JP2000021744A - 露光装置およびそれを用いるデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 露光光が引き起こす不純物の化学反応による
反応生成物や、駆動機構・調整機構から発生するごみに
よる、光学容器内の光学エレメントの汚染を防止し、か
つ光学容器内の置換ガスの消費量が少なく、駆動機構等
のメンテナンス性を向上し、装置のダウンタイムを短縮
する露光装置およびデバイス製造方法を提供する。 【解決手段】 露光光源からの露光光により照明光学系
を介してマスクを照明し、マスク上のパターンを投影光
学系を介して感光基板上に投影露光する露光装置であっ
て、照明光学系および投影光学系はそれぞれ、光学エレ
メント（２１、２２）、光学エレメントの内の被駆動エ
レメント（２１、２２）の駆動系（２４〜３０）並びに
光学エレメントおよび駆動系を収容した光学容器（２
５、３１）から構成され、駆動系の少なくとも一部（２
５のギヤ部、２８、２９）が光学容器（２５、３１）の
外部空間に配置されている露光装置、および露光装置を
用いたデバイス製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の製造等に
用いられる露光装置および該装置を用いるデバイス製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路に対する高密度
化、高集積度化への要求はますます高まっている。ま
た、半導体素子の生産性の向上を図るため、露光時間の
短縮が要求されている。このため、回路パターンを加工
するリソグラフィ技術においては、パターンの微細化お
よび露光時間の短縮を図るため、短波長で強力な照度を
得られる遠紫外線やエキシマレーザ光を光源とする露光
装置を用いることが一般的となっている。これら光の照
射により、照明光学系や投影光学系を構成している光学
エレメント周辺のガスが活性化されやすくなるため、光
学エレメントの表面が汚染される可能性が高くなってき
ている。そこで、照明光学系や投影光学系の光学エレメ
ントを密閉容器等に収容し、該容器の内部にクリーンド
ライエアや不活性ガス等を充填・置換することで内部の
光学エレメントの汚染を防ぐ方法が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例は、光学エ
レメントを収容する容器（光学容器）に導入口等を設
け、これを通じてクリーンドライエアや不活性ガス等を
内部に充填・置換し、光学エレメントの汚染を防止しよ
うとするものである。しかしながら、光学容器の内部に
光学可変絞りやズームレンズや光軸調整ミラー等の光学
エレメントが構成され、これらを駆動・調整するための
駆動源や駆動伝達機構や調整機構等が含まれてしまう
と、その周辺（モータ、べアリング、駆動機構を構成す
るための接着剤やグリス等、配線ケーブル等）より発生
する不純物等の影響により、充填ガスの純度・清浄度が
低下してしまう可能性がある。このような光学容器を露
光光が透過すると、不純物を含んだガスの活性化・化学
変化が生じることで、やはり光学エレメントの表面を汚
染し、光学系を通過する露光光の照度低下や照度むらを
引き起こすという問題がある。また、駆動機構や調整機
構等から発生するごみが光学部品表面への付着物質とな
って、同様に照度低下や照度むらを引き起こす可能性が
ある。

【０００４】不純物の発生源が光学容器内に含まれてい
る場合、不純物発生の影響を軽減し容器内のクリーン度
を向上するために、汚染物質の量に応じ、置換に必要な
ガスの流量を大きくしなければならない。また、光学容
器内部に駆動機構や調整機構等が構成されていると、光
学容器の容積が大きくなるため、同様に置換ガスの流量
が必要以上に大きくなってしまう。そのため、気体を置
換するためのランニングコスト上のデメリットが生じ
る。

【０００５】さらに、モータ等を含む駆動機構や、手動
調整機構等が光学容器内部に構成されていると、これら
をメンテナンスおよび調整する際に、容器を一部開放状
態にする必要がある。従って、作業効率への悪影響が考
えられ、装置の立ち上げ時にもガスを再充填する時間が
必要となる。

【０００６】そこで本発明の第１の目的は、露光光によ
って引き起こされる不純物の化学反応により生成される
反応生成物や、駆動機構・調整機構から発生するごみに
よる、光学容器内の光学エレメント表面の汚染を防止す
ることを可能とする露光装置およびデバイス製造方法を
提供することである。

【０００７】第２の目的は、光学容器内ガスの置換に必
要なクリーンドライエアや窒素ガス等の不活性ガス等の
消費量が少なく、駆動機構等のメンテナンス性を向上
し、装置のダウンタイムを短縮することを可能とする露
光装置およびデバイス製造方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的は、
感光基板に照射される露光光の光路上に配置された光学
容器内の光学エレメントを駆動・調整するための駆動源
や駆動伝達機構や調整機構を、光学容器の外部空間に配
置することによって達成された。

【０００９】すなわち本発明の露光装置は、露光光源か
らの露光光により照明光学系を介してマスクを照明し、
前記マスク上のパターンを投影光学系を介して感光基板
上に投影露光する露光装置であって、前記照明光学系お
よび投影光学系はそれぞれ、光学エレメント、該光学エ
レメントの内の被駆動エレメントを駆動する駆動系並び
に該光学エレメントおよび駆動系を収容した光学容器か
ら構成され、前記駆動系の少なくとも一部が前記光学容
器の外部空間に配置されていることを特徴とする。

【００１０】ここで被駆動エレメントとしては、レン
ズ、ミラー等の光学エレメントが挙げられる。また本発
明でいう駆動系には、駆動源や駆動伝達機構の他、調整
機構や配線等をも含み得るものであり、これらの内の少
なくとも一つまたは一部が光学容器の外部空間に配置さ
れる。

【００１１】上記本発明の構成において、駆動機構（モ
ータ、べアリング、調整用つまみ等）やその周辺部（配
線ケーブル等）を含む空間が、光学エレメントを収容す
る容器内空間と分離される。従って、これら駆動機構や
その周辺部を構成する部品やその結合に使用される接着
剤から発生する不純物やごみ等が、光学容器内に入るこ
とを防止し、これら不純物やごみが原因となる光学部品
（エレメント）表面の汚染を防止することができる。

【００１２】また、駆動機構等を光学容器の外部に配置
することで、光学容器内部のクリーン度を向上するとと
もに、容器の容積を小さくすることが可能であり、ガス
の置換に必要なクリーンドライエアや不活性ガス等の必
要消費流量を少なくすることができる。

【００１３】さらに、駆動機構等が該容器の外部に配置
されるため、ガスが充填された該容器を開放することな
く駆動機構部のメンテナンスが可能であるため、メンテ
ナンス作業性の向上を図ることができる。および、メン
テナンス後のガス充填が不要となり装置のダウンタイム
の短縮を図ることができる。

【００１４】本発明で用いる光学容器は、該容器にガス
を導入する導入口および該容器からガスを排気する排気
口を、それぞれ少なくとも１つ備えていても良く、この
場合前記導入口および排気口以外に開口部を有しない密
閉構造とすることができる。また、一切の開口部を有し
ない密閉構造としても良い。

【００１５】

【実施例】第１の実施例 図１は、第１〜３の実施例に係る露光装置の概略図であ
る。この露光装置は、露光光源１と、引き回し光学系２
と、照明光学系３〜６と、マスクとしてのレチクル７
と、投影光学系８と、感光基板としてのウエハ９と、ウ
エハ９が搭載された基板ステージ１０とを備えている。
これらの構成各部のうち、露光光源１および引き回し光
学系２を除く露光本体部は一定温度に制御されたチャン
バ１３内に収納されている。

【００１６】露光光源１として、ＫｒＦ（波長２４８ｎ
ｍ）、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）、Ｆ₂（１５７ｎｍ）
等の紫外域のパルス光を発するエキシマレーザを用い
る。なお、エキシマレーザの代わりに水銀ランプのｉ線
（波長３６５ｎｍ）等を露光光源として使用してもよ
い。

【００１７】前記引き回し光学系２は、露光光源１とチ
ャンバ１３を結ぶ光学系ユニットであり、レンズやミラ
ー等の光学エレメントを含んで構成している。

【００１８】照明光学系は、４つのブロック３〜６より
構成している。まず、第１ブロック３および第４ブロッ
ク６に、照明光の光束を折り曲げる折り返しミラー２
３、１９を配置し、折り返しミラー２３は光軸調整機構
を備えている。第２ブロック４は、ビーム整形レンズ系
１４および折り返しミラー１５により構成している。第
３ブロック５は、ズームレンズ系１６、フライアイレン
ズ１７およびリレーレンズ系１８により構成している。

【００１９】次に、露光光学系の各部構成についてその
作用とともに説明する。露光光源１から発せられた照明
光は、引き回し光学系２を介してチャンバ１３内へと入
射する。引き回し光学系２によって露光光源１とチャン
バ１３が離れた適当な位置に設置可能とする。引き回し
光学系２を介した照明光は、照明光学系第１ブロック３
の折り返しミラー２３で折り曲げられ、第２ブロック４
のビーム整形レンズ系１４を通過することにより露光に
最適なビーム断面形状に整形され、また折り返しミラー
１５により折り曲げられる。次に、第３ブロック５のズ
ームレンズ系１６により必要な大きさに拡大された照明
光は、フライアイレンズ１７に入射する。フライアイレ
ンズ１７の射出側面は、光源１と光学的に共役な位置関
係となっており、二次光源面を構成している。その後、
照明光はリレーレンズ系１８を通過し、第４ブロック６
の折り返しミラー１９で折り曲げられてレチクル７を均
一に照明し、投影光学系８（投影レンズ系２０）により
レチクル７の像を基板ステージ１０に保持されたウエハ
９上に投影露光する。

【００２０】さらに、引き回し光学系２、照明光学系の
各ブロック３〜６および投影光学系８に、窒素供給源１
１が配管１２を介してそれぞれ接続され、窒素ガスを供
給している。従って、窒素供給源１１により引き回し光
学系２、照明光学系の各ブロック３〜６、投影光学系８
の内部を窒素ガスに置換している。ここで、第１の実施
例および以降で述べる第２の実施例にて、供給ガスを窒
素ガスとしているが、いずれの場合も、窒素ガスに限ら
ず、ヘリウムやネオン等の不活性ガス若しくはクリーン
ドライエアー等、または有機珪素化合物、アンモニア、
硫酸イオンおよび有機ガスの内、少なくとも１つを含ま
ないガスであれば良い。また、引き回し光学系２、照明
光学系の各ブロック３〜６、投影光学系８への配管は、
１本でも複数本でも良い。あるいは、各ブロックを配管
経路を要しない完全密閉空間とする、または、配管から
のガス供給を一時的に行なった後、配管をコックし完全
密閉空間とする構造としても良い。

【００２１】図２は、本実施例で用いるズームレンズ系
１６の平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。

【００２２】レンズ２１ａ、２１ｂは各々レンズホルダ
２２ａ、２２ｂにより保持されている。レンズの外側
に、レンズ鏡筒３１およびストレートカム鏡筒２４を配
置し、ストレートカム鏡筒２４はベアリング２６を介し
てズームカム鏡筒２５を保持している。ズームカム鏡筒
２５の外側にモータ２９を構成し、ギヤ２８を介してズ
ームカム鏡筒２５を光軸中心に回転駆動する。ストレー
トカム鏡筒２４、ズームカム鏡筒２５にはカム溝２４
ａ、２５ａが形成されており、ズームカム鏡筒２５の回
転に伴い、レンズホルダ２２ａ、２２ｂの外周部に取り
付けたカムの従動子３０を介してレンズホルダが駆動さ
れ、レンズズーム機構を形成する。

【００２３】ここで、レンズ鏡筒３１およびズームカム
鏡筒２５の内側は窒素ガス充填空間であり、Ｏリング２
７により、外部空間と完全に分離される。なお、ズーム
カム鏡筒２５のカム溝２５ａは外部へ貫通しないように
内周面のみに形成されている。

【００２４】この構成において、ギヤ２８、ズームカム
鏡筒２５のギヤ部、モータ２９およびモータ用ケーブル
（不図示）は、光学エレメントを含む窒素ガス充填空間
と分離された外部空間に配置される。通常これらの部品
やその組み立て用材料には、ギヤ潤滑用のグリス、モー
タコイル形成用の接着剤、配線ケーブルの被覆など、有
機物より形成され、レンズ汚染の原因となるガスを放出
しやすい物質が多く含まれる。また、ギヤの噛み合わせ
部等よりごみが発生する恐れがある。しかし、本実施例
に示す構成とすることで、光学エレメントを含む窒素ガ
ス充填空間がこれらの物質の影響により汚染されること
がない。

【００２５】また、窒素ガス充填空間と外部空間を遮蔽
するＯリング２７は、化学的に安定した四フッ化エチレ
ン等を材料とし、適切な面圧が得られる様に内側からス
テンレス製のばねを構成したもの等とし、無潤滑、また
は揮発性の低い真空グリス等を使用した潤滑方法にて使
用する。べアリング２６およびカムの従動子３０に用い
るコロは無潤滑タイプのものを使用することが望まし
い。

【００２６】以上説明した構成により、窒素ガスで充填
したレンズ鏡筒内部空間への不純物やごみの侵入を防止
し、鏡筒内部に配置された光学エレメントの汚染を防止
することが可能である。

【００２７】また、アクチュエータや駆動機構をガス充
填空間の外部に配置することで、実質的なガス充填空間
容積はレンズ鏡筒の内側の容積とほぼ一致することにな
る。従って、ガス充填空間容積を必要最小限とすること
が可能であり、ガス充填時の必要消費流量の節減や充填
速度の向上を図ることができる。さらに、アクチュエー
タが外部に配置されることで、アクチュエータのメンテ
ナンスの必要が生じた場合等において、ガス充填エリア
を開放したり、空間内部を汚染することなく作業を行な
うことが可能となる。

【００２８】また、照明光学系や投影光学系の瞳近傍に
配置する光学可変絞り（不図示）等も、光束の周囲に配
置され外部からの駆動を必要とする。この場合も、上記
実施例にて説明した構造と同様に、アクチュエータと駆
動伝達機構をレンズ鏡筒の外部空間に配置し、窒素ガス
等を充填した鏡筒内部空間から分離された構造とするこ
とができる。この場合も同様に、鏡筒内部に配置された
光学エレメントの汚染を防止することと、ガス充填性・
メンテナンス性の向上が可能となる。

【００２９】第２の実施例 図３は、本実施例に用いた照明光学系の第１ブロック３
の詳細断面図である。ミラーボックス３６および遮光管
３２の内側空間は窒素ガスで充填され、ボックス３６は
光束を折り曲げるための折り返しミラー２３を内部に配
置している。折り返しミラー２３はミラーホルダ３３に
より保持され、回転軸Ｏを中心とした回転により、光軸
を調整できる機構となっている。この回転調整を行なう
ためにミラーボックス３６の外部より調整ねじ３４が配
置されている。

【００３０】ここで、調整ねじ３４とミラーボックス３
６は各々ねじが切られているため、その係合部には、ボ
ックス３６内部からのガス漏れまたは外部からの不純物
混入に対し無視できないわずかな隙間が存在することに
なる。また、調整の際にねじ部または調整ねじ３４の先
端の摩擦によりごみが発生する可能性がある。

【００３１】そこで、調整ねじ３４の周囲に伸縮可能な
ベローズ管３５を配置し、管３５の両端面をミラーホル
ダ３３およびミラーボックス３６に接続する。ベローズ
管はステンレス製等の脱ガスの少ないものを使用する。

【００３２】以上の構成とすることで、内部からのガス
漏れと外部からの不純物の侵入を防ぐとともに、調整機
構から発生するごみをガス充填空間より隔離することが
できる。これにより、ガス充填空間内部の光学エレメン
ト表面の汚染を防止することができる。

【００３３】また、本実施例では手動による光軸調整機
構について説明したが、調整機構を自動化しても良い。
その際に、アクチュエータやその周辺部品から不純物等
が放出されても、内部空間に影響を及ぼすことが無く、
同様に光学エレメント表面の汚染を防止できる。

【００３４】第３の実施例 次に上記説明した露光装置を利用したデバイスの生産方
法の実施例を説明する。図４は微小デバイス（ＩＣやＬ
ＳＩ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（マスク製作）では設計したパターン
を形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエ
ハ製造）ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハ
を製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と
呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグ
ラフィ技術によってウエハ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ウエハ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。

【００３５】図５は上記ウエハプロセスステップ４の詳
細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの
表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ
表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）で
はウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１
４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ス
テップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布
する。ステップ１６（露光）では上記説明した本発明の
露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付
露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを
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、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

【００３６】本実施例の生産方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造す
ることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の露光装置
およびデバイス製造方法によれば、照明光によって引き
起こされる不純物の化学反応により生成される反応生成
物や駆動機構等から発生するごみによる、光学容器内の
光学エレメント表面の汚染を防止することができ、露光
光の照度低下や照度むらを無くすことができる。また、
光学容器内ガスの置換に必要なクリーンドライエアや不
活性ガス等の消費量を抑え、駆動機構等のメンテナンス
時の作業性を向上し、装置のダウンタイムを削減できる
露光装置およびデバイス製造方法を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１〜３の実施例に係わる露光装置
の概略図である。

【図２】 本発明の第１の実施例に係わるズームレンズ
系の平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。

【図３】 本発明の第２の実施例に係わる照明光学系第
１ブロックの断面図である。

【図４】 本発明のデバイス製造方法のフロー図であ
る。

【図５】 本発明のデバイス製造方法のウエハプロセス
の詳細フロー図である。

【符号の説明】

１：露光光源、２：引き回し光学系、３：照明光学系第
１ブロック、４：照明光学系第２ブロック、５：照明光
学系第３ブロック、６：照明光学系第４ブロック、７：
レチクル、８：投影光学系、９：ウエハ、１０：基板ス
テージ、１１：窒素供給源、１２：配管、１３：チャン
バ、１４：ビーム整形レンズ系、１５、１９、２３：折
り返しミラー、１６：ズームレンズ系、１７：フライア
イレンズ、１８：リレーレンズ系、２０：投影レンズ
系、２１：レンズ、２２：レンズホルダ、２４：ストレ
ートカム鏡筒、２５：ズームカム鏡筒、２６：ベアリン
グ、２７：Ｏリング、２８：ギヤ、２９：モータ、３
０：カムの従動子、３１：レンズ鏡筒、３２：遮光管、
３３：ミラーホルダ、３４：調整ねじ、３５：べローズ
管、３６：ミラーボックス。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光光源からの露光光により照明光学系
   を介してマスクを照明し、前記マスク上のパターンを投
   影光学系を介して感光基板上に投影露光する露光装置で
   あって、前記照明光学系および投影光学系はそれぞれ、
   光学エレメント、該光学エレメントの内の被駆動エレメ
   ントを駆動する駆動系並びに該光学エレメントおよび駆
   動系を収容した光学容器から構成され、 前記駆動系の少なくとも一部が前記光学容器の外部空間
   に配置されていることを特徴とする露光装置。
2. 【請求項２】 前記被駆動エレメントはレンズである請
   求項１記載の露光装置。
3. 【請求項３】 前記光学容器が、該容器にガスを導入す
   る導入口および該容器からガスを排気する排気口を、そ
   れぞれ少なくとも１つ備えている請求項１または２記載
   の露光装置。
4. 【請求項４】 前記光学容器が、前記導入口および排気
   口以外に開口部を有しない密閉構造である請求項３記載
   の露光装置。
5. 【請求項５】 前記光学容器が、一切の開口部を有しな
   い密閉構造である請求項１または２記載の露光装置。
6. 【請求項６】 前記光学容器内へ充填するガスが、不活
   性ガスである請求項１〜５のいずれかに記載の露光装
   置。
7. 【請求項７】 前記露光光源はエキシマレーザを有する
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の露光
   装置。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載の露光装
   置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイ
   ス製造方法。