JP5538931B2 - 捕獲器、真空容器、処理装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空雰囲気中の粒子を捕獲する捕獲器に関する。

半導体デバイスのパターンの微細化に向け、極端紫外光（ＥＵＶ光；ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｌｉｇｈｔ）光を露光光として基板を露光するＥＵＶ露光装置の開発が行われている。ＥＵＶ露光装置内で発生するナノメートルオーダーサイズのパーティクルは、その発生原因が十分解明されていないが、摺動または摩擦を伴うユニットの動作が発生原因でありうる。また、光源から僅かながら飛翔してくるデブリなども原因でありうる。
特許文献１は、ＥＵＶ露光装置における物理的粒子トラップを開示している。この粒子トラップを構成する保護プレートは、くぼみを有し、そのくぼみには複数の突起が配置されている。各突起は、かさとげを有している。

特開２００２−１２４４６３号公報

しかしながら、特許文献１の物理的粒子トラップは、極めて複雑な構造であるため、製造が難しい。また、構造が複雑であるため、製造後の洗浄工程で十分な清浄度を得ることも難しい。したがって、この粒子トラップ自体が粒子発生源となりうる。

本発明は、例えば、製造または洗浄に有利な構造の捕獲器を提供する。

本発明の一側面としての捕獲器は、真空雰囲気中の粒子を捕獲する捕獲器であって、前記捕獲器の表面に複数の溝が配列され、前記複数の溝のそれぞれは、Ｕ溝の底部がＶ溝になった溝である、ことを特徴とする。
本発明の他の側面としての捕獲器は、真空雰囲気中の粒子を捕獲する捕獲器であって、前記捕獲器の表面に複数の溝が配列され、前記複数の溝のそれぞれは、正Ｎ角錐（Ｎ＝３、４、又は、６）の形状を有する、ことを特徴とする。

本発明の他の側面としての真空容器は、前記捕獲器を有する。

本発明の他の側面としての処理装置は、前記真空容器を有し、該真空容器の内部で基板を処理する。

本発明の他の側面としてのデバイス製造方法は、前記処理装置を用いて基板を処理する第１工程と、前記工程で処理された基板を処理する第２工程とを有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、例えば、製造または洗浄に有利な構造の捕獲器を提供することができる。

実施例１における捕獲器（ＥＵＶ露光装置）の表面に形成されたＶ溝の拡大断面図である。 実施例１におけるＥＵＶ露光装置の概略構成図である。 実施例２におけるパーティクルトラッププレートの構成図である。 実施例２において、パーティクルトラッププレートに対するパーティクルの入射角度の違いを示す図である。 実施例２において、平行平板で構成されたパーティクルトラッププレートに対するパーティクル入射角度の違いを示す図である。 実施例２における別のパーティクルトラッププレートの構成図である。 実施例３におけるパーティクルトラッププレートの構成図である。 実施例４におけるパーティクルトラッププレートの構成図である。 実施例１において、パーティクルの挙動を示すシミュレーション結果である。 実施例２における別のパーティクルトラッププレートの構成図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、本発明の実施例１について説明する。図２は、本実施例におけるＥＵＶ露光装置の概略構成図である。本実施例のＥＵＶ露光装置は、真空容器を有し、真空容器の内部で基板を処理するように構成されている。また、本実施例のＥＵＶ露光装置は、真空雰囲気中のパーティクル（粒子）を捕獲する捕獲器を備える。捕獲器は、その表面にＶ字状又はＵ字状の複数の溝（Ｖ溝、Ｕ溝）が配列されている。捕獲器の詳細については後述する。

回路パターンが形成された反射型のマスク２（原版）は、マスクチャック７によって保持される。マスク２を保持したマスクチャック７は、スキャン方向（矢印方向、Ｙ方向）に粗動及び微動が可能なマスクステージ３に搭載されている。投影光学系５は、マスク２から反射されたＥＵＶ露光光２９をウエハ１（基板）に投影し、ウエハ１を露光するように構成されている。

ウエハ１は、ウエハチャック６上に保持される。ウエハチャック６は、６軸方向に粗動及び微動が可能なウエハステージ２７上に搭載されている。ウエハステージ２７のＸＹ方向の位置は、不図示のレーザ干渉計によって常にモニターされる。ここで、投影光学系５の縮小倍率を１／β、マスクステージ３の走査速度をＶｒ、ウエハステージ２７の走査速度をＶｗとする。マスクステージ３とウエハステージ２７のスキャン動作は、Ｖｒ／Ｖｗ＝βの関係が成立するように同期制御される。

マスクステージ３はマスクステージ空間４ａ、投影光学系５は投影光学系空間４ｂ、ウエハステージ２７はウエハステージ空間４ｃの内部にそれぞれ配置されている。マスクステージ空間４ａ、投影光学系空間４ｂ、及び、ウエハステージ空間４ｃは、それぞれ独立して圧力制御が可能な真空容器である。このような真空容器の内部に後述の捕獲器が設けられる。また、後述のマスクロードロック室２３又はウエハロードロック室１５も真空容器に相当し、必要に応じて、その内部に後述の捕獲器を設けてもよい。

マスクステージ空間４ａには、マスクロードロック室２３を介してマスク交換室１９が接続されている。マスクステージ空間４ａに配置された搬送ロボット２２は、マスクステージ３（マスクチャック７）とマスクロードロック室２３との間でマスク２を搬送する。マスク交換室１９、マスクロードロック室２３では、マスク２はパーティクルから保護するため、二重ポッド１０に収納されており、マスクチャック７に保持される直前で、二重ポッドから取り出される。

マスクステージ空間４ａとマスクロードロック室２３との間には、ゲートバルブ１２ａが設けられている。マスクロードロック室２３とマスク交換室１９との間には、ゲートバルブ１２ｂが設けられている。マスク交換室１９に配置された搬送ロボット１８は、マスク交換室１９とマスクロードロック室２３との間でマスクを搬送する。

ウエハステージ空間４ｃには、ウエハロードロック室１５を介してウエハ交換室１４が接続されている。ウエハステージ空間４ｃに配置された搬送ロボット８は、ウエハステージ２７（ウエハチャック６）とウエハロードロック室１５との間でウエハ１を搬送する。ウエハステージ空間４ｃとウエハロードロック室１５との間には、ゲートバルブ１１ａが設けられている。ウエハロードロック室１５とウエハ交換室１４との間には、ゲートバルブ１１ｂが設けられている。ウエハ交換室１４に配置された搬送ロボット１３は、ウエハ交換室１４とウエハロードロック室１５との間でウエハ１を搬送する。

ウエハ１の露光時は、不図示のＥＵＶ光源から提供されるＥＵＶ露光光２９がマスク２に照射される。マスク２で反射したマスク２のパターン情報を含むＥＵＶ露光光２９は、投影光学系５によってウエハチャック６上のウエハ１に投影され、これによってウエハ１が露光される。

次に、本実施例のパーティクルトラッププレート（捕獲器）について説明する。パーティクルの速度が小さい場合には、パーティクルが表面に衝突した際、運動エネルギーが小さいため、そのまま表面にトラップされてしまう。しかし、所定の閾値速度を超えると、運動エネルギーが大きいため、トラップされずに跳ね返る。例えば、粒径１．２７μｍのＰＳＬ（ポリスチレンラテックス）球と、研磨されたＳｉＯ表面では、この閾値速度は２ｍ／ｓ程度である。また、速度が５ｍ／ｓでは、反発係数は０．９程度である。なお、プレート表面でのパーティクルの反跳現象に関して、各種材料の組み合わせでの実験データが知られている（Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２９：５，３７９−３８８、１９９８）。

本実施例におけるシミュレーションでは、パーティクルの初期速度を５ｍ／ｓ、圧力を１Ｅ−４Ｐａ、パーティクルを粒径１．２７μｍのＰＳＬ、表面を金属表面、パーティクル初期条件を高さ０．１ｍから鉛直下方に射出したと仮定する。また表面でのパーティクルの反発係数は０．９とし、表面での跳ね返りを繰り返しながら、衝突速度が閾値速度以下になった場合、表面に捕獲されるものとする。

図９は、パーティクルの挙動を示すシミュレーション結果である。図９において、横軸は時間を示し、縦軸は高さ（パーティクルの位置）を示している。表面に対して０．１ｍの高さ位置（パーティクル射出高さ）から鉛直下方に射出したパーティクルは表面で跳ね返り、一旦１ｍ以上の高さに達する。その後、パーティクルは、表面衝突を繰り返して表面で運動エネルギーを失い、最終的には表面に付着する。図９に示されるシミュレーション結果によれば、パーティクルは１０回近く表面に衝突して付着している。

実際のパーティクルは、様々な粒径、形状、材質のものが想定されるため、全ての現象がこのようなシミュレーションで説明されるわけではない。しかし、真空中ではガスの流体抵抗がないため、パーティクルの発生速度によっては、予測できない方向に、表面に付着するまでに何回かの衝突を経て付着すると考えられる。

本実施例の捕獲器（ＥＵＶ露光装置）は、このようなパーティクルの反跳現象を緩和し、マスク２又はウエハ１に対するパーティクルの付着を抑制する。具体的には、捕獲器の表面にＶ溝構造を形成し、表面に入射するパーティクルをこの表面構造内で複数回衝突させるように構成される。

図１は、本実施例における捕獲器（ＥＵＶ露光装置）の表面に形成されたＶ溝の拡大断面図である。本実施例では、捕獲器の表面に頂角θを有するＶ溝３０の断面構造を形成することにより、表面に入射したパーティクル１００を、Ｖ溝３０の内部において複数回衝突させる。この衝突の間に、パーティクル１００は運動エネルギーを消失していき、運動エネルギーが付着エネルギーよりも小さくなると、パーティクル１００はＶ溝３０の内部の表面でトラップされる（パーティクル１０１）。一旦、表面でトラップされたパーティクル１０１は、その表面において付着した状態を維持する。パーティクル１００は、例えば１〜１０μｍ程度の直径を有する。

図１において、所定の方向からＶ溝３０に入射したパーティクル１００に対し、１回目の衝突の際、Ｖ溝３０の表面とのなす角度をα_１とする。同様に、２回目以降の衝突の際におけるＶ溝３０の表面とのなす角度をα_２、α_３、α_４…と定義する（図１では角度α_１〜α_５）。実際に真空内で発生するパーティクル１００は、粒径、形状、材質など様々なものが存在するため、一般的に入射角と反跳後の反射角に対して、一般的な説明は困難である。本実施例では、簡単のために、Ｖ溝３０の表面にα_１の角度で入射したパーティクル１００は、反跳時にも表面に対してα_１の角度を保持すると仮定する。簡単な計算により、ｉ回目に表面に入射する際のＶ溝３０の表面とのなす角度をα_ｉとすると、以下の式（１）で表される漸化式が成立する。

α_ｉ＋１＝１８０°−２θ＋α_ｉ （ｉ＝１、２、３、…ｎ）…（１）
Ｖ溝３０の頂角θは、Ｖ溝３０の表面でパーティクル１００を複数回衝突させることを考慮すると、９０°以下、望ましくは４５°以下に設定される。例えば、頂角θ＝２０°とし、Ｖ溝３０の表面に対して、パーティクル１００が角度α_１＝３０°で入射すると仮定する。式（１）により、２回目の衝突の際は角度α_２＝５０°、３回目の衝突の際は角度α_３＝７０°となる。このように、パーティクル１００は、Ｖ溝３０の表面で衝突を繰り返しながらＶ溝３０の下部に侵入し、運動エネルギーを失って、最終的にＶ溝３０の表面に付着する。

図３は、図１に示されるＶ溝３０の表面構造を所定の一方向に周期的に配置して構成したパーティクルトラッププレート３１である。Ｖ溝３０の周期ｄは、パーティクルトラッププレート３１の表面でパーティクル１００を複数回衝突させるような傾斜面が形成されていればよいため、例えば、機械加工等でｍｍオーダー（例えば１ｍｍ程度）のサイズを有する周期に設定される。パーティクルトラッププレート３１の表面処理は、頂角θ、周期ｄで機械加工された表面に対して、真空使用を可能にするため、電解研磨などの研磨仕上げが行われる。真空装置では、一般的に、装置壁の表面での仕上げ状態に依存して、水分やコンタミ成分等が吸着する。その結果、真空到達度が遅いことや脱ガスにより、例えば光学ガラスにコンタミ成分が吸着してしまう。本実施例は、表面の周期構造は機械加工のサイズで実現でき、かつ電界研磨など既に確立された技術を適用することにより、単位面積当たりの脱ガス量は従来と同じになっている。

さらに、不図示の冷却装置（冷却器）を用いてパーティクルトラッププレート３１（複数の溝）を冷却することにより、パーティクル１００の捕獲効果を高めることが可能である。パーティクル１００は運動エネルギーを備えるため、パーティクルトラッププレート３１の表面に衝突した際に、運動エネルギーの一部が熱エネルギーに変換される。このため、パーティクルトラッププレート３１の表面を冷却することで、その熱エネルギーを効果的に吸収することができ、捕獲効果を高めることが可能となる。

また、パーティクルトラッププレート３１を冷却すると、捕獲されたパーティクル１００がパーティクルトラッププレート３１の表面から離脱する確率を低減することも可能である。ＥＵＶ露光装置（真空容器）においては、装置の表面に熱的な刺激を与えると、パーティクルが発生するという現象が経験的に知られている。真空容器の排気に関しては、真空容器の壁を加熱して内壁のガスを放出させて真空度を高くするという手法が一般的に採用されている。特に、パーティクルの粒径が数１０ｎｍ以下、特に数ｎｍのオーダーになると、壁への吸着及び離脱現象は、通常のガス分子の挙動に似てくると予測される。このため、パーティクルトラッププレート３１を冷却することは、離脱パーティクルを低減するという点でも重要である。

本実施例のＥＵＶ露光装置において、パーティクルトラッププレート３１は、ＥＵＶ露光装置の内部でパーティクル１００の発生が予想される箇所の近傍に邪魔板として配置されることが好ましい。パーティクル１００は摩擦や摺動によって発生することが多いため、特に、各種ゲートバルブ、各種アクチュエータ、各種摺動機械要素、又は、ケーブル類などの近傍に配置することが好ましい。

本実施例によれば、真空環境下で動作する半導体製造装置（捕獲器、真空容器）の内部でパーティクルが発生した場合でも、マスクやウエハへのパーティクルの付着を効果的に抑制することができる。本実施例は、特にＥＵＶ露光装置に適して用いられる。

次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例は、パーティクルトラッププレートの表面に対するパーティクルの入射角度に対し、さらにロバストなトラップ性能を有する。この原理を図４及び図５を参照して説明する。図４は、パーティクルトラッププレート３１に対するパーティクルの入射角度の違いを示す図である。本実施例において、Ｖ溝の頂角は２０°である。図４（ａ）において、パーティクルトラッププレート３１に対して深い角度、例えば７０°で入射したパーティクル１０４は、Ｖ溝の表面に対する角度α_１は３０°となる。前述の式（１）により、その後のパーティクルの入射角度を計算することにより、パーティクルはＶ溝の下部に侵入する。その結果、前述に説明した原理で、良好にパーティクルをトラップすることが可能である（パーティクル１０５）。一方、図４（ｂ）に示されるように、パーティクルトラッププレート３１に対して、確率的には小さいものの、浅い角度、例えば１０°で入射してきたパーティクル１０２も存在していると考えられる。その場合、Ｖ溝の表面に対する角度α_１は９０°となり、１回衝突し、表面に捕獲されずそのまま反跳してしまう場合も考えられる（パーティクル１０３）。

また、図５は、平行平板を周期的に並べて構成したパーティクルトラッププレート３２に対するパーティクルの入射角度の違いを示す図である。図５（ａ）に示されるように、パーティクル１０８が、パーティクルトラッププレート３２に深い角度、例えば７０°で入射する場合、パーティクル１０８は表面に１回衝突してそのまま反跳してしまう（パーティクル１０９）。一方、図５（ｂ）に示されるように、浅い角度、例えば１０°で入射するパーティクル１０６は、平行平板間で衝突を繰り返し、最終的にトラップされる（パーティクル１０７）。

このように、パーティクルが深い角度で入射する場合にはパーティクルトラッププレート３１の構造が有利で、浅い角度で入射する場合にはパーティクルトラッププレート３２の構造が有利である。これらのパーティクルトラッププレート３１、３２の構造を組み合わせることで、よりロバストな構成を採用することができる。図６は、パーティクルトラッププレート３１、３２の構造を組み合わせて構成したパーティクルトラッププレート３３の構成図である。図６に示されるように、パーティクルトラッププレート３３（複数の溝のそれぞれ）は、平行平板で形成された溝とＶ字状の溝との組み合わせにより構成されている。また、このような構造の変形例として、図１０に示されるように、Ｕ溝の断面構造を備えたパーティクルプレート３７を採用することもできる。なお、図６の構造の溝は、「Ｕ字状の溝」に含まれるものとし、特に区別する場合は、「Ｕ字状の溝であって、その底部がＶ字状であるもの」ともいうものとする。

本実施例のパーティクルトラッププレートによれば、深い角度で入射するパーティクル、及び、浅い角度で入射するパーティクルのいずれに対しても、パーティクルを効果的に捕獲することができる。

次に、本発明の実施例３について説明する。実施例１、２のパーティクルトラッププレートでは、断面のＶ溝構造が周期的に一方向に並んでいるが、本発明は一方向に並ぶ構成に限定されるものではない。図７は、Ｖ溝構造が二次元方向に配置されて構成されたパーティクルトラッププレートの構成図である。図７（ａ）は、互いに直交する二方向にＶ溝構造を形成して構成されたパーティクルトラッププレート３５である。パーティクルトラッププレート３５は、正四角錐状の複数の溝を表面に二次元状に配列して構成されている。図７（ａ）において、Ａ−Ｂ、Ｃ−Ｄの各断面をとると、前述の実施例と同じＶ溝構造が形成されている。そして、Ｖ溝構造がパーティクルトラッププレート３５の平面内で、９０°の周期で形成されている。この場合、パーティクルトラッププレート３５の表面における凹部は、四角錐を逆にした形状となっている。なお図７（ａ）は、パーティクルトラッププレート３５の一部を示したものであり、実際の大きさはパーティクル発生源に応じて適宜設定される。

図７（ｂ）は、六角形のハニカム構造を備えたパーティクルトラッププレート３６である。パーティクルトラッププレート３６は、正六角錐状の複数の溝を表面に二次元状に配列して構成されている。図７（ｂ）において、Ａ−Ｂ、Ｃ−Ｄ、Ｅ−Ｆの各断面をとると、前述の実施例と同様にＶ溝構造が形成されている。そして、Ｖ溝構造がパーティクルトラッププレート３６の平面内で、６０°の周期で構成されている。この場合、パーティクルトラッププレート３６の表面の凹部は、六角錐を逆にした形状であり、パーティクルトラップの性能をさらにロバストにすることが可能である。なお、この図はパーティクルトラッププレート３６の一部を示したものであり、実際の大きさは、パーティクル発生源に応じて適宜設定される。

また、本実施例のパーティクルトラッププレートとして、正三角錐の溝を表面に二次元状に配列して構成してもよい。このように本実施例において、複数の溝は、正Ｎ角錐状（Ｎ＝３、４、又は、６）の溝を捕獲器の表面に二次元状に配列して構成されている。

本実施例のパーティクルトラッププレートを備えた捕獲器（ＥＵＶ露光装置）によれば、様々な方位から入射するパーティクルを効果的に捕獲することができる。

次に、本発明の実施例４について説明する。図８は、本実施例におけるパーティクルトラッププレート３４の構成図である。図８に示されるように、パーティクルトラッププレート３４に形成されたＶ字状の複数の溝のそれぞれは、所定の傾斜角度θの傾斜部３４ａと、所定の曲率Ｒの頂角部（底部）３４ｂとを有する。本実施例のパーティクルトラッププレート３４のように頂角部３４ｂに曲率Ｒを設けることで剛性が高くなり、洗浄、取り付け、メンテナンス時における破損の可能性を低減することができる。このため、Ｖ溝構造の頂角部の破損が抑制され、実用上の取り扱いが有利となる。
［デバイス製造方法の実施形態］
次に、本発明の一実施形態のデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。当該方法において、本発明を適用した露光装置（処理装置）を使用し得る。本実施例のデバイス製造方法は、処理装置を用いてウエハ（半導体基板）を処理する第１工程と、処理されたウエハを処理（加工）する第２工程とを有する。

具体的には、半導体デバイスは、ウエハ（半導体基板）に集積回路を作る前工程と、前工程で作られたウエハ上の集積回路チップを製品として完成させる後工程とを経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を用いて、感光剤が塗布されたウエハを露光する工程と、その工程で露光されたウエハを現像する工程とを含みうる。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）とを含みうる。また、液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を用いて、感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、その工程で露光されたガラス基板を現像する工程とを含みうる。

本実施形態のデバイス製造方法は、デバイスの性能、生産性、品質および生産コストの少なくとも一つにおいて従来よりも有利である。

以上、上記各実施例のパーティクルトラッププレートをＥＵＶ露光装置等の半導体製造装置に適用することにより、マスク及びウエハに対するパーティクルの付着が抑制され、デバイスの歩留まりを向上することができる。また、上記各実施例のパーティクルトラッププレートは、半導体製造装置以外にも、真空環境下でパーティクルの付着が問題となる処理装置や真空容器等に適用可能である。また、上記各実施例の少なくとも２つを組み合わせて実施してもよい。

上記各実施例によれば、様々な方向から入射するパーティクルを効果的に捕獲すること可能な捕獲器、真空容器、処理装置、及び、デバイス製造方法を提供することができる。

以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。

３０：Ｖ溝構造
３１〜３７：パーティクルトラッププレート
１００：パーティクル

Claims (7)

1. 真空雰囲気中の粒子を捕獲する捕獲器であって、
   前記捕獲器の表面に複数の溝が配列され、
   前記複数の溝のそれぞれは、Ｕ溝の底部がＶ溝になった溝である、
   ことを特徴とする捕獲器。
2. 真空雰囲気中の粒子を捕獲する捕獲器であって、
   前記捕獲器の表面に複数の溝が配列され、
   前記複数の溝のそれぞれは、正Ｎ角錐（Ｎ＝３、４、又は、６）の形状を有する、ことを特徴とする捕獲器。
3. 前記複数の溝を冷却する冷却手段を更に有する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の捕獲器。
4. 前記複数の溝のそれぞれは、その底部の頂部に曲率を有する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の捕獲器。
5. 請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の捕獲器を有する、ことを特徴とする真空容器。
6. 請求項５に記載の真空容器を有し、該真空容器の内部で基板を処理する、ことを特徴とする処理装置。
7. 請求項６に記載の処理装置を用いて基板を処理する第１工程と、
   前記第１工程で処理された基板を処理する第２工程と、
   を有することを特徴とするデバイス製造方法。