(57)【要約】【課題】ランニングコストの低減およびスループット向上を図る。【解決手段】半導体露光装置に、不活性ガスへの置換を必要とする第一の空間と、その中に構成される１つあるいは複数の閉鎖空間と、第一の空間と閉鎖空間を不活性ガスに置換する手段とを設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体露光装置において、不活性ガスへの置換を必要とする第一の空間と、その中に構成される１つあるいは複数の閉鎖空間を有し、第一の空間と閉鎖空間を不活性ガスに置換する手段を有する事を特徴とする半導体露光装置。
【請求項２】
前記第一の空間と閉鎖空間を個別に不活性ガスに置換する手段を有し、不活性ガスの供給量と供給タイミングを制御する事を特徴とする請求項１記載の半導体露光装置。
【請求項３】
前記第一の空間と閉鎖空間を個別に不活性ガスに置換する手段を有し、第一空間の不活性ガスの濃度が所定量に達した後又は置換時間が所定時間に達した後は、閉鎖空間への不活性ガス供給を停止することを特徴とする請求項１、２記載の半導体露光装置。
【請求項４】
前記第一の空間と閉鎖空間を個別に不活性ガスに置換する手段を有し、第一空間の不活性ガスの濃度又は置換時間に応じて、閉鎖空間への不活性ガス供給を変化させていくことを特徴とする請求項１、２記載の半導体露光装置。
【請求項５】
前記第一の空間と閉鎖空間を不活性ガスに置換動作中に、第一の空間又は閉鎖空間内部の駆動機構を駆動させる事を特徴とする請求項１，２記載の半導体露光装置。
【請求項６】
前記密閉空間の不活性ガス置換経路出口が第一の空間の置換経路入り口となっている事を特徴とする請求項１，２，３記載の半導体露光装置。
【請求項７】
前記第一の空間の不活性ガス置換経路出口が前記密閉空間の置換経路入り口となっている事を特徴とする請求項１，２，３記載の半導体露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体露光装置において、装置内の不活性ガス（例えば窒素）に置換する空間（パージチャンバーと称す）とパージチャンバー内に存在する密閉空間（各種機能を有したユニット）を有し、パージチャンバーとパージチャンバー内ユニットを個別に不活性ガスに置換する（パージする）不活性ガス置換装置に関する物である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レチクルのパターンをウエハー上に投影露光（転写）する半導体露光装置では、半導体素子の微細化に伴い、益々高い装置精度（例えばウエハーとレチクルの位置合わせ精度やレチクパターンのウエハーへの転写精度）が求められている。転写精度を向上させるには、露光波長を短くする方法と、投影光学系の開口数を大きくする方法が有る。その為、露光装置の高精度化に伴い、露光波長はｉ線（３６５ｎｍ）、ＥＸレーザ（２４８ｎｍ）、Ａｒｆレーザ（１９３ｎｍ）、と短波長化が進んできている。
【０００３】
ところが、露光光の短波長化に伴い、露光光路中の光学素子に不純物が付着し、光学特性低下（転写精度の劣化）の問題が起き始めた。不純物は主に空気中のアンモニアＮＨ３、や亜硫酸ＳＯ２やＳｉ化合物と紫外光（露光光）が化学反応を起こして出来た二酸化珪素ＳｉＯ２や硫酸アンモニウム（ＮＨ４）２ＳＯ２である。
【０００４】
この対策として従来、露光光路中の光学素子を密閉し、窒素などの不活性ガスをその空間に流していた。（パージしていた）
更に波長の短いＡＲＦレーザ（１９３ｎｍ）を使用すると、パージされた密閉空間内の僅かな残留酸素が原因の露光光の透過率低下も無視出来なくなった。１９３ｎｍ付近に複数存在する酸素の吸収帯が原因である。その対策として更なるパージ精度の向上、つまり酸素濃度をより低く押さえる事が行われてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来例では、光学素子への不純物付着防止と露光光の透過率低下防止の目的で本来不活性ガスに置換すべき（パージすべき）露光光路中でありながら、露光装置の構成上パージ困難な僅かの領域はパージが行われていなかった。主な場所は図２に示すように、投影光学系下面とウエハー面及び、照明光学系下面と投影光学系上面の間の空間である。それらの空間には移動量の大きいウエハーステージ及びレチクルステージがあり、さらにウエハーやレチクルの出し入れ機構等も存在する為、密閉空間を簡便に構成する事が困難であった。従ってこれらの未パージ空間では上述した様に、光学素子への不純物の付着と露光光の透過率低下の問題は存在した。しかし未パージ領域が僅かである為に、透過率の低下も少なく、不純物の付着に関しても他の対策が行われてきた。例えば、光学素子のパージ外の面に窒素等を吹き付ける対策や、問題となる光学素子の数が少ないので不純物が付着した光学素子を交換する対策などである。
【０００６】
しかしながら、更なる露光光の短波長化によりＦ２レーザ（１５７．６ｎｍ）を使用すると、上述した僅かの未パージ空間に存在する酸素も無視できなくなった。
主な問題は露光光の透過率が下がり、ウエハー上で十分な照度が得られないことである。
【０００７】
例えば、Ｆ２レーザ光の空気中での透過率は１％／ｍｍしかない。その為、パージが行われない投影レンズ下面とウエハー面の距離が２０ｍｍ程度である場合、ウエハー面で十分な照度が得られない。
【０００８】
以上のようにＦ２レーザを光源とする場合は、従来パージが困難であった空間も含めて全露光光路のパージを行う必要がある。この場合、従来の様に必要な空間を密閉し不活性ガスを流すだけでは、密閉空間が大きくなり大量の不活性ガスが必要になることと、必要な置換精度に達する迄に長い時間を要することになる。つまり、露光装置のランニングコストアップやスループットの悪化が避けられなかった。
【０００９】
密閉空間が大きくなる理由は上述した様に、例えば投影レンズ下面とウエハー間の空間では、ウエハーステージの存在がある。ウエハーステージはウエハー全面を保持し、ウエハー全域を投影光学系の中心に移動させる必要がある。つまり直径３００ｍｍの１２インチウエハーの場合は、ウエハーステージの移動範囲は１方向で最低６００ｍｍとなり、ウエハーステージの機構を構成する寸法を考慮するとウエハーステージが存在する範囲は１方向で１０００ｍｍ以上となる。密閉空間はこの寸法を全てカバーする大きさが必要となり、この大きな空間を不活性ガスに置換するために大量の不活性ガスが必要であり、且つ必要な留酸素濃度に達する迄に長い時間を必要とした。
【００１０】
更にこの空間には他にも多くのユニットが存在する。例えばウエハーをウエハーステージに乗せ降ろしするウエハー搬送系や、ウエハーを保持するチャックを交換するチャックメンテユニット、ウエハーの位置を測定するアライメントユニット等が有り、これら（内部ユニットと称する）の存在は、密閉空間を流れる不活性ガスの流れを阻害して、不活性ガスが流れにくい場所を作り出す。つまり、内部ユニットの存在が、密閉空間の中に不活性ガスが流れにくい場所（よどみ点）を作り出し、よどみ点では酸素が抜けきるまでの時間がかかる為、密閉空間の不活性ガスへの置換精度（残留酸素濃度や置換に必要な時間）向上を困難にしていた。
【００１１】
更にこれらの内部ユニットは内部のゴミが外に（密閉空間に）出ない様に、ほぼ密閉構造をしている。従って、密閉空間に不活性ガスを流しても、内部ユニット内の不活性ガスへの置換は、内部ユニットの僅かな隙間のみで行われるため、長い時間がかかっていた。内部ユニットは不活性ガスに置換される必要は無いが、内部ユニット内の残留酸素がパージ空間に染み出してくることで、密閉空間の不活性ガスへの置換精度を悪くしていた。
【００１２】
本発明は上述の上記従来例の問題点に鑑み、従来パージが困難であった部分（空間）のパージ精度（達成酸素濃度、達成時間、パージ流量）を向上させることで、Ｆ２レーザを露光光源とした半導体露光装置のランニングコスト低減やスループット向上を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する為に本発明は、露光装置内の不活性ガス雰囲気への置換が必要な第一の空間（例えばウエハー上面と投影レンズ下面の間の空間）を不活性ガスに置換する第一の置換手段のほかに、前記第一の空間内部に存在する密閉空間を構成する内部ユニット内を不活性ガスに置換する第二の置換手段を設けた事を特徴とする。
【００１４】
内部ユニットを置換するする専用ラインを設ける事で、不活性ガスを内部ユニット内の隅々まで確実に供給する事が出来るので、内部ユニット内の不活性ガスへの置換は短時間で達成される。従って、第一の空間の置換精度（主に達成時間）を悪化させていた内部ユニットからでてくる残留酸素を短時間で除去できる。更に第二の置換手段を可変とすること（内部ユニット内の置換終了後は不活性ガスの供給を止める又は減らす）で、不活性ガスの使用量も最少限にする事が出来る。
【００１５】
【実施例】
（第１の実施例）
次に本発明の第一の実施例について説明する。図１が本発明の第一の実施例である。１は原版であるレチクル、２はレチクルのパターンが投影露光されるウエハー、３は露光光源である（Ｆ２）レーザ、４レチクルを照明する照明光学系、５はレチクルのパターンをウエハー２に投影露光する投影光学系、６はウエハー２を所定位置に移動させるウエハーステージ、７はレチクル１を所定位置に位置決めするレチクルステージ、８はウエハー２をウエハーステージに乗せ降ろしするウエハー搬送系、９はレチクル１をレチクルステージ７に乗せ降ろしするレチクル搬送系、１０はウエハー２をウエハーステージ６上に保持するウエハーチャック、１１はウエハーチャック１０をメンテナンスするチャックメンテユニット、１２はウエハー２の傾きを測定するアライメントユニットＡ、１３はウエハー２の位置を測定するアライメントユニットＢ、１４はレチクル１の位置を測定するアライメントユニットＣ、１５は投影光学系５の下面とウエハー２上面の間の空間を構成するウエハーパージチャンバー、１６は照明光学系４下面と投影光学系５上面の間の空間を密閉するレチクルパージチャンバー、１７はウエハー２をウエハーチャンバー１５から出し入れするロードロックＡ、１８はレチクル１をレチクルチャンバー１６から出し入れするロードロックＢ１８、１９は露光光路の空間に窒素を供給する窒素パージ装置Ａ、２０は露光光路空間内部のユニットに窒素を供給する窒素パージ装置Ｂ、２３はウエハーパージチャンバー外のウエハー搬送を行うウエハー搬送系Ｂ、２８はパージチャンバーの窒素出口である。
【００１６】
本発明の特徴は、図２に示す従来例に無いウエハーパージチャンバー１５とレチクルパージチャンバー１６が構成されていることである。図２の従来例（光源としてＦ２レーザを使用する前の露光装置）ではこれらの部分の窒素パージが行われていなかった。従ってウエハー側では、投影光学系５下面の光学素子への不純物付着や、投影光学系５下面とウエハー２上面間の露光光の透過率低下が発生していた。しかしその距離は２０ｍｍ程度と短いので露光光の透過率低下はわずかであり、光学素子への不純物付着に対しても図２に示すエアーパージノズルＡ２１からエアーを光学素子に吹き付けること等で対応していた。一方レチクル側も照明光学系４の下面と投影光学系５上面の間の空間は、窒素パージが行われていなかったが、図２に示すエアーノズルＢ２２から投影光学系５上面の光学素子にエアーを吹き付けたり、アライメントユニットＣ１４の上下の光学素子を交換するなどの対策を行っていた。
【００１７】
しかしながら、第一の実施例では、露光光源として更に波長の短いＦ２レーザを使用しているので、これらの部分の窒素パージも必要となり、ウエハーパージチャンバー１５とレチクルチャンバー１６が構成されている。
【００１８】
まずウエハ−パージチャンバー側について説明する。ウエハーパージチャンバー１５は投影光学系５の下面とウエハー２の上面との間を密閉空間にするための構造体である。ウエハーパージチャンバー１５の接続部は不図示のシール材が取り付けられていて密閉度を確保している。内部には、ウエハー２、ウエハーチャック１０、ウエハーステージ６、ウエハー搬送系８、アライメントユニットＡ１２，アライメントユニットＢ１３等が構成されている。更にウエハーパージチャンバー１５の側面にはロードロックＡ１７が設けられている。ロードロックＡ１７は、窒素パージにより低酸素濃度雰囲気のウエハーチャンバー１５内部から低酸素濃度雰囲気を壊さずに、ウエハー２を外にとりだす為のものである。外側扉１７ａを閉めた状態でウエハー２をウエハー搬送系８でロードロックＡ１７内部に運び、ウエハー搬送系８がロードロック１７から待避した後内側扉１７ｂを閉め、外側扉１７ａを開けてウエハー搬送系Ｂ２３でロードロック１７よりウエハー２をウエハーパージチャンバー１５の外に運びだす（ウエハー２を中に入れる時は逆の手順で行う）。
【００１９】
ウエハーパージチャンバー１５は、駆動機構や継ぎ目の少ない簡易な構造で、確実に密閉度を確保するために内部に構成されているユニットの可動範囲全てを覆う大きさとなっている。前述したように一番大きなユニットがウエハー搬送系６である。例えば直径３００ｍｍのウエハーを、ウエハー全面を投影光学系５の中心に移動する移動するためには６００ｍｍ四方の空間が必要になり、更にウエハーを高速かつ高精度に移動するための機構部のスペースも必要となる。
【００２０】
従って、従来の露光光路近傍のパージエリアに比べてウエハーパージチャンバーのパージエリアは大きな空間となっている。
【００２１】
更に上述した各内部ユニットがそれぞれの機能を満たすために複雑な形でウエハーパージチャンバー１５の内部に構成されている。その為、各ユニットがウエハーパージチャンバー１５内の窒素の流れを阻害して、窒素が流れにくい空間（よどみ点）が存在し、その空間では酸素が残留し易く、ウエハーパージチャンバー１５の窒素パージ精度は短時間では達成されない。この様に、内部形状が複雑でサイズも大きいウエハーパージチャンバー１５の内部窒素パージを短期間で完了させるために第一図では、２本のパージラインが設けられている。１本目が露光光路空間を窒素パージするパージ装置Ａ１９からの窒素パージラインＡ２５と、２本目が露光光路空間内部のユニットに窒素を供給する窒素パージ装置Ｂ２０からの窒素パージラインＢ２６である。
【００２２】
第二図の従来例では、窒素パージラインＡ２５が照明光学系４につながり、不図示であるが投影光学系５とアライメントユニットＣに繋がり、各露光光路の窒素パージを行っていた。一方第１図では、従来例のほかに窒素パージライン２５がウエハーパージチャンバー１５とレチクルパージチャンバー１６につながりそれぞれの空間にパージ用の窒素を供給している。
【００２３】
更に内部ユニット用の窒素パージラインＢ２６がチャックメンテユニット１１につながり、チャックメンテユニット１１の内部にパージ用の窒素を供給している。
【００２４】
チャックメンテユニット１１は内部に光学系を持たないので、チャックメンテユニット１１としては内部の窒素パージを行う必要が無い。しかし、ウエハーパージチャンバー１５の内部に構成されているので、チャックメンテユニット１１の内部パージを行わないとウエハーパージチャンバー１５の窒素パージ精度が良くならない。何故なら、チャックメンテユニット１１は、外部へゴミを出すことを防止するために密閉に構造になっており、ウエハーパージチャンバー１５に流した窒素が僅かの隙間を通してチャックメンテユニット１１の内部に流れ込む量は少ないからである。従って、チャックメンテユニット１１内部に残留酸素が存在し易く、その残留酸素がウエハーパージチャンバー１５内に少しずつ出てくるため、ウエハーパージチャンバー１５の窒素パージ精度が良くなるまでには時間がかかることになる。
【００２５】
そこで図１では、チャックメンテユニット１１の内部を直接窒素パージすることで、チャックメンテユニット１１内部の残留酸素濃度を短期間で減少させ、ウエハーパージチャンバー１５の窒素パージ精度を向上させている。
【００２６】
更にチャックメンテユニット１１に供給した窒素は、ウエハーパージチャンバー１１の窒素が流れにくい位置に排出（供給）させている。この位置は、ウエハーパージチャンバー１１用窒素パージの流れの中で、チャックメンテユニット１１の裏側などに出来た、窒素が流れにくい場所などが良い。
【００２７】
この様にすることで、ウエハーパージチャンバー１５内の高いパージ精度を短時間で達成できる。
【００２８】
しかしながらウエハーチャックメンテユニットを直接パージする方法は、本来窒素パージが不要な空間に窒素を流すことになり、窒素消費量を増加させる。そこで第一図では、内部ユニットへの窒素パージライン２６の途中にバルブ２４を設けて、ウエハーパージチャンバー１５の窒素パージが目標の酸素濃度に達した後は、バルブ２４を閉めてチャックメンテユニット１１への窒素供給を停止する。こうすることで、窒素の消費量を最小限にすることが出来る。バルブ２４の切り替えは時間を決めて行っても良いし、不図示のウエハーパージチャンバー１５内に設けた酸素濃度計で切り替えのタイミングを決めても良い。更にバルブ２４は流量調整弁でも良い。
【００２９】
その場合は、窒素の流量を段階的に減らすことが出来る。
更に、窒素パージライン２５にも流量調整バルブ２９が設けられていて、露光光路空間パージ用の窒素の量も段階的に最適化を測っている。
【００３０】
次にレチクルパージチャンバー１６について説明する。ウエハー側と同様に投影光学系５の上面と照明光学系４の下面との間の空間を密閉する為の構造体である。内部にはレチクルステージ７、アライメントユニットＣ１４、レチクル搬送系９とロードロックＢ１８が構成されている。更にパージ用の窒素を供給するために窒素パージライン２５がレチクルパージチャンバー１６に接続され、内部ユニットパージ用の窒素パージライン２６がレチクルステージ７に接続されている。レチクルパージチャンバー１６のパージ手順はウエハーパージチャンバー１５の場合と同様である。
【００３１】
尚、第一図では、チャックメンテユニット１１とレチクルステージ７に窒素パージライン２６を接続したが、無論他のパージチャンバー内ユニットにも、不図示の並列又は直列なパージライン２６が適宜接続されている。
【００３２】
（第二の実施例）
第二の実施例は、パージチャンバー内を窒素パージしている途中で、内部ユニットを駆動させて、窒素をパージチャンバー内の隅々に供給することを特徴としている。
【００３３】
図３はウエハーステージ６がウエハーパージチャンバー１５の内部を移動してウエハーパージチャンバー内の各部に窒素を供給することを示す図である。（通常６ａの位置にいるウエハーステージ６は、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅの位置に順次移動し各部に窒素を供給している。）尚、ウエハーステージ６は一般のベアリングガイド方式でなく、窒素による浮上をガイドとする窒素（一般にはエアー）ガイド方式のステージである。ウエハーステージ６から出てくる窒素は、ウエハーステージ６の浮上用パッドからの漏れ窒素であるが、図４に示す様に、ウエハーステージ上に設けられたウエハーステージ位置測定用光学系２７へのパージ用窒素を利用しても良い。
【００３４】
（第三の実施例）
第三の実施例を図５に示す。図１と比較して窒素パージラインＢ２６がチャックメンテユニット１１からアライメントユニットＡ１２、ウエハー搬送系８、アライメントユニットＢ１３、ウエハーステージ６へと直列に繋がり、その後窒素はウエハーパジチャンバー１５の内部に排出（供給）されている事が異なる。このような構成にすることで、第一の実施例の様に、各ユニットに個別に内部パージ用窒素を流す必要がなくなり、窒素の使用量を削減することが出来る。
【００３５】
（第四の実施例）
第四の実施例を図６に示す。図５との違いは、ウエハーパージチャンバー１５の窒素出口２８を無くし、チャックメンテユニット１１の窒素入り口をパージチャンバー１５内部に設け、チャックメンテユニット１１、アライメントユニットＡ１２、ウエハー搬送系８、アライメントユニットＢ１３、ユニットパージ用外部排気口２９の順にパージ経路を繋いでいることである。この様な構成にすることで、窒素パージラインＡ２５によりウエハーパージチャンバー１１に供給したパージ用窒素をチャックメンテユニット１１、アライメントユニットＡ１２、ウエハー搬送系８、アライメントユニットＢ１３の順に供給出来る。第四の実施例の特徴は、高いパージ精度（低酸素濃度）が要求されるウエハーパージチャンバー１１に最初に窒素を供給でき、同時に第三の実施例と同様に各ユニットの内部パージ用窒素を削減できることである。
【００３６】
尚ウエハーステージ６はパッドから出る窒素を１個所に集中させることが困難であるので、パッドから出た窒素はウエハーパージチャンバー１５の内部に排出している。
【００３７】
尚、第２〜４の実施例はウエハーパージチャンバーの場合を例として説明したが、レチクルパージチャンバーでも同様に実施可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に依れば、投影レンズとウエハー間及び照明光学系と投影レンズ間の露光光路を最小限の不活性ガス量で、短時間で不活性ガスに置換でき、その結果、窒素消費量が少なく、高スループットの露光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例を示す図である。
【図２】従来例を示す図である。
【図３】ウエハーステージが、ウエハーパージチャンバー内を移動しパージしていることを示す第２の実施例を示す図である。
【図４】ウエハーステージ上に設けられたステージ位置測定光学系をへの窒素の流れを示す  第二の実施例を示す図である。
【図５】ユニット用窒素パージ出口をパージ空間用窒素パージ入り口とした場合の第３の実施例を示す図である。
【図６】ユニット用窒素パージ入り口を、パージ空間用窒素パージ出口に設けた場合の第４の実施例を示す図である。
【符号の説明】１：レチクル、２：ウエハー、３：レーザ、４：照明光学系、５：投影光学系、６：ウエハーステージ、７：レチクルステージ、８：ウエハー搬送系、９：レチクル搬送系、１０：ウエハーチャック、１１：チャックメンテユニット、１２：アライメントユニットＡ、１３：アライメントユニットＢ、１４：アライメントユニットＣ、１５：ウエハーパージチャンバー、１６：レチクルパージチャンバー１７：ロードロックＡ、１７ａ：外側扉、１７ｂ：内側扉、１８：ロードロックＢ、１９：窒素パージ装置Ａ、２０：窒素パージ装置Ｂ、２１：エアーノズルＡ、２２：エアーノズルＢ、２３ウエハー搬送系Ｂ、２４：バルブ、２５：窒素パージラインＡ、２６：窒素パージラインＢ、２７：ステージ位置測定光学系、２８：窒素出口  ２９：ユニットパージ用外部排気口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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