JP2743199B2 - 露光装置 - Google Patents

露光装置

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JP2743199B2 JP1257076A JP25707689A JP2743199B2 JP 2743199 B2 JP2743199 B2 JP 2743199B2 JP 1257076 A JP1257076 A JP 1257076A JP 25707689 A JP25707689 A JP 25707689A JP 2743199 B2 JP2743199 B2 JP 2743199B2
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems
    • G03F7/702Reflective illumination, i.e. reflective optical elements other than folding mirrors, e.g. extreme ultraviolet [EUV] illumination systems

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、マスク等の原版の像を半導体ウエハ等の
被露光基板上に高精度に焼付転写する露光装置に関す
る。
[従来の技術] 半導体集積回路は、近年、ますます高集積化が進めら
れており、それを製造するための露光装置(アライナ)
も転写精度のより高いものが要求されている。例えば、
256メガビットDRAMクラスの集積回路では、線幅0.25ミ
クロン程度のパターンの焼付を可能にする露光装置が必
要となる。
このような超微細パターン焼付用の露光装置として軌
道放射光(SOR−X線)を利用していわゆるプロキシミ
ティ露光を行なうものが提案されている。
この軌道放射光は、水平方向に均一なシートビーム状
であるため、面を露光するために、 マスクとウエハとを鉛直方向に移動して水平方向のシ
ートビーム状X線で面走査するスキャン露光方式、 シートビーム状X線を揺動ミラーで反射してマスクと
ウエハ上を鉛直方向に走査するスキャンミラー露光方
式、および 反射面が凸状に加工されたX線ミラーによって水平方
向のシートビーム状X線を鉛直方向に発散させて露光領
域全体に同時に照射する一括露光方式 等が提案されている。
本発明者等は、この一括露光方式に係るX線露光装置
を発案し、先に特願昭63−71040号として出願した。
この先願のX線露光装置において、露光光としてのX
線は、強度(照度)が水平方向(以下、X方向という)
には均一であるが、鉛直方向(以下、Y方向という)に
は、例えば第2A図の照度分布曲線で示されるように、中
央で高くそこから上下に離れるに従って低くなるという
強度むらを有している。前記先願においては、それぞれ
長方形の開口(シャッタアパーチャ)有する2枚の遮蔽
板を用い、それらのY方向への移動速度を、第2B図に示
すように、独立に制御することによって、第2C図に示す
ように、露光領域の各部における露光量を制御してい
る。すなわち、Y方向の各部分について、遅れて進む側
の遮蔽板の開口の先縁1aが通過して露光光(X線)が透
過し始めてから先行する側の遮蔽板の開口の後縁1bが通
過して露光光を遮蔽するまでの時間を制御し、露光領域
全体を適正かつ均一に露光しようとしている。この場
合、露光量制御は、露光領域内で計測された第6A図のよ
うなY方向のX線強度分布曲線(以下、プロファイルと
いう)に基づいて行なわれる。
[発明が解決しようとする課題] 本発明者等は、前記先願のX線露光装置について、さ
らに転写精度の向上を図るべく検討を進めた結果、露光
領域とX線束との相対位置変動が転写精度に与える影響
を無視し得ないことを見出した。
例えば、X線束がΔy変動して、プロファイルが第2A
図の実線の位置から点線の位置へΔy変動すると、位置
yにおけるX線の強度Iは、 変動する。したがって、強度Iの変動を例えば0.1%以
下とするためには としなければならない。具体的には、露光領域のY方向
画角寸法が30mmで、第2A図実線に示すようなプロファイ
ルが中心線に対して上下対称の2次関数で表わされ、か
つ最低強度は最高強度の80%であるとすると、 となり、X線の強度むらを0.1%以下に抑えるために
は、X線束の露光領域に対する相対位置変動Δyを40μ
m以下にしなければならないことになる。
また、プロキシミティ露光方式においては、照明光の
入射角変動は、重ね合わせ精度の劣化を招く。
例えば、マスクとウエハとのプロキシミティギャップ
Gを50μmとして、入射角変動による重ね合わせ誤差Δ
δを0.002μm以下とするためには、入射角変動Δθを Δθ=Δδ/G <0.002/50=4×10-5rad すなわち4×10-5rad以下にしなければならない。
また、照明光が発散角を持つ場合には、前記相対位置
変動Δyに伴ないX線の露光領域に対する入射角が変動
する。この入射角変動量Δθは、発散点(例えば、発散
用凸面ミラーへのX線入射位置)と露光面との間隔を5m
とすると、 となる。そして、この入射角変動Δθにより、上述の重
ね合わせ誤差Δδが発生する。この場合の重ね合わせ誤
差Δδは露光面各部に異なる転写倍率が分布するランア
ウト誤差となって現われる。相対位置変動Δyは、上式
より、0.2mm以下としなければならない。
なお、前記Δyの変動要因としては、ウエハステージ
の移動に伴なう露光装置の姿勢変動に起因するもの200
μm程度、温度変動に伴なう相対変位分10μm程度、お
よび床の振動に伴なう相対変位分2μm程度が予測され
る。
この発明は、前記入射角変動Δθおよび前記相対位置
変動Δyに起因する重ね合わせ誤差Δδを低減し、もっ
て転写精度をさらに向上させることが可能な露光装置を
提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するためこの発明では、照明光の一次
元の強度むらに対応した露光時間分布を設定することに
より露光領域内での露光量の均一化を図る露光量制御手
段と、この露光量制御手段の露光装置フレームに対する
前記一次元方向の位置基準を移動する位置基準制御手段
とを設けている。これらの位置基準は、前記露光装置フ
レームを含む露光装置本体と露光光源としてのSOR装置
を含む照明系が設置される床との相対的な姿勢変動を検
知し、この検知信号に応じて調整される。
この発明の一態様においては、前記露光量制御手段は
遮光板を有するシャッタ手段と遮光板を前記強度むらに
対応する駆動曲線に従って駆動する駆動手段を備え、前
記位置基準制御手段としては該駆動曲線の基準を移動す
るものを用いている。
また、別の態様においては、シャッタ手段の遮光板を
含む部分をユニット化し、このシャッタユニットを前記
露光装置フレームに対して前記一次元方向に移動し、ま
たは前記照明光の光軸回りに回転させる。
[作用および効果] 上記構成において、前記位置基準制御手段が露光量制
御手段の露光装置フレームに対する位置基準を移動する
と、露光領域内における照明光の露光時間分布がシフト
される。したがって、照明光と露光領域との相対的位置
変動Δyを検知し、この検知信号に応じて位置基準を移
動し露光時間分布をシフトすれば、位置変動Δyにより
生じる露光むらを補償することができる。
また、露光装置本体と照明系とを相対的に移動して前
記位置基準を移動する方式においては、さらに前記位置
変動Δyにより生じる重ね合わせ誤差を低減することが
できる。
[実施例] 第1図は、この発明の一実施例に係るX線アライナの
構成を示す。同図において、11はSOR装置で、SOR装置台
12上に載置されており、発光点13よりX線14を放射す
る。21はX(水平)方向に細長いシートビーム状のSOR
−X線14をY(鉛直)方向に拡大するためその反射面を
凸状に加工された第1ミラー、22は第1ミラー21で発散
されたX線束15をその中心軸が水平となるように反射す
る第2ミラーである。第2ミラー22で反射されたX線束
は露光用の照明光16としてアライナ本体40に入射され
る。23は第1ミラー21および第2ミラー22の周囲を所望
の真空雰囲気とするためのミラーチャンバ、24は第1ミ
ラー21の姿勢を調節するために用いられる第1ミラー駆
動装置、25は第2ミラー22の姿勢を調節するために用い
られる第2ミラー駆動装置、26は第1ミラー21ないし第
2ミラー駆動装置25からなるミラーユニット20を載置す
るためのミラー架台である。
30はシャッタユニットで、シャッタステー31、シャッ
タステー31に取付けられたシャッタ軸32および33ならび
に各シャッタ軸32,32間および33,33間に張架されたシャ
ッタ膜34および35により構成されている。シャッタ膜34
および35はそれぞれ各辺が露光領域の寸法より長い長方
形の開口(シャッタアパーチャ)36および37を有するエ
ンドレスのスチール(SUS)ベルトにより構成されてい
る。
40はアライナ本体、41は金等のX線不透過材料により
転写パターンが形成されたマスク、42はマスク41を搭載
して移動可能なマスクステージ、43はマスク41をマスク
ステージ42上に固定するためのマスクチャック、44はマ
スク41の像を転写しようとするウエハ、45はウエハ44を
搭載して移動可能なウエハステージ、46はウエハ44をウ
エハステージ45上に固定するためのウエハチャック、47
はマスクステージ42およびウエハステージ45等を取付け
るためのアライナフレーム、48はアライナフレーム47が
載置されるアライナベース、49はアライナベース48を床
1上に支持するためのエアバネ、61はアライナ本体40の
床1に対する位置変動を検出するための非接触変位計で
ある。アライナベース48は少なくとも3つのエアバネ49
により3箇所で支持されている。また、非接触変位計61
はアライナベース48の少なくとも3箇所の変位を計測し
アライナ本体40の床1に対する高さの変動を検出してい
る。
50はシャッタユニット30、マスクステージ42上のマス
ク41およびウエハステージ45上のウエハ44の周囲を所望
のヘリウム雰囲気とするためのヘリウムチャンバであ
る。また、51および52はミラーチャンバ23とヘリウムチ
ャンバ50すなわちアライナ本体40とをそれぞれの雰囲気
を保って接続するための配管スプール、53はミラーチャ
ンバ23とアライナ本体40とを柔軟に接続するためのベロ
ーズ、54は照明光16を透過してかつミラーチャンバ23内
の真空雰囲気とヘリウムチャンバ50内のヘリウム雰囲気
とを絶縁するベリリウム窓である。
62は前記複数個の非接触変位計61の出力に基づいてア
ライナ本体40の姿勢を検知する姿勢検知部、63は姿勢検
知部62の出力に基づいてシャッタ駆動テーブル(不図
示)をシフトして補正する駆動テーブルシフト部63、65
は前記駆動テーブルに基づいて各時点におけるシャッタ
アパーチャ36および37の位置または移動速度を制御する
シャッタコントロール部である。
第1図のアライナにおいては、まず、キャリッジ(不
図示)に搭載したX線照度計(不図示)をを露光領域内
でY方向に走査して第2A図に示すようなプロファィル
(照明光強度分布曲線)を作成する。このプロファィル
作成時、姿勢検知部62は各非接触変位計61の出力を取り
込み、そのときのアライナ本体40の姿勢を記憶する。ま
た、このプロファィル作成動作においては、作成された
プロファィルに対応して露光量が露光領域内で均一とな
るような前記シャッタアパーチャ36および37それぞれの
駆動データが算出され、前記シャッタ駆動テーブルに格
納される。
露光工程中は、姿勢検知部62が1ウエハの第1ショッ
ト露光の直前等、必要に応じて非接触変位計61の出力を
取り込んで上記記憶内容と比較し、アライナ本体40の姿
勢の変動Δyを検知する。駆動テーブルシフト部63は姿
勢検知部62で検知された姿勢変動Δyに基づいてシャッ
タ駆動テーブルを補正する。この補正は、シャッタ駆動
テーブルをシフトすることにより行なわれる。シャッタ
コントロール部65はシャッタ駆動テーブルに基づいて各
時点におけるシャッタアパーチャ36および37の位置また
は移動速度を制御する。
これにより、第2A図に示すようにアライナ本体40の姿
勢(高さ)がΔy変動することによる現プロファィル2i
(破線)の基準プロファィル1i(実線)に対するずれΔ
yに対応して、前記シャッタアパーチャ36および37の位
置基準がシフトされ、第2B図に示すようにシャッタアパ
ーチャの先縁1aが2aに、後縁1bが2bにΔyシフトされ
る。したがって、シャッタアパーチャの先縁2aが通過し
てから後縁2bが通過するまでの時間が、第2C図に示すよ
うにプロファィル2iのシフト量に応じてシフトされ、露
光領域全域における露光量の均一化が図られる。
第3図は、この発明の第2の実施例に係るX線アライ
ナの構成を示す。同図のアライナは、第1図のものに対
し、姿勢コントロール部367およびエアバネ空気量調節
機構368を付加するとともに、姿勢検知部62でY(鉛
直)方向の姿勢変動Δyの他、Z軸(照明光軸)回りの
変動ΔωZ、X軸回りの変動ΔωX、およびY軸回りの変
動ΔωYをも検知するように構成し、ΔωX、ΔωYおよ
びΔωZの補正、ならびにΔyの粗い補正は姿勢コント
ロール部367およびエアバネ空気量調節機構368を用いて
アライナ本体40の姿勢を制御することにより、かつΔy
の微補正は第1図のアライナと同様にシャッタ駆動テー
ブルをシフトすることにより行なうようにしたものであ
る。
第1図のアライナのように、シャッタアパーチャ36お
よび37の位置基準のみをシフトする場合には、Y方向の
姿勢変動Δyによる図の露光分布への影響は補正され
る。しかし、照明光の露光領域に対する入射角の変動Δ
θは補正されないため重ね合わせ誤差Δδは改善されな
い。これに対し、第3図のアライナにおいては、Δ
ωX、ΔωYおよびΔωZの補正も行なうようにしたため
重ね合わせ誤差Δδも改善され転写精度の向上に役立
つ。
第4図は、この発明の第3の実施例を示す。同図のア
ライナは、第1図のものに対し、シャッタユニット30を
シャッタ姿勢制御装置431を介してシャッタステー31に
取付け、姿勢検知部62として前記ΔyおよびΔωZを検
知するものを用い、駆動テーブルシフト部63およびシャ
ッタコントロール部65の代わりに姿勢検知部62からのア
ライナ本体姿勢情報に基づいてシャッタ姿勢を算出する
シャッタ姿勢演算部463およびこの情報に基づいてシャ
ッタ姿勢制御装置を駆動するシャッタ姿勢コントロール
部465を用いたものである。
第4図のアライナは、第1図のものに対し、さらにΔ
ωZの補正も行なう分、露光量の均一性および重ね合わ
せ精度は良い。しかし、第1図のものに対しては、Δω
XおよびΔωYの補正を行なわない分、露光量の均一性お
よび重ね合わせ精度は劣る。但し、数百Kg〜数tのアラ
イナ本体の代わりに高々数十Kgのシャッタユニット30を
移動させれば足りるため、装置の軽量化および簡略化が
期待される。
第5図は、この発明の第4の実施例を示す。同図のア
ライナは、第4図のものに対し、シャッタ姿勢演算部46
3からのシャッタ姿勢変動情報Δyに基づいてシャッタ
アパーチャ36および37の位置基準制御を行なうシャッタ
yコントロール部564を付加し、シャッタ姿勢コントロ
ール部465の代わりにシャッタ姿勢変動ΔωZのみを補正
するシャッタ姿勢制御部565を用いたものである。
第5図のアライナでは、第4図のシャッタ姿勢制御装
置431におけるy方向移動機構が不要となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例に係るX線アライナの構
成図、 第2A〜2C図は、第1図アライナの動作説明のためのそれ
ぞれ照明強度分布(プロファィル)図、シャッタ駆動曲
線、および露光時間分布図、そして 第3〜5図は、それぞれこの発明の第2〜4の実施例に
係るX線アライナの構成図である。 16:照明光 30:シャッタユニット 34,35:シャッタ膜 36,37:シャッタアパーチャ 40:アライナ本体 47:アライナフレーム 61:非接触変位計 62:姿勢検知部 63:駆動テーブルシフト部 65:シャッタコントロール部 367:姿勢コントロール部 368:エアバネ空気量調節機構 431:シャッタ姿勢制御装置 463:シャッタ姿勢演算部 465:シャッタ姿勢コントロール部 564:シャッタyコントロール部 565:シャッタ姿勢制御部。
フロントページの続き (72)発明者 刈谷 卓夫 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 鵜澤 俊一 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−243421(JP,A) 特開 平2−202010(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】SOR装置と、該SOR装置からのビームを拡大
    するミラーを有するミラーユニットと、露光装置フレー
    ムを含む露光装置本体とが独立に床に設置された露光装
    置であって、 前記ミラーで拡大されたビームの所定方向の一次元の強
    度むらを、対応した露光時間分布を設定することによ
    り、露光領域内での露光量分布の均一化を図る露光量制
    御手段と、 該露光量制御手段の、前記露光装置フレームに対する前
    記所定方向の位置基準を移動する位置基準制御手段とを
    備え、 該位置基準制御手段は、前記床に対する前記露光装置本
    体の姿勢変動を検知する姿勢検知手段を有し、該検知信
    号に応じて前記位置基準を調整するものであることを特
    徴とする露光装置。
  2. 【請求項2】前記露光量制御手段は遮光板を有するシャ
    ッタ手段とこの遮光板を前記強度むらに対応する駆動曲
    線に従って前記露光領域内を前記一次元方向へ駆動する
    遮光板駆動手段を備え、前記位置基準制御手段は該駆動
    曲線の基準を移動する請求項1記載の露光装置。
  3. 【請求項3】前記露光量制御手段は前記露光装置フレー
    ムに対して移動可能なシャッタユニットを備え、前記位
    置基準制御手段は該シャッタユニットを前記一次元方向
    へ移動するシャッタ姿勢制御手段を有する請求項1記載
    の露光装置。
  4. 【請求項4】前記シャッタ姿勢制御手段は、前記シャッ
    タユニットをさらに前記照明光の光軸回りに回転させる
    請求項3記載の露光装置。
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