WO2000041225A1

WO2000041225A1 - Procede de nettoyage d'un dispositif optique, appareil et procede d'exposition, procede de fabrication du dispositif et dispositif proprement dit

Info

Publication number: WO2000041225A1
Application number: PCT/JP1999/007321
Authority: WO
Inventors: Yasushi Mizuno; Kiyoshi Motegi
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2000-07-13
Also published as: KR20010085194A; AU1801700A

Description

明細書

光学素子の洗浄方法、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法及びデバイス技術分野

本発明は、光学素子の洗浄方法、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法及びデバイスに係り、さらに詳しくは、波長 2 0 0 n m以下の紫外光が照射される光学素子の洗浄に用いて好適な洗浄方法、前記紫外光を露光用照明光として用いる露光装置及び露光方法、並びに前記露光装置及び露光方法を用いるデバイス製造方法及び該方法によって製造されるデバイスに関する。背景技術

従来より、半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフイエ程では、マスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）のパターンをゥェハ又はガラスプレー卜等の基板に転写する露光装置が用いられている。この種の露光装置として、近年では、レチクルのパターンを投影光学系を介して基板上に転写するステップ，アンド · リピー卜方式の縮小投影露光装置（いわゆるステツパ）や、ステップ ·アンド ·スキャン方式の走査露光型の投影露光装置 (いわゆるスキャニング ·ステツパ）等の投影露光装置が主として用いられている。

この種の投影露光装置では、必要とされる解像力が高まるに従い、露光光の波長が短くなり、最近では波長約 1 9 3 n mの A r Fエキシマレーザ光を露光用照明光として用いる A r Fエキシマレーザ露光装置も開発されている。しかるに、波長 2 0 0 n m以下の真空紫外（V U V )光は、光路中に空気（酸素）が存在すると、そのエネルギの大部分が吸収されて基板面では露光に必要なエネルギが得られないため、現在の A r Fエキシマレーザ露光装置では、光学系内の光路の大部分を屈折率が 1に近い気体、例えば N ₂等で置換し、かつ露光用照明光として酸素による吸収の少ない波長に狭帯域化したエキシマレーザ光を用いて、マスクのパターンを基板上に効率的に転写（露光）するようにされている。

ところで、投影露光装置では、レチクルのパターンを基板に正確に転写するため、多数のレンズ、ミラー等の光学素子が使われているが、これらの光学素子が収納されるハウジングや鏡筒（投影光学系のハウジング）自身からの脱ガスゃもともと光学系内部の雰囲気中に存在する不純物に起因して、水や有機系の汚染物質が光学素子に微量に付着することは避けられない。しかし、これらの汚染物質は A r Fエキシマレーザ光に対して強い吸収作用を持っため、 A r Fエキシマレーザ露光装置においては、上記の光学素子の表面に付着した微量な汚染物質に起因して光学系の透過率が低下するとともに光学系の結像性能が劣化するという現象が生じ、このため、基板に転写されたパターンが劣化し、結果的に製造される集積回路等のマイクロデバイスの歩留まりが低下することがあった。

一方、 A r Fエキシマレーザ光等の波長 2 0 0 n m以下の紫外光を汚染物質が付着した光学素子表面に照射することにより、該紫外光のエネルギによつて有機物が切断され、光学素子の洗浄ができることも知られており、現在のェキシマレーザ露光装置では、実際の露光動作に先立って、露光光を光学素子に照射することにより、前記光学素子表面に付着した汚染物質を除去する自己洗浄を行うのが通常である。

しかしながら、露光光のエネルギによって有機物を切断するという上記の自己洗浄方法にあっては、洗浄効率が十分でないため、十分な洗浄効果を得るためには、露光光を光学素子に長時間照射しなければならなかった。このため、作業効率が必要以上に低下したり、高工ネルギの露光光の長時間の照射により硝材にダメージを与えたりしていた。上記の作業効率の低下は、必然的に集積回路等のマイクロデバイスの製造コス卜のァップ要因となる。

本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第〗の目的は、光学素子をより短時間で十分に洗浄することができる光学素子の洗浄方法を提供することにある。

また、本発明の第 2の目的は、マイクロデバイスの歩留まり及び生産性をともに向上させることができる露光装置及び露光方法を提供することにある。また、本発明の第 3の目的は、微細パターンが精度良く形成されたマイクロデバイス、及びその生産性を向上することができるデバィス製造方法を提供することにある。発明の開示

本発明は、第 1の観点からすると、酸素を含む第 1の気体が充填されたハウジング内に収納された光学素子の洗浄方法において、前記ハウジング内に、酸素により吸収される特性を有する波長の紫外光を所定時間照射することを特徴とする光学素子の洗浄方法である。

これによれば、ハウジング内に、酸素により吸収される特性を有する波長の紫外光を所定時間照射することから、ハウジング内の第 1の気体（酸素を含む気体）中の酸素によって紫外光のエネルギが吸収され、光化学反応によリオゾンが発生し、そのオゾンの酸化作用にょリ光学素子表面に付着した汚染物質が除去され、効率良く光学素子が洗浄される。これにより、光学素子を従来に比ベてより短時間で十分に洗浄することが可能になり、紫外光の照射時間そのものを短縮することができるので、硝材のダメージを低減させることができる。なお、この場合において、紫外光はハウジング内の光学素子に直接的に照射しても良いが、光学素子に直接照射することなくハウジング内の気体に照射しても良い。前者の場合には、紫外光のエネルギにより有機物が切断される光学素子の洗浄効果も併せて得られるので、より効率的な洗浄が期待できる。後者の場合には、硝材の受けるダメージを一層低減させることができる。

本発明に係る光学素子の洗浄方法では、前記紫外光の照射に際して、前記ハウジング内の第〗の気体を該第 1の気体に比べて酸素をより多く含む第 2の気体によって置換しても良い。かかる場合には、ハウジング内に酸素が十分ある状態でハウジング内に紫外光が照射されるので、光化学反応により一層多量のオゾンが発生し、その多量のオゾンの酸化作用により、一層効率良く光学素子が洗浄される。

また、本発明に係る光学素子の洗浄方法では、前記紫外光の照射に際して、前記ハウジング内の第 1の気体を酸素及びオゾンを含む第 3の気体によって置換しても良い。かかる場合には、ハウジング内に酸素及びオゾンが存在する状態でハウジング内に紫外光が照射されるので、光化学反応により発生した才ゾン及び気体中にもともと含まれるオゾンの酸化作用により、より一層効率良く光学素子が洗浄される。

本発明に係る光学素子の洗浄方法では、前記紫外光の波長はほぼ 1 9 3 . 2 3 n mであっても良い。かかる波長は、酸素による紫外光のエネルギ吸収が周辺の波長帯域に比べて大きいので、上記の光化学反応によるオゾンの発生確率が高いからである。

本発明は、第 2の観点からすると、マスク（R ) のパターンを光学系を介して基板（W) に転写する露光装置であって、露光波長の第 1の光と当該第 1の光に比べて酸素による吸収が大き L、波長の第 2の光とを出射可能な光源ュニッ卜（1 2 )と；前記光源ュニッ卜からの光をマスクに照射する照明用光学系（B M U、 1 4 ) と；前記マスクから出射される光を前記基板に投射する投影光学系（P L ) と；前記マスクのパターンを前記基板に転写する露光時には、前記光源ュニッ卜から前記第 1の光が前記照明用光学系を介して前記マスクに照射されるように設定するとともに、前記照明用光学系及び前記投影光学系の少なくとも一部を洗浄する洗浄時には、前記光源ュニッ卜から前記第 2の光が前記照明用光学系に入射されるように設定する制御装置（2 0 ) とを備える第 1の £¾ C3¾i≤ <J'a る。

ここで、照明用光学系とは、広義の照明光学系を意味し、ビームマッチングュニッ卜等の送光系をも含む概念である。

これによれば、照明用光学系及び投影光学系の少なくとも一部を洗浄する洗浄時には、制御装置により、光源ユニットから露光波長の第 1の光に比べて酸素による吸収が大きい波長の第 2の光が照明用光学系に入射されるような設定が行われ、光源ュニッ卜からの第 2の光が照明用光学系及びこれを介して投影光学系に照射され、照明用光学系及び投影光学系内で酸素の光化学反応によりオゾンが発生し、そのオゾンの酸化作用により照明用光学系及び投影光学系の少なくとも一部（の光学素子）が効率良く洗浄される。従って、光学系を従来に比べてより短時間で十分に洗浄することが可能になり、洗浄のための第 2の光の照射時間そのものを短縮し、硝材のダメージを低減させるとともに光学系の結像特性を良好に維持することができる。

そして、洗浄が終了して、マスクのパターンを基板に転写する露光時には、制御装置により、光源ュニッ卜から露光波長の第 1の光が照明用光学系を介してマスクに照射されるような設定が行われ、光源ュニッ卜からの第 1の光がマスクに照射され、該マスクのパターンが投影光学系を介して基板に転写される。従って、酸素による吸収の少ない露光波長の光を用いて結像特性を良好に維持した光学系を介して露光が行われ、マスクのパターンを基板に精度良く転写することができる。これにより、マイクロデバイスの歩留まり及び生産性をともに向上させることができる。

この場合において、前記制御装置（2 0 ) は、前記洗浄時に、前記第 2の光が出射される際には、その洗浄対象の光路部分に酸素及びオゾンの少なくとも一方を含む洗浄用気体を注入するようにしても良い。酸素を含む洗浄用気体を注入する場合には、洗浄対象の光路部分に酸素を含む洗浄用気体が注入された状態で、第 2の光が出射されるので、その気体中に含まれる酸素の光化学反応によりオゾンが発生し、そのオゾンの酸化作用により照明用光学系及び投影光学系の少なくとも一部（の光学素子）が短時間で洗浄される。また、オゾンを含む洗浄用気体を注入する場合には、洗浄対象の光路部分にオゾンを含む洗浄用気体が注入された状態で、第 2の光が出射されるので、その洗浄用気体中に含まれるオゾンの酸化作用によって照明用光学系及び投影光学系の少なくとも一部（の光学素子）が短時間で洗浄される。

本発明に係る第 1の露光装置では、上記の洗浄用気体は、酸素を十分含む気体であっても良く、あるいは前記洗浄用気体は、酸素及びオゾンを含む気体であっても良い。前者の場合には、洗浄対象の光路部分に酸素を十分含む気体が注入された状態で、第 2の光が出射されるので、その気体中に含まれる酸素の光化学反応により、より多くのオゾンが発生し、そのオゾンの酸化作用により照明用光学系及び投影光学系の少なくとも一部（の光学素子）がー層短時間で洗浄される。また、後者の場合には、洗浄対象の光路部分に酸素及びオゾンを含む気体が注入された状態で、第 2の光が出射されるので、その気体中に含まれる酸素の光化学反応によりオゾンが発生し、そのオゾン及び前記気体中に含まれるオゾンの酸化作用によって照明用光学系及び投影光学系の少なくとも一部（の光学素子）がより一層短時間で洗浄される。

本発明に係る第 1の露光装置では、前記制御装置（2 0 ) は、前記露光時に、前記第 1の光の出射に先立って、前記光学系内に屈折率が 1に近い気体、例えば窒素ガス（N ₂) を注入しても良い。かかる場合には、第 1の光として波長 2 O O n m以下の真空紫外（V U V ) 光を用いてもその紫外光のエネルギが酸素によつて殆ど吸収されず基板面で十分な光強度が得られるとともに光学系の結像性能を良好に維持した状態で露光が行われ、マスクのパターンを基板に精度良く転写することができる。これにより、マイクロデバイスの歩留まり及び生産性をともに向上させることができる。

本発明に係る第 1の露光装置では、光源ュニッ卜の構成は種々考えられる。例えば、前記光源ユニットが、前記第 1の光を出射する第 1の光源と、前記第 2の光を出射する第 2の光源とを有する場合、前記制御装置は、前記第 1の光源からの第 1の光と前記第 2の光源からの第 2の光とを択一的に前記照明用光学系に導くこととすることができる。

あるいは、前記光源ユニット（1 2 ) は、単一の光源（1 2 a ) と、該光源からの出射光の波長を切り換える切り換え機構（1 8 )とを有していても良く、この場合、前記制御装置は、前記露光時と前記洗浄時とで前記切り換え機構を介して前記光源からの出射光の波長を切り換えることとすることができる。この場合において、前記切り替え機構は、前記光源からの出射光の波長幅を狭帯域化する狭帯域化モジュールの一部を駆動する駆動機構により構成することができる。

また、この場合、前記狭帯域化モジュールが、前記光源ユニットからの出射光の波長幅を変更可能としても良く、この場合、前記制御装置は、前記洗浄時に、前記駆動機構を介して、前記狭帯域化モジュールで狭帯域化される波長幅を酸素の吸収帯域を含む波長幅に変更することとすることができる。

本発明に係る第 1の露光装置では、前記第 2の光は、波長がほぼ 1 9 3 . 2 3 n mの A r Fエキシマレーザ光であっても良い。かかる波長は、酸素による吸収が周辺の波長帯域に比べて大きいので、上記の光化学反応によるオゾンの発生確率が高くなり、より一層光学素子の洗浄時間の短縮が可能になる。

本発明に係る第 1の露光装置では、前記光源ユニット（1 2 ) から前記マスクに至る前記光の光路の一部に配置され、その出射光の強度を調整可能な調整装置を更に備え、前記制御装置は、前記第 2の光の強度が前記第 1の光の強度より高くなるように前記調整装置を制御することとすることができる。

かかる場合には、洗浄時に光学系に照射される第 2の光の強度（ピークパヮ一）が露光時に照射される第 1の光の強度より高くなるので、光学素子の洗浄を一層効率的に行うことができ、洗浄時間の更なる短縮が可能となる。

本発明は、第 3の観点からすると、マスク（R ) のパターンを光学系を介して基板（W) に転写する露光装置であって、少なくとも露光波長を含む所定波長幅の光を出射可能な光源ュニッ卜（1 2 ) と；前記光源ュニッ卜からの前記光をマスクに照射する照明用光学系（B M U、 1 4 ) と；前記マスクから出射される光を前記基板に投射する投影光学系（P L ) と；前記光源ュニッ卜から前記マスクに至る前記光の光路の一部に配置され、その出射光の強度を調整可能な調整装置と；前記マスクのパターンを前記基板に転写する露光時に比べて前記照明用光学系及び前記投影光学系の少なくとも一部を洗浄する洗浄時に前記出射光の強度が高くなるように前記調整装置を制御する制御装置（2 0 ) とを備える第 2の露光装置である。

ここで、照明用光学系とは、前述と同様に、広義の照明光学系を意味し、ビー厶マッチングュニッ卜等の送光系をも含む概念である。

これによれば、照明用光学系及び投影光学系の少なくとも一部を洗浄する洗浄時には、制御装置により、光源ユニットからマスクの配置面（マスクが配置される面）に至る光の光路の一部に配置された調整装置からの出射光の強度が露光時より高くなるように調整装置が制御される。このため、光源ユニットからその強度が高く設定された光（露光波長と同一波長であっても良い）が照明用光学系及びこれを介して投影光学系に照射され、照明用光学系及び投影光学系内で酸素の光化学反応によりオゾンが発生し、そのオゾンの酸化作用により照明用光学系及び投影光学系の少なくとも一部（の光学素子）が効率良く洗浄される。この場合、洗浄用の光の光強度が高くなつている分、オゾンの発生量が多くなり、より大きな洗浄効果が生じる。従って、光学系を従来に比べてより短時間で十分に洗浄することが可能になり、洗浄のための光の照射時間そのものを短縮し、硝材のダメージを低減させるとともに光学系の結像特性を良好に維持することができる。

そして、洗浄が終了して、マスクのパターンを基板に転写する露光時には、制御装置によって調整装置からの出射光の強度が洗浄時より低い所定の強度となるように調整装置が制御され、光源ュニッ卜からの露光波長の光がマスクに照射され、該マスクのパターンが投影光学系を介して基板に転写される。この露光中は、光化学反応によるオゾンの発生が低く抑えられるので、オゾンによる露光光の吸収は低く、露光光の透過率を十分高く維持して露光が行われる。従って、マスクのパターンを基板に精度良く転写することができる。これにより、マイクロデバイスの歩留まり及び生産性をともに向上させることができる。この場合において、前記調整装置の構成は種々考えられるが、例えば、前記調整装置は、前記光路の一部に挿入，退避可能に設けられ、前記光路上を通る光束を分割するビームスプリッタを含み、前記分割された一方の光束を遅延光路に廻し、再び分割した光路に戻す光遅延素子を少なくとも 1つ有する構成とし、前記制御装置は、前記ビー厶スプリツ夕を、前記露光時には前記光路上に挿入し、前記洗浄時には前記光路上から退避させることとすることができる。かかる場合には、光洗浄を行う際には、制御装置により、ビームスプリッタが前記光路（光源ユニットからマスクの配置面に至る光の光路）から退避されるので、光源ユニットからの光がダイレク卜に洗浄部に導かれる。このため、十分な光強度で光洗浄が行われる。この一方、露光時には、制御装置によリビームスプリッ夕が前記光路上に挿入されるので、光遅延素子を構成するビームスプリッタにより光源ュニッ卜からの光束が分割され、その分割された一方の光束と他方の光束間に遅延光路の光路長分だけ光路長差（光路差）が生じ、通常遅延光路の光路長は光源の可干渉長以上に設定するので、結果的に被照射面 (マスク面及び基板面）におけるスペックルゃ干渉縞の発生が低減される。従って、像面（基板面）における照度均一性が良好となり、線幅均一性の向上による高精度な露光が可能になる。本発明は、第 4の観点からすると、マスク（R ) のパターンを光学系を介して基板（W) に転写する露光方法であって、前記光学系内部の少なくとも一部に酸素が十分に存在する状態で前記光学系に露光波長の光に比べて酸素による吸収の大きい波長の紫外光を所定時間照射する第 1工程と；前記光学系内部の少なくとも一部に存在する酸素を含む気体を屈折率が 1に近いガスで置換する第 2工程と；前記マスクに前記露光波長の紫外光を照射して前記マスクのパ夕ーンを前記光学系を介して基板に転写する第 3工程とを含む第 1の露光方法である。

これによれば、第 1工程において、光学系内部の少なくとも一部に酸素が十分存在する状態で光学系に露光波長の光に比べて酸素による吸収の大きい波長の紫外光が所定時間照射される。これより、光学系内部の少なくとも一部に存在する酸素の光化学反応によりオゾンが発生し、そのオゾンの酸化作用により光学系（内の光学素子）が効率的に洗浄される。次に、第 2工程において、光学系内部の少なくとも一部に存在する酸素を含む気体が屈折率が 1に近いガスで置換される。そして、この置換が終了すると、第 3工程において、マスクに露光波長の紫外光を照射してマスクのパターンが光学系を介して基板に転写される。このように、本発明によれば、光学系の洗浄が必要なときに、露光光の波長を酸素による吸収の大きい波長に変更し、光路に光洗浄に必要な酸素が十分にある状態で光学系内部の光学素子を洗浄し、この洗浄後に露光光の波長と光路中の酸素濃度を元に戻した状態で基板に対しマスクパターンを転写する (露光を行なう）。これにより、基板に転写されるパターン像の劣化を防ぎ、集積回路等のマイクロデバイスの歩留まりを向上させ、生産性を向上させることができるので、結果的に製造コストを下げることができる。

ここで、上記第 1工程における処理は、光学系内部の光路全体に酸素が十分存在する状態で行われても良いが、特に洗浄の必要な光路の一部分、例えば光源から遠く洗浄され難い基板に近い光路部分にのみ酸素が十分存在する状態で行われても良い。また、第 1工程の処理、すなわち洗浄は、露光装置製造直後や、長期露光動作停止後、あるいは露光条件又は照明条件の変更時等、光学素子表面の汚染による結像特性の劣化が予想される場合に行なうことが効率的である。

本発明に係る第 1の露光方法では、前記第 1工程で照射される紫外光の強度は、前記第 3工程で照射される紫外光の強度に比べて高くしても良い。かかる場合には、強度の高い紫外光により効率良く、光洗浄を行なうことができる。本発明は、第 5の観点からすると、マスクのパターンを光学系を介して基板に転写する露光方法であって、露光時の第 1の光に比べて光の強度が高い第 2 の光を前記光学系に所定時間照射する第 1工程と；前記光学系内部の少なくとも一部に存在する酸素を含む気体を屈折率が 1に近いガスで置換する第 2工程と；前記マスクに露光波長の前記第 1の光を照射して前記マスクのパターンを前記光学系を介して基板に転写する第 3工程とを含む第 2の露光方法である。これによれば、第 1工程において、光学系に露光時の第 1の光（露光光）に比べて光の強度が高い第 2の光（露光波長と同一波長、あるいは異なる波長のいずれであっても良い）が所定時間照射される。光学系内で酸素の光化学反応によりオゾンが発生し、そのオゾンの酸化作用により光学系（の光学素子）が効率良く洗浄される。この場合、洗浄用の光の光強度が高くなつている分、ォゾンの発生量が多くなり、より大きな洗浄効果が生じる。従って、光学系を従来に比べてより短時間で十分に洗浄することが可能になり、洗浄のための光の照射時間そのものを短縮し、硝材のダメージを低減させるとともに光学系の結像特性を良好に維持することができる。次に、第 2工程において、光学系内部の少なくとも一部に存在する酸素を含む気体が屈折率が 1に近いガスで置換される。そして、この置換が終了すると、第 3工程において、マスクに強度が洗浄時より低い所定の強度の露光波長の第 1の光を照射してマスクのパターンが光学系を介して基板に転写される。このように、本発明によれば、光学系の洗浄が必要なときに、露光光の強度を洗浄効果がより大きな高い強度に設定して、光学系内部の光学素子を効率よく洗浄し、この洗浄後に露光光の強度（及び波長）と光路中の酸素濃度を元に戻した状態で基板に対しマスクパターンを転写する（露光を行なう）。この露光中は、光化学反応によるオゾンの発生が低く抑えられるので、オゾンによる露光光の吸収は低く、露光光の透過率を十分高く維持して露光が行われる。従って、マスクのパターンを基板に精度良く転写することができる。これにより、マイクロデバイスの歩留まり及び生産性をともに向上させることができる。

また、リソグラフイエ程において、本発明の露光方法を用いて露光を行うことにより、基板上にパターンを精度良く形成することができ、これにより、より高集積度のマイクロデバイスを歩留まリ良く製造することができ、その生産性を向上させることができる。同様に、リソグラフイエ程において、本発明の露光装置を用いて露光を行うことにより、マスクのパターンを基板に精度良く転写することができ、これにより、マイクロデバイスの歩留まり及び生産性をともに向上させることができる。従って、より高集積度のマイクロデバイスを歩留まり良く製造することができ、その生産性を向上させることができる。従つて、本発明は別の観点からすると、本発明の露光方法又は本発明の露光装置を用いるデバイス製造方法であり、また、該製造方法によって製造されたデバイスであるとも言える。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。図 2は、図 1の光源ュニッ卜の一構成例を示す図である。

図 3は、図 1の光源ュニッ卜の他の構成例を示す図である。

図 4は、図 1のビームマッチングュニッ卜 B M Uの一構成例を示す図である。図 5は、波長 1 9 3 . 3 n m近傍の乾燥空気雰囲気中を透過した光強度分布を示す線図である。

図 6は、図 1の装置の光学系内に乾燥空気とオゾンの混合ガスを供給する場合の例について説明するための図である。

図 7は、本発明に係るデバィス製造方法の実施形態を説明するためのフロ一チヤ一卜である。

図 8は、図 7のステップ 4 0 4における処理を示すフローチャートである。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の一実施形態を図 1〜図 6に基づいて説明する。図 1には、一実施形態に係る露光装置 1 0の全体構成が概略的に示されている。この露光装置 1 0は、ステップ'アンド 'スキャン方式でマスクとしてのレチクル Rのパターンを基板としてのウェハ W上の複数のショッ卜領域に転写する半導体製造用の走査型露光装置である。

露光装置 1 0は、光源ユニット 1 2、照明光学系 1 4、マスクとしてのレチクル Rを保持するレチクルステージ R S T、投影光学系 Pし、基板としてのゥェ八 Wを保持するウェハステージ W S T、及びこれらの制御系等を備えている。前記光源ュニッ卜 1 2としては、ここでは A r Fエキシマレーザ装置が用いられている。この光源ユニット 1 2は、実際には、設置床の上面又は別の部屋 (例えば露光装置本体が設置される超クリーンルームに比べてクリーン度の低いサービスルーム、あるいは超クリーンルーム床下に設けられたユーティリテイスペースなど）内に設置されるが、図 1では図示の便宜上から照明光学系 1 4の上方に示されている。この光源ユニット 1 2は、ハウジングとこのハウジング内に配置された光学素子（例えば、複数の可動反射鏡等）とから構成されたビームマッチングュニッ卜と呼ばれる送光系 B M Uを介して照明光学系 1 4 に接続されている。

なお、ビームマッチングュニッ卜 B M Uの具体的構成例については後述する。本実施形態では、ビームマッチングュニッ卜 B M Uと照明光学系 1 4とによつて、光源ユニット 1 2からの光をレチクル Rに照射する照明用光学系が構成されている。

前記光源ユニット 1 2は、レーザ共振器 1 2 a、該レーザ共振器 1 2 aから出射されるレーザビームの光路上に配置された透過率が 9 7 %程度のビームスプリッ夕 1 2 b、該ビ一ムスプリッタ 1 2 bの反射光路上に配置されたビームモニタ機構 1 2 c、高圧電源 1 2 d (図 1では図示せず、図 2、図 3参照）等を備えている。

図 2には、光源ユニット 1 2の構成の一例が示されている。この図 2に示されるように、光源ユニット 1 2の前記構成各部（1 2 a、 1 2 b、〗 2 c、 1 2 dなど）は、ハウジング 1 3内に収納されている。

この内、前記レーザ共振器 1 2 aは、図 2に示されるように、放電電極を含むエキシマレーザチューブ（レーザチャンバ） 2 0 2、該エキシマレーザチューブ 2 0 2の後側（図 2における紙面内左側）に配置された全反射ミラー（リアミラー） 2 0 1、エキシマレーザチューブ 2 0 2の前側（図 2における紙面内右側）に配置された低反射率ミラー（フロントミラー） 2 0 5、並びにェキシマレーザチューブ 2 0 2とフロン卜ミラー 2 0 5との間に順次配置された固定のフアブリ 'ペロー 'エタロン（Fabry-Perot etalon) 2 0 3及び可変傾角のフアブリ ·ペロー 'エタロン 2 0 4等を含んで構成されている。

この場合、リアミラー 2 0 1とフロン卜ミラー 2 0 5とによって、共振器が構成され、コヒーレンシを少し高めるようにされている。

また、フアブリ.ペロー ·ェタロン（以下、「エタロン」と呼ぶ） 2 0 3とェタロン 2 0 4とにより狭帯域化モジュールが構成されている。これを更に詳述すると、エタロン 2 0 3、 2 0 4は 2枚の石英板を所定のギャップで平行に対向させたもので、一種のバンドパスフィルタとして働く。エタロン 2 0 3、 2 0 4のうちエタロン 2 0 3は粗調用で、エタロン 2 0 4は微調用である。これらのエタロン 2 0 3、 2 0 4は、レーザ共振器 1 2 aから射出されるレーザビ —厶 L Bのスペクトル幅を、ここでは自然発振スペクトル幅の約 1 1 0 0 ~ 1 3 0 0程度に狭めて出力する。また、エタロン 2 0 4の傾角を調整することにより、レーザ共振器 1 2 aから射出されるレーザビーム L Bの波長（発振波長）を所定範囲でシフ卜できるようになつている。

この他、レーザ共振器 1 2 aを、例えば図 3のように構成しても良い。この図 3のレーザ共振器 1 2 aは、図 2のレーザ共振器を構成する粗調用のエタ口ン 2 0 3を取り去り、リアミラー 2 0 1の代りに波長選択素子としての反射型の回折格子（グレーティング） 2 0 6を傾斜可能に設けたものである。この場合、グレーティング 2 0 6とフロン卜ミラー 2 0 5とによって共振器が構成されている。また、グレーティング 2 0 6と微調用のエタロン 2 0 4とによって前述と同様の機能の狭帯域化モジュールが構成されている。この図 3のレーザ共振器 1 2 aの場合、グレーティング 2 0 6は波長設定時の粗調に用いられ、エタロン 2 0 4は微調に用いられる。エタロン 2 0 4及びグレーティング 2 0 6のうちいずれかの傾斜角を変更すれば、レーザ共振器 1 2 aから射出されるレーザビーム L Bの波長（発振波長）を所定範囲で変化させることができる。なお、狭帯域化モジュールを、例えばプリズムと回折格子（グレーティング）とを組み合わせたものによって構成することも可能である。

前記ビームモニタ機構 1 2 cは、ここではディフューザ、エタロン素子、ラインセンサ及びエネルギモニタ（いずれも図示省略）から構成されている。このビームモニタ機構〗 2 cの検出信号は、制御装置 2 0に供給されるようになつている。ビームモニタ機構 1 2 cを構成するディフューザを通過した光はェタロン素子で回折し、フリンジパターンを形成する。このフリンジパターンは、入射光の中心波長、スぺクトル半値幅（波長幅）に対応したものとなっており、ラインセンサからこのフリンジパターンの撮像信号が制御装置 2 0に出力される。制御装置 2 0ではこのフリンジパターンの撮像信号に所定の信号処理を施すことにより、ビームモニタ機構 1 2 cに対する入射光の光学特性に関する情報を得るようになつている。また、同時に制御装置 2 0ではエネルギモニタの出力に基づいて、レーザビーム L Bのエネルギパワーをも検出する。

光源ユニット 1 2には、前記レーザ共振器〗 2 aを構成する、エタロン 2 0 4 (図 2の場合）、グレーティング 2 0 6及びエタロン 2 0 4 (図 3の場合）、あるいはグレーティングゃプリズム等の分光素子の駆動機構 1 8が併設されている（図 2、図 3参照）。

そして、この駆動機構 1 8が、上記ビームモニタ機構 1 2 cに対する入射光の光学特性に関する情報（ビームモニタ機構〗 2 cの検出結果）に基づいて制御装置 2 0により制御され、中心波長及びスペクトル半値幅（波長幅）が所望の範囲内に制御されるようになっている。この場合、中心波長は、所定範囲、例えば 1 9 2 . 9 n m~ 1 9 3 . 6 n mの範囲内でほぼ連続的に調節できるようになつている。すなわち、本実施形態では、レーザ共振器 1 2 aから出射されるレーザビーム（A r Fエキシマレーザ光） L Bの波長を調整する切り換え機構が、駆動機構 1 8によって構成されている。

また、制御装置 2 0では、通常の露光時には、前記ビームモニタ機構 1 2 c を構成するエネルギモニタの出力に基づいて検出したエネルギパワーに基づいて、光源ュニッ卜 1 2での 1パルスあたりのエネルギが 1パルスあたりのエネルギの目標値に対応した値となるように、高圧電源 1 2 dでの電源電圧をフィードバック制御する。

この他、光源ユニット 1 2のハウジング 1 3内におけるビームスプリッタ 1 2 bの照明光学系 1 4側には、制御装置 2 0からの制御情報に応じてレーザビー厶 L Bを遮光するためのシャツ夕 1 2 f も配置されている。

図 4には、ビームマッチングュニッ卜 B M Uの構成の一例が示されている。このビームマッチングユニット B M Uの主たる機能は、光源ユニット 1 2から入射する狭帯域化されたレーザビーム（以下、適宜「紫外パルス光」あるいは「A r Fエキシマレーザ光」ともいう） L Bの光路を次に述べる照明光学系 1 4との間で位置的にマッチングさせる、すなわち照明光学系 1 4の光軸に対して常に所定の位置関係で入射するように、紫外パルス光 L Bの照明光学系 1 4 への入射位置や入射角度を最適に調整することにある。

この図 4に示されるビームマッチングュニッ卜 B M Uは、紫外パルス光 L B の光路上に順次配置された第 1、第 2の光遅延素子 5 2、 5 4とから構成されている。

この内、第 1の光遅延素子 5 2は、紫外パルス光 L Bの光路上にその光軸に直交する面に対して所定角度を成す状態で配設され、紫外パルス光 L Bの一部を透過させ、残りを反射して分割するビームスプリッタとしてのハーフミラー

5 6と、このハーフミラー 5 6による反射光の光路上に配置され、該反射光を所定時間遅延させる三角形の遅延光路 6 4を構成する 3枚のミラー 5 8、 6 0、

6 2とから構成されている。ハーフミラー 5 6としては、反射率が約 3 3 %〜

5 0 %程度のものが用いられている。また、遅延光路 6 4の光路長は、一例として、被照射面であるレチクル Rのパターン面と共役な光源ユニット 1 2近傍の位置での空間分解能内の光の波長分布で決まる可干渉長 dの 2倍である 2 d とされている。従って、ハーフミラー 5 6で反射された反射光は、ミラー 5 8、

6 0、 6 2を順次経由して、ハーフミラー 5 6を透過した透過光から 2 dの光路差に対応する時間（以下、便宜上「遅延時間 T」と呼ぶ）だけ遅れて、ハーフミラー 5 6に戻る。そして、この光は、再びハーフミラー 5 6で透過光と反射光に分割される。そして、この反射光は、前述した透過光（基本光線）と同一の光路に沿って次段の第 2の光遅延素子 5 4に向かって進む。この場合、遅延光路内を光が、無限回、巡回するので、原理的には、ハーフミラー 5 6からは無限回光が出てくることになるが、ハーフミラーの反射率やミラーの反射率に起因して 3〜 4廻り目の光はその光量が殆ど零となる。

上述のように、第 1の光遅延素子 5 2では、ハーフミラー 5 6で分割された光相互間に上記遅延時間 Tを与えるので、分割された波連において偏光を除去でき、コヒ一レンシ一を低減できるようになつている。また、この場合、ハーフミラー 5 6を最初に透過する光線を基本光線としている。

前記第 2の光遅延素子 5 4は、第 1の光遅延素子 5 2から射出される紫外パルス光 L Βの光路上に配設されたビームスプリッ夕としてのハーフミラー 6 6、及び三角形状の遅延光路 6 8を形成するように配置された 3枚のミラー 7 0、 7 2、 7 4とによって、前述した第 1の光遅延素子 5 2とほぼ同様に構成されている。この場合、ハーフミラー 6 6の面の法線方向と、前述したハーフミラ一 5 6の面の法線方向とは垂直に交差する向きで、ハーフミラー 6 6が配置されている。従って、前述した遅延光路 6 4によって形成される面と、遅延光路 6 8によって形成される面とは直交する。また、遅延光路 6 8の光路長は、前述した遅延光路 6 4の光路長の 3倍である 6 dに設定されている。

従って、ハーフミラー 6 6で反射された反射光は、ミラー 7 0、 7 2、 7 4 を順次経由して、ハーフミラー 6 6を透過した透過光から 6 dの光路差に対応する時間 3 Tだけ遅れて、ハーフミラー 6 6に戻る。そして、この光は、再びハーフミラー 6 6で透過光と反射光に分割され、この反射光は、前述した透過光と同一の光路上を後述する照明光学系 1 4内の不図示のビーム整形光学系に向かって進む。この場合も、分割された波連において偏光を除去でき、コヒーレンシ一を低減できるようになつている。また、この場合、ハーフミラー 6 6 を最初に透過する光線を基本光線としている。

上述のようにして構成されたビームマッチングュニッ卜 B M Uでは、 2つのハーフミラー 5 6、 6 6の偏角を、不図示のォー卜コリメータを介して制御装置 2 0によって調整することで、照明光学系 1 4の光軸に対して常に所定の位置関係で入射するように、紫外パルス光 L Bの照明光学系 1 4への入射位置や入射角度を最適に調整する、いわゆる光軸合わせを行うようになっている。ノヽ一フミラー 5 6、 6 6の偏角の調整に併せて、ミラ一 5 8、 6 0、 6 2及びミラー 7 0、 7 2、 7 4の偏角の調整が制御装置 2 0により不図示の才一卜コリメータを介して行われる。

なお、光遅延素子（光遅延回路）については、特願平 1 0— 1 1 7 4 3 4号公報及びこれに対応する米国特許出願（シリアル N 0 . ) 0 9 3 0 0 6 6 0号 (出願日 1 9 9 9年 4月 2 7日）に開示されている。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び米国特許出願における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。

さらに、本実施形態では、図 4中に矢印 C、 C '、矢印 D、 D ' でそれぞれ示されるように、ハーフミラー 5 6、 6 6は、それぞれ不図示のスライド機構によって紫外パルス光 L Bの光路に対して挿入 ·離脱（出没）自在の構造となつている。このスライド機構は、制御装置 2 0によって後述するように制御される。ハーフミラー 5 6、 6 6が、紫外パルス光 L Bの光路上から図 4中に仮想線でそれぞれ示される位置まで退避された状態では、光源ユニット 1 2からのレーザビーム（紫外パルス光） L Bは、ダイレクトに照明光学系 1 4に入射することは、勿論である。

図 1に戻り、前記照明光学系 1 4は、例えば、特開平 4一 1 9 6 5 1 3号及びこれに対応する米国特許第 5 , 4 7 3， 4 1 0号などに詳細に開示されるように、ハウジング内に所定の位置関係で配置されたビーム整形光学系（シリンダレンズゃビ一厶エキスパンダから構成される）、エネルギ粗調器、フライアイレンズ等を含む 2次光源形成光学系、集光レンズ系、レチクルブラインド、及び結像レンズ系等（いずれも図示省略）から構成されている。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。

この照明光学系 1 4は、照度分布のほぼ均一な露光用照明光でレチクル R上の矩形（あるいは円弧状）の照明領域を照明する。この照明光学系 1 4内の 2 次光源形成光学系と結像レンズ系との間には、透過率が 9 7 %程度のビームスプリッタ 1 4 aが配置されている。このビームスプリッタ 1 4 aの反射光路上には、光電変換素子から成るインテグレー夕センサと呼ばれる入射光量計測器 2 2が配置されている。この入射光量計測器 2 2からの光電変換信号が制御装置 2 0に供給されるようになっている。入射光量計測器 2 2の出力は、予め不図示の基準照度計の出力に対してキャリブレーションされている。また、入射光量計測器 2 2の出力に対して前述したエネルギモニタの出力がキヤリプレーシヨンされており、この際に両出力値の変換係数（又は変換関数）が予め求められ、その変換係数が制御装置 2 0内のメモリに格納されている。

前記レチクルステージ R S T上にはレチクル Rが、例えば静電吸着により固定されている。また、このレチクルステージ R S Tは、不図示のレチクルべ一ス上をリニアモータ等を含むレチクル駆動部 2 4により、所定の走査方向（ここでは Y軸方向とする）に指定された走査速度で駆動可能となっている。また、このレチクルステージ R S Tは、レチクル駆動部 2 4によって Y軸に直交する X軸方向及び X Y面に直交する Z軸回りの回転方向（0方向）にも微少駆動可能な構成となっている。

レチクルステージ R S Tの位置は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という） 2 5により例えば 0 . 5〜 1 n m程度の分解能で常時檢出される。このレチクル干渉計 2 5からのレチクルステージ R S丁の位置情報（又は速度情報）は制御装置 2 0に送られ、制御装置 2 0ではレチクルステージ R S丁の位置情報（又は速度情報）に基づいてレチクル駆動部 2 4を介してレチクルステージ R S丁を制御する。

前記投影光学系 P Lは、レチクルステージ R S Tの図 1における下方に配置され、その光軸 A Xの方向が Z軸方向とされ、ここでは両側テレセン卜リックな縮小光学系で、鏡筒（ハウジング）内に光軸 A X方向に沿って所定間隔で配置された複数枚のレンズエレメントから成る屈折光学系が使用されている。この投影光学系 P Lの投影倍率は、例えば 1 5 (あるいは 1ノ4 ) である。このため、照明光学系 1 4からの照明光によってレチクル Rの照明領域が照明されると、このレチクル Rを通過した照明光により、投影光学系 P Lを介してレチクル Rの照明領域内の回路パターンの縮小像（部分倒立像）が表面にフォトレジス卜が塗布されたウェハ W上の前記照明領域と共役な露光領域に形成される。

前記ウェハステージ WS Tは、投影光学系 P Lの下方に配置され、リニアモ一夕、あるいは磁気浮上型平面モータ等を含む駆動装置 26によって、不図示のウェハベース上を X Y 2次元平面内で駆動される。このウェハステージ WS Tの上面に不図示のウェハホルダを介して基板としてのウェハ Wが例えば静電吸着により固定されている。

また、このウェハステージ WS Tの上面には、移動鏡 28が設けられ、この移動鏡 28に測長ビームを照射するウェハレーザ干渉計（以下、「ウェハ干渉計」という） 30によってウェハステージ WSTの XY面内の位置が例えば 0. 5~1 nm程度の分解能で常時検出される。このウェハ干渉計 30からのゥェハステージ WSTの位置情報（又は速度情報）は制御装置 20に送られ、制御装置 20ではウェハステージ WSTの位置情報（又は速度情報）に基づいて駆動装置 26を介してウェハステージ WS Tを制御する。

さらに、ウェハステージ WSTの上面には、光電変換素子から成る出射光量計測器 32が固定されている。この出射光量計測器 32の受光面は、ウェハ W の表面とほぼ同一高さに設定されている。出射光量計測器 32からの光電変換信号は、制御装置 20に供給されるようになっている。

出射光量計測器 32の出力は、前述した入射光量計測器 22の出力に対して予めキャリブレーションされており、両出力の変換係数（又は変換関数）は予め求められて制御装置 20のメモリ内に格納されている。

さらに、本実施形態の露光装置 1 0では、前記光学系、すなわちビームマツチングユニット BMU、照明光学系 1 4、及び投影光学系 P Lのそれぞれに給気配管系と排気配管系とがそれぞれ接続されている。

これを更に詳述すると、給気配管系は、第 1、第 2及び第 3の給気配管 34 A、 3 4 B、 3 4 Cを含んで構成されている。これら第 1、第 2及び第 3の給気配管 3 4 A、 3 4 B、 34 Cのそれぞれの一端は、ビームマッチングュニッ卜 B M U (のハウジング）、照明光学系 1 4 (のハウジング）及び投影光学系 P L (の鏡筒）にそれぞれ接続されている。また、これら 3つの給気配管 34 A、 34 B、 3 4 Cの他端側はそれぞれ二股状に分岐され、各二股状の分岐部のそれぞれの一方は不図示のガスタンク（この内部には、窒素ガス N₂ (酸素含有量 1 %以下）が収容されている）に接続され、それぞれの他方は内部に乾燥空気 (Dry Air) が収容された不図示の空気夕ンクに接続されている。

第 1の給気配管 3 4 Aの他端側の二股状の分岐部のそれぞれの途中には、当該各分岐部の管路（気体通路）を開閉する第 1、第 2電磁弁 3 8 A、 3 8 Bがそれぞれ設けられている。同様に、第 2の給気配管 34 Bの他端側の二股状の分岐部のそれぞれの途中には、当該各分岐部の管路（気体通路）を開閉する第 3、第 4電磁弁 3 8 C、 3 8 Dがそれぞれ設けられている。同様に、第 3の給気配管 3 4 Cの他端側の二股状の分岐部のそれぞれの途中には、当該各分岐部の管路（気体通路）を開閉する第 5、第 6電磁弁 3 8 E、 3 8 Fがそれぞれ設けられている。

上記第 1〜第 6電磁弁 38 A〜3 8 Fは、制御装置 20によって開閉制御される（これについては後述する）。

前記排気配管系は、それぞれの一端がビームマッチングユニット BMU (のハウジング）、照明光学系 1 4 (のハウジング)、投影光学系 P L (の鏡筒）にそれぞれ接続された第 1、第 2及び第 3排気管 40 A、 40 B、 40 Cと、これら 3つの排気管 40 A、 40 B、 40 Cの他端がそれぞれ接続された排気本管 4 2とを備えている。

第 1、第 2及び第 3排気管 4 0 A、 40 B、 40 Cには、それぞれの排気管の管路（気体通路）内を流れる気体の酸素濃度を検出する第 1、第 2及び第 3 酸素センサ 4 4 A、 4 4 B、 4 4 Cがそれぞれ設けられている。これら 3つの酸素センサ 4 4 A、 4 4 B、 4 4 Cの検出結果は制御装置 2 0に供給されている。

前記制御装置 2 0は、マイクロコンピュータ（あるいはワークステーション）を中心として構成され、上述した露光装置 1 0の構成各部の動作及び上記第 1 〜第 6電磁弁 3 8 A〜 3 8 Fの開閉を制御する。また、この制御装置 2 0は、例えば、入射光量計測器 2 2の出力とビームモニタ機構 1 2 cを構成するエネルギモニタの出力とに基づいて光源ユニット 1 2からビームスプリッタ 1 4 a の位置までの光学系の透過率（以下、適宜「第 1の透過率」と呼ぶ）を算出し、また、入射光量計測器 2 2の出力と出射光量計測器 3 2の出力とに基づいて、ビームスプリッタ 1 4 aの位置からウェハ面までの光学系の透過率（以下、適宜「第 2の透過率」と呼ぶ）を算出する演算機能をも有する。

次に、上述のようにして構成された露光装置 1 0における光学系（ビームマツチングユニット B M U、照明光学系 1 4、投影光学系 P L )の自己洗浄動作、より正確には前記光学系を構成する光学素子（レンズ、ビームスプリッタ等）の自己洗浄動作について、制御装置 2 0の制御動作を中心として説明する。前提条件として、第 1〜第 6電磁弁 3 8 A ~ 3 8 Fは、閉成されているが、排気管系及び光学系の内部には、酸素を 1 %以下含む高濃度の窒素ガス（第 1 の気体）が残存しているものとする。

自己洗浄動作の開始に当たり、制御装置 2 0では、第 2、第 4及び第 6電磁弁 3 8 B、 3 8 D、 3 8 Fを開成する。これにより、不図示の空気タンクから乾燥空気（第 2の気体）が第 1、第 2及び第 3の給気管 3 4 A、 3 4 B、 3 4 Cをそれぞれ介してビームマッチングユニット B M U、照明光学系 1 4及び投影光学系 P L内に供給され始める。

次に、制御装置 2 0では、光源ュニッ卜 1 2内の高圧電源 1 2 dに対する卜リガパルスの出力を開始してレーザ共振器 1 2 aからのレーザビーム L Bの発光を開始する。このときはまだ、光源ユニット 1 2内のシャツ夕 1 2 f は閉成しているものとする。

上記のレーザビーム L Bの発光開始により、レーザビーム（パルス紫外光） L Bがビームスプリッタ 1 2 bを介してビームモニタ機構 1 2 cに入射し、ビー厶モニタ機構 1 2 cから前述したフリンジパターンの撮像信号及びパルスェネルギ値の情報が制御装置 20に供給される。

次に、制御装置 20では、ビームモニタ機構 1 2 cからの情報に基づいてレ一ザビームの波長をほぼ 1 93. 23 nmに変更するため、駆動機構 1 8を介してレーザ共振器 1 2 aを構成するエタロン 204 (又はグレーティング 20 6) の角度を調整する。これにより、レーザ共振器 1 2 aから出射されるレーザビーム L Bの波長が 1 93. 23 nmに変更される。

ここで、上記の A r Fエキシマレーザ光の波長を 1 93. 23 nmに調整する理由について説明する。図 5には、波長 1 93. 3 n m近傍の乾燥空気雰囲気中を透過した A r Fエキシマレーザ光の光強度分布が示されている。この図 5において、横軸は光の波長（nm) であり、縦軸は光強度（エネルギ強度）である。すなわち、この図 5は A r Fエキシマレーザ光の酸素吸収スぺク卜ルを実質的に示すものである。

この図 5から明らかなように、波長 1 93 nm付近は、わずかな波長の違いで酸素による光の吸収が大きく変化する。この図 5の光強度分布を一見すると、 1 93. 02 nm付近が光強度は最も小さく、酸素による吸収量が最大であるように見える。しかしながら、波長 1 92. 9 nm〜1 93. 6 n mの波長帯域では、 A r Fエキシマレーザ光源からのブロード（狭帯域化前）の光強度分布は、ほぼ山形になっており、波長 1 93. 02 nm近傍ではもともと光強度が小さい。このため、この波長近傍に A r Fエキシマレーザ光の波長を調整しても、酸素による吸収エネルギ量はそれほど大きくならない。これに対して、上記の波長 1 9 3 . 2 3 n m近傍は、もともと光強度が大きく、しかも乾燥空気雰囲気中を透過した A r Fエキシマレーザ光の光強度がその前後の波長帯域と比較して小さくなつているので、結論的には調整可能な波長帯域の中で酸素による吸収エネルギ量が最も大きくなる波長であると言える。そこで、本実施形態では A r Fエキシマレーザ光の波長を 1 9 3 . 2 3 n mに調整することより、酸素により最大限効率的に A r Fエキシマレーザ光の光エネルギを吸収させ、光化学反応により最大限オゾン 0₃を発生させて、そのオゾンの酸化作用により光学素子を効果的に洗浄しょうとするものである。

また、上記の波長変更とほぼ並行して、制御装置 2 0では、ビームマツチングユニット B M Uを構成するハーフミラー 5 6、 6 6を、不図示のスライド機構を介して図 4中に矢印 C、 Dで示される方向に駆動して図 4中に仮想線で示されるレーザビーム L Bの光路外の位置に退避させる。このようにするのは、次に説明する光洗浄の際に、光源ュニッ卜 1 2からの波長を 1 9 3 . 2 3 n m のレーザビーム L B (第 2の光）が、ビームマッチングユニット B M Uを構成する第 1、第 2の光遅延素子 5 2、 5 4 (各光学素子）を介することなく、ダィレクトに照明光学系 1 4内に入射するようにするためである。その理由は、第 1、第 2の光遅延素子 5 2、 5 4を介すると、その分照明光学系 1 4以降に照射されるレーザビーム L Bの強度が低下し、それによりオゾンを発生する光化学反応の程度が低くなると共に、オゾンの酸化作用による光学素子の光洗浄効果が低下するから、これを避けるためである。すなわちレーザビームのピークパワーを極力高く維持して効率的な光学素子の洗浄を行い、洗浄時間の短縮化を図るためである。

上記の波長変更及びハーフミラー 5 6、 6 6の退避の後、制御装置 2 0では、光源ュニッ卜 1 2内のシャツ夕 1 2 f を開成する。これにより、光源ュニッ卜 1 2からのレーザビーム L Bの出射が開始され、該レーザビーム L Bがビームマッチングユニット B M U、照明光学系 1 4、投影光学系 P Lの内部空間の気体、及び照明光学系 1 4、投影光学系 P Lを構成する各光学素子に対し照射される。これにより波長 1 9 3 . 2 3 n mの A r Fエキシマレーザ光（第 2の光）によって自己洗浄が開始される。この自己洗浄が開始される直前若しくは直後には、光学系内部の第 1の気体は、乾燥空気にほぼ完全に置換される。

上記の自己洗浄開始直後に、制御装置 2 0では、干渉計 3 0の出力をモニタしつつ駆動装置 2 6を制御して出射光量計測器 3 2が投影光学系 P Lの直下に位置するように、ウェハステージ W S Tを移動させる。そして、このときの入射光量計測器 2 2の出力、ビームモニタ機構 1 2 cを構成するエネルギモニタの出力、及び出射光量計測器 3 2の出力を同時に取り込み、前述した第 1の透過率及び第 2の透過率を算出した後、出射光量計測器 3 2が投影光学系 P Lの直下から退避するようにウェハステージ W S Tを移動させる。以後、所定時間間隔で、上記の出射光量計測器 3 2の投影光学系 P L直下への位置決め、及びその投影光学系 P Lの直下の位置から退避するためのウェハステージ W S丁の移動、並びに第 1、第 2の透過率の測定 ·算出を繰り返し行う。

上記の状態で、レーザ共振器 1 2 aからのレーザビーム L Bの出力を続行すると、照明光学系 1 4及び投影光学系 P Lの光学素子表面に付着した汚染物質中の有機物がレーザエネルギにより切断されるとともに、酸素の光化学反応により発生したオゾンによる酸化作用によって、ビームマッチングュニッ卜 B M U、照明光学系〗 4及び投影光学系 P Lの光学素子表面に付着した汚染物質が洗浄されるため、光学系の透過率が徐々に上昇する。

そして、制御装置 2 0では、前述の如く、所定時間間隔で求めた第 1、第 2 の透過率の変化を監視し、それらの透過率の変化率がともに所定値以下、例えばほぼ零になったとき、すなわち、第 1、第 2の透過率の時間変化が飽和状態となったときに、光学素子の洗浄が終わったと判断して、光源ユニット 1 2内のシャツ夕 1 2 f を閉じ、光源ュニッ卜 1 2内の高圧電源 1 2 dに対する卜リガパルスの出力を停止する。本実施形態では、以上のような光学素子の洗浄動作を、光学系内の光学素子に汚れが付着しやすく洗浄の必要性が高いとき、例えば、露光装置製造直後、長期間の運転停止後、あるいは露光条件又は照明条件の変更時（具体的には、照明光学系 1 4内の開口絞りの交換時、レチクル交換時、投影光学系 P L内の瞳開口変更時等）などに行なうようになっており、装置の運転中のダウンタイ厶の増加を極力最小限にして効率的な光学素子の洗浄を行い、露光装置本来の性能を常に引き出すようにしている。

次に、露光装置 1 0における露光動作の流れについて簡単に説明する。まず、制御装置 2 0の管理下にある不図示のレチクルローダ及びウェハローダによってレチクルロード及びウェハロードが行われる。

上記のレチクルロードに先立つて、上述した光学系の自己洗浄が行われており、その自己洗浄の終了後に、次のようにしてエキシマレーザ光の波長調整、及び光学系内の乾燥空気を窒素ガスに置換するガス置換などが行われる。すなわち、制御装置 2 0では、光学素子の洗浄が終了したと前述の如くして判断すると、光源ユニット Ί 2内のシャツタ 1 2 f を閉成し、ビームモニタ機構 1 2 cの出力をモニタしつつ、レーザ共振器 1 2 aから出力されるレーザビー厶 L Bの波長が露光波長である 1 9 3 . 3 0 n mになるにように駆動機構 1 8を制御する。これにより、シャツ夕 1 2 f を開けば、光源ユニット 1 2から露光波長のレーザビーム L B (第 1の光）が出力されることとなる。但し、この段階では、シャツタ 1 2 f は未だ閉成している。

また、制御装置 2 0では上記のシャツ夕の閉成とほぼ同時に、第 2、第 4及び第 6電磁弁 3 8 B、 3 8 D、 3 8 Fを閉成するとともに第 1、第 3及び第 5 電磁弁 3 8 A、 3 8 C、 3 8 Eを開成する。これにより、不図示のガスタンクから酸素含有量が 1 %以下の高濃度の窒素ガス（第 1の気体）が第 1、第 2及び第 3の給気管 3 4 A、 3 4 B、 3 4 Cをそれぞれ介してビームマッチングュニット B M U、照明光学系 1 4及び投影光学系 P L内に供給され、所定時間経過後に、ビームマッチングユニット B M U、照明光学系 1 4及び投影光学系 P し内に残存していた乾燥空気が窒素ガスにほぼ完全に置換される。この場合、制御装置 2 0では第 1、第 2、第 3酸素センサ 4 4 A、 4 4 B、 4 4 Cの出力がともに酸素濃度 1 %以下になつた時点をもつて光学系内の気体の窒素ガスでの置換が完了したと判断する。

さらに、制御装置 2 0では、上記のシャツタ 1 2 f の閉成とほぼ同時に、不図示のスライド機構を介してビームマッチングュニッ卜 B M Uを構成するハーフミラー 5 6、 6 6を、図 4中に矢印 C '、 D ' でそれぞれ示される方向に駆動して、図 4中に実線で示されるレーザビーム L Bの光路上の位置に挿入する。この場合、前述した光軸合わせ及びこれに付随するミラー 5 8、 6 0、 6 2、 7 0、 7 2、 7 4の傾角の調整は、予め行われ、ハーフミラー 5 6、 6 6、ミラー 5 8、 6 0、 6 2、 7 0、 7 2、 7 4の傾角は、そのときの状態に維持されているものとする。

なお、このとき、制御装置 2 0では、必要であれば、シャツ夕 1 2 f を開成して、不図示のオートコリメータを介して前述した光軸合わせ、及びこれに付随するミラー 5 8、 6 0、 6 2、 7 0、 7 2、 7 4の傾角の調整を行った後、シャツタ 1 2 f を閉成しても良い。

いずれにしても、次にシャツタ 1 2 f が開成されると、光源ユニット 1 2から出力された露光波長のレーザビーム L B (第 1の光）が、ビームマッチングユニット B M Uを構成する第 1、第 2の光遅延素子 5 2、 5 4を経由して、照明光学系 1 4内に導かれることとなる。これにより、照射面であるレチクル R のパターン面等における可干渉性の低減が図られるようになつている。

上記のレーザ波長の切り換え、光学系内ガスの窒素ガス置換並びにハーフミラー 5 6、 6 6の光路上への挿入（並びに光軸調整等）が終了すると、制御装置 2 0により、不図示のレチクル顕微鏡、ウェハステージ W S T上の不図示の基準マーク板、不図示のァライメン卜検出系を用いてレチクルァライメン卜、ベースライン計測等の準備作業が所定の手順に従って行われる。このとき、制御装置 2 0では、上記のレチクルァライメントを、シャツ夕 1 2 f を開成して、露光波長の光を用いて行う。なお、レチクルァライメン卜、ベースライン計測等の準備作業については、例えば特開平 4一 3 2 4 9 2 3号公報及びこれに対応する米国特許第 5 , 2 4 3， 1 9 5号に詳細に開示されている。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及びこれに対応する米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。

なお、レチクルァライメン卜を露光波長以外の波長の光で行う場合には、上記のレーザ波長の切リ換え、光学系内ガスの窒素ガス置換などを上記の準備作業と並行して行っても良い。

その後、制御装置 2 0により、不図示のァライメン卜検出系を用いて例えば特開昭 6 1 — 4 4 4 2 9号公報及びこれに対応する米国特許第 4 , 7 8 0 , 6 1 7号等に詳細に開示される E G A (ェンハンス卜 ·グローバル'ァライメン卜）等のァライメン卜計測が実行される。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及びこれに対応する上記米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。

上記のァライメン卜計測の終了後、以下のようにしてステップ ·アンド ·スキヤン方式の露光動作が行われる。

この露光動作にあたって、まず、制御装置 2 0では、ウェハ Wの X Y位置が、ウェハ W上の最初のショッ卜領域（ファース卜 ·ショット）の露光のための走査開始位置となるように、ウェハステージ W S Tを移動する。同時に、制御装置 2 0では、レチクル Rの X丫位置が、走査開始位置となるように、レチクルステージ R S Tを移動する。また、制御装置 2 0では、レチクル干渉計 2 5によつて計測されたレチクル Rの X Y位置情報、ゥェハ干渉計 3 0によつて計測されたウェハ Wの X Y位置情報に基づき、レチクル駆動部 2 4及び駆動装置 2 6を介してレチクル Rとウェハ Wとを投影光学系 P Lの投影倍率に応じた速度比で相互に逆向きに Y軸方向に沿って同期移動させることにより、走査露光を行う。この走査露光中の光量制御は、入射光量計測器 2 2の出力及びエネルギモニタの出力に基づいて、例えばレーザ共振器 1 2 aから出力されるレーザビー厶のパルスエネルギ、あるいはレーザ共振器 1 2 aの発振周波数を調整することにより行われる。

このようにして、 1つのショッ卜領域に対するレチクルパターンの転写が終了すると、ウェハステージ W S Tが 1ショッ卜領域分だけステッピングされて、次のショット領域に対する走査露光が行われる。このようにして、ステツピングと走査露光とが順次繰り返され、ウェハ W上に必要なショッ卜数のパターンが転写される。

上記のウェハ上の各ショッ卜領域に対する走査露光に際して、予め光学系内の光学素子が洗浄され、その光学性能を最大限発揮できる状態となっているので、走査露光時における光学系の結像性能の劣化に起因するウェハ上の転写パターンの劣化を防止することができる。また、走査露光中には、ビームマッチングユニット B M Uを構成する第 1、第 2の光遅延素子 5 2、 5 4の可干渉性低減の機能により、被照射面であるレチクル Rのパターン面及びこれに共役なウェハ Wの被露光面における干渉縞やスペックルの発生が効果的に抑制されるので、パターン線幅の制御性が向上している。

これまでの説明から明らかなように、本実施形態では、上記の第 1、第 2の光遅延素子 5 2、 5 4と、該光遅延素子 5 2、 5 4をそれぞれ構成するビームスプリッ夕 5 6、 6 6をレーザビ一厶 L Bの光路上に挿入 ·離脱する不図示のスライド機構とによって、光源ユニット 1 2からレチクル Rの配置面に至る光の光路の一部に配置され、その出射光の強度を調整可能な調整装置が構成されている。

以上詳細に説明したように、本実施形態の露光装置 1 0によると、光学系（ビー厶マッチングユニット B M U、照明光学系 1 4、投影光学系 P L ) の自己洗浄動作、より正確には前記光学系を構成するハウジング内の光学素子（レンズ、ビームスプリッタ等）の自己洗浄動作を、酸素によるエネルギ吸収が最大となる波長のレーザビームによって行い、この際に、光学系内に酸素を積極的に含む乾燥空気を注入し、光路全体に酸素が十分ある状態で行うので、レーザビー厶のエネルギによる有機物切断に加えて、酸素の光化学反応により生じたォゾンの酸化作用によつて光学素子に付着した汚染物質を洗浄することができ、短時間で効率的に洗浄を行うことができる。また、この洗浄の際には、洗浄に用いられるレーザビームの強度が露光時に比べて高くなるように、ハーフミラー

5 6、 6 6が光路上から退避されるので、より大きな洗浄効果を得ることができる。従って、作業効率の向上により、集積回路等のマイクロデバイスの製造コストの低減が可能になるとともに、高工ネルギビーム（A r Fエキシマレーザ光）の照射による硝材のダメージを小さくすることができる。

また、露光に際しては、予め（その直前に）、光学系の光学素子の自己洗浄を行い、その透過率を最良に維持した状態で露光を行い、ウェハ上の転写パターンの劣化を防止することができる。

また、この露光の際には、レーザビームの光路上にビームスプリッタ 5 6、

6 6を挿入し、第 1、第 2の光遅延素子 5 2、 5 4による光遅延を行って、被照射面における可干渉性を極力低減する。これにより、ウェハ面（像面）における微弱な干渉縞やスペックルの発生が効果的に抑制され、ウェハ上に転写されるパターン線幅の制御性（例えば、線幅均一性）が向上する。また、この場合、レーザビームが第 1、第 2の光遅延素子 5 2、 5 4を経由することにより、露光時に照射される露光光の強度が低下するので、その分、ハウジング内の窒素中に僅か（1 %以下）ではあるが含まれる酸素の光化学反応の発生が抑制され、そのオゾンによる露光光の吸収を抑制することができる。これにより、露光光の透過率の低下を防止することができる。従って、本実施形態によると、最終的に製造される集積回路等のマイクロデバイスの歩留まりが向上し、この意味においてもマイクロデバイスの製造コス卜の低減が可能である。

なお、本実施形態の露光装置 1 0では、光学系の一部、すなわち、ビームマツチングュニッ卜 B M U、照明光学系 1 4、投影光学系 P Lのいずれか 1つ又は 2つのみの光学素子の洗浄をも簡単に行なうことができる。

例えば、最も洗浄が困難なレーザ発振器 1 2 aから遠い、投影光学系 P L内の光学素子のみを洗浄する場合には、第 1電磁弁 3 8 A及び第 3電磁弁 3 8 C を開成したまま（この場合、第 2電磁弁 3 8 B、及び第 4電磁弁 3 8 Dは閉成状態となっている）、第 5電磁弁 3 8 Eを閉成し第 6電磁弁 3 8 Fを開成した状態で自己洗浄を行えば良い。このようにすれば、上方のビームマッチングュニッ卜 B M U、照明光学系 1 4内部に窒素ガスが常時流れ込んでいる状態で、かつ投影光学系 P L内に酸素が十分ある状態で自己洗浄が開始されるので、ビー厶マッチングユニット B M U、照明光学系〗 4内における酸素によるレーザビー厶のエネルギ吸収をほぼ防止した状態で、投影光学系 P L内の光学素子を効率的に洗浄することが可能になる。

なお、上記実施形態では、光学系内の窒素ガス（第 1の気体）を乾燥空気（酸素を十分に含む第 2の気体の一例）により置換した状態で光学素子の洗浄を行う場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではな t

例えば、図 6に示されるように、第 1、第 2及び第 3の給気管 3 4 A、 3 4 B、 3 4 Cを介して乾燥空気に代えて乾燥空気とオゾン 0₃との混合ガス（酸素及びオゾンを含む第 3の気体の一例）を供給可能な構成にしても良い。この場合には、ビームマッチングユニット B M U及び照明光学系のハウジング、及び投影光学系 P Lの鏡筒（ハウジングの一種）内の窒素ガスが乾燥空気とオゾンとの混合ガスによって置換された状態で、前記各ハウジング内に波長 1 9 3 . 2 3 n mの A r Fエキシマレーザ光（真空紫外光）が照射されるので、 A r F エキシマレーザ光のエネルギにより光学素子表面に付着した汚れ物質中の有機物が切断され、酸素の光化学反応により発生したオゾン及び混合ガス中にもともと含まれるオゾンの酸化作用により、より一層効率良く光学素子が洗浄される。

また、上記実施形態では、光学系内の光学素子を洗浄する際に、ビームマツチングュニッ卜 B M U及び照明光学系のハウジング、及び投影光学系 P Lの鏡筒（ハウジングの一種）内の窒素ガスを乾燥空気に置換した状態で洗浄を行う場合について説明したが、これに限らず、かかるガスの置換を行うことなく、すなわち各ハウジング内に窒素ガスを供給したままの状態で、光源ュニッ卜 1 2から出力されるレーザビームの波長を 1 9 3 . 2 3 n mに切り換えて、その波長のレーザビームを所定時間照射して光学素子の自己洗浄を行っても良い。この場合にも、ハウジング内の窒素には僅か（1 %以下）ではあるが酸素が含まれているので、その酸素によってレーザビーム（エネルギ）が吸収され、光化学反応によりオゾンが発生し、そのオゾンの酸化作用により光学素子表面に付着した汚染物質が除去され、従来の露光波長のまま洗浄を行う場合に比べて効率良く光学素子が洗浄される。従って、光学素子を従来に比べてより短時間で十分に洗浄することが可能になり、紫外光の照射時間そのものを短縮することができるので、硝材のダメージを低減させることができる。

また、上記のガス置換を行わない場合において、上記実施形態と同様に、照明光学系 1 4内等に照射されるレーザビームの強度を露光時よリ高くするのであれば、光源ユニット 1 2から射出されるレーザビーム L Bの波長の切り替えも必ずしも行わなくても良い。かかる場合であっても、ハウジング内の窒素には僅か（1 %以下）ではあるが酸素が含まれているので、その酸素によってレ一ザビーム（エネルギ）が吸収され、光化学反応によりオゾンが発生し、そのオゾンの酸化作用により光学素子表面に付着した汚染物質が除去され、露光時と同一の強度の光により、自己洗浄を行う場合に比べて、効率良く光学素子が洗浄される。また、この場合、露光時に照射される露光光の強度は洗浄時に比ベて低下するので、その分、ハウジング内の窒素中に僅か（1 %以下）ではあるが含まれる酸素の光化学反応の発生が抑制され、そのオゾンによる露光光の吸収を抑制することができる。これにより、露光光の透過率の低下を防止することができる。

なお、上記実施形態では、照明光学系 1 4、投影光学系 P L等の光学素子の洗浄に際して、紫外光を所定時間光学系ハウジング内の光学素子に照射する場合について説明したが、必ずしもこのようにしなくても良い。すなわち、前述したビームマッチングュニッ卜 B M U内の各光学素子の洗浄と同様に、それらのハゥジング内の気体に紫外光を照射するようにしても良い。ハウジング内に酸素が十分にある状態であれば、その光学系内の光学素子に直接当たらない状態でそのハウジング内の気体に紫外光を照射することにより、その気体中の酸素の光化学反応によりオゾンが発生し、そのオゾンの酸化作用により光学素子を洗浄することが可能だからである。

また、上記実施形態では、露光波長の第 1の光（波長 1 9 3 . 3 0 n mのパルス紫外光）と該第 1の光に比べて酸素による吸収が大きい波長の第 2の光 (波長 1 9 2 . 2 3 n mのパルス紫外光）とを制御装置 2 0が駆動機構 1 8を介して単一の光源ュニッ卜 1 2から出力される光の波長を切り換えて出力する場合について説明したが、これに限らず、例えば露光波長の第 1の光を出射する第 1の光源と、第 1の光に比べて酸素による吸収が大きい波長の第 2の光を出射する第 2の光源とを設け、制御装置 2 0が、これらの第 1の光源からの第 1の光と第 2の光源からの第 2の光とを択一的に照明用光学系（B M U、 1 4 ) に導くようにしても良い。この場合、制御装置 2 0は第 1、第 2の光源又はそれに付属するシャツ夕を択一的にオン ·オフするようにしても良いが、各光源と照明光学系 1 4との間の光路上に、適宜な光路切り換え装置を設けてこれを切り換えるような構成にしても良い。また、上記実施形態では、露光波長の第 1の光（上記実施形態では波長 1 9 3 . 3 0 n mのパルス紫外光）と該第 1の光に比べて酸素による吸収が大きい波長の第 2の光（上記実施形態では波長 1 9 2 . 2 3 n mのパルス紫外光）の切り替えを、光源ユニット 1 2から出力される光の波長を切り替える、波長シフ卜により行う場合について説明したが、これに限らず、例えば、図 2に示されるレーザ共振器 1 2 aを用いる場合、狭帯域化モジュールを構成する微調用のエタロン 2 0 4を、矢印 A、 A ' で示されるょぅに、制御装置 2 0によって制御される駆動機構 1 8によって光路中に挿脱可能に構成しても良い。この場合、エタロン 2 0 4を光路上から取り外すことにより、波長幅が酸素吸収帯を含む波長幅に変更される。これにより、上記の露光波長の第 1の光と該第 1の光に比べて酸素による吸収が大きい波長の第 2の光の切リ替えを実現することができる。

あるいは、例えば図 3に示されるレーザ共振器 1 2 aを用いる場合には、露光時に用いられるエタロン 2 0 4とは別に、図 3中に点線で示される光洗浄時専用のエタロン 2 0 7を用意しておき、制御装置 2 0により制御される駆動機構 1 8により、露光時と洗浄時とで、エタロン 2 0 4とエタロン 2 0 7とを図 3中の矢印 Β、 Β ' で示されるように交換可能に構成しても良い。この場合、エタロン 2 0 7は、酸素吸収帯を含む波長域を抽出できるものであれば良い。このようにすると、光源（エキシマレーザチャンバ 2 0 2 ) からの出射光の波長幅が変更され、第 1の光と第 2の光の切り替えを実現することができる。また、上記実施形態では、三角形状の遅延光路を有する第 1、第 2の光遅延素子 5 2， 5 4をビ一厶マッチングュニッ卜 B M U内に含む場合について説明したが、これに限らず、四角形状の遅延光路を有する光遅延素子を用いても良い。この場合、その光遅延光路を、 4枚のミラーに限らず、 4つのプリズム等の反射光学素子を用いて構成しても良い。

また、上記実施形態の露光装置において、光洗浄を行う際に、光の波長を切り替える波長シフト、波長幅の変更、光の強度の変更のいずれか 1つを行っても良く、あるいはこれらの 2つ以上を任意に組み合わせて行っても良い。

なお、上記実施形態では、本発明が A r Fエキシマレ一ザ装置を光源とする半導体製造用のステップ ·アンド ·スキャン方式の走査型露光装置（スキヤ二ング *ステツパ）に適用された場合について説明したが、本発明の適用範囲がこれに限定されるものではなく、例えば A r Fエキシマレーザ装置を光源とするステップ 'アンド，リピート方式の投影露光装置（ステツパ）は勿論、液晶用の A r Fエキシマレーザステツパ、 A r Fエキシマレーザスキャニング ·ステツパ等にも好適に適用できる。また、 A r Fエキシマレーザと同様の真空紫外域に属する F ₂レーザの波長帯域でも酸素による吸収が波長によって異なる現象が生じると予想されるので、露光光源として F ₂レーザ光源を用いる露光装置にも本発明は適用可能である。この露光装置では、光学系内部、照明光学系と投影光学系との間及び投影光学系と基板との間の空気がヘリウムガスで置換されるので、洗浄時には 1 5 7 n m近傍の波長帯域の中で、酸素によるレーザ光の吸収が大きな波長に設定し、光学系の各ハウジング内に酸素を含む気体 (酸素とオゾンを含む気体を含む）を供給してそのヘリウムガスをその気体で置換して、上記実施形態と同様にして光学素子の自己洗浄を行うことにより、同等の効果が期待できる。

なお、上記実施形態では、露光時に光路内に供給されるガスを窒素としたが、これに限らず、他の不活性ガス、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドンより成る希ガスを使用しても良く、又は、これらのガスを 2種類以上混合した混合ガスを用いても良い。

さらに、投影光学系は、全ての光学素子が屈折系のレンズに限られず、反射素子（ミラー）で搆成されるものや、屈折系のレンズと反射素子とから成る反射屈折系であっても良い。また、投影光学系は、縮小系に限られず、等倍系、拡大系であっても良い。上記の反射屈折型の投影光学系としては、例えば特開平 8—1 7 1 0 5 4号公報及びこれに対応する米国特許第 5 , 6 6 8， 6 7 2号、並びに特開平 1 0 - 2 0 1 9 5号公報及びこれに対応する米国特許第 5 , 8 3 5， 2 7 5号などに開示される、反射光学素子としてビームスプリッ夕と凹面鏡とを有する反射屈折系を用いることができる。また、特開平 8— 3 3 4 6 9 5号公報及びこれに対応する米国特許第 5， 6 8 9， 3 7 7号、並びに特開平 1 0— 3 0 3 9号公報及びこれに対応する米国特許出願第 8 7 3， 6 0 5号（出願日： 1 9 9 7 年 6月 1 2日）などに開示される、反射光学素子としてビームスプリッタを用いずに凹面鏡などを有する反射屈折系を用いることができる。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記各公報及びこれらに対応する米国特許、及び米国特許出願における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。

この他、米国特許第 5， 0 3 1 , 9 7 6号、第 5， 4 8 8 , 2 2 9号、及び第 5， 7 1 7， 5 1 8号に開示される、複数の屈折光学素子と 2枚のミラー（凹面鏡である主鏡と、屈折素子又は平行平面板の入射面と反対側に反射面が形成される裏面鏡である副鏡）とを同一軸上に配置し、その複数の屈折光学素子によって形成されるレチクルパターンの中間像を、主鏡と副鏡とによってウェハ上に再結像させる反射屈折系を用いても良い。この反射屈折系では、複数の屈折光学素子に続けて主鏡と副鏡とが配置され、照明光が主鏡の一部を通って副鏡、主鏡の順に反射され、さらに副鏡の一部を通ってウェハ上に達することになる。本国際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、上記米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。さらに、反射屈折型の投影光学系としては、例えば円形イメージフィールドを有し、かつ物体面側、及び像面側が共にテレセントリックであるとともに、その投影倍率が 1 4倍又は 1 5倍となる縮小系を用いても良い。また、この反射屈折型の投影光学系を備えた走査型露光装置の場合、照明光の照射領域が投影光学系の視野内でその光軸をほぼ中心とし、かつレチクル又はウェハの走査方向とほぼ直交する方向に沿って延びる矩形スリッ卜状に規定されるタイプであっても良い。かかる反射屈折型の投影光学系を備えた走査型露光装置によれば、例えば波長 1 57 n mの F₂レーザ光を露光用照明光として用いても 1 00 nmL/Sパターン程度の微細パターンをウェハ上に高精度に転写することが可能である。

また、エキシマレーザの代わりに、例えば波長 248 nm、 1 93 n m、 1 57 nmのいずれかに発振スぺクトルを持つ Y A Gレーザなどの固定レーザの高調波を用いるようにしても良い。 D F B半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム (又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。

例えば、単一波長レーザの発振波長を 1. 5 1 ~1. 59 mの範囲内とすると、発生波長が 1 89~1 99 nmの範囲内である 8倍高調波、又は発生波長が 1 5 1〜 1 59 n mの範囲内である 1 0倍高調波が出力される。特に発振波長を 1. 544〜1 . 553 At mの範囲内とすると、発生波長が 1 93~ 1 94 nmの範囲内の 8倍高調波、即ち A r Fエキシマレーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を 1. 57〜1. 58 xmの範囲内とすると、発生波長が 1 57〜 1 58 n mの範囲内の 1 0倍高調波、即ち F₂レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。

また、発振波長を 1 . 03~1. 1 2 mの範囲内とすると、発生波長が 1 47〜1 60 nmの範囲内である 7倍高調波が出力され、特に発振波長を 1. 099~ 1. 1 06 mの範囲内とすると、発生波長が 1 57〜 1 58 mの範囲内の 7倍高調波、即ち F₂レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。なお、単一波長発振レーザとしてはイッテルビウム · ドープ*ファイバーレーザを用いる。

また、露光光源としては、波長 1 4 6 n mの K r ₂レーザ（クリプトン ·ダイマーレーザ）、波長 1 2 6 n mの A r ₂レーザ（アルゴン 'ダイマーレーザ）、又は Y A Gレーザの高調波発生装置や半導体レーザの高調波発生装置などの真空紫外光を発生する光源を使用しても良い。

なお、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージゃウェハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより本実施形態の露光装置を製造することができる。露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

また、半導体デバイスは、デバイスの機能 ·性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からゥェハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンをウェハに転写するステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。以下、デバイス製造方法について更に詳細に説明する。

《デバイス製造方法》

次に、上述した露光装置及び露光方法をリソグラフイエ程で使用したデバイスの製造方法の実施形態について説明する。

図 7には、デバイス（ I Cや L S I等の半導体チップ、液晶パネル、 C C D、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチヤ一卜が示されている。図 7に示されるように、まず、ステップ 4 0 1 (設計ステップ）において、デバイスの機能，性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップ 4 0 2 (マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ 4 0 3 (ウェハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。

次に、ステップ 4 0 4 (ウェハ処理ステップ）において、ステップ 4 0 "！〜ステップ 4 0 3で用意したマスクとウェハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウェハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステツプ 4 0 5 (デバイス組立ステップ）において、ステップ 4 0 4で処理されたゥェハを用いてデバイス組立を行う。このステップ 4 0 5には、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。

最後に、ステップ 4 0 6 (検査ステップ）において、ステップ 4 0 5で作製されたデバイスの動作確認テス卜、耐久性テス卜等の検査を行う。こうしたェ程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。

図 8には、半導体デバイスの場合における、上記ステップ 4 0 4の詳細なフロー例が示されている。図 8において、ステップ 4 1 1 (酸化ステップ）においてはウェハの表面を酸化させる。ステップ 4 1 2 ( C V Dステップ）においてはウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ 4 1 3 (電極形成ステップ）においてはウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ 4 1 4 (イオン打込みステップ）においてはウェハにイオンを打ち込む。以上のステップ 4 1 1 〜ステップ 4 1 4それぞれは、ウェハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。

ウェハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ 4 1 5 (レジス卜形成ステップ）において、ウェハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップ 4 1 6 (露光ステップ）において、上で説明した露光装置及び露光方法によってマスクの回路パターンをウェハに転写する。次に、ステップ 4 1 7 (現像ステップ）においては露光されたウェハを現像し、ステップ 4 1 8 (エッチングステップ）において、レジス卜が残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップ 4 1 9 (レジス卜除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジス卜を取り除く。これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重に回路パターンが形成される。

以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程（ステツプ 4 1 6 ) において上記各実施形態の露光装置及びその露光方法が用いられるので、投影光学系の透過率を最良に維持した状態で露光を行い、ウェハ上の転写パターンの劣化を防止することができる。また、被照射面における可干渉性を極力低減してウェハ上に転写されるパターン線幅の制御性（例えば、線幅均一性）を向上することができる。従って、重ね合せ精度の向上を含む露光精度の向上が可能となり、高集積度のデバイスを歩留まり良く生産することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、また、各実施形態のそれぞれを必要に応じて組み合わせた構成を採ることも可能である。産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明に係る光学素子の洗浄方法は、光学素子を短時間で十分に洗浄するのに適している。本発明に係る露光装置及び露光方法は、集積回路等のマイクロデバイスを製造するリソグラフイエ程において、微細パターンをウェハ等の基板上に精度良く形成するのに適している。また、本発明に係るデバイス製造方法は、微細なパターンを有するデバイスの製造に適している。

Claims

請求の範囲 1 . 酸素を含む第 1の気体が充填されたハウジング内に収納された光学素子の洗浄方法において、前記ハウジング内に、酸素により吸収される特性を有する波長の紫外光を所定時間照射することを特徴とする光学素子の洗浄方法。

2 . 請求項 1に記載の光学素子の洗浄方法において、

前記紫外光の照射に際して、前記ハウジング内の第 1の気体を該第 1の気体に比べて酸素をより多く含む第 2の気体によって置換することを特徴とする光学素子の洗浄方法。

3 . 請求項 1に記載の光学素子の洗浄方法において、

前記紫外光の照射に際して、前記ハウジング内の第 1の気体を酸素及び才ゾンを含む第 3の気体によつて置換することを特徴とする光学素子の洗浄方法。

4 . 請求項 1〜 3のいずれか一項に記載の光学素子の洗浄方法において、前記紫外光の波長はほぼ 1 9 3 . 2 3 n mであることを特徴とする光学素子の洗浄方法。

5 . マスクのパターンを光学系を介して基板に転写する露光装置であって、露光波長の第 1の光と当該第 1の光に比べて酸素による吸収が大きい波長の第 2の光とを出射可能な光源ュニッ卜と；

前記光源ュニッ卜からの光をマスクに照射する照明用光学系と；

前記マスクから出射される光を前記基板に投射する投影光学系と；前記マスクのパターンを前記基板に転写する露光時には、前記光源ュニッ卜から前記第 1の光が前記照明用光学系を介して前記マスクに照射されるように設定するとともに、前記照明用光学系及び前記投影光学系の少なくとも一部を洗浄する洗浄時には、前記光源ュニッ卜から前記第 2の光が前記照明用光学系に入射されるように設定する制御装置とを備える露光装置。

6 . 請求項 5に記載の露光装置において、

前記制御装置は、前記洗浄時に、前記第 2の光が出射される際には、その洗浄対象の光路部分に酸素及びオゾンの少なくとも一方を含む洗浄用気体を注入することを特徴とする露光装置。

7 . 請求項 6に記載の露光装置において、

前記洗浄用気体は、酸素を十分含む気体であることを特徴とする露光装置。

8 . 請求項 6に記載の露光装置において、

前記洗浄用気体は、酸素及びオゾンを含む気体であることを特徴とする露光

9 . 請求項 6に記載の露光装置において、

前記制御装置は、前記露光時に、前記第 1の光の出射に先立って、前記光学系内に屈折率が 1に近い気体を注入することを特徴とする露光装置。

1 0 . 請求項 5に記載の露光装置において、

前記光源ユニットは、前記第 1の光を出射する第 1の光源と、前記第 2の光を出射する第 2の光源とを有し、

前記制御装置は、前記第 1の光源からの第 1の光と前記第 2の光源からの第 2の光とを択一的に前記照明用光学系に導くことを特徴とする露光装置。

1 1 . 請求項 5に記載の露光装置において、

前記光源ユニットは、単一の光源と、該光源からの出射光の波長を切り換える切り換え機構とを有し、

前記制御装置は、前記露光時と前記洗浄時とで前記切リ換え機構を介して前記光源からの出射光の波長を切り換えることを特徴とする露光装置。

1 2 . 請求項 1 1に記載の露光装置において、

前記切り替え機構は、前記光源からの出射光の波長幅を狭帯域化する狭帯域化モジュールの一部を駆動する駆動機構であることを特徴とする露光装置。

1 3 . 請求項 1 2に記載の露光装置において、

前記狭帯域化モジュールは、前記光源からの出射光の波長幅を変更可能であ y、

前記制御装置は、前記洗浄時に、前記駆動機構を介して、前記狭帯域化モジユールで狭帯域化される波長幅を酸素の吸収帯域を含む波長幅に変更することを特徴とする露光装置。

1 4 . 請求項 5に記載の露光装置において、

前記第 2の光は、波長がほぼ 1 9 3 . 2 3 n mの A r Fエキシマレーザ光であることを特徴とする露光装置。

1 5 . 請求項 5に記載の露光装置において、

前記光源ュニッ卜から前記マスクに至る前記光の光路の一部に配置され、その出射光の強度を調整可能な調整装置を更に備え、

前記制御装置は、前記第 2の光の強度が前記第 1の光の強度より高くなるように前記調整装置を制御することを特徴とする露光装置。

1 6 . マスクのパターンを光学系を介して基板に転写する露光装置であって、少なくとも露光波長を含む所定波長幅の光を出射可能な光源ュニッ卜と；前記光源ュニッ卜からの前記光を前記マスクに照射する照明用光学系と；前記マスクから出射される光を前記基板に投射する投影光学系と；前記光源ュニッ卜から前記マスクの配置面に至る前記光の光路の一部に配置され、その出射光の強度を調整可能な調整装置と；

前記マスクのパターンを前記基板に転写する露光時に比べて前記照明用光学系及び前記投影光学系の少なくとも一部を洗浄する洗浄時に前記出射光の強度が高くなるように前記調整装置を制御する制御装置とを備える露光装置。

1 7 . 請求項 1 6に記載の露光装置において、

前記調整装置は、前記光路の一部に挿入 ·退避可能に設けられ、前記光路上を通る光束を分割するビームスプリッタを含み、前記分割された一方の光束を遅延光路に廻し、再び分割した光路に戻す光遅延素子を少なくとも 1つ有し、前記制御装置は、前記ビームスプリッタを、前記露光時には前記光路上に挿入し、前記洗浄時には前記光路上から退避させることを特徴とする露光装置。

1 8 . マスクのパターンを光学系を介して基板に転写する露光方法であって、前記光学系内部の少なくとも一部に酸素が十分に存在する状態で前記光学系に露光波長の光に比べて酸素による吸収の大きい波長の紫外光を所定時間照射する第 1工程と；

前記光学系内部の少なくとも一部に存在する酸素を含む気体を屈折率が 1に近いガスで置換する第 2工程と；

前記マスクに前記露光波長の紫外光を照射して前記マスクのパターンを前記光学系を介して基板に転写する第 3工程とを含む露光方法。

1 9 . 請求項 1 8に記載の露光方法において、

前記第 1工程で照射される紫外光の強度は、前記第 3工程で照射される紫外光の強度に比べて高 L Nことを特徴とする露光方法。

2 0 . マスクのパターンを光学系を介して基板に転写する露光方法であって、露光時の第 1の光に比べて光の強度が高い第 2の光を所定時間照射する第 1 工程と；

前記マスクに露光波長の前記第 1の光を照射して前記マスクのパターンを前記光学系を介して基板に転写する第 3工程とを含む露光方法。

2 1 . リソグラフイエ程を含むデバイス製造方法であって、

前記リソグラフイエ程で、請求項 5 ~ 1 7のいずれか一項に記載の露光装置を用いて露光を行うことを特徴とするデバイス製造方法。

2 2 . リソグラフイエ程を含むデバイス製造方法であって、

前記リソグラフィ工程で、請求項 1 8〜 2 0のいずれか一項に記載の露光方法を用いることを特徴とするデバイス製造方法。

2 3 . 請求項 2 1又は 2 2に記載のデバイス製造方法によって製造されたことを特徴とするデバイス。補正書の請求の範囲

[ 2 0 0 0年 5月 1 6日（1 6 . 0 5 . 0 0 ) 国際事務局受理：新しい請求の範囲 2 4— 3 1が加えられた；他の請求の範囲は変更なし。（3頁）]

1 9 . 請求項 1 8に記載の露光方法において、

前記第 1工程で照射される紫外光の強度は、前記第 3工程で照射される紫外光の強度に比べて高いことを特徴とする露光方法。

2 1 . リソグラフイエ程を含むデバイス製造方法であって、

前記リソグラフイエ程で、請求項 5〜1 7のいずれか一項に記載の露光装置を用いて露光を行うことを特徴とするデバイス製造方法。

2 2 . リソグラフイエ程を含むデバイス製造方法であって、

2 3 . 請求項 2 1又は 2 2に記載のデバイス製造方法によって製造されたことを特徴とするデバイス。

2 4 . (追加）光源から射出された露光波長の第 1の光を、パターンが形成さ

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補正された用紙（条約第 19条）れたマスクを介して基板に照射する露光装置に備えられ、かつ前記光源と前記基板との間に配置される少なくとも一つの光学素子の洗浄方法において、前記第 1の光に対して、光の強度、光の波長及び光の波長幅の少なくとも一つを変更した第 2の光を、前記光学素子に所定時間照射することを特徴とする光学素子の洗浄方法。

2 5 . (追加）請求項 2 4に記載の洗浄方法において、

前記第 2の光は、前記第 1の光に比べて、酸素による吸収が大きい波長の光であることを特徴とする光学素子の洗浄方法。

2 6 . (追加）光源から射出された露光波長の第 1の光を、パターンが形成されたマスクを介して基板に照射する露光装置であつて、

前記光源と前記基板との間に配置された少なくとも一つの光学素子を洗浄する洗浄時に、前記第 1の光に対して、光の強度、光の波長及び光の波長幅の少なくとも一つを変更した第 2の光を前記光学素子に入射するように設定する制御装置を備える露光装置。

2 7 . (追加）請求項 2 6に記載の露光装置において、

前記第 2の光は、前記第 1の光に比べて、酸素による吸収が大きい波長の光であり、

前記制御装置は、前記光源と、前記第 2の光を射出する光源とを択一的に前記光学素子に導くことを特徴とする露光装置。

2 8 . (追加）光源から射出される露光波長の第〗の光のもとで、マスクのパターンを光学系を介して基板に転写する露光方法であって、

前記第 1の光に対して、光の強度、光の波長及び光の波長幅の少なくとも一

48 補正された用紙（条約第 19条）つを変更した第 2の光を、前記光源と前記基板との間に配置される少なくとも一つの光学素子に所定時間照射する第 1工程と；

しかる後、前記マスクに前記第 1の光を照射して、前記マスクのパターンを前記光学系を介して基板に転写する第 2工程とを含む露光方法。

2 9 . (追加）露光波長の第 1の光を射出する光源ュニッ卜であって、射出される第 1の光を、該第 1の光に比べて酸素による吸収が大きい波長の第 2の光に切り換える切換え機構を備える光源ュニッ卜。

3 0 . (追加）請求項 2 9に記載の光源ュニッ卜において、

該光源ュニッ卜は、マスクのパターンを基板に転写する露光装置に取り付けられ、

前記第 1の光は、前記マスクのパターンを基板に転写する時に射出され、前記第 2の光は、前記光源ュニッ卜と前記基板との間に配置される少なくとも一つの光学素子を洗浄する時に射出されることを特徴とする光源ュニッ卜。

3 1 . (追加）請求項 3 0に記載の光源ユニットであって、

前記切換え機構は、前記露光装置の動作を制御する制御装置によって制御されることを特徴とする光源ュニッ卜。

49 補正された用紙（条約第 19条）