(57)【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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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