(57)【要約】【課題】  有機分子により汚染された露光装置の光学素子を、より簡単かつ効果的にクリーニングする方法を提供すること。【解決手段】  露光ビームを基板に照射して露光を行なう露光装置の光学素子をクリーニングする方法において、該光学素子が置かれた空間に微量の酸素を含む不活性ガスを供給して、該露光ビームを照射することで該空間内にてオゾン生成させ、該生成したオゾンと該露光ビームの照射による光化学反応によって該光学部材に付着した有機化合物を除去する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光ビームを基板に照射して露光を行なう露光装置の光学素子をクリーニングする方法であって、該光学素子が置かれた空間に微量の酸素を含む不活性ガスを供給して、該露光ビームを照射することで該空間内にてオゾン生成させ、該生成したオゾンと該露光ビームの照射による光化学反応によって該光学部材に付着した有機化合物を除去することを特徴とする露光装置の光学素子クリーニング方法。
【請求項２】
基板に露光を行なう時と光学素子をクリーニングする時とで露光ビーム波長を変化させることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
露光ビームを発生する光源の駆動を制御する、あるいは波長変換手段を光路中に挿入することで、露光ビーム波長を変化させることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
除去された有機化合物を前記空間から排出することを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエキシマレーザ等の紫外線あるいはＸ線などの短波長電磁波を露光ビームとして用いる露光装置に関する。さらには該露光装置を用いたデバイス製造方法や該露光装置の光学素子クリーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の製造を目的とするような投影露光装置では従来、各種の波長帯域の光を露光ビームとして基板上に照射している。露光ビームにはｅ線（波長λ＝５４６ｎｍ）、ｇ線（λ＝４３６ｎｍ）、ｈ線（λ＝４０５ｎｍ）、ｉ線（λ＝３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、あるいはＸ線などが用いられている。
【０００３】
光源から放射された露光ビームは、レチクルを照明する照明光学系及びレチクルに形成された微細パターンを感光基板上に結像させる投影光学系（投影レンズ）により前記微細パターンを感光基板上に露光転写している。上記のような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、これに伴って露光ビーム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、露光ビームの波長帯域の短波長化が進んでいる。
【０００４】
しかし、ｉ線（波長λ＝３６５ｎｍ）あるいはさらに短波長の露光ビームを用いた場合は、短波長化により露光ビーム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）が光学系の光学素子（レンズやミラー）に付着し、不透明な「曇り」が生じるという不都合があった。
【０００５】
この曇り物質としては、例えば亜硫酸ＳＯ２が光のエネルギ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。そして、露光ビームは硫酸アンモニウムで散乱や吸収される結果、前記光学系の透過率が減少するため、感光基板に到達するまでの光量（透過率）低下が大きくなってスループットの低下を招くおそれがある。
【０００６】
特に、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎ  ｍ）やＸ線のようにより短い波長領域では、露光ビームがより強い光化学反応を生起させるため上述の問題は顕著となる。
【０００７】
そして、この問題を解決するための提案がなされている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【特許文献１】特開平６−２１６０００号公報
【特許文献２】特開平７−２０９５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これに対して、特許文献１に開示される装置では、密閉構造の筐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上記問題の解決にあたっている。
【０００９】
ところが、不活性ガスを用いた上記例でも、照明光学系の筐体や鏡筒の内部の光学素子は有機分子によって汚染されていることが判明した。これらの分子は、照明光学系を構成する各部品を構成する部品の製作・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る。
【００１０】
さらに、製造上の状況においても、周囲の空気が例えば基板とフオ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。たとえ有機分子が僅かな濃度であっても、粒子が紫外線ビームの影響のために分解して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することになる。
【００１１】
これを解決するため、特許文献２に開示される装置では、投影光学系に不活性ガスを供給する際に、この不活性ガスに微量のオゾンを混入させ、オゾンを含む不活性ガスを光学系に供給している。オゾンを含むガス中において光学素子に露光ビームが照射されるので、いわゆるオゾン洗浄効果により光学素子表面の有機粒子の分解および分解生成物の堆積物の生成が防止されるようになっている。
【００１２】
しかしながら該装置では、水銀ランプを具えるオゾン生成器を不活性ガス供給ラインの途中に設けて、該オゾン生成器で予めオゾンを発生させてから、オゾンをレンズホルダ内に供給している。そのため露光光源と共にオゾン発生用光源の２つが必要で装置が複雑化するという問題点ばかりでなく、以下のような危険性も有している。すなわち、オゾンは物体を劣化させる性質を持っているため、オゾン発生器自体がオゾンの影響で劣化し易いという問題点を有し、劣化したオゾン発生器から有害なオゾンが外部に漏れ出す危険性をはらんでいる。
【００１３】
本発明は上記従来例の装置が有する課題を解決すべくなされたもので、有機分子による光学素子の汚染問題の解決、それもより簡単かつ効果的に解決した露光装置を提供することを目的とする。さらには該露光装置を用いたデバイス製造方法や該露光装置の光学素子クリーニング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置の光学素子クリーニング方法は、露光ビームを基板に照射して露光を行なう露光装置の光学素子をクリーニングする方法であって、該光学素子が置かれた空間に微量の酸素を含む不活性ガスを供給して、該露光ビームを照射することで該空間内にてオゾン生成させ、該生成したオゾンと該露光ビームの照射による光化学反応によって該光学部材に付着した有機化合物を除去することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の露光装置によれば、光学素子の表面に有機分子が付着し照度が低下するという間題を解決することができ、この際、露光に使用される露光ビーム自体をオゾン生成にも兼用して用いているので、大きな付加機構を設けること無く実現できる。その上、オゾン生成は光学素子が置かれる閉じた空間内のみでなされるため、有害なオゾンが外に漏れ出す危険性もない。
【００１６】
この露光装置は常に高いスループットが得られるので、デバイス製造においては高い生産性が達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の具体的な実施例を図面に基づいて説明する。本例の露光装置は一般にステッパあるいはスキャナと呼ばれる縮小投影型の半導体露光装置である。
【００１８】
露光装置本体Ａ１は大まかに、光源１（ＡｒＦエキシマレーザ光源）と、光源１から発せられた照明光であるレーザ光Ｌ１を所定の形状の光東に成形する照明光学系である光源レンズ系２と、該光源レンズ系２によって所定の形状に成形されたレーザ光Ｌ１をレチクル３を経て基板であるウエハ４に結像させる投影光学系である投影レンズ系５を備える。光源１はそのレーザ出力を制御するレーザ制御装置６を有し、レーザ制御装置６は制御手段であるコントローラ７によって制御される。後述するように、レーザ制御装置６は発振レーザ波長帯域を変化させることができるようになっている。
【００１９】
なお、本例では光源として紫外線を発生するＡｒＦエキシマレーザ光源を用いたが、ＫｒＦエキシマレーザ光源、あるいはさらに波長の短いＸ線（軟Ｘ線や真空紫外線を総称してＸ線と呼ぶ）を発生するレーザプラズマ放射源やシンクロトロン放射源などのＸ線源であっても良い。
【００２０】
光源レンズ系２は、レーザ光Ｌ１を所定の形状の光束に成形するための複数のレンズ２ａ〜２ｄを内部に配置した鏡筒２ｈ、２ｉを有し、これら鏡筒は容器２ｇに収容され、その両脇にはレーザ光を折り曲げて引き回すためのミラー４ａ、４ｂが収容されている。照明光学系の容器２ｇは、光源Ｌに対向する入射口に脱着可能な窓２ｅが、レチクル３に対向する出入口に窓２ｆが設けられている。
【００２１】
また、投影光学系５はレチクル上のパターンをウエハ上に縮小投影するための複数のレンズ５ａ、５ｂがレンズ鏡筒に内蔵され、レンズ鏡筒のレチクルと対向する面及びウエハと対向する面にそれぞれ窓５ｃ、５ｄが設けられている。
【００２２】
ここで照明光学系２の容器２ｇの内部空間２ｊ、鏡筒２ｈ、２ｉの内部空間、及び投影レンズ５のレンズ鏡筒内のレンズにより区切られた空間、のそれぞれには、不活性ガスである窒素ガス（ヘリウムやネオンであっても良い）が供給される。このために不活性ガス供給装置８ａが設けられている。不活性ガス供給装置８ａは不活性ガス給気ライン８ｂとこの途中に設けられた開閉弁である電磁弁８ｃを介して上記各空間に接続されている。また、不活性ガス供給ライン８ｂの途中には、酸素供給ライン１０ｂが分岐接続され、途中に設けられた開閉弁である電磁弁１０ｃを介して酸素供給装置１０ａが接続される。これにより供給する不活性ガスに微量の酸素を混入することが可能となっている。なお、純粋な酸素の代わりに酸素を含むクリーンエアを混入させるようにしてもよい。
【００２３】
さらに、不活性ガスが供給される上記の各空間からガスを排出するために、ガス排気装置９ａが設けられ、各空間からガス排気ライン９ｂ及びライン途中に設けられた開閉弁である電磁弁９ｃを介してガス排気装置９ａに接続されている。
【００２４】
なお、ガス排気手段によって回収されたガス中には微量の残留オゾンが含まれるが、これを酸素に再変換する変換器をガス排気装置９ａに設けて、再変換された酸素をフィルタを介して不純物を除去した後、酸素供給装置１０ａに還流させて再利用するようにしても良い。
【００２５】
これらの不活性ガス供給手段ならびにガス排気手段のライン途中に設けられた電磁弁８ｃ、９ｃは、コントローラ７に予め設定されたプログラムによって制御され、各空間は通常の装置使用時（露光時）や待機時に不活性ガスが充填された状態を維持するようになっている。
【００２６】
具体的には、予め設定されたタイミングにより、装置の待機時に酸素供給ライン上の電磁弁１０ｃが開いて窒素ガスに微量の酸素を混入させ、これが照明光学系の筐体および鏡筒内、さらには投影光学系の鏡筒内に供給される。酸素の供給量は所定濃度以下（１ｍ３あたり数グラム以下）になるように電磁弁の開閉がコントロールされる。この混合ガスが供給された後、電磁弁８ｃ、９ｃが閉じられる。この窒素ガスに微量の酸素が混入されたガスが充填された状態でレーザ光の照射を行う。これにより、各空間に充填された不活性ガス中の酸素は光化学反応によりオゾンに変換され各空間内ではじめてオゾンが発生する。この状態でさらにレーザ光照射を続けることにより、光学系を構成する光学素子（レンズ、ミラー、窓など）上に付着した有機化合物を酸化させる。これにより光学素子上の有機分子はオゾン洗浄によって除去されクリーニングされる。
【００２７】
この後、不活性ガス供給ライン上、及びガス排気ライン上の電磁弁を開き、完全に窒素ガスに置換されるまで連続もしくは断続的に不活性ガスの供給と排気を続ける。これら一連の操作はコントローラに予め設定されたプログラムに基づいて行われる。なお、光学素子のクリーニングは露光装置が稼動していない待機時に行なえばスループットに影響を与えることが無いので好ましい。また実際の装置稼動時にクリーニングを行なうようにしてもよい。
【００２８】
ところで、光照射によって酸素からオゾンを生成させる効率は照射光の波長に大きく左右される。そこで、露光ビーム波長を基板に露光を行なう時と光学素子をクリーニングする時とで変化させ、より効率的にオゾンを発生させるようにすることが好ましい。すなわち、クリーニング時には波長帯域を連続的に振るようにする、あるいはより短波長側に切り替えて、オゾンの生成効率ひいてはクリーニング能力を高めるようにすることが好ましい。波長を変化させるには、光源の駆動を制御するあるいは光路中に波長変換手段（高調波発生素子など）を挿入するなどの手法で達成できる。
【００２９】
図２は照明光学系の鏡筒２ｈにおける、不活性ガス供給ラインの吹き出し口近傍の拡大図である。特に有機分子の付着が多いと予想される光学素子１３ａ，１３ｂについては、不活性ガスが光学素子に直接吹き付けられる構成としている。これによりオゾン洗浄の効果をより一層高めている。
【００３０】
なお、不活性ガス供給ラインに特許文献１等に示されるような流量の切換え手段を設け、不純物の除去作業時には大流量の窒素を供給するようにしても良い。
【００３１】
なお、露光装置の光学素子としては上述のレンズ、ミラー、窓のほかに、水銀ランプやシンクロトロン放射源などの光源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が用いられることもあるが、これについても上記同様に本発明の効果が期待できる。
【００３２】
次に上記説明した露光装置を利用したデバイス製造方法の例を説明する。図９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。
【００３３】
図１０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）ではウエハにレジストを塗布する。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の複数のショット領域に並べて焼付露光する。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精度デバイスを高い生産性で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例の全体構成を説明する説明図である。
【図２】鏡筒内部の例を説明した図である。
【図３】デバイス製造方法のフローを示す図である。
【図４】ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
Ａ１  露光装置
１  エキシマレーザ
２  照明光学系
２ａ〜２ｄ  レンズ
２ｅ，２ｆ  窓
２ｇ  容器
２ｈ、２ｉ  鏡筒
２ｊ  容器内空間
３  レチクル
４  ウエハ
５  投影光学系（投影レンズ鏡筒）
５ａ、５ｂ  レンズ
５ｃ、５ｄ  窓
６  レーザ制御装置
７  コントローラ
８ａ  不活性ガス供給装置
８ｂ  不活性ガス供給ライン
８ｃ  電磁弁
９ａ  ガス排気装置
９ｂ  ガス排気ライン
９ｃ  電磁弁
１０ａ  酸素供給装置
１０ｂ  酸素供給ライン
１０ｃ  電磁弁
１１  鏡筒
１２  不活性ガス供給ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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