(57)【要約】投影光学系の内部やその前後の気密室の気圧が変動しても、投影光学系の結像特性を低下させることなく、高精度に露光を行うことができる露光方法及び装置である。投影光学系（４）内の最上部のレンズ（Ｌ１）と最下部のレンズ成分（Ｌ８）との間の空間を気密性の高い空間とし、照明光学系の一部、レチクステージ系、及びウエハステージ系をそれぞれ気密性の高いサブチャンバ内に収納する。投影光学系（４）の内部に圧力計（Ｓ３）を設置し、投影光学系（４）の内部の気圧を計測する。また、各サブチャンバの内部にそれぞれ圧力計を設置し、各サブチャンバの内部の気圧をそれぞれ計測する。投影光学系（４）及び各サブチャンバの内部の気圧の計測結果に応じて、駆動素子（６３Ａ〜６３Ｄ）を介してレンズ（Ｌ２〜Ｌ５）を微動することによって投影光学系（４）の結像特性を調整する。
2002037545.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、
前記露光ビームの光路に沿って設けられた複数の気密室内に、それぞれ前記露光ビームを透過する気体を供給し、
前記複数の気密室のうち、少なくとも一つの気密室の内部の気圧を計測し、
該計測結果に基づいて、前記物体に露光されるパターンの像の結像状態と、前記複数の気密室のうち、少なくとも一つの気密室に対する前記気体の供給条件との少なくとも一方を調整することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記パターンの像の結像状態は、前記露光ビームの光路中に配置される光学系の光学特性を調整することによって調整され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】
前記光学系は、前記パターンが形成されたマスクと前記物体との間に配置され、前記パターンの像を前記物体に投影する投影光学系を含み、
前記パターンの像の結像状態は、前記投影光学系の内部の所定の光学部材を変位させることによって調整されることを特徴とする請求の範囲２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記光学系は、前記パターンが形成されたマスクを照明する照明光学系を含む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】
前記パターンの像の結像状態は、前記露光ビームの波長を変化させることによって調整されることを特徴とする請求の範囲２に記載の露光方法。
【請求項６】
前記光学系は、前記露光ビームで前記パターンが形成されたマスクを照明する照明光学系と、前記パターンの像を前記物体に投影する投影光学系とを有し、
前記複数の気密室は、前記照明光学系の少なくとも一部を覆う第１室と、前記マスクが収納される第２室と、前記投影光学系の少なくとも一部の光学部材を覆う第３室と、前記基板が収納される第４室とを有することを特徴とする請求の範囲２に記載の露光方法。
【請求項７】
前記第３室は、前記第２室と前記第４室との間に配置されることを特徴とする請求の範囲６に記載の露光方法。
【請求項８】
前記第３室と、該第３室に隣接する前記第２室又は前記第４室との少なくとも一方の気圧差に関連する情報を検出し、
該検出された情報に応じて前記光学系の光学特性と前記気体の供給条件との少なくとも一方を調整することを特徴とする請求の範囲６に記載の露光方法。
【請求項９】
前記複数の気密室のそれぞれの気圧を計測し、該計測結果に基づいて、前記複数の気密室に供給する前記気体の供給条件のそれぞれを調整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１０】
光学系を介して露光ビームで物体を露光する露光装置において、
前記露光ビームの光路に沿って設けられた複数の気密室と、
前記複数の気密室内に前記露光ビームを透過する気体を供給する気体供給機構と、
前記複数の気密室のうち、少なくとも一つの気密室内の気圧を計測する気圧計と、
前記気圧計の計測結果に基づいて、前記物体に露光されるパターンの像の結像状態と、前記複数の気密室のうち少なくとも一つの気密室に対する気体の供給条件との少なくとも一方を制御する制御機構とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
前記光学系は、マスクに形成されたパターンの像を前記物体に投影する投影光学系を含むことを特徴とする請求の範囲１０に記載の露光装置。
【請求項１２】
前記制御機構は、前記投影光学系の所定の光学部材を変位させる駆動部を含む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】
前記光学系は、前記パターンが形成されたマスクを照明する照明光学系を含む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１４】
前記複数の気密室のうち隣接する少なくとも２つの気密室の間の空間に通じる空間を覆うように可撓性を有する膜状の被膜部材を設けたことを特徴とする請求の範囲１０から１３の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項１５】
前記光学系は、前記露光ビームで前記パターンが形成されたマスクを照明する照明光学系と、前記パターンの像を前記物体に投影する投影光学系とを有し、
前記複数の気密室は、前記照明光学系の少なくとも一部を覆う第１室と、前記マスクが収納される第２室と、前記投影光学系の少なくとも一部の光学部材を覆う第３室と、前記基板が収納される第４室とを有することを特徴とする請求の範囲１０に記載の露光装置。
【請求項１６】
前記第３室は、前記第２室と前記第４室との間に配置されることを特徴とする請求の範囲１５に記載の露光装置。
【請求項１７】
前記第３室と、該第３室に隣接する前記第２室又は前記第４室との気圧差に関連する情報を検出する検出装置を有し、
前記制御機構は、前記検出装置によって検出された情報に応じて前記投影光学系の結像特性と前記気体の供給条件との少なくとも一方を調整することを特徴とする請求の範囲１６に記載の露光装置。
【請求項１８】
前記気圧計は、前記複数の気密室のそれぞれに設けられ、
前記気体供給機構は、前記複数の気密室に設けられた前記気圧計の検出結果に基づいて、前記気体の供給条件を調整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１９】
請求の範囲１から９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ことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、例えば半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、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、マスクパターンを投影光学系を介して基板上に転写するための露光方法、露光装置、及びデバイス製造方法に関する。
背景技術
マスクとしてのレチクルのパターンを投影光学系を介して基板としての感光材料が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写するために投影露光装置が用いられる。近年、投影露光装置においては、集積回路の微細化及び高密度化に伴い、投影光学系の解像度の一層の向上が求められており、投影露光装置で使用される露光ビームは年々短波長化してきている。
また、投影露光装置においては、露光ビームの照度を増加してスループットを向上することも求められている。しかしながら、露光ビームの波長が、波長２００ｎｍ程度以下の真空紫外域になると、露光ビームの光路の雰囲気中に含まれる酸素、水蒸気、二酸化炭素等の物質（以下、「吸光物質」という。）による露光ビームの吸収が大きくなる。また、光路中の微量の有機物質等が、真空紫外光により光化学反応を起こして曇り物質を生成する場合があり、この曇り物質が光学部材に付着すると、露光ビームの照度の低下量は益々大きくなる。
そこで、露光ビームとして真空紫外光（特に波長１８０ｎｍ程度以下の光）を使用する場合には、露光ビームを十分な照度でウエハの表面に到達させ実用的なスループットで露光を行う必要がある。そのために、露光ビームの光路上の大部分の雰囲気を、露光ビームが透過する気体、即ち露光ビームに対する透過率が上記の吸光物質に比べて大きいヘリウムや窒素等の気体（パージガス）で置換することが望ましい。
投影露光装置において、露光ビームとして波長が２００ｎｍ程度以下の光を使用する場合、光路上の吸光物質等による露光ビームの光量の低下を抑えるため、露光ビームの光路の雰囲気を露光ビームが透過する気体で置換するものとすると、例えば投影光学系の内部では、結像特性を安定化するために気圧の変動量を少なくする必要がある。そこで、その投影光学系の内部の空間とその前後の一方に配置され、レチクルが収納される気密室内、及びその前後の他方に配置され、ウエハが収納される気密室内の空間とで、互いに独立にその気体の置換を行うことが望ましい。しかしながら、このように投影光学系の内部の空間とその前後の空間とで互いに独立に気体の置換を行うようにすると、投影光学系の内部の空間とその前後の空間とで気圧差が生じ易くなる。その結果、その気圧差によって投影光学系のディストーション等の結像特性が変化する恐れがある。また、その気圧差が変動すると、結像特性も変動するため、その結像特性を常に良好な状態に維持して、高精度な露光を行うことが困難になってしまうという不都合もあった。
本発明は斯かる点に鑑み、露光ビームの光路に露光ビームが透過する気体を供給する場合に、その光路上に配置される光学系の光学特性、例えば投影光学系の結像特性を良好な状態に維持できるようにすることを第１の目的とする。
更に本発明は、露光ビームの光路上の光学系、例えば投影光学系の内部の空間と、その前後の空間とに実質的に互いに独立に露光ビームを透過する気体を供給する場合に、その投影光学系の結像特性を良好な状態に維持できるようにすることを第２の目的とする。
発明の開示
本発明による露光方法は、露光ビームで投影系（４）を介して物体（Ｗ）を露光する露光方法において、その露光ビームの光路に沿って設けられた複数の気密室（３，８，４，６）内にそれぞれその露光ビームを透過する気体を供給し、その複数の気密室のうち、少なくとも一つの気密室の内部の気圧を計測し、この計測結果に基づいて、その物体に露光されるパターンの像の結像状態と、その複数の気密室のうち少なくとも一つの気密室に対する気体の供給条件との少なくとも一方を調整するものである。
斯かる本発明によれば、例えばその複数の気密室のうち、少なくとも一つの気密室として、例えば、パターンの像を物体に投影する投影系を収納する気密室に隣接する気密室の気圧を計測する。そして、予めシミュレーションにより又は実験的にその気密室の気圧の変動量と、投影系の結像特性の変動量との関係を求めておき、隣接する気密室の気圧の計測結果に基づいて、投影光学系の結像特性の変動量を求める。そして、一例として投影系の結像特性の変動量を相殺するように、隣接する気密室の気圧を調整することによって、投影系の結像特性を良好な状態に維持でき、解像度や重ね合わせ精度等を高く維持できる。
また、本発明によれば、別の方法として、複数の気密室のうち、互いに隣接する２つの気密室として、例えば、内部が気密化された投影系と、その投影系に隣接する気密室とを選択し、これら２つの気密室のそれぞれの気圧を計測してもよい。この際に、予めシミュレーションにより又は実験的にその投影系の内部の気圧とその隣接する気密室の気圧との気圧差と、その投影系の結像特性の変動量との関係を求めておき、その気圧差の計測値とその関係とに基づいて、その結像特性の変動量を求める。そして、例えばその変動量を相殺するようにその結像特性を調整することで、その結像特性を良好な状態に維持でき、解像度や重ね合わせ精度等を高く維持できる。
また、そのように結像特性を調整する代わりに、例えばその気圧差が所定の目標範囲内となるようにその気体の供給条件を調整してもよい。これによっても、その結像特性を良好な状態に維持できる。更に、その結像特性の調整とその気体の供給条件の調整とを組み合わせることによって、結像特性をより良好な状態に維持できる。
この場合、その結像特性（光学特性）を調整するために、その投影系の内部の所定の光学部材を変位させることが望ましい。このように光学部材を変位させる場合には、その投影系の内部の気圧が殆ど変化しないため、制御が容易である。同様に、露光ビームの波長を変化させることによっても、容易に結像特性を制御することができる。また、別の調整方法として、投影系の結像面に対して、物体の姿勢（位置や傾き）を調整してもよい。
また、その露光ビームでマスク（Ｒ）及びその投影系を介してその物体としての基板を露光する場合に、その複数の気密室は、一例としてその露光ビームの照明系の少なくとも一部を覆う第１室（３）と、そのマスクが収納される第２室（８）と、その投影系（４）の少なくとも一部の光学部材を覆う第３室と、その基板が収納される第４室（６）とを有する。この際に、それらの第１室から第４室内に実質的に互いに独立にその露光ビームを透過する気体を供給したとしても、本発明によって結像特性を調整することで、その結像特性を良好な状態に維持できる。
また、第３室と、この第３室に隣接する第２室（８）又は第４室（６）の少なくとも一つの気圧に関連する情報を検出し、この検出された情報に応じてその光学系の光学特性とその気体の供給条件との少なくとも一方を調整してもよい。
この場合、一例として、その第２室は、その光学系を挟む一対の空間の少なくとも一方に設定される。このときに、その第２室の気圧の計測結果に基づいて、投影系の光学特性を調整することができる。
また、その光学系は、一例として第１面上のパターンを第２面上に投影する結像系（４）であり、その第２室は、その第１面及び第２面の少なくとも一方を含むものである。その光学系が投影系である場合には、結像特性を良好な状態に維持できるため、解像度や重ね合わせ精度が向上する。
次に、本発明による露光装置は、光学系（４）を介して露光ビームで物体（Ｗ）を露光する露光装置において、その露光ビームの光路に沿って設けられた複数の気密室（３，８，４，６）と、この複数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気体供給機構（１３）と、その複数の気密室のうち、少なくとも一つの気密室の内部の気圧を計測する気圧計（Ｓ１〜Ｓ４）と、この気圧計の計測結果に基づいて、その投影系の結像特性と、その複数の気密室のうち少なくとも一つの気密室に対する気体の供給条件との少なくとも一方を制御する制御機構（１３，６３Ａ〜６３Ｄ，６４，６５）とを有するものである。斯かる本発明によれば、本発明の露光方法を実施することができ、その投影系の結像特性を良好な状態に維持できる。
この場合、その光学系は、一例としてマスクに形成されたパターンの像をその物体に投影する投影光学系を含むものである。また、その光学系は、別の例として、そのパターンが形成されたマスクを照明する照明光学系を含むものである。
また、その複数の気密室の内の隣接する少なくとも２つの気密室（８，４）の間の空間に通じる空間を覆うように可撓性を有する膜状の被膜部材（又は被覆部材）（５０）を設けることが望ましい。この被膜部材（又は被覆部材）によって、隣接する気密室の境界部から外気が混入することを防止でき、露光ビームの照度を高く維持できる。
また、その光学系が、その露光ビームでそのパターンが形成されたマスクを照明する照明光学系と、そのパターンの像をその物体に投影する投影光学系とを有する場合、複数の気密室は、一例としてその照明光学系の少なくとも一部を覆う第１室（３）と、そのマスクが収納される第２室（８）と、その投影光学系の少なくとも一部の光学部材を覆う第３室（４）と、その基板が収納される第４室（６）とを有する。
また、その複数の気密室のうち投影光学系の少なくとも一部が配置される第３室と、この第３室に隣接する第２室又は第４室の少なくとも一つとの気圧差に関連する情報を検出する検出装置（Ｓ１〜Ｓ４）を有し、その制御機構は、その検出装置によって検出された情報に基づいてその投影光学系の結像特性とその気体の供給条件との少なくとも一方を調整することが望ましい。
また、本発明によるデバイス製造方法は、本発明の露光方法又は露光装置を用いてデバイスパターン（Ｒ）をワークピース（Ｗ）上に転写する工程を含むものである。
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。
図１は本例の投影露光装置を示す概略構成図であり、この図１において、本例の投影露光装置は、露光光源として、Ｆ２レーザ光源（波長１５７ｎｍ）を使用しているが、それ以外のＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）、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。但し、露光光源として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、露光ビームの透過率を特に高めたい場合には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、これらの吸光物質（不純物）の濃度を、例えば１０〜１００ｐｐｍ程度以下に抑えることが望ましく、さらにはその不純物濃度の許容値（上限値）を複数の気密室（投影光学系４と後述のサブチャンバ３，６，８などに相当する）の少なくとも１つで異ならせるようにしてもよい。そこで本例では、その露光ビームの光路上の気体を、露光ビームが透過する気体、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、吸光物質が高度に除去された気体（以下、「パージガス」と呼ぶ。）で置換する。
なお、窒素ガスは、真空紫外域中でも波長が１５０ｎｍ程度までの光に対しては露光ビームが透過する気体、即ち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、例えば露光ビームとしてＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を使用する場合には、Ｆ２レーザを使用する場合に比べて酸素による吸収はあまり多くはないため、露光装置の運転コストを抑えるために、投影光学系の内部空間にはヘリウムガス又は窒素を供給し、例えば照明光学系の内部空間には有機物等を高度に除去した窒素ガス又はドライエアー（乾燥空気）を供給するようにしてもよい。
なお、露光ビームとして、Ｆ２レーザを使用する場合には、光源から基板までに至る露光ビームの光路空間をパージガスで置換する必要がある。その場合には、投影光学系の内部空間にはヘリウムガスを供給し、それ以外の空間、即ち、照明光学系の内部空間には窒素を供給すればよい。更に、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ような混合気体を供給するようにしてもよい。
そして、本例では屈折率の安定性（結像特性の安定性）、及び高い熱伝導率（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ものとする。そのため、例えば本例の投影露光装置が設置されている床の階下の機械室には、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を回収して再利用するための給排気機構１３が設置されている。なお、給排気機構１３として、各気密室から排気された気体を回収しても、その回収した気体を再利用しない構成としてもよい。また、各気密室から配置された気体を、工場配管を介して排気する構成であってもよい。
以下、本例の投影露光装置の構成につき詳細に説明する。本例の投影露光装置の本体部はベース部材２Ｃ上に載置されており、ベース部材２Ｃ上に４本又は３本の脚部（コラム）を含むほぼ門型の第１フレーム２Ａが設置されている。そして、本例の照明光学系は、露光光源及びオプティカル・インテグレータ（ユニフォマイザ、又はホモジナイザ）等の光学部材から構成される。露光光源を除く大部分の光学部材は気密性の高い箱状の第１サブチャンバ３内に収納され、この第１サブチャンバ３は第１フレーム２Ａの上部に設置されている。照明光学系の露光光源（不図示）から射出された波長１５７ｎｍのパルスレーザ光よりなる露光光（露光ビーム）は、マスクとしてのレチクルＲのパターン面（下面）のパターン領域を照明する。レチクルＲを透過した露光ビームは、投影系としての投影光学系４を介して基板としてのウエハ（ｗａｆｅｒ）Ｗ上に、レチクルＲのパターンを投影倍率β（βは１／４，１／５等）で縮小した像を形成する。ウエハＷは例えばシリコン等の半導体又はＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）等の円板状の基板であり、その上にフォトレジストが塗布されている。本例のウエハＷが本発明の露光対象の物体に対応している。
投影光学系４としては、図２に示すように直筒型の反射屈折系が使用されているが（詳細後述）、投影光学系４としてはそれ以外の構成の反射屈折系、反射系、又は屈折系等を使用できる。なお、本例のように波長１５７ｎｍの露光光を使用する場合には、照明光学系及び投影光学系４中の屈折部材の材料として高い透過率が得られる材料は、蛍石（ＣａＦ２）、所定の不純物をドープした合成石英、及びフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）等である。以下、投影光学系４の光軸に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行にＸ軸を、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。この場合、レチクルＲ上の照明領域は、Ｘ方向に細長いスリット状であり、レチクルＲ及びウエハＷの露光時の走査方向はＹ方向である。
先ず、レチクルＲはレチクルホルダ７ａを介してレチクルステージ７ｂ上に保持される。そして、レチクルステージ７ｂは、レチクルベース７ｃ上でリニアモータ方式でＹ方向（走査方向）に連続移動すると共に、ＸＹ平面内でのレチクルＲの位置の微調整を行う。レチクルベース７ｃは、レチクルステージ７ｂがＹ方向に移動する際に、ベース部材２１上をレチクルステージ７ｂの移動方向と反対方向に運動量保存則を満たすように移動し、レチクルステージ７ｂが移動する際の振動の発生を抑制する。また、ベース部材２１は、第１フレーム２Ａの中間の４箇所（又は３箇所等でも可）の支持板（図１では２箇所のみが現れている）上に防振部材２３Ａ，２３Ｂを介して支持されている。防振部材２３Ａ，２３Ｂは、エアーダンパ（又は油圧式ダンパ等でもよい）とボイスコイルモータ等の電磁式のアクチュエータとを組み合わせた能動型の防振装置である。レチクルホルダ７ａ、レチクルステージ７ｂ、レチクルベース７ｃ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第２サブチャンバ８（レチクル室）内に収納されている。
また、ベース部材２Ｃの上面の第１コラム２Ａの内側には、４箇所（又は３箇所等でも可）の防振部材２４Ａ，２４Ｂ（図１では２箇所のみが現れている）をを介してほぼ門型の第２フレーム２Ｅが設置され、この第２フレーム２Ｅの上板の中央部のＵ字型の開口に投影光学系４が載置されている。防振部材２４Ａ，２４Ｂは防振部材２３Ａ，２３Ｂと同様の能動型の防振装置である。そして、第２フレーム２Ｅの上板に干渉計支持部材２８が設置され、干渉計支持部材２８の上端部は、ベース部材２１に設けられた開口を通して第２サブチャンバ８内に突き出ており、その上端部にレーザ干渉計（レチクル干渉計）が設置されている。ベース部材２１の開口と、干渉計支持部材２８との隙間は、例えば化学的にクリーンにする処理（表面にフッ素系の樹脂をコーティングする処理等）が施された弾性を有する樹脂によって封止されている。
そのレチクル干渉計とレチクルステージ７ｂ上に設置された移動鏡１９とによってレチクルステージ７ｂ（レチクルＲ）のＸ方向、Ｙ方向の位置、及び必要に応じてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の回りの回転角が計測され、これらの計測値に基づいて不図示のステージ制御系によってレチクルステージ７ｂの位置及び移動速度が制御される。また、ベース部材２１上には、レチクルアライメント系の支持フレーム１２が設置され、この支持フレーム１２のレチクルステージ７ｂの上方にレチクルアライメント顕微鏡（不図示）が設置されている。
一方、ウエハＷは不図示のウエハホルダを介して試料台５ａ上に保持される。試料台５ａはＸＹステージ５ｂ上に固定される。ＸＹステージ５ｂはウエハベース２２上で試料台５ａ（ウエハＷ）をＹ方向に連続移動すると共に、必要に応じて試料台５ａをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する。試料台５ａは、ウエハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）、並びにＸ軸及びＹ軸の回りの傾斜角を制御する。ＸＹステージ５ｂは、不図示の例えばリニアモータ方式の駆動部によって運動量保存則を満たすように駆動されており、ＸＹステージ５ｂを駆動する際の振動の発生が抑制されている。また、ウエハベース２２は、４箇所（又は３箇所等でも可）の防振部材２５Ａ，２５Ｂ（図１では２箇所のみが現れている）を介してベース部材２Ｃ上に載置され、防振部材２５Ａ，２５Ｂは防振部材２３Ａ，２３Ｂと同様の能動型の防振装置である。試料台５ａ、ＸＹステージ５ｂ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第３サブチャンバ６（ウエハ室）内に収納されている。
また、第２フレーム２Ｅに固定された干渉計支持部材２８の下端部が第３サブチャンバ６内に差し込まれ、その下端部にレーザ干渉計よりなるウエハ干渉計が固定され、試料台５ａの側面は移動鏡に加工されている。そして、そのウエハ干渉計及び試料台５ａの移動鏡によって試料台５ａ（ウエハＷ）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計測され、これらの計測値に基づいて不図示のステージ制御系によってＸＹステージ５ｂの動作が制御されている。また、例えば斜入射方式で多点の光学式のオートフォーカスセンサ（ＡＦセンサ）１０が第２フレーム２Ｅの上板の底面に固定されており、このオートフォーカスセンサ１０によって計測されるウエハＷ上の複数の計測点でのフォーカス位置の情報に基づいて、試料台５ａはオートフォーカス方式及びオートレベリング方式でウエハＷのフォーカス位置、並びにＸ軸、及びＹ軸の回りの傾斜角を制御する。これによって、露光中継続してウエハＷの表面が投影光学系４の像面に合焦される。
また、第２フレーム２Ｅには、ウエハＷのアライメントを行うためのオフ・アクシス方式で結像方式のウエハアライメント系１４も固定されている。更に、第１フレーム２Ａの側面方向には、レチクルステージ系ＲＳＴとの間でレチクルＲの受け渡しを行うレチクルローダ系ＲＬＤ、及びウエハステージ系ＷＳＴとの間でウエハＷの受け渡しを行うウエハローダ系ＷＬＤが収納されたインタフェース・コラム１７が設置されている。このインタフェース・コラム１７中のレチクルの受け渡しを行う搬送口、及びウエハの受け渡しを行う搬送口には、レチクルステージ系ＲＳＴ及びウエハステージ系ＷＳＴの外気への開放を最小限に抑えるため、ゲートバルブ１５及び１６がそれぞれ設けられている。
そして、走査露光時には、ウエハＷ上の一つのショット領域への露光が終わると、ＸＹステージ５ｂのステップ移動によって次のショット領域が走査開始位置に移動する。その後、レチクルステージ７ｂ及びウエハ側のＸＹステージ５ｂを投影光学系４の投影倍率βを速度比としてＹ方向に同期走査する、即ちレチクルＲとウエハＷ上の当該ショット領域との結像関係を保った状態でそれらを走査するという動作がステップ・アンド・スキャン方式で繰り返される。これによって、ウエハＷ上の各ショット領域に順次レチクルＲのパターン像が逐次転写される。
さて、本例の投影露光装置には、露光光の光路を含む空間内の気体を露光光が透過する気体（パージガス）で置換する（パージする）ための給排気機構１３が設けられている。そして、照明光学系の一部、レチクステージ系ＲＳＴ、及びウエハステージ系ＷＳＴは、それぞれ気密室としての気密性の高いサブチャンバ３，８，６内に収納されており、投影光学系４内の最上部の光学部材と最下部の光学部材との間の空間が気密性の高い空間（これも「気密室」に対応する）とされている。そして、サブチャンバ３，８，６の内部には、給排気機構１３によって高純度のパージガスが供給されており、投影光学系４内の気密性の高い空間にも高純度のパージガスが供給されている（詳細後述）。また、サブチャンバ３，８、投影光学系４、及びサブチャンバ６の内部には、それぞれ内部の気体の圧力を計測する圧力計Ｓ１〜Ｓ４が設置されており、これらの圧力計Ｓ１〜Ｓ４で計測される気圧が図２の環境情報計測系４７に供給されている。圧力計Ｓ３は、フィルム状カバー５０と、投影光学系４との間の空間に配置されてもよい。
更に、図１において、第１サブチャンバ３と第２サブチャンバ８の上部との境界部、ベース部材２１の底面と第２フレーム２Ｅの上面との境界部（即ち、第２サブチャンバ８と投影光学系４との間の空間に通じる空間）、及び第２フレーム２Ｅの上板の底面と第３サブチャンバ６の上面との境界部には、それぞれ内部の空間を外部から隔離するように、可撓性を有する膜状の被覆部材（又は被膜部材）としての円筒状のフィルム状カバー１Ａ，５０、及び１Ｄが設けられている。即ち、フィルムカバー５０は、投影光学系４の一部を被覆する被覆部材として機能する。また、サブチャンバ８及び６とインタフェース・コラム１７のゲートバルブ１５及び１６との間にも、それぞれ可撓性を有する円筒状のフィルム状カバー１８Ａ，１８Ｂが設けられている。フィルム状カバー１Ａ，１Ｄ，５０，１８Ａ，１８Ｂの両端にはそれぞれアルミニウム等の金属、又はセラミックス等からなるフランジが設けられており、これらのフランジが各サブチャンバや各フレームの設置面に、例えばＯリングを介して外気の混入が無いようにねじ止めされている。なお、図１では、干渉計支持部材２８はフィルム状カバー５０の外側に配置されているが、干渉計支持部材２８の周囲の隙間からの外気の混入を防止するためには、干渉計支持部材２８をフィルム状カバー５０の内側に配置することが望ましい。
フィルム状カバー１Ａ，１Ｄ，５０，１８Ａ，１８Ｂは、高い可撓性を有する軟性シールド部材、又は極めて低い剛性を有するベローズとも呼ぶことができる。これらのフィルム状カバー１Ａ，１Ｄ，５０，１８Ａ，１８Ｂによってそれらの境界部が実質的に密閉されるため、露光光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、露光光の光路上への外部からの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。
ここで、代表的に本例のフィルム状カバー５０について説明する。
そのフィルム状カバー５０は、エチレン・ビニル・アルコール樹脂（ＥＶＯＨ樹脂）よりなるフィルム素材の外面に接着材を介してポリエチレン（−（ＣＨ２ＣＨ２）ｎ−）よりなる伸縮性の良好な保護膜を被着し、更にそのフィルム素材の内面にアルミニウム（Ａｌ）よりなる安定化膜を蒸着等によってコーティングして形成されている。エチレン・ビニル・アルコール樹脂（ＥＶＯＨ樹脂）は気体に対する遮断性（ガスバリヤ性）に極めて優れており、ＥＶＯＨ樹脂としては、例えば株式会社クラレの「エバール（ＥＶＡＬ）（クラレの商標又は登録商標）」等を使用することができる。また、安定化膜は脱ガスの発生しない、又は脱ガスの極めて少ない物質より形成されることが望ましい。
即ち、フィルム状カバー５０は、基本的に伸縮性の良好な保護膜と、ガスバリヤ性の良好なフィルム素材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を被着したものであり、そのフィルム状カバー５０の全体の厚さは約０．１ｍｍ程度となっている。また、そのフィルム状カバー５０を円筒状に閉じた状態で完全に密閉するために、その接合部を外側から覆うように保護膜と同じ材料が接着剤を介して被着されている。
この場合、保護膜は伸縮性が良好であるが、ガスバリヤ性に劣ると共に、脱ガスが発生し易い上に、内面に金属等が被着しにくいという欠点がある。そこで、本例では、その保護膜の内面に、ガスバリヤ性に優れて外気の流入、及びパージガスの流出を防止できると共に、金属等が被着し易いフィルム素材を形成し、その内面に安定化膜を形成している。この安定化膜によって、フィルム状カバー５０を形成する際に使用される接着材、保護膜、及びヒートシール等から発生する脱ガスが、フィルム状カバー５０の内側、即ち露光光の光路上に侵入することを防止している。また、内面に安定化膜をコーティングすることによって、気体に対する遮断性が更に向上している。
以上のように、本例のフィルム状カバー５０は、フィルム素材等の大きい可撓性を有し、即ち剛性が極めて小さいと共にガスバリヤ性に優れた材料より形成されており、金属製のベローズ機構を使用する場合に比べて、同程度のガスバリヤ性を得た上で、図１のベース部材２１と第２フレーム２Ｅとの間で相互に振動が殆ど伝達しないようになっている。また、他のフィルム状カバー１Ａ，１Ｄ，１８Ａ，１８Ｂもフィルム状カバー５０と同様に形成されており、隣接する気密室間で相互に振動を伝達しにくいものとなっている。
なお、フィルム状カバー５０の形成に使用するフィルム素材の材料は、本例のエチレン・ビニル・アルコール樹脂に限られるものではなく、ポリアミド（ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、又はポリエステル（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）等のように気体に対する遮断性が良好で可撓性を有する材料であればよい。また、フィルム状カバー５０の内面に保護膜としてコーティングする素材は、本例のアルミニウムに限られるものではなく、他の金属、又はセラミックス等の無機物のように真空紫外光等の露光光に対する反応性が低く脱ガスの少ない材料であればよい。更に、保護膜としては、ポリエチレンの他にポリプロピレン等を使用することができる。
次に、本例の給排気機構１３は、パージガスを回収する回収部、高純度のパージガスを蓄積する蓄積部、及びパージガスを温度調整して外部に供給する給気部等から構成されており、高純度のパージガスを給気管２６を介してサブチャンバ３，８，６及び投影光学系４内にそれぞれ大気圧よりも僅かに高い程度の気圧（陽圧）で供給し、サブチャンバ３，８，６及び投影光学系４の内部を流れた不純物を含んだパージガスを、バルブＶ付きの排気管２７を介してそれぞれ回収する。この際に、給気管２６と投影光学系４の内部とは分岐した給気管４８で連結され、投影光学系４の内部と排気管２７とは分岐した排気管４９で連結されている。また、本例では、フィルム状カバー５０の内部の空間にも、サブチャンバ内に供給されたパージガスの一部が満たされている。
更に、給排気機構１３は、それらの回収された気体からパージガスを分離して、分離したパージガスを高圧に圧搾するか、又は液化して一時的に蓄積する。一例として、サブチャンバ３，８，６及び投影光学系４の内部には吸光物質としての例えば酸素の濃度を計測する不純物センサが設置されており、これらの不純物センサで検出される吸光物質の濃度が所定の許容値を超えた場合に、排気管２７を介しての気体の回収、及び給気管２６を介しての高純度のパージガスの補充が、ほぼ一定の気圧（僅かに陽圧）の気体を流すガスフロー制御方式で行われる。このため、極めて可撓性の高いフィルム状カバー１Ａ〜１８Ｂ，５０が使用されていても、フィルム状カバー１Ａ〜１８Ｂ，５０には、常に略同じ圧力をかけることができ、これらのフィルム状カバー１Ａ〜１８Ｂ，５０に過大な力が作用することは無い。
また、給排気機構１３はパージガスを供給する際に、供給するパージガスの温度、湿度、気圧等を調整すると共に、ＨＥＰＡフィルタ（ｈｉｇｈ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　ａｉｒ−ｆｉｌｔｅｒ）等の除塵フィルタや微量な有機物質等を含む上記の吸光物質を除去するためのケミカルフィルタ等のフィルタによりそのパージガスから上記の吸光物質等の除去を行う。ここで除去される物質には、投影露光装置に使用されている光学素子に付着してその曇りの原因となる物質、あるいは露光光の光路内に浮遊して照明光学系や投影光学系４の透過率（照度）若しくは照度分布等を変動させる物質、又はウエハＷ（フォトレジスト）の表面に付着して現像処理後のパターン像を変形させる物質等も含まれている。
以上のように、露光光の光路上の雰囲気を高純度のパージガスで置換することによって、露光光に対する透過率が高く維持されて、ウエハＷに入射する露光光の照度が高くなり、ウエハＷの各ショット領域に対する露光時間が短縮でき、スループットが向上する。また、本例では、干渉計支持部材２８に設けられたレチクル干渉計、ウエハ干渉計、及びオートフォーカスセンサ１０等の光学測定機器の計測ビームの光路がパージガスの雰囲気内に設置されている。これによって、これらの光学測定機器の計測ビームの光路上の気体の揺らぎによる測定誤差の発生を抑えることができる。
次に、本例の投影光学系４について図２を参照して詳細に説明する。
図２は、図１の投影光学系４及びこの周囲の機構を示す断面図であり、この図２において、本例の投影光学系４は、レチクルＲのパターンの一次像（中間像）を形成するための第１結像光学系と、その一次像からの光に基づいてレチクルパターンの二次像を所定の縮小倍率で感光性基板としてのウエハＷ上に形成するための第２結像光学系とから構成されている。第１結像光学系は、レチクル側から順に正の屈折力を有する第１レンズ群と、開口絞りＡＳと、正の屈折力を有する第２レンズ群とを配置して構成されている。第１レンズ群は、レチクル側から順に、レチクル側に非球面形状の凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１と、レチクル側に非球面形状の凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ２と、ウエハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ３とから構成されている。そして、開口絞りＡＳの配置面の近傍に、０次光を遮光するための円形の遮光部材ＰＦが配置されている。
また、第２レンズ群は、レチクル側から順に、レチクル側の面が非球面形状に形成された両凹形状のレンズＬ４と、レチクル側の面が非球面形状に形成された両凸形状のレンズＬ５と、ウエハ側に非球面形状の凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ６と、ウエハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ７とから構成されている。
一方、第２結像光学系は、レチクル側から順にウエハ側に凹面を向けた表面反射面を有し且つ中央に開口部を有する主鏡Ｍ１と、レンズ成分Ｌ８と、そのレンズ成分Ｌ８のウエハ側の面上に設けられ且つ中央に開口部を有する反射面を備えた副鏡Ｍ２とから構成されている。この場合、投影光学系４を構成する全ての光学要素（屈折部材、反射部材）は単一の光軸ＡＸに沿って配置されている。
こうして本例においては、レチクルＲのパターンからの露光光ＩＬが、第１結像光学系を介して、レチクルパターンの一次像（中間像）を形成し、一次像からの光は、主鏡Ｍ１の中央の開口部及びレンズ成分Ｌ８を介して副鏡Ｍ２で反射される。そして、副鏡Ｍ２で反射された光は、レンズ成分Ｌ８を介して主鏡Ｍ１で反射され、この反射光は、レンズ成分Ｌ８及び副鏡Ｍ２の中央の開口部を介してウエハＷの表面にレチクルパターンの二次像を縮小倍率で形成する。図２の例では、第１結像光学系の結像倍率β１は約０．６２、第２結像光学系の結像倍率β２は約０．４であり、レチクルＲからウエハＷに対する投影倍率βは０．２５（１／４倍）となっている。
本例では、投影光学系４を構成する全ての屈折光学部材（レンズ成分）に蛍石（ＣａＦ２の結晶）を使用している。また、露光光ＩＬとしてのＦ２レーザ光の発振中心波長は１５７．６ｎｍであり、波長幅が１５７．６ｎｍ±１０ｐｍの光に対して色収差が補正されていると共に、球面収差、非点収差、及び歪曲収差などの諸収差も良好に補正されている。なお、図２の投影光学系４の詳細なレンズデータは、例えば国際公開（ＷＯ）００／３９６２３号に開示されている。更に、反射屈折系としては、その国際公開（ＷＯ）００／３９６２３号に開示されている別の光学系を使用することもできる。なお、投影光学系４としては、例えば光軸がＶ字型に折れ曲がったような反射屈折型の光学系を使用してもよい。
そして、本例の投影光学系４の鏡筒は、４個の分割鏡筒５７〜６０を光軸ＡＸに沿って密着させて積み重ねることによって構成されている。即ち、第１の分割鏡筒５７の内部にそれぞれレンズ枠を介してレンズＬ６，Ｌ７、主鏡Ｍ１、及び副鏡Ｍ２（レンズ成分Ｌ８）が保持され、分割鏡筒５７は、第２フレーム２ＥのＵ字型の開口にフランジ部を介して載置され、ボルトで固定されている。また、分割鏡筒５７の上に第２の分割鏡筒５８が載置され、分割鏡筒５７及び５８は、１対の対向するフランジ部Ｆの例えば３箇所を光軸方向にボルト６１で締め付けることによって、互いに密着した状態で連結されている。これは、他の分割鏡筒の連結でも同様である。なお、図２の投影光学系４の断面図は、光軸ＡＸを中心として１２０°の開き角における縦断面図を示している。そして、分割鏡筒５８内にそれぞれ３箇所の光軸方向に伸縮自在の駆動素子６３Ａ及び６３Ｂを介してレンズＬ５及びＬ４が保持されている。
更に、分割鏡筒５８上に第３の分割鏡筒５９が載置して連結され、分割鏡筒５９内にそれぞれ３箇所の光軸方向に伸縮自在の駆動素子６３Ｃ及び６３Ｄを介してレンズＬ３及びＬ２が保持されている。そして、分割鏡筒５９上に第４の分割鏡筒６０が載置して連結され、分割鏡筒６０内の上端部にレンズ枠を介してレンズＬ１が保持されている。駆動素子６３Ａ〜６３Ｄとしては、電動式のマイクロメータ、圧電素子（ピエゾ素子等）、又は磁歪素子等が使用できる。また、駆動素子６３Ａ，６３Ｂの伸縮は分割鏡筒５８の外側面に固定されたドライバ６４によって制御され、駆動素子６３Ｃ，６３Ｄの伸縮は分割鏡筒５９の外側面に固定されたドライバ６５によって制御され、ドライバ６４，６５の動作はコンピュータを備えた結像特性制御系４６によって制御される。この際に、各駆動素子６３Ａ〜６３Ｄにはそれぞれ伸縮量を検出するセンサ（ロータリエンコーダ、静電容量式又は光学式のギャップセンサ等）が組み込まれており、ドライバ６４，６５はそれらのセンサの検出結果をフィードバックしながら、対応する駆動素子６３Ａ〜６３Ｄの駆動量を制御する。これらの駆動素子６３Ａ〜６３Ｄ及びドライバ６４，６５が、本発明の結像特性を制御する制御機構に対応しており、この制御機構及び投影光学系４を覆うようにフィルム状カバー５０が設置されている。
本例では、駆動素子６３Ａ〜６３Ｄを駆動することで、４枚のレンズＬ２〜Ｌ５をそれぞれ光軸ＡＸ方向に微動できると共に、それらのレンズＬ２〜Ｌ５をそれぞれ光軸ＡＸに垂直な面内で直交する２つの軸の回りに傾斜できるように構成されている。このように４枚のレンズＬ２〜Ｌ５を駆動することによって、投影光学系４の光学特性、例えば、投影倍率、ディストーション、球面収差、及びコマ収差等の結像特性を所定範囲内で制御することができる。また、図２において、結像特性制御系４６からの制御情報を伝送するための信号ケーブルが、第２フレーム２Ｅの上面の凸部２Ｅａの外面のコネクタ６６Ｂ、凸部２Ｅａの内部の信号ケーブル部６７、及び凸部２Ｅａの内面のコネクタ６６Ａを介してドライバ６４，６５に接続されている。この場合、コネクタ６６Ａ，６６Ｂは気体の流通が起こらないように気密性の高い構造（いわゆる真空継ぎ手）とされており、その信号ケーブル部６７を介して外気が投影光学系４の周囲に混入しないように構成されている。
また、本例の投影光学系４において、最上部のレンズＬ１のレンズ枠、及び最下部のレンズ成分Ｌ８（副鏡Ｍ２）のレンズ枠は、密閉構造であり、それ以外のレンズや主鏡Ｍ１のレンズ枠にはそれぞれパージガスを流通させるための多数の小さい開口が形成されている。そして、パージガスの給気管４８は、最上段の分割鏡筒６０の側面（レンズＬ１の底面側）に差し込まれ、排気管４９は、最下段の分割鏡筒５７の側面（レンズ成分Ｌ８の上面側）に差し込まれており、給気管４８から投影光学系４の内部に供給されたパージガスは、レンズＬ１〜Ｌ７及び主鏡Ｍ１の周囲を流れて排気管４９から排気されている。これによって、投影光学系４の内部のパージガスの純度は高く維持されている。
更に、例えば投影光学系４の分割鏡筒５７〜６０の内表面には、例えばフッ素系の樹脂をコーティングしたり、プラズマ溶射により脱ガスの少ない硬い膜（セラミックス膜やステンレス膜等）を形成したり、あるいは電解研磨することによって、ケミカルクリーン処理が施されている。なお、これらの鏡筒そのものの素材として、ステンレス或いはテフロン等のケミカルクリーンな素材を使用してもよい。
さて、本例の投影光学系４の結像特性制御系４６には、サブチャンバ３，８、投影光学系４、及びサブチャンバ６内部の気圧をそれぞれ計測する圧力計Ｓ１〜Ｓ４（図１参照）や投影光学系４の周囲の不図示の温度計、湿度計等からの計測データをサンプリングする環境情報計測系４７が接続されており、環境情報計測系４７に供給された圧力計Ｓ１〜Ｓ４の計測値、及び温度や湿度の計測値が結像特性制御系４６に供給されている。更に、投影光学系４の側面のフィルム状カバー５０の外部の気体の圧力（ほぼ大気圧とみなすことができる）が気圧計Ｓ５によって計測されており、この計測値（大気圧）の情報も環境情報計測系４７を介して結像特性制御系４６に供給されている。更に、結像特性制御系４６には、投影光学系４を通過した露光光ＩＬの積算エネルギーの情報も供給されている。この積算エネルギーの情報は、一例として図１のサブチャンバ３内の照明光学系において、露光光から分岐した光束を光電検出器としてのインテグレータセンサで検出し、この検出信号を積算することによって求めることができる。
この場合、大気圧の変動、及び投影光学系４を通過する積算エネルギーによって投影光学系４の結像特性が変動することが従来より知られており、結像特性制御系４内の記憶部には、予め実験的に求められた、大気圧の値及び積算エネルギーと結像特性の変動量との関係（以下、「第１の関係」と呼ぶ）が関数、又はテーブルとして記憶されている。その第１の関係と大気圧、及び積算エネルギーの計測値とに基づいて、結像特性制御系４６は結像特性の変動量を予測する。そして、予測された変動量に基づいて、結像特性制御系４６は、ドライバ６４，６５を介して、対応するレンズＬ２〜Ｌ５を駆動し、上述した変動量が相殺されるように、投影光学系の結像特性を調整する。
更に、本願の発明者によって、その結像特性の変動量は、投影光学系４の内部の気圧（圧力計Ｓ３の計測値）、及び投影光学系４の前後の気密室の気圧としての図１のサブチャンバ３，８，６の内部の気圧（圧力計Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４の計測値）によっても変化することが確かめられた。これは、各気密室の内部の気圧の変化によって、各気密室内での気体の屈折率が僅かに変化するため、露光光ＩＬの光路も微妙に変化するためと考えられる。従って、それらの気圧の値と結像特性の変動量との間には或る程度の再現性がある。そこで、本例では圧力計Ｓ１〜Ｓ４の計測値と結像特性の変動量との関係（以下、「第２の関係」と呼ぶ）が、予め実験又はシミュレーションにより求められ、所定の関数又はテーブルとして結像特性制御系４６内の記憶部に記憶されている。
そして、結像特性制御系４６は、その第１の関係に基づいて結像特性の変動量を予測したときに、その圧力計Ｓ１〜Ｓ４の計測値とその第２の関係とを用いてその結像特性の変動量を補正する。また、大気圧の変動が無い場合でも、圧力計Ｓ１〜Ｓ４の計測値が変化した場合には、結像特性制御系４６は、その第２の関係に基づいてその結像特性の変動量を算出する。そして、最終的に得られる結像特性の変動量を相殺するように、結像特性制御系４６は、ドライバ６４，６５を介して対応するレンズＬ２〜Ｌ５を駆動し、投影光学系４の結像特性を調整する。即ち、本実施の形態では、大気圧の値及び積算エネルギーと結像特性の変動量の関係に、オフセットとして、投影光学系４及びサブチャンバ３，８，６の内部の気圧の値を加え、投影光学系の結像特性の変動量を算出する構成である。これにより、露光中に例えばパージガスの流量のバランスが微妙に変化して、投影光学系４の内部やその前後の気密室の気圧が変化した場合であっても、投影光学系４の結像特性を所望の状態に維持して、高精度な露光を行うことができる。即ち、高い解像度、及び線幅制御精度でレチクルＲのパターン像をウエハＷ上に転写できると共に、重ね合わせ露光であれば高い重ね合わせ精度が得られる。
なお、必ずしもサブチャンバ３，８，６の全部で気圧を計測する必要はなく、例えばサブチャンバ８（レチクル室）又はサブチャンバ６（ウエハ室）の少なくとも一方の気圧のみを代表的に計測するだけでもよい。この場合には、圧力計Ｓ２の計測値又は圧力計Ｓ４の計測値の少なくとも一つと、投影光学系の結像特性の変動量との関係を第２の関係として記憶部に記憶しておけばよい。そして、結像特性制御系４６は、第１の関係に基づいて結像特性の変動量を予測したときに、圧力計Ｓ２の計測値又は圧力計Ｓ４の計測値の少なくとも一つと、その第２の関係とを用いて結像特性の変動量を補正するようにすればよい。また、投影光学系４の前後の気密室の気圧としてレチクル室とウエハ室との気圧の平均値を用い、この平均値を用いて投影光学系４の結像特性を調整するようにしてもよい。
さらに、上記実施形態では投影光学系４の結像特性を調整するものとしたが、その他に、又はそれに加えて、例えば露光光でレチクルＲを照明する照明光学系（照明系）の少なくとも一部の光学特性（テレセントリシティ、照度むらなど）を調整するようにしてもよい。この際に、照明光学系には、開口絞り、照度分布調整用の濃度フィルタ、リレーレンズ系、視野絞り、及びコンデンサレンズ系などが含まれているため、それらの内の少なくとも１つの光学素子（例えばレンズエレメント、又は濃度フィルタなど）を変位させることによって、その光学特性を調整することができる。この場合にも、その光学素子を変位させる代わりに、露光光の波長を変化させることによって、その光学特性を調整してもよい。
なお、投影光学系４の結像特性を調整する方法は、本例のレンズＬ２〜Ｌ５を駆動する方法に限られるものではなく、例えば、給排気機構１３によって投影光学系４やサブチャンバ３，８，６に供給するパージガスの供給条件（例えば、流量、圧力など）を調整することによって、投影光学系４やサブチャンバ３，８，６内部の気圧を調整して、投影光学系４の結像特性を調整するようにしてもよい。この際に、例えばサブチャンバ８内の気圧と投影光学系４内の気圧とに差が生じて、投影光学系４の結像特性が変動する恐れのあるときには、一例として給排気機構１３によってサブチャンバ８内の気圧と投影光学系４内の気圧とを予め定められている共通の目標値に戻せばよい。これによって、その気圧差がなくなるため、その結像特性は良好な状態に維持される。
更に、露光光（露光ビーム）の波長を変化させることによって、投影光学系４の結像特性、又は照明光学系の光学特性（テレセントリシティなど）などを調整（又は補正）するようにしてもよい。この場合、調整量を大きくするために、上記のレンズを駆動する方式と、その露光ビームの波長を変化させる方式とを組み合わせてもよい。その他に、パージガスの供給条件を調整する方式と、その露光ビームの波長を変化させる方式とを組み合わせてもよい。
また、露光中にパージガスの圧力変動が生じると、光路長が変化することによって例えばウエハＷのデフォーカスが生じる恐れがある。一例としてデフォーカス量の変動量の許容範囲が１０ｎｍ程度である場合には、パージガスの圧力変動をレチクルステージ系ＲＳＴが収納されているサブチャンバ８（レチクル室）内では２５ｍｍＨｇ程度以下、投影光学系４内は２ｍｍＨｇ程度以下、ウエハステージ系ＷＳＴが収納されているサブチャンバ６（ウエハ室）内では２２ｍｍＨｇ程度以下に抑えることが望ましい。そこで、サブチャンバ８、投影光学系４、及びサブチャンバ６に、互いに独立に給排気機構１３から給気管及び排気管を接続し、サブチャンバ８、投影光学系４、及びサブチャンバ６内へのパージガスの給排気を互いに独立に制御するようにしてもよい。この場合、特にサブチャンバ８（レチクル室）の気圧を調整することによってディストーションの補正を効果的に行うことができる。
なお、本実施の形態で示した投影光学系４として、例えば、図３に示すような投影光学系を使用してもよい。
図３において、この投影光学系は、第１面に配置された投影原版としてのレチクルＲのパターンの第１中間像を形成するための屈折型の光軸ＡＸ１を持つ第１結像光学系Ｇ１を備えている。第１結像光学系Ｇ１が形成する第１中間像の形成位置の近傍には、第１光路折り曲げ鏡Ｍ１が配置されている。第１光路折り曲げ鏡Ｍ１は、第１中間像へ向かう光束、又はその第１中間像からの光束を第２結像光学系Ｇ２に向かって偏向する。光軸ＡＸ２を持つ第２結像光学系Ｇ２は、凹面反射鏡ＣＭと少なくとも１つの負レンズＮＬとを有し、その第１中間像からの光束に基づいて第１中間像とほぼ等倍の第２中間像（第１中間像の像であってパターンの２次像）を第１中間像の形成位置の近傍に形成する。第２結像光学系Ｇ２が形成する第２中間像の形成位置の近傍には、第２光路折り曲げ鏡Ｍ２が配置されている。第２光路折り曲げ鏡Ｍ２は、その第２中間像へ向かう光束または第２中間像からの光束を屈折型の光軸ＡＸ３を持つ第３結像光学系Ｇ３に向かって偏向する。ここで、第１光路折り曲げ鏡Ｍ１の反射面と第２光路折り曲げ鏡Ｍ２の反射面とは、空間的に隔絶されている。また、第１光路折り曲げ鏡Ｍ１と第２光路折り曲げ鏡Ｍ２とは一体的に反射ブロックＦＭを構成している。第３結像光学系Ｇ３は、第２中間像からの光束に基づいて、レチクルＲのパターンの縮小像（第２中間像の像であって反射屈折光学系の最終像）を、第２面に配置された感光性基板としてのウエハＷ上に形成する。
上述の構成では、複数のレンズを含む屈折光学系である第１結像光学系Ｇ１及び第３結像光学系Ｇ３で生じる色収差及び正値のペッツバール和を、第２結像光学系Ｇ２の凹面反射鏡ＣＭ及び負レンズＮＬにより補償する。また、第２結像光学系Ｇ２がほぼ等倍の結像倍率を有する構成により、第１中間像の近傍に第２中間像を形成することが可能となる。この投影光学系では、この２つの中間像の近傍において光路分離を行うことにより、露光領域（即ち、実効露光領域）の光軸からの距離、即ち軸外し量を小さく設定することができる。上述したように、第２結像光学系Ｇ２は、第１結像光学系Ｇ１及び第３結像光学系Ｇ３で生じる色収差及び正値のペッツバール和の補償を一手に負担する。このため、第２結像光学系Ｇ２を構成する凹面反射鏡ＣＭ及び負レンズＮＬのパワーを共に大きく設定する必要がある。したがって、第２結像光学系Ｇ２の対称性が崩れると、倍率色収差や色コマ収差のような非対称色収差の発生が大きくなり、十分な解像力を得ることができなくなってしまう。そこで、この投影光学系では、第２結像光学系Ｇ２の結像倍率をほぼ等倍に設定し且つその瞳位置の近傍に凹面反射鏡ＣＭを配置することのできる構成を採用することにより、良好な対称性を確保し、上述の非対称色収差の発生を防ぐことができる。
また、上記の実施の形態は、本発明をステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に適用したものであるが、本発明はステッパー等の一括露光型の投影露光装置にも適用できることは明らかである。
また、露光ビームとして、例えばＤＦＢ半導体レーザや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を、例えばエルビウム（Ｅｒ）（又はエルビウムとイッテルビウム（Ｙｂ）との両方）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る場合にも本発明が適用される。
また、上記の実施の形態の照明光学系及び投影光学系は、各光学部材を所定の位置関係で配置して調整を行った後、それぞれ対応するフレーム等に設置することによって組み上げられる。そして、この組立調整と共に、レチクルステージ系ＲＳＴ、ウエハステージ系ＷＳＴ、及び給排気機構１３等の組立及び調整を行い、各構成要素を、電気的、機械的又は光学的に連結することによって上記の実施の形態の投影露光装置が組み上げられる。この場合の作業は温度管理が行われたクリーンルーム内で行うことが望ましい。
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４を参照して説明する。
図４は、半導体デバイスの製造工程の一例を示し、この図４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試料台５ａ上にロードする。次のステップＳ１２において、図１のレチクルホルダ７ａ上にレチクルＲ１をロードして、このレチクル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のレチクルホルダ７ａ上に別のレチクルＲ２をロードし、このレチクルＲ２を照明領域の下方に移動して、レチクルＲ２のパターンをウエハ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。
なお、本発明の露光装置の用途としては半導体デバイス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）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及び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。
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、及び要約を含む２０００年１０月３１日付け提出の日本国特願２０００−３３３９９６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
本発明によれば、露光ビームの光路に露光ビームが透過する気体を供給する場合に、露光ビームの光路上の光学系の光学特性、例えば投影系の結像特性を良好な状態に維持できる利点がある。従って、その光学系が照明系であるときには、テレセントリシティ等を向上できると共に、その光学系が投影系であるときには、高い解像度、及び高い重ね合わせ精度が得られる。
また、投影系の内部の気圧、及びその前後の空間の内部の気圧に基づいて結像特性を調整する場合には、投影系の内部の空間と、その前後の空間とに実質的に互いに独立に露光ビームを透過する気体を供給する場合に、その投影系の結像特性を良好な状態に維持できる。
【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の投影光学系４及びこの周囲の機構を示す断面図である。図３は、投影光学系の別の例を示す図である。図４は、本発明の実施の形態の投影露光装置を用いて半導体デバイスを製造する場合の製造工程の一例の説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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