JP4066083B2

JP4066083B2 - Optical element light cleaning method and projection exposure apparatus

Info

Publication number: JP4066083B2
Application number: JP02730198A
Authority: JP
Inventors: 由佳子松本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-02-09
Filing date: 1998-02-09
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2018-02-09
Also published as: JPH11233402A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ＬＳＩ等の半導体素子、ＣＣＤ等の撮像素子、液晶表示素子、あるいは薄膜磁気ヘッド等の半導体素子を製造するための光リソグラフィー工程でマスクもしくはレチクル（以下、レチクルとする）等の原版のパターンをウエハ等の感光性基板に露光するための光学素子光洗浄方法および投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の高集積化に伴い、その半導体素子を製造するために重要な光リソグラフィー工程にて使用される投影露光装置も急速な進歩を遂げてきている。投影露光装置に搭載されている投影光学系の解像力は、Ｒａｙｌｅｉｇｈの式で良く知られているように、Ｒ＝ｋ×λ／ＮＡの関係で表される。ここで、Ｒは投影光学系の解像力、λは露光用の光の波長、ＮＡは投影光学系の開口数、ｋはレジストの解像力の他にプロセスによって決定される定数である。
【０００３】
半導体素子の高集積化に対応して投影光学系での必要な解像力を実現するために、上式から分かるように、露光用の光源の短波長化や投影光学系の開口数を大きくする、いわゆる、高ＮＡ化への努力が続けられている。近年では、２４８ｎｍの出力波長を持つ弗化クリプトンエキシマレーザ（ＫｒＦエキシマレーザ）を露光用光源として、投影光学系の開口数も０．６以上の露光装置が実用され、０．２５μｍにも達する微細なパターンの露光が可能となってきている。
【０００４】
特に、最近では、弗化クリプトンエキシマレーザに続く光源として、１９３ｎｍの出力波長を持つ弗化アルゴンエキシマレーザ（ＡｒＦエキシマレーザ）が注目されてきている。この弗化アルゴンエキシマレーザを露光用光源とする露光装置が実現できれば、０．１８μｍ〜０．１３μｍまで及ぶ微細加工が可能となることが期待されており、精力的な研究開発が盛んに行われている。
【０００５】
この弗化アルゴンエキシマレーザの出力波長（１９３ｎｍ）の波長域では、透過率、加工性などの観点からレンズとして使用可能な材料は、現段階では合成石英ガラス、弗化カルシウム（蛍石）の２つに限定されているので、この種の露光装置用の光学材料として、十分な透過率と、内部均一性を有する材料の開発が引き続き精力的に行われている。合成石英ガラスでは内部透過率が０．９９５／ｃｍ以上、弗化カルシウムでは内部吸収が無視できるレベルにまで到達している。
【０００６】
光学材料の表面にコートされる反射防止膜用の材料も弗化クリプトンエキシマレーザの出力波長（２４８ｎｍ）の波長域のものと比べて選択範囲が非常に狭く、設計上の自由度に大きな制約を受ける。しかしながら、精力的な開発努力によりその問題も克服されつつあり、各レンズ面での損失が０．００５以下というレベルまで実現されてきている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このようなＫｒＦエキシマレーザ光の波長よりも短い波長域においては、投影露光装置中の光学系（照明光学系、投影光学系）を構成する光学素子の表面に水分や有機物が付着して光学系の透過率が低下するという問題がある。これは、複数の光学素子に挟まれた空間内の気体、または光学系を支える鏡筒の内壁や接着剤等から発生する水分やハイドロカーボン、有機物が光学系の表面に付着することに起因する。
【０００８】
図５は光学系の透過率の時間変化特性を示すもので、レーザ光源からパルスレーザ光を連続して出射させながら、レーザ光源とレチクルとの間の露光光の照度とウエハ上の露光光の照度を所定期間間隔で計測し、その両照度の比である光学系透過率を計測時刻ごとに算出して表したものである。図５から分かるように、レーザ光の照射開始直後から徐々に透過率が上昇してある程度時間が経過するとほぼ飽和状態となる。このような透過率変動は、硝材の内部特性の変動や光学系表面に付着した水分や有機物がレーザの照射により光学系表面から取除かれるために起きる。
【０００９】
このため、投影露光装置における露光動作中、即ち照明光学系からの露光光でレチクルを照明するとともに、投影光学系によってそのレチクル上のデバイスパターンの少なくとも一部の像を感光性基板上に投影し、ステップアンドリピート方式、又はステップアンドスキャン方式でそのパターン像を順次感光性基板上に転写していくと、照明光学系や投影光学系の透過率が徐々に上昇する。ただし、この透過率の上昇は一時的な洗浄効果であり、露光光の照射により光学素子の表面が活性化された光学系は、その照射を停止すると、却って周囲の水分や有機物を付着し易くする。そこで、露光光の照射（露光動作）を長時間ないし長期に停止する場合は必要に応じて、露光開始前に露光用レーザ光を所定時間照射して光洗浄を行なうことにより透過率をほぼ飽和状態にし、しかる後に露光動作を開始することが考えられるが、所定の透過率まで洗浄するのに時間がかかる。また、露光光と同じ方向から洗浄光を入射すると、洗浄光の入射面に比べて出射面の光洗浄が不十分である。
【００１０】
本発明の目的は、光学素子の感光基板側の面を十分に光洗浄するようにした光学素子光洗浄方法および投影露光装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
実施の形態を示す図１〜図４に対応づけて説明する。
（１）請求項１の発明は、所定のパターンが形成された原版Ｒを露光光で照明し、照明されたパターンの像を感光性基板Ｗに投影する光学素子を備えた投影露光装置の光学素子光洗浄方法に適用される。そして、上述した目的は、露光光の進行方向と反対の方向から洗浄光を入射して光学素子を光洗浄することにより達成される。
（２）請求項２の発明は、請求項１の光洗浄方法において、露光用光源１からの露光光を分岐して洗浄光として使用するものである。
（３）請求項３の発明は、請求項１の光洗浄方法において、洗浄光を露光用光源１とは別に設けられた洗浄用光源５１で生成するようにしたものである。
（４）請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の光洗浄方法において、光学素子の汚染状態を検出し、その汚染状態に応じて洗浄光で光学素子の表面を走査するようにしたものである。
（５）請求項５の発明は、所定のパターンが形成された原版Ｒを露光光で照明し、照明されたパターンの像を感光性基板Ｗに投影する光学素子を備えた投影露光装置に適用される。そして、露光光の進行方向と反対の方向から洗浄光を光学素子に射出する光洗浄光学系２１を備えることにより、上述の目的は達成される。
（６）請求項６の発明は、請求項５の露光装置において、露光用光源１から射出されている照明光を光洗浄光学系２１へ洗浄光として導くための分岐光学素子５を有するものである。
（７）請求項７の発明は、請求項５の露光装置において、洗浄光を生成するための露光用光源１とは別の光洗浄用光源５１を備え、その光洗浄用光源５１からの光を光洗浄用光学系２１に導くようにしたものである。
（８）請求項８の発明は、請求項５〜７のいずれかに記載の投影露光装置において、光学素子の汚染状態を検出する汚染状態検出手段を備え、検出された汚染状態に応じて洗浄光学系２１を制御して洗浄光で光学素子の表面を走査するものである。
（９）請求項９の発明による光洗浄方法は、所定のパターンが形成された原版Ｒを露光光で照明し、照明されたパターンの像を感光性基板Ｗに投影する投影光学系ＰＬと、投影光学系ＰＬを通過した露光光の照度を検出するセンサ２４を備えるステージＷＳとを備えた露光装置に用いられる光洗浄方法において、ステージＷＳから射出された洗浄光を投影光学系ＰＬ側に向けて照射することを特徴とする。
（１０）請求項１０の発明は、請求項９の光洗浄方法において、洗浄光は露光用光源１とは別に設けられた洗浄用光源５１で生成するようにしたことを特徴とする。
（１１）請求項１１の発明は、請求項９または１０に記載の光洗浄方法において、洗浄光は、ステージＷＳに設けられた開口パターン２２ａを介して射出されることを特徴とする。
（１２）請求項１２の発明は、請求項１１に記載の光洗浄方法において、投影光学系ＰＬに洗浄光を照射する時、ステージＷＳの開口パターン２２ａを投影光学系ＰＬの照射領域内に配置することを特徴とする。
（１３）請求項１３の発明による投影露光装置は、所定のパターンが形成された原版Ｒを露光光で照明し、照明されたパターンの像を感光性基板Ｗに投影する投影光学系ＰＬと、投影光学系ＰＬを通過した露光光の照度を検出するセンサ２４を備えるステージＷＳとを備えた投影露光装置において、ステージＷＳに設けられ、投影光学系ＰＬ側に洗浄光を射出する光洗浄光学系２１を備えることを特徴とする。
（１４）請求項１４の発明は、請求項１３の露光装置において、洗浄光を生成するための露光用光源１とは別の光洗浄用光源５１を備え、その光洗浄用光源５１からの光を光洗浄用光学系に導くようにしたことを特徴とする。
（１５）請求項１５の発明は、請求項１３または１４の露光装置において、ステージＷＳは、光洗浄用光学系を介した洗浄光を射出する開口パターン２２ａを有することを特徴とする。
【００１２】
以上の課題を解決するための手段の欄では実施の形態の図を参照して本発明を説明したが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による実施の形態について説明する。図１は本発明による投影露光装置の概略的構成を示している。図１に示すように、例えば１９３ｎｍの出力波長を持つパルス光を発振するＡｒＦエキシマレーザ光源１からほぼ平行光束としての出射されたレーザ光は、所定断面形状のレーザ光に整形するビーム整形光学系やビームエキスパンダなどからなるビームマッチングユニット２を通過して可変減光器３に入射する。可変減光器３は、露光量制御ユニット４からの指令に応じてパルスレーザ光の減光率を段階的にもしくは無段階に調節する。減光器３の射出光はビームスプリッタ５に入射し、その透過光は照明光学ユニット６に入射する。なお、照明光学系はチャンバ２８に収容され、レーザ光源１はチャンバ２８の外に設置されるから、チャンバ２８にはレーザ光源１からのレーザ光を通過させる透過窓（不図示）が設けられている。
【００１４】
また図１において、照明光学ユニット６には第１フライアイレンズ７が、照明光学ユニット８には第２フライアイレンズが設けられている。第１フライアイレンズ７の射出面近傍には２次光源としての面光源が形成される。第１フライアイレンズ７からの照明光は照明光学ユニット８に入射し、第２フライアイレンズ９の射出面近傍に３次光源としての面光源が形成される。
【００１５】
第２フライアイレンズ９によって形成される面光源の位置にはタレット板１０が配設されている。石英等の透明基板からなるタレット板１０には、σ値を変更する開口絞りや変形照明用開口絞りが設けられ、投影光学系ＰＬの解像力や焦点深度を向上させるためにいずれか一つが照明光路中の３次光源位置に挿入される。そのため、タレット板１０はモータ１０Ａで回転駆動され、レチクルＲのパターンの種類に応じて１つの開口絞りが選択されて照明光学系の光路中に挿入される。モータ１０Ａは主制御ユニット１１からの指令で制御される。
【００１６】
第２フライアイレンズ９による３次光源からの光束は、可変開口絞りを通過してビームスプリッタ１２で２つの光路に分岐され、反射光はインテグレータセンサ（光電検出器）１３に導かれて照明光の照度が検出される。検出された照度に応じた信号は露光量制御ユニット４に入力される。ビームスプリッタ１２はその透過率は高いが、反射率は低く設定されている。一方、透過光は第３照明光学ユニット１４により集光されて重畳的に照明視野絞りユニット（レチクルブラインド系）１５を照明する。この照明視野絞りユニット１５は第１照明光学ユニット６中の第１フライアイレンズ７の入射面および第２照明光学ユニット８中の第２フライアイレンズ９の入射面と共役な位置に配置されている。ここで、照明視野絞りユニット１５上での照明領域は、第２フライアイレンズ９の各レンズエレメントの断面形状とほぼ相似形状となる。照明視野絞りユニット１５の視野絞りの大きさは、主制御ユニット１１からの指令により図示しない駆動機構により露光対象のショット領域に対応した開口に設定され、ウエハＷ上で本来のショット領域以外の領域に照明光が照射されるのを防止する。
【００１７】
照明視野絞りユニット１５を通過した照明光は第４照明光学ユニット１６を通って反射ミラー１７で反射された後、複数のレンズ等の屈折性光学素子で構成されるコンデンサ光学系である第５照明光学ユニット１８で集光される。これにより、レチクルＲ上に形成された回路パターンがほぼ均一な照度分布で照明される。ここで、照明視野絞りユニット１５中のレチクルブラインドとレチクルＲのパターン面とは、第４および第５照明光学ユニット１６，１８に関してほぼ共役に配置されており、ブラインド開口によりレチクルＲ上の照明領域が規定される。
【００１８】
そして投影光学系ＰＬによってウエハＷ上にレチクルＲ上の回路パターンの像が形成され、ウエハＷ上に塗布されたレジストが感光して、ウエハＷ上に回路パターン像が転写される。
【００１９】
レチクルＲはレチクルホルダを介してレチクルステージＲＳに保持固定される。レチクルステージＲＳは、図１の紙面と直交する面内に沿って２次元的に移動するように図示しないベースに設けられている。レチクルステージＲＳにはミラーが設置され、レーザ干渉計からのレーザ光がミラーで反射されてレーザ干渉計に入射し、レーザ干渉計によりレチクルステージＲＳの位置が計測される。この干渉計とミラーの図示は省略した。この位置情報は主制御ユニット１１に入力され、この位置情報に基づいて主制御ユニット１１はレチクルステージ駆動用モータを駆動してレチクルＲの位置を制御している。また、レチクルステージＲＳにはレチクル照度センサ３１が設けられ、レチクルＲに照射される照明光の照度が計測されて主制御ユニット１１に入力される。
【００２０】
ウエハＷはウエハホルダを介してウエハステージＷＳに保持固定される。ウエハステージＷＳは、図１の紙面と直交する面内に沿って２次元的に移動するように設けられている。ウエハステージＷＳにはミラー（図示を省略）が設置され、レーザ干渉計１９からのレーザ光がミラーで反射されてレーザ干渉計１９に入射し、レーザ干渉計１９によりウエハステージＷＳの位置が計測される。この位置情報は主制御ユニット１１に入力され、この位置情報に基づいて主制御ユニット１１はウエハステージ駆動系２０を駆動してウエハＷの位置を制御している。ウエハステージＷＳ上にはウエハ照度センサ３２が設けられ、ウエハＷに照射される露光光の照度が検出される。このウエハ照度センサ３２の検出信号は主制御ユニット１１に入力される。レチクル照度センサ３１の出力値をウエハ照度センサ３２の出力値で除した値が投影光学系ＰＬの透過率となる。
【００２１】
次に、自動合焦系について図２も参照して説明する。自動合焦系は、ウエハステージＷＳ上に設けられ、所定の開口パターン２２ａが形成されたフュデューシャルマーク２２と、このフュデューシャルマーク２２の開口パターン２２ａに露光光路から分岐された洗浄光を導く逆発光系２１と、開口パターン２２ａを通過した洗浄光によりレチクルパターン面で形成されたパターン投影像の反射光を受光する光量検出器２４と、投影光学系ＰＬの下方に固定されてウエハＷ面の光軸方向の位置を検出する斜入射フォーカスセンサ２６，２７とを備える。光量検出器２４と斜入射フォーカスセンサ２７の検出信号は主制御系４に入力される。
【００２２】
逆発光系２１は、露光光路から分岐された洗浄光を通過遮断するシャッタ３３と、光ファイバケーブル２３と、ハーフミラ−２５と、その他の光学系とを備え、ビームスプリッタ５から分岐された露光光は光ファイバケーブル２３からハーフミラー２５を介してフュデューシャルマーク２２の開口パターン２２ａに導かれる。なお、ＡｒＦ光などの短波長光は光ファイバケーブルでの減衰が大きいので、光ファイバケーブル２３に代えてミラーを組合せた光学系を用い、さらに光路を窒素ガスで置換するのが好ましい。
【００２３】
このような自動合焦系は次のようにして、ウエハステージの傾斜角度を調節するとともに、１ショットごとにウエハ表面にレチクルパターンを合焦させるようにする。ウエハを露光する前にシャッタ３３を開いておく。これにより、露光用光源１からパルス光を射出させると、洗浄光がフュデューシャルーマーク２２に導かれ、開口パターン２２ａを通過する逆発光像は投影光学系ＰＬを通ってレチクルＲに達し、レチクルパターン面に投影像が結像される。この投影像がレチクルパターン面で反射する光束は投影光学系ＰＬを逆に進行してレチクルパターン面の投影光学系ＰＬに関して共役な面に結像する。開口パターン２２ａの面が投影光学系ＰＬに関してレチクルパターン面と共役な位置関係にあれば、レチクルパターン面での第１の投影像はピントがあった境界が明瞭なものとなる。またこの場合、第１の投影像の反射光による第２の投影像は、開口パターン２２ａの面上で結像してピントがあって境界が明瞭となる。第２の投影像は第１の投影像と同一形状、同一寸法、同一姿勢であるから、第２の投影像の光束の全てが開口パターン２２ａを通って光量検出器２４に達し、受光量は最大となる。一方、開口パターン２２ａの面がレチクルパターン面の共役位置からずれている場合には、開口パターン２２ａの面上での第２の投影像はピントがずれて境界がボケたものとなる。その結果、第２の投影像は開口パターン２２ａからはみ出し、光量検出器２４の受光量は低下する。
【００２４】
このような原理を用いて、ウエハステージＷＳの複数の位置におけるＺ軸方向の高さ位置の情報を検出する。すなわち、開口パターン２２ａをレチクルパターン面上の複数の位置に順番に位置決めし、各位置において光量検出器２４の出力が最大となるようにする。こうして得られた高さ情報に基づいてウエハステージＷＳの傾斜角度が図示しない傾斜角度調節機構によって調整される。傾斜が調整された後、開口パターン２２ａを投影光学系ＰＬの光軸に移動させ、再度、開口パターン２２ａの面が合焦位置となるようにウエハステージＷＳのＺ軸高さ方向を調節する。そして、この状態で開口パターン２２ａの面を斜入射フォーカスセンサ２６，２７で検出し、この検出値、すなわち、フュデューシャルマーク２２の面上でのビームスポット高さが原点として記憶される。その後ウエハステージＷＳの任意の位置に投影光学系ＰＬの視野を走査した際には、斜入射フォーカスセンサ２６，２７における反射ビームスポットの高さにより試料の露光面高さが計測され、露光面高さが原点高さとなるように主制御ユニット１１はウエハステージＷＳをＺ軸方向に調節しながら露光が行なわれる。
【００２５】
自動合焦系のフュデューシャルマーク２２から射出される逆発光はアライメント系としても使用される。図３はレチクルＲとウエハステージＷＳの位置決めのアライメント系を説明する図である。レチクルＲには黒パターンであるレチクルマークＲＭが形成されている。このレチクルマークＲＭは開口パターン２２ａの像をレチクルパターン面に投影した投影像と同一形状、同一寸法のパターンである。フュデューシャルマーク２２の開口パターン２２ａを透過した逆発光光は投影光学系ＰＬを通ってレチクルＲのパターン面に照射される。ウエハステージＷＳを移動させて開口パターン２２ａからの逆発光光の投影像を走査する。投影像がレチクルマークＲＭとちょうど重なり合うと、光量検出器３４の受光量は最小となり光量信号も最小となる。このような手法によりレチクルＲとウエハステージＷＳを位置合せできる。
【００２６】
また、光量検出器３４に代えてＣＣＤのような撮像素子で開口パターン２２ａの投影像とレチクルマークＲＭの位置関係を撮像し、この画像を画像処理してアライメントするようにしてもよい。
【００２７】
以上に構成される実施の形態の投影露光装置では、酸素による露光光の吸収を防ぐため、照明光学系を酸素の含有率を極めて小さく抑えた窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気中に配設する。そのため、照明光学系のチャンバ２８に不活性ガスを配管２９ａを介して供給する不活性ガス供給装置と、チャンバ２８から汚染された不活性ガスを配管２９ｂを介して排出する不活性ガス排出装置とが設けられる。また、投影光学系ＰＬを構成する複数の光学部材間に形成される複数の空間にも窒素ガスなどの不活性ガスを供給し、汚染された不活性ガスを複数の空間から排出する。そのため、ガス供給装置は配管３０ａを介して投影光学系ＰＬの内部へ乾燥した窒素などの不活性ガスを供給し、排出装置は投影光学系ＰＬの内部の気体を配管３０ｂを介して外部へ排出する。なお、不活性ガスとしては窒素に限ることなく、ヘリウム、アルゴン等の気体を用いることも可能である。
【００２８】
チャンバ２８や投影光学系ＰＬの鏡筒の気密性が高い場合には、いったん大気と窒素を完全に置換した後は、その置換を頻繁に行なう必要はない。しかしながら、光路内に介在する硝材、コート材、接着剤、塗料、金属、セラミックなどの各種の物質から発生する水分子やハイドロカーボンなどが光学素子の表面に付着して透過率変動が起こるので、常時窒素ガスをチャンバ内や投影光学系の鏡筒内に流しつつ、ケミカルフィルタや静電フィルタによってチャンバ内や投影光学系の鏡筒内の不純物を除去するのが好ましい。
【００２９】
次に本例における動作について説明する。まず、図１に示すように、乾燥した窒素等の不活性ガスをガス供給装置から配管２９ａ，３０ａを介してチャンバ２８と投影光学系ＰＬの鏡筒内部に供給し、完全に充填された後、排出装置によりチャンバ２８と投影光学系ＰＬの鏡筒内部の気体を配管２９ａ，３０ｂを介して外部へ排出する。
【００３０】
なお、上述したように、露光中もガス供給装置と排出装置を常時作動させ、チャンバ２８や投影光学系ＰＬの鏡筒内の光学素子間の雰囲気を常に乾燥清浄された状態に保持するのが好ましいが、露光動作に先立ってチャンバ２８や投影光学系ＰＬの鏡筒のレンズ室などの光学素子間に形成される空間の気体を清浄化した後は、供給装置と排出装置を停止させてもよい。
【００３１】
次いで、不図示のレチクルローディング機構により、転写対象となるパターンが描画されたレチクルＲをレチクルステージＲＳの上に搬送して載置する。このとき、そのレチクルＲが所定の位置に設置されるように、不図示のレチクルアライメント系によりそのレチクルＲの位置を計測し、その結果にしたがって、不図示のレチクル位置制御回路によってレチクルＲの位置を所定の位置に設定する。
【００３２】
レチクルＲのパターンが転写されるウエハＷの表面には感光材料であるレジストがあらかじめ塗布されており、その状態で不図示のウエハローディング機構によりウエハＷが搬送されてウエハステージＷＳ上に設置される。ウエハＷはウエハステージＷＳ上でアライメントされて保持固定される。
【００３３】
露光作業を開始する前に、ウエハステージＷＳ上に設けた照度センサ３２を投影光学系ＰＬの光軸上に移動して、インテグレータセンサ１３の計測値Ｌ１と照度センサ３２の計測値ＬＷをサンプリングする。一方、レジスト材の感度特性などに応じてウエハ上での目標照度ＴＬが設定される。インテグレータセンサ１３は第１および第２フライアイレンズ７，９で均一化された露光光の照度に応じた検出信号ＬＩを出力する。照度センサ３２はウエハステージＷＳ上の露光光の照度に応じた検出信号ＬＷを出力する。インテグレータセンサ１３の検出信号ＬＩと照度センサＷＳの検出信号ＬＷとの比（センサ３２の出力ＬＷ／センサ１３の出力ＬＩ）を算出し、この比ＬＷ／ＬＩに所定の係数Ｋ１を乗じてゲインαを演算する。そして露光作業中は、インテグレータセンサ１３の出力信号にゲインαが乗じられて推定実照度ＬＰＲが出力される。すなわち、推定実照度ＬＰＲは、露光開始時においてインテグレータセンサ１３の計測値が１００でウエハ上の照度が５０であるとした場合、５０／１００の比率に所定の係数Ｋ１を乗じて求めたゲインαと、露光中のインテグレータセンサ１３の出力信号とを乗じてウエハ上の照度を推定したものである。そして、推定実照度ＬＰＲが照度目標値ＴＬになるように、主制御ユニット１１からの指令にしたがって露光量制御ユニット４が光源１への印加電圧（充電電圧）を変更することで、レーザ光源１の出力が調節される。また、露光量制御ユニット４が減光器３の透過率（減光率）を調整してもよいし、あるいは光源１と減光器３の両方を制御してもよい。これにより、光源の劣化に伴う照度の低減が防止される。
【００３４】
ウエハステージＷＳ上に設置されたウエハＷは第１回目のパターンの転写では、そのウエハＷ上にパターンは存在せず、ウエハステージＷＳ上の所定の位置に、例えばウエハＷの外径基準で定められる位置に設置される。その後、ウエハＷ上にパターンが転写される。この転写は、レチクルＲ上のパターンの一部を可変視野絞り（レチクルブラインド）１５によって選択的に照明し、レチクルステージＲＳによってレチクルＲをその可変視野絞り１５によって規定される照明領域に対して相対移動し、それに同期しながらウエハＷをウエハステージＷＳによって投影光学系ＰＬに関してその照明領域と共役な投影領域に対して相対移動する、いわゆる走査型の転写（ステップアンドスキャン方式）である。あるいは、転写したいレチクルＲ上のパターン領域の全面を１度に全て照明して転写するステップアンドリピート方式でもよい。
【００３５】
ウエハＷに対する第２回目以降のパターンの転写の場合には、少なくともウエハＷ上にはパターンが存在するから、そのあらかじめ転写されたパターンに付設されるマークを不図示のウエハアライメント系により計測することによりウエハＷ上のそのパターンの位置を計測し、その結果にしたがって、ウエハＷ上に先に転写されたパターンに対して、これから転写するパターンが所定の位置関係になるように、レチクルステージＲＳやウエハステージＷＳの位置を制御する。
【００３６】
このようなパターン露光中、露光光により投影光学系ＰＬは光洗浄されるが、露光開始前は汚染物質が光学系の表面に付着していて透過率が低い値にあり、また、露光光の照射を停止すると雰囲気中に浮遊している汚染物質が光学系の表面に再付着して透過率が低下する。そのため、露光開始前にいわゆるパルスの空打ちにより光洗浄を行ない、光学系表面から汚染物質を除去して透過率を所定値以上に高めてから露光を開始する。また、この実施の形態では露光開始前に自動合焦系によりウエハステージＷＳの傾斜角度を調整するが、このとき、逆発光系２１から照射されるパルス光により投影光学系ＰＬは光洗浄される。この場合、パルス光は露光光とは逆方向にウエハステージＷＳ側から進行するので、露光光により光洗浄される面とは逆の面にパルス光が照射される。したがって、レチクル側からの露光光では除去しきれない投影光学系ＰＬのウエハ側の面に付着する汚染物質を除去することができる。
【００３７】
ここで、露光前のパルス空打ちと並行して逆発光系２１からも洗浄光を照射しながらウエハステージＷＳを走査すれば、投影光学系ＰＬのウエハステージ側の面に照射される逆発光系２１からの光でも光洗浄されるので、光洗浄時間が短縮できる。また、逆発光系２１からの洗浄光を使用するので開口絞りの大きさや形状に影響を受けることなく、所定の光洗浄を行なうことができる。
【００３８】
露光中や露光停止中に投影光学系ＰＬの透過率を演算し、その透過率が所定値以下に低下したときに光洗浄を行なうようにしてもよい。演算結果の透過率が所定値以下の場合には、シャッタ３３を開き、ウエハステージＷＳを移動してフュデューシャルマーク２２を投影光学系ＰＬの照射領域内で走査しながら、レーザ光源１からレーザ光を照射する。したがって、投影光学系ＰＬが露光光と逆発光系からの光の双方で光洗浄され、露光光だけで光洗浄する場合に比べて光洗浄効率がよい。
【００３９】
投影光学系ＰＬの汚染ムラを測定し、汚染が進んでいる領域を逆発光で狙い打ちして光洗浄することができる。すなわち、ウエハステージＷＳ上の照度センサ３２を投影光学系ＰＬの照明領域内で走査することにより、主制御ユニット１１において、投影光学系ＰＬの汚染状態を検出する。そして、汚染状態が悪い領域に逆発光系２１からの照射光が照射されるようにウエハステージＷＳを移動させることにより、特定の箇所のみ光洗浄を行なって汚染ムラを解消できる。
【００４０】
逆発光系２１からの光で投影光学系ＰＬを洗浄する場合、レチクルステージＲＳ上にミラーを設置し、逆発光系２１から照射される光をそのミラーで全反射させることにより光洗浄効率を高めることができる。
【００４１】
以上では、露光用レーザ光源１の射出光を洗浄用光学系に分岐して洗浄光を生成したが、露光光量が不足する場合には、洗浄用光源を用いるのが好ましい。図４はその場合の投影露光装置の一実施の形態を示す。図４に示すように、洗浄用光源５１からの出射光はシャッタ３３を介して光ファイバーケーブル２３に入射される。洗浄用光源５１は露光用レーザ光源１と同一のものでもよいが、光洗浄効果が期待できればその他の光源でもよく、たとえば、低圧水銀灯を使用できる。
【００４２】
さらに以上では自動合焦系やアライメント系に使用する逆発光光を用いるようにしたが、この逆発光系とは別にウエハステージＷＳ側から洗浄光を照射する光洗浄専用の光学系を用いてもよい。この場合、照明領域を大きくすることができ、開口パターン２２ａの走査時間よりも短い時間で洗浄できる。また、図１あるいは図２に示した逆発光系のＮＡは小さく、洗浄領域も極めて限られ、洗浄できない領域が残ってしまう。そこで、ＮＡを大きくしたり、凹レンズなどにより光束を広げるレンズを用いてもよい。あるいは、微細な回折格子を介して洗浄光を投影光学系ＰＬに入射させて、洗浄領域を広げてもよい。
【００４３】
以上の実施の形態と請求項との対応において、レチクルＲが原版を、逆発光系２１が洗浄用光学系を、主制御ユニット１１が汚染状態検出手段をそれぞれ構成する。
以上のように本実施の形態によれば、
（１）露光光の進行方向と反対の方向から入射する洗浄光で光学素子を光洗浄するようにしたので、露光光では洗浄し切れない感光基板側の汚れを洗浄することができる。
（２）洗浄光を露光光を分岐して生成すれば、専用の光源が不要となる、低コスト化を図ることができる。
（３）洗浄光を露光用光源とは別に設けた洗浄用光源で生成することにより、露光光の光量を落とすことなく大きな光量で洗浄することができる。
（４）露光光の進行方向と反対の方向から入射する洗浄光で光学素子を光洗浄するのと並行して、露光光の進行方向から入射する露光光で光学素子を光洗浄することにより、短時間で所定の透過率まで洗浄することができ、スループットが向上する。
（５）光学素子の汚染状態を検出し、その汚染状態に応じて洗浄光を走査すれば、局部的な汚染状態を除去することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、露光光の進行方向と反対の方向から入射する洗浄光で光学素子を光洗浄するようにしたので、露光光では洗浄し切れない感光基板側の汚れを洗浄することができる。
また、ステージから射出された洗浄光を投影光学系側に向けて照射しているので、露光光では洗浄し切れない感光基板側の汚れを洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による投影露光装置の一実施の形態の概略的構成を示す図
【図２】図１の自動合焦系の詳細図
【図３】図２の自動合焦系の逆発光光を用いるアライメント系を説明する図
【図４】洗浄用に専用の光源を用いた実施の形態を示す図
【図５】透過率変動を説明する図
【符号の説明】
１ＡｒＦエキシマレーザ光源
４露光量制御ユニット
１１主制御ユニット
１３インテグレータセンサ
２１逆発光系
２４光量検出器
３１レチクル照度センサ
３２ウエハ照度センサ
３３シャッタ
５１洗浄用光源
Ｒレチクル
ＲＳレチクルステージ
ＰＬ投影光学系
Ｗウエハ
ＷＳウエハステージ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes, for example, a mask or a reticle (hereinafter referred to as a reticle) in a photolithography process for manufacturing a semiconductor element such as an LSI, an image pickup element such as a CCD, a liquid crystal display element, or a thin film magnetic head. The present invention relates to an optical element light cleaning method and a projection exposure apparatus for exposing a pattern of the original plate onto a photosensitive substrate such as a wafer.
[0002]
[Prior art]
Along with the high integration of semiconductor elements, projection exposure apparatuses used in photolithography processes important for manufacturing the semiconductor elements have also made rapid progress. The resolving power of the projection optical system mounted on the projection exposure apparatus is represented by the relationship of R = k × λ / NA, as is well known from the Rayleigh equation. Here, R is the resolution of the projection optical system, λ is the wavelength of light for exposure, NA is the numerical aperture of the projection optical system, and k is a constant determined by the process in addition to the resolution of the resist.
[0003]
In order to realize the necessary resolving power in the projection optical system corresponding to the high integration of semiconductor elements, as can be seen from the above equation, the exposure light source is shortened in wavelength and the numerical aperture of the projection optical system is increased. The so-called high NA efforts are continuing. In recent years, a krypton excimer laser (KrF excimer laser) having an output wavelength of 248 nm is used as an exposure light source, and an exposure apparatus having a projection optical system with a numerical aperture of 0.6 or more has been put into practical use. It is now possible to expose various patterns.
[0004]
In particular, recently, an argon fluoride excimer laser (ArF excimer laser) having an output wavelength of 193 nm has attracted attention as a light source following the krypton fluoride excimer laser. If an exposure apparatus using this argon fluoride excimer laser as an exposure light source can be realized, it is expected that microfabrication ranging from 0.18 μm to 0.13 μm will be possible, and vigorous research and development has been actively conducted. ing.
[0005]
In the wavelength region of the output wavelength (193 nm) of this argon fluoride excimer laser, materials that can be used as a lens from the viewpoint of transmittance, workability, etc. are synthetic quartz glass and calcium fluoride (fluorite). Therefore, as an optical material for this type of exposure apparatus, development of a material having sufficient transmittance and internal uniformity has continued. Synthetic quartz glass has an internal transmittance of 0.995 / cm or more, and calcium fluoride has reached a level at which internal absorption can be ignored.
[0006]
The anti-reflection coating material coated on the surface of the optical material has a very narrow selection range compared to the krypton fluoride excimer laser output wavelength (248 nm) wavelength range, greatly restricting design freedom. receive. However, the problem is being overcome by vigorous development efforts, and the loss on each lens surface has been realized to a level of 0.005 or less.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In such a wavelength range shorter than the wavelength of the KrF excimer laser beam, moisture and organic substances adhere to the surface of the optical element constituting the optical system (illumination optical system, projection optical system) in the projection exposure apparatus. There is a problem that the transmittance of the liquid crystal decreases. This is because moisture, hydrocarbons, and organic matter generated from the gas in the space between the optical elements, or from the inner wall of the lens barrel that supports the optical system, the adhesive, and the like adhere to the surface of the optical system. .
[0008]
FIG. 5 shows the time-varying characteristics of the transmittance of the optical system. While continuously emitting pulsed laser light from the laser light source, the illuminance of the exposure light between the laser light source and the reticle and the exposure light on the wafer are shown. Illuminance is measured at predetermined time intervals, and the optical system transmittance, which is the ratio of the two illuminances, is calculated for each measurement time. As can be seen from FIG. 5, the transmittance gradually increases immediately after the start of laser light irradiation, and when a certain amount of time elapses, the state is almost saturated. Such variation in transmittance occurs because variation in internal characteristics of the glass material and moisture and organic substances adhering to the optical system surface are removed from the optical system surface by laser irradiation.
[0009]
Therefore, during the exposure operation in the projection exposure apparatus, that is, the reticle is illuminated with the exposure light from the illumination optical system, and at least a part of the device pattern on the reticle is projected onto the photosensitive substrate by the projection optical system. When the pattern image is sequentially transferred onto the photosensitive substrate by the step-and-repeat method or the step-and-scan method, the transmittance of the illumination optical system and the projection optical system gradually increases. However, this increase in transmittance is a temporary cleaning effect, and an optical system in which the surface of the optical element is activated by exposure to exposure light tends to adhere to surrounding moisture and organic matter when the irradiation is stopped. To do. Therefore, when the exposure light exposure (exposure operation) is stopped for a long time or for a long time, the transmittance is almost saturated by irradiating the exposure laser light for a predetermined time before starting the exposure and cleaning it as necessary. It is conceivable that the exposure operation is started after that, but it takes time to clean up to a predetermined transmittance. Further, when the cleaning light is incident from the same direction as the exposure light, the light cleaning of the exit surface is insufficient as compared with the incident surface of the cleaning light.
[0010]
An object of the present invention is to provide an optical element light cleaning method and a projection exposure apparatus in which the surface of the optical element on the side of the photosensitive substrate is sufficiently optically cleaned.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The embodiment will be described with reference to FIGS.
(1) The invention of claim 1 is an optical of a projection exposure apparatus provided with an optical element that illuminates an original R on which a predetermined pattern is formed with exposure light, and projects an image of the illuminated pattern onto the photosensitive substrate W. It is applied to the element light cleaning method. The above-described object is achieved by cleaning the optical element with the cleaning light incident from the direction opposite to the traveling direction of the exposure light.
(2) The invention of claim 2 is the light cleaning method of claim 1, wherein the exposure light from the exposure light source 1 isBranchIt is used as cleaning light.
(3) The invention of claim 3 is the light cleaning method according to claim 1, wherein the cleaning light is generated by a cleaning light source 51 provided separately from the exposure light source 1.
(4) The invention of claim 4 is the optical cleaning method according to any one of claims 1 to 3, wherein the contamination state of the optical element is detected, and the surface of the optical element is scanned with the cleaning light according to the contamination state. It is what you do.
(5) The invention of claim 5 is applied to a projection exposure apparatus provided with an optical element that illuminates an original R on which a predetermined pattern is formed with exposure light, and projects an image of the illuminated pattern onto the photosensitive substrate W. Is done. The above object is achieved by providing the optical cleaning optical system 21 that emits the cleaning light to the optical element from the direction opposite to the traveling direction of the exposure light.
(6) The invention of claim 6 comprises the branching optical element 5 for guiding the illumination light emitted from the exposure light source 1 to the light cleaning optical system 21 as cleaning light in the exposure apparatus of claim 5. is there.
(7) The invention of claim 7 is the exposure apparatus according to claim 5, further comprising a light cleaning light source 51 different from the exposure light source 1 for generating cleaning light, and the light from the light cleaning light source 51. Is guided to the optical system 21 for light cleaning.
(8) The invention according to claim 8 is the projection exposure apparatus according to any one of claims 5 to 7, further comprising a contamination state detection means for detecting a contamination state of the optical element, and cleaning according to the detected contamination state. The optical system 21 is controlled to scan the surface of the optical element with cleaning light.
(9) The optical cleaning method according to the invention of claim 9 illuminates an original R on which a predetermined pattern is formed with exposure light, and projects an image of the illuminated pattern onto the photosensitive substrate W; In an optical cleaning method used in an exposure apparatus including a stage WS including a sensor 24 that detects the illuminance of exposure light that has passed through the projection optical system PL, the cleaning light emitted from the stage WS is directed toward the projection optical system PL. It is characterized by irradiating.
(10) The invention of claim 10 is characterized in that, in the light cleaning method of claim 9, the cleaning light is generated by a cleaning light source 51 provided separately from the exposure light source 1.The
(11) The invention of claim 11 is the light cleaning method according to claim 9 or 10, characterized in that the cleaning light is emitted through an opening pattern 22a provided in the stage WS.
(12) According to the invention of claim 12, in the light cleaning method according to claim 11, when the projection optical system PL is irradiated with the cleaning light, the opening pattern 22a of the stage WS is arranged in the irradiation region of the projection optical system PL. It is characterized by doing.
(13) A projection exposure apparatus according to a thirteenth aspect of the present invention includes a projection optical system PL that illuminates an original R on which a predetermined pattern is formed with exposure light, and projects an image of the illuminated pattern onto the photosensitive substrate W; In a projection exposure apparatus that includes a stage WS that includes a sensor 24 that detects the illuminance of exposure light that has passed through the projection optical system PL, an optical cleaning optical system that is provided on the stage WS and emits cleaning light toward the projection optical system PL 21 is provided.
(14) The invention according to claim 14 is the exposure apparatus according to claim 13, further comprising a light cleaning light source 51 different from the exposure light source 1 for generating cleaning light, and the light from the light cleaning light source 51. Is guided to an optical system for optical cleaning.
(15) The invention of claim 15 is a claim.13Or14In this exposure apparatus, the stage WS has an opening pattern 22a for emitting cleaning light through an optical system for optical cleaning.
[0012]
Although the present invention has been described with reference to the drawings of the embodiments in the section for solving the above problems, the present invention is not limited to the embodiments.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a projection exposure apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, for example, a laser beam emitted from an ArF excimer laser light source 1 oscillating pulsed light having an output wavelength of 193 nm as a substantially parallel light beam is shaped into a laser beam having a predetermined cross-sectional shape. And enters a variable dimmer 3 through a beam matching unit 2 including a beam expander. The variable dimmer 3 adjusts the dimming rate of the pulse laser beam stepwise or steplessly in accordance with a command from the exposure control unit 4. The light emitted from the dimmer 3 enters the beam splitter 5, and the transmitted light enters the illumination optical unit 6. Since the illumination optical system is housed in the chamber 28 and the laser light source 1 is installed outside the chamber 28, the chamber 28 is provided with a transmission window (not shown) through which the laser light from the laser light source 1 passes. Yes.
[0014]
In FIG. 1, the illumination optical unit 6 is provided with a first fly-eye lens 7, and the illumination optical unit 8 is provided with a second fly-eye lens. A surface light source as a secondary light source is formed near the exit surface of the first fly-eye lens 7. Illumination light from the first fly-eye lens 7 enters the illumination optical unit 8, and a surface light source as a tertiary light source is formed near the exit surface of the second fly-eye lens 9.
[0015]
A turret plate 10 is disposed at the position of the surface light source formed by the second fly-eye lens 9. A turret plate 10 made of a transparent substrate such as quartz is provided with an aperture stop for changing the σ value and an aperture stop for modified illumination, and any one of them is an illumination optical path in order to improve the resolving power and depth of focus of the projection optical system PL. It is inserted in the middle tertiary light source position. Therefore, the turret plate 10 is rotationally driven by the motor 10A, and one aperture stop is selected according to the type of the pattern of the reticle R and is inserted into the optical path of the illumination optical system. The motor 10 </ b> A is controlled by a command from the main control unit 11.
[0016]
The light beam from the tertiary light source by the second fly-eye lens 9 passes through the variable aperture stop and is branched into two optical paths by the beam splitter 12, and the reflected light is guided to the integrator sensor (photoelectric detector) 13 to illuminate. Is detected. A signal corresponding to the detected illuminance is input to the exposure control unit 4. The beam splitter 12 has a high transmittance but a low reflectance. On the other hand, the transmitted light is condensed by the third illumination optical unit 14 and illuminates the illumination field stop unit (reticle blind system) 15 in a superimposed manner. The illumination field stop unit 15 is disposed at a position conjugate with the incident surface of the first fly-eye lens 7 in the first illumination optical unit 6 and the incident surface of the second fly-eye lens 9 in the second illumination optical unit 8. Yes. Here, the illumination area on the illumination field stop unit 15 is substantially similar to the cross-sectional shape of each lens element of the second fly-eye lens 9. The size of the field stop of the illumination field stop unit 15 is set to an opening corresponding to the shot area to be exposed by a drive mechanism (not shown) according to a command from the main control unit 11, and is an area other than the original shot area on the wafer W. Is prevented from being irradiated with illumination light.
[0017]
The illumination light that has passed through the illumination field stop unit 15 is reflected by the reflection mirror 17 through the fourth illumination optical unit 16, and then is a fifth illumination that is a condenser optical system including refractive optical elements such as a plurality of lenses. The light is collected by the optical unit 18. Thereby, the circuit pattern formed on the reticle R is illuminated with a substantially uniform illuminance distribution. Here, the reticle blind in the illumination field stop unit 15 and the pattern surface of the reticle R are arranged almost conjugate with respect to the fourth and fifth illumination optical units 16 and 18, and the illumination area on the reticle R by the blind opening. Is defined.
[0018]
Then, an image of the circuit pattern on the reticle R is formed on the wafer W by the projection optical system PL, the resist applied on the wafer W is exposed, and the circuit pattern image is transferred onto the wafer W.
[0019]
Reticle R is held and fixed to reticle stage RS via a reticle holder. Reticle stage RS is provided on a base (not shown) so as to move two-dimensionally along a plane perpendicular to the paper surface of FIG. The reticle stage RS is provided with a mirror, and the laser light from the laser interferometer is reflected by the mirror and enters the laser interferometer, and the position of the reticle stage RS is measured by the laser interferometer. The interferometer and mirror are not shown. This position information is input to the main control unit 11, and based on this position information, the main control unit 11 drives the reticle stage driving motor to control the position of the reticle R. In addition, reticle stage RS is provided with reticle illuminance sensor 31, and the illuminance of illumination light irradiated to reticle R is measured and input to main control unit 11.
[0020]
Wafer W is held and fixed to wafer stage WS via a wafer holder. The wafer stage WS is provided so as to move two-dimensionally along a plane orthogonal to the paper surface of FIG. The wafer stage WS is provided with a mirror (not shown), the laser beam from the laser interferometer 19 is reflected by the mirror and enters the laser interferometer 19, and the position of the wafer stage WS is measured by the laser interferometer 19. The This position information is input to the main control unit 11, and the main control unit 11 drives the wafer stage drive system 20 based on this position information to control the position of the wafer W. A wafer illuminance sensor 32 is provided on the wafer stage WS, and the illuminance of the exposure light applied to the wafer W is detected. The detection signal of the wafer illuminance sensor 32 is input to the main control unit 11. A value obtained by dividing the output value of the reticle illuminance sensor 31 by the output value of the wafer illuminance sensor 32 is the transmittance of the projection optical system PL.
[0021]
Next, the automatic focusing system will be described with reference to FIG. The automatic focusing system is provided on the wafer stage WS, and the futuristic mark 22 in which a predetermined opening pattern 22a is formed, and the cleaning light branched from the exposure light path to the opening pattern 22a of the futuristic mark 22 are provided. A reverse light emission system 21 that guides, a light amount detector 24 that receives reflected light of a pattern projection image formed on the reticle pattern surface by the cleaning light that has passed through the opening pattern 22a, and a wafer W fixed below the projection optical system PL. And oblique incidence focus sensors 26 and 27 for detecting the position of the surface in the optical axis direction. Detection signals from the light quantity detector 24 and the oblique incidence focus sensor 27 are input to the main control system 4.
[0022]
The reverse light emitting system 21 includes a shutter 33 that blocks passage of cleaning light branched from the exposure optical path, an optical fiber cable 23, a half mirror 25, and other optical systems, and exposure light branched from the beam splitter 5. Is guided from the optical fiber cable 23 through the half mirror 25 to the opening pattern 22 a of the futuristic mark 22. It should be noted that short wavelength light such as ArF light is greatly attenuated by the optical fiber cable, so it is preferable to use an optical system in which a mirror is combined in place of the optical fiber cable 23 and further replace the optical path with nitrogen gas.
[0023]
Such an automatic focusing system adjusts the tilt angle of the wafer stage as follows, and focuses the reticle pattern on the wafer surface for each shot. The shutter 33 is opened before exposing the wafer. Thus, when pulse light is emitted from the exposure light source 1, the cleaning light is guided to the futuristic mark 22, and the reverse emission image passing through the opening pattern 22a reaches the reticle R through the projection optical system PL. A projected image is formed on the reticle pattern surface. The light beam reflected by the reticle pattern surface of the projection image travels backward through the projection optical system PL and forms an image on a conjugate plane with respect to the projection optical system PL of the reticle pattern surface. If the surface of the opening pattern 22a is in a conjugate relationship with the reticle pattern surface with respect to the projection optical system PL, the first projected image on the reticle pattern surface has a clear boundary. Further, in this case, the second projected image by the reflected light of the first projected image is focused on the surface of the opening pattern 22a and has a clear boundary. Since the second projection image has the same shape, the same dimensions, and the same posture as the first projection image, all of the light beams of the second projection image reach the light amount detector 24 through the opening pattern 22a, and the received light amount is Maximum. On the other hand, when the surface of the opening pattern 22a is deviated from the conjugate position of the reticle pattern surface, the second projected image on the surface of the opening pattern 22a is out of focus and the boundary is blurred. As a result, the second projected image protrudes from the opening pattern 22a, and the amount of light received by the light amount detector 24 decreases.
[0024]
Using such a principle, information on height positions in the Z-axis direction at a plurality of positions of the wafer stage WS is detected. That is, the opening pattern 22a is sequentially positioned at a plurality of positions on the reticle pattern surface so that the output of the light quantity detector 24 is maximized at each position. Based on the height information thus obtained, the tilt angle of the wafer stage WS is adjusted by a tilt angle adjusting mechanism (not shown). After the inclination is adjusted, the opening pattern 22a is moved to the optical axis of the projection optical system PL, and the Z-axis height direction of the wafer stage WS is adjusted again so that the surface of the opening pattern 22a becomes the in-focus position. In this state, the surface of the opening pattern 22a is detected by the oblique incidence focus sensors 26 and 27, and the detected value, that is, the beam spot height on the surface of the futuristic mark 22 is stored as the origin. Thereafter, when the field of the projection optical system PL is scanned at an arbitrary position on the wafer stage WS, the exposure surface height of the sample is measured by the height of the reflected beam spot at the oblique incidence focus sensors 26 and 27, and the exposure surface height is measured. The main control unit 11 performs exposure while adjusting the wafer stage WS in the Z-axis direction so that the height becomes the origin height.
[0025]
The reverse emission emitted from the automatic focus type futuristic mark 22 is also used as an alignment system. FIG. 3 is a view for explaining an alignment system for positioning the reticle R and the wafer stage WS. The reticle R is formed with a reticle mark RM that is a black pattern. This reticle mark RM is a pattern having the same shape and the same dimensions as the projected image obtained by projecting the image of the opening pattern 22a onto the reticle pattern surface. The reverse emission light transmitted through the opening pattern 22a of the futuristic mark 22 is irradiated onto the pattern surface of the reticle R through the projection optical system PL. The wafer stage WS is moved to scan the projected image of the reverse emission light from the opening pattern 22a. When the projected image just overlaps with the reticle mark RM, the amount of light received by the light amount detector 34 is minimized and the light amount signal is also minimized. By such a method, the reticle R and the wafer stage WS can be aligned.
[0026]
Further, the positional relationship between the projected image of the opening pattern 22a and the reticle mark RM may be imaged with an imaging element such as a CCD instead of the light amount detector 34, and this image may be image-processed and aligned.
[0027]
In the projection exposure apparatus having the above-described configuration, the illumination optical system is disposed in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas in which the oxygen content is extremely low in order to prevent exposure light from being absorbed by oxygen. . Therefore, an inert gas supply device that supplies the inert gas to the chamber 28 of the illumination optical system via the pipe 29a, and an inert gas discharge device that discharges the contaminated inert gas from the chamber 28 via the pipe 29b. Is provided. Further, an inert gas such as nitrogen gas is also supplied to a plurality of spaces formed between a plurality of optical members constituting the projection optical system PL, and the contaminated inert gas is discharged from the plurality of spaces. Therefore, the gas supply device supplies an inert gas such as dried nitrogen to the inside of the projection optical system PL via the pipe 30a, and the discharge device discharges the gas inside the projection optical system PL to the outside via the pipe 30b. To do. The inert gas is not limited to nitrogen, and a gas such as helium or argon can also be used.
[0028]
When the airtightness of the chamber 28 and the lens barrel of the projection optical system PL is high, it is not necessary to frequently replace the atmosphere and nitrogen once. However, since water molecules and hydrocarbons generated from various materials such as glass materials, coating materials, adhesives, paints, metals, ceramics, etc. intervening in the optical path adhere to the surface of the optical element, the transmittance fluctuation occurs. It is preferable to remove impurities in the chamber and the projection optical system by a chemical filter or an electrostatic filter while constantly flowing nitrogen gas into the chamber or the projection optical system.
[0029]
Next, the operation in this example will be described. First, as shown in FIG. 1, after an inert gas such as dry nitrogen is supplied from the gas supply device through the pipes 29a and 30a into the chamber 28 and the lens barrel of the projection optical system PL, and completely filled The gas inside the lens barrel of the chamber 28 and the projection optical system PL is discharged to the outside through the pipes 29a and 30b by the discharge device.
[0030]
As described above, the gas supply device and the discharge device are always operated even during exposure, and the atmosphere between the optical elements in the chamber 28 and the lens barrel of the projection optical system PL is always kept dry and cleaned. Preferably, after the gas in the space formed between the optical elements such as the chamber 28 and the lens chamber of the lens barrel of the projection optical system PL is cleaned prior to the exposure operation, the supply device and the discharge device may be stopped. Good.
[0031]
Next, the reticle R on which the pattern to be transferred is drawn is transported and placed on the reticle stage RS by a reticle loading mechanism (not shown). At this time, the position of the reticle R is measured by a reticle alignment system (not shown) so that the reticle R is placed at a predetermined position, and the position of the reticle R is detected by a reticle position control circuit (not shown) according to the result. Is set to a predetermined position.
[0032]
A resist, which is a photosensitive material, is applied in advance to the surface of the wafer W to which the pattern of the reticle R is transferred. In this state, the wafer W is transported by a wafer loading mechanism (not shown) and placed on the wafer stage WS. . The wafer W is aligned and held and fixed on the wafer stage WS.
[0033]
Before the exposure operation is started, the illuminance sensor 32 provided on the wafer stage WS is moved on the optical axis of the projection optical system PL, and the measurement value L1 of the integrator sensor 13 and the measurement value LW of the illuminance sensor 32 are sampled. . On the other hand, the target illuminance TL on the wafer is set according to the sensitivity characteristics of the resist material. The integrator sensor 13 outputs a detection signal LI corresponding to the illuminance of the exposure light made uniform by the first and second fly-eye lenses 7 and 9. The illuminance sensor 32 outputs a detection signal LW corresponding to the illuminance of the exposure light on the wafer stage WS. The ratio of the detection signal LI of the integrator sensor 13 and the detection signal LW of the illuminance sensor WS (the output LW of the sensor 32 / the output LI of the sensor 13) is calculated, and the gain α is obtained by multiplying the ratio LW / LI by a predetermined coefficient K1. Is calculated. During the exposure operation, the output signal of the integrator sensor 13 is multiplied by the gain α to output the estimated actual illuminance LPR. That is, the estimated actual illuminance LPR is obtained by multiplying a ratio of 50/100 by a predetermined coefficient K1 when the measured value of the integrator sensor 13 is 100 and the illuminance on the wafer is 50 at the start of exposure. And the output signal of the integrator sensor 13 during exposure are used to estimate the illuminance on the wafer. Then, the exposure light amount control unit 4 changes the applied voltage (charge voltage) to the light source 1 in accordance with a command from the main control unit 11 so that the estimated actual illuminance LPR becomes the illuminance target value TL. Output is adjusted. Further, the exposure amount control unit 4 may adjust the transmittance (dimming rate) of the dimmer 3, or may control both the light source 1 and the dimmer 3. Thereby, the reduction of the illuminance accompanying the deterioration of the light source is prevented.
[0034]
The wafer W placed on the wafer stage WS has no pattern on the wafer W in the first pattern transfer, and is determined at a predetermined position on the wafer stage WS, for example, based on the outer diameter reference of the wafer W. It is installed at the position where Thereafter, the pattern is transferred onto the wafer W. In this transfer, a part of the pattern on the reticle R is selectively illuminated by a variable field stop (reticle blind) 15, and the reticle R is relative to an illumination region defined by the variable field stop 15 by a reticle stage RS. This is a so-called scanning transfer (step-and-scan method) in which the wafer W moves relative to the projection area conjugate with the illumination area with respect to the projection optical system PL by the wafer stage WS while moving. Alternatively, a step-and-repeat method may be used in which the entire pattern area on the reticle R to be transferred is illuminated and transferred at once.
[0035]
In the case of the second and subsequent transfer of the pattern to the wafer W, since the pattern exists at least on the wafer W, the mark attached to the previously transferred pattern is measured by a wafer alignment system (not shown). Is used to measure the position of the pattern on the wafer W, and according to the result, the reticle stage RS or the like is used so that the pattern transferred from the pattern transferred on the wafer W has a predetermined positional relationship. The position of the wafer stage WS is controlled.
[0036]
During such pattern exposure, the projection optical system PL is optically washed by the exposure light, but before the start of exposure, contaminants adhere to the surface of the optical system and the transmittance is low, and the exposure light When the irradiation is stopped, contaminants floating in the atmosphere reattach to the surface of the optical system and the transmittance is reduced. Therefore, light cleaning is performed by so-called pulse blanking before the start of exposure, and contaminants are removed from the optical system surface to increase the transmittance to a predetermined value or higher, and then exposure is started. In this embodiment, the tilt angle of the wafer stage WS is adjusted by an automatic focusing system before the start of exposure. At this time, the projection optical system PL is optically washed by the pulsed light emitted from the reverse light emitting system 21. . In this case, since the pulsed light travels from the wafer stage WS side in the opposite direction to the exposure light, the pulsed light is applied to the surface opposite to the surface that is optically cleaned by the exposure light. Accordingly, it is possible to remove contaminants adhering to the wafer side surface of the projection optical system PL that cannot be completely removed by the exposure light from the reticle side.
[0037]
Here, if the wafer stage WS is scanned while irradiating the cleaning light from the reverse light emitting system 21 in parallel with the pulse blanking before exposure, the reverse light emitting system irradiated on the wafer stage side surface of the projection optical system PL. Since the light from the light 21 is also light-washed, the light washing time can be shortened. Further, since the cleaning light from the reverse light emission system 21 is used, predetermined light cleaning can be performed without being affected by the size and shape of the aperture stop.
[0038]
The light transmittance may be calculated when the transmittance of the projection optical system PL is calculated during exposure or when the exposure is stopped, and the transmittance decreases below a predetermined value. When the transmittance of the calculation result is less than or equal to a predetermined value, the shutter 33 is opened, the wafer stage WS is moved, and the laser beam is emitted from the laser light source 1 while scanning the futuristic mark 22 within the irradiation area of the projection optical system PL. Irradiate light. Therefore, the optical cleaning efficiency of the projection optical system PL is higher than that in the case where the projection optical system PL is cleaned with both the exposure light and the light from the reverse light emission system and is cleaned only with the exposure light.
[0039]
The unevenness of contamination of the projection optical system PL can be measured, and the region where the contamination is advanced can be aimed at by reverse light emission to be washed with light. That is, the main control unit 11 detects the contamination state of the projection optical system PL by scanning the illumination sensor 32 on the wafer stage WS within the illumination area of the projection optical system PL. Then, by moving the wafer stage WS so that the irradiation light from the reverse light emission system 21 is irradiated to an area where the contamination state is bad, the contamination unevenness can be eliminated by performing optical cleaning only at a specific portion.
[0040]
When the projection optical system PL is cleaned with the light from the reverse light emission system 21, a mirror is installed on the reticle stage RS, and the light irradiated from the reverse light emission system 21 is totally reflected by the mirror to increase the light cleaning efficiency. be able to.
[0041]
In the above, the emission light from the exposure laser light source 1 is branched into the cleaning optical system to generate the cleaning light. However, when the exposure light quantity is insufficient, it is preferable to use the cleaning light source. FIG. 4 shows an embodiment of the projection exposure apparatus in that case. As shown in FIG. 4, the light emitted from the cleaning light source 51 enters the optical fiber cable 23 via the shutter 33. The cleaning light source 51 may be the same as the exposure laser light source 1, but may be another light source as long as the light cleaning effect can be expected. For example, a low-pressure mercury lamp can be used.
[0042]
In the above, the reverse emission light used for the automatic focusing system and alignment system is used. However, in addition to this reverse emission system, an optical system dedicated to optical cleaning that irradiates cleaning light from the wafer stage WS side may be used. Good. In this case, the illumination area can be enlarged and cleaning can be performed in a time shorter than the scanning time of the opening pattern 22a. Further, the NA of the reverse light emission system shown in FIG. 1 or FIG. 2 is small, the cleaning area is extremely limited, and an area that cannot be cleaned remains. Therefore, a lens that enlarges the luminous flux by using a concave lens or the like may be used. Alternatively, the cleaning area may be widened by causing the cleaning light to enter the projection optical system PL via a fine diffraction grating.
[0043]
In correspondence with the above embodiments and claims, the reticle R constitutes an original, the reverse light emission system 21 constitutes a cleaning optical system, and the main control unit 11 constitutes a contamination state detection means.
As described above, according to the present embodiment,
(1) Since the optical element is optically cleaned with the cleaning light incident from the direction opposite to the traveling direction of the exposure light, the stain on the photosensitive substrate side that cannot be cleaned with the exposure light can be cleaned.
(2) If the cleaning light is generated by branching the exposure light, a dedicated light source is not required, and the cost can be reduced.
(3) By generating the cleaning light with a cleaning light source provided separately from the exposure light source, it is possible to perform cleaning with a large amount of light without reducing the amount of exposure light.
(4) By optically cleaning the optical element with exposure light incident from the traveling direction of exposure light, in parallel with optical cleaning of the optical element with cleaning light incident from a direction opposite to the traveling direction of exposure light, A predetermined transmittance can be washed in a short time, and the throughput is improved.
(5) If the contamination state of the optical element is detected and the cleaning light is scanned according to the contamination state, the local contamination state can be removed.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention,,Since the optical element is optically cleaned with the cleaning light incident from the direction opposite to the traveling direction of the exposure light, the stain on the photosensitive substrate side that cannot be cleaned with the exposure light can be cleaned.
Further, since the cleaning light emitted from the stage is irradiated toward the projection optical system side, the stain on the photosensitive substrate side that cannot be completely cleaned by the exposure light can be cleaned.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a projection exposure apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a detailed view of the automatic focusing system in FIG.
3 is a diagram for explaining an alignment system using reverse emission light of the automatic focusing system in FIG. 2;
FIG. 4 is a view showing an embodiment using a dedicated light source for cleaning.
FIG. 5 is a diagram for explaining transmittance variation
[Explanation of symbols]
1 ArF excimer laser light source
4 Exposure control unit
11 Main control unit
13 Integrator sensor
21 Reverse emission system
24 Light intensity detector
31 Reticle illuminance sensor
32 Wafer illumination sensor
33 Shutter
51 Light source for cleaning
R reticle
RS reticle stage
PL projection optical system
W wafer
WS Wafer stage

Claims

In an optical element light cleaning method for a projection exposure apparatus, which includes an optical element that illuminates an original plate on which a predetermined pattern is formed with exposure light, and projects an image of the illuminated pattern onto a photosensitive substrate.
An optical element light cleaning method, wherein the optical element is optically cleaned with cleaning light incident from a direction opposite to a traveling direction of the exposure light.

2. The optical element cleaning method according to claim 1, wherein the cleaning light is light generated by branching the exposure light.

2. The optical element light cleaning method according to claim 1, wherein the cleaning light is generated by a cleaning light source provided separately from the exposure light source.

4. The optical cleaning method according to claim 1, wherein a contamination state of the optical element is detected, and a surface of the optical element is scanned with the cleaning light according to the contamination state. Element light cleaning method.

In a projection exposure apparatus that includes an optical element that illuminates an original on which a predetermined pattern is formed with exposure light, and projects an image of the illuminated pattern onto a photosensitive substrate.
A projection exposure apparatus comprising: a light cleaning optical system that emits cleaning light to the optical element from a direction opposite to a traveling direction of the exposure light.

6. The projection exposure apparatus according to claim 5, further comprising a branching optical element for guiding illumination light emitted from the exposure light source to the optical cleaning optical system as the cleaning light.

6. The exposure apparatus according to claim 5, further comprising a light cleaning light source different from the exposure light source for generating the cleaning light, and guiding light from the light cleaning light source to the light cleaning optical system. A projection exposure apparatus characterized by that.

The projection exposure apparatus according to claim 5, further comprising a contamination state detection unit that detects a contamination state of the optical element, and controls the cleaning optical system according to the detected contamination state to perform the cleaning. A projection exposure apparatus that scans the surface of the optical element with light.

A projection optical system that illuminates an original on which a predetermined pattern is formed with exposure light, projects an image of the illuminated pattern onto a photosensitive substrate, and a sensor that detects the illuminance of the exposure light that has passed through the projection optical system In an optical cleaning method used for an exposure apparatus including a stage including:
An optical cleaning method comprising irradiating the cleaning light emitted from the stage toward the projection optical system side.

10. The optical cleaning method according to claim 9, wherein the cleaning light is generated by a cleaning light source provided separately from the exposure light source.

11. The optical cleaning method according to claim 9, wherein the cleaning light is emitted through an opening pattern provided in the stage.

12. The optical cleaning method according to claim 11, wherein when the projection optical system is irradiated with the cleaning light, the opening pattern of the stage is disposed in an irradiation area of the projection optical system. .

A projection optical system that illuminates an original on which a predetermined pattern is formed with exposure light, projects an image of the illuminated pattern onto a photosensitive substrate, and a sensor that detects the illuminance of the exposure light that has passed through the projection optical system A projection exposure apparatus comprising a stage comprising:
A projection exposure apparatus comprising: a light cleaning optical system that is provided on the stage and emits cleaning light to the projection optical system side.

14. The exposure apparatus according to claim 13, further comprising: a light cleaning light source different from the exposure light source for generating the cleaning light, and guiding light from the light cleaning light source to the light cleaning optical system. A projection exposure apparatus characterized by that.

The exposure apparatus according to claim 13 or 14, wherein the stage is a projection exposure apparatus characterized by having an opening pattern for emitting the cleaning light through the optical cleaning optics.