JP2005136263A - 露光装置とそのガス供給方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 環境の変化にも容易に対応する。
【解決手段】 露光光の光路上の第1領域WDに第1の気体を供給する第1の気体供給機構HSと、第1領域WDに、第1の気体とは種類が異なる第2の気体を供給する第2の気体供給機構NSと、第1領域WDにおける雰囲気の屈折率が、露光光の光路とは異なる第2領域BAにおける雰囲気の屈折率と略同一になるように、第1領域WDへ供給する第1の気体と第2の気体との混合比を調整する調整装置MSとを備える。
【選択図】 図2
【解決手段】 露光光の光路上の第1領域WDに第1の気体を供給する第1の気体供給機構HSと、第1領域WDに、第1の気体とは種類が異なる第2の気体を供給する第2の気体供給機構NSと、第1領域WDにおける雰囲気の屈折率が、露光光の光路とは異なる第2領域BAにおける雰囲気の屈折率と略同一になるように、第1領域WDへ供給する第1の気体と第2の気体との混合比を調整する調整装置MSとを備える。
【選択図】 図2
Description
本発明は、露光装置と、露光装置においてパージガス等のガスを供給する方法に関するものである。
半導体素子や液晶表示素子等の電子デバイスをフォトリソグラフィ工程で製造する際に、パターンが形成されたマスクあるいはレチクル(以下、レチクルと称する)のパターン像を投影光学系を介して感光材(レジスト)が塗布された基板上の各投影(ショット)領域に投影する投影露光装置が使用されている。電子デバイスの回路は、上記投影露光装置で被露光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。
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いる。そのため、投影露光装置における露光用照明ビーム(露光光)が短波長化される傾向にある。すなわち、これまで主流だった水銀ランプに代わって、KrFエキシマレーザ(波長:248nm)といった短波長の光源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(波長:193nm)を用いた露光装置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(波長:157nm)を用いた露光装置の開発が進められている。
波長約190nm以下のビームは真空紫外域に属し、これらのビームは、空気を透過しない。これは、空気中に含まれる酸素分子・水分子・二酸化炭素分子などの物質(以下、吸光物質と称する)によってビームのエネルギーが吸収されるからである。
真空紫外域の露光光を用いた露光装置において、被露光基板上に露光光を十分な照度で到達させるには、露光光の光路上の空間から吸光物質を低減もしくは排除する必要がある。そのため、露光装置では、光路上の空間を筐体で囲い、露光光を透過する透過性のガスでその筐体内の空間を充填している場合が多い。この場合、例えば全光路長を1000mmとすると、光路上の空間内の吸光物質濃度は、1ppm程度以下が実用的とされているが、露光装置では、基板が頻繁に交換されることから、光路上の空間のうち、投影光学系と基板との間の空間の吸光物質を排除するのに困難が伴う。例えば、この空間を筐体で囲うには、基板交換用の機構も含めて囲えるような大型の筐体を設置するのが好ましいものの、この場合、筐体の大型化に伴って筐体内に充填するガスの消費量が多くなってまう。 そのため、露光装置では、投影光学系と基板との間の空間に、露光光を透過する透過性のガス(光化学的に不活性なガス、以下不活性ガス)を吹き付けることにより、光路上の空間から吸光物質を排除する技術を用いる場合がある。この技術は、例えば、特許文献1等に記載されている。
露光装置においては、ウエハを保持するステージの位置は干渉計を用いて制御されているため、干渉系で用いる検出光の光路空間(光路領域)におけるガス(雰囲気)の屈折率は一定でなければならないが、投影光学系と基板との間に吹き付けた不活性ガスが検出光の光路に及ぶ可能性がある。検出光の光路空間の雰囲気は大気(空気)であるため、屈折率が異なる不活性ガスが及んだ場合、屈折率が変化して干渉計の計測精度が低下してしまう虞がある。
そこで、例えば特許文献2には、空気と同じ屈折率になるように予め混合した複数種類の不活性ガスをパージ用ガスとして投影光学系と基板との間に吹き付ける技術が開示されている。
特開平6−260385号公報
特開2001−210587号公報
しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。
予め規定の割合で混合したガスを用いるため、露光装置周りの環境の変化、例えば大気温度の変化や窒素、酸素を始めとする大気構成成分の割合の微弱な変化等による光路雰囲気の屈折率変化に対応することができない。
また、混合ガスは、高圧ボンベに封入し搬送されるため、コスト的にも高価になるとともに、ボンベ交換時には露光装置の稼動を停止させる必要があり生産効率が低下する可能性もある。
予め規定の割合で混合したガスを用いるため、露光装置周りの環境の変化、例えば大気温度の変化や窒素、酸素を始めとする大気構成成分の割合の微弱な変化等による光路雰囲気の屈折率変化に対応することができない。
また、混合ガスは、高圧ボンベに封入し搬送されるため、コスト的にも高価になるとともに、ボンベ交換時には露光装置の稼動を停止させる必要があり生産効率が低下する可能性もある。
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、環境の変化にも容易に対応できる露光装置とそのガス供給方法を提供することを目的とする。また、本発明の別の目的は、コスト高、生産効率の低下を防止できる露光装置とそのガス供給方法を提供することである。
上記の目的を達成するために本発明は、実施の形態を示す図1ないし図7に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の露光装置は、露光光によりマスク(R)のパターン像を基板(W)に露光する露光装置(10)であって、露光光の光路上の第1領域(WD)に第1の気体を供給する第1の気体供給機構(HS)と、第1領域(WD)に、第1の気体とは種類が異なる第2の気体を供給する第2の気体供給機構(NS)と、第1領域(WD)における雰囲気の屈折率が、露光光の光路とは異なる第2領域(BA)における雰囲気の屈折率と略同一になるように、第1領域(WD)へ供給する第1の気体と第2の気体との混合比を調整する調整装置(MS)とを備えることを特徴とするものである。
本発明の露光装置は、露光光によりマスク(R)のパターン像を基板(W)に露光する露光装置(10)であって、露光光の光路上の第1領域(WD)に第1の気体を供給する第1の気体供給機構(HS)と、第1領域(WD)に、第1の気体とは種類が異なる第2の気体を供給する第2の気体供給機構(NS)と、第1領域(WD)における雰囲気の屈折率が、露光光の光路とは異なる第2領域(BA)における雰囲気の屈折率と略同一になるように、第1領域(WD)へ供給する第1の気体と第2の気体との混合比を調整する調整装置(MS)とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の露光装置のガス供給方法は、露光光によりマスク(R)のパターン像を基板(W)に露光する露光装置(10)のガス供給方法であって、露光光の光路上の第1領域(WD)に第1の気体を供給するステップと、第1領域(WD)に、第1の気体とは種類が異なる第2の気体を供給するステップと、第1領域(WD)における雰囲気の屈折率が、露光光の光路とは異なる第2領域(BA)における雰囲気の屈折率と略同一になるように、第1領域(WD)へ供給する第1の気体と第2の気体との混合比を調整するステップとを有することを特徴とするものである。
従って、本発明の露光装置とそのガス供給方法では、第2領域(BA)、例えばマスク(R)と基板(W)との少なくとも一方の位置情報を検出するための検出光の光路を含む領域(BA)における雰囲気の屈折率が変化した場合でも、第1の気体と第2の気体との混合比を調整することで、第2領域(BA)における雰囲気の屈折率と略同一の屈折率を有するガスを第1領域(WD)に供給することができる。そのため、第1領域(WD)のガスが第2領域(BA)に及んだ場合でも、第2領域(BA)における雰囲気の屈折率が変化することを防止できる。
本発明では、環境の変化にも容易に対応できるとともに、コスト高、生産効率の低下を防止することができる。
以下、図面を参照して、本発明に係る露光装置とそのガス供給方法の一実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、露光用のエネルギビームとして真空紫外光を用いるステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適用したものである。
(第1実施形態)
図1は、本発明を適用した露光装置10の概略構成を示す一部を切り欠いた構成図である。この図において、露光装置10の機構部は、照明光学系21、レチクル操作部22、投影光学系PL及びウエハ操作部23に大きく分かれている。照明光学系21、レチクル操作部22及び投影光学系PLは、各々箱状の照明系チャンバ25、レチクル室26及び鏡筒27の内部に外気(ここでは後述のチャンバ内の気体)から隔離されかつ密度が高められた状態で収納されている。また、露光装置10は全体として、内部の気体の温度が所定の目標範囲内に制御された1つの大きいチャンバ(不図示)の内部に収納されている。
図1は、本発明を適用した露光装置10の概略構成を示す一部を切り欠いた構成図である。この図において、露光装置10の機構部は、照明光学系21、レチクル操作部22、投影光学系PL及びウエハ操作部23に大きく分かれている。照明光学系21、レチクル操作部22及び投影光学系PLは、各々箱状の照明系チャンバ25、レチクル室26及び鏡筒27の内部に外気(ここでは後述のチャンバ内の気体)から隔離されかつ密度が高められた状態で収納されている。また、露光装置10は全体として、内部の気体の温度が所定の目標範囲内に制御された1つの大きいチャンバ(不図示)の内部に収納されている。
照明光学系21においては、露光光源20として真空紫外域の波長157nmのパルスレーザ光を発生するF2レーザ光源が使用されており、露光光源20の射出端が照明系チャンバ25の下部に取り付けられている。露光時に露光光源20から照明系チャンバ25内に射出された露光光IL(エネルギビーム)は、ミラー30で上方に反射され、振動等による光軸ずれを合わせるための自動追尾部(不図示)及び照明系の断面形状の整形と光量制御とを行うビーム整形光学系31を介してオプティカル・インテグレータ(ホモジナイザ)としてのフライアイレンズ(またはロッドレンズ)32に入射する。フライアイレンズ32の射出面には開口絞り(不図示)が配置され、フライアイレンズ32から射出されてその開口絞りを通過した露光光ILは、ミラー34によってほぼ水平方向に反射されてリレーレンズ35を介して視野絞り(レチクルブラインド)36に達する。
視野絞り36の配置面は露光対象のレチクルRのパターン面と光学的にほぼ共役であり、視野絞り36は、そのパターン面での細長い長方形の照明領域の形状を規定する固定ブラインドと、走査露光の開始時及び終了時に不要な部分への露光を防止するためにその照明領域を閉じる可動ブラインドとを備えている。視野絞り36を通過した露光光ILは、リレーレンズ37、ミラー38及び照明系チャンバ25の先端部に固定されたコンデンサレンズ系39を介してマスクとしてのレチクルRのパターン面上の長方形(スリット上)の照明領域を均一な照度分布で照明する。露光光源20〜コンデンサレンズ系39により照明光学系21が構成され、照明光学系21内の露光光ILの光路、すなわち露光光源20からコンデンサレンズ系39までの光路が照明系チャンバ25によって密閉されている。
照明光学系21からの露光光のもとで、レチクルRの照明領域内のパターンの像が処理部としての投影光学系PLを介して投影倍率β(βは例えば1/4,1/5等)で、感光材(フォトレジスト)が塗布されたウエハW(基板)上に投影(投影処理)される。ウエハWは例えば半導体(シリコン等)またはSOI(silicon on insulator)等の円板状の基板である。
ここで、本実施形態のように露光光ILがF2レーザ光である場合には、透過率の良好な光学硝材は、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)等に限られるため、投影光学系PLを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。そこで、本実施形態の投影光学系PLでは、屈折光学部材と反射鏡とを組合わせた反射屈折系を採用している。以下、投影光学系PLの光軸AXと交差する方向にX軸を取り、図1の紙面に垂直にY軸を取って説明する。本実施形態のレチクルR上の照明領域はX方向に細長い長方形であり、露光時のレチクルR及びウエハWの走査方向はY方向である。
レチクル操作部22において、レチクルRはレチクルステージ40上に保持されている。レチクルステージ40は不図示のレチクルベース上で後述のウエハステージと同期してY方向にレチクルRを微小駆動する。レチクルステージ40の位置及び回転角は不図示のレーザ干渉計によって高精度に計測され、この計測値及び装置全体の動作を統括制御するコンピュータよりなる主制御系24からの制御信号に基づいてレチクルステージ40が駆動される。レチクルステージ40及び不図示の露光光ILの光路、すなわちコンデンサレンズ系39から投影光学系PLまでの光路がレチクル室26によって密閉されている。
投影光学系PLにおいて、複数の光学部材(光学素子)が鏡筒27内に密閉されて収納されており、投影光学系PLのレチクル側の光学部材からウエハ側の光学部材までの光路が鏡筒27内に密閉されている。
ウエハ操作部23において、ウエハWはウエハホルダ45上の載置面に吸着保持され、ウエハホルダ45はウエハステージ46上に固定されている。ウエハステージ46は後述のウエハ定盤上で上述したレチクルステージと同期してY方向にウエハWを連続移動させると共に、X方向及びY方向にウエハWをステップ移動させる。また、ウエハステージ46は、不図示のオートフォーカスセンサによって計測されるウエハW表面の光軸AX方向の位置(フォーカス位置)に関する情報に基づいてオートフォーカス方式でウエハWの表面を投影光学系PLの像面に合焦させる。
ウエハステージ46のX方向、Y方向の位置及びX軸の回りの回転角(ピッチング量)、Y軸の回りの回転角(ローリング量)、Z軸の回りの回転角(ヨーイング量)はレーザ干渉計47によって高精度に計測され、この計測値及び主制御系24からの制御信号に基づいてステージ駆動系48を介してウエハステージ46が駆動される。なお、ウエハステージ46(ウエハホルダ45)に取付けられ、レーザ干渉計47からのレーザビーム(測長ビーム、検出光)を反射する移動鏡47aは、別々の角柱状のミラーからなる構成、一体型のL字型のミラーからなる構成、ウエハステージ46(ウエハホルダ45)の側面を鏡面加工してミラーとして用いる構成等、様々な構成が適用される。また、ウエハホルダ45、ウエハステージ46及びウエハ定盤等によってウエハ操作部23が構成され、ウエハ操作部23の側方に搬送系としてのウエハローダ等(不図示)が配置されている。
ここで、本実施形態の露光光ILは波長157nmの紫外光であるため、その露光光ILに対する吸光物質としては、酸素(O2)、水(水蒸気:H2O)、一酸化炭素(CO)、炭酸ガス(二酸化炭素:CO2)、有機物及びハロゲン化物等がある。一方、露光光ILが透過する気体(エネルギ吸収がほとんど無い物質)としては、窒素ガス(N2)、水素(H2)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、ラドン(Rn)よりなる希ガスがある。以降、この窒素ガス及び希ガスをまとめて「透過性ガス」と呼び、本実施の形態ではヘリウムガス及び窒素ガスを使用するものとする。
本実施形態の露光装置10は、光路上の空間、すなわち、照明系チャンバ25及びレチクル室26の各内部に真空紫外域のビームに対してエネルギ吸収の少ない上記透過性ガス(ここでは窒素ガス)を供給して満たし、その気圧を大気圧と同程度もしくはより高く(例えば、大気圧に対して0.001〜10%の範囲内で高く)するガス供給・排気系50を備えている。ガス供給・排気系50は、排気用の真空ポンプ51A,51B、透過性ガスが高純度の状態で圧縮または液化されて貯蔵されたボンベ53及び開閉制御されるバルブ52A,52B等を含む。なお、これらの数及び設置場所については図示したものに限定されない。窒素ガスは波長が150nm程度以下の光に対しては吸光物質として作用し、ヘリウムガスは波長100nm程度まで透過性ガスとして使用することができる。また、ヘリウムガスは熱伝導率が窒素ガスの約6倍であり、気圧変化に対する屈折率の変動量が窒素ガスの約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、ヘリウムガスは高価であるため、露光光ILの波長がF2レーザ光のように150nm以上であれば、運転コストを低減させるためにその透過性ガスとして窒素ガスを使用している。
また、ガス供給・排気系50は、鏡筒27の内部及びワーキング・ディスタンス部(第1領域)WD、すなわち投影光学系PLの先端部(射出端)とウエハWとの間の空間にも透過性ガスを供給し、光路上から吸光物質を排除している。
図2は、鏡筒27(投影光学系PL)及びワーキング・ディスタンス部WDに関するガス供給・排気系50の概略構成を示す図である。なお、図2おいては、便宜上ウエハステージ46の構成を簡略化して図示している。
図2は、鏡筒27(投影光学系PL)及びワーキング・ディスタンス部WDに関するガス供給・排気系50の概略構成を示す図である。なお、図2おいては、便宜上ウエハステージ46の構成を簡略化して図示している。
図2に示すように、投影光学系PLの鏡筒27には、ヘリウム供給菅54が接続されており、この供給菅54を介してヘリウムガス供給源55からヘリウムガスが供給される。ヘリウムガス供給源55としては、ヘリウムボンベや液体ヘリウムの気化装置から構成される。また、ヘリウムガス供給菅54にはガス用フィルタ56が介装されており、鏡筒27内には清浄化されたヘリウムガスが供給される。ガス用フィルタ56としては、粉塵を除去するパーティクルフィルタや、ヘリウムガスに混在する不純化学物質成分を除去するゲッター、モレキュラーシーブス等から構成される。
ワーキング・ディスタンス部WDに関して、ガス供給・排気系50は、ワーキング・ディスタンス部WDに第1の気体としてヘリウムガスを供給するヘリウムガス供給機構(第1の気体供給機構)HSと、ワーキング・ディスタンス部WDに第2の気体として窒素ガスを供給する窒素ガス供給機構(第2の気体供給機構)NSと、これらヘリウムガス及び窒素ガスの混合比を調整する混合機構(調整装置)MSと、鏡筒27とウエハステージ46との間に配置されたパージ形成部70と、混合されたガスの温度調整する温調装置57とを有している。
ヘリウムガス供給機構HSは、鏡筒27に接続された配管71、配管71に介装され鏡筒27内から導入されたヘリウムガスを加圧して送出する与圧ポンプ72、与圧ポンプ72の下流側の配管71に接続されたマスフローコントローラ等からなるガス流量制御装置73等から構成されている。与圧ポンプ72としては、粉塵や不純化学物質を出さないように配慮されたものが好ましく、テフロン(登録商標)あるいは金属のダイヤフラム方式のポンプが用いられる。なお、配管71においても、上述したガス用フィルタと同様のものを介装させてもよい。
窒素ガス供給機構NSは、窒素ボンベや液体窒素の気化装置から構成される窒素ガス供給源74、一端が窒素ガス供給源74に接続された配管75、配管75に介装されフィルタ56と同様の構成のガス用フィルタ76、配管75の他端側に接続されたマスフローコントローラ等からなるガス流量制御装置77等から構成されている。なお、窒素ガス供給機構NSにおいては、窒素ガス供給源74から所定圧の窒素ガスが供給されるため、ヘリウムガス供給機構HSにおいて設けられた与圧ポンプは不要である。
なお、窒素ガス供給源74から供給される窒素ガスの代わりに、照明系チャンバ25から排気される窒素ガスを用いてもよい。
なお、窒素ガス供給源74から供給される窒素ガスの代わりに、照明系チャンバ25から排気される窒素ガスを用いてもよい。
一方、混合機構MSは、配管71に接続され鏡筒27内から導入されたガスの成分を計測するガス成分計測装置(計測装置)78、レーザ干渉計47から照射されるレーザビーム(検出光)LBの光路を含む領域(第2領域)BAにおける雰囲気のガス成分を計測するガス成分計測装置(検出装置)79、ガス成分計測装置78、79の計測結果に基づいてガス流量制御装置73、77をコントロールするコントローラ80とから構成されている。ガス成分計測装置78、79としては、酸素濃度計や露点計等、API-MS(大気圧イオン化質量分析計)、GC-MS(ガスクロマトグラフ質量分析計)等から構成される。
また、混合機構MSには、ヘリウムガスと窒素ガスとを乱流状態で混合する乱流混合部(混合部)81が設けられている。すなわち、ガス流量制御装置73、77(の下流側)の間には配管82が架設されており、配管82の略中央部には配管83が接続されている。そして、この配管83の下流側には、管の内径が配管83よりも細く設定された乱流混合部81が設けられている。配管82、83(及び71、75)としては、不純物の発生を極力抑えた清浄なものが用いられ、加工の容易さや振動対策として、例えば外径6.35mm、内径4.57mm程度のものが用いられる。一方、乱流混合部81においては、例えば外径3.18mm、内径1.76mm程度のものが用いられている。なお、乱流混合部81等の配管接続には、継手を用いてもよいし、溶接で接合することも可能である。
乱流混合部81の下流側の配管84には、温調装置57が設けられている。温調装置57には、チャンバ内の雰囲気温度と略同一温度(例えば23℃)の冷媒が循環しており、配管84を通るガスは冷媒との熱交換より温度調整され、パージ形成部70に供給される。なお、使用される冷媒としては液体又は気体であって特に不活性なものが好ましく、ハイドロフルオロエーテル(例えば「ノベックHFE」:住友スリーエム株式会社製)や、フッ素系不活性液体(例えば「フロリナート」:住友スリーエム株式会社製)などが挙げられる。
図1に戻り、ガス供給・排気系50は、ワーキング・ディスタンス部WD用として、排気用の真空ポンプ60、この真空ポンプ60にその一端部が接続される第1排気管61、上記配管84にその一端部が接続されるガス供給管62、上記真空ポンプ60にその一端部が接続される第2排気管64、64等を備えている。また、投影光学系PLとウエハWとの間で透過性ガス雰囲気を形成するパージ形成部70は、上記真空ポンプ60、第1排気配管61、ガス供給配管62、第2排気配管64等から構成されている。
図3及び図4にワーキング・ディスタンス部WD付近を拡大した様子を示す。なお、図3はワーキング・ディスタンス部WD付近を図1におけるY方向から見た様子を示す図であり、図4はワーキング・ディスタンス部WD近傍を上方から見た様子を示す図である。
図3及び図4にワーキング・ディスタンス部WD付近を拡大した様子を示す。なお、図3はワーキング・ディスタンス部WD付近を図1におけるY方向から見た様子を示す図であり、図4はワーキング・ディスタンス部WD近傍を上方から見た様子を示す図である。
図3及び図4に示すように、ワーキング・ディスタンス部WDにおいて、パージ形成部70は、露光光ILの光路を囲うように配設されている。このパージ形成部70には、ガス供給配管62の他端部であるガス供給口65と第1排気管61の他端部である第1ガス吸気口66とが配設されている。これらのガス供給口65と第1ガス吸気口66とは、ワーキング・ディスタンス部WDにおける透過性ガスの流れを一様とするように各々ガス供給配管62と第1排気管61との管径よりも大きな開口端を有しており、各々によって投影光学系PLの光軸AXを挟み込むようにかつ投影光学系PLの光軸AXに向けて配設されている。
パージ形成部70の下部はウエハWの表面に対して平行に配設された板状部材からなっており、ガス供給口65及び第1吸気口66の外側に第2排気管64の他端部である第2吸気口67が露光光ILの光路を囲うように形成されている。このように、第2吸気口67がガス供給口65及び第1吸気口66の外側において露光光ILの光路を囲うように形成されることによって、ウエハWとパージ形成部70との間に流出した透過性ガスの多くはワーキング・ディスタンス部WDの外部に漏出せずに排気され、さらにワーキング・ディスタンス部WDの外部からワーキング・ディスタンス部WD内に新たに侵入しようとする気体は第2吸気口67より内側に到達する以前に排気される。このため、本実施形態に係る露光装置10は、露光光ILの光路を確実に透過性ガス雰囲気とすることができると共に、透過性ガスがワーキング・ディスタンス部WDの外部に漏出することを抑制することができる。
続いて、上記の構成の露光装置10の中、供給・排気系50によるワーキング・ディスタンス部WDのパージについて説明する。
なお、ここではレーザ干渉計47からはHe−Neレーザ光(波長633nm)が出射されるものとし、以下の説明ではHe−Neレーザ光での屈折率を単に屈折率と称して説明する。
なお、ここではレーザ干渉計47からはHe−Neレーザ光(波長633nm)が出射されるものとし、以下の説明ではHe−Neレーザ光での屈折率を単に屈折率と称して説明する。
図2に示すように、投影光学系PLの鏡筒27内には、ヘリウム供給源55から供給されフィルタ56で清浄化されたヘリウムガスが供給菅54を介して導入される。ヘリウムガスは、熱伝導率(150×10−3W/m・K)が窒素ガスの熱伝導率(26×10−3W/m・K)よりも大きいため、露光光の照射により生じた投影光学系PL内の光学素子の熱を鏡筒27に効果的に逃がすことができる。特に、本実施の形態は、投影光学系PLが反射屈折系であり、屈折系に比べて光路長が長く、またエネルギー密度の大きい結像部が形成されることから、鏡筒27内に熱伝導率の大きいヘリウムガスをパージガスとして充填することで、収差や屈折率の変動等、熱による悪影響を効果的に排除することができる。
そして、鏡筒27から配管71を通って排気されたヘリウムガスは、露光装置外部へ送られるもの、ガス成分計測装置78に送られるもの、マスフローコントローラ73に送られるものに分岐される。ガス成分計測装置78においては、ガス成分が計測され、計測結果がコントローラ80に出力される。また、マスフローコントローラ73に送られるヘリウムガスは、マスフローコントローラ73が1次側(流入側)と2次側(流出側)との間で1気圧程度以上の差圧がないと動作しないため、与圧ポンプ72で1気圧程度の加圧が行われる。
加圧されたヘリウムガスは、マスフローコントローラ73で流量が調整され、また、窒素ガス供給源74から供給されフィルタ76で清浄化された窒素ガスはマスフローコントローラ77で流量が調整される。ここで、マスフローコントローラ73、77によるガス流量調整はコントローラ80により制御されるが、コントローラ80は、ガス成分計測装置79により計測されたレーザ干渉計47のレーザビームLBの光路領域BAにおける雰囲気のガス成分に基づいて当該雰囲気における屈折率を求め、この屈折率と混合したガスの屈折率とが略同一となるようにマスフローコントローラ73、77を制御し、ワーキング・ディスタンス部WDへ供給するヘリウムガスと窒素ガスとの混合比を調整する。このとき、窒素ガス供給源74からは成分が既知の窒素ガスが供給されるが、ヘリウムガスに関しては鏡筒27を通過した際に不純物が含まれている可能性があるため、コントローラ80はガス成分計測装置78で計測されたガス成分に応じて窒素ガスとの混合比を設定・調整する。
例えば光路領域BAにおける雰囲気は大気であり、ガス成分計測装置79の計測結果から、この雰囲気の屈折率が1+276.518×10−6(1.000276518)と求められ、ガス成分計測装置78の計測結果から鏡筒27を通過したガス(主にヘリウムガス)の屈折率が1+35×10−6(1.000035)と求められた場合、窒素ガスの屈折率が1+282.12(1.00028212)であるので、コントローラは窒素ガスとヘリウムガスとの混合ガスの屈折率がガス成分計測装置79の計測結果から求められた屈折率と略同一となるように、窒素ガスとヘリウムガスとの混合比(体積比)を0.9773:0.0227と設定する。
そして、例えばパージ形成部70に毎分10リットルの不活性ガスを供給する場合、コントローラ80はマスフローコントローラ73、77を制御して、ヘリウムガスの流量を毎分227cc(0.227リットル)、窒素ガスの流量を毎分9.773リットルに調整する。
そして、例えばパージ形成部70に毎分10リットルの不活性ガスを供給する場合、コントローラ80はマスフローコントローラ73、77を制御して、ヘリウムガスの流量を毎分227cc(0.227リットル)、窒素ガスの流量を毎分9.773リットルに調整する。
なお、鏡筒27から導入されたガスの成分が変動した場合や、光路領域BAにおける雰囲気のガス成分が変動した場合はガス成分計測装置78、79で随時(所定のサンプリング間隔で)計測されるため、コントローラ80は変動したガス成分の屈折率に応じてマスフローコントローラ73、77を制御して、ヘリウムガスの流量及び窒素ガスの流量を調整する。
マスフローコントローラ73、77で流量を調整された各ガスは、配管82へ送られ配管83内で混合され、さらに乱流混合部81で乱流状態で混合される。ここで、配管83が外径6.35mm、内径4.57mm程度で、パージ形成部70に毎分10リットルの混合ガスを供給する場合、ガス流のレイノルズ数は約1460程度であり、レイノルズ数が2000以下のためほぼ層流である。
一方、乱流混合部81は外径3.18mm、内径1.76mm程度であるので、ガス流のレイノルズ数は約3800程度となり乱流状態を形成することができる。一般に、層流状態より乱流状態の方が流れ方向に垂直な動きがあるため混合させやすいことが知られており、この乱流混合部81において乱流状態のヘリウムガスと窒素ガスとは効率よく混合される。
このとき、乱流混合部81の長さは短いほど圧損は少ないが、長い場合は混合効率が向上する。そのため、乱流混合部81の長さは、最短でも乱流流れの速度助走距離である内径の10倍以上、つまり上記のように内径が1.76mm程度であれば18mm以上を確保することが好ましい。
一方、乱流混合部81は外径3.18mm、内径1.76mm程度であるので、ガス流のレイノルズ数は約3800程度となり乱流状態を形成することができる。一般に、層流状態より乱流状態の方が流れ方向に垂直な動きがあるため混合させやすいことが知られており、この乱流混合部81において乱流状態のヘリウムガスと窒素ガスとは効率よく混合される。
このとき、乱流混合部81の長さは短いほど圧損は少ないが、長い場合は混合効率が向上する。そのため、乱流混合部81の長さは、最短でも乱流流れの速度助走距離である内径の10倍以上、つまり上記のように内径が1.76mm程度であれば18mm以上を確保することが好ましい。
混合された不活性ガスは、配管84内を通る際に温調装置57によってチャンバ内の雰囲気温度に温調された後に、ガス供給菅62からガス供給口65を介してワーキング・ディスタンス部WDに吹き付けられる。吹き付けられた混合ガスは、一様な流れで第1ガス吸気口66から第1排気管61へ対向吸引される。また、混合ガスの一部がパージ形成部70とウエハWとの間隙に漏れた場合は、第2吸気口67から側溝吸引されて排気される。
さらに、ウエハ交換時などでパージ形成部70の直下にウエハステージ46が位置せず、パージ形成部70の直下に大きな隙間が生じた場合のように、混合ガスが第1ガス吸気口66から排気しきれずにレーザ干渉計47の光路領域BAに及ぶ(流出する)ことも想定されるが、混合ガスの屈折率が光路領域BAにおける雰囲気の屈折率と略同一であるため、干渉計の計測精度に悪影響を及ぼすことはない。
さらに、ウエハ交換時などでパージ形成部70の直下にウエハステージ46が位置せず、パージ形成部70の直下に大きな隙間が生じた場合のように、混合ガスが第1ガス吸気口66から排気しきれずにレーザ干渉計47の光路領域BAに及ぶ(流出する)ことも想定されるが、混合ガスの屈折率が光路領域BAにおける雰囲気の屈折率と略同一であるため、干渉計の計測精度に悪影響を及ぼすことはない。
このように、本実施の形態では、ワーキング・ディスタンス部WDに吹き付けるガスの混合比を混合機構MSにより調整して、混合ガスの屈折率をレーザ干渉計47の光路領域BAの雰囲気の屈折率と略同一にしているので、環境変化等により光路領域BAの雰囲気の屈折率に変動が生じた場合でも、容易且つ迅速に対応することが可能であり、屈折率変動に起因して計測精度が低下することを防止できる。
また、本実施の形態では、投影光学系PL内のパージに用いたヘリウムガスを窒素ガスとの混合に使用しているので、別途混合ガス用にヘリウムボンベを用意する必要がない。そのため、ランニングコストの低減に寄与できるとともに、ボンベ交換により露光装置の稼動を停止させる必要がなくなり、生産効率の低下も防止することが可能である。さらに、本実施の形態では、ヘリウムガスと窒素ガスとを乱流状態で混合しているので、混合効率を向上させることができる。そのため、所望の屈折率を呈する混合ガスをワーキング・ディスタンス部WDに供給することができ、ワーキング・ディスタンス部WDにおける雰囲気の屈折率と、光路領域BAにおける雰囲気の屈折率とを高精度に同一化できる。
なお、ウエハWへの露光中断時や露光光を用いたキャリブレーション等を行わないとき(ワーキング・ディスタンス部WDに露光光の照射がないとき)には、パージ形成部70の直下にウエハステージ46が存在して隙間が小さく混合ガスの漏れも少ないため、必ずしもパージガスを吹き付ける必要がない。しかしながら、ワーキング・ディスタンス部WDを大気開放すると、投影光学系PLの先端(像面側)にあるレンズ(光学素子)に水蒸気や有機汚染物が付着し、そこに設けられた反射防止コートの劣化や、有機物の堆積に伴う投影光学系の透過率低下を引き起こす虞がある。そのため、ワーキング・ディスタンス部WDに対する露光光の照射が停止したときにも、混合ガスの吹きつけを継続して行うことにより、反射防止コートの劣化や投影光学系PLの透過率低下を防止することができる。また、この場合、ワーキング・ディスタンス部WDに対する混合ガスの吹きつけ量(供給量)は、露光光を照射しているときに比べて少なくすることで、ガス使用量を低下させてランニングコストを抑えることが可能になる。
(第2実施形態)
次に、図5を参照して本発明に係る露光装置の第2実施形態について説明する。また、本第2実施形態において、上記第1実施形態と同一の機能を有するものは同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
上記第1実施形態では、鏡筒27内のパージに用いたヘリウムガスを窒素ガスとの混合に用いる構成としたが、本実施の形態では窒素ガスと同様に、ヘリウムボンベや液体ヘリウムの気化装置から構成されるヘリウムガス供給源85が設けられており、ヘリウムガスは配管86を介してマスフローコントローラ73に供給される。また、配管86にはガス用フィルタ87が介装されており、マスフローコントローラ73には清浄化されたヘリウムガスが供給される。
なお、本実施の形態においては、ヘリウムガス供給源85から所定の圧力・成分のヘリウムガスが供給されるため、第1実施形態のヘリウムガス供給機構HSにおいて設けられた与圧ポンプ及びガス成分計測装置は設けられていない。
次に、図5を参照して本発明に係る露光装置の第2実施形態について説明する。また、本第2実施形態において、上記第1実施形態と同一の機能を有するものは同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
上記第1実施形態では、鏡筒27内のパージに用いたヘリウムガスを窒素ガスとの混合に用いる構成としたが、本実施の形態では窒素ガスと同様に、ヘリウムボンベや液体ヘリウムの気化装置から構成されるヘリウムガス供給源85が設けられており、ヘリウムガスは配管86を介してマスフローコントローラ73に供給される。また、配管86にはガス用フィルタ87が介装されており、マスフローコントローラ73には清浄化されたヘリウムガスが供給される。
なお、本実施の形態においては、ヘリウムガス供給源85から所定の圧力・成分のヘリウムガスが供給されるため、第1実施形態のヘリウムガス供給機構HSにおいて設けられた与圧ポンプ及びガス成分計測装置は設けられていない。
本実施の形態では、上記第1実施形態と同様の作用・効果が得られることに加えて、常に一定品質で供給されるヘリウムガスを用いて安定して混合ガスを形成することができるとともに、与圧ポンプが不要になり装置の小型化に寄与することが可能になる。
(第3実施形態)
次に、図6を参照して本発明に係る露光装置の第3実施形態について説明する。また、本第3実施形態において、上記第1実施形態と同一の機能を有するものは同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
第3実施の形態と上記の第1実施の形態とが異なる点は、ワーキング・ディスタンス部WDに供給する混合ガスの混合比を検出する装置を設けたことである。
次に、図6を参照して本発明に係る露光装置の第3実施形態について説明する。また、本第3実施形態において、上記第1実施形態と同一の機能を有するものは同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
第3実施の形態と上記の第1実施の形態とが異なる点は、ワーキング・ディスタンス部WDに供給する混合ガスの混合比を検出する装置を設けたことである。
図6に示すように、パージ形成部70の近傍のガス供給菅62には、チャンバ90が設けられており、チャンバ90内にはレーザ干渉計47と同様の構成を有するレーザ干渉計(第2の検出装置)88と、レーザ干渉計88と所定距離離れて対向配置された反射鏡89とが設けられている。レーザ干渉計88は、反射鏡89に向けて検出光Bを照射し、その反射光を受光することで当該反射鏡89との間の距離を検出し、その検出結果をコントローラ80に出力する。
上記の構成では、レーザ干渉計88の計測結果に基づいて、チャンバ90内の混合ガス(すなわち、ワーキング・ディスタンス部WDに吹き付ける直前の混合ガス)の屈折率を計測することができることに加えて、混合ガスの混合比や温度の変動に応じてレーザ干渉計88の出力が変動するため、この出力を計測することで混合ガスの屈折率変動をモニターすることが可能である。また、コントローラ80においては、モニターした屈折率の変動に応じてマスフローコントローラ73、77や温調装置57を制御することで、ヘリウムガスと窒素ガスとの混合比や混合ガスの温度を再調整することも可能である。
なお、モニターしている屈折率にしきい値を超えるような大きな変動が生じた場合には、混合ガスの混合比や温度が所定の値からずれているものとして、露光光の発光を止めたり、露光処理等の動作自体を停止させてもよい。
これにより、不良露光ショットの発生を未然に防止することができる。
これにより、不良露光ショットの発生を未然に防止することができる。
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。
例えば、上記実施の形態では、ガス成分計測装置79の計測結果に基づいて求めた光路領域BAの雰囲気の屈折率と略同一の屈折率となる混合比で混合ガスを形成しているが、実際の混合比は算出した混合比と厳密に一致していることが必ずしも必要ではなく、ヘリウムガスの組成比が1〜3%程度であれば、混合ガスが光路領域BAに流出した場合でも、レーザ干渉計47の計測値変動を低減でき、本発明に係る効果を得ることができる。
また、上記実施の形態では、窒素ガスに関してはガス供給源74から供給する構成としたが、上記第1実施形態におけるヘリウムガスと同様に、照明系チャンバ25やレチクル室26のパージに用いた窒素ガスを導入してヘリウムガスとの混合に用いる構成としてもよく、この場合は窒素ガス供給機構に与圧ポンプを設けることが好ましい。
また、上記実施の形態では、窒素ガスに関してはガス供給源74から供給する構成としたが、上記第1実施形態におけるヘリウムガスと同様に、照明系チャンバ25やレチクル室26のパージに用いた窒素ガスを導入してヘリウムガスとの混合に用いる構成としてもよく、この場合は窒素ガス供給機構に与圧ポンプを設けることが好ましい。
さらに、上記実施形態では、光化学的に清浄なガスとしてヘリウムガスと窒素ガスとを用いる構成としたが、他の不活性ガスを用いてもよいことは言うまでもなく、例えばN2、He、Ne、Ar、Kr及びXeから選択される2種類以上のガスを混合させてもよい。2種類のガスを混合して空気(大気)と略同一の屈折率にする場合、N2と、1〜5体積%、好ましくは2.5〜3.5体積%のNe、または35〜50体積%、好ましくは40〜45体積%のArとを含む混合ガス、Arと、1〜5体積%、好ましくは2〜3体積%のXeとを含む混合ガス、Arと、5〜10体積%、好ましくは6〜8体積%のKrとを含む混合ガスを用いることができる。特にレーザ干渉計の検出光として波長633nmのHe−Neレーザ光を用いる場合には、一例として以下の混合比(体積比)を用いることができる。
(1)N2:97.3%、He: 2.7%
(2)N2:97.0%、Ne: 3.0%
(3)N2:59.0%、Ar:41.0%
(4)Ar:97.5%、Xe:2.5%
(5)Ar:92.9%、Kr:7.1%
(1)N2:97.3%、He: 2.7%
(2)N2:97.0%、Ne: 3.0%
(3)N2:59.0%、Ar:41.0%
(4)Ar:97.5%、Xe:2.5%
(5)Ar:92.9%、Kr:7.1%
同様に、N2、He、Ne、Ar、Kr及びXeから選択される3種類のガスを混合して空気(大気)と略同一の屈折率にする場合、1〜40体積%、好ましくは2〜20体積%、より好ましくは4〜16体積%のHe及び/又はNeと、60〜99体積%、好ましくは80〜98体積%、より好ましくは84〜96体積%のN2、Ar、Kr、及びXeから選択される2種以上のガスとを含む混合ガスを用いることができる。あるいは、2〜20体積%、好ましくは4〜16体積%のHe及び/又はNeと、50〜96体積%、好ましくは60〜92体積%のAr及び/又はN2と、2〜40体積%、好ましくは3〜30体積%のKr及び/又はXeとを含む混合ガスを用いることができる。より好ましくは、2〜20体積%、好ましくは4〜16体積%のHe及び/又はNeと、(i)50〜70体積%のAr及び/又はN2と、10〜40体積%のKrとを含む、又は(ii)70〜90体積%のAr及び/又はN2と、0.5〜20体積%のXeとを含む混合ガスを用いることができる。そして、レーザ干渉計の検出光として波長633nmのHe−Neレーザ光を用いる場合には、一例として以下の混合比(体積比)を用いることができる。
(1)N2:66.4%、He:12.7%、Kr:20.9%
(2)N2:60.7%、Ne:15.9%、Kr:23.4%
(3)He: 9.5%、Ar:67.6%、Kr:23.0%
(4)Ne:12.1%、Ar:63.1%、Kr:24.8%
(5)N2:87.1%、He: 8.8%、Xe: 4.2%
(6)N2:84.9%、Ne:10.6%、Xe: 4.5%
(7)He: 3.9%、Ar:91.4%、Xe: 4.8%
(8)Ne: 4.7%、Ar:90.4%、Xe: 4.9%
例えばArは空気中に約1%含まれる安価なガスであり、ランニングコストの低減に寄与できる。また、N2とHeとの屈折率差に比べて、N2とArとの屈折率差は小さいので、両ガスの混合比が多少ずれた場合でも、混合ガスの屈折率変動に与える影響を小さくできる。
なお、上記のように、複数種類のガスを用いた場合でも、光路領域BAの雰囲気の屈折率に基づいて混合比を調整することで、混合ガスの屈折率を略同一にすることができ、屈折率変動に起因する位置計測精度の低下を未然に防ぐことが可能である。
(1)N2:66.4%、He:12.7%、Kr:20.9%
(2)N2:60.7%、Ne:15.9%、Kr:23.4%
(3)He: 9.5%、Ar:67.6%、Kr:23.0%
(4)Ne:12.1%、Ar:63.1%、Kr:24.8%
(5)N2:87.1%、He: 8.8%、Xe: 4.2%
(6)N2:84.9%、Ne:10.6%、Xe: 4.5%
(7)He: 3.9%、Ar:91.4%、Xe: 4.8%
(8)Ne: 4.7%、Ar:90.4%、Xe: 4.9%
例えばArは空気中に約1%含まれる安価なガスであり、ランニングコストの低減に寄与できる。また、N2とHeとの屈折率差に比べて、N2とArとの屈折率差は小さいので、両ガスの混合比が多少ずれた場合でも、混合ガスの屈折率変動に与える影響を小さくできる。
なお、上記のように、複数種類のガスを用いた場合でも、光路領域BAの雰囲気の屈折率に基づいて混合比を調整することで、混合ガスの屈折率を略同一にすることができ、屈折率変動に起因する位置計測精度の低下を未然に防ぐことが可能である。
また、上記第1、第3実施形態では、鏡筒27を通過するヘリウムガスは温度調整されているものの、窒素ガスの温調については言及しなかったが、温調装置57と同様の装置を配管75に設けて、予め光路領域BAの雰囲気と同じ温度に調整しておくことが好ましい。また、温調装置57と同様の装置(または温調装置57自体)で温調した空気を光路領域BAに吹き付ける構成とすることで、光路領域BAの雰囲気温度と、ワーキング・ディスタンス部WDの温度とを高精度に一致させることも可能になる。さらに、ガス供給菅62を分岐して混合ガスの一部を光路領域BAに吹き付ける構成とすることも可能である。
また、ガス流量制御装置としては、圧力変動に対する応答性に優れたものを用いることが好ましく、この場合、与圧ポンプ72の脈動による影響を低減することができる。さらに、簡易的には、ガス流量制御装置を手動のニードルバルブにより調整することでコスト低減に有効となる。
また、上記実施形態では、投影光学系PLとウエハW(ウエハステージ46)との間のワーキング・ディスタンス部WDに混合ガスを吹き付ける構成としたが、これに限定されるものではなく、レチクルRの周辺に吹き付ける構成としてもよい。この場合、図7に示すように、レチクルRの照明光学系21側に混合ガスを吹き付けるノズル91と、レチクルRの投影光学系PL側に混合ガスを吹き付けるノズル92とを設けることが好ましい。これらノズル91、92を露光光の光路から外れた位置に設けることは言うまでもない。
なお、上記実施形態では、本発明に係る露光装置が、スキャニング・ステッパに適用された場合について例示したが、本発明の適用範囲がこれに限定されるものではなく、本発明に係る露光装置は、マスクと基板とを静止した状態で露光を行うステッパ等の静止型の露光装置にも好適に適用できるものである。
勿論、本発明は、半導体素子の製造に用いられる露光装置だけでなく、液晶表示素子、プラズマディスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気へッドの製造に用いられる、デバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、及び撮像素子(CCDなど)の製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。
また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、EUV(Extreme Ultraviolet)露光装置、X線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、DUV(遠紫外)光やVUV(真空紫外)光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、蛍石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のX線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク(ステンシルマスク、メンブレンマスク)が用いられ、EUV露光装置では反射型マスクが用いられ、マスク基板としてはシリコンウエハなどが用いられる。
投影光学系PLとしては、光源としてArFエキシマレーザ光源あるいはKrFエキシマレーザ光源を用いる場合には、屈折光学素子(レンズ素子)のみから成る屈折系が主として用いられるが、F2レーザ光源、Ar2レーザ光源等を用いる場合には、例えば特開平3−282527号公報に開示されているような、屈折光学素子と反射光学素子(凹面鏡やビームスプリッタ等)とを組み合わせたいわゆるカタディオプトリック系(反射屈折系)、あるいは反射光学素子のみから成る反射光学系が主として用いられる。これら投影光学系PLを構成する光学素子については、ワーキング・ディスタンス部WDに満たされる混合ガスに応じて光学設計及び製造・調整されるべきことは言うまでもない。例えば、投影光学系を介してAF(オートフォーカス)調整を行うAF光学系を用いる場合、混合ガスの混合比に応じてAF光学系のキャリブレーションを実施すればよい。
また、上記実施形態では、投影光学系として縮小系を用いる場合について説明したが、投影光学系は等倍系および拡大系のいずれでも良い。さらに、反射屈折型の投影光学系としては、前述したものに限らず、例えば円形イメージフィールドを有し、かつ物体面側、及び像面側が共にテレセントリックであるとともに、その投影倍率が1/4倍又は1/5倍となる縮小系を用いても良い。また、この反射屈折型の投影光学系を備えた走査型露光装置の場合、照明光の照射領域が投影光学系の視野内でその光軸をほぼ中心とし、かつレチクル又はウエハの走査方向とほぼ直交する方向に沿つて延びる矩形スリット状に規定されるタイプであっても良い。かかる反射屈折型の投影光学系を備えた走査型露光装置によれば、例えば波長157nmのF2レーザ光を露光用照明光として用いても100nmL/Sパターン程度の微細パターンをウエハ上に高精度に転写することが可能である。
また、本発明に係る露光装置では、露光用照明光として、前述した遠紫外域、真空紫外域の光に限らず、波長5〜30nm程度の軟X線領域のEUV光を用いても良い。また、例えば真空紫外光としては、ArFエキシマレーザ光やF2レーザ光などが用いられるが、これに限らず、DFB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光を、例えばエルビウム(又はエルビウムとイットリビウムの両方)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良い。
例えば、単一波長レーザの発振波長を1.51〜1.59μmの範囲内とすると、発生波長が189〜199nmの範囲内である8倍高調波、又は発生波長が151〜159nmの範囲内である10倍高調波が出力される。特に発振波長を1.544〜1.553μmの範囲内とすると、発生波長が193〜194nmの範囲内の8倍高調波、即ちArFエキシマレーザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を1.57〜1.58μmの範囲内とすると、発生波長が157〜158nmの範囲内の10倍高調波、即ちF2レ−ザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られる。
また、発振波長を1.03〜1.12μmの範囲内とすると、発生波長が147〜160nmの範囲内である7倍高調波が出力され、特に発振波長を1.099〜1.106μmの範囲内とすると、発生波長が157〜158μmの範囲内の7倍高調波、即ちF2レーザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られる。この場合、単一波長発振レーザとしては例えばイットリビウム・ドープ・ファイバーレーザを用いることができる。
上記実施形態のように基板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においてエアベアリングを用いたエア浮上型に限られず、ローレンツ力を用いた磁気浮上型を用いてもよい。また、各ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよい。
基板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。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。
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及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。
半導体デバイスは、図8に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ201、この設計ステップに基づいたマスク(レチクル)を製作するステップ202、デバイスの基材である基板を製造するステップ203、前述した実施形態の露光装置EXによりマスクのパターンを基板に露光する基板処理ステップ204、デバイス組み立てステップ(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)205、検査ステップ206等を経て製造される。
BA 光路領域(第2領域)
IL 露光光(エネルギビーム)
LB レーザビーム(検出光)
PL 投影光学系(処理部)
R レチクル(マスク)
W ウエハ(基板)
WD ワーキング・ディスタンス部(第1領域)
HS ヘリウムガス供給機構(第1の気体供給機構)
NS 窒素ガス供給機構(第2の気体供給機構)
MS 混合機構(調整装置)
10 露光装置
78 ガス成分計測装置(計測装置)
79 ガス成分計測装置(検出装置)
81 乱流混合部(混合部)
88 レーザ干渉計(第2の検出装置)
IL 露光光(エネルギビーム)
LB レーザビーム(検出光)
PL 投影光学系(処理部)
R レチクル(マスク)
W ウエハ(基板)
WD ワーキング・ディスタンス部(第1領域)
HS ヘリウムガス供給機構(第1の気体供給機構)
NS 窒素ガス供給機構(第2の気体供給機構)
MS 混合機構(調整装置)
10 露光装置
78 ガス成分計測装置(計測装置)
79 ガス成分計測装置(検出装置)
81 乱流混合部(混合部)
88 レーザ干渉計(第2の検出装置)
Claims (18)
- 露光光によりマスクのパターン像を基板に露光する露光装置であって、
前記露光光の光路上の第1領域に第1の気体を供給する第1の気体供給機構と、
前記第1領域に、前記第1の気体とは種類が異なる第2の気体を供給する第2の気体供給機構と、
前記第1領域における雰囲気の屈折率が、前記露光光の光路とは異なる第2領域における雰囲気の屈折率と略同一になるように、前記第1領域へ供給する前記第1の気体と前記第2の気体との混合比を調整する調整装置とを備えることを特徴とする露光装置。 - 請求項1記載の露光装置において、
前記第2領域は、前記マスクと前記基板との少なくとも一方の位置情報を検出する検出光の光路を含む領域であることを特徴とする露光装置。 - 請求項1または2記載の露光装置において、
前記調整装置は、前記第2領域の雰囲気中の気体に関する情報を検出する検出装置を備え、該検出装置の検出結果に基づいて前記混合比を調整することを特徴とする露光装置。 - 請求項1から3のいずれかに記載の露光装置において、
前記調整装置は、前記第1領域における前記第1の気体と前記第2の気体との混合比を検出する第2の検出装置を備えることを特徴とする露光装置。 - 請求項1から4のいずれかに記載の露光装置において、
前記第1の気体または第2の気体のうち、少なくとも一つを用いて露光に関する処理を行う処理部を有し、
前記第1の気体供給機構または前記第2の気体供給機構のうち、少なくとも一つは、前記処理部に接続されることを特徴とする露光装置。 - 請求項5記載の露光装置において、
前記処理部から排出された前記第1の気体または前記第2の気体の成分に関する情報を計測する計測装置を備えることを特徴とする露光装置。 - 請求項5または6記載の露光装置において、
前記処理部は、前記パターン像を前記基板に投影する投影光学系であることを特徴とする露光装置。 - 請求項1から7のいずれかに記載の露光装置において、
前記調整装置は、前記第1の気体及び第2の気体を乱流状態で混合する混合部を有することを特徴とする露光装置。 - 露光光によりマスクのパターン像を基板に露光する露光装置のガス供給方法であって、
前記露光光の光路上の第1領域に第1の気体を供給するステップと、
前記第1領域に、前記第1の気体とは種類が異なる第2の気体を供給するステップと、
前記第1領域における雰囲気の屈折率が、前記露光光の光路とは異なる第2領域における雰囲気の屈折率と略同一になるように、前記第1領域へ供給する前記第1の気体と前記第2の気体との混合比を調整するステップとを有することを特徴とする露光装置のガス供給方法。 - 請求項9記載の露光装置のガス供給方法において、
前記第2領域は、前記マスクと前記基板との少なくとも一方の位置情報を検出する検出光の光路を含む領域であることを特徴とする露光装置のガス供給方法。 - 請求項9または10記載の露光装置のガス供給方法において、
前記第2領域の雰囲気中の気体に関する情報を検出するステップを有し、その検出結果に基づいて前記混合比を調整することを特徴とする露光装置のガス供給方法。 - 請求項9から11のいずれかに記載の露光装置のガス供給方法において、
前記第1領域における前記第1の気体と前記第2の気体との混合比を検出するステップを有することを特徴とする露光装置のガス供給方法。 - 請求項9から12のいずれかに記載の露光装置のガス供給方法において、
前記第1の気体または第2の気体のうち、少なくとも一つを用いて露光に関する処理を行うステップを含み、
前記露光に関する処理で用いられた気体を用いて前記混合比を調整することを特徴とする露光装置のガス供給方法。 - 請求項13記載の露光装置のガス供給方法において、
前記露光に関する処理で用いられた前記第1の気体または第2の気体の成分に関する情報を計測する工程を有することを特徴とする露光装置のガス供給方法。 - 請求項13または14記載の露光装置のガス供給方法において、
前記露光に関する処理は、前記パターン像を前記基板に投影する投影光学系による投影処理であることを特徴とする露光装置のガス供給方法。 - 請求項9から15のいずれかに記載の露光装置のガス供給方法において、
前記第1の気体及び第2の気体を乱流状態で混合することを特徴とする露光装置のガス供給方法。 - 請求項9から16のいずれかに記載の露光装置のガス供給方法において、
前記第1領域は、前記パターン像を前記基板に投影する投影光学系と前記基板との間の空間であり、
前記基板に対する前記露光光の照射が停止した時、混合比が調整された前記第1の気体と前記第2の気体との供給を、前記投影光学系と前記基板との間の空間に対して継続して行うことを特徴とする露光装置のガス供給方法。 - 請求項17記載の露光装置のガス供給方法において、
前記混合比が調整された前記第1の気体と前記第2の気体との供給量は、前記基板に対して前記露光光が照射されている時に比べて少ないことを特徴とする露光装置のガス供給方法。
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JP2003371777A JP2005136263A (ja) | 2003-10-31 | 2003-10-31 | 露光装置とそのガス供給方法 |
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2003
- 2003-10-31 JP JP2003371777A patent/JP2005136263A/ja active Pending
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