(57)【要約】      （修正有）【課題】高負荷の露光条件であっても結像性能が優れかつスループットの高い露光処理を行える露光装置を提供する。【解決手段】投影光学系５を介して原版３に形成されたパターンを基板４に露光転写する露光装置である。露光装置は、投影光学系５を収容するチャンバ１１と、温度調節ユニットとを備える。温度調節ユニットは、チャンバ１１の内部に温度制御されたガスを供給する供給管１９とチャンバ１１の内部からガスを排出する排出管１８とガス供給及びガス排出を制御する制御器２１を含む。制御器２１は、ガス供給及びガス排出を、露光時には行わず、非露光時に行うように制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影光学系を介して原版に形成されたパターンを基板に露光転写する露光装置であって、
前記投影光学系を収容するチャンバと、
前記チャンバの内部に温度制御されたガスを供給する供給管と前記チャンバの内部からガスを排出する排出管とガス供給及びガス排出を制御する制御器を含む温度調節ユニットと、を備え、
前記制御器は、前記ガス供給及び前記ガス排出を、露光時には行わず、非露光時に行うように制御することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記排出管の排出口は、前記供給管の供給口よりも上部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記供給管及び前記排出管の少なくとも１つは、前記チャンバの内部に収容された前記投影光学系を構成する光学素子まで延びた延長部を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記投影光学系は、鉛直方向に入射する露光光を前記鉛直方向に出射するものであって、前記鉛直方向と交差する方向に延びる光軸を有する光学要素を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項５】
前記供給管及び前記排出管は、露光光を遮らないように配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項６】
前記排出管の排出口での温度を検出するセンサ、をさらに備え、
前記制御器は、前記センサの検出温度に応じて、ガスの供給流量及び排出流量を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項７】
前記制御器は、前記ガス供給及び前記ガス排出を、前記基板を入れ替えるとき、若しくは、露光動作を待機しているときに行うように制御することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の露光装置を用いて、原版に形成されたパターンを基板に露光転写する工程と、
前記パターンが露光転写された前記基板を現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置及びデバイス製造方法に関する。特に、大型のガラス基板を投影露光する際に用いられるミラープロジェクションタイプの露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ワープロ、パソコン、テレビ等の表示素子として液晶パネルが多く使用されるようになってきた。液晶パネルはガラス基板上に透明薄膜電極をフォトリソグラフィー法により投影露光することによって製造される。このフォトリソグラフィーでは、凹面反射面と凸面反射面を組み合わせた投影光学系を使用するミラープロジェクションタイプの露光装置が使用されている。このような露光装置は、特許文献１に開示されている。
【０００３】
また、投影光学系のチャンバに温調空気を供給する吸気ダクト及びチャンバから排気を行う排気ダクトを設けた露光装置が特許文献２及び特許文献３に開示されている。特許文献２に開示の露光装置は、投影光学系のうち非球面レンズを有する非球面ユニット内に温度が制御されたヘリウムガスを循環して非球面レンズの光学特性を安定化する。特許文献３に開示の露光装置は、チャンバ内の温度が規定温度から外れたことを検知したときに温調空気によって投影光学系の温度を所定温度に保つように制御されている。
【特許文献１】特開平７−５７９８６号公報
【特許文献２】特開１１−６７６５１号公報
【特許文献３】特開２００１−２４４１７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ミラープロジェクション方式の露光装置を用いて液晶パネルをフォトリソグラフィー法により製造する際、精細度を向上することを必要とされる場合がある。その場合、照明系の照度を上げ、液晶基板のステージ速度を下げることで、単位時間あたりに大きいエネルギー（ＤＯＳＥ、露光量）が基板に与えられることがある。以下、このような露光プロセスを高ＤＯＳＥ露光プロセス（高負荷露光プロセス、高エネルギー入射プロセス）と呼ぶ。高ＤＯＳＥ露光プロセスでは基板に大きい熱負荷がかかる。高ＤＯＳＥ露光プロセスでは、通常ＤＯＳＥのプロセスとは違い多くの熱が発生するため、投影光学系が搭載される鏡筒内部の温度状態が大きく上昇する。特に、鏡筒上部においての温度上昇はより顕著である。このように鏡筒内部の温度が上昇する高ＤＯＳＥ露光プロセスでは、ディストーションが発生する等、通常ＤＯＳＥのプロセス時では問題の無かった結像性能が悪化する課題があった。
【０００５】
また、特許文献２記載の露光装置は、露光時においても温度制御されたヘリウムガスを循環させるので、ガスの流れによって光学素子が振動し、結像性能が悪化するおそれがあった。
【０００６】
さらに、特許文献３記載の露光装置では、チャンバ内の温度が規定温度から外れたことを検知したときに投影光学系の温度を制御するため、露光時及び非露光時（基板の入れ替え時など）を併せた露光処理全体としてのスループットが不十分であった。
【０００７】
本発明は、高負荷の露光条件であっても結像性能が優れかつスループットの高い露光処理を行える露光装置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】
【０００８】
本発明は、投影光学系を介して原版に形成されたパターンを基板に露光転写する露光装置であって、投影光学系を収容するチャンバと、チャンバの内部に温度制御されたガスを供給する供給管とチャンバの内部からガスを排出する排出管とガス供給及びガス排出を制御する制御器を含む温度調節ユニットと、を備え、制御器は、ガス供給及びガス排出を、露光時には行わず、非露光時に行うように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高負荷の露光条件であっても結像性能が優れかつスループットの高い露光処理を行える露光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
［露光装置の実施形態］
図３を用いて、本発明に係る露光装置の一例を説明する。この実施形態の露光装置は液晶パネルを製造するためのミラープロジェクションタイプの走査型露光装置である。
【００１１】
照明系１によって照明される原版（マスク）３に形成されたパターンは、光学薄体６、反射ミラー７、凹面鏡８、凸面鏡９、再び凹面鏡８、反射ミラー７、そして光学薄体６を経て基板（ガラス基板、ガラスプレート）４に結像され露光転写される。この状態において、原版３と基板４とを走査させ、原版３に形成されたすべてのパターンを基板４に転写する。アライメントスコープ２は、原版３と基板4とのアライメントマークを検出する。２つの光学薄体６、反射ミラー７、凹面鏡８、凸面鏡９は、投影光学系（ミラー光学系）５を構成する光学素子である。投影光学系５を構成する光学要素のうち、反射ミラー７、凹面鏡８及び凸面鏡９は、鉛直方向と交差する方向に延びる光軸を有している。投影光学系５は、チャンバ（鏡筒）の内部に収容されている。
【００１２】
反射ミラー７、凹面鏡８、凸面鏡９の材質としては、チャンバの内部温度が上昇した場合においても結像性能への影響を避けるために、熱膨張係数の小さい高安定性ガラス、例えばショット製のゼロデュア（登録商標）等が使用され得る。
【００１３】
露光装置は、チャンバの内部に温度制御されたガスを供給する供給管とチャンバの中からガスを排出する排出管とガス供給及びガス排出を制御する制御器２１を含む温度調節ユニットを有している。供給管及び排出管を含むチャンバ（鏡筒）の構造について、２つの例を用いて説明する。
【００１４】
（第１例）
図１を用いて、チャンバ１１の構造の第１例について説明する。図１中、投影光学系５を通る露光光の軌跡を光束１２として示す。チャンバ１１、その他の露光装置の構成部品（照明系１、アライメントスコープ２、原版を保持して移動する原版ステージや基板を保持して移動する基板ステージなど）は、その性能を保証するために、不図示の温調チャンバ内に設置されるのが一般的である。
【００１５】
このようなチャンバ１１において、高ＤＯＳＥ露光のプロセスを行うと、通常ＤＯＳＥの露光時と比較し、チャンバ１１の内部温度が高くなる。これは、各々の投影光学系５に含まれる光学要素に入射する光のエネルギーが大きくなり、暖められた光学要素が、そのまわりの空気を暖めるからである。特に、暖かい空気は上部に移動するので、チャンバ１１の内部上方におけるガス例えば空気の温度は下方に比べ高くなる。このような状態では、温度が上昇したガスの屈折率が変化し、その影響で通常ＤＯＳＥプロセス時と比較して結像性能が悪化する場合がある。特に、ミラープロジェクションタイプの露光装置における投影光学系５は、露光光の入射方向及び出射方向である鉛直方向と交差する方向に延びる光軸を有する光学要素の凹面鏡８と凸面鏡９を備えている。したがって、チャンバ１１内部における鉛直方向上方と下方での温度差は、凹面鏡８と凸面鏡９において鉛直方向での温度差に影響し、像高による結像性能の悪化が顕著になってしまう。
【００１６】
チャンバ１１の中の設置される光学要素の光路の上流側すなわちチャンバ１１内の上部に位置するもの程、チャンバ１１内の下部に位置するものよりも強く暖められる。また、光学要素を介して暖められた空気はチャンバ１１内の上部に上昇する。第１例では、チャンバ１１の中の暖められた空気を排出する排出管１８がチャンバ１１の上部に接続され、チャンバ１１の中の温度を下げるための空気を供給する供給管１９がチャンバ１１の下部に接続されている。すなわち、第１例では、排出管１８の排出口１４と供給管１９の供給口１５はチャンバ１１の壁面に設けられ、かつ、排出口１４は供給口１５よりも上部に配置されている。排出口１４及び供給口１５は、第１例においてそれぞれ２箇所設けられているが、１箇所又は３箇所以上であっても構わない。
【００１７】
第１例では、供給されるガス及び排出されるガスは空気であるが、投影光学系５に悪影響を与えずにチャンバ１１の内部の温度を下げるものであれば不活性ガス等他のガスも使用し得る。
【００１８】
例えば排出口１４を介して暖められた空気を排出するだけでは、チャンバ１１の内部がチャンバ１１の外部に対して負圧になってしまい、投影光学系５を構成する光学要素等の曇りの原因となる物質をチャンバ１１の内部に引き込んでしまう可能性がある。そのため、チャンバ１１の内部における空気の圧力は外部の空気の圧力に対して正圧とされる必要がある。すなわち、供給される空気の流量は、排出される空気の流量以上でなければならない。
【００１９】
さらに、供給口１５を通してチャンバ１１の中に供給される空気の温度は、温度調節されていることが必要である。温度は、露光装置の性能が保証される基準の温度が望ましい。温度を一定にすることができる不図示のチラー等を通して空気を供給し得る。また、供給口１５を通して空気を入れる方法に関し、不図示のファン、又は、チャンバ１１を囲む温調チャンバの空気吹き出し口から分岐する方法が考えられる。チャンバ１１の中の上部に存在する、暖められた空気１３を排出口１４から排出する方法に関しても、不図示のファン、又は、チャンバ１１を囲む温調チャンバの空気回収口への接続という方法が考えられる。
【００２０】
チャンバ１１の中の温度は、例えば２３．０℃〜２３．２℃程度の範囲内に維持されることが好ましい。そのために、露光装置は、チャンバ１１の中における空気の温度を検出するセンサ２０と、検出温度に応じて空気の供給流量と排出流量とを制御する制御器２１を設けることが好ましい。センサ２０は、例えば、暖められた空気が存在する排出口１４の近傍に配置され得る。センサ２０及び制御器２１は、排出管１８、供給管１９とともに温度調節ユニットを構成する。
【００２１】
次に、図４を用いて空気の供給及び排出を行うタイミングについて説明する。図４は、露光プロセスの時間経過とチャンバ１１の中の温度状態との関係を模式的に示したものである。高ＤＯＳＥ露光プロセスを行った場合、チャンバ１１の中の温度は、時間の経過に連れて上昇していく。空気の入れ替えを行わない場合、チャンバ１１の中の温度は、結像性能に悪影響を及ぼす異常温度範囲に入ってしまう。一方、基板の入れ替えを行うときに空気の入れ替えを行う場合、チャンバ１１の中の温度を結像性能において正常である、正常温度範囲に留めることが可能である。
【００２２】
空気の入れ替え、すなわちガス供給及びガス排出は、パターンを基板に転写する露光時には行わず、基板を入れ替える時のような非露光時に行うように、制御器２１によってタイミング制御される。なお、非露光時には、基板の入れ替え時の他に、複数ロットの基板を処理する際に各ロット間で露光動作を待機している時も含まれうる。高ＤＯＳＥ露光プロセスの露光時に空気の入れ替えを行うと、チャンバ１１に接続されている不図示のファン等の振動が投影光学系５に伝播し、結像性能に悪影響を及ぼす可能性があるので、非露光時に空気の入れ替えを行うのが好ましい。
【００２３】
（第２例）
図２は、チャンバ１１の構造の第２例を示す図である。第２例は、チャンバ１１の中の特定部分の温度が、高ＤＯＳＥ露光プロセス中に高くなり、結像性能に悪影響を及ぼす場合に有効である。
【００２４】
例えば、高ＤＯＳＥ露光プロセス中に凸面鏡９の上方の空気温度が高くなるとわかっている場合、凸面鏡９の近傍（上方）に漏斗形状の排出口１４が位置するように排出管１８はチャンバ１１の内部まで延びる延長部を含む。排出口１４は、漏斗形状であるので温度上昇した空気１６を一旦受ける。このような構成にすれば、凸面鏡９の上方で暖められた空気１６は、漏斗形状の排出口１４、排出管１８通じてチャンバ１１の中から効率的に排出されることになる。第２例では、特に凸面鏡９の上方で暖められることを想定している。しかし、その他の光学要素、例えば凹面鏡８や反射ミラー７の上方で空気が特に暖められる場合は、そこに漏斗形状の排出口１４が位置するように、チャンバ１１の中まで延ばされた排出管１８の延長部を移動させればよい。また、当然のことながら、漏斗形状の排出口１４を含めた排出管１８及び供給管１９が、露光光を遮らないように配置されなければならない。この例では、センサ２０は排出口１４の近傍に設けられる。
【００２５】
空気を供給する供給口１５の形状、配置位置についても、排出口１４と同様に設け得る。例えば凸面鏡９の上方が特に暖められることがわかっている場合は、凸面鏡９自体の冷却も兼ねて、供給する空気を凸面鏡９自体にぶつけるようにしても良い。
【００２６】
排出管１８及び供給管１９は、チャンバ１１内部の各光学要素に曇り等の問題を起こすことを避けるために、ガスの発生が少ない材質が望ましい。
【００２７】
露光装置のチャンバの構造を第１例、第２例のようなものとすることで、チャンバ１１内部の温度が異常に上昇することなく、所定の結像性能を得ることが可能となる。
【００２８】
［デバイス製造の実施形態］
次に、図５及び図６を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図５は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、液晶パネル、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。
ステップＳ１（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Ｓ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいて原版（マスク）を製作する。ステップＳ３（基板製造）ではシリコン等の材料を用いて基板を製造する。ステップＳ４（基板プロセス）は前工程と呼ばれ、原版（マスク）と基板を用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用して基板上に実際の回路を形成する。ステップＳ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４によって作製された基板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Ｓ６（検査）では、ステップＳ５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、それが出荷（ステップＳ７）される。
図６は、ステップＳ４の基板プロセスの詳細なフローチャートである。ステップＳ１１（酸化）では、基板の表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、基板の表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１３（電極形成）では、基板上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ１４（イオン打ち込み）では、基板にイオンを打ち込む。ステップＳ１５（レジスト処理）では、基板に感光剤を塗布する。ステップＳ１６（露光）では、露光装置によって原版（マスク）の回路パターンを基板に転写する。ステップＳ１７（現像）では、パターンが転写された基板を現像する。ステップＳ１８（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Ｓ１９（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基板上に多重に回路パターンが形成される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】チャンバの一例を説明する図。
【図２】チャンバの他例を説明する図。
【図３】露光装置の構成を説明する図。
【図４】チャンバ内の温度変化を説明するための図。
【図５】露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャート。
【図６】図５に示すフローチャートのステップＳ４における基板プロセスの詳細なフローチャート。
【符号の説明】
【００３０】
１：照明系、２：アライメントスコープ、３：原版（マスク）、４：基板、５：投影光学系（ミラー光学系）、６：光学薄体、７：反射ミラー、８：凹面鏡、９：凸面鏡、１１：チャンバ（鏡筒）、１２：光束、１３：温度上昇したガス（空気）、１４：排出口、１５：供給口、１６：凸面鏡上部で温度上昇したガス（空気）、１７：漏斗形状の排出口、１８：排出管、１９：供給管、２０：センサ、２１：制御器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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