(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のパターンが形成された原版を露光光で照明し、照明された前記パターンの像を感光性基板に投影する光学素子を備えた投影露光装置の光学素子光洗浄方法において、
前記露光光の進行方向と反対の方向から入射する洗浄光で前記光学素子を光洗浄することを特徴とする光学素子光洗浄方法。
【請求項２】
請求項１の光洗浄方法において、前記洗浄光は前記露光光を分岐して生成した光であることを特徴とする光学素子光洗浄方法。
【請求項３】
請求項１の光洗浄方法において、前記洗浄光は露光用光源とは別に設けられた洗浄用光源で生成するようにしたことを特徴とする光学素子光洗浄方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の光洗浄方法において、前記光学素子の汚染状態を検出し、その汚染状態に応じて前記洗浄光で前記光学素子の表面を走査することを特徴とする光学素子光洗浄方法。
【請求項５】
所定のパターンが形成された原版を露光光で照明し、照明された前記パターンの像を感光性基板に投影する光学素子を備えた投影露光装置において、
前記露光光の進行方向と反対の方向から洗浄光を前記光学素子に射出する光洗浄光学系を備えることを特徴とする投影露光装置。
【請求項６】
請求項５の露光装置において、前記露光用光源から射出されている照明光を前記光洗浄光学系へ前記洗浄光として導くための分岐光学素子を有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項７】
請求項５の露光装置において、前記洗浄光を生成するための前記露光用光源とは別の光洗浄用光源を備え、その光洗浄用光源からの光を前記光洗浄用光学系に導くようにしたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかに記載の投影露光装置において、前記光学素子の汚染状態を検出する汚染状態検出手段を備え、検出された汚染状態に応じて前記洗浄光学系を制御して前記洗浄光で前記光学素子の表面を走査することを特徴とする投影露光装置。
【請求項９】
所定のパターンが形成された原版を露光光で照明し、照明された前記パターンの像を感光性基板に投影する投影光学系と、前記投影光学系を通過した前記露光光の照度を検出するセンサを備えるステージとを備えた露光装置に用いられる光洗浄方法において、
前記ステージから射出された洗浄光を前記投影光学系側に向けて照射することを特徴とする光洗浄方法。
【請求項１０】
請求項９の光洗浄方法において、前記洗浄光は露光用光源とは別に設けられた洗浄用光源で生成するようにしたことを特徴とする光洗浄方法。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の光洗浄方法において、前記洗浄光は、前記ステージに設けられた開口パターンを介して射出されることを特徴とする光洗浄方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光洗浄方法において、前記投影光学系に前記洗浄光を照射する時、前記ステージの前記開口パターンを前記投影光学系の照射領域内に配置することを特徴とする光洗浄方法。
【請求項１３】
所定のパターンが形成された原版を露光光で照明し、照明された前記パターンの像を感光性基板に投影する投影光学系と、前記投影光学系を通過した前記露光光の照度を検出するセンサを備えるステージとを備えた投影露光装置において、
前記ステージに設けられ、前記投影光学系側に洗浄光を射出する光洗浄光学系を備えることを特徴とする投影露光装置。
【請求項１４】
請求項１３の露光装置において、前記洗浄光を生成するための前記露光用光源とは別の光洗浄用光源を備え、その光洗浄用光源からの光を前記光洗浄用光学系に導くようにしたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項１５】
請求項１３または１４の露光装置において、前記ステージは、前記光洗浄用光学系を介した前記洗浄光を射出する開口パターン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、ＬＳＩ等の半導体素子、ＣＣＤ等の撮像素子、液晶表示素子、あるいは薄膜磁気ヘッド等の半導体素子を製造するための光リソグラフィー工程でマスクもしくはレチクル（以下、レチクルとする）等の原版のパターンをウエハ等の感光性基板に露光するための光学素子光洗浄方法および投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の高集積化に伴い、その半導体素子を製造するために重要な光リソグラフィー工程にて使用される投影露光装置も急速な進歩を遂げてきている。投影露光装置に搭載されている投影光学系の解像力は、Ｒａｙｌｅｉｇｈの式で良く知られているように、Ｒ＝ｋ×λ／ＮＡの関係で表される。ここで、Ｒは投影光学系の解像力、λは露光用の光の波長、ＮＡは投影光学系の開口数、ｋはレジストの解像力の他にプロセスによって決定される定数である。
【０００３】
半導体素子の高集積化に対応して投影光学系での必要な解像力を実現するために、上式から分かるように、露光用の光源の短波長化や投影光学系の開口数を大きくする、いわゆる、高ＮＡ化への努力が続けられている。近年では、２４８ｎｍの出力波長を持つ弗化クリプトンエキシマレーザ（ＫｒＦエキシマレーザ）を露光用光源として、投影光学系の開口数も０．６以上の露光装置が実用され、０．２５μｍにも達する微細なパターンの露光が可能となってきている。
【０００４】
特に、最近では、弗化クリプトンエキシマレーザに続く光源として、１９３ｎｍの出力波長を持つ弗化アルゴンエキシマレーザ（ＡｒＦエキシマレーザ）が注目されてきている。この弗化アルゴンエキシマレーザを露光用光源とする露光装置が実現できれば、０．１８μｍ〜０．１３μｍまで及ぶ微細加工が可能となることが期待されており、精力的な研究開発が盛んに行われている。
【０００５】
この弗化アルゴンエキシマレーザの出力波長（１９３ｎｍ）の波長域では、透過率、加工性などの観点からレンズとして使用可能な材料は、現段階では合成石英ガラス、弗化カルシウム（蛍石）の２つに限定されているので、この種の露光装置用の光学材料として、十分な透過率と、内部均一性を有する材料の開発が引き続き精力的に行われている。合成石英ガラスでは内部透過率が０．９９５／ｃｍ以上、弗化カルシウムでは内部吸収が無視できるレベルにまで到達している。
【０００６】
光学材料の表面にコートされる反射防止膜用の材料も弗化クリプトンエキシマレーザの出力波長（２４８ｎｍ）の波長域のものと比べて選択範囲が非常に狭く、設計上の自由度に大きな制約を受ける。しかしながら、精力的な開発努力によりその問題も克服されつつあり、各レンズ面での損失が０．００５以下というレベルまで実現されてきている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このようなＫｒＦエキシマレーザ光の波長よりも短い波長域においては、投影露光装置中の光学系（照明光学系、投影光学系）を構成する光学素子の表面に水分や有機物が付着して光学系の透過率が低下するという問題がある。これは、複数の光学素子に挟まれた空間内の気体、または光学系を支える鏡筒の内壁や接着剤等から発生する水分やハイドロカーボン、有機物が光学系の表面に付着することに起因する。
【０００８】
図５は光学系の透過率の時間変化特性を示すもので、レーザ光源からパルスレーザ光を連続して出射させながら、レーザ光源とレチクルとの間の露光光の照度とウエハ上の露光光の照度を所定期間間隔で計測し、その両照度の比である光学系透過率を計測時刻ごとに算出して表したものである。図５から分かるように、レーザ光の照射開始直後から徐々に透過率が上昇してある程度時間が経過するとほぼ飽和状態となる。このような透過率変動は、硝材の内部特性の変動や光学系表面に付着した水分や有機物がレーザの照射により光学系表面から取除かれるために起きる。
【０００９】
このため、投影露光装置における露光動作中、即ち照明光学系からの露光光でレチクルを照明するとともに、投影光学系によってそのレチクル上のデバイスパターンの少なくとも一部の像を感光性基板上に投影し、ステップアンドリピート方式、又はステップアンドスキャン方式でそのパターン像を順次感光性基板上に転写していくと、照明光学系や投影光学系の透過率が徐々に上昇する。ただし、この透過率の上昇は一時的な洗浄効果であり、露光光の照射により光学素子の表面が活性化された光学系は、その照射を停止すると、却って周囲の水分や有機物を付着し易くする。そこで、露光光の照射（露光動作）を長時間ないし長期に停止する場合は必要に応じて、露光開始前に露光用レーザ光を所定時間照射して光洗浄を行なうことにより透過率をほぼ飽和状態にし、しかる後に露光動作を開始することが考えられるが、所定の透過率まで洗浄するのに時間がかかる。また、露光光と同じ方向から洗浄光を入射すると、洗浄光の入射面に比べて出射面の光洗浄が不十分である。
【００１０】
本発明の目的は、光学素子の感光基板側の面を十分に光洗浄するようにした光学素子光洗浄方法および投影露光装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
実施の形態を示す図１〜図４に対応づけて説明する。
（１）請求項１の発明は、所定のパターンが形成された原版Ｒを露光光で照明し、照明されたパターンの像を感光性基板Ｗに投影する光学素子を備えた投影露光装置の光学素子光洗浄方法に適用される。そして、上述した目的は、露光光の進行方向と反対の方向から洗浄光を入射して光学素子を光洗浄することにより達成される。
（２）請求項２の発明は、請求項１の光洗浄方法において、露光用光源１からの露光光を分岐して洗浄光として使用するものである。
（３）請求項３の発明は、請求項１の光洗浄方法において、洗浄光を露光用光源１とは別に設けられた洗浄用光源５１で生成するようにしたものである。
（４）請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の光洗浄方法において、光学素子の汚染状態を検出し、その汚染状態に応じて洗浄光で光学素子の表面を走査するようにしたものである。
（５）請求項５の発明は、所定のパターンが形成された原版Ｒを露光光で照明し、照明されたパターンの像を感光性基板Ｗに投影する光学素子を備えた投影露光装置に適用される。そして、露光光の進行方向と反対の方向から洗浄光を光学素子に射出する光洗浄光学系２１を備えることにより、上述の目的は達成される。
（６）請求項６の発明は、請求項５の露光装置において、露光用光源１から射出されている照明光を光洗浄光学系２１へ洗浄光として導くための分岐光学素子５を有するものである。
（７）請求項７の発明は、請求項５の露光装置において、洗浄光を生成するための露光用光源１とは別の光洗浄用光源５１を備え、その光洗浄用光源５１からの光を光洗浄用光学系２１に導くようにしたものである。
（８）請求項８の発明は、請求項５〜７のいずれかに記載の投影露光装置において、光学素子の汚染状態を検出する汚染状態検出手段を備え、検出された汚染状態に応じて洗浄光学系２１を制御して洗浄光で光学素子の表面を走査するものである。
（９）請求項９の発明による光洗浄方法は、所定のパターンが形成された原版Ｒを露光光で照明し、照明されたパターンの像を感光性基板Ｗに投影する投影光学系ＰＬと、投影光学系ＰＬを通過した露光光の照度を検出するセンサ２４を備えるステージＷＳとを備えた露光装置に用いられる光洗浄方法において、ステージＷＳから射出された洗浄光を投影光学系ＰＬ側に向けて照射することを特徴とする。
（１０）請求項１０の発明は、請求項９の光洗浄方法において、洗浄光は露光用光源１とは別に設けられた洗浄用光源５１で生成するようにしたことを特徴とする。
（１１）請求項１１の発明は、請求項９または１０に記載の光洗浄方法において、洗浄光は、ステージＷＳに設けられた開口パターン２２ａを介して射出されることを特徴とする。
（１２）請求項１２の発明は、請求項１１に記載の光洗浄方法において、投影光学系ＰＬに洗浄光を照射する時、ステージＷＳの開口パターン２２ａを投影光学系ＰＬの照射領域内に配置することを特徴とする。
（１３）請求項１３の発明による投影露光装置は、所定のパターンが形成された原版Ｒを露光光で照明し、照明されたパターンの像を感光性基板Ｗに投影する投影光学系ＰＬと、投影光学系ＰＬを通過した露光光の照度を検出するセンサ２４を備えるステージＷＳとを備えた投影露光装置において、ステージＷＳに設けられ、投影光学系ＰＬ側に洗浄光を射出する光洗浄光学系２１を備えることを特徴とする。
（１４）請求項１４の発明は、請求項１３の露光装置において、洗浄光を生成するための露光用光源１とは別の光洗浄用光源５１を備え、その光洗浄用光源５１からの光を光洗浄用光学系に導くようにしたことを特徴とする。
（１５）請求項１５の発明は、請求項１３または１４の露光装置において、ステージＷＳは、光洗浄用光学系を介した洗浄光を射出する開口パターン２２ａを有することを特徴とする。
【００１２】
以上の課題を解決するための手段の欄では実施の形態の図を参照して本発明を説明したが、これにより本発明が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。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。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ＡｒＦエキシマレーザ光源１からほぼ平行光束としての出射されたレーザ光は、所定断面形状のレーザ光に整形するビーム整形光学系やビームエキスパンダなどからなるビームマッチングユニット２を通過して可変減光器３に入射する。可変減光器３は、露光量制御ユニット４からの指令に応じてパルスレーザ光の減光率を段階的にもしくは無段階に調節する。減光器３の射出光はビームスプリッタ５に入射し、その透過光は照明光学ユニット６に入射する。なお、照明光学系はチャンバ２８に収容され、レーザ光源１はチャンバ２８の外に設置されるから、チャンバ２８にはレーザ光源１からのレーザ光を通過させる透過窓（不図示）が設けられている。
【００１４】
また図１において、照明光学ユニット６には第１フライアイレンズ７が、照明光学ユニット８には第２フライアイレンズが設けられている。第１フライアイレンズ７の射出面近傍には２次光源としての面光源が形成される。第１フライアイレンズ７からの照明光は照明光学ユニット８に入射し、第２フライアイレンズ９の射出面近傍に３次光源としての面光源が形成される。
【００１５】
第２フライアイレンズ９によって形成される面光源の位置にはタレット板１０が配設されている。石英等の透明基板からなるタレット板１０には、σ値を変更する開口絞りや変形照明用開口絞りが設けられ、投影光学系ＰＬの解像力や焦点深度を向上させるためにいずれか一つが照明光路中の３次光源位置に挿入される。そのため、タレット板１０はモータ１０Ａで回転駆動され、レチクルＲのパターンの種類に応じて１つの開口絞りが選択されて照明光学系の光路中に挿入される。モータ１０Ａは主制御ユニット１１からの指令で制御される。
【００１６】
第２フライアイレンズ９による３次光源からの光束は、可変開口絞りを通過してビームスプリッタ１２で２つの光路に分岐され、反射光はインテグレータセンサ（光電検出器）１３に導かれて照明光の照度が検出される。検出された照度に応じた信号は露光量制御ユニット４に入力される。ビームスプリッタ１２はその透過率は高いが、反射率は低く設定されている。一方、透過光は第３照明光学ユニット１４により集光されて重畳的に照明視野絞りユニット（レチクルブラインド系）１５を照明する。この照明視野絞りユニット１５は第１照明光学ユニット６中の第１フライアイレンズ７の入射面および第２照明光学ユニット８中の第２フライアイレンズ９の入射面と共役な位置に配置されている。ここで、照明視野絞りユニット１５上での照明領域は、第２フライアイレンズ９の各レンズエレメントの断面形状とほぼ相似形状となる。照明視野絞りユニット１５の視野絞りの大きさは、主制御ユニット１１からの指令により図示しない駆動機構により露光対象のショット領域に対応した開口に設定され、ウエハＷ上で本来のショット領域以外の領域に照明光が照射されるのを防止する。
【００１７】
照明視野絞りユニット１５を通過した照明光は第４照明光学ユニット１６を通って反射ミラー１７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系である第５照明光学ユニット１８で集光される。これにより、レチクルＲ上に形成された回路パターンがほぼ均一な照度分布で照明される。ここで、照明視野絞りユニット１５中のレチクルブラインドとレチクルＲのパターン面とは、第４および第５照明光学ユニット１６，１８に関してほぼ共役に配置されており、ブラインド開口によりレチクルＲ上の照明領域が規定される。
【００１８】
そして投影光学系ＰＬによってウエハＷ上にレチクルＲ上の回路パターンの像が形成され、ウエハＷ上に塗布されたレジストが感光して、ウエハＷ上に回路パターン像が転写される。
【００１９】
レチクルＲはレチクルホルダを介してレチクルステージＲＳに保持固定される。レチクルステージＲＳは、図１の紙面と直交する面内に沿って２次元的に移動するように図示しないベースに設けられている。レチクルステージＲＳにはミラーが設置され、レーザ干渉計からのレーザ光がミラーで反射されてレーザ干渉計に入射し、レーザ干渉計によりレチクルステージＲＳの位置が計測される。この干渉計とミラーの図示は省略した。この位置情報は主制御ユニット１１に入力され、この位置情報に基づいて主制御ユニット１１はレチクルステージ駆動用モータを駆動してレチクルＲの位置を制御している。また、レチクルステージＲＳにはレチクル照度センサ３１が設けられ、レチクルＲに照射される照明光の照度が計測されて主制御ユニット１１に入力される。
【００２０】
ウエハＷはウエハホルダを介してウエハステージＷＳに保持固定される。ウエハステージＷＳは、図１の紙面と直交する面内に沿って２次元的に移動するように設けられている。ウエハステージＷＳにはミラー（図示を省略）が設置され、レーザ干渉計１９からのレーザ光がミラーで反射されてレーザ干渉計１９に入射し、レーザ干渉計１９によりウエハステージＷＳの位置が計測される。この位置情報は主制御ユニット１１に入力され、この位置情報に基づいて主制御ユニット１１はウエハステージ駆動系２０を駆動してウエハＷの位置を制御している。ウエハステージＷＳ上にはウエハ照度センサ３２が設けられ、ウエハＷに照射される露光光の照度が検出される。このウエハ照度センサ３２の検出信号は主制御ユニット１１に入力される。レチクル照度センサ３１の出力値をウエハ照度センサ３２の出力値で除した値が投影光学系ＰＬの透過率となる。
【００２１】
次に、自動合焦系について図２も参照して説明する。自動合焦系は、ウエハステージＷＳ上に設けられ、所定の開口パターン２２ａが形成されたフュデューシャルマーク２２と、このフュデューシャルマーク２２の開口パターン２２ａに露光光路から分岐された洗浄光を導く逆発光系２１と、開口パターン２２ａを通過した洗浄光によりレチクルパターン面で形成されたパターン投影像の反射光を受光する光量検出器２４と、投影光学系ＰＬの下方に固定されてウエハＷ面の光軸方向の位置を検出する斜入射フォーカスセンサ２６，２７とを備える。光量検出器２４と斜入射フォーカスセンサ２７の検出信号は主制御系４に入力される。
【００２２】
逆発光系２１は、露光光路から分岐された洗浄光を通過遮断するシャッタ３３と、光ファイバケーブル２３と、ハーフミラ−２５と、その他の光学系とを備え、ビームスプリッタ５から分岐された露光光は光ファイバケーブル２３からハーフミラー２５を介してフュデューシャルマーク２２の開口パターン２２ａに導かれる。なお、ＡｒＦ光などの短波長光は光ファイバケーブルでの減衰が大きいので、光ファイバケーブル２３に代えてミラーを組合せた光学系を用い、さらに光路を窒素ガスで置換するのが好ましい。
【００２３】
このような自動合焦系は次のようにして、ウエハステージの傾斜角度を調節するとともに、１ショットごとにウエハ表面にレチクルパターンを合焦させるようにする。ウエハを露光する前にシャッタ３３を開いておく。これにより、露光用光源１からパルス光を射出させると、洗浄光がフュデューシャルーマーク２２に導かれ、開口パターン２２ａを通過する逆発光像は投影光学系ＰＬを通ってレチクルＲに達し、レチクルパターン面に投影像が結像される。この投影像がレチクルパターン面で反射する光束は投影光学系ＰＬを逆に進行してレチクルパターン面の投影光学系ＰＬに関して共役な面に結像する。開口パターン２２ａの面が投影光学系ＰＬに関してレチクルパターン面と共役な位置関係にあれば、レチクルパターン面での第１の投影像はピントがあった境界が明瞭なものとなる。またこの場合、第１の投影像の反射光による第２の投影像は、開口パターン２２ａの面上で結像してピントがあって境界が明瞭となる。第２の投影像は第１の投影像と同一形状、同一寸法、同一姿勢であるから、第２の投影像の光束の全てが開口パターン２２ａを通って光量検出器２４に達し、受光量は最大となる。一方、開口パターン２２ａの面がレチクルパターン面の共役位置からずれている場合には、開口パターン２２ａの面上での第２の投影像はピントがずれて境界がボケたものとなる。その結果、第２の投影像は開口パターン２２ａからはみ出し、光量検出器２４の受光量は低下する。
【００２４】
このような原理を用いて、ウエハステージＷＳの複数の位置におけるＺ軸方向の高さ位置の情報を検出する。すなわち、開口パターン２２ａをレチクルパターン面上の複数の位置に順番に位置決めし、各位置において光量検出器２４の出力が最大となるようにする。こうして得られた高さ情報に基づいてウエハステージＷＳの傾斜角度が図示しない傾斜角度調節機構によって調整される。傾斜が調整された後、開口パターン２２ａを投影光学系ＰＬの光軸に移動させ、再度、開口パターン２２ａの面が合焦位置となるようにウエハステージＷＳのＺ軸高さ方向を調節する。そして、この状態で開口パターン２２ａの面を斜入射フォーカスセンサ２６，２７で検出し、この検出値、すなわち、フュデューシャルマーク２２の面上でのビームスポット高さが原点として記憶される。その後ウエハステージＷＳの任意の位置に投影光学系ＰＬの視野を走査した際には、斜入射フォーカスセンサ２６，２７における反射ビームスポットの高さにより試料の露光面高さが計測され、露光面高さが原点高さとなるように主制御ユニット１１はウエハステージＷＳをＺ軸方向に調節しながら露光が行なわれる。
【００２５】
自動合焦系のフュデューシャルマーク２２から射出される逆発光はアライメント系としても使用される。図３はレチクルＲとウエハステージＷＳの位置決めのアライメント系を説明する図である。レチクルＲには黒パターンであるレチクルマークＲＭが形成されている。このレチクルマークＲＭは開口パターン２２ａの像をレチクルパターン面に投影した投影像と同一形状、同一寸法のパターンである。フュデューシャルマーク２２の開口パターン２２ａを透過した逆発光光は投影光学系ＰＬを通ってレチクルＲのパターン面に照射される。ウエハステージＷＳを移動させて開口パターン２２ａからの逆発光光の投影像を走査する。投影像がレチクルマークＲＭとちょうど重なり合うと、光量検出器３４の受光量は最小となり光量信号も最小となる。このような手法によりレチクルＲとウエハステージＷＳを位置合せできる。
【００２６】
また、光量検出器３４に代えてＣＣＤのような撮像素子で開口パターン２２ａの投影像とレチクルマークＲＭの位置関係を撮像し、この画像を画像処理してアライメントするようにしてもよい。
【００２７】
以上に構成される実施の形態の投影露光装置では、酸素による露光光の吸収を防ぐため、照明光学系を酸素の含有率を極めて小さく抑えた窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気中に配設する。そのため、照明光学系のチャンバ２８に不活性ガスを配管２９ａを介して供給する不活性ガス供給装置と、チャンバ２８から汚染された不活性ガスを配管２９ｂを介して排出する不活性ガス排出装置とが設けられる。また、投影光学系ＰＬを構成する複数の光学部材間に形成される複数の空間にも窒素ガスなどの不活性ガスを供給し、汚染された不活性ガスを複数の空間から排出する。そのため、ガス供給装置は配管３０ａを介して投影光学系ＰＬの内部へ乾燥した窒素などの不活性ガスを供給し、排出装置は投影光学系ＰＬの内部の気体を配管３０ｂを介して外部へ排出する。なお、不活性ガスとしては窒素に限ることなく、ヘリウム、アルゴン等の気体を用いることも可能である。
【００２８】
チャンバ２８や投影光学系ＰＬの鏡筒の気密性が高い場合には、いったん大気と窒素を完全に置換した後は、その置換を頻繁に行なう必要はない。しかしながら、光路内に介在する硝材、コート材、接着剤、塗料、金属、セラミックなどの各種の物質から発生する水分子やハイドロカーボンなどが光学素子の表面に付着して透過率変動が起こるので、常時窒素ガスをチャンバ内や投影光学系の鏡筒内に流しつつ、ケミカルフィルタや静電フィルタによってチャンバ内や投影光学系の鏡筒内の不純物を除去するのが好ましい。
【００２９】
次に本例における動作について説明する。まず、図１に示すように、乾燥した窒素等の不活性ガスをガス供給装置から配管２９ａ，３０ａを介してチャンバ２８と投影光学系ＰＬの鏡筒内部に供給し、完全に充填された後、排出装置によりチャンバ２８と投影光学系ＰＬの鏡筒内部の気体を配管２９ａ，３０ｂを介して外部へ排出する。
【００３０】
なお、上述したように、露光中もガス供給装置と排出装置を常時作動させ、チャンバ２８や投影光学系ＰＬの鏡筒内の光学素子間の雰囲気を常に乾燥清浄された状態に保持するのが好ましいが、露光動作に先立ってチャンバ２８や投影光学系ＰＬの鏡筒のレンズ室などの光学素子間に形成される空間の気体を清浄化した後は、供給装置と排出装置を停止させてもよい。
【００３１】
次いで、不図示のレチクルローディング機構により、転写対象となるパターンが描画されたレチクルＲをレチクルステージＲＳの上に搬送して載置する。このとき、そのレチクルＲが所定の位置に設置されるように、不図示のレチクルアライメント系によりそのレチクルＲの位置を計測し、その結果にしたがって、不図示のレチクル位置制御回路によってレチクルＲの位置を所定の位置に設定する。
【００３２】
レチクルＲのパターンが転写されるウエハＷの表面には感光材料であるレジストがあらかじめ塗布されており、その状態で不図示のウエハローディング機構によりウエハＷが搬送されてウエハステージＷＳ上に設置される。ウエハＷはウエハステージＷＳ上でアライメントされて保持固定される。
【００３３】
露光作業を開始する前に、ウエハステージＷＳ上に設けた照度センサ３２を投影光学系ＰＬの光軸上に移動して、インテグレータセンサ１３の計測値Ｌ１と照度センサ３２の計測値ＬＷをサンプリングする。一方、レジスト材の感度特性などに応じてウエハ上での目標照度ＴＬが設定される。インテグレータセンサ１３は第１および第２フライアイレンズ７，９で均一化された露光光の照度に応じた検出信号ＬＩを出力する。照度センサ３２はウエハステージＷＳ上の露光光の照度に応じた検出信号ＬＷを出力する。インテグレータセンサ１３の検出信号ＬＩと照度センサＷＳの検出信号ＬＷとの比（センサ３２の出力ＬＷ／センサ１３の出力ＬＩ）を算出し、この比ＬＷ／ＬＩに所定の係数Ｋ１を乗じてゲインαを演算する。そして露光作業中は、インテグレータセンサ１３の出力信号にゲインαが乗じられて推定実照度ＬＰＲが出力される。すなわち、推定実照度ＬＰＲは、露光開始時においてインテグレータセンサ１３の計測値が１００でウエハ上の照度が５０であるとした場合、５０／１００の比率に所定の係数Ｋ１を乗じて求めたゲインαと、露光中のインテグレータセンサ１３の出力信号とを乗じてウエハ上の照度を推定したものである。そして、推定実照度ＬＰＲが照度目標値ＴＬになるように、主制御ユニット１１からの指令にしたがって露光量制御ユニット４が光源１への印加電圧（充電電圧）を変更することで、レーザ光源１の出力が調節される。また、露光量制御ユニット４が減光器３の透過率（減光率）を調整してもよいし、あるいは光源１と減光器３の両方を制御してもよい。これにより、光源の劣化に伴う照度の低減が防止される。
【００３４】
ウエハステージＷＳ上に設置されたウエハＷは第１回目のパターンの転写では、そのウエハＷ上にパターンは存在せず、ウエハステージＷＳ上の所定の位置に、例えばウエハＷの外径基準で定められる位置に設置される。その後、ウエハＷ上にパターンが転写される。この転写は、レチクルＲ上のパターンの一部を可変視野絞り（レチクルブラインド）１５によって選択的に照明し、レチクルステージＲＳによってレチクルＲをその可変視野絞り１５によって規定される照明領域に対して相対移動し、それに同期しながらウエハＷをウエハステージＷＳによって投影光学系ＰＬに関してその照明領域と共役な投影領域に対して相対移動する、いわゆる走査型の転写（ステップアンドスキャン方式）である。あるいは、転写したいレチクルＲ上のパターン領域の全面を１度に全て照明して転写するステップアンドリピート方式でもよい。
【００３５】
ウエハＷに対する第２回目以降のパターンの転写の場合には、少なくともウエハＷ上にはパターンが存在するから、そのあらかじめ転写されたパターンに付設されるマークを不図示のウエハアライメント系により計測することによりウエハＷ上のそのパターンの位置を計測し、その結果にしたがって、ウエハＷ上に先に転写されたパターンに対して、これから転写するパターンが所定の位置関係になるように、レチクルステージＲＳやウエハステージＷＳの位置を制御する。
【００３６】
このようなパターン露光中、露光光により投影光学系ＰＬは光洗浄されるが、露光開始前は汚染物質が光学系の表面に付着していて透過率が低い値にあり、また、露光光の照射を停止すると雰囲気中に浮遊している汚染物質が光学系の表面に再付着して透過率が低下する。そのため、露光開始前にいわゆるパルスの空打ちにより光洗浄を行ない、光学系表面から汚染物質を除去して透過率を所定値以上に高めてから露光を開始する。また、この実施の形態では露光開始前に自動合焦系によりウエハステージＷＳの傾斜角度を調整するが、このとき、逆発光系２１から照射されるパルス光により投影光学系ＰＬは光洗浄される。この場合、パルス光は露光光とは逆方向にウエハステージＷＳ側から進行するので、露光光により光洗浄される面とは逆の面にパルス光が照射される。したがって、レチクル側からの露光光では除去しきれない投影光学系ＰＬのウエハ側の面に付着する汚染物質を除去することができる。
【００３７】
ここで、露光前のパルス空打ちと並行して逆発光系２１からも洗浄光を照射しながらウエハステージＷＳを走査すれば、投影光学系ＰＬのウエハステージ側の面に照射される逆発光系２１からの光でも光洗浄されるので、光洗浄時間が短縮できる。また、逆発光系２１からの洗浄光を使用するので開口絞りの大きさや形状に影響を受けることなく、所定の光洗浄を行なうことができる。
【００３８】
露光中や露光停止中に投影光学系ＰＬの透過率を演算し、その透過率が所定値以下に低下したときに光洗浄を行なうようにしてもよい。演算結果の透過率が所定値以下の場合には、シャッタ３３を開き、ウエハステージＷＳを移動してフュデューシャルマーク２２を投影光学系ＰＬの照射領域内で走査しながら、レーザ光源１からレーザ光を照射する。したがって、投影光学系ＰＬが露光光と逆発光系からの光の双方で光洗浄され、露光光だけで光洗浄する場合に比べて光洗浄効率がよい。
【００３９】
投影光学系ＰＬの汚染ムラを測定し、汚染が進んでいる領域を逆発光で狙い打ちして光洗浄することができる。すなわち、ウエハステージＷＳ上の照度センサ３２を投影光学系ＰＬの照明領域内で走査することにより、主制御ユニット１１において、投影光学系ＰＬの汚染状態を検出する。そして、汚染状態が悪い領域に逆発光系２１からの照射光が照射されるようにウエハステージＷＳを移動させることにより、特定の箇所のみ光洗浄を行なって汚染ムラを解消できる。
【００４０】
逆発光系２１からの光で投影光学系ＰＬを洗浄する場合、レチクルステージＲＳ上にミラーを設置し、逆発光系２１から照射される光をそのミラーで全反射させることにより光洗浄効率を高めることができる。
【００４１】
以上では、露光用レーザ光源１の射出光を洗浄用光学系に分岐して洗浄光を生成したが、露光光量が不足する場合には、洗浄用光源を用いるのが好ましい。図４はその場合の投影露光装置の一実施の形態を示す。図４に示すように、洗浄用光源５１からの出射光はシャッタ３３を介して光ファイバーケーブル２３に入射される。洗浄用光源５１は露光用レーザ光源１と同一のものでもよいが、光洗浄効果が期待できればその他の光源でもよく、たとえば、低圧水銀灯を使用できる。
【００４２】
さらに以上では自動合焦系やアライメント系に使用する逆発光光を用いるようにしたが、この逆発光系とは別にウエハステージＷＳ側から洗浄光を照射する光洗浄専用の光学系を用いてもよい。この場合、照明領域を大きくすることができ、開口パターン２２ａの走査時間よりも短い時間で洗浄できる。また、図１あるいは図２に示した逆発光系のＮＡは小さく、洗浄領域も極めて限られ、洗浄できない領域が残ってしまう。そこで、ＮＡを大きくしたり、凹レンズなどにより光束を広げるレンズを用いてもよい。あるいは、微細な回折格子を介して洗浄光を投影光学系ＰＬに入射させて、洗浄領域を広げてもよい。
【００４３】
以上の実施の形態と請求項との対応において、レチクルＲが原版を、逆発光系２１が洗浄用光学系を、主制御ユニット１１が汚染状態検出手段をそれぞれ構成する。
以上のように本実施の形態によれば、
（１）露光光の進行方向と反対の方向から入射する洗浄光で光学素子を光洗浄するようにしたので、露光光では洗浄し切れない感光基板側の汚れを洗浄することができる。
（２）洗浄光を露光光を分岐して生成すれば、専用の光源が不要となる、低コスト化を図ることができる。
（３）洗浄光を露光用光源とは別に設けた洗浄用光源で生成することにより、露光光の光量を落とすことなく大きな光量で洗浄することができる。
（４）露光光の進行方向と反対の方向から入射する洗浄光で光学素子を光洗浄するのと並行して、露光光の進行方向から入射する露光光で光学素子を光洗浄することにより、短時間で所定の透過率まで洗浄することができ、スループットが向上する。
（５）光学素子の汚染状態を検出し、その汚染状態に応じて洗浄光を走査すれば、局部的な汚染状態を除去することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、露光光の進行方向と反対の方向から入射する洗浄光で光学素子を光洗浄するようにしたので、露光光では洗浄し切れない感光基板側の汚れを洗浄することができる。
また、ステージから射出された洗浄光を投影光学系側に向けて照射しているので、露光光では洗浄し切れない感光基板側の汚れを洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による投影露光装置の一実施の形態の概略的構成を示す図
【図２】図１の自動合焦系の詳細図
【図３】図２の自動合焦系の逆発光光を用いるアライメント系を説明する図
【図４】洗浄用に専用の光源を用いた実施の形態を示す図
【図５】透過率変動を説明する図
【符号の説明】
１  ＡｒＦエキシマレーザ光源
４  露光量制御ユニット
１１  主制御ユニット
１３  インテグレータセンサ
２１  逆発光系
２４  光量検出器
３１  レチクル照度センサ
３２  ウエハ照度センサ
３３  シャッタ
５１  洗浄用光源
Ｒ  レチクル
ＲＳ  レチクルステージ
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウエハ
ＷＳ  ウエハステージ
【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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