(57)【要約】      （修正有）【課題】投影光学系の瞳近傍に構成された透過光学部材に露光光のエネルギーが集中しても、透過光学部材の内部屈折率分布や面形状が変化することなく、投影光学系の光学特性を劣化させない露光装置を提供する。【解決手段】第１の物体６２０の像を第２の物体６３０上へ投影露光する投影光学系は、凹面ミラー１３と凸裏面ミラー１４を有し、第１の物体からの光は、前記凹面ミラーで反射し、前記凸裏面ミラーの表面を透過し、前記凸裏面ミラーの裏面で反射し、再び前記凸裏面ミラーの表面を透過し、再び前記凹面ミラーで反射した後、第２の物体上へ導かれる走査露光装置は、前記凸裏面ミラーは、透過光学特性の計測手段を有すると共に、反射面である裏面の温度を調整する温度制御手段を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の物体の像を第２の物体上へ投影露光する投影光学系は、凹面ミラーと
凸裏面ミラーを有し、
第１の物体からの光は、前記凹面ミラーで反射し、前記凸裏面ミラーの表面を透過し、
前記凸裏面ミラーの裏面で反射し、再び前記凸裏面ミラーの表面を透過し、再び前記
凹面ミラーで反射した後、第２の物体上へ導かれる走査型露光装置において、
前記凸裏面ミラーは、透過光学特性の計測手段を有すると共に、
反射面である裏面の温度を調整する温度制御手段を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前述の透過光学特性の計測手段は、凸裏面ミラーの側面から計測光束を入射させ、
凸裏面ミラー内部での屈折による変位量を測定する
ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前述の透過光学特性の計測手段は、凸裏面ミラーの厚み方向（X方向）に複数の計測
光束を入射させ、凸裏面ミラー内部での屈折による変位量を測定する
ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】
前述の温度制御手段は、凸裏面ミラーの裏面を複数の領域に分けて温度制御が可能な
ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項５】
前述の透過光学特性の計測手段および温度制御手段は、少なくとも凸裏面ミラーの直交
する2方向に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の露光装置。
【請求項６】
第１の物体の像を第２の物体上へ投影露光する投影光学系は、凹面ミラーと
凸裏面ミラーを有し、
第１の物体からの光は、前記凹面ミラーで反射し、前記凸裏面ミラーの表面を透過し、
前記凸裏面ミラーの裏面で反射し、再び前記凸裏面ミラーの表面を透過し、再び前記
凹面ミラーで反射した後、第２の物体上へ導かれる走査露光装置において、
前記凸裏面ミラーの透過光学特性を計測する工程と、
前記凸裏面ミラーの反射面である裏面の温度を調整する工程を有する
ことを特徴とする露光方法。
【請求項７】
前述の透過光学特性を計測する工程および温度を調整する工程は、少なくとも凸裏面
ミラーの直交する2方向に対してなされることを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項５の何れか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、露光方法、およびデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液晶露光装置は、マスクに形成されたパターンをプレートに露光転写する投影光学系として、凹面ミラー、凸面ミラーより構成された反射投影光学系を用いていた。
【０００３】
さらに近年の液晶露光装置の投影光学系は、凹面ミラーと凸面ミラーとの間に屈折光学部材である非球面レンズを構成することで光学性能を向上させた反射屈折投影光学系が用いられるようになった（特許文献１）。
【０００４】
また、一般に従来の半導体露光装置では、多数のレンズより構成された屈折投影光学系を用いている。屈折投影光学系では、各レンズが露光光のエネルギーの一部を吸収しレンズ内部に温度分布が生じることで、レンズの内部屈折率分布や面形状が変化し、投影光学系の光学特性が劣化することが知られている。そのため、投影光学系のレンズ周辺部を暖める加熱手段とレンズ温度制御手段、および、レンズ空間に気体を流入させる気体供給手段と気体温度制御手段とを設け、レンズの温度制御を行うことで投影光学系の光学特性の変化を抑えている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０８９８３２号公報
【特許文献２】特開平０８−０４５８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、生産性向上の為大出力光源を用いた液晶露光装置が使用されるようになっている。反射屈折投影光学系を用いた液晶露光装置では、照射される露光光のエネルギーが増大すると、特に投影光学系の瞳近傍に構成された屈折光学部材（非球面レンズ）に対して、露光光のエネルギーが集中する。
【０００７】
投影光学系の瞳近傍に構成された非球面レンズは、露光光のエネルギーの一部を吸収し、非球面レンズ内部に温度分布が生じることで、非球面レンズの内部屈折率分布や面形状が変化し、反射屈折投影光学系の光学特性を劣化させる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の物体の像を第２の物体上へ投影露光する投影光学系は、凹面ミラーと
凸裏面ミラーを有し、
第１の物体からの光は、前記凹面ミラーで反射し、前記凸裏面ミラーの表面を透過し、
前記凸裏面ミラーの裏面で反射し、再び前記凸裏面ミラーの表面を透過し、再び前記凹面ミラーで反射した後、第２の物体上へ導かれる走査露光装置において、
前記凸裏面ミラーは、透過光学特性の計測手段を有すると共に、
反射面である裏面の温度を調整する温度制御手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
投影光学系の瞳近傍に構成された透過光学部材に露光光のエネルギーが集中しても、透過光学部材の内部屈折率分布や面形状が変化することなく、投影光学系の光学特性を劣化させない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１実施形態である露光装置の一部を示した図である。
【図３】本発明の第１実施形態である露光装置の一部を示した図である。
【図４】本発明の第１実施形態である露光装置の一部を示した図である。
【図５】本発明の第１実施形態である露光装置の計測値の説明図である。
【図６】本発明の第１実施形態である露光装置の計測フローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態の露光装置を示した図である。
【図８】本発明の第２実施形態である露光装置の一部を示した図である。
【図９】本発明の第２実施形態である露光装置の計測値の説明図である。
【図１０】本発明の第２実施形態である露光装置の計測フローチャートである。
【図１１】本発明の第２実施形態である露光装置の計測フローチャートである。
【図１２】本発明の第２実施形態の計測フローの一部を示したフローチャートである。
【図１３】本発明の一実施形態の露光方法のフローチャートである。
【図１４】従来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】
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
〔第1実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態である露光装置を示した図であり、図２，３，４は本発明の第１実施形態である露光装置の一部を示した図である。本実施形態の露光装置は、図１に示すように照明系６１０および、シールガラス１１、１５、および反射ミラー１２、凹面ミラー１３、凸裏面ミラー１４より構成される投影光学系を有する。
【００１３】
照明系６１０は、マスクステージ６２１上に載置されたマスク６２０を照明する。投影光学系を通る露光光の光路を露光光束１６として示す。マスク６２０に形成されたパターンは、シールガラス１１、反射ミラー１２、凹面ミラー１３、凸裏面ミラー１４、再び凹面ミラー１３、反射ミラー１２、シールガラス１５を経て、プレートステージ６３１上のプレート６３０に結像する。プレート６３０は、例えば感光部材（レジスト）が塗布されたガラス基板であり、この感光部材（レジスト）に、マスク６２０のパターン像が露光転写される。不図示の装置本体の制御装置は、マスクステージ６２１とプレートステージ６３１とを同期走査させ、マスク６２０に形成されたパターンをプレート６３０に転写させる。
【００１４】
このとき、凹面ミラー１３で反射した露光光束１６は、凸裏面ミラー１４の紙面右側の透過面から凸裏面ミラー１４へ入射し、凸裏面ミラー１４の紙面左側の反射面で反射した後、再度凸裏面ミラー１４の紙面右側の透過面から出射する。チャンバ１は、露光光が通るシールガラス１１、１５と併せて閉空間を形成し、反射ミラー１２、凹面ミラー１３、凸裏面ミラー１４を蔽っている。
【００１５】
反射ミラー１２、凹面ミラー１３の材質としては、チャンバ１の内部温度が上昇した場合においても結像性能への影響を避けるために、熱膨張係数の小さい高安定性ガラス、例えばショット製のゼロデュア（登録商標）等が使用され得る。凸裏面ミラー１４は透過部材として用いる為、凸裏面ミラー１４の材質としては、露光光に対する吸収の少ない石英等が使用される。
【００１６】
ここで、従来の露光装置について、図１４を用いて説明する。従来の露光装置では、図１４に示すように、シールガラス１１、１５、および反射ミラー１２、凹面ミラー１３、非球面レンズ１４１、凸面ミラー１４２より構成される投影光学系を有する。非球面レンズ１４１の材質としては、露光光に対する吸収の少ない石英等が使用され、凸面ミラー１４２の材質としては、熱膨張係数の小さい高安定性ガラスが使用される。非球面レンズ１４１は、露光光の一部を吸収し内部に温度分布が生じることで、レンズ内部の屈折率分布に変化が生じ、投影光学系の光学特性（主にフォーカス、縦横アス、斜めアス、像面湾曲）を変化、劣化させる。
【００１７】
投影光学系の瞳近傍に構成された非球面レンズ１４１は、投影光学系内で最も露光光のエネルギーが集中する箇所であるため、非球面レンズ１４１表面に気体を流入させての温度制御では効果が不十分である。また、凸面ミラー１４２も同様に最も露光光のエネルギーが集中する箇所であるため、熱膨張係数の小さい高安定性ガラスを用いていても、ミラー膜の露光光吸収によりミラー面形状が変化し、投影光学系の光学特性を変化、劣化させる。
【００１８】
図１に示す本発明では、図１４に示した従来の露光装置に構成されている屈折光学部材である非球面レンズ１４１と反射光学部材である凸面ミラー１４２を、光学的に等価な反射屈折光学部材である凸裏面ミラー１４に置き換えた構成としている。このとき、凸裏面ミラー１４の露光光の吸収は、透過面の反射防止膜および反射面のミラー膜により生じるが、露光光の吸収の度合いは、透過面の反射防止膜が例えば0.3％以下であるのに対し、反射面のミラー膜はその10倍以上の値となる。それなので、凸裏面ミラー１４のミラー膜面に冷却器４０，４１，４２を構成することで、露光光の吸収により生じるミラー膜の温度、および凸裏面ミラー１４内部の温度を効果的に制御することを可能としている。
【００１９】
また凸裏面ミラー１４の周囲には、投光部２１と受光部２２が対向して構成されており、投光部２１から発せられた計測光束１８は、凸裏面ミラー１４の内部を経て受光部２２に入光する。投光部２１と受光部２２の目的は、露光光の吸収により生じる凸裏面ミラー１４内部の光学特性変化を計測し、凸裏面ミラー１４内部の温度を効果的に制御するためである。
【００２０】
図２を用いて、投光部２１と受光部２２の作用について説明する。投光部２１から発せられた略平行光である計測光束１８は、凸裏面ミラー１４の側面から内部に入射し、対向した凸裏面ミラー１４の側面から出射する。凸裏面ミラー１４の側面から出射した略平行光である計測光束１８は、受光部２２に入光する。このとき、計測光束１８を凸裏面ミラー１４のミラー膜に近い部分を透過するように投光部２１と受光部２２を配置することで、凸裏面ミラー１４内部の光学特性変化をより敏感に計測することができる。
【００２１】
図２の［A］は凸裏面ミラー１４の屈折率分布が一様な場合を示している。図２の［A］では、投光部２１から発せられた計測光束１８は、凸裏面ミラー１４の内部を直進し、受光部２２に達するものである（ここで、図２の［A］において、略平行光が受光部２２に入光した位置を基準位置とし、左方向をマイナス位置、右方向をプラス位置と定める。）。
【００２２】
図２の［B］は、凸裏面ミラー１４の屈折率分布が中心部で高い場合を示している。図２の［B］の状態は、凸裏面ミラー１４の材質を石英とすると、露光光の照射により中心部の温度が高くなった場合に相当する。図２の［B］では、投光部２１から発せられた計測光束１８は、凸裏面ミラー１４の内部で屈折し受光部２２のマイナス位置に入光する。
【００２３】
図２の［C］は、凸裏面ミラー１４の屈折率分布が中心部で低く周囲が高くなった場合を示している。図２の［C］の状態は、凸裏面ミラー１４の材質を石英とすると、例えば凸裏面ミラー１４を冷却器４０で冷却を行い、凸裏面ミラー１４の中心温度を下げた場合に相当する。図２の［C］では、投光部２１から発せられた計測光束１８は、凸裏面ミラー１４の内部で図２の［B］と逆方向に屈折し受光部２２のプラス位置に入光する。
【００２４】
図２の［D］は、凸裏面ミラー１４の屈折率分布の変化が、図２の［B］よりも凸裏面ミラー１４内部に達し、計測光束１８が通過する部分の屈折率分布が一様となった場合を
示している。図２の［D］の状態では、図２の［A］の状態と同じく、投光部２１から発せられた計測光束１８は、凸裏面ミラー１４の内部を直進し、受光部２２に達するものである。
【００２５】
図３は、図１に示した投影光学系の光軸１７に沿って、凹面ミラー１３の側から、凸裏面ミラー１４を見た図である。
【００２６】
図３の［A］に、凸裏面ミラー１４と方位を示した。液晶表示素子では、縦線、横線、斜めの線パターンが多用され、これらのパターンを露光する場合、マスク６２０上に形成されたパターンの方位に合わせて回折光が生じる。マスク６２０上に形成された縦線、横線、斜めの線パターンで生じる回折光は、図３の［A］に示した凸裏面ミラー１４の位置で、０度、９０度、および４５度、１３５度の方位に飛ぶことになる。
【００２７】
凸裏面ミラー１４は、投光部２１から発せられた光の入射側と射出側を対向した平面に加工しておくことが望ましく、図３では上記の４方向で対向した平面を持つように、側面に研磨加工が施されている。
【００２８】
［実施例１］
投光部２１と受光部２２の構成の実施例を図３の［B］に示した。図３の［B］では、対向配置された投光部２１（２１ａ〜２１ｄ）と受光部２２（２２ａ〜２２ｄ）が４方向に構成されている。投光部２１（２１ａ〜２１ｄ）は、それぞれレーザーダイオードやＬＥＤなど光源とした略平行光な計測光束１８（１８ａ〜１８ｄ）発する光学系である。
【００２９】
受光部２２（２２ａ〜２２ｄ）は、ＣＣＤやＰＳＤ（ポジションセンサーダイオード）などの位置検出素子を用いて計測光束１８の位置を計測する光学系である。
【００３０】
［実施例２］
投光部２１と受光部２２の構成の実施例を図３の［C］に示した。図３の［C］では、対向配置された投光部２１（２１e〜２１f）と受光部２２（２２e〜２２f）が２方向に構成されており、さらに凸裏面ミラー１４の側面には、反射ミラー膜１４１e、１４２e、１４１f、１４２fが形成されている。投光部２１eと受光部２２eを例にして説明する。
【００３１】
投光部２１eから発せられた略平行光な計測光束１８eは、凸裏面ミラー１４側面に斜め入射した後、凸裏面ミラー１４内部を通り、反射ミラー膜１４１eに斜め入射する。計測光束１８eは、反射ミラー膜１４１eで反射し向きを変えた後、再び凸裏面ミラー１４内部を通り、反射ミラー膜１４１eの対向した面に形成された反射ミラー膜１４２eに斜め入射する。
【００３２】
さらに計測光束１８eは、反射ミラー膜１４２eで反射し向きを変えた後、三度凸裏面ミラー１４内部を通り、凸裏面ミラー１４側面を通過し、受光部２２eに入光する。このように計測光束１８eは、凸裏面ミラー１４内部を３回通過するため、凸裏面ミラー１４内部の屈折率分布の変化の影響を３倍受けることになり、図３の［B］で示した計測光束１８ａ〜１８ｄに比べ、受光部２２e上で３倍の変位を示すものである。このように、図３の［C］の構成とすることで、安価に受光部２２eの計測敏感度を向上することが可能となる。
【００３３】
簡単の為、図３の［C］では２方位の構成をしめしたが、図３の［B］同様に４方位の構成としても構わないことは言うまでもない。また、計測光束１８の波長に制限は無いが、露光光と異なる波長とすると、受光部２２に計測波長だけを選択透過するフィルターを構成するだけで、照明系６１０からの露光光の有無に関係なく、外乱光の無い計測光束１８の位置計測が可能となる。
【００３４】
図４は、図１に示した投影光学系の軸１７に沿って、反射ミラー１２の側から、凸裏面ミラー１４を見た図である。図４には、凸裏面ミラー１４の中心に配置される冷却器４０、および、Ｘ方向を除いた周囲３方向に対向して配置される冷却器４１（４１ｂ〜４１ｄ）と冷却器４２（４２ｂ〜４２ｄ）の構成を示した。
【００３５】
冷却器４０、４１、４２は、ぺルチエ素子などの凸裏面ミラー１４のミラー膜面に接触させるタイプの冷却器としてもよいし、ＣＯ２などの冷却ガスで非接触にミラー膜面を冷やすタイプの冷却器としてもよい。
【００３６】
冷却ガスを用いる場合は、冷却ガスが露光光束１６に混じて投影光学系の光学性能に影響を与えないように、凸裏面ミラー１４と冷却器４０、４１、４２の周囲を部材で覆い、使用した冷却ガスを投影光学系の外に排気する構造とすることが望ましい。
【００３７】
図１に示した変位計測手段２は、前述の投光部２１と受光部２２を用いて計測光束１８の位置計測を行い、温度制御手段４は、前述の冷却器４０，４１，４２を用いて凸裏面ミラー１４の温度制御を行う。演算手段５は、タイマー５１と連動して変位計測手段２に計測指示を出し、メモリー５２に記憶された値を基にして変位計測手段２の計測値から、冷却器４０，４１，４２の温度制御の目標値を計算し、それらを温度制御手段４に送っている。
【００３８】
前述のメモリー５２には、計測光束１８の位置を計測する受光部２２の計測原点の位置、および、温度制御判定の為のトレランスなどが記憶されている。
【００３９】
図５は、露光量を横軸とし、縦軸に投影光学系焦点位置Δf0,Δf90の変化、あるいは、変位量Δa,Δbを示したグラフである。図５の［A］は、凸裏面ミラー１４に露光光が連続照射された場合の投影光学系焦点位置Δf0の変化、変位量Δaの変化を示したグラフである。
【００４０】
図１で、プレート側の投影光学系焦点位置Δf0は、凸裏面ミラー１４の露光光の吸収に伴い凸レンズとしてのパワーが強まるため、Ｚ方向に変化しΔf0＞０の変化を示す。これに対し図１の実施例では、凸裏面ミラー１４の材質を石英と考えており、石英は温度上昇すると屈折率が高くなり、変位量Δaは＜０の変化となる。このとき露光光の連続照射に伴う凸裏面ミラー１４内部の屈折率分布の状態は、図２の［A］→図２の［B］→図２の［D］の順で変化していく為、図５の［A］で変位量Δaは急峻に減少し極小値を示した後、増加傾向に変わり一定値（初期値）に収束する。
【００４１】
図５の［B］は、凸裏面ミラー１４に露光光が連続照射された場合の投影光学系焦点位置Δf0,Δf90の変化、および変位量Δa,Δbの変化を示したグラフである。パターンの形成されたマスク６２０に露光光を照射する場合、マスク６２０上に形成されたパターンの方向、線幅、ピッチ、個数などにより、パターンで生じる回折光の飛び方は異なってくる。
【００４２】
例えば、図５の［B］では、凸裏面ミラー１４の位置で、０度の方向よりも９０度の方向に飛ぶ回折光の強度が強い場合を示したものである。
【００４３】
０度の方向よりも９０度の方向の方が、凸裏面ミラー１４の中心部と周辺部の温度差が少なくなるため、投影光学系焦点位置Δf90は、投影光学系焦点位置Δf0よりもゆっくりとした変化を示すものである。同様に、変位量Δbも、変位量Δaに対して、時間差を持った（時間的に遅れた）変化を示すものである。
【００４４】
図５の［C］は、凸裏面ミラー１４に露光光が連続照射された場合の投影光学系のAS量（Δf90-Δf0）の変化、および変位量の差分（Δb-Δa）の変化を示したグラフである。
露光光の連続照射に伴う投影光学系のAS量（Δf90-Δf0）の変化は単調増加の傾向であるが、変位量の差分（Δb-Δa）は極値を二つ持つ高次の変化の傾向を示す。図５の［C］で、変位量の差分（Δb-Δa）が示す最初の極値に対応する変位Δaの値を閾値(21)とする。このとき、露光光の連続照射により変位量Δaの値が閾値(21)となるまでは、変位量Δa,Δbおよび変位量の差分（Δb-Δa）は単調変化の傾向を示すものである。
【００４５】
この単調変化領域において、変位量の差分（Δb-Δa）と投影光学系のAS量（Δf90-Δf0）の変化は一対一対応を示し、変位量Δaと投影光学系焦点位置Δf0、および変位量Δbと投影光学系焦点位置Δf90の変化も一対一対応を示す。
【００４６】
図６は、タイマー５１と連動した演算手段５から指令が出された場合の、変位計測手段２の計測手順および温度制御手段４の制御手順を示すフローチャートである。図６に示す制御は、変位計測手段２の計測値が前記単調変化領域で行われるものとする。図６には、簡単のため、図３の［A］のθ＝０度、９０度だけを測定する場合のフローチャートを示した。
【００４７】
図６のローチャートを説明する。
【００４８】
・（ステップ１０１）
演算手段５の指令に従いθ＝０度方向の投光部２１aが発光し、受光部２２ａが計測光束１８aの変位量Δaを計測する。
【００４９】
・（ステップ１０２）
演算手段５の指令に従いθ＝９０度方向の投光部２１ｂが発光し、受光部２２ｂが計測光束１８ｂの変位量Δbを計測する。
【００５０】
・（ステップ１０３）
演算手段５は、変位量Δaの絶対値をトレランスΔTolerance(in)と比較する。変位量Δaの絶対値がトレランスΔTolerance(in)以下の場合は、冷却器４０の温度調整は行わずに、ステップ１０５に進むものとする。
【００５１】
・（ステップ１０４）
変位量Δaの絶対値がトレランスより大きい場合は、演算手段５は変位量Δa→０となるように冷却器４０の温度を調整する。
【００５２】
・（ステップ１０５）
演算手段５は、変位量Δｂ-Δａの絶対値をトレランスΔTolerance(out)と比較する。
変位量（Δｂ-Δａ）の絶対値がトレランスΔTolerance(out)以下の場合、変演算
手段５は冷却器４０、および冷却器４１ｂ、４２ｂの温度調整は行わずに、ステップ
１０９に進む。
【００５３】
・（ステップ１０６）
さらに、変位量Δｂと変位量Δａの大きさを判断する。
【００５４】
・（ステップ１０７）
変位量Δｂ＜変位量Δａの場合は、変演算手段５は変位量は（Δｂ-Δａ）→０となるように冷却器４１b、４２bの温度を調整する。
【００５５】
・（ステップ１０８）
変位量Δｂ＜変位量Δａでない場合は、変演算手段５は変位量は（Δｂ-Δａ）→０となるように冷却器４０の温度を調整する。
【００５６】
・（ステップ１０９）
これらの一連の動作は、露光装置の露光動作等とは独立しているので、露光装置がONの状態にある場合は、ステップ１０１に戻りこれらの一連の動作を繰り返し、露光装置をOFFとした場合にこれらの一連の動作を終了するものとする。
【００５７】
さらにθ＝４５度、１３５度方向の測定を行う場合は、図６に示したフローチャートのθ＝９０度の測定と同様にθ＝４５度、１３５度方向の測定を加えてやればよい。
【００５８】
第一の実施形態では、凸裏面ミラー１４の光学部材の変化を常時計測し、凸裏面ミラー１４内部の温度を効果的に制御することを可能としている。この事により、凸裏面ミラー１４の光学部材の変化により生じる投影光学系の光学性能の変化を常時補正することが可能となる。
【００５９】
〔第２実施形態〕
つぎに、図７に基づいて本発明とフォーカス計測システムを併用した第２実施形態である露光装置について説明する。
【００６０】
図７は本発明の第２実施形態の露光装置を示した図である。図７に示す本実施形態の露光装置は、図１に示した第１実施形態に対し、マスクステージ駆動手段６２、プレートステージ駆動手段６３、フォーカス計測システム、および、フォーカス２θ成分演算手段７を加えた構成となっている。前述のフォーカス計測システムは、マスクフォーカス計測器６４１、マスクフォーカス計測手段６４、プレートフォーカス計測器６５１、プレートフォーカス計測手段６５、投影光学系焦点位置計測器６６１、投影光学系焦点位置計測手段６６により構成される。
【００６１】
図１に示した第１実施形態では、凸裏面ミラー１４内部の屈折率分布変化を測定しており、この凸裏面ミラー１４内部の屈折率分布変化から生じる投影光学系の光学特性だけを補正している。
【００６２】
投影光学系の光学特性を変化させる要因は、凸裏面ミラー１４内部の屈折率分布変化以外にも存在する。例えば、チャンバ１内に構成された凸裏面ミラー１４以外の光学部材、すなわち凹面ミラー１３、反射ミラー１２なども、露光光の一部を吸収することで、投影光学系の光学特性を変化させる。また、チャンバ１や、投影光学系を支持している構造体も、露光時にマスク６２０から発せられる回折光の照射を受けることや、投影光学系を構成する光学部材からの熱が伝達することで熱膨張を生じる。
【００６３】
この構造体の熱膨張により、凸裏面ミラー１４と凹面ミラー１３の相対距離や、チャンバ１内に構成される投影光学系とマスク６２０、あるいはプレート６３０との距離などが変化することで、投影光学系の光学特性が変化する。さらに、投影系光学系の光路中の空気の温度が変化すると、空気の屈折率分布変化し、投影光学系の光学特性が変化する。
【００６４】
図７に示した第２実施形態では、凸裏面ミラー１４内部の屈折率分布変化に伴う投影光学系の光学特性も含めた投影光学系の光学特性を測定可能としており、特にフォーカス特性を測定する例を示している。マスクフォーカス計測器６４１は、マスク６２０とマスクフォーカス計測器６４１が載置されているチャンバ１とのZ方向の距離を測定する。
【００６５】
同様に、プレートフォーカス計測器６５１は、プレート６３０とプレートフォーカス計測器６５１が載置されているチャンバ１とのZ方向の距離を計測する。これらのマスクフォーカス計測器６４１、およびプレートフォーカス計測器６５１は、紙面垂直方向（X方向）に、複数点の計測点を持つものとする。
【００６６】
投影系焦点位置計測器６６１は、プレートステージ６３１上に載置され、例えばＣＣＤなどの撮像素子を用いて、プレート６３０側に投影されたマスク６２０のパターン光学像のコントラストを計測することで、パターンの結像状態を計測する。
【００６７】
このとき、マスク６２０上には、図３に示したθ＝０度、９０度、および４５度、１３５度の方位に対応したパターンが形成されているものとし、これらの方位の異なるパターンそれぞれの結像状態を投影系焦点位置計測器６６１により計測するものとする。さらに図７に示した第２実施形態では、凸裏面ミラー１４の周囲に、受光部２２２に対向して、Ｙ方向に３列の投光部２１１、投光部２１２、投光部２１３が構成される。
【００６８】
図８を用いて、投光部２１１、投光部２１２、投光部２１３と受光部２２の作用について説明する。図８の［A］は凸裏面ミラー１４の屈折率分布が一様な場合を示している。図８の［A］では、投光部２１１、投光部２１２、投光部２１３から発せられた計測光束１８１、計測光束１８２、計測光束１８３は、それぞれ凸裏面ミラー１４の内部を直進し、受光部２２２の異なる位置に入光する。
【００６９】
ここで、凸裏面ミラー１４の屈折率分布が一様な場合である図８の［A］の状態で、それぞれの計測光束１８１、計測光束１８２、計測光束１８３が入光した位置を、それぞれの計測光束１８１、計測光束１８２、計測光束１８３の計測の基準位置とする（左方向をマイナス位置、右方向をプラス位置と定める。）。
【００７０】
図８の［B］の状態は、凸裏面ミラー１４の材質を石英とし、露光光の照射により凸裏面ミラー１４の温度が高くなった場合に相当する。図８の［B］は、凸裏面ミラー１４の屈折率分布の変化が凸裏面ミラー１４内部に達した状態であり、計測光束１８１が通過する部分の屈折率は一様に高くなり、計測光束１８２が通過する部分の屈折率分布が中心部で高い場合を示している。
【００７１】
このとき、計測光束１８３が通過する部分の屈折率には変化が無い状態である。図８の［B］の状態で、計測光束１８１計測光束１８３は、それぞれ凸裏面ミラー１４の内部を直進し、受光部２２２に入光するのに対し、計測光束１８２は、凸裏面ミラー１４の内部で屈折し受光部２２のマイナス位置に入光する。
【００７２】
図８の［C］の状態は、凸裏面ミラー１４の材質を石英とし、例えば露光光の照射により温度の上昇した凸裏面ミラー１４を冷却器４０で中心部のみ冷却を行い、凸裏面ミラー１４の中心部の温度が低くなった場合に相当する。図８の［C］は、凸裏面ミラー１４の屈折率分布の変化が凸裏面ミラー１４内部に達した状態であり、計測光束１８１が通過する部分の屈折率は一様に高くなり、計測光束１８２が通過する部分の屈折率分布が周辺部で高い場合を示している。
【００７３】
このとき、計測光束１８３が通過する部分の屈折率には変化が無い状態である。図８の［C］の状態で、計測光束１８１計測光束１８３は、それぞれ凸裏面ミラー１４の内部を直進し、受光部２２２に入光するのに対し、計測光束１８２は、凸裏面ミラー１４の内部で屈折し受光部２２のプラス位置に入光する。
【００７４】
上記の図８の［B］および、図８の［C］で示したように、凸裏面ミラー１４の内部の屈折率分布の状態により、計測光束１８１、計測光束１８２、計測光束１８３の示す変位の方向および変位量は異なる値となる。
【００７５】
図９の［A］,［B］,［C］に、凸裏面ミラー１４に露光光が連続照射された場合の投影光学系焦点位置Δf0の変化と、計測光束１８１、計測光束１８２、計測光束１８３それぞれの変位量Δa(211)、変位量Δa(212)、変位量Δa(213)を示した。図９は図８の［B］の状態に相当し、露光光の連続照射に伴い、初めに計測光束１８１の変位量Δa(211)が大きく変化し、その後、計測光束１８２の変位量Δa(212)、計測光束１８３の変位量Δa(213)の順で大きく変化するものである。
【００７６】
図９の［A］を用いて、凸裏面ミラー１４に露光光が連続照射された場合の投影光学系焦点位置Δf0の変化と変位量Δa(211)の変化の関係について説明する。図９の［A］に示した閾値(21)は、図５の［C］で説明した閾値(21)と同じであり、露光光の連続照射により変位量Δa(211)の値が閾値(21)となるまでは、変位量Δa(211)と投影光学系焦点位置Δf0は、それぞれ単調変化の傾向を示し一対一対応をなすものである。このとき、変位量Δa(211)＝閾値(21)となる投影光学系焦点位置Δf0の値を閾値(f11)と定め、投影光学系焦点位置Δf0の値が閾値(f11) となるまでを領域(211)と呼ぶものとする。
【００７７】
次に図９の［B］を用いて、凸裏面ミラー１４に露光光が連続照射された場合の投影光学系焦点位置Δf0の変化と変位量Δa(212)の変化の関係について説明する。図９の［B］においても、露光光の連続照射により変位量Δa(212)の値が閾値(21)となるまでは、変位量Δa(212)と投影光学系焦点位置Δf0はそれぞれ単調変化の傾向を示し一対一対応をなすものである。
【００７８】
このとき、変位量Δa(212)＝閾値(21)となる投影光学系焦点位置Δf0の値を閾値(f12)と定め、投影光学系焦点位置Δf0の値が閾値(f11)から閾値(f12) となる範囲を領域(212)と呼ぶものとする。
【００７９】
同じく図９の［C］を用いて、凸裏面ミラー１４に露光光が連続照射された場合の投影光学系焦点位置Δf0の変化と変位量Δa(213)の変化の関係について説明する。図９の［C］においても、露光光の連続照射により変位量Δa(213)の値が閾値(21)となるまでは、変位量Δa(213)と投影光学系焦点位置Δf0はそれぞれ単調変化の傾向を示し一対一対応をなすものである。
【００８０】
このとき、変位量Δa(213)＝閾値(21)となる投影光学系焦点位置Δf0の値を閾値(f13)と定め、投影光学系焦点位置Δf0の値が閾値(f12)から閾値(f13) となる範囲を領域(213)と呼ぶものとする。
【００８１】
図９の［A］,［B］,［C］に示したように投影光学系焦点位置Δf0のとる領域を分割し、分割した領域（211）、領域（212）、領域（213）それぞれに対し、変位量Δa(211)、変位量Δa(212)、変位量Δa(213)を対応させるものとする。
【００８２】
図１０は、タイマー５１と連動した演算手段５から指令が出された場合の、変位計測手段２の計測手順および温度制御手段４の制御手順を示すフローチャートである。図１０には、簡単のため、図３の［A］のθ＝０度、９０度だけを測定する場合のフローチャートを示した。また、図１０に示した投影光学系焦点位置Δf0、変位量offset（a）、変位量offset（b）は、図１１で後述するようにあらかじめ求まっているものとする。
【００８３】
図１０のローチャートを説明する。
【００８４】
・（ステップ１００１）
Δf0の値を閾値f11と比較する。
Δf0の値が閾値f11より大きい場合は、ステップ１００３に進むものとする。
【００８５】
・（ステップ１００２）
Δf0の値が閾値f11以下の場合は、変位量Δaとして計測光束１８１を用いた計測値である変位量Δa111を用いるものとし、ステップ１０１に進む。
【００８６】
・（ステップ１００３）
Δf0の値を閾値f12と比較する。
Δf0の値が閾値f12より大きい場合は、ステップ１００５に進むものとする。
【００８７】
・（ステップ１００２）
Δf0の値が閾値f12以下の場合は、変位量Δaとして計測光束１８２を用いた計測値である変位量Δa112を用いるものとし、ステップ１０１に進む。
【００８８】
・（ステップ１００５）
Δf0の値を閾値f13と比較する。
Δf0の値が閾値f13より大きい場合は、ステップ１００７に進むものとする。
【００８９】
・（ステップ１００６）
Δf0の値が閾値f13以下の場合は、変位量Δaとして計測光束１８３を用いた計測値である変位量Δa113を用いるものとし、ステップ１０１に進む。
【００９０】
・（ステップ１００６）
変位量offset（a）を初期値である変位量offset（a）＝0に書き換える。
【００９１】
・（ステップ１００７）
変位量Δaとして計測光束１８１を用いた計測値である変位量Δa111を用いる初期設定に戻し、終了する。
【００９２】
・（ステップ１０１）
演算手段５の指令に従いθ＝０度方向の投光部２１aが発光し、受光部２２ａが計測光束１８aの変位量Δaを計測する。
【００９３】
・（ステップ１０２）
演算手段５の指令に従いθ＝９０度方向の投光部２１ｂが発光し、受光部２２ｂが計測光束１８ｂの変位量Δbを計測する。
【００９４】
・（ステップ１０３０）
演算手段５は、変位量（Δa+ offset（a））の絶対値をトレランスΔTolerance(in)
と比較する。変位量（Δa+ offset（a））の絶対値がトレランスΔTolerance(in)以下の場合は、冷却器４０の温度調整は行わずに、ステップ１０５に進むものとする。
【００９５】
・（ステップ１０４）
変位量Δaの絶対値がトレランスより大きい場合は、演算手段５は変位量Δa→０となるように冷却器４０の温度を調整する。
【００９６】
・（ステップ１０５０）
演算手段５は、変位量（Δｂ-Δａ+ offset（b））の絶対値をトレランスΔTolerance(out)と比較する。変位量（Δｂ-Δａ+ offset（b））の絶対値がトレランスΔTolerance(out)以下の場合、変演算手段５は冷却器４０、および冷却器４１ｂ、４２ｂの温度調整は行わずに、ステップ１０９に進む。
【００９７】
・（ステップ１０６）
さらに、変位量Δｂと変位量Δａの大きさを判断する。
【００９８】
・（ステップ１０７）
変位量Δｂ＜変位量Δａの場合は、変演算手段５は変位量は（Δｂ-Δａ）→０となるように冷却器４１b、４２bの温度を調整する。
【００９９】
・（ステップ１０８）
変位量Δｂ＜変位量Δａでない場合は、変演算手段５は変位量は（Δｂ-Δａ）→０となるように冷却器４０の温度を調整する。
【０１００】
・（ステップ１０９）
これらの一連の動作は、露光装置の露光動作等とは独立しているので、露光装置がONの状態にある場合は、ステップ１０１に戻りこれらの一連の動作を繰り返し、露光装置をOFFとした場合にこれらの一連の動作を終了するものとする。
【０１０１】
上記に説明した図１０のフローチャートは、図１１に示すステップ２０９の詳細フローである。
【０１０２】
図１１は、第２実施形態であるフォーカス計測システムを併用した場合の計測手順および温度制御手順を示すフローチャートであり、図１１のステップ２０２、あるいはステップ２０３の詳細フローは、図１２のフローチャートに示した手順となる。
【０１０３】
まず、図１２のフローチャートついて説明する。
【０１０４】
・（ステップ２１１）
投影光学系焦点位置計測手段６６は、マスクステージ駆動手段６２に指令を出し、マスク６２０上のθ＝０度のマークが所定の計測位置に来るように、マスクステージ６２１をXYZ方向に駆動する。
【０１０５】
・（ステップ２１２）
投影光学系焦点位置計測手段６６は、マスクフォーカス計測手段６４に指令を出し、マスクフォーカス計測器６４１を用いてマスク６２０のθ＝０度のマークが形成された部分のフォーカス計測（Z位置計測）を行う。
【０１０６】
・（ステップ２１３）
投影光学系焦点位置計測手段６６は、マスク面のフォーカス計測値より、プレートフォーカス計測手段６５のプレート面フォーカス計測原点を決定する。
【０１０７】
・（ステップ２１４）
投影光学系焦点位置計測手段６６は、プレートステージ駆動手段６３に指令を出し、投影光学系焦点位置計測器６６１が所定の計測位置に来るように、プレートステージ６３１をXYZ方向に駆動する。
【０１０８】
・（ステップ２１５）
投影光学系焦点位置計測手段６６は、照明系制御手段６１に指令を出し、照明系６１０内のシャッターを開け、マスク６２０上のθ＝０度のマークに露光光を照射する。
【０１０９】
・（ステップ２１６）
投影光学系焦点位置計測手段６６は、プレートステージ駆動手段６３に指令を出し、プレートステージ６３１を所定の位置にZ駆動させる。例えばZ駆動は、プレート面フォーカス計測原点に対し-100umのZ位置から、5umピッチに+100umまでの範囲で計測を行うものとする。
【０１１０】
・（ステップ２１７）
投影光学系焦点位置計測手段６６は、プレートフォーカス計測手段６５に指令を出し、プレート面フォーカス計測を行う。
【０１１１】
・（ステップ２１８）
投影光学系焦点位置計測手段６６は、投影光学系焦点位置計測器６６１に指令を出し、θ＝０度のマークの結像特性を計測する。
【０１１２】
・（ステップ２１９）
プレートステージのZ駆動を続ける場合は、ステップ２１６に戻り、終了する場合はステップ２２０に進む。
【０１１３】
・（ステップ２２０）
Z駆動終了後、投影光学系焦点位置計測手段６６は、照明系制御手段６１に指令を出し、照明系６１０内のシャッターを閉じ、マスク６２０上のθ＝０度のマークへの露光光の照射を停止する。
【０１１４】
・（ステップ２２１）
投影光学系焦点位置計測手段６６は、ステップ２１７で計測したプレート面フォーカス計測値と、ステップ２１８で計測したθ＝０度のマークの結像特性値より、マークの結像特性が最良となるプレート面フォーカス位置Δf0を算出する。
【０１１５】
次に図１１のフローチャートついて説明する。
【０１１６】
・（ステップ２０１）
メモリー５２に格納されている変位量offset（a）および変位量offset（b）を書き換える場合は、ステップ２０２に進み、書き換えない場合はステップ１０１に進む。
【０１１７】
・（ステップ２０２）
投影光学系焦点位置計測手段６６は、θ＝０度方向の投影光学系の最良結像位置Δf0を計測する。
【０１１８】
・（ステップ２０３）
投影光学系焦点位置計測手段６６は、θ＝９０度方向の投影光学系の最良結像位置Δf90を計測する。
【０１１９】
θ＝９０度方向の投影光学系の最良結像位置Δf90の計測は、図１２においてマスク６２０上のθ＝９０度のマークを用いてやればよい。
【０１２０】
・（ステップ２０４）
フォーカス２θ成分演算手段７は、θ＝０度方向の投影光学系焦点位置Δf0から変位計測手段２のθ=0度方向に対応する変位量offset（a）を算出 する。
【０１２１】
・（ステップ２０５）
フォーカス２θ成分演算手段７は、θ＝０度方向の投影光学系焦点位置Δf0、およびθ＝９０度方向の投影光学系の最良結像位置Δf90から、AS量（Δf90-Δf0）を算出する。
【０１２２】
・（ステップ２０６）
フォーカス２θ成分演算手段７は、AS量（Δf90-Δf0）から、変位計測手段２のθ=９0度方向に対応する変位量offset（b）を算出する。
【０１２３】
・（ステップ２０７）
フォーカス２θ成分演算手段７は、演算手段５に指令を出し、メモリー５２に格納されているθ＝０度方向の投影光学系焦点位置Δf0を書き換える。
【０１２４】
・（ステップ２０８）
フォーカス２θ成分演算手段７は、演算手段５に指令を出し、メモリー５２に格納されている変位量offset（a）および変位量offset（b）を書き換える。
【０１２５】
・（ステップ２０９）
変位計測手段２は変位量Δa,Δb計測を行い、演算手段５はこの結果から温度制御手段４に指示を出し、温度制御手段４は冷却器40,41b,42b温度調整を行うものとする。
【０１２６】
さらにθ＝４５度、１３５度方向の測定を行う場合は、図１０、図１１、図１２に示したフローチャートのθ＝９０度の測定と同様にθ＝４５度、１３５度方向の測定を加えてやればよい。
【０１２７】
第二の実施形態では、凸裏面ミラー１４の光学部材の変化以外の要因で生じる投影光学系の光学性能の変化も含めて、投影光学系の光学性能を逐次計測し、凸裏面ミラー１４内部の温度制御の目標値を修正することを可能としている。
【０１２８】
このことにより、凸裏面ミラー１４の光学部材の変化より生じる投影光学系の光学性能
の変化に加え、凸裏面ミラー１４の光学部材の変化以外の要因で生じる投影光学系の光学性能の変化を補正することが可能となる。
【０１２９】
〔第３実施形態〕
つぎに、図１３に基づいて本発明の一実施形態の露光方法について説明する。図１３は本発明の一実施形態の露光方法のフローチャートである。本実施形態の露光方法を、図１３の[Ａ]、および[Ｂ]を用いて説明する。初めに、図１３の[Ａ]を説明する。
・変位量測定および冷却器温度調整と記したステップ３０１の詳細フローは、図１１に示したステップ１０１，１０２，１０３０，１０４０、１０５，１０６，１０７０，１０８，１０９の内容と同じである。
【０１３０】
ステップ３０１では、タイマー５１と連動した演算手段５からの指令に従い、変位計測手段２による計測および温度制御手段４による制御を繰り返し行うものである。本ステップ３０１は、装置の電源のＯＮ，ＯＦＦ伴い、作動を開始および終了するものとする。
【０１３１】
次に、図１３の[Ｂ]を説明する。
・プレート露光を行うJobを起動する。
・Jobのプログラムに従って、変位量オフセットの設定を行うかどうかを判断する（ステップ３０２）。
【０１３２】
例えば、Job起動時およびプレート露光１０枚ごとなどというように、Jobのプログラムにより、変位量オフセットの設定を行うタイミングが指示されるものである。
・変位量オフセットの設定を行う場合、フォーカス２θ成分演算手段７は、投影光学系焦点位置計測手段６６が行った計測結果に基づき、変位量offset（a）および変位量offset（b）を算出する。
【０１３３】
さらにフォーカス２θ成分演算手段７は、演算手段５に指令を出し、メモリー５２に格納されている変位量offset（a）および変位量offset（b）を書き換える（ステップ３０３）。
【０１３４】
このステップ３０３の詳細フローは、図１２のステップ２０２〜２０７で説明したとおりである。これらの図１３の[Ｂ]のステップ３０３で書き換えられたメモリー５２内の変位量offset（a）および変位量offset（b）の値は、図１３の[Ａ]に示したステップ３０１に反映されるものとする。
・プレートの搬入を行う（ステップ３０４）。
・プレートのフォーカス合わせを行う（ステップ３０５）。
・プレートのアライメントを行う（ステップ３０６）。
・プレートの露光を行う（ステップ３０７）。
・プレートの搬出を行う（ステップ３０８）。
・プレートが最終である場合は、Jobを終了し、最終でない場合は、変位量オフセットの設定の判断に戻る（ステップ３０９）。
【０１３５】
〔第４実施形態〕
つぎに、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。
【０１３６】
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】
【０１３７】
２  変位計測手段
４  温度制御手段
１３  凹面ミラー
１４  凸裏面ミラー
１８  計測光束
２１  投光部
２２  受光部
４０、４１、４２  冷却器
【図５】
2015079073.tif 000003
【図１】
2015079073.tif 000004
【図２】
2015079073.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
2015079073.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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