(57)【要約】露光対象物が収納される気密室内に露光ビームを透過する気体を供給する場合に、その気密室内の不純物濃度を急激に高めることなく、その気密室内の物体の交換を行うことができる露光方法及び装置である。ウエハ室（３８）内にウエハステージ系（ＷＳＴ）を収納し、ロードロック室（７２Ａ，７２Ｂ）及びウエハ搬送室（７３）内にウエハローダ系（ＷＬＤＡ，ＷＬＤＢ）を収納する。給気装置（５）からウエハ室（３８）内に高純度のパージガスを供給し、ウエハ室（３８）内の気体の一部をバイパス用配管（６１Ａ，６１Ｂ）を介してロードロック室（７２Ａ，７２Ｂ）に供給し、この内の気体の一部をバイパス用配管（６２Ａ，６２Ｂ）を介してウエハ搬送室（７３）に供給し、ウエハ室（３８）及びロードロック室（７２Ａ，７２Ｂ）内の気体を回収装置（４）を介して再利用する。
2002075795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光ビームで物体を露光する露光方法において、
前記物体を前記露光ビームを透過する気体が供給される気密室内に収納して露光を行うとともに、
前記物体を前記気密室内に搬入して、前記物体を前記露光ビームで露光して、前記物体を次の露光対象の物体と交換するまでの１サイクルの間、前記気密室内の不純物の濃度の変化量が所定の許容範囲以下に保たれるように、前記気密室に対する前記露光ビームを透過する気体の供給量を制御することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記１サイクルは２０〜３０秒であり、前記許容範囲は１０ｐｐｂ〜２０ｐｐｍであることを特徴とする請求の範囲１に記載の露光方法。
【請求項３】
前記物体が一時的に保持され、前記物体の搬入又は搬出時に外気に開放される搬送室と、
前記搬送室と前記気密室との間に配置される予備室とを更に有し、
前記気密室と前記予備室とを配管によって、連通させて、
前記気密室内の不純物濃度が前記所定の許容範囲内に収まるように、前記気密室に前記露光ビームを透過する気体を供給するとともに、前記気密室内に供給された気体を前記配管を介して前記予備室内に供給し、
前記予備室内に供給された前記気体の少なくとも一部を前記搬送室を介して排気することを特徴とする請求の範囲１に記載の露光方法。
【請求項４】
前記予備室と前記搬送室とを配管で連通させることを特徴とする請求の範囲３に記載の露光方法。
【請求項５】
前記予備室内の気体の排気も行うことを特徴とする請求の範囲３又は４に記載の露光方法。
【請求項６】
前記予備室から排気された気体から不純物を除去して得られる清浄な気体を再び前記気密室に供給することを特徴とする請求の範囲５に記載の露光方法。
【請求項７】
前記物体が一時的に保持され、前記物体の搬入又は搬出時に外気に開放される搬送室と、
前記搬送室と前記気密室との間に配置される予備室とを更に有し、
前記搬送室、前記気密室、及び前記予備室から排気された気体を共通の容器内に回収し、
該回収された気体の一部を排気するとともに、前記回収された気体に前記露光ビームを透過する気体を加える純化処理を行い、
該純化処理が施された気体を前記搬送室、前記気密室、及び前記予備室内に供給することを特徴とする請求の範囲１に記載の露光方法。
【請求項８】
前記搬送室を外気に開放した際に前記搬送室内に混入する外気の体積を所定倍した体積の前記露光ビームを透過する気体を前記回収された気体に加えることを特徴とする請求の範囲７に記載の露光方法。
【請求項９】
前記搬送室、前記気密室、及び前記予備室内に供給される気体の流量を互いに独立に制御し、前記搬送室、前記気密室、及び前記予備室内から排気される気体の圧力を互いに独立に制御することを特徴とする請求の範囲７又は８に記載の露光方法。
【請求項１０】
前記搬送室から排気された気体から不純物を除去して得られる気体を前記容器内に回収することを特徴とする請求の範囲７、８、又は９に記載の露光方法。
【請求項１１】
露光ビームで物体を露光する露光装置において、
前記露光時に前記物体を収納する気密室と、
前記露光ビームを透過する気体を前記気密室内に供給する気体供給装置と、
前記気密室内の不純物濃度を計測する不純物センサと、
前記物体を前記気密室内に搬入し、前記露光ビームで露光を行い、前記物体を次の露光対象の物体と交換するまでの１サイクルの間、前記不純物センサによって計測される濃度の変化量が所定の許容範囲以下に保たれるように、前記気体供給装置の動作を制御する制御系とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
前記物体を一時的に保持し、前記物体の搬入又は搬出時に外気に開放される搬送室と、
前記搬送室と前記気密室との間に配置される予備室と、
前記気密室内の不純物濃度が前記所定の許容範囲内に収まるように、前記気密室に前記露光ビームを透過する気体を供給するとともに、前記気密室内に供給された気体を配管を介して前記予備室内に供給する気体供給系と、
前記予備室内に供給された前記気体の少なくとも一部を前記搬送室を介して排気する気体排気系とを有することを特徴とする請求の範囲１１に記載の露光装置。
【請求項１３】
前記予備室と前記搬送室とを連通させる配管と、
前記予備室から排気された気体から不純物を除去して得られる気体を再び前記気密室に供給する気体純化系とを設けたことを特徴とする請求の範囲１２に記載の露光装置。
【請求項１４】
前記物体を一時的に保持し、前記物体の搬入又は搬出時に外気に開放される搬送室と、
前記搬送室と前記気密室との間に配置される予備室と、
前記搬送室、前記気密室、及び前記予備室から排気された気体を共通の容器内に回収する排気系と、
該回収された気体の一部を排気するとともに、前記回収された気体の前記露光ビームを透過する気体を加える純化処理を行う気体純化系と、
該純化処理が施された気体を前記搬送室、前記気密室、及び前記予備室内に供給する気体供給系とを有することを特徴とする請求の範囲１１に記載の露光装置。
【請求項１５】
露光ビームで物体を露光する露光方法において、
前記物体が一時的に保持され、前記物体の搬入又は搬出時に外気に開放される搬送室と、
前記物体を露光する際に、前記物体を収納する露光室と、
前記搬送室と前記露光室との間に配置される予備室とに前記物体が移動する空間を分割し、
前記露光室と前記予備室とを配管によって連通させて、
前記露光室内の不純物濃度が所定の許容範囲内に収まるように、前記露光室に前記露光ビームを透過する気体を供給するとともに、前記露光室内に供給された気体を前記配管を介して前記予備室内に供給し、
前記予備室内に供給された前記気体の少なくとも一部を前記搬送室を介して排気することを特徴とする露光方法。
【請求項１６】
露光ビームで物体を露光する露光方法において、
前記物体が一時的に保持されて、前記物体の搬入又は搬出時に外気に開放される搬送室と、
前記物体を露光する際に、前記物体を収納する露光室と、
前記搬送室と前記露光室との間に配置される予備室とに前記物体が移動する空間を分割し、
前記搬送室、前記露光室、及び前記予備室内から排気された気体を共通の容器内に回収し、
該回収された気体の一部を排気するとともに、前記回収された気体に前記露光ビームを透過する気体を加える純化処理を行い、
該純化処理が施された気体を前記搬送室、前記露光室、及び前記予備室内に供給することを特徴とする露光方法。
【請求項１７】
露光ビームで物体を露光する露光装置において、
前記物体を一時的に保持し、前記物体の搬入又は搬出時に外気に開放される搬送室と、
前記物体を露光する際に、前記物体を収納する露光室と、
前記搬送室と前記露光室との間に配置される予備室と、
前記露光室内の不純物濃度が所定の許容範囲内に収まるように、前記露光室に前記露光ビームを透過する気体を供給するとともに、前記露光室内に供給された前記気体を配管を介して、前記予備室内に供給する気体供給系と、
前記予備室内に供給された前記気体の少なくとも一部を前記搬送室を介して排気する気体排気系とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１８】
露光ビームで物体を露光する露光装置において、
前記物体を一時的に保持し、前記物体の搬入又は搬出時に外気に開放される搬送室と、
前記物体を露光する際に、前記物体を収納する露光室と、
前記搬送室と前記露光室との間に配置される予備室と、
前記搬送室、前記露光室、及び前記予備室内の気体を共通の容器に回収する排気系と、
該回収された気体の一部を排気するとともに、該回収された気体に前記露光ビームを透過する気体を加える純化処理を行う気体純化系と、
該純化処理が施された気体を前記搬送室、前記露光室、及び前記予備室内に供給する気体供給系とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１９】
請求の範囲１〜１０、１５、１６の何れか一項に記載の露光方法を用いてデバイスパターンをワークピース上に転写する工程を含むデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、例えば半導体素子、液晶表示素子、プラズマディスプレイ素子又は薄膜磁気ヘッド等のデバイスを製造するためのリソグラフィ工程でマスクパターンを基板上に転写する際に使用される露光方法及び装置、並びにその露光方法を使用するデバイス製造方法に関する。
背景技術
半導体素子等を製造する際に使用される一括露光型（ステッパー型）、又は走査露光型（ステップ・アンド・スキャン方式等）の露光装置においては、解像度を更に高めるために、露光ビームとしてＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）よりも短波長のＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）が使用されつつある。また、露光ビームとして、更に短波長のＦ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の使用も検討されている。ところが、これらの波長２００ｎｍ以下程度の真空紫外光（ＶＵＶ光）は、通常の空気に含まれる酸素等の気体（不純物）による吸収率が高いため、その真空紫外光を露光ビームとして使用する場合には、露光光源から被露光基板としてのウエハ（又はガラスプレート等）までの露光ビームの光路の大部分を気密室（サブチャンバ）内に収納し、この気密室内に窒素ガスやヘリウムガスのような真空紫外光に対して高透過率の気体（パージガス）を供給する必要がある。
そのため、ウエハの位置決めを行うウエハステージを、気密室としてのウエハ室内に収納する必要性がある。更に、このウエハ室内にパージガスを供給し、そのウエハ室内の不純物濃度が許容範囲を超えたときに、そのウエハ室内の気体をそのパージガスで再置換するようにした露光装置が提案されている。
上記の如く真空紫外光を露光ビームとして使用する露光装置では、ウエハ室内に真空紫外光を透過する気体であるパージガスを供給することが検討されている。これに関して、露光装置においては、１つの露光工程で、１ロットのウエハに順次露光を行う必要がある。未露光のウエハ、及び露光済みのウエハは、ほぼ大気環境下に設置されたウエハカセット内に収納されているため、露光工程中に、そのウエハカセットとその気密化されたウエハ室との間で繰り返してウエハの交換を行う必要がある。
しかしながら、このように露光工程中に、ほぼ大気環境下のウエハカセットとそのパージガスが供給されているウエハ室との間でウエハの交換を行うと、そのウエハ室内に大気、ひいては露光ビームを吸収する酸素等の不純物が混入して、そのウエハ室内の不純物の濃度が上昇してしまう。
更に、例えばパージガスとしてヘリウムガスを使用する場合には、ヘリウムガスは高価であるため、そのようにウエハ室内と大気環境下のウエハカセットとの間を直接連通できるようにすると、ウエハ交換毎にヘリウムガスが大量に漏れ出ることになる。その結果、ヘリウムガスの使用量が増加して、露光装置の運転コストが上昇するという不都合がある。
また、マスクとしてのレチクルの位置決めを行うレチクルステージが収納されるレチクル室内にもパージガスが供給されるが、露光工程中にそのレチクルステージ上のレチクルの交換を行うために、単にレチクル室を開放する場合には、ウエハ室の場合と同様に、レチクル室内の不純物濃度が大幅に上昇してしまう。そのため、レチクル室内をパージガスで再置換するものとすると、露光工程のスループットが低下し、パージガスの使用量も増加してしまう。
本発明は斯かる点に鑑み、露光対象の物体を気密室内に収納して、その気密室内に露光ビームを透過する気体を供給する場合に、その気密室内の不純物の濃度を急激に高めることなく、その気密室内の物体の交換を行うことができる露光技術を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明による第１の露光方法は、露光ビームで物体（Ｗ１）を露光する露光方法において、その物体をその露光ビームを透過する気体が供給される気密室（３８）内に収納して露光を行うとともに、その物体をその気密室内に搬入して、その物体をその露光ビームで露光して、その物体を次の露光対象の物体と交換するまでの１サイクルの間、その気密室内の不純物の濃度の変化量が所定の許容範囲以下に保たれるように、その気密室に対するその露光ビームを透過する気体の供給量を制御するものである。
斯かる本発明によれば、その気密室内の物体を交換する際にも、その気密室内の不純物濃度が急激に高まることがなくなり、その露光ビームを透過する気体の使用量も低く抑えることができる。
この場合、一例としてその１サイクルは２０〜３０秒であり、その許容範囲は１０ｐｐｂ〜２０ｐｐｍである。その許容範囲を１０ｐｐｂより小さくするのは、その気密室の気密性を高めるための設備や、その気密室内にその露光ビームを透過する気体を供給する設備のコストが高くなり過ぎる一方で、その許容範囲を２０ｐｐｍより大きくすると、その気密室内でのその露光ビームの吸収率が高くなり、その物体上での照度が低下して、スループットを高められなくなる。
なお、許容範囲を１０ｐｐｂ〜２０ｐｐｍと広範囲に設定しているのは、露光装置における露光ビームの波長を２００ｎｍ以下の真空紫外光に対応させるためである。すなわち、露光ビームの波長がＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）であれば、不純物として、酸素及び有機物に着目し、酸素濃度及び有機物濃度の少なくとも一方を５〜２０ｐｐｍ以下にすればよい。また、露光ビームの波長がＦ２レーザ（波長１５７ｎｍ）であれば、不純物として、酸素、水蒸気及び有機物に着目し、酸素濃度及び水蒸気濃度を０．１ｐｐｍ以下にし、有機物濃度を１０ｐｐｂ以下にすればよい。
次に、本発明の第２の露光方法は、露光ビームで物体（Ｗ１）を露光する露光方法において、その物体が一時的に保持され、その物体の搬入又は搬出時に外気に開放される搬送室（７３）と、その物体を露光する際に、その物体を収納する露光室（３８）と、その搬送室とその露光室との間に配置される予備室（７２Ａ，７２Ｂ）とにその物体が移動する空間を分割し、その露光室とその予備室とを配管（６１Ａ，６１Ｂ）によって連通させて、その露光室内の不純物濃度が所定の許容範囲内に収まるように、その露光室にその露光ビームを透過する気体を供給するとともに、その露光室内に供給された気体をその配管を介してその予備室内に供給し、その予備室内に供給されたその気体の少なくとも一部をその搬送室を介して排気するものである。
斯かる本発明によれば、その露光対象の物体が収納される露光室（３８）と、その外気に開放される搬送室（７３）との間に予備室（７２Ａ，７２Ｂ）が配置されるため、その露光室内の物体を交換する場合にもその露光室が直接外気に開放されることがない。また、その露光ビームを透過する気体は、露光室から予備室を経て搬送室側に流れるため、その物体の交換時にその露光室内の不純物濃度が急激に高まることはない。
本発明において、その露光室内に例えばツイン・ステージ方式のステージ系が設置されるようなときには、２つの可動ステージに対応させて２つの予備室を設けるようにしてもよい。なお、本発明における予備室は、必要に応じて少なくとも１つ以上設ければよい。
また、その予備室とその搬送室とを配管（６２Ａ，６２Ｂ）で連通させるようにしてもよい。これによって、予備室と搬送室との間のシャッタが閉じている場合に、搬送室を外気に開放するような場合でも、予備室から搬送室にその露光ビームを透過する気体が流れるため、搬送室内に不純物を含む外気が大量に流入することがなくなる。
また、その予備室内の気体の排気を行うようにしてもよく、この場合には更にその予備室から排気された気体から不純物を除去して得られる清浄な気体を再びその露光室に供給するようにしてもよい。予備室内の気体は不純物の量が少ないため、不純物除去処理を行って再利用することによって、その露光ビームを透過する気体の使用量を減少させることができ、運転コストを低減できる。
次に、本発明の第３の露光方法は、露光ビームで物体（Ｗ１）を露光する露光方法において、その物体が一時的に保持されて、その物体の搬入又は搬出時に外気に開放される搬送室（７３）と、その物体を露光する際に、その物体を収納する露光室（３８）と、その搬送室とその露光室との間に配置される予備室（７２Ａ，７２Ｂ）とにその物体が移動する空間を分割し、その搬送室、その露光室、及びその予備室内から排気された気体を共通の容器（５Ａ）内に回収し、この回収された気体の一部を排気するとともに、その回収された気体にその露光ビームを透過する気体を加える純化処理を行い、この純化処理が施された気体をその搬送室、その露光室、及びその予備室内に供給するものである。
斯かる露光方法においても、その露光室とその搬送室との間に予備室が配置されているため、その露光室内の物体の交換を行う際にも、その露光室内の不純物濃度が急激に上昇することがない。また、複数の部屋から排気された気体を共通の容器に回収し、この回収された気体に純化処理を行うようにしているため、給排気機構を単純化して、且つ単純な制御でその露光室内の不純物濃度を低く管理することができる。
この場合、その搬送室を外気に開放した際にその搬送室内に混入する外気の体積を所定倍した体積のその露光ビームを透過する気体をその回収された気体に加えるようにしてもよい。これによって、制御が更に容易になる。
また、その搬送室、その露光室、及びその予備室内に供給される気体の流量を互いに独立に制御し、その搬送室、その露光室、及びその予備室内から排気される気体の圧力を互いに独立に制御することが望ましい。これによって、例えば露光室内の不純物濃度の許容値を他の部屋内の不純物濃度の許容値よりも低くするというように、複数の部屋内の不純物濃度を独立に管理できる。
また、その搬送室から排気された気体から不純物を除去して得られる気体をその容器内に回収することが望ましい。搬送室は外気に開放されることがあり、その内部の気体は他の部屋に比べて不純物の濃度が高いと考えられるため、そのように不純物除去処理を行うことによって、その露光室内の不純物濃度を低下させることができる。
次に、本発明の第１の露光装置は、露光ビームで物体（Ｗ１）を露光する露光装置において、その露光時にその物体を収納する気密室（３８）と、その露光ビームを透過する気体をその気密室内に供給する気体供給装置（５，６）と、その気密室内の不純物濃度を計測する不純物センサ（９３Ａ）と、その物体をその気密室内に搬入し、その露光ビームで露光を行い、その物体を次の露光対象の物体と交換するまでの１サイクルの間、その不純物センサによって計測される濃度の変化量が所定の許容範囲以下に保たれるように、その気体供給装置の動作を制御する制御系（６７）とを有するものである。この露光装置によって、本発明の第１の露光方法を実施できる。
また、本発明の第２の露光装置は、露光ビームで物体（Ｗ１）を露光する露光装置において、その物体を一時的に保持し、その物体の搬入又は搬出時に外気に開放される搬送室（７３）と、その物体を露光する際に、その物体を収納する露光室（３８）と、その搬送室とその露光室との間に配置される予備室（７２Ａ，７２Ｂ）と、その露光室内の不純物濃度が所定の許容範囲内に収まるように、その露光室にその露光ビームを透過する気体を供給するとともに、その露光室内に供給されたその気体を配管（６１Ａ，６１Ｂ）を介して、その予備室内に供給する気体供給系（５，６）と、その予備室内に供給されたその気体の少なくとも一部をその搬送室を介して排気する気体排気系（１７Ｆ，６３Ｂ）とを有するものである。斯かる露光装置によって本発明の第２の露光方法を実施できる。
この場合、その予備室とその搬送室とを連通させる配管（６２Ａ，６２Ｂ）と、その予備室から排気された気体から不純物を除去して得られる気体を再びその露光室に供給する気体純化系（４，５，６）とを設けることが望ましい。
また、本発明の第３の露光装置は、露光ビームで物体（Ｗ１）を露光する露光装置において、その物体が一時的に保持されて気密化され、その物体の搬入又は搬出時に外気に開放される搬送室（７３）と、その物体を露光する際に、その物体を収納する露光室（３８）と、その搬送室とその露光室との間に配置される予備室（７２Ａ，７２Ｂ）と、その搬送室、その露光室、及びその予備室内の気体を共通の容器（５Ａ）に回収する排気系（１０３）と、この回収された気体の一部を排気するとともに、この回収された気体にその露光ビームを透過する気体を加える純化処理を行う気体純化系（５Ａ，６）と、この純化処理が施された気体をその搬送室、その露光室、及びその予備室内に供給する気体供給系（６８Ａ）とを有するものである。この露光装置によって本発明の第３の露光方法を実施できる。
次に、本発明のデバイス製造方法は、本発明の露光方法を用いてデバイスパターン（Ｒ１，Ｒ２）をワークピース（Ｗ１，Ｗ２）上に転写する工程を含むものである。本発明によって、微細なデバイスを高スループットで量産することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の好ましい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、露光ビームとして真空紫外光を用いた、ステップ・アンド・スキャン方式よりなる走査露光方式の投影露光装置で露光を行う場合に本発明を適用したものである。
図１は、本例の投影露光装置を示す正面図、図２はその投影露光装置を示す側面図であり、この図１及び図２において、一例として本例の投影露光装置の大部分は半導体製造工場の床１上のクリーンルーム内に設置され、その階下の機械室の準クリーンルーム内の床２上にその投影露光装置の露光光源３が設置されている。露光光源３としては、ＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）が使用されるが、それ以外のＦ２レーザ光源（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ２レーザ光源（波長１４６ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高調波発生装置、半導体レーザの高調波発生装置等の真空紫外光（本例では波長２００ｎｍ以下の光）を発生する光源も使用することができる。また、露光光源３としてＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４８ｎｍ）や水銀ランプ（ｉ線等）等を使用する場合にも本発明が適用できる。
本例のように露光ビームとして真空紫外光を使用する場合、真空紫外光は、通常の大気中に存在する酸素、水蒸気、炭化水素系ガス（二酸化炭素等）、有機物、及びハロゲン化物等の吸光物質よりなる不純物によって大きく吸収されるため、露光ビームの減衰を防止するためには、これらの不純物の気体の濃度を露光ビームの光路上で平均的に１０ｐｐｂ〜１００ｐｐｍ程度以下に抑えることが望ましい。そこで本例では、その露光ビームの光路上の気体を、露光ビームを透過する気体、即ち窒素（Ｎ２）ガス、又はヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、若しくはラドン（Ｒｎ）よりなる希ガス等の露光ビームに対して高透過率で化学的に安定であると共に、不純物が高度に除去された気体（以下、「パージガス」とも呼ぶ。）で置換する。窒素ガス及び希ガスをまとめて不活性ガスとも呼ぶ。
なお、その不純物（吸光物質）の濃度（又はその許容値）は、露光ビームの光路上に存在する不純物の種類に応じて異ならせてもよく、例えば有機系の不純物の濃度を１０ｐｐｂ〜１０ｐｐｍ程度以下として最も厳しく管理し、それに続いて、水蒸気、酸素、及びその他の物質に順にその濃度を緩くしてもよい。
なお、本例では、露光光源３としてＦ２レーザ光源が使用される場合には、酸素濃度及び水蒸気濃度を０．１ｐｐｍ以下、有機物濃度が１０ｐｐｂ以下になるように、厳しく管理する必要がある。
また、窒素ガスは、真空紫外域中でも波長１５０ｎｍ程度までは露光ビームが透過する気体（パージガス）として使用することができるが、波長が１５０ｎｍ程度以下の光に対してはほぼ吸光物質（不純物）として作用するようになる。そこで、波長が１５０ｎｍ程度以下の露光ビームに対するパージガスとしては希ガスを使用することが望ましい。また、希ガスの中では屈折率の安定性、及び高い熱伝導率等の観点より、ヘリウムガスが望ましいが、ヘリウムは高価であるため、運転コスト等を重視する場合には他の希ガスを使用してもよい。また、パージガスとしては、単一の種類の気体を供給するだけでなく、例えば窒素とヘリウムとを所定比で混合した気体のような混合気体を供給するようにしてもよい。
そして、以下では屈折率の安定性（結像特性の安定性）、並びに高い熱伝導率（高い冷却効果）等を重視して、そのパージガスとしてヘリウムガスを使用する場合を例にとって本発明の実施の形態を説明する。ヘリウムガスを使用する場合には、屈折率の揺らぎが小さくなるため、レーザ干渉計やアライメントセンサ等の各種センサの計測精度も向上する。そのため、床２上には、投影露光装置及びこれに付属する装置内の複数の気密室に対して高純度のパージガスを供給し、それらの気密室を流れた気体の少なくとも一部を回収して再利用するための気体供給回収装置（給排気機構）の本体部が設置されている。更に本例では、各ステージ系で使用されるエアーベアリング（エアーパッド）で緩衝用に使用される気体としてもそのパージガスと同じ気体が使用されると共に、各ステージ系等の計測システムとして使用されるレーザ干渉計の計測ビームの光路にもそのパージガスと同じ気体が供給されている。この際に、その計測ビームの光路上の気体（パージガス）の屈折率を計測する機構が備えられており、この計測値に基づいてそのレーザ干渉計の計測値の補正が行われる。
その気体供給回収装置の本体部は、図２に示すように、送風ポンプを含み対応する気密室から不純物を含む気体を回収する回収装置４、高純度のパージガスを蓄積する蓄積装置６、その回収された気体に必要に応じて高純度のパージガスを加えてその気密室に供給する給気装置５、及びこれらの装置全体の動作を統轄制御する主制御系６７（図４参照）を備えている。また、その気密室と給気装置５及び回収装置４とはそれぞれ給気管７Ｄ及び排気管７Ａを介して連結され、回収装置４と給気装置５とは配管７Ｂを介して連結され、給気装置５と蓄積装置６とは配管７Ｃを介して連結されている。
本例の露光ビームとしての露光光ＩＬの光路は複数の気密室（投影光学系の内部も含む）に分かれており、それらの気密室のいくつかに通じる気密室も設けられており、これらの内の１つ毎の気密室、又は数個毎の気密室に対応して、それぞれ図２の構成の気体供給回収装置が設けられている。その気体供給回収装置は、ほぼ大気圧に近いパージガスをほぼ定常的な流れによるガスフロー制御によって、対応する気密室に供給している。その他に、例えば投影露光装置の稼働開始直後等には、所定の気密室内の気体を短時間にパージガスで置換するために、当該気密室内の気体を或る程度吸引してからそのパージガスを供給するようにしてもよい。それらの内の特定の気体供給回収装置の詳細な構成及び動作については後述する。
以下、本例の投影露光装置の構成につき詳細に説明する。先ず図２において、床２上の露光光源３から射出された露光ビームとしての波長１９３ｎｍのパルスレーザ光よりなる露光光（露光用の照明光）ＩＬは、補助チャンバ８内のミラーを経て上方に反射されて、その上の床１上の第１サブチャンバ９内のビームマッチングユニット（不図示）によって光軸が調整されて第１照明系ＩＳ１に入射する。この第１照明系ＩＳ１において、露光光ＩＬはビーム整形光学系（不図示）によって断面形状が整形されて、透過率を切り換えることができる減光フィルタ部（不図示）によってパルスエネルギーが調整されて、照度分布均一化用のオプティカル・インテグレータ（ユニフォマイザ、又はホモジナイザ）としてのフライアイレンズ１０に入射する。
フライアイレンズ１０の射出面は、後続の光学系によって被照明体としてのレチクルＲ１（又はＲ２）のパターン面（以下、「レチクル面」という）に対して光学的なフーリエ変換面（照明光学系の瞳面）に合致するように配置されている。この瞳面には、露光光の開口数を決定するための絞り切り換え部材１１が配置され、この絞り切り換え部材１１には、通常照明用の開口絞り、小さいコヒーレンスファクタ（σ値）用の開口絞り、輪帯照明用の開口絞り、複数の開口を持つ変形照明用の開口絞り等からなる複数の照明系の開口絞り（σ絞り）が交換自在に配置されており、装置全体の動作を統轄制御する主制御系（不図示）の制御によって、照明条件に応じたσ絞りが露光光ＩＬの光路上に設置される。
そのσ絞りを通過した露光光ＩＬは、第１リレーレンズ系１２を経て反射率が大きく透過率の小さいビームスプリッタ１３に入射し、ビームスプリッタ１３を透過した光は光電検出器よりなるインテグレータセンサ１４で受光され、このインテグレータセンサ１４の検出信号に基づいて、ウエハ上で適正露光エネルギーが得られるように露光光ＩＬのパルスエネルギーが制御される。一方、ビームスプリッタ１３で反射された露光光ＩＬは、ほぼ水平に第１の照明系ＩＳ１の射出面に配置された可動視野絞り１５に入射する。可動視野絞り１５の配置面は、レチクル面とほぼ共役であり、この可動視野絞り１５は、被露光基板としてのウエハＷ１（又はＷ２）の各ショット領域への走査露光の開始時及び終了時に、本来の回路パターン以外のパターンが露光されないように視野を開閉する役割を果たす。視野の開閉時に振動を発生する恐れのある可動視野絞り１５が配置された第１照明系ＩＳ１は、露光本体部とは別体として第１サブチャンバ９内に支持されているため、露光本体部での露光精度（重ね合わせ精度、転写忠実度等）が向上する。
なお、可動視野絞り１５は、走査露光の開始時及び終了時にその視野を開閉する、即ち走査方向に関する視野の幅を変更するだけでなく、走査露光に先立ち、転写対象の回路パターンの非走査方向に関する大きさに応じて、その視野の非走査方向の幅を変更できるようにも構成されている。整形光学系（不図示）〜可動視野絞り１５より第１照明系ＩＳ１が構成され、第１照明系ＩＳ１は気密性の高い箱状の第１サブチャンバ９内に収納されている。
可動視野絞り１５を通過した露光光ＩＬは、露光本体部のフレーム機構に取り付けられた第２サブチャンバ１９内の第２照明系ＩＳ２に入射する。第２照明系ＩＳ２の入射面、即ちレチクル面との共役面から所定量だけデフォーカスした面には固定視野絞り２０が配置され、固定視野絞り２０には、そのレチクル面での照明領域を走査方向に直交する非走査方向に細長いスリット状の領域に規定するための開口が形成されている。固定視野絞り２０を通過した露光光ＩＬは、第２リレーレンズ系２１Ａ、レンズ系２１Ｂ、光路折り曲げ用のミラー２２、及びコンデンサレンズ系２１Ｃを経てマスクとしてのレチクルＲ１のパターン面の照明領域を照明する。固定視野絞り２０〜コンデンサレンズ系２１Ｃより第２照明系ＩＳ２が構成され、第２照明系ＩＳ２は気密性の高い箱状の第２サブチャンバ１９内に収納されている。第１照明系ＩＳ１及び第２照明系ＩＳ２より照明光学系が構成されている。なお、固定視野絞り２０は、前述したレチクル面との共役面からデフォーカスした面ではなく、レチクル面から所定間隔だけ離れた面に配置するようにしてもよい。
図１において、その露光光ＩＬのもとで、レチクルＲ１（又はＲ２）の照明領域内のパターンの像は、投影系としての投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βは、１／４倍又は１／５倍等）で、感光基板（感応基板又は被露光基板）としてのフォトレジストが塗布されたウエハＷ１（又はＷ２）上のスリット状の露光領域に投影される。この状態でレチクルＲ１及びウエハＷ１を投影倍率βを速度比として所定の走査方向に同期移動することで、ウエハＷ１上の一つのショット領域にレチクルＲ１のパターン像が転写される。この露光に際して、複数枚のレチクルのパターンの像をステップ・アンド・スティッチ方式で継ぎ合わせながら露光してもよい。本例のウエハステージ系は後述のようにダブル・ステージ方式であるため、投影光学系ＰＬの像面側には２つのウエハＷ１，Ｗ２がそれぞれ独立に移動できるように配置されている。ウエハＷ１，Ｗ２が本発明の露光対象の物体に対応しており、ウエハＷ１，Ｗ２は例えば半導体（シリコン等）又はＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）等の直径が２００ｍｍ又は３００ｍｍ等の円板状の基板である。
投影光学系ＰＬとしては、例えば国際公開（ＷＯ）００／３９６２３号に開示されているように、１本の光軸に沿って複数の屈折レンズと、それぞれ光軸の近傍に開口を有する２つの凹面鏡とを配置して構成される直筒型の反射屈折系や、１本の光軸に沿って屈折レンズを配置して構成される直筒型の屈折系等を使用することができる。更に、投影光学系ＰＬとしては、例えば日本国特願２０００−５９２６８に開示されているように、レチクルからウエハに向かう光軸を持つ光学系と、その光軸に対してほぼ直交する光軸を持つ反射屈折光学系とを有し、内部で中間像を形成する反射屈折系、又は双筒型の反射屈折系等を使用してもよい。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面（本例ではほぼ水平面に合致している）内で走査露光時のレチクルＲ１及びウエハＷ１の走査方向（即ち、図１の紙面に垂直な方向）に沿ってＹ軸を取り、非走査方向（即ち、図１の紙面に平行な方向）に沿ってＸ軸を取って説明する。
ここで、本例のレチクルＲ１，Ｒ２を支持するステージ系、投影光学系ＰＬ、及びウエハＷ１，Ｗ２を支持するステージ系を含む露光本体部の全体の構成につき説明する。即ち、図１の床１上にほぼ正方形の頂点に配置された４箇所の防振台３１Ａ〜３１Ｄ（３箇所等でもよい）を介して剛性の高い定盤３２が設置され、定盤３２の中央部にウエハベース３９が設置され、定盤３２及びウエハベース３９を第１ベース部材とみなすことができる。そして、定盤３２上に電気式の水準器（不図示）が設置されており、防振台３１Ａ〜３１Ｄはそれぞれエアーダンパ又は油圧式のダンパ等の大重量に耐える機械式のダンパと、ボイスコイルモータ等のアクチュエータよりなる電磁式のダンパとを含む能動型の防振装置である。一例としてその水準器で検出される定盤３２の上面の水平面に対する傾斜角（２軸の回りの傾斜角）が許容範囲内に収まるように、４個の防振台３１Ａ〜３１Ｄ中の電磁式のダンパが駆動され、必要に応じて機械式のダンパの空気圧又は油圧等が制御される。この場合、機械的なダンパによって、床からの高い周波数の振動は露光本体部に伝わる前に減衰され、残存している低い周波数の振動は電磁的なダンパによって減衰される。
定盤３２の上面にほぼ正方形の頂点に位置するように４本のコラム３３が固定され、４本のコラム３３の上面に４箇所の防振台３４を介して、中央部に露光光ＩＬを通過する開口が設けられた支持板３５が固定されている。なお、防振台３４は防振台３１Ａ〜３１Ｄと同一構成（但し、耐荷重は小さい）の能動型の防振装置であり、コラム３３及び防振台３４、並びに防振台３１Ａ〜３１Ｄをほぼ正三角形の頂点に位置するように３箇所に配置するようにしてもよい。図２に示すように、支持板３５上に第２照明系ＩＳ２が収納された第２サブチャンバ１９が設置されている。
図１に戻り、支持板３５は第２ベース部材ともみなすことができ、その上面は平面度の極めて良好なガイド面に仕上げられ、そのガイド面上にレチクルステージ２４がエアーベアリングを介して円滑に２次元的に摺動自在に載置され、レチクルステージ２４上にレチクルＲ１が真空吸着等によって保持されている。図２に示すように、レチクルステージ２４上のレチクルＲ１の走査方向ＳＤに隣接する領域に別のレチクルＲ２が保持されており、例えば二重露光などが効率的に実行できるように構成されている。このように本例のレチクルステージ２４は、１つのステージに２枚のレチクルが載置されるダブルステージ方式であるが、各レチクル毎に可動ステージを用いるツインステージ方式を採用してもよい。
レチクルステージ２４は、例えばレチクルＲ１，Ｒ２を保持する微動ステージと、これを囲む枠状の粗動ステージとから構成されており、後者の粗動ステージを不図示のリニアモータによってＹ方向（走査方向）に駆動し、前者の微動ステージを例えば３個のアクチュエータによって粗動ステージに対してＸ方向、Ｙ方向、回転方向に微動することによって、レチクルＲ１，Ｒ２を＋Ｙ方向又は−Ｙ方向に所望の走査速度で高精度に駆動すると共に、同期誤差を補正することができる。この際に、レチクルステージ２４は、不図示の駆動部材を用いてＹ方向に対して運動量保存則を満たすように駆動されて、走査露光時に振動が殆ど発生しないように構成されている。また、レチクルステージ２４のＸ方向の位置情報を検出するためにレーザ干渉計よりなるＸ軸のレチクル干渉計２５Ｘが配置され、レチクルステージ２４のＹ方向の位置情報を検出するために図２に示すようにＹ軸のレチクル干渉計２５Ｙが配置されている。レチクル干渉計２５Ｘ，２５Ｙはそれぞれ内部の参照鏡（不図示）を基準としてレチクルステージ２４の位置を計測すると共に、それぞれ複数軸の干渉計を備えており、これらによってレチクルステージ２４のＸ軸の回りの回転角（ピッチング量）、Ｙ軸の回りの回転角（ローリング量）、及びＺ軸の回りの回転角（ヨーイング量）も計測されている。
本例では、レチクルステージ２４（可動ステージ）、この駆動装置（不図示）、レチクル干渉計２５Ｘ，２５Ｙ等からレチクルステージ系ＲＳＴが構成され、レチクルステージ系ＲＳＴは気密性の高い箱状のレチクル室２３に覆われており、レチクル室２３の上板の中央部に露光光ＩＬを通過させる窓部が形成されている。そして、レチクル干渉計２５Ｘ，２５Ｙによってレチクル室２３に対するレチクルステージ２４（レチクルＲ１，Ｒ２）の位置関係（Ｘ方向、Ｙ方向への位置、及び回転角）が計測されており、レチクル干渉計２５Ｘ，２５Ｙの一部はそれぞれレチクル室２３の側面に埋め込まれている。レチクル干渉計２５Ｘ，２５Ｙの背面にはコーナキューブ型の移動鏡が設けられている。なお、レチクル干渉計２５Ｘ，２５Ｙはその全てのユニットがレチクル室２３内に収納されていなくともよい。即ち、レチクル干渉計２５Ｘ，２５Ｙの少なくとも一部、例えば一部の光学素子をレチクル室２３に設け、その光学素子にその移動鏡を設けるようにしてもよい。これは、後述のウエハ干渉計４９ＡＸ等についても同様である。
次に図１において、４本のコラム３３のほぼ中間の高さの４箇所の段差部に、防振台３６を介して第３ベース部材としての支持板３７が固定され、支持板３７に設けられたＵ字型の切り欠き部（不図示）に投影光学系ＰＬがフランジ部を介して設置されている。即ち、投影光学系ＰＬは支持板３７に対して＋Ｙ方向（図２の右方向）から出し入れできるように支持されている。防振台３６は防振台３１Ａ〜３１Ｄと同一構成（但し、耐荷重は小さい）の能動型の防振装置であり、コラム３３を３箇所に配置する場合には、防振台３６も３箇所に配置される。定盤３２、ウエハベース３９、コラム３３、防振台３４、支持板３５、防振台３６、及び支持板３７の集合体（３２〜３７）をフレーム機構とみなすことができる。
そして、投影光学系ＰＬの下端部にはリング状の基準板１０２が固定され、支持板３７の上面の端部にレーザ干渉計の光源部５９が設置され、この光源部５９から射出された波長安定化されたレーザビーム（例えば波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザビーム）が、分岐光学系６０によって複数軸の計測用のレーザビームに分岐されている。図１及び図２において、支持板３７の上面の−Ｘ方向の端部、及び＋Ｙ方向の端部にそれぞれレーザ干渉計よりなるレチクル用のＸ軸の干渉計ユニット５４Ｘ、及びＹ軸の干渉計ユニット５４Ｙが設置され、これらの干渉計ユニット５４Ｘ，５４Ｙに分岐光学系６０で分岐された２本のレーザビームが供給されており、これらに対応して投影光学系ＰＬのＸ方向及びＹ方向の側面に参照鏡５３Ｘ及び５３Ｙが固定されている。この場合、干渉計ユニット５４Ｘ，５４Ｙは主計測系の一部に対応しており、Ｘ軸の干渉計ユニット５４Ｘは、参照鏡５３Ｘを基準として、レチクル干渉計２５Ｘの背面に固定されたコーナーキューブ型の移動鏡のＸ方向への変位量を計測し、Ｙ軸の干渉計ユニット５４Ｙは、参照鏡５３Ｙを基準として、レチクル干渉計２５Ｙの背面に固定されたコーナーキューブ型の移動鏡のＹ方向への変位量を計測し、計測値を不図示の主制御系に供給する。干渉計ユニット５４Ｘ，５４Ｙは複数軸の計測軸を有しており、主制御系は供給された計測値に基づいて、投影光学系ＰＬを基準としてレチクル干渉計２５Ｘ，２５Ｙ、ひいてはレチクル室２３のＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量（ΔＸＲ１，ΔＹＲ１）及び回転角ΔθＲ１を算出する。
更に、レチクル干渉計２５Ｘ，２５Ｙによって計測されるレチクル室２３を基準とする、レチクルステージ２４（レチクルＲ１，Ｒ２）のＸ方向、Ｙ方向への位置（ＸＲ１，ＹＲ１）及び回転角θＲ１も主制御系に供給されており、主制御系は以下の演算によって、投影光学系ＰＬを基準としたレチクルステージ２４のＸ方向、Ｙ方向への位置（ＸＲ２，ＹＲ２）及び回転角θＲ２を算出する。
ＸＲ２＝ＸＲ１＋ΔＸＲ１，ＹＲ２＝ＹＲ１＋ΔＹＲ１    …（１Ａ）
θＲ２＝θＲ１＋ΔθＲ１                              …（１Ｂ）
このように算出される位置（ＸＲ２，ＹＲ２）及び回転角θＲ２に基づいて、主制御系はレチクルステージ２４の位置及び速度を制御する。これによって、レチクルステージ２４をレチクル室２３内に密閉した構造でありながら、レチクルステージ２４を投影光学系ＰＬを基準として高精度に駆動することができる。
また、ウエハのアライメントを行うために、基準板１０２に投影光学系ＰＬをＸ方向に挟むように、マーク検出系としてのオフ・アクシス方式で結像方式のアライメントセンサ２７Ａ及び２７Ｂが固定されている。不図示であるが、レチクルステージ２４の上方には、レチクルのアライメントを行うために、レチクルアライメント顕微鏡が配置されている。そのレチクルアライメント顕微鏡が、露光光と同一波長のアライメント光を用いるときには、そのアライメント光の全ての光路をパージガスで置換しておくことが望ましい。
次に、図１及び図２において、定盤３２上に固定されたウエハベース３９の上面は平面度の極めて良好なガイド面に加工され、このガイド面に可動ステージとしての第１のウエハステージ４０Ａ及び第２のウエハステージ４０Ｂが、それぞれエアーベアリングを介して円滑に、かつＸ軸ガイド部材４１，４２及びＹ軸ガイド部材４３Ａ，４３Ｂに沿って２次元的に摺動自在に載置され、ウエハステージ４０Ａ及び４０Ｂ上にそれぞれ第１のウエハＷ１及び第２のウエハＷ２が真空吸着等によって保持されている。ウエハステージ４０Ａ，４０Ｂは、例えばリニアモータ方式でＹ方向に連続移動すると共に、Ｘ方向及びＹ方向にステップ移動する。この際に、ウエハステージ４０Ａ，４０Ｂは、それぞれＸ軸ガイド部材４１，４２及びＹ軸ガイド部材４３Ａ，４３Ｂが逆方向に移動することによって、Ｘ方向、Ｙ方向に対して運動量保存則を満たすように駆動されて、ステップ移動時及び走査露光時に振動が殆ど発生しないように構成されている。
また、ウエハステージ４０Ａ，４０Ｂ内のＺレベリング機構（試料台）は、レベリング及びフォーカシングを行うためにウエハＷ１，Ｗ２のＺ方向への変位、及び２軸の回り（即ち、Ｘ軸及びＹ軸の回り）の傾斜ができるように構成されている。このように本例のウエハステージは、ダブル・ウエハステージ方式である。そして、ウエハステージ４０Ａ及び４０ＢのＸ方向の位置情報を検出するために、図１に示すようにレーザ干渉計よりなるＸ軸のウエハ干渉計４９ＡＸ及び４９ＢＸが対向するように配置され、ウエハステージ４０Ａ，４０ＢのＹ方向の位置情報を検出するために、図２に示すようにＹ軸のウエハ干渉計５０ＡＹが配置されている。Ｙ軸の干渉計としては実際にはＸ方向に所定間隔で３軸分が配置されている（詳細後述）。
ウエハ干渉計４９ＡＸ，４９ＢＸ，５０ＡＹはそれぞれ内部の参照鏡（不図示）を基準としてウエハステージ４０Ａ，４０Ｂの位置を計測すると共に、それぞれ複数軸の干渉計を備えており、これらによってウエハステージ４０Ａ，４０ＢのＸ軸の回りの回転角（ピッチング量）、Ｙ軸の回りの回転角（ローリング量）、及びＺ軸の回りの回転角（ヨーイング量）も計測されている。なお、レチクルステージ２４及びウエハステージ４０Ａ，４０Ｂにおいては、アッベ誤差が生じる方向、又は計測誤差が所定の許容値を超える恐れのある方向（軸）のみでその回転角（ピッチング量又はローリング量）を計測可能としてもよい。
本例では、ウエハステージ４０Ａ，４０Ｂ、この駆動装置（Ｘ軸ガイド部材４１，４２、Ｙ軸ガイド部材４３Ａ，４３Ｂ等）、ウエハ干渉計４９ＡＸ，４９ＢＸ，５０ＡＹ等からウエハステージ系ＷＳＴが構成され、ウエハステージ系ＷＳＴは気密性の高い箱状のウエハ室３８に覆われており、ウエハ室３８の上板の中央部の開口に投影光学系ＰＬの先端部が差し込まれている。ウエハ室３８が本発明の気密室、又は露光室に対応している。そして、ウエハ干渉計４９ＡＸ，４９ＢＸ，５０ＡＹによってウエハ室３８に対するウエハステージ４０Ａ，４０Ｂ（ウエハＷ１，Ｗ２）の位置関係（Ｘ方向、Ｙ方向への位置、及び回転角）が計測されており、ウエハ干渉計４９ＡＸ，４９ＢＸ，５０ＡＹの一部はそれぞれウエハ室３８の側面に埋め込まれている。
次に図１及び図２において、支持板３７の底面の±Ｘ方向の端部、及び＋Ｙ方向の端部にそれぞれレーザ干渉計よりなるウエハ用のＸ軸の干渉計ユニット５７ＡＸ，５７ＢＸ、及びＹ軸の干渉計ユニット５７Ｙが設置され、これらの干渉計ユニット５７ＡＸ，５７ＢＸ，５７Ｙにも分岐光学系６０で分岐された３本のレーザビームが供給されており、これらに対応して投影光学系ＰＬのＸ方向及びＹ方向の側面に参照鏡５６ＡＸ，５６ＢＸ及び５６Ｙが固定されている。この場合、干渉計ユニット５７ＡＸ，５７ＢＸ，５７Ｙは主計測系の一部に対応しており、Ｘ軸の干渉計ユニット５７ＡＸ，５７ＢＸは、それぞれ参照鏡５６ＡＸ，５６ＢＸを基準として、ウエハ干渉計４９ＡＸ，４９ＢＸの背面に固定されたコーナーキューブ型の移動鏡のＸ方向への変位量を計測し、Ｙ軸の干渉計ユニット５７Ｙは、参照鏡５６Ｙを基準として、ウエハ干渉計５０ＡＹの背面に固定されたコーナーキューブ型の移動鏡のＹ方向への変位量を計測し、計測値を不図示の主制御系に供給する。干渉計ユニット５７ＡＸ，５７ＢＸ，５７Ｙは複数軸の計測軸を有しており、主制御系は供給された計測値に基づいて、投影光学系ＰＬを基準としてウエハ干渉計４９ＡＸ，５０ＡＹの位置ずれ量、ひいてはウエハ室３８のＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量（ΔＸＷ１，ΔＹＷ１）及び回転角ΔθＷ１を算出する。これと並列にウエハ干渉計４９ＢＸ，５０ＡＹのＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量（ΔＸＷ２，ΔＹＷ２）及び回転角ΔθＷ２も算出する。
更に、一方のウエハ干渉計４９ＡＸ，５０ＡＹによって計測されるウエハ室３８を基準とする、第１のウエハステージ４０Ａ（ウエハＷ１）のＸ方向、Ｙ方向の位置（ＸＷ１，ＹＷ１）及び回転角θＷ１も主制御系に供給されており、主制御系は以下の演算によって、投影光学系ＰＬを基準としたウエハステージ４０ＡのＸ方向、Ｙ方向の位置（ＸＷ３，ＹＷ３）及び回転角θＷ３を算出する。
ＸＷ３＝ＸＷ１＋ΔＸＷ１，ＹＷ３＝ＹＷ１＋ΔＹＷ１    …（２Ａ）
θＷ３＝θＷ１＋ΔθＷ１                              …（２Ｂ）
このように算出される位置（ＸＷ３，ＹＷ３）及び回転角θＷ３に基づいて、主制御系はウエハステージ４０Ａの位置及び速度を制御する。同様に、他方のウエハ干渉計４９ＢＸ，５０ＡＹによって計測される、ウエハ室３８を基準とする第２のウエハステージ４０Ｂ（ウエハＷ２）のＸ方向、Ｙ方向の位置（ＸＷ２，ＹＷ２）及び回転角θＷ２を、上記の位置ずれ量（ΔＸＷ２，ΔＹＷ２）及び回転角ΔθＷ２で補正して得られる座標に基づいて、第２のウエハステージ４０Ｂの位置及び速度が制御される。これによって、ウエハステージ４０Ａ，４０Ｂをウエハ室３８内に密閉した構造でありながら、ウエハステージ４０Ａ，４０Ｂを投影光学系ＰＬを基準として高精度に駆動することができる。
更に、既に説明したようにレチクル室２３内のレチクルステージ２４も投影光学系ＰＬを基準として高精度に駆動されているため、本例のレチクル室２３内のレチクルステージ２４と、ウエハ室３８内のウエハステージ４０Ａ，４０Ｂとは共に投影光学系ＰＬを基準として、即ち同一の基準に基づいて相対的な位置関係を高精度に保ちながら駆動される。これによって、レチクルＲ１，Ｒ２のパターン像をウエハＷ１，Ｗ２上に露光する際に高い露光精度（重ね合わせ精度、転写忠実度等）が得られる。また、本例のウエハステージ系ＷＳＴはツイン・ウエハステージ方式であり、例えば第１のウエハステージ４０Ａ側でウエハＷ１に対する走査露光中に、第２のウエハステージ４０Ｂ側でウエハＷ２の交換及びアライメントを行うことができるため、高いスループットが得られる。
なお、上記のレチクル室２３の外部の干渉計ユニット５４Ｘ，５４Ｙ、及びウエハ室３８の外側の干渉計ユニット５７ＡＸ，５７ＢＸ，５７Ｙ等の光路は、実際には不図示の円筒型のカバーで密閉されており、その内部にパージガス（本例ではヘリウムガス）が供給されている。また、熱の影響を低減するために、光源部５９を例えば露光本体部の外部に設置してもよい。これは干渉計ユニットのレシーバ（受光素子）なども同様である。
また、図２において、床１上で投影露光装置の定盤３２の−Ｙ方向の側面に、外気（即ち、ほぼ大気と同じ雰囲気のクリーンルーム内の空気）と同じ環境下でレチクルライブラリやウエハカセット等が配置されたインターフェース・コラム７１が設置され、インターフェース・コラム７１の上端部と支持板３５上のレチクル室２３との間に気密性の高い箱状のレチクルローダ室８７が配置され、インターフェース・コラム７１の下端部と定盤３２上のウエハ室３８との間に気密性の高い箱状のウエハローダ室７０が配置されている。レチクルローダ室８７内には、そのレチクルライブラリとレチクルステージ系ＲＳＴとの間でレチクルの受け渡しを行うレチクルローダ系（不図示）が設置され、ウエハローダ室７０内にはそのウエハカセットとウエハステージ系ＷＳＴとの間でウエハの受け渡しを行うウエハローダ系（詳細後述）が設置されている。
本例のレチクルライブラリ及びウエハカセットはそれぞれ外気と同じ環境下に設置されているが、その他の構成として、レチクルを収納するカセット（レチクルライブラリ）及びウエハを収納するカセット（ウエハカセット）を密閉型として、それらのカセット内をパージガスで置換しておいてもよい。このとき、そのカセット内のレチクル又はウエハを、外気（空気）に触れさせることなく、上記のパージガスで置換されている気密室（レチクル室２３、ウエハ室３８）に搬入可能に構成することが望ましい。なお、パージガスが供給される空間（気密室）を形成する部材の内壁は、脱ガスが少ない材料で形成するか、又は脱ガスが少ない材料でコーティングを施すことが望ましい。これはレチクルローダ室８７、及びウエハローダ室７０の内部も同様である。また、その気密室内に設置される機構部の構成部材についても、脱ガスが少ない材料で形成するか、又は脱ガスが少ない材料でコーティングを施すことが望ましい。
さて、本例の投影露光装置では露光光ＩＬとして真空紫外光が使用されているため、その露光光ＩＬの透過率を高めてウエハＷ１，Ｗ２上での照度を高くして高いスループットを得るために、その露光光ＩＬの光路には高透過率のパージガス（本例ではヘリウムガス）が供給されている。即ち、図２において、それぞれ回収装置４、給気装置５、及び蓄積装置６を含む複数の気体供給回収装置から供給される高純度のパージガスは、それぞれバルブ付きの給気管１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ，及び１６Ｅを介して第１サブチャンバ９（これは補助チャンバ８に連通している）、第２サブチャンバ１９、レチクル室２３、投影光学系ＰＬ、及びウエハ室３８の内部に供給される。そして、第１サブチャンバ９、第２サブチャンバ１９、レチクル室２３、投影光学系ＰＬ、及びウエハ室３８の内部を流れた不純物を含んだパージガスは、それぞれバルブ付きの排気管１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ，及び１７Ｅを介してその気体供給回収装置に回収される。
この場合、給気管１６Ａ〜１６Ｅ、及び排気管１７Ａ〜１７Ｅに備えられているバルブは、それぞれ電磁的に開閉自在なバルブであり、それらの開閉動作は互いに独立にコンピュータよりなる主制御系６７（図４参照）によって制御されると共に、その複数の気体供給回収装置の動作もその主制御系によって制御される。その結果、サブチャンバ９，１９の内部、レチクル室２３の内部、ウエハ室３８の内部、及び投影光学系ＰＬの内部（例えば複数のレンズ室）の何れに対してもパージガスを所望の流量で供給できるように構成されている。また、パージガスの温度、圧力、及び必要に応じて湿度は、例えば各気密室内への送風口付近に配置された環境センサの出力に応じて制御できるように構成されている。
この際に、第１サブチャンバ９と第２サブチャンバ１９との間の空間、第２サブチャンバ１９とレチクル室２３との間の空間、レチクル室２３と投影光学系ＰＬの上端部との間の空間、及び投影光学系ＰＬとウエハ室３８との間の空間は、それぞれ外気から隔離されるように大きい可撓性を有し、かつ気体の遮断性の高い膜状の軟性シールド部材１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，及び１８Ｄ（被覆部材）によって密閉されている。軟性シールド部材１８Ａ等は、一例として、伸縮性の良好な保護膜（例えばポリエチレン）と、ガスバリヤ性の良好なフィルム素材（例えばエチレン・ビニル・アルコール樹脂（ＥＶＯＨ樹脂）とをラミネート加工（多層加工）して、その内面に脱ガスの極めて少ない安定化膜（例えばアルミニウムのような金属膜）を被着して形成されている。これによって、露光光源３から被露光基板としてのウエハＷ１，Ｗ２までの露光光ＩＬの光路は、ほぼ完全に密封されていることになる。このため、露光光ＩＬの光路上への外部からの不純物（吸光物質）を含む気体の混入は殆ど無く、露光光の減衰量は極めて低く抑えられる。
また、サブチャンバ９，１９、レチクル室２３、投影光学系ＰＬ、及びウエハ室３８の内部には、それぞれ不純物中の酸素ガスの濃度を検出するための酸素濃度センサがそれぞれ設置され、酸素濃度が所定のサンプリングレートで連続的に計測されて、上記の主制御系に供給されている。この場合、酸素濃度を計測することによって代表的に不純物の濃度が計測されており、酸素濃度センサとしては、例えばポーラログラフ式酸素濃度計、ジルコニア式酸素濃度計、又は黄リン発光式の酸素センサ等が使用できる。但し、それと共に、又は単独に水蒸気や２酸化炭素等の吸光物質の濃度を計測するようにしてもよい。そして、その各気密室内での不純物の濃度の計測値は主制御系に供給されており、何れかの気密室において所定の許容濃度以上の不純物が検出された場合には、その主制御系の指令によりその不純物の濃度が許容濃度以下となるまでその不純物が検出された気密室内へのパージガスの供給が行われる。
なお、露光光源３としてＦ２レーザ光源が使用される場合には、上述した酸素濃度系の他に、水蒸気濃度を計測する水濃度計測装置（例えば、露点計など）を配置することが望ましい。
また、軟性シールド部材１８Ａ〜１８Ｄは例えば合成樹脂より形成されて、それぞれ大きい可撓性を有しているため、隣接する気密室の間、例えばサブチャンバ１９とレチクル室２３との間、レチクル室２３と投影光学系ＰＬとの間、及び投影光学系ＰＬとウエハ室３８との間で互いに振動が伝わらない。従って、気密性を保持した上で振動の影響が軽減されている。
更に、本例ではレチクル室２３とレチクルローダ室８７との間の空間を密閉するように軟性シールド部材１８Ｅが設けられ、レチクル室２３に供給されたパージガスの一部はレチクルローダ室８７内にも満たされている。従って、レチクルローダ系によってレチクルＲ１，Ｒ２の交換を行う際に、レチクルローダ室８７の搬送口のシャッターを開いても、レチクル室２３内のパージガスの濃度が大きく低下することは無い。この場合、レチクルローダ室８７内にも不純物の濃度センサを配置して、レチクル室２３内での不純物の許容濃度よりもレチクルローダ室８７内での不純物の許容濃度を高く（緩く）設定し、レチクル室２３内での不純物の濃度が許容濃度以下であっても、レチクルローダ室８７内での不純物の濃度が許容濃度を超えたときに、気体供給回収装置からレチクル室２３にパージガスを供給するようにしている。これによって、レチクルの交換時にもレチクル室２３内でのパージガスの濃度が高く維持されると共に、パージガスの使用量を減らすことができる。更に、レチクルローダ室８７をレチクルＲ１，Ｒ２の搬送路に沿って複数の気密室に分割し、これらの複数の気密室内にレチクルローダ系の構成部分を配置してもよい。この際に、その複数の気密室内で不純物の濃度、又はその許容値を異ならしめてもよい。
次に、本例のツイン・ウエハステージ方式のウエハステージ系、及びウエハローダ系の構成につき図３を参照して詳細に説明する。
図３は、図１中のウエハステージ系ＷＳＴ、及びウエハローダ系を示す一部を断面とした平面図であり、この図３に示すように本例のウエハ室３８内のウエハステージ系ＷＳＴは、ウエハベース３９上のガイド面にエアーベアリングを介して浮上支持されると共に、Ｘ方向及びＹ方向に独立して移動自在な２つのウエハステージ４０Ａ，４０Ｂと、これらの駆動系と、これらの位置を計測する干渉計システムとを備えており、ウエハステージ４０Ａ，４０Ｂ上にそれぞれ不図示のウエハホルダを介してウエハＷ１，Ｗ２が保持されている。これを更に詳述すると、ウエハベース３９を走査露光時の走査方向ＳＤ（Ｙ方向）に挟むように、Ｘ軸に平行に１対のＸ軸ガイド部材４１，４２が配置され、これらのＸ軸ガイド部材４１，４２に対してエアーパッドを介してＸ方向に摺動自在に第１のＸ軸スライダ４４Ａ，４５Ａ、及び第２のＸ軸スライダ４４Ｂ，４５Ｂが載置されている。また、Ｘ軸ガイド部材４１，４２は、不図示のガイド部材に沿ってＸ方向に移動できるように支持されている。
そして、第１のＸ軸スライダ４４Ａ，４５Ａに対してエアーパッドを介してＹ方向に摺動自在に第１のＹ軸ガイド４３Ａが配置され、第２のＸ軸スライダ４４Ｂ，４５Ｂに対してエアーパッドを介してＹ方向に摺動自在に第２のＹ軸ガイド４３Ｂが配置され、Ｙ軸ガイド４３Ａ，４３Ｂに対してエアーパッドを介してＹ方向に摺動自在にウエハステージ４０Ａ，４０Ｂが配置されている。また、Ｘ軸ガイド部材４１，４２に対して第１のＸ軸スライダ４４Ａ，４５Ａ及び第２のＸ軸スライダ４４Ｂ，４５Ｂを運動量保存則をほぼ満たして相対駆動するためのＸ軸の第１及び第２のリニアモータ（不図示）と、Ｙ軸ガイド４３Ａ，４３Ｂに対してウエハステージ４０Ａ，４０Ｂを運動量保存則をほぼ満たしてＹ方向に相対駆動するための２つのリニアモータ（不図示）とが設けられている。
また、第１のウエハステージ４０Ａの＋Ｘ方向側、及び−Ｘ方向側の上面にそれぞれアライメントセンサ２７Ａのベースライン計測用の基準マークが形成された基準マーク部材４７、及び露光光の光量や照度むら等を計測するための計測部材４６が固定され、第２のウエハステージ４０Ｂの上面にもそれらと同一の基準マーク部材及び計測部材が固定されている。
ここで、本例のウエハステージ系ＷＳＴの計測システムの一例につき説明する。図３において、第１のウエハステージ４０Ａの−Ｘ方向及び＋Ｙ方向の側面にはＸ軸の移動鏡４８ＡＸ、及びＹ軸の移動鏡４８ＡＹが固定され、第２のウエハステージ４０Ｂの＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向の側面にもＸ軸の移動鏡、及びＹ軸の移動鏡が固定されている。なお、このように移動鏡４８ＡＸ，４８ＡＹ等を用いる他に、ウエハステージ４０Ａ，４０Ｂの側面を鏡面加工して、この鏡面部に計測用のレーザビームを照射してもよい。
この場合、本例では投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ（露光領域の中心）と、第１のアライメントセンサ２７Ａの光軸（検出中心）と、第２のアライメントセンサ２７Ｂの光軸（検出中心）とはＸ軸に平行な直線（以下、「最小誤差軸」と呼ぶ。）上に配列されている。そして、その最小誤差軸上で−Ｘ方向及び＋Ｘ方向に対向するようにＸ軸のウエハ干渉計４９ＡＸ，４９ＢＸが設置され、第１のウエハ干渉計４９ＡＸからの２つの計測ビームが最小誤差軸に沿って第１のウエハステージ４０ＡのＸ軸の移動鏡４８ＡＸに照射されている。これと対称に、第２のウエハ干渉計４９ＢＸからの２つの計測ビームが最小誤差軸に沿って第２のウエハステージ４０ＢのＸ軸の移動鏡に照射されている。それらの２つの計測ビームの他に、実際にはＺ方向に離れた計測ビームも移動鏡４８ＡＸ等に照射されており、ウエハ干渉計４９ＡＸ，４９ＢＸはそれぞれウエハステージ４０Ａ，４０ＢのＸ方向の位置、Ｚ軸の回りの回転角（ヨーイング量）、及びＹ軸の回りの回転角（ローリング量）を計測する。
また、光軸ＡＸを通りＹ軸に平行な計測ビームがＹ軸のウエハ干渉計５０ＡＹからウエハステージ４０ＡのＹ軸の移動鏡４８ＡＹに照射されている。また、アライメントセンサ２７Ａ，２７Ｂのそれぞれの検出中心を通りＹ軸に平行な計測ビームをそれぞれ有するウエハ干渉計５０ＢＹ，５０ＣＹも設けられている。中央のウエハ干渉計５０ＡＹはＸ方向に２軸で、Ｚ方向にも２軸（不図示）の計測ビームを備えているため、ウエハステージ４０Ａ，４０ＢのＹ方向の位置、Ｚ軸の回りの回転角（ヨーイング量）、及びＸ軸の回りの回転角（ピッチング量）を計測できる。本例では、投影光学系ＰＬは、ウエハステージ４０Ａ，４０Ｂ上のウエハＷ１，Ｗ２を露光する場合に共通に使用されるが、第１のウエハステージ４０Ａ上のウエハＷ１のアライメント時には−Ｘ方向のアライメントセンサ２７Ａが使用され、第２のウエハステージ４０Ｂ上のウエハＷ２のアライメント時には＋Ｘ方向のアライメントセンサ２７Ｂが使用される。そして、投影光学系ＰＬを用いた露光時のウエハステージ４０Ａ，４０ＢのＹ方向の位置計測には、中央のウエハ干渉計５０ＡＹの計測値が用いられ、アライメントセンサ２７Ａ、又は２７Ｂの使用時のウエハステージ４０Ａ、又は４０ＢのＹ方向の位置計測には、それぞれレーザ干渉計５０ＢＹ又は５０ＣＹの計測値が用いられる。
このように本例では、Ｙ軸のウエハ干渉計５０ＡＹ〜５０ＣＹをＸ方向（非走査方向）に複数個設けることによって、ウエハステージ４０Ａ，４０ＢのＹ軸の移動鏡４８ＡＹ等に常に何れかのＹ軸の計測ビームが照射されるようにしている。このため、ツイン・ウエハステージ方式において個々のウエハステージ４０Ａ，４０Ｂを小型化して高速駆動できると共に、各ウエハステージ４０Ａ，４０Ｂの位置を高精度に検出できる利点がある。
また、例えば一方のアライメントセンサ２７Ａによるアライメントの後で第１のウエハステージ４０Ａを露光位置に移動する場合や、他方のアライメントセンサ２７Ｂによるアライメントの後で第２のウエハステージ４０Ｂを露光位置に移動する場合には、Ｙ軸の両側のウエハ干渉計５０ＢＹ，５０ＣＹとＹ軸の中央のウエハ干渉計５０ＡＹとの間で計測値の受け渡しを行う必要がある。この計測値の受け渡しは、一例として次のように行われる。即ち、図３の状態から第１のウエハステージ４０Ａが−Ｘ方向に移動する場合には、ウエハ干渉計４９ＡＸによって計測されるウエハステージ４０Ａのヨーイング量が０となる状態で、次のウエハ干渉計５０ＢＹの計測値がそれまで使用されていたウエハ干渉計５０ＡＹの計測値に合致するように、次のウエハ干渉計５０ＢＹの計測値にオフセットを加えればよい。
また、図３において、Ｘ軸のウエハ干渉計４９ＡＸ，４９ＢＸの背面にはそれぞれコーナキューブよりなる２軸の移動鏡６１ＡＸ，６１ＢＸが固定され、これらの移動鏡６１ＡＸ，６１ＢＸのＸ方向の位置、及びＺ軸の回りの回転角が既に説明した干渉計ユニット５７ＡＸ，５７ＢＸによって投影光学系ＰＬを基準として計測されている。更に、Ｙ軸の中央のウエハ干渉計５０ＡＹの背面にもそれぞれコーナキューブよりなる２軸の移動鏡６１ＡＹが固定され、この移動鏡６１ＡＹのＹ方向の位置、及びＺ軸の回りの回転角が既に説明した干渉計ユニット５７Ｙによって投影光学系ＰＬを基準として計測されている。
本例では、ウエハ干渉計４９ＡＸ，４９ＢＸ，５０ＡＹ〜５０ＣＹよりなる合計５つの干渉計によって、ウエハ室３８内でのウエハステージ４０Ａ，４０Ｂの２次元の座標位置、及び３軸の回りの回転角を管理する第１の計測システムが構成され、干渉計ユニット５７ＡＸ，５７ＢＸ，５７Ｙによって投影光学系ＰＬに対するウエハ干渉計４９ＡＸ，４９ＢＸ，５０ＡＹ（ウエハ室３８）の２次元の座標位置、及びＺ軸の回りの回転角を管理する第２の計測システム（主計測系）が構成されている。そして、第１の計測システム及び第２の計測システムによって、投影光学系ＰＬを基準として２つのウエハステージ４０Ａ，４０ＢのそれぞれのＸ方向、Ｙ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の回りの回転角が高精度に計測されており、この計測値に基づいてアライメント時の位置決め、及び走査露光時の位置や速度の制御が高精度に行われる。
また、本例ではその計測システムの他に、ウエハ室３８の上部に、不図示であるが、投影光学系ＰＬによるスリット状の露光領域、又はこれに対して走査方向（Ｙ方向）に手前側の領域（先読み領域）にあるウエハＷ１（又はＷ２）上の複数の計測点に光軸ＡＸに対して斜めにスリット像を投影する投射系と、その被検面からの反射光を受光して、それらの計測点でのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）を検出する受光系とからなる斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサ（ＡＦセンサ）も設置されている。このＡＦセンサで検出されるフォーカス位置の情報に基づいて、走査露光中にウエハＷ１（又はＷ２）の表面が投影光学系ＰＬの像面に合焦されるように、ウエハステージ４０Ａ（４０Ｂ）内のＺレベリング機構が制御される。
また、ウエハ室３８内には、ウエハＷ１，Ｗ２のプリアライメントを行うための第１及び第２のプリアライメント機構（不図示）も備えられている。この場合、第１のウエハステージ４０Ａ上のウエハＷ１のプリアライメントは、ウエハ室３８内の−Ｘ方向の端部の位置Ａ１で行われ、第２のウエハステージ４０Ｂ上のウエハＷ２のプリアライメントは、＋Ｘ方向の端部の位置Ｂ１で行われるため、そのプリアライメント機構はそれぞれ位置Ａ１，Ｂ１（プリアライメント位置）の上方に配置されている。そして、位置Ａ１，Ｂ１と、露光が行われる露光領域（光軸ＡＸを含むスリット状の領域）との間にアライメントセンサ２７Ａ，２７Ｂによるウエハアライメントの位置が設定されている。
図３において、本例では、上記のようにウエハステージ４０Ａ，４０Ｂの内の一方が露光シーケンスを実行している間、他方はウエハローダ系ＷＬＤＡ，ＷＬＤＢとの間でウエハ交換を行ってから、ウエハアライメントシーケンスを実行する。そのため、ウエハ室３８の−Ｙ方向側に所定間隔を隔てて気密性の高い箱状のウエハローダ室７０（搬送室）が設置され、ウエハローダ室７０内にそのウエハローダ系ＷＬＤＡ，ＷＬＤＢが収納されている。そして、ウエハ室３８内で第１のウエハステージ４０Ａ（ウエハＷ１）は露光後に点線で示すように−Ｘ方向の位置Ａ１に移動し、第２のウエハステージ４０Ｂ（ウエハＷ２）は露光後に点線で示すように＋Ｘ方向の位置Ｂ１に移動する。ウエハ室３８の側面の位置Ａ１及びＢ１の近傍にスリット状の搬送口５２Ａ及び５２Ｂが形成され、搬送口５２Ａ，５２Ｂに対向するように、ウエハローダ室７０の側面にもスリット状の搬送口７４Ａ，７４Ｂが形成され、ウエハローダ室７０の内部は、第１の搬送口７４Ａに接する第１のロードロック室７２Ａ、第２の搬送口７４Ｂに接する第２のロードロック室７２Ｂ、及び２つのロードロック室７２Ａ，７２Ｂの中間のウエハ搬送室７３に分割されている。
本例と本発明とを対応させると、ウエハ室３８が露光室に対応し、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂが予備室に対応し、ウエハ搬送室７３が搬送室に対応している。
そして、搬送口７４Ａ，７４Ｂの内側に開閉自在にシャッタ７５Ａ，７５Ｂが設けられ、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂとウエハ搬送室７３との間にもそれぞれ搬送口が形成され、これらの搬送口を開閉するためのシャッタ７８Ａ，７８Ｂが設けられている。更に、ウエハ搬送室７３の−Ｙ方向の側面にはＸ方向に沿って並列に２つの搬送口が形成され、これらの搬送口を開閉するためのシャッタ８５Ａ，８５Ｂが設けられている。そのウエハローダ室７０の−Ｙ方向に接するようにインターフェース・コラム７１が設置されており、インターフェース・コラム７１内の外気と同じ環境下において、ウエハ搬送室７３のシャッタ８５Ａ，８５Ｂによって開閉される搬送口の近傍の位置Ａ４、及び位置Ｂ４にはそれぞれ１ロットのウエハを収納するウエハカセット（不図示）が設置されている。
シャッタ８５Ａ又は８５Ｂを開けることによって、ウエハ搬送室７３の内部はインターフェース・コラム７１の内部の気体、即ち本例では外気と同じ雰囲気に開放される。シャッタ７５Ａ，７５Ｂ、７８Ａ，７８Ｂ、８５Ａ，８５Ｂの開閉動作は不図示の主制御系によって制御されるが、第１のロードロック室７２Ａの２つのシャッタ７５Ａ，７８Ａは同時に開くことはなく、同様に第２のロードロック室７２Ｂの２つのシャッタ７５Ｂ，７８Ｂも同時に開くことはない。更に、ウエハ搬送室７３のロードロック室７２Ａ，７２Ｂ側のシャッタ７８Ａ，７８Ｂの何れかと、インターフェース・コラム７１側のシャッタ８５Ａ，８５Ｂの何れかとは同時に開くことはない。従って、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂの内部は外気と直接連通することはなく、ウエハ室３８の内部も外気と直接連通することはない。
なお、搬送口７４Ａ，７４Ｂ等を閉じた場合の気密性を高めるために、シャッタ７５Ａ，７５Ｂ、７８Ａ，７８Ｂ、８５Ａ，８５Ｂの代わりに、いわゆるゲートバルブを設けてもよい。また、ウエハ室３８の搬送口５２Ａ，５２Ｂと、ウエハローダ室７０の搬送口７４Ａ，７４Ｂとの間の空間を外気から遮蔽するように、それぞれ図１の軟性シールド部材１８Ｄと同様の高い可撓性を有する円筒状で膜状の軟性シールド部材１８Ｆ，１８Ｇが装着されている。これによって、ウエハローダ室７０内の振動がウエハ室３８内に伝わらないと共に、ウエハ室３８の内部からウエハローダ室７０の内部の空間までを高純度のパージガスで満たすことができる。
また、第１のロードロック室７２Ａ内の中央部の位置Ａ２（温度制御位置）に来たウエハの温度を制御するために、３点接触型のヒータ及び冷却器を含む温度調整装置７６Ａが設置され、位置Ａ２と位置Ａ１との間で搬送口５２Ａ，７４Ａを通してウエハの受け渡しを行うために第１のスライドアーム７７Ａが配置され、ロードロック室７２Ａ内の上部にスライドアーム７７ＡのＺ方向への微動、及びＹ方向への移動を行うための搬送装置（不図示）が配置されている。また、ウエハ搬送室７３内の−Ｘ方向側に、インターフェース・コラム７１及びロードロック室７２Ａの内部との間でウエハの受け渡しを行うための第１の搬送ロボット７９Ａが配置されている。搬送ロボット７９Ａは、回転及び上下動を行う回転軸８２と、この回転軸８２上で回転を行う第１アーム８１と、この第１アーム８１の先端部で回転を行う第２アーム８０とを備えており、この第２アーム８０の先端部に搬送対象のウエハが吸着保持される。
ハンドリング機構としての搬送ロボット７９Ａは、ウエハの搬入時にインターフェース・コラム７１内の位置Ａ４からシャッタ８５Ａのある搬送口を通してウエハ搬送室７３内に搬入したウエハを、回転軸８２上の位置Ａ３に設置する。位置Ａ３に設置されたウエハの外周部の１８０°離れた２箇所に視野を持つように２つの撮像装置８３Ａ，８４Ａが配置され、外形検出系としての撮像装置８３Ａ，８４Ａの撮像信号が不図示のウエハローダ制御系に供給され、このウエハローダ制御系は、その撮像信号を処理して位置Ａ３にあるウエハの外周部のノッチ部（切り欠き部）の位置、及びその中心位置を検出し、このノッチ部の位置が所定の位置（例えば＋Ｙ方向）に来るように、かつそのウエハの中心位置が所定の位置に来るように搬送ロボット７９Ａの動作を制御する。これによって、ウエハの１回目のプリアライメントが行われる。
温度調整装置７６Ａ、スライドアーム７７Ａ、この搬送装置（不図示）、搬送ロボット７９Ａ、及び撮像装置８３Ａ，８４Ａより第１のウエハローダ系ＷＬＤＡが構成されている。この第１のウエハローダ系ＷＬＤＡと対称に、ウエハ室３８内の位置Ｂ１と、ロードロック室７２Ｂ内の位置Ｂ２と、ウエハ搬送室７３内の位置Ｂ３と、インターフェース・コラム７１内の位置Ｂ４との間でウエハの受け渡しを行うための第２のウエハローダ系ＷＬＤＢが配置されている。ウエハローダ系ＷＬＤＢも温度調整装置７６Ｂ、スライドアーム７７Ｂ、この搬送装置（不図示）、第２の搬送ロボット７９Ｂ、及び撮像装置８３Ｂ，８４Ｂより構成されている。ウエハローダ系ＷＬＤＡ，ＷＬＤＢは搬送系と呼ぶことができる。そのウエハの１回目のプリアライメントは、ウエハのその搬送系に対する外形基準によるアライメントとみなすことができる。
なお、図３の構成例において、ウエハ搬送室７３内には１台の搬送ロボット７９Ａのみを配置して、この搬送ロボット７９Ａ（ハンドリング機構）を２つのウエハローダ系ＷＬＤＡ，ＷＬＤＢで共有してもよい。この際には、外形検出系も１組の撮像装置８３Ａ，８４Ａのみを配置するだけでよい。投影光学系ＰＬによる露光はウエハステージ４０Ａ，４０Ｂに対して交互に行われるため、その構成でもスループットは殆ど低下しないと共に、ウエハローダ系を全体として小型化することができる。
次に、本例のウエハ室３８及びウエハローダ室７０に対してパージガスを供給する気体供給回収装置の構成につ図４を参照して詳細に説明する。図４において、図２に対応する部分には同一符号を付している。
図４は、図３に対応させて本例の気体供給回収装置の構成を示す一部を断面図とした平面図であり、この図４において、ウエハ室３８とロードロック室７２Ａ及び７２Ｂとはそれぞれバイパス用の配管６１Ａ及び６１Ｂを介して連通しており、配管６１Ａ及び６１Ｂの途中にはそれぞれ気体をウエハ室３８からロードロック室７２Ａ及び７２Ｂの方向にのみ流すための逆止弁ＶＡ１及びＶＢ１が配置されている。更に、ロードロック室７２Ａ及び７２Ｂとウエハ搬送室７３とはそれぞれバイパス用の配管６２Ａ及び６２Ｂを介して連通しており、配管６２Ａ及び６２Ｂの途中にはそれぞれ気体をロードロック室７２Ａ及び７２Ｂからウエハ搬送室７３の方向にのみ流すための逆止弁ＶＡ２及びＶＢ２が配置されている。
また、ウエハ室３８は排気管１７Ｅ及び送風ポンプ６３Ａを介して配管７Ｅに接続され、第１のロードロック室７２Ａは排気管１７Ｇ及び送風ポンプ６３Ｃを介して配管７Ｅに接続され、第２のロードロック室７２Ｂは排気管１７Ｇ及び送風ポンプ６３Ｃを介して配管７Ｅに接続され、ウエハ搬送室７３は排気管１７Ｆ及び送風ポンプ６３Ｂを介して工場用の排気管６４Ａに接続されている。送風ポンプ６３Ａ，６３Ｃ，６３Ｄは、それぞれ装置全体の動作を統轄制御する主制御系６７の制御のもとで、ウエハ室３８、及びロードロック室７２Ａ，７２Ｂから配管７Ｅ側に気体を指定された流量で排気し、送風ポンプ６３Ｂは、主制御系６７の制御のもとでウエハ搬送室７３から排気管６４Ａ側に気体を指定された流量で排気する。
配管７Ｅは、気体中の酸素、有機系ガス等の不純物を除去するためのケミカルフィルタ６５Ａ、水蒸気を吸着する不図示のフィルタ、及び微少な塵埃を除去するためのＨＥＰＡフィルタ（ｈｉｇｈ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ａｉｒ−ｆｉｌｔｅｒ）又はＵＬＰＡフィルタ（ｕｌｔｒａ  ｌｏｗ  ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ  ａｉｒ−ｆｉｌｔｅｒ）よりなる防塵フィルタ６６Ａ、及び配管７Ｂを介して給気装置５と連結されており、ウエハ室３８、及びロードロック室７２Ａ，７２Ｂから配管７Ｅ側に回収（排気）された気体は、清浄化されて比較的純度の高いパージガス（本例ではヘリウムガス）として給気装置５に供給される。送風ポンプ６３Ａ，６３Ｃ，６３Ｄ、配管７Ｅ、ケミカルフィルタ６５Ａ、防塵フィルタ６６Ａ、及びこれらの動作を制御する制御部６９Ａより回収装置４が構成されており、制御部６９Ａは主制御系６７に制御されている。
給気装置５には配管７Ｃを介して高純度のパージガスを蓄積するガスボンベ等からなる蓄積装置６も連結されており、給気装置５は、回収装置４から供給される気体と蓄積装置６から供給される高純度のパージガスとの混合ガスである所定純度以上のパージガスを、配管７Ｄ、温度制御装置６８Ａ、ＨＥＰＡフィルタ等の防塵フィルタ６６Ｂ、及び給気管１６Ｅを介して外気とほぼ同じ１気圧程度でウエハ室３８に供給する。温度制御装置６８Ａは、加熱器（ヒータ等）、吸熱器（ペルティエ素子等）、及び温度センサを備えており、内部を通過する気体の温度をウエハ室３８内の温度として予め設定されている温度に制御する。送風ポンプ６３Ｂ、給気装置５、蓄積装置６、及び温度制御装置６８Ａの動作も主制御系６７によって制御されている。
なお、図４では説明の便宜上、給気管１６Ｅの吹き出し口はウエハ室３８の側面に設けられているが、給気管１６Ｅは実際には点線で示すように、ウエハ室３８の上部の３箇所の吹き出し口９４，９５Ａ，９５Ｂに通じている。また、排気管１７Ｅに通じる排気口も、実際にはウエハ室３８の底面に設けられており、給気管１６Ｅを介して給気されたパージガスは、３箇所の吹き出し口９４，９５Ａ，９５Ｂからウエハ室３８の内部にダウンフロー方式で供給されている。
この場合、吹き出し口９４は、Ｙ軸のウエハ干渉計５０ＡＹの光路を含む領域の上部に設定され、吹き出し口９５Ａ，９５ＢはＸ軸の２つのウエハ干渉計４９ＡＸ，４９ＢＸの光路を含む領域の上部に設定されており、ウエハ干渉計４９ＡＸ，４９ＢＸ，５０ＡＹの光路には常時高純度で一定温度のパージガスが供給されているため、その光路の屈折率が安定化して計測精度が向上する。本例のパージガスはヘリウムガスであるため、特に光路の屈折率の変化が少なく、高精度に計測が行われる。
また、本例では給気管１６Ｅを介してウエハ室３８内に供給されたパージガスの一部は、バイパス用の配管６１Ａ，６１Ｂを介してロードロック室７２Ａ，７２Ｂ内に供給され、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂ内に供給されたパージガスの一部はバイパス用の配管６２Ａ，６２Ｂを介してウエハ搬送室７３内に供給されている。従って、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂ内の気圧はウエハ室３８内に対して僅かに低く設定され、ウエハ搬送室７３内の気圧（シャッタ８５Ａ，８５Ｂを閉じた状態）はロードロック室７２Ａ，７２Ｂ内に対して僅かに低く設定されている。そして、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂ内の気体は排気管１７Ｇ，１７Ｈを介して回収装置４に回収されており、ウエハ搬送室７３内の気体は排気管１７Ｆを介して工場用の排気管６４Ａ側に排気されている。排気管１７Ｆは、点線で示すように、ウエハ搬送室７３の底面に設けられた排気口９６に通じており、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂ及びウエハ搬送室７３内では何れもパージガスがダウンフロー方式で供給されている。本例のパージガスはヘリウムガスであり、不純物としての酸素等は重いために底面側に溜まり易く、ダウンフロー方式でパージガスを供給することによって、不純物を効率的に排気することができる。
なお、図４の実施の形態ではバイパス用の配管６１Ａ，６１Ｂ，６２Ａ，６２Ｂ内に逆止弁ＶＡ１〜ＶＢ２が設けられているが、本例ではロードロック室７２Ａ，７２Ｂ内の気圧はウエハ室３８内よりも僅かに低く、ウエハ搬送室７３内の気圧はロードロック室７２Ａ，７２Ｂ内よりも僅かに低いため、逆止弁ＶＡ１〜ＶＢ２は必ずしも設ける必要はない。また、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂとウエハ搬送室７３との間のバイパス用の配管６２Ａ，６２Ｂにのみ逆止弁ＶＡ２，ＶＢ２を設けるようにしてもよい。
また、給気管１６Ｅ、排気管１７Ｅ〜１７Ｈ、配管７Ｂ，７Ｃの途中にはそれぞれ主制御系６７の制御のもとで電磁的に開閉自在のバルブが設置されているが、通常の露光工程ではこれらのバルブは開けられている。また、ウエハ室３８、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂ、及びウエハ搬送室７３の内部にはそれぞれ不純物センサとしての酸素濃度センサ９３Ａ，９３Ｂ，９３Ｃ，９３Ｄが設置されており、これらの酸素濃度センサ９３Ａ〜９３Ｄによる酸素の残留濃度の計測情報が主制御系６７に供給されている。そして、ウエハ室３８、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂ、及びウエハ搬送室７３内の酸素濃度の許容値は予め設定されていると共に、その許容値はウエハ室３８内で最も低く（厳しく）設定され、次にロードロック室７２Ａ，７２Ｂ内で低く設定され、ウエハ搬送室７３内では最も高く（緩く）設定されている。
その酸素濃度の許容値は、一例としてウエハ室３８内では１枚のウエハを交換してから、そのウエハのアライメント及び露光を行ってそのウエハが交換されるまでの１サイクルの間に連続して５〜２０ｐｐｍであり、その１サイクルは本例では２０〜３０ｓｅｃ程度である。ウエハ室３８内での酸素濃度が２０ｐｐｍを超えると、露光光の吸収が大きくなりウエハＷ１，Ｗ２上での露光光の照度が低下して、スループットが低下してしまう。一方、ウエハ室３８内での酸素濃度を５ｐｐｍより低く抑えようとすると、ウエハ室３８の気密性を高める必要があるとともに、蓄積装置６から供給される高純度のパージガスの使用量が増加して、露光装置の製造コスト及び運転コストが増大してしまう。また、ウエハＷ１，Ｗ２上での露光照度を高めて、更に露光工程のスループットを高めるためには、ウエハ室３８内での酸素濃度の許容値は１０ｐｐｍ以下とすることが望ましい。
なお、露光光源３としてＦ２レーザ光源が使用される場合には、酸素濃度を０．１ｐｐｍ以下にすると共に、水蒸気濃度も０．１ｐｐｍ以下とすることが望ましい。さらに、有機物濃度は１０ｐｐｂ以下にすることが望ましい。
また、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂ内での酸素濃度の許容値は、ウエハ室３８内での許容値の２倍〜１０倍程度に設定され、ウエハ搬送室７３内での酸素濃度の許容値は、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂ内での許容値の１０倍〜１００倍程度に設定されている。
そして、主制御系６７は、露光工程中に、送風ポンプ６３Ｂ、回収装置４、及び給気装置５の動作を制御することによって、ウエハ室３８、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂ、及びウエハ搬送室７３内の酸素の残留濃度がそれぞれ上記の許容値以下となるように、ウエハ室３８、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂ、及びウエハ搬送室７３に対してパージガスの供給、及び内部の気体の排気と回収とを行う。具体的に、制御方法の一例としては、ウエハ室３８、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂ、及びウエハ搬送室７３内からそれぞれ排気管１７Ｅ、排気管１７Ｇ，１７Ｈ、及び排気管１７Ｆを介して所定の一定流量で排気を行い、この合計の排気量にウエハ室３８及びウエハローダ室７０の側壁等からのパージガスの漏れ量、及びウエハ搬送室７３のシャッタ８５Ａ，８５Ｂを開いた場合のパージガスの単位時間当たりの平均流出量を加算した流量で、ウエハ室３８に対して給気管１６Ｅを介してパージガスをほぼ一定流量で供給すればよい。
このようにウエハ室３８及びウエハローダ室７０内にパージガスが供給されている状態で、これから露光されるウエハは、インターフェース・コラム７１内のウエハカセットから、ウエハローダ系ＷＬＤＡ（又はＷＬＤＢ）によってウエハ搬送室７３及びロードロック室７２Ａ（又は７２Ｂ）を経てウエハ室３８内のウエハステージ４０Ａ（又は４０Ｂ）上に搬送される。一方、露光済みのウエハは、ウエハステージ４０Ａ（又は４０Ｂ）上からウエハローダ系ＷＬＤＡ（又はＷＬＤＢ）によってロードロック室７２Ａ（又は７２Ｂ）及びウエハ搬送室７３を経てインターフェース・コラム７１内のウエハカセット内に搬送される。
この際に、シャッタ８５Ａ，８５Ｂとシャッタ７８Ａ，７８Ｂとは同時に開くことがなく、シャッタ７８Ａ，７８Ｂとシャッタ７５Ａ，７５Ｂとは同時に開くことがないため、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂは直接外気と連通することはない。また、ウエハ室３８はロードロック室７２Ａ，７２Ｂ、及びウエハ搬送室７３を介して外気と接しているため、露光工程中にウエハ室３８内とインターフェース・コラム７１との間をウエハが頻繁に行き来しても、ウエハ室３８内のパージガスの純度は高い状態に維持される。
図８の曲線ＬＣ１〜ＬＣ３は、本例の露光動作中のウエハ室３８、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂ、及びウエハ搬送室７３内の不純物としての酸素の濃度変化の一例を示し、この図８において、横軸は露光中の経過時間ｔ（ｓｅｃ）、左側の縦軸はウエハ室３８内の酸素濃度Ｄ１（ｐｐｍ）、及びロードロック室７２Ａ，７２Ｂ内の酸素濃度Ｄ２（ｐｐｍ）を示し、右側の縦軸はウエハ搬送室７３内の酸素濃度Ｄ３（ｐｐｍ）を示す。また、曲線ＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３がそれぞれ酸素濃度Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の変化を示し、時間Ｔｗが１枚のウエハに対して交換、アライメント、及び露光に要する１サイクルの時間（図８では２４ｓｅｃ）を示している。また、図８の酸素濃度は、ウエハ室３８からの排気流量が１０（１０００ｃｃ／ｍｉｎ）、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂからの合計の排気流量が４０（１０００ｃｃ／ｍｉｎ）、ウエハ搬送室７３からの排気流量が４０（１０００ｃｃ／ｍｉｎ）の条件で計測した。
図８の曲線ＬＣ１〜ＬＣ３より分かるように、１サイクルの時間Ｔｗの間にウエハ室３８内の酸素濃度Ｄ１は１０ｐｐｍ以下に抑えられ、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂ内の酸素濃度Ｄ２もほぼ１０ｐｐｍ程度以下に抑えられ、ウエハ搬送室７３内の酸素濃度Ｄ３はほぼ２５０ｐｐｍ程度以下に抑えられている。また、図４において、本例では不純物濃度が最も高いウエハ搬送室７３から排気された気体は、再利用することなく工場用排気管側に排気されているため、再利用する気体から不純物を除く機構は簡単なものでよく、気体供給回収機構の構成が簡素化できる利点がある。
更に、図４において、本例ではバイパス用の配管６１Ａ，６１Ｂが設けられているため、例えばロードロック室７２Ａ，７２Ｂでウエハ室３８側のシャッタ７５Ａ，７５Ｂを開いたような場合でも、ウエハ室３８内からロードロック室７２Ａ，７２Ｂ内に急激にパージガスが流出することがなく、ウエハ室３８内のパージガスの濃度は安定に維持される。同様に、バイパス用の配管６２Ａ，６２Ｂが設けられているため、ウエハ搬送室７３でロードロック室７２Ａ，７２Ｂ側のシャッタ７８Ａ，７８Ｂを開いたような場合でも、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂからウエハ搬送室７３内に急激にパージガスが流出することがなく、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂ内のパージガスの濃度は安定に維持され、結果としてウエハ室３８内のパージガスの濃度は安定に高い状態に維持される。
なお、例えばウエハ室３８内での酸素濃度が許容値を超えた場合には、アライメント及び露光動作を中止して、その酸素濃度が許容範囲内に収まるまで、ひいてはパージガスの純度が高純度で安定化するまでウエハステージ４０Ａ，４０Ｂを待機させるようにしてもよい。これによって、アライメント精度及び露光精度の悪化を防止することができる。
また、図４のウエハ室３８内の不純物センサとしての酸素濃度センサ９３Ａの代わりに、レーザ干渉計のレーザビームに対する屈折率測定システムを使用してもよい。
図９は、そのように不純物センサの代わりに使用できるマッハ・ツェンダー干渉計方式の屈折率測定システムの一例を示し、この図９において、レーザ光源１１１から射出されたレーザビームは、ビームスプリッタ１１２で２分割され、第１のレーザビームはミラー１１３で反射されて、密閉容器１１７中の真空の光路を経た後、ビームスプリッタ１１８を介して２つの光電検出器１２０Ａ，１２０Ｂに入射する。一方、ビームスプリッタ１１２で反射された第２のレーザビームは、ウエハ室３８に連通する密閉容器１１４の内部を通った後、ミラー１１６で反射されて一部は１／４波長板１１９を経て光電検出器１２０Ａ，１２０Ｂに入射し、光電検出器１２０Ａ，１２０Ｂの検出信号が信号処理装置１２１に供給されている。信号処理装置１２１は、光電検出器１２０Ａ，１２０Ｂの検出信号を処理することによって、密閉容器１１７中の真空の光路を基準として密閉容器１１４中の気体の屈折率、ひいてはウエハ室３８内の気体の屈折率を算出する。
また、０℃における１気圧の条件下で、ヘリウムの屈折率は１．００００３５、不純物としての酸素の屈折率は１．０００２７２であるため、計測された屈折率の値から例えば線形近似によって酸素濃度（ｐｐｍ）を間接的に求めることができる。その屈折率の値はウエハ室３８内のレーザ干渉計の計測値を求める場合にも使用されるため、屈折率計測システムを不純物センサとしても使用することによって、必要な設備を少なくすることができる。
次に、図４の実施の形態の第１の変形例につき図５を参照して説明する。図５において、図４に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。
図５はその変形例の気体供給回収装置を示し、この図５において、図４の回収装置４が回収装置４Ａで置き換えられている。回収装置４Ａにおいて、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂからそれぞれ排気管１７Ｇ，１７Ｈ及び送風ポンプ６３Ｃ，６３Ｄを介して回収された気体はガス純化器１０１に供給される。ガス純化器１０１は、内部に冷凍装置を備え、供給された気体の温度を低下させて、順次液化した成分を分離することによって、高純度のパージガス成分のみを抽出する。本例のパージガスであるヘリウムの沸点は−２６８．９℃であり、不純物としての酸素、二酸化炭素、…の沸点はそれぞれ−１８３℃、−７８．５℃、…とヘリウムの沸点よりもかなり高いため、ガス純化器１０１によってヘリウムのみを高純度で分離することができる。
なお、露光光源３としてＦ２レーザ光源が使用される場合には、ガス純化器１０１によって、水蒸気も分離できるように構成することが望ましい。
ガス純化器１０１で分離された高純度のパージガス（ヘリウム）は、配管７Ｇに供給される。配管７Ｇには、ウエハ室３８から排気管１７Ｅ及び送風ポンプ６３Ａを介して回収された気体も供給されており、配管７Ｇで合成された気体は、ケミカルフィルタ６５Ａ、防塵フィルタ６６Ａ、及び配管７Ｂを介して給気装置５に供給される。このように回収装置４Ａには、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂから回収された気体からパージガスを高純度で分離するガス純化器１０１が含まれている点が図４の実施の形態とは異なっており、それ以外は図４の実施の形態と同様である。
図５の実施の形態によれば、ウエハ搬送室７３に接しており不純物濃度が高くなり易いロードロック室７２Ａ，７２Ｂから回収された気体を、ガス純化器１０１に通しているため、再利用するパージガスの純度を高めることができる。また、ウエハ室３８から回収された気体は、ガス純化器１０１を通すことなく給気装置５に供給されている。なぜなら、ウエハ室３８内の気体の不純物濃度はかなり低く管理されているため、特にガス純化器１０１に通す必要はないからである。これによって、ガス純化器１０１を小型化でき、製造コストを低減できる。なお、ウエハ室３８から回収された気体をガス純化器１０１に通して、再利用するパージガスの純度を更に高めてもよい。
次に、図４の実施の形態の第２の変形例につき図６を参照して説明する。図６において、図４に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。
図６はその変形例の気体供給回収装置を示し、この図６において、給気装置５から温度制御装置６８Ａ及び防塵フィルタ６６Ｂを介して給気管１６Ｅ側に供給されたパージガスの一部が、分岐された電磁バルブ付きの給気管１６Ｆを介してウエハ搬送室７３に供給されている。また、ウエハ室３８とロードロック室７２Ａ，７２Ｂとの間にはバイパス用の配管６１Ａ，６１Ｂが設けられているが、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂとウエハ搬送室７３との間にはバイパス用の配管は設けられていない。それ以外の構成は図４の実施の形態と同様である。
図６の構成例においては、不純物濃度が高くなるウエハ搬送室７３だけは単独にパージガスの供給、及び内部の気体の排気が行われている。そして、ウエハ室３８とロードロック室７２Ａ，７２Ｂとは、図４の実施の形態と同様にパージガスの循環が行われている。これによって、ウエハ室３８内の不純物濃度を容易に低く管理することが可能となっている。この第２の変形例では、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂは一時的にも外気と連通することがないため、バイパス用の配管６１Ａ，６１Ｂ中の逆止弁ＶＡ１，ＶＢ１は省略してもよい。
次に、本発明の他の実施の形態につき図７を参照して説明する。本例は、隣接する複数の気密室内の気体の供給及び排気を互いに独立に行うものであり、図７において図４に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。
図７は、本例の気体供給回収装置の構成を示す一部を断面図とした平面図であり、この図７において、ウエハ室３８（露光室）は排気管１７Ｅを介して送風ポンプ１０３に接続され、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂ（予備室）はそれぞれ排気管１７Ｇ，１７Ｈを介して送風ポンプ１０３に接続され、ウエハ搬送室７３（搬送室）は排気管１７Ｆ、図５のガス純化器１０１と同じ構成のガス純化器１０２、及び配管１０６を介して送風ポンプ１０３に接続されている。送風ポンプ１０３は、主制御系６７の制御のもとで、ウエハ室３８、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂ、及びウエハ搬送室７３内の気体を指定された流量で排気し、排気された気体は配管７Ｂを介して給気装置５Ａに供給されている。
給気装置５Ａは、送風ポンプ１０３から送られて来る気体を一時蓄積する大容量のタンクと、このタンク内の気体の一部を工場用の排気管１０５側に排気する排気部と、この排気された気体を補うように蓄積装置６から配管７Ｃを介して高純度のパージガスを取り込んでそのタンクに補充する補充部と、主制御系６７からの指令に応じてそのタンク内の高純度のパージガスを配管７Ｄ側に供給する出力部とを備えている。
配管７Ｄは温度制御装置６８Ａ及び防塵フィルタ６６Ｂを介して配管７Ｈに接続され、配管７Ｈは分岐した給気管１６Ｅ，１６Ｇ，１６Ｈ，及び１６Ｆを介してそれぞれウエハ室３８、第１のロードロック室７２Ａ、第２のロードロック室７２Ｂ、及びウエハ搬送室７３に連結されている。また、本例の給気管１６Ｅ，１６Ｇ，１６Ｈ，１６Ｆにはそれぞれ内部を流れる気体の流量を制御する流量制御弁（例えばバタフライ・バルブよりなる）ＶＲ１〜ＶＲ４が設けられ、これらの流量制御弁ＶＲ１〜ＶＲ４の開閉動作も主制御系６７によって制御されている。
本例では、主制御系６７の制御のもとで、給気装置５Ａから給気管１６Ｅ，１６Ｇ，１６Ｈ，１６Ｆを介してそれぞれウエハ室３８、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂ、及びウエハ搬送室７３に互いに独立に設定された流量で、ほぼ外気と同じ１気圧程度で所定温度に制御された、高純度のパージガス（本例ではヘリウムガス）がダウンフロー方式で供給される。即ち、隣接する気密室間にバイパス用の配管は設けられていない。そして、ウエハ室３８及びロードロック室７２Ａ，７２Ｂから排気された気体は、排気管１７Ｅ，１７Ｇ，１７Ｈを介して給気装置５Ａ内に回収されて再び使用される。また、ウエハ搬送室７３から排気された気体は、排気管１７Ｆ、ガス純化器１０２、及び配管１０６を介して高純度のパージガスのみが抽出され、この抽出された高純度のパージガスが給気装置５Ａに回収されて再び使用される。
また、本例においても、図７において、ウエハ室３８、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂ、及びウエハ搬送室７３内に酸素濃度センサ９３Ａ〜９３Ｄが設置され、主制御系６７は、酸素濃度センサ９３Ａ〜９３Ｄによって計測される不純物としての酸素の残留濃度が、各気密室毎に設定されている許容値以下になるように、給気装置５Ａ及び流量制御弁ＶＲ１〜ＶＲ４の動作を制御する。これによって、ウエハ室３８内の不純物濃度は許容値以下に抑えられて、高いスループットで露光が行われる。
また、本例ではウエハ室３８、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂ、及びウエハ搬送室７３から回収された気体は、一度給気装置５Ａ内の大容量のタンク内に蓄積され、ここで所定純度のパージガスが得られるように、一部の気体が蓄積装置６内の高純度のパージガスと交換される。従って、簡単な構成で、且つ簡単な制御で、複数の気密室から回収された気体を再び高純度のパージガスとして再利用することができる。更に、不純物濃度が高いウエハ搬送室７３から排気された気体はガス純化器１０２に通しているため、その不純物の影響は無くなっている。
なお、例えば給気装置５Ａで排気する気体を増加して、蓄積装置６から補充する高純度のパージガスの量を多くする場合には、不純物の影響を少なくできるため、ガス純化器１０２を省略して、ウエハ搬送室７３から回収された気体を直接給気装置５Ａに供給するようにしてもよい。逆に、給気装置５Ａで排気する気体をできるだけ少なくして、再利用するパージガスの割合を増やしたい場合には、ガス純化器１０２を図７の送風ポンプ１０３と給気装置５Ａとの間の位置Ｐ１に移して、全部の気密室から回収された気体をガス純化器１０２に通して、得られた高純度のパージガスを再利用するようにしてもよい。
また、図７の構成例においても、不純物としての酸素の濃度の許容値は、一例としてウエハ室３８内では１枚のウエハを交換してから、そのウエハのアライメント及び露光を行ってそのウエハが交換されるまでの１サイクル（例えば２０〜３０ｓｅｃ程度）の間に連続して５〜２０ｐｐｍである。また、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂ内での酸素濃度の許容値は、ウエハ室３８内での許容値の２倍〜１０倍程度に設定され、ウエハ搬送室７３内での酸素濃度の許容値は、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂ内での許容値の１０倍〜１００倍程度に設定されている。
なお、上記の実施の形態では、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂに比べてウエハ搬送室７３内の不純物濃度の許容値は高く設定されているが、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂ及びウエハ搬送室７３内の不純物濃度の許容値を共通にウエハ室３８内と同程度以上の許容値に設定してもよい。この場合には、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂとウエハ搬送室７３とを一つの気密室としてもよい。また、検出対象の吸光物質（不純物）の種類を多くして、その吸光物質毎にその濃度の許容値を異ならせてもよく、最も許容値が厳しい物質の濃度に着目してパージガスの流量などを制御するようにしてもよい。
また、パージガスの別の管理方法として、ウエハ室３８に隣接するロードロック室７２Ａ，７２Ｂではその内部の吸光物質（不純物）の許容濃度をウエハ室３８内と同程度に設定し、ロードロック室７２Ａ，７２Ｂよりもウエハカセット側に配置されるウエハ搬送室７３などでは、その内部の吸光物質の許容濃度をウエハ室３８内よりも高く設定するようにしてもよい。これによって管理が単純化される。
なお、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）などを使用する場合にも、その光路にはヘリウムガスや窒素ガスなどのパージガスを供給することが望ましい。しかしながら、その場合のパージガスの濃度は例えば９０〜９９％程度に落としても、ウエハ上で高い露光強度が得られると共に、レーザ干渉計等のセンサでも高い計測精度が得られる。但し、この場合にそのセンサの光路での屈折率の揺らぎが大きくならないように、気密室に対するパージガスの供給管や排気管の位置をそのセンサの光路からできるだけ離して配置することが望ましい。
なお、露光光としてＦ２レーザ光、或いはＦ２レーザ光より短い波長の光を使用する場合には、その光路にヘリウムガスや窒素ガス等のパージガスを供給しつつ、露光光を吸収する吸光物質（前述した酸素、水蒸気、有機物等を含む）の濃度を厳密に管理することが好ましい。
なお、上記の実施の形態のレチクルステージ系ＲＳＴはダブルステージ方式で、ウエハステージ系ＷＳＴはツインステージ方式であり、高いスループットが得られる。しかしながら、例えば露光装置をより小型化したいような場合には、レチクルステージ系及びウエハステージ系の少なくとも一方をシングル・ステージ方式としてもよく、この場合にも本発明が適用できる。
また、上記の実施の形態では、ウエハステージ系ＷＳＴ側の空間を搬送室、露光室（ウエハ室）、予備室に分割している。同様にして、レチクルステージ系ＲＳＴ側でレチクル（露光対象の物体とみなすことができる）が移動する空間を、レチクルが一時的に保持され、レチクルの搬入又は搬出時に外気に開放される搬送室と、そのレチクルに露光光を照射する際にそのレチクルを収納する露光室（レチクル室）と、その搬送室とその露光室との間に配置される予備室とに分割する場合にも本発明を適用することができる。
次に、上記の実施の形態の投影露光装置を使用した半導体デバイスの製造工程の一例につき図１０を参照して説明する。
図１０は、半導体デバイスの製造工程の一例を示し、この図１０において、まずシリコン半導体等からウエハＷが製造される。その後、ウエハＷ上にフォトレジストを塗布し（ステップＳ１０）、このウエハＷを図１の投影露光装置の例えばウエハステージ４０Ａ上にロードする。次のステップＳ１２において、図１のレチクルＲ１を照明領域の下方に移動して、レチクルＲ１のパターン（符号Ａで表す）をウエハＷ上の全部のショット領域ＳＥに走査露光する。なお、ウエハＷは例えば直径３００ｍｍのウエハ（１２インチウエハ）であり、ショット領域ＳＥの大きさは一例として非走査方向の幅が２５ｍｍで走査方向の幅が３３ｍｍの矩形領域である。次に、ステップＳ１４において、現像及びエッチングやイオン注入等を行うことにより、ウエハＷの各ショット領域ＳＥに所定のパターンが形成される。
次に、ステップＳ１６において、ウエハＷ上にフォトレジストを塗布し、その後ステップＳ１８において、図１のレチクルＲ１の代わりにレチクルＲ２を照明領城の下方に移動して、レチクルＲ２のパターン（符号Ｂで表す）をウエハＷ上の各ショット領域ＳＥに走査露光する。そして、ステップＳ２０において、ウエハＷの現像及びエッチングやイオン注入等を行うことにより、ウエハＷの各ショット領域に所定のパターンが形成される。
以上の露光工程〜パターン形成工程（ステップＳ１６〜ステップＳ２０）は所望の半導体デバイスを製造するのに必要な回数だけ繰り返される。そして、ウエハＷ上の各チップＣＰを１つ１つ切り離すダイシング工程（ステップＳ２２）や、ボンディング工程、及びパッケージング工程等（ステップＳ２４）を経ることによって、製品としての半導体デバイスＳＰが製造される。
また、上記の実施の形態では、走査露光方式の投影露光装置に本発明を適用したが、本発明はこれに限られず、ステップ・アンド・リピート方式等の一括露光型（静止露光型）の投影露光装置、或いはプロキシミティ方式等の露光装置であっても同様に適用することができる。
なお、露光装置の用途としては半導体素子製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド、又はＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。
また、上記の実施の形態の露光装置は、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共に、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエ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）をすることにより製造することができる。なお、露光装置の製造は温度及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。
なお、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ことは勿論である。また、明細書、特許請求の範囲、図面、要約を含む２００１年３月１９日付け提出の日本国特願２００１−０７９５３１の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用して本願に組み込まれている。
産業上の利用の可能性
本発明の第１の露光方法によれば、露光の１サイクルの間、気密室内の不純物の濃度の変化量が所定の許容範囲以下に保たれるように、その気密室に対する露光ビームを透過する気体の供給量を制御しているため、その気密室内の不純物の濃度を急激に高めることなく、その気密室内の物体の交換を行うことができる。
また、本発明の第２の露光方法によれば、露光室内の不純物濃度が所定の許容範囲内に収まるように、その露光室に露光ビームを透過する気体を供給するとともに、その露光室内に供給された気体を配管を介して予備室内に供給しているため、その露光室（気密室）内の不純物の濃度を急激に高めることなく、その露光室内の物体の交換を行うことができる。
また、本発明の第３の露光方法によれば、複数の気密室内から排気された気体を共通の容器内に回収し、この回収された気体の一部を排気するとともに、その回収された気体に露光ビームを透過する気体を加える純化処理を行い、この純化処理が施された気体を複数の気密室内に供給しているため、その複数の気密室の内の露光室内の不純物の濃度を急激に高めることなく、その露光室内の物体の交換を行うことができる。
更に本発明のデバイス製造方法によれば、本発明の露光方法を用いて高いスループットで各種デバイスを製造できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施の形態の一例の投影露光装置を示す一部を切り欠いた概略構成図である。図２は、図１の投影露光装置の一部を切り欠いた右側面図である。図３は、図２のウエハ室３８及びウエハローダ室７０の内部のウエハステージ系及びウエハローダ系を示す一部を切り欠いた平面図である。図４は、図１の実施の形態の気体供給回収装置を示す一部を切り欠いた平面図である。図５は、図４の実施の形態の第１の変形例の気体供給回収装置を示す一部を切り欠いた平面図である。図６は、図４の実施の形態の第２の変形例の気体供給回収装置を示す一部を切り欠いた平面図である。図７は、本発明の別の実施の形態の気体供給回収装置を示す一部を切り欠いた平面図である。図８は、図４の実施の形態の複数の気密室内の不純物濃度の変化の一例を示す図である。図９は、不純物センサとして代用できる屈折率測定装置の一例を示す図である。図１０は、本発明の実施の形態の一例の投影露光装置を用いた半導体デバイスの製造工程の一例を示す図である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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