JPH0982626A - 投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投影光学系を支持する架台内部に設置された
ウエハステージ用の干渉計光路の温度ゆらぎを防止する
ことができる機構を備えた投影露光装置を提供する。 【解決手段】 投影露光装置は、レチクルＲのパターン
の像をウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬと、ウエハ
Ｗを保持して移動可能なウエハステージＷＳＴと、ウエ
ハステージＷＳＴの位置を測定するための干渉計６０と
を備える。投影光学系ＰＬを支持する架台２３と隔壁５
４，５５，５６，５７で囲まれ且つウエハステージＷＳ
Ｔ及び干渉計６０のビーム光路を含む空間内に、気体供
給手段３５により温度センサ３１，３１’で測定された
上面３９の内側温度とほぼ等しい温度に制御した気体を
供給する。架台２３の内部空間を架台上面３９の内側温
度とほぼ等しく且つ均一な温度で維持する。

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、投影光学系を支持する架台内部の温度を均一且つ
所定温度に維持するための空調系を備えた投影露光装置
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】投影露光装置におい
て、通常、投影光学系は装置の定盤上に固定された架台
に投影光学系の鏡筒部のフランジ等を介して支持されて
おり、架台内部の空間にはウエハ（感光性基板）を保持
し且つ走査方向に移動するためのウエハステージが設置
されている。また、ウエハステージの位置を観測するた
めに、ウエハステージの端部に設置した移動鏡にレーザ
ビームを照射しその反射光から測距する干渉計光路も架
台内部に含まれている。従来、この架台内部の空間に、
装置全体の空調系の温度と同じ温度の空気を供給する架
台内部専用の空調系を備えた投影露光装置が知られてい
る。

【０００４】しかしながら、架台上面には、かかる干渉
計のレーザ光源や電気基板等が載置されており、これら
は装置内の発熱源となり得る。また、架台が支持してい
る投影光学系も照明光が透過するために熱を発生する。
それゆえ、架台上面の表面温度は恒温チャンバ内部の設
定温度よりも０．５〜１．５℃程度高くなっており、こ
れに伴い、架台内部の空間において架台上面と接する架
台上面の内側の温度は架台内部の中央及び下部の温度よ
り高くなり、架台内部空間において温度勾配を生じてい
た。この温度勾配は、干渉計光路上の空気の温度ゆらぎ
（屈折率の変動）をもたらし、干渉計によるウエハステ
ージの測距結果に数１０ｎｍ程度の誤差を生じていた。
干渉計の測距誤差はウエハ上のショット領域の照射位置
誤差の原因となり、また、スリット状の照明光でレチク
ルを照明しながらレチクルとウエハを同期して走査する
走査型投影露光装置においてはレチクルステージとウエ
ハステージの移動の同期誤差という問題を生じ、ウエハ
上に形成されるレチクルパターン像の結像特性に重大な
影響を及ぼす。

【０００５】本発明の目的は前記従来技術の問題点を解
決し、架台内部に設置されたウエハステージ用の干渉計
光路上の温度ゆらぎを防止することができる機構を備え
た投影露光装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様に従
えば、マスク上のパターンの像を感光基板上に投影する
投影光学系と、前記感光基板を保持して移動可能な基板
ステージと、該基板ステージの位置を測定するための干
渉計とを備えた投影露光装置において、前記投影光学系
を支持する架台と隔壁で囲まれた前記基板ステージ及び
前記干渉計ビーム光路を含む空間内に、該空間と接する
前記架台表面の温度とほぼ等しい温度に制御した気体を
供給する気体供給手段を備えたことを特徴とする上記投
影露光装置が提供される。架台内部に温度制御された気
体を供給する手段により、架台内部空間の温度を、架台
上面の内側面の温度とほぼ等しくし且つ架台内部で均一
化することができる。

【０００７】本発明の投影露光装置において、上記気体
供給手段は、前記空間と接する前記架台表面に設けられ
る温度センサを有することが好ましく、この温度センサ
によって測定された架台表面温度にほぼ一致するような
温度の気体を架台内部に供給することができる。

【０００８】また、前記気体供給手段は、前記気体の温
度を、前記空間と接する前記架台表面の複数点での温度
の平均値に設定することができる。架台上面には干渉計
用光源や電気基板等の種々の熱源が存在するために架台
内部表面の位置によって温度が異なるため、複数の温度
センサで各点の温度を測定し、供給気体温度をそれらの
平均温度に設定することが好ましい。特に、干渉計光路
付近での温度ゆらぎを防止するために、前記気体供給手
段から干渉計光路付近までの間に複数の温度センサを配
置し、それらの測定温度の平均温度に気体温度を設定す
るのが好ましい。

【０００９】架台内部への活性な化学物質等の流入を防
止するために、前記気体供給手段は、それらの化学物質
等を供給する気体から除去又は不活性化するためのケミ
カルフィルタを有することが好ましい。

【００１０】本発明の投影露光装置においては、前記マ
スクを遠紫外光で照射する照明光学系を有し、前記気体
供給手段は、前記気体として空気、窒素又はヘリウムを
使用することができる。特に、窒素又はヘリウムを使用
するのは、遠紫外の光源を使用することにより活性な励
起状態酸素の発生を防止するためである。

【００１１】本発明は、前記干渉計の光源と、前記基板
ステージの移動を制御するための電気基板との少なくと
も一方が前記架台上に設置されている投影露光装置に適
用できる。これらの発熱源の存在による架台内部に設置
された干渉計用光路上の温度ゆらぎを本発明により有効
に防止することができる。

【００１２】本発明は、前記投影露光装置を収納するチ
ャンバ内の温度をほぼ一定に維持するために、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温度制
御された気体を流す空調手段を備えた投影露光装置に適
用できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明による投影露光装置の一実施例
を図面を参照しながら説明する。図１に、レチクルＲと
ウエハＷとをレチクルＲ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。この走査型投影露光装置は、光源及び照明光学系
（共に図示しない）、レチクルＲを走査方向に移動する
レチクルステージＲＳＴ、レチクルＲに形成されたパタ
ーン像をウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬ、ウエハ
ＷをレチクルＲの走査と同期して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、投影光学系ＰＬを支持する架台２３から主に構
成されている。これらの主要構成要素は、光源及び照明
光学系を除いて、恒温チャンバ１内に設置されている。
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、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。

【００１４】投影露光装置本体において、光源及び照明
光学系は、一般に、レチクルステージＲＳＴの上方に配
置されている。照明光源は、例えば、超高圧水銀ランプ
の輝線であるｉ線やｇ線、ＫｒＦ，ＡｒＦエキシマレー
ザ光、あるいは金属蒸気レーザ光等の紫外域の光源が用
いられる。照明光学系は均一な照度を達成するためのフ
ライアイレンズ、光路を開閉するためのシャッター、照
明領域を制限するための可変ブラインドあるいは、リレ
ーレンズ等により構成されており、光源及び照明光学系
からの照明光で、回路パターン等が描かれたレチクルＲ
をほぼ照度均一且つ所定の立体角で照明する。近年で
は、解像力を増すために、輪帯状照明、あるいは、傾斜
照明等が可能な構成になっている。

【００１５】レチクルステージＲＳＴは、投影光学系Ｐ
Ｌの上方に設置され、リニアモータ等で構成されたレチ
クル駆動部（図示しない）により、走査方向（Ｘ方向）
に所定の走査速度（Ｖｒ）で移動可能である。レチクル
ステージＲＳＴは、そのＸ方向端部に、干渉計６からの
レーザビームを反射する移動鏡５を固定して備え、レチ
クルステージＲＳＴの走査方向の位置は干渉計６によっ
て例えば０．０１μｍ単位で測定される。干渉計６によ
る測定結果は、ステージコントローラ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Ｒ
Ｈが設置され、レチクルＲがレチクルホルダ上に真空チ
ャック等により吸着されて載置されている。また、レチ
クルステージＲＳＴの上方には、光軸ＡＸを挟んで対向
するレチクルアライメント系４が装着され、このレチク
ルアライメント系によりレチクルＲに形成された基準マ
ークを観測して、レチクルＲが所定の基準位置に精度良
く位置決められるようにレチクルステージＲＳＴの初期
位置を決定する。従って、移動鏡５と干渉計６によりレ
チクルステージＲＳＴの位置を測定するだけでレチクル
Ｒの位置を十分高精度に調整できる。

【００１６】レチクルステージＲＳＴ上では、レチクル
Ｒはレチクル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。

【００１７】レチクルＲを透過した照明光は投影光学系
ＰＬに入射する。ここで、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
ターンが、投影光学系ＰＬによりウエハＷ上に投影され
る。ウエハＷ上に投影されるレチクルＲのパターン像の
投影倍率は投影光学系ＰＬのレンズエレメントの倍率及
び配置により決定され、通常、投影光学系ＰＬにより１
／５または１／４に縮小される。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
る。

【００１８】図１に示した走査型露光装置は、ウエハＷ
上にすでに露光されたパターンに対して、新たなパター
ンを精度よく重ねて露光するための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ウエハアライメント
系１３〜１８によりウエハＷ上の位置合わせ用のマーク
の位置を読取、重ね合わせ露光を行う位置を決定する。
光源１３として、ウエハＷ上のフォトレジスト膜に対し
て非感光性の波長の光を発生するレーザ、ハロゲンラン
プ等が用いられる。光源１３から照射された照明光は、
ハーフミラー１６、ミラー１７を介して、ミラー１８に
よりウエハＷ上の位置合わせマークを照明する。ウエハ
Ｗの位置合わせマークからの反射光あるいは回折光は、
照明光と逆の経路を通り、ハーフミラー１６を通って受
光部１４において光電変換される。受光部１４からの信
号は、アンプ１５で十分な出力に増幅されて、図示しな
いアライメント制御系に信号が送られる。光源１３は、
架台２３上に設置されており架台上面の温度を上昇させ
る発熱源となり得る。

【００１９】ウエハＷを移動するウエハステージＷＳＴ
は架台２３内に設置されている。本発明の投影露光装置
では、図１に示すように架台２３の側面は隔壁５４〜５
７で覆われているため、架台内に設置されたウエハステ
ージＷＳＴについて、図２の投影露光装置の下方断面図
を用いて説明する。また、図３は図２の矢視図であり、
ウエハステージＷＳＴの平面図を示す。ウエハステージ
ＷＳＴは架台２３の基台４０上に設置されている。ウエ
ハステージＷＳＴ上にはウエハホルダ（図示しない）を
備え、ウエハＷはウエハホルダにより真空吸着されてい
る。ウエハステージＷＳＴは、Ｘ方向に移動可能なＸス
テージ３３とＹ方向に移動可能なＹステージ３４とから
構成され、ウエハＷを前述の走査方向（Ｘ方向）の移動
のみならず、ウエハ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に走査方向と垂直な方向（Ｙ方向）
にも移動可能であり、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。ウエハステージＷＳＴは投影光
学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）にも微動が可能であ
る。また、ウエハステージＷＳＴは、図示しないレベリ
ングステージにより光軸ＡＸに対して傾斜することも可
能である。ウエハステージＷＳＴは、モータ等のウエハ
ステージ駆動部（図示しない）により駆動される。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、ウエハステージ
ＷＳＴ上のウエハＷはレチクルステージＲＳＴとは逆の
＋Ｘ方向（または−Ｘ方向）にレチクルＲに同期して速
度Ｖｗで走査される。レチクルステージＲＳＴとウエハ
ステージＷＳＴの移動速度の比（Ｖｒ／Ｖｗ）は前述の
投影光学系ＰＬの縮小倍率で決定される。ウエハステー
ジ駆動部はステージコントローラ２０（図１）により制
御されて、レチクルステージＲＳＴと同期するようにウ
エハステージＷＳＴが駆動される。

【００２０】ウエハステージＷＳＴの端部には干渉計６
０からのレーザビームを反射する移動鏡８が固定されて
いる。干渉計６０からのレーザビームはビームスプリッ
タ４４により２つのビームに分離され、一方の光はレチ
クルステージＲＳＴの移動鏡８に向かい、もう一方の光
は投影光学系ＰＬの下端外周上に設置された固定鏡３２
に向かう（図３参照）。移動鏡８及び固定鏡３２からの
反射光の位相差を干渉計によって検出することによって
ウエハステージＷＳＴのＸ方向の座標位置が常時モニタ
される。Ｙ方向の座標位置についてもウエハステージＷ
ＳＴのＹ方向端部に設置された移動鏡４６及び投影光学
系ＰＬ下端外周上に設置された別の固定鏡４７にビーム
スプリッタ４５からのレーザビームを照射し、それらの
反射光の位相差を検出することで計測される。ウエハス
テージＷＳＴのＸＹ座標位置は、かかる干渉計６０によ
り、例えば、０．０１μｍ程度の分解能で検出される。
干渉計６０のレーザ光源１２は架台の上面３９上に設置
されており、架台の上面３９の温度を上昇させる発熱源
となる。架台の上面３９には、レーザ光源１２やステー
ジコントローラ２０のための電気基板６１も設置されて
おりこれらも同様に発熱源となる。

【００２１】本発明では、架台２３内のビームスプリッ
タ４４，４５と移動鏡８，４６及び固定鏡３２及び４７
との光路は、架台２３の内部空間に含まれている。すな
わち、架台２３の隣接し合う支柱（５０，５１，５２，
５３）間が隔壁５４，５５，５６，５７がよって覆われ
おり、それらの隔壁５４〜５７、架台の上面３９及び基
台４０により架台２３内部は密閉された空間を形成して
いる。Ｘ方向の一方の隔壁５５には、送風器６５及びそ
の気体吹き出し口３５が設けられており、そこから温度
制御された気体が供給される。気体吹き出し口３５に
は、架台内部への活性な化学物質等の流入を防止するた
めの、ＨＥＰＡ（またはＵＬＰＡ）フィルター及びケミ
カルフィルターが設置されている。供給する気体として
は、例えば、空気を用いることができるが、遠紫外のレ
ーザ光源を使用する場合には、空気中から活性な励起状
態酸素の発生を防止するために窒素又はヘリウムを使用
することが好ましい。供給される気体は送風器６５内に
設けられた温度調節器（図示しない）により、後述する
設定温度に調節される。Ｘ方向の他方の隔壁５７には排
出口３６が設けられており、排出された気体はチャンバ
１外部を通って送風器６５に循環されて再び設定温度に
温度調節されて、気体吹き出し口３５から架台内部に供
給される。

【００２２】図２において、架台２３の上面３９の内側
の２か所に温度センサ３１、３１’が配置されており、
それぞれの上面３９の内側の温度を測定することができ
る。かかる温度センサ３１、３１’は、上面３９上の発
熱源の存在によって比較的温度が高くなる位置に対応す
る上面３９の内側に設置するのがよい。架台内部にかか
る高温度部の温度とほぼ等しい温度の気体を供給するこ
とによって、架台内部の温度を均一にできるからであ
る。この実施例では、アライメント系のレーザ光源１３
及び電気基板６１とウエハステージ用干渉計のレーザ光
源１２とが設置された位置の架台上面３９の内側にそれ
ぞれ温度センサ３１，３１’が設置されている。温度セ
ンサ３１，３１’で測定された温度情報は、送風器６５
の温度調節器に送られ、そこで２つの温度センサからの
平均温度が求めれ、架台２３内部に供給される気体の温
度がその平均温度になるように調節される。上記のよう
にして、架台内部に供給する気体温度を調節し且つ架台
内部の温度を均一化することによって、架台内部に設置
されたウエハステージＷＳＴ用の干渉計の光路上の温度
ゆらぎが防止される。

【００２３】上記実施例において、ウエハステージのＸ
Ｙ方向座標測定用の干渉計光路について説明したが、ウ
エハステージＺ方向位置を干渉計を用いて測距する場合
もその干渉計光路が上記のように温度制御された架台内
部空間に含まれるためにウエハステージのＺ座標を高精
度に測定できる。また、上記実施例において、架台の上
面３９の温度を２か所で測定したが、１か所または３か
所以上で温度を測定し測定温度または測定温度の平均温
度になるように架台内部に供給する気体の温度を調節し
てもよい。複数の温度センサを設ける場合には、前述の
ように、干渉計光路上の気体の温度ゆらぎを防止するた
めに、気体供給手段から干渉計光路付近までの間に複数
の温度センサを設け、それらの平均温度に気体温度を調
整するのが好ましい。

【００２４】上記実施例において、本発明を走査型の投
影露光装置を用いて説明したが、一括露光方式のステッ
プアンドリピート型投影露光装置等の、ウエハステージ
用の干渉計システムを有する任意の投影露光装置に適用
することができる。また、空気吹き出し口２から流出す
るチャンバ全体の空調用の空気に代えて、特に光源とし
て遠紫外のレーザ光を使用する場合には、窒素又はヘリ
ウムを用いることが好ましい。

【００２５】

【発明の効果】本発明の投影露光装置は、基板ステージ
及び干渉計ビーム光路を架台と隔壁で囲まれた空間内に
隔離し、該空間と接する前記架台表面の温度とほぼ等し
い温度に制御した気体を該空間内に供給する機構を備え
たことにより、干渉計光路上の気体の温度ゆらぎを防止
して、干渉計による基板ステージの高精度な位置測定及
び基板ステージによる基板の正確な位置合わせを行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の投影露光装置の概略側面図である。

【図２】図１の投影露光装置の投影光学系を支持する架
台内部の断面図である。

【図３】図２のＡ方向から見た架台内部の平面図であ
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 気体吹き出し口 ５，８，４６ 移動鏡 ３２，４７ 固定鏡 ６，６０ 干渉計 １２ 干渉系用光源 １３ アライメント系光源 ２３ 架台 ３１，３１’ 温度センサ ３５ 気体吹き出し口 ４０ 基台 ４４，４５ ビームスプリッタ ５５，５６，５６，５７ 隔壁 ６１ 電気基板

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マスク上のパターンの像を感光基板上に
   投影する投影光学系と、前記感光基板を保持して移動可
   能な基板ステージと、該基板ステージの位置を測定する
   ための干渉計とを備えた投影露光装置において、 前記投影光学系を支持する架台と隔壁で囲まれた前記基
   板ステージ及び前記干渉計ビーム光路を含む空間内に、
   該空間と接する前記架台表面の温度とほぼ等しい温度に
   制御した気体を供給する気体供給手段を備えたことを特
   徴とする上記投影露光装置。
2. 【請求項２】 前記気体供給手段は、前記空間と接する
   前記架台表面に設けられる温度センサを有することを特
   徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
3. 【請求項３】 前記気体供給手段は、前記気体の温度
   を、前記空間と接する前記架台表面の複数点での温度の
   平均値に設定することを特徴とする請求項１又は２に記
   載の投影露光装置。
4. 【請求項４】 前記気体供給手段は、前記気体中の化学
   物質を除去、又は不活性化するケミカルフィルタを有す
   ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載
   の投影露光装置。
5. 【請求項５】 前記マスクを遠紫外光で照射する照明光
   学系を有し、前記気体供給手段は、前記気体として空
   気、窒素及びヘリウムからなる群から選ばれた一種を使
   用することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に
   記載の投影露光装置。
6. 【請求項６】 前記干渉計の光源と、前記基板ステージ
   の移動を制御するための電気基板との少なくとも一方が
   前記架台上に設置されていることを特徴とする請求項１
   〜５のいずれか一項に記載の投影露光装置。
7. 【請求項７】 前記投影露光装置を収納するチャンバ内
   の温度をほぼ一定に維持するために、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温度制御された
   気体を流す空調手段を備えたことを特徴とする請求項１
   〜６のいずれか一項に記載の投影露光装置。