JPH11288870A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投影光学系への汚染物の付着を防ぎ、露光量
低下や露光量ムラを防止することができる露光装置の提
供。 【解決手段】 感光性基板８とそれに最も近い投影光学
系７を構成するレンズ７ａとの間に挿脱可能に光学素子
１４ａを設け、光量センサ９で露光量を検出して露光量
の低下や露光量ムラの発生を検出したならば、清浄な光
学素子１４ｂを感光性基板８とレンズ７ａとの間に配設
するとともに、汚染された光学素子１４ａを洗浄装置１
３で光洗浄する。そして、光量センサ３５，３６で洗浄
中の光学素子１４ａの透過率をモニタし、透過率が所定
値以上となったならば洗浄を終了する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造等に用
いられる露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子または液晶基板を製造するた
めのリソグラフィ工程において、レチクル（フォトマス
ク等）のパターン像を投影光学系を介して感光基板上に
露光する露光装置が使用されている。近年、半導体集積
回路は微細化の方向で開発が進み、リソグラフィ工程に
おいては、より微細化を求める手段としてリソグラフィ
光源の露光波長を短波長化する方法が考えられている。
ステッパと呼ばれる半導体露光装置では、露光に用いら
れる光が可視光から紫外光へと波長が短くなってきてお
り、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光を露光光
として採用した露光装置がすでに開発されている。ま
た、波長２２０ｎｍ近傍または１８４ｎｍの水銀ランプ
や、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ等が短波長
光源の候補として注目されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
波長が短くなると、光は化学反応を起こしたり、エネル
ギ的に活性化される。その結果、短波長の光を用いた場
合には、長波長の光では生じなかったような問題が発生
する。例えば、ＡｒＦエキシマレーザ光を用いた場合に
は、空気中の酸素と反応してオゾンを発生させたり、
ウェハに照射されたときにウェハ上に塗布されたレジ
ストが蒸発する現象が生じて主にハイドロカーボンのガ
スを発生させたりする。

【０００４】オゾン発生時には酸素分子による露光光の
吸収によって光利用効率（すなわち透過率）が低下した
り、オゾンと光学材料表面や他の部品との反応による装
置性能の劣化等を引き起こす。特に問題となるのは、レ
ジストが蒸発してその気体が光学素子表面に付着する
と、露光光を吸収したり反射したりして透過率を低下さ
せることや、さらに、光を吸収した際に熱が発生して光
学素子表面の汚染物が固着して取れ難くなってしまうこ
とであった。

【０００５】露光装置においてこのような現象が起こる
と、露光量が低下してスループットが低下したり、露光
量の位置むらが生じて解像力の低下や線幅コントロール
の不均一性が生じると言う問題があった。

【０００６】本発明の目的は、投影光学系への汚染物の
付着を防ぎ、露光量低下や露光量ムラを防止することが
できる露光装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明の実施の形態を示す
図１，３に対応付けて説明する。 （１）請求項１の発明は、パターンが形成されたマスク
５を露光光で照明し、照明されたパターンを投影光学系
７で感光性基板８上に投影する露光装置に適用され、露
光光路中の感光性基板８に最も近い位置に挿脱可能に設
けられる光学部材１４ａと、光学部材１４ｂを露光光路
中から取り出して洗浄する洗浄手段１３，３２，３３と
を備えて上述の目的を達成する。なお、ここでは、パタ
ーンが形成されるレチクルやマスクを総称してマスクと
呼ぶ。 （２）図３に対応付けて説明すると、請求項２の発明
は、請求項１に記載の露光装置において、光学部材は、
露光光路外に設けられた複数の光学素子１４ａ，１４ｂ
から構成され、洗浄手段１３は、複数の光学素子１４
ａ，１４ｂのいずれか一つ（図３では光学素子１４ａ）
を露光光路中の感光性基板８に最も近い位置に配設する
とともに、その位置に配設された光学素子を露光光路外
に排出する配設・排出手段３２，３３を備え、露光光路
外に設けられた複数の光学素子の少なくとも一つ（図３
では光学素子１４ｂ）を洗浄する。 （３）請求項３の発明は、請求項２に記載の露光装置に
おいて、洗浄手段は、被洗浄光学素子１４ｂに紫外光を
照射してその表面に付着した汚染物質３１を除去する光
洗浄装置１３で構成される。 （４）請求項４の発明は、請求項３に記載の露光装置に
おいて、紫外光として露光光を用いるようにした。 （５）請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれかに記
載の露光装置において、洗浄手段１３により洗浄される
光学素子１４ａ，１４ｂの透過率を検出するセンサ３
５，３６と、センサ３５，３６の検出値に基づいて洗浄
手段１３による光学素子１４ａ，１４ｂの洗浄を終了さ
せる制御装置１５とを設けた。 （６）図１に対応付けて説明すると、請求項６の発明
は、請求項２〜５のいずれかに記載の露光装置におい
て、露光光路中にある光学素子１４ａ，１４ｂを透過し
た露光光の光量を検出する光量センサ９と、光量センサ
９の検出値に基づいて露光光路中の光学素子１４ａ，１
４ｂを露光光路中から取り出して洗浄手段１３で洗浄す
るように制御する制御装置１５とを設けた。 （７）図５，６に対応付けて説明すると、請求項７の発
明による露光装置は、請求項１に記載の露光装置におい
て、光学部材４０は、感光性基板８から露光光の照射に
より発生する物質３１が付着可能な少なくとも２つの付
着面Ａ１，Ａ２を有し、洗浄手段１３は、一方の付着面
Ａ２に物質３１が付着した場合、一方の付着面Ａ２を露
光光路外の所定位置へ移動し、かつ、他方の付着面Ａ１
を露光光路中に配設するように光学部材４０を移動する
移動手段３３を備え、所定位置に移動された光学部材４
０の一方の付着面Ａ２に付着した物質３１を除去する。 （８）請求項８の発明は、請求項７に記載の露光装置に
おいて、光学素子４０を露光装置の投影光学系７の一部
として構成した。

【０００８】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が発明の実施の形態に限定されるものではない。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図４を参照して本発
明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態
に係る露光装置の構成を模式的に示した図である。図１
に示す露光装置では、エキシマレーザ光源１はステッパ
ー本体Ｓとは別に設けられ、共通の床上に設置される。
このように光源１とステッパー本体Ｓとが別に設けられ
るのは、ステッパー本体Ｓの大きさや重量が大きくな
りすぎるのを避けるためや、光源１のメンテナンスを
し易くするためや、光源１で発生する振動や熱のステ
ッパー本体Ｓに対する影響を低減するためである。

【００１０】光源１を出射したレーザ光は、送光系２に
設けられたミラーＭ1，ミラーＭ2で反射されてステッパ
ー本体Ｓの照明光学系３へ導かれる。ＭSはシャッター
ミラーであり、シャッターミラーＭSが実線で示す状態
に駆動されるとレーザ光は送光系２から照明光学系３へ
導かれ、シャッターミラーＭSが破線で示す状態に駆動
されるとレーザ光は送光系４へ導かれる。レーザ光が送
光系４へ導かれた場合には、レーザ光はミラーＭ3で反
射されて洗浄装置１３へ導かれる。なお、洗浄装置１３
の詳細については後述する。送光系２，４はレーザ光を
効率良く導くように構成されており、また、送光系２，
４の内部空間はレーザ光が空気中の酸素と反応しないよ
うに窒素ガス等により置換される。

【００１１】照明光学系３はビームエキスパンダー，フ
ライアイレンズ，リレーレンズ，コンデンサーレンズ等
の光学素子（図示せず）を備えていて、送光系２によっ
て導かれたレーザ光のビームを広げるとともに一様な強
度に均一化した後、レチクルステージ６上に載置された
レチクル５の所定領域を照明する。レチクル５には半導
体チップの回路パターンが形成されており、レチクル５
を通過したレーザ光を投影光学系７でウェハステージ１
０上のウェハ８に照射することにより、レチクル５のパ
ターンの縮小像がウェハ８上に転写される。１４ａは投
影光学系７とウェハ８との間の光路上に配置され、投影
光学系の汚染を防止するための光学素子である。

【００１２】ウェハステージ１０上には、ウェハ８上に
照射されるレーザ光の光量を測定するための光量センサ
９が設けられる。１５は装置全体の制御を行う制御装置
であり、光量センサ９の信号に基づいて後述するモータ
３３を制御する。上述した照明光学系３，レチクルステ
ージ６，投影光学系７，ウェハステージ１０等は、床１
２から伝達される振動が極力低減されるように除振装置
１１上に載置されている。なお、図２に示すように、光
源１はメンテナンス性向上のためにステッパー本体Ｓと
は異なる床２２に置かれることがあるが、そのような場
合には、送光系２にはレーザ光の光軸ズレをモニタして
自動補正が行われるような機構が設けられる。

【００１３】図３はウェハ８部分および洗浄装置１３を
詳細に示す図である。光源１からのエキシマレーザ光は
エネルギが強く空気中の酸素と反応しやすいので、照明
光学系３や投影光学系７の内部空間は送光系２，４と同
様に窒素ガス等で置換される。しかし、ウェハ８の近傍
を窒素ガスで完全に置換するのは難しく、ウェハ近傍に
窒素ガスを流す程度しか行えない。一方で、ウェハ８上
にはレーザ光によるレチクル像が結像されるため、ウェ
ハ８上における単位面積当たりのエネルギが高くなり、
レーザ光がウェハ近傍に存在する酸素分子と反応してオ
ゾンを発生させたり、ウェハ８に塗布されたレジスト３
０を蒸発させたりする。レジスト３０は感光性の有機物
から成り、レーザ光がレジスト３０に照射されることに
より有機ガス３１が生じる。以下では有機ガス３１のこ
とを汚染物質３１と呼ぶことにする。

【００１４】７ａは投影光学系７を構成するレンズであ
って、最もウェハ８に近いレンズである。図３では７ａ
を曲率を持つ凸レンズで示したが、一般的には投影光学
系７を構成するレンズ系のトータルの収差を打ち消すた
めの平行ガラス板であることが多い。前述したように、
従来の装置では発生した汚染物質３１がレンズ７ａの表
面に付着して、ウェハ８上における露光量の低下や露光
量のムラ等を生じさせていた。本実施の形態の露光装置
では、投影光学系７とウェハ８との間に光学素子１４ａ
が配設されるため、光学素子１４ａの表面に汚染物質３
１が付着することによって汚染物質３１のレンズ７ａへ
の付着を防止することができる。

【００１５】図４は図３に示す部分を上方（投影光学系
側）から見た図である。３２は光学素子１４ａを保持す
るホルダであり、ホルダ３２には複数の光学素子（図４
に示す例では２つの光学素子１４ａ，１４ｂ）が保持さ
れ、ホルダ３２をモータ３３で回転駆動することによ
り、いずれかの光学素子を投影光学系７とウェハ８との
間の光路上に配設することができる。

【００１６】上述したように、露光動作により光学素子
１４ａの表面に汚染物質３１が付着して、露光量の低下
や露光量ムラが無視できないくらいに大きくなった場合
には、露光動作を停止してホルダ３２を１８０°回転
し、汚染された光学素子１４ａを洗浄装置１３内に移動
する。同時に、洗浄装置１３で洗浄された清浄な光学素
子１４ｂを投影光学系７とウェハ８との間の光路上に配
設し、露光動作を再開する。なお、露光量の低下や露光
量ムラを検出する際には、ウェハステージ１０上に設け
られた光量センサ９（図３）を投影光学系７の直下に移
動して測定を行う。

【００１７】光学素子１４ａ，１４ｂは、例えば、ガラ
ス板で構成される。図１や図３では光学素子１４ａ，１
４ｂの厚さを厚く描いたが、収差を発生させないために
はなるべく薄くするのが好ましく、また、薄くすること
によってレーザ光の吸収を無視できる程度まで小さくす
ることが可能となる。なお、光学素子１４ａ，１４ｂの
厚さを厚くしたい場合には、硝材としてＳiＯ₂やＣaＦ₂
等を用いるようにすれば良い。なお、光学素子１４ａ，
１４ｂは投影光学系の一部とみなしても良いが、いずれ
にしても、露光装置の光学特性を設定する際には光学素
子１４ａ，１４ｂの特性も考慮して設定される。

【００１８】次に、洗浄装置１３による光学素子１４
ａ，１４ｂの洗浄について説明する。洗浄装置１３には
上述したように送光系４によって光源１のレーザ光が導
かれ、レンズ系３４により拡散・均一化され光学素子１
４ｂに照射される。このように光学素子１４ｂにエキシ
マレーザ光などの紫外光が照射されると、光学素子１４
ｂの表面に付着している汚染物質が表面から離脱する。
このように紫外光を照射してレンズ表面に付着した物質
を除去する方法は光洗浄と呼ばれている。

【００１９】洗浄装置１３内には窒素ガスや純粋な空気
が供給口１３ａから供給され、光学素子１４ｂから離脱
した汚染物質３１を含んだ洗浄装置内のガスは排出口１
３ｂから排出される。洗浄装置１３に供給されるガス
は、イオンフィルタ等を用いて予めガスに含まれる有機
・無機イオンを除去される。ところで、供給ガスとして
空気を用いた場合には、レーザ光により空気中の酸素が
オゾン化され、そのオゾンによって光学素子１４ｂに付
着した汚染物質が分解され、より効果的洗浄が行われる
ことが期待できる。光学素子１４ｂが十分に光洗浄され
たか否かは、光学素子１４ｂに入射する光の光量および
透過する光の光量を光量センサ３５，３６でモニタして
制御装置１５で判定される。例えば、透過率が所定値以
上となったならば光洗浄が十分行われたと判定し、光洗
浄を終了する。なお、上述した例では、光洗浄によって
光学素子１４ａ，１４ｂに付着した汚染物質を除去した
が、オゾンによって汚染物質が分解されるように、光洗
浄以外の物理的・化学的洗浄方法によって洗浄を行うよ
うにしても良い。

【００２０】なお、上述した実施の形態では、ホルダ３
２に複数の光学素子１４ａ，１４ｂを保持して、ホルダ
３２を回転させることにより光学素子の露光光路中への
配設および露光光路中からの排出を行うように構成した
が、例えば、複数の光学素子を露光光路外のストッカ等
の収納装置に納め、汚染された光学素子を配設・排出機
構によって露光光路中から排出して洗浄装置内に移動す
るとともに、収納装置内のいずれか一つの光学素子を配
設・排出機構によって露光光路中に配設するような構成
としても良い。

【００２１】図５，６は上述した実施の形態の変形例を
示す図であり、上述した図３に対応する図で、図６は図
５をウェハ８側から見た図である。なお。以下では図３
と異なる部分を中心に説明する。図５において、４０は
円板状の光学素子でありモータ３３によって図６の符号
Ｒのように回転駆動される。領域Ａ１，Ａ２は、露光光
をウェハ８上に照射したときに発生する汚染物質３１が
付着する領域（光学素子４０のウェハ８に対向する面４
０ａ上の領域）を示している。なお、領域は付着面とも
言う。ここで、面４０ａの面積は、領域Ａ１の面積（領
域Ａ２の面積は領域Ａ１と等しい）の少なくとも２倍以
上とする必要がある。

【００２２】例えば、領域Ａ１が図５のように露光光路
中に配置されるようにモータ３３で光学素子４０を回転
させて露光を行うと、領域Ａ１に汚染物質３１が付着
し、汚染物質３１の付着が増大すると露光条件の変化が
許容範囲を越えるようになる。そこで、随時、光量セン
サ９を用いて露光条件の変化を測定し、露光条件の変化
が許容範囲を越えたならば光学素子４０の領域Ａ２が露
光光路中に、かつ、領域Ａ１が洗浄装置１３内となるよ
うにモータ３３で光学素子４０を１８０゜回転させる。
その後、光学素子４０の領域Ａ１は洗浄装置１３により
洗浄され、付着した汚染物質３１は除去される。なお、
露光光路中に配置された領域Ａ２は既に洗浄装置１３に
よって洗浄されている。

【００２３】上述した実施の形態では、洗浄装置１３へ
のレーザ光の導入は、露光動作が行われないとき（例え
ば、ウェハを交換する間）にシャッターミラーＭS（図
１）を駆動してレーザ光を送光系４へ導くようにすれば
良い。送光系４には上述したようなミラーを用いる方法
の他に、シャッターミラーＭSで反射されたレーザ光を
レンズで集光して光ファイバーで洗浄装置１３まで導く
ようにしても良い。また、上述した例では光洗浄に用い
られる光として露光用光源１を用いたが、光源１とは別
に露光光とは異なる紫外光を発生する光洗浄用光源を設
けるようにしても良い。

【００２４】また、光学素子１４ａ，１４ｂの光洗浄を
いつ行うかの判定方法としては、上述したように光量セ
ンサ９を用いる他に、露光の際のレーザのパルス数を
カウントして規定のカウント数となったならば光洗浄を
行う方法や、ウェハ８の処理枚数が規定枚数となった
ならば光洗浄を行う方法などがある。

【００２５】本実施の形態では、露光装置１の光源とし
て紫外波長域の照明光、例えば、Ｆ２レーザ光（波長１
５７ｎｍ）、さらに波長の短い軟Ｘ線等のＥＵＶＬを用
いることも可能である。さらに、露光装置としては、マ
スクと基板とを同期移動してマスクのパターンを露光す
る走査型の露光装置、マスクと基板とを静止した状態で
マスクのパターンを露光し、基板を順次ステップ移動さ
せるステップアンドリピート型の露光装置にも適用する
ことができる。露光装置の種類としては、半導体製造用
の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラ
スプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用の
露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装置
にも広く適用できる。本発明における投影光学系検査装
置および投影露光装置は、すでに各実施の形態で説明し
た各構成要素から構成されており、これらの構成要素を
前述した機能を達成するように、電気的、または機械
的、光学的に連結することで組み上げられる。

【００２６】以上説明した実施の形態と特許請求の範囲
の要素との対応において、ウェハ８は感光性基板を、ホ
ルダ３２およびモータ３３は配設・排出手段をそれぞれ
構成し、請求項１の洗浄手段は洗浄装置１３，ホルダ３
２およびモータ３３で構成され、請求項２の洗浄手段は
洗浄装置１３で構成される。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る露光
装置によれば、露光光路中の感光性基板に最も近い位置
に光学素子を挿脱可能に設けて、その光学素子を露光光
路中から取り出して洗浄手段で洗浄できるようにしたの
で、感光性基板に最も近い光学素子に汚染物が付着して
も洗浄手段により容易に除去することができ、感光性基
板上における光量を常に所定水準以上に保つことが可能
となる。請求項２の発明に係る露光装置では、露光光路
中の感応基板に最も近い位置にに配設可能な光学素子を
複数設け、露光光路外にある光学素子の少なくとも一つ
を洗浄手段により洗浄するようにしたので、一つの光学
素子を洗浄している最中であっても、洗浄手段によって
洗浄された他の光学素子を露光光路中に配設することに
より露光動作を行うことが可能となる、請求項４の発明
に係る露光装置では、光学素子の洗浄に露光光を用いる
ことによって新たな光源を必要としないので、洗浄を行
うのことによるコストアップを抑えることができる。請
求項５の発明に係る露光装置では、光学素子の透過率を
検出して洗浄手段による洗浄を終了させるようにしてい
るので、光学素子の確実な洗浄を行うことができる。請
求項６の発明に係る露光装置では、光量センサの検出値
に基づいて光学素子の洗浄が必要か否かの判定をし洗浄
を行うようにしているため、露光量の低下や露光量ムラ
の発生を未然に防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る露光装置の構成を模
式的に示した図。

【図２】光源１の他の設置例を示す図。

【図３】ウェハ８部分および洗浄装置１３を詳細に示す
図。

【図４】図３に示す部分を投影光学系側から見た図。

【図５】本発明の実施の形態に係る露光装置の変形例を
示す図。

【図６】図５に示す装置をウェハ８側から見た図。

【符号の説明】

１ 光源 ２，４ 送光系 ３ 照明光学系 ５ レチクル ６ レチクルステージ ７ 投影光学系 ７ａ レンズ ８ 感光性基板 ９，３５，３６ 光量センサ １０ ウェハステージ １１ 除振装置 １３ 洗浄装置 １４ａ，１４ｂ，４０ 光学素子 ４０ａ 対向面 １５ 制御装置 ３０ レジスト ３１ 汚染物質 ３２ ホルダ ３３ モータ ３４ レンズ系 Ａ１，Ａ２ 領域 Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3 ミラー ＭS シャッターミラー

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パターンが形成されたマスクを露光光で
   照明し、照明された前記パターンを投影光学系で感光性
   基板上に投影する露光装置において、 露光光路中の前記感光性基板に最も近い位置に挿脱可能
   に設けられる光学部材と、 前記光学部材を露光光路中から取り出して洗浄する洗浄
   手段とを備えることを特徴とする露光装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の露光装置において、 前記光学部材は、露光光路外に設けられた複数の光学素
   子から構成され、 前記洗浄手段は、前記複数の光学素子のいずれか一つを
   露光光路中の前記感光性基板に最も近い位置に配設する
   とともに、前記位置に配設された前記光学素子を露光光
   路外に排出する配設・排出手段を備え、 前記露光光路外に設けられた複数の光学素子の少なくと
   も一つを洗浄することを特徴とする露光装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の露光装置において、 前記洗浄手段は、被洗浄光学素子に紫外光を照射してそ
   の表面に付着した汚染物質を除去する光洗浄装置で構成
   されることを特徴とする露光装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の露光装置において、 前記紫外光として露光光を用いることを特徴とする露光
   装置。
5. 【請求項５】 請求項２〜４のいずれかに記載の露光装
   置において、 前記洗浄手段により洗浄される光学素子の透過率を検出
   するセンサと、 前記センサの検出値に基づいて前記洗浄手段による光学
   素子の洗浄を終了させる制御装置とを設けたことを特徴
   とする露光装置。
6. 【請求項６】 請求項２〜５のいずれかに記載の露光装
   置において、 前記露光光路中にある光学素子を透過した露光光の光量
   を検出する光量センサと、 前記光量センサの検出値に基づいて前記露光光路中の光
   学素子を前記露光光路中から取り出して前記洗浄手段で
   洗浄するように制御する制御装置とを設けたことを特徴
   とする露光装置。
7. 【請求項７】 請求項１に記載の露光装置において、 前記光学部材は、前記感光性基板から露光光の照射によ
   り発生する物質が付着可能な少なくとも２つの付着面を
   有し、 前記洗浄手段は、一方の付着面に前記物質が付着した場
   合、前記一方の付着面を露光光路外の所定位置へ移動
   し、かつ、前記他方の付着面を露光光路中に配設するよ
   うに前記光学部材を移動する移動手段を備え、 前記所定位置に移動された前記光学部材の前記一方の付
   着面に付着した前記物質を除去することを特徴とする露
   光装置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の露光装置において、 前記光学素子を露光装置の投影光学系の一部として構成
   したことを特徴とする露光装置。