JPH09306832A - マスクの支持機構及びこれを用いた露光装置 - Google Patents

マスクの支持機構及びこれを用いた露光装置

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JPH09306832A
JPH09306832A JP14858596A JP14858596A JPH09306832A JP H09306832 A JPH09306832 A JP H09306832A JP 14858596 A JP14858596 A JP 14858596A JP 14858596 A JP14858596 A JP 14858596A JP H09306832 A JPH09306832 A JP H09306832A
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マスクの厚さを増すことなく、マスクの自重
による撓みを矯正できるマスクの支持機構を提供するこ
と。 【解決手段】 マスク(12)を下方から支える支持部
材(11)と、この支持部材(11)の支持点(46
a,46b,46c,46d)の外側において、マスク
(12)に対して上方から所定圧の力を加える押圧手段
(50)とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、所定パターンが形
成された平板状のマスクを水平に支持する支持機構に関
し、特に露光装置に使用されるマスクの支持機構の改良
に関する。
【0002】
【従来の技術及び解決しようとする課題】半導体デバイ
ス製造用の露光装置においては、マスク上に形成された
パターンの像を投影光学系を介してウエハ等の感光基板
上に転写露光する。このような露光装置において、近年
では、半導体デバイスの高集積化に伴い、マスクに形成
される露光パターンの更なる微細化(細線化)が要求さ
れるとともに、1枚のウエハ上に重ねて露光する層数が
増加している。すなわち、非常に細い線幅の露光パター
ンをマスクに形成し、そのパターンをウエハ(半導体基
板)上に正確に露光するとともに、多数のマスクのパタ
ーンを同一ウエハ上に重ねて露光する。そこで、露光パ
ターンの細線化のために、現在では、高い開口数(NA
値=約0.55〜0.6等)の投影光学系を使用すると
共に、短波長(=約248nm等)の光を露光光として
使用している。ところが、投影光学系の高NA化及び露
光光の短波長化は、何れもウエハ上での焦点深度DFの
低下をもたらすことになる。焦点深度DFは、露光波長
をλとした場合に、以下のように表される。 DF=k2×λ/(NA)2 ・・・・(1) ここで、k2は比例定数を示す。
【0003】図11は、従来の露光装置におけるマスク
112の支持機構を示す。図に示すように、マスク11
2はマスクホルダ111により水平な状態で支持されて
いる。マスクホルダ111上には固定部(プラテン)1
14,116が設けられ、マスク112を真空吸着によ
って固定するようになっている。このような従来の支持
機構においては、マスク112は外縁部分のみで支持さ
れているため、自重によって撓みを生じている。
【0004】図12に示すように、マスク112がその
自重によって撓むと、焦点方向(投影光学系の光軸Z方
向)のずれ△Z及び、これと直交する水平面内の位置ず
れ△X(△Y)が生じてしまう。投影光学系の高NA化
及び露光光の短波長化によって焦点深度DFが狭くなっ
た現状においては、焦点方向のずれ△Zの許容範囲は非
常に狭くなっている。また、レイヤ間の重ね合わせ精度
の確保のため、マスクの水平面内のずれ△X(△Y)の
許容量も極めて小さな範囲に限られてきている。マスク
112の自重による撓みは、マスク112の厚さと大き
さ(面積)に大きく関係する。
【0005】図13は、マスク112の厚さと、マスク
112上のパターンのZ方向のずれ量△Z及びX方向の
ずれ量△Xとの関係を計算により求めた結果を示す。こ
こで、マスク112は透明な合成石英で成形され、外縁
部分の2点において支持され、露光光として紫外〜遠紫
外の光を用いたものとする。
【0006】例えば、半導体デバイスの量産用として現
在多く利用されている厚さ6.4mmのマスクの場合、
焦点方向のずれ量△Zは0.6μmとなり、X方向のず
れ量△Xは35nmとなる。これに対し、厚さ2.3m
mのマスクの場合、焦点方向のずれ量△Zは4.5μm
となり、X方向のずれ量△Xは95nmとなる。ここ
で、投影光学系による縮小投影倍率を1/5とした時、
厚さ2.3mmのマスクを用いた場合、ウエハ上での焦
点方向(Z方向)のずれ量△Zは180nm(=4.5
/25)となる。従って、露光光用の光源としてi線
(波長=0.365μm)を使用した場合、上式(1)
においてk2=0.7,NA=0.6とすると、180
nmというZ方向のずれ量は、許容焦点深度の約1/4
を支配してしまうことになる。また、同じ条件で、X方
向のずれ量△X(=95nm)は、ウエハ上では19n
m(=95nm/5)となる。これは、350nmの線
幅で設計されている半導体素子で一般に要求される重ね
合わせ精度(線幅の1/3)の15%以上を支配するこ
とになる。
【0007】ところで、今後半導体デバイスの大型化に
伴い、マスク(レチクル)のサイズも現在主流の6イン
チ角のものから7インチ角,9インチ角のものに移行し
ていくことが予想される。マスクの面積が大きくなれ
ば、その分自重による撓み量も大きくなる。ここで、マ
スクの自重撓みを防止するためには、単純には、その厚
さを大きくすることが考えられるが、マスク描画装置
(電子ビーム露光装置)の描画精度を確保する等の理由
より、マスク材料(マスクブランク)を厚くするのにも
限界がある。また、マスク自体が薄くなれば、その分コ
スト的にも有利になる。
【0008】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、マスクの厚さを増すことなく、マスクの
自重による撓みを矯正できるマスクの支持機構を提供す
ることを目的とする。
【0009】また、高い精度で感光基板上での焦点方向
(投影光学系の光軸方向)及び平面方向の位置合わせを
行い得る露光装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のマスク支持機構は、マスク(12)を下方
から支える支持部材(11)と;この支持部材(11)
の支持点(46a,46b,46c,46d)の外側に
おいて、マスク(12)に対して上方から所定圧の力を
加える押圧手段(50)とを備えている。
【0011】また、本発明の露光装置(10)は、マス
クに対して露光用の光を照明する照明手段(16)と;
この光で照明されたパターンの像を感光基板(14)上
に投影する投影光学系(20)と;マスク(12)を下
方から支えるマスクホルダー(11)と;マスクホルダ
ー(11)による支持点(46a,46b,46c,4
6d)の外側において、マスク(12)に対して上方か
ら所定圧の力を加える押圧手段(50)とを備えてい
る。ここで、押圧手段(50)として、マスクの外縁部
に重石(50)を載せるように構成することができる。
この時、マスク(12)の自重による撓みを相殺するよ
うに、重石(50)の重さや配置を設定する。また、押
圧手段としては、マスク(12)への力の大きさを制御
可能な能動的加圧手段(60,62)を用いることもで
きる。この場合、マスク(12)の平面度を測定し、測
定された値に基づいて、能動的加圧手段(66,68)
の圧力等を制御するように構成することが望ましい。
【0012】また、マスク(12)と感光基板(14)
とを同期して移動することによって、マスク(12)上
のパターンの像で感光基板(14)を露光するタイプの
走査型露光装置においては、移動の方向に沿ってマスク
(12)の外縁部に重石(60,62)を載せるように
構成することができる。
【0013】
【作用及び効果】本発明は上記のように、マスク(1
2)の支持部材(11)の支持点(46a,46b,4
6c,46d)の外側において、マスク(12)に対し
て上方から所定圧の力を加えているため、マスク(1
2)の自重による撓みが矯正される。すなわち、マスク
(12)は自重により、支持点(46a,46b,46
c,46d)を支点としてマスク(12)の中心に向か
ってモーメントが加わる。一方、加圧手段(50)によ
りマスク(12)は、支持点(46a,46b,46
c,46d)を支点に、マスク(12)の自重によるモ
ーメントと逆方向のモーメントが加わる。これによっ
て、マスク(12)の自重による撓みが打ち消されるこ
とになり、露光装置においては、感光基板(14)上に
おけるマスク(12)のパターンの投影像の位置の誤差
が低減される。その結果、精度の高い結像状態が得られ
ると共に、アライメント精度が向上する。
【0014】また、マスク(12)と感光基板(14)
とを同期して移動する走査型の露光装置においては、移
動(走査)の方向の照明光の幅はスリット状の照明光の
狭い方の幅となり、走査方向におけるマスク(12)の
自重撓みは無視できる程度であるため、移動の方向に沿
ってマスク(12)の外縁部に重石(60,62)を載
せれば、マスク(12)の実質的な自重撓みは矯正され
る。すなわち、マスク(12)の移動の方向と直交する
方向には重石を載せる必要が無くなる。これにより、マ
スク(12)に加える加重を最小限に抑えられ、マスク
(12)の移動時における不要な慣性質量の増大を防ぐ
ことができる。
【0015】また、マスク(12)の平面度を測定し、
測定された値に基づいて、能動的加圧手段(66,6
8)によるマスク(12)への圧力を制御するように構
成すれば、加圧手段(66,68)によるマスク(1
2)への加重点及び加重量を適切に制御することができ
る。更に、測定手段(64)により、マスク(12)の
自重撓みのみならず、支持手段(11)の平面度の不完
全性等によるマスク(12)の表面の歪みをも効果的に
除去することができる。
【0016】
【発明の実施の態様】以下、本発明の実施の形態を実施
例を参照して説明する。本実施例は、半導体集積回路製
造用の投影露光装置に本発明を適用したものである。
【0017】
【実施例】図1は、本発明の第1実施例にかかる投影露
光装置10を示す。この装置10は、レチクル12上に
形成されたパターンをウエハ14上に順次投影露光する
投影露光装置、所謂ステッパである。
【0018】図において、光源を含む照明系16から射
出された露光用の光は、レチクルホルダ11上に真空吸
着されたレチクル12のパターン形成面を略均一な照度
で照明する。レチクル12は、合成石英材等で成形さ
れ、その下面に露光用のパターンが形成されている。レ
チクル12は、セラミックス等から成るレチクルホルダ
11によって水平に支持されている。なお、図1では、
レチクル12の支持機構の詳細については図示を省略す
る。レチクル12上に形成されたパターンに露光用の光
が照射されると、当該パターンは投影レンズ20を介し
て、ウエハステージ32に真空吸着されたウエハ14上
に転写される。ウエハステージ32上には、干渉計によ
る計測用の反射鏡34、36が固定されている。そし
て、反射鏡34と干渉計38によってウエハステージ3
2のX方向の位置を計測するようになっている。すなわ
ち、干渉計38から計測用のレーザ光を反射鏡34及び
投影光学系20に設置された不図示の固定鏡に対して照
射し、これら固定鏡及び反射鏡34で反射した光の干渉
状態に基づいてウエハステージ32のX方向の位置を計
測する。また、反射鏡36と図示しない他の干渉計によ
って紙面に垂直なY方向の位置を計測するようになって
いる。
【0019】ウエハステージ32は、ウエハ駆動装置4
2によってXYZの3次元方向に移動可能に構成されて
いる。投影レンズ20の側部には、アライメント顕微鏡
44が配置されている。アライメント顕微鏡44は、投
影レンズ20と光軸の異なる所謂オフ・アクシス形式の
顕微鏡であり、ウエハ14内の複数の領域から予め定め
られた数点のアライメントマーク(図示せず)を検出す
る。そして、検出されたアライメントマークの位置に基
づき、最小自乗近似計算によってウエハ14の位置(座
標)を計測する。また、アライメント顕微鏡44と投影
レンズ20の光軸間の距離であるベースライン量を測定
し、露光開始時にウエハステージ32をベースライン量
だけ移動させるように構成されている。
【0020】図2,図3及び図4は、レチクル12の支
持機構の詳細な構成を示す。レチクル12は、4つのプ
ラテン(支持部材)46a,46b,46c,46dを
介して、レチクルホルダ11上に真空吸着されている
(図2,図3参照)。プラテン46a,46b,46
c,46dは、矩形のレチクルホルダ11の四隅におい
て、レチクル12の外縁部に接するように配置されてい
る。レチクルホルダ11の中央には、レチクル12の被
照射領域54を照射した光を透過させる開口部48が形
成されている。レチクル12の上には、額縁状に成形さ
れたカウンターウエイト(重石)50が搭載され、レチ
クル12のプラテン46a,46b,46c,46dの
外側に上方から力が加わるようになっている。カウンタ
ーウエイト50の中央には、レチクル12の被照射領域
54に達する露光光を透過する開口部52が形成されて
いる。カウンターウエイト50の素材としては、比較的
比重の重い金属等を使用することが望ましい。
【0021】図5は、カウンターウエイト50とレチク
ル12の接触部分の様子を拡大して示す。図より分かる
ように、カウンターウエイト50の加重点には、レチク
ル12と接触する突起56が形成されており、小さな面
積でレチクル12に対して力を加えるようになってい
る。図6に示すように、カウンターウエイト50には、
4つの突起56a,56b,56c,56dが設けられ
ており、レチクル12の四隅に上方からの力を加えるよ
うになっている。図6は、レチクル12に対するプラテ
ン46a,46b,46c,46dと、カウンターウエ
イト50の突起56a,56b,56c,56dの平面
的な配置を模式的に示したものである。図6に示すよう
に、カウンターウエイト50の突起56a,56b,5
6c,56dは、それぞれレチクル12の中心とプラテ
ン46a,46b,46c,46dとを結ぶ線(放射
線)の延長上に配置されている。
【0022】図7は、レチクル12に対するプラテン4
6a,46b,46c,46dと、カウンターウエイト
50の突起56a,56b,56c,56dの側面的な
配置を模式的に示したものである。図7にも示すよう
に、プラテン46a,46b,46c,46dに対して
突起56a,56b,56c,56dは若干外側にその
加重点があり、レチクル12の自重による撓みをカウン
ターウエイト50によって矯正するようになっている。
すなわち、レチクル12は自重により、プラテン46
a,46b,46c,46dを支点としてレチクル12
の中心に向かってモーメントが加わる。一方、カウンタ
ーウエイト50によりレチクル12は、プラテン46
a,46b,46c,46dを支点に、レチクル12の
中心から外側に向かってモーメントが加わる。これによ
って、レチクル12の自重による撓みが打ち消されるこ
とになる。すなわち、レチクル12の中心部分が下方に
向かって撓もうとする状態を上側に持ち上げるように矯
正される。
【0023】カウンターウエイト50の重さ、突起56
a,56b,56c,56dの位置は、実際のレチクル
12の自重による撓みに基づいて設定される。レチクル
12の撓み量は、レチクル12の材質、厚さ、サイズ
(面積)、プラテン46a,46b,46c,46dの
位置から計算によって求めることができる。カウンター
ウエイト50のセッティングは、レチクル12がレチク
ルホルダ11上に装着された後に行っても良い。あるい
は、予めカウンターウエイト50をレチクル12に装着
した状態でレチクルホルダ11にローディングしても良
い。また、カウンターウエイト50の突起の数は、4つ
に限らず状況に応じて3点以上の任意の数に設定するこ
とができる。また、カウンターウエイト50は必ずしも
一体成形する必要はなく、加重点の数だけ分割した形態
で構成しても良い。
【0024】図8は、本発明の第2実施例にかかる走査
型投影露光装置の構成を示す。この露光装置は、図1に
示す第1実施例の露光装置と異なり、ウエハ14のみな
らずレチクル12も移動させて露光を行う、所謂ステッ
プアンドスキャン方式の投影露光装置である。なお、図
1に示した装置と同一又は対応する構成要素について
は、同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【0025】図8において、レチクル12はレチクルホ
ルダ11を介してレチクルステージ18上に載置され
る。レチクルステージ18は、レチクル駆動装置22に
より、投影光学系20の光軸をZ軸とした場合のXY平
面内において、並進及び回転可能になっている。レチク
ルステージ18上には、干渉計による位置計測用の反射
鏡24、26が設けられている。そして、干渉計28と
反射鏡24とによってレチクルステージ18のX方向
(紙面左右方向)の位置を計測するようになっている。
すなわち、干渉計28から反射鏡24に対して計測用の
レーザ光を投射し、反射鏡24で反射した光に基づいて
レチクルステージ18のX方向の位置を計測する。ま
た、反射鏡26と図示しない干渉計によって紙面に垂直
なY方向の位置を計測できるようになっている。
【0026】図8に示す走査型投影露光装置において
は、レチクル12にスリット状の露光光58(図9参
照)を照射するとともに、レチクルステージ18とウエ
ハステージ32とを互いに逆方向に同期して移動するこ
とによって、レチクル12上のパターンがウエハ14上
に徐々に転写される。そして、スリット状の露光光58
に対してレチクル12とウエハ14とを1ストローク分
走査することにより、レチクル12のパターンの像全体
がウエハ14上の1つの露光領域に転写される。
【0027】図9は、図4に対応するものであり、本実
施例のレチクル12と重石60,62との関係を示す。
すなわち、レチクル12の移動方向(走査方向)である
X方向に沿った対向する2辺にカウンターウエイト6
0,62が搭載されている。本実施例においては、レチ
クル12に対する照明光58はスリット状に成形されて
おり、走査方向の幅は狭く、レチクル12の自重撓みを
無視できる程度である。このため、走査方向(X方向)
と直交する方向(Y方向)のみの撓みを考慮すればよ
い。そこで、カウンターウエイト60,62を図9の位
置に配置し、レチクル12に加える加重を最小限に抑え
ることによって、レチクルステージ18の移動時におけ
る不要な慣性質量の増大を防いでいる。なお、レチクル
12への加重手段としては、バネのような静的なもの
や、機械的若しくは電気的に制御された動的な拘束機構
によって、レチクル12に一定の力が加わるようにする
ことが望ましい。
【0028】図10は、本発明の第3実施例にかかる投
影露光装置のレチクル12の支持機構を示す。この実施
例は、レチクル12の表面の平面度(凹凸)を計測する
干渉計64と、レチクル12の外縁部に上方から力を加
えるピエゾ素子66,68と、干渉計64の出力に基づ
いてピエゾ素子66,68を制御するコントローラとを
備えている。干渉計64は、レチクル12の表面の凹凸
の他、自重による撓み量を計測できるようになってい
る。ピエゾ素子66,68は、上述した第1及び第2実
施例と同様に、レチクルホルダ11のプラテン(図示せ
ず)の若干外側の部分に制御された力を加えるようにな
っている。コントローラ70は、干渉計64によって実
測されたレチクル12の平面性のデータに基づき、内部
のCPU(図示せず)によって、ピエゾ素子66,68
によるレチクル12への加重点及び加重量を算出し、適
切に制御する。例えば、レチクル12の外縁部に複数の
ピエゾ素子を配置し、レチクル12の実際の撓み状態に
基づいて、必要なピエゾ素子を選択的に駆動する。
【0029】本実施例においては、レチクル12の撓み
のみならず、レチクルホルダ11の平面度の不完全性等
によるレチクル12の表面の歪みをも効果的に除去する
ことができる。また、レチクル12に直接ウエイト(重
石)を載せない構成であるため、スキャニングステッパ
にとって好ましくない慣性質量の増大を抑制できるとい
うメリットがある。
【0030】以上、本発明を実施例に基づいて説明した
が、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、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種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の第1実施例にかかる投影露光
装置の構成を示す概略図(正面図)である。
【図2】図2は、第1実施例の要部であるレチクル支持
機構を示す断面図である。
【図3】図3は、第1実施例のレチクル支持機構を示す
斜視図(分解図)である。
【図4】図4は、第1実施例のレチクル支持機構を示す
平面図である。
【図5】図5は、図2の一部を示す拡大断面図である。
【図6】図6は、第1実施例のレチクル支持機構におけ
る支持点と加重点の位置関係を示す説明図(平面図)で
ある。
【図7】図7は、第1実施例のレチクル支持機構の作用
を示す説明図である。
【図8】図8は、本発明の第2実施例にかかる走査型投
影露光装置の構成を示す概略図(正面図)である。
【図9】図9は、第2実施例の要部であるレチクル支持
機構を示す平面図である。
【図10】図10は、本発明の第3実施例にかかる投影
露光装置の要部であるレチクル支持機構の構成を示す説
明図である。
【図11】図11は、従来のレチクル支持機構を示す断
面図である。
【図12】図12は、従来のレチクル支持機構の作用を
示す説明図である。
【図13】図13は、従来のレチクル支持機構によるレ
チクルの自重撓みを示すテーブルである。
【符号の説明】
10・・・投影露光装置(ステッパ) 11・・・レチクルホルダ 12・・・レチクル 14・・・ウエハ 16・・・照明系 18・・・レチクルステージ 20・・・投影光学系 22・・・レチクル駆動装置 32・・・ウエハステージ 42・・・ウエハ駆動装置 50,60,62・・・カウンターウエイト 46a,46b,46c,46d・・・プラテン 56a,56b,56c,56d・・・突起 58・・・スリット状照明領域 64・・・干渉計 66,68・・・ピエゾ素子 70・・・コントローラ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定パターンが形成された平板状のマスク
    を水平に支持する支持機構において、 前記マスクを下方から支える支持部材と;前記支持部材
    の支持点の外側において、前記マスクに対して上方から
    所定圧の力を加える押圧手段とを備えたことを特徴とす
    るマスクの支持機構。
  2. 【請求項2】平板状のマスクに形成されたパターンの像
    で感光基板を露光する露光装置において、 前記マスクに対して露光用の光を照明する照明手段と;
    前記光で照明された前記パターンの像を前記感光基板上
    に投影する投影光学系と;前記マスクを下方から支える
    マスクホルダーと;前記マスクホルダーによる支持点の
    外側において、前記マスクに対して上方から所定圧の力
    を加える押圧手段とを備えたことを特徴とする露光装
    置。
  3. 【請求項3】前記押圧手段は、前記マスクの外縁部に載
    せられた重石であることを特徴とする請求項2に記載の
    露光装置。
  4. 【請求項4】前記重石は、前記マスクの自重による撓み
    を相殺するように、重量及びその配分が設定されている
    ことを特徴とする請求項3に記載の露光装置。
  5. 【請求項5】前記押圧手段は、前記力の大きさを制御可
    能な能動的加圧手段であることを特徴とする請求項2に
    記載の露光装置。
  6. 【請求項6】前記マスクの表面の平面度を測定する測定
    手段と;前記測定された値に基づき、前記マスクの表面
    を水平に保つように前記能動的加圧手段を制御する制御
    手段とを更に備えたことを特徴とする請求項5に記載の
    露光装置。
  7. 【請求項7】所定パターンが形成された平板状のマスク
    と感光基板とを同期して移動することによって、前記パ
    ターンの像で前記感光基板を露光する走査型露光装置に
    おいて、 前記マスクに対してスリット状の光を照明する照明手段
    と;前記スリット状の光で照明された前記パターンの像
    を前記感光基板上に投影する投影光学系と;前記感光基
    板を水平に保持する基板ステージと;前記基板ステージ
    を前記移動方向に駆動する基板駆動手段と;前記マスク
    を下方から支えるマスクホルダーと;前記マスクホルダ
    を前記移動の方向に駆動するマスク駆動手段と;前記移
    動の方向と直交する方向の前記マスクの両端部におい
    て、前記マスクホルダーによる支持点の外側に、当該マ
    スクに対して上方から所定圧の力を加える押圧手段とを
    備えたことを特徴とする走査型露光装置。
  8. 【請求項8】前記押圧手段は、前記マスクの対向する外
    縁部に搭載された2つの分離した重石であることを特徴
    とする請求項7に記載の走査型露光装置。
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