JPH0422328B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は環境条件の変動に伴なう投影倍率の変
動を防止して高精度なパターン投影を可能にした
投影露光方法およびその装置に関するものであ
る。

〔背景技術〕

一般にIC、LSI等の半導体装置の製造工程では
所謂フオトリソグラフイ技術が利用されており、
レチクルやフオトマスクのパターンを写真技術を
用いてフオトマスク原板や半導体ウエーハ表面に
転写している。そして、近年では半導体装置の素
子パターンの微細化、高積化に伴なつて転写され
るパターンのサイズも益々微小化される傾向にあ
り、したがつてパターン転写を行なう光学系にも
１：５、１：10等の縮小型の投影露光装置が多用
されてきている（たとえば、工業調査会発行電子
材料1983年11月号別冊、P97〜P104）。

ところで、この種の投影露光装置を用いて本発
明者等が種々のパターン転写を行なつてきたとこ
ろ、転写されるパターンの縮小倍率が日や時刻の
相違に伴なつて微小に変化することが判明した。
このため、本発明者等が種々の実験を繰返して縮
小（転写）倍率の変動原因について検討したとこ
ろ、装置環境の温度、湿度および大気圧の相違が
そのまま縮小倍率に影響することが判明した。

即ち、温度の変化に伴なつて投影光学系の鏡筒
が熱膨張、熱収縮されるため、レチクルとレンズ
との光軸距離が変化され、倍率が変化される。ま
た、湿度の変化に伴なつて投影光学系内における
空気の水分密度が変化されるため、レンズの相対
的な屈折率が変化され焦点距離に伴なつて縮小倍
率が変化される。

更に大気圧については、パターンの縮小率の変
動を日毎に測定する一方で、その日の大気圧を測
定しこれらの相関を求めたところ、第１図に示す
関係が求められた。図に示すグラフは横軸に大気
圧（1984年東京）をとり縦軸に縮小率をとつたも
ので、多数のデータをブロツト（図は一部のデー
タのみをブロツト）することにより略１次式で示
される相関、つまり大気圧（Ｐ）と縮小変動率
（Ｍ）は、Ｍ＝Kp・Ｐ＋Cpで示される関係式を
満足することが判明した。ここで、Kp、Cpは光
学系の特性により定まる定数である。また、縮小
率（Ｍ）は同図に示すようにパターン寸法13.5mm
に対する寸法変化量で定義されている。なお、同
様にして投影光学系を設置するクリーンルーム内
の気圧と縮小率の変動についても、第２図のよう
な相関の存在が認められた。なお、クリーンルー
ム内は大気圧よりも若干（略1mb）高圧に保た
れ、大気中の塵埃のクリーンルーム内への侵入を
防止している。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、前述の検討結果に基づいて、
温度、湿度、気圧等の環境条件の変動にかかわら
ず転写パターンの縮小率等投影倍率の変動を防止
し、これにより転写パターンの寸法精度を向上し
て高精度なパターン転写を可能にした投影露光方
法およびその装置を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な
特徴は、本明細書の記述および添付図面からあき
らかになるであろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なも
のの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

すなわち、投影露光装置における温度、湿度、
気圧等の環境条件を検出し、この検出値に基づい
てレチクル位置を上下動させ、転写パターンと投
影光学系との光学距離を制御することにより、投
影倍率を常に一定に保ち、高精度パターン転写を
実現するものである。

更に具体的には、投影光学系の鏡筒温度、光学
系直近の湿度および気圧を夫々検出する検出器
と、レチクル位置を光軸方向に移動させる駆動機
構と、この駆動機構を前記検出器の検出信号に基
づいて制御する制御部とで構成することにより、
環境条件の相違に応じて制御部が駆動機構を作動
し、転写パターンと投影光学系との光学距離を制
御して投影倍率を一定化しかつ高精度パターン転
写を実現するものである。

〔実施例〕

第３図は本発明の一実施例の投影露光装置の全
体構成図を示す。図において、１は投影露光装置
の投影露光機本体であり、内部には光源２、コン
デンサレンズ３を有する照明光学系４と、この照
明光学系４により照明されるレチクル５等の転写
パターンおよびこれを投影結像するレンズ群６を
有する投影光学系７を備えている。また、詳細は
省略するが投影像のフオーカス（焦点）設定やア
ライメント（平面位置）設定を行なうための光学
系８も内装される。そして、前記投影光学系７は
レンズ６を取着した鏡筒９と、レチクル５を支持
する支持枠１０とを別体に設け、鏡筒９は固定ア
ーム１１に取着し、支持枠１０はその一部におい
て前記鏡筒９にスラストベアリング１２を介して
上下方向、つまり光軸方向に移動できるように取
着している。また、鏡筒９にはモータ１３を取着
すると共に、このモータ１３のウオーム軸１４に
は前記支持枠１０の一部１０ａを螺合させた駆動
機構を構成しており、モータ１３を作動すること
により支持枠１０を上下方向に移動してその上下
位置を設定できる。

前記投影露光機本体１の下方にはXYテーブル
１５を配置し、このXYテーブル１５上には前記
レチクル５のパターンを縮小して投影する半導体
ウエーハ１６を搭載している。

一方、投影露光機本体１およびXYテーブル１
５を含む環境、通常ではクリーンルーム内の気圧
を検出するための気圧計１７を投影露光機本体１
の近傍に設置すると共に、これと並んで湿度計１
８を配置している。また、特に投影光学系７の温
度を測定する温度計１９を前記鏡筒９に取着配置
し鏡筒９の温度を直接検出するようにしている。
そして、これら気圧計１７、湿度計１８および温
度計１９はマイクロコンピユータを内蔵した制御
部２０に接続し、制御部２０はこれから夫々送出
されてくる検出信号に基づいて前記モータ１３を
制御する。この制御部２０内には前述の第１図や
第２図に示した相関情報はもとより、第４図、第
５図に夫々示すような縮小率と湿度、縮小率と温
度との相関情報を予め入力し記憶させているもの
とする。

以上の構成によれば、光学系８の作用によつて
通常のフオーカス設定やアライメント設定が行な
われ、かつ照明光学系４にてレチクル５を照明す
れば投影光学系７によつてレチクルパターンを縮
小して半導体ウエーハ１６上に投影結像できる。

一方、これと同時に気圧計１７では投影露光機
本体１における気圧を検出し、同様に湿度計１８
はその湿度を検出し、更に温度計１９は鏡筒９の
温度を検出する。そして、これら気圧、湿度、温
度の検出値が入力された制御部２０では第１図、
第２図、第４図および第５図に夫々示したような
相関に基づいて縮小倍率の変動を認識し、これを
補正する信号を駆動機構のモータ１３の出力す
る。これにより、モータ１３は正又は逆転されて
ウオーム軸１４を軸転し、これに螺合された支持
枠１０を上下動させる。したがつて、支持枠１０
に支持されたレチクル５とレンズ６との光軸方向
の距離が変化され、縮小倍率が一定となるように
制御されることになり、光学特性を常に一定に保
持することにより高精度なパターン転写を実現す
ることができる。

なお、本発明の他の実施例としては、第６図〜
第７図に示すように、レチクルを支持した支持枠
１０の上下動手段として電圧の変化に対応し微動
変位する圧電性素子２１を維持枠部１０の下部に
３箇所以上配置し、それぞれの圧電性素子２１に
同一電圧もしくは異なる電圧を供給し、上下動制
御し得る駆動機構を構成してなる投影露光装置と
してもよい。

ピエゾ圧電性素子などの圧電性素子２１の特長
である、小型軽量、変位の応答速度の速さ、耐久
性が良く安定度も高いなどを本発明は、積極的に
利用したものである。

また、本発明の他の実施例としては、第８図〜
第９図に示すように、レチクルの支持枠部１０を
板バネ２３によつて支え、又この支持枠部１０の
下部の３個所以上にボイスコイル２４を装備し、
それぞれのボイスコイル２４には、同一もしくは
異なる電流を供給し、上下動制御し得る駆動機構
を構成してなる投影露光装置としてもよい。

〔効果〕

(1) 投影露光機本体の近傍またはこれに直接、気
圧計、湿度計、温度計を配設し、これらにより
検出された気圧、湿度、温度に基づいて縮小倍
率の変動を算出しかつこれを補正すべくレチク
ルとレンズ間距離を制御しているので、前記し
た各種環境条件の変動によつても縮小倍率を一
定に保持することができ、これにより高精度の
パターン転写を実現することができる。

(2) 相対移動可能としたレチクルとレンズとを駆
動機構によつて両者間の距離を変化できるよう
にし、かつ気圧、湿度、温度の環境条件に応じ
て制御部がこの駆動機構を制御してレチクルと
レンズ間距離を変化させ縮小倍率を一定に保つ
ているので、環境条件変化による倍率の変化を
リアルタイムで補正でき、常に高精度のパター
ン転写を行なうことができる。

(3) 駆動機構は位置を上下動させてレチクルとレ
ンズとの距離を変化できるようにし、かつこれ
に各種検出器と制御部を付設することにより構
成できるので、既存の投影露光装置に容易にか
つ低コストで適用することができる。

以上本発明者によつてなされた発明を実施例
にもとづき具体的に説明したが、本発明は上記
実施例に限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲で種々変更可能であることはい
うまでもない。たとえば、気圧は大気圧で検出
してもよく、この大気圧とクリーンルーム内の
差圧から環境条件としての気圧を検出してもよ
い。また、駆動機構の具体的な構成は若干の変
更は可能である。更に、気圧、湿度、温度のい
ずれか１つ又は２つを常に一定に保ち得るクリ
ーンルーム内に設ける場合には、変動される環
境条件をのみ、つまり気圧、湿度、温度のいず
れか１つ又は２つをのみ検出して駆動機構を制
御するようにしてもよい。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によつてなさ
れた発明をその背景となつた利用分野である半導
体装置のフオトリソグラフイ技術に使用する縮小
型の投影露光技術に適用した場合について説明し
たが、それに限定されるものではなく、等倍型の
露光方式はもとより、半導体製造技術以外の分野
における投影露光技術に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は気圧と投影倍率の相関を
説明するグラフ、第３図は本発明装置の実施例構
成図、第４図は湿度と投影倍率との相関グラフ、
第５図は温度と投影倍率との相関グラフ、第６図
〜第７図は本発明の他の実施例を示す平面図と側
面図、第８図〜第９図は本発明のさらに他の実施
例を示す平面図と側面図である。 １……投影露光機本体、４……照明光学系、５
……レチクル、６……レンズ、７……投影光学
系、９……鏡筒、１０……支持枠、１３……モー
タ、１４……ウオーム軸、１５……XYテーブ
ル、１６……半導体ウエーハ、１７……気圧計、
１８……湿度計、１９……温度計、２０……制御
部、２１……圧電性素子、２２……スプリング、
２３……板バネ、２４……ボイスコイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 投影露光装置における気圧、湿度、温度の環
   境条件の少なくとも１つの変動を検出し、この変
   動に応じてレチクル位置を上下動させ、レチクル
   等の転写パターンと投影光学系のレンズとの光軸
   距離を制御して転写パターンの投影倍率を一定に
   保つことを特徴とする投影露光方法。 ２ 投影露光機本体に設けられレチクル位置を上
   下動させてレチクルとレンズとの光軸距離を変化
   させ得る駆動機構と、投影露光装置における気
   圧、湿度、温度の環境条件の少なくとも１つを検
   出する検出器と、検出器の出力により前記駆動機
   構を制御して投影倍率を一定に制御する制御部と
   を備えたことを特徴とする投影露光装置。 ３ レンズを取着した鏡筒に対してレチクルを支
   持した支持枠を上下動可能とし、この支持枠をモ
   ータの正・逆転制御によつて上下動制御し得るよ
   うに駆動機構を構成してなる特許請求の範囲第２
   項記載の投影露光装置。 ４ 駆動機構としては、電圧の変化に対応して微
   動変位する圧電性素子を支持枠の下部に３箇所以
   上配置し、それぞれの圧電性素子に同一もしくは
   異なる電圧を供給し、上下動制御し得る駆動機構
   を用いてなる特許請求の範囲第２項記載の投影露
   光装置。 ５ 駆動機構としては、レチクルの支持枠を板バ
   ネによつて支え、又この支持枠下部の３箇所以上
   にボイスコイルを装備し、それぞれのボイスコイ
   ルには、同一もしくは異なる電流を供給し、上下
   動制御し得る駆動機構を用いてなる特許請求の範
   囲第２項記載の投影露光装置。 ６ 検出器としては、気圧を検出する圧力計を用
   い、この圧力計を投影露光機本体に設置し、前記
   圧力計を用いて環境条件の気圧を検出する特許請
   求の範囲第２項記載の投影露光装置。 ７ 温度を検出する検出器は鏡筒の温度を直接検
   出し得るよう構成してなる特許請求の範囲第２項
   記載の投影露光装置。