(57)【要約】【課題】紫外レーザ光を露光光とする半導体露光装置に含まれる光学素子の光透過率が低下するのを防止することができる半導体露光装置を提供する。【解決手段】レーザ光源２から射出される光を露光光としてマスクＭを照明する照明光学系ＩＳと、鏡筒２２内に格納され、前記マスクＭのパターン像を感光基板Ｗ上に形成する投影光学系ＰＬとを備える半導体露光装置であって、前記鏡筒２２内には、フッ素ガスが封入されている。【選択図】  図１
2004259828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源から射出される光を露光光としてマスクを照明する照明光学系と、
鏡筒内に格納され、前記マスクのパターン像を感光基板上に形成する投影光学系と、
を備える半導体露光装置であって、
前記鏡筒内には、フッ素ガスが封入されていることを特徴とする半導体露光装置。
【請求項２】
前記レーザ光源は、フッ素レーザ光源であることを特徴とする請求項１に記載の半導体露光装置。
【請求項３】
前記鏡筒の内側表面から少なくとも２０ｎｍまでの部分は、ニッケル、ニッケル系合金、モネル、アルミニウム及びアルミニウム系合金の中の少なくとも１つにより構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体露光装置。
【請求項４】
前記鏡筒は、該鏡筒内にフッ素ガスを供給する鏡筒内フッ素ガス供給部と、
該鏡筒内のフッ素ガスを排出する鏡筒内フッ素ガス排出部と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の半導体露光装置。
【請求項５】
前記鏡筒は、前記鏡筒内のフッ素ガス濃度を検出する鏡筒内フッ素ガス濃度検出部を備え、
前記鏡筒内フッ素ガス濃度検出部より検出されるフッ素ガス濃度検出値が所定値よりも小さい場合に、前記鏡筒内フッ素ガス排出部から前記鏡筒内に封入されているフッ素ガスを排出すると共に前記鏡筒内フッ素ガス供給部より新たなフッ素ガスを供給して、前記鏡筒内に封入されているフッ素ガスの交換を行なうことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の半導体露光装置。
【請求項６】
前記鏡筒内の汚染物質濃度を検出する鏡筒内汚染物質濃度検出部を備え、
前記鏡筒内汚染物質濃度検出部により検出される汚染物質濃度検出値が所定値を超えた場合に、前記鏡筒内フッ素ガス排出部から前記鏡筒内に封入されているフッ素ガスを排出すると共に前記鏡筒内フッ素ガス供給部より新たなフッ素ガスを供給して、前記鏡筒内に封入されているフッ素ガスの交換を行なうことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の半導体露光装置。
【請求項７】
前記照明光学系は、照明光学系格納容器内に格納され、前記照明光学系格納容器内にはフッ素ガスが封入されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の半導体露光装置。
【請求項８】
前記照明光学系格納容器の内側表面から少なくとも２０ｎｍまでの部分は、ニッケル、ニッケル系合金、モネル、アルミニウム及びアルミニウム系合金の中の少なくとも１つにより構成されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体露光装置。
【請求項９】
前記照明光学系格納容器は、該照明光学系格納容器内にフッ素ガスを供給する格納容器内フッ素ガス供給部と、
該照明光学系格納容器内のフッ素ガスを排出する格納容器内フッ素ガス排出部と、
を備えることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の半導体露光装置。
【請求項１０】
前記照明光学系格納容器内のフッ素ガス濃度を検出する格納容器内フッ素ガス濃度検出部を備え、
前記格納容器内フッ素ガス濃度検出部より検出されるフッ素ガス濃度検出値が所定値よりも小さい場合に、前記格納容器内フッ素ガス排出部から前記照明光学系格納容器内に封入されているフッ素ガスを排出すると共に前記格納容器内フッ素ガス供給部より新たなフッ素ガスを供給して、前記照明光学系格納容器内に封入されているフッ素ガスの交換を行なうことを特徴とする請求項７乃至請求項９の何れか一項に記載の半導体露光装置。
【請求項１１】
前記照明光学系格納容器内の汚染物質濃度を検出する格納容器内汚染物質濃度検出部を備え、
前記格納容器内汚染物質濃度検出部により検出される汚染物質濃度検出値が所定値を超えた場合に、前記格納容器内フッ素ガス排出部から前記照明光学系格納容器内に封入されているフッ素ガスを排出すると共に前記格納容器内フッ素ガス供給部より新たなフッ素ガスを供給して、前記照明光学系格納容器内に封入されているフッ素ガスの交換を行なうことを特徴とする請求項７乃至請求項９の何れか一項に記載の半導体露光装置。
【請求項１２】
前記鏡筒内または前記照明光学系格納容器内に封入されるフッ素ガスは、濃度を０．０００１〜１００パーセントとし、ヘリウムガス，ネオンガス，アルゴンガス，クリプトンガス，キセノンガス及び窒素ガスの中の少なくとも１つのガスを希釈ガスとして用いることを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか一項に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】
この発明は、紫外レーザ光を露光光とした半導体露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路の高集積化、高密度化が進んでいる。この半導体集積回路の高集積化、高密度化を実現するために、回路の線幅を更に細く、又は、パターンを更に精細にする必要がある。そのため、半導体回路製造用縮小投影露光装置等についても解像度のますますの向上が求められている。
【０００３】
露光装置において解像度を上げるために、露光光源波長としては、これまでにｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）と短波長化してきており、より解像度を上げるために、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（波長１５７ｎｍ）へと、更なる短波長化が進んでいる。
【０００４】
ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とする半導体露光装置においては、光源からウエハまでの間に数十枚にもおよぶ様々な形状・用途の光学素子が配置されており、各光学素子表面にはそれぞれ目的に応じた光学薄膜がコートされている。また、それら光学素子を格納する鏡筒内には、Ｎ２ガス等の不活性ガスが流通されている。
【０００５】
また、ＡｒＦエキシマレーザよりも波長の短い真空紫外波長のＦ２レーザを露光光源とした半導体露光装置においては、従来レンズ材料として使用されていた石英ガラス及びその他全ての酸化物は光を吸収し透過しないため、Ｆ２レーザの波長においても高い光透過性を有するＣａＦ２単結晶の蛍石等がレンズ材料として用いられ、ＭｇＦ２、ＡｌＦ３、ＬａＦ３、ＧｄＦ３等の金属フッ化物材料が膜材料として用いられる。また、光学素子等が格納されている鏡筒内には、Ｈｅガス若しくはＮ２ガス等の不活性ガスを流通させることが検討されている。
【０００６】
このような半導体露光装置においては、露光装置の設置環境やＮ２ガス中に含まれる微量の有機物質やアンモニア等の不純物が鏡筒内に導かれてしまい、光学素子表面の薄膜上に付着し、レーザ照射後は重合あるいは固着して、その結果、該光学素子の光透過率が低下する。１台の半導体露光装置において、使用される全光学素子は同一鏡筒内に設置されているので、鏡筒内に存在する不純物で汚染されてほぼ等しく透過率が低下する。ここで、ある光学素子の片側コート面の透過率をＴとし汚染による透過率低下量をΔＴとすると、この光学素子の汚染後の両面透過率は（Ｔ−ΔＴ）２となる。全光学素子数をｎ個とすると、全系での透過率低下量は（Ｔ−ΔＴ）２ｎとなる。従って、レーザ光源から数十枚に及ぶ全光学素子を透過してウエハ上に到達する露光光の光量は、汚染が全くない理想状態と比較して、汚染がある場合には致命的に小さくなってしまう。もちろん、鏡筒内に持ち込まれる不純物量を極力抑える努力をしているが完全にゼロにすることは不可能なので、現実には不純物の重合固着に起因する透過率低下は、値の大小はともあれ必ず生じる問題である。
【０００７】
また、水蒸気や酸素ガスは真空紫外光を吸収して透過させないことから、鏡筒内に浮遊するＨ２Ｏ、Ｏ２濃度が高いほど全系透過率が低下するため、Ｆ２レーザを露光光として用いる露光装置では、鏡筒内へ導入する不活性ガス中に含まれる水蒸気及び酸素ガスを極力少なくして、鏡筒内に残留するＨ２Ｏ、Ｏ２を極力少なくする必要がある。更に、比較較的低温で形成された光学薄膜は、バルクと比較して多孔質なので、水蒸気、酸素ガスが膜の隙間から光学薄膜の内部へ侵入して吸着する面積が大きい。Ｈ２Ｏ、Ｏ２の膜内吸着量が多いほど、露光装置の全系透過率は低下する。その上、膜内のＨ２Ｏ吸着面では、膜材料のフッ化物と吸着Ｈ２Ｏとが化学反応して、吸着面に酸化物薄層、水酸化物薄層が形成される。この酸化物薄層、水酸化物薄層は真空紫外光を吸収することから、全系透過率は更に低下する。
【０００８】
発明者はこれまでに、光学素子表面にコートされている光学薄膜へのＨ２Ｏ、Ｏ２吸着面積を減らすために、光学薄膜を可能な限り緻密な構造にする発明について出願を行っている（特願２００１−２１８０４５号）。また、Ｈ２Ｏ、Ｏ２の吸着により発生した水酸化物薄層及び酸化物薄層をポストフッ素化反応によりフッ化物に戻し、光学薄膜を加熱処理することにより光学薄膜構造を緻密化し、Ｈ２Ｏ、Ｏ２等の吸着面積を激減させることにより光透過率低下を極力抑える発明についても出願を行っている（特願２００１−２６４５１２号、特願２００２−１９８１６５号）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の半導体露光装置においては、鏡筒内に水蒸気や酸素ガス等が混入した場合において、これら水蒸気や酸素ガス等は真空紫外光を吸収して透過させず、全系光透過率が低下することから、鏡筒内へのＨ２Ｏ、Ｏ２の侵入を極力抑えると共に、鏡筒内に流通させる不活性ガス中に含まれる水蒸気及び酸素ガスを極力減らす必要がある。
【００１０】
また、不活性ガス中に含まれる微量の有機物質やアンモニア等の不純物が鏡筒内に導かれてしまい、鏡筒内に格納されている複数の光学素子表面にコートされている光学薄膜上にその有機物質やアンモニア等の不純物が付着し、レーザ照射後に重合あるいは固着して、その結果、該光学素子の光透過率が低下する問題を解消する必要がある。
【００１１】
この発明の課題は、紫外レーザ光を露光光とする半導体露光装置に含まれる光学素子の光透過率が低下するのを防止することができる半導体露光装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の半導体露光装置は、レーザ光源から射出される光を露光光としてマスクを照明する照明光学系と、鏡筒内に格納され、前記マスクのパターン像を感光基板上に形成する投影光学系とを備える半導体露光装置であって、前記鏡筒内には、フッ素ガスが封入されていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２に記載の半導体露光装置は、前記レーザ光源がフッ素レーザ光源であることを特徴とする。
【００１４】
この請求項１及び請求項２に記載の半導体露光装置によれば、投影光学系が格納されている鏡筒内をフッ素雰囲気にすることにより、鏡筒内に残留する有機物及びアンモニア等の不純物がフッ素雰囲気中のフッ素ガスと化学反応を起こし気化するため、鏡筒に含まれる光学素子及び光学薄膜に不純物が付着することを防ぐことができる。また、レーザ光源がフッ素レーザ光源である場合に使用される光学素子及び光学薄膜はフッ化物材料であるため、光学素子及び光学薄膜がフッ素雰囲気中のフッ素ガスと化学反応を起こすことなく、光学素子及び光学薄膜の光透過率の低下を防ぐことができる。
【００１５】
また、請求項３に記載の半導体露光装置は、前記鏡筒の内側表面から少なくとも２０ｎｍまでの部分が、ニッケル、ニッケル系合金、モネル、アルミニウム及びアルミニウム系合金の中の少なくとも１つにより構成されていることを特徴とする。
【００１６】
この請求項３に記載の半導体露光装置によれば、投影光学系が格納されている鏡筒内をフッ素雰囲気にした場合に、フッ素雰囲気中のフッ素ガスが鏡筒の内側表面を形成しているニッケル、ニッケル系合金、モネル、アルミニウム、アルミニウム系合金等の金属類と接触して化学反応を起こし、フッ化物を生成する。しかしながら、生成されたフッ化物は不揮発性固体であるため、鏡筒に含まれる光学素子及び光学薄膜を汚染する汚染物質とはなりえない。従って、光学素子及び光学薄膜の光透過率の低下を防ぐことができる。
【００１７】
また、請求項４に記載の半導体露光装置は、前記鏡筒が該鏡筒内にフッ素ガスを供給する鏡筒内フッ素ガス供給部と、該鏡筒内のフッ素ガスを排出する鏡筒内フッ素ガス排出部とを備えることを特徴とする。
【００１８】
この請求項４に記載の半導体露光装置によれば、投影光学系が格納されている鏡筒内に封入されているフッ素ガスの交換を行なうことができるため、露光装置を長時間稼動させる場合においても、光学素子及び光学薄膜の光透過率の低下を防ぐことができる。
【００１９】
また、請求項５に記載の半導体露光装置は、前記鏡筒が前記鏡筒内のフッ素ガス濃度を検出する鏡筒内フッ素ガス濃度検出部を備え、前記鏡筒内フッ素ガス濃度検出部より検出されるフッ素ガス濃度検出値が所定値よりも小さい場合に、前記鏡筒内フッ素ガス排出部から前記鏡筒内に封入されているフッ素ガスを排出すると共に前記鏡筒内フッ素ガス供給部より新たなフッ素ガスを供給して、前記鏡筒内に封入されているフッ素ガスの交換を行なうことを特徴とする。
【００２０】
この請求項５に記載の半導体露光装置によれば、投影光学系が格納されている鏡筒内に封入されているフッ素ガスの濃度に基づいて、フッ素ガスの交換を行なう。従って、時間経過と共に鏡筒内のフッ素ガスが減少し光学素子及び光学薄膜の光透過率の低下を招く前に、フッ素ガスの交換を行なうことができ、光学素子及び光学薄膜の光透過率の低下を防ぐことができる。
【００２１】
また、請求項６に記載の半導体露光装置は、前記鏡筒内の汚染物質濃度を検出する鏡筒内汚染物質濃度検出部を備え、前記鏡筒内汚染物質濃度検出部により検出される汚染物質濃度検出値が所定値を超えた場合に、前記鏡筒内フッ素ガス排出部から前記鏡筒内に封入されているフッ素ガスを排出すると共に前記鏡筒内フッ素ガス供給部より新たなフッ素ガスを供給して、前記鏡筒内に封入されているフッ素ガスの交換を行なうことを特徴とする。
【００２２】
この請求項６に記載の半導体露光装置によれば、投影光学系が格納されている鏡筒内の汚染物質の濃度に基づいて、鏡筒内に封入されているフッ素ガスの交換を行なう。従って、時間経過と共に鏡筒内の汚染物質が増大し光学素子及び光学薄膜の光透過率の低下を招く前に、フッ素ガスの交換を行なうことができ、光学素子及び光学薄膜の光透過率の低下を防ぐことができる。
【００２３】
また、請求項７に記載の半導体露光装置は、前記照明光学系が照明光学系格納容器内に格納され、前記照明光学系格納容器内にはフッ素ガスが封入されていることを特徴とする。
【００２４】
この請求項７に記載の半導体露光装置によれば、照明光学系格納容器内をフッ素雰囲気にすることにより、照明光学格納容器内に残留する有機物及びアンモニア等の不純物がフッ素雰囲気中のフッ素ガスと化学反応を起こし気化するため、照明光学系格納容器に含まれる光学素子及び光学薄膜に汚染物質が付着することを防ぐことができる。従って、光学素子及び光学薄膜の光透過率の低下を防ぐことができる。
【００２５】
また、請求項８に記載の半導体露光装置は、前記照明光学系格納容器の内側表面から少なくとも２０ｎｍまでの部分が、ニッケル、ニッケル系合金、モネル、アルミニウム及びアルミニウム系合金の中の少なくとも１つにより構成されていることを特徴とする。
【００２６】
この請求項８に記載の半導体露光装置によれば、照明光学系格納容器内をフッ素雰囲気にした場合に、フッ素雰囲気中のフッ素ガスが照明光学系格納容器の内側表面を形成しているニッケル、ニッケル系合金、モネル、アルミニウム、アルミニウム系合金等と接触して化学反応を起こし、フッ化物を生成する。しかしながら、生成されたフッ化物は不揮発性固体であるため、照明光学系に含まれる光学素子及び光学薄膜を汚染する不純物とはなりえない。従って、光学素子及び光学薄膜の光透過率の低下を防ぐことができる。
【００２７】
また、請求項９に記載の半導体露光装置は、前記照明光学系格納容器が該照明光学系格納容器内にフッ素ガスを供給する格納容器内フッ素ガス供給部と、該照明光学系格納容器内のフッ素ガスを排出する格納容器内フッ素ガス排出部とを備えることを特徴とする。
【００２８】
この請求項９に記載の半導体露光装置によれば、照明光学系格納容器内に封入されているフッ素ガスの交換を行なうことができるため、露光装置を長時間稼動させる場合においても、光学素子及び光学薄膜の光透過率の低下を防ぐことができる。
【００２９】
また、請求項１０に記載の半導体露光装置は、前記照明光学系格納容器内のフッ素ガス濃度を検出する格納容器内フッ素ガス濃度検出部を備え、前記格納容器内フッ素ガス濃度検出部より検出されるフッ素ガス濃度検出値が所定値よりも小さい場合に、前記格納容器内フッ素ガス排出部から前記照明光学系格納容器内にさい場合に、前記格納容器内フッ素ガス排出部から前記照明光学系格納容器内に封入されているフッ素ガスを排出すると共に前記格納容器内フッ素ガス供給部より新たなフッ素ガスを供給して、前記照明光学系格納容器内に封入されているフッ素ガスの交換を行なうことを特徴とする。
【００３０】
この請求項１０に記載の半導体露光装置によれば、照明光学系格納容器内に封入されているフッ素ガスの濃度に基づいて、フッ素ガスの交換を行なう。従って、時間経過と共に照明光学系格納容器内のフッ素ガスが減少し光学素子及び光学薄膜の光透過率の低下を招く前に、フッ素ガスの交換を行なうことができ、光学素子及び光学薄膜の光透過率の低下を防ぐことができる。
【００３１】
また、請求項１１に記載の半導体露光装置は、前記照明光学系格納容器内の汚染物質濃度を検出する格納容器内汚染物質濃度検出部を備え、前記格納容器内汚染物質濃度検出部により検出される汚染物質濃度検出値が所定値を超えた場合に、前記格納容器内フッ素ガス排出部から前記照明光学系格納容器内に封入されているフッ素ガスを排出すると共に前記格納容器内フッ素ガス供給部より新たなフッ素ガスを供給して、前記照明光学系格納容器内に封入されているフッ素ガスの交換を行なうことを特徴とする。
【００３２】
この請求項１１に記載の半導体露光装置によれば、照明光学系格納容器内の汚染物質の濃度に基づいて、照明光学系格納容器内に封入されているフッ素ガスの交換を行なう。従って、時間経過と共に照明光学系格納容器内の汚染物質が増大し光学素子及び光学薄膜の光透過率の低下を招く前に、フッ素ガスの交換を行なうことができ、光学素子及び光学薄膜の光透過率の低下を防ぐことができる。
【００３３】
また、請求項１２に記載の半導体露光装置は、前記鏡筒内または前記照明光学系格納容器内に封入されるフッ素ガスが濃度を０．０００１〜１００パーセントとし、ヘリウムガス，ネオンガス，アルゴンガス，クリプトンガス，キセノンガス及び窒素ガスの中の少なくとも１つのガスを希釈ガスとして用いることを特徴とする。
【００３４】
この請求項１２に記載の半導体露光装置によれば、投影光学系が格納されている鏡筒内または照明光学系格納容器内のフッ素ガスの濃度を０．０００１パーセントより低濃度とすると、鏡筒内または照明光学系格納容器内の汚染物質の化学的除去効果を十分に得ることができなくなるため、封入するフッ素ガスの濃度を０．０００１〜１００パーセントの何れかに設定する。従って、鏡筒内または照明光学系格納容器内に含まれる光学素子及び光学薄膜への汚染物質の付着を防ぐことができ、光学素子及び光学薄膜の光透過率の低下を防ぐことができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。図１は、この実施の形態にかかる半導体露光装置の概略構成を示す図である。
【００３６】
図１に示す半導体露光装置は、マスクＭを照明するための照明光学系ＩＳ、マスクＭのパターン像を形成する投影光学系ＰＬ、及びフォトレジスト等の感光性樹脂が塗布されているウエハ（感光基板）Ｗ、ウエハＷを保持するウエハスエージＷＳを備えている。ここで、照明光学系ＩＳは、真空紫外光であるＦ２レーザ光（フッ素レーザ光、波長１５７ｎｍ）を供給するレーザ光源部２、コリメートレンズ４、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ６、σ絞り８、ミラー１０、コンデンサレンズ系１２等により構成されており、照明光学系ＩＳから供給される露光光はマスクＭを照明する。マスクＭのパターン像は、投影光学系ＰＬを介して、フォトレジストが塗布されたウエハＷ上に投影露光される。なお、Ｆ２レーザ光を供給するレーザ光源部２の代わりに深紫外光であるＡｒＦエキシマレーザ光（フッ化アルゴンエキシマレーザ光、波長１９３ｎｍ）を供給するレーザ光源部を用いてもよい。
【００３７】
ここで、照明光学系ＩＳ及びマスクＭは、密閉空間である照明光学系格納容器１４内に収容されている。ここで、照明光学系格納容器１４は、ニッケル、ニッケル系合金、モネル、アルミニウム及びアルミニウム系合金の中の少なくとも１つにより構成されている。なお、照明光学系格納容器１４は、内側表面から少なくとも２０ｎｍまでの部分がニッケル、ニッケル系合金、モネル、アルミニウム及びアルミニウム系合金の中の少なくとも１つにより構成されていればよい。
【００３８】
照明光学系格納容器１４の材質をニッケル、ニッケル系合金、モネル、アルミニウム及びアルミニウム系合金以外の金属とした場合には、フッ素ガスが接することにより、フッ素ガスと反応し揮発性フッ化物が生成され、それら揮発性フッ化物が照明光学系格納容器１４内に含まれる光学素子を汚染する不純物となるため、照明光学系格納容器１４の材質をニッケル、ニッケル系合金、モネル、アルミニウム及びアルミニウム系合金の中の少なくとも１つとしている。即ち、ステンレスとフッ素ガスを接触させた場合には、反応が進行してＣｒＦ５ガスを生成する。ＣｒＦ５ガスは、光学素子に被覆されている光学薄膜表面に吸着したのち、照明光学系格納容器１４内にわずかに存在するＨ２Ｏと反応してＣｒ２Ｏ３となる。生成されたＣｒ２Ｏ３は、光学薄膜表面に固着して、光を吸収する。一方、フッ素はアルミニウムやニッケルとも反応してフッ化アルミニウムやフッ化ニッケルとなるが、これら生成されたフッ化物は不揮発性固体であるため、照明光学系格納容器１４内に含まれる光学素子を汚染する物質とはなりえない。
【００３９】
また、照明光学系格納容器１４には、フッ素ガスが封入されている。なお、封入されるフッ素ガスは、その濃度を０．０００１〜１００パーセントとし、Ｈｅ（ヘリウム）ガス、Ｎｅ（ネオン）ガス、Ａｒ（アルゴン）ガス、Ｋｒ（クリプトン）ガス、Ｘｅ（キセノン）ガス及びＮ２（窒素）ガスの中の少なくとも１つのガスを希釈ガスとして用いる。
【００４０】
また、照明光学系格納容器１４には、格納容器内フッ素ガス置換装置１６が接続されている。照明光学系格納容器１４は、格納容器内フッ素ガス置換装置１６により格納容器内フッ素ガス供給部１４ａからフッ素ガスが供給され、格納容器内フッ素ガス排出部１４ｂからフッ素ガスが排出されるように構成されている。なお、格納容器内フッ素ガス置換装置１６は、照明光学系格納容器１４内のフッ素ガスの交換を行なう際、フッ素ガスを安全且つ低環境負荷の状態で排出するために、格納容器内フッ素ガス除害用吸着カラム（図示せず）を備えている。
【００４１】
また、照明光学系格納容器１４には、格納容器内フッ素ガス濃度検出器１８及び格納容器内汚染物質濃度検出器１９が接続されている。格納容器内フッ素ガス濃度検出器１８により検出された照明光学系格納容器１４内のフッ素ガス濃度検出値及び格納容器内汚染物質濃度検出器１９により検出された照明光学系格納容器１４内の汚染物質濃度検出値が、制御部２０に対して出力される。ここで、汚染物質とは、露光装置の設置環境により発生し、または照明光学系格納容器１４内に封入されているガス中に含まれる有機物質、アンモニア等の不純物、水蒸気、及び酸素ガス等のことである。
【００４２】
制御部２０は、格納容器内フッ素ガス濃度検出器１８より出力された照明光学系格納容器１４内のフッ素ガス濃度検出値が所定の値よりも小さいか否かの判定を行なう。照明光学系格納容器１４内のフッ素ガス濃度検出値が所定の値よりも小さいと判定された場合には、制御部２０は、格納容器内フッ素ガス置換装置１６に対して制御信号の出力を行ない、格納容器内フッ素ガス排出部１４ｂから照明光学系格納容器１４内に封入されているフッ素ガスを排出すると共に格納容器内フッ素ガス供給部１４ａから新たなフッ素ガスを供給して、照明光学系格納容器１４内のフッ素ガスの交換を行なう。
【００４３】
また、制御部２０は、格納容器内汚染物質濃度検出器１９より出力された照明光学系格納容器１４内の汚染物質濃度検出値が所定の値より大きいか否かの判定を行なう。照明光学系格納容器１４内の汚染物質濃度検出値が所定の値よりも大きいと判定された場合には、制御部２０は、格納容器内フッ素ガス置換装置１６に対して制御信号の出力を行ない、格納容器内フッ素ガス排出部１４ｂから照明光学系格納容器１４内に封入されているフッ素ガスを排出すると共に格納容器内フッ素ガス供給部１４ａから新たなフッ素ガスを供給して、照明光学系格納容器１４内のフッ素ガスの交換を行なう。
【００４４】
また、投影光学系ＰＬ、ウエハＷ、及びウエハステージＷＳは、密閉空間である鏡筒２２に収容されている。ここで、鏡筒２２は、ニッケル、ニッケル系合金、モネル、アルミニウム及びアルミニウム系合金の中の少なくとも１つにより構成されている。なお、鏡筒２２は、内側表面から少なくとも２０ｎｍまでの部分がニッケル、ニッケル系合金、モネル、アルミニウム及びアルミニウム系合金の中の少なくとも１つにより構成されていればよい。
【００４５】
鏡筒２２の材質をニッケル、ニッケル系合金、モネル、アルミニウム及びアルミニウム系合金以外の金属とした場合には、フッ素ガスが接することにより、フッ素ガスと反応し揮発性フッ化物が生成され、それら揮発性フッ化物が鏡筒２２内に含まれる光学素子を汚染する不純物となるため、鏡筒２２の材質をニッケル、ニッケル系合金、モネル、アルミニウム及びアルミニウム系合金の中の少なくとも１つとしている。即ち、ステンレスとフッ素ガスを接触させた場合には、反応が進行してＣｒＦ５ガスを生成する。ＣｒＦ５ガスは、光学素子に被覆されている光学薄膜表面に吸着したのち、鏡筒２２内にわずかに存在するＨ２Ｏと反応してＣｒ２Ｏ３となる。生成されたＣｒ２Ｏ３は、光学薄膜表面に固着して、光を吸収する。一方、フッ素はアルミニウムやニッケルとも反応してフッ化アルミニウムやフッ化ニッケルとなるが、これら生成されたフッ化物は不揮発性固体であるため、鏡筒２２内に含まれる光学素子を汚染する物質とはなりえない。
【００４６】
また、鏡筒２２には、フッ素ガスが封入されている。なお、封入されるフッ素ガスは、その濃度を０．０００１〜１００パーセントとし、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、Ｘｅガス及びＮ２ガスの中の少なくとも１つのガスを希釈ガスとして用いる。
【００４７】
また、鏡筒２２には、鏡筒内フッ素ガス置換装置２４が接続されている。鏡筒２２は、鏡筒内フッ素ガス置換装置２４により、鏡筒内フッ素ガス供給部２２ａからフッ素ガスが供給され、鏡筒内フッ素ガス排出部２２ｂからフッ素ガスが排出されるように構成されている。なお、鏡筒内フッ素ガス置換装置２４は、鏡筒２２内のフッ素ガスの交換を行なう際、フッ素ガスを安全且つ低環境負荷の状態で排出するために、鏡筒内フッ素ガス除害用吸着カラム（図示せず）を備えている。
【００４８】
また、鏡筒２２には、鏡筒内フッ素ガス濃度検出器２６及び鏡筒内汚染物質検出器２８が接続されている。鏡筒内フッ素ガス濃度検出器２６により検出された鏡筒２２内のフッ素ガス濃度検出値及び鏡筒内汚染物質検出器２８により検出された鏡筒２２内の汚染物質濃度検出値が、制御部２０に対して出力される。ここで、汚染物質とは、露光装置の設置環境により発生し、または鏡筒２２内に封入されているガス中に含まれる有機物質、アンモニア等の不純物、水蒸気、及び酸素ガス等のことである。
【００４９】
制御部２０は、鏡筒内フッ素ガス濃度検出器２６より出力された鏡筒２２内のフッ素ガス濃度検出値が所定の値より小さいか否かの判定を行なう。鏡筒２２内のフッ素ガス濃度検出値が所定の値より小さいと判定された場合には、制御部２０は、鏡筒内フッ素ガス置換装置２４に対して制御信号の出力を行ない、鏡筒内フッ素ガス排出部２２ｂから鏡筒２２内のフッ素ガスを排出すると共に鏡筒内フッ素ガス供給部２４ａから新たなフッ素ガスを供給して、鏡筒２２内のフッ素ガスの交換を行なう。
【００５０】
また、制御部２０は、鏡筒内汚染物質濃度検出器２８より出力された鏡筒２２内の汚染物質濃度検出値が所定の値を超えているか否かの判定を行なう。鏡筒２２内の汚染物質濃度検出値が所定の値を超えていると判定された場合には、制御部２０は、鏡筒内フッ素ガス置換装置２４に対して制御信号の出力を行ない、鏡筒内フッ素ガス排出部２２ｂから鏡筒２２内のフッ素ガスを排出すると共に鏡筒内フッ素ガス供給部２４ａから新たなフッ素ガスを供給して、鏡筒２２内のフッ素ガスの交換を行なう。
【００５１】
この実施の形態にかかる半導体露光装置によれば、照明光学系格納容器及び鏡筒内にフッ素ガスを封入する。従って、Ｆ２レーザ光を露光光源とする露光装置に用いられる光学素子及び光学薄膜がフッ化物材料で構成されている場合においても、照明光学系格納容器内及び鏡筒内の有機物、アンモニア等の不純物がフッ素ガスと化学反応を起こし気化するため、光学素子や光学薄膜に不純物が付着することを防ぐことができる。
【００５２】
また、時間経過と共に有機物、アンモニア等の不純物とフッ素ガスとの化学反応により照明光学系格納容器内及び鏡筒内のフッ素ガスの濃度が低下した場合、または照明光学系格納容器内及び鏡筒内の水蒸気及び酸素ガス等の汚染物質が増大した場合においても、照明光学系格納容器内及び鏡筒内のフッ素ガスの濃度並びに照明光学系格納容器内及び鏡筒内の汚染物質の濃度に基づいて、照明光学系格納容器内及び鏡筒内のフッ素ガスの交換を行なうため、光学素子及び光学薄膜の光透過率の低下を防ぐことができる。
【００５３】
なお、上述の実施の形態においては、フッ素ガス濃度検出器または汚染物質濃度検出器により検出される検出値に基づいて照明光学系格納容器内または鏡筒内のフッ素ガスの交換を行なったが、フッ素ガス濃度検出器または汚染物質濃度検出器等を用いることなくフッ素ガスを流通させ続けてもよい。
【００５４】
この実施の形態にかかる露光装置において、投影光学系及び照明光学系を構成する光学部材の光透過率が低下しないことを以下に示す照射実験装置による実験により確認した。
【００５５】
図２は、レーザ照射実験装置４０の構成を示す図である。図２に示すように、レーザ照射実験装置４０において、Ｆ２レーザ発振機４２より導波管４４内に射出されたＦ２レーザ光４６は、開閉可能なシャッタ４８、フッ化物窓５０を透過し、更に５つの蛍石光学素子５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅを順に透過する。ここで、図２に示す５つの蛍石光学素子５４ａ〜５４ｅは、その両表面にそれぞれ光学薄膜５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄ、５６ｅが積層されており、可動する支持台５８に載置されている。これら蛍石光学素子５４ａ〜５４ｅ及び支持台５８は、密閉空間であるチャンバ６０内に配置されている。チャンバ６０内には、フッ素ガスが封入されており、開閉可能なバルブ６２ａを備えたガス供給管６２及び開閉可能なバルブ６４ａを備えたガス排出管６４が接続されている。５つの光学素子５４ａ〜５４ｅを透過した光束は、フッ化物窓６６、開閉可能なシャッタ６８を透過し、ジュールメータ７０に達する。
【００５６】
このレーザ照射実験装置４０においては、蛍石光学素子５４ａ〜５４ｅを格納しているチャンバ６０内に封入するガス環境、ガス濃度及び汚染物質濃度を変化させて、レーザ照射させることができる。また、蛍石光学素子５４ａ〜５４ｅに対しての透過率変動を測定することができる。従って、この実施の形態にかかる露光装置の照明光学系格納容器内または鏡筒内にレンズやプリズム、ミラーといった光学素子を格納させ、フッ素ガスを封入させた場合と同様の結果を得ることができる。
【００５７】
図３は、チャンバ６０内において、蛍石光学素子５４ａ〜５４ｅを載置した支持台５８を動かす様子を示す図である。支持台５８を動かすことにより、蛍石光学素子５４ａ〜５４ｅをＦ２レーザ光が通過しない位置に配置させたり、Ｆ２レーザ光が通過する位置に配置させたりすることができる。
【００５８】
まず、支持台５８を動かすことにより、蛍石光学素子５４ａ〜５４ｅをＦ２レーザ光が通過しない位置に配置させる。即ち、Ｆ２レーザ光が蛍石光学素子５４ａ〜５４ｅを透過しない状態にして、ジュールメータ７０に達する光の光量Ｔ０を測定する。次に、支持台５８を動かすことにより、蛍石光学素子５４ａ〜５４ｅをＦ２レーザ光が通過する位置に配置させる。即ち、Ｆ２レーザ光が蛍石光学素子５４ａ〜５４ｅを透過する状態にして、ジュールメータ７０に達する光の光量Ｔ１を測定する。レーザ照射によりレーザ光が通過する蛍石光学素子数は５つであるから、１つの光学素子当りの透過率Ｔは数式１により算出することができる。
【００５９】
【数式１】
2004259828.tif 000003
【００６０】
【実施例】
図２に示すチャンバ６０及び支持台５８の材質を純アルミニウムとし、ガス供給管６２及びガス排出管６４の材質を純ニッケルとする。また、ガス供給管６２のバルブ６２ａ及びガス排出管６４のバルブ６４ａの材質をステンレスとするが、フッ素ガスが接する部分にニッケルめっきを施し、フッ素ガスとステンレスが触れないようにする。
【００６１】
フッ素ガスの接する部分を純ニッケルまたは純アルミニウムとした理由は、特願２００２−１９８１６５に記載したように、全元素中で最も反応性の高いフッ素が純ニッケルまたは純アルミニウム以外の金属と反応した場合には揮発性フッ化物が生成される場合が多く、それら揮発性フッ化物が光学素子を汚染する不純物となるためである。例えば、ステンレスとフッ素ガスを接触させた場合には、室温においてさえ反応が進行してＣｒＦ５ガスを生成する。ＣｒＦ５ガスは、光学素子に被覆されている光学薄膜表面に吸着したのち、チャンバや露光装置の鏡筒内にわずかに存在するＨ２Ｏと反応してＣｒ２Ｏ３となる。生成されたＣｒ２Ｏ３は、光学薄膜表面に固着して、光を吸収する。一方、フッ素はアルミニウムやニッケルとも反応してフッ化アルミニウムやフッ化ニッケルとなるが、これら生成されたフッ化物は不揮発性固体であるため、光学素子を汚染する物質とはなりえない。
【００６２】
まず、蛍石光学素子５４ａ〜５４ｅをチャンバ６０内に装填し、ガス供給管６２よりＨｅガスで１０００ｐｐｍ（０．１パーセント）に希釈済みのフッ素ガスをチャンバ６０内に流通させた。フッ素ガス流通を開始してから充分に時間が経過し、チャンバ６０内のガス雰囲気が安定したところで、ガス排出管６４よりチャンバ６０内流通ガスを少量サンプルリングした。サンプリングしたガスを用いて、レーザ照射前のチャンバ６０内の残留汚染物質成分を分析した。その結果、ガスクロマトグラフ質量分析法で分析した全有機物濃度は１０μｇ／ｍ３、ＮＨ３濃度は０．２μｇ／ｍ３であった。また、酸素および水分濃度計で測定したＨ２Ｏ、Ｏ２濃度はいずれも５ｐｐｍ程度であった。
【００６３】
上記ガス雰囲気下において、レーザ照射試験を行った。まず、蛍石光学素子５４ａ〜５４ｅをＦ２レーザ光が通過しない位置に配置し、ジュールメータ７０に達した光量Ｔ０を測定し、蛍石光学素子１つ当りの透過率Ｔを数式１を用いて算出した。次に、蛍石光学素子５４ａ〜５４ｅをＦ２レーザ光が通過する位置に配置し、Ｆ２レーザ光を所望のドーズ量だけ照射した。再び、ジュールメータ７０に達した光量Ｔ１を測定し、透過率Ｔを数式１を用いて算出した。以下、同様にして、蛍石光学素子５４ａ〜５４ｅに対して所望のドーズ量のＦ２レーザ照射を行う毎に、光量Ｔ１を測定し、数式１を用いて透過率Ｔを算出することを繰り返した。
【００６４】
図４は、Ｆ２レーザ照射による透過率Ｔの変動の様子を示す図である。Ｆ２レーザ照射ドーズ量によらず、透過率Ｔが一切変動していないことが容易にわかる。即ち、フッ素雰囲気下でＦ２レーザ照射を行なえば、有機物やアンモニアが光学薄膜上で固着または重合して光吸収物質が形成することなく、かつ、Ｈ２Ｏ，Ｏ２がＦ２レーザ照射時に膜と反応して酸化物や水酸化物薄層が形成されて光吸収が発生することもない。また、長期にわたるＦ２レーザ照射によっても光学素子の透過率低下を一切発生させない。
【００６５】
なお、この実施例においては、フッ素ガスを希釈するためにＨｅガスを用いた実験結果を示したが、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ及びＮ２ガスの少なくとも１つのガスを希釈ガスとして使用しても効果が同じであることを確認した。また、この実施例においては、フッ素ガス濃度１０００ｐｐｍ（０．１パーセント）の実験結果を示したが、フッ素ガス濃度としては０．０００１〜１００パーセントの何れにおいても効果があることを確認した。なお、高い化学反応力を持つフッ素が接ガス部分に及ぼす長期的な腐食影響を考慮すると、フッ素ガス濃度は１パーセント以下とすることが望ましい。一方、フッ素ガス濃度が低濃度すぎると汚染物質の化学的除去効果が不十分となるため、フッ素ガス濃度は１０ｐｐｍ（０．００１パーセント）以上であることが望ましい。なお、ガス排出管６４の後段にフッ素ガス除害用吸着カラム６５を取り付けて、排出ガスを安全かつ低環境負荷とした。
【００６６】
【比較例】
図２に示すチャンバ６０、支持台５８、ガス供給管６２、ガス排出管６４、バルブ６２ａ及び６４ａの材質は全てステンレスとする。蛍石光学素子５４ａ〜５４ｅをチャンバ６０内に装填し、ガス供給管６２よりチャンバ６０内にＮ２ガスを流通させる。流通を開始してから充分に時間が経過してチャンバ６０内のガス雰囲気が安定したところで、ガス排出管６４よりチャンバ６０内流通ガスを少量サンプルリングした。サンプリングしたガスを用いて、チャンバ６０内の残留汚染物質成分を分析した。その結果、ガスクロマトグラフ質量分析法で分析した全有機物濃度は１０μｇ／ｍ３、ＮＨ３濃度は０．２μｇ／ｍ３であった。また、酸素および水分濃度計で測定したＨ２Ｏ，Ｏ２濃度はいずれも５ｐｐｍ程度であった。レーザ照射前の残留ガス成分および濃度は、実施例の場合と全く同一であった。
【００６７】
上記ガス雰囲気下において、レーザ照射試験を行った。図４は、レーザ照射による透過率変動の様子を示す図である。レーザ照射ドーズ量とともに透過率が低下していく様子が示されている。有機物やアンモニアが膜上で固着または重合して光吸収物質を形成し且つＨ２Ｏ，Ｏ２がレーザ照射時に膜と反応して酸化物や水酸化物薄層を形成し、光吸収が発生したことが原因である。
【００６８】
【発明の効果】
この発明の半導体露光装置によれば、Ｆ２レーザに代表される真空紫外光を露光光源に用いる半導体露光装置において、鏡筒内または照明光学系格納容器内をフッ素雰囲気にすることにより、鏡筒内または照明光学系格納容器内に残留する有機物及びアンモニア等の不純物がフッ素雰囲気中のフッ素ガスと化学反応を起こし気化するため、鏡筒または照明光学系格納容器に含まれる光学素子及び光学薄膜への不純物の付着、光学薄膜表面の曇りの発生、光学薄膜表面の酸化または水酸化を防止することができる。また、レーザ光源がフッ素レーザ光源である場合に使用される光学素子及び光学薄膜はフッ化物材料であるため、光学素子及び光学薄膜がフッ素雰囲気中のフッ素ガスと化学反応を起こすことなく、光学素子及び光学薄膜の光透過率の低下を防ぐことができる。
【００６９】
また、この発明の半導体露光装置によれば、鏡筒内または照明光学系格納容器内をフッ素雰囲気にした場合にフッ素雰囲気中のフッ素ガスが鏡筒または照明光学系格納容器の内側表面を形成しているニッケル、ニッケル系合金、モネル、アルミニウム及びアルミニウム系合金等の金属類と化学反応を起こしてフッ化物を生成する。しかしながら、生成されたフッ化物は不揮発性固体であるため、鏡筒に含まれる光学素子及び光学薄膜を汚染する不純物とはなりえない。従って、光学素子及び光学薄膜の光透過率の低下を防ぐことができる。
【００７０】
また、この発明の半導体露光装置によれば、鏡筒内または照明光学系格納容器内に封入されているフッ素ガスまたは汚染物質の濃度に基づいて、フッ素ガスの交換を行なう。従って、時間経過と共にフッ素ガスが減少または汚染物質が増大し光学素子及び光学薄膜の光透過率の低下を招く前に、フッ素ガスの交換を行なうことができ、光学素子及び光学薄膜の光透過率の低下を防ぐことができる。
【００７１】
また、この発明の半導体露光装置によれば、鏡筒内または照明光学系格納容器内のフッ素ガスの濃度を０．０００１パーセントより低濃度とすると、鏡筒内または照明光学系格納容器内の汚染物質の化学的除去効果を十分に得ることができなくなるため、封入するフッ素ガスの濃度を０．０００１〜１００パーセントの何れかに設定する。従って、鏡筒内または照明光学系格納容器内に含まれる光学素子及び光学薄膜への汚染物質の付着を防ぐことができ、光学素子及び光学薄膜の光透過率の低下を防ぐことができる。
【００７２】
また、この発明の半導体露光装置を用いれば、感光基板上に微細回路パターンを焼き付けている最中の光透過率低下や照度ムラの発生を防止することができる。従って、真空紫外光を用いる次世代半導体露光装置の生産性を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態にかかる半導体露光装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態にかかるＦ２レーザ照射実験装置の構成図である。
【図３】この発明の実施の形態にかかるＦ２レーザ照射実験装置内で支持台が稼動する様子を示す図である。
【図４】この発明の実施例において、蛍石光学素子にＦ２レーザ照射して透過率Ｔを連続計測した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｍ…マスク、ＩＳ…照明光学系、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ（感光基板）、ＷＳ…ウエハステージ、２…レーザ光源部、４…コリメートレンズ、６…フライアイレンズ、８…σ絞り、１０…ミラー、１２…コンデンサレンズ系、１４…照明光学系格納容器、２０…制御部、２２…鏡筒、１４ａ、２２ａ…フッ素ガス供給部、１４ｂ、２２ｂ…フッ素ガス排出部、１６、２４…フッ素ガス置換装置、１８、２６…フッ素ガス濃度検出器、１９、２８…汚染物質濃度検出器、４０…レーザ照射実験装置、４２…Ｆ２レーザ発振器、４４…導波管、４８、６８…シャッタ、５０、６６…フッ化物窓、５４ａ〜５４ｅ…蛍石光学素子、５６ａ〜５６ｅ…光学薄膜、５８…支持台、６０…チャンバ、６２…ガス供給管、６４…ガス排出管、６５…フッ素ガス除害用吸着カラム、７０…ジュールメータ。
【図１】
2004259828.tif 000004
【図２】
2004259828.tif 000005
【図３】
2004259828.tif 000006
【図４】
2004259828.tif 000007