JPS60261137A - 投影露光方法及びその装置 - Google Patents

投影露光方法及びその装置

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JPS60261137A
JPS60261137A JP59116421A JP11642184A JPS60261137A JP S60261137 A JPS60261137 A JP S60261137A JP 59116421 A JP59116421 A JP 59116421A JP 11642184 A JP11642184 A JP 11642184A JP S60261137 A JPS60261137 A JP S60261137A
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projection
atmospheric pressure
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Hiroshi Nishizuka
西塚 弘
Susumu Komoriya
進 小森谷
Kazo Kodera
小寺 嘉蔵
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SUMISHIYOU DENSHI SYST KK
Hitachi Ltd
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/70241Optical aspects of refractive lens systems, i.e. comprising only refractive elements

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は環境条件の変動に伴なう投影倍率の変動を防止
して高精度なパターン投影を可能にした投影露光方法お
よびその装置に関するものである。
〔背景技術〕
一般にIC,LSI等の半導体装置の製造工程では所謂
フォトリソグラフィ技術が利用され℃おり、レチクルや
フォトマスクのパターンを写真技術を用いてフォトマス
ク原板や半導体ウェーハ表面圧転写している。そして、
近年では半導体装置の素子パターンの微細化、高積化に
伴なって転写されるパターンのサイズも益々微小化され
る傾向にあり、したがってパターン転写を行なう光学系
にもに5.1:10等の縮小型の投影露光装置が多用さ
れてきている(たとえば、法刊工業調査会発行電子材料
1983年11月号別冊、P97〜P104)。
ところで、この種の投影露光装置を用いて本発明者等が
種々のパターン転写を行なってきたところ、転写される
パターンの縮小倍率が日や時刻の相違に伴なって微小に
変化することが判明した。
このため4本発明者等が種々の実験を繰返して縮小(転
写)倍率の変動原因について検討したところ、装置環境
の温度、湿度および大気圧の相違がそのまま縮小倍率に
影響することが判明した。
即ち、温度の変化に伴なって投影光学系の鏡筒が熱膨張
、熱収縮されるため、レチクルとレンズとの光軸寸法が
変化され、倍率が変化される。また、湿度の変化に伴な
って投影光学系内圧おける空気の水分密度が変化される
ため、レンズの相対的な屈折率が変化され焦点距離に伴
なって縮小倍率が変化される。
更に大気圧については、パターンの縮小率の変動を日毎
に測定する一方で、その日の大気圧を測定しこれらの相
関をめたところ、第1図に示す関係がめられた。図に示
すグラフは横軸に大気圧(1984年東京)をとり縦軸
忙縮小率をとったもので、多数のデータをプロット(図
は一部のデータのみをプロット)することにより略1次
式で示される相関、つまり大気圧(P)と縮小変動率(
財)は%M=Kp−P+Cpで示される関係式を満足す
ることが判明した。ここで、Kp、Cpは光学系の特性
により定まる定数である。また、縮小率Mは同図に示す
ようにパターン寸法13.5111&C対する寸法変化
量で定義されている。なお、同様にして投影光学系を設
置するクリーンルーム内の気圧と縮小率の変動について
も、第2図のような相関の存在が認められた。なお、ク
リーンルーム内は大気圧よりも若干(略1mb)高圧に
保たれ。
大気中の塵埃のクリーンルーム内への侵入を防止してい
る。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、前述の検討結果に基づいて。
温度、湿度、気圧等の環境条件の変動和かかわらず転写
パターンの縮小率等投影倍率の変動を防止し、これによ
り転写パターンの寸法精度を向上して高精度なパターン
転写を可能忙した投影露光方法およびその装置を提供す
ることにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は1
本明細書の記述および添付図面がらあきらかになるであ
ろう。
〔発明の概要〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、投影露光装置における温度、湿度。
気圧等の環境条件を検出し、この検出値に基づいて転写
パターンと投影光学系との光学距離を制御すること忙よ
り、投影倍率を常に一定に保ち、高精度パターン転写を
実現するものである。
更に具体的には、投影光学系の鏡筒温度、光学系直近の
湿度および気圧を夫々検出する検出器と。
投影光学系の一部を光軸方向に移動させる光学駆動機構
と、この光学駆動機構を前記検出器の検出信号に基づい
て制御する制御部とで構成することにより、環境条件の
相違に応じて制御部が光学駆動機構を作動し、転写パタ
ーンと投影光学系との光学距離を制御して投影倍率を一
定化しかつ高精度パターン転写を実現するものである。
〔実施例〕
第3図は本発明の一実施例の投影露光装置の全体構成図
を示す。図において、1は投影露光装置の露光機本体で
あり、内部には光源2、コンデンサレンズ3を有する照
明光学系4と、この照明光学系4により照明されるレチ
クル5等の転写パターンおよびこれを投影結像するレン
ズ群6を有する投影光学系7を備えている。また、詳細
は省略するが投影像の7オーカヌ(焦点)設定やアライ
メント(平面位置)設定を行なうための光学系8も内装
される。そして、前記投影光学系7はレンズ6を取着し
た鏡筒9と、レチクル5を支持する支持枠10とを別体
く設け、鏡筒9は固定アーム11に取着し、支持枠10
はその一部において前記鏡筒9にスラストベアリング1
2を介して上下方向、つまり光軸方向に移動できるよう
に取着している。また、鏡筒9にはモータ13を取着す
ると共に、このモータ13のウオーム軸144Cは前記
支持枠10の一部10aを螺合させた駆動機構を構成し
ており、モータ13を作動することにより支持枠10を
上下方向に移動してその上下位置を設定できるう 前記露光機本体1の下方にはXYテーブル15を配置し
、このXYテーブル15上には前記レチクル5のパター
ンを縮小して投影する半導体ウェーハ16を搭載してい
る。
一方、露光機本体1およびXYテーブル15を含む環境
1通常ではクリーンルーム内の気圧を検出するための気
圧計17を露光機本体1の近傍に設置すると共に、これ
と並んで湿度計18を配置している。また、特に投影光
学系7の温度を測定する温度計19を前記鏡筒9に取着
配置し鏡筒9の温度を直接検出するようにしている。そ
して。
これら気圧計17.湿度計18および温度計19はマイ
クロコンピュータを内蔵した制御部20に接続し、制御
部20はこれから夫々送出されてくる検出信号に基づい
て前記モータを制御する。この制御部20内には前述の
第1図や第2図に示した相関情報はもとより、第4図、
第5図に夫々示すような縮小率と湿度、縮小率と温度と
の相関情報を予め入力し記憶させているものとする。
以上の構成によれば、光学系80作用によって通常のフ
ォーカス設定やアライメント設定が行なわれ、かつ照明
光学系4にてレチクル5を照明すれば投影光学系7によ
ってレチクルパターンを縮小して半導体ウェーハ16上
に投影結像できる。
一方、これと同時に気圧計17では投影露光機本体1に
おける気圧を検出し、同様に湿度計18はその湿度を検
出し、更に温度計19は鏡筒9の温度を検出する。そし
て、これら気圧、湿度、温度の検出値が入力された制御
部20では第1図。
第2図、第4図および第5図に夫々示したような相関に
基づいて縮小倍率の変動を認識し、これを補正する信号
を駆動機構のモータ13に出力する。
これだより、モータ13は正又は逆転されてウオーム軸
14を軸転し、これTIC螺合された支持枠10を上下
動させる。したがって、支持枠10に支持されたレチク
ル5とレンズ6との光軸方向の距離が変化され、縮小倍
率が一定となるように制御されることKなり、光学特性
を常に一定に保持することにより高精度なパターン転写
を実現することができる。
なお1本発明の他の実施例としては、第6図〜第7図に
示すように、レチクルを支持した支持枠部の上下可動方
法として電圧の変化に対応し微動変位する圧電性素子2
1を支持枠部下部に3箇所以上配置し、それぞれの圧電
性素子に同一電圧もしくは異なる電圧を供給し、上下動
制御し得る駆動機構を構成してなる投影露光装置として
もよい。
ピエゾ圧電性素子などの圧電性素子の特長である。小型
軽量、変位の応答速度の速さ、耐久性が良く安定度も高
いなどを本発明は、積極的に利用したものである。
また1本発明の他の実施例としては、第8図〜第9図に
示すよう忙、レチクルの支持枠部を板バネ23によって
支え、又この支持枠部下部の3箇所以上にボイスコイル
24を装備し、それぞれのボイスコイルには、同一もし
くは異なる電流を供給し、上下動制御し得る駆動機構を
構成してなる投影露光装置としてもよい。
〔効果〕
(1)投影露光機本体の近傍またはこれに直接、気圧計
、湿度計、温度計を配設し、これらKより検出された気
圧、f11度、温度に基づいて縮小倍率の変動を算出し
かつこれを補正すべくレチクルとレンズ間距離を制御し
ているので、前記した各種環境条件の変動によっても縮
小倍率を二定に保持することができ、これにより高精度
のパターン転写を実現することができる。
(2)相対移動可能としたレチクルとレンズとを駆動機
構によって両者間の距離を変化できるようKし、かつ気
圧、湿度、温度の環境条件に応じて制御部がこの駆動機
構を制御してレチクルとレンズ間距離を変化させ縮小倍
率を一定に保っているので、環境条件変化による倍率の
変化をリアルタイムで補正でき、常に高精度のパターン
転写を行なうことができる。
(3)駆動機構はレチクルとレンズとの距離を変化でき
るよう圧し、かつこれに各種検出器と制御部を付設する
ことにより構成できるので、既存の投影露光装置IK容
易にかつ低コストで適用することができる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的忙説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。たとえば、気圧は大気
圧で検出してもよく。
この大気圧とクリーンルーム内の差圧から環境条件とし
ての気圧を検出してもよい。また、駆動機構の具体的な
構盛は若干の変更は可能である。更に、気圧、湿度、温
度のいずれか1つ又は2つを常に一定に保ち得るクリー
ンルーム内圧設ける場合には、変動される環境条件をの
み、つまり気圧。
湿度、温度のいずれか1つ又は2つをのみ検出して駆動
機構を制御するようにしてもよい。
〔利用分野〕
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体装置のフォト
リソグラフィ技術に使用する縮小型の投影露光技術に適
用した場合について説明したが、それに限定されるもの
ではなく、等倍型の露光方式はもとより、半導体製造技
術以外の分野における投影露光技術に適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は気圧と投影倍率の相関を説明する
グラフ。 第3図は本発明装置の実施例構成図。 第4図は湿度と投影倍率との相関グラフ。 第5図は温度と投影倍率との相関グラフ。 第6図〜第7図は本発明の他の実施例を示す平面図と側
面図。 第8図〜第9図は本発明のさらに他の実施例を示す平面
図と側面図である。 1・・・投影露光機本体、4・・・照明光学系、5・・
・レチクル、6・・・レンズ、7・・・投影光学系、9
・・・鏡筒。 10・・・支持枠、 13・・・モータ、14・・・ウ
オーム軸、15・・・XYテーブル、16・・・半導体
ウェーハ、17・・・気圧計、18・・・湿度計、19
・・・温度計、20・・・制御部、21・・・圧電性素
子、22・・・スプリング。 23・・・板バネ、24・・・ボイスコイル。 第 1 図 ズ敢ノE (冗ト) 焔小許=μ竺二丘旬〕A佐ゴAf3Y″ACx+bCY
−rrsDy riρゲ EB )’K (a/θ) 第 3 図 第 5 図 5忌膚(′C) 第 6 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、投影露光装置における気圧、湿度、温度の環境条件
    の少なくとも1つの変動を検出し、この変動に応じてレ
    チクル等の転写パターンと投影光学系のレンズとの光軸
    距離を制御して転写パターンの投影倍率を一定に保つこ
    とを特徴とする投影露光方法。 2、投影露光機本体に設けてレチクルとレンズの光軸距
    離を変化させ得る駆動機構と、露光装置におけろ気圧、
    湿度、温度の環境条件の少なくとも1つを検出する検出
    器と、検出器の出力により前記駆動機構を制御して投影
    倍率を常圧一定に制御する制御部とを備えたことを特徴
    とする投影露光装置。 3、 レンズを取着した鏡筒に°対してレチクルを支持
    した支持枠を上下動可能とし、この支持枠をモータの正
    、逆転制御によって上下動制御し得るように駆動機構を
    構成してなる特許請求の範囲第2項記載の投影露光装置
    。 4、駆動機構としては、レチクルを支持した支持枠部の
    上下可動方法として電圧の変化に対応し微動変位する圧
    電性素子を支持枠部下部に3箇所以上配置し、それぞれ
    の圧電性素子に同一電圧もしくは異なる電圧を供給し、
    上下動制御し得る駆動機構を用いてなる特許請求の範囲
    第2項記載の投影露光装置。 5、駆動機構としては、レチクルの支持枠部を板バネに
    よって支え、又この支持枠部下部の3箇所以上にボイス
    コイルを装備し、それぞれのボイスコイルには、同一も
    しくは異なる電流を供給し。 上下動制御し得る駆動機構を用いてなる特許請求の範囲
    第2項記載の投影露光装置。 6、検出器とし℃は、気圧を検出する圧力計を用い、そ
    れを投影露光機本体に設置し、前記圧力計を用いて環境
    条件め気圧を検出する特許請求の範囲第2項記載の投影
    露光装置。 7、 温度を検出する検出器はレンズ鏡筒の温度を直接
    検出し得るよう構成してなる特許請求の範囲第2項記載
    の投影露光装置。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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