JPS60163046A - 投影露光光学装置及び投影露光方法 - Google Patents
投影露光光学装置及び投影露光方法Info
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- JPS60163046A JPS60163046A JP59018887A JP1888784A JPS60163046A JP S60163046 A JPS60163046 A JP S60163046A JP 59018887 A JP59018887 A JP 59018887A JP 1888784 A JP1888784 A JP 1888784A JP S60163046 A JPS60163046 A JP S60163046A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（発明の技術分野）
本発明は、半導体集積回路素子の製造に用いられる投影
露光装置、特に縮小投影、露光装置に関し、とりわけそ
の投影光学系における光学性能の変化を検出する方法及
びそのための装置に関する。
露光装置、特に縮小投影、露光装置に関し、とりわけそ
の投影光学系における光学性能の変化を検出する方法及
びそのための装置に関する。
（発明の背景）
一般にＩＣ，ＬＳＩ等の集積回路の製造工程は、ウェハ
に対し、レジスト塗布→アライメント→露光→現像→エ
ツチングの複数回の繰り返しが基本になっている。従来
、アライメント及び露光工程は、コンタクト方式、プロ
ジェクション方式など（２） の一括露光方式によりおこなわれていたが、エツチング
工程などでおこるウェハの変形によるアライメント工程
の誤差が大きく、露光工程に要求される微細パターン化
への対応が難しい。このため、最近の高集積化された半
導体の製造には縮小投影露光方式が使われてきている。
に対し、レジスト塗布→アライメント→露光→現像→エ
ツチングの複数回の繰り返しが基本になっている。従来
、アライメント及び露光工程は、コンタクト方式、プロ
ジェクション方式など（２） の一括露光方式によりおこなわれていたが、エツチング
工程などでおこるウェハの変形によるアライメント工程
の誤差が大きく、露光工程に要求される微細パターン化
への対応が難しい。このため、最近の高集積化された半
導体の製造には縮小投影露光方式が使われてきている。
縮小投影露光方式では、４〜６インチのウェハに１０朋
角〜２０龍角程度の露光範囲をステップ・アンド・リピ
ート方式で焼付けていくため、変形したウエノ・に対し
ても、各々の露光に際し、前工程のパターンへの重ね合
せを高い精度で維持することが可能である。
角〜２０龍角程度の露光範囲をステップ・アンド・リピ
ート方式で焼付けていくため、変形したウエノ・に対し
ても、各々の露光に際し、前工程のパターンへの重ね合
せを高い精度で維持することが可能である。
また、縮小投影露光方式のだめの投影レンズはＮ、Ａ、
＝０．２６〜０．３５を有し、露光光、と“−しで波・
長の短いｇ線（λ＝ ４３６ ｎｍ ）やｉ線（λ＝３
６５ｎｍ ）を用いるため、線幅が１μｍ以下のいわゆ
るサブミクロンの焼付けも可能である。
＝０．２６〜０．３５を有し、露光光、と“−しで波・
長の短いｇ線（λ＝ ４３６ ｎｍ ）やｉ線（λ＝３
６５ｎｍ ）を用いるため、線幅が１μｍ以下のいわゆ
るサブミクロンの焼付けも可能である。
しかしながら、サブミクロン領域における微細パターン
の露光の繰り返しを正確に行なうためには、投影光学系
自体の光学性能が常に安定して優れた状態にあることが
必要である。投影光学系の光学性能に変動を生ずる要因
としては、気温や湿度、大気圧等の環境条件があるが、
投影光学系の素子自体が露光エネルギーを吸収して温度
変化することによっても光学性能が変動し、このような
変動も超ＬＳＩ用パターンの一層の微細化に対して無視
し得ないことが分かつてきた。露光エネルギーの吸収に
よって投影光学系の光学素子自体が温度上昇することに
よって生ずる光学性能変化として、具体的には結像面の
変化及び投影倍率の変化があシ、結像面の変化は、高解
像力のためには本質的に避けられない浅い焦点深度にお
いて致命的な悪影響を及ぼし、倍率変動は重ね焼き精度
に悪影響をもたらす。投影光学系は露光用の照射エネル
ギーを吸収し熱エネルギーとして蓄積するため、露光光
の照射の仕方、すなわち照射履歴によって光学性能の変
化特性が変動する。照射履歴が一定である場合には、予
め実験的に光学性能の変化特性を測定しておくことによ
って露光状態に応じた光学性能の変動量を知ることがで
き、その補正に必要な補正手段を構することが可能であ
る。
の露光の繰り返しを正確に行なうためには、投影光学系
自体の光学性能が常に安定して優れた状態にあることが
必要である。投影光学系の光学性能に変動を生ずる要因
としては、気温や湿度、大気圧等の環境条件があるが、
投影光学系の素子自体が露光エネルギーを吸収して温度
変化することによっても光学性能が変動し、このような
変動も超ＬＳＩ用パターンの一層の微細化に対して無視
し得ないことが分かつてきた。露光エネルギーの吸収に
よって投影光学系の光学素子自体が温度上昇することに
よって生ずる光学性能変化として、具体的には結像面の
変化及び投影倍率の変化があシ、結像面の変化は、高解
像力のためには本質的に避けられない浅い焦点深度にお
いて致命的な悪影響を及ぼし、倍率変動は重ね焼き精度
に悪影響をもたらす。投影光学系は露光用の照射エネル
ギーを吸収し熱エネルギーとして蓄積するため、露光光
の照射の仕方、すなわち照射履歴によって光学性能の変
化特性が変動する。照射履歴が一定である場合には、予
め実験的に光学性能の変化特性を測定しておくことによ
って露光状態に応じた光学性能の変動量を知ることがで
き、その補正に必要な補正手段を構することが可能であ
る。
ところが、一般にはウェハやレチクルの交換、或はアラ
イメントにおいて各所要時間が必ずしも一定ではなく、
また不測の事態によっても照射履歴が変わる場合があシ
、このような場合にはもはや光学性能の変化状態を知る
ことができなくなる。
イメントにおいて各所要時間が必ずしも一定ではなく、
また不測の事態によっても照射履歴が変わる場合があシ
、このような場合にはもはや光学性能の変化状態を知る
ことができなくなる。
従って、何らかの補正手段があったにしても、どのよう
にまたどの程度補正を行う必要があるかを知ることがで
きなくなり、所望の光学性能を維持することが不可能に
なってしまう。
にまたどの程度補正を行う必要があるかを知ることがで
きなくなり、所望の光学性能を維持することが不可能に
なってしまう。
また、照射履歴から露光時間の積算値を算出し、この値
に基づいて光学性能の補正量を検出する手法が知られて
いるが、光学性能の変動は露光履歴のみならず、１／チ
クルの透過率や光源の輝度変化によっても生ずるため、
各変動要素に対してそれぞれ検出手段を必要とし構成が
複雑になると共に、各検出手段ごとに測定誤差を生ずる
ため光学性能の変動を正確に知ることが難しいという欠
点が存在した。
に基づいて光学性能の補正量を検出する手法が知られて
いるが、光学性能の変動は露光履歴のみならず、１／チ
クルの透過率や光源の輝度変化によっても生ずるため、
各変動要素に対してそれぞれ検出手段を必要とし構成が
複雑になると共に、各検出手段ごとに測定誤差を生ずる
ため光学性能の変動を正確に知ることが難しいという欠
点が存在した。
（発明の目的）
本発明の目的は、投影光学系が露光エネルギー（５）
を吸収して温度変化することによって変動する光学性能
を、露光状態にかかわらず直接的にしかも簡単に検出す
ることができる検出方法及びこのための検出装置を提供
し、もってより微細なパターンの高精度の焼付を可能と
し超高密度集積回路の製造が可能な投影露光装置を達成
することにある。
を、露光状態にかかわらず直接的にしかも簡単に検出す
ることができる検出方法及びこのための検出装置を提供
し、もってより微細なパターンの高精度の焼付を可能と
し超高密度集積回路の製造が可能な投影露光装置を達成
することにある。
（発明の概要）
本発明は、投影光学系内の光学要素の温度分布が投影光
学系の結像面や倍率などの光学性能と密接な関係にある
という物理現象に基づき、投影光学系の光路中の光学要
素が露光エネルギーを吸収して生ずる光軸に関してほぼ
回転対象な温度分布、具体的には温度勾配を測定するこ
とによって、光学性能の変動量或はその対応値を検出す
るものである。そして、このために投影光学系内の光学
要素に光軸から異なる距離位置に測温素子を設け、これ
らの素子の温度差によって光学性能の変化量或はその対
応値を検出するものである。
学系の結像面や倍率などの光学性能と密接な関係にある
という物理現象に基づき、投影光学系の光路中の光学要
素が露光エネルギーを吸収して生ずる光軸に関してほぼ
回転対象な温度分布、具体的には温度勾配を測定するこ
とによって、光学性能の変動量或はその対応値を検出す
るものである。そして、このために投影光学系内の光学
要素に光軸から異なる距離位置に測温素子を設け、これ
らの素子の温度差によって光学性能の変化量或はその対
応値を検出するものである。
一般にレンズに光束が入射すると、レンズ自体が入射エ
ネルギーを吸収して温度上昇するが、と（６） の場合の温度分布状態はほぼ回転対称であり、レンズ中
心の光軸上が最も高温となり、周縁部が最も低くなる。
ネルギーを吸収して温度上昇するが、と（６） の場合の温度分布状態はほぼ回転対称であり、レンズ中
心の光軸上が最も高温となり、周縁部が最も低くなる。
例えば第１図（５）の断面図に示すごとく、鏡筒中）に
よって周縁を支持固定されたレンズ■に光束（ト）が入
射するとすると、１／ンズ（ト）の半径方向の温度分布
は例えば第１図の）のようになる。
よって周縁を支持固定されたレンズ■に光束（ト）が入
射するとすると、１／ンズ（ト）の半径方向の温度分布
は例えば第１図の）のようになる。
第１図（Ｂ）の横軸はレンズ光軸から半径方向の距離Ｒ
を表わし、縦軸は温度りを表わす。また、破線は１／ン
ズ表面より空気への熱伝導が小さい場合を示し、一点鎖
線は空気への熱伝導が大きい場合を示している。１／ン
ズσ→を支持固定する鏡筒（Ｂ）は光束■によって直接
的に照射されることはなく、また投影露光装置としての
環境温度が一般には一定に保たれるため、鏡筒中）の温
度は一定温度に維持され、従って、１／ンズσ→の周縁
の温度は常に一定と考えることができる。
を表わし、縦軸は温度りを表わす。また、破線は１／ン
ズ表面より空気への熱伝導が小さい場合を示し、一点鎖
線は空気への熱伝導が大きい場合を示している。１／ン
ズσ→を支持固定する鏡筒（Ｂ）は光束■によって直接
的に照射されることはなく、また投影露光装置としての
環境温度が一般には一定に保たれるため、鏡筒中）の温
度は一定温度に維持され、従って、１／ンズσ→の周縁
の温度は常に一定と考えることができる。
１／ンズにおけるこのような半径方向の温度勾配が生ず
ることにより、このレンズにおいて倍率変動及び結像面
変動等の光学性能の変動が生ずる。
ることにより、このレンズにおいて倍率変動及び結像面
変動等の光学性能の変動が生ずる。
温度勾配の表わす量として、いま、レンズの軸上と１／
ンズの周縁との温度差△ｔを用いるとすると、このレン
ズにおける倍率変動量△ｙ及び結像面変動量△２は、温
度勾配△ｔに依存し△ｔの関数として表わされる。他方
、温度勾配によるレンズ材料の物性的変化（屈折率、分
散など）と形状変化とが理論的にめられ、これらからさ
らに倍率変化量と結像面変化量とを理論的にめることが
できる。壕だ、温度勾配から倍率及び結像面等の光学性
能の変化を実験によってめることも可能である。
ンズの周縁との温度差△ｔを用いるとすると、このレン
ズにおける倍率変動量△ｙ及び結像面変動量△２は、温
度勾配△ｔに依存し△ｔの関数として表わされる。他方
、温度勾配によるレンズ材料の物性的変化（屈折率、分
散など）と形状変化とが理論的にめられ、これらからさ
らに倍率変化量と結像面変化量とを理論的にめることが
できる。壕だ、温度勾配から倍率及び結像面等の光学性
能の変化を実験によってめることも可能である。
そこで、縮小投影型露光装置に用いられる投影対物レン
ズについてみれば、複数の１／ンスノ組合せからなる投
影対物レンズでは、露光光の照射により各レンズがそれ
ぞれ個有の温度勾配を生じ、レンズ系全体としての倍率
変動量ΔＹや結像面変動量△Ｚは、各レンズの倍率変動
量Δｙ１ や結像面変動量Δｚｉそれぞれの和として生
ずる。 従って、 △Ｙ−ΣΔｙｉ（Δｔ ｉ ） （１）ΔＺ−ΣΔｚ
ｉ （△ｔ ｉ ） （２）と表わすことができる。但
し、△ｔｉは各１／ンズにおける温度勾配を表わす。
ズについてみれば、複数の１／ンスノ組合せからなる投
影対物レンズでは、露光光の照射により各レンズがそれ
ぞれ個有の温度勾配を生じ、レンズ系全体としての倍率
変動量ΔＹや結像面変動量△Ｚは、各レンズの倍率変動
量Δｙ１ や結像面変動量Δｚｉそれぞれの和として生
ずる。 従って、 △Ｙ−ΣΔｙｉ（Δｔ ｉ ） （１）ΔＺ−ΣΔｚ
ｉ （△ｔ ｉ ） （２）と表わすことができる。但
し、△ｔｉは各１／ンズにおける温度勾配を表わす。
ここで、一般に投影対物レンズはそれに個有の倍率、開
口数及び視野数で用いられ、露光光の照射を行なう時に
光束が１／ンズ系内を通過する状態はほぼ一定であるた
め、ｌ／ンズ系内の一部のレンズにおける温度勾配と残
るｌ／ンズ各々における温度勾配とは一義的に対応する
。このため、一部の１７ンズにおける温度勾配を測定す
ることによって、全系の倍率変動量や結像面変動量等の
光学性能の変動量を知ることができる。すなわち、投影
光学系の光路中のある特定の光学要素において△ｔ１の
温度勾配が生じ、これによりこの光学要素で、△ｙｌの
倍率変化とΔｚ１の結像面変化が生ずるとすると、上記
（１）式及び（２）式はそれぞれ ΔＹ−△ｙＩ（Δ１＋）十Σ△ｙｉ（△ｔｔ） （３）
藝＝２ ΔＺ−△ｚ１（Δｔ１）十ΣΔｚｉ（Δｔｉ）（４）１
＋２ と表わされ、Δｔ１のみを測定することによって、全系
の倍率変動量△Ｙ及び全系の結像面変動量Δ２を知るこ
とが可能である。
口数及び視野数で用いられ、露光光の照射を行なう時に
光束が１／ンズ系内を通過する状態はほぼ一定であるた
め、ｌ／ンズ系内の一部のレンズにおける温度勾配と残
るｌ／ンズ各々における温度勾配とは一義的に対応する
。このため、一部の１７ンズにおける温度勾配を測定す
ることによって、全系の倍率変動量や結像面変動量等の
光学性能の変動量を知ることができる。すなわち、投影
光学系の光路中のある特定の光学要素において△ｔ１の
温度勾配が生じ、これによりこの光学要素で、△ｙｌの
倍率変化とΔｚ１の結像面変化が生ずるとすると、上記
（１）式及び（２）式はそれぞれ ΔＹ−△ｙＩ（Δ１＋）十Σ△ｙｉ（△ｔｔ） （３）
藝＝２ ΔＺ−△ｚ１（Δｔ１）十ΣΔｚｉ（Δｔｉ）（４）１
＋２ と表わされ、Δｔ１のみを測定することによって、全系
の倍率変動量△Ｙ及び全系の結像面変動量Δ２を知るこ
とが可能である。
１０’１
ところで、投影光学系の各要素自体が露光光の照射エネ
ルギーを吸収して温度勾配を生ずることにより光学性能
が変化する訳であるが、照射エネルギーの吸収による各
光学要素の温度上昇が飽和した状態では温度勾配が一定
し、飽和状態が続く限り照射エネルギーによる光学性能
の変動は生ずることがないと考えられる。従って、上記
のごとき本発明が最も必要とされるのは、露光光の照射
を開始した直後において、各光学要素が照射エネルギー
を吸収して温度上昇の飽和状態に達するまでの間である
。この間には、時間経過と共に温度分布が変化し、刻々
と光学性能が変化するから、本発明のごとき実時間で光
学性能を変動検出し、そしてこれに応じて適切な補正手
段を構することが必要である。このことは、投影光学装
置の運転開始時のみならず、ウエノ・やレチクルの交換
及びアライメント等一時的に露光光照射を中断した後、
再び露光を始める場合にも同様である。そして、光学要
素の温度上昇が飽和状態に達するまでの温度勾配（温度
分布）の変化特性の指標となる時定（１０） 数が、倍率或は結像面の変動の時定数とほぼ等しくなる
ことが確かめられたので、温度勾配の変化状態と倍率或
は結像面の変動状態との対応がとりやすく、実時間制御
による補正を容易に行なうことが可能である。
ルギーを吸収して温度勾配を生ずることにより光学性能
が変化する訳であるが、照射エネルギーの吸収による各
光学要素の温度上昇が飽和した状態では温度勾配が一定
し、飽和状態が続く限り照射エネルギーによる光学性能
の変動は生ずることがないと考えられる。従って、上記
のごとき本発明が最も必要とされるのは、露光光の照射
を開始した直後において、各光学要素が照射エネルギー
を吸収して温度上昇の飽和状態に達するまでの間である
。この間には、時間経過と共に温度分布が変化し、刻々
と光学性能が変化するから、本発明のごとき実時間で光
学性能を変動検出し、そしてこれに応じて適切な補正手
段を構することが必要である。このことは、投影光学装
置の運転開始時のみならず、ウエノ・やレチクルの交換
及びアライメント等一時的に露光光照射を中断した後、
再び露光を始める場合にも同様である。そして、光学要
素の温度上昇が飽和状態に達するまでの温度勾配（温度
分布）の変化特性の指標となる時定（１０） 数が、倍率或は結像面の変動の時定数とほぼ等しくなる
ことが確かめられたので、温度勾配の変化状態と倍率或
は結像面の変動状態との対応がとりやすく、実時間制御
による補正を容易に行なうことが可能である。
（実施例）
以下、本発明を図示ｊ〜た実施例に基づいて説明する。
第２図は本発明による縮小投影型露光装置に用いられる
投影対物レンズの構成の一例を示す概略光路図である。
投影対物レンズの構成の一例を示す概略光路図である。
１／チクル０上に形成されている所定のパターンが９個
のレンズ（Ｌ、−Ｒ９）からなる投影対物１／ンズによ
ってウェハ（Ｗ）上に縮小投影される。正の第４１／ン
ズ（Ｒ４）と負の第５レンズ（Ｒ５）とは平面にて接合
されており、この接合面上には、第３図（８）の断面図
及び第３図（ロ）の平面図に示すごとく、レンズ面の中
心位置、中間位置、周縁位置の３ケ所にそれぞれ薄膜測
温抵抗体（ＲＩ。
のレンズ（Ｌ、−Ｒ９）からなる投影対物１／ンズによ
ってウェハ（Ｗ）上に縮小投影される。正の第４１／ン
ズ（Ｒ４）と負の第５レンズ（Ｒ５）とは平面にて接合
されており、この接合面上には、第３図（８）の断面図
及び第３図（ロ）の平面図に示すごとく、レンズ面の中
心位置、中間位置、周縁位置の３ケ所にそれぞれ薄膜測
温抵抗体（ＲＩ。
Ｒ２，Ｒ３）が設けられている。これら３個の測温抵抗
体（以下ＲＴＤと略称する）により、第４１７ンズ（Ｒ
４）と第５１／ンズ（Ｌｓ）との接合面における温度勾
配すなわち温度分布状態を知ることができる。
体（以下ＲＴＤと略称する）により、第４１７ンズ（Ｒ
４）と第５１／ンズ（Ｌｓ）との接合面における温度勾
配すなわち温度分布状態を知ることができる。
第４レンズ（Ｒ４）と第５１／ンズ（Ｒ５）との接合面
は第２図に示した光路図からも分るとおり、投影対物レ
ンズの実質的開口絞り（Ｓ）の位置の近傍であ、る。開
口絞り（Ｓ）の位置は、一般に斜光束の主光線が光軸と
交わる位置として定義されており、軸上物点からの光束
と軸外物点からの光束との通過領域がほぼ重畳する位置
であることによって、開口絞り位置近傍のレンズ面にお
いて生ずる温度勾配が最も大きくなるため測定が容易で
あり、１／ンズ系全体の温度勾配を代表するのに適して
いる。
は第２図に示した光路図からも分るとおり、投影対物レ
ンズの実質的開口絞り（Ｓ）の位置の近傍であ、る。開
口絞り（Ｓ）の位置は、一般に斜光束の主光線が光軸と
交わる位置として定義されており、軸上物点からの光束
と軸外物点からの光束との通過領域がほぼ重畳する位置
であることによって、開口絞り位置近傍のレンズ面にお
いて生ずる温度勾配が最も大きくなるため測定が容易で
あり、１／ンズ系全体の温度勾配を代表するのに適して
いる。
しかも、開口絞り位置は１／チクル上のパターン面との
共役関係からは最も遠い位置にあるため、レチクル上の
一般には非対称なパターンによって温度分布が光軸に関
して回転対称状態から外れることがなく投影対物レンズ
系全体の最も平均的な温度分布を反映している。また、
ＲＴＤを露光光の通過領域中に配置する場合には、わず
かながらも光束を一部遮光するため、結像性能に悪影響
を及ぼしがちであるところ、開口絞り位置にＲＴＤを設
ける場合に結像性能に対する影響を最も少なくすること
が可能である。
共役関係からは最も遠い位置にあるため、レチクル上の
一般には非対称なパターンによって温度分布が光軸に関
して回転対称状態から外れることがなく投影対物レンズ
系全体の最も平均的な温度分布を反映している。また、
ＲＴＤを露光光の通過領域中に配置する場合には、わず
かながらも光束を一部遮光するため、結像性能に悪影響
を及ぼしがちであるところ、開口絞り位置にＲＴＤを設
ける場合に結像性能に対する影響を最も少なくすること
が可能である。
第３図（Ｎ及び第３図（ロ）に示した各ＲＴＤによる温
度測定回路はいわゆる４１１１式配線法によって抵抗測
定を行なうものであり、第４図の回路図に示すごとくで
ある。ＲＴＤの両端Ｐ、Ｑからそれぞれ２本のリード線
が引かれ、４個の端子Ｔ、、Ｔ２゜Ｔ３．Ｔ４ に接続
されており、第１端子Ｔ１には定電流源工が接続されＲ
ＴＤを経て第４端子Ｔ４ へ一定電流が供給される。そ
して、第２端子Ｔ２と第３端子Ｔ３との間に接続された
差動増幅器りによって、ＲＴＤでの電圧降下を検出する
。ここで、差動増幅器りの入力インピーダンスを十分に
高くすることによってＴ２． Ｐ 、 Ｑ 、 Ｔ３を
流れる電流は無視することができ、各リード線の配線抵
抗ｒの影響も無視することができる。その結果Ｘ Ｐ
１９間の抵抗値を極めて正確に測定することが可能であ
る。尚、ＲＴＤ自体の発熱量を小さくするために定電流
源−■、からの供給電流はあまり大きくしないことが必
要である。
度測定回路はいわゆる４１１１式配線法によって抵抗測
定を行なうものであり、第４図の回路図に示すごとくで
ある。ＲＴＤの両端Ｐ、Ｑからそれぞれ２本のリード線
が引かれ、４個の端子Ｔ、、Ｔ２゜Ｔ３．Ｔ４ に接続
されており、第１端子Ｔ１には定電流源工が接続されＲ
ＴＤを経て第４端子Ｔ４ へ一定電流が供給される。そ
して、第２端子Ｔ２と第３端子Ｔ３との間に接続された
差動増幅器りによって、ＲＴＤでの電圧降下を検出する
。ここで、差動増幅器りの入力インピーダンスを十分に
高くすることによってＴ２． Ｐ 、 Ｑ 、 Ｔ３を
流れる電流は無視することができ、各リード線の配線抵
抗ｒの影響も無視することができる。その結果Ｘ Ｐ
１９間の抵抗値を極めて正確に測定することが可能であ
る。尚、ＲＴＤ自体の発熱量を小さくするために定電流
源−■、からの供給電流はあまり大きくしないことが必
要である。
上記のごとき測定回路を持つ３個のＲＴＤを第３図（至
）に示すごとく、第１ＲＴＤ（ＲＩ）は光軸上に、第２
ＲＴＤ（Ｒ２）は破線で示した露光光束の通過領域のす
ぐ外側に、第３ＲＴＤ（Ｒ３）はレンズの周縁にそれぞ
れ配置している。各ＲＴＤ（Ｒ，。
）に示すごとく、第１ＲＴＤ（ＲＩ）は光軸上に、第２
ＲＴＤ（Ｒ２）は破線で示した露光光束の通過領域のす
ぐ外側に、第３ＲＴＤ（Ｒ３）はレンズの周縁にそれぞ
れ配置している。各ＲＴＤ（Ｒ，。
Ｒ２，Ｒ３）の位置は、第１図（ロ）に示した温度分布
の例において図示した位置に対応し、これら３点の温度
測定により温度分布の実態を知ることができる。
の例において図示した位置に対応し、これら３点の温度
測定により温度分布の実態を知ることができる。
しかしながら、必ずしも上記のごとき３点で温度測定を
行なう必要はなく、いずれか２点での測定によってもお
よその温度分布を知ることができるため、光軸から半径
方向に異なる距離位置の２点にて温度測定することとし
てもよい。特に、ｌ／ンズ周縁での温度と１／ンズ鏡筒
の温度とをほぼ同一とみなすことができるため、レンズ
鏡筒の温度を測定する場合には、レンズ面上では１点の
みの測定によっても温度分布状態を検出し得る。
行なう必要はなく、いずれか２点での測定によってもお
よその温度分布を知ることができるため、光軸から半径
方向に異なる距離位置の２点にて温度測定することとし
てもよい。特に、ｌ／ンズ周縁での温度と１／ンズ鏡筒
の温度とをほぼ同一とみなすことができるため、レンズ
鏡筒の温度を測定する場合には、レンズ面上では１点の
みの測定によっても温度分布状態を検出し得る。
尚、第１図（ロ）にも示したとおり、レンズの軸上位置
での温度上昇が最も大きく、この点で軸上位置での温度
測定が正確かつ容易で温度分布状態の決定に最も有利で
ある。しかしながら、ＲＴＤは一般にアルミニウムや白
金、クロム等の金属薄膜で形成されて光束を反射或は吸
収するものであるため、光軸上にある場合には製造及び
調整時の光軸合せに支障を生ずる場合があるので、光軸
位置からややずらした位置に設けることが実用的である
。また、ＲＴＤが光束の通過領域中に設けられる場合に
は、ＲＴＤ自体が照射エネルギーを吸収して温度上昇す
る恐れがあるため、例えば、第３図（Ｎ及び（Ｂ）に示
した第２ＲＴＤ（Ｒ２）や第３ＲＴＤ（Ｒ３）のごとく
、光束通過領域外にのみＲＴＤを設けることとすれば、
ＲＴＤ自体が照射エネルギーを吸収することによる誤差
を除くことが可能である。
での温度上昇が最も大きく、この点で軸上位置での温度
測定が正確かつ容易で温度分布状態の決定に最も有利で
ある。しかしながら、ＲＴＤは一般にアルミニウムや白
金、クロム等の金属薄膜で形成されて光束を反射或は吸
収するものであるため、光軸上にある場合には製造及び
調整時の光軸合せに支障を生ずる場合があるので、光軸
位置からややずらした位置に設けることが実用的である
。また、ＲＴＤが光束の通過領域中に設けられる場合に
は、ＲＴＤ自体が照射エネルギーを吸収して温度上昇す
る恐れがあるため、例えば、第３図（Ｎ及び（Ｂ）に示
した第２ＲＴＤ（Ｒ２）や第３ＲＴＤ（Ｒ３）のごとく
、光束通過領域外にのみＲＴＤを設けることとすれば、
ＲＴＤ自体が照射エネルギーを吸収することによる誤差
を除くことが可能である。
他方、ＲＴＤは薄膜状に形成されているので質量が小さ
く、従って熱容量が小さいため、露光光の照射を止めれ
ばＲＴＤ自体における照射エネルギー吸収による温度上
昇は短時間で消失する。従って、ＲＴＤを光束通過領域
中に設ける場合には、露光光の照射を切って所定時間の
経過後に温度測定することとすれば、ＲＴＤ自体が照射
エネルギーを吸収して温度上昇することによる誤差を除
くことができる。この場合、露光光の照射を切ってから
温度測定を開始するまでの時間は、照射エネルギー吸収
によるＲＴＤ自体の温度上昇がほぼ消失するに必要な時
間より長く、ｌ／ンズ自体の温度分布があまり変化しな
い程度の時間とすることが望ましい。
く、従って熱容量が小さいため、露光光の照射を止めれ
ばＲＴＤ自体における照射エネルギー吸収による温度上
昇は短時間で消失する。従って、ＲＴＤを光束通過領域
中に設ける場合には、露光光の照射を切って所定時間の
経過後に温度測定することとすれば、ＲＴＤ自体が照射
エネルギーを吸収して温度上昇することによる誤差を除
くことができる。この場合、露光光の照射を切ってから
温度測定を開始するまでの時間は、照射エネルギー吸収
によるＲＴＤ自体の温度上昇がほぼ消失するに必要な時
間より長く、ｌ／ンズ自体の温度分布があまり変化しな
い程度の時間とすることが望ましい。
尚、上記の例では、第４レンズ（Ｒ４）と第５１／ンズ
（Ｒ５）との間の平面の接合面にて温度分布を測定する
こととしたが、接合面においては空気による冷却効果の
影響が少なくレンズ内部の温度分布をより忠実に検出す
ることができる。しかし、接合面での接着剤の影響が予
想される場合もあるので、空気と接するレンズ表面上に
て温度測定することも十分可能である。この場合、ＲＴ
Ｄに保護膜を設けることが望ましく、ＲＴＤの露光光吸
収がより少なくなるような膜構造とすることが可能であ
る。さらに光学性能変動のより精密な測定を行なうため
に、レンズ内部の光軸方向での温度分布をも測定するこ
とが有効である。また平面上にて温度測定をすることと
したのは、薄膜ＲＴＤの製造上都合が良いためであり、
曲面上にて測定することも可能である。
（Ｒ５）との間の平面の接合面にて温度分布を測定する
こととしたが、接合面においては空気による冷却効果の
影響が少なくレンズ内部の温度分布をより忠実に検出す
ることができる。しかし、接合面での接着剤の影響が予
想される場合もあるので、空気と接するレンズ表面上に
て温度測定することも十分可能である。この場合、ＲＴ
Ｄに保護膜を設けることが望ましく、ＲＴＤの露光光吸
収がより少なくなるような膜構造とすることが可能であ
る。さらに光学性能変動のより精密な測定を行なうため
に、レンズ内部の光軸方向での温度分布をも測定するこ
とが有効である。また平面上にて温度測定をすることと
したのは、薄膜ＲＴＤの製造上都合が良いためであり、
曲面上にて測定することも可能である。
以上のとときＲＴＤを用いた温度測定回路により、開口
絞り近傍のレンズにおける温度勾配を検出することがで
き、これに対応して理論的又は実験的に倍率や結像面な
どの光学性能の変動量を知ることができる。従って、温
度検出によって直ちにその状態において必要な倍率や結
像面の補正を行なうことができ、照射履歴にかかわらず
リアルタイムで光学性能の安定化を図ることができる。
絞り近傍のレンズにおける温度勾配を検出することがで
き、これに対応して理論的又は実験的に倍率や結像面な
どの光学性能の変動量を知ることができる。従って、温
度検出によって直ちにその状態において必要な倍率や結
像面の補正を行なうことができ、照射履歴にかかわらず
リアルタイムで光学性能の安定化を図ることができる。
以下に、上記の温度勾配検出に基づいて倍率及び結像面
の補正を行なう投影型露光装置の一例について説明する
。
の補正を行なう投影型露光装置の一例について説明する
。
第５図は投影対物レンズ（１）内の第４レンズ（Ｒ４）
と第５レンズ（Ｒ５）との接合面に設けられた前述（１
ｑ）−−一 のごときＲＴＤによシ、この面での温度勾配を測定し、
投影対物レンズ（１）内の１／ンズ間隔（１０）及び（
２０）を大気から遮断し、これらのレンズ間隔の圧力を
温度勾配の情報に応じて制御し、必要な光学性能の補正
を行なうものである。すなわち、光学性能の補正手法と
して、投影対物レンズ中のレンズ間隔の少なくとも１ケ
所に外気から遮断された空気室を設けると共に、該空気
室の圧力を制御するだめの圧力制御器を設け、該圧力制
御器によシ前記投影対物しンズ中の空気室の圧力を変え
ることによって該投影対物レンズの投影倍率や結像面等
の光学性能を調整可能に構成したものである。投影対物
レンズ（１）は照明装置（２）により均一照明されたレ
チクル向上のパターンを、ステージ（３）上に載置され
たウェハＷ上に縮小投影する。投影対物レンズ（１）中
には、２つの独立した空気室（１０）（２０°）が形成
されており、各空気室（ｔｏ、２ｏ）はパイプ（１１，
２１）によりそれぞれ、対物レンズ外に設けられた圧力
制御器（１２）及び（２２）Ｋ連結されている。そして
各圧力制御器（１２，２２）には、（１８） フィルタ（１３）及び（２３）を通して加圧空気供給器
（４）より定常的に一定圧力の空気が供給され、また必
要に応じて排気装置（８）によって排気される。
と第５レンズ（Ｒ５）との接合面に設けられた前述（１
ｑ）−−一 のごときＲＴＤによシ、この面での温度勾配を測定し、
投影対物レンズ（１）内の１／ンズ間隔（１０）及び（
２０）を大気から遮断し、これらのレンズ間隔の圧力を
温度勾配の情報に応じて制御し、必要な光学性能の補正
を行なうものである。すなわち、光学性能の補正手法と
して、投影対物レンズ中のレンズ間隔の少なくとも１ケ
所に外気から遮断された空気室を設けると共に、該空気
室の圧力を制御するだめの圧力制御器を設け、該圧力制
御器によシ前記投影対物しンズ中の空気室の圧力を変え
ることによって該投影対物レンズの投影倍率や結像面等
の光学性能を調整可能に構成したものである。投影対物
レンズ（１）は照明装置（２）により均一照明されたレ
チクル向上のパターンを、ステージ（３）上に載置され
たウェハＷ上に縮小投影する。投影対物レンズ（１）中
には、２つの独立した空気室（１０）（２０°）が形成
されており、各空気室（ｔｏ、２ｏ）はパイプ（１１，
２１）によりそれぞれ、対物レンズ外に設けられた圧力
制御器（１２）及び（２２）Ｋ連結されている。そして
各圧力制御器（１２，２２）には、（１８） フィルタ（１３）及び（２３）を通して加圧空気供給器
（４）より定常的に一定圧力の空気が供給され、また必
要に応じて排気装置（８）によって排気される。
一方、各空気室の側面にはその内部圧力を検出する圧力
センサー（１４）、（２４）が設けられており、この出
力信号は演算器（５）に送られる。このような投影対物
１／ンズ中の特定の空気間隔を大気から速断して圧力制
御することによって、光学性能を補正又は微調整する方
法については、本願と同一出願人による特願昭５８−１
３７３７７や特願昭５８−１８６２６９に詳述されてい
る。
センサー（１４）、（２４）が設けられており、この出
力信号は演算器（５）に送られる。このような投影対物
１／ンズ中の特定の空気間隔を大気から速断して圧力制
御することによって、光学性能を補正又は微調整する方
法については、本願と同一出願人による特願昭５８−１
３７３７７や特願昭５８−１８６２６９に詳述されてい
る。
ここで、演算器（５）には第３図（２）■に示した３個
のＲＴＤ（Ｒ，、Ｒ２，Ｒ３）による各点の温度に対応
する信号が線Ｔ、、Ｔ２．Ｔ３ により入力され、演算
器（５）は第４１／ンズ（Ｒ４）と第５１／ンズ（Ｒ５
）との接合面での温度勾配Δｔｌを検出する。そして、
演算器（５）は前述した式（３）及び式（４）に基づい
て１／ンズ系全体における倍率変動量ΔＹ及び結像面変
動量Δ２を決定し、各変動量を補正するに必要な各空気
（１０，２０）の圧力変化量を算出する。補正に必要な
圧力変化量の信号は、各圧力制御器（１２，２２）へ出
力され、各圧力制御器は各空気室（１０，２０）内の圧
力をこの信号に応じた量だけ変化させる。
のＲＴＤ（Ｒ，、Ｒ２，Ｒ３）による各点の温度に対応
する信号が線Ｔ、、Ｔ２．Ｔ３ により入力され、演算
器（５）は第４１／ンズ（Ｒ４）と第５１／ンズ（Ｒ５
）との接合面での温度勾配Δｔｌを検出する。そして、
演算器（５）は前述した式（３）及び式（４）に基づい
て１／ンズ系全体における倍率変動量ΔＹ及び結像面変
動量Δ２を決定し、各変動量を補正するに必要な各空気
（１０，２０）の圧力変化量を算出する。補正に必要な
圧力変化量の信号は、各圧力制御器（１２，２２）へ出
力され、各圧力制御器は各空気室（１０，２０）内の圧
力をこの信号に応じた量だけ変化させる。
このような構成によって、投影対物１／ンズ（１）内の
１／ンズ要要素体が照射エネルギーを吸収することによ
って温度変化を生じ光学性能が変化しても直ちに補正さ
れ、常に実時間制御により安定して優れた結像性能を維
持することが可能である。
１／ンズ要要素体が照射エネルギーを吸収することによ
って温度変化を生じ光学性能が変化しても直ちに補正さ
れ、常に実時間制御により安定して優れた結像性能を維
持することが可能である。
この縮小投影型露光装置においては、計測器（６）によ
って大気圧等の環境条件の変動を検出！−１環境条件の
変動に対しても光学性能の補正を行なうことが可能であ
る。また、温度センサ（７）により投影対物レンズ（１
）の鏡筒の温度を測定し、鏡筒の温度変化も加味して光
学性能の補正を行なうことが望ましい。鏡筒の温度変化
は第１図（Ｂ）に示したごときレンズ自体における温度
分布の直流成分として扱うことが可能である。
って大気圧等の環境条件の変動を検出！−１環境条件の
変動に対しても光学性能の補正を行なうことが可能であ
る。また、温度センサ（７）により投影対物レンズ（１
）の鏡筒の温度を測定し、鏡筒の温度変化も加味して光
学性能の補正を行なうことが望ましい。鏡筒の温度変化
は第１図（Ｂ）に示したごときレンズ自体における温度
分布の直流成分として扱うことが可能である。
上記の投影型露光装置において、第４レンズ（Ｒ４）と
第５レンズ（Ｒ５）との接合面に設けられた３個のＲＴ
Ｄによる各点での検出温度のうち、演算器（５）はいず
れか２点の温度差を用いて温度勾配を検出することがで
きる。第３図（均に示したごとぐ、露光光の通過領域外
に設けられた第２ ＲＴＤ（Ｒ２）と第３ＲＴＤ（Ｒ３
）とによって温度勾配を検出することとすれば、ＲＴＤ
自体が照射エネルギーを吸収して温度上昇することによ
る誤差を除くことができる。また、露光光通過領域内に
設けたＲ Ｔ Ｄを用いて温度勾配を検出する場合には
、演算器（５）は露光用シャッターの開閉信号をも入力
することとし、シャッター閉の後所定時間経過後にＲＴ
Ｄの出力を入力し、温度勾配を検出するようにすること
が望ましく、このような測定方法によってもＲＴＤ自体
が照射エネルギーを吸収して温度上昇することによる誤
差を除くことが可能である。
第５レンズ（Ｒ５）との接合面に設けられた３個のＲＴ
Ｄによる各点での検出温度のうち、演算器（５）はいず
れか２点の温度差を用いて温度勾配を検出することがで
きる。第３図（均に示したごとぐ、露光光の通過領域外
に設けられた第２ ＲＴＤ（Ｒ２）と第３ＲＴＤ（Ｒ３
）とによって温度勾配を検出することとすれば、ＲＴＤ
自体が照射エネルギーを吸収して温度上昇することによ
る誤差を除くことができる。また、露光光通過領域内に
設けたＲ Ｔ Ｄを用いて温度勾配を検出する場合には
、演算器（５）は露光用シャッターの開閉信号をも入力
することとし、シャッター閉の後所定時間経過後にＲＴ
Ｄの出力を入力し、温度勾配を検出するようにすること
が望ましく、このような測定方法によってもＲＴＤ自体
が照射エネルギーを吸収して温度上昇することによる誤
差を除くことが可能である。
尚、上記実施例では投影対物レンズ内の２ケ所の空気間
隔を大気から遮断して圧力制御することによって光学性
能を補正する構成としたが、１ケ所のみの空気間隔を圧
力制御することによって倍率及び結像面の補正を行なう
ことも可能であシ、複数の空気間隔を連通して圧力制御
することも可能である。また、空気間隔の圧力制御のみ
々らず、特定の空気間隔中に封入されるガスの濃度や温
度を制御することによって光学性能を補正するととも可
能である〇 （発明の効果） 以上のごとく、本発明によれば投影光学系内の特定の光
学要素における温度勾配を測定し、これによって投影光
学系全体の光学性能の変動量を検出するため、光学性能
の変化状態を実時間で直接的かつ正確に知ることができ
る。従って適切な補正手段を設けることにより露光光の
照射履歴にかかわらず常に安定した優れた光学性能を維
持することができる。そして、より微細なパターンの高
精度の焼付を可能とし超高密度集積回路素子の製造を行
ない得る投影露光装置が実現される。
隔を大気から遮断して圧力制御することによって光学性
能を補正する構成としたが、１ケ所のみの空気間隔を圧
力制御することによって倍率及び結像面の補正を行なう
ことも可能であシ、複数の空気間隔を連通して圧力制御
することも可能である。また、空気間隔の圧力制御のみ
々らず、特定の空気間隔中に封入されるガスの濃度や温
度を制御することによって光学性能を補正するととも可
能である〇 （発明の効果） 以上のごとく、本発明によれば投影光学系内の特定の光
学要素における温度勾配を測定し、これによって投影光
学系全体の光学性能の変動量を検出するため、光学性能
の変化状態を実時間で直接的かつ正確に知ることができ
る。従って適切な補正手段を設けることにより露光光の
照射履歴にかかわらず常に安定した優れた光学性能を維
持することができる。そして、より微細なパターンの高
精度の焼付を可能とし超高密度集積回路素子の製造を行
ない得る投影露光装置が実現される。
第１図（５）はレンズに光束が入射する時の状態の一例
を示す断面図、第１図（ロ）はこの状態におけるレンズ
の温度分布状態の例を示す図、第２図は本発明による実
施例に用いた投影対物レンズの概略光路図、第３図（５
）及び（Ｂ）はそれぞれ投影対物レンズ中に設けた測温
抵抗体の構成を示す断面図及び平面図、第４図は測温抵
抗体を用いた温度測定回路図、第５図は投影露光光学装
置の一例を示す構成図である。 〔主要部分の符号の説明〕 Ｒ・・・・・・ｌ／ ｆ クル Ｗ・・・・・・ウニハ
ト・・・・投影対物１／ンズ Ｒ，、Ｒ２，Ｒ３・・・・・・測温抵抗体（ＲＴＤ）出
願人 日本光学工業株式会社 代理人渡辺隆男 第１図（Ａ） 第１図（Ｂ） Ｒ＋ Ｒ２Ｒ３Ｒ
を示す断面図、第１図（ロ）はこの状態におけるレンズ
の温度分布状態の例を示す図、第２図は本発明による実
施例に用いた投影対物レンズの概略光路図、第３図（５
）及び（Ｂ）はそれぞれ投影対物レンズ中に設けた測温
抵抗体の構成を示す断面図及び平面図、第４図は測温抵
抗体を用いた温度測定回路図、第５図は投影露光光学装
置の一例を示す構成図である。 〔主要部分の符号の説明〕 Ｒ・・・・・・ｌ／ ｆ クル Ｗ・・・・・・ウニハ
ト・・・・投影対物１／ンズ Ｒ，、Ｒ２，Ｒ３・・・・・・測温抵抗体（ＲＴＤ）出
願人 日本光学工業株式会社 代理人渡辺隆男 第１図（Ａ） 第１図（Ｂ） Ｒ＋ Ｒ２Ｒ３Ｒ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、レチクル上のパターンをウェハ上に投影露光するた
めの投影光学系を有する投影露光光学装置において、該
投影光学系を構成する光学要素のうちの所定の光学要素
に測温素子を設け、該測温素子の出力信号により該光学
要素におけるＭＫ分布を検出し、該温度分布の検出値に
基づいて該投影光学系の光学性能の変動量を検出前記測
温素子は該投影光学系の開口絞り位置近傍の光学要素に
設けられていることを特徴とする投影露光光学装置。 ３、投影光学装置により１／チクル上のパターンをウェ
ハ上に投影するための投影露光方法において、該投影光
学系を構成する光学要素のうちの所定の光学要素におけ
る温度分布を検出し、（１） 該温度分布の検出値に応じて該投影光学系における光学
性能の変動量の対応値を演算し、該演算値に応じて該投
影光学系の光学性能を補正す温度勾配の検出は該投影光
学系の開口絞り位置近傍の光学要素における温度勾配を
検出することを特徴とする投影露光方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59018887A JPS60163046A (ja) | 1984-02-03 | 1984-02-03 | 投影露光光学装置及び投影露光方法 |
| US06/696,085 US4730900A (en) | 1984-02-03 | 1985-01-29 | Projection optical apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59018887A JPS60163046A (ja) | 1984-02-03 | 1984-02-03 | 投影露光光学装置及び投影露光方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60163046A true JPS60163046A (ja) | 1985-08-24 |
| JPH0578008B2 JPH0578008B2 (ja) | 1993-10-27 |
Family
ID=11984074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59018887A Granted JPS60163046A (ja) | 1984-02-03 | 1984-02-03 | 投影露光光学装置及び投影露光方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4730900A (ja) |
| JP (1) | JPS60163046A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62229838A (ja) * | 1985-12-26 | 1987-10-08 | Nikon Corp | 投影露光方法及び装置 |
| JPS63213341A (ja) * | 1987-03-02 | 1988-09-06 | Canon Inc | 投影露光装置 |
| JP2009128437A (ja) * | 2007-11-20 | 2009-06-11 | Olympus Imaging Corp | 焦点検出装置 |
| JP2017054130A (ja) * | 2003-07-16 | 2017-03-16 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | リトグラフ装置 |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0712012B2 (ja) * | 1985-12-11 | 1995-02-08 | 株式会社ニコン | 投影露光装置 |
| USRE37352E1 (en) | 1985-12-26 | 2001-09-04 | Nikon Corporation | Projection optical apparatus |
| US4989031A (en) * | 1990-01-29 | 1991-01-29 | Nikon Corporation | Projection exposure apparatus |
| US5702495A (en) * | 1993-02-10 | 1997-12-30 | Nikon Corporation | Silica glass member for UV-lithography, method for silica glass production, and method for silica glass member production |
| US5696623A (en) * | 1993-08-05 | 1997-12-09 | Fujitsu Limited | UV exposure with elongated service lifetime |
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