(57)【要約】【課題】  真空チャンバー内部に光学素子を備えた光学機器では、時間とともに光学素子表面に堆積する物質によってレンズの透過率や、ミラーの反射率、結像性能等の光学性能が劣化する。したがって光学素子の洗浄のために頻繁に真空チャンバーを大気解放しなければならなかった。そこで光学素子表面に物質が付着し堆積する前段階であるガスの状態で、分解し処理することが望ましい。【解決手段】  真空チャンバー内部に、一つまたは複数の光学素子とともに、グロー放電やペニング放電等の放電現象を発生させる機構と、Ｈｅ等の不活性ガスを供給する手段を設ける。真空チャンバー内にＨｅ等の不活性ガスを供給した後に放電現象を発生させることによって真空チャンバー内のガスを分解する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバーと、該真空チャンバー内へ不活性ガスを供給する手段と、前記真空チャンバー内に配備された入射光を反射または透過する一つまたは複数の光学素子と、前記真空チャンバー内に配備された放電現象発生手段と、を有し、不活性ガスを前記真空チャンバー内に供給した後に、前記放電現象発生手段によって真空チャンバー内に放電現象を発生させることで真空チャンバー内のガスを分解する機能を持つ光学機器。
【請求項２】
前記放電現象とはプラズマ放電またはペニング放電であることを特徴とする、請求項１記載の光学機器。
【請求項３】
前記真空チャンバー内に、前記光学系を備えた領域と前記放電現象発生手段を備えた領域とを互いに分離する分離手段を設けた請求項１または請求項２記載の光学機器。
【請求項４】
前記分離手段は、導電体からなる複数の板状の部材であり、該複数の板状の部材を相補的に二重に配備することによって前記光学系と前記放電現象発生手段とを電気的および光学的に分離する請求項３記載の光学機器。
【請求項５】
前記分離手段は、前記放電現象発生手段を備えた領域側の片面はＴｉＯ２膜で被膜されている請求項４記載の光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置内部などの高真空状況下に配備された光学素子の光学性能を、長期にわたって良好な状態に維持する機構を備えた光学機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体や液晶パネルの基板の作成などに用いられる、回路パターンなどを対象ウェハー上にレーザー光、紫外光などを用いて形成する装置である露光装置は１０−７Ｐａ程度の高真空状況下で露光処理を行う。しかし露光装置内部は完全な真空ではなく、常にガスが残留している。
【０００３】
残留ガスはコンタミネーションガスとしてレンズやミラーなどの光学素子に付着し、その結果、透過率が悪化したり、反射率が低下したりする。光学素子は高抵抗の部材から成り、そのため帯電しやすく、極性分子を始め各種コンタミネーションガスによって汚染されてしまう。また上記の真空状況下においては気体分子の平均自由行程は常温で数ｍに達し、露光装置内に存在する気体分子は等方的に拡散しあらゆる部材に付着しうる。そのため露光装置内部などの真空状況下に配備された光学素子の光学性能は時間とともに付着するコンタミネーションによって劣化する。また露光装置内に極端紫外線や軟Ｘ線等の高エネルギーの光線を通過させると、露光装置内のコンタミネーションガスが露光光によって反応し、新たなコンタミネーションが発生する。
【０００４】
従来は、上記の理由で光学特性が時間とともに劣化した光学素子を光学系のシステムから外し、個別に修理、または洗浄もしくは、予備の光学素子と交換などして、光学系全体の性能を維持してきた。その為、光学系の調整や予備の光学素子に交換する作業が頻発し、大変な時間とコストがかかっていた。また、露光装置内部を大気解放することによって大気に含まれる様々な気体分子が吸着し新たなコンタミネーション源となるため、大気解放すること自体がコンタミネーションの発生を助長させる事になる。
【０００５】
このような問題を解決するためには、露光装置内部に汚染された光学素子の洗浄機構を組み込むことが考えられる。露光装置内に光学素子の洗浄機構を組み込むシステムとして、特許文献１にて紫外光をマスクに照射する方法が提案されている。しかしながら露光処理を行う光とは別の波長の光を、露光装置内に複雑に配置された光学素子全面に照射するためには、複数波長に対応した光学素子、たとえば二波長反射防止膜や、広帯域ミラーなどが必要となる。特許文献１に記載の方法は露光装置内部に紫外線照射手段を設けマスクに堆積するコンタミネーションを除去している。この方法を露光装置内部に配備された複数の光学素子にも適用すると、紫外線照射手段や紫外線照射手段を保持する機構がさらに必要になるなど、露光システム内に配備するべき部材が増加する。また紫外光の光路も確保しなければならず、このことによって光学素子の配置が制限され、またそれに伴って露光光の光路が制限されることとなり、光学素子の配置の自由度も減少する。このように技術的には困難であり、現実性は低かった。また、特許文献２が示すような励起された反応性ガスを露光装置内に噴出する方法では、光学素子以外のクリーニングが不必要な部材の表面を改質してしまい、新たなコンタミ源となる可能性が非常に高かった。また、それを防止するために耐腐食性の高い素材をコーティングする場合には、部品が多い露光装置などでは、非常にコストがかかる。さらに、センサー等の感知部分にはコーティングなどの保護機構をつけると機能を損なうものもあり、その効果には限界があった。
【特許文献１】特開２００４−０１４９６０
【特許文献２】特開２００４−１８６６１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記に述べた問題点を考慮すると、真空状況下に配備された光学素子に付着するコンタミネーションを防ぐ方法としては、コンタミネーションが発生する前段階である、ガスの段階で分解処理できることが望ましい。したがって真空状況下に配備された光学素子に対してコンタミネーションが付着することを抑える機構をもつ光学機器の提供が待たれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、真空チャンバーと、該真空チャンバー内へ不活性ガスを供給する手段と、該真空チャンバー内に配備された放電現象発生手段と、該真空チャンバー内に配備された入射光を反射または透過する一つまたは複数の光学素子と、を有し、不活性ガスを前記真空チャンバー内に供給した後に、前記放電現象発生手段によって真空チャンバー内に放電現象を発生させることで真空チャンバー内のガスを分解する機能を持つ光学機器に関するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、真空状況下に配備された光学素子の、大気解放を伴う洗浄の回数を低減することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（実施の形態１）
本発明の基本思想は、露光装置内部などの真空状況下において残留したコンタミネーションガスによって光学素子が汚染される前に、汚染の可能性のあるガスを分解、除去するというものである。
【００１０】
図１は、本実施形態の、光学機器の一例としての露光装置の模式図である。真空チャンバー１０１内にガス分解処理システムと露光システムとが設けられ、真空状況下で露光処理を行うため真空ポンプ１０２を備えている構成である。またガス分解処理を行う際に真空チャンバー内にＨｅ等の不活性ガスを供給するためのガス供給口１１２が設けられている。
【００１１】
露光システムとしては、不図示の光源と複数の光学素子１０６とが配備され、レチクルステージ１０４及びウェハーステージ１０８を備えている。複数の光学素子１０６は露光光に対して適切な入射角と反射角または屈折角をもつよう配備されている。露光処理時には、レチクルステージ１０４上にレチクル１０５が、ウェハーステージ１０８上にウェハー１０７がそれぞれ配備される。一方、ガス分解処理システムとしては不図示の交流電源に接続された放電現象発生手段であるカソード１０９とアノード１１０からなる。上記のガス分解処理システムと露光システムとを、電気的および光学的に分離する手段として遮光板１０３が設けられていて、遮光板１０３は一定の間隔で切り取り部が設けられている。この遮光板の切り取り部が互いに相補的になるよう二重に配備する。このことによりガス分解処理システムに発生する放電や放電に伴う光が、露光システムへ到達しないようにすることができる。遮光板１０３は導電性のあるＡｌで出来ており、ガス分解処理システム側の面にはＴｉＯ２膜が施されている。本実施例では図１に示したとおり、遮光板１０３を二重に配備した例を示しているが、三重以上に多重配備するとさらに遮光効果が向上する。
【００１２】
ガス分解処理を行う際はガス供給口１１２よりＨｅガス等の不活性ガスを供給しつつ、真空チャンバー内圧力を０．３Ｐａに調整する。その後ガス配備されたカソード１０９に１ｋＶの電圧をかけ、アノード１１０との間にグロー放電を発生させる。露光システムのステージなどの部材から発生するコンタミネーションガスや、ウェハー上の感光剤から発生する有機物コンタミネーションガスは、減圧下のため、真空チャンバー１０１内に等方的に拡散している。上記のコンタミネーションガスは供給されたＨｅガスと混合し、放電によって励起したプラズマ１１１により分解される。また、遮光板１０３に、励起したプラズマ１１１から発生した紫外光が照射されることにより、ＴｉＯ２被膜を施した遮光板に吸着したコンタミネーションガスの分解を促進することが出来る。
真空チャンバー１０１内に上記のガス分解システムを備えることにより、コンタミネーションとなりうる残留ガスが、露光システムに配備された複数の光学素子１０６の反射面または透過面に付着する前に分解し、真空ポンプによって排気することができるので、光学素子のクリーニング回数を減少させ、光学素子の光学特性の維持期間を大幅に延長することが可能となる。
【００１３】
本実施例で使用したグロー放電は、１０−１Ｐａ以上の圧力下で発現する放電現象である。この放電で生ずるプラズマの電子エネルギー密度は極めて高く、またエネルギー分布が広いため、化学反応を効果的に引き起こすことができる。一般に、ほとんどの原子・分子の外殻電子の結合エネルギーは数ｅＶの程度であるのに対して、上記のプラズマによる反応においては数十ｅＶのエネルギーを与えることができるため、ほぼすべてのコンタミネーション分子の結合エネルギーを超えている。このため残留ガスの分解に非常に効果的である。このように、上記に詳述したコンタミネーションガスの分解処理を定期的に行うことによって、コンタミネーションガスが露光装置内にとどまる時間を大幅に減少させ、コンタミネーションの付着による光学素子の汚染を抑えることが可能となる。
【００１４】
（実施の形態２）
図２は、本実施形態の、光学機器の一例としての露光装置の模式図である。真空チャンバー２０１内にガス分解処理システムと露光システムとが設けられ、真空状況下で露光処理を行うため真空ポンプ２０２を備えている構成である。
【００１５】
露光システムとしては、不図示の光源と複数の光学素子１０６とが配備され、レチクルステージ１０４及びウェハーステージ１０８を備えている。複数の光学素子１０６は露光光に対して適切な入射角と反射角または屈折角をもつよう配備されている。
【００１６】
露光システムとしては、不図示の光源と複数の光学素子２０６とが配備され、レチクルステージ２０４及びウェハーステージ２０８を備えている。複数の光学素子２０６は露光光に対して適切な入射角と反射角または屈折角をもつよう配備されている。露光処理時には、レチクルステージ２０４にレチクル２０５が、ウェハーステージ２０８上にウェハー２０７がそれぞれ配備される。
【００１７】
一方、ガス分解処理システムとして、放電現象発生手段であるペニング放電管２０９を複数設置しており、放電管の交換用のためにロードロック室２１０を備えている。図３にてペニング放電管の拡大図を示している。ペニング放電管のアノード３０１はカソード３０２を覆おうように配備されていて、カソード３０２はアノード内部に複数設置されている。また、一対のアノード間に磁場を発生させる手段として磁石３０３を配備し、約２０００ガウスの磁場をほぼ一様にペニング放電管内部に形成している。カバー３０４は、ペニング放電管２０９全体を覆っている。
【００１８】
上記のガス分解処理システムと露光システムとを、電気的および光学的に分離する手段として実施例１と同様に遮光板２０３が設けられていて、遮光板２０３は一定の間隔で切り取り部が設けられている。この遮光板の切り取り部が互いに相補的になるよう二重に配備する。このことによりガス分解処理システムに発生する放電や放電に伴う光が、露光システムへ到達しないようにすることができる。遮光板２０３は導電性のあるＡｌで出来ており、ガス分解処理システム側の面にはＴｉＯ２膜が施されている。また実施例１と同様に遮光板２０３を三重以上に多重配備することもできることは言うまでもない。
【００１９】
ガス分解処理を行う際は、ガス供給口１１２よりＨｅガス等の不活性ガスを供給し真空チャンバー内圧力を１０−４Ｐａ程度に調整する。カソード３０２に５ｋＶの電圧をかけると、アノード３０１との間に、印加された磁場によって誘起されるいわゆるペニング放電現象によるプラズマが発生する。露光システムにおけるステージなどの機構から発生するコンタミネーションガスや、ウェハー上の感光剤からの有機物コンタミネーションガスは、減圧下のため、遮光板の隙間より等方的に拡散し、真空チャンバー２０１内全体に広がる。そののちペニング放電管２０９に発生したプラズマによって分解され、真空ポンプ２０２によって排気される。
【００２０】
放電方法として、ペニング放電は１０−４Ｐａ以下との非常に低圧下で放電維持できるため、露光装置内部などの圧力が非常に低い環境下においても有効な放電現象である。反応性が高いチタンなどをペニング放電管内壁に用いることにより、周囲のガスをペニング放電管の管内に吸収能力が格段と向上することが知られている。ペニング放電によって発生したプラズマにおいてもコンタミネーション分子の結合エネルギーに対して十分高いエネルギーを与えることができる。したがって本実施例において詳述したペニング放電管を使用するとグロー放電を使用した場合より低い圧力下においてもコンタミネーションガスを分解することが可能となる。上述のガス分解処理を定期的に行うことによりコンタミネーションガスが露光装置内にとどまる時間を大幅に減少させることができ、光学素子の汚染を低減することが可能となる。その後定期的に、ロードロック室２１０より、ペニング放電管２０９を交換することにより、露光装置内部に配備された露光システムを直接に大気解放する頻度を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明実施の形態１記載の、露光装置の模式図
【図２】本発明実施の形態２記載の、露光装置の模式図
【図３】本発明実施の形態２記載の、ペニング放電管の拡大図
【符号の説明】
【００２２】
１０１  真空チャンバー
１０２  真空ポンプ
１０３  遮光板
１０４  レチクルステージ
１０５  レチクル
１０６  光学素子
１０７  ウェハー
１０８  ウェハーステージ
１０９  カソード
１１０  アノード
１１１  放電により発生したプラズマ
１１２  ガス供給口
【図１】
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【図２】
2007287734.tif 000004
【図３】
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