(57)【要約】【課題】波長２００ｎｍ以下の真空紫外域の光線による露光であっても、ガスによる光線吸収量を低減し、かつペリクル膜の劣化も少ない、リソグラフィ工程における露光方法およびこの露光方法により得られる半導体素子を提供すること。【解決手段】露光光源と、フォトマスク基板上のフォトマスクパターンをペリクル膜で保護したフォトマスクユニットと、投影光学系とを備え、前記フォトマスクユニットを、前記フォトマスク基板表面および前記ペリクル膜表面とそれぞれ一定の距離を隔てて対向する光透過性の主面板を有する筐体に収容し、該筐体の内部を、活性ガスを含有する希ガスで充満させ、前記露光光源と前記筐体と前記投影光学系とを不活性ガス雰囲気下に設置して露光する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リソグラフィ工程において、
露光光源と、フォトマスク基板上のフォトマスクパターンをペリクル膜で保護したフォトマスクユニットと、投影光学系とを備え、
前記フォトマスクユニットを、前記フォトマスク基板表面および前記ペリクル膜表面とそれぞれ一定の距離を隔てて対向する光透過性の主面板を有する筐体に収容し、
該筐体の内部を、活性ガスを含有する希ガスで充満させ、
前記露光光源と前記筐体と前記投影光学系とを不活性ガス雰囲気下に設置して、
波長２００ｎｍ以下の真空紫外域の光線を露光することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記波長２００ｎｍ以下の真空紫外域の光線が波長１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザであることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
前記希ガスがヘリウムであることを特徴とする請求項１または２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記活性ガスが酸素であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の露光方法。
【請求項５】
前記希ガス中の活性ガス濃度が５〜４００ｐｐｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の露光方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の露光方法を用いて作製される半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子などのパターニングのためのリソグラフィ工程における露光方法に関する。より詳しくは、フォトマスク防護用ペリクルを通して露光を行うリソグラフィ工程における露光方法およびこの露光方法により得られる半導体素子に関する。
【０００２】
【発明の技術的背景】
フォトリソグラフィ工程では、ガラス板表面にクロム等の蒸着膜で回路パターンを形成したマスク等を用いて露光し、レジストを塗布したシリコンウエハー上にその回路パターンを転写する作業が行われている。このとき、マスク等に形成された回路パターンに塵挨等の異物が付着した状態で露光を行うと、ウエハー上にもその異物形状が転写され、不良製品となる。特にステッパーやスキャナー等を用いて露光を行うと、ウエハー上に形成される全てのチップが不良となる可能性が高くなり、マスク等の回路パターンヘの異物の付着は大きな問題である。
【０００３】
この問題を解消するため、図６に示すように、フォトマスク基板１の片面または両面にフォトマスク基板１と適当な距離を隔てて、使用する露光光源に対して透明な膜を配置する防塵用のペリクルが使用されている。このペリクルは、アルミニウム製保持枠であるペリクル枠３に透明な光線透過性のペリクル膜４を張設したものであり、ペリクル膜４を張設した面の反対側の面に粘着剤を塗布することにより、このペリクルをフォトマスク基板１上に取付けることができる。このペリクルを使用することにより、外部からの異物の侵入を防ぐことができ、またペリクル膜上に異物が付着してもウェハー上には転写されず、半導体素子等の製造時の歩留りが向上する。
【０００４】
近年の半導体素子や液晶素子の高集積化によるパターンの微細化に伴い、露光に使用される光源は、ｇ線（波長４３６ｎｍ）やｉ線（波長３６５ｎｍ）からＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）へ、さらにはＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）へと短波長化している。さらに、このＡｒＦエキシマレーザより短波長の光源として、真空紫外域のＦ２エキシマレーザ（１５７ｎｍ）が最有力視されている。しかし、このＦ２エキシマレーザは、大気中の酸素や水分によって吸収されるため、露光環境内を窒素でパージすることが必要不可欠であると言われている。
【０００５】
また、Ｆ２エキシマレーザを露光光源として使用すると、Ｆ２エキシマレーザのエネルギーの高さのために、有機物重合体からなるペリクル膜はレーザ照射により容易に劣化し、その寿命が非常に短くなるという問題がある。しかしながら、有機材料からなるペリクル膜は、膜厚を薄くかつ均一にできるという非常に大きな利点があり、現在、Ｆ２エキシマレーザ対応のペリクル膜、特にＦ２エキシマレーザ対応の有機材料からなるペリクル膜の開発が全力で進められている。
【０００６】
このようなＦ２エキシマレーザ対応のペリクル膜、たとえば、含フッ素系重合体からなるペリクル膜であっても、純窒素雰囲気下でＦ２エキシマレーザを照射すると、ペリクル膜の劣化が起こり、膜厚が減少するが、光線透過率も低下するため、安定に露光することができないという問題点がある。
【０００７】
このような問題点を解決するために、活性ガス、特に酸素を微量含有する窒素などの不活性ガス雰囲気下で露光する方法が提案されている（特許文献１および２）。この露光方法によると、酸素を含有する窒素雰囲気下で露光するとペリクル膜の劣化は抑制される。その効果は酸素濃度の増加とともに増大するが、それとともにガスによる光線吸収量が増大するという問題がある。また、酸素濃度を微量にするとガスによる光線吸収量が低減されるが、ペリクル膜の劣化は、純窒素雰囲気下よりは抑制されるものの、十分ではなかった。
【０００８】
このため、微量の酸素を含有する不活性ガスであっても、ガスによる真空紫外域の光線吸収量を低減し、かつペリクル膜の劣化を抑制することができる露光方法の開発が望まれている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１６０８８５号公報
【特許文献２】
特開２００２−１９６４７８号公報
【００１０】
【発明の目的】
本発明は、上記のような従来技術に伴う問題を解決しようとするものであって、Ｆ２エキシマレーザ等の真空紫外域の光線による露光を行う場合においても、ガスによる光線吸収量を低減し、かつペリクル膜の劣化も少ない、リソグラフィ工程における露光方法およびこの露光方法により得られる半導体素子を提供することを目的としている。
【００１１】
【発明の概要】
本発明者は、上記問題点を解決すべく鋭意研究し、不活性ガスとして希ガスを用い、微量の活性ガスと混合することによって、ペリクル膜の劣化を抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明に係る露光方法は、
リソグラフィ工程において、
露光光源と、フォトマスク基板上のフォトマスクパターンをペリクル膜で保護したフォトマスクユニットと、投影光学系とを備え、
前記フォトマスクユニットを、前記フォトマスク基板表面および前記ペリクル膜表面とそれぞれ一定の距離を隔てて対向する光透過性の主面板を有する筐体に収容し、
該筐体の内部を、活性ガスを含有する希ガスで充満させ、
前記露光光源と前記筐体と前記投影光学系とを不活性ガス雰囲気下に設置して、波長２００ｎｍ以下の真空紫外域の光線を露光することを特徴としている。
【００１３】
前記波長２００ｎｍ以下の真空紫外域の光線は波長１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザであることが好ましい。
【００１４】
前記希ガスがヘリウムであることが好ましく、前記活性ガスが酸素であることが好ましく、前記希ガス中の活性ガス濃度は５〜４００ｐｐｍであることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る半導体素子は、前記露光方法を用いて作製されることを特徴としている。
【００１６】
【発明の具体的説明】
以下、本発明に係る露光方法について図面を用いて詳細に説明するが、特にこれに限定されるものではない。
【００１７】
図１は、本発明に用いられる露光装置の概略図である。前記露光装置は、露光光源５００と、フォトマスク基板上のフォトマスクパターンをペリクル膜で保護したフォトマスクユニット１０を収容した筐体１００と、投影光学系６００とを備えている。前記筐体１００は、露光光源５００および投影光学系６００とから独立して設置されている。
【００１８】
本発明に用いられる露光光源５００は、波長２００ｎｍ以下の真空紫外域の光線であって、特にＦ２エキシマレーザ光（波長１５７ｎｍ）が好ましい。
【００１９】
図２は、前記筐体の断面図である。前記筐体は、フォトマスク基板上のフォトマスクパターンをペリクル膜で保護したフォトマスクユニットを収容し、前記フォトマスク基板表面および前記ペリクル膜表面とそれぞれ一定の距離を隔てて対向する光透過性の主面板を有する。本発明に用いられるフォトマスクユニット１０は、フォトマスク基板１の片面にフォトマスク基板１と適当な距離を隔てて、使用する露光光源に対して透明な膜を配置する防塵用のペリクルが取付けられている。このペリクルは、アルミニウム製保持枠であるペリクル枠３に透明な光線透過性のペリクル膜４を張設したものであり、ペリクル膜４を張設した面の反対側の面に粘着剤を塗布して、このペリクルをフォトマスク基板１上に取付けられている。
【００２０】
本発明に用いられるペリクルは、たとえば、フッ素系ポリマーのような有機材料のペリクル膜を、アルミニウム等のフレームに張ったものが使用される。ペリクル膜を構成する薄膜の厚さは０．１〜１０μｍ、好ましくは０．２〜５μｍが望ましい。
【００２１】
本発明に用いられる筐体１００は、前記フォトマスクユニット１０を内部に収容している。この筐体１００は、前記フォトマスク基板１表面および前記ペリクル膜４表面とそれぞれ一定の距離を隔てて対向する光透過性の主面板６を有している。この筐体１００の内部の空間９を、活性ガスを含有する希ガスで充満させる。
【００２２】
また、本発明では、前記筐体として、図３に示すように、その側面にパージガス供給口６とパージガス排出口７とを備えた筐体２００を使用することもできる。この筐体２００を使用すると、活性ガスを含有する希ガスを流通しながら露光を行うことができ、筐体内の空間９の活性ガス濃度を一定に保持することができるとともに、露光中にペリクル膜からアウトガスが生じる場合でも、これを排出して新鮮なガスを供給することができ、ガスによる光吸収を抑制することができる。
【００２３】
また本発明において、前記フォトマスクユニットを組み立てる作業、特にペリクルをフォトマスク基板に取付ける作業を、活性ガスを含有する希ガス中で実施することにより、フォトマスク基板とペリクルとの間の空間８にも活性ガスを含有する希ガスを充満させることができる。
【００２４】
さらに、本発明では、図４に示すような、側面にパージガス供給口６とパージガス排出口７とを備えたペリクル枠３を用いてフォトマスク基板１にペリクル膜４を取付けたフォトマスクユニット３０を用いることもできる。このフォトマスクユニット３０を使用すると、活性ガスを含有する希ガスをフォトマスク基板とペリクルとの間の空間８に流通させることができ、この空間８内の活性ガス濃度を一定に保持することができるとともに、露光中にペリクル膜からアウトガスが生じる場合でも、これを排出して新鮮なガスを供給することができ、ガスによる光吸収を抑制することができる。
【００２５】
本発明に用いられる活性ガスとしては酸素が特に好ましい。また前記希ガスとしてはヘリウムが特に好ましい。本発明において、前記活性ガスの濃度は、５〜４００ｐｐｍが好ましく、より好ましくは５〜３００ｐｐｍ、特に好ましくは５〜４５ｐｐｍである。前記活性ガスの濃度が、上記下限値より低いとペリクル膜の劣化度が大きく、光透過率の低下が著しくなる。前記活性ガスの濃度が、上記上限値より高いとガスによる光吸収量が大きくなる。たとえば、前記活性ガスとして酸素を用い、希ガスとしてヘリウムを用い、露光光源としてＦ２エキシマレーザ光を用いる場合、酸素含有ヘリウム雰囲気の光路長を２０ｍｍとすると、酸素濃度１０００ｐｐｍでの光減衰率は３０％、酸素濃度４００ｐｐｍでの光減衰率は１２％、酸素濃度１００ｐｐｍでの光減衰率は３％と算出される。従ってヘリウム中の酸素濃度は少なくとも４００ｐｐｍ以下にすることが望ましい。
【００２６】
本発明に係る露光方法は、図１に示すような、前記露光光源と、前記筐体またはフォトマスクユニットと、投影光学系とを有する露光装置を用いるリソグラフィ工程における露光方法である。前記露光光源、前記筐体またはフォトマスクユニット、および投影光学系は不活性ガス雰囲気下に設置されている。また前記筐体またはフォトマスクユニットの内部は、上述したように、活性ガスを含有する希ガスで充満されている。
【００２７】
このような露光方法を用いることにより、波長２００ｎｍ以下の真空紫外域の光線、たとえば波長１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザを露光光として使用する場合であっても、有機材料からなるペリクル膜の寿命を延命化することができる。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は、この実施例により何ら限定されるものではない。
【００２９】
図３の筐体を用い、図１に示す露光装置を用いてペリクル膜に波長１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザ光を照射した。照射条件は以下の通りである。
【００３０】
・総照射量            ：１０００Ｊ／ｃｍ２
・パルスエネルギー密度：０．０８（ｍＪ／ｃｍ２）／ｐｕｌｓｅ
・周波数              ：３００Ｈｚ
筐体には、パージガス供給口６から所定の酸素濃度の混合ガスを０．５リットル／ｍｉｎの流量で流通した。
【００３１】
図５は、各酸素濃度における、光照射前に対する光照射後のペリクル膜の光透過量低下率を示す。曲線（ａ）は酸素含有窒素ガスを流通して光照射した結果を示す。曲線（ｂ）は酸素含有ヘリウムガスを流通して光照射した結果を示す。図５の結果から、酸素含有窒素ガス雰囲気下では、酸素濃度の減少とともに、ペリクル膜の光透過量低下率が大きくなった。一方、酸素含有ヘリウムガス雰囲気下では、酸素含有窒素ガス雰囲気下に比べてペリクル膜の光透過量低下率は小さく、ペリクル膜の劣化が起こりにくかった。また、酸素含有ヘリウムガス雰囲気下では、酸素含有窒素ガス雰囲気下よりも、低酸素濃度でペリクル膜の光透過量低下率を抑制、すなわちペリクル膜の劣化を防止することができた。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によると、ペリクルを有するフォトマスクの周囲のみを、酸素などの活性ガスを含有するヘリウムなどの希ガス雰囲気下とすることによって、Ｆ２エキシマレーザ等の真空紫外域の光線によるペリクル膜の劣化をより少なくすること、すなわち耐光性を向上させることができ、また希ガス中の活性ガス濃度も低減できることから、ガスによる光線吸収量も低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に用いられる露光装置の概略図である。
【図２】図２は、本発明に用いられるフォトマスクユニットを収容した筐体の断面図である。
【図３】図３は、本発明に用いられるフォトマスクユニットを収容した筐体の断面図である。
【図４】図４は、本発明に用いられるフォトマスクユニットの断面図である。
【図５】図５は、図３に示す筐体を用いて露光した場合の、酸素濃度とペリクル膜の光透過量低下率との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、従来のペリクルを有するフォトマスクユニットの断面図である。
【符号の説明】
１：フォトマスク基板
２：フォトマスクパターン
３：ペリクル枠
４：ペリクル膜
５：主面体
６：パージガス供給口
７：パージガス排出口
８、９：空間
１０、２０、３０：フォトマスクユニット
１００、２００：筐体
５００：露光光源
６００：投影光学系
７００：ウエハー
【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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