JPH09232213A - Projection aligner - Google Patents

Projection aligner

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JPH09232213A
JPH09232213A JP3801796A JP3801796A JPH09232213A JP H09232213 A JPH09232213 A JP H09232213A JP 3801796 A JP3801796 A JP 3801796A JP 3801796 A JP3801796 A JP 3801796A JP H09232213 A JPH09232213 A JP H09232213A
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JP
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optical
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Application number
JP3801796A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoyuki Kobayashi
直行 小林
Original Assignee
Nikon Corp
株式会社ニコン
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a projection aligner which omits a machine component for adjustment, whose structure is simplified and whose costs are reduced by a method wherein a temperature-variable means is controlled on the basis of a measured temperature distribution, a prescribed temperature distribution is given to an optical element and the aberration of a projection optical system is corrected. SOLUTION: Heaters H1 and H2 are attached to the outer circumference of an optical lens L3. When the respective heaters H1, H2 are not electrified, the temperature distribution of the optical lens L3 is measured by a temperature sensor, its temperature is made uniform, and an image point on a wafer W with reference to the object point O of a pattern on a reticle R is set at I. In addition, a lattice-shaped pattern P is image-formed on the wafer W so as to be distorted by a projection optical system which is composed of a group of optical lenses L1 to L3, the heater H1 is electrified on the basis of the temperature distribution measured by the temperature sensor so as to generate heat, the heated part of the optical lens L3 is expanded so as to become a shape L3', an image point with reference to the object point O is set at I', and a distortion is corrected. Consequently, a machine component for adjustment can be omitted.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスや液晶ディスプレイ等の製造に用いられる投影露光装置に関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a projection exposure apparatus used for manufacturing of semiconductor devices and liquid crystal display.

【0002】 [0002]

【従来の技術】半導体素子、液晶ディスプレイ、薄膜磁気ヘッド等を製造するフォトリソグラフ工程では、投影露光装置を用いてフォトマスク又はレチクル(以下、レチクルという)に形成されたパターンをフォトレジスト等の感光剤が塗布されたウエハやガラスプレート等の感光基板上に投影露光することが行われる。 BACKGROUND ART Semiconductor devices and LCD display, photolithographic process for manufacturing a thin-film magnetic heads, etc., a photomask or reticle (hereinafter, referred to as a reticle) using the projection exposure apparatus exposure of the photoresist or the like the pattern formed on the agent that is made to the projection exposure onto a photosensitive substrate such as a wafer coated or glass plate. このパターン露光は、感光基板上にすでに形成されているパターンの上に重ね合わせて露光することを複数回繰り返して行うのが通常である。 The pattern exposure is usually performed by repeating a plurality of times to exposure superimposed on the pattern already formed on the photosensitive substrate. 感光基板上に形成されたパターンの精度は完成品であるデバイスの性能に直接影響を与えるため、投影露光装置の投影光学系は像の歪み(歪曲収差) Because the accuracy of the formed on the photosensitive substrate pattern directly affect the performance of the device is finished, the projection optical system of the projection exposure apparatus image distortion (distortion aberration)
を極めて小さいものとすることが要求されている。 It is required that the extremely small. そのために、投影レンズの設計の際に原理的に生ずる歪曲収差を極めて小さくするのはむろんのこと、製造の際に生ずる光学素子の製造誤差や組立公差を小さくすることが必要とされている。 Therefore, it of course to very small distortion caused in principle in the design of projection lens is possible to reduce the manufacturing error and assembly tolerances of the optical elements caused during manufacture are needed. また、気圧や温度などの環境パラメータの変化や、露光時に露光光を吸収することによる光学素子の温度変化などによっても投影光学系の収差が変動するために、これらの変動に対する補正も必要である。 Also, changes in the environmental parameters such as pressure and temperature, in order aberration of the projection optical system by a temperature change of the optical element due to absorption of exposure light during exposure varies, it is corrected also necessary for these variations .

【0003】従来、投影露光装置の製造時に生ずる誤差を抑えるためには次のようなことが行われてきた。 In the past, things like the following have been carried out in order to reduce the error that occurs at the time of manufacture of the projection exposure apparatus. 一つは、使用する光学素子自体の誤差の低減である。 One is the reduction of the error of the optical element itself to be used. 例えば、屈折型の光学素子(いわゆる光学レンズ)を製作する際には、屈折率均一性の高い光学材料を使用し、かつ極めて高い精度で加工を行うことにより光学設計上の理想値に近いものを作り上げようという努力がなされてきた。 For example, in fabricating refractive optical element (so-called optical lens) uses a high optical material refractive index homogeneity, and close to the ideal value of the optical design by performing processing with a very high precision effort that lets make up the have been made. また、完成された光学部品が変形を生じさせることなく正確な位置関係に保持されるようにマウントに工夫を加えることにより、設計された性能の達成が図られてきた。 Further, by completed optical component devising to the mount is held in the correct positional relationship without deforming, achievement of the design performance has been achieved.

【0004】しかしながら、投影露光装置の投影光学系の製造においては、非常に高度の性能が要求されるため、個々の部品に対して要求される製造精度が現在の技術で得られる加工精度の限界を越えてしまうことが起こる。 However, in the production of a projection optical system of a projection exposure apparatus, for very high performance is required, the processing precision manufacturing accuracy required for the individual components are obtained by current technology limitations it occurs that exceeds the. そのため、上述のような方法だけでは必要な性能を得ることができず、最終的に組上がった光学系の各部に対して調整を繰り返すことで、試行錯誤的に投影光学系全体として必要な性能を達成させるという手法を採っているのが実状である。 Therefore, it is not possible only method as described above to obtain the necessary performance, finally the assembled by repeating the adjustments to each part of the optical system, trial and error necessary performance overall projection optical system it is an actual situation that has adopted a technique called to achieve.

【0005】また、使用環境などの変化によって生じる収差の変動に対しては、投影光学系全体を環境制御システム内に入れたり、投影光学系を温度制御ジャケットで覆うことにより外部環境の変化から隔離して保護する方法、もしくは投影光学系の一部分を密閉構造にしてその部分の気圧を制御したり、一部の光学素子を動かす方法によって環境変化による収差の変動を補償する構成を採っていた。 Further, with respect to the variation of aberration caused by a change, such as the use environment, isolate the entire projection optical system or placed in an environment control system, a change in the external environment by covering a temperature control jacket projection optical system how to protect it or to control the pressure of that portion to a portion of the projection optical system in a closed structure, it was adopted a structure for compensating for variations in aberration due to environmental changes by a method of moving part of the optical element.

【0006】 [0006]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の投影露光装置には、次のような問題がある。 [SUMMARY OF THE INVENTION] The conventional projection exposure apparatus described above has the following problems. 即ち、従来は製造時に生じる誤差に対して最終的に組み立てられた投影光学系について調整を行うことで補償を行っていたが、その調整にも高い精度が必要とされ、また全ての性能について組み上げられた製品上で調整できるわけではない。 That is, conventionally, has been performed to compensate by adjusting the final assembled projection optical system with respect to an error occurring during manufacturing, it is required high accuracy in the adjustment, also assembled for all performance It was not able to adjust on the product.

【0007】投影光学系の歪曲収差(ディストーション)の補正の場合、回転対称成分の補正には投影光学系を構成する光学素子間の距離を数カ所で調整することにより大部分を修正できるし、いくつかの非回転対称な成分についても光学素子を3次元的に動かすことにより修正が可能である。 [0007] For the correction of the distortion aberration of the projection optical system (distortion), to the correction of the rotational symmetry component can modify the most by adjusting the distance between the optical elements constituting the projection optical system at several places, many it is capable of modifications by moving the optical element in three dimensions also Kano non-rotationally symmetric component. しかしながら、製品の完成後に全ての成分について修正することは精度やアクセス性などの面から極めて困難であった。 However, modifying all the components after completion of the product is very difficult from the standpoint of accuracy and accessibility.

【0008】また、光学素子を形成する光学ガラス材が屈折率分布を持っていた場合や保持部品が変形してしまった場合など、光学系を構成する部品のレベルまで分解して交換しないと修正が不可能なものも有り、これまで投入部品量の予測や製造工期のスケジューリングを難しくすると共に装置価格の増大をもたらしていた。 Further, modifications and optical glass material forming the optical element such or when the holding parts that had a refractive index distribution had deformed, not replace decomposed to a level of parts constituting the optical system Some is not possible, had led to an increase in apparatus price as well as difficult scheduling projections and manufacturing period of the input component amounts heretofore. 温度など装置が使用されている環境が変化した場合の調整や、 Adjustment and when environmental temperature like device is used is changed,
装置の経時変化などに対する調整においても同様の問題があった。 I had a similar problem in the adjustment for such aging of the device. 本発明はこれらの点に鑑みてなされたもので、投影露光装置に搭載する投影光学系に対し、柔軟性を持ち比較的簡単な構成で歪曲収差の多様な成分を補正し得る機構を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these points, with respect to the projection optical system to be mounted in a projection exposure apparatus, to provide a mechanism capable of correcting the various components of the distortion at a relatively simple structure has flexibility and an object thereof.

【0009】 [0009]

【課題を解決するための手段】本発明においては、投影光学系を構成する光学素子自体に意図的に温度分布を与え、その光学素子を物理的に変形させることで歪曲収差を補正することによって前記目的を達成する。 In the present invention, in order to solve the problems], intentionally given a temperature distribution in the optical element itself constituting the projection optical system by correcting the distortion by causing physically deforming the optical element to achieve the above purpose.

【0010】すなわち、本発明は、レチクルを照明する照明系(IU)と、感光基板(W)を保持する基板ステージ(ST)と、レチクル(R)のパターン像を感光基板上に形成する投影光学系(PL)とを含む投影露光装置において、投影光学系(PL)を構成する光学素子(L1〜L6)の温度を変化させる温度可変手段(H [0010] Namely, the present invention provides an illumination system for illuminating the reticle and (IU), a substrate stage which holds the photosensitive substrate (W) and (ST), to form a pattern image of the reticle (R) onto a photosensitive substrate projection in a projection exposure apparatus including an optical system (PL), the temperature varying means (H to change the temperature of the optical elements constituting the projection optical system (PL) (L1~L6)
1,H2,HP1〜HP8,SC)と、光学素子の温度分布を計測する温度計測手段(S1〜S8,IR)と、 1, H2, HP1~HP8, and SC), and temperature measuring means for measuring the temperature distribution of the optical element (S1~S8, IR),
温度計測手段によって計測された温度分布に基づいて温度可変手段を制御して光学素子に所定の温度分布を与えることにより投影光学系の収差を補正する温度分布制御手段(TC)とを備えることを特徴とする。 In that it comprises a temperature distribution control means and (TC) for correcting the aberration of the projection optical system by applying a predetermined temperature distribution in the optical element by controlling the temperature varying means on the basis of the temperature distribution measured by the temperature measuring means and features.

【0011】温度可変手段は、光学素子に接触して熱伝導により光学素子に温度分布を与えるタイプのもの、又は光学素子に非接触で熱を与えるタイプのもののいずれも採用することができ、両タイプのものを組み合わせて用いることもできる。 [0011] temperature varying means, of the type providing a temperature distribution in the optical element by thermal conduction in contact with the optical element, or any of a type providing heat can be employed in a non-contact optical element, both It may be used in combination type of thing. 接触型の温度可変手段としては、 The temperature varying means of contact type,
投影光学系を構成する1つ又は複数の光学素子の外周に複数配設したヒーター(H1,H2)等の加熱手段又はヒートポンプ(HP1〜HP8)等の加熱冷却手段を用いることができる。 May be used one or more heaters have multiple arranged on the outer circumference of the optical element (H1, H2) heating means or heat pump (HP1~HP8) heating and cooling means such as the projection optical system. また、非接触型の温度可変手段としては、光学素子に所望のパターンで赤外線を照射する赤外線照射手段(SC)を用いることができる。 As the temperature varying means of the non-contact type, it is possible to use an infrared irradiation unit for irradiating infrared rays in a desired pattern to the optical element (SC).

【0012】温度計測手段としては、光学素子の周辺に配置された複数の熱電対等の温度センサ(S1〜S8) [0012] The temperature measuring means, the temperature sensor of the plurality of thermocouple disposed in the vicinity of the optical element (S1 to S8)
を用いることができる。 It can be used. また、温度計測手段として赤外線撮像装置等からなる放射温度計(IR)を用いると、 Moreover, the use radiation thermometer comprising an infrared imaging device such as a temperature measuring means (IR),
光学素子の中央部分の温度分布を非接触で計測することができる。 It can be measured in a non-contact temperature distribution of the center portion of the optical element. もちろん、温度計測手段として、光学素子の周辺部の温度分布を計測する複数の熱電対と光学素子の中央部分の温度分布を計測する放射温度計とを組み合わせて用いてもよい。 Of course, as the temperature measuring means may be used in combination with radiation thermometer for measuring the temperature distribution of the center portion of the plurality of thermocouples and optical elements for measuring the temperature distribution in the periphery of the optical element. 温度分布制御手段(TC)は、温度計測手段によって計測された光学素子の温度分布が所望の温度分布となるように温度可変手段を制御することで、高精度な制御を行うことができる。 Temperature distribution control means (TC) is that the temperature distribution of the optical element measured by the temperature measuring means to control the temperature variable device to a desired temperature distribution, it is possible to perform high-precision control.

【0013】ヒーターやヒートポンプ等の接触型の温度可変手段は、光学素子の外周部に配設するため、レンズ鏡筒(T)の中央部分に配置された光学レンズ等どの位置の光学素子に対しても設置可能である。 [0013] contact temperature varying means of a heater or heat pump, etc., for disposing the outer peripheral portion of the optical element, relative to the optical elements arranged optical lenses or the like which position the central portion of the lens barrel (T) even if it can be installed. また、加熱能力を有するヒーター等に加えて冷却能力を有するヒートポンプ等を組み合わせて用いることにより、光学素子に大きな温度勾配を与えることが可能である。 Further, by using a combination of a heat pump or the like having a cooling capacity in addition to the heater or the like having a heat capacity, it is possible to provide a large temperature gradient in the optical element. 反面、光学素子の有効面積を広くとるためには取り付け位置が光学素子の外周部に限られ、光学素子の光軸に近い中央領域に直接熱伝達を行うことができないため、光学素子に付与することのできる温度分布パターンが制限されてしまう。 On the other hand, the mounting position in order to widen the effective area of ​​the optical element is limited to the outer peripheral portion of the optical element, it is not possible to carry out heat transfer directly near the central area to the optical axis of the optical element, is applied to the optical element thus a temperature distribution pattern is limited which can.

【0014】これに対して、赤外線ビームスキャナ等の非接触型の温度可変手段は、光学素子の有効面積を狭めることなく光軸近くの領域に対しても直接熱を与えることができるため、光学素子に付与することのできる温度分布パターンの自由度が比較的大きい。 [0014] In contrast, the non-contact type temperature varying means, such as an infrared beam scanner, it is possible to provide heat directly against the optical axis near the area without narrowing the effective area of ​​the optical element, the optical freedom of the temperature distribution pattern that can be applied to the element is relatively large. しかしながら、 However,
赤外線ビームを照射することのできる光学素子は通常は投影光学系の上下両端部の光学素子に限られ、また光学素子を加熱することはできるが冷却することはできない。 Optical element capable of emitting an infrared ray beam is usually limited to the optical elements of the upper and lower end portions of the projection optical system, also can be heated optical elements can not be cooled. このように、接触型の温度可変手段と非接触型の温度可変手段とは相互に補完しあう機能を有し、両者を組み合わせて用いることで、それぞれを単独で用いる場合に比較してより高精度な投影光学系の収差補正が可能となる。 Thus, the contact temperature varying means and the non-contact type temperature varying means of a function that complement each other, by using a combination of both, higher compared to when each is used singly it is possible to correct aberrations accurate projection optical system.

【0015】投影光学系の歪曲収差(ディストーション)を補正するに当たっては、まず格子パターンなど既知のパターンを投影光学系によって結像面に投影し、結像されたパターンの歪みを計測することで投影光学系の収差を求める。 [0015] When correcting the distortion aberration of the projection optical system (distortion), first a known pattern such as a grid pattern is projected onto the image plane by the projection optical system, a projection by measuring the distortion of the imaged pattern determine the aberration of the optical system. 次に、計測された収差を補正するためには投影光学系中のどの光学素子にどのような温度分布を与えるべきであるかを決定する。 Next, in order to correct the measured aberrations determines it should give any temperature distribution in which the optical element in the projection optical system. 続いて、その温度分布を実現するために個々のヒーターに流すべき電流値等、 Subsequently, the current value or the like to flow into the individual heater in order to achieve the temperature distribution,
温度分布制御手段による制御量を求めて制御を行うことになる。 It will be controlled to seek a control amount by the temperature distribution control means. 制御量は、解析的に求めることは困難であるため、実測データをもとにした線形演算によって、もしくはシミュレーションによって求める。 Control amount, it is difficult to determine analytically, by a linear calculation based on measured data, or determined by simulation.

【0016】図1及び図2を用いて、本発明による投影光学系の歪曲収差補正の原理について説明する。 [0016] with reference to FIGS. 1 and 2, a description will be given of the principle of the distortion correction of the projection optical system according to the present invention. 図1 Figure 1
は、光学レンズL1,L2,L3からなる屈折型の投影光学系を模式的に示すものである。 It shows a refraction type projection optical system consisting of optical lenses L1, L2, L3 schematically. 照明光ILで一様に照明されたレチクルR上のパターンは、光学レンズ群L Pattern on the reticle R that is uniformly illuminated with illumination light IL, the optical lens unit L
1〜L3によりフォトレジスト等の感光剤を塗布されたウェハW上に結像される。 Is imaged onto the wafer W to a photosensitive agent is applied such as a photoresist by 1~L3. 光学レンズL3の外周には、 The outer periphery of the optical lens L3,
ヒーターH1とH2が図示するように取り付けられている。 Heater H1 and H2 are mounted as shown.

【0017】ヒーターH1,H2に通電していない場合、光学レンズL3の温度は均一であり、その時のレチクルR上のパターンの物点Oに対するウェハW上の像点はIである。 [0017] If not turn on heaters H1, H2, the temperature of the optical lens L3 is uniform, an image point on the wafer W with respect to the object point O of the pattern on the reticle R at that time is I. いま、レチクルRに図2(a)に示すような格子状パターンPが形成されているとして、このパターンPを光学レンズ群L1〜L3からなる投影光学系によってウエハW上に投影したとき、図2(b)に示すように歪曲されて結像したとする。 Now, in a grid pattern P as shown in FIG. 2 (a) to the reticle R is formed, when projected onto the wafer W by the projection optical system composed this pattern P from the optical lens group L1 to L3, FIG. It is distorted as shown in 2 (b) in the imaged. このとき光学レンズL In this case the optical lens L
3の上方に取り付けられたヒーターH1に通電して発熱させると、光学レンズL3には温度分布が生じ加熱された部分が膨張して破線で示すL3'の様な形状になる。 When 3 by energizing the heater H1 mounted above generating heat, the heated portion temperature distribution occurs is a shape such as L3 'shown by a broken line to expand the optical lens L3.
そのためにウエハW上の像の位置がずれ、物点Oに対する像点はI'になり、ウエハW上に図2(c)に示すように歪みのないパターン像が形成される。 Therefore shift position of the image on the wafer W, the image point for the object point O becomes I ', without distortion pattern images as shown in FIG. 2 (c) on the wafer W is formed.

【0018】ヒーターH1とH2を同時に通電加熱することにより、光学レンズL3の周辺部分を中央部に比べて厚くすることもできる。 [0018] By electrically heating the heater H1 and H2 simultaneously, it may be thicker than the peripheral portion of the optical lens L3 to the central portion. この場合、光学レンズL3は凹レンズとして働き、像を拡大することが可能になる。 In this case, the optical lens L3 serves as a concave lens, it is possible to enlarge the image.
また、ヒーターの代わりにペルチェ素子などのヒートポンプを使用し、光学レンズ周辺部を中央部に対して冷却することで、逆に光学レンズの周辺部分をを中心部に比べて薄くすることもできる。 Further, by using a heat pump such as a Peltier element instead of the heater, cooling the optical lens periphery to the central portion may be thinner than the central portion to a peripheral portion of the optical lens reversed. その場合には光学レンズL Its optical lens in the case L
3は凸レンズとして働く。 3 acts as a convex lens.

【0019】ここでは非常に単純化した例によって説明したが、実際にはヒーターH1への通電による光学レンズL3の温度分布、したがって対応する部分の像の位置ずれ量も複雑なものになる。 [0019] Having described examples were greatly simplified here actually the temperature distribution of the optical lens L3 by energization of the heater H1, therefore positional deviation amount of the image of the corresponding parts is also complex. そのため、光学レンズL3 Therefore, an optical lens L3
のそれぞれの部分の温度の差による歪曲収差の変動量を有限要素法による熱解析や光学シミュレーションなどで解析すると共に、温度を測定するためのセンサや温度分布を与えるための加熱手段や冷却手段の配置を十分検討することが必要である。 The variation of distortion caused by the difference in temperature of the respective portions as well as analyzed by thermal analysis and optical simulation by the finite element method, the heating means and cooling means for providing a sensor or temperature distribution for measuring the temperature of the it is necessary to sufficiently consider arrangement. また、光学レンズに対する熱的な外乱を防ぐことも重要である。 It is also important to prevent the thermal disturbance to the optical lens.

【0020】本発明を屈折光学素子に適用する場合、光学素子の材料は歪曲収差の補正量に応じて物性を選び選択する必要がある。 In the case of applying the present invention to the refractive optical element, the material of the optical element, it is necessary to select to select the physical properties in accordance with the correction amount of the distortion. 投影露光装置では近年の露光光の短波長化により光学素子として使用できる光学材料が限られているが、蛍石(CaF 2 )は温度による線膨張率が比較的大きく、KrFやArFエキシマレーザなどから発生される紫外線に対する透過率も大きいため、本発明による投影光学系の光学材料として好適である。 Although the projection exposure apparatus optical materials that can be used as an optical element is limited by shortening the wavelength of recent exposure light, fluorite (CaF 2) is the linear expansion coefficient due to temperature is relatively large, KrF or ArF excimer laser, etc. for greater transmittance with respect to ultraviolet light generated from a suitable as an optical material for a projection optical system according to the present invention.

【0021】本発明は、従来、光学素子の相対位置を変えることで調整していた投影光学系の歪曲収差を、光学素子自体を動かすことなく光学素子の温度を変化させて物理的に変形させることで補正するものであるため、従来必要であった調整用の機械部品を省くことができ、構造の簡素化やコスト低減に効果的である。 The present invention, conventionally, the distortion of the projection optical system was adjusted by changing the relative position of the optical element, thereby physically deformed by varying the temperature of the optical element without moving the optical element itself since is corrected by, it is possible to omit the mechanical parts for adjustment has been conventionally required, is effective in simplifying and cost reduction of the structure. また、単に温度を変えるだけでなく温度分布を与えることで光学素子を局所的に変形させることが可能であるため、従来の方法では修正できなかった歪曲収差、例えば歪曲収差のうちの回転対称でない成分や比較的ランダムな成分をも修正することが可能となる。 Also, just because the optical element by giving a temperature distribution not only changing the temperature it is possible to locally deform, distortion which could not be corrected by conventional methods, for example, is not rotationally symmetrical of the distortion it is possible to correct even the components and relatively random component.

【0022】 [0022]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, an embodiment of the present invention with reference to the drawings. 図3は、本発明による投影露光装置の第1の実施の形態を示す概略図である。 Figure 3 is a schematic diagram showing a first embodiment of a projection exposure apparatus according to the present invention. 投影露光装置は照明光学系IU、レチクルRを保持するレチクルステージRS、投影光学系PL、ウエハWを保持して2次元方向に移動可能なウエハステージSTを備え、装置全体は環境制御チャンバEC内に納められて一定温度になるよう空調制御されている。 The projection exposure apparatus illumination optical system IU, a reticle stage RS that holds the reticle R, a projection optical system PL, holding the wafer W includes a movable wafer stage ST in two-dimensional directions, the entire device is an environmental control chamber EC is air-conditioning control so that a constant temperature is contained in a. 投影光学系PLは、この例では6枚の光学レンズL1〜L6からなる屈折光学系で構成され、光学レンズL1〜L6を保持するレンズ鏡筒Tは、より高精度な温度制御を行うために温度制御ジャケットTJで覆われている。 The projection optical system PL, in this example consists of a refractive optical system consisting of six optical lenses L1 to L6, a lens barrel T to hold the optical lens L1 to L6, in order to perform more accurate temperature control It is covered with a temperature control jacket TJ.

【0023】照明光学系IUから射出された照明光IL [0023] emitted from the illumination optical system IU illumination light IL
は、投影されるパターンが描画されたレチクルRを均一に照明する。 It is uniformly illuminate the reticle R on which a pattern to be projected is drawn. そしてレチクルRに描かれたパターンにより強度変調と回折を受けることで、パターンの情報を持って投影光学系PLに入射する。 And by receiving the intensity-modulated and diffracted by pattern drawn on the reticle R, enters the projection optical system PL with the information of the pattern. 投影光学系PLは、レチクルRに描かれたパターンの像をウェハW上に形成する。 Projection optical system PL forms an image of the pattern drawn on the reticle R onto the wafer W.

【0024】投影光学系PLを構成する光学レンズのうち上端部の光学レンズL1の外周部分には、図4に示すように、ペルチェ素子などのヒートポンプHP1〜HP [0024] On the outer peripheral portion of the optical lens L1 of the upper end portion of the optical lenses of the projection optical system PL, as shown in FIG. 4, a heat pump such as a Peltier element HP1~HP
8と温度センサS1〜S8とが対になって空間的に対称に取り付けられている。 And 8 and the temperature sensor S1~S8 are attached to spatially symmetrical in pairs. それぞれのヒートポンプHP1 Each of the heat pump HP1
〜HP8は、温度センサS1〜S8からの温度測定結果をもとに温度コントローラTCによって温度制御される。 ~HP8 is temperature controlled by the temperature controller TC based on temperature measurements from the temperature sensors S1 to S8. 各ヒートポンプHP1〜HP8を個別に加熱駆動もしくは冷却駆動して光学レンズ外周各部の温度を互いに変化させることにより、あるいは環境制御チャンバEC By changing each other the temperature of the optical lens periphery each part of each heat pump HP1~HP8 driven individually heated drive or cooling, or environmental control chamber EC
や温度制御ジャケットTJの設定温度に対して変化させることにより、光学レンズL1に温度分布を発生させることができる。 By varying the set temperature and the temperature control jacket TJ, it can generate a temperature distribution in the optical lens L1.

【0025】ヒートポンプHP1〜HP8により光学レンズ外周部各点での温度を変えることにより、光学レンズL1に単に凹レンズや凸レンズとしての機能を付加するだけではなく、より複雑な非球面レンズとしての機能を持たせることも可能である。 [0025] By varying the temperature of an optical lens outer periphery each point by the heat pump HP1~HP8, not just to add a function as a concave lens and a convex lens to the optical lens L1, a function as a more complex aspheric lens it is also possible to have. 例えば、光軸を挟んで対向配置されたヒートポンプHP1とHP5の位置で光学レンズL1の温度を上げ、それと直交するように対向配置されたヒートポンプHP3とHP7の位置の温度を逆に下げることにより、非回転対称な歪曲収差の補正も可能である。 For example, raising the temperature of the optical lens L1 at the position of the heat pump HP1 arranged opposite each other across the optical axis and HP5, therewith by lowering the temperature of the location of the oppositely disposed heat pump HP3 and HP7 orthogonally to the contrary, correction of rotationally asymmetric distortion is possible. このほかにも発生させる温度の組み合わせを変えることにより、さらに複雑な形状の歪曲収差にも対応することが可能である。 By changing the combination of temperature also cause Besides this, it is possible to cope with further distortion of complex shape.

【0026】温度コントローラTCに付随してROMや磁気ディスク等の記憶装置Mが設けられ、記憶装置Mには光学レンズL1の温度分布と投影光学系PLの歪曲収差の変動量の関係を示すデータが記憶されている。 The temperature controller TC storage device M such as a ROM or a magnetic disk accompanied is provided, showing the temperature distribution and the variation amount of the distortion of the projection optical system PL relationship between the optical lens L1 in the storage device M data There has been stored. このデータは、実測又はシミュレーションによって求めることができる。 This data can be determined by actual measurement or simulation. 実測によるデータの収集は、投影光学系P Collecting data actually measured, the projection optical system P
Lを構成する光学レンズL1にある温度分布を与え、その温度分布を与えた状態で図2(a)に示すような格子状パターンを有するレチクルRの像を像面に投影し、投影されたパターンの設計位置からのずれ量を計測することを温度分布を変えながら反復することで行うことができる。 Given a temperature distribution in the optical lens L1 constituting L, and the projected into the image plane the image of the reticle R having a grid-like pattern as shown in FIG. 2 (a) in a state given the temperature distribution, which is projected measuring the amount of deviation from the designed position of the pattern can be performed by repeated while changing the temperature distribution. また、シミュレーションによるデータ収集は、各光学素子に種々の温度分布を与えたときの歪曲収差の変動量を有限要素法による熱解析や光学シミュレーションなどで解析することにより行うことができる。 The data collection by the simulation can be carried out by analyzing the variation of distortion when given various temperature distribution in the optical elements in the thermal analysis and optical simulation by the finite element method.

【0027】温度コントローラTCによる各ヒートポンプHP1〜HP8の制御量は、図2(a)に示すような格子状パターンを投影して投影光学系PLの歪曲収差を計測し、その収差を補正するのに必要な温度分布を記憶装置Mに記憶されているデータから線形演算によって求めることで決定される。 The control amount of each heat pump HP1~HP8 by the temperature controller TC measures the distortion of the projection optical system PL projects the grid pattern as shown in FIG. 2 (a), to correct the aberrations It is determined by calculating the linear operation from the data stored a temperature distribution in the storage device M required. 温度コントローラTCは、こうして決定された制御量を用い、温度センサS1〜S8の出力をモニターしながら各ヒートポンプHP1〜HP8 Temperature controller TC is controlled amount using thus determined, each of the heat pump while monitoring the output of the temperature sensor S1 to S8 HP1~HP8
を制御することにより投影光学系PLの歪曲収差を補正する。 Correcting the distortion of the projection optical system PL by controlling the.

【0028】図5は、本発明による投影露光装置の第2 [0028] Figure 5, the second projection exposure apparatus according to the present invention
の実施の形態を示す概略図である。 It is a schematic diagram showing an embodiment. 図5に示す第2の実施の形態の装置は、図3に示した第1の実施の形態の装置に加えて赤外線ビームスキャナSC及び2次元CCD The apparatus of the second embodiment shown in FIG. 5, the infrared beam scanner SC and the two-dimensional CCD in addition to the apparatus of the first embodiment shown in FIG. 3
赤外線撮像装置などの放射温度計IRを備え、また記憶装置に代えてシミュレーション装置SMを備えたものである。 Comprising a radiation thermometer IR, such as an infrared imaging device, also those with a simulation device SM in place of the storage device. 図5において、図3に示したのと同様の機能を果たす部分には図3と同一の番号を付して詳細な説明を省略する。 5 is omitted and the and the detailed description are denoted by the same numbers as in FIG. 3 the parts having the same functions shown in FIG.

【0029】赤外線ビームスキャナSCは、投影光学系PLの上端部に露出する光学レンズL1の表面を赤外線ビームの強度を変化させながら高速に走査することで、 The infrared beam scanner SC is the surface of the optical lens L1 which is exposed to the upper end portion of the projection optical system PL by high-speed scanning while changing the intensity of the infrared beam,
光学レンズL1に対して所望のパターンで熱を与えることができるものである。 It is capable of providing heat in a desired pattern to the optical lens L1. つまり、光学レンズL1は、図4に示すように光学レンズ外周部に配置されたヒートポンプHP1〜HP8による温度制御と同時に赤外線ビームの照射による温度制御を受ける。 That is, the optical lens L1 is subjected to temperature control by simultaneously irradiating the infrared beam temperature control by the heat pump HP1~HP8 disposed on the optical lens outer peripheral portion as shown in FIG. 赤外線ビームスキャナSCは、ヒートポンプによっては不可能であった光学レンズL1の光軸近くの領域にも熱を与えることができるため、ヒートポンプHP1〜HP8のみによる温度制御に比べてより精度の高い温度制御が可能となる。 Infrared beam scanner SC, since it is possible to provide heat to the optical axis near the area of ​​the optical lens L1 was not possible by the heat pump, more accurate temperature control as compared to the temperature control by only the heat pump HP1~HP8 it is possible. 赤外線ビームスキャナSCによって走査される赤外線の波長は光学レンズL1を形成している光学ガラス材料が強い吸収を示す波長に設定するのが好ましい。 Infrared radiation wavelength of the infrared scanned by the scanner SC is preferably set to a wavelength which strongly absorbs optical glass material forming the optical lens L1. 光学レンズL Optical lens L
1が強い吸収を示す波長の赤外線を使用することにより、他の光学レンズL2〜L6に影響を与えることなく必要な光学レンズL1のみに熱を与えることができる。 By 1 uses an infrared ray having a wavelength of which strongly absorbs can provide heat only the optical lens L1 required without affecting the other optical lenses L2~L6.
なお、赤外線ビームスキャナに代えて、所望の強度パターン(例えば、中央部が強く、周辺部が弱い強度の円形パターン)を有する赤外線光束を光学レンズL1に照射する照明手段を照明光学系IU中に設けても同様の効果を上げることができる。 Instead of the infrared beam scanner, a desired intensity pattern illumination means for irradiating infrared light flux having a (e.g., strong central portion, the peripheral portion is a circular pattern of low intensity) in the optical lens L1 in the illumination optical system IU it can be increased similar effects provided.

【0030】また、放射温度計IRを用いることにより、光学レンズL1の外周部に配置した温度センサS1 Further, by using a radiation thermometer IR, temperature sensor S1 is arranged on the outer periphery of the optical lens L1
〜S8では測定することができなかった光学レンズ中心部も含めた光学レンズL1全体の温度分布を測定することができる。 The optical center of the lens could not be measured in ~S8 also can measure the temperature distribution of the entire optical lens L1 including.

【0031】シミュレーション装置SMは、有限要素法などの手法により、光学レンズL1の温度分布を与えることで投影光学系PLの結像特性をシミュレートする機能を有するものとすることができる。 The simulation apparatus SM is by a technique such as the finite element method, it may be assumed to have the function of simulating the imaging characteristics of the projection optical system PL by providing the temperature distribution of the optical lens L1. 投影光学系PLの歪曲収差補正に当たっては、まず既知のパターンを投影することによって投影光学系PLの歪曲収差を計測し、 In the distortion correction of the projection optical system PL, to measure the distortion of the projection optical system PL by first projecting the known pattern,
計測された歪曲収差の補正に必要な光学レンズL1の温度分布をシミュレーション装置SMを用いて求める。 Determine the temperature distribution of the optical lens L1 required for correction of the measured distortion using the simulation device SM. 温度コントローラTCは、放射温度計IRによる光学レンズL1の温度分布を実時間で監視しながら、その温度分布がシミュレーション装置SMで求められた温度分布に一致するように光学レンズL1の外周部に付設されたヒートポンプHP1〜HP8及び赤外線ビームスキャナS Temperature controller TC is attached to the temperature distribution of the optical lens L1 with a radiation thermometer IR while monitoring in real time, the outer peripheral portion of the optical lens L1 as its temperature distribution matches the temperature distribution determined by the simulation device SM has been heat pump HP1~HP8 and infrared beam scanner S
Cを制御することによって、投影光学系PLの光学特性を修正し歪曲収差を補正する。 By controlling the C, and correcting distortion to correct the optical characteristics of the projection optical system PL.

【0032】また、シミュレーション装置SMは、光学レンズL1に配設されたヒートポンプHP1〜HP8への通電量や赤外線ビームスキャナSCによる光学レンズL1への赤外線照射パターンなど、温度コントロータT Further, the simulation apparatus SM is due to energization amount and the infrared beam scanner SC to the heat pump HP1~HP8 disposed on the optical lens L1 such as infrared radiation pattern of the optical lens L1, the temperature Kontorota T
Cによる制御パラメータを入力することで、有限要素法などの方法によって投影光学系PLの結像特性をシミュレートする機能を有するものとすることもできる。 By inputting the control parameters by C, it may be assumed to have the capability of simulating imaging characteristics of the projection optical system PL by a method such as the finite element method. この場合には、シミュレーション装置SMに種々の制御パラメータを入力し、投影光学系PLの歪曲収差がどのように変化するかをシミュレーションすることで最適な制御パラメータを見出すことができる。 In this case, to input various control parameters to the simulation device SM, it is possible to find the optimal control parameters by simulation or distortion of the projection optical system PL is how to change. 温度コントローラT Temperature controller T
Cは、その最適パラメータに従って温度可変手段を制御すればよい。 C may control the temperature variable device in accordance with the optimal parameters.

【0033】あるいは、シミュレーション装SM置に実測された投影光学系PLの歪曲収差データを入力し、その歪曲収差を補正するのに最適な制御パラメータが自動的に出力されるようにシミュレーション装置SMを自動運転することもできる。 [0033] Alternatively, enter the distortion data of the projection optical system PL which is measured in the simulation instrumentation SM location, the simulation apparatus SM as optimal control parameters to correct the distortion is output automatically it is also possible to automatic operation.

【0034】このように投影露光装置自体にシミュレーション装置SMを搭載することで、リアルタイムで温度分布パターンを変化させることが可能である。 [0034] By mounting the simulation device SM to the thus projection exposure apparatus itself, it is possible to vary the temperature distribution pattern in real time. 事前に計算しておいた有限要素法などによるシミュレーション結果を使用する場合でも、蛍石などの比較的線膨張率の大きい光学材料では実際に与える温度差が少ないことから熱的な計算部分を線形演算で近似することが可能になり柔軟性の高い設定が可能になる。 Even when using a simulation result due pre finite element method had been calculated, the linear thermal calculations part because less temperature difference actually gives a large optical material having a relatively linear expansion coefficient such as fluorite highly flexible it is possible to approximated by calculating and setting becomes possible. また変形量が微少であるか、誤差を許容できるならば、蛍石に関わらずあらゆる光学材料についても適用できる。 Also if the amount of deformation is very small, if acceptable errors, it can also be applied to any optical material regardless of fluorite.

【0035】ここでは、投影光学系を構成する光学素子のうち上端部の光学レンズL1にのみヒートポンプや赤外線スキャナ等の温度可変手段を付与する例を説明した。 [0035] Here, an example was described of imparting temperature varying means such as heat pumps and infrared scanners only optical lens L1 of the upper end portion of the optical elements constituting the projection optical system. 温度可変手段を設ける光学素子は、一般には物体もしくは像に近い光学素子とするのが有利であり、縮小投影型の投影光学系においては物体側の光学素子とするのが有利である。 An optical element providing a temperature varying means, generally it is advantageous to an optical element closer to the object or image, in a reduction projection type projection optical system is advantageous to the optical element on the object side. しかし、温度可変手段を付設する光学素子は投影光学系の上端や下端の光学素子に限られるものではなく、鏡筒内部の光学素子に設けることもできるし、同時に複数の光学素子に付設することもできる。 However, an optical element for attaching a temperature varying means is not limited to the optical element of the top or bottom of the projection optical system, may be provided in the optical element in the lens barrel, it is attached to a plurality of optical elements at the same time It can also be.

【0036】また、温度可変手段の例として、ヒータ、 Further, examples of the temperature changing means, the heater,
ペルチェ素子等のヒートポンプ、赤外線ビームスキャナをあげたが、その他にノズル先端から温風又は熱風を吹き付けたり、マイクロ波照射によって光学素子の温度分布を制御することもできる。 Heat pump such as a Peltier element, is taken as an infrared beam scanner, other, blowing warm air or hot air from the nozzle tip, it is also possible to control the temperature distribution of the optical element by microwave irradiation.

【0037】 [0037]

【発明の効果】本発明によれば、投影露光装置に搭載する投影光学系に対し、比較的簡単な構成で歪曲収差の多様な成分を補正することができる。 According to the present invention, relative to the projection optical system to be mounted in a projection exposure apparatus, it is possible to correct various components of the distortion with a relatively simple configuration.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明による投影光学系の歪曲収差補正の原理を説明する図。 FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the distortion correction of the projection optical system according to the present invention.

【図2】レチクルのパターンとその像を示す図。 FIG. 2 shows a pattern and its image of the reticle.

【図3】本発明による投影露光装置の一例を示す概略図。 Schematic diagram illustrating an example of FIG. 3 the projection exposure apparatus according to the present invention.

【図4】ヒートポンプと温度センサが取り付けられた光学レンズの模式図。 Figure 4 is a schematic diagram of a heat pump and the temperature sensor is mounted an optical lens.

【図5】本発明による投影露光装置の他の例を示す概略図。 Schematic diagram showing another example of a projection exposure apparatus according to the present invention; FIG.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

EC…環境制御チャンバ H1,H2…ヒーター HP1〜HP8…ヒートポンプ I…像点 IL…照明光 IR…放射温度計 IU 照明光学系 L1〜L6…光学レンズ M…記憶装置 O…物点 PL…投影光学系 R…レチクル RS…レチクルステージ S1〜S8…温度センサ SM…シミュレーション装置 ST…ウエハステージ T…レンズ鏡筒 TC…温度コントローラ TJ…温度制御ジャケット W…ウェハ EC ... environmental control chamber H1, H2 ... Heater HP1~HP8 ... heat pump I ... image point IL ... illumination light IR ... radiation thermometer IU illumination optical system L1 to L6 ... optical lens M ... storage O ... object point PL ... projection optical system R ... reticle RS ... reticle stage S1 to S8 ... temperature sensor SM ... simulation device ST ... wafer stage T ... lens barrel TC ... temperature controller TJ ... temperature control jacket W ... wafer

Claims (5)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 レチクルを照明する照明系と、感光基板を保持する基板ステージと、前記レチクルのパターン像を前記感光基板上に形成する投影光学系とを含む投影露光装置において、 前記投影光学系を構成する光学素子の温度を変化させる温度可変手段と、前記光学素子の温度分布を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段によって計測された温度分布に基づいて前記温度可変手段を制御して前記光学素子に所定の温度分布を与えることにより前記投影光学系の収差を補正する温度分布制御手段とを備えることを特徴とする投影露光装置。 And 1. A lighting system for illuminating the reticle, a substrate stage which holds the photosensitive substrate, the projection exposure apparatus comprising a projection optical system for forming a pattern image of the reticle onto the photosensitive substrate, the projection optical system temperature changing means for changing the temperature of optical elements constituting the said temperature measuring means for measuring the temperature distribution of the optical element, and controls the temperature varying means on the basis of the temperature distribution measured by said temperature measuring means projection exposure apparatus characterized by by applying a predetermined temperature distribution in the optical element and a temperature distribution control means for correcting the aberration of the projection optical system.
  2. 【請求項2】 前記温度可変手段として、前記投影光学系を構成する1つ又は複数の光学素子の外周に配設された複数のヒートポンプを備えることを特徴とする請求項1記載の投影露光装置。 As claimed in claim 2, wherein said temperature changing means, the projection exposure apparatus according to claim 1, characterized in that it comprises a plurality of heat pump which is disposed on the outer periphery of the one or more optical elements constituting the projection optical system .
  3. 【請求項3】 前記温度可変手段として、前記光学素子に所望のパターンで赤外線を照射する赤外線照射手段を備え、前記温度計測手段として放射温度計を備えることを特徴とする請求項1又は2記載の投影露光装置。 As claimed in claim 3, wherein said temperature varying means, wherein an infrared radiation means for irradiating infrared rays in a desired pattern to the optical element, according to claim 1 or 2 further comprising a radiation thermometer as the temperature measuring means projection exposure apparatus.
  4. 【請求項4】 前記光学素子の温度分布と前記投影光学系の光学特性とを対応させて記憶した記憶手段を備えることを特徴とする請求項1記載の投影露光装置。 4. A projection exposure apparatus according to claim 1, characterized in that it comprises a storage means for storing in correspondence with the temperature distribution of the optical characteristics of the projection optical system of the optical element.
  5. 【請求項5】 前記温度分布制御手段による前記温度可変手段の制御結果としての前記投影光学系の結像特性をシミュレートするシミュレーション手段を備え、前記温度分布制御手段は前記シミュレーション手段によるシミュレーションの結果をもとに前記温度可変手段を制御することを特徴とする請求項1記載の投影露光装置。 5. comprising a simulation means for simulating the imaging characteristics of the projection optical system as a control result of said temperature varying means according to the temperature distribution control unit, the said temperature distribution controlling means simulation result by the simulation means projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the controller controls the temperature varying means on the basis of.
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