JP7457678B2 - 露光装置、露光方法および物品製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置、露光方法および物品製造方法に関する。

半導体デバイス等の物品の製造において、原版（レチクル又はマスク）を照明光学系で照明し、投影光学系を介して原版のパターンを基板に投影し基板を露光する露光装置が使用される。投影光学系の結像特性は、露光光の照射によって変動するため、露光装置では、光学素子の姿勢および位置の制御によって結像特性が補正されうる。光学素子の姿勢および位置の制御によって補正が可能な収差成分は限られており、非点収差などの非回転対象な結像特性は補正することができない。特許文献１には、投影光学系の瞳面近傍に配置される光学部材の温度を調整する調整機構によって該光学部材の温度分布を変更し、該投影光学系の光学特性を調整することが記載されている。

特許第５２６６６４１号公報

特許文献１には、露光動作が実施される期間中に調整機構によって投影光学系の結像特性を調整することが記載されているに過ぎず、露光動作が実施されない期間中に調整機構によって結像特性の調整を行うことは記載されていない。露光動作が実施されない期間において調整機構による調整を停止すると、露光動作を再開した際に大きな補正残差が発生する可能性がある。これは、露光動作の終了後の結像特性の時間的な変化と調整機構による調整の終了後の結像特性の時間的な変化とが異なるためである。

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、露光動作を停止した後に露光動作を再開した場合にも投影光学系の収差を高い精度で補正するために有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、投影光学系を介して基板を露光する露光動作を行う露光装置に係り、前記露光装置は、前記投影光学系の温度分布を制御する第１温度制御部と第２温度制御部とを含む温度調整部を備え、前記露光動作が実施される第１期間において、前記露光動作が実施されることによる前記投影光学系の収差の変化が低減されるように前記第１温度制御部と前記第２温度制御部の少なくとも一方が動作し、前記第１期間に続く、前記露光動作が実施されない第２期間において、前記露光動作が実施されないことによる前記収差の変化が低減されるように前記第１温度制御部と前記第２温度制御部の少なくとも一方が動作し、前記温度調整部は、前記収差としてゼルニケ多項式におけるＮθ成分（Ｎは自然数）の少なくとも１つを低減する。

本発明によれば、露光動作を停止した後に露光動作を再開した場合にも投影光学系の収差を高い精度で補正するために有利な技術が提供される。

第１実施形態の露光装置の構成を模式的に示す図。 第１実施形態の露光装置における光学素子および温度調整部の構成例を示す図。 温度調整部によって加熱されたレンズの温度分布を例示する図。 走査露光装置の投影光学系のレンズを通過する光束の分布を例示する図。 非点収差の変化の時間的特性を例示する図。 第１実施形態の露光装置における投影光学系の収差の補正を例示する図。 第１実施形態の露光装置における投影光学系の収差の補正の一例を示す図。 第２実施形態の露光装置における投影光学系の収差の補正を例示する図。 第３実施形態の露光装置における投影光学系の収差の補正を例示する図。 第３実施形態の露光装置における非点収差以外の収差成分を例示する図。 第４実施形態における加熱素子の構成および配置を例示する図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

図１には、第１実施形態の露光装置ＥＸＰの構成が模式的に示されている。露光装置ＥＸＰは、概略的には、投影光学系１０７を介して基板１１０を露光する露光動作を行う。明細書および図面では、図１に示されるように、基板１１０が配置される面と平行な面をＸＹ平面とするＸＹＺ座標系において方向を示す。露光装置ＥＸＰは、光源１０２、照明光学系１０４、投影光学系１０７および制御部１００を備えている。露光動作において、照明光学系１０４は、光源１０２からの光（露光光）で原版１０６を照明し、投影光学系１０７によって原版１０６のパターンを基板１１０に投影し、これにより基板１１０を露光する。露光装置ＥＸＰは、原版１０６および基板１１０を静止させた状態で基板１１０を露光する露光装置として構成されてもよいし、原版１０６および基板１１０を走査しながら基板１１０を露光する露光装置として構成されてもよい。一般的に、基板１１０は、複数のショット領域を有し、各ショット領域に対して露光動作がなされうる。

光源１０２は、例えば、エキシマレーザーを含みうるが、他の発光デバイスを含んでもよい。該エキシマレーザーは、例えば、波長が２４８ｎｍまたは１９３ｎｍの波長の光を発生しうるが、他の波長の光を発生してもよい。投影光学系１０７は、光学素子１０９と、光学素子１０９の温度分布を制御する温度調整部１０８とを含みうる。温度調整部１０８は、光学素子１０９に熱エネルギーを与えることによって光学素子１０９の屈折率分布および／または面形状を変化させ、これにより投影光学系１０７の光学特性の変化を低減させうる。温度調整部１０８が光学素子１０９に与える熱エネルギーは、正および負のエネルギーを含みうる。光学素子１０９に対して正のエネルギーを与えることは、光学素子１０９を加熱することを意味し、光学素子１０９に対して負のエネルギーを与えることは、光学素子１０９を冷却することを意味する。

温度調整部１０８は、光学素子１０９と密着するように配置されてもよく、この場合、温度調整部１０８と光学素子１０９との間の熱エネルギーの伝達が効率的である。あるいは、温度調整部１０８は、光学素子１０９に対して離間して配置されてもよく、当該構成は、温度調整部１０８によって光学素子１０９に機械的な力が加えられない点や、温度調整部１０８によって光学素子１０９に傷等の損傷が与えられない点で有利である。

温度調整部１０８は、温度調整部１０８が基板１１０に対する光の照射を妨げないように、光学素子１０９の有効径（光路）の外側に配置されることが好ましい。例えば、温度調整部１０８は、光学素子１０９としてのレンズのコバ部、該レンズの表面または裏面に配置されうる。あるいは、温度調整部１０８は、投影光学系１０７の光学性能に影響を与えない範囲で、有効径の内側に配置されてもよい。このような配置の例としては、例えば、細い電熱線を有効径内に配置する例や、高い光透過率を有する伝熱素子を有効径内に配置する例を挙げることができる。

光学素子１０９の外周側に温度調整部１０８を配置する場合、光学素子１０９は、投影光学系１０７の瞳面またはその近傍に配置されることが好ましいが、温度調整部１０８は、投影光学系１０７の瞳面から離隔した配置されてもよい。温度調整部１０８は、投影光学系１０７の光学素子１０９の温度分布を制御する第１温度制御部と、投影光学系１０７の光学素子１０９の温度分布を制御する第２温度制御部とを含む複数の温度制御部を含みうる。第１温度制御部は、露光動作が実施される第１期間において、露光動作が実施されることによる投影光学系１０７の光学特性の変化が低減されるように動作しうる。第２温度制御部は、第１期間に続く、露光動作が実施されない第２期間において、露光動作が実施されないことによる投影光学系１０７の光学特性変化が低減されるように動作しうる。あるいは、露光動作が実施される第１期間において、露光動作が実施されることによる投影光学系１０７の光学特性の変化が低減されるように第１温度制御部と第２温度制御部との少なくとも一方が動作しうる。また、第１期間に続く、露光動作が実施されない第２期間において、露光動作が実施されないことによる投影光学系１０７の光学特性変化が低減されるように第１温度制御部と第２温度制御部との少なくとも一方が動作しうる。複数の温度制御部（第１温度制御部、第２温度制御部）は、光学素子１０９に与える熱エネルギーの量および継続時間が個別に制御され、これにより光学素子１０９の温度分布を制御しうる。複数の温度制御部（第１温度制御部、第２温度制御部）は、制御部１００によって制御されうる。第１温度制御部によって温度分布が制御される光学素子１０９と第２温度制御部によって温度分布が制御される光学素子１０９とは、互いに同じであってもよいし、互いに異なってもよい。

温度調整部１０８は、露光動作を実施している期間および露光動作を実施していない期間において、時々刻々と変化する投影光学系１０７の光学特性に同期させて光学素子１０９に与える熱エネルギーを変化させうる。ここで、温度調整部１０８の制御のために必要な情報は、投影光学系１０７の像面（基板１１０が配置される面）におい投影光学系１０７の光学特性を測定し、その結果に基づいて生成されうる。あるいは、温度調整部１０８の制御のために必要な情報は、測定等を通じて予め決定されてもよい。温度調整部１０８が光学素子１０９に与える熱エネルギーの制御は、例えば、温度調整部１０８が電熱線を含む場合、電熱線に印加する電流値の制御によって実現されてうる。あるいは、温度調整部１０８が光学素子１０９に与える熱エネルギーの制御は、例えば、光学素子１０９と温度調整部１０８との物理的な距離または熱的な距離の制御によって実現されてもよい。

制御部１００は、光源１０２、照明光学系１０４、投影光学系１０７および温度調整部１０８を制御しうる。より具体的には、制御部１００は、露光動作を制御する他、第１期間および第２期間において温度調整部１０８を制御するように構成されうる。制御部１００は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略。）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅの略。）、又は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略。）、又は、プログラムが組み込まれた汎用又は専用のコンピュータ、又は、これらの全部または一部の組み合わせによって構成されうる。

図２には、第１実施形態の露光装置ＥＸＰにおける光学素子１０９および温度調整部１０８の構成例が示されている。光学素子１０９は、レンズ２０１を含みうる。温度調整部１０８は、加熱素子２０４ａ、２０４ｂで構成される第１温度制御部２０４と、加熱素子２０３ａ、２０３ｂで構成される第２温度制御部２０３と含みうる。加熱素子２０４ａ、２０４ｂ、２０３ａ、２０３ｂは、それぞれレンズ２０１の円周の１／４の円弧に相当する円弧形状を有しうる。加熱素子２０４ａ、２０４ｂ、２０３ａ、２０３ｂは、例えば、電熱線を含むフレキシブルケーブルで構成され、該電熱線に電流が印加されることによって熱を発生し、レンズ２０１に温度分布を形成しうる。

加熱素子２０４ａ、２０４ｂ、２０３ａ、２０３ｂは、例えば、レンズ２０１の平面部に対して１０～１００μｍ離隔して配置されうる。加熱素子２０４ａ、２０４ｂ、２０３ａ、２０３ｂが発生する熱は、加熱素子２０４ａ、２０４ｂ、２０３ａ、２０３ｂとレンズ２０１との間の媒体２０５を経由してレンズ２０１に伝達されうる。媒体２０５は、例えば、空気または窒素等の気体でありうる。加熱素子２０４ａ、２０４ｂ、２０３ａ、２０３ｂは、レンズ２０１と媒体２０５を介して直接に対面する必要ない。加熱素子２０４ａ、２０４ｂ、２０３ａ、２０３ｂは、例えば、高い熱伝導性を有する金属で電熱線を挟んだ構造を有してもよい。

図２（ｂ）の例では、加熱素子２０４ａ、２０４ｂ、２０３ａ、２０３ｂがレンズ２０１の平面部の上（照明光学系１０４の側）に配置されている。しかしながら、加熱素子２０４ａ、２０４ｂ、２０３ａ、２０３ｂは、レンズ２０１の下（基板１１０の側）またはレンズ２０１のコバ部に配置されてもよい。レンズ２０１は、加熱素子２０４ａ、２０４ｂ、２０３ａ、２０３ｂによって加熱される被加熱面２０６を有しうる。被加熱面２０６は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。被加熱面２０６は、例えば、粗面化された面（すりガラス状の面）でありうる。

図３（ａ）には、第２温度制御部２０４によって加熱されたレンズ２０１の温度分布が例示されている。このとき、基板１１０の表面において、非点収差が正の方向に発生する。図３（ｂ）には、第１温度制御部２０３によって加熱されたレンズ２０１の温度分布が例示されている。図３（ｂ）の温度分布は、図３（ａ）の温度分布に対して逆位相の温度分布である。図３（ｂ）の温度分布により、基板１１０の表面において、非点収差が負の方向に発生する。このように、第１温度制御部２０４および第２温度制御部２０３によるレンズ２０１の加熱によって、正および負の非点収差を発生させることができる。このような構成は、ペルチェ素子のような素子を使用して加熱と冷却との組み合わせによって正および負の非点収差を発生する構成と比べると、温度調整部１０８の構成を単純化することができる点で有利である。

ここで、Ｘ方向に長いスリット状の光束（露光光）に対して原版１０６および基板１１０を走査する走査露光装置に露光装置ＥＸＰを適用した場合、露光動作時に投影光学系１０７を通過する光束の強度分布は、図４の斜線部４０１に示されるようなりうる。この場合、光束を吸収することによって生じるレンズ２０１（光学素子１０９）の温度分布は、Ｘ方向とＹ方向とで異なり、これが投影光学系１０７の大きな非点収差を発生させる原因となりうる。そこで、この非点収差が低減されるように、第１温度制御部２０４によってレンズ２０１に温度分布が与えられうる。第１温度制御部２０４が発生させる投影光学系１０７の非点収差とレンズ２０１が光束を吸収することによって発生する投影光学系１０７の非点収差とは、符号が逆である。したがって、レンズ２０１が光束を吸収することによって発生する投影光学系１０７の非点収差は、第１温度制御部２０４が発生させる投影光学系１０７の非点収差によって低減されうる。なお、以下では、特に言及しない限り、「非点収差」は投影光学系１０７の非点収差を意味するものとする。

第１温度制御部２０４によって発生させる非点収差の変化（時間的な変化特性）が、レンズ２０１が光束を吸収することによって発生する非点収差の変化（時間的な変化特性）と異なる場合がある。この場合、第１温度制御部２０４の電熱線に供給する電流を制御することによって第１温度制御部２０４による非点収差の変化を制御し、レンズ２０１が光束を吸収することによって発生する非点収差をより高い精度で相殺することができる。

図５には、非点収差の変化の時間的特性が例示されている。図５において、「露光時」は、露光動作を含む第１期間を示し、「非露光時」は、第１期間に続く期間であり、かつ露光動作が実施されない期間である第２期間を示す。第１の例において、第１期間は、１枚の基板に対する最初の露光動作の開始から該１枚の基板に対する最後の露光動作の終了までの期間でありうる。第２期間は、１枚の基板に対する最後の露光動作の終了時に開始する期間でありうる。第２期間は、例えば、１枚の基板に対する最後の露光動作の終了から次の基板に対する最初の露光動作の開始までの期間である。ここで、該次の基板は、該１枚の基板と同一ロットにおける基板である場合もあるし、次のロットの最初の基板である場合もある。最後に実施された露光動作の後、予め定められた時間が経過した後は、第２期間を終了させ、温度調整部１０８の動作を停止させることができる。第１の例は、ある基板の１つのショット領域と該基板の次のショット領域との間における収差の変化を無視可能な場合に適している。第２の例において、第１期間は、基板の各ショット領域に対して露光動作が実行される期間であり、第２期間は、ある基板の１つのショット領域に対する露光動作の終了から該基板の次のショット領域に対する露光動作の開始までの期間を含みうる。第２の例は、ある基板の１つのショット領域と該基板の次のショット領域との間における収差の変化を考慮すべき場合に適している。第３の例示において、第１期間は、第１ロットにおける１枚目の基板に対する最初の露光動作の開始から、該第１ロットの最後の基板に対する最後の露光動作の終了までの期間でありうる。第２期間は、第１ロットの最後の基板に対する最後の露光動作の終了から、該第１ロットに続く第２ロットにおける１枚目の基板に対する最初の露光動作の開始までの期間でありうる。第１の例、第２の例および第３の例は、露光動作を大雑把に捉えるかどうかの違いを有するが、両者は、共通の思想として理解されうる。

図５において、曲線５０１ａは、第１期間において、レンズ２０１が光束を吸収することによって発生する非点収差の変化を例示している。第１温度制御部２０４によるレンズ２０１の加熱によって、曲線５０１ａの符号を逆にした曲線で変化する非点収差を発生することが、レンズ２０１が光束を吸収することによって発生する非点収差を低減あるいは相殺する方法として理想的である。しかし、第１温度制御部２０４によってレンズ２０１を一定温度で加熱し続けた場合、それによって発生する非点収差は、曲線５０２ａとして例示されるように、曲線５０１ａよりも遅い時定数で変化することが多い。そのため、曲線５０１ａで示される非点収差を完全に補正（相殺）することはできず、曲線５０３ａで示されるような補正残差が生じうる。

同様の現象は、第２期間にも発生しうる。第２期間は露光動作が実施されないので、光束がレンズ２０１を通過しない。したがって、第２期間では、光束の吸収によるレンズ２０１の温度変化は起こらないが、レンズ２０１からの放熱によってレンズ２０１が変形し、これによって非点収差が時間的に変化する。曲線５０１ｂは、光束の吸収によって発生した熱がレンズ２０１から放出（放熱）されることによって発生する非点収差の変化を例示している。曲線５０１ａにおける時定数と曲線５０１ｂにおける時定数とは同様でありうる。

第１期間から第２期間に移行すると同時に第１温度制御部２０４によるレンズ２０１の加熱を停止すると、第１期間において第１温度制御部２０４によってレンズ２０１に与えられた熱が第２期間においてレンズ２０１から放出（放熱）される。それに伴って非点収差が曲線５０２ｂのように変化しうる。曲線５０１ｂと曲線５０２ｂとの間には、曲線５０１ａと曲線５０２ａとの間に存在するような時間的な変化特性の差が存在する。したがって、第２期間においても、曲線５０３ｂで示されるような補正残差が生じうる。

曲線５０１ａ、５０１ｂ、５０２ａ、５０２ｂは、一般的には、式１に示されるような１次遅れ系、または、式２で示されるような２次遅れ系で表現されうる。ただし、これらの曲線は、他のモデルにしたがって表現されてもよい。

・・・式１

ここで、φ(t)は、時刻ｔにおける発生収差量、Aは、時刻ｔから与えらえる加熱量に関する量、Gは、発生収差量に関する係数、Kは、発生収差量の時定数に関する係数である。

・・・式２

ここで、φ(t)は、時刻ｔにおける発生収差量、τ₁、τ₂は、2次遅れを表現する時定数に関する係数、Aは、時刻ｔから与えらえる加熱量に関する量、Gは、発生収差量に関する係数、Kは、発生収差量の時定数に関する係数である。

このような時間的な変化特性の違いによる補正残差を低減するために、第１温度制御部２０４および第２温度制御部２０３がレンズ２０１に与える熱エネルギーが制御部１００によって制御されうる。この方法について図６を参照しながら説明する。この方法では、第１温度制御部２０４、第２温度制御部２０３がレンズ２０１に与える熱エネルギーは、それぞれ第１期間、第２期間の開始時からの経過時間に応じた指令値に従って制御されうる。図６（ａ）には、第１温度制御部２０４の加熱素子２０４ａ、２０４ｂに印加される電流６０１、および、第２温度制御部２０３の加熱素子２０３ａ、２０３ｂに印加される電流６０２が例示されている。制御部１００は、第１期間の開始時からの経過時間に応じた指令値として電流６０１に相当する指令値を第１温度制御部２０４に供給するように構成されうる。また、制御部１００は、第２期間の開始時からの経過時間に応じた指令値として電流６０２に相当する指令値を第２温度制御部２０３に供給するように構成されうる。図６（ｂ）には、光束の吸収によって発生する非点収差６０３の変化が例示されている。また、図６（ｂ）には、第１温度制御部２０４の加熱素子２０４ａ、２０４ｂおよび第２温度制御部２０３の加熱素子２０３ａ、２０３ｂに印加される電流による加熱によって発生する非点収差６０４の変化が例示されている。また、図６（ｃ）には、補正残差６０５の変化が例示されている。

この例では、第１期間では、第１温度制御部２０４の加熱素子２０４ａ、２０４ｂに電流が印加され、第２温度制御部２０３の加熱素子２０３ａ、２０３ｂには電流が印加されない。一方、第２期間では、第１温度制御部２０４の加熱素子２０４ａ、２０４ｂには電流が印加されず、第２温度制御部２０３の加熱素子２０３ａ、２０３ｂには電流が印加される。一例において、露光動作が実施される第１期間では、制御部１００は、第１温度制御部２０４の加熱素子２０４ａ、２０４ｂに印加される電流を第１期間の開始時からの経過時間に応じて所定値から徐々に減少させうる。これによって、光束の吸収によって発生する非点収差６０３の変化に対して、第１温度制御部２０４の加熱素子２０４ａ、２０４ｂに印加される電流による加熱によって発生する非点収差６０４の変化を追従させることができる。

一例において、露光動作が実施されない第２時間では、制御部１００は、第１温度制御部２０４による加熱を停止し、第２温度制御部２０３の加熱素子２０３ａ、２０３ｂに印加される電流を第２期間の開始時からの経過時間に応じて所定値から徐々に減少させうる。これによって、光束の吸収によって発生している非点収差６０３の変化に対して、第１温度制御部２０４の加熱素子２０４ａ、２０４ｂに印加される電流による加熱によって発生する非点収差６０４の変化を追従させることができる。結果として、露光動作が実施される第１期間においても、露光動作が実施されない第２期間においても、レンズ２０１の温度分布によって発生する非点収差を基板の露光に問題がないレベルにまで低減することができる。

ここで、一般的には、第１温度制御部２０３および第２温度制御部２０４を用いてレンズ２０１の温度分布を均一にする必要はない。これは、補正対象は、レンズ２０１の非点収差ではなく、投影光学系１０７の非点収差（投影光学系１０７を構成する全ての光学素子が光束を吸収することによって生じる投影光学系１０７の総合的な収差）であるからである。したがって、投影光学系１０７の総合的な非点収差が補正ない低減されるように、第１温度制御部２０４および第２温度制御部２０３によってレンズ２０１に必要な温度分布を発生させればよい。

第１温度制御部２０４（２０４ａ、２０４ｂ）に印加される電流６０１および第２温度制御部２０３（２０３ａ、２０３ｂ）に印加される電流６０２のプロファイル（時間的な変化）は、該電流値と非点収差の実測値との関係を取得する試験に基づいて決定されうる。あるいは、電流６０１および電流６０２のプロファイルは、加熱されているレンズ２０１の温度分布に基づいて決定されてもよい。あるいは、電流６０１および電流６０２のプロファイルは、予め取得したパラメータに基づいてなされてもよい。

予めパラメータを取得する方法としては、例えば、投影光学系１０７を組み立てた後に、温度制御部２０４、２０３でレンズ２０１を加熱しているときの投影光学系１０７の収差の時間的変化を実測し、その結果に基づいてパラメータを決定する方法がある。この方法によれば、レンズ２０１の周辺の光学素子および投影光学系１０７の鏡筒への熱伝達や熱輻射によって生じる収差変化も含めてパラメータを決定することができるので、電流のプロファイルをより高い精度で決定することができる。よって、この方法は、第１温度制御部２０４および第２温度制御部２０３によって温度分布が制御されるレンズ２０１を単体で測定してパラメータを決定する方法よりも優れている。更に、投影光学系１０７を露光装置ＥＸＰに組み込んだ後に投影光学系１０７の収差を測定してパラメータを決定してもよいし、既に決定されたパラメータを更新してもよい。

電流値の決定と印加を行うタイミングは、一定の時間間隔であってもよいし、一定でない時間間隔であってもよい。時間間隔は、例えば０．１～１０秒であることが望ましく、１～５秒であることが更に望ましい。また、ロットの先頭などで、予め電流値のプロファイルを決定し、それに従ってロットの処理中における電流値を制御してもよい。温度調整部１０８によるレンズ２０１の温度分布の制御によって非点収差以外の収差成分が新たに生じることがある。この場合、新たに生じた収差成分を、投影光学系１０７を構成する光学素子のシフトおよび／またはチルトなどの駆動や、光源１０２が発生する光の波長の変更などによって低減することができる。

以下、図７および図８を参照しながら第２実施形態を説明する。第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。図７は、第２実施形態に対する比較対象として示された図である。図７（ａ）には、第１実施形態に従って第１期間に第１温度制御部２０４の加熱素子２０４ａ、２０４ｂに印加される電流値７０１と、第２期間に第２温度制御部２０３の加熱素子２０３ａ、２０３ｂに印加される電流値７０２とが例示されている。図７（ｂ）には、光束の吸収によって発生する非点収差７０３の変化が例示されている。また、図７（ｂ）には、第１温度制御部２０４の加熱素子２０４ａ、２０４ｂおよび第２温度制御部２０３の加熱素子２０３ａ、２０３ｂに印加される電流値７０１、７０２による加熱によって発生する非点収差７０４の変化が例示されている。また、図７（ｂ）には、補正残差７０５の変化が例示されている。なお、非点収差７０４は、電流値７０１、７０２による加熱によって発生する実際の非点収差に－１を乗じたものであるが、これは見やすさを考慮したものに過ぎない。図７（ｂ）に例示されるように、かなり大きな補正残差７０５が存在する。補正残差７０５の大きさは、光束の吸収によって生じる非点収差（曲線５０１）と第１温度制御部２０４によって発生させる非点収差（曲線５０２）のモデル(例えば、１次遅れ系または２次遅れ系)との差異、該モデルの時定数の大きさ等に依存しうる。特に非点収差（曲線５０２）の２次遅れの傾向が強いと、補正残差７０５が発生しやすい。これは、例えば、レンズ２０１の形状や、第１温度制御部２０４および第２温度制御部２０３の配置に依存しうる。

第２実施形態では、第１期間において、投影光学系１０７の光学特性の変化が低減されるように第１温度制御部２０４および第２温度制御部２０３が動作しうる。また、第２実施形態では、第２期間においても、投影光学系１０７の光学特性の変化が低減されるように第１温度制御部２０４および第２温度制御部２０３が動作しうる。図８には、第２実施形態における第１温度制御部２０４および第２温度制御部２０３の動作が例示されている。図８（ａ）には、第１温度制御部２０４の加熱素子２０４ａ、２０４ｂに印加される電流８０１、および、第２温度制御部２０３の加熱素子２０３ａ、２０３ｂに印加される電流に－１を乗じた電流８０２が例示されている。なお、電流８０２は、第２温度制御部２０３の加熱素子２０３ａ、２０３ｂに印加される電流に－１を乗じたものであるが、これは見やすさを考慮したものに過ぎない。図８（ｂ）には、光束の吸収によって発生する非点収差８０３の変化が例示されている。また、図８（ｂ）には、第１温度制御部２０４の加熱素子２０４ａ、２０４ｂおよび第２温度制御部２０３の加熱素子２０３ａ、２０３ｂに印加される電流による加熱によって発生する非点収差に－１を乗じた非点収差８０４の変化が例示されている。また、図８（ｂ）には、補正残差８０５の変化が例示されている。第１期間および第２期間の双方において第１温度制御部２０４および第２温度制御部２０３を動作させることによって非点収差が高い精度で低減されることが分かる。

以下、図９および図１０を参照しながら第３実施形態を説明する。第３実施形態として言及しない事項は、第１、第２実施形態に従いうる。第２実施形態では、第１および第２期間を含む期間内のほぼ全体において第１温度制御部２０４および第２温度制御部２０３の少なくとも一方が動作し、レンズ２０１が加熱されうる。レンズ２０１の加熱によって、非点収差以外の複数の収差成分が発生しうる。これらの複数の収差成分のうち高次の収差成分は、その発生を予測することができても、補正することは困難である。特に、非点収差のように第１温度制御部２０４、第２温度制御部２０３がそれぞれ発生可能な収差が異符号である収差成分とは異なり、第１温度制御部２０４、第２温度制御部２０３がそれぞれ発生可能な収差が同符号である収差成分を低減することは難しい。そのため、上記のような複数の収差成分は、レンズ２０１を加熱する限りは発生するし、それを補正することは難しい。

そこで、第３実施形態では、制御部１００は、第１期間および第２期間において、所定範囲内での収差（非点収差）該収差の変化を許容しつつ、該収差が該所定値を超えないように、第１温度制御部２０４および第２温度制御部２０３を動作させる。これにより、レンズ２０１の加熱による補正が困難な収差の発生が抑えられる。

図９には、第３実施形態における第１温度制御部２０４および第２温度制御部２０３の動作が例示されている。図９（ａ）には、第１温度制御部２０４の加熱素子２０４ａ、２０４ｂに印加される電流９０１、および、第２温度制御部２０３の加熱素子２０３ａ、２０３ｂに印加される電流９０２が例示されている。図９（ｂ）には、光束の吸収によって発生する非点収差９０３の変化が例示されている。また、図９（ｂ）には、第１温度制御部２０４の加熱素子２０４ａ、２０４ｂおよび第２温度制御部２０３の加熱素子２０３ａ、２０３ｂに印加される電流による加熱によって発生する非点収差に－１を乗じた非点収差９０４の変化が例示されている。また、図９（ｃ）には、補正残差９０５の変化が例示されている。第３実施形態では、制御部１００は、補正残差９０５が所定範囲９０７から外れないように、上限９０６ａおよび下限９０６ｂで定められる範囲を超える場合に温度調整部１０８を動作させる。これにより、非点収差を所定範囲９０７に収めながら、レンズ２０１の加熱による他の収差成分の発生を抑えることができる。

ここで、レンズ２０１の加熱によって発生する非点収差以外の収差成分で、かつ補正が困難なものの一つとして、ゼルニケ多項式のＺ１７項の収差を挙げることができる。図１０には、第２実施形態においてレンズ２０１の加熱によって発生するＺ１７項１００１と、第３実施形態においてレンズ２０１の加熱によって発生するＺ１７項の発生量１００２とが例示されている。第３実施形態では、レンズ２０１の加熱によって発生するＺ１７項の発生量が第２実施形態の１／３に低減されている。このように、第３実施形態では、所定範囲内の非点収差の補正残差を許容することで、温度調整部１０８によるレンズ２０１の加熱を減らし、結果として、補正が困難な収差成分の発生を抑止することができる。なお、この手法は、非点収差の補正精度と、非点収差以外の収差成分の発生のトレードオフを決める手法である。したがって、非点収差を許容する所定範囲は、補正精度が像性能に与える影響と、非点収差以外の収差成分が像性能に与える影響とのバランスを考慮して決定されうる。また、第３実施形態では、補正が困難な収差成分としてＺ１７項を挙げたが、これに限らず、例えばＺ１６項などの高次の０θ成分を考慮してもよいし、補正が容易な低次の０θ成分などを考慮してもよい。

第１乃至第３実施形態では、温度調整部１０８は、レンズ２０１の円周の４分の１の長さに相当する加熱素子によって構成され、正負の非点収差が発生される。しかし、これは一例にすぎず、補正をすべき収差成分に応じて、加熱素子の形状および個数が選択されうる。図１１には、レンズの円周の８分の１の長さを有する８個の加熱素子１１０１～１１０８で温度調整部１０８が構成される例が示されている。第１温度制御部を加熱素子１１０２、１１０４、１１０６、１１０８で構成し、第２温度制御部を加熱素子１１０１、１１０３、１１０５、１１０７で構成することができる。これによって、４θの収差成分と正と負の方向に発生させることができるため、第１乃至第３実施形態の手法で、４θの収差成分を補正することができる。更に、円周方向の６分の１の長さの６個の加熱素子を配置して３θの収差成分を同様の手法で補正することや、円周方向の１０分の１の長さの１０個の加熱素子を配置して５θの収差成分を補正することができる。つまり、補正すべき収差成分に応じて、加熱素子の個数および配置を選択することができる。これにより、例えば、ゼルニケ多項式におけるＮθ成分（Ｎは自然数）の少なくとも１つを低減することができる。

次に、上記の第１乃至第４実施形態に代表される露光装置を利用して物品（半導体ＩＣ素子、液晶表示素子、ＭＥＭＳ等）を製造する物品製造方法を説明する。物品製造方法は、上記のような露光装置によって基板を露光する露光工程と、該露光工程で露光された基板を現像する現像工程と、該現像工程で現像された基板を処理する処理工程とを含み、該処理工程で処理された基板から物品を得ることができる。該処理工程は、例えば、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等が含まれうる。物品製造方法によれば、従来よりも高品位の物品を製造することができる。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

ＥＸＰ：露光装置、１０８：温度調整部、１０９：光学素子、２０１：レンズ、２０４：第１温度制御部、２０３：第２温度制御部

Claims (16)

1. 投影光学系を介して基板を露光する露光動作を行う露光装置であって、
   前記投影光学系の温度分布を制御する第１温度制御部と第２温度制御部とを含む温度調整部を備え、
   前記露光動作が実施される第１期間において、前記露光動作が実施されることによる前記投影光学系の収差の変化が低減されるように前記第１温度制御部と前記第２温度制御部の少なくとも一方が動作し、
   前記第１期間に続く、前記露光動作が実施されない第２期間において、前記露光動作が実施されないことによる前記収差の変化が低減されるように前記第１温度制御部と前記第２温度制御部の少なくとも一方が動作し、
   前記温度調整部は、前記収差としてゼルニケ多項式におけるＮθ成分（Ｎは自然数）の少なくとも１つを低減する、
   ことを特徴とする露光装置。
2. 前記第１期間において、前記温度調整部は、前記第１期間の開始時からの経過時間に応じた指令値に従って光学素子の温度分布を制御し、
   前記第２期間において、前記温度調整部は、前記第２期間の開始時からの経過時間に応じた指令値に従って光学素子の温度分布を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記温度調整部は、前記温度調整部によって温度分布が制御される光学素子の有効径の外側に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記温度調整部は、前記収差として非点収差を低減する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記第１期間は、１枚の基板に対する最初の前記露光動作の開始から前記１枚の基板に対する最後の前記露光動作の終了までの期間である、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 前記第２期間は、前記１枚の基板に対する前記最後の前記露光動作の終了時に開始する期間である、
   ことを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 前記第１期間は、第１ロットにおける１枚目の基板に対する最初の露光動作の開始から、前記第１ロットの最後の基板に対する最後の露光動作の終了までの期間である、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
8. 前記第２期間は、前記第１ロットの最後の基板に対する最後の露光動作の終了から、前記第１ロットに続く第２ロットにおける１枚目の基板に対する最初の露光動作の開始までの期間である、
   ことを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
9. 前記第１期間は、基板における１つのショット領域に対する露光動作の開始から前記１つのショット領域に対する前記露光動作の終了までの期間である、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
10. 前記第２期間は、前記基板における前記１つのショット領域に対する前記露光動作の終了から、前記１つのショット領域に続くショット領域に対する露光動作の開始までの期間である、
    ことを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
11. 前記第１温度制御部と前記第２温度制御部とは、互いに異なる位置に配置されている、ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の露光装置。
12. 前記第１期間において、前記第１温度制御部は、前記収差の変化が低減されるように熱を発生し、
    前記第２期間において、前記第２温度制御部は、前記収差の変化が低減されるように熱を発生する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の露光装置。
13. 前記第１期間において、前記収差の変化が低減されるように前記第１温度制御部および前記第２温度制御部が動作し、
    前記第２期間において、前記収差の変化が低減されるように前記第１温度制御部および前記第２温度制御部が動作する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の露光装置。
14. 前記第１期間および前記第２期間において、所定範囲内での前記収差の変化を許容しつつ、前記収差が前記所定範囲から外れないように、前記第１温度制御部および前記第２温度制御部が動作する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の露光装置。
15. 投影光学系を介して基板を露光する露光動作を行う露光方法であって、
    前記露光動作が実施される第１期間において、前記露光動作が実施されることによる前記投影光学系の収差の変化が低減されるように、温度調整部に含まれる第１温度制御部と第２温度制御部の少なくとも一方が動作することによって前記投影光学系の温度分布を制御する第１工程と、
    前記第１期間に続く、前記露光動作が実施されない第２期間において、前記露光動作が実施されないことによる前記収差の変化が低減されるように、前記第１温度制御部と前記第２温度制御部の少なくとも一方が動作することによって前記投影光学系の温度分布を制御する第２工程と、
    を含み、
    前記第１工程および第２工程では、前記温度調整部が、前記収差としてゼルニケ多項式におけるＮθ成分（Ｎは自然数）の少なくとも１つを低減するように動作する、
    ことを特徴とする露光方法。
16. 投影光学系を介して基板を露光する露光工程と、
    前記露光工程で露光された前記基板を現像する現像工程と、
    前記現像工程で現像された前記基板を処理する処理工程と、を含み、
    前記露光工程は、
    露光動作が実施される第１期間において、前記露光動作が実施されることによる前記投影光学系の収差の変化が低減されるように、温度調整部に含まれる第１温度制御部と第２温度制御部の少なくとも一方が動作することによって前記投影光学系の温度分布を制御する第１工程と、
    前記第１期間に続く、前記露光動作が実施されない第２期間において、前記露光動作が実施されないことによる前記収差の変化が低減されるように、前記第１温度制御部と前記第２温度制御部の少なくとも一方が動作することによって前記投影光学系の温度分布を制御する第２工程と、
    を含み、
    前記第１工程および第２工程では、前記温度調整部が、前記収差としてゼルニケ多項式におけるＮθ成分（Ｎは自然数）の少なくとも１つを低減するように動作し、
    前記処理工程で処理された前記基板から物品を得ることを特徴とする物品製造方法。

Images