JP2008288377A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子への脱ガス付着を抑えることで、光学素子の反射率をできるだけ維持し、光学素子のメンテナンス頻度を極力減らしたＥＵＶ露光装置を提供する。
【解決手段】極端紫外光を用いて原版に形成されたパターンを基板上に露光する露光装置において、前記極端紫外光が入射する光学素子と、該光学素子を支持する鏡筒と、該鏡筒が収納されるチャンバーと、前記極端紫外光の光路を妨げず、且つその光路を囲むように前記鏡筒内部に設けられた隔壁とを有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、極端紫外光を用いて露光を行う露光装置に関する。

近年、半導体を製造するための光リソグラフィ技術においては、露光光の短波長化が進められ、ｉ線、ｇ線からＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザへと進化して来た。露光光の短波長化が進めば、より微細なマスクパターンをウエハに転写することが可能となる。しかし、細い線幅のパターンを露光するためには、紫外光を用いたリソグラフィでは原理的限界にある。そこで紫外光より短波長である極端紫外光（ＥＵＶ光、１３〜２０ｎｍ）を用いたＥＵＶリソグラフィが注目を集めている。

ＥＵＶ光で用いられる代表的な波長は１３．５ｎｍであるため、これまでの光リソグラフィを遥かに上回る解像度を実現することが可能であるが、その反面物質に吸収されやすいという性質を持つ。このため、従来のような紫外光を光源としたリソグラフィの様に、大気圧下で屈折光学系を用いると、硝材や硝材間のガスによってＥＵＶ光が吸収されてしまい、ウエハ等の被露光体に到達する光量が極端に少なくなってしまう。そのため、ＥＵＶ光を用いて露光を行う際には、真空中で反射光学系を用いる必要がある。特許文献１には、ＥＵＶ光を露光光として用いる縮小投影露光装置が開示されている。
特開２００３−４５７８２号公報

ＥＵＶ露光装置内が真空環境になると、露光装置内に置かれたアクチュエータや、レジストを塗布した基板からの脱ガスが発生する。また、ＥＵＶ光が基板に塗布したレジストに照射されると、ウエハ上の照射エリアから多くの脱ガスが発生する。脱ガスには炭化水素が含まれているため、この炭化水素が光学素子表面に付着すると、ＥＵＶ光との光化学反応により、光学素子表面にカーボン層が形成されることになる。また、脱ガスには水分も含まれるため、光学素子表面に水分が付着すると、光学素子表面が酸化されることになる。光学素子表面に形成されたカーボン層、または酸化による光学素子表面の劣化は、光学素子の反射率を低下させる要因となる。光学素子の反射率が低下すると、装置のスループット低下を引き起こし、生産性の低下をへと繋がる。

本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、光学素子への脱ガス付着を極力抑えることで、光学素子の反射率をできるだけ維持し、光学素子のメンテナンス頻度を極力減らしたＥＵＶ露光装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、極端紫外光を用いて、原版に形成されたパターンを基板上に露光する露光装置において、前記極端紫外光が入射する光学素子と、該光学素子を支持する鏡筒と、該鏡筒が収納されるチャンバーと、前記極端紫外光の光路を妨げず、且つその光路を囲むように前記鏡筒内部に設けられた隔壁とを有することを特徴とする露光装置である。

これによれば、露光装置内に含まれる脱ガスが光路に流入することを抑制し、隔壁に囲まれた空間内の脱ガス濃度を低減することができ、脱ガスによる光学素子の汚染を低減することができる。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記チャンバー内を排気する排気ユニットと、前記隔壁で囲まれた空間内に不活性ガスを供給する供給ユニットとを有することにより、前記隔壁で囲まれた空間内から前記隔壁で囲まれた空間外へと、不活性ガスの流れを作ることができる。この不活性ガスの流れを利用して、脱ガスが前記隔壁で囲まれた空間内へ流入することを抑制し、前記隔壁に囲まれた空間内の脱ガス濃度を低減することができる。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段及び前記第２の手段であって、前記隔壁には、前記チャンバー内部と連通する開口が設けられており、前記隔壁に囲まれた空間内に供給された不活性ガスが、前記隔壁に囲まれた空間外に流出しやすい構成としている。こうすることで前記隔壁に囲まれた空間内の雰囲気を置換しやすくし、前記隔壁で囲まれた空間内の脱ガス濃度を低減することができる。

前記課題を解決するための第４の手段は、前記隔壁で囲まれた空間内のガスを排気する排気ユニットを有することにより、前記隔壁で囲まれた空間内の雰囲気を積極的に排気し、前記隔壁で囲まれた空間内の脱ガス濃度を低減することができる。

前記課題を解決するための第５の手段は、前記光学素子の姿勢を制御する駆動部を有し、該駆動部は前記隔壁で囲まれた空間外に設けられることにより、前記隔壁に囲まれた空間内の脱ガス濃度を低減することができる。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、光学素子への脱ガス付着を極力抑えることが可能と成る。

図１に本発明のＥＵＶ光（ここでは、０．１〜３０ｎｍ、より好ましくは１０〜１５ｎｍの波長の光）を用いた露光装置の実施例１を示す。

図１においては、８は不図示のＥＵＶ光源から発し、不図示の照明光学系により導かれたＥＵＶ光、このＥＵＶ光８は、原版照明ミラー１を介して原版１１に照射される。また、２〜７は投影光学系を構成する多層膜ミラーである。２は第１ミラー、３は第２ミラー、４は第３ミラー、５は第４ミラー、６は第５ミラー、７は第６ミラーを示し、各ミラー２〜７は鏡筒７２により支持される。１１は原版、１２は原版保持装置、１５は原版ステージ、１７は原版ステージ１５を囲む原版ステージ空間、２２はウエハ、２４はウエハ保持装置、２１はウエハステージ、２７はウエハステージ２１を囲むウエハステージ空間を示している。

不図示のＥＵＶ光源はいくつか種類があり、その中の一つであるレーザ生成プラズマ光源はターゲット材の選択により、ほぼ必要な波長帯のみの発光が可能である。例えば、Ｘｅをターゲット材としてパルスノズルから噴出し、これにパルスレーザを照射してプラズマを発生させると、波長１３〜１４ｎｍのＥＵＶ光が放射される。

不図示の照明光学系は、複数枚の多層膜ミラーとオプティカルインテグレータなどから構成されている。照明光学系の役割は光源から放射された光を効率よく集光すること、そして露光領域の照度を均一にすることなどが挙げられる。また、オプティカルインテグレータはマスクを均一に所定の開口数で照明する役割を持っている。

投影光学系を構成する各ミラー２〜７は、Ｍｏ、Ｓｉが交互にコーティングされた多層膜ミラーで構成されている。その多層膜ミラーには、照明光学系から射出されたＥＵＶ光が入射される。この多層膜はＥＵＶ光の直入反射率が６７％程度であるため、多層膜ミラーに吸収されたエネルギの大部分は熱に変わる。そのためミラーの基板材料には低熱膨張ガラスなどが用いられる。

原版ステージ１５及びウエハステージ２１は真空環境下で駆動する機構を持ち、縮小倍率に比例した速度比により同期して走査する。また、原版ステージ１５及びウエハステージ２１の位置や姿勢は不図示のレーザ干渉計によって観測され、制御される。

原版１１は原版ステージ１５上の原版保持装置１２に保持される。また、ウエハ２２はウエハステージ２１上のウエハ保持装置２４に保持される。原版ステージ１５及びウエハステージ２１はそれぞれ微動機構を持ち、原版１１またはウエハ２２の位置決めが可能である。

一回の露光が終わるとウエハステージ２１はＸ、Ｙ方向にステップ移動して次の走査露光開始位置に移動し、再び露光を行う。

図１に示すミラー２〜７には、それらの姿勢を制御する駆動部１２２が備えられている。この駆動部１２２や不図示のセンサ、ケーブルが真空環境下に曝されると、脱ガスが発生することは広く知られている。従って、本発明の駆動部１２２は、後述する隔壁６１〜６３に囲まれる空間外に設けられることが好ましい。

また、ウエハ２２上（基板上）にＥＵＶ光８が照射されることにより、ウエハ２２に塗布されたレジストとの光化学作用によっても、脱ガスが発生することが知られている。

レジスト及び駆動部１２２や不図示のセンサ、ケーブルから発生する脱ガスは主に水分と炭化水素を含んでいる。水分はミラー表面を酸化させ、また炭化水素はミラー２〜７表面にカーボン層を形成し、いずれもミラー２〜７の光学特性を劣化させる原因となる。各ミラー２〜７の反射率を維持するためには、露光装置１０内で発生した脱ガスがミラー２〜７に付着することを抑制しなければならない。

本実施例では露光装置１０内で発生した脱ガスから、ミラー２〜７を保護することを目的として、鏡筒７２内部に隔壁６１〜６３を設けている。駆動部１２２や不図示のセンサ等の脱ガスを発生させる部材は、極力隔壁６１〜６３とミラー２〜７に囲まれた空間内に入れないように隔壁６１〜６３を構成することが好ましい。こうすることでミラー２〜７の反射面とＥＵＶ光８の光路を含む空間内に脱ガスが流入することを抑制し、ミラー２〜７を脱ガス汚染から保護することができる。

また、隔壁６１〜６３は露光光（ＥＵＶ光）８を遮ることなく、且つ各ミラー２〜７と非接触で配置することが好ましい。ミラー２〜７と隔壁６１〜６３を非接触とすることで、ミラー２〜７の自由度を確保している。

さらに、脱ガスからミラー２〜７を保護するために、隔壁６１〜６３内に不活性ガスを供給する供給ユニット５１〜５３を備え、隔壁６１〜６３内へ不活性ガスを供給することができる。隔壁６１〜６３外部はチャンバー内のガスを排気するための排気ユニット３１〜３４により真空排気されるため、不活性ガスを供給した隔壁６１〜６３内部の圧力は隔壁６１〜６３外部の圧力より高く保たれる。この隔壁６１〜６３外部と隔壁６１〜６３内部の圧力差、または隔壁６１〜６３に設けられたチャンバー内部と連通する開口部より流出する不活性ガスの流れにより、隔壁６１〜６３内部へ脱ガスが流入することを抑止することが可能である。隔壁６１〜６３内部は純度の高い不活性ガスで満たされ、脱ガス濃度が低減されることから、ミラー２〜７へ脱ガスが付着することを極力防ぐことが可能となる。隔壁６１〜６３内部へ供給する不活性ガスはＥＵＶ光８の透過率が高いヘリウム、アルゴン等が好ましい。

また、露光装置１０内部の圧力は、圧力計４１、４２により管理される。不活性ガスの供給ユニット５１〜５３は露光装置１０内部の圧力を一定に保つように、不活性ガスの流量を制御する手段を有する。予期しない異常により、露光装置１０内部の圧力が規定値以上になった場合、供給ユニットは不活性ガスの供給を停止する手段を有する。

また、露光装置１０内をチャンバー壁９、鏡筒７２、隔壁６１〜６３により、空間的に分離することで、各空間の真空度や脱ガス分圧をそれぞれの空間において個別に管理することができる。露光装置１０内において、チャンバー壁９は鏡筒７２を収納しており、鏡筒内部には隔壁６１〜６３が設けられている。各空間の真空度や脱ガス分圧をもとに、不活性ガス供給量を各空間で個別に可変することで、不活性ガス供給量を節約することができる。

また、露光装置１０内に隔壁６１〜６３を設けることで、不活性ガスを供給する空間容積を低減させ、不活性ガス供給量を節約することができる。

図２は本実施例の第２の形態であるＥＵＶ露光装置の概要を表す図である。なお、図２以下の図において、図１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。本実施例は基本的に実施例１を引き継ぐものであり、実施例１と異なる箇所について説明する。

鏡筒７２内部に配置した隔壁６１〜６３は、ＥＵＶ光８を通過させるための開口部を有する。この開口部から、隔壁６１〜６３内部へ脱ガスが流入することを防ぐため、隔壁６１〜６３の開口部とミラー２〜７とを近接して配置することが好ましい。しかしながら、脱ガスは拡散作用により、狭い隙間でも隔壁内部へ進入することが考えられる。

本実施例は隔壁６１〜６３の開口部より、脱ガスが拡散作用により隔壁６１〜６３内部へ流入しても、隔壁６１〜６３内部の脱ガス濃度を低減することができるＥＵＶ露光装置を提供する。

拡散作用によって流入した脱ガスの濃度を低減するには、隔壁６１〜６３内部の雰囲気を迅速に純度の高い不活性ガスで置換することが効果的である。隔壁６１〜６３内部の雰囲気を迅速に置換するためには、隔壁６１〜６３内部へ供給する不活性ガスを、迅速に隔壁６１〜６３外部へ流出させることで実現することができる。実施例１では、隔壁６１〜６３外部へ不活性ガスを流出させる開口部は、ＥＵＶ光８を通過させるための開口部のみであったが、本実施例では、さらに少なくとも１つ以上開口部を設けている。隔壁６１〜６３はミラー２〜７と近接して配置される。そのため、ＥＵＶ光８が通過する開口部は、ほぼミラー２〜７で塞がれた状態であり、隔壁６１〜６３内部と鏡筒７２を連通する流路は狭く、隔壁６１〜６３内部の不活性ガスは隔壁６１〜６３外部へ流出しづらい。隔壁６１〜６３内部の不活性ガスが、隔壁６１〜６３外部へ流出しやすくするには、ＥＵＶ光８を通過させる開口以外に隔壁６１〜６３内部と隔壁外部が連通した開口部８１〜８３を設けることで実現できる。さらに、ＥＵＶ光８が通過しない開口部８１〜８３は、開口部８１〜８３近傍に駆動部１２２や不図示のセンサがない箇所を選択することが好ましい。隔壁６１〜６３外部へ流出した、脱ガスを含む不活性ガスは鏡筒７２内部を排気する排気ユニット３２、３３によって、露光装置１０外部へ排気される。本実施例によれば拡散作用により脱ガスが隔壁６１〜６３内部へ流入しても、隔壁６１〜６３内部の脱ガス濃度は低減され、投影光学系ミラー２〜７へ脱ガスが付着することを極力防ぐことが可能となる。

図３は本実施例の第３の形態であるＥＵＶ露光装置の概要を表す図である。本実施例は基本的に実施例１を引き継ぐものであり、実施例１と異なる箇所について説明する。

鏡筒７２内部に配置した隔壁６１〜６３に排気ダクト８４〜８６を設ける。排気ダクト８４〜８６は隔壁６１〜６３内部の空間と排気ユニット３５〜３７の吸気口を空間的に繋ぎ、隔壁６１〜６３内部に供給した不活性ガスを露光装置１０外部へと排気する。実施例２で示したＥＵＶ光８を通過しない開口部８１〜８３近傍に駆動部１２２や不図示のセンサが存在し、それらから発生する脱ガスが拡散作用により、隔壁６１〜６３内部に流入する恐れのある場合に本実施例は好適である。隔壁６１〜６３内部の雰囲気を純度の高い不活性ガスで置換することにより、隔壁６１〜６３内部の脱ガス濃度を低減させる。また、排気ユニット３５〜３７の振動によるミラー２〜７への影響を低減するために、排気ダクト８４〜８６と排気ユニット３５〜３７の接続部には不図示の振動絶縁部を備えることが好ましい。

次に、上記の露光装置１０を利用したデバイスの製造プロセスの一例として半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図４は、半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン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、上記の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）等の組み立て工程を含む。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う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（ステップ７）する。

図５は、上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。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成膜する。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）では上記の露光装置によって回路パターンをウエハに転写する。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うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。

本発明の実施例１としてのＥＵＶ露光装置の構成を示す概略断面図である。 本発明の実施例２としてのＥＵＶ露光装置の構成を示す概略断面図である。 本発明の実施例３としてのＥＵＶ露光装置の構成を示す概略断面図である。 図１乃至３に示す露光装置を利用するデバイスの製造方法のフローチャートである。 図４に示すステップ４の詳細なフローチャートである。

符号の説明

１：原版照明ミラー
２〜７：第１〜６ミラー
８：ＥＵＶ光
１０：露光装置本体チャンバー
１１：原版
１２：原版保持装置
１５：原版ステージ
１７：原版ステージ空間
２１：ウエハステージ
２２：ウエハ
２４ウエハ保持装置
２７：ウエハステージ空間
３１〜３７：ターボ分子ポンプ
４１〜４４：圧力センサ
５１、５２：供給ユニット
６１〜６３：隔壁
７２：鏡筒
８１〜８３：開口部
８４〜８６：排気ダクト
１２２：駆動部

Claims (6)

1. 極端紫外光を用いて原版に形成されたパターンを基板上に露光する露光装置において、
   前記極端紫外光が入射する光学素子と、
   該光学素子を支持する鏡筒と、
   該鏡筒が収納されるチャンバーと、
   前記極端紫外光の光路を妨げず、且つその光路を囲むように前記鏡筒内部に設けられた隔壁と
   を有することを特徴とする露光装置。
2. 前記隔壁は、前記光学素子に対して非接触に設けられることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記チャンバー内のガスを排気する排気ユニットと、
   前記隔壁で囲まれた空間内に不活性ガスを供給する供給ユニットと
   を有することを特徴とする請求項１又は２記載の露光装置。
4. 前記隔壁には、前記チャンバー内部と連通する開口が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項に記載の露光装置。
5. 前記隔壁で囲まれた空間内のガスを排気する排気ユニットを有することを特徴とする請求項１乃至４いずれか一項に記載の露光装置。
6. 前記光学素子を駆動するアクチュエータを有し、該アクチュエータは前記隔壁で囲まれた空間外に設けられることを特徴とする請求項１乃至５いずれか一項に記載の露光装置。