JP2005085982A - 露光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】投影光学系を含む筐体内部の不活性ガスによるガスパージ置換が更に高純度であり、且つ、簡便な構造であり、更に少ないガス流量による効率の良いガスパージ置換及び置換時間の短縮を実現させることができる露光装置を提供すること。
【解決手段】紫外光により原版を照明する照明光学系と、前記原版に描写されたパターンを基板上に転写する投影光学系と該照明光学系及び該投影光学系の少なくとも一方において、複数の光学部材が配置される筐体の内部空間を特定の気体に置換するガスパージ手段を備え、複数の該光学部材によって筐体の内部空間が区切られる複数の空間同士を繋ぐガスパージ用の通路を設け、該空間のよどみ部に該ガスパージ用通路を配置する。
【選択図】図1

Description

本発明は、露光装置、特に投影光学系内のガスパージ置換に関するものである。
LSI等の固体素子の集積度及び動作速度を向上させるため、回路パターンの微細化が進んでいる。現在これらのパターン形成には、量産性と解像性能に優れた縮小投影露光法によるリソグラフィが広く用いられている。この方法は、マスク上の回路パターンを投影レンズを介して半導体ウエハ等の被露光基板上に転写するものである。その限界解像性能は露光波長に比例し、投影レンズの開口数(NA)に反比例する。そこで、従来より、投影レンズの高NA化により解像度の向上が行われてきた。
しかし、半導体デバイスの微細化を更に進めるために露光光を短波長化する必要がでてきた。
最近では、g線(λ=435nm)、h線(λ=405nm)、i線(λ=365nm)、KrFエキシマレーザ(λ=248nm)、ArFエキシマレーザ(λ=193nm)照明光の露光装置が実用化され、更に短波長のF エキシマレーザ(λ=157nm)照明光の露光装置が実用化に向けて技術開発が進んでいる。
しかし、i線、KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザを露光光とする露光装置及び更に短波長のF エキシマレーザを含めた露光光を用いる露光装置においては、更なる短波長化により、露光光が空気中の不純物を酸素と光化学反応させることが知られており、斯かる反応による生成物(曇り物質)がガラス部材に付着し、ガラス部材に不透明な「曇り」が生じるという不都合があった。
ここで、曇り物質としては、例えば亜硫酸SO が光のエネルギーを吸収し励起状態となると、空気中の酸素と反応(酸化)することによって生じる硫酸アンモニウム(NH SO が代表的に挙げられる。この硫酸アンモニウムは白色を帯びており、レンズやミラー等の光学部材の表面に付着すると前記「曇り」状態となる。そして、露光光は硫酸アンモニウムで散乱、吸収される結果前記光学系の透過率が減少することになる。
特に、F
レーザのように露光光が更に短波長の157nm以下になる短波長領域では、露光光がより強い光化学反応を起こさせ、前記「曇り」を生じるばかりでなく、同時に露光光が更に空気中の酸素を反応させてオゾンを発生し、残存酸素と生成オゾンが共に露光光を吸収してしまう現象がある。そのため、露光光の感光基板に到達するまでの光量(透過率)が少なくなり、スループットが小さくなるという不都合も生じていた。
そこで、密閉構造の筺体内にレンズ等のガラス部材の配置された鏡筒を配置して、光学部品と筐体で仕切られる空間に光学部品の有効光束外に切込を入れるか、又は光学部品の支持体に開口を設ける。それにより、仕切られた空間間の気体流動を可能にし、光学筐体内の雰囲気を水分を含まない気体又は不活性ガスで置換することで酸素濃度を低く保ちオゾンの発生を防ぎ、「曇り」やオゾン等による露光光の吸収によって生じる露光光の減衰や変化を防止することが提案されている(特許文献1,2参照)。
図5に従来例を示すが、同図において、51はレンズ、52はレンズ51を保持するレンズ支持部、53はレンズ支持部52に孔を形成して設けたパージ用のガス通路、54はレンズ支持部を保持する光学系の筐体、55は筐体54の側壁にパージのための配管が接続されたパージ導入口、56は筐体54の側壁にパージのために配管が接続されたパージ排出口である。レンズ51及びレンズ支持部52によって筐体の内部空間が隔離され、隣り合う空間をパージ用のガス通路53によって流体が流動することができ、隣り合うレンズ支持部52に設けたパージ用ガス通路53は直線上にならないように配置されている。導入口55からパージガスが流入し、各レンズ支持部52のパージ用のガス通路を通過して、排出口56からガスが排出される。
しかしながら、特に置換する不活性ガスが筐体内の既存ガスより比重が軽い場合、様々な光学部品を組み合せた筐体内は複雑であり、窪みや隙間等の既存ガスを不活性ガスと置換するのは困難であり、これらの「曇り」やオゾン等による露光光の吸収によって生じる露光光の減衰や変化は十分防止できていない。
特開平11−145053号公報 特開2000−124105号公報
上記従来例では、密閉空間の筐体内部が複雑な構造の場合、筐体内部を不活性ガスで完全に充満させるには難しく、露光光の減衰や変化は十分防止できないという欠点がある。更に、不活性ガスが既存ガス(酸素)より比重が軽い場合、複雑な構造部分の空間におけるガス置換が十分には行えていないという欠点が生じる。故に、更なる短波長露光装置を実現させる上でも、投影光学系を含む筐体の内部空間を不活性ガスで充満させ、不活性ガス純度を高めていく必要がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、投影光学系を含む筐体内部の不活性ガスによるガスパージ置換が更に高純度であり、且つ、簡便な構造であり、更に少ないガス流量による効率の良いガスパージ置換及び置換時間の短縮を実現させることができる露光装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、紫外光により原版を照明する照明光学系と、前記原版に描写されたパターンを基板上に転写する投影光学系と該照明光学系及び該投影光学系の少なくとも一方において、複数の光学部材が配置される筐体の内部空間を特定の気体に置換するガスパージ手段を備え、複数の該光学部材によって筐体の内部空間が区切られる複数の空間同士を繋ぐガスパージ用の通路を設け、該空間のよどみ部に該ガスパージ用通路を配置することを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、よどみ空間に設ける前記ガスパージ用通路を、該よどみ空間部の最下流側に配置することを特徴とする。
請求項3記載の発明は、紫外光により原版を照明する照明光学系と、前記原版に描写されたパターンを基板上に転写する投影光学系と該照明光学系及び該投影光学系の少なくとも一方において、複数の光学部材が配置される筐体の内部空間を特定の気体に置換するガスパージ手段を備え、複数の該光学部材によって筐体の内部空間が区切られる複数の空間同士を繋ぐガスパージ用の通路を設け、同一部材に複数のガスパージ用通路を配置し、該ガスパージ用通路が交差するように配置することを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項3記載の発明において、同一部材に設けた交差する前記ガスパージ通路の軸は、少なくとも1つは光軸方向であり、少なくとも1つは光軸と垂直な平面方向若しくは光軸と垂直な平面を90°以下に傾けた平面方向であることを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項4記載の発明において、前記光軸と垂直な平面方向若しくは該光軸と垂直な平面を90°以下に傾けた平面方向に設けた前記ガスパージ通路は、同一部材に設けた光軸方向の該ガスパージ通路より下流側に開口を備えることを特徴とする。
請求項6記載の発明は、請求項1又は3記載の発明において、紫外光により原版を照明する照明光学系と、前記原版に描写されたパターンを基板上に転写する投影光学系と該照明光学系及び該投影光学系の少なくとも一方において、複数の光学部材が配置される筐体の内部空間を特定の気体に置換するガスパージ手段を備え、複数の該光学部材によって筐体の内部空間が区切られる複数の空間同士を繋ぐガスパージ用の通路を設け、該ガスパージ通路を備える部材は、投影光学系を構成する部材であり、該光学素子を保持する保持部材、該保持部材を保持する筐体及び露光光が通過しない該光学素子の領域を単体又は複合して用いることを特徴とする。
請求項7記載の発明は、請求項1,3又は6記載の発明において、前記特定の気体は不活性ガスであり、Heや置換される気体より比重の軽い気体であることを特徴とする。
本発明によれば、レンズ保持部材に設けたガスパージ置換用の通路は構造的に簡便であり、適用する環境・条件範囲も広いことにより、ガスパージ置換用の通路を適用した鏡筒を含む投影光学系の設計が容易となり、高純度なパージガスで露光光が通過する鏡筒内部の空間が充満され、「曇り」やオゾン等による露光光の吸収によって生ずる露光光の減衰や変化を最小限に抑えることが可能となる。又、鏡筒内部の既存ガスとパージガスの置換が速やかに行われ、時間短縮が図られる。
従って、光学特性及び照明光の均一性の維持と保証による露光装置の信頼性の維持及び向上、少ないガス流量による効率の良いガスパージ置換及び置換時間の短縮による露光装置のコストの低減、露光量減少の抑止による露光装置のスループットの信頼性維持及び向上を実現することができる。
<実施の形態1>
図1は本発明を適用した半導体露光装置の投影光学系ユニットの一部である。
図1において、1は本実施例の半導体露光装置における投影光学系を含む鏡筒体、2は鏡筒1を支持する本体定盤、3は表面に感光剤を塗布してあるウエハ、4はウエハ3を支持するウエハステージ、5はウエハ3に転写するパターンを描写したレチクル(原版)、6はレチクル5を保持するレチクルステージ、7はレチクル5に露光光で照射する照明系光学ユニットの一部、8は本体定盤2上に位置し、レチクルステージ6を保持する外筒、9は鏡筒1の側壁にパージ配管口を設け、パージガスの入り口となる導入口、10は鏡筒1の側壁にパージ配管口を設け、パージガスの出口となる排出口である。
照明系光学ユニット7によりレチクル5を露光し、投影光学系レンズ(鏡筒1の内部)を介してウエハ3にレチクル5のパターンを転写する。導入口9からパージガスを鏡筒1の内部空間に徐々に挿入し、排出口10で鏡筒1の内部空間のガスを排出し、鏡筒1の内部空間のガスパージ置換を行う。
図2は本発明の特徴を最も良く表す断図面であり、同図において、11は投影光学系の一部であるレンズ、12はレンズを接着により保持する保持部材、13は保持部材を保持する鏡筒、14は保持部材12に光軸と平行な貫通穴を円周状に設け、レンズ11等の光学部材によって鏡筒13内の仕切られた空間の隣り合う空間同士でガス交換を行う縦穴通路、15は保持部材12の内径面側に光軸と平行でない縦穴通路14への貫通穴を縦穴通路14と同位相の位置に設け、縦穴通路14より下流位置に導入口がある、ガス交換を行う横穴通路、16は内側と外側の同位相の位置に円周状に貫通穴を配置した円環状の板ばね、17は片面に板ばね16と同位相のボルト穴を設け、対面となる保持部材12と接する面に3ヶ所等間隔の突起物を設けた円環状の押え環、18は板ばね16と鏡筒13とを締結するボルト、19は板ばね16と押え環17とを締結するボルトである。
上記の構成において、鏡筒13を含む複数の鏡筒によって構成される鏡筒体内の内部空間が、レンズ11及び保持部材12を含む複数の光学部品により区切られる。図2においては、鏡筒13の内部空間がレンズ11及び保持部材12によって上流(A面)側と下流(B面)側に区切られる。
鏡筒13内部に既存している空気又は置換前の初期気体を既存ガスより比重の軽いパージガス、例えばHeに置換するために、上流(A面)側から流入し、既存ガスより比重が軽いため上流側から空間を埋め、鏡筒13内部に充満していた既存ガスの多くは、縦穴通路14を通って徐々に下流(B面)側に流動する。
レンズ11の上面の空間やレンズ11の外周近辺等の、縦穴通路14の導入口より下流側に位置する空間(図2の斜線部)の既存ガスは、横穴通路15を通って徐々に下流(B面)側に流動する。横穴通路15は縦穴通路14に貫通し、斜線部の空間の既存ガスが下流側へ流動し易くするため、縦穴通路14との貫通位置より導入口は上流側に位置する。保持部材12に設けた縦穴通路14及び横穴通路15より、保持部材12の剛性が低減するため、光学性能に影響しない程度に両通路を設ける。
本実施の形態において、保持部材12はレンズ11を保持することによる光軸方向の変形を最小限にするため、保持部材12自身の剛性を低減させる光軸方向の厚みにおいては限界がある。レンズ形状及び周辺構造等によるが、レンズ11上面空間及びレンズ11の外周と保持部材12によって形成される窪み(図2の斜線部)が縦穴通路14の導入口より下流側に位置する場合、パージガスのHeが鏡筒11に既存していた空気より比重が軽いため、レンズ11上面空間及びレンズ11の外周と保持部材12によって形成される窪み(図2の斜線部)に既存する空気は下流(B面)側には流動しにくい。そのため、縦穴通路14より下流側に導入口を配置した横穴通路15を設け、下流(B面)側に流動させることにより、簡便な構造で少ないHeの流量で鏡筒体全体の効率の良いガスパージ置換が可能となり、置換時間も短縮し、且つ、パージガスのHe純度を高める効果を持つ。
<実施の形態2>
次に、本発明の実施の形態2について説明する。
図3の断面図において、21は投影光学系の一部であるレンズ、22はレンズを接着により保持し、外周面の一部に突出した円周状の帯部を設けた保持部材、23は保持部材を保持する鏡筒、24は保持部材22に光軸と平行な貫通穴を円周状に設け、レンズ21及び保持部材22等の光学部材によって鏡筒23内の区切られた空間の隣り合う空間同士でガス交換を行う縦穴通路(保持)、25は保持部材22の外径面側に光軸と平行でない、縦穴通路(保持)24への貫通穴を縦穴通路(保持)24と同位相の位置に設け、縦穴通路(保持)24より下流位置に導入口がある、ガス交換を行う横穴通路(保持)、26は鏡筒23に光軸と平行な貫通穴を円周状に設け、レンズ21及び保持部材22等の光学部材によって鏡筒23内の区切られた空間の隣り合う空間同士でガス交換を行う縦穴通路(鏡筒)、27は鏡筒23の内径面側に光軸と平行でない、縦穴通路(鏡筒)26への貫通穴を縦穴通路(鏡筒)26と同位相の位置に設け、縦穴通路(鏡筒)2より下流位置に導入口がある、ガス交換を行う横穴通路(鏡筒)、28は内側と外側の同位相の位置に円周状に貫通穴を配置した円環状の板ばね、29は片面に板ばね28と同位相のボルト穴を設け、対面となる保持部材22と接する面に3ヶ所等間隔の突起物を設けた円環状の押え環、30は板ばね28と鏡筒23とを締結するボルト、31は板ばね26と押え環29とを締結するボルトである。
上記の構成において、鏡筒23を含む複数の鏡筒によって構成される鏡筒体内の内部空間がレンズ21及び保持部材22を含む複数の光学部品により区切られる。図3においては、鏡筒23の内部空間がレンズ21、保持部材22及び鏡筒23によって上流(A面)側と下流(B面)側に区切られる。
鏡筒23内部に既存している空気又は置換前の初期気体を既存ガスより比重の軽いパージガス、例えばHeに置換するために、上流(A面)側から流入し、既存ガスより比重が軽いため上流側から空間を埋め、鏡筒23内部に充満していた既存ガスの多くは、縦穴通路(保持)24及び縦穴通路(鏡筒)26を通って徐々に下流(B面)側に流動する。
保持部材22及び鏡筒23間の隙間空間(図3)に存在する既存ガスは、横穴通路(保持)25及び横穴通路(鏡筒)27を通って徐々に下流(B面)側に流動する。横穴通路(保持)25は縦穴通路(保持)24に、横穴通路(鏡筒)27は縦穴通路(鏡筒)26に貫通し、斜線部の空間の既存ガスが下流側へ流動し易くするため、縦穴通路(保持)24及び縦穴通路(鏡筒)26は各々の貫通位置より導入口は上流側に位置する。保持部材22及び鏡筒23に設けた縦穴通路24,26及び横穴通路25,27より、保持部材22及び鏡筒23の剛性が低減するため、光学性能に影響しない程度に両通路を設ける。
本実施の形態において、保持部材22と鏡筒23間の隙間空間に代表されるような複雑な又は狭い空間を持つ構造部分に既存している空気を置換するのは困難であり、保持部材22と鏡筒23に設けた縦穴通路24,26に貫通する横穴通路25,27より、隙間空間の空気を下流(B面)側にスムーズに流動させることが可能となる。よって、簡便な構造で少ないHeの流量で鏡筒体全体の効率の良いガスパージ置換が可能となり、置換時間も短縮し、且つ、パージガスのHe純度を高めることができる。
<実施の形態3>
次に、本発明の実施の形態3について説明する。
図4の断図面において、41はカタディオ光学系の一部であり、レンズ中心部又は全面に露光光が通過しないレンズ、42はレンズを接着により保持する保持部材、43は保持部材を保持する鏡筒、44は露光光が通過しないレンズ41に光軸上の貫通穴を設け、レンズ41等の光学部材によって鏡筒43内の仕切られた空間の隣り合う空間同士で、ガス交換を行う縦穴通路(中心)、45は露光光が通過しないレンズ41の端部に光軸と平行な貫通穴を円周状に設け、レンズ41等の光学部材によって鏡筒43内の仕切られた空間の隣り合う空間同士でガス交換を行う縦穴通路(端)、46は保持部材42に光軸と平行な貫通穴を円周状に設け、レンズ41等の光学部材によって鏡筒43内の仕切られた空間の隣り合う空間同士でガス交換を行う縦穴通路(保持)、47は内側と外側の同位相の位置に円周状に貫通穴を配置した円環状の板ばね、48は片面に板ばね47と同位相のボルト穴を設け、対面となる保持部材42と接する面に3ヶ所等間隔の突起物を設けた円環状の押え環、49は板ばね47と鏡筒43とを締結するボルト、50は板ばね47と押え環48とを締結するボルトである。
上記の構成において、鏡筒43を含む複数の鏡筒によって構成される鏡筒体内の内部空間が、レンズ41及び保持部材42を含む複数の光学部品により区切られる。図4においては、鏡筒43の内部空間がレンズ41及び保持部材42によって上流(A面)側と下流(B面)側に区切られる。
鏡筒43内部に既存している空気又は置換前の初期気体を既存ガスより比重の軽いパージガス、例えばHeに置換するために、上流(A面)側から流入し、既存ガスより比重が軽いため上流側から空間を埋めていく。鏡筒43内部に充満していた既存ガスの多くは、縦穴通路(保持)46を通って徐々に下流(B面)側に流動し、レンズ上面の空間の既存ガスは縦穴通路(保持)46より下流側に位置しているため、縦穴通路(中心)44及び縦穴通路(端)45より下流(B面)側に流動していく。
図4のように、レンズ41が凹レンズであるならば、レンズ中心付近によどみ部が存在するため、レンズ中心に露光光が通過しない光学系において、レンズ中心に設けるガスパージ通路は有効な手段である。レンズ41に設けた縦穴通路44,45により、レンズ41の剛性が低減するため、光学性能に影響しない程度に通路を設ける。
本実施の形態において、レンズ41の露光領域がレンズ全面ではなく、一部のみ使用している場合、レンズ41上面の空間に既存している空気をレンズに開口を設けることで下流(B面)側へ流動させることができ、簡便な構造で且つパージガスの純度を高めることができる。更に、少ないHeの流量で鏡筒体全体の効率の良いガスパージ置換が可能となり、置換時間の短縮にも繋がる。
本発明は、光学特性及び照明光の均一性の維持と保証による露光装置の信頼性の維持及び向上、少ないガス流量による効率の良いガスパージ置換及び置換時間の短縮による露光装置のコストの低減、露光量減少の抑止による露光装置のスループットの信頼性維持及び向上の実現に資することができる。
本発明の実施の形態1に係る半導体露光装置の投影光学系ユニットを説明する図である。 本発明の実施の形態1において鏡筒内のガスパージ通路を設けたレンズ保持部材を説明する図である。 本発明の実施の形態2において鏡筒内のガスパージ通路を設けたレンズ保持部材を説明する図である。 本発明の実施の形態3において鏡筒内のガスパージ通路を設けたレンズ保持部材を説明する図である。 従来例を説明する図である。
符号の説明
1 鏡筒
2 本体定盤
3 ウエハ
4 ウエハステージ
5 レチクル(原版)
6 レチクルステージ
7 照明系光学ユニットの一部
8 外筒
9 導入口
10 排出口
11 レンズ
12 保持部材
13 鏡筒
14 縦穴通路
15 横穴通路
16 板ばね
17 押え環
18 ボルト
19 ボルト
21 レンズ
22 保持部材
23 鏡筒
24 縦穴通路(保持)
25 横穴通路(保持)
26 縦穴通路(鏡筒)
27 横穴通路(鏡筒)
28 板ばね
29 押え環
30 ボルト
31 ボルト
41 レンズ
42 保持部材
43 鏡筒
44 縦穴通路(中心)
45 縦穴通路(端)
46 縦穴通路(保持)
47 板ばね
48 押え環
49 ボルト
50 ボルト
51 レンズ
52 レンズ支持部
53 パージ用のガス通路
54 光学系の筐体
55 導入口
56 排出口

Claims (7)


  1. 紫外光により原版を照明する照明光学系と、前記原版に描写されたパターンを基板上に転写する投影光学系と該照明光学系及び該投影光学系の少なくとも一方において、複数の光学部材が配置される筐体の内部空間を特定の気体に置換するガスパージ手段を備え、複数の該光学部材によって筐体の内部空間が区切られる複数の空間同士を繋ぐガスパージ用の通路を設け、該空間のよどみ部に該ガスパージ用通路を配置することを特徴とする露光装置。

  2. よどみ空間に設ける前記ガスパージ用通路を、該よどみ空間部の最下流側に配置することを特徴とする請求項1記載の露光装置。

  3. 紫外光により原版を照明する照明光学系と、前記原版に描写されたパターンを基板上に転写する投影光学系と該照明光学系及び該投影光学系の少なくとも一方において、複数の光学部材が配置される筐体の内部空間を特定の気体に置換するガスパージ手段を備え、複数の該光学部材によって筐体の内部空間が区切られる複数の空間同士を繋ぐガスパージ用の通路を設け、同一部材に複数のガスパージ用通路を配置し、該ガスパージ用通路が交差するように配置することを特徴とする露光装置。

  4. 同一部材に設けた交差する前記ガスパージ通路の軸は、少なくとも1つは光軸方向であり、少なくとも1つは光軸と垂直な平面方向若しくは光軸と垂直な平面を90°以下に傾けた平面方向であることを特徴とする請求請3記載の露光装置。

  5. 前記光軸と垂直な平面方向若しくは該光軸と垂直な平面を90°以下に傾けた平面方向に設けた前記ガスパージ通路は、同一部材に設けた光軸方向の該ガスパージ通路より下流側に開口を備えることを特徴とする請求項4記載の露光装置。

  6. 紫外光により原版を照明する照明光学系と、前記原版に描写されたパターンを基板上に転写する投影光学系と該照明光学系及び該投影光学系の少なくとも一方において、複数の光学部材が配置される筐体の内部空間を特定の気体に置換するガスパージ手段を備え、複数の該光学部材によって筐体の内部空間が区切られる複数の空間同士を繋ぐガスパージ用の通路を設け、該ガスパージ通路を備える部材は、投影光学系を構成する部材であり、該光学素子を保持する保持部材、該保持部材を保持する筐体及び露光光が通過しない該光学素子の領域を単体又は複合して用いることを特徴とする請求項1又は3記載の露光装置。

  7. 前記特定の気体は不活性ガスであり、Heや置換される気体より比重の軽い気体であることを特徴とする請求項1,3又は6記載の露光装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4995342B1 (ja) * 2011-11-21 2012-08-08 フェニックス電機株式会社 露光用光源およびこれを用いた露光装置

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