JPH04589B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、投影光学系を用いて、マスクのパタ
ーンを感光体（ウエハ）に露光する装置に関し、
特に投影光学系の光学特性を所定の状態に安定さ
せた投影光学装置に関する。

（発明の背景） 縮小投影型露光装置は近年超LSIの生産現場に
多く導入され、大きな成果をもたらしているが、
その重要な性能の一つに重ね合せマツチング精度
があげられる。このマツチング精度に影響を与え
る要素の中で重要なものに投影光学系の倍率誤差
がある。超LSIに用いられるパターンの大きさは
年々微細化の傾向を強め、それに伴つてマツチン
グ精度の向上に対するニーズも強くなつてきてい
る。従つて投影倍率を所定の値に保つ必要性はき
わめて高くなつてきている。現在投影光学系の倍
率は装置の設置時に調整することにより倍率誤差
が一応無視できる程度になつている。しかしなが
ら、装置の稼動時における僅かな温度変化やクリ
ーンルーム内の僅かな気圧変動等、環境条件が変
化しても倍率誤差が生じないようにしたいという
要求が高まつている。

また、環境条件の変化により倍率の変動だけで
なく、投影光学系の結像面の位置が光軸方面に変
動する、いわちる焦点変動も生じる。このため、
この焦点変動をそのまゝ放置しておくと、投影さ
れたマスクのパターン像が感光体であるウエハ上
で解像不良となり、超LSIの不良を招くことにも
なる。

（発明の目的） 本発明は、上記問題点を解決すべく、温度及び
気圧の変動による倍率誤差や焦点変動の発生を防
止し得る投影光学装置を提供することを目的とす
る。

（発明の概要） 本発明は、マスクＲに形成されたパターンの像
を最良結像面に投影する投影光学系８を有し、最
良結像面に感光基板Ｗを配置することによつてパ
ターンの像を感光基板Ｗ上に転写する投影光学装
置において、 投影光学系８と感光基板Ｗとを外気から遮断し
て気密状態に収納するチヤンバー２０と；チヤン
バー２０内の気体の温度と圧力との少なくとも一
方を制御する制御手段１８または２５，２６と；
この制御された気体を、投影光学系８を構成する
複数のレンズエレメントL₁〜L₄もしくはその保
持部材（鏡筒）に沿つて流す気体循環手段３０と
を設け、外気とは別にチヤンバー内の気体の温度
もしくは圧力を制御することによつて、投影光学
系８の結像特性の変動をほぼ零とすることを技術
要因としている。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例による投影露光
装置の概略的な構成図である。照明用の光源１は
楕円形の集光ミラー２の第１焦点位置に配置さ
れ、光源１からの光は集光ミラー２の第２焦点位
置に集光される。この第２焦点位置には照明光を
透過、及び遮断するシヤツター３が設けられてい
る。このシヤツター３はパルスモータやソレノイ
ド等の駆動部４によつて開閉される。シヤツター
３を透過した照明光は第１コンデンサーレンズ
５、第２コンデンサーレンズ６を通り、レチクル
（マスク）Ｒを照明する。

レチクルＲには所定の回路パターン等が形成さ
れており、そのパターンの光像は投影レンズ７に
よつて、感光材を塗布したウエハＷ上に投影され
る。

投影レンズ７を構成する鏡筒には周囲に複数の
通気孔７ａが設けられており、この通気孔７ａ
は、投影レンズ７を構成するレンズエレメントと
レンズエレメントとの間の各空間S₁、S₂、S₃を鏡
筒の外側の雰囲気と連通させる。移動ステージ８
（以下、単にステージ８と呼ぶ）はウエハＷを載
置するとともに、駆動部９により定盤１０の上を
２次元的に移動するように設けられている。この
ステージ８の２次元的な位置はレーザ光を用いた
光波干渉計（以下、レーザ干渉計とする）１１に
よつて逐次測定されている。

この定盤１０は、エア・ダンパー１２を有する
防振台１３の上に載置されている。このため床１
４を伝つてくる外部振動は露光装置に伝らないよ
うに遮断、もしくは減衰される。さらに、この定
盤１０には投影レンズ７、レチクルＲ、及び第２
コンデンサーレンズ６を所定の光学的な関係に保
持するための支柱１５が設けられている。たゞし
レチクルＲはレチクルホルダー１６に載置され、
このレチクルホルダー１６は、レチクルＲが２次
元的に移動可能なように支柱１５に設けられてい
る。

チヤンバー２０は第２コンデンサーレンズ６、
レチクルＲ、投影レンズ７、ウエハＷ及びステー
ジ８を外気から遮断して、その内部を密閉状態に
する如く設けられている。このチヤンバー２０の
内部には、内部の気体（例えば空気）に温度を調
整する温度調整装置１８が設けられている。この
温度調整装置１８は、チヤンバー２０内の下方の
気体を上方へ送る送風機２１と、送風機２１から
送られてきた気体１を所定の温度に調節して排出
する温度制御部２２と、温度制御部２２からの気
体をチヤンバー２０内の上側で排出するようにフ
イルター２３とで構成されている。温度制御部２
２は、例えば冷却機、加熱機、温度センサー及び
制御回路により構成され、温度センサーが排出さ
れる気体の温度を検出し、その温度が所定値にな
るように制御回路により冷却機と加熱機とを制御
することによつて、フイルター２３からは常に所
定温度の気体が排出される。また、フイルター２
３は、通過する気体中の微小な塵（サブミクロン
までの粒子）を取り去るようなHEPAフイルタ
ー（High Efficiency Particulate Air filter）
であり、常に清浄な気体をチヤンバー２０内に排
出する。

さて、このチヤンバー２０内の気体の圧力は圧
力センサー２５で検出され、その検出信号は圧力
調整装置２６に送られる。この圧力調整装置２６
は検出信号に基づいて、チヤンバー２０内の圧力
が所定値になるように、管２７を通じて圧力制御
する。圧力調整装置２６は外気に開放された管２
８を通じて、チヤンバー２０内に気体を送り込む
コンプレツサーと、チヤンバー２０内の気体を排
出する排気装置とで構成されており、このコンプ
レツサーと排気装置を圧力センサー２５からの検
出信号に基づいて制御することにより、チヤンバ
ー２０内は常に所定圧力に保たれる。尚、チヤン
バー２０の上方には、光源１、集光ミラー２、シ
ヤツター３、駆動部４、第１コンデンサーレンズ
５のカバー１９が設けられている。

さらに、チヤンバー２０内には投影レンズ７の
周囲に気体を強制的に流すためのフアン３０が設
けられている。フアン３０は図中、矢印Ａのよう
に温度調整装置１８のフイルター２３から排出さ
れた清浄な気体を、積極的に投影レンズ７にあて
る働きをする。これにより投影レンズ７の通気孔
７ａを介して空間S₁，S₂，S₃に気体の流れが起こ
り、投影レンズ７に入射する光エネルギーの一部
を内部のレンズエレメントL₁〜L₄が吸収するこ
とにより生じる熱的変動を低減させる。

すなわち、投影レンズ７内の各レンズエレメン
トL₁〜L₄の表面は、常に所定の温度及び所定の
圧力に制御された気体にさらされており、レンズ
エレメントL₁〜L₄が光エネルギーの吸収により
温度上昇しても、レンズエレメント自体の光学的
な特性を狂わすことがなく、空間S₁，S₂，S₃の圧
力も一定なので、この空間による屈折率も変化せ
ずその結果、投影レンズ７の光学的な特性の変
動、例えば倍率変動や焦点変動が押えられ、常に
初期の特性が保たれる。

ところで、レチクルＲがウエハＷは交換する必
要がある。このためチヤンバー２０とは独立した
ウエハ用予備室４０と、レチクル用予備室５０と
が設けられている。ウエハ用予備室４０には外気
に対して気密可能に開閉する扉４１と、ウエハ用
予備室４０とチヤンバー２０とを隔離する開閉可
能な扉４２とが設けられている。たゞし、扉４１
と扉４２は同時には開かないように制御されてい
る。ウエハ用予備室４０には、１枚のウエハ、又
は複数のウエハを段積み状態で格能するウエハカ
セツトが、扉４１を開いて運び込まれる。１枚の
ウエハの場合は、扉４２が閉じて、扉４１が開い
た状態でウエハ用予備室４０内に搬入され、扉４
１が閉じてから扉４２が開いて、そのウエハは不
図示の自動搬送部によりステージ８まで運ばれ
る。また、ウエハカセツトごとにウエハ用予備室
４０内に搬入される場合は、扉４１を閉じた後扉
４２を開いたまゝにして、自動搬送部によりウエ
ハカセツトからステージ８へ１枚ずつウエハを供
給し、露光が終了したら、そのウエハをステージ
８からウエハカセツトへ戻し、次のウエハを搬送
するようにすればよい。

一方、レチクル用予備室５０もウエハ用予備室
４０と同様に、外気に対して気密状態にする開閉
可能な扉５１と、レチクル用予備室５０とチヤン
バー２０とを隔離する開閉可能な扉５２とが設け
られている。このレチクル用予備室５０内には１
枚のレチクル、又は複数のレチクルが搬入され
る。扉５１，５２の動作も扉４１，４２と同様
に、同時に両方の扉５１，５２が開ないように制
御されている。

さて、このような構成で圧力調整装置２６はチ
ヤンバー２０内の圧力を一定の値、例えば760mm
Hgに保ち、温度調整装置１８はフイルター２３
を介して一定の温度、例えば25℃の気体を図中矢
印に示すように、第２コンデンサーレンズ６、レ
チクルＲ、投影レンズ７に向けて排出する。この
気体はチヤンバー２０内を循環して、ウエハＷや
ステージ８の周囲を通り、再び温度調整装置１８
の送風機２１に流れ込む。以上のように、レチク
ルＲ、投影レンズ７、ウエハＷは、常に一定の温
度、一定の圧力に保たれた気体中に設置され、さ
らに投影レンズ７の内部のレンズエレメントL₁
〜L₄も、その気体の流れにさらさらているので、
レチクルＲを通り投影レンズ７に入射する光エネ
ルギーによつて、光学特性の変動を起こすことが
なく、投影状態、すなわち倍率変動によるウエハ
Ｗ上での投影像の伸縮状態や、焦点変動による投
影像の結像状態を常に最適なものに維持すること
ができる。

尚、この第１の実施例において、チヤンバー２
０の容積に対して、ウエハ用予備室４０、レチク
ル用予備室５０の容積が十分小さく、チヤンバー
２０内の圧力と外気の圧力（大気圧）との差が小
さい場合は、扉４２、扉５２を開いてもチヤンバ
ー２０内の圧力変動は小さい。しかしながら、チ
ヤンバー２０内の圧力と大気圧との差が大きい場
合は、扉４２、扉５２の開放によりチヤンバー２
０内の圧力が急に変動することになる。そこでこ
の場合、扉４２、扉５２を開く速度を遅くして、
チヤンバー２０と各予備室との間で気体がリーク
する速度を低くする。そして、チヤンバー２０内
の圧力変化の速度を小さくして、圧力調整装置２
６の圧力調整速度（応答時間）が十分追随できる
ようにすればよい。又、各予備室４０，５０に圧
力調整装置を設け、予備室内の圧力がチヤンバー
２０内の圧力と同じになるように制御しても同様
の効果が得られる。

またウエハ用予備室４０は複数設けておいた方
が、ウエハの出し入れに対して便利であり、例え
ばウエハをチヤンバー２０内に搬入するための予
備室と、チヤンバー２０内から搬出するための予
備室とを別々にすると、装置のスループツトが向
上するという利点がある。さらに、そのように搬
入出用と搬出用に予備室を分けた場合でも、それ
ぞれ複数の室を用意し、１つの室が外気に対して
閉じている時に、他の室が外気に対して開いてい
るようにすれば、ウエハ交換の操作がより便利に
なる利点もある。

次に本発明の第２の実施例を第２図を用いて説
明する。第１の実施例では第１コンデンサーレン
ズ５によつてチヤンバー２０内と外気とを気密状
態で遮断するようにしたが、第２の実施例ではレ
チクルＲによつて遮断するようにチヤンバー２０
を構成した点で異なる。すなわち第２図のよう
に、レチクルＲの下面からステージ８までがチヤ
ンバー２０内に気密状態で格納される。このた
め、第２の実施例においても、レチクルＲと投影
レンズ７の間の空間、投影レンズ７とウエハＷと
の間の空間、及び投影レンズ７内の空間S₁，S₂，
S₃は一定温度、一定圧力の気体で満され、フアン
３０によつてレンズエレメントL₁〜L₄は熱的な
光学特性の変動を押えられるから、レチクルＲの
パターンはウエハＷ上に常に一定の倍率で、かつ
最適な結像状態で投影される。

尚、この実施例においては、レチクルＲと投影
レンズ７との間の空間はチヤンバー２０内の制御
された気体で満たすものとしたが、投影レンズ７
のレチクルＲ側の第１番目のレンズエレメント
（例えばレンズエレメントL₁）によつて外気と遮
断するように、チヤンバー２０の壁を投影レンズ
７の鏡筒と接合しておいても同様の効果が得られ
る。この場合、投影レンズ７とウエハＷの間の空
間、及び投影レンズ７内の空間S₁，S₂，S₃が一定
温度、一定圧力の気体で満される。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、温度と圧力との
少なくとも一方が制御された気体を、投影光学系
を構成する複数のレンズ素子もしくはその保持部
材（鏡筒）に沿つて流すことにより、レンズ素子
または鏡筒の露光エネルギーの吸収による熱的変
化を防止できるので、これらを要因とした投影光
学系の結像特性の変動をほぼ零に抑えることが可
能になるとともに、外気の温度や圧力変化にかか
わらず所定の結像特性を維持できるといつた利点
があり、それによつて露光装置間のマツチング精
度を向上させることができるという効果が得られ
る。さらに本発明では、チヤンバー内に少なくと
も投影光学系とウエハとを収納している（さらに
第１の実施例（第１図）ではレチクルまでも含め
て収納している）ため、塵埃等の異物の混入・付
着による歩留りの低下を防止できるといつた利点
もある。また本発明を、実施例のようにステージ
にレーザ干渉計を用いて位置測定するような露光
装置に適用すると、レーザ光の波長が変動しない
ので、一定の波長係数を掛けるだけで特別な波長
補正をしなくてよく、またレーザ光が通る空間の
気体の屈折率の揺らぎも小さくなつて、ステージ
位置測定の再現性が良くなるので、ステージの位
置決め精度を向上するという利点もある。

さらに、本発明では収納容器（チヤンバー２
０）を用いるので、ウエハＷの置かれる雰囲気を
空気ではなく窒素等の気体に置換することもでき
る。このため感光材としてポジレジストだけでな
く、ネガレジストも使用できる。この場合には、
ウエハ用予備室４０、又はレチクル用予備室５０
からの空気の混入が予想されるので、使用する気
体を単位時間に一方から供給し、他方から排気す
る等して、気体の成分比を所定のものとする必要
がある。また圧力調整装置２６の外気に開かれた
管２８をその気体の供給口として使用する場合は
使用気体の配管と接続しなければならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例による投影露光装
置の構成図、第２図は本発明の第２の実施例によ
る投影露光装置の構成図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １……光源、７…
…投影レンズ、７ａ……通気孔、８……ステー
ジ、１１……レーザ干渉計、１８……温度調整装
置、２０……チヤンバー、２６……圧力調整装
置、３０……フアン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ マスクに形成されたパターンの像を最良結像
   面に投影する投影光学系を有し、該最良結像面に
   感光基板を配置することによつて前記パターンの
   像を前記感光基板上に転写する投影光学装置にお
   いて、 前記投影光学系と感光基板とを外気から遮断し
   て気密状態に収納するチヤンバーと； 該チヤンバー内の気体の温度と圧力との少なく
   とも一方を制御する制御手段と； 該制御された気体を、前記投影光学系を構成す
   る複数のレンズ素子もしくはその保持部材に沿つ
   て流す気体循環手段とを備え、 前記外気とは別に前記気体の温度もしくは圧力
   を制御することによつて、前記投影光学系の結像
   特性の変動をほぼ零としたことを特徴とする投影
   光学装置。 ２ 前記気体循環手段は、前記複数のレンズ素子
   間の間〓のうちの少なくとも１つに、前記レンズ
   素子の保持部材に形成された所定の孔を介して前
   記制御された気体を流入させることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の投影光学装置。