JP3690540B2 - Projection exposure equipment - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程中で、マスクパターンを感光基板上に転写するために使用される投影露光装置に関し、特にエキシマレーザ光のような紫外線を露光用の照明光として用いて、マスク及び感光基板を投影光学系に対して同期走査することによって露光を行うステップ・アンド・スキャン方式等の走査型の投影露光装置に適用して卓効あるものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体素子を製造する際に、マスクとしてのレチクルのパターンをフォトレジストが塗布されたウエハの各ショット領域に転写するための投影露光装置として、従来はステップ・アンド・リピート方式（一括露光方式）の縮小投影型露光装置（ステッパー）が多用されていた。これに対して最近、投影光学系に対する負担をあまり大きくすることなく、転写対象パターンを大面積化するという要請に応えるために、レチクル上のパターンの一部を投影光学系を介してウエハ上に縮小投影した状態で、レチクルとウエハとを投影光学系に対して同期走査することにより、レチクル上のパターンの縮小像を逐次ウエハ上の各ショット領域に転写する所謂ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置が注目されている。このステップ・アンド・スキャン方式は、１回の走査露光でレチクルの全面のパターンを等倍でウエハの全面に転写するアライナーの転写方式（スリットスキャン方式）の長所と、ステッパーの転写方式の長所とを組み合わせて発展させたものである。
【０００３】
また、一般に投影露光装置ではより解像度を高めることが求められているが、解像度を高めるための１つの方法が、露光用の照明光としてより短波長の光束を使用することである。そこで、最近は露光用の照明光として、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、若しくはＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）等の紫外域、更には遠紫外域のエキシマレーザ光が使用されつつある。また、金属蒸気レーザ光やＹＡＧレーザ光の高調波等の使用も検討されている。
【０００４】
例えば、露光用の照明光としてエキシマレーザ光を使用する場合、エキシマレーザ光源では通常、広帯化レーザ光源と狭帯化レーザ光源とがあり、狭帯化レーザ光源とはレーザ光のスペクトルの半値幅が２〜３ｐｍ以下のものを指し、広帯化レーザ光源とはレーザ光のスペクトルの半値幅が１００ｐｍ以上のものを指している。このように露光用の照明光として、エキシマレーザ光のような紫外域以下の短波長の照明光を使用する場合、投影光学系用の屈折レンズの硝材として使用できるものは、石英、及び蛍石等に限られている。そのため、そのような短波長の照明光を使用する程、投影光学系の色消しを行うのが困難になる。従って、投影光学系の色消しを容易に行う観点からは、狭帯化レーザ光源が望ましいことになる。
【０００５】
ところが、エキシマレーザ光の帯域は本来は広帯域であるため、狭帯化レーザ光源では、インジェクション・ロッキング等を行って発振スペクトルを狭帯化している。そのため、狭帯化レーザ光源では、レーザ出力が広帯化レーザ光源に比べて低下し、且つ寿命、及び製造コストの点でも広帯化レーザ光源に比べて悪化している。従って、レーザ出力、寿命、及び製造コストに関しては、広帯化レーザ光源の方が有利である。そこで最近は、投影光学系の構造を色消しが容易な構造にして、広帯化レーザ光源を使用することが試みられている。
【０００６】
さて、ステップ・アンド・スキャン方式のような走査露光型の投影露光装置（走査型投影露光装置）に使用される投影光学系としては、特開平６−１３２１９１号公報に開示されているように、凹面鏡を使用する反射屈折光学系、又は屈折レンズのみを組み合わせた屈折光学系がある。前者のように反射屈折光学系を使用する場合、凹面鏡では色収差が無いため、屈折レンズ群中に凹面鏡を配置することによって色消しが容易になり、結果としてレーザ出力や寿命等の点で有利な広帯化レーザ光源の使用が可能になる。
【０００７】
また、後者の屈折光学系を使用する場合でも、全体の屈折レンズの内で蛍石の割合を多くすることによって色消しの幅を広くできるため、広帯化レーザ光源の使用が可能になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き従来の技術において、エキシマレーザ光のような紫外光を露光用の照明光として使用する場合、紫外光はオゾンにより吸収されると共に、フォトレジストの特性をも考慮して、投影露光装置の内部に窒素（Ｎ2)ガス、又はオゾンを除去した気体（空気等）を循環させる必要性が指摘されていた。しかしながら、例えば単に投影露光装置が設置されているチャンバの内部の気体の全部を窒素ガス等に置き換えるのでは、メンテナンス時等における作業者の安全上で問題がある。
【００１１】
本発明は斯かる点に鑑み、露光時には露光用の照明光の吸収が少ないと共に、メンテナンス時等における作業者の安全を確保できる投影露光装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の投影露光装置は、露光用の照明光を発生する露光光源を備え、その照明光で転写用パターンの形成されたマスク（Ｒ）を照明する照明光学系（２〜５，１０，１１，１４）と、その照明光のもとでマスク（Ｒ）のパターンの像を感光基板（Ｗ）上に投影する投影光学系（ＰＬ）と、感光基板（Ｗ）を移動する基板ステージ（２２）と、を有する投影露光装置において、その露光光源として紫外域以下の波長で発振するレーザ光源（２）を使用し、その照明光学系、投影光学系（ＰＬ）、及び基板ステージ（２２）を複数個の独立のケーシング（１１１，１１３，１１４）内に収納し、これら複数個のケーシングの内の少なくとも１つのケーシング（１１１，１１４）内に複数種類の気体を切り換えて供給する気体供給手段（１１６，１１７，１２０Ａ）を設けたものである。
【００１４】
なお、本発明において、その照明光学系、その投影光学系、及びその基板ステージを複数個の独立のケーシング内に収納する代わりに、その照明光学系を収容する照明系ユニット（１１１）とその投影光学系を収容する投影系ユニット（１１３）と、その基板ステージを収容する基板ステージユニット（１１４）とを設け、その気体供給手段がその照明系ユニット内に、互いに種類が異なる２つの気体を切り換えて供給するようにしてもよい。
斯かる本発明によれば、選択されたケーシング内又は照明系ユニット内に、例えば通常の露光時には露光用の照明光に対する吸収率の低い気体が供給され、メンテナンス時に試験的に露光を行うようなときには、作業者にとって安全な空気等の気体が供給される。
この場合、複数種類の気体として、窒素、空気、及びオゾンを除去した空気よりなる気体群から選択された複数種類の気体を用いることが望ましい。このとき、紫外域以下の照明光に対する吸収率の低い気体としては、窒素及びオゾンを除去した空気があり、作業者にとって安全な気体としては空気及びオゾンを除去した空気がある。そこで、それら３種類の内のどの２種類の気体を使用した場合でも、通常の露光時には照明光に対する吸収率の低い気体が供給でき、メンテナンス時等には、作業者にとって安全な気体が供給できる。
【００１５】
但し、オゾンは紫外線に対する吸収率が高いため、作業者にとって安全で且つ照明光に対する吸収率の最も低い気体はオゾンを除去した空気であり、最も照明光に対する吸収率の低い気体は窒素である。そこで、窒素及びオゾンを除去した空気を組み合わせることが最も望ましい。また、窒素の代わりにヘリウム等の不活性ガス等を使用してもよい。
【００１６】
また、その気体供給手段に、供給対象のケーシング内の気体の種類を切り換える際に、このケーシング内で気体が実質的に完全に置き換えられたことを確認するための確認手段（１３７Ａ〜１３７Ｃ）を設けることが望ましい。これによって安全性が高まる。その確認手段としては、所定の気体の濃度計測センサの他に、タイマのような計時手段も使用できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による投影露光装置の実施の形態の一例につき図面を参照して説明する。本例は、露光光源としてエキシマレーザ光源を使用し、投影光学系として反射屈折系を使用するステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適用したものである。
【００２１】
図１は本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図１において、露光制御装置１により発光状態が制御されたエキシマレーザ光源２から射出されたパルスレーザ光よりなる照明光ＩＬは、偏向ミラー３で偏向されて第１照明系４に達する。エキシマレーザ光源２として本例では、発振スペクトルの半値幅が１００ｐｍ以上にされたＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）の広帯化レーザ光源が使用される。但し、露光用の光源としては、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）の広帯化レーザ光源を使用してもよく、金属蒸気レーザ光源、ＹＡＧレーザの高調波発生装置、又は水銀ランプ等の輝線ランプ等を使用してもよい。
【００２２】
第１照明系４には、ビームエキスパンダ、光量可変機構、照明光学系のコヒーレンスファクタ（所謂σ値）を変更した場合に照明光の光量を切り換えるための照明切り換え機構、及びフライアイレンズ等が含まれている。そして、第１照明系４の射出面に照明光ＩＬの面状に分布する２次光源が形成され、この２次光源の形成面に照明条件を種々に切り換えるための照明系開口絞り用の切り換えレボルバ５が配置されている。切り換えレボルバ５の側面には、通常の円形の開口絞り、光軸から偏心した複数の開口よりなる所謂変形照明用の開口絞り、輪帯状の開口絞り、及び小さい円形開口よりなる小さいσ値用の開口絞り等が形成され、切り換え装置６を介して切り換え用レボルバ５を回転することによって、所望の照明系開口絞り（σ絞り）をその第１照明系４の射出面に配置できるようになっている。また、そのように照明系開口絞りを切り換えた場合には、切り換え装置６によって同期して、最も光量が大きくなるように第１照明系４内の照明切り換え機構が切り換えられる。
【００２３】
切り換え装置６の動作は、露光制御装置１によって制御され、露光制御装置１の動作は、装置全体の動作を統轄制御する主制御装置７によって制御されている。
切り換え用レボルバ５で設定された照明系開口絞りを透過した照明光ＩＬは、透過率が大きく反射率の小さいビームスプリッタ８に入射し、ビームスプリッタ８で反射された照明光は、フォトダイオード等の光電検出器よりなるインテグレータセンサ９で受光される。このインテグレータセンサ９で照明光を光電変換して得られる検出信号が露光制御装置１に供給される。その検出信号とウエハ上での露光量との関係は予め計測して記憶されており、露光制御装置１では、その検出信号よりウエハ上での積算露光量をモニタする。また、その検出信号は、露光用の照明光ＩＬを使用する各種センサ系の出力信号を規格化するのにも利用される。
【００２４】
ビームスプリッタ８を透過した照明光ＩＬは、第２照明系１０を介して照明視野絞り系（レチクルブラインド系）１１を照明する。この照明視野絞り系１１の配置面は、第１照明系４中のフライアイレンズの入射面と共役であり、フライアイレンズの各レンズエレメントの断面形状とほぼ相似の照明領域でその照明視野絞り系１１が照明される。照明視野絞り系１１は、可動ブラインドと固定ブラインドとに分かれており、固定ブラインドは固定された矩形の開口を有する視野絞りであり、可動ブラインドはレチクルの走査方向及び非走査方向に独立に動く開閉自在の２対の可動ブレードである。固定ブラインドでレチクル上の照明領域の形状の決定が行われ、可動ブラインドで走査露光の開始時及び終了時にその固定ブラインドの開口の覆いをそれぞれ徐々に開く動作、及び閉める動作が行われる。これによって、ウエハ上で本来の露光対象のショット領域以外の領域に照明光が照射されるのが防止される。
【００２５】
この照明視野絞り系１１中の可動ブラインドの動作は、駆動装置１２によって制御されており、ステージ制御装置１３によって後述のようにレチクルとウエハとの同期走査を行う際に、ステージ制御装置１３は、駆動装置１２を介してその可動ブラインドを同期して駆動する。照明視野絞り系１１を通過した照明光ＩＬは、第３照明系１４を経てレチクルＲのパターン面（下面）の矩形の照明領域１５を均一な照度分布で照明する。照明視野絞り系１１の固定ブラインドの配置面は、レチクルＲのパターン面と共役であり、照明領域１５の形状はその固定ブラインドの開口によって規定されている。
【００２６】
以下では、レチクルＲのパターン面に平行な面内で図１の紙面に垂直にＸ軸を、図１の紙面に平行にＹ軸を取り、レチクルＲのパターン面に垂直にＺ軸を取って説明する。このとき、レチクルＲ上の照明領域１５は、Ｘ方向に長い矩形領域であり、走査露光時には、照明領域１５に対してレチクルＲが＋Ｙ方向、又は−Ｙ方向に走査される。即ち、走査方向はＹ方向に設定されている。
【００２７】
レチクルＲ上の照明領域１５内のパターンは、両側（又はウエハ側に片側）テレセントリックな投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βは例えば１／４，１／５等）で縮小されて、フォトレジストが塗布されたウエハＷ上の露光領域１６に結像投影される。
レチクルＲは、レチクルステージ１７上に保持され、レチクルステージ１７はレチクル支持台１８上のＹ方向に伸びたガイド上にエアベアリングを介して載置されている。レチクルステージ１７はリニアモータによってレチクル支持台１８上をＹ方向に一定速度で走査できると共に、Ｘ方向、Ｙ方向、及び回転方向（θ方向）にレチクルＲの位置を調整できる調整機構を備えている。レチクルステージ１７の端部に固定された移動鏡１９ｍ、及び不図示のコラムに固定されたレーザ干渉計１９によって、レチクルステージ１７（レチクルＲ）のＸ方向、Ｙ方向の位置が常時０．００１μｍ（１ｎｍ）程度の分解能で計測されると共に、レチクルステージ１７の回転角も計測され、計測値がステージ制御装置１３に供給され、ステージ制御装置１３は供給された計測値に応じてレチクル支持台１８上のリニアモータ等の動作を制御する。
【００２８】
一方、ウエハＷはウエハホルダ２０を介して試料台２１上に保持され、試料台２１はウエハステージ２２上に載置され、ウエハステージ２２は、定盤２３上のガイド上にエアベアリングを介して載置されている。そして、ウエハステージ２２は、定盤２３上でリニアモータによってＹ方向に一定速度での走査、及びステッピング移動ができると共に、Ｘ方向へのステッピング移動ができるように構成されている。また、ウエハステージ２２内には、試料台２１をＺ方向に所定範囲で移動するＺステージ機構、及び試料台２１の傾斜角を調整するチルト機構（レベリング機構）が組み込まれている。
【００２９】
試料台２１の側面部に固定された移動鏡２４ｍ、及び不図示のコラムに固定されたレーザ干渉計２４によって、試料台２１（ウエハＷ）のＸ方向、Ｙ方向の位置が常時０．００１μｍ程度の分解能で計測されると共に、試料台２１の回転角及びチルト角も計測され、計測値がステージ制御装置１３に供給され、ステージ制御装置１３は供給された計測値に応じてウエハステージ２２の駆動用のリニアモータ等の動作を制御する。
【００３０】
走査露光時には、主制御装置７からステージ制御装置１３に露光開始のコマンドが送出され、これに応じてステージ制御装置１３では、レチクルステージ１７を介してレチクルＲをＹ方向に速度ＶR で走査するのと同期して、ウエハステージ２２を介してウエハＷをＹ方向に速度ＶW で走査する。レチクルＲからウエハＷへの投影倍率βを用いて、ウエハＷの走査速度ＶW はβ・ＶR に設定される。
【００３１】
また、投影光学系ＰＬは外部のベース部材上に植設されたコラム２５（図５参照）の中板上に保持されている。そして、投影光学系ＰＬのＸ方向の側面部に、ウエハＷの表面の複数の計測点に斜めにスリット像等を投影して、それら複数の計測点でのＺ方向の位置（フォーカス位置）に対応する複数のフォーカス信号を出力する、斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサ（以下、「ＡＦセンサ」という）２６が配置されている。多点のＡＦセンサ２６からの複数のフォーカス信号は、フォーカス・チルト制御装置２７に供給され、フォーカス・チルト制御装置２７では、それら複数のフォーカス信号よりウエハＷの表面のフォーカス位置及び傾斜角を求め、求めた結果をステージ制御装置１３に供給する。
【００３２】
ステージ制御装置１３では、供給されたフォーカス位置及び傾斜角が、それぞれ予め求められている投影光学系ＰＬの結像面のフォーカス位置及び傾斜角に合致するように、ウエハステージ２２内のＺステージ機構、及びチルト機構をサーボ方式で駆動する。これによって、走査露光中においても、ウエハＷの露光領域１６内の表面はオートフォーカス方式、及びオートレベリング方式で投影光学系ＰＬの結像面に合致するように制御される。
【００３３】
更に、投影光学系ＰＬの＋Ｙ方向の側面にオフ・アクシス方式のアライメントセンサ２８が固定されており、アライメント時にはアライメントセンサ２８によってウエハＷの各ショット領域に付設されたアライメント用のウエハマークの位置検出が行われ、検出信号がアライメント信号処理装置２９に供給されている。アライメント信号処理装置２９にはレーザ干渉計２４の計測値も供給され、アライメント信号処理装置２９では、その検出信号及びレーザ干渉計２４の計測値より検出対象のウエハマークのステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での座標を算出して、主制御装置７に供給する。ステージ座標系（Ｘ，Ｙ）とは、レーザ干渉計２４によって計測される試料台２１のＸ座標及びＹ座標に基づいて定められる座標系を言う。主制御装置７では、供給されたウエハマークの座標より、ウエハＷ上の各ショット領域のステージ座標系（Ｘ，Ｙ）での配列座標を求めてステージ制御装置１３に供給し、ステージ制御装置１３では供給された配列座標に基づいて各ショット領域に走査露光を行う際のウエハステージ２２の位置を制御する。
【００３４】
また、試料台２１上には基準マーク部材ＦＭが固定され、基準マーク部材ＦＭの表面にはアライメントセンサの位置基準となる種々の基準マーク、及びウエハＷの反射率の基準となる基準反射面等が形成されている。そして、投影光学系ＰＬの上端部に、ウエハＷ側から投影光学系ＰＬを介して反射される光束等を検出する反射光検出系３０が取り付けられ、反射光検出系３０の検出信号が自己計測装置３１に供給されている。主制御装置７の管理のもとで後述のように、自己計測装置３１ではウエハＷの反射量（反射率）のモニタ、照度むらの計測、及び空間像の計測等を行う。
【００３５】
次に、図２を参照して図１内の本例の投影光学系ＰＬの構成について詳細に説明する。
図２は、投影光学系ＰＬを示す断面図であり、この図２において、投影光学系ＰＬは機構的には、第１対物部４１、光軸折り返し部４３、光軸偏向部４６、及び第２対物部５２の４つの部分より構成されている。そして、光軸折り返し部４３内に凹面鏡４５が配置されている。
【００３６】
本例のように照明光ＩＬとして広帯化されたレーザ光を用いた場合、同じ電源電力でも光量を増やすことができスループットを高められると共に、コヒーレンシィが低下して干渉による悪影響が軽減されるという利点がある。但し、本例のようにＫｒＦエキシマレーザ光又はＡｒＦエキシマレーザ光のような紫外域の照明光を使用する場合、投影光学系ＰＬ内の屈折レンズとして使用できる硝材が石英や蛍石等に限られてしまい、屈折光学系のみではその設計が困難である。そのため本例では、凹面鏡のような色収差が発生しない反射光学系と屈折光学系とを併用することで広帯色消しを行うこととしている。但し、反射光学系は一般には１対１（等倍）の光学系であり、本例のように１／４倍、又は１／５倍のような縮小投影を行う場合には、以下のようにその構成には特殊な工夫が必要である。
【００３７】
即ち、先ず、レチクルＲの直下に第１対物部４１が配置され、第１対物部４１は鏡筒４２内にレチクルＲ側から順にレンズ枠を介してレンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を固定して構成されている。そして、鏡筒４２の下に、光軸偏向部４６の鏡筒４７を介して、光軸折り返し部４３の鏡筒４４が配置され、鏡筒４４内にレチクルＲ側から順にレンズ枠を介して、レンズＬ１１，Ｌ１２，…，Ｌ２０，Ｌ２１、及び凹面鏡４５が固定されている。第１対物部４１と光軸折り返し部４３とは同軸であり、その光軸を光軸ＡＸ１とする。光軸ＡＸ１はレチクルＲのパターン面に垂直である。
【００３８】
このとき、鏡筒４２と鏡筒４４との間の光軸偏向部４６の鏡筒４７内で、光軸ＡＸ１から＋Ｙ方向に偏心した位置に、光軸ＡＸ１に対して＋Ｙ方向にほぼ４５°で傾斜した反射面を有する小型ミラー４８が配置されている。また、鏡筒４７内に小型ミラー４８から＋Ｙ方向に順に、レンズＬ３１，Ｌ３２、補正光学系４９、及びビームスプリッタ５０が配置されている。光軸偏向部４６の光軸ＡＸ２は光軸ＡＸ１に直交しており、ビームスプリッタ５０の反射面は小型ミラー４８の反射面に直交するように光軸ＡＸ２にほぼ４５°で傾斜している。ビームスプリッタ５０は、透過率が５％で反射率が９５％程度の高反射率のビームスプリッタであり、ウエハ側から反射されてビームスプリッタ５０を透過した光束を受光することによって、ウエハの反射率やレチクルのパターンの投影像の状態等をモニタできるようになっている。
【００３９】
そして、補正光学系４９は、光軸ＡＸ２に沿った方向に微動できると共に、光軸ＡＸ２に垂直な平面に対する傾斜角が微調整できるレンズ群等より構成され、補正光学系４９の位置及び傾斜角は結像特性補正装置５１によって制御されている。結像特性補正装置５１の動作は図１の主制御装置７によって制御されている。
【００４０】
また、光軸ＡＸ２をビームスプリッタ５０で折り曲げた方向に、鏡筒４７に接触するように第２対物部５２の鏡筒５３が配置され、ビームスプリッタ５０側から順に鏡筒５３内にレンズ枠を介して、レンズＬ４１，Ｌ４２，Ｌ４３，…，Ｌ５２が配置され、レンズ５２の底面はウエハＷの表面に対向している。第２対物部５２の光軸ＡＸ３は、第１対物部４１及び光軸折り返し部４３の光軸ＡＸ１に平行であり、且つ光軸偏向部４６の光軸ＡＸ２に直交している。
【００４１】
この場合、照明光ＩＬによるレチクルＲ上の矩形の照明領域１５は光軸ＡＸ１から−Ｙ方向に偏心した位置に設定され、照明領域１５を通過した照明光（以下、「結像光束」と呼ぶ）は、第１対物部４１内のレンズＬ１，Ｌ２，…，Ｌ４を経て、光軸偏向部４６の鏡筒４７の内部を通過して光軸折り返し部４３に入射する。光軸折り返し部４３に入射した結像光束は、レンズＬ１１，Ｌ１２，…，Ｌ２０，Ｌ２１を経て凹面鏡４５に入射し、凹面鏡４５で反射集光された結像光束は、再びレンズＬ２１，Ｌ２０，…，Ｌ１２，Ｌ１１を経て光軸偏向部４６の鏡筒４７内の小型ミラー４８で＋Ｙ方向に偏向される。
【００４２】
その光軸偏向部４６において、小型ミラー４８で反射された結像光束は、レンズＬ３１，Ｌ３２及び補正光学系４９を介してビームスプリッタ５０に入射する。この際に、鏡筒４７の内部でビームスプリッタ５０の近傍に、レチクルＲ上の照明領域１５内のパターンのほぼ等倍の像（中間像）が形成される。そこで、第１対物部４１及び光軸折り返し部４３よりなる合成系を「等倍光学系」と呼ぶ。ビームスプリッタ５０で−Ｚ方向に偏向された結像光束は、第２対物部５２に向かい、第２対物部５２において、その結像光束は、レンズＬ４１，Ｌ４２，…，Ｌ５１，Ｌ５０を介してウエハＷ上の露光領域１６に、レチクルＲ上の照明領域１５内のパターンの縮小像を形成する。そこで、第２対物部５２を「縮小投影系」とも呼ぶ。
【００４３】
以上のように、レチクルＲ上の照明領域１５をほぼ−Ｚ方向に透過した結像光束は、本例の投影光学系ＰＬ内で第１対物部４１、及び光軸折り返し部４３によってほぼ＋Ｚ方向に折り返される。その結像光束は、更に光軸偏向部４６によって順次ほぼ＋Ｙ方向、及び−Ｚ方向に折り返される過程でその照明領域１５内のパターンのほぼ等倍の中間像を形成した後、第２対物部５２を介してウエハＷ上の露光領域１６にその照明領域１５の縮小像を形成する。この構成によって、本例の投影光学系ＰＬでは、全部のレンズＬ２〜Ｌ４，Ｌ１１〜Ｌ２１，Ｌ３１，Ｌ３２，Ｌ４１〜Ｌ５２を軸対称にできると共に、それらのレンズの内のほぼ全部を石英より形成し、その内の３〜４枚のレンズのみを蛍石より形成するだけで、広帯化された照明光ＩＬの帯域幅である１００ｐｍ程度の範囲内で色消しを高精度に行うことができる。
【００４４】
本例の投影光学系ＰＬは、光学的には、以上のように第１対物部４１及び光軸折り返し部４３よりなる等倍光学系と、光軸偏向部４６と、第２対物部５２よりなる縮小投影系との３つに分けられるが、機械的構造としては、小型ミラー４８が第１対物部４１のレンズＬ４と光軸折り返し部４３のレンズＬ１１との間に入っている。そのため、仮にレンズＬ４、小型ミラー４８及びレンズＬ１１を同一の鏡筒に組み込むと、光軸偏向部４６内の小型ミラー４８とビームスプリッタ５０とを調整上別々の鏡筒に組み込む必要がある。しかしながら、小型ミラー４８とビームスプリッタ５０とを異なる鏡筒に組み込むと、それら２つの部材の反射面の直交度が変動する恐れがある。それら２つの反射面の直交度が変動すると、結像性能の劣化を招くため、本例では、等倍結像系を、光軸偏向部４６の鏡筒４７を介して第１対物部４１と光軸折り返し部４３とに分割して、小型ミラー４８及びビームスプリッタ５０をその鏡筒４７内に固定している。
【００４５】
また、投影光学系ＰＬを組み立てる際には、予め第１対物部４１、光軸折り返し部４３、光軸偏向部４６、及び第２対物部５２を別々に組立調整する。その後、コラム２５の中板の貫通孔に光軸折り返し部４３の鏡筒４４、及び第２対物部５２の鏡筒５３の下部を挿通し、鏡筒４４のフランジ４４ａ及び鏡筒５３のフランジ５３ａとコラム２５の中板との間に座金を挟み、フランジ４４ａ及び５３ａをその中板にねじで仮止めする。次いで、それら鏡筒４４及び５３の上端に光軸偏向部４６の鏡筒４７を載せて、鏡筒４７のフランジ４７ａ及び鏡筒５３の上端のフランジ５３ｂとの間に座金を挟み、フランジ４７ａをフランジ５３ｂ上にねじで仮止めする。
【００４６】
そして、鏡筒４４内のレンズＬ１１の上方から調整用のレーザビームを鏡筒４４の内部に照射して、そのレーザビームが鏡筒５３の最下端のレンズＬ５２から射出されて通過する位置（ウエハＷの表面に相当する面上での位置）をモニタし、このモニタされた位置が目標位置になるように、フランジ４４ａ，５３ａ，４７ａの底部の座金の厚さの調整や、鏡筒４２，５３，４７の横移動等を行う。そして、そのレーザビームの位置が目標位置に達した状態で、フランジ４４ａ，５３ａ，４７ａをねじ止めすることによって、光軸折り返し部４３、第２対物部５２、及び光軸偏向部４６を固定する。最後に、鏡筒４７の−Ｙ方向の端部上方に第１対物部４１の鏡筒４２を移動し、鏡筒４１の不図示のフランジと鏡筒４７の対応する不図示のフランジとの間に座金を挟んで、鏡筒４７上に鏡筒４２を載置する。そして、再び例えば鏡筒４２のレンズＬ１の上方から調整用のレーザビームを照射して、光軸調整を行った後、鏡筒４７上に鏡筒４２をねじ止めすることによって、投影光学系ＰＬの投影露光装置への組み込みが終了する。
【００４７】
更に、本例では、振動に対する結像特性の安定性や投影光学系ＰＬのバランスを考慮して、投影光学系ＰＬ内で結像光束の光路外に投影光学系ＰＬの全体の重心５４の位置を設定している。即ち、図２において、投影光学系ＰＬの重心５４は、光軸折り返し部４３と第２対物部５２との中間付近で、且つ鏡筒４４のフランジ４４ａ及び鏡筒５３のフランジ５３ａより僅かに低い位置（コラム２５の上板の内部）に設定されている。このように、投影光学系ＰＬの重心５４を更にフランジ４４ａ，５３ａの近傍に設定することによって、投影光学系ＰＬはより振動に強く、且つ高剛性の構造となっている。
【００４８】
また、上述のように本例の投影光学系ＰＬの光軸偏向部４６の内部で、且つビームスプリッタ５０の近傍にレチクルＲのパターン面と共役な中間像面が存在し、この中間像面の近傍に補正光学系４９が配置されている。この補正光学系４９としての例えばレンズ群を光軸ＡＸ２方向に微動するか、又はそのレンズ群の光軸ＡＸ２に垂直な面に対する傾斜角を調整することによって、ウエハＷ上に投影されるレチクルＲの縮小像の投影倍率、及びディストーション等の結像特性を補正できる。これに対して、従来はそのような結像特性補正機構はレチクルＲのほぼ直下に設けられていた。本例によれば、レチクルＲの直下には結像特性補正機構が無く、機構上の制約が無いため、図１のレチクル支持台１８の剛性を設計上高くできる利点がある。
【００４９】
次に、図３を参照して、図２のレチクルＲ上の照明領域１５とウエハＷ上の露光領域１６との位置関係につき説明する。
図３（ａ）は、図２のレチクルＲ上の照明領域１５を示し、この図３（ａ）において、図２の投影光学系ＰＬの第１対物部４１の円形の有効照明視野４１ａ内で、光軸ＡＸ１に対して僅かに−Ｙ方向に外れた位置に、Ｘ方向に長い矩形の照明領域１５が設定されている。照明領域１５の短辺方向（Ｙ方向）がレチクルＲの走査方向となっている。図２において、第１対物部４１及び光軸折り返し部４３よりなる等倍光学系では、レチクルＲ上の照明領域１５を通過した結像光束は、凹面鏡４５によって折り返されて小型ミラー４８まで導かれるため、照明領域１５は光軸ＡＸ１に対して偏心させておく必要がある。
【００５０】
一方、図３（ｂ）は図２のウエハＷ上の露光領域１６（照明領域１５と共役な領域）を示し、この図３（ｂ）において、図２の投影光学系ＰＬの第２対物部５２（縮小投影系）の円形の有効露光フィールド５２ａ内で、光軸ＡＸ３に対して僅かに＋Ｙ方向に外れた位置に、Ｘ方向に長い矩形の露光領域１６が設定されている。
【００５１】
これに対して、図３（ｃ）は、図３（ａ）と同じく円形の有効照明視野４１ａ内で、光軸ＡＸ１に対して僅かに−Ｙ方向に外れた位置に設定された矩形の照明領域１５を示している。また、図３（ｄ）は、図２の第２対物部５２を変形させた第２対物部の有効露光フィールド５２ａＡを示し、この有効露光フィールド５２ａＡの光軸ＡＸ３Ａを中心として、Ｘ方向に長い矩形の露光領域１６Ａ（図３（ｃ）の照明領域１５と共役な領域）が設定されている。即ち、図３（ｄ）に示すように、投影光学系ＰＬの最終段である第２対物部５２（縮小投影系）の構成を変更することによって、ウエハＷ上の露光領域１６Ａは有効露光フィールド５２ａＡの光軸を中心とする領域に設定できる。図３（ｂ）と図３（ｄ）とは、投影光学系ＰＬの収差を除去するための設計の行い易さによって選択されるが、図３（ｂ）は設計が容易であり、図３（ｄ）は第２対物部（縮小投影系）のレンズ径を僅かに小さくできるという利点がある。
【００５２】
次に、図４を参照して、本例の投影露光装置の空調系につき説明する。本例の投影露光装置は全体として所定のチャンバ内に設置されているが、更にその投影露光装置は複数のユニットに分けられ、各ユニット別に独立に空調が行われている。このような空調システムを、以下では「ユニット別空調システム」と呼ぶ。図４は本例のユニット別空調システムを示し、この図４において、図１の投影露光装置が照明系ユニット１１１、レチクルステージ系ユニット１１２、投影光学系ユニット１１３、ウエハステージ系ユニット１１４、及びウエハ搬送系ユニット１１５に大きく分かれている。具体的に、照明系ユニット１１１は、箱状のケーシング内に図１のエキシマレーザ光源２、偏向ミラー３、第１照明系４、切り換えレボルバ５、ビームスプリッタ８、インテグレータセンサ９、第２照明系１０、照明視野絞り系１１、及び第３照明系１４よりなる照明光学系を収納したものである。また、レチクルステージ系ユニット１１２は、箱状のケーシング内に図１のレチクル支持台１８、レチクルステージ１７（移動鏡１９ｍを含む）、レチクルＲ、レチクルＲと第３照明系１４との間の光路、及びレチクルＲと投影光学系ＰＬとの間の光路を収納したものである。
【００５３】
そして、投影光学系ユニット１１３は、図２の投影光学系ＰＬそのものであるが、投影光学系ＰＬの鏡筒４２，４４，４７，５３をケーシングとみなして、このケーシング内のレンズ群の間の気体の流れを制御できるように構成されている。更に、ウエハステージ系ユニット１１４は、図１の定盤２３上に設置された箱状のケーシング内にウエハステージ２２、試料台２１（移動鏡２４ｍ、基準マーク部材ＦＭを含む）、ウエハホルダ２０、ウエハＷ、及び投影光学系ＰＬとウエハＷとの間の空間部を収納したものであり、ウエハ搬送系ユニット１１５は、箱状のケーシング内に図１では省略されているウエハ搬送系を収納したものである。本例では、照明系ユニット１１１、レチクルステージ系ユニット１１２、投影光学系ユニット１１３、ウエハステージ系ユニット１１４、及びウエハ搬送系ユニット１１５のそれぞれに対して、所定の気体の供給及び排気が独立に行えるようになっている。
【００５４】
そのための空調装置として、塵除去フィルタ及びオゾン除去フィルタを内蔵した第１空調装置１１６と、不図示の窒素ガスボンベより供給された窒素（Ｎ2)ガスを循環させる第２空調装置１１７とが備えられている。そして、第１空調装置１１６は、チャンバの外部から取り込んだ空気、及び配管１１８Ｂを介して戻される空気より塵除去フィルタを介して塵等を除去すると共に、オゾン除去フィルタを介してオゾンを除去して得られる空気の温度及び流量を調整し、調整後の空気を配管１１８Ａを介して気体切り換え器１２０Ａに供給する。一方、第２空調装置１１７は、配管１１９Ｂ及び１３３Ｂを介して戻される窒素ガスの内で、純度の高い部分の温度及び流量を調整して配管１１９Ａ及び１３３Ａを介して循環させると共に、純度の低い部分を配管１３６を介してチャンバが設置されているクリーンルームの外部の大気中に放出する。更に、第２空調装置１１７は、不足した窒素ガスを窒素ガスボンベより補う、即ち不足分についてパージを行うようにしている。
【００５５】
次に、気体切り換え器１２０Ａでは供給された２種類の気体（オゾン除去後の空気、及び窒素ガス）の一方を配管１２１Ａを介して空調風量制御器１２２Ａに供給し、空調風量制御器１２２Ａでは配管１２３Ａを介して照明系ユニット１１１内部に気体を供給すると共に、配管１２４Ａを介して空調風量制御器１２５Ａにも気体を供給する。空調風量制御器１２２Ａ，１２５Ａ（その他も同様）では、それぞれ供給された気体の温度及び流量（風量）の調整を行って吹き出す機能を有する。そして、空調風量制御器１２５Ａでは配管１２６Ａ及び１２７Ａを介して、それぞれレチクルステージ系ユニット１１２内部及び空調風量制御器１２８Ａに気体を供給する。更に、空調風量制御器１２８Ａでは配管１２９Ａを介してウエハ搬送系ユニット１１５内部に気体を供給すると共に、配管１３０Ａ、空調風量制御器１３１Ａ、及び配管１３２Ａを介してウエハステージ系ユニット１１４内部にも気体を供給する。
【００５６】
また、ウエハ搬送系ユニット１１５内部を循環した気体は配管１２９Ｂを介して空調風量制御器１２８Ｂに排気され、ウエハステージ系ユニット１１４内部を循環した気体は配管１３２Ｂ、空調風量制御器１３１Ｂ、及び配管１３０Ｂを介して空調風量制御器１２８Ｂに排気され、空調風量制御器１２８Ｂから排気される気体、及びレチクルステージ系ユニット１１２内部を循環した気体は、それぞれ配管１２７Ｂ及び１２６Ｂを介して空調風量制御器１２５Ｂに排気される。同様に、空調風量制御器１２５Ｂから排気される気体、及び照明系ユニット１１１内部を循環した気体はそれぞれ配管１２４Ｂ及び１２３Ｂを介して空調風量制御器１２２Ｂに排気され、空調風量制御器１２２Ｂから排気される気体は配管１２１Ｂを介して気体切り換え器１２０Ｂに供給され、気体切り換え器１２０Ｂでは供給された気体が空気であるときには配管１１８Ｂを介して第１空調装置１１６に戻すと共に、供給された気体が窒素ガスであるときには配管１１９Ｂを介して第２空調装置１１７に戻すように構成されている。従って、照明系ユニット１１１、レチクルステージ系ユニット１１２、ウエハステージ系ユニット１１４、及びウエハ搬送系ユニット１１５には共通に、オゾンを除去した空気か又は窒素ガスの何れかが選択的に供給できるようになっている。
【００５７】
また、第２空調装置１１７では、配管１３３Ａ、空調風量制御器１３４Ａ及び配管１３５Ａを介して、投影光学系ユニット１１３に対して温度及び流量が制御された窒素ガスを供給し、投影光学系ユニット１１３内を循環した窒素ガスが配管１３５Ｂ、空調風量制御器１３４Ｂ、及び配管１３３Ｂを介して第２空調装置１１７に戻されるように構成されている。従って、投影光学系ユニット１１３には、他のユニットとは異なり、常時窒素ガスのみが供給されるようになっている。これは、投影光学系ＰＬは特にメンテナンスを行う必要がないためである。即ち、投影光学系ユニット１１３は外部に対して高い気密性を保つように構成され、常時窒素ガスが供給されるようになっている。
【００５８】
また、空調風量制御器１３４Ａ及び１３４Ｂ中にはそれぞれ温度センサ、及び窒素ガスの純度を計測する純度センサが設置されており、計測される純度が所定の許容値以下となったときには、第２空調装置１１７において純度の低い窒素ガスが配管１３６を介して外部に排出されて、不足分が窒素ガスボンベより補給される。
【００５９】
本例では、図１において、露光光源としてＫｒＦエキシマレーザ、又はＡｒＦエキシマレーザ等のエキシマレーザ光源２が使用されている。例えば、ＡｒＦエキシマレーザ光は、通常の空気の成分中では、オゾン（Ｏ3)による吸収率が最も高く、次いで酸素（Ｏ2)がオゾンに変化する際の吸収率が高くなっており、窒素ガスの吸収率は殆ど無視できる程度である。そのため、露光用の照明光ＩＬの光路上には、気体を流すとすれば窒素ガスを流すことによって、最も効率的に（高い透過率で）ウエハＷへの露光を行うことができる。
【００６０】
そこで、通常の露光シーケンスでは、図４の気体切り換え器１２０Ａでは、第２空調装置１１７からの窒素ガスを配管１２１Ａに供給する。これによって、照明系ユニット１１１、レチクルステージ系ユニット１１２、ウエハステージ系ユニット１１４、及びウエハ搬送系ユニット１１５には共通に窒素ガスが供給されて、ウエハには高い照明効率で転写露光が行われる。
【００６１】
一方、メンテナンス時又は試験的に露光を行うような場合には、投影光学系ユニット１１３以外のユニットは作業者によってケーシングが開かれる可能性があるため、安全上の見地より窒素ガスを供給することはできない。そのため、メンテナンス時等には、図４の気体切り換え器１２０Ａでは、第１空調装置１１６からのオゾン除去後の空気を配管１２１Ａに供給する。これによって、照明系ユニット１１１、レチクルステージ系ユニット１１２、ウエハステージ系ユニット１１４、及びウエハ搬送系ユニット１１５には共通にその空気が供給されて、作業者は安全に作業を行うことができる。しかも、投影光学系ユニット１１３以外のユニットに供給されている気体はオゾン除去後の空気であり、露光用の照明光ＩＬに対する吸収率は低いため、照明効率の低下も僅かである。
【００６２】
また、図４において、照明系ユニット１１１、レチクルステージ系ユニット１１２、ウエハステージ系ユニット１１４、及びウエハ搬送系ユニット１１５の内部の排気口の近傍にそれぞれ窒素ガス用の濃度センサ１３７Ａ〜１３７Ｄが設置され、濃度センサ１３７Ａ〜１３７Ｄの検出結果が図１の主制御装置７に供給されている。主制御装置７では、メンテナンス時等にそれらのユニットに供給する気体をオゾン除去後の空気に切り換えた際には、濃度センサ１３７Ａ〜１３７Ｄで検出される窒素濃度が通常の空気の濃度程度になるまで、作業開始可の表示を行わないか、又はチャンバのカバーを閉じた状態でロックしておく。これによって安全に作業が行われる。
【００６３】
なお、それ以外に、主制御装置７にタイマを接続しておき、主制御装置７では、メンテナンス時等にそれらのユニットに供給する気体をオゾン除去後の空気に切り換えた際には、そのタイマを用いて所定の時間経過後に作業開始可の表示等を行うようにしてもよい。
また、露光用の照明光の光路上の気体の種類によって吸収率が異なるので、主制御装置７には、それぞれの気体に対するウエハの表面上での照度がパラメータとして記憶され、気体の種類の切り換え時にパラメータの変換が行われるようになっている。
【００６４】
更に、図４の例では例えば照明系ユニット１１１、レチクルステージ系ユニット１１２、ウエハステージ系ユニット１１４、及びウエハ搬送系ユニット１１５に対して並列に気体が供給されているが、それらのユニットの全部、又は一部を配管で直列に接続し、接続されたユニットに直列に選択された気体を供給するようにしてもよい。これによって、配管の配列が簡略化される。
【００６５】
また、オゾン除去後の空気は取り込まれた空気（外気）をオゾン除去フィルタにかけるのみで得られるが、窒素ガスは連続的に使用する際には窒素ガスボンベの交換を行う必要があり、且つ露光時とメンテンナンス時等とで部分的に空気との入れ換えを行う必要がある。そこで、ウエハ上に塗布されるフォトレジストの必要露光量が大きい（感度が低い）場合には、スループットを高めるために照明系ユニット１１１〜ウエハ搬送系ユニット１１５に対して窒素ガスを流して照明光の吸収率を低くする一方、フォトレジストの必要露光量が小さい（感度が高い）場合には、吸収による光量低下があっても殆どスループットに影響しないため、オゾン除去後の空気を流すようにしてもよい。このように感光条件によって使用する気体の使い分けを行うことによって、スループット及び運転コストを全体として最適化できる。
【００６６】
また、後者のようにフォトレジストの必要露光量が小さい場合には、オゾン除去後の空気の代わりに、外部から取り込まれた空気（大気）そのものを使用してもよい。更に、窒素ガスの代わりに、ＫｒＦエキシマレーザ光、又はＡｒＦエキシマレーザ光に対する吸収率の低い他の気体（例えばヘリウムのような不活性ガス等）を使用してもよい。
【００６７】
更に、上述の気体による照明光の吸収を利用して本例では照明光の光量を制御している。以下では、図５を参照してその光量制御方式につき説明する。
図５（ａ）は、図１のエキシマレーザ光源２及び第１照明系４の一部を示し（偏向ミラー３は省略されている）、この図５（ａ）において、エキシマレーザ光源２からの照明光ＩＬは、両側面に光透過性の窓が設けられ、内部に所定の気体が供給されている容器１４１の内部を透過している。本例では容器１４１の内部にはオゾン（Ｏ3)を所定の濃度で含んだ気体（例えば空気）が不図示の配管を介して供給されている。また、容器１４１にはベローズ機構１４２が接続され、図１の露光制御装置１が切り換え装置６を介してベローズ機構１４２の伸縮量を制御することによって、容器１４１内の気体の圧力、即ち照明光ＩＬに対する吸収率が所定範囲で連続的に調整できるように構成されている。具体的に、照明光ＩＬの光量を低下させたいときには、容器１４１内の気体の圧力を上げてその気体による吸収率を高くし、光量を上げたいときにはその内部の気体の圧力を下げて真空に近い状態にまで制御すれば、透過率が上がり、高いパワーが得られる。この方式によって、光量可変が連続的に行えると共に、ＮＤフィルタを使用する場合とは異なって制御機構の損傷等が少ないという利点がある。
【００６８】
なお、オゾンによる照明光の吸収が飽和する恐れもあるため、容器１４１及びベローズ機構１４２内の気体を所定の割合ずつ入れ換えるようにしてもよい。
次に、図５（ｂ）は気体中のオゾンの濃度を変える例を示し、この図５（ｂ）において、エキシマレーザ光源２から射出される照明光ＩＬが容器１４１の内部を透過している。そして、本例では容器１４１の内部に濃度可変機構１４３を介してオゾンの濃度が０〜１００％の範囲内で制御された気体（例えば空気）が供給されている。照明光ＩＬの光量を上げるときには、オゾンの濃度を０％に向けて低くし、照明光ＩＬの光量を下げるときには、そのオゾンの濃度を１００％に向けて高くすることによって、照明光ＩＬの光量を連続的に制御できる。このシステムを用いる場合、照明光の吸収により発熱するので容器１４１の冷却を行う必要があるが、図５（ａ）の場合と同様に、光量可変が連続的に行える利点と、ＮＤフィルタを使用する場合とは異なって制御機構の損傷等が少ないという利点とがある。
【００６９】
なお、図５（ａ）及び（ｂ）において、オゾンの代わりに例えば酸素（Ｏ2)等のエキシマレーザ光を吸収する気体を使用してもよい。
次に、図６及び図７を参照して本例の投影露光装置の各部の支持機構、及びステージの座標計測用のレーザ干渉計の構造につき説明する。
図６は本例の投影露光装置の機構部の概略構成を示し、この図６において、矩形の大きな定盤３２上に４個の防振機構３３Ａ〜３３Ｄ（図６では３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃのみが図示されている）を介して、ウエハステージ用の定盤２３が載置され、定盤２３上に４脚の第１のコラム３４が植設されている。
【００７０】
そして、定盤２３上にウエハステージ２２及び試料台２１等（図１参照）が載置され、第１のコラム３４の上板３４ａ上にレチクル支持台１８を介してレチクルステージ１７及びレチクルＲが載置されている。また、コラム３４の上板３４ａの上に突き出たＬ字型の支持部材３４ｂの先端部に図１の照明光学系内の照明視野絞り系１１中の可動ブラインドが固定されている。即ち、本例では、走査露光時に同期して動く部分が全て防振機構３３Ａ〜３３Ｄで支持された定盤２３上に直接的に、又は間接的にコラム３４を介して取り付けられている。
【００７１】
また、定盤３２上に防振機構３３Ａ〜３３Ｄの外側の４個の防振機構３５Ａ〜３５Ｄ（図６では３５Ａ，３５Ｃのみが図示されている）を介して４脚の第２のコラム２５が植設され、コラム２５の中板２５ｃがコラム３４の上板３４ａと定盤２３の上面との間を通過し、コラム２５の上板２５ｄがコラム３４の上板３４ａの上部に架設されている。防振機構３３Ａ〜３３Ｄ、及び３５Ａ〜３５Ｄはそれぞれエアパッド及び制振用の電磁ダンパを含むアクティブ型の防振機構である。そして、第２のコラム２５の中板２５ｃ中に投影光学系ＰＬが固定され（図２参照）、コラム２５の上板２５ｄ上に照明光学系のケーシング３６が載置され、ケーシング３６内の上板２５ｄ上に図１のエキシマレーザ光源２〜第３照明系１４までの照明光学系が固定されている。但し、その照明光学系中の照明視野絞り系１１の可動ブラインドのみは、ケーシング３６の窓部３６ａを介して挿通された、コラム３４の支持部材３４ｂの先端部に固定されている。即ち、走査露光中に静止している部分が防振機構３５Ａ〜３５Ｄで支持されたコラム２５に取り付けられている。
【００７２】
本例では、静止している部材を支持する防振機構３５Ａ〜３５Ｄでは、主に床からの振動を減衰するための制御が行われ、走査露光時に動く部材を支持する防振機構３３Ａ〜３３Ｄでは、床からの振動を減衰させると共に、走査露光時のレチクルステージ１７及びウエハステージ２２の反力を吸収するための制御が行われている。即ち、投影光学系ＰＬ及びケーシング３６内の照明光学系には、大きな加速度で駆動される重量の大きい部材がないため、防振機構３５Ａ〜３５Ｄとしては、床からの高周波外乱による振動を除去するためのエアパッドと、それによって発生する低周波振動を除去する電磁ダンパとが組み合わされている。
【００７３】
一方、ウエハステージ２２及びレチクルステージ１７を含むステージ系では、大きな加速度で駆動される重量の大きい部材を含むため、防振機構３３Ａ〜３３Ｄには、そのときの反力を防ぐために十分なパワーを持つ電磁ダンパが取り付けられている。ウエハステージ２２及びレチクルステージ１７はそれぞれ定盤２３に対して直接的、又は間接的にエアガイドで支持されており、且つリニアモータで駆動されるので、床からの高周波外乱による振動に対して定盤２３自体は振動するものの、それらのステージ自身にはその高周波外乱は伝わりにくい。従って、防振機構３３Ａ〜３３Ｄ内のエアパッドはそれ程高精度である必要はない。このように本例によれば、走査露光に同期して動く部分と静止している部分とが異なる防振機構によって支持されているため、用途に応じて防振機構を最適化でき、レチクルのパターンを高い重ね合わせ精度でウエハ上に転写できる。
【００７４】
次に、図１において、ウエハ側のレーザ干渉計２４は実際にはＸ方向、及びＹ方向用の複数軸のレーザ干渉計を表し、同様にレチクル側のレーザ干渉計１９もＸ方向、及びＹ方向用の複数軸のレーザ干渉計を表している。同様に、移動鏡１９ｍ及び２４ｍもそれぞれＸ軸用及びＹ軸用の移動鏡を表している。図６では、レチクル側のレーザ干渉計１９の内のＹ軸用（走査方向用）の２軸のレーザ干渉計１９Ｙ１及び１９Ｙ２、並びにウエハ側のレーザ干渉計２４の内のＹ軸用の１軸のレーザ干渉計２４Ｙ１を示し、レチクル側のＹ軸の移動鏡１９ｍＹも示している。
【００７５】
図６において、ウエハ側のＹ軸用のレーザ干渉計２４Ｙ１はコラム２５の１つの脚部に固定され、レチクル側のＹ軸用のレーザ干渉計１９Ｙ１，１９Ｙ２もそれぞれコラム２５の上板２５ｄと脚部との間に固定されている。同様に他のＹ軸用のレーザ干渉計もコラム２５に固定され、本例の走査方向であるＹ軸用のレーザ干渉計は全て静止部材を支持するコラム２５に取り付けられている。また、Ｘ軸用のレーザ干渉計については、図６ではコラム２５に取り付けにくいように表わされているが、コラム２５の側面に設けた不図示のフレーム等に取り付けるようにしてもよい。
【００７６】
図７は、図６を−Ｘ方向に見た一部を断面とした図であり、この図７において、コラム２５の脚部内にウエハ側のレーザ干渉計２４Ｙ１が固定されている。そして、外部のレーザ光源１４５からの周波数が異なり偏光方向が直交する成分を含むレーザビームは、ミラー１４６及び１４７を経てレーザ干渉計２４Ｙ１内の偏光ビームスプリッタ（以下、「ＰＢＳ」と呼ぶ）１４８に入射する。このとき、Ｐ偏光成分のレーザビームＬＢ１は、ＰＢＳ１４８を透過して１／４波長板１４９を経て試料台２１の側面のＹ軸用の移動鏡２４ｍＹに向かい、移動鏡２４ｍＹで反射されたレーザビームＬＢ１は１／４波長板１４９を経てＳ偏光としてＰＢＳ１４８で反射される。
【００７７】
一方、ＰＢＳ１４８に入射したレーザビームの内で、Ｓ偏光成分のレーザビームＬＢ２は、１／４波長板１５０を経てプリズム型のミラー１５１の反射面１５１ａで反射された後、１／４波長板１５０を経てＰ偏光としてＰＢＳ１４８を透過する。ＰＢＳ１４８で同軸に合成された周波数の異なるレーザビームＬＢ１，ＬＢ２は、プリズム型のミラー１５２で反射されて、レーザ干渉計２４Ｙ１の外部に射出され、射出されたレーザビームＬＢ１，ＬＢ２はミラー１５３及び１５４を経てフォトダイオード等のレシーバ１５５で受光される。この場合、ミラー１５１が参照鏡として作用する。レシーバ１５５からの光電変換信号は所定の周波数のビート信号であり、試料台２１（移動鏡２４ｍＹ）がＹ方向に移動すると、そのビート信号の位相又は周波数が変化することを利用して、参照鏡（ミラー１５１）を基準としてその試料台２１のＹ座標が計測される。
【００７８】
同様に、レチクル側のＹ軸用のレーザ干渉計１９Ｙ１も、コラム２５の上板２５ｄと脚部との間に固定され、レーザ干渉計１９Ｙ１は、レーザ干渉計２４Ｙ１と同様にＰＢＳ１４８Ａ、１／４波長板１４９Ａ，１５０Ａ、ミラー１５１Ａ，１５２Ａより構成され、プリズム型の反射面を有するミラー１５１Ａが参照鏡となっている。そして、外部のレーザ光源１４５Ａからのレーザビームがミラー１４７Ａ等を介してレーザ干渉計１９Ｙ１に導かれ、レーザ干渉計１９Ｙ１からのレーザビームがミラー１５３Ａ等を介してレシーバ１５５Ａで受光され、レシーバ１５５Ａからのビート信号によってレチクルステージ１７（移動鏡１９ｍＹ）の位置が、その参照鏡を基準として計測される。
【００７９】
本例のように投影光学系ＰＬ等の静止部材を支持するコラム２５側にレーザ干渉計２４Ｙ１，１９Ｙ１及び参照鏡としてのミラー１５１，１５１Ａを取り付けることによって、床からの振動に影響されない干渉計モニタシステムが実現できる。これに関して、レーザ干渉計２４Ｙ１，１９Ｙ１を動く部分を支持するコラム３４側に設ける方法も考えられるが、この方法では、レーザ干渉計による計測値に基づいてレチクルステージ１７とウエハステージ２２との同期を取ることは容易であるが、ステージ系の移動に伴う加速によりコラム３４自体が歪むので、実際にレチクルＲとウエハＷとが正確に位置合わせされているかどうかの信頼性は必ずしも高くない。
【００８０】
それに対して、本例のようにステージ系の加速によって歪む恐れのあるコラム３４とは異なるコラム２５にレーザ干渉計２４Ｙ１，１９Ｙ１、他のレーザ干渉計、及び投影光学系ＰＬが固定されている場合には、レチクルステージ１７及びウエハステージ２２の位置がそれぞれ高精度に計測されるため、結果としてレチクルＲとウエハＷとの位置合わせ精度が向上する。
【００８１】
なお、上述の実施の形態では、レーザ干渉計の参照鏡としてのミラー１５１，１５１Ａはコラム２５に設けてあるが、温度変化等でコラム２５自体が伸縮する可能性もある。このような場合は、投影光学系ＰＬの側面に参照鏡としてのミラーを設けてもよい。また、上述の実施の形態では、独立のコラム２５及び３４側にそれぞれ投影光学系ＰＬ及びステージ系を設けたので、各部を高精度にそれぞれ調整した後組み合わせることが可能となり、製造期間が短縮するという利点もある。但し、この場合は、精度のゆるいステージ側のコラム３４の一部を着脱することで組み立てを行う必要がある。
【００８２】
なお、上述の実施の形態において、図４に示すように、投影露光装置を複数のユニットに分けて、各ユニット毎に独立に気体の入れ換えを行うシステム、及び図５に示すように、露光用の照明光の強度を気体の吸収率によって制御するシステム等は、走査型のみならず、ステッパーのような静止露光型（一括露光型）の投影露光装置においても同様に適用することができる。このように、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【００８３】
【発明の効果】
本発明の第１の投影露光装置によれば、投影露光装置の照明光学系、投影光学系、及び基板ステージを分割して収納した複数個のケーシング内、又は照明系ユニット内にそれぞれ気体を切り換えて供給する気体供給手段が設けられている。そのため、例えば通常の露光時には露光用の照明光に対する吸収率の低い気体を供給し、メンテナンス時等で作業者が近くにいる状態で試験的に露光を行うときには、例えば投影光学系内には露光用の照明光に対する吸収率の低い気体を供給し、その他の部分には作業者にとって安全な気体（空気等）を供給することによって、露光時には露光用の照明光の吸収が少ないと共に、メンテナンス時等における作業者の安全を確保できる利点がある。
【００８４】
この場合、複数種類の気体として、窒素、空気、及びオゾンを除去した空気よりなる気体群から選択された複数種類の気体を用いる場合、通常の露光時には窒素、又はオゾンを除去した空気を使用することによって、特に露光用の照明光が紫外光である場合の照明光の吸収を少なくできると共に、メンテナンス時等には空気、又はオゾンを除去した空気を使用することによって作業者の安全が確保される。
【００８５】
また、その気体供給手段に、供給対象のケーシング内の気体の種類を切り換える際に、このケーシング内で気体が実質的に完全に置き換えられたことを確認するための確認手段を設けた場合には、例えばそのケーシング内の気体を照明光の吸収が少ない気体から作業者にとって安全な気体に切り換えるようなときに、作業者にとって安全な気体にほぼ完全に置き換えられたかどうかが確認できる。従って、作業者の安全性が高まる利点がある。また、確認手段としては、気体の濃度センサやタイマ等があるが、例えば濃度センサを使用する場合には、タイマを使用する場合と比べて、無駄な待ち時間が無く、且つ安全性も高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による投影露光装置の実施の形態の一例を示す概略構成図である。
【図２】図１中の投影光学系ＰＬの構成を示す縦断面図である。
【図３】図２の投影光学系ＰＬの照明領域と露光領域との関係、及びその露光領域の変形例を示す説明図である。
【図４】その実施の形態の一例のユニット別空調システムを示す構成図である。
【図５】（ａ）はその実施の形態の一例における照明光の光量制御システムの要部を示す構成図、（ｂ）はその変形例を示す構成図である。
【図６】図１の投影露光装置の機構部の支持構造を示す斜視図である。
【図７】図６を−Ｘ方向に見た一部を断面とした側面図である。
【符号の説明】
１ 露光制御装置
２ エキシマレーザ光源
５ 照明系開口絞り用の切り換えレボルバ
７ 主制御装置
１１ 照明視野絞り系
Ｒ レチクル
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウエハ
１３ ステージ制御装置
１７ レチクルステージ
１９Ｙ１，１９Ｙ２ レチクル側のレーザ干渉計
２１ 試料台
２２ ウエハステージ
２３ 定盤
２４Ｙ１ ウエハ側のレーザ干渉計
２５ 第２のコラム
３２ 定盤
３４ 第１のコラム
１１１ 照明系ユニット
１１２ レチクルステージ系ユニット
１１３ 投影光学系ユニット
１１４ ウエハステージ系ユニット
１１５ ウエハ搬送系ユニット
１１６ 第１空調装置
１１７ 第２空調装置
１２０Ａ，１２０Ｂ 気体切り換え器
１２２Ａ，１２２Ｂ 空調風量制御器
１５１，１５１Ａ ミラー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection used for transferring a mask pattern onto a photosensitive substrate in a photolithography process for manufacturing, for example, a semiconductor device, an imaging device (CCD, etc.), a liquid crystal display device, or a thin film magnetic head. With regard to the exposure apparatus, in particular, scanning using a step-and-scan method or the like in which exposure is performed by synchronously scanning the mask and the photosensitive substrate with respect to the projection optical system by using ultraviolet rays such as excimer laser light as illumination light for exposure. It is effective when applied to a type projection exposure apparatus.
[0002]
[Prior art]
For example, as a projection exposure apparatus for transferring a reticle pattern as a mask to each shot region of a wafer coated with a photoresist when manufacturing a semiconductor element, a conventional step-and-repeat method (batch exposure method) The reduction projection type exposure apparatus (stepper) was frequently used. On the other hand, recently, in order to meet the demand for a large area to be transferred without increasing the burden on the projection optical system, a part of the pattern on the reticle is placed on the wafer via the projection optical system. A so-called step-and-scan projection in which a reduced image of the pattern on the reticle is sequentially transferred to each shot area on the wafer by synchronously scanning the reticle and wafer with the projection optical system in a reduced projection state. An exposure apparatus has attracted attention. This step-and-scan method has the advantages of the aligner transfer method (slit scan method) that transfers the entire pattern of the reticle to the entire surface of the wafer at a single scan exposure, and the advantages of the stepper transfer method. It was developed by combining.
[0003]
In general, a projection exposure apparatus is required to increase the resolution, but one method for increasing the resolution is to use a light beam having a shorter wavelength as illumination light for exposure. Therefore, recently, excimer laser light in the ultraviolet region, such as KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) or ArF excimer laser light (wavelength 193 nm), and further in the far ultraviolet region is being used as illumination light for exposure. In addition, the use of harmonics of metal vapor laser light or YAG laser light has been studied.
[0004]
For example, when excimer laser light is used as illumination light for exposure, the excimer laser light source usually includes a broad-band laser light source and a narrow-band laser light source, and the narrow-band laser light source is a half of the spectrum of the laser light. The value range is from 2 to 3 pm or less, and the broad-band laser light source refers to a laser beam having a half-value width of 100 pm or more. As described above, when using illumination light having a short wavelength less than the ultraviolet region, such as excimer laser light, as the illumination light for exposure, quartz and fluorite can be used as the glass material of the refractive lens for the projection optical system. Etc. For this reason, the more the illumination light having such a short wavelength is used, the more difficult it is to erase the projection optical system. Therefore, a narrow-band laser light source is desirable from the viewpoint of facilitating achromatization of the projection optical system.
[0005]
However, since the band of excimer laser light is originally wide, the narrow band laser light source narrows the oscillation spectrum by performing injection, locking, and the like. Therefore, in the narrow-band laser light source, the laser output is lower than that in the wide-band laser light source, and in terms of life and manufacturing cost, it is worse than that in the wide-band laser light source. Therefore, the broad band laser light source is more advantageous in terms of laser output, lifetime, and manufacturing cost. Therefore, recently, an attempt has been made to use a broad band laser light source by making the structure of the projection optical system easy to be achromatic.
[0006]
As a projection optical system used in a scanning exposure type projection exposure apparatus (scanning type projection exposure apparatus) such as a step-and-scan system, as disclosed in JP-A-6-132191, There are catadioptric optical systems that use concave mirrors, or refractive optical systems that combine only refractive lenses. When the catadioptric optical system is used as in the former, since there is no chromatic aberration in the concave mirror, disposing the concave mirror in the refractive lens group facilitates achromaticity, and as a result is advantageous in terms of laser output and lifetime. A broad band laser light source can be used.
[0007]
Even when the latter refractive optical system is used, the achromatic width can be widened by increasing the ratio of fluorite in the entire refractive lens, so that it is possible to use a broad band laser light source.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional technology as described above, when ultraviolet light such as excimer laser light is used as illumination light for exposure, the ultraviolet light is absorbed by ozone and the projection exposure apparatus also takes into consideration the characteristics of the photoresist. Of nitrogen (N2) It has been pointed out that it is necessary to circulate gas or gas (air etc.) from which ozone is removed. However, for example, simply replacing all the gas inside the chamber in which the projection exposure apparatus is installed with nitrogen gas or the like causes a problem in terms of safety of the operator during maintenance.
[0011]
  SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, an object of the present invention is to provide a projection exposure apparatus that can absorb illumination light for exposure during exposure and can ensure the safety of an operator during maintenance.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
A first projection exposure apparatus according to the present invention includes an exposure light source that generates illumination light for exposure, and illumination optical systems (2 to 5, 5) that illuminate a mask (R) on which a transfer pattern is formed with the illumination light. 10, 11, 14), a projection optical system (PL) that projects an image of the pattern of the mask (R) onto the photosensitive substrate (W) under the illumination light, and a substrate that moves the photosensitive substrate (W) In a projection exposure apparatus having a stage (22), a laser light source (2) that oscillates at a wavelength below the ultraviolet region is used as the exposure light source, and its illumination optical system, projection optical system (PL), and substrate stage ( 22) is stored in a plurality of independent casings (111, 113, 114), and a plurality of kinds of gases are switched and supplied to at least one of the plurality of casings (111, 114). Supply means 116,117,120A) in which a is provided.
[0014]
In the present invention, instead of housing the illumination optical system, the projection optical system, and the substrate stage in a plurality of independent casings, the illumination system unit (111) that houses the illumination optical system and the projection thereof A projection system unit (113) that houses the optical system and a substrate stage unit (114) that houses the substrate stage are provided, and the gas supply means switches between two different gases in the illumination system unit. You may make it supply.
According to the present invention, the inside of the selected casingOr in the lighting system unit, for exampleA gas having a low absorptivity with respect to illumination light for exposure is supplied during normal exposure, and a gas such as air that is safe for the operator is supplied when exposure is performed on a trial basis during maintenance.
In this case, it is desirable to use a plurality of types of gases selected from a gas group consisting of nitrogen, air, and air from which ozone has been removed as the plurality of types of gases. At this time, the gas having a low absorption rate for illumination light below the ultraviolet region includes air from which nitrogen and ozone have been removed, and the gas safe from the operator includes air from which air and ozone have been removed. Therefore, even if any two of these three types of gases are used, a gas having a low absorption rate for illumination light can be supplied during normal exposure, and a gas safe for the operator can be supplied during maintenance. .
[0015]
However, since ozone has a high absorption rate for ultraviolet rays, the gas that is safe for the worker and has the lowest absorption rate for illumination light is air from which ozone has been removed, and the gas that has the lowest absorption rate for illumination light is nitrogen. Therefore, it is most desirable to combine air from which nitrogen and ozone have been removed. Further, an inert gas such as helium may be used instead of nitrogen.
[0016]
In addition, when the type of gas in the casing to be supplied is switched to the gas supply means, confirmation means (137A to 137C) for confirming that the gas is substantially completely replaced in the casing. It is desirable to provide it. This increases safety. As the confirmation means, a timer such as a timer can be used in addition to a predetermined gas concentration measurement sensor.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a projection exposure apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In this example, the present invention is applied to a step-and-scan type projection exposure apparatus that uses an excimer laser light source as an exposure light source and a catadioptric system as a projection optical system.
[0021]
FIG. 1 shows a schematic configuration of the projection exposure apparatus of this example. In FIG. 1, illumination light IL composed of pulsed laser light emitted from an excimer laser light source 2 whose emission state is controlled by the exposure control apparatus 1 is deflected. The light is deflected by the mirror 3 and reaches the first illumination system 4. In this example, a wide band laser light source of a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) in which the half width of the oscillation spectrum is 100 pm or more is used as the excimer laser light source 2. However, an ArF excimer laser (wavelength 193 nm) broad-band laser light source may be used as an exposure light source, a metal vapor laser light source, a YAG laser harmonic generator, a bright line lamp such as a mercury lamp, etc. May be used.
[0022]
The first illumination system 4 includes a beam expander, a light amount variable mechanism, an illumination switching mechanism for switching the amount of illumination light when the coherence factor (so-called σ value) of the illumination optical system is changed, a fly-eye lens, and the like. include. Then, a secondary light source distributed in a planar shape of the illumination light IL is formed on the exit surface of the first illumination system 4, and switching for an illumination system aperture stop for switching various illumination conditions to the formation surface of the secondary light source. A revolver 5 is arranged. On the side surface of the switching revolver 5, a normal circular aperture stop, a so-called modified illumination aperture stop composed of a plurality of apertures decentered from the optical axis, an annular aperture stop, and a small σ value consisting of a small circular aperture are provided. An aperture stop or the like is formed, and a desired illumination system aperture stop (σ stop) can be disposed on the exit surface of the first illumination system 4 by rotating the switching revolver 5 via the switching device 6. Yes. Further, when the illumination system aperture stop is switched as described above, the illumination switching mechanism in the first illumination system 4 is switched in synchronism with the switching device 6 so that the amount of light is maximized.
[0023]
The operation of the switching device 6 is controlled by the exposure control device 1, and the operation of the exposure control device 1 is controlled by the main control device 7 that controls the overall operation of the device.
The illumination light IL transmitted through the illumination system aperture stop set by the switching revolver 5 is incident on the beam splitter 8 having a high transmittance and a low reflectance, and the illumination light reflected by the beam splitter 8 is a photodiode or the like. Light is received by an integrator sensor 9 comprising a photoelectric detector. A detection signal obtained by photoelectrically converting the illumination light by the integrator sensor 9 is supplied to the exposure control apparatus 1. The relationship between the detection signal and the exposure amount on the wafer is measured and stored in advance, and the exposure control apparatus 1 monitors the integrated exposure amount on the wafer based on the detection signal. The detection signal is also used to normalize output signals of various sensor systems that use the illumination light IL for exposure.
[0024]
The illumination light IL that has passed through the beam splitter 8 illuminates the illumination field stop system (reticle blind system) 11 via the second illumination system 10. The arrangement surface of the illumination field stop system 11 is conjugate with the entrance surface of the fly-eye lens in the first illumination system 4, and the illumination field stop is in an illumination region substantially similar to the cross-sectional shape of each lens element of the fly-eye lens. System 11 is illuminated. The illumination field stop system 11 is divided into a movable blind and a fixed blind. The fixed blind is a field stop having a fixed rectangular opening, and the movable blind opens and closes independently in the scanning direction and the non-scanning direction of the reticle. Two pairs of movable blades. The shape of the illumination area on the reticle is determined by the fixed blind, and the movable blind is gradually opened and closed at the start and end of scanning exposure, respectively. This prevents the illumination light from being irradiated on a region other than the original exposure target shot region on the wafer.
[0025]
The operation of the movable blind in the illumination field stop system 11 is controlled by the driving device 12. When the stage control device 13 performs synchronous scanning of the reticle and the wafer as described later, the stage control device 13 The movable blind is driven synchronously via the drive device 12. The illumination light IL that has passed through the illumination field stop system 11 illuminates the rectangular illumination region 15 on the pattern surface (lower surface) of the reticle R with a uniform illuminance distribution via the third illumination system 14. The fixed blind arrangement surface of the illumination field stop system 11 is conjugate with the pattern surface of the reticle R, and the shape of the illumination area 15 is defined by the opening of the fixed blind.
[0026]
In the following, in the plane parallel to the pattern surface of the reticle R, the X axis is perpendicular to the paper surface of FIG. 1, the Y axis is parallel to the paper surface of FIG. 1, and the Z axis is perpendicular to the pattern surface of the reticle R. explain. At this time, the illumination area 15 on the reticle R is a rectangular area that is long in the X direction, and the reticle R is scanned in the + Y direction or the −Y direction with respect to the illumination area 15 during scanning exposure. That is, the scanning direction is set in the Y direction.
[0027]
The pattern in the illumination area 15 on the reticle R is reduced at a projection magnification β (β is, for example, 1/4, 1/5, etc.) via the telecentric projection optical system PL on both sides (or one side on the wafer side) An image is projected onto the exposure region 16 on the wafer W coated with the photoresist.
The reticle R is held on a reticle stage 17, and the reticle stage 17 is mounted on a guide extending in the Y direction on the reticle support base 18 via an air bearing. The reticle stage 17 includes an adjustment mechanism that can scan the reticle support base 18 in the Y direction at a constant speed by a linear motor and can adjust the position of the reticle R in the X direction, the Y direction, and the rotation direction (θ direction). . The position of the reticle stage 17 (reticle R) in the X and Y directions is always 0.001 μm (by a movable mirror 19m fixed to the end of the reticle stage 17 and a laser interferometer 19 fixed to a column not shown). 1) and the rotation angle of the reticle stage 17 is also measured, and the measurement value is supplied to the stage control device 13. The stage control device 13 is on the reticle support base 18 in accordance with the supplied measurement value. Controls the operation of the linear motor.
[0028]
On the other hand, the wafer W is held on a sample stage 21 via a wafer holder 20, the sample stage 21 is placed on a wafer stage 22, and the wafer stage 22 is placed on a guide on a surface plate 23 via an air bearing. Is placed. The wafer stage 22 is configured to be capable of scanning at a constant speed in the Y direction and a stepping movement on the surface plate 23 by a linear motor, and a stepping movement in the X direction. In addition, a Z stage mechanism for moving the sample stage 21 in a predetermined range in the Z direction and a tilt mechanism (leveling mechanism) for adjusting the tilt angle of the sample stage 21 are incorporated in the wafer stage 22.
[0029]
The position of the sample table 21 (wafer W) in the X and Y directions is always about 0.001 μm by the moving mirror 24 m fixed to the side surface of the sample table 21 and the laser interferometer 24 fixed to the column (not shown). The rotation angle and tilt angle of the sample stage 21 are also measured, and the measurement values are supplied to the stage control device 13. The stage control device 13 drives the wafer stage 22 according to the supplied measurement values. Controls the operation of the linear motor and so on.
[0030]
At the time of scanning exposure, an exposure start command is sent from the main controller 7 to the stage controller 13, and in response to this, the stage controller 13 moves the reticle R through the reticle stage 17 in the Y direction at a speed V.RIn synchronization with the scanning of the wafer W, the wafer W is moved through the wafer stage 22 in the Y direction at a speed V.WScan with. Using the projection magnification β from the reticle R to the wafer W, the scanning speed V of the wafer WWIs β · VRSet to
[0031]
The projection optical system PL is held on the middle plate of a column 25 (see FIG. 5) planted on an external base member. Then, a slit image or the like is obliquely projected onto a plurality of measurement points on the surface of the wafer W on the side surface portion in the X direction of the projection optical system PL, and the Z direction positions (focus positions) at the plurality of measurement points are projected. An oblique incidence type multi-point autofocus sensor (hereinafter referred to as “AF sensor”) 26 that outputs a plurality of corresponding focus signals is disposed. A plurality of focus signals from the multi-point AF sensor 26 are supplied to a focus / tilt control device 27. The focus / tilt control device 27 obtains a focus position and an inclination angle of the surface of the wafer W from the plurality of focus signals. The obtained result is supplied to the stage controller 13.
[0032]
In the stage control device 13, the Z stage mechanism in the wafer stage 22 is set so that the supplied focus position and tilt angle coincide with the focus position and tilt angle of the image plane of the projection optical system PL that are obtained in advance. And the tilt mechanism is driven by a servo system. As a result, even during scanning exposure, the surface in the exposure area 16 of the wafer W is controlled to match the image plane of the projection optical system PL by the autofocus method and the autoleveling method.
[0033]
Further, an off-axis type alignment sensor 28 is fixed to the side surface in the + Y direction of the projection optical system PL. During alignment, the alignment sensor 28 detects the position of the alignment wafer mark attached to each shot area of the wafer W. And the detection signal is supplied to the alignment signal processing device 29. The alignment signal processing device 29 is also supplied with the measurement value of the laser interferometer 24. The alignment signal processing device 29 uses the detection signal and the measurement value of the laser interferometer 24 to determine the stage coordinate system (X, Y) of the wafer mark to be detected. ) Is calculated and supplied to the main controller 7. The stage coordinate system (X, Y) refers to a coordinate system determined based on the X coordinate and Y coordinate of the sample stage 21 measured by the laser interferometer 24. The main controller 7 obtains the array coordinates in the stage coordinate system (X, Y) of each shot area on the wafer W from the supplied coordinates of the wafer mark, and supplies them to the stage controller 13. Then, based on the supplied array coordinates, the position of the wafer stage 22 when scanning exposure is performed on each shot area is controlled.
[0034]
Further, a reference mark member FM is fixed on the sample stage 21, and various reference marks serving as the position reference of the alignment sensor on the surface of the reference mark member FM, a reference reflecting surface serving as a reference for the reflectance of the wafer W, and the like. Is formed. A reflected light detection system 30 for detecting a light beam reflected from the wafer W side through the projection optical system PL is attached to the upper end of the projection optical system PL, and the detection signal of the reflected light detection system 30 is self-measured. It is supplied to the device 31. As will be described later under the control of the main controller 7, the self-measuring device 31 monitors the reflection amount (reflectance) of the wafer W, measures illuminance unevenness, and measures an aerial image.
[0035]
Next, the configuration of the projection optical system PL of this example in FIG. 1 will be described in detail with reference to FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the projection optical system PL. In FIG. 2, the projection optical system PL is mechanically related to the first objective unit 41, the optical axis turning unit 43, the optical axis deflecting unit 46, and the first optical unit. The two objective parts 52 are composed of four parts. A concave mirror 45 is arranged in the optical axis turning portion 43.
[0036]
When a broad-band laser beam is used as the illumination light IL as in this example, the amount of light can be increased even with the same power supply power, the throughput can be increased, and the coherency is reduced to reduce the adverse effects due to interference. There is an advantage. However, when ultraviolet illumination light such as KrF excimer laser light or ArF excimer laser light is used as in this example, the glass material that can be used as a refractive lens in the projection optical system PL is limited to quartz, fluorite, etc. Therefore, the design is difficult only with the refractive optical system. For this reason, in this example, wideband achromatization is performed by using a reflective optical system that does not generate chromatic aberration, such as a concave mirror, and a refractive optical system. However, the reflection optical system is generally a one-to-one (equal magnification) optical system, and when performing reduction projection such as 1/4 or 1/5 as in this example, the following is performed. In addition, a special device is required for the configuration.
[0037]
That is, first, the first objective unit 41 is disposed immediately below the reticle R, and the first objective unit 41 fixes the lenses L1, L2, L3, and L4 in the lens barrel 42 sequentially from the reticle R side through the lens frame. Configured. Under the lens barrel 42, the lens barrel 44 of the optical axis folding portion 43 is arranged via the lens barrel 47 of the optical axis deflecting portion 46, and in the lens barrel 44 in order from the reticle R side via the lens frame. The lenses L11, L12,..., L20, L21 and the concave mirror 45 are fixed. The first objective part 41 and the optical axis turning part 43 are coaxial, and the optical axis is the optical axis AX1. The optical axis AX1 is perpendicular to the pattern surface of the reticle R.
[0038]
At this time, within the lens barrel 47 of the optical axis deflection unit 46 between the lens barrel 42 and the lens barrel 44, the position is deviated from the optical axis AX1 in the + Y direction by approximately 45 ° in the + Y direction with respect to the optical axis AX1. A small mirror 48 having an inclined reflecting surface is disposed. In the lens barrel 47, lenses L31 and L32, a correction optical system 49, and a beam splitter 50 are arranged in this order from the small mirror 48 in the + Y direction. The optical axis AX2 of the optical axis deflection unit 46 is orthogonal to the optical axis AX1, and the reflection surface of the beam splitter 50 is inclined at approximately 45 ° to the optical axis AX2 so as to be orthogonal to the reflection surface of the small mirror 48. The beam splitter 50 is a highly reflective beam splitter having a transmittance of 5% and a reflectivity of about 95%. The beam splitter 50 receives the light beam reflected from the wafer side and transmitted through the beam splitter 50, whereby the reflectivity of the wafer is obtained. And the state of the projection image of the reticle pattern can be monitored.
[0039]
The correction optical system 49 includes a lens group that can finely move in the direction along the optical axis AX2 and can finely adjust the tilt angle with respect to a plane perpendicular to the optical axis AX2, and the position and tilt angle of the correction optical system 49. Is controlled by the imaging characteristic correction device 51. The operation of the imaging characteristic correction device 51 is controlled by the main control device 7 of FIG.
[0040]
In addition, a lens barrel 53 of the second objective unit 52 is arranged in a direction in which the optical axis AX2 is bent by the beam splitter 50 so as to contact the lens barrel 47, and a lens frame is placed in the lens barrel 53 in order from the beam splitter 50 side. The lenses L41, L42, L43,..., L52 are arranged, and the bottom surface of the lens 52 faces the surface of the wafer W. The optical axis AX3 of the second objective unit 52 is parallel to the optical axis AX1 of the first objective unit 41 and the optical axis folding unit 43, and is orthogonal to the optical axis AX2 of the optical axis deflecting unit 46.
[0041]
In this case, the rectangular illumination area 15 on the reticle R by the illumination light IL is set at a position decentered in the −Y direction from the optical axis AX1, and the illumination light that has passed through the illumination area 15 (hereinafter referred to as “imaging light beam”). ) Passes through the lenses L 1, L 2,..., L 4 in the first objective section 41, passes through the inside of the lens barrel 47 of the optical axis deflecting section 46, and enters the optical axis folding section 43. The imaging light flux incident on the optical axis turning portion 43 enters the concave mirror 45 via the lenses L11, L12,..., L20, L21, and the imaging light flux reflected and collected by the concave mirror 45 again becomes the lenses L21, L20,. .., L12, L11, and deflected in the + Y direction by the small mirror 48 in the lens barrel 47 of the optical axis deflecting unit 46.
[0042]
In the optical axis deflecting unit 46, the imaging light beam reflected by the small mirror 48 enters the beam splitter 50 via the lenses L 31 and L 32 and the correction optical system 49. At this time, an image (intermediate image) of approximately the same size as the pattern in the illumination region 15 on the reticle R is formed in the vicinity of the beam splitter 50 inside the lens barrel 47. Therefore, a synthesis system including the first objective unit 41 and the optical axis turning unit 43 is referred to as “equal magnification optical system”. The image forming light beam deflected in the −Z direction by the beam splitter 50 is directed to the second objective unit 52, and the image forming light beam passes through the lenses L41, L42,..., L51, L50. A reduced image of the pattern in the illumination area 15 on the reticle R is formed in the exposure area 16 on the wafer W. Therefore, the second objective unit 52 is also called a “reduced projection system”.
[0043]
As described above, the imaging light beam transmitted through the illumination region 15 on the reticle R in the approximately −Z direction is approximately + Z direction by the first objective unit 41 and the optical axis folding unit 43 in the projection optical system PL of this example. Wrapped to The imaged light flux further forms an intermediate image of the pattern in the illumination area 15 in the process of being sequentially folded in the + Y direction and the -Z direction by the optical axis deflecting unit 46, and then the second objective unit. A reduced image of the illumination area 15 is formed on the exposure area 16 on the wafer W via 52. With this configuration, in the projection optical system PL of this example, all the lenses L2 to L4, L11 to L21, L31, L32, and L41 to L52 can be axisymmetric, and almost all of these lenses are formed from quartz. However, by forming only 3 to 4 lenses out of the fluorite, achromaticity can be performed with high accuracy within a range of about 100 pm which is the bandwidth of the broadened illumination light IL. .
[0044]
The projection optical system PL of this example is optically composed of the same-magnification optical system including the first objective unit 41 and the optical axis turning unit 43, the optical axis deflecting unit 46, and the second objective unit 52 as described above. As a mechanical structure, a small mirror 48 is interposed between the lens L4 of the first objective unit 41 and the lens L11 of the optical axis folding unit 43. Therefore, if the lens L4, the small mirror 48, and the lens L11 are incorporated in the same lens barrel, the small mirror 48 and the beam splitter 50 in the optical axis deflecting unit 46 need to be incorporated in separate lens barrels for adjustment. However, when the small mirror 48 and the beam splitter 50 are incorporated in different lens barrels, the orthogonality of the reflecting surfaces of these two members may vary. If the orthogonality of the two reflecting surfaces fluctuates, the imaging performance deteriorates. In this example, the equal magnification imaging system is connected to the first objective unit 41 via the lens barrel 47 of the optical axis deflection unit 46. The small mirror 48 and the beam splitter 50 are fixed in the lens barrel 47 by being divided into the optical axis folding portion 43.
[0045]
When the projection optical system PL is assembled, the first objective unit 41, the optical axis folding unit 43, the optical axis deflecting unit 46, and the second objective unit 52 are separately assembled and adjusted in advance. Thereafter, the lower part of the lens barrel 44 of the optical axis folding portion 43 and the second objective portion 52 is inserted into the through hole in the middle plate of the column 25, and the flange 44a of the lens barrel 44 and the flange 53a of the lens barrel 53 are inserted. And a washer between the column 25 and the intermediate plate, and the flanges 44a and 53a are temporarily fixed to the intermediate plate with screws. Next, the lens barrel 47 of the optical axis deflection unit 46 is placed on the upper ends of the lens barrels 44 and 53, a washer is sandwiched between the flange 47a of the lens barrel 47 and the flange 53b at the upper end of the lens barrel 53, and the flange 47a is Temporarily fix the flange 53b with a screw.
[0046]
Then, a laser beam for adjustment is irradiated on the inside of the lens barrel 44 from above the lens L11 in the lens barrel 44, and the laser beam is emitted from the lowermost lens L52 of the lens barrel 53 and passes therethrough (wafer). (Position on the surface corresponding to the surface of W) is monitored, and the thickness of the washer at the bottom of the flanges 44a, 53a, 47a is adjusted, and the lens barrel 42, 53, 47 are moved laterally. Then, with the position of the laser beam reaching the target position, the optical axis turning portion 43, the second objective portion 52, and the optical axis deflection portion 46 are fixed by screwing the flanges 44a, 53a, 47a. . Finally, the lens barrel 42 of the first objective unit 41 is moved above the −Y direction end of the lens barrel 47, and between the flange (not shown) of the lens barrel 41 and the corresponding flange (not shown) of the lens barrel 47. The lens barrel 42 is placed on the lens barrel 47 with a washer interposed therebetween. Then, for example, after adjusting the optical axis by irradiating a laser beam for adjustment from above the lens L1 of the lens barrel 42, the lens barrel 42 is screwed onto the lens barrel 47, whereby the projection optical system PL Is incorporated into the projection exposure apparatus.
[0047]
Further, in this example, taking into account the stability of the imaging characteristics against vibration and the balance of the projection optical system PL, the position of the entire center of gravity 54 of the projection optical system PL outside the optical path of the imaging light beam in the projection optical system PL. Is set. That is, in FIG. 2, the center of gravity 54 of the projection optical system PL is slightly lower than the flange 44a of the lens barrel 44 and the flange 53a of the lens barrel 53 in the vicinity of the middle between the optical axis turning portion 43 and the second objective portion 52. The position is set (inside the upper plate of the column 25). Thus, by setting the center of gravity 54 of the projection optical system PL further in the vicinity of the flanges 44a and 53a, the projection optical system PL has a structure that is more resistant to vibration and has a high rigidity.
[0048]
Further, as described above, an intermediate image plane conjugate with the pattern surface of the reticle R exists in the vicinity of the beam splitter 50 in the optical axis deflecting section 46 of the projection optical system PL of this example. A correction optical system 49 is disposed in the vicinity. For example, the lens R as the correction optical system 49 is finely moved in the direction of the optical axis AX2, or the reticle R projected onto the wafer W is adjusted by adjusting the inclination angle of the lens group with respect to the plane perpendicular to the optical axis AX2. The image forming characteristics such as the projection magnification of the reduced image and the distortion can be corrected. On the other hand, conventionally, such an imaging characteristic correction mechanism has been provided almost directly below the reticle R. According to this example, there is no imaging characteristic correction mechanism directly under the reticle R, and there is no mechanical restriction, so that there is an advantage that the rigidity of the reticle support base 18 in FIG.
[0049]
Next, the positional relationship between the illumination region 15 on the reticle R and the exposure region 16 on the wafer W in FIG. 2 will be described with reference to FIG.
FIG. 3A shows the illumination area 15 on the reticle R in FIG. 2, and in FIG. 3A, in the circular effective illumination field 41a of the first objective 41 of the projection optical system PL in FIG. A rectangular illumination area 15 that is long in the X direction is set at a position slightly deviated in the −Y direction with respect to the optical axis AX1. The short side direction (Y direction) of the illumination area 15 is the scanning direction of the reticle R. In FIG. 2, in the equal-magnification optical system composed of the first objective unit 41 and the optical axis folding unit 43, the imaging light beam that has passed through the illumination region 15 on the reticle R is folded by the concave mirror 45 and guided to the small mirror 48. Therefore, the illumination area 15 needs to be eccentric with respect to the optical axis AX1.
[0050]
On the other hand, FIG. 3B shows the exposure region 16 (region conjugate with the illumination region 15) on the wafer W in FIG. 2, and in FIG. 3B, the second objective part of the projection optical system PL in FIG. In the circular effective exposure field 52a of 52 (reduction projection system), a rectangular exposure region 16 that is long in the X direction is set at a position slightly deviating in the + Y direction with respect to the optical axis AX3.
[0051]
On the other hand, FIG. 3C shows a rectangular illumination set at a position slightly deviating in the −Y direction with respect to the optical axis AX1 within the circular effective illumination visual field 41a as in FIG. Region 15 is shown. FIG. 3D shows an effective exposure field 52aA of the second objective section obtained by deforming the second objective section 52 of FIG. 2, and is long in the X direction around the optical axis AX3A of the effective exposure field 52aA. A rectangular exposure area 16A (an area conjugate with the illumination area 15 in FIG. 3C) is set. That is, as shown in FIG. 3D, by changing the configuration of the second objective 52 (reduction projection system), which is the final stage of the projection optical system PL, the exposure area 16A on the wafer W becomes an effective exposure field. It can be set in a region centered on the optical axis of 52aA. 3B and 3D are selected depending on the ease of designing for removing the aberration of the projection optical system PL, but FIG. 3B is easy to design, and FIG. (D) has an advantage that the lens diameter of the second objective unit (reduction projection system) can be slightly reduced.
[0052]
Next, an air conditioning system of the projection exposure apparatus of this example will be described with reference to FIG. Although the projection exposure apparatus of this example is installed in a predetermined chamber as a whole, the projection exposure apparatus is further divided into a plurality of units, and air conditioning is performed independently for each unit. Hereinafter, such an air conditioning system is referred to as a “unit-specific air conditioning system”. FIG. 4 shows a unit-by-unit air conditioning system of this example. In FIG. 4, the projection exposure apparatus of FIG. 1 includes an illumination system unit 111, a reticle stage system unit 112, a projection optical system unit 113, a wafer stage system unit 114, and a wafer. The transport system unit 115 is largely divided. Specifically, the illumination system unit 111 includes an excimer laser light source 2, a deflection mirror 3, a first illumination system 4, a switching revolver 5, a beam splitter 8, an integrator sensor 9, and a second illumination system in FIG. 10 includes an illumination optical system including an illumination field stop system 11 and a third illumination system 14. In addition, the reticle stage system unit 112 includes an optical path between the reticle support base 18, the reticle stage 17 (including the moving mirror 19 m), the reticle R, the reticle R, and the third illumination system 14 shown in FIG. And an optical path between the reticle R and the projection optical system PL.
[0053]
The projection optical system unit 113 is the projection optical system PL itself of FIG. 2, but the lens barrels 42, 44, 47, 53 of the projection optical system PL are regarded as casings, and the lens groups in the casing are arranged between the lens groups. It is comprised so that the flow of gas can be controlled. Further, the wafer stage system unit 114 includes a wafer stage 22, a sample stage 21 (including a moving mirror 24m and a reference mark member FM), a wafer holder 20, a wafer in a box-shaped casing installed on the surface plate 23 of FIG. W and a space between the projection optical system PL and the wafer W are accommodated, and the wafer conveyance system unit 115 accommodates a wafer conveyance system omitted in FIG. 1 in a box-shaped casing. It is. In this example, a predetermined gas can be supplied and exhausted independently to each of the illumination system unit 111, the reticle stage system unit 112, the projection optical system unit 113, the wafer stage system unit 114, and the wafer transfer system unit 115. It is like that.
[0054]
As an air conditioner for that purpose, a first air conditioner 116 incorporating a dust removal filter and an ozone removal filter and nitrogen (N) supplied from a nitrogen gas cylinder (not shown).2) A second air conditioner 117 that circulates gas is provided. The first air conditioner 116 removes dust and the like from the air taken in from the outside of the chamber and the air returned through the pipe 118B through the dust removal filter, and removes ozone through the ozone removal filter. The temperature and flow rate of the air obtained in this way are adjusted, and the adjusted air is supplied to the gas switcher 120A via the pipe 118A. On the other hand, the second air conditioner 117 adjusts the temperature and flow rate of the high-purity portion of the nitrogen gas returned through the pipes 119B and 133B and circulates it through the pipes 119A and 133A and has a low purity. The portion is discharged through the pipe 136 into the atmosphere outside the clean room in which the chamber is installed. Further, the second air conditioner 117 supplements the deficient nitrogen gas from the nitrogen gas cylinder, that is, purges the deficient amount.
[0055]
Next, in the gas switching device 120A, one of the two kinds of gases (air after removal of ozone and nitrogen gas) is supplied to the air conditioning air volume controller 122A through the piping 121A, and the air conditioning air volume controller 122A has a piping. Gas is supplied into the illumination system unit 111 through 123A, and gas is also supplied to the air conditioning air volume controller 125A through the pipe 124A. The air-conditioning air volume controllers 122A and 125A (the same applies to others) have the function of adjusting and adjusting the temperature and flow rate (air volume) of the supplied gas. The air conditioning air volume controller 125A supplies gas to the inside of the reticle stage unit 112 and the air conditioning air volume controller 128A via the pipes 126A and 127A, respectively. Further, the air conditioning air volume controller 128A supplies gas into the wafer transfer system unit 115 through the pipe 129A, and also gas into the wafer stage system unit 114 through the pipe 130A, the air conditioning air volume controller 131A, and the pipe 132A. Supply.
[0056]
Further, the gas circulated inside the wafer transfer system unit 115 is exhausted to the air conditioning air volume controller 128B through the pipe 129B, and the gas circulated inside the wafer stage system unit 114 is exhausted to the pipe 132B, the air conditioning air volume controller 131B, and the pipe 130B. The air exhausted from the air conditioning air volume controller 128B through the air and the gas exhausted from the air conditioning air volume controller 128B and the gas circulated through the reticle stage system unit 112 to the air conditioning air volume controller 125B via the pipes 127B and 126B, respectively. Exhausted. Similarly, the gas exhausted from the air conditioning air volume controller 125B and the gas circulated inside the illumination system unit 111 are exhausted to the air conditioning air volume controller 122B through the pipes 124B and 123B, respectively, and exhausted from the air conditioning air volume controller 122B. The gas is supplied to the gas switching unit 120B via the pipe 121B. When the supplied gas is air, the gas switching unit 120B returns to the first air conditioner 116 via the pipe 118B, and the supplied gas is nitrogen. When it is a gas, it is configured to return to the second air conditioner 117 via the pipe 119B. Accordingly, the illumination system unit 111, the reticle stage system unit 112, the wafer stage system unit 114, and the wafer transfer system unit 115 can be commonly supplied with either ozone-free air or nitrogen gas. It has become.
[0057]
Further, in the second air conditioner 117, nitrogen gas whose temperature and flow rate are controlled is supplied to the projection optical system unit 113 via the pipe 133 </ b> A, the air conditioning air volume controller 134 </ b> A, and the pipe 135 </ b> A. The nitrogen gas circulated inside is returned to the second air conditioner 117 via the pipe 135B, the air conditioning air volume controller 134B, and the pipe 133B. Therefore, unlike the other units, the projection optical system unit 113 is always supplied with only nitrogen gas. This is because the projection optical system PL does not require any particular maintenance. That is, the projection optical system unit 113 is configured to maintain high airtightness with respect to the outside, and nitrogen gas is constantly supplied.
[0058]
Further, a temperature sensor and a purity sensor for measuring the purity of nitrogen gas are installed in the air conditioning air volume controllers 134A and 134B, respectively, and when the measured purity falls below a predetermined allowable value, the second air conditioning In the apparatus 117, low-purity nitrogen gas is discharged to the outside through the pipe 136, and the shortage is replenished from the nitrogen gas cylinder.
[0059]
In this example, an excimer laser light source 2 such as a KrF excimer laser or an ArF excimer laser is used as an exposure light source in FIG. For example, ArF excimer laser light emits ozone (O) in normal air components.Three) Is the highest absorption rate, followed by oxygen (O2) Has a high absorption rate when changing to ozone, and the absorption rate of nitrogen gas is almost negligible. Therefore, exposure of the wafer W can be performed most efficiently (with high transmittance) by flowing nitrogen gas over the optical path of the illumination light IL for exposure.
[0060]
Therefore, in the normal exposure sequence, the gas switch 120A in FIG. 4 supplies nitrogen gas from the second air conditioner 117 to the pipe 121A. As a result, nitrogen gas is commonly supplied to the illumination system unit 111, the reticle stage system unit 112, the wafer stage system unit 114, and the wafer transfer system unit 115, and transfer exposure is performed on the wafer with high illumination efficiency.
[0061]
On the other hand, when exposure is performed during maintenance or as a test, units other than the projection optical system unit 113 may be opened by the operator, so supply nitrogen gas from a safety standpoint. I can't. Therefore, at the time of maintenance or the like, the gas switcher 120A in FIG. 4 supplies the air after ozone removal from the first air conditioner 116 to the pipe 121A. As a result, the air is supplied to the illumination system unit 111, the reticle stage system unit 112, the wafer stage system unit 114, and the wafer transfer system unit 115 in common, so that the worker can perform the work safely. In addition, the gas supplied to the units other than the projection optical system unit 113 is the air after ozone removal, and the absorption rate for the illumination light IL for exposure is low, so that the illumination efficiency is slightly reduced.
[0062]
In FIG. 4, concentration sensors 137 </ b> A to 137 </ b> D for nitrogen gas are installed in the vicinity of the exhaust ports inside the illumination system unit 111, reticle stage system unit 112, wafer stage system unit 114, and wafer transfer system unit 115, respectively. The detection results of the density sensors 137A to 137D are supplied to the main controller 7 in FIG. In the main controller 7, when the gas supplied to these units is switched to the air after ozone removal during maintenance or the like, the nitrogen concentration detected by the concentration sensors 137A to 137D becomes about the normal air concentration. Until the start of the operation is not displayed, the chamber cover is closed and locked. This allows safe work.
[0063]
In addition to that, a timer is connected to the main control device 7, and when the main control device 7 switches the gas supplied to these units to the air after ozone removal during maintenance or the like, the timer May be used to display that work can be started after a predetermined time has elapsed.
Further, since the absorptance varies depending on the type of gas on the optical path of the illumination light for exposure, the main controller 7 stores the illuminance on the surface of the wafer for each gas as a parameter, and switches the type of gas. Sometimes conversion of parameters takes place.
[0064]
Further, in the example of FIG. 4, for example, the gas is supplied in parallel to the illumination system unit 111, the reticle stage system unit 112, the wafer stage system unit 114, and the wafer transfer system unit 115. Or a part may be connected in series with piping, and the gas selected in series may be supplied to the connected unit. This simplifies the arrangement of the pipes.
[0065]
In addition, the air after ozone removal can be obtained simply by applying the taken-in air (outside air) to the ozone removal filter. However, when nitrogen gas is used continuously, it is necessary to replace the nitrogen gas cylinder and exposure. It is necessary to exchange the air partially for the time and maintenance. Therefore, when the required exposure amount of the photoresist applied on the wafer is large (low sensitivity), nitrogen gas is allowed to flow through the illumination system unit 111 to the wafer transfer system unit 115 in order to increase the throughput. If the required exposure amount of the photoresist is small (high sensitivity), the throughput will be hardly affected even if the amount of light is reduced due to absorption. Also good. As described above, the throughput and the operation cost can be optimized as a whole by properly using the gas to be used according to the photosensitive conditions.
[0066]
Further, when the required exposure amount of the photoresist is small as in the latter case, air (atmosphere) taken from the outside itself may be used instead of the air after ozone removal. Further, instead of nitrogen gas, KrF excimer laser light or other gas having a low absorption rate for ArF excimer laser light (for example, an inert gas such as helium) may be used.
[0067]
Furthermore, the light quantity of illumination light is controlled in this example using absorption of the illumination light by the above-mentioned gas. Hereinafter, the light quantity control method will be described with reference to FIG.
FIG. 5A shows a part of the excimer laser light source 2 and the first illumination system 4 of FIG. 1 (the deflection mirror 3 is omitted). In FIG. The illumination light IL is transmitted through the inside of a container 141 provided with light transmissive windows on both side surfaces and supplied with a predetermined gas. In this example, ozone (OThree) In a predetermined concentration (for example, air) is supplied through a pipe (not shown). A bellows mechanism 142 is connected to the container 141, and the exposure control apparatus 1 in FIG. 1 controls the expansion / contraction amount of the bellows mechanism 142 via the switching device 6, whereby the pressure of the gas in the container 141, that is, the illumination light. The absorptivity for IL can be continuously adjusted within a predetermined range. Specifically, when the light amount of the illumination light IL is to be reduced, the gas pressure in the container 141 is increased to increase the absorption rate by the gas, and when the light amount is to be increased, the gas pressure inside the container 141 is decreased to make a vacuum. By controlling to a close state, the transmittance increases and high power can be obtained. This method has advantages that the light quantity can be varied continuously and that the control mechanism is less damaged unlike the case of using the ND filter.
[0068]
In addition, since there is a possibility that the absorption of illumination light by ozone may be saturated, the gas in the container 141 and the bellows mechanism 142 may be replaced at a predetermined rate.
Next, FIG. 5B shows an example of changing the concentration of ozone in the gas. In FIG. 5B, the illumination light IL emitted from the excimer laser light source 2 is transmitted through the inside of the container 141. . In this example, a gas (for example, air) in which the ozone concentration is controlled within a range of 0 to 100% is supplied to the inside of the container 141 via the concentration variable mechanism 143. When increasing the amount of illumination light IL, the ozone concentration is decreased toward 0%, and when decreasing the amount of illumination light IL, the concentration of ozone is increased toward 100%, thereby increasing the amount of illumination light IL. Can be controlled continuously. When this system is used, it is necessary to cool the container 141 because it generates heat due to the absorption of illumination light. However, as in the case of FIG. Unlike the case of doing this, there is an advantage that the control mechanism is less damaged.
[0069]
In FIGS. 5A and 5B, for example, oxygen (O2A gas that absorbs excimer laser light such as) may be used.
Next, the structure of the support mechanism of each part of the projection exposure apparatus of this example and the structure of the laser interferometer for measuring the coordinates of the stage will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 shows a schematic configuration of the mechanism part of the projection exposure apparatus of the present example. In FIG. 6, only four anti-vibration mechanisms 33A to 33D (33A, 33B, and 33C in FIG. 6) are mounted on a large rectangular surface plate 32. The surface plate 23 for the wafer stage is placed on the surface plate 23, and the four first columns 34 are implanted on the surface plate 23.
[0070]
Then, the wafer stage 22 and the sample stage 21 (see FIG. 1) are placed on the surface plate 23, and the reticle stage 17 and the reticle R are placed on the upper plate 34 a of the first column 34 via the reticle support base 18. It is placed. Further, a movable blind in the illumination field stop system 11 in the illumination optical system of FIG. 1 is fixed to the tip of an L-shaped support member 34b protruding on the upper plate 34a of the column 34. That is, in this example, all the parts that move in synchronism during scanning exposure are mounted directly or indirectly via the column 34 on the surface plate 23 supported by the vibration isolation mechanisms 33A to 33D.
[0071]
Further, the four columns of the second column 25 are provided on the surface plate 32 via four anti-vibration mechanisms 35A to 35D (only 35A and 35C are shown in FIG. 6) outside the anti-vibration mechanisms 33A to 33D. The intermediate plate 25c of the column 25 passes between the upper plate 34a of the column 34 and the upper surface of the surface plate 23, and the upper plate 25d of the column 25 is installed above the upper plate 34a of the column 34. Yes. The vibration isolation mechanisms 33A to 33D and 35A to 35D are active vibration isolation mechanisms each including an air pad and a vibration damping electromagnetic damper. Then, the projection optical system PL is fixed in the middle plate 25c of the second column 25 (see FIG. 2), and the casing 36 of the illumination optical system is placed on the upper plate 25d of the column 25. The illumination optical system from the excimer laser light source 2 to the third illumination system 14 in FIG. 1 is fixed on the plate 25d. However, only the movable blind of the illumination field stop system 11 in the illumination optical system is fixed to the distal end portion of the support member 34b of the column 34 inserted through the window portion 36a of the casing 36. That is, the portion that is stationary during the scanning exposure is attached to the column 25 supported by the vibration isolation mechanisms 35A to 35D.
[0072]
In this example, the anti-vibration mechanisms 35A to 35D that support the stationary members are mainly controlled to attenuate vibrations from the floor, and the anti-vibration mechanisms 33A to 33D that support the members that move during the scanning exposure. Then, control is performed to attenuate vibrations from the floor and absorb reaction forces of the reticle stage 17 and the wafer stage 22 during scanning exposure. That is, since the projection optical system PL and the illumination optical system in the casing 36 do not have a heavy member driven with a large acceleration, the anti-vibration mechanisms 35A to 35D remove vibration due to high-frequency disturbance from the floor. For this purpose, an air pad is combined with an electromagnetic damper that removes low-frequency vibrations generated thereby.
[0073]
On the other hand, since the stage system including the wafer stage 22 and the reticle stage 17 includes a heavy member driven by a large acceleration, the vibration isolation mechanisms 33A to 33D have sufficient power to prevent the reaction force at that time. An electromagnetic damper is installed. The wafer stage 22 and the reticle stage 17 are directly or indirectly supported by an air guide with respect to the surface plate 23, and are driven by a linear motor. Although the board 23 itself vibrates, the high-frequency disturbance is not easily transmitted to the stages themselves. Therefore, the air pads in the vibration isolation mechanisms 33A to 33D do not need to be so accurate. As described above, according to the present example, since the part that moves in synchronization with the scanning exposure and the part that is stationary are supported by different anti-vibration mechanisms, the anti-vibration mechanism can be optimized according to the application. The pattern can be transferred onto the wafer with high overlay accuracy.
[0074]
Next, in FIG. 1, the laser interferometer 24 on the wafer side actually represents a multi-axis laser interferometer for the X direction and the Y direction, and similarly, the laser interferometer 19 on the reticle side also represents the X direction and Y direction. Fig. 2 represents a multi-axis laser interferometer for direction. Similarly, the movable mirrors 19m and 24m represent X-axis and Y-axis movable mirrors, respectively. In FIG. 6, Y axis (scanning direction) two-axis laser interferometers 19Y1 and 19Y2 in the reticle side laser interferometer 19 and one Y axis in the wafer side laser interferometer 24. The laser interferometer 24Y1 is shown, and the reticle side Y-axis moving mirror 19mY is also shown.
[0075]
In FIG. 6, the Y-axis laser interferometer 24Y1 on the wafer side is fixed to one leg of the column 25, and the Y-axis laser interferometers 19Y1 and 19Y2 on the reticle side are also connected to the upper plate 25d and the leg of the column 25, respectively. It is fixed between the parts. Similarly, the other Y-axis laser interferometers are also fixed to the column 25, and all of the Y-axis laser interferometers in the scanning direction of this example are attached to the column 25 that supports the stationary member. Further, although the X-axis laser interferometer is shown in FIG. 6 so as not to be attached to the column 25, it may be attached to a frame (not shown) provided on the side surface of the column 25.
[0076]
FIG. 7 is a cross-sectional view of a part of FIG. 6 viewed in the −X direction. In FIG. 7, the wafer-side laser interferometer 24 </ b> Y <b> 1 is fixed in the leg portion of the column 25. Then, a laser beam including a component having a different frequency and an orthogonal polarization direction from an external laser light source 145 passes through mirrors 146 and 147 to a polarization beam splitter (hereinafter referred to as “PBS”) 148 in the laser interferometer 24Y1. Incident. At this time, the P-polarized component laser beam LB1 passes through the PBS 148, passes through the quarter-wave plate 149, moves to the Y-axis moving mirror 24mY on the side surface of the sample table 21, and is reflected by the moving mirror 24mY. LB1 passes through the quarter-wave plate 149 and is reflected by the PBS 148 as S-polarized light.
[0077]
On the other hand, among the laser beams incident on the PBS 148, the S-polarized component laser beam LB2 is reflected by the reflecting surface 151a of the prism type mirror 151 through the quarter-wave plate 150 and then the quarter-wave plate 150. Then, it passes through PBS 148 as P-polarized light. The laser beams LB1 and LB2 having different frequencies synthesized coaxially by the PBS 148 are reflected by the prism type mirror 152 and emitted to the outside of the laser interferometer 24Y1, and the emitted laser beams LB1 and LB2 are mirrors 153 and 154. Then, the light is received by a receiver 155 such as a photodiode. In this case, the mirror 151 acts as a reference mirror. The photoelectric conversion signal from the receiver 155 is a beat signal having a predetermined frequency. When the sample stage 21 (moving mirror 24mY) moves in the Y direction, the phase or frequency of the beat signal changes, and the reference mirror is used. Using the (mirror 151) as a reference, the Y coordinate of the sample table 21 is measured.
[0078]
Similarly, the laser interferometer 19Y1 for the Y axis on the reticle side is also fixed between the upper plate 25d of the column 25 and the leg, and the laser interferometer 19Y1 is PBS 148A, 1/4 as in the laser interferometer 24Y1. A mirror 151A, which is composed of wave plates 149A and 150A and mirrors 151A and 152A and has a prism-type reflecting surface, serves as a reference mirror. Then, the laser beam from the external laser light source 145A is guided to the laser interferometer 19Y1 through the mirror 147A and the like, and the laser beam from the laser interferometer 19Y1 is received by the receiver 155A through the mirror 153A and the like, from the receiver 155A. The position of the reticle stage 17 (moving mirror 19mY) is measured based on the reference mirror based on the beat signal.
[0079]
An interferometer monitor that is not affected by vibration from the floor by attaching laser interferometers 24Y1 and 19Y1 and mirrors 151 and 151A as reference mirrors to the column 25 side that supports a stationary member such as the projection optical system PL as in this example. A system can be realized. In this regard, a method of providing the laser interferometers 24Y1 and 19Y1 on the side of the column 34 that supports the moving part is conceivable. In this method, however, the reticle stage 17 and the wafer stage 22 are synchronized on the basis of the measurement values obtained by the laser interferometer. Although it is easy to take, since the column 34 itself is distorted by the acceleration accompanying the movement of the stage system, the reliability of whether or not the reticle R and the wafer W are actually accurately aligned is not necessarily high.
[0080]
On the other hand, when the laser interferometers 24Y1 and 19Y1, other laser interferometers, and the projection optical system PL are fixed to a column 25 different from the column 34 that may be distorted by the acceleration of the stage system as in this example. Since the positions of the reticle stage 17 and the wafer stage 22 are measured with high accuracy, the alignment accuracy between the reticle R and the wafer W is improved as a result.
[0081]
In the above-described embodiment, the mirrors 151 and 151A as reference mirrors of the laser interferometer are provided in the column 25. However, the column 25 itself may expand and contract due to a temperature change or the like. In such a case, a mirror as a reference mirror may be provided on the side surface of the projection optical system PL. In the above-described embodiment, since the projection optical system PL and the stage system are provided on the independent columns 25 and 34, respectively, the respective parts can be combined after being adjusted with high accuracy, and the manufacturing period is shortened. There is also an advantage. However, in this case, it is necessary to assemble by attaching and detaching a part of the column 34 on the stage side that is loosely accurate.
[0082]
In the above-described embodiment, as shown in FIG. 4, the projection exposure apparatus is divided into a plurality of units, and a gas is exchanged independently for each unit, and as shown in FIG. The system for controlling the intensity of the illumination light by the gas absorptance can be applied not only to a scanning type but also to a stationary exposure type (collective exposure type) projection exposure apparatus such as a stepper. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can have various configurations without departing from the gist of the present invention.
[0083]
【The invention's effect】
According to the first projection exposure apparatus of the present invention, in the plurality of casings in which the illumination optical system, the projection optical system, and the substrate stage of the projection exposure apparatus are stored separately.Or in the lighting system unitGas supply means for switching and supplying the gas is provided. For this reason, for example, when normal exposure is performed with a gas having a low absorption rate for illumination light for exposure, and when exposure is performed on a trial basis while an operator is nearby during maintenance, for example, exposure is performed in the projection optical system. By supplying a gas with a low absorption factor for the illumination light for use and supplying a gas (air, etc.) that is safe for the operator to the other parts, the exposure illumination light is less absorbed during exposure and at the time of maintenance. There is an advantage that it is possible to ensure the safety of the operator in the above.
[0084]
In this case, when a plurality of types of gases selected from a group of gases consisting of nitrogen, air, and ozone-removed air are used as the plurality of types of gases, nitrogen or ozone-removed air is used during normal exposure. As a result, absorption of illumination light can be reduced particularly when the illumination light for exposure is ultraviolet light, and the safety of workers is ensured by using air or air from which ozone has been removed during maintenance. The
[0085]
In addition, when the gas supply means is provided with a confirmation means for confirming that the gas is substantially completely replaced in the casing when the type of gas in the casing to be supplied is switched. For example, when the gas in the casing is switched from a gas that absorbs less illumination light to a gas that is safe for the worker, it can be confirmed whether or not the gas has been almost completely replaced with a gas that is safe for the worker. Therefore, there is an advantage that the safety of the worker is increased. As the confirmation means, there are a gas concentration sensor, a timer, and the like. For example, when a concentration sensor is used, there is no useless waiting time and safety is improved as compared with the case where a timer is used. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing an example of an embodiment of a projection exposure apparatus according to the present invention.
2 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a projection optical system PL in FIG.
3 is an explanatory diagram showing a relationship between an illumination area and an exposure area of the projection optical system PL in FIG. 2 and a modification of the exposure area. FIG.
FIG. 4 is a configuration diagram showing an air conditioning system by unit as an example of the embodiment;
5A is a configuration diagram showing a main part of an illumination light quantity control system in an example of the embodiment, and FIG. 5B is a configuration diagram showing a modification thereof;
6 is a perspective view showing a support structure of a mechanism part of the projection exposure apparatus in FIG. 1. FIG.
7 is a side view of a part of FIG. 6 viewed in the −X direction.
[Explanation of symbols]
1 Exposure control device
2 Excimer laser light source
5 Switching revolver for illumination system aperture stop
7 Main controller
11 Illumination field stop system
R reticle
PL projection optical system
W wafer
13 Stage controller
17 Reticle stage
19Y1, 19Y2 Reticle side laser interferometer
21 Sample stage
22 Wafer stage
23 Surface plate
24Y1 Wafer-side laser interferometer
25 Second column
32 surface plate
34 First column
111 Lighting system unit
112 Reticle stage unit
113 Projection optical system unit
114 Wafer stage system unit
115 Wafer transfer system unit
116 1st air conditioner
117 second air conditioner
120A, 120B Gas switch
122A, 122B Air-conditioning air volume controller
151,151A Mirror

Claims (8)

露光用の照明光を発生する露光光源を備え、前記照明光で転写用パターンの形成されたマスクを照明する照明光学系と、前記照明光のもとで前記マスクのパターンの像を感光基板上に投影する投影光学系と、前記感光基板を移動する基板ステージと、を有する投影露光装置において、
前記露光光源として紫外域以下の波長で発振するレーザ光源を使用し、
前記照明光学系、前記投影光学系、及び前記基板ステージを複数個の独立のケーシング内に収納し、
該複数個のケーシングの内の少なくとも１つのケーシング内に複数種類の気体を切り換えて供給する気体供給手段を設けたことを特徴とする投影露光装置。An exposure light source that generates illumination light for exposure; an illumination optical system that illuminates a mask on which a transfer pattern is formed with the illumination light; and an image of the mask pattern on the photosensitive substrate under the illumination light. In a projection exposure apparatus having a projection optical system for projecting onto the substrate and a substrate stage for moving the photosensitive substrate,
Using a laser light source that oscillates at a wavelength below the ultraviolet region as the exposure light source,
The illumination optical system, the projection optical system, and the substrate stage are housed in a plurality of independent casings,
A projection exposure apparatus comprising gas supply means for switching and supplying a plurality of types of gases into at least one of the plurality of casings. 請求項１に記載の投影露光装置であって、
前記複数種類の気体として、窒素、空気、及びオゾンを除去した空気よりなる気体群から選択された複数種類の気体を用いることを特徴とする投影露光装置。The projection exposure apparatus according to claim 1,
A projection exposure apparatus using a plurality of types of gases selected from a gas group consisting of nitrogen, air, and air from which ozone has been removed as the plurality of types of gases. 請求項１又は２に記載の投影露光装置であって、
前記気体供給手段に、供給対象のケーシング内の気体の種類を切り換える際に、該ケーシング内で気体が実質的に完全に置き換えられたことを確認するための確認手段を設けたことを特徴とする投影露光装置。The projection exposure apparatus according to claim 1 or 2,
The gas supply means is provided with a confirmation means for confirming that the gas is substantially completely replaced in the casing when the type of gas in the casing to be supplied is switched. Projection exposure apparatus. 請求項１から３のいずれか一項に記載の投影露光装置において、
前記少なくとも１つのケーシングは、前記照明光学系を収容するケーシングであることを特徴とする投影露光装置。In the projection exposure apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The projection exposure apparatus, wherein the at least one casing is a casing for housing the illumination optical system. 露光用の照明光を発生する露光光源を備え、前記照明光で転写用パターンの形成されたマスクを照明する照明光学系と、前記照明光のもとで前記マスクのパターンの像を感光基板上に投影する投影光学系と、前記感光基板を移動する基板ステージと、を有する投影露光装置において、
前記露光光源として紫外域以下の波長で発振するレーザ光源を使用し、
前記照明光学系、前記投影光学系、及び前記基板ステージを複数のユニットに分けて、各ユニット別に独立に空調を行い
前記照明光学系を収容する照明系ユニット内に、互いに種類が異なる２つの気体を切り換えて供給する気体供給手段を設けたことを特徴とする投影露光装置。An exposure light source that generates illumination light for exposure; an illumination optical system that illuminates a mask on which a transfer pattern is formed with the illumination light; and an image of the mask pattern on the photosensitive substrate under the illumination light. In a projection exposure apparatus having a projection optical system for projecting onto the substrate and a substrate stage for moving the photosensitive substrate,
Using a laser light source that oscillates at a wavelength below the ultraviolet region as the exposure light source,
The illumination optical system, the projection optical system, and the substrate stage are divided into a plurality of units, and air conditioning is performed independently for each unit.
A projection exposure apparatus, comprising: an illumination system unit that houses the illumination optical system; and a gas supply unit that switches and supplies two different types of gas. 請求項５に記載の投影露光装置であって、
前記気体供給手段は、露光時に前記照明系ユニット内に所定の気体を供給するとともに、前記照明系ユニットのメンテナンス時に、前記照明系ユニット内に空気又はオゾン除去後の空気を供給することを特徴とする投影露光装置。The projection exposure apparatus according to claim 5,
The gas supply means supplies a predetermined gas into the illumination system unit during exposure, and supplies air or air after ozone removal into the illumination system unit during maintenance of the illumination system unit. Projection exposure apparatus. 請求項６に記載の投影露光装置であって、
前記気体供給手段は、常時、前記投影光学系を収容する投影系ユニット内に前記所定の気体を供給することを特徴とする投影露光装置。The projection exposure apparatus according to claim 6,
The projection exposure apparatus characterized in that the gas supply means always supplies the predetermined gas into a projection system unit that houses the projection optical system . 請求項６又は７に記載の投影露光装置であって、
前記照明系ユニット内の前記所定の気体が前記空気又はオゾン除去後の空気に置換されたことを確認するための確認手段を有することを特徴とする投影露光装置。The projection exposure apparatus according to claim 6 or 7,
A projection exposure apparatus comprising: confirmation means for confirming that the predetermined gas in the illumination system unit has been replaced with the air or air after ozone removal.
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