JPH09246140A

JPH09246140A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH09246140A
Application number: JP8045796A
Authority: JP
Inventors: Takechika Nishi; 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-03-04
Filing date: 1996-03-04
Publication date: 1997-09-19
Anticipated expiration: 2016-03-04
Also published as: JP3690540B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】投影露光装置を照明系ユニット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、及びウエハステージ系ユニット１１４に分け
る。第１空調装置１１６からはオゾンを除去した空気
を、第２空調装置１１７からは窒素ガスをそれぞれ気体
切り換え器１２０Ａに供給し、気体切り換え器１２０Ａ
では露光時には窒素ガスを、メンテナンス時にはオゾン
除去後の空気をそれぞれ選択して照明系ユニット１１
１、レチクルステージ系ユニット１１２、及びウエハス
テージ系ユニット１１４に供給する。投影光学系ユニッ
ト１１３には常時第２空調装置１１７より窒素ガスを供
給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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２４８ｎ
ｍ）、若しくはＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎ
ｍ）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２〜３
ｐｍ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６−１３
２１９１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。

【０００９】また、投影露光装置では、使用するフォト
レジストの感度等に応じてウエハに対する露光量を制御
する必要がある。しかしながら、エキシマレーザ光のよ
うなパルス的に発光される紫外光の光量を例えばＮＤフ
ィルタ板を介して減光する方式では、そのＮＤフィルタ
板が強いパルス光によって損傷を受ける恐れがある。ま
た、その紫外光の光量を連続的に正確に制御できること
が望ましいが、ＮＤフィルタのような減光板を用いて制
御する方式では、その減光板の位置決め精度によって、
必ずしも正確に光量を連続的に設定できないという不都
合があった。

【００１０】更に、ステップ・アンド・スキャン方式の
投影露光装置では、従来はウエハを保持するステージ
（ウエハステージ）が固定されている定盤上に植設され
たコラムに、投影光学系及びレチクル側のステージも固
定されていた。そのため、露光時にレチクル及びウエハ
が同期して走査されると、その振動の影響が本来静止し
ているべき投影光学系に及んで、結像特性が悪化する恐
れがあるという不都合もあった。

【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
ることを第１の目的とする。更に本発明は、露光用の照
明光として紫外光を使用する場合に、その紫外光の光量
を常に正確に制御できる投影露光装置を提供することを
第２の目的とする。

【００１２】更に本発明は、レチクル及びウエハの同期
走査の振動に影響されることなく、良好な結像特性が得
られる投影露光装置を提供することを第３の目的とす
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（２〜５，１０，１１，１
４）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（１１１，１１
４）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】斯かる本発明によれば、選択されたケーシ
ング内に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。

【００１７】また、本発明による第２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、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、露光光源
（２）から感光基板（Ｗ）までのその照明光の光路上に
配置された光透過性の窓部を有するケーシング（１４
１）と、このケーシング内に単位体積当たりのオゾン量
が可変の気体を供給する気体制御手段（１４２；１４
３）とを備え、この気体制御手段からケーシング（１４
１）内に供給する気体中のオゾン量を変化させることに
よって、露光光源（２）から発生して感光基板（Ｗ）に
照射される照明光のその感光基板上での照度を制御する
ものである。

【００１８】斯かる本発明によれば、オゾンは紫外線に
対する吸収率が高いため、そのケーシング（１４１）内
の単位体積当たりのオゾンの量を制御する（例えば圧
力、濃度等を制御する）ことによって、その照明光に対
する吸収率が変化して、連続的に、且つ光学部材の損傷
の恐れなくその照明光の光量が制御される。次に、本発
明による第３の投影露光装置は、マスク（Ｒ）上の転写
用パターンの一部の像を感光基板（Ｗ）上に投影する投
影光学系（ＰＬ）と、マスク（Ｒ）を投影光学系（Ｐ
Ｌ）に対して走査するマスク側ステージ（１７）と、こ
のマスク側ステージに同期して感光基板（Ｗ）を投影光
学系（ＰＬ）に対して走査する基板側ステージ（２１，
２２）とを有し、マスク（Ｒ）及び感光基板（Ｗ）を同
期して投影光学系（ＰＬ）に対して相対的に走査するこ
とによって、マスク（Ｒ）上の転写用パターンを逐次感
光基板（Ｗ）上に転写する走査型の投影露光装置におい
て、走査露光に同期して動く可動部（１７，２１，２
２）と、走査露光に同期することなく静止している静止
部（２〜５，８〜１０，１４，ＰＬ）とを互いに異なる
防振台（３３Ａ，３３Ｂ，２３，３４；３５Ａ〜３５
Ｃ，２５）上に固定するものである。

【００１９】斯かる本発明によれば、走査露光時に投影
光学系（ＰＬ）は移動するステージ系とは別の防振台上
に固定されるため、投影光学系（ＰＬ）が常に安定に支
持されて良好な結像特性が得られる。この場合、マスク
側ステージ（１７）、又は基板側ステージ（２１，２
２）に取り付けられた移動鏡（２４ｍＹ）と、その静止
部が固定されている防振台（３５Ａ〜３５Ｃ，２５）に
取り付けられた参照鏡（１５１）と、光ビームを用いて
移動鏡（２４ｍＹ）と参照鏡（１５１）との相対変位を
検出する干渉計本体部（２４Ｙ１）と、を有する干渉計
を設け、この干渉計によってそのマスク側ステージ、又
はその基板側ステージの位置を計測することが望まし
い。これによって、その参照鏡（１５１）はステージ系
の振動に影響されない防振台上に支持されるため、高い
計測精度が得られ、結果としてステージ系の同期制御精
度が向上する。

【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１
１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１
５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２
４ｍ、及び不図示のコラムに固定されたレーザ干渉計２
４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Ｖ_R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Ｖ_W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Ｖ_Wはβ
・Ｖ_R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１
６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Ｆ
Ｍ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３
１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４
２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，Ｌ
１２，…，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４
９、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Ｌ４
１，Ｌ４２，Ｌ４３，…，Ｌ５２が配置され、レンズ５
２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５
０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Ｌ４
１，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１
５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１
００ｐｍ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４
８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４
３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Ｌ５
２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，４
７ａの底部の座金の厚さの調整や、鏡筒４２，５３，４
７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４
３、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４
１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５２
ａ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５２
ａＡ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１
１、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１１
６と、不図示の窒素ガスボンベより供給された窒素（Ｎ
₂)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１３３
Ｂ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１２
２Ａに供給し、空調風量制御器１２２Ａでは配管１２３
Ａ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，１２５
Ａ（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１２
９Ａ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１３１
Ａ、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１
２８Ｂ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１３
１Ｂ、及び配管１３０Ｂを介して空調風量制御器１２８
Ｂ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１２
４Ｂ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１１
６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１３
３Ａ、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１１
３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１
１７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１３４
Ｂ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１１
７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、Ａｒ
Ｆ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１１
１、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１
１５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，３３
Ｂ，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〜３３
Ｄの外側の４個の防振機構３５Ａ〜３５Ｄ（図６では３
５Ａ，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３
６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１
９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）１４
８に入射する。このとき、Ｐ偏光成分のレーザビームＬ
Ｂ１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，Ｌ
Ｂ２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２４
Ｙ１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１
９Ｙ１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２４Ｙ１，１９
Ｙ１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１
７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２
５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。

【００８６】次に、本発明の第２の投影露光装置によれ
ば、所定のケーシング内の気体中の単位面積当たりのオ
ゾンの量を変化させることによって、光学部材の損傷の
恐れなく、且つ連続的に露光用の照明光の照度が制御さ
れる。このとき、オゾンは紫外光に対する吸収性を有す
るため、露光用の照明光として紫外光を使用する場合
に、その紫外光の光量を常に正確に制御できる利点があ
る。

【００８７】また、本発明の第３の投影露光装置によれ
ば、走査露光に同期して動く可動部と、走査露光に同期
することなく静止している静止部とを互いに異なる防振
台上に固定しているため、投影光学系がマスク（レチク
ル）及び感光基板（ウエハ）の同期走査の振動に影響さ
れることがなく、良好な結像特性が得られる利点があ
る。

【００８８】この場合、マスク側ステージ、又は基板側
ステージに取り付けられた移動鏡と、その静止部が固定
されている防振台に取り付けられた参照鏡と、光ビーム
を用いてその移動鏡とその参照鏡との相対変位を検出す
る干渉計本体部と、を有する干渉計を設け、この干渉計
によってそのマスク側ステージ、又はその基板側ステー
ジの位置を計測する場合には、その参照鏡がステージ系
の振動の影響を受けないため、走査露光時のステージ系
の位置及び速度制御の制御性（制御精度等）が高まる利
点がある。

【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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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。
【請求項２】請求項１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。
【請求項３】請求項１、又は２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。
【請求項４】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、
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、前記露光光源から前記感光基板までの間の前記照明光の
光路上に配置された光透過性の窓部を有するケーシング
と、該ケーシング内に単位体積当たりのオゾン量が可変の気
体を供給する気体制御手段と、を備え、該気体制御手段から前記ケーシング内に供給する気体の
オゾン量を変化させることによって、前記レーザ光源か
ら発生して前記感光基板に照射される照明光の照度を制
御することを特徴とする投影露光装置。
【請求項５】マスク上の転写用パターンの一部の像を
感光基板上に投影する投影光学系と、前記マスクを前記
投影光学系に対して走査するマスク側ステージと、該マ
スク側ステージに同期して前記感光基板を前記投影光学
系に対して走査する基板側ステージとを有し、前記マス
ク及び前記感光基板を同期して前記投影光学系に対して
相対的に走査することによって、前記マスク上の転写用
パターンを逐次前記感光基板上に転写する走査型の投影
露光装置において、走査露光に同期して動く可動部と、走査露光に同期する
ことなく静止している静止部とを互いに異なる防振台上
に固定することを特徴とする投影露光装置。
【請求項６】請求項５記載の投影露光装置であって、前記マスク側ステージ、又は前記基板側ステージに取り
付けられた移動鏡と、前記静止部が固定されている防振台に取り付けられた参
照鏡と、光ビームを用いて前記移動鏡と前記参照鏡との相対変位
を検出する干渉計本体部と、を有する干渉計を設け、該
干渉計によって前記マスク側ステージ、又は前記基板側
ステージの位置を計測することを特徴とする投影露光装
置。