(57)【要約】【課題】安定で精度の高い露光を行うことができ、かつ該露光光により損傷、及び透過率変動を受けることのない投影露光装置を提供することを目的とする。【解決手段】波長１０〜１９０ｎｍの短波長域の露光光に対し吸収作用をもつ気体を用いて、透過率を制御する減光手段を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長域の光を露光光として用いる投影露光装置において、該露光光に対し吸収作用をもつ気体を用いて前記露光光の透過率を制御する減光手段を有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】
前記所定の波長域は１０〜１９０ｎｍであることを特徴とする露光装置。
【請求項３】
前記気体が酸素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４】
前記減光手段は前記気体を封入する密閉手段を有し、該密閉手段は前記露光波長に対し透過作用を有する少なくとも２枚の光学部材を用いて、前記気体を密閉することを特徴とする請求項１乃至３記載の投影露光装置。
【請求項５】
前記密閉手段に密閉されている気体は複数種類の気体を合成した混合ガス、もしくは、単一種類の気体であることを特徴とする請求項４記載の投影露光装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の記載の投影露光装置であって、
前記減光手段はあらかじめ吸収係数の異なる気体をそれぞれ密閉する複数の密閉手段を有し、該複数の前記密閉手段が前記露光光の光路上に選択的に配置されることを特徴とする投影露光装置。
【請求項７】
前記減光手段は前記気体を密閉する前記密閉手段と前記密閉手段に気体を供給する気体供給手段と前記密閉された気体を吸引する気体吸引手段とをさらに有し、
前記気体供給手段と前記気体吸引手段により、前記密閉手段内の気体の種類と濃度との少なくとも一方を変えることにより前記減光手段の透過率を連続可変することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の投影露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は投影露光装置、特に半導体集積回路製造工程中、投影露光工程に使用されるに
好適な投影露光装置、特にこれに搭載される照明光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の投影露光装置においては、露光光のエネルギーを低下させる減光手段として、それぞれ複数の互いに異なる透過率を持つ減光板（ＮＤフィルタ）を配設したレボルバが使用されている。この減光板は例えば誘電体多層膜によるものであり、膜材料の膜厚、膜の種類、及び層数により透過率を制御している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】
特開平９−２６６１５９（第８頁、第５図）
【０００３】
ところで、最近ではマスクパターンの微細化の要求に応じて、露光波長は更なる短波長化の傾向にある。近年では、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを光源とする露光装置が実用レベルに達している。また、波長１５７．６ｎｍのＦ２エキシマレーザを露光光源とする露光装置も開発され始めている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＡｒＦエキシマレーザ等を露光光源とした場合の波長２００ｎｍ以下の短波長領域では、従来の誘電体多層薄膜からなる減光板（ＮＤフィルタ）を用いることは困難である。さらにＦ２エキシマレーザを露光光源とした場合の波長１５７．６ｎｍ以下の波長域となると、誘電体多層薄膜からなる減光板（ＮＤフィルタ）を用いることは非常に困難である。この理由として、第１に該波長域では一般に光学材料の吸収が増加する為に、従来と同様なＮＤフィルターを作成したとすると、光学材料の吸収作用により該波長域の露光光に対し所望の透過率を得ることが困難となるためである。第２に誘電体多層膜からなるＮＤフィルターは、薄膜の膜厚、膜質の均一性、及び膜の表面性などの製造に起因する制限も大きく、所望の透過率を持つ減光板を製造するのが非常に難しいからである。
第３に誘電体多層薄膜により形成される減光板にエキシマレーザのような高強度のレーザ光を照射し続けると、ＮＤフィルター自体が損傷、及び透過率変動を受ける不都合があるからである。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑み、安定で精度の高い露光を行うことができ、かつ該露光光により損傷、及び透過率変動を受けることのない投影露光装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決する為の手段】
上記課題を解決するために本発明は以下の手段を用いる。
請求項１記載の投影露光装置は、所定波長域の露光光に対し吸収作用をもつ気体を用いて、透過率を制御する減光手段を有することを特徴とする。
【０００７】
請求項１記載の投影露光装置によれば、該露光波長に対し吸収作用をもつ気体を減光手段として用いて濃度を制御できるのでフィルターの透過率を安定して高精度に可変できる。
【０００８】
請求項２記載の波長域では本発明の効果が最も良く得られる。
【０００９】
また、請求項３記載の投影露光装置は、露光波長に対し吸収作用をもつ気体が酸素であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の投影露光装置によれば、該露光波長に対し吸収作用をもつ気体に酸素を用いて濃度を制御できるのでフィルターの透過率を安定して高精度に可変できる。
【００１１】
また、請求項４記載の投影露光装置は、前記減光手段が前記気体を封入する密閉手段を有し、該密閉手段は前記露光波長に対し透過作用を有する少なくとも２枚の光学部材を用いて、前記気体を密閉することを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の投影露光装置によれば、前記減光手段が前記気体を封入する密閉手段を有し、該密閉手段は前記露光波長に対し透過作用を有するので、該露光光により損傷、及び透過率変動を受けることがなく所望の透過率を持つ減光板を実現できる。
【００１３】
また、請求項５記載の投影露光装置は、前記密閉手段に密閉されている気体が複数種類の気体を合成した混合ガス、もしくは、単一種類の気体であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の投影露光装置によれば、前記密閉手段に密閉されている複数種類の気体を合成した混合ガス、もしくは、単一種類の気体は該露光波長に対し吸収作用を有するので、前記気体の濃度を制御することによりフィルターの透過率を安定して高精度に可変できる。
【００１５】
また、請求項６記載の投影露光装置は、前記減光手段が、あらかじめ吸収係数の異なる気体をそれぞれ密閉する複数の密閉手段を有し、その複数の前記密閉手段が前記露光光の光路上に選択的に配置されることを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の投影露光装置によれば、該露光波長の光に対して異なる透過率をもつフィルターを用意し、これを選択的に交換することで、該露光波長の光に対する透過率を切り換えることが可能となる。
【００１７】
また、請求項７記載の投影露光装置は、前記減光手段が、前記気体を密閉する前記密閉手段と前記密閉手段に気体を供給する気体供給手段と前記密閉された気体を吸引する気体吸引手段とをさらに有し、該気体供給手段と該気体吸引手段により、前記密閉手段内の気体の種類と濃度との少なくとも一方を変えることにより前記減光手段の透過率を連続可変することを特徴とする。
【００１８】
請求項７記載の投影露光装置によれば、前記密閉手段内の気体の種類と濃度との少なくとも一方を変えることができるので、前記減光手段の透過率を連続可変することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による投影露光装置の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。図１は第１の実施例に係る露光装置の構成、特に照明光学系の構成を示している。Ｆ２エキシマレーザ光源１を出た光束は、フィルター１０１を経た後、ビームエキスパンダーなどの光束整形光学系２を経て、フライアイ４に到達する。フライアイ４により波面分割された光束は、開口絞り５によりその径を制限された後、光学系６を経て視野絞り７上で重畳され、照度が均一な光束となる。視野絞り７は、光学系９により、マスク１０と共役に配置されており、視野が制限された光束が、マスクを均一照度にて照明する。
【００２０】
この照明光にもとづき、投影レンズ１１が、マスク１０に描かれたパターンをウエハ１３へ投影する。なお、上記実施例では、説明の便宜上、フライアイを１つしか描いていないが、特開平１０−３１９３２１の図２３にて示した様な、ダブルフライアイを用いれば波面分割及びその重ねあわせという過程を２回繰り返すことができるのでマスクを極めて均一に照明することができる。また、特開２０００−２１７６５の図１にて示した様な、内面反射型のロッド状のオプティカルインテグレータを用いれば、ロッドの内面反射により、同様の作用を得ることができる。
【００２１】
さて、本発明のフィルター１０１は、該露光光の入射面１０４と射出面１０５に封止窓１０６を有し、封止窓１０６は１５７．６ｎｍに対して透過率を有する光学材料（例えば、蛍石）から成る。さらにフィルター１０１の封止窓１０６の内側に１５７．６ｎｍ波長の露光光に対して所定の透過率を有するガス（例えば、酸素と窒素の混合ガス）を封入した密閉手段となっている。例えば、該密閉手段は気密性を高める為にステンレスの鏡筒１０７からなり、該露光光が通過する入射面１０４、射出面１０５のフランジの溝にＯリングをはめこんで蛍石の封止窓１０６を載せ、該フランジをボルトナットで接続することにより構成される（不図示）。
【００２２】
尚、該露光光が通過する入射面１０４、射出面１０５の封止窓１０６の光学材料は該露光光に対し透過率を有する蛍石が望ましいが、これに限らず、ある程度透過率を有する光学材料を用いても良い。さらに、反射光が思わぬ悪影響を発生しないように、各透過面は反射防止コートが施してあることが望ましい。
【００２３】
さらに実施例１では、フィルター１０１と同じ構造を持ち、中のガスが異なることで１５７．６ｎｍ波長の光に対して異なる透過率をもつフィルター１０２、１０３を用意し、これを選択的に交換することで、該露光波長の光に対する透過率を切り換えることが可能となる。
【００２４】
尚、１５７．６ｎｍ波長の光に対して低い透過率を持つガスとしては、酸素が光洗浄効果を期待できるので望ましいが、これに限らず、二酸化炭素などの取り扱いが容易なガスを用いても良い。１５７．６ｎｍ波長の光に対して高い透過率を持つガスとしては、窒素が安価であるが、Ｈｅを使用すると、気圧の変化にともなう気体の屈折率の変化が少なくなるので、光学部材としては取り扱いが容易となる。
【００２５】
ところで、酸素の吸収係数τは約２００ｃｍ−１となる。ガス部分長Ｌ（ｃｍ）、酸素濃度ｄ（ｐｐｍ）とすると、１５７．６ｎｍ波長の光に対するガス部分の透過率Ｔは、下記の式にて表される。
Ｔ  ＝  ｅｘｐ（−ｄ×Ｌ×τ×１０−６）
【００２６】
図２は、上述の式に基づいた１５７．６ｎｍ波長の光に対する酸素濃度と透過率の一例を示す図である。フィルター内の酸素濃度を変えることにより透過率を安定して高精度に可変できる。例えば、該露光波長に対し酸素濃度を１００００ｐｐｍに設定した場合、一気圧、ガス部分長１０ｍｍでの透過率は１３．５％になる。
【００２７】
以上の説明から理解されるように、本実施例の投影露光装置では、該露光波長に対し吸収作用をもつ気体を減光手段として用いることにより、安定で精度の高い露光を行うことが可能となる。
【００２８】
図３は第２の実施例に係る構成を示している。装置本体は実施例１と同じであり、フィルター部のみ構造が異なる。
【００２９】
実施例１と異なる点は、本例のフィルター２０１内の気体が入れ替え可能となっている点である。フィルター２０１へは、１５７．６ｎｍ波長の光に対して高い透過率を持つガス（例えば、窒素）を供給するボンベ２０２と、低い透過率を持つガス（例えば、酸素）を供給するボンベ２０３が繋がっている。また、酸素濃度を計測する為の計測器２０５、および気体を抜く為のポンプ２０４が繋がっている。制御コンピューター２０６は、酸素濃度が所定の値となるよう、酸素濃度計２０５の出力を見ながら、ボンベ２０２、２０３からの供給量を制御し、フィルター２０１内の気圧が所定の値になるよう、ポンプ２０４によりガスを抜く。
【００３０】
ここで混合ガスを封入する理由は、該露光波長に対して吸収作用をもつ酸素を単一に用いる場合、該密閉手段（容器）の酸素が微量になるとフィルター２０１内の気圧が極端に下がってしまい、該密閉手段（容器）の封止窓２０７が変形する恐れがあるからである。この封止窓の変形防止のために、酸素に窒素を加えた混合ガスを封入するのが望ましい。
【００３１】
以上の説明から理解されるように、本実施例の投影露光装置では、該気体供給手段と該気体吸引手段により、前記密閉手段内の気体の種類と濃度との少なくとも一方を変えることができるのでフィルターの透過率を連続可変できるという効果を有する。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明の投影露光装置では、安定で精度の高い露光光の制御が可能となりより微細なパターンの露光を行うことが可能となる。そして、誘電体多層膜からなるＮＤフィルターを用いる場合に問題となった露光光による損傷、及びこれに伴う透過率変動を受けることがないので、より安定した露光を行うことができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例
【図２】１５７．６ｎｍ波長の光に対する酸素濃度と透過率の一例を示す図
【図３】第２実施例
【符号の説明】
１        Ｆ２エキシマレーザ光源
２        光束整形光学系
３        ミラー
４        フライアイ
５        開口絞り
６        光学系
７        視野絞り
８        ミラー
９        光学系
１０    マスク
１１投影レンズ
１２    開口絞り
１３    ウエハ
１０１  フィルター
１０２  フィルター
１０３  フィルター
１０４  入射面
１０５  出射面
１０６  封止窓
１０７  鏡筒
２０１    フィルター
２０２  ボンベ
２０３  ボンベ
２０４  ポンプ
２０５  計測器
２０６  制御コンピューター
２０７  封止窓
【図１】
2004266177.tif 000003
【図２】
2004266177.tif 000004
【図３】
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