JP2003257825A

JP2003257825A - 光学装置及び露光装置

Info

Publication number: JP2003257825A
Application number: JP2002055083A
Authority: JP
Inventors: Takashi Aoki; 貴史青木
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】光路上の空間に含まれる吸光物質を確実にか
つ短時間で排除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内に
おける所定のガスの流れの中に配置される部材３２１
と、部材３２１の位置及び姿勢の少なくとも一方を変化
させる駆動装置３２２とを備える。部材３２１の位置や
姿勢が変化することにより、空間２５０内における所定
のガスの流れが変化し、その空間２５０内におけるガス
の均質化が図られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、低吸収性ガスを用いて空間内の
吸光物質を排除する場合、その空間内において、吸光物
質の偏在が起こりやすい。すなわち、ガスの流れが遅か
ったりガスの入れ替えが起こりにくい領域では、吸光物
質が停滞しやすい。そのため、こうした領域の吸光物質
を排除しようとすると、光路上の空間内を低吸収性ガス
で満たすのに多大な時間を要する。

【０００７】本発明は、上述する事情に鑑みてなされた
ものであり、光路上の空間に含まれる吸光物質を確実に
かつ短時間で排除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、露光精
度及びスループットを向上させる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）を有する光
学装置（ＰＬ）において、前記空間（２５０）内におけ
る前記所定のガスの流れの中に配置される部材（３２
１）と、前記部材（３２１）の位置及び姿勢の少なくと
も一方を変化させる駆動装置（３２２）とを備えること
を特徴とする。この光学装置では、エネルギービームの
光路上の空間内に所定のガスが供給され、この空間内に
配置された部材の位置や姿勢が駆動装置によって変化す
る。部材は空間内における所定のガスの流れの中に配置
されており、その位置や姿勢が変化すると、空間内にお
ける所定のガスの流れが変化する。そのため、ガスの流
れの変化によって空間内の雰囲気が攪拌され、空間内に
おけるガスの均質化が図られる。したがって、この光学
装置では、空間内において吸光物質の偏在が起こりにく
く、その空間に含まれる吸光物質が確実にかつ短時間で
排除される。

【０００９】この場合において、前記部材（３２１）
は、前記所定のガスの流入口（２１０ａ）に対向して配
置されるのが好ましい。所定のガスの流入口に前記部材
が対向して配置されることにより、その所定のガスの流
入時のエネルギーを利用して、上記攪拌を行うことがで
きる。そのため、簡素な構成を採用でき、省スペース化
が図られる。

【００１０】また、本発明の光学装置（ＰＬ）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）を有する光学装置（Ｐ
Ｌ）において、前記空間（２５０）内に前記所定のガス
を供給する供給用配管（３３１）と、前記空間（２５
０）に対する前記供給用配管（３３１）の開口の位置及
び向きの少なくとも一方を変化させる駆動装置（３３
２）と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内に所定のガスが供給
され、その所定のガスの供給用配管の開口の位置や向き
が駆動装置によって変化する。供給用配管の開口の位置
や向きが変化すると、空間内における所定のガスの流れ
も変化する。そのため、ガスの流れの変化によって空間
内の雰囲気が攪拌され、空間内におけるガスの均質化が
図られる。したがって、この光学装置では、空間内にお
いて吸光物質の偏在が起こりにくく、その空間に含まれ
る吸光物質が確実にかつ短時間で排除される。

【００１１】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（ＩＬ）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（Ｐ
Ｌ）との少なくとも一方が、上記記載の光学装置を備え
ることを特徴とする。この露光装置では、光路上の空間
内におけるガスの均質化が図られることで、その空間に
含まれる吸光物質が確実にかつ短時間で排除されること
から、露光精度及びスループットが向上する。

【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、及びフッ化マグネシウム
（ＭｇＦ₂）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、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。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】なお、ヘリウムガスをパージ空間２５０〜
２５４内に供給するにあたって、空間２５０〜２５４が
例えば空気等の吸収性ガスを多く含む場合には、ヘリウ
ムガスを供給する前に、排気装置２０３によって一旦そ
の空間２５０〜２５４内の気体を排出するとよい。これ
により、より短時間で上記空間２５０〜２５４内を低吸
収性ガスであるヘリウムガスに置換することができる。

【００４１】ここで、本例のガス供給システム２００
は、光路上の各パージ空間２５０〜２５４内を攪拌する
攪拌装置３２０を備えている。図３（ａ）及び（ｂ）
は、攪拌装置３２０の構成の一例を示している。また、
図３では、光路上のパージ空間として、先の図２に示し
たパージ空間２５０〜２５４のうち、パージ空間２５０
を代表的に示している。

【００４２】図３において、攪拌装置３２０は、パージ
空間２５０内におけるヘリウムガス（パージガス）の流
れの中に配置される攪拌部材３２１と、この攪拌部材３
２１の位置及び姿勢の少なくとも一方を変化させる駆動
装置３２２と、駆動装置３２２を制御する前述した制御
装置２０６とを備えている。

【００４３】攪拌部材３２１は、主として板状の部材か
らなり、その一面３２１ａがヘリウムガスの流入口２１
０ａに対向して配置されている。また、攪拌部材３２１
は、流入口２１０ａに対する上記一面３２１ａの傾きが
変化自在に支持されている。本例では、攪拌部材３２１
は、上記一面３２１ａがヘリウムガスの流入方向に対し
て傾けて配されるとともに、その流入方向に平行な軸３
２１ｂを中心に回転自在に支持されている。この場合、
流入口２１０ａを介してパージ空間２５０に流入したヘ
リウムガスは、攪拌部材３２１の一面３２１ａに衝突
し、その一面３２１ａの傾く方向に流れる。すなわち、
攪拌部材３２１の姿勢によってヘリウムガスの流れの向
きが決定される。

【００４４】駆動装置３２２としては、例えば電動アク
チュエータの他に、磁気アクチュエータや流体圧アクチ
ュエータ、あるいは圧電素子（ピエゾ素子）などの公知
の様々なアクチュエータを用いることができる。なお、
吸着物質の発生を防ぐために、駆動装置３２２をパージ
空間２５０の外（ここでは鏡筒の外）に配置するのが好
ましい。また、駆動装置３２２は、攪拌部材３２１が所
望の姿勢になるように、例えばクローズドループ方式で
制御装置２０６によって制御される。

【００４５】本例のガス供給システム２００では、パー
ジ空間２５０にヘリウムガスを供給する際、駆動装置３
２２を介して攪拌部材３２１の姿勢を変化させる。攪拌
部材３２１はヘリウムガスの流れの中に配置されてお
り、その姿勢が変化すると、パージ空間２５０内におけ
るヘリウムガスの流れの方向が変化する。例えば、図３
（ａ）及び（ｂ）に示すように、軸３２１ｂを中心に攪
拌部材３２１を１８０°回転させてその姿勢を変化させ
ると、攪拌部材３２１の一面３２１ａの向きが変化し、
これに応じてヘリウムガスの流れの方向も変化する。

【００４６】そして、こうしたヘリウムガスの流れの変
化により、パージ空間２５０内の雰囲気が攪拌され、そ
の空間２５０内におけるガスの均質化が図られる。した
がって、パージ空間内における吸光物質の偏在が解消さ
れ、パージ空間に含まれる吸光物質が確実にかつ短時間
で排除される。

【００４７】したがって、先の図１に示した本例の露光
装置１０では、上記ガス供給システム２００を備えるこ
とにより、露光ビームＩＬの光路上の空間内におけるガ
スの均質化が図られ、その空間に含まれる吸光物質が確
実にかつ短時間で排除される。そのため、露光精度及び
スループットの向上を図ることができる。

【００４８】なお、図３に示した攪拌装置３２０は、攪
拌部材３２１がヘリウムガスの流入方向に平行な軸３２
１ｂを中心に回転自在に支持されていることから、その
軸３２１ｂを中心に攪拌部材３２１を回転させること
で、ヘリウムガスが衝突する一面３２１ａの向きが様々
な方向に変化する。そのため、流入口２１０ａから流入
したヘリウムガスを様々な方向に導くことができる。

【００４９】また、攪拌部材３２１の姿勢を変化させる
タイミングは、任意に設定可能であり、例えば連続的に
変化させてもよく、あるいは所定の時間経過ごとに変化
させてもよい。また、吸光物質が滞留しやすい領域（例
えば窪んだ領域）に向けてヘリウムガスを選択的かつ集
中的に流してもよい。

【００５０】また、ヘリウムガスの供給量、あるいは先
の図１に示した露光装置の動作状態に応じて、攪拌部材
の姿勢制御のタイミングを変えてもよい。例えば、露光
装置の立ち上げ動作時、あるいはパージ空間へのヘリウ
ムガスの供給量が多いときに、攪拌部材の姿勢を頻繁に
変化させてもよい。

【００５１】また、本例では、攪拌部材３２１は、ヘリ
ウムガスの流入口２１０ａに対向して配置されることか
ら、ヘリウムガスの流入時のエネルギーを利用して、上
記攪拌を効果的に行うことができる。すなわち、本例の
攪拌装置３２０は、ヘリウムガスの流れの向きを変える
だけなので、攪拌部材の姿勢制御に要するエネルギー量
は少ない。また、簡素な構成であることから、省スペー
ス化が図られる。

【００５２】なお、攪拌部材３２１の設置場所は、ヘリ
ウムガスの流入口２１０ａに対向配置するものに限らず
他の場所でもよい。また、その数や形状、駆動方法につ
いても様々な方法が適用可能である。

【００５３】例えば、図４に示す攪拌装置３２５は、主
として円錐状に形成されその頂部をヘリウムガスの流入
口２１０ａに対向して配置される攪拌部材３２６と、こ
の攪拌部材３２６の配置位置をヘリウムガスの流入方向
に対して平行に移動させる駆動装置３２７とを備える。
パージ空間２５０内に流入したヘリウムガスは攪拌部材
３２６の周面に沿って流れる。図４（ａ）及び（ｂ）に
示すように、攪拌部材３２６がヘリウムガスの流入方向
に対して平行に移動すると、その周面の位置の変化に伴
って、ヘリウムガスの流れの位置が変化する。そして、
このヘリウムガスの流れの変化により、先の図３の例と
同様に、パージ空間２５０内の雰囲気が攪拌される。な
お、図３の例では主に攪拌部材の姿勢を変化させる場
合、図４の例では主に攪拌部材の位置を変化させる場合
について説明したが、攪拌部材の位置及び姿勢の双方を
変化させてもよい。

【００５４】図５は、攪拌装置３３０の他の構成例を示
している。図５において、この攪拌装置３３０は、ヘリ
ウムガスの給気管路２１０の端部に配設される可撓自在
な可撓チューブ３３１と、この可撓チューブ３３１の開
口３３１ａの位置及び向きの少なくとも一方を変化させ
る駆動装置３３２とを備える。また、駆動装置３３２
は、可撓チューブ３３１の開口３３１ａの位置及び向き
が所望の状態になるように、制御装置２０６によって制
御される。

【００５５】この攪拌装置３３０では、駆動装置３３２
を介して可撓チューブ３３１の開口３３１ａの位置及び
向きの少なくとも一方が変化する。例えば、図５（ａ）
及び（ｂ）に示すように、可撓チューブ３３１の傾きが
変化することにより、その開口３３１ａの向きが変化す
る。開口３３１ａの向きが変化すると、パージ空間２５
０に流入するヘリウムガスの流れの向きが変化する。こ
のヘリウムガスの流れの変化により、図３の例と同様
に、パージ空間２５０内の雰囲気が攪拌され、その空間
２５０内におけるガスの均質化が図られる。なお、本例
の攪拌装置３３０では、パージ空間２５０内に構成要素
を配置する必要がないので、パージ空間２５０が狭い場
合にも容易に対応できるとともに、クリーン化にも有利
である。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】

【発明の効果】本発明の光学装置によれば、ガスの流れ
を変化させて光路上の空間内の雰囲気を攪拌することに
より、その空間に含まれる吸光物質を確実にかつ短時間
で排除することができる。

【００７５】また、本発明の露光装置によれば、光路上
の空間に含まれる吸光物質が確実にかつ短時間で排除さ
れることから、露光精度及びスループットを向上させる
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】攪拌装置の構成の一例を示す図であり、攪拌
部材の姿勢が変化する様子を示している。

【図４】攪拌装置の構成の他の一例を示す図であり、
攪拌部材の位置が変化する様子を示している。

【図５】攪拌装置の構成の他の一例を示す図であり、
ヘリウムガスの流入口としての給気管路の開口の向きが
変化する様子を示している。

【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２１０給気管路２１０ａ流入口２５０〜２５４パージ空間３２０、３２５、３３０攪拌装置３２１、３２６攪拌部材３２２、３２７、３３２駆動装置３３１可撓チューブ（供給用配管）

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、前記空間内における前記所定のガスの流れの中に配置さ
れる部材と、前記部材の位置及び姿勢の少なくとも一方を変化させる
駆動装置とを備えることを特徴とする光学装置。
【請求項２】前記部材は、前記所定のガスの流入口に
対向して配置され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】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、前記空間内に前記所定のガスを供給する供給用配管と、前記空間に対する前記供給用配管の開口の位置及び向き
の少なくとも一方を変化させる駆動装置とを備えること
を特徴とする光学装置。
【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。