(57)【要約】本発明は、照明システム（３）と、レチクル（５）と、投影対物レンズ（７）とから構成される投影露光装置（１）に関する。個別要素間の周囲区域には開放空間が設けられている。不活性ガスまたは窒素が交差して流れるガス・パージ装置（８、８’）が、前記開放空間の少なくとも１つの中に配置されている。ガス・パージ装置（８、８’）の形状と寸法は、１つまたはいくつかの開放空間が投影露光装置（１）を取り囲む区域に関して少なくとも実質的な方法で密封される様に、選択される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明システム、レチクル、投影対物レンズ、画像平面を有し、それら個別要素間の隙間空間が周囲空間に開いている投影露光装置であって、不活性ガスまたは窒素ガスを搬送するガス・パージ装置（８、８’）が、前記隙間空間の少なくとも１つに配置されており、ガス・パージ装置（８、８’）が、１つまたは複数の隙間空間が投影露光装置を取り囲む周囲空間（１）から少なくとも大部分密封されるような形状とサイズとを有することを特徴とする、投影露光装置。
【請求項２】
ガス・パージ装置（８）が画像平面（２）と投影対物レンズ（７）との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
ガス・パージ装置（８’）が照明システム（３）と投影対物レンズ（７）との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
ガス・パージ装置（８、８’）が少なくとも１つのガス流入装置（１０）と、少なくとも１つのガス流出装置（１１、１１’、２０、２１、２２）とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
周囲より高い圧力がガス・パージ装置（８、８’）の内部に提供されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
窒素または不活性ガス（２３）を給送するための流入通路が、流出通路より大きな断面積で設計されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項７】
少なくとも１つのガス流入装置が中空オリフィス通路（１０）として構成されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項８】
中空オリフィス通路（１０）が、ガス・パージ装置（８、８’）の中への窒素または不活性ガス（２３）の層流入流を達成するようにリング形状化されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
中空オリフィス通路（１０）がその周囲に沿ってセグメントに分けられていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
ガス流出装置がギャップ・シール（１１、１１’、２０、２０’、２０”、２１）を備えていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項１１】
ガス流出装置が薄板形状のギャップ・シール（１４）を備え、そのギャップ・シールはリング形状であることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項１２】
薄板形状のギャップ・シール（１４）が互いに関して横方向にずらすことができることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
ガス流出装置がシールを提供するために２つのリング形状のプレート（１５、１６）を備え、前記２つのリング形状のプレート（１５、１６）を互いに（横方向に）ずらすことができることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項１４】
プレートの一方（１５）を投影対物レンズ（７）に取り付けるために固定された連結部が備えられ、他方のプレート（１６）をガス・パージ装置（８、８’）に取り付けるために固定された連結部が備えられていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
２つのプレート（１５、１６）の各々が中央開口部を備えていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
不活性ガスとしてヘリウムが提供されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
ガス・パージ装置（８、８’）が円筒形状で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明システム、レチクル、投影対物レンズ、画像平面を有し、これらの個別要素間の隙間空間が周囲空間に開いている投影露光装置を密封するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この形式の装置は欧州特許第０８８６１８４号に開示されており、これにはウェハと光学要素の間に配置された真空操作式装置が記載されている。この装置は中央に照明域開口部を有し、レンズ表面には最小限の上側のギャップを残し、ウェハ表面には更なる最小限のギャップを残す。ガス流は装置の上と下とを導かれ、再び装置内のスロット形状の開口部を通って出る。この結果、汚染物、特にダスト粒子はレンズ表面から除去される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明のために設定された課題は、投影装置のクリティカルな区域に配置することができるが、これらの区域に存在する放射の大部分を吸収せず、または妨げない装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、この課題は、窒素ガスまたは不活性ガスの流れを搬送するガス・パージ装置が、１つまたは複数の隙間空間が投影装置を取り囲む周囲空間から大部分密封されるような形状とサイズとを有し、このガス・パージ装置を隙間空間の少なくとも１つの中に配置することによって解決される。
【０００５】
この課題の本発明による第１解決策では、投影対物レンズと画像平面との間の空間は、適切に寸法決めされた装置によって高度に密封され、接触なしに密封効果が生じる、いわゆる閉じ込め容器を形成する。１５７ｎｍの波長におけるリソグラフィ法では、放射は大部分が投影対物レンズと画像平面との間の空気を満たした空間の中で吸収される。従って、窒素または不活性ガスを使用する保護ガス雰囲気を提供することが必要である。これらのガスは、この適用に対して使用される形式の放射に関しては低い吸収度を有する。保護ガスのために純粋な窒素を使用すると、感光性材料によって被覆された基板は確実に損失なしに１５７ｎｍ波長の放射を受け入れ、投影対物レンズの最後の表面は有害物質のない状態に置かれる。
【０００６】
本発明の有利に開発された実施態様では、ガス流装置は、少なくとも１つのガス流入装置と少なくとも１つのガス流出装置とを備え、窒素または不活性ガスの流入流の断面積を流出流の断面積よりも大きくすることができる。上記の少なくとも１つのガス流入装置を中空オリフィス・チャネルとして構成することができ、ガス流出装置をシール・ギャップの形に構成することができる。
【０００７】
完全に気密に密封されていない閉じ込め容器には、中空オリフィス通路を通してガスが絶えず補給されるが、ガスはシール・ギャップを通して流れ出る。ギャップは、外側にあるガスが拡散によって入ることができず、流れがそのギャップを通して逆方向に通らない様に、十分にオーバーラップし、かつ流入するガス流の大きさに釣り合った寸法を持たなければならない。ガス・パージ装置の内部空間が僅かな超過圧力の状態にあるならば有利である。
【０００８】
パージ装置の中で使用される入口オリフィス・チャネルは、閉じ込め容器内の空間をできるだけ均一に乱流なしに満たさなければならない。入口オリフィス通路においては、パージ装置のスロットル効果が起ってはならない。むしろ、ガスが層流として入口オリフィス通路を離れるならば有利である。周囲空間に対する密封効果は、ガスの流出が十分に長いギャップ通路を通される結果として起る。
【０００９】
本発明による第２解決策によれば、ガス・パージ装置を、照明とレチクルとの間の空間に配置することもできる。流れ出るガスのためのシール・ギャップは、この場合には、リング・ギャップを有する薄板状ディスクの積み重ねによって形成され、それらの薄板が互いにスライドできる配置になっている。
【００１０】
同様に、薄板の積み重ねは周囲空間に対するシールとして設計されている。ガスは入口オリフィス通路を通って装置に入り、シール・ギャップを形成する薄板を通過して流れ出る。この配置は、光路の側に対する空間が、取り付けられる要素に対して大きく自由に残されているので、それをステージの位置決めのために使用することができ、レチクルを装置の残り部分に対して移動させるときにも、この空間を密封したままにできる、という利点を有する。
【００１１】
本発明の更に別の実施態様では、横方向に互いに移動可能な２つの大きなリング形状のプレートによる配置がシールのために使用され、一方のプレートは投影対物レンズに固定的に連結され、他方のプレートはガス・パージ装置に固定的に連結されている。
【００１２】
非常に限られた空間しか、レチクルと投影対物レンズとの間の密封配置のために使用できない。従って、レチクルが様々な位置にずらされたときにも、ガスでパージされた空間を密封したままに保つために、２つのプレートが互いに重なり合うように、２つのプレートが十分に長いことが有利である。
【００１３】
本発明の追加の有利な構成および更なる開発バージョンは、従属請求項と、図面を参照して主な特色を以下に説明する実施形態との中に示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、原則として米国特許第５６３８２２３号および同第６２５２７１２号から周知である形式の投影装置１を示しており、これらの特許の内容全体は本明細書に参照によって組み込まれている。従って、この形式の装置の機能的原理は周知であるので、下記の詳細な説明を本発明に関連する部分に限ることにする。
【００１５】
この形式のシステムは、半導体構成要素の製造に使用され、かつ、基板の上に回路構造を投影する。基板はウェハ２とも呼ばれ、一般に主としてシリコンであり、感光性材料によって被覆される。
【００１６】
投影装置１は実質的に、照明装置３、続いてウェハの上に載る構造を備えている、いわゆるレチクル５、さらに投影対物レンズ７の形の結像システムから構成されている。
【００１７】
機能的原理の基礎によれば、レチクル５の中に組み込まれた構造は、縮小されたサイズでウェハ２の上に投影される。
【００１８】
露光が完了した後、ウェハ２は、装置全体２７に固定的に連結された位置決めステージ２６によってｘ方向、ｙ方向に動かされ、従って多数の個別領域をレチクル５によって決められた構造に露光することができる。ｚ方向におけるウェハの並進移動２５も同様に利用可能である。
【００１９】
照明装置３は必要に応じて投影光線４を送って、ウェハ２の上にレチクル５の画像を形成する。光線は、投影光線４がレチクル５の上に落ちたときに、その直径、偏光、波面の形状、その他の特性に関して特定の特色を有する様に、光学要素によって照明装置３の中で整形される。
【００２０】
レチクル５の画像は光線４によって生成され、投影対物レンズ７を通ってウェハ２に縮小サイズで転写される。
【００２１】
図２は、ガス・パージ装置８の主要構成を示す。好ましい配置では、投影対物レンズ７とウェハ２との間の空間におけるリング形状の入口オリフィス・チャネル１０が、円筒形状のガス・パージ装置８中へのガス２３の層状流入を提供する。オリフィス通路１０を、ガスの流入をより精密に制御することができる様に、周囲に沿って複数のセグメントに分けることもできる。パージはパージ区域１３で行われる。パージ区域１３を通過する放射は高いエネルギー・レベルを有する必要があるので、窒素によるか、または不活性ガス２３、特にヘリウムによるパージは、光線通路域１３におけるある一定の放射吸収ガス、特に空気の存在を防止する働きをする。
【００２２】
２つのギャップが、ガス・パージ装置８の頂部と底部とにそれぞれ位置している。すなわちギャップ１１は投影対物レンズとガス・パージ装置との間にあり、ギャップ１１’はガス・パージ装置とウェハとの間にある。ギャップ１１、１１’は１ミリメートル未満の幅でなければならない。パージ装置の中に吹き込まれる純粋な窒素または不活性ガス２３は、ギャップ１１、１１’を通って周囲空間へ流れ出るか、あるいは装置機構の一部にしてもよいが図面には示されていないガス排出装置の中へ入る。
【００２３】
ギャップ１１、１１’を通る通路は、外部すなわち周囲のガスが拡散によって装置の中に入らない様に十分に長いことが必要である。
【００２４】
オリフィス通路１０を通って流入するガス２３の容積は、ギャップ１１、１１’を通って流出する容積よりも大きいことが必要である。従って、両流速間の所望の比を達成するために、流入通路の断面積を流出通路の断面積よりも僅かに大きくする。この結果、ガス・パージ装置８の内部に僅かな超過圧力が存在することになる。
【００２５】
停滞ガスのポケットが光学的、機械的中心軸１９上であるリング形状オリフィス１０の中心に形成される傾向は、僅かな非対称性を常に存在させることによって防止される。例えば、ギャップ１１、１１’を互いに異なる幅とする。ギャップの１つ、好ましくは上側のギャップ１１をゼロにまで小さくすることも可能である。この場合には、オリフィス・チャネル１０は投影対物レンズ７と直接密封気密接触状態となり、微小なギャップも残すことはなく、従ってただ１つのギャップ１１’だけが存在することになる。
【００２６】
ガス・パージ装置８は支持ベアリング１８を備えている。支持ベアリング１８は、詳細には図示されていない機構の支持ベアリング・マウント２７の上に置かれている。同様にウェハ２も支持ベアリング・マウント２７によって支持されている。支持ベアリング１８は、ウェハ２が移動したときにもガス・パージ装置８があるべき位置にあるようにするためのものである。
【００２７】
図３は、レチクル５を取り囲むガス・パージ装置８’を示す。図２の配置におけるように、ガスの流入はやはりリング形状のオリフィス通路１０を通して起る。ガス２３はオリフィス通路１０を通して、レチクル５と照明装置３との間の隙間空間の中に、かつレチクル５と投影対物レンズ７との間の隙間空間の中に流入する。薄板状ディスクの積み重ね１４がガス・パージ装置８’の上側に配置されている。ガス２３は、各々がシール・ギャップを形成する複数の薄板を通って流出する。薄板状ディスクの積み重ね１４は、互いに重なって配置された複数の薄板１４’から成り、放射がレチクル５の上に落ちることができるように開口部を中央に残す平坦なリング・ディスクとして構成されている。薄板１４’は、放射にさらされる金属材料によって作られている。薄板１４’は、軟鉄インサートと協働するボールとマグネット１７によって一定のギャップ距離に保持されている。ガス・パージ装置８におけるガス２３は、薄板の積み重ね１４を通して、特に薄板１４’間のギャップを通して、およびギャップ２０’を通して流出する。
【００２８】
ガス２３は、ガス・パージ装置８’の中で、レチクル５の上方の空間からレチクル５の下方の空間へ流動する。レチクル５は、その外端部において３点支持物９を通して内側フレーム２４の上に載せられている。ガス・パージ装置８’は、閉鎖プレート１６によって底部で閉鎖されている。ガス・パージ装置８’と投影対物レンズ７との間に十分に広いギャップ２１を与えるために、投影対物レンズ７の上側閉鎖プレート１５が投影対物レンズ７に固定的に取り付けられている。この配置は、非常に限られた隙間高さがこの区域で利用できるので選ばれている。
【００２９】
プレート１５、１６はリング形状の構成を有し、プレート１５、１６が互いに横方向にスライドできることを考慮して、光線が通過するためにプレート１５、１６の中央を通る十分に大きな開口部を残す。レチクル５が装置全体に対してその極端位置にまで引っ張られたときでも、２つのプレート１５、１６の間に十分に大きな重なり合いがなお必要である。すなわち、外部のガスが入らずパージ区域を汚染しないように、公称ギャップ通路長の半分が必要である。
【００３０】
レチクル５が支持されている内側フレーム２４は、ガス・パージ装置８’、薄板状ディスクの積み重ね１４、外側フレーム２８に対してｚ方向に、スライドステージ２５上を移動可能である。この配置は、レチクル５を有する内側フレーム２４が様々な位置に移動するときに照明が維持されるように、設計されている。各位置においてシールの効果を確実にするために、様々な直径を有することができるリング・ギャップ２０は、幅と通路長との間の特定比を常に有しなければならない。ギャップ幅に対するギャップ通路の長さは、常に１０ｍｍ〜２０ｍｍ長さ対０．５ｍｍ〜１０ｍｍ幅の比になければならない。ガス・パージ装置８’も、詳細には示されていないリング形状の開口部を有する。ギャップ２０と、リング形状の開口部と薄板状ディスクの積み重ね１４とを通って、ガス・パージ装置８’内のガス２３が流れ出ることができる。
【００３１】
上述の配置は、取り付けられる要素のために光路の側に対する空間が大きく自由に残されているので、その空間をステージの位置決めのために使用される測定装置のため使用することができる、という利点を有する。
【００３２】
図４は、横方向に移動したガス・パージ装置８’を示す。レチクル５が照明システム３と投影対物レンズ７とに対してｘ方向、ｙ方向にスライドステージ２６上で移動すると、薄板状ディスクの積み重ね１４はディスクが食い違った位置にずれる。同様にガスの流入は、リング形状の中空オリフィス・チャネル１０を通って起る。窒素または不活性ガス２３は、薄板状ディスク１４’の間のシール・ギャップを通って、およびギャップ２０、２０’、２０”、２１を通って流れ出る。更にこれらの位置から、図面には示されていないガス排出装置によって搬送されることも可能である。
【００３３】
レチクル５の横方向のずれは、ウェハ２上の複数の区域をレチクル５によって決められた構造を順に露光するために必要である。
【００３４】
露光過程を妨げることになるガスの除去は数十分の１秒内にすべきである。この目的のために必要なガスの量は少なく保つべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】感光性材料によって被覆されたウェハの上に回路構造を投影するための適用例を有する、マイクロリソグラフィの分野で使用する投影装置の主用外観を示す図である。
【図２】投影対物レンズとウェハとの間に配置されたガス・パージ装置の長手方向断面図である。
【図３】照明装置とレチクルと投影対物レンズとの間に配置されたガス・パージ装置の長手方向断面図である。
【図４】レチクルが照明システムと投影対物レンズとに関して横向きに移動された、図３に示す装置の図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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