(57)【要約】【課題】露光用に紫外線を用いる半導体露光装置において、通常の露光経路以外の箇所に付着した汚染物質を、光洗浄によって効率良く自己洗浄する。【解決手段】通常の露光時にパターン原板１５をセットするための原板ホルダ１６に、自己洗浄時には、石英ガラス板の中央部に凹レンズ状の凹部２２が形成された透過板２０をセットし、光源１１から紫外線を照射する。紫外線は透過板２０の凹レンズによって拡散され、投影レンズ１７の表面全体に照射される。これにより、投影レンズ１７の表面に付着していた汚染物質は、紫外線の持つ強力なエネルギーでその分子結合が切断され、分解及び気化されて除去される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光用の紫外線を出力する光源と、前記光源から出力された紫外線を露光パターンが形成された露光マスクに導く光学系と、前記露光パターンを被処理物に投影する投影レンズとを備えた半導体露光装置の自己洗浄方法であって、
前記露光マスクに代えて、前記光学系で導かれた紫外線を拡散させて前記投影レンズに照射するための透過板を配置し、
前記光源から出力されて前記透過板で拡散された紫外線を前記投影レンズの全面に照射して、該投影レンズの表面を光洗浄することを特徴とする半導体露光装置の自己洗浄方法。
【請求項２】
前記透過板は、表面にレンズ状の凹部を有する石英ガラス板、または表面に輪帯状の凹レンズを同心円状に配置した石英ガラス板で構成したことを特徴とする請求項１記載の半導体露光装置の自己洗浄方法。
【請求項３】
前記透過板は、一方の面にレンズ状の凹部を有し、他方の面に輪帯状の凹レンズを同心円状に配置した石英ガラス板で構成したことを特徴とする請求項１記載の半導体露光装置の自己洗浄方法。
【請求項４】
露光用の紫外線を出力する光源と、前記光源から出力された紫外線を露光パターンが形成された露光マスクに導く光学系と、前記露光パターンを被処理物に投影する投影レンズとを備えた半導体露光装置の自己洗浄方法であって、
前記露光マスクに代えて、前記光学系で導かれた紫外線を集中させて前記投影レンズに照射するための透過板を配置し、
前記光源から出力されて前記透過板で集中された紫外線を前記投影レンズの中央部に照射して、該投影レンズの内部を光洗浄することを特徴とする半導体露光装置の自己洗浄方法。
【請求項５】
前記透過板は、表面にレンズ状の凸部を有する石英ガラス板、または表面に輪帯状の凸レンズを同心円状に配置した石英ガラス板で構成したことを特徴とする請求項４記載の半導体露光装置の自己洗浄方法。
【請求項６】
前記透過板は、一方の面にレンズ状の凸部を有し、他方の面に輪帯状の凸レンズを同心円状に配置した石英ガラス板で構成したことを特徴とする請求項４記載の半導体露光装置の自己洗浄方法。
【請求項７】
露光用の紫外線を出力する光源と、前記光源から出力された紫外線を露光パターンが形成された露光マスクに導く光学系と、前記露光パターンを被処理物に投影する投影レンズとを備えた半導体露光装置において、前記露光マスクに代えて配置して前記紫外線によって前記投影レンズを洗浄するための自己洗浄用透過板であって、
前記光学系で導かれた紫外線を拡散または集中させて前記投影レンズに照射することを特徴とする自己洗浄用透過板。
【請求項８】
前記自己洗浄用透過板は、表面にレンズ状の凹部または凸部を有する石英ガラス板、或いは表面に輪帯状の凹レンズまたは凸レンズを同心円状に配置した石英ガラス板で構成したことを特徴とする請求項７記載の自己洗浄用透過板。
【請求項９】
前記自己洗浄用透過板は、一方の面にレンズ状の凹部を有し、他方の面に輪帯状の凹レンズを同心円状に配置した石英ガラス板で構成したことを特徴とする請求項７記載の自己洗浄用透過板。
【請求項１０】
前記自己洗浄用透過板は、一方の面にレンズ状の凸部を有し、他方の面に輪帯状の凸レンズを同心円状に配置した石英ガラス板で構成したことを特徴とする請求項７記載の自己洗浄用透過板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体露光装置の自己洗浄方法と自己洗浄用透過板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−３３５２０６号公報
【０００４】
半導体集積回路の製造では、素子や配線のパターン形成において、露光装置を用いて半導体ウエハ上に塗布したホトレジストに光を照射してパターニングを行うホトリソグラフィ技術が用いられている。
【０００５】
近年の半導体回路の高集積化に伴い、より高密度かつ微細なパターン形成が求められており、その解決策として露光光源の短波長化が進んでいる。現在、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマ光源や、波長１５７ｎｍのＦ２光源が開発段階となっている。
【０００６】
このような光源を用い、高密度かつ微細なパターン形成を行う露光装置では、空気中の汚染物質が光学部品の表面に付着して照度の低下や、照度むらなどの悪影響を及ぼすので、光路内を常に窒素ガスでパージして汚染物質の影響を少なくする窒素パージが行われている。しかし、そのような窒素パージを十分に行っても、光路系のメンテナンスによる大気開放や、通常露光動作でも光学部品の汚染による照度の低下や、照度むらなどの悪影響が発生する。
【０００７】
そのため、特に短波長の露光光源を用いた露光装置では、光源から出力される波長２００ｎｍ以下の紫外線を光学系に照射し、この光学系の表面に付着した汚染物質の主成分である炭素化合物の化学結合を、紫外線の持つ強力なエネルギーで切断して、分解させる光洗浄と呼ばれる自己洗浄方法が併用されている。
【０００８】
例えば、前記特許文献１には、照明光を出力するための照明光学系１と、照明光の露光に有効な波長のみを透過するフィルタ３と、所要の露光パターンが形成される露光マスク４と、その露光パターンを被処理物１０に投影するための投影光学系５と、被処理物１０を載置するホルダ６と、このホルダ６を前記投影光学系５に対して移動させるためのステージ７を有する投影式露光機において、自己洗浄時に、フィルタ３と露光マスク４に代えて紫外線フィルタ２を光路に位置させ、この紫外線フィルタ２を透過した紫外線を投影光学系５を通してホルダ６に照射し、このホルダ６上に付着している有機系の異物及び不純物を酸化除去する技術が記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の投影式露光機では、次のような課題があった。
即ち、フィルタ３と露光マスク４に代えて紫外線フィルタ２を光路に位置させているので、光洗浄用の紫外線は、通常の露光時の光路と同じ経路で同じ箇所に照射される。このため、通常の露光経路以外の箇所に付着した汚染物質を洗浄することができず、残留した汚染物質が露光光路に移動して悪影響を与えることがあった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１〜３の発明は、露光用の紫外線を出力する光源と、前記光源から出力された紫外線を露光パターンが形成された露光マスクに導く光学系と、前記露光パターンを被処理物に投影する投影レンズとを備えた半導体露光装置の自己洗浄方法で、前記露光マスクに代えて、前記光学系で導かれた紫外線を拡散させて前記投影レンズに照射するための透過板を配置し、前記光源から出力されて前記透過板で拡散された紫外線を前記投影レンズの全面に照射して、該投影レンズの表面を光洗浄することを特徴としている。
【００１１】
請求項４〜６の発明は、露光用の紫外線を出力する光源と、前記光源から出力された紫外線を露光パターンが形成された露光マスクに導く光学系と、前記露光パターンを被処理物に投影する投影レンズとを備えた半導体露光装置の自己洗浄方法で、前記露光マスクに代えて、前記光学系で導かれた紫外線を集中させて前記投影レンズに照射するための透過板を配置し、前記光源から出力されて前記透過板で集中された紫外線を前記投影レンズの中央部に照射して、該投影レンズの内部を光洗浄することを特徴としている。
【００１２】
請求項７〜１０の発明は、露光用の紫外線を出力する光源と、前記光源から出力された紫外線を露光パターンが形成された露光マスクに導く光学系と、前記露光パターンを被処理物に投影する投影レンズとを備えた半導体露光装置において、前記露光マスクに代えて配置して前記紫外線によって前記投影レンズを洗浄するための自己洗浄用透過板を、前記光学系で導かれた紫外線を拡散または集中させて前記投影レンズに照射するように構成している。
【００１３】
本発明によれば、以上のように半導体露光装置の自己洗浄方法、及び自己洗浄用透過板を構成したので、自己洗浄時に次のような作用が行われる。
【００１４】
光源から出力された露光用の紫外線は、光学系を通して露光マスク設置箇所にセットされた自己洗浄用の透過板に導かれる。透過板に入射された紫外線は、この透過板によって拡散または集中されて投影レンズに照射される。このため、投影レンズの周辺部や内部で、通常の露光時には紫外線が通過しない箇所にも紫外線が照射される。これにより、投影レンズの表面に付着されている汚染物質の分子結合が、紫外線の持つ強力なエネルギーで切断され、分解及び気化されて除去される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態を示す半導体露光装置の概略の構成図である。なお、図１（ａ）は全体構成図、同図（ｂ）は自己洗浄時に用いる透過板２０の平面図、及び同図（ｃ）は同図（ｂ）のＸ−Ｘ断面を示す図である。
【００１６】
この半導体露光装置は、図１（ａ）に示すように、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマ光や、波長１５７ｎｍのＦ２光等の極短波長の紫外線を発生する露光用の光源１１を有している。光源１１の出力側には光源側光学系１２が配置され、その出力側にミラー１３が設けられている。ミラー１３で光路を９０度変えられた紫外線は、コンデンサレンズ１４に導かれ、このコンデンサレンズ１４によって均一な平行光線として出力されるようになっている。コンデンサレンズ１４の出力側には、パターン原板１５をセットするための原板ホルダ１６が設けられている。
【００１７】
更に、原板ホルダ１６の出力側には、パターン原板１５上の回路パターンを正確に縮小して被処理物の表面に投影するための投影レンズ１７が配置されている。そして、投影レンズ１７の先に被処理物であるウエハ１８を載置して、この投影レンズ１７に対して移動させるためのステージ１９が設けられている。
【００１８】
一方、図１（ｂ），（ｃ）に示す透過板２０は、図１（ａ）の半導体露光装置の自己洗浄時に、パターン原板１５に代えて、原板ホルダ１６にセットして用いるものである。この透過板２０は、露光処理に用いるパターン原板１５と同じ寸法（例えば、厚さが５ｍｍで、１辺が１５０ｍｍ程度の正方形）で、同じ材質（例えば、石英ガラス）で形成されている。但し、透過板２０のコンデンサレンズ１４側の表面は平らに形成され、投影レンズ１７側の面には、周囲のハンドリング部２１を除いて、例えば直径１３０ｍｍ程度の凹レンズを形成する凹部２２が設けられている。
【００１９】
次に、この半導体露光装置の動作を説明する。
通常の露光時には、所定の回路パターンが形成されたパターン原板１５を原板ホルダ１６にセットすると共に、ステージ１９上にウエハ１８を載置し、光源１１から紫外線を出力する。これにより、光源１１から出力された紫外線は、光源側光学系１２、ミラー１３及びコンデンサレンズ１４によって、均一な平行光線となってパターン原板１５に照射される。更に、パターン原板１５を透過した紫外線は、平行光線のまま投影レンズ１７に入射される。
【００２０】
投影レンズ１７によって、パターン原板１５上の回路パターンが縮小されてウエハ１８上に投影される。ステージ１９を順次移動させ、移動箇所毎に図示しないシャッタを開閉することによって、ウエハ１８の表面に回路パターンを露光する。これにより、ウエハ１８上に複数の同一の回路パターンが露光される。
【００２１】
この半導体露光装置の投影レンズ１７やステージ１９の汚染物質を洗浄する時は、パターン原板１５を取り外し、代わりに原板ホルダ１６に透過板２０をセットする。そして、光源１１から紫外線を出力する。これにより、光源１１から出力された紫外線は、光源側光学系１２、ミラー１３及びコンデンサレンズ１４によって、均一な平行光線となって透過板２０に照射される。
【００２２】
透過板２０に照射された紫外線は、この透過板２０に形成された凹部２２を通過することによって外側に屈折されて拡散され、投影レンズ１７の表面全体に射出される。これにより、投影レンズ１７の表面に付着されている汚染物質の分子結合が、紫外線の持つ強いエネルギーで切断され、分解及び気化されて除去される。
【００２３】
以上のように、この第１の実施形態の半導体露光装置は、原板ホルダ１６にセットして、光源側から平行光線として入射される極短波長の紫外線を、外側に拡散して射出する凹レンズ状の凹部２２が形成された透過板２０を有している。これにより、通常の露光では紫外線が照射されない箇所にも、光洗浄用の紫外線を照射することが可能になり、投影レンズ１７の効果的な自己洗浄ができるという利点がある。また、透過板２０は、石英ガラスを材料としているので、紫外線の減衰が少なく高い洗浄力が得られるという利点がある。
【００２４】
（第２の実施形態）
図２（ａ），（ｂ）は、本発明の第２の実施形態を示す透過板２０Ａであり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はこの透過板２０Ａの中心軸を通り平面に垂直な断面を示す断面図である。
【００２５】
この透過板２０Ａは、図１（ｂ）の透過板２０と同じ目的で使用するもので、凹レンズ状の凹部２２に代えて、輪帯状にした凹レンズを同心円状に配置したフレネルレンズ２３を表面に形成したものである。
【００２６】
この透過板２０Ａの材質や寸法は、図１（ｂ）の透過板２０と同じであり、例えば、厚さが５ｍｍで１辺が１５０ｍｍ程度の正方形の石英ガラス板の表面に、断面が鋸歯状となるように同心円状の溝を切削することによって製作することができる。また、耐熱性の透明樹脂で形成されたフレネルレンズを張り付けて製作することも可能である。
【００２７】
この第２の実施形態の透過板２０Ａは、第１の実施形態の透過板２０と同様の自己洗浄効果を有し、かつ透過板２０よりも薄くしたり、広い範囲に紫外線を拡散することができるという利点がある。
【００２８】
（第３の実施形態）
図３（ａ），（ｂ）は、本発明の第３の実施形態を示す透過板２０Ｂであり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はこの透過板２０Ｂの中心軸を通り平面に垂直な断面を示す断面図である。
【００２９】
この透過板２０Ｂは、図１（ｂ）の透過板２０と同じ目的で使用するもので、表面に凹レンズ状の凹部２２を設けると共に、裏面に図３と同様の、輪帯状にした凹レンズを同心円状に配置したフレネルレンズ２３を形成したものである。
【００３０】
この透過板２０Ｂの材質や寸法は、図１（ｂ）の透過板２０と同じであり、例えば、厚さが５ｍｍで１辺が１５０ｍｍ程度の正方形の石英ガラス板の表面を凹レンズ状に研磨し、裏面には断面が鋸歯状となるように同心円状の溝を切削することによって製作することができる。
【００３１】
この第３の実施形態の透過板２０Ｂは、第１及び第２の実施形態の透過板２０，２０Ａよりも薄く形成することができ、かつ、これらの透過板２０，２０Ａと同様の自己洗浄効果を有するという利点がある。
【００３２】
（第４の実施形態）
前記第１〜第３の実施形態で使用した透過板２０，２０Ａ，２０Ｂは、光洗浄用の紫外線を投影レンズ１７の表面全体に照射し、その表面における周辺部の汚染物質を除去することを主目的としている。しかし、投影レンズ１７は複数のレンズを組み合わせて構成されているので、この投影レンズ１７の表面全体に紫外線を照射しても、内部の各レンズの表面全体に紫外線が照射されるとは限らない。むしろ、投影レンズ１７の表面に紫外線を拡散して照射することによって、内部のレンズには紫外線が集中して照射されることもある。一方、これらの内部の各レンズの表面にも汚染物質が付着することも考えられる。
【００３３】
この第４の実施形態以降は、投影レンズ１７を構成する内部のレンズの洗浄を目的としたもので、第１〜第３の実施形態と併用することにより、半導体露光装置の自己洗浄効果を高めるものである。
【００３４】
図４（ａ），（ｂ）は、本発明の第４の実施形態を示す透過板２０Ｃであり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はこの透過板２０Ｃの中心軸を通り平面に垂直な断面を示す断面図である。
【００３５】
この透過板２０Ｃは、図１（ａ）の半導体露光装置の自己洗浄時に、パターン原板１５に代えて、原板ホルダ１６にセットして用いるものである。この透過板２０Ｃは、パターン原板１５と同様に、１辺が１５０ｍｍ程度の正方形の石英ガラスで形成され、その表面には、周囲のハンドリング部２１を除いて、例えば直径１３０ｍｍ程度の凸レンズを形成する凸部２４が設けられている。
【００３６】
この透過板２０Ｃでは、自己洗浄時に表面に照射された紫外線は、中央部に形成された凸部２４を通過することによって中心側に屈折されて集中され、投影レンズ１７の中央部に照射される。これにより、投影レンズ１７を構成する複数のレンズには、通常の露光時とは異なる光路を通って紫外線が照射される。これにより、紫外線の照射された箇所に付着されている汚染物質の分子結合が、紫外線の持つ強力なエネルギーで切断され、分解及び気化されて除去される。
【００３７】
以上のように、この第４の実施形態の透過板２０Ｃは、原板ホルダ１６にセットして、光源側から平行光線として入射される極短波長の紫外線を、内側に集中して射出する凸レンズ状の凸部２４を有している。これにより、通常の露光や第１〜第３の実施形態では紫外線が照射されない投影レンズ１７の内部の箇所にも、光洗浄用の紫外線を照射することが可能になる。従って、第１〜第３の実施形態と併用することによって、投影レンズ１７内部の効果的な自己洗浄ができるという利点がある。
【００３８】
（第５の実施形態）
図５（ａ），（ｂ）は、本発明の第５の実施形態を示す透過板２０Ｄであり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はこの透過板２０Ｄの中心軸を通り平面に垂直な断面を示す断面図である。
【００３９】
この透過板２０Ｄは、図４の透過板２０Ｃと同じ目的で使用するもので、凸レンズ状の凸部２４に代えて、輪帯状にした凸レンズを同心円状に配置したフレネルレンズ２５を表面に形成したものである。
【００４０】
この透過板２０Ｄの材質や寸法は、図２の透過板２０Ａと同じであり、例えば、厚さが５ｍｍで１辺が１５０ｍｍ程度の正方形の石英ガラス板の表面に、断面が鋸歯状となるように同心円状の溝を切削することによって製作することができる。また、耐熱性の透明樹脂で形成されたフレネル・レンズを張り付けて製作することも可能である。
【００４１】
この第５の実施形態の透過板２０Ｄは、第４の実施形態の透過板２０Ｃよりも薄く形成することができ、かつ、この透過板２０Ｃと同様の自己洗浄効果を有するという利点がある。
【００４２】
（第６の実施形態）
図６（ａ），（ｂ）は、本発明の第６の実施形態を示す透過板２０Ｅであり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はこの透過板２０Ｅの中心軸を通り平面に垂直な断面を示す断面図である。
【００４３】
この透過板２０Ｅは、図４の透過板２０Ｃと同じ目的で使用するもので、表面に凸レンズ状の凸部２４を設けると共に、裏面に図５と同様の、輪帯状にした凸レンズを同心円状に配置したフレネルレンズ２５を形成したものである。
【００４４】
この透過板２０Ｅの材質や寸法は、図３の透過板２０Ｂと同じであり、例えば、１辺が１５０ｍｍ程度の正方形の石英ガラス板の表面を凸レンズ状に研磨し、裏面には断面が鋸歯状となるように同心円状の溝を切削することによって製作することができる。
【００４５】
この第６の実施形態の透過板２０Ｅは、第４及び第５の実施形態の透過板２０Ｃ，２０Ｄよりも薄く形成することができ、かつ、これらの透過板２０Ｃ，２０Ｄと同様の自己洗浄効果を有するという利点がある。
【００４６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。この変形例としては、例えば、次のようなものがある。
【００４７】
（ａ）  図１の半導体露光装置では、自己洗浄時に、紫外線を透過板２０の平面側から入射し、凹部２２側から射出するようにしているが、逆に凹部２２側に紫外線を入射するようにセットしても良い。同様に、図２〜図６の透過板２０Ａ〜２０Ｅも、セットする向きはどちらでも良い。
【００４８】
（ｂ）  透過板２０等の寸法及び材質は、例示したものに限定されない。紫外線を低損失で拡散または集中させて透過することができるものであれば良い。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、露光マスクに代えて透過板を配置し、この透過板によって光源から出力された紫外線を拡散させて投影レンズに照射するようにしている。これにより、簡単な構成で効率良く投影レンズの表面を光洗浄することができる。
【００５０】
請求項２の発明によれば、透過板を、表面にレンズ状の凹部を有する石英ガラス板、または表面に輪帯状の凹レンズを同心円状に配置した石英ガラス板で構成しているので、紫外線をほとんど減衰させることなく、投影レンズの表面全体に効率良く照射することができる。
【００５１】
請求項３及び９の発明によれば、透過板を、一方の面にレンズ状の凹部を有し、他方の面に輪帯状の凹レンズを同心円状に配置した石英ガラス板で構成しているので、より広い範囲に効率良く紫外線を拡散させることができる。
【００５２】
請求項４の発明によれば、露光マスクに代えて透過板を配置し、この透過板によって光源から出力された紫外線を集中させて投影レンズに照射するようにしている。これにより、簡単な構成で効率良く投影レンズを構成する内部のレンズの表面を光洗浄することができる。
【００５３】
請求項５の発明によれば、透過板を、表面にレンズ状の凸部を有する石英ガラス板、または表面に輪帯状の凸レンズを同心円状に配置した石英ガラス板で構成しているので、紫外線をほとんど減衰させることなく、投影レンズの中央部に効率良く照射することができる。
【００５４】
請求項６及び１０の発明によれば、透過板を、一方の面にレンズ状の凸部を有し、他方の面に輪帯状の凸レンズを同心円状に配置した石英ガラス板で構成しているので、より狭い範囲に効率良く紫外線を集中させることができる。
【００５５】
請求項７の発明によれば、露光マスクに代えて透過板を配置し、この透過板によって光源から出力された紫外線を拡散または集中させて投影レンズに照射するようにしている。これにより、簡単な構成で効率良く投影レンズの表面または内部を光洗浄することができる。
【００５６】
請求項８の発明によれば、自己洗浄用透過板を、表面にレンズ状の凹部または凸部を有する石英ガラス板、或いは表面に輪帯状の凹レンズまたは凸レンズを同心円状に配置した石英ガラス板で構成している。これにより、紫外線をほとんど減衰させることなく、拡散または集中させて投影レンズに効率良く照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す半導体露光装置の概略の構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す透過板２０Ａの平面図と断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態を示す透過板２０Ｂの平面図と断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態を示す透過板２０Ｃの平面図と断面図である。
【図５】本発明の第５の実施形態を示す透過板２０Ｄの平面図と断面図である。
【図６】本発明の第６の実施形態を示す透過板２０Ｅの平面図と断面図である。
【符号の説明】
１１    光源
１２    光源側光学系
１３    ミラー
１４    コンデンサレンズ
１５    パターン原板
１６    原板ホルダ
１７    投影レンズ
１８    ウエハ
１９    ステージ
２０〜２０Ｅ    透過板
２１    ハンドリング部
２２    凹部
２３，２５    フレネルレンズ
２４    凸部
【図１】
2004349648.tif 000003
【図２】
2004349648.tif 000004
【図３】
2004349648.tif 000005
【図４】
2004349648.tif 000006
【図５】
2004349648.tif 000007
【図６】
2004349648.tif 000008