JPH0645227A

JPH0645227A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH0645227A
Application number: JP4319138A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Tanimoto; 昭一谷元; Kazunori Imamura; 和則今村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-11-30
Filing date: 1992-11-30
Publication date: 1994-02-18

Abstract

(57)【要約】【目的】投影露光装置をチャンバー内に収納した上
で、さらにステージ位置決め精度を向上させる。【構成】ステージ位置計測用のレーザ干渉計（１１）
の光路の揺らぎを小さくするために、チャンバー用空調
装置（１８）とは別に、ステージとレーザ干渉計の周囲
に積極的に温度制御された気体を流す送風部材（３０）
を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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（ウェハ）に露光する装置に
関し、特に感光体を保持して２次元移動するステージの
位置決め精度等を安定させた投影光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】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ッチング精度が
あげられる。このマッ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ＬＳ
Ｉ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、それに伴ってマッチング精度の向上に対するニー
ズも強くなってきている。従って投影倍率を所定の値に
保つ必要性はきわめて高くなってきている。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っている。しかしながら、
装置の稼働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っている。

【０００３】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向に変動
する、いわゆる焦点変動も生じる。このため、この焦点
変動をそのまま放置しておくと、投影されたマスクのパ
ターン像が感光体であるウェハ上で解像不良となり、超
ＬＳＩの不良を招くことにもなる。そこで、この種の投
影型露光装置の多くは、例えば昭和５５年１１月１日発
行の文献、「電子材料」１１月号の第４３〜４６頁に紹
介されているように、温度制御されたチャンバー内に収
納され、露光装置本体の周囲温度を極力一定にするよう
に配慮されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで投影露光装置
は、マスク（レチクル）上のパターンを投影光学系を介
して感光基板（ウェハ）上に投影するとともに、その感
光基板を結像面と平行な面内で精密に位置決めする必要
がある。そのため、感光基板は２次元移動する精密な移
動ステージ上に保持され、このステージの位置はレーザ
干渉計によって精密に測定されている。しかしながら、
単に空調されたチャンバー内に露光装置を収納しただけ
では、レーザ干渉計の測定が十分に安定して行われない
ことがわかった。これは、レーザ干渉計の光路内の気体
の屈折率の揺らぎが十分に小さくなっていないために起
こる。そこで本発明は投影露光装置のステージの位置を
測定するレーザ干渉計の光路を安定にし、ステージの位
置決め精度を向上させることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明においては、マス
ク（レチクルＲ）、投影光学系（７）、ステージ
（８）、及びレーザ干渉計（１１）等で構成される露光
装置本体をチャンバー（２０）内に収納して外気から遮
蔽することを前提としている。そして、チャンバー（２
０）内の全体に清浄な気体を供給するとともに、その気
体の温度を所定値に制御するチャンバー用気体制御手段
（送風機２１、温度制御部２２、ＨＥＰＡフィルター２
３で構成される温度調整装置１８）と、このチャンバー
用気体制御手段から供給される気体の一部を、ステージ
（８）とレーザ干渉計（１１）との周囲に積極的に流す
ように送る送風部材（ファン３０）とを設けるようにし
た。

【０００６】

【作用】本発明によれば、チャンバー用気体制御手段
（温度調整装置１８）からチャンバー内に供給される気
体の流れのみによって空調を行うだけではなく、ステー
ジ（８）やレーザ干渉計（１１）の周囲に積極的に気体
を流すように、チャンバー用気体制御手段とは別の送風
部材（ファン３０）を新たに設けたため、レーザ干渉計
の光路内の気体屈折率の揺らぎが低減される。

【０００７】

【実施例】図１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、及び遮断するシャッタ
ー３が設けられている。このシャッター３はパルスモー
タやソレノイド等の駆動部４によって開閉される。シャ
ッター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。

【０００８】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
って、感光材を塗布したウェハ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
ウェハ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によって逐次測
定されている。

【０００９】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１４
を伝わってくる外部振動は露光装置に伝わらないように
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。ただしレチクル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。

【００１０】チャンバー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、ウェハ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。このチャンバー２０の内部には、内部
の気体（例えば空気）の温度を調整する温度調整装置１
８が設けられている。この温度調整装置１８は、チャン
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
チャンバー２０内の上側で排出するようなフィルター２
３とで構成されている。温度制御部２２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って、フィルター２３からは
常に所定温度の気体が排出される。また、フィルター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フィルター（High Eff
iciency Particulate Air filter) であり、常に清浄な
気体をチャンバー２０内に排出する。

【００１１】さて、このチャンバー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、チャンバー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２
６は外気に開放された管２８を通じて、チャンバー２０
内に気体を送り込むコンプレッサーと、チャンバー２０
内の気体を排気する排気装置とで構成されており、この
コンプレッ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、チャンバー２０
内は常に所定圧力に保たれる。尚、チャンバー２０内の
上方には、光源１、集光ミラー２、シャッター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。

【００１２】さらに、チャンバー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ァン３０が設け
られている。ファン３０は図中、矢印Ａのように温度調
整装置１８のフィルター２３から排出された洗浄な気体
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、
Ｓ ₂、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も低減させ
る。

【００１３】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
押さえられ、常に初期の特性が保たれる。

【００１４】ところで、レチクルＲやウェハＷは変換す
る必要がある。このためチャンバー２０とは独立したウ
ェハ用予備室４０と、レチクル用予備室５０とが設けら
れている。ウェハ用予備室４０には外気に対して気密可
能に開閉する扉４１と、ウェハ用予備室４０とチャンバ
ー２０とを隔離する開閉可能な扉４２とが設けられてい
る。ただし、扉４１と扉４２は同時には開かないように
制御されている。ウェハ用予備室４０には、１枚のウェ
ハ、又は複数のウェハを段積み状態で格納するウェハカ
セットが、扉４１を開いて運び込まれる。１枚のウェハ
の場合は、扉４２が閉じて、扉４１が開いた状態でウェ
ハ用予備室４０内に搬入され、扉４１が閉じてから扉４
２が開いて、そのウェ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、ウェハカセットごとウェ
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を開いたままにして、自動搬送部によりウェハ
カセットからステージ８へ１枚ずつウェハを供給し、露
光が終了したら、そのウェハをステージ８からウェハカ
セットへ戻し、次にウェハを搬送するようにすればよ
い。

【００１５】一方、レチクル用予備室５０もウェハ用予
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とチャンバー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４
１、４２と同様に、同時に両方の扉５１、５２が開かな
いように制御されている。

【００１６】さて、このような構成で圧力調整装置２６
はチャンバー２０内の圧力を一定の値、例えば７６０ｍ
Ｈｇに保ち、温度調整装置１８はフィルター２３を介し
て一定の温度、例えば２５°Ｃ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。この気体はチャンバー２０
内を循環して、ウェハＷやステージ８及びレーザ干渉計
１１の周囲を積極的に通り、再び温度調整装置１８の送
風機２１に吸い込まれる。以上のように、レチクルＲ、
投影レンズ７、ウェハ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
内部にレンズエレメントＬ₁〜Ｌ₄も、その気体の流れ
にさらされているので、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って、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
ェハ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。もちろん、ファン３０による積極的な送風により、
レーザ干渉計１１の光路の気体の屈折率の揺らぎも低減
される。

【００１７】尚、この第１の実施例において、チャンバ
ー２０の容積に対して、ウェハ用予備室４０、レチクル
用予備室５０の容積が十分に小さく、チャンバー２０内
の圧力と外気圧力（大気圧）との差が小さい場合は、扉
４２、扉５２を開いてもチャンバー２０内の圧力変動は
小さい。しかしながら、チャンバー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
チャンバー２０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、
チャンバー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、チャンバー２０内の圧力変化の
速さを小さくして、圧力調整装置２６の圧力調節速度
（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
圧力がチャンバー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。

【００１８】またウェハ用予備室４０は複数設けておい
た方が、ウェハの出し入れに対して便利であり、例えば
ウェハをチャンバー２０内に搬入するための予備室と、
チャンバー２０内から搬出するための予備室とを別々に
すると、装置のスループットが向上するという利点があ
る。さらに、そのように搬入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、ウェハ交換の操作がより便利にな
る利点もある。

【００１９】次に本発明の第２の実施例を図２を用いて
説明する。第１の実施例では第１のコンデンサーレンズ
５によってチャンバー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によっ
て遮断するようにチャンバー２０を構成した点で異な
る。すなわち図２のように、レチクルＲの下面からステ
ージ８までがチャンバー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とウェハ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たされ、ファン３０に
よってレンズエレメントＬ₁〜Ｌ₄は熱的な光学特性の
変動を押さえられるから、レチクルＲのパターンはウェ
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。同時にファン３０による積極的な空調により、
レーザ干渉計の光路もより安定なものになる。

【００２０】尚、この実施例においては、レチクルＲと
投影レンズ７との間の空間はチャンバー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）によって外気と遮断するように、チャン
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とウェ
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たされる。

【００２１】以上、本発明の各実施例によれば投影光学
系を構成する光学要素の表面を空冷することにより、露
光エネルギーの吸収による熱的変化を軽減できるので、
安定した結像倍率や結像位置が得られるだけでなく、外
気の圧力や温度変化にかかわらず所定の結像特性を維持
できる利点がある。さらに、本発明の各実施例ではチャ
ンバー２０を用いるので、ウェハＷの置かれる雰囲気を
空気ではなく窒素等の他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、ウェハ用予備
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。

【００２２】

【発明の効果】以上本発明によれば、ステージの位置を
レーザ干渉計を用いて測定するとき、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って、ステージ位置測定
の再現性が良くなるので、ステージ位置決め精度が向上
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による投影露光装置の構
成図。

【図２】本発明の第２の実施例による投影露光装置の構
成図。

【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…チャンバー２６…圧力調整装置３０…ファン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転写すべきパターンが形成されたマスクを
照明する照明系と、該マスクのパターンの像を感光基板
へ結像投影する投影光学系と、前記感光基板を保持して
２次元移動するステージと、該ステージの位置を測定す
るレーザ干渉計とを備えた投影露光装置において、前記マスク、前記投影光学系、前記ステージ、及び前記
レーザ干渉計を外気から遮蔽して収納するチャンバー
と；該チャンバー内の全体に清浄な気体を供給するとと
もに、該気体を所定温度に制御するチャンバー用気体制
御手段と；前記レーザ干渉計の光路の揺らぎを低減する
ために、前記チャンバー用気体制御手段から供給される
気体の一部を、前記ステージと前記レーザ干渉計との周
囲に積極的に流す送風部材とを設けたことを特徴とする
投影露光装置。
【請求項２】前記チャンバー用気体制御手段は、前記チ
ャンバー内の気体を吸い込むための送風機と、該送風機
によって吸い込まれる気体の温度を調節する温度制御部
と、該温度調節された気体を前記チャンバー内に排出す
る位置に設けたＨＥＰＡフィルターとで構成された空調
装置から成り、該空調装置の送風機は、前記送風部材に
よって前記ステージと前記レーザ干渉計との周囲に積極
的に流された気体を再び吸い込んで循環させることを特
徴とする請求項第１項に記載の装置。