JP3526042B2 - Projection exposure equipment - Google Patents
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- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
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Description
【0001】[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 1. Field of the Invention The present invention is used in a lithography process for manufacturing, for example, a semiconductor device, an image pickup device (CCD or the like), a liquid crystal display device, a thin film magnetic head, etc. The present invention relates to a projection exposure apparatus that transfers onto a photosensitive substrate.
【0002】[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、
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。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。2. Description of the Related Art A projection exposure apparatus for manufacturing semiconductor elements such as IC and LSI includes a reticle as a mask and
Positioning each shot area of a wafer (or a glass plate, etc.) as a photosensitive substrate in a predetermined positional relationship through a projection optical system, and exposing the entire reticle pattern image to each shot area collectively. It is roughly classified into a repeat method and a step-and-scan method in which the reticle and each shot area of the wafer are sequentially scanned with respect to the projection optical system to sequentially expose the pattern image of the reticle to each shot area. It Both of these methods are common in that the pattern of the reticle is projected through the projection optical system, and it is important how accurately the image of the pattern of the reticle can be projected on the wafer.
【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。このため、
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。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。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。Generally, when designing a projection optical system, the optical aberrations are designed to be substantially zero under predetermined conditions. However, the environment during projection exposure changes and the vicinity of the projection optical system is changed. If the atmospheric pressure or temperature of the image changes, or if there is heat absorption due to the irradiation of the exposure illumination light, the refractive index change of the gas between the lenses forming the projection optical system, the lens expansion, the refractive index change of the lens, and Expansion of the lens barrel occurs. For this reason,
When the reticle pattern is projected onto the wafer, the position (focus position) in the optical axis direction of the projection optical system of the image forming plane (best focus plane) of the projected image shifts, and the wafer surface becomes the image forming plane. There was a defocus out of focus. This defocus is divided into linear defocus (a component in which the defocus amount changes linearly with the image height) and non-linear defocus (a component other than linear defocus). Then, as a means for correcting linear defocus than in the past, an autofocus mechanism for controlling the focus position of the wafer in the direction of the image plane, and an auto-leveling control for adjusting the tilt angle of the wafer to match the image plane. The mechanism is known.
【0004】[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。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。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ZF 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。In the prior art as described above, it is possible to correct the non-linear defocus component of the defocus on the image plane of the projection optical system caused by the environmental change or the like. There was an inconvenience that it could not be done. The main part of the non-linear defocus component is the field curvature in which the defocus amount changes with a curve approximate to a quadratic or higher function according to the image height of the projected image. That is, in the state that serves as a design reference, as shown in FIG. 15A, the focus position Z F of the image plane of the projection optical system is almost in the vicinity of the design target position 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)
に示すような像面湾曲となる。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。However, when a change in atmospheric pressure with respect to the reference state or heat absorption due to irradiation of exposure illumination light occurs, the defocusing characteristic of the image plane is shown in FIG. 15 (b).
The field curvature is as shown in. When such field curvature occurs, the width of the depth of focus (DOF) on the entire image plane becomes narrow, and as a result, it becomes difficult to obtain a desired resolution for the entire projected image of the reticle pattern.
【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。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
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。また、非走査方向(X方向)
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
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。When the field curvature as shown in FIG. 15 (b) occurs in the step-and-repeat system (collective exposure system) projection exposure apparatus, as shown in FIG. 16 (a), the original projected image is obtained. The focus position of the image forming surface 72 changes non-linearly according to the image height to form the image forming surface 73A, and the width of the depth of focus as a whole is narrowed. On the other hand, when the field curvature as shown in FIG. 15B occurs in the step-and-scan type (scanning exposure type) projection exposure apparatus, FIG.
As shown in FIG. 6 (b), although defocus does not occur in the Y direction, which is the scanning direction, with respect to the original image plane 72 of the projected image, image deterioration occurs due to the averaging effect. Has occurred. Also, non-scanning direction (X direction)
In the same manner as in the batch exposure method, defocusing according to the image height occurs, and the substantial image plane after the scanning exposure is the image plane 73.
Since it is B, it can be confirmed that a so-called "kamaboko-shaped" field curvature is generated as a result.
【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。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
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。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。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)
に示す「かまぼこ型」の像面湾曲が増幅される恐れがあ
る。Further, in recent years, the size of the reticle has been increasing, and the inconvenience that the curvature of field is further increased when a large reticle is used. For example, assuming that the periphery of the reticle is held by vacuum suction or the like, as shown in FIG.
As shown in FIG. 7A, when the reticle RA having a small size (each side is about 5 inches or less) is supported by the four support portions 74A, the reticle RA does not bend, and there is no particular problem. However, as shown in FIG. 17B, when a large size reticle RB (for example, one side is about 6 to 9 inches) is supported by the four support parts 74B, the reticle RB moves in the longitudinal direction of the support part 74B. There is an inconvenience that it bends "kamaboko" by its own weight in the direction (X direction) orthogonal to the (Y direction), and the field curvature of the image forming surface increases correspondingly. In particular, when the reticle RB of FIG. 17B is used in a step-and-scan type (scanning exposure type) projection exposure apparatus in which the Y direction is the scanning direction, FIG.
The "kamaboko-shaped" field curvature shown in (1) may be amplified.
【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。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、
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。When nonlinear defocus such as field curvature is present on the image plane of the projection optical system as described above, either the step-and-repeat method or the step-and-scan method is finally used. However, the depth of focus of the image plane obtained as a result becomes narrow as a whole, and the resolution is degraded. In view of such a point, the present invention takes into account the change in environment such as atmospheric pressure around the projection optical system, absorption of exposure illumination light,
Another object of the present invention is to provide a projection exposure apparatus capable of correcting defocus of an image plane of a projection optical system, which is deteriorated due to bending of a reticle, in particular, non-linear defocus such as field curvature.
【0009】[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、マスクのパター
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、第
1の硝材からなる複数の光学部材(25〜34,35
A,38A)と、屈折率に関する温度特性が前記第1の
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
部材(36A,37A)とを有し、その第2の硝材から
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。In a projection exposure apparatus according to the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, for example, a pattern of a mask is placed on a photosensitive substrate (W) via a projection optical system. in a projection exposure apparatus for projecting, the projection optical system (PL1) is a
A plurality of optical members (25 to 34, 35) made of one glass material
A, 38A ) and the temperature characteristics related to the refractive index are
At least one optic consisting of a second glass material different from the glass material
With the members ( 36A, 37A) and from the second glass material
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) It controls the position in the direction of the optical axis.
【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)
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。An example of the object controlled by the temperature control means (13) is the field curvature of the projection optical system (PL1). In this case, the magnification error control means (controls the magnification error of the projection optical system (PL1) ( 12) is provided, and temperature control means (13) is provided.
It is desirable to reduce the magnification error that occurs when the field curvature of the projection optical system (PL1) is controlled by using the magnification error control means (12).
【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)
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。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)
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
1)の結像面の位置を制御することが望ましい。Further, the temperature of the optical members (36A, 37A) to be controlled is controlled within a range of ± 1 ° C. or less by the temperature control means (13), so that the projection optical system (PL1)
It is desirable to correct the field curvature of within the range of ± 0.3 μm or less. Further, a storage means (18) for storing the amount of change in the position of the image plane of the projection optical system (PL1) according to the change in the usage condition of the projection optical system (PL1) is provided, and the projection optical system (PL1) is used. Storage means (18) according to changes in conditions
In order to cancel out the amount of change in the position of the image plane stored in the projection optical system (PL) via the temperature control means (13).
It is desirable to control the position of the image plane of 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、
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。Further, there is provided focus position control means (2) for relatively moving the image plane of the projection optical system (PL1) and the photosensitive substrate (W) in the optical axis direction of the projection optical system (PL1),
It is desirable to reduce the offset of the focus position remaining when the position of the image plane of the projection optical system (PL1) is controlled using the temperature control unit (13) via the focus position control unit (2). .
【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。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。
従って、図6(b)に示すように、石英の正レンズ49
Bでは温度が上昇すると、結像面FBが正レンズ49B
に近付く方向に変位する。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。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。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。According to the present invention, when light near the far ultraviolet region such as KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) or ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) is used as the exposure light, the temperature characteristic of the refractive index is obtained. Examples of the plurality of glass materials having different materials include quartz and fluorite. In this case, quartz does not expand even if the temperature rises because it has a small expansion coefficient, but it has the property of increasing the refractive index.
Therefore, as shown in FIG. 6B, a positive quartz lens 49
In B, when the temperature rises, the image plane FB moves toward the positive lens 49B.
It is displaced in the direction of approaching. On the other hand, fluorite has the property that it expands with increasing temperature and its refractive index decreases. Therefore, as shown in FIG. 6A, when the temperature of the fluorite positive lens 49A rises, the image plane FA is displaced in a direction away from the positive lens 49A. The temperature characteristic of the refractive index of the glass material described above is not only obtained when the temperature changes in consideration of not only the temperature characteristic of the refractive index itself but also the thermal expansion of the lens made of the glass material and the expansion of the lens barrel. It is a characteristic determined by the direction in which the image plane changes.
【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ZF 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。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)
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。If, for example, quartz is used as the first glass material and fluorite is used as the second glass material, and most of the lenses of the projection optical system (PL1) are made of the first glass material, the projection is performed. Considering the distribution of the focus position on the image plane of the optical system, the tendency of the distribution of the focus position Z F due to the lens of the first glass material according to the image height H is shown by a curve 61A in FIG. 7A. As described above, the field curvature is convex downward, and the state of the field curvature changes due to environmental changes, absorption of exposure illumination light, and the like. On the other hand, the distribution of the focus position of the image plane due to the lens of the second glass material is shown in FIG.
As shown by the curve 62C in (1), there is a tendency that an offset amount common to all image heights H is added to the upwardly convex field curvature having the opposite tendency to the curve 61A.
【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。但し、
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。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)
を介して低減させることにより、投影光学系(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。Therefore, the temperature of the lens of the second glass material is controlled, for example, in accordance with environmental changes or absorption of illumination light for exposure, and the field curvature of the curve 61A is offset by the field curvature of the curve 62C. As a result, the field curvature, which is a non-linear defocus of the projection optical system (PL1), can be reduced. However,
When the temperature of the lens made of the second glass material is controlled, a linear magnification error may occur. Therefore, such a linear magnification error is controlled by, for example, a magnification error control means (12) for controlling the pressure in the gas chamber between predetermined lenses in the projection optical system.
Projection optical system (PL1)
The distortion does not remain in the projected image.
【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、
一定のオフセットが残存している。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。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ZF 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。Further, as it is, the distribution of the focus positions on the image forming plane is as shown by a straight line 63A in FIG.
A certain offset remains. However, such a focus position offset can be almost completely removed by adjusting the height of the substrate (W) by the focus position control means (2) such as a stage for controlling the height of the substrate (W). . As a result, the distribution of the focus position Z F of the image plane with respect to the surface of the substrate (W) becomes as shown by the curve 65A in FIG. 8, and the defocus becomes almost zero.
【0017】[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。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。但し、
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。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A first embodiment of a projection exposure apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1, 2 and 6 to 14. In this example, the present invention is applied to a step-and-scan projection exposure apparatus that uses an excimer laser beam as an illumination light for exposure. However,
The projection optical system used in this example has such a performance that it can be used in a step-and-repeat system (collective exposure system) projection exposure apparatus.
【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
で偏向されて照明光学系14に入射する。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。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。FIG. 1 shows the projection exposure apparatus of this embodiment. In FIG. 1, the illumination light IL consisting of a laser beam pulsed from an excimer laser light source 16 is reflected by a mirror 15.
It is deflected by and is incident on the illumination optical system 14. As the excimer laser light source 16, a KrF excimer laser light source (oscillation wavelength: 248 nm), an ArF excimer laser light source (oscillation wavelength: 193 nm), or the like can be used. As a light source for exposure, a YAG laser harmonic generator, a metal vapor laser light source, a mercury lamp, or the like can be used.
【0019】照明光学系14は、ビームエクスパンダ、
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。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、
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。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
/5等)で縮小した投影像がウエハW上に転写される。
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。The illumination optical system 14 includes a beam expander,
Consists of a dimming system, fly-eye lens, relay lens, field stop (reticle blind), movable blade for avoiding unnecessary exposure before and after scanning, condenser lens, etc. Shaped to uniform illuminance distribution by illumination optical system 14. The illumination light IL thus illuminated illuminates an illumination region having a predetermined shape on the pattern forming surface (lower surface) of the reticle R. In this case, the main controller 18, which controls the operation of the entire device,
Through the illumination control system 17, the timing of pulse emission of the excimer laser light source 16 and the control of the extinction ratio in the extinction system in the illumination optical system 14 are performed. Illumination light transmitted through the pattern of the reticle R in the illumination area is projected onto the wafer W coated with the photoresist via the projection optical system PL1, and the pattern is magnified by β (β is, for example, ¼, or 1
The projected image reduced by / 5 etc.) is transferred onto the wafer W.
Here, the Z axis is taken parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL1, the Y axis is taken parallel to the paper surface of FIG. 1 in the plane perpendicular to the Z axis, and the X axis is taken perpendicular to the paper surface of FIG. .
【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。レチクルステージ6の上端に固定された移動鏡7、
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
に供給される。ステージ制御系11は、主制御装置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。The reticle R is held on the reticle stage 6, and the reticle stage 6 is movably mounted in the Y direction on the reticle support base 5 via an air bearing. A movable mirror 7 fixed to the upper end of the reticle stage 6,
And the Y coordinate of the reticle stage 6 measured by the laser interferometer 8 on the reticle support 5 is the stage control system 11
Is supplied to. The stage control system 11 includes a main controller 18
The position and the moving speed of the reticle stage 6 are controlled according to the command from.
【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、
及び回転方向等にウエハWの位置決めを行うと共に、Y
方向にウエハWの走査を行う。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。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、
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。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
VR で走査されるのと同期して、ウエハステージ2が+
Y方向(又は−Y方向)に速度VW(=β・VR)で走査さ
れる。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。On the other hand, the wafer W is held on the wafer stage 2, and the wafer stage 2 moves in the X, Y, and Z directions.
And the wafer W is positioned in the rotation direction, and Y
The wafer W is scanned in the direction. The movable mirror 9 is fixed to the upper end of the wafer stage 2, and the X coordinate and the Y coordinate of the wafer stage 2 are constantly measured by the movable mirror 9 and an external laser interferometer 10, and the measurement result is supplied to the stage control system 11. There is. The stage control system 11 follows a command from the main controller 18 to perform a stepping operation of the wafer stage 2.
Also, the scanning operation is controlled in synchronization with the reticle stage 6. That is, during scanning exposure, the reticle stage 6 is moved to -Y relative to the projection optical system PL1 under the control of the stage control system 11 using the magnification β from the reticle side of the projection optical system PL1 to the wafer side. The wafer stage 2 is moved in the + direction in synchronization with the scanning in the direction (or + Y direction) at the speed V R.
Y is scanned in the direction (or the -Y direction) in the speed V W (= β · V R ). As a result, the pattern of the reticle R is sequentially transferred to each shot area on the 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。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。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
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。An image-forming characteristic measuring sensor 3 is fixed near the wafer W on the wafer stage 2. As shown in FIG. 9B, the image-forming characteristic measuring sensor 3 has a light-shielding film 50 having a rectangular opening 50a formed on the surface set at the same height as the surface of the wafer W. It has a glass substrate 51, a photoelectric conversion element 52 for photoelectrically converting the illumination light for exposure that has passed through the opening 50a, and a signal processing section 53 for processing the detection signal S1 from this photoelectric conversion element 52. The processing result of the signal processing unit 53 is supplied to the main controller 18 of FIG. In the present example, as will be described later, by driving the wafer stage 2, the projected image of the pattern of the reticle R is formed into the opening 50a of the imaging characteristic measuring sensor 3.
The signal processing unit 53 uses the detection signal S1 output from the photoelectric conversion element 52 at that time to determine the distribution of focus positions (field curvature) at various image heights on the image forming surface of the projection optical system PL1. I am asking for it.
【0023】次に、図1において、本例の投影光学系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。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。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。Next, referring to FIG. 1, the projection optical system P of the present example.
Most of the plurality of lens elements constituting L1 are made of quartz, the remaining part of the lens elements is made of fluorite, and the lens elements are formed between a predetermined pair of lens elements made of quartz. A lens control device 12 for controlling the gas pressure in a predetermined gas chamber is provided. The magnification, the focus position (best focus position), and the field curvature of the projection optical system PL1 according to the environmental change such as atmospheric pressure change or temperature change, or the history of the irradiation amount of the exposure illumination light with respect to the projection optical system PL1. When the image forming characteristics such as the above change, the lens controlling apparatus 12 corrects the image forming characteristics based on a command from the main controller 18. As the lens control device 12, in addition to the pressure control device, for example, a lens position control device that controls the position or inclination angle of a predetermined lens element made of quartz or fluorite in the optical axis AX direction, or the light of the reticle R. A reticle position control device or the like for controlling the position and tilt angle in 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。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。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
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。Further, the projection optical system PL1 is connected to a lens temperature control device 13 for controlling the temperature of one or a plurality of lens elements made of a part of fluorite. In this example, when the non-linear defocus (field curvature etc.) of the projection optical system PL1 is deteriorated according to the environmental change, the history of the irradiation amount, or the like, the lens based on the command from the main controller 18 is used. The temperature control device 13 is adapted to correct the non-linear defocus. Moreover, the projection optical system PL is corrected by the non-linear defocus correction.
When the linear magnification error of 1 worsens, the lens controller 12 corrects the linear magnification error.
【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。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。この場合、ウエハWの表面の投影光学系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。そして、主制御装置18ではステージ制御系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。Further, in the projection exposure apparatus of this example, a projection optical system 68 for obliquely projecting spot light onto the wafer W at a plurality of measurement points in the exposure area by the projection optical system PL1, and the measurement points A focus position detection system is provided which includes a light receiving optical system 69 that receives the reflected light of each of the two and re-images the spot light, and outputs a focus signal corresponding to the lateral shift amount of the re-formed spot light. Has been. A plurality of focus signals from the light receiving optical system 69 are supplied to the main controller 18. In this case, the projection optical system PL on the surface of the wafer W
When the position (focus position) of 1 in the optical axis direction (Z direction) changes, the level of the corresponding focus signal changes, so the main controller 18 monitors the focus position of the wafer W. In the main controller 18, the stage control system 1
By controlling the operation of the driving mechanism in the Z direction in the wafer stage 2 via the projection optical system PL1, the focus position at the center of the average surface of the shot area of the exposure target of the wafer W is obtained in advance. The focus position is maintained at the center of the average surface of the image forming 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。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, in this example, when the field curvature of the projection optical system PL1 is corrected, an offset may occur in the focus position at the center of the average surface of the image forming plane, so such an offset occurs. At this time, the wafer stage 2 is driven to correct the focus position of the wafer W by the offset, thereby preventing defocus between the image plane and the surface of the wafer W. Further, the wafer stage 2 of this example is also provided with a mechanism (leveling stage) for correcting the tilt angle of the wafer W, and the main controller 18 moves the wafer W from the focus positions at a plurality of measurement points of the focus position detection system. The tilt angle is obtained, and the tilt angle of the wafer W is adjusted to the tilt angle of the image 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。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。Further, on the side surface of the projection optical system PL1 of the present example, an off-axis type image pickup type alignment sensor for detecting the position of an alignment wafer mark attached to each shot area on the wafer W. 70 is also provided. Next, the configuration of the projection optical system PL1 of this example and the configuration of the lens temperature control device 13 and the like will be described in detail with reference to FIG.
【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
〜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。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。そして、レンズエレメント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。FIG. 2 shows an internal structure of the projection optical system PL1 of this example and a control system of image forming characteristics. In FIG. 2, the projection optical system PL1 is, as an example, in the lens barrel 4 from the wafer W side. Six lens elements 25 arranged in order
˜30, four lens elements 31 to 34, and four lens elements 35A to 38A. Further, only the lens elements 36A and 37A are made of fluorite, and the other lens elements are made of quartz. Then, the lens elements 33, 3
4 is fixed in the lens barrel 4 via the lens frame G1, the lens elements 35A to 38A are fixed in the lens barrel 4 via the lens frame G2, and the other lens elements are also respectively inserted in the lens frame not shown. It is fixed in 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。この制御部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)
の圧力が制御できるようになっている。In this case, the gas chamber surrounded by the lens elements 33 and 34 and the lens frame G1 is hermetically sealed, and the gas chamber is connected to the bellows mechanism 12b via the pipe 12c so that the bellows mechanism 12b expands and contracts. It is controlled by the controller 12a. This control unit 12
The lens control device 12 of FIG. 1 is configured by a, the bellows mechanism 12b, and the pipe 12c, and the gas (for example, air) in the gas chamber is adjusted by adjusting the expansion / contraction amount of the bellows mechanism 12b.
The pressure can be controlled.
【0030】そして、蛍石よりなるレンズエレメント3
6A,37A及びレンズ枠G2で囲まれた気体室には、
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
3bに戻される構成となっている。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。The lens element 3 made of fluorite
In the gas chamber surrounded by 6A, 37A and the lens frame G2,
The temperature control device 13b supplies a gas at an arbitrary temperature instructed to the main control device 18 via the pipe 21, and the gas circulated in the gas chamber is supplied via the pipe 22 to the temperature control device 1
It is configured to be returned to 3b. If the gas flowing in the gas chamber has the same composition as the atmosphere (air) around the projection optical system PL1, the gas that has passed through the gas chamber must be returned to the temperature control device 13b via the pipe 22. However, for example, when a gas whose temperature is easily controlled (for example, nitrogen gas) is used, it is necessary to use the pipe 22 to perform temperature control 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。そのため、レンズエレメント3
7A,38A及びレンズ枠G2により囲まれた気体室、
及びレンズエレメント35A,36A及びレンズ枠G2
により囲まれた気体室には、それぞれ配管19及び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。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。温度制御装置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。Further, in this embodiment, since the temperature control device 13b controls the temperature of the lens elements 36A and 37A, the temperature of these lens elements 36A and 37A is controlled by the lens frame G2, the lens barrel 4, and the quartz before and after the gas. It is necessary to prevent conduction to the lens elements 35A, 38A made of Therefore, the lens element 3
A gas chamber surrounded by 7A, 38A and the lens frame G2,
And lens elements 35A and 36A and lens frame G2
The gas chambers surrounded by
A gas at a constant temperature is flown from the temperature control device 13a via the. A gas having a low temperature conductivity (air or the like) is used as the gas having a constant temperature, and the gas circulated in these gas chambers is returned to the temperature control device 13a via the pipes 23A and 24A, respectively. Temperature control device 13a, 1
The lens temperature control device 13 of FIG. 1 is configured by 3b and the pipes 19 to 22, 23A, and 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。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、
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。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。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。
更に、照明光学系14をコヒーレンスファクタであるσ
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
1の瞳面上でほぼ小さい円形の領域を通過する。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。Further, in the projection exposure apparatus of this example, in order to expose various patterns with high resolution, the illumination conditions by the illumination optical system 14 of FIG. 1 are set to the normal state, the modified light source, the annular illumination, and the coherence factor. It can be switched to a state in which the σ value is small. FIG. 12 shows the state of the illumination light that passes through the projection optical system PL1 when the illumination optical system 14 is switched. First, the 0th-order light that has passed through the reticle R in the normal state is shown in FIG. like,
It passes through a predetermined substantially circular area on the pupil plane (Fourier transform plane for reticle R) of projection optical system PL1. Next, when the illumination optical system 14 is in the modified light source state, the 0th-order light that has passed through the reticle R is separated on the pupil plane of the projection optical system PL1 as shown in the sectional view of FIG. Pass through multiple areas. When the illumination optical system 14 is in the annular illumination state, the 0th-order light that has passed through the reticle R passes through a substantially annular zone on the pupil plane of the projection optical system PL1.
Further, the illumination optical system 14 is set to a coherence factor σ
When the value is small, the 0th-order light that has passed through the reticle R is projected onto the projection optical system PL as shown in FIG.
It passes through a substantially small circular area on the pupil plane of 1. The imaging characteristics of the projected image also change depending on these illumination conditions.
【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。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。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。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
Bがそのレンズに近付く方向に変位する。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。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。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。Next, an example of the operation for removing the field curvature of the projection optical system PL1 in this example will be described. The glass material of the lens element of the projection optical system PL1 of this example is quartz and fluorite. Here, quartz has a characteristic that the index of refraction becomes large, although it hardly expands even if the temperature rises because the coefficient of expansion is small. Therefore, as shown in FIG. 6B, when the temperature of the quartz positive lens 49B rises, the image forming surface F
B is displaced in the direction toward the lens. On the other hand, fluorite has the property that it expands with increasing temperature and its refractive index decreases. Therefore, as shown in FIG. 6A, when the temperature of the fluorite positive lens 49A rises, the image plane FA is displaced in the direction away from the lens. The temperature characteristic of the refractive index of the glass material described above is not only obtained when the temperature changes in consideration of not only the temperature characteristic of the refractive index itself but also the thermal expansion of the lens made of the glass material and the expansion of the lens barrel. It is a characteristic determined by the direction in which the image plane changes.
【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。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ZF 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。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
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。Further, the field curvature of the projection optical system PL1 will be described with reference to FIGS. 7 and 8. 7 and 8, the vertical axis represents the image height H and the horizontal axis represents the focus position Z F of the image plane of the projection optical system PL1 at the image height H, and the focus position on the optical axis (H = 0). Is shown as the designed focus position. In this case, the projection optical system PL after the exposure is continuously performed for a certain time under a certain environment.
The image plane formed by the lens element 1 made of quartz has a field curvature that is convex downward as shown by a curve 61A in FIG. 7A.
【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。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。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
(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。On the other hand, in this example, the projection optical system PL1 is adjusted by adjusting the temperatures of the lens elements 36A and 37A made of fluorite in the projection optical system PL1 via the lens temperature control device 13 of FIG. The field curvature due to the lens element made of fluorite is set so as to have a field curvature having characteristics substantially opposite to the curve 61A of FIG. 7A. However, even if the field curvature of the lens element made of fluorite is set in such a manner, a constant offset is superimposed on the focus position of the image forming surface in the entire range of the predetermined image height H. Therefore, the distribution of the focus positions of the image plane due to the lens element made of fluorite of the projection optical system PL1 is shown in FIG.
As shown by the curve 62C in FIG. 7B, the predetermined offset has a characteristic in which the field curvature having a characteristic almost opposite to that of the curve 61A in FIG. 7A is superimposed.
【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ZF は、図7(c)の直線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。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。
これは、実質的に投影光学系PL1の結像面に対して、
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。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ZF 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。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 focus position Z F of the image plane as a whole of the projection optical system PL1 is determined by the straight line 6 in FIG.
As shown by 3A, the value is almost constant over the entire range of the image height H, and defocus occurs with the surface of the wafer W. Therefore, the focus position on the surface of the wafer W is corrected by the defocus amount with respect to the projection optical system PL1 using the drive mechanism in the Z direction in the wafer stage 2 in FIG.
This substantially corresponds to the image plane of the projection optical system PL1.
This means adding an offset of the focus position as shown by a straight line 64A in FIG. 7 (c). As a result, the distribution of the focus position Z F of the image plane of the projection optical system PL1 of this example with reference to the surface of the wafer W becomes as shown by the curve 65A in FIG. Have also been removed. Therefore, the width of the depth of focus is wider on the entire image plane than that of the conventional example, and the projection image is projected and exposed with a high resolution as a whole.
【0037】更に、蛍石よりなるレンズエレメント36
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)
が悪化することがある。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。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。Further, the lens element 36 made of fluorite
By adjusting the temperatures of A and 37A, the linear magnification error of the image plane (error in which the magnification changes in proportion to the image height H)
May worsen. When a linear magnification error occurs in this way, a linear magnification error that substantially cancels the generated linear magnification error is given to the image forming plane via the lens control device 12 of FIG. As a result, the image forming characteristics of the projection optical system PL1 of this example are good characteristics with no field curvature and no distortion.
【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。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。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。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。Here, an example of a method for measuring the distribution of focus positions on the image plane of the projection optical system PL1 will be described with reference to FIGS. 9 and 10. Therefore, as the reticle R in FIG. 1, a test reticle in which a predetermined number of pairs of evaluation marks (for example, 16 pairs) are uniformly distributed in the illumination area is used. The evaluation marks of each pair are X-axis evaluation marks composed of line-and-space patterns arranged at a predetermined pitch in the X-direction, and Y-axis evaluation marks in which the evaluation marks are rotated by 90 °. FIG. 9A shows a projected image MY (i) of the i-th (i = 1 to 16) Y-axis evaluation mark composed of the marks. In the following, the focus position of the image plane (best image plane) is detected using the projected image of the Y-axis evaluation mark, but both of the X-axis evaluated mark projection images are also used. The difference in focus position obtained by the method may be obtained.
【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
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。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
のY座標に対応して記憶される。In FIG. 9A, the projected image MY (i) is a pattern in which the bright portions P1 to P5 are arranged in the Y direction at a predetermined pitch. First, the position of the wafer stage 2 in the Z direction is set to a predetermined initial value. Wafer stage 2 of FIG.
Is driven, the projected image MY (i) is scanned in the Y direction by the rectangular opening 50a of the imaging characteristic measuring sensor 3. At that time, the detection signal S1 output from the photoelectric conversion element 52 of FIG. 9B is analog / digital (A / D) converted inside the signal processing unit 53, and the wafer stage 2
Is stored corresponding to the Y coordinate of.
【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
(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。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
(b)に示すような微分信号dS1/dYを得る。この
微分信号dS1/dYがピークを取るY軸上の位置Y1
〜Y5 がそれぞれ図9(a)の評価用マークの投影像M
Y(i)の明部P1〜P5に対応している。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
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。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。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。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。FIG. 10A shows the detection signal S1 of this example, and since the opening 50a of this example is rectangular, FIG.
As shown in (a), the obtained detection signal S1 becomes a signal that changes stepwise according to the Y coordinate. Therefore, as an example, in the signal processing unit 53, the detection signal S1 is differentiated by the Y coordinate (difference calculation is performed in actual processing), and FIG.
A differential signal dS1 / dY as shown in (b) is obtained. Position Y 1 on the Y-axis where this differential signal dS1 / dY has a peak
To Y 5 are projected images M of the evaluation marks in FIG.
It corresponds to the bright portions P1 to P5 of Y (i). When the imaging surface of the imaging characteristic measuring sensor 3 is at the focus position (best focus position) of the imaging surface, the differential signal dS1 / d
The contrast of the waveform corresponding to the bright portions P1 to P5 of Y becomes maximum, and the average value ΔS of the heights of the waveforms corresponding to the bright portions P1 to P5 (corresponding to the slope of the detection signal S1 in FIG. 10A). Is the maximum. Therefore, the signal processing unit 53 obtains the average value ΔS of the heights of the peak portions of the differential signal dS1 / dY. Then, for example, the average value ΔS of the heights of the peak portions of all 16 projected images is obtained. After that, while changing the position of the surface of the imaging characteristic measuring sensor 3 in the Z direction by a predetermined step width via the Z direction driving unit of the wafer stage 2 of FIG. The average value ΔS of the heights of the peaks is calculated.
【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。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。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
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ZF をその像高での結像面のフォーカス位
置とみなす。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ZF 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。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、
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。As a result, the measurement data as shown by the dot sequence in FIG. 10C is obtained for the projection image of a certain image height among the 16 projection images. In FIG. 10C, the horizontal axis represents the position in the Z direction of the image pickup surface of the imaging characteristic measuring sensor 3, and the vertical axis represents the average value ΔS of the peak heights. Then, in the signal processing unit 53, the point sequence shown in FIG.
The least square approximation is performed with 1, and the position Z F in the Z direction where the quadratic curve 71 has a peak is regarded as the focus position of the image forming surface at that image height. By obtaining the focus position Z F of the image plane for each of the marks having various image heights, the distribution of focus positions (field curvature) as shown in FIG. 8 in the current environment can be measured. Further, since the focus positions at a plurality of predetermined measurement points on the image height H are measured,
For the focus position at the image height between them, a value obtained by interpolating the focus positions at the front and rear measurement points may be used.
【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。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x0
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。この場合、大気圧xが基準値x0
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。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。Next, an example of a method for determining the set values of the temperatures of the lens elements 36A and 37A made of fluorite in FIG. 2 will be described. First, assuming that the pressure (atmospheric pressure) of the air around the projection optical system PL1 is x, the atmospheric pressure x is the reference value x 0.
When the field curvature exceeding the allowable value is generated in the projection optical system PL1 due to the change from, the set value of the temperature y of the lens elements 36A and 37A for canceling the field curvature will be described. In this case, the atmospheric pressure x is the reference value x 0
The curvature of field of the projection optical system PL1 caused by the change from is calculated by optical calculation. Then, the temperature y of the lens elements 36A and 37A for generating the field curvature thus obtained and the field curvature having the opposite characteristic is calculated.
【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
(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
A,37Aの温度yであり、基準大気圧x0 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y0 としてある。実用上でも、その関数FA
(x)に基づいて温度yを設定するようにしてもよい。The solid curve in FIG. 11 indicates the temperature y obtained as a function FA (x) of the atmospheric pressure x in advance.
(Y = FA (x)), and in FIG. 11, the horizontal axis represents the atmospheric pressure x and the vertical axis represents the lens element 36 made of fluorite.
The temperature y is A, 37A, and the temperature of the lens elements 36A, 37A for minimizing the field curvature at the reference atmospheric pressure x 0 is y 0 . In practice, the function FA
The temperature y may be set based on (x).
【0044】しかしながら、実際には投影光学系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。更に、本例の図1の照明光学系14では、図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。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。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。However, in reality, the projection optical system PL1
The curvature of field may not be sufficiently reduced at the temperature y determined by the function FA (x) due to the manufacturing error of each optical element. Furthermore, in the illumination optical system 14 of FIG.
As described in 2, the illumination conditions such as normal illumination, modified light source method, and illumination with a small coherence factor (σ value) can be switched and used in various ways. Therefore, the above-mentioned function FA (x) also needs to be calculated for each illumination condition, but the reliability of the calculation result may be low particularly in the modified light source method or illumination with a small coherence factor (σ value). Therefore, in order to make the field curvature smaller, it is desirable to calibrate the function FA (x) as follows.
【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x0 と異なる任意の1点の大気圧x
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。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y1 を求める。
この際に、蛍石よりなるレンズエレメント36A,37
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。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。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。That is, in order to find a function that actually fits well, the atmospheric pressure x at any one point different from the reference atmospheric pressure x 0.
In 1 , the field curvature of the projection image of the projection optical system PL1 is obtained by using the imaging characteristic measuring sensor 3 of FIG. Next, the temperature of the lens elements 36A and 37A made of fluorite is controlled via the lens temperature control device 13 to obtain the temperature y 1 when the field curvature of the projected image becomes 0 (minimum).
At this time, the lens elements 36A, 37 made of fluorite
The temperature of A is changed near the temperature y defined by the theoretical function FA (x). Then, the lens control device 12 is also used to obtain the pressure in the gas chamber for making the remaining linear magnification error zero. At the same time, the offset of the remaining focus position is also obtained.
【0046】また、その大気圧x1 と異なる他の大気圧
x2 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 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。そして、大気圧がx0 ,x1 ,x2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。
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。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。
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。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。The atmospheric pressure x1Other atmospheric pressure different from
x2Also in the same way, the field curvature of the projected image is actually
The temperature of the lens element made of fluorite to make it almost zero
Degree y 2, And the remaining linear scaling error to zero.
The pressure in the gas chamber of
Ask for a set. And the atmospheric pressure is x0, X1, X2of
Measured temperature of a fluorspar lens element at a point
Therefore, as shown by the dotted line in FIG.
Of the lens element made of fluorite for atmospheric pressure x
The function FA '(x) representing the temperature y can be obtained.
Furthermore, in order to make the linear magnification error remaining at this time 0
The pressure of the gas chamber of is also obtained as a function of the atmospheric pressure x.
You can At the same time, the focus position remaining
The fuss can also be obtained as a function of the atmospheric pressure x.
In addition, increasing the number of measurement points,
As a number, determine the temperature y etc. of the lens element made of fluorite.
You may stop. By using the function FA '(x)
Therefore, the field curvature of the projected image can be further reduced.
【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。図12(b)及び(c)の照明条件のもとで、
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。また、図13の関数FA2(x)は図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。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。そし
て、主制御装置18では計測される大気圧xに応じて、
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。Further, the function FA ′ (x) in FIG. 11 is a function obtained under normal illumination conditions (method of FIG. 12A), but other two types of illumination conditions (FIG. 12 ( The calibration is similarly performed under the methods (b) and (c). Under the illumination conditions of FIGS. 12B and 12C,
Results FA1 (x) and FA3 (x) of FIG. 13 are obtained by obtaining the temperature y for minimizing the field curvature of the lens element made of fluorite as a function of the atmospheric pressure x. Further, the function FA2 (x) in FIG.
Function FA ′ (x), that is, a function obtained under normal illumination conditions. When the functions are obtained in this way, the three functions FA1 (x) to FA3 (x) of FIG. 13 are stored in the storage unit in the main controller 18 of FIG. Then, in the main controller 18, according to the measured atmospheric pressure x,
The target value of the temperature y of the fluorspar lens element is obtained from a function according to the illumination condition being used, and the temperature of the lens element is set to the target value via the lens temperature control device 13.
【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。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。
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。In the above example, the correction of the field curvature due to the atmospheric pressure has been described, but in addition to that, each lens element expands due to the irradiation energy when the illumination light for exposure passes through the projection optical system. The refractive index of each lens element may change, and this also causes field curvature. Therefore, it is necessary to set the irradiation energy passing through the projection optical system PL1 per unit time to e, and to obtain the temperature y of the lens element made of fluorite for minimizing the field curvature as a function of the irradiation energy e. .
Furthermore, the function in this case also needs to be obtained 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、
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。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。そして、図14の照射エネルギ
ーeの関数gA1(e),gA2(e)及び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
を示す関数である。FIG. 14 shows the temperature y of the lens elements 36A and 37A made of fluorite obtained by performing calibration so that the curvature of field is minimized with respect to the irradiation energy e. The horizontal axis represents the irradiation energy e of the illumination light for exposure that passes through the projection optical system PL1,
The vertical axis represents the temperature y for minimizing the field curvature of the lens element made of fluorite. In this case, the irradiation energy e is converted in advance into a signal obtained by photoelectrically converting a light beam obtained by separating a part of the illumination light for exposure in the illumination optical system 14 in FIG. 1, for example. It is calculated by multiplying the coefficient. Then, the functions gA1 (e), gA2 (e) and gA3 of the irradiation energy e in FIG.
(E) is the temperature y for minimizing the field curvature obtained for each of the illumination conditions in FIGS. 12 (b), 12 (a) and 12 (c).
Is a function that indicates.
【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。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。To summarize the above, in the end, by using the function Q (e, x, I) with the irradiation energy e, the atmospheric pressure x, and the illumination condition I as parameters, fluorite for minimizing the curvature of field is obtained. It is necessary to obtain the temperature y of the lens element. The function Q (e, x, I) is also stored in the storage unit in the main control unit 18 of FIG. 1, and the main control unit 18 is responsive to the irradiation energy e during exposure, the atmospheric pressure x, and the illumination condition I. It is desirable to obtain the target temperature of the lens element made of fluorite from the function Q (e, x, I).
【0051】更に、図17を参照して説明したように、
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。そこで、
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。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。Further, as described with reference to FIG.
When the reticle used becomes large, the bending of the reticle becomes large, and the field curvature of the image plane is deteriorated. Therefore,
The field curvature of the image plane is calculated in advance by using the above-described image-forming characteristic measuring sensor 3 for each size or type of reticle used, and the field curvature is minimized according to the reticle used. It is desirable to control the temperature of the lens element made of fluorspar. As a result, even if a reticle having a large area is used, it is possible to cancel the bending of the reticle and the curvature of field.
【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
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。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。Although an excimer laser light source is used as the exposure light source in this example, the irradiation energy of the exposure illumination light is the i-line (wavelength: 365) of the mercury lamp.
(nm) has a larger absorption in the projection optical system than the excimer laser light, and the field curvature of the projection optical system also largely changes. Therefore, the method of controlling the temperature of the lens element made of fluorite according to the irradiation energy is applied to a projection exposure apparatus (stepper or the like) that uses the i-line of a mercury lamp to improve the field 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。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。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。図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。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。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3, parts corresponding to those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The projection optical system of this example is particularly suitable for use in a step-and-scan projection exposure apparatus. Figure 3
3 shows the projection optical system PL2 of this example. In FIG. 3, the projection optical system PL2 includes six lens elements 25 to 30 and four lens elements arranged in order in the lens barrel 4 from the wafer W side. 31 to 34 and four lens elements 35B to 38B. The lens elements 35B to 37B are fixed in the lens barrel 4 via a lens frame G3, and the lens element 38B is also fixed in 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。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。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〜
40Dが固定してある。In this case, only the lens element 36B is made of fluorite and the other lens elements are made of quartz. Then, a pair of temperature control elements 40A and 40B are fixed to both surfaces of one end in the Y direction, which is the scanning direction of the lens element 36B, and a pair of temperature control is also applied to both surfaces of the other end in the Y direction. The elements 40C and 40D are fixed. In this case, if the width in the Y direction of the slit-shaped illumination area on the pattern forming surface of the reticle R by the illumination optical system is L, the temperature of the illumination light that has passed through the illumination area of the width L does not pass through them. Control element 40A-
40D 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。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。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。As the temperature control elements 40A to 40D, a heater, a Peltier element or the like can be used. The Peltier element may be used for heating or heat absorption. Although not shown, a temperature sensor is fixed to the end of the lens element 36B in the Y direction, the detection signal of this temperature sensor is supplied to an external temperature control device 39, and the temperature control device 39 detects it. The heating or heat absorption operation of the temperature control elements 40A to 40D is controlled so that the temperature becomes the set temperature instructed by the main controller 18.
【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。即ち、レンズエレメント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
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。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
Bの温度を一定に保つようにしている。それ以外の構成
は図2の例と同様である。Further, in this example, a heat exhausting mechanism is provided for preventing the heat generated by controlling the temperature of the lens element 36B from affecting the adjacent lens elements. That is, the lens element 36
Gas of a predetermined temperature is supplied from the temperature control device 13a to the gas chamber surrounded by B and 37B and the lens frame G3 through the pipe 19, and the gas circulated in the gas chamber is pipe 23B.
A gas of a predetermined temperature is supplied from the temperature control device 13a through the pipe 20 to the gas chamber which is returned to the temperature control device 13a through and is surrounded by the lens elements 35B and 36B and the lens frame G3. The gas circulated in the chamber is returned to the temperature control device 13a via the pipe 24B. Then, based on the command from the main control device 18, the temperature control device 13a uses forced air-conditioning to cause the lens elements 35B and 37 before and after the lens element 36B.
The temperature of B is kept constant. The other configuration is the same as 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。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。As described above, according to this example, the lens element made of fluorite is effectively used by using the temperature control elements 40A to 40D by effectively utilizing the space which is not irradiated with the illumination light passing through the slit-shaped illumination region. Since the temperature of 36B is directly controlled, there is an advantage that the temperature of the lens element 36B can be set to a desired target temperature at high speed and with high accuracy. Thereby, the field curvature of the projection image of the projection optical system PL2 can be corrected quickly and with 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。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。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。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
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。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
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。Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4, parts corresponding to those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The projection optical system of this example is a suitable optical system to be applied to any projection exposure apparatus of the step-and-repeat method and the step-and-scan method. FIG. 4 shows the projection optical system PL3 of this example. In FIG. 4, the projection optical system PL3 is arranged in the lens barrel 4 in order from the wafer W side.
It is composed of four lens elements 25 to 30, four lens elements 31, 32, 33A and 34A, and four lens elements 35C to 38C. The lens elements 33A and 34A are fixed in the lens barrel 4 through the lens frame G4, and the lens elements 35C and 36C are fixed.
Is fixed in the lens barrel 4 via a lens frame G5, and other lens elements are also fixed via a 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。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
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。また、レンズエレメント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
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。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。In this case, only the lens elements 33A and 36C are made of fluorite, and the other lens elements are made of quartz. In this case, the field curvature characteristics mainly change due to the temperature change of the upper fluorite lens element 36C, and the lower fluorite lens element 3
The characteristics of the linear magnification error change mainly due to the temperature change of 3A. In addition, the lens element 35
A gas having a variable temperature is supplied from the temperature control device 13c to the gas chamber surrounded by C and 36C and the lens frame G5 via the pipe 41A, and the gas circulated in the gas chamber is pipe 41B.
The temperature of the variable temperature is supplied to the temperature chamber 13c from the temperature controller 13d via the pipe 42A to the gas chamber which is returned to the temperature controller 13c through the lens element 33A, 34A and the lens frame G4. The gas circulated in the gas chamber is returned to the temperature control device 13d via the pipe 42B. Then, based on the command from the main controller 18, the temperature controllers 13c and 13d respectively set the temperatures of the lens elements 36C and 33A to the target temperatures.
【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
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。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、
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。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。In this example, when correcting the field curvature of the projection image of the projection optical system PL3, the temperature control device 13c is used.
The temperature of the lens element 36C is controlled via the, and the linear magnification error generated at that time is offset by controlling the temperature of the lens element 33A via the temperature control device 13d. Further, in this method, the characteristics of the field curvature due to atmospheric pressure and the characteristics of the field curvature due to the temperature change at the time of irradiation of the illumination light for exposure to the projection optical system are different,
It can also be used when the field curvature control is independently performed by the lens elements made of fluorite at two locations corresponding to each, when a large error in focus position of the third order or higher remains. That is, for example, the lens element 36C made of fluorite on the upper side corrects the field curvature due to atmospheric pressure, and the lens element made of fluorite on the lower side corrects the field curvature caused by irradiation of the illumination light. 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。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。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。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
0、4枚のレンズエレメント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。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。Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5, parts corresponding to those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The projection optical system of the present example is an optical system suitable for use in any projection exposure apparatus of step-and-repeat type and step-and-scan type. FIG. 5 shows a projection optical system PL4 of this example. In FIG. 5, the projection optical system PL4 includes six lens elements 25, 26, 27A, 28A, 29A in the lens barrel 4A in order from the wafer W side. Three
0, 4 lens elements 31, 32, 33B, 34
B and two lens elements 35D and 36D are fixed, and a support base 45 holding the lens element 37D and a support base 46 holding the lens element 38D are fixed on the lens barrel 4A. . The lens elements 28A and 29A are fixed in the lens barrel 4A via a lens frame G6, and the other lens elements are also fixed in the lens barrel 4A via a lens frame (not shown).
【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。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
4を介して温度制御装置13eに戻されている。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。また、支持台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。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。In this example, only the lens elements 28A and 29A are made of fluorite, and the other lens elements are made of quartz. Further, the gas chamber surrounded by the lens elements 28A and 29A and the lens frame G6 is supplied with a variable temperature gas from the temperature control device 13e via the pipe 43, and the gas circulated in the gas chamber is pipe 4
It is returned to the temperature control device 13e via 4. Then, based on a command from the main controller 18, the temperature controller 13e sets the temperature of the lens elements 28A and 29A to the target temperature. In addition, the support base 45
And 46 are configured so that they can be moved independently of each other by a drive device 47 in a direction parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL4 and can be tilted at a desired angle. The operation of the drive device 47 is controlled by the imaging characteristic control device 48 based on a command from the main control device 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
を傾斜、又は上下動させることによって補正する。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。Also in this example, the field curvature of the projection image of the projection optical system PL4 is corrected by controlling the temperature of the lens elements 28A and 29A made of fluorite via the temperature control device 13e, but this occurs. The linear magnification error that causes the lens elements 37D and 38D to pass through the supports 45 and 46.
Is corrected by tilting or moving up and down. By combining the movements of the two supports 45 and 46, not only the magnification error but also the defocus of the focus position can be corrected, so most of the other aberrations that occur during field curvature correction are the temperature control device 13e and the drive. This can be offset by optimizing the control of the device 47.
【0064】[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。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
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。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、
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
m]、及びフォーカス位置のZ方向へのずれ量(即ち、
像面湾曲)βB[μm]を求めた。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
m]を次の表1に示す。EXAMPLES Next, the results of a numerical analysis of the actual numerical model of the projection optical system showing how the field curvature changes due to temperature control are shown. In this case, for example, when the projection optical system PL1 shown in FIG.
There are, for example, two lens elements in 1 in which the imaging characteristics may be corrected by forming them from fluorite. Therefore, when the two lens elements formed of fluorite and effective as the lens elements L1 and L2 are not used,
And when the lens element L1 or L2 is made of fluorite and the other lens elements are made of quartz, the magnification error βA [μ at the position where the image height is 100% of the maximum value]
m] and the shift amount of the focus position in the Z direction (that is,
The field curvature) βB [μm] was determined. Further, with reference to the focus position at the image height of 0, the magnification error βA [μm] and the focus position shift amount βB [μ when the temperature of one lens element made of fluorite is changed by 1 ° C.
m] is shown in Table 1 below.
【0065】[0065]
【表1】 [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±
0.2μm程度の像面湾曲の補正が可能となることが分
かる。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/
100[μm])となる。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。From Table 1 above, by changing the temperature of one lens element made of fluorite by ± 1 ° C., about ±
It can be seen that the field curvature of about 0.2 μm can be corrected. Further, generally, the resolution of the temperature control can be about 0.01 ° C. Therefore, when the field curvature is corrected by changing the temperature of the lens element made of fluorite by about 1 ° C., the correction of the field curvature can be performed. The resolution is approximately ± 2 nm (= ± 0.2 /
100 [μm]). Further, by inserting fluorite lens elements at a plurality of positions, it is possible to narrow the temperature control range, reduce the linear magnification error additionally generated, and correct a larger field 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。The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and it goes without saying that various configurations can be made without departing from the gist of the present invention.
【0068】[0068]
【発明の効果】本発明によれば、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。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。According to the present invention, since the temperature control member for controlling the temperature of at least one optical member made of the second glass material is provided, a large area around the projection optical system is provided. The advantage is that it is possible to correct defocus of the image plane of the projection optical system, which is deteriorated due to environmental changes such as atmospheric pressure, absorption of exposure illumination light, or deflection of the reticle, and in particular non-linear defocus. is there. As a result, the width of the depth of focus of the entire projected image is widened, and the resolution of the entire projected image is improved.
【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。The object to be controlled by the temperature control means is the field curvature of the projection optical system, and a magnification error control means for controlling the magnification error of the projection optical system is provided, and the projection optical system is controlled by using the temperature control means. When the magnification error that occurs when the field curvature is controlled by the magnification error control means, the magnification error such as the linear magnification error that occurs due to the correction of the field curvature is reduced, and the overall result is reduced. The image characteristics are maintained well.
【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。Further, by controlling the temperature of the optical member to be controlled within the range of ± 1 ° C. or less by the temperature control means, the field curvature of the projection optical system is corrected within the range of ± 0.3 μm. At times, as shown in the above-mentioned numerical analysis, it is possible to perform correction within that range by controlling the temperature of one lens element made of, for example, fluorite, which is practical.
【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。Further, a storage means for storing the amount of change in the position of the image plane of the projection optical system according to the change in the use condition of the projection optical system is provided, and the storage means is provided in accordance with the change in the use condition of the projection optical system. When the position of the image plane of the projection optical system is controlled via the temperature control unit so as to cancel out the amount of change in the position of the image plane stored in the storage unit, the use condition changes. Also, there is an advantage that the field curvature and the like can be corrected quickly and with high accuracy.
【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。Further, there is provided focus position control means for relatively moving the image plane of the projection optical system and the photosensitive substrate in the optical axis direction of the projection optical system, and the projection optical system is provided by using the temperature control means. When the focus position control means is used to reduce the remaining focus position offset when the position of the image forming surface is controlled, the defocus caused by the correction of the field curvature is corrected and the photosensitive substrate The exposure is carried out with the surface conforming to the image plane.
【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。FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of 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。FIG. 2 is a partially cutaway configuration diagram showing a projection optical system and an image forming characteristic correction mechanism used in the first embodiment.
【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。FIG. 3 is a partially cutaway configuration diagram showing a projection optical system used in a second embodiment and a mechanism for correcting an imaging characteristic.
【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。FIG. 4 is a partially cutaway configuration diagram showing a projection optical system and an image forming characteristic correction mechanism used in a third embodiment.
【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。FIG. 5 is a partially cutaway configuration diagram showing a projection optical system and an image forming characteristic correction mechanism used in a fourth embodiment.
【図6】温度変化に対して互いに異なる特性を有する2
つの硝材のレンズを示す光路図である。FIG. 6 is a graph showing characteristics 2 different from each other with respect to temperature change.
It is an optical-path figure which shows the lens of two glass materials.
【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。7A is a diagram showing a field curvature due to a lens element made of quartz, FIG. 7B is a diagram showing a focus position distribution due to a lens element made of fluorite whose temperature is controlled, and FIG. It is a figure which shows the correction amount of the remaining focus position.
【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。FIG. 8 is a diagram showing a focus position distribution (field curvature) obtained by combining a lens element made of quartz, a lens element made of fluorite whose temperature is controlled, and a focus position control mechanism (wafer stage). .
【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。9A is a plan view showing a projected image of an opening of the image-forming characteristic measuring sensor 3 and an evaluation mark, and FIG. 9B is a partial cross-sectional view showing the configuration of the image-forming characteristic measuring sensor 3. FIG. FIG.
【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。10A is a waveform diagram showing a detection signal detected by the imaging characteristic measuring sensor 3, FIG. 10B is a waveform diagram showing a differential signal of the detection signal, and FIG. 10C is a focus position determination method. FIG.
【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。FIG. 11 is a diagram showing the relationship between atmospheric pressure and the temperature of a lens element made of 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。FIG. 12 is a conceptual diagram showing the distribution of 0th-order light from a reticle passing through the projection optical system when the illumination conditions are variously switched.
【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。FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the atmospheric pressure and the temperature of the lens element made of fluorite when the illumination conditions are switched.
【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。FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the irradiation energy passing through the projection optical system and the temperature of the lens element made of fluorite.
【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。FIG. 15 is a diagram showing field curvature in a 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。FIG. 16A is a diagram showing the influence of field curvature when performing collective exposure, and FIG. 16B is a diagram showing the influence of field curvature when 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。FIG. 17A is a perspective view showing the flexure of a small size reticle, and FIG. 17B is a perspective view showing the flexure of a large size reticle.
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R Reticle PL1, PL2, PL3, PL4 Projection optical system W Wafer 2 Wafer stage 3 Imaging characteristic measurement sensor 4 Lens barrel G1, G2 Lens frame 6 Reticle stage 8, 10 Laser interferometer 12 Lens controller 13 Lens temperature controller 13a, 13b Temperature control device 14 Illumination optical system 18 Main control device 25 to 34, 35A, 38A Lens element 36A, 37A made of quartz Lens element 36B made of fluorite Lens element 33A, 36C made of fluorite Lens made of fluorite Elements 28A and 29A Lens elements 40A to 40D made of fluorite Temperature control element
───────────────────────────────────────────────────── 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 21/30 516E 516F (56) References JP-A-4-86668 (JP, A) JP-A-5-347239 (JP, A ) JP-A-60-159748 (JP, A) JP-A-6-5490 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/027 G03B 13/36 G03F 7 / 20 521
Claims (9)
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
と、屈折率に関する温度特性が前記第1の硝材と異なる
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。1. A projection exposure apparatus which a pattern of a mask through a projection optical system for projecting onto the photosensitive substrate, the projection optical system, a plurality of optical members made of a first glass material
And the temperature characteristics regarding the refractive index are different from those of the first glass material.
At least one optical member made of a second glass material, temperature control means for controlling the temperature of at least one optical member made of the second glass material is provided, and the projection optical system is provided by using the temperature control means. A projection exposure apparatus, characterized in that the position of the image plane of the system in the optical axis direction of the projection optical system is controlled.
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
の投影露光装置。2. The temperature control means controls a field curvature of the projection optical system, a magnification error control means for controlling a magnification error of the projection optical system is provided, and the projection is performed by using the 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
Projection exposure apparatus.
硝材からなる少なくとも一つ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、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。3. The temperature control unit controls the second
The temperature of at least one optical member made of glass is ± 1 ℃
The projection exposure apparatus according to claim 2 , wherein the field curvature of the projection optical system is corrected within a range of ± 0.3 μm or less by controlling within the range below.
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
れか一項に記載の投影露光装置。4. A storage unit is provided for storing the amount of change in the position of the image plane of the projection optical system according to the change in the use condition of the projection optical system, and the storage unit is provided in accordance with the change in the use condition 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 ~ 3 Izu
The projection exposure apparatus according to any one of the above .
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
の投影露光装置。5. A focus position control means for relatively moving an image forming surface of the projection optical system and the photosensitive substrate in an optical axis direction of the projection optical system is provided, and the projection optical system is provided by using the 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
Projection exposure apparatus.
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。6. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the temperature control unit has a temperature control element fixed to the surface of the at least one optical member.
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。7. The projection optical system has two optical members made of the second glass material, and the temperature control means controls the temperature of one of the two optical members to obtain the projection optical system. The linear magnification error of the projection optical system is corrected by correcting the field curvature of the system and controlling the temperature of the other of the two optical members. The projection exposure apparatus according to.
2の硝材は、蛍石であることを特徴とする請求項1〜7
のいずれか一項に記載の投影露光装置。8. The first glass material is quartz, and the second glass material is fluorite.
The projection exposure apparatus according to claim 1.
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〜
8のいずれか一項に記載の投影露光装置。9. A mask stage for holding the mask and a substrate stage for holding the photosensitive substrate are further provided, and scanning exposure is performed by synchronously moving the mask stage and the substrate stage. Claim 1
9. The projection exposure apparatus according to claim 8.
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