system chamber 5 by matching the gas flow in the direction in which the opening width is shorter. It is preferable that the opening 5b of the projection optical system chamber 5 or the opening of the shielding plate provided as necessary has an arc shape as shown in FIG. 6 in the other embodiments.
Further, in order to increase the gas injection efficiency, the height d of the opening 22 of the nozzle-shaped air supply port 21 through which the purge gas is injected is set to about 0.5 mm, and the width of the opening 22 of the nozzle-shaped air supply port 21 is increased. Is approximately the same as or slightly smaller than the opening 5 b of the projection optical system chamber 5. By setting the nozzle opening height d to about 0.5 mm, it is possible to align the jetting direction of the purge gas and efficiently reduce the inflow of the resist discharge gas into the projection optical system. Further, assuming that the flow rate is 600 to 1000 cc / min as will be described later, the Reynolds number of the purge gas flow becomes 2000 or less, so that the vibration of the projection optical system due to the vibration of the nozzle due to the turbulent flow can be suppressed. As a result, it is possible to suppress degradation of the imaging performance.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the projection optical system chamber 5 shown in FIGS. 5 and 6, the air supply port 21, the exhaust port 23, and the like. In order to prevent the optical elements from deteriorating in the projection optical system, the environment needs to be higher in vacuum, and the mirrors M1 to M6 constituting the projection optical system are arranged in the projection optical system chamber 5. In some cases, the planar reflecting mirror 1 and other optical elements may be disposed in the projection optical system chamber 5.
In the present embodiment, the lower opening 5b of the projection optical system chamber 5 serves as an opening of the shielding plate. Then, the purge gas introduced from the gas introduction machine 24 passes through the pipe 25 and is injected from the nozzle-like air supply port 21 as described above. Since the partition wall of the projection optical system chamber 5 is used as a shielding plate, it is possible to arrange the shielding plate and the nozzle without any problem even in a place where the working distance is small. Even when a shielding plate is separately provided on the lower side of the projection optical system chamber 5, it is preferable to increase the degree of vacuum above the lower side of the shielding plate. This is because it is possible to prevent contamination of the resist discharge gas and purge gas in the projection optical system.
The amount of resist discharge gas that enters the projection optical system is reduced by the purge gas ejected from the nozzle. However, if the amount of purge gas is too large, the purge gas pressure in the projection optical system becomes high, causing exposure light to be absorbed as described above, resulting in a decrease in throughput. Therefore, the inflow rate in the resist emission gas projection optical system, which is the ratio of the number of resist emission gas molecules flowing into the projection optical system to the total number of resist emission gas molecules, and the inflow into the projection optical system for all purge gas molecule numbers. It is necessary to reduce both the inflow rate in the purge gas projection optical system, which is the proportion of the number of purge gas molecules.
The flow rate of the purge gas will be described below. In the present embodiment, the purge gas can have a flow rate of about 600 cc / min (sccm) or more and the inflow rate in the resist emission gas projection optical system can be made 1% or less. On the other hand, it is also important to reduce the inflow rate in the purge gas projection optical system. In the case of a projection optical system using six reflecting mirrors which is considered to be the most realistic at present, the optical path length of the exposure light in the projection system is about 3600 mm. If this optical system can tolerate up to 5% of the purge gas in the projection optical system, the pressure of the purge gas flowing into the projection optical system is required to be 0.4 Pa or less. In the case of the configuration as in the present embodiment, the purge gas can be set at a flow rate of about 1000 cc / min or less and the internal pressure of the purge gas projection optical system can be set to 0.4 Pa or less.
In addition, the purge gas may cause a change in refractive index, which may cause a position measurement error in the Z direction of the wafer autofocus (in the optical axis direction of the projection optical system). However, in the region where the Ar flow rate is 600 to 1000 cc / min, it can be suppressed to a level that can be almost ignored, and there is no problem.
Next, the purge gas ejection angle will be described. The purge gas ejection angle is an angle formed by the gas ejection direction from the nozzle and the wafer (sensitive substrate) surface. FIG. 8 shows the numerical analysis results of the relationship between the purge gas ejection angle, the inflow rate in the resist emission gas projection optical system, and the inflow rate in the purge gas projection optical system. As shown in FIG. 8, at an actual working distance height (5 mm or more and 10 mm or less), the inflow rate of the resist emission gas (CO 2 ) into the projection optical system is minimized between 30 and 60 °. On the other hand, the inflow rate of the purge gas (Ar) into the projection optical system monotonously decreases within the range of the purge gas ejection angle. Therefore, the purge gas ejection angle is preferably 30 to 60 °, and more preferably 35 to 55 °.
As a result of the numerical analysis, since the gas flow reaches a steady state in about 0.1 seconds, there is no problem even if the purge gas flow is started just before the start of exposure.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an EUV exposure apparatus according to the fifth embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. The configuration of the fifth embodiment is different from that of the fourth embodiment in that a plurality of nozzle-like air supply ports 21 are provided around the opening 5b of the projection optical system chamber 5. The fifth embodiment is preferable because it is possible to reduce the amount of resist discharge gas and purge gas that enter the projection system. However, there is a disadvantage that the mechanism becomes more complicated.
If nozzles are installed over the entire surface around the opening 5b of the projection optical system chamber 5, it is possible to more efficiently reduce the amount of resist discharge gas and purge gas that enter the projection system.
Hereinafter, an example of an embodiment of a semiconductor device manufacturing method according to the present invention will be described. FIG. 10 is a flowchart showing an example of the embodiment of the semiconductor device manufacturing method of the present invention. The manufacturing process of this example includes the following processes.
(1) Wafer manufacturing process for manufacturing a wafer (or wafer preparation process for preparing a wafer)
(2) Mask manufacturing process for manufacturing a mask used for exposure (or mask preparation process for preparing a mask)
(3) Wafer processing step for performing necessary processing on the wafer (4) Chip assembly step for cutting out chips formed on the wafer one by one and making them operable (5) Chip inspection step for inspecting the completed chips Each process further includes several sub-processes. Among these main processes, the main process that has a decisive influence on the performance of the semiconductor device is the wafer processing process. In this step, designed circuit patterns are sequentially stacked on a wafer to form a large number of chips that operate as memories and MPUs. This wafer processing step includes the following steps.
(1) A thin film forming process for forming a dielectric thin film to be an insulating layer, a wiring portion, or a metal thin film for forming an electrode portion (using CVD or sputtering)
(2) Oxidation process for oxidizing the thin film layer and wafer substrate (3) Lithography process for forming a resist pattern using a mask (reticle) to selectively process the thin film layer and wafer substrate, etc. (4) Resist Etching process (for example, using dry etching technology) that processes thin film layers and substrates according to patterns
(5) Ion / impurity implantation / diffusion process (6) Resist stripping process (7) Inspection process for inspecting further processed wafers The wafer processing process is repeated as many times as necessary to produce semiconductor devices that operate as designed. To do.
In the present embodiment, the above-described EUV light exposure apparatus is used in the lithography process. Therefore, since the exposure apparatus can be operated continuously for a long time, a device having a fine pattern can be manufactured with high throughput. In addition, since the reflection characteristics of the optical elements constituting the projection optical system are less likely to change depending on the portion of the optical elements, it is possible to suppress the deterioration of the exposure performance.
