JPH11154644A

JPH11154644A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH11154644A
Application number: JP10240187A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Tanaka; 康明田中
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 1999-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】波長３００ｎｍ以下の露光光を使用する投影露
光装置において、投影光学系内の窒素ガス圧力変動にか
かわらず一定の光学性能を得る。【解決手段】ＡｒＦエキシマレーザを照明光学系２０
０を介してレチクルＲに照射して、レチクルＲ上のパタ
ーンの像を投影光学系３００によりウェハＷ上に結像す
る。照明光学系筐体と投影光学系鏡筒内には不活性ガス
が充填される。鏡筒内の圧力を圧力センサＰＳ２，ＰＳ
３で検出し、その圧力変動に応じて、光学性能調節用レ
ンズユニット３０３を駆動して投影光学系３００の光学
性能を一定に保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば３００ｎ
ｍ以下の紫外域の光を照射するエキシマレーザ、高調波
レーザ、水銀ランプ光源を有する投影露光装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子または液晶基板等を製造する
ためのリソグラフィ工程において、レチクル（フォトマ
スク等）のパターン像を投影光学系を介して感光基板上
に露光する露光装置が使用されている。近年、半導体集
積回路は微細化の方向で開発が進み、リソグラフィ工程
においては、より微細化を求める手段としてリソグラフ
ィ光源の露光波長を短波長化する方法が考えられてい
る。

【０００３】現在、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレ
ーザをステッパー光源として採用した露光装置がすでに
開発されている。また、Ｔｉ−サファイアレーザ等の波
長可変レーザの高調波、波長２６６ｎｍのＹＡＧレーザ
の４倍高調波、波長２１３ｎｍのＹＡＧレーザの５倍高
調波、波長２２０ｎｍ近傍または１８４ｎｍの水銀ラン
プ、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ等が短波長
光源の候補として注目されている。

【０００４】従来のｇ線、ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ
あるいは波長２５０ｎｍ近傍の光を射出する水銀ランプ
を光源とした露光装置では、これらの光源の発光スペク
トル線は酸素の吸収スペクトル領域とは重ならず、酸素
の吸収による光利用効率の低下および酸素の吸収による
オゾンの発生に起因する不都合はなかった。したがっ
て、これらの露光装置では基本的に大気雰囲気での露光
が可能であった。

【０００５】しかしながら、ＡｒＦエキシマレーザのよ
うな光源では、発光スペクトル線は酸素の吸収スペクト
ル領域と重なるため、上述の酸素の吸収による光利用効
率の低下および酸素の吸収によるオゾンの発生に起因す
る不都合が発生する。たとえば、真空中または窒素ある
いはヘリウムのような不活性ガス中でのＡｒＦエキシマ
レーザ光の透過率を１００％／ｍとすれば、フリーラン
状態（自然発光状態）すなわちＡｒＦ広帯レーザでは約
９０％／ｍ、スペクトル幅を狭め、かつ酸素の吸収線を
避けたＡｒＦ狭帯レーザを使用した場合でさえ、約９８
％／ｍと透過率が低下する。

【０００６】透過率の低下は、酸素による光の吸収およ
び発生したオゾンの影響によるものと考えられる。オゾ
ンの発生は透過率（光利用効率）に悪影響を及ぼすばか
りでなく、光学材料表面や他の部品との反応による装置
性能の劣化および環境汚染を引き起こす。

【０００７】このように、ＡｒＦエキシマレーザのよう
な光源を有する露光装置では、光の透過率の低下やオゾ
ンの発生を回避するために光路全体を窒素等の不活性ガ
スで満たす必要があることはよく知られている（たとえ
ば特開平６−２６０３８５号公報）。

【０００８】また、投影露光装置が設置されるクリーン
ルーム内の圧力変動や、投影光学系を構成する光学レン
ズの温度変動などが光学系性能に影響を及ぼし、倍率、
收差、焦点などが変動することがよく知られている。そ
のため、特開昭６０−７８４５４号公報に開示されてい
るように、投影光学系に照射される露光エネルギを測定
し、測定したエネルギに基づいて光学性能の変動を推定
して光学性能を調節するようにした投影露光装置が知ら
れている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６０−７８４５４号公報の従来装置では、投影光学系の
鏡筒内に窒素ガスなどの不活性ガスを強制的に充填する
ことは想定していない。そのため、特開平６−２６０３
８５号公報のように、投影光学系の鏡筒内に窒素ガスあ
るいは不活性ガスを充填した投影露光装置では、大気圧
力の変動や光学素子に照射されるエネルギに基づいて光
学性能を調節しても、鏡筒内の圧力変動により、倍率、
收差、焦点変動が生じ、精度の高い投影露光ができない
おそれがある。照明光学系似ついても同様の問題があ
り、照明光学系内の筐体の圧力変動により照明ムラが発
生するおそれもある。

【００１０】本発明の目的は、不活性ガスが充填される
投影光学系の鏡筒や照明光学系の筐体内の圧力変動によ
って光学性能が影響しないようにした投影露光装置を提
供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】発明の実施の形態を示す
図に対応付けて説明する。（１）請求項１の発明は、図１に示すように、露光用光
源１００から射出される露光光で所定のパターンが形成
された原版Ｒを照明する照明光学系２００と、照明光学
系２００により照明された原版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３００とを備える投影露
光装置に適用される。そして上述した目的は、投影光学
系３００を収容する鏡筒内の光学素子３０１〜３０３間
に形成された空間に不活性ガスを充填する鏡筒ガス給排
装置１５０，１６０と、鏡筒空間内の圧力を検出する鏡
筒内圧力検出器ＰＳ２，ＰＳ３と、この検出器で検出さ
れた圧力に応じて投影光学系３００の光学性能を調節す
る投影光学性能調節装置３０３，３０４とを具備するこ
とにより達成される。（２）請求項２の発明は、図２に示すように、請求項１
に記載の投影露光装置において、照明光学系２００を収
容する筐体内の光学素子間に形成された空間に不活性ガ
スを充填する筐体ガス給排装置１５０，１６０と、筐体
空間内の圧力を検出する筐体内圧力検出器ＰＳ１と、こ
の検出器で検出された圧力に応じて照明光学系２００の
光学性能を調節する照明光学性能調節装置２１０，２１
１とを備えることを特徴とする。（３）請求項３の発明は、図１，２に示すように、請求
項１に記載の投影露光装置において、大気圧力を検出す
る大気圧検出器ＰＳ４をさらに有し、投影光学性能調節
装置３０３，３０４は、鏡筒空間内圧力と大気圧力とに
基づいて投影光学系３００の光学性能を調節することを
特徴とするものである。（４）請求項４の発明は、図２に示すように、請求項２
に記載の投影露光装置において、大気圧力を検出する大
気圧検出器ＰＳ４をさらに有し、照明光学性能調節装置
２１０，２１１は、筐体空間内圧力と大気圧力とに基づ
いて照明光学系２００の光学性能を調節することを特徴
とするものである。（５）請求項５の発明は、図３に示すように、露光用光
源１００から射出される露光光で所定のパターンが形成
された原版Ｒを照明する照明光学系２００と、照明光学
系２００により照明された原版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３００とを備える投影露
光装置に適用される。上述した目的は、投影光学系３０
０を収容する鏡筒内の光学素子３０１〜３０３間に形成
された空間に不活性ガスを充填する鏡筒ガス給排装置１
５０，１６０と、鏡筒空間内の圧力を検出する鏡筒内圧
力検出器ＰＳ２，ＰＳ３と、この検出器で検出された圧
力に応じて鏡筒空間内の圧力が予め定めた目標値となる
ように鏡筒ガス給排装置１５０，１６０を調節する鏡筒
内圧力調節装置Ｖ２，Ｖ３とを具備することにより達成
される。（６）請求項６の発明は、図３に示すように、請求項５
の投影露光装置において、照明光学系２００を収容する
筐体内の光学素子間に形成された空間に不活性ガスを充
填する筐体ガス給排装置１５０，１６０と、筐体空間内
の圧力を検出する筐体内圧力検出器ＰＳ１と、この検出
器で検出された圧力に応じて筐体空間内の圧力が予め定
めた目標値となるように筐体ガス給排装置１５０，１６
０を調節する筐体内圧力調節装置Ｖ１とを備えることを
特徴とするものである。（７）請求項７の発明は、図３に示すように、請求項５
に記載の投影露光装置において、大気圧力を検出する大
気圧検出器ＰＳ４と、この大気圧検出器ＰＳ４で検出さ
れた圧力に応じて投影光学系３００の光学性能を調節す
る投影光学性能調節装置３０３，３０４とをさらに有す
ることを特徴とするものである。（８）請求項８の発明は、図１に示すように、請求項６
に記載の投影露光装置において、大気圧力を検出する大
気圧検出器ＰＳ４と、大気圧検出器ＰＳ４で検出された
圧力に応じて照明光学系２００の光学性能を調節する照
明光学性能調節装置２１０，２１１をさらに有すること
を特徴とするものである。（９）請求項９の発明は、図２に示すように、露光用光
源１００から射出される露光光で所定のパターンが形成
された原版Ｒを照明する照明光学系２００と、照明光学
系により照明された原版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３００とを備える投影露光装置
に適用される。上述の目的は、照明光学系２００を収容
する筐体ＣＡ内の光学素子間に形成された空間に不活性
ガスを充填する筐体ガス給排装置１５０，１６０と、筐
体空間内の圧力を検出する筐体内圧力検出器ＰＳ１と、
この検出器で検出された圧力に応じて照明光学系２００
の光学性能を調節する照明光学性能調節装置２１０，２
１１とを具備することにより達成される。（１０）請求項１０に記載の発明は、図２に示すよう
に、請求項９に記載の投影露光装置において、大気圧力
を検出する大気圧検出器ＰＳ４をさらに有し、照明光学
性能調節装置２１０，２１１は、筐体空間内圧力と大気
圧力とに基づいて照明光学系２００の光学性能を調節す
ることを特徴とする。（１１）請求項１１の発明は。図３に示すように、露光
用光源１００から射出される露光光で所定のパターンが
形成された原版Ｒを照明する照明光学系２００と、照明
光学系２００により照明された原版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３００とを備える投
影露光装置に適用される。上述した目的は、照明光学系
２００を収容する筐体内の光学素子間に形成された空間
に不活性ガスを充填する筐体ガス給排装置１５０，１６
０と、筐体空間内の圧力を検出する筐体内圧力検出器Ｐ
Ｓ１と、この検出器で検出された圧力に応じて筐体空間
内の圧力が予め定めた目標値となるように筐体ガス給排
装置１５０，１６０を調節する筐体内圧力調節装置Ｖ１
とを具備することにより達成される。（１２）請求項１２の発明は、図４に示すように、請求
項１１に記載の投影露光装置において、大気圧力を検出
する大気圧検出器ＰＳ４と、この大気圧検出器ＰＳ４で
検出された圧力に応じて照明光学系２００の光学性能を
調節する照明光学性能調節装置２１０，２１１とをさら
に有することを特徴とするものである。（１３）請求項１３の発明は、図１に示すように、請求
項１〜１２に記載の投影露光装置において、光学性能調
節装置を、収容部材内の空間を形成する光学素子のう
ち、一方の光学素子を他方の光学素子に対して所定方向
に移動する移動機構３０３，３０４を含むようにしたも
のである。（１４）請求項１４の発明は、図５に示すように、請求
項１〜１２に記載の投影露光装置において、光学性能調
節装置を、光学素子間に形成された空間３１１の圧力を
調整する圧力調整装置Ｖ１，Ｖ２を含むようにしたもの
である。

【００１２】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が発明の実施の形態に限定されるものではない。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
による実施の形態について説明する。（第１の実施の形態）図１は本発明による投影露光装置
の概略的構成を示している。投影露光装置本体は、図示
しないチャンバー内に収容されており、温度が一定に保
たれるように制御されている。図１に示すように、例え
ば１９３ｎｍの出力波長を持つパルス光を発振するＡｒ
Ｆエキシマレーザ光源１００からほぼ平行光束としての
レーザ光が出射され、図示しないシャッタを介して投影
露光装置に入射する。シャッタは、たとえばウエハまた
はレチクルの交換中に照明光路を閉じ、これにより光源
１００が自己発振してパルス光の中心波長、波長幅およ
び強度の少なくとも１つを含むビーム特性を安定化（調
節）する。

【００１４】光源１００からのレーザ光は筐体ＣＡ内に
収容された照明光学系２００に入射される。レーザ光は
ミラー２０１で反射され、ビーム整形光学レンズユニッ
ト２０２に入射する。入射ビームは、整形光学レンズユ
ニット２０２で所定断面形状のレーザ光に整形され、図
示しないタレット板に設けられた互いに透過率（減光
率）が異なる複数のＮＤフィルタの１つを通過して反射
ミラー２０３で反射して、オプティカルインテグレータ
としてのフライアイレンズ２０４に導かれる。フライア
イレンズ２０４は、多数のレンズ素子が束ねられて構成
されており、このレンズ素子の射出面側には、それを構
成するレンズ素子の数に対応した多数の光源像（２次光
源）が形成される。

【００１５】フライアイレンズ２０４よって形成される
多数の２次光源からの光束は、リレーレンズユニット２
０５、長方形の開口を規定する可変視野絞り２０６、リ
レーレンズユニット２０７を通って反射ミラー２０８で
反射された後、複数のレンズ等の屈折性光学素子で構成
されるコンデンサ光学レンズユニット２０９にて集光さ
れる。これにより、可変視野絞りの開口２０６によって
規定された均一な照明光束は重畳的にレチクルＲを照明
する。

【００１６】照明光学系２００の筐体ＣＡ内には、ガス
供給装置１５０から管路ＩＮを介してＡｒＦ光を吸収し
ない気体たとえば窒素ガス（またはヘリウムガス）が供
給され、管路ＯＵＴからガス排出装置１６０を介して窒
素ガスが排出される。筐体ＣＡ内の圧力は圧力センサＰ
Ｓ１で検出される。

【００１７】レチクルＲを透過した光は、投影光学系３
００を構成する種々の光学部材（レンズエレメントおよ
び／またはミラー）を介してウェハステージＷＳに載置
されたウェハＷの表面上に到達し、レチクルＲ上のパタ
ーンを結像する。ウエハステージＷＳは、照明光で照射
されるレチクルＲから発生して投影光学系３００を通過
する光に対してウエハＷを相対移動する。露光の際に
は、レチクルＲとウェハＷが投影光学系の倍率に対応し
た速度比で互に逆方向に走査される。投影光学系３００
には、たとえば２つの投影レンズユニット３０１，３０
２と１つの光学性能調節用レンズユニット３０３が設け
られ、光学性能調節用レンズユニット３０３はレンズ駆
動装置３０４により光学性能が調節されるように構成さ
れている。レンズ駆動装置３０４は特開昭６０−７８４
５４号公報などにより公知技術であり、詳細説明は省略
するが、たとえばレンズ間距離を変更して倍率などを調
節することができる。この場合、図示はしないが、レン
ズユニット３０３内には複数枚のレンズが収容され、レ
ンズ駆動装置３０４により一方のレンズが他方のレンズ
に対して移動し、これによりレンズ間距離を変更する。
レンズユニット３０１〜３０３は照明光学系３００と同
様に鏡筒ＬＢにより包囲され、鏡筒ＬＢには管路ＩＮを
介して窒素ガスが供給され、管路ＯＵＴからガス排出装
置１６０を介して窒素ガスが排出される。

【００１８】鏡筒ＬＢ内のレンズユニット３０３と３０
１との間の空間３１０の圧力は圧力センサＰＳ２で、レ
ンズユニット３０１と３０２との間の空間３１１の圧力
はＰＳ３でそれぞれ測定される。投影露光装置が収容さ
れるチャンバ内の大気圧力は大気圧センサＰＳ４で測定
される。上述した筐体内圧力センサＰＳ１と、これらの
圧力センサＰＳ２〜ＰＳ４で測定された圧力信号は圧力
信号取込み回路４０１でデジタル信号に変換されてＣＰ
Ｕなどからなる制御回路４０２に入力される。レンズ駆
動回路４０３は制御回路４０２からの指令信号に基づい
てレンズ駆動装置３０４に駆動信号を供給し、これによ
りレンズユニット３０３が適宜その光学性能を変更す
る。

【００１９】制御回路４０２はメモリを備えており、各
圧力センサＰＳ１〜ＰＳ３で検出された圧力に応じて投
影光学系の光学性能をどのように変更するかが予めメモ
リに記憶されている。気体の屈折率は圧力に依存してお
り、鏡筒内部の空間３１０と３１１の圧力変動による光
学性能の変動と、チャンバ内の大気圧変動による光学性
能の変動とが重畳されて、投影光学系３００全体として
の光学性能が変動する。そこで、予め実験により、空間
３１０，３１１の圧力と大気圧力との組合せによる光学
性能、例えば焦点位置、投影倍率、ザイデルの５収差な
どの変動をそれぞれ計測する。その上で、計測された光
学性能の変動を補正するために光学性能調節用レンズユ
ニット３０３をどのように駆動するかを光学特性毎に実
験により、あるいは計算（シミュレーション）により求
め、光学性能調節用レンズユニット３０３の駆動量に対
応するレンズ駆動装置３０３の駆動量を各圧力に対応づ
けてメモリに記憶する。なお、圧力変化による光学特性
毎の変化率などを記憶しておき、逐次光学特性の変化量
を求めて上記駆動量を計算するようにしてもよい。

【００２０】このように構成された投影露光装置の動作
を説明する。露光動作に先立って、ガス排出装置１６０
により照明光学系２００の筐体ＣＡ内と、投影光学系３
００の鏡筒ＬＢ内を真空排気し、圧力センサＰＳ１〜Ｐ
Ｓ３の圧力計測値が所定値に達するとガス排出装置１６
０の出口側開閉弁を閉じる。その後、ガス供給装置１５
０から窒素ガスを筐体ＣＡと鏡筒ＬＢ内にそれぞれ供給
する。圧力センサＰＳ１〜ＰＳ３の圧力計測値が所定値
に達するとガス供給装置１５０からの窒素ガスの供給を
停止して入口側開閉弁を閉じる。これにより、筐体ＣＡ
内と鏡筒ＬＢ内は窒素ガスで充填されて密閉される。

【００２１】ＡｒＦレーザでウエハＷが照射されないよ
うに、例えばウエハステージＷＳを移動してウエハＷを
投影光学系３００の光軸から十分離れた位置に配置し、
その状態でＡｒＦレーザ光を照射する。ＡｒＦレーザ光
の照射により、照明光学系２００や投影光学系３００の
光学素子の表面あるいは筐体ＣＡや鏡筒ＬＢに付着した
汚染物質は剥離され窒素ガス中に浮遊する。このような
照射を行いながら入口側と出口側の開閉弁を開いて筐体
ＣＡと鏡筒ＬＢ内の窒素ガスを排出させると、窒素ガス
とともにガス中に浮遊している汚染物質が筐体ＣＡおよ
び鏡筒ＬＢ外へ排出される。その後、窒素ガスを供給し
た状態で出口開閉弁を閉じて筐体ＣＡと鏡筒ＬＢ内を所
定圧力にして入口側開閉弁を閉じ、筐体ＣＡと鏡筒ＬＢ
内を密閉する。鏡筒を密閉せずに常に窒素ガスを流して
おくことも考えられるが、その場合でも同様の方法によ
り同様な効果が得られる。この場合、圧力変化の原因と
しては供給側の圧力変化、配管のつまり等が考えられ
る。また、ウエハステージＷＳを退避させる代りに、投
影光学３００とウエハＷとの間に配置される遮光板を用
いてもよい。

【００２２】ウエハステージＷＳによりウエハＷの露光
領域を露光初期位置（走査露光開始位置）に位置させる
とともに、レチクルＲも図示しないレチクルステージに
より露光初期位置に設定する。レーザ光源１００からレ
ーザ光を出射させると、レチクルブラインドで規定され
た断面形状の均一な照明光がレチクルＲの所定領域を照
明する。レチクルＲとウエハＷとを相対移動しながらレ
チクルＲ上のパターンの像をウエハＷ上に投影露光す
る。このとき、圧力センサＰＳ２，ＰＳ３は鏡筒内の空
間３１０と３１１内の圧力を計測し、大気圧力センサＰ
Ｓ４はチャンバ内の大気圧力を計測して制御回路４０２
に入力する。制御回路４０２は入力された３つの圧力の
組合せに応じて予め記憶したレンズ駆動装置３０４の駆
動量を読み出し、その駆動量に対応したレンズ駆動指令
信号をレンズ駆動回路４０３に出力する。これにより、
レンズ駆動回路４０３がレンズ駆動装置３０４を駆動
し、光学性能調節用レンズユニット３０３は投影光学系
の光学性能が予め定めた性能となるように調節される。
したがって、露光エネルギにより各圧力が変動しても投
影光学系の光学性能が変動せず、予め定めた精度でパタ
ーンを露光することができる。

【００２３】（第２の実施の形態）以上では、投影光学
系３００の光学性能だけを補正するようにしたが、照明
光学系２００の筐体ＣＡ内の圧力変動で照明ムラが発生
することがあるので、筐体ＣＡ内の圧力に応じて照明光
学系２００の光学性能を補正してもよい。この場合、図
２に示すように、たとえば、フライアイレンズユニット
２０４とレチクルブラインド２０６との間に光学性能調
節用レンズユニット２１０を設け、筐体ＣＡの圧力に応
じてレンズ駆動装置２１１で光学性能調節用レンズユニ
ット２１０を駆動するように構成する。

【００２４】そして、筐体ＣＡ内の圧力に応じて照明光
学系２００の光学性能の変動による照明ムラを実験で求
め、この照明ムラを抑制するために必要なレンズ駆動装
置２１１の駆動量を実験で、あるいは計算で求め、これ
を圧力に対応づけて制御回路４０２のメモリに記憶す
る。なお、その他の構成は図１と同様であり、その説明
は省略する

【００２５】この様な第２の実施の形態の投影露光装置
の露光処理の手順は、第１の実施の形態の手順と同様で
あり説明を省略するが、この第２の実施の形態によれ
ば、筐体ＣＡの圧力に応じてレンズ駆動装置２１１で光
学性能調節用レンズユニット２１０を駆動するので、照
明ムラによるパターン像の露光不良が抑制される。な
お、レーザ光源１００と照明光学系２００の筐体ＣＡと
の間の光路が大気に露出している場合には、チャンバ内
の大気圧を検出し、その大気圧に応じてレンズ駆動装置
２１１で光学性能調節用レンズユニット２１０を駆動す
るようにしてもよい。これにより、大気圧変動にともな
う照明ムラも抑制できる。

【００２６】このような第２の実施の形態による投影露
光装置によれば、投影光学系３００の鏡筒ＬＢ内の圧力
が変動しても投影光学系の光学性能が変動しないように
光学性能調節用レンズユニット３０３が駆動されるとと
もに、照明光学系２００の筐体ＣＡ内の圧力が変動して
も照明光学系の光学性能が変動しないように光学性能調
節用レンズユニット２１０が駆動されるので、露光エネ
ルギにより筐体ＣＡ内や鏡筒ＬＢ内の圧力が変動して
も、投影光学系と照明光学系の光学性能が変動せず、予
め定めた精度でパターンを露光することができる。

【００２７】（第３の実施の形態）図３により本発明に
よる投影露光装置の第３の実施の形態について説明す
る。図１と同様な箇所には同一な符号を付して相違点を
主に説明する。第３の実施の形態による投影露光装置
は、照明光学系２００の筐体ＣＡ内の圧力と投影光学系
３００の鏡筒ＬＢ内の圧力とを予め定めた目標値に制御
するものである。そのため、照明光学系２００の筐体Ｃ
Ａとガス排出装置１６０との間に圧力制御弁Ｖ１を、投
影光学系３００の鏡筒ＬＢ内の空間３１０とガス排出装
置１６０との間に圧力制御弁Ｖ２を、空間３１１とガス
排出装置１６０との間に圧力制御弁Ｖ３をそれぞれ設け
る。なお、この実施の形態では光学性能調節レンズユニ
ット３０３とそのレンズ駆動装置３０４を省略し、レン
ズユニット３０１，３０２と同じようなレンズユニット
３０５を用いている。

【００２８】制御回路４０２には、照明光学系２００の
筐体ＣＡ内の設計上の圧力目標値と、投影光学系３００
の鏡筒ＬＢ内の空間３１０内と３１１内の設計上の圧力
目標値が予め記憶されている。

【００２９】露光に先立って、第１の実施の形態で説明
したように、照明光学系２００の筐体ＣＡの内部と投影
光学系３００の鏡筒内の空間３１０，３１１に所定の圧
力で窒素ガスを充填し、ガス供給装置１５０の入口側開
閉弁と各圧力制御弁Ｖ１〜Ｖ３を閉じておく。露光処理
中に圧力センサＰＳ１〜ＰＳ３で検出される圧力が、制
御回路４０２に記憶されている目標値と一致するように
圧力制御弁Ｖ１〜Ｖ３の開度が調節される。これによ
り、照明光学系２００の光学性能と投影光学系３００の
光学性能は予め定めた設計上の値となり、精度良くパタ
ーンを露光することができる。

【００３０】（第４の実施の形態）図４により本発明に
よる投影露光装置の第４の実施の形態について説明す
る。図１と同様な箇所には同一な符号を付して相違点を
主に説明する。第４の実施の形態による投影露光装置
は、第３の実施の形態と同様に、照明光学系２００の筐
体ＣＡ内の圧力と投影光学系３００の鏡筒ＬＢ内の圧力
とを予め定めた目標値に制御するとともに、圧力センサ
ＰＳ４で大気圧力を測定し、大気圧力に応じて照明光学
系２００と投影光学系３００の光学性能を調節するよう
にしたものである。そのため、第１の実施の形態と同様
に、照明光学系２００には光学性能調節用レンズユニッ
ト２１０とその駆動装置２１１を設けるとともに、投影
光学系３００には光学性能調節用レンズユニット３０３
とその駆動装置３０４を設けたものである。

【００３１】このような第４の実施の形態の投影露光装
置においては、筐体ＣＡ内と鏡筒ＬＢ内の圧力を目標値
に制御することにより、それぞれに充填された不活性ガ
ス圧力によって露光精度が低下するのを抑制するととも
に、さらに、大気圧変動による光学性能の変動を光学性
能調節用レンズユニット２１０，３０３により補償する
ようにしたので、露光精度の向上を図ることができる。

【００３２】（第５の実施の形態）図５により本発明に
よる投影露光装置の第５の実施の形態について説明す
る。図１と同様な箇所には同一な符号を付して相違点に
ついて説明する。第１の実施の形態による投影露光装置
では、光学性能調節用レンズユニット３０３を駆動制御
して投影光学系３００の光学性能を調節する構成であっ
たが、第５の実施の形態では、レンズユニット３０１と
３０２との間の空間３１１における窒素ガスの圧力を変
化させて投影光学系の光学性能を調節する構成である。

【００３３】図５に示すように、投影光学系３００の鏡
筒ＬＢ内に形成された複数の空間（図５では、空間３１
０と空間３１１を示す）のうち、空間３１１を制御対象
室とする。すなわち、空間３１１とガス供給装置１５０
との間に圧力制御弁Ｖ１を設けると共に、空間３１１と
ガス排出装置１６０との間に圧力制御弁Ｖ２を設ける。
これら圧力調整弁Ｖ１，２が圧力調整装置として機能す
る。

【００３４】さらに、制御回路４０２には、予め実験に
より、あるいは計算（シュミレーション）により求めら
れた、鏡筒ＬＢ内の空間３１０と３１１の圧力と大気圧
力との組み合わせによる光学性能（焦点位置、投影倍率
等）と、この光学性能の変動を補正するための空間３１
１の圧力制御データとが対応して記憶されている。

【００３５】なお、圧力変化による光学特性毎の変化率
等を記憶しておき、逐次光学特性の変化量を求めて、上
記圧力制御データを計算してもよい。

【００３６】露光に先立って、第１の実施の形態で説明
したように、ガス排出装置１６０により照明光学系２０
０の筐体ＣＡ内と、投影光学系３００の鏡筒ＬＢ内を真
空排気し、圧力センサＰＳ１〜ＰＳ３の圧力計測値が所
定値に達すると、ガス排出装置１６０の出口側開閉弁を
閉じる。その後、ガス供給装置１５０から窒素ガスを筐
体ＣＡと鏡筒ＬＢ内にそれぞれ供給し、圧力センサＰＳ
１〜ＰＳ４の圧力計測値が所定値に達するとガス供給装
置１５０からの窒素ガスの供給を止して入口開閉弁を閉
じると共に、圧力制御弁Ｖ１、Ｖ２を閉じる。これによ
り筐体ＣＡ内と鏡筒ＬＢ内は窒素ガスで充填される。な
お、本実施の形態では、空間３１１を窒素ガスで充填さ
れた気密室とし、筐体ＣＡと鏡筒ＬＢの空間３１０を密
閉せずに常に窒素ガスを流す構成であってもよい。

【００３７】次に露光処理を開始する。露光処理中に各
圧力センサＰＳ２〜ＰＳ４の圧力を計測して制御回路４
０２に入力する。制御回路４０２は入力された各圧力セ
ンサの計測値の組み合わせに応じて、予め記憶した空間
３１１の圧力制御データを読み出す。そして、制御回路
４０２は、読み出された圧力制御データに基づいて、圧
力制御弁Ｖ１、Ｖ２の開度を調節して窒素ガスの圧力制
御を行い、空間３１１に圧力変化を与える。例えば、空
間３１１の圧力を上げたい場合、圧力制御弁Ｖ２を閉じ
ると共に、圧力制御弁Ｖ１を開く。これによって、ガス
供給装置１５０からの窒素ガスが空間３１１に流入し、
空間３１１の圧力が上昇する。一方、空間３１１の圧力
を下げたい場合、圧力制御弁Ｖ２を開くと共に、圧力制
御弁Ｖ１を閉じればよい。このような圧力制御により、
鏡筒ＬＢ内の圧力変化（鏡筒ＬＢ内の気圧と大気圧との
圧力差）が生じた場合でも、投影光学系の光学性能（例
えば、投影倍率等）、が予め定めた性能になるように調
節される。従って、鏡筒ＬＢ内の圧力が変動しても投影
光学系の光学性能が変動せず、予め定めた精度でパター
ンを露光することができる。

【００３８】なお、本実施の形態において、空間３１０
とガス供給装置１５０との間に圧力制御弁を設けると共
に、空間３１０とガス排出装置１６０との間に圧力制御
弁を設け、真空排気、所定圧力の窒素ガス雰囲気の作成
に供してもよい。気密室である空間３１０に圧力変動が
生じた場合は、空間３１１の圧力を制御して投影光学系
の光学性能を調節する。

【００３９】また、圧力制御の制御対象室となるべき空
間は、シュミレーションや実験等により最適な箇所が選
ばれる。例えば、露光光に用いる波長に応じて設計され
た光学系のレンズ間隔の気圧を変化させ、その時のレン
ズ間隔における相対屈折率の変化を求める。その変化が
最も少ない間隔を制御対象室とすることが好ましい。さ
らに、制御対象室となるべき空間を複数箇所に設けても
良い。

【００４０】本実施の形態では、投影光学系３００につ
いて説明したが、照明光学系２００に圧力制御対象室を
設けて、照明光学系２００の光学性能を補正してもよ
い。この場合、フライアイレンズユニット２０４とレチ
クルブラインド２０６との間に、レンズ２０５と不図示
のレンズとで形成される空間を圧力制御対象室とすれば
良い。そして、筐体ＣＡ内の圧力に応じて照明光学系２
００の光学性能の変動による照明ムラを実験で求め、こ
の照明ムラを抑制するために必要な圧力制御データを算
出し、これを圧力に対応して制御回路４０２に記憶して
おけばよい。

【００４１】なお以上の各実施の形態では、投影光学系
３００も含めて光学性能の変動を抑制するようにした
が、所望の精度が得られるならば、照明光学系２００の
光学性能だけを補償してもよい。また、露光光源として
波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを使用した場合
について説明したが、ＫｒＦエキシマレーザなどその他
の光源であって、照明光学系の筐体内や投影光学系の鏡
筒内に不活性ガスを充填する必要のある種々な投影露光
装置に本発明を適用できる。

【００４２】さらに、投影光学系３００の鏡筒ＬＢ内の
圧力変動にともなう光学性能の変動を光学性能調節用レ
ンズユニット３０３で抑制する場合、光学性能調節用レ
ンズユニット３０３とは別に設けたレンズユニットによ
り大気圧力変動による投影光学系の光学性能の変動を補
償するようにしてもよい。同様の趣旨で、光学性能調節
用レンズユニット２１０とは別に設けたレンズユニット
により大気圧力変動による照明光学系の光学性能の変動
を補償するようにしてもよい。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果が得られる。（１）請求項１の発明は、投影光学系を収容する鏡筒内
の光学素子間に形成された空間に不活性ガスを充填して
光学素子の透過率や反射率の変動を防止するようにした
場合において、鏡筒空間内の圧力を検出し、この圧力に
応じて投影光学系の光学性能を調節するようにしたの
で、鏡筒内の圧力が変動しても、感光基板上にパターン
の像を精度良く露光することができる。（２）請求項２の発明によれば、照明光学系内に不活性
ガスを充填する場合には、筐体空間内の圧力を検出しそ
の圧力に応じて照明光学系の光学性能を調節するように
したので、照明ムラが防止され、照明ムラによる露光精
度の低下を防止できる。（３）請求項３と７の発明によれば、大気圧力を検出
し、鏡筒空間内圧力と大気圧力とに基づいて投影光学系
の光学性能を調節するようにしたので、投影光学系と感
光性基板との間を不活性ガスで置換できず、その光路の
大気圧変動により光学性能が影響を受けるような場合で
も、より精度の高いパターン露光が可能となる。（４）請求項４，８の発明によれば、大気圧力を検出
し、筐体空間内圧力と大気圧力とに基づいて照明光学系
の光学性能を調節するようにしたので、露光光源と照明
光学系との間を不活性ガスで置換できず、その光路の大
気圧変動により照明光学系の光学性能が影響を受けるよ
うな場合でも、より精度高く照明ムラを防止できる。（５）請求項５の発明によれば、投影光学系を収容する
鏡筒内の光学素子間に形成された空間に不活性ガスを充
填して光学素子の透過率や反射率の変動を防止するよう
にした場合において、鏡筒空間内の圧力を検出し、この
圧力が予め定めた目標値となるようにしたので、鏡筒内
の圧力変動による光学性能の変動が抑制されて、感光基
板上にパターンの像を精度良く露光することができる。（６）請求項６の発明によれば、照明光学系内にも不活
性ガスを充填する場合には、筐体空間内の圧力を検出し
その圧力を目標値に制御するようにしたので、照明ムラ
が防止され、照明ムラによる露光精度の低下を防止でき
る。（７）請求項９の発明によれば、照明学系を収容する筐
体内の光学素子間に形成された空間に不活性ガスを充填
して光学素子の透過率や反射率の変動を防止するように
した場合において、筐体空間内の圧力を検出し、この圧
力に応じて照明光学系の光学性能を調節するようにした
ので、照明ムラがなくなり、感光基板上にパターンの像
を精度良く露光することができる。（８）請求項１１の発明によれば、照明学系を収容する
筐体内の光学素子間に形成された空間に不活性ガスを充
填して光学素子の透過率や反射率の変動を防止するよう
にした場合において、筐体空間内の圧力を検出し、この
圧力が予め定めた目標値となるようにしたので、圧力変
動にともなう照明ムラが抑制され感光基板上にパターン
の像を精度良く露光することができる。（９）請求項１０，１２の発明によれば、請求項９と１
１に記載の投影露光装置において、大気圧力を検出し、
検出された大気圧力によっても照明光学系の光学性能を
調節するようにしたので、露光光源から照明光学系まで
の光路が大気に露出している場合であっても、その大気
圧力変動による照明ムラも防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投影露光装置の第１の実施の形態
の構成図。

【図２】本発明による投影露光装置の第２の実施の形態
の構成図。

【図３】本発明による投影露光装置の第３の実施の形態
の構成図。

【図４】本発明による投影露光装置の第４の実施の形態
の構成図。

【図５】本発明による投影露光装置の第５の実施の形態
の構成図。

【符号の説明】

１００光源２００照明光学系２１０光学性能調節用レンズユニット２１１レンズ駆動装置３００投影光学系３０１，３０２レンズユニット３０３光学性能調節用レンズユニット３０４レンズ駆動装置３１０，３１１空間４０２制御回路４０３レンズ駆動回路ＣＡ筐体ＬＢ鏡筒ＰＳ１〜ＰＳ４圧力センサＲレチクルＷウェハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光用光源から射出される露光光で所定の
パターンが形成された原版を照明する照明光学系と、前記照明光学系により照明された前記原版のパターンの
像を感光基板上に投影する投影光学系とを備える投影露
光装置において、前記投影光学系を収容する鏡筒内の光学素子間に形成さ
れた空間に不活性ガスを充填する鏡筒ガス給排装置と、前記鏡筒空間内の圧力を検出する鏡筒内圧力検出器と、この検出器で検出された圧力に応じて前記投影光学系の
光学性能を調節する投影光学性能調節装置とを具備する
ことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】請求項１の投影露光装置において、前記照明光学系を収容する筐体内の光学素子間に形成さ
れた空間に不活性ガスを充填する筐体ガス給排装置と、前記筐体空間内の圧力を検出する筐体内圧力検出器と、この検出器で検出された圧力に応じて前記照明光学系の
光学性能を調節する照明光学性能調節装置とを具備する
ことを特徴とする投影露光装置。
【請求項３】請求項１に記載の投影露光装置において、大気圧力を検出する大気圧検出器をさらに有し、前記投影光学性能調節装置は、前記鏡筒空間内圧力と前
記大気圧力とに基づいて前記投影光学系の光学性能を調
節することを特徴とする投影露光装置。
【請求項４】請求項２に記載の投影露光装置において、大気圧力を検出する大気圧検出器をさらに有し、前記照明光学性能調節装置は、前記筐体空間内圧力と前
記大気圧力とに基づいて前記照明光学系の光学性能を調
節することを特徴とする投影露光装置。
【請求項５】露光用光源から射出される露光光で所定の
パターンが形成された原版を照明する照明光学系と、前記照明光学系により照明された前記原版のパターンの
像を感光基板上に投影する投影光学系とを備える投影露
光装置において、前記投影光学系を収容する鏡筒内の光学素子間に形成さ
れた空間に不活性ガスを充填する鏡筒ガス給排装置と、前記鏡筒空間内の圧力を検出する鏡筒内圧力検出器と、この検出器で検出された圧力に応じて前記鏡筒空間内の
圧力が予め定めた目標値となるように前記鏡筒ガス給排
装置を調節する鏡筒内圧力調節装置とを具備することを
特徴とする投影露光装置。
【請求項６】請求項５の投影露光装置において、前記照明光学系を収容する筐体内の光学素子間に形成さ
れた空間に不活性ガスを充填する筐体ガス給排装置と、前記筐体空間内の圧力を検出する筐体内圧力検出器と、この検出器で検出された圧力に応じて前記筐体空間内の
圧力が予め定めた目標値となるように前記筐体ガス給排
装置を調節する筐体内圧力調節装置とを具備することを
特徴とする投影露光装置。
【請求項７】請求項５に記載の投影露光装置において、大気圧力を検出する大気圧検出器と、この大気圧検出器で検出された圧力に応じて前記投影光
学系の光学性能を調節する投影光学性能調節装置とをさ
らに有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項８】請求項６に記載の投影露光装置において、大気圧力を検出する大気圧検出器と、前記大気圧検出器で検出された圧力に応じて前記照明光
学系の光学性能を調節する照明光学性能調節装置とをさ
らに有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項９】露光用光源から射出される露光光で所定の
パターンが形成された原版を照明する照明光学系と、前記照明光学系により照明された前記原版のパターンの
像を感光基板上に投影する投影光学系とを備える投影露
光装置において、前記照明光学系を収容する筐体内の光学素子間に形成さ
れた空間に不活性ガスを充填する筐体ガス給排装置と、前記筐体空間内の圧力を検出する筐体内圧力検出器と、この検出器で検出された圧力に応じて前記照明光学系の
光学性能を調節する照明光学性能調節装置とを具備する
ことを特徴とする投影露光装置。
【請求項１０】請求項９に記載の投影露光装置におい
て、大気圧力を検出する大気圧検出器をさらに有し、前記照明光学性能調節装置は、前記筐体空間内圧力と前
記大気圧力とに基づいて前記照明光学系の光学性能を調
節することを特徴とする投影露光装置。
【請求項１１】露光用光源から射出される露光光で所定
のパターンが形成された原版を照明する照明光学系と、前記照明光学系により照明された前記原版のパターンの
像を感光基板上に投影する投影光学系とを備える投影露
光装置において、前記照明光学系を収容する筐体内の光学素子間に形成さ
れた空間に不活性ガスを充填する筐体ガス給排装置と、前記筐体空間内の圧力を検出する筐体内圧力検出器と、この検出器で検出された圧力に応じて前記筐体空間内の
圧力が予め定めた目標値となるように前記筐体ガス給排
装置を調節する筐体内圧力調節装置とを具備することを
特徴とする投影露光装置。
【請求項１２】請求項１１に記載の投影露光装置におい
て、大気圧力を検出する大気圧検出器と、この大気圧検出器で検出された圧力に応じて前記照明光
学系の光学性能を調節する照明光学性能調節装置とをさ
らに有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項１３】請求項１〜１２に記載の投影露光装置に
おいて、前記光学性能調節装置は、前記収容部材内の空間を形成
する前記光学素子のうち、一方の光学素子を他方の光学
素子に対して所定方向に移動する移動機構を含むことを
特徴とする投影露光装置。
【請求項１４】請求項１〜１２に記載の投影露光装置に
おいて、前記光学性能調節装置は、前記光学素子間に形成された
空間の圧力を調整する圧力調整装置を含むことを特徴と
する投影露光装置。