JP2005203522A - Exposure method, aligner and device manufacturing method - Google Patents

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清 内川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To control the deterioration of the focusing characteristic of a projection optical system when the temperature distribution of the projection optical system becomes ununiform spatially. <P>SOLUTION: In this aligner, a reticle R is lighted with exposure light IL and the a wafer W is exposed with the exposure light IL via the reticle R and a projection optical system PL. A control unit 17 in a focusing characteristic control system 15 controls the volume of heat generated in the predetermined heating apparatus which has been selected from the heating apparatuses 28A to 28H via a heater control power supply 19 in order to compensate for abberation or the like resulting from ununiformity in the temperature distribution in the projection optical system PL by closely arranging the heating apparatuses 28A to 28E to the external surface of the barrel 6 of the projection optical system PL. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば各種デバイスを製造するためのリソグラフィ工程で、マスクパターンを投影光学系を介して基板上に転写するために使用される露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術に関し、更に詳しくは投影光学系の結像特性（光学性能）の補正技術を含む露光技術に関する。   The present invention relates to an exposure technique used for transferring a mask pattern onto a substrate via a projection optical system, for example, in a lithography process for manufacturing various devices, and a device manufacturing technique using the exposure technique. Specifically, the present invention relates to an exposure technique including a technique for correcting an imaging characteristic (optical performance) of a projection optical system.

半導体デバイス等を製造するためのリソグラフィ工程中で、マスクとしてのレチクル（又はフォトマスク等）のパターンを投影光学系を介して基板としてのウエハ（又はガラスプレート等）上に転写するために、ステッパー等の一括露光型、又はスキャニングステッパー等の走査露光型の露光装置が使用されている。これらの露光装置においては、レチクルのパターンの投影像を常に高解像度に、かつ高い重ね合わせ精度でウエハ上に転写するために、投影光学系の結像特性（光学性能）を常時所定の状態に維持して露光を行うことが求められている。   A stepper for transferring a pattern of a reticle (or photomask) as a mask onto a wafer (or glass plate or the like) as a substrate through a projection optical system during a lithography process for manufacturing a semiconductor device or the like. Or the like, or a scanning exposure type exposure apparatus such as a scanning stepper is used. In these exposure apparatuses, in order to always transfer the projected image of the reticle pattern onto the wafer with high resolution and high overlay accuracy, the imaging characteristics (optical performance) of the projection optical system are always kept in a predetermined state. It is required to perform exposure while maintaining.

これに関して、露光を継続して行う過程で露光光のエネルギーの一部が次第に投影光学系内に蓄積されること、及び投影光学系の周囲の温度や気圧等の環境条件の変化によって、その投影光学系の結像特性が時間とともに次第に変化することが知られている。そこで従来は、露光中に投影光学系を通過する露光光の積算エネルギー量を間接的に計測するとともに、周囲の環境条件を計測し、これらの計測結果に基づいて投影光学系の補正可能な所定の結像特性（ディストーション等）の変化量を予測していた。そして、この予測される変化量を相殺するように、結像特性の補正機構を用いてその所定の結像特性を補正していた。従来の結像特性の補正機構としては、投影光学系内の所定の光学部材間の空間（レンズ室）の気圧を制御する機構（例えば、特許文献１参照。）、及び投影光学系内の所定の光学部材の光軸方向の位置や傾斜角を制御する機構（例えば、特許文献２参照。）等が知られている。
特開昭６０−７８４５４号公報 特開平４−１３４８１３号公報 In this regard, a part of the energy of the exposure light gradually accumulates in the projection optical system in the process of continuously performing the exposure, and the projection is caused by changes in environmental conditions such as the ambient temperature and pressure of the projection optical system. It is known that the imaging characteristics of an optical system gradually change with time. Thus, conventionally, the accumulated energy amount of exposure light passing through the projection optical system during exposure is indirectly measured, ambient environmental conditions are measured, and the projection optical system can be corrected based on these measurement results. The amount of change in image formation characteristics (distortion, etc.) was predicted. Then, the predetermined imaging characteristic is corrected by using an imaging characteristic correction mechanism so as to cancel out the predicted change amount. Conventional imaging characteristic correction mechanisms include a mechanism for controlling the air pressure in a space (lens chamber) between predetermined optical members in the projection optical system (see, for example, Patent Document 1), and a predetermined mechanism in the projection optical system. A mechanism for controlling the position and inclination angle of the optical member in the optical axis direction is known (for example, see Patent Document 2).
JP 60-78454 A JP-A-4-13481

上記の如く、従来は投影光学系の結像特性の時間的な均一性（安定性）を維持するために、露光光の積算エネルギー量や周囲の温度等に応じて所定の結像特性を補正していた。
これに関して、投影光学系の結像特性は、温度の空間的な不均一性によっても変化する。即ち、一般に投影光学系は全体が一定の温度であることを前提として設計されるため、露光光の光量分布の偏りや周囲の温度分布等に起因して、投影光学系内に空間的に不均一な温度分布が存在すると、その結像特性が次第に劣化する。この温度分布の空間的な不均一性に起因する結像特性の劣化の中には、従来の結像特性の補正機構やレンズの偏心調整によって或る程度軽減されるものもある。しかしながら、例えば露光時間が長くなる等によってその空間的な不均一性が顕著になると、その結像特性の劣化は、従来の結像特性の補正機構やレンズの偏心調整等では補正が困難となる。その結果、従来の結像特性の補正機構では補正しきれない結像特性の劣化、例えば残存収差が発生することになる。 As described above, conventionally, in order to maintain temporal uniformity (stability) of the imaging characteristics of the projection optical system, the predetermined imaging characteristics are corrected according to the integrated energy amount of exposure light, the ambient temperature, and the like. Was.
In this regard, the imaging characteristics of the projection optical system also change due to temperature non-uniformity. In other words, the projection optical system is generally designed on the assumption that the whole is at a constant temperature. Therefore, the projection optical system is spatially inconspicuous due to a bias in the light amount distribution of exposure light, ambient temperature distribution, and the like. When there is a uniform temperature distribution, its imaging characteristics gradually deteriorate. Some of the deterioration of the imaging characteristics due to the spatial non-uniformity of the temperature distribution may be alleviated to some extent by the conventional imaging characteristics correction mechanism and lens eccentricity adjustment. However, if the spatial non-uniformity becomes conspicuous due to, for example, an increase in exposure time, the deterioration of the imaging characteristics becomes difficult to correct by a conventional imaging characteristics correction mechanism or lens eccentricity adjustment. . As a result, degradation of imaging characteristics that cannot be corrected by the conventional imaging characteristic correction mechanism, for example, residual aberration occurs.

また、従来の結像特性の補正機構によって投影光学系の全部の結像特性が補正できるわけではなく、例えば非点収差などは従来の補正機構では補正が困難であった。そのため、露光開始前から或る程度の残存収差は存在していた。今後、半導体デバイス等の一層の微細化が進むにつれて、そのような残存収差も補正できることが求められている。
本発明は、斯かる点に鑑み、投影光学系の温度分布が空間的に不均一になった場合に、その投影光学系の結像特性の劣化を抑制できる露光技術を提供することを第１の目的とする。 Further, not all the imaging characteristics of the projection optical system can be corrected by the conventional imaging characteristic correction mechanism, and astigmatism, for example, is difficult to correct by the conventional correction mechanism. Therefore, some residual aberration has existed before the start of exposure. In the future, as further miniaturization of semiconductor devices and the like proceeds, it is required that such residual aberration can be corrected.
In view of such a point, the present invention provides a first exposure technique that can suppress degradation of imaging characteristics of a projection optical system when the temperature distribution of the projection optical system becomes spatially non-uniform. The purpose.

更に本発明は、従来の投影光学系の結像特性の補正機構では補正が困難であった結像特性を補正できる露光技術を提供することを第２の目的とする。
更に本発明は、その露光技術を用いて、より高精度にデバイスを製造できるデバイス製造技術を提供することをも目的とする。 Furthermore, a second object of the present invention is to provide an exposure technique that can correct the imaging characteristics that have been difficult to correct with the imaging characteristics correction mechanism of the conventional projection optical system.
A further object of the present invention is to provide a device manufacturing technique that can manufacture a device with higher accuracy by using the exposure technique.

本発明による露光方法は、露光ビームで第１物体（Ｒ）を照明し、その露光ビームでその第１物体及び投影光学系（ＰＬ）を介して第２物体（Ｗ）を露光する露光方法において、その投影光学系の鏡筒（６）の外面の温度を制御する工程を有するものである。
斯かる本発明によれば、その投影光学系の温度分布が不均一になった場合には、例えばその温度分布が均一になるようにその投影光学系の鏡筒の外面の温度を制御する。これによって、その投影光学系の結像特性の劣化が抑制できる。また、そのように鏡筒の外面の温度制御は容易に実施できるとともに、内部の急激な温度変化を避けることができる。 An exposure method according to the present invention is an exposure method in which a first object (R) is illuminated with an exposure beam, and the second object (W) is exposed with the exposure beam via the first object and the projection optical system (PL). And a step of controlling the temperature of the outer surface of the lens barrel (6) of the projection optical system.
According to the present invention, when the temperature distribution of the projection optical system becomes non-uniform, for example, the temperature of the outer surface of the barrel of the projection optical system is controlled so that the temperature distribution becomes uniform. Thereby, it is possible to suppress the deterioration of the imaging characteristics of the projection optical system. In addition, the temperature control of the outer surface of the lens barrel can be easily performed as described above, and an abrupt internal temperature change can be avoided.

この場合、その温度を制御する工程は、その投影光学系の所定の残存収差を補正するために実行されてもよい。これによって、残存収差としての例えば従来の結像特性の補正機構では補正が困難であった所定の結像特性（例えば非点収差）も補正できる。
次に、本発明による露光装置は、露光ビームで第１物体（Ｒ）を照明し、その露光ビームでその第１物体及び投影光学系（ＰＬ）を介して第２物体（Ｗ）を露光する露光装置において、その投影光学系の鏡筒（６）の外面の温度を制御する温度制御装置（２８Ａ〜２８Ｈ，１９；３８Ａ，３８Ｂ，３９Ａ；４４，１９Ａ）を有するものである。 In this case, the step of controlling the temperature may be executed to correct a predetermined residual aberration of the projection optical system. As a result, it is possible to correct a predetermined imaging characteristic (for example, astigmatism) that has been difficult to correct by, for example, a conventional imaging characteristic correction mechanism as a residual aberration.
Next, the exposure apparatus according to the present invention illuminates the first object (R) with the exposure beam, and exposes the second object (W) with the exposure beam via the first object and the projection optical system (PL). The exposure apparatus has a temperature control device (28A to 28H, 19; 38A, 38B, 39A; 44, 19A) for controlling the temperature of the outer surface of the lens barrel (6) of the projection optical system.

本発明によれば、その温度制御装置によって例えばその投影光学系の温度分布が均一になるように、その鏡筒の外面の温度を制御することで、その投影光学系の結像特性の劣化が抑制できる。
この場合、その温度制御装置は、その投影光学系の所定の残存収差を補正するために、その投影光学系の鏡筒の外面の温度を制御してもよい。これによって、その露光装置が、その投影光学系を構成する光学部材を駆動する結像特性の補正機構を備えているときに、その補正機構で補正しきれない残存収差をその温度制御装置で補正できる。 According to the present invention, by controlling the temperature of the outer surface of the lens barrel so that the temperature distribution of the projection optical system becomes uniform, for example, by the temperature control device, the imaging characteristics of the projection optical system are deteriorated. Can be suppressed.
In this case, the temperature control device may control the temperature of the outer surface of the barrel of the projection optical system in order to correct a predetermined residual aberration of the projection optical system. As a result, when the exposure apparatus is equipped with an imaging characteristic correction mechanism that drives the optical members constituting the projection optical system, residual temperature that cannot be corrected by the correction mechanism is corrected by the temperature control apparatus. it can.

また、温度制御装置は、一例としてその投影光学系の鏡筒の外面に装着されて、発熱及び吸熱の少なくとも一方を行う１つ又は複数の吸発熱部（２８Ａ〜２８Ｈ；４６）と、その吸発熱部を駆動する駆動部（１９；１９Ａ）とを有するものである。
この場合、その吸発熱部は、その投影光学系の鏡筒の外面に装着された複数の吸発熱部（２８Ａ〜２８Ｈ）を含み、その駆動部は、その複数の吸発熱部から選択した少なくとも一つの吸発熱部を駆動してもよい。このように複数の吸発熱部を切り換えて動作させることによって、投影光学系の温度分布をより高精度に制御できる。 In addition, as an example, the temperature control device is attached to the outer surface of the lens barrel of the projection optical system, and includes one or a plurality of heat-absorbing / heating units (28A to 28H; 46) that perform at least one of heat generation and heat absorption, and its absorption. And a drive unit (19; 19A) for driving the heat generating unit.
In this case, the heat generating / heating unit includes a plurality of heat generating / heating units (28A to 28H) mounted on the outer surface of the lens barrel of the projection optical system, and the drive unit is at least selected from the plurality of heat generating / generating units. One heat generating / heating unit may be driven. As described above, the temperature distribution of the projection optical system can be controlled with higher accuracy by switching and operating the plurality of heat absorbing / generating portions.

また、その吸発熱部は、その投影光学系の鏡筒の外面に対して着脱自在か、又はその鏡筒の外面で移動可能であってもよい。これによって、例えば投影光学系の温度分布の実測値に対応して、その温度分布を高精度に制御できる。
また、その温度制御装置は、別の例として、温度制御された流体が供給される配管（３８Ａ，３８Ｂ）と、この配管に連結されてその投影光学系の鏡筒の外面とその流体との間で熱交換を行うために、その鏡筒の外面に装着される熱交換部（３９Ａ）とを有するものである。この場合には、その投影光学系の周囲の温度分布にあまり影響を与えることなく、その投影光学系の温度分布を制御できる。 Further, the heat absorbing / generating part may be detachable from the outer surface of the lens barrel of the projection optical system or may be movable on the outer surface of the lens barrel. As a result, for example, the temperature distribution can be controlled with high accuracy corresponding to the measured value of the temperature distribution of the projection optical system.
As another example, the temperature control device includes a pipe (38A, 38B) to which a temperature-controlled fluid is supplied, an outer surface of a lens barrel of the projection optical system connected to the pipe, and the fluid. A heat exchanging part (39A) mounted on the outer surface of the lens barrel in order to perform heat exchange between them. In this case, the temperature distribution of the projection optical system can be controlled without significantly affecting the temperature distribution around the projection optical system.

また、その温度制御装置は、その投影光学系の鏡筒の外面の温度を計測する温度センサ（３６Ａ〜３６Ｅ；３６）を有し、この温度センサの計測結果に基づいてその投影光学系の外面の温度を制御してもよい。これによって、投影光学系の温度制御精度を向上できる。
次に、本発明によるデバイス製造方法は、リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、そのリソグラフィ工程で本発明の露光装置を用いてパターン（Ｒ）を感光体（Ｗ）に転写するものである。本発明の適用によって投影光学系の結像特性が向上するため、デバイスをより高精度に製造できる。 The temperature control device also has a temperature sensor (36A to 36E; 36) for measuring the temperature of the outer surface of the lens barrel of the projection optical system, and the outer surface of the projection optical system based on the measurement result of the temperature sensor. The temperature may be controlled. Thereby, the temperature control accuracy of the projection optical system can be improved.
Next, the device manufacturing method according to the present invention is a device manufacturing method including a lithography process, and the pattern (R) is transferred to the photoreceptor (W) using the exposure apparatus of the present invention in the lithography process. . Since the imaging characteristics of the projection optical system are improved by applying the present invention, the device can be manufactured with higher accuracy.

本発明によれば、投影光学系の温度分布が空間的に不均一になった場合に、その温度分布がより均一になるようにその投影光学系の鏡筒の外面の温度を制御することによって、その投影光学系の結像特性の劣化を抑制することができる。
また、本発明によれば、投影光学系の温度分布を制御することによって、従来の投影光学系の結像特性の補正機構では補正が困難であった結像特性を補正できる場合がある。 According to the present invention, when the temperature distribution of the projection optical system becomes spatially non-uniform, the temperature of the outer surface of the barrel of the projection optical system is controlled so that the temperature distribution becomes more uniform. The deterioration of the imaging characteristics of the projection optical system can be suppressed.
In addition, according to the present invention, by controlling the temperature distribution of the projection optical system, there may be a case where the imaging characteristic, which is difficult to be corrected by the conventional imaging characteristic correction mechanism of the projection optical system, can be corrected.

以下、本発明の好ましい第１の実施形態につき図１〜図３を参照して説明する。
図１は、本例の露光装置としての走査露光型の投影露光装置を示し、この図１において、床面上に上部が開いた第１コラム１Ａが固定され、第１コラム１Ａ上に門型の第２コラム１Ｂが固定され、第１コラム１Ａの中央に投影光学系ＰＬが支持されている。投影光学系ＰＬは、レンズ等の光学部材が収納された鏡筒６と、この鏡筒６の側面に突き出たフランジ部７とを備え、このフランジ部７が第１コラム１Ａの上面に設置されている。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面（本例ではほぼ水平面に合致する）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。本例では、Ｙ軸に平行な方向（Ｙ方向）が走査露光時のレチクル及びウエハの走査方向である。 A preferred first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a scanning exposure type projection exposure apparatus as an exposure apparatus of the present example. In FIG. 1, a first column 1A having an open top is fixed on a floor surface, and a gate type is formed on the first column 1A. The second column 1B is fixed, and the projection optical system PL is supported at the center of the first column 1A. The projection optical system PL includes a lens barrel 6 in which an optical member such as a lens is accommodated, and a flange portion 7 protruding from a side surface of the lens barrel 6, and the flange portion 7 is installed on the upper surface of the first column 1A. ing. Hereinafter, the Z-axis is taken in parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, and the X-axis is made parallel to the paper surface of FIG. 1 within a plane perpendicular to the Z-axis (in this example, substantially coincides with the horizontal plane). A description will be given taking the Y axis perpendicular to the paper surface. In this example, the direction parallel to the Y axis (Y direction) is the reticle and wafer scanning direction during scanning exposure.

先ず、第１コラム１Ａの底面上に定盤２が設置され、定盤２上にウエハステージ３（第２ステージ）が移動自在に配置され、ウエハステージ３上に不図示のウエハホルダを介して、基板（第２物体又は感光体）としてのフォトレジストが塗布されたウエハＷが吸着保持されている。ウエハステージ３は、例えばリニアモータ方式でＹ方向にウエハＷを連続移動し、Ｘ方向及びＹ方向にウエハＷをステップ移動するとともに、ウエハＷの表面をオートフォーカス方式で投影光学系ＰＬの像面に合焦させるために、ウエハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）及び傾斜角を制御する。ウエハステージ３のＸＹ平面内での位置及び回転角は、ウエハステージ駆動系４内のレーザ干渉計によって計測されている。その計測値及び装置全体の動作を統轄制御する主制御系５からの制御情報に基づいて、ウエハステージ駆動系４は、ウエハステージ３の動作を制御する。   First, a surface plate 2 is installed on the bottom surface of the first column 1A, a wafer stage 3 (second stage) is movably disposed on the surface plate 2, and a wafer holder (not shown) is placed on the wafer stage 3 through a wafer holder 3 (not shown). A wafer W coated with a photoresist as a substrate (second object or photoconductor) is held by suction. The wafer stage 3 continuously moves the wafer W in the Y direction by, for example, a linear motor method, and step-moves the wafer W in the X direction and the Y direction, and the surface of the wafer W is imaged by the projection optical system PL by the autofocus method. In order to achieve focusing, the focus position (position in the Z direction) and the tilt angle of the wafer W are controlled. The position and rotation angle of the wafer stage 3 in the XY plane are measured by a laser interferometer in the wafer stage drive system 4. The wafer stage drive system 4 controls the operation of the wafer stage 3 based on the measurement value and control information from the main control system 5 that controls the overall operation of the apparatus.

また、第２コラム１Ｂの上面にレチクルステージ８（第１ステージ）が移動自在に配置され、レチクルステージ８上に、マスク（第１物体）としての転写用パターンが形成されたレチクルＲが吸着保持されている。レチクルステージ８は、例えばリニアモータ方式でＹ方向にレチクルＲを連続移動し、Ｘ方向、Ｙ方向、及び回転方向にレチクルＲの位置を微調整する。レチクルステージ８のＸＹ平面内での位置及び回転角はレチクルステージ駆動系９内のレーザ干渉計によって計測されている。その計測値及び主制御系５からの制御情報に基づいて、レチクルステージ駆動系９はレチクルステージ８の動作を制御する。   A reticle stage 8 (first stage) is movably disposed on the upper surface of the second column 1B, and a reticle R on which a transfer pattern as a mask (first object) is formed is held on the reticle stage 8 by suction. Has been. The reticle stage 8 continuously moves the reticle R in the Y direction by, for example, a linear motor method, and finely adjusts the position of the reticle R in the X direction, the Y direction, and the rotation direction. The position and rotation angle of the reticle stage 8 in the XY plane are measured by a laser interferometer in the reticle stage drive system 9. Based on the measured value and control information from the main control system 5, the reticle stage drive system 9 controls the operation of the reticle stage 8.

また、レチクルステージ８の上方に照明光学系１１が設置され、例えば第１コラム１Ａの側面の床面上に露光ビームとしての露光光ＩＬを発生する露光光源１０（説明の便宜上、第２コラム１Ｂの上方に図示されている。）が設置されている。露光光源１０としては、例えばＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）又はＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）のエキシマレーザ光源が使用できる。なお、露光光源として、Ｆ2 レーザ（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ2 レーザ（波長１４６ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高調波発生装置、固体レーザ（半導体レーザ等）の高調波発生装置、又は水銀ランプ等を使用する場合にも本発明を適用することができる。 In addition, an illumination optical system 11 is installed above the reticle stage 8, and for example, an exposure light source 10 that generates exposure light IL as an exposure beam on the floor surface of the side surface of the first column 1A (for convenience of explanation, the second column 1B). Is shown above). As the exposure light source 10, for example, an excimer laser light source of KrF (wavelength 248 nm) or ArF (wavelength 193 nm) can be used. As an exposure light source, an F 2 laser (wavelength 157 nm), a Kr 2 laser (wavelength 146 nm), a YAG laser harmonic generator, a solid-state laser (semiconductor laser, etc.) harmonic generator, a mercury lamp, or the like is used. The present invention can also be applied to cases.

また、照明光学系１１は、オプティカルインテグレータ・ユニット１２、光路折り曲げ用のミラー１３、及びメイン・コンデンサレンズ１４を含んでいる。オプティカルインテグレータ・ユニット１２は、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）としてのフライアイレンズ、その射出面に配置された可変開口絞り、リレーレンズ、視野絞り、及びサブ・コンデンサレンズ等から構成されている。その可変開口絞りは、通常の開口絞り、輪帯照明用の開口絞り、並びに光軸を挟むように離れた２つ及び４つの領域をそれぞれ露光光が通過する２極照明及び４極照明用の開口絞り等を切り換えることができる。   The illumination optical system 11 includes an optical integrator unit 12, an optical path bending mirror 13, and a main condenser lens 14. The optical integrator unit 12 includes a fly-eye lens as an optical integrator (a homogenizer or a homogenizer), a variable aperture stop arranged on its exit surface, a relay lens, a field stop, a sub condenser lens, and the like. The variable aperture stop is used for a normal aperture stop, an aperture stop for annular illumination, and for dipole illumination and quadrupole illumination in which the exposure light passes through two and four regions separated so as to sandwich the optical axis. An aperture stop or the like can be switched.

その開口絞りの射出面側に、反射率の低いビームスプリッタが配置され、このビームスプリッタで分岐された露光光の光量をモニタするための光電センサ（インテグレータセンサ）も設けられている。この光電センサの検出情報、及び上記の開口絞りの種類（２極照明等）の情報は、結像特性制御系１５（詳細後述）内の制御部１７に供給され、制御部１７は、その検出情報からウエハＷ上での露光光ＩＬの光量、及び投影光学系ＰＬ内に蓄積される露光光ＩＬのエネルギー量とその分布とを求める。例えば２極照明時には、投影光学系ＰＬの瞳面付近では、投影光学系ＰＬは例えばＸ方向及びＹ方向に細長い形状の回転非対称な領域でエネルギーが蓄積されて、回転非対称な温度分布が生じる。また、その光電センサの検出情報は、不図示の露光量制御系にも供給され、その光電センサの検出結果に基づいてウエハＷへの露光量が制御される。なお、オプティカルインテグレータとしては、フライアイレンズの他に内面反射型インテグレータ（例えばロッドインテグレータ）なども使用できる。   A beam splitter with low reflectivity is disposed on the exit surface side of the aperture stop, and a photoelectric sensor (integrator sensor) for monitoring the amount of exposure light branched by the beam splitter is also provided. The detection information of the photoelectric sensor and the information on the type of aperture stop (bipolar illumination, etc.) are supplied to the control unit 17 in the imaging characteristic control system 15 (details will be described later). From the information, the amount of the exposure light IL on the wafer W, the energy amount of the exposure light IL accumulated in the projection optical system PL, and its distribution are obtained. For example, during dipole illumination, in the vicinity of the pupil plane of the projection optical system PL, the projection optical system PL accumulates energy in, for example, a rotationally asymmetric region elongated in the X direction and the Y direction, and a rotationally asymmetric temperature distribution is generated. The detection information of the photoelectric sensor is also supplied to an exposure amount control system (not shown), and the exposure amount to the wafer W is controlled based on the detection result of the photoelectric sensor. In addition to the fly-eye lens, an internal reflection type integrator (for example, a rod integrator) can be used as the optical integrator.

露光時に、露光光源１０から射出された露光光ＩＬは、照明光学系１１を介してレチクルＲのパターン面（下面）のＸ方向に細長いスリット状の照明領域を均一な照度分布で照明する。そして、露光光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域内のパターンの像が投影光学系ＰＬを介して所定の投影倍率β（βは例えば１／４，１／５等）で、ウエハＷ上の１つのショット領域のスリット状の露光領域に投影される。本例の投影光学系ＰＬは、例えば屈折系である。投影光学系ＰＬとしてはその他に、例えば国際公開公報(WO) 00/39623 号に開示されている直筒型の反射屈折系や、例えば特開２０００−４７１１４号公報に開示されている、互いに交差する光軸を持つ複数の光学系よりなる反射屈折系等も使用できる。   At the time of exposure, the exposure light IL emitted from the exposure light source 10 illuminates a slit-like illumination area elongated in the X direction on the pattern surface (lower surface) of the reticle R with a uniform illuminance distribution via the illumination optical system 11. Then, under the exposure light IL, an image of the pattern in the illumination area of the reticle R is projected through the projection optical system PL at a predetermined projection magnification β (β is, for example, 1/4, 1/5, etc.) and the wafer W It is projected onto the slit-shaped exposure area of the upper one shot area. The projection optical system PL of this example is a refractive system, for example. In addition, as the projection optical system PL, for example, a straight cylindrical catadioptric system disclosed in, for example, International Publication (WO) 00/39623, or disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-47114, crosses each other. A catadioptric system composed of a plurality of optical systems having an optical axis can also be used.

ウエハＷへの露光時には、先ず不図示のアライメントセンサを用いて、ウエハＷのアライメントが行われる。その後、ウエハＷ上の１つのショット領域を走査露光するために、レチクルＲ上の照明領域へ露光光ＩＬを照射した状態で、レチクルステージ８を介してレチクルＲを＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に速度ＶＲで移動するのに同期して、ウエハステージ３を介してウエハＷが対応するＹ方向に速度β・ＶＲ（βは投影倍率）で移動する。そのショット領域への走査露光が終了すると、ウエハステージ３のＸ方向、Ｙ方向へ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する。以下、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターン像が転写される。   When the wafer W is exposed, the wafer W is first aligned using an alignment sensor (not shown). Thereafter, in order to scan and expose one shot area on the wafer W, the reticle R is moved through the reticle stage 8 in the + Y direction (or −Y direction) in a state where the illumination area on the reticle R is irradiated with the exposure light IL. In synchronization with the movement at the velocity VR, the wafer W moves in the corresponding Y direction via the wafer stage 3 at the velocity β · VR (β is the projection magnification). When the scanning exposure to the shot area is completed, the next shot area is moved to the scanning start position by step movement of the wafer stage 3 in the X direction and the Y direction. Thereafter, the pattern image of the reticle R is transferred to each shot area on the wafer W by the step-and-scan method.

さて、露光を継続すると、投影光学系ＰＬを通過する露光光ＩＬの一部のエネルギーの蓄積や投影光学系ＰＬの周囲の温度等の環境条件の変化によって、投影光学系ＰＬの結像特性が次第に変化する。更に、従来の結像特性の補正機構では補正が困難な結像特性は、微小量ではあるが、露光開始前から或る程度は残存している場合もあり得る。そこで、本例の投影露光装置には、投影光学系ＰＬの結像特性を補正するための第１、第２、及び第３の補正機構が備えられている。以下、それらの補正機構について詳細に説明する。   Now, if the exposure is continued, the imaging characteristics of the projection optical system PL are changed due to changes in environmental conditions such as the accumulation of a part of the energy of the exposure light IL passing through the projection optical system PL and the ambient temperature of the projection optical system PL. It changes gradually. Further, the imaging characteristics that are difficult to be corrected by the conventional imaging characteristics correction mechanism are minute amounts, but may remain to some extent before the start of exposure. Therefore, the projection exposure apparatus of this example is provided with first, second, and third correction mechanisms for correcting the imaging characteristics of the projection optical system PL. Hereinafter, these correction mechanisms will be described in detail.

先ず、投影光学系ＰＬの側面付近に、気圧計及び温度計を含む環境センサ１６が設置され、この環境センサ１６で計測される気圧及び温度の情報が結像特性制御系１５内のコンピュータよりなる制御部１７に供給されている。環境センサ１６内の温度計は、実際には投影光学系ＰＬの周囲に複数個配置されており、制御部１７は、投影光学系ＰＬの周囲の温度分布を検出することができる。また、上述のように、制御部１７は、投影光学系ＰＬに蓄積される露光光ＩＬのエネルギー量及びその分布も検出することができる。   First, an environmental sensor 16 including a barometer and a thermometer is installed near the side surface of the projection optical system PL, and information on atmospheric pressure and temperature measured by the environmental sensor 16 is formed by a computer in the imaging characteristic control system 15. It is supplied to the control unit 17. A plurality of thermometers in the environment sensor 16 are actually arranged around the projection optical system PL, and the control unit 17 can detect the temperature distribution around the projection optical system PL. Further, as described above, the control unit 17 can also detect the energy amount and distribution of the exposure light IL accumulated in the projection optical system PL.

制御部１７は、そのように検出される投影光学系ＰＬの周囲の気圧、温度分布、並びに投影光学系ＰＬ内に蓄積されるエネルギー量及びその分布に基づいて、投影光学系ＰＬの結像特性の変化量を算出する。そのように変化する結像特性には、投影光学系ＰＬ内の光学素子の駆動で補正できる収差と、それでは補正できない収差である残存収差とがある。また、その残存収差の中で、露光開始時点から或る程度の量で存在するものがある場合には、そのように始めから存在する残存収差の情報も制御部１７内に記憶されている。投影光学系ＰＬ内の光学素子の駆動で補正できる収差の補正量の情報は、レンズ駆動部１８に供給される。   Based on the atmospheric pressure and temperature distribution around the projection optical system PL thus detected, the amount of energy accumulated in the projection optical system PL, and the distribution thereof, the control unit 17 forms the imaging characteristics of the projection optical system PL. The amount of change is calculated. The imaging characteristics that change in this way include an aberration that can be corrected by driving an optical element in the projection optical system PL and a residual aberration that cannot be corrected by that. In addition, when there is a residual aberration in a certain amount from the exposure start time, information on the residual aberration existing from the beginning is also stored in the control unit 17. Information on the correction amount of the aberration that can be corrected by driving the optical element in the projection optical system PL is supplied to the lens driving unit 18.

そして、投影光学系ＰＬ内において、例えばレンズ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃが駆動可能に構成されている。即ち、レンズ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃは、それぞれレンズ枠２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ内に保持され、レンズ枠２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃは、それぞれ鏡筒６に対して３個のＺ方向に伸縮自在のピエゾ素子等の駆動素子２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃを介して支持されている。例えば駆動素子２３Ａは、光軸ＡＸの周りにほぼ１２０°間隔で３箇所に配置されており、他の駆動素子２３Ｂ，２３Ｃも同様である。結像特性制御系１５内のレンズ駆動部１８が、駆動素子２３Ａ〜２３Ｃの駆動量を制御することによって、３枚のレンズ２１Ａ〜２１Ｃをそれぞれ光軸ＡＸに沿って移動できるとともに、Ｘ軸及びＹ軸に平行な軸の周りに傾斜させることができる。レンズ駆動部１８は、制御部１７から指示された収差を補正するように、レンズ２１Ａ〜２１Ｃを駆動する。これによって、例えばディストーション等の収差を補正することができる。本例では、レンズ２１Ａ〜２１Ｃ、駆動素子２３Ａ〜２３Ｃ、及びレンズ駆動部１８を含んで、従来型の結像特性の補正装置（第１の補正装置）が構成されている。なお、この従来型の結像特性の補正装置のより詳細な動作及び構成は、例えば特開平４−１３４８１３号公報に開示されている。   In the projection optical system PL, for example, lenses 21A, 21B, and 21C are configured to be drivable. That is, the lenses 21A, 21B, and 21C are respectively held in the lens frames 22A, 22B, and 22C, and the lens frames 22A, 22B, and 22C are each three piezo elements that are extendable in the Z direction with respect to the lens barrel 6. Are supported via drive elements 23A, 23B, and 23C. For example, the drive elements 23A are arranged at three locations around the optical axis AX at intervals of approximately 120 °, and the other drive elements 23B and 23C are the same. The lens drive unit 18 in the imaging characteristic control system 15 controls the drive amounts of the drive elements 23A to 23C, so that the three lenses 21A to 21C can be moved along the optical axis AX. It can be tilted around an axis parallel to the Y axis. The lens driving unit 18 drives the lenses 21A to 21C so as to correct the aberration instructed from the control unit 17. Thereby, for example, aberrations such as distortion can be corrected. In this example, a conventional imaging characteristic correction device (first correction device) is configured including the lenses 21A to 21C, the driving elements 23A to 23C, and the lens driving unit 18. A more detailed operation and configuration of this conventional image forming characteristic correction device is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-134814.

次に、投影光学系ＰＬ内の光学素子の駆動では補正できない残存収差については、本例では投影光学系ＰＬの全体としての温度上昇を抑制することによって予めできるだけ発生しないようにするとともに、投影光学系ＰＬ内の温度分布の不均一性によって発生する残存収差（例えば非点収差）については、対応する可変の温度制御によって補正する。そのために、投影光学系ＰＬのフランジ部７の周囲を囲むように配管２４が設けられ、配管２４内を温度制御された流体媒体としての液体（例えば冷媒）が循環している。配管２４は、フランジ部７の表面に設けられた凸の支持部２６によって、落ちないように支持されている。その液体としては、例えば純水、ハイドロフロロエーテル（ＨＦＥ）、又はフッ素系不活性液体（例えばフロリナート（米国スリーエム社の商品名）が使用できる）等が使用できるが、環境的には例えば純水が望ましい。また、その配管２４中に熱交換器２５Ａが連結され、熱交換器２５Ａはフランジ部７の側面に大きな接触面積（熱接触面積）で密着して固定されている。熱交換器２５Ａは、例えばアルミニウムや銅のような熱伝導率の良好な金属で形成された箱状部材であり、その内部をその液体が流れる構造である。   Next, in this example, the residual aberration that cannot be corrected by driving the optical elements in the projection optical system PL is prevented from occurring as much as possible by suppressing the temperature increase of the projection optical system PL as a whole, and the projection optics. Residual aberrations (for example, astigmatism) caused by non-uniform temperature distribution in the system PL are corrected by corresponding variable temperature control. For this purpose, a pipe 24 is provided so as to surround the periphery of the flange portion 7 of the projection optical system PL, and a liquid (for example, a refrigerant) as a fluid medium whose temperature is controlled circulates in the pipe 24. The pipe 24 is supported by a convex support part 26 provided on the surface of the flange part 7 so as not to fall. As the liquid, for example, pure water, hydrofluoroether (HFE), or a fluorine-based inert liquid (for example, Fluorinert (trade name of 3M, USA)) can be used. Is desirable. Further, a heat exchanger 25A is connected in the pipe 24, and the heat exchanger 25A is fixed in close contact with the side surface of the flange portion 7 with a large contact area (thermal contact area). The heat exchanger 25A is a box-shaped member made of a metal having good thermal conductivity such as aluminum or copper, and has a structure in which the liquid flows inside.

図２は、図１のＡＡ線に沿う断面図であり、この図２に示すように、フランジ部７の＋Ｙ方向の側面には熱交換器２５Ａに対向するように、別の同一構成の熱交換器２５Ｂも大きな接触面積で密着するように固定されている。そして、図１の配管２４は、実際には３つの配管２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃから構成され、液体の温度を所定温度に制御する液体温度制御装置２７から排出された温度制御された液体は、配管２４Ａ、熱交換器２５Ａ、配管２４Ｂ、熱交換器２５Ｂ、及び配管２４Ｃを介して液体温度制御装置２７に回収されている。液体温度制御装置２７、配管２４Ａ〜２４Ｃ、及び熱交換器２５Ａ，２５Ｂから、投影光学系ＰＬの鏡筒６に対して固定的に設置されて、投影光学系ＰＬの全体としての温度上昇を抑制するための「液体温調系」が構成されている。この液体温調系は、結像特性の第２の補正機構とも呼ぶことができる。   FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1. As shown in FIG. 2, the side surface in the + Y direction of the flange portion 7 has a heat of another identical configuration so as to face the heat exchanger 25A. The exchanger 25B is also fixed in close contact with a large contact area. 1 is actually composed of three pipes 24A, 24B, and 24C, and the temperature-controlled liquid discharged from the liquid temperature control device 27 that controls the temperature of the liquid to a predetermined temperature is the pipe. 24A, the heat exchanger 25A, the pipe 24B, the heat exchanger 25B, and the pipe 24C are collected in the liquid temperature control device 27. The liquid temperature control device 27, the pipes 24A to 24C, and the heat exchangers 25A and 25B are fixedly installed with respect to the lens barrel 6 of the projection optical system PL to suppress the temperature rise of the projection optical system PL as a whole. “Liquid temperature control system” is configured. This liquid temperature control system can also be called a second correction mechanism for imaging characteristics.

主に露光光ＩＬに起因する投影光学系ＰＬの鏡筒６内の熱エネルギーは、フランジ部７及び熱交換器２５Ａ，２５Ｂを介して配管２４Ａ〜２４Ｃ中を流れる液体に効率的に伝達されて、投影光学系ＰＬの温度上昇が抑制される。なお、熱交換器２５Ａと同様の全部で４個の熱交換器を、フランジ部７を光軸ＡＸの周りにほぼ等角度間隔で囲むように設けてもよい。これによって、投影光学系ＰＬの全体としての温度上昇が抑制される。   The thermal energy in the lens barrel 6 of the projection optical system PL mainly due to the exposure light IL is efficiently transmitted to the liquid flowing in the pipes 24A to 24C via the flange portion 7 and the heat exchangers 25A and 25B. The temperature rise of the projection optical system PL is suppressed. Note that a total of four heat exchangers similar to the heat exchanger 25A may be provided so as to surround the flange portion 7 around the optical axis AX at substantially equal angular intervals. Thereby, the temperature rise of the projection optical system PL as a whole is suppressed.

更に、投影光学系ＰＬの鏡筒６の外面に密着するように、光軸ＡＸの周りにほぼ等角度間隔で８個の加熱装置２８Ａ〜２８Ｈ（吸発熱部）が装着されている。これらの加熱装置２８Ａ〜２８Ｈの単位時間当たりの発熱量は、図１の結像特性制御系１５内のヒータ制御電源１９（駆動部）によって制御されている。加熱装置２８Ａ〜２８Ｈ及びヒータ制御電源１９が、温度制御装置に対応している。また、加熱装置２８Ａ〜２８Ｈ、ヒータ制御電源１９、及び制御部１７からなる制御機構は、結像特性の第３の補正機構とも呼ぶことができる。そして、制御部１７の制御のもとで、ヒータ制御電源１９は、一例として投影光学系ＰＬ内の温度分布ができるだけ均一になるように、加熱装置２８Ａ〜２８Ｈから選択された１つ又は複数個の加熱装置でそれぞれ単位時間当たりに目標とする熱量を発生させる。なお、加熱装置２８Ａ〜２８Ｈ（吸発熱部）の個数及び配置は、投影光学系ＰＬ内で発生する温度分布の不均一性に応じて定められるものであり、その個数は１個以上の任意の個数が考えられるとともに、その配置も任意の配置が可能である。   Furthermore, eight heating devices 28A to 28H (heat absorption and heating portions) are mounted around the optical axis AX at substantially equal angular intervals so as to be in close contact with the outer surface of the lens barrel 6 of the projection optical system PL. The amount of heat generated per unit time of these heating devices 28A to 28H is controlled by a heater control power source 19 (drive unit) in the imaging characteristic control system 15 of FIG. The heating devices 28A to 28H and the heater control power source 19 correspond to the temperature control device. The control mechanism including the heating devices 28A to 28H, the heater control power source 19, and the control unit 17 can also be called a third correction mechanism for imaging characteristics. Then, under the control of the control unit 17, the heater control power source 19 is, for example, one or more selected from the heating devices 28 </ b> A to 28 </ b> H so that the temperature distribution in the projection optical system PL is as uniform as possible. Each of the heating devices generates a target amount of heat per unit time. In addition, the number and arrangement of the heating devices 28A to 28H (absorption and generation units) are determined according to the non-uniformity of the temperature distribution generated in the projection optical system PL, and the number is one or more arbitrary The number can be considered and the arrangement can be arbitrarily arranged.

図３は、図２中の加熱装置２８Ａを示す拡大断面図であり、本例の投影光学系ＰＬの鏡筒６は、鉄又は他の磁性体より形成されているものとする。図３において、鏡筒６の外面に、一方の端部が開いた箱状のカバー２９が、その開放端が密着するように装着されている。カバー２９は、鉄やその他の磁性体で形成されてヨークとしても使用される。カバー２９の内面に矢印Ａの方向（鏡筒６の外面の法線方向）に磁化された永久磁石よりなる磁石３３が、磁力によって密着している。そして、磁石３３の表面に、矢印Ａの方向と平行な矢印Ｂの方向に付勢力を発生する板ばね３２を介してヒータ３１が装着され、ヒータ３１と鏡筒６との間に、ヒータ３１と鏡筒６との間の熱伝導性及び密着性を高めるために、熱伝導率が良好で可撓性の良好な部材であるグラファイトシート３０が配置されている。カバー２９、磁石３３、板ばね３２、ヒータ３１、及びグラファイトシート３０から加熱装置２８Ａが構成されている。なお、グラファイトシート３０を省略して、ヒータ３１を直接に鏡筒６の外面に密着させてもよい。   FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing the heating device 28A in FIG. 2, and it is assumed that the lens barrel 6 of the projection optical system PL of this example is made of iron or another magnetic material. In FIG. 3, a box-like cover 29 having one end opened on the outer surface of the lens barrel 6 is mounted so that its open end is in close contact. The cover 29 is made of iron or other magnetic material and is also used as a yoke. A magnet 33 made of a permanent magnet magnetized in the direction of arrow A (the normal direction of the outer surface of the lens barrel 6) is in close contact with the inner surface of the cover 29 by magnetic force. A heater 31 is mounted on the surface of the magnet 33 via a leaf spring 32 that generates a biasing force in the direction of arrow B parallel to the direction of arrow A, and between the heater 31 and the lens barrel 6, the heater 31 is mounted. In order to enhance the thermal conductivity and adhesion between the lens barrel 6 and the lens barrel 6, a graphite sheet 30 which is a member having good thermal conductivity and good flexibility is disposed. The cover 29, the magnet 33, the leaf spring 32, the heater 31, and the graphite sheet 30 constitute a heating device 28A. Note that the graphite sheet 30 may be omitted and the heater 31 may be directly attached to the outer surface of the lens barrel 6.

この構成において、磁石３３の磁束はヨークとしてのカバー２９を介して、効率的にカバー２９と鏡筒６との接触部に集中するため、磁石３３の磁力によってカバー２９は鏡筒６の外面に吸着されて固定される。また、カバー２９は、作業者が鏡筒６の外面から容易に取り外すことも可能である。即ち、加熱装置２８Ａ（カバー２９）は、鏡筒６の外面に着脱自在又は移動自在に設けられているため、加熱装置２８Ａは必要に応じて鏡筒６の外面のどの位置にも移動することができる。また、板ばね３２の付勢力によって、ヒータ３１及びグラファイトシート３０は、磁石３３から鏡筒６側に押し付けられ、ヒータ３１はグラファイトシート３０を介して鏡筒６の外面に密着している。   In this configuration, since the magnetic flux of the magnet 33 is efficiently concentrated on the contact portion between the cover 29 and the lens barrel 6 via the cover 29 as a yoke, the cover 29 is brought to the outer surface of the lens barrel 6 by the magnetic force of the magnet 33. Adsorbed and fixed. Further, the cover 29 can be easily removed from the outer surface of the lens barrel 6 by an operator. That is, since the heating device 28A (cover 29) is detachably or movably provided on the outer surface of the lens barrel 6, the heating device 28A moves to any position on the outer surface of the lens barrel 6 as necessary. Can do. Further, the heater 31 and the graphite sheet 30 are pressed against the lens barrel 6 side from the magnet 33 by the urging force of the leaf spring 32, and the heater 31 is in close contact with the outer surface of the lens barrel 6 through the graphite sheet 30.

また、ヒータ３１は、電気的な抵抗体をアルミナのような絶縁性材料で被覆した構造をもつヒータであり、ヒータ３１の抵抗体にリード線３５を介して、結像特性制御系１５内のヒータ制御電源１９から電圧が加えられている。ヒータ３１を構成する抵抗体に関しては、発熱量の制御が可能で、半恒久的に動作可能で、有害なガス等を発生しないものが望ましい。具体的に、ヒータ３１としては、白金系薄膜抵抗体を焼結アルミナ板（絶縁体）で封じたものを用いていることができる。その抵抗体は、直流又は交流のどちらで駆動しても良いが、発熱量を制御するために、入力パワーを制御できるように構成される。本例では、その抵抗体の抵抗値が比較的安定な温度領域で使用するために、その抵抗体（ヒータ３１）は定電圧駆動を行うこととする。   The heater 31 is a heater having a structure in which an electrical resistor is covered with an insulating material such as alumina. The resistor 31 of the heater 31 is connected to the resistor 31 of the imaging characteristic control system 15 via a lead wire 35. A voltage is applied from the heater control power source 19. Regarding the resistor constituting the heater 31, it is desirable to be able to control the amount of heat generation, operate semi-permanently, and generate no harmful gas or the like. Specifically, as the heater 31, a platinum thin film resistor sealed with a sintered alumina plate (insulator) can be used. The resistor may be driven by either direct current or alternating current, but is configured such that the input power can be controlled in order to control the amount of heat generated. In this example, since the resistance value of the resistor is used in a temperature range where the resistance value is relatively stable, the resistor (heater 31) is driven at a constant voltage.

このように本例の加熱装置２８Ａは、その内部のヒータ３１が鏡筒６の外面に実質的に密着して配置され、かつヒータ３１の発熱量はヒータ制御電源１９によって容易に制御できるため、加熱装置２８Ａによって鏡筒６の外面の所望の位置を所望のタイミングで、かつ所望の熱量（単位時間当たりの熱量）で加熱することができる。他の加熱装置２８Ｂ〜２８Ｈも加熱装置２８Ａと同様に構成されている。   Thus, in the heating device 28A of this example, the heater 31 inside thereof is arranged in close contact with the outer surface of the lens barrel 6, and the amount of heat generated by the heater 31 can be easily controlled by the heater control power source 19. The heating device 28A can heat a desired position on the outer surface of the lens barrel 6 at a desired timing and with a desired amount of heat (amount of heat per unit time). The other heating devices 28B to 28H are configured similarly to the heating device 28A.

なお、本例では磁石３３を用いて加熱装置２８Ａ〜２８Ｈを鏡筒６の外面に固定しているが、磁石３３以外に加熱装置２８Ａ〜２８Ｈを鏡筒６の外面に安定に、又は半恒久的に固定できる部材であれば、何でも使用することができる。例えば、加熱装置２８Ａ〜２８Ｈは、固定ねじによる固定、又は粘着テープによる固定等によって、鏡筒６の外面に固定してもよい。   In this example, the heating devices 28A to 28H are fixed to the outer surface of the lens barrel 6 by using the magnet 33, but the heating devices 28A to 28H other than the magnet 33 are stably or semi-permanently provided to the outer surface of the lens barrel 6. Any member can be used as long as it can be fixed. For example, the heating devices 28A to 28H may be fixed to the outer surface of the lens barrel 6 by fixing with a fixing screw, fixing with an adhesive tape, or the like.

次に、本例において、図１の投影光学系ＰＬ内の光学素子の駆動では補正できないとともに、投影光学系ＰＬ内の温度分布の不均一性によって発生する残存収差を補正する動作の一例につき説明する。この場合、図１の制御部１７では、環境センサ１６を介して検出される投影光学系ＰＬの周囲の温度分布、及び投影光学系ＰＬ内に蓄積される露光光ＩＬのエネルギー量及びその分布に基づいて、投影光学系ＰＬ内の温度分布の変化を露光時間の経過とともに所定のサンプリングレートで計算する。この際に、図２の温度制御された液体を用いる熱交換器２５Ａ，２５Ｂ等による温度安定化の効果も当然に考慮される。   Next, in this example, an example of an operation that cannot be corrected by driving the optical element in the projection optical system PL of FIG. 1 and that corrects residual aberration caused by the nonuniformity of the temperature distribution in the projection optical system PL will be described. To do. In this case, the control unit 17 in FIG. 1 determines the temperature distribution around the projection optical system PL detected via the environment sensor 16 and the energy amount and distribution of the exposure light IL accumulated in the projection optical system PL. Based on this, a change in the temperature distribution in the projection optical system PL is calculated at a predetermined sampling rate as the exposure time elapses. At this time, the effect of temperature stabilization by the heat exchangers 25A, 25B using the temperature controlled liquid of FIG. 2 is naturally taken into consideration.

その結果、図２において、例えば投影光学系ＰＬ内の加熱装置２８Ａ〜２８Ｈが設置されている付近の光学部材において、光軸ＡＸを通りＹ軸に平行なスリット状の領域の温度が他の領域よりもΔＴだけ高くなっていることが分かったと仮定する。この場合、図１の制御部１７はヒータ制御電源１９に対して、投影光学系ＰＬの鏡筒６の＋Ｘ方向及び−Ｘ方向の端部の温度をΔＴだけ高めるように制御情報を発する。これに応じて、ヒータ制御電源１９では、加熱装置２８Ａ〜２８Ｈの内で−Ｘ方向及び＋Ｘ方向の端部の２つの加熱装置２８Ａ及び２８Ｅのみに所定時間だけ、所定熱量を発生させる。これによって、加熱装置２８Ａ及び２８Ｅに接触する鏡筒６の部分の温度が上昇し、温度分布の等温線３４Ａ及び３４Ｅで示すように、内部の光学部材の温度が−Ｘ方向及び＋Ｘ方向の端部でも上昇する。従って、その光学部材の温度分布は均一な状態に近づいて、屈折率の分布が均一になり、微妙な形状の変形も抑制される。この結果、投影光学系ＰＬ内の温度分布の不均一性によって発生していた残存収差は実質的に補正されて、投影光学系ＰＬの結像特性は向上する。   As a result, in FIG. 2, for example, in the optical member near the heating devices 28 </ b> A to 28 </ b> H in the projection optical system PL, the temperature of the slit-like region passing through the optical axis AX and parallel to the Y axis is other region. Suppose that it is found that it is higher by ΔT. In this case, the control unit 17 in FIG. 1 issues control information to the heater control power source 19 so as to increase the temperatures of the end portions in the + X direction and the −X direction of the lens barrel 6 of the projection optical system PL by ΔT. In response to this, the heater control power source 19 generates a predetermined amount of heat for only a predetermined time only in the two heating devices 28A and 28E at the end portions in the −X direction and the + X direction among the heating devices 28A to 28H. As a result, the temperature of the portion of the lens barrel 6 that contacts the heating devices 28A and 28E rises, and the temperature of the internal optical member becomes the end in the −X direction and the + X direction, as indicated by the isotherms 34A and 34E of the temperature distribution. Also rise in the department. Therefore, the temperature distribution of the optical member approaches a uniform state, the refractive index distribution becomes uniform, and subtle deformation of the shape is suppressed. As a result, the residual aberration caused by the non-uniformity of the temperature distribution in the projection optical system PL is substantially corrected, and the imaging characteristics of the projection optical system PL are improved.

この場合、本例では、投影光学系ＰＬの鏡筒６の外面の周囲の８箇所に加熱装置２８Ａ〜２８Ｈが配置されているため、投影光学系ＰＬ内の種々の不均一な温度分布を加熱装置２８Ａ〜２８Ｈによって均一な分布に近づけることができる。従って、投影露光装置が使用される種々の条件下でそれぞれ良好な結像特性を得ることができる。
また、このように鏡筒６の外面に加熱装置２８Ａ〜２８Ｈを装着することは容易に実施できるため、例えば既に半導体製造工場等に設置してある投影露光装置に対しても、容易にその加熱装置２８Ａ〜２８Ｈを含む温度制御装置を設置して、結像特性を向上させることができる。また、鏡筒６の外面から加熱する場合には、内部での温度変化が比較的緩慢であるため、投影光学系ＰＬ内の光学部材の温度が急激に変化することによる悪影響を回避できる場合がある。 In this case, in this example, since the heating devices 28A to 28H are arranged at eight locations around the outer surface of the lens barrel 6 of the projection optical system PL, various non-uniform temperature distributions in the projection optical system PL are heated. A uniform distribution can be obtained by the devices 28A to 28H. Accordingly, good imaging characteristics can be obtained under various conditions in which the projection exposure apparatus is used.
Further, since it is possible to easily mount the heating devices 28A to 28H on the outer surface of the lens barrel 6 in this manner, for example, even for a projection exposure apparatus already installed in a semiconductor manufacturing factory or the like, the heating device 28A to 28H can be easily heated. A temperature control device including the devices 28A to 28H can be installed to improve the imaging characteristics. Further, when heating from the outer surface of the lens barrel 6, since the temperature change inside is relatively slow, there is a case where an adverse effect due to a sudden change in the temperature of the optical member in the projection optical system PL may be avoided. is there.

なお、上記の実施形態では、投影光学系ＰＬ内の温度分布が均一になるような制御を行っていた。しかしながら、例えば露光開始時点から非点収差等の残存収差が存在する場合には、加熱装置２８Ａ〜２８Ｈの加熱量を制御して、投影光学系ＰＬ内の温度分布をあえて回転非対称にして、その残存収差を補正するような制御も可能である。更に、投影光学系ＰＬの光学素子の駆動では補正できない残存収差のみならず、それらの光学素子の駆動によって補正できる収差のうちで、加熱装置２８Ａ〜２８Ｈの加熱によって補正できる収差がある場合には、そのような収差を加熱装置２８Ａ〜２８Ｈの加熱によって積極的に補正しても良い。これによって、投影光学系ＰＬの光学素子の駆動機構を簡略化できる可能性がある。   In the above embodiment, control is performed so that the temperature distribution in the projection optical system PL is uniform. However, for example, when there is residual aberration such as astigmatism from the start of exposure, the heating amount of the heating devices 28A to 28H is controlled to make the temperature distribution in the projection optical system PL rotationally asymmetric. Control that corrects the residual aberration is also possible. Furthermore, not only residual aberrations that cannot be corrected by driving the optical elements of the projection optical system PL, but also aberrations that can be corrected by heating of the heating devices 28A to 28H among aberrations that can be corrected by driving these optical elements. Such aberration may be positively corrected by heating the heating devices 28A to 28H. Thereby, there is a possibility that the drive mechanism of the optical element of the projection optical system PL can be simplified.

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態につき図４を参照して説明する。本例は、第１の実施形態に対して温度センサを加えたものであり、図４において、図１に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。
図４は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図４において、投影光学系ＰＬの鏡筒６の外面に光軸ＡＸの周りにほぼ等角度間隔で８個の加熱装置が密着するように配置されている。以下では、その８個の加熱装置を図４に現れている５個の加熱装置２８Ａ〜２８Ｅで代表して説明する。それらの加熱装置２８Ａ〜２８Ｅ（吸発熱部）の発熱量は結像特性制御系１５内のヒータ制御電源１９（駆動部）によって制御される。 [Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this example, a temperature sensor is added to the first embodiment. In FIG. 4, portions corresponding to those in FIG.
FIG. 4 shows a schematic configuration of the projection exposure apparatus of this example. In FIG. 4, eight heating devices are closely attached to the outer surface of the lens barrel 6 of the projection optical system PL at substantially equal angular intervals around the optical axis AX. Are arranged to be. Hereinafter, the eight heating devices will be described by using the five heating devices 28A to 28E appearing in FIG. The amount of heat generated by the heating devices 28 </ b> A to 28 </ b> E (absorbing and generating unit) is controlled by a heater control power source 19 (driving unit) in the imaging characteristic control system 15.

また、加熱装置２８Ａ〜２８Ｅの近傍の鏡筒６の外面にそれぞれ温度センサ３６Ａ〜３６Ｅが固定され、温度センサ３６Ａ〜３６Ｅの検出信号を温度検出回路２０で処理することによって、温度検出回路２０は温度センサ３６Ａ〜３６Ｅが設置されている鏡筒６の外面の位置での温度をそれぞれ検出する。この場合、温度センサ３６Ａ〜３６Ｅとして、本例ではサーミスタを用いている。なお、温度センサ３６Ａ〜３６Ｅとして、その他の熱伝対又は半導体等の温度センサも使用できる。   Further, the temperature sensors 36A to 36E are respectively fixed to the outer surfaces of the lens barrel 6 in the vicinity of the heating devices 28A to 28E, and the temperature detection circuit 20 processes the detection signals of the temperature sensors 36A to 36E. The temperature at the position of the outer surface of the lens barrel 6 in which the temperature sensors 36A to 36E are installed is detected. In this case, the thermistors are used in this example as the temperature sensors 36A to 36E. As the temperature sensors 36A to 36E, other thermocouples or temperature sensors such as semiconductors can be used.

検出された鏡筒６の外面の加熱装置２８Ａ〜２８Ｈの近傍での温度の情報は、制御部１７に供給される。制御部１７は、投影光学系ＰＬの周囲の温度分布、投影光学系ＰＬを通過する露光光ＩＬのエネルギー量（分布を含む）、及び温度センサ３６Ａ〜３６Ｅの検出結果に基づいて、例えば投影光学系ＰＬ内の温度分布の不均一性によって発生する収差を補正するために、ヒータ制御電源１９を介して加熱装置２８Ａ〜２８Ｅを駆動する。本例の結像特性制御系１５は、レンズ駆動部１８、制御部１７、ヒータ制御電源１９、及び温度検出回路２０より構成されている。また、加熱装置２８Ａ〜２８Ｈ、ヒータ制御電源１９、温度センサ３６Ａ〜３６Ｅ、温度検出回路２０、及び制御部１７が全体として温度制御装置に対応している。この他の構成は、第１の実施形態と同様である。   The detected temperature information in the vicinity of the heating devices 28 </ b> A to 28 </ b> H on the outer surface of the lens barrel 6 is supplied to the control unit 17. Based on the temperature distribution around the projection optical system PL, the energy amount (including the distribution) of the exposure light IL that passes through the projection optical system PL, and the detection results of the temperature sensors 36A to 36E, the control unit 17 performs, for example, projection optics. In order to correct the aberration caused by the temperature distribution non-uniformity in the system PL, the heating devices 28A to 28E are driven via the heater control power source 19. The imaging characteristic control system 15 of this example includes a lens driving unit 18, a control unit 17, a heater control power source 19, and a temperature detection circuit 20. Further, the heating devices 28A to 28H, the heater control power supply 19, the temperature sensors 36A to 36E, the temperature detection circuit 20, and the control unit 17 correspond to the temperature control device as a whole. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

本例においては、加熱装置２８Ａ〜２８Ｅ近傍の鏡筒６の外面にそれぞれ温度センサ３６Ａ〜３６Ｅが配置されているため、最も簡単な制御方法としては、加熱装置２８Ａ〜２８Ｅによって設定される鏡筒６の外面の温度がそれぞれ目標とする温度に達したかどうかを温度センサ３６Ａ〜３６Ｅの検出結果によって確認する方法がある。これによって、加熱装置２８Ａ〜２８Ｅによる投影光学系ＰＬの温度制御精度が向上する。また、第２の制御方法として、温度センサ３６Ａ〜３６Ｅで検出される温度がほぼ同じレベルとなるように加熱装置２８Ａ〜２８Ｅを駆動してもよい。具体的に、例えば中央の温度センサ３６Ｃで検出される温度が最も高い場合には、その近傍の加熱装置２８Ｃはオフにして、その他の加熱装置２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｄ，２８Ｅのみで必要最小限の発熱を行わせて、温度センサ３６Ａ〜３６Ｅの全部の検出結果がほぼ同じになるようにすればよい。これによって、投影光学系ＰＬ内の温度分布もほぼ均一になるとみなせるため、温度分布の不均一性に起因する残存収差は小さくなる。   In this example, since the temperature sensors 36A to 36E are respectively arranged on the outer surfaces of the lens barrel 6 in the vicinity of the heating devices 28A to 28E, the simplest control method is the lens barrel set by the heating devices 28A to 28E. There is a method of confirming whether the temperature of the outer surface 6 has reached the target temperature by the detection results of the temperature sensors 36A to 36E. Thereby, the temperature control accuracy of the projection optical system PL by the heating devices 28A to 28E is improved. As a second control method, the heating devices 28A to 28E may be driven so that the temperatures detected by the temperature sensors 36A to 36E are approximately the same level. Specifically, for example, when the temperature detected by the temperature sensor 36C at the center is the highest, the heating device 28C in the vicinity thereof is turned off, and the minimum necessary only by the other heating devices 28A, 28B, 28D, 28E. Heat generation is performed so that all the detection results of the temperature sensors 36A to 36E are substantially the same. As a result, the temperature distribution in the projection optical system PL can be considered to be substantially uniform, so that the residual aberration due to the non-uniformity of the temperature distribution is reduced.

また、第３の制御方法として、制御部１７では、先ず投影光学系ＰＬの周囲の温度分布、及び投影光学系ＰＬ内に蓄積される露光光ＩＬのエネルギー量（分布を含む）から、投影光学系ＰＬ内の温度分布を計算する。次に、制御部１７では、その計算された温度分布を温度センサ３６Ａ〜３６Ｅで計測される実際の温度を用いて補正する。そして、この補正後の温度分布の不均一性を軽減するように加熱装置２８Ａ〜２８Ｅを介して投影光学系ＰＬの鏡筒６外面を加熱してもよい。これによって、投影光学系ＰＬ内の温度分布の均一性を向上することができ、結果として結像特性も向上する。   As a third control method, the control unit 17 first calculates projection optics from the temperature distribution around the projection optical system PL and the energy amount (including distribution) of the exposure light IL accumulated in the projection optical system PL. Calculate the temperature distribution in the system PL. Next, the control unit 17 corrects the calculated temperature distribution using the actual temperature measured by the temperature sensors 36A to 36E. Then, the outer surface of the barrel 6 of the projection optical system PL may be heated via the heating devices 28A to 28E so as to reduce the nonuniformity of the temperature distribution after correction. Thereby, the uniformity of the temperature distribution in the projection optical system PL can be improved, and as a result, the imaging characteristics are also improved.

更に、本例においても、例えば露光開始時点から存在する収差を補正するために、あえて投影光学系ＰＬ内の温度分布を不均一にするような加熱方法も可能であり、この場合にも温度制御精度を向上できる。
なお、温度センサ３６Ａ〜３６Ｅは、必ずしも加熱装置２８Ａ〜２８Ｈに対応させて設ける必要はなく、その個数及び投影光学系ＰＬの鏡筒６の外面での設置位置は任意である。更に、温度センサ３６Ａ〜３６Ｅは、鏡筒６の外面（表面）の温度を検出しているが、必要に応じて、鏡筒６の外面の温度の他に、投影露光装置内で比較的温度が一定の場所（例えば図２の液体温度制御装置２７（液体温調循環器）の吐液部である配管２４Ａ内の液体等）の温度を検出してもよい。この場合、その比較的温度が一定の場所の温度と鏡筒６の外面の温度との差分に基づいて、加熱装置２８Ａ〜２８Ｅの温度制御をしても良い。 Further, in this example, for example, in order to correct the aberration existing from the start of exposure, a heating method that makes the temperature distribution in the projection optical system PL non-uniform is possible. Accuracy can be improved.
The temperature sensors 36A to 36E are not necessarily provided corresponding to the heating devices 28A to 28H, and the number of the temperature sensors 36A to 36E and the installation position of the projection optical system PL on the outer surface of the lens barrel 6 are arbitrary. Furthermore, the temperature sensors 36 </ b> A to 36 </ b> E detect the temperature of the outer surface (surface) of the lens barrel 6. In addition to the temperature of the outer surface of the lens barrel 6, the temperature sensors 36 </ b> A to 36 </ b> E May detect the temperature of a certain place (for example, the liquid in the pipe 24A, which is the liquid discharge part of the liquid temperature control device 27 (liquid temperature control circulator) in FIG. 2). In this case, the temperature control of the heating devices 28 </ b> A to 28 </ b> E may be performed based on the difference between the temperature at a relatively constant temperature and the temperature of the outer surface of the lens barrel 6.

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態につき図５及び図６を参照して説明する。本例は、第１の実施形態に対して温度制御装置を熱交換方式に変えたものであり、図５において図１に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。
図５は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図５において、投影光学系ＰＬの鏡筒６の外面に熱交換器３９Ａ（熱交換部）が固定され、第１コラム１Ａの外部に流体媒体としての液体の温度を所定温度に制御する液体温度制御装置３７（第１の液体循環装置）が設置されている。その液体としては、例えば純水、ハイドロフロロエーテル（ＨＦＥ）、又はフッ素系不活性液体（例えばフロリナート（米国スリーエム社の商品名）が使用できる）等が使用できるが、環境的には例えば純水が望ましい。 [Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this example, the temperature control device is changed to the heat exchange system with respect to the first embodiment, and in FIG. 5, the same reference numerals are given to the portions corresponding to FIG.
FIG. 5 shows a schematic configuration of the projection exposure apparatus of the present example. In FIG. 5, a heat exchanger 39A (heat exchange section) is fixed to the outer surface of the lens barrel 6 of the projection optical system PL, and the first column 1A. A liquid temperature control device 37 (first liquid circulation device) for controlling the temperature of the liquid as a fluid medium to a predetermined temperature is installed outside. As the liquid, for example, pure water, hydrofluoroether (HFE), or a fluorine-based inert liquid (for example, Fluorinert (a trade name of 3M, USA)) can be used. Is desirable.

そして、液体温度制御装置３７から配管３８Ａを介して熱交換部器３９Ａに温度制御された液体が供給され、熱交換器３９Ａ内で鏡筒６との間で熱交換の行われた液体は、配管３８Ｂを介して液体温度制御装置３７に回収されている。熱交換器３９Ａ及び配管３８Ａ，３８Ｂが全体として温度制御装置に対応している。この場合、液体温度制御装置３７から供熱交換器３９Ａに供給される液体の温度を制御することによって、熱交換器３９Ａに接している鏡筒６の外面の温度を制御することができる。なお、熱交換器３９Ａの設置場所、設定温度、設置個数等に制限はない。例えば、投影光学系ＰＬの鏡筒６の外面において、光軸ＡＸに関して熱交換器３９Ａと対称な位置に第２の熱交換器３９Ｂを固定し、この熱交換器３９Ｂにも温度制御された液体を供給してもよい。このように複数の熱交換器３９Ａ，３９Ｂを用いる場合、熱交換器３９Ａ，３９Ｂに対して独立に液体温度制御装置３７と同様の液体温度制御装置を設けて、熱交換器３９Ａ，３９Ｂにパラレルに互いに独立に温度制御された液体を供給してもよい。   Then, the liquid whose temperature is controlled is supplied from the liquid temperature control device 37 to the heat exchange unit 39A via the pipe 38A, and the liquid subjected to heat exchange with the lens barrel 6 in the heat exchanger 39A is It is recovered in the liquid temperature control device 37 via the pipe 38B. The heat exchanger 39A and the pipes 38A and 38B as a whole correspond to the temperature control device. In this case, the temperature of the outer surface of the lens barrel 6 in contact with the heat exchanger 39A can be controlled by controlling the temperature of the liquid supplied from the liquid temperature control device 37 to the heat exchanger 39A. In addition, there is no restriction | limiting in the installation place of heat exchanger 39A, setting temperature, installation number, etc. For example, on the outer surface of the lens barrel 6 of the projection optical system PL, the second heat exchanger 39B is fixed at a position symmetrical to the heat exchanger 39A with respect to the optical axis AX, and the temperature of this heat exchanger 39B is also controlled. May be supplied. Thus, when using several heat exchanger 39A, 39B, the liquid temperature control apparatus similar to the liquid temperature control apparatus 37 is provided independently with respect to heat exchanger 39A, 39B, and it is parallel to heat exchanger 39A, 39B. Alternatively, the temperature-controlled liquids may be supplied independently of each other.

また、１つの液体温度制御装置３７に熱交換器３９Ａ，３９Ｂをパラレル又はシリアルに接続してもよい。両者をシリアルに接続したときには、配管が簡素化される。これら熱交換器の配管のしかたは、投影光学系ＰＬの残存収差、或いは鏡筒６の表面温度の状況に応じて選択できる。
図６は、熱交換器３９Ａの構成例を示す拡大断面図であり、この図６において、配管３８Ａ及び３８Ｂの間に、熱伝導率の高い金属等から形成されて内部に温調された液体４２が流れる流路が形成された熱交換本体部４０が連結され、熱交換本体部４０の流路内に、液体４２と鏡筒６との間の熱交換効率を高めるための多数のフィン４１が形成されている。フィン４１の他にも、液体と鏡筒６との間の熱交換効率を増大させる機構はすべて利用することができる。熱交換本体部４０及びフィン４１から熱交換器３９Ａが構成され、その熱交換本体部４０は固定ねじ４２により、鏡筒６の外面に密着するように固定されている。なお、この場合にも、熱交換本体部４０を例えば磁石を用いて着脱又は移動できるように鏡筒６の外面に固定してもよい。 Further, the heat exchangers 39A and 39B may be connected to one liquid temperature control device 37 in parallel or serially. When both are connected serially, the piping is simplified. The piping of these heat exchangers can be selected according to the residual aberration of the projection optical system PL or the surface temperature of the lens barrel 6.
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing an example of the configuration of the heat exchanger 39A. In FIG. 6, the liquid formed between the pipes 38A and 38B is made of a metal having a high thermal conductivity and the temperature is adjusted inside. A heat exchange main body 40 having a flow path through which the flow 42 flows is connected, and a large number of fins 41 for increasing the heat exchange efficiency between the liquid 42 and the lens barrel 6 in the flow path of the heat exchange main body 40. Is formed. In addition to the fins 41, any mechanism that increases the heat exchange efficiency between the liquid and the lens barrel 6 can be used. A heat exchanger 39A is constituted by the heat exchange main body 40 and the fins 41, and the heat exchange main body 40 is fixed by a fixing screw 42 so as to be in close contact with the outer surface of the lens barrel 6. In this case as well, the heat exchange main body 40 may be fixed to the outer surface of the lens barrel 6 so as to be attachable / detachable or movable using, for example, a magnet.

図５に戻り、本例においても、投影光学系ＰＬの鏡筒６のフランジ部７の側面に、投影光学系ＰＬの全体としての温度上昇を抑制するための熱交換器２５Ａが固定され、図２の液体温度制御装置２７（第２の液体循環装置）によって配管２４を介して熱交換器２５Ａ内を温度制御された液体が循環している。この場合、例えば図２の液体温度制御装置２７から熱交換器２５Ａ用に供給される液体の一部を簡単な温度制御系を介して熱交換器３９Ａに供給し、この熱交換器３９Ａ内を流れた液体を液体温度制御装置２７に戻すようにすることも可能である。これによって、全体としての液体温度制御装置（液体循環装置）の構成を簡素化できる。これ以外の構成は、第１の実施形態と同様である。   Returning to FIG. 5, also in this example, the heat exchanger 25 </ b> A for suppressing the temperature rise of the projection optical system PL as a whole is fixed to the side surface of the flange portion 7 of the lens barrel 6 of the projection optical system PL. The liquid whose temperature is controlled is circulated in the heat exchanger 25A through the pipe 24 by the second liquid temperature control device 27 (second liquid circulation device). In this case, for example, a part of the liquid supplied to the heat exchanger 25A from the liquid temperature control device 27 in FIG. 2 is supplied to the heat exchanger 39A through a simple temperature control system, and the inside of the heat exchanger 39A is supplied. It is also possible to return the flowed liquid to the liquid temperature control device 27. Thereby, the structure of the liquid temperature control apparatus (liquid circulation apparatus) as a whole can be simplified. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

本例においても、投影光学系ＰＬ内の温度分布が均一になるように熱交換器３９Ａに供給する液体の温度を制御することによって、温度分布の不均一性に起因する残存収差は小さくなる。また、例えば露光開始時点から存在する収差を補正するために、あえて投影光学系ＰＬ内の温度分布を不均一にするような温度制御も可能である。
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態につき図７及び図８を参照して説明する。本例は、第１の実施形態に対して加熱装置２８Ａ〜２８Ｈの代わりにペルチエ素子を用いた吸発熱装置を用いるものであり、図７において、図１に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。 Also in this example, by controlling the temperature of the liquid supplied to the heat exchanger 39A so that the temperature distribution in the projection optical system PL is uniform, the residual aberration due to the nonuniform temperature distribution is reduced. Further, for example, in order to correct the aberration existing from the exposure start time, it is possible to control the temperature so as to make the temperature distribution in the projection optical system PL uneven.
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this example, a heat absorbing / heating device using a Peltier element is used instead of the heating devices 28A to 28H in the first embodiment. In FIG. 7, parts corresponding to those in FIG. Detailed description thereof will be omitted.

図７は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図７において、投影光学系ＰＬの鏡筒６の外面に吸加熱装置４４（吸発熱部）が密着するように配置されている。この吸発熱装置４４における吸熱量又は発熱量は結像特性制御系１５Ａ内の制御電源１９Ａ（駆動部）によって制御される。本例の吸発熱装置４４は、ペルチエ素子４８（図８参照）を備えている。ペルチエ素子とは、ペルチエ効果を利用して物体の表面温度を制御するデバイスである。ペルチエ素子で鏡筒６の外面の温度を制御する場合、ペルチエ素子の他方の面は充分大きな熱容量の物体（熱浴）に接しておく必要がある。そこで、本例では、図７の吸発熱装置４４の上部に熱浴としての熱交換器４３を固定し、この熱交換器４３内に外部の液体温度制御装置３７（液体循環装置）から配管３８Ａ，３８Ｂを介して一定温度に制御された液体を循環させている。   FIG. 7 shows a schematic configuration of the projection exposure apparatus of the present example. In FIG. 7, the heat absorption and heating device 44 (absorption and heat generation part) is arranged in close contact with the outer surface of the lens barrel 6 of the projection optical system PL. . The heat absorption amount or the heat generation amount in this heat absorption and heat generation device 44 is controlled by a control power source 19A (drive unit) in the imaging characteristic control system 15A. The heat absorption and heating device 44 of this example includes a Peltier element 48 (see FIG. 8). A Peltier element is a device that controls the surface temperature of an object using the Peltier effect. When the temperature of the outer surface of the lens barrel 6 is controlled by the Peltier element, the other surface of the Peltier element must be in contact with an object (heat bath) having a sufficiently large heat capacity. Therefore, in this example, a heat exchanger 43 as a heat bath is fixed to the upper part of the heat absorption and heat generation device 44 in FIG. 7, and a pipe 38A is connected to the heat exchanger 43 from an external liquid temperature control device 37 (liquid circulation device). , 38B, a liquid controlled at a constant temperature is circulated.

なお、本例でも投影光学系ＰＬの鏡筒６のフランジ部７の側面に熱交換器２５Ａが設けられており、熱交換器２５Ａに温調された液体を供給するための図２の液体温度制御装置２７と、熱交換器４３用の液体温度制御装置３７とは互いに独立である。ただし、液体温調系を簡素化するために、熱交換器２５Ａ用の図２の液体温度制御装置２７の配管２４Ａから分岐した液体を、吸発熱装置４４上の熱交換器４３に供給してもよい。   In this example as well, the heat exchanger 25A is provided on the side surface of the flange portion 7 of the barrel 6 of the projection optical system PL, and the liquid temperature in FIG. 2 for supplying the temperature-controlled liquid to the heat exchanger 25A. The control device 27 and the liquid temperature control device 37 for the heat exchanger 43 are independent of each other. However, in order to simplify the liquid temperature control system, the liquid branched from the pipe 24A of the liquid temperature control device 27 of FIG. 2 for the heat exchanger 25A is supplied to the heat exchanger 43 on the heat absorption and heating device 44. Also good.

図８は、図７中の吸発熱装置４４及び熱交換器４３を示し、この図８において、熱交換器４３の底面に基板４６を介して２枚の所定間隔のアルミナ基板４７が固定され、アルミナ基板４７内に薄膜電極５０を介してペルチエ素子４８が挟まれている。そして、下側のアルミナ基板４７の底面が投影光学系ＰＬの鏡筒６の外面に密着している。また、薄膜電極５０にリード線４５を介して図７の制御電源１９Ａから可変の直流電圧が印加されている。そのように直流電圧を薄膜電極５０間（ペルチエ素子４８）に印加することにより、２枚のアルミナ基板４７間に温度差が生じる。アルミナ基板４７の一方は定温液体が内部を流れる熱交換器４３に熱的に接触し、他方は鏡筒６の外面に熱的に接触している。この構成において、薄膜電極５０間に印加する電圧及びその極性を制御することにより、鏡筒６の外面からの吸熱又はその外面の加熱のいずれをも任意に行うことができる。基板４６、アルミナ基板４７、薄膜電極５０、及びペルチエ素子４８より吸発熱装置４４が構成され、基板４６を固定ねじ４９で鏡筒６に固定することによって、吸発熱装置４４は鏡筒６の外面に密着して固定されている。   FIG. 8 shows the heat generating / heating device 44 and the heat exchanger 43 in FIG. 7. In FIG. 8, two alumina substrates 47 with a predetermined interval are fixed to the bottom surface of the heat exchanger 43 via the substrate 46, A Peltier element 48 is sandwiched between alumina substrates 47 via thin film electrodes 50. The bottom surface of the lower alumina substrate 47 is in close contact with the outer surface of the barrel 6 of the projection optical system PL. Further, a variable DC voltage is applied to the thin film electrode 50 from the control power supply 19A of FIG. By applying a DC voltage between the thin film electrodes 50 (Peltier element 48) as described above, a temperature difference is generated between the two alumina substrates 47. One of the alumina substrates 47 is in thermal contact with the heat exchanger 43 through which the constant temperature liquid flows, and the other is in thermal contact with the outer surface of the lens barrel 6. In this configuration, by controlling the voltage applied between the thin film electrodes 50 and the polarity thereof, either heat absorption from the outer surface of the lens barrel 6 or heating of the outer surface can be arbitrarily performed. The substrate 46, the alumina substrate 47, the thin film electrode 50, and the Peltier element 48 constitute a heat absorbing / heating device 44, and the substrate 46 is fixed to the lens barrel 6 with a fixing screw 49, whereby the heat absorbing / generating device 44 is It is fixed in close contact with.

図７に戻り、吸発熱装置４４の近傍の鏡筒６の外面に温度センサ３６（図４の温度センサ３６Ａと同様のセンサである）が固定され、温度センサ３６及び温度検出回路２０によって鏡筒６の外面の吸発熱装置４４の近傍位置での温度が検出される。検出された温度の情報は、制御部１７に供給される。制御部１７は、投影光学系ＰＬの周囲の温度分布、投影光学系ＰＬを通過する露光光ＩＬのエネルギー量（分布を含む）、及び温度センサ３６の検出結果に基づいて、例えば投影光学系ＰＬ内の温度分布の不均一性によって発生する収差を補正するために、制御電源１９Ａを介して吸発熱装置４４の吸熱量又は発熱量を制御する。本例の結像特性制御系１５Ａは、レンズ駆動部１８、制御部１７、制御電源１９Ａ、及び温度検出回路２０より構成されている。また、吸発熱装置４４、制御電源１９Ａ、温度センサ３６、温度検出回路２０、及び制御部１７が全体として温度制御装置に対応している。この他の構成は、第１の実施形態と同様である。なお、本例においても、吸発熱装置４４の設置位置及びその設置個数は任意である。   Returning to FIG. 7, a temperature sensor 36 (which is the same sensor as the temperature sensor 36 </ b> A in FIG. 4) is fixed to the outer surface of the lens barrel 6 in the vicinity of the heat-absorbing / heating device 44, and the temperature sensor 36 and the temperature detection circuit 20 6 is detected at a position in the vicinity of the outer heat absorbing / heating device 44 on the outer surface. Information on the detected temperature is supplied to the control unit 17. Based on the temperature distribution around the projection optical system PL, the energy amount (including the distribution) of the exposure light IL passing through the projection optical system PL, and the detection result of the temperature sensor 36, the control unit 17 performs, for example, the projection optical system PL. In order to correct the aberration caused by the non-uniformity of the temperature distribution, the amount of heat absorbed or the amount of heat generated by the heat absorbing / heating device 44 is controlled via the control power source 19A. The imaging characteristic control system 15A of this example is configured by a lens driving unit 18, a control unit 17, a control power source 19A, and a temperature detection circuit 20. In addition, the heat-absorbing / heating device 44, the control power source 19A, the temperature sensor 36, the temperature detection circuit 20, and the control unit 17 correspond to the temperature control device as a whole. Other configurations are the same as those of the first embodiment. Also in this example, the installation position and the number of installation of the heat generating / heating device 44 are arbitrary.

本例においても、吸発熱装置４４を介して鏡筒６の外面の温度を制御することで、投影光学系ＰＬの温度分布の不均一性に起因する残存収差は小さくなる。また、例えば露光開始時点から存在する収差を補正するために、あえて投影光学系ＰＬ内の温度分布を不均一にするような吸加熱方法も可能である。なお、本例においても、温度センサ３６は省略することも可能である。   Also in this example, by controlling the temperature of the outer surface of the lens barrel 6 via the heat generating / heating device 44, the residual aberration due to the non-uniformity of the temperature distribution of the projection optical system PL is reduced. Further, for example, in order to correct the aberration existing from the exposure start time, an absorption and heating method that makes the temperature distribution in the projection optical system PL non-uniform is possible. Also in this example, the temperature sensor 36 can be omitted.

なお、上記の実施の形態は、本発明を走査露光型の投影露光装置に適用したものであるが、本発明は一括露光型の投影露光装置（ステッパー等）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（ＷＯ）第９９／４９５０４号など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。   In the above-described embodiment, the present invention is applied to a scanning exposure type projection exposure apparatus, but the present invention can also be applied to a batch exposure type projection exposure apparatus (stepper or the like). Furthermore, the present invention can be applied to an immersion type exposure apparatus disclosed in, for example, International Publication (WO) No. 99/49504.

また、上記の実施の形態の投影露光装置は、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をして、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより製造することができる。なお、その露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。   Further, the projection exposure apparatus of the above-described embodiment includes an illumination optical system composed of a plurality of lenses, a projection optical system incorporated in the exposure apparatus main body, optical adjustment, and a reticle stage and wafer stage made up of a large number of mechanical parts. Is attached to the exposure apparatus main body, wiring and piping are connected, and further comprehensive adjustment (electrical adjustment, operation check, etc.) is performed. The exposure apparatus is preferably manufactured in a clean room where the temperature, cleanliness, etc. are controlled.

更に、上記の実施の形態の投影露光装置を用いてウエハ上に半導体デバイスを製造する場合、この半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、このステップに基づいたレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、上記の実施の形態の投影露光装置によりアライメントを行ってレチクルのパターンをウエハに露光するステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、及び検査ステップ等を経て製造される。   Further, when a semiconductor device is manufactured on a wafer using the projection exposure apparatus of the above-described embodiment, the semiconductor device includes a step of designing a function / performance of the device, a step of manufacturing a reticle based on this step, A step of manufacturing a wafer from a silicon material, a step of performing alignment with the projection exposure apparatus of the above-described embodiment and exposing a pattern of a reticle onto the wafer, a device assembly step (including a dicing process, a bonding process, and a packaging process), and Manufactured through inspection steps.

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）をリソグラ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。    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 lithography process.

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ことは勿論である。   In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Of course, a various structure can be taken in the range which does not deviate from the summary of this invention.

本発明のデバイス製造方法によれば、投影光学系の結像特性が向上するため、より高精度にデバイスを製造することができる。   According to the device manufacturing method of the present invention, since the imaging characteristics of the projection optical system are improved, the device can be manufactured with higher accuracy.

本発明の第１の実施形態で使用される投影露光装置を示す一部を切り欠いた図である。1 is a partially cutaway view showing a projection exposure apparatus used in a first embodiment of the present invention. 図１のＡＡ線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the AA line of FIG. 図１中の加熱装置２８Ａを示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows 28 A of heating apparatuses in FIG. 本発明の第２の実施形態で使用される投影露光装置を示す図である。It is a figure which shows the projection exposure apparatus used in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態で使用される投影露光装置を示す図である。It is a figure which shows the projection exposure apparatus used in the 3rd Embodiment of this invention. 図５中の熱交換器３９Ａを示す拡大断面図である。FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing a heat exchanger 39A in FIG. 本発明の第４の実施形態で使用される投影露光装置を示す図である。It is a figure which shows the projection exposure apparatus used in the 4th Embodiment of this invention. 図７中の熱交換器４３及び吸発熱装置４４を示す一部を切り欠いた拡大図である。It is the enlarged view which notched a part which shows the heat exchanger 43 and the heat absorption / heating apparatus 44 in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、１５，１５Ａ…結像特性制御系、１７…制御部、１９…ヒータ制御電源、１９Ａ…制御電源、２８Ａ〜２８Ｈ…加熱装置、２５Ａ…熱交換器、２７…液体温度制御装置、３１…ヒータ、３６Ａ〜３６Ｅ…温度センサ、３９Ａ，４３…熱交換器、３７…液体温度制御装置、４４…吸発熱装置、４８…ペルチエ素子
R ... reticle, PL ... projection optical system, W ... wafer, 15, 15A ... imaging characteristic control system, 17 ... control unit, 19 ... heater control power supply, 19A ... control power supply, 28A-28H ... heating device, 25A ... heat Exchanger, 27 ... Liquid temperature control device, 31 ... Heater, 36A to 36E ... Temperature sensor, 39A, 43 ... Heat exchanger, 37 ... Liquid temperature control device, 44 ... Absorption / heat generation device, 48 ... Peltier element

Claims (10)

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物体及び投影光学系を介して第２物体を露光する露光方法において、
前記投影光学系の鏡筒の外面の温度を制御する工程を有することを特徴とする露光方法。 In an exposure method of illuminating a first object with an exposure beam and exposing the second object with the exposure beam via the first object and a projection optical system,
An exposure method comprising a step of controlling a temperature of an outer surface of a lens barrel of the projection optical system. 前記温度を制御する工程は、前記投影光学系の所定の残存収差を補正するために実行されることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。 2. The exposure method according to claim 1, wherein the step of controlling the temperature is executed to correct a predetermined residual aberration of the projection optical system. 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物体及び投影光学系を介して第２物体を露光する露光装置において、
前記投影光学系の鏡筒の外面の温度を制御する温度制御装置を有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 the second object with the exposure beam via the first object and a projection optical system,
An exposure apparatus comprising a temperature control device for controlling the temperature of the outer surface of the lens barrel of the projection optical system. 前記温度制御装置は、前記投影光学系の所定の残存収差を補正するために、前記投影光学系の鏡筒の外面の温度を制御することを特徴とする請求項３に記載の露光装置。 4. The exposure apparatus according to claim 3, wherein the temperature control device controls the temperature of the outer surface of the lens barrel of the projection optical system in order to correct a predetermined residual aberration of the projection optical system. 前記温度制御装置は、前記投影光学系の鏡筒の外面に装着されて、発熱及び吸熱の少なくとも一方を行う１つ又は複数の吸発熱部と、前記吸発熱部を駆動する駆動部とを有することを特徴とする請求項３又は４に記載の露光装置。 The temperature control device includes one or a plurality of heat absorbing / generating parts that are mounted on the outer surface of the lens barrel of the projection optical system and that perform at least one of heat generation and heat absorption, and a drive unit that drives the heat absorption / heating part. The exposure apparatus according to claim 3 or 4, wherein 前記吸発熱部は、前記投影光学系の鏡筒の外面に装着された複数の吸発熱部を含み、
前記駆動部は、前記複数の吸発熱部から選択した少なくとも一つの吸発熱部を駆動することを特徴とする請求項５に記載の露光装置。 The heat absorbing and generating part includes a plurality of heat absorbing and generating parts mounted on the outer surface of the lens barrel of the projection optical system,
6. The exposure apparatus according to claim 5, wherein the driving unit drives at least one heat absorbing / generating unit selected from the plurality of heat absorbing / generating units. 前記吸発熱部は、前記投影光学系の鏡筒の外面に対して着脱自在か、又は前記鏡筒の外面で移動可能であることを特徴とする請求項５又は６に記載の露光装置。 The exposure apparatus according to claim 5 or 6, wherein the heat-absorbing / heating part is detachable with respect to the outer surface of the lens barrel of the projection optical system, or is movable on the outer surface of the lens barrel. 前記温度制御装置は、温度制御された流体が供給される配管と、該配管に連結されて前記投影光学系の鏡筒の外面と前記流体との間で熱交換を行うために、前記鏡筒の外面に装着される熱交換部とを有することを特徴とする請求項３又は４に記載の露光装置。 The temperature control device includes: a pipe to which a temperature-controlled fluid is supplied; and the lens barrel connected to the pipe to perform heat exchange between the outer surface of the barrel of the projection optical system and the fluid. The exposure apparatus according to claim 3, further comprising a heat exchanging part mounted on the outer surface of the exposure apparatus. 前記温度制御装置は、前記投影光学系の鏡筒の外面の温度を計測する温度センサを有し、該温度センサの計測結果に基づいて前記投影光学系の外面の温度を制御することを特徴とする請求項３〜８のいずれか一項に記載の露光装置。 The temperature control device has a temperature sensor that measures the temperature of the outer surface of the barrel of the projection optical system, and controls the temperature of the outer surface of the projection optical system based on the measurement result of the temperature sensor. An exposure apparatus according to any one of claims 3 to 8. リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
前記リソグラフィ工程で請求項３〜９のいずれか一項に記載の露光装置を用いてパターンを感光体に転写することを特徴とするデバイス製造方法。
A device manufacturing method including a lithography process,
A device manufacturing method, wherein the pattern is transferred to a photoconductor using the exposure apparatus according to claim 3 in the lithography process.
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