JP2000277416A

JP2000277416A - 露光装置

Info

Publication number: JP2000277416A
Application number: JP11081402A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Shima; 伸一島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2000-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】空調系統を増設したり大型化することなく、
露光装置内の光学系を含んだ装置の光学性能を安定に維
持する。【解決手段】マスクに形成されたパターンの像を投影
光学系を介して感光基板上に転写する露光装置におい
て、装置本体を１あるいは複数の系統で空調を行うチャ
ンバに収納し、前記装置本体内の光学部品を含んだ装置
を、前記空調系統のいずれかの空調領域中に配置し、か
ついずれかの空調系統により所定の温度に温調された気
体を分岐して、前記光学部品を含んだ装置の外部周辺あ
るいは装置内部に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マスクに形成され
たパターンの像を投影光学系を介して感光基板上に転写
する投影露光装置に関し、特に、露光装置内の光学部品
を含んだ装置の安定性の向上に関する。

【０００２】

【従来の技術】露光装置は、マスクまたはレチクルに描
かれた回路パターンを、半導体ウエハに塗布されたフォ
トレジスト層に焼き付け、それを現像することで当該ウ
エハ上に所望のレジストパターンを形成している。一般
に、半導体素子の製造では、数層から十数層の回路パタ
ーンを重ね合わせて露光するため、ウエハ上にすでに形
成された回路パターンと、これから露光すべき回路パタ
ーンの像とを正確に重ね合わせる必要がある。この重ね
合わせに必要な各種装置を、アライメント装置と呼んで
いる。このアライメント装置は、上述の重ね合わせ露光
を行なう露光装置には必須のものであり、近年より高精
度かつ高速処理ができるように改良されてきている。ア
ライメント光学系を構成面より大別すると、３つの方式
がある。第１の方式は、レチクルに形成されたアライメ
ントマークとウエハ上のアライメントマークとを投影レ
ンズを介して同時に観察（または検出）するＴＴＲ（Ｔ
ｈｒｏｕｇｈＴｈｅＲｅｔｉｃｌｅ）方式であり、
第２の方式は、レチクルのアライメントマークは全く検
出しないで投影レンズを介してウエハ上のアライメント
マークだけを検出するＴＴＬ（ＴｈｒｏｕｇｈＴｈｅ
Ｌｅｎｓ）方式であり、第３の方式は投影レンズから
一定距離だけ離して別設した顕微鏡対物レンズを介して
ウエハ上のアライメントマークだけを検出するオフ・ア
クシス（Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ）方式である。

【０００３】また、光源より射出された露光光は、照明
光学系を介してレチクルを照射する。照明光学系によ
り、露光光は照度均一化が図られている。

【０００４】装置全体は、チャンバ内に収納され、温度
制御された空間に配置される。チャンバによる空調とし
ては、例えば特開平４−２２１１８が開示されている。
特開平４−２２１１８を図２により説明すると、チャン
バ２０１内を複数の空間Ａ０〜Ｅ０に分割し、空間Ａ
０、Ｄ０を第１の空調手段２０２に、空間Ｃ０を第２の
空調手段２１７に、空間Ｂ０を第３の空調手段２１６
に、空間Ｅ０を不図示の空調手段にそれぞれ連通させた
ものである。

【０００５】空間Ａ０には主に照明光学系２０７が配設
され、空間Ｂ０にはレチクルＲ０を支持するためのレチ
クルステージ２０８、レチクルおよびウエハを観察する
ためのＴＴＲ方式の観察光学系２２０ならびに不図示の
ＴＴＬ方式のウエハ観察光学系等が配設されている。空
間Ｃ０にはウエハＷを支持するためのウエハステージ２
１０およびオフアクシススコープ２３４等が配設されて
いる。空間Ｄ０には、レチクルライブラリ２１１および
レチクル搬送ロボット２１２が、空間Ｅ０には、ウエハ
キャリア２１３およびウエハ搬送ロボット２１４がそれ
ぞれ配設されている。空間Ａ０と空間Ｄ０の天井部には
フィルタボックス２０５が配設されており、空間Ａ０に
はフィルタ２０３を通して、空間Ｄ０にはフィルタ２０
４を通して、第１の空調手段２０２で空調された雰囲気
気体である空気を清浄化してダウンフローで吹出させ、
空間Ｂ０にはダクト２１６Ｄおよびフィルタ２１８を通
して第２の空調手段２１６で空調された空気を清浄化し
て吹出させ、空間Ｃ０にはダクト２１７Ｄおよびフィル
タ２１９を通して第３の空調手段２１７で空調された空
気を洗浄化して吹出させるように構成されている。ここ
で、各空間Ａ０〜Ｅ０へ吹出させる空気の温度は、例え
ば、空間Ｄ０および空間Ｂ０について説明すると、各空
間Ｄ０およびＢ０内にそれぞれ配設した温度センサ２１
５Ａおよび２１５Ｂの検出温度に基いて、温度コントロ
ーラ２０２Ｄを介して各空調手段２０２および２１６の
各送風機２０２Ｃおよび２１６Ｃの吸込側に配設された
冷却器２０２Ａおよび再加熱器２０２Ｂをそれぞれ制御
することにより調節できるように構成されている。ここ
では、簡略化して、冷却器は２０２Ａのみ示したが、各
系統毎に構成してもかまわない。また、Ｅ０に対する空
調系統も図示を省略したが、他の系統と同様の構成であ
る。２１５Ｃおよび２１５Ｄはそれぞれ空間Ｃ０および
Ｅ０の温度を検出する温度センサ、２１６Ｂおよび２１
７Ｂはフィルタ、２１７Ｃは送風機である。

【０００６】装置構成について説明すると、光源２３０
はエキシマレーザ光源で、光源より照射された露光光
は、照明光導光部２３５を介して、前記照明系２０７に
入射する。照明系２０７内には光学系が構成されてお
り、所定の均一な照度の照明光として、前記レチクルＲ
０を照射する。レチクルＲ０はレチクルステージ２０８
に保持され、レチクルステージ２０８は、構造体２３１
に支持されている。構造体２３１は、投影光学系２０９
と共に構造体２３２に支持されている。構造体２３２に
はウエハステージ２１０が搭載されると共にオフアクシ
ススコープ２３４が搭載されている。さらに構造体２３
２は、振動吸収部２３３に支持されている。

【０００７】近年、ウエハに転写されるべきパターンの
微細化に伴い、ウエハあるいはレチクルのアライメント
精度の更なる向上と、照明光の照度均一化の更なる向上
が要求されてきている。アライメント光学系あるいは、
照明光学系に影響を及ぼす原因の一つに光学系を収納す
る部分、光学系を保持する部分あるいは、光学系の光路
の温度変化がある。

【０００８】すなわち、光学系を収納する部分の温度が
変化することにより、熱変形が発生し光学部品各々の配
置関係に誤差が生じ、光学性能に影響を与える。また、
光学系を保持する部分の温度が変化することにより、熱
変形が発生し光学部品の光軸のズレ等あるいは光学部品
そのものの変形が発生し、光学性能に影響を与える。さ
らに、光学系の光路の温度が変化することにより、ゆら
ぎが発生し計測精度に影響を与えるという問題があっ
た。

【０００９】このような温度変化による影響を防止する
ため、従来の露光装置は、温度制御されたチャンバ内に
収納され、更に前述の特開平４−２２１１８の如く内部
を分割し、個別に温調を実施することでより温度安定性
の向上を図っている。

【００１０】光学部品を含んだ、例えばアライメント光
学系あるいは、照明光学系についてみると、これらの装
置に対しても個別に温調することが、それぞれの光学性
能にとっては望ましい形態である。この従来例として
は、例えば特開平１０−１３５１１７が開示されてい
る。特開平１０−１３５１１７では、アライメント系に
構成されるアライメントセンサの発熱に対応するため、
アライメント系の少なくとも一部を所定の気密性をもっ
て包囲する包囲手段と、包囲手段内に存在する気体の一
部を温度制御している。

【００１１】しかしながら、各光学部品を含んだ装置毎
に特開平１０−１３５１１７に開示されているのと同様
に温調を実施すると、従来の温調系統数に加えて、光学
部品を含んだ装置の数だけ温調系統が必要になり、チャ
ンバ空調部が非常に大型化してしまう。また、制御対象
も大幅に増大するため、かなり大掛かりなものになって
しまうという問題が発生する。

【００１２】また、特開平１０−１３５１１７の温調手
段には、熱排気のみを行うことも開示されているが、熱
排気を行うことにより、排気した気体に対応した容積の
気体が流入することになる。流入する気体が完全に温調
されていれば問題はないが、温度の異なる気体が流入し
た場合、光学部品に対し影響を与える。また、所定の気
密性を有した包囲手段の隙間から流入するため、均一な
流れとはならず、ゆらぎとなり計測精度に影響を与える
という問題がある。

【００１３】また、個別に空調を実施したとしても、温
調部と各光学部品を含んだ装置を一体的に構成すること
は困難であるため、一定の距離を隔てて配置される。こ
のため、温調した気体は、温調部から各装置部まで送風
ダクト等により供給される。この場合、前記送風ダクト
は、いくつかの温調領域を経由するため、各温調領域の
温度に影響される。

【００１４】温度センサを各装置部に設け制御する場合
には、装置に到達した時点で所定の温度となるように制
御するため、途中の経路すなわち、他の温調領域で受け
る温度影響だけ気体の温度を増減した温度に設定されて
送風される。言い換えると、前記増減した温度が逆に前
記温調領域に影響を与えることになるという問題があ
る。

【００１５】前記送風ダクトを、熱的に絶縁することで
前記問題は解決出来る。熱的な絶縁を実現するためには
送風ダクトの周囲に断熱材を巻き付けることになり、充
分な断熱を実現するためには送風ダクト径が非常に大き
くなり、現実的に実装が困難であるという問題がある。

【００１６】

【発明が解決しようとしている課題】本発明は上記のよ
うな状況に鑑みて成されたものであり、光学部品を含ん
だ装置に対して、常に安定した光学性能を与える露光装
置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段および作用】上記課題を解
決するために、本発明の露光装置は、装置本体を１ある
いは複数の系統で空調を行うチャンバに収納し、前記装
置本体内の光学部品を含んだ装置を、前記空調系統のい
ずれかの空調領域中に配置し、前記いずれかの空調系統
により所定の温度に温調された気体を、前記いずれかの
空調系統より分岐して、前記光学部品を含んだ装置の外
部周辺あるいは装置内部に供給する手段を備えている。

【００１８】本発明の好ましい実施例において、前記光
学部品を含んだ装置は、前記マスクもしくは前記感光基
板の位置あるいはそれらの相対位置を検出する位置検出
手段あるいは照明手段である。また、前記空調系統は、
図１を用いて説明すると、マスク部Ｂ０の空調手段２１
６であり、前記光学部品を含んだ装置は、前記マスク部
近傍に配置されたＴＴＲ方式の位置検出装置２２０ある
いはＴＴＬ方式の位置検出装置である。あるいは、図３
に示すように、前記空調系統は、前記チャンバ上部Ａ０
およびＤ０の空調手段２０２であり、前記光学部品を含
んだ装置は、ＴＴＲ方式の位置検出装置２２０あるいは
ＴＴＬ方式の位置検出装置である。

【００１９】また、前記光学部品を含んだ装置が、前記
感光基板部近傍に配置されたオフ・アクシス方式の位置
検出装置であれば、前記空調系統は、図１に示すよう
に、前記感光基板部Ｃ０の空調手段２１７である。ある
いは、図３に示すように、感光基板の搬出入部Ｅ０の空
調手段（不図示）である。

【００２０】

【実施例１】以下、本発明の第一の実施例を説明する。
図１は、本発明の各実施例が適用可能な露光装置の構成
を示す。図１において、図２と同一なものは説明を省略
する。露光用の照明光（エキシマレーザ光源からの紫外
線パルス光）は、光源２３０より、照明光導光部２３５
を介し、照明光学系２０７を介してレチクルＲ０のパタ
ーン領域を均一な照度分布で照明する。レチクルＲ０
は、２次元方向（ＸＹ方向）に微動可能なレチクルステ
ージ２０８に真空吸着等の手法により保持されている。
レチクルＲ０のパターン領域を通過した照明光は、両側
テレセントリック（または片側テレセントリック）な投
影レンズ２０９に入射し、ウエハＷの表面（フォトレジ
スト層）に達する。ここで、投影レンズ２０９は照明光
の波長に関して最良に収差補正されており、その波長の
もとでレチクルＲ０とウエハＷとは互いに共役な位置関
係を保っている。また、照明光はケーラ照明であり、投
影レンズ２０９の瞳内の中心に光源像として結像され
る。

【００２１】レチクルＲ０の周辺には不図示のレチクル
アライメントマークが形成されており、当該マークをレ
チクルアライメント系２２０によって検出する。そし
て、レチクルアライメント系２２０によって検出された
位置情報に基づいて、レチクルステージ２０８を駆動
し、レチクルＲ０を投影レンズ２０９の光軸に対して位
置決めするようになっている。

【００２２】一方、ウエハＷはウエハホルダを介して、
ウエハステージ２１０上に載置されている。ウエハステ
ージ２１０は、２次元（ＸＹ方向）に移動可能に構成さ
れると同時に、不図示の干渉計によってその座標値を逐
次計測するようになっている。すなわち、干渉計からの
座標計測値等に基づいて制御部によりウエハステージ２
１０の移動や位置決めを行う。ウエハステージ２１０上
にはベースライン計測等で使用する不図示基準マークが
設けられている。

【００２３】本実施例では、ウエハＷの位置を検出する
手段は、ＴＴＲ方式のアライメント光学系２２０および
不図示のＴＴＬ方式のアライメント系ならびにオフアク
シススコープ２３４である。

【００２４】まず、ＴＴＲ方式のアライメント光学系２
２０の空調について説明する。アライメント光学系２２
０は、空間Ｂ０部に配設されている。空間Ｂ０は、空調
手段２１６により温調された気体がダクト２１６Ｄを介
し、空間Ｂ０に送風されて温調される。このダクト２１
６Ｄを分岐し、ダクト１によりアライメント光学系２２
０に送風する。本構成により、まず、アライメント光学
系２２０部に独立した温調系統が構成されることなく温
調された気体が供給される。また、ダクト２１６Ｄを分
岐し、空間Ｂ０部を通過してアライメント光学系２２０
に到達するため、他の空間の影響を受けるあるいは、影
響を与えることを最小にすることが可能となる。

【００２５】次に、オフアクシススコープ２３４の空調
について説明する。オフアクシススコープ２３４の空調
も前記アライメント光学系２２０の空調と同様に、オフ
アクシススコープ２３４が配設されている空間Ｃ０を空
調する気体を送風するダクト２１７Ｄを分岐しダクト２
により行う。このことにより、前記アライメント光学系
２２０部と同様独立した温調系統が構成されることな
く、温調された気体が供給されると共に、ダクト２１７
Ｄを分岐し、空間Ｃ０部を通過してオフアクシススコー
プ２３４に到達するため、他の空間の影響を受けるある
いは、影響を与えることを最小にすることが可能とな
る。

【００２６】本実施例では、温調気体を装置内部に供給
したが、装置に吹き付ける構成としても装置の温度安定
化はある程度達成可能である。従って、必要に応じ、内
部へ供給あるいは、装置へ吹き付ける構成を取ること
で、本発明の目的を達成できる。

【００２７】

【その他の実施例】図３を用いて、第二の実施例につい
て説明する。図１と同様の部分は説明を省略する。ま
ず、アライメント光学系２２０の空調について説明する
と、アライメント光学系２２０への温調気体をダクト３
により供給する。ダクト３は、空間Ａ０ならびにＤ０を
空調する気体が供給される。また、ダクト３は、空間Ａ
０ならびにＤ０を通過する（空間Ａ０ならびにＤ０内に
実装される）。このため、第一の実施例と同様に他の空
間の影響を受けるあるいは、影響を与えることを最小に
することが可能となる。

【００２８】独立した温調系統は、当然ながら不要であ
る。また、空間Ａ０ならびにＤ０の温調設定温度と、空
間Ｂ０の温調設定温度は、チャンバ内の温度を極力均一
にするため、通常同じ温度である。このため、空間Ｂ０
に配設されているアライメント光学系２２０が、空間Ａ
０ならびにＤ０を空調する気体で温調されても、極端な
温度勾配が発生することはなく、アライメント光学系２
２０の光学性能を安定的に確保すると共に、空間Ｂ０の
空間温度に影響を与えることはない。

【００２９】次に、オフアクシススコープ２３４の空調
について説明すると、オフアクシススコープ２３４へ
は、空間Ｅ０を空調する気体がダクト４を介して供給さ
れる。前記アライメント光学系の場合と同様に、ダクト
４は、ほぼ空間Ｅ０を通過する（実装される）ため、他
の空間の影響を受けるあるいは、影響を与えることを最
小にすることが可能となる。また、独立した温調系統が
不要であると共に、空間Ｅ０の空間温度に影響を与える
ことはなく、オフアクシススコープ２３４の光学性能を
安定的に確保することが可能となる。

【００３０】第一、第二の実施例では、アライメント光
学系２２０について、Ｂ０あるいは、Ａ０およびＤ０の
空調気体を分岐する構成としたが、必要とする温度安定
性が達成されれば、他の空間の温調気体を分岐して供給
してもかまわない。オフアクシススコープ２３４につい
ても同様である。

【００３１】上記実施例では、アライメント光学系２２
０およびオフアクシススコープ２３４について説明した
が、本発明はこれらに限定されるものでは無く、特許請
求の範囲に示された本発明の技術的思想としての要旨を
逸脱しない範囲での適用は可能である。例えば、ＴＴＬ
オフアクシス光学系あるいは、照明光学系等の光学部品
を含む装置に対しても、本発明を適用できることは、言
うまでもない。

【００３２】

【デバイス生産方法の実施例】次に上記説明した露光装
置を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。
図４は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、
液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン
等）の製造のフローを示す。ステップ１（回路設計）で
はデバイスのパターン設計を行なう。ステップ２（マス
ク製作）では設計したパターンを形成したマスクを製作
する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコンや
ガラス等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマ
スクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエ
ハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立
て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製された
ウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセ
ンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージ
ング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６
（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの
動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こう
した工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷
（ステップ７）される。

【００３３】図５は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン
打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では上記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ
１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ
１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分
を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチ
ングが済んで不要となったレジストを取り除く。これら
のステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に
多重に回路パターンが形成される。本実施例の生産方法
を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度のデバイ
スを低コストに製造することができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、光学部品を含む装置を
温度的に安定させて、所定の性能を確保する場合に、従
来の温調系統数で温調することが可能であるため、チャ
ンバ空調部が非常に大型化したり、あるいは制御対象が
大幅に増大してしまうこと無しに実現できると言う効果
がある。また、温調した気体を送風する場合に、送風す
る気体が他の空間の温度の影響を受けたり、あるいは他
の空間の温度に影響を与えることを最小限に出来ると言
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例に係る露光装置の構成
を示す図である。

【図２】従来の露光装置の構成を示す図である。

【図３】本発明の第二の実施例に係る露光装置の構成
を示す図である。

【図４】微小デバイスの製造の流れを示す図である。

【図５】図４におけるウエハプロセスの詳細な流れを
示す図である。

【符号の説明】

１，２，３，４：分岐ダクト、２０１：チャンバ、２０
２，２１６，２１７：空調手段、２０３，２０４：フィ
ルタ、２０５：フィルタボックス、２０７：照明系、２
０８：レチクルステージ、２０９：投影光学系、２１
０：ウエハステージ、２１１：レチクルライブラリ、２
１２：レチクル搬送ロボット、２１３：ウエハキャリ
ア、２１４：ウエハ搬送ロボット、２１５Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ：センサ、２１８，２１９：フィルタ、２２０：アラ
イメント光学系、２３０：光源、２３１，２３２：構造
体、２３３：振動吸収部、２３４：オフアクシススコー
プ、２３５：照明光導光部、２０２Ａ：冷却器、２０２
Ｂ：加熱部、２０２Ｄ：温度コントローラ、２０２Ｃ，
２１６Ｃ，２１７Ｃ：送風機、２１６Ｄ，２１７Ｄ：ダ
クト、２１６Ｂ，２１７Ｂ：フイルタ、Ｒ０：レチク
ル、Ｗ：ウエハ、Ａ０，Ｂ０，Ｃ０，Ｄ０，Ｅ０：空
間。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクに形成されたパターンの像を投影
光学系を介して感光基板上に転写する露光装置におい
て、装置本体を１あるいは複数の系統で空調を行うチャ
ンバに収納し、前記装置本体内の光学部品を含んだ装置
を、前記空調系統のいずれかの空調領域中に配置し、か
ついずれかの空調系統により所定の温度に温調された気
体を分岐して、前記光学部品を含んだ装置の外部周辺あ
るいは装置内部に供給することを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記光学部品を含んだ装置は、前記マス
クもしくは前記感光基板の位置あるいはそれらの相対位
置を検出する位置検出手段あるいは照明手段であること
を特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】前記空調系統は、前記マスク部の空調手
段であり、前記光学部品を含んだ装置は、前記マスク部
近傍に配置されたＴＴＲ方式の位置検出装置あるいはＴ
ＴＬ方式の位置検出装置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】前記空調系統は、前記チャンバ上部の空
調手段であり、前記光学部品を含んだ装置は、ＴＴＲ方
式の位置検出装置あるいはＴＴＬ方式の位置検出装置で
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５】前記空調系統は、前記感光基板部の空調
手段であり、前記光学部品を含んだ装置は、前記感光基
板部近傍に配置されたオフ・アクシス方式の位置検出装
置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６】請求項１〜５のいずれかに記載の露光装
置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイ
ス製造方法。