(57)【要約】      （修正有）【課題】不活性ガスパージ容器内の不活性ガスへの置換において大気溜まり部分の大気から不活性ガスへの置換を短時間に行い短時間に容器内の酸素、水分濃度を下げる。【解決手段】  パージエリア内をパージガスに置換する際、一旦ヘリウムなど大気と比重の大きく異なる気体に置換した後、窒素などの所望の気体に置換する。この際に鏡筒３６、モーター３２を鉛直方向に傾けるかまたは内部形状の工夫により内部空間に最上部、最下部を作り、ここに通気孔３７，３８を設け、気体の比重差を利用し鏡筒、モーター内部ガスを置換する。ヘリウムから窒素へ置換する際にはレンズの結像位置の変化量を測定し、その変化量が一定値以下になったことにより窒素への置換完了を検知する機能を有する。【選択図】      図３
2007053239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光光源からの露光光により照明光学系を介してマスクを照明し、前記マスクに形成されたパタ−ンを投影光学系を介して感光基板上に投影露光する露光装置であって、前記露光光源から前記感光基板に至る露光光の光路や計測光学系に用いる光源として露光光が通過する経路を筐体で覆い、筐体内を大気からパージガスに置換する際、一旦ヘリウムなど大気と比重の大きく異なる気体に置換した後、窒素など所望の気体に置換することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
パージエリア内の鏡筒、モーターなどの略密閉空間を持つパーツの上部、下部にそれぞれ通気孔を設け、気体の比重差を利用し鏡筒、モーター等の略密閉空間内にガスを流し込むことにより内部ガスを所望のガスに置換することを特徴とする請求項１に記載する露光装置。
【請求項３】
パージエリア内の鏡筒、モーターなどの略密閉空間を持つパーツを鉛直方向に傾けて取り付けることにより内部空間に最上部、最下部を作り、ここにそれぞれ通気孔を設け、気体の比重差を利用し鏡筒、モーターなどの略密閉空間内にガスを流し込むことにより内部ガスを所望のガスに置換することを特徴とする請求項１に記載する露光装置。
【請求項４】
パージエリア内の鏡筒などの略密閉空間を持つパーツ内径にテーパーをつけることにより鏡筒などの略密閉空間に最上部、最下部を作り、ここにそれぞれ通気孔を設け、気体の比重差を利用し鏡筒などの略密閉空間にガスを流し込むことにより内部ガスを所望のガスに置換することを特徴とする露光装置。
【請求項５】
パージエリア内のガスをヘリウムから窒素へ置換する際、または窒素からヘリウムへ置換する際など絶対屈折率の異なる気体に置換する際にレンズの結像位置の変化量を測定する手段を有し、その変化量が一定値以下になったことにより置換完了を検知する機能を有することを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光光として雰囲気ガスを活性化し易く、また酸素、水分による吸収を受け易い短波長のレーザーを用い、装置内露光光通過経路を不活性ガスで置換し、マスクのパターンを投影光学系を介して感光基板に照射する露光装置に好ましく適用され、レンズ筐体内やアクチュエーター内部など不活性ガスが入り込みにくく置換されにくい部位の不活性ガスへの置換を速やかに行える技術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線幅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として解像力の向上がなされてきた。
【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変えていく方法と、投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくしていく方法とがある。
【０００４】
露光波長については、２４８ｎｍ付近の発振波長を有するＫｒＦエキシマレーザから最近では１９３ｎｍ付近の発振波長を有するＡｒＦエキシマレーザの実用化が行なわれ、更に短波長の１５７ｎｍ付近の発振波長を有するフッ素（Ｆ２）エキシマレーザが用いられつつある。
【０００５】
遠紫外線とりわけ１９３ｎｍ付近の波長を有するＡｒＦエキシマレーザや、１５７ｎｍ付近の発振波長を有するフッ素（Ｆ２）エキシマレーザにおいては、これら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。
【０００６】
例えば、フッ素エキシマレーザーの１５７ｎｍという波長は一般に真空紫外と呼ばれる波長領域にあたる。この波長領域では酸素分子による光の吸収が大きいため、大気中ではほとんど光が透過せず、真空近くまで気圧を下げるか不活性ガスで置換するなどして酸素、水分濃度を充分下げた環境でしか光が透過できない。
【０００７】
非特許文献１によると波長１５７ｎｍの光に対する酸素の吸収係数は約１９０ａｔｍ−１ｃｍ−１である。これは１気圧中で１％の酸素濃度の気体中を波長１５７ｎｍの光が通過すると１ｃｍあたりの透過率は
Ｔ＝ｅｘｐ（−１９０×１ｃｍＸ０．０１ａｔｍ）＝０．１５０
しかないことを示す。
【０００８】
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。更にレーザーの光化学反応による各種生成物が光学素子表面に付着し、光学系の光の透過率を低下させる所謂ケミカルコンタミが生じることも知られている。これは露光光が空気中の不純物を酸素と光化学反応をさせることにより起こるもので、かかる反応による生成物（曇り物質）がガラス部材に付着し、ガラス部材に不透明な「曇り」が生じるという不都合が生じる。ここで「曇り」を生じさせる物質としては、例えば亜硫酸（ＳＯ２）が光のエネルギ−を吸収して励起状態となり、空気中の酸素と反応（酸化）することによって生じる硫酸アンモニウム（ＮＨ４）２ＳＯ４が代表的にあげられる。この硫酸アンモニウムは白色を帯びており、レンズやミラー等の光学部材の表面に付着すると前記「曇り」状態となる。そして、露光光は硫酸アンモニウムで散乱、吸収される結果前記光学系の透過率が減少することとなる。
【０００９】
特に、ＫｒＦエキシマレ−ザのように露光光がｉ線より波長が短い２４８ｎｍ以下になる短波長領域では、露光光がより強い光化学反応を起こさせ、前記「曇り」を生じることにより露光光が吸収、散乱してしまい基板へ到達する光量を低下させる。
【００１０】
光量が低下するとその分基板露光に必要な時間が長くなり生産性が低下する。
【００１１】
従って、十分な生産性を確保する為にＡｒＦエキシマレーザ、フッ素（Ｆ２）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および位置計測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、水分濃度を数ｐｐｍオーダー以下の低レベルにおさえる方法がとられている。
【非特許文献１】、「Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙｏｆ  Ｓｍａｌｌ  Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ」  （Ｈｉｄｅｏ  Ｏｋａｂｅ著、ＡＷｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ、１９７８年、１７８頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記の通り、紫外線とりわけＡｒＦエキシマレーザ光やフッ素（Ｆ２）エキシマレーザ光を光源とした露光装置においては、酸素及び水分による露光光の吸収が大きいため、充分な透過率と安定性を得るために光路中の酸素及び水分濃度を低減し、またこれらの濃度を維持するため、光学部品を密閉度の高い容器に密閉し常に不活性ガスを流し続けることを行っている。
【００１３】
しかしながら、メンテナンスや照明条件の変更などの都合上露光装置は場合によっては窒素充填空間を開放して内部パーツの交換を行う場合もあり、これら作業のために不活性ガス充填空間に外気が浸入する事があり得る。また、不活性ガスとして使用されるものにはＮ２やＨｅ２のように大量に吸い込むと窒息による人体への害が懸念される場合がある。そのためメンテナンス作業の間、不活性ガスの供給をストップするなどして安全性の確保が必要となる。よって、メンテナンス作業の間に容器内に大量の大気が入りこんでしまう。
【００１４】
作業後には、再度不活性ガスに置換することが必要となる。また長期にわたり露光装置を休止したような場合にも不活性ガスパージエリア内に大気が浸入するため装置稼働開始時には不活性ガスへの置換が必要となる。
【００１５】
しかし、現状の半導体露光装置内では計測系や露光用のレンズが多数存在し、これらレンズを保持するための筒型鏡筒内やモーター等のアクチュエーターは半密閉構造になっており内部に窒素が流入しにくく大気が溜まり易い構造になっている。この部分に溜まった大気から酸素、水分が長時間に渡り出て来ることによりレーザーの透過率が下がったり、大気に内在する不純物がでることにより光化学反応により光学パーツへの不純物の付着が起こり光学パーツの透過率低下につながることが考えられる。
【００１６】
特に本発明は上記従来の技術の未解決の課題に鑑みてなされたものであり、不活性ガスパージ容器内の不活性ガスへの置換において上記大気溜まり部分の大気から不活性ガスへの置換を短時間に行い短時間に容器内の酸素、水分濃度を下げることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するために、半導体露光装置のガスパージエリア内を大気から不活性ガスに置換する際に大気と比重の異なる気体を一度入れておき次に最終的に置換したい気体を流入させ、なおかつモーターやレンズ鏡筒など略密閉構造になっている空間の最上部、最下部にガス流出入穴を設ける。装置設置時やメンテナンス時にカバーなどを外し、パージエリアを大気開放した場合パージエリアに大気が流入する。開放時間が長い場合モーターやレンズ鏡筒などの略密閉空間にも大気は拡散運動により浸入してくる。この略密閉空間が一度大気に置換されるとこの後パージエリアに窒素を流入させても略密閉空間内は拡散運動で置換されるだけなのでその置換スピードは大変遅い。これら略密閉空間の窒素置換スピードを上げるためにモーター、鏡筒などの略密閉空間に鉛直方向の最上部、最下部を設ける。最上部、最下部を設ける方法についてはモーターに対しては僅かに傾けて取り付けることが有効であり、レンズ鏡筒についても傾けることは有効であるが、光学性能上傾けることが困難な場合鏡筒内部にテーパーを設けることにより略密閉空間内１つ１つに最上部、最下部を設けることが可能となる。これら最上部、最下部に気体が抵抗無く通過できる程度の大きさの穴をあけておく。
【００１８】
以上の形態にしておきパージエリアに大気に対して比重の大きく異なるヘリウム等の気体を入れる。パージエリア下部には排出孔を空けておく。大気とヘリウムの比重の違いにより２つの気体は混ざり合いが少ない。パージエリアに流入したヘリウムはパージエリアの上部にたまり大気はパージエリア下部に設けられた排出口から下に押し出されていく、徐々にパージエリア上部に溜まっていたヘリウムは容積を増しパージエリア下部に到達する。ヘリウムがモーター、鏡筒に設けられた最上部の穴位置まで到達するとこの穴からヘリウムが浸入しモーター、鏡筒内の大気は最下部の穴から押し出される形になり内部大気がヘリウムに置換されていく。
【００１９】
ヘリウムをパージエリアの容積分流入以上流入させた後次に窒素を流入させる。窒素の比重は大気よりも僅かに軽いがほぼ大気と同等で同一体積で比べるとヘリウムよりも約７倍程度重い。パージエリアの上部排出口をあけた状態で窒素を流入させると窒素はパージエリア下部にたまり流入量に応じて次第に上部に達する。上部排出口は下方に折り曲げられているため窒素を入れる前にヘリウムが大気中に噴出することは無い。この時モーター、鏡筒などの略密閉空間においては最下部の穴から窒素が浸入し始め最上部の穴からヘリウムが排出され、内部は窒素に置換される。
【００２０】
以上のように略密閉空間の最上部、最下部に穴を設けて窒素流入の前にヘリウムを流入させることにより従来ほぼ拡散のみによって行われていたパージエリア内の略密閉空間の大気から窒素への置換がガス流入流出による置換となり置換時間を飛躍的に短くすることができる。
【００２１】
また従来、大気から窒素への置換終了を知る方法として排出口の酸素濃度を測定し規定値以下になったことにより置換終了を知り、露光を開始していた。しかし上記のようにヘリウムから窒素に置換する際にはどちらの気体にも酸素が含まれないため酸素濃度を測定しても窒素に置換されたことがわからない。酸素濃度計の他にヘリウムセンサーを取り付けることでこの問題は解決できるが、コストアップになる。パージエリア内の光学系がマーク位置計測などを行う計測系の場合、レチクル、またはウエハ上のマークを観察しマークに焦点が合うようにレチクルまたはウエハまたは計測系内レンズを駆動させる、一定時間経過ごとに焦点合わせを行い、焦点合わせに必要なレチクル、ウエハ、レンズの駆動量が一定以下になった時にヘリウムから窒素への置換が完了したことを知ることができる。これはヘリウムと窒素の屈折率の違いにより計測系の焦点位置が異なるという性質を利用したものである。
【００２２】
以上、本発明についてその詳細を説明したが、さらに説明すれば、本発明の第一の発明について下記のように示す。
【００２３】
（１）露光光源からの露光光により照明光学系を介してマスクを照明し、前記マスクに形成されたパタ−ンを投影光学系を介して感光基板上に投影露光する露光装置であって、前記露光光源から前記感光基板に至る露光光の光路や計測光学系に用いる光源として露光光が通過する経路を筐体で覆い、筐体内を大気からパージガスに置換する際、一旦ヘリウムなど大気と比重の大きく異なる気体に置換した後、窒素など所望の気体に置換することを特徴とする露光装置。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ＡｒＦエキシマレーザやＦ２エキシマレーザなどの紫外光を光源とする投影露光装置において、設置やメンテナンス時にパージエリアを大気開放にした場合、パージエリア内の大気を素早く窒素に置換することが可能となりダウンタイムの短縮になる。このため生産性の向上につながり半導体素子製造コスト低減につながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の露光装置は、露光光として紫外光を用い、装置内の露光光通過経路を不活性ガスで置換し、マスクのパターンを投影光学系を介して感光基板に照射する露光装置であれば公知のものに適用される。
【００２６】
また、本発明の露光装置に用いる露光光としての紫外光は制限されないが、従来技術で述べたように、遠紫外線とりわけ１９３ｎｍ付近の波長を有するＡｒＦエキシマレーザや１５７ｎｍ付近の波長を有するフッ素（Ｆ２）エキシマレーザ光に対して有効である。
【実施例】
【００２７】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【００２８】
（実施例１）
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明を実施する露光装置の説明図である。本実施例の露光装置は一般にＦ２エキシマレーザーからなる光源１と、光源１から発せられた照明光であるレーザ光Ｌ１を所定の形状の光束に成形する光学系である光源レンズ系２と、該光源レンズ系２によって所定の形状に形成されたレーザ光Ｌ１をレチクルＲ１を経て基板であるウエハＷ１に結像させる投影レンズ系３からなる。さらにレチクルＲ１とウエハＷ１の位置関係を計測する機能として露光光を用いたＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｔｈｅ  Ｌｅｎｓ）顕微鏡４が備わっている。ＴＴＬ顕微鏡の光源は光源レンズ系２内に光路切り換えミラー機構５を設けておきＴＴＬ顕微鏡使用時にはミラーをレーザー光Ｌ１光路中に入れてＴＴＬ顕微鏡光源用レーザー光Ｌ２を取り出す。レーザー光Ｌ２はレーザー導入光学系６を経てＴＴＬ顕微鏡４に入射される。
【００２９】
光源レンズ系２、投影レンズ系３、ＴＴＬ顕微鏡４およびＴＴＬ顕微鏡へのレーザー導入光学系６はすべてパージ容器７〜１０の内部に配置される。パージ容器７〜１０には、不活性なガスである窒素を供給する窒素供給装置１１が窒素ガス供給ライン１２と該窒素ガス供給ラインに設けられた流量を可変コントロールすることができる流量コントローラー１３を介して接続される。この流量コントローラーはストップバルブの役割も兼ねており窒素を止めることもできる。
【００３０】
またパージエリア上部に窒素供給時ガス排気ライン１４が設けられている。排気ライン１４にはオン、オフバルブ１５が取り付けられており必要に応じて開閉ができる。排気ラインの先には窒素パージが正常に行われていることをモニターするための酸素濃度計１６が取り付けられている。これらによりパージ容器７〜１０の内部は常に窒素が流されておりＦ２レーザーが透過するのに必要なレベル以下に酸素濃度、水分濃度が抑えられている。図１中では図の簡略化のためにＴＴＬ顕微鏡パージ容器９への窒素供給経路のみを示したが他の窒素パージ容器であるパージ容器７，８，１０へも同様の経路で窒素が供給される。これら窒素供給ラインとは別にヘリウム供給ラインが設けられており窒素供給ラインと同じくヘリウム供給装置１７および流量コントローラー１９を備えておりヘリウム供給ライン１８によりパージ容器内部にヘリウムを流入させることができる。
【００３１】
またパージ容器９下部にはヘリウム供給時の排出ライン２０が設けられている。こちらにもオン、オフバルブ１５が取り付けられており必要に応じて開閉が可能となっている。通常の装置稼働時には流量コントローラー１９を閉じることによりヘリウムはパージ容器９内部に流入することは無い。なお図１中では図の簡略化のためＴＴＬ顕微鏡パージ容器９へのヘリウム供給経路のみを示したが他のパージ容器７，８，１０へも同様の経路でヘリウムを流入させることが可能となっている。
【００３２】
図２は図１のＴＴＬ顕微鏡４の内部詳細図である。照明光としてレーザー光Ｌ２を導入しウエハおよびレチクル上のマークをＣＣＤカメラにて画像として取り込み２つのマークの位置関係を計測する機能を持っている。図２をもとに説明する。照明光Ｌ２はレーザー導入光学系６によりＴＴＬ顕微鏡に入射される。入射されたレーザーはＴＴＬ顕微鏡照明光学系レンズ２１、σ絞り２２、リレーレンズ２３、ＮＡ絞り２４、対物レンズ２５を通過しミラー２６で反射されてレチクル上マークおよびウエハ上マーク面に照射結像される、戻り光が逆の経路を経てリレーレンズ２３を通過した後、不図示の位相変更素子を透過後偏光ビームスプリッター２７により反射されエレクターレンズ２８を経てＣＣＤカメラ２９の検出面に結像される。
【００３３】
所望の位置のマークが観察できるように上記対物レンズ２５およびミラー２６はリニアガイド３０の上に載せられておりボールネジ３１、モーター３２により移動可能となっておりこれによりレチクルおよびウエハ面上所望の位置のマークを観察することができる。エレクターレンズ２８前にはパージエリアを密閉するためのシールガラス３３が設けられており、これによりパージエリア、非パージエリアを隔てている。
【００３４】
照明光学系２１、リレーレンズ２３、対物レンズ２５はそれぞれレンズ鏡筒３４、３５、３６に収められている。以上の構成においてレンズ鏡筒３４〜３６およびモーター３２内部が略密閉構造となっている。装置設置時やメンテナンス時にパージ容器９内が長時間大気開放された際にはこれら略密閉空間に拡散により大気が浸入しその後の窒素置換の際に従来の構造では内部に窒素が流れ込みにくくが大気から窒素に置換されにくい箇所となる。
【００３５】
そこで本実施例では鏡筒３４、３５、３６の内部にテーパーがついており内部の最上部、最下部にそれぞれ上側排出流入口３７、下側排出流入口３８が設けられている。光学設計上許されるのであればレンズ鏡筒自体を傾けて最上部、最下部を作ってもよい。
【００３６】
モーターにおいては内部にテーパーをつけることは構造上困難なためモーター自体を傾けて最上部、最下部を作りレンズ鏡筒と同様に排出流入口３７、３８を設けておく。この傾きは僅かな量でありカップリング３９により吸収しているため対物レンズ駆動動作上問題は無い。
【００３７】
以上のように略密閉空間の最上部、最下部に排出流入口を設けた上で大気が充満したパージ容器９内に最初にヘリウムを流入させる。ヘリウム流量コントローラー１９によりあらかじめ決められた流量のヘリウムを流し込むと同時にパージ容器排出ライン１４のオンオフバルブ１５を閉じておき排出ライン２０のオンオフバルブ１５を開ける。ヘリウムを供給している間窒素流量コントローラー１３は閉じておき窒素流入を止めておく。
【００３８】
ヘリウムは大気に比べて単位体積あたり約７分の１の重さしかないため流入したヘリウムはほとんど大気と混ざることなくパージ容器９の上部にたまり始め、大気のみが徐々に排出ライン２０から追い出されていく。この時のモーター３２、鏡筒３６の内部の状態を示す拡大図として図３を示す。
【００３９】
図３においてヘリウムは容器９内上方に溜まり容器内に締める容積を下側へ増やしていき鏡筒３６やモーター３２最上部に設けられた上側排出流入口３７に到達するとこの上側排出流入口３７からモーターおよび鏡筒内部に流入し、大気は下側排出流入口３８から下に押し出される。そのままパージ容器９の容積分以上のヘリウムを流入させ続けることにより略密閉空間であるモーター内部、鏡筒内部を含めパージ容器９内全域がヘリウムに置換される。容器９内部がヘリウムに置換された後ヘリウム流量コントローラー１９によりヘリウム供給を止めると同時に排出ライン２０のオンオフバルブ１５を閉める。次に窒素流量コントローラー１３により窒素流入を開始すると同時に排出ライン１４のオンオフバルブ１５を開ける。大気と同様に窒素もヘリウムに比べ単位体積あたりほぼ７倍の重さであるためこの重さの違いにより供給された窒素の大部分はヘリウムと混ざり合うことなくパージ容器９内下部に溜まり供給量に応じて上部に容積を増やしていく。それと同時に押し出されるようにヘリウムは排出ライン１４から排出される。排出ライン１４最終出口が容器９よりも下に位置しているのは排出ライン１４を開けたとたんにヘリウムが大気中に噴出し大気が逆流するのを防ぐためである。窒素の占める領域がモーター、鏡筒の下部排出流入口３８に差し掛かるとここから窒素がモーター３２、鏡筒３６内部に侵入し上部排出流入口からヘリウムが押し出される。
【００４０】
これにより従来ほぼ拡散効果のみで大気から窒素への置換を行っていたモーターや鏡筒内部に排出流入口から窒素が直接流入することとなり短時間に置換が完了する。パージ容器９の上面、下面にも傾斜をつけて最上部、最下部を設け、ここに排出流入口を設けることもパージ容器９内部の窒素置換時間を早めるのに有効である。
【００４１】
またモーターや鏡筒の最上部、最下部に穴を設けるのは必ずしも必須ではなく近傍に穴を設けることでも多少の効率低下はあるものの効果が期待できる。更に最上部、最下部を１点設けて穴をあけることが好ましいが１点にせずに例えば鏡筒をテーパーにすることなく上部、下部に穴を設けても一定の効果は期待できる。この場合図４のように複数の穴をあけることにより一層置換し易くなる。
【００４２】
本実施例ではパージ容器内に存在する略密閉空間をもったパーツとしてモーターおよびレンズ鏡筒を取り上げたが同様にパージ容器内に存在する略密閉空間となるパーツ、例えばエアシリンダー等の各種アクチュエーター類や各種センサー類その他全てのパーツに適用可能である。
【００４３】
（実施例２）
実施例１においては気体の置換方法について述べたが実施例２においては置換を検知するための構成について述べる。実施例１の図１で示している酸素濃度計１６は露光装置通常稼働時には窒素パージが正常に行われていることをモニターする役目を担っている。更に実施例１において大気からヘリウムに置換する際にはヘリウム置換が完了したことを酸素濃度低下により検知できる。しかし実施例１においてヘリウムから窒素に置換する際には両方の気体に酸素が含まれないため酸素濃度計では置換を検知することは出来ない。別途ヘリウムセンサーを設けることで検知することは可能であるがその分コストが上がるのが難点である。実施例１のようにパージ容器内に存在する光学系が計測を目的としておりＣＣＤカメラ２９を備えているスコープ類の場合新たなセンサー類を設けることなくヘリウムから窒素への置換状態を知ることができる。
【００４４】
本実施例の置換状態検知の構成を示す図５を基に以下に説明する。図５の大部分は実施例１の図１と同一であるため同一符号で示し説明は省略する。図５においてＴＴＬ顕微鏡下には実施例１で説明したレチクルＲ１が配置されている。その下には投影光学系光学系３が配置されておりウエハ側結像面に設けられたマークＭ１を観察することができる。マークＭ１はウエハステージ４０上に配置されておりこのウエハステージ４０はＸＹ方向だけでなくＺ方向つまり高さ方向にも駆動することができ、駆動量を読み取るためのスケールを有している。
【００４５】
ヘリウムから窒素に置換する直前にＴＴＬ顕微鏡にてウエハ側結像面上マークＭ１を観察しながらウエハステージ４０を上下に駆動しＴＴＬ顕微鏡内ＣＣＤに結像されるマークのコントラストが一番高くなるウエハステージ位置を探し出す。これがウエハ上マークＭ１にＴＴＬ顕微鏡４の焦点が合っている状態である。窒素流入を開始した後一定時間おきに同様にウエハ側結像面上マークＭ１を観察しながらウエハステージ４０を上下に駆動しコントラストが一番高くなるウエハステージ位置を探し焦点を合わせることを繰り返す。窒素とヘリウムでは絶対屈折率が異なる。異なる量は約０．００３％に過ぎないがＴＴＬ顕微鏡内においてこれだけの屈折率の違いはウエハ上換算での数μｍの焦点位置変化として観測される。対物レンズにおいて窒素、ヘリウムで焦点位置を比較するとガラス部材とそれぞれの気体の相対屈折率はヘリウムの方が大きくなるため、焦点位置はヘリウム中の方がより対物レンズ側に近づく事になる。
【００４６】
図５の構成において容器９内をヘリウムから窒素に置換する際に一定時間ごとに焦点位置を見つけ出していくと図６に示すグラフのように時間、焦点位置の関係が求められる。グラフ中ｔ０がヘリウムから窒素に置換を開始した時刻である。ｔ１のように時間経過に対して焦点位置がほぼ変化しなくなる時点ではパージ容器９内の気体がほぼ全て窒素に入れ替わっているため焦点位置の変化がなくなっていると考えられる。
【００４７】
つまりｔ１を求めればヘリウムから窒素への置換が完了したことを検知することが可能となる。実際には時間経過に対して焦点位置変動が完全に０となるまで露光やＴＴＬ顕微鏡による計測を待つ必要は無く変動量が計測必要精度に対して充分に小さければ問題無い。このため変動量が許容値以下になった時点で露光やＴＴＬ計測を行うよう設定することで装置のダウンタイムを減らすことができる。
【００４８】
本実施例ではウエハステージを上下に駆動させてＴＴＬ顕微鏡ＣＣＤに結像されるマークのコントラストが最も高くなる位置を見つけ出すことで焦点位置を探したが、ウエハステージを上下させる変わりにＴＴＬ顕微鏡内のリレーレンズを光軸方向に駆動させても良い。
【００４９】
また本実施例ではＴＴＬ顕微鏡について述べたが投影光学系においても同様にヘリウムと窒素では焦点距離が異なるため、焦点の変化をモニターすることにより置換状態が検知できる。投影光学系３の場合も焦点変化はＴＴＬ顕微鏡の際と全く同様に行うことができる。しかし光源レンズ系２についてはヘリウムから窒素への置換の過程の焦点変化をＴＴＬ顕微鏡では観察することが出来ない。ＴＴＬ顕微鏡は光源レンズ系を介さずにウエハ面を観察しているためである。
【００５０】
したがって光源レンズ系の焦点位置変化を検知する場合は光源レンズ系２にレーザー光を通しながら焦点変化を観察できる計測系を別途設けることが必要となる。例えばレチクル面上結像位置とウエハ面上結像位置にスリット状パターンを設けてウエハ上パターンの下に光量センサーを構成することにより両者の焦点位置にそれぞれスリットパターンが合わされた時に光量センサーに入射するレーザー強度が最も強まるためそれを検知することにより焦点位置を検知するという構成が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第一の実施例を表す概略図
【図２】本発明の第一の実施例のＴＴＬ顕微鏡詳細図
【図３】本発明の第一の実施例のＴＴＬ顕微鏡内モーター、鏡筒詳細図
【図４】本発明の第一の実施例のＴＴＬ顕微鏡内鏡筒別案概念図
【図５】本発明の第二の実施例をあらわす概略図
【図６】本発明の第二の実施例の計測方法によって得られるグラフの一例を示す図
【符号の説明】
【００５２】
Ｌ１      露光光源レーザ光
Ｌ２      計測用光源レーザー光
Ｒ１      レチクル
Ｗ１      ウエハ
Ｍ１      ウエハ面上マーク
１        露光光源
２        光源レンズ系
３        投影レンズ系
４        ＴＴＬ顕微鏡
５        切り換えミラー機構
６        レーザー導入光学系
７        光源レンズ系パージ容器
８        投影レンズ系パージ容器
９        ＴＴＬ顕微鏡パージ容器
１０      レーザー導入光学系パージ容器
１１      窒素供給装置
１２      窒素供給ライン
１３      窒素流量コントローラー
１４      上側ガス排出ライン
１５      オンオフバルブ
１６      酸素濃度計
１７      ヘリウム供給装置
１８      ヘリウム供給ライン
１９      ヘリウム流量コントローラー
２０      下側ガス排出ライン
２１      ＴＴＬ顕微鏡照明光学系
２２      σ絞り
２３      リレーレンズ
２４      ＮＡ絞り
２５      対物レンズ
２６      ミラー
２７      ビームスプリッタ−
２８      エレクターレンズ
２９      ＣＣＤカメラ
３０      対物レンズ駆動用リニアガイド
３１      対物レンズ駆動用ボールネジ
３２      対物レンズ駆動用モーター
３３      シールガラス
３４      照明系レンズ鏡筒
３５      リレーレンズ鏡筒
３６      対物レンズ鏡筒
３７      上側ガス排出流入口
３８      下側ガス排出流入口
３９      カップリング
４０      ウエハステージ
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図３】
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【図４】
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