JP2005142488A - 露光装置及び露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 レジストからの脱ガスのうち分子量の大きな有機物を分解し、投影レンズなどへの付着を防止することを目的とする。また、露光中に、既に付着してしまった投影レンズ表面のコンタミの除去も期待できる。したがって、露光装置の延命という効果が得られる、あるいは露光装置のメンテナンスの回数を大幅に減少することが可能となる。
【解決手段】 露光光源から照射されレチクル６を通過した露光光をウエハ４に投影する投影レンズ２と、上記ウエハ４を配置するウエハステージ３と、上記投影レンズ２とウエハステージ３との間の空間に対し、不活性ガスに活性ガスを添加した所定のガスを供給するガス供給システム１とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体製造装置に係り、特に半導体装置を製造するための露光装置、並びに露光方法に関する。具体的な適用としては、露光するウエハ近傍を活性ガスが微量に含まれる雰囲気にすることによって、レジストからの脱ガスを分子量の小さい物質に分解し、露光装置の投影レンズ、あるいは投影レンズカバーへのコンタミの付着を防止し、露光装置の延命を促す露光装置及び露光方法に関するものである。

近年の半導体プロセスにおけるパターンの微細化に伴い、露光波長の短波長化が進んでおり、現在では、波長１５７ｎｍのＦ_２レーザーの光線を、露光光源に用いる研究が行われている。

Ｆ_２レーザーの光線は、酸素分子や水分子の他、一酸化炭素、二酸化炭素、有機物質などに吸収され、大気中は十分な透過率が取れない。酸素分子濃度１０ｐｐｍの場合、約０．７ｍの光路長で透過率が９０％まで低下し、また、水分子濃度１０ｐｐｍの場合、約１．１ｍの光路長で透過率が９０％まで低下することが分かっている。そのため、露光光路に窒素、あるいはヘリウムなどの不活性ガスによるパージを施している。このパージが不十分な場合、露光光が十分にウエハ面上に照射されず、照度均一性が劣化し、パターンサイズのばらつきなどが引き起こされる。したがって、Ｆ_２レーザー発振装置から、露光光を照射するウエハ面上までの露光光路において、数箇所にわたり酸素濃度を測定し、この測定結果がある閾値以下でなければ、つまり、十分に露光光がウエハ面上に照射される状態とならなければ、露光を実施しないようなシステムとなっている。

また、活性ガスを添加した不活性ガスを供給している従来技術が、特許文献１，２，３に記載されている。
特開２００２−２８０２８４号公報 特開２００２−１９６４７８号公報 特開平１１−１９５５８５号公報

以上のように、Ｆ_２レーザーの光を露光光源に用いた場合、露光光の減衰を防止するために、不活性ガスによるパージを実施し、酸素濃度の管理が必要となる。しかし、酸素濃度が低い環境下においての露光の場合、分子量の大きな有機物の脱ガスがレジストから発生すると、その有機物の分解が起こらず、投影レンズ、あるいは投影レンズカバーなど、硝材の表面にその有機物が付着するという問題がある。この有機物の付着によって、露光光の照度均一性、および解像度が劣化し、製品の歩留まりが減少する。

図５は、Ｆ_２リソグラフィ用レジストのＦ_２レーザー光の照射による脱ガスの種類を示す図である。

図５に示すように、Ｆ_２リソグラフィ用レジストは露光によって、様々な有機物質のガスを発生させることが分かっている。したがって、これらの有機物が投影レンズなどの硝材表面に、コンタミとして付着することは十分に考えられる。

本発明は、レジストからの脱ガスのうち分子量の大きな有機物を分解し、投影レンズなどへの付着を防止することを目的とする。

この発明に係る露光装置は、露光光源から照射されマスクを通過した露光光をウエハに投影する投影光学系と、
上記ウエハを配置するウエハステージと、
上記投影光学系とウエハステージとの間の空間に対し、不活性ガスに活性ガスを添加した所定のガスを供給するガス供給部と
を備えたことを特徴とする。

上記ガス供給部は、上記活性ガスの濃度が２０ｐｐｍから１００００ｐｐｍに制御された上記所定のガスを供給することを特徴とする。

上記ガス供給部は、０．３Ｌ・ｍｉｎ^−１から１０Ｌ・ｍｉｎ^−１に制御された上記所定のガスを供給することを特徴とする。

上記露光装置は、空気に吸収される、波長２００ｎｍ以下の光を露光光に用いることを特徴とする。

上記不活性ガスは、窒素、あるいは元素周期表における希ガス族に属するいずれかのガスを用いることを特徴とする。

上記活性ガスは、酸素原子を含む気体物質のいずれかを用いることを特徴とする。

この発明に係る露光方法は、露光光源から照射されマスクを通過した露光光をウエハに投影光学系を介して投影する投影工程と、
上記投影光学系と上記ウエハを配置するウエハステージとの間の空間に対し、不活性ガスに活性ガスを添加した所定のガスを供給するガス供給工程と、
上記ガス供給工程により上記投影光学系と上記ウエハステージとの間の空間に上記所定のガスが供給された状態で上記ウエハステージに配置された上記ウエハを露光する露光工程と
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、露光によってレジストから発生した脱ガスのうち、分子量の大きな有機物質が、露光光のエネルギーにより活性ガスと反応することによって、二酸化炭素、あるいは一酸化炭素、及び水に分解することを可能とする。その結果、投影レンズなど硝剤の表面に有機物質のコンタミが付着することを防止する。また、露光中に、既に付着してしまった投影レンズ表面のコンタミの除去も期待できる。したがって、露光装置の延命という効果が得られる、あるいは露光装置のメンテナンスの回数を大幅に減少することが可能となる。

実施の形態１．
以下、図面を参照して実施の形態１について説明する。図中、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。

図１は、実施の形態１による露光装置を説明するための簡略図である。

図２は、実施の形態１によるガス供給システムを説明するための図である。

図１に示すように、露光装置１００は、ガス供給システム１と、投影レンズ２と、ウエハステージ３と、レチクルステージ５と、照明系光学７と、露光光源としてのＦ_２レーザー発振器（図示せず）とを備えている。露光装置１００の筐体等については省略している。

投影光学系として、投影レンズ２は、露光光源となるＦ_２レーザー発振器から照射されレチクル６（マスクの一例である）を通過した露光光をウエハ４に投影する。露光の際、ウエハステージ３にはウエハ４を、レチクルステージ５にはレチクル６を設置（配置）する。また、図２に示すように、ガス供給システム１は、ガス供給ライン１１、ガス排気ライン１２、ガス混合タンク１３（リザーバータンク）、高純度窒素供給ライン１４、酸素供給ライン１５、酸素ボンベ１６、２つのマスフローコントローラー１７を備えており、工場から供給された高純度窒素と、酸素ボンベ１６から供給された酸素とを、ガス混合タンク１３で所定量の酸素濃度に混合し、ガス供給ライン１１より混合ガスを供給し、ガス排気ライン１２より排気する仕組みとなっている。なお、ガス排気ライン１２の有無についてはどちらでも良い。また、ガス排気ライン１２に真空ポンプを接続しても良い。言いかえれば、ガス供給部の一例としてのガス供給システム１は、上記投影レンズ２とウエハステージ３との間の空間に対し、高純度窒素（不活性ガスの一例である）に酸素（活性ガスの一例である）を添加した所定のガス（混合ガス）を供給する。

次に、上記露光装置の動作について説明する。

図３は、実施の形態１における露光装置の動作を示すフローチャート図である。

本実施の形態１では、空気に吸収される、波長２００ｎｍ以下の光を露光光に用いる露光装置１００に対し特に有効である。

まず、レジストを塗布したウエハ４（感光基板）を、ウエハ搬送用アーム（図示せず）を介して、ウエハステージ３へ搬送する。

Ｓ（ステップ）３０１において、不活性ガス供給工程として、Ｆ_２レーザー発振器内部、Ｆ_２レーザー発振器から照明光学系７までのビームライン（図示せず）内部、照明光学系７内部、レチクルステージ５近傍の空間、投影レンズ２内部は、高純度の窒素によりパージが開始される。その後、常にパージされ、酸素や水分子の進入を防いでいる。

Ｓ３０２において、混合ガス供給工程として、ウエハステージ３に対向する投影レンズ２（ウエハ直上のレンズの一例である）の表面とウエハステージ３との間の空間（言いかえれば、ウエハ領域）には、ガス供給システム１により、所定量の酸素濃度に制御された、かつ、所定量の流量に制御された混合ガス（窒素＋酸素）の供給が開始される。その後、常に混合ガスが供給されている。酸素を混合する濃度としては、２０−１０，０００ｐｐｍの範囲が適当である。言いかえれば、上記ガス供給部の一例であるガス供給システム１は、上記活性ガスの濃度が２０ｐｐｍから１００００ｐｐｍに制御された上記所定のガスを供給する。酸素の濃度が高いほうがレジストからの脱ガスの分解を促進するが、露光光の透過率が減少する。また、供給する混合ガスの流量としては、０．３Ｌ・ｍｉｎ^−１から１０Ｌ・ｍｉｎ^−１の範囲が適当である。言いかえれば、上記ガス供給部の一例であるガス供給システム１は、０．３Ｌ・ｍｉｎ^−１から１０Ｌ・ｍｉｎ^−１に制御された上記所定のガスを供給する。

Ｓ３０３において、上記不活性ガス供給工程と混合ガス供給工程とを十分行なったかどうかを判断する。言いかえれば、投影レンズ２の表面とウエハステージ３との間の空間の酸素濃度が、供給ガスの酸素濃度と等しくなったかどうかを、例えば、濃度計により測定して判断する。酸素濃度の測定は、以下のように実施される。まず、酸素濃度測定箇所から、配管を用いて空間内のガスを吸引し、その吸引したガスの酸素濃度を酸素濃度計により測定している。実測することにより、より正確な酸素濃度管理が可能となる。

Ｓ３０４において、露光工程として、ウエハステージ３へ搬送されたレジストを塗布したウエハ４を露光する。Ｆ_２レーザー発振器から発振された光は、照明光学系７、レチクル６を通過し、さらに投影レンズ２を通過して、ウエハ４に塗布されたレジストを感光させる。その後、ウエハ搬送用アームを介してウエハ４を搬出する。続いて、同様の動作を経て次の露光処理を行なう。Ｆ_２レーザー発振器から発振された光により活性ガスを活性化し、この活性化した活性ガスを用いて、上記露光装置１００は、レジストからの脱ガスを分解することができる。

なお、ここでは投影レンズ２のカバーがない例を挙げたが、投影レンズ２のカバーを設置した場合は、Ｆ_２レーザー発振器内部、Ｆ_２レーザー発振器から照明光学系７までのビームライン内部、照明光学系７内部、レチクルステージ５近傍の空間、投影レンズ２のカバー（ウエハ直上のレンズのカバーの一例である）までの投影レンズ２内部において、窒素によるパージを実施する。また、ウエハステージ３に対向する投影レンズ２のカバーの表面とウエハステージ３との間の空間には、ガス供給システム１により、所定量の酸素濃度かつ、所定量の流量に制御された混合ガスを供給する。

また、ここではＦ_２レーザー発振器内部、Ｆ_２レーザー発振器から照明光学系７までのビームライン内部、照明光学系７内部、レチクルステージ５近傍の空間、投影レンズ２内部のパージガスを窒素としたが、Ｈｅなどの不活性ガスでも良い。上記不活性ガスは、元素周期表における希ガス族に属するいずれかのガスを用いても良い。

また、ここではガス供給システム１により、投影レンズ２の表面とウエハステージ３との間の空間へ供給する混合ガスを、窒素と酸素の混合ガスとしたが、窒素の代わりにＨｅなどの不活性ガスでも良い。上記同様、不活性ガスは、元素周期表における希ガス族に属するいずれかのガスを用いても良い。また、酸素の代わりにオゾン、酸化窒素類（ＮＯ_ｘ）、酸化硫黄類（ＳＯ_ｘ）その他酸素原子を含む気体物質などとしても良い。言いかえれば、上記活性ガスは、酸素原子を含む気体物質のいずれかを用いても良い。

実施の形態２．
実施の形態１ではガス供給システム１により、投影レンズ２の表面とウエハステージ３との間の空間へ供給する混合ガスを、常に供給するとしたが、実施の形態２では、ウエハ４がウエハステージ３上に搬送されてから、一枚のウエハ４の露光が完了するまでとしても良い。ただしこの場合、混合ガスの供給後、投影レンズ２の表面とウエハステージ３との間の空間の酸素濃度が、供給ガスの酸素濃度と等しくなるまで次回の露光工程を実施の形態１に比べて長い時間待つ必要がある。

実施の形態３．
図４は、実施の形態３における露光装置の動作を示すフローチャート図である。

Ｓ４０３以外は、図３と同様である。実施の形態１、２では、図３におけるＳ３０３において、投影レンズ２の表面とウエハステージ３との間の空間の酸素濃度が、供給ガスの酸素濃度と等しくなったかどうかを、例えば、濃度計により測定して判断しているが、Ｓ３０３の代わりにＳ４０３において、上記不活性ガス供給工程と混合ガス供給工程とを十分行なったかどうかを上記不活性ガス供給工程と混合ガス供給工程とが開始された後、所定の期間Ｔが経過していれば、上記不活性ガス供給工程と混合ガス供給工程とを十分行なったと判断する。パージ時間で管理することにより簡易な酸素濃度管理が可能となる。かかる場合に、ウエハ４の搬送交換の際、常にパージされ、酸素や水分子の進入を防いでいても投影レンズ２の表面とウエハステージ３との間の空間が、外部空間に開放されると酸素濃度が上昇してしまう場合もある。よって、２回目以降のウエハ４への露光の際も投影レンズ２の表面とウエハステージ３との間の空間と外部空間との間を閉じた後、上記不活性ガス供給工程と混合ガス供給工程とを十分行なったと判断可能な所定の期間Ｔｉが経過してからＳ３０４に進む方が望ましい。

以上のように、上記実施の形態に係る露光装置１００に設置されたガス供給システム１は、投影レンズ２、あるいは投影レンズカバーとウエハステージとの間に、所定量の活性ガスを含んだ不活性ガスを導入することを特徴とする。

また、上記ガス供給システム１は、純粋な不活性ガスに活性ガスを混入し、かつ、均一な活性ガス濃度に制御することができ、しかもそのガスを一定の流量で導入することが可能であることを特徴とする。

また、上記ガス供給システム１は、２０ｐｐｍから１０，０００ｐｐｍまでの活性ガス濃度に制御されることを特徴とする。

また、上記ガス供給システム１は、０．３Ｌ・ｍｉｎ^−１から１０Ｌ・ｍｉｎ^−１までのガス流量に制御されることを特徴とする。

また、上記露光装置１００は、通常の大気に吸収される、波長２００ｎｍ以下の光を露光光に用いる露光装置において、露光光源からビームライン、照明光学系、マスクを経て、投影レンズ内部までの露光光路を不活性ガスで気密し、かつ、ウエハに対する投影レンズ表面、あるいは投影レンズカバーとウエハステージとの間の露光光路に、上記ガス供給システムにて、活性ガスが均一な濃度で混入した不活性ガスを、一定の流量で供給することを特徴とする。

また、上記露光装置１００は、通常の大気に吸収される、波長２００ｎｍ以下の光を用いた露光において、露光光源からビームライン、照明光学系、マスクを経て、投影レンズ内部までの露光光路を不活性ガスで気密し、かつ、ウエハに対する投影レンズ表面、あるいは投影レンズカバーとウエハステージとの間の露光光路に、前記ガス供給システムにて、活性ガスが均一な濃度で混入した不活性ガスを、一定の流量で供給しながら行うことを特徴とする。

また、上記ガス供給システム１、露光装置１００、およびこれらを用いた露光方法は、前記不活性ガスとして、Ｎ_２、あるいはＨｅなどの希ガスのいずれかを用いることを特徴とする。

また、上記ガス供給システム１、露光装置１００、およびこれらを用いた露光方法は、前記活性ガスとして、酸素、オゾン、酸化窒素類（ＮＯ_ｘ）、酸化硫黄類（ＳＯ_ｘ）その他の酸素原子を含む気体物質のいずれかを用いることを特徴とする。

また、上記露光方法により、ウエハ４を半導体装置に加工することを特徴とする。

実施の形態１による露光装置を説明するための簡略図である。 実施の形態１によるガス供給システムを説明するための図である。 実施の形態１における露光装置の動作を示すフローチャート図である。 実施の形態３における露光装置の動作を示すフローチャート図である。 Ｆ_２リソグラフィ用レジストのＦ_２レーザー光の照射による脱ガスの種類を示す図である。

符号の説明

１ ガス供給システム、２ 投影レンズ、３ ウエハステージ、４ ウエハ、５ レチクルステージ、６ レチクル、７ 照明光学系、１１ ガス供給ライン、１２ ガス排気ライン、１３ ガス混合タンク、１４ 高純度窒素供給ライン、１５ 酸素供給ライン、１６ 酸素ボンベ、１７ マスフローコントローラー、１００ 露光装置。

Claims (7)

1. 露光光源から照射されマスクを通過した露光光をウエハに投影する投影光学系と、
   上記ウエハを配置するウエハステージと、
   上記投影光学系とウエハステージとの間の空間に対し、不活性ガスに活性ガスを添加した所定のガスを供給するガス供給部と
   を備えたことを特徴とする露光装置。
2. 上記ガス供給部は、上記活性ガスの濃度が２０ｐｐｍから１００００ｐｐｍに制御された上記所定のガスを供給することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 上記ガス供給部は、０．３Ｌ・ｍｉｎ^−１から１０Ｌ・ｍｉｎ^−１に制御された上記所定のガスを供給することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
4. 上記露光装置は、空気に吸収される、波長２００ｎｍ以下の光を露光光に用いることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
5. 上記不活性ガスは、窒素、あるいは元素周期表における希ガス族に属するいずれかのガスを用いることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
6. 上記活性ガスは、酸素原子を含む気体物質のいずれかを用いることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
7. 露光光源から照射されマスクを通過した露光光をウエハに投影光学系を介して投影する投影工程と、
   上記投影光学系と上記ウエハを配置するウエハステージとの間の空間に対し、不活性ガスに活性ガスを添加した所定のガスを供給するガス供給工程と、
   上記ガス供給工程により上記投影光学系と上記ウエハステージとの間の空間に上記所定のガスが供給された状態で上記ウエハステージに配置された上記ウエハを露光する露光工程と
   を備えたことを特徴とする露光方法。

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