(57)【要約】【課題】光洗浄或は予備露光等のように、投影露光以外の目的で実施される露光行為によって、ウェハステージ等のユニットが熱変形等の悪影響を受けることなく、高精度に使用可能である投影露光装置及び投影露光方法を提供すること。【解決手段】パルス光を発生させるレーザを光源手段として使用し、光源手段からの光束で原板上に形成されたパターンを照明して、そのパターンを投影光学系によって感光基板上に投影露光する投影露光装置において、前記投影光学系の像面近傍に、露光光束を反射する高反射光学素子を挿脱可能に配置する。ここで、高反射光学素子は、前記感光基板を駆動するためのステージ上に固定された反射ミラー、前記感光基板を駆動するためのステージ以外の駆動手段によって、光路内に挿脱されるものであり、その反射面は平面である。【選択図】図１
2006148020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス光を発生させるレーザを光源手段として使用し、光源手段からの光束で原板上に形成されたパターンを照明して、そのパターンを投影光学系によって感光基板上に投影露光する投影露光装置において、
前記投影光学系の像面近傍に、露光光束を反射する高反射光学素子を挿脱可能に配置したことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】
前記高反射光学素子は、前記感光基板を駆動するためのステージ上に固定された反射ミラーであることを特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
【請求項３】
前記高反射光学素子は、前記感光基板を駆動するためのステージ以外の駆動手段によって、光路内に挿脱されることを特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
【請求項４】
前記高反射光学素子は、反射面が平面である事を特徴とする請求項２又は３記載の投影露光装置。
【請求項５】
パルス光を発生させるレーザを光源手段として使用し、光源手段からの光束で原板上に形成されたパターンを照明して、そのパターンを投影光学系によって感光基板上に投影露光する投影露光装置であって、前記原版を固定する位置の近傍又は／及び原版を固定する位置と光学的に共役な位置の近傍に、拡散板を挿入する手段を有することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の投影露光装置。
【請求項６】
前記高反射光学素子は、記露光光束に対して複数の異なる反射率を有する反射面によって構成されており、高反射光学素子と投影光学系とを相対的に駆動することによって、反射面の反射率を選択的に切り換えて使用することが可能であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の投影露光装置。
【請求項７】
前記高反射光学素子の少なくとも一部は、光源手段によって照射される照明光の波長に対する反射率が前記感光基板の反射率と概ね等しいことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の投影露光装置。
【請求項８】
前記投影光学系の光源側の光路中に、前記高反射光学素子による反射光の強度を測定することが可能な反射光量計測手段を配置したことを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の投影露光装置。
【請求項９】
前記高反射光学素子の周辺に散乱光の発散を防止するための遮光壁を更に具備したことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の投影露光装置。
【請求項１０】
前記高反射光学素子は、熱交換手段を具備しており、素子内に蓄積された熱を外部に排出することが可能であることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の投影露光装置。
【請求項１１】
パルス光を発生させるレーザを光源手段として使用し、光源手段からの光束で原板上に形成されたパターンを照明して、そのパターンを投影光学系によって感光基板上に投影露光する投影露光方法において、
前記感光基板を上に露光光を投影する工程と、前記請求項１記載の高反射光学素子に対して露光光を照射する工程とを含むことを特徴とする投影露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子、液晶基板及び撮像素子をリソグラフィー技術によって製造するための投影露光装置及び投影露光方法に関し、更に具体的には、紫外線領域のパルス光を発生させるレーザを光源手段として使用し、原板上のパターンを適切に照射し、投影光学系を介して原板上のパターンを感光基板上に転写するための投影露光装置及び投影露光方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程においては、所望の回路パターンが表面に形成されたフォトマスク或はレチクルと呼ばれる原板（以下、代表して「マスク」と呼ぶ）に対して照明光を照射し、感光材料が表面に塗布された、シリコン又はガラス基板から成る感光基板（以下、代表して「ウェハ」と呼ぶ）にフォトリソグラフィ技術を用いて、前記マスクのパターンを等倍或は縮小投影して転写する投影露光技術が用いられている。
【０００３】
ここで、投影露光に用いられる露光照明光の波長をλ、投影光学系の開口数をＮＡとすると、解像度Ｒは、係数Ｋ１を介して、一般に次式で表現される
Ｒ＝Ｋ１・λ／ＮＡ
即ち、解像度Ｒは露光光の波長λに比例し、投影光学系の開口数ＮＡに反比例する関係にある。
【０００４】
投影露光装置によって製造される半導体デバイスの集積度を上げるためには、転写されるパターンの線幅をより細くすることが必要であるため、開口数ＮＡの増大と、照明光の短波長化による解像度の向上が図られてきた。このとき、例えば、同じ開口数を有する光学系を想定した場合は、前記の一般式から明らかなように、照明光の波長に比例して解像度が向上するため、照明光として使用される光源はｇ線やｉ線の輝線を発する超高圧水銀灯から、２４８ｎｍの波長を有するKrF エキシマレーザ、１９３ｎｍの波長を有するＡｒＦエキシマレーザ、更にはＦ２レーザやＥＵＶと呼ばれる極短紫外線へと変更が加えられてきた。
【０００５】
図１０は上記投影露光装置の光学配置を説明した図であって、同図において光源であるレーザ１から射出された照明光は、図示しない照度センサによって出力計測が行われ、続いて、光路調整光学系２及び照明形状調整光学系３を通過した照明光は、ハーフミラー６によって分岐されて、照度センサ１１によって光路途中の照度が計測される。更に、ハーフミラー６を直進した照明光は、結像光学系８及び投影光学系２５を通過した後に、ウェハステージ３２上に設置された照度センサ３３によって、光学系の全系を通過した後の照度が計測されるように構成されている。
【０００６】
ここで、以上に説明した投影露光装置において、例えばＡｒＦエキシマレーザのような光を照明光の光源として使用した場合には、照明光のスペクトル線は酸素の吸収スペクトル領域と重なるため、酸素の吸収による光利用効率の低下が発生すると共に、酸素から成生されたオゾンによって更に透過率の低下が促進されるため、ＡｒＦレーザを狭帯化させて、酸素の吸収による失透現象を押さえた場合であっても、光路１ｍにつき約９８％程度の透過率を得るに過ぎない。
【０００７】
又、オゾンの発生は光路中に存在する水分やハイドロカーボン、又は有機物といった不純物との化学反応を誘発し、析出した不純物が光学素子の表面に付着し、透過率の低下を招く原因にもなっている。
【０００８】
これらの不具合を解消する手段としては、露光光の通過する領域内の不純物を極力低減することが必要であり、例えば、前記領域内を真空状態に保つか、或は、特許文献１等に示される投影録装置のように、光学系の内部を窒素やヘリウムのような不活性ガスで充填たりして、反応析出物の基となる不純物質が光路内に入り込まないような構造を実現することが考えられている。
【０００９】
仮に、光学素子の表面に不純物の析出が発生した場合でも、所謂、光洗浄により光学素子の表面を清浄な状態に復元する手法が採られており、前記照度センサ１１及び３３によって検出される照度が時間と共に低下して規定された値を下回ると、通常の露光工程とは別に、光路中の各光学素子に対してレーザ光を照射して積極的に、光学素子表面のクリーニングを行い、光学系の透過率が常に高い状態に保たれるような改善が施されている。
【００１０】
前記光洗浄について説明すると、ここで使用されているような露光光、更に詳しくは、波長が１００ｎｍ〜２００ｎｍの範囲にある光を照射した場合、被照射面の表面に析出或は付着している不順物質は剥離されて浮遊状態となるため、前述のように透過率の低下した光学素子の表面にＡｒＦレーザのような露光光を照射し、光学素子周辺に充填した不活性ガス等のパージガスを換気することによって、浮遊状態にある不純物質を光路中より除去するものである。
【００１１】
一方、ＫｒＦレーザやＡｒＦレーザのようなエキシマレーザを光源として用いる光学装置においては、構成される光学素子の材料として石英或は螢石が一般的に用いられているが、特に石英材料を使用した光学素子において、前記エキシマレーザ光の連続的な照射と休止を繰り返した場合に、材料の透過率が照射時間及び休止時間によって変化することが知られている。
【００１２】
図７は石英を光学素子の材料として用いた光学系に対して、ＡｒＦレーザの照射と休止を繰り返した場合の透過率を示したものであって、休止時間８２の直前の透過率８３に対して、照射を再開した直後の透過率８４が高くなっており、照射再開後に急速な失透見られる。投影露光装置では透過率の低下をモニターしながら、光源であるレーザの出力等を調整して、照度が安定するように補正することは可能であるが、前記の照射再開直後のような急激な変化を補正することは困難であるため、休止時間後の露光動作前に数万パルス程度のレーザの空打ち照射（以下、「予備露光」と呼ぶ）を行い、透過率の急激な変化を押さえることが有効な手法として用いられている。
【００１３】
以上のように、投影露光装置はその光学性能を保持するために光洗浄や予備露光等、投影露光のために行うための露光以外にも照明光学系及び投影光学系内に光を照射する工程が必要とされている。
【００１４】
【特許文献１】特開２０００−０９１２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ここで、上記のような光源装置において、従来装置の使用上の問題点について説明する。
【００１６】
先ず、光洗浄のための露光や予備露光の際に照射される照射光は、一般的に投影露光のための露光光とほぼ同一の光路を通過するため、ウェハ３０の表面位置で結像状態となるが、ウェハステージ３２上のウェハ３０に露光光を照射すれば、被露光部分が感光して、製品として使用できなくなってしまうため、露光光を、ウェハ３０以外の場所に照射する必要がある。
【００１７】
然るに、ウェハステージ３２上には、図３に示すように、ウェハステージ３２を図示しないレーザ干渉計を用いて位置計測するためのステージミラー３５及び３６や、ウェハ３０表面での露光光照度を計測するための照度センサ３３等が存在し、それらの部品表面が必ずしも露光光に対して表面反射が抑制されているものではなく、且つ、表面の凹凸状態によっては、露光光が照射された場合の反射光が、任意の方向に散乱して拡散することになる。ここで発生した散乱光は、ウェハ３０の感光原因となることはもとより、有害な紫外光である露光光を露光装置の外部に放出させる可能性も出てくる。特に近年、製品の生産性を向上させるために、高感度の感光剤を使用する工程が増えているため、露光光に対して１％以下の散乱光であっても、ウェハ３０上のパターンに重大な欠陥を生む原因となり得るため、散乱光の処理には厳重な注意を必要とする。
【００１８】
次に、熱変形の問題が挙げられる。例えば、図１０に示した露光装置において照度センサ３３に長時間露光光を照射した場合、露光光に暴露された照度センサ３３は、露光エネルギによって加熱されて温度が上昇し、照度センサ３３の温度上昇に伴って、周辺に設置された図示しないステージミラーやウェハステージ３２の表面温度が上昇するため、ウェハステージ３２の駆動・位置決め精度が低下すると言う悪影響を受けることとなる。勿論、照度センサ３３に露光光を照射した場合の他であっても、例えば、光洗浄のための露光や予備露光の場合であっても、ウェハステージ３２上の特定の照射位置に露光が行われることに違いはなく、蓄熱によって駆動・位置決め精度の低下が発生することは明らかである。
【００１９】
従来の投影露光装置においても、光洗浄のための露光や予備露光等の照射光による熱的な負荷を遮断する手段が全く存在しない訳ではなく、例えば図１０において、ウェハステージ３２と投影光学系２５の間に設置されたシャッタ板５１は、特開平１０−３３５２３５号公報で提案されている投影露光装置での遮光手段を示したものである。ここで示した図において、照明装置によってマスク２１に照射された照明光は、投影光学系２５を通してウェハ３０上に照射される構成となっており、投影光学系２５とウェハ３０との間に遮光用のシャッタ板５１を挿入することによって、ウェハステージ３２側へ露光光が照射されるのを遮断することが可能となっている。
【００２０】
このような構成の場合は、これまで説明した光洗浄の場合や、光学系の予備露光の場合であっても、シャッタ板５１でウェハ３０及びウェハステージ３２側へ照射される照明光を遮蔽することが可能ではあるため、ウェハステージ３２上に照射される照明光によってウェハステージ３２表面の温度が上昇するのを避けることができる。
【００２１】
ところが、既に説明したように、近年の投影露光装置の解像度は照明光の波長に比例し、投影光学系２５の開口数ＮＡに反比例するので、照明光の短波長化と開口数ＮＡの増大が求められている。このように開口数ＮＡの値が大きくなると、投影光学系２５の射出側の最終レンズとウェハ３０との隙間は必然的に狭くなってしまい、前記従来例のシャッタ板５１を挿入する余裕を確保することが困難になってしまう。特に、近年の投影露光装置において、実質的な開口数ＮＡを１．０以上とするために、所謂、液浸光学系が用いられる場合があり、この場合、投影光学系２５とウェハ３０との隙間が一般的に１ｍｍ以下となる上に、純水等の液体で隙間を充填するため、現実的にシャッタ板５１を挿入することが不可能となっている。
【００２２】
又、シャッタ板５１の形状を工夫して投影光学系２５とウェハ３０との間に配置した場合であっても、シャッタ板５１は照明光の照射によって加熱され、更に、その輻射熱によってウェハステージ３２が熱せられることは明らかであるため、熱の影響を取り去ることができないのが現状である。
【００２３】
更に、ウェハ３０の上部において物理的なシャッタ板５１が挿入駆動される場合、駆動に用いられるガイド部品やアクチュエータによる発熱や発塵といった二次的な有害要件の発生原因を付加する結果にもなり得るものである。
【００２４】
本発明は、光洗浄或は予備露光等のように、投影露光以外の目的で実施される露光行為によって、ウェハステージ等のユニットが熱変形等の悪影響を受けることなく、高精度に使用可能である投影露光装置及び投影露光方法を提供することを目的とする。
【００２５】
又、本発明は、予備露光の効率を向上させることを目的とする。
【００２６】
更に、本発明は、光洗浄或は予備露光時の露光量の最適化を図るとともに、ウェハステージ周辺の環境にも熱の影響を及ぼさない投影露光方法を提供するつことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記目的を達成するため、本発明では、図１及び図３に示すように、ウェハステージ３２上に、露光光を反射するための反射板６１を配置しており、反射板６１はウェハステージ３２の移動によって、投影光学系２５の像面位置に移動することが可能となっている。反射板６１は投影装置が光洗浄用の露光や予備露光を必要とする場合は、投影光学系２５から射出される露光光の照射位置に移動して露光光を正反射するので、露光光を往路とは逆の経路の復路を取るように調整されている。ここで、反射板６１の露光光に対する反射率が限りなく１００％に近い場合、投影光学系２５内の光学素子は、一度の露光によって２倍の露光負荷を受けることになり、光源であるレーザ１の発振回数及び発振時間を半減しても、従来と同様の照射エネルギを得ることが可能となる。
【００２８】
更に、マスク２１を搭載しているマスクステージ２２には、原版としてのマスク２１の代わりに拡散板が搭載可能に構成されており、マスク２１の位置で拡散された露光光は、設計上の開口数ＮＡよりも大きな拡散角をもって投影光学系２５内の光学素子に照射可能であって、通常の露光動作では照射できない部分まで予備露光による光洗浄を実施することが可能となっている。
【００２９】
又、図８に示す駆動ブラインド１５は、前記マスク２１と光学的に共役な位置に配置されており、この駆動ブラインドの位置にも、図示しない拡散板が挿入可能に配置されているため、駆動ブラインド１５よりも下流の光学素子に対しても、設計上の開口数ＮＡ以上の範囲で、露光光を照射することが可能となっている。
【００３０】
又、本発明では、前記反射板61は複数の異なる反射率を有する反射面によって構成されており、反射板６１の反射率を選択的に変更して、露光光の反射による照射エネルギを調整することが可能となっている他、反射板６１の一部の反射率がウェハ３０の反射率とほぼ等しい値に設定されているため、実際にウェハ３０に投影露光を実施しなくとも、露光時と同じ状態を、露光装置上で再現することが可能となっている。このため、例えば、露光時に露光光の照射によって投影レンズ２５に掛けられる熱負荷の状態を試験的に再現することも可能である。
【００３１】
更には、ウェハ３０の表面から反射した光は、露光光の光路を逆行して、ハーフミラー６によって反射した後に、照度センサ１３によって計測され、露光時の反射光の強度を計測することが可能となっている。勿論、反射板６１の反射率がウェハ３０の反射率と異なる場合であっても、前記照度センサ１３によって反射光の強度を測定することは可能であって、露光光を利用して、投影光学系に対する光洗浄を行う場合の照射エネルギを逐次計測しながら、照射量の調整を行うことが可能となっている。
【００３２】
又、本発明では、図１に示すように、前記反射板６１の周辺に遮光カバー６８を設置しており、反射板61表面で発生する散乱光や反射板61からの反射光が更に投影光学系２５の鏡筒部品等に当たって多重反射した光が、ウェハ３０等の周辺部材に照射されることを防止している。反射板６１の裏面側には、図４に示すように、放熱用の冷却管６７が設置されており、反射板６１に露光光を照射したときに、反射板６１が加熱されて、ウェハステージ３２の熱変形を生じさせることを防止する機能を有している。
【００３３】
更に、本発明によれば、以上で説明した構成を使用して、マスク２１を介してウェハ３０に照射して、マスク２１上のパターンをウェハ３０に転写する工程と、前記反射板６１によって露光光を投影光学系２５側に戻して光洗浄を実施する工程とを切り換えて実施することにより、同一の光源１より出射した露光光によって、露光工程と光洗浄工程とを実施することが可能な投影露光装置を実現している。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、光洗浄或は予備露光等のように、投影露光以外の目的で実施される露光行為において、露光によって発生する熱負荷による精度の劣化が防がれるとともに、光洗浄或は予備露光を実施するに際して照射効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３６】
＜実施の形態１＞
図８は本発明に係る投影露光装置の例示的一態様を示す概略構成図であって、同図において、１は光源であるエキシマレーザ、２及び３はレーザから出射した光を伝達・成形するための光路調整光学系及び照明形状調整光学系、２１は所定のパターンが形成され、原板として用いられるマスク、２５はマスク２１のパターン像をウェハ３０上に投影露光するための投影光学系、３２はウェハ３０を駆動し位置決めするためのウェハステージである。本投影露光装置は、パターンの形成されたマスク２１を、光源であるエキシマレーザ１より発せられた露光光で照明して、マスク２１に形成されたパターンの一部をウェハ３０上に投影露光する露光装置の例であって、マスク２１とウェハ３０とを同期して走査し、マスク２１上のパターンをウェハ３０上に逐次転写露光する走査型投影露光装置である。尚、本実施の形態では、走査露光型の投影露光装置を例に説明するが、一括露光型の投影露光装置についても本発明が適用可能であることは言うまでもない。
【００３７】
近年の投影露光装置においては、ウェハサイズの大型化や、露光光学系のＮＡの増大、更には露光装置に付加される機能の増大によって、露光装置自体のサイズが大型化すると共に、光源であるレーザも高出力化や波長の狭帯域化等、機能の追加によって大型化が進み、一般には露光装置本体と、レーザ１は、それぞれ独立した設置位置に配置され、設置される建屋内の異なる階下に配置される場合もある。
【００３８】
図８に示すように、光源であるエキシマレーザは、前記のように露光装置本体とは異なる階下に設置されており、レーザ１より射出された照明光は、光路調整光学系２によって露光装置本体側へと導入されている。
【００３９】
図８に示される光路調整光学系２は、簡易的に複数の折り曲げミラーによって構成されているが、更に詳しく説明すると、レーザ１より射出される露光光は光路に垂直な平面内で概ね矩形の断面形状を呈し、水平方向及び垂直方向にそれぞれ異なる拡散角で拡散或は縮小している。光路調整光学系では図示しない複数のシリンドリカルレンズによって、前記断面形状及び拡散角を所望の形態に成形すると共に、レーザ１の設置された床面と、露光装置本体の設置された床面との相対的な床振動や設置ズレに起因する光軸ズレを検出して、前記折り曲げミラー及びシリンドリカルレンズの位置や取り付け角度を調整することで、光軸ズレを補正する機能を有している。
【００４０】
光路調整光学系２によって露光装置本体に導入された照明光は、照明形状調整光学系３によって更に光束形状を調整され、オプティカルインテグレータ４の入射面で結像状態となっているが、照明光は、照明形状調整光学系３内には、図示しない円錐プリズム、又は屋根型プリズム、又は角錘プリズムの凹凸形状を組み合わせて挿脱可能に配置した、図示しない光束調整手段が配置されており、照明光の形状を輪帯形状や分離した複数の光束に成形している。前記光束調整手段は、更に別の形態として、シリンドリカルレンズ又はトーリックレンズの凹凸形状を組み合わせて挿脱可能に配置され、照明光束の光軸に概ね垂直な面内で前記光束の縦横比率を調整した光束形状に成形するものであっても良い。又、前記光束調整手段内の各構成要素同士の間隔は調整可能な構造であって、成形される光束の形状は連続的に可変となっているが、光束調整手段全体では射出側でテレセントリックとなっていて、レンズ系によってオプティカルインテグレータ４の入射面に結像状態で導光される。
【００４１】
オプティカルインテグレー４は、例えば、複数の微小レンズを、露光光の断面方向について二次元的に配列した構成となっており、その射出面近傍に２次光源を形成し、開口絞り５によって照明光束切り出して、照明光束の形状が所望の形状となるように更に厳密に成形する。
【００４２】
ここで、開口絞り５及びその周辺の光学系の構成について更に詳細に説明する。
【００４３】
オプティカルインテグレータ４より射出された二次光源の光束は、後述する投影光学系２５によってマスク２１上のパターンをウェハ３０上に投影露光する。このとき、解像度Ｒは、前記式で示される。
【００４４】
通常、０．７〜０．９が実用領域とされるＮＡに対し、Ｋ１は位相シフト法を用いて０．３５程度の値とすることができるが、高い解像度を得るためにＮＡを大きく設計すると、ウェハ３０上での焦点深度が浅くなってしまい、ウェハ３０及び露光装置の位置精度が限界となるため、例えば、輪帯照明法や多重極照明法が用いられ、高い解像度と深い焦点深度の両立を実現している。
【００４５】
輪帯照明法では、開口絞り５の位置に、輪帯状の開口（即ち、有効光源）を持つ絞り板を挿入し、マスク２１側へ照射される照明光の形状を調整しており、例えば、内輪側の開口数ＮＡ１が０．４５≦ＮＡ１、外輪側の開口数ＮＡ２が、ＮＡ２≦０．８５、ＮＡ１とＮＡ２との比率が１／２〜３／４程度のものが一般的であって、前述した光束調整手段によって光束形状を調整し、開口絞り５の開口形状と、開口絞り５に照射される照明光の形状とを、前もって概ね等しい形状に成形することにより、照明光の利用効率を向上させることも可能である。照明光の光束形状を所望の形状に成形する技術に関しては、例えば、特開平０５−２１５３０８号公報や特開２００１−０３５７７７号公報に記載されているため、各光学素子の詳細な配置方法の説明は省略する。
【００４６】
続いて、開口絞り５から出射した照明光は、ハーフミラー８によって光路が分岐される。
【００４７】
ハーフミラー８には、９５％以上の透過率を有する半透過膜がコーティングされており、照明光の殆どは透過するが、一部は反射されて光量を検知するセンサ１１上に集光し、光源であるレーザ１の出力強度が測定されるようになっている。センサ１１については、例えば、二次元センサを用いて、照明形状調整光学系３によって成形された照明領域の形状を検知することも可能であるが、ここでは、照射領域全体の積算光量を検知する目的で使用しているため、二次元センサである必要はなく、センサの種類を切り換えて使用することで対応しても良い。ここで検出された光源であるレーザ１の出力は図示しない主制御系に送信され、レーザ１の出力或は発振パルス数を調整することによって、照明光の強度が目的の値で安定するように調整がなされている。
【００４８】
一方、ハーフミラー８を透過した照明光は、レンズ７によって可動ブラインド１５上に結像し、可動ブラインド１５によって形成された開口エリアを通過した光束が結像光学系８側へ進行する。可動ブラインド１５の詳細な構成に関しては、例えば、特開平１０−０９２７２７号公報等で説明がされているため、ここでは説明を省略するが、その位置は、光学的にはオプティカルインテグレータ４のフーリエ変換面となっており、マスク２１と光学的に共役な位置となっている。
【００４９】
結像光学系８は、可動ブラインド１５上の像を更にマスク２１上に結像させるための光学系であって、以上の構成により、可動ブラインド１５上の像は、マスクステージ２２上に載置されたマスク２１上に、或る投影倍率Ｒ２をもって照明光が照射され、更に、マスク２１を透過した照明光は、投影光学系２５によってウェハ３０上に投影され、マスク２１上にクロム等によって形成されたパターンがウェハ３０上に結像転写される。
【００５０】
ここでまでの構成は、一括露光型の投影露光装置であっても走査露光型であっても、ほぼ同一であるが、走査露光型の投影露光装置ではマスク２１及びウェハ３０がそれぞれ独立して、照明光の光軸と略直交する面内で移動可能なマスクステージ２２及びウェハステージ３２上に載置されており、照明光の元でマスク２１とウェハ３０を同期して走査することによって露光が行われるようになっている。
【００５１】
このため、マスクステージ２２は、静圧ガイドを介して図示しない構造体に固定されており、図示しないリニアモータ等の駆動系によって走査方向（以下、「スキャン方向」と呼ぶ）に駆動が可能となっており、図示しないレーザ干渉計によって駆動位置を確認しながらステージ制御系の指令に基づいて駆動が行われる。又、ウェハステージ３２も同様に静圧ガイドによって図示しない構造体に支持されており、やはり、図示しないリニアモータ等の駆動系によって、スキャン方向と走査方向に対して直交する方向（以下、「スリット方向」と呼ぶ）の二次元方向への駆動が可能となっている。当然のことながら、ウェハステージ３２の駆動もレーザ干渉計によって位置の認識が行われており、ステージ制御系９５の指令に基づいて駆動が行われている。これらのステージを同期駆動して走査露光が行われるが、走査露光に際してマスクステージ２２は、ステージ制御系の指令に基づいて、マスク２１をスキャン方向（又はスキャン方向とは逆方向）に走査するのと同期して、ウェハステージ３２は、ウェハ３０をスキャン方向とは逆方向（又はスキャン方向）に走査する。
【００５２】
以上のように露光によるパターンの転写を行うための露光工程とは別に、前述した光洗浄或は予備露光のための露光工程が実施される。前述のように、ＫｒＦレーザやＡｒＦレーザのようなエキシマレーザを光源として用いる光学装置においては、構成される光学素子の材料として石英或は螢石が一般的に用いられているが、特に石英材料を使用した光学素子において、前記エキシマレーザ光の連続的な照射と休止を繰り返した場合に、材料の透過率が照射時間及び休止時間によって変化することが知られている。
【００５３】
図７はレーザ1 の射出口近傍に、図示しない照度計測用のセンサを挿入して計測した、レーザ出力強度と、ウェハステージ３２上に設置した照度センサ３３によって計測した出力強度との比率を露光装置の全系透過率として捕らえ、レーザ光の照射時間に対応する変化の状態を示したものであって、同図に示すように、レーザ光の照射開始直後では全系透過率は一旦減少し、その後に緩やかに全系透過率が増加してやがて飽和状態となっている。即ち、レーザ光照射直後においては、光学素子材料の透過率が急速に低下して、全系の透過率を減少させ、続いて、光学系内の光学素子表面に付着した不純物や水分等がレーザ光の照射によって活性化して引き剥がされる、所謂、光洗浄効果によってクリーニングされ、全系透過率が上昇しているものである。
【００５４】
従って、露光装置において、一般的には図６に示すように、露光条件変更やロット交換のための休止時間８２を挟んで複数毎のウェハ露光が完了するたびに予備露光と称されるダミーパルスの照射を行って光学系内の光洗浄を行うと共に、光学系の透過率を再計測して露光量の制御精度を保証する工程が設けられている。このとき露光装置の全系透過率は図７に示すように全系透過率を回復させることができる。
【００５５】
光洗浄の詳細についても、前述のように特開平１０−３３５２３５号公報において説明がなされており、又、予備露光の内容に関しては、特開２００１−１１０７１０号公報等によって詳細な説明がなされているので、ここでは説明を省略するが、一般的に、光洗浄工程では、レーザ光が光学系を構成する光学素子の表面に可能な限り広い範囲で照射されることが望ましいため、本実施の形態を示す図８の露光装置の場合、光洗浄を実施するに当たって、事前に光路調整光学系２から投影光学系２５に至るまでの光学系は最大ＮＡを有効径とする照明条件に変更されており、開口絞り５及び駆動ブラインド１５も最大開口状態に設定されている。
【００５６】
従って、レーザ１より射出された照明光は、各光学素子の最大有効領域に照射された後に、投影光学系２５を通過した後にウェハステージ３２上に照射されることになる。ウェハステージ３２上には、図１に示すように、投影光学系２５の像面高さの近傍に反射板６１が設置されていて、光洗浄の工程が開始されると、ウェハステージ３２は、ステージ制御系９５の指令によって、投影光学系２５の露光領域に、前記遮光板６１が位置するように駆動される。
【００５７】
光洗浄の工程は、数百パルスから数千パルスのレーザ照射が行われるが、この工程において、照射されるパルスの殆どは反射板６１上に照射された後に、最後の数パルスを照射する直前に、ウェハステージ３２を再度駆動して、照度センサ３３が照射領域に位置決めされて、照度センサ３３に残りのパルスを照射している。この最終の数パルス分の露光光照射では、レーザ１の射出口或はハーフミラー８によって分岐された光路に配置されたセンサ１１によって検出されたレーザ光強度と、ウェハステージ３２上の照度センサ３３によって検出されたレーザ強度とを比較し、露光装置の全系透過率の劣化具合又は回復具合の判定を行っており、予備露光が適切に行われたかどうかの判定を行うと共に、センサ１１の出力を基にウェハ面での露光量を算出する際に使用する補正係数を修正している。
【００５８】
尚、上記光洗浄工程では、露光装置の全系透過率の回復について説明しているが、実際の運用においては、透過率の変化と共に、投影光学系２５の像面位置での照度分布も変化することが一般的である。従って、照度センサ３３による照度測定の段階では、照度分布の測定も同時に行い、図示しない照度ムラ調整手段によって、像面位置での照度分布を均一にする調整も行われるが、本実施の形態の趣旨とは異なる項目であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００５９】
以上のように予備露光工程において、ウェハステージ３２の位置は露光領域に反射板６１を位置決めする場面と照度センサ３３を位置決めする場面が交互に存在することから、図１においては、模式的に反射板６１と照度センサ３３を分散して表現しているが、本実施の形態の実現に際しては、ウェハステージ３２上において、反射板６１は照度センサ３３に近接した位置に配置されていて、ステージ位置の切換時間が短縮されるようになっていることが望ましい。
【００６０】
ところで、光洗浄工程或は予備露光工程でのレーザ照射によって、反射板６１の表面は照射エネルギの暴露を受けるが、反射板６１は、露光光の暴露による変質がない材質であれば、特に材質が問われることはなく、金属材料の他に、ガラスやセラミック或は結晶材料を用いても良く、本実施の形態では銅板を母在として用い、表面にはＣｒの薄膜を形成し反射率の調整を行っている。
【００６１】
更に、反射板６１の表面は研磨によって受光面を鏡面とし、露光光が反射板６１の表面で散乱光を発しないように仕上げられている。本実施の形態では、露光光源としてＫｒＦ或はＡｒＦエキシマレーザを光源とする露光装置であって、投影光学系の最大ＮＡが０．９５の場合を想定して、受光面の仕上げ状態と表面処理の種類の選定した場合を記載したが、露光光源の種類と、投影光学系の最大ＮＡによって反射特性が異なるため、本実施の形態による選択条件に限定されるものではない。
【００６２】
以上の構成により反射版６１に照射された露光光は、周囲に反射拡散することなく、投影光学系２５側へと反射されるが、反射板６１の表面で、露光光の全エネルギが反射される訳ではないため、一部は反射板６１に熱として吸収されて蓄熱される。前記のように反射板６１は、熱伝達性の高い銅を母在としているため、該反射板６１の表面の熱は直ちに反射板内に伝播し、更には、反射板裏面へと熱伝達が行われる。
【００６３】
図３は反射板６１の周辺部の構造を更に詳しく説明したものであって、同図において、反射板６１は放熱板６２の上に固定され、放熱板６２は、ウェハステージ３２に対して脚６４によって空間的に分離されているため、反射板６１の熱は、ウェハステージ３２には伝達しにくい構造となっている。
【００６４】
更に、図４は放熱効果を更に向上させるための実施の形態であって、反射板６１内の熱は熱伝達層６５を介して放熱板６６に伝達される。熱伝達層６５及び放熱板６６は、反射板６１と同様に、銅、銀、アルミニウム等の熱伝達性の高い物質又は前記物質を含む化合物によって成り立っているが、こちらは輻射によってウェハステージ３２へ熱が伝播されることを防止するため、表面の荒らし処理や、ＴｉＡｌＮ等の表面処理は施されていない。反射板６１及び放熱板６６の熱伝達層側の表面は特に荒らす処理は施されていないが、一般に金属の構造部材を用いた場合の表面粗さは、Ｒａ１μｍ程度であって微小な凹凸が存在し、更に工歪や熱変形によって表面形状の変化も考えられることから、より効率的に熱の伝達を行うためには、ゲル状物質のような柔軟性のある物質を用いて、密着性を高めることが望ましい。
【００６５】
そこで、本実施の形態における投影露光装置では、半導体装置の放熱用充填剤等に用いられる、ペースト状の熱伝導ゲル又はペースト状のシリコン化合物を熱伝達層６５に使用している。例えば、ペースト状の熱伝導ゲルでは熱伝導率が１〜１０Ｗ／ｍ・Ｋと高く、ゲル状物質であるために１ｍｍ以下の厚さに塗布が可能であるが、一般に数百ｐｐｍ〜数千ｐｐｍ程度のシロキサンを含んであり、投影光学系２５の周辺で使用した場合、光学素子材料のクモリ物質として付着する可能性があることから、そのまま使用することはできず、アルミニウム薄膜或は高分子薄膜による外装を付加して、揮発成分が周辺雰囲気に拡散することを防止している。
【００６６】
前記熱伝達層６５及び放熱板６６は、複数の構成部材を重ね合わせた構成であって、物性によって熱の伝達を行う構造によるものであっても良いが、勿論、ペルチェ素子等を用いて強制的に熱の制御を行う構造であっても良い。特に、露光光源としてＦ２レーザ或はＥＵＶ光源を用いるような極紫外領域の露光装置においては、露光光の光路中の減衰を抑えるために、光路雰囲気を１０−4Ｐａ以下程度の真空状態に保っていることが考えられ、当然のことながら、ウェハステージ３２やその上部に配置された反射板６１及び熱伝達層６５も真空中に配置されることになるため、耐真空性を有する構造であることが要求される。
【００６７】
更には、近年、半導体露光装置に使用されることが増加している液浸技術では、投影光学系２５とウェハ３０との間や、投影光学系２５と反射板６１との間を純水等の液体で満たすために、周辺の部材も液体に浸される場合が発生する。このような場合、前記ペースト状の熱伝導ゲル物質は真空チャンバ内や、液浸雰囲気中に拡散する恐れがあって、拡散性を有する物質を使用することが困難であり、又、仮にアルミニウム薄膜等で外装した場合であっても、外装したパッケージの内部に混入した水分や気泡の膨張が考えられるため、真空中での使用には問題がある。従って、真空環境下においてはペルチェ素子を反射板６１に接着固定し、強制的な熱交換を行うことが望ましい。
【００６８】
以上に記載した構成では、反射板６１に与えられた熱負荷を放熱板６６側へ伝達することを目的としているが、単に熱を伝達しただけでは、ウェハステージ３２上に蓄積される熱量は減少しないため、放熱板６６に伝達された熱は、更に冷却管６７内に導通している冷媒へと伝達され、図示しない配管によって冷媒をウェハステージ３２の外部へ伝送することで、熱の外部放出を可能としている。
【００６９】
前述のように、露光光は反射板６１の表面で殆どが投影光学系２５側へ、往路と逆の経路で反射されるが、反射板６１の表面の仕上げ状態に起因する散乱光や、或は、投影光学系の鏡筒部品による露光光の乱反射光が全く発生しない訳ではない。特に、図１に示すように、ウェハステージ３２上にウェハ３０を配置した状態で予備露光を実施する場合は、露光光の光量に対し、０．１％以下の光量の散乱光であっても、ウェハ３０上の感光剤が感光する危険があるため、本実施の形態では、散乱光の拡散を防止するための遮光板６８を反射板６１の近傍に配置している。遮光板６８は、反射板６１と投影光学系２５との隙間を例えば１ｍｍ以下となるように配置された囲いであって、散乱光がウェハ３０側へ漏れ出すことを防止しているものである。
【００７０】
本実施の形態では、図１において遮光板６８を反射板６１の近傍に配置しているが、当然のことながら、投影光学系２５側に配置することも可能であって、遮光板６１の目的に反しない限り、形状を限定するものではない。
【００７１】
＜実施の形態２＞
予備露光工程では、前記のように露光光の大部分を反射板６１に照射し、ウェハステージ３２上に露光熱による熱が蓄積されることを防止しているが、反射板６１への照射は勿論予備露光工程や光洗浄工程に限定されるものではない。
【００７２】
例えば、図８に示すような投影露光装置においては、連続露光によって光学素子及び光学素子の保持部材が変形し、投影光学系２５の結像性能に変化が生じる現象が発生する。そのため、本実施の形態による投影露光装置においては、露光量に準じて、結像性能の変化分を補正する機能を有しており、露光工程を試験的に繰り返して、実施の像性能変化を計測し、その計測結果に基づいて、投影光学系の像性能補正係数を算出している。
【００７３】
このような試験露光では、一般的には、ウェハステージ３２上、或はその近傍で、ウェハ３０が感光しない位置に、連続露光動作を繰り返して、投影光学系２５に熱負荷を与えても良いが、ウェハステージ３２上での反射と、実際の露光におけるウェハ３０の表面反射が異なると、投影光学系２５への熱負荷条件が実際と異なってしまい、正しい補正係数が求められない場合があるが、当然のことながら、実際のウェハ３０に露光してしまうと、ウェハ３０上に塗布された感光剤が変質してしまうため、この場合も、ウェハ３０に代わって、反射板６１を像面位置に配置して露光操作を行う。
【００７４】
但し、この場合は、反射板６１は図２に示すように、表面が反射率異なる複数の領域に分割されており、図示された反射領域９２は、露光光に対する反射率がおよそ１００％となる高反射領域となっているが、他の反射領域９３〜９５は、例えば露光工程で使用される感光剤が塗布された状態でのウェハ３０の反射率と概ね一致した反射率を有する領域となっている。このため試験露光を実施する際は、複数用意された反射領域９３〜９５より、使用する感光剤に合わせた反射領域を選択することが可能となっている。
【００７５】
＜実施の形態３＞
予備露光工程では、光路中の光学素子に対し、可能な限り広い範囲に露光光を照射して、光洗浄の及ぶ範囲を拡大することが望ましいことは前にも述べたが、本実施の形態による露光装置では、より広い範囲に露光光を照射するために、マスク２１とおよそ同形状の拡散板を具備している。予備露光の工程に入る際は、前記拡散板がマスク２１の位置に配置され、露光光を拡散することができる。一般に投影光学系２５は、鏡筒部品の内部反射によるフレアを防止するために、使用する開口以上の露光光を取り込まないように構成されているが、構成されている光学素子の全域で光洗浄の効果を得るために、上記拡散板によって拡散された露光光によって、通常では露光光が照射されないまで、露光光を拡散することが可能な構成となっている。
【００７６】
更には、マスク２１と光学的に共役な位置に配置されている可動ブラインド１５の位置にも、図示しない拡散板が挿入可能に配置されており、ここでも、露光光を拡散することで、設計上の開口よりも広い範囲で、光学素子に対する光洗浄効果を得ることが可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明による反射板の配置を説明する図である。
【図２】本発明による反射版の詳細を説明する図である。
【図３】反射板の固定方法を説明する図である。
【図４】反射板の冷却構造を説明する図である。
【図５】光学系全体の透過率変化を説明する図である。
【図６】光学素子への付着物による透過率劣化を説明する図である。
【図７】透過率劣化の詳細を説明する図である。
【図８】本発明による投影露光装置の全体構成を説明する図である。
【図９】従来例による光洗浄補助手段の構成を説明する図である。
【図１０】従来例によるの投影露光装置の構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００７８】
１        光源
２        光路調整光学系
３        照明形状調整光学系
４        オプティカルインテグレータ
５        開口絞り
１５      駆動ブラインド
２１      マスク
２５      投影光学系
３０      ウェハ
３２      ウェハステージ
３３      照度センサ
４１      凹面ミラー
５１      シャッタ板
６１      反射板
６４      脚
６５      熱伝達層
６７      冷却管
６８      遮光カバー
８２      休止時間帯
８３〜８６  透過率測定値
【図１】
2006148020.tif 000003
【図２】
2006148020.tif 000004
【図３】
2006148020.tif 000005
【図４】
2006148020.tif 000006
【図５】
2006148020.tif 000007
【図６】
2006148020.tif 000008
【図７】
2006148020.tif 000009
【図８】
2006148020.tif 000010
【図９】
2006148020.tif 000011
【図１０】
2006148020.tif 000012