(57)【要約】【解決課題】極端紫外線領域では反射鏡等の光学素子は大きな光吸収を有する。このような場合、吸収によって生じる熱により光学素子は熱変形を起こし、結像性能は低下する。このような結像性能の低下は半導体露光装置のような高精細な光学特性が要求される場合には補正されることが必須となる。【解決手段】光学性能の低下を光学素子の保持部等の機械的な調整によって回復出来るようにするため、熱変形が局所的なものにならないようにする。局所的な変形を引き起こす要因は結像に関与する光束が光学素子に一様に入射しないことにあるので、非照射領域を別途熱源により加熱して温度分布に（空間的に）高次成分を持たせないようにする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明領域と非照明領域とを有する光学素子の熱変形を低減する素子制御システムであって、
該光学素子の該非照明領域の少なくとも一部分に放射を供給して加熱する第１の熱源を有することを特徴とする素子制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の素子制御システムであって、
前記照明領域の少なくとも一部分に放射を供給して加熱する第２の熱源を有することを特徴とする素子制御システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の素子制御システムであって、
前記第１又は第２の熱源の少なくとも一方の熱源は、供給する放射の強度及び／又は放射の形状を制御する機能を有することを特徴とする素子制御システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載された素子制御システムであって、
前記光学素子の形状又は素子の温度の少なくとも一方を測定する測定システムを有することを特徴とする素子制御システム。
【請求項５】
請求項４記載の素子制御システムであって、
前記素子測定システムの測定結果に基づいて前記第１又は／及び前記第２の熱源の放射強度又は／及び放射形状を制御することを特徴とする素子制御システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずかに記載の素子制御システムであって、
前記非照明領域の少なくとも一部分の温度と前記照明領域の温度とがおよそ等しくなるように制御又は／及び前記素子の前記照明領域内の温度が一様になるように制御することを特徴とする素子制御システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の素子制御システムであって、熱変形に伴う高次の光学収差を低減するように第１の熱源又は／及び第２の熱源の放射を制御することを特徴とする素子制御システム。
【請求項８】
照明ビームにより照明される照明領域と照明されない非照明領域を有する光学素子からなる光学装置であって、
前記請求項１乃至７のいずれかに記載された素子制御システムを有することを特徴とする光学装置。
【請求項９】
請求項８記載の光学装置であって、
前記光学素子の前記非照射領域に前記放射を吸収する層を設けたことを特徴とする光学装置。
【請求項１０】
照明システム、レチクルステージ、ウェハステージ、光学装置、機構系制御システムを有する露光装置であって、
該光学装置が請求項８又は９に記載された光学装置であることを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
ＥＵＶ光を発する光源、該光源から出た照明ビームをレチクルに照射する照明システム、該レチクルを保持するレチクルステージ、レチクル上のパターンをウェハ上に投影する光学装置を有する露光装置であって、
該光学装置を構成する光学素子は該照明システムにより供給される該照明ビームによって照明される照明領域と照明されない非照明領域を有し、
該光学素子の該非照明領域の少なくとも一部分に放射を供給して加熱する第１の熱源を有することを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載された露光装置であって、
前記照明領域の少なくとも一部分に放射を供給して加熱する第２の熱源を更に有することを特徴とする露光装置。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載された露光装置であって、
前記第１又は第２の熱源の少なくとも一方の熱源は、供給する放射の強度及び／又は放射の形状を制御する機能を有することを特徴とする露光装置。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のいずれかに記載された露光装置であって、
前記光学素子の形状又は素子の温度の少なくとも一方を測定する測定システムを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１５】
レチクル上に形成された半導体回路パターンをウェハ上に光学装置を介して投影露光する露光方法であって、
該光学装置を構成する光学素子の非照明領域の少なくとも一部を第１の熱源により加熱し、該光学素子の熱変形を単純化しながら露光することを特徴とする露光方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載された露光方法であって、
前記光学素子の照明領域を第２の熱源により加熱し、該光学素子の熱変形を単純化することを特徴とする露光方法。
【請求項１７】
請求項１５又は１６に記載された露光方法であって、
前記光学素子の形状又は／及び素子の温度を測定し、その結果に基づいて該光学素子の熱変形を単純化することを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高精度な光学装置の関し、光学装置中の光学素子の変形に伴う収差を低減するシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】半導体処理工程中において、レチクルから半導体ウェハ上にパターンを転写するために一般的にリソグラフィシステムが使用されている。典型的なリソグラフィシステムには照明光源、レチクルを搬送するレチクルステージ部、光学部（光学装置）、半導体ウェハを位置づけるためのウェハステージ部がある。
【０００３】
レチクルからウェハ上に転写される図形の線幅は極度に狭い。図形の分解能を増加するため、また、像の線幅のサイズを小さくするためにはレチクルからウェハ上に転写するための光の波長がさらに短くなった光源を用いる必要がある。例えば、極端紫外線（ＥＵＶ）は波長領域が１１ｎｍから１３ｎｍの範囲の光を含むものであり、リソグラフィシステムでの使用が検討されている。
【０００４】
極端紫外線システムでは、光学部は一般的には一つ又は二つ以上の光学素子、例えば反射鏡を有している。各光学素子は屈折率が異なる物質の多層膜を備え、ＥＵＶ光を反射するようになっている。多層膜を形成する物質を適切に選択することにより、反射率を上げることが可能であるが、現状ではせいぜい反射率は０．６５である。この結果、ＥＵＶ光の一部はこの光学素子によって吸収される。吸収されたＥＵＶ光は光学素子の照明領域を加熱し、この領域の温度を非照明領域よりも上昇させる。
【０００５】
不幸なことに、照明領域での温度の上昇は光学素子を変形させる。例えば、ＥＵＶリソグラフィでは、形状変化が１ｎｍ程度であっても像を劣化させる収差を発生させる。例えば、ウェハに転写される像をボケさせることになる。
【０００６】
さらに、リソグラフィシステム用の高いスループット（ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）を得ようとすると、照明光源は相当高いレベルの出力が要求される。このことは光学素子の加熱の程度が大きくなることになり、光学素子の収差が大きくなることを意味する。
【０００７】
熱によって光学素子に引き起こされた収差を低減する試みとしては、光学素子中にチャネルを設けて冷却流体を流すことである。しかしながら、冷却を行っても、光学素子の熱応力は可成りの熱変形を残すことになる。従って、熱応力による表面の変形が残ってしまう。更に、積極的な冷却にも実際上の制限がある。それは、冷却流体から生じる光学素子の振動を厳しく押さえ込んで、光学素子の形状とアライメント精度を保つ必要があるからである。
【０００８】
光学的収差を低減する他の試みは、光学素子を保持する取り付ける部材によって予め変形させておくことである。この場合、照明ビームの熱による変形が打ち消されるように、取り付け部材が光学素子を予め変形させる。しかしながら、取り付け部材によって光学素子を変形させておく方法が有効なのは、変形が単純な場合だけである。例えば、光学素子上での加熱が対称でない場合には、光学素子を予備変形させる方法は成功する可能性は少ない。
【０００９】
このような状況では、熱変形を低減し、光学素子の収差を低減するシステムや装置が求められる。また、光学素子の温度を制御して、一定に保つようなシステムや装置が求められている。更に、回路密度の高い半導体ウェハを高精度で作り抱くリソグラフィシステムが求められている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記課題を解決するために、以下の手段を用いている。
【００１１】
本発明では、照明領域と非照明領域とを有する光学素子の熱変形を低減する素子制御システムであって、該光学素子の該非照明領域の少なくとも一部分に放射（ｒａｄｉａｔｉｏｎ）を供給して加熱する第１の熱源を有する素子制御システムを用いている。この時、更に前記照明領域の少なくとも一部分に放射を供給して加熱する第２の熱源を有するようにすることも可能であり、さらに第１又は第２の熱源の少なくとも一方の熱源は、供給する放射の強度及び／又は放射の形状を制御する機能を有するようにする。このようにして素子の温度分布を制御することによって素子の変形が単純化され、この変形の影響を補正することが簡単になる。上記手段にさらに、光学素子の形状又は素子の温度の少なくとも一方を測定する測定システムを有するようにし、この素子測定システムの測定結果に基づいて前記第１又は／及び前記第２の熱源の放射強度又は／及び放射形状を制御する様にすると、実時間でより精度の高い形状補正が可能になる。
【００１２】
また、上記素子制御システムは、非照射領域の少なくとも一部分の温度と照明領域の温度とがおよそ等しくなるように制御したり、更に素子の照明領域内の温度が一様になるように制御したり、より高い補正制御のために熱変形に伴う高次の光学収差を低減するように第１の熱源又は／及び第２の熱源を制御するようになされている。これにより、熱による変形の光学素子への影響を低次の収差のみにし、素子保持部材等の調整による補正を容易にしている。
【００１３】
さらに、本発明の手段は、上記のような素子制御システムを光学装置に用いることである。これによって素子の熱的変形の影響を素子の保持部材の調整のみで補正が可能な光学装置が得られる。この時、素子の表面に熱源よりの放射を吸収しやすい層を設けておくと、熱源の負担が減少される。
【００１４】
本発明では、また、さらにまた、　照明システム、レチクルステージ、ウェハステージ、光学装置、機構系制御システムを有する露光装置に上記光学装置を用いる。このような露光装置では、たとえ露光による熱によって光学素子が熱変形をきたしても、簡単な補正により影響が除去され、安定した露光を常に行うことが出来るようになる。
【００１５】
本発明の他の手段は、
ＥＵＶ光を発する光源、光源から出た照明ビームをレチクルに照射する照明システム、レチクルを保持するレチクルステージ、レチクル上のパターンをウェハ上に投影する光学装置を有する露光装置で、光学装置を構成する光学素子は照明システムにより供給される該照明ビームによって照明される照明領域と照明されない非照明領域を有し、光学素子の非照明領域の少なくとも一部分に放射を供給して加熱する第１の熱源を有する露光装置である。また、この露光装置に照明領域の少なくとも一部分に放射を供給して加熱する第２の熱源を更に有するようにしたり、第１又は第２の熱源の少なくとも一方の熱源は、供給する放射の強度及び／又は放射の形状を制御する機能を有するようにする。　またさらに、光学素子の形状又は素子の温度の少なくとも一方を測定する測定システムを有するようにすると、光学素子の温度分布を実時間でより精度の高い精度で所定のものになすことが可能になる。
【００１６】
本発明の更なる他の手段は、
レチクル上に形成された半導体回路パターンをウェハ上に光学装置を介して投影露光する露光方法であって、光学装置を構成する光学素子の非照明領域の少なくとも一部を第１の熱源により加熱し、光学素子の熱変形を単純化しながら露光する露光方法である。また、光学素子の照明領域を第２の熱源により加熱することによってより精度の高い制御が可能になり、さらに光学素子の形状又は／及び素子の温度を測定し、その結果に基づいて該光学素子の熱変形を単純化することにより実時間的に素子の温度分布や形状の制御が可能になる。
【００１７】
【実施の形態】先ず初めに実施の概要を記す。
【００１８】
本発明は光学素子の制御システムに関するものであり、光学素子の熱変形を抑制するシステムに関するものである。光学素子にはエネルギーを受ける照射領域と受けない非照射領域がある。素子制御システムには熱源があり、これによって素子の非照射領域の少なくとも一部を加熱する。熱源は熱を実質的に非照射領域全体に供給することもあるし、非照射領域の一部に供給することもある。熱源により加熱される領域を加熱領域という。光学素子に吸収された熱は素子を加熱する。一つの実施の形態では、熱源は電磁放射ビームである。他の熱源としては、熱源は非照射領域の近傍に置かれた熱せられた面であり、加熱は非照射領域に対して放射による熱伝達で行われる。実施の形態によっては、素子制御システムによって熱によって変形した形状を変化させることもある。
【００１９】
熱源からの放射（ｒａｄｉａｔｉｏｎ：電磁波であり、波長領域を問わない）により光学素子の一部分を加熱し、光学素子の形状を制御したり、光学素子の全体にわたって一様な温度分布をもたらす。違った言い方をすれば、熱源はエネルギーを光学素子の選択的な領域に与え、光学素子の形状を変化させる。例としては、光学素子の非照射領域が熱源から受け取るエネルギー量は、照射領域が照射光として受け取るエネルギー量のおよそ１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％増しになるようにする。こうすると、熱変形が単純なものになり、安定したものになり、光学素子の収差が低減される。
【００２０】
温度が上昇すると大抵の物質は物理的に膨張し、変形が生じる。膨張は光学素子面をズレさせる結果になる。しかしながら、もし光学素子の温度上昇が一様なら、結果的に生じる表面のズレは単純なものになり、単純なアライメントの再調整によって熱が光学素子に及ぼす影響を無くすることが出来る。例えば、もし、熱膨張が表面を光軸に沿って一様にズレを生じさせるとすると、光学素子の位置を単純に補正すれば良く、その結果、面の位置は元にもどることになる。膨張が球面の曲率を若干変化させるような場合にも、光軸方向の位置を再調整することによって膨張の影響を無くすることができる。膨張が面を光軸に対して一様に傾けるような場合には、光学素子を単に傾けることで補正ができることになる。熱による変形を単純な形に修正することには、このような利点がある。この利点は、付加的な加熱によって全体の変形が量的に増加しても、同じように得られる。
【００２１】
上記のようなものよりも複雑な変形に基づく収差をここでは高次の収差と呼ぶ。高次の収差には、例えば、非点収差、球面収差、コマ収差、像面湾曲がある。高次の収差が本発明により低減されると、ここでは収差は単純化された、と表現する。
【００２２】
場合によっては、加熱された光学素子の温度分布を一様にすることが出来ない場合もある。例えば、光学素子の照明領域の表面近くの温度は均一になされても、素子の厚さ方向には温度が変化することがあるが、上記の議論はそのまま成立する。光学素子の厚さ方向に温度が変化した場合、熱変形に関与することになるが、表面形状の単純な変形を引き起こすだけである。そのような変形は先に記した方法によって補正が可能である。
【００２３】
加熱された領域の温度分布が表面付近や照明領域近傍で不均一になった場合、照明領域内の表面が局所的に変形する。この変形に伴う収差を光学素子の機械的な調整により補正することは出来ない。本発明に記された熱源はこのように収差を単純化すために供給されるものである。
【００２４】
実施例としては、熱源からの熱放射強度及び／又は熱分布を制御することにより非照射領域の温度を照射領域の温度と実施的に等しくすることができる。熱源からの熱放射強度及び／又は熱分布は時間的に変化させることも可能である。
【００２５】
実施形態としては、熱放射はウェハ上のレジストに感度を有しない波長の光である。この場合、熱源からの迷光がウェハに達してもウェハ上のレジストに影響を与えない。しかし、場合によっては、ウェハを加熱しないように、レジストを加熱しないように、更にリソグラフィシステムの他の重要な部分を加熱しないように迷光を制限する。
【００２６】
また、素子制御システムでは、素子測定システムを設けて素子の熱変形を観測することもある。このようにすると、熱源からの熱放射強度及び／又は熱分布を素子測定システムよりの出力に従って調整することが出来る。
【００２７】
更に、光学素子の非照射領域には熱源からのエネルギーを吸収する効率を上げる層を設けても良い。
本発明は、光学装置、露光装置、露光装置により製造された素子、露光装置により露光されたウェハ、光学素子の熱変形制御方法、露光装置の製造方法、素子の製造方法、ウェハの製造方法に応用できる。
【００２８】
以下において発明の実施の形態を、図を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
図１は精密装置、リソグラフィシステム１０を示す図である。リソグラフィシステム１０はレチクル１２から半導体ウェハ１４のような基板上に（不図示の）集積回路パターンを転写するために使用される。図１のリソグラフィシステムには照明システム１６（照射装置）、レチクルステージ１８（ボックスで示されている）、ウェハステージ２０（ボックスで示されている）、制御システム２２（ボックスで示されている）、及び光学装置２４がある。光学装置２４を有するリソグラフィシステム１０の要素素子の設計は多岐にわたっており、リソグラフィシステム１０の設計仕様に適するように行われている。
【００３０】
光学装置２４には複数の光学素子２８、取り付け部材３０、素子制御システム３２がある。素子制御システム３２は光学素子２８の熱歪み及び／又は光学的収差を低減するものである。例えば、素子制御システム３２は光学素子２８の温度分布の制御を行ったり、一様な温度分布をもたらす機能を有する。このことにより、熱歪みが低減され、光学的収差が低減される。その結果、リソグラフィシステム１０は高精度な素子、半導体ウェハを製造できることになる。さらに、これにより光学素子２８の表面の機械的な調整が簡単になる。
【００３１】
リソグラフィのタイプは数多くある。例えば、リソグラフィシステム１０によってはスキャン方式のシステムが用いられ、レチクル１２とウェハ１４は同期して移動しながらレチクル１２からウェハ１４上にパターンが転写される。スキャン型のリソグラフィ装置ではレチクル１２及びウェハは光学装置２４の軸に垂直な方向にステージ１８及び２０によりそれぞれ移動させられる。レチクルとウェハのスキャンは同期移動し、その間に転写が行われる。
【００３２】
他のリソグラフィシステム１０ではステップアンドリピート方式のものがあり、露光中レチクルとウェハは静止している。ステップアンドリピート方式のものでは、露光フィールドを露光する間、ウェハ１４はレチクル１２及び光学装置２４に対して静止している。従って、露光フィールドと露光フィールドの露光の間にウェハ１４はウェハステージ２０によって光学装置の光軸に垂直な方向に移動させられ、次に露光されるフィールドが光学装置２４の所定の位置に移される。この後、レチクル１２上のパターンが順次ウェハ１４上に露光され、又次の露光フィールドが光学装置に対して所定の位置に移される。
【００３３】
レチクル１２は図１のように反射型のものでも、透過型のものであってもよい。しかし、以下の記述は反射型で行う。ウェハ上に投影されるパターンは、レチクルの一部を照明波長での反射率が非常に小さな値にすることにより形成されている。反射率を小さくすることで高いコントラストを得ている。ウェハ１４にはレジストがコートされている。レジストは照射される波長により感度が異なるようにできる。例えば、波長領域が１０〜１５ｎｍ領域に感度を有し、５０ｎｍ以上の波長の光には感度を有しないようにできる。
【００３４】
照明システム１６には照明光源３４と照明光学系３６がある。照明光源３４と照明光学系３６は照明光源から照明ビームを作ってレチクル１２に送る。照明ビーム４０は選択的にレチクルの表面を照明する。レチクルから反射した照明ビームは光学装置２４によって集光され、半導体ウェハ上に像を形成して、レジストを露光する。反射光量はレチクル面の反射率とパターンがしめる割合によって決まる。
【００３５】
実施例では、照明光源３４は照明ビーム４０を発生する。波長領域が１０−１５、特には１１ー１３ｎｍ領域の極端紫外（ＥＵＶ）の電磁放射である。このような波長領域の放射を軟Ｘ線という。この領域では光源３４はシンクロトロン放射源であったり、レ−ザープラズマ光源であったりする。他には、例えば、照明光源３４は気体放電光源がある。
【００３６】
実施例としては、照明光源３４は時間的にパルスになっており、繰り返し周波数は０．１〜１０ｋＨｚである。他の実施例としては、照明光源は連続光であっても良い。光学素子２８に入射する、照明光源３４からの放射光の全量は、レチクル上の照明領域の平均反射率によって変化する。
【００３７】
レチクルステージ１８はレチクルを保持して光学装置２４及びウェハ１４に対して位置あわせを行う。同様に、ウェハステージ２０はウェハ１４を保持し、レチクル１２上の照明領域の投影像に対して位置あわせを行う。各ステージは１８，２０にはアクチュウエータが備えられている。
【００３８】
光学装置２４はレチクル１２から反射された放射された照明ビーム４０を集光し、ウェハ１４上に結像する。リソグラフィシステムの設計によって、光学装置２４はレチクル上の照明領域の拡大像又は縮小像をウェハ上に形成する。他の実施例としては、光学装置２４は等倍結像系であっても良い。
【００３９】
上記のように、光学装置２４には複数の光学素子２８、素子取り付け部材３０，素子制御システム３２がある。使用される光学素子２８の数や各光学素子２８の設計は光学装置２８の仕様により変更が可能である。図１の実施例では、光学装置２４は全て反射システムが用いられ、４つの光学素子２８が使用されている。即ち、凸の第１光学素子２８Ａ、凹の第２光学素子２８Ｂ、凸の第３光学素子２８Ｃ、凹の第４光学素子２８Ｄがある。更に各光学素子２８は反射鏡である。他の実施例としては、光学装置２４には４つ以外の構成の光学装置でもよい。
【００４０】
図１では、各光学素子２８には表の面３８Ａと反対側に裏の面３８Ｂがある。表の面３８Ａは曲面になされており、表の面に入射する光線は集束または発散させられる。各光学素子２８には基板があって、多層薄膜によってコートされている。この多能薄膜が照明ビーム４０の波長で十分高い反射率をもたらしている。基板はガラスやセラミックのような熱膨張率が小さい物質で作られている。反射用の物質は照明光源の波長によって変わってくる。例えば、好適な層としては、１３ｎｍ近傍の波長に対してはモリブデン／シリコン、１１ｎｍ近傍の波長に対してはモリブデン／ベリリウムである。しかし、他の物質も使用可能である。
【００４１】
ＥＵＶ放射の短波長側では、好適な物質層は無く、従って可視領域や近赤外領域で得られるような高い反射率を得ることは出来ない。達成可能な反射率は６５％程度であり、長波長での反射率９９％以上とは比較にならない低い反射率である。その結果、相当量の光学的なエネルギーが光学素子の表面で吸収されてしまう。反射率がｒである反射鏡を考えてみると、光学素子２８に入射するパワーのｒ分だけが反射され、残りの（１−ｒ）分は吸収される。光学装置２４が４つの光学素子２８を有する場合、図１のような場合であるが、レチクル１２から出て光学素子２８によって集光される光学パワーをＰＲとし、ウェハに入射するパワーをＰｗとすると、Ｐｗ＝ｒ４ＰＲとなる。（但し、光学素子の反射率はどれも等しいとし、２８Ａ−２８Ｄ間には照明ビーム４０を絞る開口はない、と仮定している）。更に、各光学素子２８Ａ−２８Ｄによって吸収されるパワーは次の式で表される。
【００４２】
Ｐ２８Ａ＝（１−ｒ）ＰＲ
Ｐ２８Ｂ＝ｒ（１−ｒ）ＰＲ
Ｐ２８Ｃ＝ｒ２（１−ｒ）ＰＲ
Ｐ２８Ｄ＝ｒ３（１−ｒ）ＰＲ
例えば、入射パワーをウェハ１４上で０．１Ｗとすると、レチクルから出て、光学素子２８によって集光されるパワ−は０．１／（０．６５）４＝０．５６Ｗが必要であり、反射鏡で吸収されるパワーは、Ｐ２８Ａ＝０．１９６Ｗ、Ｐ２８Ｂ＝０．１２７Ｗ、Ｐ２８Ｃ＝０．０８３，Ｐ２８Ｄ＝０．０５４Ｗとなる。従って、パワーのかなりの部分が光学素子２８によって吸収され、その中でもレチクルに最も近い光学素子２８で吸収は最大になる。
【００４３】
各光学素子にはひとつ又はそれ以上の循環チャネル（不図示）が基板を通っており、光学素子２８を冷却している。循環チャネルを光学素子内に配置し、冷媒の循環により光学素子２８を均一に冷却できる。
【００４４】
図１では、照明システム１６は照明ビーム４０Ａをレチクル１２に導いている。照明ビーム４０Ｂはレチクル１２で反射されたものである。照明ビーム４０Ｃは第１の光学素子２８Ａで反射されたものであり、照明ビーム４０Ｄは第２の光学素子２８Ｂで、照明ビーム４０Ｅは第３の光学素子２８Ｃで、照明ビーム４０Ｆは第４の光学素子２８Ｄで反射されたものである。
【００４５】
注意すべき点は、各光学素子２８に対して、照明ビーム４０は全面に当たるものではない、という点である。例えば、露光動作中、照明ビーム４０Ｃは第２の光学素子２８Ｂの底部の一部で反射される。この時、第２の光学素子２８Ｂには照明ビーム４２Ｃを反射する照明領域４２と非照明領域４４がある。ここでの記載のために使用されている、「照明領域」４２という用語は表の面３８Ａ上の領域で、照明ビーム４０Ｃによって照明され、照明ビーム４０Ｃを収束する領域である。更に、「非照明領域」４４とは、照射ビーム４０Ｃにより照明されず、また照明ビーム４０Ｃを収束することもない領域である。
【００４６】
放射５２の強度と形状の変更は可能である。例えば、熱源５０を照明光源と同じ周波数でパルス化して瞬時の温度の一様性を確保することも可能である。他の方法としては、熱源５０の出力を一定にし、補助熱源をパルス化して照明光源のパルス間に照射領域４２に当てることもできる。このように、光学素子２８が一旦温度が平衡に達すると、光学素子２８の温度分布は時間依存性無くなる。さらに、補助的な熱源を照明領域４２に向け、照明光源３４がＯＦＦになった時にＯＮするようにすることでも良い。例えば、ウェハ１４又はレチクル１２を交換する時である。
【００４７】
本発明でなされるように、熱源５０からの強度は調整可能であって、加熱領域５４の温度はおよそ照明領域４２の温度に等しく出来る。他の方法としては、熱源５０を制御して加熱領域５４の温度が照明領域４２の温度より高くできる。
【００４８】
好適な加熱源５０として水銀放電灯や灼熱灯が使用可であり、レジストに感光性を有する波長の光を除去するフィルタをつけることもある。また、レ−ザー光えも良い。実施例としては、熱源５０からの放射５２のスペクトルにはウェハ上のレジスト感光させる成分がないものを使用する。例えば、熱源は１５ｎｍより長い波長のレーザー光やインコヒーレント光であっても良い。例えば、熱源は１００ｎｍ〜１μの放射を生じるものでも良い。実施例としては、放射の波長は照明ビーム４０の波長よりも長いものである。例えば、照射波長の数倍から１００倍程度のものである。更に、放射５２のスペクトルを選択する際には光学素子での吸収が大きいものを選択する。熱源５０からの放射は加熱領域５４に投影されたり、又は加熱領域５４でスキャンされる。
【００４９】
他の熱源としては、非照明領域の表面近傍に置かれた、所定の温度に保持された面部材である。熱源５０と非照明領域４４間で放射による熱伝達により非照明領域の温度を上げることができる。適切に熱源５０の温度を調節することにより非照明領域の温度を所定の値にすることができる。この場合、熱源５０の放射スペクトルは拡がったものになり、およそ黒体のスペクトルに近くなる。室温近くでは、スペクトルにはおよそ１０ミクロンの近傍の赤外域に弱いピークを有している。レジストを感光させる波長領域との重なりは少なく、無視できる。
【００５０】
図２は光学素子の２２８の表の面の図であり、照明領域２４２（二つの円弧から出来た形状部）及び非照射領域２４４を示している。この例では、光学素子２２８には対称軸がある。照明領域２４２は表の面で、照明システム（図１中）からの照明ビーム４０（図１）によって照明される領域の形状を示している。非照明領域２４４は表の面２３８Ａであり、照明システム１６からの照明ビーム４０によって照明されない。
【００５１】
図３は図２の光学素子２２８と熱源５０（図１）により照明される光学素子２２８上の部分を示している。特に、図３は、照明領域２４２、加熱領域２５４、非照照射領域２４４を示している。加熱領域２５４は表の面２３８Ａ上で、熱源５０からの放射５２によって加熱される領域である。この実施例では、照明領域２４２は幾らか円弧状になっていて、加熱領域も若干円弧状になっている。この設計では、照明領域２４２と加熱領域２５４は結合されて円環形状を形成し、軸対称に温度が高い領域が出来る。別の言い方をすれば、図３は照明領域の温度分布は加熱領域を加熱することによって軸対称になされる。方位角方向の温度分布は一様になっているので、照明領域２４２の熱変形の方位角方向成分をなくなっている。すなわち、方位角方向の変形に伴う光学収差を無いはずである。このようにすることにより、高次の幾何学的な収差を許容範囲に低減され、一方低次の収差は素子保持部材３０の調整によって補正される。（図１参照）
熱源５０からの放射５２の強度は調整可能であり、非照射領域で吸収される強度と照明領域で照明ビームが窮される強度を同じ値にすることが出来る。別の言い方をすれば、熱源５０を制御して加熱領域２５４の温度をおよそ照明領域２４２の温度と同じにすることができる。ここ場合、照明光源３４からの平均的な放射強度は一定値と考えて良く、熱源５０からの放射の平均強度も一定で良い。
【００５２】
図４が示しているのは、設計結果の例である。光学素子２２８の照明領域２４２（図３参照）は照明光源３４によって一様に照射されており（図１）、光学素子２２８の温度は熱伝導方程式を基に計算される。照明領域２４２は１２０度の開き角をなす円環状であり、その半分が座標系上で３０度から９０度に位置されて図３に示されている。（図３中、照明域の円弧は水平軸から図って３０度〜１２０度の開き角をなす）。一様照明にもかかわらず、図４は光学素子２２８の表面温度は一様な状態からはほど遠い分布になっている。特に、照明領域２４２の方位角端部、方位角で言えば３０度〜５０度の領域では一様ではない。この領域内では、局所的な変形が一様でないと考えられ、方位角依存性の高次の収差を有することにつながっていく。加熱源５０を調整して照明源３４から吸収すると同じ吸収量を与えると、温度の変化が無くなり、変形の非一様性もなくなる。加熱領域２５４は、照明領域２４２の両端部、方位角でいえば３０度を含むようにし、照明領域２４２での温度変動を完全に除去するようにする。しかし、もし光学素子２８２が軸対称性を有する場合には加熱領域２５４を全方位角を含むようにして局所的な変形（次の変形）をなくし、光学素子２２８の機械的な調整を容易にして、低次の光学収差を低減する。
【００５３】
本実施例では、加熱領域２５４は非照明領域２４４の全体にわたっている。しかし、加熱領域２５４は照明領域の一部を含むこともあり、必要に応じて熱変形を低減する。例えば、図２に示された実施例では、照明領域２４２は照明ビーム４０によって一様に照明されている、仮定されている。このために、加熱領域２５４は照明領域２４２と方位角的につながった形になり、照明領域２４２には拡がっていない。しかし、照明ビーム４０の強度が照明領域内で変動していると、加熱領域２５４を拡張して照明領域２４２の一部の領域を含むようにして光学素子２２８に吸収されるパワーが照明領域で一様になるようにする。
【００５４】
図５は光学素子３２８、照明ビーム３４０、素子制御システムの他の要素素子の側面図である。この実施例では、素子制御システム３３２には第１の熱源３５０Ａ、第２の熱源３５０Ｂがある。この実施例は照明ビーム３４０が光学素子３２８によって集光させられた照明ビーム３４０の強度が空間的に変動している場合に使われる。図５では、第１の熱源３５０Ａは放射３５２Ａを非照射領域３４４に送り、第２の熱源３５０Ｂは放射３５２Ｂを照明領域３４２に送る。図５はまた、照明領域３４２に照明ビーム３４０が送られていることを示している。
【００５５】
本実施例では、第２の熱源３５０Ｂは第１の熱源３５０Ａとは独立している。第２の熱源３５０Ｂは時間によって変化させるものであり、例えばレチクル上を照明ビーム３４０がスキャンした時にレチクルからの平均的な反射光量が変動し、照明ビーム３４０の強度が変化した時に使用される。例えば、第１の熱源３５０Ａは一定量の熱量をＩｂを光学素子に与え、照明ビーム３４０は時間的に変化する熱量Ｉ（ｔ）を与え、第２の熱源は時間的に変化する熱量Ｉｃ（ｔ）を与える。そして、常に、Ｉｂ＝Ｉ（ｔ）＋Ｉｃ（ｔ）を満足するように熱源３５０Ｂを制御する。従って、照明領域３４２の温度分布は時間的に一定になる。即ち、３５０Ａ及び３５０Ｂを適切に調節することで照明領域３４２内の変形に方位角依存性がなくなる。
【００５６】
この実施例に記された熱源３５０Ａ，３５０Ｂは先に記したような熱源５０が使用可能である。図５は、第１の熱源として近接加熱板をとり、加熱板は光学素子３２８の上方に設けられており、放射によって熱を伝え、一方、第２の熱源３５０Ｂは電磁放射ビームを発する熱源をとり、軸外の第２の熱源から照明領域に集光する、という加熱源を表している。しかし、他の型のものでも可能である。
【００５７】
図６は光学素子３２８の表の面３３８Ａを示している。照明領域３４２と非照明領域３４４、加熱領域３５４が記されている。ここでも素子３２８は軸対称である。加熱領域３５４は放射３５２Ａによって加熱される領域を表す。この実施例では、照明領域３４２は照明ビーム３４０（図５）と放射３５２Ｂ（図５）によって照明される領域を表す。この設計では、放射３５２Ａ、３５２Ｂで光学素子３２８を照射することにより、温度分布が軸対称になされる。従って、方位角依存性を有する変形はなくなり、方位角方向の変形に伴う収差も同様に無くなる。このように、高次の幾何学的な収差は許容範囲内に低減され、いくらか残った低次の収差は光学素子３２８とその素子の保持部材３０との再調整により無くされる。
【００５８】
図７は軸対称性を有する光学素子４２８の実施例であって、表の面の図である。ここには、照明領域４４２と非照明領域４４４、加熱領域４５４がある。この実施例では、照明領域４４２は若干円弧状であり、加熱領域４５４は円環状で円弧状の抜けを有している。この設計では、加熱領域４５４は照明領域４４２を取り囲む形になっている。先に記したと同様に、温度分布が軸対称になることによって、方位角依存性を有するような収差はなくなる。加熱領域４５４を照明領域の内径と外径を含むように置くことにより、照明領域内での熱変形の半径方向の依存性を低減、又は無くすることが出来る。これによって、半径方向依存性に伴う光学収差を低減、又は無くすることが出来る。
【００５９】
本実施例では、照明領域４４２は若干円弧状であり、非照明領域４４４は円形であって照明領域４４２の円弧状部の向けを有している。しかし、照明領域４４２と非照明領域４４４はこれと異なる形状であっても良い。例えば、照明領域が半円状、又は長方形であっても良い。しかし、方位角に関して対象性を持たせるように加熱する利点を保つために、非照明領域４４４の設計では照明領域と加熱領域が対称性有するように設計する。
【００６０】
図９は、熱源を照明領域の半径方向の縁に適用して照明領域の半径方向の温度変動を低減することを示している。ここでも熱伝導方程式を用いて加熱の効果を調べる。照明ビームは一様な強度を有していると仮定しているが、計算結果温度分布４６５は照明領域４６０中ではかなり非一様である。この照明領域はこの計算では半径が０．０９ｍ〜０．１２ｍ間にある。照射領域４６０での最高温度は０．８７度であり、変動幅は０．３５度である。半径方向の幅として０．０１ｍの一様な熱源４７０、４７２を照明領域４６０の半径方向の縁に加えると、照明領域４６０内の温度４７５の変動は０．０１７度に低減される。この場合、加熱源４７０、４７２から吸収された強度は照明放射から吸収された強度とは異なっている。熱源４７０から吸収された強度は５０％高、熱源４７２から吸収された強度は４０％高になっている。温度の一様性の改善は更に必要なら可能である。例えば、熱源４８０は半径方向０．１２ｍと０．１４ｍの間のあり、照明ビームからの吸収より１５％多い吸収強度を有し、熱源４８２は半径０．０７ｍから０．０９ｍの間にあり、照明ビームからより２０％多い強度吸収をもたらす。このような加熱源は温度の変動を照明領域４６０内で０．０１度以内にすることが出来る。
【００６１】
温度の一様性をこのように改善すると、照明領域４６０内での温度は０．８７から１．１度に上昇する。従って、熱変形の絶対値は大きくなる。しかし、局部的な変形は一様な形になると考えられるので、変形に伴う光学的な収差は単純であり、容易に補正が出来るものである。
【００６２】
図８は光学素子４２８の表の面４３８Ａの図である。ここには、照明領域４４２と非照明領域４４４、加熱領域４５４がある。この実施例では、照明領域４４２は若干円弧状であり、加熱領域４５４は円状で円弧状の抜けを有している。この設計では、加熱領域４５４は照明領域４４２を取り囲む形になっている。この設計では、加熱領域４５４は軸対称であり、加熱領域４５４は照明領域４４２をとり囲んでいる。先に記したと同様に、加熱領域４５４を照明領域の内径と外径を含むように置くことにより、照明領域内での熱変形の半径方向の依存性を低減、又は無くすることが出来る。これによって、半径方向依存性に伴う光学収差を低減、又は無くすることが出来る。
【００６３】
図７、８に示されている加熱様式は光学素子４２８の半径方向の温度分布の非一様性を低減し、高次の幾何学的収差を低減することができる。熱源を半径方向依存性に持たせることによって照明領域４４２内の半径方向の温度分布を更に少なくすることができると思われる。
【００６４】
一つ又複数の熱源を持たせることにより、光学素子４２８の熱変形を複雑に低減することもでき、高次の光学収差を許容以内に収め、比較的簡単な調整で残る低次の収差を無くすることが出来る。機械的な調節、又は局所的に熱を加えることにより機械的な変形を生じさせることができる。
【００６５】
図１０は、光学素子５２８の他の実施例であり、素子保持部材５３０、照明ビーム及び素子制御システム５３２を含んでいる。この実施例中、素子制御システム５３２には第１の熱源５５０Ａがあって放射５５２Ａを発し、第２の熱源５５０Ｂがあって放射５５２Ｂを発し、素子測定システム５６０がある。照明ビーム５４０、第１の熱源５５０Ａ、第２の熱源５５０Ｂは幾らか先に図５を参照して記した構成と似ている。
【００６６】
素子測定システム５６０は光学素子５２８の熱変形を測定する。例えば、測定システム５６０は光学素子５２８の温度を複数の点で測定して計算又は以前の校正結果から変形量を推測したり、又は光学素子５２８のその点での形状を観察する。例えば、素子測定システム５６０は光学素子の表の面５３８Ａ又は裏の面５３８Ｂの温度又は形状を観察することが出来る。図１０では、素子測定システム５６０は光学素子５２８の表の面５３８Ａの一部を観察している。素子測定システム５６０はレーザー干渉計、他の非光学的なセンサを用いて光学素子の形状を測定する。温度の測定に用いるセンサとしては、サーミスタ、ボロメータ等の、素子温度測定用のセンサである。
【００６７】
素子測定システム５６０からの情報を基にして、放射５５２Ａ、５５２Ｂの強度が調整される。別の言い方をすれば、素子制御システム５３２は素子測定システムからの情報に基づいて放射の形状と強度を実時間で変化させ、照明ビーム５４０により生じた変形を無くしたり、より簡単な変形にする。
【００６８】
図１１は、光学素子５２８の表の面５３８Ａの図であり、素子保持部材５３０、照明領域５４２、非照明領域５４４、加熱領域５５４、モニター領域５６２を示している。このモニター領域は素子測定システムによってモニターされる領域である。この実施例では、素子測定システムにはモニター領域５６２に配置された複数のセンサーがあり、このセンサーは表の面５３８Ａのこの領域をモニターする。この領域の面形状は照明領域５４２と同じであり、保持に関しても、照明領域５４２が取り付け部材との間に有する関係と同じ関係を取り付け部材との間に有している。さらに、センサーは非照明領域５４４に配置され、照明領域５４２からは離れている。このように、センサーは悪い影響を照明ビームに与えることもないし、通常のリソグラフィの動作に不都合になることもない。
【００６９】
この実施例では、反射鏡及び温度分布が軸対称であることにより、センサーを照明領域５４２から離れてはいるが、半径方向及び方位角方向の位置に関しては、照明領域５４２が周囲の環境に対して有する状況と出来るだけ似た状況にある位置に配置することが可能である。この例では、光学素子５２８は４つの対称位置で、４つの同じ保持部材５３０により保持されている。他の保持方式としては、３点の動的保持方式である。光学測定システムのモニター領域５６２は本質的には照明領域５４２と形状及び半径方向位置は同じである。さらに、素子取り付け部材に対する位置も照明領域と同じになっている。従って、照明領域５４２に近接した素子保持部材５３０の調整とモニター領域に近接した素子保持部材の調整は同じである。初期の調整後、モニター領域５６２の面の変化を追えば、照明領域５４２の変化も判り、調整により許容範囲に補正できる。
【００７０】
他の方法としては、センサーを配置して照明領域５４２を直接モニターすることである。但し、この場合には光学素子５２８へ入射する照明ビーム４０を邪魔しない、という条件付きである。
【００７１】
設計によっては、一つ又は複数の光学素子が軸対称性を有しない場合が考えられる。それは、光学系の大きさを低減したり、折り返し光学系中を照明ビームを通すためである。例えば、図１２は光学素子６２８の表の面６３８Ａの図であり、照明領域６４２、非照明領域６４４、加熱領域６５４を示している。この実施例では、光学素子６２８は一部が扇型（半円状）に切りとられている。照明領域６４２は円弧状であり、加熱領域６５４は表の面６３８Ａの残りの部分である。
【００７２】
さらに、図１３は光学素子６２８の表の面６３８Ａの図であり、照明領域６４２、非照明領域６４４、加熱領域６５４を示している。この実施例では、光学素子６２８は一部が円弧状に切りとられている。（半円から中心円部が切り取られた形状）。照明領域６４２は円弧状であり、加熱領域６５４は表の面６３８Ａの残りの部分である。
【００７３】
これらの場合、熱は、熱源からの熱と照明ビームからの熱の和になること及び光学素子の軸が対称でないことを考えると、照明領域６４２内での方位角方向の熱変形を無くすことは出来ないように思うかもしれない。しかし、その場合でも、熱源から付加的な熱を、照射領域６４２の周りの非照射領域６４４及び照射領域内にも与えると、照射領域６４２内の温度分布は一様になり、光学素子６２８の照明領域６４２に残る残留熱変形は時間的には一定値になり、変形としては単純な形になる。適切な付加熱源を選択することは複雑な事項であり、実際の光学素子６２８に即して計算や校正を行う必要がある。
【００７４】
図１４は光学素子７２８の表の面７３８Ａの図であり、照明領域７４２、非照明領域７４４を示している。この実施例では、非照射領域７４４は全体が吸収層７７０で覆われている。他の方法としては、非照射領域７４４の一部を吸収層７７０で覆うことである。
【００７５】
吸収層７７０は熱源からの放射を吸収する効率を上げる。例えば、非照射領域７４４を黒い層で覆うと照明領域７４２よりも放射を吸収しやすくなる。その結果、熱源からの放射量を減らすことができる。
【００７６】
【発明の効果】
以上記してきたように、本発明を用いれば、入射エネルギーの吸収により光学素子の温度は上昇し、素子は変形するが光学的な特性の補正が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるリソグラフィ装置の図である。
【図２】光学素子上での照射領域と非照射領域を示す平面図である。
【図３】光学素子上での照射領域、非照射領域、加熱領域を示す平面図である。
【図４】非照射領域に対して、照射領域中及び近い領域での温度分布を方位角に沿って示す図である
【図５】本発明の実施になる、他の光学素子の側面図であり、素子制御システムとともに示す図である。
【図６】図５の光学素子の平面図であり、照射領域、非照射領域、加熱領域を示す。
【図７】他の光学素子の平面図であり、照射領域、非照射領域、加熱領域を示す。
【図８】更に他の光学素子の平面図であり、照射領域、非照射領域、加熱領域を示す。
【図９】非照射領域に対して、照射領域中及び近い領域での温度分布を半径方向に沿って示す図である
【図１０】本発明の特徴を有する、他の光学素子の側面図及び素子制御システムの一部を示す。
【図１１】図１０の光学素子の平面図であり、照射領域、非照射領域、加熱領域を示す。
【図１２】他の代替的な光学素子の平面図であり、照射領域、非照射領域、加熱領域を示す。
【図１３】他の代替的な光学素子の平面図であり、照射領域、非照射領域、加熱領域を示す。
【図１４】光学素子の平面図であり、照射領域、非照射領域、吸収層を示す。
【符号の説明】
１０　　・・・　リソグラフィシステム
１２　　・・・　　レチクル
１４　　・・・　ウェハ
１６　　・・・　照明システム
１８　　・・・　レチクルステージ
２０　　・・・　ウェハステージ
２２　　・・・　制御システム
２８　　・・・　光学素子
３０　　・・・　取り付け部材
３４　　・・・　照明光源
３６　　・・・　照明光学系
３８　　・・・　光学素子の表の面（照明ビームが入射する側）
４０　　・・・　照明ビーム
４２　　・・・　照明領域
４４　　・・・　非照明領域
５０　　・・・　熱源
５２　　・・・　放射
５４　　・・・　加熱領域
５６０　・・・　素子測定システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2004031958.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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