JP2006269942A - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】露光装置を構成するチャンバ内の圧力変動を抑制し、チャンバ内に配置される光学素子やセンサ等のコンタミネーションによる汚染を防止する。
【解決手段】照明光により照明された原版パターンを基板に投影する投影光学系と、前記基板と原版とを相対的に位置決めするステージとを備える露光装置であって、前記ステージを収容する空間とこれに隣接する前記投影光学系を収容する空間とを光が通過する開口を持つ隔壁で仕切り、前記ステージを収容する空間に流体を供給する手段を設け、前記流体の少なくとも一部を前記開口を介して前記投影光学系側の空間に流動させて回収する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、微細な回路パターンを転写するための露光装置やデバイス製造方法に関するものである。

従来、半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造するための焼き付け（リソグラフィー）方法として、紫外線を用いた縮小投影露光が行われてきた。

縮小投影露光で転写できる最小の寸法は転写に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数に反比例する。このため微細な回路パターンを転写するために露光光の短波長化が進められ、水銀ランプｉ線（波長365nm）、ＫｒＦエキシマレーザー（波長248nm）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長193nm）と用いられる紫外光の波長は短くなってきた。

しかし、半導体素子は急速に微細化しており、上述のような紫外光を用いたリソグラフィーでは限界がある。そこで0.1μmを下回るような非常に微細な回路パターンを効率よく焼き付けるために、上述の紫外光よりも更に短い波長である10〜15nm程度の波長の極端紫外光（ＥＵＶ光）を用いた縮小投影露光装置が開発されている。

ＥＵＶ波長領域の光に対しては物質による吸収が非常に大きくなるので、可視光領域や上述のような紫外光の波長領域で用いられるような光の屈折を利用したレンズ光学系は実用的ではなく、反射光学系が用いられる。またレチクルに関してもミラーの上に吸収体によって転写すべきパターンを形成した反射型レチクルが用いられている。

ＥＵＶ光を用いた露光装置を構成する反射型光学素子としては、多層膜ミラーと斜入射全反射ミラーとがある。ＥＵＶ波長領域の光に対するミラー材料の屈折率の実部は１より僅かに小さいので、ミラー表面で全反射を起こすためにはミラーの反射面に対して小さな角度でＥＵＶ光を入射させなければならない。通常、反射面から測って数度以内の斜入射では数十％以上の高い反射率が得られる。しかし光学設計上の自由度が小さいため、全反射ミラーを投影光学系に用いることは難しい。

直角入射に近い入射角でＥＵＶ光を入射させるＥＵＶ光用のミラーとしては、反射面に光学定数の異なる２種類の物質を交互に積層した多層膜ミラーが用いられる。精密な面形状に研磨されたガラス基板の表面にモリブデンとシリコンを交互に積層する。その層の厚さは、たとえばモリブデン層の厚さは0.2nm、シリコン層の厚さは0.5nm程度、積層数は20層対程度である。２種類の物質の層の厚さを加えたものを膜周期とよぶ。上記例では膜周期は0.2nm+0.5nm＝0.7nmである。

このような多層膜ミラーにＥＵＶ光を入射すると、特定の波長のＥＵＶ光が反射される。

入射角をθ、ＥＵＶ光の波長をλ、膜周期をｄとすると近似的にはブラッグの式
２×ｄ×sinθ＝λ
の関係を満足するようなλを中心とした狭いバンド幅のＥＵＶ光だけが効率よく反射される。このときのバンド幅は0.6〜1nm程度である。

多層膜ミラーのＥＵＶ光に対する反射率は高くても0.7程度であり、各多層膜ミラーでの光量損失がかなり大きい。この多層膜ミラーで反射されなかった光は、多層膜に或いは多層膜ミラーの基板に吸収されて、そのエネルギーの大部分が熱になる。さらに、この熱の影響で多層膜ミラーが膨張・変形することで、光学系全体の性能を劣化させる恐れがある。

そこで、広い露光領域をできるだけ少ない枚数のミラーで露光するために、レチクル（原版）とウエハ（被露光体）とを同時に走査して、レチクル上のパターンをウエハに投影露光することが考えられた。例えば図９に、このような走査型露光装置（通称スキャナ）の構成を示す。この走査型露光装置は、ＥＵＶ光源、照明光学系、反射型レチクル、投影光学系、レチクルステージ、ウエハステージ、アライメント光学系、真空系などで構成される。

ＥＵＶ光源は、例えばレーザープラズマ光源が用いられる。これは真空容器外に置かれたターゲット供給装置により供給されたターゲット材に高強度のパルスレーザー光を照射し、高温のプラズマを発生させ、これから放射される例えば波長13nm程度のＥＵＶ光を利用するものである。ターゲット材としては、金属薄膜、不活性ガス、液滴などが用いられ、ガスジェット等の手段で真空容器内に供給される。放射されるＥＵＶ光の平均強度を高くするためにはパルスレーザーの繰り返し周波数は高い方が良く、通常数KHzの繰り返し周波数で運転される。

照明光学系は、複数の多層膜または斜入射ミラーとオプティカルインテグレータ等から構成される。初段の集光ミラーはレーザープラズマからほぼ等方的に放射されるＥＵＶ光を集める役割を果たす。オプティカルインテグレータはレチクルを均一に所定の開口数で照明する役割を持っている。また照明光学系のレチクルと共役な位置にはレチクル面で照明される領域を円弧状に限定するためのアパーチャが設けられる。

投影光学系は複数のミラーを用いている。ミラー枚数は少ない方がＥＵＶ光の利用効率が高いが、収差補正が難しくなる。収差補正に必要なミラー枚数は４枚から６枚程度である。ミラーの反射面の形状は凸面または凹面の球面または非球面である。開口数ＮＡは0.1〜0.2程度である。

ミラーは低膨張率ガラスやシリコンカーバイド等の剛性・硬度が高く、熱膨張率が小さい材料からなる基板を、研削・研磨して所定の反射面形状を創生した後、反射面にモリブデン／シリコンなどの多層膜を成膜したものである。ミラー面内の場所によって入射角が一定でない場合、前述のブラッグの式から明らかなように、膜周期一定の多層膜では場所によって反射率が高くなるＥＵＶ光の波長がずれてしまう。そこでミラー面内で同一の波長のＥＵＶ光が効率よく反射されるように膜周期分布を持たせることが必要である。

レチクルステージとウエハステージは縮小倍率に比例した速度比で同期して走査する機構を持つ。ここでレチクル又はウエハ面内で走査方向をＸ、それに垂直な方向をＹ、レチクル又はウエハ面に垂直な方向をＺとする。

レチクルは、レチクルステージ上のレチクルチャックに保持される。レチクルステージはＸ方向に高速移動する機構を持つ。また、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、および各軸の回りの回転方向に微動機構を持ち、レチクルの位置決めができるようになっている。レチクルステージの位置と姿勢はレーザ干渉計によって計測され、その結果に基づいて位置と姿勢が制御される。

ウエハはウエハチャックによってウエハステージに保持される。ウエハステージはレチクルステージと同様にＸ方向に高速移動する機構を持つ。また、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、および各軸の回りの回転方向に微動機構を持ち、ウエハ位置決めができるようになっている。ウエハステージの位置と姿勢はレーザ干渉計によって計測され、その結果に基づいて位置と姿勢が制御される。

アライメント検出光学系によってレチクルの位置と投影光学系の光軸との位置関係、およびウエハの位置と投影光学系の光軸との位置関係が計測され、レチクルの投影像がウエハの所定の位置に一致するようにレチクルステージおよびウエハステージの位置と角度が設定される。

また、フォーカス検出光学系によってウエハ面でＺ方向のフォーカス位置が計測され、ウエハステージの位置及び角度を制御することによって、露光中は常時ウエハ面を投影光学系による結像位置に保つ。

ウエハ上で１回のスキャン露光が終わると、ウエハステージはＸ，Ｙ方向にステップ移動して次の走査露光開始位置に移動し、再びレチクルステージ及びウエハステージが投影光学系の縮小倍率に比例した速度比でＸ方向に同期走査する。

このようにして、レチクルの縮小投影像がとウエハ上に結像した状態でそれらを同期走査するという動作が繰り返される（ステップ・アンド・スキャン）。こうして、ウエハ全面にレチクルの転写パターンが転写される。ＥＵＶ光はガスによって強く吸収される。たとえば、空気が10Paに満たされた空間内を波長13nmのＥＵＶ光が1m伝播した場合、そのＥＵＶ光の透過率は約50％程度である。同じように10Paで以下の気体で満した空間をＥＵＶ光が1m伝播した場合の透過率は、比較的透過率の高いガスであるヘリウムで約88％、アルゴンで約71％、水素で約98％である。ガスによる吸収を避けるためには、透過率の高いヘリウムなどのガスで置換し、ＥＵＶ光が伝播する大部分の空間で少なくとも10^-1Pa以下、望ましくは10^-3Pa以下の圧力かつ酸素、水などの透過率の低いガスの分圧をできる限り低く保つ必要がある。

また、ＥＵＶ光が照射される光学素子が置かれた空間に炭化水素などの炭素を含む分子が残留していた場合、光照射によって光学素子表面に炭素が次第に付着し、これがＥＵＶ光を吸収するために反射率が低下してしまうという問題がある。この炭素付着を防止するためにはＥＵＶ光が照射される光学素子が置かれた空間の炭素を含む分子の分圧は少なくとも10^-4Pa以下、望ましくは10^-6Pa以下の圧力に保たれている必要があると考えられている。

しかしながら、露光装置は、感光剤であるレジストが塗布された半導体ウエハを露光装置外部から搬入し、その半導体ウエハ及びレチクルを互いに走査しながらレチクルの情報を転写し、搬出するという動作を繰り返す。すなわち、露光装置は駆動機構を数多く含んでおり、摩擦等によってミラーの透過率低下の原因となるアウトガスが発生する可能性がある。

また、ウエハステージは走査露光を行うための移動機構やウエハを搬送する機構など駆動機構を持っているため表面積が非常に大きい。このような表面積が大きな部品からのアウトガスはなかなか無くならないため、露光空間内の高真空化がむずかしい。

更に、ウエハに塗布されたレジストは露光前に加熱ベーキングされているとはいえ有機物であり、これを真空中に持ち込むとレジストからそれを構成している有機物やその分解された物質である炭素化合物などが発生し、真空にされている装置内に拡散することになる。また、ウエハは大気中から露光装置中へ搬入されてくるが、このウエハの搬入に伴いウエハに付着している水分を含む空気成分を短時間の内になくすことは難しく、真空中において徐々に脱離拡散して行く。これらウエハやレジストからのアウトガスによって、前述したような高真空状態に維持することが非常に困難となる。

その場合、大容量の排気ポンプなどを用いて高真空にすることは可能であるが、問題はその成分であり、前述のように炭素を含む分子や水分が露光装置内の特にミラーやレチクルの設置された空間に拡散することは避けなければならない。

ウエハ等からのアウトガスからミラーを守るための対策として、特許文献１では、レチクルとウエハとの間に介在するミラーを囲む介在空間を設け、その介在空間からウエハへの光の出口に設けられた、円錐形状の開口部の側面に、ウエハに向けてＥＵＶ光を実質的に吸収しないガス（水素やアルゴンやクリプトン）を噴出させている。
特開２０００−０５８４４３公報

しかしながら、ウエハステージの動作に伴って円錐形状の開口部とウエハステージのコンダクタンスが変化し、ステージ空間と投影光学系空間に噴出する不活性ガスの量が変化するために、各空間の圧力が安定化せず、ウエハ面上の露光量が安定化しない原因となっていた。また、ウエハ面に向かって流れ出す不活性ガスにより抑制されたコンタミネーションがウエハステージを格納するチャンバ内に拡散するため、ウエハステージ上に設けたセンサ表面を汚染する原因ともなっていた。

そして、本発明は、上述した問題点に鑑みてなされ、露光装置を構成するチャンバ内の圧力変動を抑制し、チャンバ内に配置される光学素子やセンサ等のコンタミネーションによる汚染を低減し、デバイス製造の歩留まり・デバイスの信頼性といった生産性の向上を簡易に達成することを目的としている。

上記問題点を解決し、目的を達成するために、本発明の第１の態様は、照明光により照明された原版パターンを基板に投影する投影光学系と、前記基板と原版とを相対的に位置決めするステージとを備える露光装置であって、前記ステージを収容する空間とこれに隣接する前記投影光学系を収容する空間とを光が通過する開口を持つ隔壁で仕切り、前記ステージを収容する空間に流体を供給する手段を設け、前記流体の少なくとも一部を前記開口を介して前記投影光学系側の空間に流動させて回収する。

また、上記態様において、前記原版を照明する照明光を照射する照明光学系を更に備え、前記ステージは、前記基板を移動可能に保持する基板ステージと、前記原版を移動可能に保持する原版ステージとを含み、前記基板ステージを収容する空間と前記投影光学系を収容する空間とを光が通過する第１の開口を持つ第１の隔壁で仕切り、前記投影光学系を収容する空間を光が通過する第２の開口を持つ第２の隔壁により第１空間と、前記基板ステージを収容する空間に隣接する第２空間に仕切り、前記原版ステージを収容する空間とこれに隣接する前記第１空間とを光が通過する第３の開口を持つ第３の隔壁で仕切り、前記第１空間を前記原版ステージを収容する空間より低圧とし、前記原版ステージ側の空間の流体の少なくとも一部を前記開口を介して前記第１の空間側に流動させて回収する。

また、上記態様において、前記第２空間には、前記開口を介して前記流体を回収し排気する排気空間が設けられ、前記排気空間は少なくとも２つの隔壁によって形成される。

また、上記態様において、前記第１空間を前記第２空間より低圧とし、前記排気空間を、前記第２空間及び前記基板ステージを収容する空間より低圧とする。

なお、本発明は、上記いずれかの露光装置を用いて基板を露光する工程と、前記露光された基板を現像する工程とを有することを特徴とするデバイス製造方法としても同様の効果を奏する。

本発明によれば、露光装置を構成するチャンバ内の圧力変動を抑制し、チャンバ内に配置される光学素子やセンサ等のコンタミネーションによる汚染を低減し、デバイス製造の歩留まり・デバイスの信頼性といった生産性の向上を簡易に達成することができる。

以下に、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものである。
［第１の実施形態］
図１は本発明に係る第１の実施形態のＥＵＶ露光装置を示す概略構成図である。

図１において、８はＥＵＶ光、１はレチクル照明ミラー、２は投影系第１ミラー、３は投影系第２ミラー、４は投影系第３ミラー、５は投影系第４ミラー、６は投影系第５ミラー、７は投影系第６ミラー、１１は反射型レチクル、１２はレチクル保持装置、１３はレチクルステージ、１４はレチクルアライメント光学系、２１はウエハ、２２はウエハチャック、２３はウエハステージ、２４はウエハアライメント光学系を示す。

ＥＵＶ光源には、不図示のレーザープラズマ光源が用いられる。これは真空容器外に置かれたターゲット供給装置により供給されたターゲット材に励起用パルスレーザーから発生する高強度のパルスレーザー光を照射し、高温のプラズマを発生させ、これから放射される、例えば波長13nm程度のＥＵＶ光を利用するものである。ＥＵＶ光として0.5nm−20nmの波長の光を適用してもよい。ターゲット材としては、金属薄膜、不活性ガス、液滴などが用いられ、ガスジェット等の手段で真空容器内に供給される。放射されるＥＵＶ光の平均強度を高くするためにはパルスレーザーの繰り返し周波数は高い方が良く、通常数KHzの繰り返し周波数で運転される。

不図示の照明光学系は、複数の多層膜または斜入射ミラーとオプティカルインテグレータ等から構成され、レチクルを均一に所定の開口数で照明する。

投影光学系は複数のミラーを用いている。ミラー枚数は少ない方がＥＵＶ光の利用効率が高いが、収差補正が難しくなる。収差補正に必要なミラー枚数は４枚から６枚程度である。ミラーの反射面の形状は凸面または凹面の球面または非球面である。開口数ＮＡは0.1〜0.2程度である。

ミラーは低膨張率ガラスやシリコンカーバイド等の剛性・硬度が高く、熱膨張率が小さい材料からなる基板を、研削・研磨して所定の反射面形状を創生した後、反射面にモリブデン／シリコンなどの多層膜を成膜したものである。

レチクルステージ１３とウエハステージ２３は縮小倍率に比例した速度比で同期して走査する機構を持つ。ここで、レチクル又はウエハ面内で走査方向をＸ、それに垂直な方向をＹ、レチクル又はウエハ面に垂直な方向をＺとする。

レチクル１１は、レチクルステージ１３上のレチクルチャック１２に保持される。レチクルステージ１３はＸ方向に高速移動する機構を持つ。また、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、および各軸の回りの回転方向に微動機構を持ち、レチクル１１の位置決めができるようになっている。レチクルステージ１３の位置と姿勢は不図示のレーザ干渉計によって計測され、その結果に基づいて位置と姿勢が制御される。

ウエハ２１はウエハチャック２２によってウエハステージ２３に保持される。ウエハステージ２３はレチクルステージ１３と同様にＸ方向に高速移動する機構を持つ。また、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、および各軸まわりの回転方向に微動機構を持ち、ウエハ２１の位置決めができるようになっている。ウエハステージ２３の位置と姿勢は不図示のレーザ干渉計によって計測され、その結果に基づいて位置と姿勢が制御される。

アライメント検出機構１４によってレチクルの位置と投影光学系の光軸との位置関係、およびウエハの位置と投影光学系の光軸との位置関係が計測され、レチクルの投影像がウエハの所定の位置に一致するようにレチクルステージ１３およびウエハステージ２３の位置と角度が設定される。

また、フォーカス位置検出機構２４によってウエハ面でＺ方向のフォーカス位置が計測され、ウエハステージの位置及び角度を制御することによって、露光中は常時ウエハ面を投影光学系による結像位置に保つ。

ウエハ２１上で１回のスキャン露光が終わると、ウエハステージ２３はＸ，Ｙ方向にステップ移動して次の走査露光開始位置に移動し、再びレチクルステージ１３及びウエハステージ２３が投影光学系の縮小倍率に比例した速度比でＸ方向に同期走査する。

このようにして、レチクルの縮小投影像がウエハ上に結像した状態で各々を同期走査するという動作が繰り返される（ステップ・アンド・スキャン）。こうして、ウエハ全面にレチクルの転写パターンが転写される。

ここで、露光装置内は露光光を通過するための開口を有する隔壁や絞りなどを使用し、空間的に差圧を生じさせることが可能な構成になっている。
＜レチクルステージと第１光路空間＞
本実施形態では、レチクル及びレチクルステージを囲むレチクルステージ空間９１と投影光学系の第１〜３ミラーを囲む第１光路空間９２との間には、遮蔽部材（隔壁）６１が設けられている。この隔壁は、レチクルを照明する照明光やレチクルから出射する露光光やアライメント光を通過するための開口を有している。ここで、レチクルステージ空間９１と第１光路空間９２の間の、ガスの行き来が可能な隙間（実施形態では、遮蔽部材とレチクル面との間の隙間が1mm以下になるように管理されている。）を1mm以下として、レチクル空間と第１光路空間との間に差圧を発生させている。

ここでは、レチクルステージ空間９１はターボ分子ポンプなどの排気装置３１が接続され所定の圧力に保つことができ、当該空間内の圧力を圧力センサＳ１でモニタできるよう構成されている。また、第１光路空間９２は排気装置３２，３３が接続され所定の圧力に保つことができ、空間内の圧力を圧力センサＳ２でモニタできるよう構成されている。

ここで、レチクルステージ空間９１、第１光路空間９２の圧力をそれぞれ、Ｐ９１、Ｐ９２とした時、以下の関係を満たすように構成する。
Ｐ９２＜Ｐ９１・・・（条件式１）
このような構成にすることで、レチクルステージ空間９１と第１光路空間９２の間に差動排気系を構成し、レチクルステージ空間９１から発生するアウトガスの第１光路空間９２への侵入量を抑えることが可能である。ここでは排気装置を２つ設けたが、勿論排気装置は１つであっても構わないし、３つ以上設けても構わない。
＜第１光路空間と第２光路空間＞
更に、本実施形態では、第１光路空間９２と第２光路空間９３との間にも、前述の遮蔽部材に相当する、絞り部材６２が設けられている。この絞り部材６２は、レチクルから出射して第１光路空間９２を経た露光光の第１光路空間９２からの出口及び第２光路空間９３への入り口を形成している。さらに、この絞り部材６２の開口によって、第１光路空間と第２光路空間とを接続することにより、両空間の間に差圧を発生させている。また、第２光路空間には、排気装置３４が接続され、光路空間９３の圧力は圧力センサＳ３でモニタされている。

ここでは、これらの圧力センサからの検出結果及び排気装置等を用いて、第１光路空間９２の圧力が第２光路空間９３の圧力よりも低くなるようにしている。つまり、第１光路空間９２、第２光路空間９３の圧力をそれぞれ、Ｐ９２、Ｐ９３とした時、以下の関係を満たすように構成する。
Ｐ９２＜Ｐ９３・・・（条件式２）
第２光路空間９３にはヘリウムなどの不活性ガスを供給するためのガス供給装置を備えており、そのガス供給装置のバルブＶ１を介してノズル４１からヘリウムは供給される。この不活性ガス供給用のバルブ及びノズルは、１つであっても構わないし、複数設けても構わない。また、ヘリウムに限らず、窒素、水素、アルゴンやクリプトン等のガスを供給するように構成しても構わない。
＜第２光路空間と排気空間とウエハステージ空間＞
また、第２光路空間９３とウエハステージ空間９５の間に排気空間９４を設け、露光光を通過させるための開口を有する隔壁６３、６４により排気空間９４を形成している。排気空間９４には排気装置３５が接続され、排気空間内の圧力は圧力センサＳ４によりモニタされる。ウエハステージ空間９５には排気装置３６が接続され、ウエハステージ空間９５内の圧力は圧力センサＳ５によりモニタされる。

また、ウエハステージ空間９５にはヘリウムなどの不活性ガスを供給するためのガス供給装置を備えており、そのガス供給装置のバルブＶ２を介してノズル４２からヘリウムは供給され、その供給量は圧力センサＳ５の値が略一定になるように制御される。この不活性ガス供給用のバルブ及びノズルは、１つであっても構わないし、複数設けても構わない。また、ヘリウムに限らず、水素、窒素、アルゴンやクリプトン等のガスを供給するように構成しても構わない。

露光時にウエハ面上のレジストから発生するコンタミネーション（汚染物質）は、ウエハステージ２３上に設けた露光量測定用センサ５１表面に付着し、正確な測定をすることができなくなる。そこで、ウエハステージ空間９５内にバルブＶ２を介してノズル４２よりヘリウムを供給する。ノズル４２より供給されたヘリウムはその一部が排気装置３６より排気され、また、一部がウエハ２１と隔壁６４の間を通って隔壁６４の開口より、排気空間９４に流れ、排気空間９４の排気装置３５で排気される。ここで、露光光の照射領域は隔壁６４の開口部に存在するため、開口周辺から開口に向かって供給されたヘリウムは流れ、露光時に発生するコンタミネーション（汚染物質）の大半はウエハステージ空間９５に侵入することなく、排気空間９４及び第２光路空間９３に流出する。

このようにして、露光時にウエハ面上のレジストから発生するコンタミネーション（汚染物質）からウエハステージ上に設けた露光量測定用センサ５１を汚染から保護することが可能である。

そして、第２光路空間ではバルブＶ１を介してノズル４１よりヘリウムが供給され、その一部は排気装置３４で排気され、一部は絞り部材６２を介して第１光路空間に流れ出し、一部は隔壁６３の開口を通って排気空間９４の排気装置３５で排気される。この時、ウエハステージ空間９５から流れ出したコンタミネーションは第２光路空間９３から流れに押し流され、第２光路空間９３にほとんど侵入することなく排気空間９４の排気装置３５で回収される。また、その供給量は圧力センサＳ３の値が略一定になるように制御される。この時、ウエハステージ空間９５内の圧力は0.1−10Paで制御することで、露光時にウエハ面上から発生するコンタミネーションがウエハステージ空間に侵入するのを抑制することが可能である。ウエハステージ空間９５内の圧力としては、抑制効果を高めるために0.1Paよりも大きいことが好ましく、高い透過率を維持するために10Paよりも小さいことが好ましい。

また、同様に、第２光路空間９３内の圧力は0.1−10Paで制御することで、露光時にウエハ面上から発生するコンタミネーションが第２露光空間や第１露光空間に侵入するのを抑制することが可能である。第２光路空９３内の圧力としては、抑制効果を高めるために0.1Paよりも大きいことが好ましく、高い透過率を維持するために10Paよりも小さいことが好ましい。

ここで、第２光路空間９３、排気空間９４、ウエハステージ空間９５の圧力をそれぞれ、Ｐ９３、Ｐ９４、Ｐ９５とした時、以下の関係を満たすように構成する。
Ｐ９４＜Ｐ９３，Ｐ９５・・・（条件式３）
投影光学系を光の通過順にレチクル側から第１光路空間９２、第２光路空間９３とし、ウエハステージを囲む空間をウエハステージ空間としたときに、上記条件式３のような圧力の関係を満たしつつ露光を行うことにより、ウエハ表面（レジスト）から発生したコンタミネーションがミラー表面に付着するのを抑制し、ウエハステージの動作に伴うウエハ面と隔壁との間のコンダクタンスの変化による圧力変化に伴う露光光の強度変化を抑えることが可能となる。

また、本実施形態ではレチクルステージ空間のアウトガスの抑制方法として差動排気を説明したが、ウエハステージ空間と同様の対策をレチクルステージ空間９１と第１光路空間９２の間に施しても、光路空間全体の圧力が上昇するために露光光の透過率が減少するもののレチクルステージ空間に存在するアウトガスの光路空間９２への侵入を差動排気と同様に抑制することは可能である。

また、本実施形態では露光時にウエハ面上のレジストから発生するコンタミネーションの侵入を抑制することについて記載したが、露光時にかぎるものではない。露光時以外にもコンタミネーションは少なからず発生するためである。
［第２の実施形態］
図２は本発明に係る第２の実施形態のＥＵＶ露光装置の概略構成を示し、投影系第５ミラー６の近傍を拡大した図である。

本実施形態では隔壁６４とウエハ２１の間の空間にヘリウムを供給するように構成したものである。第１の実施形態と同様に露光時にガスを供給する。

ウエハ面上の露光領域近傍にガス供給ノズル４３を配置することで、供給したヘリウムの一部は第１の実施形態と同様に第２光路空間９３に流れ出し、また、一部は露光領域を中心として外側に向かってウエハステージ空間９５に流れ出し、排気装置３６で排気される。このように構成することで、隔壁６４とウエハ面で挟まれた空間（以下、センサ空間）の不活性ガス濃度を高めることができ、ウエハステージ空間で発生するコンタミネーションがセンサ空間に侵入するのを抑えることができ、ウエハステージ２３上に設けた露光量測定用センサ５１をコンタミネーションの汚染から保護することが可能である。なお、ガス供給ノズル４３はウエハと隔壁の間、またはウエハの近傍にあるセンサ等と隔壁の間に不活性ガスを供給することが好ましい。

第１の実施形態と同様に第２光路空間ではバルブＶ１を介してノズル４１よりヘリウムが供給され、その一部は排気装置３４で排気され、一部は絞り部材６２を介して第１光路空間に流れ出し、一部は隔壁６３の開口を通って排気空間９４の排気装置３５で排気される。この時、ウエハステージ空間９５から流れ出したコンタミネーションは第２光路空間９３から流れに押し流され、第２光路空間９３にほとんど侵入することなく排気空間９４の排気装置３５で回収される。

このようにして、第１の実施形態に対してウエハステージ空間で発生するコンタミネーションに対しても露光量測定用センサ５１を保護し、同様にウエハから露光時に発生するコンタミネーションの第２光路空間への侵入を抑制することが可能である。

また、図３に示すように露光量測定用センサ５１の周辺からヘリウムを供給するように構成すれば、常にセンサ近傍を高濃度の不活性ガスでコンタミネーションから保護することが可能である。また、図４に示すようにセンサ５１を取り囲むように壁６５を配置し、その内側からヘリウムを供給することで、更に抑制効果を高めることも可能である。

また、図１に対し、図５に示すように投影系第５ミラー６の隣に排気空間９６を設けてウエハステージ空間９５及び第２光路空間９３で供給したヘリウムを投影系第５ミラー６の横から排気しても良い。
［第３の実施形態］
図６は本発明に係る第３の実施形態のＥＵＶ露光装置の概略構成を示す図であり、図１の隔壁６４の代えて、図６では熱伝導率の低い樹脂・セラミックなどの材料で製作された接続部材６７を介して開口を有する隔壁６６を設けたものである。隔壁６６は不図示の冷却機構を接続した開口部材であり、ウエハ面に対向する位置に配置される。また、図６ではウエハ面上に冷却機構を有する隔壁を配置しているが、レチクル面上に同様の構成を設けても良い。

各接続部材は不図示の冷却機構として、冷却水の配管やペルチェ素子などが接続され、略一定の温度で冷却される。ウエハ面の露光光が照射される領域は露光熱でその温度が上昇し、前記隔壁６６よりも高い温度になる。そのため、露光中においては隔壁６６とウエハ面の間には温度差が生じる。また、通常、レチクル・ウエハは温度が略一定になるよう制御するため、隔壁６６により、ウエハ面の温度を制御することも可能である。また、個別にレチクル・ウエハを温度制御し、その設定温度に対し、低い温度に隔壁６６の温度を設定しても良い。

また、ウエハステージ空間９５、第２光路空間９３にはバルブＶ１、Ｖ２を介してＥＵＶ光に対して透過率の高いＨｅなどの不活性ガスを供給し、各空間の圧力数Pa以上に設定する。このような構成にすることで、熱泳動によりパーティクルを抑制することが可能である。また、このような設定にすることで、熱泳動によりウエハ面へのパーティクル付着を抑制することが可能である。

同様の構成をレチクル近傍で配置することで、レチクルに対しても同様に熱泳動により、パーティクル付着を抑制することが可能である。

また、図７に示すように、ヘリウムを供給するノズルと各容器を実質的に分離する開口を有する隔壁を別々の支持材を介して保持することで、ガスを供給する際の振動を抑制することが可能である。

また、本実施形態においては、ＥＵＶ光を用いて露光を行っているが、ＥＵＶ光に限らず、真空中もしくは高真空中で露光を行う露光装置であれば、本実施形態を適用可能である。また、波長0.5nm〜20nmの極端紫外光を用いて露光を行う露光装置にも好適である。

また、上記第１〜第３の実施形態においては、投影光学系の光学素子を囲むチャンバを２つの空間（第１光路空間と第２光路空間、もしくはレチクル側チャンバとウエハ側チャンバ）に分けたが、勿論チャンバ内を３つ以上の空間に分離しても構わない。

また、これまでの実施形態ではＥＵＶ光を用いて露光装置に適用した例を示したが、図８に示すように液浸露光装置に適用しても良い。ウエハと投影光学系の間に開口を有するカバーを設け、カバー下に液体の供給口を設け、ウエハ面上に液体を供給する。そして、供給した液体は開口を介して投影光学系近傍に設けた回収口で回収することで、液浸露光装置に対しても適用することができる。この場合、ステージを高速動作させることで液体がステージ周辺に飛び散るため、不図示のエアカーテンをカバー外周に設けることで、より安定した液体の供給回数を行うことが可能である。
［第４の実施形態］
次に、図１０及び図１１を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法について説明する。

図１０は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。本実施形態においては、半導体チップの製造を例に説明する。ステップＳ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップＳ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップＳ３（ウエハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウエハを製造する。ステップＳ４（ウエハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウエハを用いてリソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。ステップＳ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４によって作成されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップＳ６（検査）では、ステップＳ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップＳ７）される。

図１１は、ステップＳ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップＳ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップＳ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップＳ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップＳ１６（露光）では、露光装置２００によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。ステップＳ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップＳ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップＳ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、第１〜第４の実施形態を任意に組合わせても構わない。
［効果］
ＥＵＶなど真空中で露光を行う露光装置において、開口を有する隔壁６１〜６６により投影光学系を格納する第１光路空間９２及び第２光路空間９３、レチクルステージを格納する空間９１、ウエハステージを格納する空間９５に実質的に分離し、これら開口により、露光光及び気体分子の各空間への行き来が可能とし、投影光学系を格納する第２光路空間９３とウエハステージ空間９５の間に排気口を有する排気空間９４を設け、ウエハステージ空間９５内に不活性ガスを供給することで、ウエハステージ空間９５から排気空間９４に向けて不活性ガスの流れを形成することができる。この流れにより、露光時にウエハステージ空間内の露光領域から発生するコンタミネーションは上記開口を介して排気空間９４で回収されるため、ウエハステージ上に設けた露光量や強度分布を測定するためのセンサ表面へに付着を抑制することができる。

また、不活性ガスの供給場所として、ウエハステージ空間９５内であっても、ウエハと上記隔壁６４の間に不活性ガスを供給することで、ウエハステージ空間９５内で発生するコンタミネーションがウエハステージと隔壁の間の空間に侵入するのを抑え、コンタミ分圧をより低く維持することが可能となり、更にセンサの汚染を最小限に抑えることが可能である。

また、図３に示すように、ウエハステージ上に設けたセンサ周辺部から不活性ガスを供給することで、露光量や露光光の強度分布を測定するセンサ表面の汚染を更に抑えることが可能である。更に、図４に示すように、上記センサの周辺にセンサを取り囲むように壁６５を設け、当該壁の内側から不活性ガスを供給することでより一層、センサ表面の汚染を抑えることが可能である。

また、投影光学系を格納する第２光路空間９３内に不活性ガスを供給するガス供給系を設けたことで、ウエハステージ空間９５から投影光学系側の空間に流れ出すコンタミネーションの排気空間９４への流れを促し、第２光路空間９３への侵入を抑制することができ、投影光学系を格納する空間９３とウエハステージを格納する空間９５の間に設けた排気空間９４によりコンタミネーションを回収し排気することが可能である。

また、隔壁６４を空間９３，９５を画定する容器に対して相対移動可能に支持し、不活性ガスを供給するノズル４１，４２を当該容器に対して相対移動可能に支持したことで、隔壁からの振動やノズルからの振動が容器に伝わらないようにすることが可能である。

また、隔壁６６を冷却する手段を有することで、熱泳動により、パーティクルの付着を抑制することが可能である。

また、投影光学系を格納する第２光路空間９３の圧力及びウエハステージ空間９５の圧力は、露光光の透過率・不活性ガスによる抑制効果を考慮すると0.1〜10Paであることが好ましい。この場合、ウエハステージ空間９５の圧力を略一定に保つように当該空間に供給する不活性ガスの供給量を制御することが好ましい。また、第２光路空間９３の圧力を略一定に保つように当該空間に供給する不活性ガスの供給量を制御することが好ましい。

上記構成によれば、ステージ動作に伴うコンダクタンスの変化による圧力変動を抑えることができ、露光強度の変化を抑え、且つ、ウエハステージ上に設けた露光量を測定するセンサのコンタミネーションによる汚染を抑制することが可能となる。

本発明に係る第１の実施形態のＥＵＶ露光装置の概略構成図である。 本発明に係る第２の実施形態のＥＵＶ露光装置における、投影系第５ミラー近傍の拡大図である。 センサ近傍にガス供給系を設けた構成を示す図である。 センサ近傍に壁とガス供給系を設けた構成を示す図である。 ミラー横に排気空間を設けた構成を示す図である。 本発明に係る第３の実施形態のＥＵＶ露光装置の概略構成を示し、投影系第５ミラー近傍の拡大図である。 第３の実施形態の変形例を示す図である。 第３の実施形態の変形例として液浸露光装置に適用した例を示す図である。 従来のＥＵＶ装置の概略構成図である。 デバイス製造方法を説明するフローチャートである。 図１０のステップＳ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１ レチクル照明ミラー
２〜７ 投影系第１〜第６ミラー
８ ＥＵＶ光
１１〜１４ レチクル部品
２１〜２５ ウエハ部品
３１〜３７ 排気装置
４１〜４５ ノズル
５１ センサ
６１ 差動排気の隔壁
６２ 絞り部材
６３〜６５ 隔壁
９１〜９６ 空間
Ｓ１〜Ｓ６ 圧力センサ
Ｖ１〜Ｖ３ バルブ

Claims (20)

1. 照明光により照明された原版パターンを基板に投影する投影光学系と、前記基板と原版とを相対的に位置決めするステージとを備える露光装置であって、
   前記ステージを収容する空間とこれに隣接する前記投影光学系を収容する空間とを光が通過する開口を持つ隔壁で仕切り、
   前記ステージを収容する空間に流体を供給する手段を設け、
   前記流体の少なくとも一部を前記開口を介して前記投影光学系側の空間に流動させて回収することを特徴とする露光装置。
2. 前記投影光学系を収容する空間には、前記開口を介して前記流体を回収し排気する排気空間が設けられ、前記排気空間は少なくとも２つの隔壁によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記排気空間を、前記投影光学系を収容する空間及び前記ステージを収容する空間より低圧とすることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記原版を照明する照明光を照射する照明光学系を更に備え、
   前記ステージは、前記基板を移動可能に保持する基板ステージと、前記原版を移動可能に保持する原版ステージとを含み、
   前記基板ステージを収容する空間と前記投影光学系を収容する空間とを光が通過する第１の開口を持つ第１の隔壁で仕切り、
   前記投影光学系を収容する空間を光が通過する第２の開口を持つ第２の隔壁により第１空間と、前記基板ステージを収容する空間に隣接する第２空間に仕切り、
   前記原版ステージを収容する空間とこれに隣接する前記第１空間とを光が通過する第３の開口を持つ第３の隔壁で仕切り、
   前記第１空間を前記原版ステージを収容する空間より低圧とし、前記原版ステージ側の空間の流体の少なくとも一部を前記第３の開口を介して前記第１の空間側に流動させて回収することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
5. 前記第２空間には、前記第１の開口を介して前記流体を回収し排気する排気空間が設けられ、前記排気空間は少なくとも２つの隔壁によって形成されることを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
6. 前記第１空間を前記第２空間より低圧とし、
   前記排気空間を、前記第２空間及び前記基板ステージを収容する空間より低圧とすることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 前記流体は不活性ガスであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の露光装置。
8. 前記基板ステージを収容する空間内の圧力を測定する圧力測定手段を有し、当該圧力が一定になるように前記不活性ガスの供給量を制御することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
9. 前記不活性ガスは、前記基板及びその近傍にある部材と前記第１の隔壁との間に供給されることを特徴とする請求項７又は８に記載の露光装置。
10. 前記不活性ガスは、前記基板ステージ上に設けられたセンサの周辺部から供給されることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の露光装置。
11. 前記センサの周辺部には当該センサを取り囲むように壁部が立設され、当該壁部とセンサの間から前記不活性ガスが供給されることを特徴とする請求項１０に記載の露光装置。
12. 前記第２空間内に不活性ガスを供給する手段を更に備えることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の露光装置。
13. 前記第２空間内の圧力を測定する圧力測定手段を有し、当該圧力が一定になるように前記不活性ガスの供給量を制御することを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
14. 前記第１の隔壁を前記空間を画定するチャンバーに対して相対移動可能に支持したことを特徴とする請求項４乃至１３のいずれか１項に記載の露光装置。
15. 前記流体を供給する手段を前記空間を画定するチャンバーに対して相対移動可能に支持したことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の露光装置。
16. 前記隔壁を冷却する手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の露光装置。
17. 前記光の波長が０.５ｎｍから２０ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の露光装置。
18. 前記基板を移動可能に保持するステージを収容する空間の圧力が、０．１Ｐａから１０Ｐａであることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の露光装置。
19. 前記第２空間の圧力が、０．１Ｐａから１０Ｐａであることを特徴とする請求４乃至１８のいずれか１項に記載の露光装置。
20. 請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、前記露光された基板を現像する工程とを有することを特徴とするデバイス製造方法。

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