JP2003257821A

JP2003257821A - 光学装置及び露光装置

Info

Publication number: JP2003257821A
Application number: JP2002054463A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nagasaka; 博之長坂
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2003-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】光路上の空間への所定のガスの供給に伴う光
学部材の位置ずれや変形を抑制することができる光学装
置を提供する。【解決手段】光学装置は、エネルギービームＩＬの光
路上の空間２５０〜２５２の容積を変化させる容積可変
機構３６０を備える。空間２５０〜２５２に対する所定
のガスの供給量が急激に変動すると、容積可変機構３６
０によって、空間２５０〜２５２の容積を変化させるこ
とにより、空間２５０〜２５２の圧力を一定に保つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エネルギービーム
の光路上に形成されかつ所定のガスが供給される空間を
有する光学装置に係り、特に、半導体素子、液晶表示素
子、撮像素子（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘッド等の電子デ
バイスを製造するための露光装置に用いられる光学装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子（集積回路等）や液晶表示パ
ネル等のデバイス（電子デバイス）をフォトリソグラフ
ィ工程において製造する際に、光源からの露光用照明光
（露光ビーム）によってマスク又はレチクル（以下、レ
チクルと総称する）を照明し、レチクルのパターン（回
路パターン）を投影光学系を介して基板（感光剤が塗布
されたウエハ、ガラスプレートなど）に転写する露光装
置が用いられている。電子デバイスの回路は、上記投影
露光装置で上記基板上に回路パターンを露光することに
より転写され、後処理によって形成される。こうして形
成される回路配線を例えば２０層程度にわたって繰り返
し成層したものが集積回路である。

【０００３】近年、集積回路の高密度集積化、すなわち
回路パターンの微細化が進められており、これに伴い、
露光装置における露光ビームが短波長化される傾向にあ
る。すなわち、露光ビームとして、これまで主流だった
水銀ランプの輝線にかわって、ＫｒＦエキシマレーザ
（波長：２４８ｎｍ）が用いられるようになり、さらに
短波長のＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）の実用化
も最終段階に入りつつある。また、さらなる高密度集積
化をめざして、Ｆ₂レーザ（１５７ｎｍ）やＡｒ₂レーザ
（１２６ｎｍ）の研究も進められている。

【０００４】波長１２０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の光（エ
ネルギービーム）は真空紫外域に属し、これらの光（以
下、真空紫外光と称する）は、空気を透過しない。これ
は、空気中に含まれる酸素、水、炭酸ガス、有機物、ハ
ロゲン化物等（以下、「吸光物質」と呼ぶ）の分子によ
って光のエネルギーが吸収されるからである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そのため、真空紫外光
を用いた露光装置を構成する光学装置においては、露光
ビームを十分な照度でかつ十分な照度均一性で基板に到
達させるために、露光ビームの光路上の空間から酸素な
どの吸光物質を含む気体をできるだけ排除する必要があ
る。吸光物質を排除する方法としては、光路上の空間を
真空紫外光のエネルギー吸収の少ないガス（低吸収性ガ
ス）で満たす方法が知られている。

【０００６】ところが、光路上の空間に上記ガスを供給
する際、ガスの供給量が急激に変動すると、それに伴っ
て空間内の圧力が変動し、その空間に接する光学部材が
位置ずれを起こしたり変形したりするおそれがある。圧
力変動に伴う光学部材の一時的な変形は、圧力が元に戻
ることによって解消されるものの、光学部材が位置ずれ
を起こすとそれを元に戻すのは困難である。

【０００７】本発明は、上述する事情に鑑みてなされた
ものであり、光路上の空間への所定のガスの供給に伴う
光学部材の位置ずれや変形を抑制することができる光学
装置を提供することを目的とする。また、本発明の他の
目的は、精度よく露光処理を行うことができる露光装置
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の光学装置（Ｐ
Ｌ）は、エネルギービーム（ＩＬ）の光路上に形成され
かつ所定のガスが供給される空間（２５０〜２５２）を
有する光学装置（ＰＬ）において、前記空間（２５０〜
２５２）の圧力を一定に保つために、前記空間（２５０
〜２５２）の容積を変化させる容積可変機構（３６０）
を備えることを特徴とする。この光学装置では、エネル
ギービームの光路上の空間に対する所定のガスの供給量
が変動しても、容積可変機構によってその空間の容積を
変化させることにより、その空間の圧力変動が抑制され
る。そのため、その空間に接する光学部材の位置ずれや
変形が抑制される。

【０００９】上記光学装置（ＰＬ）において、前記容積
可変機構（３６０）は、例えば、前記空間（２５０〜２
５２）と他の空間との境界に摺動自在または伸縮自在に
配される部材（３６５、３６６、３６７）を有するとよ
い。前記空間と他の空間との間で前記部材が摺動または
伸縮することにより、前記空間の容積を容易に変化させ
ることができる。

【００１０】また、上記光学装置（ＰＬ）において、前
記空間は、光学部材（（３００、３０１）を挟んで隣り
合う複数の空間（２５０〜２５２）を含み、該複数の空
間（２５０〜２５２）のそれぞれは、前記部材（３６
５、３６６、３６７）を介して同じ１つの空間に接続さ
れているのが好ましい。隣り合う複数の空間がそれぞれ
上述した部材を介して同じ１つの空間に接続されている
ことにより、複数の空間が同じ圧力に保たれる。そのた
め、それら複数の空間の間に挟まれた光学部材の変形が
抑制される。

【００１１】また、本発明の露光装置（１０）は、パタ
ーンが形成されたマスク（Ｒ）をエネルギービーム（Ｉ
Ｌ）により照明する照明光学系（２１）と、前記マスク
（Ｒ）のパターンを基板（Ｗ）上に転写する投影光学系
（ＰＬ）との少なくとも一方が、上記光学装置を備える
ことを特徴とする。この露光装置では、光路上の空間に
対するガスの供給に伴う光学部材の位置ずれや変形が抑
制されることから、精度よく露光処理を行うことができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は、本発明に係る光学装置を投影光学
系として備える一実施形態に係る半導体デバイス製造用
の縮小投影型露光装置１０の全体構成を示している。ま
た、図１ではＸＹＺ直交座標系を採用している。ＸＹＺ
直交座標系は、基板（感光性基板）としてのウエハＷを
保持するウエハステージＷＳに対して平行となるように
Ｘ軸及びＹ軸が設定され、Ｚ軸がウエハステージＷＳに
対して直交する方向に設定される。実際には、図中のＸ
ＹＺ直交座標系は、ＸＹ平面が水平面に平行な面に設定
され、Ｚ軸が鉛直方向に設定される。

【００１３】本実施形態に係る露光装置は、露光光源と
してＦ₂レーザ光源を使用している。また、マスク（投
影原版）としてのレチクルＲ上の所定形状の照明領域に
対して相対的に所定の方向へレチクルＲ及びウエハＷを
同期して走査することにより、ウエハＷ上の１つのショ
ット領域に、レチクルＲのパターン像を逐次的に転写す
るステップ・アンド・スキャン方式を採用している。こ
のようなステップ・アンド・スキャン型の露光装置で
は、投影光学系の露光フィールドよりも広い基板（ウエ
ハＷ）上の領域にレチクルＲのパターンを露光できる。

【００１４】図１において、露光装置１０は、レーザ光
源２０、このレーザ光源２０からのエネルギービームと
しての露光ビームＩＬによりレチクルＲを照明する照明
光学系２１、レチクルＲから射出される露光ビームＩＬ
をウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬ、及び装置全体
を統括的に制御する不図示の主制御装置等を備えてい
る。さらに、露光装置１０は全体として大きいチャンバ
（不図示）の内部に収納されている。

【００１５】レーザ光源２０は、例えば発振波長１５７
ｎｍのパルス紫外光を出力するＦ₂レーザを有する。ま
た、レーザ光源２０には、図示しない光源制御装置が併
設されており、この光源制御装置は、主制御装置からの
指示に応じて、射出されるパルス紫外光の発振中心波長
及びスペクトル半値幅の制御、パルス発振のトリガ制
御、レーザチャンバ内のガスの制御等を行う。

【００１６】レーザ光源２０からのパルスレーザ光（照
明光）は、偏向ミラー３０にて偏向されて、光アッテネ
ータとしての可変減光器３１に入射する。可変減光器３
１は、ウエハ上のフォトレジストに対する露光量を制御
するために、減光率が段階的又は連続的に調整可能であ
る。可変減光器３１から射出される照明光は、光路偏向
ミラー３２にて偏向された後に、第１フライアイレンズ
３３、ズームレンズ３４、振動ミラー３５等を順に介し
て第２フライアイレンズ３６に達する。第２フライアイ
レンズ３６の射出側には、有効光源のサイズ・形状を所
望に設定するための照明光学系開口絞り用の切り替えレ
ボルバ３７が配置されている。本実施形態では、照明光
学系開口絞りでの光量損失を低減させるために、ズーム
レンズ３４による第２フライアイレンズ３６への光束の
大きさを可変としている。

【００１７】照明光学系開口絞りの開口から射出した光
束は、コンデンサレンズ群４０を介して照明視野絞り
（レチクルブラインド）４１を照明する。なお、照明視
野絞り４１については、特開平４−１９６５１３号公報
及びこれに対応する米国特許第５，４７３，４１０号公
報に開示されている。

【００１８】照明視野絞り４１からの光は、偏向ミラー
４２，４５、レンズ群４３，４４，４６からなる照明視
野絞り結像光学系（レチクルブラインド結像系）を介し
てレチクルＲ上に導かれ、レチクルＲ上には、照明視野
絞り４１の開口部の像である照明領域が形成される。レ
チクルＲ上の照明領域からの光は、投影光学系ＰＬを介
してウエハＷ上へ導かれ、ウエハＷ上には、レチクルＲ
の照明領域内のパターンの縮小像が形成される。レチク
ルＲを保持するレチクルステージＲＳはＸＹ平面内で二
次元的に移動可能であり、その位置座標は干渉計５０に
よって計測されかつ位置制御される。また、ウエハＷを
保持するウエハステージＷＳもＸＹ平面内で二次元的に
移動可能であり、その位置座標は干渉計５１によって計
測されかつ位置制御される。これらにより、レチクルＲ
及びウエハＷを高精度に同期走査することが可能にな
る。なお、上述したレーザ光源２０〜照明視野絞り結像
光学系等により照明光学系２１が構成される。

【００１９】本実施形態で使用するＦ₂レーザ光（波
長：１５７ｎｍ）のように、真空紫外域の光を露光ビー
ムとする場合には、透過率の良好な光学硝材（光学素
子）としては、蛍石（ＣａＦ₂の結晶）、フッ素や水素
等をドープした石英ガラス、フッ化マグネシウム（Ｍｇ
Ｆ₂）、及びフッ化バリウム（ＢａＦ₂）等に限られる。
この場合、投影光学系ＰＬにおいて、屈折光学部材のみ
で構成して所望の結像特性（色収差特性等）を得るのは
困難であることから、屈折光学部材と反射鏡とを組み合
わせた反射屈折系を採用してもよい。

【００２０】また、真空紫外域の光を露光ビームとする
場合、その光路から酸素、水（水蒸気）、炭化水素系の
物質（一酸化炭素、二酸化炭素など）、有機物、及びハ
ロゲン化物等の、係る波長帯域の光に対し強い吸収特性
を有する物質（以下、適宜「吸光物質」と呼ぶ）を排除
する必要がある。そのため、本実施形態では、照明光路
（レーザ光源２０〜レチクルＲへ至る光路）及び投影光
路（レチクルＲ〜ウエハＷへ至る光路）を外部雰囲気か
ら遮断し、それらの光路を真空紫外域の光に対して吸収
の少ない特性を有する低吸収性ガスとしての窒素、水
素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノ
ン、ラドンなどのガス、またはそれらの混合ガス（以
下、適宜「低吸収性ガス」あるいは「パージガス」と呼
ぶ）で満たしている。

【００２１】具体的には、レーザ光源２０から可変減光
器３１までの光路がケーシング６０により外部雰囲気よ
り遮断され、可変減光器３１から照明視野絞り４１まで
の光路がケーシング６１により外部雰囲気より遮断さ
れ、照明視野絞り結像光学系がケーシング６２により外
部雰囲気から遮断され、それらの光路内に上記低吸収性
ガスが充填されている。なお、ケーシング６１とケーシ
ング６２はケーシング６３により接続されている。ま
た、投影光学系ＰＬ自体もその鏡筒６９がケーシングと
なっており、その内部光路に上記低吸収性ガスが充填さ
れている。

【００２２】また、ケーシング６４は、照明視野絞り結
像光学系を納めたケーシング６２と投影光学系ＰＬとの
間の空間を外部雰囲気から遮断しており、その内部にレ
チクルＲを保持するレチクルステージＲＳが収納されて
いる。このケーシング６４には、レチクルＲを搬入・搬
出するための扉７０が設けられており、この扉７０の外
側には、レチクルＲを搬入・搬出時にケーシング６４内
の雰囲気が汚染されるのを防ぐためのガス置換室６５が
設けられている。このガス置換室６５にも扉７１が設け
られており、複数種のレチクルを保管しているレチクル
ストッカ６６との間のレチクルの受け渡しは扉７１を介
して行われる。

【００２３】また、ケーシング６７は、投影光学系ＰＬ
とウエハＷとの間の空間を外部雰囲気から遮断してお
り、その内部に、ウエハホルダ８０を介してウエハＷを
保持するウエハステージＷＳ、ウエハＷの表面のＺ方向
の位置（フォーカス位置）や傾斜角を検出するための斜
入射形式のオートフォーカスセンサ８１、オフ・アクシ
ス方式のアライメントセンサ８２、ウエハステージＷＳ
を載置している定盤８３等が収納されている。このケー
シング６７には、ウエハＷを搬入・搬出するための扉７
２が設けられており、この扉７２の外側にはケーシング
６７内部の雰囲気が汚染されるのを防ぐためのガス置換
室６８が設けられている。このガス置換室６８には扉７
３が設けられており、装置内部へのウエハＷの搬入、装
置外部へのウエハＷの搬出はこの扉７３を介して行われ
る。

【００２４】各光路上の空間に充填される低吸収性ガス
（パージガス）としては、窒素やヘリウムを用いること
が好ましい。窒素は波長が１５０ｎｍ程度以下の光に対
しては吸光物質として作用し、ヘリウムは波長１００ｎ
ｍ程度以下の光に対して低吸収性ガスとして使用するこ
とができる。ヘリウムは熱伝導率が窒素の約６倍であ
り、気圧変化に対する屈折率の変動量が窒素の約１／８
であるため、特に高透過率と光学系の結像特性の安定性
や冷却性とで優れている。なお、投影光学系ＰＬの鏡筒
について低吸収性ガスとしてヘリウムを用い、他の光路
（例えばレーザ光源２０〜レチクルＲまでの照明光路な
ど）については低吸収性ガスとして窒素を用いてもよ
い。

【００２５】ここで、ケーシング６１，６２，６４，６
７のそれぞれには、給気弁１００，１０１，１０２，１
０３が設けられており、これらの給気弁１００〜１０３
は後述するガス供給システムにおける給気管路に接続さ
れている。また、ケーシング６１，６２，６４，６７の
それぞれには、排気弁１１０，１１１，１１２，１１３
が設けられており、これらの排気弁１１０〜１１３は、
それぞれガス供給システムにおける排気管路に接続され
ている。

【００２６】同様に、ガス置換室６５，６８にも給気弁
１０４，１０５及ぶ排気弁１１４，１１５が設けられ、
投影光学系ＰＬの鏡筒６９にも給気弁１０６及び排気弁
１１６が設けられ、これらはガス供給システムにおける
給気管路あるいは排気管路に接続されている。

【００２７】また、ガス置換室６５，６８においては、
レチクル交換又はウエハ交時等の際にガス置換を行う必
要がある。例えば、レチクル交換の際には、扉７１を開
いてレチクルストッカ６６からレチクルをガス置換室６
５内に搬入し、扉７１を閉めてガス置換室６５内を低吸
収性ガスで満たし、その後、扉７０を開いて、レチクル
をレチクルステージＲＳ上に載置する。また、ウエハ交
換の際には、扉７３を開いてウエハをガス置換室６８内
に搬入し、この扉７３を閉めてガス置換室６８内を低吸
収性ガスで満たす。その後、扉７２を開いてウエハをウ
エハホルダ８０上に載置する。なお、レチクル搬出、ウ
エハ搬出の場合はこの逆の手順である。また、ガス置換
室６５，６８のガス置換の際には、ガス置換室内の雰囲
気を減圧した後に、給気弁から低吸収性ガスを供給して
も良い。

【００２８】また、ケーシング６４，６７においては、
ガス置換室６５，６８によるガス置換を行った気体が混
入する可能性があり、このガス置換室６５，６８のガス
中にはかなりの量の酸素などの吸光物質が混入している
可能性が高い。そのため、ガス置換室６５，６８のガス
置換と同じタイミングでガス置換を行うことが望まし
い。また、ケーシング及びガス置換室においては、外部
雰囲気の圧力よりも高い圧力の低吸収性ガスを充填して
おくことが好ましい。

【００２９】図２は、上述した露光ビームの光路上の各
空間に、パージガスとして上述した低吸収性ガスを供給
するガス供給システム２００の構成の一例を示してい
る。ガス供給システム２００は、所定の低吸収性ガスを
収容するガスボンベなどのガス供給源２０１、光路上の
各空間に低吸収性ガスを供給するガス供給装置２０２、
光路上の各空間から低吸収性ガスを含む気体を排出する
排気装置２０３、低吸収性ガスの温度を制御するための
温調装置２０４、光路上の各空間内の吸光物質の濃度を
計測する濃度計２０５ａ〜２０５ｅ、及び上記装置を統
括的に制御する制御装置２０６等を有している。

【００３０】図２では、低吸収性ガスの供給先として、
前述した露光ビームの光路上の空間のうち、投影光学系
ＰＬにおける鏡筒６９内部の複数の空間２５０〜２５４
（以後、パージ空間と称する）を代表的に示している。
これらの複数のパージ空間２５０〜２５４は、光学部材
（レンズ素子）３００〜３０３を挟んで互いに隣り合っ
て配置されている。なお、本例では、結像特性の安定性
等の観点より、光路上の空間に供給するパージガスとし
て、ヘリウムガスを使用するものとする。ただし、ヘリ
ウムガスは高価であることから、露光ビームの波長がＦ
₂レーザのように１５０ｎｍ以上である場合には、運転
コストを低減させるためにパージガスとして窒素ガスを
使用してもよい。

【００３１】ガス供給装置２０２は、ガス供給源２０１
から送られるヘリウムガスを例えば加圧することによ
り、そのヘリウムガスを給気管路２１０を介して各パー
ジ空間２５０〜２５４に供給する。本例では、各パージ
空間２５０〜２５４ごとに流量調整可能な給気弁１０６
ａ〜１０６ｅが設けられており、これに対応して給気管
路２１０も分岐構造となっている。ガス供給装置２０２
から送られるヘリウムガスは、各給気弁１０６ａ〜１０
６ｅを介して各パージ空間２５０〜２５４に供給される
とともに、各パージ空間２５０〜２５４ごとにその流量
が個々に制御される。

【００３２】また、ガス供給装置２０２と給気弁１０６
ａ〜１０６ｅとの間の給気管路２１０上には、ヘリウム
ガスに含まれる不純物を除去するためのフィルタ２１１
が配置されている。なお、この給気管路２１０上に、通
路内の圧力を計測するための圧力計や、ヘリウムガスに
含まれる吸光物質の濃度を計測するための濃度計などの
計器類をさらに設けてもよい。また、ガス供給源２０１
から排出されるガスが十分に圧力を有している場合はガ
ス供給装置２０２を省くことも可能である。

【００３３】給気管路２１０に用いられる配管として
は、洗浄されたステンレスなどの金属、あるいは洗浄さ
れた四フッ化エチレン、テトラフルオロエチレン−テレ
フルオロ（アルキルビニルエーテル）、またはテトラフ
ルオロエチレン−ヘキサフルオロプロペン共重合体等の
各種ポリマー等、ケミカルクリーンな素材のものが用い
られ、配管継手としては、例えば禁油処理されたステン
レスなどの金属製、あるいは各種ポリマー製のものが用
いられる。

【００３４】フィルタ２１１は、例えば吸着、吸収、あ
るいは濾過といった作用により上述した吸光物質を除去
可能なものが用いられる。具体的には、酸素等の吸収性
ガスを除去するケミカルフィルタ、あるいはＨＥＰＡフ
ィルタやＵＬＰＡフィルタ等の主に塵（パーティクル）
を除去するためのフィルタなどが用いられる。また、例
えば、アンモニア、アミン系の化合物、イオン系、シロ
キサン、シラザン、シラノール等のシリコン系の有機物
や、可塑剤（フタルサンエステル等）、難燃剤（燐酸、
塩素系物質）などの不純物を除去するためのフィルター
として、活性炭フィルタやゼオライトフィルターを用い
ることができる。

【００３５】なお、給気管路１２５上に複数のフィルタ
２１１を並べて配置してもよい。例えば、特性の異なる
複数のフィルタを直列に配置し、より高純度仕様のもの
を下流側に配置することにより、フィルタの効率的な使
用が可能となる。また、フィルタを並列に配置すること
により、フィルタによる流れの抵抗を抑えることが可能
となる。あるいは、並列に配置されたフィルタに対して
選択的にガスを通すことにより、フィルタ交換の作業性
を向上させることが可能となる。

【００３６】排気装置２０３は、例えば真空圧を発生さ
せ、排気管路２１２を介して各パージ空間２５０〜２５
４内の気体を排出するものである。各パージ空間２５０
〜２５４から排出した気体は、例えば装置外部の空間に
排出される。なお、各パージ空間２５０〜２５４から排
出した気体を、精製してパージガスとして再利用しても
よい。ガスの再利用により、パージガス（本例ではヘリ
ウムガス）の消費量を低減することができる。

【００３７】温調装置２０４は、パージ空間２５０〜２
５４に供給するヘリウムガスの温度を所定の値に制御す
る。ガスの温度は、例えば、室温（２０〜２５℃）程度
に制御される。ガスの温度を一定に制御することによ
り、パージ空間２５０〜２５４において、光学部材の熱
変形を抑制することができる。なお、ガスの温度は上述
したものに限定されない。また、本例のようにパージガ
スとしてヘリウムを用いる場合、ヘリウムの温度変化を
抑制するために、温調装置は各ケーシングの近傍に配置
されることが好ましい。

【００３８】濃度計２０５ａ〜２０５ｅは、本例では、
各パージ空間２５０〜２５４のそれぞれに対して設置さ
れている。濃度計としては、例えば、酸素濃度計、水蒸
気の濃度計としての露点計、及び二酸化炭素のセンサ等
の濃度計又はそれらセンサを組み合わせた複合センサと
いったものが採用される。なお、濃度計として、質量分
析計の類の装置や、電流を流してその電流値を計測する
ことによりガスに含まれる吸光物質の濃度を間接的に計
測するセンサを用いてもよい。

【００３９】上記ガス供給システム２００では、上記フ
ィルタ２１１を介して、高純度のヘリウムガスを各パー
ジ空間２５０〜２５４に供給する。これにより、その空
間２５０〜２５４内がヘリウムガスで満たされる。この
とき、濃度計２０５ａ〜２０５ｅの計測結果に基づい
て、各パージ空間２５０〜２５４内の吸光物質の濃度が
所定の許容濃度（例えば体積比で１０ｐｐｍ）以下にな
るように、給気弁１０６ａ〜１０６ｅを介して、各空間
２５０〜２５４に対するガスの供給量を制御する。これ
により、各パージ空間２５０〜２５４内の吸光物質が低
減される。

【００４０】ここで、ヘリウムガスをパージ空間２５０
〜２５４に供給するにあたって、パージ空間２５０〜２
５４に例えば空気等の吸収性ガスが多く含まれる場合に
は、初期段階でヘリウムガスの供給量を多量に設定する
ことにより、より短時間で上記パージ空間２５０〜２５
４内をヘリウムガスに置換することができる。ただし、
ガスの供給量が急激に変動すると、パージ空間２５０〜
２５４の圧力が変動し、その空間に接する光学部材が変
形するおそれがある。

【００４１】そこで、本例のガス供給システム２００
は、ヘリウムガスの供給に伴う各パージ空間２５０〜２
５４の圧力変動を抑制するために、各パージ空間２５０
〜２５４の容積を変化させる容積可変機構を備えてい
る。図３に、容積可変機構の構成の一例を模式的に示
す。なお、図３では、光路上の空間として、３つのパー
ジ空間２５０〜２５２を代表的に示している。

【００４２】図３において、容積可変機構３６０は、鏡
筒６９内の各パージ空間２５０〜２５２と外部空間とを
連通するシリンダ３６１〜３６３と、各シリンダ３６１
〜３６３内に摺動自在に配置されるピストン３６５〜３
６７とを有する。ピストン３６５〜３６７の断面積は、
パージ空間２５０〜２５２の各容積に応じて定められて
おり、本例の場合、ほぼ比例関係にある。つまり、容積
の大きいパージ空間に配されるピストン（例えばピスト
ン３６５）ほどその断面積が大きく形成されている。ま
た、ピストン３６５〜３６７とシリンダ３６１との間を
シールするシール剤としては、吸光物質の発生のほとん
どない磁性流体やシリコン系の材料が好ましく用いられ
る。

【００４３】上記容積可変機構３６０では、各パージ空
間２５０〜２５２へのガスの供給量が急激に変動する
と、その供給量の変動に伴ってピストン３６５〜３６７
が移動し、各パージ空間２５０〜２５２の容積を変化さ
せる。これにより、ガスの供給量の変動に伴うパージ空
間２５０〜２５２の圧力変動が抑制され、各パージ空間
２５２に接する光学部材（レンズ素子３００〜３０２な
ど）の位置ずれや変形が抑制される。なお、移動するピ
ストン３６５〜３６７の断面積が各パージ空間２５０〜
２５２の容積に応じて定められていることから、ピスト
ンの移動による圧力変動の抑制作用は各パージ空間２５
０〜２５２の間で同程度となる。

【００４４】また、パージ空間２５０〜２５２はそれぞ
れ、ピストン３６５〜３６７を介して同じ一つの空間で
ある鏡筒６９の外部空間に接続されているので、各パー
ジ空間２５０〜２５２の圧力はそれぞれ外部空間とほぼ
同じ圧力に保たれる。隣り合うパージ空間同士が同じ圧
力に保たれることにより、その間に挟まれたレンズ素子
は、圧力差によって変形することなく、その光学的な特
性が一定に保たれる。

【００４５】上記ガス供給システム２００を備えること
により、先の図１に示した本例の露光装置１０では、パ
ージガスの供給に伴う光学部材（レンズ素子）の位置ず
れや変形が抑制される。そのため、精度よく安定した露
光処理を行うことができる。

【００４６】図４は、容積可変機構の他の構成例を示し
ている。なお、図４においても、光路上の空間として、
３つのパージ空間２５０〜２５２を代表的に示してい
る。容積可変機構３７０は、先の図３の例と同様に、鏡
筒６９内の各パージ空間２５０〜２５２と外部空間とを
連通するシリンダ３７１〜３７３を有する。また、先の
図３の例と異なり、シリンダ３７１〜３７３の内部に伸
縮自在な部材（伸縮部材３７５〜３７７）が気密に配設
されている。伸縮部材３７５〜３７７の材質としては、
ゴムなどの弾性部材や、可撓性あるいは柔軟性の高い部
材などが好ましく用いられる。

【００４７】上記容積可変機構３７０では、パージ空間
２５０〜２５２へのガスの供給量が急激に変動すると、
その供給量の変動に伴って伸縮部材３７５〜３７７が伸
縮し、パージ空間２５０〜２５２の容積を変化させる。
そのため、先の図３の例と同様に、ガスの供給量の変動
に伴うパージ空間の圧力変動が抑制され、パージ空間に
接する光学部材（レンズ素子３００〜３０２など）の位
置ずれや変形が抑制される。また、本例の場合、シリン
ダ３７１〜３７３に対して伸縮部材３７５〜３７７が気
密に配設されることから、パージ空間の気密性を高く保
ちやすいという利点を有する。

【００４８】以上、添付図面を参照しながら本発明に係
る好適な実施形態例について説明したが、本発明は係る
例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれ
ば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内に
おいて、各種の変更例または修正例に想到し得ることは
明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的
範囲に属するものと了解される。

【００４９】例えば、上記実施例では、光学装置として
投影光学系を適用した例について代表的に説明したが、
本発明の光学装置は投影光学系に限定されるものではな
く、照明光学系など、他の光学装置にも適用可能であ
る。

【００５０】また、パージ空間は、気密性を有するもの
としているが、必ずしも気密性を有しなくてもよい。例
えば、空間内の気圧を外部気圧よりも高く保つようにす
ることで、空間内の気体を所望の状態に保持するように
してもよい。なお、複数のパージ空間の間に挟まれる部
材としては、上述したレンズ素子のほか、ミラーなどの
平行平板も含まれる。特に、真空紫外光のような短波長
光では、反射光学系を採用する場合があり、こうしたケ
ースにも本発明は好ましく用いられる。

【００５１】また、光路上から吸光物質を排除するに
は、予め構造材料表面からの脱ガス量を低減する処置を
施しておくことが好ましい。例えば、（１）構造材料の
表面積を小さくする、（２）構造材料表面を機械研磨、
電解研磨、バル研磨、化学研磨、又はＧＢＢ（Glass Be
ads Blasting）といった方法によって研磨し、構造材料
の表面粗さを低減しておく、（３）超音波洗浄、クリー
ンドライエア等の流体の吹き付け、真空加熱脱ガス（ベ
ーキング）などの手法によって、構造材料表面を洗浄す
る、（４）炭化水素やハロゲン化物を含む電線被膜物質
やシール部材（Ｏリング等）、接着剤等を光路空間に可
能な限り設置しない、等の方法がある。

【００５２】また、真空圧を発生させる排気装置として
は、真空ポンプ、クライオポンプなどが用いられる。ク
ライオポンプは、真空ポンプの一種であり、活性炭や合
成フッ化石などのソベントを窒素等の冷媒で冷やす形式
のもので、真空中に極低温（１０〜１５Ｋ）に冷却され
た面（クライオパネル）を置き、この面で気体（Ｈ₂、
Ｈｅ、Ｎｅ以外の気体、例えばＮ₂、Ａｒ等）を吸着し
て、高真空を作り出す。

【００５３】また、照明系チャンバからウエハ操作部の
カバーを構成する筐体（筒状体等も可）や、透過性ガス
を供給する配管は、不純物ガス（脱ガス）の少ない材
料、例えばステンレス鋼、四フッ化エチレン、テトラフ
ルオロエチレン−テルフルオロ（アルキルビニルエーテ
ル）、又はテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプ
ロペン共重合体等の各種ポリマーで形成することが望ま
しい。

【００５４】また、各筐体内の駆動機構（レチクルブラ
インドやステージ等）などに電力を供給するケーブルな
ども、同様に上述した不純物ガス（脱ガス）の少ない材
料で被服することが望ましい。

【００５５】また、ウエハ上に塗布された感光材（フォ
トレジスト）からの脱ガスは吸光物質を含み、これは感
光材の種類や温度等によって量、種類ともに異なる。そ
のため、感光材からの脱ガスの量、種類を予め調査して
おき、感光材によって低吸収性ガスの供給量を調整する
とよい。これにより、ワーキング・ディスタンス部から
確実に吸光物質を排除する一方で、一般に高価な低吸収
性ガスの消費量を必要最小限に抑えることが可能とな
る。

【００５６】また、本発明は走査露光型の投影露光装置
のみならず、一括露光型（ステッパー型）の投影露光装
置等にも適用できることは明らかである。これらに備え
られる投影光学系は、反射屈折系のみならず、屈折系や
反射系であってもよい。さらに、投影光学系の倍率は縮
小倍率のみならず、等倍や拡大であってもよい。

【００５７】また、本発明はエネルギビームとして、Ａ
ｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を使用する場
合や、Ｋｒ₂レーザ光（波長１４６ｎｍ）、Ａｒ₂レーザ
光（波長１２６ｎｍ）、ＹＡＧレーザ等の高調波、又は
半導体レーザの高調波等の波長が２００ｎｍ〜１００ｎ
ｍ程度の真空紫外光にも適用できる。

【００５８】また、エキシマレーザやＦ₂レーザ等の代
わりに、ＤＦＢ（Distributed feedback：分布帰環型）
半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外
域、又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム
（Ｅｒ）（又はエルビウムとイッテルビウム（Ｙｂ）と
の両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非
線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用
いてもよい。

【００５９】また、露光装置の用途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
置にも広く適当できる。

【００６０】また、ウエハステージやレチクルステージ
にリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用い
たエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力
を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。また、ス
テージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、
ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。

【００６１】また、ステージの駆動装置として平面モ−
タを用いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユ
ニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニッ
トと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベー
ス）に設ければよい。

【００６２】また、ウエハステージの移動により発生す
る反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されて
いるように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）
に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた
露光装置においても適用可能である。

【００６３】また、レチクルステージの移動により発生
する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載され
ているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大
地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備
えた露光装置においても適用可能である。

【００６４】以上のように、本願実施形態の露光装置
は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む
各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、
光学的精度を保つように、組み立てることで製造され
る。これら各種精度を確保するために、この組み立ての
前後には、各種光学系については光学的精度を達成する
ための調整、各種機械系については機械的精度を達成す
るための調整、各種電気系については電気的精度を達成
するための調整が行われる。各種サブシステムから露光
装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機
械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等
が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組
み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程
があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光
装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行わ
れ、露光装置全体としての各種精度が確保される。な
お、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理さ
れたクリーンルームで行うことが望ましい。

【００６５】そして、上記のように露光が行われたウエ
ハが、現像工程、パターン形成工程、ボンディング工
程、パッケージング等を経ることによって、半導体素子
等の電子デバイスが製造される。

【００６６】

【発明の効果】本発明の光学装置によれば、光路上の空
間の容積を変化させることにより、ガスの供給に伴う光
学部材の変形を抑制することができる。

【００６７】また、本発明の露光装置によれば、光学部
材の変形が抑制されるので、精度よく露光処理を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学装置を備える一実施形態に
係る半導体デバイス製造用の縮小投影型露光装置の全体
構成を示す図である。

【図２】露光ビームの光路上の各空間にパージガスを
供給するガス供給システムの構成の一例を示す図であ
る。

【図３】容積可変機構の構成の一例を模式的に示す図
である。

【図４】容積可変機構の他の構成例を模式的に示す図
である。

【符号の説明】

ＩＬ露光光（エネルギービーム）Ｒレチクル（マスク）Ｗウエハ（基板）ＰＬ投影光学系（光学装置）２１照明光学系（光学装置）２００ガス供給システム２０４温度制御装置２５０〜２５４パージ空間３００〜３０３レンズ素子（光学部材）３６０、３７０容積可変機構３６１〜３６３、３７１〜３７３シリンダ３６５〜３６７ピストン（部材）３７５〜３７７伸縮部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エネルギービームの光路上に形成されか
つ所定のガスが供給される空間を有する光学装置におい
て、前記空間の圧力を一定に保つために、前記空間の容積を
変化させる容積可変機構を備えることを特徴とする光学
装置。
【請求項２】前記容積可変機構は、前記空間と他の空
間との境界に摺動自在または伸縮自在に配される部材を
有することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】前記空間は、光学部材を挟んで隣り合う
複数の空間を含み、該複数の空間のそれぞれは、前記部
材を介して同じ１つの空間に接続されていることを特徴
とする請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】パターンが形成されたマスクをエネルギ
ービームにより照明する照明光学系と、前記マスクのパ
ターンを基板上に転写する投影光学系との少なくとも一
方が、請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記
載の光学装置を備えることを特徴とする露光装置。