JP2005166747A - 露光装置、露光方法及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置を大型化することなく投影光学系の補正量を拡大可能な露光装置及び微細なパターンを有する基板を歩留まりよく製造可能な露光方法及びデバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】 投影系鏡筒３２とガス供給装置４７とを繋ぐ配管４８の経路上に、ガス供給装置４７側から順に圧力調整弁４９、流量調整弁５０及び流量計５１を接続する。ガス供給装置４７からの窒素ガスを、流量調整弁５０で流量を調整した状態で投影系鏡筒３２の内部空間５２全体に供給し、投影系鏡筒３２内外に所定の圧力差を設定し、ピエゾ素子における駆動ストロークに伴う投影光学系の結像特性補正の範囲をオフセットさせることで、その結像特性補正の範囲を拡大させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイスの製造プロセスにおけるリソグラフィ工程で使用される露光装置及びデバイスの製造方法に関するものである。

この種の露光装置が、例えば特許文献１に開示されている。この露光装置では、所定のマスクパターンが形成されたレチクル、フォトマスク等のマスクを所定の露光光で照明し、そのマスクパターンの像を、投影光学系を介してフォトレジスト等の感光性材料の塗布されたウエハ、ガラスプレート等の基板上に転写している。この露光装置では、マスク上のマスクパターンの像が投影光学系で所定の倍率に縮小され、その縮小した像が基板に転写される。

投影光学系は露光光の光軸に沿って配列された多数の光学素子、例えば複数のレンズエレメント、カバーガラス等からなっており、これらの光学素子は鏡筒に保持されている。また、一部のレンズエレメントには、例えばピエゾ素子等の駆動機構が接続されている。そして、このレンズエレメントを駆動機構により投影光学系の光軸方向に移動させたり、その光軸方向に対して傾斜させたりすることによって、投影光学系の結像特性を調整して収差を補正している。
特開平９−２９８１５１号（第４−１０頁、第１図）

ところで、露光光の照射量のエネルギーを増大すれば、転写に必要な露光時間が短くなり、露光装置のスループットが向上する。このことから、近年、この種の露光装置では、投影光学系に供給される露光光のエネルギーが増大される傾向がある。しかし、露光光のエネルギーが増大すると投影光学系における収差変動が大きくなり、場合によっては駆動機構による補正量が不足がちになることも想定される。

これに対して、収差変動が大きい場合の対処方法としては、例えばピエゾ素子自身の駆動ストローク（ストロークの動作範囲）を大きくすることで補正量を増大させる方法や、伝達機構を介してピエゾ素子の駆動ストロークを大きく拡大してレンズエレメントに伝達する方法が考えられる。しかし、ピエゾ素子自身の駆動ストロークを大きくするには、ピエゾ素子を大型化する必要がある。また、伝達機構を用いる場合においても、その拡大倍率を大きくするためには、大型で複雑な駆動ストロークの伝達機構を採用する必要がある。これらの問題で、鏡筒の大型化が避けられないという問題が生じてしまう。

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的としては、装置の大型化を招くことなく補正量を拡大することができる露光装置、露光方法及びデバイスの製造方法を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、少なくとも１つの光学素子を有する投影光学系を介し、マスクのパターン像を基板上に投影する露光装置において、少なくとも１つの前記光学素子を、駆動素子を介して前記投影光学系の光軸方向、又はその光軸と交差する方向に移動させて前記投影光学系の結像特性を補正する補正機構と、前記投影光学系を収容する鏡筒内に所定ガスを供給するガス供給機構と、鏡筒内における前記所定ガスの圧力を調整して前記鏡筒の内部と外部との間に差圧を発生させ、前記補正機構のオフセット量を調整する補正量調整機構とを備えたことを要旨とする。

この請求項１に記載の発明によれば、補正量調整機構により補正機構のオフセット量を調節可能な構成であるので、このオフセットの調整によって駆動素子の駆動ストロークに伴う補正範囲を拡大することが可能となり、補正の限界を変位させることができる。従って、補正の制限が緩和され、より大きなエネルギーを有する露光光での露光にも対応が可能となる。また、本発明の構成を用いれば、より大きな駆動ストローク量を有する大型の駆動素子や、大きい駆動ストロークを発生する拡大機構を用いる必要がなく、補正機構、駆動機構及び鏡筒、ひいては露光装置の大型化を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記鏡筒に関する情報を検出する検出機構と、前記検出機構の検出値に基づき、前記補正量調整機構を制御して前記差圧の値を設定又は補正する制御系とを備えたことを要旨とする。

この請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、鏡筒の状態に応じて差圧を好適な値に設定することが可能となる。これにより、露光装置の露光精度を向上させることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記検出機構は、前記投影光学系に入射される露光光の照射量、及び前記投影光学系から出射される露光光の照射量のうち少なくとも一方を検出することを要旨とする。

ここで、露光装置においては、マスクパターンの解像度を向上させるために、露光光を所定の開口絞りを通過させることによって、マスクに対する照明条件を変更することがある。この場合、同じエネルギーでもって光源から射出された露光光であっても、前記開口絞りの形状が異なれば、マスク上に到達する露光光のエネルギーは変化してくる。

これに対して、この請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、投影光学系への露光光の照射量を検出することで、前記照明条件の変更に伴う露光光の照射量の変化を検出することができるとともに、露光光の照射による投影光学系の状態変化を予測することが可能となる。これにより、照明条件又は予測される状態変化に応じて鏡筒内に好適な差圧を発生させて、補正機構のオフセット量をより好適に設定することができる。

また、投影光学系から出射される露光光の照射量を検出することで、実際の投影光学系の状態をリアルタイムで検出することが可能となる。これにより、その検出結果に基づいて直ちに鏡筒内の圧力を調整することにより、補正機構における補正範囲を常時より好適な状態となるように設定することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記検出機構は、前記鏡筒の温度変化を検出することを要旨とする。
この請求項４に記載の発明によれば、請求項２又は請求項３に記載の発明の作用に加え、投影光学系に露光光を照射すると、その投影光学系を収容する鏡筒内の温度が上昇し、投影光学系の結像特性に変化が生じる。このように鏡筒に温度変化が生じても、補正量調整機構により鏡筒の温度変化に応じた差圧を設定して補正機構のオフセット量を調整する構成であるので、鏡筒内の温度変化に追従して補正の範囲をより好適に設定することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項２〜請求項４のうちいずれか一項に記載の発明において、前記検出機構は、前記鏡筒の外部環境における大気圧変動を検出することを要旨とする。

ここで、例えば台風等が接近すると、露光装置の設置場所における大気圧が大きく変化することがあるが、この請求項５に記載の発明によれば、請求項２〜請求項４のうちいずれか一項に記載の発明の作用に加え、補正量調整機構によりその大気圧の変動に応じた差圧の設定が可能になる。これにより、大気圧変動に対応した補正機構のオフセット量の調整が可能となり、補正機構や駆動ストロークの伝達機構を大型化することなく補正の範囲を拡大することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項２〜請求項４のうちいずれか一項に記載の発明において、前記検出機構は、前記鏡筒の外部環境における標準大気圧を検出することを要旨とする。

ここで、例えば露光装置の製造場所と設置場所との間では、標高差等により標準大気圧に差を生じることがある。これに対して、この請求項６に記載の発明によれば、請求項２〜請求項４のうちいずれか一項に記載の発明の作用に加え、前記製造場所との間で生じた標準大気圧の差を、補正量調整機構によりその差に打ち消すように差圧を設定して補正機構のオフセット量を調整することが可能となる。これにより、設置場所の標準大気圧の値を問わず、補正範囲をより好適に設定することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載の発明において、前記補正量調整機構は、前記鏡筒の内部における前記所定ガスの流量を調整して前記差圧を発生させることを要旨とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載の発明において、前記補正量調整機構は、前記鏡筒の内部に供給される前記所定ガスの圧力を調整して前記差圧を発生させることを要旨とする。

請求項９に記載の発明は、請求項７又は請求項８に記載の発明において、前記所定ガスの差圧は、前記ガス供給機構から供給される前記所定ガスの供給量に基づき調整されることを要旨とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項７又は請求項８に記載の発明において、鏡筒内の前記所定ガスを外部に排気するガス排気機構を備え、前記所定ガスの差圧は、前記ガス排気機構から排気される前記所定ガスの排気量に基づき調整されることを要旨とする。

これらの請求項７〜請求項１０に記載の発明によれば、請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載の発明の作用に加え、簡単な構成で、鏡筒内の差圧を設定することができる。

請求項１１に記載の発明は、マスク上に形成されたパターン像を、投影光学系を介して基板上に投影転写する露光方法において、請求項１〜請求項１０のうちいずれか一項に記載の露光装置を用いて露光を行うことを要旨とする。

請求項１２に記載の発明は、リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法において、前記リソグラフィ工程で請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載の露光装置を用いて露光を行うことを要旨とする。

これらの請求項１１及び請求項１２に発明によれば、微細なパターンを有す基板を歩留まりよく製造することができる。

以上詳述したように本発明によれば、装置の大型化を招くことなく補正量を拡大することができる。また、微細なパターンを有する基板を歩留まりよく製造することができる。

（第１実施形態）
以下に、本発明を半導体素子製造用の走査露光型の露光装置及びその露光装置を用いたデバイスの製造方法に具体化した第１実施形態を図１〜図４を用いて説明する。

図１は、露光装置１１の概略構成図である。露光装置１１は露光光源１２、照明光学系１３、投影光学系１４を備えている。露光光源１２は、例えばＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ_２レーザ光の露光光（パルス光）ＥＬを照明光学系１３に向けて出射する。照明光学系１３は照明系鏡筒１５に収容されており、照明光学系１３は、露光光ＥＬの露光経路に沿ってフライアイレンズ１６、ターレット板１７、リレーレンズ１８、レチクルブラインド１９、リレーレンズ２０、ミラー２１及びコンデンサレンズ２２等からなっている。

フライアイレンズ１６は、オプティカルインテグレータとして例えば多数のレンズエレメントからなり、その出射面上には各レンズエレメントに対応して多数の２次光源像が形成される。なお、このフライアイレンズ１６に代えて、ロッドレンズを採用してもよい。フライアイレンズ１６から出射された露光光ＥＬは、ターレット板１７、リレーレンズ１８、レチクルブラインド１９、リレーレンズ２０、ミラー２１、コンデンサレンズ２２を介して、レチクルステージＲＳＴ上に載置されたマスクとしてのレチクルＲを照明する。このレチクルＲには、半導体素子等の回路パターン等が描かれている。

前記ターレット板１７の一例を図３に示す。このターレット板１７には、通常照明に対応する開口絞り２３の他、各種変形照明、例えば輪帯照明、小σ照明、傾斜照明にそれぞれ対応する開口絞り２４〜２６が形成されている。ターレット板１７には駆動源となるターレット板駆動部２７が接続され、ターレット板１７を回転させて開口絞り２３〜２６のうちのいずれかを２次光源の射出面上に配置することにより、照明条件を変更する。

図１に示すように、照明光学系１３は、フライアイレンズ１６の２次光源をレチクルＲ上で重畳させ、レチクルＲを均一な照度で照明する。レチクルブラインド１９は、その遮光面がレチクルＲのパターン領域と共役な関係をなすように配置されている。レチクルブラインド１９はレチクルブラインド駆動部２８により開閉可能な複数枚の可動遮光部（図示省略）を備え、これら可動遮光部により形成される開口部の大きさを調整することでレチクルＲを照射する照明領域を設定する。

レチクルステージＲＳＴは、露光光ＥＬの光軸ＡＸに垂直な平面内においてレチクルＲを２次元方向に微動可能に保持するとともに、レチクルステージ駆動部２９により走査方向（図１のＹ方向）に移動可能となっている。レチクルステージＲＳＴの端部には、干渉計３０からのレーザ光を反射可能な移動鏡３１が取着されている。移動鏡３１で反射されたレーザ光は再び干渉計３０に入射して、そのレーザ光の検出結果からレチクルステージＲＳＴのＹ方向の位置及び速度が検出される。

投影光学系１４は、複数の円環状をなす枠体３２ａが積層され、中空状をなす鏡筒としての投影系鏡筒３２内に収容されている。各枠体３２ａの間には、投影系鏡筒３２内の気密性を確保するために、図示しないシール部材が介装されている。投影系鏡筒３２の両端には、露光光ＥＬが透過する平行平板状のカバーガラス３３，３４が装着されている。これにより、投影系鏡筒３２内に気密空間が区画される。

投影光学系１４は、光軸ＡＸに沿って配列された光学素子としての複数のレンズエレメント３５からなっている。これらのレンズエレメント３５は、単独又は複数枚が組み合わされた状態で各枠体３２ａに保持されている。そして、投影光学系１４は、露光光ＥＬでの照明により形成されるレチクルＲ上の回路パターンの像を、例えば１／５或いは１／４に縮小し、ウエハステージＷＳＴ上に載置された基板としてのウエハＷに向けて投影する。

投影光学系１４を構成する複数のレンズエレメント３５の一部（本実施形態ではレチクルＲ側の３つ）は、補正機構の一部を構成するとともに駆動素子としてのピエゾ素子３６が接続された可動レンズエレメント３５ａとなっている。一方、投影光学系１４を構成する複数のレンズエレメント３５の他の一部（本実施形態ではウエハＷ側の２つ）は、可動不能に枠体３２ａに固着された静止レンズエレメント３５ｂとなっている。

前記ピエゾ素子３６は、前記枠体３２ａの円周方向に沿って等間隔に複数（本例は３つ）配置されている。従って、可動レンズエレメント３５ａは、ピエゾ素子３６を駆動させることにより光軸ＡＸに沿って平行移動可能であるとともに、光軸ＡＸと垂直な平面に対して任意に傾斜可能である。このように、ピエゾ素子３６を駆動して、各可動レンズエレメント３５ａを、光軸ＡＸ方向に移動させたり、光軸ＡＸと垂直な平面に対して傾斜させたりすることで、投影光学系１４の結像特性が補正される。

ウエハステージＷＳＴには、ウエハホルダ３７を介してウエハＷが保持されている。ウエハＷの表面には、露光光ＥＬに対して感光性を有するフォトレジストが塗布され、投影光学系１４から出射される投影像がウエハＷの表面に照射される。ウエハステージＷＳＴは、ウエハステージ駆動部３８によって、ウエハＷの表面を投影光学系１４の最適結像面に対し任意方向に傾斜可能で、かつ投影光学系１４の光軸方向（Ｚ方向）に微動可能となっている。

ウエハステージＷＳＴは、ウエハステージ駆動部３８によって走査方向（Ｙ方向）及び走査方向に垂直な方向（Ｘ方向）に移動可能となっている。ウエハステージＷＳＴの端部には、干渉計３９からのレーザ光を反射可能な移動鏡４０が取着されている。移動鏡４０で反射されたレーザ光は、再び干渉計３９に入射して、そのレーザ光の検出結果からウエハステージＷＳＴのＸ方向及びＹ方向の位置及び速度が検出される。

前記露光装置１１は、補正機構の一部を構成する主制御系４１、レチクルステージ制御部４２、ウエハステージ制御部４３及び補正機構の一部を構成する結像特性制御部４４を備えている。主制御系４１は、露光光源１２、ターレット板駆動部２７、レチクルブラインド駆動部２８の動作を制御する。また、主制御系４１は、レチクルステージ制御部４２、ウエハステージ制御部４３及び結像特性制御部４４のメイン制御を司る。さらに、主制御系４１は、露光装置１１全体の動作を制御して、レチクルＲ上に形成されたパターンの像をウエハＷ上に転写する一連の露光工程全体を制御する。

レチクルステージ制御部４２は、干渉計３０から入力したレチクルステージＲＳＴの位置情報及び速度情報に基づきレチクルステージ駆動部２９を駆動し、レチクルステージＲＳＴを移動させる。また、ウエハステージ制御部４３は、干渉計３９から入力したウエハステージＷＳＴの位置情報及び速度情報に基づきウエハステージ駆動部３８を駆動し、ウエハステージＷＳＴを移動させる。結像特性制御部４４は、主制御系４１からの指令に基づきピエゾ素子３６を駆動し、可動レンズエレメント３５ａの相対位置を変更させる。

この露光装置１１は、デバイスを製造する際のリソグラフィ工程で使用される。このリソグラフィ工程では、フォトレジストの塗布されたウエハＷをウエハステージＷＳＴに載置して、ウエハＷ上に区画された各ショット領域毎に走査露光を繰り返すステップ・アンド・スキャン方式により、レチクルＲの回路パターンの像を転写する。即ち、露光時にレチクルＲを速度Ｖｒで＋Ｙ方向に走査するとともに、レチクルＲと倒立結像関係にあるウエハＷを−Ｙ方向に速度Ｖｗで走査することで、ウエハＷに回路パターンを順次照明して転写する。なお、走査速度の比Ｖｗ／Ｖｒは投影光学系１４の縮小倍率に応じた値に設定されている。

図２は、投影系鏡筒３２と、その投影系鏡筒３２に所定のガスを送り込む機構の一例を示した構成図である。投影系鏡筒３２のウエハＷ側端部には、外部から投影系鏡筒３２内へガスを導入するガス導入口４５が形成され、同じくレチクルＲ側端部には、投影系鏡筒３２内のガスを外部へ排出するガス排出口４６が形成されている。ガス導入口４５には、所定のガスとしての窒素ガスを投影系鏡筒３２内に供給するガス供給機構をなすガス供給装置４７が配管４８を介して接続されている。なお、所定ガスとしては、窒素ガス以外にヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン及びクリプトン等の不活性ガスを用いてもよい。

配管４８の経路上には、ガス供給装置４７側から順に補正量調整機構の一部を構成する圧力調整弁４９、同じく補正量調整機構の一部を構成する流量調整弁５０及び同じく補正量調整機構の一部を構成する流量計５１が接続されている。圧力調整弁４９は、例えば半導体工場内のユーティリティプラントガス等の供給装置４７から送られる窒素ガスの一次圧を所定の二次圧に変換するもので、配管４８内での圧力変動を抑えるために窒素ガスをほぼ一定圧力に調整して流量調整弁５０に送り出す。前記流量調整弁５０は、ガス供給装置４７から供給される窒素ガスを圧力調整後に所定の流量値となるように調整する可変式の調整弁となっている。前記流量計５１は、流量調整弁５０から送られた窒素ガスの流量を計測表示する。

投影系鏡筒３２の内部空間５２は、前記ガス導入口４５から供給される窒素ガスにより、全体が充填されている。ここで、投影系鏡筒３２の内部と外部との圧力差（差圧）Ｐは投影系鏡筒３２内の窒素ガスの圧力に基づき設定され、投影系鏡筒３２の内部の圧力は流量調整弁５０の流量に基づき設定される。

ガス導入口４５から投影系鏡筒３２内に供給された窒素ガスは、各レンズエレメント３５間の空間及び各レンズエレメント３５と枠体３２ａとの間の隙間を流れ、投影系鏡筒３２のガス排出口４６から排出される。このとき、各レンズエレメント３５間及び各レンズエレメント３５と枠体３２ａとの間の狭小部の存在により、流動抵抗を生じる。

ここで、投影系鏡筒３２の内部空間５２における窒素ガスの流れに対する内部抵抗は、投影系鏡筒３２内での窒素ガスの流れを流動解析することにより得ることができる。そして、この内部抵抗は、投影系鏡筒３２内における窒素ガスの流速が０．５〜５Ｌ／分程度とそれほど大きくない領域では、ほぼ一定となる。

このため、投影系鏡筒３２内に供給される窒素ガスの供給量が大きくなるほど、投影系鏡筒３２の内部の圧力は高くなり、投影系鏡筒３２の内外における圧力差Ｐは大きくなる。一方、供給される窒素ガスの供給量が小さくなれば、投影系鏡筒３２における内部の圧力の上昇も小さくなり、投影系鏡筒３２の内外における圧力差Ｐも小さくなる。このように、投影系鏡筒３２への窒素ガスの供給量を調整することにより、投影系鏡筒３２の内外における圧力差Ｐを設定することができる。投影系鏡筒３２には、この圧力差Ｐを計測する検出機構としての差圧計５３が接続されている。

次に、本例の露光装置１１の結像特性調整方法について説明する。
まず、露光光源１２から露光光ＥＬを出射してレチクルＲ上のパターン像をウエハＷに転写する実露光に先立ち、ピエゾ素子３６の伸縮による可動レンズエレメント３５ａの可動範囲を調整する補正範囲調整作業を実施する。即ち、ガス供給装置４７を作動した状態にしておき、投影系鏡筒３２の内外における圧力差を例えばＰａに設定する場合、その圧力差Ｐａとなるために必要な流量の窒素ガスが投影系鏡筒３２に送られるように流量調整弁５０を調整する。なお、この窒素ガスの流量は、予め実験値或いは投影系鏡筒３２内部における窒素ガスの流動解析からの算出値に基づいて設定する。

ここで、図４に概念的に示すように、投影系鏡筒３２内部を外部との間で圧力差を生じさせない程度に投影系鏡筒３２内に窒素ガスを供給した場合において、ピエゾ素子３６の駆動により、可動レンズエレメント３５ａが変位可能な可動範囲ＸをＡ１〜Ａ２とする。この状態から、前述の圧力差の調整により投影系鏡筒３２内に圧力差Ｐａを生じさせることで、投影系鏡筒３２内での露光光ＥＬの屈折率がその圧力差Ｐａに応じて変更される。この圧力差Ｐａにより、可動レンズエレメント３５ａの可動範囲Ｘに、範囲Ａ１〜Ａ３のオフセットＹが加えられ、可動レンズエレメント３５ａの可動範囲ＸがＡ１〜Ａ４の可動範囲Ｘａに拡張される。

この結果、ピエゾ素子３６の駆動制限による可動レンズエレメント３５ａの変位不能な範囲にオフセットが生じ、ピエゾ素子３６の駆動により可動レンズエレメント３５ａの変位可能な範囲が拡張されることになる。これにより、ピエゾ素子３６の駆動制限に伴う可動レンズエレメント３５ａの変位の範囲についての制約が解消される。即ち、可動レンズエレメント３５ａの変位による投影光学系の結像特性の補正範囲が拡張される。また、投影系鏡筒３２の内外における圧力差を任意に調節することによって、オフセットＹの範囲も変更することができる。従って、投影光学系の結像特性を調整する場合に、可動レンズエレメント３５ａの変位だけで調整が可能な場合には、圧力差Ｐａの値をゼロに設定しておけばよい。

その後、テストレチクルＲｔ及びテストウエハＷｔ（ともに図１参照）をセットし、テストレチクルＲｔのパターンの像をテストウエハＷｔ上に転写するテスト露光を実施する。続いて、このテストウエハＷｔ上にテスト露光されたパターンの像を現像し、この現像されたパターンを顕微鏡で観察することで投影光学系１４の結像特性に関する情報を求める。その情報は、主制御系４１に入力されるとともに、その主制御系４１内部の記憶部（例えばＥＥＰＲＯＭ等）に記憶される。

テスト露光後、レチクルＲ及びウエハＷをセットし、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ上に転写する実露光を実施する。ここで、主制御系４１は露光光ＥＬを出射する前に、主制御系４１の記憶部に記憶された結像特性に関する情報に基づき、結像特性制御部４４に対しピエゾ素子３６の駆動を指令する。従って、可動レンズエレメント３５ａの相対位置が変更され、投影光学系１４の結像特性が補正される。この補正後、主制御系４１は露光光ＥＬの出射を露光光源１２に指令し、レチクルＲ及びウエハＷを走査して実露光を行う。

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）この露光装置１１では、投影光学系１４の可動レンズエレメント３５ａを、ピエゾ素子３６を介して投影光学系１４の光軸方向に変位させ、又はその光軸ＡＸと直交する面に対して傾斜させて、投影光学系１４の結像特性を補正するようになっている。また、この露光装置１１は、投影光学系１４を収容する投影系鏡筒３２内に窒素ガスを供給するガス供給装置４７を備えている。そして、投影系鏡筒３２内における窒素ガスの圧力を調整して投影系鏡筒３２の内部と外部との間に圧力差Ｐを発生させ、この圧力差Ｐにより結像特性の補正範囲を拡張するようになっている。

このように、投影系鏡筒３２内外の間における圧力差Ｐを変更することで、投影系鏡筒３２内における露光光ＥＬの屈折率が変更される。この屈折率の変更により、投影光学系１４の結像特性補正の範囲にオフセットを加えることができる。そして、このオフセットの調整によって、ピエゾ素子３６の駆動ストロークを変更することなく、投影光学系１４における結像特性補正の範囲を拡大させ、結像特性補正の限界を変位させることができる。従って、補正制限が緩和され、露光装置１１をより大きなエネルギーを有する露光光ＥＬでの露光にも対応可能なものとすることができる。また、より大きな伸縮ストローク量を有する大型のピエゾ素子３６や、大型の拡大機構を用いる必要がなく、投影系鏡筒３２及び露光装置１１の大型化を抑制することができる。

（２）この露光装置１１では、投影系鏡筒３２に、その投影系鏡筒３２内の圧力と、投影系鏡筒３２の外部環境との圧力差Ｐを検出する差圧計５３が取着されている。そして、その圧力差Ｐの検出結果に基づいて、ガス供給装置４７からの窒素ガスの供給量を調整して、その圧力差Ｐの値を補正するようになっている。このため、圧力差Ｐを好適な値に設定することができ、露光装置１１の露光精度を向上させることができる。

（３）この露光装置１１では、投影系鏡筒３２に送られる窒素ガスの圧力を流量調整弁５０により調整することで、投影系鏡筒３２の内部と外部に圧力差Ｐを生じさせ、ピエゾ素子３６の駆動ストロークを変更することなく、結像特性補正の範囲にオフセットを加える構成とした。

従って、ピエゾ素子３６の駆動ストローク量の不足による結像特性補正範囲の制限が解消され、例えばより大きなエネルギーを有する露光光ＥＬでの露光にも対応が可能となる。また、駆動ストロークの大きい大型のピエゾ素子や、そのピエゾ素子の駆動ストロークを大きく拡大する拡大機構を用いる必要もないので、投影光学系１４ひいては露光装置１１の大型化を抑制することができる。

（４）この露光装置１１では、窒素ガスの流量を流量調整弁５０で調整して投影系鏡筒３２の圧力差Ｐを設定する構成であるので、例えば圧力差Ｐを直接設定及び変更する構成に比べ、簡単な構成で圧力差Ｐを発生させることができる。

（５）この露光装置１１では、流量調整弁５０を投影系鏡筒３２のガス導入口４５側に接続し、窒素ガスの供給量により投影系鏡筒３２の圧力差Ｐを設定する構成である。ここで、投影系鏡筒３２内における窒素ガスの流動抵抗は、実験あるいは流動解析により容易に求めることができる。

これに対して、例えば投影系鏡筒３２に常に一定の流量の窒素ガスを供給し、投影系鏡筒３２からの窒素ガスの排気量を調整することにより圧力差Ｐを設定することもできる。なお、この場合では、投影系鏡筒３２内における十分な窒素ガスの流通を確保するため、常に多量の窒素ガスを投影系鏡筒３２内に供給して、過剰な窒素ガスを排気させる必要がある。このため、回収した窒素ガスを、再度清浄化してリサイクルすることが、露光装置１１の運転コスト上望ましい。

（６）この露光装置１１では、配管４８の経路上に、配管４８上の圧力変動を抑制するための圧力調整弁４９を設けたので、流量調整弁５０から投影系鏡筒３２内に供給される窒素ガスの圧力誤差を小さくすることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図５に基づいて説明する。この実施形態では、露光装置１１における露光光ＥＬに関する情報及び投影系鏡筒３２内に関する情報をセンサにより検出し、その検出値を基にして窒素ガスの流量を制御する点が第１実施形態と異なっている。なお、他の基本的な構成は第１実施形態と同じであるため、同一部分には同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図５に示すように、投影光学系１４のレチクル側端の近傍における露光光ＥＬの光路の周縁部分には、照明光学系１３から出射された露光光ＥＬの照射量を検出する検出機構としての入射光量センサ６１が配設されている。投影光学系１４のウエハ側端の近傍における露光光ＥＬの光路の周縁部分には、投影光学系１４から出射された露光光ＥＬの照射量を検出する検出機構としての出射光量センサ６２が配設されている。これら光量センサ６１，６２は主制御系４１に接続され、そして、主制御系４１には流量調整弁５０が接続されており、主制御系４１は両光量センサ６１，６２の検出結果に基づいてその流量調整弁５０の開度を調整するようになっている。また、主制御系４１には、差圧計５３が接続されている。

主制御系４１の記憶部には、両光量センサ６１，６２の検出値に基づき流量調整弁５０の流量を制御してピエゾ素子３６の駆動による結像特性補正の範囲を調整する調整プログラムが記憶されている。主制御系４１はその調整プログラムに基づき、両光量センサ６１，６２の検出値に従い設定すべき圧力差Ｐを求め、現状の圧力差と比較してその差を埋める指令値Ｔを流量調整弁５０に出力して投影系鏡筒３２内の圧力差Ｐを変更する。なお、指令値Ｔは、予め実験或いは投影系鏡筒３２内における窒素ガスの流動解析により算出された値に基づいて設定される。

さて、この露光装置１１では、次のような手順で、ピエゾ素子３６の駆動による結像特性範囲の調整を行う。まず、レチクルＲ及びウエハＷをセットせずに露光光ＥＬのみを出射させる。このとき、主制御系４１は、入射光量センサ６１と出射光量センサ６２と差圧計５３の検出値との各検出値に基づいて、前記調整プログラムに従って指令値Ｔを設定する。これにより流量調整弁５０の開度を調整し、投影系鏡筒３２内を露光光ＥＬの照射量に応じた圧力差Ｐに変更する。この結果、ピエゾ素子３６の駆動による結像特性補正の範囲に図４に示すようにオフセットが加えられ、ピエゾ素子３６のストローク制限に伴う結像特性補正の限界が解消される。

そして、テストレチクルＲｔ及びテストウエハＷｔをセットしてテスト露光を実施し、テストウエハＷｔ上のパターンの像を現像して投影光学系１４の結像特性に関する情報を求める。続いて、その結像特性に関する情報を主制御系４１の記憶部に記憶し、レチクルＲ及びウエハＷをセットして実露光を実施する。このとき、主制御系４１は、その記憶部に記憶された結像特性に関する情報に基づきピエゾ素子３６を駆動し、可動レンズエレメント３５ａの相対位置を変更することで投影光学系１４の結像特性を補正する。

ここで、一連の露光工程の途中で、例えば照明光学系１３の照明条件を変更すべくターレット板１７を駆動するなどして、露光シーケンスが変更され、投影光学系１４の各レンズエレメントに対する露光光ＥＬの照射分布が変化したとする。これらのような場合には、投影系鏡筒３２内を通過する露光光ＥＬの光量や、投影系鏡筒３２内の温度が変化することになる。

このような場合、主制御系４１は、常時取り込まれている入射光量センサ６１及び出射光量センサ６２からの検出値から、投影系鏡筒３２内の温度に関する情報を検出し、検出された温度に関する情報に応じて設定すべき圧力差Ｐを求める。次いで、主制御系４１は、現状の圧力差と比較してその差を埋める指令値Ｔを流量調整弁５０に出力して、投影系鏡筒３２内の圧力差を変更する。これにより、ピエゾ素子３６の駆動による投影光学系１４の結像特性補正の範囲が変更される。このように、主制御系４１は、投影系鏡筒３２内の圧力差Ｐを露光シーケンスや投影系鏡筒３２の温度の変化に応じて適当な値に随時調整し、露光シーケンスの変更に伴う結像特性変動に対応して、投影光学系１４の収差の補正範囲を調整する。

従って、本実施形態によれば第１実施形態に記載の（１）〜（６）の効果と同様の効果が得られるとともに、以下の効果を得ることができる。
（７）この実施形態の露光装置１１では、投影光学系１４を挟むようにして、入射光量センサ６１と出射光量センサ６２とを設け、両光量センサ６１，６２からの検出値に基づき主制御系４１により流量調整弁５０を制御し、投影系鏡筒３２の圧力差Ｐを設定する構成となっている。

このため、露光シーケンスの変更や投影系鏡筒３２に関する情報に対して、その投影系鏡筒３２内を自動で好適な圧力差Ｐに設定することができる。従って、露光シーケンスの変更や投影系鏡筒３２内に関する情報に対応して、ピエゾ素子３６の駆動による投影光学系１４の結像特性補正の範囲を、常にリアルタイムで好適な状態に設定することができる。これにより、露光装置１１の露光精度を向上させることができる。

（変形例）
なお、本発明の実施形態は、以下の態様に変形してもよい。
・ 投影系鏡筒３２に関する情報を検出する検出機構としては、前記各実施形態における差圧計５３、入射光量センサ６１及び出射光量センサ６２に限定されるものではなく、その投影系鏡筒３２内の温度変化を測定する温度センサを採用してもよい。

このように構成した場合、投影光学系１４への露光光ＥＬの照射に伴う投影系鏡筒３２内の温度変化により、投影光学系１４の結像特性に変動が生じた場合にも、温度センサで検出される投影系鏡筒３２内の温度情報に基づいて、投影系鏡筒３２内の圧力差Ｐを調整することができる。これにより、ピエゾ素子３６の駆動による投影光学系１４の結像特性補正の範囲を、大型のピエゾ素子３６や大型のピエゾ素子３６の駆動ストローク拡大機構を必要とすることなく、投影系鏡筒３２内の温度に応じてより好適な状態に設定することができる。

・ また、検出機構として、例えば露光装置１１の設置場所（投影系鏡筒３２の外部環境）における大気圧を測定する気圧計を、露光装置１１に装着してもよい。
ところで、例えば台風が接近したような場合等で、露光装置１１の設置場所に、大きな天候（特に、大気圧）の変動が生じた場合、その天候の変動に応じて投影系鏡筒３２の内部の圧力と外部の大気圧との差により、投影系鏡筒３２の圧力差Ｐが変動することがある。このような圧力差Ｐの変動は、投影光学系１４に結像特性変動を生じさせることになる。

これに対して、前述のように、露光装置１１に気圧計を装着することで、露光装置１１の設置場所における気圧変動に応じて、投影系鏡筒３２の圧力差Ｐを調整することができ、露光装置１１の露光精度を向上させることができる。

また、露光装置１１の製造場所と使用場所との間では、標高差により標準大気圧に差が生じることがある。この種の露光装置１１では、通常、製造場所において投影光学系１４の結像特性補正の基準を設定し、露光装置１１を設置場所に移設して結像特性補正を行う。これに対して、露光装置１１に気圧計を装着し、その設置場所における標準大気圧を検出し、その標準大気圧に基づいて、投影系鏡筒３２の圧力差Ｐを調整することで、標準大気圧の値を問わずに、投影光学系１４の結像特性補正の範囲をより好適に設定することができる。

・ 前記各実施形態において、投影系鏡筒３２内の圧力差Ｐは、投影系鏡筒３２に供給される窒素ガスを一定の圧力に調整した上で、その供給量を調整することにより設定される構成に限定されるものではない。例えば、圧力調整弁４９と流量調整弁５０との位置を代えて、投影系鏡筒３２に一定流量の窒素ガスを、その圧力を調整した上で投影系鏡筒３２に供給することで、投影系鏡筒３２内の圧力差を設定するような構成としてもよい。また、投影系鏡筒３２のガス排出口４６側に流量調整弁（ガス排気機構）５０を接続し、窒素ガスの排気量を調整することで投影系鏡筒３２の圧力差Ｐを設定してもよい。

・ 前記各実施形態において、配管４８内の圧力変動が無視できる値であれば、圧力調整弁４９を省略してもよい。
・ 前記第２実施形態において、入射光量センサ６１と出射光量センサ６２とを２つ設けることに限らず、一方のみを有する構成としてもよい。

・ 前記各実施形態において、投影光学系１４としては、屈折タイプに限らず、反射屈折タイプ、反射タイプであってもよい。なお、投影光学系の結像特性としては、収差を含むものであり、この収差にはザイデルの５収差の他に液面収差が該当する。

・ 本発明の露光装置１１は、縮小露光型の露光装置に限定されるものではなく、例えば等倍露光型、拡大露光型の露光装置であってもよい。
・ また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクルまたはマスクを製造するために、マザーレチクルからガラス基板やシリコンウエハなどへ回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、ＤＵＶ（深紫外）やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては、石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、蛍石、フッ化マグネシウム、または水晶などが用いられる。

・ また、半導体素子の製造に用いられる露光装置だけでなく、液晶表示素子（ＬＣＤ）などを含むディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンをガラスプレート上へ転写する露光装置に適用してもよい。また、薄膜磁気ヘッド等の製造に用いられて、デバイスパターンをセラミックウエハ等へ転写する露光装置や、ＣＣＤ等の撮像素子の製造に用いられる露光装置などにも、本発明を適用することができる。

・ また、マスクと基板とが静止した状態でマスクのパターンを基板へ転写し、基板を順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の一括露光型の露光装置にも、本発明を適用することができる。

・ また、露光装置の光源としては、例えばｇ線（λ＝４３６ｎｍ）、ｉ線（λ＝３６５ｎｍ）、Ｋｒ_２レーザ（λ＝１４６ｎｍ）、Ａｒ_２レーザ（λ＝１２６ｎｍ）等を用いてもよい。また、ＤＦＢ半導体レーザまたはファイバレーザから発振される赤外域、または可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（またはエルビウムとイッテルビウムの双方）がドープされたファイバアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いてもよい。

次に、上述した露光装置１１をリソグラフィ工程で使用したデバイスの製造方法の実施形態について説明する。
図６は、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートを示す図である。

図６に示すように、まず、ステップＳ１０１（設計ステップ）において、デバイス（マイクロデバイス）の機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ１０２（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスク（レクチルＲ等）を製作する。一方、ステップＳ１０３（基板製造ステップ）において、シリコン、ガラスプレート等の材料を用いて基板（シリコン材料を用いた場合にはウエハＷとなる。）を製造する。

次に、ステップＳ１０４（基板処理ステップ）において、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３で用意したマスクと基板を使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によって基板上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップＳ１０５（デバイス組立ステップ）において、ステップＳ１０４で処理された基板を用いてデバイス組立を行う。このステップＳ１０５には、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程（チップ封入等）等の工程が必要に応じて含まれる。

最後に、ステップＳ１０６（検査ステップ）において、ステップＳ１０５で作製されたデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。

図７は、半導体デバイスの場合における詳細なフローの一例を示す図である。図７において、ステップＳ１１１（酸化ステップ）では、ウエハＷの表面を酸化させる。ステップＳ１１２（ＣＶＤステップ）では、ウエハＷ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１１３（電極形成ステップ）では、ウエハＷ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ１１４（イオン打込みステップ）では、ウエハＷにイオンを打ち込む。以上のステップＳ１１１〜Ｓ１１４のそれぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。

ウエハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップＳ１１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハＷに感光剤を塗布する。引き続き、ステップＳ１１６（露光ステップ）において、先に説明したリソグラフィシステム（露光装置）によってマスク（レチクルＲ）の回路パターンをウエハＷ上に転写する。次に、ステップＳ１１７（現像ステップ）では露光されたウエハＷを現像し、ステップＳ１１８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップＳ１１９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。

これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハＷ上に多重に回路パターンが形成される。
以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程（ステップＳ１１６）において、真空紫外域の露光光ＥＬにより解像力の向上が可能となり、露光量制御を高精度に行うことができる。従って、露光精度を向上することができて、最小線幅が０．１μｍ程度の高集積度のデバイスを歩留まりよく製造することができる。

本発明の露光装置の第１実施形態の全体構成を示す概略構成図。 図１の投影系鏡筒とその投影系鏡筒に接続されるガス供給装置とを示す概略構成図。 図１のターレット板を示す平面図。 ピエゾ素子の駆動に伴う結像特性補正の範囲の調整に関する説明図。 第２実施形態の露光装置の投影系鏡筒とその投影系鏡筒に接続されるガス供給装置とを示す概略構成図。 デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート。 半導体素子の製造工程の一例を示すフローチャート。

符号の説明

１１…露光装置、１４…投影光学系、３２…鏡筒、３５…光学素子としてのレンズエレメント、３５ａ…光学素子としての可動レンズエレメント、３５ｂ…光学素子としての静止レンズエレメント、３６…補正機構の一部を構成するとともに駆動素子としてのピエゾ素子、４１…補正機構の一部及び制御系を構成する主制御系、４４…補正機構の一部を構成する結像特性制御部、４７…ガス供給機構としてのガス供給装置、４９…補正量調整機構を構成する圧力調整弁、５０…補正量調整機構を構成する流量調整弁、５１…補正量調整機構を構成する流量計、５３…検出機構としての差圧計、６１…検出機構としての入射光量センサ、６２…検出機構としての出射光量センサ、Ｒ…マスクとしてのレチクル、Ｗ…基板としてのウエハ、Ｐ…圧力差（差圧）、ＡＸ…光軸、ＥＬ…露光光。

Claims (12)

1. 少なくとも１つの光学素子を有する投影光学系を介し、マスクのパターン像を基板上に投影する露光装置において、
   少なくとも１つの前記光学素子を、駆動素子を介して前記投影光学系の光軸方向、又はその光軸と交差する方向に移動させて前記投影光学系の結像特性を補正する補正機構と、
   前記投影光学系を収容する鏡筒内に所定ガスを供給するガス供給機構と、
   鏡筒内における前記所定ガスの圧力を調整して前記鏡筒の内部と外部との間に差圧を発生させ、前記補正機構のオフセット量を調整する補正量調整機構と
   を備えたことを特徴とする露光装置。
2. 前記鏡筒に関する情報を検出する検出機構と、
   前記検出機構の検出値に基づき、前記補正量調整機構を制御して前記差圧の値を設定又は補正する制御系とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記検出機構は、前記投影光学系に入射される露光光の照射量、及び前記投影光学系から出射される露光光の照射量のうち少なくとも一方を検出することを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記検出機構は、前記鏡筒の温度変化を検出することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の露光装置。
5. 前記検出機構は、前記鏡筒の外部環境における大気圧変動を検出することを特徴とする請求項２〜請求項４のうちいずれか一項に記載の露光装置。
6. 前記検出機構は、前記鏡筒の外部環境における標準大気圧と、前記鏡筒内の圧力との差を検出することを特徴とする請求項２〜請求項４のうちいずれか一項に記載の露光装置。
7. 前記補正量調整機構は、前記鏡筒の内部における前記所定ガスの流量を調整して前記差圧を発生させることを特徴とする請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載の露光装置。
8. 前記補正量調整機構は、前記鏡筒の内部に供給される前記所定ガスの圧力を調整して前記差圧を発生させることを特徴とする請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載の露光装置。
9. 前記所定ガスの差圧は、前記ガス供給機構から供給される前記所定ガスの供給量に基づき調整されることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の露光装置。
10. 鏡筒内の前記所定ガスを外部に排気するガス排気機構を備え、
    前記所定ガスの差圧は、前記ガス排気機構から排気される前記所定ガスの排気量に基づき調整されることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の露光装置。
11. マスク上に形成されたパターン像を、投影光学系を介して基板上に投影転写する露光方法において、
    請求項１〜請求項１０のうちいずれか一項に記載の露光装置を用いて露光を行うことを特徴とする露光方法。
12. リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法において、
    前記リソグラフィ工程で請求項１〜請求項１０のうちいずれか一項に記載の露光装置を用いて露光を行うことを特徴とするデバイスの製造方法。

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