CN1440512A - 固定光学元件的方法和装置、光学装置、曝光设备以及装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

凸缘部分(80)设置在透镜(13)光轴方向中心位置处周围的至少一部分上。透镜(L3)通过夹紧元件(52a，52b，52c)和透镜固定金属部分(25)固定，凸缘部分(80)被夹紧元件(52a，52b，52c)压紧。设置凸缘部分(80)的部位由于透镜(L3)的弯曲而不受到压缩应变和拉伸应变，并且是中立平面周边的一部分，是离透镜(L3)的光学表面最远的平面。因此，作用到透镜(L3)其它部分的夹力对凸缘部分(80)的影响降到最小，并且由于作用到凸缘部分(80)上的力而使光学表面的变形也减到最小。结果，可以把透镜光学特性的下降抑制到最小。

Description

固定光学元件的方法和装置、光学装置、曝光设备 以及装置的制造方法

技术领域

本发明涉及一种固定光学元件的方法和装置、光学装置、曝光设备以及装置的制造方法，并尤其涉及一种将光学元件如有凸缘的透镜固定在外围部分上的光学元件固定方法和装置、在其镜筒内有多个光学元件的光学装置、包括作为其光学系统的光学装置的曝光设备和利用曝光设备的装置制造方法。

技术背景

传统上，在制造半导体器件的光刻工艺中使用各种曝光设备。例如，近年来主要用投影曝光设备如缩减投影曝光设备(所谓的步进器)制作半导体器件，该曝光设备通过基于步进—重复法的投影光学系统或基于步进—扫描法的扫描投影曝光设备(所谓的扫描步进器)把按正比例放大四至五倍的形成在掩膜(也称作光网)上的图案缩减并转印到一个经过曝光的基底(例如晶片)上。

利用这些曝光设备处理精细的集成电路并实现高分辨率，曝光波长移到了较短的范围。近来，在实际当中采用波长在193nm的ArF准分子激光器的曝光设备，并且还开发了利用较短波长如F₂激光束(波长：157nm)或Ar₂激光束(波长：126nm)的曝光设备。

处于真空紫外波长范围的属于200nm-120nm波带的光束，如ArF准分子激光束、F₂激光束或Ar₂激光束对光学玻璃有较小的透射率。因此，可以使用的玻璃材料限定在萤石、氟化镁或氟化物结晶，如氟化锂。另外，因为这些光束极大地被气体如氧气、水蒸气和碳化氢气(以下称作“吸收性气体”)吸收，所以必须用对真空紫外光束的吸收较小的气体替换存在于曝光光束光路上的气体，即惰性气体，如氮气或氦气(以下视情况而定，称作“低吸收性气体”)，从而降低存在于光路上的吸收性气体的浓度，使其不超过几ppm。

因此，例如，在使用ArF准分子激光束作为曝光光束的曝光设备中，在具有较长的光学系统如投影光学系统的光学系统中，系统内部被分成多个空间，每个空间既可以填充以上所指的低吸收性气体，也可以在所有时间在空间内产生低吸收性气体流。

图18表示传统的曝光设备中使用的投影光学系统的一个实例。图18所示的投影光学系统PL’包括一个由外镜筒351A和内镜筒351B₁-351B₄组成的双层结构镜筒350，和以预定的间隔沿光轴的AX方向分布在镜筒350中的光学元件单元C1’、C2’、C3’和C4’。光学元件单元C1’、C2’、C3’和C4’分别固定在内镜筒351B₁、351B₂、351B₃和351B₄的内圆周表面上。

光学元件单元C1’、C2’、C3’和C4’包括用作光学元件的透镜L1’，L2’，L3’和L4’以及用于固定透镜L1’，L2’，L3’和L4’的透镜固定器件。在相邻的光学元件单元之间的空间中分别形成密封腔S1’，S2’和S3’。并且例如，对于每个密封腔S1’，S2’和S3’，分别连接供气路径330A，330B和330C以及排气路径330D，330E和330E，从而在密封腔S1’，S2’和S3’中于所有时间建立一条低吸收性气体流。

图19A表示图18种光学元件单元C3’的放大图，图19B表示分解透视图。从这些图中看到，在透镜L3’外围的下半部分上设置一个凸缘部分。透镜L3’从上插入到中空柱状透镜固定金属部件325中，并且从下面三个点处用以大约120°的角间隔从透镜固定金属部件325内圆周表面上突出的支撑元件322a，322b和322c(图中未示出支撑元件322c)支撑凸缘部分。另外，夹具352a、352b和352c(没有示出位于图中深度范围的夹具352b)分别用插销354a，354b和354c固定到凸缘部分上表面上的透镜固定金属部件325的对应于支撑元件322a，322b和322c的位置。因此，凸缘部分的上表面被夹具352a、352b和352c推动向下。

即，透镜L3’通过设置在其外围上的凸缘部分用支撑元件322a，322b和322c和夹具352a、352b和352c夹紧而相对于透镜固定金属部件325固定。在此情况下，透镜L3’的运动通过夹具352a、352b和352c的夹力限制在光轴方向的三个自由度中，其余三个自由度方向上的运动由凸缘部分和支撑元件之间的摩擦力以及凸缘部分和夹具之间的摩擦力限定。

另外，采用上述在三个点处需要支撑的结构的原因在于支撑的物体—透镜，可以容易地接触到透镜固定金属部件，并且由于透镜的震动、温度变化、姿势变化等而受力，而且在接触到透镜之后，可以最有效地减少透镜固定金属部件。

顺便说一下，图19A中的标号356表示一个为防止气体在分布于透镜L3’上下的密封腔S2’和S3’之间流动、并还防止透镜L3’移位的填充物。

其它光学元件单元C1’，C2’和C4’与光学元件单元C3’的结构相同。

但是，对于上述传统的透镜固定结构，因为透镜L3’的凸缘部分被支撑元件322a，322b和322c支撑在三个点处，换言之，透镜L3’在三个点以外的地方不被支撑，所以透镜L3’的周围部分略微弯成三叶形(不被支撑的部分下垂)，其自身的重量使得透镜L3’相对于光轴不对称地弯曲。另外，作用到凸缘部分上的夹力通过凸缘部分使透镜L3’的光学表面变形。

迄今，透镜的这种弯曲或光学表面的变形以及由它们导致的投影光学系统光学性能的下降一直不是一个很大的问题。但是由于半导体器件很大的集成度，对投影光学系统性能的要求变得更高；因此，上述的变形不容再忽视。

另外，根据近期的研究发现，当把投影光学系统镜筒内部的空气换成惰性气体时，镜筒的内部压力增大。并且例如当镜筒内的压力变化时，尤其当相邻的密封腔(上述实例中的空间S1’和S2’以及空间S2’和S3’)之间压力不同时，可能发生透镜被施压以及在某些情况下透镜从其底座漂浮的情况。

实际上，需要投影光学系统在垂直于光轴(横向)的平面内的方向上能经受高达3G的扰动。因此，例如为了在静摩擦系数μ为0.2时有3G的摩擦力，需要夹力约为15G。在此条件下，以及在透镜形状为20mm厚的圆盘，具有多个直径，以氟化物(CaF₂)作为其原材料的条件下，本发明人对每个向下的力以及由压力差导致的向上的力都进行试算，其中向下的力是夹力和透镜本身的重力之和。通过比较两项计算，本发明人发现，当压差达到大约10,000Pa时，透镜被移动。

另外，对于传统的曝光设备，只有提供给投影光学系统内部空间的低吸收性气体的流速在初始气体更换阶段和气体纯度维持阶段(稳定阶段)不同，前一个阶段例如是诸如空气的气体存在于投影光学系统的内部空间并且此内部气体必须用低吸收性气体替换时设备的启动阶段，后一个阶段是初始气体已经更换之后将内部空间的低吸收性气体的纯度维持在一个恒定水平的阶段。即，当初始更换投影光学系统每个内部空间中的气体时，低吸收性气体的流速较大(例如50dm³/min)，当维持气体的纯度时，提供给投影光学系统内部空间的低吸收性气体的流速与初始气体更换时相比有所减小。还有，对于上述的初始气体更换和气体纯度维持，使用相同的供气系统。

另外，通过供气路径向投影光学系统内的多个空间提供低吸收性气体，这是通过对每个空间打开镜筒上的出口创建一条供气路径和排气路径而进行的。

通过利用模制的设备对具有传统的管式镜筒的投影光学系统进行实验，本发明人确认，当连续向投影光学系统的内部空间置换多个小时的低吸收性气体时，投影光学系统象平面上的光量随时间减少。从这个结果可以做出假设，因为杂质、如随时间延长而积累在投影光学系统内部空间的吸收性气体，使透射率下降，并且光沿照明光路被杂质吸收。

另外，对于这种向投影光学系统中置换低吸收性气体的方法，即使低吸收性气体的流速没有初始气体更换时大，但也必须以一定的流速置换低吸收性气体以确保充分的置换性能。因此，当采用贵重的气体如氦气作为低吸收性气体时，运行成本变得很高。

另外，在利用波长短于F₂激光束(波长：157nm)的光作为曝光的照明光时，很可能由于玻璃材料或色差等问题而采用反射折射系统。通常，当采用这样的投影光学系统时，投影光学系统的镜筒不同于折射光学系统的镜筒，除了一个在重力方向延伸的镜筒部分之外，还有一个在与重力方向交叉的方向上延伸的镜筒部分。在这种情况下，与重力交叉的方向上延伸的镜筒部分内部空间中的气流变得缓慢，并且气体可以汇集在镜筒部分的内部空间。

本发明是在考虑到上述情况下产生的，它的第一个目的在于提供一种固定光学元件的方法和装置，该方法和装置能够最大限度地抑制光学元件的变形和光学元件性能的下降。

本发明的第二个目的在于提供一种能够维持良好地光学性能的光学装置。

本发明的第三个目的在于提供一种能够以高精度执行曝光的曝光设备。

本发明的第四个目的在于提供一种可以提高制造高集成度微型器件时的产量的器件制造方法。

发明概述

根据本发明的第一方面，提供了一种固定光学元件的方法，该方法通过设置在接近光学元件中立面位置的周围部分的至少一个部位上的凸缘部分固定光学元件。

利用本方法，光学元件通过设置在接近光学元件中立面位置的周围部分的至少一个部位上的凸缘部分固定，在固定位置处没有光学元件的弯曲导致的压缩应变和拉伸应变。因此，作用到凸缘部分的固定力对光学元件其它部分的影响被最大限度的抑制。另外，因为中立面是最远离光学元件光学表面的一个平面，所以由于作用到凸缘部分上的力所导致的光学表面的变形被减到最小。因此，可以把光学元件光学表面的变形以及由于变形所导致的光学性能的下降抑制到最小。

在此情况下，可以用预定的力夹住凸缘部分中光学元件光轴方向上两侧表面上的多个点。

在此情况下，多个点可以是对应于三角形每个顶点的三个点。

根据本发明的第二方面，提供一种固定光学元件的固定装置，光学元件的固定装置包括：一个固定元件，光学元件光轴方向的一端可以插入并且将光轴方向一侧上的凸缘部分的表面支撑为插入状态，凸缘部分设置在光学元件光轴方向中心位置处周围部分的至少一个部位上；和夹紧元件，通过以预定的压力把一个表面压到凸缘部分光轴方向的其余侧而用固定元件夹紧凸缘部分。

对于如前所述的传统的透镜支撑结构，根据本发明人反复进行的关于透镜光学表面(透镜表面)的变形的模拟结果表明，即使对于相同的支撑结构，光学表面的变形也根据凸缘部分的厚度和位置而不同，并且当凸缘部分的位置处于光轴方向的中心位置时，光学表面的变形最小。

因此，对于本发明，凸缘部分分布在光学元件光轴方向中心位置处周围部分的至少一个部位上，并且凸缘部分用夹具和固定元件夹紧，处于凸缘部分被夹具施压的状态，可以将光学表面的变形以及由于变形所导致的光学性能的下降减到最小。对于这种情况可以认为有下列的原因：凸缘部分分布的位置处于没有光学元件的弯曲导致的压缩应变和拉伸应变的中立面的周围部分，使得作用到凸缘部分上的固定力对光学元件其它部分的影响降到最小，并且因为中立面是离光学元件的光学表面最远的平面，所以由于作用到凸缘部分的力导致的光学表面的变形也减到最小。

因此，光学表面，即光轴方向上光学元件两侧的边缘表面，发生的变形被减小到可以忽略的水平，因此，可以最大限度的抑制光学特性的下降。

在此情况下，凸缘部分在光轴方向的厚度大约为5mm，或者凸缘部分的厚度可以是凸缘部分以外的部分的周围边缘厚度的1/10～2/3。当凸缘部分的厚度较薄时，可以抑制作用到凸缘部分上的固定力对光学元件其它部分的影响，但是，当厚度太薄时，加工变得困难，并且光学元件将不能支撑其自身的重量。根据本发明人进行的模拟结果等，考虑到加工技术的情况，可以肯定，当凸缘部分在光轴方向的厚度大约为5mm或大约为凸缘部分以外的部分的周围边缘厚度(光轴方向一侧上周围边缘和光轴方向另一侧上周围边缘之间的距离)的1/10～2/3时，可以充分地满足光学元件的制造可能性以及对其变形的抑制。

根据本发明的第三方面，提供了一种第一光学装置，装置包括：一个镜筒；多个以预定的位置关系分布在镜筒中的光学元件；和一个固定装置，通过设置在接近特定光学元件中立面位置的周围部分的至少一个部位的凸缘部分固定一个特定的光学元件，其中特定的光学元件是多个光学元件的一部分。

关于这种光学装置，包括一个固定装置，它通过设置在接近特定光学元件中立面位置处的周围部分至少一个部位的凸缘部分固定多个光学元件中的至少一个特定的光学元件。因此，有效地抑制了特定光学元件(的光学表面)随时间延长的变形以及光学性能的下降，并且因此，可以长时间地维持良好地光学特性(包括成像特性)。

在此情况下，特定的光学元件可以具有设置在特定光学元件光轴方向中心位置处的周围部分的至少一个部位上的凸缘部分，固定装置可以有一个固定元件和一个夹紧元件，固定元件在光学元件光轴方向的一端可以插入并且在插入状态将凸缘部分的表面支撑在光轴方向的一侧，夹紧元件通过用固定元件以预定的压力把一个表面压在凸缘部分光轴方向其余侧而夹紧凸缘部分。

根据本发明的第四方面，提供了一种第二光学装置，装置包括：一个镜筒；多个分别固定在镜筒中并在镜筒中形成多个密封空间的光学元件；向每个密封空间中供给特定气体的供气单元；和一个控制系统，控制每个密封空间中特定的气体环境，以便避免在相邻的密封空间中出现压差。

对于这种光学装置，供气单元给通过镜筒和多个光学元件形成的每个密封空间供给特定的气体。并且在该操作中，控制系统控制特定的气体环境，使得不会在相邻的密封空间中产生压差。这使得能够无需对光学元件施加不必要的压力地维持特定的气体环境。因此，可以避免光学元件由于压差而从其设置位置漂移，并且可以稳定地固定，可以有效地抑制损伤、变形等。这使得能够维持光学装置有良好地光学特性(包括成像特性)。在此情况下，密封结构可以是一种与外界气体完全隔绝地完全密封结构，或者如果外界气体中地杂质不进入密封空间，则密封空间是一个几乎全部密封的密封结构，可以维持预定的压力。

在此情况下，作为控制特定的气体环境的控制系统，可以考虑各种结构。例如，控制系统可以包括测量每个密封空间中压力的压力传感器，和一个流量控制单元，该单元根据压力传感器的测量结果控制从供气单元供给到每个密封空间中的特定气体的流动，或者，控制系统可以包括一个压力调节单元，调节内部压力，以免在两个相邻的密封空间中出现相邻密封空间的压差。

在此情况下，可以考虑各种压力调节单元。例如，压力调节单元可以是一个布置在相邻密封空间的隔离壁上的压力调节阀，或者压力调节单元可以是一个设置在相邻密封空间隔离壁上的隔膜。在前一情况下，当在相邻密封空间中出现压差时，特定的气体通过压力调节阀从高压力的密封空间流到低压力的密封空间，由此无需任何复杂控制地自动地将相邻密封空间中地压差降到几乎为零。另外，在后一情况下，当在相邻地密封空间中出现压差时，由于分布在隔离壁上的隔膜的柔韧性在该方向变形，使得压力较高的密封空间的体积增大，压力较低的密封空间的体积减小。结果，自动地减小或消除了相邻密封空间中的压差，无需任何复杂的控制。

对于本发明的第二光学装置，特定的气体可以是一种对能量束有渗透性的气体，并且至少可以在相邻的光学元件之间形成的间隙中分布供气单元的一部分供给孔，将特定的供气到每个密封空间中。

对于本发明的第二光学装置，凸缘部分可以设置在接近特定光学元件中立面位置的至少一部分周围部位上，该特定的光学元件至少是多个光学元件中的一部分特定的光学元件，光学装置还可以包括一个固定特定的光学元件的固定装置。

根据本发明的第五方面，提供了一个布置在能量束光路上的第三光学装置，光学装置包括：一个镜筒；多个以预定的位置关系分布在镜筒内能量束光路上的光学元件；一个供气系统，通过分布在镜筒中的供给特定气体的供给孔把对能量束具有渗透性的特定气体供到由多个光学元件分开的空间中；一个排气系统，通过一个从镜筒中分布的空间中排出气体的排气孔排出空间中的气体；其中特定气体的供给孔比气体的排气孔更接近能量束光路地分布。

对于本光学装置，供气系统通过分布在能量束光路附近的供给孔把具有允许能量束透射这一特性的特定气体供到镜筒内由多个光学元件分开的空间。这样允许特定气体有效地置换到能量束的光路中以及镜筒内由多个光学元件分开的空间附近，即，可以从能量束光路及其附近有效地去除具有吸收能量束特性的吸收性气体。另外，因为排气孔分布在比特定气体地供给孔更远离光路附近的位置，所以残留在该空间内的气体量减小。因此，能量束的透射性几乎不被空间内的吸收性气体阻截，因此，可以良好地维持光学装置的能量束透射性以及其光学特性(包括成像特性)。

作为镜筒内被多个光学元件分开的空间，可以由完全密封的结构形成，完全与空间之外的气体断开，或者如果它的结构使层外部气体中的杂质不能进入该空间，则该空间可以是一个由几乎密封的结构形成的空间，可以以预定的压力维持其密封状态。

在此情况下，可以在位于彼此相邻的光学元件之间的间隙中分布供给孔。在这种情况下，可以在难于进行充分净化的光学元件之间的间隙中置换特定的气体。

对于本发明中的第三种光学装置，可以在接近特定光学元件中立面位置的至少部分周围部分处设置一个凸缘部分，特定的光学元件至少是多个光学元件中的部分特定光学元件，光学装置还可以包括：固定特定的光学元件的固定装置。

对于本发明的第三光学装置，可以在具有多个光学元件的镜筒内部形成多个空间，光学装置还可以包括：一个控制系统，控制每个密封空间中特定的气体环境，以避免在相邻空间中出现压差。

根据本发明的第六方面，提供了一种分布在能量束光路上的第四光学装置，光学装置包括：一个镜筒，以预定的位置关系分布在镜筒内能量束光路上的多个光学元件；第一供给路径，有一个具有预定开口面积的第一供给孔，用于把对能量束有渗透性的特定气体供到镜筒内由多个光学元件分开的空间中；第二供给路径，有一个开孔面积小于第一供给孔的第二供给孔，用于把特定的气体供到该空间中；一个排出空间中内部气体到外部的排气路径；和一个控制单元，通过根据空间的内部状态选择第一供给路径和第二供给路径中的至少一个来控制空间内特定气体的供给。

对于这种光学装置，控制单元根据镜筒内由多个光学元件分开的空间的内部状态选择第一供给路径和第二供给路径中的至少一条用于供给特定的气体。即，特定的气体通过选定的供给路径供给该空间中，并且对应于特定气体的供给，通过排出路径排出空间内的内部气体。因为第一供给孔中的开口面积较大，在这种情况下选择第一供给路径作为把大量的特定气体供到该空间的供给路径。另一方面，第二供给路径的开口面积小于第一供给路径的开口面积，所以在选择此供给路径的情况下，有少量的特定气体供到该空间。因此，通过利用根据空间的内部状态选择第一供给路径或第二供给路径中至少一条的控制单元控制特定的供气，可以在短时间周期内用特定的气体更换该空间内的气体，或者，在更换气体之后，通过供给少量特定气体而减少运行成本的同时，可以维持空间内特定气体的纯度。因此，可以提高光学装置的净化性能，并且可以长时间地保持较好的光学特性。

并且，如前所述，作为镜筒内被多个光学元件分开的空间，可以由一种完全密封的结构形成，与空间外界的气体完全隔绝，或者如果其构成使得外界气体中的杂质不能进入密封空间，则该空间由一个几乎全部密封的结构形成，可以以预定的压力维持密封状态。

在此情况下，当空间的内部气体包含很多具有吸收能量束特性的吸收性气体时，控制单元可以通过经第一供给路径或第二供给路径中的至少一条供给路径供给特定的气体而用特定的气体更换内部气体。

另外，当空间的内部气体包含很少具有吸收能量束特性的吸收性气体时，控制单元可以经第二供给路径给空间中供给特定的气体。

对于本发明的第四光学装置，第二供给孔可以分布成比第一供给孔更接近能量束的光路。在此情况下，可以用特定气体有效地净化空间中的能量束光路及其附近。

对于本发明的第四光学装置，可以把第二供给孔布置在位于彼此相邻的光学元件之间的间隙中，并且当空间的内部气体包含很多具有吸收能量束特性的吸收性气体时，控制单元可以经第一和第二两条供给路径给空间供给特定的气体。

对于本发明的第四光学装置，可以在接近特定光学元件中立面位置的至少部分周围部分处设置一个凸缘部分，特定的光学元件至少是多个光学元件中的部分特定光学元件，光学装置还可以包括：固定特定的光学元件的固定装置。

对于本发明的第四光学装置，可以在具有多个光学元件的镜筒内部形成多个空间，光学装置还可以包括：一个控制系统，控制每个密封空间中特定的气体环境，以避免在相邻空间中出现压差。

根据本发明的第七方面，提供了一种分布在能量束光路上的第五光学装置，光学装置包括：在与重力方向交叉的方向延伸的第一镜筒部分，在该部分中形成第一空间；连结到第一镜筒部分并在重力方向延伸的第二镜筒部分，在该部分中形成第二空间；和对于第一和第二空间单独安排的第一和第二供气/排出系统，该系统置换对能量束具有渗透性的特定气体。

对于本光学装置，包括：在与重力方向交叉的方向延伸的第一镜筒部分，在该部分中形成第一空间；连结到第一镜筒部分并在重力方向延伸的第二镜筒部分，在该部分中形成第二空间；和对于第一和第二空间单独安排的第一和第二供气/排出系统，该系统置换具有允许能量束透射的特性的特定气体。因此，不仅第二镜筒部分内的第二空间通过第二供气/排出系统置换特定的气体，而且第一镜筒部分内的第一空间也通过第一供气/排出系统置换特定的气体。因此，可以通过避免气体在第一空间中滞留而提高光学装置的净化性能，因而可以把良好的光学特性维持很长的时间。

在此情况下，当特定气体是相对密度比空气低的气体时，第一和第二供气/排出系统的供气孔最好分布在每个空间中重力方向的上部，而气体排出孔最好分布在每个空间中重力方向的下部。在此情况下，当特定气体的密度低于空气时，每个空间从上面逐渐充入特定气体。因此，对于从每个空间上侧供给并从下侧排出的特定气体，可以用特定气体均匀的更换整个空间中的内部气体。

对于本发明的第五光学装置，光学装置可以有一个带有反射能量束的第一反射表面的反射镜和一个凹反射镜，凹反射镜把从第一反射表面反射的能量束反射到以单独或同时的方式分布在第一空间和第二空间任一之中的反射镜的第二表面，并且在反射镜分布的空间中，可以经第一和第二供气/排出系统的预定的供气/排出系统置换特定的气体，其中该特定气体具有比其它空间中的气体更高的纯净度。在此情况下，包含该反射镜的空间内的光路是所谓的双光路路径，因而与其它部分相比，需要特定气体有更高的净化精确度。但是，该空间被置换比其它部分有更高纯净度的特定气体，因此，可以充分地满足所需的净化精确度。

在此情况下，在反射镜分布的空间中，特定气体的供气孔可以分布在反射镜附近。在这种情况下，可以更有效的保护反射镜由于杂质和能量束而受损。

对于本发明的第五光学装置，在第一和第二镜筒部分的至少一个当中，光学装置包括：以预定的位置关系分布的多个光学元件；和一个固定装置，通过设置在接近特定光学元件中立面位置的至少一部分周围部位上的凸缘部分固定特定的光学元件，特定的光学元件至少是多个光学元件中部分的特定光学元件。

对于本发明的第五光学装置，第一空间和第二空间可以彼此相邻，并且光学装置还可包括：一个控制系统，控制每个空间内特定的气体环境，避免在第一空间和第二空间中出现压差。

对于本发明的第五光学装置，特定气体的第一和第二供气/排出系统中的至少一个供气孔可以布置得比特定气体其余的供气孔更接近能量束的光路。

对于本发明中的第五光学装置，第一和第二供气/排出系统中的至少一个可以具有：第一供给路径，有一个具有预定开口面积的第一供给孔，用于供给特定的气体；第二供给路径，有一个具有小于第一供给孔的开口面积的第二供给孔，用于供给特定的气体；和一条排气路径，排出净化空间中的内部气体；一个控制单元，通过根据净化空间内部的状态选择第一供给路径和第二供给路径中的至少一条来控制特定气体向该空间的供给。

根据本发明的第八方面，提供了一种第一曝光设备，该设备通过投影光学系统把掩模的图案转印到基片上，曝光设备包括：作为投影光学系统的本发明的第一光学装置。

对于本曝光设备，掩模图案通过由权利要求7所述的能够很好地保持光学特性的光学装置组成的投影光学系统转印到基片上。因此，掩模图案可以高精确度地、长时间地转印到基底上，并且可以长时间地高精确度的进行曝光。

根据本发明的第九方面，提供了一种第二曝光设备，该设备照亮掩模并将掩模上的图案通过投影光学系统转印到基片上，其中掩模上的图案是通过能量束形成，本曝光设备包括：本发明中作为投影光学系统的第二光学装置，其中特定气体是一种对能量束具有渗透性的特定气体。

对于本曝光设备，因为它包括作为投影光学系统的本发明的第二光学装置，所以投影光学系统的光学特性不会轻易地随时间变化。而且，因为供给到光学系统内的密封空间的特定气体是一种对能量束具有透射特性的气体，所以进入到光学元件中的能量可以保持很高的透射性(或反射性)，并且可以长时间高精确度的进行曝光量控制。因此，可以长时间高精确度地把掩模图案转印到基片上，并且可以长时间高精确度地进行曝光。

根据本发明的第十方面，提供了一种第三曝光设备，通过光学系统和掩模利用能量束对基片曝光，并将形成在掩模上的图案转印到基片上，曝光设备包括：分布在从掩模到基片的能量束光路上的本发明的第三光学装置。

对于本曝光设备，包括分布在从掩模到基片的能量束光路上的本发明的第三光学装置，因此可以从能量束的光路上及其附近有效地去除具有吸收能量束的特性的吸收性气体等，并且可以减少滞留在该空间中的气体量。因此，空间中的吸收性气体几乎截止了能量束的透射性，因而可以很好的保持光学装置的能量束透射性和光学特性(包括成象特性)。这使得能够长时间地进行高精确度的曝光(把掩模图案转印到基片上)。另外，在此情况下，因为能量束的光路及其附近对基片表面的光量控制和光学系统的光学特性(包括成像特性)有很大影响并且这里被特定气体有效地净化，光学系统的整个内部空间不必用特定气体均匀地净化。因此，可以减少使用的特定气体量，这导致运行成本的降低。

作为本发明的内部空间，可以由一种完全密封的结构形成，与空间外界的气体完全隔绝，或者如果其构成使得外界气体中的杂质不能进入密封空间，则该空间由一个几乎全部密封的结构形成，可以以预定的压力维持密封状态。

在此情况下，可以在位于相邻的光学元件之间的间隙中分布供给孔。在这种情况下，可以在通常难于进行充分净化的光学元件之间的间隙中容易地且充分地置换特定的气体。

对于本发明中的第三种曝光设备，该曝光设备还包括一个扫描单元，在基片曝光期间相对于能量束对掩模和基片同步扫描。即，曝光设备可以是一个扫描曝光设备。在此情况下，光学系统中透射能量束的区域是光学系统的一部分(矩形狭缝形或弧形的区域)。但是，因为能量束的光路及其附近通过接近于能量束光路分布的供给孔置换特定气体，所以可以充分地置换特定气体，和透射能量束的区域的形状无关。

根据本发明的第十一方面，提供了一种第四曝光设备，通过光学系统和掩模利用能量束对基片曝光，并将形成在掩模上的图案转印到基片上，曝光设备包括：本发明中作为光学系统的第四光学装置。

对于本曝光设备，包括本发明中作为光学系统的第四光学装置。它允许控制系统通过根据光学系统镜筒(光学装置)内由多个光学元件分开的空间中的状态选择第一供给路径和第二供给路径中的至少任意一条来控制特定气体的供给，并且因此，可以在短时间内借助于特定的气体更换该空间，并且然后维持气体的纯净度，同时在更换之后通过给空间中供给少量的特定气体而降低运行成本。因此，除了在长时间地将光学特性维持在一个良好的水平之外，可以提高光学装置的净化性能。因此，对于本发明，可以提高光学系统的净化性能，并且通过被很好地净化了的光学系统，可以长时间地进行高精确度的曝光(把掩模图案转印到基片上)。

在此情况下，第二供给孔可以布置得比第一供给孔更接近能量束的光路。在此情况下，可以用特定气体有效地净化光学系统的内部空间中能量束的光路及其附近。

对于本发明的第四曝光设备，可以把第二供给孔布置在构成光学系统的相邻光学元件之间的间隙中，并且控制单元可以通过第一和第二两条供给孔把特定供气到该空间中进行初始气体更换。在此情况下，可以用特定气体有效地净化在初始气体更换时难于进行充分净化的光学元件之间的间隙。

根据本发明的第十二方面，提供了第五曝光设备，该设备对掩模照射能量束并将形成在掩模上的图案转印到基片上，曝光设备包括：本发明中分布在能量束从掩模到基片的光路上的第五光学装置。

对于本曝光设备，它包括本发明的分布在能量束从掩模到基片的光路上的第五光学装置。它不仅允许第二镜筒部分内的第二空间通过第二供气/排出系统置换特定的气体，而且第一镜筒部分内的第一空间也通过第一供气/排出系统置换特定的气体。因此，可以避免气体在第一空间中的滞留，这提高光学装置的净化性能，并且通过已经被长时间很好净化的光学装置可以把掩模图案精确地转印到基片上。

在此情况下，第一和第二供气/排出系统的供气孔最好分布在每个空间中重力方向的上部，而气体排出孔最好分布在每个空间中重力方向的下部。在此情况下，当特定气体的密度低于空气时，每个空间从上部逐渐充入特定气体。因此，对于从每个空间上侧供给并从下侧排出的特定气体，可以用特定气体均匀地更换整个空间中的内部气体。

对于本发明的第五曝光设备，光学装置可以有一个具有第一反射面和第二反射面的反射镜和一个凹反射镜，从掩模发出的能量束可以从反射镜的第一反射面反射向凹反射镜，而从凹反射镜反射的能量束可以从反射镜的第二反射面反射向基片，并且在分布反射镜的空间中，可以通过第一和第二供气孔/出系统的预定供气/排出系统置换特定气体，该特定气体与其它空间中的气体相比，具有更高的纯净度。在此情况下，包括光学装置的反射镜的空间内的光路变成所谓的双路径光路，因此，与其它部分相比，需要特定气体以更高的精度置换。但是，该空间置换的特定气体的纯净度比其它部分置换的气体的高，因此可以充分的满足所需的置换精度。

另外，例如在利用F2激光束作为能量束并利用具有涂覆金属如铝的反射表面的反射镜作为反射镜的情况下，因为反射面由于内部空间的杂质和F2激光束而迅速退化，所以本发明有效地解决了此问题并保护了反射镜。

在此情况下，特定气体的供气孔可以分布在分布反射镜的空间中反射镜的附近。在此情况下，可以在保护反射镜由于杂质和能量束而退化方面提高效率。

另外，在通过利用本发明的曝光设备(第一至第五曝光设备)进行的光刻过程中，掩模的图案可以精确地转印到基片上，因此可以高产量地制造高集成度的微器件，生产率得以提高。因此，从本发明的另一方面可以说，本发明是一种利用本发明的曝光设备的装置制造方法。

附图简述

图1表示本发明第一实施例中涉及的曝光设备的结构示图；

图2是第一实施例涉及的投影光学系统的结构截面图；

图3是图2中光学元件单元C3的结构透视图；

图4A表示图3中光学元件单元的平面图，图4B是沿图4A中A-A线的截面图；

图5是第一实施例涉及的曝光设备采用的控制系统主要部分的框图；

图6是描述第二实施例涉及的投影光学系统内部的截面图；

图7是描述第三实施例涉及的投影光学系统内部的截面图；

图8是第四实施例涉及的投影光学系统的整体透视图；

图9是第四实施例涉及的投影光学系统沿图8中B-B线的横截面图；

图10是第四实施例涉及的投影光学系统沿图9中C-C线的边缘表面图；

图11是第四实施例涉及的投影光学系统沿图9中D-D线的截面图；

图12是第四实施例涉及的曝光设备采用的控制系统主要部分的框图；

图13是第五实施例涉及的投影光学系统的纵向截面图；

图14是用于净化图13所示投影光学系统的密封腔内部的供气/排出系统的模型原理图；

图15是改进例涉及的由反射折射系统组成的投影光学系统的纵向截面图；

图16是用于解释根据本发明的装置制造方法的实施例流程图；

图17是表示图16所示的步骤204中的过程的流程图；

图18是用于描述常规投影光学系统内部的截面图；

图19A是图18中光学元件单元C3’的放大截面图，图19B是光学元件单元C3’的分解透视图。

实施本发明的最佳模式<第一实施例>

下面参见图1～5描述本发明的第一实施例。图1示意表示第一实施例涉及的曝光设备的结构。该曝光设备100是一种基于步进扫描法的投影曝光设备，它通过对十字丝R照射充当在真空紫外区域的能量束的曝光照明光EL、并且在预定的扫描方向(在此情况下为X轴方向)相对地扫描十字丝R和晶片W而把当作掩模的十字丝R的图案经投影光学系统RL转印到当作基片的晶片W上。

曝光设备100包括一个光源1和一个照明光学系统IOP。它还包括一些部件，如利用曝光照明光(以下称作“曝光光线”)EL对十字丝R照明的照明系统，充当掩模台以固定十字丝R的十字丝台14，把十字丝R发出的曝光光线EL投射到晶片W上的投影光学系统PL，和充当基片台以固定晶片W的晶片台WST。

作为光源1，本实施例采用输出波长为157nm的氟激光器(F₂激光器)作为例子。并且事实上，也可以采用发射光波长约在120nm～180nm的真空紫外区的其它光源做为光源1，如输出波长为146nm的氪双原子激光器(Kr₂激光器)，输出波长为126nm的氩双原子激光器(Ar₂激光器)，或输出波长为193nm的ArF准分子激光器。

构成的照明光学系统IOP包括照明系统腔体2，并且在照明系统腔体2之内，以预定的位置关系分布着偏转反射镜3，光学积分器4，如蝇眼透镜，反射率大、透射率小的分束器5，中继透镜7和8，充当孔径光阑的十字盲丝机构BL，偏转反射镜9等。在此情况下，十字盲丝机构BL的实际结构包括一个固定的十字盲丝和一个活动的十字盲丝，固定的十字盲丝布置在从十字丝R图案表面的共轭表面轻微散焦的平面上，并有一个在十字丝R上设置照明区的预定形状的开口部分，活动的十字盲丝布置在十字丝R图案表面的共轭表面上固定十字盲丝的附近，并有一个在对应于扫描方向的方向上位置和宽度可变的开口部分。并且，在投影光学系统PL的圆形区域的中心，固定十字盲丝开口部分的形状做成在Y轴方向线性延伸的狭缝或者矩形，Y轴方向垂直于扫描曝光时十字丝R的移动方向(X轴方向)。

在此情况下，通过在扫描曝光开始和结束时利用活动十字盲丝进一步限定照明区来避免对无用部分曝光。活动十字盲丝通过驱动系统(图中未示出)处于主控制器70(图1中未示出，参见图5)的控制。另外，在分束器5的透射光路上布置一个由光电转换装置组成的光量监视器6。

下面简述照明光学系统IOP的操作。从光源1几乎水平发出的真空紫外区域的光束(激光束)LB通过偏转反射镜3弯转90度，并进入光学积分器4。然后，激光束LB被转变成强度分布几乎均匀的曝光光束EL。大部分曝光光束EL(例如约97％)被反射离开分束器5，并经中继透镜7对组成十字盲丝机构BL的固定十字盲丝均匀地照明。然后，穿过固定十字盲丝开口部分的曝光光束EL穿过活动十字盲丝，并经中继透镜8、偏转反射镜9和光束透射窗12对十字丝R上的预定照明区域(在X轴方向线性延伸的狭缝或矩形照明区)进行照射，后面将有对此的描述。

同时，分束器5透射的其余曝光光束EL(例如大约3％)被光量监视器6接收并光电转换成光电转换信号，发送给主控制器70(参见图5)。当光源1开始发射时，主控制器70假设通过基于光量监视器6的输出的预定计算对象平面(晶片W的表面)照明。并且基于假设的结果，主控制器70控制提供给晶片W上每个点的曝光量。

在利用波长在真空紫外波段的光做为曝光光线的情况下，需要从光路中消除对这个波段的光有高吸收性的气体(以下称作“吸收性气体”)，如氧气，水蒸气和二氧化碳。因此，在本实施例中，照明系统腔体2的内部填充一种有利于透射真空紫外波段的光的特定气体，即对真空紫外波段的光具有低吸收性的惰性气体，如氮、氦、氩、氖或氪气，或是这些气体的组合(以下称作“低吸收性气体”)，并且压力设置的稍高，更具体的说，设置成比大气压高1～10％。结果，照明系统腔体2内吸收性气体的浓度保持在几个ppm或更低。为了方便起见，以下把高于大气压1～10％的气压称作“预定目标气压”。

具体说，如图1所示，照明系统腔体2在其一端分布光源1的一侧有一个供气阀10，在照明系统腔体2的另一侧、离供气阀10最远处布置一个排气阀11。在此情况下，供气阀10经供气路径连结到供气单元31的一端(图1中未示出，参见图5)，排气阀11经排气路径连结到供气单元31的另一端。另外，虽然在图中被省略，但在布置排气阀11以去除颗粒的排气路径中设置有过滤器(以下称作“空气过滤器”)如HEPA过滤器(高效颗粒空气过滤器)或ULPA过滤器(超低穿透空气过滤器)以及去除吸收性气体如氧气的化学过滤器。类似地，虽然在图中被省略，但在布置供气阀10的供气路径中沿第一泵P1(图1中未示出，参见图5)设置空气过滤器和化学过滤器。

在本实施例中，供气阀10、排气阀11和第一泵P1连结到主控制器70，如图5所示。当照明系统腔体2内的气体需要交换(更换)、同时监视分布在照明系统腔体2中的压力传感器PS1(参见图5)时，主控制器70在供气阀10和排气阀11均打开的状态下操纵第一泵P1。这使得照明系统腔体2能够通过供气路径从供气单元31填充低吸收性气体，并且同时，照明系统腔体2中的气体经排气阀11排出到排气路径，返回供气单元31。通过这种方式，有效地更换了照明系统腔体2内的气体。

在此情况下，由于空气过滤器和化学过滤器的上述操作，甚至在低吸收性气体长时间循环之后也几乎对曝光没有不利的影响。

以上描述了将照明系统腔体2中的底吸收性气体的内部压力保持在预定的目标气压的原因，原因在于虽然从防止外部空气在照明系统腔体2中混合(泄漏)的观点出发最好把内部气压设置得高于大气压，但如果内部气压设置得过高，则需要腔体2建造得很结实，以便承受压差，因而增大了腔体2的重量。但是，如果分布曝光设备的半导体底板坚硬得能够承受曝光设备的重量，则如果在气体更换时首先对腔体2的内部减压至0.1Pa左右、并再用低吸收性气体填充，将更为有效。

返回来参见图1，十字丝台14布置在固定十字丝R的十字丝腔15中。十字丝腔15用隔离壁18闭合，隔离壁18与照明系统腔体2和投影光学系统PL的镜筒没有任何间隙地连结，并且内部气体与外界气体隔绝。十字丝腔15的隔离壁18例如由不锈钢(SUS)材料制成，足以抵制脱气。

在十字丝腔15的隔离壁18的顶板部分，形成一个稍小于十字丝R的开口。光透射窗12分布在此开口部分中，处于分开照明系统腔体2的内部空间与十字丝腔15的内部空间的状态，其中在十字丝腔15中分布着用于曝光的十字丝R。因为光透射窗12分布在从照明光学系统IOP照射到十字丝R的曝光光束EL的光路上，所以窗12由晶体材料如萤石制成，这种材料对真空紫外波段的光、如曝光光束有较高的透射率。

在执行完对照明腔体2减压操作之后进行照明腔体2内部的气体更换的情况下，由于减压期间光透射窗12上的压力，萤石可能被损坏。因此，通过将一个活动金属耐压盖布置到图1所示的光透射窗12上，可以保护光透射窗12的不受压差影响，同时进行减压。

十字丝台14在X轴方向以较大的行程线性驱动在十字丝基座支撑台(图中未示出)上的十字丝R，并且十字丝台14还有一种能够在Y轴方向和θz(绕Z轴旋转的方向)方向精细地驱动十字丝R的结构。

更加具体地，十字丝台14的配置包括一个十字丝扫描台14A和一个十字丝夹持器14B，十字丝扫描台14A通过一个十字丝驱动系统44在十字丝基座支撑台(图中未示出)上沿X轴方向以较大的行程被驱动，十字丝夹持器14B通过抽吸力固定安置在十字丝扫描台14A上的十字丝R。十字丝夹持器14B的构成使得其能够在XY平面内由十字丝驱动系统44精细地驱动(包括旋转)。

十字丝腔15的内部填充一种低吸收性气体，并且压力设置为上述的预定目标压力。这是因为对于采用真空紫外波段的光曝光的曝光设备，十字丝R的附近也需要填充低吸收性气体以便避免曝光光束被吸收性气体如氧气吸收。因此，十字丝腔15中的吸收性气体的浓度不能超过几个ppm的大小。

在十字丝腔15的隔离壁18上，如图1所示的分布一个供气阀16和一个排气阀17。在此情况下，供气阀16经供气路径连结到前述的供气单元31(参见图5)的一端，并且经排气路径连结到供气单元31的另一端。虽然图中省略，但实际上还在布置排气阀17的排气路径中设置了用于除去颗粒的空气过滤器和除去吸收性气体如氧气的化学过滤器。另外，虽然也在图中省略，但实际上在布置供气阀16的供气路径上设置了空气过滤器、化学过滤器和第二泵P2(参见图5)。另外，如图5所示，供气阀16、排气阀17和第二泵P2连结到主控制器70。并且，按照与前述的更换照明系统腔2中的气体相同的程序，主控制器70打开/闭合供气阀16和排气阀17，操纵/停止第二泵P2，并且同时监视分布在十字丝腔15中的压力传感器PS2(图1中未示出，参见图5)的输出，以便有效地进行十字丝腔15内气体的更换。

再者，在此情况下，甚至当低吸收性气体长时间循环时也几乎对曝光没有不利的影响，因为设置在供气路径和排气路径中的空气过滤器和化学过滤器几乎除去循环气体中的上述所有杂质。

另外，主控制器70可以根据气体传感器的输出决定第二泵P2的操作时间，或者低吸收性气体可以连续地(可以形成气流)提供给十字丝腔15。

将十字丝腔15的内部压力设置为如前所述的预定目标压力的原因类似于照明系统腔2的情形。因此，如果允许重量增大，则可以采用在更换十字丝腔15中的气体时首先进行减压、并再置换低吸收性气体的方法。

在十字丝腔15的隔离壁18的侧壁的-X侧，布置一个光透射窗71。类似地，虽然在图中被省略，但实际上在隔离壁18侧壁的+Y侧(图1的深度方向)上布置一个透射窗。这些光透射窗通过在隔离壁18中的各个窗口部分(敞开部分)装设光透射元件形成，此时的光透射元件是普通的光学玻璃材料。在此情况下，为了避免气体从构成了透射窗71的连结玻璃材料的部分泄漏，在这个部分中布置由铟或铜制成的金属密封材料或氟化树脂制成的密封剂。在此情况下，作为氟化树脂，最好采用在80℃的温度下已热处理2小时并经受了脱气处理的材料。

在-X侧上十字丝夹持器14B的边缘上，布置一个由平面反射镜组成的X活动反射镜72X，沿Y轴方向延伸。在十字丝腔15之外几乎垂直于X活动反射镜72X地布置一个X轴激光干涉仪74X，并且从X轴激光干涉仪74X发出的测量光束经光透射窗71投射到X活动反射镜72X。反射光束经透射窗71被激光干涉仪74X中的探测器光电探测，并且X活动反射镜72X的位置，换言之，十字丝R的X位置通过以激光干涉仪74X中的参考反射镜的位置作为参考而探测。

类似地，虽然图中省略，但实际上在+Y侧十字丝夹持器14B的边缘上，沿X轴方向布置一个由平面反射镜组成的Y活动反射镜。并且Y轴激光干涉仪(图中未示出)通过Y活动反射镜以类似于上述的方式探测Y活动反射镜的位置，换言之，十字丝R的Y位置。如上所述的两个激光干涉仪的探测值(测量值)发送到主控制器70，并且主控制器70根据这些激光干涉仪的探测值控制十字丝台14的位置。顺便说一下，虽然X轴激光干涉仪74X和轴激光干涉仪设置成十字丝激光干涉仪，但图5中它们以十字丝干涉仪为例表示。

在此实施例中，如前所述，激光干涉仪、即激光光源、光学元件如棱镜和探测器布置在十字丝腔15的外部。因此，甚至在可以从组成激光干涉仪的部件如探测器中产生极少量的吸收性气体时，对进行的曝光也没有严重的影响。

作为投影光学系统PL，采用一个在两侧远离中心的还原光学系统并且使用一个折射光学系统，其中折射光学系统由多个在Z轴方向上有公共光轴的透镜元件组成。投影光学系统PL有一个投影放大率β，例如为1/4或1/5。因此，当十字丝R由前述照明光学系统IOP发出的曝光光束EL照明时，形成在十字丝R上的电路图案被还原，并通过投影光学系统PL投射到晶片W的瞄准区，由此形成并转印电路图案的还原图象。在本实施例中，投影光学系统PL由本发明的光学装置组成，并且在下面的叙述中将对其结构细节进行说明。

晶片台WST布置在晶片腔40的内部。晶片腔40被隔离壁41覆盖，隔离壁41没有任何缝隙地与投影光学系统PL的镜筒紧密地连结，并且内部的气体与外界隔绝。晶片腔40的隔离壁41由强耐脱气的材料如不锈钢(SUS)制成。

晶片台WST由晶片驱动系统47(图1中未示出，参见图5)沿XY平面内的基座BS的上表面以不接触的方式自由驱动。晶片驱动系统47例如由一个线性电机或一个磁悬浮二维线性驱动器(平面电机)组成。

晶片夹持器35安置在晶片台WST上并通过抽吸固定晶片W。

对于使用真空紫外区的曝光波长的曝光设备，为了避免曝光光束被吸收性气体如氧气吸收，需要用先前所述的低吸收性气体更换从投影光学系统PL到晶片W的光路上的气体。因此，在此实施例中，用低吸收性气体填充晶片腔40的内部，并且，内部压力设置为前述的预定目标压力。

更具体地说，如图1所示，在晶片腔40的隔离壁41上，布置一个供气阀32和一个排气阀33。供气阀32经供气路径连结到前述的供气单元31的一端，并且排气阀33经排气路径连结到供气单元31的另一端。在此情况下，在布置排气阀33的排气路径中布置去除颗粒的空气过滤器和除去吸收性气体的化学过滤器。并且在布置供气阀32的供气路径中，设置除去颗粒的空气过滤器、除去吸收性气体的化学过滤器和第三泵P3(图1中未示出，参见图5)。另外，如图5所示，供气阀32、排气阀33和第三泵P3连结到主控制器70。并且，按照与更换前述照明系统腔2中的气体相同的程序，主控制器70打开/闭合供气阀32和排气阀33，操纵/停止第三泵P3，同时监视布置在晶片腔40中的压力传感器PS3的输出，以便有效地进行晶片腔40内气体的更换。

类似地，在此情况下，由于如上所述的空气过滤器和化学过滤器，几乎循环气体中的所有杂质都被除去，因此，甚至在低吸收性气体长时间循环时对曝光也没有不利的影响。

类似地，在此情况下，主控制器70可以根据气体传感器的输出决定第三泵P3的操纵时间，或者可以给晶片腔40连续地提供低吸收性气体(可以形成气流)。

将晶片腔40的内部压力设置成前述的预定目标压力的原因与照明系统腔2的情形一样。

在晶片腔40的隔离壁41的侧壁的-X侧，布置一个光透射窗38。类似地，虽然在图中被省略，但实际上在隔离壁41侧壁的+Y侧(图1的深度方向)上布置一个透射窗。这些光透射窗通过在隔离壁41中的各个窗口部分(敞开部分)装设光透射元件形成，此时的光透射元件是普通的光学玻璃材料。在此情况下，为了避免气体从构成了透射窗38的连结玻璃材料的部分泄漏，在这些部分中布置由铟或铜制成的金属密封材料或氟化树脂制成的密封剂。在此情况下，作为氟化树脂，最好采用在80℃的温度下已热处理2小时并经受了脱气处理的材料。

在-X侧上晶片夹持器35的边缘上，布置一个由平面反射镜组成的X活动反射镜36X，沿Y轴方向延伸。在晶片腔40之外几乎垂直于X活动反射镜36X地布置一个X轴激光干涉仪37X，并且从X轴激光干涉仪37X发出的测量光束经光透射窗38投射到X活动反射镜36X。反射光束经透射窗38被激光干涉仪37X中的探测器光电探测，并且X活动反射镜36X的位置、换言之，晶片W的X位置通过以激光干涉仪37X中的参考反射镜的位置作为参考而探测。

类似地，虽然图中省略，但实际上在+Y侧晶片夹持器35的边缘上，沿X轴方向布置一个由平面反射镜组成的Y活动反射镜。并且Y轴激光干涉仪37Y(图1中未示出，参见图5)通过Y活动反射镜以类似于上述的方式探测Y活动反射镜的位置，换言之，晶片W的Y位置。两个激光干涉仪的探测值(测量值)发送到主控制器70，并且主控制器70通过晶片驱动系统47(参见图5)控制晶片台WST的位置，同时监视这些激光干涉仪的探测值。

在此实施例中，以这种方式将激光干涉仪即激光光源、光学元件如棱镜和探测器布置在晶片腔40的外部。因此，甚至在可以从组成激光干涉仪的部件如探测器中产生极少量的吸收性气体时，对进行的曝光也没有严重的影响。

接下来，详细描述用作光学装置的投影光学系统PL的构成。图2示意地表示投影光学系统PL的纵向截面图。如图2所示，投影光学系统PL包括一个柱状镜筒50，和多个以预定的间隔分布在镜筒50中的光学元件单元(图2中为四个)C1，C2，C3和C4.。

镜筒50有双层结构，由柱状外镜筒51A和柱状内镜筒51B1～51B4组成，柱状内镜筒沿光轴方向AX(Z轴方向)从上到下连续分布在外镜筒51A的内部，并且与外镜筒51A成为一体。外镜筒51A用一个铸件形成，内镜筒51B1～51B4由强耐脱气的材料如不锈钢(SUS)制成。在外镜筒51A中心的稍下方沿高度方向设置一个凸缘部分FLG，并且通过凸缘部分FLG用支撑元件(图中未示出)支撑投影光学系统PL。

光学元件单元C1，C2，C3和C4分别固定在内镜筒51B1，51B2，51B3和51B4的内周表面上。光学元件单元C1，C2，C3和C4包括用作光学元件的透镜L1，L2，L3和L4以及用于固定透镜L1，L2，L3和L4的透镜固定装置(后面将有描述)。

图3表示光学元件C3的分解透视图，其构成图2中投影光学系统PL，而图4A表示光学元件单元C3的平面图，图4B表示图4A中A-A线的截面图。

如图3、4A和4B所示，光学元件单元C3包括一个透镜L3和一个用作固定元件以固定透镜L3的透镜固定金属部分25，该部分中可以插入透镜L3。

在透镜L3上，凸缘部分80设置在高度方向中心部分的外围上。作为透镜L3，采用由具有良好的真空紫外光、如F₂激光束透射性的材料制成的透镜，这些材料例如是萤石或氟化物晶体。在此情况下，作为满足制造透镜L3的可能性和抑制变形两方面要求的范围，光轴方向凸缘部分80的厚度大约是5mm，是透镜L3凸缘部分80以外的其它部分外围的厚度的约1/10～2/3倍。

透镜固定金属部件25是一个中空柱形，并且在以约120°角相隔的透镜固定金属部件25的内周表面上，三个支撑元件22a，22b和22c向内伸出，三个支撑元件的在XY平面上的截面形状几乎是梯形。支撑元件22a，22b和22c的上表面是一个平行于XY平面的支撑表面，支撑表面通过凸缘部分80在三个点处支撑透镜L3。在此情况下，支撑元件22a，22b和22c的大部分内表面、即表面91、92和93是对应于透镜L3外围表面的拱形的弯曲表面、面对透镜L3外围表面的凸缘部分80之下的表面。

另外，每个面对设置在凸缘部分80上表面上的支撑元件22a，22b和22c的部分被夹紧元件52a，52b和52c向下压，它们分别通过螺栓54a，54b和54c固定到透镜固定金属部件25。

即透镜L3固定到透镜固定金属部件25，透镜L3外围上的凸缘部分80夹在支撑元件22a，22b和22c和夹紧元件52a，52b和52c之间。在此情况下，透镜L3的运动由夹具52a～52c的夹力限制在光轴方向AX的三个自由度(在Z，θ_x，θ_y方向上的运动)，在其余三个自由度方向的运动(在X、Y和θ_z方向的运动)由凸缘部分80、支撑元件22a，22b和22c和夹紧元件52a，52b和52c之间的摩擦力限制。

另外，采用上述需要三点支撑的结构的原因在于，支撑的物体一透镜可以很容易的连结到透镜固定金属部件，并且可以在连结透镜之后最有效地减小由于透镜的震动、温度变化、姿势变化等所导致的应力。

另外，在透镜固定金属部件25的内周表面的上边缘部分上形成一个台阶部分49。并且透镜固定金属部件25固定透镜L3时台阶部分49之间(凸缘部分80的外围和透镜固定金属部件25之间)形成的间隙用填充物56填充。填充物56是一种增大空气密闭性的密封元件，除了填充物元件(粘合剂)如硅之外，可以采用如橡胶或其二者的合成的封装。通过把填充物56放置到上述间隙中，避免了透镜L3向侧面移动，并且防止透镜L3的心顶着透镜固定金属部件25移动。

作为用于增大空气密闭性的密封元件，最好采用树胶材料或粘合剂，粘合剂这种导致透镜模糊的物质设置在恒定值之下。例如在本实施例中，最好使用经过脱气处理(脱气处理例如是指在80℃温度下2小时的热处理)的氟化橡胶作为树脂材料，或者作为粘合剂，最好采用在60℃氮中热处理1小时时硅氧烷、三甲硅醇、氨水、胺络物和碳氢化合物的总量不超过1μkg/kg的粘合剂。

从目前的描述中清楚的看到，在本实施例中，构成的透镜固定装置用作一个通过透镜固定金属部件25、夹具52a，52b，52c、螺栓54a，54b和54c以及填充物56来固定充当光学元件的透镜L3的固定装置。

如上所述，在本实施例中，在凸缘部分80被夹具52a，52b，52c压紧的状态下，透镜L3由夹具元件52a，52b，52c以及透镜固定金属部件25夹住。在此情况下，凸缘部分80分布在透镜L3光轴AX方向的中心的外围部分上，即分布在没有透镜L3的弯曲导致的压缩应变和拉伸应变的中立面的周围(图4B中用虚线表示)。这样最大限度地避免了作用到凸缘部分80上的夹力影响透镜L3的其它部位，并且同时，因为中立面是一个离透镜L3的光学表面最远的表面，所以由于作用到凸缘部分80上的力而使光学表面的变形被减到最小。

另外，在此情况下，因为凸缘部分80在光轴方向的厚度约为5mm或是透镜L3凸缘部分80以外其它外围部分厚度的约1/10～2/3，这满足下列两个方面的要求：制造透镜L3时简单化，抑制了透镜L3的变形。凸缘部分80的厚度最好尽可能地薄，但同时覆盖这样一个范围，即透镜L3本身的重量足以被支撑，并且透镜L3也容易制作。

因此，出现在光学元件上、即透镜L3光轴方向两侧上的变形被减到几乎可以忽略的最小水平，并且因而最大限度地抑制光学性能的下降。

其它也具有象透镜L3一样形成的凸缘部分的透镜L1，L2和L4由构成的透镜固定装置按照与上述相同的方式固定。因此，透镜L1，L2和L4的光学表面的变形被抑制到最小，如同透镜L3一样。

参见图2，在临近光轴AX方向的光学元件单元之间，即在光学元件单元C1和C2之间，光学元件单元C2和C3之间，和光学元件单元C3和C4之间，分别形成密封腔S1，S2和S3。

如图2所示，密封腔S1被柱状内镜筒51B1、51B2和光学元件单元C1、C2分开。在图2中，在分隔密封腔S1的内镜筒51B1的-X侧的一个壁上以及面对该壁的柱状外镜筒51A上，形成供气孔45A。供气路径30A的一端经气体结合面53A连接到供气孔45A，而供气路径30A的另一端经第四泵P4连接到供气单元31(图2中未示出，参见图5)的一端。并且，在供气路径30A的气体结合面53A的附近，设置一个气流控制阀48A。主控制器70控制气流控制阀48A的方式将在后面的说明书中说明。

同时，在分隔密封腔S1的内镜筒51B2的+X侧的一个壁上以及面对该位置的柱状外镜筒51A上，形成排气孔45B。排气路径30D的一端经气体结合面53B连接到排气孔45B，而排气路径30D的另一端连接到供气单元31的另一端。

另外，在内镜筒51B2中和面对排气孔45B的柱状外镜筒51A中的排气孔45B之上的一个位置处，形成一个穿孔45C，并且在穿孔45C的外侧上，布置一个测量密封腔S1中内部压力的压力传感器60A。压力传感器60A的输出发送给主控制器70。

如图2所示，密封腔S2被柱状内镜筒51B2、51B3和光学元件单元C2、C3分开。在图2中，在分隔密封腔S2的内镜筒51B2的-X侧的一个壁上以及面对该位置的柱状外镜筒51A上，形成供气孔45D。供气路径30B的一端经气体结合面53C连接到供气孔45D，而供气路径30B的另一端经第四泵P4(图2中未示出，参见图5)连接到供气单元31(图2中未示出，参见图5)的一端。并且，在供气路径30B的气体结合面53C的附近，设置一个气流控制阀48B。主控制器70控制气流控制阀48B的方式将在后面的说明书中说明。

同时，在分隔密封腔S2的内镜筒51B3的-X侧的一个壁上以及面对该位置的柱状外镜筒51A上，形成排气孔45F。排气路径30E的一端经气体结合面53D连接到排气孔45F，而排气路径30E的另一端连接到供气单元31的另一端。

另外，在内镜筒51B3中和面对排气孔45F的柱状外镜筒51A中的排气孔45F之上的一个位置处，形成一个穿孔45E，并且在穿孔45E的外侧上，布置一个测量密封腔S2中内部压力的压力传感器60B。压力传感器60B的输出发送给主控制器70。

如图2所示，密封腔S3被柱状内镜筒51B3、51B4和光学元件单元C3、C4分开。在图2中，在分隔密封腔S3的内镜筒51B3的-X侧的一个壁上以及面对该位置的柱状外镜筒51A上，形成供气孔45G。供气路径30C的一端经气体结合面53E连接到供气孔45G，而供气路径30C的另一端经第四泵P4(图2中未示出，参见图5)连接到供气单元31(图2中未示出，参见图5)的一端。并且，在供气路径30C的气体结合面53E的附近，设置一个气流控制阀48C。主控制器70控制气流控制阀48C的方式将在后面的说明书中说明。

同时，在分隔密封腔S3的内镜筒51B4的+X侧的一个壁上以及面对该位置的柱状外镜筒51A上，形成排气孔45I。排气路径30F的一端经气体结合面53F连接到排气孔45I，而排气路径30F的另一端连接到供气单元31的另一端。

另外，在内镜筒51B4中和面对排气孔45I的柱状外镜筒51A中的排气孔45I之上的一个位置处，形成一个穿孔45H，并且在穿孔45H的外侧上，布置一个测量密封腔S3中内部压力的压力传感器60C。压力传感器60B的输出发送给主控制器70。

另外，在供气路径30A、30B和30C以及在排气路径30D、30E和30F中，分别设置用于除去颗粒(图中未示出)的空气过滤器和用于除去吸收性气体如氧气(图中也未示出)的化学过滤器。

图5是用于本实施例涉及的曝光设备100的控制系统主要结构的框图。控制系统的中心是主控制器70，主控制器70由一个微电脑(或一个工作站)组成，微电脑由诸如CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)和一个RAM(随机存取存储器)构成。主控制器70对整个设备进行控制。因此，主控制器70以下列方式控制投影光学系统PL中每个密封腔的气体环境。

即，当在设备启动时进行初始气体更换时，主控制器70根据操作者的指令打开所有气流控制阀48A～48C并操纵第四泵P4。这使得可以从供气单元31分别经供气路径30A，30B和30C向密封腔S1，S2和S3的内部供给低吸收性气体，同时，分别经排气路径30D，30E和30F使密封腔S1，S2和S3的内部气体返回到供气单元31。换言之，以此方式进行密封腔S1，S2和S3的初始气体的更换。

在初始气体更换时，主控制器70全程监视压力传感器60A，60B和60C的测量值。并且根据测量值获得相邻密封腔(S1，S2)和(S2，S3)之间的压差，并且主控制器70适当地控制气流控制阀48A～48C的敞开程度，使得压差保持在预先设置的范围内。在此情况下，压差的允许范围例如可以是既不能移动透镜L2、也不能移动透镜L3的一个范围。当然，主控制器70可以控制气流控制阀48A～48C，使得密封腔S1，S2和S3中的内部压力几乎一直均匀，即压差几乎为零。

主控制器70可以根据计时器等(图中未示出)判断初始气体更换的完成，此时密封腔S1～S3内部气体中吸收性气体的浓度降到几个ppm，或者主控制器70可以根据气体传感器(如氧气浓度传感器，图中未示出)的探测值判断所述初始气体更换的完成。

当以此种方式完成初始气体更换时，主控制器70将气流控制阀48A～48C的开口程度设置到一个预定的程度。并且之后主控制器70一直获得(S1，S2)和(S2，S3)相邻密封腔之间的压差，同时监视压力传感器60A，60B和60C的输出，并适当控制气流控制阀48A～48C的开口程度，使得压差不超过预先设置的范围。即，在本实施例中，气流控制阀48A～48C和根据压力传感器60A，60B和60C的输出控制气流控制阀的主控制器70组成一个气流控制单元，气流控制单元和压力传感器60A～60C组成一个控制每个密封腔中低吸收性气体环境、以避免相邻密封腔之间(S1，S2)和(S2，S3)出现压差的控制系统。

主控制器70以这样的方式控制操纵第四泵P4期间的气流控制阀48A～48C，并且在密封腔S1～S3内建立低吸收性的连续气流，并且使低吸收性气体循环。低吸收性气体长时间循环。但是，在此情况下，甚至在低吸收性气体长时间循环时对曝光也几乎没有不利的影响，因为设置在供气路径30A～30C以及排气路径30D～30F中的空气过滤器和化学过滤器几乎除去了循环气体中的所有吸收性气体。

另外，因为投影光学系统PL的上边缘表面无缝隙地连接到十字丝腔15，并且投影光学系统PL的下边缘表面无缝隙地连接到晶片腔40，十字丝腔15和晶片腔40的内部压力也得到控制，使得透镜L1和L4不会漂移出其设定位置。这种控制基于用压力传感器PS2测得的十字丝腔15内的压力和用压力传感器60A测得的密封腔S1内的压力，以及用压力传感器PS3测得的晶片腔40内的压力，和用压力传感器60C测得的密封腔S3内的压力。这样避免透镜L1和透镜L4被损坏或变形，并且可以以稳定的方式固定透镜L1和L4。

另外，在需要上述密封腔S1，S2和S3中的低吸收性气体的浓度不同的情况下(在需要不同的置换准确度时)，主控制器70可以不仅根据压力传感器的输出而且根据压力传感器和能够测定低吸收性气体如氧气或臭氧浓度的气体传感器这两者的输出决定调节气流控制阀。

在投影光学系统PL的镜筒内部不形成真空的原因是因为在形成真空时，在镜筒的内部和外部出现较大的压差，因此，镜筒将需要一种很强硬的结构以耐压差。这导致镜筒较重且较大，导致装置的尺寸增大。另外，在此情况下，如果重量的增加是允许的，则可以采用在初始气体更换时对投影光学系统PL的内部减压并再用低吸收性气体填充内部的方法。

下面再参见图1和图5描述以上述方式构成的曝光设备100的曝光操作。描述的重点放在主控制器70的控制操作上。

作为一个前提，事前设置曝光的各种条件，以适当的曝光量(目标曝光量)对晶片W上的瞄准区进行扫描曝光。另外，进行利用十字丝显微镜(图中未示出)和偏轴对准传感器(图中未示出)的预备操作如十字丝对准和基线对准。当这些操作完成时，利用对准传感器进行晶片W的精细对准(EGA(Enhanced Global Alignment)等)，并且获得晶片W上多个瞄准区的位置(分布坐标)。

例如，日本专利公开JP04-324923和对应的美国专利US5,243,195中详细公开了预备操作，如十字丝对准和基线对准。在日本专利公开JP61-44429和对应的美国专利申请US4,780,617中详细公开的了要遵循的EGA。只要国际申请提交的指定国或选定国的法律允许，上述公开在此全部引为参考。

当以此方式完成对晶片W曝光的预备操作时，根据对准结果，主控制器70通过晶片驱动系统47把晶片台WST移到起始位置以对晶片W上的第一瞄准(第一瞄准区)进行扫描曝光(加速起始位置)，同时监视X轴激光干涉仪37X和Y轴激光干涉仪37Y的测量值。

然后，主控制器70开始对十字丝台14和晶片台WST在X方向扫描，并且当十字丝台14和晶片台WST都达到它们的目标扫描速度时，曝光光束EL开始照亮十字丝R的图案区，扫描曝光由此开始。

在扫描曝光之前，光源1开始发射。但主控制器70同步控制组成十字盲丝机构BL的活动十字盲丝的每个丝条的运动和十字丝台14的运动。因此，避免了曝光光束EL对图案区以外的其它区域的照射，如同通常采用扫描步进器一样。

主控制器70同步控制十字丝台14和晶片台WST，使得尤其在前述的扫描曝光期间，十字丝台14在X轴方向的运动速度Vr和晶片台WST在X轴方向的运动速度Vw维持在一个对应于投影光学系统PL的投影放大率β的速度之比。

然后，相继用紫外脉冲光对十字丝R的不同图案区照明，并且通过完成对整个图案区的照明，完成对晶片W的第一瞄准的扫描曝光。因而，形成在十字丝R上的电路图案被还原，并且通过投影曝光系统PL被转印到第一瞄准区。

当以此种方式完成第一瞄准区的扫描曝光时，主控制器70在X轴和Y轴方向移动晶片台WST，使得晶片台WST移动到起始位置，对第二瞄准(第二瞄准区)进行扫描曝光(加速起始位置)。在此移动操作时，主控制器70根据在晶片一侧上的激光干涉仪37X和37Y测量值实时测量晶片台WST在X，Y，θ_z方向的位置偏差。并且根据测量结果，主控制器70控制晶片台WST的位置，使得XY位置偏差设置在预定的状态。

另外，根据晶片台WST在θ_z方向的偏差信息，主控制器70旋转控制十字丝台14上的十字丝夹持器14B，以补偿在晶片W侧的旋转偏移误差。

然后，主控制器70对第二瞄准区进行扫描曝光，与上面的一样。

在此方式中，重复对晶片W上的瞄准区的扫描曝光和移动操作，以对后面的瞄准区曝光，并且把十字丝R的电路图案相继转印到整个瞄准区，接收对晶片W的曝光。

当对晶片W上的每个瞄准区扫描曝光时，因为提前用低吸收性气体更换投影光学系统PL的镜筒(处于密封腔S1～S3)内部，从而使光学性质留有充分的余地，并且另外，因为投影光学系统PL的成象特性在扫描曝光期间不随时间下降，所以可以避免转印到晶片W上的图案下降。

因此，正如以上所述，对于本实施例的曝光设备100，因为十字丝R的图案通过投影光学系统PL以上述方式被转印到晶片W上，其中投影光学系统PL的成象特性易于保持，所以可以长时间高精度地把十字丝图案转印到晶片上。

另外，因为在从光源1到晶片W表面的曝光光束EL的光路整个被很少吸收曝光光束EL的低吸收性气体更换的状态下进行曝光，所以进入照明光学系统IOP和投影光学系统PL的能量束的透射率(或反射率)可以保持在一个较高的水平，并且使长时间高精度地控制曝光量成为可能。另外，因为把真空紫外光用作曝光光束EL，所以可以提高投影光学系统PL的分辨率。因此，可以长时间精确地把十字丝图案转印到晶片上。

以上所述虽然没有特别指出，但在照明系统腔2、十字丝腔15、投影光学系统PL的镜筒50、晶片腔40等中以与环境腔(图中未示出)相同水平的精度进行温度调节。另外，虽然上面没有特别指出，但直接与低吸收性气体接触的照明系统腔2等部位最好用强耐脱气的材料制成，如不锈钢(SUS)，投影光学系统PL的镜筒50、十字丝腔15的隔离壁和晶片腔40也是一样。或者，低吸收性气体直接接触的部位表面，如照明系统腔2、十字丝腔15、投影光学系统PL的镜筒50和晶片腔40可以用不会由于脱气而产生吸收性气体如碳氢化合物的材料例如氟化树脂涂敷。

另外，在本实施例中，已经描述了在密封腔S1，S2和S3中形成低吸收性气体的连续气流的情形。但本发明并不局限于此，可以通过与例如照明光学系统相似的方式控制供气阀和排气阀的打开/闭合而将密封腔S1，S2，S3的内部维持在一个预定的气压。<第二实施例>

下面参见图6描述本发明的第二实施例。用相同的标号表示与第一实施例中一致或相同的结构和部件，并且对它们进行简要描述或整个省略。

在第二实施例中，用作光学装置的投影光学系统的结构与第一实施例的不同。其它部分与第一实施例相同；因此，下面的描述将主要集中在此不同上。

图6表示第二实施例涉及的投影光学系统PL1的纵向截面图。本投影光学系统PL1与第一实施例中的投影光学系统PL类似，除了分别去除了连接到密封腔S1，S2，S3的压力传感器60A，60B和60C以及气流控制阀48A，48B和48C，并且对构成密封腔S1和S2之间隔离壁的透镜固定金属部件25设置一对用作压力调节单元的压力调节阀66A和66B，并对构成密封腔S2和S3之间隔离壁的透镜固定金属部件25设置一对压力调节阀66C和66D。

在本实施例中，使用单向阀作为压力调节阀66A，当密封腔S1的内部气压变得高于密封腔S2的内部气压时自动打开阀门的单向阀在两腔之间的压差变为零时闭合阀门，并在密封腔S2的内部气压变得高于密封腔S1的内部气压时继续闭合阀门。

另外，使用单向阀作为压力调节阀66B，当密封腔S2的内部气压变得高于密封腔S1内部气压时自动打开阀门的单向阀在两腔之间的压差变为零时闭合阀门，并在密封腔S1的内部气压变得高于密封腔S2的内部气压时继续闭合阀门。

另外，使用单向阀作为压力调节阀66C，当密封腔S2的内部气压变得高于密封腔S3内部气压时自动打开阀门的单向阀在两腔之间的压差变为零时闭合阀门，并在密封腔S3的内部气压变得高于密封腔S2的内部气压时继续闭合阀门。

并且，使用单向阀作为压力调节阀66D，当密封腔S3的内部气压变得高于密封腔S2内部气压时自动打开阀门的单向阀在两腔之间的压差变为零时闭合阀门，并在密封腔S2的内部气压变得高于密封腔S3的内部气压时继续闭合阀门。

因此，当低吸收性气体按照与第一实施例相同的方式在密封腔S1，S2，S3中循环时，操纵一对压力调节阀(单向阀)66A和66B，从而自动地调节密封腔S1和S2的内部压力，使得在密封腔S1和S2之间几乎没有压差，而操纵一对压力调节阀(单向阀)66C和66D，从而自动地调节密封腔S2和S3的内部压力，使得在密封腔S2和S3之间几乎没有压差。即，压力调节阀66A至66D自动设置密封腔S1、S2和S3的内部气压，使得在全部时间维持同一水平的气压。在此方式中，控制每个密封腔中低吸收性气体环境的控制系统由本实施例的调节阀(单向阀)66A至66D构成，从而避免了在相邻的密封腔之间出现压差。

投影光学系统PL1的其它结构以及其它部件的结构与前述第一实施例的相同。

对于具有上述结构的第二实施例，可以无需压力传感器和气流控制阀地获得与第一实施例相同的效果，因此，采用这些部件的气流控制不是必须的。因而可以简化控制。

在第二实施例中，单向阀只分布在光学元件单元C2和C3中，使得在相邻的密封腔之间不出现压差。但本发明并不局限于此，并且实际上可以在光学元件单元C1和C4上布置单向阀，从而可以自动调节十字丝腔15和连接投影光学系统的晶片腔40之间的压差，并且透镜L1和L4不会被损坏和变形，可以稳定地固定。<第三实施例>

下面参见图7描述本发明第三实施例。用相同的标号表示与第一实施例中一致或相同的结构和部件，并且对它们进行简要描述或整个省略。

在第三实施例中，用作光学装置的投影光学系统的结构与前述第一实施例的不同。其它部分与第一实施例相同；因此，下面的描述将主要集中在此不同上。

图7表示第三实施例涉及的投影光学系统PL2的纵向截面图。本投影光学系统PL2与第一实施例中的投影光学系统PL类似，除了分别去除了连接到密封腔的压力传感器和气流控制阀，并且对构成光学元件单元C1，C2，C3和C4的每个透镜固定金属部件25提供用作压力调节单元的隔膜67A、67B、67C和67D。

在分别构成光学元件单元C1，C2，C3和C4的透镜固定金属部件25中，分布着穿孔68A，68B，68C和68D，它们的轴在Z轴方向并具有环形截面。在这些穿孔68A～68D中，通过紧密接触分别固定由橡胶(或金属)制成的并具有挠性的隔膜67A、67B、67C和67D，使得气体不会通过穿孔68A～68D，并且从上侧的密封腔到下侧的密封腔以及从下侧的密封腔到上侧的密封腔流进/流出。

下面对隔膜67A、67B、67C和67D的操作进行描述。例如，当十字丝腔15的内部气压大于十字丝腔15和密封腔S1之间密封腔S1的内部气压时，隔膜67A在该方向上弯曲，使得十字丝腔15的容积变大，密封腔S1的容积变小。这样降低十字丝腔15的内部气压并增大密封腔S1的内部气压，由此减小十字丝腔15和密封腔S1之间的压差。

相反，当十字丝腔15的内部气压变得小于密封腔S1的内部气压时，隔膜67A在与上述方向相反的方向上弯曲，从而减小十字丝腔15和密封腔S1之间的压差。

因此，通过隔膜67A的变形来平缓地减小十字丝腔15和密封腔S1之间的压差。在此情况下，如果在十字丝腔15和密封腔S1之间的压差很小，通过隔膜67A的变形来消除这个压差。

隔膜67B，67C，67D的操作与隔膜67A的相同，并且分别在不同的方向上变形，从而减小密封腔S1和S2、密封腔S2和S3、以及密封腔S3和晶片腔40之间的压差。另外在此情形中，如果这些腔之间的压差很小，则通过隔膜67B，67C，67D的变形来消除这个压差。

从前面的描述可以清楚，在本实施例中，控制每个密封腔中低吸收性气体环境的控制系统由隔膜67A～67D构成，从而防止在相邻的密封腔之间出现压差。

投影光学系统PL2的其余结构以及其它部件的结构与前述第一实施例的相同。

对于具有上述结构的第三实施例，可以无需压力传感器和气流控制阀地获得与第一实施例相同的效果，因此不需要使用这些部件的气流控制。因而，可以简化控制系统。<第四实施例>

下面参见图8～12描述本发明第四实施例。用相同的标号表示与第一实施例中一致或相同的结构和部件，并且对它们进行简要描述或整个省略。

对于第四实施例涉及的曝光设备，用作光学装置的投影光学系统的结构不同于前述第一实施例。其它部分与第一实施例相同；因此，下面的描述将主要集中在此不同上。

图8表示第四实施例涉及的投影光学系统PL3的纵向截面图，图9表示图8中B-B线附近投影光学系统PL3的截面图。图10还表示投影光学系统PL3沿图9中C-C线截取的横截部分端视图，而图11表示投影光学系统PL3沿图9中D-D线的截面图。但在图9～11中，为了方便和更好地视觉理解起见，在截面图或横截部分的端视图中只显示了镜筒和投影光学系统PL3的内部结构，其它部分如管路系统展示在视图之外。

全面地参见图8～11可以清楚看出，投影光学系统PL3包括一个柱状镜筒150和多个光学元件单元C11，C12，C13和C14(但在图8中只用双虚线表示了光学元件单元分布的位置，图10有详细描绘)，多个光学元件单元C11，C12，C13和C14在镜筒150中沿光轴AX(Z轴方向)从上到下依次分布，形成密封腔S1，S2和S3，它们充当镜筒150中的多个内部空间。

如图10所示，镜筒150有一种双层结构，由柱状外镜筒151A和柱状内镜筒151B1～151B4组成，柱状内镜筒151B1～151B4沿光轴方向AX(Z轴方向)从上到下依次分布在外镜筒151A内部并与外镜筒151A成为一体。外镜筒151A用一个铸件形成，内镜筒151B1～151B4由强耐脱气的材料如不锈钢(SUS)制成。在外镜筒151A中心的稍下方沿高度方向设置一个凸缘部分FLG，并且通过凸缘部分FLG用支撑元件(图中未示出)支撑投影光学系统PL3。

光学元件单元C11，C12，C13和C14分别固定在内镜筒151B1，151B2，151B3和151B4的内周表面上。光学元件单元C11，C12，C13和C4包括用作光学元件的透镜L11，L12，L13和L14以及用于分别固定透镜L11，L12，L13和L14的透镜固定装置H1，H2，H3和H4。

作为透镜L11～L14，采用由对真空紫外光、如F₂激光束具有良好透射性的材料制成透镜，这些材料例如是萤石或氟化物晶体，例如氟化锂。透镜L11，L12，L13和L14每个通过相应的透镜固定机构H1，H2，H3和H4紧密接触地固定，使得在透镜固定机构H1，H2，H3和H4之间不存在间隙。另外，透镜固定机构H1，H2，H3和H4在内镜筒151B1，151B2，151B3，151B4的内周表面上紧密接触地固定。

对于这种配置，在光学投影系统PL3的内部，在光轴方向AX的相邻光学元件单元之间，即在光学元件单元C11和C12之间，光学元件单元C12和C13之间以及光学元件单元C13和C14之间，分别形成密封腔S1，S2，S3，当作与外界隔绝的密封状态的内部空间。

更具体地说，如图10所示，密封腔S3由内镜筒151B3和151B4以及光学元件单元C13和C14分开。如图9所示，在内镜筒151B3和位于内镜筒151B3外侧的外镜筒151A中形成三个具有预定直径d(d例如大约6.35mm)的穿孔57A1，57A2和57A3，它们在径向延伸预定的距离，与作为中心的光轴AX形成大约120°角。另外，在与这些穿孔57A1，57A2和57A3接近的区域中，分别几乎平行地形成具有预定直径D(D例如大约12.7mm)的穿孔58A1，58A2和58A3。

在此情况下，供气管62A1，62A2，62A3分别经气体结合面84A从镜筒150的外侧连接到穿孔58A1，58A2和58A3。在此情况下，穿孔58A1，58A2和58A3组成充当供给口的第一供给口，并且穿孔58A1，58A2和58A3以及每个分别连接到穿孔58A1，58A2和58A3的供气管62A1，62A2，62A3组成第一供给路径。因此，在以下的描述中，穿孔58A1，58A2和58A3称作供给口58A1，58A2和58A3。

在每个穿孔57A1，57A2和57A3中分别插入会聚喷嘴(以下称作“喷嘴”)的基端部分88A1，88A2和88A3。供气管61A1，61A2，61A3分别经气体结合面83A连接到喷嘴88A1，88A2和88A3的基端一侧。即，在本实施例中，喷嘴88A1，88A2和88A3和供气管61A1，61A2，61A3分别组成第二供给路径。

如图11所示，在喷嘴88A1的上表面上形成一个由小直径的环形开口组成的供给口23A，充当第二供给口。供给口23A分布在透镜L13～L14之间的空间中曝光光束EL(在有效光束的光路上)的光路附近。其余的喷嘴88A2和88A3也有相同的结构，并且也分布在透镜L13～L14之间的空间中曝光光束EL(在有效光束的光路上)的光路附近。

每个供气管61A1，61A2，61A3的另一端经第四泵P4(在9中未示出，参见图12)连接到供气单元31(也在9中未示出，参见图12)的一端。类似地，每个供气管62A1，62A2，62A3的另一端经第五泵P5(在9中未示出，参见图12)连接到供气单元31(也在9中未示出，参见图12)的一端。

同时，在划分密封腔S3的内镜筒151B4和位于内镜筒151B4外部的柱状外镜筒151A中形成多个排气孔，孔为具有不同直径的两类。更具体地说，如图9所示，在柱状外镜筒151A和内镜筒151B4中，分别形成具有直径e(例如e约为6mm)的三个排气孔55A1，55A2和55A3，与作为中心的光轴AX相隔120°并处于这样的位置：XY位置是相对于穿孔57A1，57A2和57A3和光轴AX点对称的。另外，在接近这些排气孔55A1～55A3的区域，分别几乎平行地形成具有直径为D(例如D约为12.7mm)的排气孔59A1，59A2，59A3。

另外，具有直径d的排气管94A1，94A2，94A3的一端分别经气体结合面63A连结到排气孔55A1，55A2和55A3。排气管94A1～94A3的另一端经第一真空泵VP1(图9中未示出，参见图12)连结到供气单元31的另一端。

同时，具有直径D的排气管95A1，95A2，95A3的一端分别经气体结合面64A连结到排气孔59A1，59A2和59A3。排气管95A1～95A3的另一端经第二真空泵VP2(图9中未示出，参见图12)连结到供气单元31的另一端。

即，在本实施例中，排气路径由排气孔55A1～55A3和排气管94A1～94A3以及排气孔59A1～59A3和排气管95A1～95A3组成。

密封空间S2由内镜筒151B2和151B3、光学元件单元C12和C13分开，从图10和11可以很容易地想象，在内镜筒151B2和151B3以及位于内镜筒151B2和151B3外侧的外镜筒151A中按照与前述密封腔S3一样的分布形成三个具有预定直径d的穿孔57B1～57B3(但在图中省去了穿孔57B2和57B3)、具有直径D的充当第一供给口的三个供给口58B1～58B3(但在图中省去了供给口58B2)、具有直径e的三个排气孔55B1～55B3(但图中省去了排气孔55B2)和具有直径D的三个排气孔59B1～59B3(但在图中省去了排气孔59B2)。

如图11所示，在每个穿孔57B1，57B2和57B3中分别插入与喷嘴88B1，88B2和88B3的顶部相对的边缘部分(但图11中省去了喷嘴88B2)。图8中所示的供气管61B1，61B2，61B3分别经气体结合面83B连结到喷嘴88B1，88B2和88B3每个顶部的相反侧。即，在本实施例中，喷嘴88B1～88B3和供气管61B1～61B3分别组成第二供给路径。

如图11所示，在喷嘴88B1的上表面上形成一个由小直径的环形口组成的供给口23B，当作第二供给口。该供给口23B分布在透镜L12和L13之间的空间中曝光光束EL(在有效光束的光路上)的光路附近。其余的喷嘴88B2和88B3也有相同的结构，并且供给口也同样地分布在透镜L12和L13之间的空间中曝光光束EL(在有效光束的光路上)的光路附近。在此情况下，因为喷嘴88B1～88B3分布得远离投影光学系统PL3的光瞳面，所以曝光光束EL的光路的截面形状不是圆形。因此，喷嘴88B1～88B3的上表面分布在这样的位置：每个喷嘴的供给口23B设置得尽可能接近光路，与光路的截面形状对应。

供气管62B1，62B2和62B3的一端分别经气体结合面84B从镜筒150的外部一侧连结到三个供给口58B1～58B3，如图8所示。在此情况下，供给口58B1、58B2和58B3再加上分别连结到三个供给口58B1、58B2、58B3的供气管62B1，62B2和62B3组成第一供给路径。

每个供气管61B1，61B2和61B3的另一端经第四泵P4(图8中未示出，参见图12)连结到供气单元31(图8中也未示出，参见图12)的一端。类似地，每个供气管62B1，62B2和62B3的另一端经第五泵P5(图8中未示出，参见图12)连结到供气单元31(图8中也未示出，参见图12)的一端。

另外，具有直径d的并且如图8所示的每个排气管94B1，94B2和94B3(但在附图中未示出排气管94B2)的一端分别经气体结合面63B连结到排气孔55B1，55B2和55B3。排气管94B1～94B3的另一端经第一真空泵VP1(图8中未示出，参见图12)连结到供气单元31的另一端。

同时，具有直径D的、如图8所示的排气管95B1，95B2，95B3(但在附图中未示出排气管95B3)的一端分别经气体结合面64B连结到排气孔59B1，59B2和59B3。排气管95B1～95B3的另一端经第二真空泵VP2(图8中未示出，参见图12)连结到供气单元31的另一端。

密封空间S1由内镜筒151B1和151B2、光学元件单元C11和C12划分，如图10所示。从图10和11可以很容易的想象，在内镜筒151B1和151B2以及位于内镜筒151B1和151B2外侧的外镜筒151A中，按照与前述密封腔S3一样的分布形成三个具有直径d的穿孔57C1～57C3(但在图中省去了穿孔57C2和57C3)、具有直径D的充当第一供给口的三个供给口58C1～58C3(但在图中省去了供给口58C2)、具有直径e的三个排气孔55C1～55C3(但图中省去了排气孔55C2)和具有直径D的三个排气孔59C1～59C3(但在图中省去了排气孔59C2)。

如图11所示，在每个穿孔57C1，57C2和57C3中分别插入与喷嘴88C1，88C2和88C3的顶部相对的边缘部分(但图11中省去了喷嘴88C2)。图8中所示的供气管61C1，61C2，61C3分别经气体结合面83C连结到喷嘴88C1，88C2和88C3每个顶部的基端侧。即，在本实施例中，喷嘴88C1～88C3和供气管61C1～61C3组成第二供给路径。

如图11所示，在喷嘴88C1的上表面上形成一个由小直径的环形口组成的供给口23C，当作第二供给口。该供给口23C分布在透镜L12和L13之间的空间中曝光光束EL(在有效光束的光路上)的光路附近。其余的喷嘴88C2和88C3也有相同的结构，并且每个供给口也分布在透镜L11和L12之间的空间中曝光光束EL(在有效光束的光路上)的光路附近。但在此情况下，因为喷嘴88C1～88C3分布得远离投影光学系统PL3的光瞳面，所以曝光光束EL的光路的截面形状不是圆形。因此，喷嘴88C1～88C3的上表面分布在这样的位置：每个喷嘴的供给口23C设置得尽可能接近光路，与光路的截面形状对应。

供气管62C1，62C2和62C3的一端分别经气体结合面84C从镜筒150的外部一侧连结到三个供给口58C1～58C3，如图8所示。在此情况下，供给口58C1、58C2和58C3以及分别连结到三个供给口58C1～58C3的供气管62C1，62C2和62C3组成第一供给路径。

每个供气管61C1，61C2和61C3的另一端经第四泵P4(图8中未示出，参见图12)连结到供气单元31(图8中也未示出，参见图12)的一端。类似地，每个供气管62C1，62C2和62C3的另一端经第五泵P5(图8中未示出，参见图12)连结到供气单元31(图8中也未示出，参见图12)的一端。

另外，具有直径d的并且如图8所示的每个排气管94C1，94C2和94C3(但在附图中未示出排气管94C3)的一端分别经气体结合面63C连结到排气孔55C1，55C2和55C3。排气管94B1～94B3的另一端经第一真空泵VP1(图8中未示出，参见图12)连结到供气单元31的另一端。

同时，具有直径D的、如图8所示的排气管95C1，95C2，95C3的一端分别经气体结合面64C连结到排气孔59C1，59C2和59C3。每个排气管95C1～95C3的另一端经第二真空泵VP2(图8中未示出，参见图12)连结到供气单元31的另一端。

在供气管61A1～61A3、61B1～61B3、61C1～61C3、62A1～62A3、62B1～62B3、62C1～62C3以及排气管94A1～94A3、94B1～94B3、94C1～94C3、95A1～95A3、95B1～95B3、95C1～95C3中都设置用于去除颗粒的空气过滤器(图中未示出)和用于除去吸收性气体如氧气的化学过滤器(图中也未示出)。

图12是表示和第四实施例有关的曝光设备的控制系统的主要结构的方块图。和第一实施例中描述的控制系统类似，该控制系统也配置成以主控制器70起主要作用，并且用作控制单元，由一个微计算机(或工作站)组成。主控制器70对整个设备进行控制。此外，主控制器70还按以下方式控制投影光学系统PL3内每个密封腔的气体环境。

即，在密封腔S1～S3中的气体包含很多吸收性气体如氧气(空气)的情况下，当主控制器70给密封腔S1～S3提供低吸收性气体(特定的气体)时，如在设备启动期间更换初始气体时，根据操纵者的指令操纵第四泵P4、第五泵P5、第一真空泵VP1和第二真空泵VP2。

通过这种操作，大量低吸收性气流(例如单位体积的适当量约为50(dm³/min))分别经供气管62A1～62A3、62B1～62B3和62C1～62C3提供给密封腔S3，S2和S1，并且同时，少量低吸收性气流(例如从每个喷嘴发出的最大射流约为5(dm³/min))分别经供气管61A1～61A3、61B1～61B3和61C1～61C3从供气单元31提供给密封腔S3和S2以及S1的内部。

并且，与对密封腔S3和S2以及S1提供低吸收性气体相符，密封腔S3和S2以及S1内的气体(包含许多吸收性气体如空气的气体)分别经排气管94A1～94A3、94B1～94B3、94C1～94C3、95A1～95A3、95B1～95B3、95C1～95C3平稳的排出并返回到供气单元31。

在此操作期间，密封腔S3中经供气管62A1和供给口58A1提供的低吸收性气体主要沿经排气孔59A3排出到排气管95A3的方向前进，而经供气管62A2和供给口58A2提供的低吸收性气体主要沿经排气孔59A1排出到排气管95A1的方向前进，经供气管62A3和供给口58A3提供的低吸收性气体主要沿经排气孔59A2排出到排气管95A2的方向前进，如图9中的实线所示。即，通过从供气口58A1～58A3供给低吸收性气体，密封腔S3中的内部气体被搅动，因此，可以使得密封腔S3内的低吸收性气体的浓度几乎是均匀的，没有任何不均匀。因而，从低吸收性气体的浓度均匀性观点来看，更希望沿密封腔S3的切向形成供气口58A1～58A3。

另外，对于密封腔S2和S1，与上述一样，可以通过搅动腔体内的气体而使每个密封腔中的低吸收性气体的浓度(纯度)几乎均匀，没有任何不均匀性。

主控制器70在上述初始气体更换时停止第五泵P5，第一真空泵VP1和第二真空泵VP2，从而在密封腔S1～S3内的吸收性气体的浓度降到例如1ppm的水平之下时，可以用低吸收性气体更换密封腔S1～S3的内部空气，判定初始气体更换已经完成。主控制器70可以通过基于例如计时器等(图中未示出)或气体传感器(如氧气浓度传感器，图中也未示出)的探测值的判断决定初始气体更换是否已经完成，从而看到密封腔S1～S3内的吸收性气体的浓度已经降到1ppm水平以下。

当以此方式完成初始气体的更换时，主控制器70把经供气管61A1～61A3、61B1～61B3、61C1～61C3提供的低吸收性气体的流量调节到大约1(dm³/min)的量，例如每单位体积的适当量的1/50。然后主控制器70继续操纵第四泵P4，并且继续经供气管61A1～61A3、61B1～61B3、61C1～61C3向密封腔S1～S3供给例如大约1(dm³/min)的低吸收性气体(或产生大约1(dm³/min)的低吸收性气体流)，这是每单位体积的适当量的1/50，以便维持每个密封腔中通过初始气体更换达到的低吸收性气体的纯度水平。即，在本实施例中，在密封腔内的气体不包含很多低吸收性气体时，向密封腔S1～S3提供低吸收性气体(特定气体)的情况下，分别通过供气管61A1～61A3、61B1～61B3、61C1～61C3将低吸收性气体提供给密封腔S1～S3。

以此方式，主控制器70继续给每个密封腔S1～S3在全部时间里提供(形成气流)并循环底吸收性气体，同时操纵第四泵P4。并且继续长时间地循环低吸收性气体。在此情况下，由于设置在每个供气管和排气管中的空气过滤器和化学过滤器，循环气体中的杂质如吸收性气体几乎可以全部去除。因此，即使长时间循环低吸收性气体，也几乎不会对曝光产生不利的影响。

在此操作时，在每个供气管61A1～61A3、61B1～61B3、61C1～61C3中设置喷嘴，并且每个喷嘴顶部上的低吸收性气体的供气口分布在曝光光束E1的光路附近(在有效光束的光路上)。因此，可以沿密封腔S3，S2和S1内的光路把低吸收性气体有效地置换到此空间中。

如上所述，在本实施例中，当例如初始气体更换时密封腔S1～S3中的气体包含很多吸收性气体如氧气(空气)时，主控制器70把低吸收性气体经大直径的供气管62A1～62A3、62B1～62B3、62C1～62C3、有大开口面积的供给口58A1～58A3、58B1～58B3、58C1～58C3、有小直径的供气管61A1～61A3、61B1～61B3、61C1～61C3和喷嘴88A1～88A3、88B1～88B3、88C1～88C3供给到密封腔S3，S2和S1内。并且，对应于低吸收性气体的供给，每个密封腔内的气体(包含很多吸收性气体如空气)经每个排气孔和排气管排出。在此情况下，因为大量的低吸收性气体提供给密封腔，所以气体更换例如初始气体更换在很短的时间内完成结束。

另一方面，当例如在气体纯度维持阶段密封腔S1～S3内的气体不包含很多吸收性气体时，主控制器70只通过小直径的供气管61A1～61A3、61B1～61B3、61C1～61C3和喷嘴供88A1～88A3、88B1～88B3、88C1～88C3把低吸收性气体提供给密封腔。并且对应于低吸收性气体的供给，密封腔内的气体经每个排气孔和排气管排出。在此情况下，利用小流量的低吸收性气体，通过沿密封腔S1～S3内的光路向此空间内有效地置换低吸收性气体而维持气体纯度。

如前所述，在第四实施例中，主控制器70根据密封腔的内部状态，通过至少选择第一供给路径(具有大直径的供气管62A1～62A3、62B1～62B3、62C1～62C3和具有大开口面积的供给口58A1～58A3、58B1～58B3、58C1～58C3)或第二供给路径(具有小直径的供气管61A1～61A3、61B1～61B3、61C1～61C3和喷嘴88A1～88A3、88B1～88B3、88C1～88C3)中的一个来控制对密封腔S1～S3的特定气体的供给。因此，在本实施例中，可以提高投影光学系统PL3的置换性能并降低设备的运行成本。尤其在采用昂贵气体如氦气作为低吸收性气体的情况下，降低运行成本的效果增大。

在以上的描述中，从缩短初始气体更换所需的时间以及有效去除透镜之间的空间中的低吸收性气体中的杂质等的观点出发，同时操纵第四泵P4和第五泵P5。但是，可以只操作第五泵P5，使得低吸收性气体只经过供给口58A1～58A3、58B1～58B3、58C1～58C3提供给密封腔S1～S3。另外，在以上的描述中，在初始气体更换时，与第一和第二真空泵VP1和VP2同步地操作第四泵P4和第五泵P5，从而避免在密封腔S1～S3内形成真空状态。这是由于这一事实：已经考虑到了在真空态下镜筒重量和尺寸以及设备尺寸的增加，这是因为当形成真空态时，在镜筒的内部和外部之间出现压差，并且镜筒的结构需要坚固以承受压差。但是，如果可以允许镜筒尺寸增大，则可以操纵第一和第二真空泵VP1和VP2，从而在密封腔S1～S3内形成真空态，并且当这些结束时，可以操纵第四泵P4和第五泵P5以供给低吸收性气体。

在第四实施例中，根据步进扫描法以类似于前述第一实施例的方式把十字丝图案转印到晶片上的每个瞄准区。

并且，当对晶片上每个瞄准区进行扫描曝光(十字丝图案的转印)时，因为投影光学系统PL3的内部提前用低吸收性气体更换，使光学性能留有充分的余地，并且因为投影光学系统PL3的成像特性不会在扫描曝光期间随时间而下降，所以可以避免转印到晶片上的图案的质量下降。

因此，在第四实施例中，因为十字丝R的图案通过投影光学系统PL3转印到晶片W上，其中投影光学系统PL3的成像特性以上述方式保持在很好的状态，所以可以高精度地将十字丝图案转印到晶片W上，与前述第一实施例相同。再者，在此情况下，出于与第一实施例相同的原因，长时间高精度地控制曝光量成为可能。另外，因为将真空紫外光用作曝光光束EL，所以投影光学系统PL3的分辨率提高。因此，长时间高精度地将十字丝图案转印到晶片上成为可能。

在第四实施例中描述了将低吸收性气体连续供给(维持一个气流)密封腔S1，S2和S3的情形。但是本发明并不局限于此，密封腔S1，S2和S3的内部可以通过在至少部分供气管和排气管中设置供气阀和排气阀并控制这些阀的开/关而保持在预定的气压，照明光学系统IOP也是这样。

另外，在第四实施例中，描述了多个密封腔(内部空间)分布在投影光学系统PL3中的情形，向密封腔内置换低吸收性气体时喷嘴(供给口)的顶部分布在曝光光束的光路附近，并且沿每个密封腔中的喷嘴分布大直径的供气口。但是本发明并不局限于此。即，不仅在投影光学系统中分布多个内部空间，而且在具有光学元件如照明光学系统的其它光学系统中也分布多个内部空间，并且向密封腔内置换低吸收性气体时喷嘴(供给口)的顶部分布在曝光光束的光路附近。另外，可以在每个内部空间中分布大直径的带有喷嘴的供气口，使得在初始气体更换时可以通过从大直径供气口供给的大流量低吸收性气体进行置换，而在气体纯度维持期间，可以通过从喷嘴供给的小流量低吸收性气体进行置换。

另外，在第四实施例中，在透镜L11～L14中至少有一个特定的透镜在接近中立面的周围部分上具有一个凸缘部分，在第一实施例中所述的透镜固定装置可以用作固定特定透镜的透镜固定机构。利用这种配置可以把特定透镜光轴方向两侧上的光学表面发生的变形减小到可以忽略的水平，并且因而可以最大限度地抑制光学性能的下降。另外，在第四实施例中，当把透镜固定装置用作透镜固定机构，或者甚至在不使用透镜固定装置的情况下，自然地可以布置一个控制系统，用于控制相邻空间之间的特定气体环境，从而避免在相邻空间(至少是十字丝腔15和密封腔S1、密封腔S1和S2、密封腔S2和S3、或密封腔S3和晶片腔40之间中的一个空间)之间出现压差。作为这种控制系统，可以采用前述的第一～第三实施例中所述的控制系统。在此情况下，避免了作用到划分相邻空间的光学元件(至少是透镜L11～L14中的一个)上的无用压力，并且可以防止光学元件从其设定位置上漂移。<第五实施例>

下面参见图13、14描述本发明的第五实施例。与第一和第四实施例中描述的结构和元件相同或等效的结构和元件用相同的标号，并且对它们做简短的描述或者完全省略。

对于第五实施例，投影光学系统的结构不同于前面描述的第一实施例。而其他部分与第一和第四实施例相同；因此，下面的描述集中在它们的差别上。

图13图解说明第五实施例涉及的投影光学系统PL4的纵向截面图。投影光学系统PL4是一个反射折射光学系统(反折射的系统)，其中，该反射折射系统除了多个也是折射光学元件的透镜外，还包括一个直角反射镜和一个凹面反射镜，这些都是反射光学元件。

如图13所示，该投影光学系统PL4包括一个作为其纵向是X轴方向的第一镜筒部分的横向镜筒部分90A，一个放置在横向镜筒部分90A的上方、-X轴一侧1/2处(图13的左半部分)、作为第二镜筒部分的纵向镜筒部分90B，和一个放置在横向镜筒部分90A的下方、与纵向镜筒部分90B同轴的作为第三镜筒部分的纵向镜筒部分90C。

横向的镜筒部分90A包括镜筒150A和作为反射镜沿着X轴方向以预定的间距放置在镜筒150A里面的直角反射镜M1及凹面反射镜M2。更具体地，该镜筒150A包括一个在+X轴一侧、表面上有底部和开口的中空圆柱形外镜筒76A；一个从+X轴一侧嵌在外镜筒76A上、并以非常紧密的接触状态固定在外镜筒76A底座壁上的反射镜支撑元件76B₁；一个嵌在外镜筒76A上、处在从图13的右方压迫反射镜支撑元件76B₁的状态的、中空圆柱形隔套元件76B₂；一个嵌在外镜筒76A上、在从图13的右方压迫隔套元件76B₂状态固定的内镜筒76B₃等等。也就是说，一个双层结构镜筒包括外镜筒76A，反射镜支撑元件76B₁，隔套元件76B₂，和内镜筒76B₃，所述双层结构镜筒用作镜筒150A。

在外镜筒76A的X轴方向上中心部分稍靠右的位置上装备一个凸缘部分FLG1，并且横向镜筒部分90A通过凸缘部分FLG1用一个支撑元件(图中没有显示)支撑。

反射镜支撑元件76B₁是一个带台阶的柱状元件，由一个圆盘部分和一个整体放置在中心部分的圆盘部分(在图13中的右侧)的表面上的、柱形凸面部分76C组成。而且直角反射镜M1的底面表面固定在反射镜支撑元件76B₁的柱形凸面部分76C的边缘表面上。直角反射镜M1有一个与底面成+45°角度的第一反射面78a，和一个与底面成-45°角的第二反射面78b。反射面78a和78b由涂覆在组成直角反射镜M1的玻璃材料表面的铝薄膜组成。在这种情况下，反射镜放置在第一和第二反射面78a和78b分别与YZ平面成+45°和-45°角的状态。另外，作为组成直角反射镜M1的材料，可以用金属材料例如铝、或陶瓷来代替上述的玻璃材料，而且可以在金属或陶瓷的表面形成反射薄膜。

在隔套元件76B₂的和位于第一反射面78a之上的外镜筒76A的圆周壁上，分别形成一个从上看是字母U形的凹槽135A和一个开口部分135C。同时，在隔套元件76B和位于第一反射面78a下方的外镜筒76A₂的圆周壁上，分别形成一个凹槽135B和一个开口部分135D，且它们与凹槽135A和开口部分135C垂直对称。

在内镜筒76B₃的内圆周表面，固定一个用于支撑由球面反射镜组成的凹面反射镜M2周边的凹面反射镜支撑机构HM。在这种情况下，凹面反射镜支撑机构和凹面反射镜M2装配在阻挡内镜筒76B₃的开口部分的状态。

纵向镜筒部分90B包括镜筒150B和以预定间距放置在镜筒150B内的Z轴方向的多个透镜(两个在图13中)L11和L12。

镜筒150B具有双层结构，包括圆柱形外镜筒160A₁和放置在外镜筒160A₁里面的、在垂直的方向上彼此相邻的、圆柱形内镜筒160B₁和160B₂。在外镜筒160A₁较低的端部、在高度方向上设置一个凸缘部分FLG2，并且纵向镜筒部分90B通过凸缘部分FLG2用一个支撑元件(图中没有显示)支撑。

通过透镜支撑机构H1和H2在水平方向上分别支撑透镜L11和L12，其中，H1和H2的周边分别固定到内镜筒160B₁和160B₂的内圆周表面。在这种情况下，在纵向镜筒部分90B内形成用作第二空间的密封腔S5，腔S5从外面被密封，并且被L11和L12、透镜支撑机构H1和H2、和内镜筒160B₁和160B₂分割。

纵向镜筒部分90C包括镜筒150C，和以一定的预定间距放置在镜筒150C内Z轴方向的多个透镜(两个在图13中)L13和L14，等等。

镜筒150C具有双层结构，包括圆柱形外镜筒160A₂和放置在外镜筒160A₂的里面、在垂直的方向上彼此相邻的圆柱形内镜筒160B₃和160B₄。在外镜筒160A₂较低的端部、在高度方向上设置一个凸缘部分FLG3，并且纵向镜筒部分90C通过凸缘部分FLG3用一个支撑元件(图中没有显示)支撑。

通过透镜支撑机构H3和H4在水平方向上支撑透镜L13和L14，其中，H3和H4的周边被分别固定到内镜筒160B₃和160B₄的内圆周表面。在这种情况下，在纵向镜筒部分90C内形成用作第二空间的密封腔S6，腔S6从外面被密封，并且被L13和L14，透镜支撑机构H3和H4，和内镜筒160B₃和160B₄分割。

外镜筒160A₁和较早提及的外镜筒76A通过波纹管77A紧密地连接起来。而外镜筒160A₂和较早提及的外镜筒76A也通过波纹管77B紧密地连接起来。也就是说，在本实施例中，在透镜L12下方和透镜L13上方的部分中，形成作为第一空间的密封腔S4包括横向镜筒部分90A的内部和波纹管77A和77B的内部。密封腔的内部自然地与外部隔离开。

下一步描述投影光学系统的操作，其中，光学元件以上述的方式放置在该系统中。如象征性地在图13中用虚线显示的光路中，当从十字丝R输出到投影光学系统PL4的曝光光线EL连续地通过透镜L11和L12时，通过L11和L12聚焦，然后入射到直角反射镜M1的第一反射表面78a。然后，曝光光线EL反射、离开第一反射表面78a，此时，在凹面反射镜M2的反射表面上又被反射回来，并在直角反射镜M1的第二反射表面78b上入射。并且，反射离开第二反射面78b的曝光光线EL被聚集在具有透镜L12和L13的晶片表面上。顺便提一下，在图13中所用虚线所示的光路象征性地表示了在从不计其数的十字丝R进入投影光学系统PL4的光束中的一个任意光束的光路。

下一步描述用于在密封腔S4～S6中气体更换的低吸收性供气、排气系统。

图14所示为用于置换特殊的气体的供气、排气系统的概念图，其中该气体具有透过用作能量束的曝光光线EL的特性，也就是说，一种用于较早描述过的置换低吸收性气体进入在投影光学系统PL4内的密封腔S4到S6的内部的供气、排气系统。

如图14所示的供气、排气系统包括一个用于置换具有低吸收性气体的密封腔S4的内部的第一供气、排气系统，和用于置换具有低吸收性气体的剩余的密封腔S5和S6的内部的第二供气、排气系统。

第一供气、排气系统85包括一个供气管61A，一个第一供气单元31A，和一个排气管94A。对于供气管61A，管子的一端连接到密封腔S4的一端，另一端通过泵P6连接到第一供气单元31的一端上。而对于排气管94A，管子的一端连接到密封腔S4的另一端，而管子的另一端连接到第一供气单元31的另一端上。

更具体地，如图13所示，在构成横向镜筒部分90A的镜筒150A的外镜筒76A的底壁(在-X轴侧的壁)上和在面对底壁的反射镜支撑元件76C上，在直角反射镜M1的上方形成一个作为供气开口的供气孔57A，并在X轴方向扩展。而对于供气孔57A，供气管61A的一端通过气体接合面83A与其相连。

同时，在内镜筒76B₃圆周壁的-Z轴一侧和凸面反射镜M2的-X轴一侧的位置上，以及在外镜筒76A与该位置面对的部位、在垂直方向上形成一个作为排气孔的排气开口55A。而且对于排气孔55A，排气管94的一端通过气体接合面83B与之相连。

在第一供气单元31内部放置一个气腔，其中气腔内装有具有第一纯度(第一浓度)的低吸收性气体。在这种情况下，化学过滤器和空气过滤器放置在每个供气管和排气管中。泵P6在较早描述的主控制器70的控制下运行，而且与第一实施例相同，低吸收性气体从第一供气单元31通过供气管到达密封腔S4，而密封腔S4内部的气体通过排气管94返回到第一供气单元31。因此，低吸收性气体通过循环路线得到置换、进入密封腔S4。

如图14所示，第二供气、排气系统86包括：一个供气管61B，其管子的一端连接到密封腔S5的一端，管子的另一端通过泵P7连接到第二供气单元31B的一端上；一个排气管94B，其管子的一端连接到密封腔S5的另一端，而管子的另一端连接到第二供气单元31B的另一端上；一个供气管61C，其管子的一端连接到密封腔S6的一端，管子的另一端通过泵P8连接到第二供气单元31B的一端上；一个排气管94C，其管子的一端连接到密封腔S6的另一端，而管子的另一端连接到第二供气单元31B的另一端上；和一个第二供气单元31A。

更具体地，如图13所示，在构成横向镜筒部分90B的镜筒150B的内镜筒160B₁配置的-X轴上和在外镜筒160A₁与该位置相对的部位形成一个作为供气开口的供气孔57B，并在X轴方向扩展。而且，供气管61B的一端通过接合面83C与供气孔57B相连。

同时，在内镜筒160B₂+X轴方向的位置和在外镜筒160A₁与该位置相对的部位，形成一个作为供气开口气体的供给孔55B，并在X轴方向扩展。而且排气管94B的一端通过接合面83D与排气孔55B相连。

在构成横向镜筒部分90C的镜筒150C的内镜筒160B₃的-X侧部位上和在外镜筒160A₂与该位置相对的部位，形成一个作为供气开口的供气孔57C，并在-X轴方向扩展。而且供气管61C的一端通过接合面83E与供气孔57C相连。

同时，在内镜筒160B₄+X一侧的位置和在外镜筒160A₂与该位置相对的部位，形成一个作为排气开口的供气孔55C。而且排气管94C的一端通过接合面83F与排气孔55C相连。

在第二供气单元31内部放置一个气腔，气腔中装有其纯度略低于第一纯度(第一浓度)的第二纯度的低吸收性气体。在这种情况下，化学过滤器和空气过滤器放置在每个供气管和排气管中。

泵P7和P8在主控制器70的控制下运行，而且与较早描述的第四实施例相同，低吸收性气体从第二供气单元31B以前面描述过的相同方式，通过供气管61B和61C得到置换、分别进入密封腔S5和S6。

其余部分的配置与第一和第四实施例相同。

对于与具有上面描述的配置的第五实施例相关的投影光学系统PL4，因为其内部被分成从S4到S6三个密封腔，并且低吸收性气体被分别置换，进入其专用的供气、排气系统，所以不管其形状多复杂，气体也不会在各自的气腔中停留。因此，保持良好的成象特性是可能的。

另外，在第五实施例中，密封腔S5通过供气管61B和排气管94B连接到第二供气单元31B上，而且密封腔S6也用同样的方法通过供气管61C与排气管94C连接。但是，密封腔S6单独与第一供气单元31A相连，其中，单元31A通过供气管61A和排气管94A供给一种纯度水平比第二供气单元高的低吸收性气体。因此，在密封腔S4内部用一种纯度水平高于置换密封腔S5和S6内部的低吸收性气体置换。这就为在直角反射镜M1和凹面反射镜M2之间的部分提供了较高的置换精度；在该部分能量束的光路与其他部分的光路相比，是成字母V字形的弯曲返回的双重路径。因此，在整个光路中能够满足必要的置换精度。所以可以提供有效的置换。

另外，直角反射镜的反射表面由金属涂层例如铝形成，其中，由于F2激光的作用和气体中的杂质的影响使反射表面质量下降很大。因此，从保护反射表面的观点来看，使密封腔S4内的低吸收性气体浓度升高是有效的。而且，因为低吸收性气体的供气开口(供气口57A)放置在直角反射镜M1附近，所以直角反射镜M1反射表面的保护效果能够进一步增强。

此外，在本实施例中，供给的低吸收性气体从上面进入每个密封腔S4、S5和S6，并且从下面排气。因此，如果使用比空气轻的低吸收性气体例如氦时，密封腔内的气体能够被低吸收性气体从上到下均匀地替换。

此外，对于与第五实施例相关的曝光设备，通过前述的用各种方式设计曝光设备，曝光光线EL的光路通过低吸收性气体得到有效的置换，而且通过可以很好保持成象特性的投影光学系统PL4进行曝光。因此，长时间内保持良好的曝光精度是可能的。

此外，在第五实施例中，一个反射折射光学系统被用作投影光学系统PL4。这就维持了投影光学系统本身的大小不会不必要地增加，特别是在使用F2激光源作为光源的情况下，用受色差影响较小的高精度完成曝光是可能的。

在反射折射光学系统被用作投影光学系统的情况下，配置不限于图13所示的例子，而且例如图15中所示投影光学系统PL5的类型也可以使用。

对于图15中所示投影光学系统PL5，它包括：横向第一镜筒部分90A’，和通过波纹管77连接到第一镜筒部分90A’的纵向第二镜筒部分90B’。而且，在第一镜筒部分90A’的内部镜筒150A’中设置一个凹面反射镜M2和透镜L13，而在第二镜筒部分90B’的镜筒150B’内部放置透镜L11和L12以及直角反射镜M1。

对于投影光学系统PL5，如图15中虚线所示，从十字丝中发出的曝光光线EL通过透镜L11被反射离开直角反射镜M1的第一反射平面78a，而且在光路被弯曲90°之后，曝光光线EL通过透镜L13到达凹面反射镜M2的反射表面。然后，曝光光线EL反射并离开凹面反射镜M2的反射表面，通过投镜L13到达直角反射镜M1的第二反射平面78b。而曝光光线EL反射并离开第二反射平面78b并且它的光路被弯曲90°后，曝光光线EL通过投镜L13到达晶片的表面。顺便说一下，图15所示的虚线象征性地显示了主光线的光路。

对于投影光学系统PL5，在第一镜筒部分90A’的内部，密封腔S4’作为第一空间被透镜支撑机构H3，凹面反射镜M2，凹面反射镜支撑机构HM和镜筒150A’分开设置。而且，在投影光学系统PL5的剩余部分，密封腔S5’作为第二空间被透镜L11，透镜支撑机构H1，透镜L12，透镜支撑机构H2，镜筒150A’，波纹管77，透镜L13和透镜支撑机构H3分开设置。

在这种情况下，供气管61A连接到密封腔S4’的上部，而排气管94A连接到密封腔S4’的下部。此外，对于密封腔S5’来说，供气管61B连接到密封腔S5’的上端部附近，而排气管94B连接到密封腔S5’的下端部附近。因此，低吸收性气体可以分别地被置换进入密封腔S4’和S5’，这就解决了在气腔中停留气体的问题。并且能够保持投影光学系统良好的成象特性。

此外，在这种情况下，在每个密封腔S4’和S5’内，低吸收性气体沿重力的方向从上面供给并从下面排出。因此，如果使用比空气轻的低吸收性气体例如氦时，密封腔内的空气能够被低吸收性气体从上到下均匀地替换。

更进一步，作为投影光学系统，在利用具有与上述的第五实施例同样的光学元件配置的反射折射系统时，投影光学系统的内部可以分成四部分：第一部分包括透镜L11和L12，第二部分包括直角反射镜M1，第三部分包括凹面反射镜M2，第四部分包括透镜L12和L13。这些部分可以放置在单独的镜筒中，每个镜筒内可以配置密封腔，如前所述每个密封腔的内部可以用低吸收性气体分别置换。

或者，第一和第四部分可以以预先设定的间距放置在一个镜筒中，而第二和第三部分可以放置在另一个镜筒中，而且该镜筒的第二部分可以插在前一个镜筒的第一和第四部分之间。

此外，在上述的第五实施例中，在放置密封腔S5和S6的每个镜筒内，可以与较早描述的第四实施例同样地设置一个喷嘴、一个供气孔和一个与这些部件对应的排气孔。而且在初始气体替换和气体保持期间内，如第四实施例一样，主控制器70可以类似地把低吸收性气体置换到密封腔S5和S6。在这种情况下，可以省略供气口，只设置在第四实施例中描述的喷嘴和排气口。即使在这种情况下，因为用作特殊气体供气开口的喷嘴在尖端处的开口放置在曝光光线EL(能量束)的光路附近，所以在光路上及其周围的具有吸收曝光光线EL特性的吸收性气体可以有效去除。相应地，在密封腔S5和S6中曝光光线EL的透射率几乎没有被吸收性气体削减，因此，投影光学系统PL4的曝光光线EL的透射率和光学性能(包括成象特性)可以很好地保持。

此外，在上述的第五实施例中，如果在透镜L11到L14中间至少有一个特殊透镜在靠近中立面的周边上具有凸缘部分，那么以前在第一实施例中描述的透镜支撑机构可以用作支撑该特殊透镜的透镜支撑机构。当使用这种配置时，发生在光学表面上的变形可以减少到忽略不计的程度；其中，该光学表面是在光轴方向上的特殊透镜的两个边缘表面；而且使最大限度地抑制其光学性能的降低成为可能。更进一步，在第五实施例中，自然地，当透镜支撑装置被用作透镜支撑机构时，甚至如果当不使用透镜支撑装置时，可以在相邻的气腔(在下面两者之间：十字丝室15和密封腔55，密封腔S5和S4，密封腔S4和S6，密封腔S6和晶片室40)之间的空隙中放置控制系统用于控制特殊气体环境，以便在空隙中不会产生压差。能够使用在较早描述的第一到第三实施例中的控制系统作为这样的控制系统。在这种情况下，分割相邻的空间的光学元件(透镜L11到L14中至少一个)不再会被不必要的作用力影响，也可以防止其从设定位置上漂浮。

此外，例如在第一到第三和第五实施例中，如第四实施例类似，可以放置一个喷嘴、一个供气口、一个与这些部件对应的排气孔。而且在初始气体替换和气体保持期间内，如第四实施例一样，主控制器70可以类似地把低吸收性气体2置换到许多密封腔中的一个。在这种情况下，可以只设置在第四实施例中描述的喷嘴和排气口。

用这种方式，上述的第一到第五实施例可以任意组合。

更进一步，在上述第五实施例中，已经描述了通过组合一个纵向镜筒部分和一个横向镜筒部分来配置投影光学系统的外壳的情况，但是，本发明不限于此，还可以通过组合一个纵向镜筒部分和一个斜向镜筒部分来配置该投影光学系统的外壳，再者，在这种情况下，每个镜筒的内部空间可以利用低吸收性气体使用与在第五实施例中描述的类似的供气、排气系统有效地置换。

与本发明相关的每个光学装置或建造投影光学系统的镜筒可以通过堆积被分成多个部分的镜筒模块配置。也就是说，镜筒模块通过一个反射光学元件，一个用于支撑光学元件例如透镜的内环(在本发明中对应支撑装置)，和一个与内环相连并且其他镜筒模块都堆放其上的外环配置而成。与本发明相关的镜筒也可以通过使外环之间的密封元件相连或通过使用一个罩子来构成。

此外，对于与本发明相关的每个光学装置，在镜筒内形成密封空间或空间的多个光学元件中的至少一个并不限于透镜，也可以包括平行平板。例如，平行平板包括连结到照明光学系统的遮蔽侧上边缘部分的平行平板和连结到投影光学系统两端的平行平板。

在上述的每个实施例中，描述了在投影光学系统内的每个内部空间是处于与外部密封的状态的密封腔的情形，但是，本发明并不局限于此，在投影光学系统内的每个内部空间对于外层部分可以不是处于密封状态的密封空间(腔)。

上述的每个实施例中，描述了在真空紫外线区域内的脉冲激光光源被用作光源的情形，例如：F₂激光，Kr₂激光，Ar₂激光，或ArF准分子激态激光。但是，本发明并不局限于此，使用KrF准分子激光也是可以的。此外，除从每个光源发射光束例如真空紫外光外，通过用掺入铒(Er)  (或铒和钇(Yb))的光纤放大器放大由DFB半导体激光器或光纤激光器发射的红外或可见波段的单波长激光束并利用非线性光学晶体将该波长转变成紫外光而获得的谐波也可以采用。

例如，如果一个单个波长激光的振荡波长设定在1.51到1.53μm范围内，则输出为其产生波长落入范围189到199nm的八次谐波或其产生波长落入范围151到159nm的十次谐波。如果该振荡波长设定在1.544到1.553μm范围内，特别地，则获得其产生波长落在193到194nm范围内的八次谐波，即可以获得其波长几乎与ArF准分子激光光束相同的紫外光。如果振荡波长设定在1.57到1.58nm的范围，则可以获得产生波长落在157到158nm范围的十次谐波，也就是说，可以获得具有与F2激光光柱几乎相同波长的紫外线。

如果将振荡波长设定在1.03到1.12nm的范围内，则输出七次谐波，其产生波长范在147到160nm的范围内。如果将振荡波长设定在1.099到1.106μm的范围内，则特别地，可以获得七次谐波，其产生波长落在157到158μm的范围内，即可以获得波长几乎与F₂激光束相同的紫外光。在这种情况下，作为单个波长的振荡激光，可以使用例如搀杂Yb的光纤激光器。

作为投影光学系统PL，在使用ArF准分子激光光源或KrF准分子激光光源作为光源的情况下，可以主要使用只由折射光学元件(透镜元件)组成的一个折射系统。在使用F₂激光或Ar₂激光作为光源的情况下，主要使用由反射光学元件和折射光学元件(例如凹面反射镜和分束器)组合而成的，所谓的反射折射系统(反射、折射系统)(其细节在例如日本专利公开号03-282527中公开)，或只由折射光学元件组成的一个折射系统。在这些情况下，与本发明相关的用于支撑光学元件的支撑装置也适用于用作支撑反射光学元件的支撑装置。但在使用F₂激光光源的情况下，使用与第一到第四实施例中相同的折射系统是允许的。

此外，构造投影光学系统的透镜材料(玻璃材料)的不同取决于所使用的光源。在使用ArF准分子激光光源或KrF准分子激光光源的情况下，可以使用合成石英或萤石。但在使用真空紫外线光源例如F₂激光作为光源的情况下，所有的透镜需要用萤石制造。然而，在使用非萤石材料的情况下，氟化物单晶例如氟化锂，氟化镁和氟化锶，或锂-钙-铝(Li-Ca-Al)的共轭氟化物晶体或锂-锶-铝(Li-Sr-Al)的共轭氟化物晶体都可以使用。或者，锆-钡-镧-铝(Zr-Ba-La-Al)制成的氟化物玻璃也可以使用，或者改进的石英例如搀杂氟的石英玻璃，搀杂氟和氢的石英玻璃，包含OH基的石英玻璃或包含氟和OH基的石英玻璃都可以使用。

在上述每个实施例中，所描述的情形是当本发明应用于基于分步扫描方法的扫描曝光设备上时的情况，当然本发明不限于此，也就是说，本发明也适用于基于分步重复方法的还原透镜曝光设备上。

此外，作为悬浮法，晶片台WST和十字丝扫描台14A可以用悬浮法，利用气流替代磁悬浮。在这种情况下，用于悬浮供给的气最好是较早描述过的低吸收性的气体。

与本发明有关的上述实施例中的曝光设备是通过把由许多透镜组成的照明光学系统和投影光学系统合并到曝光设备的主体并且进行光学调整形成的，同时把由各种机械元件组成的晶片台(和在扫描曝光设备情况下的十字丝扫描台)合并到曝光设备的主体，连接线路和管路，装配配置十字丝腔15和晶片腔40的隔板壁，连接气体管路系统，连接控制系统例如主控制器70和每个部分，更进一步，进行总的调整(电气的调整，操作上的调整)。曝光设备最好在温度、置换程度和其他类似的条件可以控制的洁净房间里制造。—装置制造方法

下面描述在光刻过程中使用上述的曝光设备和曝光方法的装置制造方法。

图16是制造装置(半导体芯片例如IC或ISI，液晶面板、CCD、薄磁头、微型机械或类似的设备)的例子的流程图。如图16所示，在步骤201(设计步骤)中，对一个装置设计功能/性能(例如：用于半导体设备的电路设计)并设计实现该功能的图案，在步骤202中(掩模制造步骤)，制造掩模，其中，设计好的电路图形在其上形成。在步骤203(晶片制造步骤)中，使用硅或其他类似的材料制造晶片。

在步骤204(晶片处理步骤)中，通过光刻技术或类似的技术使用在步骤201到203中准备好的掩模和晶片在该晶片上形成实际电路或类似的电路，这些稍后还要描述。在步骤205(装置组装步骤)中，使用步骤204中处理过的晶片装配装置。步骤205包括例如划线、粘接、和封装(芯片封装)等过程。

最后，在步骤206(检验步骤)中，进行该装置的操作试验、耐久性试验、和其他类似的试验。进行这些步骤之后，装置完工出厂。

图17的流程图所示为在半导体设备制造过程中上述步骤204的详细实例。参见图17，在步骤211(氧化步骤)中，晶片的表面被氧化。在步骤211(CVD步骤)中，在晶片表面形成绝缘膜。在步骤213(电极形成步骤)中，通过蒸汽沉积在晶片上形成电极。在步骤214(离子置换步骤)中，离子被置换到晶片中。上述的步骤211到214构成一个预处理工艺，用于在晶片处理中的各个步骤，并且在各个步骤中根据加工的需要有选择地执行。

当在晶片处理过程中在各个步骤中完成上述预处理时，执行如下后处理工艺：在该后处理工艺中，首先，在步骤215(保护层形成步骤)中，晶片上涂覆光敏剂。其次，在步骤216中，在掩模上的电路图形通过上述曝光设备和方法转录到该晶片上。然后，在步骤217(显影步骤)中，曝光的晶片被显影。在步骤218(蚀刻步骤)中，曝光元件在没有保护层的部位被蚀刻。最后，在步骤219(保护层去除步骤)中，蚀刻过后不需要的保护层被去除掉。

通过重复进行这些预处理和后处理工艺，多个电路图形在晶片上形成。

如果使用在本发明中到目前为止描述的设备制造方法，在曝光处理(步骤216)中将使用每一个实施例中描述的曝光设备和曝光方法。这就允许投影光学系统的成像特性在长时间内得以保持。但由于属于真空紫外线区域的曝光光线，分辨率可以得到改善，所以可以进行高精度长时间的曝光(十字丝图案转移到晶片上)。结果，可以生产合格率很高的、最小线宽在0.1μm左右的高度集成的微型器件。

工业实用性

如上所述，根据本发明用于支撑光学元件的方法和设备适用于支撑光学元件例如带凸缘部分的透镜。此外，根据本发明的光学设备适用于作为曝光设备的投影光学系统。更进一步地，根据本发明的曝光设备适用于在制造微型器件的光刻技术中(例如集成电路)在基底例如晶片上精确地形成精细的图案。此外，根据本发明的装置制造方法适用于制造具有精细图案的装置。

Claims (40)

1.一种固定光学元件的方法，所述的方法通过设置在接近光学元件中立面部分的周边部分中的至少一个部位上的凸缘部分来固定光学元件。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于在所述的方法中，用预定的力夹住凸缘部分中光学元件光轴方向上两侧表面上的多个点。

3.一种固定光学元件的固定装置，所述的固定装置包括：

一个固定元件，该光学元件在光轴方向的一端可以插入并且将光轴方向一侧上的凸缘部分的表面支撑为插入状态，凸缘部分设置在光学元件光轴方向中心位置处周边部分的至少一个部位上；和

夹紧元件，通过以预定的压力把一个表面压到凸缘部分光轴方向的其余侧而用固定元件夹紧凸缘部分。

4.如权利要求3所述的固定装置，其特征在于凸缘部分在光轴方向的厚度大约为5mm。

5.如权利要求3所述的固定装置，其特征在于凸缘部分的厚度是凸缘部分以外的部分的周围边缘厚度的约1/10～2/3。

6.一种光学装置，装置包括：

一个镜筒；

多个以预定的位置关系分布在镜筒中的光学元件；和

一个固定装置，通过设置在接近特定光学元件中立面位置的周围部分的至少一个部位的凸缘部分固定特定的光学元件，其中特定的光学元件是多个光学元件的一部分。

7.如权利要求6所述的光学装置，其特征在于：

特定光学元件具有设置在特定光学元件光轴方向中心位置处的周边部分的至少一个部位上，和

固定装置有一个固定元件和一个夹紧元件，光学元件光轴方向的一端可以插入并且在插入态将凸缘部分的表面支撑在光轴方向的一侧，夹紧元件用固定元件以预定的压力把一个表面压在凸缘部分光轴方向其余侧而夹紧凸缘部分。

8.一种光学装置，装置包括：

一个镜筒；

多个分别固定在镜筒中并在镜筒中形成多个密封空间的光学元件；

向每个密封空间中供给特定气体的供气单元；和

一个控制系统，控制每个密封空间中特定的气体环境，以便避免在相邻的密封空间中出现压差。

9.如权利要求8所述的光学装置，其特征在于控制系统包括：

测量每个密封空间中压力的压力传感器，和

一个流量控制单元，该单元根据压力传感器的测量结果控制从供气单元供给到每个密封空间中的特定气体的流量。

10.如权利要求8所述的光学装置，其特征在于控制系统包括一个压力调节单元，它调节内部压力，以免在两个相邻的密封空间中出现相邻密封空间中的压差。

11.如权利要求8所述的光学装置，其特征在于：

特定的气体是一种对能量束有渗透性的气体，并且

在相邻的光学元件之间形成的间隙中至少分布供气单元的一部分供给孔，供给孔将特定的气体供到每个密封空间中。

12.如权利要求8所述的光学装置，其特征在于凸缘部分设置在接近特定光学元件中立面位置的至少一部分周边部位上，该特定的光学元件至少是多个光学元件中的一部分特定的光学元件，光学装置还包括：

一个固定特定的光学元件的固定装置。

13.一种布置在能量束光路上的光学装置，光学装置包括：

一个镜筒；

多个以预定的位置关系分布在镜筒内能量束光路上的光学元件；

一个供气系统，通过分布在镜筒中的供给特定气体的供给孔把对能量束具有渗透性的特定气体供到由多个光学元件分开的空间中；

一个排气系统，通过从镜筒中分布的空间中排出气体的排气孔排出空间中的气体；其特征在于

特定气体的供给孔比气体的排气孔更接近能量束光路地分布。

14.如权利要求13所述的光学装置，其特征在于在位于彼此相邻的光学元件之间的间隙中分布供给孔。

15.如权利要求13所述的光学装置，其特征在于在接近特定光学元件中立面位置的至少部分周边部分处设置一个凸缘部分，特定的光学元件至少是多个光学元件中的部分特定光学元件，光学装置还包括：

固定特定的光学元件的固定装置。

16.如权利要求13所述的光学装置，其特征在于

在具有多个光学元件的镜筒内部形成多个空间，光学装置还可以包括：

一个控制系统，它控制每个密封空间中特定的气体环境，以避免在相邻空间中出现压差。

17.一种分布在能量束光路上的光学装置，光学装置包括：

一个镜筒；

以预定的位置关系分布在镜筒内能量束光路上的多个光学元件；

第一供给路径，有一个具有预定开口面积的第一供给孔，用于把对能量束有渗透性的特定气体供到镜筒内由多个光学元件分开的空间中；

第二供给路径，有一个开孔面积小于第一供给孔的第二供给孔，用于把特定的气体供到该空间中；

一个排出空间中内部气体的排气路径；和

一个控制单元，通过根据空间的内部状态选择第一供给路径和第二供给路径中的至少一个来控制在空间内特定气体的供给。

18.如权利要求17所述的光学装置，其特征在于当空间的内部气体包含很多具有吸收能量束的特性的吸收性气体时，控制单元通过经第一供给路径和第二供给路径中的至少一条供给路径供给特定的气体而用特定的气体更换内部气体。

19.如权利要求17所述的光学装置，其特征在于当空间的内部气体包含很少具有吸收能量束的特性的吸收性气体时，控制单元经第二供给路径给空间中供给特定的气体。

20.如权利要求17所述的光学装置，其特征在于第二供给孔分布成比第一供给孔更接近能量束的光路。

21.如权利要求17所述的光学装置，其特征在于：

把第二供给孔布置在位于彼此相邻的光学元件之间的间隙中，并且

当空间的内部气体包含很多具有吸收能量束的特性的吸收性气体时，控制单元可以经第一和第二两条供给路径给空间供给特定的气体。

22.如权利要求17所述的光学装置，其特征在于：

在接近特定光学元件中立面位置的至少部分周边部分处设置一个凸缘部分，特定的光学元件至少是多个光学元件中的部分特定光学元件，光学装置还可以包括：

固定特定的光学元件的固定装置。

23.如权利要求17所述的光学装置，其特征在于：

在具有多个光学元件的镜筒内部形成多个空间，光学装置还包括：

一个控制系统，控制每个密封空间中特定的气体环境，以避免在相邻空间中出现压差。

24.一种分布在能量束光路上的光学装置，光学装置包括：

在与重力方向交叉的方向延伸的第一镜筒部分，在该部分中形成第一空间；

连结到第一镜筒部分并在重力方向延伸的第二镜筒部分，在该部分中形成第二空间；和

对于第一和第二空间单独分布的第一和第二供气/排出系统，该系统置换对能量束具有渗透性的特定气体。

25.如权利要求24所述的光学装置，其特征在于当特定气体是相对密度比空气低的气体时，第一和第二供气/排出系统的供气孔分布在每个空间中重力方向的上部，而气体排出孔分布在每个空间中重力方向的下部。

26.如权利要求24所述的光学装置，其特征在于光学装置可以有一个带有反射能量束的第一反射表面的反射镜和一个凹反射镜，凹反射镜把从第一反射表面反射的能量束反射到以单独或同时的方式分布在第一空间和第二空间任一之中的反射镜的第二表面，并且

在反射镜分布的空间中，经第一和第二供气/排出系统的预定的供气/排出系统置换特定的气体，其中该特定气体具有比其它空间中的气体更高的纯净度。

27.如权利要求26所述的光学装置，其特征在于在反射镜分布的空间中，特定气体的供气孔分布在反射镜附近。

28.如权利要求24所述的光学装置，其特征在于在第一和第二镜筒部分的至少一个当中，光学装置包括：

以预定的位置关系分布的多个光学元件；和

一个固定装置，通过设置在接近特定光学元件中立面位置的至少一部分周边部位上的凸缘部分固定特定的光学元件，特定的光学元件至少是多个光学元件中部分的特定光学元件。

29.如权利要求24所述的光学装置，其特征在于第一空间和第二空间可以彼此相邻，并且光学装置还可包括：

一个控制系统，它控制每个空间内特定的气体环境，避免在第一空间和第二空间中出现压差。

30.如权利要求24所述的光学装置，其特征在于特定气体的第一和第二供气/排出系统中的至少一个供气孔布置得比特定气体其余的供气孔更接近能量束的光路。

31.如权利要求24所述的光学装置，其特征在于第一和第二供气/排出系统中的至少一个具有：第一供给路径，有一个具有预定开口面积的第一供给孔，用于供给特定的气体；第二供给路径，有一个具有小于第一供给孔的开口面积的第二供给孔，用于供给特定的气体；和一条排气路径，排出净化空间中的内部气体；和

一个控制单元，通过根据净化空间内部的状态选择第一供给路径和第二供给路径中的至少一条来控制特定气体向该空间的供给。

32.一种曝光设备，该设备通过投影光学系统把掩模的图案转印到基片上，曝光设备包括：

作为投影光学系统的根据权利要求6的光学装置。

33.一种曝光设备，该设备照亮掩模，掩模上的图案由能量束形成并通过投影光学系统转印到基片上，本曝光设备包括：

作为投影光学系统的根据权利要求8中所述的光学装置，其特征在于

特定气体是一种对能量束具有渗透性的特定气体。

34.一种曝光设备，通过光学系统和掩模利用能量束对基片曝光，并将形成在掩模上的图案转印到基片上，曝光设备包括：

分布在从掩模到基片的能量束的光路上的如权利要求13所述的光学装置。

35.如权利要求34所述的曝光设备，其特征在于曝光设备还包括一个扫描单元，它在基片曝光期间相对于能量束对掩模和基片同步扫描。

36.一种曝光设备，它通过光学系统和掩模利用能量束对基片曝光，并将形成在掩模上的图案转印到基片上，曝光设备包括：

如权利要求17所述的作为光学系统的光学装置。

37.如权利要求36所述的曝光设备，其特征在于把第二供给孔布置在构成光学系统的相邻光学元件之间的间隙中，并且

控制单元通过第一和第二两条供给路径把特定气体供到该空间中进行初始气体更换。

38.一种曝光设备，该设备对掩模照射能量束并将形成在掩模上的图案转印到基片上，曝光设备包括：

如权利要求24所述的分布在能量束从掩模到基片的光路上的光学装置。

39.如权利要求38所述的曝光设备，其特征在于

光学装置有一个具有第一反射面和第二反射面的反射镜和一个凹反射镜，从掩模发出的能量束可以从反射镜的第一反射面反射向凹反射镜，而从凹反射镜反射的能量束可以从反射镜的第二反射面反射向基片，并且

在分布反射镜的空间中，可以通过第一和第二供气/排出系统的预定供气/排出系统置换特定气体，该特定气体与其它空间中的相比，具有更高的纯净度。

40.一种包括光刻过程的装置制造方法，其特征在于在光刻过程中，利用如权利要求32～29中任一所述的曝光设备进行曝光。

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