(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を用いてマスクに描かれたパターンを基板に投影するために光学系を有する露光装置において、
不活性ガスを供給する供給ラインと、
不活性ガスを排出する第１排出ラインおよび第２排出ラインと、
前記光学系の光学素子を収容し、前記供給ラインおよび前記第１排出ラインに接続されており、前記供給ラインから供給される不活性ガスによって内部空間が外部とは異なる雰囲気となる容器と、
前記容器の内部空間の圧力を調整する圧力調整機構とを有し、
前記圧力調整機構は、前記供給ラインの途中または前記第１排出ラインの途中から分岐された分岐ライン、および、第２排出ラインに接続されており、前記分岐ラインを介して前記容器の内部空間の圧力を受けて動く可動部材と、前記可動部材を拘束する拘束力を有する拘束手段とを含み、
前記容器の内部空間の圧力が所定の圧力を超えない場合、前記可動部材は前記拘束手段によって拘束され前記分岐ラインと前記第２排出ラインを遮断し、前記容器の内部空間の圧力が前記所定の圧力を超える場合、前記可動部材は前記拘束手段の拘束力に反して動き前記分岐ラインと前記第２排出ラインを連通し、前記容器の内部空間を減圧することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記光学系は、光源からの光を前記マスクに導くための照明光学系と、前記光源の光により形成された前記マスクの前記パターンの像を前記基板に投影する投影光学系との少なくとも一つであ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】
前記拘束手段は、ばねを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記圧力調整手段は、前記第１排出ラインの途中から分岐された前記分岐ラインおよび前記第２排出ラインに接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項５】
デバイスの製造方法であって、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光装置で基板を露光する露光工程と、
前記露光された基板を現像する現像工程とを有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば半導体素子、液晶基板等を製造するためのリソグラフィー工程において、マスク（レチクルとも称する）等のパターンを基板上に縮小投影して焼付成形する露光装置およびこれを用いたデバイス製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＬＳＩあるいは超ＬＳＩ等の極微細パターンから形成される半導体素子の製造工程において、縮小型投影露光装置が使用されている。このような縮小型投影露光装置において、半導体素子の実装密度向上に伴い、パターンのより一層の微細化が要求され、レジストプロセスの発展と同時に露光装置の微細化への対応が求められてきた。
【０００３】
露光装置の解像度を向上させる手段としては、露光波長をより短波長に変えていく方法と、投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくしていく方法がある。一般には、解像力は露光波長に反比例し、開口数に比例することが知られている。また、解像力を向上させる一方で、投影光学系の焦点深度を確保するための努力もなされている。一般に、焦点深度は露光波長に比例し、ＮＡの２乗に反比例してしまうため、解像力向上と焦点深度確保とは相反することが知られている。
【０００４】
露光光に関しては、３６５ｎｍ付近に中心波長を有するｉ線から、現在では２４８ｎｍ付近に中心波長を有するＫｒＦエキシマレーザが主流となっており、さらには、近年になって１９３ｎｍ付近に中心波長を有するＡｒＦエキシマレーザが使用されている。さらに一層の露光光の短波長化が進行する。
【０００５】
一方、従来のｇ線、ｉ線の光を射出する水銀ランプや、２４８ｎｍに中心波長を有するＫｒＦエキシマレーザを光源とする露光装置では、これら光源の発光スペクトル線は酸素吸収スペクトル領域とは重ならず、酸素の吸収による光利用効率の低下および酸素の吸収によるオゾンの発生に起因する不都合は生じなかった。したがって、これらの露光装置では、大気雰囲気中における露光が可能であった。
【０００６】
しかしながら、ｉ線（波長３６５ｎｍ）を露光光とする露光装置、あるいはｉ線より短波長の光を露光光とする露光装置においては、これら短波長の露光光により空気中の不純物と酸素とが光化学反応を起こし、その生成物が光学素子に付着し、光学素子（ガラス部材）に不透明な「曇り物質」を生じせしめることが知られている。ここで、「曇り物質」というのは、たとえば、亜硫酸ＳＯ2 ガスが光のエネルギーを吸収し励起状態となると、空気中のアンモニアＮＨ3と反応して生ずる硫酸アンモニウム（ＮＨ4 ）2 ＳＯ4 のことである。この硫酸アンモニウムは白色で、レンズ等の光学素子表面に付着すると、前記「曇り」状態を引き起こす。そして、露光光は硫酸アンモニウムにより散乱、吸収される結果、露光光の透過率の低下を招く。
【０００７】
照明光学系や投影光学系の中に配置されている複数のレンズ、ミラー等の光学素子に硫酸アンモニウム等の「曇り物質」が付着すると、光学素子は保持した状態で固定されているため、清掃のためには分解する必要があり、作業性は極めて悪い。
【０００８】
前記「曇り」による光学素子の劣化防止手段として、従来より、高純度空気や不活性ガスで光路全体を満たすことが行われている。
【０００９】
また、前記ＡｒＦエキシマレーザなどの光源においては、その発光スペクトル線は酸素の吸収スペクトル領域と重なるため、上述の酸素の吸収によるオゾンの発生に起因する不都合が生じる。たとえば、真空中、あるいは窒素やヘリウムのような不活性ガス雰囲気中でのＡｒＦエキシマレーザ光の透過率を１００％とすると、自然発光状態におけるＡｒＦエキシマレーザでは９０％、スペクトル幅を狭め、かつ酸素の吸収帯をさけたＡｒＦレーザを使用した場合でも９８％と、透過率が低下する。
【００１０】
このような透過率の低下は、酸素による光の吸収およびこれにより発生したオゾンの影響によるものと考えられる。オゾンの発生は、透過率を低下させるばかりでなく、光学材料表面や他の部品との反応による装置性能の劣化、および環境汚染を引き起こす。
【００１１】
このように、ＡｒＦエキシマレーザのような光源を有する露光装置では、光路全体を窒素等の不活性ガスで満たすことは、上記光の透過率の低下やオゾン発生を回避するために必要な手段の一つであることは良く知られている。
【００１２】
一般に、露光装置は、光源からの光でマスクを均一に照明するための照明光学系と、マスクに形成された回路パターンをウエハ上に結像させるための投影光学系と、ウエハを支持しかつ適宜移動させて位置決めをするためのステージ手段を有する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような構成の露光装置では、不活性ガス等によるパージ制御が必要となってきている。すなわち、２４８ｎｍ近傍の中心波長を有するＫｒＦエキシマレーザに比べ、１９３ｎｍ近傍に中心波長を有するＡｒＦエキシマレーザはオゾン生成率が高く、したがって環境汚染を引き起こすばかりでなく、各種生成物が光学素子に付着し、光学特性の低下を招くことが知られている。
また、気体の成分により光学的インデックス（屈折率）が異なるため、パージガスの成分が不安定になると種々の光学収差が発生し、結像特性に著しい影響を及ぼす。
【００１４】
しかしながら、上記従来技術によれば、光学系を収納する容器は密閉性の高いものではないため、露光を開始する毎に不活性ガスを供給し、容器内の酸素濃度が所定の値に低下するまで露光装置を待機させるか、あるいは、露光装置が不作動であっても不活性ガスの供給を続ける必要がある。前者の場合は、露光装置の待機時間が長くなり、そのためスループットの低下を引き起こし、後者の場合は、常時不活性ガスを供給するために大量の不活性ガスを消費する。
【００１５】
この際、光学系を収納する容器に不活性ガスを供給する供給ラインは、該供給ラインに設けられた開閉弁、およびガス流路切換手段、並びに該光学系の光源の駆動開始および停止にそれぞれ同期して開閉弁を開閉するとともに開閉弁が開かれた後に所定のプログラムに基づいて流路切換手段を駆動する制御手段を有する。あるいは、光源の駆動開始後、センサによって容器内の酸素をモニタし、酸素濃度が所定の値以下に低下した後、流路切換手段が作動する。
【００１６】
これらの制御系の動作中に、何らかの誤動作が生じた際に、前記容器内へ不活性ガスが過剰に供給され、容器内の不活性ガス圧力が上昇し、レンズ位置や姿勢に影響を及ぼし、このことが良好な光学特性を害するばかりでなく、上記容器や該光学部品等を破損する危険性がある。
【００１７】
また、半導体素子の製造コストの観点から、一層のスループット向上が求められている。
【００１８】
本発明では、露光装置の光路上の気体圧力が所望の値を超えることを抑制し、また、露光装置自体のスループット向上、光学系収納容器および該容器内に配置された光学素子等の内部破損率の低下または光学特性の劣化防止、ひいてはメンテナンスによる装置停止時間の削減を目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決すべくなされたもので、本発明の第１の露光装置は、光源からの光を用いてマスクに描かれたパターンを基板に投影するために光学系を有する露光装置において、不活性ガスを供給する供給ラインと、不活性ガスを排出する第１排出ラインおよび第２排出ラインと、前記光学系の光学素子を収容し、前記供給ラインおよび前記第１排出ラインに接続されており、前記供給ラインから供給される不活性ガスによって内部空間が外部とは異なる雰囲気となる容器と、前記容器の内部空間の圧力を調整する圧力調整機構とを有し、前記圧力調整機構は、前記供給ラインの途中または前記第１排出ラインの途中から分岐された分岐ライン、および、第２排出ラインに接続されており、前記分岐ラインを介して前記容器の内部空間の圧力を受けて動く可動部材と、前記可動部材を拘束する拘束力を有する拘束手段とを含み、前記容器の内部空間の圧力が所定の圧力を超えない場合、前記可動部材は前記拘束手段によって拘束され前記分岐ラインと前記第２排出ラインを遮断し、前記容器の内部空間の圧力が前記所定の圧力を超える場合、前記可動部材は前記拘束手段の拘束力に反して動き前記分岐ラインと前記第２排出ラインを連通し、前記容器の内部空間を減圧することを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、第１の実施形態の露光装置の構成を模式的に示す図である。図示の装置は、ＡｒＦエキシマレーザのような短波長レーザ光を射出する光源１を備えている。光源１が射出した光ビームは、反射鏡２、３、４を反射し、適当な不図示の照明光学素子を通してマスク５に均一に照射される。光源１からマスク５に至る経路においては、照明光学系６は容器７により外気との通気を概略遮蔽され、この容器には、不活性ガス供給源（パージ手段）８からバルブ９、酸素センサ１０を介して、不活性ガスとして窒素ガスが供給されるようになっている。
【００３１】
マスク５を透過した光は、投影光学系１１を構成する不図示の種々の光学素子を介してウエハステージ１２に載置されたウエハ１３の表面上に到達し、マスクに描画したパターンを結像する。ここで、投影光学系１１も容器１４により外気との通気を遮蔽され、この容器には、不活性ガス供給源８からバルブ１５、酸素センサ１６を介して窒素ガスが供給されている。
【００３２】
また、マスク５は、交換される際外気に開放されるため、照明光学系６や投影光学系１１とは独立した、外気との通気を遮蔽する容器１７内にある。または、容器７への窒素ガス供給とともに容器１７へも供給できる構造とすることもでき、その場合、容器１７が開放されるときに、容器７と容器１７を空間的に遮蔽する遮蔽手段を設ける。いずれにせよ、容器１７は、不活性ガス供給源１８からバルブ１９、酸素センサ２０を介して不活性ガス、たとえば窒素ガスが供給されるようになっている。
【００３３】
図１に示すように、本発明に係る圧力調整機構２１を、たとえば照明光学系６へ窒素ガスを供給する直前の位置に配置し、照明光学系６を収納した容器７内の不活性ガスが所望の圧力を超え、あらかじめ設定された圧力になったとき、圧力調整機構２１は自動的に不活性ガスを容器７外に排出し、そして不活性ガスが所望の圧力値に降下すれば不活性ガスの排出を終了して、容器７内の不活性ガスの圧力を所望の値に保持する。
【００３４】
同様に圧力調整手段２２、２３も、それぞれたとえば投影光学系１１、マスク空間５へ窒素ガスを供給する直前に配置し、これらをそれぞれ収納した容器１４、１７内の不活性ガスが所望の圧力を超え、あらかじめ設定された圧力値になったとき、圧力調整手段２２、２３は自動的に不活性ガスを容器外に排出し、そして不活性ガスが所望の圧力値に降下すれば不活性ガスの排出を終了して、容器内の不活性ガスを所望の圧力値に保持する。
【００３５】
図２は、本発明の別の実施形態の露光装置の構成を模式的に表した図である。
図２のように、本発明に係る圧力調整機構２１を、たとえば照明光学系６の窒素ガスの排出ラインの上に配置し、容器７内の不活性ガスが所望の圧力値を超え、あらかじめ設定された圧力値になったとき、自動的に不活性ガスを排出ラインと異なるラインより排出し、そして不活性ガスが所望の圧力値に降下すれば不活性ガスの排出を終了して、容器の不活性ガスの圧力値を所望の圧力値に保持する。
【００３６】
同様に、圧力調整手段２２、２３も、それぞれ、たとえば投影光学系１１、マスク空間５の窒素ガスの排出ライン上に配置し、容器１４、１７内の不活性ガスが所望の圧力値を超え、あらかじめ設定された圧力値になったとき、自動的に不活性ガスを排出ラインと異なるラインより排出し、そして不活性ガスが所望の圧力値に降下すれば不活性ガスの排出を終了して、容器内の不活性ガスを所望の圧力値に保持する。
【００３７】
図３は、本発明に係る投影光学系１１の他の形態を示しており、投影光学系の光学素子を部分的に外気との通気を概略遮断した例である。
光学素子３１、３２は容器３３に、光学素子３４、３５、３６は容器３７に配置し、それぞれ外気との通気を概略遮蔽しており、さらに本例では、容器３３、３７の外気との通気を大容器３８によって概略遮蔽している。容器３８は、光学素子３１、３２、３４〜３６に光を通すように、窓３９、４０を具備している。
また、容器３３と３７は圧力的に同等になるように、フレキシブルな配管４１、４２、４３によって連結されている。不活性ガスは、矢印ＩＩＩからＩＶの方向に流れる。
【００３８】
本発明に係る圧力調整機構４４、４５を、たとえば、容器３８、３７にそれぞれ配置し、容器３８、３７内の不活性ガスが所望の圧力値を超え、あらかじめ設定された圧力値になったとき、自動的に不活性ガスを排出ラインと異なるラインより排出し、不活性ガスが所望の圧力値に降下すれば不活性ガスの排出を終了し、容器内の不活性ガスの圧力値を所望の圧力値に保持する。これら圧力調整機構４４、４５はそれぞれ独立に動作するものとしてもよい。
【００３９】
また、図３に点線で示すように、本発明に係る圧力調整機構４５に、配管４６を経て、直接容器３８より外に余剰不活性ガスを排出する手段を付加しても良い。
【００４０】
上記図３の実施形態では、投影光学系に関して述べたが、照明光学系、マスク空間の少なくとも一部またはすべてに上記のような構造を採用することを特徴とする露光装置としても良い。
【００４１】
図４には、本発明に係る圧力調整機構の幾つかの形態の概略断面図を示す。（ａ）中の圧力受け可動子５１は、ばね５２により該圧力調整機構内空間に固定されている。照明光学系を収納する容器７等の内部圧力が所望の圧力値を超え、あらかじめ設定しておいた圧力値になったとき、気体Ｉがこの圧力調整機構に流れ込むと、その圧力を受け、圧力受け可動子５１が上方に移動し、シール５３より離れたときに気体ＩＩが排出される。この気体ＩＩが、調整されうる気体量となる。
【００４２】
圧力受け可動子５１を圧力調整機構内空間に拘束する手段は、図４（ａ）のばね５２の代わりに、（ｂ）のおもり５５や（ｃ）のてこ５６を用いてもよい。これら可動子拘束手段の強度や重量を変更することにより、あらかじめ設定すべき圧力値を事前に調整することができる。
【００４３】
圧力受け可動子５１の代わりに、圧力調整機構は圧力を検出するセンサを備え、その値に応じて排気弁等により、圧力を調整する機構であってもよい。
その場合、図５に示すように、不図示の制御系にて圧力計５７の指示値を読み取り、圧力計からの指示値に応じて、あらかじめ設定した圧力を超えた場合、排気弁５８に司令を出し、不活性気体を排出し、所望の圧力値を保持する。
【００４４】
このように、本発明に係る圧力調整機構内の気体の流れは、たとえば、図３におけるＩ→ＩＩの一方向に限定することを特徴とする。これにより、前記容器内への外気からの通気を阻止する。
【００４５】
上記実施形態では、不活性ガスとして窒素を例にとり説明したが、露光波長領域に酸素の吸収スペクトルを持たない不活性ガス、たとえばへリウム等のガスを使用しても良い。
【００４６】
さらに、上記実施形態では、ＡｒＦエキシマレーザを使用した２００ｎｍ以下の波長域の光を露光光とする露光装置を例にとり説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく、露光中に酸素雰囲気を嫌うタイプのマスクに対しても、露光波長に関わらず本発明を有効に適用できることは明らかである。
【００４７】
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実施形態を説明する。図６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。
【００４８】
図７は上記ウエハプロセス（ステップ４）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）では上記説明した本発明の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。
本発明の生産方法を用いれば、従来は製造が難しかった大型のデバイスを低コストに製造することができる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の露光装置は、光路上の気体の圧力が所望の値を超えることを抑制し、また、露光装置自体のスループット向上、そして光学系収納容器および該容器内に配置された光学素子等の内部破損率の低下や光学特性の劣化防止、ひいてはメンテナンスによる装置停止時間を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る露光装置の模式図である。
【図２】  本発明の別の実施形態に係る露光装置の模式図である。
【図３】  投影光学系の光学素子を部分的に外気との通気から遮断した概略断面図である。
【図４】  圧力調整機構の幾つかの形態の概略断面図である。
【図５】  本発明の更に別の実施形態に係る露光装置の模式図である。
【図６】  微小デバイスの製造フローである。
【図７】  ウエハプロセス（ステップ４）の詳細なフローである。
【符号の説明】
１：光源、２，３，４：ミラー、５：マスク（レチクル）、６：照明光学系、１１：投影光学系、１２：ウエハステージ、１３：ウエハ（感光基板）、７：光源１から照明光学系６を略密閉する容器、１４：投影光学系１１を略密閉する容器、１７：マスク空間を略密閉する容器、２１：圧力調整機構（光源〜照明光学系）、２２：圧力調整機構（投影光学系）、２３：圧力調整機構（マスク空間）、１０：酸素センサ（光源〜照明光学系）、１６：酸素センサ（投影光学系）、２０：酸素センサ（マスク空間）、８：不活性ガス供給源（光源〜照明光学系、投影光学系）、１８：不活性ガス供給源（マスク空間）、Ｖ：排気ユニット、３１，３２，３４，３５，３６：投影光学系を構成する光学素子、３３：投影光学系の光学素子３１，３２を外気との通気を概略遮蔽する容器、３７：投影光学系の光学素子３４，３５，３６を外気との通気を概略遮蔽する容器、３８：投影光学系の一部を外気との通気を概略遮蔽する容器、３９，４０：窓、４１，４２，４３，４６：容器３８、３３、３７に不活性ガスを供給する配管、４４：容器３８に配置した圧力調整機構、４５：容器３７に配置した圧力調整機構、ＩＩＩ：不活性ガス供給方向、ＩＶ：不活性ガス排気方向、Ｉ：圧力調整機構に供給される露光装置からの排出ガスの流れ方向、ＩＩ：圧力調整機構から排出される排出ガスの流れ方向、５１：圧力受け可動子、５２：ばね、５３，５４：シール、５５：おもり、５６：てこ、５７：圧力計、５８：排気弁。
【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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【図７】
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