(57)【要約】【課題】  長寿命で高出力なガスレーザー装置、及び生産性の高いガスレーザー装置を露光光源として利用した露光装置、並びに半導体製造方法を提供する。【解決手段】  露光装置は、チャンバー３０からレーザー光を出力させるためにレーザーガスを放電により励起する放電電極３２と、放電電極の放電領域を通過したレーザーガスがチャンバー内を循環して放電領域に再び戻るようにチャンバー内でレーザーガスを循環させる循環手段３４を有するレーザー光源３と、レーザー光源からのレーザー光を用いて露光を行う露光装置本体１と、循環手段を制御する制御手段２，３１とを有する。該露光装置は、複数の基板を露光する露光ジョブを実行する。また、露光ジョブの開始、終了および次の露光ジョブの開始の順で動作する。制御手段は、露光ジョブの開始から終了までの前記循環手段のガス循環能力が、露光ジョブの終了から次の露光ジョブの開始までの循環手段のガス循環能力よりも高くなるように制御する。【選択図】  図１
2005286347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザーガスを封入するチャンバーと、前記チャンバーからレーザー光を出力させるために前記レーザーガスを放電により励起する放電電極と、前記放電電極の放電領域を通過した前記レーザーガスが前記チャンバー内を循環して前記放電電極の放電領域に再び戻るように前記チャンバー内で前記レーザーガスを循環させる循環手段を有するレーザー光源と、前記レーザー光源からのレーザー光を用いて露光を行う露光装置本体と、前記循環手段を制御する制御手段とを有し、複数の基板を露光する露光ジョブを実行する露光装置であって、
前記露光ジョブの開始、終了および次の前記露光ジョブの開始の順で動作し、
前記制御手段は、
前記露光ジョブの開始から終了までの前記循環手段のガス循環能力が、前記露光ジョブの終了から次の露光ジョブの開始までの前記循環手段のガス循環能力よりも高くなるように制御することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記露光ジョブの開始に応じて、前記循環手段のガス循環能力を上昇させ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】
前記制御手段が、照度むら計測を行うために前記レーザー光を発振している間、前記循環手段を動作させることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記露光装置は、レチクル上のパターンを基板上に投影する投影光学系とを備えており、
前記制御手段が、前記投影光学系を温度的に安定させるために前記レーザー光を出力する間、前記循環手段を動作させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の露光装置。
【請求項５】
前記レーザー光の発振周波数を高くするのに対応して、前期循環手段のガス循環能力を高めることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の露光装置。
【請求項６】
前記循環手段はブロワを有しており、前記循環手段のガス循環能力は前記ブロワの送風能力に対応していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の露光装置。
【請求項７】
前記循環手段がブロワを有しており、前記ブロワ回転数に異常がある場合には、前記露光ジョブを停止することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の露光装置。
【請求項８】
レーザーガスを封入するチャンバーと、前記チャンバーからレーザー光を出力させるために前記レーザーガスを放電により励起する放電電極と、前記レーザーガスが前記チャンバー内の前記放電領域を通過させるブロワとを有するレーザー光源と、前記レーザー光源からのレーザー光を用いて露光を行う露光装置本体と、前記ブロワを制御する制御手段とを有し、複数の基板を露光する露光ジョブを実行する露光装置であって、
前記露光ジョブの開始、終了および次の前記露光ジョブの開始の順で動作し、
前記制御手段は、
前記露光ジョブの開始から終了までの前記ブロワの送風能力が、前記露光ジョブの終了から次の露光ジョブの開始までのウォームアップ状態における前記ブロワの送風能力よりも高くなるように制御することを特徴とする露光装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載の露光装置を用いて基板上に半導体デバイスを製造するためのパターンを露光転写することを特徴とする半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えば希ガスハライドエキシマレーザー装置もしくはＦ２レーザー装置のようなガスレーザー装置に関し、更にはこのガスレーザー装置を露光光源として利用する露光装置、並びに半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置製造の分野や他の分野において、ガスレーザーの一種である希ガスハライドエキシマレーザー（以降エキシマレーザー）は、高出力レーザーとして注目を集めている。このようなエキシマレーザーとしては、ＸｅＣｌ（波長３０８ｎｍ）エキシマレーザー、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）エキシマレーザー、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）エキシマレーザー等が知られている。同様にＦ２（波長１５８ｎｍ）レーザーも高出力レーザーとして注目を集めている。また、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）エキシマレーザーを露光光源としたステップアンドリピートタイプまたはステップアンドスキャンタイプ等の半導体製造用露光装置は既に実用化されている。
【０００３】
エキシマレーザーは希ガスとハロゲンガスを含むレーザーガスをチャンバー内に封入し、このチャンバー内に設けられた電極からの放電によってレーザーガスを一旦励起状態にすることによりレーザー光を出力させるものである。また、Ｆ２レーザーはＦ２ガスをチャンバー内に封入し、このチャンバー内に設けられた電極からの放電によってレーザーガスを一旦励起状態にすることによりレーザー光を出力させるものである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平３−２９５２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このようなエキシマレーザーやＦ２レーザーでは、電極の放電領域にレーザーガスを送り込むためにチャンバー内でレーザーガスを循環させる必要があり、チャンバー内にはレーザーガスを循環させるための循環手段、例えばブロワ（循環ファン）等の送風機が設けられている。チャンバー内に設けられる送風機の寿命が短いと、レーザーまたは送風機の交換やそれらの修理のために高い頻度でレーザーの使用を中止することになり、これらが露光装置の光源として利用されている場合には、その装置の生産性に大きく影響を与えることになる。送風機はチャンバー内に設置されているので、その交換や修理には非常に長い時間が必要となる。
【０００５】
送風機の寿命に影響を与える要因の一つとしては、送風機の送風用羽根の回転軸を保持しているベアリングの寿命が考えられる。一般に、ベアリングの寿命は使用中の負荷が大きければ大きいほど短くなるので、送風機の送風能力を上げるために送風用羽根の回転数を上げて回転軸を支持するベアリングへの負荷を大きくすると、摩耗が大きくなるためベアリングの寿命は短くなる。即ち、レーザーを高周波数で発振させるために送風機の羽根を高速で回転させる場合には、送風機の羽根の回転軸を支持するベアリングの寿命は短くなる。
【０００６】
しかしながら、例えばエキシマレーザーを露光光源として使用する露光装置では、装置の処理能力を向上させるためにエキシマレーザーを高周波数で発振させることが常に要求されるので、ベアリングの寿命を長くするために送風機の送風能力を低いところで使用するということは現実的ではない。また、上述したような理由で、エキシマレーザーまたは送風機の交換やそれらの修理が頻繁に生じれば、エキシマレーザーを露光光源として使用する露光装置では、その生産性（スループット）が低下する。
【０００７】
また、ガスレーザー装置では、レーザーガスを封入しているチャンバー内に設置される送風機の寿命は少なくとも斯かるチャンバーの寿命より長いことが要求される。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、その目的は、長寿命で高出力なガスレーザー装置、及び生産性の高いガスレーザー装置を露光光源として利用した露光装置、並びに半導体製造方法を提供することを目的の１つとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の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は、レーザーガスを封入するチャンバーと、前記チャンバーからレーザー光を出力させるために前記レーザーガスを放電により励起する放電電極と、前記放電電極の放電領域を通過した前記レーザーガスが前記チャンバー内を循環して前記放電電極の放電領域に再び戻るように前記チャンバー内で前記レーザーガスを循環させる循環手段を有するレーザー光源と、前記レーザー光源からのレーザー光を用いて露光を行う露光装置本体と、前記循環手段を制御する制御手段とを有し、複数の基板を露光する露光ジョブを実行する露光装置であって、前記露光ジョブの開始、終了および次の前記露光ジョブの開始の順で動作する。そして、前記制御手段は、前記露光ジョブの開始から終了までの前記循環手段のガス循環能力が、前記露光ジョブの終了から次の露光ジョブの開始までの前記循環手段のガス循環能力よりも高くなるように制御することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の他の側面としての露光装置は、レーザーガスを封入するチャンバーと、前記チャンバーからレーザー光を出力させるために前記レーザーガスを放電により励起する放電電極と、前記レーザーガスが前記チャンバー内の前記放電領域を通過させるブロワとを有するレーザー光源と、前記レーザー光源からのレーザー光を用いて露光を行う露光装置本体と、前記ブロワを制御する制御手段とを有し、複数の基板を露光する露光ジョブを実行する露光装置であって、前記露光ジョブの開始、終了および次の前記露光ジョブの開始の順で動作する。そして、前記制御手段は、前記露光ジョブの開始から終了までの前記ブロワの送風能力が、前記露光ジョブの終了から次の露光ジョブの開始までのウォームアップ状態における前記ブロワの送風能力よりも高くなるように制御することを特徴とする。
【００１１】
更に、本発明の他の側面としての半導体製造方法は、前述の露光装置いずれかを用いて基板上に半導体デバイスを製造するためのパターンを露光転写することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高出力なガスレーザー装置の長寿命が可能となり、このようなガスレーザー装置を露光光源として利用した露光装置や半導体製造方法の生産性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００１４】
図１は本発明の露光装置の一実施例を示している。この図において、１は一般にステッパと呼ばれている周知のステップアンドリピート（スキャン）タイプの露光装置本体、２はオペレータ等が操作して露光装置本体１の動作を制御するためのジョブをコマンド（指令）として露光装置本体１側の制御装置（不図示）に与えるコンソール、３はガスレーザー装置としての希ガスハライドエキシマレーザー（所謂エキシマレーザー）もしくはＦ２（波長１５８ｎｍ）レーザーを利用したレーザー光源であり、エキシマレーザーとしては例えばＸｅＣｌ（波長３０８ｎｍ）エキシマレーザー、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）エキシマレーザー、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）エキシマレーザー等である。以下の説明では、レーザー光源３として希ガスハライドエキシマレーザーを利用する場合を例にとって説明する。
【００１５】
露光装置本体１においては、レーザー光源３側からレーザー光（ビーム）の光路に沿って、光源３からのレーザー光の断面を所望の形状に整形するための整形光学系４、レーザー光の強度を調整するための可変ＮＤフィルター５、レチクル１２面上での照度を均一化させるためにレーザー光を分割して重ねるオプティカルインテグレーター６、オプティカルインテグレーター６を介したレーザー光を集光するコンデンサレンズ７、コンデンサレンズ７からのレーザー光の一部を光検出器１５に導くためのビームスプリッター８、コンデンサレンズ７によってレーザー光が集光される位置に近傍に配置され、レチクル１２面上でレーザー光が照射される範囲を規制するマスキングブレード９、マスキングブレード９の像をレチクル１２上に結像する結像レンズ１０、レーザー光の光路を投影レンズ１３の光軸方向に向けるためのミラー１１が設けられている。
【００１６】
斯かる光学要素を含む照明光学系を通過してきたレーザー光源３からのレーザー光によってレチクル１２は照明され、これによりレチクル上のパターンは、投影光学系としての投影レンズ１３を介して基板としての半導体ウエハ（ウエハ）上の複数のショット領域の一つに１／２〜１／１０に縮小されて投影露光（転写）される。ウエハ１４は不図示の移動ステージによって投影レンズ１３の光軸に垂直な面に沿って２次元的に移動され、あるショット領域の露光が終了するごとに次のショット領域が投影レンズ１３によってレチクル１２のパターンが投影される位置に移動される。
【００１７】
１６は光検出器１５で光電変換されたレーザー光の強度に応じた光電変換信号を処理するための信号処理部で、該光電変換信号を積算することにより露光量を制御のための信号を発生する。処理部１６での処理によって選られた制御信号はレーザー光源３の制御部３１にフィードバックされ、制御部３１はこの制御信号に基づいてエキシマレーザー３のチャンバー３０内のレーザーガスによる次回の発光を制御する。
【００１８】
図２はエキシマレーザー３のチャンバー３０の縦断面を示す図で、この図において、３２は不図示の高電圧電源（ＨＶ）に接続されている１組の放電電極で、放電電極３２からの放電により放電電極３２の間の放電領域３３にあるチャンバー３０内のレーザーガスＬＧが励起されて周知のようにレーザー発振が行われる。放電電極３２からの放電は周期的に繰り返され、エキシマレーザー３からは図３に示すようにレーザー光４０が周期的に出力もしくは発生または発振される。
【００１９】
エキシマレーザー３のチャンバー３０内のレーザーガスＬＧは、チャンバー３０内に設けられている循環手段となる送風機としてのブロワ（循環ファン）３４によって図示矢印方向（図２において反時計回り方向）にチャンバー３０内で循環されており、放電電極３２の放電領域３３を通過したレーザーガスＬＧはチャンバー３０内を循環して放電電極３２の放電領域３３に再び戻される。この循環過程で、レーザーガスＬＧは熱交換器３５の周囲を通過し所望の温度に冷却される。熱交換器３５内にはチャンバー３０の外部に設けられている温調流体供給装置（不図示）からの温調流体、例えば温度制御された水または空気等が流されている。
【００２０】
図３に示すごとく、エキシマレーザー３のチャンバー３０の放電領域３３の前後には窓３６，３７が設けられ、放電領域３３で発生したレーザー光は窓３６，３７を介してレーザー光出力端となる出力窓（ハーフミラー）３８と全反射ミラー３９の間で反射されながら光増幅される。この光増幅されたレーザー光の一部は出力窓（ハーフミラー）３８から露光光としてのレーザー光４０となって出力される。この間、ブロワ３４は常に回転してレーザーガスＬＧをチャンバー３０内で上述のように循環させる。レーザーの発振周波数を高くする場合には、これに応じてブロワ３４の送風能力を高めるため図４に示すブロワ３４のブロワドラム３４０の回転数を上昇させる。
【００２１】
ブロワドラム３４０の周囲には図２に示すように多数の羽根（送風用羽根）３４５が設けられ、これらの羽根３４５がブロワドラム３４０の回転によりチャンバー３０内のレーザーガスＬＧをチャンバー３０内で循環させるように作用する。ブロワドラム３４０はその回転軸３４１が回転軸支持体となるベアリング、例えばボールベアリング３４２によって回転自在に支持されている。このボールベアリング３４２の寿命は、ボールベアリング３４２に加わる負荷に応じて変化し、その負荷はブロワドラム３４０の回転速度や回転している時間に応じて変化する。
【００２２】
次に、この実施例の動作を図５に示すフローチャートに基づいて説明する。レーザー光源となるエキシマレーザー３の電源がステップＳ０で投入（ＯＮ）されると、ステップＳ１のレーザーオフ（ＬＡＳＥＲ  ＯＦＦ）の状態まま、ステップＳ２のウォームアップ（ＷＡＲＭ  ＵＰ）状態に移行する。ステップＳ２のウォームアップ状態では、放電電極３２からの放電は開始されず、ブロワ３４も停止しているが、その他の機能は動作して放電電極３２からの放電が開始されれば、直ちにレーザー発振ができるような状態となっている。
【００２３】
この状態からステップＳ３で、図１のコンソール２からステッパ本体１とエキシマレーザー３のそれぞれに例えば露光ジョブ開始指令が与えられると、エキシマレーザー３の放電電極３２からの放電が開始されると共に、ブロワ３４も回転を開始してチャンバー３０内でのレーザーガスＬＧの循環を開始させる（ブロワ３４の送風能力、ガス循環能力を上昇させる）。これによりエキシマレーザー３はステップＳ４のレーザーオン（ＬＡＳＥＲ  ＯＮ）状態となり、図３の出力窓３８からレーザー光４０を出力する。一方、ステッパ本体１では、ステッパ本体１内にセットされているウエハ１４をウエハカセットから取り出して投影レンズ１３下の露光位置にある不図示のウエハステージ上に載置すると共に、レチクル１２に対する所定のアライメントを行った後、レーザー光４０を露光光としてステップＳ５における露光を行う。ステッパ本体１の露光動作は、セットされた複数のウエハ１４に対する露光がすべて終了するまで順次行われる。
【００２４】
ステップＳ５における露光が終了するまでチャンバー３０内のブロワ３４は回転し続けて送風動作を継続する。この間、ステップＳ４ではレーザー制御部３１がブロワ３４の回転速度（回転数）を検出し続け、ブロワ回転数に異常がある場合には、エキシマレーザー３の放電電極３２からの放電を終了させると共に、ブロワ３４の回転も停止させ、ステップＳ２のウォームアップ状態に戻る。この時には、レーザー制御部３１はコンソール２にレーザー３に異常が生じたことを知らせ、コンソール２はステッパ本体１に対して実行しているジョブを停止するように指示して、ステッパ本体１の露光動作を停止させる。
【００２５】
一方、ステップＳ４で回転数の異常が検出されない場合には、ステップＳ５での露光動作は継続され、ステッパ本体１にセットされた複数のウエハ１４に対する露光が終了するまで露光ジョブが実行される。ステップＳ６でステッパ本体１にセットされた各ウエハ１４に対する露光が全て終了し露光ジョブが終了すると、ステッパ本体１はコンソール２に対して露光ジョブが終了した旨を通信し、これを受けたコンソール２はレーザー３の制御部３１にステッパ本体１における露光ジョブが終了した旨を通信する。これを受けたレーザー制御部３１はブロワ３４の回転を停止させると共に、放電電極３２からの放電を停止させ、エキシマレーザー３からのレーザー光の発振を停止させる。そして、ステップ３に戻る。
【００２６】
本実施例では、ブロワ３４はステッパ本体１で露光動作が行われている間、またはエキシマレーザー３からレーザー光が発振されている間だけ回転することとなる。また、ステッパ本体１では、レチクル１２またはウエハ１４上での照度むらを計測するためや、投影レンズ１３を温度的に安定させるためにエキシマレーザー３の発振が必要なジョブが露光ジョブ以外にもあり、これらのジョブを実行している間にもブロワ３４は回転される。本実施例によれば、ブロワ３４（ベアリング３４２）の交換や修理を行う間隔（寿命）を長くすることができ、チャンバー３０の寿命よりもブロワ３４の寿命を長くすることも可能となる。
【００２７】
なお、本発明は以下の実施形態も含む。すなわち、レーザーガスを封入するチャンバーと、チャンバーからレーザー光を出力させるためにレーザーガスを放電により励起する放電電極と、放電電極の放電領域を通過したレーザーガスがチャンバー内を循環して放電電極の放電領域に再び戻るようにチャンバー内でレーザーガスを循環させる循環手段を有するレーザー光源と、レーザー光源からのレーザー光を用いて基板を露光する露光装置本体と、露光装置本体がレーザー光源からのレーザー光を用いて基板を露光するための露光動作状態にある時と非露光動作状態にある時で循環手段のガス循環能力が異なるように循環手段を制御する制御手段を有する露光装置。
【００２８】
ここで、露光装置本体に露光動作を行わせるための露光ジョブの開始に応じて、制御手段は、循環手段のガス循環能力を上昇させ、露光ジョブ開始以前には循環手段によるガス循環を停止させ、循環手段はチャンバー内に設けられた送風機を有し、更に送風機はチャンバー内で回転可能に支持された送風用羽根を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例を示す図。
【図２】ガスレーザー装置のチャンバーの縦断面を示す図。
【図３】ガスレーザー装置のチャンバーの横断面を示す図。
【図４】ブロワの回転軸を詳細に示す図。
【図５】本実施例の動作フローを示す図。
【符号の説明】
【００３０】
１  ステッパ本体
２  コンソール
３  レーザー光源
１２  レチクル
１３  投影レンズ
１４  ウエハ
３０  チャンバー
３１  制御部
３２  放電電極
３３  放電領域
３４  ブロワ
３５  熱交換器
４０  レーザー光
３４１  回転軸
３４２  ベアリング  
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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