JP3526042B2 - Projection exposure apparatus - Google Patents

Projection exposure apparatus

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素子、撮像素子(CCD等)、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフィ工程で使用され、マスクパターンを投影光学系を介して感光基板上に転写する投影露光装置に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] [Technical Field of the Invention The present invention is, for example, a semiconductor device, an imaging device (CCD etc.), used in a lithography process for manufacturing a liquid crystal display element, or a thin film magnetic head, etc. It is directed to a projection exposure apparatus for transferring onto a photosensitive substrate through a mask pattern projecting optical system. 【0002】 【従来の技術】IC,LSI等の半導体素子等を製造するための投影露光装置は、マスクとしてのレチクルと、 [0002] IC, a projection exposure apparatus for manufacturing semiconductor devices such as LSI includes a reticle as a mask,
感光基板としてのウエハ(又はガラスプレート等)の各ショット領域とを投影光学系を介して所定の位置関係に位置決めし、一括で各ショット領域の全体にレチクルのパターン像を露光するステップ・アンド・リピート方式と、レチクルとウエハの各ショット領域とを投影光学系に対して相対走査することにより、各ショット領域にレチクルのパターン像を逐次露光していくステップ・アンド・スキャン方式とに大別される。 And each shot area of ​​the wafer (or a glass plate or the like) as a photosensitive substrate through a projection optical system is positioned in a predetermined positional relationship, a step-and-exposing the pattern image of the reticle across the respective shot areas in bulk and repeat system, by relative scanning with respect to the respective shot regions of the reticle and the wafer projection optical system is roughly divided into a step-and-scan method to continue to sequentially expose a pattern image of the reticle in each shot area that. これら両方式は、レチクルのパターンを投影光学系を介して投影する点では共通であり、ウエハ上にレチクルのパターンの像を如何に正確に投影できるかが重要となる。 These two systems are common in terms of projecting the pattern of the reticle via the projection optical system, or the image of the reticle pattern on the wafer can be how accurately project the is important. 【0003】一般に、投影光学系を設計する際には所定の条件下で光学的諸収差がほぼ0になるように設計されるが、投影露光を行う際の環境が変化して投影光学系近傍の大気圧や温度が変化するか、又は露光用照明光の照射による熱吸収等があると、投影光学系を構成するレンズ間の気体の屈折率変化、レンズ膨張、レンズの屈折率変化、及びレンズ鏡筒の膨張等が発生する。 [0003] In general, optical aberrations are designed to be substantially zero at a predetermined conditions when designing the projection optical system, environment is changed near a projection optical system for performing a projection exposure atmospheric pressure and or temperature changes, or if there heat absorption or the like by the irradiation of the exposure illumination light, the refractive index change of the gas between the lenses constituting the projection optical system, lens expansion, refractive index change of the lens, and expansion or the like of the lens barrel is generated. このため、 For this reason,
レチクルのパターンをウエハ上に投影するときに、その投影像の結像面(ベストフォーカス面)の投影光学系の光軸方向の位置(フォーカス位置)がずれて、ウエハの表面がその結像面から外れてしまうデフォーカスが発生していた。 When projecting a pattern of a reticle onto a wafer, the in the optical axis direction of the position of the projection optical system of the imaging plane of the projection image (best focus plane) (focus position) is displaced, the surface of the wafer that imaging plane deviates from the defocus has occurred. このデフォーカスは、線形的なデフォーカス(像高に対してデフォーカス量が1次関数的に変化する成分)と非線形的なデフォーカス(線形的なデフォーカス以外の成分)とに分けられる。 This defocusing is divided into a linear defocus (component defocus amount varies a linear function with respect to the image height) and nonlinear defocus (components other than linear defocusing). そして、従来より線形的なデフォーカスを補正する手段として、ウエハのフォーカス位置を結像面の方向に制御するオートフォーカス機構、及びウエハの傾斜角を結像面に合わせ込むように制御するオートレベリング機構が知られている。 Then, as means for correcting the linear defocusing Conventionally, auto-focus mechanism for controlling the focus position of the wafer in the direction of the image plane, and the auto-leveling the inclination angle of the wafer is controlled so as to go match the image plane mechanism is known. 【0004】 【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術においては、環境変化等によって発生する投影光学系の結像面に対するデフォーカスの内の、非線形的なデフォーカス成分に対する補正を行うことができないという不都合があった。 [0004] In THE INVENTION It is an object of the above-mentioned prior art, of the defocus with respect to the image plane of the projection optical system caused by environmental changes or the like, the correction for non-linear defocusing component there is a disadvantage that can not be performed. その非線形的なデフォーカス成分の主要部は、投影像の像高に応じてデフォーカス量が2次以上の関数に近似した曲線で変化する像面湾曲である。 A main part of the non-linear defocusing component is a curvature which changes in a curve defocus amount in accordance with the image height of the projected image is approximated to second or higher order function. 即ち、設計上の基準となる状態では、図15(a)に示すように、投影光学系の結像面のフォーカス位置Z Fは像高Hに依らずにほぼ設計上の目標位置の近傍にある。 That is, in the state in which a reference design, as shown in FIG. 15 (a), the focus position Z F of the imaging plane of the projection optical system in the vicinity of the target position on the substantially design regardless of the image height H is there. 【0005】ところが、その基準となる状態に対して大気圧変化や、露光用照明光の照射による熱吸収等が生ずると、その結像面のデフォーカスの特性は図15(b) [0005] However, the change and the atmospheric pressure against the condition to be the reference, the heat absorption and the like by the irradiation of the exposure illumination light is generated, the characteristics of defocus of the image plane FIG 15 (b)
に示すような像面湾曲となる。 A curvature as shown in. このような像面湾曲が発生すると、結像面全体での焦点深度(DOF)の幅が狭くなり、結果としてレチクルパターンの投影像の全体で所望の解像度を得るのが困難となる。 When such field curvature is generated, the width of the focal depth of the entire image plane (DOF) is narrowed, the result to obtain the desired resolution is difficult across the projected image of the reticle pattern as a. 【0006】図15(b)に示すような像面湾曲が、ステップ・アンド・リピート方式(一括露光方式)の投影露光装置で発生すると、図16(a)に示すように、本来の投影像の結像面72のフォーカス位置が像高によって非線形に変化して結像面73Aのようになり、全体としての焦点深度の幅が狭くなる。 [0006] curvature as shown in FIG. 15 (b) is to occur in the projection exposure apparatus of step-and-repeat system (batch exposure type), as shown in FIG. 16 (a), the original projected image focus position of the focal plane 72 is changed to a non-linear look like imaging plane 73A with the image height, the width of the focal depth of the entire composition narrow. 一方、図15(b)に示すような像面湾曲が、ステップ・アンド・スキャン方式(走査露光方式)の投影露光装置で発生すると、図1 On the other hand, the curvature of field as shown in FIG. 15 (b), when generated by the projection exposure apparatus of step-and-scan method (scanning exposure type), Figure 1
6(b)で示すように本来の投影像の結像面72に対して、走査方向であるY方向には平均化効果によってデフォーカスは発生していないものの、その平均化効果によって像劣化が生じている。 6 with respect to the imaging plane 72 of the original projected image as shown by (b), although in the scanning direction Y is not defocus caused by the averaging effect, the image deterioration by the averaging effect is It's seeing. また、非走査方向(X方向) Also, the non-scanning direction (X-direction)
には、一括露光方式と同様に像高に応じたデフォーカスが発生して、走査露光後の実質的な結像面は結像面73 , The collective exposure method as well as by defocusing occurs dependent on the image height, substantial imaging surface after scanning exposure image plane 73
Bとなっているため、結果として所謂「かまぼこ型」の像面湾曲が発生していることが確認できる。 Since that is by B, resulting curvature of the so-called "semi-cylindrical" it can be confirmed that has occurred. 【0007】更に近年、レチクルサイズが拡大してきており、大きなレチクルを使用する場合に更に像面湾曲が拡大してしまうという不都合も生じている。 [0007] are more recent years, also resulting disadvantage that expanded further curvature when the reticle size has been expanded, using a large reticle. 例えばレチクルの周辺を真空吸着等で保持するものとすると、図1 For example, if the periphery of the reticle shall be held by vacuum suction or the like, FIG. 1
7(a)に示すように、小さいサイズ(一辺が5インチ以下程度)のレチクルRAを4個の支持部74Aで支持する場合には、レチクルRAは湾曲しないため特に問題は無い。 7 (a), the in the case of supporting the reticle RA of small size (extent one side 5 inches or less) in four support portions 74A, especially there is no problem because the reticle RA is not curved. しかしながら、図17(b)に示すように、大きいサイズ(例えば一辺が6〜9インチ程度)のレチクルRBを4個の支持部74Bで支持する場合には、レチクルRBは支持部74Bの長手方向(Y方向)と直交する方向(X方向)に自重で「かまぼこ型」に撓み、その分だけ結像面の像面湾曲も増加するという不都合がある。 However, as shown in FIG. 17 (b), when the large size (for example the one side 6-9 about inch) is supported by four support portions 74B of the reticle RB of the reticle RB longitudinal direction of the supporting portion 74B (Y-direction) perpendicular to its own weight in the direction (X direction) and the bending to "semi-cylindrical", there is a disadvantage that also increases curvature of the image plane by that amount. 特に、図17(b)のレチクルRBを、Y方向を走査方向とするステップ・アンド・スキャン方式(走査露光方式)の投影露光装置で使用した場合、図16(b) In particular, the reticle RB in FIG. 17 (b), the step-and-scan method to the Y direction as the scanning direction when used in a projection exposure apparatus (scanning exposure type), and FIG. 16 (b)
に示す「かまぼこ型」の像面湾曲が増幅される恐れがある。 There is a possibility that the curvature of the "semi-cylindrical" shown in the amplification. 【0008】このように投影光学系の結像面に像面湾曲のような非線形的なデフォーカスが存在すると、ステップ・アンド・リピート方式、又はステップ・アンド・スキャン方式の何れの方式でも最終的に得られる結像面の焦点深度が全体として狭くなり、解像度が劣化するという不都合がある。 [0008] non-linear defocusing such as field curvature on the imaging plane of the projection optical system is present, finally in any manner by the step-and-repeat method or step-and-scan method, becomes narrower as a whole depth of focus of the imaging plane obtained, there is a disadvantage that resolution is degraded. 本発明は斯かる点に鑑み、投影光学系の周囲の大気圧等の環境の変化、露光用照明光の吸収、 The present invention has been made in view of the points mow 斯, changes in the environment such as the ambient atmospheric pressure of the projection optical system, the absorption of the exposure illumination light,
又はレチクルの撓み等によって悪化する投影光学系の結像面のデフォーカス、特に像面湾曲のような非線形的なデフォーカスを補正できる投影露光装置を提供することを目的とする。 Or defocus of the image plane of the projection optical system be exacerbated by such deflection of the reticle, and an object thereof is to particularly provide a projection exposure apparatus capable of correcting a non-linear defocusing such as field curvature. 【0009】 【課題を解決するための手段】本発明による投影露光装置は、例えば図1、図2に示すように、マスクパター<br>ンを投影光学系を介して感光基板(W)上に投影する投影露光装置において、その投影光学系(PL1)は、 [0009] The projection exposure apparatus according to the present invention SUMMARY OF THE INVENTION may, for example, as FIG. 1, shown in FIG. 2, a photosensitive substrate putter <br> emissions mask via a projection optical system (W) in a projection exposure apparatus for projecting above the projection optical system (PL1) is a
1の硝材からなる複数の光学部材 (25〜34,35 A plurality of optical members made of the first glass material (25~34,35
A,38A )と、屈折率に関する温度特性が前記第1の A, 38A) and the temperature characteristics related to the refractive index of the first
硝材と異なる第2の硝材からなる少なくとも一つの光学 At least one optical consisting glass material different from the second glass material
部材( 36A,37A) を有し、 その第2の硝材から And a member (36A, 37A), from the second glass material
なる少なくとも一つの光学部材(36A,37A)の温度制御を行う温度制御手段(13)を設け、この温度制御手段を用いて投影光学系(PL1)の結像面の投影光学系(PL1)の光軸方向の位置を制御するものである。 At least one optical element (36A, 37A) temperature control means for controlling the temperature of the (13) is provided, the image plane of the projection optical system of a projection optical system using the temperature control means (PL1) made of (PL1) and it controls the position in the optical axis direction. 【0010】また、温度制御手段(13)による制御対象の一例は投影光学系(PL1)の像面湾曲であり、この場合、投影光学系(PL1)の倍率誤差を制御する倍率誤差制御手段(12)を設け、温度制御手段(13) Further, an example of the object of control by the temperature control means (13) is a field curvature of the projection optical system (PL1), in this case, magnification error control means for controlling the magnification error of the projection optical system (PL1) ( 12) is provided, temperature control means (13)
を用いて投影光学系(PL1)の像面湾曲を制御したときに発生する倍率誤差を倍率誤差制御手段(12)を介して低減させることが望ましい。 Reducing the magnification error that occurs when the controlling field curvature of the projection optical system (PL1) via the magnification error control means (12) with desirable. 【0011】また、温度制御手段(13)によって制御対象の光学部材(36A,37A)の温度を±1℃以下の範囲内で制御することにより、投影光学系(PL1) Further, the temperature control means controls the object of the optical member by (13) (36A, 37A) by controlled within a range of ± 1 ° C. below the temperature of the projection optical system (PL1)
の像面湾曲を±0.3μm以下の範囲内で補正することが望ましい。 It is desirable to the field curvature correction in the range of ± 0.3 [mu] m. 更に、投影光学系(PL1)の使用条件の変化に応じた投影光学系(PL1)の結像面の位置の変化量を記憶する記憶手段(18)を設け、投影光学系(PL1)の使用条件の変化に応じて記憶手段(18) Further, the storage means (18) provided for storing the amount of change in the position of the focal plane of the conditions of use of the projection optical system in accordance with the change (PL1) of the projection optical system (PL1), the use of the projection optical system (PL1) storage means in response to changes in conditions (18)
に記憶されている結像面の位置の変化量を相殺するように、温度制御手段(13)を介して投影光学系(PL So as to cancel the variation of the position of the focal plane that is stored, via the temperature control means (13) a projection optical system (PL
1)の結像面の位置を制御することが望ましい。 It is desirable to control the position of the focal plane of the 1). 【0012】更に、投影光学系(PL1)の結像面と感光基板(W)とを投影光学系(PL1)の光軸方向に相対的に移動するフォーカス位置制御手段(2)を設け、 Furthermore, imaging surface and the photosensitive substrate (W) and a projection optical system focus position control means for relatively moving the optical axis direction (PL1) (2) provided in the projection optical system (PL1),
温度制御手段(13)を用いて投影光学系(PL1)の結像面の位置を制御したときに残存しているフォーカス位置のオフセットをフォーカス位置制御手段(2)を介して低減させることが望ましい。 It is desirable to reduce via the focus position control means (2) offset of the focus position remaining when controlling the position of the imaging plane of the projection optical system (PL1) with a temperature control means (13) . 【0013】斯かる本発明によれば、例えばKrFエキシマレーザ光(波長248nm)やArFエキシマレーザ光(波長193nm)のような遠紫外域付近の光を露光光として用いる場合、屈折率の温度特性の異なる複数の硝材としては、石英、及び蛍石等が挙げられる。 [0013] According to such present invention, for example, when using light in the far ultraviolet near the outer region, such as a KrF excimer laser beam (wavelength 248 nm) or ArF excimer laser beam (wavelength 193 nm) as the exposure light, the refractive index temperature characteristics the different glass materials, quartz and fluorite, and the like. この場合、石英は温度が上昇しても膨張係数が小さいため膨張はしないが、屈折率が大きくなる特性を持っている。 In this case, quartz but not inflated because even a small expansion coefficient temperature rises, and has a characteristic that the refractive index increases.
従って、図6(b)に示すように、石英の正レンズ49 Accordingly, as shown in FIG. 6 (b), quartz positive lens 49
Bでは温度が上昇すると、結像面FBが正レンズ49B As the temperature increases in B, the imaging plane FB positive lens 49B
に近付く方向に変位する。 Displaced in the direction toward the. 一方、蛍石は温度の上昇で膨張し、屈折率は小さくなる特性を持っている。 On the other hand, fluorite will expand at elevated temperatures, the refractive index has a smaller characteristic. そのため、図6(a)に示すように、蛍石の正レンズ49Aでは温度が上昇すると、結像面FAは正レンズ49Aから遠ざかる方向に変位する。 Therefore, as shown in FIG. 6 (a), the temperature in the positive lens 49A of fluorite is increased, the image plane FA is displaced in a direction away from the positive lens 49A. なお、上述の硝材の屈折率の温度特性は、単にその屈折率自体の温度特性のみならず、その硝材からなるレンズの熱膨張や鏡筒の膨張をも考慮して温度が変化したときに結像面がどの方向に変化するかによって定められる特性である。 Incidentally, sintering when the temperature characteristic of the refractive index of the above glass material, which not only the temperature characteristic of the refractive index itself, the temperature has changed in consideration of the expansion of the thermal expansion and the barrel of the lens made of the glass material is a characteristic that is determined depending on whether the image plane changes in any direction. 【0014】また、例えば第1の硝材として石英を使用し、第2の硝材として蛍石を使用し、その第1の硝材で投影光学系(PL1)の大部分のレンズを構成した場合、投影光学系の結像面のフォーカス位置の分布について考えると、その第1の硝材のレンズに依るフォーカス位置Z Fの像高Hに応じた分布の傾向は、図7(a)の曲線61Aで示すように下側に凸の像面湾曲となり、その像面湾曲の状態は環境変化や露光用照明光の吸収等によって変化する。 Further, when, for example, quartz is used as the first glass material, using fluorite as the second glass material, and a lens of a large portion of the first glass material at the projection optical system (PL1), the projection Considering the distribution of the focus position of the focal plane of the optical system, the tendency of the distribution corresponding to the image height H of the first focus position Z F due to the lens of the glass material is indicated by the curve 61A shown in FIG. 7 (a) It becomes curvature convex to the lower side as the state of the field curvature is changed by absorption or the like of the environmental changes and the exposure illumination light. これに対して、その第2の硝材のレンズに依る結像面のフォーカス位置の分布は、図7(b) In contrast, the distribution of the focus position of the focal plane due to the second glass material of the lens, and FIG. 7 (b)
の曲線62Cで示すように、曲線61Aと逆の傾向の上側に凸の像面湾曲に、全部の像高Hで共通のオフセット分を加算した傾向を有する。 Of as indicated by a curve 62C, the curvature of the convex upward trend curve 61A opposite, have a tendency obtained by adding the common offset in all of the image height H. 【0015】そこで、環境変化や露光用照明光の吸収等に応じて、例えばその第2の硝材のレンズの温度を制御して、曲線61Aの像面湾曲を曲線62Cの像面湾曲で相殺することにより、投影光学系(PL1)の非線形的なデフォーカスである像面湾曲を小さくできる。 [0015] Therefore, in accordance with the absorption of environmental change and the exposure illumination light, for example by controlling the temperature of the second glass material of the lens, to offset the curvature of the curve 61A in curvature of the curve 62C it makes possible to reduce the field curvature is a non-linear defocusing of the projection optical system (PL1). 但し、 However,
第2の硝材のレンズの温度制御を行った場合、線形倍率誤差が発生することがある。 When performing the temperature control of the second glass material of the lens, may be linear magnification error. そこで、このような線形倍率誤差を、例えば投影光学系内の所定のレンズ間の気体室内の圧力を制御するような倍率誤差制御手段(12) Therefore, such a linear magnification error and, for example, magnification error control means for controlling the pressure of the gas chamber between the predetermined lens in the projection optical system (12)
を介して低減させることにより、投影光学系(PL1) By reducing via a projection optical system (PL1)
による投影像にディストーションが残留することがない。 There is no possibility to remain distortion in the projection image by. 【0016】また、そのままでは結像面のフォーカス位置の分布には、図7(c)の直線63Aで示すように、 Further, the as is the distribution of the focus position of the imaging surface, as indicated by the straight line 63A of FIG. 7 (c),
一定のオフセットが残存している。 Constant offset is left. しかしながら、そのようなフォーカス位置のオフセットは、例えば基板(W)の高さを制御するステージ等の焦点位置制御手段(2)によって基板(W)の高さを調整することによってほぼ完全に除去できる。 However, the offset of such a focus position can be almost completely removed by adjusting the height of the substrate (W) by, for example, a substrate focal position control means such as a stage for controlling the height of the (W) (2) . これによって、基板(W)の表面を基準とした、結像面のフォーカス位置Z Fの分布は、図8の曲線65Aに示すようになって、デフォーカスはほぼ0となる。 Thereby, relative to the surface of the substrate (W), the distribution of the focus position Z F of the imaging surface, is as shown in curve 65A in FIG. 8, defocusing becomes substantially zero. 【0017】 【発明の実施の形態】以下、本発明による投影露光装置の第1の実施の形態につき図1、図2、図6〜図14を参照して説明する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Hereinafter, view per a first embodiment of a projection exposure apparatus according to the present invention 1, 2, will be described with reference to FIGS. 6 14. 本例は露光用の照明光としてエキシマレーザ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。 This example is an application of the present invention to a projection exposure apparatus by a step-and-scan method that uses an excimer laser beam as illumination light for exposure. 但し、 However,
本例で使用する投影光学系は、ステップ・アンド・リピート方式(一括露光方式)の投影露光装置でも使用できるだけの性能を有している。 A projection optical system used in this embodiment has a performance enough to be used in the projection exposure apparatus of step-and-repeat system (batch exposure type). 【0018】図1は、本例の投影露光装置を示し、この図1において、エキシマレーザ光源16からパルス発光されたレーザビームよりなる照明光ILは、ミラー15 [0018] Figure 1 shows a projection exposure apparatus of this embodiment. In FIG. 1, the illumination light IL consisting pulse emission laser beam from an excimer laser light source 16, mirrors 15
で偏向されて照明光学系14に入射する。 In is deflected is incident on the illumination optical system 14. エキシマレーザ光源16としては、KrFエキシマレーザ光源(発振波長:248nm)、又はArFエキシマレーザ光源(発振波長:193nm)等が使用できる。 The excimer laser light source 16, KrF excimer laser light source (oscillation wavelength: 248 nm), or an ArF excimer laser light source (oscillation wavelength: 193 nm) or the like can be used. また、露光用の光源としては、YAGレーザの高調波発生装置、金属蒸気レーザ光源、又は水銀ランプ等も使用できる。 Further, as the light source for exposure, the harmonic generator of YAG laser, metal vapor laser light source, or a mercury lamp or the like may also be used. 【0019】照明光学系14は、ビームエクスパンダ、 [0019] The illumination optical system 14, a beam expander,
減光システム、フライアイレンズ、リレーレンズ、視野絞り(レチクルブラインド)、走査前後の不要な露光を避けるための可動ブレード、及びコンデンサーレンズ等から構成され、照明光学系14によって均一な照度分布に整形された照明光ILが、レチクルRのパターン形成面(下面)の所定形状の照明領域を照明する。 Dimming system, a fly-eye lens, a relay lens, a field stop (reticle blind), the movable blade to avoid unnecessary exposure before and after scanning, and is composed of a condenser lens or the like, shaped into a uniform illuminance distribution by the illumination optical system 14 illumination light IL illuminates the illumination area of ​​the predetermined shape of the pattern formation surface of the reticle R (the lower surface). この場合、装置全体の動作を統轄制御する主制御装置18が、 In this case, the main control unit 18 for supervising controlling the operation of the entire apparatus,
照明制御系17を介してエキシマレーザ光源16のパルス発光のタイミング、照明光学系14内の減光システムでの減光率の制御等を行う。 Timing of the pulse emission of the excimer laser light source 16 via the illumination control system 17 performs control of the dimming ratio in dimming system of the illumination optical system 14. その照明領域内のレチクルRのパターンを透過した照明光は、投影光学系PL1を介してフォトレジストが塗布されたウエハW上に投影され、そのパターンを倍率β(βは例えば1/4、又は1 Illumination light transmitted through the pattern of the reticle R within the illumination area, photoresist is projected onto the coated wafer W through the projection optical system PL1, magnification beta (beta, for example 1/4 the pattern, or 1
/5等)で縮小した投影像がウエハW上に転写される。 / Projected image obtained by reducing 5, etc.) is transferred onto the wafer W.
ここで、投影光学系PL1の光軸AX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Y軸を取り、図1の紙面に垂直にX軸を取る。 Here, parallel to take the Z-axis to the optical axis AX of the projection optical system PL1, taken parallel to the Y axis in the plane of FIG. 1 in a plane perpendicular to the Z-axis, taking the X-axis perpendicular to the plane of FIG. 1 . 【0020】レチクルRは、レチクルステージ6上に保持され、レチクルステージ6はエアベアリングを介してレチクル支持台5上にY方向に移動自在に載置されている。 [0020] The reticle R is held on a reticle stage 6, the reticle stage 6 is mounted movably in the Y direction on the reticle support 5 via the air bearing. レチクルステージ6の上端に固定された移動鏡7、 Moving mirror 7 fixed to the upper end of the reticle stage 6,
及びレチクル支持台5上のレーザ干渉計8により計測されたレチクルステージ6のY座標がステージ制御系11 And Y coordinates stage control system 11 of the reticle stage 6, which is measured by the laser interferometer 8 of the reticle support 5
に供給される。 It is supplied to. ステージ制御系11は、主制御装置18 Stage control system 11, main controller 18
からの指令に従ってレチクルステージ6の位置、及び移動速度を制御する。 Position of the reticle stage 6 in accordance with a command from, and controls the moving speed. 【0021】一方、ウエハWはウエハステージ2上に保持され、ウエハステージ2はX方向、Y方向、Z方向、 Meanwhile, the wafer W is held on a wafer stage 2, the wafer stage 2 X direction, Y direction, Z direction,
及び回転方向等にウエハWの位置決めを行うと共に、Y It performs positioning of the wafer W and the rotational direction or the like, Y
方向にウエハWの走査を行う。 Perform the scanning of the wafer W in the direction. ウエハステージ2の上端に移動鏡9が固定され、移動鏡9及び外部のレーザ干渉計10によりウエハステージ2のX座標、及びY座標が常時計測され、計測結果がステージ制御系11に供給されている。 Moving mirror 9 to the upper end of the wafer stage 2 is fixed, X-coordinate of the wafer stage 2 by the movement mirror 9 and an external laser interferometer 10, and the Y coordinate are constantly measured, the measurement result is supplied to the stage control system 11 there. ステージ制御系11は主制御装置18からの指令に従って、ウエハステージ2のステッピング動作、 According to the instruction from the stage control system 11 main controller 18, a stepping operation of wafer stage 2,
及びレチクルステージ6と同期した走査動作の制御を行う。 And it controls the scanning operation in synchronism with the reticle stage 6. 即ち、走査露光時には、上述の投影光学系PL1のレチクル側からウエハ側への倍率βを用いて、ステージ制御系11の制御のもとで、投影光学系PL1に対してレチクルステージ6が−Y方向(又は+Y方向)に速度V Rで走査されるのと同期して、ウエハステージ2が+ That is, at the time of scanning exposure, using a magnification β from the reticle side of the projection optical system PL1 of the above to the wafer side, under the control of the stage control system 11, the reticle stage 6 with respect to the projection optical system PL1 is -Y direction (or + Y direction) in synchronism with the scanning at a velocity V R, the wafer stage 2 +
Y方向(又は−Y方向)に速度V W (=β・V R )で走査される。 Y is scanned in the direction (or the -Y direction) in the speed V W (= β · V R ). これにより、レチクルRのパターンが逐次ウエハW上の各ショット領域に転写される。 Thus, the pattern of reticle R is transferred onto each shot area on successive wafer W. 【0022】また、ウエハステージ2上のウエハWの近傍には、結像特性計測用センサ3が固定されている。 [0022] In the vicinity of the wafer W on the wafer stage 2, the imaging characteristic measuring sensor 3 is fixed. 結像特性計測用センサ3は、図9(b)に示すように、ウエハWの表面と同じ高さに設定された表面に矩形の開口部50aが設けられた遮光膜50が被着されたガラス基板51と、その開口部50aを通過した露光用の照明光を光電変換する光電変換素子52と、この光電変換素子52からの検出信号S1を処理する信号処理部53とを有し、この信号処理部53の処理結果が図1の主制御装置18に供給されている。 Imaging characteristic measuring sensor 3, as shown in FIG. 9 (b), the light-shielding film 50 which rectangular opening 50a is provided on the set surface flush with the surface of the wafer W is deposited It includes a glass substrate 51, a photoelectric conversion element 52 for photoelectrically converting the illumination light for exposure through the opening 50a, and a signal processing unit 53 for processing the detection signal S1 from the photoelectric conversion element 52, this processing result of the signal processing section 53 is supplied to main controller 18 in FIG. 1. 本例では後述のように、ウエハステージ2を駆動することにより、レチクルRのパターンの投影像を結像特性計測用センサ3の開口部50a As described later in the present embodiment, by driving the wafer stage 2, the projected image of the pattern of the reticle R of the imaging characteristic measuring sensor 3 opening 50a
で走査し、その際に光電変換素子52から出力される検出信号S1より信号処理部53が、投影光学系PL1の結像面の種々の像高でのフォーカス位置の分布(像面湾曲)を求めるようになっている。 In scanning, the signal processing section 53 from the detection signal S1 output from the photoelectric conversion element 52 when the distribution of the focus position at various image heights of the image plane of the projection optical system PL1 the (field curvature) so that the seek. 【0023】次に、図1において、本例の投影光学系P Next, in FIG. 1, the embodiment of the projection optical system P
L1を構成する複数枚のレンズエレメントの内の大部分は石英よりなり、残りの一部のレンズエレメントが蛍石より形成され、その石英からなる所定の1対のレンズエレメントの間に形成された所定の気体室の気体圧力を制御するためのレンズ制御装置12が設けられている。 Most of the plurality of lens elements constituting the L1 is made of quartz, the remaining part of the lens element is formed of fluorite, which is formed between the lens elements of a given pair consisting of the quartz the lens control unit 12 for controlling the gas pressure of a predetermined gas chamber. 大気圧変化、若しくは温度変化等の環境変化、又は露光用照明光の投影光学系PL1に対する照射量の履歴等に応じて、投影光学系PL1の倍率、焦点位置(ベストフォーカス位置)、像面湾曲等の結像特性が変化した場合に、主制御装置18からの指令に基づいてそれらの結像特性をレンズ制御装置12が補正するようになっている。 Atmospheric pressure changes, or environmental changes such as temperature changes, or in response to the irradiation amount of history and the like with respect to the projection optical system PL1 of the exposure illumination light, the magnification of the projection optical system PL1, the focal position (best focus position), field curvature when the imaging characteristics etc is changed, the main control unit 18 lens control unit 12 and their imaging characteristics based on a command from is adapted to correct. なお、レンズ制御装置12としては、圧力制御装置の他に、例えば石英若しくは蛍石からなる所定のレンズエレメントの光軸AX方向の位置や傾斜角を制御するレンズ位置制御装置、又はレチクルRの光軸AX方向の位置や傾斜角を制御するレチクル位置制御装置等を使用してもよい。 As the lens control unit 12, in addition to the pressure control device, such as quartz or lens position control device for controlling the position and inclination angle of the optical axis AX direction of the predetermined lens elements made of fluorite, or the reticle R light a reticle position control device for controlling the position and angle of inclination of the axis AX direction may be used. 【0024】更に、投影光学系PL1には、一部の蛍石よりなる1枚又は複数枚のレンズエレメントの温度を制御するためのレンズ温度制御装置13が接続されている。 Furthermore, the projection optical system PL1, the lens temperature control device 13 for controlling the temperature of a portion of one or a plurality comprised of fluorite lens elements are connected. 本例では、環境変化、又は照射量の履歴等に応じて、投影光学系PL1の非線形的なデフォーカス(像面湾曲等)が悪化した場合に、主制御装置18からの指令に基づいてレンズ温度制御装置13がその非線形的なデフォーカスを補正するようになっている。 In this example, environmental changes, or according to the irradiation amount of history and the like, when non-linear defocusing of the projection optical system PL1 (field curvature, etc.) has deteriorated, the lens on the basis of a command from the main controller 18 temperature control device 13 is adapted to correct the non-linear defocusing. また、その非線形的なデフォーカスの補正によって、投影光学系PL Further, the correction of the nonlinear defocusing, the projection optical system PL
1の線形倍率誤差が悪化したときには、その線形倍率誤差をレンズ制御装置12が補正するようになっている。 When the first linear magnification error is deteriorated, the linear magnification error lens control unit 12 is adapted to correct. 【0025】また、本例の投影露光装置には、投影光学系PL1による露光領域内の複数の計測点でウエハW上にスポット光を斜めに投射する投射光学系68と、それらの計測点からの反射光を受光してそれぞれスポット光を再結像し、これらの再結像されたスポット光の横ずれ量に対応した焦点信号を出力する受光光学系69と、からなる焦点位置検出系が設けられている。 Further, the projection exposure apparatus of this embodiment, the projection optical system 68 for projecting a spot light obliquely onto the wafer W at a plurality of measurement points in the exposure area of ​​the projection optical system PL1, from their measurement point each receiving a spot light reflected light re-imaged, a light receiving optical system 69 for outputting a focus signal corresponding to a lateral deviation amount of these re-imaged spot light, from the focal position detection system is provided for It is. その受光光学系69からの複数の焦点信号が主制御装置18に供給されている。 A plurality of focus signals from the light receiving optical system 69 is supplied to main controller 18. この場合、ウエハWの表面の投影光学系PL In this case, the projection optical system on the surface of the wafer W PL
1の光軸方向(Z方向)の位置(フォーカス位置)が変化すると、対応する焦点信号のレベルが変化することから主制御装置18ではウエハWのフォーカス位置をモニタする。 When the position of 1 in the optical axis direction (Z-direction) (the focus position) changes, monitoring the focus position of the corresponding master controller from the level of the focus signal changes to 18 the wafer W. そして、主制御装置18ではステージ制御系1 Then, main controller 18 in the stage control system 1
1を介してウエハステージ2内のZ方向への駆動機構の動作を制御することにより、ウエハWの露光対象のショット領域の平均面の中央でのフォーカス位置を、予め求めてある投影光学系PL1の結像面の平均面の中央でのフォーカス位置に維持させる。 By controlling the operation of the driving mechanism in the Z direction in the wafer stage 2 via a 1, the focus position at the center of the average surface of the shot area subject to exposure of the wafer W, are calculated in advance the projection optical system PL1 to maintain the in-focus position in the middle of the average plane of the imaging plane. 【0026】また、本例では投影光学系PL1の像面湾曲を補正すると、結像面の平均的な面の中央でのフォーカス位置にオフセットが生ずることがあるため、そのようなオフセットが生じたときには、ウエハステージ2を駆動してウエハWのフォーカス位置をそのオフセット分だけ補正して、結像面とウエハWの表面との間にデフォーカスが生ずるのを防止している。 Further, in the present embodiment when correcting the field curvature of the projection optical system PL1, since the focus position at the center of the average plane of the image plane may be offset occurs, such an offset has occurred sometimes, the focus position of the wafer W by driving the wafer stage 2 is corrected by the offset, thereby preventing defocusing of generated between the imaging plane and the surface of the wafer W. 更に、本例のウエハステージ2にはウエハWの傾斜角を補正する機構(レベリングステージ)も設けられ、主制御装置18はその焦点位置検出系の複数の計測点でのフォーカス位置よりウエハWの傾斜角を求め、ウエハWの傾斜角を結像面の傾斜角に合わせ込むようにしている。 Further, mechanism on the wafer stage 2 of the present embodiment is to correct the inclination angle of the wafer W (the leveling stage) also provided, the main controller 18 of the wafer W from the focus position at a plurality of measurement points of the focal position detection system It determined the tilt angle and the tilt angle of the wafer W so as Komu suit the inclination angle of the imaging plane. 【0027】更に、本例の投影光学系PL1の側面には、ウエハW上の各ショット領域に付設されたアライメント用のウエハマークの位置を検出するためのオフ・アクシス方式の撮像方式のアライメントセンサ70も設けられている。 Furthermore, the side surface of the projection optical system PL1 of the present example, the alignment sensor of the imaging system off-axis type for detecting the position of the wafer mark for alignment which are attached to each shot area on the wafer W 70 is also provided. 次に、本例の投影光学系PL1の構成、及びレンズ温度制御装置13等の構成につき、図2等を参照して詳細に説明する。 Next, the configuration of the projection optical system PL1 of the present example, and every structure, such as a lens temperature control device 13, with reference to FIG. 2 and the like will be described in detail. 【0028】図2は、本例の投影光学系PL1の内部構造、及び結像特性の制御システムを示し、この図2において、投影光学系PL1は、一例として鏡筒4内にウエハW側から順に配列された6枚のレンズエレメント25 [0028] Figure 2, the internal structure of the projection optical system PL1 of the present example, and shows a control system of the imaging characteristics, in FIG. 2, the projection optical system PL1 from the wafer W side to the lens barrel 4 as an example 6 lens elements arranged in order 25
〜30、4枚のレンズエレメント31〜34、及び4枚のレンズエレメント35A〜38Aによって構成されている。 ~30,4 lens elements 31 to 34, and is constituted by four lens elements 35A~38A. また、レンズエレメント36A及び37Aのみは蛍石より形成され、その他のレンズエレメントは石英より形成されている。 The lens elements 36A and 37A only is formed of fluorite, and the other lens element is formed of quartz. そして、レンズエレメント33,3 The lens element 33,3
4はレンズ枠G1を介して鏡筒4内に固定され、レンズエレメント35A〜38Aはレンズ枠G2を介して鏡筒4内に固定され、他のレンズエレメントもそれぞれ不図示のレンズ枠を介して鏡筒4内に固定されている。 4 is fixed to the lens barrel 4 via a lens frame G1, the lens element 35A~38A is fixed to the lens barrel 4 via a lens frame G2, respectively Other lens elements via a lens frame (not shown) It is fixed to the lens barrel 4. 【0029】この場合、レンズエレメント33,34及びレンズ枠G1で囲まれた気体室は密封されており、その気体室が配管12cを介してベローズ機構12bに接続され、ベローズ機構12bの伸縮量が制御部12aによって制御されるようになっている。 [0029] In this case, the gas enclosed in the lens elements 33, 34 and lens frame G1 chamber is sealed, the gas chamber is connected to the bellows mechanism 12b via a pipe 12c, expansion of the bellows mechanism 12b is and it is controlled by the control unit 12a. この制御部12 The control unit 12
a、ベローズ機構12b、及び配管12cより図1のレンズ制御装置12が構成され、ベローズ機構12bの伸縮量の調整によってその気体室内の気体(例えば空気) a, bellows mechanism 12b, and a lens control unit 12 of FIG. 1 from line 12c is configured and gas in the gas chamber by adjusting the amount of extension of the bellows mechanism 12b (e.g., air)
の圧力が制御できるようになっている。 It is capable of controlling the pressure of. 【0030】そして、蛍石よりなるレンズエレメント3 [0030] The lens element 3 made of fluorite
6A,37A及びレンズ枠G2で囲まれた気体室には、 6A, the gas chamber surrounded by 37A and the lens frame G2,
配管21を介して温度制御装置13bから、主制御装置18に指示された任意の温度の気体が供給され、その気体室を循環した気体が配管22を介して温度制御装置1 From the temperature controller 13b via the pipe 21, any temperature of the gases were directed to the main control unit 18 is supplied, the temperature control device 1 gas was circulated through the gas chamber via a pipe 22
3bに戻される構成となっている。 It has a configuration that is returned to 3b. なお、その気体室内に流す気体が投影光学系PL1の周囲の大気(空気)と同じ成分である場合には、必ずしもその気体室を通過した気体を配管22を介して温度制御装置13bに戻す必要はないが、例えば温度管理の容易な気体(例えば窒素ガス等)を使用する場合には、閉ループで温度制御を行うために配管22を使用する必要がある。 Incidentally, in which case the gas the gas flowing through the chamber is the same component as the atmosphere (air) surrounding the projection optical system PL1 is always necessary to return to the temperature control device 13b via a gas piping 22 which has passed through the gas chamber Although there is no, for example when using an easy gas temperature control (for example, nitrogen gas, etc.), it is necessary to use a pipe 22 to control the temperature in a closed loop. 【0031】また、本例では温度制御装置13bによってレンズエレメント36A,37Aの温度制御を行うため、これらレンズエレメント36A,37Aの温度がレンズ枠G2、鏡筒4、及び気体を媒介として前後の石英よりなるレンズエレメント35A,38Aに伝導するのを防止する必要がある。 Further, in order to perform the lens elements 36A, 37A temperature control by the temperature controller 13b in this embodiment, these lens elements 36A, temperature lens frame G2 of 37A, the barrel 4, and the front and rear of the quartz gas as a medium become more lens elements 35A, it is necessary to prevent the conduction 38A. そのため、レンズエレメント3 Therefore, lens element 3
7A,38A及びレンズ枠G2により囲まれた気体室、 7A, the gas chamber surrounded by 38A and the lens frame G2,
及びレンズエレメント35A,36A及びレンズ枠G2 And the lens elements 35A, 36A and the lens frame G2
により囲まれた気体室には、それぞれ配管19及び20 The gas chamber enclosed by each pipe 19 and 20
を介して温度制御装置13aから一定温度の気体を流している。 And flowing a constant temperature of the gas from the temperature controller 13a via. この一定温度の気体としては、温度伝導率の低い気体(空気等)が使用され、それらの気体室を循環した気体がそれぞれ配管23A及び24Aを介して温度制御装置13aに戻されている。 As the gas in this constant temperature, low temperature conductivity gas (such as air) is used, the gas was circulated through them of the gas chamber is returned to the temperature control device 13a via respective pipes 23A and 24A. 温度制御装置13a,1 Temperature control device 13a, 1
3b、及び配管19〜22,23A,24Aより図1のレンズ温度制御装置13が構成されている。 3b, and the pipe 19~22,23A, the lens temperature control device 13 of FIG. 1 is composed of 24A. 【0032】また、本例の投影露光装置では、種々のパターンを高い解像度で露光するために、図1の照明光学系14による照明条件を通常の状態、変形光源、輪帯照明、及びコヒーレンスファクタであるσ値が小さい状態等に切り換えられるようになっている。 Further, the projection exposure apparatus of this embodiment, in order to expose a variety of patterns with high resolution, the illumination condition by the illumination optical system 14 of FIG. 1 normal state, modified light source, annular illumination, and the coherence factor σ value is adapted to be switched to a small state like. 図12は、照明光学系14を切り換えた場合に投影光学系PL1を通過する照明光の状態を示し、先ず、通常の状態ではレチクルRを通過した0次光は、図12(a)に示すように、 12 shows the state of the illumination light passing through the projection optical system PL1 in the case of switching the illumination optical system 14, firstly, 0 order light passing through the reticle R in a normal state, shown in Figure 12 (a) like,
投影光学系PL1の瞳面(レチクルRに対するフーリエ変換面)で所定のほぼ円形の領域を通過している。 Passes through a predetermined generally circular region (Fourier transform plane with respect to the reticle R) pupil plane of the projection optical system PL1. 次に、照明光学系14を変形光源状態とした場合には、レチクルRを通過した0次光は、図12(b)に断面図で示すように、投影光学系PL1の瞳面上で離れた複数の領域を通過する。 Then, when the illumination optical system 14 and modified light source state, 0 order light passing through the reticle R, as shown in cross section in FIG. 12 (b), away on the pupil plane of the projection optical system PL1 passing a plurality of regions. また、照明光学系14を輪帯照明状態とした場合には、レチクルRを通過した0次光は、投影光学系PL1の瞳面上でほぼ輪帯状の領域を通過する。 Further, when the illumination optical system 14 and the annular illumination state, 0 order light passing through the reticle R passes through a substantially annular region on the pupil plane of the projection optical system PL1.
更に、照明光学系14をコヒーレンスファクタであるσ Furthermore, sigma illumination optical system 14 is a coherence factor
値が小さい状態とした場合には、レチクルRを通過した0次光は、図12(c)に示すように、投影光学系PL When the value is small state, 0 order light passing through the reticle R, as shown in FIG. 12 (c), the projection optical system PL
1の瞳面上でほぼ小さい円形の領域を通過する。 It passes through the substantially small circular area on a pupil plane. これらの照明条件によっても、投影像の結像特性が変化する。 By these lighting conditions, imaging characteristics of the projection image is changed. 【0033】次に、本例で投影光学系PL1の像面湾曲を除去する場合の動作の一例につき説明する。 Next, it will be described an example of the operation for removing the curvature of the projection optical system PL1 in the present embodiment. 本例の投影光学系PL1のレンズエレメントの硝材は、石英及び蛍石である。 The glass material of the lens element of the projection optical system PL1 of the present example is a quartz and fluorite. ここで、石英は温度が上昇しても膨張係数が小さいため殆ど膨張しないが、屈折率が大きくなる特性を持っている。 Here, quartz is not expanded little because even a small expansion coefficient temperature rises, and has a characteristic that the refractive index increases. 従って、図6(b)に示すように、石英の正のレンズ49Bでは温度が上昇すると、結像面F Accordingly, as shown in FIG. 6 (b), when the temperature in the positive lens 49B of the quartz increases, the image plane F
Bがそのレンズに近付く方向に変位する。 B is displaced in the direction approaching to the lens. 一方、蛍石は温度の上昇で膨張し、屈折率は小さくなる特性を持っている。 On the other hand, fluorite will expand at elevated temperatures, the refractive index has a smaller characteristic. そのため、図6(a)に示すように、蛍石の正のレンズ49Aでは温度が上昇すると、結像面FAはそのレンズから遠ざかる方向に変位する。 Therefore, as shown in FIG. 6 (a), the temperature in the positive lens 49A fluorite increases, the image plane FA is displaced in a direction away from the lens. なお、上述の硝材の屈折率の温度特性は、単にその屈折率自体の温度特性のみならず、その硝材からなるレンズの熱膨張や鏡筒の膨張をも考慮して温度が変化したときに結像面がどの方向に変化するかによって定められる特性である。 Incidentally, sintering when the temperature characteristic of the refractive index of the above glass material, which not only the temperature characteristic of the refractive index itself, the temperature has changed in consideration of the expansion of the thermal expansion and the barrel of the lens made of the glass material is a characteristic that is determined depending on whether the image plane changes in any direction. 【0034】更に、投影光学系PL1の像面湾曲について図7及び図8を参照して説明する。 Furthermore, it will be described with reference to FIGS. 7 and 8 for the field curvature of the projection optical system PL1. 図7及び図8において、縦軸は像高H、横軸はその像高Hにおける投影光学系PL1の結像面のフォーカス位置Z Fであり、光軸上(H=0)でのフォーカス位置を設計上のフォーカス位置として示してある。 7 and 8, the vertical axis represents the image height H, the horizontal axis represents the focus position Z F of the imaging plane of the projection optical system PL1 in the image height H, the focus position on the optical axis (H = 0) It is shown as the focus position on the design. この場合、或る環境下で、或る時間露光を継続して行った後における、投影光学系PL In this case, under certain circumstances, definitive after was continuously performed a certain time exposure, projection optical system PL
1の石英からなるレンズエレメントに依る結像面は、図7(a)の曲線61Aで示すように、下に凸の像面湾曲となる。 Imaging plane due to the lens element consisting of one of quartz, as shown by curve 61A in FIG. 7 (a), the curvature of the downwardly convex. 【0035】これに対して、本例では図1のレンズ温度制御装置13を介して、投影光学系PL1内の蛍石よりなるレンズエレメント36A,37Aの温度を調整することにより、投影光学系PL1の蛍石よりなるレンズエレメントに依る像面湾曲を、図7(a)の曲線61Aとほぼ逆の特性の像面湾曲を有するように設定する。 [0035] In contrast, in the present example through the lens temperature control device 13 of FIG. 1, the lens element 36A made of fluorite in the projection optical system PL1, by adjusting the temperature of 37A, the projection optical system PL1 to set the curvature of field due to lens elements made of fluorite, so as to have a substantially image plane of the inverse characteristic curved curve 61A in FIG. 7 (a). しかしながら、そのように蛍石よりなるレンズエレメントの像面湾曲を設定しても、その結像面のフォーカス位置には所定の像高Hの全範囲で一定のオフセットが重畳される。 However, setting the curvature of the lens elements so made of fluorite, a constant offset is superimposed over the entire range of a predetermined image height H is the focus position of the imaging plane. 従って、投影光学系PL1の蛍石よりなるレンズエレメントに依る結像面のフォーカス位置の分布は、図7 Therefore, the distribution of the focus position of the imaging plane due to the lens elements made of fluorite of the projection optical system PL1 is 7
(b)の曲線62Cで示すように、所定のオフセットに、図7(a)の曲線61Aとほぼ逆の特性の像面湾曲を重畳した特性となる。 As shown by the curve 62C of (b), a predetermined offset, a characteristic obtained by superimposing curvature substantially opposite characteristics curve 61A in FIG. 7 (a). 【0036】そのため、投影光学系PL1の全体としての結像面のフォーカス位置Z Fは、図7(c)の直線6 [0036] Therefore, the focus position Z F of the focal plane of the entire projection optical system PL1 is linear in FIG. 7 (c) 6
3Aで示すように、像高Hの全範囲でほぼ一定の値となり、ウエハWの表面との間でデフォーカスが生ずる。 As shown in 3A, substantially constant value over the entire range of image height H, defocusing occurs between the surface of the wafer W. そこで、図1のウエハステージ2内のZ方向への駆動機構を用いて、投影光学系PL1に対して、そのデフォーカス分だけウエハWの表面のフォーカス位置を補正する。 Therefore, by using the driving mechanism in the Z direction in the wafer stage 2 in FIG. 1, the projection optical system PL1, to correct the focus position of the surface of the defocus amount corresponding wafer W.
これは、実質的に投影光学系PL1の結像面に対して、 This means that for the image plane of the substantially projection optical system PL1,
図7(c)の直線64Aで示すようなフォーカス位置のオフセットを加えることを意味する。 It means adding an offset of the focus position as shown by a straight line 64A in FIG. 7 (c). その結果、ウエハWの表面を基準とした本例の投影光学系PL1の結像面のフォーカス位置Z Fの分布は、図8の曲線65Aに示すようになり、像面湾曲と共に一定のデフォーカスも除去されている。 As a result, the distribution of the focus position Z F of the imaging plane of the projection optical system PL1 surface of this example on the basis of the wafer W is as shown in curve 65A in FIG. 8, a certain defocusing with curvature It has also been removed. 従って、結像面の全体で焦点深度の幅が従来例よりも広くなり、投影像が全体として高い解像度で投影露光される。 Therefore, the width of the focal depth in the entire image plane becomes larger than the conventional example, the projected image is projected and exposed with high resolution as a whole. 【0037】更に、蛍石よりなるレンズエレメント36 [0037] In addition, the lens element 36 consisting of fluorite
A,37Aの温度を調整することにより、その結像面の線形倍率誤差(像高Hに比例して倍率が変化する誤差) A, by adjusting the temperature of 37A, (error ratio in proportion to the image height H is changed) its linear magnification error of the imaging plane
が悪化することがある。 There may be deteriorated. このように線形倍率誤差が発生したときには、図1のレンズ制御装置12を介してその結像面に対して、発生した線形倍率誤差をほぼ相殺するような線形倍率誤差を付与する。 When this linear magnification error occurs as for that image plane through the lens control unit 12 of FIG. 1, to impart linear magnification error as to substantially cancel the linear magnification error that occurred. その結果、本例の投影光学系PL1の結像特性は像面湾曲も、ディストーションも除去された良好な特性となる。 As a result, the imaging characteristic of the projection optical system PL1 of the present example field curvature, distortion also becomes favorable characteristics removed. 【0038】ここで、図9及び図10を参照して投影光学系PL1の結像面のフォーカス位置の分布の計測方法の一例につき説明する。 [0038] Here, will be described an example of a measuring method of referring to the distribution of the focus position of the imaging plane of the projection optical system PL1 to FIGS. そのため、図1のレチクルRとして、照明領域内に所定個数のそれぞれ1対の(例えば16対の)評価用マークが均等に分布するテストレチクルを使用する。 Therefore, as the reticle R in FIG 1, each pair of predetermined number of illumination area (e.g. 16 pairs) evaluation marks uses a test reticle evenly distributed. それら各対の評価用マークは、X方向に所定ピッチで配列されたライン・アンド・スペースパターンよりなるX軸の評価用マーク、及びこの評価用マークを90°回転した構成のY軸の評価用マークよりなり、その内のi番目(i=1〜16)のY軸の評価用マークの投影像MY(i)を図9(a)に示す。 Evaluation mark thereof each pair evaluation mark of X-axis in the X-direction consisting of a line-and-space pattern arranged at a predetermined pitch, and for evaluation of the Y-axis of the configuration of the evaluation mark is rotated 90 ° consists mark indicates i-th of which the (i = 1 to 16) of the Y projected image evaluation mark of shaft MY (i) in Figure 9 (a). なお、以下ではY軸の評価用マークの投影像を用いて結像面(最良結像面)のフォーカス位置を検出するが、X軸の評価用マークの投影像をも使用して、両方の方法で求めたフォーカス位置の差を求めてもよい。 In the following we will detect the focus position of the focal plane using the projection image of the evaluation mark of Y-axis (the best image plane), and also using a projection image of the evaluation mark of the X-axis, both You may obtain the difference of the focus position obtained by the method. 【0039】図9(a)において、投影像MY(i)はY方向に所定ピッチで明部P1〜P5が配列されたパターンであり、先ずウエハステージ2のZ方向の位置を所定の初期値に設定した状態で、図1のウエハステージ2 [0039] In FIG. 9 (a), the projected image MY (i) is a pattern that bright portions P1~P5 are arranged at a predetermined pitch in the Y-direction, first the position in the Z direction of the wafer stage 2 in a predetermined initial value in the set conditions, the wafer stage 2 in FIG. 1
を駆動することにより、結像特性計測用センサ3の矩形の開口部50aでその投影像MY(i)をY方向に走査する。 By driving the scans the projected image MY (i) to the Y direction in the rectangular opening 50a of the imaging characteristic measuring sensor 3. その際に図9(b)の光電変換素子52から出力される検出信号S1が、信号処理部53の内部でアナログ/デジタル(A/D)変換されて、ウエハステージ2 Detection signal S1 outputted from the photoelectric conversion element 52 shown in FIG. 9 (b) at that time, within the signal processor 53 is converted analog / digital (A / D), the wafer stage 2
のY座標に対応して記憶される。 It is stored corresponding to the Y coordinate. 【0040】図10(a)は本例の検出信号S1を示し、本例の開口部50aは矩形であるため、その図10 [0040] 10 (a) shows a detection signal S1 of the present embodiment, since the openings 50a of this embodiment is rectangular, the 10
(a)に示すように、得られる検出信号S1は、Y座標に応じて階段状に変化する信号となる。 (A), the detection signal S1 obtained is a signal that changes stepwise in accordance with the Y coordinate. そこで、一例として信号処理部53では、その検出信号S1をY座標で微分して(実際の処理上では差分演算となる)、図10 Therefore, the signal processing section 53 as an example, (a difference operation on actual processing) and the detection signal S1 is differentiated in Y coordinate, FIG. 10
(b)に示すような微分信号dS1/dYを得る。 Obtaining a differential signal dS1 / dY as shown in (b). この微分信号dS1/dYがピークを取るY軸上の位置Y 1 Position Y 1 on the Y-axis the differential signal dS1 / dY take a peak
〜Y 5がそれぞれ図9(a)の評価用マークの投影像M To Y 5 are projected image M of the evaluation mark, respectively, in FIG 9 (a)
Y(i)の明部P1〜P5に対応している。 It corresponds to the bright portion P1~P5 of Y (i). 結像特性計測用センサ3の撮像面が結像面のフォーカス位置(ベストフォーカス位置)にあるときに、微分信号dS1/d When the imaging surface of the imaging characteristic measuring sensor 3 is at the focus position of the imaging plane (best focus position), the differential signal dS1 / d
Yの明部P1〜P5に対応する波形のコントラストが最大となり、その明部P1〜P5に対応する波形の高さの平均値ΔS(図10(a)の検出信号S1の傾きに対応する)が最大となる。 Contrast of the corresponding waveform to the bright portion P1 to P5 of the Y is maximized, (corresponding to the inclination of the detection signal S1 in FIG. 10 (a)) the light portion height of the average value of the waveform corresponding to P1 to P5 [Delta] S There is maximum. そこで、信号処理部53ではその微分信号dS1/dYのピーク部の高さの平均値ΔSを求める。 Therefore, the average value ΔS of the height of the peak portion of the signal processing unit 53 that the differential signal dS1 / dY. そして、例えば16個の投影像の全部についてそれぞれそのピーク部の高さの平均値ΔSを求める。 Then, for example, respectively, for a total of 16 pieces of the projected image obtaining the average value ΔS of the height of the peak portion. その後、図1のウエハステージ2のZ方向への駆動部を介して、結像特性計測用センサ3の表面のZ方向への位置を所定のステップ幅で変化させながらそれぞれ16個の投影像についてそのピーク部の高さの平均値ΔSを求める。 Then, through the drive unit in the Z direction of the wafer stage 2 in FIG. 1, for the 16 projections respectively while changing the position in the Z direction of the surface of the imaging characteristic measuring sensor 3 at a predetermined step width the average value ΔS of the height of the peak portion. 【0041】その結果、16個の投影像の内の或る像高の投影像について、図10(c)に点列示すような計測データが得られる。 [0041] As a result, for the 16 certain image height of the projected image of the projection image, the measurement data is obtained as shown point sequence in Figure 10 (c). 図10(c)において、横軸は結像特性計測用センサ3の撮像面のZ方向の位置、縦軸はそのピーク部の高さの平均値ΔSである。 In FIG. 10 (c), the horizontal axis represents the position in the Z-direction of the imaging surface of the imaging characteristic measuring sensor 3, the vertical axis represents the average value ΔS of the height of the peak portion. そして、信号処理部53では、図10(c)の点列を例えば2次曲線7 Then, the signal processing unit 53, 10 columns, for example, quadratic curve points (c) 7
1で最小自乗近似し、その2次曲線71がピークとなるZ方向の位置Z Fをその像高での結像面のフォーカス位置とみなす。 And the least square approximation in 1, consider the position Z F in the Z direction in which the quadratic curve 71 reaches a peak focus position of the focal plane at the image height. 種々の像高のマークについてそれぞれ結像面のフォーカス位置Z Fを求めることにより、現在の環境における図8に示すようなフォーカス位置の分布(像面湾曲)を計測できる。 Each by obtaining the focus position Z F of the imaging surface for marks of various image heights can be measured distribution of the focus position as shown in FIG. 8 in the current environment (field curvature). また、計測されるのは像高H上の所定の複数の計測点でのフォーカス位置であるため、 Further, since being measured is a focus position at a predetermined plurality of measurement points on the image height H,
それらの間の像高でのフォーカス位置は前後の計測点でのフォーカス位置を補間して得られる値を使用してもよい。 Focus position of the image height therebetween may use a value obtained by interpolating the focus position before and after the measurement point. 【0042】次に、図2における蛍石よりなるレンズエレメント36A,37Aの温度の設定値の決定方法の一例につき説明する。 Next, it will be described an example of a method for determining a lens element 36A, the temperature of 37A setpoint made of fluorite in FIG. 先ず、投影光学系PL1の周囲の空気の圧力(大気圧)をxとして、大気圧xが基準値x 0 First, the pressure of the air around the projection optical system PL1 to (atmospheric pressure) as x, atmospheric pressure x the reference value x 0
から変化することによって投影光学系PL1に許容値を超える像面湾曲が生じた場合に、その像面湾曲を相殺するためのレンズエレメント36A,37Aの温度yの設定値につき説明する。 If it exceeds the allowable value in the projection optical system PL1 by changing from field curvature occurs, it will be described the set value of the temperature y of the lens elements 36A, 37A to offset the curvature of field. この場合、大気圧xが基準値x 0 In this case, atmospheric pressure x the reference value x 0
から変化することによって生ずる投影光学系PL1の像面湾曲を光学計算によって求める。 Field curvature of the projection optical system PL1 caused by changing from determined by optical calculation. そして、このように求めた像面湾曲と、逆の特性の像面湾曲を発生させるためのレンズエレメント36A,37Aの温度yを計算によって求める。 Then, determine the curvature of field in this way determined, the lens elements 36A for generating the curvature of the opposite characteristics, the temperature y of 37A by calculation. 【0043】図11の実線の曲線は、そのようにして予め大気圧xの関数FA(x)として求められた温度y The solid curve in FIG. 11, the temperature y was determined as a function FA (x) of the manner previously atmospheric pressure x
(y=FA(x))を表し、この図11において、横軸は大気圧x、縦軸は蛍石よりなるレンズエレメント36 (Y = FA (x)) represents, in this FIG. 11, the horizontal axis represents the atmospheric pressure x, the lens elements 36 and the vertical axis consisting of fluorite
A,37Aの温度yであり、基準大気圧x 0で像面湾曲を最小とするためのレンズエレメント36A,37Aの温度をy 0としてある。 A, 37A the temperature y of a certain lens element 36A in order to minimize the field curvature at a reference atmospheric pressure x 0, the temperature of 37A as y 0. 実用上でも、その関数FA In practice, the function FA
(x)に基づいて温度yを設定するようにしてもよい。 It may be set the temperature y based on the (x). 【0044】しかしながら、実際には投影光学系PL1 [0044] However, in practice projection optical system PL1
の各光学要素の製造誤差等によって、関数FA(x)で求めた温度yでは像面湾曲が十分に小さくならないことがある。 Due to a manufacturing error of each optical element, the temperature y is field curvature may not be small enough calculated with the function FA (x). 更に、本例の図1の照明光学系14では、図1 Further, in the illumination optical system 14 of FIG. 1 of the present embodiment, FIG. 1
2で説明したように、通常照明、変形光源法、及びコヒーレンスファクタ(σ値)を小さくした照明等のように照明条件を種々に切り換えて使用できるようになっている。 As described in 2, and normal illumination, it modified light source method, and illumination conditions as illumination or the like to reduce the coherence factor (sigma value) to be used is switched to various. そのため、上述の関数FA(x)も照明条件毎に計算する必要があるが、特に変形光源法やコヒーレンスファクタ(σ値)を小さくした照明等での計算結果の信頼性は低いことがある。 Therefore, it is necessary above function FA (x) is also calculated for each illumination condition may be low, especially the reliability of the calculation result of the modified light source method or coherence factor (sigma value) Decrease the lighting and the like. そこで、像面湾曲をより小さくするためには、次のようにして関数FA(x)のキャリブレーションを行うことが望ましい。 Therefore, in order to further reduce the field curvature, it is preferable to perform the calibration as follows function FA (x). 【0045】即ち、実際に良く当てはまる関数を求めるために、基準大気圧x 0と異なる任意の1点の大気圧x [0045] That is, in fact well apply to determine the function, the reference atmospheric pressure x atmospheric pressure x 0 is different from any one point
1において、図1の結像特性計測用センサ3を用いて投影光学系PL1の投影像の像面湾曲を求める。 In one obtains the curvature of the projected image of the projection optical system PL1 using imaging characteristic measuring sensor 3 of Figure 1. 次に、レンズ温度制御装置13を介して蛍石よりなるレンズエレメント36A,37Aの温度を制御して、その投影像の像面湾曲が0(最小)になるときの温度y 1を求める。 Next, the lens temperature control device 13 formed of fluorite through the lens elements 36A, by controlling the temperature of 37A, obtains the temperature y 1 at which the curvature of the projected image becomes 0 (minimum).
この際に、蛍石よりなるレンズエレメント36A,37 At this time, the lens element 36A, 37 consisting of fluorite
Aの温度は、理論的な関数FA(x)で定められる温度yの近傍で変化させるようにする。 Temperature of A is such varied in the vicinity of the temperature y defined by the theoretical function FA (x). その後、レンズ制御装置12を用いて、残存する線形倍率誤差を0にするための上述の気体室の圧力も求めておく。 Then, using the lens control unit 12, the pressure of the gas chamber described above for the 0 linear magnification error which remains even previously obtained. これと共に、残存するフォーカス位置のオフセットも求めておく。 At the same time, previously obtained even offset of the focus position remaining. 【0046】また、その大気圧x 1と異なる他の大気圧x 2においても、同様にして実際に投影像の像面湾曲をほぼ0にするための蛍石よりなるレンズエレメントの温度y [0046] Further, the temperature y of the even at atmospheric pressure x 1 and different from the atmospheric pressure x 2, consisting of fluorite to substantially zero curvature of the actual projected image in a similar manner the lens element 2 、及び残存する線形倍率誤差を0にするためのその気体室の圧力を求め、残存するフォーカス位置のオフセットを求める。 2, and obtains the pressure of the gas chamber for zero linear magnification error remaining to determine the offset of the focus position remaining. そして、大気圧がx 0 ,x 1 ,x 2の点での蛍石よりなるレンズエレメントの実測された温度より、図11に点線で示すように、例えば2次関数として、大気圧xに対する蛍石よりなるレンズエレメントの温度yを表す関数FA'(x)を求めることができる。 Then, the temperature at which the atmospheric pressure actually measured lens elements made of fluorite in terms of x 0, x 1, x 2, as indicated by a dotted line in FIG. 11, for example as a quadratic function, firefly against atmospheric pressure x it can be obtained function FA '(x) representative of the temperature y of the lens element made of stone.
更に、このときに残存する線形倍率誤差を0にするためのその気体室の圧力も、その大気圧xの関数として求めることができる。 Furthermore, the pressure of the gas chamber for the linear magnification error remaining in this case to 0 can also be determined as a function of the atmospheric pressure x. 同時に、残存するフォーカス位置のオフセットも大気圧xの関数として求めることができる。 At the same time, it is possible to obtain the offset of the focus position remaining as a function of atmospheric pressure x.
なお、測定点数を増加させて、大気圧xの3次以上の関数として蛍石よりなるレンズエレメントの温度y等を定めてもよい。 Note that increasing the number of measurement points, may define the temperature y or the like of the lens element made of fluorite as the tertiary or more functions of the atmospheric pressure x. その関数FA'(x)を使用することによって、投影像の像面湾曲をより小さくできる。 By using the function FA '(x), it can be further reduced curvature of the projected image. 【0047】また、図11の関数FA'(x)は通常の照明条件(図12(a)の方式)のもとで求めた関数であるが、他の2種類の照明条件(図12(b)及び(c)の方式)等のもとでも同様にキャリブレーションを行う。 Further, although a function obtained by the original function of Figure 11 FA '(x) normal illumination conditions (method of FIG. 12 (a)), two other illumination conditions (Fig. 12 ( b) and perform the calibration as well under method), etc. (c). 図12(b)及び(c)の照明条件のもとで、 Figure 12 (b) and under the illumination condition (c),
蛍石よりなるレンズエレメントの像面湾曲を最小にするための温度yを大気圧xの関数として求めた結果が、それぞれ図13の関数FA1(x)及びFA3(x)で表されている。 The temperature y for minimizing field curvature of the lens elements made of fluorite results obtained as a function of atmospheric pressure x is represented by a function of the respective Figure 13 FA1 (x) and FA3 (x). また、図13の関数FA2(x)は図11 The function FA2 (x) of FIG. 13 FIG. 11
の関数FA'(x)と同じ関数、即ち通常の照明条件下で求めた関数である。 Function FA '(x) and the same function, i.e. a function obtained under normal lighting conditions. このように関数を求めた場合には、図13の3つの関数FA1(x)〜FA3(x)を図1の主制御装置18内の記憶部に記憶しておく。 Thus when seeking function, stored in the storage unit of the main control unit 18 of FIG. 1 the three functions of Figure 13 FA1 (x) ~FA3 (x). そして、主制御装置18では計測される大気圧xに応じて、 Then, according to the atmospheric pressure x which is measured the main controller 18,
使用されている照明条件に応じた関数より蛍石のレンズエレメントの温度yの目標値を求め、レンズ温度制御装置13を介してそのレンズエレメントの温度をその目標値に設定する。 It obtains a target value of the temperature y of the lens element of fluorite from function according to the illumination conditions used, through the lens temperature control device 13 to set the temperature of the lens element to the target value. 【0048】上述の例では、大気圧による像面湾曲の補正について説明したが、それ以外にも、露光用の照明光が投影光学系を通過する際の照射エネルギーで各レンズエレメントが膨張したり、各レンズエレメントの屈折率が変化したりすることがあり、それによっても像面湾曲が発生する。 [0048] In the above example has been described correction of the field curvature due to the atmospheric pressure, in addition to it, or each lens element is expanded in the irradiation energy when the illumination light for exposure passes through the projection optical system , there is the refractive index of each lens element or changes, field curvature also generated thereby. そこで、投影光学系PL1を単位時間当たりに通過する照射エネルギーをeとし、照射エネルギーeの関数として像面湾曲を最小にするための蛍石よりなるレンズエレメントの温度yを求めておく必要がある。 Therefore, the radiation energy passes through the projection optical system PL1 per unit time and e, it is necessary to obtain the temperature y of the lens element made of fluorite to minimize the field curvature as a function of illumination energy e .
更に、この場合の関数も照明条件毎に求めておく必要がある。 Furthermore, the function of this case it is necessary to obtain for each illumination condition. 【0049】図14は、照射エネルギーeに対して像面湾曲が最小になるようにキャリブレーションを行って求めた、蛍石よりなるレンズエレメント36A,37Aの温度yを示し、この図14において、横軸は投影光学系PL1を通過する露光用の照明光の照射エネルギーe、 [0049] Figure 14 is a curvature of field is determined by performing a calibration to minimize the irradiation energy e, lens elements 36A made of fluorite, shows the temperature y of 37A, in this FIG. 14, irradiation energy e of the horizontal axis is the illumination light for exposure through the projection optical system PL1,
縦軸は蛍石よりなるレンズエレメントの像面湾曲を最小にするための温度yを示している。 The vertical axis shows the temperature y for minimizing field curvature of the lens elements made of fluorite. この場合、その照射エネルギーeは、例えば図1の照明光学系14内で露光用の照明光の一部を分離して得られる光束を光電変換して得た信号に、予め求められている変換係数を乗ずることによって求められる。 In this case, the irradiation energy e, for example the signal obtained by photoelectrically converting the light beam that is obtained by separating the part of the illumination light for exposure with an illumination optical system within 14 of FIG. 1, transformation is obtained in advance It is determined by multiplying the coefficient. そして、図14の照射エネルギーeの関数gA1(e),gA2(e)及びgA3 The function of the irradiation energy e of FIG. 14 gA1 (e), gA2 (e) and gA3
(e)はそれぞれ、図12(b),(a)及び(c)の照明条件毎に求めた像面湾曲を最小にするための温度y (E) respectively, FIG. 12 (b), (a) and the temperature y for minimizing field curvature obtained for each illumination condition (c)
を示す関数である。 Is a function that shows. 【0050】以上をまとめると、最終的には照射エネルギーe、大気圧x、照明条件Iをパラメータとした関数Q(e,x,I)によって、像面湾曲を最小にするための蛍石よりなるレンズエレメントの温度yを求めておく必要がある。 [0050] In summary, the final irradiation energy e, the atmospheric pressure x, the function Q that the illumination conditions I as a parameter (e, x, I) by, of fluorite to minimize the field curvature it is necessary to obtain the temperature y of comprising lens elements. その関数Q(e,x,I)も図1の主制御装置18内の記憶部に記憶しておき、主制御装置18では露光時の照射エネルギーe、大気圧x、照明条件Iに応じて、その関数Q(e,x,I)より蛍石よりなるレンズエレメントの目標温度を求めることが望ましい。 The function Q (e, x, I) also is stored in the storage unit of the main control unit 18 of FIG. 1, the main controller 18 in the irradiation energy e during exposure, atmospheric pressure x, depending on the illumination conditions I , the function Q (e, x, I) it is desirable to determine the target temperature of the lens elements made of fluorite from. 【0051】更に、図17を参照して説明したように、 [0051] Further, as described with reference to FIG. 17,
使用するレチクルが大きくなると、そのレチクルの撓みが大きくなって結像面の像面湾曲が悪化する。 When a reticle to be used is large, deflection of the reticle curvature of the imaging surface is deteriorated becomes larger. そこで、 there,
使用するレチクルの大きさ、又は種類毎に上述の結像特性計測用センサ3を用いて結像面の像面湾曲を求めておき、使用するレチクルに応じて像面湾曲が最小となるように蛍石よりなるレンズエレメントの温度を制御することが望ましい。 The size of the reticle to be used, or to previously obtain the curvature of the image plane for each type using the imaging characteristic measuring sensor 3 described above, as the curvature of field is minimized in accordance with the reticle to be used it is desirable to control the temperature of the lens elements made of fluorite. これによって、大面積のレチクルを使用しても、レチクルの撓みと像面湾曲とを相殺させることができる。 Thus, even when using a reticle having a large area, it is possible to cancel the deflection and the field curvature of the reticle. 【0052】なお、本例では露光用光源としてエキシマレーザ光源が使用されているが、露光用照明光の照射エネルギーに関しては、水銀ランプのi線(波長:365 [0052] Although this example an excimer laser light source is used as the exposure light source, with respect to the irradiation energy of the exposure illumination light, a mercury lamp i-line (wavelength: 365
nm)の方がエキシマレーザ光に比べて投影光学系での吸収が大きく、投影光学系の像面湾曲も大きく変化する。 Absorption towards nm) is the projection optical system as compared with the excimer laser beam is large, greatly changes curvature of the projection optical system. 従って、照射エネルギーに応じて蛍石よりなるレンズエレメントの温度を制御する方法は、むしろ水銀ランプのi線等を使用した投影露光装置(ステッパー等)に適用することによって、像面湾曲を良好に低減できるという大きな利点がある。 Therefore, a method of controlling the temperature of the lens elements made of fluorite according to the irradiation energy, rather by applying to the projection exposure apparatus using i rays of a mercury lamp (such as a stepper), a favorable curvature there is a great advantage that it can be reduced. 【0053】次に、本発明の第2の実施の形態につき図3を参照して説明する。 Next, will be explained with reference to Figure 3 to a second embodiment of the present invention. 図3において図2に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。 Portions corresponding to FIG. 2 in FIG. 3 will not be further described by the same reference numerals. 本例の投影光学系は、特にステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に使用して好適な光学系である。 Projection optical system of this example is particularly suitable optical system using the projection exposure apparatus of step-and-scan method. 図3 Figure 3
は、本例の投影光学系PL2を示し、この図3において、投影光学系PL2は、鏡筒4内にウエハW側から順に配列された6枚のレンズエレメント25〜30、4枚のレンズエレメント31〜34、及び4枚のレンズエレメント35B〜38Bで構成されている。 Shows a projection optical system PL2 of the present embodiment. In FIG. 3, the projection optical system PL2 is six lens elements 25~30,4 lens elements arranged from the wafer W side to the lens barrel 4 in the order 31-34, and is composed of four lens elements 35B~38B. また、レンズエレメント35B〜37Bはレンズ枠G3を介して鏡筒4内に固定され、レンズエレメント38Bも不図示のレンズ枠を介して鏡筒4内に固定されている。 The lens element 35B~37B is fixed to the lens barrel 4 via a lens frame G3, the lens element 38B is also fixed to the lens barrel 4 via a lens frame (not shown). 【0054】この場合、レンズエレメント36Bのみは蛍石にて形成され、その他のレンズエレメントは石英にて形成されている。 [0054] In this case, the lens element 36B only is formed by fluorite, and the other lens element is formed of a quartz. そして、レンズエレメント36Bの走査方向であるY方向の一方の端部の両面に1対の温度制御素子40A,40Bが固定され、そのY方向の他方の端部の両面にも1対の温度制御素子40C,40Dが固定されている。 Then, the temperature control device 40A of a pair on both sides of one end of the Y-direction is the scanning direction of the lens elements 36B, 40B is fixed, the temperature control of a pair to both sides of the other end of the Y-direction elements 40C, 40D is fixed. この場合、照明光学系によるレチクルRのパターン形成面上でのスリット状の照明領域のY方向の幅をLとすると、その幅Lの照明領域を通過した照明光が通過しない領域にそれらの温度制御素子40A〜 In this case, when the slit-shaped width in the Y direction of the illumination area on the pattern formation surface of the reticle R by illuminating optical system and L, their temperature in the region where the illumination light passing through the illumination region does not pass in the width L control element 40A~
40Dが固定してある。 40D is is fixed. 【0055】それらの温度制御素子40A〜40Dとしては、ヒータ、又はペルチェ素子等が使用できる。 [0055] As their temperature control element 40A-40D, a heater, or a Peltier element or the like can be used. そのペルチェ素子は加熱用に使用してもよく、吸熱用に使用してもよい。 Its Peltier device may be used for heating, it may be used for endothermic. また、不図示であるが、レンズエレメント36BのY方向の端部に温度センサが固定され、この温度センサの検出信号が外部の温度制御装置39に供給され、温度制御装置39は、検出された温度が主制御装置18に指示された設定温度になるように、温度制御素子40A〜40Dの加熱、又は吸熱動作を制御する。 Although not shown, a temperature sensor in the Y-direction ends of the lens element 36B is fixed, the detection signal of the temperature sensor is supplied to the outside of the temperature control device 39, the temperature controller 39 was detected temperature so reaches the set temperature is instructed to the main control unit 18, the heating temperature control elements 40A-40D, or controls the heat absorbing operation. 【0056】更に本例ではそのようにレンズエレメント36Bの温度を制御することによって発生する熱の、近接するレンズエレメントへの影響を防止するための排熱機構が設けられている。 [0056] Further heat in this example generated by controlling the temperature of such a lens element 36B, the heat removal mechanism for preventing the influence of the lens elements adjacent are provided. 即ち、レンズエレメント36 That is, the lens element 36
B,37B及びレンズ枠G3で囲まれた気体室には、配管19を介して温度制御装置13aから、所定温度の気体が供給され、その気体室を循環した気体が配管23B B, and the gas chamber surrounded by 37B and the lens frame G3, the temperature control device 13a via the pipe 19, a gas of a predetermined temperature is supplied, the gas circulated through the gas chamber pipe 23B
を介して温度制御装置13aに戻され、レンズエレメント35B,36B及びレンズ枠G3で囲まれた気体室には、配管20を介して温度制御装置13aから、所定温度の気体が供給され、その気体室を循環した気体が配管24Bを介して温度制御装置13aに戻される構成となっている。 Is returned to the temperature control device 13a via a lens element 35B, the gas chamber surrounded by 36B and the lens frame G3 is the temperature control device 13a via the pipe 20, a gas of a predetermined temperature is supplied, the gas gas was circulated through the chamber has a configuration in which is returned to the temperature control device 13a via the pipe 24B. そして、主制御装置18からの指令に基づいて温度制御装置13aは、強制空調によって、レンズエレメント36Bの前後のレンズエレメント35B,37 Then, the temperature controller 13a based on a command from the main controller 18, by forced air conditioner, front and rear lens elements 35B of the lens element 36B, 37
Bの温度を一定に保つようにしている。 The temperature of B is to keep constant. それ以外の構成は図2の例と同様である。 The other configuration is similar to the example of FIG. 【0057】以上のように、本例によれば、スリット状の照明領域を通過した照明光に照射されない空間を有効に活用して、温度制御素子40A〜40Dを用いて蛍石からなるレンズエレメント36Bの温度を直接制御しているため、そのレンズエレメント36Bの温度を高速且つ高精度に所望の目標温度に設定できる利点がある。 [0057] As described above, according to this embodiment, by effectively utilizing a space not irradiated to the illumination light passing through the slit-like illumination region of the lens elements made of fluorite using a temperature control element 40A~40D due to the control the temperature of the 36B directly, there is an advantage that can be set to a desired target temperature the temperature of the lens element 36B speed and with high accuracy. これによって、投影光学系PL2の投影像の像面湾曲を迅速に、且つ高い精度で補正できる。 Thus, rapid field curvature of the projection image of the projection optical system PL2, can be corrected at and high accuracy. 【0058】次に、本発明の第3の実施の形態につき図4を参照して説明する。 Next, will be explained with reference to Figure 4 to the third embodiment of the present invention. 図4において図2に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。 The corresponding portions in FIG. 2 in FIG. 4 will not be further described by the same reference numerals. 本例の投影光学系は、ステップ・アンド・リピート方式、及びステップ・アンド・スキャン方式の何れの投影露光装置に適用しても好適な光学系である。 Projection optical system of this example is a step-and-repeat method, and a suitable optical system may be applied to any of the projection exposure apparatus of step-and-scan method. 図4は、本例の投影光学系PL3を示し、この図4において、投影光学系PL3は、鏡筒4内にウエハW側から順に配列された6 Figure 4 shows a projection optical system PL3 of the present embodiment. In FIG. 4, the projection optical system PL3 is arranged from the wafer W side in order in the lens barrel 4 6
枚のレンズエレメント25〜30、4枚のレンズエレメント31,32,33A,34A、及び4枚のレンズエレメント35C〜38Cより構成されている。 Lens elements 25~30,4 lens elements 31,32,33A, is composed of 34A, and four lens elements 35C~38C. また、レンズエレメント33A,34Aはレンズ枠G4を介して鏡筒4内に固定され、レンズエレメント35C,36C Further, the lens elements 33A, 34A is fixed to the lens barrel 4 via a lens frame G4, the lens element 35C, 36C
はレンズ枠G5を介して鏡筒4内に固定され、他のレンズエレメントも不図示のレンズ枠を介して固定されている。 Is fixed to the lens frame G5 the barrel 4 through, other lens elements are fixed through the lens frame (not shown). 【0059】この場合、レンズエレメント33A、及び36Cのみは蛍石にて形成され、その他のレンズエレメントは石英にて形成されている。 [0059] In this case, the lens element 33A, and 36C only formed by fluorite, and the other lens element is formed of quartz. この場合、上側の蛍石のレンズエレメント36Cの温度変化によって主に像面湾曲の特性が変化し、下側の蛍石のレンズエレメント3 In this case, mainly the characteristics of field curvature is changed by a temperature change of the upper fluorite lens elements 36C, the lens element 3 of the lower fluorite
3Aの温度変化によって主に線形倍率誤差の特性が変化するようになっている。 By 3A temperature change mainly so characteristic of linear magnification error changes. また、レンズエレメント35 In addition, the lens element 35
C,36C及びレンズ枠G5で囲まれた気体室には、配管41Aを介して温度制御装置13cから可変温度の気体が供給され、その気体室を循環した気体が配管41B C, 36C in the gas chamber surrounded by and the lens frame G5, the variable temperature of the gas is supplied from the temperature control device 13c through a pipe 41A, the gas piping 41B which circulate the gas chamber
を介して温度制御装置13cに戻され、レンズエレメント33A,34A及びレンズ枠G4で囲まれた気体室には、配管42Aを介して温度制御装置13dから、可変温度の温度の気体が供給され、その気体室を循環した気体が配管42Bを介して温度制御装置13dに戻される構成となっている。 Through the back to the temperature controller 13c, the lens element 33A, the gas chamber surrounded by 34A and the lens frame G4 from the temperature control unit 13d via the pipe 42A, the temperature of the gas in the variable temperature is supplied, the gas chamber circulating the gas has a configuration that is returned to the temperature control unit 13d via the pipe 42B. そして、主制御装置18からの指令に基づいて、温度制御装置13c及び13dはそれぞれ、レンズエレメント36C及び33Aの温度を目標温度に設定するようにしている。 Then, based on a command from the main controller 18, respectively the temperature controller 13c, and 13d is designed so as to set the temperature of the lens element 36C and 33A to the target temperature. 【0060】そして、本例では投影光学系PL3の投影像の像面湾曲を補正するときには、温度制御装置13c [0060] Then, when the present embodiment to correct the field curvature of the projection image of the projection optical system PL3, the temperature controller 13c
を介してレンズエレメント36Cの温度を制御し、その際発生する線形倍率誤差を、温度制御装置13dを介してレンズエレメント33Aの温度を制御することで相殺する方法を採っている。 Controlling the temperature of the lens element 36C via adopts a method of a linear magnification error caused at that time, to offset by controlling the temperature of the lens element 33A via a temperature controller 13d. 更にこの方法は、大気圧による像面湾曲の特性と、露光用の照明光の投影光学系に対する照射時の温度変化による像面湾曲の特性とが異なり、 The method further includes the characteristics of the field curvature due to the atmospheric pressure, is different from the characteristic of the field curvature due to temperature change during irradiation with respect to the projection optical system of the illumination light for exposure,
3次以上のフォーカス位置の誤差が大きく残る場合等に、それぞれに対応する2箇所の蛍石よりなるレンズエレメントで独立に像面湾曲制御を行う場合にも利用できる。 Etc. If the third or higher order errors in focus position remains large, it can be utilized when performing independently curvature of field control in the lens elements made of fluorite two locations corresponding to each. 即ち、例えば上側の蛍石よりなるレンズエレメント36Cで大気圧による像面湾曲を補正し、それより下側の蛍石よりなるレンズエレメントで照明光の照射による像面湾曲を補正するようにしてもよい。 That is, for example, correct curvature of field due to the atmospheric pressure in the lens element 36C made of the upper fluorite, be corrected field curvature caused thereby from the irradiation of the illumination light in the lens element made of a lower fluorite good. 【0061】次に、本発明の第4の実施の形態につき図5を参照して説明する。 Next, it will be described with reference to Figure 5 per a fourth embodiment of the present invention. 図5において図2に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。 Portions corresponding to FIG. 2 in FIG. 5 will not be further described by the same reference numerals. 本例の投影光学系は、ステップ・アンド・リピート方式、及びステップ・アンド・スキャン方式の何れの投影露光装置に使用しても好適な光学系である。 Projection optical system of this example is a step-and-repeat method, and a suitable optical system may be used in any of the projection exposure apparatus of step-and-scan method. 図5は、本例の投影光学系PL4を示し、この図5において、投影光学系PL4は、鏡筒4A内にウエハW側から順に6枚のレンズエレメント25,26,27A,28A,29A,3 Figure 5 shows a projection optical system PL4 of the present embodiment. In FIG. 5, the projection optical system PL4 is of six from the wafer W side in order in the lens barrel 4A lens element 25,26,27A, 28A, 29A, 3
0、4枚のレンズエレメント31,32,33B,34 0,4 lens elements 31,32,33B, 34
B、及び2枚のレンズエレメント35D,36Dを固定し、その鏡筒4Aの上にレンズエレメント37Dを保持する支持台45、及びレンズエレメント38Dを保持する支持台46を固定して構成されている。 B, and two lens elements 35D, the 36D is fixed, and is configured to secure the support base 45 and the support base 46 that holds the lens element 38D, holds the lens element 37D on the barrel 4A . また、レンズエレメント28A,29Aはレンズ枠G6を介して鏡筒4A内に固定され、他のレンズエレメントも不図示のレンズ枠を介して鏡筒4A内に固定されている。 Further, the lens elements 28A, 29A is fixed to the lens barrel 4A via a lens frame G6, it is fixed also other lens elements via a lens frame (not shown) in a lens barrel 4A. 【0062】本例では、レンズエレメント28A、及び29Aのみは蛍石にて形成され、その他のレンズエレメントは石英にて形成されている。 [0062] In this example, the lens element 28A, and 29A only are formed by fluorite, and the other lens element is formed of quartz. また、レンズエレメント28A,29A及びレンズ枠G6で囲まれた気体室には、配管43を介して温度制御装置13eから可変温度の気体が供給され、その気体室を循環した気体が配管4 Further, the lens element 28A, the gas chamber surrounded by 29A and the lens frame G6, the variable temperature of the gas is supplied from the temperature control unit 13e through a pipe 43, gas pipe 4 which is circulated through the gas chamber
4を介して温度制御装置13eに戻されている。 4 through being returned to the temperature control unit 13e. そして、主制御装置18からの指令に基づいて、温度制御装置13eは、レンズエレメント28A,29Aの温度を目標温度に設定するようにしている。 Then, based on a command from the main controller 18, the temperature control unit 13e is so as to set the lens elements 28A, the temperature of 29A to the target temperature. また、支持台45 In addition, the support base 45
及び46は互いに独立に駆動装置47によって、投影光学系PL4の光軸AXに平行な方向への移動、及び所望の角度の傾斜ができるように構成されている。 By the drive unit 47, 46 independently of one another, it is configured to be able to move in the parallel direction and the slope of a desired angle to the optical axis AX of the projection optical system PL4. 駆動装置47の動作は、主制御装置18からの指令に基づいて結像特性制御装置48が制御する。 Operation of the drive device 47, the imaging characteristic control device 48 is controlled based on a command from the main controller 18. 【0063】本例でも、蛍石よりなるレンズエレメント28A,29Aの温度を温度制御装置13eを介して制御することによって、投影光学系PL4の投影像の像面湾曲を補正するが、その際発生する線形倍率誤差を支持台45,46を介してレンズエレメント37D,38D [0063] Also in this embodiment, the lens element 28A made of fluorite, by controlling via the temperature control device 13e a temperature of 29A, correcting the field curvature of the projection image of the projection optical system PL4, but when generating lens linear magnification error through the support table 45, 46 to the element 37D, 38D
を傾斜、又は上下動させることによって補正する。 Corrected by the tilting or vertical movement. それら2つの支持台45,46の動きの組み合わせによって、倍率誤差のみでなく、焦点位置のデフォーカスも補正できるので、像面湾曲補正時に発生する他の収差の大半は温度制御装置13e、及び駆動装置47の制御を最適化することで相殺することができる。 The combination of these two movements of the support 45 and 46, not only the magnification error, it is possible to defocus the correction of the focus position, the majority of the other aberrations that occur when the field curvature correction temperature controller 13e, and a drive it can be offset by optimizing the control of the apparatus 47. 【0064】 【実施例】次に、投影光学系の実際の数値モデルについて、温度制御によって像面湾曲がどの程度変化するかを数値解析した結果を示す。 [0064] [Example] Next, the actual numerical model of the projection optical system, showing the results of numerical analysis how much change in curvature by the temperature control. この場合、例えば図2に示す投影光学系PL1を解析対象とすると、投影光学系PL In this case, the analysis target projection optical system PL1 shown in FIG. 2, for example, the projection optical system PL
1中には蛍石より形成することによって結像特性を補正できる可能性のあるレンズエレメントが例えば2枚ある。 During 1 to 2 of lens elements, for example, which may be corrected imaging characteristics by forming of fluorite. そこで、このように蛍石より形成して有効な2枚のレンズエレメントをレンズエレメントL1,L2として、蛍石よりなるレンズエレメントを使用しない場合、 Therefore, thus formed of fluorite valid two lens elements of the lens elements L1, L2, if you do not use lens elements composed of fluorite,
及びレンズエレメントL1又はL2が蛍石からなり他のレンズエレメントが石英からなる場合についてそれぞれ、像高が最大値の10割の位置での倍率誤差βA[μ And respectively, for the case where the lens element L1 or L2 is other lens elements made from fluorite is made of quartz, magnification error βA the image height at 10% of the position of the maximum [mu
m]、及びフォーカス位置のZ方向へのずれ量(即ち、 m], and the deviation amount in the Z direction of the focus position (i.e.,
像面湾曲)βB[μm]を求めた。 Was determined curvature) βB [μm]. また、像高が0でのフォーカス位置を基準として、その蛍石よりなる1枚のレンズエレメントの温度を1℃変化させたときの倍率誤差βA[μm]、及びフォーカス位置のずれ量βB[μ With reference to the focus position of the image height is 0, magnification error βA when the temperature of one lens element made of the fluorite was 1 ℃ change [[mu] m], and shift amount βB the focus position [mu
m]を次の表1に示す。 It shows m] in the following Table 1. 【0065】 【表1】 [0065] [Table 1] 【0066】上記の表1より、蛍石よりなる1枚のレンズエレメントの温度を±1℃変化させることで、約± [0066] From Table 1 above, by ± 1 ° C. change the temperature of one lens element made of fluorite, about ±
0.2μm程度の像面湾曲の補正が可能となることが分かる。 It can be seen that it is possible to correct field curvature of about 0.2 [mu] m. 更に、一般に温調制御の分解能は0.01℃程度は可能であるため、蛍石よりなるレンズエレメントの温度を1℃程度変化させて像面湾曲を補正する場合、その像面湾曲の補正の分解能はほぼ±2nm(=±0.2/ Further, in general for the resolution of temperature control is possible about 0.01 ° C., if the temperature of the lens elements made of fluorite by changing the order of 1 ℃ correcting the field curvature, the correction of the field curvature resolution approximately ± 2nm (= ± 0.2 /
100[μm])となる。 The 100 [μm]). また、更に複数の位置に蛍石のレンズエレメントを入れることで温度制御レンジを狭くしたり、付加的に発生する線形倍率誤差を小さくしたり、更に大きな像面湾曲を補正することも可能となる。 Further, it is possible to correct more or narrowing the temperature control range by putting the lens elements of fluorite to a plurality of positions, additionally or reduce the linear magnification error occurs, a larger curvature . 【0067】なお、本発明は上述の実施の形態、及び実施例に限定されず、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。 [0067] The present invention is not limited to the above embodiments, and examples, it may take various arrangements without departing from the gist of the invention. 【0068】 【発明の効果】本発明によれば、 第2の硝材からなる少<br>なくとも一つの光学部材の温度制御を行う温度制御部材を設けているため、投影光学系の周囲の大気圧等の環境の変化、露光用照明光の吸収、又はレチクルの撓み等によって悪化する投影光学系の結像面のデフォーカス、特に像面湾曲のような非線形的なデフォーカスを補正できる利点がある。 [0068] According to the present invention, even small <br> without composed of a second glass material for is provided a temperature control member for controlling the temperature of one optical member, the periphery of the projection optical system environmental changes, such as atmospheric pressure, the absorption of the exposure illumination light, or defocusing of the imaging plane of the projection optical system be exacerbated by such deflection of the reticle, especially corrected non-linear defocusing such as curvature of field there is an advantage. その結果、投影像全体としての焦点深度の幅が広くなり、投影像全体としての解像度が向上する。 As a result, the width of the depth of focus of the entire projected image is widened, thereby improving the resolution of the entire projected image. 【0069】また、温度制御手段による制御対象が投影光学系の像面湾曲であり、その投影光学系の倍率誤差を制御する倍率誤差制御手段を設け、その温度制御手段を用いてその投影光学系の像面湾曲を制御したときに発生する倍率誤差をその倍率誤差制御手段を介して低減させる場合には、像面湾曲の補正によって発生する線形倍率誤差等の倍率誤差が低減され、全体として結像特性が良好に維持される。 [0069] Further, object of control by the temperature control means is a field curvature of the projection optical system, the magnification error control means for controlling the magnification error of the projection optical system provided, the projection optical system by using the temperature control means the magnification error generated when controlling the curvature of field in case of reduced through the magnification error control means, magnification error of the linear magnification error or the like generated by the correction of the field curvature is reduced, forming as a whole image characteristics are favorably maintained. 【0070】更に、温度制御手段によって制御対象の光学部材の温度を±1℃以下の範囲内で制御することにより、その投影光学系の像面湾曲を±0.3μm以下の範囲内で補正するときには、上述の数値解析で示したように例えば蛍石よりなる1枚のレンズエレメントの温度を制御することによってその範囲内での補正を行うことができて実用的である。 [0070] Further, by controlling the temperature of the controlled object of the optical member in the range of ± 1 ° C. or less by a temperature control means, for correcting the field curvature of the projection optical system within the range of ± 0.3 [mu] m sometimes, it is practical to be able to correct the within the range by controlling the temperature of one lens element for example made of fluorite as indicated by numerical analysis of the above. 【0071】また、その投影光学系の使用条件の変化に応じたその投影光学系の結像面の位置の変化量を記憶する記憶手段を設け、その投影光学系の使用条件の変化に応じてその記憶手段に記憶されている結像面の位置の変化量を相殺するように、その温度制御手段を介してその投影光学系の結像面の位置を制御するときには、使用条件が変化しても迅速、且つ高精度に像面湾曲等を補正できる利点がある。 [0071] Also, a storage means for storing the amount of change in the position of the focal plane of the projection optical system in response to changes in operating conditions of the projection optical system provided in accordance with a change in the conditions of use of the projection optical system so as to cancel the variation of the position of the focal plane that is stored in the storage means, when controlling the position of the focal plane of the projection optical system via the temperature control means, use conditions are changed also fast, there is an advantage capable of correcting curvature of field or the like and with high precision. 【0072】また、その投影光学系の結像面と感光基板とをその投影光学系の光軸方向に相対的に移動するフォーカス位置制御手段を設け、その温度制御手段を用いてその投影光学系の結像面の位置を制御したときに残存しているフォーカス位置のオフセットをそのフォーカス位置制御手段を介して低減させるときには、像面湾曲の補正によって発生するデフォーカスが補正され、常に感光基板の表面が結像面に合致した状態で露光が行われる。 [0072] Further, the focus position control means for relatively moving the photosensitive substrate image plane of the projection optical system in the optical axis direction of the projection optical system provided, the projection optical system by using the temperature control means of the offset of the focus position remaining when controlling the position of the focal plane when reducing through the focus position control section is corrected defocus generated by the correction of the field curvature, always photosensitive substrate surface exposure is performed in a state that matches the image plane.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明による投影露光装置の第1の実施の形態を示す構成図である。 It is a block diagram showing a first embodiment of BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [Figure 1] a projection exposure apparatus according to the present invention. 【図2】第1の実施の形態で使用される投影光学系、及び結像特性の補正機構を示す一部を切り欠いた構成図である。 [2] the projection optical system used in the first embodiment, and is a configuration view, with parts cut away showing a correction mechanism of the imaging characteristics. 【図3】第2の実施の形態で使用される投影光学系、及び結像特性の補正機構を示す一部を切り欠いた構成図である。 [3] the projection optical system used in the second embodiment, and is a configuration view, with parts cut away showing a correction mechanism of the imaging characteristics. 【図4】第3の実施の形態で使用される投影光学系、及び結像特性の補正機構を示す一部を切り欠いた構成図である。 [4] Third embodiment of a projection optical system used in a form, and a configuration view, with parts cut away showing a correction mechanism of the imaging characteristics. 【図5】第4の実施の形態で使用される投影光学系、及び結像特性の補正機構を示す一部を切り欠いた構成図である。 [5] fourth embodiment of a projection optical system used in a form, and a configuration view, with parts cut away showing a correction mechanism of the imaging characteristics. 【図6】温度変化に対して互いに異なる特性を有する2 [6] 2 having different characteristics with respect to temperature change
つの硝材のレンズを示す光路図である。 One of which is an optical path diagram showing a lens glass material. 【図7】(a)は石英からなるレンズエレメントに依る像面湾曲を示す図、(b)は温度制御された蛍石からなるレンズエレメントに依るフォーカス位置の分布を示す図、(c)は残存するフォーカス位置の補正量を示す図である。 7 (a) shows the curvature of field due to lens elements made of quartz FIG, (b) is a diagram showing the distribution of the focus position due to lens elements made of fluorite with temperature control, (c) is it is a diagram showing a correction amount of the focus position remaining. 【図8】石英からなるレンズエレメント、温度制御された蛍石からなるレンズエレメント、及びフォーカス位置の制御機構(ウエハステージ)を組み合わせて得られるフォーカス位置の分布(像面湾曲)を示す図である。 Is a diagram illustrating 8 lens elements made of quartz, a lens element composed of temperature controlled fluorite, and the focus position of the control mechanism the distribution of the focus positions obtained by combining (wafer stage) (field curvature) . 【図9】(a)は結像特性計測用センサ3の開口部及び評価用マークの投影像を示す平面図、(b)は結像特性計測用センサ3の構成を示す一部を断面とした構成図である。 9 (a) is a plan view showing a projection image of the opening and the evaluation mark of the imaging characteristics measuring sensor 3, (b) is a cross-sectional part showing a configuration of an imaging characteristic measuring sensor 3 it is the block diagram. 【図10】(a)は結像特性計測用センサ3で検出される検出信号を示す波形図、(b)はその検出信号の微分信号を示す波形図、(c)はフォーカス位置の決定方法の説明図である。 [10] (a) is a waveform diagram showing detection signals detected by the imaging characteristic measuring sensor 3, (b) shows a waveform, (c) the method of determining the focus position indicating the differential signal of the detected signal it is an illustration of. 【図11】大気圧と蛍石よりなるレンズエレメントの温度との関係を示す図である。 11 is a diagram showing the relationship between the temperature of the lens element made of atmospheric pressure and fluorite. 【図12】照明条件を種々に切り換えた場合の投影光学系内を通過するレチクルからの0次光の分布を示す概念図である。 12 is a conceptual diagram showing the distribution of the zero-order light from the reticle passes through the projection optical system when switching the lighting conditions variously. 【図13】照明条件を切り換えた場合の大気圧と蛍石よりなるレンズエレメントの温度との関係を示す図である。 13 is a diagram showing the relationship between the temperature of the atmospheric pressure and the lens elements made of fluorite when switching illumination conditions. 【図14】投影光学系を通過する照射エネルギーと蛍石よりなるレンズエレメントの温度との関係を示す図である。 14 is a diagram showing the relationship between the temperature of the lens elements made of radiation energy and fluorite that passes through the projection optical system. 【図15】従来の投影露光装置における像面湾曲を示す図である。 Is a diagram illustrating the curvature of field [15] conventional projection exposure apparatus. 【図16】(a)は一括露光を行った場合の像面湾曲の影響を示す図、(b)は走査露光を行った場合の像面湾曲の影響を示す図である。 [16] (a) is a diagram showing the effect of the field curvature in the case of performing batch exposure, (b) is a diagram showing the effect of the field curvature in the case of performing scanning exposure. 【図17】(a)はサイズの小さいレチクルの撓みを示す斜視図、(b)はサイズの大きいレチクルの撓みを示す斜視図である。 17 (a) is a perspective view showing the deflection of the small reticle sizes, (b) is a perspective view showing the deflection of large reticle size. 【符号の説明】 R レチクルPL1,PL2,PL3,PL4 投影光学系W ウエハ2 ウエハステージ3 結像特性計測用センサ4 鏡筒G1,G2 レンズ枠6 レチクルステージ8,10 レーザ干渉計12 レンズ制御装置13 レンズ温度制御装置13a,13b 温度制御装置14 照明光学系18 主制御装置25〜34,35A,38A 石英よりなるレンズエレメント36A,37A 蛍石よりなるレンズエレメント36B 蛍石よりなるレンズエレメント33A,36C 蛍石よりなるレンズエレメント28A,29A 蛍石よりなるレンズエレメント40A〜40D 温度制御素子 [EXPLANATION OF SYMBOLS] R reticle PL1, PL2, PL3, PL4 projection optical system W wafer 2 wafer stage 3 imaging characteristic measuring sensor 4 barrel G1, G2 lens frame 6 reticle stage 8,10 laser interferometer 12 lens controller 13 lens temperature control device 13a, 13b the temperature control device 14 illumination optical system 18 main controller 25~34,35A, lens elements 36A made of 38A quartz lens elements 33A made of a lens element 36B fluorite consisting 37A fluorite, 36C lens elements 28A made of fluorite lens elements 40A~40D temperature control element consisting 29A fluorite

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl. 7識別記号 FI H01L 21/30 516E 516F (56)参考文献 特開 平4−86668(JP,A) 特開 平5−347239(JP,A) 特開 昭60−159748(JP,A) 特開 平6−5490(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl. 7 ,DB名) H01L 21/027 G03B 13/36 G03F 7/20 521 ────────────────────────────────────────────────── ─── front page continued (51) Int.Cl. 7 identifications FI H01L 21/30 516E 516F (56) references Patent Rights 4-86668 (JP, a) Patent Rights 5-347239 (JP, a ) Patent Akira 60-159748 (JP, a) JP flat 6-5490 (JP, a) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) H01L 21/027 G03B 13/36 G03F 7 / 20 521

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 マスクパターンを投影光学系を介して感光基板上に投影する投影露光装置において、 前記投影光学系は、 第1の硝材からなる複数の光学部材 (57) In the projection exposure apparatus via the Patent Claims 1. A pattern projection optical system of the mask is projected onto the photosensitive substrate, the projection optical system, a plurality of optical made of the first glass material Element
    と、屈折率に関する温度特性が前記第1の硝材と異なる When the temperature characteristics related to the refractive index differs from the first glass material
    第2の硝材からなる少なくとも一つの光学部材とを有し、 前記第2の硝材からなる 少なくとも一つの光学部材の温度制御を行う温度制御手段を設け、 該温度制御手段を用いて前記投影光学系の結像面の前記投影光学系の光軸方向の位置を制御することを特徴とする投影露光装置。 And at least one optical member made of a second glass material, a temperature control means for controlling the temperature of at least one optical member made of the second glass material provided, wherein the projection optical with temperature control means projection exposure apparatus characterized by controlling the position of the optical axis of the projection optical system of the imaging plane of the system. 【請求項2】 前記温度制御手段による制御対象は前記投影光学系の像面湾曲であり、 前記投影光学系の倍率誤差を制御する倍率誤差制御手段を設け、 前記温度制御手段を用いて前記投影光学系の像面湾曲を制御したときに発生する倍率誤差を前記倍率誤差制御手段を介して低減させることを特徴とする請求項1に記載 Wherein the object of control by said temperature control means is a field curvature of the projection optical system, the magnification error control means for controlling the magnification error of the projection optical system provided, the projection using said temperature control means wherein the magnification error generated when controlling the curvature of the optical system in claim 1, characterized in that to reduce via the magnification error control means
    投影露光装置。 Projection exposure apparatus. 【請求項3】 前記温度制御手段によって、前記第2の By wherein said temperature control means, said second
    硝材からなる少なくとも一つの光学部材の温度を±1℃ ± a temperature of at least one optical member made of glass material 1 ℃
    以下の範囲内で制御することにより、前記投影光学系の像面湾曲を±0.3μm以下の範囲内で補正することを特徴とする請求項2に記載の投影露光装置。 By controlling within the following ranges, a projection exposure apparatus according to claim 2, characterized in that to correct the field curvature of the projection optical system within the range of ± 0.3 [mu] m. 【請求項4】 前記投影光学系の使用条件の変化に応じた前記投影光学系の結像面の位置の変化量を記憶する記憶手段を設け、 前記投影光学系の使用条件の変化に応じて前記記憶手段に記憶されている結像面の位置の変化量を相殺するように、前記温度制御手段を介して前記投影光学系の結像面の位置を制御することを特徴とする請求項1〜3のいず Wherein providing a storage means for storing the amount of change in the position of the focal plane of the projection optical system in response to changes in conditions of use of the projection optical system, in response to changes in conditions of use of the projection optical system claim 1, wherein the controller controls the to cancel the variation of the position of the focal plane stored in the storage means, the position of the focal plane of the projection optical system via the temperature control means to 3 noise
    れか一項に記載の投影露光装置。 Re or projection exposure system according to an item. 【請求項5】 前記投影光学系の結像面と前記感光基板とを前記投影光学系の光軸方向に相対的に移動するフォーカス位置制御手段を設け、 前記温度制御手段を用いて前記投影光学系の結像面の位置を制御したときに残存しているフォーカス位置のオフセットを前記フォーカス位置制御手段を介して低減させることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載 5. provided a focus position control means for relatively moving the optical axis direction of the imaging surface and the photosensitive substrate with the projection optical system of the projection optical system, the projection optical using said temperature control means wherein the offset of the focus position remaining when controlling the position of the focal plane of the system in any one of claims 1 to 4, characterized in that to reduce through the focus position control means
    投影露光装置。 Projection exposure apparatus. 【請求項6】 前記温度制御手段は、前記少なくとも一つの光学部材の表面に固定された温度制御素子を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の投影露光装置。 Wherein said temperature control means, said at least one projection exposure apparatus according to any one of claims 1-5, characterized in that it comprises a temperature control element fixed on the surface of the optical member. 【請求項7】 前記投影光学系は、前記第2の硝材からなる2つの光学部材を有し、 前記温度制御手段は、前記2つの光学部材の一方の温度を制御することによって、前記投影光学系の像面湾曲を補正し、前記2つの光学部材の他方の温度を制御することによって、前記投影光学系の線形倍率誤差を補正することを特徴とする請求項2〜5のいずれか一項に記載の投影露光装置。 Wherein said projection optical system has two optical members made of the second glass material, the temperature control means, by controlling one of temperature of the two optical members, wherein the projection optical correcting the field curvature of the system, by controlling the other of the temperature of the two optical members, any one of claims 2-5, characterized in that to correct the linear magnification error of the projection optical system projection exposure apparatus according to. 【請求項8】 前記第1の硝材は、石英であり、前記第2の硝材は、蛍石であることを特徴とする請求項1〜7 Wherein said first glass material is quartz, the second glass material, according to claim 7, characterized in that the fluorite
    のいずれか一項に記載の投影露光装置。 The projection exposure apparatus according to any one of. 【請求項9】 前記マスクを保持するマスクステージと、前記感光基板を保持する基板ステージとをさらに有し、前記マスクステージ及び前記基板ステージを同期移動させて、走査露光を行うことを特徴とする請求項1〜 9. A mask stage for holding the mask, further comprising a substrate stage for holding the photosensitive substrate, wherein by synchronously moving the mask stage and the substrate stage, and performs scanning exposure claim 1
    8のいずれか一項に記載の投影露光装置。 The projection exposure apparatus according to any one of 8.
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