JP2005057075A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
位相シフト・マスクを大気中に設置した状態で検査することができる、真空紫外光による位相差測定装置を得る。
【解決手段】
位相差測定装置１００は、対物レンズ１１０と、外側フレーム１１５を有している。レンズ・ホルダ１１３には貫通孔が形成され、窒素ガスが対物レンズ内部から位相シフト・マスク１０２に向かって吹きだされる。対物レンズの鏡筒１１２と外側フレーム１１５との間に空間が形成され窒素が流れている。窒素は、鏡筒１１２と外側フレーム１１５との間の開口から位相シフト・マスク１０２に向かって吹きだされる。これによって、光路に大気中の酸素や水が浸入することを防止することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は光学装置に関し、特に、Ｆ_２レーザ・リソグラフィ技術に使用される波長以下の真空紫外によるオペレーションに好適な、光学装置に関する。

半導体回路構造の高集積化、微細化が進むにつれて、半導体集積回路の高集積化のキー技術である光リソグラフィ技術に使用される光として、ますます短波長の光が利用されるようになってきている。例えば、６４メガビットＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）以降の０．３μｍより微細なデザイン・ルールを必要とする製造工程は、現在、ＫｒＦ（フッ化クリプトン）エキシマ・レーザを使用して、遠紫外域にある露光波長２４８ｎｍによってリソグラフィ処理を行う。

次世代のリソグラフィ技術は、０．１５μｍ以下のデザイン・ルールを必要とする１ギガビットＤＲＡＭをターゲットとしており、ＡｒＦ（フッ化アルゴン）エキシマ・レーザを利用したリソグラフィ技術が最も有力視されている。ＡｒＦエキシマ・レーザによる露光波長は１９３ｎｍであり、露光光は真空紫外の領域に入っている。さらにＡｒＦ以降のリソグラフィ技術は、Ｆ_２（フッ素ダイマ）レーザ・リソグラフィ（露光波長１５７ｎｍ）、もしくはＸ線を利用するリソグラフィ技術などが検討されており、光源の波長はますます短いものとなっていく。

又、リソグラフィに使用されるマスクの精度を保証する技術として、マスク検査技術は重要である。上記のように、リソグラフィ技術の微細化が進むにつれて、マスク・パターンのより微細な欠陥を検出することができるマスク検査技術が要求されている。マスク・パターンの微細化にともない、マスク検査分解能を向上するために、検査光の波長も短くなる。典型的には、マスク・パターンの測定に、露光波長と同じ波長の光が利用される。

波長が短くなるにつれて、環境制御の重要性がますます高まっている。２００ｎｍ以下の真空紫外領域においては、酸素分子、水分子による光の吸収が起こりうる。特に、Ｆ_２レーザ・リソグラフィによる１５７ｎｍ以下の短波長領域においては、酸素分子もしくは水分子による光の大きな吸収があるため、大気中での露光もしくは測定などのオペレーションを行うことができない。従って、真空中、もしくは高純度の窒素やヘリウムなどの雰囲気中に光学系を配置すること必要とされる。例えば、装置全体をチャンバ内に配置し、チャンバを高純度の窒素もしくはヘリウムによってパージすることによって、酸素分子もしくは水分子による露光光の透過率の低下を防止することができる。しかし、露光対象物のウェハや検査対象物のマスクなどを含めた全ての装置をチャンバ内に設置し、窒素もしくはヘリウムによりパージするためには、多量のガスをチャンバ内に流さなければならない。あるいは、パージされたチャンバ内で全ての処理を行うためには、パージが必要なチャンバ内へウェハやマスクなどの対象物を搬入しなければならず、処理工程が煩雑化する問題がある。

あるいは、ケミカル汚染物に対する要求も厳しくなっている。特に、Ｆ_２リソグラフィの露光波長域においては、ほとんどの物質が光を吸収するため、様々な物質の光学部品表面への付着が、光の透過率や位相に大きな影響を与える。例えば、フタル酸エステル類や、シロキサン等の有機物が含まれている雰囲気中において真空紫外線を光学部品に照射すると、光学部品表面で有機物が重合して固体物質に変化する傾向がある。その結果、光学部品の表面がこれらの反応生成物によって汚染され、光学特性が劣化する。

例えば、ＫｒＦもしくはＡｒＦを使用した露光装置において有機系付着物による光学部品の表面の汚染を防止する方法として、オゾンや酸素ラジカルなどの酸化性ガスによって露光装置のレンズ表面に付着した有機物を酸化分解する方法が提案されている（特許文献１を参照）。提案されている露光装置は、封止チャンバ内に縮小露光系レンズが装着されている鏡筒を有している。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る有機物が除去され、常にクリーニングされている。チャンバ内には、オゾンガスや酸素ラジカルなどの酸化性ガスが導入され、露光されていない間は、酸化性ガスによって鏡筒内のレンズ表面のクリーニングが行われる。

一方、Ｆ_２リソグラフィの露光波長域の光は、酸素分子から酸素ラジカルを生成する。そのため、チャンバ内に微量の酸素を導入することによって、チャンバ内で酸素ラジカルを生成し、レンズ表面の有機系付着物を除去することができる。しかし、発明者らは、微量の酸素分子を光学系チャンバ内に直接導入した場合、透過率の空間的な分布が発生することを見出した。酸素分子をチャンバ内に直接導入した場合、光路上で光が照射されている領域においては酸素分子が酸素ラジカルに変化するため透明となるが、光が照射されていない光路以外の領域において酸素分子が残存する。このため、酸素分子濃度分布が発生して透過率の空間的な分布が発生する。この結果、空間中での対流や拡散による気流のゆらぎによって酸素分子濃度の光路上でのゆらぎが起こり、光路上における光の透過率のゆらぎが発生すると考えられる。

特開平１０−２８９８５３号公報

従って、本発明の一つの目的は、光学装置において、光路上の光吸収ガスを効果的に排除することである。他の目的は、光学装置において、効率的な処理工程を実現することである。本発明の他の目的は、光学系の光学特性を効果的に維持することである。他の目的は、光学系のクリーニングを効果的に行うことである。他の目的は、有機物の除去処理に伴う光路上の光学的ゆらぎを抑制することである。

本発明の一つの態様は、物体に関するオペレーションを行うための光学装置であって、光路を規定するレンズと、内側において不活性ガスが流れ、前記レンズを内側に収容する収容手段と、を備え、前記収容手段が前記物体に対向する側において、不活性ガスを吹き出す開口が光路の外側に形成され、前記開口の端部と前記物体との間にギャップが形成され、前記開口からの流出不活性ガスが、前記ギャップを通って光路の外側に向かって流出する。これによって、光路上の光吸収ガスを効果的に排除することができる。

前記収容手段は前記レンズを保持するホルダを備え、前記不活性ガスが流出する開口は前記ホルダを貫通して形成されていることが好ましい。あるいは、前記収容手段は、前記レンズを収容する鏡筒と、前記鏡筒との間で不活性ガスが流れる空間を形成し、前記物体とギャップをもって配置されるフレームと、を備え、前記空間からの不活性ガスは、前記鏡筒と前記フレームとによって規定されている開口をから吹き出されることが好ましい。さらに、前記鏡筒と前記フレームとによって規定されている開口は、光路周囲を囲む形状を備えていることが好ましい。これにより、効果的に光路上の光吸収ガスを効果的に排除することができる。

前記収容手段は、第１のフレームと、前記第１のフレームの外側に形成された第２のフレームとを備え、前記第１のフレームの内側に不活性ガスを吹き出す第１の開口と、前記第１のフレームの外側であって前記第２のフレームの内側に不活性ガスを吹き出す第２の開口と、を備える、ことが好ましい。これにより、光路上の光吸収ガスの侵入をより効果的に防ぐことができる。さらに、前記第１の開口における不活性ガス流量は、前記第２の開口における不活性ガス流量よりも小さいことが好ましい。あるいは、前記第１の開口における不活性ガス流量純度は、前記第２の開口における不活性ガス純度よりも高いことが好ましい。これによって、不活性ガスによる光への悪影響を小さくすることができる。

本発明の他の態様は、真空紫外光を使用して物体に関するオペレーションを行うための光学装置であって、前記物体と対向する位置に配置されるレンズと、光路の外側に配置され、前記物体と対向する位置にギャップをもって配置される不活性ガスを吹き出す開口を備える、ガス吹き出し手段と、を備え、前記ガス吹き出し手段は、前記物体と前記レンズとの間の光路の外側に不活性ガスの流れが形成されるように、オペレーション中に前記開口から不活性ガスを吹き出す。これによって、光路上の光吸収ガスを効果的に排除することができる。

前記ガス吹き出し手段は前記レンズを保持するホルダを備え、前記開口は前記ホルダに形成された貫通孔であることが好ましい。あるいは、前記ガス吹き出し手段は、光路について前記開口の外側に、前記物体との間にギャップもって形成された不活性ガスを吹き出す第２の開口とを備えることが好ましい。これにより、光路上の光吸収ガスの侵入を効果的に防ぐことができる。さらに、前記第１のフレームの内側に、不活性ガスを吹き出す開口が形成されていることが好ましい。これにより、光路上の光吸収ガスの侵入をより効果的に防ぐことができる。

本発明の他の態様は、レーザ光源からの光を使用して物体に関するオペレーションを行うための光学装置であって、光学系を収容するフレームと、前記フレームに前記レーザ光源からのレーザ光を導くビーム・ラインと、前記ビーム・ラインに連結された配管と、を備え、前記配管から前記ビーム・ライン内に、前記レーザ光源からの光を吸収してクリーニング・ガスを生成する注入ガスが流入される。これによって、光学系のクリーニングをオペレーションへの影響少なく行うことができる。

前記ビーム・ラインの内径の最小値は、前記レーザ光源からの光のビーム径の３倍以下であることが好ましい。これによって、注入ガスをより確実にクリーニング・ガスに変換することができる。さらに、前記注入ガスの濃度は、１０−５００ｐｐｍであることが好ましい。これによって、オペレーションへの影響を抑制しつつ、効果的にクリーニングを行うことができる。

前記注入ガス濃度を制御するマス・フロー・コントローラと、前記フレーム内に注入される不活性ガス濃度を制御するマス・フロー・コントローラとを備えることが好ましい。これにより、濃度コントロールを効果的に行うことができる。あるいは、オペレーション中の前記注入ガスの注入量が、非オペレーション中のクリーニング中の注入量よりも少ないことが好ましい。これによって、注入ガスによるオペレーションへの影響を防ぐことができる。

本発明の他の態様は、レーザ光源からの光を使用して物体に関するオペレーションを行うための光学装置であって、パージ・ガスによってパージされた空間に収容された光学系と、前記空間に注入され前記レーザ光源からの光を吸収することによってクリーニング・ガスを生成する注入ガスの注入量を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、オペレーション中の前記注入ガスの注入量が、非オペレーション中のクリーニング中の注入量よりも少なくなるように、前記注入ガスの注入量を制御する。これによって、これによって、オペレーションへの影響を抑制しつつ、効果的にクリーニングを行うことができる。

前記注入ガスは酸素分子ガスであり、前記オペレーション中における前記注入ガスの濃度は１０ｐｐｍ以下であることが好ましい。さらに、前記注入ガスは酸素分子ガスであり、前記クリーニング中における前記注入ガスの濃度は１０−５００ｐｐｍであることが好ましい。

本発明によれば、Ｆ_２レーザ・リソグラフィ技術に使用される波長以下の真空紫外によるオペレーションに好適な、光学装置を提供することができる。

以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。

実施の形態１．
図１は、本発明が適用可能な、位相差測定装置１００の概略構成を示している。位相差測定装置１００は、例えば、対象物としての位相シフト・マスクの透過光を測定することによって、位相シフト・マスクの検査を行うことができる。位相差測定装置１００において、レーザ光源からの光は照明系を介してステージ上の位相シフト・マスクに照射され、位相シフト・マスクの透過光が対物レンズ及び干渉系を介して撮像装置によって撮像される。取得された撮像データは、表示もしくは解析に使用される。本形態の位相差測定装置１００は、位相シフト・マスクと対物レンズとの間の光路周囲に多重の窒素ガス・フローを形成することによって、位相シフト・マスクを大気中に設置した状態でのオペレーションを可能とする。

図１において、１０１は光軸と垂直なＸＹ方向に移動可能なステージ、１０２はステージ１０１上に配置され、測定される対象物としての位相シフト・マスクである。１０３はレーザ光源であって、本形態においては、１５７ｎｍのレーザ光を出力するＦ_２（フッ素ダイマ）エキシマ・レーザが使用される。１０４は、レーザ光源１０３からの光を位相シフト・マスク１０２に照射するための照明光学系に使用されるレンズ群の一部である。レンズ群１０４を通ったレーザ光源１０３からの光は、位相シフト・マスク１０２上に集光される。レンズ群１０４は、鏡筒１０５内にレンズを保持するフレームであるレンズ・ホルダによって固定されている。

レンズ群１０４を含む照明光学系は、フレーム１０６内に配置される。レーザ光源１０３とフレーム１０６はビーム・ライン１０７によって連結されている。レーザ光源１０３からのレーザ光は、ビーム・ライン１０７を通ってフレーム１０６内の照明光学系に入射し、レンズ群１０４によって位相シフト・マスク１０２上に集光される。従って、レーザ光源１０３からの光は、フレーム１０６及びビーム・ライン１０７の外壁に囲われた空間内を進行し、位相シフト・マスク１０２に入射する。

フレーム１０６とビーム・ライン１０７の室内は窒素ガスなどの不活性ガスによってパージされる。窒素ガスの他に、ヘリウム・ガスなどを使用することができる。パージ・ガスとして、窒素ガス以外のガスを使用可能な点は、以下の説明において同様である。窒素ガスは、オペレーションの間装置内を流れている。ビーム・ライン１０７の壁には孔が形成され、配管１０８を介して、マス・フロー・コントローラ１０９に連結されている。マス・フロー・コントローラ１０９は、窒素ガス供給源（不図示）からの窒素ガスの供給流量を制御し、ビーム・ライン１０７とフレーム１０６内の窒素濃度を所望の値に維持することができる。

フレーム１０６の位相シフト・マスク１０２に対向する側には開口が形成されており、開口を規定するフレーム端部と位相シフト・マスク１０２との間には、数十から数百μｍのギャップが形成されている。フレーム１０６内の窒素ガスは、開口から位相シフト・マスク１０２に吹きつけられ、開口端部と位相シフト・マスク１０２との間のギャップを通ってフレーム１０６から外部で吹き出される。照明レンズ群１０４を収容するフレームである鏡筒１０５には複数の孔が形成されており、フレーム１０６内を流れる窒素ガスが鏡筒１０５内部を流れることによってパージされる。

位相シフト・マスク１０２についての照明系の反対側には、位相シフト・マスク１０２の透過光を受光する対物レンズ１１０が配置されている。対物レンズ１１０は、複数のレンズ１１１と、レンズを収容する鏡筒１１２、及び各レンズ１１１を保持するレンズ・ホルダ１１３を備えており、光軸方向（Ｚ方向）に移動可能である。対物レンズ１１０の構造については、図２を参照して後に説明する。対物レンズ１１０は、筒状フレーム１１４にネジ構造によって連結されている。筒状フレーム１１４はベローズ１１８を介して、干渉系及び撮像装置を収容するチャンバ１１６と連結されている。チャンバ１１６内は真空に維持することができ、窓を介して位相シフト・マスク１０２の透過光が入射する。

対物レンズ１１０を囲むように、外側フレーム１１５が配置されている。外側フレーム１１５と対物レンズ１１０とは所定の間隔を置いて配置され、それらの間に空間が形成されている。外側フレーム１１５の上端部は、空間を閉じるように筒状フレーム１１４と結合されている。外側フレーム１１５の位相シフト・マスク１０２と対向する側には開口が形成されており、開口を規定する外側フレーム端部と位相シフト・マスク１０２との間には、数十から数百μｍのギャップが形成されている。外側フレーム１１５側壁には孔が形成されており、配管１１９が、外側フレーム１１５とフレーム１０６とを連結する。上記開口もしくは上記孔以外から、窒素ガスが流出してはいない。

フレーム１０６からの窒素ガスが、配管１１９を介して、外側フレーム１１５内部に流入する。外側フレーム１１５内へ流入した窒素ガスは開口から位相シフト・マスク１０２に吹きつけられ、外側フレーム１１５端部と位相シフト・マスク１０２との間のギャップを通って外部へ吹き出される。流出窒素ガスの一部は、対物レンズ１１０と位相シフト・マスク１０２の間のギャップに流入しうる。本形態において、外側フレーム１１５内部へは、照明系フレーム１０６から窒素ガスが流入する。照明系フレーム１０６の容積が大きい一方、フレーム１０６と位相シフト・マスク１０２との間のギャップから流出可能な窒素ガスの量は、限定される。照明系フレーム１０６内の窒素ガスと対物レンズ１１０の外側フレーム１１５内へ導入することによって、照明系フレーム１０６と外側フレーム１１５双方の窒素流量を効果的に制御することができる。

筒状フレーム１１４の側壁には孔が形成され、配管１１７を介して、マス・フロー・コントローラ１２０と連結されている。マス・フロー・コントローラ１２０は、窒素ガス供給源（不図示）からの窒素ガスの供給流量を制御し、筒状フレーム１１４と対物レンズ１１０内の窒素濃度を制御することができる。マス・フロー・コントローラ１２０によって流量制御された窒素ガスは、筒状フレーム１１４内を通って対物レンズ１１０内に流入する。対物レンズ１１０を流れる窒素ガスは位相シフト・マスク１０２の側から流出して位相シフト・マスク１０２に吹き付けられ、対物レンズ１１０の外部、さらには、外側フレーム１１５の外部へ吹き出される。本形態においては、２重のパージ系を形成することによって、光路上に大気中の酸素もしくは水が浸入することを効果的に防止することができる。

筒状フレーム１１４及び対物レンズ１１０内を流れる窒素ガス流量は、外側フレーム１１５内部の窒素ガス流量よりも小さくなるように制御されることが好ましい。例えば、内側の窒素ガス流量を１ｌ／分、外側の窒素ガス流量を１０ｌ／分と設定することができる。外側フレーム１１５から外部へ多くの窒素ガスを吹き出すことによって、光路から外向きのガスの流れを形成し、周囲の空気が光路内への流入することを効果的に防ぐことができる。一方、筒状フレーム１１４及び対物レンズ１１０内は光路が形成されるため、窒素ガス流量を制限することによって、測定光の不安定性を防ぐことができる。あるいは、筒状フレーム１１４及び対物レンズ１１０内を流れる窒素ガスは、外側空間の窒素ガスよりも純度の高い窒素ガスを使用することが好ましい。高純度窒素ガスを使用することによって、レンズへの汚染物の付着を防止することができる。高純度窒素ガスは、ピュアリファイア１２１を使用することによって得ることができる。

図２は、対物レンズ１１０の構造を示す図である。図２（ａ）は対物レンズ１１０の上面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＸ−Ｘ‘によって特定される部分における断面図である。図２に示すように、鏡筒１１２内には、複数のレンズ１１１のそれぞれが、レンズ・ホルダ１１３によって固定されている。各レンズ１１１およびレンズ・ホルダ１１３は、光軸方向に所定の間隔を置いて配置され、各レンズ間には空間が形成されている。レンズ・ホルダもしくはレンズを当接するように配置することもできる。各レンズ・ホルダ１１３には、窒素ガスが通過するための、一つもしくは複数の孔が形成されている。

筒状フレーム１１４から最上部レンズ・ホルダ１１３の孔を介して流入した窒素ガスは、各孔を通ってレンズ間空間を含む対物レンズ１１０内をパージし、最下部レンズ・ホルダ１１３の孔を通って位相シフト・マスク１０２に吹き付けられる。鏡筒１１２端部と位相シフト・マスク１０２との間には、数十から数百μｍのギャップが形成され、レンズ・ホルダ１１３の孔から位相シフト・マスク１０２に吹きつけられた窒素ガスは、開口端部と位相シフト・マスク１０２との間のギャップを通って対物レンズ１１０の外部へ吹き出される。

本形態の装置によれば、光路の外側に不活性ガスの流れを形成することによって、マスク移動によって引きずられる空気内の酸素もしくは水が光路上に入ることを防止することができる。特に、２重のパージ系を備え、不活性ガスの吹き出し開口を２重に形成することによって、光路への光吸収気体の侵入をより効果的に防止することができる。本形態の装置によれば、ステージ上のマスクなどの対象物を大気中に配置した状態で、真空紫外光によるオペレーションを行うことができる。

本発明のパージ系は、透過照明系に限らず、照明系と測定系が対象物の同じ側に配置される反射系に適用することができる。光源はＦ_２レーザに限定されず、パージが必要な光源に使用することができる。本形態は、１重もしくは２重の窒素パージ系を備えているが、３重以上のパージ系を形成することができる。パージ系の多重度を上げることによって、光路への望ましくない気体の侵入をより効果的に防ぐことができる。不活性ガスを吹きだす開口は、例えば、同心円状の径の異なる複数のフレームを形成することで多重化することができる。この他、不活性ガスを吹きだす開口は、例えば、外側フレームの周囲に、あるいは鏡筒フレームの周囲に、複数の管状フレームを配置し、レンズ・ホルダの開口のように形成すること等が可能である。本形態の位相差測定装置は照明系フレーム内へ導入された窒素ガスを対物レンズの外側空間に導入するが、対物レンズの外側フレーム内に独立に窒素ガスを導入することが可能である。光学装置の設計によっては、対物レンズの外側と内側の窒素ガス流の条件を同じにすることが可能である。本形態は、位相差測定装置を例として説明されたが、本発明のパージ系を露光装置などの他の光学装置に適用することが可能である。

実施の形態２．
図３は、本実施形態の光学装置３００の概略構成を示すブロック図である。図３において、３０１はレーザ光源であって、本形態においては、１５７ｎｍのレーザ光を出力するＦ_２エキシマ・レーザが使用される。３０２は窒素ガスの流量を制御するＮ_２マス・フロー・コントローラ、３０３は酸素ガスの流量を制御するＯ_２マス・フロー・コントローラである。各マス・フロー・コントローラ３０２、３０３には、Ｎ_２源及びＯ_２源（不図示）からガスが供給される。３０４は光学系チャンバであって、露光装置や測定装置などの光学系を収容する。光学系チャンバ３０４とレーザ光源３０１とは、ビーム・ライン３０５によって連結されている。ビーム・ライン３０５の側壁には孔が形成され、配管３０６によって、Ｎ_２マス・フロー・コントローラ３０２及びＯ_２マス・フロー・コントローラ３０３に連結されている。

光学装置３００は、窒素ガスと共に、微量の酸素ガスを装置内に導入することによって、装置内のクリーニングを行うことができる。Ｆ_２リソグラフィの露光波長域の光は、酸素分子を酸素ラジカルに活性化する。そのため、装置内に微量の酸素を導入することによって、装置内で酸素ラジカルを生成し、レンズ表面の有機系付着物を除去することができる。尚、装置によって、酸素分子ガスの他、Ｎ_２Ｏなどのガスなどを使用することが可能である。この点は他の実施形態において同様である。Ｏ_２マス・フロー・コントローラ３０３によって流量制御された酸素ガスは、流量制御された窒素ガスと共に、ビーム・ライン３０５に流入される。

ビーム・ライン３０５内において、レーザ光が酸素ガスに照射され、酸素ラジカルが生成される。光学系チャンバ３０４に酸素ガスを直接導入する場合と比較して、ビーム・ライン３０５内においては酸素分子がレーザ光によって照射される可能性が高いため、装置内の残存酸素分子を大きく低減することができる。これにより、光の透過率を高く維持することができる。又、光路周辺における酸素分子濃度分布を小さくすることができるので、これに起因する光路の透過率、位相のゆらぎを抑制することができる。同時に、酸素ラジカル濃度が高い状態を維持することができるので、有機物を効果的に分解し、光学部品の寿命を長く保つことができる。

ビーム・ライン３０５内における酸素分子のレーザ光照射確率を高めるため、ビーム・ライン３０５の内部空間の径は小さいことが好ましい。特に、レーザ光とビーム・ライン側壁の間のマージンとの関係から、内部空間の光軸に垂直は方向における最小値は、レーザ光源３０１からのビーム径の３倍以下であることが好ましい。より好ましくは、ビーム・ラインの内径は、ビーム径の２倍以下である。内部空間の光軸に垂直な断面の形状は特に限定されないが、好ましくは、ビーム断面と相似な形状である。尚、ビーム・ラインの内径は、ビーム・ラインの長さやレーザ出力等の関係から適切な径に設定される。

ビーム・ライン３０５内に流入される窒素及び酸素濃度は、マス・フロー・コントローラ３０２、３０３によって制御される。有機物の除去を行うと同時に、オペレーションに対して好ましくない影響を及ぼさないため、好ましい酸素濃度は１０ｐｐｍ−５００ｐｐｍである。さらに好ましくは、酸素濃度は２０ｐｐｍ−２００ｐｐｍである。酸素濃度が高すぎる場合、レーザ光照射によってオゾンが生成される。オゾンはＦ_２エキシマ・レーザ波長域の光を強く吸収するため、オゾンが実質的に生成されない濃度が好ましい。このため、酸素ラジカルの平均自由行程内に他の酸素分子が存在しない条件での酸素濃度が好ましい。一方、有機物除去効果を奏するため、上記所定値以上の酸素ガスが導入されることが好ましい。ビーム・ラインに適切に設定された酸素ガス導入し、酸素ラジカルを生成することによって、オペレーション中において上記濃度の酸素ガスを導入することによって有機物除去を行うことが可能である。

本形態の光学装置３００において、クリーニング・モードと、オペレーション・モードとを備えることによって、それぞれのモードにおいて酸素濃度を適切な値に制御することができる。装置を組み付けた直後、あるいは、マスク検査装置におけるマスク測定や、露光装置における露光処理を行う前等に、クリーニング・モードにおける装置内のクリーニング処理を実行することによって、レンズ表面や雰囲気中の有機物を除去することができる。

オペレーション中におけるレーザ光の透過率のゆらぎを防ぐため、オペレーション・モードにおいて、クリーニング・モードよりも低い濃度の酸素ガスが導入される。あるいは、オペレーション・モードにおいては、導入酸素濃度を０とすることができる。一方、オペレーション中においても、装置内部からの有機物の蒸発、レンズへの有機物の付着が起こりうるため、オペレーション中にもクリーニング効果を発揮することが好ましい。従って、オペレーション・モードにおいて、好ましくは、２０ｐｐｍ以下の濃度の酸素ガス、さらに好ましくは、１０ｐｐｍ以下の濃度の酸素ガスが導入される。

クリーニング・モードにおいては、有機物除去に適し、又、透過率の回復遅延など、クリーニング処理後のオペレーションに悪影響を及ぼさないため、好ましい酸素濃度は１０ｐｐｍ−５００ｐｐｍである。さらに好ましくは、酸素濃度は１０ｐｐｍ−２００ｐｐｍである。クリーニング・モードからオペレーション・モードに移行する場合、酸素ラジカルが残存するための、クリーニング効果を一定の間維持することができる。尚、本形態のように、酸素ガスをビーム・ラインに流入させることが好ましいが、上記のように異なるモードを備える場合、酸素ガスをチャンバに直接導入することが可能である。

実施の形態３．
図４は、第３の実施形態における位相差測定装置４００の概略構成を示す、構成図である。位相差測定装置４００は、図１を参照して説明された位相差測定装置１００の構成の他に、酸素ラジカル生成のための機構を備えている。位相差測定装置４００は、酸素ラジカルによって光学系におけるレンズ上の有機付着物や大気中の有機物を分解する。図４において、図１と同一の要素には同一の符号が付されており、図１と重複する部分について、必要のない説明は省略される。尚、本形態において、窒素流量制御、酸素流量制御については、上記他の形態に従って行うことができる。図４において、４０１は窒素ガスの流量を制御するＮ_２マス・フロー・コントローラ、４０２は酸素ガスの流量を制御するＯ_２マス・フロー・コントローラである。各マス・フロー・コントローラ４０１、４０２には、Ｎ_２源及びＯ_２源（不図示）からガスが供給される。各マス・フロー・コントローラ４０１、４０２は、照明系のフレーム内の窒素及び酸素の濃度を制御する。

マス・フロー・コントローラ４０２からビーム・ライン１０７内に導入された酸素ガスは、レーザ光源１０３からのレーザ光を吸収して、酸素ラジカルを生成する。酸素ラジカルは、フレーム１０６内の照明系のレンズ表面に付着した有機物を除去することができる。酸素ラジカルは、窒素ガスと共に位相シフト・マスク１０２の下面に吹き付けられ、位相シフト・マスク１０２上の汚染物を除去することができる。さらに、酸素ラジカルは、配管１１９を介して対物レンズ１１０と外側フレーム１１５によって形成される空間内に導入され、位相シフト・マスク１０２の上面に吹き付けられ、位相シフト・マスク１０２上の汚染物を除去することができる。

４０３は酸素ラジカル生成のための予備チャンバであって、配管１１７によって筒状フレーム１１４に連結されている。４０４は遠紫外もしくは真空紫外光源であって、重水素ランプ、キセノン・ランプ、あるいはエキシマ・レーザなどを使用することができる。４０５は窒素ガスの流量を制御するＮ_２マス・フロー・コントローラ、４０６は酸素ガスの流量を制御するＯ_２マス・フロー・コントローラである。マス・フロー・コントローラ４０５、４０６は、配管４０７によって予備チャンバ４０３に連結されている。

マス・フロー・コントローラ４０５、４０６によって流量制御された窒素ガス及び酸素ガスは、配管４０７を介して予備チャンバ４０３内に導入される。予備チャンバ４０３内において、酸素は光源４０４からの光によって照射される。光を照射された酸素は酸素ラジカルとなり、窒素ガスとともに筒状フレーム１１４内に流入する。酸素ラジカルは、対物レンズ１１０内を通り、レンズ１１１上の有機付着物を除去する。又、位相シフト・マスク１０２の上面に吹き付けられ、位相シフト・マスク１０２上の汚染物を除去することができる。

光学系に導入する前に、予備チャンバ内で酸素ラジカルを生成することによって、光学系内部の雰囲気の酸素分子濃度を低くし、透過率を高く維持することができる。又、光路周辺における酸素分子濃度分布を小さくすることができるので、これに起因する光路の透過率、位相のゆらぎを抑制することができる。同時に、酸素ラジカル濃度が高い状態を維持することができるので、有機物を効果的に分解し、光学部品の寿命を長く保つことができる。

実施の形態１における位相差測定装置の概略構成を示す、構成図である。 実施の形態１における位相差測定装置の対物レンズの概略構成を示す、構成図である。 実施の形態２における光学装置の概略構成を示す、ブロック図である。 実施の形態３における位相差測定装置の概略構成を示す、構成図である。

符号の説明

１００ 位相差測定装置、１０１ ステージ、１０２ 位相シフト・マスク、１０３ Ｆ_２エキシマ・レーザ、１０４ レンズ群、１０５ 鏡筒、１０６ フレーム、１０７ ビーム・ライン、１０８ 配管、１０９ マス・フロー・コントローラ、１１０ 対物レンズは、１１１ 複数のレンズ、１１２ 鏡筒、１１３ レンズ・ホルダ、１１４ 筒状フレーム、１１５ 外側フレーム、１１６ チャンバ、１１７ 配管、１１８ ベローズ、１１９ 配管、１２０ マス・フロー・コントローラ、１２１ ピュアリファイア、３０１ Ｆ_２エキシマ・レーザ、３０２、３０３ マス・フロー・コントローラ、３０４ チャンバ、３０５ ビーム・ライン、３０６ 配管、４０１、４０２、４０５、４０６ マス・フロー・コントローラ、４０３ 予備チャンバ、４０４ 光源、４０７ 配管

Claims (21)

1. 物体に関するオペレーションを行うための光学装置であって、
   光路を規定するレンズと、
   内側において不活性ガスが流れ、前記レンズを内側に収容する収容手段と、を備え、
   前記収容手段が前記物体に対向する側において、不活性ガスを吹き出す開口が光路の外側に形成され、
   前記開口の端部と前記物体との間にギャップが形成され、
   前記開口からの流出不活性ガスが、前記ギャップを通って光路の外側に向かって流出する、光学装置。
2. 前記収容手段は前記レンズを保持するホルダを備え、前記不活性ガスが流出する開口は前記ホルダを貫通して形成されている、請求項１に記載の光学装置。
3. 前記収容手段は、
   前記レンズを収容する鏡筒と、
   前記鏡筒との間で不活性ガスが流れる空間を形成し、前記物体とギャップをもって配置されるフレームと、を備え、
   前記空間からの不活性ガスは、前記鏡筒と前記フレームとによって規定されている開口をから吹き出される、請求項１に記載の光学装置。
4. 前記鏡筒と前記フレームとによって規定されている開口は、光路周囲を囲む形状を備えている、請求項３に記載の光学装置。
5. 前記収容手段は、前記鏡筒内部に前記レンズを保持し不活性ガスが流れる孔を備えるホルダを有する、請求項３に記載の光学装置。
6. 前記収容手段は、第１のフレームと、前記第１のフレームの外側に形成された第２のフレームとを備え、
   前記第１のフレームの内側に不活性ガスを吹き出す第１の開口と、前記第１のフレームの外側であって前記第２のフレームの内側に不活性ガスを吹き出す第２の開口と、を備える、
   請求項１に記載の光学装置。
7. 前記第１の開口における不活性ガス流量は、前記第２の開口における不活性ガス流量よりも小さい、請求項６に記載の光学装置。
8. 前記第１の開口における不活性ガス流量純度は、前記第２の開口における不活性ガス純度よりも高い、請求項６に記載の光学装置。
9. 真空紫外光を使用して物体に関するオペレーションを行うための光学装置であって、
   前記物体と対向する位置に配置されるレンズと、
   光路の外側に配置され、前記物体と対向する位置にギャップをもって配置される不活性ガスを吹き出す開口を備える、ガス吹き出し手段と、を備え
   前記ガス吹き出し手段は、前記物体と前記レンズとの間の光路の外側に不活性ガスの流れが形成されるように、オペレーション中に前記開口から不活性ガスを吹き出す、
   光学装置。
10. 前記ガス吹き出し手段は前記レンズを保持するホルダを備え、前記開口は前記ホルダに形成された貫通孔である、請求項９に記載の光学装置。
11. 前記ガス吹き出し手段は、光路について前記開口の外側に、前記物体との間にギャップもって形成された不活性ガスを吹き出す第２の開口とを備える、請求項９に記載の光学装置。
12. 前記第１のフレームの内側に、不活性ガスを吹き出す開口が形成されている、請求項１２に記載の光学装置。
13. 前記物体は大気中に設置される、請求項１又は９に記載の光学装置。
14. レーザ光源からの光を使用して物体に関するオペレーションを行うための光学装置であって、
    光学系を収容するフレームと、
    前記フレームに前記レーザ光源からのレーザ光を導くビーム・ラインと、
    前記ビーム・ラインに連結された配管と、を備え、
    前記配管から前記ビーム・ライン内に、前記レーザ光源からの光を吸収してクリーニング・ガスを生成する注入ガスが流入される、光学装置。
15. 前記ビーム・ラインの内径の最小値は、前記レーザ光源からの光のビーム径の３倍以下である、請求項１４に記載の光学装置。
16. 前記注入ガスの濃度は、１０−５００ｐｐｍである、請求項１４に記載の光学装置。
17. 前記注入ガス濃度を制御するマス・フロー・コントローラと、前記フレーム内に注入される不活性ガス濃度を制御するマス・フロー・コントローラとを備える、請求項１４又は１６に記載の光学系。
18. オペレーション中の前記注入ガスの注入量が、非オペレーション中のクリーニング中の注入量よりも少ない、請求項１４に記載の光学装置。
19. レーザ光源からの光を使用して物体に関するオペレーションを行うための光学装置であって、
    パージ・ガスによってパージされた空間に収容された光学系と、
    前記空間に注入され前記レーザ光源からの光を吸収することによってクリーニング・ガスを生成する注入ガスの注入量を制御するコントローラと、を備え、
    前記コントローラは、オペレーション中の前記注入ガスの注入量が、非オペレーション中のクリーニング中の注入量よりも少なくなるように、前記注入ガスの注入量を制御する、
    光学装置。
20. 前記注入ガスは酸素分子ガスであり、前記オペレーション中における前記注入ガスの濃度は１０ｐｐｍ以下である、請求項１９に記載の光学装置。
21. 前記注入ガスは酸素分子ガスであり、前記クリーニング中における前記注入ガスの濃度は１０−５００ｐｐｍである、請求項１９又は２０に記載の光学装置。

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