JPH11154643A

JPH11154643A - 露光装置および該装置を用いた露光方法

Info

Publication number: JPH11154643A
Application number: JP10226519A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Takahashi; 哲男高橋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1998-07-27
Publication date: 1999-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】露光光吸収による熱的変化を除去することに
より、露光中でも光学特性の変化しにくい露光装置を提
供する。【解決手段】原版Ｒを照明する照明系２０１と、該照
明系２０１にて照明された前記原版Ｒを感光性基板Ｗ上
に投影する投影系ＰＬとを備えた露光装置において、前
記投影系ＰＬは、複数の光学要素Ｌｉを有し、前記複数
の光学要素のうち少なくとも１つの所定の光学要素に隣
接する少なくとも一方の投影光路Ｓｊに所定の気体を流
入させる気体流入装置１００を設けた露光装置。気体流
入装置を備えるので、照明系からの熱を吸収する該所定
の光学要素を冷却でき、露光中の光学特性の変化を抑え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、照明系と投影系を
備えた露光装置に関し、特に照明系の供給する光の波長
が短波長であり、投影系が熱膨張係数の比較的大きい硝
材で構成された光学要素を有する露光装置及び該装置を
用いた露光方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子や液晶基板等を製造するため
のリソグラフィー工程において、レチクルあるいはフォ
トマスク等（以下単に「レチクル」という）のパターン
像を投影光学系を介して感光基板上に露光する露光装置
が使用されている。一般に、このような露光装置は、光
源の光でレチクルを均一に照明するための照明光学系
と、レチクルに形成された回路パターンをウェハー等の
基板上に結像するための投影光学系と、基板を支持し且
つ適宜移動させて位置決めするためのステージ手段とか
らなっている。

【０００３】近年、半導体集積回路は微細化の方向で開
発が進み、リソグラフィー工程においては、より微細化
を求めるために、リソグラフィー光源の露光波長を短波
長化する方向に向かっている。現在、波長２４８ｎｍの
ＫｒＦエキシマレーザーをステッパー光源として採用し
た露光装置がすでに開発されている。また、波長１９３
ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー等が短波長光源の候補と
して注目されている。

【０００４】このような２５０ｎｍ以下の短波長の領域
で、透過率の高い硝材として現在までによく知られてい
るものは極めて少なく、実用が容易なものはフッ化カル
シウム（ＣａＦ₂）と石英（ＳｉＯ₂）のみである。こ
のうち、ＣａＦ₂は、色分散が小さく、ＳｉＯ₂と違っ
てコンパクションが起きないという長所があり、特に、
最小線幅が０．５μｍ以下のような非常に高い光学性能
が要求される投影露光装置の場合、利用価値はとても大
きい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のような投影露光
装置では、ＣａＦ₂は熱膨張率が、２４×１０^-6／Ｋ
と、ＳｉＯ₂（０．５４×１０^-6／Ｋ）や、一般的なｉ
線用クラウン硝子（６〜８×１０^-6／Ｋ）より極めて大
きく、露光光の熱吸収による温度上昇によって大きな形
状変化が起こり、光学特性の変化が無視できない。

【０００６】このような、露光光の熱吸収による温度上
昇による光学特性の変化を制御する方法として、レンズ
の熱的変化による形状変化を測定し、その測定値に基づ
いてあるレンズ間隔や、ウエハステージを移動させる方
法が提案されている（特開平５−１４４７０１）。しか
し固体であるレンズの熱的形状変化を、十分な精度で測
ることは現実的には困難である。特に、変化の絶対値が
大きくなると、誤差が大きくなり、十分な性能が引き出
せない。

【０００７】そこで本発明は、露光光吸収による熱的変
化を除去することにより、露光中でも光学特性の変化し
にくい露光装置及び該装置を用いた露光方法を提供する
ことを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明による露光装置は、図１に示す
ように、原版Ｒを照明する照明系２０１と、該照明系２
０１にて照明された前記原版Ｒを感光性基板Ｗ上に投影
する投影系ＰＬとを備えた露光装置において；前記投影
系ＰＬは、複数の光学要素Ｌｉを有し；前記複数の光学
要素のうち少なくとも１つの所定の光学要素に隣接する
少なくとも一方の投影光路Ｓｊに所定の冷却用気体を流
入させる気体流入装置１００を設けたことを特徴とす
る。

【０００９】このように構成すると、気体流入装置を備
えるので、照明系からの熱を吸収する該所定の光学要素
を冷却できる。

【００１０】この露光装置においては、請求項２に記載
のように、前記所定の光学要素は、熱膨張係数が１０^-5
［Ｋ^-1］以上の硝材で構成されていることを特徴として
もよい。

【００１１】この場合、光学要素の硝材の熱膨張係数が
１０^-5［Ｋ^-1］以上と、比較的大きいが、気体流入装置
による冷却効果のために、該光学要素の変形を抑えるこ
とができる。

【００１２】前記露光装置においては、請求項３に記載
のように、前記硝材は、フッ化カルシウムを含み；前記
照明系は、２５０ｎｍ以下の波長の露光光を供給する光
源を含むことを特徴としてもよい。

【００１３】このように構成すると、２５０ｎｍ以下の
波長の露光光の光源を含むので、微細なパターンを感光
性基板に露光するのに適し、かつ光学要素の硝材がフッ
化カルシウムを含むので露光の際の色分散が小さく、コ
ンパクションが起きにくい。さらにその光学要素に隣接
する投影光路に気体を流入させる気体流入装置を設けた
ので、フッ化カルシウムを含む光学要素の変形を抑える
ことができる。

【００１４】以上の露光装置では、請求項４に記載のよ
うに、前記気体がヘリウムであることを特徴とするのが
望ましい。このように構成すると、ヘリウムは熱伝導率
が大きく定圧比熱も大きいので効果的な熱交換ができ、
またヘリウムの絶対屈折率は空気に比べても１に極く近
いので流入させる気体による光学的特性の変化を小さく
抑えることができる。

【００１５】また、請求項５に記載のように、請求項１
乃至請求項４のいずれか１項に記載の露光装置を用いた
露光方法において；前記照明系によって前記原版を照明
する照明工程と；前記投影系によって前記原版を前記感
光性基板に露光する露光工程とを含む露光方法とするこ
とが好ましい。これによって、良好なる原版のパターン
像を感光性基板上に露光することができるため、良好な
半導体デバイス（半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気
ヘッドあるいはＣＣＤ等の撮像素子等）を製造すること
ができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。本発明の投影系である、光学要素がレンズ
からなる投影光学系の、所定のレンズと隣接した投影光
路に、即ちレンズとレンズの間に形成された空間に気体
が流れており、気体とレンズとが接している場合、レン
ズの方が気体より温度が高いとすれば、熱の移動は、レ
ンズから気体に向かって主に伝導で起こる。

【００１７】この場合、レンズを構成する硝材の熱膨張
係数が１０^-5［Ｋ^-1］以上であると、熱膨張によるレン
ズの変形が大きくなり、光学的特性の変化が無視できな
くなる。例えば２５０ｎｍ以下の短波長の光に対して透
過率の高い例えば蛍石（フッ化カルシウム（Ｃａ
Ｆ₂））では、熱膨張率が２４×１０^-6／Ｋと１０
^-5［Ｋ^-1］より大きく、石英（ＳｉＯ₂）の熱膨張率
０．５４×１０^-6［Ｋ^-1］や、一般的なｉ線用クラウン
硝子の熱膨張率６〜８×１０^-6［Ｋ^-1］と比較して極め
て大きい。したがって、露光装置の照明光学系からの熱
膨張によるレンズの変形が大きくなり、光学的特性の変
化が無視できない。ここで、投影光路に流入させる気体
によって、熱膨張率の大きい硝材で形成されたレンズを
冷却し、投影光学系全体の温度（一般には環境温度）と
ほぼ均一な温度に保持すれば、光学的特性の変化を最小
限に抑えることができる。

【００１８】一般に、伝熱量をＱ［Ｊ・ｍｉｎ^-1］、流
す気体の重量流量をＧ［ｇ・ｍｉｎ^-1］、定圧比熱をＣ
［Ｊ・ｇ^-1・Ｋ^-1］、気体の流入温度と流出（排出）温
度との差をΔＴ［Ｋ］とすれば、次の関係がある。

【００１９】Ｑ＝Ｇ・Ｃ・ΔＴ（１）また、熱伝達率をＵ［Ｊ・ｃｍ^-2・Ｋ^-1・ｍｉｎ^-1］、
伝熱面積（レンズの気体と接触する表面積）をＡ［ｃｍ
²］、レンズと気体の平均温度差をΔｔｍ［Ｋ］とすれ
ば、熱伝達率Ｕは熱伝導率（図１０）に比例し、また次
の関係がある。

【００２０】Ｑ＝Ｕ・Ａ・Δｔｍ（２）ここで、流入させる気体としてヘリウム（Ｈｅ）を用い
る場合は、図１０に示されるように、Ｈｅの定圧比熱は
空気の５倍以上あり、式（１）から気体流量Ｇを同一と
すれば、空気の場合と比べて流入と流出の温度差を１／
５にすることができる。すなわちレンズにおいて、気体
の流入部に近い箇所と流出部に近い箇所との温度差を小
さくすることができる。言い換えれば、レンズ全体の温
度分布を均一に近くすることができる。

【００２１】さらに、図１０に示されるように、Ｈｅの
熱伝導率は空気の６倍に近く（したがって、熱伝達率Ｕ
は空気の６倍に近く）、式（２）から同一伝熱面積Ａで
平均温度差Δｔｍを空気の場合と比べて約１／６と小さ
くとることができ、レンズの温度を気体の温度に近く維
持できる。即ち、気体の温度管理を行えば、レンズの温
度も容易に望む温度に保持できる。

【００２２】さらに、図１０からわかるように、Ｈｅは
空気に比べても絶対屈折率が極く１に近く、熱の移動に
より、気体の温度が変化しても、それによる光学特性の
変化は小さい。Ｈｅの流量を大きくすれば、式（１）か
らわかるように、所定の伝熱量Ｑに対して、Ｈｅの流入
と流出の温度差ΔＴが小さくなるので、さらに光学特性
の変化は小さくなる。また、同図に示されるように、ネ
オンガス（Ｎｅ）も空気に比べて絶対屈折率と熱的特性
において優れているので、Ｈｅに代えて用いることがで
きる。

【００２３】本発明の実施例を、以下図面を参照して説
明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当す
る部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

【００２４】図１〜図５を参照して、本発明の実施例１
を説明する。実施例１は、屈折系の投影光学系に本発明
を適用した場合である。

【００２５】図１は投影レンズの光路図であるが、同図
において、照明光学系２０１で照明されたレチクルＲ上
のパターンを投影光学系ＰＬでウエハＷ上に投影露光す
る。レチクルＲとウエハＷとは投影光学系ＰＬに対して
共役な関係に置かれる。本実施例では、投影光学系ＰＬ
は、２６枚のレンズＬ１〜Ｌｉ〜Ｌ２６（ｉは１〜２６
の整数）で構成されている。光源２０１は、光源に波長
１９３．４ｎｍのＡｒＦレーザーを用いている。

【００２６】図２と図３に、実施例１の光学データを示
す。図３は図２の続きである。このデータにおいて、最
左欄は光学要素の各面の番号を、次の欄の曲率半径［ｍ
ｍ］においてマイナスは図１において下に凸、プラスは
上に凸であることを示す。次の欄の面間隔は、各面の光
軸に沿った間隔［ｍｍ］、ガラス名の欄では’ｓｉｏ
２’は石英、’ｃａｆ２’はフッ化カルシウムを示し、
それらの間が空欄の箇所はレンズ間隙には空気が存在
し、’ｈｅ’とある箇所には、Ｈｅが流されていること
を示す。

【００２７】図２、図３では、使用する照明光の波長は
１９３．４ｎｍであり、そのとき、空気との相対屈折率
は、それぞれＳｉＯ₂は１．５６０１９２、ＣａＦ₂は
１．５０１３４７、Ｈｅは０．９９９７１７である。

【００２８】図１においては、７枚のレンズ、Ｌ１４、
Ｌ１５、Ｌ２０、Ｌ２２、Ｌ２４、Ｌ２５、Ｌ２６が、
フッ化カルシウム（ＣａＦ₂）を原料とするレンズであ
る。本実施例では、少なくとも片側にこれらフッ化カル
シム製のレンズが存在するレンズ間隙Ｓ１、Ｓ２、Ｓ
３、・・・Ｓｊ・・・Ｓ１１（ｊは１〜１１の整数）
に、Ｈｅの流入導管と流出導管が接続されており、各レ
ンズＬｉがＨｅガスで冷却できるようになっている。な
お、レンズの符号は、Ｌ１、Ｌ２、Ｌｉ、Ｌ１４、Ｌ１
５、Ｌ２０、Ｌ２２、Ｌ２４、Ｌ２５、Ｌ２６のみ示し
残りは省略してある。

【００２９】ここで、Ｌ１４等ＣａＦ₂製のレンズ部材
の周囲は、それらレンズを保持する工具と、光軸に沿っ
て、該レンズ部材の前後のレンズ部材や、反射部材等
の、光学部材のレンズ面を利用して、密閉空間を形成
し、該レンズ密閉空間を、Ｈｅで充填し、Ｈｅを供給、
排出できるように構成されている。

【００３０】図１中、本発明の気体流入装置１００は、
Ｈｅボンベ１０１、これとＨｅ導管１２１で接続された
Ｈｅガス供給制御系１０２、これと各レンズ間隙Ｓｊと
を接続するＨｅガス導管１２２、１２３、１３１〜１４
１で構成されている。導管１２３はＨｅガス供給制御系
１０２からの導管１２２を、各レンズ間隙Ｓｊに分岐す
るためのヘッダを構成しており、このヘッダ１２３に各
導管１３１〜１４１が接続されており、これら導管１３
１〜１４１がそれぞれレンズ間隙Ｓ１〜Ｓ１１の流入口
に接続されている。

【００３１】導管１２２には、弁Ｖ０が設置されてお
り、導管１３１〜１４１にはそれぞれ弁Ｖ１〜Ｖ１１が
設置されている。弁Ｖ０はレンズ間隙Ｓｊ全体に供給す
るＨｅガスの量を調節するものであり、弁Ｖ１〜Ｖ１１
は、各レンズ間隙Ｓ１〜Ｓ１１に供給するＨｅガスの量
を調節するものである。これらの弁は後述の温度検出器
で検出したＨｅガス流出温度を制御する調節弁であって
もよいし、手動で開度を設定する手動弁であってもよ
い。

【００３２】特にＨｅガス流量を多めに設定する場合
は、式（１）において、Ｇが大きくなるので温度差ΔＴ
は小さくなり、またＨｅガス流速が増えると熱伝達率Ｕ
が大きくなる結果Δｔｍも小さくなり、レンズの温度は
Ｈｅガスそのものの温度に極く近くなる。その結果、Ｈ
ｅガスの温度さえ所望の温度になってさえいれば、Ｈｅ
ガスの流量の厳密な調節は不要となるので、手動弁でも
差し支えない。

【００３３】あるいは、弁は設けずに、レンズの温度を
望みの温度レンジに入れることができるような気体流量
を定める口径に導管を構成するようにしてもよい。

【００３４】また、弁Ｖ１〜Ｖ１１があれば、普通は弁
Ｖ０は不要である。また弁Ｖ１〜Ｖ１１を手動弁にし
て、弁Ｖ０だけを調節弁とする構成でもよい。さらに、
これらの弁Ｖ０、Ｖ１〜Ｖ１１は供給制御系１０２の中
に含めて構成してもよい。

【００３５】各レンズ間隙Ｓ１〜Ｓ１１には、それぞれ
Ｈｅガス流出導管１５１〜１６１が接続され、それら導
管をまとめるヘッダ１７１が設けられている。一方、Ｈ
ｅガスの排出を制御する排出制御系１０３が用意されて
おり、前記ヘッダ１７１と排出制御系１０３とは、導管
１７２で接続されている。

【００３６】導管１５１〜１６１の各々には、温度検出
器Ｔ１〜Ｔ１１が、導管１７２には温度検出器Ｔ０が設
けられている。これら温度検出器は、それぞれの導管内
を流れるＨｅガスの温度を検出するものである。例え
ば、温度検出器Ｔ１で検出する温度を不図示の温度調節
器に送信し、その温度調節器の出力信号により調節弁Ｖ
１を作動し、温度検出器Ｔ１で検出する温度を所定の値
に調節するようにする。

【００３７】したがって、温度検出器Ｔ１〜Ｔ１１を設
けた場合は、導管１７２内のＨｅガス温度を著説する必
要はないので、温度検出器Ｔ０は設けなくてもよい。ま
た、温度検出器Ｔ１〜Ｔ１１、Ｔ０は、単に温度計とし
て目視観察できるようにしておき、その観察結果に応じ
て、手動弁Ｖ１〜Ｖ１１あるいはＶ０の開度を設定する
ようにしてもよい。なお図１では、弁の符号は、Ｖ０、
Ｖ１、Ｖ４、Ｖ１１を代表として示し、残りは省略して
ある。また、自動弁であることを示すダイヤフラムの記
号も、これら４弁のみについて示し残りについては省略
してある。温度検出器の符号は、Ｔ０、Ｔ１、Ｔ４、Ｔ
１１のみ示し、残りは省略してある。

【００３８】あるいは、特にＨｅガス流量を多めに設定
する場合は、先に説明したように温度差ΔＴ、Δｔｍ共
に小さくなり、厳密な流出ガス温度調節は不要となるの
で、Ｈｅガスの流出温度をモニターする必要はなく、こ
れら温度検出器は設けなくてもよい。

【００３９】一般にＨｅガスをボンベから供給する場合
は、供給されるガスの温度はほぼ環境温度になり、特に
供給温度の調節や温度のモニターは不要であるが、必要
に応じて供給温度をモニターする温度検出器を供給制御
系１０２に組み込んでもよい。また供給するガスの温度
を調節する熱交換器（不図示）あるいは熱交換器及び供
給温度調節器を設けてもよい。

【００４０】排出制御系１０３については、気体流入装
置１００側にバルブＶ１〜Ｖ１１、あるいはＶ０を設け
る代わりに、排出制御系１０３内にバルブを設けてＨｅ
ガスの流量を制御するように構成してもよく、また前記
温度検出器Ｔ０をここに含めて構成してもよい。

【００４１】このようにして、ＣａＦ₂レンズ部材の露
光光吸収による熱的変化を速やかに除去できる投影露光
装置が提供される。

【００４２】図４、図５にこのレンズの縦収差と、横収
差の収差図を示す。図４には、図１に示されるレンズＬ
１〜Ｌ２６が、本発明の実施により全て等しい温度に維
持されている場合の縦収差が示されている。示されてい
る収差は、縦方向球面収差（ＬＯＮＧＩＴＵＤＩＮＡＬ
ＳＰＨＥＲＩＣＡＬＡＢＥＲＲＡＴＩＯＮ）、非点
収差（ＡＳＴＩＧＭＡＴＩＣＦＩＥＬＤＣＵＲＶＥ
Ｓ）、歪曲収差（ＤＩＳＴＯＲＴＩＯＮ）である。後者
２収差は、縦軸に物高さ（ＯＢＪＨＴ）をとって示し
てある。

【００４３】図５には、横収差であるコマ収差（ＣＯＭ
ＡＡＢＥＲＲＡＴＩＯＮ）が、メリジオナル（接線）
方向（ＴＡＮＧＥＮＴＩＡＬ）とサジタル方向（ＳＡＧ
ＩＴＴＡＬ）について示されている。高さ（ＦＩＥＬＤ
ＨＥＩＧＨＴ）の単位はｍｍである。用いた光線の波
長は、１９３．４ｎｍである。

【００４４】これら図３と図４に示されているように、
良好に投影光学系の収差が補正されている。

【００４５】図６〜図９に、本発明の実施例２を示す。
この実施例は、反射屈折系にこの発明を適用した場合で
ある。照明光としては、１９３．３ｎｍのＡｒＦレーザ
ーを用いている。また３枚のＣａＦ₂レンズを含んでい
る。

【００４６】図６は投影レンズの光路図であるが、同図
において、不図示の、図１の場合と同様な照明光学系で
照明されたレチクルＲ上のパターンを投影光学系ＰＬで
ウエハＷ上に投影露光する。レチクルＲとウエハＷとは
投影光学系ＰＬに対して共役な関係に置かれる。本実施
例では、投影光学系ＰＬは、２４枚のレンズＬ３１〜Ｌ
ｉ〜Ｌ４１、及びレンズＬ４９〜Ｌｉ〜Ｌ６１で構成さ
れている。但し、図６の光路図ではＬｉ（ｉは３１〜６
１の整数）の番号は、照明光がその光路にそって通過す
るレンズに番号を付したもので、そのうち７枚のレンズ
Ｌ３５〜Ｌ４１は往復で照明光が通過するので、それぞ
れＬ４２〜Ｌ４８と重複しており、同一のレンズであ
る。即ち、２４枚のレンズに３１個の番号が付されてい
る。

【００４７】レンズの符号は、Ｌ３１、Ｌ３５、Ｌ３
９、Ｌ４１、Ｌ４２、Ｌ４４、Ｌ４８、Ｌ４９、Ｌ５
０、Ｌ５１、Ｌ５２、Ｌ５３、Ｌ５９、Ｌ６０、Ｌ６１
のみ示し、残りは省略してある。

【００４８】本実施例の光源としては、波長１９３．３
ｎｍのＡｒＦレーザーを用いている。

【００４９】図７と図８に、実施例２の光学データを示
す。図８は図７の続きである。ガラス名の欄では実施例
１と同様に、’ｓｉｏ２’は石英、’ｃａｆ２’はフッ
化カルシウムを示し、それらの間が空欄の箇所はレンズ
間隙には空気が存在し、’ｈｅ’とある箇所には、Ｈｅ
が流されていることを示す。

【００５０】図７、図８では、使用する照明光の波長は
１９３．３ｎｍであり、そのとき、空気との相対屈折率
は、それぞれＳｉＯ₂は１．５６０３２６、ＣａＦ₂は
１．５０１４５５、Ｈｅは０．９９９７１７である。

【００５１】図６においては、３枚のレンズ、Ｌ３９
（Ｌ４４）、Ｌ５２、Ｌ６０が、フッ化カルシウム製の
レンズである。本実施例２では、実施例１と同様に少な
くとも片側にこれらフッ化カルシム製のレンズが存在す
るレンズ間隙に、Ｈｅの流入導管と流出導管が接続され
ており、それら各レンズがＨｅガスで冷却できるように
なっている。

【００５２】図６中、本発明の気体流入装置１００は、
Ｈｅボンベ１０１、これとＨｅ導管で接続されたＨｅガ
ス供給制御系１０２、これと前記各レンズ間隙とを接続
するＨｅガスの枝導管で構成されている。各枝導管はそ
れぞれ、前記レンズ間隙気体流入口に接続されている。

【００５３】図６には、弁は不図示であるが、流入側導
管に、図１のよううに弁Ｖ０が設置されており、また各
間隙への枝導管にはそれぞれ弁Ｖ１〜Ｖ１１が設置され
ていてもよいのは、実施例１と同様である。そのような
弁Ｖ０、弁Ｖ１〜Ｖ１１の機能、作動も実施例１と同様
であるので詳述しない。

【００５４】前記各レンズ間隙には、それぞれＨｅガス
流出導管が接続され、それら導管は合流して、Ｈｅガス
の排出を制御する排出制御系１０３に接続されている。

【００５５】各流出側の導管には、温度検出器が設けら
れていてもよい。

【００５６】る。これら温度検出器は、それぞれの導管
内を流れるＨｅガスの温度を検出するものである。これ
らの温度検出器の機能、作用も、実施例１と同様である
ので詳述しない。排出制御系についても同様である。

【００５７】以上の実施例では、ＨｅボンベからＨｅガ
スを供給する構成としたが、排出されたＨｅを流入側に
戻して使用する、（不図示の）循環使用型として構成し
てもよい。即ち、排出制御系１０３からの排出導管をＨ
ｅボンベ１０１を経由せずに供給制御系１０２に接続し
て導管と各機器からなる閉回路を形成する。この閉回路
中のいずれかの箇所には、Ｈｅガスを循環させる不図示
の循環ポンプ、コンプレッサ、ファン等のガス循環装置
を設け、またいずれかの箇所に、レンズ間の間隙で加熱
されたＨｅガスを冷却する不図示の熱交換器を設ける。

【００５８】漏洩損失するＨｅガスを補充するために、
Ｈｅガスボンベを設ける。ボンベからの導管は、前記循
環閉回路中、一般的には前記ガス循環装置の直前に接続
する。

【００５９】熱交換器で冷却して得る温度は、一般的に
は環境温度あるいはそれより僅かに低い温度とするが、
被冷却レンズの設計温度とすればよい。さらに厳密に
は、レンズの温度が環境温度あるいはそのレンズの光学
特性が得られる設計温度になるようなガス温度とする。

【００６０】図９に実施例２のレンズ系の横収差である
コマ収差（ＣＯＭＡＡＢＥＲＲＡＴＩＯＮ）が、メリ
ジオナル方向（Ｙ−ＦＡＮ）とサジタル方向（Ｘ−ＦＡ
Ｎ）について示されている。高さ（ＦＩＥＬＤＨＥＩ
ＧＨＴ）の単位は最大高さを１．０として、比率で示し
てある。用いた光線の波長は、１９３．３ｎｍである。

【００６１】同図のフィールド高さについては、図１１
に示されるように、光軸との交点から４ｍｍ軸をはずし
た点にＳ１をとり、これからさらに６ｍｍ軸はずしをし
た点をＳ２、点Ｓ２からＳ１−Ｓ２に直角な方向１５ｍ
ｍだけはずれたところに点Ｓ３をとってある。なお、光
軸中心に露光光は達しない。図６は、それぞれ点Ｓ１、
Ｓ２、Ｓ３におけるコマ収差である。

【００６２】本図に示されているように、良好に投影光
学系の収差が補正されている。

【００６３】このように本発明は、反射系、反射屈折
系、屈折系のいずれでも有効に適用できる。また、以上
の実施例からもわかるように、波長２５０ｎｍ以下のＣ
ａＦ₂の利用価値が大きくかつ大出力であるエキシマレ
ーザーではこの方法は特に有力である。また、波長２０
０ｎｍ以下、例えば１９３．３ｎｍあるいは１９３．４
ｎｍ以下のＡｒＦエキシマレーザーでの利用価値はさら
に高い。このように短波長では、必要な透過率が得られ
るのはＣａＦ₂であり、この硝材は温度を一定に保持す
ることで良好な光学特性を発揮するからである。

【００６４】実施例１、実施例２においては、本発明の
気体としてヘリウムガス（Ｈｅ）を用いる場合を説明し
たが、空気であってもよいし、ネオンガス（Ｎｅ）、窒
素ガス（Ｎ₂）、アルゴンガス（Ａｒ）であってもよ
い。要はレンズ間の間隙を密閉空間とせずに、気体を流
通させて光学要素を冷却すればよい。但し、Ｈｅガスを
用いれば、その物理的特性から冷却効果が高いし、光学
的特性も好ましい。また、ネオンガスも同様な観点から
好ましいものの一つである。

【００６５】また、本発明を、例えば特開平５−１４４
７０１のような調整方法と組み合わせればより有効であ
る。即ち、レンズの温度調整、管理をすると共に、投影
光学系を構成するレンズの熱的変化による形状変化に関
する情報を形状測定手段で測定し、その情報に基づい
て、投影光学系の光学的特性の変化を調整手段で調整す
る。

【００６６】なお、波長２５０ｎｍ以下の光の透過率が
比較的高く、しかも熱膨張係数が１０^-5（Ｋ^-1）以上の
硝材として、蛍石（ＣａＦ₂）以外に、フッ化リチウム
（ＬｉＦ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）及びフッ
化バリウム（ＢａＦ₂）等がある。

【００６７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、所定の光
学要素に隣接する投影光路に気体を流入させる気体流入
装置を設けたので、照明系からの熱による投影系の熱的
変化を除去することができ、露光中でも投影系の光学特
性が変化しにくい露光装置が得られる。そして、その露
光装置を用いた露光方法によって、原版のパターンを感
光性基板に露光すれば良好なる半導体デバイスを製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の装置の概略構成図である。

【図２】本発明の実施例１の光学データを示すデータ図
である。

【図３】図３の続きを示すデータ図である。

【図４】実施例１の縦収差図である。

【図５】実施例１の横収差図である。

【図６】本発明の実施例２の装置の概略構成図である。

【図７】本発明の実施例２の光学データを示すデータ図
である。

【図８】図７の続きを示すデータ図である。

【図９】実施例２の横収差図である。

【図１０】Ｈｅと空気の特性を示すデータ図である。

【図１１】実施例２の露光フィールド図である。

【符号の説明】

１００気体流入装置１０１Ｈｅボンベ１０２供給制御系１０３排出制御系１２１〜１２２導管１３１〜１４１導管１５１〜１６１導管１７１、１７２導管２０１照明系Ｌ１〜Ｌ２６レンズＬ３１〜Ｌ６１レンズＰＬ投影系ＲレチクルＷウエハＶ０〜Ｖ１１バルブＴ１〜Ｔ１１温度検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原版を照明する照明系と、該照明系にて
照明された前記原版を感光性基板上に投影する投影系と
を備えた露光装置において；前記投影系は、複数の光学
要素を有し；前記複数の光学要素のうち少なくとも１つ
の所定の光学要素に隣接する少なくとも一方の投影光路
に所定の冷却用気体を流入させる気体流入装置を設けた
ことを特徴とする；露光装置。
【請求項２】前記所定の光学要素は、熱膨張係数が１
０^-5［Ｋ^-1］以上の硝材で構成されていることを特徴と
する、請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】前記硝材は、フッ化カルシウムを含み；
前記照明系は、２５０ｎｍ以下の波長の露光光を供給す
る光源を含むことを特徴とする、請求項２に記載の露光
装置。
【請求項４】前記気体がヘリウムであることを特徴と
する、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の露光装
置。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれか１項に
記載の露光装置を用いた露光方法において；前記照明系
によって前記原版を照明する照明工程と；前記投影系に
よって前記原版を前記感光性基板に露光する露光工程と
を含むことを特徴とする露光方法。