JP6896404B2 - 露光装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置及び物品製造方法に関する。

半導体デバイスや液晶表示装置等の製造工程のうちリソグラフィ工程において、照明光学系によりマスク（レチクル）を照明して、感光性のレジスト層が塗布された基板に投影光学系を介してマスクのパターンの像を投影する露光装置が用いられている。

投影光学系の光学素子は露光光を吸収して光学素子内に温度分布が生じることで光学素子の屈折率分布や面形状が変化する。結像特性の観点から、光学素子の屈折率分布や面形状の変化によって発生しうるフォーカス差または非点収差（アス）等の収差などを低減させることが望ましい。

そこで、投影光学系内の部材が露光光を吸収することで生じた投影光学系内部全体の温度上昇に合わせて、投影光学系を収容する鏡筒内に温度調節された気体を供給することで、投影光学系内の温度分布変化を低減させる露光装置が知られている。

特許文献１には、投影光学系の瞳近傍に設置されているメニスカスレンズと凸面鏡との間に気体を供給するときに、露光に使用するマスクのパターンの情報に基づき、メニスカスレンズの温度分布と気体の流れの方向が合うように制御することが開示されている。

特開２０１６−９５４１２号公報

特許文献１では、レンズの温度が上昇した領域に気体を流してレンズを部分的に冷却しているため、投影光学系に高い照度の露光光が入射された場合には、レンズ全体の温度分布が十分に均一にならないことが想定される。その場合、特に、投影光学系の縦横方向の非点収差と斜め方向の非点収差の両方を許容範囲内に収めることが困難である。

そこで、本発明は、露光光の照度が高い場合でも、投影光学系における互いに方向が異なる複数の非点収差を許容範囲内に収めるための露光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一側面としての露光装置は、マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を有する露光装置であって、前記投影光学系は、前記投影光学系の非点収差を調整するために位置又は形状が変更可能である第１光学素子と、前記投影光学系の瞳面又は瞳面の近傍に配置されている第２光学素子と、を有し、前記露光装置は、前記第１光学素子の位置又は形状を制御する制御部と、前記第２光学素子の温度分布を調整するために前記第２光学素子に気体を供給する供給部と、を有し、前記供給部は、前記第２光学素子の温度分布によって生じる第１方向の非点収差と前記第１方向とは異なる第２方向の非点収差との増減の方向が互いに逆になり、前記第１方向の非点収差が許容範囲内に収まるように、前記第２光学素子に気体を供給し、前記第２方向の非点収差が許容範囲内に収まるように前記第１光学素子の位置又は形状を制御する。

本発明によれば、露光光の照度が高い場合でも、投影光学系における互いに方向が異なる複数の非点収差を許容範囲内に収めることができる。

露光装置の構成図である。 露光後のメニスカスレンズ１５’の温度分布を示す図である。 ゼルニケ係数Ｚ５、Ｚ６項の温度分布を示す図である。 凸面鏡１５とメニスカスレンズ１５’の周辺の構成を示す図である。 鏡筒１００の断面図である。 気体供給後の温度分布を示す図である。 非点収差の補正方法を示すフルーチャートである。 実施形態２の鏡筒、給気口及び排気口を示す図である。

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。

（第１実施形態）
図１を参照しながら本実施形態の露光装置について説明する。図１は第１実施形態の露光装置の概略図である。露光装置は、例えば、液晶表示デバイスや有機ＥＬデバイスなどのフラットパネルの製造工程におけるリソグラフィ工程にて使用されうる。特に本実施形態では、露光装置は、ステップ・アンド・スキャン方式にて、マスクに形成されているパターンの像をプレート上（基板上）に転写（露光）する走査型投影露光装置とする。図１では、鉛直方向であるＺ軸に垂直な平面内で露光時のマスク９およびプレート１９の走査方向にＹ軸を取り、Ｙ軸に直交する非走査方向にＸ軸を取っている。プレート１９は、例えば硝材製で、表面に感光剤（レジスト）が塗布されている被処理基板である。

本実施形態の露光装置は、照明系ＩＬと、投影光学系ＰＯと、投影光学系ＰＯの物体面ＯＰに配置されたマスク（原版）９を走査する原版駆動機構と、投影光学系ＰＯの像面ＩＰに配置された基板１９を走査する基板駆動機構と、制御部Ｃを備える。

照明系ＩＬは、例えば、光源ＬＳ、第１コンデンサーレンズ３、フライアイレンズ４、第２コンデンサーレンズ５、スリット規定部材６、結像光学系７、平面ミラー８を含みうる。光源ＬＳは、例えば、水銀ランプ１と、楕円ミラー２とを含みうる。スリット規定部材６は、原版９の照明範囲（即ち、原版９を照明するスリット形状光の断面形状）を規定する。結像光学系７は、スリット規定部材６によって規定されるスリットを物体面に結像させるように配置されている。平面ミラー８は、照明系ＩＬにおいて光路を折り曲げる。投影光学系ＰＯは、物体面ＯＰに配置される原版９のパターンを像面ＩＰに配置される基板１９に投影し、これにより基板１９が露光される。投影光学系ＰＯは、等倍結像光学系、拡大結像光学系および縮小結像光学系のいずれとしても構成されうる。しかし、投影光学系ＰＯは、等倍結像光学系として構成されることが好ましく、物体面側及び像面側で主光線が平行即ち物体面及び像面の双方において両テレセントリック性を有している。

投影光学系ＰＯは、物体面ＯＰから像面ＩＰに至る光路に、物体面側から順に配置されたミラーとして、第１平面鏡１３、第１凹面鏡１４、凸面鏡１５、第２凹面鏡１６及び第２平面鏡１７を有する。物体ＯＰと第１平面鏡１３との間の光路と第２平面鏡１７と像面ＩＰとの間の光路とは平行である。第１平面鏡１３の鏡面を含む平面と第２平面鏡１７の鏡面を含む平面とは、互いに９０度の角度をなす。第１平面鏡１３と第２平面鏡１７とは、一体的に形成されていてもよい。第１凹面鏡１４と第２凹面鏡１６とは、一体的に構成されてもよい。投影光学系ＰＯは、物体面ＯＰと第１平面鏡１３との間の光路に配置されたシリンドリカルレンズ２１及び２２、平凹レンズ（又は平凸レンズ）１２’を備える。投影光学系ＰＯは、また、第２平面鏡１７と像面の間の光路に配置されたシリンドリカルレンズ２３、２４を備える。投影光学系ＰＯは、これらのレンズによる軸上色収差を補正するためにメニスカスレンズ（非球面レンズ）１５’が凸面鏡１５の前に配置されている。凸面鏡１５の反射面が投影光学系の瞳面に相当する。凸面鏡１５は投影光学系の瞳面に配置され、メニスカスレンズ１５’は投影光学系の瞳面の近傍に配置されている。これらの光学素子は、露光時に不均一な温度分布が生じる。

シリンドリカルレンズ２３、２４は、物体面ＯＰと第１平面鏡１３との間の光路に沿う第１方向（ｚ方向）と直交する第２方向（ｙ方向）における投影光学系の投影倍率を調整する第１光学系を構成している。このシリンドリカルレンズ２１及び２２は、第１方向及び第２方向と直交する第３方向（ｘ方向）における投影光学系の投影倍率を調整する第２光学系を構成している。平凹レンズ１２’は、第１方向及び第２方向における投影光学系の投影倍率を調整する第３光学系を構成している。

シリンドリカルレンズ２１は、上面が平面、下面がｘ方向に曲率を持った凹シリンドリカル面であって、シリンドリカルレンズ２２の上面まで５〜２０ｍｍ程度の空気間隔を持つ。シリンドリカルレンズ２２は、上面がｘ方向に曲率を持った凸シリンドリカル面、下面が凸球面であって、上面に凹球面、下面に平面を有する平凹レンズ１２’の上面まで５〜２０ｍｍ程度の空気間隔を持つ。シリンドリカルレンズ２１又はシリンドリカルレンズ２２はアクチュエータ３１（駆動部）によりｚ方向に移動可能（駆動可能）に構成されている。シリンドリカルレンズ２２に対して、シリンドリカルレンズ２１をｚ方向に駆動することでｘ方向の倍率を補正する。また、アクチュエータ３１により平凹レンズ１２’をｚ方向に駆動することでｘ方向及びｙ方向に等方に倍率を補正する。

制御部Ｃは、例えばコンピューターなどで構成され、露光装置の各構成要素に回線を介して接続されて、プログラムなどに従って各構成要素の動作および調整などを制御しうる。制御部Ｃは、シリンドリカルレンズや平凹レンズを駆動するアクチュエータ（駆動部）を制御して、レンズの位置や形状又は双方を制御することができる。

シリンドリカルレンズ２３は、上面に平面、下面に走査方向に曲率を持った凹シリンドリカル面を有し、シリンドリカルレンズ２４の上面まで５〜２０ｍｍ程度の空気間隔を持つ。シリンドリカルレンズ２４は、上面に走査方向に曲率を持った凸シリンドリカル面、下面に平面を有する。シリンドリカルレンズ２３又はシリンドリカルレンズ２４はアクチュエータ３２によりｚ方向に位置が変更可能（移動）に構成されている。アクチュエータ３２によりシリンドリカルレンズ２３をｚ方向に移動させることでｙ方向の倍率が補正できる。シリンドリカルレンズ２１、２２、２３、２４それぞれの厚み及び間隔は空間に保持したとき自重変形を起こさない範囲で、かつ空間保持機構、上下駆動機構が構成出来る範囲で任意である。シリンドリカル面は、屈折率が１．４７５近辺の合成石英の場合、曲率半径を４７０００ｍｍ程度にすると、１ｍｍの移動で倍率を約１０ｐｐｍ変化する。しかし、各シリンドリカル面及び球面は基準高さ位置に置かれた３枚を通った像の大きさが３枚のレンズが無かった時と全く同じになるよう微小に変化させる必要がある。なお、シリンドリカル面の凹面と凸面、球面の凹面と凸面、は互いに逆であってもよい。なお、倍率補正手段としては、シリンドリカルレンズに限らず、平行平板の位置や形状又は双方を変更可能とし、平行平板を湾曲させる機構や、レンズの回転位置を調整する機構を用いてもよい。

なお、上述のようにシリンドリカルレンズを移動させると投影倍率を調整できるが、さらに、非点収差も調整することができる。例えば、ｙ方向の投影倍率を調整する場合、上面に平面、下面に走査方向に曲率を持った凹シリンドリカル面を有するシリンドリカルレンズ２３をｚ方向に移動させると、走査方向に直交する方向の屈折力は変化しないが走査方向には負の屈折力が生じる。このため、走査方向に対して垂直な方向の線像（Ｈ線）より投影光学系から遠くに離れた位置（下側）に、走査方向の線像（Ｖ線）が結像するようになる。つまり、第１光学系は、ｙ方向の投影倍率の敏感度を有し、縦横方向（ｘ、ｙ方向）に発生する非点収差の敏感度を有している。第２光学系は、ｘ方向の投影倍率の敏感度を有し、縦横方向に発生する非点収差の敏感度を有している。第３光学系は、ｘ方向とｙ方向の投影倍率の敏感度を有し、縦横方向に発生する非点収差の敏感度は無い。よって、これらのレンズを駆動することにより、互いに直交する２方向における投影倍率を変化させずに、縦横方向の非点収差を発生させることができる。一例として、シリンドリカルレンズ２１をＺ方向に＋１ｍｍ、シリンドリカルレンズ２３をＺ方向に＋２ｍｍ、平凹レンズ１２’をＺ方向に＋１ｍｍ駆動すると、ｘ、ｙ方向の投影倍率は変化させずに、縦横方向の非点収差を３ｕｍ発生させる事が出来る。上述の機構によれば、非点収差の補正量はレンズの駆動量に比例する。よって、レンズ間に駆動時の干渉回避のスペースを設ければ、レンズ駆動量を大きくすることが出来て、非点収差補正量を大きくすることが出来る。

そのため、制御部Ｃにより、シリンドリカルレンズ２１、２２、２３、２４及び平凹レンズ１２’のいずれかのレンズ（第１光学素子）の位置を制御する。これにより、ｘ、ｙ方向の投影倍率を所定の目標値とし、縦横方向の非点収差を許容範囲内にすることができる。なお、シリンドリカルレンズの代わりに、平行平板を用いた場合、平行平板の形状を制御することによって、投影倍率と非点収差を調整することができる。

次に、メニスカスレンズ１５’の温度分布について説明する。図２に、あるマスクのパターンを基板上に露光したときのメニスカスレンズ１５’の温度分布を示す。なお、凸面鏡１５の温度分布もメニスカスレンズ１５’の温度分布とほぼ同様である。メニスカスレンズ１５’の中心を挟んで、Ｂ軸方向の両側の周辺領域において高温部があり、メニスカスレンズ１５’の中心を挟んで、Ｃ軸方向の両側の周辺領域に低温部がある。メニスカスレンズ１５’の温度分布をゼルニケ関数で分解したときのＺ５項、Ｚ６項を、図３に示す。

図３の左図はゼルニケ係数のＺ５項形状の温度分布で、図３の右図はゼルニケ係数のＺ６項形状の温度分布である。ゼルニケ係数のＺ５項形状の温度分布では、メニスカスレンズ１５’の中心を挟んで、Ｘ軸方向の両端付近において高温部があり、メニスカスレンズ１５’の中心を挟んで、Ｚ軸方向の両端付近において低温部がある。ゼルニケ係数のＺ６項形状の温度分布では、メニスカスレンズ１５’の中心を挟んで、Ｂ軸方向の両端付近において高温部があり、メニスカスレンズ１５’の中心を挟んで、Ｃ軸方向の両端付近において低温部がある。なお、Ｂ軸、Ｃ軸はＸ軸又はＺ軸から斜め４５度に傾いた軸であり、互いに垂直な軸としている。

メニスカスレンズ１５’にＺ５項の温度分布が生じると、Ｚ５項の屈折率分布となり、Ｚ５項の波面収差が生じる。Ｚ５項の波面収差が生じると、マスクパターンの横線（Ｈ線）の焦点位置と、縦線（Ｖ線）の焦点位置がずれる。よって、Ｈ線の焦点位置とＶ線の焦点位置の差である、縦横方向の非点収差が発生する。また、メニスカスレンズ１５’にＺ６項の温度分布が生じると、Ｚ６項の屈折率分布となり、Ｚ６項の波面収差が生じる。Ｚ６項の波面収差が生じると、マスクパターンのＨ線に対して４５度傾いた右上斜め線（Ｓ線）の焦点位置と、Ｈ線に対して１３５ｄｅｇ傾いた左上斜め線（Ｔ線）の焦点位置がずれる。よって、Ｓ線の焦点位置とＴ線の焦点位置の差である、斜め方向の非点収差が発生する。ここで、斜め方向の非点収差を第１方向の非点収差とよび、縦横方向の非点収差を第２方向の収差とする。なお、上述の縦横方向と斜め方向は４５度異なるが、第１方向と第２方向の角度差は４５度に限定されず、互いに異なる方向であればよい。また、斜め方向の非点収差はＺ６項に限らず、Ｚ１３項等も含んでもよく、縦横方向の非点収差はＺ５項に限らず、Ｚ１２項等も含んでもよい。

次に、凸面鏡１５又はメニスカスレンズ１５’（第２光学素子）の温度調整について説明する。図４に、凸面鏡１５及びメニスカスレンズ１５’の周辺の構成を示す。図４の右側の図はＹ方向から見た図であり、図４の左側の図は、ＤＤ´における断面図を示す。Ｙ軸方向の１点鎖線は光軸を示す。凸面鏡１５とメニスカスレンズ１５’は鏡筒１００（保持部）に保持されている。図４のように、凸面鏡１５とメニスカスレンズ１５’の間は、閉空間１０２が形成されている。鏡筒１００には、Ｚ方向に延びる複数の穴１０３、１０４が設けられている。穴１０３は気体の給気口であり、穴１０４は気体の排気口である。図５にＡＡ´を通る鏡筒１００の断面図を示す。鏡筒１００において、複数の給気口１０３Ａ〜Ｇが貫通穴として設けられている。複数の給気口１０３Ａ〜Ｇのそれぞれは同じＺ方向に延びている。また、鏡筒１００において、１点鎖線の交点にあるメニスカスレンズ１５’の光軸に対して、給気口１０３Ａ〜Ｇとは反対側に、貫通穴として排気口１０４Ａ〜Ｇが設けられている。また、給気口から排気口へ向かう方向（Ｚ方向）に給気口および排気口が鏡筒１００内で延びている。例えば、給気口１０３Ａは、給気口１０３Ｄとメニスカスレンズ１５’の光軸を通る線に対して平行な方向（Ｚ方向）に延びている。鏡筒１００の下側において、複数の給気口１０３Ａ〜ＧはＸ軸方向にほぼ等間隔で設けられている。複数の排気口１０４Ａ〜Ｇは、鏡筒１００の上側においてＸ軸方向にほぼ等間隔で設けられている。複数の給気口１０３Ａ〜Ｇ、排気口１０４Ａ〜Ｇは、凸面鏡１５とメニスカスレンズ１５’のＸ方向の直径全体を覆う位置まで設けられている。複数の１０３Ａ〜Ｇには気体を供給する給気経路３６が接続され、複数の排気口１０４Ａ〜Ｇには気体を排気する排気経路３７が接続されている。気体としては、空気、窒素などが好ましく、空気は閉空間内部の気体を置換する必要が無く、置換完了までの待ち時間が無いため露光装置をすぐに使用できる点で優れている。窒素は不活性ガスのため、鏡とレンズを曇らせない点で優れている。

給気経路３６および排気経路３７は、気体の流量や温度を調整する気体供給部３５に接続され、気体供給部３５によって気体の供給と排気が調整される。気体供給部３５は一定温度に気体を温調する。なお、給気経路３６および排気経路３７は１系統でも複数の系統でもよく、１つの穴に１つの系統を設けてもよいし、１系統を分岐させて各穴に接続してもよい。複数の系統があれば、各系統で独立して気体の流量や温度を調整することができる。また、気体供給部３５の動作は制御部Ｃによって制御される。

矢印１０７は、給気口１０３Ａ〜Ｇに流入する前の気体の流れを示す。複数の矢印は複数の給気口１０３Ａ〜Ｇのそれぞれに対応する。気体供給部３５によって温調された気体は複数の給気口１０３Ａ〜Ｇから給気される。矢印１０８は、排気口１０４Ａ〜Ｇから流出する気体の流れを示し、排気口１０４Ａ〜Ｇから気体が排気される。このようにすることで、凸面鏡１５とメニスカスレンズ１５の間の閉空間１０２に気体の流れ１０９を作り、閉空間１０２内の温度を調整する。複数の給気口１０３Ａ〜Ｇ、排気口１０４Ａ〜Ｇは、凸面鏡１５’とメニスカスレンズ１５’のＸ方向の直径全体を覆う位置まで設けられている。つまり、給気口１０３Ａ、１０３Ｇ、排気口１０４Ａ、１０４Ｇが凸面鏡１５’やメニスカスレンズ１５’の外周付近に配置されている。そのため、凸面鏡１５とメニスカスレンズ１５’の表面の全域に、温調された気体を吹き付ける事が出来る。また、複数の給気口１０３Ａ〜Ｇ、排気口１０４Ａ〜Ｇは、Ｚ方向に延びているので、向きが揃っている。さらに、給気の流量と、排気の流量は一致している。これにより、気体の流路はＺ方向（１方向）に揃い、閉空間１０２において気体の流れが滞ることは無いため、気体は層流１０９で流れる。つまり、複数の給気口のそれぞれから互いに同じ方向に沿って凸面鏡１５’やメニスカスレンズ１５’の表面に気体を流す。

このように、凸面鏡１５とメニスカスレンズ１５’の間の閉空間１０２に温調された気体を供給し、凸面鏡１５、メニスカスレンズ１５’の表面に気体を流すことによって、凸面鏡１５、メニスカスレンズ１５’の温度分布を調整することができる。凸面鏡１５とメニスカスレンズ１５’の間の閉空間１０２に温調された気体を供給し続けた後、閉空間１０２に接する凸面鏡１５とメニスカスレンズ１５’の温度分布は、図６のようにＺ軸に対して左右対称な温度分布となる。図６には、凸面鏡１５とメニスカスレンズ１５’の概略温度分布の図を示す。領域１が最も温度が低く、領域２は領域１よりも温度が高く、領域３が最も温度が高い領域である。凸面鏡１５とメニスカスレンズ１５’は露光によって熱をもっており、気体の給気口から遠ざかるにつれて、温度が高くなっている。給気口に近い領域では、低温の気体のガスによって温度が下がっているのが分かる。Ｚ軸に対して左右対称な温度分布に近づくと、Ｚ５項の波面収差が大きくなり、Ｚ６項の波面収差が小さくなる。つまり、気体を供給しない場合よりも、縦横方向の非点収差が大きくなり、斜め方向の非点収差が小さくなり、縦横方向の非点収差と斜め方向の非点収差の増減の方向が互いに逆になる。高い照度で基板を露光する場合、投影光学系のレンズの温度ムラが大きくなり、収差が大きくなる。しかし、高い照度で基板を露光する場合でも、上述のように気体供給部３５が気体の供給を制御することによって、斜め方向の非点収差が許容範囲内に収めることができる。具体的な一例としては、気体供給部３５によって凸面鏡１５とメニスカスレンズ１５’の間の空間１０２に温調された気体を供給し続けた結果、斜め方向の非点収差の低減量は２．５μｍであった。

このように、凸面鏡１５やメニスカスレンズ１５’の温度分布を全体的に均一にさせるのではなく、斜め方向の非点収差が小さくして、縦横方向の非点収差は大きくなることを許容するように、気体の流れを作り、温度分布を調整している。そのため、縦横方向の非点収差は許容範囲内にはなく、むしろ、気体を供給する前よりも大きくなってしまう場合がある。

次に、縦横方向の非点収差の補正方法を説明する。図７にその補正方法のフローチャートを示す。まず、制御部Ｃは気体供給部３５を制御して、上述のように、凸面鏡１５とメニスカスレンズ１５’の間の閉空間１０２に温調された気体の供給を開始し、凸面鏡１５、メニスカスレンズ１５’の温度分布を調整する（Ｓ３０１）。気体を供給し続けている間、制御部Ｃは、投影光学系ＰＯがマスク９のパターンを基板１９に投影し、基板１９を露光するように、露光装置の各部を制御する。例えば、高い照度で基板を露光する場合、投影光学系のレンズ等の温度が高くなり、収差が許容範囲内に収まらないことがある。Ｓ３０１で気体を供給すると、投影光学系の斜め方向の非点収差は許容範囲内に収まっているが、縦横方向の非点収差が許容範囲内に収まらない。そこで、露光を終えた基板１９を交換する毎に、又は、ロット毎に、縦横方向の非点収差を計測する（Ｓ３０２）。非点収差の計測は、例えば、基板を移動させる基板ステージ上に配置された、フォーカスセンサ４０（計測部）を用いて行うことができる。そして、計測結果つまり計測された縦横方向の非点収差の発生量に基づいて、縦横方向の非点収差を許容範囲内に低減するための、シリンドリカルレンズ２１、２２、２３、２４及び平凹レンズ１２’のいずれかのレンズの移動量を算出する（Ｓ３０３）。そして、算出されたレンズの移動量に基づいてレンズを駆動させる（Ｓ３０４）。すると、縦横方向の非点収差も斜め方向の非点収差も許容範囲内に収めることができる。そして、非点収差が許容範囲内となっている投影光学系を用いて、次の基板を露光する（Ｓ３０５）。

このように、露光時における第２光学素子の温度分布によって生じる第１方向の非点収差と第１方向とは異なる第２方向の非点収差との増減が互いに逆になるように、気体供給部が第２光学素子の表面に気体を流して第２光学素子の温度を調整する。さらに、第１方向の非点収差が許容範囲内に収まるように、気体供給部が第２光学素子の表面に気体を流して第２光学素子の温度を調整する。さらに、露光時における第２方向の非点収差が許容範囲内に収まるように第１光学素子の位置又は形状を制御する。これにより、照度が高い場合でも、投影光学系の第１方向の非点収差と第２方向の非点収差を許容範囲内に収めることができる。

（第２実施形態）
つぎに、第３実施形態の露光装置について説明する。気体供給部３５からの気体の給気口と排気口としては、鏡筒１００に開けた穴に限らない。本実施形態では、多数の穴が設けられたパンチングプレートを鏡筒１００の側面に取り付けたものを用いる。鏡筒１００に開けた穴であれば、鏡筒１００の製造が容易である。一方、パンチングプレートでは、温調の冷却ムラを効果的に低減できる。図８に、パンチングプレートを取り付けた鏡筒１００の断面図を示す。鏡筒１００のｚ軸方向の下側には、凸面鏡１５やメニスカスレンズ１５’の直径と同程度の長さの大きな開口が設けられ、その開口を覆うように、多数の穴２０４が設けられたパンチングプレート２０１が取り付けられている。また、鏡筒１００のｚ軸方向の上側にも大きな開口が設けられ、その開口を覆うように、多数の穴２０３が設けられたパンチングプレート２００が取り付けられている。パンチングプレート２０１の穴を介して凸面鏡１５とメニスカスレンズ１５’の間の閉空間１０２に気体を供給し、パンチングプレート２００の穴を介して閉空間１０２から気体を排気する。このように、凸面鏡１５やメニスカスレンズ１５’の直径と同程度の長さの開口から気体を供給し、かつ、気体を排気することによって、凸面鏡１５やメニスカスレンズ１５’の表面全体に気体を流すことができる。そのため、凸面鏡１５やメニスカスレンズ１５’は、図６に示すような温度分布となり、気体を供給しない場合よりも、縦横方向の非点収差が大きくなり、斜め方向の非点収差が小さくなる。そのため、高い照度で基板を露光する場合でも、斜め方向の非点収差を許容範囲内に収めることができる。

（第３実施形態）
つぎに、第３実施形態の露光装置について説明する。第１実施形態では、縦横方向の非点収差を計測していた。本実施形態では、マスクのパターンの情報と積算露光量から、縦横方向の非点収差の変化量を計算する。

まず、実験により、基板の積算露光量に対する縦横方向の非点収差の変化の係数（露光履歴係数）を求める。具体的には、照明光学系ＩＬの光路から分岐された光を検出する積算露光量計を用いる。照明光学系ＩＬの光路から分岐された光の照度と基板上の光の照度との対応関係は予め求められている。連続して露光した期間に積算露光量計で計測された照度を累積し、前記対応関係に基づいて基板上の積算露光量を間接的に求める。また、連続して露光した時、積算露光量を計測しつつ、縦横方向の非点収差の変化をフォーカスセンサ４０で測定する。そして、制御部Ｃは、それらの測定データを用いて基板の積算露光量に対する縦横方向の非点収差の変化の係数を求める。この露光履歴係数は制御部Ｃのメモリに記憶される。そして、実際に基板を露光する時は、図７のＳ３０２の計測の代わりに、制御部Ｃは、求めた露光履歴係数と、マスクのパターンの情報と、実際に基板を露光する時の積算露光量を用いて、縦横方向の非点収差の変化量を計算する。そして、制御部Ｃは、縦横方向の非点収差を補正するために必要な、シリンドリカルレンズ等の駆動量を計算する。そして、制御部Ｃは、計算された駆動量に基づいて、レンズを駆動する駆動部を制御する。

本実施形態の方法によれば、基板を移動させて基板を露光している間など、フォーカスセンサで収差の測定が出来ない期間に、縦横方向の非点収差の変化を予測することができ、レンズを駆動して収差を補正することが出来る。よって、１基板処理中又は１ショット露光中における縦横方向の非点収差の変化も補正することが出来る。

（物品の製造方法）
次に、前述の露光装置を利用した物品（半導体ＩＣ素子、液晶表示素子、カラーフィルタ、ＭＥＭＳ等）の製造方法を説明する。物品は、前述の露光装置を使用して、感光剤が塗布された基板（ウェハ、ガラス基板等）を露光する工程と、その基板（感光剤）を現像する工程と、現像された基板を他の周知の加工工程で処理することにより製造される。他の周知の工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等が含まれる。本製造方法によれば、従来よりも高品位の物品を製造することができる。

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及び変更が可能である。なお、露光装置内の制御部Ｃが演算や制御を行うことを前提に説明したが、制御部としては露光装置外にある制御部を用いても構わない。また、凸面鏡１５の近傍にメニスカスレンズ１５’を１つ配置する例を説明したが、レンズを複数配置してもよい。この場合、複数のレンズ間の空間に気体を供給して、上述のようにレンズの温度分布を調整する。また、要求される露光精度が低い場合には、メニスカスレンズを配置しなくてもよい。この場合、気体供給部は凸面鏡の表面に気体を流して凸面鏡の温度分布を調整することになる。また、反射型投影光学系について説明したが、屈折型投影光学系にも適用できる。屈折型投影光学系の場合、瞳面の近傍に配置されたレンズに温調された気体を流して、１方向の非点収差を発生させ、別の方向の非点収差を別の光学素子で補正する。

Claims (32)

1. マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を有する露光装置であって、
   前記投影光学系は、
   前記投影光学系の非点収差を調整するために位置又は形状が変更可能である第１光学素子と、
   前記投影光学系の瞳面又は瞳面の近傍に配置されている第２光学素子と、を有し、
   前記露光装置は、
   前記第１光学素子の位置又は形状を制御する制御部と、
   前記第２光学素子の温度分布を調整するために前記第２光学素子に気体を供給する供給部と、を有し、
   前記供給部は、前記第２光学素子の温度分布によって生じる第１方向の非点収差と前記第１方向とは異なる第２方向の非点収差との増減の方向が互いに逆になり、前記第１方向の非点収差が許容範囲内に収まるように、前記第２光学素子に気体を供給し、
   前記制御部は、前記第２方向の非点収差が許容範囲内に収まるように前記第１光学素子の位置又は形状を制御する、ことを特徴とする露光装置。
2. 前記投影光学系は、前記第２光学素子を保持する保持部を有し、
   前記供給部は、前記保持部に設けられた複数の給気口のそれぞれから互いに同じ方向に沿って前記第２光学素子の表面に気体を流す、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記保持部において、前記複数の給気口のそれぞれは同じ方向に延びている、ことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記保持部において、
   前記第２光学素子の光軸に対して前記給気口とは反対側に複数の排気口が設けられ、
   前記複数の給気口および前記複数の排気口が同じ方向に延びている、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の露光装置。
5. 前記制御部により前記第１光学素子の位置又は形状を制御することにより、前記投影光学系の互いに垂直な方向の投影倍率の調整が可能であり、かつ、前記第２方向の非点収差の調整が可能である、ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の露光装置。
6. 前記投影光学系の前記第２方向の非点収差を計測する計測部、を有し、
   前記計測部による計測結果に基づき、前記第２方向の非点収差が許容範囲内に収まるように前記第１光学素子の位置又は形状を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の露光装置。
7. 前記制御部は、前記投影光学系による前記基板の露光履歴に基づいて、前記第２方向の非点収差を許容範囲内に収めるために必要な前記第１光学素子の駆動量を算出し、算出された駆動量に基づいて前記第１光学素子の駆動を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の露光装置。
8. 前記第２方向は前記第１方向に対して４５度異なる方向である、ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の露光装置。
9. 前記投影光学系は、凹面鏡と、凸面鏡と、前記凹面鏡と前記凸面鏡の間に配置され、前記凸面鏡との間に空間を形成するように保持されているレンズと、を有し、
   前記第２光学素子は凸面鏡又はレンズである、ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の露光装置。
10. 前記供給部は、前記凸面鏡と前記レンズとの間の空間に気体を供給する、ことを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
11. マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を有する露光装置であって、
    前記投影光学系は、
    前記投影光学系の非点収差を調整するために位置又は形状が変更可能である第１光学素子と、
    前記投影光学系の瞳面又は瞳面の近傍に配置されている第２光学素子と、を有し、
    前記露光装置は、
    前記第１光学素子の位置又は形状を制御する制御部と、
    前記第２光学素子の温度分布を調整するために前記第２光学素子に気体を供給する供給部と、を有し、
    前記供給部は、前記第２光学素子の温度分布によって生じる第１方向の非点収差が許容範囲内に収まり、前記第１方向に交差する第２方向の非点収差が大きくなるように、前記第２光学素子に気体を供給し、
    前記制御部は、前記第２方向の非点収差が許容範囲内に収まるように前記第１光学素子の位置又は形状を制御する、ことを特徴とする露光装置。
12. 前記制御部により前記第１光学素子の位置又は形状を制御することにより、前記投影光学系の互いに垂直な方向の投影倍率の調整が可能であり、かつ、前記第２方向の非点収差の調整が可能である、ことを特徴とする請求項１１に記載の露光装置。
13. 前記投影光学系の前記第２方向の非点収差を計測する計測部、を有し、
    前記計測部による計測結果に基づき、前記第２方向の非点収差が許容範囲内に収まるように前記第１光学素子の位置又は形状を制御する、ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の露光装置。
14. 前記制御部は、前記投影光学系による前記基板の露光履歴に基づいて、前記第２方向の非点収差を許容範囲内に収めるために必要な前記第１光学素子の駆動量を算出し、算出された駆動量に基づいて前記第１光学素子の駆動を制御する、ことを特徴とする請求項１１乃至１３の何れか１項に記載の露光装置。
15. 前記第２方向は前記第１方向に対して４５度異なる方向である、ことを特徴とする請求項１１乃至１４の何れか１項に記載の露光装置。
16. 前記投影光学系は、凹面鏡と、凸面鏡と、前記凹面鏡と前記凸面鏡の間に配置され、前記凸面鏡との間に空間を形成するように保持されているレンズと、を有し、
    前記第２光学素子は凸面鏡又はレンズである、ことを特徴とする請求項１１乃至１５の何れか１項に記載の露光装置。
17. 前記供給部は、前記凸面鏡と前記レンズとの間の空間に気体を供給する、ことを特徴とする請求項１６に記載の露光装置。
18. マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を有する露光装置であって、
    前記投影光学系は、
    前記投影光学系の非点収差を調整するために駆動可能な第１光学素子と、
    露光時に不均一な温度分布が生じる第２光学素子と、を有し、
    前記露光装置は、
    前記第１光学素子を駆動する駆動部と、
    前記第２光学素子の温度分布を調整するために前記第２光学素子に気体を供給する供給部と、を有し、
    前記供給部は、前記第２光学素子の温度分布によって生じる第１方向の非点収差と前記第１方向とは異なる第２方向の非点収差との増減の方向が互いに逆になり、前記第１方向の非点収差が許容範囲内に収まるように、前記第２光学素子に気体を供給し、
    前記駆動部は前記第２方向の非点収差が許容範囲内に収まるように前記第１光学素子を駆動することを特徴とする露光装置。
19. 前記駆動部により前記第１光学素子を駆動することにより、前記投影光学系の互いに垂直な方向の投影倍率の調整が可能であり、かつ、前記第２方向の非点収差の調整が可能である、ことを特徴とする請求項１８に記載の露光装置。
20. 前記投影光学系の前記第２方向の非点収差を計測する計測部、を有し、
    前記計測部による計測結果に基づき、前記第２方向の非点収差が許容範囲内に収まるように前記第１光学素子が駆動される、ことを特徴とする請求項１８又は１９に記載の露光装置。
21. 前記投影光学系による前記基板の露光履歴に基づいて、前記第２方向の非点収差を許容範囲内に収めるために必要な前記第１光学素子の駆動量が算出され、算出された駆動量に基づいて、前記駆動部は前記第１光学素子を駆動する、ことを特徴とする請求項１８乃至２０の何れか１項に記載の露光装置。
22. 前記第２方向は前記第１方向に対して４５度異なる方向である、ことを特徴とする請求項１８乃至２１の何れか１項に記載の露光装置。
23. 前記投影光学系は、凹面鏡と、凸面鏡と、前記凹面鏡と前記凸面鏡の間に配置され、前記凸面鏡との間に空間を形成するように保持されているレンズと、を有し、
    前記第２光学素子は凸面鏡又はレンズである、ことを特徴とする請求項１８乃至２２の何れか１項に記載の露光装置。
24. 前記供給部は、前記凸面鏡と前記レンズとの間の空間に気体を供給する、ことを特徴とする請求項２３に記載の露光装置。
25. マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を有する露光装置であって、
    前記投影光学系は、
    前記投影光学系の非点収差を調整するために駆動可能な第１光学素子と、
    露光時に不均一な温度分布が生じる第２光学素子と、を有し、
    前記露光装置は、
    前記第１光学素子を駆動する駆動部と、
    前記第２光学素子の温度分布を調整するために前記第２光学素子に気体を供給する供給部と、を有し、
    前記供給部は、前記第２光学素子の温度分布によって生じる第１方向の非点収差が許容範囲内に収まり、前記第１方向に交差する第２方向の非点収差が大きくなるように、前記第２光学素子に気体を供給し、
    前記駆動部は、前記第２方向の非点収差が許容範囲内に収まるように前記第１光学素子を駆動する、ことを特徴とする露光装置。
26. 前記駆動部により前記第１光学素子を駆動することにより、前記投影光学系の互いに垂直な方向の投影倍率の調整が可能であり、かつ、前記第２方向の非点収差の調整が可能である、ことを特徴とする請求項２５に記載の露光装置。
27. 前記投影光学系の前記第２方向の非点収差を計測する計測部、を有し、
    前記計測部による計測結果に基づき、前記第２方向の非点収差が許容範囲内に収まるように前記第１光学素子が駆動される、ことを特徴とする請求項２５又は２６に記載の露光装置。
28. 前記投影光学系による前記基板の露光履歴に基づいて、前記第２方向の非点収差を許容範囲内に収めるために必要な前記第１光学素子の駆動量が算出され、算出された駆動量に基づいて、前記駆動部は前記第１光学素子を駆動する、ことを特徴とする請求項２５乃至２７の何れか１項に記載の露光装置。
29. 前記第２方向は前記第１方向に対して４５度異なる方向である、ことを特徴とする請求項２５乃至２８の何れか１項に記載の露光装置。
30. 前記投影光学系は、凹面鏡と、凸面鏡と、前記凹面鏡と前記凸面鏡の間に配置され、前記凸面鏡との間に空間を形成するように保持されているレンズと、を有し、
    前記第２光学素子は凸面鏡又はレンズである、ことを特徴とする請求項２５乃至２９の何れか１項に記載の露光装置。
31. 前記供給部は、前記凸面鏡と前記レンズとの間の空間に気体を供給する、ことを特徴とする請求項３０に記載の露光装置。
32. 物品を製造する製造方法であって、
    請求項１乃至３１の何れか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    該露光された基板を現像する工程と、
    該現像された基板を加工することによって前記物品を製造する工程と、を有することを特徴とする製造方法。

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