(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を生成する光源装置と、前記レーザ光でレチクルを照明する照明光学系と、前記レチクルのパターンをウエハに投影する投影光学系と、前記レーザ光の光路を取り囲むように該光路の周辺を覆う遮光体と、前記遮光体の内部に不活性ガスを供給する供給源と、前記遮光体の外側を覆う着脱自在なカバーと、前記レーザ光の光路もしくは該光路近傍の物理的もしくは化学的特性を検出する検出器を前記遮光体の内部に挿入するために前記遮光体に設けた挿入口と、該挿入口に対して開閉可能に設けた密閉蓋とを有し、該密閉蓋は前記検出器が前記挿入口から挿入される開状態において前記カバーの装着を不能とすることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】
更に、前記挿入口に対して開閉可能な遮光蓋を有し、前記遮光蓋は、前記検出器が前記挿入口から挿入されると前記検出器に押されて前記遮光体の内側に開いて開状態になり、前記検出器が前記挿入口から取り出されると閉状態に安定することを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項３】
前記遮光蓋は、前記検出器が前記挿入口から取り出されると、自重により閉状態に安定することを特徴とする請求項２に記載の投影露光装置。
【請求項４】
前記遮光蓋はバネ力により閉状態に安定することを特徴とする請求項２に記載の投影露光装置。
【請求項５】
前記密閉蓋は、前記検出器の挿入方向に対してほぼ直交する方向の回転軸を有し、前記遮光体の外側で、自重によって前記回転軸回りに回動することにより開状態となり、安定することを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項６】
前記密閉蓋は、前記遮光体の外側で、自重によって、前記検出器の挿入方向に対してほぼ直交する方向へ移動することにより開状態となり安定することを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項７】
前記密閉蓋はバネ力によって開状態となり安定することを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項８】
前記密閉蓋と前記遮光体の間にＯリングを介在させることを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項９】
前記物理的特性は前記レーザ光の強度を含み、前記化学的特性は前記不活性ガスの濃度を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の投影露光装置。
【請求項１０】
レーザ光を生成する光源装置と、前記レーザ光でレチクルを照明する照明光学系と、前記レチクルのパターンをウエハに投影する投影光学系と、前記レーザ光の光路を取り囲むように該光路の周辺を覆う遮光体と、前記遮光体の内部に不活性ガスを供給する供給源と、前記遮光体の外側を覆う着脱自在なカバーと、前記レーザ光の光路もしくは該光路近傍の物理的もしくは化学的特性を検出する検出器を前記遮光体の内部に挿入するために前記遮光体に設けた挿入口と、該挿入口に対して開閉可能に設けた密閉蓋とを有し、該密閉蓋は前記検出器が前記挿入口から挿入される開状態において前記カバーの装着を不能とするように構成された投影露光装置であって、前記カバーの装着の有無を検知し、前記カバーが装着されていないと検知された場合は前記光源装置がレーザ発振できないように制御することを特徴とする投影露光装置。
【請求項１１】
前記光源装置は、ＫｒＦエキシマレーザもしくはＡｒＦエキシマレーザであることを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一つに記載の投影露光装置を用いてウエハを露光するステップと、該露光された前記ウエハを現像するステップとを備えることを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はIC、LSI等の半導体素子の製造過程において、レーザ光源を用いてレチクル（マスクとも称する）上の回路パターンを基板上に縮小投影して焼き付け形成する投影露光装置の技術分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の半導体素子の製造技術の発展は目覚ましく、またそれに伴う微細加工技術の進展も著しい。特に光加工技術はサブミクロンの解像力を有する微細加工の技術に到達している。解像力を向上させるには、露光波長を固定して光学系のNA（開口数）を大きくしていく方法と、露光波長をより短波長にかえていく方法が用いられる。
【０００３】
後者の例として、エキシマレーザに代表される短波長の紫外光を用いることにより、解像力の向上を図る方法が種々提案されている。このエキシマレーザ光源は、従来用いられてきた i 線などの光源である超高圧水銀灯とは異なり非常に大型かつ大重量であるため、露光装置本体とは別に設置される。さらに、クリーンルーム内の装置占有面積を抑える目的や、レーザが有毒ガスを使用することから安全上の観点から、装置本体とは離れた別室、たとえばクリーンルームの階下や同一フロアでもレーザ装置のみ隔離した部屋などに設置される場合が多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで光源装置から露光装置までレーザ光を導く光路は、設置する場所の条件により、レーザ装置から露光装置本体に直接入射する場合、レーザ装置から複数のミラー等の光偏向素子を介して露光装置本体に入射する場合などさまざま考えられる。
【０００５】
いずれの場合においても、光源から装置本体間の光路は、どのような場合でも確実に遮光しなければならない。周知のとおりエキシマレーザ光などの強力な紫外線は人体に好ましくないため、安全システムは厳重でなければならない。さらに、光路中の光学素子の劣化を防止するために、窒素等の不活性ガスで前記レーザ光路を確実にパージすることが望まれる。よって、レーザ光源を用いた投影露光装置では、これら両方を確実に満たすことが課題として求められている。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決すべくなされたもので、投影露光装置のレーザ光路のメンテナンス作業において、安全性の確保や光学素子の劣化を確実に防止すること、それも低コストで達成することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の投影露光装置は、レーザ光を生成する光源装置と、前記レーザ光でレチクルを照明する照明光学系と、前記レチクルのパターンをウエハに投影する投影光学系と、前記レーザ光の光路を取り囲むように該光路の周辺を覆う遮光体と、前記遮光体の内部に不活性ガスを供給する供給源と、前記遮光体の外側を覆う着脱自在なカバーと、前記レーザ光の光路もしくは該光路近傍の物理的もしくは化学的特性を検出する検出器を前記遮光体の内部に挿入するために前記遮光体に設けた挿入口と、該挿入口に対して開閉可能に設けた密閉蓋とを有し、該密閉蓋は前記検出器が前記挿入口から挿入される開状態において前記カバーの装着を不能とすることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のデバイス製造方法は、上記の投影露光装置を用いてウエハを露光するステップと、露光された前記ウエハを現像するステップと、を備える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
＜投影露光装置の例＞
図１は、本発明の第１の実施形態の投影露光装置の構成図である。１は光源であるところのエキシマレーザ装置であり、２４８nm付近の発振波長を有するKrFエキシマレーザもしくは１９３nm付近の発振波長を有するArFエキシマレーザである。
【００１２】
光源１から射出されたレーザビームはミラー２、３で反射されて露光装置本体１０１に導かれる。またエキシマレーザ装置１の出口部から露光装置本体１０１の照明光学系の終端（レンズ１０）までの光路周辺は遮光体１０２で覆われている。
【００１３】
露光装置本体１０１内には照明光学系１０３があり、レーザビームはこれに入射する。レーザビームは照明光学系１０３内のミラー４によりビームを所定の形状に整形する整形光学系５に導かれる。さらにミラー６を介してオプティカルインテグレータ７に入射する。オプティカルインテグレータ７は、複数の微小レンズを二次元的に配列して構成しており、その射出面７a近傍に二次光源を形成している。射出面７aからの光はレンズ系８、ミラー９、レンズ系１０を介して不図示のレチクルステージに支持されたレチクル１１上のパターン面を均一に照明する。レチクル１１に描かれたパターンは、投影光学系１２によりステージ１４上に載置されたウエハー１３面に縮小投影される。
【００１４】
１０４、１０５、１０６、１０７はそれぞれ遮光体１０２に設けられた検出器を挿入するための挿入口、また３０１、３０２も同様の挿入口である。これについては後述する。１５、１６、３０３、３０４はインターロックスイッチ、１７は遮光体１０２の外側を覆い着脱自在なカバー、３０５、３０６もカバーである。インターロックスイッチ１５、１６、３０３、３０４によってそれぞれカバー１７、３０５、３０６の装着の有無を検知し、制御系１０８に信号を伝達する。さらに制御系１０８はレーザ装置１に接続されており、カバーが取付けられていないと検知された場合はレーザ発振できないよう制御する。
【００１５】
１０９は不活性ガス例えば窒素などの供給源であり、遮光体１０２内部にガスを供給する。供給された不活性ガスは不図示の排出口より排出され、光路全域をパージするよう構成されている。特開平４-１２８７０２号公報、特開平４-１３９４５３号公報、及び特開平-２-２１０８１３号公報などに開示されているように、光学素子は長期にわたり光照射を受けると、素子表面に硫酸アンモニウム(NH4)2SO4や二酸化ケイ素 SiO2などが付着し、光学特性が著しく低下することが知られている。これは、周囲の環境に含まれるアンモニアNH3、亜硫酸SO2、Si 化合物 などが紫外線を照射することで化学反応を起こし生成されるものである。こうした光学素子の劣化を防止するために、窒素等の不活性ガスで前記レーザ光路をパージしている。
【００１６】
図２は、図１における検出器の挿入口付近の部分詳細図であり。図中、２１はレーザビームで本図においては図中矢印方向に照射している。１０２は前述した通り光路を取り囲む遮光体、１７は前述のカバーである。２２は挿入口２４を塞ぐ遮光蓋で、外部から押されると軸２３を回転中心に光路側に開き、外力が加わらないと自重で下りて挿入口２４を塞いで安定する構造である。２５は密封蓋で、外周の複数箇所に設けたボルト２８により遮光体１０２に取付けられている。さらに密封蓋２５に埋め込まれたＯリング２７により、閉状態の際に遮光体１０２との密閉性を高めている。ボルト２８を外した場合、軸２６を回転中心に密封蓋２５は自重で９０°以上外側に開き（図中点線で示す）、もしこの状態でカバー１７を取付けようとしても物理的に干渉して、カバー取付けができないようになっている。なお、軸２６と密封蓋２５の軸穴とは所定のクリアランスを有しており、ボルト２８の締め付けの際に軸２６は密封蓋２５の押し付けを妨げない。
【００１７】
図３は、挿入口に検出器２０１を装着した測定時の状態を示す。検出器２０１は取付部２０４と一体になっており、この取付部２０４の形状は密封蓋２５と同じ位置にねじ孔が形成され、密封蓋２５を固定するのと同じ複数のボルト２８を共通で使用できる。また検出器の取付部２０４には図２のＯリング２７と同様のＯリング２０３が設けられ、取付けた際に遮光体１０２との密閉性を確保している。同図に示すように検出器２０１を装着した状態では、遮光体１０２の外側を覆うカバーは外され、開状態の密封蓋２５が物理的に干渉してカバーの装着ができず、レーザ発振が強制的に停止する。
【００１８】
検出器２０１は検出素子が内蔵された受光部２０２を有しており、光路上に位置してレーザ光強度を検出しその検出結果を出力する。設置する床や建物構造などの長期的な変形に起因するレーザビーム光軸のずれが生じ、光学系が所定の性能を発揮できなくなるため、検出器２０１を用いて定期的に光軸ずれを確認し、ずれがあればこれを修正する。なお、検出器２０２は物理的特性（光強度）を検出するものに限らず、光路近傍の化学的特性（不活性ガス濃度）を検出するもの、さらにはその他の特性を検出するものであっても良い。各検出器の取付部を同一規格とすれば、各挿入口に用途に応じていずれの種類の検出器でも取付可能となる。
【００１９】
本実施例では、レーザ光路の周辺を遮光体で覆い、さらにその外周にカバーなどのケースを設け、該ケースの有無を検知してレーザ発振を許可するインターロックスイッチを装備している。内部のメンテナンス等の作業を行う場合にはケースを外す必要があるが、その時はインターロックが作動して誤ってレーザ発振することがないような安全システムが構成されている。さらに遮光蓋２２は検出器を外すと自動的に閉じ、また密閉蓋２５は検出器を装着した際に開いてカバーと干渉するようにしたことを特徴としている。もしこれらの機構がないと、仮に、作業者のミスでメンテナンス作業後に蓋をしめ忘れてケースを装着した場合、パージを行っている不活性ガスがリークして内部の光学素子が劣化してしまうし、また、作業者のミスでメンテナンス作業後に検出器の装着を忘れてインターロック解除してしまった場合、外部にレーザ光が漏れてしまう恐れがある。本実施例によればこのような事故を未然に防ぐことができる。
【００２０】
＜変形例＞
図４に変形例を示す。密封蓋４１は複数のボルト４２により遮光体１０２に締結される。なお、遮光体１０２と密封蓋４１との間には、不図示のＯリングがはさみ込まれ密封性を確保している。密封蓋４１は矢印A方向に挿入される不図示の検出器の挿入口を塞いでいる。ボルト４２が外されると、密封蓋４１は二つのガイド４２に沿って矢印B方向にスライドして自重落下し、ストッパー４４aで止まる。カバー１７には突起部１７aがついており、前述のごとく密封蓋４１が落下状態では突起部１７aが干渉して取りつかない。図のごとく密封蓋４１が取付け状態にあれば突起部１７aは干渉することなくカバー１７取付け可能である。なお、図中に示していないが、挿入口の内側には図２と同様の遮光蓋がある。
【００２１】
図５に別の変形例を示す。密封蓋５１は複数のボルト５２により遮光体１０２に締結される。なお、遮光体１０２と密封蓋５１との間には、不図示のＯリングがはさみ込まれ、密封性を確保している。密封蓋５１は矢印A方向に挿入される不図示の検出器の挿入口を塞いでいる。ボルト５２が外されると、密封蓋５１は軸５３を回転中心に自重で落下しストッパー５４aで止まる。カバー１７には突起部１７aがついており、前述のごとく密封蓋５１が落下状態では突起部１７aが干渉して取りつかない。図のごとく密封蓋５１が取付け状態にあれば、突起部１７aは干渉することなくカバー１７取付け可能である。なお図示はしていないが、挿入口の内側には図２と同様の遮光蓋がある。
【００２２】
図６にさらに別の変形例を示す。遮光蓋６１は２つのブラケット６３に支持された軸６２を回転中心にねじりコイルバネ６４により、閉じる方向に押え付けられているとともに、矢印A方向から不図示の検出器が挿入されると押されて開く。６５はバネ６４の一端を固定するバネ掛けである。このように、バネ力を作用させることで、重力方向に対して遮光蓋６１がいかなる姿勢で配置されてもその機能は満足されることになる。
【００２３】
図７にさらに別の変形例を示す。密封蓋７１は２つのブラケット７３に支持された軸７２を回転中心にねじりコイルバネ７４により、開く方向に押え付けられているとともに、不図示のボルトで遮光体１０２に固定できる。７５はＯリングで密閉性を高めている。第１の実施例にも述べたとおり、軸７２と密封蓋７１の軸穴とは所定のクリアランスを有しており、不図示のボルトの締め付けの際に軸７２は密封蓋７１の押し付けを妨げない。このように、バネ力を作用させることで、重力方向に対して密封蓋７１がいかなる姿勢で配置されても、その機能は満足されることになる。
【００２４】
図８にさらに別の変形例を示す。本例は図４に示した例に対し、バネを追加したものである。本図においては、不図示の検出器の挿入方向は矢印Aである。密閉板４１は複数のボルト４２で遮光体１０２に固定される。ボルト４２が外されるとバネ掛け８２、８３に掛けられた引っ張りコイルバネ８１により２つのガイド４３に沿ってストッパー４４aまで開く。このように、バネ力を作用させることで、重力方向に対して密封蓋４１がいかなる姿勢で配置されても、その機能は満足されることになる。
【００２５】
図９にさらに別の変形例を示す。本例は図５に示した例に対し、バネを追加したものである。本図においては、不図示の検出器の挿入方向は矢印Aである。密閉板９１は複数のボルト９２で不図示の遮光体に固定される。ボルト９２が外されるとねじりコイルバネ９４により軸９３を回転中心としてストッパー５４aまで開く。このように、バネ力を作用させることで、重力方向に対して密封蓋９１がいかなる姿勢で配置されても、その機能は満足されることになる。
【００２６】
なお、以上説明した実施例において、密封蓋と遮光体の間にあるＯリングは、特にこれに限定するものではなく、シール性を確保できる部材であれば代替え可能である。なお、上記Ｏリングは密封蓋、遮光体のどちらに付けても構わない。
【００２７】
また、密封蓋を遮光体に締結する手段としてボルトを述べたが、本発明においては特にこれに限定するものではない。
【００２８】
さらに、遮光蓋および密封蓋に用いたバネとしてねじりコイルバネおよび引っぱりコイルバネを述べたが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば板バネ、圧縮コイルバネ等でも構わない。
【００２９】
また、挿入口については、光路途中に何箇所設けるかは光路の形態および光学素子の配列等に応じて最適な場所を選択される。
【００３０】
＜デバイス製造方法の例＞
次に上記説明した投影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１０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（レチクル製作）では設計したパターンを形成したレチクルを製作する。一方、ステップ３（基板製造）ではシリコンやガラス等の材料を用いて基板を製造する。ステップ４（基板プロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したレチクルと基板を用いて、リソグラフィ技術によって基板上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製された基板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。
【００３１】
図１１は上記基板プロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）では基板の表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では基板表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では基板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）では基板にイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では基板にレジストを塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明したいずれかの投影露光装置を用いてレチクルの回路パターンを基板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）では露光した基板を現像する。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、基板上に多重に回路パターンが形成される。本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高精度デバイスを低コストに製造することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、投影露光装置のレーザ光路のメンテナンス作業において安全性の確保や光学素子の劣化を確実に防止することが可能で、それも低コストで達成することができる。また、この投影露光装置を用いてデバイスを製造すれば、従来は製造が難しかった高精度デバイスを低コストに製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】投影露光装置の実施形態の構成図
【図２】図１における挿入口の部分詳細図
【図３】挿入口に検出器を装着した図
【図４】変形例の構成図
【図５】別の変形例の構成図
【図６】別の変形例の構成図
【図７】別の変形例の構成図
【図８】別の変形例の構成図
【図９】別の変形例の構成図
【図１０】半導体デバイスの製造フローを示す図
【図１１】ウエハプロセスの詳細なフローを示す図
【符号の説明】
１  レーザ装置
１５、１６  インターロックスイッチ
１７  カバー
２１  レーザビーム
２２  遮光蓋
２５  密封蓋
２６  軸
２７  Ｏリング
２８  ボルト
４１  密封蓋
４３  ガイド
５１  密封蓋
５３  軸
６１  遮光蓋
６４  ねじりコイルバネ
７１  密封蓋
７４  ねじりコイルバネ
８１  引っ張りコイルバネ
９１  密封蓋
９３  軸
９４  ねじりコイルバネ
１０１  露光装置本体
１０２  遮光体
１０３  照明光学系
１０４、１０５、１０６、１０７  挿入口
１０８  制御系
１０９  不活性ガス供給源
２０１  検出器
２０２  受光部
２０３  Ｏリング
２０４  取付部
３０１、３０２  挿入口
３０３、３０４  インターロックスイッチ
３０５、３０６  カバー
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003950537.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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