JP2006049758A - 露光装置の制御方法、並びに、これを用いた露光方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
光学素子の特性を長期間にわたって良好に維持することができる露光装置の制御方法を提供すること。
【解決手段】
質量分析装置８７によって酸化性ガスや被膜形成ガスである劣化要因ガスの分圧が監視されており、制御装置９０の制御下でガス供給装置８６からの劣化抑制ガスが真空容器８４中に適宜導入されるので、投影光学系７０等を構成する光学素子の光学特性を長期間にわたって良好に維持することができる。また、照度センサ８８によって投影光学系７０等を構成する光学素子の反射率低下が監視されており、制御装置９０の制御下でガス供給装置８６からの劣化抑制ガスが真空容器８４中に適宜導入される。これによっても、投影光学系７０等を構成する光学素子の光学特性を長期間にわたって良好に維持することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マスクのパターン像を基板上に形成する露光装置の制御方法、並びに、これを用いた露光方法及び装置に関する。

近年、半導体集積回路の微細化に伴い、光の回折限界によって達成される光学系の解像度を向上させるため、紫外線を用いた露光技術が開発されている。また、紫外線に代えてこれより短い波長（例えば１１〜１４ｎｍ）の極端紫外線を用いた露光技術も開発されつつある（特許文献１参照）。
特開２００３−１４８９３号公報

以上のような露光装置内において、紫外線や極端紫外線下で照明や投影用の光学系が使用される場合、かかる光学系のおかれる環境を不活性ガス雰囲気や真空としても、光学系を構成する光学素子の周囲から酸素、水分、有機物等を完全に排除することができない。一方、紫外線や極端紫外線は大きなエネルギーをもつ。この際、酸素や水分と光学素子表面の物質とが紫外線や極端紫外線に照射されることで酸化反応を起こしてしまう。また、有機物と光学素子表面の物質とが紫外線や極端紫外線に照射されることで光化学気相堆積（光ＣＶＤ）を起こし、光学素子表面にカーボン膜が生成してしまう。これらの現象により、光学素子の透過特性や反射特性が劣化してしまい、光学系の寿命が短くなるという問題が生じる。

そこで、本発明は、光学素子の特性を長期間にわたって良好に維持することができる露光装置の制御方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、光学素子の特性を長期間良好に維持できる上記制御方法を用いた露光方法及び露光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、第１の発明に係る露光装置の制御方法は、露光装置の光学系を収容する容器中における酸素、水、及び有機物の少なくとも１つを含む劣化要因ガスの分圧をモニタする工程と、容器中における劣化要因ガスの分圧に対して還元性ガス、酸化性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも１つを含む劣化抑制ガスの分圧が所定範囲の比率となるように、劣化要因ガスのモニタ結果に応じて容器中に劣化抑制ガスを導入する工程とを備える。

上記制御方法では、容器中における劣化要因ガスの分圧に対して劣化抑制ガスの分圧が所定範囲の比率となるように、劣化要因ガスのモニタ結果に応じて容器中に劣化抑制ガスを導入するので、劣化要因ガスによる光学素子表面の酸化やカーボン成長の効果を劣化抑制ガスによって適宜相殺することができる。この際、劣化要因ガスと劣化抑制ガスとの分圧比を所定範囲とすることで、劣化抑制ガスの作用が過剰となって光学素子に逆のダメージを与える可能性を制限することができる。よって、光学素子延いては露光装置用の光学系の特性を長期間にわたって良好に維持することができる。

第２の発明は、第１の発明に係る制御方法において、劣化要因ガスが、酸素及び水の少なくとも１つを含む酸化劣化性ガスであり、劣化抑制ガスが、還元性ガス及びフッ素化ガスの少なくとも１つを含む酸化阻止ガスである。この場合、例えばエネルギーの高い光線の存在下で、光学素子が表面から酸化反応によって浸食されることを防止でき、或いは光学素子の表面に特性劣化の原因となる酸化膜が形成されることを防止でき、光学素子の透過特性や反射特性を長期間にわたって良好に維持することができる。

第３の発明は、第２の発明に係る制御方法において、劣化抑制ガスとしての酸化阻止ガスに関する所定範囲の比率が１×１０^−７から１×１０^４である。この際、排気用の真空ポンプの安全・確実な動作を確保しつつ還元性ガス若しくはフッ素化ガスの雰囲気による弊害を抑えるべく、これら酸化阻止ガスについての上限比率１×１０^４が定められており、酸化阻止ガスによる効果の確保とモニタ用センサの感度の下限とを考慮して、酸化阻止ガスについての下限比率１×１０^−７が定められている。

第４の発明は、第１の発明に係る制御方法において、劣化要因ガスが、有機物を含む被膜形成ガスであり、劣化抑制ガスが、還元性ガス、酸化性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも１つを含む被膜除去ガスである。この場合、例えばエネルギーの高い光線の存在下で、有機物の光ＣＶＤによって光学素子の表面にカーボン膜が生成し吸光が生じることを防止でき、光学素子の透過特性や反射特性を長期間にわたって良好に維持することができる。

第５の発明は、第４の発明に係る制御方法において、劣化抑制ガスとしての被膜除去ガスに関する所定範囲の比率が、１×１０^−２から１×１０^８の範囲である。この際、排気用の真空ポンプの安全・確実な動作を確保しつつ還元性ガス、酸化性ガス、若しくはフッ素化ガスの雰囲気による弊害を抑えるべく、これら皮膜除去ガスについての上限比率１×１０^８が定められており、皮膜除去ガスによる効果の確保とモニタ用センサの感度の下限とを考慮して、皮膜除去ガスについての下限比率１×１０^−２が定められている。

第６の発明に係る露光装置の制御方法は、露光装置の光学系を構成する少なくとも１つの光学素子の分光特性をモニタする工程と、少なくとも１つの光学素子の分光特性のモニタ結果に応じて、還元性ガス、酸化性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも１つを含む劣化抑制ガスを、少なくとも１つの光学素子を収容する容器中に導入する工程とを備える。ここで、光学素子の「分光特性」とは、露光光の波長域における光学素子の透過率や反射率等の光学特性を意味するものとする。

上記制御方法では、少なくとも１つの光学素子の分光特性のモニタ結果に応じて、還元性ガス、酸化性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも１つを含む劣化抑制ガスを導入するので、酸素等の劣化要因ガスの存在に起因する光学素子表面の酸化等の効果を劣化抑制ガスによって適宜相殺することができる。よって、光学素子延いては露光装置用の光学系の特性を長期間にわたって良好に維持することができる。

第７の発明は、第１〜６の発明に係る制御方法において、容器中に収容される光学系が、紫外線及び極端紫外線の少なくとも１つの波長域で使用される。この場合、光学素子の表面で酸化やカーボン膜生成が生じやすい露光環境となるが、上述のように劣化抑制ガスが適当なタイミングで導入されるので、かかる露光環境に拘わらず、露光装置用光学系の特性を長期間にわたって良好に維持することができる。

第８の発明に係る露光方法は、マスクのパターン像を基板上に形成するための露光方法であって、露光用の光学系を収容する容器中における酸素、水、及び有機物の少なくとも１つを含む劣化要因ガスの分圧をモニタする工程と、容器中における劣化要因ガスの分圧に対して還元性ガス、酸化性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも１つを含む劣化抑制ガスの分圧が所定範囲の比率となるように、劣化要因ガスのモニタ結果に応じて容器中に劣化抑制ガスを導入する工程とを備える。なお、容器中に劣化抑制ガスを導入するタイミングは、例えば露光処理の合間や中断中とすることができる。

上記露光方法では、劣化要因ガスの分圧に対して劣化抑制ガスの分圧が所定範囲の比率となるように、劣化要因ガスのモニタ結果に応じて容器中に劣化抑制ガスを導入するので、劣化要因ガスに起因する光学素子表面の酸化やカーボン成長の効果を劣化抑制ガスによって適宜相殺することができる。よって、光学素子延いては露光装置用の光学系の特性を長期間にわたって良好に維持することができる。

第９の発明に係る露光方法は、マスクのパターン像を基板上に形成するための露光方法であって、露光用の光学系を構成する少なくとも１つの光学素子の分光特性をモニタする工程と、少なくとも１つの光学素子の分光特性のモニタ結果に応じて、還元性ガス、酸化性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも１つを含む劣化抑制ガスを、少なくとも１つの光学素子を収容する容器中に導入する工程とを備える。

上記露光方法では、少なくとも１つの光学素子の分光特性のモニタ結果に応じて、還元性ガス、酸化性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも１つを含む劣化抑制ガスを導入するので、酸素等の劣化要因ガスの存在に起因する光学素子表面の酸化等の効果を劣化抑制ガスによって適宜相殺することができる。よって、光学素子延いては露光装置用の光学系の特性を長期間にわたって良好に維持することができる。

第１０の発明に係る露光装置は、紫外線及び極端紫外線の少なくとも１つの波長域にある光源光を発生させる光源と、光源からの光源光を転写用のマスクに導く照明光学系と、マスクのパターン像を基板上に形成する投影光学系と、マスク、照明光学系及び投影光学系のうち少なくとも一部の光学素子を収容する容器中における酸素、水、及び有機物の少なくとも１つを含む劣化要因ガスの分圧をモニタするセンサと、容器中に還元性ガス、酸化性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも１つを含む劣化抑制ガスを導入するガス導入装置と、劣化要因ガスのモニタ結果に応じてガス導入装置の動作を制御することにより、容器中における劣化要因ガスの分圧に対して劣化抑制ガスの分圧を所定範囲の比率とする制御装置とを備える。

上記露光装置では、制御装置が、劣化要因ガスのモニタ結果に応じてガス導入装置の動作を制御することにより、容器中における劣化要因ガスの分圧に対して劣化抑制ガスの分圧を所定範囲の比率とするので、劣化要因ガスによる光学素子表面の酸化やカーボン成長の効果を劣化抑制ガスによって適宜抑制・相殺することができる。よって、光学素子の特性延いては露光装置の性能を長期間にわたって良好に維持することができる。

第１１の発明は、第１０の発明に係る露光装置において、劣化要因ガスが、酸素及び水の少なくとも１つを含む酸化劣化性ガスであり、劣化抑制ガスが、還元性ガス及びフッ素化ガスの少なくとも１つを含む酸化阻止ガスである。

第１２の発明は、第１０の発明に係る露光装置において、劣化要因ガスが、有機物を含む被膜形成ガスであり、劣化抑制ガスが、還元性ガス、酸化性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも１つを含む被膜除去ガスである。

第１３の発明に係る露光装置は、紫外線及び極端紫外線の少なくとも１つの波長域にある光源光を発生させる光源と、光源からの光源光を転写用のマスクに導く照明光学系と、マスクのパターン像を基板上に形成する投影光学系と、マスク、照明光学系及び投影光学系を構成するとともに容器に収容される少なくとも一部の光学素子のうち、少なくとも１つの光学素子の分光特性をモニタするセンサと、容器中に還元性ガス、酸化性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも１つを含む劣化抑制ガスを導入するガス導入装置と、少なくとも１つの光学素子の分光特性のモニタ結果に応じて、ガス導入装置の動作を制御する制御装置とを備える。

上記露光装置では、制御装置が、少なくとも１つの光学素子の分光特性のモニタ結果に応じて、ガス導入装置の動作を制御するので、酸素等の劣化要因ガスの存在に起因する光学素子表面の酸化等の効果を劣化抑制ガスによって適宜相殺することができる。よって、光学素子延いては露光装置用の光学系の特性を長期間にわたって良好に維持することができる。

図１は、本発明の一実施形態である露光装置の構造を説明するための図である。この露光装置１０は、光学系として、極端紫外線（波長１１〜１４ｎｍ）を発生する光源装置５０と、極端紫外線の照明光によってマスクＭＡを照明する照明光学系６０と、マスクＭＡのパターン像を基板であるウエハＷＡに転写する投影光学系７０とを備え、機械機構として、マスクＭＡを支持するマスクステージ８１と、ウエハＷＡを支持するウェハステージ８２とを備える。また、露光装置１０は、上記光源装置５０の一部及び光学系６０，７０を収納する真空容器８４と、真空容器８４中のガスを排気する排気装置８５と、真空容器８４中に劣化抑制ガスを導入するためのガス導入装置であるガス供給装置８６と、真空容器８４中における特定ガスの分圧をモニタするための質量分析装置８７と、投影光学系７０等を構成する特定の光学素子の反射率低下をチェックする照度センサ８８とを備える。さらに、露光装置１０は、露光装置１０の各部、具体的には、光源装置５０、マスクステージ８１、ウェハステージ８２、排気装置８５、ガス供給装置８６、質量分析装置８７等の動作を統括的に制御する制御装置９０を備える。

光源装置５０は、プラズマ励起用のレーザ光を発生するレーザ光源５１と、ターゲット材料であるキセノン等のガスを筐体ＳＣ中に供給するチューブ５２とを備える。また、この光源装置５０には、コンデンサ５４やコリメータミラー５５が付設されている。チューブ５２の先端から出射されるキセノンに対しレーザ光源５１からのレーザ光を集光させることにより、その部分のターゲット材がプラズマ化して極端紫外線を発生する。コンデンサ５４は、チューブ５２の先端Ｓで発生した極端紫外線を集光する。コンデンサ５４を経た極端紫外線は、収束されつつ筐体ＳＣ外に射出し、コリメータミラー５５に入射する。なお、以上のようなレーザプラズマタイプの光源装置５０からの光源光に代えて、放電プラズマ光源、ＳＯＲ光源からの放射光等を使用することができる。

照明光学系６０は、反射型のオプティカルインテグレ一夕６１，６２、コンデンサミラー６３、偏向ミラー６４等により構成される。光源装置５０からの光源光を、オプティカルインテグレ一夕６１，６２によって照明光として均一化しつつコンデンサミラー６３によって集光し、偏向ミラー６４を介してマスクＭＡ上の所定領域（例えば帯状領域）に入射させる。これにより、マスクＭＡ上の所定領域を適当な波長の極端紫外線によって均一に照明することができる。

なお、極端紫外線の波長域で十分な透過率を有する物質は存在せず、マスクＭＡには透過型のマスクではなく反射型のマスクが使用されている。

投影光学系７０は、多数のミラー７１，７２，７３，７４で構成される縮小投影系である。マスクＭＡ上に形成されたパターン像である回路パターンは、投影光学系７０によってレジストが塗布されたウエハＷＡ上に結像してこのレジストに転写される。この場合、回路パターンが一度に投影される領域は、直線状又は円弧状のスリット領域であり、例えばマスクＭＡとウエハＷＡとを同期して移動させる走査露光によって、マスクＭＡ上に形成された矩形の回路パターンをウエハＷＡ上の矩形領域に無駄なく転写することができる。

以上の光源装置５０のうち極端紫外線の光路上に配置される部分と、照明光学系６０と、投影光学系７０とは、真空容器８４中に配置されており、露光光の減衰が防止されている。つまり、極端紫外線は大気に吸収されて減衰するが、装置全体を真空容器８４によって外部から遮断するとともに、極端紫外線の光路を所定の真空度（例えば、１．３×１０^−３Ｐａ以下）に維持することで、極端紫外線の減衰すなわち転写像の輝度低下やコントラスト低下を防止している。

真空容器８４中において極端紫外線の光路上に配置される光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４やマスクＭＡは、下地となる例えば石英ガラス製の基材上に反射膜を形成したものである。反射膜は、真空に対する屈折率が異なる２種類の物質からなる薄膜層を基板上に交互に積層することによって形成した数層から数百層の多層膜である。この多層膜を構成する２種類の薄膜層として、例えばＭｏ層及びＳｉ層を用いることができる。

排気装置８５は、真空容器８４に接続された真空ポンプを有しており、制御装置９０からの制御に基づいて真空容器８４内部を必要な真空度に維持する。一方、ガス供給装置８６は、還元性ガスのガス源８６ａと、酸化性ガスのガス源８６ｂと、フッ素化ガスのガス源８６ｃと、これらのガスの流量を調節するマスフローコントローラ８６ｅとを有している。ガス供給装置８６は、制御装置９０からの制御に基づき、真空容器８４中に導入管を介して還元性ガス、酸化性ガス、若しくはフッ素化ガスである劣化抑制ガスを適当なタイミングで必要量だけ供給する。これにより、真空容器８４中における還元性ガス、酸化性ガス、若しくはフッ素化ガスの分圧を目標量に調節することができ、延いては光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４等の表面の酸化やカーボン成長を抑制することができる。なお、マスフローコントローラ８６ｅは、リークバルブに流量計、圧力調整器等を組み合わせたものに置き換えることができる。

質量分析装置８７は、例えば四重極質量分析計等からなり、質量スペクトルから真空容器８４中の分子や原子の存在量を検出するための分圧センサとして機能する。この質量分析装置８７は、劣化要因ガスとして、例えば酸素や水といった酸化劣化性ガスの分圧を検出することができ、このような酸化劣化性ガスの分圧の計測結果は、制御装置９０に対し常時或いは適当なタイミングで出力される。また、質量分析装置８７は、劣化要因ガスとして、例えば有機物のような被膜形成ガスの分圧を検出することができ、このような被膜形成ガスの分圧の計測結果も、制御装置９０に対し常時或いは適当なタイミングで出力される。有機物のような被膜形成ガスの検出に際しては、有機物の全部を漏れなく検出することは現実的でないので、質量分析装置８７の能力も考慮して、質量数４５以上２００未満の範囲における質量数の総和で代用する手法が簡便である。

ここで、酸素、水等の酸化劣化性ガスが光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４等の雰囲気ガスとして存在する場合、このような光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４に極端紫外線が入射すると、かかる光学素子表面の多層膜が酸化反応によって徐々に浸食され、或いは多層膜の表面に酸化膜が形成され、経時的に光学素子の反射率が低下するおそれがある。このため、質量分析装置８７の検出結果に基づいて酸化劣化性ガスの分圧をモニタし、酸化劣化性ガスの分圧が一定の上限を超えた場合には、ガス供給装置８６に設けたマスフローコントローラ８６ｅを調節してガス源８６ａ，８６ｃからの劣化抑制ガス（酸化阻止ガス）を適当量だけ真空容器８４に導入する。一方のガス源８６ａから供給される劣化抑制ガスは、還元性ガスであり、例えば水素、エタノール等が好適に用いられる。他方のガス源８６ｃから供給される劣化抑制ガスは、フッ素化ガスであり、例えばフッ化水素、フッ化窒素、フッ化炭素等が好適に用いられる。劣化抑制ガスを真空容器８４に導入する量は、酸化劣化性ガスの分圧と劣化抑制ガスの還元力とに基づいて、酸化劣化性ガスの効果を相殺できる程度のものとする。例えば、酸化劣化性ガスの分圧を許容される最大限以下に戻すことができた場合には、酸化劣化性ガスによる光学素子の浸食や酸化皮膜形成が停止すると考えられるので、酸化劣化性ガスが上記最大限以下の適当な通常値に戻るまで劣化抑制ガスの導入を継続する。別の手法も考えられる。劣化抑制ガスが導入直後の分圧から顕著に低下する場合は、劣化抑制ガスによって酸化劣化性ガスを消費することができたことになる。つまり、劣化抑制ガスの分圧低下がなくなるまで劣化抑制ガスの導入を継続することもできる。劣化抑制ガスの導入開始は、酸化劣化性ガスの分圧が既定値以上に増加した後の適当なタイミングとすることができるが、この際、光源装置５０が動作して照明光学系６０や投影光学系７０を構成する各光学素子に極端紫外線が照射されている状態とすることもできる。この場合、極端紫外線が劣化抑制ガス及び酸化劣化性ガス間の酸化還元反応やフッ素化反応等を促進する役割を果たす。

還元性ガスの具体的な例では、水素、エタノール等の劣化抑制ガスの分圧が酸素、水等の酸化劣化性ガスの分圧に対して比率１×１０^−７〜１×１０^４の範囲となるような導入を行った場合、酸化劣化性ガスの消費が観察され、光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４の反射率低下を回避できた。以下の反応式は、劣化抑制ガスであるエタノールによる酸化劣化性ガス（酸素、水分）の消費を説明するものである。
〔酸素・水分の還元〕
３Ｏ_２＋Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ→２ＣＯ_２＋３Ｈ_２Ｏ
３Ｈ_２Ｏ＋Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ→２ＣＯ_２＋６Ｈ_２
また、フッ素化ガスの具体的な例では、フッ化水素、フッ化窒素、フッ化炭素等の劣化抑制ガスの分圧が酸素、水等の酸化劣化性ガスの分圧に対して比率１×１０^−７〜１×１０^４の範囲となるような導入を行った場合、表面酸化膜の成長抑制が観察され、光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４の反射率低下を回避できた。以下の反応式は、劣化抑制ガスであるフッ化水素、フッ化窒素、及びフッ化炭素による酸化膜の分解を説明するものである。
〔酸化膜のフッ素化〕
ＳｉＯ_２＋４ＨＦ→ＳｉＦ_４＋２Ｈ_２Ｏ
ＳｉＯ_２＋ＮＦ_４→ＳｉＦ_４＋Ｎ_２Ｏ
ＳｉＯ_２＋ＣＦ_４→ＳｉＦ_４＋Ｃ_２Ｏ

一方、有機物のような被膜形成ガスが光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４等の雰囲気ガスとして存在する場合、このような光学素子に極端紫外線が入射すると、有機物が光ＣＶＤ現象によって分解され、かかる光学素子の表面にカーボン膜が形成され、経時的に反射率が低下するおそれがある。このため、質量分析装置８７の検出結果に基づいて被膜形成ガスの分圧をモニタし、被膜形成ガスの分圧が一定の上限を超えた場合には、ガス供給装置８６に設けたマスフローコントローラ８６ｅを調節してガス源８６ａ，８６ｂ，８６ｃからの劣化抑制ガス（皮膜除去ガス）を適当量だけ真空容器８４に導入する。ガス源８６ａから供給される劣化抑制ガスは、還元性ガスであり、例えば水素、エタノール等が好適に用いられる。また、ガス源８６ｂから供給される劣化抑制ガスは、酸化性ガスであり、例えばオゾン、酸素、一酸化窒素、二酸化硫黄等が好適に用いられる。さらに、ガス源８６ｃから供給される劣化抑制ガスは、フッ素化ガスであり、例えばフッ化水素、フッ化窒素、フッ化炭素等が好適に用いられる。劣化抑制ガスを真空容器８４に導入する量は、被膜形成ガスの分圧と劣化抑制ガスの還元力や酸化力等とに基づいて、被膜形成ガスの効果を相殺できる程度のものとする。例えば、被膜形成ガスの分圧を許容される最大限以下に戻すことができた場合には、光学素子表面上でのカーボン膜形成が停止すると考えられるので、被膜形成ガスが上記最大限以下の適当な通常値に戻るまで劣化抑制ガスの導入を継続する。別の手法も考えられる。劣化抑制ガスが導入直後の分圧から顕著に低下する場合は、劣化抑制ガスによって被膜形成ガスを消費しカーボン膜を減少させることができたことになる。つまり、劣化抑制ガスの分圧低下がなくなるまで劣化抑制ガスの導入を継続することもできる。劣化抑制ガスの導入開始は、被膜形成ガスの分圧が既定値以上に増加した後の適当なタイミングとすることができるが、この際、光源装置５０が動作して照明光学系６０や投影光学系７０を構成する各光学素子に極端紫外線が照射されている状態とすることもできる。この場合、極端紫外線が、劣化抑制ガスと、有機物やカーボン膜との間の酸化還元反応を促進する役割を果たす。

具体的な例では、還元性ガスや酸化性ガス等である劣化抑制ガスの分圧が有機物の被膜形成ガスの分圧に対して比率１×１０^−２〜１×１０^８の範囲となるような導入を行った場合、被膜形成ガスの消費等が観察され、光学素子５４，５５，６３，６１，６２，６４，７１，７２，７３，７４の反射率低下を回避できた。以下の反応式は、劣化抑制ガスによる被膜形成ガスの消費やカーボン膜の除去を説明するものである。
〔ハイドロカーボンの酸化；酸素、オゾン、一酸化窒素、二酸化硫黄による〕
２Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２＋（３ｎ＋１）Ｏ_２→２ｎＣＯ_２＋（２ｎ＋２）Ｈ_２Ｏ
３Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２＋（３ｎ＋１）Ｏ_３→３ｎＣＯ_２＋（３ｎ＋３）Ｈ_２Ｏ
Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２＋２ｎＮＯ→ｎＣＯ_２＋（ｎ＋１）Ｈ_２＋ｎＮ_２
Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２＋ｎＳＯ_２→ｎＣＯ_２＋ｎＨ_２Ｓ＋Ｈ_２
〔ハイドロカーボンの還元；水素による〕
ＣｎＨ_２ｎ＋２＋（ｎ−１）Ｈ_２→ｎＣＨ_４
〔ハイドロカーボンのフッ素化；フッ化水素、フッ化窒素による〕
Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２＋４ｎＨＦ→ｎＣＦ_４＋（３ｎ＋１）Ｈ_２
２Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２＋２ｎＮＦ_４→２ｎＣＦ_４＋ｎＮ_２＋（２ｎ＋２）Ｈ_２
〔カーボン膜の酸化；酸素、オゾン、一酸化窒素による〕
Ｃ＋Ｏ_２→ＣＯ_２
３Ｃ＋２Ｏ_３→３ＣＯ_２
Ｃ＋２ＮＯ→ＣＯ_２＋Ｎ_２
〔カーボン膜のフッ素化；フッ化水素、フッ化窒素による〕
Ｃ＋４ＨＦ→ＣＦ_４＋２Ｈ_２
２Ｃ＋２ＮＦ_４→２ＣＦ_４＋Ｎ_２

照度センサ８８は、投影光学系７０の光路上に進退可能に配置されたフォトマル等の光電変換素子であり、投影光学系７０内を通過する露光光（具体的にはミラー７４からの反射光）である極端紫外線を電気信号に変換することによって露光光の強度の計測を可能にする。照度センサ８８は、制御装置９０に制御されて動作しており、適当なタイミングで露光光の検出結果を制御装置９０に出力する。なお、照度センサ８８は、ミラー７４等からの反射光を直接検出するものに限らず、投影光学系７０等を構成するミラー７４等の光学素子からの散乱光を検出するものとすることもできる。この場合、照度センサ８８の光路上への進退機構が不要となり、検出強度の減少は光学素子の反射率の低下すなわち光学特性の劣化を示す。

ここで、上述の被膜形成ガスや酸化性ガスが光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４等の雰囲気ガスとして存在する場合、極端紫外線の存在下で光学素子の表面にカーボン膜や酸化膜が形成され、経時的に反射率が低下するおそれがある。このため、照度センサ８８の検出結果に基づいて露光光の照度をモニタし、照度が一定の下限に達した場合は、ガス供給装置８６に設けたマスフローコントローラ８６ｅを調節してガス源８６ａ，８６ｂ，８６ｃからの劣化抑制ガスを適当量だけ真空容器８４に導入する。劣化抑制ガスを真空容器８４に導入する量は、光学素子表面のカーボン膜を酸化還元によって除去でき、或いは光学素子表面の酸化膜をフッ素化によって除去できる程度のものとする。劣化抑制ガスの導入は、露光光の照度が既定値以下に減少した後の適当なタイミングとすることができるが、この際、光源装置５０が動作して照明光学系６０や投影光学系７０を構成する各光学素子に極端紫外線が照射されている状態とすることもできる。この場合、極端紫外線が、劣化抑制ガスと、カーボン膜との間の酸化還元反応を促進する役割を果たす。照度センサ８８による計測の結果、露光光の照度が既定値以上に回復した場合、制御装置９０は、排気装置８５を動作させて真空容器８４中の劣化抑制ガスを外部に排出して、酸化還元反応やフッ素化反応の進行を停止する。

具体的な例では、還元性ガス、酸化性ガス、及びフッ素化ガスである劣化抑制ガスの分圧が有機物の被膜形成ガスの分圧に対して比率１×１０^−２〜１×１０^８の範囲となるような導入を行った場合、光学素子５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４の反射率を回復できた。

以下、図１に示す露光装置の動作について説明する。この露光装置では、照明光学系６０からの照明光によってマスクＭＡが照明され、マスクＭＡのパターン像が投影光学系７０によってウエハＷＡ上に投影される。これにより、マスクＭＡのパターン像がウエハＷＡに転写される。この際、質量分析装置８７によって酸化性ガスや被膜形成ガスである劣化要因ガスの分圧が監視されており、制御装置９０の制御下でガス供給装置８６からの劣化抑制ガスが真空容器８４中に適宜導入されるので、投影光学系７０等を構成する光学素子の光学特性を長期間にわたって良好に維持することができる。また、照度センサ８８によって投影光学系７０等を構成する光学素子の反射率低下が監視されており、制御装置９０の制御下でガス供給装置８６からの劣化抑制ガスが真空容器８４中に適宜導入される。これによっても、投影光学系７０等を構成する光学素子の光学特性を長期間にわたって良好に維持することができる。

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、露光光として極端紫外線を用いる露光装置について説明したが、露光光として紫外線を用いる露光装置においても、上述のガス供給装置８６、質量分析装置８７、照度センサ８８等を組み込むことができる。この場合も、ガス供給装置８６、質量分析装置８７、照度センサ８８等の動作を制御装置９０によって制御することにより、露光装置を構成する反射型若しくは透過型の光学素子に関して、酸化やカーボン付着による反射率低下や透過率低下等を含む光学特性劣化を有効に防止することができる。

また、上記実施形態では、酸化劣化性ガスのモニタ結果と、被膜形成ガスのモニタ結果と、露光光の照度のモニタ結果とを個別に判断することにより、対応する劣化抑制ガスを真空容器８４中に導入することとしているが、酸化劣化性ガスのモニタ結果と、被膜形成ガスのモニタ結果と、露光光の照度のモニタ結果とを総合して、還元性ガス及び酸化性ガスの何れを真空容器８４中に導入するかを決定し、これらのガスを効果が現れるまで真空容器８４中に導入することもできる。

本発明の一実施形態に係る投影露光装置を説明するブロック図である。

符号の説明

１０…露光装置、 ５０…光源装置、 ５１…レーザ光源、 ５２…チューブ、 ５４，５５，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４…光学素子、 ６０…照明光学系、 ７０…投影光学系、 ８１…マスクステージ、 ８２…ウェハステージ、 ８４…真空容器、 ８５…排気装置、 ８６…ガス供給装置、 ８６ｅ…マスフローコントローラ、 ８７…質量分析装置、 ８８…照度センサ、 ９０…制御装置、 ＭＡ…マスク、 ＷＡ…ウエハ

Claims (13)

1. 露光装置の光学系を収容する容器中における酸素、水、及び有機物の少なくとも１つを含む劣化要因ガスの分圧をモニタする工程と、
   前記容器中における前記劣化要因ガスの分圧に対して、還元性ガス、酸化性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも１つを含む劣化抑制ガスの分圧が所定範囲の比率となるように、前記劣化要因ガスのモニタ結果に応じて前記容器中に劣化抑制ガスを導入する工程と
   を備える露光装置の制御方法。
2. 前記劣化要因ガスは、酸素及び水の少なくとも１つを含む酸化劣化性ガスであり、前記劣化抑制ガスは、還元性ガス及びフッ素化ガスの少なくとも１つを含む酸化阻止ガスであることを特徴とする請求項１記載の露光装置の制御方法。
3. 前記劣化抑制ガスとしての前記酸化阻止ガスに関する前記所定範囲の比率は、１×１０^−７から１×１０^４であることを特徴とする請求項２記載の露光装置の制御方法。
4. 前記劣化要因ガスは、有機物を含む被膜形成ガスであり、前記劣化抑制ガスは、還元性ガス、酸化性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも１つを含む被膜除去ガスであることを特徴とする請求項１記載の露光装置の制御方法。
5. 前記劣化抑制ガスとしての前記被膜除去ガスに関する前記所定範囲の比率は、１×１０^−２から１×１０^８の範囲であることを特徴とする請求項４記載の露光装置の制御方法。
6. 露光装置の光学系を構成する少なくとも１つの光学素子の分光特性をモニタする工程と、
   前記少なくとも１つの光学素子の分光特性のモニタ結果に応じて、還元性ガス、酸化性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも１つを含む劣化抑制ガスを、前記少なくとも１つの光学素子を収容する容器中に導入する工程と
   を備える露光装置の制御方法。
7. 前記容器中に収容される光学系は、紫外線及び極端紫外線の少なくとも１つの波長域で使用されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項記載の露光装置の制御方法。
8. マスクのパターン像を基板上に形成するための露光方法であって、
   露光用の光学系を収容する容器中における酸素、水、及び有機物の少なくとも１つを含む劣化要因ガスの分圧をモニタする工程と、
   前記容器中における前記劣化要因ガスの分圧に対して還元性ガス、酸化性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも１つを含む劣化抑制ガスの分圧が所定範囲の比率となるように、前記劣化要因ガスのモニタ結果に応じて前記容器中に劣化抑制ガスを導入する工程と
   を備える露光方法。
9. マスクのパターン像を基板上に形成するための露光方法であって、
   露光用の光学系を構成する少なくとも１つの光学素子の分光特性をモニタする工程と、
   前記少なくとも１つの光学素子の分光特性のモニタ結果に応じて、還元性ガス、酸化性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも１つを含む劣化抑制ガスを、前記少なくとも１つの光学素子を収容する容器中に導入する工程と
   を備える露光方法。
10. 紫外線及び極端紫外線の少なくとも１つの波長域にある光源光を発生させる光源と、
    前記光源からの光源光を転写用のマスクに導く照明光学系と、
    前記マスクのパターン像を基板上に形成する投影光学系と、
    前記マスク、前記照明光学系及び前記投影光学系のうち少なくとも一部の光学素子を収容する容器中における酸素、水、及び有機物の少なくとも１つを含む劣化要因ガスの分圧をモニタするセンサと、
    前記容器中に還元性ガス、酸化性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも１つを含む劣化抑制ガスを導入するガス導入装置と、
    前記劣化要因ガスのモニタ結果に応じて前記ガス導入装置の動作を制御することにより、前記容器中における前記劣化要因ガスの分圧に対して劣化抑制ガスの分圧を所定範囲の比率とする制御装置と
    を備える露光装置。
11. 前記劣化要因ガスは、酸素及び水の少なくとも１つを含む酸化劣化性ガスであり、前記劣化抑制ガスは、還元性ガス及びフッ素化ガスの少なくとも１つ含む酸化阻止ガスであることを特徴とする請求項１０記載の露光装置。
12. 前記劣化要因ガスは、有機物を含む被膜形成ガスであり、前記劣化抑制ガスは、還元性ガス、酸化性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも１つを含む被膜除去ガスであることを特徴とする請求項１０記載の露光装置。
13. 紫外線及び極端紫外線の少なくとも１つの波長域にある光源光を発生させる光源と、
    前記光源からの光源光を転写用のマスクに導く照明光学系と、
    前記マスクのパターン像を基板上に形成する投影光学系と、
    前記マスク、前記照明光学系及び前記投影光学系を構成するとともに容器に収容される少なくとも一部の光学素子のうち、少なくとも１つの光学素子の分光特性をモニタするセンサと、
    前記容器中に還元性ガス、酸化性ガス、及びフッ素化ガスの少なくとも１つを含む劣化抑制ガスを導入するガス導入装置と、
    前記少なくとも１つの光学素子の分光特性のモニタ結果に応じて、前記ガス導入装置の動作を制御する制御装置と
    を備える露光装置。
    

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