(57)【要約】【課題】本発明は、投影光学系を収容する鏡筒内の気体の温度分布による結像性能の変化を抑制する露光装置を提供することを目的とする。【解決手段】この露光装置１は、照明系２からの光を原版３に形成されたパターンに照射し、投影光学系５を介してパターンの像を基板６に露光する露光装置であって、投影光学系５を収容する鏡筒７の内部に対して気体を供給する供給部１４と、投影光学系５に供給する気体の温度を制御する温度制御部１３と、鏡筒７の内部に供給した気体を排出する排出部１５と、を備え、供給部１４は、鏡筒７の内部の複数の位置に配置され、前記鏡筒の内部の温度分布を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明系からの光を原版に形成されたパターンに照射し、投影光学系を介して前記パターンの像を基板に露光する露光装置であって、
前記投影光学系を収容する鏡筒の内部に気体を供給する供給部と、
前記気体の温度を制御する温度制御部と、
前記鏡筒の内部に供給された前記気体を排出する排出部と、
を備え、
前記供給部は、前記鏡筒の内部の複数の位置に配置され、前記鏡筒の内部の温度分布を制御することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記供給部は、前記投影光学系の内部における前記光の光路の中で前記光路が一番長い空間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記気体の供給する方向は、光束が向かう方向であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】
前記排出部は、前記鏡筒の前記気体の供給する方向と対向する側に複数の位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項５】
前記供給部は、前記排出部の側から見て円形状に配置されることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項６】
前記投影光学系の内部の温度を測定する温度測定部と、
前記温度測定部によって測定された温度から前記投影光学系の結像性能を算出する結像性能算出部と、
をさらに備え、
温度制御部は、前記結像性能算出手段によって算出された前記結像性能に基づいて、前記投影光学系に供給する気体の温度を制御することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の露光装置を使用して基板を露光する工程と、
その露光した基板を現像する工程と、
を有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置、およびそれを用いたデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
露光装置は、半導体デバイスや液晶表示装置などの製造工程に含まれるリソグラフィー工程において、原版（レチクルなど）のパターンを、投影光学系を介して感光性の基板（表面にレジスト層が形成されたウエハやガラスプレートなど）に転写する装置である。このとき、高度な重ね合わせ精度でパターンを転写するため、投影光学系による結像性能を常に高精度で所定の状態を維持することが求められる。
【０００３】
露光の際、高い照射エネルギーの露光光が投影光学系に照射され、この投影光学系の温度が変化することにより、結像性能が当初の状態から徐々に変化する恐れがある。このため、従来の投影光学系において、投影光学系の結像性能を当初の状態で維持できるように、投影光学系全体の温度を一定に保つための様々な方法が提案されている。特許文献１は、投影光学系を覆う鏡筒外面に温度制御された加熱装置を取り付け、投影光学系内の温度を一定に保つ方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５‐２０３５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、液晶パネルをリソグラフィー工程により製造する際、より高い解像度、位置合わせ精度、およびスループットが必要となる。そして、投影光学系内に高い照射エネルギーの露光光が照射され、投影光学系の露光光吸収によって、投影光学系内部に不均一な温度分布が生じてしまう。そして、この不均一な温度分布に伴い投影光学系内の空間の屈折率が変化し、ディストーション等の投影光学系の結像性能が劣化（変動）していく。空間の温度分布の不均一に起因する結像性能の劣化には、従来の結像性能の補正のレンズ駆動機構によって軽減される場合がある。しかしながら、例えば、露光時間が長くなることによって、投影光学系内部の温度分布の不均一性が顕著になると、従来の結像性能の補正のレンズ駆動機構では結像性能の劣化の軽減が困難になる。その結果、結像性能の劣化（変動）が拡大し、無視することができない状況になる。
【０００６】
特許文献１の構成では、熱伝導及び熱伝達によって鏡筒の外面の加熱装置から鏡筒内部の空間温度分布を制御するため、所望の空間温度分布を形成することが難しい。また、光学素子を保持する鏡筒及び周辺部材に必要以上の熱が加わり、熱膨張により投影光学系を構成する光学素子の位置関係が変化し、光学性能の悪化を引き起こす可能性がある。そのため、高負荷の露光条件で投影光学系の温度分布が空間的に不均一になった場合であっても、その投影光学系内部に直接、意図的に所望の温度分布を与えて空間の屈折率を変化させることにより結像性能を制御することが望まれる。
【０００７】
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、投影光学系を収容する鏡筒内の気体の温度分布による結像性能の変化を抑制する露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、照明系からの光を原版に形成されたパターンに照射し、投影光学系を介して前記パターンの像を基板に露光する露光装置であって、前記投影光学系を収容する鏡筒の内部に気体を供給する供給部と、投影光学系に供給する気体の温度を制御する温度制御部と、鏡筒の内部に供給された気体を排出する排出部と、を備え、供給部は、鏡筒の内部の複数の位置に配置され、前記鏡筒の内部の温度分布を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、投影光学系を収容する鏡筒内の気体の温度分布による結像性能の変化を抑制する露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態の露光装置を示した図である。
【図２】本発明の第２実施形態の露光装置を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について図面等を参照して説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る露光装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る露光装置の構成を示す概略図である。本発明の露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式でマスク（原版）のパターンを被処理基板であるガラスプレート（基板）に露光する装置である。なお、本発明では、露光方式は、特に限定するものではない。露光装置１は、まず、照明光学系２と、アライメントスコープ３と、マスク（原版）４を保持するマスクステージと、投影光学系５と、ガラスプレート（基板）６を保持する基板ステージと、制御部とを備える。
【００１３】
照明光学系（照明系）２は、例えば、レンズ、ミラー、ライトインテグレーターなどの光学素子や絞りなどを含み、不図示の光源から照射された光を調整してマスク４を照明する。光源としては、例えばパルス光源（レーザー）を使用する。使用可能なレーザーは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーや、波長約１５３ｎｍのＦ２エキシマレーザーなどである。なお、レーザーの種類は、エキシマレーザーに限定されず、ＹＡＧレーザーなどを使用しても良く、レーザーの個数も限定されない。また、光源にレーザーが使用される場合には、レーザー光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系や、コヒーレントなレーザーをインコヒーレント化するインコヒーレント光学系を使用することが望ましい。さらに、使用可能な光源は、パルス光源に限定されるものではなく、一または複数の水銀ランプやキセノンランプなどの連続光源も使用可能である。
【００１４】
アライメントスコープ３は、マスク４とガラスプレート６とに形成された位置合わせ用のアライメントマークを観察する光学系である。この場合、照明光学系２がマスク４に対して露光光を照射するときに、露光光がアライメントスコープ３により遮られることがないよう、アライメントスコープ３は、その一部、又は全体を駆動可能な構成を有し、適宜、照明光束外に退避駆動を行うことが可能である。
【００１５】
マスク４は、例えば石英ガラス製の原版であり、転写されるべきパターン（例えば回路パターン）が形成されている。不図示のマスクステージは、マスク４を保持しつつ、移動可能とする。
【００１６】
投影光学系５は、鏡筒７内に収容され、基板ステージに保持されたガラスプレート６に対してパターン像を投影する光学系であり、平板型透過素子８と、反射ミラー９と、凹面鏡１０と、凸面鏡１１とを備える。平板型透過素子８は、投影光学系５の入射側及び射出側に配置され、平行平板ガラスや、投影光学系５の結像性能を補助的に改善するために設置する透過光学素子である。この平板型透過素子８の材質は、露光光に対して内部吸収がほぼゼロとなる石英ガラスである。反射ミラー９、凹面鏡１０、凸面鏡１１は、パターン像を反射する部材であり、その材質は、線膨張係数の小さい硝材（高安定性ガラス等）である。ここで、投影光学系５の投影倍率を等倍とすると、露光装置１は、マスク４とガラスプレート６とを同期させて走査露光を行うことで、マスク４上のパターンをレジストの塗布されたガラスプレート６上に転写することができる。
【００１７】
ガラスプレート６は、表面上にレジストが塗布された、例えばガラスや単結晶シリコンからなる基板である。不図示の基板ステージ（基板保持部）は、ガラスプレート６を載置、および保持しつつ、移動可能とする。
【００１８】
不図示の制御部は、露光装置１の各構成要素の動作および調整などを制御し得る。この制御部は、例えばＣＰＵ、メモリなどを含む制御基板で構成され、露光装置１の各構成要素に回線を介して接続され、プログラムなどにしたがって各構成要素の制御を実行し得る。本実施形態の制御部は、少なくとも後述する空調装置の動作を制御する。制御部は、プログラムに従いソフトウェア的に制御を実現してもよく、各処理を実行可能な制御回路を用意してハードウェア的に制御を実現してもよい。なお、制御部は、露光装置１の他の部分と一体で（共通の筐体内に）構成してもよいし、露光装置１の他の部分とは別体で（別の筐体内に）構成してもよい。
【００１９】
更に、露光装置１は、鏡筒７の外部に投影光学系５を収容する鏡筒７内の温度安定化のための空調機１２と、空調機１２を制御する温度制御装置（温度制御部）１３とを備える。空調機１２は、温度制御装置１３によって算出された温度に従い、制御された気体を、供給装置（供給部）１４を介して鏡筒７内部へ気体を供給する。供給装置１４は、鏡筒７内に配置される。供給装置１４は、反射ミラー９、凹面鏡１０、凸面鏡１１などのミラー（光学系）の周囲に沿って、等間隔に配置する。言い換えれば、反射ミラー９、凹面鏡１０、および凸面鏡１１が並ぶ軸を中心に等間隔に（すなわち、後述の排出装置側から見て、円形状になるように）配置されることが望ましい。気体を供給する方向は、反射ミラー９、凹面鏡１０、および凸面鏡１１が並ぶ方向、言い換えれば、光束１６の向かう方向であることが望ましい。さらに、供給装置１４は、反射ミラー９から凹面鏡１０間のような光路が比較的長い空間、すなわち、投影光学系５の内部における照明系からの光の光路の中で、光路が一番長い空間に配置されることが望ましい。従って、本実施形態では、凹面鏡１０の周囲に沿って配置され、凹面鏡１０から反射ミラー９に向かう方向に気体を供給する。
【００２０】
また、鏡筒７は、供給装置１４から鏡筒７内部に供給された気体を鏡筒７の外部へ排出する複数の排出装置（排出部）１５を備える。排出装置１５は、供給装置１４から供給される気体の方向に対向する側に配置されることが望ましい。本実施形態では、供給装置１４および排出装置１５は、供給装置１４が１２箇所、排出装置１５が２箇所設けられているが、これに限定することなく、投影光学系５の結像性能が変動しなければ、それぞれ１箇所もしくは２箇所以上であってもよい。本実施形態において、鏡筒７内に供給する気体は、空気とするが、これに限定することなく、投影光学系５に影響を与えず、鏡筒７内部の温度を制御できるものであれば、窒素ガスやヘリウムガスなどの不活性ガスなどの他の気体を使用してもよい。
【００２１】
排出装置１５を介して鏡筒７外部へ排出される気体の流量が、供給装置１４を介して鏡筒７内部へ供給される気体の流量より多い場合、鏡筒７内部が鏡筒７外部に対して負圧になってしまい、投影光学系５に影響を及ぼす可能性がある。そのため、鏡筒７内部における気体の圧力は、鏡筒７外部の気体の圧力に対して正圧である必要がある。すなわち、鏡筒７内部に供給される気体の流量は、鏡筒７外部へ排出される気体の流量よりも多くなければならない。
【００２２】
次に、鏡筒７の内部温度の制御方式について説明する。投影光学系５内の空間温度分布の状態により結像性能がどのように変化するかを、シミュレーションまたは実機評価などにより予め算出する。そして、不図示の装置に搭載または付属している結像性能を測定する装置によって、投影光学系５の露光前の初期の結像性能および露光時の結像性能を測定し、その変化量を算出する。所望の結像性能へ補正するために、予め算出した温度分布による結像性能の変化、および露光前と露光時における結像性能の変化量を基に、温度制御装置１３は、鏡筒７内に供給する温度を算出する。そして、温度制御装置１３は、空調機１２の気体の温度を制御し、供給装置１４を介して鏡筒７内部へ気体を供給する。本実施形態において、例えば、温度分布を図１の右側の図、すなわち、断面矢視図の１９Ａおよび１９Ｂのような等温線を有する温度分布となるように温度を制御する。これにより、ディストーションや非点収差等の結像性能を制御することが出来る。
【００２３】
以上のように、本実施形態によれば、温度制御装置１３により投影光学系５内部の空間温度分布を変化させることによって、空間の屈折率変化を利用して投影光学系５内部の結像性能の変化を制御することができる。もしくは、結像性能を向上させることができる。なお、鏡筒７内部への気体の供給は、露光前や露光中などに限定されず、常に行っていてもよい。
【００２４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る露光装置について説明する。図２は、本実施形態に係る露光装置の構成を示す概略図である。なお、図２において、図１と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態の露光装置１は、図２に示すように、図１の構成に加え、鏡筒７内部の空間温度を測定する温度センサー（温度測定部）１７および温度センサー１７により測定した空間温度から結像性能を算出する結像性能算出装置（結像性能算出部）１８を備える。なお、温度センサー１７は、投影光学系５の光束を遮断しない位置に、より精度よく投影光学系５の結像性能を制御するために複数箇所配置することが望ましい。また、温度センサー１７は、サーミスタ温度計の他に、熱伝対または半導体等の温度センサーを用いてもよい。
【００２５】
この場合、まず、投影光学系５内の空間温度分布の状態により結像性能がどのように変化するかを、シミュレーションまたは実機評価などにより予め算出する。そして、温度センサー１７により露光前の初期の空間温度を測定し、結像性能算出装置１８により、測定した空間温度から結像性能を算出する。露光時にも温度センサー１７により空間温度を測定し、結像性能算出装置１８により、測定した空間温度から結像性能を算出して、露光前の結像性能との変化量を算出する。これにより、不図示の装置に搭載または付属している結像性能を測定する装置を用いることなく、露光前と露光時における結像性能の変化量を算出することができる。従って、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００２６】
（デバイスの製造方法）
次に、本発明の一実施形態のデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。半導体デバイスは、ウエハに集積回路を作る前工程と、前工程で作られたウエハ上の集積回路チップを製品として完成させる後工程を経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたウエハを露光する工程と、ウエハを現像する工程を含む。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）を含む。液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、ガラス基板を現像する工程を含む。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。
【００２７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１    露光装置
２    照明系
４    マスク
５    投影光学系
６    ガラスプレート
７    鏡筒
１３  温度制御装置
１４  供給装置
１５  排出装置
１６  光束
１７  温度センサー(温度測定部)
１８  結像性能算出装置(結像性能算出部)
【図１】
2014157892.tif 000003
【図２】
2014157892.tif 000004