JP2005136216A - ガス置換装置、ガス置換方法、露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 マスク保護装置とマスク基板との間に形成されるマスク内空間のガスを短時間に効率良く安定して置換することができるガス置換装置を提供する。
【解決手段】 所望のパターンが形成されたマスク基板Ｐと、パターンが形成された領域を保護する保護部材Ｃと、保護部材Ｃを支持するとともに少なくとも２つの通気部ｈを有する枠部材Ｆとにより形成される空間Ｓ内の気体を所定ガスＧに置換するガス置換装置１００において、マスク基板Ｐを支持する支持部材１１０と、２つの通気部ｈの一方に対向するガス供給口１１３を備えるガス供給機構１０１と、マスク基板Ｐ或いは枠部材Ｆを押圧して、２つの通気部ｈの一方をガス供給口１１３に押し付ける押圧部１２０とを備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、例えば、半導体素子製造における露光工程で用いられるガス置換装置、露光装置及びガス置換方法に関する。

半導体素子、薄膜磁気ヘッド、液晶表示素子等のデバイスを製造するフォトリソグラフィー工程では、フォトマスクあるいはレチクルに形成されたパターンの像をフォトレジスト等の感光剤を塗布した基板上に転写させる露光装置が一般的に使用されている。そして、半導体メモリの大容量化やＣＰＵプロセッサの高速化・高集積化の進展に伴い、基板上のショット領域に投影されるパターン形状の微細化の要請は年を追う毎に厳しくなり、露光装置に使用される露光用照明光（以下、「露光光」という）は、従来の主流であった水銀ランプに代わってＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）のような短波長の光が用いられるようになってきている。また、更なるパターン形状の微細化を目指してＦ₂レーザー（１５７ｎｍ）を用いた露光装置の開発が進められている。しかし、真空紫外線と呼ばれる約１９０ｎｍ以下の波長の光は、酸素分子、水分子、二酸化炭素分子等の物質（以下、吸光物質という）に吸収されやすいという性質を持つため、大気中を透過することができない。したがって、真空紫外線を露光光に用いる露光装置では、露光光が通過する空間内の吸光物質を低減して、露光光を基板上面まで十分な照度で到達させる必要がある。

ところで、マスクには、パターン面へのゴミの付着を防止する保護装置が取り付けられているのが一般的である。この保護装置は、例えば、ニトロセルロース等を主成分とする透光性の薄膜を枠部材を介してマスク基板に装着するものである。したがって、上述のような真空紫外線を露光光として用いる場合には、保護装置とマスク基板と枠部材との間に形成される空間内（以下、マスク内空間と称する）の吸光ガスも低減し、露光光のエネルギー吸収の少ないガス（低吸光性ガス）を供給する技術がある。しかしながら、この薄膜は変形及び破損しやすいため、マスク内空間内の吸光ガスを低減し、低吸光性ガスを供給するといったガス置換を安定して行うことは困難である。このため、例えば、特開２００１−２３０２０２号公報で示すように、マスクを収容した予備空間内のガス置換を行うことでマスク内空間内のガスを置換する技術が提案されている。
特開２００１−２３０２０２号公報

しかしながら、上記の技術では、薄膜の破損や枠部材の変形を防止できるが、マスク内空間内のガス置換に時間を要するという問題がある。すなわち、露光処理中は、頻繁にマスクの交換を行う必要があるので、露光装置の処理能力を低下させないためには、マスク内空間内のガス置換を短時間かつ繰り返し行う必要がある。その一方で、薄膜及び枠部材が歪むと、光学性能を著しく劣化させる可能性があるので、薄膜及び枠部材の変形を最小限に抑える必要がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、マスク保護装置とマスク基板との間に形成されるマスク内空間のガスを短時間に効率良く安定して置換することができるガス置換装置及びガス置換方法を提供することを目的とする。

本発明に係るガス置換装置及びガス置換方法では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第１の発明は、所望のパターン（ＰＡ）が形成されたマスク基板（Ｐ）と、パターン（ＰＡ）が形成された領域を保護する保護部材（Ｃ）と、保護部材（Ｃ）を支持するとともに少なくとも２つの通気部（ｈ）を有する枠部材（Ｆ）とにより形成される空間（Ｓ）内の気体を所定ガス（Ｇ）に置換するガス置換装置（１００）において、マスク基板（Ｐ）を支持する支持部材（１１０）と、２つの通気部（ｈ）の一方に対向するガス供給口（１１３）を備えるガス供給機構（１０１）と、マスク基板（Ｐ）或いは枠部材（Ｆ）を押圧して、２つの通気部（ｈ）の一方をガス供給口（１１３）に押し付ける押圧部（１２０）とを備えるようにした。この発明によれば、押圧部を用いるので、マスク基板と保護部材と枠部材とにより形成される空間内の気体を所定ガスに置換する際に、ガス供給機構のガス供給口と枠部材に設けられた通気孔の一部とが密着し、ガス供給口と通気孔との接触部分からのガス漏れを防止できる。

また、押圧部（１２０）におけるマスク（Ｒ）との接触部分に緩衝部材（１２１）が設けられるものでは、ガス供給口と通気孔とを密着させる際に、マスクに対する負荷が緩和される。
また、マスク（Ｒ）を搬送する搬送系（８１）を有し、ガス供給機構（１０１）がマスク（Ｒ）の搬送経路中に設けられるものでは、搬送中に空間内のガス置換を行うことができる。
また、ガス供給機構（１０１）が、マスク（Ｒ）を戴置するとともに所定方向に移動可能なマスクステージ（２３）に設けられるものでは、露光処理の直前にガス置換を行うことができる。

第２の発明は、露光光（EL）のもとで、マスク（Ｒ）に形成されたパターン（ＰＡ）の像を基板（Ｗ）に転写する露光装置（ＳＴＰ）において、マスク基板（Ｐ）と保護部材（Ｃ）と枠部材（Ｆ）とにより形成される空間（Ｓ）内の気体を所定ガス（Ｇ）に置換するガス置換装置（１００）として、第１の発明のガス置換装置（１００）を備えるようにした。この発明によれば、マスク基板と保護部材と枠部材とにより形成される空間内の気体が所定ガスに効率よく置換されるので、露光光が減衰することなく、良好に基板まで到達することができる。

第３の発明は、所望のパターン（ＰＡ）が形成されたマスク基板（Ｐ）と、パターン（ＰＡ）が形成された領域を保護する保護部材（Ｃ）と、保護部材（Ｃ）を支持するとともに少なくとも２つの通気部（ｈ）を有する枠部材（Ｆ）とにより形成される空間（Ｓ）内の気体を所定ガス（Ｇ）に置換するガス置換方法において、２つの通気部（ｈ）の一方にガス供給口（１１３）を対向させる工程と、マスク基板（Ｐ）或いは枠部材（Ｆ）を押圧して、２つの通気部（ｈ）の一方をガス供給口（１１３）に押し付ける工程と、ガス供給口（１１３）から２つの通気部（ｈ）の一方を介して空間（Ｓ）内に所定ガス（Ｇ）を供給する工程とを有するようにした。この発明によれば、マスク基板と保護部材と枠部材とにより形成される空間内の気体を所定ガスに置換する際に、ガス供給機構のガス供給口と枠部材に設けられた通気孔の一部とが密着するので、ガス供給口と通気孔との接触部分からのガス漏れを防止できる。

本発明によれば以下の効果を得ることができる。
第１の発明は、所望のパターンが形成されたマスク基板と、パターンが形成された領域を保護する保護部材と、保護部材を支持するとともに少なくとも２つの通気部を有する枠部材とにより形成される空間内の気体を所定ガスに置換するガス置換装置において、マスク基板を支持する支持部材と、２つの通気部の一方に対向するガス供給口を備えるガス供給機構と、マスク基板或いは枠部材を押圧して、２つの通気部の一方をガス供給口に押し付ける押圧部とを備えるようにした。これにより、ガス供給口と通気孔との接触部分からのガス漏れを防止されるので、効率のよいガス置換が実施され、露光処理のスループットを低下させない。

また、押圧部におけるマスクとの接触部分に緩衝部材が設けられるようにしたので、マスクに対する負荷が緩和され、マスクの破損を回避することができる。
また、マスクを搬送する搬送系を有し、ガス供給機構がマスクの搬送経路中に設けられるようにしたので、搬送中に空間内のガス置換を行い、露光処理を中断することなく、スループットを低下させない。
また、ガス供給機構がマスクを戴置するとともに所定方向に移動可能なマスクステージに設けられるようにしたので、確実にガス置換が行われたマスクにより露光を行うことができ、微細な線幅のパターンを転写することができる。

第２の発明は、露光光）のもとで、マスクに形成されたパターンの像を基板に転写する露光装置において、マスク基板と保護部材と枠部材とにより形成される空間内の気体を所定ガスに置換するガス置換装置として、第１の発明のガス置換装置を備えるようにした。
これにより、露光光が減衰することなく、良好に基板まで到達することができるので、微細なパターンを基板上に露光することができる。

第３の発明は、所望のパターンが形成されたマスク基板と、パターンが形成された領域を保護する保護部材と、保護部材を支持するとともに少なくとも２つの通気部を有する枠部材とにより形成される空間内の気体を所定ガスに置換するガス置換方法において、２つの通気部の一方にガス供給口を対向させる工程と、マスク基板或いは枠部材を押圧して、２つの通気部の一方をガス供給口に押し付ける工程と、ガス供給口から２つの通気部の一方を介して空間内に所定ガスを供給する工程とを有するようにした。これにより、ガス供給口と通気孔との接触部分からのガス漏れを防止されるので、効率のよいガス置換が実施され、露光処理のスループットを低下させることがない。

以下、本発明のガス置換装置、露光装置及びガス置換方法の実施形態について図を参照して説明する。図１は、保護装置ＰＥを備えるレチクルＲを示す模式図であって、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
レチクル（マスク）Ｒは、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、レチクル板（マスク基板）Ｐと保護装置ＰＥとから構成され、レチクル板Ｐ上のパターンＰＡを保護するために、例えば、保護装置ＰＥがレチクル板Ｐ上に設けられる。この保護装置ＰＥは、フレーム（又はスタンド）と呼ばれる枠部材Ｆと薄膜（保護部材）Ｃとから構成され、略四角形の枠部材Ｆの一端部がレチクル板Ｐに接着されるとともに、他端部には薄膜Ｃが装着される。そして、図１（ｂ）に示すように、保護装置ＰＥとレチクル板Ｐとの間、すなわち、薄膜Ｃとレチクル板Ｐと枠部材Ｆとの間には、空間Ｓ（以下、レチクル内空間Ｓと称する）が形成される。
薄膜Ｃとしては、通常、ニトロセルロース等を主成分とする厚さが１〜２μｍ程度の透光性のフィルム部材が用いられるが、波長１２０ｎｍ〜１９０ｎｍの真空紫外線の露光光ＥＬを良好に透過させるためにレチクル板Ｐ及びレンズ類と同材質の蛍石、フッ化マグネシウム、フッ化リチウム等の結晶材料や、石英ガラス又は、フッ素ドープ石英等で形成された厚さ３００〜８００μｍ程度の光学部材を用いてもよい。
枠部材Ｆには、後述するレチクル内空間Ｓ内のガス置換の際にガスが流通する通気孔ｈが複数設けられる。通気孔ｈは、四角形状の枠部材Ｆのそれぞれの辺（直線部分）に２つずつ形成される。通気孔ｈの直径は、レチクル内空間Ｓのガス置換効率を考慮すると、１．０ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲で形成されることが望ましい。特に、直径が１．６ｍｍであり、かつ各辺に２つずつ形成されることが望ましい。また、通気孔ｈは、枠部材Ｆのそれぞれの辺に２つずつ形成される構造に限らず、それぞれの辺に１つ形成したり、３つ以上形成したりしてもよい。また、通気孔ｈは、枠部材Ｆの辺のうち、互いに対向する２辺のそれぞれに少なくとも１つ以上の通気孔ｈを形成してもよい。さらには、互いに対向しない２辺に形成してもよい。これら通気孔ｈは、枠部材Ｆの内面と外面とを連通して、レチクル内空間Ｓと外部とのガスの流通を可能とする。
そして、通気孔ｈによって、例えば、航空機による輸送や天候の変化等によって大気圧が変化しレチクル内空間Ｓ内の気体が膨張、収縮した際に、通気孔ｈを介してレチクル内空間Ｓと外部との間で空気が流通してレチクル内空間Ｓ内の圧力と大気圧との圧力差が低減されることにより、レチクル内空間Ｓの膨張、収縮を抑えて薄膜Ｃの破損を防止する。
なお、通気孔ｈには、外部からレチクル内空間Ｓ内への塵埃の侵入を防止するエアフィルタや、酸性ガス、アルカリ性ガス、有機ガスといったガス状汚染化学物質の進入を防止するケミカルフィルタ等のフィルタＦＬを設けることが好ましい。
なお、露光時には、露光光ＥＬがレチクル板Ｐ側から照射されてレチクル内空間Ｓを透過するので、レチクル内空間Ｓ内から吸光ガスを排除して、レチクル内空間Ｓ内で真空紫外光が減衰されないようにする必要がある。

図２は、露光装置ＳＴＰの構成を示す概念図である。露光装置ＳＴＰは、真空紫外域の露光光ＥＬをレチクルＲに照明しつつ、レチクルＲとウエハＷとを一次元方向に相対的に同期移動させて、レチクルＲに形成されたパターンＰＡを投影光学系４０を介してウエハＷ上に転写するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置、いわゆるスキャニング・ステッパである。
この露光装置ＳＴＰは、真空紫外域の露光光ＥＬによりレチクルＲを照明する露光照明系１０、レチクルＲを収容するレチクル室２０、レチクル室２０への大気流入を阻止するレチクル予備室３０、レチクルＲから射出される露光光ＥＬをウエハＷ上に照射する投影光学系４０、ウエハＷを収容するウエハ室５０、ウエハ室５０への大気流入を阻止するウエハ予備室６０、露光装置ＳＴＰの動作を統括的に制御する主制御系７０、レチクルＲ及びウエハＷを露光装置ＳＴＰに搬送する搬送系８０、レチクル室２０等の各空間内のガスを置換するガス置換系９０（図３参照）から構成される。
露光装置ＳＴＰには、後述する光源１２から照射された露光光ＥＬが、露光照明系１０、レチクル室２０及び投影光学系４０を経てウエハ室５０内に収納されたウエハＷまで到達するように光路空間ＬＳが形成されるが、露光光ＥＬとして真空紫外域の波長の光を用いることから、この光路空間ＬＳから露光光ＥＬを吸収する吸光ガス（例えば、酸素、水蒸気、炭化水素系のガス）を低減させる必要がある。そのため、光路空間ＬＳを形成する露光照明系１０、レチクル室２０、投影光学系４０及びウエハ室５０は、それぞれ密閉された空間（室）内に配置され、その各空間内から吸光ガスが排除される。そして、外部からの大気の侵入を遮断することにより、その状態が維持される。また、レチクルＲ及びウエハＷの搬送の際に、光路空間ＬＳに大気が侵入しないようにレチクル予備室３０及びウエハ予備室６０が設けられ、これらの空間内からも吸光ガスが排除される。

露光照明系１０は、光源１２から照射された露光光ＥＬがレチクルＲ上の所定の照明領域内にほぼ均一な照度分布で照射するために、オプティカルインテグレータ等を備える。オプティカルインテグレータ等は、照明系ハウジング１１の内部に収納、密閉される。そして、光源１２から照射された露光光ＥＬが透過窓２５を介してレチクルＲ上の所定の照明領域内にほぼ均一な照度分布で照射される。
露光光ＥＬには、波長約１２０ｎｍ〜約１９０ｎｍの真空紫外線又は深紫外線であり、例えば、発振波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー（ＡｒＦレーザー）、発振波長１５７ｎｍのフッ素レーザー（Ｆ₂レーザー）、発振波長１４６ｎｍのクリプトンダイマーレーザー（Ｋｒ₂レーザー）、発振波長１２６ｎｍのアルゴンダイマーレーザー（Ａｒ₂レーザー）等が用いられる。

レチクル室２０は、照明系ハウジング１１、投影系ハウジング４１及び隔壁３１と隙間無く接合された隔壁２１によって覆われた密閉空間内に、レチクルＲを保持するレチクルホルダ２２、レチクルステージ２３、コラム２４を備える。
レチクル室２０は、レチクル予備室３０と密着しており、開口部３２を密閉する開閉扉３５が開くことによりレチクル予備室３０と連通し、開閉扉３５を閉じることによってレチクル室２０は密閉されて外部からのガスの流入が遮断される。また、隔壁２１の天井部には、照明系ハウジング１１の内部空間と、レチクルＲが配置されるレチクル室２０の内部空間とを分離する透過窓２５が配置される。この透過窓２５は、真空紫外線である露光光ＥＬに対して透過性の高い蛍石等の結晶材料によって形成される。
レチクルステージ（マスクステージ）２３は、コラム２４に支持されており、不図示の駆動部によりＸ方向に一次元走査移動し、さらにＹ方向、及び回転方向（Ｚ軸回りのθ方向）に微動する。駆動部としては、例えばリニアコイルモータが用いられる。また、レチクルホルダ２２は、レチクルステージ２３に支持されるとともに、レチクルＲ上のパターンＰＡに対応した開口を有し、レチクルＲのパターンＰＡを下にして真空吸着によって保持する。
これにより、レチクルＲのパターン領域ＰＡの中心が投影光学系４０の光軸を通るようにレチクルＲの位置決めが可能な構成となっている。
そして、レチクル室２０の外部に設けたレーザー干渉式測長器（不図示）によってレチクルステージ２３のＹ方向の位置が逐次検出されて、主制御系７０に出力される。

レチクル予備室３０は、レチクルＲの搬入及び搬出時に、レチクル室２０への吸光ガスの流入を阻止するために設けられた空間であり、保護装置ＰＥを備えるレチクルＲをレチクル室２０へ搬入するに先立ち、レチクル予備室３０内から吸光ガスを排除することにより、レチクル室２０すなわち光路空間ＬＳへの吸光ガスの侵入と、露光光ＥＬの減衰を防止するものである。また、レチクル予備室３０内には、レチクルＲのレチクル内空間Ｓから吸光ガスを排除するレチクル用ガス置換部１００が設けられる。
レチクル予備室３０は、レチクル室２０と密着して設けられ、隔壁３１によって覆われて光路空間ＬＳとは独立して異なる密閉空間を有している。レチクル室２０と密着する隔壁３１には、開口部３２が形成され、この開口部３２には主制御系７０の指示によって開閉する開閉扉３３が設けられる。また、開口部３２と対向する隔壁３１には、開口部３４が形成されており、この開口部３４にも主制御系７０の指示によって開閉する開閉扉３５が設けられる。したがって、開閉扉３５及び開閉扉３５を閉じることによって、レチクル予備室３０は密閉されて外部からの大気の侵入が遮断される。

投影光学系４０は、蛍石、フッ化リチウム等のフッ化物結晶からなるレンズや反射鏡などの複数の投影レンズ系４２を投影系ハウジング４１で密閉したものである。投影レンズ系４２は、レチクルＲを介して射出される照明光を所定の投影倍率β（βは、例えば１／４）で縮小して、レチクルＲのパターンＰＡの像をウエハＷ上の特定領域（ショット領域）に結像させる。なお、投影光学系４０の投影レンズ系４２の各要素は、それぞれ保持部材（不図示）を介して投影系ハウジング４１に支持され、該各保持部材は各要素の周縁部を保持するように例えば円環状に形成されている。

ウエハ室５０は、投影系ハウジング４１及び隔壁６１と隙間無く接合された隔壁５１によって覆われた密閉空間内に、ウエハＷを真空吸着することによって保持するためのウエハホルダ５２、ウエハステージ５３を備える。ウエハ室５０は、ウエハ予備室６０と密着しており、開口部６２を密閉する開閉扉６３が開くことによりウエハ予備室６０と連通し、開閉扉６３を閉じることによってウエハ室５０は密閉されて外部からのガスの侵入が遮断される。
ウエハホルダ５２は、ウエハステージ５３に支持されるとともに、ウエハＷを真空吸着によって保持する。ウエハステージ５３は、互いに直交する方向へ移動可能な一対のブロックをベース５４上に重ね合わせたものであって、不図示の駆動部によりＸＹ平面内で移動可能となっている。そして、ウエハ室５０の外部に設けたレーザー干渉式測長器によってウエハステージ５３のＸ方向およびＹ方向の位置が光透過窓５５を介して逐次検出されて、主制御系７０に出力される。
そして、ウエハステージ５３のＸＹ面内の移動により、ウエハＷ上の任意のショット領域をレチクルＲのパターンＰＡの投影位置（露光位置）に位置決めして、レチクルＲのパターンＰＡの像をウエハＷに投影転写する。

ウエハ予備室６０は、ウエハＷの搬入及び搬出時に、ウエハ室５０への吸光ガスの流入を阻止するために設けられた空間であり、ウエハ室５０と密着して設けられ、隔壁６１によって覆われて光路空間ＬＳとは独立して異なる密閉空間を有している。ウエハ室５０と密着する隔壁６１には、開口部６２が形成され、この開口部６２には主制御系７０の指示によって開閉する開閉扉６３が設けられる。また、開口部６２と対向する隔壁６１には、開口部６４が形成されており、この開口部６４にも主制御系７０の指示によって開閉する開閉扉６５が設けられる。したがって、開閉扉６５及び開閉扉６５を閉じることによって、ウエハ予備室６０は密閉されて外部からの大気の侵入が遮断される。
そして、ウエハ室５０へのウエハＷの搬入に先だって、ウエハ室５０に隣接するウエハ予備室６０にウエハＷを一時的に収容し、ガス置換系９０によってウエハ室５０及びウエハ予備室６０内の吸光ガスの濃度を低減させた後、ウエハ予備室６０からウエハＷをウエハ室５０に搬入することにより、ウエハ室５０への外気の混入を防いでいる。

搬送系８０は、レチクル搬送系（搬送系）８１とウエハ搬送系８５とから構成される。レチクル搬送系８１は、レチクル予備室３０の内部に配置されたロボットアーム８２と、露光装置ＳＴＰの外部に配置されたロボットアーム８３と、ロボットアーム８２，８３を制御する制御部８４（不図示）とから構成される。そして、ロボットアーム８３は、露光処理に使用するレチクルＲを露光装置ＳＴＰに付設されたレチクルライブラリ８９から開口部３４を介してレチクル予備室３０に搬入し、また、露光処理が完了したレチクルＲをレチクル予備室３０内からレチクルライブラリ８９に搬出する。ロボットアーム８２は、レチクル予備室３０内に搬送されたレチクルＲを開口部３２を介してレチクル室２０に搬送し、また、露光処理が完了したレチクルＲをレチクル室２０からレチクル予備室３０に搬出する。なお、レチクルライブラリ８９は複数の棚を有しており、各段の棚にはそれぞれ異なるパターンＰＡを有するレチクルＲが収納、保管される。
ウエハ搬送系８５は、ウエハ予備室６０の内部に配置されて開口部６２を介してウエハ室５０に対してウエハＷを搬送するロボットアーム８６と、露光装置ＳＴＰの外部に配置されて開口部６４を介してウエハ予備室６０に対してウエハＷを搬送するロボットアーム８７と、ロボットアーム８６，８７を制御する制御部８８（不図示）とから構成される。そして、ロボットアーム８７は、露光装置ＳＴＰの外部にある前工程から搬送されてきた露光処理前のウエハＷをウエハ予備室６０内に搬入し、また、露光処理が完了したウエハＷをウエハ予備室６０から露光装置ＳＴＰの外部にある次工程に向けて搬出する。
なお、制御部８４，８８は通信路を介して主制御系７０と接続されており、主制御系７０と各種情報をやり取りすることにより、露光装置ＳＴＰと連動してレチクル搬送系８１及びウエハ搬送系８５を制御する。

主制御系７０は、露光装置ＳＴＰを統括的に制御するものである。例えば、露光量（露光光の照射量）や後述するレチクルステージ２３及びウエハステージ５３の位置等を制御して、レチクルＲに形成されたパターンＰＡの像をウエハＷ上のショット領域に転写する露光動作を繰り返し行う。また、主制御系７０には、各種演算を行う演算部７１の他、各種情報を記録する記憶部７２が設けられる。

図３は、ガス置換系９０を示す概念図である。ガス置換系９０は、露光照明系１０、レチクル室２０、レチクル予備室３０、投影光学系４０、ウエハ室５０、ウエハ予備室６０の各空間内に存在するガスを露光光ＥＬに対する吸収性が酸素より少ない特性を有するガス、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン等、又はこれらの混合ガス（以下、これらを低吸光性ガス（所定ガス）Ｇという）に交換（置換）するものであり、各空間内に低吸光性ガスＧを供給するガス供給装置９１と、各空間内のガスを外部に排気するガス排気装置９６とから構成される。また、ガス置換系９０は、レチクル予備室３０内に設けられるレチクル用ガス置換部１００にも接続され、レチクル用ガス置換部１００に戴置されるレチクルＲのレチクル内空間Ｓにも低吸光性ガスＧを供給する。
ガス供給装置９１は、低吸光性ガスＧを貯蔵するガスボンベ９２、ガスボンベ９２から低吸光性ガスＧを送り出す供給ポンプ９３、供給ポンプ９３と各空間内とを連結する供給管路９５（９５ａ〜９５ｇ）、供給管路９５の管路の途中に設けられた供給用制御弁９４（９４ａ〜９４ｇ）とから構成される。また、ガス排気装置９６は、ガスを吸引する排気ポンプ９７、排気ポンプ９７と各空間とを連結する排気管路９９（９９ａ〜９９ｆ）、排気管路９９の管路の途中に設けられた排気用制御弁９８（９８ａ〜９８ｆ）とから構成される。
そして、供給管路９５ａ〜９５ｆを介して各空間内に低吸光性ガスＧを供給するとともに、各空間内のガスを排気管路９９ａ〜９９ｆを介して外部に排気することにより、各空間内に存在する吸光ガスの濃度を低減させる、ガス置換が行われる。
また、レチクル用ガス置換部１００には、供給管路９５ｇを介して戴置されたレチクルＲのレチクル内空間Ｓに低吸光性ガスＧが供給される。そして、レチクル内空間Ｓ内のガスは、一旦、通気孔ｈを介してレチクル予備室３０に排気され、レチクル予備室３０内のガスとともに排気管路９９ｃを介して外部に排気される。

図４は、レチクル用ガス置換部１００にレチクルＲを戴置した場合の断面図である。
レチクル用ガス置換部（ガス置換装置）１００は、ガス置換系９０の一部であって、レチクル予備室３０内に配置されて、レチクル予備室３０に収容されたレチクルＲのレチクル内空間Ｓ内に存在する吸光ガスを低吸光性ガスＧにガス置換を行うものである（図３参照）。レチクル用ガス置換部１００は、レチクル内空間Ｓに低吸光性ガスＧを供給するガス供給部（ガス供給機構）１０１と、レチクルＲを戴置するアタッチメント（支持部材）１１０とから構成される。ガス供給部１０１は、ガス供給装置９１の一部であって、アタッチメント１１０と供給ポンプ９３とを連結する供給管路９５ｇと、供給管路９５ｇの途中に設けられた供給用制御弁９４ｇとを備える。アタッチメント１１０は、パターンＰＡを下側にしたレチクルＲのレチクル板Ｐ部分を戴置（支持）するために４本の支柱１１１（２本の支柱１１１は不図示）と、戴置したレチクルＲの枠部材Ｆの一辺と対向する対向面１１２と、対向面１１２に形成されてレチクルＲの通気孔ｈと接続するガス供給口１１３とを備える。ガス供給口１１３は、通気孔ｈと接続するとともに供給管路９５ｇと連結して、ガス流路を形成する。したがって、アタッチメント１１０にレチクルＲを戴置すると、ガス供給部１０１と連結したガス供給口１１３を介して、通気孔ｈからレチクル内空間Ｓ内に低吸光性ガスＧを供給可能となる。そして、ガス供給口１１３と接続しない通気孔ｈからレチクル内空間Ｓ内のガスを外部（レチクル予備室３０）に排気可能となる。
また、アタッチメント１１０には、通気孔ｈとガス供給口１１３との接触部分からの低吸光性ガスＧの漏れを防止するために、レチクルＲの通気孔ｈをガス供給口１１３に向けて押し付ける押圧部１２０が設けられる。押圧部１２０は、アタッチメント１１０に戴置されたレチクルＲのレチクル板Ｐを押し付けて、レチクルＲの通気孔ｈと対向面１１２に形成されたガス供給口１１３に当接させる。これにより、ガス供給口１１３と通気孔ｈとが密着して、接触部分からのガスの漏洩が防止されて、ガス置換の効率が高められる。なお、押圧部１２０におけるレチクル板Ｐとの接触面には緩衝部材１２１が設けられ、押圧時におけるレチクルＲの損傷を防いでいる。なお、レチクルＲのレチクル板Ｐを押し付ける場合に限らず、枠部材Ｆを押し付けてもよい。
また、通気孔ｈとガス供給口１１３との接触部分にはシール部材１１４が設けられ、ガスの給排気時に接触部分からのガスの漏出を防止して更にガス置換の効率を高める。また、対向面１１２には、レチクルＲの衝突を緩和する緩衝部材を設けてもよい。

続いて、以上のような構成をもつガス置換系９０を備えた露光装置ＳＴＰを用いて、光路空間ＬＳ及びレチクルＲのレチクル内空間Ｓのガスを置換する方法について説明する。
まず、ガス置換系９０により光路空間ＬＳ内に存在する吸光ガスを低減させる。具体的には、主制御系７０の指示により、各室に設けた供給用制御弁９４及び排気用制御弁９８を開放するとともに、供給ポンプ９３及び排気ポンプ９７を動作させて、ガスボンベ９２に貯蔵された低吸光性ガスＧを供給管路９５から各室に送る。また、各室内に存在した吸光ガスを含むガスを排気管路９９から排気される。なお、開閉扉３３、３５、６３、６５は、全て閉じておく。このようにして、各室内に存在する吸光ガスの濃度を低減させる。

次に、レチクルＲをレチクル予備室３０に搬入する。具体的には、主制御系７０がレチクル搬送系８１の制御部８４に指令することにより、ロボットアーム８３がレチクルライブラリ８９に収納されている複数のレチクルＲのなかから所望のレチクルＲを取り出す。そして、ロボットアーム８３が開閉扉３５に近づくと、主制御系７０の指令によりレチクル予備室３０の開閉扉３５が開く。そして、ロボットアーム８３が開閉扉３５からレチクル予備室３０内にレチクルＲを搬入し、レチクル予備室３０内に設置されたレチクル用ガス置換部１００にレチクルを戴置する。そして、ロボットアーム８３がレチクル予備室３０から退避すると、開閉扉３５が閉じる。このようにして、レチクルＲがレチクル予備室３０内に搬入される。このとき、レチクルＲを搬入することによりレチクル予備室３０内に大気が侵入してしまう。また、レチクルＲのレチクル内空間Ｓ内にも大気が含まれている。したがって、このままレチクルＲをレチクル室２０に搬入すると、レチクル室２０内に吸光ガスを含んだ大気が侵入し、露光光ＥＬを著しく吸収して、許容できない程度の透過率低下や透過率変動を招いてしまう。そのため、レチクル室２０へのレチクルＲの搬入に先だって、レチクル予備室３０及びレチクルＲのレチクル内空間Ｓのガス置換を行う。レチクル予備室３０のガス置換の手順は上述した手順と同一である。

次に、レチクルＲのレチクル内空間Ｓ内を低吸光性ガスＧに置換する。
まず、前工程において、レチクルＲがロボットアーム８３によりレチクル用ガス置換部１００の上方に搬送されて、アタッチメント１１０上に戴置されている。これにより、レチクルＲの枠部材Ｆに形成された通気孔ｈは、アタッチメント１１０に形成されたガス供給口と対向する。
次に、押圧部１２０が駆動して、レチクルＲの端部（レチクル板Ｐ）を押圧する。これにより、レチクルＲがアタッチメント１１０上を滑って、通気孔ｈが対向面１１２に形成されたガス供給口１１３に押し付けられる。このようにして、通気孔ｈがガス供給口１１３と接続する。
そして、前工程のレチクル予備室３０のガス置換と並行して、レチクル内空間Ｓのガス置換が行われる。レチクル内空間Ｓのガス置換は、供給用制御弁９４ｇを開放し、供給管路９５ｇ及びガス供給口１１３を介して、ガス供給口１１３に対向する通気孔ｈとは異なる通気孔ｈからレチクル内空間Ｓ内に低吸光性ガスＧを供給するとともに、レチクル内空間Ｓ内のガスを通気孔ｈ（排気用通気孔ｈ）から外部に排気することにより行われる。なお、通気孔ｈとガス供給口との接触部にシール部材１１４が設けられているので、ガス漏れがなく、効率のよいガス置換が行われる。
そして、レチクル予備室３０及びレチクル内空間Ｓの吸光ガスの濃度を低減させた後にレチクルＲをレチクル室２０に搬入することにより、レチクル室２０への大気の侵入を防ぐことができる。

次いで、ウエハＷをウエハ室５０に搬入する。まず、主制御系７０の指令により開閉扉６５が開き、主制御系７０から指令を受けた制御部８８によりロボットアーム８７が動作して、前工程から搬送されてきたウエハＷをウエハ予備室６０に搬入する。そして、ロボットアーム８７がウエハ予備室６０から退避すると、開閉扉６５が閉じて、ウエハ予備室６０内のガス置換が開始される。その後、開閉扉６３が開き、ロボットアーム８６がウエハＷをウエハ予備室６０からウエハ室５０内の搬入し、ウエハホルダ５２上に戴置する。ロボットアーム８６がウエハ室５０ら退避すると、開閉扉６３が閉じる。このようにして、ウエハ室５０内への大気の流入が阻止される。
なお、次工程においてウエハＷが露光されている間に、ウエハ予備室６０には次のウエハＷが搬送され、即座にウエハＷの入れ換えが行えるように準備される。また、ウエハ予備室６０に一度に複数枚のウエハＷを搬入するようにして、開閉扉６５の開閉、及びウエハ予備室６０のガス置換の回数を減らすようにしてもよい。

そして、ウエハＷにレチクルＲのパターンＰＡを露光する。露光処理は、従来通りであるため説明を省略する。なお、光路空間ＬＳ内には、低吸光性ガスＧが充満し、吸光ガスが排除されているので、真空紫外線光が十分な強度でウエハＷまで到達する。したがって、真空紫外線光を用いたパターンの微細化が実現できる。

最後に、レチクルＲ及びウエハＷを露光装置ＳＴＰ外に搬出する。搬出は、レチクルＲ及びウエハＷの搬入作業を後戻りするように行われる。すなわち、レチクルＲ及びウエハＷは、ロボットアーム８２，８６により各予備室３０，６０に搬出され、更にロボットアーム８３，８７により外部に搬出される。その際、開閉扉３３，３５，６３，６５が順次開閉して、レチクル室２０、ウエハ室５０内への大気の流入が阻止される。
なお、レチクルＲ及びウエハＷを露光装置ＳＴＰ外に搬出した直後に、光路空間ＬＳ内のガス置換を行うことが望ましい。

以上のようにして、レチクル内空間Ｓから吸光ガスが低減され、真空紫外線が十分な強度を保ったままウエハＷの露光面まで到達させることができる。また、繰り返し露光処理を行う場合には、以上の処理を繰り返して行えばよい。
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲においてプロセス条件や設計要求等に基づき種々変更及び省略可能である。本発明は、例えば以下のような変更をも含むものとする。

本実施形態では、レチクル用ガス置換部１００をレチクル予備室３０内に配置する場合について説明したが、搬送経路中の他の場所に設けてもよい。例えば、レチクルライブラリ８９とレチクル予備室３０との間等であってもよい。また、レチクルホルダ２２にガス供給部１０１を設けてレチクル用ガス置換部１００として機能させてもよい。更に、レチクルライブラリ８９をレチクル用ガス置換部１００として機能させてもよい。

また、レチクルＲの枠部材Ｆの通気孔ｈを介して、レチクル内空間Ｓをガス置換する際に、枠部材Ｆの通気孔ｈに取り付けられているフィルタＦＬを取り外してもよい。
また、例えば、ガス供給口１１２と接続する供給用通気孔ｈに比べて、排気用通気孔ｈの径を大きしたり、数を増やしたりして、ガスの排出を効率よくしてもよい。

また、上述したレチクルライブラリ８９の代わりに、レチクル（マスク）Ｒを収納する手段として、不活性ガスが充填されたマスク搬送ケース（例えば、密閉度を向上させて構成したＳＭＩＦポット）を用いてもよい。この場合、このマスク搬送ケース内に収納されているレチクルＲのレチクル内空間Ｓは通常は低吸光性ガスＧで置換されていると考えられるが、薄膜Ｃや枠部材Ｆからの脱ガス（アウトガス）によってレチクル内空間Ｓが汚染されている虞があるため、レチクル室２０に搬入する前に、ガス置換を実施するのが好ましい。
また、上記実施形態では、大気中にレチクルライブラリ８９を設け、レチクルライブラリ８９とレチクル予備室３０との間でレチクルＲを搬送するロボットアーム８３を備える構成としたが、これに限らず、レチクルライブラリ８９を低吸光性ガスＧで満たされた空間内に収容し、レチクルライブラリ８９とレチクル予備室３０との間に低吸光性ガスＧで所定圧に満たされたレチクル搬送路が設けてもよい。また、レチクルライブラリ８９をレチクル予備室３０内に配置してもよい。

また、露光照明系１０、レチクル室２０、投影光学系４０、及びウエハ室５０における各室内や、レチクル予備室３０、ウエハ予備室６０の各室内を満たす低吸光性ガスＧとして、全てを同一種類としてもよいし、異なる種類の混合ガスを用いてもよい。この低吸光性ガスＧとして窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン等、及びこれらの混合ガスが用いられる。ただし、レチクル室２０、レチクル予備室３０及びレチクル内空間Ｓに供給される低吸光性ガスＧの種類は、同じ種類にすることが望ましい。これは、ガスの混合を避けるためである。

また、レチクル予備室３０を２つ設けて、レチクル室２０からレチクルＲを搬出する動作とレチクル室２０にレチクルＲを搬入する動作とを並行して行うようにしてもよい。これにより、レチクルＲのレチクル室２０への搬入の終了を待つことなく、レチクル予備室３０から外部にレチクルＲを搬出できるので、レチクルＲの交換時間を短縮することができる。
また、照明系ハウジング１１、隔壁２１、隔壁３１、投影系ハウジング４１、隔壁５１、隔壁６１、供給管路９５は、研磨などの処理によって表面粗さが低減されたステンレス（ＳＵＳ）等の材質を用いて脱ガスの発生を抑制してもよい。

また、本発明に係るウエハＷとしては、保護部材磁気ヘッド用のセラミックウエハのみならず、半導体デバイス用の半導体ウエハや、液晶表示デバイス用のガラスプレートであってもよい。

また、本発明が適用される露光装置として、マスクと基板とを静止した状態でマスクのパターンを露光し、基板を順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート型の露光装置を用いてもよい。

また、本発明が適用される露光装置として、投影光学系を用いることなくマスクと基板とを密接させてマスクのパターンを露光するプロキシミティ露光装置を用いてもよい。

また、露光装置の用途としては半導体デバイス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、保護部材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。

また、投影光学系としては、エキシマレーザーなどの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用いればよい。

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。さらに、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。

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。

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。

また、本発明が適用される露光装置は、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。

また、半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行う工程、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作する工程、シリコン材料からウエハを製造する工程、前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンをウエハに露光するウエハ処理工程、デバイス組み立て工程（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査工程等を経て製造される。

保護装置を備えるレチクルを示す模式図 露光装置の構成を示す概念図 ガス置換系を示す概念図 レチクル用ガス置換部にレチクルを戴置した場合の断面図

符号の説明

Ｒ レチクル（マスク）
ＰＡ パターン
Ｐ レチクル板（マスク基板）
Ｆ 枠部材
Ｃ 薄膜（保護部材）
ｈ 通気孔
Ｓ レチクル内空間（空間）
Ｇ 低吸光性ガス（所定ガス）
Ｗ ウエハ（基板）
２３ レチクルステージ（マスクステージ）
８１ レチクル搬送系（搬送系）
１００ レチクル用ガス置換部（ガス置換装置）
１０１ ガス供給部（ガス供給機構）
１１０ アタッチメント（支持部材）
１１３ ガス供給口
１２０ 押圧部
１２１ 緩衝部材
ＳＴＰ 露光装置

Claims (6)

1. 所望のパターンが形成されたマスク基板と、前記パターンが形成された領域を保護する保護部材と、前記保護部材を支持するとともに少なくとも２つの通気部を有する枠部材とにより形成される空間内の気体を所定ガスに置換するガス置換装置において、
   前記マスク基板を支持する支持部材と、
   前記２つの通気部の一方に対向するガス供給口を備えるガス供給機構と、
   前記マスク基板或いは前記枠部材を押圧して、前記２つの通気部の一方を前記ガス供給口に押し付ける押圧部と、を備えることを特徴とするガス置換装置。
2. 前記押圧部における前記マスクとの接触部分に緩衝部材が設けられることを特徴とする請求項１に記載のガス置換装置。
3. 前記マスクを搬送する搬送系を有し、
   前記ガス供給機構は、前記マスクの搬送経路中に設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス置換装置。
4. 前記ガス供給機構は、前記マスクを戴置するとともに、所定方向に移動可能なマスクステージに設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス置換装置。
5. 露光光のもとで、マスクに形成されたパターンの像を基板に転写する露光装置において、
   マスク基板と保護部材と枠部材とにより形成される空間内の気体を所定ガスに置換するガス置換装置として、
   請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のガス置換装置を備えることを特徴とする露光装置。
6. 所望のパターンが形成されたマスク基板と、前記パターンが形成された領域を保護する保護部材と、前記保護部材を支持するとともに少なくとも２つの通気部を有する枠部材とにより形成される空間内の気体を所定ガスに置換するガス置換方法において、
   前記２つの通気部の一方にガス供給口を対向させる工程と、
   前記マスク基板或いは前記枠部材を押圧して、前記２つの通気部の一方を前記ガス供給口に押し付ける工程と、
   前記ガス供給口から前記２つの通気部の一方を介して前記空間内に前記所定ガスを供給する工程と、
   を有することを特徴とするガス置換方法。
   
   
   

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