(57)【要約】【課題】  光学ユニットの性能を維持した状態で、光学素子の周辺をパージガスで充填することを可能とする。【解決手段】  伸縮性を有する部材で連結された光学ユニットにおいて、前記部材の内部と外部を個別の密閉空間とし、内部に充填したパージガスの圧力と外部のガス圧とを等しい状態に制御することによって、前記伸縮性部品が圧力差による膨張を発生させて、光学ユニットに位置ずれを発生させることを防止する。【選択図】  図３
2005116850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光学素子によって構成される照明光学装置であり、構成された光学素子の中で少なくとも1組の光学素子群は基準光軸又は隣接する他の光学素子群に対して位置調整が可能な可動光学部材を含んでおり、前記可動光学部材の前後に隣接する他の光学素子との間を、それぞれ伸縮可能な密閉手段で連結して、第一の密閉空間を形成し、第一の密閉空間内にケミカルクリーンな気体を流通させると共に、内部の圧力を調整する手段を有することを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
前記可動光学部材は、少なくとも1個の光学素子で構成されることを特徴とする、請求項1に記載の照明光学装置。
【請求項３】
前記可動光学部材と第一の密閉空間を含む空間は、更に外気と隔離された第二の密閉空間を形成し、前記第一の密閉空間と第二の密閉空間内のうち少なくとも一方の圧力を調整する手段を有することを特徴とする、請求項2に記載の照明光学装置。
【請求項４】
前記第一の密閉空間と第二の密閉空間の内部圧力が概ね等しくなるように調整することを特徴とする、請求項3に記載の照明光学装置。
【請求項５】
前記第一の密閉空間と第二の密閉空間の内、少なくとも一方の内部圧力を検知する手段を更に配置し、圧力異常の警報を出力することを特徴とする、請求項3又は4に記載の照明光学装置。
【請求項６】
請求項1から5の何れかの照明光学装置を搭載したことを特徴とする、投影露光装置。
【請求項７】
請求項６に記載の投影露光装置を用いて被露光体を露光する工程と、前記露光された被露光体を現像する工程とを有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスクに描かれた回路パターンを感光剤が塗布された基板上に縮小投影して焼き付け形成する投影露光装置に有効な照明光学装置に関するもので、さらに詳しくは、遠紫外線やエキシマレーザを露光光源とする照明光学装置の光路雰囲気を不活性ガスによりパージする方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、LSIあるいは超LSIなどの極微細パターンから形成される半導体素子の製造工程において、縮小型投影露光装置が使用されている。半導体素子の実装密度の向上に伴い、パターンのより一層の微細化が要求され、レジストプロセスの発展と同時に露光装置の微細化への対応がなされてきた。
【０００３】
露光装置の解像力を向上させる手段としては、露光波長をより短波長にかえていく方法と、投影光学系の開口数(NA)を大きくしていく方法とがある。一般に解像力は露光波長に比例し、NAに反比例することが知られている。また、解像力を向上させる一方で、投影光学系の焦点深度を確保するための努力もなされている。一般に焦点深度は露光波長に比例し、NAの2乗に反比例するため、解像力向上と焦点深度確保とは相反する課題である。こうした問題を解決する方法として、位相シフトレチクル法やFLEX(Focus Latitude enhancement Exposure)法などが提案されている。
【０００４】
露光波長については、365nmのi線から最近では248nm付近の発振波長を有するKrFエキシマレーザが主流になっており、さらには次世代露光光源として193nm付近の発振波長を有するArFエキシマレーザの開発が行われている。
【０００５】
また、半導体素子の製造コストの観点から、露光装置におけるより一層のスループット向上が図られてきている。例えば、露光光源の大出力化により、1ショット当たりの露光時間を短縮する方法、あるいは露光面積の拡大により、1ショット当たりの素子数を増やす方法などがあげられる。
【０００６】
さらに、近年においては半導体素子のチップサイズ拡大に対応するため、マスクパターンを順次焼き付けおよびステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式のいわゆるステッパから、マスクとウエハを同期させながら走査露光し、次のショットに順次移動させるステップ・アンド・スキャン方式の露光装置へと移行しつつある。このステップ・アンド・スキャン方式の露光装置は露光フィールドがスリット状であるため、投影光学系を大型化することなく露光面積を拡大できる特徴を持っている。
【０００７】
ところで、前述のごとく紫外線を露光光源として用いた場合、長期にわたる装置使用の結果、光路中に配置された光学素子の表面に硫酸アンモニウム（NH4）2SO4や二酸化ケイ素SiO2などが付着し、光学特性が著しく低下する現象が発生する。これは周囲の環境に含まれるアンモニアNH3 、亜硫酸SO2、およびSi化合物などが紫外線を照射することで化学反応を起こし生成されるものである。こうした光学素子の劣化を防止するために、クリーンドライエアーや窒素等の不活性ガスで光路全体をパージすることが行われている。
【０００８】
さらに、遠紫外線とりわけ193nm付近の波長を有するArFエキシマレーザにおいては、上記波長付近の帯域には酸素（O2）の吸収帯が複数存在することが知られている。また、酸素が上記光を吸収することによりオゾン（O3 ）が生成され、このオゾンが光の吸収をより増加させ、透過率を著しく低下させることに加え、前述のようにオゾンに起因する各種生成物が光学素子表面に付着し、光学系の効率を低下させる。
【０００９】
従って、ArFエキシマレーザ等の遠紫外線を光源とする投影露光装置の露光光学系の光路においては、窒素等の不活性ガスによるパージ手段によって、光路中に存在する酸素濃度を低レベルにおさえる方法がとられている。
【００１０】
上述のような従来の投影露光装置における照明光学系の不活性ガスパージについて図7を用いて説明する。図中201はエキシマレーザ、202は照明光学系の容器、203はレチクル、204，205，206はミラー、207はビーム整形光学系、208はオプティカルインテグレータ、209，210，211は集光レンズである。
【００１１】
エキシマレーザ201から射出されたレーザビームは、ビーム整形光学系207により所定のビーム形状に整形された後、オプティカルインテグレータ208に入射し、オプティカルインテグレータ208の射出面近傍に二次光源（不図示）を形成する。二次光源からの光束は集光レンズ209，210，211によりレチクル203を均一に照明するケーラー照明光学系となっている。
【００１２】
上記光学素子周辺および光路上を不活性ガス雰囲気にするために、不図示の不活性ガス供給手段より給気口202aから容器202内に、例えば窒素ガス等が供給される。供給された不活性ガスは前述の照明光学系内を順次経由し、大気等の残存ガスがないように置換した後、排気口202bより排気手段（不図示）に排出される。
【００１３】
また、不活性ガスによる置換時間をなるべく少なくして装置スループットを向上させたり、置換後の不活性ガス消費量を必要最小限にしてランニングコストを押えたりする目的で、例えば特許文献１に示すように、供給ガス量を制御する方法が提案されている。また、似た技術が特許文献２、３に開示されている。
【特許文献１】特開平０６−２１６０００号公報
【特許文献２】特開２００１−０３５７７３公報
【特許文献３】特開平１１−３２７１５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記従来例の場合、以下のような問題があった。
【００１５】
位置調整が可能な光学系ユニットを有する照明光学装置及び投影露光装置では、基準状態に対して位置調整が可能な光学系ユニットと他の光学系ユニットとの連結部に、柔軟性のある部材を使用しており、光学部品が複雑に配置されている照明系の中を均一、且つ高濃度で循環させるためにパージ用の気体の流量を変化させると、光路内部と外部に圧力差が生じて前記連結部に外力が加わり、位置調整が可能な光学系ユニットに位置ズレが発生するという問題がある。
【００１６】
例えば、図4に示すように、位置調整が可能な光学系ユニット40と他の光学系ユニット41a・41bの連結に、柔軟性のある部材48a・48bを使用し、位置調整が可能な光学系ユニット40を(A)の状態から(B)の状態に移動させた後に、光路内部を流通しているパージ用の気体の流量を変化させると、位置調整が可能な光学系ユニット40が(B)の状態を維持できずに位置ズレを発生させる。
【００１７】
これは、パージ用の気体の流量を変化させたことによって光路内部の圧力が変動し、柔軟性のある部材48a・48bにかかる張力のつり合いが崩れて一方向に引っ張られることが原因となっている。
【００１８】
また、図5・図6に示すように、位置調整が可能な光学系ユニット40と他の光学系ユニット41a・41bの連結に、柔軟性のある部材48a・48bを使用し、アクチュエータ43によって位置調整が可能な光学系ユニット40を高精度で光軸方向と図5は平行、図6は直交方向に駆動させた後に、光路内部を流通しているパージ用の気体の流量を変化させると、位置調整が可能な光学系ユニット40に位置ズレを発生させ、駆動精度が得られなくなる。
【００１９】
これも、図4と同様、柔軟性のある部材48a・48bにかかる張力のつり合いが崩れて一方向に引っ張られることが原因となっている。
【００２０】
本出願に係る第１から第4の発明の目的は、光路内部を流通しているパージ用の気体の流量変化によって発生する、位置調整が可能な光学系ユニットの位置ズレを防止することにある。
【００２１】
本出願に係る第5の発明の目的は、光路内部の圧力の状態を、照明光学装置側で常に確認可能とすることにある。
【００２２】
本出願に係る第6の発明の目的は、上記の照明光学装置を使用して、適切な露光状態を得る露光装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するために、本出願に係る第1から第4の発明は、位置調整が可能な光学系ユニットと前記光学系ユニットの前後に隣接する光学系ユニットとの間を、伸縮可能な密閉手段で連結して第一の密閉空間を形成しており、前記第一の密閉空間内部にケミカルクリーンな気体を流通させると共に、内部の圧力を調整する手段を設け、更に、第一の密閉空間と位置調整が可能な光学系ユニットを含む、外気と隔離された第二の密閉空間を形成しており、第二の密閉空間内部の圧力を調整する手段を設けたことを特徴としている。
【００２４】
上記構成において、第一の密閉空間内部と第二の密閉空間内部の圧力を概ね等しくなるように調整することで、前記伸縮可能な部材の内部と外部で気圧差が生じることを防止している。
【００２５】
また、本出願に係る第5と第6の発明は、第一の密閉空間と第二の密閉空間の内、少なくとも一方の内部圧力を検知する手段を配置することによって、圧力異常の警報を出力する事を特徴としており、ケミカルクリーンな気体の流量変化によって内部の圧力に変動が有った事を検知することが可能となる。
【００２６】
一方、照明装置側では、検知手段によって位置調整が可能な光学系ユニットの位置決め精度の状態を確認することが可能である。
【発明の効果】
【００２７】
以上説明したように、本出願に係る発明によれば、光路内部の圧力変動に関わらず、位置調整が可能な光学系ユニットの位置決め精度が良好であり、前記照明光学装置を搭載した露光装置を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
(第１の実施例)
図1は、本発明に係る照明光学装置を搭載した露光装置の構成を示す図であり、同図において、1はArFエキシマレーザ、2はミラー、3はビーム整形光学系、4はインプットレンズ、5は結像レンズ、6はミラー、7はオプティカルインテグレータ、8はストッパー、9は集光レンズ、10はブラインド、11は集光レンズ、12はミラー、13は集光レンズである。
【００２９】
ArFエキシマレーザ１から射出されたレーザビームは、ミラー2を介してビーム整形光学系3に導かれ、所定のビーム形状に整形された後、インプットレンズ4、結像レンズ5、ミラー6を介して微小レンズが二次元的に配列されたオプティカルインテグレータ7に入射する。オプティカルインテグレータ7の射出面7a近傍には、二次光源像が形成される。尚、二次光源像が形成される面の近傍には、ストッパー8が配置され、インプットレンズ4の切り換えとともにストッパー8を切り換えることで、二次光源分布を所望の状態にすることが可能である。14および15はいずれもアクチュエータであり、それぞれインプットレンズおよびストッパーの切り換え駆動を行うものである。
【００３０】
更に、二次光源からの光は集光レンズ9により集光され、この集光点を含む光軸直交方向面の近傍には、マスク16の照明範囲を規定するブラインド10が配置されている。前記集光面からの光は、集光レンズ11，13およびミラー12を介して、マスク16を均一に照明するケーラー照明光学系を形成している。また、上記照明光学系全体は容器17内に収納され、外部との通気が遮断されている。
【００３１】
次に、18はマスクステージ、19はミラー、20は干渉計、22は投影光学系、23はウエハ、24はウエハチャック、25はウエハステージ、26はミラー、27は干渉計である。
【００３２】
前述の照明光学系は、図2に示すようにマスク16のパターン28の一部をスリット状の光束によりスリット状照明29を行い、投影光学系22によりウエハ23上に上記パターン28の一部を縮小投影している。
【００３３】
この時、マスク16およびウエハ23を投影光学系22とスリット状照明29に対し、投影光学系22の縮小比率と同じ速度比率で図示されている矢印の様に互いに逆方向にスキャンさせながら、ArFエキシマレーザ1からのパルス光による多パルス露光を繰り返すことにより、マスク16全面のパターン28をウエハ23上の1チップ領域または複数チップ領域に転写する。
【００３４】
図1に戻り、18はマスク16を保持しているマスクステージで、不図示の駆動系により矢印Cの方向にスキャン駆動する。19はマスクステージ18に固定されたミラー、20はマスクステージ18の速度を検出するレーザ干渉計、24はウエハ23を保持しているウエハチャック、25はウエハチャック24を保持しているウエハステージで、不図示の駆動系により矢印Dの方向にスキャン駆動する。26はウエハステージ25に固定されたミラー、27はウエハステージ25の速度を検出するレーザ干渉計である。
【００３５】
31は不活性ガス供給手段で、本実施例においては照明光学系の容器17と投影光学系22の2箇所に供給を行っている。照明光学系の容器17への供給は、供給系32によりArFエキシマレーザ1のレーザ射出端近傍より行われ、レーザ光路に沿って順次各光学素子を経由し、容器17内の気体を排出するように流れ、最終的には集光レンズ13近傍から排気系33を介して排気手段34に排気される。
【００３６】
また、投影光学系22への不活性ガス供給は、供給系35により投影光学系22の一端から行われ、内部の光学素子（不図示）の間を順次経由して他端から排気系36を介して排気手段34に排気される。
【００３７】
図3は、本発明による照明光学装置の特徴を最もよく表す、ビーム整形光学系3周辺の詳細を示す図である。同図において、40は位置調整が可能な光学系ユニット、41a・41bは他の光学系ユニット、42a・42b・42c・42dは伸縮且つ密閉可能な蛇腹、43はアクチュエータ、44は構造体、45a・45bは流量調整弁、46a・46b・46c・46dは配管、47a・47bは圧力計である。
【００３８】
光学系ユニット41a・41bは、構造体44に相対して固定されている。位置調整が可能な光学系ユニット40は、前記光学系ユニット41a・41bの間に伸縮且つ密閉可能な蛇腹42a・42bによって連結されており、更に、アクチュエータ43と連結されている。アクチュエータ43を駆動させると、位置調整が可能な光学系ユニット40は光軸に対して直交方向に移動する構造となっている。この時、位置調整が可能な光学系ユニット40と光学系ユニット41a・41bと伸縮且つ密閉可能な蛇腹42a・42bの連結によって形成された第一の密閉空間内部（光路内部）は、位置調整が可能な光学系ユニット40が移動しても密閉を維持することが可能となっている。
【００３９】
光学系ユニット41a・41bに固定された伸縮且つ密閉可能な蛇腹42c・42dは、位置調整が可能な光学系ユニット40と伸縮且つ密閉可能な蛇腹42a・42bが大気と隔離された第二の密閉空間を形成している。
【００４０】
第一の密閉空間内部には、光学素子の劣化を防止するためにケミカルクリーンな気体が配管46bから供給されて配管46dより排気されている。配管46b上に取り付けられた流量調整弁45bを調整することによって第一の密閉空間内部に供給されるケミカルクリーンな気体の流量の調整が可能であり、更に第一の密閉空間内部に接続された圧力計47bによって密閉空間外部より圧力の状態を確認することが可能となっている。
【００４１】
第二の密閉空間内部にも、ケミカルクリーンな気体が配管46aから供給されて配管46cより排気されている。配管46a上に取り付けられた流量調整弁45aを調整することによって第二の密閉空間内部に供給されるケミカルクリーンな気体の流量が調整可能であり、更に第二の密閉空間内部に接続された圧力計47aによって密閉空間外部より圧力の状態を確認することが可能となっている。
【００４２】
従って、本発明に係る照明光学装置では、ケミカルクリーンな気体の流量変化によって第一の密閉空間内部（光路内部）の圧力に変動が生じた場合であっても、第一の密閉空間内部に接続された圧力計によって内部の圧力状態が確認可能である。更に、第二の密閉空間内部に接続された圧力計をモニタしながら第二の密閉空間内部の圧力を調整することが可能であり、第一の密閉空間内部の圧力と概ね等しくすることによって、位置調整が可能な光学系ユニットに発生する位置ズレを防止する事が可能となっている。
【００４３】
また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本実施例に記載の露光装置を用いたデバイスの製造方法にも適用可能である。具体的には、上述の露光装置を用いて、ウエハやガラス基板等の被露光体を露光する工程と、その露光された被露光体を現像する工程と、さらに現像された被露光体に後処理を施す工程とを有するデバイスの製造方法である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る照明光学装置を搭載した露光装置の構成を説明する図である。
【図２】図1の装置における走査露光の概念を説明する図である。
【図３】本発明による照明光学装置に関し、駆動部の詳細を説明する図である。
【図４】従来例による照明光学装置に関し、駆動部の詳細を説明する図である。
【図５】従来例による光学装置の、駆動部の構成を説明する図である。
【図６】従来例による光学装置の、駆動部の構成を説明する図である。
【図７】従来例の投影露光装置の概略の構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００４５】
1  ArFエキシマレーザ
3  ビーム整形光学系
7  オプティカルインテグレータ
16  マスク
17  照明光学系の容器
22  投影光学系
23  ウエハ
24  ウエハチャック
25  ウエハステージ
28  パターン
29  スリット状照明
31  不活性ガス供給手段
34  排気手段
40  位置調整が可能な光学系ユニット
41  光学系ユニット
42  伸縮且つ密閉可能な蛇腹
43  アクチュエータ
44  構造体
45  流量調整弁
46  配管
47  圧力計
48  柔軟性のある部材
【図１】
2005116850.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005116850.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005116850.tif 000008
【図７】
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