(57)【要約】【課題】比較的簡易な構造でありながら、短時間に酸素の分圧を下げて高透過率を達成することができる露光装置を提供する。【解決手段】波長２００ｎｍ以下の光を用いて、原版のパターンを感光剤の塗布された基板上に転写露光するための露光装置であって、露光光の光路の少なくとも一部を密閉するために設けられた一以上の筐体と、前記筐体に前記露光光が出入りする部分に設けたれた露光光透過性の部材と、前記筐体にパージガスを供給するガス供給装置と、前記筐体内の露光光吸光気体の分圧を計測する分圧センサと、前記筐体の圧力を減圧する減圧装置と、前記筐体内の圧力を計測する圧力センサとを有し、使用前に、前記筐体内の前記露光光吸光気体の分圧が所定分圧以下になるまで、当該筐体内にパージガスを供給して、当該筐体内のガスを置換し、その後所定の圧力になるまで当該筐体内の圧力を減圧することを特徴とする露光装置を提供する。【選択図】　　　　　図１
2004071758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長２００ｎｍ以下の光を用いて、原版のパターンを感光剤の塗布された基板上に転写露光するための露光装置であって、
露光光の光路の少なくとも一部を密閉するために設けられた一以上の筐体と、
前記筐体に前記露光光が出入りする部分に設けたれた露光光透過性の部材と、
前記筐体にパージガスを供給するガス供給装置と、
前記筐体内の露光光吸光気体の分圧を計測する分圧センサと、
前記筐体の圧力を減圧する減圧装置と、
前記筐体内の圧力を計測する圧力センサとを有し、
使用前に、前記筐体内の前記露光光吸光気体の分圧が所定分圧以下になるまで、当該筐体内にパージガスを供給して、当該筐体内のガスを置換し、その後所定の圧力になるまで当該筐体内の圧力を減圧することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
波長２００ｎｍ以下の光を用いて、原版のパターンを感光剤の塗布された基板上に転写露光するための露光装置であって、
露光光の光路の少なくとも一部を密閉するために設けられた一以上の筐体と、
前記筐体に前記露光光が出入りする部分に設けたれた露光光透過性の部材と、
前記筐体にパージガスを供給するガス供給装置と、
前記筐体内の露光光吸光気体の分圧を計測する分圧センサと、
前記筐体の圧力を減圧する減圧装置と、
前記筐体内の圧力を計測する圧力センサとを有し、
使用前に、前記筐体内の前記露光光吸光気体の分圧が所定分圧以下になるまで、当該筐体内にパージガスを供給して、当該筐体内のガスを置換し、その後所定の圧力になるまで、当該筐体内の圧力を減圧し、その後再び前記パージガスを供給し、当該筐体内の圧力を大気圧以上とすることを特徴とする露光装置。
【請求項３】
一の筐体を大気開放した後、吸光気体の分圧を下げるために当該筐体の圧力を下げる際に、隣り合う筐体の圧力を前記筐体内の圧力と大気圧の中間の圧力程度まで減圧することを特徴とする露光装置。
【請求項４】
前記パージガスは、窒素、もしくはヘリウムであることを特徴とする請求項１又は２記載の露光装置。
【請求項５】
前記分圧センサが計測する露光光吸光気体は、酸素であることを特徴とする請求項１又は２記載の露光装置。
【請求項６】
前記パージガスを置換後の吸光物質の分圧をｘ気圧以下、減圧後の前記筐体内の圧力をｙ気圧以下であるとした場合、
ｘ×ｙ＝１×１０−６
以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、露光用光源から発せられた光を用いてパターンの形成されたマスクを照明し、パターンを感光剤の塗布された基板上に転写露光する露光装置に係り、特に、半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフィー工程に使用される露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子製造工程のリソグラフィー工程において、露光装置が用いられている。リソグラフィー工程とは、半導体素子の回路パターンを半導体素子となる基板（シリコン基板等）上に投影転写する工程のことである。
【０００３】
近年、半導体素子の微細化への要求は益々高くなっており、ライン・アンド・スペースの最小線幅は０．１５μｍをきり、０．１０μｍに到達しようとしている。微細化を達成するために、リソグラフィー工程に用いられる投影露光装置の解像力の向上が近年の大きな課題となっている。
【０００４】
一般に、リソグラフィー工程における解像可能な線幅Ｒは、露光光源の波長λと、露光装置の開口数ＮＡ、比例定数ｋ１を用いて、以下の式で表される。
【０００５】
【数１】
2004071758.tif 000003
【０００６】
従って、波長λを短くすれば波長に比例して解像可能な線幅Ｒは小さくなり、開口数ＮＡをあげれば反比例して、解像可能な線幅Ｒは小さくなる。
【０００７】
一方、リソグラフィー工程上許容可能な線幅誤差内に収まるデフォーカス許容量ＤＯＦは、比例定数ｋ２を用いて、以下の式で表される。
【０００８】
【数２】
2004071758.tif 000004
【０００９】
従って、波長を短くすれば比例してデフォーカス許容量ＤＯＦは小さくなり、開口数ＮＡをあげれば２乗に反比例してデフォーカス許容量ＤＯＦは小さくなる。
【００１０】
つまり、半導体素子を微細化するためには、露光波長を短くする方法と、露光装置の開口数を上げる方法があるが、デフォーカス許容量をなるべく大きくとるためには、露光波長を短くする方が好適である。そのため、近年では、露光光源の波長を短くした露光装置の開発が行われている。
【００１１】
現在、主流の露光装置の露光光源は、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーであるが、更に露光波長を短くするために、露光光源としてＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）、更にはＦ２レーザー（波長約１５７ｎｍ）を用いた露光装置の開発がなされている。
【００１２】
２００ｎｍ以下の露光波長となると、２００ｎｍ以上の露光波長のときにはなかった新たな技術的な課題が発生する。それは、酸素（Ｏ２）や水蒸気（Ｈ２Ｏ）が非常に大きな吸収率をもっており、露光光を吸収してしまうため、効率的に基板上に露光を行うためには、光路中のそれら吸光気体の濃度（分圧）を低くしなければならないということである。
【００１３】
例えば、酸素の吸収係数はＦ２レーザーを光源とする１５７ｎｍの光に対して、１９０／ｃｍ／ａｔｍである。従って、２５％の酸素が含まれる空気中では、他の気体による吸収がないとしても、１ｍｍあたりの透過率はｅｘｐ（−１９０×０．１×０．２５）＝０．００８６となってしまう。つまり、空気中では、１ｍｍ進むだけ９９．１％の光が吸収されてしまうのである。即ち、酸素を露光光路中から取り除き酸素の分圧をさげなければ、光路の透過率が低下し、露光光が露光面に達するまでにほとんどの光が吸収されてしまう。露光面に到達する光が少なくなってしまうと、基板に塗布された感光剤が感光するまでにかかる露光時間が長くなってしまい、露光装置の生産性（スループット）が低下してしまう。
【００１４】
露光光路中から酸素等の吸光気体の分圧を下げる従来技術として、筐体内を比較的吸収係数の小さい窒素、もしくはヘリウムで置換するという方法と、筐体内を真空にするという方法がある。
【００１５】
筐体内を窒素で置換する方法の場合、窒素の吸収係数は０．０００１／ｃｍ／ａｔｍであるので、１００％の窒素に置換できれば、１ｍｍあたりの透過率はｅｘｐ（−０．０００１×０．１×１）＝０．９９９９９となり、ほぼ１００％の透過率となる。残留酸素と１ｍ当りの透過率の関係を表１に示す。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
表１を参照するに、窒素で空気を置換し、酸素の分圧を１×１０−６ａｔｍ以下にすることによって、９７％以上の透過率が得られる。
【００１８】
一方、筐体内を真空にする場合、酸素の分圧を１×１０−６ａｔｍとするためには、空気の酸素の比率は２５％であるので、筐体内の圧力を４×１０−６気圧に減圧することによって、１ｍあたり９７％以上の透過率が得られる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、筐体内を窒素に置換する方法は、１×１０−６気圧の酸素分圧を達成するのに非常に時間がかかる。筐体の密閉度、及び流す窒素の純度および量にもよるが、検討用のチャンバーで標準的な条件での検討によれば、筐体内を大気解放後、窒素に置換を始めると、酸素の分圧が５×１０−６ａｔｍに達するのに１時間、１×１０−６ａｔｍに到達するのに２４時間の間、窒素を流しつづける必要があった。実際の光学系においては複雑な凹凸や、ガスの流れの悪いところがあるので、更に時間のかかる可能性がある。
【００２０】
一方、筐体内を真空にする方法は、１×１０−６気圧の酸素分圧を到達するまでの時間は、密閉度が高い条件で、高性能な真空ポンプを使えば１時間未満と、筐体内を窒素に置換する方法に比べて短い。しかしながら、４×１０−６気圧という高真空を達成するためには筐体内の密閉度を相当高める必要がある。レンズや駆動部が存在する筐体の密閉度を上げることは設計的に困難であり、また達成できたとしても非常に複雑な構造となる。また、筐体内を真空にすることによって、駆動部に使用されている油や、レンズの保持に使用されている接着剤からの脱ガスが発生し、それらが光路に拡散し、光学系の表面に付着し、光学部材が汚染される可能性があるという問題がある。
【００２１】
そこで、本発明は、比較的簡易な構造でありながら、短時間に酸素の分圧を下げて高透過率を達成することができる露光装置を提供することを例示的目的とする。また、好適には筐体内の圧力を大気圧程度とし、筐体内からの脱ガスによる光学部材の汚染の危険性を下げることができる露光装置を提供することを別の例示的目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置は、波長２００ｎｍ以下の光を用いて、原版のパターンを感光剤の塗布された基板上に転写露光するための露光装置であって、露光光の光路の少なくとも一部を密閉するために設けられた一以上の筐体と、前記筐体に前記露光光が出入りする部分に設けたれた露光光透過性の部材と、前記筐体にパージガスを供給するガス供給装置と、前記筐体内の露光光吸光気体の分圧を計測する分圧センサと、前記筐体の圧力を減圧する減圧装置と、前記筐体内の圧力を計測する圧力センサとを有し、使用前に、前記筐体内の前記露光光吸光気体の分圧が所定分圧以下になるまで、当該筐体内にパージガスを供給して、当該筐体内のガスを置換し、その後所定の圧力になるまで当該筐体内の圧力を減圧することを特徴とする。
【００２３】
本発明の別の側面としての露光装置は、波長２００ｎｍ以下の光を用いて、原版のパターンを感光剤の塗布された基板上に転写露光するための露光装置であって、露光光の光路の少なくとも一部を密閉するために設けられた一以上の筐体と、前記筐体に前記露光光が出入りする部分に設けたれた露光光透過性の部材と、前記筐体にパージガスを供給するガス供給装置と、前記筐体内の露光光吸光気体の分圧を計測する分圧センサと、前記筐体の圧力を減圧する減圧装置と、前記筐体内の圧力を計測する圧力センサとを有し、使用前に、前記筐体内の前記露光光吸光気体の分圧が所定分圧以下になるまで、当該筐体内にパージガスを供給して、当該筐体内のガスを置換し、その後所定の圧力になるまで、当該筐体内の圧力を減圧し、その後再び前記パージガスを供給し、当該筐体内の圧力を大気圧以上とすることを特徴とする。
【００２４】
上述の露光装置において、前記パージガスは、窒素、もしくはヘリウムであることを特徴とする。前記分圧センサが計測する露光光吸光気体は、酸素であることを特徴とする。前記パージガスを置換後の吸光物質の分圧をｘ気圧以下、減圧後の前記筐体内の圧力をｙ気圧以下であるとした場合、　ｘ×ｙ＝１×１０−６以下であることを特徴とする。
【００２５】
本発明の更に別の側面としての露光装置は、一の筐体を大気開放した後、吸光気体の分圧を下げるために当該筐体の圧力を下げる際に、隣り合う筐体の圧力を前記筐体内の圧力と大気圧の中間の圧力程度まで減圧することを特徴とする。
【００２６】
本発明の他の目的及び更なる特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ま
しい実施例によって明らかにされるであろう。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発明の例示的な露光装置について説明する。図１は、本発明の一側面としての露光装置１００の例示的一形態を示す概略ブロック図である。
【００２８】
露光装置１００は、光源としてＦ２レーザー１１０を用いている。露光装置１００は、複数に分割された筐体１２０（筐体１２０は、筐体１２０ａ乃至１２０ｈを総括するものとする）からなり、それぞれの筐体１２０の境界は、１５７ｎｍの露光光を透過するフッ化カルシウム（ＣａＦ２）、もしくはフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）の平行平板によってしきられている。筐体１２０は、本実施形態では、便宜上分割しただけであり、分割方法、及び分割数については任意であり、図１に示す通りでなくても本発明の範囲内である。
【００２９】
Ｆ２レーザー１１０から射出された１５７ｎｍの波長の光は筐体１２０ａ及び筐体１２０ｂの中にある引き回し光学系によって照明光学系に導光される。導光された光は、筐体１２０ｃ、筐体１２０ｄ及び筐体１２０ｅの中にある照明光学系によって、筐体１２０ｆ内にあるレチクル１３０面上で均一な光強度分布で，所望の角度分布の光となる。筐体１２０ｇの中には投影光学系があり、レチクル１３０上にかかれたパターンが筐体１２０ｈの中にあるウェハ１４０上に投影されている。
【００３０】
図２を参照して、各筐体１２０内で吸光気体の分圧を下げる方法について説明する。図２は、図１に示す筐体１２０の概略構成図である。図２を参照するに、中央部は、露光光路の一部を密閉する筐体１２０であって、他の筐体１２０とシールガラス１２１ａ及び１２１ｂで分離されている。露光光は筐体１２０内にシールガラス１２１ａより入射し、対面にあるシールガラス１２１ｂより射出する。筐体１２０を開放した後、筐体１２０内の吸光気体の分圧を下げ、露光を開始するまでの手順を説明する。
【００３１】
まず、バルブＡ及びＢを開け、バルブＣを閉じる。窒素供給装置１２２より窒素を供給し、筐体１２０内の置換を行う。酸素濃度計１２３の出力が５×１０−６気圧以下になったら、窒素供給装置１２２からの窒素の供給をとめる。
【００３２】
次いで、バルブＡ及びＢを閉め、真空ポンプ１２４で筐体１２０内を引き始める。バルブＣを開け、筐体１２０内の圧力計１２５が０．２気圧以下になるまで真空に引く。
【００３３】
筐体１２０内の圧力計１２５が０．２気圧以下になったらバルブＣを閉じ、真空ポンプ１２４をとめ、露光を開始する。
【００３４】
以上の手順により、筐体１２０内の酸素の分圧を１×１０−６気圧以下にすることが可能である。なお、他の筐体１２０も同様の手順を踏んで、酸素の分圧が１×１０−６気圧以下になっている。
【００３５】
本実施形態においては、筐体１２０内の簡易なパージ系で減圧するので、露光中に気圧が変動する可能性が考えられる。そのため、投影光学系など気圧によるフォーカス変化、倍率変化が問題となる場合は、筐体１２０内の気圧変化をモニターすることで、投影光学系の性能変化量を算出し投影光学系のレンズの一部を駆動したり、フォーカスの目標値を修正したりするなどして投影光学系の性能変化を補正してやればよい。
【００３６】
また、筐体１２０内を減圧後、筐体１２０内を大気圧程度とするように、再度窒素を入れることも可能である。図２を参照して、各筐体１２０内で吸光気体の分圧を下げ、露光を開始するまでの手順を説明する。
【００３７】
まず、バルブＡ及びＢを開け、バルブＣを閉じる。窒素供給装置１２２より窒素を供給し、筐体１２０内の置換を行う。酸素濃度計１２３の出力が５×１０−６気圧以下になったら、窒素供給装置１２２からの窒素の供給をとめる。
【００３８】
次いで、バルブＡ及びＢを閉め、真空ポンプ１２４で筐体１２０内を引き始める。バルブＣを開け、筐体１２０内の圧力計１２５が０．２気圧以下になるまで真空に引く。
【００３９】
筐体１２０内の圧力計１２５が０．２気圧以下になったらバルブＣを閉じ、真空ポンプ１２４をとめる。その後、バルブＡを開け、窒素供給装置１２２から窒素を供給し、筐体１２０内の気圧を大気圧程度、もしくは大気圧以上とする。
【００４０】
筐体１２０内の気圧が大気圧程度、もしくは大気圧以上となったらバルブＢを開け、露光を開始する。
【００４１】
以上の手順により、筐体１２０内の酸素の分圧を１×１０−６気圧以下にすることが可能であり、かつ筐体１２０内の気圧を大気圧程度、もしくは大気圧以上にすることができ、駆動部の油や、接着剤からの脱ガスを防ぐことができる。なお、他の筐体１２０も同様の手順を踏んで、酸素の分圧が１×１０−６気圧以下になっている。
【００４２】
更に、筐体１２０内を減圧する際に、隣り合う筐体１２０の圧力を、大気圧と減圧する筐体１２０の圧力の中間の圧力にし、筐体１２０内を減圧後、筐体１２０内を大気圧程度とする際に、隣り合う筐体１２０の圧力も大気圧程度にするよう再度窒素を入れることも可能である。
【００４３】
図３を参照して、中央の筐体１２０を何らかの理由で大気開放した後、筐体１２０内で吸光気体の分圧を下げ、露光を開始するまでの手順を説明する。図３は、図１に示す筐体１２０の概略構成図である。
【００４４】
まず、バルブＡ及びＢを開け、バルブＣを閉じる。窒素供給装置１２２より窒素を供給し、筐体１２０内の置換を行う。酸素濃度計１２３の出力が５×１０−６気圧以下になったら、窒素供給装置１２２からの窒素の供給をとめる。
【００４５】
次いで、バルブＡ、Ａ´及びＡ´´とバルブＢ、Ｂ´及びＢ´´を閉め、真空ポンプ１２４で筐体１２０内を引き始める。バルブＣ、Ｃ´及びＣ´´を開け、中央の筐体１２０内の圧力計１２５が０．２気圧以下になるまで、両側の筐体１２０内の図示しない圧力計が０．６気圧以下になるまで真空に引く。
【００４６】
中央の筐体１２０内の気圧が０．２気圧以下、側の筐体１２０内の気圧が０．６気圧以下になったら、バルブＣ、Ｃ´及びＣ´´を閉じ、真空ポンプ１２４をとめる。
【００４７】
その後、バルブＡ、Ａ´及びＡ´´を開け、窒素供給装置１２２から窒素を供給し、各筐体１２０内の気圧を大気圧程度とする。各筐体１２０内の気圧が大気圧程度となったらバルブＢ、Ｂ´及びＢ´´を開け、露光を開始する。
【００４８】
以上の手順により、筐体１２０内の酸素の分圧を１×１０−６気圧以下にすることが可能であり、かつ筐体１２０内の気圧を大気圧程度にすることができ、駆動部の油や、接着剤からの脱ガスを防ぐことができる。
【００４９】
更に、バルブＣ、Ｃ´及びＣ´´を開け、中央の筐体１２０内の圧力計１２５が０．２気圧以下になるまで、両側の筐体１２０内の図示しない圧力計が０．６気圧以下になるまで真空に引く際に、上述した実施形態では０．８気圧の圧力がシールガラス１２１ａ及び１２１ｂにかかっていたのに対して、本実施形態では、０．４気圧の圧力となり、シールガラス１２１ａ及び１２１ｂの耐圧性を緩和することができる。
【００５０】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されずその要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００５１】
【発明の効果】本発明の露光装置によれば、ガスを抜いたときの真空度が低いため、比較的簡易な筐体構造であり、かつ、窒素への置換により達成する酸素分圧のレベルも低いため比較的短時間に酸素の分圧を下げて、露光光路を光透過率にすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一側面としての露光装置の例示的一形態を示す概略ブロック図である。
【図２】図１に示す筐体の概略構成図である。
【図３】図１に示す筐体の概略構成図である。
【符号の説明】
１００　　　　　　　　　　　露光装置
１１０　　　　　　　　　　　Ｆ２レーザー
１２０　　　　　　　　　　　筐体
１２１ａ及び１２１ｂ　　　　シールガラス
１２２　　　　　　　　　　　窒素供給装置
１２３　　　　　　　　　　　酸素濃度計
１２４　　　　　　　　　　　真空ポンプ
１２５　　　　　　　　　　　圧力計
【図１】
2004071758.tif 000006
【図２】
2004071758.tif 000007
【図３】
2004071758.tif 000008