JP4273421B2 - Temperature control method and apparatus, and exposure method and apparatus - Google Patents

Temperature control method and apparatus, and exposure method and apparatus Download PDF

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Description

本発明は、所定空間内の温度を制御するための温度制御技術に関し、例えば半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、プラズマディスプレイ素子、又は薄膜磁気ヘッド等の各種デバイスを製造するためのリソグラフィ工程で使用される露光装置又はその一部の機構が収納される気密室（チャンバ等）内の温度を制御する場合に使用して好適なものである。更に本発明は、その温度制御技術を用いる露光技術及びデバイス製造技術に関する。  The present invention relates to a temperature control technique for controlling the temperature in a predetermined space, and for example, for manufacturing various devices such as a semiconductor element, an imaging element (CCD, etc.), a liquid crystal display element, a plasma display element, or a thin film magnetic head. This is suitable for controlling the temperature in an airtight chamber (chamber or the like) in which an exposure apparatus used in the lithography process or a part of the mechanism is accommodated. The present invention further relates to an exposure technique and a device manufacturing technique using the temperature control technique.

例えば半導体素子を製造する際に、マスクとしてのレチクルに形成されたパターンを基板としての感光材料が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写するために露光装置が使用されている。露光装置においては、パターンをウエハ上の各レイヤに高精度に転写するとともに、異なるレイヤ間の重ね合わせ精度を高く維持するために、露光装置の設置されている環境（雰囲気）の温度を目標温度に対して許容範囲内で合わせた状態で露光を行う必要がある。そのため、従来より露光装置は、塵や不純物が除去されるとともに高精度に温度制御された気体が循環している環境チャンバ内に設置されていた。
従来は、環境チャンバ内の温度を制御するために、その環境チャンバを循環して回収された気体と外部から取り込まれた気体とを混合した気体の温度を温度制御部で制御し、その温度制御された気体を防塵フィルタを介してその環境チャンバ内に供給していた。この際に、その環境チャンバ内に設置された温度センサの計測値をその温度制御部にフィードバックすることによって、環境チャンバ内に供給される気体の温度が目標温度になるようにしていた。
上記の如く従来の露光装置では、外部から取り入れる気体及び環境チャンバを循環して回収された気体の状態（圧力、湿度等）に関わらず、環境チャンバ内に設置された温度センサからの計測値のみを温度制御部にフィードバックして、気体の温度を制御していた。
最近は環境チャンバ内の防塵性をより高めることも求められており、それに応じて防塵フィルタとして微粒子を物理的に除去するためのフィルタ（ＨＥＰＡフィルタなど）だけでなく、有機系ガスなどを化学的に除去するためのケミカルフィルタも使用されるようになって来ている。しかしながら、従来のように単に環境チャンバ内の温度の計測値のみを温度制御部にフィードバックする構成で、気体の流通経路にケミカルフィルタを設置すると、環境チャンバ内の気体の温度が変動し易くなり、温度制御精度が低下するという不都合があった。
その温度制御精度の低下要因の一つは、ケミカルフィルタは、それを通過する気体の湿度の高低によって僅かに発熱又は吸熱を起こすことであることが、本発明者によって確かめられた。今後、半導体素子の集積度や微細度が更に向上するのに応じて、環境チャンバ内の温度の制御精度も高める必要があるが、従来の温度制御方式のもとでケミカルフィルタを用いた場合には、必要な制御精度を達成できなくなる恐れがある。
更に、ケミカルフィルタ以外にも、各種センサなどで気体の湿度や圧力などの状態によってそれに接触する気体の温度に影響を与える装置が使用される場合には、同様に必要な温度制御精度が得られなくなる恐れがある。
これに関して、最近は、解像度をより高めるために、露光光の波長はＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）からほぼ真空紫外域のＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）に移行しつつあり、更に短波長のＦ２レーザ（波長１５７ｎｍ）の使用も試みられている。このように露光光を短波長化すると、空気中の酸素及び空気に含まれる有機ガスなどの不純物による吸収が大きくなるため、露光光に対する透過率を高めるために、露光光の光路に不純物が高度に除去されるとともに短波長の光に対して吸収の少ない窒素ガスや希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン）などの気体（以下、「パージガス」と言う。）を供給することが望ましい。このように露光光の光路にパージガスを供給する場合には、露光光の光路を例えば照明光学系のサブチャンバ、レチクルステージ系を囲むレチクル室、投影光学系内の空間、及びウエハステージ系を囲むウエハ室などの複数の気密室に分割し、複数の気密室にそれぞれ独立に温度制御されて高度に不純物が除去されたパージガスを供給するシステムを使用することも検討されている。このようなパージガスの供給システムにおいても、ケミカルフィルタのように気体の状態によって熱変動を起こすような装置が使用される場合には、単に気密室内の温度をフィードバックする方式に比べて、より高精度に温度制御を行うことができる方式が必要になる。For example, when manufacturing a semiconductor element, an exposure apparatus is used to transfer a pattern formed on a reticle as a mask onto a wafer (or a glass plate or the like) coated with a photosensitive material as a substrate. In the exposure apparatus, the temperature of the environment (atmosphere) where the exposure apparatus is installed is set to the target temperature in order to transfer the pattern to each layer on the wafer with high accuracy and to maintain high overlay accuracy between different layers. However, it is necessary to perform exposure in a state where the values are within the allowable range. Therefore, conventionally, the exposure apparatus has been installed in an environmental chamber in which dust and impurities are removed and a gas whose temperature is controlled with high accuracy is circulating.
Conventionally, in order to control the temperature in the environmental chamber, the temperature control unit controls the temperature of the gas obtained by mixing the gas collected by circulating through the environmental chamber and the gas taken in from the outside. The gas was supplied into the environmental chamber through a dust filter. At this time, the measured value of the temperature sensor installed in the environmental chamber is fed back to the temperature control unit so that the temperature of the gas supplied into the environmental chamber becomes the target temperature.
As described above, in the conventional exposure apparatus, only the measured value from the temperature sensor installed in the environmental chamber, regardless of the state of gas introduced from the outside and the state of the gas collected by circulating through the environmental chamber (pressure, humidity, etc.) Was fed back to the temperature controller to control the temperature of the gas.
Recently, it has been demanded to further improve the dustproof property in the environmental chamber. Accordingly, not only a filter (such as a HEPA filter) for physically removing fine particles as a dustproof filter, but also an organic gas or the like is chemically used. Chemical filters for removal are also being used. However, when the chemical filter is installed in the gas flow path with the configuration in which only the measured value of the temperature in the environmental chamber is fed back to the temperature control unit as in the past, the temperature of the gas in the environmental chamber is likely to fluctuate, There was a disadvantage that the temperature control accuracy was lowered.
It has been confirmed by the present inventor that one of the factors that lower the temperature control accuracy is that the chemical filter slightly generates heat or absorbs heat depending on the humidity of the gas passing through it. In the future, as the integration density and fineness of semiconductor elements further improve, it will be necessary to increase the accuracy of temperature control in the environmental chamber. When chemical filters are used under the conventional temperature control system, May not be able to achieve the required control accuracy.
Furthermore, in addition to chemical filters, the required temperature control accuracy can be obtained in the same way when various devices are used that affect the temperature of the gas that comes into contact with the sensor depending on the state of the gas such as humidity and pressure. There is a risk of disappearing.
In this regard, recently, in order to further improve the resolution, the wavelength of the exposure light is shifting from a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) to an ArF excimer laser (wavelength 193 nm) in a substantially vacuum ultraviolet region, and further, F 2 having a shorter wavelength. Attempts have also been made to use lasers (wavelength 157 nm). When the exposure light is shortened in this way, absorption by impurities such as oxygen in the air and organic gas contained in the air increases, so that in order to increase the transmittance for the exposure light, impurities in the optical path of the exposure light are highly advanced. And a gas such as nitrogen gas or rare gas (helium, neon, argon, krypton, xenon, radon) (hereinafter referred to as “purge gas”) that is not easily absorbed by light and has a low absorption with respect to short-wavelength light. Is desirable. When the purge gas is supplied to the optical path of the exposure light in this manner, the optical path of the exposure light surrounds, for example, the sub-chamber of the illumination optical system, the reticle chamber surrounding the reticle stage system, the space in the projection optical system, and the wafer stage system. It is also considered to use a system that divides a plurality of hermetic chambers such as a wafer chamber and supplies a purge gas from which impurities are highly removed to each of the plurality of hermetic chambers. Even in such a purge gas supply system, when a device that causes thermal fluctuations depending on the gas state, such as a chemical filter, is used, it is more accurate than a method that simply feeds back the temperature in the hermetic chamber. Therefore, a method capable of performing temperature control is required.

本発明は斯かる点に鑑み、温度制御された気体を用いて所定の空間の温度制御を行う場合に、温度制御精度を高めることができる温度制御技術及び露光技術を提供することを第１の目的とする。
更に本発明は、温度制御された気体を用いる場合に、気体の状態によって熱変動を起こすような装置が使用されていても高い温度制御精度の得られる温度制御技術及び露光技術を提供することを第２の目的とする。
本発明による温度制御方法は、所定の空間（３２）内の温度を、温度制御され、且つケミカルフィルタ（５３）を介した気体を用いて制御する温度制御方法において、その空間内の温度情報及びその気体の温度変化を生じさせる少なくとも一つ以上の物理量の情報に基づいてその気体の温度を制御して、その空間に供給するものであって、その物理量の情報は、そのケミカルフィルタに供給される気体の湿度に起因して生じるこのケミカルフィルタ内における吸熱又は発熱に関する情報を含むものである。
本発明によれば、上述の物理量の情報を用いることによって、その気体がその空間に供給される途中の経路（ケミカルフィルタ）における放熱量や吸熱量の予測が可能となる。その予測される放熱量や吸熱量の情報とその空間内の温度情報とを合わせて用いることで、その空間内の温度を例えば目標温度に対する許容範囲内に維持するためのその気体の最適な加熱量又は吸熱量を逐次設定することができる。この結果、その空間内の温度制御精度が向上する。
本発明において、その物理量の情報として更に、その気体の圧力及び流量のうちの少なくとも一つを用いることもできる。
また、そのケミカルフィルタ内における吸熱又は発熱に関する情報として、そのケミカルフィルタに供給される気体の湿度を含むことが望ましい。例えばそのケミカルフィルタが内部を通過する気体の湿度が高いと吸熱する場合、その湿度が高いときに予めその気体の温度を高くしておくことで、その空間内の温度制御精度が向上する。
また、その空間に供給するその気体の温度を制御するために、温度制御部に対してその物理量の情報をフィードフォワードすることが望ましい。その物理量の情報に応じて予めその気体の温度を調整しておくことで、その空間内の温度変動量が小さくなる。
また、その空間に供給するその気体の温度を制御するために、温度制御部に対してその空間内の温度情報をフィードバックすることが望ましい。これによって、その空間内の温度が目標値に設定される。
また、本発明による露光方法は、本発明の温度制御方法を用いる露光方法であって、露光ビームで第１物体（１３）を照明し、その露光ビームでその第１物体を介して第２物体（１９）を露光する露光装置のその露光ビームの光路の少なくとも一部を含む空間（３１〜３３，１８）、又はその空間に連通する空間の温度をその温度制御方法によって制御するものである。本発明によれば、その第１物体又はその第２物体の温度制御精度を向上できる。
次に、本発明による温度制御装置は、所定の空間（３２）内の温度を、温度制御され、且つケミカルフィルタ（５３）を介した気体を用いて制御する温度制御装置において、温度制御用の気体をその空間に供給する気体供給部（３５，４５，７５Ａ）と、その空間内の温度情報を検出する温度センサ（３９Ｂ）と、その気体の温度変化を生じさせる少なくとも一つ以上の物理量の情報を検出する物理量センサ（４９）と、その温度センサ及びその物理量センサの検出結果に基づいてその気体の温度を制御する温度制御部（５２）とを有し、その物理量の情報は、そのケミカルフィルタに供給される気体の湿度に起因して生じるこのケミカルフィルタ内における吸熱又は発熱に関する情報を含むものである。
本発明によれば、その温度センサの検出結果とともにその物理量センサの検出結果を用いることによって、その空間内の温度制御精度が向上する。例えばその温度センサの検出結果をその温度制御部にフィードバックして、その物理量センサの検出結果をその温度制御部にフィードフォワードすることによって、その空間内の温度を目標値に高精度に維持できる。
本発明において、上述の物理量の情報として更に、その気体の圧力及び流量のうちの少なくとも一つを用いることもできる。
また、その物理量センサ（４９）は、そのケミカルフィルタに供給されるその気体の湿度情報を検出することが望ましい。その湿度情報を用いることで温度制御精度が向上する。
次に、本発明による露光装置は、露光ビームで第１物体（１３）を照明し、その露光ビームでその第１物体を介して第２物体（１９）を露光する露光装置において、本発明の温度制御装置を有し、その露光ビームの光路の少なくとも一部を含む空間（３１〜３３，１８）、又はその空間に連通する空間の温度をその温度制御装置によって制御するものである。
本発明の露光装置によれば、その第１物体若しくは第２物体、又はこれらの駆動機構の温度制御精度を向上できる。従って、その第１物体又は第２物体の位置決め精度や重ね合わせ精度を向上できる。
また、本発明によるデバイス製造方法は、本発明の露光装置を用いて、その第１物体としてのマスク上に形成されたデバイスパターンをその第２物体としての基板上に転写露光する工程を含むものである。本発明の露光装置の使用によって、重ね合わせ精度等が向上するため、各種デバイスを高精度に量産できる。In view of such a point, the present invention provides a temperature control technique and an exposure technique that can improve temperature control accuracy when performing temperature control of a predetermined space using temperature-controlled gas. Objective.
Furthermore, the present invention provides a temperature control technique and an exposure technique that can obtain high temperature control accuracy even when an apparatus that causes thermal fluctuations depending on the gas state is used when a temperature-controlled gas is used. Second purpose.
The temperature control method according to the present invention is a temperature control method in which a temperature in a predetermined space (32) is controlled using a gas that is temperature-controlled and passes through a chemical filter (53). The temperature of the gas is controlled based on information on at least one physical quantity that causes the temperature change of the gas and is supplied to the space, and the physical quantity information is supplied to the chemical filter. The information regarding the heat absorption or heat generation in the chemical filter caused by the humidity of the gas is included.
According to the present invention, by using the information on the physical quantity described above, it is possible to predict a heat release amount and an endothermic amount in a path (chemical filter) in the middle of supplying the gas to the space. By using the predicted heat dissipation and heat absorption information together with the temperature information in the space, the optimum heating of the gas to maintain the temperature in the space within the allowable range for the target temperature, for example. The amount or endothermic amount can be set sequentially. As a result, the temperature control accuracy in the space is improved.
In the present invention, at least one of the pressure and flow rate of the gas can be used as information on the physical quantity.
Moreover, it is desirable to include the humidity of the gas supplied to the chemical filter as information regarding heat absorption or heat generation in the chemical filter. For example, when the chemical filter absorbs heat when the humidity of the gas passing through it is high, the temperature control accuracy in the space is improved by increasing the temperature of the gas in advance when the humidity is high.
Further, in order to control the temperature of the gas supplied to the space, it is desirable to feed forward the information on the physical quantity to the temperature control unit. By adjusting the temperature of the gas in advance according to the information on the physical quantity, the temperature fluctuation amount in the space is reduced.
Further, in order to control the temperature of the gas supplied to the space, it is desirable to feed back temperature information in the space to the temperature control unit. Thereby, the temperature in the space is set to the target value.
An exposure method according to the present invention is an exposure method using the temperature control method of the present invention, and illuminates the first object (13) with an exposure beam, and the second object through the first object with the exposure beam. The temperature of the space (31-33, 18) including at least a part of the optical path of the exposure beam of the exposure apparatus for exposing (19), or the space communicating with the space is controlled by the temperature control method. According to the present invention, the temperature control accuracy of the first object or the second object can be improved.
Next, a temperature control device according to the present invention is a temperature control device that controls the temperature in a predetermined space (32) using a gas that is temperature-controlled and passes through a chemical filter (53). A gas supply unit (35, 45, 75A) for supplying gas to the space; a temperature sensor (39B) for detecting temperature information in the space; and at least one physical quantity that causes a temperature change of the gas. A physical quantity sensor (49) for detecting information, and a temperature control unit (52) for controlling the temperature of the gas based on the temperature sensor and the detection result of the physical quantity sensor. It includes information on heat absorption or heat generation in the chemical filter caused by the humidity of the gas supplied to the filter.
According to the present invention, the temperature control accuracy in the space is improved by using the detection result of the physical quantity sensor together with the detection result of the temperature sensor. For example, by feeding back the detection result of the temperature sensor to the temperature control unit and feeding forward the detection result of the physical quantity sensor to the temperature control unit, the temperature in the space can be maintained at the target value with high accuracy.
In the present invention, at least one of the pressure and flow rate of the gas can be used as the physical quantity information.
The physical quantity sensor (49) preferably detects humidity information of the gas supplied to the chemical filter. The temperature control accuracy is improved by using the humidity information.
Next, an exposure apparatus according to the present invention illuminates the first object (13) with an exposure beam and exposes the second object (19) through the first object with the exposure beam. A temperature control device is provided, and the temperature of the space (31 to 33, 18) including at least a part of the optical path of the exposure beam or the space communicating with the space is controlled by the temperature control device.
According to the exposure apparatus of the present invention, it is possible to improve the temperature control accuracy of the first object or the second object, or these drive mechanisms. Therefore, the positioning accuracy and overlay accuracy of the first object or the second object can be improved.
The device manufacturing method according to the present invention includes a step of transferring and exposing a device pattern formed on the mask as the first object onto the substrate as the second object using the exposure apparatus of the present invention. . By using the exposure apparatus of the present invention, the overlay accuracy and the like are improved, so that various devices can be mass-produced with high accuracy.

図１は、本発明の実施の形態の一例の投影露光装置を示す概略構成図である。図２は、図１中のパージガス供給機構を示す図である。図３は、図２のパージガス供給機構における温度制御動作の一例を示す図である。図４は、本発明の実施の形態の投影露光装置を用いるデバイス製造工程の一例を示す図である。  FIG. 1 is a schematic block diagram showing a projection exposure apparatus as an example of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view showing the purge gas supply mechanism in FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a temperature control operation in the purge gas supply mechanism of FIG. FIG. 4 is a diagram showing an example of a device manufacturing process using the projection exposure apparatus according to the embodiment of the present invention.

以下、本発明の好ましい実施の形態の一例につき図面を参照して説明する。
本発明は、リソグラフィシステムが収納されるクリーンルーム内の温度制御を行う場合、露光装置が全体として収納される環境チャンバ内の温度制御を行う場合、及び露光装置の露光ビームの光路を複数の気密室に分割して各気密室に高透過率で温度制御された気体を供給する場合などに広く適用することができる。以下の実施の形態では、温度制御された気体が供給される気密室を備えたステップ・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場合につき説明する。
図１は本例の投影露光装置を示す概略構成図であり、この図１において、本例の投影露光装置は、露光光源１として発振波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを使用している。このようにほぼ真空紫外光とみなすことができる光は、通常の大気中に存在する酸素、水蒸気、炭化水素系ガス（二酸化炭素等）、有機物、及びハロゲン化物等の不純物によって吸収されるため、露光ビームの減衰を防止するためには、これらの不純物の気体の濃度を低く抑えることが望ましい。そして、露光ビームの光路の気体は、露光ビームが透過する気体である窒素（Ｎ２）ガス、又はヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｃ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、若しくはラドン（Ｒｎ）よりなる希ガス等のように化学的に安定であるとともに、不純物濃度が低く管理された気体（以下、「パージガス」と呼ぶ。）で置換することが望ましい。本例では、そのパージガスとして一例として窒素ガスを使用する。
なお、露光ビームとしては、例えばＦ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ２レーザ光（波長１４７ｎｍ）、又はＡｒ２レーザ光（波長１２６ｎｍ）等を用いてもよい。更には露光ビームとしてＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）を用いる場合にも本発明を適用することができる。また、露光光源としては、ＹＡＧレーザ等の固体レーザの高調波を発生する光源や、例えばＤＦＢ半導体レーザやファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム（Ｅｒ）（又はエルビウムとイッテルビウム（Ｙｂ）との両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換する装置なども使用することができる。
なお、窒素ガスは、真空紫外域中でも波長１５０ｎｍ程度までは露光ビームが透過する気体（パージガス）として使用することができるが、波長が１５０ｎｍ程度以下の光に対してはほぼ不純物として作用するようになる。そこで、波長が１５０ｎｍ程度以下の露光ビームに対するパージガスとしては希ガスを使用することが望ましい。また、希ガスの中では屈折率の安定性、及び高い熱伝導率等の観点より、ヘリウムガスが望ましいが、ヘリウムは高価であるため、運転コスト等を重視する場合には他の希ガスを使用してもよい。また、パージガスとしては、単一の種類の気体を供給するだけでなく、例えば窒素とヘリウムとを所定比で混合した気体のような混合気体を供給するようにしてもよい。
一方、露光ビームがＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）であるような場合には、そのパージガスとして水蒸気、有機物、及びハロゲン化物等の不純物の濃度を低くした空気（いわゆるドライエアー）を供給してもよい。
以下、本例の投影露光装置の構成につき詳細に説明する。先ず、露光光源１から射出された露光ビームとしての波長１９３ｎｍのレーザ光よりなる露光光（露光用の照明光）ＩＬは、第１サブチャンバ３１内の整形光学系２によって断面形状が整形されて照度分布均一化用のオプティカル・インテグレータ（ユニフォマイザ又はホモジナイザー）としてのフライアイレンズ３に入射する。フライアイレンズ３の射出側の面である瞳面ＩＰ（レチクルのパターン面に対する光学的なフーリエ変換面）には、露光光の開口数及び開口形状を通常照明、輪帯照明、変形照明等に切り換えるための可変開口絞り４が、駆動モータ４３によって回転自在に配置されている。
フライアイレンズ３から射出された露光光ＩＬは、可変開口絞り４、第１リレーレンズ５、光路折り曲げ用のミラー６、第２リレーレンズ７を経て視野絞り（レチクルブラインド）８に至り、照明視野が細長い矩形領域に規定される。視野絞り８を通過した露光光ＩＬは、第１コンデンサレンズ９、第２コンデンサレンズ１０、光路折り曲げ用のミラー１１、及び第３コンデンサレンズ１２を経て、マスクとしてのレチクル１３のパターン面（下面）のパターン領域を照明する。露光光源１、整形光学系２、フライアイレンズ３、可変開口絞り４、リレーレンズ５，７、ミラー６，１１、視野絞り８、及びコンデンサレンズ９，１０，１２等から照明光学系が構成されており、整形光学系２〜コンデンサレンズ１２が、気密性の高い箱状の気密室としてのサブチャンバ３１内に収納されている。
図１において、レチクル１３を透過した露光光ＩＬは、投影光学系１８を介して基板としてのウエハ１９上に、レチクル１３のパターンを投影倍率β（βは１／４，１／５等）で縮小した像を形成する。ウエハ１９は例えばシリコン等の半導体又はＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）等の円板状の基板であり、その上にフォトレジストが塗布されている。本例のレチクル１３及びウエハ１９がそれぞれ本発明の第１物体及び第２物体（被露光基板）に対応している。以下、投影光学系１８の光軸ＰＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行にＸ軸を、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。この場合、レチクル１３上の照明領域は、Ｙ方向に細長いスリット状であり、レチクル１３及びウエハ１９の露光時の走査方向はＸ方向である。
本例においてレチクル１３は、レチクルステージ１４上に保持され、レチクルステージ１４はレチクルベース１５上でレチクル１３をＸ方向に連続移動し、Ｘ方向、Ｙ方向及び回転方向に微動してレチクル１３の同期誤差を補正する。レチクルステージ１４の端部に固定された移動鏡１６及びレチクルステージ駆動系１７内のレーザ干渉計によってレチクルステージ１４の位置及び回転角が計測され、この計測値に基づいて、レチクルステージ駆動系１７はレチクルステージ１４の動作を制御する。レチクルステージ１４、レチクルベース１５等からレチクルステージ系が構成され、このレチクルステージ系は気密性の高い箱状の気密室であるレチクル室３２内に収納されている。
一方、ウエハ１９は不図示のウエハホルダを介してウエハステージ２０上に保持され、ウエハステージ２０はウエハベース２１上でウエハ１９をＸ方向に連続移動すると共に、必要に応じてウエハ１９をＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する。ウエハステージ２０の端部に固定された移動鏡２２及びウエハステージ駆動系２３内のレーザ干渉計によってウエハステージ２０の位置及び回転角が計測され、この計測値に基づいて、ウエハステージ駆動系２３はウエハステージ２０の動作を制御する。また、不図示のオートフォーカスセンサによって計測されるウエハ１９上の複数の計測点でのフォーカス位置（光軸ＡＸ方向の位置）の情報に基づいて、ウエハステージ２０はオートフォーカス方式でウエハ１９のフォーカス位置及び傾斜角を制御することによって、露光中は継続してウエハ１９の表面を投影光学系１８の像面に合わせ込む。ウエハステージ２０、ウエハベース２１等からウエハステージ系が構成され、このウエハステージ系は気密性の高い箱状の気密室であるウエハ室３３内に収納されている。
露光時には、露光装置各部の動作を統轄制御する主制御系２４（図２参照）の制御のもとで、ウエハ１９上の一つのショット領域への露光が終わると、ウエハステージ２０のステップ移動によって次のショット領域が走査開始位置に移動した後、レチクルステージ１４及びウエハステージ２０を投影光学系１８の投影倍率βを速度比としてＸ方向に同期走査する、即ちレチクル１３とウエハ１９上の当該ショット領域との結像関係を保った状態でそれらを走査するという動作がステップ・アンド・スキャン方式で繰り返される。これによって、ウエハ１９上の各ショット領域に順次レチクル１３上のパターン像が逐次転写される。
さて、上述したように本例の投影露光装置には、露光光ＩＬの光路を含む空間内の気体を露光光ＩＬが透過する気体（パージガス）で置換するためのパージガス供給機構が設けられている。即ち、照明光学系の一部、レチクルステージ系、及びウエハステージ系は、それぞれ気密室としてのサブチャンバ３１、レチクル室３２、及びウエハ室３３内に収納されており、投影光学系１８の各光学部材間の空間も気密室としてのレンズ室とされている。そして、サブチャンバ３１、レチクル室３２、及びウエハ室３３の内部には、高純度のパージガスが供給されており、投影光学系１８内の各レンズ室にも高純度のパージガスが供給されている。
更に、サブチャンバ３１とレチクル室３２の上部との境界部、レチクル室３２の下部と投影光学系１８の上部との境界部、及び投影光学系１８の下部とウエハ室３３の上部との境界部には、それぞれ可撓性を有しガスバリヤ性に優れたカバー４０，４１及び４２が設けられている。これらのカバー４０〜４２によってそれらの境界部が実質的に密閉され、露光光の光路はほぼ完全に密封されているため、露光光の光路上への外部からの不純物を含む気体の混入は殆ど無く、露光光の減衰量は極めて低く抑えられる。
そして、本例のパージガス供給機構は、高純度のパージガスを蓄積するガスボンベなどの気体供給源３５、吸引ポンプによって各気密室から回収したパージガスと気体供給源３５からの高純度のパージガスとを混合する回収混合装置３６、パージガスを温度調整して各気密室に供給する給気装置３８、及びこれらの装置の動作を統轄制御するコンピュータよりなる制御部３４（図２参照）等から構成されている。本例ではパージガスとして窒素ガスが使用されているため、気体供給源３５としては例えば高純度の窒素を液化して保存し、必要に応じて気化して供給する装置を使用することができる。
回収混合装置３６は、バルブＶ１１，Ｖ９，Ｖ１０付きの排気管及び排気管７５Ａを介してそれぞれサブチャンバ３１、レチクル室３２及びウエハ室３３内の気体を大気圧付近の気圧のほぼ定常的な流れによるガスフロー制御によって回収し、更に分岐された複数の排気管７１Ａ、排気管７５Ｂ及びバルブＶ３を介して投影光学系１８の複数のレンズ室内の気体をガスフロー制御によって回収する。ガスフロー制御の場合には、各気密室から排気する気体の流量とほぼ同じ流量のパージガスを各気密室に給気する。
一方、給気装置３８は、ＨＥＰＡフィルタ（ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ａｉｒ−ｆｉｌｔｅｒ）又はＵＬＰＡフィルタ（ｕｌｔｒａ ｌｏｗ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ａｉｒ−ｆｉｌｔｅｒ）等の微粒子除去用の防塵フィルタと、アンモニアや有機系ガス等の化学的な不純物を除去するためのケミカルフィルタとを含むフィルタ部６８Ａ，６８Ｂを備えており、温度制御されたパージガス（詳細後述）がそのフィルタ部６８Ａ，６８Ｂを通過することによって上記の微粒子を含む不純物が除去される。そして、フィルタ部６８Ａを通過したパージガスは、バルブＶ１付きの給気管６９Ａ、及びそれぞれバルブＶ７，Ｖ５，Ｖ６付きの分岐した給気管を介してサブチャンバ３１、レチクル室３２、及びウエハ室３３内に供給され、フィルタ部６８Ｂを通過したパージガスは、バルブＶ８付きの給気管６９Ｂ及び複数の分岐管を備えた給気管７０Ａを介して投影光学系１８内の複数のレンズ室に供給される。この場合、バルブＶ１〜Ｖ１１は、それぞれ電磁的に開閉自在なバルブであり、それらの開閉動作は互いに独立に制御部３４（図２参照）によって制御される。なお、制御部３４はバルブの開閉のみならず、バルブ径の大きさ（バルブの絞り量）も制御することができ、このバルブ径の大きさを制御することにより、パージガスの供給／遮断のみならず、そのパージガスの供給量（時間当たりの流量）をも制御することができる。
そして、回収混合装置３６による気体の回収動作と、給気装置３８からのパージガスの供給動作と、バルブＶ１，Ｖ５〜Ｖ８の開閉動作及びそのバルブ径の大きさとによって、サブチャンバ３１、レチクル室３２、ウエハ室３３の内部及び投影光学系１８内の複数のレンズ室の何れの気密室に対しても温度制御されたパージガスを所望の流量のガスフロー制御方式で給気できるように構成されている。なお、投影光学系１８の複数のレンズ室内の気体は、或る程度の真空度への減圧を伴う吸引方式で段階的に排気するようにしてもよい。
また、サブチャンバ３１、レチクル室３２、投影光学系１８、及びウエハ室３３の内部には、それぞれその内部のパージガスの温度を検出するための温度センサ３９Ａ〜３９Ｄが設置され、温度センサ３９Ａ〜３９Ｄによって各気密室内の温度情報が所定のサンプリングレートで連続的に計測されている。これらの計測データは図２の制御部３４に供給されている。本例では、温度センサ３９Ａ〜３９Ｄで計測される各気密室内のパージガスの温度が所定の目標温度（例えば２３℃）に対して所定の許容範囲（例えば±０．０１〜０．００１ｄｅｇ）内に収まるように、各気密室内にパージガスが供給される。
以下、図２を参照して本例のパージガス供給機構の温度制御に関する詳細な構成につき説明するが、図２においては複数の気密室の内のレチクル室３２のみを図示するとともに、レチクル室３２に連通していない配管、及びバルブや分岐した配管は、説明の便宜上図示を省略している。
図２において、制御部３４は、露光装置全体の動作を統轄制御する主制御系２４の制御のもとで各部の動作を制御する。そして、回収混合装置３６では、上記の吸引して回収された気体及び気体供給源３５より配管７２を介して供給される高純度のパージガスが混合部４５（吸引ポンプを備えている）で混合され、混合された気体は配管４６Ａを介して冷凍機４７に供給され、ここで一度温度が下げられる。混合部４５は、排気管７５Ａから気体を吸引する吸引ポンプと、混合された気体を配管４６Ａを介して送風する送風ファンとを備えている。気体供給源３５、気体回収用の排気管７５Ａ、及び混合部４５が本発明の「気体供給部」に対応している。但し、本発明は、気密室（所定の空間）内を循環した気体（流体）を再利用しないシステムにも適用することができる。
温度制御対象の気密室としてのレチクル室３２内の目標温度を２３℃とすると、冷凍機４７では、混合された気体の温度がそれより数度低い例えば２０℃まで下げられる。冷凍機４７を通過した気体は、配管４６Ｂを介してレチクル室３２内のパージガスの温度変化を生じさせる可能性のある物理量（本例では流量、温度、湿度、及び圧力）の情報を計測する計測部に供給される。
その計測部は、配管４６Ｂ内の気体の流量を計測する流量計４８と、この流量計４８と給気装置３８との間に設置された配管７３と、配管７３の内側に設置された湿度センサ４９、温度センサ５０、及び圧力センサ５１からなるセンサ部とから構成されている。流量計４８で計測される流量の情報、並びに湿度センサ４９、温度センサ５０、及び圧力センサ５１で計測される配管７３内を流れる気体の湿度、温度、及び圧力（気圧）の情報がそれぞれ所定のサンプリングレートで制御部３４に供給される。
その物理量の情報が計測された気体は配管７３を介して給気装置３８に供給される。給気装置３８において、配管７３を介して供給された気体はヒーターを含む加熱機５２で所定温度まで加熱され、この加熱された気体は、配管４６Ｃ、アンモニアや有機系ガス等の化学的な不純物を除去するためのケミカルフィルタ５３、及び防塵フィルタ５４を介して高純度で温度制御されたパージガスとして給気管６９Ａに供給される。ケミカルフィルタ５３及び防塵フィルタ５４が図１のフィルタ部６８Ａに対応している。給気管６９Ａに供給されたパージガスはレチクル室３２内に供給される。このレチクル室３２内の温度センサ３９Ｂで計測される温度情報も制御部３４に供給されている。
加熱機５２が本発明の「温度制御部」に対応している。本例では、冷凍機４７によって一度気体の温度を下げてから、その気体を加熱機５２によって目標温度まで加熱しているため、加熱量を制御するだけの比較的単純な制御で、高い応答速度及び高い温度制御精度を得ることができる。なお、冷凍機４７を省いて、加熱機５２の代わりに加熱及び吸熱の両方を行うことができる温度制御部を設けてもよい。この構成では、温度制御は複雑になるが、機構を簡素化することができる。
ケミカルフィルタ５３で除去される物質には、投影露光装置に使用されている光学素子に付着してその曇りの原因となる物質、露光ビームの光路内に浮遊して照明光学系や投影光学系の透過率（照度）若しくは照度分布等を変動させる物質、及びウエハの表面（フォトレジスト）に付着して現像処理後のパターン像を変形させる物質等も含まれている。ケミカルフィルタ５３としては、活性炭フィルタ（例えば、ニッタ株式会社（ＮＩＴＴＡ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ）製のギガソーブ（商品名）が使用できる）、イオン交換膜方式のフィルタ（例えば、株式会社荏原製作所（Ｅｂａｒａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）のＥＰＩＸフィルタ（商品名）が使用できる）、若しくはゼオライトフィルタ、又はこれらを組み合わせたフィルタが使用できる。これらのケミカルフィルタにより、シロキサン（ｓｉｌｏｘａｎｅ：Ｓｉ−Ｏ鎖が軸となる物質）又はシラザン（ｓｉｌａｚａｎｅ：Ｓｉ−Ｎ鎖が軸となる物質）等のシリコン系有機物も除去される。
本例では、レチクル室３２内の温度センサ３９Ｂで計測されるパージガスの温度Ｔの情報、並びに回収混合装置３６内の流量計４８、湿度センサ４９、温度センサ５０、及び圧力センサ５１で計測される気体の流量Ｆ、湿度Ｈ、温度Ｕ、及び圧力Ｐの情報に基づいて、制御部３４がレチクル室３２内の温度が上記の目標温度（＝ＴＣとする）に対して許容範囲内に収まるように加熱機５２における気体の単位時間当たりの加熱量Ｓを制御する。この場合、加熱機５２に対してレチクル室３２は気体の下流側に配置されているため、レチクル室３２内の温度センサ３９Ｂで計測される温度Ｔの情報は加熱機５２にフィードバックされている。一方、加熱機５２に対して回収混合装置３６（物理量の計測部）は気体の上流側に配置されているため、その計測部の流量計４８、湿度センサ４９、温度センサ５０、及び圧力センサ５１で計測される気体の流量Ｆ、湿度Ｈ、温度Ｕ、及び圧力Ｐの情報は加熱機５２にフィードフォワードされている。
即ち、温度センサ３９Ｂの温度Ｔをフィードバックするために、一例としてレチクル室３２内の目標温度ＴＣと温度Ｔとの差分をΔＴ（＝Ｔ−ＴＣ）として、この差分そのもの、その差分の所定の積分時間Δｔにおける積分（実際にはデジタルデータの和となる、以下同様）∫ΔＴｄｔ、及びその差分の微分（実際にはデジタルデータの差分となる、以下同様）ｄΔＴ／ｄｔから加熱機５２における単位時間当たりの加熱量Ｓの変化量を求める係数をそれぞれｋＴ１，ｋＴ２，ｋＴ３とする。これらの係数は予めレチクル室３２内の目標温度に対する許容範囲のレベルなどに応じて実験的に定められて主制御系２４に記憶されており、露光工程開始前に主制御系２４から制御部３４に設定される。制御部３４では、温度センサ３９Ｂの温度Ｔに起因する加熱機５２における加熱量Ｓの変化分ΔＳ１を次式から求める。
ΔＳ１＝ｋＴ１・ΔＴ＋ｋＴ２・∫ΔＴｄｔ＋ｋＴ３・ｄΔＴ／ｄｔ …（１）
次に、流量計４８、湿度センサ４９、温度センサ５０、及び圧力センサ５１で計測される気体の流量Ｆ、湿度Ｈ、温度Ｕ、及び圧力Ｐをフィードフォワードするために、一例として予めこれらの物理量の基準値（例えば或る露光工程での実測値の平均値）をそれぞれＦＣ，ＨＣ，ＵＣ，ＰＣとしておく。そして、簡単のために、これらの基準値と計測値との差分をΔＦ（＝Ｆ−ＦＣ），ΔＨ（＝Ｈ−ＨＣ），ΔＵ（＝Ｕ−ＵＣ），ΔＰ（＝Ｐ−ＰＣ）として、これらの差分から加熱機５２における加熱量Ｓの変化量を求める係数をそれぞれｋＦ１，ｋＨ１，ｋＵ１，ｋＰ１とする。これらの係数も予め主制御系２４から制御部３４に設定されている。これらの係数も、予めレチクル室３２内の目標温度に対する許容範囲のレベルなどに応じて実験的に定められて主制御系２４に記憶されており、露光工程開始前に主制御系２４から制御部３４に設定される。制御部３４では、気体の流量Ｆ、湿度Ｈ、温度Ｕ、及び圧力Ｐに起因する加熱機５２における加熱量Ｓの変化分ΔＳ２を次式から求める。
ΔＳ２＝ｋＦ１・ΔＦ＋ｋＨ１・ΔＨ＋ｋＵ１・ΔＵ＋ｋＰ１・ΔＰ …（２）
本例では、図２に示すように加熱機５２（温度制御部）とレチクル室３２（気密室）との間にケミカルフィルタ５３が配置されており、ケミカルフィルタ５３は、内部を通過する気体の湿度が上昇すると吸熱が起こり、排出される気体の温度が低下する傾向がある。また、ケミカルフィルタ５３は、内部を通過する気体の湿度が低下すると発熱が起こり、排出される気体の温度が上昇する傾向がある。これは、ケミカルフィルタ５３がその内部の湿度を或る一定の湿度に保つように作用するためである。そこで、本例では、湿度センサ４９で計測される湿度Ｈの基準値ＨＣからの差分ΔＨ（＝Ｈ−ＨＣ）が＋になったら加熱量の変化分ΔＳ２を＋として、差分ΔＨが−になったら変化分ΔＳ２を−とするように、係数ｋＨ１の値を所定の正の値に設定しておく。この場合、例えば予め実験的にケミカルフィルタ５３において吸熱又は発熱が起こるときの湿度を計測しておき、この湿度をその基準値ＨＣとしてもよい。
なお、この基準値ＨＣは、使用するケミカルフィルタ５３の種類（ケミカルフィルタの構成、素材など）に応じてそれぞれ個別に求めておき、使用するフィルタによって使い分けるようにしておく。また、使用するケミカルフィルタの吸熱、発熱の能力が経時的に変動するような場合には、上述の基準値ＨＣもその能力変動に応じて変動させるようにすることが好ましい。
なお、より厳密に加熱量Ｓの変化分ΔＳ２を求めるためには、その差分ΔＨに関して１次関数、又はより高次の関数の形で変化分ΔＳ２を求めるようにしてもよい。更に、差分ΔＨの所定の積分時間Δｔにおける積分∫ΔＨｄｔ、及びその差分の微分ｄΔＴ／ｄｔをも考慮して、変化分ΔＳ２を求めるようにしてもよい。他の流量Ｆ、温度Ｕ、及び圧力Ｐについても、より制御精度を高めるためには、差分値だけでなく、積分値及び微分値をも考慮して加熱量Ｓの変化分を求めるようにしてもよい。
また、流量Ｆが増加する場合には、同じ加熱量では温度が低下してしまうため、予め加熱量Ｓを多くしておけばよい。そこで、流量Ｆに対する加熱量Ｓの変化量を求める係数ｋＦ１の値は所定の（例えば実験的に定める）正の値としておけばよい。一方、温度Ｕが高いときには、加熱量Ｓは少なくてよいため、係数ｋＵ１は所定の負の値にしておけばよい。
このように、本例では、気体の流量Ｆ、湿度Ｈ、温度Ｕ、及び圧力Ｐを計測しているため、これらの状態量からその気体のエネルギー状態量であるエンタルピー（ｅｎｔｈａｌｐｙ）（単位はエネルギー（Ｊ又はｃａｌ））を求めることができる。この際に予め湿度センサ４９からレチクル室３２までの経路における水蒸気の発熱量を計測しておくことによって、その水蒸気の発熱量分を補正するように、加熱機５２における加熱量Ｓの変化分ΔＳ２を設定してもよい。
図２の温度制御部３４は、（１）式及び（２）式の加熱量Ｓの変化分ΔＳ１，ΔＳ２を次式のように加算することによって、加熱機５２における加熱量Ｓの変化分ΔＳを算出する。
ΔＳ＝ΔＳ１＋ΔＳ２ …（３）
そして、温度制御部３４は、加熱機５２に対してその変化分ΔＳだけ加熱量Ｓを変化させるように制御信号を送る。（１）式〜（３）式の計算、及び加熱機５２に対する加熱量Ｓの変化の制御信号の供給は、露光工程中に所定のサンプリングレート（例えば数１０Ｈｚ〜数ｋＨｚ程度）で連続的に行われる。
これによって、レチクル室３２内のパージガスの温度は、上記の目標温度に対して許容範囲内に収められて、高精度に露光を行うことができる。
具体的に、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）はそれぞれ図２のレチクル室３２内の温度Ｔ（温度センサ３９Ｂの計測値）、加熱機５２における加熱量Ｓ、及び湿度センサ４９で計測される湿度Ｓの変化の一例を示し、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）の横軸は経過時間ｔである。例えば図３（Ａ）の実線５５Ａで示すように、時点ｔ１でレチクル室３２内の温度Ｔが目標値ＴＣからシフトすると、その温度Ｔをフィードバックすることによって、図３（Ｂ）の実線５６Ａで示すように、その直後の時点ｔ２から加熱機５２の加熱量Ｓが基準値ＳＣからシフトして、温度Ｔは目標値ＴＣに戻る。
また、図３（Ｃ）の実線５７で示すように、時点ｔ３から湿度センサ４９で計測される湿度Ｈが基準値ＨＣから変動すると、その変動がケミカルフィルタ５３での吸発熱を相殺するようにフィードフォワードされて、図３（Ｂ）に示すように加熱機５２の加熱量Ｓが変化する。これによって、レチクル室３２内の温度Ｔは目標値ＴＣに維持される。これに対して、湿度Ｈのフィードフォワードが無い場合には、図３（Ａ）の点線５５Ｂで示すように、ケミカルフィルタ５３での吸発熱によってレチクル室３２内の温度Ｔが変動してしまう。この変動は、温度Ｔのフィードバックによって次第に小さくなるが、温度制御精度は悪化する。
このように本例では、加熱機５２の前で計測した気体の湿度Ｈに基づいて、加熱機５２の次に設置されたケミカルフィルタ５３での吸発熱を相殺するように、加熱機５２での加熱量Ｓを制御しているため、ケミカルフィルタ５３を用いていてもレチクル室３２内での温度の変動量を抑制して、高い温度制御精度を得ることができる。更に、加熱機５２の前で計測した気体の流量Ｆ、温度Ｕ、及び圧力Ｐをも用いて加熱器５２での加熱量Ｓを制御しているため、更に高い温度制御精度が得られる。
更に、本例では計測された湿度Ｈを加熱機５２にフィードフォワードしているため、レチクル室３２内で温度変動が生じる前に、ケミカルフィルタ５３の影響を相殺することができる。従って、更に高い温度制御精度が得られる。
なお、図２の例では、加熱機５２の前段の回収混合装置３６内で気体の湿度Ｈを計測しているが、その湿度Ｈは、ケミカルフィルタ５３内で計測してもよい。この場合には、湿度Ｈの計測値は加熱機５２にフィードバックされることになるが、これでもレチクル室３２の手前の計測値に基づいて加熱機５２の加熱量を制御できるため、レチクル室３２内の温度制御精度は、その湿度Ｈの値を考慮しない場合に比べて向上する。
また、図２の例において、回収混合装置３６内で計測される気体の流量Ｆ及び圧力Ｐがほぼ一定の値であるとみなせる場合、又は気体の流量Ｆ及び圧力Ｐに起因するレチクル室３２内での熱変動量が許容範囲内であるような場合には、気体の流量Ｆ及び圧力Ｐの値は加熱機５２を制御するために必ずしも使用しなくともよい。
なお、図１においては、サブチャンバ３１、レチクル室３２、及びウエハ室３３よりなる３個の気密室及び投影光学系１８に対するパージガスの供給をバルブを制御しながら、図２に示すようなパージガス供給機構を共用して行っているが、投影光学系及び各気密室毎に独立に図２のようなパージガス供給機構を設けてもよい。供給先毎にパージガス供給機構を設けておけば、供給されるパージガスの温度を供給先毎に独立に制御したり、また、その温度制御精度（例えば制御精度を±０．１°とするか±０．０１°とするか）も供給先毎に独立に設定することも可能となる。
また、本例のパージガス供給機構においては、サブチャンバ３１、レチクル室３２、投影光学系１８、及びウエハ室３３の内部には、それぞれその内部の不純物中の酸素ガスの濃度を検出するための酸素濃度センサ（不図示）が設置され、各気密室内の不純物としての酸素の濃度情報が所定のサンプリングレートで連続的に計測されている。これらの計測データも図２の制御部３４に供給されている。本例では、上記の温度制御と並行して、酸素濃度センサの何れかにおいて所定の許容濃度以上の酸素ガスが検出された場合には、図２の制御部３４の指令により酸素ガス濃度が許容濃度以下となるまでその酸素ガスが検出された気密室内へ供給される混合気体中の、気体供給源３５からの高純度のパージガスの割合を増加させている。酸素濃度センサとしては、例えばポーラログラフ式酸素濃度計、ジルコニア式酸素濃度計、又は黄リン発光式の酸素センサ等が使用できる。なお、不純物を検出するためのセンサとしては、酸素濃度センサの他に、オゾン（Ｏ３）、水蒸気、及び二酸化炭素（ＣＯ２）等の炭化水素系分子等を検出するためのセンサを使用してもよい。
なお、本発明を例えばリソグラフィシステムが設置されるクリーンルーム（気密室）の温度制御に適用する場合には、そのクリーンルームに供給される気体は、例えば外気から防塵フィルタ等を介して取り込んで乾燥させた空気（ドライエアー）となる。同様に、本発明を例えば露光装置が全体として収納される環境チャンバ（気密室）の温度制御に適用する場合には、その環境チャンバ内に供給される気体は、クリーンルーム内で防塵フィルタ等を介して取り込んだ空気（ドライエアー）となる。
更に、上記の各実施の形態は、本発明をステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に適用したものであるが、本発明はステッパー等の一括露光型の投影露光装置にも適用することができる。それらの投影露光装置が備える投影光学系の倍率は、縮小に限られることなく、等倍や拡大でもよい。また、本発明は、例えば国際公開第９９／４９５０４号パンフレットに開示される液浸型露光装置にも適用することができる。更に、本発明は、例えば国際公開第９８／２４１１５号パンフレット、第９８／４０７９１号パンフレットに開示されるように、露光動作とアライメント動作（マーク検出動作）とをほぼ並行に可能な２つのウエハステージを備える露光装置にも適用することができる。更に本発明は、投影光学系を使用しないプロキシミティ方式の露光装置等にも適用できることは明らかである。
また、上記の実施の形態の照明光学系及び投影光学系は、各光学部材を所定の位置関係で支持部材や鏡筒内に配置して調整を行った後、支持部材及び鏡筒を不図示のコラムに設置することによって組み上げられる。そして、この組立調整と共に、ステージ系、レーザ干渉計、及び装置内部のパージを行うためのパージガス供給機構等の組立及び調整を行い、各構成要素を、電気的、機械的又は光学的に連結することによって上記の実施の形態の投影露光装置が組み上げられる。この場合の作業は温度管理が行われたクリーンルーム内で行うことが望ましい。
次に、上記の実施の形態の投影露光装置を使用した半導体デバイスの製造工程の一例につき図４を参照して説明する。
図４は、半導体デバイスの製造工程の一例を示し、この図４において、まずシリコン半導体等からウエハＷが製造される。その後、ウエハＷ上にフォトレジストを塗布し（ステップＳ１０）、次のステップＳ１２において、上記の実施の形態（図１）の投影露光装置のレチクルステージ上にレチクル（仮にＲ１とする）をロードし、走査露光方式でレチクルＲ１のパターン（符号Ａで表す）をウエハＷ上の全部のショット領域ＳＥに転写（露光）する。この際に必要に応じて二重露光が行われる。なお、ウエハＷは例えば直径３００ｍｍのウエハ（１２インチウエハ）であり、ショット領域ＳＥの大きさは一例として非走査方向の幅が２５ｍｍで走査方向の幅が３３ｍｍの矩形領域である。次に、ステップＳ１４において、現像及びエッチングやイオン注入等を行うことにより、ウエハＷの各ショット領域ＳＥに所定のパターンが形成される。
次に、ステップＳ１６において、ウエハＷ上にフォトレジストを塗布し、その後ステップＳ１８において、上記の実施の形態（図１）の投影露光装置のレチクルステージ上にレチクル（仮にＲ２とする）をロードし、走査露光方式でレチクルＲ２のパターン（符号Ｂで表す）をウエハＷ上の各ショット領域ＳＥに転写（露光）する。そして、ステップＳ２０において、ウエハＷの現像及びエッチングやイオン注入等を行うことにより、ウエハＷの各ショット領域に所定のパターンが形成される。
以上の露光工程〜パターン形成工程（ステップＳ１６〜ステップＳ２０）は所望の半導体デバイスを製造するのに必要な回数だけ繰り返される。そして、ウエハＷ上の各チップＣＰを１つ１つ切り離すダイシング工程（ステップＳ２２）や、ボンディング工程、及びパッケージング工程等（ステップＳ２４）を経ることによって、製品としての半導体デバイスＳＰが製造される。
本例のデバイス製造方法によれば、投影露光装置のレチクルやウエハの温度制御精度を高くできるため、重ね合わせ精度等を高めることができ、より高集積で高性能な半導体デバイス（集積回路）を、高い歩留まりで製造することができる。
なお、本発明の露光装置の用途としては半導体デバイス製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む２００２年８月２９日付け提出の日本国特許出願第２００２−２５０１７９号の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用して本願に組み込まれている。Hereinafter, an example of a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The present invention provides a temperature control in a clean room in which a lithography system is stored, a temperature control in an environmental chamber in which the exposure apparatus is stored as a whole, and an optical path of an exposure beam of the exposure apparatus in a plurality of airtight chambers. The method can be widely applied to the case where the gas whose temperature is controlled with high transmittance is supplied to each hermetic chamber. In the following embodiments, a case where the present invention is applied to a step-and-scan type projection exposure apparatus having an airtight chamber to which a temperature-controlled gas is supplied will be described.
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a projection exposure apparatus of this example. In FIG. 1, the projection exposure apparatus of this example uses an ArF excimer laser having an oscillation wavelength of 193 nm as an exposure light source 1. Light that can be regarded as almost vacuum ultraviolet light in this way is absorbed by impurities such as oxygen, water vapor, hydrocarbon gases (such as carbon dioxide), organic substances, and halides that are present in the normal atmosphere. In order to prevent the exposure beam from being attenuated, it is desirable to keep the gas concentration of these impurities low. The gas in the optical path of the exposure beam is nitrogen (N 2 ) Gas, or chemically stable such as helium (He), neon (Nc), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), or radon (Rn), and the like. It is desirable to replace with a gas whose impurity concentration is controlled to be low (hereinafter referred to as “purge gas”). In this example, nitrogen gas is used as an example of the purge gas.
As an exposure beam, for example, F 2 Laser light (wavelength 157 nm), Kr 2 Laser light (wavelength 147 nm) or Ar 2 Laser light (wavelength 126 nm) or the like may be used. Furthermore, the present invention can also be applied to the case where KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) is used as the exposure beam. Further, as the exposure light source, a light source that generates harmonics of a solid-state laser such as a YAG laser, a single-wavelength laser that is oscillated from, for example, a DFB semiconductor laser or a fiber laser, or a single-wavelength laser in the visible region is used, for example ) (Or both erbium and ytterbium (Yb)) and a device that amplifies with a fiber amplifier and converts the wavelength into ultraviolet light using a nonlinear optical crystal can be used.
Nitrogen gas can be used as a gas (purge gas) through which the exposure beam passes even in the vacuum ultraviolet region up to a wavelength of about 150 nm, but acts almost as an impurity for light having a wavelength of about 150 nm or less. Become. Therefore, it is desirable to use a rare gas as a purge gas for an exposure beam having a wavelength of about 150 nm or less. Among rare gases, helium gas is desirable from the viewpoints of refractive index stability and high thermal conductivity, but helium is expensive. May be used. Further, as the purge gas, not only a single kind of gas but also a mixed gas such as a gas in which nitrogen and helium are mixed at a predetermined ratio may be supplied.
On the other hand, when the exposure beam is a KrF excimer laser (wavelength 248 nm), air (so-called dry air) having a low concentration of impurities such as water vapor, organic matter, and halides may be supplied as the purge gas. .
Hereinafter, the configuration of the projection exposure apparatus of this example will be described in detail. First, exposure light (exposure illumination light) IL made up of laser light having a wavelength of 193 nm as an exposure beam emitted from the exposure light source 1 is shaped in cross section by the shaping optical system 2 in the first sub-chamber 31. The light enters the fly-eye lens 3 as an optical integrator (uniformizer or homogenizer) for uniforming the illuminance distribution. On the pupil plane IP (optical Fourier transform plane with respect to the pattern surface of the reticle) that is the exit side surface of the fly-eye lens 3, the numerical aperture and aperture shape of the exposure light are changed to normal illumination, annular illumination, modified illumination, etc. A variable aperture stop 4 for switching is rotatably arranged by a drive motor 43.
The exposure light IL emitted from the fly-eye lens 3 reaches the field stop (reticle blind) 8 through the variable aperture stop 4, the first relay lens 5, the optical path bending mirror 6, and the second relay lens 7, and the illumination field of view. Is defined as an elongated rectangular region. The exposure light IL that has passed through the field stop 8 passes through the first condenser lens 9, the second condenser lens 10, the optical path bending mirror 11, and the third condenser lens 12, and the pattern surface (lower surface) of the reticle 13 as a mask. Illuminate the pattern area. The illumination optical system is composed of the exposure light source 1, the shaping optical system 2, the fly-eye lens 3, the variable aperture stop 4, the relay lenses 5 and 7, the mirrors 6 and 11, the field stop 8, the condenser lenses 9, 10, 12 and the like. The shaping optical system 2 to the condenser lens 12 are housed in a sub-chamber 31 as a box-shaped airtight chamber with high airtightness.
In FIG. 1, the exposure light IL transmitted through the reticle 13 is projected onto a wafer 19 as a substrate via a projection optical system 18 at a projection magnification β (β is 1/4, 1/5, etc.). Form a reduced image. The wafer 19 is a disk-shaped substrate such as a semiconductor such as silicon or SOI (silicon on insulator), for example, and a photoresist is coated thereon. The reticle 13 and the wafer 19 in this example correspond to the first object and the second object (substrate to be exposed) of the present invention, respectively. In the following description, the Z-axis is taken in parallel to the optical axis PAX of the projection optical system 18, the X-axis is taken in parallel to the plane of FIG. 1 in the plane perpendicular to the Z-axis, and the Y-axis is taken perpendicular to the plane of FIG. To do. In this case, the illumination area on the reticle 13 has a slit shape elongated in the Y direction, and the scanning direction during exposure of the reticle 13 and the wafer 19 is the X direction.
In this example, the reticle 13 is held on a reticle stage 14, and the reticle stage 14 continuously moves the reticle 13 in the X direction on the reticle base 15, and finely moves in the X, Y, and rotation directions to synchronize the reticle 13. Correct the error. The position and rotation angle of the reticle stage 14 are measured by a movable mirror 16 fixed to the end of the reticle stage 14 and a laser interferometer in the reticle stage drive system 17. Based on the measured values, the reticle stage drive system 17 The operation of the reticle stage 14 is controlled. A reticle stage system is constituted by the reticle stage 14, the reticle base 15, and the like, and this reticle stage system is housed in a reticle chamber 32, which is a highly airtight box-shaped airtight chamber.
On the other hand, the wafer 19 is held on the wafer stage 20 via a wafer holder (not shown), and the wafer stage 20 continuously moves the wafer 19 in the X direction on the wafer base 21 and moves the wafer 19 in the X direction as necessary. Step move in the Y direction. The position and rotation angle of the wafer stage 20 are measured by a movable mirror 22 fixed to the end of the wafer stage 20 and a laser interferometer in the wafer stage drive system 23. Based on the measured values, the wafer stage drive system 23 The operation of the wafer stage 20 is controlled. Further, based on information on focus positions (positions in the optical axis AX direction) at a plurality of measurement points on the wafer 19 measured by an auto focus sensor (not shown), the wafer stage 20 focuses the wafer 19 in an auto focus system. By controlling the position and tilt angle, the surface of the wafer 19 is continuously adjusted to the image plane of the projection optical system 18 during exposure. A wafer stage system is constituted by the wafer stage 20, the wafer base 21, and the like, and this wafer stage system is housed in a wafer chamber 33 which is a box-shaped airtight chamber having high airtightness.
At the time of exposure, under the control of the main control system 24 (see FIG. 2) that controls the operation of each part of the exposure apparatus, when exposure to one shot area on the wafer 19 is completed, the wafer stage 20 is moved stepwise. After the next shot area has moved to the scanning start position, the reticle stage 14 and the wafer stage 20 are synchronously scanned in the X direction using the projection magnification β of the projection optical system 18 as a speed ratio, that is, the shots on the reticle 13 and the wafer 19. The operation of scanning them while maintaining the imaging relationship with the region is repeated in a step-and-scan manner. As a result, the pattern image on the reticle 13 is sequentially transferred to each shot area on the wafer 19.
As described above, the projection exposure apparatus of this example is provided with a purge gas supply mechanism for replacing the gas in the space including the optical path of the exposure light IL with a gas (purge gas) that the exposure light IL transmits. . That is, a part of the illumination optical system, the reticle stage system, and the wafer stage system are housed in a sub-chamber 31, a reticle chamber 32, and a wafer chamber 33 as an airtight chamber, respectively. The space between the members is also a lens chamber as an airtight chamber. A high purity purge gas is supplied into the sub chamber 31, reticle chamber 32, and wafer chamber 33, and a high purity purge gas is also supplied to each lens chamber in the projection optical system 18.
Further, a boundary portion between the sub chamber 31 and the upper portion of the reticle chamber 32, a boundary portion between the lower portion of the reticle chamber 32 and the upper portion of the projection optical system 18, and a boundary portion between the lower portion of the projection optical system 18 and the upper portion of the wafer chamber 33. Are provided with covers 40, 41 and 42 which are flexible and have excellent gas barrier properties. Since these borders are substantially sealed by these covers 40 to 42 and the optical path of the exposure light is almost completely sealed, almost no gas including impurities from the outside enters the optical path of the exposure light. In addition, the attenuation amount of the exposure light can be kept extremely low.
The purge gas supply mechanism of this example mixes the gas supply source 35 such as a gas cylinder for accumulating high-purity purge gas, the purge gas recovered from each hermetic chamber by the suction pump and the high-purity purge gas from the gas supply source 35. A recovery mixing device 36, an air supply device 38 for adjusting the temperature of the purge gas and supplying it to each hermetic chamber, and a control unit 34 (see FIG. 2) comprising a computer for controlling the operation of these devices, and the like. In this example, nitrogen gas is used as the purge gas. Therefore, as the gas supply source 35, for example, a device in which high-purity nitrogen is liquefied and stored, and vaporized and supplied as necessary can be used.
The recovery mixing device 36 flows the gas in the sub chamber 31, the reticle chamber 32, and the wafer chamber 33 through the exhaust pipe with the valves V11, V9, V10 and the exhaust pipe 75A, respectively, and a substantially steady flow of atmospheric pressure near atmospheric pressure. The gas in the plurality of lens chambers of the projection optical system 18 is recovered by the gas flow control via the plurality of branched exhaust pipes 71A, the exhaust pipe 75B and the valve V3. In the case of gas flow control, a purge gas having substantially the same flow rate as that of the gas exhausted from each hermetic chamber is supplied to each hermetic chamber.
On the other hand, the air supply device 38 includes a dust-proof filter for removing particulates such as a high efficiency particulate air-filter (HEPA filter) or an ultra low penetration air-filter (ULPA filter), and a chemical impurity such as ammonia or an organic gas. Filter parts 68A and 68B including a chemical filter for removing water, and the temperature-controlled purge gas (described in detail later) passes through the filter parts 68A and 68B, so that the impurities including the fine particles are removed. The The purge gas that has passed through the filter section 68A enters the subchamber 31, the reticle chamber 32, and the wafer chamber 33 via the supply pipe 69A with the valve V1 and the branched supply pipes with the valves V7, V5, and V6, respectively. The purge gas supplied and passed through the filter unit 68B is supplied to a plurality of lens chambers in the projection optical system 18 via an air supply pipe 69B with a valve V8 and an air supply pipe 70A having a plurality of branch pipes. In this case, the valves V1 to V11 are electromagnetically openable and closable valves, respectively, and their opening / closing operations are controlled by the control unit 34 (see FIG. 2) independently of each other. The control unit 34 can control not only the opening / closing of the valve but also the size of the valve diameter (throttle amount of the valve). By controlling the size of the valve diameter, only the supply / cutoff of the purge gas can be performed. In addition, the supply amount (flow rate per hour) of the purge gas can be controlled.
The subchamber 31 and the reticle chamber 32 depend on the gas recovery operation by the recovery mixing device 36, the purge gas supply operation from the air supply device 38, the opening and closing operations of the valves V1, V5 to V8, and the valve diameter. The purge gas whose temperature is controlled can be supplied to the airtight chamber of the wafer chamber 33 and any of the plurality of lens chambers in the projection optical system 18 by a gas flow control system having a desired flow rate. . Note that the gases in the plurality of lens chambers of the projection optical system 18 may be exhausted stepwise by a suction method that involves decompression to a certain degree of vacuum.
Further, temperature sensors 39A to 39D for detecting the temperature of the purge gas in the sub chamber 31, the reticle chamber 32, the projection optical system 18, and the wafer chamber 33 are installed, respectively, and the temperature sensors 39A to 39D are installed. Thus, temperature information in each hermetic chamber is continuously measured at a predetermined sampling rate. These measurement data are supplied to the control unit 34 in FIG. In this example, the temperature of the purge gas in each hermetic chamber measured by the temperature sensors 39A to 39D is within a predetermined allowable range (for example, ± 0.01 to 0.001 deg) with respect to a predetermined target temperature (for example, 23 ° C.). Purge gas is supplied into each hermetic chamber so as to be accommodated.
Hereinafter, a detailed configuration related to the temperature control of the purge gas supply mechanism of this example will be described with reference to FIG. 2. In FIG. 2, only the reticle chamber 32 of a plurality of hermetic chambers is illustrated, and the reticle chamber 32 is also illustrated. For the sake of convenience of description, illustration of the pipes that are not in communication, and valves and branched pipes are omitted.
In FIG. 2, the control unit 34 controls the operation of each unit under the control of the main control system 24 that controls the overall operation of the exposure apparatus. In the collecting and mixing device 36, the gas collected by suction and the high-purity purge gas supplied from the gas supply source 35 through the pipe 72 are mixed in the mixing unit 45 (including a suction pump). The mixed gas is supplied to the refrigerator 47 through the pipe 46A, where the temperature is once lowered. The mixing unit 45 includes a suction pump that sucks gas from the exhaust pipe 75A and a blower fan that blows the mixed gas through the pipe 46A. The gas supply source 35, the exhaust pipe 75A for gas recovery, and the mixing unit 45 correspond to the “gas supply unit” of the present invention. However, the present invention can also be applied to a system that does not reuse the gas (fluid) circulated in the hermetic chamber (predetermined space).
Assuming that the target temperature in the reticle chamber 32 as an airtight chamber subject to temperature control is 23 ° C., the temperature of the mixed gas is lowered to, for example, 20 ° C. several degrees lower than that in the refrigerator 47. Measurement that measures information of physical quantities (in this example, flow rate, temperature, humidity, and pressure) that may cause a temperature change of the purge gas in the reticle chamber 32 through the pipe 46B. Supplied to the department.
The measurement unit includes a flow meter 48 that measures the flow rate of the gas in the pipe 46B, a pipe 73 installed between the flow meter 48 and the air supply device 38, and a humidity sensor installed inside the pipe 73. 49, a temperature sensor 50, and a sensor unit including a pressure sensor 51. Information on the flow rate measured by the flow meter 48 and information on the humidity, temperature, and pressure (atmospheric pressure) of the gas flowing in the pipe 73 measured by the humidity sensor 49, the temperature sensor 50, and the pressure sensor 51 are respectively predetermined. It is supplied to the control unit 34 at the sampling rate.
The gas whose physical quantity information is measured is supplied to the air supply device 38 via the pipe 73. In the air supply device 38, the gas supplied through the pipe 73 is heated to a predetermined temperature by a heater 52 including a heater, and this heated gas is a chemical impurity such as the pipe 46C, ammonia or organic gas. The purge gas is supplied to the supply pipe 69A as a purge gas with a high purity and temperature controlled through a chemical filter 53 and a dustproof filter 54 for removing water. The chemical filter 53 and the dustproof filter 54 correspond to the filter portion 68A of FIG. The purge gas supplied to the air supply pipe 69 </ b> A is supplied into the reticle chamber 32. Temperature information measured by the temperature sensor 39B in the reticle chamber 32 is also supplied to the control unit 34.
The heater 52 corresponds to the “temperature controller” of the present invention. In this example, since the temperature of the gas is once lowered by the refrigerator 47 and then the gas is heated to the target temperature by the heater 52, the response speed is high with a relatively simple control that only controls the heating amount. In addition, high temperature control accuracy can be obtained. Note that the refrigerator 47 may be omitted, and a temperature control unit capable of performing both heating and heat absorption may be provided instead of the heater 52. With this configuration, temperature control is complicated, but the mechanism can be simplified.
Substances to be removed by the chemical filter 53 include substances that adhere to optical elements used in the projection exposure apparatus and cause clouding thereof, float in the optical path of the exposure beam, and illuminating optical systems and projection optical systems. Also included are substances that change the transmittance (illuminance) or illuminance distribution, and substances that adhere to the wafer surface (photoresist) and deform the pattern image after development. As the chemical filter 53, an activated carbon filter (for example, Gigasorb (trade name) manufactured by NITTA CORPORATION can be used), an ion exchange membrane type filter (for example, an EPIX filter manufactured by Ebara Corporation) (Trade name) can be used), or a zeolite filter, or a combination of these. These chemical filters also remove silicon-based organic substances such as siloxane (siloxane: a substance having an Si—O chain as an axis) or silazane (silazane: a substance having an Si—N chain as an axis).
In this example, information on the temperature T of the purge gas measured by the temperature sensor 39B in the reticle chamber 32 and the flow meter 48, the humidity sensor 49, the temperature sensor 50, and the pressure sensor 51 in the recovery mixing device 36 are measured. Based on the information of the gas flow rate F, humidity H, temperature U, and pressure P, the control unit 34 makes the temperature in the reticle chamber 32 fall within an allowable range with respect to the target temperature (= TC). The heating amount S per unit time of the gas in the heater 52 is controlled. In this case, since the reticle chamber 32 is disposed on the downstream side of the gas with respect to the heater 52, information on the temperature T measured by the temperature sensor 39 </ b> B in the reticle chamber 32 is fed back to the heater 52. On the other hand, since the recovery mixing device 36 (physical quantity measuring unit) is arranged on the upstream side of the gas with respect to the heater 52, the flow meter 48, the humidity sensor 49, the temperature sensor 50, and the pressure sensor 51 of the measuring unit. The information of the gas flow rate F, humidity H, temperature U, and pressure P measured in is fed forward to the heater 52.
That is, in order to feed back the temperature T of the temperature sensor 39B, for example, the difference between the target temperature TC and the temperature T in the reticle chamber 32 is ΔT (= T−TC). Integration at time Δt (actually the sum of digital data, the same applies hereinafter) ∫ΔTdt, and the differential of the difference (actually, the difference of digital data, the same applies hereinafter) dΔT / dt to unit time in the heater 52 Coefficients for obtaining the change amount of the heating amount S per hit are kT1, kT2, and kT3, respectively. These coefficients are experimentally determined in advance according to the level of the allowable range with respect to the target temperature in the reticle chamber 32 and stored in the main control system 24, and from the main control system 24 to the control unit 34 before the exposure process starts. Set to In the control unit 34, a change ΔS1 of the heating amount S in the heater 52 caused by the temperature T of the temperature sensor 39B is obtained from the following equation.
ΔS1 = kT1 · ΔT + kT2 · ∫ΔTdt + kT3 · dΔT / dt (1)
Next, in order to feed forward the gas flow rate F, humidity H, temperature U, and pressure P measured by the flow meter 48, the humidity sensor 49, the temperature sensor 50, and the pressure sensor 51, as an example, these physical quantities are previously stored. Are set to FC, HC, UC, and PC, respectively (for example, average values of actually measured values in a certain exposure process). For the sake of simplicity, the difference between the reference value and the measured value is set as ΔF (= F−FC), ΔH (= H−HC), ΔU (= U−UC), and ΔP (= P−PC). The coefficients for obtaining the amount of change in the heating amount S in the heater 52 from these differences are kF1, kH1, kU1, and kP1, respectively. These coefficients are also set from the main control system 24 to the control unit 34 in advance. These coefficients are also experimentally determined in advance according to the level of the allowable range with respect to the target temperature in the reticle chamber 32 and stored in the main control system 24. The control unit 24 controls the control unit 24 before starting the exposure process. 34. In the control unit 34, a change ΔS2 of the heating amount S in the heater 52 caused by the gas flow rate F, humidity H, temperature U, and pressure P is obtained from the following equation.
ΔS2 = kF1 · ΔF + kH1 · ΔH + kU1 · ΔU + kP1 · ΔP (2)
In this example, as shown in FIG. 2, a chemical filter 53 is disposed between the heater 52 (temperature control unit) and the reticle chamber 32 (airtight chamber). When the humidity increases, heat absorption occurs, and the temperature of the exhausted gas tends to decrease. Further, the chemical filter 53 generates heat when the humidity of the gas passing through it decreases, and the temperature of the discharged gas tends to increase. This is because the chemical filter 53 acts to keep the humidity inside the chemical filter 53 at a certain humidity. Therefore, in this example, when the difference ΔH (= H−HC) from the reference value HC of the humidity H measured by the humidity sensor 49 becomes +, the heating amount change ΔS2 becomes +, and the difference ΔH becomes −. Then, the value of the coefficient kH1 is set to a predetermined positive value so that the change ΔS2 is −. In this case, for example, the humidity when heat absorption or heat generation occurs experimentally in advance in the chemical filter 53 may be measured in advance, and this humidity may be used as the reference value HC.
The reference value HC is determined individually according to the type of chemical filter 53 to be used (chemical filter configuration, material, etc.), and is used depending on the filter to be used. Further, when the heat absorption and heat generation capability of the chemical filter to be used varies with time, it is preferable that the above-described reference value HC is also varied according to the capability variation.
In order to obtain the change ΔS2 of the heating amount S more precisely, the change ΔS2 may be obtained in the form of a linear function or a higher order function with respect to the difference ΔH. Further, the change ΔS2 may be obtained in consideration of the integral ∫ΔHdt of the difference ΔH at a predetermined integration time Δt and the differential dΔT / dt of the difference. For the other flow rate F, temperature U, and pressure P, in order to further improve the control accuracy, not only the difference value but also the integral value and the differential value are taken into account, and the change amount of the heating amount S is obtained. Also good.
Further, when the flow rate F increases, the temperature decreases with the same heating amount, so the heating amount S may be increased in advance. Therefore, the value of the coefficient kF1 for obtaining the change amount of the heating amount S with respect to the flow rate F may be a predetermined (for example, experimentally determined) positive value. On the other hand, since the heating amount S may be small when the temperature U is high, the coefficient kU1 may be set to a predetermined negative value.
Thus, in this example, since the flow rate F, humidity H, temperature U, and pressure P of gas are measured, the enthalpy (unit is energy) which is the energy state quantity of the gas from these state quantities. (J or cal)). At this time, by measuring the heat generation amount of water vapor in the path from the humidity sensor 49 to the reticle chamber 32 in advance, the change ΔS2 in the heating amount S in the heater 52 is corrected so as to correct the heat generation amount of the water vapor. May be set.
2 adds the changes ΔS1 and ΔS2 of the heating amount S in the equations (1) and (2) as shown in the following equation, thereby changing the amount ΔS of the heating amount S in the heater 52. Is calculated.
ΔS = ΔS1 + ΔS2 (3)
Then, the temperature control unit 34 sends a control signal to the heater 52 so as to change the heating amount S by the change ΔS. The calculation of the expressions (1) to (3) and the supply of the control signal for the change of the heating amount S to the heater 52 are continuously performed at a predetermined sampling rate (for example, about several tens Hz to several kHz) during the exposure process. Done.
Accordingly, the temperature of the purge gas in the reticle chamber 32 is within an allowable range with respect to the target temperature, and exposure can be performed with high accuracy.
Specifically, FIG. 3A, FIG. 3B, and FIG. 3C are respectively the temperature T in the reticle chamber 32 in FIG. 2 (measured value of the temperature sensor 39B), the heating amount S in the heater 52, An example of a change in the humidity S measured by the humidity sensor 49 is shown, and the horizontal axis of FIGS. 3A to 3C is the elapsed time t. For example, as shown by a solid line 55A in FIG. 3A, when the temperature T in the reticle chamber 32 is shifted from the target value TC at the time point t1, the temperature T is fed back, and the solid line 56A in FIG. As shown, the heating amount S of the heater 52 is shifted from the reference value SC from time t2 immediately after that, and the temperature T returns to the target value TC.
Further, as indicated by a solid line 57 in FIG. 3C, when the humidity H measured by the humidity sensor 49 fluctuates from the reference value HC from the time point t3, the fluctuation cancels the heat absorption and heat generation in the chemical filter 53. The feed forward is performed, and the heating amount S of the heater 52 changes as shown in FIG. As a result, the temperature T in the reticle chamber 32 is maintained at the target value TC. On the other hand, when there is no feedforward of humidity H, the temperature T in the reticle chamber 32 fluctuates due to heat absorption and heat generation by the chemical filter 53, as indicated by a dotted line 55B in FIG. This variation is gradually reduced by feedback of the temperature T, but the temperature control accuracy is deteriorated.
As described above, in this example, based on the humidity H of the gas measured in front of the heater 52, the heat absorption in the chemical filter 53 installed next to the heater 52 is offset by the heater 52. Since the heating amount S is controlled, even if the chemical filter 53 is used, the temperature fluctuation amount in the reticle chamber 32 can be suppressed and high temperature control accuracy can be obtained. Furthermore, since the heating amount S in the heater 52 is controlled also using the gas flow rate F, temperature U, and pressure P measured in front of the heater 52, higher temperature control accuracy can be obtained.
Furthermore, since the measured humidity H is fed forward to the heater 52 in this example, the influence of the chemical filter 53 can be offset before temperature fluctuations occur in the reticle chamber 32. Accordingly, higher temperature control accuracy can be obtained.
In the example of FIG. 2, the humidity H of the gas is measured in the recovery mixing device 36 at the front stage of the heater 52, but the humidity H may be measured in the chemical filter 53. In this case, the measured value of the humidity H is fed back to the heater 52. However, the heating amount of the heater 52 can still be controlled based on the measured value in front of the reticle chamber 32. The temperature control accuracy is improved compared to the case where the value of the humidity H is not taken into consideration.
Further, in the example of FIG. 2, when the gas flow rate F and pressure P measured in the recovery mixing device 36 can be regarded as substantially constant values, or in the reticle chamber 32 caused by the gas flow rate F and pressure P. In the case where the amount of heat fluctuation at is within an allowable range, the values of the gas flow rate F and the pressure P may not necessarily be used to control the heater 52.
In FIG. 1, purge gas supply as shown in FIG. 2 is performed while controlling the purge gas supply to the three hermetic chambers including the sub chamber 31, the reticle chamber 32, and the wafer chamber 33 and the projection optical system 18. Although the mechanism is shared, a purge gas supply mechanism as shown in FIG. 2 may be provided independently for each projection optical system and each hermetic chamber. If a purge gas supply mechanism is provided for each supply destination, the temperature of the purge gas supplied can be controlled independently for each supply destination, and the temperature control accuracy (for example, whether the control accuracy is ± 0.1 ° or ± It can also be set independently for each supply destination.
Further, in the purge gas supply mechanism of this example, oxygen for detecting the concentration of oxygen gas in the impurities inside the sub chamber 31, the reticle chamber 32, the projection optical system 18, and the wafer chamber 33, respectively. A concentration sensor (not shown) is installed, and oxygen concentration information as an impurity in each hermetic chamber is continuously measured at a predetermined sampling rate. These measurement data are also supplied to the control unit 34 in FIG. In this example, in parallel with the above temperature control, when oxygen gas of a predetermined allowable concentration or more is detected in any of the oxygen concentration sensors, the oxygen gas concentration is allowed by the command of the control unit 34 in FIG. The ratio of the high-purity purge gas from the gas supply source 35 in the gas mixture supplied into the hermetic chamber in which the oxygen gas is detected is increased until the concentration becomes lower than the concentration. As the oxygen concentration sensor, for example, a polarographic oxygen concentration meter, a zirconia oxygen concentration meter, a yellow phosphorus light emitting oxygen sensor, or the like can be used. As a sensor for detecting impurities, in addition to an oxygen concentration sensor, ozone (O 3 ), Water vapor, and carbon dioxide (CO 2 A sensor for detecting hydrocarbon-based molecules such as) may be used.
When the present invention is applied to, for example, temperature control of a clean room (airtight room) where a lithography system is installed, the gas supplied to the clean room is taken in from outside air via a dustproof filter or the like and dried, for example. It becomes air (dry air). Similarly, when the present invention is applied to, for example, temperature control of an environmental chamber (airtight chamber) in which the exposure apparatus is accommodated as a whole, the gas supplied to the environmental chamber passes through a dustproof filter or the like in the clean room. It becomes the air taken in (dry air).
Further, each of the above embodiments is an application of the present invention to a step-and-scan type projection exposure apparatus, but the present invention can also be applied to a batch exposure type projection exposure apparatus such as a stepper. it can. The magnification of the projection optical system included in these projection exposure apparatuses is not limited to reduction, and may be equal or larger. The present invention can also be applied to an immersion type exposure apparatus disclosed in, for example, WO99 / 49504. Further, the present invention provides two wafer stages capable of performing an exposure operation and an alignment operation (mark detection operation) substantially in parallel as disclosed in, for example, pamphlets of International Publication Nos. 98/24115 and 98/40791. The present invention can also be applied to an exposure apparatus including Further, it is apparent that the present invention can be applied to a proximity type exposure apparatus that does not use a projection optical system.
In the illumination optical system and the projection optical system according to the above-described embodiment, the optical members are arranged in the support member or the lens barrel in a predetermined positional relationship and adjusted, and then the support member and the lens barrel are not illustrated. It is assembled by installing in the column. Along with this assembly adjustment, assembly and adjustment of the stage system, laser interferometer, purge gas supply mechanism for purging the inside of the apparatus, and the like are performed, and each component is electrically, mechanically or optically connected. Thus, the projection exposure apparatus of the above embodiment is assembled. It is desirable to perform the work in this case in a clean room in which temperature management is performed.
Next, an example of a semiconductor device manufacturing process using the projection exposure apparatus of the above embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 4 shows an example of a semiconductor device manufacturing process. In FIG. 4, a wafer W is first manufactured from a silicon semiconductor or the like. Thereafter, a photoresist is applied on the wafer W (step S10), and in the next step S12, a reticle (provisionally R1) is loaded on the reticle stage of the projection exposure apparatus of the above embodiment (FIG. 1). Then, the pattern of the reticle R1 (represented by the symbol A) is transferred (exposed) to all the shot areas SE on the wafer W by the scanning exposure method. At this time, double exposure is performed as necessary. The wafer W is, for example, a wafer having a diameter of 300 mm (12 inch wafer), and the size of the shot area SE is, for example, a rectangular area having a width of 25 mm in the non-scanning direction and a width of 33 mm in the scanning direction. Next, in step S14, a predetermined pattern is formed in each shot region SE of the wafer W by performing development, etching, ion implantation, and the like.
Next, in step S16, a photoresist is applied on the wafer W, and then in step S18, a reticle (provisionally R2) is loaded onto the reticle stage of the projection exposure apparatus of the above-described embodiment (FIG. 1). Then, the pattern of the reticle R2 (represented by the symbol B) is transferred (exposed) to each shot area SE on the wafer W by the scanning exposure method. In step S20, a predetermined pattern is formed in each shot region of the wafer W by performing development and etching of the wafer W, ion implantation, and the like.
The above exposure process to pattern formation process (steps S16 to S20) are repeated as many times as necessary to manufacture a desired semiconductor device. Then, a semiconductor device SP as a product is manufactured through a dicing process (step S22) for separating each chip CP on the wafer W one by one, a bonding process, a packaging process, and the like (step S24). .
According to the device manufacturing method of this example, since the temperature control accuracy of the reticle and wafer of the projection exposure apparatus can be increased, overlay accuracy and the like can be increased, and a highly integrated and high performance semiconductor device (integrated circuit) can be obtained. Can be manufactured with high yield.
Note that the use of the exposure apparatus of the present invention is not limited to the exposure apparatus for manufacturing semiconductor devices. For example, the exposure for a display apparatus such as a liquid crystal display element formed on a square glass plate or a plasma display. The present invention can also be widely applied to an exposure apparatus for manufacturing various devices such as an apparatus, an image sensor (CCD, etc.), a micromachine, a thin film magnetic head, and a DNA chip. Furthermore, the present invention can also be applied to an exposure process (exposure apparatus) when manufacturing a mask (photomask, reticle, etc.) on which mask patterns of various devices are formed using a photolithographic process.
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various structure can be taken in the range which does not deviate from the summary of this invention. In addition, the entire disclosure of Japanese Patent Application No. 2002-250179 filed on August 29, 2002, including the specification, claims, drawings, and abstract, is incorporated herein by reference in its entirety. ing.

産業上の利用の可能性Industrial applicability

本発明によれば、温度制御用の流体の温度変化を生じさせる少なくとも一つ以上の物理量の情報に基づいてその流体の温度を制御しているため、その流体が供給される空間である例えば露光装置を収納するチャンバ等の内部の温度制御精度を高めることができる。従って、本発明を露光方法及び装置に適用した場合には、露光時の第１物体（マスク）や第２物体（基板）の温度制御精度を向上できるため、高機能のデバイスを高精度に製造することができる。
また、本発明によれば、例えばケミカルフィルタのようにその流体としての気体の湿度によって熱変動を起こすような装置が使用されている場合には、その湿度の計測情報を用いて温度制御を行うことによって、高い温度制御精度を得ることができる。
また、更に制御対象の空間内の温度情報をフィードバックして、その物理量の情報をフィードフォワードして温度制御部での吸発熱量を制御することによって、その空間内の温度を目標値に高速に高い制御精度で設定することができる。According to the present invention, since the temperature of the fluid is controlled based on information of at least one physical quantity that causes a temperature change of the temperature controlling fluid, for example, exposure is a space to which the fluid is supplied. The temperature control accuracy inside the chamber or the like for housing the apparatus can be increased. Therefore, when the present invention is applied to an exposure method and apparatus, the temperature control accuracy of the first object (mask) and the second object (substrate) at the time of exposure can be improved, so that a highly functional device can be manufactured with high accuracy. can do.
Further, according to the present invention, when a device that causes thermal fluctuations due to the humidity of the gas as the fluid, such as a chemical filter, is used, temperature control is performed using the measurement information of the humidity. Thus, high temperature control accuracy can be obtained.
In addition, the temperature information in the space to be controlled is further fed back, and the physical quantity information is fed forward to control the amount of heat absorbed and generated by the temperature control unit, so that the temperature in the space can be quickly adjusted to the target value. It can be set with high control accuracy.

Claims (12)

所定の空間内の温度を、温度制御され、且つケミカルフィルタを介した気体を用いて制御する温度制御方法において、
前記空間内の温度情報及び前記気体の温度変化を生じさせる少なくとも一つ以上の物理量の情報に基づいて前記気体の温度を制御して、前記空間に供給するものであって、
前記物理量の情報は、前記ケミカルフィルタに供給される気体の湿度に起因して生じる該ケミカルフィルタ内における吸熱又は発熱に関する情報を含むことを特徴とする温度制御方法。In a temperature control method for controlling a temperature in a predetermined space by using a temperature-controlled gas through a chemical filter,
The temperature of the gas is controlled based on the temperature information in the space and the information of at least one physical quantity that causes the temperature change of the gas, and is supplied to the space,
The information on the physical quantity includes information on heat absorption or heat generation in the chemical filter caused by the humidity of the gas supplied to the chemical filter. 前記物理量の情報は更に、前記気体の圧力及び流量のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求の範囲１に記載の温度制御方法。The temperature control method according to claim 1, wherein the physical quantity information further includes at least one of a pressure and a flow rate of the gas. 前記ケミカルフィルタ内における吸熱又は発熱に関する情報は、前記気体の湿度を含むことを特徴とする請求の範囲１に記載の温度制御方法。The temperature control method according to claim 1, wherein the information related to heat absorption or heat generation in the chemical filter includes humidity of the gas. 前記空間に供給する前記気体の温度を制御するために、前記物理量の情報をフィードフォワードすることを特徴とする請求の範囲１、２、又は３に記載の温度制御方法。4. The temperature control method according to claim 1, wherein the physical quantity information is fed forward in order to control the temperature of the gas supplied to the space. 5. 前記空間に供給する前記気体の温度を制御するために、前記空間内の温度情報をフィードバックすることを特徴とする請求の範囲１〜４の何れか一項に記載の温度制御方法。The temperature control method according to any one of claims 1 to 4, wherein temperature information in the space is fed back in order to control the temperature of the gas supplied to the space. 請求の範囲１〜５の何れか一項に記載の温度制御方法を用いる露光方法であって、
露光ビームで第１物体を照明し、前記露光ビームで前記第１物体を介して第２物体を露光する露光装置の前記露光ビームの光路の少なくとも一部を含む空間、又は前記空間に連通する空間の温度を前記温度制御方法によって制御することを特徴とする露光方法。An exposure method using the temperature control method according to any one of claims 1 to 5,
A space including at least a part of an optical path of the exposure beam of an exposure apparatus that illuminates the first object with the exposure beam and exposes the second object through the first object with the exposure beam, or a space communicating with the space The exposure method is characterized in that the temperature of the exposure is controlled by the temperature control method. 所定の空間内の温度を、温度制御され、且つケミカルフィルタを介した気体を用いて制御する温度制御装置において、
温度制御用の気体を前記空間に供給する気体供給部と、
前記空間内の温度情報を検出する温度センサと、
前記気体の温度変化を生じさせる少なくとも一つ以上の物理量の情報を検出する物理量センサと、
前記温度センサ及び前記物理量センサの検出結果に基づいて前記気体の温度を制御する温度制御部とを有し、
前記物理量の情報は、前記ケミカルフィルタに供給される気体の湿度に起因して生じる該ケミカルフィルタ内における吸熱又は発熱に関する情報を含むことを特徴とする温度制御装置。In a temperature control device that controls the temperature in a predetermined space using a gas that is temperature-controlled and passes through a chemical filter,
A gas supply unit for supplying a temperature control gas to the space;
A temperature sensor for detecting temperature information in the space;
A physical quantity sensor for detecting information of at least one physical quantity that causes a temperature change of the gas;
A temperature control unit that controls the temperature of the gas based on detection results of the temperature sensor and the physical quantity sensor;
The information on the physical quantity includes information on heat absorption or heat generation in the chemical filter caused by the humidity of the gas supplied to the chemical filter. 前記物理量の情報は更に、前記気体の圧力及び流量のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求の範囲７に記載の温度制御装置。The temperature control device according to claim 7, wherein the physical quantity information further includes at least one of a pressure and a flow rate of the gas. 前記物理量センサは、前記気体の湿度を検出することを特徴とする請求の範囲７に記載の温度制御装置。The temperature control apparatus according to claim 7, wherein the physical quantity sensor detects humidity of the gas. 前記物理量センサからの前記物理量の情報を前記温度制御部にフィードフォワードして、前記温度センサからの前記空間内の温度情報を前記温度制御部にフィードバックすることを特徴とする請求の範囲７、８、又は９に記載の温度制御装置。The information on the physical quantity from the physical quantity sensor is fed forward to the temperature control unit, and the temperature information in the space from the temperature sensor is fed back to the temperature control unit. Or the temperature control device according to 9. 露光ビームで第１物体を照明し、前記露光ビームで前記第１物体を介して第２物体を露光する露光装置において、
請求の範囲７〜１０の何れか一項に記載の温度制御装置を有し、
前記露光ビームの光路の少なくとも一部を含む空間、又は前記空間に連通する空間の温度を前記温度制御装置によって制御することを特徴とする露光装置。In an exposure apparatus that illuminates a first object with an exposure beam and exposes a second object through the first object with the exposure beam,
It has the temperature control device according to any one of claims 7 to 10,
An exposure apparatus, wherein a temperature of a space including at least a part of an optical path of the exposure beam or a space communicating with the space is controlled by the temperature control device. 請求の範囲１１に記載の露光装置を用いて、前記第１物体としてのマスク上に形成されたデバイスパターンを前記第２物体としての基板上に転写露光する工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。12. A device manufacturing method comprising a step of transferring and exposing a device pattern formed on a mask as the first object onto a substrate as the second object using the exposure apparatus according to claim 11. Method.
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