JP3969871B2

JP3969871B2 - 露光装置およびデバイス製造方法

Info

Publication number: JP3969871B2
Application number: JP35898698A
Authority: JP
Inventors: 友晴長谷; 良則三輪; 幸男山根
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2018-12-17
Also published as: US6552774B2; US20010030739A1; JP2000182935A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置に係り、更に詳しくはマスク（又はレチクル、以下適宜「レチクル」と総称する）に形成されたパターンを投影光学系を介して感光基板上に投影露光する露光装置に関する。本発明は、露光光として紫外線を用いる露光装置に適用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイスの高集積化がますます加速度を増しており、これに伴う半導体ウエハの微細加工技術の進展も著しい。この微細加工技術の中心をなす投影露光技術において解像度の向上は、露光波長の短波長化によって行われている。このようなレーザを光源とする場合、レーザ光はコヒーレンスが高く照明光学系を通過する間に干渉によるスペックルパターンと呼ばれる干渉光が形成され、これが露光ムラの原因になるという問題点があった。
【０００３】
このため、このようなレーザ光を光源とする投影露光装置の場合には、干渉縞のコントラストを低下させるために、照明光学系内に光束を偏向する手段を有し、露光中にこの偏向手段を駆動させて、パルス毎の干渉縞の位相を変えながら露光を行うことによって、干渉縞の平均化の効果で、ショット領域内の照度分布の均一化を行って露光むらをなくしている。なかでもクサビ型のプリズムを光軸を軸に回転させる方法が有効な手段として実用されている。
【０００４】
一方、露光光としては、ｉ線（λ＝３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー（λ＝２４８ｎｍ）等が用いられ、ＡｒＦエキシマレーザー（λ＝１９３ｎｍ）を光源とした投影露光装置も開発されている。これら単波長の露光光は、例えば光源としての水銀ランプから出る広範囲の波長帯域の中から所望の波長だけを透過するフィルタ又は波長選択性薄膜（レンズやミラーの表面に蒸着して所望の波長だけを透過又は反射する光学薄膜）を用いて取り出している。従来の露光装置において、パターン線幅の微細化に伴い、スループット及び解像度の向上が要求されるようになり、これに伴って露光光としてはますますハイパワーなものが要求されると同時に、露光光の波長帯域の短波長化が進んでいる。
【０００５】
しかし、ｉ線（波長λ＝３６５ｎｍ）を露光光とする露光装置及びｉ線より短波長の露光光を用いる露光装置においては、短波長化により、露光光が空気中の不純物を酸素と光化学反応させることが知られており、かかる反応による生成物（曇り物質）がガラス部材に付着し、ガラス部材に不透明な「曇り」が生じるという不都合があった。
【０００６】
ここで、曇り物質としては、例えば亜硫酸ＳＯ₂が光のエネルギーを吸収し励起状態となると、空気中の酸素と反応（酸化）することによって生じる硫酸アンモニウム（ＮＨ₄）₂ＳＯ₄が代表的に挙げられる。この硫酸アンモニウムは白色を帯びており、レンズやミラー等の光学部材の表面に付着すると前記「曇り」状態となる。
【０００７】
そして、露光光は硫酸アンモニウムで散乱、吸収される結果、前記光学系の透過率が減少することになる。特に、ＫｒＦエキシマレーザのように露光光がｉ線より波長が短い２４８ｎｍ以下になる短波長領域では、露光光がより強い光化学反応を起こさせ、前記「曇り」を生じるばかりでなく、同時に露光光がさらに空気中の酸素を反応させてオゾンを発生、残存酸素と生成オゾンがともに露光光を吸収してしまう現象がある。そのため露光光の感光基板に到達するまでの光量（透過率）が少なくなりスループットが小さくなるという不都合も生じていた。
【０００８】
そこで、密閉構造の筺体にレンズ等のガラス部材の配置された鏡筒を配置して、筐体の内部に不活性ガスを充填することで酸素濃度を低く保ちオゾンの発生を防ぐことが提案されている（特公平６−２１６０００等）。そして、筺体内及び鏡筒内部に不活性ガスを流し込むための流路を設けることでガラス部材の配置される空間の酸素濃度が低く維持されていることから、光化学反応の過程における酸化反応を防止することができ、後に続く生成物（曇り物質）の発生がなく防曇を行うことができるとともに露光光が酸素を反応させることによるオゾンの発生をも効果的に防止（あるいは抑制）することができる。
【０００９】
しかし、前述したような構造の照明光学系の筐体や鏡筒の内部の光学素子が有機分子によって汚染されていることが確認されている。これらの分子は、照明光学系を構成する各部品の製作・加工工程で使用された薬品等が部品上に残留していたものあるいは、筐体や鏡筒に使用されている接着剤の一部が蒸発して発生したものと考えられている。
【００１０】
さらに、製造上の状況において周囲の空気が、例えば基板とフォトレジストとの間の接着剤層から発生する有機分子によって汚染されており、これらの分子が筐体や鏡筒内に侵入する恐れがある。たとえ有機分子が筐体や鏡筒内に低い濃度でしか存在しなくても、投影レンズシステムに破壊的な影響を持つ恐れがある。つまり、この粒子がＵＶ照射ビームの影響のために分解し、その後光学素子上に沈殿し、これらの表面に炭素膜または炭素を含んだ膜を形成し、やがてこれらの光学素子の有効透過率がかなり減少してしまう恐れがある。
【００１１】
このため、筐体内部には塵埃の発生源の排除が必要であり、ガラス部品やメカパーツについては加工の際に使用される切削油等の排除あるいは洗浄の徹底が要求されている。
【００１２】
ところが、前記干渉縞を低減するためのクサビ型のプリズムを回転させる機構は、従来、ボールベアリングとステッピングモータ、ＤＣモータ、ＡＣモータ等が用いられてきた。しかし、これらのボールベアリングやモータは照明系の内部に配置させた際に、筐体内での発塵・脱ガスの原因となっていた。更に、筐体の外部にモータや駆動力伝達機構が突出するため、コンパクト化や筐体の密閉化の妨げとなっていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は干渉縞のコントラストを低下させるために、クサビ型のプリズムを光軸を中心に回転させるなどの手段を有する露光装置において、発塵や脱ガスの危険をなくし且つ筐体のコンパクト化・密閉化を実現することにある。これにより、不活性ガスでパージされた筐体内部に配置しても照明系の透過率が低下するという不具合を防ぐことが可能であり、また、筐体内の不活性ガスパージを効果的に行う露光装置の提供が可能となる。
【００１４】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明者は鋭意研究した結果、光学部材を駆動する駆動機構に気体軸受けを用い、非接触で光学部材を回転させることにより上記課題が解決されることを見出し本発明に至った。
【００１５】
すなわち、本発明は、コヒーレントな露光ビームにより被露光物体を露光する露光装置において、前記露光ビームが前記被露光物体上に形成する干渉縞の位相を変化させるための光学部材および前記光学部材を駆動する中空モータを備え、前記中空モータは、軸方向が前記露光ビームの光軸と一致するロータフレームと、ステータフレームが固定された気体軸受けと、を有し、前記ロータフレームは、軸方向に貫通した穴を持ち、その穴で前記光学部材を保持し、かつマグネットを持つことを特徴とする。
ここで、前記光学部材は、入射された光束を偏向する偏向部材であることが好ましい。具体的には、クサビ型プリズムが挙げられる。
【００１６】
また、本発明の露光装置は、前記露光ビームの光路を内部に納める筐体を備え、前記中空モータは、前記筐体内を仕切るように配置され、前記気体軸受けの潤滑気体を前記筐体内部の置換ガスとして使用することが好ましい。
【００１７】
前記潤滑気体は、窒素ガスであることが好ましい。
更に本発明のデバイス製造方法では、上記の露光装置を用いてデバイスを製造する。
【００１８】
上記のとおり、本発明は軸受けとして駆動機構に気体軸受けを用い、非接触でクサビ型プリズム等の干渉縞の位相を変化させる機能を有する光学部材を回転させる。また、駆動手段として中空モータを使用する。さらに、気体軸受けの潤滑気体として不活性ガス、クリーンドライガスを用い、軸受け面から噴出した潤滑気体の少なくとも一部をクサビガラス表面近傍に吹き付ける通気孔を備える。これらにより、本発明の露光装置およびデバイス製造方法は、発塵・脱ガスが低減され、耐久性が向上し、不活性ガスパージも良好に行うことが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明で軸受けとして用いられる気体軸受けとは、軸受け部の数か所または全部に配置された多孔性部材より気体が回転軸に対して吹きつけられることにより、該回転軸が該気体により潤滑される構造を有するものである。
【００２０】
また、本発明で用いられる中空モータとは、軸受けに上記気体軸受けを用いたモータであり、特に回転軸にマグネット部を有し、対する固定部にコイル部を有するものである。
【００２１】
【実施例】
以下、図を用いて本発明の実施例を説明する。
［実施例１］
図１は本発明の実施例１を示す概略構成図であり、ＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイス、液晶デバイス、ＣＣＤ等の撮像デバイス、磁気へッド等のデバイスを製造する際に用いる走査型投影露光装置である。
【００２２】
図１において、１１は比較的空間的コヒーレンシーが小さなＫｒＦエキシマレーザ、１８は光学部品をその内部に納める筐体であり、不図示の窒素ガスパージ手段及び、レーザの入射口と射出部には不図示の窓が取り付けられている。２０は光束分割、インコヒーレント化光学系、２１は回転可能なクサビ型プリズム、２２はフライアイレンズなどより成るオプティカルインテグレータ、２３は光路を折り曲げると共に一部の光束を透過するハーフミラー、２４はハーフミラー２３で反射された光束を集光するためのコンデンサレンズ、２５はハーフミラー２３を透過した光束を集光する集光レンズで、集光された光束は露光量制御を行うための受光手段２６に入射する。
【００２３】
２７はレチクル上の照射範囲を制限する視野絞りであり、不図示の駆動機構によって開口の形状が変えられる。Ｒは回路パターンが描かれたレチクル、３１はレチクルＲを搭載してレチクルＲを走査するレチクルステージ、Ｗはレジストが塗布されたウエハであり、３２はレチクルＲの回路パターンをウエハＷに投影する投影光学系を示す。３３はウエハＷを保持するウエハチャック、３４はウエハＷ面の照度を測定する照度計、３５はウエハＷを搭載し光軸３６に垂直な面内をステップして被露光域（ショット）を光軸３６上に移動させ、焦点位置検出に基づいて光軸方向にウエハＷを駆動すると共に、レチクルステージ３１と同期してウエハＷを走査するウエハステージである。
【００２４】
１０１はクサビ型プリズム２１の回転を制御するプリズム駆動部、１０２はレチクルステージ３１の走査を制御するレチクルステージ制御部、１０３はウエハステージ３５の駆動及び走査を制御するウエハステージ制御部である。１０４は主制御部であり、プリズム駆動部１０１に対してクサビ型プリズム２１の回転や停止の指令を出したり、レチクルステージ制御部１０２、ウエハステージ制御部１０３の制御と共に、種々のシーケンスの管理などの装置全体を制御する。露光制御に関しては、受光手段２６からの信号から不図示の露光制御系によってエキシマレーザ１１への印加電圧が決定され、主制御部１０４からの指令によってエキシマレーザ１１の発振が行われる。
【００２５】
エキシマレーザ１１から射出した平行でコヒーレントなレーザ光ＬＢ０は、ハーフミラー１２によって２つの光束ＬＢ１とＬＢ２に振幅分割される。ハーフミラー１２を透過した光束ＬＢ１はクサビ型プリズム１７に向かって直進し、一方ハーフミラー１２で反射した光束ＬＢ２はミラー１３、１４、１５で順次反射して、光路を３度直角に折り曲げられた後、クサビ型プリズム１６に向かう。光束ＬＢ１がクサビ型プリズム１７に到達するまでの光路と、光束ＬＢ２がクサビ型プリズム１６に到達するまでの光路は長さが互いに異なっており、光束ＬＢ１とＬＢ２の光路長差が、エキシマレーザ１１が発振するレーザ光の波長幅で定められるレーザ光の時間的コヒーレンス長以上になるように光学系２０が構成される。従って、クサビ型プリズム１６、１７で偏向された光束ＬＢ１とＬＢ２は互いに殆ど干渉せず（互いにインコヒーレント）、オプティカルインテグレータ２２の光入射面には干渉縞が形成されない。
【００２６】
クサビ型プリズム１６、１７で屈折された光束ＬＢ１、ＬＢ２は、各々クサビ型プリズム２１に平行光のまま入射する。クサビ型プリズム２１はプリズム駆動部１０１によって、光軸３６を回転中心（軸）として回転可能となっており、クサビ型プリズム２１が回転した場合は光束ＬＢ１、ＬＢ２のオプティカルインテグレータ２２の光入射面に対する入射角と入射位置が時間的に変動する。
【００２７】
オプティカルインテグレータ２２から発した光束は、ハーフミラー２３で直角に折り曲げられ、コンデンサレンズ２４によってレチクルＲ上の所定の照射領域を照明する。走査型露光装置の場合には、図２に示すように、この照射領域Ｂは走査方向に幅の狭いスリット状の形状を有している。
【００２８】
オプティカルインテグレータ２２はレンズエレメントが光軸と直交する平面に沿って２次元的に配列されたレンズアレイより構成されており、光束ＬＢ１、ＬＢ２がオプティカルインテグレータ２２によって波面分割されて複数の２次光源が形成され、これら複数の２次光源からの光束がレチクルＲやウエハＷ上で重畳される。ここで、エキシマレーザ１１からの光束は比較的空間的コヒーレンスが低いものの、波面分割された２次光源からの光束は互いに干渉して、レチクルＲやウエハＷ上にはコントラストの低い干渉縞が形成される。
【００２９】
本実施例の光学系２０においては、振幅分割した互いにインコヒーレントな光束ＬＢ１とＬＢ２を異なる方向からオプティカルインテグレータ２２に入射させるため、ＬＢ１、ＬＢ２によって作られるコントラストの低い干渉縞の位相は互いに異なっており、この効果で干渉縞のコントラストは更に低下するが、完全に干渉縞の影響を無くすことはできない。
【００３０】
レチクルＲとウエハＷを、それぞれレチクル制御部１０２、ウエハ制御部１０３によってレチクルステージ３１とウエハステージ３５を同期して走査する時に、照射領域の干渉縞はレチクルＲ上の各位置に対して相対的に走査方向に関して移動する。このため、図２に示したレチクルＲ上のある点Ａの露光量は、点Ａの座標上の照度を、照射領域Ｂの範囲で走査方向であるＸ方向に積算したものとなり、コントラストの低い干渉縞が残っている状態でも、走査による平均化効果によって、レチクルＲやウエハＷの露光範囲内において均一な露光量分布が達成できる。
【００３１】
しかし、走査方向と直交するＹ方向については走査によって干渉縞（照度分布）が平均されないため、レチクルＲやウエハＷ上には、オプティカルインテグレータ２２のレンズエレメントの配列に対応した縞が形成される。光軸３６に垂直な面内でレンズアレイが縦横に配置されている場合には、干渉縞は図２のＹ方向に明暗が変化している横縞となって現れる。
【００３２】
そこで本実施例では、図１において、主制御部１０４からの指令により、クサビ型プリズム２１をプリズム駆動部１０１によって、光軸３６の回りに回転させることで光束を偏向しパルス毎の光束ＬＢ１とＬＢ２のオプティカルインテグレータ２２光入射面上の位置と角度が変化する。このため、レチクルＲやウエハＷ上の干渉縞の位相もパルス毎に変化し、所定のパルス数による静止露光を行った結果、照射領域内で干渉縞の影響を受けない均一な照度分布が得られた。
【００３３】
図３に本実施例で使用するクサビ型プリズムの断面構造を概略的に図示する。４１はステータフレーム、４２はフレキシブルプリント基板、４３はステータコイル、４４はロータフレーム、４５はロータマグネット、４６は気体軸受である。ステータコイル４３はフレキシブルプリント基板４２に配線され、フレキシブルプリント基板４２と共にステータフレーム４１に固定されている。また、ロータマグネット４５はロータフレーム４４に固定されていて、ステータコイル４３と対向するように配置されている。ロータフレーム４４はクサビ型プリズム２１を支持している。ステータフレーム４１と気体軸受け４６はＣ面で固定され、ロータフレーム４４は回転自在に且つ非接触に支持されている。４７は気体軸受けに窒素等の潤滑気体を供給するための流路である。潤滑気体は流路４７内を矢印の方向に進み、気体透過性を有する多孔体４８より気体軸受けの軸受け部分に噴射される。
【００３４】
照明系の光学部材を内部に納める筐体内を仕切るように、このクサビ型プリズム２１を配置する。更に、軸受けの潤滑気体を筐体内部の置換ガスとして使用することで、筐体内のガス置換を効率的に行うことが可能となる。また、駆動部が非接触であるから脱ガスや発塵を低減することができる。
【００３５】
さらに、クサビ型プリズムはエキシマレーザが発振されている間は常に駆動する必要があるが非接触の中空モータを使用するため耐久性も大幅に向上する。
また、本実施例では気体軸受けを用いているが磁気軸受けを用いても良い。この場合、軸受け用の潤滑気体の供給手段は省略が可能となる。
【００３６】
［実施例２］
次に本発明の実施例２を図４に基づいて説明する。ここで、前述した実施例１と同一または同等の構成部分については、同一の符号を付すと共にその説明を省略するものとする。
【００３７】
実施例１では潤滑気体の全てを筐体内の窒素置換に用いたが、この実施例２では前述したクサビ型プリズムの気体軸受けの近傍に潤滑気体である窒素を排気するための流路を設ける。図４のようにステータコイルとマグネットが対面する箇所の下流に排気流路４９を設ける。５０は、隣り合う空間とを仕切るための窓であり図示されないシール材により、密閉されている。密閉された空間５１には、置換気体を供給するための供給口５２が設けられている。これにより発塵・脱ガスの原因になる駆動力伝達部を通過するガスが筐体内部に取り込まれる危険が解消される。この場合、さらに、安全を期するために排気流路には逆流を防ぐためのチャック弁を設けてもよい。
【００３８】
［デバイス生産方法の実施例］
次に上記説明した露光装置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。
【００３９】
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。
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。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば露光装置のスペックルパターンと呼ばれる干渉縞をクサビ型のプリズムを光軸を軸に回転さて低減する方法において、照明系の光学部材の納められた筐体内の脱ガスや発塵を低減し、また筐体内部の不活性ガスへの置換を効果的に行うことが可能となる。
【００４１】
さらに、中空モータと気体軸受けを用いた非接触駆動であるため、コンパクト化と耐久性の向上も同時に実現している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１を示す図。
【図２】レチクルと照射領域を示す図。
【図３】本発明の実施例１の偏向手段部の断面を示す図。
【図４】本発明の実施例２の偏向手段部の断面を示す図。
【図５】微小デバイスの製造のフローを示す図。
【図６】ウエハプロセスの詳細なフローを示す図。
【符号の説明】
Ｒ：レチクル、Ｗ：ウエハ、１１：エキシマレーザ、１２：ハーフミラー、１３〜１５：ミラー、１６、１７：クサビ型プリズム、１８：筐体、２０：光速分割、インコヒーレント光学系、２１：クサビ型プリズム、２２：オプティカルインテグレータ、２３：ハーフミラー、２４：コンデンサレンズ、２５：集光レンズ、２６：受光手段、２７：視野絞り、３１：レチクルステージ、３２：投影光学系、３３：ウエハチャック、３４：照度計、３５：ウエハステージ、３６：光軸、４１：ステータフレーム、４２：フレキシブルプリン卜基板、４３：ステータコイル、４４：ロータフレーム、４５：ロータマグネット、４６：気体軸受け、４７：流路、４８：多孔体、４９：排気流路、５０：窓、５１：密閉空気、５２：窒素供給口、１０１：プリズム駆動部、１０２：レチクル制御部、１０３：ウエハ制御部、１０４：主制御部。

Claims

コヒーレントな露光ビームにより被露光物体を露光する露光装置において、
前記露光ビームが前記被露光物体上に形成する干渉縞の位相を変化させるための光学部材と、前記光学部材を駆動する中空モータとを備え、
前記中空モータは、回転軸が前記露光ビームの光軸と一致するロータフレームと、ステータフレームが固定された気体軸受けと、を有し、
前記ロータフレームは、軸方向に貫通した穴を持ち、その穴で前記光学部材を保持し、かつマグネットを持つ
ことを特徴とする露光装置。
前記光学部材は、入射された光束を偏向する偏向部材であることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
前記露光ビームの光路を内部に納める筐体を備え、
前記中空モータは、前記筐体内を仕切るように配置され、
前記気体軸受けの潤滑気体を前記筐体内部の置換ガスとして使用することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
前記潤滑気体は、窒素ガスであることを特徴とする請求項３記載の露光装置。
請求項１ないし４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。