(57)【要約】【課題】  縮小投影光学系の硝材の表面に汚染物が付着するのを防ぎ、精度よく安定した露光処理を行うことができる露光装置及び露光方法を得る。【解決手段】  パターンが形成されたレチクルを露光ビームで照明し、レチクルのパターンを縮小投影光学系を介してフォトレジストが塗布された基板上に投影露光する露光装置において、オゾンを発生させるオゾン発生装置と、オゾンに混合させる高透過性ガスの流量を制御して、所定オゾン濃度の高透過性パージガスを生成するマスフローコントローラーと、縮小投影光学系と基板の間に設けられたパージガスフローユニットとを有する。そして、パージガスフローユニットは、縮小投影光学系を通過した露光ビームを通過させる開口部と、所定オゾン濃度の高透過性パージガスを開口部に流す第１の導入口を含む。【選択図】      図１
2005236079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンが形成されたレチクルを露光ビームで照明し、前記レチクルのパターンを縮小投影光学系を介してフォトレジストが塗布された基板上に投影露光する露光装置において、
オゾンを発生させるオゾン発生装置と、
前記オゾンに混合させる高透過性ガスの流量を制御して、所定オゾン濃度の高透過性パージガスを生成するマスフローコントローラーと、
前記縮小投影光学系と前記基板の間に設けられたパージガスフローユニットとを有し、
前記パージガスフローユニットは、前記縮小投影光学系を通過した露光ビームを通過させる開口部と、前記所定オゾン濃度の高透過性パージガスを前記開口部に流す第１の導入口を含むことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記所定オゾン濃度の高透過性パージガスは、オゾン濃度が２０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項３】
前記パージガスフローユニットは、オゾンを含有しない高透過性ガスを前記パージガスフローユニットと前記基板の間に流す第２の導入口を更に有することを特徴とする請求項１又は２記載の露光装置。
【請求項４】
前記パージガスフローユニットは、前記第１の導入口よりも前記基板に近い位置に配置された排気口を更に有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の露光装置。
【請求項５】
パターンが形成されたレチクルを露光ビームで照明し、前記レチクルのパターンを縮小投影光学系を介してフォトレジストが塗布された基板上に投影露光する露光方法において、
オゾン発生装置によりオゾンを発生させる工程と、
前記オゾンに混合させる高透過性ガスの流量を制御して、所定オゾン濃度の高透過性パージガスを生成する工程と、
前記所定オゾン濃度の高透過性パージガスを前記縮小投影光学系と前記基板の間に流す工程とを有することを特徴とする露光方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造におけるリソグラフィ工程において用いられる露光装置及び露光方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造におけるリソグラフィ工程において、パターンが形成されたレチクルを露光ビームで照明し、レチクルのパターンを縮小投影光学系を介してフォトレジスト等の感光剤が塗布された半導体基板上に投影露光する露光装置が用いられる。
【０００３】
この露光装置において、露光ビームが通過する光路空間に存在する有機物などの汚染物質が縮小光学系や照明系の硝材に付着する場合がある。これは、光学素子の透過率低下あるいは、光学素子の透過率むらの原因となり、透過率むらは感光性基板上での照度むらの原因となって露光精度の低下を招くことになる。
【０００４】
そこで、露光装置の縮小投影光学系に付着した有機物を除去するために、光洗浄と呼ばれる露光ビームを利用して酸素分子からオゾンを生成させることで縮小光学系や照明系の硝材に付着した有機物を除去する方法がある。
【０００５】
この光洗浄を用いた方法の１つとして、フルネルレンズを用いる方法がある。この方法は、フルネルレンズのエッジから生じた散乱光を縮小投影光学系の鏡筒の内壁に設けられた酸化チタン等の光触媒に照射し、酸素分子を活性化させてオゾンを発生させ、このオゾンによって縮小投影光学系内に付着した有機物を分解・除去するというものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかし、この方法では、半導体基板上にパターンを露光する為に必要な回折光も散乱されるため、回折光を効率良くシリコン基板へ結像することができず、微細パターン形成に不利となる。また、フルネルレンズのエッジから生じた散乱光の一部は、シリコン基板にフレアとなって到達しパターン形成に必要な回折光のコントラスト低下を引き起こす場合もある。
【０００７】
また、光洗浄を用いた他の方法として、照明系と縮小投影光学系内に微量に存在する酸素分子にオゾン発生効率の高いＡｒＦ露光ビームを照射することで、照明系及び縮小投影光学系内にてオゾンを発生させて硝材の表面に付着した有機物を除去する方法がある（例えば、特許文献２，３参照）。
【０００８】
しかし、この方法は露光処理とは別に洗浄のためのメンテナンスを行うものであるため、露光処理中に、有機物が光学系の硝材の表面へ徐々に付着し、照度の経時変化や照度ムラを生じる。これはレジストパターンの線幅バラツキ要因となる。
【０００９】
また、フォトレジストを塗布した半導体基板に露光ビームで照射した際に、フォトレジストの光反応によって低蒸気圧の有機系ガス分子が生成し、縮小投影光学系の一番下の硝材を曇らせるという問題がある。これに対し、シリコン基板と縮小投影光学系の間に高透過性のパージガスを流すことで、酸素分子の除去と共に発生した有機系ガス分子の光学系表面の付着を抑える方法がある（例えば、特許文献４参照）。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１１５４３３号公報
【特許文献２】特開２００１−２２３１４８号公報
【特許文献３】特開２００１−２７４０７０号公報
【特許文献４】国際公開番号ＷＯ０ｌ／００６５４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
半導体装置の製造で用いられるレチクルは、多様なパターンが配置され、開口面積が大きい。このレチクルを用いて露光を行うと、レジストから多量の有機系ガス分子を発生する。この場合、従来のように高透過性パージガスを流すだけでは、縮小投影光学系の硝材の表面に汚染物が付着するのを防ぐことができない。
【００１２】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、縮小投影光学系の硝材の表面に汚染物が付着するのを防ぎ、精度よく安定した露光処理を行うことができる露光装置及び露光方法を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る露光装置は、パターンが形成されたレチクルを露光ビームで照明し、レチクルのパターンを縮小投影光学系を介してフォトレジストが塗布された基板上に投影露光する露光装置において、オゾンを発生させるオゾン発生装置と、オゾンに混合させる高透過性ガスの流量を制御して、所定オゾン濃度の高透過性パージガスを生成するマスフローコントローラーと、縮小投影光学系と基板の間に設けられたパージガスフローユニットとを有する。そして、パージガスフローユニットは、縮小投影光学系を通過した露光ビームを通過させる開口部と、所定オゾン濃度の高透過性パージガスを開口部に流す第１の導入口を含む。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、縮小投影光学系の硝材の表面に汚染物が付着するのを防ぎ、精度よく安定した露光処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る露光装置を図１に示す。この露光装置は、一般的な露光装置と同様に、露光ビーム源のレーザ１１、照明光学系１２、縮小投影光学系１３、ウェーハステージ１４を有し、照明光学系１２と縮小投影光学系１３の間にはレチクル１５が配置され、ウェーハステージ１４上には半導体基板１６が載置される。
【００１６】
さらに、この露光装置は、オゾンを発生させるオゾン発生装置２１と、縮小投影光学系１３と半導体基板１６の間に設けられたパージガスフローユニット２２と、オゾン濃度センサー２３と、マスフローコントローラー（以下、ＭＦＣと略す）２４〜３０、パージガスを排気するポンプ３１を有する。
【００１７】
また、パージガスフローユニット２２は、図２に示すように、縮小投影光学系１３を通過した露光ビームを通過させる開口部４１と、導入口４２と、この導入口４２と対向する位置に配置された排気口４３と、導入口４４を有する。
【００１８】
上記の露光装置を用いて、パターンが形成されたレチクル１５を露光ビームで照明し、レチクル１５のパターンを縮小投影光学系を介してフォトレジストが塗布された半導体基板１６上に投影露光する。そして、この通常の投影露光と同時に、縮小投影光学系１３の最下部に設けられた硝材４５の表面に汚染物が付着するのを防ぐために以下のステップを行う。
【００１９】
まず、ＭＦＣ２４により酸素供給ライン４６から供給される酸素の流量を制御し、ＭＦＣ２５により高透過性ガス供給ライン４７から供給される高透過性ガスの流量を制御して、酸素と高透過性ガスの混合ガスを作成する。
【００２０】
次に、ＭＦＣ２６により混合ガスの流量を制御してオゾン発生装置２１に導入する。そして、オゾン発生装置２１により酸素からオゾンを発生させて、オゾン濃度５０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの高透過性パージガスを生成する。
【００２１】
次に、ＭＦＣ２７により高透過性ガス供給ライン４７から供給される高透過性ガスの流量を制御し、オゾン発生装置２１で生成したガスを希釈して、オゾン濃度２０ｐｐｍ以下の所定オゾン濃度の高透過性パージガスを生成する。この方法により、オゾン発生装置２１で生成するオゾン量を調整する方法よりも安定したオゾン濃度の高透過性パージガスを得ることができる。
【００２２】
次に、所定オゾン濃度の高透過性パージガスをＭＦＣ２８で流量制御してパージガスフローユニット２２へ供給する。この際、オゾン濃度センサー２３によりオゾン濃度を測定してＭＦＣ２７にフィードバックすることで、高透過性パージガスのオゾン濃度を所定の値にすることができる。
【００２３】
そして、ＭＦＣ２８から供給された所定オゾン濃度の高透過性パージガスを、パージガスフローユニット２２の導入口４２から開口部４１に流す。これにより、露光中に半導体基板１６から発生した有機系ガス分子は、高透過性パージガスに含まれるオゾンの酸化分解反応によってＣＯ２、ＣＯ及びＨ２Ｏに分解される。
【００２４】
また、半導体基板１６と縮小投影光学系１３の間の距離を適切な位置で保持した状態で、導入口４２から所定オゾン濃度の高透過性パージガスを導入し、排気口４３へ排気することで、所定オゾン濃度の高透過性パージガスの流れを層流状態とすることができる。これにより、パージを効果的に行うことができる。
【００２５】
このように、オゾンの酸化分解反応と高透過性パージガスのパージ効果の相乗作用によって、縮小投影光学系の硝材の表面に汚染物が付着するのを防ぎ、精度よく安定した露光処理を行うことができる。
【００２６】
また、ＭＦＣ２９により流量を制御して、オゾンを含有しない高透過性ガスを第２の導入口４４からパージガスフローユニット２２と半導体基板１６の間に流す。これにより、所定オゾン濃度の高透過性パージガスがパージガスフローユニット２２から漏洩するのを防ぐことができる。
【００２７】
例えば、各ＭＦＣの流量を設定して、導入口４２から１０ｐｐｍの所定オゾン濃度の高透過性パージガスを流量１０００ｓｃｃｍで導入し、導入口４４からオゾンを含有しない高透過性パージガスを流量３００ｓｃｃｍで導入し、ＭＦＣ３０により排気流量を制御して排気口４３から１１５０ｓｃｃｍを排気するように設定する。
【００２８】
この場合、半導体基板１６とパージガスフローユニット２２を１〜３ｍｍに接近させておくと、導入口４４から導入された３００ｓｃｃｍの高透過性パージガスのうち、１５０ｓｃｃｍは排気口４３を経て排気され、残りの１５０ｓｃｃｍは半導体基板１６とパージガスフローユニット２２の隙間から外へ放出される。
【００２９】
なお、高透過性パージガスとして、Ｎ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の高透過性のガスを用いることができる。
【００３０】
また、露光するパターンに応じて、レジストから発生する有機ガス分子の量が異なるため、高透過性パージガスに含まれるオゾン濃度を調整する必要がある。ただし、オゾン濃度が高いと露光ビームが吸収されてしまうため、オゾン濃度を２０ｐｐｍ以下にするのが好ましい。
【００３１】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る露光装置は、図３に示すように、実施の形態１に係る露光装置のパージガスフローユニット２２に、導入口５１と、排気口５２を追加したものである。
【００３２】
排気口５２は、導入口４２及び導入口５１よりも半導体基板１６に近い位置に配置されている。このため、導入口４２から所定オゾン濃度の高透過性パージガスを流し、導入口５１から高透過性パージガスを流し、これらのガスを排気口５２から排気することで、ガス層流を縮小投影光学系１３の硝材４５から遠ざかる方向に設定することができる。
【００３３】
これにより、露光ビームを用いてフォトレジストが塗布された半導体基板を露光するときに発生する有機ガス分子の上方向への拡散を抑制できるため、縮小投影光学系の硝材の表面に汚染物が付着するのを更に確実に防ぎ、精度よく安定した露光処理を行うことができる。
【００３４】
また、排気口５２の排気取り入れ口５３は、パージガスフローユニット２２と半導体基板１６の隙間に比べて大きくし、大流量の排気を可能にしている。従って、パージガスの流量を調整すれば、導入口４２から流された所定オゾン濃度の高透過性パージガスの殆どを排気口５２から排出することができ、所定オゾン濃度の高透過性パージガスがパージガスフローユニット２２から漏洩するのを防ぐことができる。
【００３５】
例えば、各ＭＦＣの流量を設定して、導入口５１から高透過性パージガスを流量５００ｓｃｃｍで導入し、導入口４２から２０ｐｐｍ所定オゾン濃度の高透過性パージガスを流量５００ｓｃｃｍで導入し、導入口４４から高透過性パージガスを流量３００ｓｃｃｍで導入し、排気口４３から流量４００ｓｃｃｍで排気し、排気口５２から流量７５０ｓｃｃｍで排気するように設定する。
【００３６】
実施の形態３．
縮小投影光学系１３は金属等を材料として作成され、その作製段階に使用された工作用油が僅かながら表面に付着している。これが長期間使用している間に、揮発して光学系の硝材の表面を汚染することがある。
【００３７】
そこで、本実施の形態３に係る露光装置及び露光方法では、露光装置の光学系全体にオゾンを含むパージガスを導入する。これにより、縮小投影光学系の硝材の表面に汚染物が付着するのを更に確実に防ぎ、精度よく安定した露光処理を行うことができる。
【００３８】
ただし、光学系には、照明系内、レチクルチヤンバー内、縮小投影レンズ内等があり、その全体の光路長は５〜１０ｍになる。このため、オゾン濃度１０ｐｐｍ程度のパージガスを導入したのでは、露光ビームがオゾンに吸収され照度が低下する。そこで、オゾン濃度１ｐｐｍ以下の非常に希薄なオゾンガス濃度のパージガスを導入する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る露光装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る露光装置のパージガスフローユニットを示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る露光装置のパージガスフローユニットを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１１  レーザ
１２  照明光学系
１３  縮小投影光学系
１４  ウェーハステージ
１５  レチクル
１６  半導体基板
２１  オゾン発生装置
２２  パージガスフローユニット
２３  オゾン濃度センサー
２４〜３０  マスフローコントローラー（ＭＦＣ）
３１  ポンプ
４１  開口部
４２  導入口
４３  排気口
４４  導入口
４５  硝材
４６  酸素供給ライン
４７  高透過性ガス供給ライン
５１  導入口
５２  排気口
５３  排気取り入れ口
【図１】
2005236079.tif 000003
【図２】
2005236079.tif 000004
【図３】
2005236079.tif 000005