JP3413131B2 - 光学装置及びデバイス製造方法 - Google Patents
光学装置及びデバイス製造方法Info
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Description
イス製造方法に関し、特に、紫外域の波長の光を光源と
し、装置内を低屈折率のガスで満たされた光学装置にお
ける該装置内の光学素子の汚染を防止する露光装置、分
光器等に好適な光学装置及びデバイス製造方法に関する
ものである。
化が要求され、普通紫外から真空紫外、X線、EUVも
用いられている。一般に光は短波長になるにつれ、その
光学エネルギーが次第に大きくなる。例えば、エキシマ
レーザの光子エネルギーは、KrF(248nm)で1
14.1kcal/mol、ArF(193nm)で1
47.2kcal/mol、F2(157nm)で18
0.1kcal/molである。これに対して、分子の
結合解離エネルギーは、例えばC−C結合で84kca
l/molである。つまり、このような波長域の光学エ
ネルギーは、様々な物質の結合解離エネルギーに相当す
る。したがって、物質に照射されると、光吸収や光化学
反応が起こりやすい。このような性質から、この領域の
光は、物質の加工にも利用される。また、吸収、反射等
の光学特性が、各物質によって異なることから、物質の
構造解析にも利用することができる。こうして、この波
長域の光は、リソグラフィー、CVD、エッチング、更
に、計測機器等にも用いられている。
に220nm以下の波長域においては、酸素が光を吸収
する。これは、光の短波長化に伴なって、その光子エネ
ルギーは次第に大きくなり、酸素による光吸収が生じる
ためである。そこで、このような波長域の光を用いる光
学装置では、酸素の吸収を排除するために、光学系の経
路を真空、あるいは不活性ガスとしている。この光の吸
収は、酸素のみならず、様々な物質においても生じる。
また、光化学反応による物質の分解や生成も引き起こる
場合もある。したがって、レンズ、ミラー、マスク、レ
チクル等の光学素子へ付着した物質が光吸収をおこした
り、光学反応で生じた物質が光学素子に堆積し光学特性
を劣化させる場合もある。この問題に対しては、供給す
るガスを高純度のものとしたり、不純物として無機物の
硫酸イオンやアンモニアを対象として、これらを除去す
るためのフィルタを取り付ける等での対応がなされてき
た。
光学装置における光学素子表面の汚染は、その光学特性
の劣化を引き起こす。汚染物質の代表的なものとして、
硫酸アンモニウムがある。これは、硫酸イオンとアンモ
ニウムイオンから形成され、その発生源として、元々装
置雰囲気中の気体に含まれていたもの、あるいは部材の
表面から発生したものであると考えられる。また、窒素
ガス雰囲気内に水蒸気を含んでいる場合、紫外光を照射
することで、アンモニアが生成するという報告もなされ
ている。また、有機珪素化合物を原因とする酸化珪素の
光学素子への付着汚染も報告されている。このような光
学素子への表面付着による光学特性の劣化は、光源が短
波長になるにつれ、より大きな問題となる。それは、第
一に、可視域から普通紫外領域では光学素子上に付着し
ていても光学特性に影響を与えなかった物質が、より短
波長になった光では吸収をもち、光学特性に悪影響を及
ぼすからである。また、光源の光子エネルギーが増加す
ることで、光路上に存在する物質が関与した光化学反応
が活性化される。したがって、光源の波長をより短波長
で用いるためには、硫酸イオンやアンモニア、有機珪素
化合物のみならず、これまで問題とされていなかった多
くの有機物も、光学特性劣化の一因と考えて、対応する
必要がある。
装置内に不純物がゼロであるのが望ましい。しかしなが
ら、実際には、供給源のガス中の不純物のみならず、給
気ユニットや光学装置内の部材等からの脱ガスといった
ことも存在するのが実状である。実際に光学素子への付
着汚染の問題となるのは、光学装置内の各光学素子近傍
における付着汚染物質となりうる不純物個々の濃度であ
る。したがって、供給源のガスの純度のみではなく、給
気ライン、光学装置内等の使用部材から脱離する物質も
不純物となる点も考慮し、汚染のおこらない使用環境を
定める必要がある。こうした原因での不純物の発生は一
定でなく、部材の劣化や不良等が万一発生すると、装置
内の不純物濃度が高くなり、光学素子への汚染をおこ
す。このような装置内の不純物としては様々なものが存
在しうるが、その中でも光学素子表面に付着堆積し、光
学特性に劣化を及ぼす物質に対しては、その濃度を規定
し、装置内での濃度を監視、制御する必要がある。雰囲
気中の不純物濃度と光学素子表面に付着堆積する濃度
は、物質ごとに一定の割合で平衡状態にある。したがっ
て、光学素子表面への付着の抑制は、光学装置雰囲気内
の不純物濃度を減少させ、その濃度を監視・制御するこ
とが必要である。
し、光学装置内の不純物の濃度を規定し、その不純物濃
度を管理することで、少量で必要最低限の純度の不活性
ガスによって光学素子表面への不純物の付着による汚染
を減少させることが可能な光学装置及びデバイス製造方
法を提供することを目的とするものである。
成するため、つぎの(1)〜(8)のように構成した光
学装置及びデバイス製造方法を提供するものである。 (1)光学素子の周囲の空間を含む雰囲気内の不純物の
濃度を検出する検出器を備えた光学装置であって、 前記
検出器の検出結果に基づいて、前記装置内にオゾン発生
器からオゾンを供給することにより前記雰囲気内の洗浄
を行い、前記不純物の濃度を規定値以下に制御する構成
を有することを特徴とする光学装置。 (2)光学素子の周囲の空間を含む雰囲気内の不純物の
濃度を検出する検出器を備えた光学装置であって、 前記
検出器の検出結果に基づいて、前記装置内に酸素を注入
して光を照射することによりオゾンや活性酸素を生成し
て前記雰囲気内の洗浄を行い、前記不純物の濃度を規定
値以下に制御する構成を有することを特徴とする光学装
置。 (3)光学素子の周囲の空間を含む雰囲気内の不純物の
濃度を検出する検出器を備えた光学装置であって、 前記
検出器の検出結果に基づいて、前記装置内に光を照射す
ることによって光化学反応を起こして前記雰囲気内の洗
浄を行い、前記不純物の濃度を規定値以下に制御する構
成を有することを特徴とする光学装置。 (4)光学素子の周囲の空間を含む雰囲気内の不純物の
濃度を検出する検出器を備えた光学装置であって、 前記
検出器の検出結果に基づいて、前記装置内に光触媒を用
いることによって光化学反応を起こして前記雰囲気内の
洗浄を行い、前記不純物の濃度を規定値以下に制御する
構成を有することを特徴とする光学装置。 (5)前記検出器は、非分散赤外吸収法、水素炎イオン
化検出法による検出器であって、該検出噐によって、カ
ルボン酸類、アルデヒド類、エステル類、フェノール
類、フタレート類、フタル酸類、アミド類の濃度を検知
することを特徴とする上記(1)乃至(4)のいずれか
に記載の光学装置。 (6)前記光学装置は、光源からの200nm以下の波
長の光でマスクやレチク ルのパターンを照明する照明光
学系と、前記パターンを前記ウエハ上に投影する投影光
学系とを有することを特徴とする上記(1)乃至(5)
のいずれかに記載の光学装置。 (7)前記洗浄が、前記光源の稼動を停止した状態で行
われるように構成したことを特徴とする上記(6)に記
載の光学装置。 (8)上記(1)乃至(7)のいずれかに記載の光学装
置によりウエハを露光する段階と、該露光したウエハを
現像する段階とを有することを特徴とするデバイス製造
方法。
て、環境中に存在する光学素子汚染の原因となる物質を
極力減少させることが可能となり、汚染による光学特性
の劣化を抑制することができる。装置のガス排出口でガ
ス中の不純物濃度を測定することにより装置内の使用部
材からの脱離物質の影響も考慮し、装置内のガス中不純
物の濃度を監視する。装置内を流通させるガス導入口で
不純物濃度を測定し、ガス俳出口とガス導入口の不純物
濃度を比較することで、装置内から発生する不純物の濃
度を知ることができる。装置内の局地的な温度、ガスの
流速等が、部材からの不純物の脱離に影響を与えるの
で、装置内の局所的な不純物濃度を監視することも必要
である。例えば、高温度の環境では、部材等から物質が
脱離しやすく、不純物濃度が高くなる。また、ガスの流
れがよどみやすい箇所においても、不純物濃度が高くな
る傾向がある。したがつて、特に装置内のこういった箇
所では、不純物濃度を監視することが必要である。非分
散赤外吸収法、水素炎イオン化検出法等を用いたセンサ
を取りつけることによって、ガス中の不純物濃度を連続
的に監視しながら、装置を稼動させることができる。ま
た、装置内各所でのガス中の不純物濃度が、大きく変動
しないことがわかっている場合には、GC/MS等によ
って定期的に濃度の測定をおこなうことで、安定した装
置の稼動が可能である。監視している不純物濃度が所定
値よりも高くなった場合には、それに対応するために、
センサからコントローラーを通じて種々の制御をおこな
う。制御方法としては、装置を停止して、ガス流量を調
整したり、あるいは光化学反応やオゾンを用いた洗浄を
おこなうことで、不純物濃度を低減させる。
て、石英を保管し、その透過率の変化について測定した
例について、説明する。保管環境中の有機物の濃度につ
いては、GC/MS加熱脱着法で測定した。図1にGC
/MS加熱脱着法で測定した雰囲気中の有機物濃度(ト
ルエン換算)と193nmにおける透過率劣化の関係を
示す。有機物が高濃度の場合、石英表面に付着汚染が起
こり、透過率が劣化する。しかし、有機物濃度を減少さ
せた環境での保管では、透過率劣化が抑制されている。
また、個々の物質により、それぞれの蒸気圧と極性に依
存して、表面への吸着しやすさが異なる。環境雰囲気中
に石英を保管し、保管環境中の有機物と石英に表面に吸
着した有機物をGC/MS加熱脱着法で測定したとこ
ろ、検出された有機物に異なる傾向があった。環境雰囲
気中には炭化水素類が多く存在するが、その一方で、石
英表面には炭化水素類よりもカルボン酸類やフタレート
類の方が多く付着していた。
類、エステル類、フェノール類、フタレート類、フタル
酸類、アミン類、アミド類等は、カルボキシル基、アル
デヒド基、エステル基、フェニル基、アミノ基等の極性
の高い官能基をもち、光学素子表面への付着がし易い。
環境雰囲気中のこれらの物質を低濃度にしたところ、光
学特性の劣化が抑制された。そこで、装置内の光学素子
の光学特性劣化を防止するためには、装置内の有機物濃
度を以下のようにすることが必要であることが判明し
た。すなわち、有機物総量は、1μg/m3以下、カル
ボン酸類、アルデヒド類、エステル類、フェノール類、
フタレート類、フタル酸類、アミン類、アミド類は、
0.01μg/m3以下とすることが必要である。これ
により、光学素子への付着汚染による光学特性の劣化を
抑制することが可能となる。
露光装置について、光学素子を含んだすべてのガスパー
ジ空間について、不純物の濃度を監視する。図2に概略
を示した。パージには、クリーンドライエア、N 2ガス
あるいはHeガスを用いる。ガスの給気ユニット及び露
光装置内に使用する部材については、脱ガスが極力少な
いものを用い、また必要に応じてフィルタ類を取り付け
た。有機物濃度は、センサ7を取りつけて監視する。セ
ンサ7は、非分散赤外吸収法、水素炎イオン化検出法等
によるもので、連続測定をおこなうことが可能である。
ガス流入口3及びガス排出口5にセンサ7を取りつけ、
その濃度差により装置内で発生する不純物濃度を検知す
ることができる。
つけ、装置内を流通するガスの流れを考慮して、それら
の不純物濃度を比較することで、不純物濃度が高くなっ
た場合には、その原因の箇所を特定することが可能とな
る。不純物濃度の測定としては、定期的にGC/MS測
定をおこなう方法もある。図3に不純物濃度の制御方法
を含めた概略図を示す。センサ13で測定された不純物
濃度は、コントローラー14へ出力され、規定値をこえ
た場合は、コントロラー11から制御信号が各部に送ら
れる。光源8の稼動を停止させることで、レンズ、ミラ
ー、レチクル、マスク等の光学素子表面に、ガス中の不
純物を原因物質とした光化学反応による生成物質が堆積
することを防止する。センサ(ガス導入側)13aの濃
度が高くなった場合には、給気するガスあるいは給気ユ
ニットに問題があり、その交換をおこなう。
ンサ(ガス排出側)13bの不純物濃度が高い場合に
は、装置の光学系部12に不純物濃度増加原因がある
が、一時的に不純物が発生したのであれば、ガスを通じ
続けることで不純物も排出されていく。そこで、センサ
13bで出力された不純物濃度が規定値以下となったこ
とがコントローラー14で確認された後、光源11の稼
動を再開する。このような効果は、ガス流量調整器15
によって、装置内を流通させるガス流量を増加させるこ
とで、効果的に不純物濃度を低下させ、早急に装置の稼
動を再会させることが可能となる。
ゾン発生器16からオゾンを供給して洗浄をおこなう。
酸素を装置内に注入し、光を照射することで、オゾンや
活性酸素を生成し、洗浄をおこなってもよい。また、洗
浄方法とレて、光を装置内全体に照射したり、光触媒を
用いたりすることで、光化学反応を用いてもよい。この
ような洗浄は、装置内の光学系部の各所ごとにセンサを
取りつければ、規定値以上の濃度となった場所にのみで
コントローラー14を通じて洗浄処理を行なえばよい。
このようなガス流量の調整や洗浄を所定時間行なうこと
で不純物濃度は低下し、センサ13で出力された不純物
濃度が規定値以下であることがコントローラー14で確
認した後、光源11の稼動を再開する。
た。装置内各部ごとにガスを流通させ、センサ28を取
りつけ、不純物濃度を監視する。センサ28からガス中
不純物濃度が出力される。規定濃度をこえた際には、コ
ントローラー29から光源の停止、ガス流量の調節、オ
ゾン等による洗浄等の制御がなされる。このようにし
て、装置内の光学素子及び測定試料の汚染が防止され
る。 [実施例1]N2ガスを給気した従来の環境(有機物総
量数十μg/m3)に、φ30mm、厚さ3.0mmの
石英平行平板を保管したところ、一ヶ月間の保管で、例
えば193nmにおける透過率は、約0.3%減少し
た。また、保管後の石英表面の付着物を、GC/MS加
熱脱着法で解析したところ、DBP等のフタレート類、
BHT等のフェノール類、パルミチン酸等のカルボン酸
類をはじめ、アミン類やエーテル類が検出された。そこ
で、N2ガスラインを含めた環境中から、DBP、DO
Pといったフタレート類が可塑材として用いているプラ
スチックやBHTを酸化防止剤として用いるプラスチッ
ク等を取り除き、カルボン酸類、アルデヒド類、エステ
ル類、フェノール類、フタレート類、フタル酸類、アミ
ン類、アミド類の濃度を0.01μg/m3以下、有機
物総量を1μg/m3以下とした。この保管環境で一ヶ
月間保管した石英に、透過率変化はみられなかった。ま
た、GC/MS加熱脱離法での解析において、表面付着
物は検出されなかった。このように、石英上への有機物
付着汚染が、抑制された。
も検討したところ、従来の保管では、一ヶ月間に193
nmでの透過率は約0.3%減少した。表面付着物とし
ては、フタレート類、カルボン酸類の他に、アルデヒド
類も検出された。これに対して、保管環境中の有機物を
本発明に示した条件に制御することで、透過率劣化はみ
られなくなる。また、表面付着物も検出されず、螢石に
ついても十分な効果が得られた。
試料についても、同様に検討したところ、従来の方法で
は、透過率劣化が観察され、表面付着物が検出された。
本発明条件においては、透過率が一定のままで、付着物
も検出されなかった。有機物量が規定値以下であれば、
装置内に通気するN2ガスを循環して用いても、光学素
子の光学特性を維持するのに、十分な効果があった。
置内のガス中の不純物の濃度を所定値以下に制御する構
成によって、光学装置内の不純物の濃度、とりわけ有機
物濃度を規定し、その濃度管理をすることで、該光学装
置内光学素子への付着汚染を防止し、汚染による光学特
性の劣化を抑制することができる。また、本発明によれ
ば、不純物濃度が規定値以下の間は、使用するガスを循
環させることで、大量のガスを消費することのない光学
素子の汚染防止方法を実現することができる。また、本
発明は、光学系による光量の低下、むら等に厳しい仕様
が課せられる露光装置、分光器に適用すれば、特段の効
果を発揮することができる。
の石英の193nmにおける透過率劣化の関係を示した
図である。
む概略図である。
概略図である。
Claims (8)
- 【請求項1】光学素子の周囲の空間を含む雰囲気内の不
純物の濃度を検出する検出器を備えた光学装置であっ
て、 前記検出器の検出結果に基づいて、前記装置内にオゾン
発生器からオゾンを供給することにより前記雰囲気内の
洗浄を行い、前記不純物の濃度を規定値以下に制御する
構成 を有することを特徴とする光学装置。 - 【請求項2】光学素子の周囲の空間を含む雰囲気内の不
純物の濃度を検出する検出器を備えた光学装置であっ
て、 前記検出器の検出結果に基づいて、前記装置内に酸素を
注入して光を照射することによりオゾンや活性酸素を生
成して前記雰囲気内の洗浄を行い、前記不純物の濃度を
規定値以下に制御する構成を有することを特徴とする光
学装置。 - 【請求項3】光学素子の周囲の空間を含む雰囲気内の不
純物の濃度を検出する検出器を備えた光学装置であっ
て、 前記検出器の検出結果に基づいて、前記装置内に光を照
射することによって光化学反応を起こして前記雰囲気内
の洗浄を行い、前記不純物の濃度を規定値以下に制御す
る構成を有することを特徴とする光学装置。 - 【請求項4】光学素子の周囲の空間を含む雰囲気内の不
純物の濃度を検出する検出器を備えた光学装置であっ
て、 前記検出器の検出結果に基づいて、前記装置内に光触媒
を用いることによって光化学反応を起こして前記雰囲気
内の洗浄を行い、前記不純物の濃度を規定値以下に制御
する構成を有することを特徴とする光学装置。 - 【請求項5】前記検出器は、非分散赤外吸収法、水素炎
イオン化検出法による検出器であって、該検出噐によっ
て、カルボン酸類、アルデヒド類、エステル類、フェノ
ール類、フタレート類、フタル酸類、アミド類の濃度を
検知することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1
項に記載の光学装置。 - 【請求項6】前記光学装置は、光源からの200nm以
下の波長の光でマスクやレチクルのパターンを照明する
照明光学系と、前記パターンを前記ウエハ上に投影する
投影光学系とを有することを特徴とする請求項1乃至5
のいずれか1 項に記載の光学装置。 - 【請求項7】前記洗浄が、前記光源の稼動を停止した状
態で行われるように構成したことを特徴とする請求項6
に記載の光学装置。 - 【請求項8】請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光
学装置によりウエハを露光する段階と、該露光したウエ
ハを現像する段階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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