JPH11195585A - 露光装置および露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に遠紫外光の光を用いて露光を行う露光装
置において、大幅な設計変更を加えることなく、光学素
子に対する曇り物質の付着を防止でき、しかも運転時に
は窒息性ガスを用いず、運転コストが安価で安全な露光
装置を提供すること。 【解決手段】 露光装置３０を構成する複数の要素の少
なくとも一部を覆うように実質的な密封空間を形成する
少なくとも１つの密閉ブロック３２ａ〜３２ｅと、密閉
ブロック内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系５
０と、密閉ブロック内に、不活性ガスと異なるドライエ
アを供給するドライエア供給系５１と、不活性ガス供給
系５０により密閉ブロック３２ａ〜３２ｅ内に供給され
る不活性ガスによる当該密閉ブロック内のガス置換率を
検出するガスセンサ３３と、ガスセンサ３３により検出
されたガス置換率のデータに基づき、ドライエア供給系
により密閉ブロック内に供給されるドライエアの流量を
制御する流量制御弁３８とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば半導体素
子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、その他
のマイクロデバイスを製造するためなどに用いられる露
光装置および露光方法に係り、さらに詳しくは、特に遠
紫外光を用いて露光を行う露光装置および露光方法にお
いて、大幅な設計変更を加えることなく、光学素子に対
する曇り物質の付着を防止でき、しかも運転時には窒息
性ガスを用いず、運転コストが安価な露光装置および露
光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子などを製造するためのフォト
リソグラフィ工程において、フォトマスク（レチクル含
む）のパターン像を投影光学系を介して感光性基板上に
露光する露光装置が使用されている。近年、半導体集積
回路は、微細化の方向で開発が進み、フォトリソグラフ
ィ工程においては、フォトリソグラフィ光源の短波長化
が進んでいる。

【０００３】しかしながら、たとえばＫｒＦエキシマレ
ーザ（波長２４８ｎｍ）のような遠紫外（ＤＵＶ）光を
露光用照明光として用いる場合には、露光用照明光が大
気中の微量な不純物を光化学反応によって活性化し、そ
れらの微量な不純物が光学系に付着し、レンズなどの光
学素子を曇らせ、光学系の性能（透過率など）を著しく
損なうことが知られている。

【０００４】このようにＤＵＶ光による反応によって活
性化する物質としては、アンモニアや硫黄酸化物さらに
はシロキサンなどが挙げられ、これらの物質はクリーン
ルーム雰囲気から露光装置内に侵入してくることが一般
的である。また、通常の大気下の雰囲気中においては、
これらの物質を除去することは困難であり、また、クリ
ーンルーム全体をフィルタリングしてこれらの物質を除
去することはコストがかかる。したがって、このような
ＤＵＶ光を光源とする露光装置では、光源からの照明光
を効率的に使用し、曇り物質の付着を防止するために
も、照明光の光路中をＤＵＶ光に不活性なガスで置換す
る必要がある。

【０００５】このため、従来のＤＵＶ光を光源とする露
光装置では、特に照明光学系を構成する光路を密閉型と
し、内部のガス置換を行っている。ガス置換は、密閉型
内部の空気を真空ポンプなどで排気した後、任意のガス
を密閉型光路の内部に送り込むことにより行っていた
り、一般の大気圧雰囲気から置換ガスを密閉型光路内部
に送り込むことにより徐々に置換ガスで内部を置換して
いる。

【０００６】密閉型光路内部に封入されるガスは、ＤＵ
Ｖ光に対して安定なものでなければならない。そのため
に、一般には、密閉型光路内部に封入されるガスとし
て、窒素ガスやヘリウムガスなどの不活性ガスが使用さ
れている。なお、密閉型光路とは言っても、完全に不活
性ガスを閉じこめておくことはできず、多少のリークが
存在する。そこで、従来では、不活性ガスの密閉型光路
の密閉空間からのリークを酸素センサにより、不活性ガ
スの置換率と言う形でリアルタイムにモニタリングし、
モニタリングしたガス置換率に応じて随時不活性ガスを
供給するように制御している。このように光路を密閉型
とすると共に、光路中に不活性ガスを封入することで、
特に照明光学系の光路内の光学素子を不純物の付着から
有効に保護することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、照明光
学系の光路内全体を不活性ガスで置換しようと考えた場
合、大容積の照明光学系の完全な密封は困難である。し
たがって、密閉部分からリークが発生することとなり、
照明光学系の光路内の全域を雰囲気を不活性ガスで保つ
ためには多量の不活性ガスの供給が必要となり、運転コ
ストが嵩むという課題を有する。

【０００８】また、光路内に密封しようとしている不活
性ガスは、いずれも窒息性ガスであり、あっては成らな
いことではあるが、密閉された光路からリークする不活
性ガスが多い場合や、空気の循環がスムーズでない場合
などには、装置周囲の酸素濃度が低くなるおそれがあ
る。

【０００９】そこで、ドライエアなどの窒息性でないケ
ミカルクリーンなガスを置換ガスとして用い、密封型光
路内を密封することも考えられるが、このガスには酸素
が含まれていることから、一般計測器を用いる限り、光
路内に密封した置換ガスの置換率を計測することは困難
である。置換ガスの置換率を計測することができなけれ
ば、所定のガス置換率で光路内を置換ガスで良好に密封
することはできない。

【００１０】本発明は、このような実状に鑑みてなさ
れ、特に遠紫外光を用いて露光を行う露光装置におい
て、大幅な設計変更を加えることなく、光学素子に対す
る曇り物質の付着を防止でき、しかも運転時には窒息性
ガスを用いず、運転コストが安価で安全な露光装置を提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】以下、この項に示す説明
では、本発明を、実施形態を表す図面に示す部材符号に
対応つけて説明するが、本発明の各構成要件は、これら
部材符号を付した図面に示す部材に限定されるものでは
ない。

【００１２】請求項１ 上記目的を達成するために、本発明に係る露光装置（請
求項１に対応）は、露光装置を構成する複数の要素の少
なくとも一部を覆うように実質的な密封空間を形成する
少なくとも１つの密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）と、
前記密閉ブロック内に第１のガスを供給する第１ガス供
給手段（５０）と、前記密閉ブロック内に、前記第１の
ガスと異なる第２のガスを供給する第２ガス供給手段
（５１）と、前記第１ガス供給手段（５０）により前記
密閉ブロック内に供給される第１のガスによる当該密閉
ブロック内のガス置換率を検出するガスセンサ（３３）
と、前記ガスセンサ（３３）により検出されたガス置換
率のデータに基づき、前記第２ガス供給手段５１により
前記密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）内に供給される第
２のガスの流量を制御する流量制御手段（３８）とを有
することを特徴とする。

【００１３】本発明において、第２のガスは、露光用照
明光に対して安定なガスであることが好ましく、第１の
ガスは、必ずしも露光用照明光に対して安定なガスであ
る必要はないが、安定なガスであることが好ましい。

【００１４】本発明に係る露光装置では、露光装置の実
稼働前の調整段階で、密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）
内に第１のガスを、リーク検出用として供給し、当該密
閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）における第１のガスの単
位時間当たりのリークを検出し、所望のガス置換率を得
るために必要な、単位時間当たりのガスの供給量を算出
する。密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）が複数ある場合
には、各密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）毎に、単位時
間当たりのリークが異なると考えられるため、各密閉ブ
ロック（３２ａ〜３２ｅ）毎に、第１のガスの単位時間
当たりのリークを検出し、所望のガス置換率を得るため
に必要な、単位時間当たりのガスの供給量を算出する。

【００１５】露光装置の実稼働時には、前記第１のガス
とは異なる第２のガスを密閉ブロック（３２ａ〜３２
ｅ）内部に供給する。その際には、前記第１のガスを供
給した場合に求めた所望のガス置換率を実現するために
必要な、単位時間当たりのガスの供給量と同じ供給量
で、第２のガスを密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）の内
部に供給する。

【００１６】実稼働時前の調整段階で、密閉ブロック
（３２ａ〜３２ｅ）の密閉状態に変更がなければ、密閉
ブロック（３２ａ〜３２ｅ）からのガスのリーク量は、
調整段階と実稼働時とでは、実質的に同じになると考え
られる。なぜなら、第１のガスと第２のガスとが異なる
場合には、ガスの粘性（リーク特性）が多少異なるが、
密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）から外部へのリーク量
は、ガスの粘性の差による影響よりも密閉ブロック（３
２ａ〜３２ｅ）の密閉度と、ブロック内外の圧力差とに
大きく依存するためである。

【００１７】したがって、第１のガスと第２のガスとを
実質的に同じ圧力で供給する場合には、密閉ブロック
（３２ａ〜３２ｅ）からのガスのリーク量が、調整段階
と実稼働時とで実質的に同じになり、実稼働時には、第
２のガスによる置換率をモニタリングする必要がなくな
る。すなわち、第１のガスを密閉ブロック（３２ａ〜３
２ｅ）内部に封入して目標となるガス置換率が得られる
場合の条件を記憶しておき、それと同じ条件で、第２の
ガスを封入すれば、間接的に第２のガスの置換率のモニ
タリングが可能になる。このため、第２のガスとして
は、後述するように、酸素を含むケミカルクリーンなガ
ス（好ましくはドライエア）を用いることが可能にな
る。このようなガスは、クリーンルーム内のエアをケミ
カルフィルタおよび除湿器を介して供給すれば良く、運
転コストの点でも安全性の点でも有利である。また、ド
ライエアであれば、ガスの循環も容易であり、製造ライ
ンの負担も軽くなる。

【００１８】前記第１のガスを供給した場合に求めた所
望のガス置換率を実現するために必要な、単位時間当た
りのガスの供給量と同じ供給量で、第２のガスを密閉ブ
ロック（３２ａ〜３２ｅ）の内部に供給すると、密閉ブ
ロック（３２ａ〜３２ｅ）の内部は、第２のガスにより
所望のガス置換率で置換された状態となり、ＫｒＦエキ
シマレーザなどのＤＵＶ光を露光用照明光として用いて
も、光学素子の曇り物質を発生させることがない。

【００１９】請求項２ 本発明に係る露光装置において、露光用照明光を射出す
る光源（１）と、前記照明光をマスクに照射する照明光
学系（Ｍ１，Ｍ２，２，５，８，１０）とを備え、前記
照明光学系の少なくとも一部が前記密閉ブロック（３２
ａ〜３２ｅ）内に配置されていることが好ましい（請求
項２に対応）。なお、本発明において、マスクとは、レ
チクル（１１）を含む概念で用いる。

【００２０】照明光学系（Ｍ１，Ｍ２，２，５，８，１
０）においては、特にレンズなどの光学素子が数多く配
置され、これらの光学素子に、光の透過率を低下させる
ような曇り物質が付着すると、露光装置の性能を低下さ
せるおそれがあるが、本発明では、これを有効に防止す
ることができる。

【００２１】請求項３ 本発明に係る露光装置において、前記マスクから出射す
る照明光を感光性基板上に投射する投影光学系（１３）
を備え、前記光源（１）と前記感光性基板（１４）との
間に配置される複数の光学素子はそれぞれ複数の密閉ブ
ロック（３２ａ〜３２ｅ）のいずれかに配置されている
ことが好ましい（請求項３に対応）。なお、本発明にお
いて、密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）の内部に配置さ
れる複数の光学素子とは、光源（１）と感光性基板（１
４）との間に配置される全ての光学素子を意味するもの
ではなく、照明光学系（Ｍ１，Ｍ２，２，５，８，１
０）および／または投影光学系（１３）の内部に配置し
てある光学素子の内の複数の光学素子を意味する。すな
わち、本発明においての複数の光学素子とは、照明光学
系（Ｍ１，Ｍ２，２，５，８，１０）または投影光学系
（１３）を各々構成する複数の光学素子であっても良
く、あるいは照明光学系（Ｍ１，Ｍ２，２，５，８，１
０）の少なくとも一つと投影光学系（１３）の少なくと
も一つの光学素子との合計であっても良い。

【００２２】照明光学系（Ｍ１，Ｍ２，２，５，８，１
０）および／または投影光学系（１３）においては、特
にレンズなどの光学素子が数多く配置され、これらの光
学素子に、光の透過率を低下させるような曇り物質が付
着すると、露光装置の性能を低下させるおそれがある
が、本発明では、これを有効に防止することができる。

【００２３】請求項４ 本発明に係る露光装置において、前記第１のガスが、酸
素を含まないガスであり、前記ガスセンサ（３３）が酸
素の濃度を検出可能なセンサであることが好ましい（請
求項４に対応）。

【００２４】前記第１のガスが、酸素を含まないガスで
ある場合には、たとえばガルバニ電池式の酸素濃度セン
サなどのように、露光装置において一般的なガスセンサ
（３３）をそのまま用いて、密閉ブロック（３２ａ〜３
２ｅ）内の酸素の濃度を検出することにより、第１のガ
スによる密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）内のガス置換
率を算出することができる。そのため、特殊なガスセン
サを準備することなく、密閉ブロック内のガス置換率を
算出することができる。また、従来の露光装置における
不活性ガスの置換率のモニタリングなどとして使用して
いた酸素センサなどのガスセンサを、そのままガス置換
率算出用のセンサとして用いることができるので、従来
の露光装置を大幅に設計変更する必要がない。

【００２５】請求項５ 本発明に係る露光装置において、前記第１のガスが不活
性ガスであることが好ましい（請求項５に対応）。

【００２６】不活性ガスとしては、特に限定されず、窒
素ガス、ヘリウムガスなどが例示されるが、窒素ガスが
好ましい。入手が容易であり安価であるためである。ま
た、不活性ガスは、酸素を含まないガスであるため、特
殊なガスセンサを準備することなく、第１のガスによる
密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）内のガス置換率を容易
に算出することができる。

【００２７】請求項６および７ 本発明に係る露光装置において、前記第２のガスが、酸
素を含む化学的にクリーンなガスであることが好ましい
（請求項６に対応）。特に好ましくは、本発明に係る露
光装置において、前記第２のガスは、ドライエアである
（請求項７に対応）。

【００２８】前記第２のガスが、酸素を含む化学的にク
リーンなガス、たとえばドライエアである場合には、Ｋ
ｒＦエキシマレーザ光などのＤＵＶ光を露光用照明光と
して用いても、光学素子の曇り物質を発生させることが
なく、しかも仮に密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）外に
多量に漏れたとしても、窒息性ガスではないので安全で
ある。また、化学的にクリーンなドライエアは、クリー
ンルーム内のエアをケミカルフィルタ（５６）および除
湿器（５４）を介して供給すれば良く、運転コストの点
でも安全性の点でも有利である。なお、本件明細書にお
いて、「ドライエア」とは、相対湿度で好ましくは３％
程度以下、さらに好ましくは０％に近い湿度を持つ空気
を意味するものとする。

【００２９】請求項８ 本発明に係る露光装置において、前記第１ガス供給手段
（５０）から前記密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）へ至
る流路の開放と、前記第２ガス供給手段（５１）から前
記密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）へ至る流路の開放と
を切り換えるガス切換手段（４８）を有することが好ま
しい（請求項８に対応）。

【００３０】ガス切換手段（４８）を有することで、流
路の共用化を図ることができ、流路が複雑になることを
防止することができる。

【００３１】請求項９ 本発明に係る露光装置において、前記ガス切換手段（４
８）と複数の密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）との間に
は、当該ガス切換手段（４８）で選択された第１のガス
または第２のガスを、複数の密閉ブロック（３２ａ〜３
２ｅ）内に分岐させて供給するガス分配手段（３８）を
有することが好ましい（請求項９に対応）。

【００３２】ガス分配手段（３８）を有することで、流
路の共用化を図ることができ、流路が複雑になることを
防止することができる。

【００３３】請求項１０ 本発明に係る露光装置において、前記ガス分配手段（３
８）が前記流量制御手段の一部を兼ねており、当該ガス
分配手段（３８）により、各密閉ブロック（３２ａ〜３
２ｅ）内に供給される流量の制御を行うように構成して
あることが好ましい（請求項１０に対応）。

【００３４】ガス分配手段に流量制御の機能を持たせる
ことで、流量の制御を行うための部材を別に準備する必
要がなくなり、部品の共用化を図ることができる。

【００３５】請求項１１ 本発明に係る露光装置において、前記密閉ブロック（３
２ａ〜３２ｅ）内に前記第１ガス供給手段（５０）また
は第２ガス供給手段（５１）からガスを供給する前に、
前記密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）内の圧力を大気圧
力よりも低くするための減圧手段（３７）を有すること
が好ましい（請求項１１に対応）。減圧手段としては、
特に限定されないが、たとえば真空ポンプなどを例示す
ることができる。

【００３６】減圧手段により、密閉ブロック（３２ａ〜
３２ｅ）の内部を減圧状態とした後に、前記第１ガス供
給手段（５０）または第２ガス供給手段（５１）から各
ガスを供給することで、ガス供給後に所望のガス置換率
となるまでの時間を短縮することができる。すなわち、
密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）の内部が大気圧状態か
らガスを封入して所望のガス置換率となるまでの時間よ
りも、密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）内部を一旦減圧
状態としてからガスを封入した方が、所望のガス置換率
が得られるまでの時間を短くすることができる。なお、
密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）内への第１のガスの供
給と第２のガスの供給とは、同じ条件で行うことが好ま
しい。同じ条件で行うことで、第２のガスの供給量の制
御を、第１のガスの供給の際のガス置換率のモニタリン
グに基づき容易に行うことができるからである。

【００３７】請求項１２および請求項１３ 本発明に係る露光装置において、２００ｎｍ程度以上の
波長を持つ光を露光用照明光として出射する光源（１）
を有することが好ましい（請求項１２に対応）。

【００３８】本発明に係る露光装置において、前記照明
光はＫｒＦエキシマレーザであることが好ましい（請求
項１３に対応）。

【００３９】本発明に係る露光装置（請求項１２および
１３以外）においては、露光装置としては、特に限定さ
れず、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、Ｋｒ
Ｆエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレー
ザ（１９３ｎｍ）、Ｆ₂レーザ（１５７ｎｍ）、または
ＹＡＧレーザなどの高調波を露光用照明光源として用い
る露光装置に限らず、Ｘ線露光装置なども含む。しかし
ながら、２００ｎｍないしＡｒＦエキシマレーザの波長
（１９３ｎｍ）よりも短い波長を持つ光を露光用照明光
として用いた場合には、酸素を分解してオゾンを発生さ
せるおそれがあるため、本発明に係る露光装置として
は、２００ｎｍ程度以上の波長を持つ光を露光用照明光
として出射する光源、特にＫｒＦエキシマレーザである
場合に効果が大きい。

【００４０】請求項１４ 上記目的を達成するために、本発明に係る露光方法（請
求項１４に対応）は、露光装置を構成する複数の要素の
少なくとも一部を覆うように実質的な密封空間を形成す
る少なくとも１つの密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）内
に、露光装置の使用前に、第１のガスを供給し、前記密
閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）内に供給される第１のガ
スが、密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）内に元々存在し
ていたガスを置換する割合であるガス置換率を検出し、
露光装置の使用時には、前記密閉ブロック（３２ａ〜３
２ｅ）内の第１のガスによるガス置換率が所定の目標ガ
ス置換率以上となる時の第１のガスの供給流量に基づ
き、前記密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）内に供給する
第２のガスの流量制御を行うことを特徴とする。

【００４１】本発明において、第２のガスは、露光用照
明光に対して安定なガスであることが好ましく、第１の
ガスは、必ずしも露光用照明光に対して安定なガスであ
る必要はないが、安定なガスであることが好ましい。

【００４２】本発明に係る露光方法では、露光装置の実
稼働前の調整段階で、密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）
内に第１のガスを、リーク検出用として供給し、当該密
閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）における第１のガスの単
位時間当たりのリークを検出し、所望のガス置換率を得
るために必要な、単位時間当たりのガスの供給量を算出
する。密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）が複数ある場合
には、各密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）毎に、単位時
間当たりのリークが異なると考えられるため、各密閉ブ
ロック（３２ａ〜３２ｅ）毎に、第１のガスの単位時間
当たりのリークを検出し、所望のガス置換率を得るため
に必要な、単位時間当たりのガスの供給量を算出する。

【００４３】露光装置の実稼働時には、前記第１のガス
とは異なる第２のガスを密閉ブロック（３２ａ〜３２
ｅ）内部に供給する。その際には、前記第１のガスを供
給した場合に求めた所望のガス置換率を実現するために
必要な、単位時間当たりのガスの供給量と同じ供給量
で、第２のガスを密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）の内
部に供給する。

【００４４】実稼働時前の調整段階で、密閉ブロック
（３２ａ〜３２ｅ）の密閉状態に変更がなければ、密閉
ブロック（３２ａ〜３２ｅ）からのガスのリーク量は、
調整段階と実稼働時とでは、実質的に同じになると考え
られる。なぜなら、第１のガスと第２のガスとが異なる
場合には、ガスの粘性が多少異なるが、密閉ブロック
（３２ａ〜３２ｅ）から外部へのリーク量は、ガスの粘
性の差による影響よりも密閉ブロック（３２ａ〜３２
ｅ）の密閉度と、ブロック内外の圧力差とに大きく依存
するためである。

【００４５】したがって、第１のガスと第２のガスとを
実質的に同じ圧力で供給する場合には、密閉ブロック
（３２ａ〜３２ｅ）からのガスのリーク量が、調整段階
と実稼働時とで実質的に同じになり、実稼働時には、第
２のガスによる置換率をモニタリングする必要がなくな
る。すなわち、第１のガスを密閉ブロック（３２ａ〜３
２ｅ）内部に封入して目標となるガス置換率が得られる
場合の条件を記憶しておき、それと同じ条件で、第２の
ガスを封入すれば、間接的に第２のガスの置換率のモニ
タリングが可能になる。このため、第２のガスとして
は、前述したように、酸素を含むケミカルクリーンなガ
ス（好ましくはドライエア）を用いることが可能にな
る。このようなガスは、クリーンルーム内のエアをケミ
カルフィルタおよび除湿器を介して供給すれば良く、運
転コストの点でも安全性の点でも有利である。また、ド
ライエアであれば、ガスの循環も容易であり、製造ライ
ンの負担も軽くなる。

【００４６】前記第１のガスを供給した場合に求めた所
望のガス置換率を実現するために必要な、単位時間当た
りのガスの供給量と同じ供給量で、第２のガスを密閉ブ
ロック（３２ａ〜３２ｅ）の内部に供給すると、密閉ブ
ロック（３２ａ〜３２ｅ）の内部は、第２のガスにより
所望のガス置換率で置換された状態となり、ＫｒＦエキ
シマレーザなどのＤＵＶ光を露光用照明光として用いて
も、光学素子の曇り物質を発生させることがない。

【００４７】請求項１５ 本発明に係る露光方法において、光源から射出される露
光用照明光を感光性基板に導く複数の光学素子はそれぞ
れ複数の密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）のいずれかに
配置されており、前記密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）
毎に、前記第１のガスによるガス置換率が所定の目標ガ
ス置換率以上となるときの前記第１のガスの供給流量に
基づき、前記密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）内に供給
する前記第２ガスの流量制御を行うことが好ましい（請
求項１５に対応）。

【００４８】密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）を複数に
することで、各密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）の容量
を小さくすることができると共に、各密閉ブロック（３
２ａ〜３２ｅ）の密閉度を高くすることが容易になり、
各密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）に封入するガスの供
給量を少なくすることができる。また、第２ガスの流量
制御も容易になる。なお、照明光学系と投影光学系との
間、及び投影光学系と感光性基板との間をそれぞれほぼ
密閉して第２ガスを流入させるようにしてもよい。

【００４９】請求項１６ 本発明に係る露光方法において、前記第１のガスを前記
密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）内に所定の流量で供給
し続けた場合に、平衡状態となるガス置換率の値が、前
記目標ガス置換率の値よりも高くなるように、第１のガ
スの供給流量を設定することが好ましい（請求項１６に
対応）。

【００５０】平衡状態となるガス置換率の値が、前記目
標ガス置換率の値よりも低い場合には、前記第１のガス
を前記密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）内に所定の流量
で供給し続けた場合に、平衡状態となっても、目標ガス
置換率に到達しない。この状態は、密閉ブロック（３２
ａ〜３２ｅ）からの単位時間当たりのリーク量に対し
て、第１のガスの単位時間当たりの供給量（供給流量）
が少なすぎる場合と考えられ、第１のガスの供給流量を
増やす必要がある。第１のガスの供給流量を多くして、
第１のガスを前記密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）内に
所定の流量で供給し続けた場合に、平衡状態となるガス
置換率の値が、目標ガス置換率の値よりも高くなる場合
には、その時の供給流量とガス置換率との関係をモニタ
リングしておく。そして、そのモニタリングされた情報
に基づき、露光装置の実稼働時には、第２のガスの供給
流量を制御する。

【００５１】請求項１７ 本発明に係る露光方法において、前記密閉ブロック（３
２ａ〜３２ｅ）内における第１のガスのガス置換率をモ
ニタし、ガス置換率が初期状態から目標ガス置換率（Ｅ
ｏ）となるまでの時間（Ｔ０）を計測することが好まし
い（請求項１７に対応）。

【００５２】特定の密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）内
の第１のガスによるガス置換率が初期状態から目標ガス
置換率（Ｅｏ）となるまでの時間は、当該密閉ブロック
（３２ａ〜３２ｅ）内に第２のガスを供給した場合に、
第２のガスによるガス置換率が初期状態から目標ガス置
換率となるまでの時間と実質的に同じであると考えられ
る。したがって、この時間を経過した後に、第２のガス
の存在下に、露光装置による露光を行うことで、ＫｒＦ
エキシマレーザなどのＤＵＶ光を露光用照明光として用
いても、光学素子の曇り物質を発生させることがない。

【００５３】請求項１８ 本発明に係る露光方法において、前記密閉ブロック（３
２ａ〜３２ｅ）内における第１のガスのガス置換率を、
密閉ブロック（３２ａ〜３２ｅ）内の酸素濃度をモニタ
することで検出し、この酸素濃度が、目標酸素濃度以下
となる酸素濃度を前記目標ガス置換率とすることが好ま
しい（請求項１８に対応）。

【００５４】酸素濃度は、たとえばガルバニ電池式の酸
素濃度センサなどのように、露光装置において一般的な
ガスセンサにより検出することができる。そして、密閉
ブロック（３２ａ〜３２ｅ）内の酸素の濃度を検出する
ことにより、第１のガスによる密閉ブロック（３２ａ〜
３２ｅ）内の置換率を算出することができる。そのた
め、特殊なガスセンサを準備することなく、密閉ブロッ
ク（３２ａ〜３２ｅ）内の置換率を算出することができ
る。また、従来の露光装置における不活性ガスの置換率
のモニタリングなどとして使用していた酸素センサなど
のガスセンサを、そのまま置換率算出用のセンサとして
用いることができるので、従来の露光装置を大幅に設計
変更する必要がない。

【００５５】請求項１〜１８ 本発明において、露光装置としては、露光方式の分類に
よる露光装置のタイプも特に限定されず、いわゆるステ
ップ・アンド・リピート方式の露光装置でも、いわゆる
ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置でも良い。
いわゆるステップ・アンド・スキャン方式の露光装置
は、レチクルなどのマスク上のパターンの一部を投影光
学系を介して感光性基板上に縮小投影露光した状態で、
マスクと感光性基板とを、投影光学系に対して同期移動
させることにより、マスク上のパターンの縮小像を逐次
感光性基板の各ショット領域に転写する方式の露光装置
である。この方式の露光装置は、いわゆるステップ・ア
ンド・リピート方式の露光装置に比較して、投影光学系
に対する負担を増大させることなく、転写対象パターン
を大面積化することができるという利点がある。

【００５６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面に示す実施
形態に基づき説明する。

【００５７】図１は本発明の１実施形態に係る露光装置
の概略構成図、図２は図１に示す密閉ブロックへ第１の
ガスおよび第２のガスを供給するための配管系の概略構
成図、図３は密閉ブロック内に第１のガスを供給する場
合のガス置換率の時間経過を示すグラフ、図４は図１に
示す露光装置本体のより詳細な概略図である。

【００５８】第１実施形態 図１に示すように、本発明の１実施形態に係る露光装置
３０は、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式の露
光装置であり、マスクとしてのレチクル１１上のパター
ンの一部を投影光学系１３を介して感光性基板としての
レジストが塗布されたウエハ１４上に縮小投影露光した
状態で、レチクル１１とウエハ１４とを、投影光学系１
３に対して同期移動させることにより、レチクル１１上
のパターンの縮小像を逐次ウエハ１４の各ショット領域
に転写するようになっている。

【００５９】本実施形態では、図１に示すように、この
ようなステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置
において、露光装置本体の照明光学系を複数の要素に分
割し、各要素毎に、密閉ブロック３２ａ〜３２ｄで覆
い、内部を実質的な密閉空間としている。各密閉ブロッ
ク３２ａ〜３２ｄは、たとえばステンレス、鋼鉄、アル
ミニウム、銅、真鍮などの電磁シールド材またはその他
の部材で構成してあり、露光用照明光が通過する部分に
は、その通過が可能なように、且つ内部が密閉されるよ
うに透明ガラス（平行平面板）などの透明部材が装着し
てある。なお、密閉空間毎にその両端に透明部材を装着
する代わりに、１つの密閉空間の少なくとも一端に、そ
の内部に配置される光学素子を装着して、その１つの密
閉空間を構成するようにしてもよい。

【００６０】まず、本実施形態に係る露光装置３０にお
ける露光装置本体について、図４に基づき説明する。

【００６１】図４に示すように、本実施形態の露光装置
３０の装置本体は、露光用光源１としてＫｒＦエキシマ
レーザ（発振波長２４８ｎｍ）を有する。なお、露光用
光源１としては、金属蒸気レーザ光源やＹＡＧレーザの
高調波発生装置等のパルス光源を使用しても良い。特
に、２００ｎｍ程度以上の波長域に発振スペクトルを有
する光を射出する光源が好適である。

【００６２】露光用光源１からパルス発光されたレーザ
ビームＬＢは、図１では図示省略してあるが図４には図
示してある光路折り曲げ用のミラーＭ１およびＭ２を介
して、ビーム整形・変調光学系２へ入射するようになっ
ている。本実施形態では、ビーム整形・変調光学系２
は、ビーム整形光学系２ａと、エネルギー変調器２ｂと
から成る。ビーム整形光学系２ａは、シリンダレンズや
ビームエキスパンダ等で構成してあり、これらにより、
後続のフライアイレンズ５に効率よく入射するようにビ
ームの断面形状が整形される。

【００６３】図４に示すエネルギー変調器２ｂは、エネ
ルギー粗調器およびエネルギー微調器などで構成してあ
り、エネルギー粗調器は、回転自在なレボルバ上に透過
率（＝（１−減光率）×１００（％））の異なる複数個
のＮＤフィルタを配置したものであり、そのレボルバを
回転することにより、入射するレーザビームＬＢに対す
る透過率を１００％から複数段階で切り換えることがで
きるようになっている。なお、そのレボルバと同様のレ
ボルバを２段配置し、２組のＮＤフィルタの組み合わせ
によってより細かく透過率を調整できるようにしてもよ
い。一方、エネルギー微調器は、ダブル・グレーティン
グ方式、または傾斜角可変の２枚の平行平板ガラスを組
み合わせた方式等で、所定範囲内でレーザビームＬＢに
対する透過率を連続的に微調整するものである。ただ
し、このエネルギー微調器を使用する代わりに、エキシ
マレーザ光源１の出力変調によってレーザビームＬＢの
エネルギーを微調整してもよい。

【００６４】図４において、ビーム整形・変調光学系２
から射出されたレーザビームＬＢは、光路折り曲げ用の
ミラーＭを介してフライアイレンズ５に入射する。な
お、図１では、ミラーＭを省略している。

【００６５】フライアイレンズ５は、後続のレチクル１
１を均一な照度分布で照明するために多数の２次光源を
形成する。図４に示すように、フライアイレンズ５の射
出面には照明系の開口絞り（いわゆるσ絞り）６が配置
してあり、その開口絞り６内の２次光源から射出される
レーザビーム（以下、「パルス照明光ＩＬ」と呼ぶ）
は、反射率が小さく透過率の大きなビームスプリッタ７
に入射し、ビームスプリッタ７を透過した露光用照明光
としてのパルス照明光ＩＬは、リレーレンズ８を介して
コンデンサレンズ１０へ入射するようになっている。

【００６６】図１ではリレーレンズ８を簡単に図示して
あるが、実際には、図４に示すように、リレーレンズ８
は、第１リレーレンズ８Ａと、第２リレーレンズ８Ｂ
と、これらレンズ８Ａ，８Ｂ間に配置される固定照明視
野絞り（固定レチクルブラインド）９Ａおよび可動照明
視野絞り９Ｂとを有する。固定照明視野絞り９Ａは、矩
形の開口部を有し、ビームスプリッタ７を透過したパル
ス照明光ＩＬは、第１リレーレンズ８Ａを経て固定照明
視野絞り９Ａの矩形の開口部を通過するようになってい
る。また、この固定照明視野絞り９Ａは、レチクルのパ
ターン面に対する共役面の近傍に配置してある。可動照
明視野絞り９Ｂは、走査方向の位置および幅が可変の開
口部を有し、固定照明視野絞り９Ａの近くに配置してあ
り、走査露光の開始時および終了時にその可動照明視野
絞り９Ｂを介して照明視野フィールドをさらに制限する
ことによって、不要な部分（レクチルパターンが転写さ
れるウエハ上のショット領域以外）の露光が防止される
ようになっている。なお、図１では、これらの固定照明
視野絞り９Ａおよび可動照明視野絞り９Ｂの図示を省略
してある。

【００６７】図４に示すように、固定照明視野絞り９Ａ
および可動照明視野絞り９Ｂを通過したパルス照明光Ｉ
Ｌは、第２リレーレンズ８Ｂおよびコンデンサレンズ１
０を経て、レチクルステージ１５上に保持されたレチク
ル１１上の矩形の照明領域１２Ｒを均一な照度分布で照
明する。レチクル１１上の照明領域１２Ｒ内のパターン
を投影光学系１３を介して投影倍率α（αは例えば１／
４，１／５等）で縮小した像が、フォトレジストが塗布
されたウエハ（感光性基板）１４上の照明視野フィール
ド１２Ｗに投影露光される。以下、投影光学系１３の光
軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、その光軸ＡＸに垂直な平面
内で照明領域１２Ｒに対するレチクル１１の走査方向
（即ち、図４の紙面に平行な方向）をＹ方向、その走査
方向に垂直な非走査方向をＸ方向として説明する。

【００６８】このとき、レチクルステージ１５はレチク
ルステージ駆動部１８によりＹ方向に走査される。外部
のレーザ干渉計１６により計測されるレチクルステージ
１５のＹ座標がステージコントローラ１７に供給され、
ステージコントローラ１７は供給された座標に基づいて
レチクルステージ駆動部１８を介して、レチクルステー
ジ１５の位置および速度を制御する。

【００６９】一方、ウエハ１４は、不図示のウエハホル
ダを介してＺチルトステージ１９上に載置され、Ｚチル
トステージ１９はＸＹステージ２０上に載置されてい
る。ＸＹステージ２０は、Ｘ方向およびＹ方向にウエハ
１４の位置決めを行うと共に、Ｙ方向にウエハ１４を走
査する。また、Ｚチルトステージ１９は、ウエハ１４の
Ｚ方向の位置（フォーカス位置）を調整すると共に、Ｘ
Ｙ平面に対するウエハ１４の傾斜角を調整する機能を有
する。Ｚチルトステージ１９上に固定された移動鏡、お
よび外部のレーザ干渉計２２により計測されるＸＹステ
ージ２０（ウエハ１４）のＸ座標、およびＹ座標がステ
ージコントローラ１７に供給され、ステージコントロー
ラ１７は、供給された座標に基づいてウエハステージ駆
動部２３を介してＸＹステージ２０の位置および速度を
制御する。

【００７０】また、ステージコントローラ１７の動作
は、不図示の装置全体を統轄制御する主制御系によって
制御されている。そして、走査露光時には、レチクル１
１がレチクルステージ１５を介して＋Ｙ方向（または−
Ｙ方向）に速度Ｖ_R で走査されるのに同期して、ＸＹス
テージ２０を介してウエハ１４は照明視野フィールド１
２Ｗに対して−Ｙ方向（または＋Ｙ方向）に速度α・Ｖ
_R （αはレチクル１１からウエハ１４に対する投影倍
率）で走査される。

【００７１】また、Ｚチルトステージ１９上のウエハ１
４の近傍に光電変換素子からなる照度むらセンサ２１が
常設され、照度むらセンサ２１の受光面はウエハ１４の
表面と同じ高さに設定されている。照度むらセンサ２１
としては、遠紫外で感度があり、且つパルス照明光を検
出するために高い応答周波数を有するＰＩＮ型のフォト
ダイオード等が使用できる。照度むらセンサ２１の検出
信号が不図示のピークホールド回路、およびアナログ／
デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を介して露光コントローラ２
６に供給されている。

【００７２】なお、図４に示すビームスプリッタ７で反
射されたパルス照明光ＩＬは、集光レンズ２４を介して
光電変換素子よりなるインテグレータセンサ２５で受光
され、インテグレータセンサ２５の光電変換信号が、不
図示のピークホールド回路およびＡ／Ｄ変換器を介して
出力ＤＳとして露光コントローラ２６に供給される。イ
ンテグレータセンサ２５の出力ＤＳと、ウエハ１４の表
面上でのパルス照明光ＩＬの照度（露光量）との相関係
数は予め求められて露光コントローラ２６内に記憶され
ている。露光コントローラ２６は、制御情報ＴＳを露光
用光源１に供給することによって、露光用光源１の発光
タイミング、および発光パワー等を制御する。露光コン
トローラ２６は、さらにエネルギー変調器３での減光率
を制御し、ステージコントローラ１７はステージ系の動
作情報に同期して可動照明視野絞り９Ｂの開閉動作を制
御する。

【００７３】本実施形態では、図１に示すように、以上
に示したように構成された露光装置３０の装置本体の照
明光学系を、光路折り曲げ用のミラーＭ１およびＭ２、
照明光学系の光軸と光源１から射出されるレーザビーム
との位置関係を調整するビームマッチングユニット（不
図示）などを含む系と、ビーム整形・変調光学系２を含
む系と、フライアイレンズ５や開口絞６（図４）、さら
には互いに形状と大きさとの少なくとも一方が異なる複
数の開口絞り（輪帯絞り、小σ絞り、大σ絞り、変形照
明用絞りなど）を保持するターレット板などを含む系
と、リレーレンズ８およびコンデンサレンズ１０や視野
絞り９Ａ、９Ｂ（図４）を含む系とに分割し、これらの
系を別々の密閉ブロック３２ａ〜３２ｄで覆い、各ブロ
ックの内部を密閉構造としている。

【００７４】図２に示すように、本実施形態では、各密
閉ブロック３２ａ〜３２ｄには、個別流路配管系３４ａ
〜３４ｄが接続してあり、各個別流路配管系３４ａ〜３
４ｄを通して各密閉ブロック３２ａ〜３２ｄ内部へガス
の供給が可能になっている。各個別流路配管系３４ａ〜
３４ｄには、電磁弁３６が装着してあり、各密閉ブロッ
ク３２ａ〜３２ｄ内部へのガスの供給および停止を制御
可能になっている。また、各密閉ブロック３２ａ〜３２
ｄの内部には、内部の酸素濃度を検出可能な酸素センサ
３３と、内部の雰囲気圧力を検出可能なブロック内圧力
センサ３５とが装着してある。酸素センサ３３および圧
力センサ３５の出力信号は、図示省略してある制御装置
（露光装置の主制御装置であっても良い）へ入力する。
また、電磁弁３６は、その制御装置により制御される。

【００７５】各個別流路配管系３４ａ〜３４ｄは、ガス
分配手段としての流量分岐ユニット３８に接続してあ
る。流量分岐ユニット３８は、共通流路配管系４４から
流入してくるガスを各個別流路配管系３４ａ〜３４ｄへ
と分配する装置である。本実施形態では、流量分岐ユニ
ット３８は、流量制御手段としての制御弁の一部を兼ね
ており、当該分岐ユニット３８により、各密閉ブロック
３２ａ〜３２ｄ内に供給される流量の制御を個別に行う
ことができるように構成してある。流量分岐ユニット３
８内の流量制御弁は、個別に設定が可能であり、手動ま
たは制御装置からの制御信号に基づき制御される。

【００７６】共通流路配管系４４には、流量分岐ユニッ
ト３８側から、流量計４０、圧力センサ４２、減圧弁４
６およびガス切換ユニット（ガス切換手段）４８が装着
してある。流量計４０は、共通流路配管系４４内を流れ
るガスの流量を計測し、圧力センサ４２は、共通流路配
管系４４内を流れるガスの圧力を計測し、減圧弁４６
は、ガス切換ユニット４８から送られてくるガスの圧力
を所定圧力に減圧するようになっている。

【００７７】ガス切換ユニット４８には、第１ガス供給
手段としての不活性ガス供給系５０と、第２ガス供給手
段としてのドライエア供給系５１とが接続してある。不
活性ガス供給系５０は、たとえば不活性ガスタンクと供
給配管系とから成り、不活性ガスとして、たとえば窒素
ガスやヘリウムガスなどを所定圧力（工場供給可能圧力
以下）でガス切換ユニット４８方向へ供給可能になって
いる。

【００７８】ドライエア供給系５１は、たとえばコンプ
レッサ５２、除湿器５４、ケミカルフィルタ５６、およ
びこれらを結ぶ供給配管系などで構成してある。コンプ
レッサ５２によりクリーンルームからのエアを除湿器５
４およびケミカルフィルタ５６を通すことにより、切換
ユニット４８へは、所定圧力のケミカルクリーンなドラ
イエアを供給可能になっている。なお、ケミカルフィル
タ５６としては、特に限定されないが、そこを通すこと
により、ガスがケミカルクリーンなガスとなるフィル
タ、たとえば活性炭フィルタなどを用いることができ、
ＨＥＰＡフィルタ（High Efficiency particle Air Fil
ter）を併用することもできる。また除湿器５４として
は、一般的な除湿器を用いることができるが、この除湿
器５４を通すことにより、湿度が０％近傍となる除湿器
を用いることが好ましい。

【００７９】切換ユニット４８では、不活性ガス供給系
５０と共通流路配管系４４との連通と、ドライエア供給
系５１と共通流路配管系４４との連通とを切り換え可能
になっており、その切換は、手動または制御装置からの
制御信号により行われる。

【００８０】次に、本実施形態に係る露光装置３０の使
用方法について説明する。本実施形態に係る露光装置３
０では、露光装置３０の実稼働前の調整段階で、各密閉
ブロック３２ａ〜３２ｄ内に、第１のガスとしての不活
性ガスを、リーク検出用として供給するために、ガス切
換ユニット４８を制御し、不活性ガス供給系５０と共通
流路配管系４４とを連通させる。その結果、不活性ガス
供給系５０内の不活性ガスは、共通流路配管系４４へと
流れ、減圧弁４６で所定圧力に減圧され、流量分岐ユニ
ット３８へ至る。その際に、共通流路配管系４４内を流
れる不活性ガスの圧力と流量とが圧力センサ４２および
流量計４０により各々計測される。

【００８１】流量分岐ユニット３８では、各密閉ブロッ
ク３２ａ〜３２ｄ毎に、それらの容量に応じた適切な流
量をユニット３８内の流量制御弁で設定し、各個別流路
配管系３４ａ〜３４ｄへと設定流量で不活性ガスを分配
して供給する。そして、電磁弁３６を開けることによ
り、各密閉ブロック３２ａ〜３２ｄへと不活性ガスを所
定の流量で供給する。

【００８２】特定の密閉ブロック３２ａ〜３２ｄ内に不
活性ガスを供給した場合における酸素センサ３３により
検出された酸素濃度の時間変化を図３に示す。図３に示
すように、不活性ガスを供給し始めた時点では、密閉ブ
ロック内部の酸素濃度は、大気中の酸素濃度と同じ２１
％であるが、時間の経過と共に減少する。これは、密閉
ブロックの内部に不活性ガスを供給し続けることで、密
閉ブロックの内部の既存の空気が、密閉ブロックからリ
ークし、ブロック内部が徐々に不活性ガスで置換される
からである。密閉ブロックの内部の不活性ガスによるガ
ス置換率Ｅ（％）は、酸素濃度をＤ（％）とした場合
に、次の式により定義される。

【００８３】

【数１】Ｅ（％）＝（１−Ｄ／２１）×１００ 上記数式中の２１は、大気中の酸素濃度（％）である。
したがって、図３において、酸素濃度Ｄが低下すると、
ガス置換率Ｅは高くなり、酸素濃度Ｄとガス置換率Ｅと
は、一対一に対応し、図２に示す酸素センサ３３により
酸素濃度を検出することで、不活性ガスのガス置換率を
算出することができる。

【００８４】図３に示す酸素濃度の時間変化のカーブ
は、各密閉ブロック３２ａ〜３２ｄ毎に異なる。各密閉
ブロック３２ａ〜３２ｄ毎に、内部容量が異なると共
に、密閉度が異なり、しかも不活性ガスの設定流量が異
なるからである。

【００８５】本実施形態では、全ての密閉ブロック３２
ａ〜３２ｄについて、それらの内部が、不活性ガスによ
り目標ガス置換率Ｅｏ（図３に示す目標濃度Ｄｏに対
応）に到達するまでの時間Ｔ０（置換所要時間）と、平
衡状態におけるガス置換率Ｅｓとを求める。目標ガス置
換率Ｅｏと、平衡状態におけるガス置換率Ｅｓとは、前
記数式中の酸素濃度Ｄを、目標酸素濃度であるＤｏ、ま
たは平衡状態における酸素濃度Ｄｓで置き換えることに
より算出することができる。

【００８６】本実施形態においては、目標ガス置換率Ｅ
ｏを、９０〜９８％に設定し、平衡状態におけるガス置
換率Ｅｓが、目標ガス置換率Ｅｏよりも高くなるように
設定する。すなわち、図３のグラフにおいて、平衡状態
における酸素濃度Ｄｓが、目標酸素濃度Ｄｏよりも下に
なるように設定する。

【００８７】平衡状態となるガス置換率Ｅｓの値が、目
標ガス置換率Ｅｏの値よりも低い場合には、不活性ガス
を密閉ブロック内に所定の流量で供給し続けた場合に、
平衡状態となっても、目標ガス置換率Ｅｏに到達しな
い。この状態は、密閉ブロックからの単位時間当たりの
リーク量に対して、不活性ガスの単位時間当たりの供給
量（供給流量）が少なすぎる場合と考えられ、不活性ガ
スの供給流量を増やす必要がある。そのような場合に
は、図２に示す流量分岐ユニット３８の制御弁を調節し
て、該当する密閉ブロックへの不活性ガスの供給流量が
増大するように設定し直す。このようにして、全ての密
閉ブロック３２ａ〜３２ｄについて、平衡状態における
ガス置換率Ｅｓが、目標ガス置換率Ｅｏよりも高くなる
ように不活性ガスの供給流量を個別に設定し、各密閉ブ
ロック３２ａ〜３２ｄについて、置換所要時間Ｔ０と、
平衡状態におけるガス置換率Ｅｓとを求める。

【００８８】そして、露光装置の実稼働時には、ガス切
換ユニット４８を制御し、不活性ガス供給系５０からの
ガスの流れを遮り、ドライエア供給系５１から共通流路
配管系４４へケミカルクリーンなドライエアを流す。ケ
ミカルクリーンなドライエアは、前述したように、コン
プレッサ５２によりクリーンルームからのエアを除湿器
５４およびケミカルフィルタ５６を通すことにより得ら
れる。このドライエアは、共通流路配管系４４の減圧弁
４６を通して、不活性ガスが流通していた場合と同程度
の圧力に減圧され、流量分岐ユニット３８へ至る。その
際に、共通流路配管系４４内を流れるドライエアの圧力
と流量とが圧力センサ４２および流量計４０により各々
計測され、不活性ガスが流通していた場合と同程度の圧
力および流量に制御される。

【００８９】流量分岐ユニット３８では、各個別流路配
管系３４ａ〜３４ｄへの各流量制御弁が、不活性ガスを
供給した場合に求めた所望の目標ガス置換率Ｅｏを実現
するために必要な供給流量に設定してあるので、不活性
ガスの供給量と同じ供給量で、ドライエアが、各密閉ブ
ロック３２ａ〜３２ｄへと供給される。

【００９０】実稼働時前の調整段階で、各密閉ブロック
３２ａ〜３２ｄの密閉状態に変更がなければ、密閉ブロ
ック３２ａ〜３２ｄからのガスのリーク量は、調整段階
と実稼働時とでは、実質的に同じになると考えられる。
なぜなら、不活性ガスとドライエアとは、ガスの粘性が
多少異なるが、各密閉ブロック密閉ブロック３２ａ〜３
２ｄから外部へのリーク量は、ガスの粘性の差による影
響よりも密閉ブロック３２ａ〜３２ｄの密閉度と、ブロ
ック内外の圧力差とに大きく依存するためである。

【００９１】したがって、不活性ガスとドライエアとを
実質的に同じ圧力および供給流量で供給する場合には、
各密閉ブロック３２ａ〜３２ｄからのガスのリーク量
が、調整段階と実稼働時とで実質的に同じになり、実稼
働時には、ドライエアによる置換率をモニタリングする
必要がなくなる。ちなみに、ドライエア中の酸素濃度
は、大気中の酸素濃度と略同じであり、図２に示す酸素
センサ３３によっては、ガス置換率をモニタリングする
ことは不可能であった。

【００９２】本実施形態においては、不活性ガスを供給
した場合に求めた所望のガス置換率を実現するために必
要な、単位時間当たりのガスの供給量と同じ供給量で、
ドライエアを各密閉ブロック３２ａ〜３２ｄの内部に供
給すると、密閉ブロック３２ａ〜３２ｄの内部は、不活
性ガスの場合に求めた置換所要時間Ｔ０後には、ドライ
エアにより目標置換率Ｅｏ以上で置換された状態とな
る。全ての密閉ブロック３２ａ〜３２ｄについて、ドラ
イエアにより目標置換率Ｅｏ以上で置換された状態とな
った場合、すなわち密閉ブロック３２ａ〜３２ｄについ
ての最大の置換所要時間Ｔ０経過後には、露光装置から
稼働準備完了信号を出力することが好ましい。その出力
信号は、露光装置の操作者に知らせるための信号でも良
いし、露光装置の稼働制限を解除する信号に用いても良
い。

【００９３】密閉ブロック３２ａ〜３２ｄについての最
大の置換所要時間Ｔ０経過後に露光を行うことで、全て
の密閉ブロック３２ａ〜３２ｄの内部が、目標ガス置換
率Ｅｏ以上のガス置換率でドライエアに置換してある。
すなわち、ＫｒＦエキシマレーザなどのＤＵＶ光から成
る照明光が、密閉ブロック３２ａ〜３２ｄ内を通過して
も、そこにはＤＵＶ光に対して反応する物質が存在しな
い。したがって、これら密閉ブロック３２ａ〜３２ｄの
内部に配置してあるレンズやミラーなどの光学素子の曇
り物質を発生させることがない。なお、置換所要時間Ｔ
０は、具体的には数十分程度のオーダーである。

【００９４】前述したように、本実施形態に係る露光装
置３０では、露光装置の実稼働時には、酸素を含むケミ
カルクリーンなドライエアを用いることが可能になる。
このようなドライエアは、クリーンルーム内のエアをケ
ミカルフィルタ５６および除湿器５４を介して供給すれ
ば良く、運転コストの点でも安全性の点でも有利であ
る。すなわち、ドライエアとしては、クリーンルーム内
のエアを用いて安価に製造することができ、ドライエア
が各密閉ブロック３２ａ〜３２ｄから多量に漏れたとし
ても、作業者にとって安全である。

【００９５】また、本実施形態に係る露光装置３０で
は、各密閉ブロック３２ａ〜３２ｄの内部には、酸素セ
ンサ３３以外に、ブロック内圧力センサ３５が装着して
あるために、密閉ブロック３２ａ〜３２ｄの内部圧力が
低下した場合を検知することができる。密閉ブロック３
２ａ〜３２ｄの内部圧力が低下する場合としては、何ら
かの事故により密閉ブロック３２ａ〜３２ｄの気密性が
低下し、多量のリークが発生する場合や、何らかの事故
によりドライエア供給系５１により供給されるガス圧力
が低下する場合などが考えられる。これらの場合には、
密閉ブロック３２ａ〜３２ｄ内でのガス置換率が大幅に
低下することから、露光装置の稼働を停止する必要があ
る。そこで、本実施形態に係る露光装置３０では、圧力
センサ３５を用いて、このような事態を検出し、アラー
ム信号を出力し、警告灯、ブザー、あるいはディスプレ
イ装置での表示により作業者に知らせたり、露光装置の
稼働を停止させたりすることができる。なお、何らかの
事故によりドライエア供給系５１により供給されるガス
圧力が低下する事態は、共通流路配管系４４に装着して
ある圧力センサ４２によっても検出することができ、同
様にアラーム信号を出力することができる。

【００９６】本実施形態に係る露光装置３０において
は、ブロック内圧センサ３５では、各密閉ブロック３２
ａ〜３２ｄの内部圧力が、調整段階で不活性ガスを封入
してガス置換率をモニタリングしていた場合の所定圧力
以上に、ドライエアのパージ圧力が保たれているかを検
出する。また、共通流路配管系４４の圧力センサ４２で
は、調整段階で不活性ガスを共通流路配管系４４内に流
通させていた場合の所定圧力以上に、ドライエアのパー
ジ圧力が保たれているかを検出する。これらの所定圧力
が低下する場合には、各密閉ブロック３２ａ〜３２ｄの
内部のドライエアによるガス置換率が、不活性ガスを用
いてモニタリングしていた目標ガス置換率Ｅｏよりも低
下している可能性が高いと判断できるからである。な
お、各密閉ブロック３２ａ〜３２ｄにおける所定圧力と
は、特に限定されないが、大気圧力よりも僅かに高い程
度であり、好ましくは大気圧力に対して、１〜１０％程
度高い圧力である。

【００９７】また、本実施形態に係る露光装置３０にお
いて、酸素センサ３３として、ガルバニ電池式の酸素濃
度計を用い、露光装置の実稼働時にも、各密閉ブロック
３２ａ〜３２ｄの内部の酸素濃度をモニタリングするこ
とで、各密閉ブロック３２ａ〜３２ｄの内部の圧力低下
を検出することもできる。これは、ガルバニ電池式の酸
素濃度計には、正比例関係の圧力依存性があるためであ
る。すなわち、何らかの原因で、いずれかの密閉ブロッ
ク３２ａ〜３２ｄに多量のリークが生じた場合、該当す
る密閉ブロックの内部の圧力が低下する。圧力低下の前
後での酸素濃度％が２１％程度に同じだとしても、酸素
の絶対量が少なくなり、酸素濃度計により検出する値が
下がるからである。このようにして、酸素センサ３３に
圧力依存性がある場合には、酸素センサ３３により圧力
低下を検出することができる。

【００９８】第２実施形態 本実施形態では、図２に示すように、減圧手段としての
真空ポンプ３７を、各密閉ブロック３２ａ〜３２ｄに接
続する。真空ポンプ３７は、各密閉ブロック３２ａ〜３
２ｄ毎に装着しても良いが、単一の真空ポンプ３７を各
密閉ブロック３２ａ〜３２ｄに接続する方が経済的であ
る。なお、真空ポンプ３７と各密閉ブロック３２ａ〜３
２ｄとの間の配管系には、電磁弁などのバルブが装着し
てある。その他の構成は、前記第１実施形態の露光装置
と同じであり、前記実施形態の装置と同様な作用効果を
奏する。

【００９９】本実施形態に係る露光装置では、各密閉ブ
ロック３２ａ〜３２ｄの内部に、不活性ガスを封入する
前と、ドライエアを封入する前に、それぞれ真空ポンプ
３７を駆動して、各ブロック３２ａ〜３２ｄの内部を真
空引きして、内部を減圧状態下にする。その後、不活性
ガスまたはドライエアを封入することで、図３に示す目
標ガス置換率Ｅｏに到達するまでの置換所要時間Ｔ０を
短くすることができ、スループットの向上に寄与する。

【０１００】第３実施形態 本実施形態では、照明光学系のみでなく、図１に示す投
影光学系１３をも密閉ブロック３２ｅで覆い、前記第１
実施形態と同様にして、この投影光学系１３を密閉する
密閉ブロック３２ｅの内部に不活性ガスを封入してガス
置換率をモニタリングすると共に、実稼働時には、ドラ
イエアを供給する。その他の構成は、前記第１実施形態
の露光装置と同様であり、前記実施形態の装置と同様な
作用効果を奏する。

【０１０１】レンズなどの光学素子は、照明光学系のみ
でなく、投影光学系１３にも多数配置してあることか
ら、このように投影光学系１３をも密閉ブロック３２ｅ
で覆うことで、投影光学系１３内部に配置してあるレン
ズなどの光学素子を有効に保護することができる。ま
た、ＫｒＦエキシマレーザ光などのＤＵＶ光が投影光学
系１３を通過しても、光学素子の曇り物質を発生させる
ことがない。

【０１０２】なお、第３実施形態では複数の光学素子を
有する投影光学系１３を単一の密閉ブロック３２ｅに収
納するものとしたが、その複数の光学素子をいくつかの
群に分けてそれぞれ複数の密閉ブロックに収納するよう
にしてもよい。このとき、所定個数の光学素子をそれぞ
れ一体に保持する複数の分割鏡筒の各々を密閉ブロック
に収納するようにしてもよい。

【０１０３】以上の第１〜第３実施形態では、光源１と
ウエハ１４との間で露光用照明光の光路上に配置される
複数の光学要素を複数の密閉ブロックにそれぞれ収納す
るものとしたが、その光路外に配置されるセンサなどを
含む光学要素、例えば集光レンズ２４やインテグレータ
センサ２５（図４）、あるいはウエハ１４で反射されて
投影光学系１３などを通過し、さらにビームスプリッタ
７で反射される露光用照明光を受光する光電検出器（反
射率モニタ）なども密閉ブロックに収納するようにして
もよい。また、光源１から射出される露光用照明光の一
部を分岐して、レチクルアライメント系などを始めとす
る光学センサに導く送光系の少なくとも一部を、前述の
実施形態と同様に少なくとも１つの密閉ブロックに収納
するようにしてもよい。ただし、その送光系が光ファイ
バーを含むときは、その光ファイバー以外の光学要素を
その密閉ブロックに収納するように構成すればよい。要
は、照明光学系、投影光学系、及びアライメント系など
を始めとする、露光用照明光、またはその波長とほぼ同
一の照明光が通過する全ての光学系に対して本発明を適
用することができる。

【０１０４】また、第１〜第３実施形態ではステップ・
アンド・スキャン方式の縮小投影型走査露光装置（スキ
ャニング・ステッパー）についての説明したが、例えば
レチクル１１とウエハ１４とを静止させた状態でレチク
ルパターンの全面に露光用照明光を照射して、そのレチ
クルパターンが転写されるべきウエハ１４上の１つの区
画領域（ショット領域）を一括露光するステップ・アッ
プ・リピート方式の縮小投影型露光装置（ステッパ
ー）、さらにはミラープロジェクション方式やプロキシ
ミティ方式などの露光装置にも同様に本発明を適用する
ことができる。なお、図１に示した投影光学系１３はそ
の全ての光学素子が屈折素子（レンズ）であるものとし
たが、反射素子（ミラーなど）のみからなる光学系であ
ってもよいし、あるいは屈折素子と反射素子（凹面鏡、
ミラーなど）とからなるカタディオプトリック光学系で
あってもよい。また、投影光学系１３は縮小光学系に限
られるものではなく、等倍光学系や拡大光学系であって
もよい。

【０１０５】なお、本発明は、上述した実施形態に限定
されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変する
ことができる。

【０１０６】たとえば、照明光学系および／または投影
光学系を分割して密閉する密閉ブロックの個数は、上述
した実施形態に限定されず、種々に改変することができ
る。特に照明光学系における密閉ブロックの個数を増や
すことで、照明光学系のメンテナンスが容易になり、密
閉ブロック内へのガスの封入を効率的に行うことができ
る。

【０１０７】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、特に遠紫外光の光を用いて露光を行う露光装置にお
いて、大幅な設計変更を加えることなく、光学素子に対
する曇り物質の付着を防止でき、しかも運転時には窒息
性ガスを用いず、運転コストが安価で安全な露光装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の１実施形態に係る露光装置の
概略構成図である。

【図２】 図２は図１に示す密閉ブロックへ第１のガス
および第２のガスを供給するための配管系の概略構成図
である。

【図３】 図３は密閉ブロック内に第１のガスを供給す
る場合のガス置換率の時間経過を示すグラフである。

【図４】 図４は図１に示す露光装置本体のより詳細な
概略図である。

【符号の説明】

１… 露光用光源 ２… ビーム整形・変調光学系 ５… フライアイレンズ ８… リレーレンズ １０… コンデンサレンズ １１… レチクル（マスク） １３… 投影光学系 １４… ウエハ（感光性基板） ３０… 露光装置 ３２ａ〜３２ｅ… 密閉ブロック ３３… 酸素センサ ３４ａ〜３４ｄ… 個別流路配管系 ３５… ブロック内圧力センサ ３７… 真空ポンプ（減圧手段） ３８… 流量分岐ユニット（ガス分配手段） ４０… 流量計 ４２… 圧力センサ ４４… 共通流路配管系 ４６… 減圧弁 ４８… ガス切換ユニット（ガス切換手段） ５０… 不活性ガス供給系（第１ガス供給手段） ５１… ドライエア供給系（第２ガス供給手段）

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光装置を構成する複数の要素の少なく
   とも一部を覆うように実質的な密封空間を形成する少な
   くとも１つの密閉ブロックと、 前記密閉ブロック内に第１のガスを供給する第１ガス供
   給手段と、 前記密閉ブロック内に、前記第１のガスと異なる第２の
   ガスを供給する第２ガス供給手段と、 前記第１ガス供給手段により前記密閉ブロック内に供給
   される第１のガスによる当該密閉ブロック内のガス置換
   率を検出するガスセンサと、 前記ガスセンサにより検出されたガス置換率のデータに
   基づき、前記第２ガス供給手段により前記密閉ブロック
   内に供給される第２のガスの流量を制御する流量制御手
   段とを有する露光装置。
2. 【請求項２】 露光用照明光を射出する光源と、前記照
   明光をマスクに照射する照明光学系とを備え、前記照明
   光学系の少なくとも一部が前記密閉ブロック内に配置さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 【請求項３】 前記マスクから出射する照明光を感光性
   基板上に投射する投影光学系を備え、前記光源と前記感
   光性基板との間に配置される複数の光学素子はそれぞれ
   複数の密閉ブロックのいずれかに配置されていることを
   特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 【請求項４】 前記第１のガスが、酸素を含まないガス
   であり、前記ガスセンサが酸素の濃度を検出可能なセン
   サである請求項１〜３のいずれかに記載の露光装置。
5. 【請求項５】 前記第１のガスが不活性ガスである請求
   項４に記載の露光装置。
6. 【請求項６】 前記第２のガスが、酸素を含む化学的に
   クリーンなガスである請求項４または５に記載の露光装
   置。
7. 【請求項７】 前記第２のガスが、ドライエアである請
   求項６に記載の露光装置。
8. 【請求項８】 前記第１ガス供給手段から前記密閉ブロ
   ックへ至る流路の開放と、前記第２ガス供給手段から前
   記密閉ブロックへ至る流路の開放とを切り換えるガス切
   換手段を有する請求項１〜７のいずれかに記載の露光装
   置。
9. 【請求項９】 前記ガス切換手段と複数の密閉ブロック
   との間には、当該ガス切換手段で選択された第１のガス
   または第２のガスを、複数の密閉ブロック内に分岐させ
   て供給するガス分配手段を有する請求項８に記載の露光
   装置。
10. 【請求項１０】 前記ガス分配手段が前記流量制御手段
    の一部を兼ねており、当該ガス分配手段により、各密閉
    ブロック内に供給される流量の制御を行うように構成し
    てある請求項１〜９のいずれかに記載の露光装置。
11. 【請求項１１】 前記密閉ブロック内に前記第１ガス供
    給手段または第２ガス供給手段からガスを供給する前
    に、前記密閉ブロック内の圧力を大気圧力よりも低くす
    るための減圧手段を有する請求項１〜１０のいずれかに
    記載の露光装置。
12. 【請求項１２】 ２００ｎｍ程度以上の波長を持つ光を
    露光用照明光として出射する光源を有する請求項１〜１
    １のいずれかに記載の露光装置。
13. 【請求項１３】 前記照明光はＫｒＦエキシマレーザで
    あることを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
14. 【請求項１４】 露光装置を構成する複数の要素の少な
    くとも一部を覆うように実質的な密封空間を形成する少
    なくとも１つの密閉ブロック内に、露光装置の使用前
    に、第１のガスを供給し、 前記密閉ブロック内に供給される第１のガスが、密閉ブ
    ロック内に元々存在していたガスを置換する割合である
    ガス置換率を検出し、 露光装置の使用時には、前記密閉ブロック内の第１のガ
    スによるガス置換率が所定の目標ガス置換率以上となる
    時の第１のガスの供給流量に基づき、前記密閉ブロック
    内に供給する第２のガスの流量制御を行う露光方法。
15. 【請求項１５】 光源から射出される露光用照明光を感
    光性基板に導く複数の光学素子はそれぞれ複数の密閉ブ
    ロックのいずれかに配置されており、 前記密閉ブロック毎に、前記第１のガスによるガス置換
    率が所定の目標ガス置換率以上となるときの前記第１の
    ガスの供給流量に基づき、前記密閉ブロック内に供給す
    る前記第２ガスの流量制御を行うことを特徴とする請求
    項１４に記載の露光方法。
16. 【請求項１６】 前記第１のガスを前記密閉ブロック内
    に所定の流量で供給し続けた場合に、平衡状態となるガ
    ス置換率の値が、前記目標ガス置換率の値よりも高くな
    るように、第１のガスの供給流量を設定する請求項１４
    または１５に記載の露光方法。
17. 【請求項１７】 前記密閉ブロック内における第１のガ
    スのガス置換率をモニタし、ガス置換率が初期状態から
    目標ガス置換率となるまでの時間を計測する請求項１４
    〜１６のいずれかに記載の露光方法。
18. 【請求項１８】 前記密閉ブロック内における第１のガ
    スのガス置換率を、密閉ブロック内の酸素濃度をモニタ
    することで検出し、この酸素濃度が、目標酸素濃度以下
    となる酸素濃度を前記目標ガス置換率とする請求項１４
    〜１７のいずれかに記載の露光方法。