JPH11195576A

JPH11195576A - 露光装置

Info

Publication number: JPH11195576A
Application number: JP9366723A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Suzuki; 康之鈴木; Kenji Ando; 謙二安藤; Minoru Otani; 実大谷; Riyuuji Hiroo; 竜二枇榔; Hidehiro Kanazawa; 秀宏金沢
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】長期間使用しても、露光照度の低下や、ウエ
ハ上での照度ムラの変化が少なく、安定して露光が行え
る露光装置を提供する。【解決手段】光源から発した光をレンズを含む光路上
を通過させ、レチクルを通して、露光対象物上に露光す
る露光装置において、露光光の入射するレンズ表面、ミ
ラー表面の少なくとも一部を外気と遮断可能な容器で覆
い不純物を除去した酸化性ガスで該容器内をパージ可能
な構成とするとともに、該容器内において、親水基をも
つ不純物物質をトラップする機構を設け、さらにレンズ
表面、ミラー表面に露光光波長域において透明で光耐久
性があり、かつ疎水性を有する物質をコーティングする
構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
等に用いられる露光装置に関し、特に縮小露光系を含む
ステッパ露光装置等の露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステッパ露光装置は、レチクルないしマ
スク（本明細書ではまとめてレチクルと呼ぶ）上のパタ
ーンを１／１０ないし１／５に縮小して半導体ウエハ上
のフォトレジスト膜等の露光対象物上に結像させる。半
導体装置の高集積化、小型化に伴い、ステッパ露光装置
の露光波長は水銀ランプのｇ線からｉ線へと短波長化
し、さらにはエキシマレーザのＫｒＦレーザ光やＡｒＦ
レーザ光へと短波長化を進めている。これらの露光に用
いられる紫外線は、フォトンエネルギーが高く、照射さ
れたフォトレジスト等の感光体に化学変化を生じさせ、
レチクルパターンを露光対象物上に形成させる。

【０００３】図４は、従来のステッパ露光装置を示す。
図４においては、照明系の鏡筒４０１内に、紫外線を発
光するランプ４１と、ランプ４１から発した光をレチク
ル４４上に照射するためのコンデンサレンズ４２が配置
されている。ランプ４１から発し、コンデンサレンズ４
２で平行光束にされた光はレチクル４４を照射する。さ
らに、レチクル４４の開口部を通過した紫外光は、投影
系鏡筒４０２内を通過し、縮小投影系レンズ群４５によ
って集束され、半導体ウエハ４７上に塗布されたフォト
レジスト膜を露光する。なお、半導体ウエハ４７は、ベ
ース４８上に固定されたＸＹステージ４９に載置されて
いる。半導体ウエハ４７上に塗布されたフォトレジスト
膜を、図４で省略されているシャッタや絞り等により、
適当な照度で露光した後、ＸＹステージ４９を移動し、
同様の手順で繰り返し露光を行なう。

【０００４】ステッパの処理速度を高めるためには、照
明系および露光系の全レンズ群を透過する光量を大き
く、安定化することが必要で、また、フレアや露光対象
物上の照度ムラは極力抑えなければならない。通常、透
過率を高め、フレアを抑えるために、レンズ表面に露光
波長に対する反射防止膜を形成する。またミラー表面に
は、反射率を高め、光量を増大するために、金属および
誘電体多層膜で構成される増反射膜が形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ｇ線、およびｉ線のス
テッパを長期間使用すると、図４における照明系レンズ
群４２や投影系縮小レンズ群４５を構成するレンズ表面
や、図示しないミラー表面の紫外線露光光の照射された
部分にくもりや、有機物が堆積する。一般的にこれらレ
ンズやミラー等の光学素子の表面には露光波長に対する
反射防止膜や増反射膜等がコーティングされており、く
もりや有機物が堆積することで反射率が変化するため
に、光学系全系の透過率が減少するとともに、露光光の
散乱も発生していた。くもりの堆積や有機物付着が光学
系を構成する光学素子の面内においてムラがあると、露
光対象物上の照度ムラとなってしまうこともあった。ま
た、レンズ群表面に付着した堆積物が露光光を吸収する
場合には、同様にレンズの透過率の減少や、レンズ面内
の透過率のムラが生じる。さらには、露光光の吸収によ
ってレンズ等の温度変化を起こし、露光性能を劣化す
る。このような状態になると、ステッパの投影照度が減
少し、照度ムラが発生し、フレア等が大きくなり、また
焦点位置ずれ、解像性能の劣化など、性能が全体として
低下してしまう。

【０００６】露光波長がエキシマＫｒＦレーザ（２４８
ｎｍ）、ＡｒＦレーザ（１９３ｎｍ）と短波長になり、
フォトンエネルギーのエネルギー密度が大きくなると、
レンズ表面に付着していた分解除去されやすい有機の付
着物は、レーザの照射によりレンズ表面から酸化除去さ
れ、レーザ照射停止時には、有機物の再付着が起るとい
うように、短期間においても露光面での照度が変化する
などの問題があった。

【０００７】一方で、高フォトンエネルギーにより光学
系が置かれている雰囲気中の不純物物質から新たな活性
種が形成され、低エネルギー光では生成されなかった新
たな付着物の堆積を生じるという問題があった。

【０００８】以上の問題点を解決するために、特開平７
−２０１７０２では非酸化性ガスであるＮ₂等のガスで
鏡筒内を充填する改善策が開示されている。また、特開
平７−２７３０１６ではシールガラスでレンズ等への付
着を防止し、シールガラスを交換可能にすることで、性
能劣化を防止する改善策が開示されている。

【０００９】しかしながら、鏡筒内をＮ₂で充填して、
酸化反応を抑制することはできても、鏡筒内には、レン
ズと鏡筒固定のための接着剤や、鏡筒内部表面に付着し
た有機物等の酸素も含む汚染物質が大量に存在するた
め、完全に酸化を防止することは非常に困難である。ま
た、酸化によらない付着物堆積を防ぐこともできない。
さらには、付着の原因となる不純物物質は非常に低濃度
でも、レンズ表面に吸着して濃縮され、レンズ表面で反
応してしまうため、長期にわたって付着物を生じないレ
ベルに不純物を除去することは事実上非常に困難であっ
た。すなわち、鏡筒内部の不純物の付着や、紫外光によ
る不純物の解離、合成反応等による堆積による光学性能
の劣化を防止するには十分でない。

【００１０】また、縮小露光系レンズ群は交換が非常に
困難であるなど、従来の対策では対応できないという問
題点となっている。

【００１１】本発明の目的は、いずれの露光波長におい
ても、長期間性能の劣化が少ない露光装置を提供するこ
とである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明の露光装置は、光源から発した光をレンズやミ
ラー等の光学素子を含む光路上を通過させ、レチクルを
通して露光対象物上に露光する露光装置において、前記
光学素子の少なくとも一部を密封容器で覆い容器内の不
純物濃度を低くするためにクリーンな酸化性ガスでパー
ジ可能とし、光路上に存在する光学素子の表面に露光光
の波長で透過率が高く、かつ耐光性および疎水性を有す
る物質のコーティングを施すとともに、該容器内に親水
性不純物トラップ機構を設置し、親水性不純物ガスを吸
着除去可能な構成とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の一形態で
は、光源からの光束をレンズおよびミラーを含む光学系
を介して通過させ、レチクルを通して、露光対象物上に
露光する露光装置において、前記光学系の少なくとも一
部を外気と遮断可能な容器で覆い、金属化合物や有機化
合物等の不純物および水分を除去した酸化性ガスで該容
器内をパージ可能な構成とするとともに、該容器内にお
いて親水基をもつ物質をトラップする機構を有し、露光
光の入射するレンズ表面やミラー表面の少なくとも一部
の表面には１６０ｎｍ〜３８０ｎｍの紫外光に対して透
明で、疎水性を有する物質がコーティングされているこ
とを特徴とする。

【００１４】前記レンズ表面にコーティングされる疎水
性物質は、例えば屈折率が露光波長において１．３５〜
１．５２の範囲の低屈折率材料からなり、露光光の反射
防止性能を具現化する多層膜構成の一部として最表面に
位置させる。この疎水性物質としては、例えば、ＣａＦ
₂もしくはＣａＦ₂を含む化合物が好ましく用いられ
る。また、前記光学素子の表面にコーティングされる疎
水性物質は、露光光吸収率が十分に低い（例えば０．１
％以下）ものであれば、ＣａＦ₂等以外であってもよ
い。その場合、疎水性コーティングの消衰係数ｋおよび
膜厚ｄ（ｎｍ）が以下の条件を満たすことが望ましい。ｄ＜２０ｎｍｋ＊ｄ＜０．０２ｎｍ前記トラップ機構において、トラップに用いられる物質
としては、親水性コーティング、ＴｉＯ₂もしくはＴｉ
Ｏ₂を含む化合物のコーティング、ケイ酸もしくはケイ
酸を主成分とするゲル状物質、または活性炭もしくは活
性灰を主成分とする物質を用いることができる。前記親
水性コーティングを形成する親水性物質は水に対する静
止接触角が３０°以下であり、疎水性物質は水に対する
静止接触角が５０°以上であることが好ましい。

【００１５】前記トラップに用いられる親水性物質がＴ
ｉＯ₂またはＴｉＯ₂を含む化合物コーティングである
場合、該親水性物質表面に３８０ｎｍより短波長の紫外
線を照射する機構をさらに設けることが好ましい。

【００１６】

【作用】上記の構成によれば、光路上に存在するレンズ
およびミラー保持環境下に存在する水酸基、カルボキシ
ル基、カルボニル基、アミノ基、スルホン基等の親水基
をもつ不純物物質が、レンズおよびミラー表面に吸着し
難くなるため、表面での露光光による該不純物物質の解
離や重合等の反応を抑えることが可能になる。また、気
層中で露光光により解離生成された親水性の不純物物質
がレンズおよびミラー表面へ堆積することを防止するこ
とができる。

【００１７】さらには、不純物を可能な限り除去したガ
スでパージすることで、レンズおよびミラー設置雰囲気
中の不純物物質濃度を低下し、付着物がレンズおよびミ
ラー表面に吸着もしくは合成するのを抑えるとともに、
除去しきれない有機系付着物を、酸化性雰囲気において
紫外線を照射することで酸化除去することができる。ま
た、該光学素子保持環境中の親水性不純物物質を吸着除
去することで、レンズおよびミラー表面での不純物濃度
を紫外線による反応生成物を生じないレベルにまで低下
でき、露光装置の光学性能を長期間にわたって安定化す
る。

【００１８】性能の劣化したエキシマ（ＡｒＦ）レーザ
露光レンズをフーリエ変換赤外分光装置（以下ＦＴＩＲ
と表示）によって分析し、各種のハイドロカーボン、カ
ルボン酸化合物、アクリルアミド、硫酸塩、珪酸塩等の
化合物がレンズ表面上に堆積していることを発見した。

【００１９】未使用の同一レンズ系を分析したところ、
各種のハイドロカーボンが検出された。従って、カルボ
ン酸化合物、アクリルアミド、硫酸塩、珪酸塩等は、雰
囲気中の成分やレンズアセンブリからのアウトガス成分
が反応して形成されたと判断することができる。通常、
大気中に放置されたサンプル上には各種ハイドロカーボ
ンが付着することが知られており、ハイドロカーボンに
ついては大気中で付着したものと光化学反応により形成
されたものかの区別が出来ていないが、通常のレンズ作
成工程中や洗浄後にレンズ表面に付着することは明らか
になっている。

【００２０】また、カルボン酸化合物、アクリルアミ
ド、硫酸塩、珪酸塩等の付着がどのような表面で起りや
すいか検討するため、レンズ表面に形成されている反射
防止膜の最表面層に親水性を有する、一部をＨで終端し
たＳｉＯ₂を主成分とする薄膜を用いたもの、および疎
水性を有するＣａＦ₂を主成分とする薄膜を用いたもの
に、露光装置の使用環境でレーザを照射した結果、親水
性表面を有する膜表面にのみ付着物が認められ、疎水性
表面には付着が認められなかった。前述したように、一
般にほとんどすべての表面にはハイドロカーボンが付着
し、このため、ほとんどの表面は疎水性を示すが、酸素
を含む環境中でＡｒＦレーザのような紫外線を照射する
と付着したハイドロカーボンは除去され、一部をＨで終
端したＳｉＯ₂を主成分とするような薄膜は親水性を示
すようになる。

【００２１】以上の結果から、レーザ照射環境中に存在
する親水基を有する不純物物質がレンズ表面に吸着し、
そこで紫外線レーザ照射エネルギーによる解離、合成等
の反応が生じ付着物が生成されることが判明した。本発
明は以上のような経緯に基づいてなされたものである。

【００２２】

【実施例１】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明
する。図１は本発明の一実施例に係るｉ線露光装置の要
部概略図である。図において、１０１は照明系レンズ封
止チャンバ、１０２は投影系レンズ封止チャンバ、１０
３は酸素ガスボンベ、１０４はガス純化装置、１０５は
ガス排出孔、１０６は最表面に疎水性材料を用いた反射
防止膜、１０７は親水性コーティングである。

【００２３】図１を用いて本発明の実施例１について詳
しく説明する。図１において、１１は光源としての発光
管であり、紫外線および遠紫外線等を放射する高輝度の
発光部を有している。発光管１１から放射された紫外線
はコンデンサレンズ１２や、本概略図では省略したｉ線
フィルタ、ミラー、オプティカルインテグレータおよび
ズームレンズ等の光学部品によって、レチクルを均一に
照明するよう調整されている。レチクル１４を通った紫
外光は、鏡筒１６内に収められた縮小露光系レンズ群１
５を密封する封止チャンバ１０２内に入射し、さらに縮
小露光レンズ群１５を経て、半導体ウエハ１７上にレチ
クル１４のパターンを転写する。なお、半導体ウエハ１
７は、ベース１８上に固定されたＸＹステージ１９に載
置されている。鏡筒１６内には縮小露光レンズ群１５と
鏡筒１６を接着する接着剤や、レンズ固定治具などがあ
るが図１においては図示を省略している。

【００２４】酸素ガスボンベ１０３およびガス純化器１
０４により純化された酸素ガスを封止チャンバ１０２内
に導入する。ここで用いる酸素ガスはクリーンルーム内
に混入する有機溶剤や有機金属系ガスの他、光化学反応
によって固形物を生成する不純物ガスを封止チャンバ１
０２内より除去し、不純物レベルを可能な限り低く抑え
るようにしている。封止チャンバ１０２内にある鏡筒１
６には、この純化された酸素ガスが縮小露光系レンズ群
１５に効率よく行き渡るように、貫通孔１０８が開けら
れている。この酸素ガスを封止チャンバ１０２内にしば
らく流し、鏡筒内の不純物ガスを十分に置換する。その
後、酸素ガスを流しながら露光を行なう。

【００２５】露光装置の光学性能を安定化するために
は、露光光の照射される光学素子の光学性能の安定化が
必要で、すなわちレンズ透過率やミラー反射率等の光学
性能を劣化する不純物の付着、堆積を防止することが肝
要である。一般に、レンズやミラー表面には多層の反射
防止膜や増反射膜が形成されており、わずかな付着、堆
積でも光学性能が大幅に変化してしまう。

【００２６】封止チャンバ１０２内は純化された酸素ガ
スでパージされ、非常に不純物の少ない環境に維持され
てはいるが、レンズ鏡筒内にはレンズと鏡筒の接着剤
や、鏡筒表面に吸着している不純物等が存在し、いかに
不純物を除去しようとも限界がある。鏡筒内に存在する
不純物は鏡筒内表面において、吸着・脱離を繰り返し、
いずれはパージガスである酸素とともに鏡筒外に貫通孔
１０８より排出される。しかしながら、完全に不純物を
除去するには非常に時間がかかり、また、装置のメンテ
ナンス等により、パージガスを停止せざるを得ず、この
間に鏡筒内が再汚染されることにもなり、完全に不純物
のない環境下で露光を行なうことは非常に困難である。

【００２７】このような状況において、レンズやミラー
等の光学部品上に不純物の付着、堆積をなくすために
は、不純物を除去するのみならず、付着物の除去、堆積
の防止を行なわねばならない。付着物は、各種のハイド
ロカーボンや、カルボン酸化合物、アクリルアミド等で
あるが、ハイドロカーボンは紫外線照射の有無によらず
付着が起こり、酸化性雰囲気で紫外線を照射することで
酸化除去できる。そのために、本実施例ではレンズ環境
を酸素雰囲気とし、紫外線の露光光が照射されること
で、酸化除去できる構成としている。一方、水酸基、カ
ルボキシル基、カルボニル基、アミノ基、スルホン基等
を有する親水性不純物は、紫外線のエネルギーによっ
て、分解・重合し、付着物として堆積し、酸化除去でき
ない堆積物が形成される原因となることがある。

【００２８】このような親水性不純物は疎水性表面にお
ける付着、滞留時間が親水性表面に対しては非常に短く
なる。この結果、疎水性表面で紫外線のエネルギーによ
り解離・重合等の反応を起こす確率が低くなり、付着物
を形成し難くなる。

【００２９】そこで、本実施例ではわずかな堆積も防止
するために、レンズ上に最表面に疎水性材料を用いた多
層反射防止膜１０６を形成している。図１では１枚のレ
ンズにのみ疎水性材料を用いた反射防止膜が形成されて
いるように示されているが、露光光が照射される全光学
素子表面にコーティングすることがより望ましい。ここ
で用いられる疎水性材料は、使用する紫外露光光に対す
る光耐久性に優れていることが必要であり、さらには紫
外露光光の透過率が高く、吸収のない材料を用いなけれ
ばならない。疎水性コーティングとしては一般にアルキ
ル基や、フェニル基などをもつ有機材料が用いられる
が、紫外線露光装置では、非常に高強度の紫外線が用い
られ、耐久性の面から望ましくない。光耐久性のないコ
ーティングでは、紫外線により分解され汚染源となる可
能性もある。したがって、光耐久性の優れた無機材料が
より適している。本実施例の疎水性コーティングとして
は、レンズ表面の反射防止コーティングの最表面層（エ
アー隣接層）を疎水性を有するコーティングとするた
め、屈折率が１．３５〜１．５２程度の低屈折率材料で
あることが望ましく、ＣａＦ₂コーティングおよびＣａ
Ｆ₂を主成分とするコーティングを使用した。ＣａＦ₂
コーティングは１６０ｎｍ〜可視域にわたって、吸収が
なく、光耐久性に優れているため、反射防止膜の最表面
コーティングとして好適な材料である。

【００３０】本実施例では疎水性コーティングを反射防
止膜の最表面コーティングとして用いたが、必ずしも反
射防止に寄与するコーティングである必要はなく、光学
性能に影響しない厚さ２０ｎｍ以下のコーティングでも
付着物防止には同様の効果が得られる。この程度の厚さ
であれば、露光光波長において吸収があっても使用可能
であり、疎水性コーティングの消衰係数ｋと膜厚ｄ（ｎ
ｍ）の関係がｄ＜２０ｎｍかつｋ＊ｄ＜０．０２であることが望ましい。これは吸収になおすと０．１％
に相当し、これ以上の吸収では光学素子の温度上昇を招
き、露光性能が劣化する。膜厚が厚すぎると反射特性に
影響を及ぼし、例えばＣａＦ₂のような屈折率の低いコ
ーティングの場合、反射防止膜やハーフミラー表面にコ
ーティングすると反射率の変化を招く結果となる。２０
ｎｍ以下の厚さであれば、特別な場合を除き、光学性能
を意識することなくコーティングを施すことができる。

【００３１】従来、誘電体ミラー表面には屈折率の高い
材料が使われていたが、ミラーの場合、本実施例に示す
ように最表面をＣａＦ₂のような屈折率の低い材料をコ
ーティングしても反射特性にはほとんど影響がない。す
なわち、ミラーの場合、吸収がなければ厚さを特に限定
する必要はないが、通常、消衰係数が０であることはな
く、吸収の面から上記の範囲内であることが望ましい。

【００３２】また、レンズ保持環境中の親水性不純物濃
度を極力抑えるために、鏡筒内面に親水性コーティング
１０７を施し、トラップする構成としている。鏡筒１６
内に導入するガスの除去しきれなかった不純物をレンズ
近傍でトラップすることができるので、レンズ表面に吸
着する不純物ガス濃度を減少するのに非常に効果が高
い。この親水性コーティング１０７表面には経時的にハ
イドロカーボン等の疎水性膜が付着するが、この疎水膜
はレンズ表面同様常に酸化除去することができ、不純物
トラップを長期間安定して行なうことができる。親水性
コーティング１０７としては、蒸気圧が低く、ガスの発
生を起こさない無機材料が適しており、水素終端された
ＳｉＯ₂等の金属酸化物等が適している。

【００３３】本実施例では、親水性不純物のトラップに
親水性コーティング１０７を鏡筒内面に施しているが、
親水性不純物のトラップとして、ケイ酸もしくはケイ酸
を主成分とするゲル状物質または、活性炭もしくは活性
炭を主成分とする物質のように、表面積が大きく、親水
性不純物を大量に吸着除去できるトラップであれば良
い。

【００３４】こうして、露光装置の光学性能を変化させ
るレンズやミラー表面の付着物の堆積を防止し、さらに
付着するハイドロカーボンを常に除去でき、露光装置の
性能を長期間に渡って安定化することが出来る。

【００３５】本実施例ではｉ線露光装置を例示したが、
ｇ線、エキシマＫｒＦ、ＡｒＦ等の露光装置において
も、レンズやミラー等の光学素子の表面の付着物除去お
よび堆積防止効果によって、光学性能が安定化する。本
実施例ではパージガスとして酸素ガスを用いているが、
酸素ガスにＮ₂やＡｒ等の不活性ガスを混入しても、ハ
イドロカーボンの酸化除去性能に変化を与えない程度で
あれば良い。好適な酸素濃度は０．５％以上である。こ
のパージガスとしては極力レンズ鏡筒内の不純物を除去
した環境を安価に維持でき、大気と屈折率の差が少ない
ガスを用いることが望ましく、酸素ガスまたは酸素ガス
とＮ₂もしくはＡｒガスとの混合ガス等が適している。

【００３６】露光波長がエキシマＡｒＦの１９３ｎｍの
場合、光路上に存在する酸素ガスは露光光を吸収するた
め、可能な限り除去する必要がある。従ってこの場合、
酸化性ガスとして酸素ガスを使うことは好ましくない。
このような場合、露光の合間に定期的にオゾンガスを流
し、レンズや親水性表面に付着したハイドロカーボンを
取り除くなどの対策をとる。

【００３７】また、本実施例では縮小露光系レンズのみ
の付着防止の実施例を示したが、照明系レンズについて
も、ガス導入機構、循環孔、排出孔、疎水性表面コーテ
ィングを利用すれば、まったく同様の処理が可能である
ことは言うまでもない。

【００３８】なお、封止チャンバ１０１、１０２の露光
光照射部の大気側には付着物が形成されやすいが、この
部分には防着ガラス等を配置し、着脱容易にして交換す
る。

【００３９】図１に示した露光装置を用いれば、レンズ
表面に付着して反射率を変化させたり、ｉ線を散乱、吸
収するような物質の付着防止や除去が可能になり、透過
率、照度ムラが変化せず、長期間安定して露光すること
が可能になる。また、レンズ群を分解し清掃するなどの
手間がかからず、装置を効率よく使用することが出来
る。

【００４０】

【実施例２】図２に本発明の第２の実施例を示す。図２
において、１０６は疎水性コーティング、２０１，２１
０は親水性を有する活性酸素生成触媒、２０２は紫外線
ランプ、２０３はガス混合・切り替え器、２０４はガス
純化器、２０５はＫｒＦエキシマレーザ、２０６はミラ
ー、２０７は窒素ガス、２０８は酸素ガス、２０９は紫
外線透過可能な封止ボックスである。

【００４１】図２を用い本実施例について詳しく説明す
る。レーザ２０５から放射されたレーザ光はミラー２０
６、コンデンサレンズ１３ならびに本概略図では省略し
たオプティカルインテグレータおよびズームレンズ等の
光学部品によって、レチクル１４を均一に照明するよう
調整されている。レチクル１４を通ったレーザ光は、鏡
筒１６内に収められた縮小露光系レンズ群１５を密封す
る封止ボックス２０９内に入射し、さらに縮小露光レン
ズ群１５を経てウエハ１７上にレチクル１４のパターン
を転写する。

【００４２】図２の光学系において、鏡筒１６内には縮
小露光レンズ群１５と鏡筒１６を接着する接着剤やレン
ズ固定治具などがあるが図示を省略している。また、疎
水性コーティング１０６が縮小露光レンズ群１５の１つ
のレンズの表面にのみコーティングされているように図
示されているが、他のレンズ表面や、さらにミラー２０
６およびコンデンサレンズ１３の表面にも施すことがよ
り望ましい。

【００４３】露光を行なう前に、窒素ガス２０７および
酸素ガス２０８を所定の混合比でガス混合・切り替え器
２０３ならびに図２では省略したガスボンベのレギュレ
ータおよびマスフローメータにより混合したガスを純化
器２０４で純化し、封止ボックス２０９内を十分にパー
ジする。ここで使用する窒素ガスおよび酸素ガスは、ハ
イドロカーボン、有機金属およびＮＨ₄等のデポジショ
ンを起こす不純物を極力除去したものとし、純化器２０
４の寿命を延ばすようにしている。

【００４４】窒素・酸素混合ガスでパージした後、紫外
線ランプ２０２を点灯し、封止ボックス２０９内にコー
ティングされた活性酸素生成触媒２０１に紫外線を照射
する。この時、活性酸素生成触媒２０１としては親水性
を有するように表面を加工したＴｉＯ₂もしくはＴｉＯ
₂を含む化合物の薄膜を用いることができる。また、封
止ボックス２０９は触媒に有効に紫外性が照射されるよ
う、紫外線の透過率が高い材料、例えば石英等が適して
いる。

【００４５】親水性を有するＴｉＯ₂もしくはＴｉＯ₂
を含む化合物の薄膜は、封止ボックス２０９内の親水性
不純物のトラップとして機能する。親水性を有するＴｉ
Ｏ₂表面に吸着した親水性不純物およびハイドロカーボ
ン等の有機汚染物質は親水性表面であったＴｉＯ₂表面
を疎水性に変え、徐々にトラップ効果は減少してしま
う。ここで、ＴｉＯ₂は３８０ｎｍ以下の紫外線を照射
することで、表面に付着した有機汚染物質を除去する効
果があることが知られている。本実施例においても、ト
ラップ効果の減少したＴｉＯ₂薄膜に紫外線を照射した
ところ、ＴｉＯ₂表面に付着した不純物物質を除去でき
ることがわかった。すなわち、酸素雰囲気中でＴｉＯ₂
薄膜に紫外線を照射することで、トラップ性能を回復で
きる。付着した有機汚染物質は、活性酸素の効果によ
り、Ｈ₂ＯやＣＯ₂等のガス成分に変化し、パージガス
によって排出口１０５より封止ボックス２０９外へ排出
される。本実施例では活性酸素生成触媒薄膜の裏面側か
ら紫外線を照射する構成となるため、薄膜の厚さは０．
１μｍ〜１０μｍ程度であることが望ましい。

【００４６】一方、鏡筒１６の内面にコーティングされ
た活性酸素生成触媒２１０は露光中、常に露光光が散乱
された紫外線で照射されており、表面の付着物を分解除
去して親水性を維持し、不純物トラップとして機能する
ことができる。疎水性コーティング１０６が施されたレ
ンズやミラーの表面には親水性不純物が付着しにくいた
め、紫外線と付着物の反応によるカルボン酸塩、硫酸
塩、珪酸塩等の堆積をおさえることができる。

【００４７】以上のように、レンズやミラー等の光学素
子を清浄な酸化性ガス雰囲気下におき、光学素子表面に
は疎水性薄膜を形成し、素子を取り囲む容器内面には親
水性コーティングを施すとともに、該親水性コーティン
グをＴｉＯ₂、もしくはＴｉＯ₂化合物の活性酸素生成
触媒薄膜とし、該活性酸素生成触媒薄膜に紫外線を照射
する機構を設けることによって露光器の光学性能を長期
間に渡って安定に維持することが可能となる。

【００４８】なお、本実施例では窒素・酸素混合ガスを
使用しているが、酸素ガス、または酸素ガスとＡｒ、Ｎ
ｅ等の不活性ガスの混合ガスでも良く、また、金属不純
物、有機不純物等を除去した空気でも良い。但し、安価
で、高純度のガスが入手でき、屈折率が大気と同程度の
ものであることが望ましい。

【００４９】本実施例ではＫｒＦエキシマレーザによる
露光であるため、酸素ガスを０．５％以上導入しつつ露
光を行なうことが可能である。しかし、ＡｒＦエキシマ
レーザによる露光を行なう場合、光路上の酸素ガスは露
光光を吸収するため、ガス混合・切り替え器２０３によ
り、露光中は酸素ガスを導入せず、ウエハやマスクの交
換時、ロット切り替え時または一定時間ごと等、定期的
に酸素ガスを導入してレーザを照射し、親水性表面に付
着した不純物の除去を行なう。

【００５０】また、本実施例では、鏡筒１６の内面にコ
ーティングされた活性酸素生成触媒薄膜２１０だけでな
く、封止ボックス２０９内面にも活性酸素生成触媒薄膜
２０１を設け、かつ封止ボックス２０９の外側にこの活
性酸素生成触媒薄膜２０１を照射する紫外線照射装置２
０２を設けているが、汚染物質が少ない状態が維持でき
れば、鏡筒内面にコーティングされた活性酸素生成触媒
薄膜２１０だけでも鏡筒１６内の不純物をトラップし露
光性能を維持することができる。

【００５１】また、酸素ガス２０８と純化器２０４の間
にオゾン発生器を設置し、定期的にオゾンガス等の活性
なガスを封止ボックス２０９内に導入しても、親水性表
面に付着した有機薄膜の除去でき、トラップ効果を維持
することができ、露光性能安定化の効果が得られる。

【００５２】

【実施例３】図３はクリーンルーム環境下でＡｒＦエキ
シマレーザを基板上に照射し、基板表面の水との静止接
触角と、レーザパワー１０ｍＪ／ｃｍ²、１×１０⁸ シ
ョット照射における基板上の堆積物質量の関係を示した
グラフである。

【００５３】図から明らかなように、静止接触角が増加
するに伴い、堆積物の析出量が減少する。図のレーザパ
ワー１０ｍＪ／ｃｍ²、１×１０⁸ ショット照射後の質
量変化から、静止接触角が５０°以上であれば、ほとん
ど堆積物の付着が認められず、露光器の性能安定化の仕
様を満足できることがわかった。一方、静止接触角が３
０°以下であれば堆積物が析出し、不純物のトラップと
しての効果が期待できる。

【００５４】以上の結果から、レンズやミラー等の紫外
線露光光が照射される光学素子表面には水との静止接触
角が５０°以上になるよう、疎水性コーティングを施
し、一方で、該光学素子を取り囲む鏡筒等の容器内表面
には水との静止接触角が３０°以下となるような親水性
コーティングを施すことによって、紫外線の照射による
光学素子表面への堆積物の付着を抑え、光学特性を安定
化することができる。また、このような構成とすること
で、露光装置の露光量、照度ムラ等を安定化でき、露光
装置の稼働率を向上することができる。

【００５５】本実施例では、疎水性コーティングとして
ＣａＦ₂およびＣａＦ₂、ＳｉＯ₂の化合物薄膜を用い
その組成比を変化させて静止接触角を変化させた。これ
は、これらの無機材料が真空紫外線波長域においても光
耐久性に優れ、吸収もなく、安定した材料であるからで
あるが、疎水性を有し、真空紫外線波長域においても光
耐久性に優れ、吸収がなければどのような材料でも使用
可能であり、一般に弗化物が適している。親水性材料に
ついては、本実施例では水素終端されたＳｉＯ₂を用い
ているが、親水性材料に関しては、紫外線に対する光耐
久性、吸収の問題はなく、各種の酸化物、シリカゲル、
活性炭等の表面積が大きく、親水性不純物を吸着しやす
いものが適している。

【００５６】

【デバイス生産方法の実施例】次に上記説明した露光装
置を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。
図５は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、
液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン
等）の製造のフローを示す。ステップ１（回路設計）で
はデバイスのパターン設計を行なう。ステップ２（マス
ク製作）では設計したパターンを形成したマスクを製作
する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコンや
ガラス等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマ
スクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエ
ハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立
て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製された
ウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセ
ンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージ
ング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６
（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの
動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こう
した工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷
（ステップ７）される。

【００５７】図６は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン
打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では上記説明した光学系を有する露光
装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光
する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像
する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジス
ト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥
離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取
り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによっ
て、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

【００５８】本実施例の生産方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造す
ることができる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
紫外線を用いる露光装置を長期間にわたって安定に動作
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る露光装置のレンズ系
を示す概略断面図である。

【図２】本発明の他の実施例に係る露光装置のレンズ
系を示す概略断面図である。

【図３】本発明の実施例に係るレンズ表面および不純
物トラップコーティングの静止接触角と堆積物の関係を
示す図である。

【図４】従来の技術による露光装置のレンズ系を示す
概略断面図である。

【図５】微小デバイスの製造の流れを示す図である。

【図６】図５におけるウエハプロセスの詳細な流れを
示す図である。

【符号の説明】

１１：光源、１２：コンデンサレンズ、１４：レチク
ル、１５：縮小露光系レンズ、１６：鏡筒、１７：シリ
コンウエハ、１０１，１０２：封止チャンバ、１０３：
酸素ガス、１０４：ガス純化器、１０５：ガス排出口、
１０６：疎水性コーティング、１０７：親水性コーティ
ング、１０８：ガス排出用貫通口、２０１，２１０：親
水性を有する活性酸素生成触媒、２０２：紫外線ラン
プ、２０３：ガス混合・切り替え器、２０４：ガス純化
器、２０５：ＫｒＦエキシマレーザ、２０６：ミラー、
２０７：窒素ガス、２０８：酸素ガス、２０９：紫外線
透過可能な封止ボックス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者枇榔竜二東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者金沢秀宏東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの露光光束を光学系を介して通
過させ、レチクルを通して露光対象物上に露光する露光
装置において、前記光学系の少なくとも一部を外気と遮断する容器と、
金属化合物、有機化合物等の不純物および水分を除去し
た酸化性ガスで該容器内をパージする手段と、該容器内
において親水基をもつ物質をトラップするトラップ機構
とを有し、前記光学系を構成する光学素子の表面のうち
少なくとも一部の表面には１６０ｎｍ〜３８０ｎｍの紫
外光に対して透明で、疎水性を有する物質がコーティン
グされていることを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記光学素子がレンズであり、該レンズ
の表面にコーティングされる疎水性物質の屈折率が露光
波長において１．３５〜１．５２の範囲の低屈折率材料
からなる、露光光の反射防止性能を具現化する多層膜の
一部であり、該多層膜の最表面に位置することを特徴と
する請求項１記載の露光装置。
【請求項３】前記疎水性物質がＣａＦ₂またはＣａＦ
₂を含む化合物であることを特徴とする請求項１または
２記載の露光装置。
【請求項４】前記光学素子の表面にコーティングされ
る疎水性物質の消衰係数ｋおよび膜厚ｄ（ｎｍ）がｄ＜２０ｎｍｋ＊ｄ＜０．０２ｎｍの条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の露光装
置。
【請求項５】前記トラップ機構において、トラップに
用いられる物質が、親水性コーティングであることを特
徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項６】前記疎水性物質の水に対する静止接触角
が５０°以上であり、前記親水性コーティングの水に対
する静止接触角が３０°以下であることを特徴とする請
求項１記載の露光装置。
【請求項７】前記トラップ機構において、トラップに
用いられる物質がＴｉＯ₂またはＴｉＯ₂を含む化合物
のコーティングであって、該親水性物質表面に３８０ｎ
ｍより短波長の紫外線を照射する機構をさらに有する請
求項１記載の露光装置。
【請求項８】前記トラップ機構において、トラップに
用いられる物質がケイ酸もしくはケイ酸を主成分とする
ゲル状物質であることを特徴とする請求項１記載の露光
装置。
【請求項９】前記トラップ機構において、トラップに
用いられる物質が活性炭もしくは活性灰を主成分とする
物質であることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれかに記載の露光
装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバ
イス製造方法。