(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エキシマレーザ光源からの光束をレンズを含む光学系を通過させ、レチクルを通して露光対象物上に露光する露光方法において、
前記光学系の少なくとも一部にオゾン、Ｎ2Ｏ、Ｈ2Ｏ、Ｈ2Ｏ2またはこれらの混合ガスを導入し酸化性雰囲気に保持した状態で前記エキシマレーザにより露光を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項２】
エキシマレーザ光源からの光束をレンズを含む光学系を通過させ、レチクルを通して露光対象物上に露光する露光方法において、
前記光学系の少なくとも一部に酸素ラジカル、Ｎ2Ｏラジカル、Ｈ2Ｏ2ラジカルおよびこれらの混合ガスからなる酸化性を有する活性種を導入し酸化性雰囲気に保持した状態で前記エキシマレーザにより露光を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項３】
エキシマレーザ光源からの光束をレンズを含む光学系を通過させ、レチクルを通して露光対象物上に露光する露光方法において、
前記光学系の少なくとも一部にＮ2ガスあるいはＮ2とＯ2との混合ガスを導入した状態で前記エキシマレーザにより露光を行った後、前記光学系の少なくとも一部を酸化性ガスに置換することで、前記レンズ表面に付着した有機物を除去することを特徴とする露光方法。
【請求項４】
前記酸化性ガスが、オゾン、Ｎ2Ｏ、Ｈ2Ｏ、Ｈ2Ｏ2またはこれらの混合ガスである請求項３に記載の露光方法。
【請求項５】
前記酸化性ガスにかわり、酸素ラジカル、Ｎ2Ｏラジカル、Ｈ2Ｏ2ラジカルおよびこれらの混合ガスからなる酸化性を有する活性種を、前記光学系の一部に導入することを特徴とする請求項３に記載の露光方法。
【請求項６】
エキシマレーザ光源からの光束をレンズを含む光学系を通過させ、レチクルを通して露光対象物上に露光する露光方法において、
前記光学系の少なくとも一部にＮ2ガスあるいはＮ2とＯ2との混合ガスを導入した状態で前記エキシマレーザにより露光を行った後、前記光学系の少なくとも一部に、高周波電力を印加し酸素及び窒素プラズマを形成することで、前記レンズ表面に付着した有機物を除去することを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造等に用いられる露光装置に関し、特に縮小露光系を含むステッパ露光装置を用いた露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステッパは、レチクルないしマスク（以下、まとめてレチクルと呼ぶ）上のパターンを１／１０ないし１／５に縮小して半導体ウエハ上のフォトレジスト膜等の露光対象物上に結像させる。
【０００３】
半導体装置の高集積化、小型化に伴い、ステッパ露光装置の露光波長は水銀ランプのｇ線からｉ線へと短波長化し、さらにはエキシマレーザのＫｒＦレーザ光、ＡｒＦレーザ光へと短波長化を進めている。
【０００４】
これらの露光に用いられる紫外線は、フォトンエネルギが高く、照射されたホトレジスト等の感光体に化学変化を生じさせ、レチクルパターンを露光対象物上に形成させる。
【０００５】
図６に従来のステッパ露光装置を示す。図６においては、照明系の鏡筒６０１内に、紫外線を発光するランプ６１と、ランプ６１から発した光をレチクル６４上に照射するためのコンデンサレンズ６２が配置されている。ランプ６１から発し、コンデンサレンズ６２で平行光束にされた光はレチクル６４を照射する。
【０００６】
さらに、レチクル６４の開口部を通過した紫外光は、投影系鏡筒６０２内を通過し、縮小投影系レンズ群６５によって集束され、半導体ウエハ６７上に塗布されたホトレジスト膜を露光する。なお、半導体ウエハ６７は、ベース６８上に固定されたＸＹステージ６９に載置されている。
【０００７】
この従来の露光装置を示す図で省略されているシャッター、絞り等により、適当な照度で露光した後、ＸＹ６９ステージを移動し、同様の手順で繰り返し露光を行う。
【０００８】
ステッパの処理速度を高めるためには、照明系、露光系全レンズ群を透過する光量を大きくすることが必要で、また、フレアーや、露光対象物上の照度ムラは極力抑えなければならない。
【０００９】
通常、透過率を高め、フレアーを抑えるために、レンズ表面に露光波長に対する反射防止膜を形成する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ｇ線およびｉ線のステッパを長期間使用すると、図６における照明系レンズ群６２や投影系縮小レンズ群６５のレンズ表面にくもりや、有機物が堆積する。一般的にこれらレンズ群の表面には露光波長に対する反射防止膜等がコーティングされており、くもりや、有機物が堆積することにより反射率が変化するために、透過率が減少し、露光光の散乱も発生していた。
【００１１】
くもりの堆積や、有機物付着が光学系を構成するレンズ全面にわたってムラがあると、露光対象物上の照度ムラとなってしまうこともあった。また、レンズ群表面に付着した堆積物が露光光を吸収する場合にも、同様にレンズの透過率の減少や、レンズ面内の透過率のムラが生じる。このような状態になると、ステッパの投影照度が減少し、照度ムラが発生し、フレアー等が大きくなるなど、性能が全体として低下してしまう。
【００１２】
一方、露光波長がエキシマＫｒＦレーザ(248nm)、ＡｒＦレーザ(193nm)と短波長になり、フォトンエネルギー、エネルギー密度が大きくなると、クリーンルーム中や、レンズ鏡筒内で付着した有機物等が除去され、短期間においても露光面での照度が変化するなどの問題があった。
【００１３】
以上の問題点を解決するために、特開平７−２０１７０２号公報には非酸化性ガスであるＮ2等のガスで鏡筒内を充填する改善策が開示されている。また、特 開平７−２７３０１６号公報にはシールガラスでレンズ等への付着を防止し、シールガラスを交換可能にすることにより、性能劣化を防止する改善策が開示されている。
【００１４】
しかしながら、レンズ鏡筒内にはレンズと鏡筒の固定のための接着剤や、鏡筒内部表面に付着した有機物等の汚染物質が存在し、これら汚染物質が紫外線のエネルギーによって分解または反応して、分解生成物または反応生成物がレンズ表面に付着する。また、紫外線を照射しなくても有機物がレンズ表面に付着する。したがって、上記のような対策では、有機物の付着による光学性能の劣化を防止するには不十分である。
【００１５】
また、縮小露光系レンズ群は交換が非常に困難であるなど、従来の対策では対応できないことが問題となっている。
【００１６】
本発明の目的は、いずれの露光波長においても長期間性能の劣化が少ない露光方法を提供することにる。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、以下に示す本発明によって達成される。すなわち本発明は、エキシマレーザ光源からの光束をレンズを含む光学系を通過させ、レチクルを通して露光対象物上に露光する露光方法において、
前記光学系の少なくとも一部にオゾン、Ｎ2Ｏ、Ｈ2Ｏ、Ｈ2Ｏ2またはこれらの混合ガスを導入し酸化性雰囲気に保持した状態で前記エキシマレーザにより露光を行うことを特徴とする露光方法を開示するものである。
【００１８】
また本発明は、エキシマレーザ光源からの光束をレンズを含む光学系を通過させ、レチクルを通して露光対象物上に露光する露光方法において、
前記光学系の少なくとも一部に酸素ラジカル、Ｎ2Ｏラジカル、Ｈ2Ｏ2ラジカルおよびこれらの混合ガスからなる酸化性を有する活性種を導入し酸化性雰囲気に保持した状態で前記エキシマレーザにより露光を行うことを特徴とする露光方法を開示するものである。
【００１９】
さらにまた発明は、エキシマレーザ光源からの光束をレンズを含む光学系を通過させ、レチクルを通して露光対象物上に露光する露光方法において、
前記光学系の少なくとも一部にＮ2ガスあるいはＮ2とＯ2との混合ガスを導入した状態で前記エキシマレーザにより露光を行なった後、前記光学系の少なくとも一部に、高周波電力を印加し酸素及び窒素プラズマを形成することで、前記レンズ表面に付着した有機物を除去することを特徴とする露光方法をも開示するものである。
【００２０】
本発明の露光方法は、光源から発した光をレンズを含む光路上を通過させ、マスクを通して、露光対象物上に露光する露光方法において、光路上に存在するレンズ雰囲気を酸化によりレンズ表面に酸化物被膜を形成するような不純物物質を取り除いた環境に保持し、レンズの少なくとも１つの面を酸化性雰囲気に接触させレンズ表面に付着する有機物等を除去しつつ露光を行う。
【００２１】
あるいは、光路上に存在するレンズ雰囲気を酸化によりレンズ表面に酸化物被膜を形成するような不純物物質を取り除いた窒素または酸素雰囲気等の環境に保持しつつ露光を行い、レンズ表面が汚染された時点で、汚染レンズ面を酸化性雰囲気に置換して汚染物質を除去する。
【００２２】
酸化および有機ガス分子の分解、合成により生成した物質によるレンズ表面のくもりや、付着物による反射率変化、吸収変化による透過率変化を防止するため、金属元素および金属化合物、有機不純物質を除去した酸化性ガス環境にレンズの少なくとも１つの面を保持することにより、酸化によるレンズ汚染を防止し、且つ、酸化性雰囲気に接触させつつ露光を行うか、または汚染された少なくとも１つのレンズを酸化性雰囲気に暴露することにより、紫外線によってレンズ表面に付着した有機物を除去し、露光系の光学性能を安定化する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施態様について説明する。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらによってなんら限定されるものではない。
【００２５】
［実施例１］
クリーンルーム環境下に放置したレンズをフーリエ変換赤外分光装置（以下、ＦＴＩＲと表示する）によって分析し、各種のハイドロカーボン等の有機化合物がレンズ表面上に堆積していることを確認した。通常大気中に放置されたサンプル上には各種ハイドロカーボンが付着することが知られており、通常のレンズ作成工程中や洗浄後にレンズ表面に付着することが明らかになっている。
【００２６】
エキシマ（ＫｒＦ、ＡｒＦ）レーザでは、フォトンエネルギーが大きく、これらの有機化合物が除去される。
【００２７】
レンズ表面に付着する有機化合物は屈折率が１.３〜１.７程度まで様々であるが、このような汚染物質が表面に付着するとレンズ表面の反射率が変化し、透過率が減少してしまう。また、露光波長が短波長になるにつれて、汚染物質の吸収も問題になってくる。
【００２８】
図１は本発明のエキシマ（ＫｒＦ）露光装置の要部概略図である。同図において、１０１は照明系レンズ封止チャンバー、１０２は投影系レンズ封止チャンバー、１０３は酸素ガスボンベ、１０４はオゾン発生装置、１０５はオゾン処理装置である。
【００２９】
以下、図１に基づいて本発明の詳細を説明する。
１１は光源としてのエキシマレーザであり、248nmのレーザ光をパルス発振して いる。１１から放射されたレーザ光は１２のミラー、１３のコンデンサーレンズおよび不図示のオプティカルインテグレータ、ズームレンズ等の光学部品によって、レチクル１４を均一に照明するよう調整されている。
【００３０】
レチクル１４を通ったレーザ光は、鏡筒１６内に収められた縮小露光系レンズ群１５を密封する封止ボックス（チャンバー）１０２内に入射し、さらに縮小露光レンズ群１５をへて、ウエハー１７上にレチクルパターンを転写する。鏡筒１６内には縮小露光レンズ群１５と鏡筒１６を接着する接着剤や、レンズ固定治具等があるが省略されている。
【００３１】
鏡筒内にはクリーンルーム内の各種溶剤や、有機系ガス等の様々なガスが混入しているため、露光停止中、縮小露光系レンズ群の表面には、各種のハイドロカーボン等の有機化合物が堆積している。
【００３２】
ここで、酸素ガスボンベ１０３、ォゾン発生器１０４により、オゾンガスを封止ボックス１０２内に導入する。ここで用いるオゾンガス発生用酸素ガスはクリーンルーム内に混入する有機溶剤、有機金属系ガスの他、光化学反応によって固形物を生成するガスを除去し、デポジシヨンが起こらない状態まで純化している。また、オゾンの生成効率を向上するために、数％のＮ2ガスを添加している。
【００３３】
封止ボックス１０２内にある鏡筒１６には、このオゾンガスが縮小露光系レンズ群１５に効率よく行きわたるように、貫通孔１０５があけられている。
【００３４】
このオゾンガスを封止ボックス１０２内にしばらく流し、鏡筒内の不純物ガスを十分に置換する。その後、オゾンガスを流しながら露光を行う。
【００３５】
露光中は強いレーザ光によって、レンズ表面に堆積していた有機物は除去され、常にクリーニングされている。
【００３６】
露光終了と同時にレンズ表面に有機物が付着するが、この有機物は鏡筒内に導入しているオゾンガスによって、蒸気圧の高いガス状物質に変化し、オゾンガスとともにレンズより除去され、鏡筒外部に排出される。排出されたガスは有害なオゾンは分解処理され、その他のガス成分も無害化されて、さらにパーティクル除去フィルターを通してクリーンルーム内に排出されるようになっている。
【００３７】
レンズ鏡筒とレンズを接着する接着剤、鏡筒内面等の使用材料はオゾンに対して耐性の高いものを用いるか、またはオゾンガスに触れないよう保護膜をコーティングすることが望ましい。
【００３８】
本実施例ではエキシマレーザ露光装置を例示し、露光方法について説明したが、ｇ線、ｉ線、ＡｒＦ等の露光装置においても、本実施例の露光方法を実行すれば、レンズ表面に付着する有機物のクリーニング効果によって、光学性能が安定化する。
【００３９】
本実施例では酸化性ガスとしてオゾンを用いたが、オゾン以外にも、Ｎ2Ｏ、Ｈ2Ｏ2等の有機膜除去効果のあるガスを用いても同様の効果が得られる。また、これら酸化性ガス以外にも酸素ラジカル、Ｎ2Ｏラジカル等の活性分子を供給し てもよい。但し、この場合、封止チャンバー内はこれらの酸化性ガスに耐性の高い材料で構成しなければならない。
【００４０】
また、本実施例では縮小露光系レンズのみを清浄化する実施例を示したが、照明系レンズについても全く同様の処理が可能であることは言うまでもない。
なお、封止チャンバー１０１、１０２の露光光照射部の大気側にも有機物が付着するが、この部分には防着ガラス等を配置し、着脱容易にして交換する。
【００４１】
本発明による図１に示す露光方法を用いれば、レンズ表面に付着して反射率を変化させたり、エキシマレーザを吸収するような有機物を常に除去することが可能になり、透過率、照度ムラが変化せず、長期問安定して露光することが可能になる。また、レンズ群を分解し清掃するなどの手間がかからず、装置を効率よく使用することができる。
【００４２】
［実施例２］
図２は本発明の第２の実施例であるエキシマ露光装置を示す要部概略図である。同図において、２０１はＮ2ガス、２０２はガス切り替え器である。
【００４３】
以下、図２に基づいて本発明の詳細を説明する。
露光のためにレンズ群１５に紫外線を照射する前に、ガス切り替え器２０２によりＮ2ガス２０１を鏡筒内に流し、鏡筒内をＮ2ガスで十分にパージする。ここで使用するＮ2ガスは、有機金属、ＮＨ4等のデポジションを起こす不純物を除去したものを使用する。また、ここではＮ2ガスを使用しているが、Ａｒ、Ｎｅ等の 不活性ガスでもよいし、また、金属不純物、有機不純物等を除去した空気でもよいが、安価で、高純度のガスが入手することができ、屈折率が大気と同程度のものであるものが望ましい。
【００４４】
Ｎ2ガスでパージした後、ガスを微少流量流しながら露光を行う。露光中はレ ーザにより有機系付着物は除去されるが、露光終了後、鏡筒内や、接着剤等から放出されるガス等の有機物汚染物質によって、レンズ表面にハイドロカーボン等の有機膜が付着する。
【００４５】
露光終了後、ガス切り替え器２０２を切り替ぇ、酸素ガス１０３とオゾン発生器１０４により、鏡筒内にオゾンガスを導入する。このオゾンガスによって、露光後にレンズ表面に有機汚染物質が付着するのを防止する。こうすることにより縮小露光系の光学性能の劣化を抑制することができる。
【００４６】
レーザ照射中は酸化性ガスを安定なガスに置換しているため、鏡筒内に設置された接着剤等の長寿命化が図れる利点がある。
【００４７】
本実施例では縮小露光系について説明したが、照明系にも適用することができるのはもちろんである。
【００４８】
本実施例では酸化性ガスとしてオゾンを用いたが、オゾン以外にも、Ｎ2Ｏ、Ｈ2Ｏ2等の有機膜除去効果のあるガスを用いても同様の効果が得られる。またこれら酸化性ガス以外にも酸素ラジカル、Ｎ2Ｏラジカル等の活性分子を供給して もよい。但し、この場合、封止チャンバ−内はこれらの酸化性ガスに対する耐性の高い材料で構成しなければならない。
【００４９】
なお、封止チャンバ−１０１、１０２の露光光照射部の大気側にも有機物が付着するが、この部分には防着ガラス等を配置し、着脱容易にして交換する。
【００５０】
［実施例３］
図３は本発明の第３の実施例であるエキシマ露光装置を示す要部概略図である。同図において、３０１はＮ2ガス、３０２は酸素ガス、３０３は電極、３０４は 高周波電源およびマッチングボックス、３０５は排気系である。
【００５１】
鏡筒１６内を、３０１、３０２のＮ2／Ｏ2（20%）ミキシングガスで十分にパ ージした後、露光を行う。このガスは金属および金属化合物、ＮＨ4等の不純物 を極力除去している。露光終了後、有機物が付着し、ウエハ１７上の照度、照度分布が変化してしまう。そこで、露光終了後、３０５の排気系で適当な圧力まで減圧状態にする。ここで、高周波電源３０４より、電極３０３に高周波電力を印加し、酸素および窒素プラズマを形成する。このプラズマ中で形成された酸素ラジカル、オゾン等により、レンズ上の有機物を除去する。除去された有機物は排気系３０５により鏡筒１６から排出され、処理系１０５によって無害化され、排出される。
【００５２】
有機物付着の多い部位にのみ放電を形成し、除去することができるので、接着剤、封止チャンバー内面等の劣化を防止することができる。
【００５３】
また、効率よくレンズにオゾン等を供給することができるため、有機物除去速度が非常に速い特徴を有する。
【００５４】
本実施例では供給ガスにＮ2とＯ2を用いたが、Ｎ2／Ｏ2混合ガスならば、ＣＲ（クリーンルーム）内に排出することができる利点がある。しかし、放電によって有機膜除去効果を有する活性物質を生成するガスならばＮ2Ｏ、Ｈ2Ｏ、Ｈ2 Ｏ2等でもよく、この場合、除外系を排気系３０５の大気側に設置する。特に活性な酸素原子を生成し、且つ活性種となる以前は安全なガスが望ましい。
【００５５】
［実施例４］
図４は本発明の第４の実施例であるエキシマＫｒＦ露光装置を示す要部概略図である。同図において、１１はエキシマレーザ、１２はミラー、４０１はシャッター、４０２はシヤツター駆動機構、４０３は高圧水銀ランプ、４０４は金属不純物、有機不純物等を除去したＮ2／Ｏ2混合ガスである。
【００５６】
露光を行う前に鏡筒１６内を４０４のガスで十分に置換する。露光中も十分な流量のガスを流しながらウエハの焼き付けを行う。こうすることにより金属酸化物等の付着を防止する。露光終了後、１２のミラーを移動し、４０１のシャッターを４０２の駆動機構により開ける。
【００５７】
こうすることにより、縮小露光系レンズ群１５に光源１１からの紫外光を照射する。光源１１は焼き付け波長のｉ線以外にも多くの輝線を有し、より短波長の紫外線も放出されている。鏡筒１６内の酸素は、この紫外線により活性化され、オゾン等の活性種を生成し、レンズに付着した有機物を除去する。
【００５８】
活性種の生成には紫外線が有効であり、露光系の加熱を防止するために、赤外線カットフィルターを通して照射しても、有機物除去効果はほとんど変わらない。有機物を除去する場合、できるだけ照度を上げるため、レチクル１４もはずして行うとが望ましい。
【００５９】
また、有機物除去を行なう際に照射する紫外線の波長は、短波長の方がオゾン生成効率、有機物分解効率に優れており、160〜350nmであることが望ましい。
【００６０】
［実施例５］
図５は本発明の第５の実施例であるｉ線露光装置を示す要部概略図である。同図において、１６は内部にオゾンガスを充墳した密封型鏡筒、５０１は金属および金属化合物、有機不純物等を除去したＮ2／Ｏ2混合ガス、５０２はストップバルブ、５０３はガス排出孔、５０４はｉ線フィルター、５０５はフィルター移送機構である。
【００６１】
縮小露光系に金属酸化物等の容易に除去することができない付着物が析出しないようにボンベ等より金属および金属化合物、有機不純物等を除去したＮ2／Ｏ2混合ガス５０１によりパージを行いながら、露光を行う。
【００６２】
レンズ鏡筒内には高濃度のオゾンガスが充填されており、露光中、および放置中にレンズ表面に付着した有機物を除去し、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ等に変化させる。これらのガスは、ｉ線で分解することはなく、安定してガス状で存在する。鏡筒内の有機物汚染は、製造時に鏡筒内部に付着したハイドロカーボン、接着剤等から放出されるガスが主成分となるが、長時間使用するうちに枯れてくる。したがって、初期に放出されるガスによる有機付着物を再付着しないガス状態に変換してしまうことにより、長期問安定した光学性能を維持することが可能となる。
【００６３】
非常に長期間使用すると、鏡筒内に充填されたオゾンが分解し、酸素に変化してしまい、次第にこの効果が薄れてくる。ここで、ｉ線フィルター５０４を移送機構５０５により取り外し、光源１１に紫外光をフィルターを介さずに縮小露光系レンズ群１５に照射する。光源１１から放射される紫外光は200nm以下の非常 に短波長の光も放射されており、レンズ群１５内に充填されている酸素を活性化する。
【００６４】
したがって、これらのオゾン等の活性酸素により、レンズ表面に付着した有機不純物質を除去することができる。
【００６５】
本実施例では、露光に用いる光源をそのまま活用することができ、効率的であるとともに、酸化物ガス処理系、酸化物ガス供給系等が必要なく、使いやすく、安価で、しかも長期間光学性能の安定した露光装置を提供することができる利点がある。
【００６６】
【発明の効果】
上記のように本発明により、紫外線を用いる露光装置を長期間にわたって安定に動作させることができる露光方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１による露光装置のレンズ系の概要を示す摸式断面図。
【図２】本発明の実施例２による露光装置のレンズ系の概要を示す摸式断面図。
【図３】本発明の実施例３による露光装置のレンズ系の概要を示す摸式断面図。
【図４】本発明の実施例４による露光装置のレンズ系の概要を示す摸式断面図。
【図５】本発明の実施例５による露光装置のレンズ系の概要を示す摸式断面図。
【図６】従来技術による露光装置のレンズ系の概要を示す摸式断面図。
【符号の説明】
１１,６１    光源（ランプ）、エキシマレーザ
１２    ミラー
１３,６２    コンデンサーレンズ
１４,６４    レチクル
１５,６５    縮小露光系レンズ群
１６    鏡筒
１７,６７    シリコンウエハ（半導体ウエハ）
６８    ベース
６９    ＸＹステージ
１０１    照明系レンズ封止チャンバー
１０２    投影系レンズ封止チャンバー（封止ボックス）
１０３    酸素ガスボンベ
１０４    オゾン発生装置
１０５    オゾン処理装置
１０６    貫通孔
２０１,３０１    Ｎ2ガス
２０２    ガス切り替え器
３０２    酸素ガス
３０３    電極
３０４    高周波電源およびマッチングボックス
３０５    排気系
４０１    シャッター
４０２    シヤツター駆動機構
４０３    高圧水銀ランプ
４０４,５０１    Ｎ2／Ｏ2混合ガス
５０２    ストップバルブ
５０３    ガス排出孔
５０４    ｉ線フィルター
５０５    フィルター移送機構
６０１    照明系鏡筒
６０２    投影系鏡筒
【図１】
0004181647.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004181647.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0004181647.tif 000007