JPH0982625A - 走査型露光装置 - Google Patents

走査型露光装置

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JPH0982625A
JPH0982625A JP7259365A JP25936595A JPH0982625A JP H0982625 A JPH0982625 A JP H0982625A JP 7259365 A JP7259365 A JP 7259365A JP 25936595 A JP25936595 A JP 25936595A JP H0982625 A JPH0982625 A JP H0982625A
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レチクルステージが移動することにより発生
するチャンバ内の気流の変動を防止することができる走
査型露光装置を提供する。 【解決手段】 チャンバ1内の温度をほぼ一定に維持す
るために、チャンバ1内で温度制御された気体を流動さ
せる空調手段2と、レチクルRを照明光で照射する照明
光学系と、前記照明光に対してレチクルRを相対移動す
るレチクルステージRSTと、レチクルマスクステージ
RSTの位置を測定するための干渉計6とを備え、レチ
クルRとウエハWとを同期移動してレチクルRのパター
ンの像でウエハWを露光する走査型露光装置である。レ
チクルステージRST及び干渉計6のビーム光路に向か
う前記気体を遮るための隔壁50,51,52,53
と、隔壁で仕切られたレチクルステージRST及び前記
干渉計のビーム光路を含む隔室36内に温度制御された
気体を供給する気体供給手段60とを備える。干渉計6
の光路上の気体の温度ゆらぎによるレチクルステージ誤
差が低減される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路や
液晶デバイス製造用の投影露光装置に関し、さらに詳細
には、マスクステージ及び干渉計光路を含む空間を隔壁
で覆い且つ該空間を独自に空調する空調系を有する走査
型投影露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路や液晶基板の回路パター
ンをフォトリソグラフィー技術により半導体ウエハ上に
形成するための装置として投影露光装置が使用されてい
る。かかる投影露光装置は、照明系から射出された照明
光をレチクル(マスク)に照射してレチクルパターン像
を投影光学系を介して感光性基板上に結像する。この種
の装置は、微細な回路パターンを形成するために、高精
度な結像特性が要求され、さらに、基板上の同一領域に
複数のパターンを重ね合わせて露光するために、露光処
理する層と前回露光処理された層との間で高い重ね合わ
せ精度が要求される。一方、複数のレンズエレメント群
から構成された投影光学系は、周囲温度により倍率等の
結像特性が変化するために、上記のような高精度な結像
特性及び重ね合わせ特性を維持するには、周囲温度に対
して装置の安定性が必要となる。このため、従来より投
影露光装置は、温度コントロールされた恒温チャンバの
中に設置されている。例えば、チャンバ内の塵等が投影
露光装置に付着するのを防止するためにチャンバの天井
から投影光学系の光軸に平行に温度調節された空気を流
す所謂ダウンフロー型のチャンバが採用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、投影光学系
のスリット状の長方形エリアを照明し、レチクルと感光
基板を相対的に走査しながら露光するステップアンドス
キャン露光方法が考案されている。この露光方式を用い
た走査型露光装置の概略を図4に示す。この装置は、レ
チクルRに均一な照明光を照射するための光源を含む照
明光学系(図示しない)、レチクルRを走査方向(X方
向)に移動するためのレチクルステージRST、レチク
ルRのパターン像を所定の縮小倍率でウエハW上に投影
するための投影光学系PL及びウエハWをレチクルRと
走査と同期して移動するためのウエハステージWSTか
ら主に構成されている。かかる構成において、コンデン
サレンズ3を通って集光された均一な照明光でレチクル
Rが照明され、レチクルR上の照明領域に対してレチク
ルRを載置したレチクルステージRSTが走査方向に移
動するのと同期してウエハを載置したウエハステージW
STがレチクルステージRSTの移動方向と逆方向に移
動する。レチクルRがスリット状の照明領域で走査され
るに従って、投影光学系PLを介して形成されたレチク
ルRの縮小パターン像でウエハの露光領域が逐次露光さ
れてゆく。本方式によれば、投影光学系のフィールドサ
イズを拡大することなく広い面積が露光可能であり、且
つ、投影光学系の一部しか露光に使用しないためディス
トーション、照度均一性等の調整が容易であるという点
で他の露光方式より優れている。
【0004】この装置のチャンバ1は、前述のダウンフ
ロー型のチャンバであり、チャンバ1の天井の空気吹き
出し口2から、図中矢印で示した方向に温度調節された
空気が流れる。しかしながら、この装置では投影光学系
PL上をレチクルステージRSTが水平方向(X方向)
に往復移動するため、レチクルステージRSTの位置に
より投影光学系PLに向かう空気の流れ方が大きく変化
する。一方、通常、投影光学系PLの近傍には発熱源と
なる干渉計用のレーザ光源等が配置されている。このた
め、投影光学系PL自体の温度やレチクルRと投影光学
系PLとの間の光路上の空気温度が変動を受け、その結
果、投影光学系PLの結像特性が変化するという問題が
ある。また、このタイプの露光装置では、移動するレチ
クルステージRSTの位置を測定するためにレチクルス
テージRSTに固定された移動鏡5からの反射光を観測
する干渉計6を備えているが、レチクルステージRST
近傍の空気流が変動すると干渉計6の光ビームの光路上
の空気に温度ゆらぎが生じるため、ステージ位置の測定
誤差が生じ、その結果、レチクルステージRSTとウエ
ハステージWSTとの移動の同期ずれを起こすことにな
る。さらに、レチクルステージRSTが移動すること
は、レチクル温度の変動やレチクルRへの塵等の付着の
原因にもなる。これらの問題は、移動するレチクルステ
ージを有する走査型露光装置に独自の問題である。
【0005】そこで、本発明の目的は、走査型露光装置
における上記問題点を解決し、レチクルステージが移動
することにより発生するチャンバ内の気流の変動を防止
することができる走査型露光装置を提供することにあ
る。
【0006】また、本発明の目的は、レチクルステージ
の位置測定用の干渉計の光路及びマスクと投影光学系と
の間の光路を含むレチクルステージ周辺の気体温度の変
動を低減し、干渉計の測定誤差を低減するとともに安定
した投影光学系の結像特性を与えることができる走査型
露光装置を提供することにある。
【0007】さらに、本発明の目的は、塵等によるレチ
クルステージ及びレチクルの汚染を防止することができ
る走査型露光装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に従えば、チャン
バ内の温度をほぼ一定に維持するために、該チャンバ内
で温度制御された気体を流動させる空調手段と、マスク
を照明光で照射する照明光学系と、前記照明光に対して
前記マスクを相対移動するマスクステージと、該マスク
ステージの位置を測定するための干渉計とを備え、前記
マスクと感光基板とを同期移動して前記マスク上のパタ
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、前記マスクステージ及び前記干渉計のビーム光路
に向かう前記気体を遮るための隔壁と、前記隔壁で仕切
られた前記マスクステージ及び前記干渉計のビーム光路
を含む空間内に温度制御された気体を供給する気体供給
手段とを備えたことを特徴とする走査型露光装置が提供
される。上記隔壁によりマスクステージ及び干渉計のビ
ーム光路をチャンバの空調用の気体流から隔離したため
に、マスクステージ等への塵等の付着を防止し、レチク
ルステージの移動によるチャンバ内の気流が変化するこ
とを防止できる。また、隔壁で仕切られた前記マスクス
テージ及び前記干渉計のビーム光路を含む空間内に温度
制御された気体を供給することにより、干渉計のビーム
光路上の気体の温度ゆらぎが低減され、レチクルステー
ジの正確な位置測定が可能となる。
【0009】本発明の走査型露光装置において、前記マ
スク上のパターン像を前記感光基板上に投影する投影光
学系を有し、該投影光学系と前記マスクとの間の光路が
前記隔壁で覆われていることが好ましい。これにより投
影光学系とマスクとの間の光路上の気体の屈折率の変動
が低減され、投影光学系の結像特性が安定化する。
【0010】前記マスクステージ及び前記干渉計のビー
ム光路を、前記隔壁でほぼ覆い、前記マスクが前記照明
光で照射されるように前記隔壁の一部を前記照明光に対
してほぼ透明な部材で構成することができる。
【0011】本発明の走査型露光装置において、前記空
調手段は、前記マスクの上方から前記投影光学系の光軸
とほぼ平行に気体を流す、所謂ダウンフロー型の空調系
にし得る。ダウンフロー型の空調系を採用している走査
型投影露光装置では、レチクルステージの移動による投
影光学系等に向かう気流の変化が大きく、上記隔壁でレ
チクルステージを覆うことによりかかる気流の変化を防
止できる。
【0012】
【実施例】以下、本発明による走査型露光装置の一実施
例を添付図面を参照して説明する。図1に、レチクルR
とウエハWをレチクルR上の照明領域に対して同期して
走査しながら露光する走査型の投影露光装置の一例を示
す。図1に示したように、一般に、投影露光装置は恒温
チャンバ1の中に設置されている。恒温チャンバ1内で
は、通常のクリーンルームよりも精度の高い温度制御が
なされており、例えば、クリーンルームの温度制御が±
2〜3℃の範囲であるのに対して、恒温チャンバ1内で
は±0.1℃程度に保たれている。また、図示した投影
露光装置は、ダウンフロー型の投影露光装置であり、空
気中に浮遊する粒子が装置に付着するのを防止するため
にチャンバ1の天井に空気流吹き出し口2が設置されて
おり、吹き出し口2から投影光学系PLの光軸に沿って
チャンバ床方向に温度制御された空気流が流動する。チ
ャンバ1内部、特に投影光学系PLを含む露光装置本体
部に、クリーンルーム内に浮遊する異物(ゴミ)、硫酸
イオンやアンモニウムイオン等が流入するのを防止する
ため、HEPA(またはULPA)フィルター、及びケ
ミカルフィルターが、チャンバ1の空気取り入れ口また
は吹き出し口2の近傍に配置されている。
【0013】図1の走査型露光装置本体は、光源及び照
明光学系(図示しない)、レチクルRを走査方向に移動
するレチクルステージRST、投影光学系PL、ウエハ
Wを移動するウエハステージWST、ウエハの位置合わ
せ用のアライメント系(13〜18)等から主に構成さ
れている。光源は、一般に、水銀ランプの紫外線域の輝
線(g線、i線)、KrF,ArF等のエキシマレーザ
光等が用いられる。また、照明光学系はフライアイレン
ズ、コンデンサレンズ等からなり、最終的にコンデンサ
レンズ3を介してレチクルRを照明している。照明光学
系は、光源からの照明光で、回路パターン等が描かれた
マスクであるレチクルRをほぼ照度均一且つ所定の立体
角で照明する。これらの図示しない光源及び照明光学系
は、図中、レチクルステージRSTの上方に配置されて
おり、光源はチャンバ1の外側に配置される。
【0014】レチクルステージRSTは、投影光学系P
Lの光軸AX上であってコンデンサレンズ3と投影光学
系PLとの間に設置される。図2及び図3に、レチクル
ステージRSTの平面図及び図2のAA方向の矢視図を
それぞれ示す。レチクルステージRSTは、定盤37上
に固定され且つX方向に延在するガイド34により支持
されており、ガイド34と平行に定盤37上に延在する
リニアモータ33により所定の速度で走査方向(X方
向)に移動することができる。レチクルステージRST
は、ガイド方向にレチクルRのパターンエリア全面が少
なくとも投影光学系の光軸AXを横切るだけのストロー
クで移動する。レチクルステージRSTは、X方向端部
に干渉計6から射出されたレーザビームを反射する移動
鏡5を固定して備える。干渉計6からのレーザビーム
は、定盤37上に設置されたビームスプリッタ31によ
って2つのビームに分離され、それぞれ、移動鏡5とビ
ームスプリッタ31に接するように設置された固定鏡6
1に向かう。移動鏡5及び固定鏡61からの反射光の位
相差を干渉計6で測定することにより、レチクルステー
ジRSTの走査方向の位置が、例えば0.01μm単位
で測定される。干渉計6による測定結果は、ステージ制
御系20に送られ、常時レチクルステージRSTの高精
度な位置決めが行われる。レチクルステージRST上に
は、レチクルホルダRHが設置され、レチクルホルダR
H上にレチクルRが載置される。レチクルRは、図示し
ない真空チャックによりレチクルホルダRHに吸着保持
されている。
【0015】本発明の走査型露光装置では、レチクルス
テージの定盤37上に、隔壁50〜54から構成され且
つレチクルステージRSTを収容する隔室36を備え、
隔室36内のレチクルステージRSTはチャンバ1内の
空調用の空気の流れから遮られる。隔室36はレチクル
ステージRSTの走査方向(X方向)を長手とする直方
体であり、底面はレチクルステージRSTを支持する定
盤37よりなる。隔室36の天井(隔壁54)には開口
部32が形成されており(図中仮想線で示す)、この開
口部32には円形のガラス板40が嵌め込まれている。
照明光学系からの照明光がこのガラス板40を通過して
レチクルRを照射する。この開口32の大きさが、レチ
クルRへの照明光を遮らず且つ隔室36内部の気流に影
響を与えない程度ならば、ガラス板40を省略すること
もできる。隔室36の長手方向(X方向)の一方の隔壁
(側壁)51に隔室内に温度調節された気体を供給する
送風器60及び気体吹き出し口41を備え、送風器60
の内部に取り付けられた温度調節機構(図示しない)に
より隔室36内に供給される気体の温度が調節される。
この気体温度はチャンバ1内を空調する空気温度と同一
の温度になるように調節される。隔室36内の気圧が隔
室外の空気圧よりもわずかに高くなるような流量で送風
器60から気体が供給される。気体には空気を用いるこ
とができるが、遠紫外のレーザ光を照明光として用いる
場合には窒素またはヘリウムガスを用いることが好まし
い。気体吹き出し口41にはHEPAフィルター及びケ
ミカルフィルターが設置され、隔室36に異物等が流入
するのを防止している。隔壁51と対向する隔壁53に
は気体排出口42を備え、隔室36を通った気体は排出
口42から排出された後、チャンバ1の外部を通って送
風器60に循環されて温度調節され、再び隔室36内に
供給される。隔壁53には開閉窓35が形成されてお
り、レチクルRをレチクルステージRSTに搬入または
搬出するときに開放される。
【0016】図2に示したように、ビームスプリッタ3
1と移動鏡5及び固定鏡61との間の光路は隔室36内
に含まれている。これらの光路上の気体に温度ゆらぎが
あると干渉計6によるレチクルステージ位置の測定結果
に誤差を生ずることになるが、本発明の露光装置では光
路を覆う隔室36を設け且つ隔室36内に一定温度の気
体を供給しているのでかかる温度ゆらぎが生じない。
【0017】図1において、レチクルRは、レチクルス
テージRST上で、レチクルRの走査方向(X方向)に
対して垂直な方向(Y方向)を長手とする長方形(スリ
ット状)の照明領域で照明される。この照明領域は、レ
チクルステージの上方であって且つレチクルRと共役な
面またはその近傍に配置された視野絞り(図示しない)
により画定される。
【0018】レチクルRを通過した照明光は投影光学系
PLに入射し、投影光学系PLによるレチクルRの回路
パターン像がウエハW上に形成される。投影光学系PL
には、複数のレンズエレメントが光軸AXを共通の光軸
とするように収容されている。投影光学系PLは、その
外周部上であって光軸方向の中央部にフランジ24を備
え、フランジ24により露光装置本体の架台23に固定
されている。
【0019】ウエハW上に投影されるレチクルRのパタ
ーン像の投影倍率はレンズエレメントの倍率及び配置に
より決定される。レチクルR上のスリット状の照明領域
(中心は光軸AXにほぼ一致)内のレチクルパターン
は、投影光学系PLを介してウエハW上に投影される。
ウエハWは投影光学系PLを介してレチクルRとは倒立
像関係にあるため、レチクルRが露光時に−X方向(ま
たは+X方向)に速度Vrで走査されると、ウエハWは
速度Vwの方向とは反対の+X方向(または−X方向)
にレチクルRに同期して速度Vrで走査され、ウエハW
上のショット領域の全面にレチクルRのパターンが逐次
露光される。走査速度の比(Vr/Vw)は投影光学系
PLの縮小倍率で決定される。
【0020】ウエハWは、ウエハステージWST上に保
持されたウエハホルダ(図示しない)に真空吸着されて
いる。ウエハステージWSTは前述の走査方向(X方
向)の移動のみならず、ウエハW上の複数のショット領
域をそれぞれ走査露光できるよう、走査方向と垂直な方
向(Y方向)にも移動可能に構成されており、ウエハW
上の各ショット領域を走査する動作と、次のショット領
域の露光開始位置まで移動する動作を繰り返す。モータ
等のウエハステージ駆動部(図示しない)によりウエハ
ステージWSTは駆動される。ウエハステージWST
は、前記比Vr/Vwに従って移動速度が調節され、レ
チクルステージRSTと同期されて移動する。ウエハス
テージWSTの端部には移動鏡8が固定され、干渉計9
からのレーザビームを移動鏡8により反射し、反射光を
干渉計9によって検出することによってウエハステージ
WSTのXY平面内での座標位置が常時モニタされる。
【0021】上記投影露光装置には、複数のパターンを
ウエハW上に高精度に重ね合わせて露光するために、ウ
エハW上の位置合わせ用のマークの位置を検出して、重
ね合わせ露光を行う際のウエハWの位置を決定するウエ
ハアライメント系を備える。このウエハアライメント系
として、投影光学系PLとは別に設けられた光学式アラ
イメント系13〜18を備え、光源13から射出された
レーザ光を光学系16,17,18を介してウエハWの
アライメントマークに照射し、その反射光を受光器14
で検出している。
【0022】上記のような走査型露光装置において、実
露光時に、レチクルステージRSTが走査方向に移動す
るが、レチクルステージRSTが隔室36によって覆わ
れているためにレチクルステージRSTの移動位置に拘
らず、チャンバの空気吹き出し口2からの空気流が投影
光学系PLに向かって定常的に流れる。
【0023】上記実施例ではレチクルステージRSTを
収容する隔室36は、気体吹き出し口41及び排出口4
2とを隔壁51及び53に設けることによって隔室36
をチャンバ内部から密閉する構造としたが、隔室36内
の気流がチャンバ1の空調系から実質的に影響を受けな
いことを条件に、隔壁51及び53を設けないで隔壁5
0〜54で覆われた隔室36をチャンバ1の内部と連通
させてもよい。この場合、隔室36内に供給する気体と
チャンバ1の空調用気体とを同一種にする必要がある。
上記実施例では、チャンバ1の空調用の気体として空気
を用いたが、空気以外の気体を用いることができる。特
に、光源に紫外域の短波長レーザ光等を用いる場合に
は、励起状態酸素が発生することを防止するために、窒
素またはヘリウムガス等の不活性気体を用いることが望
ましい。
【0024】
【発明の効果】本発明の走査型露光装置は、レチクルス
テージをチャンバ内の空調用空気流から遮るための隔室
を設けたために、レチクルステージが走査方向に移動す
ることにより生じるチャンバ内の空気流の変動及び投影
光学系PL周囲の温度変動を防止することができ、安定
した結像特性をもたらすことができる。また、本発明の
走査型露光装置は、レチクルステージ用の干渉計の光路
及びレチクルと投影光学系との間の光路を含むレチクル
ステージの周囲を隔壁で覆ったため、干渉計光路上の温
度ゆらぎの発生を防止して干渉計の測距誤差を最小にす
ることができる。また、上記隔壁により塵等によるレチ
クルステージ及びレチクルの汚染を防止することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の走査型露光装置の一具体例の概略を示
す図である。
【図2】図2の隔室内に収容されたレチクルステージR
STのAA方向の矢視図図である。
【図3】図1の走査型露光装置の隔室内に収容されたレ
チクルステージの側面図である。
【図4】従来の走査型投影露光装置及びその空調系を示
す概略図である。
【符号の説明】
R レチクル W ウエハ RH レチクルホルダ PL 投影光学系 RST レチクルステージ WST ウエハステージ 1 チャンバ 2 空気吹き出し口 3 コンデンサレンズ 5,8 移動鏡 6,9 干渉計 31 ビームスプリッタ 32 開口部 33 リニアモータ 34 ガイド 35 開閉窓 36 隔室 37 定盤 41 気体吹き出し口

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チャンバ内の温度をほぼ一定に維持する
    ために、該チャンバ内で温度制御された気体を流動させ
    る空調手段と、マスクを照明光で照射する照明光学系
    と、前記照明光に対して前記マスクを相対移動するマス
    クステージと、該マスクステージの位置を測定するため
    の干渉計とを備え、前記マスクと感光基板とを同期移動
    して前記マスク上の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、 前記マスクステージ及び前記干渉計のビーム光路に向か
    う前記気体を遮るための隔壁と、 前記隔壁で仕切られた前記マスクステージ及び前記干渉
    計のビーム光路を含む空間内に温度制御された気体を供
    給する気体供給手段とを備えたことを特徴とする走査型
    露光装置。
  2. 【請求項2】 前記マスク上のパターン像を前記感光基
    板上に投影する投影光学系を有し、該投影光学系と前記
    マスクとの間の光路が前記隔壁で覆われていることを特
    徴とする請求項1に記載の走査型露光装置。
  3. 【請求項3】 前記マスクステージ及び前記干渉計のビ
    ーム光路は前記隔壁でほぼ覆われ、前記マスクが前記照
    明光で照射されるように前記隔壁の一部が前記照明光に
    対してほぼ透明な部材で構成されていることを特徴とす
    る請求項1または2に記載の走査型露光装置。
  4. 【請求項4】 前記マスク上のパターン像を前記感光基
    板上に投影する投影光学系を有し、前記空調手段は、前
    記マスクの上方から前記投影光学系の光軸とほぼ平行に
    前記気体を流すことを特徴とする請求項1〜3のいずれ
    か一項に記載の走査型露光装置。
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